JP4892422B2 - 無線通信システム、送信装置、受信装置、シンボル同期方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式を用いて変調されたＯＦＤＭ信号の送受信を行う無線通信システム、送信装置、受信装置、シンボル同期方法に関する。

近年、携帯電話やＰＨＳ(Personal Handy phone System)等に代表される無線端末が普及し、場所や時間を問わず通話や情報入手が可能となった。特に昨今では、入手可能な情報量も増加の一途を辿り、大容量のデータをダウンロードするため高速かつ高品質な無線通信方式が取り入れられるようになってきた。

このような高速デジタル無線通信方式の一つとして、ＩＥＥＥ８０２．１６やＷｉＭＡＸ（例えば、非特許文献１）に代表されるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重）方式が挙げられる。かかるＯＦＤＭは、多重化方式の一つに分類され、単位時間軸上で多数の搬送波を利用し、変調対象となる信号波の位相が隣り合う搬送波間で直交するように搬送波の帯域を一部重ね合わせて周波数帯域を有効利用する方式である。また、ＯＦＤＭが個別のユーザ毎に時分割でサブチャネルを割り当てているのに対して、複数のユーザが全サブチャネルを共有し、各ユーザにとって最も伝送効率のよいサブチャネルを割り当てるＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access:直交周波数分割多元接続)も提供されている。
「Mobile WiMAX ? Part I:A Technical Overview and Performance Evaluation」Prepared on Behalf of the WiMAX Forum, February 21, 2006, http://www.intel.com/netcomms/technologies/wimax/WiMAX_Overview_v2.pdf

多重化方式による高速デジタル無線通信では、送信装置と受信装置とが信号の送受に関して時間軸上の同期をとる必要がある。特に上述したＯＦＤＭでは、特別に準備されたシンボルでない限り、他の変調方式のような同期の基準となる信号、例えば時間軸上で特定の波形となる信号が存在せず、データの認識単位であるシンボルの開始点を正確に検出するのは困難である。しかもＯＦＤＭは通常の単一搬送波のデジタル変調信号と異なり、さらに抽出すべきパラメータが多数存在している。

従って、受信装置では、受信開始の際、送信装置から受信した同期信号の中から同期シンボルの位置を正確に検出し、自体のタイミングとの差分を送信装置に返信して送信装置の送信タイミングの校正を行わなくてはならない。かかる同期シンボルの位置は、有効シンボル分のデータを任意に標本化し、フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform、ＦＦＴ：Fast Fourier Transform等）を実行してはじめて標本化した期間が妥当であるかどうかを認識することができる。従って、妥当な同期シンボルの位置を標本化するまで同期のための検波が繰り返される。

そこでＯＦＤＭシンボルの有効シンボルに冗長性（ガードインターバル）を設けて同期シンボルを検出し易くした技術が知られている。しかし、冗長性を設けたといってもガードインターバルによる延長領域は同期シンボルの１周期分にも満たないので標本化するタイミングによっては隣接するＯＦＤＭシンボルを跨いでしまい、ＯＦＤＭシンボル間の不連続点をフーリエ変換してしまう。このような不連続点はＯＦＤＭサブキャリア間の直交性をくずし、フーリエ変換において帯域外輻射やＩＣＩ(Inter-Carrier Interference)が生じてしまう。

また、送受信間の同期がとられるまでの間は、互いの信号を把握することができないので処理が進まず、さらに、他の搬送波の有効シンボルともタイミングがずれているので、当該送信装置からの信号が他の搬送波のノイズとなりうる。

本発明は、従来のＯＦＤＭにおける信号同期が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、改良された同期信号を用いて同期検波することで迅速かつ確実に送受信装置間の同期を確立し、同期精度の向上を図ることが可能な、無線通信システム、送信装置、受信装置、シンボル同期方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式を用いて変調されたＯＦＤＭ信号を送信する送信装置と、送信装置からのＯＦＤＭ信号を受信する受信装置とからなる無線通信システムであって、送信装置は、複数のＯＦＤＭシンボルに跨って有効シンボル長の同期シンボルを繰り返し配置し、かつ、繰り返し配置された同期シンボルの前後にウィンドウイングを施した同期信号を生成する同期信号生成部と、同期信号を受信装置に送信する信号送信部と、を備え、受信装置は、同期信号を受信する信号受信部と、同期信号の任意のタイミングから有効シンボル長のデータを標本化してフーリエ変換するフーリエ変換部と、標本化するタイミングを時間方向に推移させ、ピークが立つタイミングを検出するタイミング検出部と、検出されたタイミングと受信装置自体の受信タイミングとの差分を送信装置に伝達し、送信装置との同期を確立する差分伝達部と、を備えることを特徴とする、無線通信システムが提供される。

本発明は、同期信号として（１）ＯＦＤＭシンボルを複数に跨って、有効シンボル長の同期シンボルを繰り返し配置し、（２）同期信号の前後にウィンドウイングを施すことを特徴としている。

（１）複数の同期シンボルを繰り返し繋ぎ合わせることで、同期シンボルの連続性が長期間に渡って保たれ、どの位置でも有効シンボル長（１周期分）の同期シンボルを容易に取得できるので同期シンボルを標本化（切り出）し易い。従って、迅速かつ確実な同期検波が可能となり、同期精度の向上を図ることができる。

（２）また、ウィンドウイング(Windowing)（ＥＣＰ(Extended Cyclic Prefix)とも言う。）を施すことで対象領域の信号レベルを抑制し、隣接するＯＦＤＭシンボルとの不連続点を滑らかな連続点とすることができ、かかる点がフーリエ変換の対象に含まれたとしても帯域外輻射やＩＣＩ(Inter-Carrier Interference)を緩和することができる。

さらに、このようなウィンドウイングを、各ＯＦＤＭシンボル間に挿入することなく、複数連続する同期信号の前後のみに施すことで、連続する同期シンボルの繰り返し性を不要に絶たなくて済み、同期信号全域に渡ってデータの感度が均一となり、より同期シンボルが標本化し易くなる。従って、迅速かつ確実に送受信装置間の同期を確立することが可能となる。また、ＯＦＤＭシンボル毎にウィンドウイングを挿入する場合に比べ負荷を軽減することができ、消費電力やコストの低減も図ることができる。

上述した課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、ＯＦＤＭ方式を用いて変調されたＯＦＤＭ信号を受信装置に送信する送信装置であって、複数のＯＦＤＭシンボルに跨って有効シンボル長の同期シンボルを繰り返し配置し、かつ、繰り返し配置された同期シンボルの前後にウィンドウイングを施した同期信号を生成する同期信号生成部と、同期信号を受信装置に送信する信号送信部と、を備えることを特徴とする、送信装置が提供される。

上述した課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、ＯＦＤＭ方式を用いて変調されたＯＦＤＭ信号を送信装置から受信する受信装置であって、複数のＯＦＤＭシンボルに跨って有効シンボル長の同期シンボルを繰り返し配置し、かつ、繰り返し配置された同期シンボルの前後にウィンドウイングを施した同期信号を受信する同期信号受信部と、同期信号の任意のタイミングから有効シンボル長のデータを標本化してフーリエ変換するフーリエ変換部と、標本化するタイミングを時間方向に推移させ、ピークが立つタイミングを検出するタイミング検出部と、検出されたタイミングと受信装置自体の受信タイミングとの差分を送信装置に伝達し、送信装置との同期を確立する差分伝達部と、を備えることを特徴とする、受信装置が提供される。

上述した課題を解決するために、本発明のさらに他の観点によれば、ＯＦＤＭ方式を用いて変調されたＯＦＤＭ信号を送信する送信装置と、送信装置からのＯＦＤＭ信号を受信する受信装置とのシンボル同期をとるシンボル同期方法であって、送信装置が、複数のＯＦＤＭシンボルに跨って有効シンボル長の同期シンボルを繰り返し配置し、繰り返し配置された同期シンボルの前後にウィンドウイングを施した同期信号を生成し、同期信号を受信装置に送信し、受信装置が、同期信号を受信し、同期信号の任意のタイミングから有効シンボル長のデータを標本化してフーリエ変換し、標本化するタイミングを時間方向に推移させ、ピークが立つタイミングを検出し、検出されたタイミングと受信装置の受信タイミングとの差分を送信装置に伝達し、送信装置が、自体の送信タイミングを差分だけ推移して受信装置との同期を確立することを特徴とする、シンボル同期方法が提供される。

上述した無線通信システムにおける技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該送信装置、受信装置、シンボル同期方法にも適用可能である。

以上説明したように本発明の無線通信システムは、迅速かつ確実に送受信装置間の同期を確立し、同期精度の向上を図ることが可能となる。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

携帯電話やＰＨＳ等に代表される無線端末では、所定間隔をおいて配される基地局との無線通信システムが構築され、この無線通信システムを利用して通信を行うことができる。本実施形態では、このような無線端末と基地局を例に挙げ、無線通信システムにおける特にＯＦＤＭの変調方式を用いた無線通信の確立に関して説明する。先ず、本実施形態の理解を容易にするため、通信システムの概略的な構成を説明する。

（無線通信システム１００）
図１は、無線通信システム１００を説明するためのシステムブロック図である。かかる無線通信システム１００は、ユーザが所有する無線端末１１０と、基地局１２０と、ＩＳＤＮ(Integrated Services Digital Network)やインターネット等の通信網１３０と、中継サーバ１４０とを含んで構成される。

上記無線通信システム１００では、ユーザ１５２が無線端末１１０を利用して他の無線端末１５０に電話しようと試みた場合、ユーザ１５２の無線端末１１０の操作に応じて、無線通信可能領域にある基地局１２０との無線通信が確立され、基地局１２０は、通信網１３０を介して中継サーバ１４０に他の無線端末１５０との通信接続を要求する。

次に、中継サーバ１４０は、他の無線端末１５０の無線通信可能領域にある基地局１２０を選定して、通信相手１５４の有する他の無線端末１５０との音声通話を設定する。

そして、音声通話に必要な基地局１２０の設定が完了すると、基地局１２０同士が中継サーバ１４０を介して接続され、ユーザ１５２と通信相手１５４との音声通信が可能となる。

このような無線通信システム１００にＯＦＤＭ方式が利用される場合、無線端末１１０と基地局１２０とは、複数の搬送波を重ね合わせた有効シンボル単位で通信が為される。このとき、無線端末１１０で生成された有効シンボル長のデータが基地局１２０に到達すれば基地局１２０はデータを認識することができるはずだが、実際の無線通信においてはひずみや雑音の影響を受ける。このようなひずみや雑音が生じる典型的な原因はマルチパスである。これは、電波伝搬経路中における大型建築物や山等の障害物で電波が反射してしまい、基地局１２０において無線端末１１０から直接到来する信号（直接波）以外の反射波を受信してしまう現象である。

ＯＦＤＭによる送信信号が受信装置としての基地局１２０で正しく復調されるためには、搬送波間の直交性も維持しなくてはならない。しかし、上述したように有効シンボル長の送信信号が遅延した場合にはその直交条件も満たさなくなり、データの誤り率が高くなる。また、遅延波は上述したような符号間の干渉だけでなく隣接する搬送波間の干渉も招いてしまう。

かかるマルチパスの対応として、等化器を用い、伝送路における歪みを補償した後に復調する方法もあるが、ここでは、シンボルにガードインターバルを付加し、冗長性をもたせることで対応する。

図２は、ガードインターバルを説明するための説明図である。図２では、フーリエ変換に対して有効となる有効シンボル長の有効シンボル領域２１０の前段にガードインターバル２１２としての冗長な領域を設け、有効シンボル領域２１０後半のＴｇ長さ部分だけシンボルの前半に付加している。有効シンボル領域２１０には周期的な有効シンボルが配されるため、ガードインターバル２１２および有効シンボル領域２１０の波形は連続し、新たなＯＦＤＭシンボル２００単位では未だ波形の連続性が保たれる。

かかるガードインターバル２１２が付加されると標本化可能区間が延長される。この標本化可能区間において各搬送波は直接波も遅延波も単一の周波数の連続的な搬送波として扱うことができるので、標本化する範囲（有効シンボル長）Ｔ＝１／ｆ_０がこの区間に含まれてさえいれば搬送波間の直交性も維持され、標本化された信号をフーリエ変換しても搬送波間の干渉は生じない。従って、マルチパスの遅延時間がガードインターバル２１２内に収まっていれば，受信信号の直交性が確保され、マルチパスを回避することが可能となる。

本実施形態において、例えば、有効シンボル長が２６．７μｓｅｃに設定され、ガードインターバル２１２としてその１／８の波形延長が許容される。従って、ガードインターバル長は３．３μｓｅｃとなる。

以上、説明したように無線通信が確立された後のマルチパスによる問題は、ガードインターバル２１２の付加によって回避できる。しかし、無線通信を確立する際、即ち、無線端末１１０と基地局１２０との同期時においてはさらに複雑な処理が要求される。ＯＦＤＭではこのような同期状態の形成がそもそも困難であり、かつ、非常に大切である。例えば、ＯＦＤＭでは、特別に準備されたシンボルでない限り、他の変調方式のような、同期の基準となる信号、例えば時間軸上で特定の波形となる信号が存在せず、シンボルの開始点を正確に検出することはできない。しかもＯＦＤＭは通常の単一搬送波のデジタル変調信号と異なり、抽出すべきパラメータが多数存在する。

そもそもＯＦＤＭで必要な同期としては、シンボル同期（シンボルタイミング同期）、搬送波周波数同期ｆｃ、標本化周波数同期ｆ_０がある。本実施形態はこのうちシンボル同期を目的としている。シンボル同期は、ＯＦＤＭに用いられる信号そのものの特徴を利用してシンボル同期をとる方法である。

ＯＦＤＭでは上述したシンボル同期、即ち標本化の開始タイミングが非常に重要である。同期タイミングを正確にとらないと以後の通信でも標本化範囲を逸脱し続け、間違ったタイミングでデータが取得され、所望するデータ交換が為されない。しかし、無線端末１１０と基地局１２０のように送信装置と受信装置は互いに独立した装置であり、かつ、互いに時刻の絶対値を基準にしていないので絶対的な時刻同期はできない。そこで、互いの同期状態を形成するためには、受信装置としての、例えば基地局１２０では、受信した信号から有効シンボル長の同期シンボルを正確に切り出す必要がある。

装置間の同期は、通信可能な無線通信装置、ここでは、無線端末１１０と基地局１２０とのいずれか一方のタイミングを他方に合わせることで為される。本実施形態では、仮に送信装置として無線端末１１０を、受信端末として基地局１２０を挙げ、無線端末１１０からの同期信号を基地局１２０が把握して、その同期信号のタイミングをずらす指示を出し、無線端末１１０の送信タイミングを基地局１２０の受信タイミングに合わせることで同期状態を形成する。当然、無線端末１１０と基地局１２０とを逆にしたとしても本実施形態は成り立つ。

詳細に述べると、無線端末１１０は、同期信号を含むＴＣＣＨ(Timing Control Channels:タイミング制御チャネル)を基地局１２０に送信し、基地局１２００は、そのＴＣＣＨから同期シンボルを標本化して無線端末１１０の送信タイミングを把握し、その差分を、ＳＣＣＨ(Synchronisation Control Channels:同期制御チャネル)を用いて無線端末１１０に返信する。以下、ＯＦＤＭ信号の特性を述べた上で、本実施形態の同期処理を説明する。

図３は、ＯＦＤＭシンボルの不連続性を説明するためのタイミングチャートである。図３では、送受信される波形として４つのＯＦＤＭシンボル２００が示されている。上述したようにＯＦＤＭシンボル２００は、有効シンボルの１．１２５周期分の波形からなるため、隣接するＯＦＤＭシンボル２００の波形は連続せず、ＯＦＤＭシンボル２００間には不連続点が生じる。このような不連続点は、直交性をくずし、その点がフーリエ変換の対象領域に含まれると帯域外輻射やＩＣＩが生じる。本実施形態では、かかる不連続点にウィンドウイングを施して連続波形を形成する。

図４は、ウィンドウイング処理のサンプル数に対する帯域外輻射のシミュレーションを示した受信信号のスペクトラム図である。ここでウィンドウイング処理のサンプル数は、フーリエ変換のサンプル数のうちガードインターバルが占めるサンプル数を言い、例えばフーリエ変換のサンプル数が５１２のときガードインターバルは１／８なので、５１２／８＝６４がウィンドウイング処理のサンプル数となる。ＯＦＤＭシンボル間に図３に示したような不連続点が生じると、図４中のスペクトラム２５０で示したような高いレベルのノイズが検出され、相対的に所望する周波数のエネルギーが減少してしまう。

このような不連続点をフーリエ変換しないためにはその不連続点を強制的に連続させればよい。かかる強制的な処理は、窓関数による信号レベルの抑制、所謂、ウィンドウイングにより為される。本実施形態では、窓関数としてハミング窓を採用するが、かかる場合に限られず、ハニング窓やガウス窓等様々な窓関数を利用することができる。

図５は、ウィンドウイングの処理を説明するための説明図である。かかる図５（ａ）のＯＦＤＭシンボルは、有効シンボル領域２１０とガードインターバル２１２とからなる。ここで、図５（ｂ）に示すようにガードインターバル２１２の先頭波形２７０および有効シンボル領域２１０の先頭波形２７２を抽出し、ウィンドウイング、即ち窓関数をかける。かかる窓関数をかける時間長は例えばガードインターバル２１２の１／２とする。

ここで、窓関数ｈ（ｎ）は、０≦ｎ＜Ｎ−１（ｎは先頭波形２７０、２７２の各サンプル位置、Ｎは先頭波形２７０、２７２のサンプル数）の範囲で０．５４―０．４６×ｃｏｓ（２πｎ／（Ｎ−１））であり、その他の範囲で０（ゼロ）である。従って、図５（ｂ）の波形に窓関数ｈ（ｎ）をかけた後の波形は、図５（ｃ）のようになる。

そして図５（ｄ）に示すように、窓関数がかかったガードインターバル２１２の先頭波形２７０をそのままその位置に、窓関数がかかった有効シンボル領域２１０の先頭波形２７２をＯＦＤＭシンボル２００の終端に配置する。このようにウィンドウイングを施すことで隣接するＯＦＤＭシンボルとの不連続点を滑らかな連続点とすることができ、かかる点がフーリエ変換の対象となったとしても帯域外輻射やＩＣＩを緩和することが可能となる。

このように生成された各ＯＦＤＭシンボル２１０を他のＯＦＤＭシンボルと重畳すると、図５（ｅ）のようになる。図５（ｄ）ではＯＦＤＭシンボル２１０がガードインターバル２１２の１／２の長さだけ（先頭波形２７２）延長されているが、有効シンボル領域２１０の先頭波形２７２は次のＯＦＤＭシンボルの先頭波形２７０と重畳されるので、実質的な期間の変動は生じない。そして、ウィンドウイングが施されたＯＦＤＭシンボル同士が並置され、図５（ｅ）のように全ての点において波形が連続する。

このように生成された図５（ｅ）のような信号の任意の期間をフーリエ変換すると、その標本化する有効シンボル長の期間がＯＦＤＭシンボルを跨ったとしても図４中のスペクトラム２６０で示したようにノイズレベルを低く抑制することができ、所望のピークを容易に検出することが可能となる。

本実施形態では、さらに（１）ＯＦＤＭシンボルを複数に跨って、有効シンボル長の同期シンボルを繰り返し配置し、（２）同期信号の前後にウィンドウイングを施すことを特徴としている。以下、無線通信システム１００における無線端末１１０、基地局１２０を用いて、同期信号の具体的な生成処理を説明する。

（無線端末１１０）
図６は、無線端末１１０の概略的な機能を示した機能ブロック図である。かかる無線端末１１０は、端末側制御部３１０と、端末側メモリ３１２と、表示部３１４と、操作部３１６と、端末側無線通信部３１８とを含んで構成される。

上記端末側制御部３１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により無線端末１１０全体を管理および制御する。端末側制御部３１０は、端末側メモリ３１２のプログラムを用いて、無線端末１１０を利用した通話機能やメール配信機能を遂行する。

上記端末側メモリ３１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｅ^２ＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)等で構成され、端末側制御部３１０で処理されるプログラムやアプリケーション等を記憶する。

上記表示部３１４は、カラーまたは単色のディスプレイで構成され、端末側メモリ２１２に記憶された、または通信網を介してアプリケーションサーバ（図示せず）から提供される、ＷｅｂブラウザやアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。

上記操作部３１６は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等のスイッチから構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。

上記端末側無線通信部３１８は、携帯電話網における基地局１２０と無線通信を行う。また、以下に示す同期信号生成部３３０、信号送信部３３２としても機能する。

上記同期信号生成部３３０は、ガードインターバル２１２と有効シンボル領域２１０とからなるＯＦＤＭシンボル２００を複数に跨って、有効シンボル長の同期シンボルを繰り返し配置し、かつ、その前後にウィンドウイングを施した同期信号を生成する。

図７は、同期信号を説明するための説明図である。同期信号生成部３３０は、例えば４つのＯＦＤＭシンボル２００分の領域を使って同期信号４００を生成する。かかるＯＦＤＭシンボルの数は無線端末１１０と基地局１２０との距離に応じて変更され、距離が長いほど連結数を増やすとよい。このとき、同期シンボル４１０は、図７（ａ）に示すようにガードインターバル２１２や有効シンボル領域２１０の区分けに拘わらず繰り返し配置される。従って、同期信号４００内にはウィンドウイングされていない連続した同期シンボル４１０で満たされる。

そして、図７（ｂ）に示すようにガードインターバル２１２の先頭波形４２０および有効シンボル領域２１０の特定の期間の波形４２２を抽出しウィンドウイングをかける。ここで特定の期間４２２は、当該同期信号４００の終端に配置したとしても連続性が保てる波形であり、図７（ｂ）では同期信号４００の３／８周期の時点から１／１６周期分の長さを抽出している。このような特定の期間４２２は連結されるＯＦＤＭシンボル２００の数に従って変化する。また、ウィンドウイングする時間長は例えばガードインターバル２１２の１／２としている。

そして図７（ｃ）に示すように、ウィンドウイングしたガードインターバル２１２の先頭波形４２０をそのままその位置に、有効シンボル領域２１０の特定の期間４２２をＯＦＤＭシンボル２００の終端に配置する。このようにウィンドウイングを施すことで、ＯＦＤＭシンボル２００が一つのとき同様、同期信号４００に隣接するＯＦＤＭシンボルとの不連続点を滑らかな連続点とすることができる。かかるウィンドウイングした点がフーリエ変換の対象となったとしても帯域外輻射やＩＣＩを緩和することが可能となり、また、図４中のスペクトラム２６０で示したようにノイズレベルを低く抑制することができ、所望のピークを容易に検出することが可能となる。

上記信号送信部３３２は、同期信号生成部３３０が生成した同期信号４００を受信装置としての基地局１２０に送信する。

（基地局１２０）
図８は、基地局１２０の概略的な機能を示した機能ブロック図である。基地局１２０は、基地局側制御部５１０と、基地局側メモリ５１２と、通信網接続部５１４と、基地局側無線通信部５１６と、を含んで構成される。

上記基地局側制御部５１０は、中央処理装置を含む半導体集積回路により基地局１２０全体を管理および制御する。基地局側制御部５１０は、基地局側メモリ５１２のプログラムを用いて、無線端末同士間の通話もしくは通信を支援する。

上記基地局側メモリ５１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｅ^２ＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、基地局側制御部５１０で処理されるプログラムや、無線端末同士間で送受信されるデータを記憶する。

上記通信網接続部５１４は、通信網１３０を通じて中継サーバ１４０と設定信号の送受信を行う。

上記基地局側無線通信部５１６は、無線通信システム１００における無線端末１１０と無線通信を行う。また、基地局側無線通信部５１６は、以下に示すような信号受信部５２０、信号受信部５２０、フーリエ変換部５２２、タイミング検出部５２４、差分伝達部５２６としても機能する。

上記信号受信部５２０は、無線端末１１０から送信された同期信号４００を受信する。

上記フーリエ変換部５２２は、同期信号の任意の時点から有効シンボル長のデータを標本化してフーリエ変換する。

上記タイミング検出部５２４は、標本化するタイミングを時間方向に推移（スイープ）させ、フーリエ変換の結果が最良となる、即ちピークが立つタイミングを検出する。信号受信部５２０が受信した同期信号４００はどのタイミングが同期タイミングか分からない。そこで、このように標本化するタイミングをピークが立つまでずらし、ピークが立つ時点、即ち、ピークが良くなる傾向から悪くなる傾向に切り替わる折り返し時点が同期タイミングである。

上記差分伝達部５２６は、検出されたタイミングを自体の受信タイミングに合わせるための差分を無線端末１１０に伝達し、無線端末１１０との同期を確立する。

以上説明した無線通信システム１００では、２つの無線通信装置間、ここでは、無線端末１１０と基地局１２０との実際の通信経路を利用して、双方が同期タイミングをとることができる。

次に、上述した無線端末１１０や基地局１２０を用いてシンボル同期をとるシンボル同期方法を説明する。

（シンボル同期方法）
図９は、シンボル同期方法の処理の流れを示したフローチャートである。ここでは、ＯＦＤＭ方式を用いて変調されたＯＦＤＭ信号の送受信の基準となる同期タイミングを生成する処理を行う。

まず、送信装置としての無線端末１１０が、ガードインターバル２１２と有効シンボル領域２１０とからなるＯＦＤＭシンボル２００を複数に跨って、有効シンボル長の同期シンボル４１０を繰り返し配置する（Ｓ６００）。

このように、複数の同期シンボル４１０を繰り返し繋ぎ合わせることで、同期シンボル４１０の連続性が長期間に渡って保たれ、受信装置としての基地局１２０はどの位置でも有効シンボル長（１周期分）の同期シンボル４１０を容易に取得できるので同期シンボル４１０を標本化（切り出）し易い。従って、迅速かつ確実な同期検波が可能となり、同期精度の向上を図ることができる。

そして、複数連続させたＯＦＤＭシンボルの前後にウィンドウイングを施し、同期信号４００を生成し（Ｓ６０２）、生成された同期信号４００を基地局１２０に送信する（Ｓ６０４）。

このように、ウィンドウイングを施すことで隣接するＯＦＤＭシンボル２００との不連続点を滑らかな連続点とすることができ、かかる点がフーリエ変換の対象に含まれたとしても帯域外輻射やＩＣＩを緩和することができる。

さらに、このようなウィンドウイングを、各ＯＦＤＭシンボル２００間に挿入することなく、複数連続する同期信号の前後のみに施すことで、連続する同期シンボルの繰り返し性を不要に絶たなくて済み、同期信号４００全域に渡ってデータの感度が均一となり、より同期シンボルが標本化し易くなる。従って、迅速かつ確実に送受信装置間の同期を確立することが可能となる。そもそもガードインターバル２１２はマルチパス等による信号遅延回避という機能を有するが、ＯＦＤＭシンボル毎にウィンドウイングを行うと、ガードインターバル本来の機能を発揮できない。また、ＯＦＤＭシンボル毎にウィンドウイングを挿入する場合に比べ負荷を軽減することができ、消費電力やコストの低減も図ることができる。

基地局１２０は、かかる同期信号４００を受信し（Ｓ６１０）、同期信号４００の任意のタイミングから有効シンボル長のデータを標本化してフーリエ変換し（Ｓ６１２）、ピークが立ったかどうか判定する（Ｓ６１４）。ピークの計算は以下のようにして行われる。即ち、同期信号は既知の信号なので、該当するサブキャリアの受信信号と既知の信号の複素共役との積をとって逆フーリエ変換を行う。結果は複素数となるためその絶対値の２乗をとって各サンプルの振幅を求め、これをｎサンプル分計算し最大ピークを求める。ここでピークが立っていなければタイミングを時間方向に推移させ（Ｓ６１６）、フーリエ変換を繰り返す。ピークが立っていれば、検出されたタイミングと自体の受信タイミングとの差分を無線端末１１０に返信する（Ｓ６１８）。

無線端末１１０は、基地局１２０から差分に関する情報を取得すると、自体の送信タイミングを差分だけ推移して基地局１２０との同期を確立する（Ｓ６２０）。

以上説明したシンボル同期方法においても、改良された同期信号を用いて同期検波することで迅速かつ確実に送受信装置間の同期を確立し、同期精度の向上を図ることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、本明細書の無線通信方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むとしても良い。

本発明は、ＯＦＤＭ方式を用いて変調されたＯＦＤＭ信号の送受信を行う無線通信システム、送信装置、受信装置、シンボル同期方法に利用することができる。

無線通信システムを説明するためのシステムブロック図である。 ガードインターバルを説明するための説明図である。 ＯＦＤＭシンボルの不連続性を説明するためのタイミングチャートである。 ウィンドウイング処理のサンプル数に対する帯域外輻射のシミュレーションを示した受信信号のスペクトラム図である。 ウィンドウイングの処理を説明するための説明図である。 無線端末の概略的な機能を示した機能ブロック図である。 同期信号を説明するための説明図である。 基地局の概略的な機能を示した機能ブロック図である。 シンボル同期方法の処理の流れを示したフローチャートである。

符号の説明

１００ …無線通信システム
１１０ …無線端末
１２０ …基地局
１３０ …通信網
２００ …ＯＦＤＭシンボル
２１０ …有効シンボル領域
２１２ …ガードインターバル
３３０ …同期信号生成部
４００ …同期信号
４１０ …同期シンボル
５２０ …信号受信部
５２２ …フーリエ変換部
５２４ …タイミング検出部
５２６ …差分伝達部

Claims (4)

1. ＯＦＤＭ方式を用いて変調されたＯＦＤＭ信号を送信する送信装置と、該送信装置からのＯＦＤＭ信号を受信する受信装置とからなる無線通信システムであって、
   前記送信装置は、
   複数のＯＦＤＭシンボルに跨って有効シンボル長の同期シンボルを繰り返し配置し、かつ、該繰り返し配置された同期シンボルの前後にウィンドウイングを施した同期信号を生成する同期信号生成部と、
   前記同期信号を前記受信装置に送信する信号送信部と、
   を備え、
   前記受信装置は、
   前記同期信号を受信する信号受信部と、
   前記同期信号の任意のタイミングから有効シンボル長のデータを標本化してフーリエ変換するフーリエ変換部と、
   前記標本化するタイミングを時間方向に推移させ、ピークが立つタイミングを検出するタイミング検出部と、
   前記検出されたタイミングと該受信装置自体の受信タイミングとの差分を前記送信装置に伝達し、該送信装置との同期を確立する差分伝達部と、
   を備えることを特徴とする、無線通信システム。
2. ＯＦＤＭ方式を用いて変調されたＯＦＤＭ信号を受信装置に送信する送信装置であって、
   複数のＯＦＤＭシンボルに跨って有効シンボル長の同期シンボルを繰り返し配置し、かつ、該繰り返し配置された同期シンボルの前後にウィンドウイングを施した同期信号を生成する同期信号生成部と、
   前記同期信号を前記受信装置に送信する信号送信部と、
   を備えることを特徴とする、送信装置。
3. ＯＦＤＭ方式を用いて変調されたＯＦＤＭ信号を送信装置から受信する受信装置であって、
   複数のＯＦＤＭシンボルに跨って有効シンボル長の同期シンボルを繰り返し配置し、かつ、該繰り返し配置された同期シンボルの前後にウィンドウイングを施した同期信号を受信する同期信号受信部と、
   前記同期信号の任意のタイミングから有効シンボル長のデータを標本化してフーリエ変換するフーリエ変換部と、
   前記標本化するタイミングを時間方向に推移させ、ピークが立つタイミングを検出するタイミング検出部と、
   前記検出されたタイミングと該受信装置自体の受信タイミングとの差分を前記送信装置に伝達し、該送信装置との同期を確立する差分伝達部と、
   を備えることを特徴とする、受信装置。
4. ＯＦＤＭ方式を用いて変調されたＯＦＤＭ信号を送信する送信装置と、該送信装置からのＯＦＤＭ信号を受信する受信装置とのシンボル同期をとるシンボル同期方法であって、
   前記送信装置が、
   複数のＯＦＤＭシンボルに跨って有効シンボル長の同期シンボルを繰り返し配置し、
   前記繰り返し配置された同期シンボルの前後にウィンドウイングを施した同期信号を生成し、
   前記同期信号を前記受信装置に送信し、
   前記受信装置が、
   前記同期信号を受信し、
   前記同期信号の任意のタイミングから有効シンボル長のデータを標本化してフーリエ変換し、
   前記標本化するタイミングを時間方向に推移させ、ピークが立つタイミングを検出し、
   前記検出されたタイミングと前記受信装置の受信タイミングとの差分を前記送信装置に伝達し、
   前記送信装置が、
   自体の送信タイミングを前記差分だけ推移して前記受信装置との同期を確立することを特徴とする、シンボル同期方法。