WO2006095874A1 - 無線送信装置及び無線受信装置 - Google Patents

Abstract

　ＧＩの付加によるエネルギー損失を抑制しつつ、受信品質を向上させることができる無線受信装置及び無線送信装置を開示する。ＩＦＦＴ処理が行われた信号が１ＯＦＤＭシンボル区間長でＮ回繰り返し送信され、送信された信号を受信した受信装置では、先頭データ抽出部（２０７）において、受信した信号の直接波の先頭データ部から時間的に隣接するデータの干渉を受けていない部分が抽出され、合成部（２０９）において、受信した信号のうち、先頭データ部を除く繰り返し送信された各データ部の後端と、先頭データ抽出部（２０７）で抽出された先頭データ部の後端とを揃えて合成される。合成された信号は、ＦＦＴ部（２１０）でＦＦＴ処理される。

Description

明 細 書

無線送信装置及び無線受信装置

技術分野

[0001] 本発明は、無線送信装置及び無線受信装置に関し、特に、 OFDM (Orthogonal F requency Division Multiplex)伝送システムに用いられる無線送信装置及び無線受信 装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、次世代移動体通信システムとして、高速大容量で誤り耐性を向上させる OF DM方式が検討されている。 OFDM方式として、特許文献 1に開示された技術があり 、以下、この技術について簡単に説明する。

[0003] 特許文献 1に開示の伝送システムでは、図 1に示すように、送信データ（図中データ 部）の後部の所定の一部をガードインターノ レ (以下、「GI」と省略する）としてデータ 部の先頭に付加した信号を生成する。このように生成された信号は送信装置から送 信され、伝播路中で直接波と遅延波が合成されて受信装置に到達する。

[0004] 受信装置では、図 2に示すように、受信したデータに対してタイミング同期処理を行 い、直接波のデータ部の先頭力 データ部長の信号が抽出される。これにより、抽出 された信号は、直接波成分、遅延波成分及び受信装置におけるノイズ成分が含まれ ており、これらの成分が合成された信号となる。そして、抽出された信号は、 FFT(Fas t Fourier Transform)処理が行われ、復調される。

特許文献 1：特開 2004— 40507号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、上述した特許文献 1に開示の技術では、 GIを付加していることから同 一データを繰り返し送信していることになるが、復調に使用されない GI部分のェネル ギ一が無駄になっている。一般に、 GIはデータ部長の 10〜25%とすることが多ぐ 視点を変えると、送信エネルギーの 10〜25%近くが常に無駄になっていることにな る。 [0006] 特に、複数の受信装置に対してある OFDMシンボルを用いて同時にデータを送信 する場合、例えば、ブロードキャストチャネルの送信、共通制御チャネルの送信、共 通データチャネルの送信、サブキャリアの一部を受信装置 Aに、他の一部を受信装 置 Aとは異なる他の受信装置 Bに送信する場合などでは、 GI部分のエネルギー損失 力 Sさらに増大する。具体的には、図 3に示すように、送信装置が全サブキャリアのうち 、一部（図中実線で示すサブキャリア）を受信装置 (ユーザ) Aへの送信に使用し、他 の一部（図中点線で示すサブキャリア）を受信装置 (ユーザ) Bへの送信に使用する 場合、受信装置 Aへの伝播路における最大遅延時間を τ maxA、受信装置 Bへの 伝播路における最大遅延時間を τ maxB ( τ maxA< τ maxB)として想定する（図 4参照)。

[0007] このような状況で GIを設計することを考えると、遅延波が最大となる受信装置を選 択し、選択した受信装置に応じた長さの GIを使用することが必要となるため、 GI長を て maxBより長くしなければならない。そのため、受信装置 Aにとつては必要以上に 長い GIが送信されることになり、 GIの送信エネルギーが無駄になってしまう。

[0008] 本発明の目的は、 GIの付カ卩によるエネルギー損失を抑制しつつ、受信品質を向上 させることができる無線送信装置及び無線受信装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0009] 本発明の無線送信装置は、送信データを変調する変調手段と、前記変調手段によ つて変調された送信データを周波数領域力 時間領域へ逆変換する逆変換手段と、 前記逆変換手段によって変換された信号を繰り返し単位となるデータ部毎に時間軸 方向に複数回繰り返し送信するデータ繰り返し手段と、を具備する構成を採る。

[0010] 本発明の無線受信装置は、周波数領域力 時間領域へ逆変換され、時間軸方向 に複数回繰り返し送信された信号を受信する受信手段と、前記受信手段によって受 信された信号の繰り返し単位となるデータ部のうち、先頭データ部力 時間的に隣接 するデータの干渉が回避された部分を抽出する先頭データ抽出手段と、前記受信手 段によって受信された信号の先頭データ部を除く各データ部の後端と、前記先頭デ ータ抽出手段で抽出された先頭データ部の後端とを一致させて合成する合成手段と 、前記合成手段で合成された信号を時間領域カゝら周波数領域へ変換する変換手段 と、を具備する構成を採る。

発明の効果

[0011] 本発明によれば、ガードインターバルの付カ卩によるエネルギー損失を抑制しつつ、 受信品質を向上させることができる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]GIの生成方法を示す図

[図 2]特許文献 1に開示された受信装置における受信処理の説明に供する図

[図 3]複数の受信装置にサブキャリアを割り当てた様子を示す図

圆 4]複数の受信装置における最大遅延時間が異なる様子を示す図

[図 5]本発明の実施の形態 1に係る無線送信装置の構成を示すブロック図

[図 6]図 5に示す送信装置により送信される信号のデータフォーマットを示す図

[図 7]本発明の実施の形態 1に係る受信装置の構成を示すブロック図

[図 8]図 7に示す受信装置が受信したデータを示す図

[図 9]図 7に示す受信装置における受信処理の説明に供する図

[図 10]FFT処理の効果の説明に供する図

[図 11]本発明の実施の形態 2に係る無線受信装置の構成を示すブロック図

[図 12A]図 11に示す受信装置における受信処理の説明に供する図

[図 12B]図 11に示す受信装置における受信処理の説明に供する図

[図 13]電力制御の様子を示す概念図

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

[0014] (実施の形態 1)

図 5は、本発明の実施の形態 1に係る無線送信装置 100の構成を示すブロック図 である。この図において、変調部 101は、入力された送信データに PSK変調や QA

M変調などの変調方式で変調し、変調した信号に拡散処理を行い、拡散処理した信 号を SZP変換部 102に出力する。

[0015] SZP変換部 102は、変調部 101から出力されたシリアル信号をパラレル信号に変 換し、サブキャリア毎にマッピングする。変換されたパラレル信号は IFFT (Inverse Fa st Fourier Transform)部 103に出力される。

[0016] IFFT部 103は、 SZP変換部 102から出力されたパラレル信号に IFFT処理を行う ことにより、サブキャリア単位でデータが配置された周波数軸上の信号を時間軸上の 信号に変換し、変換した時間軸上の信号をデータ繰り返し部 104に出力する。

[0017] データ繰り返し部 104は、図示せぬ上位レイヤ又は伝播環境情報によって決定さ れた繰り返し数 Nが入力され、 IFFT部 103から出力された信号の時間軸データが N 回繰り返し送信 RF部 105に出力される。

[0018] 送信 RF部 105は、データ繰り返し部 104から出力された信号に DZA変換、アップ コンバート等の所定の無線送信処理を行い、処理を行った信号をアンテナ 106を介 して送信する。

[0019] この送信装置 100により送信される信号のデータフォーマットを図 6に示す。図 6で は、サブキャリア数 4、繰り返し数 Nとした場合であり、繰り返し単位 (データ）を構成す る信号をサンプル信号とし、 4サンプル信号カゝらなるデータを N回繰り返す場合を示 している。すなわち、 IFFT後の時間軸方向サンプル信号 4サンプルを N回繰り返し、 4Nサンプルとしている。そして、この 4Nサンプルを lOFDMシンボルとして送信する

[0020] 図 7は、本発明の実施の形態 1に係る受信装置 200の構成を示すブロック図である 。この図において、受信 RF部 202は、アンテナ 201を介して受信した信号に対して、 ダウンコンバート、 AZD変換などの所定の無線受信処理を行い、処理を行った信号 を直接波タイミング検出部 203、データ抽出部 204、最大遅延時間検出部 205及び 先頭データ抽出部 207に出力する。

[0021] 直接波タイミング検出部 203は、受信 RF部 202から出力された信号から、図 8に示 すような直接波の先頭データ部（データ 1)後端のタイミング、すなわち、 2番目のデ ータ部（データ 2)先頭のタイミングを検出し、検出したタイミングをデータ抽出部 204 及び先頭データ抽出部 207に出力する。

[0022] データ抽出部 204は、直接波タイミング検出部 203から出力されたタイミングに基づ いて、受信 RF部 202から出力された信号の直接波の先頭データ部後端力も N— 1 個のデータ（データ 2〜N)を抽出し、抽出した N— 1個のデータを合成部 209に出力 する。

[0023] 最大遅延時間検出部 205は、受信 RF部 202から出力された信号力も遅延波の最 大時間（最大遅延時間 τ max)を検出し、検出した最大遅延時間 τ maxを抽出長決 定部 206に出力する。

[0024] 抽出長決定部 206は、最大遅延時間検出部 205から最大遅延時間 τ maxを取得 し、データ部長 T から最大遅延時間て maxを差し引くことにより求めた長さ (T

DATA DAT

- τ max)を抽出長として先頭データ抽出部 207に出力する。

A

[0025] 先頭データ抽出部 207は、受信 RF部 202から出力された信号の先頭データ部か ら抽出長決定部 206で求めた長さ分抽出する。このとき、先頭データ部は、 OFDM シンボルの先頭から τ max遅れた位置力 抽出され、抽出された先頭データ（以下、 「抽出先頭データ」という）は、データ位置調整部 208に出力される。

[0026] データ位置調整部 208は、先頭データ抽出部 207から出力された抽出先頭データ の後端をデータ 2後端の位置に調整し、データ位置を調整した抽出先頭データを合 成部 209に出力する。

[0027] 合成部 209は、データ抽出部 204から出力されたデータ 2〜Nとデータ位置調整部 208から出力された抽出先頭データとを合成し、合成したデータを FFT部 210に出 力する。

[0028] FFT部 210は、合成部 209から出力された信号に FFT処理を行うことにより、時間 軸上の信号力も周波数軸上の信号に変換し、復調部 211は、 FFT部 210から出力さ れた信号を復調し、復調したデータを出力する。

[0029] 次に、上述した構成を有する受信装置 200の動作について図 9を用いて説明する 。ここでは、簡単のためデータの繰り返し数 N = 2とし、 lOFDMシンボルをデータ 1 及びデータ 2で構成する場合について説明する。

[0030] データ抽出部 204では、直接波成分、遅延波成分及び受信装置におけるノイズ成 分 (以下、単に「ノイズ成分」という）が合成された受信信号について、直接波の先頭 データ部後端力も N—1個のデータを抽出する。ここでは、データ 2を抽出する。

[0031] また、先頭データ抽出部 207では、データ部長 T から最大遅延時間て maxを

DATA

差し引いた長さ分の先頭データ部を抽出する。具体的には、先頭データ部の後端か ら (データ部長 T —最大遅延時間て max)遡った分のデータ、すなわち、時間的

DATA

に隣接するデータの干渉を受けない部分のデータを抽出する。

[0032] 抽出された先頭データ (抽出先頭データ）は、その後端がデータ 2の後端と一致す るように、データ位置調整部 208においてデータ位置が調整され、データ位置が調 整された抽出先頭データとデータ 2とが合成部 209で合成される。このとき、先頭デ 一タ部はデータ 2と同じなので、データ 2をコピーしてデータ 2の先頭に付カ卩したと解 釈すれば、先頭データ部はガードインターバルと見なすことができる。抽出先頭デー タは、データ抽出部 204で抽出されたデータ 2の後端部分 (データ 2の後端から T

DAT

τ max遡った分）と同じ信号であり、特に、合成する部分に含まれるノイズ成分は

A

互いに異なる成分であることから、これらを合成することにより、抽出先頭データを含 む合成部分の SNR (Signal to Noise Ratio)が向上することになる。

[0033] 次に、 FFT部 210による FFT処理の効果について説明する。ここでは、図 6に示し た送信フォーマットを例に挙げ、最大遅延時間 τ maxがサンプル番号 1及び 2に相 当する場合について説明する。この場合、先頭データ抽出部 207で抽出されるデー タは、先頭データ部のサンプル番号 3及び 4であり、よって、合成部 209で合成される 信号は、サンプル番号 1及び 2については、データ 2〜Nが合成され、サンプル番号 3及び 4については、データ 1〜Nが合成される。上述したように抽出先頭データを含 む合成部分、すなわち、サンプル番号 3及び 4については、サンプル番号 1及び 2〖こ 比べて SNRが向上し、図 10 (a)に示すようになる。

[0034] そして、合成部 209で合成された信号を FFT部 210が FFT処理を行うと、サンプル 番号 3及び 4における向上した SNRが FFT後の信号全体へと波及する。これは、 FF T処理の特性によるものであり、時間軸上の信号の特定部分 (ここでは、サンプル番 号 3及び 4)における SNRの向上は、全周波数における SNRの向上として作用する ためである。これにより、先頭データ部をガードインターバルと見なし、合成部 209で 先頭データ部を合成しなカゝつた場合、すなわち、単にデータ 2〜Nを合成した場合（ 図 10 (b)参照）に比べ、 FFT後の SNRを 101og (N— τ max/T ) dB向上させる

DATA

ことができる。

[0035] このように実施の形態 1によれば、 IFFT処理が行われた信号が 1 OFDMシンボル 区間長で N回繰り返し送信され、送信された信号を受信した受信装置では、受信し た信号の直接波の先頭データ部から時間的に隣接するデータの干渉を受けていな い部分を抽出し、受信した信号のうち、先頭データ部を除く繰り返し送信された各デ ータ部と、抽出した先頭データ部とを、それぞれの後端を揃えて合成し、合成信号を FFT処理することにより、 FFT後の全てのサブキャリアで SNRを向上させることがで きる。

[0036] なお、本実施の形態では、データの繰り返し数 Nを予め定められた固定の値として 説明したが、繰り返し数 Nを伝播路の状況に応じて適応的に変更してもよぐこれによ り誤り率耐性を伝播路の状況に応じて制御することができる。

[0037] (実施の形態 2)

本発明の実施の形態 2では、全サブキャリアのうち、一部を受信装置 Aへの送信に 使用し、他の一部を受信装置 Bへの送信に使用する場合について説明する。

[0038] 図 11は、本発明の実施の形態 2に係る無線受信装置 250の構成を示すブロック図 である。ただし、図 11が図 7と共通する部分は、図 7と同一の符号を付し、その詳しい 説明は省略する。図 11が図 7と異なる点は、自局宛サブキャリア選択部 251を追加し た点である。

[0039] 自局宛サブキャリア選択部 251は、 FFT部 210から出力された信号から自局宛の サブキャリアを選択し、選択したサブキャリアを復調部 211に出力する。

[0040] 次に、上述した構成を有する受信装置 250の動作について図 12を用いて説明す る。ここでは、簡単のためデータの繰り返し数 N = 2として説明する。

[0041] 図 12Aは、受信装置 Aの受信処理のイメージを示しており、図 12Bは、受信装置 B の受信処理のイメージを示している。図 12A及び図 12Bが示すように、全サブキヤリ ァのうち、一部を受信装置 Aへの送信に使用し、他の一部を受信装置 Bへの送信に 使用する場合でも、自局宛サブキャリア選択部 251が自局宛のサブキャリアを選択す ることから、各受信装置において実施の形態 1で説明した合成処理を行うことができ る。すなわち、受信装置 Aにおける最大遅延時間 τ maxAと受信装置 Βにおける最 大遅延時間 τ maxBとが異なっていても、遅延波が最大となる受信装置に応じた長 さのガードインターバルを必要とせず、ガードインターバルの送信エネルギーを無駄 にすることを防止することができる。

[0042] ここで、受信装置 Aでの SNRの改善は、 101og (N— r maxAZT ) dBとなり、

DATA

受信装置 Bでの SNRの改善は、 lOlog (N- τ maxB/T ) dBとなる。

DATA

[0043] このように実施の形態 2によれば、複数の受信装置にサブキャリアを割り当てて同時 に送信する場合でも、各受信装置において自局宛のサブキャリアを選択することによ り、他の受信装置における最大遅延時間の影響を受けることなぐ受信装置毎に送 信エネルギーを有効に利用して受信品質を向上させることができる。

[0044] なお、上述した各実施の形態では、ガードインターバルを付加しな ヽ送信フォーマ ットを想定して説明したが、本発明はこれに限らず、ガードインターバルを付加した送 信フォーマットを用いてもよ！ヽ。

[0045] ガードインターノ レを付加した送信フォーマットを用いる場合、受信装置は実施の 形態 1で説明した先頭データの部分をガードインターバルに置き換えて処理する。す なわち、受信したガードインターノ レのうち、隣接するデータの干渉が回避された部 分のガードインターバル部分を取り出し、データ部と合成する。これにより、ガードイン ターバル部分の信号を用いてデータ部の SNRを向上させ、受信品質を高めることが できる。

[0046] なお、上記各実施の形態では、フーリエ変換を用いて時間周波数変換を行 、、逆 フーリエ変換を用いて時間周波数変換を行ったが、本発明はこれに限らず、離散コ サイン変換、ウエーブレット変換等の任意の周波数時間変換及び時間周波数変換を 用いてもよい。

[0047] また、図 13に示すように、 lOFDMシンボル内において繰り返し配置されたデータ 1〜データ 3のうち、データ 1先頭及びデータ 3末尾のそれぞれ τ maxについて電力 を削減し、削減した分を残りの部分、すなわち直接波と遅延波の重なり部分に配分 するようにしてもよい。これにより、直接波と遅延波の重なり部分が SNR向上により寄 与することができる。

[0048] また、上記各実施の形態では、本発明をノヽードウエアで構成する場合を例にとって 説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。

[0049] また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路 である LSIとして実現される。これらは個別に 1チップ化されてもよいし、一部または全 てを含むように 1チップィ匕されてもよい。ここでは、 LSIとした力 集積度の違いにより、 IC、システム LSI、スーパー LSI、ウルトラ LSIと呼称されることもある。

[0050] また、集積回路化の手法は LSIに限るものではなぐ専用回路または汎用プロセッ サで実現してもよい。 LSI製造後に、プログラムすることが可能な FPGA (Field Progra mmable Gate Array)や、 LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフ ィギユラブル'プロセッサーを利用してもよい。

[0051] さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術により LSIに置き換わる集積回 路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積ィ匕を行って もよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。

[0052] 本発明の第 1の態様は、無線送信装置が、送信データを変調する変調手段と、前 記変調手段によって変調された送信データを周波数領域力 時間領域へ逆変換す る逆変換手段と、前記逆変換手段によって変換された信号を繰り返し単位となるデ ータ部毎に時間軸方向に複数回繰り返し送信するデータ繰り返し手段と、を具備す る構成を採る。

[0053] 本発明の第 2の態様は、無線送信装置が、上記構成において、前記データ繰り返 し手段力 前記逆変換手段によって変換された信号を OFDMシンボルの 1シンボル 区間長で繰り返し送信する構成を採る。

[0054] これらの構成によれば、ガードインターバルが付加されないため、復調に利用され ないガードインターバルの送信エネルギーの損失を抑制することができる。

[0055] 本発明の第 3の態様は、無線送信装置が、上記構成において、前記データ繰り返 し手段が、伝播路の状況に応じて適応的に繰り返し数を変更する構成を採る。

[0056] この構成によれば、伝播路の状況に応じて適応的に繰り返し数を変更することによ り、伝播路の状況に応じて誤り率耐性を制御することができる。

[0057] 本発明の第 4の態様は、無線受信装置が、周波数領域から時間領域へ逆変換され 、時間軸方向に複数回繰り返し送信された信号を受信する受信手段と、前記受信手 段によって受信された信号の繰り返し単位となるデータ部のうち、先頭データ部から 時間的に隣接するデータの干渉が回避された部分を抽出する先頭データ抽出手段 と、前記受信手段によって受信された信号の先頭データ部を除く各データ部の後端 と、前記先頭データ抽出手段で抽出された先頭データ部の後端とを一致させて合成 する合成手段と、前記合成手段で合成された信号を時間領域から周波数領域へ変 換する変換手段と、を具備する構成を採る。

[0058] 本発明の第 5の態様は、無線受信装置が、上記構成において、前記先頭データ抽 出手段が、前記受信手段によって受信された信号から遅延波の最大遅延時間を抽 出し、抽出した最大遅延時間をデータ部長力 差し引いた長さに相当する先頭デー タ部分を抽出する構成を採る。

[0059] これらの構成によれば、合成手段によって合成される部分に含まれるノイズ成分は 互いに異なる成分であることから、これらを合成することにより、先頭データ抽出手段 で抽出された先頭データ部を含む合成部分の受信品質を向上させることができ、合 成信号を変換することにより、全周波数における受信品質を向上させることができる。

[0060] 本発明の第 6の態様は、無線受信装置が、上記構成において、自局宛のサブキヤ リアを選択するサブキャリア選択手段を具備する構成を採る。

[0061] この構成によれば、 1つの OFDMシンボル内で複数の無線受信装置にサブキヤリ ァを割り当てて同時に送信した場合でも、各無線受信装置は自局宛のサブキャリア を選択することにより、他の受信装置における最大遅延時間の影響を受けることなぐ 無線受信装置毎に送信エネルギーを有効に利用して受信品質を向上させることがで きる。

[0062] 本明糸田書 ίま、 2005年 3月 10曰出願の特願 2005— 066812に基づくものである。

この内容は全てここに含めておく。

産業上の利用可能性

[0063] 本発明にかかる無線送信装置及び無線受信装置は、 GIの付カ卩によるエネルギー 損失を抑制しつつ、受信品質を向上させることができ、 OFDM伝送システムに用い られる基地局装置又は移動局装置などに適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 送信データを変調する変調手段と、

前記変調手段によって変調された送信データを周波数領域力 時間領域へ逆変 換する逆変換手段と、

前記逆変換手段によって変換された信号を繰り返し単位となるデータ部毎に時間 軸方向に複数回繰り返し送信するデータ繰り返し手段と、

を具備する無線送信装置。

[2] 前記データ繰り返し手段は、前記逆変換手段によって変換された信号を OFDMシ ンボルの 1シンボル区間長で繰り返し送信する請求項 1に記載の無線送信装置。

[3] 前記データ繰り返し手段は、伝搬路の状況に応じて適応的に繰り返し数を変更す る請求項 1に記載の無線送信装置。

[4] 周波数領域力 時間領域へ逆変換され、時間軸方向に複数回繰り返し送信された 信号を受信する受信手段と、

前記受信手段によって受信された信号の繰り返し単位となるデータ部のうち、先頭 データ部から時間的に隣接するデータの干渉が回避された部分を抽出する先頭デ ータ抽出手段と、

前記受信手段によって受信された信号の先頭データ部を除く各データ部の後端と 、前記先頭データ抽出手段で抽出された先頭データ部の後端とを一致させて合成 する合成手段と、

前記合成手段で合成された信号を時間領域から周波数領域へ変換する変換手段 と、

を具備する無線受信装置。

[5] 前記先頭データ抽出手段は、前記受信手段によって受信された信号から遅延波の 最大遅延時間を抽出し、抽出した最大遅延時間をデータ部長から差し引いた長さに 相当する先頭データ部分を抽出する請求項 4に記載の無線受信装置。

[6] 自局宛のサブキャリアを選択するサブキャリア選択手段を具備する請求項 4に記載 の無線受信装置。