JP4087812B2 - 多重アンテナを用いる直交周波分割多重システムにおけるチャネルの推定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の送受信アンテナを用いてデータを伝送する移動通信システムに係り、より詳細には、複数の受信アンテナにおいて正確なチャネル推定を行う装置及び方法に関する。

無線チャネルにより信号を伝送する場合、この伝送された信号は送信器と受信器との間に存在する各種の傷害物により多重経路干渉(multiple-path interference)を受ける。前記多重経路が存在する無線チャネルは、最大の遅延拡散と最大の信号伝送周期を有するという特性がある。また、前記最大の遅延拡散よりも信号の伝送周期が長い場合には、連続する信号間に干渉が起こらず、チャネルの周波数領域の特性は周波数非選択的なフェージング(frequency nonselective fading)として与えられる。しかしながら、広帯域を用いてデータを伝送する高速伝送の場合、前記信号の伝送周期が前記最大の遅延拡散よりも短くて前記連続する信号間に干渉が起こる結果、受信された信号はシンボル間の干渉(inter symbol interference)を受けてしまう。また、この場合には、前記チャネルの周波数領域の特性は周波数選択的なフェージング(frequency selective fading)として与えられる。コヒーレント変調方式に基づく単一搬送波伝送方式においては、シンボル間の干渉を無くすために等化器が必要となる。前記データの伝送速度が速まるに伴い前記シンボル間の干渉による歪みが増える結果、等化器の複雑度も合わせて高まってしまう。このように、前記単一搬送波伝送方式における等化問題を解消するために、直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：以下、ＯＦＤＭと称する。)システムが提案されている。

通常、ＯＦＤＭ方式は、時間分割接続(Time Division Access)技術と、周波数分割接続(Frequency Division Access)技術とを結び付ける２次元の接続方式として定義することができる。このため、前記ＯＦＤＭ方式を用いてデータを伝送する場合、各々のＯＦＤＭシンボルは副搬送波に分散されて載せられて所定のサブチャネルに送られる。

このように前記ＯＦＤＭ方式は、サブチャネルのスペクトルが互いに直交性を保ちつつ重なり合っていることからスペクトル効率が高く、ＯＦＤＭ変復調が逆高速フーリエ変換(Inverse Fast Fourier Transform、以下、“ＩＦＦＴ”と称する。)と高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform、以下、“ＦＦＴ”と称する。)により実現されることから、変復調部の効率よいデジタル構成が可能である。また、このＯＦＤＭ方式は、現在周波数選択的なフェージングや狭帯域干渉に対してヨーロッパ・デジタル放送の伝送と、ＩＥＥＥ８０２.１１ａ，ＩＥＥＥ８０２.１６ａ及びＩＥＥＥ８０２.１６ｂなど大容量の無線通信システムの規格として採択されている高速のデータ伝送に効果的な技術である。

前述の如きＯＦＤＭ方式は、シリアル入力されるシンボル列をパラレルに変換し、これらの各々を、相互直交性を有する多数の副搬送波に変調して伝送する多重搬送波変調(Multi Carrier Modulation：以下、“ＭＣＭ”と称する。)方式の一種である。

かかるＭＣＭ方式を適用するシステムは１９５０年代の後半に軍隊向けの高周波無線通信に最初に適用され、多数の直交する副搬送波を重ね合うＯＦＤＭ方式は１９７０年代から発展され始めた。このようなＯＦＤＭ方式は、多重搬送波間の直交変調の具現を解消する必要があり、実際のシステムへの適用には限界があった。しかし、保護区間(gurd interval)の使用と循環前置保護区間(cyclic prefix guard interval)の挿入方式が知られるに伴い、多重経路及び遅延拡散へのシステムの否定的な影響が一層低減可能になった。これにより、このＯＦＤＭ方式は、デジタル・オーディオ放送(Digital Audio Broadcasting：以下、“ＤＡＢ”と称する。)とデジタルテレビ、無線近距離通信網(Wireless Local Area Network：以下、“Ｗ-ＬＡＮ”と称する。)及び無線非同期伝送モード(Wireless Asynchronous Transfer Mode：以下、“Ｗ-ＡＴＭ”と称する。)などのデジタル伝送技術に広範に適用されてきている。すなわち、ハードウェア的な複雑度のために汎用できなかったものの、近年、ＦＦＴ及びＩＦＦＴを含む各種のデジタル信号処理技術が発展するに伴い、その実現が可能になっている。このＯＦＤＭ方式は、従来の周波数分割多重(Frequency Division Multiplexing：以下、"ＦＤＭ"と称する。)方式と類似しているが、何よりも多数の副搬送波間の直交性を保たせて伝送することにより、高速データの伝送に際して最適の伝送効率が得られるという特徴を有する。また、周波数の使用効率がよく、多重経路フェージングに強いことから、高速データの伝送に際して最適の伝送効率が得られるという特徴をも有する。特に、周波数スペクトルを重ねて用いるので周波数の使用が効率的であり、周波数選択的なフェージング及び多重経路フェージングに強く、保護区間を用いてシンボル間の干渉(Inter Symbol Interference：以下、“ＩＳＩ”と称する。)の影響を低減できるほか、ハードウェア的に等化器の構造を単純に設計することが可能である。さらに、インパルス性の雑音に強いという長所を有していることから、通信システムの構造に積極的に活用されている傾向にある。

図１は、ＯＦＤＭ方式に基づく通常の移動通信システムの構造を示す図面である。以下、図１を参照し、ＯＦＤＭ方式に基づく通常の移動通信システムの構造について詳細に説明する。
入力ビットは、２進信号としてチャネル符号器１００に入力される。前記チャネル符号器１００は、入力ビットを符号化して符号化されたシンボルを出力する。前記符号化シンボルは、シリアル／パラレル変換部(以下、Ｓ／Ｐ部)１０５に入力される。前記Ｓ／Ｐ部１０５は、入力されたシリアル符号化シンボルをパラレル符号化シンボルに変換して変調部１１０に伝達する。前記変調部１１０は、入力された符号化シンボルをシンボルマッピングコンステレーション(symbol-mapping constellation)によりシンボルマッピングして出力する。前記変調部１１０の変調方式としては、ＱＰＳＫ，８ＰＳＫ，１６ＱＡＭ，６４ＱＡＭなどがある。前記シンボルを構成するビット数は、前記各々の変調方式に対応して定義されている。前記ＱＰＳＫ変調方式は２ビットよりなり、前記８ＰＳＫは３ビットよりなる。また、１６ＱＡＭ変調方式は４ビットよりなり、６４ＱＡＭ変調方式は６ビットよりなる。前記変調部１１０から出力された変調シンボルは，ＩＦＦＴ部１１５に入力される。前記ＩＦＦＴの行われた前記変調シンボルは、パラレル／シリアル変換部(Ｐ／Ｓ部)１２０に入力されてシリアルシンボルに変換される。前記シリアルに変換されたシンボルは，送信アンテナ１２５を介して伝送される。

前記送信アンテナ１２５から伝送されたシンボルは、受信アンテナ１３０により受信される。前記受信アンテナ１３０により受信されたシンボルは、Ｓ／Ｐ部１３５によりパラレルシンボルに変換され、前記変換されたシンボルはＦＦＴ部１４０に伝達される。前記ＦＦＴ部１４０に入力された受信信号は、前記ＦＦＴを行った後、復調部１４５に入力される。前記復調部１４５は、前記変調部１１０の前記シンボルマッピングコンステレーションと同じ前記シンボルマッピングコンステレーションを有しており、このシンボルマッピングコンステレーションに基づき、前記逆拡散されたシンボルを２進ビットを有するシンボルに変換する。すなわち、前記復調方式は、前記変調方式により決められる。前記復調部１４５により復調された２進シンボルは、チャネル推定器１５０によりチャネル推定が行われる前記チャネル推定は、前記送信アンテナ１２５から伝送されるデータが伝送中に生じた各種の状況を推定して効率良いデータ受信を可能にする。前記チャネル推定器１５０においてチャネル推定の行われた前記２進シンボルは、Ｐ／Ｓ部１５５によりシリアルシンボルに変換された後、復号器１６０により復号される。前記チャネル復号器５２０に入力された前記２進シンボルは、復号化を行うことにより２進ビットを出力する。

図２は、複数の送受信アンテナを用いてＯＦＤＭ方式によりデータを送受信する移動通信システムの構造を示している。以下、図２を参照し、複数の送受信アンテナを用いてＯＦＤＭ方式によりデータを送受信する移動通信システムについて説明する。

まず、複数の送受信アンテナを用いてデータを送受信する移動通信システムについて説明するに先立って、一本の送受信アンテナを用いてデータを送受信する移動通信システムについて説明する。

ここで、前記y(n)は受信アンテナにおいて第ｎ時間に受信されたデータを意味し、前記x(n)は送信アンテナにおいて第ｎ時間に伝送されたデータを意味する。そして、前記h(n)は送信アンテナから伝送されるデータが第ｎ時間中に伝送チャンネルの環境により受ける影響を意味し、前記n(n)は第ｎ時間における雑音を意味する。以下では、雑音の影響は除いて説明を進める。

前記式（１）のように、前記受信側において正確なデータを知るためには、前記h(n)を知っている必要がある。このような問題点を解決するために、移動通信システムの送受信端から既知のデータを伝送することにより、前記h(n)を知ることができる。以下では、前記既知のデータを訓練シンボル(training symbol)と称する。前記h(n)が分かれば、移動通信システムの受信側は、送信側から送られるデータを正確に知ることができる。

図２に基づき説明したように、複数の送信アンテナの各々は特定の周波数を有する複数の副搬送波を用いてデータを送信する。複数の送受信アンテナを用いる前記ＯＦＤＭ方式の移動通信システムにおいて、前記複数の副搬送波は前記複数の送信アンテナに割り当てられる。

変調部２００ないし２０４は、入力されたシンボルを変調してＩＦＦＴ部２１０ないし２１４に伝達する。前記ＩＦＦＴ部２１０ないし２１４は、入力されたシンボルをＩＦＦＴ変換し、各々の送信アンテナ２２０ないし２２４を介して伝送する。各送信アンテナ２２０ないし２２４から伝送されるデータは、受信アンテナ２３０ないし２３４を介して受信される。前記受信アンテナ２３０ないし２３４を介して受信されたデータは、ＦＦＴ部２４０ないし２４４においてＦＦＴ変換が行われた後、復調部２５０ないし２５４に伝達される。前記復調部２５０ないし２５４において復調されたシンボルは、チャネル推定部２６０ないし２６４においてチャネル推定が行われる。

前記受信アンテナ２３０ないし２３４の各々は、送信アンテナ２２０ないし２２４から伝送されるデータを受信する。すなわち、前記受信アンテナ２３０は、前記送信アンテナ２２０ないし２２４から伝送されるデータを受信し、前記受信アンテナ２３２は、前記送信アンテナ２２０ないし２２４から伝送されるデータを受信する。前記受信アンテナ２３４は、前記送信アンテナ２２０ないし２２４から伝送されるデータを受信する。

さらに、前記送信アンテナに割り当てられる特定の周波数を有する各副搬送波は、相異なる送信アンテナに割り当てられる。前記割り当て可能な副搬送波の本数をＡとし、送信アンテナの本数をＢとした時、通常、一本の送信アンテナには訓練シンボルの伝送のために、Ａ／Ｂ本の副搬送波が割り当てられる。

前記式（２）は、ＯＦＤＭ方式に基づく移動通信システムに割り当て可能な副搬送波を示している。ここで、前記

は、Ｋ本の搬送波を有するＯＦＤＭ方式に基づくシステムにおける、第pアンテナから第n時間に伝送される訓練シンボルを表わす。前記訓練シンボルは、チャネル推定のために前記システムの送受信端が知っているシンボルを言い、前述したように、特定の周波数を有する副搬送波に載せられて伝送される。前記式（２）から明らかなように、全ての副搬送波が割当て可能なものではなく、一部の副搬送波だけが割り当て可能である。また、前記式（２）から、副搬送波のうちＤＣ成分を有する中間の搬送波及び両エッジ部の搬送波は、前記送信アンテナ２２０ないし２２４に割り当てられない。このため、前記訓練シンボルに割り当て可能な副搬送波の本数は、

である。前記送信アンテナの本数を

としたとき、一本の送信アンテナには

個の前記訓練シンボルを伝送する副搬送波が割り当てられる。

従って、各送信アンテナには下記の如き訓練シンボルが割り当てられ、前記割り当てられた訓練シンボルは副搬送波により伝送される。

ここで、前記

は第Ｐ訓練シンボル群に含まれた訓練シンボルを意味し、前記

は送信アンテナの本数または訓練シンボル群の数を意味する。また、前記

は

の大きさを有する任意の複素数であり、ｍは

より小さい整数を表わす。そして、前記

は、一本の送信アンテナに割り当てられる訓練シンボルの数を意味する。

図３は、前記式（４）により送信アンテナが３本である場合、前記送信アンテナの各々から送信される訓練シンボルを示している。前記図３から明らかなように、前記各送信アンテナは、仮想の副搬送波領域及びＤＣ副搬送波領域ではデータが伝送されない。また、前記式（４）により、前記各送信アンテナは特定の周波数を有する副搬送波に前記訓練シンボルを載せて伝送する。前記特定の周波数を有する訓練シンボルの数が１２である場合、第１送信アンテナは、第１、第４、第７、及び第１０訓練シンボルを伝送し、第２送信アンテナは、第２、第５、第８、及び第１１訓練シンボルを伝送し、そして、第３送信アンテナは、第３、第６、第９、及び第１２訓練シンボルを伝送する。以下、前記各送信アンテナから特定の時間に伝送される訓練シンボル群を訓練シンボル群と称する。前記訓練シンボル群は図２の変調部の各々に入力され、以下では、送信アンテナと結び付けて説明する。

前記複数の送信アンテナにより伝送された訓練シンボルは、各々伝送経路(チャネル)を経て複数の受信アンテナに受信される。前記複数の受信アンテナの各々は、前記複数の送信アンテナから伝送される訓練シンボルを受信する。このため、一本の受信アンテナは、複数の送信アンテナから訓練シンボルが伝送されるチャネル状態を推定する必要がある。

表１は、送信アンテナの各々から伝送される訓練シンボルを受信する受信アンテナの各々において測定すべきチャネル推定値を表わす。ここで、前記h１１は、第１送信アンテナから伝送される訓練シンボルに基づき第１受信アンテナにおいて測定されたチャネル推定値を意味する。前記ｈＮＭは、第Ｎ送信アンテナから伝送される訓練シンボルに基づき第Ｍ受信アンテナにおいて測定されたチャネル推定値を意味する。また、前記表１は、特定の時点における値を示している。前記チャネル推定値は、２次元のマトリックスにより表わすことができる。前記特定の時点におけるマトリックスによるチャネル推定値を空間チャネル・マトリックスと称する。前記表１から明らかなように、一本の受信アンテナは、複数の送信アンテナの各々に対するチャネル推定値を測定しなければならない。前記特定の受信アンテナが測定するチャネル推定値は、雑音の影響を減らすために、複数回に亘って前記訓練シンボルを測定する。この場合、前記各送信アンテナは、常時同じ訓練シンボルを有する訓練シンボル群を前記受信アンテナに伝送する。

前記表２から明らかなように、前記特定の送信アンテナは、前記チャネル推定値を測定するために同じ訓練シンボル群を前記受信アンテナに伝送する。もちろん、前記訓練シンボル群は一つの訓練シンボルではなく、前記式（４）により特定の周波数を有する複数の訓練シンボルよりなる。

前記各受信アンテナは、送信アンテナから伝送される訓練シンボル群を受信し、前記受信された訓練シンボルの値に基づきチャネル推定を行う。また、正確なチャネル推定のために複数回(複数の時間)に亘って測定を行う。前記受信アンテナにおいて正確に測定可能なチャネル推定値は、前記送信アンテナから訓練シンボルを載せて送った特定の周波数を有する搬送波だけである。前記送信アンテナから伝送されていない周波数に対する副搬送波へのチャネル推定値は、分からなくなる。

３本の送信アンテナ及び１２本の副搬送波を有するシステムにおいて、前記３本の送信アンテナのうち第１送信アンテナは、１２本の副搬送波のうちの第１、第４、第７、及び第１０副搬送波に訓練シンボルを載せて伝送する。前記受信アンテナは、前記第１送信アンテナから伝送された第１、第４、第７、及び第１０副搬送波を用いて前記各チャネル経路に対するチャネル推定値を測定することができる。しかし、前記第２、第３、第５、第６、第８、第９、第１１、及び第１２副搬送波に対しては、チャネル推定が行われなくなる。

このような問題点を解決するために、訓練シンボルの伝送された副搬送波のチャネル推定値を用いて訓練シンボルのない副搬送波のチャネルを推定する補間法を用いている。しかし、この場合にも、エッジ部の副搬送波領域では訓練シンボルが割り当てられずに前記補間法が使用できなくなる結果、チャネル推定誤差が高まってしまう。図４Ａ及び図４Ｂは、従来の補間法によりチャネル推定を行った結果を示す図面である。これを参照すれば、４本の送信アンテナにより訓練シンボルが伝送され、前述したように、両エッジ部においてチャネル推定誤差の増加が見られる。この理由から、訓練シンボルが伝送されていない副搬送波領域においても正確なチャネル推定が行える方法が望まれる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、訓練シンボルが伝送されていない副搬送波領域においても正確なチャネル推定が行える装置及び方法を提案するところにある。
本発明の他の目的は、受信された副搬送波の各々の信頼度に応じて相異なる重み付け値を与えることにより、正確なチャネル推定が行える装置及び方法を提案するところにある。
本発明のさらに他の目的は、チャネル推定のエラーを最小化させることにより、送信側から伝送されるデータを正確に受信することのできる装置及び方法を提案するところにある。

前記目的を達成するために、本発明は、少なくとも２以上の送信アンテナを用いてデータを伝送する直交周波数分割多重システムにおいて、前記送信アンテナの本数に対応するようにチャネル推定のための複数の訓練シンボルを複数の訓練シンボル群に分割し、前記分割された訓練シンボル群を構成する訓練シンボルの各々を副搬送波に載せて伝送する方法であって、前記複数の訓練シンボル群を生成するステップと、前記伝達された複数の訓練シンボル群を前記複数の送信アンテナのうちいずれか一本の送信アンテナにより一定の時間間隔をおいて一回ずつ伝送するステップと、を含む。

前記目的を達成するために、本発明は、訓練シンボル付きで伝送された副搬送波と、訓練シンボル無しで伝送された副搬送波を受信する直交周波数分割多重システムにおいて、前記受信された副搬送波を用いてチャネル推定を行う方法であって、前記訓練シンボル付きで伝送された副搬送波の信頼度に対する重み付け値と、前記訓練シンボル無しで伝送された副搬送波の信頼度に対する重み付け値を異ならせて指定するステップと、前記受信された副搬送波の各々に対するチャネル推定誤差を測定するステップと、前記測定されたチャネル推定誤差及び前記指定された重み付け値を用いてチャネル推定を行うステップとを含む。

前記目的を達成するために、本発明は、少なくとも２以上の送信アンテナを用いてデータを伝送する直交周波数分割多重システムにおいて、前記送信アンテナの本数に対応するようにチャネル推定のための複数の訓練シンボルを複数の訓練シンボル群に分割し、前記分割された訓練シンボル群を構成する訓練シンボルの各々を副搬送波に載せて伝送する装置であって、前記生成された複数の訓練シンボル群を前記複数の送信アンテナのうちいずれか一本の送信アンテナにより一回ずつ伝送されるように一定の時間間隔をおいて伝達する分配器と、前記分配器から伝達された訓練シンボル群を伝送する送信アンテナとを備える。

本発明によれば、訓練シンボルが伝送されていない副搬送波領域においても正確なチャネル推定を行うことができる。
また、本発明によれば、受信された副搬送波の各々の信頼度に応じて相異なる重み付け値を与えることにより、正確なチャネル推定を行うことができる。
さらに、本発明によれば、チャネル推定のエラーを最小化させることにより、送信側から伝送されるデータを正確に受信することができる。

以下、添付した図面に基づき、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。また、本発明を説明するにあたって、関連する公知の機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断される場合、その詳細な説明は省く。

図５は、本発明に係る複数の送受信アンテナを有するＯＦＤＭ方式の移動通信システムの構造を示す。以下、図５を参照し、本発明が適用されるＯＦＤＭ方式に基づく移動通信システムの構造について詳細に説明する。

図５における送信側は、分配器５００と、複数の変調部５１０ないし５１４と、複数のＩＦＦＴ部５２０ないし５２４、及び複数の送信アンテナ５３０ないし５３４を備えてなる。また、受信側は、複数の受信アンテナ５４０ないし５４４と、複数のＦＦＴ部５５０ないし５５４と、複数の復調部５６０ないし５６４、及び複数のチャネル推定器５７０ないし５７４を備えてなる。この図５において、前記チャネル推定器は復調器の数に対応して設けられているが、単一の構成でも受信される全てのチャネルに対するチャネル推定を行うことができる。しかしながら、本発明では説明の便宜のために、複数のチャネル推定器を備えているという仮定下で説明を進める。

前記分配器５００には、複数の訓練シンボル群が入力される。前記訓練シンボル群は、前記送信アンテナの本数と同じである。以下、まず、前記訓練シンボル群について詳細に説明した後、前記分配器の機能について説明する。

前記式（２）のように、前記ＯＦＤＭ方式に基づく移動通信システムにおいて用いる副搬送波の本数をＫとし、前記Ｋ本の副搬送波のうち実際にシステムに割り当て可能な副搬送波の本数を

とし、そして送信アンテナの本数を

としたとき、一本の送信アンテナから前記訓練シンボル群を伝送できる副搬送波の数は、

である。前記一本の送信アンテナに割り当てられる副搬送波は連続する副搬送波を割り当てず、複数の送信アンテナに対して順次に一つずつ割り当てられる。以下、前記送信アンテナに割り当てられる訓練シンボルを伝送するための副搬送波について説明する。また、前記訓練シンボルの大きさについては前記式（４）に記述されているが、以下の説明では訓練シンボルの有無だけを中心として記述する。前記訓練シンボルが特定の大きさを有する場合の値を１とし、そうでない場合の値を０とする。

前記送信アンテナの本数を４とし、前記割り当て可能な副搬送波の本数を６４(第１副搬送波ないし第６４副搬送波)とした場合、４つの訓練シンボル群が構成され、前記各訓練シンボル群は１６個の訓練シンボルよりなる。

第１訓練シンボル群：副搬送波の番号=４ａ+１(０≦ａ≦１５)
第２訓練シンボル群：副搬送波の番号=４ａ+２(０≦ａ≦１５)
第３訓練シンボル群：副搬送波の番号=４ａ+３(０≦ａ≦１５)
第４訓練シンボル群：副搬送波の番号=４ａ+４(０≦ａ≦１５)

前記訓練シンボル群は、前記分配器に入力される。前記分配器は、入力された特定の訓練シンボル群を設定された伝送単位時間にて複数の変調器に順次に伝達する。この場合、前記分配器は、前記入力された訓練シンボル群を保存し、前記保存された訓練シンボル群を前記設定された伝送時間単位にて前記複数の変調器に順次に伝達する。また、前記分配器は、伝送時間単位にて前記訓練シンボル群を伝送されて前記複数の変調器に伝達する。この場合、前記分配器は、以前に伝達した訓練シンボル群を除いた他の訓練シンボル群を特定の変調器に伝達する。表３は、前記分配器が前記伝送時間単位により前記複数の変調器に伝達する訓練シンボル群を示している。

前記表３から明らかなように、前記第１変調器は、伝送時間Ｔ１では第１訓練シンボル群が伝達され、伝送時間Ｔ２では第２訓練シンボル群が伝達される。また、前記第１変調器は、伝送時間Ｔ３では第３訓練シンボル群が伝達され、伝送時間Ｔ４では第４訓練シンボル群が伝達される。前記分配器は、４回の伝送により入力される訓練シンボル群を特定の分配器に一回ずつ伝達する。

変調部５１０ないし５１４は、入力された訓練シンボルを変調してＩＦＦＴ部５２０ないし５２４に伝達する。前記ＩＦＦＴ部５２０ないし５２４は、入力されたシンボルをＩＦＦＴ変換して各々の送信アンテナ５３０ないし５３４を介して伝送する。前記受信アンテナ５４０ないし５４０を介して受信されたデータは、ＦＦＴ部５５０ないし５５４においてＦＦＴ変換された後、復調部５６０ないし５６４に伝達される。前記復調部５６０ないし５６４において復調されたシンボルは、チャネル推定部５７０ないし５７４においてチャネル推定が行われる。

上述したように、本発明においては、複数の送信アンテナの各々に全ての訓練シンボルを伝送することにより、前記補間法により訓練シンボルが伝達されていない副搬送波領域におけるチャネル推定誤差を減らすことができる。

以下では、前記受信端のチャネル推定器５７０ないし５７４におけるチャネル推定について説明する。特定の送信アンテナを介して伝送される複数の訓練シンボル群を受信する特定の受信アンテナは、チャネル推定器を有している。前記特定の受信アンテナに対応するチャネル推定器は、前記特定の受信アンテナに受信される全てのチャネルに対するチャネル推定を行う必要がある。前記送信アンテナが４本存在し、前記各送信アンテナ別１６本のチャネルにシンボルが伝送されれば、前記チャネル推定器は、特定の時点において６４本のチャネルに対するチャネル推定を行わなければならない。しかし、本発明では、説明の便宜のために、前記チャネル推定器は、一本の送信アンテナから送信されるシンボルについて記述する。前記チャネル推定器は、複数回に亘って受信された訓練シンボル群を用いてチャネル推定を行う。特定の副搬送波に対応するチャネルには、訓練シンボル付きで伝送された副搬送波と、前記訓練シンボル無しで伝送された副搬送波がある。前記送信アンテナの本数と同じ伝送回数に亘って訓練シンボルを伝送すれば、前記受信アンテナは、一つの訓練シンボルが含まれた副搬送波を受信する。また、前記受信アンテナは、送信アンテナの本数より一つ少ない数を有する訓練シンボル無し副搬送波を受信する。前記チャネル推定器に伝達された副搬送波は、同じ信頼度を有しない。前記訓練シンボル付きで伝送された副搬送波は高い信頼度を有し、前記訓練シンボル無しで伝送された副搬送波は、通常、低い信頼度を有する。このため、前記チャネル推定器は、信頼度に応じて相異なる重み付け値を与えてチャネル推定をしなければならない。

前記式（５）から明らかなように、特定の時点において第１送信アンテナに送信された訓練シンボルは、次の時点においては第２送信アンテナに送信する。また、前記第１送信アンテナは、次の時点においては前記特定の時点において送信された訓練シンボルを除いた残りの訓練シンボルのうちいずれか一つを選択して送信する。前記送信アンテナの各々は前記送信アンテナの本数と同じ伝送回数に亘って前記訓練シンボルを伝送する。ここで、前記

は、送信アンテナの本数を意味する。任意の第ｎ時間に第p送信アンテナに伝送される訓練シンボルを

とした時、前記訓練シンボル

は、第q受信アンテナに下記式（６）のように受信される。

ここで、前記

は、受信された訓練シンボルをマトリックス状に表わし、前記

は、Ｋ×Ｋ次元を有するフーリエ変換マトリックスのうち第１列〜第Ｌ列よりなるＫ×Ｌのマトリックスを表わす。上述したように、前記ＫはＯＦＤＭシステムにおける副搬送波の本数を意味し、前記Ｌはチャネル長を意味する。前記チャンネ長は、副搬送波の本数より短くなければならないということは、以上の説明から明らかである。そして、前記

は、第ｎ時点における第Ｐ送信アンテナ及び第Ｑ送信アンテナ間のチャネルインパルス応答を表わし、前記

は、第Ｑ受信アンテナから各副搬送波に印加された雑音を表わす。前記チャネルインパルス応答

は、下記式（７）により求めることができる。

また、チャネル等化のために必要なチャネル周波数の応答は、下記式（８）により求めることができる。

ここで、前記

は、使用可能な副搬送波に該当する行よりなる

マトリックスであり、前記

は、チャネル推定誤差を表わす。また、平均２乗誤差は、下記式（９）により求めることができる。

ここで、前記

は、マトリックスの対角元素だけを取ってベクトル化する演算子を表わし、前記

は、平均を取る演算記号を意味する。前記

は、共役転置演算子(conjugate-transpose operator)である。従来の訓練シンボル構造を受信する受信側は、前記図４でのように、送信アンテナ別に相異なる平均２乗誤差を有する。しかし、本願発明のように、前記訓練シンボル群を循環して伝送する構造においては、一本の送信アンテナにおいて測定する平均２乗誤差は、時間に応じて相異なる値を有することになる。このように、時間に応じてチャネル推定誤差が異なってくる場合、単純に前記測定されたチャネル推定誤差を測定された時間に応じて平均を取るようにチャネル推定を行うよりは、測定されたチャネル推定誤差の信頼度を考慮に入れてチャネル推定を行わなければならない。このようにして測定されたチャネル推定誤差の信頼度を考慮に入れてチャネル推定を行うことにより、チャネル推定誤差を減らすことができる。従って、前記チャネル推定器は、測定されたチャネル推定誤差の信頼度に応じて相異なる重み付け値を乗じ、前記重み付け値の乗じられたチャネル推定誤差に基づきチャネル推定を行う。前記推定されたチャネル周波数応答は、下記式（１０）により求めることができる。

ここで、前記

は、チャネル推定誤差を最小化させるための重み付け値を対角マトリックス状に表わし、前記

は、最適結合された後のチャネル推定誤差を表わす。この時、前記重み付け値対角マトリックスは、下記式（１１）に基づき求めることができる。

最適結合された後の平均２乗誤差を最小化させる重み付け値マトリックス

は、下記式（１２）により求めることができる。

前記式（１２）から明らかなように、訓練シンボル付きで伝送された副搬送波は高い信頼度を有するため大きい重み付け値を与える。これに対し、前記訓練シンボル無しで伝送された副搬送波は低い信頼度を有するため小さい重み付け値を与える。これにより、前記移動通信システムのチャネル推定器におけるチャネル推定誤差を減らすことができる。

図６は、本発明に係るチャネル推定器におけるチャネル推定誤差と、従来の技術によるチャネル推定誤差を示している。図６から、前記両エッジ部から伝達される副搬送波に対するチャネル推定誤差が急減していることが分かる。

通常の直交周波数分割多重方式を基づく移動通信システムを示す図面である。 複数の送受信アンテナを用いる直交周波数分割多重方式に基づく移動通信システムを示す図面である。 送信アンテナが３本である場合、各送信アンテナから送信される訓練シンボルを示す図面である。 ４本の送信アンテナのうち第１及び第２アンテナから訓練シンボルが伝送されていない副搬送波領域のチャネル推定誤差を示す図面である。 ４本の送信アンテナのうち第３及び第４アンテナから訓練シンボルが伝送されていない副搬送波領域のチャネル推定誤差を示す図面である。 本発明に係る複数の送受信アンテナを用いる直交周波数分割多重方式に基づく移動通信システムを示す図面である。 本発明に係るチャネル推定誤差と、従来の方式によるチャネル推定誤差を同時に示す図面である。

符号の説明

５００ 分配器
５１０，５１２，５１４ 変調部
５２０，５２２，５２４ ＩＦＦＴ部
５３０，５３２，５３４ 送信アンテナ
５４０，５４２，５４４ 受信アンテナ
５５０，５５２，５５４ ＦＦＴ部
５６０，５６２，５６４ 復調部
５７０，５７２，５７４ チャネル推定器

Claims (19)

1. 複数の送信アンテナを用いてデータを伝送する直交周波数分割多重システムの伝送方法であって、
   前記複数の送信アンテナの本数に対応するようにチャネル推定のための複数の訓練シンボルを相異なる周波数領域の複数の訓練シンボル群に分割して、前記複数の訓練シンボル群を生成するステップと、
   前記生成された複数の訓練シンボル群を前記複数の送信アンテナのうちいずれか一本の送信アンテナを通じて一定の時間間隔をおいて一回ずつ伝送して全ての前記複数の訓練シンボル群を送信するステップと、を含むことを特徴とする伝送方法。
2. 前記複数の訓練シンボル群は、前記訓練シンボル群と同じ数の送信アンテナに互いに重ならないように割り当てられて前記同じ数の送信アンテナを通じて同時に伝送されることを特徴とする請求項１に記載の伝送方法。
3. 前記複数の訓練シンボル群は、前記複数の送信アンテナに順次に割り当てられることを特徴とする請求項２に記載の伝送方法。
4. 前記複数の訓練シンボルは、下記式に基づき前記複数の訓練シンボル群に分割されることを特徴とする請求項３に記載の伝送方法。
   

   

   （式中、
   

   

   は第Ｐ訓練シンボル群に含まれた訓練シンボル、
   

   

   は送信アンテナの本数または訓練シンボル群の数、
   

   

   は
   

   

   の大きさを有する任意の複素数、ｍは
   

   

   より小さい整数、そして
   

   

   は、一本の送信アンテナに割り当てられる訓練シンボルの数である。）
5. 前記複数の送信アンテナの各々は、特定の副搬送波を前記複数の送信アンテナの本数と同じ回数で伝送し、割り当てられた訓練シンボルを一回だけ伝送することを特徴とする請求項１に記載の伝送方法。
6. 複数の送信アンテナが伝送したデータを受信する直交周波数分割多重システムの受信方法であって、
   前記複数の送信アンテナの本数に対応するようにチャネル推定のための複数の訓練シンボルを相異なる周波数領域の複数の訓練シンボル群に分割して、前記複数の訓練シンボル群を生成して、前記生成された複数の訓練シンボル群を前記複数の送信アンテナのうちいずれか一本の送信アンテナを通じて一定の時間間隔をおいて一回ずつ伝送して、前記伝送された全ての前記複数の訓練シンボル群を受信するステップと、
   受信した副搬送波が訓練シンボル付きで伝送された副搬送波であるか、訓練シンボル無しで伝送された副搬送波であるかによって、各副搬送波の重み付け値を異ならせて指定するステップと、
   前記指定した重み付け値に相応してチャネルを推定してデータを受信するステップと、を含むことを特徴とする受信方法。
7. 前記訓練シンボル付きで伝送された副搬送波に対する重み付け値は、前記訓練シンボル無しで伝送された副搬送波に対する重み付け値よりも高く指定されることを特徴とする請求項６に記載の受信方法。
8. 前記重み付け値を指定するステップは、前記複数の送信アンテナから前記副搬送波が受信される場合、前記各送信アンテナを介して伝送される副搬送波の各々に対して実行されることを特徴とする請求項７に記載の受信方法。
9. 前記重み付け値を指定するステップは、前記副搬送波が伝送される各チャネルにおいて生じる雑音への影響は考慮しないことを特徴とする請求項８に記載の受信方法。
10. 前記複数の送信アンテナのうちいずれか一つの送信アンテナが一定の時間間隔をおいて一回ずつ伝送して、全ての訓練シンボルが含まれて伝送された副搬送波を前記一定の時間間隔をおいて反復して受信することを特徴とする請求項６に記載の受信方法。
11. 複数の送信アンテナを用いてデータを伝送する直交周波数分割多重システムの伝送装置であって、
    前記複数の送信アンテナの本数に対応するようにチャネル推定のための複数の訓練シンボルを相異なる周波数領域の複数の訓練シンボル群に分割して前記複数の訓練シンボル群を生成し、
    前記生成された複数の訓練シンボル群を前記複数の送信アンテナのうちいずれか一本の送信アンテナを通じて一回ずつ伝送されるように一定の時間間隔をおいて変調器に伝送する分配器と、
    前記分配器から前記変調器に伝送された訓練シンボル群を伝送する前記複数の送信アンテナと、を備えることを特徴とする伝送装置。
12. 前記分配器は、前記複数の訓練シンボル群を、前記訓練シンボル群と同じ数の前記送信アンテナに互いに重ならないように割り当てて前記同じ数の送信アンテナを通じて同時に伝送することを特徴とする請求項１１に記載の伝送装置。
13. 前記分配器は、前記複数の訓練シンボル群を前記複数の送信アンテナに順次に割り当てることを特徴とする請求項１２に記載の伝送装置。
14. 前記分配器は、前記複数の訓練シンボルを下記式を通じて前記訓練シンボル群に分割することを特徴とする請求項１３に記載の伝送装置。
    

    

    （式中、
    

    

    は第Ｐ訓練シンボル群に含まれた訓練シンボル、
    

    

    は送信アンテナの本数、または訓練シンボル群の数、
    

    

    は
    

    

    の大きさを有する任意の複素数、ｍは
    

    

    より小さい整数、そして
    

    

    は、一本の送信アンテナに割り当てられる訓練シンボルの数である。）
15. 前記複数の送信アンテナは、それぞれ特定の副搬送波を前記複数の送信アンテナの本数と同じ回数で伝送し、割り当てられた訓練シンボルを一回だけ伝送することを特徴とする請求項１１に記載の伝送装置。
16. 複数の送信アンテナが伝送したデータを受信する直交周波数分割多重システムの受信装置であって、
    前記複数の送信アンテナの本数に対応するようにチャネル推定のための複数の訓練シンボルを相異なる周波数領域の複数の訓練シンボル群に分割して、前記複数の訓練シンボル群を生成して、前記生成された複数の訓練シンボル群を前記複数の送信アンテナのうちいずれか一本の送信アンテナを通じて一定の時間間隔をおいて一回ずつ伝送して、前記伝送された全ての前記複数の訓練シンボル群を受信する複数の受信アンテナと、
    前記訓練シンボル付きで伝送された副搬送波に重み付け値を与え、前記与えられた重み付け値に相応してチャネルを推定するチャネル推定器と、を備えることを特徴とする受信装置。
17. 前記チャネル推定器は、前記複数の送信アンテナから前記副搬送波が受信される場合、前記各送信アンテナを介して伝送される副搬送波の各々に対して重み付け値を与えることを特徴とする請求項１６に記載の受信装置。
18. 前記チャネル推定器は、前記副搬送波が伝送される各チャネルにおいて生じる雑音への影響は考慮しなく重み付け値を与えることを特徴とする請求項１７に記載の受信装置。
19. 前記複数の受信アンテナは、前記複数の送信アンテナのうちいずれか一つの送信アンテナが一定の時間間隔をおいて一回ずつ伝送して、全ての訓練シンボルが含まれて伝送された副搬送波を前記一定の時間間隔をおいて反復して受信することを特徴とする請求項１６に記載の受信装置。

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