JP4615404B2 - マルチキャリア無線通信システム、送信機及び受信機並びにマルチキャリア無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）に代表されるマルチキャリア無線通信システム、送信機及び受信機並びにマルチキャリア無線通信方法に関する。

近年、無線通信システムへの高速化を求めるユーザ数が増加しており、高速化・大容量化が実現可能な方式のひとつとしてＯＦＤＭに代表されるマルチキャリア伝送方式が注目されている。
ＯＦＤＭ方式は、数十から数千のキャリアを、理論上干渉の起こらない最小となる周波数間隔に並べ、周波数分割多重で情報信号を並列に伝送する方式である。このＯＦＤＭ方式は、使用するサブキャリアの数を多くすると、同じ伝送レートのシングルキャリア方式と比較してシンボル時間が長くなるため、マルチパス干渉の影響を受けにくいという利点がある。

しかし、マルチパス環境下においては、各サブキャリアはそれぞれ異なる振幅変動及び位相変動を受けるため、受信側でデータを復調する際にこれらの変動を補償する必要がある。この伝搬路補償法としては、送信側においてサブキャリアの全てまたは一部を用いて振幅及び位相が既知の信号（パイロット信号）を伝送し、受信側では受信したパイロット信号から各サブキャリアが受けた伝搬路変動を推定し、その補償を行う。
以下に従来のＯＦＤＭ方式の復調装置の構成を説明する(特許文献1、他)。

図７は、従来のＯＦＤＭ方式の復調装置の構成を示すブロック図である。アンテナ部１０００において受信された信号は、まず無線受信部１００１でＡ／Ｄ（Analog / Digital）変換が可能な周波数帯域まで周波数変換される。Ａ／Ｄ変換部１００２でデジタル信号に変換されたデータは同期部１００３においてＯＦＤＭのシンボル同期が取られ、ＧＩ（Guard Interval）除去部１００４においてガードインターバルが除去される。
その後、フーリエ変換部１００５においてフーリエ変換が行われ、サブキャリア毎の信号に分離される。パイロット抽出部１００６では、フーリエ変換後の信号から、伝搬路推定用に挿入されたパイロット信号を抽出する（ここでは、スキャッタードパイロット方式を想定する）。抽出された受信パイロット信号は、除算部１００７においてパイロット発生部１００８で発生された既知のパイロット信号との除算が行われる。この除算部１００７における除算により周波数領域におけるパイロット信号の伝搬路変動を伝播係数の振幅値および位相値として求めることができる。

次に、ゼロ挿入部１００９においてパイロット信号以外のサンプルに０を挿入した後、逆フーリエ変換部１０１０において逆フーリエ変換が行われ、周波数領域における伝搬路変動が時間領域における伝搬路変動（インパルス応答）に変換される。低サンプル除去部１０１１では、このインパルス応答において、大きさがある閾値以下となるサンプルを０に置き換える処理が行われ、次いで時間窓部１０１２において所定の時間（サンプル数）を超えるサンプルが０に置き換えられる。この処理はインパルス応答に変換されたパイロット信号とパイロット信号の遅延波以外の信号を取り除くためで、大きさがある閾値以下の信号を雑音として扱い、かつ所定の時間を越える信号も雑音として扱って削除するものである。
そして、フーリエ変換部１０１３では時間窓部１０１２の出力に対してフーリエ変換が行われ、パイロット信号以外のサンプルも値を有する周波数領域の伝搬路変動が得られ、伝搬路補償部１０１４においてフーリエ変換部１０１３の出力を利用した伝搬路補償が行われる。このようにして伝搬路補償されたデータは、誤り訂正復号部１０１５において復号され、データが得られる。

この図７に示す例では、低サンプル除去部１０１１及び時間窓部１０１２により雑音成分や干渉成分を除去し、高精度な伝搬路推定値を得ることを目的としている。
しかし、この例に示される構成では、逆フーリエ変換部１０１０の入力帯域幅（入力サンプル数）に対してゼロ挿入部１００９の出力帯域幅（出力サンプル数）が狭い（少ない）ことにより、逆フーリエ変換部１０１０の出力は、サイドローブ成分を有するインパルス応答になる。
また、受信機に到来する信号の受信タイミングが時間サンプルタイミングと一致しない場合にもまた、逆フーリエ変換部１０１０の出力はサイドローブ成分を有するインパルス応答になる。すなわち、インパルス応答が単純に減衰せず、いくつかの周波数軸上に副次的なピークを有する応答になる。

このようなサイドローブ成分を有するインパルス応答が、低サンプル除去部１０１１や時間窓部１０１２に入力されると、サイドローブ成分が除去されることとなり、その結果、フーリエ変換部１０１３の出力として得られる周波数領域における伝搬路変動に歪みが生じてしまう。このような伝搬路変動の歪みは、帯域内の全サブキャリアのうち高い周波数領域に位置するサブキャリアにおいて特に顕著に現れ、それらのサブキャリアにおける伝搬路推定精度を劣化させる原因となる。

この問題に対する解決策としては特許文献２に記載されている技術が知られている。この点を以下に説明する。
図８は、伝搬路推定部１１１２（図７の伝搬路推定部１０１６の変形）の構成を示すブロック図である。この伝搬路推定部１１１２は、パイロット抽出部１１０１、除算部１１０２、パイロット発生部１１０３、ゼロ挿入部１１０４、周波数窓乗算部１１０５、逆フーリエ変換部１１０６、低サンプル除去部１１０７、時間窓部１１０８、フーリエ変換部１１０９、周波数窓除算部１１１０を有する。

図８に示す伝搬路推定部１１１２は、図７に示す伝搬路推定部１０１６に周波数窓乗算部１１０５及び周波数窓除算部１１１０を追加した構成となっている。その他のパイロット抽出部１１０１、除算部１１０２、パイロット発生部１１０３、ゼロ挿入部１１０４、逆フーリエ変換部１１０６、低サンプル除去部１１０７、時間窓部１１０８、フーリエ変換部１１０９の機能は、図７の伝搬路推定部１０１６のパイロット抽出部１００６、除算部１００７、パイロット発生部１００８、ゼロ挿入部１００９、逆フーリエ変換部１０１０、低サンプル除去部１０１１、時間窓部１０１２、フーリエ変換部１０１３と同じであるので、それらの説明を省略する。

図８では、周波数窓関数乗算部１１０５において窓関数を乗算（この窓関数には、サイドローブを抑圧する効果を有する種類の関数、例えばハミング関数等を用いる）することにより、逆フーリエ変換部１１０６から出力されるインパルス応答のサイドローブ成分の抑圧を可能とし、その結果、フーリエ変換部１１０９から出力される周波数領域における伝搬路変動の歪みを軽減している。
特許第３０４４８９９号明細書 特開２００５−１３０４８５号公報

しかし、図８に示す伝搬路推定部の構成では、図７に示す構成に周波数窓乗算部１１０５及び周波数窓除算部１１１０が追加されており、回路規模が増大するという問題がある。すなわち、回路の半導体集積化に際して集積度が増大したり、電力消費の増大を招くという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路規模の増大を抑えつつ、帯域内の全サブキャリアのうち高い周波数領域に位置するサブキャリアにおいて顕著に現れる伝搬路推定精度の劣化を軽減することができるマルチキャリア無線通信システム、送信機及び受信機並びにマルチキャリア無線通信方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、無線送信機と無線受信機とからなるマルチキャリア無線通信システムであって、前記無線送信機は、前記無線受信機との間の伝播路の周波数応答を測定するための伝播路推定用シンボルの送信時に、データの送信時に使用するデータ用キャリアに、ダミーキャリアを付加して前記無線受信機に送信するダミーキャリア付加手段を有し、前記無線受信機は、前記無線送信機から受信した伝播路推定用シンボルを基に前記無線送信機との間の伝播路の周波数応答を求める伝播路推定手段と、前記伝播路推定手段により求めた周波数応答から前記ダミーキャリアに該当する部分の周波数応答と前記データ用キャリアに該当する部分の周波数応答とを分離するダミーキャリア分離手段と、前記ダミーキャリア分離手段が分離したデータ用キャリアに該当する部分の周波数応答を利用してデータの復調を行うデータ復調手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、前記ダミーキャリア付加手段は、前記データ用キャリアの周波数帯域の両外側の周波数帯域に、同一の周波数間隔で前記ダミーキャリアを付加することを特徴とする。

また、本発明は、前記ダミーキャリア付加手段は、前記データ用キャリアの周波数帯域の両外側の周波数帯域に、前記ダミーキャリアを同数ずつ付加することを特徴とする。

また、本発明は、前記ダミーキャリア付加手段は、ダミーキャリア付加前よりも伝播路推定用シンボルのピーク対平均電力比が低くなるように前記ダミーキャリアを付加することを特徴とする。

また、本発明は、無線受信機との間の伝播路の周波数応答を測定するための伝播路推定用シンボルの送信時に、データの送信時に使用するデータ用キャリアに、ダミーキャリアを付加して無線受信機に送信するダミーキャリア付加手段を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記無線送信機から受信した伝播路推定用シンボルを基に前記無線送信機との間の伝播路の周波数応答を求める伝播路推定手段と、前記伝播路推定手段により求めた周波数応答から前記ダミーキャリアに該当する部分の周波数応答と前記データ用キャリアに該当する部分の周波数応答とを分離するダミーキャリア分離手段と、前記ダミーキャリア分離手段が分離したデータ用キャリアに該当する部分の周波数応答を利用してデータの復調を行うデータ復調手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、無線送信機と無線受信機との間で通信を行うためのマルチキャリア無線通信方法であって、前記無線受信機との間の伝播路の周波数応答を測定するための伝播路推定用シンボルの送信時に、データの送信時に使用するデータ用キャリアに、ダミーキャリアを付加して無線送信機から前記無線受信機に送信する第１のステップと、前記無線送信機から受信した伝播路推定用シンボルを基に前記無線送信機との間の伝播路の周波数応答を前記無線受信機により求める第２のステップと、前記第２のステップで求めた周波数応答から前記ダミーキャリアに該当する部分の周波数応答と前記データ用キャリアに該当する部分の周波数応答とを前記無線受信機により分離する第３のステップと、前記第３のステップで分離したデータ用キャリアに該当する部分の周波数応答を利用して前記無線受信機によりデータの復調を行う第４のステップとを有することを特徴とする。

本発明では、無線送信機のダミーキャリア付加手段により、無線受信機との間の伝播路の周波数応答を測定するための伝播路推定用シンボルの送信時に、データの送信時に使用するデータ用キャリアに、ダミーキャリアを付加して無線受信機に送信するようにした。また、無線受信機の伝搬路推定手段により、無線送信機から受信した伝播路推定用シンボルを基に無線送信機との間の伝播路の周波数応答を求め、ダミーキャリア分離手段により、ダミーキャリアに該当する部分の周波数応答とデータ用キャリアに該当する部分の周波数応答とを分離し、データ復調手段により、データ用キャリアに該当する部分の周波数応答を利用してデータの復調を行うようにした。
これにより、伝播路の周波数応答を測定するための伝播路推定用シンボルの送信時に、無線送信機から送信するデータ用キャリアに対して、歪が発生する領域にダミーキャリア付加手段によりダミーキャリアを付加して無線送信機から送信することによって、伝搬路推定手段により伝播路推定用シンボルを利用して伝搬路を推定することができるとともに、ダミーキャリアに歪を発生させることにより、データ用キャリアには歪を発生させないようにすることができる。よって、伝搬路の推定精度が劣化するのを防ぐことができるとともに、ダミーキャリア分離手段によりダミーキャリアとデータ用キャリアとを分離することにより、歪が発生していないデータ用キャリアを受信することができる。また、周波数窓乗算する回路や、周波数窓除算する回路を設ける必要がないので、回路規模が増大するのを防ぐことができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態によるマルチキャリア無線通信方法は、時間窓法により伝播路推定時に発生する帯域端の歪を軽減して、伝搬路推定精度の劣化を軽減するものである。時間窓法は上述の従来例に示したとおり、パイロット信号を受信した後に周波数領域に変換し、送信時に使用した符号の複素共役を乗じた後に（送信時に使用した符号の複素共役を乗じることは、送信時に使用した符号で除算することと実質的に等価である）時間領域に変換することでパイロット信号をインパルス信号に変換し、時間窓を使用することでインパルス信号以外の雑音成分を削除し、その後周波数領域に変換することで伝播路情報を得る方法である。

時間軸信号と周波数軸信号の変換にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform：離散フーリエ変換）／ＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transform：逆離散フーリエ変換）を使用する場合、ＤＦＴ／ＩＤＦＴの処理ポイント全てにパイロット信号のキャリアがセットされる場合は時間軸信号に変換した後の信号が1本のインパルスとなるが、ＤＦＴ／ＩＤＦＴの処理ポイント全てにパイロット信号のキャリアがセットされない場合（非ナイキストサンプリング状態）では時間窓処理を行ったときにパイロット信号の両帯域端に歪が発生する問題がある。なお、実際の回路では演算速度・回路規模の観点から時間軸信号と周波数軸信号の変換には処理ポイントが２を基数とした数であるＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）／ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）が使用される事が多い。

図１は、ＯＦＤＭ受信信号に歪が発生する原理を説明するための図である。
図１（ａ）はマルチパスの無い理想状態で受信したパイロット信号の周波数軸信号に送信時に使用した符号の複素共役を乗じた信号を示したものであり、図１（ｂ）は時間窓を周波数軸に変換したものである。図１（ａ）に示した通り、パイロット信号はＤＦＴ／ＩＤＦＴ処理ポイント全てに配置されていないため有限の帯域を持つように表現される。
時間窓処理は複素共役を乗じたパイロット信号を時間軸に変換した信号に対し時間軸上で時間窓の波形を乗じる処理であるが、この処理を周波数軸上で表すと複素共役を乗じたパイロット信号の周波数信号に対し時間窓の周波数信号を畳み込む処理となる。図１（ａ）の波形と図１（ｂ）の波形を畳み込んだ波形が図１（ｃ）に示す波形となる。

図１（ｃ）に示したようにパイロット信号の帯域が有限の場合、時間窓処理を行うと出力される信号の帯域端が歪む。この歪は元のパイロット信号には無い成分であるので、伝播路推定結果も歪んでしまうこととなる。
本実施形態によるマルチキャリア無線通信方法はこの点に着目し、送信時にパイロット信号にダミーキャリアを追加することでパイロット信号の帯域を増やし、受信時に時間窓法による雑音除去処理を行った際に発生する歪をダミーキャリアの位置に集中させ、そのダミーキャリアを除去することでデータ伝送に使用する帯域の伝播路推定結果に歪が加わることを抑制するものである。

図２は、本実施形態によるマルチキャリア無線送信機の構成を示すブロック図である。このマルチキャリア無線送信機は、誤り訂正符号部２０１、Ｓ／Ｐ（Serial / Parallel ）変換部２０２、マッピング部２０３、ＩＦＦＴ部２０４、Ｐ／Ｓ（Parallel / Serial）変換部２０５、スイッチ部２０６、パイロット信号生成部２０７、ＧＩ挿入部２０８、Ｄ／Ａ変換部２０９、無線部２１０、アンテナ部２１１を有する。
誤り訂正符号部２０１は、通信データに対して誤り訂正符号のエンコード処理を行う。Ｓ／Ｐ変換部２０２は、誤り訂正符号化後の信号をシリアル−パラレル変換する。マッピング部２０３は、どのキャリアにどのビットを割り当てるかを決める。ＩＦＦＴ部２０４は、マッピング後のデータを逆高速フーリエ変換して時間軸信号に変化させる。

Ｐ／Ｓ変換部２０５は、逆高速フーリエ変換の処理後の信号をパラレル−シリアル変換して時系列に並べなおす。スイッチ部２０６は、パイロット信号とデータを変調した信号を切り替える。パイロット信号生成部２０７は、パイロット信号を発生するブロックである。詳細については、図３を参照して後述する。
ＧＩ挿入部２０８は、ＯＦＤＭシンボルにガードインターバルを付加する。Ｄ／Ａ変換部２０９は、デジタル信号をアナログに変換する。無線部２１０は、ベースバンド信号を実際に使用する周波数に変換し、アンテナから送信するために所定の出力まで増幅する。
アンテナ部２１１は、送信アンテナを含むアンテナ部である。

データを送信するときは、まずスイッチ部２０６がパイロット信号生成部２０７側に切り替え１ＯＦＤＭシンボル分のパイロット信号をＧＩ挿入部２０８に送る。次にスイッチ部２０６をＯＦＤＭ信号側に切り替え、誤り訂正符号部２０１からＰ／Ｓ変換部２０５までの経路を利用して通信データに従って生成されたＯＦＤＭシンボルをＧＩ挿入部に送る。ＧＩ挿入部２０８は送られてくる信号にＧＩを付け足してＤ／Ａ変換部２０９へ送り、以後、無線部２１０、アンテナ部２１１を経て、パイロット信号生成部で作られたパイロット信号が付加したＯＦＤＭ信号が送信される。

図３は、本実施形態によるマルチキャリア無線送信機のパイロット信号生成部２０７（図２）の構成図である。図３において、パイロット信号生成部２０７は、Ｓ／Ｐ変換３０１、乗算部３０３、ＩＦＦＴ部３０４、Ｐ／Ｓ変換部３０５を有する。
Ｓ／Ｐ変換３０１は、入力信号を各サブキャリア毎に処理するために並列化する。乗算部３０３は、各サブキャリアのデータを拡散する。ＩＦＦＴ部３０４は、各サブキャリアのデータを読み込んで時間軸波形に変換する逆高速フーリエ変換処理を行う。Ｐ／Ｓ変換部３０５は、逆高速フーリエ変換の処理後のパラレル信号をシリアルに変換する。

Ｓ／Ｐ変換部３０１でパイロット信号に使用するサブキャリア数分のデータを用意する。Ｓ／Ｐ変換器３０１には１＋ｊ０の信号が常に入力される。この１＋ｊ０は実数部の大きさが１、虚数部の大きさが０の信号を意味する。そのため全てのサブキャリアに対し１＋ｊ０が供給される。パイロット信号で使用するサブキャリア数はデータ伝送で使用するサブキャリア数Nに付加するダミーキャリアの数を足した数になる。
本実施形態では帯域の両側に２本ずつダミーキャリアを付加するものとする。続いて乗算部３０３で乱数ρを利用して各キャリアのデータの拡散を行う。この乗算部３０３は使用するサブキャリアの数と同数の複素乗算器から構成され、各サブキャリアの信号に対し乱数ρに従った値を乗じることができる。原理上、この乱数ρはどのようなものでも構わないが、ここでは長さNの乱数とする。ダミーキャリアに対して使用する乱数は、図３に示すようにρを巡回させた値を使用するものとする。

この乗算部３０３の出力をＩＦＦＴ部３０４に入力する。ＩＦＦＴ部３０４はダミーキャリアを含めたキャリア数Ｎ＋４より大きい最小の２のべき乗の処理ポイント数Ｍを使用する。キャリアのデータ入力がないＭ−（Ｎ＋４）ポイントには０データをセットする。０ポイント目を中心に正負両側のポイントに均等に並ぶようにデータをセットして逆高速フーリエ変換の処理を行うと、図４に示すスペクトルのパイロット信号を生成する事ができる。図４の領域ａはデータ伝送時に使用するキャリアを示し、領域ｂは配置したダミーキャリアを示す。領域ａと領域ｂとの間は未使用キャリアの領域である。ただし、この領域は全てダミーキャリアを割り当ててもよく、その場合は領域ｂで埋め尽くされる。なお、ＩＦＦＴ部２０４に入力する信号は必ずしも０ポイント目を中心に均等に配置する必要は無いが、ベースバンド信号の帯域が偏らないほうがフィルタなどの他の設計が容易になるため本実施形態では対称に配置するものとする。

このようなスペクトルのパイロット信号を送信し、後述する図５に示す構成のマルチキャリア無線受信機と共に使用することで、受信側で歪を軽減する事が出来る。
なお、本実施形態ではダミーキャリアに乗ずる乱数は元の乱数ρを巡回させて使用したが、どのような乱数を使用しても良い。そのため、この乱数を調整してパイロット信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ：Peak to Average Power Ratio）を低下させることも可能である。
一例としてデータ伝送に使用するサブキャリア数２４、ダミーキャリアの数４、高速フーリエ変換のポイント数３２の場合で説明する。乱数ρとして［１，−１，１，−１，−１，−１，−１，１，１，−１，１，−１，−１，−１，−１，−１，１，−１，１，１，１，１，−１，−１］という系列を使用する。ρを巡回させて生成したダミーキャリアを含むデータを使用し、ＩＦＦＴ部３０４に対し［−１，−１，−１，−１，１，−１，１，１，１，１，−１，−１，１，−１，０，０，０，０，−１，−１，１，−１，１，−１，−１，−１，−１，１，１，−１，１，−１］という値をセットして生成したパイロット信号のＰＡＰＲは４．７１７３となり、ダミーキャリアの値を調整し、［−１，−１，−１，−１，１，−１，１，１，１，１，−１，−１，１，−１，０，０，０，０，−１，−１，１，−１，１，−１，−１，−１，−１，１，１，−１，１，−１］を使用して生成したパイロット信号のＰＡＰＲは４．６６０９となり、ダミーキャリアの値を調整することでＰＡＰＲを低下させる事が可能となる。
なお、ＩＦＦＴ部３０４へのデータのセット順はサブキャリア１７番から順に未使用キャリア２本（０がセットされる）、ダミーキャリア２本、乱数ρの1番目から１２番目をセット、サブキャリア1番に戻って乱数ρの１３番目から２４番目、ダミーキャリア２本、未使用キャリア２本となっている。

図５は、本実施形態によるマルチキャリア無線受信機の構成を示すブロック図である。このマルチキャリア無線受信機は、アンテナ部４０１、無線受信部４０２、Ａ／Ｄ変換部４０３、同期部４０４、ＧＩ除去部４０５、Ｓ／Ｐ変換部４０６、ＦＦＴ部４０７、符号乗算部４０８、符号選択部４０９、ＩＦＦＴ部４１０、時間窓部４１１、ＦＦＴ部４１２、伝搬路推定部４１３、データ復調部４１４、ダミーキャリア削除部４１５を有する。

アンテナ部４０１は、受信した電波を電気信号に変換する。無線受信部４０２は、受信したＲＦ（Radio Frequency）信号をベースバンド信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部４０３は、アナログのベースバンド信号をデジタルに変換する。
同期部４０４は、ベースバンド信号中のパイロット信号を利用してＯＦＤＭシンボル同期を行う。ＧＩ除去部４０５は、受信した信号からカードインターバルを除去する。Ｓ／Ｐ変換部４０６は、入力される信号に対してシリアル−パラレル変換を行う。
ＦＦＴ部４０７は、時間軸信号を周波数軸信号に変化させる。符号乗算部４０８は、各キャリアの信号に符号選択部４０９から出力された符号を乗じる逆拡散処理を行う。符号選択部４０９は、マルチキャリア無線送信機側で使用した符号の複素共役を発生させる。

ＩＦＦＴ部４１０は、周波数軸上の信号を時間軸上の信号に変換する。時間窓部４１１は、時間軸上に窓を掛けて不要な信号を除去する。ＦＦＴ部４１２は、時間窓処理を行った信号を再び周波数軸上の信号に変化するための高速フーリエ変換の処理を行う。
伝搬路推定部４１３は、ダミーキャリア削除部４１５の出力を利用して伝播路を推定する。データ復調部４１４は、ＦＦＴ部４０７の出力と、伝播路推定部４１２の出力から受信データの復調を行う。ダミーキャリア削除部４１５は、ＦＦＴ部４１２の出力からダミーキャリアを削除する。

次に、図５の全体の説明を行う。アンテナ部４０１より受信された信号は無線受信部４０２でベースバンドに変換され、Ａ／Ｄ変換部４０３でデジタル信号に変換される。同期部４０４ではガードインターバルを除去するためにＯＦＤＭシンボル毎の同期を行う。方法はどのようなものも良く、同期が出来れば結果には影響しない。一例として相関器を使用して既知のパイロット信号と受信信号の相互相関を調べ、相関の最も大きいところを基準にする方法などが考えられる。

次にＧＩ除去部４０５でガードインターバルを除去する。ガードインターバル除去後の信号を高速フーリエ変換できるようにＳ／Ｐ変換部４０６で並列化する。この信号をＦＦＴ部４０７で周波数軸上の信号に変換し、各サブキャリア毎に分解する。ここまではパイロット信号もデータ信号についても同じように処理される。
パイロット信号はサブキャリア毎の信号に分解された後、符号乗算部４０８に送られる。符号乗算部４０８では各サブキャリアの信号に対し符号選択部４０９で生成された送信時に使用した符号の複素共役を乗じる逆拡散処理を行う。逆拡散後の結果はダミーキャリア、ノイズを含んだ周波数応答となる。以降の処理でノイズを低減する処理を行う。

ＩＦＦＴ部４１０で逆高速フーリエ変換の処理を行い、時間軸信号に変換する。変換後の信号はダミーキャリア、ノイズを含んだインパルス応答となる。このインパルス応答に対し時間窓部４１１で時間窓を掛け、インパルス信号以外の信号を削除する。時間窓はどのような窓幅でも適用可能であるが、本実施形態ではｔ＝０を中心に殆どの遅延波が収まるとされるＧＩ長と同じ時間だけ信号を通過し、残りの時間は信号を０にする窓幅を設定する。ノイズ削除後の信号をＦＦＴ４１２で再び周波数軸上の信号に変換する。この状態はノイズが削減され、時間窓の影響でダミーキャリア付近に歪が発生している周波数応答となる。そこでダミーキャリア削除部４１５で伝播路推定部４１３に送る前にダミーキャリアを削除する。伝播路推定部４１３に送られる信号は時間窓によりノイズが削減され、時間窓で発生する歪も削減されたものとなる。

図６は、本実施形態によるマルチキャリア無線受信機で処理される信号の波形を示す図である。図６（ａ）は受信したベースバンド信号である。また、図６（ｂ）は同期部４０４（図５）でシンボル同期を行い、ＧＩ除去部４０５でガードインターバル除去したパイロット信号に対しＦＦＴ部４０７で周波数軸上の信号に変換され、符号乗算部４０８で逆拡散を行った後の信号である。また、図６（ｃ）は、ＩＦＦＴ部４１０で時間軸上の信号に変換した後の信号と適用する時間窓処理の概要である。逆高速フーリエ変換の処理の結果、遅延波を含むパイロット信号はｔ＝０を中心としたインパルス状の信号に変換されるのに対し、雑音成分は全ての時間に広がるため、時間窓によって雑音成分を削除する事が可能となる。

図６（ｄ）は、時間窓処理後に高速フーリエ変換を行った後の信号を表す。この信号は歪成分を伴ったダミーキャリアを含んでいる。また、図６（ｅ）は、ダミーキャリアを削除し、最終的に伝播路推定部４１３に入力される信号である。伝播路推定部４１３に入力される信号は時間窓部４１１で雑音成分を低減し、時間窓処理によって発生する帯域端の歪もダミーキャリアを削除することで低減されたものとなる。
伝播路推定部４１３では入力された伝播路情報に基づいて各サブキャリア毎の補正量を計算し、補正データをデータ復調部４１４に送る。パイロット信号に引き続いて送られてくるデータ部もＦＦＴ４０７まで同様に処理される。その後、データ復調部４１４に入力され、伝播路推定部４１３からの補正データを利用して復調・エラー訂正が行われる。
以上のように動作することで、伝播路推定時に時間窓処理で発生する歪を削減し、以後のデータ伝送の際の伝播路補正を正しく行う事が可能となる。

なお、以上説明した実施形態において、図２の誤り訂正符号部２０１、Ｓ／Ｐ（変換部２０２、マッピング部２０３、ＩＦＦＴ部２０４、Ｐ／Ｓ変換部２０５、スイッチ部２０６、パイロット信号生成部２０７、ＧＩ挿入部２０８、Ｄ／Ａ変換部２０９、無線部２１０、図３のＳ／Ｐ変換３０１、乗算部３０３、ＩＦＦＴ部３０４、Ｐ／Ｓ変換部３０５、図５の無線受信部４０２、Ａ／Ｄ変換部４０３、同期部４０４、ＧＩ除去部４０５、Ｓ／Ｐ変換部４０６、ＦＦＴ部４０７、符号乗算部４０８、符号選択部４０９、ＩＦＦＴ部４１０、時間窓部４１１、ＦＦＴ部４１２、伝搬路推定部４１３、データ復調部４１４、ダミーキャリア削除部４１５の機能又はこれらの一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりマルチキャリア無線送信機及びマルチキャリア無線受信機の制御を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時刻の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時刻プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計及び一般のマルチキャリア方式への拡張等も含まれる。

ＯＦＤＭ受信信号に歪が発生する原理を説明するための図である。 本発明の実施形態によるマルチキャリア無線送信機の構成を示すブロック図である。 本実施形態によるマルチキャリア無線送信機のパイロット信号生成部２０７の構成図である。 本実施形態のマルチキャリア無線送信機により生成されるパイロット信号の一例を示す図である。 本実施形態によるマルチキャリア無線受信機の構成を示すブロック図である。 本実施形態によるマルチキャリア無線受信機で処理される信号の波形を示す図である。 従来のマルチキャリア方式の復調装置の構成を示すブロック図である。 従来のＯＦＤＭ方式の復調装置における伝搬路推定部の別の構成を示すブロック図である。

符号の説明

３０１・・・Ｓ／Ｐ変換、３０３・・・乗算部、３０４・・・ＩＦＦＴ部、３０５・・・Ｐ／Ｓ変換部、２０１・・・誤り訂正符号部、２０２・・・Ｓ／Ｐ変換部、２０３・・・マッピング部、２０４・・・ＩＦＦＴ部、２０５・・・Ｐ／Ｓ変換部、２０６・・・スイッチ部（請求項におけるダミーキャリア付加手段）、２０７・・・パイロット信号生成部、２０８・・・ＧＩ挿入部、２０９・・・Ｄ／Ａ変換部、２１０・・・無線部、２１１・・・アンテナ部、４０１・・・アンテナ部、４０２・・・無線受信部、４０３・・・Ａ／Ｄ変換部、４０４・・・同期部、４０５・・・ＧＩ除去部、４０６・・・Ｓ／Ｐ変換部、４０７・・・ＦＦＴ部（請求項におけるダミーキャリア分離手段）、４０８・・・符号乗算部、４０９・・・符号選択部、４１０・・・ＩＦＦＴ部、４１１・・・時間窓部、４１２・・・ＦＦＴ部、４１３・・・伝搬路推定部（請求項における伝播路推定手段）、４１４・・・データ復調部（請求項におけるデータ復調手段）、４１５・・・ダミーキャリア削除部、１０００・・・アンテナ部、１００１・・・無線受信部、１００２・・・Ａ／Ｄ変換部、１００３・・・同期部、１００４・・・ＧＩ除去部、１００５・・・フーリエ変換部、１００６・・・パイロット抽出部、１００７・・・除算部、１００８・・・パイロット発生部、１００９・・・ゼロ挿入部、１０１０・・・逆フーリエ変換部、１０１１・・・低サンプル除去部、１０１２・・・時間窓部、１０１３・・・フーリエ変換部、１０１４・・・伝搬路補償部、１０１５・・・誤り訂正復号部、１１００・・・フーリエ変換部、１１０１・・・パイロット抽出部、１１０２・・・除算部、１１０３・・・パイロット発生部、１１０４・・・ゼロ挿入部、１１０５・・・周波数窓乗算部、１１０６・・・逆フーリエ変換部、１１０７・・・低サンプル除去部、１１０８・・・時間窓部、１１０９・・・フーリエ変換部、１１１０・・・周波数窓除算部、１１１１・・・伝搬路補償部

Claims (8)

1. 無線送信機と無線受信機とからなるマルチキャリア無線通信システムであって、
   前記無線送信機は、
   前記無線受信機との間の伝播路の周波数応答を測定するための伝播路推定用シンボルの送信時に、データの送信時に使用するデータ用キャリアの周波数帯域の両外側の周波数帯域に、ダミーキャリアを付加して前記無線受信機に送信するダミーキャリア付加手段を有し、
   前記無線受信機は、
   前記無線送信機から受信した伝播路推定用シンボルを基に前記無線送信機との間の伝播路の周波数応答を求める伝播路推定手段と、
   前記伝播路推定手段により求めた周波数応答から前記ダミーキャリアに該当する部分の周波数応答と前記データ用キャリアに該当する部分の周波数応答とを分離するダミーキャリア分離手段と、
   前記ダミーキャリア分離手段が分離したデータ用キャリアに該当する部分の周波数応答を利用してデータの復調を行うデータ復調手段とを有する
   ことを特徴とするマルチキャリア無線通信システム。
2. 前記ダミーキャリア付加手段は、
   前記データ用キャリアの周波数帯域の両外側の周波数帯域に、同一の周波数間隔で前記ダミーキャリアを付加することを特徴とする請求項１に記載のマルチキャリア無線通信システム。
3. 前記ダミーキャリア付加手段は、
   前記データ用キャリアの周波数帯域の両外側の周波数帯域に、前記ダミーキャリアを同数ずつ付加することを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチキャリア無線通信システム。
4. 前記ダミーキャリア付加手段は、
   ダミーキャリア付加前よりも伝播路推定用シンボルのピーク対平均電力比が低くなるように前記ダミーキャリアを付加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のマルチキャリア無線通信システム。
5. 前記ダミーキャリア付加手段は、
   前記データ用キャリアの周波数帯域の両外側の周波数帯域に、前記ダミーキャリアが均等とはならないように付加することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のマルチキャリア無線通信システム。
6. 無線受信機との間の伝播路の周波数応答を測定するための伝播路推定用シンボルの送信時に、データの送信時に使用するデータ用キャリアの周波数帯域の両外側の周波数帯域に、ダミーキャリアを付加して無線受信機に送信するダミーキャリア付加手段を有する
   ことを特徴とするマルチキャリア無線送信機。
7. 無線送信機から受信した伝播路推定用シンボルを基に前記無線送信機との間の伝播路の周波数応答を求める伝播路推定手段と、
   前記伝播路推定手段により求めた周波数応答から、データの送信時に使用されるデータ用キャリアの周波数帯域の両外側の周波数帯域に付加されたダミーキャリアに該当する部分の周波数応答と前記データ用キャリアに該当する部分の周波数応答とを分離するダミーキャリア分離手段と、
   前記ダミーキャリア分離手段が分離したデータ用キャリアに該当する部分の周波数応答を利用してデータの復調を行うデータ復調手段と、
   を有することを特徴とするマルチキャリア無線受信機。
8. 無線送信機と無線受信機との間で通信を行うためのマルチキャリア無線通信方法であって、
   前記無線受信機との間の伝播路の周波数応答を測定するための伝播路推定用シンボルの送信時に、データの送信時に使用するデータ用キャリアの周波数帯域の両外側の周波数帯域に、ダミーキャリアを付加して無線送信機から前記無線受信機に送信する第１のステップと、
   前記無線送信機から受信した伝播路推定用シンボルを基に前記無線送信機との間の伝播路の周波数応答を前記無線受信機により求める第２のステップと、
   前記第２のステップで求めた周波数応答から、データの送信時に使用されるデータ用キャリアの周波数帯域の両外側の周波数帯域に付加された前記ダミーキャリアに該当する部分の周波数応答と前記データ用キャリアに該当する部分の周波数応答とを前記無線受信機により分離する第３のステップと、
   前記第３のステップで分離したデータ用キャリアに該当する部分の周波数応答を利用して前記無線受信機によりデータの復調を行う第４のステップと、
   を有することを特徴とするマルチキャリア無線通信方法。

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