(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチキャリア通信システムの受信機で使用されるチャネル推定方法であって、
前記マルチキャリア通信システムの送信機からマルチキャリアシンボルを受信するステップであって、前記マルチキャリアシンボルのデータはサブキャリアにより搬送される、ステップと、
時間軸方向の補間及び周波数軸方向の補間を選択的に使用することで、前記マルチキャリアシンボルの少なくとも２つのスキャターパイロットのチャネル情報から、前記サブキャリアの少なくとも１つについてのチャネル情報を取得するステップと
を有し、前記時間軸方向の補間及び前記周波数軸方向の補間は、ドップラ周波数及びマルチパス遅延の情報を含む前記マルチキャリア通信システムのチャネルパラメータに従って選択され、前記周波数軸方向の補間は、前記時間軸方向の補間を行うマルチキャリアシンボル数の分だけ遅延している、チャネル推定方法。
【請求項２】
複数のスキャターパイロットの前記チャネル情報が、受信した前記マルチキャリアシンボル及び前記送信機における対応するマルチキャリアシンボルから算出される、請求項１に記載のチャネル推定方法。
【請求項３】
前記ドップラ周波数が第１の所定の閾値より高くかつ前記マルチパス遅延が第２の所定の閾値より小さかった場合、前記周波数軸方向の補間が選択され、そうでなかった場合、前記時間軸方向の補間と前記周波数軸方向の補間との組み合わせが選択される、請求項１に記載のチャネル推定方法。
【請求項４】
マルチキャリア通信システムにおける受信機であって、
時間軸方向の補間及び周波数軸方向の補間を選択的に使用することで、マルチキャリアシンボルの少なくとも２つのスキャターパイロットのチャネル情報から、前記マルチキャリア通信システムの送信機から受信したマルチキャリアシンボルのデータを搬送するサブキャリアの少なくとも１つについてのチャネル情報を取得するチャネル推定器
を有し、前記時間軸方向の補間及び前記周波数軸方向の補間は、ドップラ周波数及びマルチパス遅延の情報を含む前記マルチキャリア通信システムのチャネルパラメータに従って選択され、前記周波数軸方向の補間は、前記時間軸方向の補間を行うマルチキャリアシンボル数の分だけ遅延している、受信機。
【請求項５】
複数のスキャターパイロットの前記チャネル情報が、受信した前記マルチキャリアシンボル及び前記送信機における対応するマルチキャリアシンボルから算出される、請求項４に記載の受信機。
【請求項６】
ドップラ周波数が第１の所定の閾値より高くかつマルチパス遅延が第２の所定の閾値より小さかった場合、前記データを搬送するサブキャリアの前記チャネル情報を取得するために、前記周波数軸方向の補間が選択され、そうでなかった場合、前記時間軸方向の補間と前記周波数軸方向の補間との組み合わせが選択される、請求項４に記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示される発明は一般にマルチキャリア通信システムに関連し、特に直交周波数分割多重(OFDM)通信システムのためのチャネル推定方法及び装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
直交周波数分割多重(OFDM)方式は典型的なマルチキャリア変調方式であってワイドバンド無線通信ネットワークに非常に有望なアクセス方式である。OFDMはDVB(ディジタルビデオブロードキャスティング)やワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)等のようないくつもの国際標準に採用されている。また、ディジタルTV(テレビジョン)ブロードキャスティング及び第4世代無線ネットワーク等のような将来的なワイドバンド無線通信システムにも有望な技術である。
【０００３】
DVB-Tは欧州の地上ディジタルTV標準規格である。これは多くの国々で多大な成功を収めている。従来のDVB-Tは固定TVサービスに使用されている。最近、自動車や列車におけるモバイルTVのように、移動しながら受信すること(モバイル受信)がますます重要になりつつある。DVB-Hは携帯ディジタルTVの欧州標準規格であり、モバイル受信の問題に直面することは必至である。固定受信用に設計されているDVB-Tのパフォーマンスは、受信機の速度が上昇するにつれて急激に劣化してしまう。DVB-T/H受信機を高速環境で良好に機能させる課題を解決する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
開示される発明の課題は、DVB-T/H受信機を高速環境で良好に機能させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
開示される発明の一実施形態は、
マルチキャリア通信システムの受信機で使用されるチャネル推定方法であって、
前記マルチキャリア通信システムの送信機からマルチキャリアシンボルを受信するステップであって、前記マルチキャリアシンボルのデータはサブキャリアにより搬送される、ステップと、
時間軸方向の補間及び周波数軸方向の補間を選択的に使用することで、前記マルチキャリアシンボルの少なくとも２つのスキャターパイロットのチャネル情報から、前記サブキャリアの少なくとも１つについてのチャネル情報を取得するステップと
を有し、前記時間軸方向の補間及び前記周波数軸方向の補間は、ドップラ周波数及びマルチパス遅延の情報を含む前記マルチキャリア通信システムのチャネルパラメータに従って選択され、前記周波数軸方向の補間は、前記時間軸方向の補間を行うマルチキャリアシンボル数の分だけ遅延している、チャネル推定方法である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】開示される発明の実施形態が使用されているOFDM受信機のブロック図。
【図２】DVB-Tシステムにおけるスキャターパイロットと共にOFDMシンボルのパターンを示す図。
【図３】開示される発明の実施形態によるチャネル推定器のブロック図。
【図４】開示される発明の実施形態によるチャネル推定器の第1補間フィルタにおける周波数軸方向の補間を説明するための図。
【図５】開示される発明の実施形態によるチャネル推定方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
＜概要＞
開示される発明は、マルチキャリア通信システムの受信機で使用されるチャネル推定方法に関連し、本方法は、
前記マルチキャリア通信システムの送信機からマルチキャリアシンボルを受信するステップと、
前記マルチキャリアシンボルのデータを搬送するサブキャリアのチャネル情報を取得し、前記マルチキャリアシンボル中の複数の分散したパイロットのチャネル情報を求めるために、時間軸方向の補間及び周波数軸方向の補間を選択的に使用するステップと
を有するチャネル推定方法である。
【０００８】
開示される発明は、マルチキャリア通信システムにおける受信機に関連し、本受信機は、
前記マルチキャリア通信システムの送信機から受信したマルチキャリアシンボルのデータを搬送するサブキャリアのチャネル情報を取得し、前記マルチキャリアシンボル中の複数の分散したパイロットのチャネル情報を求めるために、時間軸方向の補間及び周波数軸方向の補間を選択的に使用するチャネル推定器
を有する受信機である。
【０００９】
＜詳細な説明＞
開示される発明についての上記及びその他の形態、特徴及び利点は、添付図面に関連する以下の詳細な説明から更に明らかになる。
【００１０】
開示される発明の実施形態による多くの利点/特徴を説明するための添付図面を参照しながら詳細な説明が行われる。
【００１１】
モバイル受信システムにおいて、チャネルは時変的であり(時間と共に変動する性質を有し)、これが固定受信システムとの主な相違点である。DVB-T用に設計された従来のチャネル推定モジュールは時不変チャネル(時間的に変動しないチャネル)においては良好に機能するが、時変チャネルを追跡することはできない。このことが、固定DVB-T受信機がモバイル環境で良好に動作しない主な理由である。DVB-T/HのOFDMシステムの場合、チャネル推定はチャネルが時不変的であることを想定しているので、時間軸方向の変動を追跡することはできない。このため、モバイル受信システムの移動速度が速くなると、チャネル推定のパフォーマンスは深刻に劣化することになる。したがって、DVB-T/H受信機にとって、有効なチャネル推定方法が非常に重要である。
【００１２】
図1を参照するに、開示される発明の実施形態を使用することが可能なOFDM信号受信機100の一例のブロック図が示されている。受信機100は、高速フーリエ変換(FFT)モジュール110、信号調整部120、チャネル推定器(CE)150、デマッパ130及びデコーダ140を有する。FFTモジュール110は、受信した復調されたOFDM信号を変換し、周波数領域に変換された信号を生成する。FFTモジュール110の出力は、チャネル推定器150に与えられ、信号調整部120にも与えられる。信号調整部120は、チャネル推定器150からの推定結果に従ってOFDM信号を調整(修正又は補償)するために使用される。信号調整部120の出力は、でマッパ130及びデコーダ140に与えられ、デマッピングされたデコードされた出力信号が得られる。
【００１３】
一般に、OFDMシステムの送信サイトにおいて、分散されている分散パイロット又はスキャターパイロット(scatter  pilot)がOFDMシンボルに挿入され、本願において「パイロット」は送信機及び受信機の双方で使用されるリファレンス信号である。図2はDVB-Tシステムにおけるスキャターパイロットを伴うOFDMシンボルのパターンを示す。図2に示されているように、黒い点がスキャターパイロットであり、その他の白い点は送信サイトから受信したデータである。水平方向の行は複数のサブキャリアを含むOFDMシンボルであり、垂直方向の時間軸に沿って並んでいる。図2にはm-5、m-4ないしm+2までのOFDMシンボルが示されており、OFDMシンボルの各々は様々な周波数のサブキャリアを含む。所与のシンボルにおいて、12サブキャリア毎にスキャターパイロットが挿入されている。
【００１４】
受信サイトでは、先ず、スキャターパイロットにおけるチャネル状態情報(CSI)が算出される。送信サイトにおける既知のスキャターパイロット信号がx(k)であり、このスキャターパイロットがy(k)として受信機で受信される。送信された信号x(k)はチャネルの影響に起因してy(k)になる。CSIはy(k)/x(k)として求められ、ここでkはサブキャリアのインデックスである。したがって、12サブキャリア毎のスキャターパイロットに関するCSIは、単なる除算計算により求められる。そして、チャネル推定値は、時間軸及び周波数軸の双方向の領域にわたって補間を行うことで、OFDM信号の必要な全てのサブキャリアのCSIを求める際に使用される。開示される発明の実施形態による補間方法は図3を参照しながら詳細に説明される。
【００１５】
図3は開示される発明の実施形態によるチャネル推定器のブロック図を示す。チャネル推定器150はCSIメモリ310、ディテクタ350、第1補間フィルタ330、周波数補間フィルタ(第2補間フィルタ)370を含む。チャネル推定器300の入力は、OFDMシンボルの12サブキャリア毎にあるスキャターパイロットのCSI値である。これらのCSI値はCSIメモリ310に蓄積(保存又はバッファリング)される。CSIメモリ310は、補間計算の間、いくつかの先行するOFDMシンボルのスキャターパイロットCSI値を保存することができる。新しいOFDMシンボルのCSIが入力されると、最も古いCSIが更新される。CSIメモリ310は、いくつかの最新のOFDMシンボルのCSI値を常に保持する。これらのCSI値は、補間計算を行って、他のサブキャリのCSIを取得するために使用される。
【００１６】
ティ手クタ350は、ドップラ周波数及びマルチパス遅延のようなチャネルパラメータを検出するために使用される。ディテクタ350は、ドップラ周波数ディテクタ及びマルチパス遅延ディテクタ双方として又は別個の装置として、すなわちドップラ周波数モジュール及びマルチパス遅延モジュールとして実現されてもよい。実施の形態によるOFDM受信機において、ドップラ周波数ディテクタ又はモジュールは、通常、同じサブキャリアであるが異なるOFDMシンボルで受信したパイロット信号同士の相関を計算することで、ドップラ周波数を検出し、すなわち相関計算におけるパイロット信号は同じ周波数領域の要素であるが異なる時間の要素である。ドップラ周波数は相関値に比例するので、ドップラ周波数はこれらの相関値から取得できる。更に、マルチパス遅延ディテクタ又はモジュールは、通常、スキャターパイロットのCSI値をIDFT(逆離散フーリエ変換)することでチャネルインパルス応答(CIR)を求める。そして、CIRにおいて先頭パス及び末尾パスが見出され、先頭及び末尾パス間の隔たりがマルチパス遅延である。通常、このようにして、マルチパス遅延はマルチパス遅延ディテクタ又はモジュールにより検出される。
【００１７】
ディテクタ350からのチャネルパラメータに従って、第1補間フィルタ330は、時間方向の補間法及び周波数方向の補間法を選択的に使用することで、複数のスキャターパイロットのCSIから、OFDMシンボルの3サブキャリア毎にCSIを求める。検出されたドップラ周波数が大きく、かつマルチパス遅延が小さかった場合、3サブキャリア毎にCSIを取得するために、周波数方向の補間アルゴリズムが第1補間フィルタ330で使用される。実施の形態において、例えばDVB-Tシステムの8Kモードについて80Hzのような所定の閾値が、検出されるドップラ周波数について設定される。更に、マルチキャリアシステムの最大許容マルチパス遅延に基づいて、マルチパス遅延閾値が設定される。検出されたドップラ周波数が閾値である80Hzより高く、マルチパス遅延がマルチパス遅延閾値より低かった場合、第1補間フィルタ330は周波数方向の補間アルゴリズムを採用する。そうでなかった場合、複数のスキャターパイロットのCSIを用いてOFDMシンボルの3サブキャリア毎にCSIを計算するために、時間方向の補間が第1補間フィルタ330で選択される。
【００１８】
実施の形態において、時間方向の補間が選択された場合、例えば図2に示されているようなm番目のOFDMシンボルを例に選んだ場合、以下の数式を用いてサブキャリアn+12+3及びn+12+6のCSIを求めるために、線形な時間方向の補間が実行される。
【００１９】
【数１】
0005553907.tif 000002
ここで、csi_t_int  p(m,n)はインデックスmのOFDMシンボルにおけるインデックスnのサブキャリアにおける補間されたCSI値である。sp_csi(m,n)はインデックスmのOFDMシンボルにおけるインデックスnのサブキャリアにおけるスキャターパイロットから判明するCSI値(既知のCSI値)である。スキャターパイロットにおける既知のCSI値はCSIメモリ310に保存されており、それらは補間計算の際にメモリから読み出される。
【００２０】
時間方向補間のパフォーマンスを改善するために、以下に示すように、チャネルドップラ周波数に従って、調整可能なパラメータA及びBが次式において設定される。
【００２１】
【数２】
0005553907.tif 000003
例えば、実施の形態において、0-30Hz、30-60Hz、60-80Hz及び80Hz以上のようないくつかのドップラ周波数の間隔(インターバル)を設定できる。これらのインターバルに相応しいパラメータA及びBを見出すことができる。例えば、シミュレーション及び実際のハードウェア試験において、ドップラ周波数が0-30Hzであった場合、A=0.25及びB=1に設定することで最低のビットエラーレート(BER)が得られる。ドップラ周波数が30-60Hzであった場合、A=0.35及びB=1に設定することで最低のBERが得られる。ドップラ周波数が60-80Hzであった場合、A=0.5及びB=0.977に設定することで最低のBERが得られる。ドップラ周波数が80Hz以上であった場合、A=0.7及びB=0.966に設定することで最低のBERが得られる。これらの一群のパラメータA及びBを対応するドップラ周波数インターバルについて予め保存しておき、現在検出されたドップラ周波数について適切なA及びBの組み合わせを選択することができる。例えば、検出されたドップラ周波数が45Hzであった場合、A=0.35及びB=1のように選択できる。このようにしてシステムのBER特性を最適化することができる。
【００２２】
図4は第1補間フィルタ330において周波数方向の補間を行う例を示す。図4に示されているように、周波数補間アルゴリズムは、現在のOFDMシンボルにおけるスキャターパイロットの既知のCSIのみを用いて、そのパイロットの既知のCSIにより3サブキャリア毎にCSI値を取得し、他のOFDMシンボルにおける既知のCSIを必要としない。図4に示されているように、インデックスがmであるOFDMシンボルの3サブキャリア毎のCSI値を求めようとしている場合、インデックスがmであるOFDMシンボルのスキャターパイロットにおける既知のCSI値を使用するだけでよい。例えば、SP_csi(m,n-12)，SP_csi(m,n)，SP_csi(m,n+12)及びSP_csi(m,n+24)を用いて、インデックスがmであるOFDMシンボルの内のインデックスがn+3、n+6及びn+9であるサブキャリアにおけるCSI値を補間する。例えば、4次の補間を行うことができる。
【００２３】
【数３】
0005553907.tif 000004
どの程度多くの既知のCSI値を使用すべきかについて、当業者はパフォーマンス条件に応じて適宜決定することができる。更に、補間フィルタ係数Wは、線形補間法において1/2、1/4及び3/4より大きくすることが可能であり、また線形補間よりも良いパフォーマンスをもたらすローパスフィルタ又は最小二乗平均誤差法(MMSE)判断基準に基づいて設計されてもよい。様々なマルチパス遅延についていくつかの一群の係数(係数の組み合わせ)を設定することが可能であり、検出されたマルチパス遅延に従って適切な係数を選択することができる。
【００２４】
チャネル環境及びチャネルパラメータに従って補間アルゴリズムは頻繁に切り替えられるかもしれないので、その切り替えは円滑に又はスムーズに実行される必要がある。時間予測アルゴリズムは2つのOFDMシンボルを遅延させる一方、周波数アルゴリズムは入力された既知のCSIに従って現在のOFDMシンボルにおけるCSIを算出できるので、周波数アルゴリズムの場合、2つのシンボルを意図的に遅延させる必要がある。例えば、インデックスがm+2であるOFDMシンボルが到来する場合、インデックスがmであるOFDMシンボルにおける3サブキャリア毎のCSIが時間予測アルゴリズムを用いて算出することができる。時間予測アルゴリズムが周波数アルゴリズムに切り替えられる場合、インデックスがm+2であるOFDMシンボルの最後に入力されたCSIをCSIメモリ310に保存し、OFDMシンボルmの既知のCSIをCSIメモリから読み出し、OFDMシンボルmの3サブキャリア毎にCSIを計算する。このようにして、2つのアルゴリズムの間の切り替えが中断を引き起こさないようにする。
【００２５】
第1補間フィルタ330の出力は、周波数補間フィルタである第2補間フィルタ370に入力され、サブキャリア毎に又は必要なサブキャリアについてのCSIを求める。周波数補間算出法は第1補間フィルタ330の場合と同様である。
【００２６】
実施の形態によれば、補間法は、別々のフィルタ330及び370により2段階の補間として実現される。しかしながら、ドップラ周波数が高くかつマルチパス遅延が小さかった場合、ある周波数補間フィルタが、12サブキャリア毎のCSIから、全サブキャリア又は必要なサブキャリアについてのCSIへ、計算を行うために使用される。しかしながら、時間方向予測アルゴリズムを実行するのに使用されかつ2つの方法の間で切り替えを行う場合、1段階の周波数補間は多くの様々なハードウェア及びパラメータメモリを必要とする。上記の実施の形態において、周波数のみに関するアルゴリズムが2つのステップ(段階)に分割され、2つのアルゴリズムの第2のステップの計算は同じである。従って第2のステップの計算のためのハードウェアを再利用することができ、多くのハードウェアの複雑さを軽減できる。
【００２７】
図5は開示される発明の実施形態によるチャネル推定方法のフローチャートを示す。ステップ501において、OFDM受信機は通信ネットワークからOFDMシンボルを受信する。ステップ502において、スキャターパイロットのチャネル状態情報が算出され、CSIメモリ310に保存される。ステップ503において、ディテクタ330が例えばドップラ周波数及びマルチパス遅延のようなチャネルパラメータを検出する。ステップ504において、チャネルパラメータに従って、適切な補間方法が選択される。補間方法は2段階の周波数方向補間方法でもよいし、あるいは時間方向補間方法と周波数方向補間方法とを組み合わせたものでもよい。ステップ505において、選択された補間方法を用いて、全ての又は必要なサブキャリアについてのCSIが求められる。
【００２８】
OFDMシステム及びOFDMシンボルが実施形態において使用されていたが、実施形態による補間方法は任意のマルチキャリアシステム及びマルチキャリアシンボルに使用可能であることを当業者は認めるであろう。
【００２９】
上記の説明は開示される発明の実施形態に関連しており、当業者が様々な代替例を認識できる程度に充分に明確に記載されている。その代替例は、本願において明示的に示されてはいないが、開示される発明の原理を使用し、本願の精神及び範囲に包含される。  
【図１】
0005553907.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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