JP5354886B2 - Ofdm通信装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、無線通信方法に係り、さらに詳細には、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信システムを利用してデジタル信号を送受信する方法に関する。
無線通信のための周波数資源を効率的に使用するために、最近、無線認知技術についての研究が活発に進められている。図1Aに示したように、一般的に、無線通信に使われる周波数資源は、多様な無線通信技術の標準に重複されないように割当てられている。したがって、特定標準によって通信するデバイスは、該当標準に割当てられたチャンネルが何れも使用中であれば、たとえ他の通信標準に割当てられたチャンネルが使用可能であるとしても、通信が不可能な状態となる。
無線認知技術は、地域及び時間によって使われていない無線チャンネルを探して使用可能にする技術であって、無線認知技術によれば、図1Bに示したように、特定時間に周波数帯域に関係なく、使用可能なチャンネルを検索して使用できる。
図2Aないし図2Cは、OFDM通信方法を説明するための図である。
図2Aは、OFDM送信装置を説明するためのブロック図であるが、デジタル信号が入力されれば、並列化器(S/P:Serial to Parallel)21では、デジタル信号を高速逆フーリエ変換(Inverse Fast Fourier Transform:IFFT)器22に入力される信号数ほど分割する。図2Aでは、3−pointのIFFTを仮定した。IFFT器22は、入力された信号に対してIFFTを行う。IFFTを行えば、複数の副搬送波に該当するデジタル信号が出力されるが、IFFT及びフーリエ変換は、既に多様な文献を通じて公知されているので、これについての詳細な説明は省略する。
直列化器(P/S:Parallel to Serial)23は、IFFT器22から出力した信号を合算して直列信号にし、D/A(Digital−to−Analog)変換器24は、直列化器23から出力したデジタル信号をアナログ信号に変換する。ミキサー25では、RF(無線周波数)周波数を有する搬送波を利用して周波数上向き変換を行う。
図2B及び図2Cでは、それぞれ図2Aの(1)及び(2)から出力された信号を周波数ドメインで表した。すなわち、図2Bに示したように、IFFTを通じて生成された基底帯域の副搬送波は、ミキサー25を経て搬送波の周波数帯域に位置するRF信号に変調され、変調されたRF信号は、空気中に伝送される。
このようなOFDMシステムでは、無線認知技術を利用して使用可能な周波数資源を探しても、使用していない周波数帯域幅が副搬送波の帯域幅より狭い場合には、このような周波数資源を活用できなくなる。
本発明は、OFDMシステムで副搬送波を分割して独立的に伝送することにより、周波数資源を効率的に使用可能にする装置及び方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するための本発明は、デジタル信号の伝送方法において、使用可能な周波数帯域によって基底帯域のデジタル信号を分割するステップと、前記分割された信号に対して独立的にIFFTを行うステップと、前記IFFTによって生成された副搬送波を前記使用可能な周波数帯域を通じて伝送するステップと、を含むことを特徴とする。
前記デジタル信号の伝送方法は、無線認知技術を利用して使用可能な周波数帯域を探索ステップをさらに含むことが望ましい。
前記伝送ステップは、前記分割された信号に対応する副搬送波グループを独立的に低域通過フィルタリングするステップと、前記低域通過フィルタリングされた副搬送波グループを異なるRF周波数を利用して独立的に変調するステップと、前記変調された信号を伝送するステップと、を含むことが望ましい。
前記低域通過フィルタリングするステップは、副搬送波グループの帯域幅によって可変的に低域通過フィルタリングすることが望ましい。
前記変調ステップは、前記副搬送波グループ別に異なる周波数のRF信号を利用して行われ、前記異なるRF周波数の信号は、一つのPLL(Phase Locked Loop)から出力された信号を周波数分配器及び/または周波数逓倍器を通じて生成することが望ましい。
また、本発明は、前記デジタル信号の伝送方法をコンピュータで実行させるための方法を記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供する。
また、本発明は、デジタル信号伝送装置において、使用可能な周波数帯域によって基底帯域のデジタル信号を分割する分割部と、前記分割された信号に対して独立的にIFFTを行うIFFT実行部と、前記IFFTによって生成された副搬送波を前記使用可能な周波数帯域を通じて伝送する伝送部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明は、デジタル信号の受信方法において、異なる周波数のRF信号を利用して変調された副搬送波グループを受信するステップと、前記副搬送波グループを構成する全ての副搬送波が基底帯域で所定順序によって隣接して配列されるように前記副搬送波グループを独立的に復調するステップと、前記副搬送波グループに対応する復調された信号に対して独立的に高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)を行うステップと、前記FFTの結果として出力される信号を合算するステップとを含むことを特徴とする。
前記復調ステップは、前記受信された信号を異なる周波数のRF信号を利用して独立的に周波数下向き変換するステップと、前記周波数下向き変換された信号を該副搬送波グループの帯域幅によって可変的に低域通過フィルタリングするステップとを含むことが望ましい。
また、本発明は、前記デジタル信号の受信方法をコンピュータで実行させるための方法を記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供する。
また、本発明は、デジタル信号受信装置において、異なる周波数のRF信号を利用して変調された副搬送波グループを受信するRF受信部と、前記副搬送波グループを構成する全ての副搬送波が基底帯域で所定順序によって隣接して配列されるように前記副搬送波グループを独立的に復調する復調部と、前記副搬送波グループに対応する復調された信号に対して独立的にFFTを行うFFT実行部と、前記FFTの結果として出力される信号を合算する合算部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、OFDMシステムの副搬送波間の直交性を活用して、データを所望の帯域幅ほど分割して送受信できるので、これから、無線認知技術と結合して効率的に無線資源を活用しうる。
以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
図3A及び図3Bは、本発明によるOFDM通信システムを説明するための図である。
図3Aは、本発明によるデジタル信号伝送装置の構造を示すブロック図である。図3Aに示したように、本発明によるデジタル信号伝送装置では、副搬送波分割器がデジタル信号を適切に分割して複数の副搬送波グループを生成させる。すなわち、使用可能な周波数資源、すなわち帯域幅によって副搬送波の数を適切に調節することにより、副搬送波グループのそれぞれの帯域幅を決定する。
副搬送波分割器によって分割された信号は、それぞれ独立的にIFFTされた後、アナログ信号に変換される。アナログ信号は、低域通過フィルタリングされた後、それぞれ異なる周波数の搬送波によってRF信号に変調される。もちろん、この時に使われる搬送波の周波数は、現在使用可能な周波数帯域がどこかによって決定される。現在使用した周波数帯域は、無線認知技術として探索される。
図3Bは、本発明によるデジタル信号受信装置の構造を示すブロック図である。図3Bに示したデジタル信号受信装置の動作は、図3Aに示したデジタル信号伝送装置の動作と逆順である。
すなわち、無線チャンネルを通じて伝送された副搬送波グループが受信されれば、各搬送波グループを異なる周波数の搬送波を利用して基底帯域で隣接する信号となるように復調し、低域通過フィルタリングをした後、A/D変換器でフィルタリングされた信号をデジタル信号に変換する。
このデジタル信号は、FFTされ、FFTされて出力された信号は、副搬送波合算器によって合算されて本来の信号の形態に復元される。
図4は、本発明によってデジタル信号を伝送する方法を示すフローチャートである。
ステップ405で、無線認知技術を利用して使用可能な無線チャンネルの帯域幅を探索する。
ステップ410で、基底帯域のデジタル信号を複数個に分割する。分割されたそれぞれの信号は、独立された副搬送波グループを形成するが、各副搬送波グループの帯域幅は、ステップ405で探索された無線チャンネルの帯域幅によって決定される。すなわち、ステップ410で、基底帯域のデジタル信号を分割することは、ステップ405で探索された無線チャンネルの帯域幅に合うように副搬送波グループの帯域幅を適切に調節するためである。
ステップ420で、分割された信号のそれぞれに対して独立的にIFFTが行われ、ステップ430では、IFFTされた信号をアナログ信号に変換する。
ステップ440で、副搬送波グループに対して独立的に低域通過フィルタリングを行う。すなわち、一つの副搬送波グループに対して一つの低域通過フィルタが使われる。副搬送波グループの帯域幅は、時間によって変わり続けるので、ステップ440で使われる低域通過フィルタは、入力される副搬送波グループの帯域幅によってフィルタリング区間を変化させられねばならない。
ステップ450で、副搬送波グループを異なる周波数を有するRF信号を利用して独立的に周波数上向き変換する。この時に使われるRF信号の周波数は、ステップ405で探索された無線チャンネルの周波数によって決定され、このようなRF信号は、副搬送波間の直交性が維持されるように一つの信号源から生成することが望ましい。水晶発振器の一つを使用して複数個のPLLを作ることもあるが、ハードウェアの具現が難しく、PLLの非線形性によって周波数エラーが発生することがあるので、一つのPLLから出力された信号を周波数分配器や周波数逓倍器を利用して必要な周波数のRF信号を生成することが望ましい。
ステップ460で、周波数上向き変換されたRF信号を伝送する。
図5は、本発明によってデジタル信号を受信する方法を示すフローチャートである。
ステップ510で、副搬送波グループに該当する信号を受信する。
ステップ520で、副搬送波グループを構成する全ての副搬送波が基底帯域で相互隣接して配列されるように、副搬送波グループは、独立的に周波数下向き変換される。このとき、各副搬送波グループに対して異なる周波数を有するRF信号が使われるが、このようなRF信号もやはり送信端と同様に、一つのPLLから出力された信号から周波数分配器や周波数逓倍器を利用して必要な周波数のRF信号を生成することが望ましい。
ステップ530で、周波数下向き変換された信号は、独立的に低域通過フィルタリングされ、したがって、副搬送波グループの数と同じ数の低域通過フィルタが使われる。副搬送波グループの帯域幅は、経時的に変化するものであるが、低域通過フィルタは、副搬送波グループの帯域幅によってフィルタリング区間を変化させられねばならない。
ステップ540で、低域通過フィルタリングされた信号は、デジタル信号に変換される。
ステップ550で、副搬送波グループに対応するデジタル信号のそれぞれに対して独立的にFFTを行う。
ステップ560で、FFTの結果として出力された信号を合算して本来の信号を復元する。
図6は、本発明によるデジタル信号伝送装置の構造を示す図である。図6に示したように、本発明によるデジタル信号伝送装置600は、分割部610、無線認知部620、IFFT実行部630、伝送部640、PLL回路650、周波数分配器660及び周波数逓倍器670を備える。
無線認知部620は、無線認知技術を使用して使用可能な無線チャンネルを探索する。
分割部610は、無線認知部620の探索結果を参照して、基底帯域のデジタル信号を複数個に分割する。分割された各信号は、それぞれ副搬送波グループとなる。伝送部640は、副搬送波グループを使用可能な無線チャンネルに適切に分配して伝送するが、低域通過フィルタ641、ミキサー643及びRF送信部642を備える。
低域通過フィルタ641は、IFFT実行部630から出力された信号を独立的に低域通過フィルタリングする。正確には、IFFT実行部630から出力された信号は、デジタル信号であるので、アナログ信号に変換された後に処理されるが、説明の便宜上、D/A変換過程についての説明は省略した。以下でも、A/D及びD/Aについての説明は省略する。副搬送波グループの帯域幅は経時的に変わりうるので、低域通過フィルタ641は、入力される副搬送波グループの帯域幅によってフィルタリング区間を変化させることが望ましい。
ミキサー643では、低域通過フィルタリングされた信号を独立的にRF信号に変調し、RF送信部642では、RF信号を空気中に伝送する。ミキサー643では、副搬送波グループのそれぞれを使用可能な無線チャンネルを通じて伝送するために周波数上向き変換をする。したがって、この時に使われるRF信号は、異なる周波数を有するが、このようなRF信号は、一つのPLL回路650から出力された信号から周波数分配器660及び/または周波数逓倍器670を利用して生成される。図6では、周波数分配器660及び周波数逓倍器670を何れも示したが、具現例によって何れか一つのみが使われることもある。
図7は、本発明によるデジタル信号受信装置の構造を示す図である。図7に示したように、本発明によるデジタル信号受信装置700は、無線認知部705、RF受信部710、復調部720、FFT実行部740、PLL回路750、周波数分配器760、周波数逓倍器770及び合算部780を備える。
無線認知部705は、受信せねばならないデータが伝送される周波数帯域を探索する。RF受信部710は、無線チャンネルを通じて副搬送波グループを受信し、復調部720は、受信された副搬送波グループが基底帯域で隣接して配列されるように独立的に復調する。復調部720は、ミキサー721及び低域通過フィルタ722を備えるが、ミキサー721は、RF受信部710から受信した信号を独立的に周波数下向き変換し、低域通過フィルタ722は、周波数下向き変換された信号を独立的に低域通過フィルタリングする。副搬送波グループの帯域幅は、経時的に変わりうるので、低域通過フィルタ722は、入力される副搬送波グループの帯域幅によってフィルタリング区間を変化させることが望ましい。
一方、副搬送波グループの周波数下向き変換に使われるRF信号は、異なる周波数を有するが、このようなRF信号は、一つのPLL回路750から出力された信号から周波数分配器760及び/または周波数逓倍器770を利用して生成することが望ましい。
FFT実行部740は、低域通過フィルタ722から出力された信号、すなわち、副搬送波グループに対して独立的にFFTを行う。
合算部780は、FFT実行部740から出力される信号を合算して基底帯域で隣接して配列された副搬送波グループに該当する信号を出力する。
図8は、本発明の一実施形態によってデジタル信号を送受信する方法を説明するための図である。図8には示されていないが、基底帯域のデジタル信号は、並列化器によって10個の信号、すなわち10個の副搬送波に分離され、分割器によって3個の副搬送波グループに分割された。10個の副搬送波に順次に1ないし10の参照番号を割り当てた。第1副搬送波グループは、1番ないし3番の副搬送波を含み、第2副搬送波グループは、4番ないし7番の副搬送波を含み、第3副搬送波グループは、8番ないし10番の副搬送波を含む。本実施形態では、3個の副搬送波グループが生成されたので、送信側では、それぞれ3個のIFFT実行部及びミキサーが使われ、受信側では、3個のミキサー及びFFT実行部が使われる。また、本実施形態では、4−point IFFTを仮定した。
3つの副搬送波グループは、IFFT実行部を経てそれぞれf、f、fの周波数を有する搬送波によって周波数上向き変換された後に伝送される。このとき、f、f、fは、使用されていない周波数帯域を通じて副搬送波グループを伝送するために探索された周波数であり、無線認知技術によって探索される。
受信側では、3つの副搬送波グループを受信して独立的に周波数下向き変換を行う。このとき、副搬送波グループに対してf、f、fのRF信号が使われるが、f、f、fは、3つの副搬送波グループを構成する副搬送波が周波数下向き変換後に基底帯域で順次に隣接して配列されるように設定される。例えば、第1副搬送波グループが本来の信号と同じ位置に配列されるためには、fから3Δfほどさらに周波数下向き変換されねばならない。ここで、Δfは、サブチャンネル間隔、すなわち副搬送波の一つの帯域幅を意味する。
同じ方法で計算すれば、fは、fと同じであり、f=f−4Δfとなる。このように周波数下向き変換された信号は、FFT実行部で周波数ドメインの信号に変換され、合算部で合算されて本来の信号に復元される。
一方、前述した本発明の実施形態は、コンピュータで実行されるプログラムで作成可能であり、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を利用して前記プログラムを動作させる汎用デジタルコンピュータで具現される。
前記コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、マグネチック保存媒体(例えば、ROM、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光学的判読媒体(例えば、CD−ROM、DVDなど)及びキャリアウェーブ(例えば、インターネットを通じた伝送)のような保存媒体を含む。
以上、本発明についてその望ましい実施形態を中心に説明した。当業者は、本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態で具現されるということが分かる。したがって、開示された実施形態は、限定的な観点でなく、説明的な観点で考慮されねばならない。本発明の範囲は、前述した説明でなく、特許請求の範囲に現れており、それと同等な範囲内にある全ての差異点は、本発明に含まれていると解釈されねばならない。
本発明は、無線通信関連の技術分野に適用可能である。
無線認知技術を説明するための図である。 無線認知技術を説明するための図である。 OFDM通信方法を説明するための図である。 OFDM通信方法を説明するための図である。 OFDM通信方法を説明するための図である。 本発明によるOFDM通信システムを説明するための図である。 本発明によるOFDM通信システムを説明するための図である。 本発明によってデジタル信号を伝送する方法を示すフローチャートである。 本発明によってデジタル信号を受信する方法を示すフローチャートである。 本発明によるデジタル信号伝送装置の構造を示す図である。 本発明によるデジタル信号受信装置の構造を示す図である。 本発明の一実施形態によってデジタル信号を送受信する方法を説明するための図である。
符号の説明
600 デジタル信号伝送装置
610 分割部
620 無線認知部
630 IFFT実行部
640 伝送部
641 低域通過フィルタ
642 RF送信部
643 ミキサー
650 PLL回路
660 周波数分配器
670 周波数逓倍器

Claims (14)

  1. 多様な無線通信技術標準に重複しないように割り当てられている周波数資源の中から地域および時間によって使われていない無線チャンネルを探して使用可能にする無線認知技術を利用して探索された2つ以上の使用可能な周波数帯域によって基底帯域のデジタル信号を分割するステップと、
    前記分割された信号に対して独立的にIFFTを行って2つ以上の副搬送波グループを生成するステップと、
    前記分割された信号に対応する前記副搬送波グループを独立的に低域通過フィルタリングし、2つ以上の異なるRF周波数を利用して独立的に変調するステップと、
    前記独立に低域通過フィルタリングされ独立に変調された信号を伝送するステップと、
    を含むことを特徴とするデジタル信号の伝送方法。
  2. 前記変調するステップは、
    前記低域通過フィルタリングされた副搬送波グループのそれぞれを異なるRF周波数を利用して周波数上向き変換することを特徴とする請求項1に記載のデジタル信号の伝送方法。
  3. 前記低域通過フィルタリングするステップは、副搬送波グループの帯域幅によって可変的に低域通過フィルタリングすることを特徴とする請求項1に記載のデジタル信号の伝送方法。
  4. 前記変調ステップは、前記副搬送波グループ別に異なる周波数のRF信号を利用して行い、
    前記異なるRF周波数の信号は、一つのPLLから出力された信号を周波数分配器及び/または周波数逓倍器を通じて生成することを特徴とする請求項1に記載のデジタル信号の伝送方法。
  5. 請求項1ないし3のうち何れか一項に記載の方法を実行するプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
  6. 多様な無線通信技術標準に重複しないように割り当てられている周波数資源の中から地域および時間によって使われていない無線チャンネルを探して使用可能にする無線認知技術を利用して前記使用可能な周波数帯域を探索する無線認知部と、
    使用可能な周波数帯域によって基底帯域のデジタル信号を分割する分割部と、
    前記分割された信号に対して独立的にIFFTを行って副搬送波グループを生成するIFFT実行部と、
    前記分割された信号に対応する前記副搬送波グループを独立的に低域通過フィルタリングする低域通過フィルタと、
    前記低域通過フィルタリングされた副搬送波グループを前記複数の異なる周波数のRF信号を利用して独立的に変調するミキサーと、
    前記独立的に変調された信号を伝送するRF送信部と、
    を備えることを特徴とするデジタル信号伝送装置。
  7. 前記ミキサーは、前記低域通過フィルタリングされた副搬送波グループのそれぞれを異なるRF周波数を利用して周波数上向き変換することを特徴とする請求項6に記載のデジタル信号伝送装置。
  8. 前記低域通過フィルタは、副搬送波グループの帯域幅によって可変的に低域通過フィルタリングすることを特徴とする請求項6に記載のデジタル信号伝送装置。
  9. 所定周波数のRF信号を生成するPLL回路と、
    前記PLL回路から出力された信号から異なる周波数のRF信号を生成するための周波数分配器及び/または周波数逓倍器と、をさらに備え、
    前記ミキサーは、前記周波数分配器及び/または周波数逓倍器から生成された異なる周波数のRF信号を利用して前記副搬送波グループを変調することを特徴とする請求項6に記載のデジタル信号伝送装置。
  10. 異なる周波数のRF信号を利用して変調された副搬送波グループを受信するステップと、
    前記副搬送波グループを構成する全ての副搬送波が基底帯域で所定順序によって隣接して配列されるように、前記副搬送波グループを独立的に復調するステップであって、前記復調することは、副搬送波グループ間の周波数帯域の離間幅に応じた周波数オフセットによって調整された異なる周波数を有するRF信号を利用して、前記受信された信号を独立的に周波数下向き変換する処理を含む、ステップと、
    前記副搬送波グループに対応する復調された信号に対して独立的にFFTを行うステップと、
    前記FFTの結果として出力される信号を合算するステップと、
    を含むことを特徴とするデジタル信号の受信方法。
  11. 前記異なるRF周波数の信号は、一つのPLLから出力された信号を周波数分配器及び/または周波数逓倍器を通じて生成することを特徴とする請求項10に記載のデジタル信号の受信方法。
  12. 請求項10または11のうち何れか一項に記載の方法を実行するプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
  13. 異なる周波数のRF信号を利用して変調された副搬送波グループを受信するRF受信部と、
    前記副搬送波グループを構成する全ての副搬送波が基底帯域で所定順序によって隣接して配列されるように前記副搬送波グループを独立的に復調する復調部であって、副搬送波グループ間の周波数帯域の離間幅に応じた周波数オフセットによって調整された前記異なる周波数のRF信号を利用して、前記受信された信号を独立的に周波数下向き変換するミキサーと、前記周波数下向き変換された信号を該副搬送波グループの帯域幅によって可変的に低域通過フィルタリングする低域通過フィルタとを含む、復調部と、
    前記副搬送波グループに対応する復調された信号に対して独立的にFFTを行うFFT実行部と、
    前記FFTの結果として出力される信号を合算する合算部と、を備えることを特徴とするデジタル信号受信装置。
  14. 所定周波数のRF信号を生成するPLL回路と、
    前記PLL回路から出力された信号から異なる周波数のRF信号を生成するための周波数分配器及び/または周波数逓倍器と、をさらに備え、
    前記ミキサーは、前記周波数分配器及び/または周波数逓倍器から生成された異なる周波数のRF信号を利用して周波数下向き変換を行うことを特徴とする請求項13に記載のデジタル信号受信装置。
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