(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個の受信アンテナと、
これらＮ個の受信アンテナに接続され、無線周波数の受信信号を復調に適した周波数に周波数変換するＮ個の受信用周波数変換器と、
これらＮ個の受信用周波数変換器の全てに共通の局部発振信号を供給する受信用局部発振器と、
前記複数の受信用周波数変換器に接続され送信用局部発振器と受信用局部発振器の周波数誤差を推定する搬送波周波数誤差推定回路と、
この搬送波周波数誤差推定回路の出力を用いて搬送波周波数誤差を補正するＮ個の搬送波周波数補正回路と、
前記受信用周波数変換器の出力に対して、伝達関数の逆関数演算を受信信号に対して行うことにより送信信号系列成分をアンテナ系統毎に分離する干渉キャンセラと、
各系統に分離された信号を復調するＮ個の復調器とを有し、同一の周波数により空間多重された信号を受信する無線信号受信装置において、
前記搬送波周波数誤差推定回路は、
前記の受信用周波数変換器の出力である受信信号のうち、繰り返し送信される搬送波周波数推定用パイロット信号の自己相関値を計算するＮ個の自己相関回路と、
これらＮ個の自己相関回路の出力の平均をとる平均化回路と、
この平均化回路の出力である複素数が持つ位相を計算し、前記Ｎ個の搬送波周波数補正回路に出力する位相計算回路と、
から構成されることを特徴とする搬送波周波数誤差推定回路。
【請求項２】
Ｎ個の受信アンテナと、
これらＮ個の受信アンテナに接続され、無線周波数の受信信号を復調に適した周波数に周波数変換するＮ個の受信用周波数変換器と、
これらＮ個の受信用周波数変換器の全てに共通の局部発振信号を供給する受信用局部発振器と、
前記複数の受信用周波数変換器に接続され、送信用局部発振器と受信用局部発振器の周波数誤差を推定する搬送波周波数誤差推定回路と、
この搬送波周波数誤差推定回路の出力を用いて搬送波周波数誤差を補正するＮ個の搬送波周波数補正回路と、
前記受信用周波数変換器の出力に対して、伝達関数の逆関数演算を受信信号に対して行うことにより送信信号系列成分をアンテナ系統毎に分離する干渉キャンセラと、
各系統に分離された信号を復調するＮ個の復調器とを有し、同一の周波数により空間多重された信号を受信する無線信号受信装置において、
前記搬送波周波数誤差推定回路は、
前記の受信用周波数変換器の出力である受信信号のうち、繰り返し送信される搬送波周波数推定用パイロット信号の自己相関値を計算するＮ個の自己相関回路と、
これらＮ個の自己相関回路にそれぞれ接続され、予め決められた演算方法により重みを計算する重み係数計算回路と、
これらＮ個の重み係数計算回路の出力に基づいて前記Ｎ個の自己相関回路の出力を各々重み付けを行うＮ個の重み付け回路と、
これらＮ個の重み付け回路の出力の平均をとる平均化回路と、
この平均化回路の出力である複素数が持つ位相を計算し、前記Ｎ個の搬送波周波数補正回路に出力する位相計算回路と、
によって構成したことを特徴とする搬送波周波数誤差推定回路。
【請求項３】
Ｎ個の受信アンテナと、
これらＮ個の受信アンテナに接続され、無線周波数の受信信号を復調に適した周波数に周波数変換するＮ個の受信用周波数変換器と、
これら受信用周波数変換器の全てに共通の局部発振信号を供給する受信用局部発振器と、
前記の受信用周波数変換器の出力である受信信号のうち、繰り返し送信される搬送波周波数推定用パイロット信号の自己相関値を計算するＮ個の自己相関回路及びこれらＮ個の自己相関回路の出力の平均をとる平均化回路及びこれら平均化回路の出力である複素数が持つ位相を計算し、前記Ｎ個の搬送波周波数補正回路に出力する位相計算回路とよりなる搬送波周波数誤差推定回路と、
この搬送波周波数誤差推定回路の出力を用いて搬送波周波数誤差を補正するＮ個の搬送波周波数補正回路と、
前記受信用周波数変換器の出力に対して、伝達関数の逆関数演算を受信信号に対して行うことにより送信信号系列成分をアンテナ系統毎に分離する干渉キャンセラと、
各系統に分離された信号を復調するＮ個の復調器と、
によって構成することを特徴とした無線信号受信装置。
【請求項４】
Ｎ個の受信アンテナと、
これらＮ個の受信アンテナに接続され、無線周波数の受信信号を復調に適した周波数に周波数変換するＮ個の受信用周波数変換器と、
これら受信用周波数変換器の全てに共通の局部発振信号を供給する受信用局部発振器と、
前記の受信用周波数変換器の出力である受信信号のうち、繰り返し送信される搬送波周波数推定用パイロット信号の自己相関値を計算するＮ個の自己相関回路及び、これらＮ個の自己相関回路にそれぞれ接続され、予め決められた演算方法により重みを計算するＮ個の重み係数計算回路及び、これらＮ個の重み係数計算回路の出力に基づいて前記Ｎ個の自己相関回路の出力を各々重み付けを行うＮ個の重み付け回路及び前記Ｎ個の重み付け回路の出力の平均をとる平均化回路及び、この平均化回路の出力である複素数が持つ位相を計算する位相計算回路とよりなる搬送波周波数誤差推定回路と、
この搬送波周波数誤差推定回路の出力を用いて搬送波周波数誤差を補正するＮ個の搬送波周波数補正回路と、
前記受信用周波数変換器の出力に対して、伝達関数の逆関数演算を受信信号に対して行うことにより送信信号系列成分をアンテナ系統毎に分離する干渉キャンセラと、
各系統に分離された信号を復調するＮ個の復調器と、
によって構成することを特徴とする無線信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広帯域移動体通信において用いられる複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いてMIMO(Multi−Input Multi−Output)チャネルを構成することにより高い周波数利用効率を実現するSDM(Space Division Multiplexing)方式を用いた無線信号送信装置及び受信装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
広帯域移動体通信においては、限られた周波数帯域を有効利用するための周波数利用効率向上策が必要である。周波数利用効率向上策の一手法として、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いてMIMOチャネルを構成し、受信側において、各受信アンテナの受信信号からチャネル推定器と干渉キャンセラを用いて各送信アンテナからの送信信号を復元することにより、送信アンテナ数だけ周波数利用効率を向上させる手法が提案されている。
【０００３】
同一の周波数帯にＮの信号を多重することにより周波数利用効率をＮ倍にすることが可能であるが、その送信品質は干渉キャンセラの精度に大きく依存する。Ｎ個のアンテナで送信された信号は、周波数変換器によりベースバンド信号に変換され、干渉キャンセラにおいて空間多重されたＮ個のアンテナにより送信された信号を各送信系統毎の信号に分離する。干渉キャンセルの演算では、Ｎ個のアンテナ系統全てに対して搬送波周波数誤差が存在しないことを前提に行われるため、搬送波周波数誤差を正確に推定し補正することが重要となる。
【０００４】
以下、従来技術におけるMIMOチャネルを用いた無線信号送信装置及び受信装置の構成を、図８のブロック図を用いて説明する。従来技術における無線信号送信装置及び受信装置は、無線信号送信装置１と無線信号受信装置２から構成される。無線信号送信装置１は、２以上の複数Ｎ個の送信アンテナ１−５−１〜１−５−Ｎと、送信データＤ1、Ｄ2、…、ＤNを送信シンボルＭ1、Ｍ2、…、ＭNに変換するＮ個の変調器１−１−１〜１−１−Ｎと、
このＮ個の変調器１−１−１〜１−１−Ｎ全てに対して共通のシンボルタイミングを供給するシンボルタイミング発生器１−２と、
変調器１−１−１〜１−１−Ｎの出力を無線周波数に変換するＮ個の送信用周波数変換器１−３−１〜１−３−Ｎと、
送信用周波数変換器の全てに共通の局部発信信号を供給する送信用局部発振器１−４から構成される。尚、データ信号Ｄ1、Ｄ2、…、ＤNには、受信側でシンボルタイミング同期や搬送波周波数補正を行うために必要なパイロット信号や伝達関数の逆関数を行うパイロット信号が予め付加されているものと考える。
【０００５】
一方、無線信号受信装置２は、
Ｎ個の受信アンテナ２−６−１〜２−６−Ｎと、
この受信アンテナ２−６−１〜２−６−Ｎ毎に接続され、無線周波数の受信信号を復調に適した周波数に周波数変換するＮ個の受信用周波数変換器２−７−１〜２−７−Ｎと、
このＮ個の受信用周波数変換器２−７−１〜２−７−Ｎの全てに共通の局部発振信号を供給する受信用局部発振器２−８と、
前記Ｎ個の受信用周波数変換器２−７−１〜２−７−Ｎの出力から送信用局部発振器と受信側局部発振器の間の周波数誤差を推定するＮ個の搬送波周波数誤差推定回路２−９−１〜２−９−Ｎと、
この搬送波周波数誤差推定回路２−９−１〜２−９−Ｎから出力される搬送波周波数推定値を用いて搬送波周波数誤差を補正するＮ個の搬送波周波数補正回路２−１０−１〜２−１０−Ｎと、
この搬送波周波数誤差推定回路２−１０−１〜２−１０−Ｎの出力に対してMIMOチャネルの伝達関数に対する逆関数演算を行うことにより空間チャネル間の干渉を除去する干渉キャンセラ２−１１と、
この干渉キャンセラの出力をビット列に復調する復調器２−１２−１〜２−１２−Ｎから構成される。
【０００６】
本無線信号送受信装置の無線信号送信装置１においては、送信用局部発振器１−４により全ての送信用周波数変換器１−３−１〜１−３−Ｎに共通の局部発振信号を供給することにより、各送信アンテナ１−５−１〜１−５−Ｎ、から同一の周波数無線信号を送信する。
無線信号受信装置２側においては、受信用局部発振器により全ての受信用周波数変換器２−７−１〜２−６−Ｎは各送信アンテナ１−５−１〜１−５−Ｎからの信号をほぼ同一周波数にて受信することが可能となる。
【０００７】
受信用周波数変換器２−７−１〜２−７−Ｎによりベースバンド信号に変換された受信信号には、送信用局部発振器１−４と受信用局部発振器２−８の周波数誤差の影響を受ける。これによる特性劣化を避けるために、無線信号受信装置２には搬送波周波数誤差推定回路２−９−１〜２−９−Ｎが設けられている。搬送波周波数誤差推定回路２−９−１〜２−９−Ｎのそれぞれの内部構成を、図９に示す搬送波周波数誤差推定回路３として詳細に説明する。
搬送波周波数誤差推定回路３は、
受信用周波数変換器の出力のうち、繰り返し送信されるパイロット信号の周期だけ遅延させた信号と現在の信号との自己相関を計算する自己相関回路３−１と、
このＮ個の自己相関回路３−１の出力の平均値をとる平均化回路３−２と、
この平均化回路３−２の出力である複素数の位相を演算する位相計算回路３−２と、
から構成される。
【０００８】
一般に、搬送波周波数の推定は、はじめに繰り返し送信されるパイロット信号の自己相関値を求める。
一例として、サンプリング周期Ｔとし、受信されるパイロット信号をrp(k)(1≦k≦2K)とした場合を考える。ただし、Ｋは繰り返し送信されるパイロット信号の周期に相当するサンプル数である。周期Ｋサンプルの信号が連続して送信される。搬送波周波数誤差をΔｆとすると、繰り返し送信されるパイロット信号のサンプル点において１周期分、すなわちＫサンプル離れた２つのサンプル点rp(k)、rp(k+K)に関して考える。雑音およびフェージングの影響がなければ、rp(k+K)は繰り返し送信されるパイロット信号の周期がＫサンプルであることよりrp(k)を用いて、
rp(k+K)= rp(k)・exp(2πΔf・KT)
となる。受信装置がk=K+1、K+2、…、2Kの時刻にパイロット信号を受信している時に、現在受信している信号とＫサンプル遅延させた信号の複素共役との乗算結果は以下のようになる。
【数式１】
0003719427.tif 000002
ここで、Ｒは= rp(k+K)の振幅である。信号に含まれる雑音やフェージングの影響を抑えるために、上記乗算結果をパイロット信号の周期の間、自己相関回路３−１において積分する。得られた自己相関値のもつ位相を位相計算回路３−３において計算することにより、時刻がＫＴ経過する間の搬送波周波数誤差に起因する位相変動量ΔθK=2πΔf・KTを推定することができる。求められた位相変動量から、１サンプル点あたりの位相変動量Δθ=ΔθK/Kが分かる。この値を搬送波周波数推定値として、搬送波周波数補正回路２−１０−１〜２−１０−Ｎでは、基準となるサンプル点からｋサンプル離れたサンプル点の位相を−kΔθ回転させることにより、搬送波周波数誤差に起因する位相変動を補正する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
送信装置と受信装置では、共に全てのアンテナ系統で共通の送信用及び受信用局部発振器を用いているため、各アンテナ系統の搬送波周波数誤差は同一の値となるはずである。然し乍ら、通信路のフェージングの影響や、受信装置の熱雑音の影響などにより、Ｎ個の搬送波周波数誤差推定器回路２−９−１〜２−９−Ｎにより計算される搬送波周波数誤差値はそれぞれ異なる。
従来のMIMOチャネルを用いた無線信号送信装置及び受信装置の構成では、Ｎ個の搬送波周波数誤差推定回路２−９−１〜２−９−Ｎにおいて位相変動量として求めた搬送は周波数誤差値をそれぞれのアンテナ系統毎に用いていた。この誤差値をアンテナ系統毎に用いると、搬送波周波数補正後の信号は、アンテナ系統毎に異なる中心周波数を持つことと等価となり、後段における伝達関数推定、干渉補償の精度を劣化させ、その結果通信品質が劣化してしまう問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１では、Ｎ個の受信アンテナと、これらＮ個の受信アンテナに接続され、無線周波数の受信信号を復調に適した周波数に周波数変換するＮ個の受信用周波数変換器と、これらＮ個の受信用周波数変換器の全てに共通の局部発振信号を供給する受信用局部発振器と、複数の受信用周波数変換器に接続され送信用局部発振器と受信用局部発振器の周波数誤差を推定する搬送波周波数誤差推定回路と、この搬送波周波数誤差推定回路の出力を用いて搬送波周波数誤差を補正するＮ個の搬送波周波数補正回路と、受信用周波数変換器の出力に対して、伝達関数の逆関数演算を受信信号に対して行うことにより送信信号系列成分をアンテナ系統毎に分離する干渉キャンセラと、各系統に分離された信号を復調するＮ個の復調器とを有し、同一の周波数により空間多重された信号を受信する無線信号受信装置において、搬送波周波数誤差推定回路は、前記の受信用周波数変換器の出力である受信信号のうち、繰り返し送信される搬送波周波数推定用パイロット信号の自己相関値を計算するＮ個の自己相関回路と、これらＮ個の自己相関回路の出力の平均をとる平均化回路と、この平均化回路の出力である複素数が持つ位相を計算し、Ｎ個の搬送波周波数補正回路に出力する位相計算回路と、から構成される搬送波周波数誤差推定回路を提案する。
【００１１】
この発明の請求項２では、Ｎ個の受信アンテナと、これらＮ個の受信アンテナに接続され、無線周波数の受信信号を復調に適した周波数に周波数変換するＮ個の受信用周波数変換器と、これらＮ個の受信用周波数変換器の全てに共通の局部発振信号を供給する受信用局部発振器と、複数の受信用周波数変換器に接続され送信用局部発振器と受信用局部発振器の周波数誤差を推定する搬送波周波数誤差推定回路と、この搬送波周波数誤差推定回路の出力を用いて搬送波周波数誤差を補正するＮ個の搬送波周波数補正回路と、受信用周波数変換器の出力に対して、伝達関数の逆関数演算を受信信号に対して行うことにより送信信号系列成分をアンテナ系統毎に分離する干渉キャンセラと、各系統に分離された信号を復調するＮ個の復調器とを有し、同一の周波数により空間多重された信号を受信する無線信号受信装置において、搬送波周波数誤差推定回路は、前記の受信用周波数変換器の出力である受信信号のうち、繰り返し送信される搬送波周波数推定用パイロット信号の自己相関値を計算するＮ個の自己相関回路と、これらＮ個の自己相関回路にそれぞれ接続され、予め決められた演算方法により重みを計算する重み係数計算回路と、これらＮ個の重み係数計算回路の出力に基づいてＮ個の自己相関回路の出力を各々重み付けを行うＮ個の重み付け回路と、これらＮ個の重み付け回路の出力の平均をとる平均化回路と、この平均化回路の出力である複素数が持つ位相を計算し、Ｎ個の搬送波周波数補正回路に出力する位相計算回路と、によって構成した搬送波周波数誤差推定回路を提案する。
【００１２】
この発明の請求項３では、Ｎ個の受信アンテナと、これらＮ個の受信アンテナに接続され、無線周波数の受信信号を復調に適した周波数に周波数変換するＮ個の受信用周波数変換器と、これら受信用周波数変換器の全てに共通の局部発振信号を供給する受信用局部発振器と、前記の受信用周波数変換器の出力である受信信号のうち、繰り返し送信される搬送波周波数推定用パイロット信号の自己相関値を計算するＮ個の自己相関回路及びこれらＮ個の自己相関回路の出力の平均をとる平均化回路及びこれら平均化回路の出力である複素数が持つ位相を計算し、Ｎ個の搬送波周波数補正回路に出力する位相計算回路とよりなる搬送波周波数誤差推定回路と、この搬送波周波数誤差推定回路の出力を用いて搬送波周波数誤差を補正するＮ個の搬送波周波数補正回路と、受信用周波数変換器の出力に対して、伝達関数の逆関数演算を受信信号に対して行うことにより送信信号系列成分をアンテナ系統毎に分離する干渉キャンセラと、各系統に分離された信号を復調するＮ個の復調器とによって構成する無線信号受信装置を提案する。
【００１３】
この発明の請求項４では、Ｎ個の受信アンテナと、これらＮ個の受信アンテナに接続され、無線周波数の受信信号を復調に適した周波数に周波数変換するＮ個の受信用周波数変換器と、これら受信用周波数変換器の全てに共通の局部発振信号を供給する受信用局部発振器と、前記の受信用周波数変換器の出力である受信信号のうち、繰り返し送信される搬送波周波数推定用パイロット信号の自己相関値を計算するＮ個の自己相関回路及び、これらＮ個の自己相関回路にそれぞれ接続され、予め決められた演算方法により重みを計算するＮ個の重み係数計算回路及び、これらＮ個の重み係数計算回路の出力に基づいてＮ個の自己相関回路の出力を各々重み付けを行うＮ個の重み付け回路及びＮ個の重み付け回路の出力の平均をとる平均化回路及び、この平均化回路の出力である複素数が持つ位相を計算する位相計算回路とよりなる搬送波周波数誤差推定回路と、
この搬送波周波数誤差推定回路の出力を用いて搬送波周波数誤差を補正するＮ個の搬送波周波数補正回路と、受信用周波数変換器の出力に対して、伝達関数の逆関数演算を受信信号に対して行うことにより送信信号系列成分をアンテナ系統毎に分離する干渉キャンセラと、各系統に分離された信号を復調するＮ個の復調器とによって構成する無線信号受信装置を提案する。
【００１４】
作用
この発明によれば、無線信号受信装置側に、搬送波周波数誤差推定を行う途中において求められるＮ本のアンテナ系統全ての自己相関値を平均化して、平均化された自己相関値を用いて位相変動量を求め、Ｎ個の搬送波周波数補正回路に共通の推定値として出力する搬送波周波数誤差推定回路を用いることにより、マルチパスフェージングや熱雑音に起因する搬送波周波数推定値の誤差を従来よりも小さくすると同時に、全ての系統で共通の搬送波周波数補正を行い、搬送波周波数補正後の出力を全て共通の搬送波周波数を持たせる。それにより、従来方式よりも伝達係数逆関数の精度を向上させ、搬送波周波数誤差が存在する場合の特性劣化を抑制することができる。
また、自己相関値の平均化を行う前段で、アンテナ系統毎に自己相関値の振幅に比例した重み付けを行うことにより、アンテナ系統毎に大きさが異なる自己相関値の信頼性に基づいた平均化を行い、搬送波周波数補正精度を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明の実施例
図１に示すような、無線信号送信装置４と無線信号受信装置５から構成される無線信号送信装置及び受信装置において、無線信号送信装置４は、
２以上複数Ｎ個の送信アンテナ４−５−１〜４−５−Ｎと、
送信データＤ1、Ｄ2、…、ＤNを送信シンボルＭ1、Ｍ2、…、ＭNに変換するＮ個の変調器４−１−１〜４−１−Ｎと、
このＮ個の変調器全てに対して共通のシンボルタイミングを供給するシンボルタイミング発生器４−２と、
この変調器の出力を無線周波数に変換するＮ個の送信用周波数変換器４−３−１〜４−３−Ｎと、この送信用周波数変換器の全てに共通の局部発振信号を供給する送信用局部発振器４−４から構成され、
無線信号受信装置５は、Ｎ個の受信アンテナ５−６−１〜５−６−Ｎに接続され、無線周波数の受信信号を復調に適した周波数に周波数変換するＮ個の受信用周波数変換器５−７−１〜５−７−Ｎと、
このＮ個の受信用周波数変換器５−７−１〜５−７−Ｎの全てに共通の局部発振信号を供給する受信用局部発振器５−８と、
Ｎ個の受信用周波数変換器５−７−１〜５−７−Ｎの出力が入力され、送信用局部発振器と受信側局部発振器の周波数誤差を推定する搬送波周波数誤差推定回路５−９と、
この搬送波周波数誤差推定回路５−９で推定された搬送波周波数推定値をもとに搬送波周波数誤差を修正するＮ個の搬送波周波数補正回路５−１０−１〜５−１０−Ｎと、
この搬送波周波数補正回路の出力に対して、MIMOチャネルの伝達関数に対する逆関数演算を行うことにより空間チャネル間の干渉を除去する干渉キャンセラ５−１１と、
この干渉キャンセラ５−１１の出力をビット列Ｔ1、Ｔ2、…、ＴNに復調する復調器５−１２−１〜５−１２−Ｎと、
から構成される搬送波周波数誤差推定回路５−９は、図２に示される搬送波周波数誤差推定回路６である。
【００１６】
搬送波周波数誤差推定回路６は、Ｎ個の受信用周波数変換器５−７−１〜５−７−Ｎの出力をそれぞれパイロット信号の周期だけ遅延させた信号との自己相関を計算する自己相関回路６−１−１〜６−１−Ｎと、
自己相関回路６−１−１〜６−１−Ｎの出力の平均値を計算する平均化回路６−２と、
この平均化回路６−２の出力である複素数の位相を計算し、前記Ｎ個の搬送波周波数補正回路５−１０−１〜５−１０−Ｎに出力する位相計算回路６−３とを有することを特徴とし、アンテナ系統毎に繰り返し送信されるパイロット信号の自己相関値を平均化した後に搬送波周波数誤差に起因する位相変動量を求めることによりマルチパスフェージング及び熱雑音に起因する搬送波周波数推定値の誤差を制御するとともに、全ての系統で同一の搬送波周波数補正値を用いることにより、アンテナ系統間のベースバンド信号の中心周波数を同一にし、伝達関数の逆関数の精度を向上させ、問題点を解決するものである。
【００１７】
請求項２記載の発明の実施例
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明との差分は搬送波周波数誤差推定回路の構成のみであり、請求項１記載の発明における無線信号受信装置の搬送波周波数誤差推定回路５−９（図１参照）は、図３に示される搬送波周波数誤差推定回路７である。
搬送波周波数誤差推定回路７は、Ｎ個の受信用周波数変換器５−７−１〜５−７−Ｎの出力をそれぞれパイロット信号の周期だけ遅延させた信号との自己相関を計算する自己相関回路７−１−１〜７−１−Ｎと、
これらＮ個の自己相関回路７−１−１〜７−１−Ｎにそれぞれ接続され、予め決められた演算方法により重みを計算する重み係数計算回路７−２−１〜７−２−Ｎと、
これらＮ個の重み係数計算回路７−２−１〜７−２−Ｎから出力される重み係数を用いて、前記Ｎ個の自己相関回路の出力に対して重み付けを行うＮ個の重み付け回路７−３−１〜７−３−Ｎと、
これら重み付け回路の出力７−３−１〜７−３−Ｎの出力の平均値を計算する平均化回路７−４と、
この平均化回路７−４の出力である複素数の位相を計算し、前記Ｎ個の搬送波周波数補正回路に出力する位相計算回路７−４とによって構成される。
【００１８】
この構成によれば、アンテナ系統毎に計算される繰り返し送信されるパイロット信号の自己相関値の積分値を平均化する前に、各自己相関値に対して重み付けを行ってから平均化を行うことにより、自己相関値の信頼度の大小を考慮することが可能となり、単に自己相関値に平均をとる場合と比較してより精度の高い搬送波周波数推定および補正を行うことを可能として問題点を解決するものである。
【００１９】
請求項１記載の発明の変形実施例
図４及び図５に示すブロック図は特願２００１−２４６４０８で提案した「ODFM信号送信装置およびOFDM信号受信装置」にこの発明を適用したブロック図を示す。尚、「OFDM用周波数およびシンボルタイミング同期方式」に関しては電子情報通信学会技術報告（ＲＣＳ９８−２１、１９９８−０４）を参照。
本発明を適用したOFDM信号送受信装置は、図４に示すOFDM信号送信装置８及び図５に示すOFDM信号受信装置９から構成される。
【００２０】
OFDM信号送信装置８は、
Ｎ個のパイロット信号発生器８−１−１〜８−１−Ｎと、
Ｎ個のデータ変換器８−２−１〜８−２−Ｎと、
Ｎ個の多重化回路８−３−１〜８−３−Ｎと、
Ｎ個の高速逆フーリエ変換器８−４−１〜８−４−Ｎと、
シンボルタイミング発生器８−５と、
Ｎ個の送信用周波数変換器８−６−１〜８−６−Ｎと、
送信用局部発振器８−７と、
Ｎ個の送信アンテナ８−８−１〜８−８−Ｎと、
から構成される。
【００２１】
OFDM信号受信装置９は、
Ｎ個の受信アンテナ９−９−１〜９−９−Ｎと、
Ｎ個の受信用周波数変換器９−１０−１〜９−１０−Ｎと、
受信用局部発振器９−１１
搬送波周波数誤差推定回路９−１２と、
Ｎ個の搬送波周波数補正回路９−１３−１〜９−１３−Ｎと、
Ｎ個の高速フーリエ変換器９−１４−１〜９−１４−Ｎと、
タイミング信号発生器９−１５と、
干渉キャンセラ９−１６と、
Ｎ個の復調器９−１７−１〜９−１７−Ｎと、
から構成される。
【００２２】
OFDM信号受信装置９における搬送波周波数誤差推定回路９−１２を、図６に搬送波周波数誤差推定回路１０として示す。搬送波周波数補正回路１０は、
Ｎ個の遅延回路１０−１−１〜１０−１−Ｎと、
Ｎ個の複素共役回路１０−２−１〜１０−２−Ｎと、
Ｎ個の複素乗算器１０−３−１〜１０−３−Ｎと、
Ｎ個の積分回路１０−４−１〜１０−４−Ｎと、
平均化回路１０−５と、
位相計算回路１０−６と、
除算器１０−７と、
から構成される。
【００２３】
SDMを用いたOFDM方式では、各アンテナ系統の受信信号に対してフーリエ変換を行った後の各サブキャリアの信号に対して干渉補償を行うため、受信装置の高速フーリエ変換を行う前段において搬送波周波数を高精度に補正して各サブキャリア間の直交性を確保する必要がある。そこで、搬送波周波数推定用パイロット信号を送信してから伝達係数推定用パイロット信号を送信して、その後にデータ信号を送信する。搬送波周波数推定用パイロット信号は、一般には同一の信号を繰り返し送信した信号が用いられる。繰り返し信号の周期性が崩れると推定精度が劣化するため、マルチパスフェージングにより繰り返し信号以前の成分が搬送波周波数推定用パイロット信号にシンボル間干渉を引き起こさないシンボル構成が望ましい。本実施例では図４に示したパイロット信号発生器８−１−１〜８−１−Ｎにおいてパイロット信号が繰り返し生成され、多重化回路８−３−１〜８−３−Ｎにおいてパイロット信号とデータ信号の順に多重化される。
【００２４】
各系統の送信する搬送波周波数推定用パイロット信号はOFDM信号送信装置８におけるシンボルタイミング発生器８−５により同期して送信されるため、Ｎ個の送信アンテナ８−８−１〜８−８−Ｎから送出される送信信号はほぼ同一のタイミングで受信アンテナ９−９−１〜９−９−Ｎに入力される。すべての送信系統の搬送波周波数推定用パイロット信号が多重された波形を受信するが、シンボル間干渉が発生しないような繰り返し信号を用いていれば隣接シンボルにおける周期性は崩れることがないため、搬送波周波数推定を正しく行うことが可能となる。
【００２５】
OFDM信号受信装置９では、データ信号の受信に先立って、搬送波周波数推定用パイロット信号を用いて搬送波周波数を推定する。「従来の技術」において説明したとおり、搬送波周波数誤差推定回路では、繰り返し送信されるパイロット信号に対して、パイロット信号の周期だけ遅延させた信号との自己相関値を計算し、求められた自己相関値である複素数の位相から搬送波周波数を推定し補正する方法が一般的には用いられる。
以下では図６に示す搬送周波数誤差推定回路１０について説明する。全てのアンテナ系統から入力されるパイロット信号を遅延回路１０−１−１〜１０−１−Ｎでパイロット信号の周期だけ遅延させる。パイロット信号の周期に相当するサンプル数をＫ、サンプリング周期をＴとすると、遅延させる時間はＫＴとなる。遅延させた信号の複素共役を複素共役回路１０−２−１〜１０−２−Ｎで計算し、現在入力されている信号と複素乗算器１０−３−１〜１０−３−Ｎで乗算することにより、パイロット信号の自己相関値を計算する。
【００２６】
出力される自己相関値は時間ＫＴの間に搬送波周波数誤差により変動する位相回転量を含む数となる。自己相関値はパイロット信号の周期と同数のサンプル数だけ計算できるため、Ｋサンプルにわたる和を積分回路１０−４−１〜１０−４−Ｎにおいて計算する。
従来の搬送波周波数誤差推定回路においては求められた自己相関値の和より１サンプル点あたりの位相変動量をアンテナ系統毎に計算し、アンテナ系統毎に個別に搬送波周波数補正を行っているが、この手法を用いると、アンテナ系統毎に異なる雑音やフェージングの影響により、アンテナ系統毎に出力される搬送波周波数推定値がそれぞれ異なる値を持つことになる。
【００２７】
OFDM方式では、信号をサブキャリアと呼ばれる多数の狭帯域信号に分割して送信して、受信装置において高速フーリエ変換を用いてサブキャリア毎に信号を分離する。アンテナ系統毎で搬送波周波数推定値が異なるということは、アンテナ毎のベースバンド信号がもつ、周波数誤差が異なることとなる。これは、全てのサブキャリアの中心周波数がアンテナ系統毎に異なることと等価であるため、サブキャリア毎に行う干渉補償の精度劣化につながり、通信品質が劣化してしまう。
【００２８】
そこで、提案する搬送波周波数誤差推定回路１０では、この問題点を解決するために、全てのアンテナ系統毎で計算されるＮ個の自己相関値の和を平均化回路１０−５において平均化し、平均化された自己相関値の位相を位相計算回路１０−６により求め、この位相を除算器１０−７によりパイロット信号の周期となるサンプル数Ｋで除算し、１サンプル時間あたりの搬送波周波数誤差による位相変動量を計算し、この値をＮ個の搬送波周波数補正回路９−１３−１〜９−１３−Ｎすべてに出力する。
【００２９】
搬送波周波数推定値は、Ｎ系統の自己相関値の和の平均値であるため、搬送波周波数推定における熱雑音の相対電力を１／Ｎに抑えることができる。また、Ｎブランチのダイバーシチ効果により、フェージングによる信号振幅の落ち込みに対する耐性も向上するため、搬送波周波数推定値を従来の方法よりも低く抑えることが可能である。また、従来から用いられている、過去の搬送波周波数推定値と現在の搬送波周波数推定値を平均化する搬送波周波数推定値に関する時間軸方向のダイバーシチを行うことも当然可能である。
【００３０】
従って、高速フーリエ変換回路９−１４−１〜９−１４−Ｎ（図５参照）に入力される信号がより直交状態に近づき、信号がより正確にフーリエ変換される。また、本実施例では高速フーリエ変換後の信号はサブキャリア毎に伝達関数の逆関数の演算が行われるが、各サブキャリアの搬送波周波数を同一にしているため、伝達関数の逆関数推定をより正確に行うことが可能となり、各サブキャリアの干渉キャンセルの誤差を小さくすることが可能となり、問題点を解決することが可能となる。
【００３１】
請求項２記載の発明の変形実施例
請求項１記載の変形実施例同様、変復調にOFDM方式を用いた場合における実施例を示す。OFDM信号送信装置及び受信装置は図４及び図５と全く同様であるが、搬送波周波数誤差推定回路９−１２のみが異なる。本実施例における搬送波周波数誤差推定回路を図７に、搬送波周波数誤差推定回路１１として示す。搬送波周波数誤差推定回路１１は、
Ｎ個の遅延回路１１−１−１〜１１−１−Ｎと、
Ｎ個の複素共役回路１１−２−１〜１１−２−Ｎと、
Ｎ個の複素乗算器１１−３−１〜１１−３−Ｎと、
Ｎ個の積分回路１１−４−１〜１１−４−Ｎと、
Ｎ個の振幅演算回路１１−５−１〜１１−５−Ｎと、
Ｎ個の重み付け回路１１−６−１〜１１−６−Ｎと、
平均化回路１１−７と、
位相計算回路１１−８と、
除算器１１−９と、
から構成される。
【００３２】
搬送波周波数誤差推定回路１１の構成は、図６に示した搬送波周波数誤差推定回路１０と、積分回路１０−４−１〜１０−４−Ｎにより自己相関値の和をとるところまでは全く同一である。
図６に示した実施例ではＮ個の出力の平均を平均化回路１０−５において求めているが、求められたＮ個の自己相関値の和は雑音やフェージングの影響により互いに異なる値を持つ。特に、アンテナ系統間でフェージングの環境が大きく異なる場合、その差は大きくなるものと考えられる。自己相関値の和が小さい場合、その自己相関値の和は信号対雑音電力比が小さいと考えられる。逆に、自己相関値の和が大きい場合、その自己相関値の和は信号対雑音電力費が大きいと考えられる。従って、自己相関値の振幅が異なる信号を加算すると、加算結果の信号対雑音電力比は振幅が相対的に大きい自己相関値の和の雑音対信号電力比よりも小さくなってしまう。そこで、図７に示す本実施例では無線通信の分野で一般的に用いられている最大比合成ダイバーシチの手法を改良した演算手法でこの問題を解決する。
【００３３】
Ｎ本のアンテナ系統に接続されるそれぞれの回路における熱雑音の電力が、アンテナ系統毎に同一であれば、Ｎ個の自己相関値の和に含まれる熱雑音の平均電力も互いに同一であると考えられる。そこで、Ｎ個の自己相関値の和それぞれの振幅を振幅演算回路１１−５−１〜１１−５−Ｎにおいて求め、Ｎ個の値を用いて重み付け回路１１−６−１〜１１−６−ＮによりＮ個の自己相関値に重み付けを行った後に平均化回路１１−７により平均化される。自己相関値の和の振幅は、雑音を含むものの、大まかに自己相関値の信号対雑音電力比に比例する。従って、自己相関値の和の信頼性に基づく重み付けを行っていることと、すなわち、自己相関値に対して雑音を含んだ最大比合成ダイバーシチを行っていることとほぼ等価となる。そのため、請求項１に記載されている、単に自己相関値の和を平均化する手法に対して雑音電力に対してより最適化が図られているため搬送波周波数推定精度を向上させることが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、従来技術のMIMOチャネルを用いた無線信号送受信装置において問題となっていたアンテナ系統毎の搬送波周波数を、アンテナ系統毎に求められた搬送波周波数推定値を平均化することにより搬送波周波数の推定精度を向上させると同時にアンテナ系統間の搬送波周波数の偏差を除去することができる。その結果、搬送波周波数補正後の干渉キャンセルに必要な伝達関数の逆関数の推定精度が向上し、高品質の通信が実現されるためその効果は大きい。
【００３５】
請求項２記載の発明によれば、搬送波周波数誤差推定回路内部の自己相関値の和を自身の振幅に基づく重み付けを行ってから平均化することにより、自己相関値の和に含まれる雑音成分の影響を軽減することが可能となり、その結果搬送波周波数推定精度が向上し、高品質の通信が実現可能となり、その効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明の搬送波周波数誤差推定回路を用いた無線信号送受信装置における、無線信号送信装置と無線信号受信装置の構成を示したブロック図。
【図２】請求項１記載の発明の搬送波周波数誤差推定回路の内部構成を示したブロック図。
【図３】請求項２記載の発明における搬送波周波数誤差推定回路の内部構成を示したブロック図。
【図４】請求項１記載の発明の変形実施例を説明するための無線信号送信装置を示したブロック図。
【図５】請求項１記載の発明の変形実施例を説明するための無線信号受信装置を示したブロック図。
【図６】図５に示した無線信号受信装置に請求項１記載の発明で提案した搬送波周波数誤差推定回路を適用した実施例を示したブロック図。
【図７】図５に示した無線信号受信装置に請求項２記載の発明で提案した搬送波周波数誤差推定回路を適用した実施例を示したブロック図。
【図８】従来技術のMIMOチャネルを用いた無線信号送受信装置における無線信号送信装置と無線信号受信装置の構成を示したブロック図。
【図９】従来技術のMIMOチャネルを用いた無線信号送受信装置における搬送波周波数誤差推定回路の内部構成を示したブロック図。
【符号の説明】
図１において、
４：無線信号送信装置
４−１−１〜４−１−Ｎ：変調器
４−２：シンボルタイミング発生器
４−３−１〜４−３−Ｎ：送信用周波数変換器
４−４：送信用局部発振器
４−５−１〜４−５−Ｎ：送信アンテナ
５：無線信号受信装置
５−６−１〜５−６−Ｎ：受信アンテナ
５−７−１〜５−７−Ｎ：受信用周波数変換器
５−８：受信用局部発振器
５−９：搬送波周波数誤差推定回路
５−１０−１〜５−１０−Ｎ：搬送波周波数補正回路
５−１１：干渉キャンセラ
５−１２−１〜５−１２−Ｎ：復調器
図２において
６：搬送波周波数誤差推定回路
６−１−１〜６−１−Ｎ：自己相関回路
６−２：平均化回路
６−３：位相計算回路
図３において
７：搬送波周波数誤差推定回路
７−１−１〜７−１−Ｎ：自己相関回路
７−２−１〜７−２−Ｎ：重み係数計算回路
７−３−１〜７−３−Ｎ：重み付け回路
７−４：平均化回路
７−５：位相計算回路
図４及び５において
８：OFDM信号送信装置
８−１−１〜８−１−Ｎ：パイロット信号発生器
８−２−１〜８−２−Ｎ：データ変換器
８−３−１〜８−３−Ｎ：多重化回路
８−４−１〜８−４−Ｎ：高速逆フーリエ変換器
８−５：シンボルタイミング発生器
８−６−１〜８−６−Ｎ：送信用周波数変換器
８−７：送信用局部発振器
８−８−１〜８−８−Ｎ：送信アンテナ
９：OFDM信号受信装置
９−９−１〜９−９−Ｎ：受信アンテナ
９−１０−１〜９−１０−Ｎ：受信用周波数変換器
９−１１：受信用局部発振器
９−１２：搬送波周波数誤差推定回路
９−１３−１〜９−１３−Ｎ：搬送波周波数補正回路
９−１４−１〜９−１４−Ｎ：高速フーリエ変換器
９−１５：タイミング信号発生器
９−１６：干渉キャンセラ
９−１７−１〜９−１７−Ｎ：復調器
図６において、
１０：搬送波周波数誤差推定回路
１０−１−１〜１０−１−Ｎ：遅延回路
１０−２−１〜１０−２−Ｎ：複素共役回路
１０−３−１〜１０−３−Ｎ：複素乗算器
１０−４−１〜１０−４−Ｎ：積分回路
１０−５：平均化回路
１０−６：位相計算回路
１０−７：除算器
図７において、
１１：搬送波周波数誤差推定回路
１１−１−１〜１１−１−Ｎ：遅延回路
１１−２−１〜１１−２−Ｎ：複素共役回路
１１−３−１〜１１−３−Ｎ：複素乗算器
１１−４−１〜１１−４−Ｎ：積分回路
１１−５−１〜１１−５−Ｎ：振幅演算回路
１１−６−１〜１１−６−Ｎ：重み付け回路
１１−７：平均化回路
１１−８：位相計算回路
１１−９：除算器
図８において、
１：無線信号送信装置
１−１−１〜１−１−Ｎ：変調器
１−２：シンボルタイミング発生器
１−３−１〜１−３−Ｎ：送信用周波数変換器
１−４：送信用局部発振器
１−５−１〜１−５−Ｎ：送信アンテナ
２：無線信号受信装置
２−６−１〜２−６−Ｎ：受信アンテナ
２−７−１〜２−７−Ｎ：受信用周波数変換器
２−８：受信用局部発振器
２−９−１〜２−９−Ｎ：搬送波周波数誤差推定回路
２−１０−１〜２−１０−Ｎ：搬送波周波数補正回路
２−１１：干渉キャンセラ
２−１２−１〜２−１２−Ｎ：復調器
図９において、
３：搬送波周波数誤差推定回路
３−１：自己相関回路
３−２：平均化回路
３−３：位相計算回路
【図１】
0003719427.tif 000003
【図２】
0003719427.tif 000004
【図３】
0003719427.tif 000005
【図４】
0003719427.tif 000006
【図５】
0003719427.tif 000007
【図６】
0003719427.tif 000008
【図７】
0003719427.tif 000009
【図８】
0003719427.tif 000010
【図９】
0003719427.tif 000011