JPWO2011089714A1 - 無線送受信システム - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係る無線送受信システムの使用例について図1を参照して説明する。
本実施形態に係る無線送受信システム100は、送信装置101および受信装置151で構成される。送信装置101はクロック供給部102、固定データ生成部103、OFDMパケット生成部104、およびアンテナ105を含み、受信装置151は、アンテナ152、BPF(Band Pass Filter)部153、包絡線検波部154、コンパレータ部155、パケット検出部156、PLL制御部157、およびPLL部158を含む。
まず、OFDMパケットについて図2を参照して説明する。
OFDMパケット202は、FFT(Fast Fourier Transform)演算によって生成された信号で構成される複数のOFDMシンボル201を含む。図2では各ブロックがOFDMシンボル201を表す。また、OFDMパケット202の先頭の期間をヘッダ203と呼ぶ。ヘッダ203はパイロット信号などのデータ以外の既知信号を含む。ヘッダ203に続く、OFDMパケット202の残りの期間をデータ204と呼ぶ。従って、本実施形態に係る送信装置101から送信されるOFDMパケット202のうち、固定データによって包絡線を変化させることができる期間は、データ204の期間となる。
よって、データ204の中に送信宛先情報やゼロパディングビットが含まれる場合には、データ204のOFDMシンボル201、固定データによって包絡線を実質的に変化させることができる期間は期間207となる。
OFDMシンボル201には、波形の一部が繰り返されたサイクリックプレフィックス302が付加される。図3に示すように、期間301はFFT演算によって生成された部分であり、サイクリックプレフィックス302は期間303を繰り返した部分である。期間301とサイクリックプレフィックス302とをあわせてOFDMシンボル201と7呼ぶ。なお、波形304は、OFDMパケット生成部104が生成する、クロック上に成形されたOFDMパケットの時間波形を示す。波形305は、信号304に対して包絡線検波部154が検波した包絡線信号からコンパレータ部155が抽出した矩形波信号の時間波形を示す。波形306は、PLL部158が矩形波信号から抽出した同期クロック信号の時間波形である。
具体的には、IEEE802.11a規格での例では、T_Sが3.2usec、T_Cが0.8usecであるので、T_ENVをT_Sの整数分の1でかつT_Cの整数分の1となるようにするためにはT_SとT_Cとの公約数の逆数を算出すればよい。ただしここで、ある2つの正の実数XとYの公約数とは、X=a×ZおよびY=b×Zをみたす正の整数aおよびbが存在する実数Zのことを表している。T_SとT_Cとの公約数としては、0.8usec、0.4usec、0.2usec、0.1usecが得られる。よって、固定データ生成部103は、OFDMシンボルの包絡線が0.8usec、0.4usecといった周期で増減するような固定データを選択する。
図4に示すように、複数のOFDMパケット202が、無信号期間401、402を空けて順に送信される。OFDMパケットの送信間隔によっては先着のOFDMパケットと、後着のOFDMパケットとの各包絡線の位相が一致しない可能性がある。受信装置151に含まれるPLL部158では、位相を比較して同期させることによって周波数を合わせる。このため、先着のOFDMパケットと後着のOFDMパケットとで周波数を比較したときに、互いの周波数が一致していても、互いの位相が一致していない場合には、PLL部158が位相差を検出してしまうことがある。受信装置151は、PLL部158で位相差を検出することで先着のOFDMパケットの周波数と後着のOFDMパケットの周波数とが変わったと判定してしまい、複数のOFDMパケットを用いて周波数同期を取ろうとしても逆に周波数の同期精度が劣化してしまうこともある。
しかしながら、IEEE802.11a規格に準拠した送信装置101では、OFDMパケットの送信間隔をあけずに連続的にOFDMパケットを送信することはできず、規定されたある時間間隔をあけてOFDMパケットを送信する必要がある。従って、OFDMパケットを送信している時間を長くするためには、1つのパケット長を長くすればよい。但し、IEEE802.11aでは1パケットあたりのデータ長の最大値が決まっているので、1パケットあたりのパケット長を長くするために、データ長を長くすることに加えてデータレートを低く設定する事が必要である。データレートを低く設定するには、例えば、符号化率を下げたり、多値数の少ない変調(64QAMではなく、16QAMを用いるなど)を行ったりすればよい。
またこの際、OFDMパケット全体のデータパターンを用いてもよいし、OFDMシンボル1つ分に相当するデータパターンを用いてもよい。OFDMシンボル1つ分のデータパターンを用いる場合は、選択したデータパターンを複数回繰り返したものをOFDMパケット全体のデータパターンとする。
但し、スクランブル処理またはインタリーブ処理といった全射でかつ単射である変換については、その逆処理が存在するので、逆処理を用いずにデータパターンの試行を行う。そして、結果として選択されたデータパターンに対して、行った処理の逆処理をすることによって本来用いるデータパターンを生成し、これを固定データとして選択してもよい。
コンパレータ部155は、閾値設定部501および閾値比較部502を含む。
閾値設定部501は、電力の閾値を設定する。
さらに、コンパレータ部の変形例について図6に示す。
ゲイン調整部601は、包絡線検波部154から包絡線信号を受け取り、ある期間の平均電力が所定の電力となるように信号のゲインを調整する。従って、受信電力が変化する場合においても、受信信号の包絡線から所望の周波数成分を高精度に抽出ことができる。
さらに、コンパレータ部155の閾値設定部501が受信電力に応じて閾値を調整するようにしてもよい。この場合のコンパレータ部700について図7に示す。
コンパレータ部700の閾値設定部701は、包絡線検波部154からの包絡線信号を受け取り、包絡線信号の電力に基づいて閾値を設定する点が図5のコンパレータ部155の閾値設定部501と異なる。例えば、図6に示すゲイン調整部601においてゲインを3dB上げることは、図7に示す閾値設定部701において閾値を3dB下げることと基本的に等価である。
図7に示すコンパレータ部700を用いた場合は、ゲイン調整部601が必要ないため、消費電力を低減できるという効果が得られる。一方、図6に示すコンパレータ部600を用いる場合は、ゲイン調整部601において包絡線信号に対するゲインを調整することができるため、雑音への耐性が強いという特長をもつ。
そこで、図6および図7に示したコンパレータ部の特徴を合わせたコンパレータ部800について図8に示す。
ゲイン調整部601において包絡線信号に対するゲインを調整してもよいし、閾値設定部701によって閾値を調整してもよいし、さらにゲイン調整部601および閾値設定部701の両方によりバランスを取って調整してもよい。このようにすることで、図6に示したコンパレータ部600の特長と、図7に示したコンパレータ部700の特長とをバランスよく享受することができる。
PLL制御部157で生成される制御信号は、基本的に図2に示すOFDMパケットの期間207でPLL部158を動作させ、それ以外の期間ではPLL部158を停止させる。
但し、図2に示す期間207にあわせてPLL部158の動作と停止とを切り替えるためには、パケット検出部156においてOFDMパケットの先頭を正確に検出することが望ましい。なぜならば、パケット検出部156が検出したOFDMパケットの先頭タイミングが実際のタイミングとずれていた場合、図2に示す期間205の一部または期間206の一部でPLL部158を動作させることとなり、周波数の同期精度が劣化してしまう可能性があるからである。よってこの場合には、パケット検出部156がOFDMパケットの先頭を検出する際にある程度の誤差がある場合、PLL制御部157は、誤差を考慮してPLL部158を動作させるタイミングを少し遅らせるか、またPLL部158を停止するタイミングを少し早めるような制御信号を生成すればよい。
具体的に図2の例では、PLL制御部157は、PLL部158を動作させるタイミングをOFDMパケットの先頭を検出した時点から期間208だけ遅らせ、PLL部158を停止させる期間を期間210だけ早め、結果として期間209の間だけPLL部158を動作させるような制御信号を生成すればよい。このようにPLL部158の動作タイミングを設定することで、包絡線を適切に制御できる部分の期間でPLL部158を動作させることができ、より高い精度で周波数の同期を取ることが可能となる。
図10に、IEEE802.11aの信号の包絡線を0.2usecで増減させるような固定データを用いてOFDMパケットを生成し、そのうち期間209に相当する部分をOFDMシンボルの整数倍期間だけみたときの周波数成分の分布、すなわちスペクトラムを表す。図10のように、周期0.2usecによって生じる周波数である5MHzに強い電力があらわれ、またその他の不要な信号は、OFDMシンボル長の4usecの逆数によって算出される周波数である0.25MHzの間隔をあけて発生する。このようにして不要な信号が所望の周波数から離れることによって、所望の周波数成分を持つ信号だけを抽出しやすい状態にすることができる。
ここで、PLL制御部157の動作について図11および図12のブロック図を参照して説明する。図11のブロック図は、図1に示したPLL制御部157のブロック図に対応したPLL制御部157の第1の変形例を示す。また、図12のブロック図は、図9に示したPLL制御部157のブロック図に対応したPLL制御部157の第2の変形例を示す。
図11および図12に示すPLL制御部1101は、PLL部158から同期クロック信号を受け取り、同期クロック信号を用いてOFDMシンボル長だけ時間を測定する。具体的には、包絡線を周期0.2usecで増減させ、かつ後述するPLL部158において逓倍/分周部1304を用いなかった場合には、PLL部158から出力される同期クロック信号の周波数は5MHzとなる。従って、OFDMシンボル長の4usecは、5MHzのクロックで20カウントとなるので、20カウントの整数倍カウントとなるように測定することによって期間209をOFDMシンボル長の整数倍とすることができる。
PLL部158は、位相比較部1301、ループフィルタ部1302、VCO(Voltage Controlled Oscillator)部1303、および逓倍/分周部1304を含む。
なお、PLL部158に入力される矩形波信号により表わされるクロック信号の周波数とPLL部158から出力される同期クロック信号の周波数とが同じ場合には、逓倍/分周部1304を設けなくてもよい。
この場合、PLL部158のループフィルタ部1302において、カットオフ周波数をOFDMシンボル長の逆数によって算出される周波数以下に設定してもよい。さらに、ループフィルタ部1302の周波数特性をOFDMシンボル長の逆数によって算出される周波数の整数倍の付近で特に大きな減衰量となるように設定してもよい。このような設定により不要な周波数成分をさらに削減することができる。
すなわち図10の例では、OFDMシンボル長の逆数は0.25MHzであるため、BPFのカットオフ周波数は、所望の周波数5MHzより0.25MHzだけ小さい低域側の周波数4.75MHzより大きく、5MHzより0.25MHzだけ大きい高域側の周波数5.25MHzより小さくなるよう設定すればよい。つまり、この例では4.75MHzから5.25MHzまでのBPFを用いればよい。このように、所望の周波数からOFDMシンボル長の逆数によって算出される周波数の整数倍だけずれた周波数での減衰量が大きくなるような周波数特性をもたせることで、さらに効果的に不要な周波数成分を削減することが可能となり、より高い精度で周波数の同期を行うことができる。
次に、PLL部158の第1の変形例について図14を参照して詳細に説明する。
図14に示すPLL部1400は、位相比較部1401、ループフィルタ部1302、VCO部1303、逓倍/分周部1304、反転部1402を含む。ループフィルタ部1302、VCO部1303、および逓倍/分周部1304は、図13に示すPLL部158と同様の動作を行うためここでの説明は省略する。
さらに、PLL部158の第2の変形例について図15を参照して詳細に説明する。
図15に示すPLL部1500は、ループフィルタ部1302、VCO部1303、位相比較部1501、および分周部1502を含む。ループフィルタ部1302、およびVCO部1303は、図13に示すPLL部158と同様の動作を行うためここでの説明は省略する。
図16を用いて、第2の実施形態に係るMRI(Magnetic Resonance Imaging)装置について説明する。
Claims (5)
- 送信装置と受信装置とを含む無線送受信システムであって、
前記送信装置は、
クロック信号を生成するクロック供給部と、
前記クロック信号に応じたビット値を有する固定データを生成するデータ生成部と、
前記固定データに対してOFDM(直交周波数分割多重)変調を行い、OFDMパケットを生成するパケット生成部と、を具備し、
前記受信装置は、
前記OFDMパケットの時間波形における振幅を表す包絡線を検波して包絡線信号を得る検波部と、
前記包絡線信号と第1閾値とを比較して矩形波信号を生成するコンパレータ部と、
前記OFDMパケットの先頭部分を検出する検出部と、
前記矩形波信号の主周波数成分から前記クロック信号に同期した同期クロック信号を抽出するPLL(Phase Locked Loop)部と、
前記先頭部分を検出した時点から1以上のOFDMパケットを含む第1期間を経過するまで前記PLL部を動作させるように制御する制御部と、を具備することを特徴とする無線送受信システム。 - 前記制御部は、OFDMパケットごとに、前記先頭部分を検出した時点より第2期間経過してから、前記OFDMパケットを受信している第3期間終了時までの間で前記PLL部を動作させるように制御することを特徴とする請求項1に記載の無線送受信システム。
- 前記データ生成部は、サイクリックプレフィックス長を表す第4期間と、OFDMシンボル長を表す第5期間と、前記OFDMパケットの送信間隔を表す第6期間との公約数となる周期で前記OFDMパケットの時間波形における振幅が増減する前記ビット値を有する固定データを生成し、
前記制御部は、前記OFDMシンボル長の整数倍を表す第7期間だけ前記PLL部を動作させるように制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無線送受信システム。 - 前記PLL部は、前記OFDMシンボル長の逆数から算出される周波数以下のカットオフ周波数をもつフィルタ部を具備することを特徴とする請求項3に記載の無線送受信システム。
- 前記検出部は、前記包絡線信号の信号電力が第2閾値以上であるときに前記OFDMパケットの先頭部分であると判定することを特徴とする請求項1に記載の無線送受信システム。
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