JP5869359B2 - 無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing;直交周波数分割多重）変調方式を用いた無線通信システム及び無線通信方法に係り、特に伝搬路推定の精度及び伝送効率を向上させ、回路規模を低減することができる無線通信システム及び無線通信方法に関する。
［先行技術の説明］
周波数の有効利用を図る無線通信システムの一例として、ＩＥＥＥ８０２．２２がある。
ＩＥＥＥ８０２．２２では、ＴＶ放送システムを一次利用者として、一次利用者が使用していない周波数帯域を二次利用するＷＲＡＮ（Wireless Regional Area Network）システムが標準化されている。
周波数の有効利用を図る無線通信システムの一例として、ＩＥＥＥ８０２．２２がある。
ＩＥＥＥ８０２．２２では、ＴＶ放送システムを一次利用者として、一次利用者が使用していない周波数帯域を二次利用するＷＲＡＮ（Wireless Regional Area Network）システムが標準化されている。
ＩＥＥＥ８０２．２２では、ＯＦＤＭ変調方式を用いた無線システムが用いられる。
一般的なＯＦＤＭ方式では、伝搬路による変動を補償するために、一部のサブキャリアに既知信号（パイロット・シンボル）を挿入して送信し、受信側ではこのパイロット・シンボルの情報を基に伝搬路推定を行って等化する。
一般的なＯＦＤＭ方式では、伝搬路による変動を補償するために、一部のサブキャリアに既知信号（パイロット・シンボル）を挿入して送信し、受信側ではこのパイロット・シンボルの情報を基に伝搬路推定を行って等化する。
［従来のＯＦＤＭ無線システム：図７］
従来のＯＦＤＭ無線システムの構成について図７を用いて説明する。図７は、従来のＯＦＤＭ無線システムの構成ブロック図である。
図７に示すように、従来のＯＦＤＭ無線システムは、ＢＳ（Base Station;基地局）３０とＣＰＥ（Customer Premises Equipment；顧客端末）５０とを備え、ＢＳ３０とＣＰＥ５０との間で無線通信を行う。
従来のＯＦＤＭ無線システムの構成について図７を用いて説明する。図７は、従来のＯＦＤＭ無線システムの構成ブロック図である。
図７に示すように、従来のＯＦＤＭ無線システムは、ＢＳ（Base Station;基地局）３０とＣＰＥ（Customer Premises Equipment；顧客端末）５０とを備え、ＢＳ３０とＣＰＥ５０との間で無線通信を行う。
［ＢＳ３０の構成］
ＢＳ３０の構成について説明する。
ＢＳ３０は、ＢＳ送信処理部３１とＢＳ受信処理部３９とを備えている。
ＢＳ送信処理部３１は、誤り訂正のチャネル符号化を行うチャネルコーディング部３２と、送信データをサブキャリアに割り振って配置するマッピング部３３と、サブキャリアをユーザ毎に割り付けてグループ化するサブキャリアアロケータ３４と、所定のサブキャリアにパイロット・シンボルを挿入するパイロット挿入部３５と、プリアンブルを挿入するプリアンブル挿入部３６と、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform；逆高速フーリエ変換）を行うＩＦＦＴ部３７と、遅延波の影響を避けるためのＣＰ（Cyclic Prefix）を挿入するＣＰ挿入部３８とを備え、更に、図示していないが、送信用無線部を備えている。
ＢＳ３０の構成について説明する。
ＢＳ３０は、ＢＳ送信処理部３１とＢＳ受信処理部３９とを備えている。
ＢＳ送信処理部３１は、誤り訂正のチャネル符号化を行うチャネルコーディング部３２と、送信データをサブキャリアに割り振って配置するマッピング部３３と、サブキャリアをユーザ毎に割り付けてグループ化するサブキャリアアロケータ３４と、所定のサブキャリアにパイロット・シンボルを挿入するパイロット挿入部３５と、プリアンブルを挿入するプリアンブル挿入部３６と、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform；逆高速フーリエ変換）を行うＩＦＦＴ部３７と、遅延波の影響を避けるためのＣＰ（Cyclic Prefix）を挿入するＣＰ挿入部３８とを備え、更に、図示していないが、送信用無線部を備えている。
また、ＢＳ受信処理部３９は、無線部で受信した信号からＣＰを除去するＣＰ除去部４０と、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform；高速フーリエ変換）を行って周波数領域の信号に変換するＦＦＴ部４１と、受信信号に基づいて伝搬路推定を行うチャネル推定部４２と、グループ化されたサブキャリアを分割するサブキャリアデアロケータ４３と、サブキャリアに割り振られたデータを復元するデマッピング部４４と、チャネル復号化を行うチャネルデコーディング部４５とを備えている。更に、図示していないが、受信用無線部を備えている。
［ＣＰＥ５０の構成］
ＣＰＥ５０の構成について説明する。
ＣＰＥ５０は、ＣＰＥ受信処理部５１と、ＣＰＥ送信処理部５８とを備えており、ＣＰＥ受信処理部５１は、ＢＳ受信処理部３９と同様に、ＣＰ除去部５２と、ＦＦＴ部５３と、チャネル推定部５４と、サブキャリアデアロケータ５５と、デマッピング部５６と、チャネルデコーディング部５９とを備え、図示していないが、受信用無線部を備えている。
ＣＰＥ５０の構成について説明する。
ＣＰＥ５０は、ＣＰＥ受信処理部５１と、ＣＰＥ送信処理部５８とを備えており、ＣＰＥ受信処理部５１は、ＢＳ受信処理部３９と同様に、ＣＰ除去部５２と、ＦＦＴ部５３と、チャネル推定部５４と、サブキャリアデアロケータ５５と、デマッピング部５６と、チャネルデコーディング部５９とを備え、図示していないが、受信用無線部を備えている。
ＣＰＥ送信処理部５８は、プリアンブル挿入部３６が設けられていない点を除いて、ＢＳ送信処理部３１と同様の構成であり、チャネルコーディング部５９と、マッピング部６０と、サブキャリアアロケータ６１と、パイロット挿入部６２と、ＩＦＦＴ部６３と、ＣＰ挿入部６４と、図示していないが、送信用無線部とを備えている。
［従来のＯＦＤＭ無線システムの動作：図７］
従来のＯＦＤＭ無線システムの動作について図７を用いて簡単に説明する。
ＢＳ３０からＣＰＥ５０への下り通信（ＤＳ；Down Stream）時の動作について説明する。
ＢＳ送信処理部３１において、送信データは、チャネルコーディング部３２でチャネル符号化され、マッピング部３３でサブキャリアに割り振られ、サブキャリアアロケータ３４でサブキャリアのグループ化が行われ、パイロット挿入部３５で所定の位置にパイロット・シンボルが挿入され、プリアンブル挿入部３６でフレーム毎にプリアンブルが付加され、ＩＦＦＴ部３７で逆高速フーリエ変換が為されてＯＦＤＭ信号となり、ＣＰ挿入部３８でＣＰが付加されて、無線送信される。
従来のＯＦＤＭ無線システムの動作について図７を用いて簡単に説明する。
ＢＳ３０からＣＰＥ５０への下り通信（ＤＳ；Down Stream）時の動作について説明する。
ＢＳ送信処理部３１において、送信データは、チャネルコーディング部３２でチャネル符号化され、マッピング部３３でサブキャリアに割り振られ、サブキャリアアロケータ３４でサブキャリアのグループ化が行われ、パイロット挿入部３５で所定の位置にパイロット・シンボルが挿入され、プリアンブル挿入部３６でフレーム毎にプリアンブルが付加され、ＩＦＦＴ部３７で逆高速フーリエ変換が為されてＯＦＤＭ信号となり、ＣＰ挿入部３８でＣＰが付加されて、無線送信される。
そして、ＣＰＥ５０のＣＰＥ受信部５１において、無線部で受信した信号からＣＰ除去部５２においてＣＰが除去され、ＦＦＴ部５３で高速フーリエ変換が行われ、チャネル推定部５４でパイロット・シンボルに基づく伝搬路推定が行われ、それに基づいて伝搬路特性が補償され、サブキャリアデアロケータ５５でサブキャリアが分離され、デマッピング部５６でサブキャリアからデータが取り出され、チャネルデコーディング部５７でチャネル復号化が行われて、受信データが得られる。
また、ＣＰＥ５０からＢＳ３０への上り通信（ＵＳ；Up Stream）時の動作は、送信側のＣＰＥ送信処理部５８において、プリアンブルが挿入されない点を除いて、ＤＳ時と同様であるため、説明は省略する。
このようにして、従来のＯＦＤＭ無線システムにおける動作が行われる。
このようにして、従来のＯＦＤＭ無線システムにおける動作が行われる。
［パイロットサブキャリアの配置：図８］
ここで、ＩＥＥＥ８０２．２２システムにおけるパイロットサブキャリアの配置について図８を用いて説明する。図８は、ＩＥＥＥ８０２．２２システムにおけるパイロットサブキャリアの配置例を示す説明図である。
図８では縦軸を周波数軸（サブキャリア）方向、横軸を時間軸（シンボル）方向としている。図８に示すように、パイロットサブキャリア６５とデータサブキャリア６６の配置は、７サブキャリア×７シンボルが１ユニットとして規定されており、１ユニット内で周波数軸方向の全てのサブキャリアにパイロットサブキャリア６５が配置される。このような配置とすることにより、マルチパス遅延波の影響を低減できるようにしている。
ここで、ＩＥＥＥ８０２．２２システムにおけるパイロットサブキャリアの配置について図８を用いて説明する。図８は、ＩＥＥＥ８０２．２２システムにおけるパイロットサブキャリアの配置例を示す説明図である。
図８では縦軸を周波数軸（サブキャリア）方向、横軸を時間軸（シンボル）方向としている。図８に示すように、パイロットサブキャリア６５とデータサブキャリア６６の配置は、７サブキャリア×７シンボルが１ユニットとして規定されており、１ユニット内で周波数軸方向の全てのサブキャリアにパイロットサブキャリア６５が配置される。このような配置とすることにより、マルチパス遅延波の影響を低減できるようにしている。
［フレーム構成例：図１０］
ここで、ＩＥＥＥ８０２．２２システムにおけるフレーム構成例について図１０を用いて説明する。図１０は、ＩＥＥＥ８０２．２２システムにおけるフレーム構成例を示す説明図である。
図１０に示すように、時分割複信（ＴＤＤ）であり、下り通信（ＤＳ）のフレーム７１は、１シンボルのフレームプリアンブル（プリアンブル）７３と、データバーストと７４とを含み、データバースト７４は、周波数軸方向にシンボル折り返しで配置される。
また、上り通信（ＵＳ）のフレーム７２には、プリアンブルは無く、データバースト７５は、時間軸方向に最低７シンボル確保するという規定があり、時間軸方向に７シンボル以上連続して配置される。
ここで、ＩＥＥＥ８０２．２２システムにおけるフレーム構成例について図１０を用いて説明する。図１０は、ＩＥＥＥ８０２．２２システムにおけるフレーム構成例を示す説明図である。
図１０に示すように、時分割複信（ＴＤＤ）であり、下り通信（ＤＳ）のフレーム７１は、１シンボルのフレームプリアンブル（プリアンブル）７３と、データバーストと７４とを含み、データバースト７４は、周波数軸方向にシンボル折り返しで配置される。
また、上り通信（ＵＳ）のフレーム７２には、プリアンブルは無く、データバースト７５は、時間軸方向に最低７シンボル確保するという規定があり、時間軸方向に７シンボル以上連続して配置される。
［従来のＯＦＤＭ無線システムにおける伝搬路推定：図９］
従来のＯＦＤＭ無線システムにおける伝搬路推定について図９を用いて説明する。図９は、従来のＯＦＤＭ無線システムの伝搬路推定を示す説明図である。
従来のＯＦＤＭ無線システムにおいては、送信側の装置で所定のサブキャリアに挿入されたパイロット・シンボルに基づいて伝搬路推定を行い、受信データの等化を行う。
ＩＥＥＥ８０２．２２システムは、固定通信を前提としているため、時間方向での伝搬路特性は一定であると考えられる。
従来のＯＦＤＭ無線システムにおける伝搬路推定について図９を用いて説明する。図９は、従来のＯＦＤＭ無線システムの伝搬路推定を示す説明図である。
従来のＯＦＤＭ無線システムにおいては、送信側の装置で所定のサブキャリアに挿入されたパイロット・シンボルに基づいて伝搬路推定を行い、受信データの等化を行う。
ＩＥＥＥ８０２．２２システムは、固定通信を前提としているため、時間方向での伝搬路特性は一定であると考えられる。
そこで、図９（ａ）に示すように、ＤＳ区間においては、パイロットサブキャリア６７を用いて求められた伝搬路特性の値を線形補間して、周波数軸方向に７サブキャリア毎に配置されているパイロットサブキャリア間の６つのデータサブキャリア６８について伝搬路推定する方法が有力である。
但し、周波数方向の両端に相当するデータサブキャリア区間は補間することができないため、最も近いパイロットサブキャリア６７での伝搬路特性の値から線形外挿して伝搬路推定を行う。
但し、周波数方向の両端に相当するデータサブキャリア区間は補間することができないため、最も近いパイロットサブキャリア６７での伝搬路特性の値から線形外挿して伝搬路推定を行う。
また、ＵＳ区間においては、データバーストは時間軸方向に７シンボル以上連続しており、７の倍数以外のシンボル数でバーストが構成される場合を考えると、図９（ｂ）に示すように、時間軸方向にパイロットサブキャリア６９での伝搬路特性の値を次のパイロットサブキャリア６９まで保持してデータサブキャリア７０について伝搬路推定する方法が有力となっている。
このような伝搬路推定方法で、ＤＳ区間及びＵＳ区間における静特性シミュレーションを行うと、伝搬路推定誤差は、それぞれ、約２．２ｄＢ、約２．８ｄＢとなり、ＡＷＧＮ（additive white Gaussian noise；ホワイトノイズ）に起因する劣化が認められる。
このような伝搬路推定方法で、ＤＳ区間及びＵＳ区間における静特性シミュレーションを行うと、伝搬路推定誤差は、それぞれ、約２．２ｄＢ、約２．８ｄＢとなり、ＡＷＧＮ（additive white Gaussian noise；ホワイトノイズ）に起因する劣化が認められる。
［関連技術］
尚、ＯＦＤＭ無線システムにおける伝搬路推定に関する技術としては、特開２００４−６４５８７号公報「無線機」（株式会社日立国際電気、特許文献１）、特開２００３−３２２２２号公報「ＯＦＤＭ復調器用等化器」（株式会社富士通ゼネラル、特許文献２）、特表２０１０−５１０７４２号公報「ＯＦＤＭ受信機におけるチャネル推定及び等化」（イマジネイション テクノロジーズ リミテッド、特許文献３）、特開２００８−３０６７１５号公報「固有コヒーレンス帯域幅の推定」（富士通株式会社、特許文献４）、特表２００８−５３８８８８号公報「同一チャネル中継機及びその方法」（エレクトロニクス アンド テレコミュニケーションズ リサーチ インスチチュート、特許文献５）がある。
尚、ＯＦＤＭ無線システムにおける伝搬路推定に関する技術としては、特開２００４−６４５８７号公報「無線機」（株式会社日立国際電気、特許文献１）、特開２００３−３２２２２号公報「ＯＦＤＭ復調器用等化器」（株式会社富士通ゼネラル、特許文献２）、特表２０１０−５１０７４２号公報「ＯＦＤＭ受信機におけるチャネル推定及び等化」（イマジネイション テクノロジーズ リミテッド、特許文献３）、特開２００８−３０６７１５号公報「固有コヒーレンス帯域幅の推定」（富士通株式会社、特許文献４）、特表２００８−５３８８８８号公報「同一チャネル中継機及びその方法」（エレクトロニクス アンド テレコミュニケーションズ リサーチ インスチチュート、特許文献５）がある。
特許文献１には、プリアンブル区間を複数のＯＦＤＭシンボル区間に分離し、各区間におけるサブキャリア毎の伝送路歪量を算出し、パイロットサブキャリアと同じ配置のプリアンブル信号のサブキャリアの伝送路歪量から平均伝送路歪量を算出して記憶しておき、受信したＯＦＤＭシンボル毎のパイロットサブキャリアの伝送路歪量の平均値と、記憶しているプリアンブル区間の平均伝送路歪量を比較して、近似したプリアンブル区間のサブキャリアの歪量に基づいて伝送路歪補償を行うことが記載されている。
特許文献２には、プリアンブルのＦＦＴ結果と、予め記憶している正しいプリアンブルとを比較して各サブキャリア毎の振幅の比から伝搬路を推定することが記載されている。
特許文献３には、ＯＦＤＭ信号のチャネル推定及び等化のための複数の技法を準備しておき、受信したシンボルと、別のシンボルに対して複数の技法の内のいずれかを選択して、チャネル推定及び投下を行うことが記載されている。
特許文献３には、ＯＦＤＭ信号のチャネル推定及び等化のための複数の技法を準備しておき、受信したシンボルと、別のシンボルに対して複数の技法の内のいずれかを選択して、チャネル推定及び投下を行うことが記載されている。
特許文献４には、ＯＦＤＭ無線通信システムで固有コヒーレンス帯域幅を導出する際に関与する処理量及びシグナリングのオーバーヘッドを低減することが記載されている。
特許文献５には、主送信機又は他の中継器から送信された信号から受信チャネル情報を抽出し、抽出された受信チャネル情報を当該受信された信号に逆反映することにより、伝送路上で発生したチャネル歪みを補償し、チャネル歪み補償信号を受信チャネルと同一のチャネルで送信することが記載されている。
特許文献５には、主送信機又は他の中継器から送信された信号から受信チャネル情報を抽出し、抽出された受信チャネル情報を当該受信された信号に逆反映することにより、伝送路上で発生したチャネル歪みを補償し、チャネル歪み補償信号を受信チャネルと同一のチャネルで送信することが記載されている。
しかしながら、従来の無線通信システムでは、パイロットサブキャリアによる伝搬路推定結果を周波数軸方向に線形補間したり、時間軸方向にホールドして伝搬路推定を行っており、ＡＷＧＮにより推定誤差が生じ易く、また、パイロット・シンボルを挿入することによりデータ伝送のスループットが低下し、更に信号処理部の回路規模が増大してしまうという問題点があった。
本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、伝搬路推定の精度を向上させ、データ伝送効率を向上させ、信号処理部の回路規模を縮小し、更にＢＳの負荷を軽減することができる無線通信システム及び無線通信方法を提供することを目的とする。
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、基地局と端末局とを備え、基地局と端末局とがＯＦＤＭ方式により変調された信号をＴＤＤ方式で送受信する無線通信システムであって、基地局が、プリアンブルにおいてプリアンブルサブキャリアを一定間隔で配置して下り送信信号を送信し、端末局が、下り受信信号に含まれるプリアンブルサブキャリアに基づいて伝搬路を推定して伝搬路特性を求め、伝搬路特性を用いて受信データの等化を行う受信処理部と、基地局への上り送信用のサブキャリアに、伝搬路特性の逆特性を乗算して、予め伝搬路特性を補償して送信する送信処理部とを備え、端末局の受信処理部が、受信信号に含まれるプリアンブルサブキャリアに基づく伝搬路の推定値について特定時間の移動平均を算出する移動平均算出部と、移動平均値を周波数軸方向に補間して、サブキャリア毎の移動平均値を求め、当該移動平均値を伝搬路特性を表す伝搬路特性値として出力するプリアンブルキャリア補間部と、伝搬路特性値に基づいて等化処理を行う等化部と、プリアンブルキャリア補間部から出力されたサブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数を求め、伝搬路特性値の逆数に基づいて送信電力を算出し、送信電力が所定の電力値を超える場合には、受信電力がほぼ０であったサブキャリアの伝搬路特性値の逆数を０として、送信処理部における送信電力が所定の電力値を超えないように、伝搬路特性の逆数を正規化する正規化部とを備え、端末局の送信処理部が、送信用のサブキャリアについて、正規化部で正規化された伝搬路特性値の逆数を乗算する伝搬路特性補償部を備えたことを特徴としている。
また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、正規化部が、サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数を求める逆数算出部と、サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数と閾値とを比較して、搬路特性値の逆数が閾値を超えている場合には、当該伝搬路特性値の逆数を閾値に置き換えて伝搬路特性値の逆数として出力し、閾値を超えていない場合には当該伝搬路特性値の逆数をそのまま出力するクリップ処理を行うクリップ部と、クリップ部から出力された伝搬路特性値の逆数をサブキャリア番号順に記憶する推定値保持部と、クリップ処理が行われたサブキャリアのサブキャリア番号を、クリップ部から出力された伝搬路特性値の逆数の大きい順に記憶するクリップ対象保持部と、クリップ部から各伝搬路特性値の逆数を受け取り、実部と虚部とに分けて、それぞれ自乗して累積加算して総電力を算出する総電力算出部と、クリップ対象保持部に記憶されたサブキャリア番号を、伝搬路特性値の逆数の大きい順に、停止の指示があるまで順次読み出して出力すると共に、出力されるサブキャリア番号に対応する伝搬路特性値の逆数を出力するクリップ対象読み出し部と、クリップ対象読み出し部から出力された伝搬路特性値の逆数を受け取り、実部と虚部とに分けて、それぞれ自乗して、総電力から減算して送信電力として保持する電力減算部と、クリップ対象読み出し部から出力されたサブキャリア番号を受け取ると共に、電力減算部から送信電力を受け取り、送信電力が所定の電力値以下か否かを判断し、所定の電力値以下であればクリップ対象読み出し部に停止の指示を出力し、所定の電力値より大きければ、当該サブキャリア番号の伝搬路特性値の逆数を０として、推定値保持部に書き込みを行うゼロ置換部とを備えたことを特徴としている。
また、本発明は、基地局と端末局とがＯＦＤＭ方式により変調された信号をＴＤＤ方式で送受信する無線通信システムにおける無線通信方法であって、基地局が、プリアンブルにおいてプリアンブルサブキャリアを一定間隔で配置して下り送信信号を送信し、端末局のチャネル推定部が、受信信号に含まれるプリアンブルサブキャリアに基づく伝搬路の推定値について特定時間の移動平均を算出し、移動平均値を周波数軸方向に補間して、サブキャリア毎の移動平均値を求め、当該移動平均値を伝搬路特性を表す伝搬路特性値として出力し、伝搬路特性値に基づいて等化処理を行うと共に、端末局の正規化部が、サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数を求め、伝搬路特性値の逆数に基づいて送信電力を算出し、送信電力が所定の電力値を超える場合には、受信電力がほぼ０であったサブキャリアの伝搬路特性値の逆数を０として伝搬路特性値の逆数を正規化し、端末局の送信処理部が、送信用のサブキャリアについて、正規化部で正規化された伝搬路特性値の逆数を乗算して、伝搬路特性を予め補償して送信することを特徴としている。
また、本発明は、上記無線通信方法において、端末局の正規化部が、サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数を求め、サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数と閾値とを比較して、伝搬路特性値の逆数が閾値を超えている場合には、当該伝搬路特性値の逆数を閾値に置き換えて伝搬路特性値の逆数として出力し、閾値を超えていない場合には当該伝搬路特性値の逆数をそのまま出力するクリップ処理を行い、伝搬路特性値の逆数をサブキャリア番号順に記憶すると共に、クリップ処理が行われたサブキャリアのサブキャリア番号を、伝搬路特性値の逆数の大きい順に記憶しておき、各伝搬路特性値の逆数を実部と虚部とに分けて、それぞれ自乗して累積加算して総電力を算出して保持し、クリップ処理が行われたサブキャリアのサブキャリア番号を、伝搬路特性値の逆数の大きい順に順次読み出し、読み出されるサブキャリア番号に対応する伝搬路特性値の逆数を実部と虚部とに分けて、それぞれ自乗して、総電力から減算して送信電力として保持し、送信電力が所定の電力値以下か否かを判断して、所定の電力値以下であればクリップ処理が行われたサブキャリア番号の読み出しを停止し、所定の電力値より大きければ、読み出されたサブキャリア番号の伝搬路特性値の逆数を０として記憶することを特徴としている。
本発明によれば、基地局と端末局とを備え、基地局と端末局とがＯＦＤＭ方式により変調された信号をＴＤＤ方式で送受信する無線通信システムであって、基地局が、プリアンブルにおいてプリアンブルサブキャリアを一定間隔で配置して下り送信信号を送信し、端末局が、下り受信信号に含まれるプリアンブルサブキャリアに基づいて伝搬路を推定して伝搬路特性を求め、伝搬路特性を用いて受信データの等化を行う受信処理部と、基地局への上り送信用のサブキャリアに、伝搬路特性の逆特性を乗算して、予め伝搬路特性を補償して送信する送信処理部とを備え、端末局の受信処理部が、受信信号に含まれるプリアンブルサブキャリアに基づく伝搬路の推定値について特定時間の移動平均を算出する移動平均算出部と、移動平均値を周波数軸方向に補間して、サブキャリア毎の移動平均値を求め、当該移動平均値を伝搬路特性を表す伝搬路特性値として出力するプリアンブルキャリア補間部と、伝搬路特性値に基づいて等化処理を行う等化部と、プリアンブルキャリア補間部から出力されたサブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数を求め、伝搬路特性値の逆数に基づいて送信電力を算出し、送信電力が所定の電力値を超える場合には、受信電力がほぼ０であったサブキャリアの伝搬路特性値の逆数を０として、送信処理部における送信電力が所定の電力値を超えないように、伝搬路特性の逆数を正規化する正規化部とを備え、端末局の送信処理部が、送信用のサブキャリアについて、正規化部で正規化された伝搬路特性値の逆数を乗算する伝搬路特性補償部を備えた無線通信システムとしているので、パイロットに比べて狭い周波数間隔で配置されるプリアンブルのみに基づいて伝搬路推定を行うことにより、伝搬路推定の精度を向上させると共に回路規模を縮小でき、パイロット・シンボルを不要として伝送効率を向上させ、また、基地局において、下り送信信号へのパイロット挿入や、上り受信信号の等化処理を不要として、処理の負荷を低減することができ、受信電力がほぼ０に落ち込んでいるサブキャリアに過剰な送信電力を割り当てないようにして、送信電力を所定の電力値以下にすることができる効果がある。
また、本発明によれば、正規化部が、サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数を求める逆数算出部と、サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数と閾値とを比較して、搬路特性値の逆数が閾値を超えている場合には、当該伝搬路特性値の逆数を閾値に置き換えて伝搬路特性値の逆数として出力し、閾値を超えていない場合には当該伝搬路特性値の逆数をそのまま出力するクリップ処理を行うクリップ部と、クリップ部から出力された伝搬路特性値の逆数をサブキャリア番号順に記憶する推定値保持部と、クリップ処理が行われたサブキャリアのサブキャリア番号を、クリップ部から出力された伝搬路特性値の逆数の大きい順に記憶するクリップ対象保持部と、クリップ部から各伝搬路特性値の逆数を受け取り、実部と虚部とに分けて、それぞれ自乗して累積加算して総電力を算出する総電力算出部と、クリップ対象保持部に記憶されたサブキャリア番号を、伝搬路特性値の逆数の大きい順に、停止の指示があるまで順次読み出して出力すると共に、出力されるサブキャリア番号に対応する伝搬路特性値の逆数を出力するクリップ対象読み出し部と、クリップ対象読み出し部から出力された伝搬路特性値の逆数を受け取り、実部と虚部とに分けて、それぞれ自乗して、総電力から減算して送信電力として保持する電力減算部と、クリップ対象読み出し部から出力されたサブキャリア番号を受け取ると共に、電力減算部から送信電力を受け取り、送信電力が所定の電力値以下か否かを判断し、所定の電力値以下であればクリップ対象読み出し部に停止の指示を出力し、所定の電力値より大きければ、当該サブキャリア番号の伝搬路特性値の逆数を０として、推定値保持部に書き込みを行うゼロ置換部とを備えた上記無線通信システムとしているので、受信電力がほぼ０に落ち込んでいるサブキャリアに過剰な送信電力を割り当てないようにして、送信電力を所定の電力値以下にすることができる効果がある。
本発明によれば、基地局と端末局とがＯＦＤＭ方式により変調された信号をＴＤＤ方式で送受信する無線通信システムにおける無線通信方法であって、基地局が、プリアンブルにおいてプリアンブルサブキャリアを一定間隔で配置して下り送信信号を送信し、端末局のチャネル推定部が、受信信号に含まれるプリアンブルサブキャリアに基づく伝搬路の推定値について特定時間の移動平均を算出し、移動平均値を周波数軸方向に補間して、サブキャリア毎の移動平均値を求め、当該移動平均値を伝搬路特性を表す伝搬路特性値として出力し、伝搬路特性値に基づいて等化処理を行うと共に、端末局の正規化部が、サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数を求め、伝搬路特性値の逆数に基づいて送信電力を算出し、送信電力が所定の電力値を超える場合には、受信電力がほぼ０であったサブキャリアの伝搬路特性値の逆数を０として伝搬路特性値の逆数を正規化し、端末局の送信処理部が、送信用のサブキャリアについて、正規化部で正規化された伝搬路特性値の逆数を乗算して、伝搬路特性を予め補償して送信する無線通信方法としているので、伝搬路推定の精度を向上させると共に回路規模を縮小でき、伝送効率を向上させ、基地局における処理の負荷を低減することができ、受信電力がほぼ０に落ち込んでいるサブキャリアに過剰な送信電力を割り当てないようにして、送信電力を所定の電力値以下にすることができる効果がある。
また、本発明によれば、端末局の正規化部が、サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数を求め、サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数と閾値とを比較して、伝搬路特性値の逆数が閾値を超えている場合には、当該伝搬路特性値の逆数を閾値に置き換えて伝搬路特性値の逆数として出力し、閾値を超えていない場合には当該伝搬路特性値の逆数をそのまま出力するクリップ処理を行い、伝搬路特性値の逆数をサブキャリア番号順に記憶すると共に、クリップ処理が行われたサブキャリアのサブキャリア番号を、伝搬路特性値の逆数の大きい順に記憶しておき、各伝搬路特性値の逆数を実部と虚部とに分けて、それぞれ自乗して累積加算して総電力を算出して保持し、クリップ処理が行われたサブキャリアのサブキャリア番号を、伝搬路特性値の逆数の大きい順に順次読み出し、読み出されるサブキャリア番号に対応する伝搬路特性値の逆数を実部と虚部とに分けて、それぞれ自乗して、総電力から減算して送信電力として保持し、送信電力が所定の電力値以下か否かを判断して、所定の電力値以下であればクリップ処理が行われたサブキャリア番号の読み出しを停止し、所定の電力値より大きければ、読み出されたサブキャリア番号の伝搬路特性値の逆数を０として記憶する上記無線通信方法としているので、受信電力がほぼ０に落ち込んでいるサブキャリアに過剰な送信電力を割り当てないようにして、送信電力を所定の電力値以下にすることができる効果がある。
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。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る無線通信システム及び無線通信方法は、ＩＥＥＥ８０２．２２に基づくＯＦＤＭ／ＴＤＤ無線アクセスシステムであり、ＢＳとＣＰＥとを備え、ＣＰＥが、下り通信（ＤＳ）時に、ＢＳから送信されたパイロットサブキャリアを含まないＯＦＤＭ信号を受信して、受信処理部のチャネル推定部が、２サブキャリア毎に配置されているプリアンブルに基づいて伝搬路推定した伝搬路推定結果を、周波数軸方向に線形補間し、更に移動平均値を算出して伝搬路特性値とし、当該伝搬路特性値を用いて受信サブキャリアを等化すると共に、送信処理部に出力し、送信処理部のプレチャネル補償部が、入力された伝搬路特性値の逆特性を上り通信（ＵＳ）の信号に乗算して伝搬路の特性を予め補償して送信するものであり、パイロットサブキャリアよりも小さいサブキャリア間隔で配置されているプリアンブルのみを用いて推定することにより、伝搬路推定の精度を向上させ、信号処理部の回路構成を縮小させ、パイロットサブキャリアを用いないことによりデータ伝送のスループットを向上させ、ＢＳでの処理負荷を軽減することができるものである。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る無線通信システム及び無線通信方法は、ＩＥＥＥ８０２．２２に基づくＯＦＤＭ／ＴＤＤ無線アクセスシステムであり、ＢＳとＣＰＥとを備え、ＣＰＥが、下り通信（ＤＳ）時に、ＢＳから送信されたパイロットサブキャリアを含まないＯＦＤＭ信号を受信して、受信処理部のチャネル推定部が、２サブキャリア毎に配置されているプリアンブルに基づいて伝搬路推定した伝搬路推定結果を、周波数軸方向に線形補間し、更に移動平均値を算出して伝搬路特性値とし、当該伝搬路特性値を用いて受信サブキャリアを等化すると共に、送信処理部に出力し、送信処理部のプレチャネル補償部が、入力された伝搬路特性値の逆特性を上り通信（ＵＳ）の信号に乗算して伝搬路の特性を予め補償して送信するものであり、パイロットサブキャリアよりも小さいサブキャリア間隔で配置されているプリアンブルのみを用いて推定することにより、伝搬路推定の精度を向上させ、信号処理部の回路構成を縮小させ、パイロットサブキャリアを用いないことによりデータ伝送のスループットを向上させ、ＢＳでの処理負荷を軽減することができるものである。
また、本実施の形態に係る無線機は、チャネル推定部が、プリアンブルに基づいて伝搬伝搬路推定した伝搬路推定結果について特定時間の移動平均値を算出し、それを周波数軸方向に補間して伝搬路特性値とするものであり、更に、移動平均演算の処理を簡易にすることができるものである。
［実施の形態に係る無線通信システム：図１］
本発明の実施の形態に係る無線通信システムについて図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成ブロック図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る無線通信システム（本システム）は、ＩＥＥＥ８０２．２２によるＯＦＤＭ無線システムであって、従来と同様に、ＢＳ（基地局）１と、ＣＰＥ（顧客端末）１５とを備え、ＢＳ１とＣＰＥ１５との間で無線通信を行うものである。そして、ＣＰＥ１５は、請求項に記載した端末局に相当している。尚、ＣＰＥ１５は複数あってもよい。
本発明の実施の形態に係る無線通信システムについて図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成ブロック図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る無線通信システム（本システム）は、ＩＥＥＥ８０２．２２によるＯＦＤＭ無線システムであって、従来と同様に、ＢＳ（基地局）１と、ＣＰＥ（顧客端末）１５とを備え、ＢＳ１とＣＰＥ１５との間で無線通信を行うものである。そして、ＣＰＥ１５は、請求項に記載した端末局に相当している。尚、ＣＰＥ１５は複数あってもよい。
［ＢＳ１の構成］
ＢＳ１は、従来と同様に、ＢＳ送信処理部２と、ＢＳ受信処理部３とを備えている。
ＢＳ送信処理部１は、従来と同様の部分として、チャネルコーディング部４と、マッピング部５と、サブキャリアアロケータ６と、プリアンブル挿入部７と、ＩＦＦＴ部８と、ＣＰ挿入部９とを備えている。
また、本システムの特徴として、ＢＳ送信処理部２には、従来のＢＳ送信処理部に設けられていた「パイロット挿入部」は設けられておらず、本システムのＢＳ１では、ＤＳ送信信号にパイロット・シンボルを挿入しないものである。
ＢＳ１は、従来と同様に、ＢＳ送信処理部２と、ＢＳ受信処理部３とを備えている。
ＢＳ送信処理部１は、従来と同様の部分として、チャネルコーディング部４と、マッピング部５と、サブキャリアアロケータ６と、プリアンブル挿入部７と、ＩＦＦＴ部８と、ＣＰ挿入部９とを備えている。
また、本システムの特徴として、ＢＳ送信処理部２には、従来のＢＳ送信処理部に設けられていた「パイロット挿入部」は設けられておらず、本システムのＢＳ１では、ＤＳ送信信号にパイロット・シンボルを挿入しないものである。
ＢＳ受信処理部３は、従来と同様の部分として、ＣＰ除去部１０と、ＦＦＴ部１１と、サブキャリアデアロケータ１２と、デマッピング部１３と、チャネルデコーディング部１４とを備えている。
そして、本システムの特徴として、ＢＳ受信処理部３には、従来のＢＳ受信処理部に設けられていた「チャネル推定部」は設けられておらず、本システムのＢＳ１では、ＵＳ受信信号のチャネル推定を行わないものである。
これにより、本システムではＢＳ１の回路構成及び処理を簡易にすることができるものである。
そして、本システムの特徴として、ＢＳ受信処理部３には、従来のＢＳ受信処理部に設けられていた「チャネル推定部」は設けられておらず、本システムのＢＳ１では、ＵＳ受信信号のチャネル推定を行わないものである。
これにより、本システムではＢＳ１の回路構成及び処理を簡易にすることができるものである。
［ＣＰＥ１５の構成］
次に、ＣＰＥ１５の構成について説明する。
ＣＰＥ１５は、従来と同様に、ＣＰＥ受信処理部１６と、ＣＰＥ送信処理部２３とを備えている。
そして、ＣＰＥ受信処理部１６は、従来と同様の部分として、ＣＰ除去部１７と、ＦＦＴ部１８と、サブキャリアデアロケータ２０と、デマッピング部２１と、チャネルデコーディング部２２とを備えている。
次に、ＣＰＥ１５の構成について説明する。
ＣＰＥ１５は、従来と同様に、ＣＰＥ受信処理部１６と、ＣＰＥ送信処理部２３とを備えている。
そして、ＣＰＥ受信処理部１６は、従来と同様の部分として、ＣＰ除去部１７と、ＦＦＴ部１８と、サブキャリアデアロケータ２０と、デマッピング部２１と、チャネルデコーディング部２２とを備えている。
チャネル推定部１９は、従来のＣＰＥ受信処理部５１におけるチャネル推定部６２とは異なり、パイロットサブキャリアではなく、受信ＤＳ信号のプリアンブルに基づいてチャネル推定値（伝搬路特性値：ｈ）を算出して、受信サブキャリアの等化を行うものである。
更に、本システムの特徴として、チャネル推定部１９は、算出したチャネル推定値をＣＰＥ送信処理部２３に出力する。チャネル推定部１９の構成及び処理については後述する。
更に、本システムの特徴として、チャネル推定部１９は、算出したチャネル推定値をＣＰＥ送信処理部２３に出力する。チャネル推定部１９の構成及び処理については後述する。
ＣＰＥ送信処理部２３は、従来と同様の部分として、チャネルコーディング部２４と、マッピング部２５と、サブキャリアアロケータ２６と、ＩＦＦＴ部２７と、ＣＰ挿入部２９とを備え、本システムの特徴部分として、サブキャリアアロケータ２６とＩＦＦＴ部２８との間に、プレチャネル補償部２７を備えている。
プレチャネル補償部２７は、本システムの特徴部分であり、ＣＰＥ受信処理部１６のチャネル推定部１９から出力された伝搬路特性値ｈを入力して、その逆数をサブキャリアアロケータ２６の出力に乗算して、ＩＦＦＴ部２８に出力する。
これにより、ＣＰＥ１５からのＵＳ送信信号は、サブキャリア毎にその時点での伝搬路特性の逆特性が予め付加されたものとなり、伝送によって伝搬路特性が相殺され、ＢＳ１のＢＳ受信処理部３における等化処理が不要となるものである。
尚、プレチャネル補償部２７は、請求項に記載した伝搬路特性補償部に相当する。
これにより、ＣＰＥ１５からのＵＳ送信信号は、サブキャリア毎にその時点での伝搬路特性の逆特性が予め付加されたものとなり、伝送によって伝搬路特性が相殺され、ＢＳ１のＢＳ受信処理部３における等化処理が不要となるものである。
尚、プレチャネル補償部２７は、請求項に記載した伝搬路特性補償部に相当する。
ＩＥＥＥ８０２．２２は固定通信を前提としているため、伝搬路特性は、ＤＳとＵＳとで同等とみなすことができ、本システムでは、このことを利用して、ＤＳでプリアンブルを用いて精度よく推定した伝搬路推定値の逆特性を、予めＵＳ送信データサブキャリアに乗じておくことにより、ＵＳ通信における伝搬路の歪を補償することができるものである。
［本システムの動作概要：図１］
本システムの動作について図１を用いて簡単に説明する。
ＢＳ１からＣＰＥ１５へのＤＳ時の動作について説明する。
ＢＳ送信処理部２において、送信データは、チャネルコーディング部４でチャネル符号化され、マッピング部５でサブキャリアに割り振られ、サブキャリアアロケータ６でサブキャリアのグループ化が行われ、プリアンブル挿入部７でプリアンブルが付加され、ＩＦＦＴ部８で逆高速フーリエ変換が為されてＯＦＤＭ信号となり、ＣＰ挿入部９でＣＰが付加されて、所定の無線周波数のキャリアで無線送信される。
本システムの動作について図１を用いて簡単に説明する。
ＢＳ１からＣＰＥ１５へのＤＳ時の動作について説明する。
ＢＳ送信処理部２において、送信データは、チャネルコーディング部４でチャネル符号化され、マッピング部５でサブキャリアに割り振られ、サブキャリアアロケータ６でサブキャリアのグループ化が行われ、プリアンブル挿入部７でプリアンブルが付加され、ＩＦＦＴ部８で逆高速フーリエ変換が為されてＯＦＤＭ信号となり、ＣＰ挿入部９でＣＰが付加されて、所定の無線周波数のキャリアで無線送信される。
そして、ＣＰＥ１５のＣＰＥ受信処理部１６において、無線部で受信した信号からＣＰ除去部５２においてＣＰが除去され、ＦＦＴ部５３で高速フーリエ変換が行われ、チャネル推定部５４でプリアンブルに基づく伝搬路推定が行われて、算出された伝搬路特性値に基づいて受信データの等化処理が為されると共に、当該伝搬路特性値がＣＰＥ送信処理部２３のプレチャネル補償部２７に出力される。
チャネル推定部１９で等化された信号は、サブキャリアデアロケータ２０でサブキャリアが分離され、デマッピング部２１でサブキャリアからデータが取り出され、チャネルデコーディング部２２でチャネル復号化が行われて、受信データが得られる。
チャネル推定部１９で等化された信号は、サブキャリアデアロケータ２０でサブキャリアが分離され、デマッピング部２１でサブキャリアからデータが取り出され、チャネルデコーディング部２２でチャネル復号化が行われて、受信データが得られる。
ＣＰＥ１５からＢＳ１へのＵＳ時には、チャネルコーディング部２４でチャネル符号化され、マッピング部２５でサブキャリアに割り振られ、サブキャリアアロケータ２６でサブキャリアのグループ化が行われ、プレチャネル補償部２７でサブキャリア信号に伝搬路特性の逆特性が乗算され、ＩＦＦＴ部２８で逆高速フーリエ変換が為され、ＣＰ挿入部２９でＣＰが付加されて、ＤＳと同一周波数のキャリアで無線送信される。
ＢＳ１での受信信号は、伝搬路特性が相殺されているため、ＢＳ１において等化を行う必要はない。
ＢＳ１での受信信号は、伝搬路特性が相殺されているため、ＢＳ１において等化を行う必要はない。
［プリアンブルの補間：図２］
次に、本システムのＣＰＥ受信処理部１６のチャネル推定部１９におけるプリアンブルサブキャリアを用いた補間について図２を用いて説明する。図２は、本システムのＣＰＥ受信処理部１６のチャネル推定部１９におけるプリアンブルサブキャリアの補間方法を示す説明図である。
ＩＥＥＥ８０２．２２では、プリアンブルは、ＤＳフレームの先頭に１シンボル含まれており、プリアンブルサブキャリアは、周波数軸方向に２サブキャリア毎（１サブキャリアおき）に配置されている。
次に、本システムのＣＰＥ受信処理部１６のチャネル推定部１９におけるプリアンブルサブキャリアを用いた補間について図２を用いて説明する。図２は、本システムのＣＰＥ受信処理部１６のチャネル推定部１９におけるプリアンブルサブキャリアの補間方法を示す説明図である。
ＩＥＥＥ８０２．２２では、プリアンブルは、ＤＳフレームの先頭に１シンボル含まれており、プリアンブルサブキャリアは、周波数軸方向に２サブキャリア毎（１サブキャリアおき）に配置されている。
そこで、本システムのチャネル推定部１９では、図２に示すように、ＦＦＴ部１８から出力された振幅を伝搬路特性を表す推定値として用い、プリアンブルサブキャリア７６の推定値を線形補間してプリアンブルサブキャリアの間のデータサブキャリア７７の伝搬路特性を推定する。
具体的には、例えば、ＦＦＴ部１８からのプリアンブルサブキャリア７２の振幅を、伝搬路の影響を受けない場合の既知の振幅と比較して、その振幅比[dB]をプリアンブルサブキャリアにおける伝搬路特性の推定値とし、２つのプリアンブルサブキャリア７２の推定値の平均値を算出して、周波数軸方向の伝搬路特性推定を行う。
上述したように、プリアンブルは２サブキャリア毎に配置されているため、７サブキャリア毎に配置されるパイロットサブキャリアを用いた場合に比べて、周波数方向に高精度の伝搬路推定結果を得ることができるものである。
また、プリアンブルのみに基づいて伝搬路推定を行うので、パイロットサブキャリアを用いる場合に比べて信号処理部の回路を縮小できるものである。
更に、パイロット・シンボルを挿入しないことにより、データバーストの全てのサブキャリアをデータ伝送に用いることができ、伝送効率を向上させることができるものである。
また、プリアンブルのみに基づいて伝搬路推定を行うので、パイロットサブキャリアを用いる場合に比べて信号処理部の回路を縮小できるものである。
更に、パイロット・シンボルを挿入しないことにより、データバーストの全てのサブキャリアをデータ伝送に用いることができ、伝送効率を向上させることができるものである。
［チャネル推定部１９：図３］
次に、ＣＰＥ受信処理部１６のチャネル推定部１９の構成について図３を用いて説明する。図３は、チャネル推定部１９の構成ブロック図である。
図３に示すように、チャネル推定部１９は、プリアンブルキャリア補間部７８と、移動平均算出部８０と、等化部７９とを備えている。
プリアンブルキャリア補間部７８は、図２に示したように、プリアンブルサブキャリア間を周波数方向に補間する処理を行って、プリアンブルサブキャリアの伝搬路特性の推定値と、周波数軸方向に補間された推定値とを出力する。
次に、ＣＰＥ受信処理部１６のチャネル推定部１９の構成について図３を用いて説明する。図３は、チャネル推定部１９の構成ブロック図である。
図３に示すように、チャネル推定部１９は、プリアンブルキャリア補間部７８と、移動平均算出部８０と、等化部７９とを備えている。
プリアンブルキャリア補間部７８は、図２に示したように、プリアンブルサブキャリア間を周波数方向に補間する処理を行って、プリアンブルサブキャリアの伝搬路特性の推定値と、周波数軸方向に補間された推定値とを出力する。
移動平均算出部８０は、複数（ｎ個）の遅延素子８１-1，８１-2，...８１-nと、加算器８２と、除算器８３とを備え、プリアンブルキャリア補間部７８で得られた周波数軸方向の伝搬路推定結果を時間軸方向に数フレーム程度移動平均して、現在から直前のｎフレーム分の周波数毎の伝搬路特性の移動平均値を算出するものである。
具体的には、移動平均算出部８０は、周波数毎に、ｎフレーム分の伝搬路推定結果を順次入力して遅延素子８１で保持し、ｎ個の伝搬路推定結果を加算器８２で加算して、除算器８３で平均化して伝搬路特性値ｈを算出し、伝搬路特性値ｈを、等化部７５と、ＣＰＥ送信処理部２３のプレチャネル補償部２７とに出力する。
具体的には、移動平均算出部８０は、周波数毎に、ｎフレーム分の伝搬路推定結果を順次入力して遅延素子８１で保持し、ｎ個の伝搬路推定結果を加算器８２で加算して、除算器８３で平均化して伝搬路特性値ｈを算出し、伝搬路特性値ｈを、等化部７５と、ＣＰＥ送信処理部２３のプレチャネル補償部２７とに出力する。
本システムは固定通信であるため、数フレーム程度であれば時間軸方向のフェージングによる変動を無視することができ、移動平均することにより、ＡＷＧＮによる時間軸方向の伝搬路推定誤差を軽減することができるものである。
そして、等化部７９が、ＦＦＴ処理部１８から入力されるサブフレーム毎の受信データについて１／ｈを乗算することにより、伝搬路の等化を行う。
また、固定通信において、ＤＳとＵＳの伝搬路特性は等しくなることを利用して、ＣＰＥ送信処理部２３のプレチャネル補償部２７は、ＵＳ送信データ系列に、ＤＳで得られた伝搬路特性の逆特性を乗算する。具体的には、プレチャネル補償部２７は、ＵＳ送信データに、入力された伝搬路特性値ｈの逆数を乗算する。
これにより、ＵＳ送信信号が伝搬路によって受ける影響はキャンセルされ、ＢＳ１におけるＵＳ受信時には、伝搬路特性が相殺されて信号が等化された状態となり、ＢＳ１でのチャネル推定や等化の処理は不要となるものである。
これにより、ＵＳ送信信号が伝搬路によって受ける影響はキャンセルされ、ＢＳ１におけるＵＳ受信時には、伝搬路特性が相殺されて信号が等化された状態となり、ＢＳ１でのチャネル推定や等化の処理は不要となるものである。
［チャネル推定部１９の別の構成：図４］
チャネル推定部１９の別の構成について図４を用いて説明する。図４は、チャネル推定部１９の別の構成を示すブロック図である。
図３に示した例では、周波数軸方向にプリアンブルサブキャリアの補間を行ってから時間軸方向に移動平均を算出しているが、図４の構成では、移動平均算出部８０の後段にプリアンブルキャリア補間部７８を設け、更にプリアンブルキャリア補間部７８とプレチャネル補償部２７の間に正規化部８４を新たに設けてある。
チャネル推定部１９の別の構成について図４を用いて説明する。図４は、チャネル推定部１９の別の構成を示すブロック図である。
図３に示した例では、周波数軸方向にプリアンブルサブキャリアの補間を行ってから時間軸方向に移動平均を算出しているが、図４の構成では、移動平均算出部８０の後段にプリアンブルキャリア補間部７８を設け、更にプリアンブルキャリア補間部７８とプレチャネル補償部２７の間に正規化部８４を新たに設けてある。
この場合、移動平均算出部８０が、プリアンブルサブキャリアの伝搬路推定結果のみについて数フレーム分の時間軸方向の移動平均値を算出し、それをプリアンブルキャリア補間部７８が周波数方向に補間することで、全サブキャリアの推定値を求め、伝搬路特性値ｈとする。
プリアンブルキャリア補間部７８は、具体的には、プリアンブルサブキャリアに該当するサブキャリアについては、移動平均算出部８０からの入力された時間軸方向移動平均値をそのまま出力し、他のサブキャリアについては、隣接するプリアンブルサブキャリアの時間軸方向移動平均値の平均を求めて出力する。
［正規化部８４：図１１］
図１１は、正規化部８４の詳細ブロック図である。
正規化部８４は、プレチャネル補償により送信電力が変動しないようにするためのものであり、以下、伝搬路特性値ｈが得られる都度（つまりフレーム周期で）行われる動作を説明する。
図１１は、正規化部８４の詳細ブロック図である。
正規化部８４は、プレチャネル補償により送信電力が変動しないようにするためのものであり、以下、伝搬路特性値ｈが得られる都度（つまりフレーム周期で）行われる動作を説明する。
逆数算出部９１は、プリアンブルキャリア補間部から入力される伝搬路特性値ｈ（サブキャリア毎の推定値からなる）を入力し、各サブキャリアの推定値の逆数を算出する。
クリップ部９２は、各推定値の逆数を、所定の閾値でクリップ処理する。つまり推定値の逆数が閾値を超えている場合、閾値に置き換える。これにより受信電力がほぼ０に落ち込んでいるサブキャリに過剰な送信電力を割当てないようにする。
クリップ部９２は、各推定値の逆数を、所定の閾値でクリップ処理する。つまり推定値の逆数が閾値を超えている場合、閾値に置き換える。これにより受信電力がほぼ０に落ち込んでいるサブキャリに過剰な送信電力を割当てないようにする。
推定値保持部９３は、クリップ部９２から各推定値の逆数を順次受け取り、配列にサブキャリア番号順に記憶する。
クリップ対象保持部９４は、クリップ部９２からクリップ処理されたサブキャリアのサブキャリア番号を受け取り、順次配列に記憶する。
ソート部９５は、クリップ対象保持部９４から読み出したサブキャリア番号を引数にして推定値保持部９３から逆数を読み出し、読み出した複数の逆数が大きい順（降順）に並ぶようにソートし、その結果に対応するサブキャリア番号の並びをクリップ対象保持部９４に書き戻す。
クリップ対象保持部９４は、クリップ部９２からクリップ処理されたサブキャリアのサブキャリア番号を受け取り、順次配列に記憶する。
ソート部９５は、クリップ対象保持部９４から読み出したサブキャリア番号を引数にして推定値保持部９３から逆数を読み出し、読み出した複数の逆数が大きい順（降順）に並ぶようにソートし、その結果に対応するサブキャリア番号の並びをクリップ対象保持部９４に書き戻す。
総電力算出部９６は、クリップ部９２から各推定値の逆数を受取り、実部と虚部に分けて、それぞれ自乗して累積加算する。
クリップ対象読み出し部９７は、クリップ対象保持部９４からサブキャリア番号をソート結果順に受取り、それを引数にして推定値保持部９３から対応する推定値の逆数を読み出す。クリップ対象読み出し部９７の動作は、ゼロ置換部９９から停止の指示があるか或いは受取ったソート結果を全て処理し終えるまで続く。
クリップ対象読み出し部９７は、クリップ対象保持部９４からサブキャリア番号をソート結果順に受取り、それを引数にして推定値保持部９３から対応する推定値の逆数を読み出す。クリップ対象読み出し部９７の動作は、ゼロ置換部９９から停止の指示があるか或いは受取ったソート結果を全て処理し終えるまで続く。
電力減算部９８は、総電力算出部９６から初期的に累積加算結果を受取って累算器に保持し、その後クリップ対象読み出し部９７により読み出された推定値の逆数を受取り、実部と虚部それぞれ自乗し、累算器に減算させる。減算結果はそのまま累算器に保持される。
ゼロ置換部９９は、クリップ対象保持部９４からサブキャリア番号を受取るとともに、電力減算部９８から対応する（そのサブキャリア番号の推定値の逆数の電力が減算された）減算結果を受取り、減算結果の実部と虚部の和が、所定電力値以下か否かを判断し、所定電力値以下ならばクリップ対象読み出し部９７に停止の指示をし、所定電力値より大きければ、そのサブキャリア番号の推定値の逆数を０にするよう、推定値保持部９３に書き込みを行う。
最後に、推定値保持部９３の内容は上り送信が始まる前に順次読み出されプレチャネル補償部２７に供給され、送信データと複素乗算されることで、予補償が為される。
この構成により、正規化のための新たな除算を不要にできる。
この構成により、正規化のための新たな除算を不要にできる。
［シミュレーション結果：図５，６］
次に、本装置の伝搬路推定の計算機シミュレーション結果を図５，６を用いて説明する。図５は、シミュレーションの条件を示す説明図であり、（ａ）はシミュレーション諸元、（ｂ）はＩＥＥＥ８０２．２２ Profile.Aのパラメータである。また、図６は、本システムの伝搬路推定のシミュレーション結果を示す特性図である。
図６では、横軸にＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio）、縦軸にＢＥＲ（Bit Error Rate）を示す。また、図６では、本装置の伝搬路推定方法（「提案方式」と記載）として、移動平均数を１フレーム、２フレーム、５フレームとした場合を示している。
次に、本装置の伝搬路推定の計算機シミュレーション結果を図５，６を用いて説明する。図５は、シミュレーションの条件を示す説明図であり、（ａ）はシミュレーション諸元、（ｂ）はＩＥＥＥ８０２．２２ Profile.Aのパラメータである。また、図６は、本システムの伝搬路推定のシミュレーション結果を示す特性図である。
図６では、横軸にＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio）、縦軸にＢＥＲ（Bit Error Rate）を示す。また、図６では、本装置の伝搬路推定方法（「提案方式」と記載）として、移動平均数を１フレーム、２フレーム、５フレームとした場合を示している。
図６に示すように、本装置の伝搬路特性推定によって、従来のパイロット・シンボルを用いて周波数軸方向に線形補間する方法や、時間方向にホールドする推定方法に比べて、良好な推定結果が得られていることがわかる。
また、移動平均回数が多いほどＢＥＲが改善しており、伝搬路特性が既知の場合と比べて、０．３ｄＢ程度の劣化に抑えることができるものである。
尚、プリアンブルキャリアの電力はパイロットサブキャリアの２倍であることもＢＥＲの改善要因の一つとなっている。
また、移動平均回数が多いほどＢＥＲが改善しており、伝搬路特性が既知の場合と比べて、０．３ｄＢ程度の劣化に抑えることができるものである。
尚、プリアンブルキャリアの電力はパイロットサブキャリアの２倍であることもＢＥＲの改善要因の一つとなっている。
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る無線通信システム、無線機及び無線通信方法によれば、ＣＰＥ１５のＣＰＥ受信処理部１６のチャネル推定部１９が、ＤＳ受信信号のプリアンブルに基づいて伝搬路の推定値を求め、それを周波数軸方向に補間してサブキャリア毎の伝搬路推定結果を算出し、伝搬路推定結果を時間軸方向に数フレーム分移動平均して伝搬路特性値ｈを算出して、伝搬路特性値ｈに基づいて受信サブキャリアを等化すると共に、ＣＰＥ送信処理部２３のプレチャネル補償部２７に伝搬路特性値ｈを出力し、プレチャネル補償部２７が、ＵＳ送信信号用のサブキャリアに伝搬路特性値の逆数（１／ｈ）を乗算して伝搬路の特性を予め補償するようにしているので、狭い周波数間隔で配置されているプリアンブルを用いて伝搬路推定を行うことにより、伝搬路推定誤差を改善して推定精度を向上させ、信号処理部の回路規模を縮小させ、パイロット・シンボルを不要として伝送効率を向上させ、ＢＳにおける処理の負荷を軽減することができる効果がある。
本発明の実施の形態に係る無線通信システム、無線機及び無線通信方法によれば、ＣＰＥ１５のＣＰＥ受信処理部１６のチャネル推定部１９が、ＤＳ受信信号のプリアンブルに基づいて伝搬路の推定値を求め、それを周波数軸方向に補間してサブキャリア毎の伝搬路推定結果を算出し、伝搬路推定結果を時間軸方向に数フレーム分移動平均して伝搬路特性値ｈを算出して、伝搬路特性値ｈに基づいて受信サブキャリアを等化すると共に、ＣＰＥ送信処理部２３のプレチャネル補償部２７に伝搬路特性値ｈを出力し、プレチャネル補償部２７が、ＵＳ送信信号用のサブキャリアに伝搬路特性値の逆数（１／ｈ）を乗算して伝搬路の特性を予め補償するようにしているので、狭い周波数間隔で配置されているプリアンブルを用いて伝搬路推定を行うことにより、伝搬路推定誤差を改善して推定精度を向上させ、信号処理部の回路規模を縮小させ、パイロット・シンボルを不要として伝送効率を向上させ、ＢＳにおける処理の負荷を軽減することができる効果がある。
また、本発明の実施の形態に係る無線機によれば、ＣＰＥ受信処理部１６のチャネル推定部１９が、プリアンブルに基づいて伝搬路の推定値を求め、それを数フレーム分移動平均し、移動平均値を周波数軸方向に補間して伝搬路特性値ｈとしているので、移動平均の処理を軽減することができる効果がある。
本発明は、特に伝搬路推定の精度及び伝送効率を向上させ、回路規模を低減することができる無線通信システム及び無線通信方法に適している。
１，３０...ＢＳ、 ２，３１...ＢＳ送信処理部、 ３，３９...ＢＳ受信処理部、 ４，２４，３２，５９...チャネルコーディング部、 ５，２５，３３，６０...マッピング部、 ６，２０，３４，６１...サブキャリアアロケータ、 ５，６２...パイロット挿入部、 ７，３６...プリアンブル挿入部、 ８，２８，３７，６３...ＩＦＦＴ部、 ９，２９，３８，６４...ＣＰ挿入部、 １０，１７，４０，５２...ＣＰ除去部、 １１，１８，４１，５３...ＦＦＴ部、 １２，２０，４３，６１...サブキャリアデアロケータ、 １３，２１，４４，５６...デマッピング部、 １４，２２，４５,５７...チャネルデコーディング部、１５...ＣＰＥ、 １６...ＣＰＥ受信処理部、 １９...チャネル推定部、 ２３...ＣＰＥ送信処理部、 ２７...プレチャネル補償部、 ６５，６８，６９...パイロットサブキャリア、 ７６...プリアンブルサブキャリア、 ６６，７０，７７...データサブキャリア、 ７１...ＤＳフレーム、 ７２...ＵＳフレーム、 ７３...プリアンブル、 ７４...ＤＳデータバースト、 ７５...ＵＳデータバースト、 ７８...プリアンブルキャリア補間部、 ７９...等化部、 ８０...移動平均算出部、 ８１...遅延素子、 ８２...加算器、 ８３...除算器、 ８４...正規化部、 ９１...逆数算出部、 ９２...クリップ部、 ９３...推定値保持部、 ９４...クリップ対象保持部、 ９５...ソート部、 ９６...総電力算出部、 ９７...クリップ対象読み出し部、 ９８...電力減算部、 ９９...ゼロ置換部
Claims (4)
- 基地局と端末局とを備え、前記基地局と前記端末局とがＯＦＤＭ方式により変調された信号をＴＤＤ方式で送受信する無線通信システムであって、
前記基地局が、プリアンブルにおいてプリアンブルサブキャリアを一定間隔で配置して下り送信信号を送信し、
前記端末局が、下り受信信号に含まれる前記プリアンブルサブキャリアに基づいて伝搬路を推定して伝搬路特性を求め、前記伝搬路特性を用いて受信データの等化を行う受信処理部と、
前記基地局への上り送信用のサブキャリアに、前記伝搬路特性の逆特性を乗算して、予め前記伝搬路特性を補償して送信する送信処理部とを備え、
端末局の受信処理部が、受信信号に含まれるプリアンブルサブキャリアに基づく伝搬路の推定値について特定時間の移動平均を算出する移動平均算出部と、
前記移動平均値を周波数軸方向に補間して、サブキャリア毎の移動平均値を求め、当該移動平均値を前記伝搬路特性を表す伝搬路特性値として出力するプリアンブルキャリア補間部と、
前記伝搬路特性値に基づいて等化処理を行う等化部と、
前記プリアンブルキャリア補間部から出力されたサブキャリア毎の前記伝搬路特性値の逆数を求め、前記伝搬路特性値の逆数に基づいて送信電力を算出し、前記送信電力が所定の電力値を超える場合には、受信電力がほぼ０であったサブキャリアの伝搬路特性値の逆数を０として、前記送信処理部における送信電力が所定の電力値を超えないように、前記伝搬路特性の逆数を正規化する正規化部とを備え、
前記端末局の送信処理部が、送信用のサブキャリアについて、前記正規化部で正規化された伝搬路特性値の逆数を乗算する伝搬路特性補償部を備えたことを特徴とする無線通信システム。 - 正規化部が、サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数を求める逆数算出部と、
前記サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数と閾値とを比較して、前記伝搬路特性値の逆数が前記閾値を超えている場合には、当該伝搬路特性値の逆数を前記閾値に置き換えて前記伝搬路特性値の逆数として出力し、前記閾値を超えていない場合には当該伝搬路特性値の逆数をそのまま出力するクリップ処理を行うクリップ部と、
前記クリップ部から出力された伝搬路特性値の逆数をサブキャリア番号順に記憶する推定値保持部と、
前記クリップ処理が行われたサブキャリアのサブキャリア番号を、前記クリップ部から出力された伝搬路特性値の逆数の大きい順に記憶するクリップ対象保持部と、
前記クリップ部から各伝搬路特性値の逆数を受け取り、実部と虚部とに分けて、それぞれ自乗して累積加算して総電力を算出する総電力算出部と、
前記クリップ対象保持部に記憶されたサブキャリア番号を、前記伝搬路特性値の逆数の大きい順に、停止の指示があるまで順次読み出して出力すると共に、前記出力されるサブキャリア番号に対応する前記伝搬路特性値の逆数を出力するクリップ対象読み出し部と、
前記クリップ対象読み出し部から出力された前記伝搬路特性値の逆数を受け取り、実部と虚部とに分けて、それぞれ自乗して、前記総電力から減算して送信電力として保持する電力減算部と、
前記クリップ対象読み出し部から出力されたサブキャリア番号を受け取ると共に、前記電力減算部から前記送信電力を受け取り、前記送信電力が所定の電力値以下か否かを判断し、前記所定の電力値以下であれば前記クリップ対象読み出し部に停止の指示を出力し、前記所定の電力値より大きければ、当該サブキャリア番号の伝搬路特性値の逆数を０として、前記推定値保持部に書き込みを行うゼロ置換部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。 - 基地局と端末局とがＯＦＤＭ方式により変調された信号をＴＤＤ方式で送受信する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記基地局が、プリアンブルにおいてプリアンブルサブキャリアを一定間隔で配置して下り送信信号を送信し、
前記端末局のチャネル推定部が、受信信号に含まれるプリアンブルサブキャリアに基づく伝搬路の推定値について特定時間の移動平均を算出し、前記移動平均値を周波数軸方向に補間して、サブキャリア毎の移動平均値を求め、当該移動平均値を伝搬路特性を表す伝搬路特性値として出力し、前記伝搬路特性値に基づいて等化処理を行うと共に、
前記端末局の正規化部が、前記サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数を求め、前記伝搬路特性値の逆数に基づいて送信電力を算出し、前記送信電力が所定の電力値を超える場合には、受信電力がほぼ０であったサブキャリアの伝搬路特性値の逆数を０として前記伝搬路特性値の逆数を正規化し、
前記端末局の送信処理部が、送信用のサブキャリアについて、前記正規化部で正規化された伝搬路特性値の逆数を乗算して、前記伝搬路特性を予め補償して送信することを特徴とする無線通信方法。 - 端末局の正規化部が、サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数を求め、前記サブキャリア毎の伝搬路特性値の逆数と閾値とを比較して、前記伝搬路特性値の逆数が前記閾値を超えている場合には、当該伝搬路特性値の逆数を前記閾値に置き換えて前記伝搬路特性値の逆数として出力し、前記閾値を超えていない場合には当該伝搬路特性値の逆数をそのまま出力するクリップ処理を行い、前記伝搬路特性値の逆数をサブキャリア番号順に記憶すると共に、前記クリップ処理が行われたサブキャリアのサブキャリア番号を、前記伝搬路特性値の逆数の大きい順に記憶しておき、各伝搬路特性値の逆数を実部と虚部とに分けて、それぞれ自乗して累積加算して総電力を算出して保持し、前記クリップ処理が行われたサブキャリアのサブキャリア番号を、前記伝搬路特性値の逆数の大きい順に順次読み出し、前記読み出されるサブキャリア番号に対応する前記伝搬路特性値の逆数を実部と虚部とに分けて、それぞれ自乗して、前記総電力から減算して送信電力として保持し、前記送信電力が所定の電力値以下か否かを判断して、前記所定の電力値以下であれば前記クリップ処理が行われたサブキャリア番号の読み出しを停止し、前記所定の電力値より大きければ、前記読み出されたサブキャリア番号の伝搬路特性値の逆数を０として記憶することを特徴とする請求項３記載の無線通信方法。
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