JP4007992B2

JP4007992B2 - タイムドメインスプレッディングの方法および装置

Info

Publication number: JP4007992B2
Application number: JP2005017065A
Authority: JP
Inventors: 俊宏 ▲登▼; 匡時呉; 郁民荘
Original assignee: 國防部軍備局中山科學研究院
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2025-01-25
Also published as: JP2006211035A

Description

本発明は、超広帯域（ＵＷＢ）受信装置に関する。より詳しくは、ＵＷＢ受信装置用のタイムドメインスプレッディングの方法および装置に関する。

超広帯域（ＵＷＢ）技術は、現在、短距離の無線データ送受信に用いられている無線通信技術である。前記ＵＷＢ技術は、低消費電力と、高伝送速度と、および低コストの優位性から、高品質、大容量の無線通信に応用可能である。前記ＵＷＢ技術を応用した無線通信により、家庭あるいはオフィスにあるデジタル機器間の高速通信が利用しやすく便利なものになっている。さらに、前記ＵＷＢ技術は、ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮｓ）に利用され、高品質画像と、音楽と、および大容量データの伝送などの短距離通信サービスを提供できる。また前記ＵＷＢ技術は、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮｓ）と、ホームネットワークと、および短距離用レーダーとしても利用可能である。

前記ＵＷＢ無線通信技術において、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）後の直交性を維持するため、およびマルチパスフェイディングを改善するために用いられている従来技術は以下の２つの方法からなる。１つの方法は、前記ＦＦＴの前記周波数信号にサイクリックプリフィックスを付加することである。しかしながら、この方法は、のこぎり歯型の高調波損失を生じやすい。送信装置から発生する前記周波数信号の前記のこぎり歯型の高調波損失を除去するために、前記サイクリックプリフィックスを付加する代わりに、ゼロパッディッドプリフィックスを付加することにより、前記マルチパスフェイディングおよび信号の高調波損失が除去される。

前記多帯域直交周波数分割マルチプレクシング（ＭＢＯＦＤＭ）システムでは、前記周波数は１４の帯域に分割される。個々の帯域の帯域幅は約５２８ＭＨｚである。前記帯域は３．１ＧＨｚおよび１０．６ＧＨｚの間で連続して割り当てられ、一連のＯＦＤＭシンボル信号を対応する帯域に送信する。前記ＵＷＢ送信装置の仕様では、ＯＦＤＭシンボル信号の信号時間は、１６５サンプリングタイムに対して約３１２．５ｎｓであり、その内訳は、３２サンプリングタイムに対して６０．６ｎｓの前記ゼロパッディッドプリフィックスと、１２８サンプリングタイムに対して２４２．４ｎｓのデータ信号と、５サンプリングタイムに対して約９．５ｎｓの異なる帯域に切り替えるためのガードインターバルと、からなる。

図１は、ＵＷＢ受信装置のシンボル信号を処理するための従来のタイムドメインスプレッディングの方法を示す略図である。シンボル信号Ｓ（ｎ）に対して逆ＦＦＴを実行する。前記シンボル信号は、タイムドメインスプレッディング装置１００に入力される。前記タイムドメインスプレッディング装置１００は、１つの帯域で一連のシンボル信号Ｓ（ｎ）を伝送するだけでなく、前記シンボル信号Ｓ（ｎ）の実数部分と虚数部分を交換し、別のシンボル信号Ｒ（ｎ）を得る。前記シンボル信号Ｒ（ｎ）は、別の帯域で伝送され、タイムドメインスプレッディングオペレーションの実質的な役割を担う。ここで、Ｓ（ｎ）＝Ｐ_I（ｎ）＋ｊＰ_Q（ｎ）、その実数部分と虚数部分を交換したシンボル信号Ｒ（ｎ）はＲ（ｎ）＝Ｐ_Q（ｎ）＋ｊＰ_I（ｎ）、ｎは１から１２８までの整数である。

前記ＵＷＢ受信装置では、前記タイムドメインデスプレッディングオペレーションのための特別な技術が求められる。従来のデスプレッディング回路は前記送信装置の前記スプレッディング回路とは異なったものである。このように異なった前記送信装置のスプレッディング回路はコストを増加させる。さらに、前記従来の受信装置のチャンネル補償メカニズムがさらに複雑なものになる。エラーが起こりやすく、前記受信装置は正常に動作できない。

したがって、本発明は、超広帯域（ＵＷＢ）受信装置用のタイムドメインスプレッディングの方法に関し、前記チャンネル補償メカニズムの複雑さ、およびエラーを低減し、前記信号の品質を向上させる。

また、本発明は、ＵＷＢ受信装置用のタイムドメインスプレッディング装置に関し、前記チャンネル補償メカニズムの複雑さ、およびエラーを低減し、前記信号の品質を向上させる。

本発明の目的は、ＵＷＢ受信装置用のタイムドメインスプレッディングの方法を提供することである。前記ＵＷＢ受信装置は、ＵＷＢ送信装置から送信される一連の多帯域直交周波数分割マルチプレクシング（ＭＢＯＦＤＭ）シンボル信号の受信に適する。前記ＵＷＢ送信装置は、タイムドメインスプレッディング装置からなり、信号Ｓ（ｎ）＝Ｐ_I（ｎ）＋ｊＰ_Q（ｎ）の実数部分と虚数部分を交換し、別の信号Ｒ（ｎ）＝Ｐ_Q（ｎ）＋ｊＰ_I（ｎ）を得る。ここで、ｎは整数である。前記ＵＷＢ受信装置は、一連の受信シンボル信号を受信する。前記ＵＷＢ受信装置用の前記タイムドメインスプレッディングの方法は次の２段階からなり、
高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行し、前記受信シンボル信号の一つに対応して、一連の変換された信号Ｙ（ｍ）を得る。ここで、前記Ｙ（ｍ）＝Ｙ_I（ｍ）＋ｊＹ_Q（ｍ）であり、ｍは整数であり、
前記変換された信号の実数部分と虚数部分を交換し、前記実数部分と虚数部分が交換された信号を逆に出力し、複数のデスプレッディング受信データ信号Ｘ（ｍ）を得る。ここで、前記Ｘ（ｍ）＝Ｙ_Q（―ｍ）＋ｊＹ_I（―ｍ）である。

本発明の目的は、超広帯域（ＵＷＢ）受信装置のタイムドメインスプレッディング装置を提供することである。前記ＵＷＢ受信装置は、ＵＷＢ送信装置から送信される一連の多帯域直交周波数分割マルチプレクシング（ＭＢＯＦＤＭ）シンボル信号の受信に適する。前記ＵＷＢ送信装置は、タイムドメインスプレッディング装置からなり、信号Ｓ（ｎ）＝Ｐ_I（ｎ）＋ｊＰ_Q（ｎ）の実数部分と虚数部分を交換し、別の信号Ｒ（ｎ）＝Ｐ_Q（ｎ）＋ｊＰ_I（ｎ）を得る。ここで、ｎは０より大きい整数である。前記ＵＷＢ受信装置は、一連の受信シンボル信号を受信する。前記ＵＷＢ受信装置は、さらに、前記タイムドメインスプレッディング装置に接続された高速フーリエ変換器からなる。前記高速フーリエ変換器は、高速フーリエ変換を実行し、前記受信シンボル信号の一つに対応して、一連の変換された信号Ｙ（ｍ）を得る。ここで、前記Ｙ（ｍ）＝Ｙ_I（ｍ）＋ｊＹ_Q（ｍ）であり、前記ｍは０より大きい整数である。すなわち、前記ＵＷＢ受信装置用の前記タイムドメインスプレッディングの方法は、前記変換された信号の実数部分と虚数部分を交換し、前記実数部分と虚数部分が交換された信号を逆に出力し、複数のデスプレッディング受信データ信号Ｘ（ｍ）を得ることを特徴とする。ここで、前記Ｘ（ｍ）＝Ｙ_Q（―ｍ）＋ｊＹ_I（―ｍ）である。

本発明の一実施例では、前記ｎは、例えば、１から１２８までの整数であり、前記ｍも、例えば、１から１２８までの整数である。

本発明では、簡単なタイムドメインスプレッディングの方法および装置を用いる。それにより、前記ＵＷＢ受信装置の複雑さが低減され、前記信号エラーが低減される。

上記および上記以外の本発明の特徴の理解は、添付図面とあわせて以下の本発明の実施例の詳細な説明を読めば、いっそう深まるであろう。

図２は、本発明の一実施例の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置用のタイムドメインスプレッディングの方法を示すブロック図である。図３は、本発明の一実施例のＵＷＢ受信装置を示すブロック図である。

図２について説明する。多帯域直交周波数分割マルチプレクシング（ＭＢ―ＯＦＤＭ）のＵＷＢデータ送受信システムでは、シンボル信号Ｓ（ｎ）は、無線通信技術の搬送波により伝送される高周波であり、シンボル信号Ｓ（ｎ）の実数部分と虚数部分は交換されて、タイムドメインスプレッディングオペレーションが実行される。タイムドメインスプレッディングオペレーション２０２によって、別の一連の信号Ｒ（ｎ）が得られる。その後、Ｒ（ｎ）は、図３に示したように、マルチパスチャンネル２０６を介してＵＷＢ受信装置３００に送られる。ここで、Ｓ（ｎ）＝Ｐ_I（ｎ）＋ｊＰ_Q（ｎ）、その実数部分と虚数部分を交換した信号Ｒ（ｎ）は、Ｒ（ｎ）＝Ｐ_Q（ｎ）＋ｊＰ_I（ｎ）、ｎは１から１２８までの整数である。したがって、ＭＢＯＦＤＭシンボル信号のデータ信号は、１２８サンプリングタイムに対して約２４２．４ｎｓに保たれる。データ信号の前部に位置するゼロパッディッドプリフィックスは、３２サンプリングタイムに対して約６０．６ｎｓである。データ信号の後部に位置する、異なる周波数に切り替えるためのガードインターバル（ＧＩ）は、５サンプリングタイムに対して約９．５ｎｓである。

定義された時間およびシンボルタイミングウィンドウの起点にしたがって、ＵＷＢ受信装置３００は、一連のＯＦＤＭシンボル信号Ｓ（ｎ）およびＲ（ｎ）を受信する。シンボルタイミングウィンドウの個々の最初の位置において帯域の切り替えが起こり、一連の受信シンボル信号を取り込む。受信シンボル信号の一つに対応して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）２１０が実行され、一連の変換された信号Ｙ（ｍ）を得る。ここで、Ｙ（ｍ）＝Ｙ_I（ｍ）＋ｊＹ_Q（ｍ）であり、Ｙ_I（ｍ）はＹ（ｍ）の実数部分、Ｙ_Q（ｍ）はＹ（ｍ）の虚数部分、ｍは１から１２８までの整数である。タイムドメインスプレッディングオペレーション２１２が実行され、変換された信号Ｙ（ｍ）の実数部分と虚数部分を交換し、実数部分と虚数部分が交換された信号を逆に出力し、複数のデスプレッディング受信データ信号Ｘ（ｍ）を得る。ここで、Ｘ（ｍ）＝Ｙ_Q（―ｍ）＋ｊＹ_I（―ｍ）である。

図３について説明する。ＵＷＢ受信装置３００は、アンテナ３１０と、周波数ホッピングジェネレーター３２０と、周波数ミキサー３３０と、アナログ／デジタル変換器３４０と、シンボルシーケンスウィンドウアダプター３５０と、高速フーリエ変換器３６０と、タイムドメインデスプレッディング装置３７０と、チャンネルイコライザー３８０と、からなる。ここで、ＵＷＢ受信装置３００のアンテナ３１０は、図示されていないＵＷＢ送信装置から送られる一連のＭＢＯＦＤＭシンボル信号Ｓ（ｎ）およびＲ（ｎ）を受信する。ＭＢＯＦＤＭシンボル信号は、周波数ミキサー３３０に入力され、周波数ホッピングジェネレーター３２０で発生されるセントラル周波数信号と周波数混合され、搬送波が取り除かれ、ＭＢＯＦＤＭ信号そのものが得られる。周波数ミキサー３３０の出力信号は、アナログ／デジタル変換器３４０に送られ、デジタル信号に変換される。シンボルシーケンスウィンドウアダプター３５０は、アナログ／デジタル変換器３４０からの出力を受け取り、ゼロパッディッドプリフィックスシーケンスおよびガードインターバルシーケンスを取り除く。チャンネル効果テールが受信データ信号の前部に付加され、付加された受信データ信号が出力される。したがって、受信信号はサーキュラーコンボルーションキャラクタリスティックを有する。

受信データ信号は、高速フーリエ変換器３６０に入力され、周波数ドメイントランスフォームを実行され、一連の変換された信号Ｙ（ｍ）が得られる。ここで、

数式１および数式２より、デスプレッディング受信データ信号Ｘ（ｍ）が得られ、その手順は、変換された信号をタイムドメインデスプレッディング装置３７０に入力し、変換された信号の実数部分と虚数部分を交換し、交換された信号Ｘ（ｍ）＝Ｙ_Q（―ｍ）＋ｊＹ_I（―ｍ）を逆に出力する。

最後に、受信データ信号は、チャンネルイコライザー３８０に送られる。チャンネルイコライザー３８０は、通例、インターシンボルインターフィアランス（ＩＳＩ）により生じる高調波損失を補正する。データ伝送出力を増加させたり、およびチャンネルの帯域幅を増加させたりすること無く、チャンネルイコライザー３８０は、受信信号の振幅および遅延を補正し、伝送チャンネルの品質を向上させる。

図４は、パケットエラーレート（ＰＥＲ）とＳ／Ｎ比（Ｅ_b／Ｎ_o）の間の関係を示す曲線である。シミュレーションによると、伝送速度２００ＭｂｐｓのＭＢＯＦＤＭのＵＷＢシステムのＰＥＲは、アッディドホワイトガウスノイズ（ＡＷＧＮ）環境下でのＵＷＢの仕様要件、およびＵＷＢチャンネルＣＭ１−４の仕様要件を満たすことが可能である。

したがって、本発明では、簡単なタイムドメインスプレッディングの方法および装置を用いる。ＵＷＢのＦＦＴはタイムドメインスプレッディング装置に送られ、データの実数部分と虚数部分が交換され、データの出力順序が変更される。それにより、ＵＷＢ受信装置の補正メカニズムの複雑さが低減され、信号エラーが低減される。

模範的な実施例について本発明を説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、添付クレームは、本発明の相当物の範囲を逸脱することなく当業者によってなされる本発明のその他の変形および実施例を含み、広く構成されるものである。

ＵＷＢ受信装置のシンボル信号を処理するための従来のタイムドメインスプレッディングの方法を示す略図である。本発明の一実施例の超広帯域（ＵＷＢ）受信装置用のタイムドメインスプレッディングの方法を示すブロック図である。本発明の一実施例のＵＷＢ受信装置を示すブロック図である。パケットエラーレート（ＰＥＲ）とＳ／Ｎ比（Ｅ_b／Ｎ_o）の間の関係を示す曲線である。

符号の説明

１チャンネル
２チャンネル
３チャンネル
４チャンネル
１００タイムドメインスプレッディング装置
２０２タイムドメインスプレッディングオペレーション
２０６マルチパスチャンネル
２１２タイムドメインスプレッディングオペレーション
３００受信装置
３１０アンテナ
３２０周波数ホッピングジェネレーター
３３０周波数ミキサー
３４０デジタル変換器
３５０シンボルシーケンスウィンドウアダプター
３６０高速フーリエ変換器
３７０タイムドメインデスプレッディング装置
３８０チャンネルイコライザー

Claims

超広帯域（ＵＷＢ）受信装置用のタイムドメインスプレッディングの方法であって、前記ＵＷＢ受信装置は、ＵＷＢ送信装置から送信される一連の多帯域直交周波数分割マルチプレクシング（ＭＢＯＦＤＭ）シンボル信号の受信に適し、前記ＵＷＢ送信装置は、タイムドメインスプレッディング装置からなり、信号Ｓ（ｎ）＝Ｐ_I（ｎ）＋ｊＰ_Q（ｎ）の実数部分と虚数部分を交換し、別の信号Ｒ（ｎ）＝Ｐ_Q（ｎ）＋ｊＰ_I（ｎ）を得、ここで、ｎは整数であり、前記ＵＷＢ受信装置は、一連のシンボル信号を受信するところの、次の２段階からなる、前記ＵＷＢ受信装置用の前記タイムドメインスプレッディングの方法であって
高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行し、前記受信信号の一つに対応して、一連の変換された信号Ｙ（ｍ）を得、ここで、Ｙ（ｍ）＝Ｙ_I（ｍ）＋ｊＹ_Q（ｍ）であり、ｍは整数であり、
前記変換された信号の実数部分と虚数部分を交換し、前記実数部分と虚数部分が交換された信号を逆に出力し、複数のデスプレッディング受信データ信号Ｘ（ｍ）を得、ここで、Ｘ（ｍ）＝Ｙ_Q（―ｍ）＋ｊＹ_I（―ｍ）であること、
を特徴とする超広帯域（ＵＷＢ）受信装置用のタイムドメインスプレッディングの方法。
超広帯域（ＵＷＢ）受信装置のタイムドメインスプレッディング装置であって、前記ＵＷＢ受信装置は、ＵＷＢ送信装置から送信される一連の多帯域直交周波数分割マルチプレクシング（ＭＢＯＦＤＭ）シンボル信号の受信に適し、前記ＵＷＢ送信装置は、タイムドメインスプレッディング装置からなり、信号Ｓ（ｎ）＝Ｐ_I（ｎ）＋ｊＰ_Q（ｎ）の実数部分と虚数部分を交換し、別の信号Ｒ（ｎ）＝Ｐ_Q（ｎ）＋ｊＰ_I（ｎ）を得、ここで、ｎは０より大きい整数であり、前記ＵＷＢ受信装置は、一連のシンボル信号を受信し、前記ＵＷＢ受信装置は、さらに、前記タイムドメインスプレッディング装置に接続された高速フーリエ変換器からなり、前記高速フーリエ変換器は、高速フーリエ変換を実行し、前記受信信号の一つに対応して、一連の変換された信号Ｙ（ｍ）を得、ここで、前記Ｙ（ｍ）＝Ｙ_I（ｍ）＋ｊＹ_Q（ｍ）であり、前記ｍは０より大きい整数であり、すなわち、前記ＵＷＢ受信装置用の前記タイムドメインスプレッディングの方法は、前記変換された信号の実数部分と虚数部分を交換し、前記実数部分と虚数部分が交換された信号を逆に出力し、複数のデスプレッディング受信データ信号Ｘ（ｍ）を得ることを特徴とし、ここで、前記Ｘ（ｍ）＝Ｙ_Q（―ｍ）＋ｊＹ_I（―ｍ）であること、
を特徴とする超広帯域（ＵＷＢ）受信装置のタイムドメインスプレッディング装置。
請求項２に記載のＵＷＢ受信装置のタイムドメインスプレッディング装置において、前記ＵＷＢ受信装置が、さらに、前記タイムドメインスプレッディング装置の出力端子に接続されたチャンネルイコライザーを有することを特徴とするＵＷＢ受信装置のタイムドメインスプレッディング装置。