JP2005229607A - 直交周波数分割多重化に基づく通信システムのための時間同期化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 各ＯＦＤＭシンボルに既知の一定の保護区間を挿入して周波数オフセット推定の信頼度を向上させることができるＯＦＤＭに基づく通信システムのための同期化方法を提供する。
【解決手段】 ＯＦＤＭに基づく通信システムでの同期化方法において、送信側は、伝送される時間領域データシンボルから独立していると共に、一定のサイクリックプレフィックスを有するＯＦＤＭシンボルを生成して伝送する。受信側は、既知のサイクリックプレフィックスに基づき時間同期誤差を推定する。常に既知の一定のサイクリックプレフィックスを用いて時間同期誤差を推定するので、相関関係の信頼度を高め、これによって、同期化の正確度を向上させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、移動通信システムに関し、特に、直交周波数分割多重化(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:ＯＦＤＭＡ)に基づく移動通信システムでの時間及び周波数の同期化方法に関する。

次世代移動通信では、高品質の多様なマルチメディアサービスを支援するために高速及び高品質のデータ伝送が要求される。最近、このような要求を満足させるための技術の１つとして、ＯＦＤＭ方式に関する研究が活発に進行されている。

ＯＦＤＭ方式は、相互の直交性を有する複数の搬送波を使用するので、周波数の利用効率が高く、データの伝送速度をそのまま保持させつつ、シンボル周期を副搬送波の数だけ延長させるから、周波数選択性フェージングチャンネルによるシンボル間干渉(Inter-Symbol interference；ＩＳＩ)にも強い。

一般的に、ＯＦＤＭ方式では、ＯＦＤＭシンボルの間にチャンネルの最大遅延拡散より長い保護区間を挿入して副搬送波間の直交性を保持させることによって、搬送波間干渉(Inter-Carrier-Interference；ＩＣＩ)とシンボル間干渉(ＩＳＩ)とを減らす。

一方、副搬送波間の直交性を保持するためには、送信器と受信器との時間及び周波数の同期化が要求され、このために、保護区間とサイクリックプレフィックスとの間の相関関係を用いた時間及び周波数の同期化方法が提案された。

この保護区間とサイクリックプレフィックスとの間の相関関係は、下記の式（１）の通りである。

この方式では、継続的な同期推定が可能であるが、多重経路と雑音によって保護区間とサイクリックプレフィックスとの間の相関関係の信頼度が低下する、という短所がある。

このような短所を克服するために、サイクリックプレフィックスを用いて保護区間を挿入する代わりに、時間領域において｛＋１、−１｝で構成されたバイナリ−プレフィックスを用いる同期化方法が提案された。

式（２）を見ても分かるように、バイナリープレフィックスを用いた同期化方法は、すでに知っているバイナリープレフィックスと受信された信号との相関関係を取得することによって、信頼度を高めることができ、従って、正確な周波数オフセットを推定することができる。

しかしながら、この方法では、多重経路環境でサイクリックプレフィックスによって生成された保護区間がない。その結果、遅延した信号は、元の信号にＩＳＩを引き起こす。

一方、保護区間を有し、プレフィックスやトレーニングシーケンス(training sequence)を用いた異なる同期方式では、伝送率を低める、という短所があった。

上記背景に鑑みて、本発明の目的は、各ＯＦＤＭシンボルに既知の一定の保護区間を挿入して周波数オフセット推定の信頼度を向上させることができる、ＯＦＤＭに基づく通信システムのための同期化方法を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明による同期化方法は、送信側が、伝送される時間領域データシンボルから独立していると共に、一定のサイクリックプレフィックスを含むＯＦＤＭシンボルを生成して伝送し、受信側は、このサイクリックプレフィックスを用いて時間同期誤差を推定する。このサイクリックプレフィックスは、この時間領域データシンボルに該当する周波数領域データシンボルに従属的である。ＯＦＤＭシンボルは、次のような方式にて生成される。パリティシンボルは、周波数領域データシンボルに従って生成される。このパリティシンボルは、逆方向フーリエ変換を遂行する場合、時間領域でこのサイクリックプレフィックスが発生するようにし、このデータ信号及びこのパリティシンボルは、逆方向フーリエ変換を遂行してＯＦＤＭシンボルを生成することを特徴とする。

また、本発明による同期化方法は、変調を通して生成されたデータシンボルを直列／並列変換してこのデータシンボルを並列に出力し、この並列に出力されたデータシンボルを用いて少なくとも１つ以上のパリティシンボルを生成する。そうすると、このサイクリックプレフィックスを含むＯＦＤＭシンボルは、このデータシンボル及びこのパリティシンボルの逆フーリエ変換を遂行して生成される。このサイクリックプレフィックスは、いつも同一である。このパリティシンボルは、周波数領域のデータシンボルによって生成され、次のような方式にて生成される。

まず、データ信号ベクトルは、この並列に出力されたデータシンボルの逆フーリエ変換を遂行して生成される。そうすると、このデータ信号ベクトルとこれに対応する参照信号ベクトルとの間の減算を遂行した後、この減算結果のベクトルとこの参照信号ベクトルとを乗算する。この参照信号ベクトルは、データ信号ベクトルに該当参照信号ベクトルをマッピングするマッピングテーブルによって提供されることを特徴とする。

さらに、本発明によるＯＦＤＭ送信器は、伝送されるデータを変調して送信信号を生成する情報生成部と、この情報生成部から出力された送信信号を直列／並列変換する直列／並列変換部と、この直列／並列変換部から出力された信号を用いて少なくとも１つのパリティシンボルを生成するパリティシンボル生成部と、この直列／並列変換部から出力された信号及びこの少なくとも１つのパリティシンボルの逆フーリエ変換を遂行してＯＦＤＭシンボルを生成する第１の逆フーリエ変換部と、を含む。このパリティシンボル生成部は、この直列／並列変換部から出力された信号の逆フーリエ変換を遂行する第２の逆フーリエ変換部と、この直列／並列変換部から出力された信号に該当する参照信号を提供する参照信号生成部と、この直列／並列変換部から出力された信号と前記参照信号生成部から提供された参照信号との減算を遂行する減算部と、この減算部から出力された信号とこの参照信号とを乗算して、この少なくとも１つのパリティシンボルを出力する乗算部と、を含むことを特徴とする。この参照信号生成部は、この第２の逆フーリエ変換部から出力された信号に該当参照信号をマッピングするマッピングテーブルを含む。このパリティシンボルは、この直列／並列変換部から出力された信号によって生成される。このＯＦＤＭシンボルは、サイクリックプレフィックスを含む。このサイクリックプレフィックスは、一定であり、ＯＦＤＭシンボル内に発生することを特徴とする。

本発明による同期化方法は、同期化のための別途のパイロット信号を使用しないので、帯域効率を高めることができる。

また、本発明による同期化方法は、ＯＦＤＭシンボルごとに同一の既知のサイクリックプレフィックス(一定のサイクリックプレフィックス)が生成されて保護区間として機能するので、別途のＣＰ挿入工程を必要としない。

さらに、本発明による同期化方法は、一定のサイクリックプレフィックスが常に受信されるので、相関関係の信頼度が高く、同期化の正確度を向上させることができる。

以下、本発明の望ましい実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本発明の説明において、関連する公知機能、或いは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不要にぼかすものと判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

図１は、本発明の望ましい実施形態によるＯＦＤＭ送信装置を示すブロック図である。
該図に示すように、ＯＦＤＭ送信装置は、情報生成部１０１(またはデータソース)、直列／並列変換部１０２、パリティシンボル生成部１０３、第１の逆高速フーリエ変換部１０４、及び並列／直列変換部１０５を含む。情報生成部１０１は、伝送するデータを変調して送信シンボルを生成し、直列／並列変換部１０２は、情報生成部１０１から出力された送信シンボルを直列／並列変換する。パリティシンボル生成部１０３は、直列／並列変換部１０２から出力された周波数領域シンボルを用いて、時間領域での既知のサイクリックプレフィックスを得るために、周波数領域でデータシンボルに従って決定されるパリティシンボルを生成する。第１の逆高速フーリエ変換部１０４は、直列／並列変換部１０２及びパリティシンボル生成部１０３から出力されたシンボルの逆フーリエ変換を遂行して、ＯＦＤＭシンボルを生成する。並列／直列変換部１０５は、第１の逆高速フーリエ変換部１０４から出力されたＯＦＤＭシンボルを並列／直列変換して伝送する。

図２は、パリティシンボル生成部１０３を詳細に示すブロック図である。該図に示すように、パリティシンボル生成部１０３は、第２の逆高速フーリエ変換部２０１、参照信号生成部２０２、減算部２０３、及び乗算部２０４を含む。第２の逆高速フーリエ変換部２０１は、直列／並列変換部１０２から出力された信号の逆高速フーリエ変換を遂行して時間領域信号に変換する。参照信号生成部２０２は、第２の逆高速フーリエ変換部２０１から出力された信号と演算を通じてこのパリティシンボルを生成するための参照信号を提供する。

参照信号生成部２０２は、このパリティシンボルを生成するための参照信号を提供するために、第２の逆高速フーリエ変換部２０１から出力された信号に該当参照信号をマッピングするマッピングテーブルを含む。すなわち、参照信号生成部２０２は、データ信号ベクトルに該当参照信号ベクトルをマッピングするマッピングテーブルを含む。

減算部２０３は、第２の逆フーリエ変換部２０１から出力された信号と参照信号生成部２０２から出力された参照信号との間の減算を遂行する。乗算部２０４は、減算部２０３から出力された信号と参照信号生成部２０２から出力された信号との乗算を遂行してパリティシンボルを出力する。

本発明の望ましい実施形態による同期化方法では、ＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier transform)を遂行した後に、時間領域信号の同一の位置に同一の既知のサイクリックプレフィックスが発生するように周波数領域で信号を前処理する。

パリティシンボル生成部１０３は、直列／並列変換部１０２から出力されたデータシンボルを用いて周波数領域データシンボルによって決定されたパリティシンボルを生成する。このように生成されたパリティシンボルは、直列／並列変換部１０２から出力された周波数領域データシンボルと共に、第１の逆高速フーリエ変換部１０４と並列／直列変換部１０５を通過した後に、図３に示したような時間領域シンボルシーケンス(symbol sequence)として伝送される。

第１の逆高速フーリエ変換部１０４は、このパリティシンボル及びこの周波数領域シンボルを受信し、１つのＯＦＤＭシンボルとして出力する。図３に示すように、第１の逆高速フーリエ変換部１０４から出力されたＯＦＤＭシンボルのそれぞれは、常に同一の既知のサイクリックプレフィックス、すなわち、一定のサイクリックプレフィックスを含む。

第１の逆高速フーリエ変換部１０２のサイズがＮであり、このパリティシンボルの数がＰであると仮定すれば、この逆高速フーリエ変換によって生成されたＯＦＤＭ信号は、下記式（３）の通りである。

この式（３）は、下記式（４）に示すように再整理されることができる。

ここで、

である。

この式（４）から既知のサイクリックプレフィックスを分離すると、下記式（５）の通りである。

この式（５）を行列式で示すと、下記式（６）の通りである。

この式（５）において、

であるとすれば、式（５）は、下記式（７）のように再整理されることができる。

この式（７）において、

は、入力送信信号の送信データシンボルを示し、それぞれのパリティシンボルが位置するこの入力送信信号の部分に０を挿入することによって求められることができる。

また、

は、ｎ番目の時間に位置する既知のサイクリックプレフィックスの値を示す。従って、式（６）での行列Ａは、下記式（８）のようにＭ×１行列で表される。

この式（８）において、

は、時間軸上に挿入しようとするサイクリックプレフィックスに該当する部分である。

そうすると、行列式Ｂは、下記式（９）のようにＰ×Ｐの行列になる。

また、行列式Ｘは、下記式（１０）のようにＰ×１行列で表されることができる。

ここで、

は、このパリティシンボルが周波数軸上に挿入されて、このパリティシンボルが時間軸上に既知のサイクリックプレフィックスとして配置されることができるようにする。

この式（６）の行列式を解くためには、逆行列Ｂ^−１を求めなければならない。しかしながら、ＩＦＦＴのサイズＮ及びパリティシンボルの個数Ｐが決定されると、この逆行列Ｂ^−１は、常に同一の値を有するので、ルックアップテーブル(lookup table)を提供して逆行列Ｂ^−１の計算量を減らすことができる。

従って、この逆行列Ｂ^−１及びＡ行列の値の行列演算を通じて行列Ｘを求めることができ、この求められた値を周波数軸に挿入することによって、ＯＦＤＭシンボルごとに、同一の既知のサイクリックプレフィックスを含む保護区間を有するようにすることができる。

図４Ａは、本発明の望ましい実施形態による同期化方法を１２８ポイントのＩＦＦＴを使用するＯＦＤＭシステムに適用した場合の、逆フーリエ変換された時間領域ＯＦＤＭ信号を示すグラフである。図４Ｂは、図４Ａに示したＯＦＤＭ信号に含まれている既知のサイクリックプレフィックスを示すグラフである。

図４Ａ及び図４Ｂから分かるように、本発明による同期化方法では、保護区間を定める同一の既知のサイクリックプレフィックスがＯＦＤＭ信号ごとに発生する。本実施形態では、「１」及び「−１」を有する連続された１６個の信号は、既知のサイクリックプレフィックスとして使用される。

なお、上述した実施形態は、本発明の好ましい形態の一例を示すものであり、本発明の精神を逸脱しない範囲における形式や細部等の種々の変更が可能であることは、当業者において明らかである。したがって、本発明の範囲は、上述した実施の形態にのみ限定されるべきではなく、特許請求の範囲及び該範囲と均等なものにより定められるべきである。

本発明の望ましい実施形態によるＯＦＤＭ送信装置を示すブロック図である。 図１に示したパリティシンボル生成部を詳細に示すブロック図である。 本発明の望ましい実施形態によるＯＦＤＭに基づく通信システムのための同期化方法で既知のサイクリックプレフィックスを生成するステップを説明するための概念図である。 本発明の望ましい実施形態によるＯＦＤＭに基づく通信システムのための同期化方法で逆フーリエ変換された時間領域ＯＦＤＭ信号を示すグラフである。 図４Ａに示したＯＦＤＭ信号から分離された既知のサイクリックプレフィックスを示すグラフである。

符号の説明

１０１ 情報生成部
１０２ 直列／並列変換部
１０３ パリティシンボル生成部
１０４ 第１の逆高速フーリエ変換部
１０５ 並列／直列変換部
２０１ 第２の逆高速フーリエ変換部
２０２ 参照信号生成部
２０３ 減算部
２０４ 乗算部

Claims (17)

1. 直交周波数分割多重化に基づく通信システムのために保護区間としてサイクリックプレフィックスを利用した同期化方法であって、
   送信側が、伝送される時間領域データシンボルから独立していると共に、一定のサイクリックプレフィックスを含むＯＦＤＭシンボルを生成して伝送するステップと、
   受信側が、前記サイクリックプレフィックスを用いて時間同期誤差を推定するステップと、
   を含むことを特徴とする同期化方法。
2. 前記サイクリックプレフィックスは、前記時間領域データシンボルに該当する周波数領域データシンボルに依存していることを特徴とする請求項１記載の同期化方法。
3. 前記ＯＦＤＭシンボルを生成するステップは、
   逆方向フーリエ変換を遂行する場合、周波数領域データシンボルに従って、時間領域で前記サイクリックプレフィックスが発生するように、パリティシンボルを生成するステップと、
   前記周波数領域データシンボル及び前記パリティシンボルの逆方向フーリエ変換を遂行するステップと、を含むことを特徴とする請求項１記載の同期化方法。
4. 送信側で保護区間としてのサイクリックプレフィックスを含むＯＦＤＭシンボルを伝送し、受信側で前記サイクリックプレフィックスを用いて送信側との同期を遂行するＯＦＤＭに基づく通信システムのための同期化方法であって、
   変調ステップを通して生成されたデータシンボルを直列／並列変換するステップと、
   前記データシンボルを並列に出力するステップと、
   前記並列に出力されたデータシンボルを用いて少なくとも１つ以上のパリティシンボルを生成するステップと、
   前記データシンボル及び前記パリティシンボルの逆フーリエ変換を遂行して前記サイクリックプレフィックスを含むＯＦＤＭシンボルを生成するステップと、
   を含むことを特徴とする同期化方法。
5. 前記サイクリックプレフィックスは、一定であることを特徴とする請求項４記載の同期化方法。
6. 前記パリティシンボルは、周波数領域でデータシンボルによって生成されることを特徴とする請求項４記載の同期化方法。
7. 前記少なくとも１つのパリティシンボルを生成するステップは、
   前記並列に出力されたデータシンボルの逆フーリエ変換を遂行してデータ信号ベクトルを生成するステップと、
   前記データ信号ベクトルとこれに対応する参照信号ベクトルとの間の減算を遂行するステップと、
   前記減算結果のベクトルと前記参照信号ベクトルとを乗算し、前記少なくとも１つのパリティシンボルを求めるステップと、を含むことを特徴とする請求項４記載の同期化方法。
8. 前記参照信号ベクトルは、データ信号ベクトルに該当参照信号ベクトルをマッピングするマッピングテーブルによって提供されることを特徴とする請求項７記載の同期化方法。
9. 送信側で保護区間としてのサイクリックプレフィックスを含むＯＦＤＭシンボルを伝送し、受信側で前記サイクリックプレフィックスを用いて送信側との同期を遂行するＯＦＤＭに基づく通信システムであって、
   伝送されるデータを変調して送信信号を生成する情報生成部と、
   前記情報生成部から出力された送信信号を直列／並列変換する直列／並列変換部と、
   前記直列／並列変換部から出力された信号を用いて少なくとも１つのパリティシンボルを生成するパリティシンボル生成部と、
   前記直列／並列変換部から出力された信号及び前記少なくとも１つのパリティシンボルの逆フーリエ変換を遂行してＯＦＤＭシンボルを生成する第１の逆フーリエ変換部と、
   を含むことを特徴とする送信器。
10. 前記パリティシンボルは、前記直列／並列変換部から出力された信号によって生成されることを特徴とする請求項９記載の送信器。
11. 前記ＯＦＤＭシンボルは、サイクリックプレフィックスを含むことを特徴とする請求項９記載の送信器。
12. 前記サイクリックプレフィックスは、一定であり、ＯＦＤＭシンボル内に発生することを特徴とする請求項１１記載の送信器。
13. 前記パリティシンボル生成部は、
    前記直列／並列変換部から出力された信号の逆フーリエ変換を遂行する第２の逆フーリエ変換部と、
    前記直列／並列変換部から出力された信号に該当する参照信号を提供する参照信号生成部と、
    前記直列／並列変換部から出力された信号と前記参照信号生成部から提供された参照信号との減算を遂行する減算部と、
    前記減算部から出力された信号と前記参照信号とを乗算して、前記少なくとも１つのパリティシンボルを出力する乗算部と、
    を含むことを特徴とする請求項９記載の送信器。
14. 前記参照信号生成部は、前記第２の逆フーリエ変換部から出力された信号に該当参照信号をマッピングするマッピングテーブルを含むことを特徴とする請求項１３記載の送信器。
15. 前記パリティシンボルは、前記直列／並列変換部から出力された信号によって生成されることを特徴とする請求項１３記載の送信器。
16. 前記ＯＦＤＭシンボルは、サイクリックプレフィックスを含むことを特徴とする請求項１３記載の送信器。
17. 前記サイクリックプレフィックスは、一定であり、ＯＦＤＭシンボル内に発生することを特徴とする請求項１６記載の送信器。
    
    
    

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