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技術 伝搬路推定を行うOFDM受信装置

出願人 KDDI株式会社
発明者 大関武雄李啓山石川博康篠永英之
出願日 2002年11月6日 (18年1ヶ月経過) 出願番号 2002-322687
公開日 2004年6月3日 (16年6ヶ月経過) 公開番号 2004-159084
状態 拒絶査定
技術分野 時分割方式以外の多重化通信方式 交流方式デジタル伝送
主要キーワード 内挿補間処理 位相補正後 耐雑音性 外挿補間 重み付き平均値 送信バースト信号 伝搬状態 振幅位相
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2004年6月3日)のものです。
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図面 (8)

課題

伝搬路推定値追従が難しいような場合であっても、伝搬路推定精度を維持することで追従の失敗を防ぎ、伝送効率を低下させることなく、伝搬路推定を行うOFDM受信装置を提供する。

解決手段

既知プリアンブル信号データシンボルとを有する送信フレームを受信し、該プリアンブル信号及び該データシンボルにおけるサブキャリアを伝搬路推定に用いるOFDM受信装置に関する。本発明のOFDM受信装置によれば、サブキャリア毎推定された伝搬路推定値を出力する伝搬路推定手段と、受信したサブキャリアと伝搬路推定値とを入力し、該サブキャリア毎の伝送品質に基づいて、該サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力するか否かを選択するサブキャリア選択手段と、サブキャリア選択手段から出力された第1の伝搬路推定値を用いて補間する補間処理手段とを有する。

概要

背景

従来、受信側において、振幅位相変動補償した情報シンボルを用いて、逐次的に伝搬路特性推定を行う方式が提案されていた(例えば、非特許文献1参照)。

概要

伝搬路推定値追従が難しいような場合であっても、伝搬路推定精度を維持することで追従の失敗を防ぎ、伝送効率を低下させることなく、伝搬路推定を行うOFDM受信装置を提供する。既知プリアンブル信号データシンボルとを有する送信フレームを受信し、該プリアンブル信号及び該データシンボルにおけるサブキャリアを伝搬路推定に用いるOFDM受信装置に関する。本発明のOFDM受信装置によれば、サブキャリア毎に推定された伝搬路推定値を出力する伝搬路推定手段と、受信したサブキャリアと伝搬路推定値とを入力し、該サブキャリア毎の伝送品質に基づいて、該サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力するか否かを選択するサブキャリア選択手段と、サブキャリア選択手段から出力された第1の伝搬路推定値を用いて補間する補間処理手段とを有する。

目的

本発明は、伝搬路推定値の追従が難しいような場合であっても、伝搬路推定精度を維持することで追従の失敗を防ぎ、伝送効率を低下させることなく、伝搬路推定を行うOFDM受信装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
3件

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請求項1

既知プリアンブル信号データシンボルとを有する送信フレームを受信し、該プリアンブル信号及び該データシンボルにおけるサブキャリア伝搬路推定に用いるOFDM受信装置において、前記サブキャリア毎推定された伝搬路推定値を出力する伝搬路推定手段と、受信した前記サブキャリアと前記伝搬路推定値とを入力し、該サブキャリア毎の伝送品質に基づいて、該サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力するか否かを選択するサブキャリア選択手段と、前記サブキャリア選択手段から出力された前記第1の伝搬路推定値を用いて補間する補間処理手段とを有することを特徴とする伝搬路推定を行うOFDM受信装置。

請求項2

前記サブキャリア選択手段は、前記サブキャリアの伝送品質が所定の閾値以上であれば、該サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力し、前記所定の閾値以下であれは、前記サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力しないことを特徴とする請求項1に記載のOFDM受信装置。

請求項3

前記サブキャリア毎の伝送品質は、該サブキャリア毎の受信電力であることを特徴とする請求項1又は2に記載のOFDM受信装置。

請求項4

前記サブキャリア毎の伝送品質は、該サブキャリア毎の振幅及び位相補正後データとその硬判定との差であることを特徴とする請求項1又は2に記載のOFDM受信装置。

請求項5

前記伝搬路推定値は、以前に振幅・位相補正及び復調を行った前記データシンボルの硬判定を新たなレプリカとして再帰的に更新したものであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のOFDM受信装置。

請求項6

前記伝搬路推定値は、時間的に前後複数の推定値重み付き平均値を用いることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のOFDM受信装置。

技術分野

0001

本発明は、伝搬路推定を行うOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重受信装置に関する。

0002

従来、受信側において、振幅位相変動補償した情報シンボルを用いて、逐次的に伝搬路特性推定を行う方式が提案されていた(例えば、非特許文献1参照)。

0003

ここで対象とするOFDM受信装置が受信する送信フレームは、その先頭プリアンブル信号既知)が付加されたものである。このようなOFDM伝送方式には、例えば、MMAC HiSWANa(ARISTD−T70)等がある。HiSWANaの送信フレームは、BCH(Broadcast CHannel)送信バーストと、下り送信バーストと、上り送信バーストとの3種類で構成される。ここでは説明の簡略化のために、下りリンクを対象とし、BCH送信バーストプリアンブル信号を用いるものとする。

0004

図1は、HiSWANaにおけるBCH(Broadcast CHannel)送信バースト信号フレーム構成図である。

0005

対象とするOFDM受信装置は、図1の送信フレームを受信する。BCH送信バーストにおいて、プリアンブル信号は、Aフィールド、Bフィールド及びCフィールドからなる。プリアンブル信号において、Aフィールド内のAの符号を反転させたものがIA及びRAであり(IA及びRAは同じ)、Bフィールド内のBの符号を反転させたものがIBである。プリアンブル信号から伝搬路推定値を求める場合、Cフィールドを用いる。

0006

図2は、OFDM受信装置における機能構成図である。

0007

図2によれば、OFDM受信装置は、A/Dコンバータ2と、フレーム同期周波数誤差補正部3と、ガードインターバル除去部4と、シリアルパラレル変換部5と、高速フーリエ変換FFT:Fast Fourier Transform)部6と、伝搬路推定・補正処理部1と、パラレルシリアル変換部7と、デマッピング部8と、再マッピング部91と、プリアンブル信号発生部92とを有する。

0008

伝搬路推定・補正処理部1について、伝搬路を推定する方法として、主に、プリアンブル信号及びサブキャリアを用いる繰返し推定と、データシンボル内のパイロットサブキャリアを用いるパイロットサブキャリア推定とがある。

0009

プリアンブル信号を用いて伝搬路を推定する場合、受信したプリアンブル信号を高速フーリエ変換部6で処理し、各搬送波に対するプリアンブル信号を抽出し、それらを各搬送波に対する送信プリアンブル信号で各々除算を行うことで、伝搬路推定値を得ることができる。しかし、伝搬路変動の激しい高速移動環境においては、同一送信フレーム内においても伝搬路の特性が変化する。従って、プリアンブル信号から推定した値と、送信フレーム内の各時点での伝搬特性とは異なり、その推定値を用いて振幅位相補正を行うと誤り率特性劣化が生じる場合がある。

0010

このような問題を解決するために、図2のOFDM受信装置によれば、1送信フレーム時間内での伝搬路変動にその推定値を追従させるために、復調したデータシンボルの硬判定をレプリカとして当該シンボルでの伝搬路推定値を求め、次のデータシンボルの復調に用いている。これにより、伝搬路推定値を実際の伝搬特性に逐次追従させることができる。

0011

一方、パイロットサブキャリア推定の場合、データシンボル内に挿入された受信パイロットサブキャリアを、対応する送信パイロットサブキャリアで各々除算を行うことで、当該シンボルのパイロットサブキャリアに対する伝搬路推定値を得ることができる。そして、それらの伝搬路推定値を、周波数軸方向又は時間軸方向に、内挿補間又は外挿補間を行うことで、パイロットサブキャリア以外のサブキャリアに対する伝搬路推定値を求める。

背景技術

0012

【非特許文献1】
田龍平、原田博司、神尾享秀、田庄司、雅行「高速フェージング環境下におけるOFDMパケット無線伝送方式の振幅位相変動補償方式に関する一検討」、信学技報CS2000−10、RCS2000−21(2000−05)

0013

図2に表されたプリアンブル信号を用いて伝搬路推定を行う方法では、各送信フレームで用いる伝搬路推定値は、その送信フレームの先頭に付加されているプリアンブル信号より得られる値である。伝搬路変動の激しい高速移動環境においては、同一送信フレーム内においても伝搬路の特性が変化する。従って、この様な環境においては、プリアンブル信号から推定した値と、送信フレーム内の各時点での伝搬特性とが異なり、その推定値を用いて振幅・位相補正を行うと誤り率特性の劣化が生じる。

0014

また、この問題を解決するために、復調したOFDMデータシンボルの硬判定をレプリカとして該シンボルでの伝搬路推定値を求め、次のOFDMデータシンボルの復調に用いるという、伝搬路推定値を実際の伝搬特性に逐次追従させる方法がある。しかし、この方法においては、高速な伝搬路変動により一度伝搬路推定値の追従に失敗すると、それ以降該送信フレーム内の復調に影響を及ぼし、ビット誤りが送信フレームの終端まで伝搬していくという問題があった。

0015

一方、パイロットサブキャリア推定の場合、各サブキャリアに対する推定値は搬送波周波数の異なるパイロットサブキャリアの推定値から求めるため、推定精度の劣化が生じる場合がある。また、この推定精度を上げるために挿入するサブキャリア数を増やすと、伝送効率が低下するという問題があった。

発明が解決しようとする課題

0016

そこで、本発明は、伝搬路推定値の追従が難しいような場合であっても、伝搬路推定精度を維持することで追従の失敗を防ぎ、伝送効率を低下させることなく、伝搬路推定を行うOFDM受信装置を提供することを目的とする。

0017

本発明は、既知のプリアンブル信号とデータシンボルとを有する送信フレームを受信し、該プリアンブル信号及び該データシンボルにおけるサブキャリアを伝搬路推定に用いるOFDM受信装置に関する。

0018

本発明のOFDM受信装置によれば、
サブキャリア毎に推定された伝搬路推定値を出力する伝搬路推定手段と、
受信したサブキャリアと伝搬路推定値とを入力し、該サブキャリア毎の伝送品質に基づいて、該サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力するか否かを選択するサブキャリア選択手段と、
サブキャリア選択手段から出力された第1の伝搬路推定値を用いて補間する補間処理手段と
を有することを特徴とする。

0019

本発明におけるOFDM受信装置の他の実施形態によれば、サブキャリア選択手段は、サブキャリアの伝送品質が所定の閾値以上であれば、該サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力し、所定の閾値以下であれは、サブキャリアに相当する伝搬路推定値を出力しないものであってもよい。

0020

また、本発明におけるOFDM受信装置の他の実施形態によれば、サブキャリア毎の伝送品質は、該サブキャリア毎の受信電力であることも好ましい。

0021

更に、本発明におけるOFDM受信装置の他の実施形態によれば、サブキャリア毎の伝送品質は、該サブキャリア毎の振幅及び位相補正後データとその硬判定との差であることも好ましい。

0022

更に、本発明におけるOFDM受信装置の他の実施形態によれば、伝搬路推定値は、以前に振幅・位相補正及び復調を行ったデータシンボルの硬判定を新たなレプリカとして再帰的に更新したものであることも好ましい。

0023

更に、本発明におけるOFDM受信装置の他の実施形態によれば、伝搬路推定値は、時間的に前後複数の推定値の重み付き平均値を用いることも好ましい。

課題を解決するための手段

0024

即ち、本発明は、プリアンブル信号から推定した伝搬路推定値を初期値とし、以降復調したOFDMデータシンボルの硬判定をレプリカとして伝搬路推定値を更新していく方法と、伝搬路推定値を当該シンボルのサブキャリア以外のサブキャリアに対する伝搬路推定値の周波数軸方向又は時間方向の内挿・外挿補間処理によって求める方法とを組み合わせて、伝搬路推定の精度を向上させるものである。

0025

以下では、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

0026

図3は、本発明による伝搬路推定・補正処理部の機能構成図である。

0027

図3によれば、第1の伝搬路推定部11は、高速フーリエ変換部6からプリアンブル信号又はサブキャリアを入力し、プリアンブル信号発生部92から出力されたプリアンブル信号、又は、再マッピング部91から出力された再マッピング後データを入力する。

0028

第1の伝搬路推定部11は、受信したプリアンブル信号内のCフィールドに対し、高速フーリエ変換処理を行って各搬送波のプリアンブル信号を抽出し、各搬送波の送信プリアンブル信号で除算し、伝搬路の推定値を求める。Cフィールドは、2OFDMシンボル長の時間を有することから、それぞれのシンボルで推定値を求め、搬送波毎平均化処理を行うことで耐雑音性を高めることもできる。

0029

第1の伝搬路推定部11における推定では、プリアンブル信号から求められた推定値を初期値Hdata(0,k)とする。kは、サブキャリア番号を表す。また、n番目のデータシンボルから求まる推定値をHdata(n,k)とする。このとき、再マッピング後データを元にした推定値であるHdata(n−1,k)を用いてn番目のデータシンボルの振幅及び位相補正し、デマッピングをして、硬判定結果を得る。その硬判定結果を再度マッピングし、得られた信号でそのデータシンボルを搬送波毎に除算することで、そのシンボルでの推定値Hdata(n,k)を求める。

0030

これにより、第1の伝搬路推定部11は、プリアンブル信号から推定した伝搬路推定値を初期値とし、以降復調したデータシンボルの硬判定をレプリカとして伝搬路推定値を更新し、送信フレームの最後尾まで行う。

0031

第2の伝搬路推定部13は、サブキャリア選択部131と、内挿・外挿補間処理部132とからなる。サブキャリア選択部131は、高速フーリエ変換部6から出力されたサブキャリアと、第1の伝搬路推定部11で推定された推定値とを入力し、補間処理を行うサブキャリアを選択する。内挿・外挿補間処理部132は、選択されたサブキャリアに対し補間処理を行う。

0032

第2の伝搬路推定部13は、第1の伝搬路推定部で推定されたサブキャリア毎の推定値のうち、補正に使わない推定値を選択し、破棄し、残ったサブキャリアの推定値を、周波数軸方向又は時間軸方向の内挿補間又は外挿補間を計算し、サブキャリアの推定値Hfit(n,k)を求める。

0033

サブキャリア選択部131は、第1の伝搬路推定部11で推定されたn番シンボルのk番サブキャリアに対する推定値Hdata(n,k)のうち、高速フーリエ変換部6からの出力であるn番シンボルのk番サブキャリアの受信信号課す任意の条件に従って、後段の振幅・位相補正部26で用いてはならない推定値を選択し、破棄する。内挿・外挿補間処理部132は、残った推定値の内挿補間値又は外挿補間値を計算することで、破棄したサブキャリアの推定値を再度求める。これにより、伝搬路推定値の推定精度の改善を図る。

0034

また、サブキャリア選択部131は、選択条件をそのシンボルにおけるサブキャリアの受信電力で決定することもできる。この場合、サブキャリアの受信電力に対する閾値thを入力し、受信電力がその閾値th未満のサブキャリアに対する第1の伝搬路推定部11からの推定値は破棄し、残った推定値からの補間で推定値を更新する。

0035

このように、サブキャリアの受信電力に条件を設けることにより、受信電力が比較的高いサブキャリアには、プリアンブル信号及びサブキャリアを用いる第1の伝搬路推定部11によって求められた推定値を用いて振幅及び位相の補正を行う。一方、受信電力が小さく位相回転が急なサブキャリアに対しては、受信電力が高いサブキャリアの推定値と補間処理によって求められた推定値を用いて振幅及び位相の補正を行う。これにより、推定値の追従外れを起こす確率を小さくすることができる。

0036

最後に、振幅・位相補正部12は、第2の伝搬路推定部13から出力された推定値H(n,k)を用いて、高速フーリエ変換部6から出力されたサブキャリアに対して、振幅及び位相の補正を行う。

0037

図4は、本発明の第2の実施形態の伝搬路推定・補正処理部の機能構成図である。

0038

図4によれば、サブキャリア選択部131は、選択条件を振幅及び位相補正後データとその硬判定との差で決定するものである。この時、振幅及び位相補正後データとその硬判定との差に対する閾値th2を入力し、差が閾値th2以上のサブキャリアに対する第1の伝搬路推定部11からの推定値は破棄し、残った推定値からの補間で推定値を更新する。

0039

このように、振幅及び位相補正後データとその硬判定との差に条件を設けることにより、その差が比較的小さいサブキャリアには、プリアンブル信号及びサブキャリアを用いる第1の伝搬路推定部11によって求められた推定値を用いて振幅及び位相の補正を行う。一方、その差が大きい場合、前回伝搬路の推定を行った時点より伝搬路が急激に変化していることから、そのサブキャリアに対しては、差が小さいサブキャリアの推定値と補間処理によって求められた推定値を用いて振幅及び位相の補正を行う。これにより、推定値の追従外れを起こす確率を小さくすることができる。

0040

図5は、再マッピング後信号を用いた伝搬路推定値の更新の説明図である。

0041

図5によれば、複素数表現された信号を、I軸同相成分)及びQ軸(直交成分)からなる平面上に表している。図5(a)が、n番シンボルのk番サブキャリアの受信信号点であるとする。また、図5(b)は、直交成分Qをとする点から、既に求められている伝搬路推定値H(n−1,k)が表されており、その信号の逆特性である補正信号もI軸の対称方向に表されている。図5(c)は、図5(a)の受信信号点を、図5(b)の補正信号によって振幅位相補正をしたものである。次に、図5(d)は、図5(c)の信号の硬判定を再マッピングした信号である。図5(e)は、図5(a)の信号及び図5(d)の信号から得られる伝搬路推定値及びその補正信号を表したものである。

0042

また、上述の伝搬路推定値の更新方法に対し、伝搬路推定値の時間方向の平均化処理を適用することも有効である。すなわち、n番目のデータシンボルの振幅及び位相の補正に用いる伝搬路推定値をHdata(n−1,k)とするのではなく、以下の式で与えられる重み付きの平均値とすることで、耐雑音性と急激な伝搬路変動に対する耐性を高めることができる。
【数1】

0043

図6は、本発明によって補間された位相の説明図である。

0044

図6によれば、上段図は、サブキャリアである周波数fに対する受信電力を表している。ここでは、ある周波数において閾値th以下の受信電力が検出されている。下段図は、周波数fに対する伝搬路推定値の位相を表している。本来であれば、閾値th以下の受信電力となった周波数においては、急激な位相反転に追従できない伝搬路推定値が求められる。しかし、受信電力が高いサブキャリアに対する伝搬路推定値に対して内挿補間処理を行うことで、受信電力の低いサブキャリアに対する伝搬路推定が可能となる。従って、1つのサブキャリアの伝送品質が劣悪なものとなったとしても、そのサブキャリア以外のサブキャリアの伝搬路推定値を用いて、より適切と思われる伝搬路推定値を導き出すことができる。

0045

図7は、サブキャリア間の補間による伝搬路推定・補正処理の説明図である。

0046

図7(a)は、2つのサブキャリアの伝搬路推定値H(n,k)及びH(n,l)である。図7(b)は、図7(a)の2つのサブキャリアの間で、内挿補間により推定したものである。内挿補間によって導出された推定値H(n,m)からみて、I軸の対称方向の点を補正信号として推定する。図7(c)は、第3象限の受信信号点を、図7(b)の補正信号によって補正したものである。

発明を実施するための最良の形態

0047

前述した本発明の種々の実施形態によれば、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

発明の効果

0048

以上、詳細に説明したように、本発明における伝搬路推定を行うOFDM受信装置によれば、従来技術で伝搬路推定値の追従に失敗するような場合であっても、伝搬路推定精度を維持することで追従の失敗を防ぎ、伝送効率を低下させることなく、伝搬路推定を行うことができる。

図面の簡単な説明

0049

本発明によれば、プリアンブル信号及びサブキャリアを用いて推定した伝搬路推定値の追従が難しくなるような伝搬状態の悪い搬送波に対しては、伝搬路状態の良い搬送波に対して推定した伝搬路推定値の内挿補間値又は外挿補間値を新たな伝搬路推定値とすることで、伝搬路推定値の精度を高めることができる。これにより、ビット誤り率の改善を図り、より高品質で安定した通信サービスを提供することが可能となる。

図1
HiSWANaにおけるBCH下り送信バースト信号のフレーム構成図である。
図2
OFDM受信装置の機能構成図である。
図3
本発明による伝搬路推定・補正処理部の機能構成図である。
図4
本発明における第2の実施形態の伝搬路推定・補正処理部の機能構成図である。
図5
再マッピング後信号を用いた伝搬路推定値の更新の説明図である。
図6
本発明によって補間された位相の説明図である。
図7
サブキャリア間の補間による伝搬路推定・補正処理の説明図である。
【符号の説明】
1 伝搬路推定・補正処理部
11 第1の伝搬路推定部
12振幅・位相補正部
13 第2の伝搬路推定部
131サブキャリア選択部
132内挿・外挿補間処理部
2 A/Dコンバータ
3フレーム同期、周波数誤差補正部
4ガードインターバル除去部
5シリアル/パラレル変換部
6高速フーリエ変換部
7パラレル/シリアル変換部
8デマッピング部
91 再マッピング部
92 プリアンブル信号発生部

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