JP5233251B2 - 通信装置、送信タイミング調整方法、及び送信周波数調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置、送信タイミング調整方法、及び送信周波数調整方法に関するものである。

ＯＦＤＭ（ＯＦＤＭＡを含む、以下同様）通信などの通信方式では、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。このような通信方式で、タイミングや周波数の同期がとれていないと、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が生じる。

例えば、特許文献１には、タイミングオフセットによって受信側におけるＦＴＴ窓の時間位置ずれが生じた場合に、復調信号の位相誤差を補正する技術が開示されている。
特開２０００−２９５１９５号公報

タイミングオフセットの補正は、受信側でＦＦＴ窓を調整するのではなく、送信側で送信タイミングを調整することによって行うことも考えられる。
つまり、受信側で推定したタイミングオフセット等を送信側へ付与し、送信側では受信側で推定したタイミングオフセット等に応じて送信タイミングを調整することで、送信側と受信側の同期をとることもできる。
また、周波数オフセットについても、タイミングオフセットと同様に、受信側で推定した周波数オフセットに応じて送信の基準周波数を調整することができる。

ここで、複数のアンテナ素子を用いたＭＩＭＯ通信（ＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ通信）の場合、図８に示すように、受信側の通信装置は、信号を複数のアンテナ素子１０１ａ，１０１ｂで受信し、各アンテナ素子１０１ａ，１０１ｂの系統１０２ａ，１０２ｂごとにＦＴＴ等の処理が行われる。

このように複数のアンテナ素子１０１ａ，１０１ｂで信号を受信する場合、いずれか一方のアンテナ素子１０１ａで受信した信号から推定したタイミングオフセットを用いて、送信側の送信タイミングを調整すると、他方のアンテナ素子１０１ｂではタイミングが合わなくなるという問題が生じる。
つまり、受信側が、第１のアンテナ素子１０１ａで受信した信号によってタイミングオフセットを推定し、受信側がそのタイミングオフセットを送信タイミングの調整情報として送信側に送信すると、送信側は、第１のアンテナ素子１０１ａに対してはタイミングを合わせることができるが、第２のアンテナ素子１０１ｂではタイミングが大きくずれる可能性がある。

そこで、本発明は、複数の受信アンテナ素子で受信した信号に基づいて計算したタイミングオフセット又は周波数オフセットを用いて、送信側の送信タイミング又は送信周波数を最適化することを目的とする。

本発明は、複数のアンテナ素子と、アンテナ素子によって受信した受信信号のタイミングオフセットを推定するタイミングオフセット推定部と、送信タイミングを調整するための送信タイミング調整情報を、信号の送信側へ与える調整情報付与部と、を備え、前記タイミングオフセット推定部は、複数のアンテナ素子によって受信した複数系統の受信信号それぞれについてタイミングオフセットを推定するように、受信信号の各系統に設けられ、更に、受信信号の各系統には、各アンテナ素子によって受信した受信信号の受信電力を推定する受信電力推定部がそれぞれ設けられ、受信信号の各系統に設けられたタイミングオフセット推定部によって推定されたタイミングオフセットを、各系統の受信電力推定部によって推定された受信電力によって重み付け合成する合成部を備え、前記調整情報付与部は、合成部によって重み付け合成されたタイミングオフセットを、送信タイミング調整情報として、信号の送信側へ与えることを特徴とする通信装置である。

上記本発明によれば、受信信号の各系統で推定されたタイミングオフセットを、各系統の受信電力で重み付け合成したものを送信タイミング調整情報として、信号の送信側へ与えるため、送信側では送信タイミングを最適化することができる。

また、他の観点からみた本発明は、複数のアンテナ素子と、アンテナ素子によって受信した受信信号の周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定部と、送信周波数を調整するための送信周波数調整情報を、信号の送信側へ与える調整情報付与部と、を備え、前記周波数オフセット推定部は、複数のアンテナ素子によって受信した複数系統の受信信号それぞれについて周波数オフセットを推定するように、受信信号の各系統に設けられ、更に、受信信号の各系統には、各アンテナ素子によって受信した受信信号の受信電力を推定する受信電力推定部がそれぞれ設けられ、受信信号の各系統に設けられた周波数オフセット推定部によって推定されたタイミングオフセットを、各系統の受信電力推定部によって推定された受信電力によって重み付け合成する合成部を備え、前記調整情報付与部は、合成部によって重み付け合成された周波数オフセットを、送信周波数調整情報として、信号の送信側へ与えることを特徴とする通信装置である。

上記本発明によれば、受信信号の各系統で推定された周波数オフセットを、各系統の受信電力で重み付け合成したものを送信周波数調整情報として、信号の送信側へ与えるため、送信側では送信周波数を最適化することができる。

また、送信タイミング調整方法に係る本発明は、受信した受信信号のタイミングオフセットを受信側で推定するタイミングオフセット推定ステップと、送信タイミングを調整するための送信タイミング情報を、信号の受信側から送信側へ与える付与ステップと、送信タイミング情報に基づいて、送信タイミングを送信側で調整する調整ステップと、含み、前記タイミングオフセット推定ステップでは、複数のアンテナ素子によって受信した複数系統の受信信号それぞれについてタイミングオフセットを推定し、前記付与ステップでは、各系統のタイミングオフセットの推定値を、各系統の受信電力によって重み付け合成した値を、送信タイミング情報として、送信側へ与える、ことを特徴とするものである。

さらに、送信周波数調整方法に係る本発明は、受信した受信信号の周波数オフセットを受信側で推定する周波数オフセット推定ステップと、送信周波数を調整するための送信周波数情報を、信号の受信側から送信側へ与える付与ステップと、送信周波数情報に基づいて、送信周波数を送信側で調整する調整ステップと、含み、前記周波数オフセット推定ステップでは、複数のアンテナ素子によって受信した複数系統の受信信号それぞれについて周波数オフセットを推定し、前記付与ステップでは、各系統の周波数オフセットの推定値を、各系統の受信電力によって重み付け合成した値を、送信周波数情報として、送信側へ与える、ことを特徴とするものである。

本発明によれば、受信側のアンテナ素子が複数あっても、送信タイミング乃至送信周波数を最適化することができる。

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、本実施形態に係る通信装置１と、この通信装置１に対して信号を送信する送信側の通信装置２の機能ブロックを示している。図３の通信装置１は、複数のアンテナ素子１１ａ，１１ｂを有しており、マルチアンテナシステムとして構成されている。なお、ここでの通信装置１は、主に、移動端末２との間で通信を行う基地局を想定する。

通信装置１は、アンテナ素子１１ａ，１１ｂごとに、ＦＦＴ等の信号処理を行う信号処理系統１５ａ，１５ｂを有している。各系統１５ａ，１５ｂは、それぞれ、ＲＦ部１２ａ，１２ｂ、ＢＢ部１３ａ，１３ｂ、ＦＦＴ部１４ａ，１４ｂを有している。
また、通信装置１は、各系統１５ａ，１５ｂにおいてＦＦＴ処理された信号を受けて、フィルタリング処理を行うフィルタ処理部１６を有している。

前記ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部１２ａ，１２ｂ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１３ａ，１３ｂ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１４ａ，１４ｂ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１６は、ＦＦＴ部１４ａ，１４ｂ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２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。送信側通信装置２のアンテナ２１から送信されたサブキャリアは、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。

本実施形態の通信装置１は、ＦＦＴ部１４ａ，１４ｂからそれぞれ出力された周波数領域の信号から（図２参照）、タイミングオフセットと周波数オフセットを推定するタイミングオフセット・周波数オフセット推定部（タイミングオフセット推定部；周波数オフセット推定部）１７ａ，１７ｂを、それぞれの系統１５ａ，１５ｂごとに備えている。

また、通信装置１は、各アンテナ素子１１ａ，１１ｂで受信した信号の受信電力を推定する受信電力推定部１８ａ，１８ｂを、それぞれの系統１５ａ，１５ｂごとに有している。

それぞれのタイミングオフセット・周波数オフセット推定部１７ａ，１７ｂで推定されたタイミングオフセットは、合成部１９によって、受信電力推定部１８ａ，１８ｂで推定された受信電力の大きさに応じた重み付けがなされて、合成される。つまり、それぞれの系統１５ａ，１５ｂで推定されたタイミングオフセットは、それぞれの系統の受信電力の大きさで重み付けがなされた上で、合成される。
このように、各アンテナ素子１１ａ，１１ｂに対応した複数のタイミングオフセットを、受信電力で重み付けすることで、受信電力が大きい系統のタイミングオフセット推定値が大きく重み付けされ、それぞれ異なる複数のタイミングオフセットから、送信タイミングを調整するための送信タイミング調整情報として最適な値が得られる。

また、それぞれのタイミングオフセット・周波数オフセット推定部１７ａ，１７ｂで推定された周波数オフセットも、タイミングオフセットと同様に、合成部１９によって受信電力で重み付けされた上で、合成されるため、送信周波数を調整するための送信周波数調整情報として最適な値が得られる。

合成部１９によって重み付け合成されたタイミングオフセット及び周波数オフセットを用いて、送信部（調整情報付与部）２０は、送信タイミングや送信周波数を補正するための送信タイミング調整情報乃至送信周波数調整情報を生成し、送信側の通信装置２へ送信する。送信側の通信装置２は、通信装置１から与えられた送信タイミング調整情報及び周波数調整情報を受け取ると、送信タイミング・送信周波数調整部２２によって、送信タイミング乃至送信周波数（搬送波周波数）を調整する。
送信側の通信装置２で、送信タイミング乃至送信周波数が調整されることで、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。

ここで、送信タイミング調整情報乃至送信周波数調整情報（補正値）は、算出される度に、送信部２０によって送信側の通信装置２へ送信してもよいが、算出される度に送信すると、頻繁に送信することになる。そこで、送信タイミング調整情報乃至送信周波数調整情報（補正値）が、所定の閾値を超えたときに、送信側への送信を行うようにすることで、不必要な通知を減らし、通信資源を有効に活用できる。

また、送信部２０は、合成部１９によって重み付け合成されたタイミングオフセット及び周波数オフセットから算出された送信タイミング調整情報乃至送信周波数調整情報（補正値）を、そのまま送信側へ送信してもよいが、算出された送信タイミング調整情報乃至送信周波数調整情報（補正値）に対してステップサイズμ（０＜μ≦１）を乗じたものを、送信タイミング調整情報乃至送信周波数調整情報として、送信側へ送信するのが好ましい。この場合、算出された補正値の推定精度が低い場合でも、送信側では安定して補正することができる。また、受信側で平均化処理を行う必要がなくなるので、受信機の構成を簡略化できる。

なお、図３は、通信装置１の主に受信機能に着目した機能ブロック図であるため、受信側通信装置１の送信部２０から、送信側通信装置２の調整部２２に、直接、送信タイミング調整情報乃至送信周波数調整情報が送信されるように描かれている。ただし、実際には、送信タイミング調整情報乃至送信周波数調整情報は、通信装置１のアンテナ素子１１ａ，１１ｂから発生される無線信号によって、通信装置２へ送信されるものである。

さて、本実施形態におけるタイミングオフセット・周波数オフセット推定部１７ａ，１７ｂの基本機能は次のとおりである。ここでは、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。なお、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、本実施形態のタイミングオフセット・周波数オフセット推定部１７ａ，１７ｂでは、上記のような推定方法を用いてもよいが、好ましくは、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、本実施形態のタイミングオフセット・周波数オフセット推定部１７ａ，１７ｂ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、本実施形態のタイミングオフセット・周波数オフセット推定部１７ａ，１７ｂ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、本実施形態のタイミングオフセット・周波数オフセット推定部１７ａ，１７ｂ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。

本実施形態のタイミングオフセット・周波数オフセット推定部１７ａ，１７ｂ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説明する。伝送路がシングルパスの場合の位相回転量の算出方法は次のとおりである。
タイミングオフセットを計算するためには、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Δｆだけ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。

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タイミングオフセット・周波数オフセット推定部１７ａ，１７ｂの詳細について説明する。各タイミングオフセット・周波数オフセット推定部１７ａ，１７ｂは、図６に示すように、ＦＦＴ部１４ａ，１４ｂ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１７１を備えている。本実施形態では、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１７１に蓄積する。

また、タイミングオフセット・周波数オフセット推定部１７ａ，１７ｂは、第１バッファ１７１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１７２を有している。伝送路周波数応答計算部１７２は、参照信号生成部１７２ａ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１７２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１７３に蓄積される。

さらに、タイミングオフセット・周波数オフセット推定部部１７ａ，１７ｂ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１７４を備えている。相関計算部１７４によって算出された相関値は、相関値記憶部１７５に保存される。
さらにまた、タイミングオフセット・周波数オフセット推定部１７ａ，１７ｂは、相関計算部１７４によって算出された相関値（複素数）の偏角ａｒｇを求めて、位相回転量を算出し、位相回転量から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タイミングオフセット・周波数オフセット計算部１７６を備えている。

相関値計算部１７４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１７４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１７５に保存されている。相関計算部１７４は、前に求めた相関値Ｓｐｒｅｖを、当該相関値記憶部１７５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１７５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、タイミングオフセット・周波数オフセット計算部１７６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、タイミングオフセット・周波数オフセット計算部１７６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、本実施形態では、各系統１５ａ，１５ｂに設けられたタイミングオフセット・周波数オフセット計算部１７６それぞれで精度良く推定したオフセットを、受信電力を重み付けして合成するため、送信タイミング乃至送信周波数の調整情報として適切なものが得られる。

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。 本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。 タイミングオフセット・周波数オフセット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。 一の受信アンテナ素子で送信タイミングを推定した場合を説明するブロック図である。

符号の説明

１：通信装置、１１ａ，１１ｂ：アンテナ素子、１２ａ，１２ｂ：ＲＦ部、１３ａ，１３ｂ：ＢＢ部、１４ａ，１４ｂ：ＦＦＴ部、１５ａ，１５ｂ：受信信号の系統、１６：フィルタ処理部、１７ａ，１７ｂ：タイミングオフセット・周波数オフセット推定部、１８ａ，１８ｂ：受信電力推定部、１９：合成部、２０：送信部（調整情報付与部）、１７１：バッファ、１７２：伝送路周波数応答計算部、１７３：バッファ、１７４：相関計算部、１７５：相関値記憶部、１７６：タイミングオフセット・周波数オフセット計算部

Claims (4)

1. 周波数及び時間のユーザ割り当てが行われる通信装置であって、
   複数のアンテナ素子と、
   アンテナ素子によって受信した受信信号をＦＦＴ部によってＦＦＴ処理した周波数領域の受信信号から、前記受信信号のタイミングオフセットを推定するタイミングオフセット推定部と、
   送信タイミングを調整するための送信タイミング調整情報を、前記ユーザである信号送信側へ与える調整情報付与部と、
   を備え、
   前記タイミングオフセット推定部は、複数のアンテナ素子によって受信した複数系統の受信信号それぞれについてタイミングオフセットを推定するように、受信信号の各系統に設けられているとともに、受信信号の各系統に設けられた前記ＦＦＴ部から出力された周波数領域の受信信号に含まれるパイロットサブキャリアのうち、前記ユーザに割り当てられたパイロットサブキャリアを用いて、タイミングオフセットを推定し、
   更に、受信信号の各系統には、各アンテナ素子によって受信した受信信号の受信電力を推定する受信電力推定部がそれぞれ設けられ、
   受信信号の各系統に設けられたタイミングオフセット推定部によって推定されたタイミングオフセットを、各系統の受信電力推定部によって推定された受信電力によって重み付け合成する合成部を備え、
   前記調整情報付与部は、合成部によって重み付け合成されたタイミングオフセットを、送信タイミング調整情報として、前記ユーザである信号送信側へ与える
   ことを特徴とする通信装置。
2. 周波数及び時間のユーザ割り当てが行われる通信装置であって、
   複数のアンテナ素子と、
   アンテナ素子によって受信した受信信号をＦＦＴ部によってＦＦＴ処理した周波数領域の受信信号から、前記受信信号の周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定部と、
   送信周波数を調整するための送信周波数調整情報を、前記ユーザである信号送信側へ与える調整情報付与部と、
   を備え、
   前記周波数オフセット推定部は、複数のアンテナ素子によって受信した複数系統の受信信号それぞれについて周波数オフセットを推定するように、受信信号の各系統に設けられているとともに、受信信号の各系統に設けられた前記ＦＦＴ部から出力された周波数領域の受信信号に含まれるパイロットサブキャリアのうち、前記ユーザに割り当てられたパイロットサブキャリアを用いて、周波数オフセットを推定し、
   更に、受信信号の各系統には、各アンテナ素子によって受信した受信信号の受信電力を推定する受信電力推定部がそれぞれ設けられ、
   受信信号の各系統に設けられた周波数オフセット推定部によって推定されたタイミングオフセットを、各系統の受信電力推定部によって推定された受信電力によって重み付け合成する合成部を備え、
   前記調整情報付与部は、合成部によって重み付け合成された周波数オフセットを、送信周波数調整情報として、前記ユーザである信号送信側へ与える
   ことを特徴とする通信装置。
3. 周波数及び時間のユーザ割り当てが行われる通信装置が受信した受信信号のタイミングオフセットを受信側で推定するタイミングオフセット推定ステップと、
   送信タイミングを調整するための送信タイミング情報を、信号の受信側から前記ユーザである送信側へ与える付与ステップと、
   送信タイミング情報に基づいて、送信タイミングを送信側で調整する調整ステップと、
   含み、
   前記タイミングオフセット推定ステップでは、複数のアンテナ素子によって受信した複数系統の受信信号を各系統に設けられたＦＦＴ部によってＦＦＴ処理した周波数領域の受信信号に含まれるパイロットサブキャリアのうち、前記ユーザに割り当てられたパイロットサブキャリアを用いて、各系統それぞれのタイミングオフセットを推定し、
   前記付与ステップでは、各系統のタイミングオフセットの推定値を、各系統の受信電力によって重み付け合成した値を、送信タイミング情報として、前記ユーザである送信側へ与える、
   ことを特徴とする送信タイミング調整方法。
4. 周波数及び時間のユーザ割り当てが行われる通信装置が受信した受信信号の周波数オフセットを受信側で推定する周波数オフセット推定ステップと、
   送信周波数を調整するための送信周波数情報を、信号の受信側から前記ユーザである送信側へ与える付与ステップと、
   送信周波数情報に基づいて、送信周波数を送信側で調整する調整ステップと、
   含み、
   前記周波数オフセット推定ステップでは、複数のアンテナ素子によって受信した複数系統の受信信号を各系統に設けられたＦＦＴ部によってＦＦＴ処理した周波数領域の受信信号に含まれるパイロットサブキャリアのうち、前記ユーザに割り当てられたパイロットサブキャリアを用いて、各系統それぞれの周波数オフセットを推定し、
   前記付与ステップでは、各系統の周波数オフセットの推定値を、各系統の受信電力によって重み付け合成した値を、送信周波数情報として、前記ユーザである送信側へ与える、
   ことを特徴とする送信周波数調整方法。

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