(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の通信装置と通信し、複数のアンテナ素子を備えている第２の通信装置と、前記複数の第１の通信装置とを具備する無線通信システムであって、
前記第１の通信装置は、
前記第１の通信装置のすべてにおいて共通のトレーニング信号系列を生成するトレーニング信号系列生成部と、
前記トレーニング信号系列に対して第１の通信装置ごとに異なる遅延量の循環シフト遅延を付加する循環シフト遅延付加部と、
前記循環シフト遅延が付加された前記トレーニング信号系列に対してサンプル数Ｎｇのガードインターバルを挿入するガードインターバル挿入部と、
前記ガードインターバルが挿入されたトレーニング信号系列を送信する無線部と
を備え、
前記第２の通信装置は、
前記アンテナ素子ごとに、前記第１の通信装置から受信したトレーニング信号系列と、自装置に予め記憶されているトレーニング信号系列との相互相関値を算出する第１の相互相関算出部と、
前記第１の相互相関算出部が算出した相互相関値から、前記第１の通信装置それぞれに対応する相互相関値を抽出する第１のフィルタ回路と、
前記第１のフィルタ回路が抽出した相互相関値の遅延量から、前記受信したトレーニング信号系列間の位相差を算出し、算出した位相差の平均値から周波数オフセット推定値を算出する第１の周波数オフセット算出部と
を備え、
前記複数の第１の通信装置のうち第ｕ番目の第１の通信装置が備える前記循環シフト遅延付加部は、次式（Ａ）又は次式（Ｂ）で算出される遅延量Ｄｕの循環シフト遅延を付加する
【数１】
0005635457.tif 000015
【数２】
0005635457.tif 000016
ただし、式（Ａ）におけるＭ（ｕ’）は第ｕ’番目の第１の通信装置が備えるアンテナ素子の数であり、式（Ｂ）におけるＮＤは前記第１の通信装置に割り当てることができる循環シフト遅延の付加する最大値である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記第２の通信装置は、さらに、
前記第１の周波数オフセット算出部が算出した周波数オフセット推定値を用いて、前記受信したトレーニング信号系列に対して仮補償を行う周波数オフセット仮補償部と、
前記周波数オフセット仮補償部が仮補償をしたトレーニング信号系列と、前記記憶されているトレーニング信号系列との相互相関値を算出する第２の相互相関算出部と、
前記第２の相互相関算出部が算出した相互相関値から、前記第１の通信装置それぞれに対応する相互相関値を抽出する第２のフィルタ回路と、
前記第２のフィルタ回路が抽出した相互相関値の遅延量から、前記受信したトレーニング信号系列間の位相差を算出し、算出した位相差の平均値および前記第１の周波数オフセット算出部が算出した周波数オフセット推定値を用いて周波数オフセット精推定値を算出する第２の周波数オフセット算出部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記第１のフィルタ回路又は前記第２のフィルタ回路は、
算出した閾値より高い電力又は振幅を有する相互相関値を抽出する
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記閾値は、前記第１の通信装置ごとに異なる値である
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
複数の通信装置と通信し、複数のアンテナ素子を備えている基地局装置と、前記複数の通信装置とを具備する無線通信システムにおける通信装置であって、
前記通信装置のすべてにおいて共通のトレーニング信号系列を生成するトレーニング信号系列生成部と、
前記トレーニング信号系列に対して通信装置ごとに異なる遅延量の循環シフト遅延を付加する循環シフト遅延付加部と、
前記循環シフト遅延が付加された前記トレーニング信号系列に対してサンプル数Ｎｇのガードインターバルを挿入するガードインターバル挿入部と、
前記ガードインターバルが挿入されたトレーニング信号系列を送信する無線部と
を備え、
前記通信装置のうち第ｕ番目の通信装置が備える前記循環シフト遅延付加部は、次式（Ａ）又は次式（Ｂ）で算出される遅延量Ｄｕの循環シフト遅延を付加する
【数３】
0005635457.tif 000017
【数４】
0005635457.tif 000018
ただし、式（Ａ）におけるＭ（ｕ’）は第ｕ’番目の第１の通信装置が備えるアンテナ素子の数であり、式（Ｂ）におけるＮＤは前記第１の通信装置に割り当てることができる循環シフト遅延の付加する最大値である
ことを特徴とする通信装置。
【請求項６】
複数の第１の通信装置と通信し、複数のアンテナ素子を備える第２の通信装置と、前記複数の第１の通信装置とを具備する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記第１の通信装置が、前記第１の通信装置のすべてにおいて共通のトレーニング信号系列を生成するトレーニング信号系列ステップと、
前記第１の通信装置が、前記トレーニング信号系列に対して前記第１の通信装置ごとに異なる遅延量の循環シフト遅延を付加する循環シフト遅延付加ステップと、
前記第１の通信装置が、前記循環シフト遅延が付加された前記トレーニング信号系列に対してサンプル数Ｎｇのガードインターバルを挿入するガードインターバル挿入ステップと、
前記第１の通信装置が、前記ガードインターバルが挿入されたトレーニング信号系列を送信する送信ステップと、
前記第２の通信装置が、前記アンテナ素子ごとに、前記第１の通信装置から受信したトレーニング信号系列と、自装置に予め記憶されているトレーニング信号系列との相互相関値を算出する第１の相互相関算出ステップと、
前記第２の通信装置が、前記第１の相互相関算出ステップにおいて算出された相互相関値から、前記第１の通信装置それぞれに対応する相互相関値を抽出する第１のフィルタステップと、
前記第２の通信装置が、前記第１のフィルタステップにおいて抽出された各相互相関値の遅延量から、前記受信したトレーニング信号系列間の位相差を算出し、算出した位相差の平均値から周波数オフセット推定値を算出する第１の周波数オフセット算出ステップと
を有し、
前記複数の第１の通信装置のうち第ｕ番目の第１の無線通信装置が行う循環シフト遅延付加ステップでは、次式（Ａ）又は次式（Ｂ）で算出される遅延量Ｄｕの循環シフト遅延を付加する
【数５】
0005635457.tif 000019
【数６】
0005635457.tif 000020
ただし、式（Ａ）におけるＭ（ｕ’）は第ｕ’番目の第１の通信装置が備えるアンテナ素子の数であり、式（Ｂ）におけるＮＤは前記第１の通信装置に割り当てることができる循環シフト遅延の付加する最大値である
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項７】
前記第２の通信装置が、前記第１の周波数オフセット算出ステップにおいて算出された周波数オフセット推定値を用いて、前記受信したトレーニング信号系列に対して仮補償を行う周波数オフセット仮補償ステップと、
前記第２の通信装置が、前記周波数オフセット仮補償ステップにおいて仮補償されたトレーニング信号系列と、前記記憶されているトレーニング信号系列との相互相関値を算出する第２の相互相関算出ステップと、
前記第２の通信装置が、前記第２の相互相関算出ステップにおいて算出された相互相関値から、前記第１の通信装置それぞれに対応する相互相関値を抽出する第２のフィルタステップと、
前記第２の通信装置が、前記第２のフィルタステップにおいて抽出された相互相関値の遅延量から、前記受信したトレーニング信号系列間の位相差を算出し、算出した位相差を平均化した値および前記第１の周波数オフセット算出ステップにおいて算出された周波数オフセット推定値を用いて周波数オフセットの精推定値を算出する第２の周波数オフセット算出ステップと
を有することを特徴とする請求項６に記載の無線通信方法。
【請求項８】
複数の第１の通信装置と通信し、複数のアンテナ素子を備える第２の通信装置と、前記複数の第１の通信装置とを具備する無線通信システムにおける送信方法であって、
前記第１の通信装置が、前記第１の通信装置のすべてにおいて共通のトレーニング信号系列を生成するトレーニング信号系列生成ステップと、
前記第１の通信装置が、前記トレーニング信号系列に対して前記第１の通信装置ごとに異なる遅延量の循環シフト遅延を付加する循環シフト遅延付加ステップと、
前記第１の通信装置が、前記循環シフト遅延が付加された前記トレーニング信号系列に対してサンプル数Ｎｇのガードインターバルを挿入するガードインターバル挿入ステップと、
前記第１の通信装置が、前記ガードインターバルが挿入されたトレーニング信号系列を送信する送信ステップと、
を有し、
前記複数の第１の通信装置のうち第ｕ番目の第１の無線通信装置が行う循環シフト遅延付加ステップでは、次式（Ａ）又は次式（Ｂ）で算出される遅延量Ｄｕの循環シフト遅延を付加する
【数７】
0005635457.tif 000021
【数８】
0005635457.tif 000022
ただし、式（Ａ）におけるＭ（ｕ’）は第ｕ’番目の第１の通信装置が備えるアンテナ素子の数であり、式（Ｂ）におけるＮＤは前記第１の通信装置に割り当てることができる循環シフト遅延の付加する最大値である
ことを特徴とする送信方法。
【請求項９】
複数の第１の通信装置と通信し、複数のアンテナ素子を備えている第２の通信装置と、前記複数の第１の通信装置とを具備する無線通信システムであって、
前記第１の通信装置は、
前記第１の通信装置のすべてにおいて共通のトレーニング信号系列を生成するトレーニング信号系列生成部と、
前記トレーニング信号系列に対して第１の通信装置ごとに異なる遅延量の循環シフト遅延を付加する循環シフト遅延付加部と、
前記循環シフト遅延が付加されたトレーニング信号系列を送信する無線部と
を備え、
前記第２の通信装置は、
前記アンテナ素子ごとに、前記第１の通信装置から受信したトレーニング信号系列と、自装置に予め記憶されているトレーニング信号系列との相互相関値を算出する第１の相互相関算出部と、
前記第１の相互相関算出部が算出した相互相関値から、前記第１の通信装置それぞれに対応する相互相関値を抽出する第１のフィルタ回路と、
前記第１のフィルタ回路が抽出した相互相関値の遅延量から、前記受信したトレーニング信号系列間の位相差を算出し、算出した位相差の平均値から周波数オフセット推定値を算出する第１の周波数オフセット算出部と
を備え、
前記第１のフィルタ回路は、
前記第１の通信装置ごとに、前記アンテナ素子それぞれで受信したトレーニング信号系列の相互相関値の総和に基づいて閾値を算出し、算出した閾値より高い電力又は振幅を有する相互相関値を抽出する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
複数の第１の通信装置と通信し、複数のアンテナ素子を備える第２の通信装置と、前記複数の第１の通信装置とを具備する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記第１の通信装置が、前記第１の通信装置のすべてにおいて共通のトレーニング信号系列を生成するトレーニング信号系列ステップと、
前記第１の通信装置が、前記トレーニング信号系列に対して前記第１の通信装置ごとに異なる遅延量の循環シフト遅延を付加する循環シフト遅延付加ステップと、
前記第１の通信装置が、前記循環シフト遅延が付加されたトレーニング信号系列を送信する送信ステップと、
前記第２の通信装置が、前記アンテナ素子ごとに、前記第１の通信装置から受信したトレーニング信号系列と、自装置に予め記憶されているトレーニング信号系列との相互相関値を算出する第１の相互相関算出ステップと、
前記第２の通信装置が、前記第１の相互相関算出ステップにおいて算出された相互相関値から、前記第１の通信装置それぞれに対応する相互相関値を抽出する第１のフィルタステップと、
前記第２の通信装置が、前記第１のフィルタステップにおいて抽出された各相互相関値の遅延量から、前記受信したトレーニング信号系列間の位相差を算出し、算出した位相差の平均値から周波数オフセット推定値を算出する第１の周波数オフセット算出ステップと
を有し、
前記第１のフィルタステップでは、
前記第１の通信装置ごとに、前記アンテナ素子それぞれで受信したトレーニング信号系列の相互相関値の総和に基づいて閾値を算出し、算出した閾値より高い電力又は振幅を有する相互相関値を抽出する
ことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一の周波数帯域を用い、互いに異なる複数の送信アンテナ素子を用いて互いに独立な信号系列を伝送することにより、複数の通信相手との間の情報伝達を実現する高速な無線通信システムである空間分割多元接続（Space Division Multiple Access；ＳＤＭＡ）伝送を行う無線通信システム、通信装置、無線通信方法、及び送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２．４ＧＨｚ帯又は５ＧＨｚ帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格などの普及が目覚ましい。これらの無線通信システムでは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；ＯＦＤＭ）方式を用い、最大で３００Ｍｂｐｓの伝送速度を実現している（非特許文献１）。
【０００３】
今後、更なる高速な無線通信システムを用いたサービスが増加すると考えられる。それに伴い、無線通信システムにおける端末局数が増大すると考えられる。しかしながら、通信に利用できる周波数帯域は有限であるために、端末局数が増加すると、周波数チャネルが逼迫してしまうために、利用できないユーザが増加してしまう問題が生じてしまう。
【０００４】
そこで、最近、伝送速度の高速化、大容量化の技術として、最も注目されているのが空間分割多元接続（Space Division Multiple Access；ＳＤＭＡ）伝送、若しくはマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output；多入力多出力）送信技術である（非特許文献２）。図１３は、上りリンクＳＤＭＡ伝送技術が適用される無線通信システム９の構成を示す概略図である。無線通信システム９は、Ｕ（Ｕは、Ｕ≧２の自然数）個の端末局（Station；ＳＴＡ））９２−１〜９２−Ｕと、基地局９１（アクセスポイント（Access Point；ＡＰ））とを備えている。
【０００５】
端末局９２−１〜９２−Ｕは、それぞれが有しているＭ（ｕ）（ｕ＝１、…、Ｕ）本の送信アンテナ素子から同一周波数、かつ同一タイミングで異なる独立な信号を基地局９１に送信する。基地局９１は、自局が有しているＮ（Ｎは、Ｎ≧２の自然数）本の受信アンテナ素子を介して、端末局９２−１〜９２−Ｕが送信した信号を受信する。このとき、基地局９１は、同一時刻、かつ同一周波数で空間的に多重された信号に対し、Ｎ本のアンテナ素子からなるアンテナアレーを用いた信号分離を行い、端末局９２−１〜９２−Ｕが送信したデータを取得する。
【０００６】
このように、上りリンクＳＤＭＡ伝送技術は、同一時刻、かつ同一周波数で空間的に信号を多重して伝送し、アンテナアレーを用いて多重された信号を分離することにより、上り伝送スループットの向上を実現する技術である。
【０００７】
ところで、無線伝送の場合、一般的に、送信局と、受信局との間で局部発振器が異なることから、周波数ずれ、つまり周波数オフセットが生じることがある。この場合、ＯＦＤＭ信号のサブキャリア間の直交性が崩れてしまい、サブキャリア間干渉（Inter-Carrier Interference；ＩＣＩ）が生じ、伝送特性が大幅に劣化してしまうことがある。
【０００８】
シングルユーザ伝送の場合は、トレーニング信号を用いて周波数オフセットを推定し、補償を行っていた。代表的なものとしては、非特許文献３に示されるように、トレーニング信号系列を複数回繰り返して送信し、受信局で受信されたトレーニング信号を繰り返しの周期分だけずらして相互相関を取り、その周期の間で回転した位相量を計算することで周波数オフセットを推定していた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】IEEE, “Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: Enhancements for Higher Throughput,” IEEE 802.11n-2009, Oct. 2009.
【非特許文献２】B. Suard, X. Guanghan, L. Hui, and T. Kailath, “Uplink channel capacity of space-division-multiple-access schemes,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 44, pp. 1468-1476, July 1998.
【非特許文献３】鬼沢、溝口、熊谷、高梨、守倉、「高速無線ＬＡＮ用ＯＦＤＭ変調方式の同期系に関する検討」 信学技報、ＤＳＰ９７−１６５、ＳＡＴ９７−１２２、ＲＣＳ９７−２１０（１９９８−０１）、ｐ１３７−１４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上りリンクＳＤＭＡ伝送では、複数の端末局から送信された信号が空間的に多重されて受信されてしまうため、それぞれの端末局と基地局と間の周波数オフセットを推定することはできない。
【００１１】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、上りリンクＳＤＭＡ伝送においても周波数オフセットを推定することができる無線通信システム、通信装置、無線通信方法、及び送信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題を解決するために、本発明は、複数の第１の通信装置と通信し、複数のアンテナ素子を備えている第２の通信装置と、前記複数の第１の通信装置とを具備する無線通信システムであって、前記第１の通信装置は、前記第１の通信装置のすべてにおいて共通のトレーニング信号系列を生成するトレーニング信号系列生成部と、前記トレーニング信号系列に対して第１の通信装置ごとに異なる遅延量の循環シフト遅延を付加する循環シフト遅延付加部と、前記循環シフト遅延が付加されたトレーニング信号系列を送信する無線部とを備え、前記第２の通信装置は、前記アンテナ素子ごとに、前記第１の通信装置から受信したトレーニング信号系列と、自装置に予め記憶されているトレーニング信号系列との相互相関値を算出する第１の相互相関算出部と、前記第１の相互相関算出部が算出した相互相関値から、前記第１の通信装置それぞれに対応する相互相関値を抽出する第１のフィルタ回路と、前記第１のフィルタ回路が抽出した相互相関値の遅延量から、前記受信したトレーニング信号系列間の位相差を算出し、算出した位相差の平均値から周波数オフセット推定値を算出する第１の周波数オフセット算出部とを備えることを特徴とする無線通信システムである。
【００１３】
また、上記に記載の発明において、前記第２の通信装置は、さらに、前記第１の周波数オフセット算出部が算出した周波数オフセット推定値を用いて、前記受信したトレーニング信号系列に対して仮補償を行う周波数オフセット仮補償部と、前記周波数オフセット仮補償部が仮補償をしたトレーニング信号系列と、前記記憶されているトレーニング信号系列との相互相関値を算出する第２の相互相関算出部と、前記第２の相互相関算出部が算出した相互相関値から、前記第１の通信装置それぞれに対応する相互相関値を抽出する第２のフィルタ回路と、前記第２のフィルタ回路が抽出した相互相関値の遅延量から、前記受信したトレーニング信号系列間の位相差を算出し、算出した位相差の平均値および前記第１の周波数オフセット算出部が算出した周波数オフセット推定値を用いて周波数オフセット精推定値を算出する第２の周波数オフセット算出部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、上記に記載の発明において、前記第１のフィルタ回路又は前記第２のフィルタ回路は、算出した閾値より高い電力又は振幅を有する相互相関値を抽出することを特徴とする。
また、上記に記載の発明において、前記閾値は、前記第１の通信装置ごとに異なる値であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、複数の通信装置と通信し、複数のアンテナ素子を備えている基地局装置を具備する無線通信システムにおける通信装置であって、前記第１の通信装置のすべてにおいて共通のトレーニング信号系列を生成するトレーニング信号系列生成部と、前記トレーニング信号系列に対して通信装置ごとに異なる遅延量の循環シフト遅延を付加する循環シフト遅延付加部と、前記循環シフト遅延が付加されたトレーニング信号系列を送信する無線部とを備えることを特徴とする通信装置である。
【００１６】
また、本発明は、複数の通信装置と通信し、複数のアンテナ素子を備えている基地局装置と、前記複数の通信装置とを具備する無線通信システムにおける通信装置であって、前記第１の通信装置のすべてにおいて共通のトレーニング信号系列を生成するトレーニング信号系列生成部と、前記トレーニング信号系列に対して通信装置ごとに異なる遅延量の循環シフト遅延を付加する循環シフト遅延付加部と、前記循環シフト遅延が付加されたトレーニング信号系列を送信する無線部とを備えることを特徴とする通信装置である。
【００１７】
また、本発明は、複数の第１の通信装置と通信し、複数のアンテナ素子を備える第２の通信装置と、前記複数の第１の通信装置とを具備する無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記第１の通信装置が、前記第１の通信装置のすべてにおいて共通のトレーニング信号系列を生成するトレーニング信号系列ステップと、前記第１の通信装置が、前記トレーニング信号系列に対して前記第１の通信装置ごとに異なる遅延量の循環シフト遅延を付加する循環シフト遅延付加ステップと、前記第１の通信装置が、前記循環シフト遅延が付加されたトレーニング信号系列を送信する送信ステップと、前記第２の通信装置が、前記アンテナ素子ごとに、前記第１の通信装置から受信したトレーニング信号系列と、自装置に予め記憶されているトレーニング信号系列との相互相関値を算出する第１の相互相関算出ステップと、前記第２の通信装置が、前記第１の相互相関算出ステップにおいて算出された相互相関値から、前記第１の通信装置それぞれに対応する相互相関値を抽出する第１のフィルタステップと、前記第２の通信装置が、前記第１のフィルタステップにおいて抽出された各相互相関値の遅延量から、前記受信したトレーニング信号系列間の位相差を算出し、算出した位相差の平均値から周波数オフセット推定値を算出する第１の周波数オフセット算出ステップとを有することを特徴とする無線通信方法である。
【００１８】
また、上記に記載の発明において、前記第２の通信装置が、前記第１の周波数オフセット算出ステップにおいて算出された周波数オフセット推定値を用いて、前記受信したトレーニング信号系列に対して仮補償を行う周波数オフセット仮補償ステップと、前記第２の通信装置が、前記周波数オフセット仮補償ステップにおいて仮補償されたトレーニング信号系列と、前記記憶されているトレーニング信号系列との相互相関値を算出する第２の相互相関算出ステップと、前記第２の通信装置が、前記第２の相互相関算出ステップにおいて算出された相互相関値から、前記第１の通信装置それぞれに対応する相互相関値を抽出する第２のフィルタステップと、前記第２の通信装置が、前記第２のフィルタステップにおいて抽出された相互相関値の遅延量から、前記受信したトレーニング信号系列間の位相差を算出し、算出した位相差を平均化した値および前記第１の周波数オフセット算出ステップにおいて算出された周波数オフセット推定値を用いて周波数オフセットの精推定値を算出する第２の周波数オフセット算出ステップとを有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、複数の第１の通信装置と通信し、複数のアンテナ素子を備える第２の通信装置と、前記複数の第１の通信装置とを具備する無線通信システムにおける送信方法であって、前記第１の通信装置が、前記第１の通信装置のすべてにおいて共通のトレーニング信号系列を生成するトレーニング信号系列生成ステップと、前記第１の通信装置が、前記トレーニング信号系列に対して前記第１の通信装置ごとに異なる遅延量の循環シフト遅延を付加する循環シフト遅延付加ステップと、前記第１の通信装置が、前記循環シフト遅延が付加されたトレーニング信号系列を送信する送信ステップとを有することを特徴とする送信方法である。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、送信側の第１の通信装置から、受信側の第２の通信装置に送信されるトレーニング信号に、第１の通信装置ごとに異なる循環シフト遅延を付加する。第２の通信装置において、受信したトレーニング信号と、予め記憶しているトレーニング信号との相互相関値を用いて算出する。算出した相互相関値は、循環シフト遅延に応じて異なるタイミングで得られるため、第１の通信装置それぞれに対応する相互相関値が算出される。第２の通信装置は、算出された相互相関値から、第１の通信装置それぞれの周波数オフセット推定値を算出する。第２の通信装置において、周波数オフセット値は、第１の通信装置ごとに算出することができ、少ないオーバーヘッドで周波数オフセット推定値を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態における無線通信システム１の構成を示す概略図である。
【図２】同実施形態における無線通信システム１の端末局装置１００から送信される送信信号系列の一例を示す図である。
【図３】同実施形態における端末局装置１００の構成例を示す概略ブロック図である。
【図４】同実施形態の無線通信システム１における遅延プロファイルの変化の一例を示す模式図である。
【図５】同実施形態における基地局装置２００の構成例を示す概略ブロック図である。
【図６】比較例におけるトレーニング信号系列の送受信の概要を示す図である。
【図７】同実施形態による周波数オフセット推定の概要を示す図である。
【図８】同実施形態による周波数オフセット推定部２０８の構成例を示す概略ブロック図である。
【図９】同実施形態による相互相関算出部３０１が出力する遅延プロファイルの一例を示す図である。
【図１０】同実施形態によるフィルタ回路３０２が遅延プロファイルを抽出するフィルタ処理の一例を示す図である。
【図１１】同実施形態による無線通信システムにおいて、端末局装置１００から送信される送信信号系列の一例を示す図である。
【図１２】第２実施形態による周波数オフセット推定部４００の構成例を示す概略ブロック図である。
【図１３】上りリンクＳＤＭＡ伝送技術が適用される無線通信システム９の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における無線通信システム、通信装置、無線通信方法、及び送信方法を説明する。
【００２３】
以下の実施形態において、無線通信システムは、変調方式としてＯＦＤＭを用い、空間多重したデータをＳＤＭＡ伝送により通信する送信側のＵ（Ｕは、Ｕ≧２の自然数）個の装置を端末局装置（第１の通信装置）とし、空間多重されたデータを受信する受信側の装置を基地局装置（第２の通信装置）とした場合を例にして説明する。
なお、複数の基地局装置から単数若しくは複数の端末局装置へ空間多重伝送を行う構成においても本発明は実施可能である。また、変調方式は、ＯＦＤＭ伝送の代わりに、シングルキャリア（ＳＣ）伝送などを用いてもよい。
【００２４】
Ａ．第１実施形態
図１は、第１実施形態における無線通信システム１の構成を示す概略図である。同図に示すように、無線通信システム１は、Ｕ個の端末局装置１００−１〜１００−Ｕと、基地局装置２００とを具備している。以下、全ての端末局装置１００−１〜１００−Ｕを代表して示す場合、あるいは、いずれか１つを示す場合、端末局装置１００という。
【００２５】
図２は、本実施形態における無線通信システム１の端末局装置１００から送信される送信信号系列の一例を示す図である。同図に示すように、送信信号系列は、トレーニング信号系列とデータ信号系列とを含んで構成されており、これらの信号系列が時間多重されて送信される。トレーニング信号は、全端末局装置１００、全アンテナにおいて同じ系列を用いる。また、データ信号系列は、全端末局装置１００、全アンテナごとに異なる系列であってもよいし、重複する系列を有していてもよい。
【００２６】
１つのトレーニング信号系列は、ＫΔＴサンプルの系列長であり（Ｋ（≧１の自然数）はサンプル数、ΔＴはサンプリング周期）、ＮＴ（ＮＴは、ＮＴ≧２の自然数）回繰り返えされている。なお、図示しているトレーニング信号は、データ信号系列の先頭に時間多重されているが、データ信号系列の途中や、データ信号系列の末尾に時間多重することもできる。以下、送信信号系列のうち、トレーニング信号系列の部分の送受信について説明する。
【００２７】
図３は、本実施形態における端末局装置１００の構成例を示す概略ブロック図である。なお、端末局装置１００−１〜１００−Ｕは、同じ構成を有している。
【００２８】
第ｕ（１≦ｕ≦Ｕ）番目の端末局装置１００−ｕは、トレーニング信号系列生成部１０１−ｕと、第１ＣＳＤ（Cyclic Shift Delay；循環シフト遅延）付加部１０２−ｕ−２〜１０２−ｕ−Ｍ（ｕ）と、第２ＣＳＤ付加部１０３−ｕ−１〜１０３−ｕ−Ｍ（ｕ）と、ガードインターバル（Guard Interval；ＧＩ）挿入部１０４−ｕ−１〜１０４−ｕ−Ｍ（ｕ）と、デジタル／アナログ（Digital/Analogue；Ｄ／Ａ）変換部１０５−ｕ−１〜１０５−ｕ−Ｍ（ｕ）と、無線部１０６−ｕ−１〜１０６−ｕ−Ｍ（ｕ）と、アンテナ素子１０７−ｕ−１〜１０７−ｕ−Ｍ（ｕ）とを備えている。各端末局装置１００−ｕは、上述のように、Ｍ（ｕ）個のアンテナ素子１０７−ｕ−１〜１０７−ｕ−Ｍ（ｕ）を備えている。各端末局装置１００のアンテナ素子の数（Ｍ（ｕ））は、端末局装置１００ごとに異なっていてもよし、同じでもよい。
【００２９】
トレーニング信号系列生成部１０１−ｕは、端末局装置１００のすべてにおいて共通のトレーニング信号系列であって予め定められた既知のトレーニング信号系列を生成する。このトレーニング信号は、同期確立やチャネル推定などに用いる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎの場合、同期確立やチャネル推定用のトレーニング信号系列として、Ｌ−ＳＴＦ、Ｌ−ＬＴＦ、ＨＴ−ＳＴＦ、ＨＴ−ＬＴＦなどが用いられている（参考文献１：ＩＥＥＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ８０２．１１ｎ−２００９．）。
【００３０】
第１ＣＳＤ付加部１０２−ｕ−２〜１０２−ｕ−Ｍ（ｕ）は、各アンテナ素子１０７−ｕ−２〜１０７−ｕ−Ｍ（ｕ）から送信される送信信号系列に対して、アンテナ素子ごとに異なる第１の循環シフト遅延（ＣＳＤ）を付加する。すなわち、第１ＣＳＤ付加部１０２−ｕ−２〜１０２−ｕ−Ｍ（ｕ）は、トレーニング信号系列生成部１０１−ｕが生成したトレーニング信号系列に第１の循環シフト遅延を付加する。
【００３１】
第１ＣＳＤ付加部１０２−ｕ−２〜１０２−ｕ−Ｍ（ｕ）を備える理由としては、各アンテナ素子から送信された同じトレーニング信号系列が、伝搬路を通った結果として、受信側の基地局装置２００において逆位相で合成されてしまうことで、トレーニング信号系列を検出できなくなることを防ぐためである。ただし、第１ＣＳＤ付加部１０２−ｕ−２〜１０２−ｕ−Ｍ（ｕ）を必ずしも備えなくてもよいし、Ｍ（ｕ）＝１の場合は、第１ＣＳＤ付加部１０２−ｕ−２〜１０２−ｕ−Ｍ（ｕ）は不要となる。ここで、循環シフト遅延とは、送信信号系列に対して、ＯＦＤＭシンボル（もしくは１ブロック）の先頭に、末尾Ｄ個のサンプルを切り取って先頭につなぎ合わせる処理であり（参考文献１）、このときの循環シフト遅延量はＤである。
【００３２】
第２ＣＳＤ付加部１０３−ｕ−１は、トレーニング信号系列生成部１０１−ｕが生成したトレーニング信号系列に第２の循環シフト遅延を付加する。第２ＣＳＤ付加部１０３−ｕ−２〜１０３−ｕ−Ｍ（ｕ）は、第１ＣＳＤ付加部１０２−ｕ−２〜１０２−ｕ−Ｍ（ｕ）において第１の循環シフト遅延が付加されたトレーニング信号系列に対して、更に、第２の循環シフト遅延を付加する。ここで、第２ＣＳＤ付加部１０３−ｕ−１〜１０３−ｕ−Ｍ（ｕ）が付加する第２の循環シフト遅延は、各端末局装置１００−ｕにおける全てのアンテナ素子１０７−ｕ−１〜１０７−ｕ−Ｍ（ｕ）に対して同じ値であり、かつ端末局装置１００ごとに異なる値である。
【００３３】
ＧＩ挿入部１０４−ｕ−１〜１０４−ｕ−Ｍ（ｕ）は、遅延波による符号間干渉（もしくはブロック間干渉）を受けないようにするために、ガードインターバル（ＧＩ）を送信信号系列に挿入する。ＧＩの挿入方法としては、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform；高速フーリエ変換）ブロック（もしくはＯＦＤＭシンボル）ごとに、末尾Ｎｇ（≧０の整数）個のサンプルをコピーしてＦＦＴブロック（もしくはＯＦＤＭシンボル）の先頭につなぎ合わせて挿入するようにしてもよい。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格のように、ＮＴ回繰り返えされたトレーニング信号系列をひとつのブロックとみなし、そのブロックの末尾Ｎｇ個のサンプルをコピーしてブロックの先頭につなぎ合わせて挿入するようにしてもよい。なお、本実施形態では、ＧＩ挿入を行っているが、必ずしもＧＩ挿入は行わなくてもよい。
【００３４】
デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換部１０５−ｕ−１〜１０５−ｕ−Ｍ（ｕ）は、ＧＩ挿入部１０４−ｕ−１〜１０４−ｕ−Ｍ（ｕ）においてＧＩ挿入された送信信号系列をアナログ信号に変換し、変換後のアナログ信号をベースバンド送信信号として出力する。
【００３５】
無線部１０６−ｕ−１〜１０６−ｕ−Ｍ（ｕ）は、共通の局部発振器を用いて、ベースバンド送信信号を中心周波数ｆｕのＲＦ（Radio Frequency；無線周波数）信号に変換し、アンテナ素子１０７−ｕ−１〜１０７−ｕ−Ｍ（ｕ）を介してＲＦ信号を送信する。
【００３６】
図４は、本実施形態の無線通信システム１における遅延プロファイルの変化の一例を示す模式図である。同図には、端末局装置１００−ｕにおける第２の循環シフト遅延付加により、基地局装置２００で観測される遅延プロファイルの変化が示されている。ここで、遅延プロファイルとは、循環シフト遅延を含み、伝搬路における遅延状態を示す情報である。ここでは、端末局装置１００−ｕのアンテナ数を１（＝Ｍ（ｕ））とし、端末局装置１００−ｕと基地局装置２００との間の伝搬路をｈｕとし、そのパス数を２、循環シフト遅延の付加する量をＤｕΔＴ（ΔＴはサンプリング周期）とした場合について説明する。
【００３７】
端末局装置１００−ｕにおいて、第２ＣＳＤ付加部１０３−ｕ−１が、１ＯＦＤＭシンボルの末尾からＤｕ個のサンプルを切り取って、ＯＦＤＭシンボルの先頭につなぎ合わせる処理、つまり循環シフト遅延を付加する。これにより、基地局装置２００において、観測される伝搬路の遅延プロファイルを循環シフト遅延を付加しないときの遅延プロファイルよりもＤｕΔＴだけ遅らすことができる。
付加する循環シフト遅延量ＤｕΔＴは、基地局装置２００において、各々の遅延プロファイルが重ならないことが望ましい。例えば、全ての端末局装置１００のアンテナ素子１０７−ｕ−１〜１０７−ｕ−Ｍ（ｕ）と、基地局装置２００のアンテナ素子と間の遅延量がＧＩ長（ＮｇΔＴ）内に収まると仮定すると、遅延量Ｄｕは、次式（１）として表される。ただし、Ｍ（０）＝０である。
【００３８】
【数１】
0005635457.tif 000002
【００３９】
例えば、ガードインターバル長が３２（＝Ｎｇ）で、同時に送信する端末局装置１００の数が３（＝Ｕ）で、端末局装置１００−１が２本、端末局装置１００−２が１本、端末局装置１００−３が４本のアンテナ素子を備えているとき、Ｄ１＝０、Ｄ２＝６４（Ｄ１＋Ｎｇ×端末１のアンテナ数）、Ｄ３＝９６（Ｄ２＋Ｎｇ×端末２のアンテナ数）の循環シフト遅延を第２ＣＳＤ付加部１０３−ｕ−１〜１０３−ｕ−Ｍ（ｕ）が付加することとなる。また、各端末局装置１００に割り当てることができる循環シフト遅延の付加する最大値ＮＤ（ＮＤはＮＤ≧１の自然数）を同じにすると、遅延量Ｄｕは、次式（２）のように設定できる。
【００４０】
【数２】
0005635457.tif 000003
【００４１】
例えば、ＮＤ＝３２とし、端末局装置１００−１が２本、端末局装置１００−２が１本、端末局装置１００−３が４本のアンテナ素子を備えているとき、第２ＣＳＤ付加部１０３−ｕ−１〜１０３−ｕ−Ｍ（ｕ）が付加する遅延量は、Ｄ１＝０、Ｄ２＝３２、Ｄ３＝６４となる。
【００４２】
図５は、本実施形態における基地局装置２００の構成例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置２００は、アンテナ素子２０１−１〜２０１−Ｎ（Ｎは２以上の自然数）と、無線部２０２−１〜２０２−Ｎと、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部２０３−１〜２０３−Ｎと、ＧＩ除去部２０４−１〜２０４−Ｎと、周波数オフセット補償部２０５−１〜２０５−Ｎと、伝搬路推定部２０６−１〜２０６−Ｕと、タイミング検出部２０７と、周波数オフセット推定部２０８とを備えている。
【００４３】
無線部２０２−１〜２０２−Ｎは、それぞれに接続されているアンテナ素子２０１−１〜２０１−Ｎを介して、端末局装置１００−１〜１００−Ｕから送信されるＲＦ信号を受信し、共通の局部発振器を用いてアンテナ素子２０１−１〜２０１−Ｎごとにベースバンド信号に変換する。
【００４４】
Ａ／Ｄ変換部２０３−１〜２０３−Ｎは、無線部２０２−１〜２０２−Ｎより入力されたアナログのベースバンド信号をデジタル信号に変換し、受信信号系列として出力する。
ＧＩ除去部２０４−１〜２０４−Ｎは、タイミング検出部２０７から入力されるタイミング情報を用いて、Ａ／Ｄ変換部２０３−１〜２０３−Ｎが出力する受信信号系列から、端末局装置１００において挿入されたＮｇサンプルのＧＩを除去する。
【００４５】
周波数オフセット補償部２０５−１〜２０５−Ｎは、周波数オフセット推定部２０８が推定した周波数オフセット推定値を用いて、ＧＩ除去部２０４−１〜２０４−Ｎから出力された受信信号系列に対して補償を行い、端末局装置１００ごとに周波数オフセットを補償した受信信号系列を出力する。補償の方法としては、例えば、参考文献２に記載されている方法を用いるようにしてもよい（参考文献２：Y. Takatori, et al., “New Robust Beamforming Method for Frequency Offsets in Uplink Multiuser OFDM-MIMO,” IEICE Trans. Commun., vol. E90-B, no. 9, pp.2312-2320, Sep. 2007.）。具体的には、マルチユーザ検出により端末局装置１００ごとの受信信号系列に分離した後、各端末局装置１００における受信信号系列ごとに時間領域で周波数オフセットを補償する。
【００４６】
伝搬路推定部２０６−１〜２０６−Ｕは、周波数オフセット補償後の受信信号系列を入力信号として、端末局装置１００ごとの伝搬路情報（もしくはチャネル情報）を推定する。チャネル情報の推定は、公知の技術に用いて行う。例えば、ＬＳ（Least Square；最小２乗）法によりチャネル情報を推定する（参考文献３：I. Barhumi, et el., “Optimal training design for MIMO OFDM systems in mobile wireless channels,” IEEE Trans. Sig. Process., vol. 51, no. 6, June 2003.）。
なお、伝搬路推定部２０６−１〜２０６−Ｕが推定した伝搬路情報で補償された受信信号系列は、不図示の復号部により復号されて、情報信号として出力される。
【００４７】
タイミング検出部２０７は、Ａ／Ｄ変換部２０３−１〜２０３−Ｎが出力する受信信号系列に含まれるトレーニング信号系列と、基地局装置２００において記憶されている予め定められたトレーニング信号系列との相互相関を取ることにより、フレーム同期及びシンボル同期のタイミングを検出する。タイミング検出部２０７は、検出したタイミングを示すタイミング情報を、ＧＩ除去部２０４−１〜２０４−Ｎ及び周波数オフセット推定部２０８に出力する。
【００４８】
ここで、上りリンクの場合、端末局装置１００の位置が異なることにより、各端末局装置１００から送信された送信信号が異なるタイミングで受信されるタイミングオフセット問題がある。しかし、タイミング制御機能を用いれば端末局装置１００間のタイミングオフセットを制御することができる。このタイミング制御機能とは、各端末局装置１００の送信時刻を制御することである。ＯＦＤＭ伝送の場合は、ＧＩ長以内にタイミング誤差が収まるようタイミング制御を行えばよい。
【００４９】
周波数オフセット推定部２０８は、タイミング検出部２０７が出力するタイミング情報に基づいて、各端末局装置１００との間の周波数オフセットを推定する。周波数オフセット推定部２０８は、推定した周波数オフセット推定値を、周波数オフセット補償部２０５−１〜２０５−Ｎに出力する。
【００５０】
以下、周波数オフセット推定部２０８の動作について詳細に説明する。まず、循環シフト遅延を付加していない場合を比較例として示す。
図６は、比較例におけるトレーニング信号系列の送受信の概要を示す図である。説明を簡単にするため、トレーニング信号系列の繰り返し数ＮＴ＝２、端末局の数Ｕ＝２、伝搬路のパス数は１としている。また、端末局＃１、端末局＃２及び基地局における局部発振器の周波数をそれぞれｆ１、ｆ２及びｆ０としている。
【００５１】
端末局＃１、＃２は、トレーニング信号系列を中心周波数ｆ１、ｆ２のＲＦ信号に変換して送信する。端末局＃１、＃２から送信されたＲＦ信号は、空間上で合成され、受信側の基地局に受信される。基地局は、中心周波数ｆ０の信号を用いて、受信した信号を受信信号系列に変換する。基地局は、端末局＃１、＃２が用いたトレーニング信号系列と同じトレーニング信号と、端末局＃１、＃２から、受信信号系列に含まれているトレーニング信号との相互相関値を算出する。この相互相関値は、図６に示すように、端末局＃１に対応する相互相関値のピークと、端末局＃２に対する相互相関値のピークとが合成されてしまうため、周波数オフセットを推定することができない。
【００５２】
図７は、本実施形態による周波数オフセット推定の概要を示す図である。ここでは、図６に示した比較例と同様に、トレーニング信号系列の繰り返し数ＮＴ＝２、端末局装置１００の数Ｕ＝２、伝搬路のパス数は１としている。また、端末局＃１、端末局＃２及び基地局における局部発振器の周波数をそれぞれｆ１、ｆ２及びｆ０としている。
端末局装置１００−１は、トレーニング信号系列を中心周波数ｆ１のＲＦ信号に変換して送信する。一方、端末局装置１００−２は、トレーニング信号系列に循環シフト遅延（ＣＳＤ）を付加し、循環シフト遅延を加えたトレーニング信号系列を、中心周波数ｆ２のＲＦ信号に変換して送信する。端末局装置１００−１、１００−２から送信されたＲＦ信号は、空間上で合成され、基地局装置２００に受信される。
【００５３】
基地局装置２００では、無線部２０２−１〜２０２−Ｎが中心周波数ｆ０の信号を用いて、受信した信号を受信信号系列に変換する。周波数オフセット推定部２０８は、各端末局装置１００が用いているトレーニング信号（送信トレーニング信号）と、受信信号系列に含まれているトレーニング信号との相互相関値を算出する。この相互相関値は、図７に示すように、端末局装置１００−１に対応する相互相関値と、端末局装置１００−２に対応する相互相関値とが別々に算出される。このように、ＣＳＤを付加してトレーニング信号系列を送信することにより、相互相関値のピークが合成されてしまうことを防ぐことができ、基地局装置２００において、相互相関値のピークの位相差に基づいて周波数オフセット値を算出することができる。
【００５４】
以下、周波数オフセット推定部２０８の構成について説明する。
図８は、本実施形態による周波数オフセット推定部２０８の構成例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、周波数オフセット推定部２０８は、相互相関算出部３０１−１〜３０１−Ｎと、フィルタ回路３０２−１−１〜３０２−Ｎ−Ｕと、周波数オフセット算出部３０３−１〜３０３−Ｕとを備えている。
【００５５】
相互相関算出部３０１−１〜３０１−Ｎは、各アンテナ素子２０１−１〜２０１−Ｎで受信したＲＦ信号に含まれるトレーニング信号系列(以下、受信トレーニング信号系列という)と、送信トレーニング信号系列との相互相関ｃ（ｔ，ｎＴ，ｎ）を、次式（３）を用いて算出する。この送信トレーニング信号系列は、基地局装置２００において予め記憶されているトレーニング信号系列である。
【００５６】
【数３】
0005635457.tif 000004
【００５７】
ここで、ｒ（ｔ，ｎ）は、第ｎ受信アンテナにおける時刻ｔの受信トレーニング信号系列を示す。ｐ（ｔ）は、送信トレーニング信号系列を示す。また、ｐ（ｔ）の上付きの「＊」は複素共役を示す。
図９は、本実施形態による相互相関算出部３０１−１〜３０１−Ｎが出力する遅延プロファイルの一例を示す図である。同図において、横軸は時間を示し、縦軸は電力を示している。同図に示すように、式（３）により、複数パスから構成される遅延プロファイルが、端末局装置１００ごとにＮＴ個算出する。
【００５８】
フィルタ回路３０２−１−１〜３０２−Ｎ−Ｕは、相互相関算出部３０１−１〜３０１−Ｎが算出した遅延プロファイルから、端末局装置１００ごとの遅延プロファイルを抽出する。
図１０は、本実施形態によるフィルタ回路３０２−１−１〜３０２−Ｎ−Ｕが遅延プロファイルを抽出するフィルタ処理の一例を示す図である。同図において、横軸は時間を示し、縦軸は電力を示している。例えば、端末局装置１００−２と基地局装置２００との間の周波数オフセットを推定する場合には、フィルタ回路３０２−１−１〜３０２−Ｎ−Ｕは、図１０に示すように、矩形フィルタを用いてＤ２ΔＴとＤ３ΔＴの間の遅延プロファイルを抽出する。このフィルタ処理は、一般的に次式（４）として表される。ただし、Ｄ１＝０である。
【００５９】
【数４】
0005635457.tif 000005
【００６０】
周波数オフセット算出部３０３−１〜３０３−Ｕは、フィルタ回路３０２−１−１〜３０２−Ｎ−Ｕから出力された遅延プロファイルｃ´（ｔ，ｎＴ，ｕ，ｎ）から、端末局装置１００ごとにトレーニング信号系列間の位相差を算出し、各アンテナ素子２０１−１〜２０１−Ｎごとに算出した位相差の平均値から周波数オフセット推定値Δｆｕを算出する。周波数オフセット推定値Δｆｕは、次式（５）で表される。
【００６１】
【数５】
0005635457.tif 000006
【００６２】
なお、相互相関算出部３０１−１〜３０１−Ｎでは、各アンテナ素子２０１−１〜２０１−Ｎで受信したトレーニング信号系列と送信トレーニング信号系列との相互相関を時間領域で求めていたが、回路規模等によっては、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）及び逆ＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform；ＩＦＦＴ）を用いて、トレーニング信号系列ごとに周波数領域で算出してもよい。
【００６３】
また、フィルタ回路３０２−１−１〜３０２−Ｎ−Ｕにおいて、次式（６）のように閾値Ｐｔｈ（ｕ）を与え、相互相関算出部３０１−１〜３０１−Ｎが出力する出力信号の電力値（もしくは振幅値）が閾値Ｐｔｈ（ｕ）よりも高い値のみを用いてもよい。
【００６４】
【数６】
0005635457.tif 000007
【００６５】
ここで、閾値Ｐｔｈ（ｕ）は、端末局装置１００−ｕに対応する閾値である。閾値Ｐｔｈ（ｕ）の導出の一例を次式（７）に示す。
【００６６】
【数７】
0005635457.tif 000008
【００６７】
ただし、αはα＞０の実数である。式（６）におけるｃ´´（ｔ，ｎＴ，ｕ，ｎ）を、フィルタ回路３０２−１−１〜３０２−Ｎ−Ｕの出力ｃ´（ｔ，ｎＴ，ｕ，ｎ）と置き換えて周波数オフセット算出部３０３−１〜３０３−Ｕに入力する。なお、閾値Ｐｔｈ（ｕ）は、端末局装置１００ごとに異なる値を用いてもよいし、同じ値を用いてもよい。
【００６８】
上述のように、各端末局装置１００は、共通のトレーニング信号系列を用い、それぞれが固有の循環シフト遅延を付加して送信する。これにより、基地局装置２００は、1つのＯＦＤＭシンボルの中でわずかに時間がずれたトレーニング信号系列を受信する。
基地局装置２００は、各端末局装置１００が用いたトレーニング信号系列と同じトレーニング信号系列を送信トレーニング信号系列として予め記憶しておき、当該送信トレーニング信号系列と、受信したトレーニング信号系列との相互相関値を算出する。更に、基地局装置２００は、算出した相互相関値に生じている複数のピークから、端末局装置１００それぞれに対応する相互相関値を抽出し、端末局装置１００ごとの受信トレーニング信号を取得して、周波数オフセットの推定値を算出する。
このように、無線通信システム１は、通信のオーバーヘッドを増加させることなく、周波数オフセット推定値を算出することができる。
【００６９】
ところで、端末局装置と基地局装置と間の周波数オフセット量を事前に推定し、送信側で周波数オフセットの補正をかけた信号を送ることが考えられる。しかし、周波数オフセット量は、時々刻々と変化するため、周波数オフセット量を推定した時刻と送信時刻とに差があると、事前に推定した周波数オフセット量と、実際の周波数オフセット量に差が生じ、完全には補償することができないことがある。
また、トレーニング信号のみを時間的にずらして送信する、つまり時間分割多元接続（Time Division Multiple Access；ＴＤＭＡ）を用いることにより、周波数オフセット量を動的に推定することが考えられる。しかし、端末局数が増加するとオーバーヘッドが大きくなってしまい、伝送スループットが減少して周波数利用効率が低下してしまい、上りリンクＳＤＭＡ伝送を適用した効果が得られないことがある。
これに対して、本実施形態における無線通信システム１では、上述のように、周波数利用効率を低下させることなく、かつ動的に周波数オフセット量を推定することができ、伝送スループットを向上させることができる効果を奏する。
【００７０】
Ｂ．第２実施形態
第２実施形態の特徴は、送信側の端末局装置１００において第１トレーニング信号系列及び第２トレーニング信号系列を付加した信号を送信すること、及び、受信側の基地局装置２００において第１トレーニング信号系列を用いて周波数オフセットを粗推定し、第２トレーニング信号系列を用いて周波数オフセットを精推定することである。このように、二段階で推定することで、より精度の高い周波数オフセット値を推定することができる。
【００７１】
図１１は、本実施形態による無線通信システムにおいて、端末局装置１００から送信される送信信号系列の一例を示す図である。同図に示すように、本実施形態の送信信号系列は、２つの異なるトレーニング信号系列を用いている点が、第１実施形態の送信信号系列と異なる。本実施形態において、端末局装置１００−ｕに備えられているトレーニング信号系列生成部１０１−ｕは、同図に示されたトレーニング信号系列を生成して出力する。
なお、端末局装置１００−ｕにおいて、第１ＣＳＤ付加部１０２−ｕ−２〜１０２−ｕ−Ｍ（ｕ）、及び第２ＣＳＤ付加部１０３−ｕ−１〜１０３−ｕ−Ｍ（ｕ）は、２つの異なるトレーニング信号系列で同じ遅延量を与えてもよいし、異なる遅延量にしてもよい。
【００７２】
本実施形態の基地局装置は、周波数オフセット推定部２０８に替えて、図１２に示す周波数オフセット推定部４００を備える点が、第１実施形態の基地局装置２００（図５）と異なる。以下、周波数オフセット推定部４００について説明する。
【００７３】
図１２は、第２実施形態による周波数オフセット推定部４００の構成例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、周波数オフセット推定部４００は、第１相互相関算出部４０１−１〜４０１−Ｎと、第１フィルタ回路４０２−１−１〜４０２−Ｎ−Ｕと、第１周波数オフセット算出部４０３−１〜４０３−Ｕと、周波数オフセット仮補償部４０４−１−１〜４０４−Ｎ−Ｕと、第２相互相関算出部４０５−１−１〜４０５−Ｎ−Ｕと、第２フィルタ回路４０６−１−１〜４０６−Ｎ−Ｕと、第２周波数オフセット算出部４０７−１〜４０７−Ｕとを備えている。
【００７４】
第１相互相関算出部４０１−１〜４０１−Ｎ、第１フィルタ回路４０２−１−１〜４０２−Ｎ−Ｕ、及び第１周波数オフセット算出部４０３−１〜４０３−Ｕの動作は、それぞれ第１の実施形態における相互相関算出部３０１−１〜３０１−Ｎ、フィルタ回路３０２−１−１〜３０２−Ｎ−Ｕ、及び周波数オフセット算出部３０３−１〜３０３−Ｕと同様の処理を行う。
【００７５】
周波数オフセット仮補償部４０４−１−１〜４０４−Ｎ−Ｕは、第１周波数オフセット算出部４０３−１〜４０３−Ｕが算出した周波数オフセットの推定値を用いて、受信信号を仮補償する。なお、仮補償とは、１回目の周波数オフセットの補償であって、第１実施形態における周波数オフセット補償部２０５−１〜２０５−Ｎが行う周波数オフセットの補償と同じ処理である。
【００７６】
【数８】
0005635457.tif 000009
【００７７】
以下、式（８）においてｒの上に「＾（ハット）」が付されている符号を、ｒの前に「＾」を付して、「＾ｒ」と表記する。受信トレーニング信号系列＾ｒ（ｔ，ｎ，ｕ）は、端末局装置１００−ｕと基地局と間の周波数オフセット推定値Δｆｕを用いて、周波数オフセット仮補償部４０４−１−１〜４０４−Ｎ−Ｕが仮補償した結果の受信トレーニング信号系列である。
【００７８】
第２相互相関算出部４０５−１−１〜４０５−Ｎ−Ｕは、周波数オフセット仮補償部４０４−１−１〜４０４−Ｎ−Ｕが仮補償した受信トレーニング信号系列＾ｒ（ｔ，ｎ，ｕ）と、送信トレーニング信号系列との相互相関値＾ｃ（ｔ，ｎＴ，ｎ，ｕ）を、次式（９）を用いて算出する。
【００７９】
【数９】
0005635457.tif 000010
【００８０】
第２フィルタ回路４０６−１−１〜４０６−Ｎ−Ｕは、端末局装置１００ごとに、第２相互相関算出部４０５−１−１〜４０５−Ｎ−Ｕが算出した相互相関値＾ｃ（ｔ，ｎＴ，ｎ，ｕ）からなる遅延プロファイルを抽出するフィルタ処理を行う。具体的には、第２フィルタ回路４０６−１−１、４０６−２−１、・・・、４０６−Ｎ−１が、端末局装置１００−１に対応する遅延プロファイルを抽出する。同様に、第２フィルタ回路４０６−１−ｕ、４０６−２−ｕ、・・・、４０６−Ｎ−ｕが、端末局装置１００−ｕに対応する遅延プロファイルを抽出する。第２フィルタ回路４０６−１−１〜４０６−Ｎ−Ｕが行うフィルタ処理は、次式（１０）で表される。
【００８１】
【数１０】
0005635457.tif 000011
【００８２】
第２周波数オフセット算出部４０７−１〜４０７−Ｕには、各アンテナ素子２０１−１〜２０１−Ｎで受信された受信信号系列ごとに算出された遅延プロファイルであって端末局装置１００−１〜１００−Ｕに対応する遅延プロファイルが入力される。第２周波数オフセット算出部４０７−１〜４０７−Ｕは、端末局装置１００ごとに、各アンテナ素子２０１−１〜２０１−Ｎに対応する受信信号系列に含まれるトレーニング信号系列間の位相差を算出し、算出した位相差の平均値および第１周波数オフセット算出部４０３−１〜４０３−Ｕが算出した周波数オフセット値から周波数オフセット精推定値Δｆ’ｕを算出する。周波数オフセット精推定値Δｆ’ｕは、次式（１１）で表される。
【００８３】
【数１１】
0005635457.tif 000012
【００８４】
なお、第１相互相関算出部４０１−１〜４０１−Ｎ、及び第２相互相関算出部４０５−１−１〜４０５−Ｎ−Ｕは、各アンテナ素子２０１−１〜２０１−Ｎで受信したトレーニング信号系列と、送信トレーニング信号系列との相互相関を時間領域で求める構成について説明した。しかし、これに限ることなく、相互相関を算出する回路の規模等によっては、高速フーリエ変換及び逆ＦＦＴを用いて、送信トレーニング信号系列ごとに周波数領域で算出してもよい。
【００８５】
また、第２フィルタ回路４０６−１−１〜４０６−１−Ｕにおいて、次式（１２）のように閾値＾Ｐｔｈ（ｕ）を用いて、第２相互相関算出部４０５−１−１〜４０５−Ｎ−Ｕが算出する信号の電力値（もしくは振幅値）が閾値＾Ｐｔｈ（ｕ）よりも高い値のみを用いてもよい。
【００８６】
【数１２】
0005635457.tif 000013
【００８７】
ここで、閾値＾Ｐｔｈ（ｕ）は、端末局装置１００−ｕにおける閾値を表す。閾値＾Ｐｔｈ（ｕ）の導出の一例を次式（１３）に示す。
【００８８】
【数１３】
0005635457.tif 000014
【００８９】
ただし、αはα＞０の実数である。上記値＾ｃ´´（ｔ，ｎＴ，ｕ，ｎ）を第２フィルタ回路４０６−１−１〜４０６−Ｎ−Ｕが算出する＾ｃ´（ｔ，ｎＴ，ｕ，ｎ）と置き換えて第２周波数オフセット算出部４０７−１〜４０７−Ｕに入力する。なお、閾値Ｐｔｈ（ｕ）は、端末局装置１００ごとに異なる値を用いてもよいし、同じ値を用いてもよい。
【００９０】
本実施形態では、２つのトレーニング信号系列を送信した場合を示しているが、３つ以上の系列の異なるトレーニング信号系列を送信してもよい。また、複数のトレーニング信号を用いる場合は、異なるトレーニング信号系列ごとに異なる循環シフト遅延を付加してもよい。また、１つのトレーニング信号系列を繰り返し利用して２度周波数オフセット推定を行ってもよい。
【００９１】
また、上述の第１及び第２実施形態では、端末局装置１００から基地局装置２００への上りリンク伝送における周波数オフセットの推定及び補償を行う構成について説明した。しかし、これに限ることなく、複数の基地局装置から端末局装置への下りリンク伝送にも適用可能である。
【００９２】
なお、上述した端末局装置１００、及び基地局装置２００は、内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。この場合、上述したトレーニング信号の生成、及び周波数オフセット推定の処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明における通信方法、及び通信装置は、例えば、無線ＬＡＮや、携帯電話などの無線通信システムに用いることができる。
【符号の説明】
【００９４】
１…無線通信システム
１００，１００−１，１００−ｕ，１００−Ｕ…端末局装置
１０１−ｕ…トレーニング信号系列生成部
１０２−ｕ−２，１０２−ｕ−Ｍ（ｕ）…第１ＣＳＤ付加部
１０３−ｕ−１，１０３−ｕ−Ｍ（ｕ）…第２ＣＳＤ付加部
１０４−ｕ−１，１０４−ｕ−Ｍ（ｕ）…ＧＩ挿入部
１０５−ｕ−１，１０５−ｕ−Ｍ（ｕ）…Ｄ／Ａ変換部
１０６−ｕ−１，１０６−ｕ−Ｍ（ｕ）…無線部
１０７−ｕ−１，１０７−ｕ−Ｍ（ｕ）…アンテナ素子
２００…基地局装置
２０１−１，２０１−Ｎ…アンテナ素子
２０２−１，２０２−Ｎ…無線部
２０３−１，２０３−Ｎ…Ａ／Ｄ変換部
２０４−１，２０４−Ｎ…ＧＩ除去部
２０５−１，２０５−Ｎ…周波数オフセット補償部
２０６−１，２０６−Ｕ…伝搬路推定部
２０７…タイミング検出部
２０８…周波数オフセット推定部
３０１−１，３０１−Ｎ…相互相関算出部
３０２−１−１，３０２−１−２，３０２−１−Ｕ，３０２−Ｎ−Ｕ…フィルタ回路
３０３−１，３０３−２，３０３−Ｕ…周波数オフセット算出部
４００…周波数オフセット推定部
４０１−１，４０１−Ｎ…第１相互相関算出部
４０２−１−１，４０２−１−Ｕ，４０２−Ｎ−Ｕ…第１フィルタ回路
４０３−１，４０３−Ｕ…第１周波数オフセット算出部
４０４−１−１，４０４−１−Ｕ，４０４−Ｎ−Ｕ…周波数オフセット仮補償部
４０５−１−１，４０５−１−Ｕ，４０５−Ｎ−Ｕ…第２相互相関算出部
４０６−１−１，４０６−１−Ｕ，４０６−Ｎ−Ｕ…第２フィルタ回路
４０７−１，４０７−Ｕ…第２周波数オフセット算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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