JP5925717B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、無線通信システムに関する。

スマートフォン等の普及にともない、近年、無線通信技術が急激に進歩している。特に無線通信を移動体に適用するためには、フェージング等の対策が必要であり、多くの方法が提案され実施されている。その代表的な方法として、劣悪な電波環境においても安定した電波の伝送を実現する方法として、パイロットシンボルを用いたキャリア再生が知られている。

送信側から、電波環境に応じて最適な変調方式で変調されたデータ信号にパイロットシンボルを付加した信号を送信すると、受信側では、パイロットシンボルの位相および振幅情報を検出することにより電波環境を推定して、データ信号の復調処理を行っている。

復調処理において、これまでに、データ信号の変調方式を推定する方法は知られているが、データ信号の伝送速度まで推定する方法は知られていない。正しい伝送速度が受信側に伝わらない場合、データ信号の復調精度が劣化する。

特開２０００−３２４０８１号公報

実施形態は、受信部において、データ信号の変調方式および伝送速度を推定することができる無線通信システム提供することを目的とする。

実施形態に係る無線通信システムは、送信波を送信する送信部と、この送信部から送信された前記送信波を受信波として受信する受信部と、を有する。前記送信部は、付加部および変調部を有する。前記付加部は、送信データにパイロットシンボルおよびユニークワードを付加することによってデータ信号を生成する。前記変調部は、前記付加部において生成された前記データ信号、並びに変調方式および伝送速度を示す変調パラメータ、に基づいて搬送波を変調し、前記送信波を生成する。前記受信部は、前記変調パラメータを推定する変調パラメータ推定部、前記データ信号を復調する復調部、および受信データを生成する分離部、を有する。前記変調パラメータ推定部において、前記搬送波の周波数に一致する周波数の前記受信波が透過する基準バンドパスフィルタおよびこの基準バンドパスフィルタとは異なる周波数の前記受信波が透過する複数の推定用バンドパスフィルタは並列に配列されており、このような変調パラメータ推定部は、前記基準バンドパスフィルタからの出力に基づく電圧と、前記推定用バンドパスフィルタからの出力に基づく電圧と、を比較することによって前記変調パラメータを推定する。前記復調部は、前記変調パラメータ推定部において推定された前記変調パラメータに基づいて前記受信波から前記データ信号を復調する。前記分離部は、前記復調部において復調された前記データ信号から、前記パイロットシンボルおよび前記ユニークワードを分離し、受信データを生成する。

実施形態に係る無線通信システムを示すブロック図である。 データ信号のフォーマットを示す概略図である。 変調パラメータ推定部の構成を示すブロック図である。 周波数ｆの搬送波をＢＰＳＫ方式で変調した伝送速度Ａの受信波の周波数特性を示す図である。 周波数ｆの搬送波をＱＰＳＫ方式で変調した伝送速度Ｂの受信波の周波数特性を示す図である。

以下に、本実施形態に係る無線通信システムを説明する。

図１は、本実施形態に係る無線通信システムを示すブロック図である。図１に示すように、この無線通信システムは、送信波を送信する送信部１１と、この送信部１１から送信された送信波を受信波として受信する受信部１２と、を有する。

送信部１１は、データ信号を生成する付加部１３、およびデータ信号に基づいて搬送波を変調し、送信波を生成する変調部１４、を有する。

付加部１３は、受信部１２に送信する情報である送信データにパイロットシンボルおよびユニークワード（ＵＷ）を付加することによって、データ信号を生成する。

この付加部１３が送信データおよび変調パラメータを受け取ると、付加部１３は、変調パラメータに基づいて送信データ中にパイロットシンボルおよびユニークワード（ＵＷ）を周期的に付加し、図２に示すようなデータ信号を生成する。

なお、パイロットシンボルとは、予め送信部１１と受信部１２との間で共通に認識している数十ビット程度の固定のデータパターンである。また、ユニークワードとは、この信号の次ビット以降がデータ信号である、ということを示す信号である。また、変調パラメータとは、変調部１４において生成される送信波の変調方式および伝送速度を示すパラメータである。

この付加部１３には、変調部１４が接続されている。変調部１４は、データ信号および変調パラメータに基づいて搬送波を変調し、送信波を生成する。

この変調部１４が付加部１３からデータ信号を受け取るとともに、例えば変調方式がＢＰＳＫ（二位相偏移変調）方式、伝送速度がＡ、という情報を含む変調パラメータを受け取ると、変調部１４は、データ信号および変調パラメータに基づいて搬送波を変調し、ＢＰＳＫ方式で変調された伝送速度Ａの送信波を生成する。

同様に、変調部１４が付加部１３からデータ信号を受け取るとともに、例えば変調方式がＱＰＳＫ（四位相偏移変調）方式、伝送速度がＢ、という情報を含む変調パラメータを受け取ると、変調部１４は、ＱＰＳＫ方式で変調された伝送速度Ｂの送信波を生成する。

このようにして生成された送信波は、送信部１１から出力される。出力された送信波は、受信部１２で受信波として受信される。

受信部１２は、変調パラメータを推定する変調パラメータ推定部１５、受信波からデータ信号を復調する復調部１６、および受信データを生成する分離部１７、を有する。

受信部１２が受信波を受信すると、２分岐される。一方の受信波のうち、少なくともパイロットシンボルが含まれる受信波が変調パラメータ推定部１５に入力され、他方の受信波は遅延部２２を介して復調部１６に入力される。

変調パラメータ推定部１５は、分岐された一方の受信波を受け取ると、この受信波から、変調パラメータを推定する。図３は、変調パラメータ推定部１５を示すブロック図である。

図３に示すように、変調パラメータ推定部１５は、受信波を分岐する分配器１８、透過帯域の中心周波数が互いに異なる複数のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１９、各々のバンドパスフィルタ１９にそれぞれ接続された複数の検波器２０、および複数の検波器２０に接続された推定器２１、を有する。

複数のバンドパスフィルタ１９は、一つの基準バンドパスフィルタ１９ａ、および複数の推定用バンドパスフィルタ１９ｂ〜１９ｉ、からなる。これらのバンドパスフィルタ１９は、それぞれ分配器１８に接続されているとともに、互いに並列に配列されている。

基準バンドパスフィルタ１９ａは、帯域幅Ｂの透過帯域を有しており、その中心周波数が受信波の搬送波周波数に一致するように設定設されたものである。

これに対して、複数の推定用バンドパスフィルタ１９ｂ〜１９ｉのぞれぞれは、同じく帯域幅Ｂの透過帯域を有しており、それらの中心周波数が基準バンドパスフィルタ１９ａの透過帯域の中心周波数とは異なるように設定されたものである。

さらに複数の推定用バンドパスフィルタ１９ｂ〜１９ｉのぞれぞれの透過帯域の中心周波数は、予想される受信波の変調方式および伝送速度に応じて、互いに異なるように設定されている。

ここで、図４に、周波数ｆの搬送波をＢＰＳＫ方式で変調した伝送速度Ａの送信波の周波数特性、図５に、周波数ｆの搬送波をＱＰＳＫ方式で変調した伝送速度Ｂの送信波の周波数特性、をそれぞれ示す。周波数ｆの搬送波をＢＰＳＫ方式で変調した伝送速度Ａの送信波の周波数特性は、図４に示すように、ｆ±（Ａ／２）の周波数において電力ピークを有する特性となる。また、周波数ｆの搬送波をＱＰＳＫ方式で変調した伝送速度Ｂの送信波の周波数特性は、図５に示すように、ｆ−（Ａ／４）の周波数において電力ピークを有する特性となる。

そこで、例えば受信部１２が、周波数ｆの搬送波をＢＰＳＫ方式で変調した伝送速度Ａの送信波を受信波として受信する、または周波数ｆの搬送波をＱＰＳＫ方式で変調した伝送速度Ｂの送信波を受信波として受信することを想定した場合、図４、図５に示すような周波数特性に基づいて、推定用バンドパスフィルタ１９ｂ〜１９ｉのぞれぞれの透過帯域の中心周波数は、以下のように設定される。

推定用バンドパスフィルタ１９ｂ：ｆ−（Ａ／４）
推定用バンドパスフィルタ１９ｃ：ｆ−（Ａ／２）
推定用バンドパスフィルタ１９ｄ：ｆ−（Ｂ／４）
推定用バンドパスフィルタ１９ｅ：ｆ−（Ｂ／２）
推定用バンドパスフィルタ１９ｆ：ｆ＋（Ａ／４）
推定用バンドパスフィルタ１９ｇ：ｆ＋（Ａ／２）
推定用バンドパスフィルタ１９ｈ：ｆ＋（Ｂ／４）
推定用バンドパスフィルタ１９ｉ：ｆ＋（Ｂ／２）
例えば上記のように透過帯域の中心周波数が設定された複数のバンドパスフィルタ１９ａ〜１９ｉのそれぞれには、検波器２０が接続されており、複数のバンドパスフィルタ１９ａ〜１９ｉはそれぞれ、検波器２０を介して推定器２１に接続されている。推定器２１は、基準バンドパスフィルタ１９ａを透過した受信波を検波することによって得られる基準信号の電圧レベルＦ０と、推定用バンドパスフィルタ１９ｂ〜１９ｉのいずれかを透過した受信波を検波することによって得られる推定用信号の電圧レベルＦｘ（ただしｘ＝ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ）と、を比較することにより、受信波の変調パラメータを推定する。推定器において、変調パラメータの推定は、電圧レベルＦ０と、電圧レベルＦｘとを比較することにより、以下のようになされる。

推定用バンドパスフィルタ１９ｃ、１９ｇを透過した受信波を検波することによって得られる推定用信号の電圧レベルＦｃ、Ｆｇが、基準信号の電圧レベル（ノイズレベル）Ｆ０より大きい場合、受信波の変調方式はＢＰＳＫ方式であり、伝送速度はＡである、ということが推定される。これは、変調方式がＢＰＳＫ方式であり、伝送速度がＡの送信波は、図４に示すように、ｆ±（Ａ／２）の周波数において電力ピークを有する周波数特性を有するためである。

同様の理由により、推定用バンドパスフィルタ１９ｅ、１９ｉを透過した受信波を検波することによって得られる推定用信号の電圧レベルＦｅ、Ｆｉが、基準信号の電圧レベル（ノイズレベル）Ｆ０より大きい場合、受信波の変調方式はＢＰＳＫ方式であり、伝送速度はＢである、ということが推定される。

また、推定用バンドパスフィルタ１９ｂを透過した受信波を検波することによって得られる推定用信号の電圧レベルＦｂのみが、基準信号の電圧レベルＦ０（ノイズレベル）より大きい場合、受信波の変調方式はＱＰＳＫ方式であり、伝送速度はＡである、ということが推定され、推定用バンドパスフィルタ１９ｄを透過した受信波を検波することによって得られる推定用信号の電圧レベルＦｄのみが、基準信号の電圧レベルＦ０（ノイズレベル）より大きい場合、受信波の変調方式はＱＰＳＫ方式であり、伝送速度はＢである、ということが推定される。

なお、上述の変調パラメータ推定部１５は、位相変調（ＰＳＫ）方式で変調された受信波を受信する場合を想定して構成されている。しかし、例えば位相および振幅を変調する直角位相振幅変調（ＱＡＭ）方式で変調された伝送速度Ｃの受信波を受信する場合を想定した場合、ＱＡＭ方式で変調された伝送速度Ｃの送信波の周波数特性に応じてバンドパスフィルタ１９の透過帯域の中心周波数を設定すれば、変調パラメータ推定部１５において、受信波の変調方式はＱＡＭ方式であり、伝送速度はＣである、ということを推定することもできる。

このように変調パラメータを推定する変調パラメータ推定部１５は、復調部１６に接続されている。復調部１６は、変調パラメータ推定部１５内の推定器２１に入力される電圧レベルＦ０、Ｆｘを用いて送信部１１と受信部１２との間の電波環境を推定するとともに、推定された電波環境および変調パラメータ推定部１５において推定された変調パラメータ、に基づいて他方の受信波からデータ信号を復調する。

復調部１６が推定された変調パラメータを受け取ると、遅延部２２を介してこのタイミングで復調部１６に他方の受信波が入力される。このとき、復調部１６は、受け取った変調パラメータに基づいて、他方の受信波から、データ信号を復調する。

データ信号の復調は、一般に知られた方法により行われればよい。例えば他方の受信波がＢＰＳＫ方式で変調されたものであった場合、受信波の搬送波と同じ周波数の正弦波を受信波に同期させ、位相情報を振幅情報に変換すればよい。

この復調部１６には、分離部１７が接続されている。分離部１７は、復調部１６において復調されたデータ信号からパイロットシンボルおよびユニークワードを分離し、受信データを生成する。

受信部１２では、以上のようにして受信波から受信データを生成する。

以上に説明した本実施形態に係る無線通信システムによれば、変調パラメータ推定部１５において、送信波の変調方式のみならず、送信波の伝送速度も推定することができる。従って、復調部１６において、データ信号を精度よく復調することができる。

以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１・・・送信部
１２・・・受信部
１３・・・付加部
１４・・・変調部
１５・・・変調パラメータ推定部
１６・・・復調部
１７・・・分離部
１８・・・分配器
１９・・・バンドパスフィルタ
１９ａ・・・基準バンドパスフィルタ
１９ｂ〜１９ｉ・・・推定用バンドパスフィルタ
２０・・・検波器
２１・・・推定器
２２・・・遅延部

Claims (4)

1. 送信波を送信する送信部と、この送信部から送信された前記送信波を受信波として受信する受信部と、を有する無線通信システムであって、
   前記送信部は、送信データにパイロットシンボルおよびユニークワードを付加することによってデータ信号を生成する付加部と、
   この付加部において生成された前記データ信号、並びに変調方式および伝送速度を示す変調パラメータ、に基づいて搬送波を変調し、前記送信波を生成する変調部と、
   を有し、
   前記受信部は、前記搬送波の周波数に一致する周波数の前記受信波が透過する基準バンドパスフィルタおよびこの基準バンドパスフィルタとは異なる周波数の前記受信波が透過する複数の推定用バンドパスフィルタが並列に配列され、前記基準バンドパスフィルタからの出力に基づく電圧と、前記推定用バンドパスフィルタからの出力に基づく電圧と、を比較することによって前記変調パラメータを推定する変調パラメータ推定部と、
   この変調パラメータ推定部において推定された前記変調パラメータに基づいて前記受信波から前記データ信号を復調する復調部と、
   この復調部において復調された前記データ信号から、前記パイロットシンボルおよび前記ユニークワードを分離し、受信データを生成する分離部と、
   を具備することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記変調パラメータ推定部は、前記受信波を複数に分岐する分配器と、
   この分配器に接続された前記基準バンドパスフィルタと、
   前記分配器に接続され、前記基準バンドパスフィルタに対して並列に配列された前記複数の推定用バンドパスフィルタと、
   前記基準バンドパスフィルタおよび前記複数の推定用バンドパスフィルタにそれぞれ接続された検波器と、
   複数の前記検波器に接続され、前記基準バンドパスフィルタに接続された前記検波器から出力される電圧と、前記複数の推定用バンドパスフィルタに接続された前記検波器から出力される電圧と、を比較することによって前記変調パラメータを推定する推定器と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記変調方式は、前記搬送波の少なくとも位相を変調する方式であることを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
4. 前記変調方式は、ＰＳＫ方式またはＱＡＭ方式であり、
   前記複数の推定用バンドパスフィルタのそれぞれは、少なくともＰＳＫ方式またはＱＡＭ方式で変調された送信波の周波数特性に応じて設定された透過帯域の中心周波数を有することを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。

Images