JP5217373B2 - 通信装置及び位相回転量推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置及び位相回転量推定方法に関するものである。

ＯＦＤＭ（ＯＦＤＭＡを含む、以下同様）通信では、送信側と受信側で信号のタイミングの同期や周波数の同期をとることが重要である。

例えば、受信側で受信遅延が生じた場合、データにＣＰ（サイクリックプレフィックス）が付加されていると、ＣＰ長以内の遅延であればシンボル間干渉は起きないが、搬送波（サブキャリア）の位相回転が生じ、位相誤差となる。
このような位相回転による位相誤差を補正する技術については、例えば、特許文献１に記載されている。

また、従来の位相回転量の算出方法は次のようなものである。
ここでは、図１３のような周波数軸方向（サブキャリア方向）−時間軸方向（シンボル方向）の２次元サブキャリア配置において、図示のようにパイロットサブキャリアが配置されているものとする。
そして、ここではタイミングオフセットを計算するために、周波数ｆ，時間ｔのパイロットサブキャリアＡについての伝送路周波数応答Ｈ（ｆ，ｔ）と、前記パイロットサブキャリアＡから周波数軸方向に離れて位置する周波数ｆ＋Δｆ，時間ｔのパイロットサブキャリアＢについての伝送路周波数応答Ｈ（ｆ＋Δｆ，ｔ）と、を用いて、周波数方向の位相回転量を求める。

まず、タイミングオフセット・周波数オフセットのない場合における周波数ｆ，時間ｔのパイロットサブキャリアＡについての伝送路周波数応答をＨ₀とする。
このとき、タイミングオフセットＴ₀、周波数オフセットＦ₀があるとすると、周波数ｆ，時間ｔのパイロットサブキャリアＡの伝送路周波数応答Ｈ（ｆ，ｔ）は、下記式（１）のようになる。

また、周波数ｆ＋Δｆ，時間ｔのパイロットサブキャリアＢについての伝送路周波数応答Ｈ（ｆ＋Δｆ，ｔ）は、下記式（２）のようになる。

そして、周波数軸方向に並ぶ２つのパイロットサブキャリアＡ，Ｂ間の位相回転量θは、Ｈ（ｆ，ｔ）とＨ（ｆ＋Δｆ，ｔ）との相関値を算出し、その相関値の偏角ａｒｇを求めることによって得られ、下記（３）式が成り立つ。なお、式（３）において「＊」は、複素共役である。

したがって、下記式（４）によって、タイミングオフセットＴ₀を計算することができる。ただし、−１／（２Δｆ）＜Ｔ₀≦１／（２Δｆ）とする。

なお、周波数オフセットＦ₀についても同様に求めることができ、具体的には、時間軸方向に並ぶ２つのパイロットサブキャリア間の相関値を求めて、当該相関値から時間方向の位相回転量θを算出し、当該位相回転量θから周波数オフセットＦ₀を求めればよい。
特開２０００−２９５１９５号公報

従来の位相回転量の算出では、一定周波数間隔Δｆのサブキャリア間、又は一定時間間隔Δｔのサブキャリア間における伝送路周波数応答の相関値を用いて、時間軸方向又は周波数軸方向の位相回転量を推定していた。
つまり、従来は、一つの伝送路周波数応答の相関値だけを用いて位相回転量を推定しており、推定誤差が大きくなりやすく、推定精度に改善の余地があった。

そこで、本発明は、位相回転量を精度良く推定するための新たな技術を提供することを目的とする。

本発明は、伝送路周波数応答の算出に用いられるパイロット信号が時間方向と周波数方向の２次元配置において分散配置されているＯＦＤＭ信号によって通信を行う通信装置であって、受信したＯＦＤＭ信号に含まれるパイロット信号における伝送路周波数応答を算出する伝送路周波数応答計算部と、前記伝送路周波数応答計算部によって算出された伝送路周波数応答に基づいて、パイロット信号間における伝送路周波数応答の相関値を算出する相関値計算部と、前記相関値計算部によって算出された複数の相関値を用いて、位相回転量を算出する位相回転量計算部と、を備え、前記相関値計算部は、パイロット信号同士の位置関係が異なる複数の相関値を算出するように構成され、前記位相回転量計算部は、パイロット信号同士の位置関係が異なる複数の相関値を用いて、位相回転量を算出するものである。

上記本発明によれば、パイロット信号同士の位置関係が異なる複数の相関値を用いて、位相回転量を算出するため、位相回転量を算出するためのサンプル数が増え、精度良く位相回転量を算出することができる。

前記位相回転量計算部によって算出された位相回転量を用いて、受信信号の位相回転量を補正する位相回転量補正部を備えているのが好ましい。この場合、受信信号の位相回転量を補正できる。

また、前記位相回転量計算部によって算出された位相回転量を用いて、タイミングオフセットを算出し、算出したタイミングオフセットに基づいて受信信号のＦＦＴ窓タイミングを補正する窓位置補正部を備えているのが好ましい。この場合、ＦＦＴ窓タイミングが、精度のよいタイミングオフセットによって、適切に補正される。

また、前記位相回転量計算部によって算出された位相回転量を用いて、周波数オフセットを算出し、算出した周波数オフセットに基づいて、受信の基準周波数を補正する基準周波数補正部を備えているのが好ましい。この場合、受信の基準周波数が、精度の良い周波数オフセットによって、適切に補正される。

また、前記位相回転量計算部によって算出された位相回転量を用いて、タイミングオフセット及び／又は周波数オフセットを算出し、算出したタイミングオフセット及び／又は周波数オフセットを、信号の送信側へ送信する送信部を備えているのが好ましい。この場合、信号の送信側は、精度の良いタイミングオフセット及び／又は周波数オフセットによって、送信タイミングや送信基準周波数を適切に補正することができる。

さらに位相回転量推定方法に係る本発明は、伝送路周波数応答の算出に用いられるパイロット信号が時間方向と周波数方向の２次元配置において分散配置されているＯＦＤＭ信号に含まれる前記パイロット信号を用いて位相回転量を推定する方法であって、受信したＯＦＤＭ信号に含まれるパイロット信号における伝送路周波数応答を算出するステップと、パイロット信号間における伝送路周波数応答の相関値を算出する相関値計算ステップと、前記相関値計算ステップにおいて算出した複数の相関値を用いて、位相回転量を算出する位相回転量計算ステップと、を含み、前記相関値計算ステップでは、パイロット信号同士の位置関係が異なる複数の相関値を算出し、前記位相回転量計算ステップでは、パイロット信号同士の位置関係が異なる複数の相関値を用いて、位相回転量を算出するものである。

本発明によれば、精度良く位相回転量を算出することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態では、通信方式としてＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ， ＩＥＥＥ８０２．１６）を例として説明する。

図１は、ＷｉＭＡＸにおいて採用されているＯＦＤＭのサブキャリア配置を示している。ＯＦＤＭは、周波数多重方式の一種であり、周波数軸上で直交するように多数配置された搬送波（サブキャリア）にＱＡＭ変調をかけ、デジタル情報の伝送を行う通信方式である。

ＯＦＤＭのサブキャリアには、データサブキャリア（Ｄａｔａ Ｓｕｂ−Ｃａｒｒｉｅｒ）、パイロットサブキャリア（Ｐｉｌｏｔ Ｓｕｂ−Ｃａｒｒｉｅｒ）、ヌルサブキャリア（Ｎｕｌｌ Ｓｕｂ−Ｃａｒｒｉｅｒ）の３種類がある。
データサブキャリア（データ信号）は、データや制御用メッセージを送信するためのサブキャリアであある。パイロットサブキャリアは、受信側及び送信側で既知の信号（パイロット信号）であり、伝送路周波数応答の算出などに用いられる。

ヌルサブキャリアは、実際には何も送信されないサブキャリアであり、低周波数域側のガードサブバンド（ガードサブキャリア）、高周波数域側のガードサブバンド（ガードサブキャリア）、及びＤＣサブキャリア（中心周波数サブキャリア）によって構成されている。

図２は、ＷｉＭＡＸの上りＰＵＳＣのヌルサブキャリアを除いたデータサブキャリア及びパイロットサブキャリアの２次元配置を示している。図２において、横軸は周波数軸であり、縦軸は時間軸である。
図２の横軸のｌ（１〜Ｌ）はサブキャリア番号を示している。サブキャリア番号は、ヌルサブキャリアを除くサブキャリアについて、周波数の小さい順に番号を付したものである。なお、ヌルサブキャリアを含めた全サブキャリアの数を１０２４とした場合、データサブキャリア及びパイロットサブキャリアの総数Ｌは、８４０となる。
図２の縦軸のｋは、シンボル番号を示している。シンボル番号は、到来時間の早い順にシンボルに番号を付したものである。

なお、図２では、シンボル方向（時間軸方向）に３個×周波数軸方向に４個の計１２個のサブキャリアによって１つのタイル構造を構成している。タイルは、ユーザ割当の際の最小単位となるものである。
タイルの四隅には、パイロットサブキャリアが配置され、タイル内の他のサブキャリアはデータサブキャリアとされている。
図２に示すように、上記タイルが時間軸方向及び周波数軸方向に規則的に並んでいる。この結果、パイロットサブキャリアは、図２の２次元配置において分散配置されている。

図３は、第１実施形態に係る通信装置１の機能ブロックを示している。図３は、主に、通信装置１における受信機能（ＯＦＤＭ受信機としての機能）を示している。この通信装置１は、基本構成として、アンテナ素子１１、ＲＦ部１２、ＢＢ部１３、ＦＦＴ部１４、及びフィルタ処理部１５を有している。なお、ここでの通信装置１は、主に、移動端末との間で通信を行う基地局を想定する。

前記ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部１２は、受信した信号搬送波周波数からベースバンド周波数への変換などを行う。前記ＢＢ（Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ）部１３は、送信側で付加されたＧＩ（Ｇｕａｒｄ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）の除去や、Ａ／Ｄ変換などを行う。前記ＦＦＴ部は、信号の直／並列変換、離散フーリエ変換などを行う。前記フィルタ処理部１５は、ＦＦＴ部からの出力信号に対して適当なウェイトをかけて合成し、各サブキャリアにおける所望信号を抽出する。このウェイトは、パイロットサブキャリアから計算により求められる。

送信側通信装置と受信側通信装置１との間の伝送路は、フェージング伝送路となっている。サブキャリアは、フェージング伝搬路を通過すると、その振幅と位相が変化する。変化量は、サブキャリアの位置（時間軸方向位置と周波数軸方向位置）によって変わる。

また、第１実施形態の通信装置１は、ＦＦＴ部から出力された周波数領域の信号から（図２参照）、位相回転量を推定する位相回転量推定部１６と、推定された位相回転量に基づいて、信号の位相回転量を補正する位相回転量補正部１７とを有している。第１実施形態では、受信側通信装置１で、位相回転を補正するため、シンボル間での位相回転や、サブキャリア間での位相回転を防ぐことができる。

本実施形態における前記位相回転量推定部１６の基本機能は次のとおりである。例えば、図４のサブキャリア配置（図２と同様にＷｉＭＡＸの上りＰＵＳＣ）において、位相回転量を求めることを考える。ここでは、周波数方向（図４の横軸方向）に１サブキャリア進むごとに生じる周波数軸方向の位相回転量をＸ、時間方向（図４の縦軸方向）に１シンボル進むごとに生じる時間軸方向の位相回転量をＹとする。

まず、図４のサブキャリア配置において、従来の位相回転量推定を適用した場合の推定方法を説明する。従来の位相回転量推定では、一定周波数間隔のサブキャリア間、又は一定時間間隔のサブキャリア間（シンボル間）で位相回転量を求めていた。
したがって、図４のサブキャリア配置で周波数軸方向の位相回転量Ｘを求めようとすると、周波数間隔を、例えば、図４のパイロットサブキャリアａとパイロットサブキャリアｂとの間の周波数間隔に相当する３×Δｆに決めておき、この周波数間隔３×Δｆで求まる位相回転量Ｚ１から、周波数軸方向における１サブキャリアごとの位相回転量Ｘ＝Ｚ１／３を求めることになる。

同様に、従来の位相回転量推定で、時間軸方向の位相回転量Ｙを求めようとすると、時間間隔を、例えば、図４のパイロットサブキャリアｇとパイロットサブキャリアｈとの間の時間間隔に相当するΔｔに決めておき、この時間間隔Δｔで求まる位相回転量Ｚ４から、時間軸方向の１シンボルごとの位相回転量Ｙ＝Ｚ４を求めることになる。

なお、位相回転量Ｚ１，Ｚ４は、それぞれ、Ｚ１＝３Ｘ＋Ｎ１（Ｎ１：推定誤差）、Ｚ４＝Ｙ＋Ｎ４（Ｎ４：推定誤差）である。
よって、
Ｘの推定値＝Ｚ１／３＝Ｘ＋Ｎ１／３
Ｙの推定値＝Ｚ４＝Ｙ＋Ｎ４
となる。

これに対し、本実施形態の位相回転量推定部１６では、固定された一つの周波数間隔又は時間間隔だけで位相回転量を求めるのではなく、位相回転量を求める際に、パイロットサブキャリア間の位置関係として複数のものを用いて、位相回転量推定精度を向上させる。これは、図４のサブキャリア配置では、パイロットサブキャリア間の位置関係として、周波数間隔、時間間隔、及び方向が異なる多様な位置関係が存在することを利用したものである。

具体的には、本実施形態の位相回転量推定部１６は、周波数方向の位相回転量Ｘを推定するのに、パイロットサブキャリアａ，ｂ（周波数間隔３Δｆ）だけでなく、これとは異なる位置関係にあるパイロットサブキャリアｃ，ｄやパイロットサブキャリアｅ，ｆを用いる。
ここで、パイロットサブキャリアｃ，ｄは、時間軸方向に２Δｔ離れた位置関係を有し、パイロットサブキャリアｅ，ｆは、周波数軸方向に３Δｆ離れ、時間軸方向に２Δｔ離れた位置関係を有するものである。
また、パイロットサブキャリアｅ，ｆ間での位相回転量Ｚ３は、周波数間隔３Δｆの場合における位相回転量と、時間間隔２Δｔの場合における位相回転量を加えたものと考えることができる。

つまり、パイロットサブキャリアｅ，ｆ間での位相回転量Ｚ３から、パイロットサブキャリアｃ，ｄ間での位相回転量Ｚ２を引くと、周波数間隔３Δｆでの位相回転量を求めることができる。
このように、ある周波数間隔（３Δｆ）での位相回転量は、その周波数間隔（３Δｆ）を持つパイロットサブキャリア同士を用いて算出したもの（Ｚ１）だけではなく、周波数と時間とからみた位置関係が異なる他のパイロットサブキャリア同士を用いて算出したもの（Ｚ３−Ｚ２）も用いて求めることができる。

同様に、本実施形態の位相回転量推定部１６は、時間方向の位相回転量Ｘを推定するのに、パイロットサブキャリアｇ，ｈ（時間間隔Δｔ）だけでなく、これとは異なる位置関係にあるパイロットサブキャリアｃ，ｄを用いる。
ここで、パイロットサブキャリアｃ，ｄは、前述のように、時間軸方向に２Δｔ離れた位置関係を有するものである。したがって、パイロットサブキャリアｃ，ｄ間での位相回転量Ｚ２は、時間間隔Δｔの場合における位相回転量を２倍したものと考えることができる。

つまり、パイロットサブキャリアｃ，ｄ間での位相回転量Ｚ２を、２で割れば、時間間隔Δｔでの位相回転量を求めることができる。
このように、ある時間間隔（Δｔ）での位相回転量は、その周波数間隔（Δｔ）を持つパイロットサブキャリア同士を用いて算出したもの（Ｚ４）だけではなく、周波数と時間とからみた位置関係が異なる他のパイロットサブキャリア同士を用いて算出したもの（Ｚ２／２）も用いて求めることができる。

したがって、本実施形態の位相回転量推定部１６は、周波数軸方向の位相回転量Ｘや時間軸方向の位相回転量Ｙを、例えば、次のようにして求めることができる。
Ｘの推定値＝（Ｚ１／３＋（Ｚ３−Ｚ２）／３）／２＝Ｘ＋（Ｎ１＋Ｎ３−Ｎ２）／６
Ｙの推定値＝（Ｚ２／２＋Ｚ４）／２＝Ｙ＋Ｎ２／４＋Ｎ１／２

なお、位相回転量Ｚ２，Ｚ３は、それぞれ、Ｚ２＝２Ｙ＋Ｎ２（Ｎ２：推定誤差）、Ｚ３＝３Ｘ＋２Ｙ＋Ｎ３（Ｎ３：推定誤差）である。

本実施形態の位相回転量推定部１６では、位相回転量を推定するのに用いるサンプル数が従来よりも多くなり、推定誤差を抑制し、推定精度を向上させることができる。

さて、ここで、タイミングオフセット、周波数オフセットの計算方法について整理しておく。伝送路がシングルパスの場合は、タイミングオフセットは、前述の式（１）〜式（４）のようにして求めることができ、周波数オフセットについても同様の議論が可能である。

さらに、伝送路がマルチパスフェージング環境である場合において、タイミングオフセット、周波数オフセットをとることを考える。ｎ番目のパスにおけるタイミングオフセットをＴｎ、周波数オフセットをＦｎとする。このとき周波数ｆ、時間ｔにおける周波数応答Ｈ（ｆ，ｔ）は、式（５）で表される。

上記式（５）のように、マルチパス環境下では、伝送路周波数応答は複雑な形になるため、各パスのタイミングオフセットＴ０〜ＴＮ、周波数オフセットＦ０〜ＦＮを振幅に応じて重み付け平均した式（６）のＴｍｅａｎ，式（７）のＦｍｅａｎを推定することを考える（図５（ａ）（ｂ）参照）。

まず、準備として、式（８），式（９）を定義し、式（５）を式（１０）のように置きかえる。

このとき、周波数ｆ、時間ｔについて、式（１１）の平均をとると、式（１１）の右辺第２項が消えて、式（１２）が得られる。

さらに、任意のｎについて、式（１３）（１４）が成り立つとすると、式（１２）の位相を計算することによって、式（１５）のように、（ＴｍｅａｎΔｆ＋ＦｍｅａｎΔｔ）を求めることができる。

なお、式（１１）の時点で、位相を計算し、周波数ｆ、時間ｔについて平均をとることによって、（ＴｍｅａｎΔｆ＋ＦｍｅａｎΔｔ）を求めることも可能である。

そして、２通りのパターン（Δｆ１，Δｔ１），（Δｆ２），Δｔ２）について、
ＴｍｅａｎΔｆ１＋ＦｍｅａｎΔｔ１
ＴｍｅａｎΔｆ２＋ＦｍｅａｎΔｔ２
を求め、上記２パターンから得られる連立方程式を解くことにより、Ｔｍｅａｎ，Ｆｍｅａｎを導出することができる。なお、Δｆ１Δｆ２≠Δｆ２Δｆ１である。

上記のようなオフセットの算出方法によれば、ＴｍｅａｎΔｆ，ＦｍｅａｎΔｆをそれぞれ求めて、Ｔｍｅａｎ，Ｆｍｅａｎを導出する場合に比べて、様々なパターン（Δｆｋ，Δｆｋ）（ｋ＝１〜Ｋ）の情報を総合して、オフセットＴｍｅａｎ，Ｆｍｅａｎを推定するため、高精度な推定が可能である。

以下、上記のような基本機能を有する位相回転量推定部１６の詳細について説明する。位相回転量推定部１６は、図６に示すように、ＦＦＴ部１４から出力された周波数領域の受信信号を逐次的に保存する第１バッファ部１６１を備えている。本実施形態における位相回転量推定では、時間的に前のパイロットサブキャリアを使用することがあるため、任意のパイロットサブキャリアを使用できるように、受信信号を第１バッファ部１６１に蓄積する。

また、位相回転量推定部１６は、第１バッファ１６１に蓄積された受信信号（パイロットサブキャリア）を用いて、伝送路周波数応答を算出する伝送路周波数応答計算部１６２を有している。伝送路周波数応答計算部１６２は、参照信号生成部１６２ａによって生成された参照信号（既知信号）を用いて、パイロットサブキャリアごとに伝送路周波数応答Ｈを算出する。伝送路周波数応答計算部１６２によって算出された伝送路周波数応答Ｈは、第２バッファ部１６３に蓄積される。

さらに、位相回転量推定部１６では、任意の２つのパイロットサブキャリアの伝送路周波数応答の相関値（Ｈ^*Ｈ）を求める相関計算部１６４を備えている。相関計算部１６４によって算出された相関値は、相関値記憶部１６５に保存される。
さらにまた、位相回転推定部１６は、相関計算部１６４によって算出された相関値（複素数）の偏角ａｒｇを求めて、位相回転量を算出する位相回転量計算部１６６を備えている。ここでの位相回転量計算部１６６は、算出した偏角ａｒｇから、さらにタイミングオフセット及び／又は周波数オフセットを算出することができる。

相関値計算部１６４は、具体的には、下記式（１６）〜（１９）に従って、第１相関値Ｓ（３Δｆ，０）、第２相関値Ｓ（０，２Δｔ）、第３相関値Ｓ（３Δｆ，２Δｔ）、第４相関値（３Δｆ，−２Δｔ）の演算を行う。

相関値計算部１６４による上記式（１６）〜（１９）の演算は、図２及び図４に示すようなＷｉＭＡＸ（モバイルＷｉＭＡＸ）の上りＰＵＳＣのサブキャリア配置において、受信したタイル（ユーザ割り当ての最小単位；図７参照）毎に、行われる。ユーザ割り当ての最小単位毎に演算を行うことで、どのようなユーザ割り当てが行われても、精度良く演算を行うことができる。
つまり、完全に任意の２つのパイロットサブキャリアを演算に用いると、あるユーザに割り当てられているバースト領域中のパイロットと、他のユーザに割り当てられているバースト領域中のパイロットを用いて、演算を行ってしまう可能性がある。
ユーザが異なると伝送路周波数応答も異なるために演算の精度が低下するが、ユーザ割り当ての最小単位内でのパイロットサブキャリアの組み合わせを演算に用いることで、ユーザ割り当ての影響を受けずに精度良く演算を行うことができる。

なお、図７では、タイルの左上隅のパイロットサブキャリアＰ１の周波数をｆ、時間をｔとしている。したがって、タイルの右上隅のパイロットサブキャリアＰ２の周波数はｆ＋Δｆ、時間はｔである。タイルの左下隅のパイロットサブキャリアＰ３の周波数はｆ、時間は２Δｔである。タイルの右下隅のパイロットサブキャリアＰ４の周波数はｆ＋３Δｆ、時間は２Δｔである。

式（１６）〜式（１９）に示す相関値Ｓ（ｎΔｆ，ｍΔｔ）は、各式（１６）〜式（１９）の右辺第１項に示す「前に求めた相関値Ｓｐｒｅｖ（ｎΔｆ，ｍΔｔ）」を、各式（１６）〜式（１９）の右辺第２項で更新することによって求められる。

前に求めた相関値Ｓｐｒｅｖ（ｎΔｆ，ｍΔｔ）は、別のタイルに基づいて直前に更新された相関値Ｓ（ｎΔｆ，ｍΔｔ）であり、相関値記憶部１６５に保存されている。相関計算部１６４は、前に求めた相関値Ｓｐｒｅｖを、当該相関値記憶部１６５から取得するとともに、更新した相関値Ｓを相関値記憶部１６５へ記憶させる。

相関値Ｓ（ｎΔｆ，ｍΔｔ）の更新の際には、各式（１６）〜式（１９）の右辺第１項には重み係数α₁〜α₄が掛けられ、同第２項には（１−α₁）〜（１−α₄）が掛けられる。伝送路中のノイズが大きいときにはノイズの影響を抑えるため、（１−α₁）〜（１−α₄）を小さくすべく、重み係数α₁〜α₄は大きくし、伝送路中のノイズが小さいときには伝送路変動への追従性能を高めるため、重み係数α₁〜α₄は小さくするのが好ましい。

さて、式（１６）に示す第１相関値Ｓ（３Δｆ，０）は、パイロットサブキャリア間の周波数間隔が３Δｆで、時間間隔が０である場合の伝送路周波数応答相関値を表している。この第１相関値Ｓ（３Δｆ，０）を更新するために、式（１６）では、パイロットサブキャリアＰ１とパイロットサブキャリアＰ２との間での伝送路周波数応答相関値Ｈ（ｆ，ｔ）^*Ｈ（ｆ＋３Δｆ，ｔ）と、パイロットサブキャリアＰ３とパイロットサブキャリアＰ４との間での伝送路周波数応答相関値Ｈ（ｆ，ｔ＋２Δｔ）^*Ｈ（ｆ＋３Δｆ，ｔ＋２Δｔ）とを用いている。

式（１７）に示す第２相関値Ｓ（０，２Δｔ）は、パイロットサブキャリア間の周波数間隔が０で、時間間隔が２Δｔである場合の伝送路周波数応答相関値を表している。この第２相関値Ｓ（０，２Δｔ）を更新するために、式（１７）では、パイロットサブキャリアＰ１とパイロットサブキャリアＰ３との間での伝送路周波数応答相関値Ｈ（ｆ，ｔ）^*Ｈ（ｆ，ｔ＋２Δｔ）と、パイロットサブキャリアＰ２とパイロットサブキャリアＰ４との間での伝送路周波数応答相関値Ｈ（ｆ＋３Δｆ，ｔ）^*Ｈ（ｆ＋３Δｆ，ｔ＋２Δｔ）とを用いている。

式（１８）に示す第３相関値Ｓ（３Δｆ，２Δｔ）は、パイロットサブキャリア間の周波数間隔が３Δｆで、時間間隔が２Δｔである場合の伝送路周波数応答相関値を表している。この第３相関値Ｓ（３Δｆ，２Δｔ）を更新するために、式（１８）では、パイロットサブキャリアＰ１とパイロットサブキャリアＰ４との間での伝送路周波数応答相関値（ｆ，ｔ）^*Ｈ（ｆ＋３Δｆ，ｔ＋２Δｔ）を用いている。

式（１９）に示す第４相関値Ｓ（３Δｆ，−２Δｔ）は、パイロットサブキャリア間の周波数間隔が３Δｆで、時間間隔が−２Δｔである場合の伝送路周波数応答相関値を表している。この第４相関値Ｓ（３Δｆ，−２Δｔ）を更新するために、式（７）では、パイロットサブキャリアＰ３とパイロットサブキャリアＰ２との間での伝送路周波数応答相関値（ｆ，ｔ＋２Δｔ）^*Ｈ（ｆ＋３Δｆ，ｔ）を用いている。

そして、前記位相回転量計算部１６６は、前記第１相関値〜第４相関値それぞれについての偏角ａｒｇを計算する。さらに、位相回転量計算部１６６は、偏角ａｒｇから、タイミングオフセットＴ＾ｍｅａｎ及び周波数オフセットＦ＾ｍｅａｎを算出する。

タイミングオフセットＴ＾ｍｅａｎは、下記式（２０）のように、各偏角に、適切な重みβ₁〜β₄を付けて加算し、２πΔｆで除算することによって算出される。

周波数オフセットＦ＾ｍｅａｎは、下記式（２１）のように、各偏角に、適切な重みγ₁〜γ₄を付けて加算し、２πΔｔで除算することによって算出される。

重みβ₁〜β₄や重みγ₁〜γ₄は、下記式（２２）〜（２５）を満たすように設定されるのが好ましい。また、サブキャリア間隔が小さく、多くの回数更新している相関値に対しては大きい重みβ，γをつけるのが望ましい。
なお、式（２０）式（２１）では、相関値の偏角を演算してから重み付き演算を行っていたが、相関値の重み付き演算を行ってから偏角を演算してもよい。

前述のように、第１実施形態では、推定したオフセットを用いて、位相回転量補正部１７が、ＦＦＴ後の位相回転の補償を行う。まず、タイミングオフセットの補正は、推定したタイミングオフセットの平均値Ｔｍｅａｎを用いて、サブキャリアに応じた位相回転の補償を行う。

例えば、補正前において、式（２６）に示すように、タイミングオフセットＴｍｅａｎがあった場合、式（２７）に示すように、Ｔｍｅａｎで補正することにより、位相回転量を０にすることができる（図８参照）。なお、補正は、あるサブキャリアを基準として行われる。ＯＦＤＭＡの場合には、各ユーザが割り当てられた領域内で、推定・補正を行うのが好ましい。

上記のようにＦＦＴ後の位相回転補正を行うことで、隣接したサブキャリア間における伝送路周波数応答特性の変化量を小さくすることができる。また、伝送路周波数応答特性の推定が容易になる。

また、第１実施形態において周波数オフセットの補正は、推定したＦｍｅａｎの分だけ、ＦＦＴ後の周波数領域信号の周波数を補正すればよい。

上記第１実施形態のように、受信側で位相回転を補正することで、シンボル間の位相回転・サブキャリア間の位相回転を防ぐことができる。

図９は、第２実施形態に係る通信装置を示している。この第２実施形態では、第１実施形態と同様に位相回転量推定部１６を有しているが、第１実施形態のようにＦＦＴ後に位相回転補正を行うのではなく、タイミングオフセットに応じてＦＦＴ窓タイミングを補正する窓位置補正部１８を備えている。

ＦＦＴ窓は、データの先頭にサイクリックプレフィックスＣＰが付加された信号において、ＦＦＴの対象となる範囲をいい、ＣＰ長以内の遅延であれば、ＦＦＴ窓の先頭がＣＰ内にあるため、シンボル間干渉を防止できる。
そして、本第２実施形態では、窓位置補正部１８は、図１０に示すように、遅延分散を考慮し、すべての遅延信号のデータ部の到来タイミングがＦＦＴ窓の先頭からＣＰ長内に収まるように窓タイミングを調整する。
この窓タイミングの補正は、タイミングオフセットが、ある閾値以上になったときに行うのが好ましい。また、窓タイミングの調整を行った場合には、調整した分だけ、相関値Ｓを補正するのが好ましい。さらに、複数ユーザが存在する場合には、各ユーザの送信タイミングを各ユーザの重み付き平均位相回転量が揃うように行うのが望ましい。

上記のように、受信側で窓タイミングを補正することで、シンボル間干渉、キャリア間干渉、シンボル間の位相回転・サブキャリア間の位相回転を防ぐことができる。

また、第２実施形態に係る通信装置は、さらに、基準周波数補正部１９を備えている。この基準周波数補正部１９は、ＲＦ部１２における受信基準周波数を、推定した周波数オフセットに応じて補正する。

図１１は、第３実施形態に係る通信装置を示している。この第３実施形態では、第１実施形態と同様に位相回転量推定部１６を有しているが、推定したタイミングオフセットと周波数オフセットを、送信側へ送信する送信部２０を有している。タイミングオフセットを受信した送信側通信装置は、信号の送信タイミングを調整することで、第２実施形態において窓タイミングを補正したのと同様の効果が得られる。また、周波数オフセットを受信した送信側通信装置は、送信の基準となる周波数（搬送波周波数）を補正することができる。

図１２は、第４実施形態に係る通信装置を示している。この第４実施形態では、通信装置は、複数の受信アンテナ素子１１ａ，１１ｂを有している。一般に、複数の受信アンテナ素子間では、オフセット量（位相回転量）は異なるため、複数のアンテナ素子１１ａ，１１ｂを有する場合、アンテナ素子１１ａ，１１ｂの系統ごとに、位相回転量推定部１６及び位相回転量補正部１７を設けるのが好ましい。

これに対し、第４実施形態では、複数のアンテナ素子１１ａ，１１ｂに共通の位相回転量推定部１６を有している。この位相回転量推定部１６によって推定された位相回転量を用いて、アンテナ素子１１ａ，１１ｂの各系統にそれぞれ設けられた位相回転量補正部１７ａ，１７ｂが、位相回転量補正を行う。

上述のように、複数のアンテナ素子１１ａ，１１ｂ間ではオフセット量が異なるが、アンテナ素子１１ａ，１１ｂ同士が近く配置されていれば、遅延波やドップラー波の分布が近くなるため、オフセット値も近い値となる。したがって、複数のアンテナ素子１１ａ，１１ｂ間の距離が近い場合や伝送路中の雑音が大きい場合や、オフセット（位相回転量）の推定に使用できる信号数が少ない場合には、位相回転量推定部１６によって、各アンテナ素子１１ａ，１１ｂ系統のオフセット推定値（位相回転量推定値）を平均化することで、推定精度を向上させることができる。

具体的には、位相回転量推定部１６は、各アンテナ１１ａ，１１ｂの系統における相関値Ｓを求め、それらの相関値Ｓの平均値を求める。そして、位相回転量推定部１６は、相関値Ｓの平均値から、タイミングオフセットＴ＾ｍｅａｎ及び周波数オフセットＦ＾ｍｅａｎを導出する。

なお、第４実施形態の位相回転量補正部１７ａ，１７ｂに代えて、複数のアンテナ素子１１ａ，１１ｂの各系統に、第２実施形態の窓位置補正部１８や基準周波数補正部１９をそれぞれ設けても良い。
また、第４実施形態の位相回転量補正部１７ａ，１７ｂに代えて、第３実施形態の送信部２０を設けても良い。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図を逸脱しないかぎり、様々な変形が可能である。

ＯＦＤＭのサブキャリア構造を示す図である。 サブキャリアの周波数−時間２次元配列である。 第１実施形態に係る通信装置のブロック図である。 位相回転量推定の基本概念説明図である。 （ａ）はタイミングオフセットの重み付け平均の説明図であり、（ｂ）は周波数オフセットの重み付け平均の説明図である。 位相回転量推定部のブロック図である。 タイルごとのタイミングオフセット、周波数オフセット計算例のための説明図である。 位相回転補正の説明図である。 第２実施形態に係る通信装置のブロック図である。 ＦＦＴ窓タイミング補正の説明図である。 第３実施形態に係る通信装置のブロック図である。 第４実施形態に係る通信装置のブロック図である。 従来の位相回転量推定方法の説明図である。

符号の説明

１：通信装置、１１：アンテナ素子、１２：ＲＦ部、１３：ＢＢ部、１４：ＦＦＴ部、１５：フィルタ処理部、１６：位相回転量推定部、１７：位相回転量補正部、１６１：バッファ、１６２：伝送路周波数応答計算部、１６３：バッファ、１６４：相関計算部、１６５：相関値記憶部、１６６：位相回転量計算部１８：窓位置補正部、１９：基準周波数補正部、２０：送信部

Claims (6)

1. データ信号及び伝送路周波数応答の算出に用いられるパイロット信号が周波数方向に配置され、時間方向と周波数方向の２次元配置において前記パイロット信号が分散配置されているＯＦＤＭ信号によって通信を行う通信装置であって、
   受信したＯＦＤＭ信号に含まれる前記パイロット信号における伝送路周波数応答を算出する伝送路周波数応答計算部と、
   前記伝送路周波数応答計算部によって算出された伝送路周波数応答に基づいて、前記パイロット信号間における伝送路周波数応答の相関値を算出する相関値計算部と、
   前記相関値計算部によって算出された複数の相関値を用いて、位相回転量を算出する位相回転量計算部と、
   を備え、
   前記相関値計算部は、前記パイロット信号同士の位置関係が異なる複数の相関値を算出するように構成され、
   前記位相回転量計算部は、前記パイロット信号同士の位置関係が異なる複数の相関値を用いて、位相回転量を算出する、
   ことを特徴とする通信装置。
2. 前記位相回転量計算部によって算出された位相回転量を用いて、受信信号の位相回転量を補正する位相回転量補正部を備えている請求項１記載の通信装置。
3. 前記位相回転量計算部によって算出された位相回転量を用いて、タイミングオフセットを算出し、算出したタイミングオフセットに基づいて受信信号のＦＦＴ窓タイミングを補正する窓位置補正部を備えている請求項１又は２記載の通信装置。
4. 前記位相回転量計算部によって算出された位相回転量を用いて、周波数オフセットを算出し、算出した周波数オフセットに基づいて、受信の基準周波数を補正する基準周波数補正部を備えている請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信装置。
5. 前記位相回転量計算部によって算出された位相回転量を用いて、タイミングオフセット及び／又は周波数オフセットを算出し、算出したタイミングオフセット及び／又は周波数オフセットを、信号の送信側へ送信する送信部を備えている請求項１〜４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. データ信号及び伝送路周波数応答の算出に用いられるパイロット信号が周波数方向に配置され、時間方向と周波数方向の２次元配置において前記パイロット信号が分散配置されているＯＦＤＭ信号に含まれる前記パイロット信号を用いて位相回転量を推定する方法であって、
   受信したＯＦＤＭ信号に含まれる前記パイロット信号における伝送路周波数応答を算出するステップと、
   パイロット信号間における伝送路周波数応答の相関値を算出する相関値計算ステップと、
   前記相関値計算ステップにおいて算出した複数の相関値を用いて、位相回転量を算出する位相回転量計算ステップと、
   を含み、
   前記相関値計算ステップでは、前記パイロット信号同士の位置関係が異なる複数の相関値を算出し、
   前記位相回転量計算ステップでは、前記パイロット信号同士の位置関係が異なる複数の相関値を用いて、位相回転量を算出する、
   ことを特徴とする位相回転量推定方法。

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