WO2001020831A1

WO2001020831A1 - Ofdm communication device and detecting method

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Description

明細書

O F DM通信装置および検波方法技術分野

本発明は、ディジ夕ル無線通信システムにおいて使用される OF DM通信装置および検波方法に関する。背景技術

現在の地上波の伝送路における伝送特性の劣化の主な要因は、マルチパス妨害である。このマルチパス妨害に対して強い O F DM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 伝送方式が近年注目されている。この OF DM伝送方式は、ある信号区間で互いに直交する多数（数十〜数百）のディジ夕ル変調波を多重する方式である。

従来の OF DM通信装置は、受信信号を F FT回路で時間一周波数変換した後、受信信号に含まれるパイロットシンボルと既知信号とを複素乗算することにより、チャネル推定値を得る。そして、チャネル推定値と、情報 OF D Mシンボルとが複素乗算されることにより、 O F D Mシンボルの伝搬歪が補償される。そして、伝搬歪が補償された OF DMシンボルが誤り訂正回路で誤り訂正されて、受信データである情報ビット列が得られる。

従来の OF DIV [通信装置は、長い情報を送信する場合に、図 1に示すように、情報 OF DMシンボル中にある一定間隔でチャネル推定用のパイロッ卜シンボル（斜線部）を挿入することにより、時々刻々変動する伝搬路特性に追従している。すなわち、図 2に示すように、従来の OFDM通信装置は、パイロッ卜シンボル Aで得られたチャネル推定値を用いて情報〇 F DMシンボル 1〜nの伝搬歪を補償し、パイロットシンボル Bで得られたチャネル推定値を用いて情報 OF DMシンボル n + 1〜2 nの伝搬歪を補償する。しかしながら、従来の O F D M通信装置は、このように長い情報を送信する場合に、伝搬路特性の時間変動に追従するために、頻繁にパイロットシンボルなどの既知信号を情報 O F D Mシンボル中に挿入する必要がある。よつて、従来の O F D M通信装置による通信では、長い情報を送信する場合に伝送効率が低下してしまうという問題がある。

この問題を解決するために、本発明者は、先に、受信信号の判定値を既知信号として用いて、チャネル推定を適応的に行う O F D M通信装置およびチャネル推定方法を提案した。これにより、長い情報が送信され、伝搬路特性の時間変動が大きい場合でも、伝送効率を低下させずに、伝送路特性の時間変動に適応的に追従して低い誤り率を維持することができる。

しかしながら、上記本発明者が先に提案した 0 F D M通信装置およびチャネル推定方法では、残留位相誤差が存在する場合に、以下のようなことが考えられる。なお、「残留位相誤差」とは、搬送波周波数オフセット補償で補償しきれなかった周波数オフセットおよび周波数シンセサイザの位相雑音による位相誤差をいう。

すなわち、上記本発明者が先に提案した O F D M通信装置およびチャネル推定方法では、誤り訂正された受信信号を再符号化した信号または伝搬歪補償後の受信信号を硬判定した信号を用いてチャネル推定値を適応的に更新すると同時に残留位相誤差を補償する。ところが、残留位相誤差の時間的変動量が伝搬路特性の変動による位相誤差の時間的変動量に対して大きいため、チャネル推定値を適応的に更新すると同時に残留位相誤差を推定 ·補償するには、新たに推定したチャネル推定値のみを用いて残留位相誤差を補償する必要がある。

しかしながら、新たに推定したチャネル推定値のみを用いて残留位相誤差を補償すると、誤り訂正後の情報ビットまたは硬判定後の情報シンボルに誤りが存在する場合に、チャネル推定値の誤差が大きくなつてしまう。また、新たに推定したチャネル推定値のみを用いて残留位相誤差を補償すると、加法性雑音等の外乱による推定誤差も無視できなくなる。したがって、受信特性を劣化させないためには、過去の情報を利用してチャネル推定値を更新する必要がある。

しかしながら、過去のチャネル推定値を用いて伝搬歪の補償を行った後にパイロットキャリアよって残留位相誤差を推定 ·補償すると、時間的変動の速い残留位相誤差による位相変動に追従できず、残留位相誤差の推定ができないほど位相回転が進むおそれがある。

また、パイロットキャリアによる伝搬歪の補償での誤差が大きい場合、推定される残留位相誤差にパイロットキヤリアの位相変動分が加わってしまうこの状態で残留位相誤差の推定 ·補償を行うと、パイロットキャリアの位相変動量が各サブキヤリァで異なるため、残留位相誤差の推定値に誤差が生じ、受信特性の劣化を招いてしまう。発明の開示

本発明の目的は、伝搬路特性の時間的変動が大きい場合でも伝送効率を低下させずに、伝搬路特性の時間的変動に適応的に追従して受信特性を向上させるとともに、残留位相誤差が存在する場合でも伝送効率を低下させずに、残留位相誤差の時間的変動に適応的に追従して受信特性を向上させることができる O F D M通信装置および検波方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明では、チャネル推定および伝搬歪の補償を行う前に残留位相誤差を推定 ·補償する。すなわち、本発明では、残留位相誤差を除去した信号を用いてチャネル推定する。また、本発明では、受信信号に含まれる各サブキヤリアに共通な変化量である残留位相誤差と各サブキヤリァで異なる変化量である伝搬歪とを独立に、それぞれの時間的変動に追従して補償する。これにより、本発明では、残留位相誤差が無視できない環境において長い情報を送る場合であっても、伝送効率を低下させることなく優れた受信特性を得ることができる。図面の簡単な説明

図 1は、従来のチャネル推定方法において使用されるシンボルの構成を示す模式図である。

図 2は、従来のチャネル推定方法を説明するための図である。

図 3は、本発明の実施の形態 1に係る OF DM通信装置の構成を示すプロック図である。

図 4は、本発明の実施の形態 1に係る OF DM通信装置の残留位相誤差補償回路の内部構成を示すブロック図である。

図 5は、本発明の実施の形態 1に係る OF DM通信装置の残留位相誤差補償回路における位相誤差演算回路の内部構成を示すプロック図である。図 6は、本発明の実施の形態 1に係る検波方法において使用されるシンポルの構成を示す模式図である。

図 7は、本発明の実施の形態 1に係る OFDM通信装置の残留位相誤差補償回路の別の内部構成を示すブロック図である。

図 8は、本発明の実施の形態 2に係る OFDM通信装置の構成を示すプロック図である。

図 9は、本発明の実施の形態 2に係る OFDM通信装置の残留位相誤差補償回路の内部構成を示すブロック図である。

図 1 0は、本発明の実施の形態 3に係る OFDM通信装置の残留位相誤差補償回路の内部構成を示すブロック図である。

図 1 1は、本発明の実施の形態 4に係る OF DM通信装置の残留位相誤差補償回路の内部構成を示すブロック図である。

図 1 2は、本発明の実施の形態 5に係る OF DM通信装置の残留位相誤差補償回路の内部構成を示すブロック図である。

図 1 3は、本発明の実施の形態 6に係る OF DM通信装置の構成を示すブ口ック図である。図 14は、本発明の実施の形態 6に係る OFDM通信装置の残留位相誤差推定回路の内部構成を示すプロック図である。

図 1 5は、本発明の実施の形態 7に係る OF DM通信装置の構成を示すブ口ック図である。

図 1 6は、本発明の実施の形態 7に係る OFDM通信装置の位相雑音補償回路の内部構成を示すブロック図である。

図 1 7は、本発明の実施の形態 8に係る OFDM通信装置の構成を示すブ口ック図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する < (実施の形態 1)

アンテナ 1 0 1を介して受信された OF DM信号は、無線受信回路 1 02 で無線受信処理がなされてベースバンド信号となる。このベースバンド信号は、無線受信回路 1 02内の直交検波器で直交検波処理され、ローパス · フィル夕で不要周波数成分が除去された後、 AZD変換器で AZD変換されるなお、直交検波処理により受信信号は同相成分と直交成分に分かれるが、図面では一つの信号経路としている。

このべ一スバンド信号は、 F FT (Fast Fourier Transform) 回路 1 03 で F FT演算される。この F FT演算により各サブキヤリァに割り当てられた信号が得られる。 F FT回路 1 0 3で F FT演算された信号は、残留位相誤差補償回路 1 04に送られる。そして、残留位相誤差補償回路 1 04は、受信 OF DM信号に含まれる連続して送られたパイロットシンボルを用いて遅延検波を行うことにより、残留位相誤差の推定を行う。また、残留位相誤差補償回路 1 04は、推定された残留位相誤差に基づいて、パイロットシンボルと、パイ口ットシンボル以降の情報 O F D Mシンボルのすべてのサブキャリアに対して、残留位相誤差の補償を行う。

残留位相誤差を補償された信号は、伝搬路歪補償回路 1 0 5に送られる。伝搬路歪補償回路 1 0 5は、受信 O F D M信号に含まれるパイロットシンボルと既知信号とを複素乗算することにより、チャネル推定を行う。これにより、最初のチャネル推定値（初期値）が得られる。

また、伝搬路歪補償回路 1 0 5は、最初のチャネル推定値を用いて、情報 O F D Mシンボルの伝搬歪の補償を、 O F D Mシンボル毎に逐次行う。伝搬歪を補償された情報 O F D Mシンボルは、逐次、誤り訂正回路 1 0 6に送られて、誤り訂正回路 1 0 6で誤り訂正される。誤り訂正回路 1 0 6からは、符号化単位毎に誤り訂正された情報ビッ卜列が出力される。この情報ビット列は、誤り検出回路 1 0 7に送られて、誤り検出回路 1 0 7でこの情報ビッ卜列に対して誤り検出が行われる。そして、誤り検出後の情報ビット列が、受信データとして誤り検出回路 1 0 7から出力される。

誤り訂正後の情報ビット列は、定期的に再符号化回路 1 0 8に送られる。再符号化回路 1 0 8では、誤り訂正された情報ビット列に対して再符号化処理、再変調処理、および再配列処理が行われる。このように再符号化された誤り訂正後の情報ビット列が、伝搬路歪補償回路 1 0 5に送られる。伝搬路歪補償回路 1 0 5は、この再符号化された情報ビット列を既知信号として用いる。つまり、伝搬路歪補償回路 1 0 5は、この再符号化された情報ビット列と F F T演算された信号とを複素乗算することによりチャネル推定を行つて、チャネル推定値を求める。そして、伝搬路歪補償回路 1 0 5では、このチャネル推定値によって、最初のチヤネル推定値が更新される。

ここで、チャネル推定値の推定精度とチャネル推定値の時間的変動への追従性とを両立させるために、過去のチャネル推定値も用いてチャネル推定値の更新を行うことが考えられる。この場合でも、伝搬路歪補償回路 1 0 5に入力される受信 O F D M信号は相対的に時間的変動量の大きな残留位相誤差成分がすでに補償された状態であるため、伝搬路特性の変動によって発生する相対的に時間的変動量の小さな位相誤差および位相雑音を高い精度で、適応的に推定 ·補償することが可能となる。

一方、各サブキャリア毎の送信データは、例えば、 QP S K (Quadrature Phase Shi ft Keying) や QAM (Quadrature Amplitude Modulation) などの変調方式によってディジタル変調された後、 I F F T (Inverse Fast Fourier Transform) 回路 1 0 9に入力される。そして、 I F F T回路 1 0 9に入力された送信信号は、 I F FT回路 1 0 9で I F FT演算されて OF DM信号となる。この OFDM信号は、無線送信回路 1 1 0に送られ、 DZ A変換された後所定の無線処理がなされて、アンテナ 1 0 1を介して送信される。

次いで、残留位相誤差補償回路の構成および動作について、図 4および図 5を用いて説明する。図 4は、図 3に示す残留位相誤差補償回路の内部構成を示すブロック図である。また、図 5は、図 4に示す位相誤差演算回路の内部構成を示すブロック図である。

図 4に示す残留位相誤差補償回路は、連続して送信される複数のパイ口ットシンボルを用いて残留位相誤差の推定 ·補償を行なう回路である。また、本実施の形態での OF DM通信に使用されるシンボルの構成は、図 6に示すようになる。すなわち、パイロットシンボル以外のプリアンブルに続けて、既知信号である複数のチャネル推定用パイロットシンボルが送信され、その複数のパイロットシンボルに後に情報 O F D Mシンボルが続く構成となる。

F FT処理された受信 OF DM信号のうち 1番目のパイロットシンボルが、スィッチ 2 0 1の接続 · 切断制御により、遅延器 2 0 2、複素乗算器 2 0 3 および位相誤差演算回路 2 04へ入力される。 2番目のパイロットシンボルも同様に入力される。そして、複素乗算器 2 0 3において、 1番目のパイ口ッ卜シンボルと 2番目のパイロッ卜シンボルとが複素乗算されることにより遅延検波が行われる。 n個のパイロットシンボルが送信されていれば、 i番目と i 一 1番目のパイロットシンボル間で遅延検波が行われる。遅延検波された信号は、連続する 2パイロットシンボル間の位相差を表している。

複素乗算器 2 0 3は伝搬路特性の時間的変動が無視できる程度の時間で遅延検波が行われるように設定されている。このため、複素乗算器 2 0 3から出力される信号は、残留位相誤差成分のみを含んだ信号となる。そして、この残留位相誤差成分のみを含んだ信号が、位相誤差演算回路 2 0 4へ入力される。

位相誤差演算回路 2 0 4は、遅延検波により算出された各サブキャリアの残留位相誤差を用いて推定精度の高い残留位相誤差を算出する。ここで、複素乗算器 2 0 3の後段に位相誤差演算回路 2 0 4を設けるのは次の理由による。すなわち、パイロットシンボルやパイロットキャリアを用いた遅延検波により算出される各サブキヤリァの残留位相誤差は加法性雑音を含んでいる。このため、各サブキャリアの残留位相誤差を単体で用いると、残留位相誤差の推定精度が悪化する。したがって、パイロットシンボルあるいはパイロットキヤリァから算出される複数の残留位相誤差を用いて雑音成分を抑圧し、より推定精度の高い残留位相誤差を算出するために、複素乗算器 2 0 3の後段に位相誤差演算回路 2 0 4を設けたものである。

位相誤差演算回路 2 0 4は、例えば図 5に示すような内部構成となっている。位相誤差演算回路 2 0 4では、まず、複素乗算器 2 0 3から出力される各パイロットキャリアのすべての遅延検波出力が、同相成分（ I成分）、直交成分（Q成分）別々に、全受信パイロットキャリア加算器 3 0 1および全受信パイ口ットキャリァ加算器 3 0 2により加算される。

一方、 2乗和回路 3 0 3により各パイロットキャリアの電力値（ I ² + Q ² ) が算出され、全受信パイロットキャリア加算器 3 0 4により各パイロットキャリアのすべての電力値が加算される。

そして、除算器 3 0 5および除算器 3 0 6が、加算された遅延検波出力を電力加算値で除算ことにより、加算された遅延検波出力を正規化する（振幅を 1にする）。

位相誤差演算回路 2 0 4を、図 5に示すような構成とすることにより、複数のパイ口ッ卜キヤリァから得られた残留位相誤差を平均化して S Z Nを大きくすることができる。よって、より正確な残留位相誤差を推定することができる。

なお、位相誤差演算回路 2 0 4の構成は、上記構成に限られるものではない。つまり、位相誤差演算回路 2 0 4は、雑音成分を抑圧して S Z Nを大きくすることができる回路であれば、どのような構成をとつてもよい。例えば, 位相誤差演算回路 2 0 4の構成としては、 1 ) 等利得合成により S Z Nを向上させる構成、 2 ) 最大比合成により S Z Nを向上させる構成、 3 ) 所定の閾値を超えたパイロットキャリアまたはパイロットシンボルのキヤリアを用いて平均、等利得合成または最大比合成を行うことにより S Z Nを向上させる構成、 4 ) もっとも受信電力の大きいキャリアによる位相誤差を用いる構成等を採ることができる。上記いずれの構成も、位相誤差の推定結果の S Z Nを向上させることを目的としたものである。

また、パイロットシンボルを 2つ以上用いる場合には、位相誤差演算回路 2 0 4が演算結果を平均化することにより、さらに雑音成分を抑圧した正確な位相誤差を推定することができるようになる。

位相誤差演算回路 2 0 4からの出力信号は一旦メモリ 2 0 5に格納された後、複素乗算器 2 0 6に入力される。複素乗算器 2 0 6では、 1シンボル前までにメモリ 2 0 7に累積された残留位相誤差に、今回算出された残留位相誤差が複素乗算によって新たに累積される。そして、残留位相誤差の新たな累積値がメモリ 2 0 7に格納される。

この格納された残留位相誤差の累積値は、スィツチ 2 0 8の接続 ·切断制御により、一定間隔ごとに複素乗算器 2 0 9へ出力される。そして、複素乗算器 2 0 9が、 F F T回路 1 0 3からの出力信号と残留位相誤差の累積値とを複素乗算する。これにより、受信 O F D M信号の残留位相誤差が補償される。残留位相誤差が補償された受信 O F D M信号は、伝搬路歪補償回路 1 0 5へ送られる。

なお、残留位相誤差補償回路 1 0 4において、図 7に示すように、図 4に示すスィツチ 2 0 1の代わりにセレクタ 5 0 1を用いて、情報〇 F D Mシンボル間に挿入されたパイ口ッ卜キヤリアを用いて残留位相誤差の推定 ·補償を行うようにしてもよい。

この場合、 F F T回路 1 0 3より出力された受信 O F D M信号のうち、パイロットキャリアをセレクタ 5 0 1によって取り出す。パイロットキャリア以外の信号は複素乗算器 2 0 9へ入力される。セレクタ 5 0 1により取り出されたパイロットキャリアは、上記同様の動作にて、複素乗算器 2 0 3で、 1つ前のパイロットキャリアと複素乗算される。これにより、遅延検波が行なわれる。

遅延検波後の信号は位相誤差演算回路 2 0 4に入力される。そして、位相誤差演算回路 2 0 4によって、残留位相誤差の推定値が算出される。算出された残留位相誤差の推定値は、メモリ 2 0 5に格納される。

メモリ 2 0 5に格納された残留位相誤差の推定値は、複素乗算器 2 0 6へ入力され、メモリ 2 0 7に格納されている過去に累積された残留位相誤差と複素乗算される。これにより、 1 O F D Mシンボル分の残留位相誤差がメモリ 2 0 7に格納される。そして、複素乗算器 2 0 9で、 F F T回路 1 0 3からの出力信号と残留位相誤差の累積値とが複素乗算されることにより、受信 O F D M信号の残留位相誤差が補償される。残留位相誤差が補償された受信 O F D M信号は、伝搬路歪補償回路 1 0 5へ送られる。

このように、本実施の形態によれば、搬送波周波数の同期ずれにより生じた残留位相誤差を正確に推定 ·補償した後、チャネル推定および伝搬歪の補償を行う。このため、本実施の形態によれば、残留位相誤差が大きい場合であっても、チャネル推定および伝搬歪の補償の際には伝搬路特性の変動のみに追従すれば足りることになる。よって、本実施の形態によれば、残留位相誤差の存在下であっても、優れた受信特性の同期検波を行うことができる。

(実施の形態 2)

本実施の形態に係る O F DM通信装置が実施の形態 1に係る OF DM通信装置と異なる点は、 F FT処理の前段で時系列信号に対して残留位相誤差の推定 ·補償を行う点である。

図 8は、本発明の実施の形態 2に係る OF DM通信装置の構成を示すプロック図である。なお、図 8において図 3に示した構成と同一の構成には図 3 と同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。

残留位相誤差補償回路 60 1は、無線受信回路 1 02から出力された OF DM信号に対して残留位相誤差の推定 ·補償を行う。残留位相誤差補償回路 60 1は、図 9に示す構成を採る。図 9は、図 8に示す残留位相誤差補償回路の内部構成を示すブロック図である。

無線受信回路 1 02から出力された時系列信号は、遅延器 70 1および複素乗算器 702に入力される。そして、複素乗算器 702において、連続して送信された複数のパイ口ット信号が複素乗算されることにより遅延検波が行なわれる。遅延検波された信号は、積算器 703へ入力される。

ここで、 F F Tの入出力数を N、受信パイロットシンボルを R(mT,n)、 Tを 1 O F DMシンボル時間、 m= 0， l,2,'--、 n = 1， 2，···，Νとすると、複素乗算器 7 0 2および積算器 703による処理後の出力は以下の式（ 1) のようになる。

Ν

R(mT ,n)R((m -1)Τ,η) ' · '(1) 次いで、振幅が 1になるように上式（1) に示す処理結果が正規化回路 7

04で正規化され、 1 F FTサンプリング時間あたりに変化する位相変動量 (複素値）が位相変動量算出器 705により算出される。

算出された 1 F F丁サンプリング時間あたりの位相変動量は、複素乗算器 7 0 6へ入力される。そして、複素乗算器 7 0 6によって、 1 F F Tサンプル前までにメモリ 7 0 8に累積された位相変動量に今回算出された 1サンプル分の位相変動量が累積される。この累積された位相変動量は、正規化回路 7 0 7で振幅が 1になるように正規化された後、メモリ 7 0 8に蓄えられるそして、複素乗算器 7 0 9によって、無線受信回路 1 0 2からの出力信号と位相変動量とが複素乗算されることにより、受信〇 F D M信号の残留位相誤差が補償される。

このように、本実施の形態によれば、実施の形態 1同様、搬送波周波数の同期ずれにより生じた残留位相誤差を正確に推定 ·補償した後、チャネル推定および伝搬歪の補償を行う。このため、本実施の形態によれば、残留位相誤差が大きい場合であっても、チャネル推定および伝搬歪の補償の際には伝搬路特性の変動のみに追従すれば足りることになる。よって、本実施の形態によれば、残留位相誤差の存在下であっても、優れた受信特性の同期検波を行うことができる。

(実施の形態 3 )

本実施の形態に係る O F D M通信装置が実施の形態 1に係る O F D M通信装置異なる点は、残留位相誤差補償回路において、残留位相誤差の推定値を複数シンボル分平均化した値を用いて残留位相誤差を補償する点である。本実施の形態に係る O F D M通信装置の構成は、残留位相誤差補償回路以外について実施の形態 1と同様であるので、本実施の形態では、残留位相誤差補償回路についてのみ説明する。

図 1 0は、本発明の実施の形態 3に係る O F D M通信装置の残留位相誤差補償回路の内部構成を示すブロック図である。なお、図 1 0において図 4に示した構成と同一の構成には図 4と同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。

遅延検波後の信号は位相誤差演算回路 2 0 4に入力される。そして、位相誤差演算回路 2 0 4によって、残留位相誤差の推定値が算出される。算出された残留位相誤差の推定値は、平均化回路 8 0 1およびスィツチ 8 0 2へ出力される。

平均化回路 8 0 1では、複数 O F D Mシンボル分の残留位相誤差の推定値の平均値が算出される。ここで、平均に用いるシンボル数 nは、残留位相誤差の推定値にパイ口ットキャリァの伝搬路特性の時間的変動成分が含まれないようにするため、伝搬路特性の時間的変動量に比べ十分に小さな値とする平均化された残留位相誤差の推定値は、メモリ 8 0 3に一旦蓄積された後、スィッチ 8 0 2へ出力される。なお、平均化回路 8 0 1で行われる平均化処理の方法は、加法性雑音による推定誤差を低減できさえすれば、特に限定されない。

スィッチ 8 0 2は、位相誤差演算回路 2 0 4からの出力とメモリ 8 0 3からの出力とを切り替えて、複素乗算器 2 0 6へ入力する。このようにスイツチ 8 0 2によって複素乗算器 2 0 6への入力を切り替えているのは、平均化処理が終了するまでの nシンボル分の間は位相誤差演算回路 2 0 4の出力 (すなわち、平均化されていない残留位相誤差の推定値）を直接使用し、平均化処理終了後はメモリ 8 0 3の出力（すなわち、平均化された残留位相誤差の推定値）を使用することにより、平均化処理によって生じる残留位相誤差推定 ·補償処理での処理遅延を小さくするためである。

なお、 nシンボル分平均するまでの間は、その時点で平均された値を逐次用いて残留位相誤差の推定 ·補償を行うようにしてもよい。つまり、 i番目 ( 1 < i < n ) のシンボルでは、 1番目から i番目までの平均値を用いるようにしてもよい。

スィッチ 8 0 2で選択された残留位相誤差の推定値は複素乗算器 2 0 6へ入力される。

このように、本実施の形態によれば、残留位相誤差補償回路において、 2 シンボル以上のパイロットシンボルまたはパイロットキヤリアにより推定された残留位相誤差の平均値を用いて残留位相誤差を補償するため、残留位相誤差の存在下であっても、優れた受信特性の検波処理を行うことができるとともに、加法性雑音によって発生する残留位相誤差の推定値の誤差を低減することができる。

(実施の形態 4 )

本実施の形態に係る O F D M通信装置が実施の形態 1に係る O F D M通信装置と異なる点は、残留位相誤差補償回路において、パイロットシンボルによる残留位相誤差の推定と、パイロットキャリアによる残留位相誤差の推定とを組み合わせて行い、両者で算出された残留位相誤差の推定値を使用して残留位相誤差を補償する点である。

本実施の形態に係る O F D M通信装置の構成は、残留位相誤差補償回路以外について実施の形態 1と同様であるので、本実施の形態では、残留位相誤差補償回路についてのみ説明する。

図 1 1は、本発明の実施の形態 4に係る O F D M通信装置の残留位相誤差補償回路の内部構成を示すブロック図である。なお、図 1 1において図 4に示した構成と同一の構成には図 4と同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。

図 1 1に示す残留位相誤差補償回路は、実施の形態に 1におけるパイロットシンボルを用いた残留位相誤差補償回路と、実施の形態に 1におけるパイロットキヤリアを用いた残留位相誤差補償回路とを組み合わせたものである。図 1 1において、まずパイロットシンボルの遅延検波結果を用いて、位相誤差演算回路 1で残留位相誤差の推定値が算出され、この算出された残留位相誤差の推定値がスィツチ 9 0 1およびスィツチ 9 0 2へ出力される。このとき、スィッチ 9 0 1は、位相誤差演算回路 1で算出された残留位相誤差の推定値がメモリ 2 0 5へ蓄積される状態となっており、スィツチ 9 0 2は、位相誤差演算回路 1で算出された残留位相誤差の推定値が複素乗算器 2 0 6 へ入力される状態となっている。

パイロットシンボルに続く情報 O F D Mシンボル対しては、位相誤差演算回路 2で、パイロットキヤリアの遅延検波結果を用いて残留位相誤差の推定値が算出される。なお、位相誤差演算回路 1および位相誤差演算回路 2は、実施の形態 1における位相誤差演算回路 2 0 4と同一の構成を採るものである。

メモリ 2 0 5に蓄えられたパイロッ卜シンボルから算出された残留位相誤差の推定値は乗算器 9 0 3によって重み付けされる。また、パイロットキヤリァから算出された残留位相誤差の推定値は乗算器 9 0 4によって重み付けされる。そして、これらの重み付けされた残留位相誤差の推定値が、加算器 9 0 5によって加算される。従って、加算器 9 0 5の出力は、以下の式 ( 2 ) のようになる。

加算器 9 0 5の出力

= W X (パイロットキャリアから算出された残留位相誤差の推定値） + ( 1 - W) X ( 1つ過去の残留位相誤差の推定値） … （2 ) ここで、 Wは重み係数であり、係数選択回路 9 0 6により与えられる。係数選択回路 9 0 6は、回線品質などの品質情報に基づく制御信号にしたがつて、あらかじめ設定された重み係数を選択する。なお、すべての場合の重み係数が同じであってもよい。

加算器 9 0 5での加算結果は、メモリ 2 0 5および複素乗算器 2 0 6へ出力される。このとき、スィッチ 9 0 1は、加算結果がメモリ 2 0 5へ蓄積される状態となっており、スィッチ 9 0 2は、加算結果が複素乗算器 2 0 6へ入力される状態となっている。

このように、本実施の形態によれば、残留位相誤差補償回路において、パィロットシンボルによる残留位相誤差の推定と、パイロットキャリアによる残留位相誤差の推定とを組み合わせて行い、両者で算出された残留位相誤差の推定値を使用して残留位相誤差を補償するため、残留位相誤差の存在下であっても、優れた受信特性の検波処理を行うことができるとともに、きわめて精度の高い残留位相誤差の推定が可能となる。

(実施の形態 5 )

本実施の形態に係る O F D M通信装置が実施の形態 4に係る〇 F D M通信装置と異なる点は、残留位相誤差補償回路において、残留位相誤差の推定値を複数シンボル分平均化した値を用いて残留位相誤差を補償する点である。本実施の形態に係る O F D M通信装置の構成は、残留位相誤差補償回路以外について実施の形態 4と同様であるので、本実施の形態では、残留位相誤差補償回路についてのみ説明する。

図 1 2は、本発明の実施の形態 5に係る O F D M通信装置の残留位相誤差補償回路の内部構成を示すブロック図である。なお、図 1 2において図 1 1 に示した構成と同一の構成には図 1 1と同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。

位相誤差演算回路 2で算出された残留位相誤差の推定値は、平均化回路 1 0 0 1へ出力される。

平均化回路 1 0 0 1では、複数 O F D Mシンボル分の残留位相誤差の推定値の平均値が算出される。ここで、平均に用いるシンボル数 nは、残留位相誤差の推定値にパイロットキヤリアの伝搬路特性の時間的変動成分が含まれないようにするため、伝搬路特性の時間的変動量に比べ十分に小さな値とする。平均化された残留位相誤差の推定値は、メモリ 1 0 0 2に一旦蓄積された後、乗算器 9 0 4へ出力される。なお、平均化回路 1 0 0 1で行われる平均化処理の方法は、加法性雑音による推定誤差を低減できさえすれば、特に限定されない。

メモリ 2 0 5に蓄えられた残留位相誤差の推定値は乗算器 9 0 3によって重み付けされ、また、平均化された残留位相誤差の推定値は乗算器 9 0 4によって重み付けされる。そして、これらの重み付けされた残留位相誤差の推定値が、加算器 9 0 5によって加算される。

このように、本実施の形態によれば、残留位相誤差補償回路において、残留位相誤差の推定値を複数シンボル分平均化した値を用いて残留位相誤差を補償するため、残留位相誤差の存在下であっても、優れた受信特性の検波処理を行うことができるとともに、きわめて精度の高い残留位相誤差の推定が可能となる。さらに、本実施の形態では、加法性雑音によって発生する残留位相誤差の推定値の誤差を低減することができる。

(実施の形態 6 )

本実施の形態に係る O F D M通信装置が実施の形態 1に係る O F D M通信装置と異なる点は、 F F T処理と残留位相誤差の推定とを同時に並行して行う点である。

図 1 3は、本発明の実施の形態 6に係る O F D M通信装置の構成を示すブロック図である。なお、図 1 3において図 3に示した構成と同一の構成には図 3と同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。

無線受信回路 1 0 2から出力された時系列信号は、 F F T回路 1 0 3および残留位相誤差推定回路 1 1 0 1へ同時に入力される。すなわち、この時系列信号に対して、一方で F F T回路 1 0 3により F F T処理が行われている間に、他方で同時並行的に残留位相誤差推定回路 1 1 0 1により残留位相誤差の推定が行われる。

残留位相誤差推定回路 1 1 0 1は、図 1 4に示す構成を採る。図 1 4は、図 1 3に示す残留位相誤差推定回路の内部構成を示すブロック図である。無線受信回路 1 0 2から出力された時系列信号は、遅延器 1 2 0 1および複素乗算器 1 2 0 2に入力される。そして、複素乗算器 1 2 0 2において、連続して送信された複数のパイロット信号が複素乗算されることにより遅延検波が行なわれる。遅延検波された信号は、積算器 1 2 0 3へ入力される。

ここで、 F F Tの入出力数を N、受信パイロットシンボルを R (mT，n)、 Tを 1 O F DMシンボル時間、 m= 0， 1， 2， ·■'、 n = 1 , 2 , ··'， Nとすると、複素乗算器 1 2 0 2および積算器 1 2 0 3による処理後の出力は以下の式（3) のようになる。

N

Y R(mT ,n)R((m - l)T ,η) ---(3)

« =1 次いで、振幅が 1になるように上式（3) に示す処理結果が正規化回路 1 2 04で正規化されることにより 1 O F DMシンボル区間における残留位相誤差の推定値が算出され、算出された残留位相誤差の推定値がメモリ 1 2 0 5に蓄えられる。そして、複素乗算器 1 1 0 2によって、 F FT回路 1 0 3 からの出力信号と残留位相誤差の推定値との複素乗算が行われることにより, 受信 OF DM信号の残留位相誤差が補償される。

このように本実施の形態によれば、 F FT処理と残留位相誤差の推定とを同時に並行して行うため、残留位相誤差の存在下であっても、優れた受信特性の検波処理を行うことができるとともに、受信信号に対する残留位相誤差の推定 ·補償に要する時間を短縮することができる。 (実施の形態 7)

本実施の形態に係る〇 F D M通信装置が実施の形態 1に係る〇 F D M通信装置と異なる点は、チャネル推定および伝搬歪の補償を行った後に、位相雑音の推定 ·補償を行う点である。

本実施の形態に係る〇 F DM通信装置は、実施の形態 1に係る O F DM通信装置の伝搬路歪補償回路の後段に、位相雑音補償回路を設けた構成を採る。図 1 5は、本発明の実施の形態 7に係る OF DM通信装置の構成を示すプロック図である。なお、図 1 5において図 3に示した構成と同一の構成には図 3と同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。

残留位相誤差推定補償回路 1 04では、パイロットシンボルの残留位相誤差の推定値またはこの推定値の複数シンボル分の平均値が用いられる場合、位相雑音による位相誤差成分が残留位相誤差に含まれない。また、伝搬路歪補償回路 1 0 5では、一度チャネル推定すると次にチャネル推定するまで同じチャネル推定値で伝搬歪の補償を行うため、一括復調する場合を除き、シンボル毎に変動する位相雑音に追従することが困難となる。そこで、本実施の形態では、伝搬路歪補償回路 1 0 5の後段に、位相雑音補償回路 1 3 0 1 を設けて対処するものである。

図 1 6は、図 1 5に示す位相雑音補償回路 1 3 0 1の内部構成を示すプロック図である。図 1 6において、セレクタ 1 4 0 1は、伝搬路歪補償回路 1 0 5より出力された受信 O F D M信号からパイロットキャリァを取り出す。パイロットキャリアは複素乗算器 1 4 0 2に入力され、パイロットキャリア以外の信号は複素乗算器 1 4 0 4に入力される。

複素乗算器 1 4 0 2に入力された受信パイロットキャリアは、送信パイ口ットキヤリアと同じパイロッ卜キヤリア信号と複素乗算される。これにより、各パイロットキャリア毎の位相誤差が算出される。各パイロットキャリアより算出された位相誤差は、位相誤差演算回路 1 4 0 3に入力される。そして、位相誤差演算回路 1 4 0 3によって、各位相誤差について等利得合成または最大比合成等の処理が施されることにより、より正確な位相誤差が算出される。そして、複素乗算器 1 4 0 4によって、位相誤差演算回路 1 4 0 3で算出された位相誤差と情報キヤリァとの複素乗算が行われることにより、情報キャリアの位相雑音が補償される。

このように、本実施の形態によれば、チャネル推定および伝搬歪の補償を行った後に、位相雑音の推定 ·補償を行うため、残留位相誤差の存在下であつても、優れた受信特性の検波処理を行うことができるとともに、残留位相誤差の補償および伝搬歪の補償によって補償しきれない位相雑音を補償することができる。 (実施の形態 8 )

本実施の形態に係る O F D M通信装置が実施の形態 7に係る〇 F D M通信装置と異なる点は、受信情報の長さおよび位相雑音量に応じて、残留位相誤差の推定 ·補償および位相雑音の推定 ·補償を行うか否か切り替える点である。

図 1 7は、本発明の実施の形態 8に係る O F D M通信装置の構成を示すブロック図である。なお、図 1 7において図 1 5に示した構成と同一の構成には図 1 5と同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。

図 1 7において、連続して受信されるシンボルの長さが短い場合には、スイッチ 1 5 0 1は、 F F T回路 1 0 3と伝搬路歪補償回路 1 0 5とが直接接続される状態なり、スィッチ 1 5 0 2は、伝搬路歪補償回路 1 0 5と誤り訂正回路 1 0 6とが位相雑音補償回路 1 3 0 1を介して接続される状態となる ^ すなわち、受信情報の長さが短い場合には、後段の同期検波による位相雑音の推定 ·補償は行われるが、前段の遅延検波による残留位相誤差の推定 ·補償は行われないことになる。

受信されるシンボルの長さが短い場合に、このような接続状態となるようにしたのは、以下の理由による。すなわち、受信されるシンボルの長さが短い場合には、プリアンブルによる搬送波周波数オフセット補償で周波数オフセットを十分補償でき残留位相誤差は十分に小さくなるため、チャネル推定および伝搬歪の補償の前段で残留位相誤差の推定 ·補償を行う必要がないからである。

また、残留位相誤差および位相雑音の推定 ·補償を、チャネル推定および伝搬歪の補償の前段で、遅延検波を用いた残留位相誤差推定補償回路 1 0 4 にて行うことも考えられる。しかし、受信されるシンボルの長さが短い場合には、位相誤差の時間的変動量が小さいため、同期検波を用いた位相雑音補償回路 1 3 0 1で位相雑音を推定 · 補償する方が、位相雑音を精度よく推定 ·補償できる。一方、受信されるシンボルの長さが長く、かつ位相雑音が無視できる程度のものである場合には、スィッチ 1 5 0 1は、 F F T回路 1 0 3と伝搬路歪補償回路 1 0 5とが残留位相誤差推定補償回路 1 0 4を介して接続される状態となり、スィッチ 1 5 0 2は、伝搬路歪補償回路 1 0 5と誤り訂正回路 1 0 6とが直接接続される状態となる。

また、受信されるシンボルの長さが長く、かつ位相雑音が無視できない程度のものである場合には、スィッチ 1 5 0 1は、 F F T回路 1 0 3と伝搬路歪補償回路 1 0 5とが残留位相誤差推定補償回路 1 0 4を介して接続される状態となり、スィッチ 1 5 0 2は、伝搬路歪補償回路 1 0 5と誤り訂正回路 1 0 6とが位相雑音補償回路 1 3 0 1を介して接続される状態となる。

なお、通信チャネル以外のチャネルを介して受信されるシンボル長を示す制御情報に基づき、スィッチ 1 5 0 1およびスィッチ 1 5 0 2の切り替え制御が行われる構成としてもよい。

このように、本実施の形態によれば、受信情報の長さおよび位相雑音量に応じて、残留位相誤差の推定 ·補償および位相雑音の推定 ·補償を行うか否か切り替えるため、優れた受信特性の検波処理を行うことができるとともに、受信情報の長さおよび位相雑音量に応じて、処理に無駄のない常に最適な同期検波を行うことができる。

なお、上記実施の形態 1 〜 8では、誤り訂正後の受信信号を再符号化して既知信号として用いて適応的にチャネル推定を行う構成とした。しかし、上記実施の形態 1〜 8では、誤り訂正前の信号を硬判定し、その硬判定した信号を既知信号として用いて適応的にチャネル推定を行う構成としてもよい。また、本発明は上記実施の形態 1〜 8に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、本発明においては、実施の形態 1〜 8を適宜組み合わせて実施してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、伝搬路特性の時間的変動が大きい場合でも伝送効率を低下させずに、伝播路特性の時間的変動に適応的に追従して受信特性を向上させるとともに、残留位相誤差が存在する場合でも伝送効率を低下させずに、残留位相誤差の時間的変動に適応的に追従して受信特性を向上させることができる。

本明細書は、平成 1 1年 9月 1 3日出願の特願平 1 1一 2 589 1 2号に基づくものである。この内容はすべてここに含めておく。産業上の利用可能性

本発明は、無線通信システムにおいて使用される基地局装置や、この基地局装置と無線通信を行う移動局のような通信端末装置に適用することが可能である。

Claims

請求の範囲

1. OF DM信号に含まれる情報シンポルの残留位相誤差を推定および補償する残留位相誤差補償器と、前記残留位相誤差補償器にて残留位相誤差が補償された情報シンボルの伝搬歪を補償する伝搬歪補償器と、を具備し、前記伝搬歪補償器は、残留位相誤差が補償された情報シンボルの伝搬歪を、伝搬歪補償前の情報シンボルと伝搬歪補償後の情報シンボルとを用いて推定したチャネル推定値によって補償する OF DM通信装置。

2. 残留位相誤差補償器は、 OF DM信号に含まれる複数の既知信号を使用した遅延検波によって残留位相誤差を推定する請求項 1記載の〇 F DM通

3. O F DM信号に対して F F T処理を行う F F T器を具備し、残留位相誤差補償器は、前記 F FT器にて情報シンボルに対して F FT処理が施されている間に、 F FT処理前の既知信号を用いて残留位相誤差を推定する請求項 2記載の〇 F D M通信装置。

4. 残留位相誤差補償器は、残留位相誤差の平均値を求め、その平均値を残留位相誤差の推定値とする請求項 1記載の〇 F DM通信装置。

5. 残留位相誤差補償器は、パイロットシンボルを用いて求めた第 1残留位相誤差と、パイ口ットキャリアを用いて求めた第 2残留位相誤差とに対してそれぞれ重み付けを行い、重み付け後の第 1残留位相誤差と重み付け後の第 2残留位相誤差とを加算した値を残留位相誤差の推定値とする請求項 1記載の OFDM通信装置。

6. 残留位相誤差補償器は、第 2残留位相誤差の平均値を求め、その平均値に対して重み付けを行う請求項 5記載の OFDM通信装置。

7. 残留位相誤差補償器および伝搬歪補償器にて補償できなかった位相雑音を、既知信号を使用した同期検波により推定および補償する位相雑音補償器を具備する請求項 1記載の OFDM通信装置。

8. 情報シンボルの長さおよび位相雑音量に応じて、残留位相誤差補償器と伝搬歪補償器との接続状態、および伝搬歪補償器と位相雑音補償器との接続状態を切り替える請求項 7記載の〇 F D M通信装置。

9 . O F D M通信装置を搭載する通信端末装置であって、前記 O F D M通信装置は、 O F D M信号に含まれる情報シンボルの残留位相誤差を推定および補償する残留位相誤差補償器と、前記残留位相誤差補償器にて残留位相誤差が補償された情報シンボルの伝搬歪を補償する伝搬歪補償器と、を具備し, 前記伝搬歪補償器は、残留位相誤差が補償された情報シンボルの伝搬歪を、伝搬歪補償前の情報シンボルと伝搬歪補償後の情報シンボルとを用いて推定したチャネル推定値によって補償する。

1 0 . 〇 F D M通信装置を搭載する基地局装置であって、前記 O F D M通信装置は、〇 F D M信号に含まれる情報シンボルの残留位相誤差を推定および補償する残留位相誤差補償器と、前記残留位相誤差補償器にて残留位相誤差が補償された情報シンボルの伝搬歪を補償する伝搬歪補償器と、を具備し、前記伝搬歪補償器は、残留位相誤差が補償された情報シンボルの伝搬歪を、伝搬歪補償前の情報シンボルと伝搬歪補償後の情報シンボルとを用いて推定したチャネル推定値によって補償する。

1 1 . O F D M信号に含まれる情報シンポルの残留位相誤差を推定および補償する残留位相誤差補償工程と、前記残留位相誤差補償器にて残留位相誤差が補償された情報シンボルの伝搬歪を補償する伝搬歪補償工程と、を具備し、前記伝搬歪補償工程において、残留位相誤差が補償された情報シンボルの伝搬歪を、伝搬歪補償前の情報シンボルと伝搬歪補償後の情報シンボルとを用いて推定したチャネル推定値によって補償する検波方法。