JP6954445B2

JP6954445B2 - 無線通信装置、受信信号処理の方法及びプログラム

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Publication number: JP6954445B2
Application number: JP2020503435A
Authority: JP
Inventors: 岩崎　玄弥; 玄弥岩崎
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: US20210014019A1; WO2019167754A1; JPWO2019167754A1; US11343036B2

Description

本発明は、無線通信装置、受信信号処理の方法及びプログラムに関する。

モバイル通信の第４世代であるＬＴＥ（Long Term Evolution）システムや第５世代のＮＲ（New Radio）システムでは、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）により基本的な通信チャネルや制御チャネルについて信号多重を行う方式が採用されている。

特許文献１には、ＬＴＥシステムにおいて、基地局が、通信端末からの受信信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）処理を施すことによって、周波数領域の信号に変換して周波数領域でサブキャリア毎のデータパターンを検出する技術が開示されている。

具体的には、特許文献１には、第一のＦＦＴと、ＢＰＦ（Band Pass Filter）と、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）と、第二のＦＦＴと、パターン検出部とを有する構成が開示されている。なお、以下に示すＮは２のべき乗の整数である。また、ｍ及びＭは２以上の整数である。

第一のＦＦＴは、通信端末からの受信入力信号系列ａを、ＦＦＴ処理により、時間領域信号から周波数領域信号ｂへ変換する。この場合、第一のＦＦＴはＮ／ｍポイントのＦＦＴ処理を用い、入力信号系列ａのＮサンプルをｍ分割して、ｍ回連続してＦＦＴ処理をなすことになる。そして、ＢＰＦは、Ｎ／ｍポイント毎のＦＦＴ出力に対して、それぞれＢＰＦ処理を行って、（Ｎ／ｍ）／Ｍのポイント数にそれぞれ減少させる。

それぞれダウンサンプリングされたｍ組の信号を、時系列の連続した信号とする必要がある。このため、ＩＦＦＴにおいて、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理を行って、ダウンサンプリングされたＮ／Ｍサンプルの時間領域の信号に変換する。この時間領域信号は、第二のＦＦＴにおいて、再度ＦＦＴ処理により周波数領域の信号に変換されて、パターン検出回路へ入力され、周波数領域でのパターン検出が行われる。これにより、特許文献１に開示の技術では、ＩＦＦＴにおけるポイント数を１／Ｍのダウンサンプリングとすることができる。

ところで、ＬＴＥシステムにおける通信チャネルや制御チャネルのアップリンク信号は、図９に示すように、シンボル毎にサイクリック・プレフィックス（ＣＰ：Cyclic Prefix）が付加されている。このため、ＦＦＴ処理は、ＣＰ部分に間隔を空けて行うことになる。これに対し、ランダムアクセス等のための初期検出用信号であるプリアンブルでは、図９に示すように、ＣＰを挟まずに各シンボルが連続的に連結され、先頭部分に通信チャネルや制御チャネルのＣＰに比べて長いＣＰが付加されている。このため、プリアンブル信号と通信チャネル及び制御チャネルとでは、各シンボルのタイミングが異なる。特許文献１に開示の技術では、入力信号系列を通信チャネル及び制御チャネルの入力信号とプリアンブル信号の入力信号とに分けて別々にＦＦＴ処理、ＢＰＦ処理、及びＩＦＦＴ処理を行うことで対応している。

特開２００９−２１２８７２号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、別々にＩＦＦＴ処理を行った後の時間領域信号を連結し、ＩＦＦＴ処理よりも大きいポイント数で次のＦＦＴ処理を行っている。このため、特許文献１に開示の技術では、ＩＦＦＴ処理後のＦＦＴ処理において、演算量が大きいため効率的に信号処理を行うことができないという問題があった。

本開示は、このような問題点を解決するためになされたものであり、効率的に信号処理を行うことができる無線通信装置、受信信号処理の方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる無線通信装置は、受信信号を第１の周波数領域信号に変換する第１の周波数領域変換部と、所望の信号の周波数帯域幅に応じた第１のポイント数を前記第１の周波数領域信号から抜き出す帯域制限を行う帯域制限部と、帯域制限された信号を前記第１のポイント数の時間領域信号に変換する時間領域変換部と、前記時間領域信号からシンボルを再構成するシンボル再構成部と、再構成された各シンボルを前記第１のポイント数の第２の周波数領域信号に変換する第２の周波数領域変換部と、を備えるものである。

本発明の第２の態様にかかる受信信号処理の方法は、受信信号を第１の周波数領域信号に変換し、所望の信号の周波数帯域幅に応じた第１のポイント数を前記第１の周波数領域信号から抜き出す帯域制限を行い、帯域制限された信号を前記第１のポイント数の時間領域信号に変換し、前記時間領域信号からシンボルを再構成し、再構成された各シンボルを前記第１のポイント数の第２の周波数領域信号に変換する、ことを含むものである。

本発明の第３の態様にかかるプログラムは、受信信号を第１の周波数領域信号に変換し、所望の信号の周波数帯域幅に応じた第１のポイント数を前記第１の周波数領域信号から抜き出す帯域制限を行い、帯域制限された信号を前記第１のポイント数の時間領域信号に変換し、前記時間領域信号からシンボルを再構成し、再構成された各シンボルを前記第１のポイント数の第２の周波数領域信号に変換する、ことを含む受信信号処理をコンピュータに実行させるものである。

本発明により、効率的に信号処理を行うことができる無線通信装置、受信信号処理の方法及びプログラムを提供することができる。

実施の形態１にかかる無線通信装置の受信信号の例を示す図である。実施の形態１にかかる無線通信装置の構成の一例を示すブロック図である。実施の形態１にかかる無線通信装置における第１の周波数領域信号の例を示す図である。実施の形態１にかかる無線通信装置における帯域制限部により帯域制限された信号の例を示す図である。実施の形態１にかかる無線通信装置における時間領域変換部により変換された時間領域信号の例を示す図である。実施の形態１にかかる無線通信装置の構成の他の例を示すブロック図である。実施の形態１にかかる無線通信装置の動作例を示すフローチャートである。実施の形態２にかかる無線通信装置のシンボル再構成部によるシンボルの再構成の具体例について説明するための図である。ＬＴＥシステムにおけるアップリンク信号の構成図である。

以下では、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。

実施の形態１
まず、実施の形態１にかかる無線通信装置１００について説明する。無線通信装置１００の具体例は基地局装置である。無線通信装置１００は、ＯＦＤＭのアップリンク信号を通信端末２００から受信する。

無線通信装置１００における通信端末２００からの受信信号の例を図１に示す。受信信号は、図１に示すように、広帯域の通信チャネル用のＯＦＤＭ信号の合間に狭帯域のプリアンブル信号が周波数軸上で多重されているものとする。なお、図１に示すように、通信チャネル信号と、プリアンプル信号とでは、個々のシンボル長は等しいが、時間軸上の配列の仕方が異なるため、シンボルのタイミングは異なっている。

通信チャネル信号は、＃０〜＃６のシンボルからなり、各シンボルは、ＣＰと２０４８サンプルの信号部分とからなっている。また、プリアンプル信号は、ＣＰと２４５７６サンプルの信号部分とからなっている。

続いて、図２のブロック図を用いて、実施の形態１にかかる無線通信装置１００の構成例について説明する。無線通信装置１００は、第１の周波数領域変換部１と、帯域制限部２と、時間領域変換部３と、シンボル再構成部４と、第２の周波数領域変換部５と、を備えている。なお、図２の説明では、具体例として、図１におけるプリアンプル信号を所望の信号として処理することについて説明する。

第１の周波数領域変換部１は、通信端末からの受信信号を第１の周波数領域信号に変換する。具体例としては、第１の周波数領域変換部１は、受信信号に対してＯＦＤＭ信号の各シンボルタイミングに従って２０４８ポイントのＦＦＴ処理を行うことにより、受信信号を第１の周波数領域信号に変換する。第１の周波数領域変換部１は、通信チャネル信号については、２０４８サンプルの各信号部分に対して２０４８ポイントのＦＦＴ処理を行う。また、第１の周波数領域変換部１は、プリアンプル信号については、２４５７６サンプルの信号部分に対して、２０４８ポイントのＦＦＴ処理を、２４５７６／２０４８＝１２回繰り返して行う。これにより、第１の周波数領域変換部１は、図１の受信信号を、図３に示すような周波数軸上の信号に変換する。そして、第１の周波数領域変換部１は、図３に示すような第１の周波数領域信号を帯域制限部２へ出力する。

帯域制限部２は、所望の信号の周波数帯域幅に応じた第１のポイント数を第１の周波数領域信号から抜き出す。具体例としては、帯域制限部２は、ＦＦＴ処理された２０４８ポイントの信号のうち所望のプリアンブル信号を含む２５６ポイントを抜き出し、プリアンブルの周波数帯域以外の部分をゼロとする帯域制限を行う。帯域制限部２により帯域制限された信号の例を図４に示す。そして、帯域制限部２は、帯域制限された信号を時間領域変換部３へ出力する。

なお、周波数軸上におけるプリアンブルの位置は、システムにおいて決まっている。また、周波数軸上におけるプリアンブルの位置は、変わり得るが、どのように変わるかは予め決まっている。このため、帯域制限部２は、周波数軸上におけるプリアンブルの位置を知ることができ、プリアンブル信号を抜き出すことができる。

時間領域変換部３は、帯域制限された信号を第１のポイント数の時間領域信号に変換する。具体例としては、時間領域変換部３は、帯域制限された信号、すなわちプリアンブル信号に対して２５６ポイントのＩＦＦＴ処理を行うことにより、プリアンブル信号を時間領域信号に変換する。時間領域変換部３により変換された時間領域信号の例を図５に示す。図５に示すように、ＩＦＦＴ処理後の各シンボルは、プリアンブル信号のシンボルパターンとは異なるタイミングでサンプルされた信号となる。そして、時間領域変換部３は、時間領域信号をシンボル再構成部４へ出力する。

シンボル再構成部４は、時間領域信号からシンボルを再構成する。そして、シンボル再構成部４は、再構成された各シンボルを第２の周波数領域変換部５へ出力する。

第２の周波数領域変換部５は、再構成された各シンボルを第１のポイント数の第２の周波数領域信号に変換する。具体例としては、第２の周波数領域変換部５は、再構成された各シンボルに対して２５６ポイントのＦＦＴ処理を行うことにより、プリアンブル信号のシンボルタイミングに従った第２の周波数領域信号を得る。

なお、無線通信装置１００は、例えば、図６に示すように構成されてもよい。図６の例では、第１の周波数領域変換部１の出力を分岐させた構成としている。この構成により、例えば、第１の周波数領域変換部１を通信チャネル信号とアクセス用プリアンブル信号とで共用し、第１の周波数領域変換部１の出力で通信チャネル信号とプリアンブル信号とを分岐させることができる。そして、帯域制限部２、時間領域変換部３、シンボル再構成部４、及び第２の周波数領域変換部５を含む経路によりプリアンブル信号を処理し、他方の経路により通信チャネル信号を処理することができる。すなわち、無線通信装置１００は、シンボル長は等しいが、受信タイミング及び周波数帯域幅が異なる複数の信号に対して、効率的に信号処理を行うことができる。

続いて、図７のフローチャートを用いて、実施の形態１にかかる無線通信装置１００の動作例について説明する。

まず、無線通信装置１００は、第１の周波数領域変換部１により、受信信号を第１の周波数領域信号に変換する（ステップＳ１０１）。

次に、無線通信装置１００は、帯域制限部２により、所望の信号の周波数帯域幅に応じた第１のポイント数を第１の周波数領域信号から抜き出す帯域制限を行う（ステップＳ１０２）。

次に、無線通信装置１００は、時間領域変換部３により、帯域制限された信号を第１のポイント数の時間領域信号に変換する（ステップＳ１０３）。

次に、無線通信装置１００は、シンボル再構成部４により、時間領域信号からシンボルを再構成する（ステップＳ１０４）。

次に、無線通信装置１００は、第２の周波数領域変換部５により、再構成された各シンボルを第１のポイント数の第２の周波数領域信号に変換する（ステップＳ１０５）。

以上のように、本実施の形態１にかかる無線通信装置１００は、時間領域変換部３による時間領域信号への変換処理と同じポイント数で第２の周波数領域変換部５による第２の周波数領域信号への変換処理を行う構成としている。すなわち、無線通信装置１００では、第２の周波数領域信号への変換処理におけるポイント数が、時間領域変換部３による時間領域信号への変換処理におけるポイント数より大きくならない。これにより、無線通信装置１００は、第２の周波数領域変換部５による演算量を抑えることができる。すなわち、無線通信装置１００は、効率的に信号処理を行うことができる。

実施の形態２
続いて、実施の形態２にかかる無線通信装置１００Ａについて説明する。実施の形態２は、時間領域信号からシンボルを再構成することの具体例に関する実施の形態である。無線通信装置１００Ａは、第１の周波数領域変換部１と、帯域制限部２と、時間領域変換部３と、シンボル再構成部４Ａと、第２の周波数領域変換部５と、を備えている。なお、無線通信装置１００Ａの構成は、図２又は図６の無線通信装置１００の構成と同様であり、図示を省略する。

シンボル再構成部４Ａは、時間領域変換部３から時間領域信号を受け取る。また、シンボル再構成部４Ａは、受け取った時間領域信号の各シンボルを再配置して所望の信号を再構成した後、再構成された所望の信号を再度分割することによりシンボルを再構成する。そして、シンボル再構成部４Ａは、再構成されたシンボルを第２の周波数領域変換部５へ出力する。

続いて、図８を用いて、シンボル再構成部４Ａによるシンボルの再構成の具体例について説明する。なお、図８の説明は、時間領域変換部３によりＩＦＦＴ処理が行われ、第２の周波数領域変換部５によりＦＦＴ処理が行われるものとして説明する。

まず、シンボル再構成部４Ａは、図５に示されているＩＦＦＴ処理後の各シンボルを時間領域変換部３から受け取る。次に、シンボル再構成部４Ａは、ＩＦＦＴ処理後の各シンボルの間に、ＣＰに相当する隙間を空けて並べることにより、所望の信号を再構成する。具体例としては、シンボル再構成部４Ａは、ＩＦＦＴ処理後の各シンボルの間に、ＣＰに相当する隙間を空けて並べることにより、図８の上段に示すように、プリアンブル信号を再構成する。

次に、シンボル再構成部４Ａは、再構成された所望の信号から、所望の信号のシンボルタイミングに従って第１のポイント数ずつ抽出することによりシンボルを再構成する。具体例としては、シンボル再構成部４Ａは、図８の上段に示す再構成されたプリアンブル信号から、プリアンブル信号のシンボルタイミングに従って２５６ポイントずつ抽出することによりシンボルを再構成する。これにより、図８の中段に示すシンボルが再構成される。そして、シンボル再構成部４Ａは、再構成されたシンボルを第２の周波数領域変換部５へ出力する。

第２の周波数領域変換部５は、再構成された各シンボルに対して２５６ポイントのＦＦＴ処理を行うことにより、プリアンブル信号のシンボルタイミングに従った周波数軸上の信号を得る。

以上のように、本実施の形態２にかかる無線通信装置１００Ａは、シンボル再構成部４Ａにより、時間領域信号の各シンボルの間に、ＣＰに相当する隙間を空けて並べることによって、所望の信号を再構成する構成としている。これにより、無線通信装置１００Ａは、ＣＰに相当する隙間を有する所望の信号を生成することができる。

また、無線通信装置１００Ａは、シンボル再構成部４Ａにより、再構成された所望の信号から、所望の信号のシンボルタイミングに従って第１のポイント数ずつ抽出することにより、シンボルを再構成する構成としている。これにより、無線通信装置１００Ａでは、第２の周波数領域変換部５において、第１のポイント数ずつに区切られた信号を処理することができる。このため、無線通信装置１００Ａでは、第２の周波数領域変換部５における負荷を抑制することができる。

なお、上述した実施の形態では、周波数領域変換としてＦＦＴ処理を用い、時間領域変換としてＩＦＦＴ処理を用いる例について説明したが、これに限らない。例えば、周波数領域変換として離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）処理を用い、時間領域変換として逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ：Inverse Discrete Fourier Transform）処理を用いるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、受信信号がＯＦＤＭ信号である例について説明したが、これに限らない。受信信号としては、シンボル毎に区切ってある信号であればどのような信号であってもよく、例えば、ＤＦＴ−Ｓ−ＯＦＤＭ（DFT spread OFDM）等のシングルキャリアでもよい。

なお、上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、無線通信装置が備えるＣＰＵ（Central Processing Unit）等のコンピュータに、上述した各機能部の各処理を行うためのプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

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、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）、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。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１８年３月１日に出願された日本出願特願２０１８−０３６４３１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１第１の周波数領域変換部
２帯域制限部
３時間領域変換部
４、４Ａシンボル再構成部
５第２の周波数領域変換部
１００、１００Ａ無線通信装置

Claims

受信信号を第１の周波数領域信号に変換する第１の周波数領域変換手段と、
所望の信号の周波数帯域幅に応じた第１のポイント数を前記第１の周波数領域信号から抜き出す帯域制限を行う帯域制限手段と、
帯域制限された信号を前記第１のポイント数の時間領域信号に変換する時間領域変換手段と、
前記時間領域信号からシンボルを再構成するシンボル再構成手段と、
再構成された各シンボルを前記第１のポイント数の第２の周波数領域信号に変換する第２の周波数領域変換手段と、を備える
無線通信装置。
前記シンボル再構成手段は、前記時間領域信号の各シンボルを再配置して前記所望の信号を再構成した後、再構成された前記所望の信号を再度分割することによりシンボルを再構成する、請求項１に記載の無線通信装置。
前記シンボル再構成手段は、前記時間領域信号の各シンボルの間に、サイクリック・プレフィックスに相当する隙間を空けて並べることにより、前記所望の信号を再構成する、請求項２に記載の無線通信装置。
前記シンボル再構成手段は、再構成された前記所望の信号から、前記所望の信号のシンボルタイミングに従って前記第１のポイント数ずつ抽出することにより、シンボルを再構成する、請求項２又は３に記載の無線通信装置。
前記受信信号は、通信チャネル信号とプリアンブル信号とを含み、
前記第１の周波数領域変換手段は、前記通信チャネル信号及び前記プリアンブル信号を処理し、
前記帯域制限手段、前記時間領域変換手段、前記シンボル再構成手段、及び前記第２の周波数領域変換手段は、前記プリアンブル信号を処理する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
受信信号を第１の周波数領域信号に変換し、
所望の信号の周波数帯域幅に応じた第１のポイント数を前記第１の周波数領域信号から抜き出す帯域制限を行い、
帯域制限された信号を前記第１のポイント数の時間領域信号に変換し、
前記時間領域信号からシンボルを再構成し、
再構成された各シンボルを前記第１のポイント数の第２の周波数領域信号に変換する、ことを含む
受信信号処理の方法。
受信信号を第１の周波数領域信号に変換し、
所望の信号の周波数帯域幅に応じた第１のポイント数を前記第１の周波数領域信号から抜き出す帯域制限を行い、
帯域制限された信号を前記第１のポイント数の時間領域信号に変換し、
前記時間領域信号からシンボルを再構成し、
再構成された各シンボルを前記第１のポイント数の第２の周波数領域信号に変換する、ことを含む受信信号処理をコンピュータに実行させる
プログラム。