JP5302252B2 - 無線通信装置、信号処理方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、Ｍｕｌｔｉ Ｂａｎｄ ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を使用したＵＷＢ（Ultra Wide Band）通信に関し、特にＵＷＢ通信の通信特性改善に関する。

近年、ＷｉｒｅｌｅｓｓＵＳＢ等の通信機器の普及に伴い、Ｍｕｌｔｉ Ｂａｎｄ ＯＦＤＭ（以下、適宜「ＭＢ−ＯＦＤＭ」と称す）方式を用いたＵＷＢ装置が普及してきている。その流れの中でＵＷＢ無線通信は、他の無線通信と比較して通信可能な距離が１０ｍ程度と短いことがあり、通信特性の改善による通信距離の拡張が必要となってきた。また、通信距離の拡張要求に加えて、ＷｉｒｅｌｅｓｓＵＳＢ等の通信機器の低価格化にともない、ＵＷＢ無線通信装置のコスト削減の要求も高まってきた。

無線通信では、マルチパスフェージングの影響を低減するために、送信信号にガードインターバルを挿入することや、受信側で適応等化受信を行うことが行われている。

例えば、ＥＣＭＡ（European Computer Manufacturer Association）によってＥＣＭＡ−３６８として規格化され、ＰＨＹ層にＭＢ−ＯＦＤＭを採用している短距離無線通信規格ＵＷＢでは、図５に示すように、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）によって生成した１２８サンプルのＯＦＤＭシンボルの後ろに３７サンプル分のゼロサフィックス（ＺＳ）が挿入される。ＵＷＢ送信装置は、ゼロサフィックス挿入後の送信データを搬送波に重畳して送信する。

ゼロサフィックスが挿入された信号を受信したＵＷＢ受信装置は、ＯＦＤＭシンボルの後ろに付加されたゼロサフィックス区間（無信号区間）のデータをＯＦＤＭシンボルの先頭部分に加算する。このような加算処理を以下では"重複加算処理"と呼ぶ。ＵＷＢ受信装置による重複加算処理によって、ＵＷＢ送信装置とＵＷＢ受信装置の間の伝送路におけるマルチパスフェージングの影響を補償することができる。なお、ゼロサフィックスとして挿入される３７個のゼロデータのうちの５個分の時間は、受信装置におけるキャリア周波数の切り替え時間に割り当てられるため、重複加算に使用されるサンプル数は３２個となる。

図６は、特許文献１に開示された、従来のＵＷＢ受信装置１の構成である。図６において、アンテナ１１で受信された信号はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２によって帯域選択された後に低雑音アンプ（ＬＮＡ）１３によって増幅される。ＢＰＦ１２は、帯域外雑音、干渉波を除去するためのフィルタである。ＬＮＡ１３によって増幅された信号は、直交復調部１４に入力されて直交復調される。なお、ＭＢ−ＯＦＤＭでは周波数ホッピングが行われるため、図示しない発振器によって生成され、直交復調部１４に入力されるローカル周波数ｆｃは、周波数ホッピングパタンに応じて周期的に切り替えられる。

直交復調部１４によって復調されたベースバンド信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５によって高周波成分を除去された後に可変利得アンプ（ＶＧＡ）１６によって所定の信号レベルまで増幅される。

Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）１７は、ＶＧＡ１６によって増幅されたベースバンド信号を入力して標本化及び量子化を行い、デジタル化された離散的なベースバンド信号を出力する。ＡＤＣ１７の出力信号は、同期処理部１８に入力される。

同期処理部１８は、ＯＦＤＭ信号のシンボル同期タイミング及びフレーム同期タイミングを捕捉するとともに、入力されたベースバンド信号に対して、プリアンブルの除去、及び、受信信号の搬送波周波数と直交復調に用いるローカル周波数との位相誤差を補正するための位相回転処理を行う。なお、同期処理部１８は、入力信号と既知のプリアンブル信号との相関値を算出する相関器（不図示）を備えており、相関器によって算出された相関値のピーク位置をもとに、ＯＦＤＭ信号のシンボル同期タイミングを決定する。

ＦＦＴ部２０は、重複加算後のベースバンド信号に対する高速フーリエ変換を行って、サブキャリア毎の復調データを出力する。

サブキャリア復号部２１は、パイロット・トーンを用いたサブキャリア毎の復調データに対する周波数等化処理、デインタリーブ、ビタビ復号、及びデスクランブル等を行い、得られた復号データを出力する。

遅延スプレッド推定部２２は、受信信号の遅延スプレッドを算出する。遅延スプレッドは、マルチパスを伝搬したことによる受信信号の遅延時間の拡がりが反映された評価パラメータである。重複加算数決定部２３は、遅延スプレッド推定部２２によって算出された遅延スプレッドに応じて、重複加算数を決定する。ここで、重複加算数とは、重複加算部１９において、ＯＦＤＭシンボルに対して重複加算されるゼロサフィックス区間のサンプル数である。ＯＦＤＭ方式を採用したＵＷＢ受信装置の場合、重複加算数の最大値は３２であり、最小値はゼロである。

重複加算部１９は、入力されたベースバンド信号からゼロサフィックス区間を除去するとともに、ゼロサフィックス区間のデータをＯＦＤＭシンボル区間の先頭部分に加算する。なお、重複加算部１９において重複加算されるゼロサフィックス区間のデータ長、つまりサンプル数は、重複加算数決定部２３によって決定された重複加算数に応じて変更可能である。
重複加算部１９が行う重複加算処理は、以下の（１）式で表される。ここで、ＮＯＡＡは、重複加算数決定部２３によって決定される重複加算数であり、ＯＦＤＭ受信装置の場合、０≦Ｎ_ＯＡＡ≦３２である。

・・・（１）

このように、図６のＵＷＢ受信装置１は、遅延スプレッドの大きさに応じて、重複加算されるゼロサフィックス区間のデータ長を適応的に変更できる。

図７は、遅延スプレッド推定部２２及び重複加算数決定部２３の構成を示している。図７の遅延スプレッド推定部２２は、相関器３１、加算器３２１乃至３２３、乗算器３２４乃至３２７、並びに遅延回路３２８乃至３２９により構成されている。ここで、遅延回路３２８乃至３２９は、１サンプル分の遅延を発生させる回路である。相関器３１は、入力信号と既知のプリアンブル、具体的にはプリアンブル中のパケット同期シーケンスとの相関値を算出する。

図７の加算器３２１乃至３２３、乗算器３２４乃至３２７、並びに遅延回路３２８乃至３２９は、（２）式に示す相関器３１の出力の分散σ^２を演算する回路である。つまり、図７の遅延スプレッド推定部２２は、相関器３１の出力の分散σ^２によって、遅延スプレッドを推定している。（２）式において、ｘｉは相関器３１の出力値、ｎは分散σ^２の演算に使用する標本数である。標本数ｎは、相関器３１のサンプリング周波数ｆｓ［Ｈｚ］と、遅延スプレッドの平方根ＲＤＳの最大許容値Ｔｓｐ［ｓｅｃ］を用いて、以下の（４）式によって表される。ＲＤＳの最大許容値は通信距離に応じて変化するものであるが、ＵＷＢでは目安としてＴｓｐ＝２６ｎｓと定義されている。この場合、相関器３１のサンプリング周波数を５２８ＭＨｚとすると、標本数ｎは１４となる。

・・・（２）
ｎ＝ｆｓ×Ｔｓｐ ・・・（３）

一方、図６に示す重複加算数決定部２３は、コンパレータ３３を備えている。コンパレータ３３は、遅延スプレッド推定部２２によって演算された遅延スプレッドを閾値Ｃｔｈの二乗と比較し、比較結果を制御信号Ｓ１として出力する。乗算器３４は、閾値Ｃｔｈの二乗を演算するために設けてある。
閾値Ｃｔｈは、以下の（４）式により決定することができる。（４）式において、Ｔｔｈは、重複加算数の切り替えのための閾値であり、単位は秒によって表される。つまり、受信信号に対して算出した遅延スプレッドの平方根ＲＤＳがＴｔｈ以上であれば信号Ｓ１がＨｉｇｈレベルとなり、Ｔｔｈ以下であれば信号Ｓ１がＬｏｗレベルとなる。

・・・（４）

重複加算部１９は、重複加算数決定部２３が出力する制御信号Ｓ１に応じて、ゼロサフィックスの後半１６サンプルを重複加算するか否かを選択する。
図６を用いて説明した構成によれば、重複加算部１９は、遅延スプレッドが所定の閾値より大きい場合にゼロサフィックス区間の３２サンプルの重複加算を行い、遅延スプレッドが所定の閾値より小さい場合にはゼロサフィックス区間の１６サンプルのみを重複加算することが可能となる。

なお、遅延スプレッドの大きさに対する閾値及び重複加算数の組合せは、シミュレーションやＬＳＩ評価によって適切な値を決定すれば良い。また、図６を用いて説明した構成は一例であり、重複加算数を１６及び３２以外の値としてもよいし、遅延スプレッドの大きさに応じて重複加算数を３種類以上の値から選択する構成としてもよい。例えば、重複加算数決定部２３は、遅延スプレッドの平方根ＲＤＳが５ｎｓ未満、５ｎｓ以上１０ｎｓ未満、及び１０ｎｓ以上のいずれであるかに応じて、３種類の重複加算数８、１６及び３２を選択するものとし、選択された重複加算数によって重複加算が行われるように重複加算部１９を構成することが考えられる。

このように、遅延スプレッドの大きさに応じた重複加算数の決定方式には様々な方式が考えられるが、遅延スプレッドが大きくなるにつれて重複加算数を漸増する必要があるため、典型的には、遅延スプレッドの大きさに応じて重複加算部１９に適用される重複加算数が単調増加していくように決定するとよい。

また、図７では、遅延スプレッド推定部２２、重複加算数決定部２３、及び重複加算部１９を専用回路で実現する構成例を示したが、これらの処理をＤＳＰ（Digital Signal Processor）で実現することも可能である。また、遅延スプレッド推定部２２、重複加算数決定部２３、及び重複加算部１９が行う処理を記述したソフトウェアをコンピュータシステムで実行することによって、上述した処理を実現することも可能である。

続いて以下では、遅延スプレッド量に応じて重複加算数を変化させることでＵＷＢ受信装置における通信特性が改善する効果について説明する。常にゼロサフィックス区間の３２サンプルのデータを重複加算の対象とした場合には、受信信号の遅延スプレッドが小さい場合にも３２サンプル分のノイズがＯＦＤＭシンボルに加算される結果となる。３２サンプル分のノイズを加算することによるペナルティは、１０ｌｏｇ１０（１６０／１２８）＝０．９７ｄＢであり、重複加算によって所要ＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio）が約０．９７ｄＢ劣化することになる。

これに対して、遅延スプレッドの大きさに応じて重複加算数を適応的に変化させる、つまり、図８に示すように、遅延スプレッドが小さい場合は、３２サンプルのゼロサフィックス区間（ＺＳ区間）の全体ではなく、この一部に相当する区間、つまり図８に示す加算区間だけがＦＦＴ区間の受信データ８２の先頭部分に加算される。これによって、図９に示すように、受信データ８２に加算されるノイズ８４は、固定的に３２サンプル分を加算する構成に比べて小さくなる。

特開２００７−３３６３１２号公報

従来技術は、通信可能な距離を改善するためには半導体装置の回路規模が大きくなるという問題がある。その理由としては、従来技術では遅延スプレッド量に応じたマルチパスフェージング補償を行うために、ＵＷＢ無線通信装置は、遅延スプレッド量を推定する回路と、推定された遅延スプレッド量から重複加算数を決定する重複加算数決定回路を実装する必要がある。このため回路規模を小さくすることができなかった。

本発明に係る無線通信装置の一態様は、ＯＦＤＭシンボルの間に無信号区間が挿入された信号を受信する無線通信装置であって、重複加算数テーブル部と重複加算部とを備える。重複加算数テーブル部は、信号が伝送される周波数帯域を特定するバンド情報と、前記ＯＦＤＭシンボルに重複加算する前記無信号区間のサンプル数を指定する重複加算数とを対応づける。重複加算部は、前記重複加算数テーブル部を用いて、前記バンド情報に応じて決定された重複加算数に相当するデータを前記ＯＦＤＭシンボルの先頭部分に加算する。重複加算数テーブルは、バンド情報と重複加算数との組合せを保持する。当該重複加算数テーブルを備えることにより、遅延スプレッド量を算出する必要がなくなるため、これに要する回路を削減することできる。

本発明に係る信号処理方法の一態様は、ＯＦＤＭシンボルの間に無信号区間が挿入された信号を受信する無線通信装置の信号処理方法であって、信号が伝送される周波数帯域を特定するバンド情報と、前記ＯＦＤＭシンボルに重複加算する前記無信号区間のサンプル数を指定する重複加算数とを対応づける、前記バンド情報と前記重複加算数との組合せをメモリに保持し、前記バンド情報と前記重複加算数との組合せを使用して、前記バンド情報に応じて、重複加算数を決定する。

本発明に係るプログラムの一態様は、ＯＦＤＭシンボルの間に無信号区間が挿入された信号を受信する無線通信装置が信号を処理するプログラムであって、コンピュータに、信号が伝送される周波数帯域を特定するバンド情報と、前記ＯＦＤＭシンボルに重複加算する前記無信号区間のサンプル数を指定する重複加算数とを対応づける、前記バンド情報と前記重複加算数との組合せをメモリに保持する処理と、前記バンド情報と前記重複加算数との組合せを使用して、前記バンド情報に応じて、重複加算数を決定する処理と、を実行させる。

本発明によれば、無線通信装置の回路規模を小さくすることが可能となる。

本発明の実施形態１に係るＵＷＢ受信装置の構成例を示すブロック図である。 本発明のＵＷＢ受信装置の重複加算数テーブル部の一例を示す図である。 Ｍｕｌｔｉ Ｂａｎｄ ＯＦＤＭ方式のＵＷＢにおける周波数チャネルの構成を示す図である。 本発明の実施形態２に係るＵＷＢ受信装置の構成例を示すブロック図である。 ＵＷＢの送信データフォーマットを示す図である。 従来のＵＷＢ受信装置の構成図である。 従来のＵＷＢ受信装置の具体的な構成例を説明するための図である。 従来技術の効果を説明するための図である。 従来技術の効果を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。

本発明は、ＯＦＤＭシンボルの間に無信号区間が挿入された信号を受信する無線通信装置に適用することができる。ここで、無信号区間とは、ゼロサフィックス区間及びゼロプリフィックス区間等の送信時に有意な信号が存在しない信号区間である。また、ＯＦＤＭシンボルは、有意な信号が存在する区間、すなわち、所望データを伝送する信号区間を所望信号区間ともいう。
以下の実施形態では、無線通信装置の一例として、ＵＷＢ受信装置を用いて説明するが、これに限られることはなく、無信号区間が挿入された信号を受信し、重複加算処理を実施する装置に本発明を適用することが可能である。

本発明の無線通信装置（受信装置）の一態様は、ＯＦＤＭシンボルに無信号区間を挿入して信号を転送する通信において、バンド情報に応じて重複加算数を決定する。具体的には、無線通信装置は、重複加算数テーブル部を用いて、バンド情報に応じて、重複加算数を決定する手段を有する。バンド情報は、信号の伝送に使用する周波数チャネルを特定する情報であり、具体的には、バンドＩＤ（IDentifier）またはバンドグループである。

実施形態１．
図１は、本発明のＭｕｌｔｉ Ｂａｎｄ ＯＦＤＭ方式を用いたＵＷＢ受信装置のシステム構成例を示すブロック図である。

本発明のＭｕｌｔｉ Ｂａｎｄ ＯＦＤＭ方式を用いたＵＷＢ受信装置のシステムは、アンテナ１１１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１２、低雑音アンプ（ＬＮＡ）１１３、直交復調部１１４、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１５、可変利得アンプ（ＶＧＡ）１１６、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）１１７、同期処理部１１８、重複加算部１１９、ＦＦＴ部１２０、サブキャリア復号部１２１、メディア・アクセス・コントローラ部１２２（以降、ＭＡＣ部と称す）、及び、重複加算数テーブル部１２３で構成される。アンテナ１１１からＡ／Ｄコンバータ１１７は、図６と同様な構成であり、後述する動作において説明する。

同期処理部１１８は、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）より出力されるベースバンド信号を入力とし、プリアンブルの除去、位相回転処理を行ったベースバンド信号を重複加算部１１９に出力する構成になっている。
重複加算部１１９は、同期処理部１１８から出力される、プリアンブルの除去、位相回転処理を行ったベースバンド信号と、重複加算数テーブル部１２３から出力される、重複加算数とを入力とする。そして、重複加算部１１９は、同期処理部１１８から入力したベースバンド信号からゼロサフィックス区間を除去するとともに、ゼロサフィックス区間の３２サンプル分のデータのうち、重複加算数に相当するデータをＯＦＤＭシンボル区間の先頭部分に加算したベースバンド信号をＦＦＴ部１２０に出力する構成になっている。

ＦＦＴ部１２０は、重複加算部１１９から出力されるベースバンド信号を入力とし、入力したベースバンド信号を復調して、サブキャリア復号部１２１に復調データを出力する構成になっている。

サブキャリア復号部１２１は、ＦＦＴ部１２０から出力される復調データを入力とし、ＭＡＣ部１２２に復号データを出力する構成になっている。
ＭＡＣ部１２２は、サブキャリア復号部１２１からの復号データを入力とし、バンドＩＤ信号Ｓ０を重複加算数テーブル部１２３に出力する構成になっている。
重複加算数テーブル部１２３は、ＭＡＣ部１２２より出力されるバンドＩＤ信号Ｓ０を入力とし、重複加算数Ｓ１を重複加算部１１９に出力する構成になっている。実施形態１では、重複加算数テーブル部１２３は、ハードウェアにより構成されていること、及び、重複加算部１１９と同じＬＳＩ（Large Scale Integration）内に配置されていることを前提とする。

図２は、重複加算数テーブル部の一例として、バンドＩＤごとの重複加算数を表したテーブルを示す。重複加算数テーブル部は、バンドＩＤ信号Ｓ０の入力値と、中間処理で求める遅延スプレッド量と、重複加算数Ｓ１の出力値で構成される。重複加算テーブル部は、入力されるバンドＩＤ信号毎に出力値（重複加算数Ｓ１）を持つ。図２では、重複加算数テーブル部１２３が、遅延スプレッド量を保持する場合を示しているが、説明を容易にするために示したものである。重複加算数テーブル部１２３は、遅延スプレッド量を保持する必要はなく、少なくともバンド情報と重複加算数とを対応づけられれば良い。

ここで、バンドＩＤについて説明する。図３は、Ｍｕｌｔｉ Ｂａｎｄ ＯＦＤＭ方式のＵＷＢにおける周波数チャネルの構成を示す図である。周波数チャンネルは、バンドＩＤ＃１からバンドＩＤ＃１４まで割り振られている。さらに３個のバンドをまとめたバンドグループが＃１から＃６まで割り振られている。本実施形態では、バンド情報としてバンドＩＤを用い、図２に示すように、バンドＩＤ毎に重複加算数を対応づける場合を説明する。

続いて、本実施形態の無線受信装置の動作を、図１から図３を用いて説明する。
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１２は、アンテナ１１１で受信された信号を、帯域選択し、ＬＮＡ１１３へ出力する。ここで、ＢＰＦ１１２は、ＭＢ−ＯＦＤＭの複数のバンドＩＤから受信するバンドＩＤを選択し、帯域外雑音、干渉波を除去するためのフィルタである。
ＬＮＡ１１３は、帯域選択された信号を増幅し、直交復調部１１４へ出力する。

直交復調部１１４は、ＬＮＡ１１３によって増幅された信号を、直交復調する。
ＬＰＦ１１５は、直交復調部１１４によって復調されたベースバンド信号から高周波成分を除去した後、ＶＧＡ１１６へ出力する。
ＶＧＡ１１６は、直交復調部１１４から入力したベースバンド信号を、所定の信号レベルまで増幅し、ＡＤＣ１１７へ出力する。

ＡＤＣ１１７は、ＶＧＡ１１６により増幅されたベースバンド信号を入力して標本化及び量子化を行い、デジタル化された離散的なベースバンド信号を同期処理部１１８に出力する。

同期処理部１１８は、ＯＦＤＭ信号のシンボル同期タイミング及びフレーム同期タイミングを捕捉するとともに、入力されたベースバンド信号に対してプリアンブルの除去、及び位相回転処理を行う。位相回転処理は、受信信号の搬送波周波数と直交復調に用いるローカル周波数との位相誤差を補正するための処理である。また、同期処理部１１８は、相関器によって算出された相関値のピーク位置をもとに、ＯＦＤＭ信号のシンボル同期タイミングを決定する。

重複加算部１１９の動作は、従来技術と同じ動作であり、図８を用いて動作を説明する。重複加算部１１９は入力されたベースバンド信号からゼロサフィックス区間（図８のＺＳ区間）を除去するとともに、ゼロサフィックス区間のうち、重複加算数テーブル部１２３によって決定された重複加算数に応じたデータ長、つまりサンプル数の信号をＯＦＤＭシンボル区間の先頭部分に加算し、ＦＦＴ部１２０へ出力する。
ＦＦＴ部１２０は、重複加算後のベースバンド信号に高速フーリエ変換を行って、サブキャリア毎の復調データを出力する。

サブキャリア復号部１２１は、パイロット・トーンを用いたサブキャリア毎の復調データに対する周波数等化処理、デインタリーブ、ビタビ復号、及びデスクランブル等を行い、得られた復号データを出力する。

ＭＡＣ部１２２は、復号データを受けてＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）やＵＳＢなどのインターフェイスを介して上位コンピュータに復号データを出力する。またＭＡＣ部１２２では、通信プロトコル制御が行われ、通信装置毎に周波数チャネルを割り振り、同時通信を可能としている。ＭＡＣ部１２２は、割り振られた周波数チャネルを示すバンドＩＤとバンドグループ情報とを重複加算数テーブル部１２３に出力する。本実施形態では、重複加算数テーブル部１２３がバンドＩＤと重複加算数とを対応づけているため、ＭＡＣ部１２２は、バンドＩＤを重複加算数テーブル部１２３に出力する例を示している。重複加算数テーブル部１２３がバンドＩＤに替えて、バンドグループと重複加算数とを対応づけている場合、バンドグループ情報を重複加算数テーブル部１２３に出力することになる。従って、ＭＡＣ部１２２は、バンドＩＤとバンドグループ情報との少なくともいずれかを含むバンド情報を重複加算数テーブル部１２３へ出力すればよい。

重複加算数テーブル部１２３は、図２の通信に使用するバンドＩＤ信号と遅延スプレッド量との間の相関関係より、通信に使用するバンドＩＤに応じた重複加算数を重複加算部１１９に出力する。重複加算数テーブル部１２３は、バンド情報と重複加算数とを対応づけて保持する。以下にバンド情報に応じて重複加算数を決定する手順について説明する。バンド情報に応じた重複加算数の決定（算出）にあたっては、バンド情報と遅延スプレッドとの相関関係を用いる。なお、重複加算数テーブル部１２３を作成するにあたって、遅延スプレッド量は、同様の無線通信装置における、過去の実績値、シミュレーションなどにより算出した試験用の値等を用いることができる。この場合、例えば、図７に示す遅延スプレッド推定部２２により算出された値を用いることもできる。

図２を用いて、バンドＩＤと遅延スプレッド量の相関関係を説明する。遅延スプレッド量の算出については、以下に説明する計算式を用いて算出する。
自由空間における電波の伝播損失の演算式は、伝播損失ｌｏｓｓ［ｄＢ］、搬送波周波数ｆ［ＭＨｚ］、通信距離ｄ［ｍ］で表すと（５）式になる。
ｌｏｓｓ＝２０ｌｏｇ（ｆ）＋２０ｌｏｇ（ｄ）−２７．６ ・・・（５）

Ｍｕｌｔｉ Ｂａｎｄ ＯＦＤＭ方式を用いたＵＷＢの規格における最大送信電力は、−１４ｄＢｍであるため、受信装置（受信部）に到達する反射波の電力ｐｏｗｆは反射波の経路距離ｄｆと（５）式を用いて（６）式になる。
ｐｏｗｆ＝−１４ｄＢｍ−（２０ｌｏｇ（ｆ）＋２０ｌｏｇ（ｄｆ）−２７．６） ・・・（６）

ここで、図７の相関器３１から出力される出力値を、相関器出力ｘとする。遅延スプレッド量を示す相関器出力ｘの分散σは、（２）式に示すようにサンプリング時間ｉにおける相関器出力ｘｉの分散で表される。無線通信装置は、直達波と反射波とを受信する。直達波の相関器出力Ｘ_ｄと、反射波の相関器出力Ｘ_ｆとを用いると、（２）式は、（７）式で表せる。

・・・（７）
一般的に知られている相関器出力と受信電力は、（８）式に示すように、線形関係にある。ここで、ａは定数を示す。

・・・（８）
（８）式を（７）式に代入して（９）式の関係式で表すことができる。

・・・（９）

（３）式で示されるように標本数ｎは、１４である。また、ｐｏｗｄをＵＷＢ無線通信における最低受信感度である−８１ｄＢｍとする。また、ｐｏｗｆは（６）式で示される。これらを（９）式に代入して遅延スプレッド量を算出する。（９）式を用いて算出した遅延スプレッドの分散が遅延スプレッド量となる。図２には、例えばシミュレーションにより算出した遅延スプレッド量を示している。遅延スプレッド量は、バンド情報それぞれについて算出する。具体的には、バンド情報は、バンドＩＤまたはバンドグループであることから、バンドＩＤまたはバンドグループそれぞれについて、遅延スプレッド量を算出する。

図２に示すとおり、バンドＩＤ信号が増加すると遅延スプレッド量は減少する相関関係がある。さらに、（９）式の関係式で算出した遅延スプレッドを用いて、重複加算数を決定する。重複加算数の決定にあっては、無線通信装置を使用する環境により異なるため、条件の悪い環境を想定して重複加算数を決定する。無線通信装置を使用する環境とは、例えば、広い空間より狭い空間で使用する場合に反射波が多くなるなど、の条件が想定される。

上述したように、重複加算数の決定にあたっては、次のステップをとる。
１．（５）式を用いて、自由空間における電波の伝播損失の演算するステップ
２．（６）式を用いて、受信装置に到達する反射波の電力を求めるステップ
３．ＵＷＢ無線通信における最低受信感度に基づいて、受信装置に到達する直達波の電力を求めるステップ
４．（８）式を用いて、反射波の電力と直達波の電力から相関値を演算するステップ
５．（９）式を用いて、遅延スプレッドの分散（遅延スプレッド量）を求めるステップ
６．遅延スプレッド量に応じて重複加算数を決定するステップ

重複加算数テーブル部１２３は、ＭＡＣ部１２２が出力するバンドＩＤ信号と、（９）式の関係式を用いて決定した重複加算数との対応づけを、重複加算数テーブル部１２３が行う。これにより、遅延スプレッド量に応じた重複加算数が決定できる。重複加算数テーブル部１２３は、バンド情報と遅延スプレッド量との相関関係を用いて、重複加算数を決定したものであり、バンド情報と重複加算係数とを対応づける。
重複加算数テーブル部１２３は、バンドＩＤ信号Ｓ０を入力とし、重複加算数Ｓ１値（０から３２の値）を出力する。例えばバンドＩＤ１においては、重複加算数Ｓ１の出力値を３２とし、バンドＩＤ１４においては重複加算数Ｓ１の出力値を４とする。

なお、図２に示すバンドＩＤに対する重複加算数の組合せは、シミュレーションやＬＳＩ評価によって適切な値を決定すれば良い。また、重複加算数テーブル部１２３ではバンドグループ情報を入力信号とし、重複加算数Ｓ１値を決定する構成としても構わない。

以上説明した通り、本実施形態の無線通信装置は、通信に使用する周波数チャネルを示すバンドＩＤまたはバンドグループ情報の信号から重複加算数を重複加算数テーブル部より決定する手段を有する。重複加算数テーブル部は、次の手順により生成される。遅延スプレッド推定部により評価パラメータ（遅延スプレッド）を算出する。評価パラメータは、受信信号のマルチパスを伝搬したことによる受信信号の遅延時間の拡がりが反映する指標である。そして、重複加算数をバンドＩＤ情報と遅延スプレッド量との相関関係より演算する。演算結果に基づいて、バンド情報と重複加算数との組合せを決定する。重複加算数テーブル部は、このようにして決定した、バンド情報と重複加算数との組合せを保持する。無線通信装置は、重複加算数テーブル部により重複加算数を決定する。このため、無線通信装置は、遅延スプレッド量を算出する必要がない。これにより、遅延スプレッド推定部が不要となり、回路規模を削減できる。

実施形態２．
図４は、本発明の実施形態２に係るＵＷＢ受信装置の構成例を示すブロック図である。図１では、重複加算数テーブル部１２３をハードウェアとして構成し、ＬＳＩ内に配置する例を示したが、図４は、ＬＳＩ外部から制御（例えばソフトウェアで設定）する構成になっている。
アンテナ１１１からＭＡＣ部１２２の各構成要素は、図１と同じ構成であるため、説明を省略する。図４では、重複加算数テーブル部２００が、図１の重複加算数テーブル部１２３に相当する機能を実現する。重複加算数テーブル部２００は、レジスタインターフェイス回路２０２、レジスタ部２０４、及び、重複加算数保持部２０５を備える。図４では、レジスタインターフェイス回路２０２とレジスタ部２０４とをＬＳＩ内部に配置し、重複加算数保持部２０５をＬＳＩの外部に配置する構成例を示している。

レジスタ部２０４は、バンドＩＤを保持するバンドＩＤレジスタ部２０１と重複加算数を保持する重複加算数レジスタ部２０３で構成される。レジスタ部２０４は、ＭＡＣ部１２２が出力するバンドＩＤ信号を入力とし、レジスタインターフェイス回路２０２にバンドＩＤレジスタ部２０１で保持するバンドＩＤ信号を出力する。また、重複加算数レジスタ部２０３に保持する重複加算数を、重複加算部１１９に出力する構成になっている。

レジスタインターフェイス回路２０２は、レジスタ部２０４のデータを外部とインターフェイスして読み書きを行う構成になっている。具体的には、レジスタインターフェイス回路２０２は、バンドＩＤレジスタ部２０１が保持するバンドＩＤを読み取り、重複加算数保持部２０５へ出力する。また、重複加算数保持部２０５から、出力したバンドＩＤに応じた重複加算数を入力し、重複加算数レジスタ部２０３へ書き込む。

重複加算数保持部２０５は、バンドＩＤと重複加算数とを対応づけて保持し、レジスタインターフェイス回路２０２からバンドＩＤを受け付け、バンドＩＤに対応する重複加算数をレジスタインターフェイス回路２０２へ出力する。バンドＩＤと重複加算数とは、実施形態１と同様にして算出した値を用いる。重複加算数保持部２０５は、ソフトウェアで実現してもよいし、ハードウェアで実現しても構わない。

図４の動作としては、重複加算数保持部２０５が保持するバンドＩＤと重複加算数との組み合わせを、ソフトウェア等でＬＳＩ外部から制御することが可能である点が、図１の構成と異なる。例えば、重複加算数保持部２０５をソフトウェアで実現する場合、重複加算数保持部２０５は、メモリ内にバンドＩＤと重複加算数との組み合わせを予め記録する。重複加算数保持部２０５は、バンドＩＤをレジスタインターフェイス回路２０２から受け付け、バンドＩＤに応じた重複加算数を、メモリを検索することによって特定する。そして、特定した重複加算数をレジスタインターフェイス回路２０２へ出力する。

このように、実施形態２では、バンドＩＤと重複加算数との組合せをＬＳＩ外部から制御する。これにより、実施形態１のように、ＬＳＩ内部に重複加算数テーブル部１２３を保持する場合に比べて更に回路規模を削減することができる。また、実施形態１では重複加算数がＬＳＩ内部のハードウェアの動作により自動で決定される。このため、ＬＳＩ製造時に決定したパラメータで固定されることになる。これに対して、実施形態２ではソフトウェアなどＬＳＩ外部からの制御により重複加算数を決定するため、ＬＳＩ製造後でもパラメータの変更や調整が可能となる。

なお、実施形態２では、重複加算数保持部２０５をソフトウェアで実現する場合を説明したが、無線通信装置を搭載したＬＳＩ外部に配置するハードウェアによって実現することも可能である。また、重複加算数保持部２０５は、ソフトウェアとハードウェアとの組合せであってもよい。また、実施形態２では、バンド情報としてバンドＩＤを用いる場合を説明したが、バンドグループであってもよいことは、実施形態１と同様である。

その他の実施形態
上記実施形態１では、バンドＩＤを重複加算数テーブル部１２３へ入力する場合を説明したが、バンドＩＤを特定可能な情報を通知する場合であってもよい。例えば、バンドグループと周波数ホッピングのパターン番号とを重複加算数テーブル部１２３へ通知してもよい。重複加算数テーブル部１２３は、バンドグループと周波数ホッピングのバターン番号を用いて、バンドＩＤを特定することができる。

実施形態１では、重複加算数テーブル部１２３は、ハードウェアにより構成されていることを前提としたが、ソフトウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアとハードウェアとの組合せであってもよい。本発明に係る無線通信装置は、バンド情報と重複加算数との組合せをメモリに保持する。そして、メモリに保持した組合せを用いて、バンド情報から重複加算数を決定する手段を有していればよい。メモリは、書き換え可能な記憶領域であっても、書き換えができない場合であってもよい。例えば、実施形態１のように、重複加算数テーブル部１２３をハードウェアに実現する場合は書き換えができない。また、実施形態２では、例えば、重複加算数保持部２０５が、外部から書き換え可能なメモリにバンド情報と重複加算数との組合せを保持する場合、外部からの書き換えが可能になる。また、重複加算数保持部２０５が書き換えできないメモリにバンド情報と重複加算数との組合せを保持する場合には書き換えができないことになる。

また、実施形態２では、無線通信装置の利用を開始する前、あるいは、利用中に、重複加算テーブル部２００の重複加算数保持部２０５が保持する値を調整することも可能である。例えば、無線通信装置を用いて通信を開始した後、測定器を用いて通信特性を測定する。測定結果に基づいて、重複加算数を、通信特性が向上する値（適正値）に変更する。このとき、重複加算数を変更した後、通信特性を測定することを繰り返すことによって、適正値を決定することも可能である。重複加算数保持部２０５が保持する値の書き換えは、例えば、重複加算数保持部２０５を格納するメモリへ、計算機など、メモリへの書き込みが可能は装置を接続し、当該装置を用いて書き込みを行うことができる。

また、上記各実施形態で説明した、無線通信装置が実現する信号処理をプログラムにより実現することもできる。信号を処理するプログラムは、コンピュータに次の処理を実行させる。（１）信号が伝送される周波数帯域を特定するバンド情報と、シンボルに重複加算する前記無信号区間のサンプル数を指定する重複加算数とを対応づける、バンド情報と重複加算数との組合せをメモリに保持する処理、（２）バンド情報と重複加算数との組合せを使用して、バンド情報に応じて、重複加算数を決定する処理。

上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

上記実施形態のいずれかによれば、次の効果を得られる。
１）第１の効果として、回路規模を削減できる。その理由としては、重複加算数テーブル部によってバンド情報に応じた重複加算数を決定するからである。重複加算数テーブルは、従来の遅延スプレッド推定部により算出される遅延スプレッドに応じた重複加算数をバンド情報毎に保持する。具体的には、従来の遅延スプレッド推定部を使用して、評価パラメータ（遅延スプレッド量）を算出する。遅延スプレッド量は、受信信号のマルチパスを伝搬したことによる受信信号の遅延時間の拡がりが反映している。そして、重複加算数をバンド情報と遅延スプレッド量の相関関係より演算する。演算結果より決定した重複加算数をバンド情報と対応づけて重複加算数テーブル部を作成する。本発明に係る無線通信装置は、予め保持するバンド情報と重複加算数との組合せ（重複加算数テーブル部、重複加算保持部）を用いて重複加算数を決定するため、算出された遅延スプレッドに応じて重複加算数を決定する必要がない。このため、無線通信装置は、遅延スプレッド推定部が不要となり、回路規模を削減できる。

２）第２の効果として、消費電力を削減できる。その理由としては、本発明に係る無線通信装置は、遅延スプレッド推定部を削除できるため、回路が削減でき消費電力が削減可能であるからである。
なお、本発明は上記に示す実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。

１ ＵＷＢ受信装置
１１，１１１ アンテナ
１２，１１２ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１３、１１３ 低雑音アンプ（ＬＮＡ）
１４、１１４ 直交復調部
１５、１１５ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１６、１１６ 可変利得アンプ（ＶＧＡ）
１７、１１７ Ａ／Ｄ コンバータ（ＡＤＣ）
１８、１１８ 同期処理部
１９、１１９ 重複加算部
２０、１２０ ＦＦＴ部
２１、１２１ サブキャリア復号部
２２ 遅延スプレッド推定部
２３ 重複加算数決定部
３１ 相関器
３３ コンパレータ
３４、３２４〜３２６ 乗算器
８２ 受信データ
８３、８４ ノイズ
１２２ メディア・アクセス・コントローラ部（ＭＡＣ部）
１２３、２００ 重複加算数テーブル部
２０１ バンドＩＤレジスタ部
２０２ レジスタインターフェイス回路
２０３ 重複加算数レジスタ部
２０４ レジスタ部
２０５ 重複加算数保持部
３２８、３２９ 遅延回路
８２１ 受信データにおける遅延部分
Ｓ０ バンドＩＤ信号
Ｓ１ 重複加算数信号

Claims (11)

1. ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）シンボルの間に無信号区間が挿入された信号を受信する無線通信装置であって、
   信号が伝送される周波数帯域を特定するバンド情報と、前記ＯＦＤＭシンボルに重複加算する前記無信号区間のサンプル数を指定する重複加算数とを対応づける重複加算数テーブル部と、
   前記重複加算数テーブル部を用いて、通信に使用された周波数帯域に対応するバンド情報に応じて決定された重複加算数に相当するデータを前記ＯＦＤＭシンボルの先頭部分に加算する重複加算部と、を備える無線通信装置。
2. 前記重複加算数テーブル部は、前記バンド情報として、周波数帯域を特定するバンドＩＤと、複数のバンド識別子からなるバンドグループとのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記重複加算数テーブル部は、前記バンド情報それぞれに対応する、予め算出した遅延スプレッド量を用いて、前記バンド情報に応じて算出した前記重複加算数を、前記バンド情報と対応づけて保持することを特徴とする請求項１または２記載の無線通信装置。
4. 前記遅延スプレッドは、
   （１）自由空間における電波の伝播損失の演算し、（２）当該無線通信装置に到達する反射波の電力を求め、（３）最低受信感度に基づいて、受信装置に到達する直達波の電力を求め、（４）反射波の電力と直達波の電力から相関値を演算し、（５）遅延スプレッドの分散（遅延スプレッド量）を求めることによって算出した値を用いることを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
5. 前記重複加算数テーブル部は、ハードウェアによって構成され、前記バンド情報の入力に応じて、前記重複加算数を前記重複加算部へ出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線通信装置。
6. 前記重複加算数テーブル部は、前記バンド情報と前記重複加算数との組合せを、外部から書き換え可能なメモリに記録する特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無線通信装置。
7. 前記重複加算数テーブル部と前記重複加算部とは、一つのＬＳＩ（Large Scale Integration）内に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無線通信装置。
8. 前記重複加算数テーブル部は、前記バンド情報と前記重複加算数との組合せを記録するメモリを含み、
   前記メモリは、前記重複加算部が搭載されるＬＳＩの外部に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無線通信装置。
9. 前記信号を復号した復号データを処理するメディア・アクセス・コントローラ部を、さらに備え、
   前記バンド情報は、前記メディア・アクセス・コントローラ部が復号データから検出することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の無線通信装置。
10. シンボルの間に無信号区間が挿入された信号を受信する無線通信装置の信号処理方法であって、
    信号が伝送される周波数帯域を特定するバンド情報と、前記ＯＦＤＭシンボルに重複加算する前記無信号区間のサンプル数を指定する重複加算数とを対応づける、前記バンド情報と前記重複加算数との組合せをメモリに保持し、
    前記バンド情報と前記重複加算数との組合せを使用して、通信に使用された周波数帯域に対応するバンド情報に応じて、重複加算数を決定する信号処理方法。
11. ＯＦＤＭシンボルの間に無信号区間が挿入された信号を受信する無線通信装置が信号を処理するプログラムであって、
    コンピュータに、
    信号が伝送される周波数帯域を特定するバンド情報と、前記ＯＦＤＭシンボルに重複加算する前記無信号区間のサンプル数を指定する重複加算数とを対応づける、前記バンド情報と前記重複加算数との組合せをメモリに保持する処理と、
    前記バンド情報と前記重複加算数との組合せを使用して、通信に使用された周波数帯域に対応するバンド情報に応じて、重複加算数を決定する処理と、を実行させるプログラム。
    

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