JP4833024B2 - 通信システム、通信装置及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム、通信装置及び通信方法に関する。

ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割）は、データを変調する搬送波を、互いに直交した複数の「サブキャリア」（細分化された搬送波）に分割し、データ信号をそれぞれのサブキャリアに分散させて送信する方式である。

ＯＦＤＭ変調ではシンボル間干渉（ＩＳＩ）抑圧のため、通常ガードインターバル（ＧＩ）を追加して送信を行う。受信側では、ガードインターバルとガードインターバル元の複素共役で相関演算し、ピーク検出を行うことでシンボル同期を行っている。

例えば、特許文献１によれば、図９に示すように、ガードインターバルは、信号がマルチパス妨害を受けて遅延時間が発生した場合においても、復号誤りの大きな原因となるシンボル間干渉を生じないために付加される信号であり、ガードインターバルは、送信データに対応する有効シンボル期間のデータの一端の一部の波形を繰返すことにより付加される。

これにより、隣接シンボル（図では、（ａ）主波と（ｂ）マルチパス波）間に重なる区間が発生した場合でも、この区間がガードインターバル内であれば、復調される信号は同一の有効シンボルのデータが重なって得られるだけであるため、シンボル間干渉による復号誤りは発生しない。
特許第３４５１９４７号（第４頁段落００３５、図４）

ところが、ガードインターバルはシンボル時間毎に存在するにもかかわらず、上記の特許文献１に記載されているように、シンボル同期やシンボル間干渉対策に使われるだけであり、通信用のデータとしては完全なオーバヘッドになっている。すなわち、ガードインターバルそのものは通信用のデータとして使用されていない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、ＯＦＤＭ方式の通信システムにおいてシンボル同期やシンボル間干渉対策に使われるガードインターバルを通信用のデータとしても使用できる通信システム、通信装置及び通信方法を得ることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る通信システムは、ＯＦＤＭ方式で通信を行う通信システムにおいて、送信するデータに関して有効シンボル期間の後部データを当該有効シンボル期間の先頭に１８０°位相をずらしてガードインターバルとして付加するか、または、１８０°位相をずらさずに付加するガードインターバル付加部を含み、該ガードインターバルを含むデータを送信する送信部と、前記送信されたデータを受信し、前記ガードインターバルとガードインターバル元である前記有効シンボル期間の後部データとの複素共役で相関演算を実行し、この相関演算の結果である相関ベクトルに応じた成分のデータを抽出する相関演算部と、を備えることを特徴とする（請求項１）。

また、前記ガードインターバル付加部は、送信データが第１の値である場合は、有効シンボル期間の後部データを当該有効シンボル期間の先頭に１８０°位相をずらしてガードインターバルとして付加し、前記送信データが第２の値の場合は、有効シンボル期間の後部データを１８０°位相をずらさずに当該有効シンボル期間の先頭にガードインターバルとして付加し、前記相関演算部は、相関演算の結果である相関ベクトルの成分が虚数の場合は、前記第１の値を抽出し、前記相関ベクトルの成分が実数の場合は、前記第２の値を抽出することを特徴とする（請求項２）。

本発明に係る通信装置は、ＯＤＦＤＭ方式で通信を行う通信装置であって、送信するデータに関して有効シンボル期間の後部データを当該有効シンボル期間の先頭に１８０°位相をずらしてガードインターバルとして付加するか、または、１８０°位相をずらさずに付加するガードインターバル付加部を含み、該ガードインターバルを含む前記データを送信する送信部と、ガードインターバルが付加されたデータを受信し、前記ガードインターバルとガードインターバル元である前記有効シンボル期間の後部データとの複素共役で相関演算を実行し、この相関演算の結果である相関ベクトル成分に応じたデータを抽出する相関演算部とを備えることを特徴とする（請求項３）。

本発明に係る通信方法は、ＯＦＤＭ方式のデータ送信において、ガードインターバルとして付加する送信データの有効シンボル期間の後部データが第１の値であるか、あるいは、第２の値であるかを判断するステップと、判断された送信データが前記第１の値の場合は、前記ガードインターバルを１８０°位相をずらして付加するステップと、判断された送信データが前記第２の値の場合は、前記ガードインターバルを１８０°位相をずらさないで付加するステップと、前記ガードインターバルを含むデータを送信するステップと、前記送信されたデータを受信するステップと、前記ガードインターバルとガードインターバル元である前記有効シンボル期間の後部データとの複素共役で相関演算を実行するステップと、前記相関演算により得られた相関ベクトルの成分が虚数の場合は、データとして前記第１の値を抽出するステップと、前記相関ベクトルの成分が実数の場合は、データとして前記第２の値を抽出するステップと、を含むことを特徴とする（請求項４）。

本発明によれば、シンボル同期やシンボル間干渉対策に使われるガードインターバルを利用して、通信用のデータを送信することができる。これにより、例えば、従来はサブチャネルペイロードで送っていた情報をガードインターバルによって送信することができるので、その空いた分のサブチャネルペイロードのデータ量を増やすことができる。

以下、本発明に係るＯＦＤＭ方式で通信を行う通信システムの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る通信システムにおける通信装置のブロック図である。
図１に示すように、通信装置１は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部１１、ガードインターバル付加部１２、パラレル／シリアル変換部１３、Ｄ／Ａコンバータ１４、無線周波数（ＲＦ）信号に周波数変換するＲＦ部１５、を備える送信部１０と、無線周波数（ＲＦ）信号を周波数変換するＲＦ部２１、Ａ／Ｄコンバータ２２、シリアル／パラレル変換部２３、相関演算部２４、ガードインターバル除去部２５、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部２６、を備える受信部２０と、を備えている。

図１において、各サブキャリアに対してＱＰＳＫ等の変調が施されたデータは、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部１１によって、ＩＦＦＴ演算を施され、周波数領域の送信データから時間領域の送信データに変換され、互いに直交する関係にある複数のサブキャリアがそれぞれ独立に変調されたマルチキャリア変調信号が生成される。
そして、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部１１の出力は、ガードインターバル付加部１２に供給される。

ガードインターバル付加部１２は、後述の図４及び図５に示すようにして、伝送データの有効シンボル期間の後部データ（ＧＩ元）をガードインターバル（ＧＩ）として、有効シンボル期間の先頭に、ＧＩ元から転置せずにそのまま付加するか、あるいは、ＧＩ元から転置して付加する。

そして、ガードインターバル付加部１２で得られた信号は、パラレル／シリアル変換部１３でシリアルの送信データに変換され、Ｄ／Ａコンバータ１４によってアナログの送信信号に変換され、ＲＦ部１５によって無線周波数（ＲＦ）信号に周波数変換した後に伝搬路に出力する。

受信部２０は、伝搬路応答が付加された送信信号を受信し、ＲＦ部２１によって周波数変換され、Ａ／Ｄコンバータ２２によってデジタル信号に変換され、シリアル／パラレル変換部１３でパラレルの信号に変換される。また、このデジタル信号は、相関演算部２４に送られる。

図２は、相関演算部２４が実行する各処理機能部を示すブロック図である。
図２に示すように、相関演算部２４において、シンボル抜出部２４−１は前記デジタル信号から自己相関シンボルを抜き出し、自己相関部２４−２は抜き出したシンボルで自己相関を行う。そして、ピーク検波部２４−３はピーク検波を行い、シンボルタイミング抽出部２４−４はピーク検波された信号からシンボルタイミングを抽出する。ここで抽出されたシンボルタイミング信号は後述のガードインターバル除去部２５に送出される。

一方、ピーク検波部２４−３の出力は、ピーク成分を検出するピーク成分検出部２４−５にも供給される。そしてさらに、検出されたピーク成分は、ビット変換部２４−６により情報を持ったビットに変換され、情報抽出される。

また、ガードインターバル除去部２５は、シリアル／パラレル変換部１３で変換されたパラレル信号から、相関演算部２４のシンボルタイミング抽出部２４−４から供給されるシンボルタイミング信号に従って、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部２５で得られた信号は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部２６に供給される。
高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部２６は、入力される時間領域の受信データをＦＦＴ演算を施すことによって周波数領域の受信データに変換する。

次に、本実施の形態に係る通信装置の送信部におけるデータを含むガードインターバルを付加する動作を図３、図４及び図５を参照して説明する。
図３はデータを含むガードインターバルを付加する動作のフロー図であり、図４及び図５はガードインターバルを付加する動作を複素平面上の信号点配置で示した説明図である。なお、図４はＧＩをＧＩ元から転置せずにそのまま付加した場合、図５はＧＩをＧＩ元から転置して付加した場合を示す。

図３に示すように、ガードインターバル付加部１２は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部１１から送られたデータに対して、ガードインターバルに含むための送信データ（ＧＩ用送信データ）が第１の値（例えば“０”）であるか、あるいは、第２の値（例えば“１”）であるかを判断する（ステップＳ１）。ここで、判断された送信データが第１の値の場合は、ガードインターバル（ＧＩ）を転置して付加する（ステップＳ２）。
すなわち、図５において、左図に示される黒丸であるＧＩ元（伝送データの有効シンボル期間の後部データ）を右図のように転置して（１８０°位相をずらして）、シンボルの先頭に付加する。

また、判断された送信データが第２の値の場合は、ガードインターバル（ＧＩ）をそのままの状態（転置しない）で付加する（ステップＳ３）。
すなわち、図４において、左図に示される黒丸であるＧＩ元（伝送データの有効シンボル期間の後部データ）を右図のように転置せずにそのままの状態でシンボルの先頭に付加する。

このようにして、第１の値（例えば“０”）または第２の値（例えば“１”）の送信データを含むガードインターバル（ＧＩ）を付加して送信を実行する（ステップＳ４）。

このように、本実施の形態に係る通信システムにおいて、ＯＦＤＭ信号はシンボル間干渉を防ぐために、各シンボル毎にＧＩが付加されるが、ＧＩ元から転置せずにそのまま付加したものと、ＧＩ元から転置して付加したものとを配置して、ＧＩに“０”または“１”のデータを含ませて送信している。なお、第１の値を“１”、第２の値を“０”としても良い。

次に、本実施の形態に係る通信装置の受信部におけるガードインターバルからデータを抽出する動作を図６、図７を参照して説明する。
図６はガードインターバルからデータを抽出する動作のフロー図であり、図７はガードインターバルからデータを抽出する動作を複素平面上の信号点配置で示した説明図である。

図６に示すように、受信部２０はデータを受信する（ステップＳ１１）。
次に、受信部２０の相関演算部２４は、ガードインターバル（ＧＩ）とガードインターバル（ＧＩ）元の複素共役で相関演算を実行し相関ベクトルを求める（ステップＳ１２）、次に、複素共役で畳み込むことで現れる相関ベクトルの成分が虚数成分（Image）であるか、実数成分（Real）であるかを判断する（ステップＳ１３）。

ここで、判断された相関ベクトルの成分が“Image”（虚数）の場合は、ガードインターバル（ＧＩ）のデータ“０”（第１の値）を抽出する（ステップＳ１４）（図７に示す時間領域の右端のシンボル参照）。

また、判断された相関ベクトルの成分が“Real”（実数）の場合は、ガードインターバル（ＧＩ）のデータ“１”（第２の値）を抽出する（ステップＳ１５）（図７に示す時間領域の左端のシンボル参照）。

このようにして、ガードインターバル（ＧＩ）から“０”または“１”のデータを得ることができる。図７の例では、時間領域の左端から１シンボル毎に、“１”、“０”、“０”、“１”、“０”、の５ビットのデータを得ることができる。

図７のようにして送信するデータとしては、例えば、図８に示すＯＦＤＭ信号のサブチャネルペイロードに含まれるデータを送信することができる。
すなわち、従来サブチャネルペイロードで送っていた、ＡＣＫＣＨ、ＭＩ（変調クラス）、ＰＣ（パワーコントロール）等の情報をガードインターバルを利用して送信することができる。よって、本実施の形態の通信システムによれば、その空いた分のペイロードのデータ量を増やすことが出来る。

以上、詳述したように、本発明の実施の形態に係る通信システムは、送信データが第１の値（“０”）である場合は、伝送データの有効シンボル期間の後部データをガードインターバルとして有効シンボル期間の先頭に転置して付加し、送信データが第２の値（“１”）の場合は転置しないで付加するガードインターバル付加部１２と、ガードインターバルとガードインターバル元である有効シンボル期間の後部データとの複素共役で相関演算を実行し、この相関演算の結果である相関ベクトルの成分が虚数の場合は、第１の値（“０”）を抽出し、相関ベクトルの成分が実数の場合は、第２の値（“１”）を抽出する相関演算部２４と、を有することにより、シンボル同期やシンボル間干渉対策に使われるガードインターバルを利用して、通信用のデータを送信することができる。

本発明の実施の形態に係る通信システムにおける通信装置のブロック図である。 相関演算部が実行する各処理機能を示すフロー図である。 データを含むガードインターバルを付加する動作のフロー図である。 ＧＩをＧＩ元から転置せずにそのまま付加する場合における、ガードインターバルを付加する動作を複素平面上の信号点配置で示した説明図である。 ＧＩをＧＩ元から転置して付加する場合における、ガードインターバルを付加する動作を複素平面上の信号点配置で示した説明図である。 ガードインターバルからデータを抽出する動作のフロー図である。 ガードインターバルからデータを抽出する動作を複素平面上の信号点配置で示した説明図である。 ＯＦＤＭ信号のサブチャネルペイロードに含まれるデータを示す図である。 従来のガードインターバル付加方法における説明図である。

符号の説明

１ 通信装置
１０ 送信部
１２ ガードインターバル付加部
２０ 受信部
２４ 相関演算部
２４−１ シンボル抜出部
２４−２ 自己相関部
２４−３ ピーク検波部
２４−４ シンボルタイミング抽出部
２４−５ ピーク成分検出部
２４−６ ビット変換部

Claims (4)

1. ＯＦＤＭ方式で通信を行う通信システムにおいて、
   送信するデータに関して有効シンボル期間の後部データを当該有効シンボル期間の先頭に１８０°位相をずらしてガードインターバルとして付加するか、または、１８０°位相をずらさずに付加するガードインターバル付加部を含み、該ガードインターバルを含むデータを送信する送信部と、
   前記送信されたデータを受信し、前記ガードインターバルとガードインターバル元である前記有効シンボル期間の後部データとの複素共役で相関演算を実行し、この相関演算の結果である相関ベクトルに応じた成分のデータを抽出する相関演算部と、
   を備えることを特徴とする通信システム。
2. 前記ガードインターバル付加部は、送信データが第１の値である場合は、有効シンボル期間の後部データを当該有効シンボル期間の先頭に１８０°位相をずらしてガードインターバルとして付加し、前記送信データが第２の値の場合は、有効シンボル期間の後部データを１８０°位相をずらさずに当該有効シンボル期間の先頭にガードインターバルとして付加し、
   前記相関演算部は、相関演算の結果である相関ベクトルの成分が虚数の場合は、前記第１の値を抽出し、前記相関ベクトルの成分が実数の場合は、前記第２の値を抽出することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. ＯＤＦＤＭ方式で通信を行う通信装置であって、
   送信するデータに関して有効シンボル期間の後部データを当該有効シンボル期間の先頭に１８０°位相をずらしてガードインターバルとして付加するか、または、１８０°位相をずらさずに付加するガードインターバル付加部を含み、該ガードインターバルを含む前記データを送信する送信部と、
   ガードインターバルが付加されたデータを受信し、前記ガードインターバルとガードインターバル元である前記有効シンボル期間の後部データとの複素共役で相関演算を実行し、この相関演算の結果である相関ベクトル成分に応じたデータを抽出する相関演算部とを備えることを特徴とする通信装置。
4. ＯＦＤＭ方式のデータ送信において、
   ガードインターバルとして付加する送信データの有効シンボル期間の後部データが第１の値であるか、あるいは、第２の値であるかを判断するステップと、
   判断された送信データが前記第１の値の場合は、前記ガードインターバルを１８０°位相をずらして付加するステップと、
   判断された送信データが前記第２の値の場合は、前記ガードインターバルを１８０°位相をずらさないで付加するステップと、
   前記ガードインターバルを含むデータを送信するステップと、
   前記送信されたデータを受信するステップと、
   前記ガードインターバルとガードインターバル元である前記有効シンボル期間の後部データとの複素共役で相関演算を実行するステップと、
   前記相関演算により得られた相関ベクトルの成分が虚数の場合は、データとして前記第１の値を抽出するステップと、
   前記相関ベクトルの成分が実数の場合は、データとして前記第２の値を抽出するステップと、を含むことを特徴とする通信方法。

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