JP4838185B2 - マルチキャリア伝送方法、マルチキャリア変調信号送信装置、マルチキャリア変調信号受信装置、マルチキャリア変調信号送信方法、及びパイロット信号生成方法 - Google Patents
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OFDM/QAMの原理は、非特許文献1に記載されている。
OFDM/QAMは、シンボル毎に複数の搬送波に複素ベクトル変調を施して多重するマルチキャリア変調方式である。1つのシンボル期間は、ガード期間と有効シンボル期間とからなる。無線移動体通信においては、電波の反射によって様々に遅延して到来する複数の送信信号を多重受信するマルチパス伝搬が、しばしば問題となる。OFDM/QAMは、ガード期間を有することで、マルチパスによる複数の到来波の時間差を許容して複数の搬送波間の直交性を保てるため、シンボル間干渉及びキャリア間干渉を生じることなく送信信号を受信できる。地上波デジタルテレビジョン放送や無線LAN等の無線通信分野では、このようなOFDM/QAMのマルチパス伝搬に対する耐性が利用されている。
OFDM/OQAMの原理は、非特許文献2に記載されている。
OFDM/OQAMは、シンボル毎に複数の搬送波に振幅変調を施して多重するマルチキャリア変調方式である。OFDM/OQAMでは、互いに隣接するシンボル間又は互いに隣接する搬送波間で変調する位相をπ/2ラジアン異ならせており、シンボルの時間間隔Tsと搬送波の周波数間隔fsとはTs=1/(2fs)の関係がある。このように、OFDM/OQAMは、搬送波の周波数間隔fsを同じにしてOFDM/QAMと比較すると、約半分のシンボル時間間隔で交互に直交する位相軸に振幅変調を施すことに留意されたい。
特許文献1に開示されている従来のマルチキャリア変調では、三種類の伝送路特性の推定手法を記載している。特許文献1の第一手法では、オーバーラップシンボル数をKとしたとき、2K−1シンボル以上にわたって全サブキャリアを同一のパイロット信号で変調して得られる連続パイロット信号が用いられている。
図17A及びBは、特許文献1の第一手法におけるパイロット信号を表す概念図である。図17Aは、第一手法で用いるフレームフォーマットの一部を示す図である。図17Bは、パイロット信号のスペクトルとサブキャリアとの周波数関係を表す概略図である。図17Aにおいて、横軸はサブキャリアの周波数方向の配置を、縦軸はシンボルの時間方向の配置を表している。図17Aの網掛けで示したように、この第一手法では、連続パイロット信号は、全サブキャリアを同一のパイロット信号で2K−1シンボル以上にわたって変調して得られる。
図19は、第二手法で用いるフレームフォーマットの一部を示す図である。図19において、横軸はサブキャリアの周波数方向の配置を、縦軸はシンボルの時間方向の配置を表している。この第二手法では、全サブキャリアをパイロット信号で1シンボル以上かつ2K−1シンボル未満(図19では3シンボル)にわたって変調して得られる、短連続パイロット信号が用いられる。
この第三手法では、全サブキャリアをパイロット信号で2シンボル以上かつ2K−1シンボル未満にわたって変調して得られる、短連続パイロット信号が用いられる。そして、同一サブキャリアにおける時間方向に連続する2つのパイロット信号の復調ベクトルが、ほぼ同じ伝送路歪みを受けていることを利用し、同一パイロットキャリアにおける時間方向に連続する2つのパイロット信号の復調ベクトルに基づいて、伝送路特性を推定する。この場合、パイロット信号の繰り返し数は2以上とする必要があるが、同一サブキャリアにおける2つの連続するシンボルのパイロット信号に基づいて伝送路特性の推定を行うことができる。
このように、同一サブキャリアにおける連続する2つのシンボルのパイロット信号の復調ベクトルに基づくことにより、伝送路推定を実現している。
この特許文献2では、隣接する二本のサブキャリアを同一のパイロット信号で連続して変調するとしている。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るマルチキャリア変調を用いた通信システムの構成を示す図である。図1の通信システムは、送信機110と受信機130とが、伝送路120で接続された構成である。送信機110から送出されたマルチキャリア信号は、伝送路120を介して受信機130で受信される。伝送路120は、有線チャネル又は無線チャネルが用いられる。伝送路120が無線の場合、送信機110から伝送路120へ及び伝送路120から受信機130へは、アンテナ(図示せず)を介して行われる。
マルチキャリア復調部131は、サブキャリア毎に用意された復調フィルタ133(図2中、Filter1〜FilterMと記述する)と、ダウンサンプラ134(図2中、↓と記述する)とを含む。復調フィルタ133は、受信したマルチキャリア変調信号を入力し、復調信号を1サンプル毎に出力する。ダウンサンプラ134は、復調フィルタ133が出力する復調信号を入力し、シンボルタイミング時の復調信号のみを抽出し復調ベクトルとして出力する。
図3では、縦軸はシンボルの時間方向の配置を、横軸はサブキャリアの周波数方向の配置を表しており、t番目のシンボルかつm番目のサブキャリアのみにデータ伝送信号“1”を挿入した例を示している。なお、以下の説明では、OFDM/OQAMのオーバーラップシンボル数Kは「2」として説明する。
図6は、本発明の第1の実施形態に係るマルチキャリア変調方式のフレームフォーマットの一部を示す図である。図6では、横軸はサブキャリアの周波数方向の配置を、縦軸はシンボルの時間方向の配置を表している。このように、本第1の実施形態に係るマルチキャリア変調方式では、1本のサブキャリアをパイロット信号で変調してパイロットキャリアを生成する。
図7は、オーバーラップシンボル数K=2の場合の、パイロット信号の復調ベクトルを示す模式図である。図7の(a)は、パイロットキャリアとして使用するサブキャリアにおいて、各シンボルに挿入したパイロット信号の復調ベクトルをシンボルタイミング毎に複素平面上に示した図である。図7の(b)は、シンボルタイミング毎に観測される各パイロット信号の復調ベクトルの合成ベクトルを複素平面上に示した図である。
まず、送信機の停止要求が有るか無いかが判断される(ステップS201)。送信機の停止要求が無ければ、次に送信データの入力が有るか無いかが判断される(ステップS202)。ここで、送信データの入力が有れば、0以外の実数αを用いて振幅変調ベクトル{α、α、−α、−α}、{α、−α、−α、α}、{−α、α、α、−α}、及び{−α、−α、α、α}のいずれかで表される基準パイロット信号系列を含む巡回パイロット信号系列が、生成される(ステップS203)。そして、生成された巡回パイロット信号系列を、送信データ信号系列に挿入してフレーム信号が生成される(ステップS204)。最後に、生成されたフレーム信号がマルチキャリア変調されて送信される(ステップS205)。このステップS202〜S205の処理は、送信機の停止要求が有るまで繰り返して行われる。
まず、送信機が送信したマルチキャリア変調信号が検出されたか否かが判断される(ステップS211)。マルチキャリア変調信号が検出されれば、次にマルチキャリア変調信号が復調され復調ベクトルが生成される(ステップS212)。次に、生成された復調ベクトルの中から、パイロットキャリアに対応する復調ベクトルがパイロット信号復調ベクトルとして抽出される(ステップS213)。そして、パイロット信号復調ベクトルが抽出できたか否かが判断される(ステップS214)。パイロット信号復調ベクトルが抽出できれば、そのパイロット信号復調ベクトルから、伝送路特性を表す振幅位相変動量が推定され(ステップS215)、推定された振幅位相変動量に基づいて復調ベクトルの振幅及び位相が補償される(ステップS216)。一方、パイロット信号復調ベクトルが抽出できなければ、振幅位相変動量を推定することなく、復調ベクトルの振幅及び位相が補償される(ステップS216)。
図12は、本発明の第1の実施形態における伝送路推定手法を表す模式図である。図12において、パイロットキャリアfp1におけるt−1番目のシンボルの復調ベクトルから求められた信号点を点Rt−1と、パイロットキャリアfp1におけるt番目のシンボルの復調ベクトルから求められた信号点を点Rtとする。また、直線L2は、伝送路の変動と雑音が無い時におけるt−1番目及びt番目のパイロット信号の復調ベクトルの存在する範囲を示している。図12のように、点Rt−1と点Rtとを通る直線L3を引き、原点Oから直線L3への垂線と直線L3との交点Pについて、点Pと原点Oとの距離r及びI軸と線分OPとのなす角θを求めることによって、位相差及び振幅差を検出して、伝送路特性や送信機と受信機との間の周波数及び位相の誤差等を、推定して補正することができる。
図13は、本発明の第2の実施形態に係るマルチキャリア変調方式のフレームフォーマットの一部を示す図である。図13では、横軸はサブキャリアの周波数方向の配置を、縦軸はシンボルの時間方向の配置を表している。このように、本第2の実施形態に係るマルチキャリア変調では、所定のサブキャリアに1周期分の基準パイロット信号系列を挿入したOFDM/OQAM型マルチキャリア変調信号を用いる。
111 変調信号生成部
112 マルチキャリア変調部
113 パイロット信号系列生成部
120 伝送路
130 受信機
131 マルチキャリア復調部
132 等化部
133 復調フィルタ
134 ダウンサンプラ
141 パイロットキャリア抽出部
142 遅延部
143 振幅位相変動量推定部
144 振幅位相補償部
145 伝送路特性推定部
Claims (14)
- シンボル周期τと周波数間隔νがντ=1/2なる関係を有する複数のサブキャリアに振幅変調を施すマルチキャリア伝送方法であって、
0以外の実数αを用いて、振幅変調ベクトル{α、α、−α、−α}、{α、−α、−α、α}、{−α、α、α、−α}、及び{−α、−α、α、α}のいずれかで表される基準パイロット信号系列を含む信号系列で変調した少なくとも1本のパイロットキャリアを生成して送信する送信ステップと、
前記少なくとも1本のパイロットキャリアを復調して得られる時間方向に連続する2つのパイロット信号復調ベクトルに基づいて、伝送路特性を推定する推定ステップとを有する、マルチキャリア伝送方法。 - 前記送信ステップは、
0以外の実数αを用いて、振幅変調ベクトル{α、α、−α、−α}、{α、−α、−α、α}、{−α、α、α、−α}、及び{−α、−α、α、α}のいずれかで表される基準パイロット信号系列を含むパイロット信号系列を生成する生成ステップと、
前記パイロット信号系列を送信データ信号系列に挿入してフレーム信号を構成する構成ステップと、
前記フレーム信号をマルチキャリア変調して送信する変調/送信ステップとを含む、請求項1に記載のマルチキャリア伝送方法。 - マルチキャリア変調信号を復調し、復調ベクトルを生成する復調ステップと、
前記復調ベクトルの中から、前記パイロットキャリアに対応する復調ベクトルをパイロット信号復調ベクトルとして抽出する抽出ステップと、
前記パイロット信号復調ベクトルから伝送路特性を推定する第2の推定ステップと、
前記第2の推定ステップで推定された伝送路特性に基づいて、前記復調ベクトルを補償する補償ステップとをさらに有する、請求項2に記載のマルチキャリア伝送方法。 - 前記第2の推定ステップは、
前記パイロット信号復調ベクトルを入力し、1シンボル時間だけ遅延させた遅延パイロット信号復調ベクトルを生成する遅延ステップと、
前記パイロット信号復調ベクトルと前記遅延パイロット信号復調ベクトルとの差分ベクトルに基づいて、伝送路特性を表す振幅位相変動量を推定する変動量推定ステップとを含み、
前記補償ステップは、前記振幅位相変動量に基づいて、前記復調ベクトルの振幅と位相とを補償する、請求項3に記載のマルチキャリア伝送方法。 - 前記パイロット信号系列は、4倍した値が自然数となる1以上の実数をXとすると、前記基準パイロット信号系列をX回巡回させて構成される、請求項2に記載のマルチキャリア伝送方法。
- シンボル周期τと周波数間隔νがντ=1/2なる関係を有する複数のサブキャリアが振幅変調されたマルチキャリア変調信号を送信するマルチキャリア変調信号送信装置であって、
0以外の実数αを用いて、振幅変調ベクトル{α、α、−α、−α}、{α、−α、−α、α}、{−α、α、α、−α}、及び{−α、−α、α、α}のいずれかで表される基準パイロット信号系列を含む信号系列で変調した少なくとも1本のパイロットキャリアを生成して送信するパイロットキャリア送信部を備えた、マルチキャリア変調信号送信装置。 - 前記パイロットキャリア送信部は、
0以外の実数αを用いて、振幅変調ベクトル{α、α、−α、−α}、{α、−α、−α、α}、{−α、α、α、−α}、及び{−α、−α、α、α}のいずれかで表される基準パイロット信号系列を含むパイロット信号系列を生成するパイロット信号系列生成部と、
前記パイロット信号系列を送信データ信号系列に挿入してフレーム信号を構成するフレーム構成部と、
前記フレーム信号をマルチキャリア変調して送信するマルチキャリア変調信号送信部とを備えた、請求項6に記載のマルチキャリア変調信号送信装置。 - 前記パイロット信号系列は、4倍した値が自然数となる1以上の実数をXとすると、前記基準パイロット信号系列をX回巡回させて構成される、請求項7に記載のマルチキャリア変調信号送信装置。
- シンボル周期τと周波数間隔νがντ=1/2なる関係を有する複数のサブキャリアが振幅変調されたマルチキャリア変調信号を受信するマルチキャリア変調信号受信装置であって、
前記マルチキャリア変調信号は、0以外の実数αを用いて、振幅変調ベクトル{α、α、−α、−α}、{α、−α、−α、α}、{−α、α、α、−α}、及び{−α、−α、α、α}のいずれかで表される基準パイロット信号系列を含む信号系列で変調した少なくとも1本のパイロットキャリアを含み、
前記パイロットキャリアを復調して得られる時間方向に連続する2つのパイロット信号復調ベクトルに基づいて、伝送路特性を推定する伝送路特性推定部を有する、マルチキャリア変調信号受信装置。 - 前記マルチキャリア変調信号受信装置は、
前記マルチキャリア変調信号を復調し、復調ベクトルを生成するマルチキャリア復調部と、
前記復調ベクトルの中から、前記パイロットキャリアに対応する復調ベクトルをパイロット信号復調ベクトルとして抽出するパイロット信号抽出部と、
前記パイロット信号復調ベクトルから伝送路特性を推定する第2の伝送路特性推定部と、
前記第2の伝送路特性推定部で推定された伝送路特性に基づいて、前記復調ベクトルを補償する振幅位相補償部をさらに備える、請求項9に記載のマルチキャリア変調信号受信装置。 - 前記第2の伝送路特性推定部は、
前記パイロット信号復調ベクトルを入力し、1シンボル時間だけ遅延させた遅延パイロット信号復調ベクトルを出力する遅延部と、
前記パイロット信号復調ベクトルと前記遅延パイロット信号復調ベクトルとの差分ベクトルに基づいて、伝送路の伝達特性を表す振幅位相変動量を推定する振幅位相変動量推定部とを備え、
前記振幅位相補償部は、前記振幅位相変動量に基づいて、前記復調ベクトルの振幅と位相とを補償する、請求項10に記載のマルチキャリア変調信号受信装置。 - シンボル周期τと周波数間隔νがντ=1/2なる関係を有する複数のサブキャリアに振幅変調を施したマルチキャリア変調信号を送信するマルチキャリア変調信号送信方法であって、
0以外の実数αを用いて、振幅変調ベクトル{α、α、−α、−α}、{α、−α、−α、α}、{−α、α、α、−α}、及び{−α、−α、α、α}のいずれかで表される基準パイロット信号系列を含む信号系列で変調した少なくとも1本のパイロットキャリアを生成して送信する送信ステップを有する、マルチキャリア変調信号送信方法。 - 前記送信ステップは、
0以外の実数αを用いて、振幅変調ベクトル{α、α、−α、−α}、{α、−α、−α、α}、{−α、α、α、−α}、及び{−α、−α、α、α}のいずれかで表される基準パイロット信号系列を含むパイロット信号系列を生成する生成ステップと、
前記パイロット信号系列を送信データ信号系列に挿入してフレーム信号を構成する構成ステップと、
前記フレーム信号をマルチキャリア変調して送信する変調/送信ステップとを含む、、請求項12に記載のマルチキャリア変調信号送信方法。 - シンボル周期τと周波数間隔νがντ=1/2なる関係を有する複数のサブキャリアに振幅変調を施したマルチキャリア変調信号に含まれるパイロット信号を生成するパイロット信号生成方法であって、
0以外の実数αを用いて、振幅変調ベクトル{α、α、−α、−α}、{α、−α、−α、α}、{−α、α、α、−α}、及び{−α、−α、α、α}のいずれかで表される基準パイロット信号系列を含むパイロット信号系列を生成するステップと、
1本のサブキャリアを前記パイロット信号系列で変調したパイロット信号を生成するステップとを有する、パイロット信号生成方法。
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