JP5071788B2 - 無線端末、データ送信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線端末、データ送信方法に関するもので、特に、ミリ波を使用して送受信機間で高速通信を行うようにしたものに係わる。

ミリ波を使用して無線端末間で高速通信を行うようにしたミリ波ＷＰＡＮ（Wireless Personal Area Network）の無線通信システムの開発が進められている。このような無線通信システムでは、６０ＧＨｚ帯の７ＧＨｚ〜９ＧＨｚの超広帯域が使用され、数Ｇｂｐｓの超高速通信が可能である。このような無線通信システムは、非圧縮のビデオ信号の伝送や、キオスク・ダウンローディング型ファイル転送に用いることが期待されている。

このような無線通信システムとして、ＩＥＥＥ８０２．１５．３として標準化が検討されているものがある（非特許文献１参照）。以下、この無線通信システムについて説明する。

図１２は、ＩＥＥＥ８０２．１５．３の無線通信システムの構成を示すものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．３の無線通信システムでは、無線端末は、デバイス（ＤＥＶ）と呼ばれている。これらのデバイスの無線端末の中で、１つのデバイスは、ピコネット・コーディネータ（ＰＮＣ）と呼ばれる制御端末となり、他のデバイス（ＤＥＶ）は従属端末となる。図１２では、１つの制御端末（ＰＮＣ）と４つの従属端末（ＤＥＶ）が示されている。なお、従属端末（ＤＥＶ）数は、これに限定されるものではない。また、制御端末（ＰＮＣ）は、従属端末（ＤＥＶ）として機能させることもできる。

制御端末（ＰＮＣ）は、上位層からの指令を受けると、周辺の従属端末（ＤＥＶ）を束ねて、ひとつのピコネットを形成する。ピコネットとは、１つのマスタ（ここでは制御端末（ＰＮＣ））に対して、複数のスレーブ（ここでは従属端末（ＤＥＶ））を接続して構成されるネットワークである。ここでは、従属端末（ＤＥＶ）は、ネットワークに自由に参加、離脱できる。

制御端末（ＰＮＣ）は、ビーコンを送出して、ネットワークのタイミングを調整する機能を備えている。各従属端末（ＤＥＶ）は、無線端末（ＰＮＣ）からのビーコンを受信して、指定されたタイミングで、データの送受信を行う。

制御端末（ＰＮＣ）は、各従属端末（ＤＥＶ）に割り当てるタイムリソースを管理することによって、各従属端末（ＤＥＶ）の通信路の形成を制御し、これにより任意のデバイス間でポイント・ツー・ポイントの通信路が形成され、データが転送される。

図１３は、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で使用されるスーパーフレームの構成を示すものである。図１３に示すように、１つのスーパーフレームは、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）と、チャネル時間割り当て期間（ＣＴＡＰ）との３つのパートから構成される。

各スーパーフレームの開始時はビーコン期間となっており、このビーコン期間で、制御端末（ＰＮＣ）からビーコンがブロードキャストされる。このビーコンは、各スーパーフレームの開始を示し、制御端末（ＰＮＣ）から各従属端末（ＤＥＶ）に、タイム割り当てや管理情報を提供している。

コンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）は、スーパーフレームでビーコンの次に割り当てられている。このコンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance)により、全ての無線端末がアクセス可能な期間になっている。このコンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）では、時間に依存しないデータが転送される。

チャネル時間割り当て（ＣＴＰＡ）期間は、制御端末（ＰＮＣ）が特定の従属端末（ＤＥＶ）にのみ通信を許可する期間となっている。チャネル時間割り当て期間（ＣＴＰＡ）は、管理用のタイムスロット（ＭＣＴＡ１、ＭＣＴＡ２）と、いくつかのタイムスロット（ＣＴＡ１、ＣＴＡ２、…）から構成されている。このチャネル時間割り当て（ＣＴＰＡ）期間では、時間依存のデータ（アイソクロナスデータ）が転送される。

図１４は、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で使用される無縁フレームの構成を示すものである。各期間（ビーコン期間、コンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）、チャネル時間割り当て（ＣＴＰＡ）期間）では、図１４に示すような無線フレームを用いて通信が行われる。

図１４（Ａ）に示すように、無線フレームは、プリアンブル部と、ヘッダ部と、ペイロード部とからなる。プリアンブル部は、図１４（Ｂ）に示すように、さらに、ＡＧＣ、ＡＦＣ、シンボル同期、フレーム同期を行うための同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）と、チャネル推定のためのプリアンブル（ＣＥ）とに分かれている。ヘッダには、無線フレームで送付される情報データの属性情報が含まれる。

チャネル推定のためのプリアンブル（ＣＥ）は、時間領域や周波数領域でのチャネル等化に用いられる。従来より知られている通信システムの劣悪な伝搬路環境への等化技術としては、非特許文献２に示されているようなものがある。
IEEE 802.15, Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Wireless Personal Area Networks (WPAN) Amendment 1: MAC Sublayer, IEEE Std. 802.15.3b, 2005 D. Falconer, et al., "Frequency domain equalization for single-carrier broadband wireless access," IEEE Communications Magazine, vol.40, no.4, pp.58-66, April 2002.

上述のように、このような無線通信システムでは、無線フレームのチャネル推定のためのプリアンブル（ＣＥ）を用いて、マルチパスの影響によるチャネル等化を行っている。チャネル等化には、時間領域の等化と周波数領域の等化がある。幅広く伝搬環境に対応するためには、時間領域の等化と周波数領域の等化とに柔軟に対応できるようにすることが望まれる。

このような無線通信システムでは、反射波等複数経路を介されたマルチパスの信号が干渉されて到来する。このような環境では、周波数領域の等化を行う場合、マルチパスを介して遅れた信号が受信されることになる。このとき、マルチパスにより遅れた信号成分中に不連続な部分があると、この部分から異なる周波数成分が発生し、周波数領域の等化が正しく行われなくなる。

また、周波数領域の等化のためのシンボルを付加することが考えられる。しかしながら、周波数領域の等化のために長いシンボルを挿入すると、伝送効率が悪化するという問題が生じてくる。

本発明は、上述の課題を鑑み、時間領域の等化と周波数領域の等化とに柔軟に対応できるようにした無線端末、データ送信方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の無線端末は、制御端末と複数の従属端末とからネットワークを構成し、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間と、チャネル時間割り当て期間とからスーパーフレームを形成し、スーパーフレームの各期間で、同期用及びチャネル推定用のプリアンブルとヘッダとペイロードとからなる無線フレームを用いてデータの送受信を行う無線通信システムの無線端末において、無線フレームで送信する送信シンボルを所定数の情報シンボルに分割するシンボル分割手段と、所定数の情報シンボルに、所定のシンボルパターンをサイクリックプリフィックスとして付加してサブブロックを形成するサブブロック生成手段と、周波数領域でのチャネル等化を行うチャネル等化手段と、を備え、前記シンボル分割手段は、前記周波数領域でのチャネル等化手段の入力に対応するシンボル数と前記所定のシンボルパターンを形成するシンボル数との差で前記送信シンボルを分割し、前記サブブロック生成手段は、前記所定数の情報シンボルの先頭及び後方に前記所定のシンボルパターンを付加することを特徴とする。

本発明の無線端末において、好ましくは、さらに、サイクリックプリフィックスの長さを、マルチパス情報に応じて制御するプリフィックス長設定手段を設けることを特徴とする。

本発明の無線端末において、好ましくは、さらに、受信シンボルと所定パターンとの相関を検出する相関検出手段を有し、相関検出手段からの相関検出値から、サブブロックの基準位置を検出することを特徴とする。

本発明の無線端末において、好ましくは、基準位置は、所定幅のウィンドウにより相関検出値の総電力を検出し、総電力が最大となるウィンドウの位置から検出することを特徴とする。

本発明の無線端末において、好ましくは、基準位置は、相関検出値と所定のスレショルド値とを比較し、相関検出値と所定のスレショルド値との比較出力に基づいて検出することを特徴とする。

本発明のデータ送信方法は、制御端末と複数の従属端末とからネットワークを構成し、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間と、チャネル時間割り当て期間とからスーパーフレームを形成し、スーパーフレームの各期間で、同期用及びチャネル推定用のプリアンブルとヘッダとペイロードとからなる無線フレームを用いてデータの送受信を行う無線通信システムのデータ送信方法において、無線フレームで送信する送信シンボルを所定数の情報シンボルに分割するステップと、所定数の情報シンボルの先頭及び後方に、所定のシンボルパターンをサイクリックプリフィックスとして付加してサブブロックを形成するステップとを備え、さらに、前記送信シンボルを、受信側で周波数領域でのチャネル等化の入力に対応するシンボル数と前記所定のシンボルパターンを形成するシンボル数との差で分割することを特徴とする。

本発明のデータ送信方法において、好ましくは、さらに、サイクリックプリフィックスの長さを、マルチパス情報に応じて制御することを特徴とする。

本発明の無線端末によれば、制御端末と複数の従属端末とからネットワークを構成し、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間と、チャネル時間割り当て期間とからスーパーフレームを形成し、スーパーフレームの各期間で、同期用及びチャネル推定用のプリアンブルとヘッダとペイロードとからなる無線フレームを用いてデータの送受信を行う無線通信システムの無線端末において、無線フレームで送信する送信シンボルを所定数の情報シンボルに分割するシンボル分割手段と、所定数の情報シンボルに、所定の後側のシンボルパターンをサイクリックプリフィックスとして付加してサブブロックを形成するサブブロック生成手段とを備えるようにしているので、シンボルの連続性を保つことができる。このため、周波数領域のチャネル等化を行ったときにも、情報シンボルの境界が不連続にならず、その部分から異なる周波数成分が発生することがない。これにより、時間領域の等化と周波数領域の等化とに柔軟に対応できる。

また、本発明の無線端末によれば、さらに、サイクリックプリフィックスの長さを、マルチパス情報に応じて制御するプリフィックス長設定手段を設けているので、マルチパスの大きさに応じてサイクリックプリフィックスの長さを設定して、データの利用効率を上げることができる。

また、本発明の無線端末によれば、さらに、周波数領域でのチャネル等化を行うチャネル等化手段を設け、シンボル分割手段は、周波数領域でのチャネル等化手段の入力に対応するシンボル数で送信シンボルを分割しているので、周波数領域のチャネル等化を確実に行うことができる。

また、本発明の無線端末によれば、さらに、受信シンボルと所定パターンとの相関を検出する相関検出手段を有し、相関検出手段からの相関検出値から、サブブロックの基準位置を検出しているので、最適な経路を介された受信信号から、サブブロックの情報シンボルの部分を切り出して、確実にチャネル等化を行うことができる。

また、本発明の無線端末によれば、基準位置は、所定幅のウィンドウにより相関検出値の総電力を検出し、総電力が最大となるウィンドウの位置から検出しているので、最適な経路を介された受信信号の基準位置を確実に検出することができる。

また、本発明の無線端末によれば、基準位置は、相関検出値と所定のスレショルド値とを比較し、相関検出値と所定のスレショルド値との比較出力に基づいて検出しているので、最適な経路を介された受信信号の基準位置を確実に検出することができる。

本発明のデータ送信方法によれば、制御端末と複数の従属端末とからネットワークを構成し、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間と、チャネル時間割り当て期間とからスーパーフレームを形成し、スーパーフレームの各期間で、同期用及びチャネル推定用のプリアンブルとヘッダとペイロードとからなる無線フレームを用いてデータの送受信を行う無線通信システムのデータ送信方法において、無線フレームで送信する送信シンボルを所定数の情報シンボルに分割するステップと、所定数の情報シンボルに、所定の後側のシンボルパターンをサイクリックプリフィックスとして付加してサブブロックを形成するステップとを備えるようにしているので、シンボルの連続性が保つことができる。このため、周波数領域のチャネル等化を行ったときにも、情報シンボルの境界が不連続にならず、その部分から異なる周波数成分が発生することがない。これにより、時間領域の等化と周波数領域の等化とに柔軟に対応できる。

また、本発明のデータ送信方法によれば、さらに、サイクリックプリフィックスの長さを、マルチパス情報に応じて制御しているので、マルチパスの大きさに応じてサイクリックプリフィックスの長さを設定して、データの利用効率を上げることができる。

また、本発明のデータ送信方法によれば、さらに、送信シンボルを、受信側で周波数領域でのチャネル等化の入力に対応するシンボル数で分割しているので、受信側で、周波数領域のチャネル等化を確実に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用された無線端末の構成を示すものである。なお、本発明の実施形態は、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で提案されている無線通信システムにおける、制御端末（ＰＮＣ）及び従属端末（ＤＥＶ）として用いることができる。

図１に示すように、本発明の実施形態の無線端末１は、ＭＡＣ(Media Access Controller）部１１と、ベースバンド処理部１２と、ＲＦ(Radio Frequency)フロントエンド部１３とから主に構成されている。

ＭＡＣ部１１は、ＭＡＣ層の処理を行うものである。ＭＡＣ層の処理は、ネットワーク上の端末がどのようにアクセス及びデータを送受信するかを制御するものである。本発明の実施形態では、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）と、チャネル時間割り当て期間（ＣＴＡＰ）とからなるスーパーフレームを用いてデータの送受信が行われる。

ベースバンド処理部１２は、送信するデータのベースバンド信号や、受信したベースバンド信号の処理を行うものである。送信側のベースバンド処理部１２には、エラー訂正符号化部２１と、ベースバンド変調部２２と、サブブロック生成部２３と、無線フレーム生成部２４と、スペクトラム拡散部２５とが含まれる。

エラー訂正符号化部２１は、送信データのエラー訂正符号化を行う。エラー訂正符号としては、ブロック符号や畳み込み符号を用いることができ、どのようなエラー訂正処理を行うようにしてもよい。

ベースバンド変調部２２は、送信データの変調を行うもので、ＢＰＳＫ(Binary Phase Shift Keying)、ＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)、多値ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)等、どのような変調方式を用いてもよい。

サブブロック生成部２３は、送信シンボルを所定数の情報シンボル毎に分割し、この所定数の情報シンボルの先頭に、サイクリックプリフィックスを付加して、サブブロックを生成する。

サイクリックプリフィックスは、送信シンボルの連続性を維持するもので、送信する情報シンボルの後側に相当するシンボルである。このように、所定数の情報シンボルの先頭に、情報シンボルの後側に相当するシンボルをサイクリックプリフィックスとして付加することで、受信時に、周波数領域のチャネル推定を行うときに、適切な推定が行える。なお、サイクリックプリフィックスとして付加するシンボルの長さは、マルチパスの状態に応じて設定される。このことについては、後に説明する。

無線フレーム生成部２４は、送信データ（ペイロード）に対して、所定シンボルのプリアンブルと、ヘッダとを付加して、無線フレームを形成するものである。プリアンブルには、ＡＧＣ、ＡＦＣ、シンボル同期、フレーム同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）と、チャネル推定用のプリアンブル（ＣＥ）とがある。

スペクトラム拡散部２５は、ランダム符号系列により、送信シンボルのスペクトラム拡散を行う。なお、ここでは、スペクトラム拡散部２４でＤＳ−ＣＤＭＡ(Direct Sequence Code Division Multiple Access)を行っているが、ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplex)、ＭＢ−ＯＦＤＭ(Multi band Orthogonal Frequency Division Multiplex)を用いてもよい。

ベースバンド処理部１２の受信側としては、スペクトラム逆拡散部３１と、ＡＧＣ(Automatic Gain Control)／ＡＦＣ（Automatic Frequency Control）部３２と、チャネル等化部３３と、サブブロック分解部３４と、ベースバンド復調部３５と、エラー訂正処理部３６と、同期捕捉部３７とが含まれる。

スペクトラム逆拡散部３１は、ランダム符号系列により、スペクトラム逆拡散を行う。スペクトラム逆拡散は、送信時と同じランダム符号を用いて行われる。

ＡＧＣ／ＡＦＣ部３２は、プリアンブルのパターンを用いて、振幅制御や周波数偏差の制御を行う。振幅制御は、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の振幅が所定値となるように制御することで行われる。周波数偏差の制御は、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の位相回転量から周波数偏差を検出することで行われる。

また、同期捕捉部３７では、受信信号の同期用にプリアンブル（ＳＹＮＣ）から、シンボル同期クロックが形成される。このシンボル同期クロックは各部に送られ、シンボル同期処理が行われる。

チャネル等化部３３は、チャネル推定用のプリアンブル（ＣＥ）を用いてチャネル推定を行い、これを用いて、マルチパス成分による符号干渉を除去する処理を行う。

前述したように、本発明の実施形態では、送信シンボルを所定数の情報シンボルに分け、この所定数の情報シンボルの先頭に、この情報シンボルの後側のシンボルパターンをサイクリックプリフィックスとして付加したものをサブブロックとしている。このため、周波数領域のチャネル推定を行うときも、適切な推定が行える。

サブブロック分解部３４は、サブブロックを分解して、サブブロックに付加されているサイクリックプリフィックスの部分を除去する。

ベースバンド復調部３５は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ等の復調処理を行って、ベースバンド信号を復調する。

エラー訂正処理部３６は、ブロック符号や畳み込み符号によるエラー訂正処理を行う。

ＲＦフロントエンド部１３は、送信時には送信データをミリ波帯（例えば６０ＧＨｚ）にアップコンバートして、電力増幅して送信する。また、受信時には、受信信号を増幅し、受信データをダウンコンバートする。

送信側のＲＦフロントエンド部１３には、直交変調回路４１と、電力増幅回路４２とが含まれる。受信側のＲＦフロントエンド部１３には、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）４３と、直交復調回路４４とが含まれる。

上述のように、本発明の第１の実施形態の無線端末では、サブブロック生成部２３が設けられ、このサブブロック生成部２３により、送信シンボルが所定数の情報シンボルに分割され、この所定数の情報シンボルの先頭に、この情報シンボルの後側のシンボルがサイクリックプリフィックスとして付加される。

図２は、サブブロック生成部２３の一例である。図２において、送信シンボルがシンボル分割部５１に入力される。シンボル分割部５１は、入力された送信シンボルを所定数Ｌの情報シンボルに分割する。

図３（Ａ）に示すような送信シンボルがシンボル分割部５１に入力されたとすると、この送信シンボルは、シンボル分割部５１により、図３（Ｂ）に示すように、所定数Ｌの情報シンボルに分割されて、メモリ５２に蓄積される。

なお、分割する情報シンボル数Ｌは、後に説明する周波数領域のチャネル推定を行う際のＦＦＴ６７（図７参照）の入力数に応じて設定される。

メモリ５２に蓄積された所定数Ｌの情報シンボルのうち、後側のＭシンボルは、図３（Ｃ）に示すように切り出され、この情報シンボルの後側のＭシンボルは、サイクリックプリフィックス保存部５３に送られ、サイクリックプリフィックスとして保存される。

なお、サイクリックプリフィックス保存部５３に対して、サイクリックプリフィックス長設定部５５が設けられる。このサイクリックプリフィックス長設定部５５は、マルチパスの長さに応じて、サイクリックプリフィックスの長さＭを最適化するものである。サイクリックプリフィックス長設定部５５には、マルチパス情報が入力される。サイクリックプリフィックス長の設定については、後に説明する。

図２において、メモリ５２から、情報シンボルが読み出されて、サイクリックプリフィックス挿入部５４に送られる。また、サイクリックプリフィックス保存部５３から、情報シンボルの後側のＭシンボルがサイクリックプリフィックスとして読み出されて、サイクリックプリフィックス挿入部５４に送られる。

サイクリックプリフィックス挿入部５４で、図３（Ｄ）に示すように、所定数Ｌの情報シンボルの先頭に、この情報シンボルの後側のＭシンボルがサイクリックプリフィックスとして付加されて、１つのサブブロックが生成される。

図４は、サブブロック生成部２３の別の一例である。図４において、送信シンボルがシンボル分割部７１に入力される。シンボル分割部７１は、入力された送信シンボルを所定数（Ｌ―Ｍ）の情報シンボルに分割する。

図５（Ａ）に示すような送信シンボルがシンボル分割部７１に入力されたとすると、この送信シンボルは、シンボル分割部７１により、所定数（Ｌ―Ｍ）の情報シンボルに分割されて、メモリ７２に蓄積される。

なお、所定数Ｌは、後に説明する周波数領域のチャネル推定を行う際のＦＦＴ６７（図７参照）の入力数に応じて設定される。

メモリ７２に蓄積された所定数（Ｌ―Ｍ）の情報シンボルに対して、Ｍシンボルの既知シンボルパターンが図５（Ｂ）に示すように生成される。

なお、既知サイクリックプリフィックス生成部７５に対して、既知サイクリックプリフィックス長設定部７３が設けられる。この既知サイクリックプリフィックス長設定部７３は、マルチパスの長さに応じて、サイクリックプリフィックスの長さＭを最適化するものである。既知サイクリックプリフィックス長設定部７３には、マルチパス情報が入力される。既知サイクリックプリフィックス長の設定については、後に説明する。

図４において、メモリ７２から、情報シンボルが読み出されて、既知サイクリックプリフィックス挿入部７４に送られる。また、既知サイクリックプリフィックス生成部７５から、Ｍシンボルの既知シンボルパターンが読み出されて、既知サイクリックプリフィックス挿入部７４に送られる。

既知サイクリックプリフィックス挿入部７４で、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）に示すように、所定数（Ｌ―Ｍ）の情報シンボルの先頭および後方に、Ｍシンボルの既知シンボルパターンがサイクリックプリフィックスとして付加されて、１つのサブブロックが生成される。

このように、１つのサブブロックは、所定数の情報シンボルに、所定のＭシンボルがサイクリックプリフィックスとして付加されて構成される。このようなサブブロックを用いると、シンボルの連続性が保たれる。

つまり、図６（Ａ）に示すように、所定数Ｌの同一の情報シンボル（Ｓ１〜ＳＬ）を連続して配置し、この連続した符号をＱ１及びＱ２で切断したとする。この場合、切り取られたシンボルのパターンは、図６（Ｂ）に示すように、Ｌシンボルの情報シンボル（Ｓ１〜ＳＬ）の先頭に、Ｌシンボルの情報シンボルのうちの後側のＭシンボル（Ｓ（Ｌ−Ｍ＋１）〜ＳＬ）をサイクリックプリフィックスとして付加したのと同じになる。よって、所定数Ｌの情報シンボルの先頭に、この情報シンボルの後側のＭシンボルをサイクリックプリフィックスとして付加してサブブロックを構成すると、シンボルの連続性が保たれる。

図７は、チャネル等化部３３の一例を示すものである。前述したように、チャネル等化部３３は、チャネル推定用のプリアンブル（ＣＥ）を用いてチャネル推定を行う。

受信したチャネル推定用のプリアンブル（ＣＥ）は、プリアンブル抽出部６１で抽出され、相関検出部６２に送られる。また、パターン発生部６３からは、チャネル推定用のプリアンブル（ＣＥ）と同様のパターンが発生され、相関検出部６２に送られる。相関検出部６２で、受信したチャネル推定用のプリアンブル（ＣＥ）と、パターン発生部６３からのパターンとの相関値が検出される。相関検出部６２は、例えば、マッチドフィルタにより構成できる。

相関検出部６２からの相関検出値は、チャネル推定部６４に送られる。チャネル推定部６４は、受信したチャネル推定用のプリアンブル（ＣＥ）を周波数領域に変換して、周波数領域でのチャネル推定を行う。

また、相関検出部６２からの相関検出値は、基準位置設定部６５に送られる。基準位置設定部６５は、相関検出部６２からの相関値を用いて、サブブロックを切り出すための基準位置を設定する。

この基準位置の設定は、例えば、図８（Ａ）に示すように、検出窓Ｗを設け、この検出窓Ｗをスキャンさせて、最大電力となる所を基準位置として設定するように構成される。すなわち、相関検出部６２からは、図８（Ａ）に示すような相関値が出力される。この相関値に対して、検出窓Ｗが設けられ、この検出窓Ｗ内に入る相関値の総電力が算出される。この検出窓Ｗをスキャンさせ、この検出窓Ｗ内に入る相関値の総電力が最大となる位置が求められる。この検出窓Ｗ内に入る相関値の総電力が最大となる位置が基準位置とされる。

また、基準位置の設定は、図８（Ｂ）に示すように、相関値に対して所定のスレショルド値を設定し、この相関値の中で、このスレショルド値を最初に越える部分を基準位置としても良い。

図７において、サブブロック抽出部６６は、基準位置設定部６５からの基準位置に基づいて、受信シンボルから、各サブブロックのシンボルを抽出する。各サブブロックのシンボルは、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）６７に送られる。

前述したように、サブブロックは、所定数Ｌの情報シンボルの先頭に、この情報シンボルの後側のＭシンボルがサイクリックプリフィックスとして付加して構成されている。このとき、ＦＦＴ６７には、所定数Ｌの情報シンボルの部分が入力される。

ＦＦＴ６７は、時間領域のシンボルを周波数領域に変換する。ＦＦＴ６７の出力は、チャネル等化フィルタ６８に送られる。チャネル等化フィルタ６８には、チャネル推定部６４から、周波数領域でのチャネル等化信号が送られる。チャネル等化フィルタ６８で、周波数領域でのチャネル等化が行われる。

周波数領域でのチャネル等化としては、ゼロフォーシング等化、最小平均二乗誤差等化やこれに準ずる等化を用いることができる。

チャネル等化フィルタ６８の出力は、ＩＦＦＴ（inverse Fast Fourier Transform）６９に送られ、時間領域のシンボルに戻されて、出力される。

なお、上述の例では、周波数領域の等化について説明したが、周波数領域の等化ばかりでなく、時間領域の等化を行うようにしても良い。時間領域の等化としては、判定期間等化、最尤系列推定やこれらに準ずる等化を用いることができる。また、伝搬路の環境に応じて、時間領域の等化と周波数領域の等化とを適宜組み合わせるようにしても良い。

このように、本発明の実施形態では、ＦＦＴ６７で時間領域のシンボルを周波数領域に変換し、チャネル等化フィルタ６８で、周波数領域でのチャネル等化を行っている。前述したように、本発明の実施形態では、送信シンボルを所定数Ｌの情報シンボルに分割し、所定数Ｌの情報シンボルの先頭に、この情報シンボルの後側のＭシンボルをサイクリックプリフィックスとして付加して、サブブロックを構成している。このようなサブブロックを用いると、シンボルの連続性が保たれるため、上述のように、周波数領域のチャネル推定を行う際に、適切な推定が行える。

つまり、受信信号は、複数の経路を介されたマルチパスの信号であるから、ＦＦＴ６７には、図９に示すように、複数の経路を介されたマルチパスの受信データが送られる。基準位置設定部６５からの基準位置に基づいてサブブロックを抽出して、図９（Ａ）に示すように、本来のパスを介された受信信号から情報シンボルとなる部分Ｒ１をＦＦＴ６７に入力したとする。このとき、遅延パスを介された信号は、図９（Ｂ）〜図９（Ｄ）に示すように、Ｔ１〜Ｔ３だけそれぞれ遅延されているので、部分Ｒ２〜Ｒ４がＦＦＴ６７に入力されることになる。図９（Ｂ）〜図９（Ｄ）に示すように、遅延パスを介し遅れて入力される部分Ｒ２〜Ｒ４には、サイクリックプリフィックスの部分が含まれることになる。

このとき、情報シンボルの境界で符号が不連続になっていると、その部分から異なる周波数成分が発生し、周波数特性に影響を与える。これに対して、本発明の実施形態では、情報シンボルの後側のＭシンボルがサイクリックプリフィックスとしており、前述したように、このようなサブブロックを用いると、シンボルの連続性が保たれる。シンボルの連続性が保たれていれば、サイクリックプリフィックスの部分が含まれているとしても、周波数特性には影響を与えない。つまり、これは、ＦＦＴ６７に入力されるデータの開始位置、すなわち位相が変わったということであり、周波数には影響を与えない。このため、周波数特性に影響を与えることはなく、相関特性を維持できる。

次に、情報シンボルに付加するサイクリックプリフィックスの部分の長さの設定について説明する。

上述のように、本発明の実施形態では、所定数Ｌの情報シンボルの先頭に、この情報シンボルの後側のＭシンボルをサイクリックプリフィックスとして付加することで、シンボルの連続性を保ち、周波数領域でのチャネル推定を適切に行えるようにしている。マルチパスの影響を考慮すると、このサイクリックプリフィックスの長さを長くとる方が有利である。しかしながら、サイクリックプリフィックスの長さを長くすると、伝送効率が悪化する。

そこで、この実施形態では、図２に示したように、サイクリックプリフィックス保存部５３に対して、サイクリックプリフィックス長設定部５５が設けられ、サイクリックプリフィックスの長さの最適化が図られている。図１０は、このサイクリックプリフィックス長設定部５５での処理を示すフローチャートである。

図１０において、マルチパス情報が入力されたら、（ステップＳ１１）。マルチパスの長さが所定値より長いかどうかを判断する（ステップＳ１２）。なお、マルチパス情報は、例えば、図７に示したチャネル等化部の相関検出部６２の検出出力から取得できる。また、相手方の従属端末（ＤＥＶ）や制御端末（ＰＮＣ）とマルチパスの情報を交換するようにしても良い。そして、マルチパスの長さが所定値より長ければ、図１１（Ａ）に示すように、サイクリックプリフィックスの長さＭを長くし（例えばＭ＝ｍ１）とし、マルチパスの長さが所定値より短ければ、図１１（Ｂ）に示すように、サイクリックプリフィックスの長さＭを短く（例えばＭ＝ｍ２）する。なお、ｍ１は、そのときの伝送路のマルチパスの最大経路の遅延時間より長く、ｍ２は、（ｍ１＞ｍ２）となる長さである。

このように、マルチパスが大きいときには、サイクリックプリフィックスの長さを長くし、マルチパスが小さいときには、サイクリックプリフィックスの長さを短くして、マルチパスの長さに応じて、サイクリックプリフィックスの長さを最適化すれば、伝送効率の悪化を防げる。

なお、この例では、マルチパスの長さに応じて、サイクリックプリフィックスの長さを２段階に設定しているが、サイクリックプリフィックスの長さに応じて、サイクリックプリフィックスの長さをより細かく設定してもよい。

なお、本発明は、ディジタル信号処理ハードウェアで構成できる他，ＤＳＰ(Digital Signal Processor)，ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)などを用いて、ソフトウェアで構成することができる。

また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

本発明は、特に。ミリ波を使用して無線端末間で高速通信を行うようにしたミリ波ＷＰＡＮの無線通信システムに用いて好適である。

本発明の実施形態の無線端末の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の無線端末におけるサブブロック生成部の一例の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態におけるサブブロックの一例の説明図である。 本発明の実施形態の無線端末におけるサブブロック生成部の他の例の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態におけるサブブロックの他の例の説明図である。 本発明の実施形態におけるサブブロックの説明図である。 本発明の実施形態の無線端末におけるチャネル等化部の一例の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態における基準位置の設定の説明図である。 マルチパスを介された情報シンボルの入力の説明図である。 本発明の実施形態におけるサイクリックプリフィックス長の制御の説明に用いるフローチャートである。 本発明の実施形態におけるサイクリックプリフィックス長の制御の説明図である。 ＩＥＥＥ８０２．１５．３の無線通信システムの説明図である。 ＩＥＥＥ８０２．１５．３の無線通信システムにおけるスーパーフレームの説明図である。 ＩＥＥＥ８０２．１５．３の無線通信システムにおける無線フレームの説明図である。

符号の説明

１１ ＭＡＣ部
１２ ベースバンド処理部
１３ フロントエンド部
２１ エラー訂正符号化部
２２ ベースバンド変調部
２３ サブブロック生成部
２４ スペクトラム拡散部
２４ 無線フレーム生成部
２５ スペクトラム拡散部
３１ スペクトラム逆拡散部
３２ ＡＧＣ／ＡＦＣ部
３３ チャネル等化部
３４ サブブロック分解部
３５ ベースバンド復調部
３６ エラー訂正処理部
３７ 同期捕捉部
４１ 直交変調回路
４２ 電力増幅回路
４４ 直交復調回路
５１ シンボル分割部
５２ メモリ
５３ サイクリックプリフィックス保存部
５４ サイクリックプリフィックス挿入部
５５ サイクリックプリフィックス長設定部
６１ プリアンブル抽出部
６２ 相関検出部
６３ パターン発生部
６４ チャネル推定部
６５ 基準位置設定部
６７ ＦＦＴ
６６ サブブロック抽出部
６８ チャネル等化フィルタ
６９ ＩＦＦＴ
７１ シンボル分割部
７２ メモリ
７３ 既知サイクリックプリフィックス長設定部
７４ 既知サイクリックプリフィックス挿入部
７５ 既知サイクリックプリフィックス生成部

Claims (7)

1. 制御端末と複数の従属端末とからネットワークを構成し、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間と、チャネル時間割り当て期間とからスーパーフレームを形成し、前記スーパーフレームの各期間で、同期用及びチャネル推定用のプリアンブルとヘッダとペイロードとからなる無線フレームを用いてデータの送受信を行う無線通信システムの無線端末において、
   前記無線フレームで送信する送信シンボルを所定数の情報シンボルに分割するシンボル分割手段と、
   前記所定数の情報シンボルに、所定のシンボルパターンをサイクリックプリフィックスとして付加してサブブロックを形成するサブブロック生成手段と、
   周波数領域でのチャネル等化を行うチャネル等化手段と、
   を備え、
   前記シンボル分割手段は、前記周波数領域でのチャネル等化手段の入力に対応するシンボル数と前記所定のシンボルパターンを形成するシンボル数との差で前記送信シンボルを分割し、
   前記サブブロック生成手段は、前記所定数の情報シンボルの先頭及び後方に前記所定のシンボルパターンを付加することを特徴とする無線端末。
2. さらに、前記サイクリックプリフィックスの長さを、マルチパス情報に応じて制御するプリフィックス長設定手段を設けることを特徴とする請求項１に記載の無線端末。
3. さらに、受信シンボルと所定パターンとの相関を検出する相関検出手段を有し、前記相関検出手段からの相関検出値から、前記サブブロックの基準位置を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線端末。
4. 前記基準位置は、所定幅のウィンドウにより前記相関検出値の総電力を検出し、前記総電力が最大となるウィンドウの位置から検出することを特徴とする請求項３に記載の無線端末。
5. 前記基準位置は、前記相関検出値と所定のスレショルド値とを比較し、前記相関検出値と所定のスレショルド値との比較出力に基づいて検出することを特徴とする請求項３に記載の無線端末。
6. 制御端末と複数の従属端末とからネットワークを構成し、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間と、チャネル時間割り当て期間とからスーパーフレームを形成し、前記スーパーフレームの各期間で、同期用及びチャネル推定用のプリアンブルとヘッダとペイロードとからなる無線フレームを用いてデータの送受信を行う無線通信システムのデータ送信方法において、
   前記無線フレームで送信する送信シンボルを所定数の情報シンボルに分割するステップと、
   前記所定数の情報シンボルの先頭及び後方に、所定のシンボルパターンをサイクリックプリフィックスとして付加してサブブロックを形成するステップと、
   を備え、
   さらに、前記送信シンボルを、受信側で周波数領域でのチャネル等化の入力に対応するシンボル数と前記所定のシンボルパターンを形成するシンボル数との差で分割することを特徴とするデータ送信方法。
7. さらに、前記サイクリックプリフィックスの長さを、マルチパス情報に応じて制御することを特徴とする請求項６に記載のデータ送信方法。

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