JP4588548B2 - 受信装置及び受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信の技術分野に関し、特に複数の送受信機が同一の周波数帯域で通信する移動通信システムに使用される受信機及び受信方法に関する。

従来、複数の送受信機が１つの周波数帯域を共有して通信する方法に、衝突回避機能付きキャリアセンス多重アクセス（ＣＳＭＡ／ＣＡ：Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式があり、これは例えば無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）で使用されている。ＣＳＭＡ／ＣＡでは、送受信機は、データの送信を開始する前に、他のユーザが既に通信を行っているか否かを確認し、通信を行っていない場合に始めてその送受信機が送信を開始できる。他のユーザが通信を行っているか否かは、例えば周辺の干渉レベルを測定することによって行われてもよい。他のユーザが既に通信を行っていたならば、データの送信は禁止され、何らかの期間経過後（例えば、ランダムに決定された時間経過後）に送信が再度試行されるようにする。

図１は、一般的なＣＳＭＡ／ＣＡ方式の送受信機を示す。図示されているように、受信電力測定部で干渉レベルが測定され、送信の可否が決定される。上述したように、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、あるユーザが通信している間に、他のユーザは通信することができない。したがって、この方式は、リアルタイム通信や、ストリーム伝送等を行う場合に許容できないほど大きな遅延をもたらすかもしれない。更に、ユーザ数が多くなると、ユーザの環境によっては長時間通信が禁止されるかもしれない。

一方、同時に異なる信号を空間的に多重して送信し、受信機側で伝搬路（チャネル）の相違を利用して各信号を分離する技術も提案されている（この種の技術については、例えば非特許文献１参照。）。この技術を利用すると、複数の送受信機が同じ時間に通信することを許容できる。この場合において、図２に示されるように、各送受信機は、通信相手との間で同期しているのは当然であるが、非通信相手との間では同期していない状況が考えられる。しかしながら、これら複数の送受信機が互いに非同期で通信を行うと、各送受信機が送信するパイロットシンボル（又はパイロットチャネル）の検出精度やチャネル推定精度が非常に悪化してしまう。従って、各送受信機の通信は、図３のＡ−Ａ’，Ｂ−Ｂ’に示されるように、互いに同期していることが望ましい。更に、送受信機Ａ−Ａ’を含む通信グループ１と、送受信機Ｃ−Ｃ’を含む別の通信グループ２が接近したり融合したりする場合には、通信グループ１，２内の総ての送受信機は同期することが望ましい。各送受信機が互いに同期して通信を行うことで、空間的に多重された信号の分離精度を向上させ、システム全体の容量を向上させることができる。このような適切な同期を維持するには、信号の受信タイミング（より具体的には所望信号及び非所望信号の受信タイミングの差）を高精度に測定する必要がある。

複数の送受信機を互いに同期させるために、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）が利用されてもよいし、ビーコンのような何らかの同期信号が所定の通信機器から送信されてもよい。しかしながら、ＧＰＳを用いる方法は、屋内や見通しのきかない環境等での通信には不利である。また、何らかの同期信号を送信する場合には、そのための設備投資が必要になるだけでなく、電波が届かない地域では同期を確保できなくなってしまう。

特許文献１では、図４に示されるように、基準の基地局Ａが予め設定され、この基準の基地局Ａに他の基地局Ｂ，Ｃが同期をとることで、各送受信機の送信タイミングが調整される。図５に示される例では、基地局に時間を合わせて配下の１以上の送受信機が通信を行う。しかしながら、これらの手法では、移動局である送受信機の通信相手は基地局に固定されるので、例えばアドホックネットワークのようなネットワークにこの技術をそのまま利用することはできない。また、様々に変化する移動通信環境下で、複数の基地局の内、基準となるに値する最適な基地局を事前に固定的に設定することは困難である。

ところで、マルチパス伝搬環境下では、送信機から受信機への様々な伝搬路を通じて様々な遅延波が受信機に到達する。これら一群の遅延波はチャネルインパルス応答として受信機側で測定される。理想的には、各パスのタイミングにデルタ関数的な相関値が現れ、パスのない区間の値は０になる。ただし、使用するパイロット信号の自己相関が完全ではない場合には、それは０にはならず、何らかの大きさの信号として出力される。また、パイロット信号間の直交性の不完全性によっても測定されるチャネルインパルス応答に不要な信号成分が生じてしまう。このような事情は、各パスのタイミングを正確に判別することの妨げになってしまう。
特開平１０−１９０５６２号公報 特開２００４−２９７７５６号公報 Ｈｉｒｏｍａｓａ Ｆｕｊｉｉ，ｅｔ ａｌ．，"Ａ Ｔｕｒｂｏ Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ ｗｉｔｈ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ＭＭＳＥ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ＭＩＭＯ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ"，２００３ＩＥＥＥ５８ｔｈ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ＶＴＣ２００３−Ｆａｌｌ

本発明は、上記問題点の少なくとも１つに対処するためになされたものであり、その課題は、マルチパス伝搬環境下で所望信号及び非所望信号の受信タイミング差を高精度に求めるＯＦＤＭ方式を利用する受信装置及び受信方法ことである。

本発明では、複数の通信装置が同一周波数で同期して通信を行う通信システムに使用されるＯＦＤＭ方式の受信装置が使用される。受信装置は、ＦＦＴを行うためのＦＦＴウインドウを設定する初期タイミング設定手段と、受信信号を高速フーリエ変換するＦＦＴ手段と、通信相手からの所望信号及び非通信相手からの非所望信号の受信タイミング間の差から誤差情報を導出するタイミング誤差検出手段とを有する。タイミング誤差検出手段は、 受信信号に含まれている所望信号に属するパイロット信号及び非所望信号に属するパイロット信号を分離する手段と、所望信号及び非所望信号にそれぞれ関連するパイロット信号から導出された周波数領域のチャネル推定値各々を時間領域のチャネルインパルス応答値に変換する変換手段と、所望信号及び非所望信号に関するチャネルインパルス応答値から前記誤差情報を導出する手段とを有する。

本発明によれば、マルチパス伝搬環境下で所望信号及び非所望信号の受信タイミング差を高精度に求めることができる。

本発明で前提とする通信システムでは、複数の通信装置又は送受信機（実施例では「端末」と表現される）が同一の周波数帯域で同期して通信する。送受信機の受信部は、所望信号について及び非所望信号について周波数領域で推定されたチャネル推定値各々に基づいて、時間領域のインパルス応答をそれぞれ生成し、それらのインパルス応答から導出されるタイミング及びタイミング差を測定し、所望及び非所望信号に関する正確なタイミング情報（誤差情報）を求める。これにより、受信機は、通信相手からの所望信号の受信タイミングと非通信相手からの非所望信号の受信タイミングとの差を高精度に推定することができる。検出された誤差情報は通信相手に報告される。

２以上の非所望信号から導出された２以上の周波数領域のチャネル推定値は、１つの周波数領域のチャネル推定値に合成されてもよい。合成された１つの周波数領域のチャネル推定値は、時間領域のチャネルインパルス応答値に変換される。これにより、受信機内でＩＦＦＴ部の個数又は演算回数を節約することができる。

本発明の一態様では、周波数帯域が複数の周波数ブロックに分割される通信システムが使用される。各周波数ブロックは１以上のサブキャリアを含む。この場合、タイミング誤差検出手段は、所望信号に使用される周波数ブロックを使用する非所望信号の受信タイミングだけでなく、他の周波数ブロックに関する非所望信号の受信タイミングを導出してもよい。他の周波数ブロックは、所望信号に使用される周波数ブロックに隣接するものであってもよい。

所望信号に使用される周波数ブロックを使用する非所望信号の受信タイミング、及び他の周波数ブロックを使用する非所望信号の受信タイミングは、重み付け合成されてもよい。これにより、所望信号に対する干渉の寄与度に応じて受信タイミングを測定することができる。

本発明の一態様では、先頭波からガードインターバルを超えない範囲内の最大遅延波の開始時点より後の始点と、先頭波の終了時点より前の終点とを有するＦＦＴウインドウが、初期タイミング設定手段で設定される。これにより、ＦＦＴウインドウ内に含まれるシンボル数をなるべく多くすることができ、受信タイミング測定の高精度化に寄与できる。

データシンボル及びパイロットシンボルで異なる期間のガードインターバルが使用されてもよい。この場合、データシンボル及びパイロットシンボルで異なるＦＦＴウインドウが設定されてもよい。

所望信号に関連するパイロット信号から導出されたチャネルインパルス応答値の位相がパイロットシンボルの挿入位置に応じて補正されてもよい。始点の異なるＦＦＴウインドウ間の時間差に応じてチャネルインパルス応答値のタイミングが補正されてもよい。（あるＦＦＴウィンドウタイミングにより算出したＦＦＴ出力を用いて、異なったＦＦＴウィンドウタイミングでＦＦＴを行った場合のＦＦＴ出力を算出するようにしてもよい。）これにより、異なるＦＦＴウインドウが設定されている場合の演算効率を向上させることができる。

本発明の一態様によれば、１つの周波数ブロックを使用する場合のパイロットシンボルパターンを、使用する周波数ブロック数だけ反復することで、複数の周波数ブロックを使用する場合のパイロットシンボルパターンが設定されてもよい。これにより、非通信相手が使用する周波数ブロック数によらず、非所望信号から周波数領域のチャネル推定値を簡易に導出することができる。

複数の周波数ブロックに関する複数のチャネル推定値を一括して逆フーリエ変換し、変換後の信号の持続時間の長短を判別することで、隣接する周波数ブロックが同じ端末で使用されているか否かを適切に判定することができる。或いは、隣接する周波数ブロックの一方に関する周波数領域のチャネル推定値を外挿補間し、チャネル推定値の外挿補間前後のサブキャリア成分を比較することで、ＩＦＦＴ部を用いないでそれが判定されてもよい。

図６に示されるように、本実施例では端末Ａと端末Ａ’が及び端末Ｂと端末Ｂ’がそれぞれ同一周波数で同期して通信を行っている。各端末は典型的には移動端末であるが、他の通信端末でもよい。端末Ａ及びＢは、一例として図７に示されるようなシンボル配置構成を利用する。パイロットシンボルとデータシンボルが時間多重され、端末Ａのパイロットシンボル及び端末Ｂのパイロットシンボルは周波数方向に交互に多重される。以下、端末Ａからの信号を受信する端末Ａ’が端末Ａ及び端末Ｂの受信タイミング差を検出する状況が説明される。

図８は端末Ａ’の受信部の構成を示す。端末Ａ’は直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）方式の信号を送受信する。受信部は、初期タイミング検出部８１、ＦＦＴ部８２、チャネル推定部８３、信号検出部８４、タイミング誤差検出部８５及びフィードバック部８６を有する。

初期タイミング検出部８１は、ＦＦＴウインドウの先頭（開始タイミング）を決定し、このタイミングは、周囲の環境の中に通信相手しかいなければ、ＦＦＴウインドウ内で何らの非通信相手からの信号も受信されないように設定される。例えば、ＦＦＴウインドウの先頭は、通信相手からの受信信号による相関出力が最初に閾値を超えるタイミングとして決定されてもよい。通信相手以外に送信している端末がいる場合はそのタイミングに合わせてＦＦＴウインドウの先頭が決定される。

ＦＦＴ部８２は、指定されたタイミングで受信信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うことで、ＯＦＤＭ方式による復調を行う。これにより、時間領域の一連の受信信号が周波数領域のサブキャリア毎の信号群に変換される。

チャネル推定部８３は、ＦＦＴ後の信号に基づいてチャネル推定値を算出し、信号検出部８４に通知する。

信号検出部８４は、通知されたチャネル推定値に基づいて受信信号の振幅及び位相を調整し、更なるデータの検出が行われるようにそれを出力する。受信信号には、通信相手からの信号（所望信号）だけでなく、非通信相手からの信号（非所望信号又は干渉信号）も含まれる場合がある。通信相手とは、情報の伝送が意図されるユーザ又は装置である。例えば、図６に示される例では、端末Ａ’（Ａ）に対する通信相手は端末Ａ（Ａ’）であり、端末Ｂ，Ｂ’は非通信相手になる。通信相手であるか否かは相対的な概念であり、例えば、端末Ｂ’に対する通信相手は端末Ｂであり、端末Ａ，Ａ’は非通信相手である。信号検出部８４は、当該技術分野で既知の信号分離方法を用いて、所望信号と非所望信号を分離し、所望信号を適切に抽出する。信号分離法は、例えばＭＩＭＯ多重方式で使用可能な最尤推定法（ＭＬＤ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）、線形フィルタを使用する方法等でもよい。

タイミング誤差検出部８５は、ＦＦＴ後の信号から所望信号及び非所望信号の受信タイミング差を検出する。

図９はタイミング誤差検出部８５の構成例を示す。タイミング誤差検出部８５は、分離部ＤＭＵＸ（デマルチプレクサと呼んでもよい）９１と、２つの破線でそれぞれ囲まれる２つのタイミング検出部と、タイミング誤差判定部９８とを含む。分離部９１は、ユーザ１（例えば端末Ａ）のパイロットシンボルとユーザ２（例えば端末Ｂ）のパイロットシンボルを受信信号から分離する。図７に示されるように、パイロットシンボルは周波数方向に規則的に並んでいるので、その規則に従って分離部９１は受信したシンボルを各別に分離できる。従って、パイロットシンボルの配置パターンは図７に示されるように交互でなくてもよく、送信側及び受信側で既知のいかなるパターンでもよい。但し、双方の端末に同様な特性を保証する観点からは、図示のように交互に配置することが望ましい。

パイロット信号除算部９２，９３は、入力された受信信号を各自のパイロット信号で除算する。これにより、無線伝搬路（チャネル）で受けた影響を表す量（チャネル推定値）が導出される。

ＩＦＦＴ部９４，９５は、その量を逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、インパルス応答を求める。即ち、周波数領域で表現されている、チャネルで受けた影響を表す量が、時間領域で表現される。

タイミング決定部９６，９７は、各々のインパルス応答を用いて受信タイミングを決定し、出力する。受信タイミングは、インパルス応答に示される先頭パスのタイミングでもよいし、全部又は一部のパスの重心に相当するタイミングでもよい。

タイミング誤差判定部９８は、所望信号の受信タイミング及び非所望信号の受信タイミングからそれらの差分を算出する。この差分は、図８のフィードバック部８６により通信相手に報告される。複数のＯＦＤＭシンボルにパイロットシンボルが配置される場合は、受信タイミングの差分は、所望信号の受信タイミングの平均値と非所望信号の受信タイミングの平均値との差分でもよいし、差分の平均値が出力されてもよい。更に、平均化は算術平均だけでなく一般的な重み付け平均でもよい。

図１０は、受信タイミングの差分Δｔが導出される様子を示す。図中、端末Ａに関する周波数領域のチャネル推定値及び時間領域のインパル応答値は、図９のＩＦＦＴ部９４の入力及び出力にそれぞれ関連する。同様に、端末Ｂに関する周波数領域のチャネル推定値及び時間領域のインパル応答値は、図９のＩＦＦＴ部９５の入力及び出力にそれぞれ関連する。図示の例では、インパルス応答における先頭パスの時間差を算出することで、受信タイミングの差分Δｔが求められている。

端末Ａ’が端末Ａとの通信を開始しようとする場合、端末Ａ’の初期タイミング検出部８１はＦＦＴウインドウを設定する。周辺に何らの非通信相手も存在していなければ端末Ａ−Ａ’は独自に通信を開始することができる。周辺に既に端末Ｂ−Ｂ’のような非通信相手が通信中であったならば、端末Ａ−Ａ’はそれらの通信に同期する必要があり、送信タイミングがそれらに合わせて設定される。この場合、通信中の信号は、所望信号と非所望信号とを含み、理想的にはそれらは同時に受信され、適切に信号分離される。しかし、通信環境は時間と共に変化するので、通信信号のタイミングも通信中に変化するかもしれない。所望信号と非所望信号の受信タイミングの差（誤差情報）は、タイミング検出部８５で検出され、フィードバック部８６を通じて通信相手の端末Ａに報告される。端末Ａは、端末Ａ’から受信した誤差情報に基づいて、端末Ａへ信号を送信するタイミングを調整する。その結果、端末Ａ’では、端末Ａからの所望信号の受信タイミングが変化する。一方、非通信相手Ｂ，Ｂ’も端末Ａ，Ａ’に同期しようとし、端末Ｂ，Ｂ’でも同様な動作が行われる。端末間で互いに（誤差情報で示される）差分が小さくなるように、各端末が送信タイミングをそれぞれ更新することで、複数の端末が同期して通信することが可能になる。

なお、複数の受信アンテナが使用される場合には、総ての受信アンテナで受信された信号に基づいてタイミング誤差が決定されてもよい。

フーリエ変換及び逆フーリエ変換に関し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）及び逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）だけでなく、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）及び逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）が使用されてもよい。ＩＦＦＴ部９４，９５のポイント数は本実施例では３２ポイントであったが、用途に応じて別の数値が使用されてもよい。ＩＦＦＴ部のＩＦＦＴポイント数とサブキャリア数が一致しない場合には、ＩＦＦＴ部では、サブキャリア数のポイント数と等しいＤＦＴを使用する必要がある。

図１１は、ある周波数帯域を３つの端末が共有する場合に使用されるシンボル配置例を示す。実施例１では２端末で全帯域が占有されたが、図示の例では３端末で全帯域が占有される。この場合も、３つの端末各自についてインパルス応答をそれぞれ求めることで、受信タイミング差を決定することができる。しかしながら、タイミング誤差検出部でのＩＦＦＴに関する処理が３回行われることを要する。一般に、Ｎ端末に関するインパルス応答をそれぞれ求めるにはＩＦＦＴがＮ回行われることを要する。

図１２は、本実施例で使用されるタイミング誤差検出部の構成を示す。図９で説明済みの要素には同じ参照番号が付されている。分離部１２１は分離部９１と同様に各パイロットシンボルを適切に分離するが、本実施例では周波数軸上に一定間隔で並んだ３種類のシンボルが個々に分離される。また、図９とは位置関係が異なり、所望信号に関する処理要素９２，９４及び９６が図中下側に描かれていることに留意を要する。所望信号は端末Ａからの信号である。本実施例では、追加的にパイロット信号除算部１２２が設けられている。各パイロット信号除算部９２，９３，１２２は同様の機能を有し、端末Ａ，Ｂ，Ｃのパイロットシンボル各々に関する除算を行う。パイロット除算部９２から出力される所望信号に対するチャネル推定値は、そのままＩＦＦＴ部９４に入力される。ＩＦＦＴ部９４は所望信号に対する時間領域のインパルス応答値を出力し、タイミング誤差判定部９８に入力する。一方、パイロット信号除算部９３，１２１から出力される非所望信号に対するチャネル推定値は合成部で合成された後に１つのＩＦＦＴ部９５に入力される。端末Ｂ，Ｃからの信号に関するインパルス応答値は合成された形でＩＦＦＴ部９５から出力される。タイミング誤差判定部９８は、各々のインパルス応答値に基づいて、所望信号及び非所望信号の受信タイミングの差分を算出する。

本実施例によれば、非所望信号に関する複数のチャネル推定値が１つに合成されるので、ＩＦＦＴ部の数又は演算回数を３回から２回に減らすことができる。

実施例１，２では各ユーザが全帯域を利用していた。以下に説明される実施例３では、全体の周波数帯域が複数の周波数ブロック（又はサブキャリアブロック）に分割される。周波数ブロックの各々は、一般的には１以上のサブキャリアを含む。各ユーザは１以上の周波数ブロックを用いて通信を行う。このような場合でも、各端末が同期していなければ自他の信号を適切に検出できず、自他の周波数ブロック間で生じる干渉に起因して、信号品質が劣化してしまう。信号品質はビットエラーレート、スループット、ＳＩＲ等で測定される。

図１３は、本実施例で使用可能なシンボル配置例を示す。図示の例では、サブキャリアブロック１が端末Ｃ１，Ｃ２により使用され、サブキャリアブロック２が端末Ａ，Ｂにより使用され、サブキャリアブロック３が端末Ｄ１，Ｄ２により使用される。パイロットシンボルとデータシンボルは時間多重される。

図１４はタイミング誤差検出部の構成例を示し、図８のタイミング誤差検出部８５に使用可能である。このタイミング誤差検出部は、分離部１４１と、４つのタイミング検出部１４２，１４３，１４４，１４５と、タイミング誤差判定部１４６とを有する。分離部１４１は、図１３に示されるようなシンボル配置パターンに従って各パイロットシンボルを分離して出力する。４つのタイミング検出部の各々は図９に示されるタイミング検出部と同様に、パイロット信号除算部、ＩＦＦＴ部及びタイミング決定部を含む。タイミング検出部１４２は、所望信号（本実施例では、端末Ａからの信号）に関する信号処理を行って所望信号の受信タイミングを導出する。他のタイミング検出部は非所望信号に関する信号処理を行って、非所望信号の受信タイミングを導出する。信号処理とは、パイロット信号分離部、パイロット信号除算部、ＩＦＦＴ部及びタイミング決定部による説明済みの処理である。タイミング検出部１４３は、所望信号の属するサブキャリアブロック内の非所望信号（本実施例では、端末Ｂからの信号）に関する信号処理を行う。タイミング検出部１４４，１４５は隣接するサブキャリアブロック内の非所望信号（サブキャリアブロック１，２内の信号）に関する信号処理を行う。タイミング検出部では、総てのユーザ毎のタイミングが別々に導出されてもよいし、２以上の合成された非所望信号のタイミングが導出されてもよい。

後者の場合は、図１５に示されるような構成を採用することで、ＩＦＦＴに関する演算回数又は個数を節約することができる。所望信号に関するタイミング検出部１４２及び同じサブキャリアブロック内の非所望信号に関するタイミング検出部１４３については、同じチャネル補正が行われるので、構成の一部を共通化することができる。また、サブキャリアブロック１及び３に関する受信タイミングは、総て合成して一括して算出されてもよい。この場合のタイミング誤差検出部は、図１６に示されるような構成を採用することができる。さらに、所望信号以外の非消耗信号に関するタイミングを全て一括して算出するようにしてもよい。

なお、隣接するサブキャリアブロックが１つしかない場合もある。仮に端末Ａがサブキャリアブロック１のみを使用していた場合は、間近に隣接するサブキャリアブロックはサブキャリアブロック２のみになる。

上述したように、複数の送受信機は互いに同期して通信することが望ましい。しかしながら、実際の通信環境では、送受信機の位置関係によっては必ずしも総てのユーザが理想的なタイミングで信号をやりとりできるとは限らない。一般に、同じサブキャリアを使用している非通信相手からの干渉は非常に大きいので、そのような非所望信号の受信タイミングを、他のサブキャリアを使用する信号の受信タイミングよりも大きく考慮することが望ましい。

図１７は、本発明の一実施例で使用可能なタイミング誤差検出部を示す。各タイミング決定部は、受信タイミングに関する情報に加えて、受信タイミングに関連する電力の情報もそれぞれ出力し、タイミング誤差判定部１７６に入力される。この場合に、隣接しているサブキャリアブロックからの受信タイミングに関する電力には、適切な重みｗが乗算され、重み付けされた電力がタイミング誤差判定部１７６に入力される。これにより、受信タイミングの差分を決定する際に、所望信号の属するサブキャリアブロック以外のサブキャリアブロックからの信号の寄与度を調整し、より適切な差分を算出することができる。

図１８は、更に多くのサブキャリアブロックが設定されている場合のシンボル配置例を示す。この場合、隣のサブキャリアブロックに加えて、隣の隣に位置するサブキャリアブロックからの寄与も考慮することを要する。前者は後者より大きな影響を及ぼすのが一般的である。従って、前者に対する重みｗ１は、後者に対する重みｗ２より大きい（１＞ｗ１＞ｗ２）。

図１９は、２種類の重み（ウエイト）を設定することの可能なタイミング誤差検出部を示す。図示されているように、隣接しているサブキャリアブロックに対するタイミングの電力、及び隣の隣に位置するサブキャリアブロックに対するタイミングの電力は、重みｗ１，ｗ２がそれぞれ乗算された後にタイミング誤差判定部に入力される。ウエイトは、適応的に変化させることもできるが、シミュレーション及び／又は実験により事前に用意されることが望ましい。

本実施例では、ウエイトが高々２種類の場合しか例示されなかったが、必要に応じて、適切ないかなる数のウエイトが設定されてもよい。

上述したように、所望信号や非所望信号の受信タイミングを検出するには、それらのパイロット信号が何であるかを事前に知っておく必要がある。通信相手又は非通信相手が２以上のサブキャリアブロックを使用する場合には、２以上のパイロットシンボルがそれぞれ何であるかを知る必要がある。

図２０はシンボル配置の一例を示す図である。通信相手との通信にはサブキャリアブロック３が使用されているものとする。図中、上側の例では、あるユーザがサブキャリアブロック１，２を使用し、下側の例では別々のユーザがサブキャリアブロック１，２をそれぞれ使用している。即ち、サブキャリアブロック１，２を使用する場合には「ａｂｃｄｅｆｇｈ」のパイロットシンボルパターンが設定され、単独のサブキャリアブロックを使用する場合には「ａｂｃｄ」のパイロットシンボルパターンが設定される。この場合、受信機は隣接するサブキャリアブロックが、上図のように使用されているのか或いは下図のように使用されているのかを判別し、それぞれに合わせてパイロットシンボルを用意する必要がある。しかしながら、そのような処理は比較的煩雑になりかねない。

図２１は、本発明の一実施例によるシンボル配置例を示す。本実施例では、１つのサブキャリアブロックを使用する場合のあるパイロットシンボルパターンを基本パターンとし、２以上のサブキャリアブロックが使用される場合のパイロットシンボルのパターンは、基本パターンを２以上反復することで得られる。例えば、基本パターンが「ａｂｃｄ」であったとすると、２つのサブキャリアブロックが使用される場合のパイロットシンボルは「ａｂｃｄａｂｃｄ」となり、３つの場合は「ａｂｃｄａｂｃｄａｂｃｄ」となる。このようにすると、隣接するサブキャリアブロックを使用している他端末が、いくつのサブキャリアブロックを使用しているかによらず、タイミング検出部はパイロットシンボルパターンを適切に設定できる。

更に、このようなパイロットシンボルの規則性を利用すると、タイミング誤差検出部は、図１５の３つのパイロット信号除算部９２，９３，１２２の代わりに１つのパイロット信号除算部を、破線枠９７に示される位置（加算部とＩＦＦＴ部の間）に設けることで構成できる。これにより、パイロットシンボル除算部の数を減らすことができ、装置構成や演算負担を軽減することができる。

上記の例において、他端末がいくつのサブキャリアブロックを使用しているかを知る方法が次に考察される。これは、図２２に示されるように、あるサブキャリアブロック１に属する信号Ｘ１と別のサブキャリアブロックに属する信号Ｘ２とが同じ端末から送信されたものか否かを判別することと等価である。信号Ｘ１，Ｘ２は、例えば、「ａｂｃｄ」を内容とするパイロットシンボルである。

図２３は、本発明の一実施例で使用される連続使用判定部を示し、隣接するサブキャリアブロックが同じ端末により使用されているか否かを判別する。連続使用判定部は、パイロット信号除算部２３２，２３３、ＩＦＦＴ部２３４、インパルス応答長判定部２３５及び連続性判定部２３６を有する。不図示の分離部ＤＭＵＸは、サブキャリアブロック毎にパイロットシンボル（信号Ｘ１，Ｘ２）を抽出し、パイロット信号除算部２３２，２３３にそれらを与える。パイロット信号除算部２３２，２３３は周波数領域のチャネル推定値をそれぞれ出力する。ＩＦＦＴ部２３４は、２つのサブキャリアブロック分のチャネル推定値をまとめて逆高速フーリエ変換し、インパルス応答値を出力する。インパル応答長判定部２３５は、ノイズレベルに基づいてインパルス応答長を適切に修正する。例えば、マルチパスが存在し得ない区間であっても、ノイズの影響により何らかの信号成分がインパルス応答値に現れるかもしれない。そのような不要な信号成分は、適切な閾値を設定することで除去することで、インパルス応答値が修正される。閾値は受信機で推定されるノイズ又は雑音量に基づくことが望ましい。例えば１つの端末からの受信信号から導出されるインパルス応答値の時間軸を、パスが存在する区間Ｐ１とパスが存在するはずのない区間Ｐ２とに分けたとする。この場合に、上記の閾値は、Ｐ２の区間内の平均電力（＝雑音の推定値）×Ｔ２ に設定可能である（Ｔ２はシミュレーション等で決定可能な１以上の値である。）。

連続性判定部２３６は、適切に修正されたインパルス応答値に基づいて、隣接するサブキャリアブロックが同じ端末により使用されているか否かを判別する。仮に、２つの信号Ｘ１，Ｘ２が同一の端末から送信されたとすると、図２４に示されるように、時間軸上のインパルス応答値は比較的短期間に収まる。しかし、これらが別々の端末から送信された場合、この信号長は非常に長くなる可能性が大きい。

なお、区間Ｐ１の長さに対する閾値も適切に設定される必要がある。インパルス応答長がこの閾値より短ければ、両サブキャリアブロックを同一の端末が使用している、と判断される。閾値は、１つの信号にＩＦＦＴを適用した場合に想定されるチャネルインパルス応答長の内、最長の値に設定されてもよいし、予め設定される最大値でもよいし、ガードインターバル部の長さでもよい。

本実施例によれば、ユーザが複数のサブキャリアブロックを使用可能であっても、各端末が連続するサブキャリアブロックを使用する限り、実施例５のパイロットシンボルを使用しつつ、各端末の使用するサブキャリアブロック数を簡易に認識することができる。

実施例６の方法では、同一の端末がサブキャリアブロックを連続して使用しているか否かを判別するために、２つのサブキャリアブロック分の信号を逆フーリエ変換するＩＦＦＴ部を設ける必要があった。以下に説明される実施例では、そのようなＩＦＦＴ部を使用せずに判定が行われる。

図２５は本発明の一実施例で使用される別の連続使用判定部を示す。連続使用判定部は、パイロット信号除算部２５２，５２３、外挿部２５４及び比較部２５６を有する。パイロット信号除算部２５２，２５３は図２３のものと同様に機能し、周波数領域のチャネル推定値をそれぞれ出力する。外挿部２５４は、周波数領域のチャネル推定値の一方に対して外挿補間を行い、比較部２５６に入力する。比較部２５６は外挿補完されたチャネル推定値と外挿補完されていないチャネル推定値とを比較する。

図２６は、外挿補間法として線形補間法が使用された場合の２つの例を示す。上図（ａ）の場合は、隣接するサブキャリア間の差分が外挿補完で予想される範囲内にあり、これはサブキャリアブロックが同じ端末で使用されていることに対応する。下図（ｂ）の場合は逆に、隣接するサブキャリア間の差分が外挿補完で予想される範囲外にあり、これはサブキャリアブロックが異なる端末で使用されていることに対応する。範囲内であるか否かは所定の閾値を設定することで判別できる。また、この例では、Ｉ相或いはＱ”相成分についてのみ示しているが、実際には、Ｉ相及びＱ相信号の双方を用いて判定を行うことが好ましい。

実施例８ではＦＦＴの初期タイミングを適切に検出する手法が説明され、この手法は図８の初期タイミング検出部８１で使用可能である。マルチパス伝搬環境下では、１つの送信信号に関連する複数の遅延波が様々な遅延時間及び到来角度で受信機に次々と到着する。

図２７は、所望信号に関する３つの遅延波及び非所望信号に関する２つの遅延波を示す。信号は、ＯＦＭＤ方式の信号であり、１つのＯＦＤＭシンボルはガードインターバル部と有効シンボル部とを有する。ガードインターバル部の内容は有効シンボル部の一部に等しい。ＦＦＴウインドウは、有効シンボル部の長さに合わせて設定される。ＯＦＤＭ方式では、先頭波との遅延量がガードインターバル部の期間内に収まっていれば、シンボル間干渉は効果的に抑制できる。

まず、所望信号のみを考察すると、ＦＦＴウインドウ１からＦＦＴウインドウ２の範囲ａ内でＦＦＴウインドウが設定されれば、信号を良好に受信できる。一方、他端末を考慮した場合、これらの他端末が、自端末の信号に対してタイミングを合わせて送信を行うとする。この場合、自端末では、自端末の通信に関する受信タイミングを中心とする前後の期間内で、他端末からの信号のタイミングが均等に分散することが予想される。そうすると、ＦＦＴウインドウ１でＦＦＴが行われた場合、非所望信号の第２波ｉ_２のように所望波の第３波よりも遅れて受信される信号の総てのシンボル区間（有効シンボル部）は、ＦＦＴウインドウ１内では受信されなくなってしまう。また、ＦＦＴウインドウ２でＦＦＴが行われた場合は、非所望信号ｉ_１のように所望波の第１波に先行して受信される信号のシンボル区間はＦＦＴウインドウ２内で総てが必ずしも受信されないことになる。各信号のタイミングを適切に推定するには、これらの信号成分に関して、総てのシンボル区間がＦＦＴウインドウ内で受信される必要がある。

本実施例では、所望信号のみを考慮した場合に許容されるタイミングの範囲ａを、ｘ：（１−ｘ）に内分する点（タイミング）が、ＦＦＴウインドウのタイミングに使用される。ｘは０以上１以下の数であり、好ましくはｘ＜０．５である。より早く受信される到来波の方が、遅く受信される到来波より電力が強いのが一般的だからである。

ＦＦＴウインドウに許容される範囲ａは、所望信号のタイミングだけでなく、所望信号のパイロットシンボルと他端末が使用しているパイロットシンボルとを用いて導出されてもよい。例えば、受信信号とパイロットシンボルとの相関及び受信信号と他端末のパイロットシンボルとの相関を求め、各々の出力を加算した値を用いて、初期タイミングが導出されてもよい。

なお、本実施例で説明された手法で設定されるＦＦＴウインドウは、必ずしも所望波の受信タイミングに最適であるとは限らない。本実施例により設定されるＦＦＴウインドウは、同期誤差検出には相応しいが、データ検出やチャネル推定にとって最適ではないかもしれない。このような観点からは、同期誤差検出用のタイミングと、チャネル推定等のためのタイミングとを別々に用意し、各々の処理に相応しいタイミングを利用することが望ましい。

上述したように遅延波がガードインターバルの範囲内にあればシンボル間干渉を効果的に抑制できる。従って、情報伝達の確実性の観点からはその期間は長いことが望ましい。しかしながら、ガードインターバル部は、有効シンボル部の一部を複製することで作成されるので、ガードインターバルが長いことは、情報の伝送効率の観点からは望ましくはない。このような観点からは、例えば長さの異なるガードインターバル部を２つ用意し、長い方をパイロットシンボルの伝送に使用し、短い方をデータシンボルの伝送に使用することが考えられる。長短２つのガードインターバルが使用される場合には、データシンボル及びパイロットシンボルの各々に関してＦＦＴが行われることが望ましい。従って、ＦＦＴウインドウも別々に設定される。図２８はそのような受信機を示す。図２９はデータシンボル及びパイロットシンボルのためのＦＦＴウインドウをそれぞれ設定する様子を示す。ＦＦＴウインドウは実施例８で説明済みの方法で適切に設定される。しかしながら、図２８に示されるような構成が採用されると、異なるタイミングで独立してＦＦＴを２回行う必要がある。本実施例はこの点を改善する。

図３０は本発明の一実施例で使用可能なタイミング誤差検出部を示す。図９で説明済みの要素には同じ番号が与えられている。更に、図３０にはチャネル推定に関する要素も描かれている。具体的には、ＩＦＦＴ９４の出力の一方に続いて、時間シフト部３０１、位相シフト部３０２、ゼロ挿入部３０３及びＦＦＴ部３０４が描かれている。時間シフト部３０１は、タイミング誤差検出用のＦＦＴタイミングウインドウと、データ検出用のＦＦＴウインドウとの時間差ｃに相当する量だけタイミングをずらす。時間差ｃとＦＦＴウインドウとの関係は、図３１に示されている。位相シフト部３０２は、例えば図３２に示されるような構成を使用することができ、ＩＦＦＴ出力の位相を補正する。位相補正量は、ｐ＝２π／（インターバル）とすると、ｎｐで表現できる。但し、（インターバル）はパイロットシンボルの挿入間隔であり、図３２に示されるように４つのパイロットシンボルが規則的に配置されている場合には、（インターバル）＝４である。ｎはパイロットシンボルの挿入場所に関する値であり、図３２に示される場合には、０，１，２，３の値をとり得る。例えば、ｎは周波数の低い順に０，１，２，３の値をとってもよい。従って、位相補正量ｎｐは、０，２π／３，４π／３となる。ここで、このような位相回転は、図９に示す場合のように、全体のＩＦＦＴポイント数とＩＦＦＴ部９４で使用されるＦＦＴポイント数が異なる場合にのみ行えばよく、これらが同じポイント数である場合に関しては、位相の補正は必要ない。ゼロ挿入部３０３は、パスが存在しないはずの区間に０を挿入することで、インパルス応答を補正する。このようにして位相回転、時間及び雑音に関する補正がなされたインパルス応答値は、ＦＦＴ部３０４でフーリエ変換され、周波数領域のデータ検出用のチャネル推定値が得られる。

本実施例によれば、タイミング誤差処理の中間結果（ＩＦＦＴ９４の出力）を活用してデータ検出用のチャネル推定値を導出することができる。分離部９１の前段のＦＦＴと、ＦＦＴ３０４は互いに連動して実行させることができるので、それらを独立して動作させる必要はない。また、上記では、所望信号についてのみ説明を行ったが、非所望信号についても、同様にして、チャネル推定値を算出するようにしてもよい。

従来の送受信機を示すブロック図である。 複数の送受信機が通信している様子を示す図である。 複数の送受信機が通信している様子を示す図である。 基準基地局に合わせて複数の送受信機が通信している様子を示す図である。 基地局に合わせて配下の送受信機が通信している様子を示す図である。 複数の送受信機が同期して通信している様子を示す図である。 シンボル配置例を示す図である。 本発明の一実施例による送受信機の受信部を示す図である。 タイミング誤差検出部を示す図である。 受信タイミング差を検出する原理図を示す。 周波数帯域を３端末で共有する場合のシンボル配置例を示す図である。 本発明の一実施例で使用可能なタイミング誤差検出部を示す図である。 本発明の一実施例で使用可能なシンボル配置例を示す図である。 タイミング誤差検出部の構成例を示す図である。 タイミング誤差検出部の構成例を示す図である。 タイミング誤差検出部の構成例を示す図である。 タイミング誤差検出部の構成例を示す図である。 本発明の一実施例で使用可能なシンボル配置例を示す図である。 タイミング誤差検出部の構成例を示す図である。 パイロットシンボルの配置例を示す図である。 改善されたパイロットシンボルの配置例を示す図である。 シンボル配置例を示す図である。 サブキャリアブロックの連続使用性を判別する連続使用判定部を示す図である。 サブキャリアの連続使用性を判定する原理を説明するための図である。 サブキャリアブロックの連続使用性を判別する他の連続使用判定部を示す図である。 サブキャリアの連続使用性を判定する原理を説明するための図である。 ＦＦＴウインドウと遅延波の関係を示す図である。 本発明の一実施例による送受信機の受信部を示す図である。 ＦＦＴウインドウと遅延波の関係を示す図である。 タイミング誤差検出部の構成例を示す図である。 時間シフト量とＦＦＴウインドウの関係を示す図である。 位相シフト部の構成例を示す図である。 パイロットシンボルの配置例を示す図である。

符号の説明

８１ 初期タイミング検出部
８２ ＦＦＴ部
８３ チャネル推定部
８４ 信号検出部
８５ タイミング誤差検出部
８６ フィードバック部
９１ 分離部
９２，９３ パイロット信号除算部
９４，９５ ＩＦＦＴ部
９６，９７ タイミング決定部
９８ タイミング誤差判定部
１２１ 分離部
１２２ パイロット信号除算部
１４１ 分離部
１４２〜１４５ タイミング検出部
１４６，１７６ タイミング誤差判定部
２３２，２３３ パイロット信号除算部
２３４ ＩＦＦＴ部
２３５ インパルス応答長判定部
２３６ 連続性判別部
２５２，２５３ パイロット信号除算部
２５４ 外挿部
２５６ 比較部
３０１ 時間シフト部
３０２ 位相シフト部
３０３ ゼロ挿入部
３０４ ＦＦＴ部

Claims (12)

1. 複数の通信装置が同一周波数で同期して通信を行う通信システムに使用される直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）方式の受信装置であって、
   高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うＦＦＴウインドウを設定する初期タイミング設定手段と、
   受信信号を高速フーリエ変換するＦＦＴ手段と、
   通信相手からの所望信号及び非通信相手からの非所望信号の受信タイミング間の差から誤差情報を導出するタイミング誤差検出手段と、
   を有し、前記タイミング誤差検出手段が、
   受信信号に含まれている所望信号に属するパイロット信号及び非所望信号に属するパイロット信号を分離する手段と、
   所望信号に属するパイロット信号から導出された周波数領域のチャネル推定値を時間領域のチャネルインパルス応答値に変換する第１変換手段と、
   非所望信号に属するパイロット信号から導出された周波数領域のチャネル推定値を時間領域のチャネルインパルス応答値に変換する第２変換手段と、
   所望信号及び非所望信号に関するチャネルインパルス応答値から前記誤差情報を導出する手段と、
   を有することを特徴とする受信装置。
2. ２以上の非所望信号から導出された２以上の周波数領域のチャネル推定値を１つの周波数領域のチャネル推定値に合成する合成手段
   を備え、合成された１つの周波数領域のチャネル推定値が時間領域のチャネルインパルス応答値に変換される
   ことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
3. 周波数帯域が複数の周波数ブロックに分割され、各周波数ブロックは１以上のサブキャリアを含み、
   前記タイミング誤差検出手段は、所望信号に使用される周波数ブロックを使用する非所望信号の受信タイミングだけでなく、他の周波数ブロックに関する非所望信号の受信タイミングをも導出する
   ことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
4. 前記他の周波数ブロックは、所望信号に使用される周波数ブロックに隣接するものである
   ことを特徴とする請求項３記載の受信装置。
5. 所望信号に使用される周波数ブロックを使用する非所望信号の受信タイミング、及び他の周波数ブロックを使用する非所望信号の受信タイミングが重み付け合成される
   ことを特徴とする請求項３記載の受信装置。
6. 先頭波からガードインターバルを超えない範囲内の最大遅延波の開始時点より後の始点と、先頭波の終了時点より前の終点とを有するＦＦＴウインドウが、前記初期タイミング設定手段で設定される
   ことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
7. データシンボル及びパイロットシンボルで異なる期間のガードインターバルが使用され、データシンボル及びパイロットシンボルで異なるＦＦＴウインドウが設定される
   ことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
8. 前記第１変換手段によるチャネルインパルス応答値の位相をパイロットシンボルの挿入位置に応じて補正し、始点の異なるＦＦＴウインドウ間の時間差に応じてチャネルインパルス応答値のタイミングを補正する手段を有する
   ことを特徴とする請求項７記載の受信装置。
9. １つの周波数ブロックを使用する場合のパイロットシンボルパターンを、使用する周波数ブロック数だけ反復することで、複数の周波数ブロックを使用する場合のパイロットシンボルパターンが設定される
   ことを特徴とする請求項３記載の受信装置。
10. 複数の周波数ブロックに関する複数のチャネル推定値を一括して逆フーリエ変換し、変換後の信号の持続時間の長短を判別する手段を有する
    ことを特徴とする請求項３記載の受信装置。
11. 隣接する周波数ブロックの一方に関する周波数領域のチャネル推定値を外挿補間する手段と、
    チャネル推定値の外挿補間前後のサブキャリア成分を比較する手段と
    を有することを特徴とする請求項３記載の受信装置。
12. 複数の通信装置が同一周波数で同期して、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）方式による通信を行う通信システムで使用される受信方法であって、
    受信信号をフーリエ変換し、
    受信信号に含まれている所望信号に属するパイロット信号及び非所望信号に属するパイロット信号を分離し、
    分離された各パイロット信号から導出された周波数領域のチャネル推定値各々を時間領域のチャネルインパルス応答値にそれぞれ変換し、
    変換後のチャネルインパルス応答値から、所望信号及び非所望信号の受信タイミング差を導出し、
    前記受信タイミング差を表す誤差情報を通信相手に報告する
    ことを特徴とする受信方法。

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