(57)【要約】  複数の無線信号を送信する送信装置と、送信装置からの複数の無線信号を受信し、送信装置が送信する搬送周波数と受信に使用する基準受信周波数との差をキャリア周波数オフセットとして推定する受信装置とを備える無線通信システムであって、予め定められた第１の系列のトレーニング信号を分岐し、分岐した複数の第１の系列のトレーニング信号のそれぞれに対して規則性を持ったキャリア周波数オフセットによる周波数でそれぞれ変調された無線信号を送信する送信装置と、送信装置から送信された無線信号に含まれる第１の系列のトレーニング信号と、予め定められた第１の系列のトレーニング信号とから得られる位相遷移量に応じて、送信装置とのキャリア周波数オフセットを推定する受信装置とを備える。
2009131110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線信号を送信する送信装置と、前記送信装置からの複数の無線信号を受信し、前記送信装置が送信する搬送周波数と受信に使用する基準受信周波数との差をキャリア周波数オフセットとして推定する受信装置とを備える無線通信システムであって、
予め定められた第１の系列のトレーニング信号を分岐し、分岐した複数の第１の系列のトレーニング信号のそれぞれに対して規則性を持った前記キャリア周波数オフセットによる周波数でそれぞれ変調された前記無線信号を送信する送信装置と、
前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号と、予め定められた第１の系列のトレーニング信号とから得られる位相遷移量に応じて、前記送信装置とのキャリア周波数オフセットを推定する受信装置と、
を備える無線通信システム。
【請求項２】
複数の無線信号を複数の送信アンテナから送信する送信装置と、前記送信装置からの複数の無線信号を受信アンテナによって受信し、前記送信装置が送信する搬送周波数と受信に使用する基準受信周波数との差をキャリア周波数オフセットとして推定する受信装置とを備える無線通信システムであって、
前記送信装置は、
予め定められた第１の系列のトレーニング信号を生成する第１のトレーニング信号系列生成部と、
前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第１の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与する第１の周波数オフセット付与部と、
前記第１の周波数オフセット付与部によって付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号を含む前記無線信号を、前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信する送信部と、
を備え、
前記受信装置は、
前記受信アンテナを通じて前記送信装置からの前記無線信号を受信する受信部と、
前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号と、予め定められた第１の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記周波数ｆ１の逆数で表される時間の自然数倍の時間差Ｔ１における位相遷移量に応じた第１の物理量を検出する第１の位相差検出部と、
前記第１の物理量を平均化することで第１の平均化物理量を算出する第１の平均化部と、
前記第１の平均化物理量に基づいてキャリア周波数オフセットを推定する周波数推定部と、
を備える無線通信システム。
【請求項３】
前記送信装置はさらに、
予め定められた第２の系列のトレーニング信号を生成する第２のトレーニング信号系列生成部と、
前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第２の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、全ての周波数オフセットの絶対値が時間差Ｔ１の逆数の半分の値より小さくなる周波数オフセットを付与する第２の周波数オフセット付与部と、
を備え、
前記送信部は、
前記第１の周波数オフセット付与部によって付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号と、前記第２の周波数オフセット付与部によって付与された前記周波数オフセットを有する前記第２の系列のトレーニング信号を多重して前記無線信号として前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信し、
前記受信装置はさらに、
前記送信装置から送信された無線信号に含まれる第２の系列のトレーニング信号と、予め定められた第２の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記時間差Ｔ１より短い時間差Ｔ２における位相遷移量に応じた第２の物理量を検出する第２の位相差検出部と、
前記第２の物理量を平均化することで第２の平均化物理量を算出する第２の平均化部と、
を備え、
前記周波数推定部は、
前記第１の平均化物理量と前記第２の平均化物理量とに基づいて前記キャリア周波数オフセットを推定する請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記第２の周波数オフセット付与部は、
付与する全ての周波数オフセットの差の絶対値が、周波数ｆ２の整数倍となるように周波数オフセットを付与し、
前記第２の平均化部は、
前記第２の物理量を周波数ｆ２の逆数の自然数倍の時間の範囲で平均化する請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
複数の無線信号を複数の送信アンテナから送信する送信装置であって、
予め定められた第１の系列のトレーニング信号を生成する第１のトレーニング信号系列生成部と、
前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第１の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与する第１の周波数オフセット付与部と、
前記第１の周波数オフセット付与部によって付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号を含む前記無線信号を、前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信する送信部と、
を備える送信装置。
【請求項６】
前記送信装置はさらに、
予め定められた第２の系列のトレーニング信号を生成する第２のトレーニング信号系列生成部と、
前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第２の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、全ての周波数オフセットの絶対値が時間差Ｔ１の逆数の半分の値より小さくなる周波数オフセットを付与する第２の周波数オフセット付与部と、
を備え、
前記送信部は、
前記第１の周波数オフセット付与部によって付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号と、前記第２の周波数オフセット付与部によって付与された前記周波数オフセットを有する前記第２の系列のトレーニング信号を多重して前記無線信号として前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信する請求項５に記載の送信装置。
【請求項７】
前記第２の周波数オフセット付与部は、
付与する全ての周波数オフセットの差の絶対値が、周波数ｆ２の整数倍となるように周波数オフセットを付与する請求項６に記載の送信装置。
【請求項８】
分岐された第１の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与して、複数の無線信号を複数の送信アンテナから送信する送信装置と通信し、前記送信装置からの複数の無線信号を受信アンテナによって受信し、前記送信装置が送信する搬送周波数と受信に使用する基準受信周波数との差をキャリア周波数オフセットとして推定する受信装置であって、
前記受信アンテナを通じて前記送信装置からの前記無線信号を受信する受信部と、
前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号と、予め定められた第１の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記周波数ｆ１の逆数で表される時間の自然数倍の時間差Ｔ１における位相遷移量に応じた第１の物理量を検出する第１の位相差検出部と、
前記第１の物理量を平均化することで第１の平均化物理量を算出する第１の平均化部と、
前記第１の平均化物理量に基づいてキャリア周波数オフセットを推定する周波数推定部と、
を備える受信装置。
【請求項９】
分岐された第２の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、全ての周波数オフセットの絶対値が時間差Ｔ１の逆数の半分の値より小さくなる周波数オフセットを有する前記第２の系列のトレーニング信号と、前記第１の系列のトレーニング信号とを多重して送信する送信装置と通信し、
前記受信装置はさらに、
前記送信装置から送信された無線信号に含まれる第２の系列のトレーニング信号と、予め定められた第２の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記時間差Ｔ１より短い時間差Ｔ２における位相遷移量に応じた第２の物理量を検出する第２の位相差検出部と、
前記第２の物理量を平均化することで第２の平均化物理量を算出する第２の平均化部と、
を備え、
前記周波数推定部は、
前記第１の平均化物理量と前記第２の平均化物理量とに基づいて前記キャリア周波数オフセットを推定する請求項８に記載の受信装置。
【請求項１０】
付与する全ての周波数オフセットの差の絶対値が周波数ｆ２の整数倍となるように周波数オフセットを付与する送信装置と通信し、
前記第２の平均化部は、
前記第２の物理量を周波数ｆ２の逆数の自然数倍の時間の範囲で平均化する請求項９に記載の受信装置。
【請求項１１】
前記第１の位相差検出部は、
前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号の時間差Ｔ１における位相遷移量から、予め定められた前記第１の系列のトレーニング信号の前記時間差における位相遷移量を減算することにより第１の物理量を算出する請求項８に記載の受信装置。
【請求項１２】
前記第１の位相差検出部は、
前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号の時間差Ｔ１における遅延検波結果と、予め定められた前記第１の系列のトレーニング信号の前記時間差における遅延検波結果の共役複素を乗算することにより第１の物理量を算出する請求項８に記載の受信装置。
【請求項１３】
前記第１の平均化部は、
前記第１の物理量を周波数ｆ１の逆数で表される時間の自然数倍の時間の範囲で平均化することにより第１の平均化物理量を算出する請求項８に記載の受信装置。
【請求項１４】
前記第２の位相差検出部は、
前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第２の系列のトレーニング信号の時間差Ｔ２における位相遷移量から、予め定められた前記第２の系列のトレーニング信号の前記時間差における位相遷移量を減算することにより第２の物理量を算出する請求項９に記載の受信装置。
【請求項１５】
前記第２の位相差検出部は、
前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第２の系列のトレーニング信号の時間差Ｔ２における遅延検波結果から、予め定められた前記第２の系列のトレーニング信号の前記時間差における遅延検波結果の共役複素を乗算することにより第２の物理量を算出する請求項９に記載の受信装置。
【請求項１６】
前記受信部、前記第１の位相差検出部、前記第１の平均化部、前記周波数推定部の少なくとも１以上を複数備え、
少なくとも１以上備えている前記受信部、前記第１の位相差検出部、前記第１の平均化部、前記周波数推定部が出力する複数の信号を、選択又は合成して出力する信号選択・合成部を備える請求項８に記載の受信装置。
【請求項１７】
複数の無線信号を送信する送信装置と、前記送信装置からの複数の無線信号を受信し、前記送信装置が送信する搬送周波数と受信に使用する基準受信周波数との差をキャリア周波数オフセットとして推定する受信装置とを用いた無線通信方法であって、
前記送信装置は、
予め定められた第１の系列のトレーニング信号を分岐し、分岐した複数の第１の系列のトレーニング信号のそれぞれに対して規則性を持った前記キャリア周波数オフセットによる周波数でそれぞれ変調された前記無線信号を送信し、
前記受信装置は、
前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号と、予め定められた第１の系列のトレーニング信号とから得られる位相遷移量に応じて、前記送信装置とのキャリア周波数オフセットを推定する無線通信方法。
【請求項１８】
複数の無線信号を複数の送信アンテナから送信する送信装置と、前記送信装置からの複数の無線信号を受信アンテナによって受信し、前記送信装置が送信する搬送周波数と受信に使用する基準受信周波数との差をキャリア周波数オフセットとして推定する受信装置とを用いた無線通信方法であって、
前記送信装置は、
予め定められた第１の系列のトレーニング信号を生成する第１のトレーニング信号系列生成過程と、
前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第１の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与する第１の周波数オフセット付与過程と、
前記第１の周波数オフセット付与過程で付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号を含む前記無線信号を、前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信する送信過程と、
を有し、
前記受信装置は、
前記受信アンテナを通じて前記送信装置からの前記無線信号を受信する受信過程と、
前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号と、予め定められた第１の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記周波数ｆ１の逆数で表される時間の自然数倍の時間差Ｔ１における位相遷移量に応じた第１の物理量を検出する第１の位相差検出過程と、
前記第１の物理量を平均化することで第１の平均化物理量を算出する第１の平均化過程と、
前記第１の平均化物理量に基づいてキャリア周波数オフセットを推定する周波数推定過程と、
を有する無線通信方法。
【請求項１９】
前記送信装置はさらに、
予め定められた第２の系列のトレーニング信号を生成する第２のトレーニング信号系列生成過程と、
前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第２の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、全ての周波数オフセットの絶対値が時間差Ｔ１の逆数の半分の値より小さくなる周波数オフセットを付与する第２の周波数オフセット付与過程と、
を有し、
前記送信過程では、
前記第１の周波数オフセット付与過程で付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号と、前記第２の周波数オフセット付与過程で付与された前記周波数オフセットを有する前記第２の系列のトレーニング信号を多重して前記無線信号として前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信し、
前記受信装置はさらに、
前記送信装置から送信された無線信号に含まれる第２の系列のトレーニング信号と、予め定められた第２の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記時間差Ｔ１より短い時間差Ｔ２における位相遷移量に応じた第２の物理量を検出する第２の位相差検出過程と、
前記第２の物理量を平均化することで第２の平均化物理量を算出する第２の平均化過程と、
を有し、
前記周波数推定過程では、
前記第１の平均化物理量と前記第２の平均化物理量とに基づいて前記キャリア周波数オフセットを推定する請求項１８に記載の無線通信方法。
【請求項２０】
前記第２の周波数オフセット付与過程では、
付与する全ての周波数オフセットの差の絶対値が、周波数ｆ２の整数倍となるように周波数オフセットを付与し、
前記第２の平均化過程では、
前記第２の物理量を周波数ｆ２の逆数の自然数倍の時間の範囲で平均化する請求項１９に記載の無線通信方法。
【請求項２１】
複数の無線信号を複数の送信アンテナから送信する送信装置を用いた送信方法であって、
予め定められた第１の系列のトレーニング信号を生成する第１のトレーニング信号系列生成過程と、
前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第１の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与する第１の周波数オフセット付与過程と、
前記第１の周波数オフセット付与過程で付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号を含む前記無線信号を、前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信する送信過程と、
を有する送信方法。
【請求項２２】
分岐された第１の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与して、複数の無線信号を複数の送信アンテナから送信する送信装置と通信し、前記送信装置からの複数の無線信号を受信アンテナによって受信し、前記送信装置が送信する搬送周波数と受信に使用する基準受信周波数との差をキャリア周波数オフセットとして推定する受信装置を用いた受信方法であって、
前記受信アンテナを通じて前記送信装置からの前記無線信号を受信する受信過程と、
前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号と、予め定められた第１の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記周波数ｆ１の逆数で表される時間の自然数倍の時間差Ｔ１における位相遷移量に応じた第１の物理量を検出する第１の位相差検出過程と、
前記第１の物理量を平均化することで第１の平均化物理量を算出する第１の平均化過程と、
前記第１の平均化物理量に基づいてキャリア周波数オフセットを推定する周波数推定過程と、
を有する受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム、送信装置、受信装置、無線通信方法、送信方法、受信方法に関する。
本願は、２００８年４月２１日に、日本に出願された特願２００８−１１０７５０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル無線通信システムは、周波数の利用率向上と伝送特性向上のため、ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）やＱＡＭ(Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)などの変調方式を用いる。
ＰＳＫやＱＡＭによる変調方式は、位相に情報を載せて変調する。そのため、送信側と受信側の発信器の周波数のずれによるキャリア周波数オフセットの存在下では、キャリア周波数オフセットによる位相回転によって伝送特性が大きく劣化する。
このキャリア周波数オフセットによる伝送特性の劣化を回避するため、ＰＳＫやＱＡＭによる変調方式では、何らかの手段を用いてキャリア周波数オフセットを推定し、発信器のずれを補正する必要がある。
このキャリア周波数オフセットを推定する方法には、予め定められる系列のトレーニング信号を用いる手法と、トレーニング信号を必要としないブラインド手法とがある。
後者のブラインド手法は、トレーニング信号が不要なため、高い伝送効率を実現できる。しかし、短時間でキャリア周波数オフセットの推定ができないという問題がある。
そのため、短時間でキャリア周波数オフセットを推定する必要があるバースト伝送を行う無線通信システムでは、予め定められた系列のトレーニング信号を用いたキャリア周波数オフセットを推定する手法を用いる（非特許文献１）。【０００３】
図１５は、無線通信システム３００における送信装置５および受信装置６を示した図である。図１５を参照し、非特許文献１に示される既知の系列のトレーニング信号を用いたキャリア周波数オフセットを推定する手法を用いる無線通信システム３００について説明する。無線通信システム３００は、送信装置５と受信装置６とを備える。
送信装置５は、トレーニング信号系列生成部５１、無線部５２、送信アンテナ５３を備える。
トレーニング信号系列生成部５１は、予め定められた系列のトレーニング信号を生成する。
無線部５２は、トレーニング信号系列生成部５１で生成されたトレーニング信号を、アナログ変換および周波数変換し、送信アンテナ５３から受信装置６に送信する。【０００４】
受信装置６は、受信アンテナ６１、無線部６２、位相差検出部６３、平均化部６４、周波数推定部６５を備える。
受信アンテナ６１は、送信装置５から送信された無線信号を受信する。
無線部６２は、受信アンテナ６１で受信した無線信号に対して、周波数変換およびデジタル変換を行い、受信信号を生成する。
位相差検出部６３は、当該受信信号と、予め定められている系列に基づくトレーニング信号とを比較し、一定時間の位相遷移量に応じて求められ雑音の影響を含む物理量を検出する。なお、非特許文献１では、トレーニング信号が０．８μｓ間隔で繰り返される信号系列であり、受信信号を０．８μｓ遅延させることにより、０．８μｓ間の位相遷移量の関数である物理量を検出している。
平均化部６４は、雑音の影響を回避するため、位相差検出部６３で検出した物理量を平均化する。
周波数推定部６５は、平均化部６４で平均化された物理量からキャリア周波数オフセットを推定する。【０００５】
次に、従来のキャリア周波数オフセットを推定する手法の動作原理について数式を用いて説明する。
ｎをサンプル番号とし、トレーニング信号系列生成部５１で生成されたトレーニング信号をｓ（ｎ）とする。受信アンテナ６１で受信され、無線部６２で周波数変換およびデジタル変換され、その結果により生成される受信信号ｙ（ｎ）は、式（１）で示される。【０００６】
【数１】
2009131110.tif 000003
【０００７】
ここで、ｈは、送信アンテナ５３と受信アンテナ６１の間の複素振幅応答である。Δｆは、送信装置５と受信装置６との間のキャリア周波数オフセットである。ｆｓは、サンプリング周波数である。η（ｎ）は、サンプルごとに無相関で、平均電力量が１となる複素ガウス分布に従う雑音である。
なお、説明を簡単にするため、以降ではトレーニング信号ｓ（ｎ）は、どのサンプルにおいても、その絶対値の大きさ（｜ｓ（ｎ）｜）は、１であるとする。
位相差検出部６３、平均化部６４、周波数推定部６５は、無線信号を受信して生成された受信信号ｙ（ｎ）と、トレーニング信号系列生成部５１で生成されたトレーニング信号ｓ（ｎ）とを用いて、キャリア周波数オフセットΔｆを推定する。
トレーニング信号ｓ（ｎ）は、予め定められた信号系列に基づくトレーニング信号である。
位相差検出部６３で、遅延検波型の位相差検出を利用した場合、すなわち受信信号ｙ（ｎ）の時間差τサンプルにおける遅延検波結果とトレーニング信号ｓ（ｎ）の時間差τサンプルにおける遅延検波結果の共役複素数を乗算する場合、時間差τサンプルにおける位相遷移量の関数である物理量ｚ（ｎ）は、式（２）で示される。【０００８】
【数２】
2009131110.tif 000004
【０００９】
式（２）において、α（ｎ）は、式（３）で示される。【００１０】
【数３】
2009131110.tif 000005
【００１１】
平均化部６４で、Ｎサンプル分の物理量ｚ（ｎ）を平均化したとすると、平均化物理量φは、サンプル数Ｎが時間差τサンプルの値より大きい（位相差Ｎ＞τ）ときには、式（４）で示される。【００１２】
【数４】
2009131110.tif 000006
【００１３】
式（４）において、Ｒｅ［・］は実数を示す。
また、サンプル数Ｎが時間差τサンプルの値以下（位相差Ｎ≦τ）のときには、平均化物理量φは、式（５）で示される。【００１４】
【数５】
2009131110.tif 000007
【００１５】
位相差検出部６３で遅延検波を利用した場合、周波数推定部６５は、式（６）に基づいてキャリア周波数オフセットの推定値ｆｅｓｔを算出する。【００１６】
【数６】
2009131110.tif 000008
【００１７】
式（６）において、Ｉｍ［・］は虚数を示す。
平均化物理量φにおける雑音η（ｎ）の影響が無視できるほど小さい場合、式（４）または式（５）の中括弧｛｝内の第１項以外の成分が０（ゼロ）、すなわち実数成分だけになる。そのため、キャリア周波数オフセットの推定値ｆｅｓｔを誤差なく算出できる。【００１８】
しかしながら、一般的な無線通信システムでは、雑音η（ｎ）の影響は無視することができない。そこで、次に、雑音η（ｎ）の影響が無視できない場合の誤差推定について、数式を用いて説明する。
雑音η（ｎ）は、サンプルごとに無相関でかつ確率的には複素ガウス分布に従う。そのため、ガウス分布に従う２つの独立変数同士を線形演算すると、ガウス分布の性質により、式（４）のＮ＞τの平均化物理量Φは、式（７）として示すことができる。なお、ガウス分布の性質として、両変数の分散を線形演算した分散を持つガウス分布で近似できるという性質がある。
なお、ガウス分布に従う２つの独立変数同士を乗算すると、厳密にはガウス分布にはならないがガウス分布に近い分布となる。そのため、以降では両変数の分散を乗算した分散を持つガウス分布で近似できるものとして説明する。【００１９】
【数７】
2009131110.tif 000009
【００２０】
また、式（５）のＮ≦τの場合の平均化物理量φは、式（８）として示すことができる。【００２１】
【数８】
2009131110.tif 000010
【００２２】
式（７）、式（８）において、雑音を示すηｒ、ηｉは、分散が１のガウス分布に従う変数である。
ここで、キャリア周波数オフセットの推定に利用する受信信号の電力の総和が、雑音電力より十分に高い場合、すなわち式（９）で示される場合について説明する。【００２３】
【数９】
2009131110.tif 000011
【００２４】
式（９）で示される場合は、周波数推定部６５で算出されるキャリア周波数オフセットの推定値ｆｅｓｔは、θが１より十分小さな値をとるとき（θ＜＜１）にｔａｎθ≒θとなる関係を利用する。この時、Ｎ＞τの場合には、キャリア周波数オフセットの推定値ｆｅｓｔは、式（１０）で近似できる。【００２５】
【数１０】
2009131110.tif 000012
【００２６】
また、Ｎ≦τの場合には、キャリア周波数オフセットの推定値ｆｅｓｔは、式（１１）で近似できる。【００２７】
【数１１】
2009131110.tif 000013
【００２８】
式（１０）、式（１１）において、雑音を示すηθは、分散が１のガウス分布に従う変数である。
なお、キャリア周波数オフセットの推定が可能である引き込み範囲は、例えば式（１２）で規定される。【００２９】
【数１２】
2009131110.tif 000014
【００３０】
式（１０）または式（１１）に示されるように、従来のキャリア周波数オフセット推定システムでは、よりサンプリング速度が遅く、より時間差τサンプルの時間が長く、より受信レベル｜ｈ｜２が大きく、より平均化サンプル数Ｎが大きいほどキャリア周波数オフセットの推定誤差を小さくすることができる。このうち、サンプリング速度ｆｓと時間差τサンプルは、式（１２）に示されるキャリア周波数オフセットの引き込み範囲により設定可能な範囲が制限される。
従って、従来の周波数オフセット推定システムでは、要求されるキャリア周波数オフセットの引き込み範囲から、サンプリング速度ｆｓと時間差τサンプルの値とを決定する。その後、許容される推定誤差および想定される受信レベル｜ｈ｜２からサンプル数Ｎを決定する。【００３１】
しかしながら、見通し外伝搬のようなマルチパス環境では、複数のパスが逆相で加算され、一定の確率で受信レベルが大きく低下する。例えば、レイリーフェージング環境では、瞬時の受信レベルが平均受信レベルより２０ｄＢ以上低くなる確率が約１％存在する。このレイリーフェージング環境は、マルチパス環境の一般的なモデルである。
そのため、従来のキャリア周波数オフセット推定システムをマルチパスフェージング環境で利用する場合、受信レベル低下に伴う推定誤差の増大を回避するため、平均化サンプル数をＣＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）で規定される数と比べて十分に大きな値に設定する必要や、平均受信レベルを十分に高くする必要があった。これにより、長いトレーニング信号を付与する事によるフレーム利用効率の低下とキャリア周波数オフセット推定時間の増大や、送信電力の増大による送信装置の消費電力とコストの増大を招くという問題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３２】
【非特許文献１】守倉正博、久保田周治他、“改定版  ８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書”、インプレス、ｐｐ．２０４−２０５、２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、マルチパス環境においても少ない平均化サンプル数で高精度にキャリア周波数オフセットを推定する無線通信システム、送信装置、受信装置、無線通信方法、送信方法、受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】
【００３４】
（１）  本発明の一態様による無線通信システムは、複数の無線信号を送信する送信装置と、前記送信装置からの複数の無線信号を受信し、前記送信装置が送信する搬送周波数と受信に使用する基準受信周波数との差をキャリア周波数オフセットとして推定する受信装置とを備える無線通信システムであって、予め定められた第１の系列のトレーニング信号を分岐し、分岐した複数の第１の系列のトレーニング信号のそれぞれに対して規則性を持った前記キャリア周波数オフセットによる周波数でそれぞれ変調された前記無線信号を送信する送信装置と、前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号と、予め定められた第１の系列のトレーニング信号とから得られる位相遷移量に応じて、前記送信装置とのキャリア周波数オフセットを推定する受信装置と、を備える。
これにより、複数の無線信号によって送信される第１の系列のトレーニング信号にそれぞれ付与される周波数オフセットの働きにより、トレーニング信号の位相差検出が容易となる。よって、短いトレーニング信号長、またはより小さな送信電力で高精度にキャリア周波数オフセットを推定することができる。【００３５】
（２）  本発明の一態様による無線通信システムは、複数の無線信号を複数の送信アンテナから送信する送信装置と、前記送信装置からの複数の無線信号を受信アンテナによって受信し、前記送信装置が送信する搬送周波数と受信に使用する基準受信周波数との差をキャリア周波数オフセットとして推定する受信装置とを備える無線通信システムであって、前記送信装置は、予め定められた第１の系列のトレーニング信号を生成する第１のトレーニング信号系列生成部と、前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第１の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与する第１の周波数オフセット付与部と、前記第１の周波数オフセット付与部によって付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号を含む前記無線信号を、前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信する送信部と、を備え、前記受信装置は、前記受信アンテナを通じて前記送信装置からの前記無線信号を受信する受信部と、前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号と、予め定められた第１の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記周波数ｆ１の逆数で表される時間の自然数倍の時間差Ｔ１における位相遷移量に応じた第１の物理量を検出する第１の位相差検出部と、前記第１の物理量を平均化することで第１の平均化物理量を算出する第１の平均化部と、前記第１の平均化物理量に基づいてキャリア周波数オフセットを推定する周波数推定部と、を備える。
これにより、複数の送信アンテナから複数の無線信号によって送信される所定の系列のトレーニング信号に付与される周波数オフセットの働きにより、受信レベルの定常的な落ち込みを回避することができる。これにより、位相差検出における雑音の影響を軽減することで、マルチパスフェージング環境においても短いトレーニング信号長、またはより小さな送信電力で高精度にキャリア周波数オフセットを推定することができる。【００３６】
（３）  また、本発明の一態様による無線通信システムでは、前記送信装置はさらに、予め定められた第２の系列のトレーニング信号を生成する第２のトレーニング信号系列生成部と、前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第２の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、全ての周波数オフセットの絶対値が時間差Ｔ１の逆数の半分の値より小さくなる周波数オフセットを付与する第２の周波数オフセット付与部と、を備え、前記送信部は、前記第１の周波数オフセット付与部によって付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号と、前記第２の周波数オフセット付与部によって付与された前記周波数オフセットを有する前記第２の系列のトレーニング信号を多重して前記無線信号として前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信し、前記受信装置はさらに、前記送信装置から送信された無線信号に含まれる第２の系列のトレーニング信号と、予め定められた第２の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記時間差Ｔ１より短い時間差Ｔ２における位相遷移量に応じた第２の物理量を検出する第２の位相差検出部と、前記第２の物理量を平均化することで第２の平均化物理量を算出する第２の平均化部と、を備え、前記周波数推定部は、前記第１の平均化物理量と前記第２の平均化物理量とに基づいて前記キャリア周波数オフセットを推定しても良い。
これにより、第２の系列のトレーニング信号を用いた位相差検出を行うことで、広い引き込み範囲と短い引き込み時間を実現できる。そして、その推定精度を第１の系列のトレーニング信号を用いた位相差検出の引き込み範囲内とする。これにより、続けて行う第１の系列のトレーニング信号を用いた位相差検出との組み合わせにより高い推定精度を両立することができる。【００３７】
（４）  また、本発明の一態様による無線通信システムでは、前記第２の周波数オフセット付与部は、付与する全ての周波数オフセットの差の絶対値が、周波数ｆ２の整数倍となるように周波数オフセットを付与し、前記第２の平均化部は、前記第２の物理量を周波数ｆ２の逆数の自然数倍の時間の範囲で平均化しても良い。
これにより、第２の位相差検出部において遅延検波型の位相差検出を利用することで、キャリア周波数オフセットを高精度に推定することができる。【００３８】
（５）  本発明の一態様による送信装置は、複数の無線信号を複数の送信アンテナから送信する送信装置であって、予め定められた第１の系列のトレーニング信号を生成する第１のトレーニング信号系列生成部と、前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第１の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与する第１の周波数オフセット付与部と、前記第１の周波数オフセット付与部によって付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号を含む前記無線信号を、前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信する送信部と、を備える。【００３９】
（６）  また、本発明の一態様による送信装置では、前記送信装置はさらに、予め定められた第２の系列のトレーニング信号を生成する第２のトレーニング信号系列生成部と、前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第２の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、全ての周波数オフセットの絶対値が時間差Ｔ１の逆数の半分の値より小さくなる周波数オフセットを付与する第２の周波数オフセット付与部と、を備え、前記送信部は、前記第１の周波数オフセット付与部によって付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号と、前記第２の周波数オフセット付与部によって付与された前記周波数オフセットを有する前記第２の系列のトレーニング信号を多重して前記無線信号として前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信しても良い。【００４０】
（７）  また、本発明の一態様による送信装置では、前記第２の周波数オフセット付与部は、付与する全ての周波数オフセットの差の絶対値が、周波数ｆ２の整数倍となるように周波数オフセットを付与しても良い。【００４１】
（８）  本発明の一態様による受信装置は、分岐された第１の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与して、複数の無線信号を複数の送信アンテナから送信する送信装置と通信し、前記送信装置からの複数の無線信号を受信アンテナによって受信し、前記送信装置が送信する搬送周波数と受信に使用する基準受信周波数との差をキャリア周波数オフセットとして推定する受信装置であって、前記受信アンテナを通じて前記送信装置からの前記無線信号を受信する受信部と、前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号と、予め定められた第１の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記周波数ｆ１の逆数で表される時間の自然数倍の時間差Ｔ１における位相遷移量に応じた第１の物理量を検出する第１の位相差検出部と、前記第１の物理量を平均化することで第１の平均化物理量を算出する第１の平均化部と、前記第１の平均化物理量に基づいてキャリア周波数オフセットを推定する周波数推定部と、を備える。【００４２】
（９）  また、本発明の一態様による受信装置では、分岐された第２の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、全ての周波数オフセットの絶対値が時間差Ｔ１の逆数の半分の値より小さくなる周波数オフセットを有する前記第２の系列のトレーニング信号と、前記第１の系列のトレーニング信号とを多重して送信する送信装置と通信し、前記受信装置はさらに、前記送信装置から送信された無線信号に含まれる第２の系列のトレーニング信号と、予め定められた第２の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記時間差Ｔ１より短い時間差Ｔ２における位相遷移量に応じた第２の物理量を検出する第２の位相差検出部と、前記第２の物理量を平均化することで第２の平均化物理量を算出する第２の平均化部と、を備え、前記周波数推定部は、前記第１の平均化物理量と前記第２の平均化物理量とに基づいて前記キャリア周波数オフセットを推定しても良い。【００４３】
（１０）  また、本発明の一態様による受信装置では、付与する全ての周波数オフセットの差の絶対値が周波数ｆ２の整数倍となるように周波数オフセットを付与する送信装置と通信し、前記第２の平均化部は、前記第２の物理量を周波数ｆ２の逆数の自然数倍の時間の範囲で平均化しても良い。【００４４】
（１１）  また、本発明の一態様による受信装置では、前記第１の位相差検出部は、前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号の時間差Ｔ１における位相遷移量から、予め定められた前記第１の系列のトレーニング信号の前記時間差における位相遷移量を減算することにより第１の物理量を算出しても良い。
これにより、位相検出にかかる演算を、加減算のみとすることができ、回路構成を簡素化することができる。【００４５】
（１２）  また、本発明の一態様による受信装置では、前記第１の位相差検出部は、前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号の時間差Ｔ１における遅延検波結果と、予め定められた前記第１の系列のトレーニング信号の前記時間差における遅延検波結果の共役複素を乗算することにより第１の物理量を算出しても良い。
これにより、第１の位相差検出部において遅延検波型の位相差検出を利用することで、キャリア周波数オフセットを高精度に推定することができる。【００４６】
（１３）  また、本発明の一態様による受信装置では、前記第１の平均化部は、前記第１の物理量を周波数ｆ１の逆数で表される時間の自然数倍の時間の範囲で平均化することにより第１の平均化物理量を算出しても良い。
これにより、第１の平均化部においてｆｓ／ｆ１サンプルの自然数倍であるＮ１サンプル分の物理量Ｚ１（ｎ）を平均化する。よって、平均化サンプル数Ｎ１に応じたキャリア周波数オフセット推定精度を得ることができる。【００４７】
（１４）  また、本発明の一態様による受信装置では、前記第２の位相差検出部は、前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第２の系列のトレーニング信号の時間差Ｔ２における位相遷移量から、予め定められた前記第２の系列のトレーニング信号の前記時間差における位相遷移量を減算することにより第２の物理量を算出しても良い。
これにより、位相検出にかかる演算を、加減算のみとすることができ、回路構成を簡素化することができる。【００４８】
（１５）  また、本発明の一態様による受信装置では、前記第２の位相差検出部は、前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第２の系列のトレーニング信号の時間差Ｔ２における遅延検波結果から、予め定められた前記第２の系列のトレーニング信号の前記時間差における遅延検波結果の共役複素を乗算することにより第２の物理量を算出しても良い。
これにより、第２の周波数オフセット付与部で付与される全ての周波数オフセットの差の絶対値が、周波数ｆ２の整数倍となるように周波数オフセットを付与する。そして、第２の平均化部において第２の物理量をｆｓ／ｆ２のサンプルの自然数倍であるＮ２サンプル分の物理量を平均化する。これにより、平均化サンプル数Ｎ２に応じたキャリア周波数オフセット推定精度を得ることができる。【００４９】
（１６）  また、本発明の一態様による受信装置では、前記受信部、前記第１の位相差検出部、前記第１の平均化部、前記周波数推定部の少なくとも１以上を複数備え、少なくとも１以上備えている前記受信部、前記第１の位相差検出部、前記第１の平均化部、前記周波数推定部が出力する複数の信号を、選択又は合成して出力する信号選択・合成部を備えても良い。【００５０】
（１７）  本発明の一態様による無線通信方法は、複数の無線信号を送信する送信装置と、前記送信装置からの複数の無線信号を受信し、前記送信装置が送信する搬送周波数と受信に使用する基準受信周波数との差をキャリア周波数オフセットとして推定する受信装置とを用いた無線通信方法であって、前記送信装置は、予め定められた第１の系列のトレーニング信号を分岐し、分岐した複数の第１の系列のトレーニング信号のそれぞれに対して規則性を持った前記キャリア周波数オフセットによる周波数でそれぞれ変調された前記無線信号を送信し、前記受信装置は、前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号と、予め定められた第１の系列のトレーニング信号とから得られる位相遷移量に応じて、前記送信装置とのキャリア周波数オフセットを推定する。【００５１】
（１８）  本発明の一態様による無線通信方法は、複数の無線信号を複数の送信アンテナから送信する送信装置と、前記送信装置からの複数の無線信号を受信アンテナによって受信し、前記送信装置が送信する搬送周波数と受信に使用する基準受信周波数との差をキャリア周波数オフセットとして推定する受信装置とを用いた無線通信方法であって、前記送信装置は、予め定められた第１の系列のトレーニング信号を生成する第１のトレーニング信号系列生成過程と、前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第１の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与する第１の周波数オフセット付与過程と、前記第１の周波数オフセット付与過程で付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号を含む前記無線信号を、前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信する送信過程と、を有し、前記受信装置は、前記受信アンテナを通じて前記送信装置からの前記無線信号を受信する受信過程と、前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号と、予め定められた第１の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記周波数ｆ１の逆数で表される時間の自然数倍の時間差Ｔ１における位相遷移量に応じた第１の物理量を検出する第１の位相差検出過程と、前記第１の物理量を平均化することで第１の平均化物理量を算出する第１の平均化過程と、前記第１の平均化物理量に基づいてキャリア周波数オフセットを推定する周波数推定過程と、を有する。【００５２】
（１９）  また、本発明の一態様による無線通信方法では、前記送信装置はさらに、予め定められた第２の系列のトレーニング信号を生成する第２のトレーニング信号系列生成過程と、前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第２の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、全ての周波数オフセットの絶対値が時間差Ｔ１の逆数の半分の値より小さくなる周波数オフセットを付与する第２の周波数オフセット付与過程と、を有し、前記送信過程では、前記第１の周波数オフセット付与過程で付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号と、前記第２の周波数オフセット付与過程で付与された前記周波数オフセットを有する前記第２の系列のトレーニング信号を多重して前記無線信号として前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信し、前記受信装置はさらに、前記送信装置から送信された無線信号に含まれる第２の系列のトレーニング信号と、予め定められた第２の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記時間差Ｔ１より短い時間差Ｔ２における位相遷移量に応じた第２の物理量を検出する第２の位相差検出過程と、前記第２の物理量を平均化することで第２の平均化物理量を算出する第２の平均化過程と、を有し、前記周波数推定過程では、前記第１の平均化物理量と前記第２の平均化物理量とに基づいて前記キャリア周波数オフセットを推定しても良い。【００５３】
（２０）  また、本発明の一態様による無線通信方法では、前記第２の周波数オフセット付与過程では、付与する全ての周波数オフセットの差の絶対値が、周波数ｆ２の整数倍となるように周波数オフセットを付与し、前記第２の平均化過程では、前記第２の物理量を周波数ｆ２の逆数の自然数倍の時間の範囲で平均化しても良い。【００５４】
（２１）  本発明の一態様による送信方法は、複数の無線信号を複数の送信アンテナから送信する送信装置を用いた送信方法であって、予め定められた第１の系列のトレーニング信号を生成する第１のトレーニング信号系列生成過程と、前記複数の送信アンテナの数と同数に分岐された前記第１の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与する第１の周波数オフセット付与過程と、前記第１の周波数オフセット付与過程で付与された前記周波数オフセットを有する前記第１の系列のトレーニング信号を含む前記無線信号を、前記送信アンテナを通じて前記受信装置に送信する送信過程と、を有する。【００５５】
（２２）  本発明の一態様による受信方法は、分岐された第１の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与して、複数の無線信号を複数の送信アンテナから送信する送信装置と通信し、前記送信装置からの複数の無線信号を受信アンテナによって受信し、前記送信装置が送信する搬送周波数と受信に使用する基準受信周波数との差をキャリア周波数オフセットとして推定する受信装置を用いた受信方法であって、前記受信アンテナを通じて前記送信装置からの前記無線信号を受信する受信過程と、前記送信装置から送信された無線信号に含まれる前記第１の系列のトレーニング信号と、予め定められた第１の系列のトレーニング信号とに基づいて、前記周波数ｆ１の逆数で表される時間の自然数倍の時間差Ｔ１における位相遷移量に応じた第１の物理量を検出する第１の位相差検出過程と、前記第１の物理量を平均化することで第１の平均化物理量を算出する第１の平均化過程と、前記第１の平均化物理量に基づいてキャリア周波数オフセットを推定する周波数推定過程と、を有する。
【発明の効果】
【００５６】
本発明の無線通信システム、送信装置、受信装置、無線通信方法、送信方法、受信方法は、マルチパス環境においても少ない平均化サンプル数で高精度にキャリア周波数オフセットを推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態による無線通信システム１００を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の技術と従来技術とにおけるキャリア周波数オフセットの推定誤差特性を比較したグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態の技術と従来技術とにおけるキャリア周波数オフセットの推定誤差特性を比較したグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態による送信装置１の処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態による受信装置２の処理を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態による無線通信システム２００を示すブロック図である。
【図７】第２実施形態による無線通信システム２００における送信信号フォーマットである。
【図８】本発明の第２実施形態による送信装置３の処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態による受信装置４の処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態による受信装置７を示す概略ブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による受信装置７ａを示す概略ブロック図である。
【図１２】本発明の第３実施形態による送信装置１の処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３実施形態による送信装置１の処理を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第４実施形態による受信装置８を示す概略ブロック図である。
【図１５】従来の実施形態による無線通信システム３００を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態による無線通信システム１００を示す概略ブロック図である。図１を参照し、予め定められる系列のトレーニング信号を用いて、キャリア周波数オフセットを推定する無線通信システム１００について説明する。
【００５９】
図１に示す無線通信システム１００は、送信装置１と受信装置２とを備えている。送信装置１は、トレーニング信号系列生成部１１、周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍ、無線部１３−１〜１３−Ｍ、送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍを備えている。なお、Ｍは、２以上の整数である。
【００６０】
トレーニング信号系列生成部１１は、予め定められた系列のトレーニング信号を生成し、周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍにそれぞれ出力する。
周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍは、トレーニング信号系列生成部１１で生成されたトレーニング信号に任意の周波数ｆ１の任意の整数倍となる周波数オフセットをそれぞれ付与して、無線部１３−１〜１３−Ｍに出力する。
【００６１】
無線部１３−１〜１３−Ｍは、トレーニング信号系列生成部１１で生成され、周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍによって周波数オフセットを付与されたトレーニング信号を、アナログ変換および周波数変換し、無線信号として送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍに出力する。
送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍは、接続されている無線部１３−１〜１３−Ｍから出力される無線信号を、受信装置２に送信する。
【００６２】
送信装置１の構成要素の接続と信号の流れを以下に説明する。
トレーニング信号系列生成部１１は、出力端子がそれぞれの周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍの入力端子に接続されている。トレーニング信号系列生成部１１は、生成したトレーニング信号を分岐してそれぞれの周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍに出力する。
周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍは、入力端子がトレーニング信号系列生成部１１の出力端子に接続され、出力端子が無線部１３−１〜１３−Ｍの入力端子に１対１で接続されている。周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍは、入力されたトレーニング信号にそれぞれ周波数オフセットを付与して、無線部１３−１〜１３−Ｍに出力する。
無線部１３−１〜１３−Ｍは、入力端子が周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍの出力端子に一対一で接続され、出力端子が送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍの入力端子に一対一で接続されている。無線部１３−１〜１３−Ｍは、入力された信号であって、それぞれ周波数オフセットを付与されたトレーニング信号を変換し、無線信号を生成して送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍを介して無線信号を受信装置２に送信する。
【００６３】
受信装置２は、受信アンテナ２１、無線部２２、位相差検出部２３、平均化部２４、周波数推定部２５を備えている。
【００６４】
受信アンテナ２１は、送信装置１から送信された無線信号を受信し、無線部２２に出力する。
無線部２２は、受信アンテナ２１で受信された無線信号に対して周波数変換およびデジタル変換を行い、受信信号を生成し、位相差検出部２３に出力する。
位相差検出部２３は、無線部２２で生成された受信信号と、予め定められている系列のトレーニング信号とを比較する。そして、位相差検出部２３は、周波数ｆ１の逆数で表される時間の任意の自然数倍の時間差Ｔ１における位相遷移量の関数で示される物理量を検出し、平均化部２４に出力する。
平均化部２４は、雑音の影響を回避するため位相差検出部２３から出力された物理量を平均化し、平均化物理量を、周波数推定部２５に出力する。
周波数推定部２５は、平均化部２４で平均化された平均化物理量をもとに、キャリア周波数オフセットを推定する。
【００６５】
受信装置２の構成要素の接続と信号の流れを以下に説明する。
受信アンテナ２１は、出力端子が無線部２２の入力端子に接続されている。受信アンテナ２１は、受信した無線信号を無線部２２に出力する。
無線部２２は、入力端子が受信アンテナ２１の出力端子に接続され、出力端子が位相差検出部２３の入力端子に接続されている。無線部２２は、受信アンテナ２１で受信した無線信号から生成された受信信号を、位相差検出部２３に出力する。
位相差検出部２３は、入力端子が無線部２２の出力端子に接続され、出力端子が平均化部２４に接続されている。位相差検出部２３は、無線部２２から入力された受信信号に含まれるトレーニング信号部分を抽出し、予め定められる系列のトレーニング信号と比較して求められる位相遷移量の関数で示される物理量を平均化部２４に出力する。
平均化部２４は、入力端子が位相差検出部２３の出力端子に接続され、出力端子が周波数推定部２５に接続されている。平均化部２４は、位相差検出部２３から入力された物理量に対して、平均化処理をして求めた平均化物理量を周波数推定部２５に出力する。
周波数推定部２５は、入力端子が平均化部２４の出力端子に接続されている。周波数推定部２５は、入力された平均化物理量をもとに、キャリア周波数オフセットを推定し、その結果を出力する。
【００６６】
次に、本発明の第１実施形態におけるキャリア周波数オフセット推定システムの動作原理について数式を用いて説明する。以降では、説明を簡単にするためにサンプル単位での説明を行う。
【００６７】
ここで、ｎをサンプル番号とする。また、トレーニング信号系列生成部１１で生成したトレーニング信号をｓ１（ｎ）とする。周波数オフセット付与部１２−ｍで周波数オフセットを付与された第１のトレーニング信号ｘ１ｍ（ｎ）は、等間隔に周波数オフセットを付与した場合では、式（１３）で表すことができる。ｍは１からＭまでの自然数を示す。
【００６８】
【数１３】
2009131110.tif 000015
【００６９】
式（１３）において、ｆｓはサンプリング周波数である。なお、周波数オフセットの付与に起因する位相変動がサンプルごとに同一になることを回避するため、周波数オフセットを等間隔に付与した場合の周波数ｆ１は、式（１４）の関係を満たす必要がある。
【００７０】
【数１４】
2009131110.tif 000016
【００７１】
このとき、受信アンテナ２１で受信し、無線部２２で周波数変換およびデジタル変換を行い、その結果により生成される受信信号ｙ１（ｎ）は、式（１５）で示すことができる。
【００７２】
【数１５】
2009131110.tif 000017
【００７３】
式（１５）において、ｈｍは、送信アンテナ１４−ｍ（ｍは１からＭまでの自然数を示す）と受信アンテナ２１の間の複素振幅応答である。Δｆは、送信装置１と受信装置２との間のキャリア周波数オフセットである。ｆｓは、サンプリング周波数である。η１（ｎ）は、サンプルごとに無相関で、平均電力量が１となる複素ガウス分布に従う雑音を示す。
ここで、トレーニング信号系列ｓ（ｎ）についてｓ１（ｎ）とすると、式（１５）は式（１）の位相振幅応答ｈを時変動する変数β１（ｎ）で置き換えた式となる。β１（ｎ）は、位相振幅応答に相当する変数と考えることができ、式（１６）で示すことができる。
【００７４】
【数１６】
2009131110.tif 000018
【００７５】
位相差検出部２３、平均化部２４、周波数推定部２５は、受信して生成された受信信号ｙ１（ｎ）と、トレーニング信号系列生成部１１で生成され予め定められたトレーニング信号ｓ１（ｎ）の情報とを用いて、キャリア周波数オフセットΔｆを推定する。
位相差検出部２３で、遅延検波型の位相差検出を利用した場合、時間差τ１サンプルにおける位相遷移量の関数である物理量ｚ１（ｎ）は、式（１７）で示すことができる。
【００７６】
【数１７】
2009131110.tif 000019
【００７７】
ここで、式（１７）においてα１（ｎ）は、式（１８）で示される。
【００７８】
【数１８】
2009131110.tif 000020
【００７９】
ここで、τ１＝ｆｓＴ１である。ｋを任意の自然数とすると時間差τ１サンプルは、式（１９）の関係を満たすように設定される。
【００８０】
【数１９】
2009131110.tif 000021
【００８１】
平均化部２４で、変数β１（ｎ）の１周期であるｆｓ／ｆ１サンプルの任意の自然数倍であるＮ１サンプル分の物理量ｚ１（ｎ）を平均化したとすると、平均化物理量φ１は、サンプル数Ｎが時間差τ１サンプルの値より大きい（Ｎ＞τ１）ときには、式（２０）で示すことができる。
【００８２】
【数２０】
2009131110.tif 000022
【００８３】
また、サンプル数Ｎが時間差τ１サンプルの値以下の時（Ｎ≦τ１）には、平均化物理量φ１は、式（２１）で示すことができる。
【００８４】
【数２１】
2009131110.tif 000023
【００８５】
位相差検出部２３で遅延検波型の位相差検出を利用した場合、周波数推定部２５は、キャリア周波数オフセットの推定値ｆｅｓｔを算出する。キャリア周波数オフセットの推定値ｆｅｓｔを求める算出式を式（２２）に示す。
【００８６】
【数２２】
2009131110.tif 000024
【００８７】
平均化物理量φ１における雑音η１（ｎ）が影響を無視できるほど小さい場合、式（２０）および式（２１）の中括弧｛｝内の第１項以外の成分が０（ゼロ）、すなわち実数成分だけになる。よって、キャリア周波数オフセットの推定値ｆｅｓｔを誤差なく算出することができる。
【００８８】
次に、雑音η１（ｎ）の影響が無視できない場合の誤差推定について数式を用いて説明する。
まず、位相振幅応答に相当する変数β１（ｎ）について考える。変数β１（ｎ）のレベル、すなわち絶対値の二乗は、式（２３）で示すことができる。
【００８９】
【数２３】
2009131110.tif 000025
【００９０】
また、変数β１（ｎ）の変動周期はτ１サンプルであり、また、その平均レベルは、式（２４）となる。
【００９１】
【数２４】
2009131110.tif 000026
【００９２】
雑音η１（ｎ）は、サンプルごとに無相関でかつ確率的には複素ガウス分布に従う。そのため、ガウス分布の性質、ならびに、式（２２）を利用すると、式（２０）のサンプル数Ｎ１が時間差τ１サンプルの値より大きい（Ｎ１＞τ１）ときの平均化物理量φ１は、式（２５）として示すことができる。なお、ガウス分布の性質として、ガウス分布に従う２つの独立変数同士を線形演算すると両変数の分散を線形演算した分散を持つガウス分布で近似できるという性質がある。
【００９３】
【数２５】
2009131110.tif 000027
【００９４】
また、式（２１）のサンプル数Ｎ１が時間差τ１サンプルの値以下の時（Ｎ１≦τ１）の平均化物理量φ１は、式（２６）として示すことができる。
【００９５】
【数２６】
2009131110.tif 000028
【００９６】
雑音ηｒ、ηｉは、分散１のガウス分布に従う変数である。
式（２６）において、キャリア周波数オフセットの推定に利用する受信信号の電力の総和が雑音電力より十分に高い場合、すなわち式（２７）で示される場合について説明する。
【００９７】
【数２７】
2009131110.tif 000029
【００９８】
式（２７）で示される場合は、周波数推定部２５で算出されるキャリア周波数オフセットの推定値ｆｅｓｔは、サンプル数Ｎ１が時間差τ１サンプルの値より大きい（Ｎ１＞τ１）ときには式（２８）で近似することができる。なお、θが１より十分小さな値をとるとき（θ＜＜１）にｔａｎθ≒θとなる関係を利用している。
【００９９】
【数２８】
2009131110.tif 000030
【０１００】
また、サンプル数Ｎ１が時間差τ１サンプルの値以下の時（Ｎ１≦τ１）ときには、式（２９）で近似することができる。
【０１０１】
【数２９】
2009131110.tif 000031
【０１０２】
式（２８）、式（２９）において、ηθは分散１のガウス分布に従う変数である。
なお、キャリア周波数オフセットの推定が可能である引き込み範囲は、例えば式（３０）で規定することができる。
【０１０３】
【数３０】
2009131110.tif 000032
【０１０４】
式（２８）、式（２９）において、τ＝τ１、Ｎ＝Ｎ１とすると、式（２８）および式（２９）は、式（９）および式（１０）の｜ｈ｜２をΣ｜ｈｍ｜２で置き換えた式となる。前述したようにマルチパスフェージング環境では、一定の確率で受信レベルが落ち込む。しかし、一般に全ての送信アンテナからの受信レベルが低くなる確率は低い。そのため、Σ｜ｈｍ｜２が、ある一定レベル以下となる確率、すなわち、｜ｈ｜２が、ある一定レベル以下となる確率は低い。なお、この効果は一般に送信ダイバーシチ効果と呼ばれる。
したがって、本発明の第１実施形態におけるキャリア周波数オフセットを推定する方法は、マルチパスフェージング環境において、従来のキャリア周波数オフセットを推定する手法と比べ、同じトレーニング信号長および同じ送信電力で推定誤差を小さくできる。また、より短いトレーニング信号長、またはより低い送信電力で同じ推定誤差で推定値を求めることができる。
【０１０５】
本発明の第１実施形態の技術と従来技術とにおけるキャリア周波数オフセットの推定誤差特性の比較を、図２および図３に示す。ただし、推定誤差は確率的な振る舞いをするため、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）で評価した。変調速度は９６００ｂａｕｄとし、位相差検出の間隔は８シンボルとした。また、第１実施形態の技術では、送信アンテナ数を２とした。また、伝搬路としてアンテナごとに独立な一波レイリーフェージングを仮定した。
【０１０６】
図２において、横軸は、ＣＮＲ［ｄＢ］を示している。また、縦軸は、キャリア周波数オフセット推定誤差［Ｈｚ］を示している。図２において、曲線ｇ１１は、第１実施形態の技術を用いた場合の特性を示している。また、曲線ｇ１２は、従来技術を用いた場合の特性を示している。
図２では、ＣＮＲを１０ｄＢに固定し、トレーニング信号長を変化させ推定誤差特性を評価した。推定誤差が１０Ｈｚとなる所要トレーニング信号長を比較すると、従来技術では、約１００００シンボル必要であったのに対し、第１実施形態の技術を用いた場合には、約３０シンボルであった。つまり、キャリア周波数オフセット推定誤差が１０［Ｈｚ］の場合に、第１実施形態の技術を用いると、従来技術に比べて、トレーニング信号長を約１／３００に短縮できる。
【０１０７】
図３において、横軸は、トレーニング信号長［ｓｙｍｂｏｌ］を示している。また、縦軸は、キャリア周波数オフセット推定誤差［Ｈｚ］を示している。図３において、曲線ｇ１３は、第１実施形態の技術を用いた場合の特性を示している。また、曲線ｇ１４は、従来技術を用いた場合の特性を示している。
図３では、トレーニング信号長を５４シンボルに固定し、ＣＮＲを変化させて、推定誤差特性を評価した。推定誤差が１０［Ｈｚ］となる所要ＣＮＲを比較すると、従来技術では約２３ｄＢ必要であったのに対し、第１実施形態の技術を用いた場合には約８ｄＢであった。つまり、キャリア周波数オフセット推定誤差が１０［Ｈｚ］の場合に、第１実施形態の技術を用いると、従来技術に比べて、送信電力を約１／３０に低減できる。
【０１０８】
本実施形態において、複数の周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍは、そのうちの２つ以上が同一の周波数オフセットを付与してもよい。そのような場合でも、本実施形態のシステムは正常に動作することができる。ただし、全ての周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍが同一の周波数を付与した場合には、従来と同等の効果しか得られない。そのため、周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍは、２つ以上の周波数オフセットを付与することが望ましい。
【０１０９】
受信信号ｙ１（ｎ）は変数β１（ｎ）の絶対値が大きいほど雑音の影響を受けない。そのため、位相差検出部２３は、変数β１（ｎ）の絶対値が大きいほど位相差を高精度に検出できる。また、周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍにおいて付与された周波数オフセットにより変数β１（ｎ）が変動し、その変動パタンは一意に決まらない。
そのため、平均化部２４において不適切な平均化サンプル数Ｎ１が設定されると、変数β１（ｎ）の絶対値が小さい受信信号から検出された位相差だけを平均化することになる。このため、周波数推定部２５において平均化サンプル数Ｎ１に応じたキャリア周波数オフセットを推定する精度が得られないことがある。
【０１１０】
ところで、周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍにおいて、周波数ｆ１の整数倍となるように周波数オフセットを付与すると、変数β１（ｎ）の変動周期は必ずｆｓ／ｆ１サンプルの周期となる。
従って、平均化部２４は、変数β１（ｎ）の１周期であるｆｓ／ｆ１サンプルの任意の自然数倍であるＮ１サンプル分の物理量ｚ１（ｎ）を平均化することによって、精度の高い物理量が必ず含まれて平均化されることになる。そして、周波数推定部２５は、平均化サンプル数Ｎ１に応じたキャリア周波数オフセットを推定する精度を得ることができる。
【０１１１】
前述したように、変数β１（ｎ）の絶対値が大きいほど位相差を高精度に検出でき、変数β１（ｎ）の大きさは変動する。そのため、検出した位相差そのものを単純平均するだけでは検出精度の悪い位相差の情報に影響されるときがある、そのようなときには周波数推定部２５において求められるキャリア周波数オフセットの推定精度が高精度で求められない。
ところで、位相差検出部２３において遅延検出型の位相差検出を利用した場合、物理量ｚ１（ｎ）の位相成分が検出された位相差を示す。また、物理量ｚ１（ｎ）の大きさは、絶対値の二乗、すなわち検出された位相差の確からしさを示す。
従って、位相差検出部２３において遅延検出型の位相差検出を利用することで、平均化部２４において自動的に位相差の検出精度に応じた適切な平均化がなされる。そのため、周波数推定部２５においてキャリア周波数オフセットを高精度に推定することができる。
【０１１２】
なお、本実施形態では、周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍにおいて等間隔に周波数オフセットを付与した場合について説明したが、これに限定されるものではない。周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍは、付与する全ての周波数オフセットが、任意の周波数ｆ１の任意の整数倍となるように周波数オフセットを付与してもよい。
【０１１３】
また、本実施形態では、位相差検出部２３において遅延検波を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではない。位相差検出部２３は、時間差τ１サンプルにおける位相遷移量の関数である物理量を検出する任意の位相差検出手段を用いてもよい。例えば、前記トレーニング信号が存在する部分の前記受信信号の時間差τ１サンプルにおける位相遷移量から、トレーニング信号の時間差における位相遷移量を減算することで、位相差そのものを検出する位相差検出手段を用いてもよい。
【０１１４】
また、本実施形態では、平均化部２４において遅延サンプル数τ１の任意の自然数倍であるＮ１サンプル分の前記物理量ｚ１（ｎ）を平均化する場合について説明したが、これに限定されるものではない。平均化サンプル数Ｎ１は、任意の値を用いることができる。
また、位相差検出における雑音の影響を軽減するため、位相差検出部２３の前段に帯域フィルタを設けてもよい。
【０１１５】
図４は、本発明の第１実施形態による送信装置１の処理を示すフローチャートである。
始めに、トレーニング信号系列生成部１１は、送信装置１で予め定められたトレーニング信号を生成する（ステップＳ１１）。
次に、周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍは、複数の送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍの数と同数に分岐されたトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与する（ステップＳ１２）。
次に、無線部１３−１〜１３−Ｍは、周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍによって付与された周波数オフセットを有するトレーニング信号を含む無線信号を、送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍを通じて、受信装置２に送信する（ステップＳ１３）。
【０１１６】
図５は、本発明の第１実施形態による受信装置２の処理を示すフローチャートである。
始めに、無線部２２は、受信アンテナ２１を通じて送信装置１からの無線信号を受信する（ステップＳ２１）。
次に、位相差検出部２３は、送信装置１から送信された無線信号に含まれるトレーニング信号と、受信装置２で予め定められたトレーニング信号とに基づいて、周波数ｆ１の逆数で表される時間の自然数倍の時間差Ｔ１における位相遷移量に応じた物理量を検出する（ステップＳ２２）。
次に、平均化部２４は、ステップＳ２２で検出した物理量を平均化することで、平均化物理量を算出する（ステップＳ２３）。
次に、周波数推定部２５は、平均化物理量に基づいて、キャリア周波数オフセットを推定する（ステップＳ２４）。
【０１１７】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。
図６は、本実施形態による無線通信システム２００を示す概略ブロック図である。
また、図７は、無線通信システム２００における送信信号フォーマットの一例を示した図である。
【０１１８】
図６に示す無線通信システム２００は、送信装置３と受信装置４を備えている。
送信装置３は、第１のトレーニング信号系列生成部３１、第１の周波数オフセット付与部３２−１〜３２−Ｍ、第２のトレーニング信号系列生成部３３、第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍ、無線部３５−１〜３５−Ｍ、送信アンテナ３６−１〜３６−Ｍを備えている。なお、Ｍは、２以上の整数である。
【０１１９】
第１のトレーニング信号系列生成部３１は、予め定められた第１の系列のトレーニング信号を生成し、第１の周波数オフセット付与部３２−１〜３２−Ｍに出力する。
第１の周波数オフセット付与部３２−１〜３２−Ｍは、第１のトレーニング信号系列生成部３１で生成された第１の系列のトレーニング信号に、任意の周波数ｆ１の任意の整数倍となる周波数オフセットをそれぞれ付与して、無線部３５−１〜３５−Ｍに出力する。
【０１２０】
第２のトレーニング信号系列生成部３３は、予め定められた第２の系列のトレーニング信号を生成し、第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍに出力する。
第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍは、第２のトレーニング信号系列生成部３３で生成された第２の系列のトレーニング信号に、全ての周波数オフセットの絶対値が時間差Ｔ１の逆数の半分の値より小さくなる周波数オフセットを付与して、無線部３５−１〜３５−Ｍに出力する。
【０１２１】
無線部３５−１〜３５−Ｍは、第１のトレーニング信号系列生成部３１で生成され第１の周波数オフセット付与部３２−１〜３２−Ｍによって周波数オフセットが付与された第１の系列のトレーニング信号、および、第２のトレーニング信号系列生成部３３で生成され第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍによって周波数オフセットが付与された第２の系列のトレーニング信号とを、時分割多重した後、アナログ変換および周波数変換し、送信アンテナ３６−１〜３６−Ｍに出力する。
送信アンテナ３６−１〜３６−Ｍは、無線部３５−１〜３５−Ｍから出力される無線信号を、受信装置４に送信する。
例えば、図７で示される送信信号フォーマットのように、第１の系列のトレーニング信号５０と、第２の系列のトレーニング信号６０とは、お互いの信号が時間的に重ならないように、データ部７０を送信する前に連続して送信される。なお、図７において、横軸は時間軸を示している。図７で示される送信信号フォーマットでは、第１の系列のトレーニング信号５０、第２の系列のトレーニング信号６０、データ部７０の情報の順に送信される信号フォーマットを示している。
【０１２２】
送信装置３の構成要素の接続と信号の流れを説明する。
第１のトレーニング信号系列生成部３１は、出力端子がそれぞれの第１の周波数オフセット付与部３２−１〜３２−Ｍの入力端子に接続されている。第１のトレーニング信号系列生成部３１は、生成した第１の系列のトレーニング信号を分岐してそれぞれの第１の周波数オフセット付与部３２−１〜３２−Ｍに出力する。
第１の周波数オフセット付与部３２−１〜３２−Ｍは、入力端子が第１のトレーニング信号系列生成部３１の出力端子に接続され、出力端子が無線部３３−１〜３３−Ｍの第１の入力端子に１対１で接続されている。第１の周波数オフセット付与部３２−１〜３２−Ｍは、入力された第１の系列のトレーニング信号にそれぞれ周波数オフセットを付与して、無線部３５−１〜３５−Ｍに出力する。
【０１２３】
第２のトレーニング信号系列生成部３３は、出力端子がそれぞれの第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍの入力端子に接続されている。第２のトレーニング信号系列生成部３３は、生成した第２の系列のトレーニング信号を分岐してそれぞれの第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍに出力する。
【０１２４】
第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍは、入力端子が第２のトレーニング信号系列生成部３３の出力端子に接続され、出力端子が無線部３５−１〜３５−Ｍの第２の入力端子に１対１で接続されている。第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍは、入力された第２の系列のトレーニング信号にそれぞれ周波数オフセットを付与して、無線部３５−１〜３５−Ｍに出力する。
【０１２５】
無線部３５−１〜３５−Ｍは、第１の入力端子が周波数オフセット付与部３２−１〜３２−Ｍの出力端子に接続され、第２の入力端子が周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍの出力端子に接続されている。また、無線部３５−１〜３５−Ｍは、出力端子が送信アンテナ３６−１〜３６−Ｍの入力端子に一対一で接続されている。無線部３５−１〜３５−Ｍは、入力されたそれぞれの周波数オフセットを付与されたトレーニング信号を変換し、無線信号を生成して送信アンテナ３６−１〜３６−Ｍを介して無線信号を受信装置４に送信する。
【０１２６】
受信装置４は、受信アンテナ４１、無線部４２、第１の位相差検出部４３、第１の平均化部４４、第２の位相差検出部４５、第２の平均化部４６、周波数推定部４７を備えている。
【０１２７】
受信アンテナ４１は、送信装置３から送信された無線信号を受信し、無線部４２に出力する。
無線部４２は、受信アンテナ４１で受信した無線信号に対して、周波数変換およびデジタル変換を行い、受信信号を生成し、第１の位相差検出部４３および第２の位相差検出部４５に出力する。
第１の位相差検出部４３は、無線部４２から入力された受信信号と、予め定められている第１の系列のトレーニング信号とを比較し、時間差Ｔ１における位相遷移量の関数である第１の物理量を検出し、第１の平均化部４４に出力する。
第１の平均化部４４は、雑音の影響を回避するため、入力された第１の物理量を平均化し、第１の平均化物理量を周波数推定部４７に出力する。
【０１２８】
第２の位相差検出部４５は、無線部４２から入力された受信信号と、予め定められている第２の系列のトレーニング信号とを比較し、時間差Ｔ１より短い時間差Ｔ２における位相遷移量の関数である第２の物理量を検出し、第２の平均化部４６に出力する。
第２の平均化部４６は、雑音の影響を回避するため、入力された第２の物理量を平均化し、第２の平均化物理量を周波数推定部４７に出力する。
周波数推定部４７は、第１の平均化部４４で平均化された第１の平均化物理量、ならびに第２の平均化部４６で平均化された第２の平均化物理量から、キャリア周波数オフセットを推定する。
【０１２９】
受信装置４の構成要素の接続と信号の流れを説明する。
受信アンテナ４１は、出力端子が無線部４２の入力端子に接続されている。受信アンテナ４１は、受信した無線信号を無線部４２に出力する。
無線部４２は、入力端子が受信アンテナ４１の出力端子に接続され、出力端子が第１の位相差検出部４３の入力端子と第２の位相差検出部４５の入力端子とに接続されている。無線部４２は、受信アンテナ２１で受信した無線信号から生成される受信信号を、第１の位相差検出部４３および第１の位相差検出部４５に出力する。
第１の位相差検出部４３は、入力端子が無線部４２の出力端子に接続され、出力端子が第１の平均化部４４に接続されている。第１の位相差検出部４３は、無線部４２から入力された受信信号に含まれる第１の系列のトレーニング信号の部分を抽出し、予め定められている第１の系列のトレーニング信号と比較して求められる位相遷移量の関数で示される物理量を、第１の平均化部４４に出力する。
【０１３０】
第１の平均化部４４は、入力端子が第１の位相差検出部４３の出力端子に接続され、出力端子が周波数推定部４７の第１の入力端子に接続されている。第１の平均化部４４は、第１の位相差検出部４３から入力された物理量に対して、平均化処理をして求めた平均化物理量を、周波数推定部４７に出力する。
第２の位相差検出部４５は、入力端子が無線部４２の出力端子に接続され、出力端子が第２の平均化部４６に接続されている。第２の位相差検出部４５は、無線部４２から入力された受信信号に含まれる第２の系列のトレーニング信号の部分を抽出し、予め定められている第２の系列のトレーニング信号と比較して求められる位相遷移量の関数で示される物理量を、第２の平均化部４６に出力する。
第２の平均化部４６は、入力端子が第２の位相差検出部４５の出力端子に接続され、出力端子が周波数推定部４７の第２の入力端子に接続されている。第２の平均化部４６は、第２の位相差検出部４５から入力された物理量に対して、平均化処理をして求めた平均化物理量を、周波数推定部４７に出力する。
周波数推定部４７は、第１の入力端子が第１の平均化部４４の出力端子に接続され、第２の入力端子が第２の平均化部４６の出力端子に接続されている。周波数推定部４７は、それぞれ入力された平均化物理量をもとにキャリア周波数オフセットを推定し、その結果を出力する。
【０１３１】
本発明の第１実施形態におけるキャリア周波数オフセットを推定する手法では、式（１４）、式（１９）および式（２７）の関係より送信アンテナ数Ｍが大きいと位相差遷移推定時の遅延サンプル数τ１が大きくなり、引き込み周波数範囲が制限される。
そこで、第２実施形態では、第１実施形態にかかるキャリア周波数オフセットを推定する手法と比較して、送信装置３に第２のトレーニング信号系列生成部３３と、生成された第２のトレーニング信号系列に周波数オフセットを付与する第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍをさらに備える。また、受信装置４は、第２の系列のトレーニング信号を利用して小さな遅延サンプル数で第２の位相遷移量を検出する第２の位相差検出部４５と、検出された第２の位相遷移量を平均化する第２の平均化部４６をさらに備える。これにより、第２実施形態では、広い引き込み範囲を実現する。
【０１３２】
次に、本発明の第２実施形態におけるキャリア周波数オフセット推定システムの動作原理について数式を用いて説明する。
【０１３３】
第１のトレーニング信号系列生成部３１は、トレーニング信号系列生成部１１と同一の動作をする。第１の周波数オフセット付与部３２−１〜３２−Ｍは、周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍと同一の動作をする。第１の位相差検出部４３は、位相差検出部２３と同一の動作をする。第１の平均化部４４は、平均化部２４と同一の動作をする。よって、第２実施形態では、第１実施形態で示した式（２０）、式（２１）または式（２５）、式（２６）に示される第１の平均化物理量φ１を得る。
【０１３４】
ｎをサンプル番号とする。第２のトレーニング信号系列生成部３３で生成した第２の系列のトレーニング信号をｓ２（ｎ）とする。周波数オフセット付与部３４−ｍで周波数オフセットを付与された第２のトレーニング信号ｘ２ｍ（ｎ）は、付与される周波数オフセットが周波数ｆ２で示される間隔で、等間隔に並ぶように周波数オフセットを付与された場合では、式（３１）で表すことができる。ここで、ｍは、１からＭまでの自然数を示す。
【０１３５】
【数３１】
2009131110.tif 000033
【０１３６】
式（３１）において、ｆｓはサンプリング周波数である。
以降では、説明を簡単にするためにすべてサンプル単位で説明する。
このとき、受信アンテナ４１で受信され、無線部４２で周波数変換およびデジタル変換が行われ、その結果により生成される受信信号ｙ２（ｎ）は、式（３２）で示すことができる。
【０１３７】
【数３２】
2009131110.tif 000034
【０１３８】
式（３２）において、ｈｍは、送信アンテナ３６−ｍ（ｍは１からＭまでの自然数を示す）と受信アンテナ４１との間の複素振幅応答である。Δｆは、送信装置３と受信装置４との間のキャリア周波数オフセットである。ｆｓは、サンプリング周波数である。η２（ｎ）は、サンプルごとに無相関で、平均電力量が１となる複素ガウス分布に従う雑音である。
また、トレーニング信号ｓ（ｎ）についてＳ２（ｎ）とすると、式（３２）は式（１）の位相振幅応答ｈを時変動する変数β２（ｎ）で置き換えた式となる。β２（ｎ）は、位相振幅応答に相当する変数と考えることができ、式（３３）のように示すことができる。
【０１３９】
【数３３】
2009131110.tif 000035
【０１４０】
本発明の第２実施形態におけるキャリア周波数オフセット推定システムでは、広い引き込み範囲と高い推定精度とを両立させる。そのため、第２の位相差検出部４５、第２の平均化部４６、周波数推定部４７は、キャリア周波数オフセット粗推定値ｆ’ｅｓｔを算出する。その後、第１の位相差検出部４３、第１の平均化部４４、周波数推定部４７は、キャリア周波数オフセット粗推定値ｆ’ｅｓｔの影響を取り除いた後に残留するキャリア周波数オフセットをさらに推定する。
第２の位相差検出部４５、第２の平均化部４６、周波数推定部４７は、無線信号を受信して生成された受信信号ｙ２（ｎ）と、予め定められ第２のトレーニング信号系列生成部３３で生成された第２の系列のトレーニング信号ｓ２（ｎ）とを用いて、キャリア周波数オフセット粗推定値ｆ’ｅｓｔを算出する。その後、周波数推定部４７は、得られたキャリア周波数オフセット粗推定値ｆ’ｅｓｔと、第１の平均化物理量φ１とを用いて、式（３４）に基づいてキャリア周波数オフセット推定値ｆｅｓｔを得る。
【０１４１】
【数３４】
2009131110.tif 000036
【０１４２】
式（３４）において、変数φ’１は、キャリア周波数オフセット粗推定値ｆ’ｅｓｔに対応する位相遷移量を補正した後に残留する時間差τ１サンプルにおける位相遷移量の物理量の平均である。
すなわち、変数φ’１は、式（３５）で示すことができる。
【０１４３】
【数３５】
2009131110.tif 000037
【０１４４】
キャリア周波数オフセット粗推定値ｆ’ｅｓｔは、第２の系列のトレーニング信号に付与された周波数オフセットの影響および雑音η２（ｎ）の影響によって誤差を生じる。以下では、説明を簡単にするため、雑音η２（ｎ）の影響を無視し、周波数オフセットの影響のみによる推定誤差について考える。
第２の位相差検出部４５で、遅延検波型の位相差検出を利用した場合、遅延サンプル数τ２サンプル（ただしτ２＝ｆｓＴ２）における位相遷移量ｚ２（ｎ）は、式（３６）で示すことができる。
【０１４５】
【数３６】
2009131110.tif 000038
【０１４６】
第２の平均化部４６は、変数β２（ｎ）の１周期であるｆｓ／ｆ２サンプルの任意の自然数倍であるＮ２サンプル分の第２の物理量ｚ２（ｎ）を平均化し、第２の平均化物理量φ２を算出する。第２の平均化物理量φ２は、式（３７）で示すことができる。
【０１４７】
【数３７】
2009131110.tif 000039
【０１４８】
第２の位相差検出部４５で遅延検波型の位相差検出を利用した場合、周波数推定部４７は、式（３８）に基づいてキャリア周波数オフセット粗推定値ｆ’ｅｓｔを算出する。
【０１４９】
【数３８】
2009131110.tif 000040
【０１５０】
また、キャリア周波数オフセット粗推定値ｆ’ｅｓｔの推定が可能である引き込み範囲は、式（３９）で規定される。
【０１５１】
【数３９】
2009131110.tif 000041
【０１５２】
なお、第２実施形態では、式（３９）に示されるキャリア周波数オフセット粗推定値ｆ’ｅｓｔの引き込み範囲を、式（３０）に示された第１実施形態におけるキャリア周波数オフセット推定部２５の引き込み範囲より広くするため、τ２＞τ１に設定する。
【０１５３】
第２実施形態の第２の平均化物理量φ２を用いたキャリア周波数オフセット推定では、第２実施形態における第１の平均化物理量φ１を用いたキャリア周波数オフセット推定と異なり、アンテナ数Ｍが多くても遅延サンプル数τ２に小さな値を用いることができる。
そのため、式（３９）に示される引き込み範囲を十分に広げることができる。
【０１５４】
なお、本発明の第２実施形態におけるキャリア周波数オフセットの推定精度は、第１実施形態と同じである。つまり、第２実施形態を用いた場合についても、図２及び図３で説明した第１実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【０１５５】
本実施形態において、複数の第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍは、そのうちの２つ以上が同一の周波数オフセットを付与してもよい。その場合でも、本実施形態のシステムは正常に動作することができる。ただし、全ての第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍが同一の周波数を付与した場合には、第１実施形態と同等の効果しか得られない。そのため、第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍは、２つ以上の周波数オフセットを付与することが望ましい。
【０１５６】
また、式（３４）、式（３６）より、受信レベルｈＭが他の受信レベルｈ１〜ｈＭ−１と比べて十分に大きい場合にｆ’ｅｓｔの推定誤差が最大となる。そのときの推定誤差はＭ・ｆ２となる。すなわち、第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍで付与される周波数オフセットの絶対値の最大値となる。
従って、第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍで付与される全ての周波数オフセットが、第１実施形態における第１の平均化物理量φ１を用いたキャリア周波数オフセット推定の引き込み範囲に収まるように、周波数オフセットを付与する。すなわち、付与する全ての周波数オフセットの絶対値がｆｓ／２τ１より小さくなるように周波数オフセットを付与する。これにより、広い引き込み範囲と高い推定精度とを両立させることができる。
【０１５７】
第２のオフセット付与部３４−１〜３４−Ｍにおいて、付与される全ての周波数オフセットが、任意の周波数ｆ２の整数倍となるように周波数オフセットを付与する。これにより、ｆｓ／ｆ２サンプルで変数β２（ｎ）の値を変動させることができる。さらに、第２の平均化部４６において、変数β２（ｎ）の変動周期の１周期であるｆｓ／ｆ２サンプルの任意の自然数倍であるＮ２サンプル分の第２の物理量ｚ２（ｎ）を平均化する。これにより、精度の高い物理量が必ず含まれて平均化されることになる。よって、周波数推定部４７は、平均化サンプル数Ｎ２に応じたキャリア周波数オフセットを推定する精度を向上させることができる。
【０１５８】
第２の位相差検出部４５において遅延検出型の位相差検出を利用した場合、物理量ｚ２（ｎ）の位相成分が、検出された位相差を示す。また、振幅成分が、変数β２（ｎ）の絶対値の二乗、すなわち検出された位相差の確からしさを示す。
従って、第２の位相差検出部４５において遅延検出型の位相差検出を利用することで、第２の平均化部４６において自動的に位相差の検出精度に応じた適切な平均化がなされる。そのため、周波数推定部４７は、キャリア周波数オフセットを高精度に推定することができる。
【０１５９】
本実施形態では、第２の位相差検出部４５において遅延検波を用いた場合の一実施形態を説明したが、これに限定されるものではない。第２の位相差検出部４５は、時間差τ２サンプルにおける位相遷移量の関数である第２の物理量を検出する任意の手段を用いてもよい。例えば、前記第２の系列のトレーニング信号が存在する部分の受信信号の時間差τ２サンプルにおける位相遷移量から、第２の系列のトレーニング信号の時間差における位相遷移量を減算することで、位相差そのものを求める位相差検出手段を用いてもよい。このような位相差検出手段を用いると、位相差検出にかかる演算が加減算のみとなるため回路構成を簡素化することができる。
【０１６０】
本実施形態では、第２の平均化部４６で変数β２（ｎ）の１周期であるｆｓ／ｆ２サンプルの任意の自然数倍であるＮ２サンプル分の第２の物理量ｚ２（ｎ）を平均化する場合について説明したが、これに限定されるものではない。平均化サンプル数Ｎ２は、任意の値を用いることができる。
また、位相差検出における雑音の影響を軽減するため、第１の位相差検出部４３および第２の位相差検出部４５の前段に帯域制限フィルタを設けてもよい。
【０１６１】
また、図７で説明した送信信号フォーマットでは、第１の系列のトレーニング信号５０および第２の系列のトレーニング信号６０は、お互いの信号が時間的に重ならないようにデータ部７０を送信する前に、連続して送信する場合について説明したが、これに限定されるものではない。第１の系列のトレーニング信号５０および第２の系列のトレーニング信号６０は、お互いの信号が時間的に重ならなければ、任意の時間に割り付けてもよい。
また、図７の説明では、第１の系列のトレーニング信号５０と第２の系列のトレーニング信号６０とが、時分割多重されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、周波数分割多重や符号分割多重などを用いて、第１の系列のトレーニング信号５０と第２の系列のトレーニング信号６０とを多重しても良い。
【０１６２】
図８は、本発明の第２実施形態による送信装置３の処理を示すフローチャートである。
始めに、第１のトレーニング信号系列生成部３１は、送信装置３で予め定められた第１の系列のトレーニング信号を生成する（ステップＳ３１）。
次に、第２のトレーニング信号系列生成部３３は、送信装置３で予め定められた第２の系列のトレーニング信号を生成する（ステップＳ３２）。
第１の周波数オフセット付与部３２−１〜３２−Ｍは、複数の送信アンテナ３６−１〜３６−Ｍの数と同数に分岐された第１の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、周波数ｆ１の整数倍となる周波数オフセットを付与する（ステップＳ３３）。
次に、第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍは、複数の送信アンテナ３６−１〜３６−Ｍの数と同数に分岐された第２の系列のトレーニング信号に割り付けるそれぞれの周波数に対して、全ての周波数オフセットの絶対値が時間差Ｔ１の逆数の半分の値より小さくなる周波数オフセットを付与する（ステップＳ３４）。具体的には、第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍは、全ての周波数オフセットの差の絶対値が、周波数ｆ２の整数倍となるように周波数オフセットを付与する。
【０１６３】
次に、無線部３５−１〜３５−Ｍは、第１の周波数オフセット付与部３２−１〜３２−Ｍによって付与された周波数オフセットを有する第１の系列のトレーニング信号と、第２の周波数オフセット付与部３４−１〜３４−Ｍによって付与された周波数オフセットを有する第２の系列のトレーニング信号とを、時分割多重して、無線信号として送信アンテナ３６−１〜３６−Ｍを通じて受信装置４に送信する（ステップＳ３５）。
なお、図８の説明では、ステップＳ３１の処理の後にステップＳ３２の処理を行い、ステップＳ３３の処理の後にステップＳ３４の処理を行う場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳ３２の処理の後にステップＳ３１の処理を行い、ステップＳ３４の処理の後にステップＳ３３の処理を行ってもよい。また、ステップＳ３１の処理とステップＳ３２の処理を同時に行い、ステップＳ３３の処理とステップＳ３４の処理を同時に行ってもよい。
【０１６４】
図９は、本発明の第２実施形態による受信装置４の処理を示すフローチャートである。
始めに、無線部４２は、受信アンテナ４１を通じて送信装置３からの無線信号を受信する（ステップＳ４１）。
次に、第１の位相差検出部４３は、送信装置３から送信された無線信号に含まれる第１の系列のトレーニング信号と、受信装置４で予め定められた第１の系列のトレーニング信号とに基づいて、周波数ｆ１の逆数で表される時間の自然数倍の時間差Ｔ１における位相遷移量に応じた第１の物理量を検出する（ステップＳ４２）。
次に、第２の位相差検出部４５は、送信装置３から送信された無線信号に含まれる第２の系列のトレーニング信号と、受信装置４で予め定められた第２の系列のトレーニング信号とに基づいて、時間差Ｔ１より短い時間差Ｔ２における位相遷移量に応じた第２の物理量を検出する（ステップＳ４３）。
【０１６５】
次に、第１の平均化部４４は、ステップＳ４２で検出した第１の物理量を平均化することで第１の平均化物理量を算出する（ステップＳ４４）。
次に、第２の平均化部４６は、ステップＳ４３で検出した第２の物理量を平均化することで第２の平均化物理量を算出する（ステップＳ４５）。具体的には、第２の平均化部４６は、第２の物理量を周波数ｆ２の逆数の自然数倍の時間の範囲で平均化する。
次に、周波数推定部４７は、ステップＳ４４で算出した第１の平均化物理量と、ステップＳ４５で算出した第２の平均化物理量とに基づいて、キャリア周波数オフセットを推定する（ステップＳ４６）。
なお、図９の説明では、ステップＳ４２の処理の後にステップＳ４３の処理を行い、ステップＳ４４の処理の後にステップＳ４５の処理を行う場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳ４３の処理の後にステップＳ４２の処理を行い、ステップＳ４５の処理の後にステップＳ４４の処理を行ってもよい。また、ステップＳ４２の処理とステップＳ４３の処理を同時に行い、ステップＳ４４の処理とステップＳ４５の処理を同時に行ってもよい。
【０１６６】
（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について図面を参照して説明する。
図１０は、本発明の第３実施形態による受信装置７を示す概略ブロック図である。
受信装置７と通信する送信装置は、第１実施形態における送信装置１（図１）と同一であり、構成要素、構成要素の接続および信号の流れは第１実施形態と同一である。
受信装置７は、受信アンテナ７１−１〜７１−Ｌ１、無線部７２−１〜７２−Ｌ２、位相差検出部７３−１〜７３−Ｌ３、平均化部７４−１〜７４−Ｌ４、周波数推定部７５−１〜７５−Ｌ５、信号選択・合成部７６−１〜７６−５を備えている。
【０１６７】
受信アンテナ７１−１〜７１−Ｌ１は、送信装置１から送信された無線信号を受信し、信号選択・合成部７６−１に出力する。
信号選択・合成部７６−１は、受信ダイバーシチ効果により雑音の影響を回避するため、受信アンテナ７１−１〜７１−Ｌ１で受信した無線信号を選択または合成し、無線部７２−１〜７２−Ｌ２に出力する。
無線部７２−１〜７２−Ｌ２は、信号選択・合成部７６−１の出力した無線信号に対して周波数変換およびデジタル変換を行い、受信信号を生成し、信号選択・合成部７６−２に出力する。
【０１６８】
信号選択・合成部７６−２は、受信ダイバーシチ効果により雑音の影響を回避するため、無線部７２−１〜７２−Ｌ２で生成された受信信号を選択または合成し、位相差検出部７３−１〜７３−Ｌ３に出力する。
位相差検出部７３−１〜７３−Ｌ３は、信号選択・合成部７６−１で生成された受信信号と、予め定められている系列のトレーニング信号とを比較し、周波数ｆ１の逆数で表される時間の任意の自然数倍の時間差Ｔ１における位相遷移量の関数で示される物理量を検出し、信号選択・合成部７６−３に出力する。
信号選択・合成部７６−３は、受信ダイバーシチ効果により雑音の影響を回避するため、位相差検出部７３−１〜７３−Ｌ３から出力された物理量を選択または合成し、平均化７４−１〜７４−Ｌ４に出力する。
【０１６９】
平均化７４−１〜７４−Ｌ４は、雑音の影響を回避するために信号選択・合成部７６−３から出力された物理量を平均化し、平均化物理量を信号選択・合成部７６−４に出力する。
信号選択・合成部７６−４は、受信ダイバーシチ効果により雑音の影響を回避するため、平均化７４−１〜７４−Ｌ４から出力された平均化物理量を選択または合成し、周波数推定部７５−１〜７５−Ｌ５に出力する。
周波数推定部７５−１〜７５−Ｌ５は、信号選択・合成部７６−４から出力された平均化物理量をもとにキャリア周波数オフセットを推定し、信号選択・合成部７６−５に出力する。
信号選択・合成部７６−５は、受信ダイバーシチ効果により雑音の影響を回避するため、周波数推定部７５−１〜７５−Ｌ５で推定されたキャリア周波数オフセットを選択または合成する。
【０１７０】
なお、本実施形態では、受信アンテナの数Ｌ１が、１である場合、または、受信アンテナの数Ｌ１と無線部の数Ｌ２とが同数である場合には、信号選択・合成部７６−１を省略することができる。
また、無線部の数Ｌ２が、１である場合、または、無線部の数Ｌ２と位相差検出部の数Ｌ３とが同数である場合には、信号選択・合成部７６−２を省略することができる。
また、位相差検出部の数Ｌ３が、１である場合、または、位相差検出部の数Ｌ３と平均化部の数Ｌ４とが同数である場合には、信号選択・合成部７６−３を省略することができる。
【０１７１】
また、平均化部の数Ｌ４が、１である場合、または、平均化部の数Ｌ４と周波数推定部の数Ｌ５とが同数である場合には、信号選択・合成部７６−４を省略することができる。
また、周波数推定部の数Ｌ５が、１である場合には、信号選択・合成部７６−５を省略することができる。
信号選択部７６−１〜７６−５は、入力される５つの信号のうちレベルの高い３つの信号を選択して出力したり、入力される６つの信号を２つずつに分け、それぞれを合成して３つの信号を出力したりする。
【０１７２】
本発明の第１実施形態におけるキャリア周波数オフセットを推定する手法では、送信アンテナ数は２以上であるため送信ダイバーシチ効果は得られるものの、受信アンテナ数が１であるため受信ダイバーシチを得る事が出来ない。
そこで、第３実施形態では、第１実施形態と比較して、受信アンテナを複数設けている。また、複数の受信アンテナ７１−１〜７１−Ｌ１で受信された複数の無線信号を選択または合成する信号選択・合成部７６−１を備えている。また、無線信号から生成された複数の受信信号を選択または合成する信号選択・合成部７６−２を備えている。
また、受信信号から算出された位相遷移量の関数で示される複数の物理量を選択または合成する信号選択・合成部７６−３を備えている。また、位相遷移量の関数で示される物理量を平均化した複数の平均化物理量を選択または合成する信号選択・合成部７６−４を備えている。また、平均化物理量から推定した複数のキャリア周波数オフセットを選択または合成する信号選択・合成部７６−５を備えている。
これにより、受信ダイバーシチ効果によりキャリア周波数オフセットの推定のさらなる高精度化を実現する。
【０１７３】
次に、本発明の第３実施形態におけるキャリア周波数オフセット推定システムの動作原理について数式を用いて説明する。以降では、説明を簡単にするため、受信アンテナの数Ｌ１、無線部の数Ｌ２、位相差検出部の数Ｌ３、平均化部の数Ｌ４がそれぞれＬであり、周波数推定部の数Ｌ５が１である場合について説明する。また、信号選択・合成部７６−１、７６−２、７６−３、７６−５を省略した構成について説明する。このような構成を有する受信装置７ａを、図１１を参照して説明する。
【０１７４】
図１１は、受信装置７ａを示す概略ブロック図である。信号選択・合成部７６−４は、平均化部７４−ｌ（ｌは、１からＬまでの自然数）で算出される平均化物理量Φ１ｌを重み係数１として単純合成する場合について説明する。
受信アンテナ７１−１〜７１−Ｌは、それぞれ受信アンテナ２１と同一の動作をする。また、無線部７２−１〜７２−Ｌは、それぞれ無線部２２と同一の動作をする。また、位相差検出部７３−１〜７３−Ｌは、それぞれ位相差検出部２３と同一の動作をする。また、平均化部７４−１〜７４−Ｌは、それぞれ平均化部２４と同一の動作をする。
よって、平均化部７４−ｌ（ｌは１からＬまでの自然数）で算出される平均化物理量Φ１ｌは、式（２５）、式（２６）と同様に式（４０）、式（４１）として示すことができる。
【０１７５】
【数４０】
2009131110.tif 000042
【０１７６】
【数４１】
2009131110.tif 000043
【０１７７】
式（４０）、式（４１）において、ｈｍｌは、送信アンテナ１４−ｍ（ｍは、１からＭまでの自然数を示す）と、受信アンテナ７１−ｌ（ｌは、１からＬまでの自然数）との間の複素振幅応答を示す。
信号選択・合成部７６−４は、平均化部７４−ｌ（ｌは、１からＬまでの自然数）で算出される平均化物理量Φ１ｌを重み係数１として単純合成する。そのため、合成した平均化物理量Φ１ｌは、それぞれ式（４２）、式（４３）で示される。
【０１７８】
【数４２】
2009131110.tif 000044
【０１７９】
【数４３】
2009131110.tif 000045
【０１８０】
周波数推定部７５−１は、周波数推定部２５と同一の動作をする。よって、周波数推定部７５−１で算出されるキャリア周波数オフセットの推定値ｆｅｓｔは、キャリア周波数オフセットの推定に利用する受信電力の総和が雑音電力より十分に高い場合、それぞれ式（４４）、式（４５）として近似することができる。
【０１８１】
【数４４】
2009131110.tif 000046
【０１８２】
【数４５】
2009131110.tif 000047
【０１８３】
式（４２）、式（４３）は、それぞれ式（２８）、式（２９）のΣ｜ｈｍ｜２をΣΣ｜ｈｍｌ｜２に置き換えた式となる。一般に送信アンテナと受信アンテナとの間の複素振幅応答は、それぞれ独立に変化する。そのため、ΣΣ｜ｈｍｌ｜２がある一定レベル以下となる確率は、Σ｜ｈｍ｜２がある一定レベル以下となる確率より低い。なお、この効果は一般に受信ダイバーシチ効果と呼ばれる。
従って、本発明の第３実施形態におけるキャリア周波数オフセットを推定する手法は、マルチパスフェージング環境において、第１実施形態におけるキャリア周波数オフセットを推定する手法と比べ、同じトレーニング信号長および同じ送信電力で推定誤差を小さくできる。また、より短いトレーニング信号長、またはより低い送信電力であって、同じ推定誤差で推定値を求めることができる。
【０１８４】
本発明の第３実施形態の技術と、従来技術とにおけるキャリア周波数オフセットの推定誤差特性の比較を、図１２および図１３に示す。ただし、推定誤差は確率的な振る舞いをする。そのため、ＲＭＳで評価した。変調速度は９６００ｂａｕｄとし、位相差検出の間隔は８シンボルとした。また、第３実施形態では、送信アンテナ数を２とし、受信アンテナ数を２とした。また、伝搬路としてアンテナごとに独立な一波レイリーフェージングを仮定した。
【０１８５】
図１２において、横軸は、ＣＮＲ［ｄＢ］を示している。また、縦軸は、キャリア周波数オフセット推定誤差［Ｈｚ］を示している。図１２において、曲線ｇ３１は、第３実施形態の技術を用いた場合の特性を示している。また、曲線ｇ３２は、従来技術を用いた場合の特性を示している。
図１２では、ＣＮＲを１０ｄＢに固定し、トレーニング信号長を変化させて、推定誤差特性を評価した。推定誤差が１０Ｈｚとなる所要トレーニング信号長を比較すると、従来技術では約１００００シンボル必要であったのに対し、第３実施形態の技術を用いた場合には、約２０シンボルであった。つまり、キャリア周波数オフセット推定誤差が１０［Ｈｚ］の場合に、第３実施形態の技術を用いると、従来技術に比べて、トレーニング信号長を、約１／５００に短縮できる。
なお、第３実施形態の技術は、第１実施形態の技術と比較すると、トレーニング信号長を約２／３に短縮することができる。
【０１８６】
図１３において、横軸は、トレーニング信号長［ｓｙｍｂｏｌ］を示している。また、縦軸は、キャリア周波数オフセット推定誤差［Ｈｚ］を示している。図１３において、曲線ｇ３３は、第３実施形態の技術を用いた場合の特性を示している。また、曲線ｇ３４は、従来技術を用いた場合の特性を示している。
図１３では、トレーニング信号長を５４シンボルに固定し、ＣＮＲを変化させて、推定誤差特性を評価した。推定誤差が１０［Ｈｚ］となる所要ＣＮＲを比較すると、従来技術では約２３ｄＢ必要であったのに対し、第３実施形態の技術を用いた場合には約２ｄＢであった。つまり、キャリア周波数オフセット推定誤差が１０［Ｈｚ］の場合に、第３実施形態の技術を用いると、従来技術に比べて、送信電力を約１／１２０に低減できる。
なお、第３実施形態の技術は、第１実施形態の技術と比較すると、送信電力を約１／４に低減することができる。
【０１８７】
（第４実施形態）
以下、本発明の第４実施形態について図面を参照して説明する。
図１４は、本発明の第４実施形態による受信装置８を示す概略ブロック図である。受信装置８と通信する送信装置は、第２実施形態における送信装置３と同一であり、構成要素、構成要素の接続および信号の流れは第２実施形態と同一である。
受信装置８は、受信アンテナ８１−１〜８１−Ｌ１、無線部８２−１〜８２−Ｌ２、第１の位相差検出部８３−１〜８３−Ｌ３、第１の平均化部８４−１〜８４−Ｌ４、第２の位相差検出部８５−１〜８５−Ｌ６、第２の平均化部８６−１〜８６−Ｌ７、周波数推定部７５−１〜７５−Ｌ５、信号選択・合成部８８−１〜８８−７を備えている。
【０１８８】
受信アンテナ８１−１〜８１−Ｌ１は、送信装置３から送信された無線信号を受信し、信号選択・合成部８８−１に出力する。
信号選択・合成部８８−１は、受信ダイバーシチ効果により雑音の影響を回避するため、受信アンテナ８１−１〜８１−Ｌ１で受信した無線信号を選択または合成し、無線部８２−１〜８２−Ｌ２に出力する。
無線部８２−１〜８２−Ｌ２は、信号選択・合成部８８−１の出力した無線信号に対して周波数変換およびデジタル変換を行い、受信信号を生成し、信号選択・合成部８８−２に出力する。
信号選択・合成部８８−２は、受信ダイバーシチ効果により雑音の影響を回避するため、無線部８２−１〜８２−Ｌ２で生成された受信信号を選択または合成し、第１の位相差検出部８３−１〜８３−Ｌ３、第２の位相差検出部８５−１〜８５−Ｌ６に出力する。
【０１８９】
第１の位相差検出部８３−１〜８３−Ｌ３は、信号選択・合成部８８−１で生成された受信信号と、予め定められている第１の系列のトレーニング信号とを比較し、時間差Ｔ１における位相遷移量の関数で示される物理量を検出し、信号選択・合成部８８−３に出力する。
信号選択・合成部８８−３は、受信ダイバーシチ効果により雑音の影響を回避するため、第１の位相差検出部８３−１〜８３−Ｌ３から出力された第１の物理量を選択または合成し、第１の平均化部８４−１〜７４−Ｌ４に出力する。
第１の平均化部８４−１〜７４−Ｌ４は、雑音の影響を回避するために信号選択・合成部８８−３から出力された第１の物理量を平均化し、第１の平均化物理量を信号選択・合成部８８−４に出力する。
【０１９０】
信号選択・合成部８８−４は、受信ダイバーシチ効果により雑音の影響を回避するため、第１の平均化部８４−１〜８４−Ｌ４から出力された第１の平均化物理量を選択または合成し、周波数推定部７５−１〜７５−Ｌ５に出力する。
第２の位相差検出部８５−１〜８５−Ｌ６は、信号選択・合成部８８−１で生成された受信信号と、予め定められている第２の系列のトレーニング信号とを比較し、時間差Ｔ１より短い時間差Ｔ２における位相遷移量の関数で示される第２の物理量を検出し、信号選択・合成部８８−５に出力する。
信号選択・合成部８８−５は、受信ダイバーシチ効果により雑音の影響を回避するため、第２の位相差検出部８５−１〜８５−Ｌ６から出力された第２の物理量を選択または合成し、第２の平均化部８６−１〜８６−Ｌ７にする。
第２の平均化部８６−１〜８６−Ｌ７は、雑音の影響を回避するために信号選択・合成部８８−５から出力された第２の物理量を平均化し、第２の平均化物理量を信号選択・合成部８８−６に出力する。
【０１９１】
信号選択・合成部８８−６は、受信ダイバーシチ効果により雑音の影響を回避するため、第２の平均化部８６−１〜８６−Ｌ７から出力された第２の平均化物理量を選択または合成し、周波数推定部７５−１〜７５−Ｌ５に出力する。
周波数推定部７５−１〜７５−Ｌ５は、信号選択・合成部８８−４から出力された第１の平均化物理量、ならびに信号選択・合成部８８−６から出力された第２の平均化物理量をもとにキャリア周波数オフセットを推定し、周波数推定部７５−１〜７５−Ｌ５に出力する。
信号選択・合成部８８−７は、受信ダイバーシチ効果により雑音の影響を回避するため、周波数推定部７５−１〜７５−Ｌ５で推定されたキャリア周波数オフセットを選択または合成する。
【０１９２】
本実施形態では、受信アンテナの数Ｌ１が、１である場合、または、受信アンテナの数Ｌ１と無線部の数Ｌ２とが同数である場合には、信号選択・合成部８８−１を省略することができる。
また、無線部の数Ｌ２が、１である場合、または、無線部の数Ｌ２と第１の位相差検出部の数Ｌ３ならびに第２の位相差検出部の数Ｌ６とが、同数である場合には、信号選択・合成部８８−２を省略することができる。
また、第１の位相差検出部の数Ｌ３が、１である場合、または、第１の位相差検出部の数Ｌ３と第１の平均化部の数Ｌ４とが同数である場合には、信号選択・合成部８８−３を省略することができる。
また、第１の平均化部の数Ｌ４が、１である場合、または、第１の平均化部の数Ｌ４と周波数推定部の数Ｌ５とが同数である場合には、信号選択・合成部８８−４を省略することができる。
【０１９３】
また、第２の位相差検出部の数Ｌ６が、１である場合、または、第２の位相差検出部の数Ｌ６と第２の平均化部の数Ｌ７とが同数である場合には、信号選択・合成部８８−５を省略することができる。
また、第２の平均化部の数Ｌ７が、１である場合、または、第２の平均化部の数Ｌ７と周波数推定部の数Ｌ５とが同数である場合には、信号選択・合成部８８−６を省略することができる。
また、周波数推定部の数Ｌ５が、１である場合には、信号選択・合成部８８−７を省略することができる。
【０１９４】
本発明の第２実施形態におけるキャリア周波数オフセットを推定する手法では、送信アンテナ数は２以上であるため送信ダイバーシチ効果は得られるものの、受信アンテナ数が１であるため受信ダイバーシチを得る事が出来ない。
そこで、第４実施形態では、第２実施形態と比較して、受信アンテナを複数設けている。また、受信アンテナ８１−１〜８１−Ｌ１で受信された複数の無線信号を選択または合成する信号選択・合成部８８−１を備えている。また、無線信号から生成された複数の受信信号を選択または合成する信号選択・合成部８８−２を備えている。また、受信信号から算出された位相遷移量の関数で示される複数の第１の物理量を選択または合成する信号選択・合成部８８−３、８８−５を備えている。
【０１９５】
また、位相遷移量の関数で示される第１の物理量を平均化した複数の第１の平均化物理量を選択または合成する信号選択・合成部８４−１、８６−１を備えている。また、受信信号から算出された位相遷移量の関数で示される複数の第２の物理量、位相遷移量の関数で示される第２の物理量を平均化した複数の第２の平均化物理量を選択または合成する信号選択・合成部８８−４、８８−６を備えている。また、第１の平均化物理量ならびに第２の平均化物理量から推定した複数のキャリア周波数オフセットを選択または合成する信号選択・合成部８８−７を備えている。
【０１９６】
よって、第３実施形態と同様に受信ダイバーシチ効果によりキャリア周波数オフセットの推定のさらなる高精度化を実現する。
なお、本発明の第２実施形態におけるキャリア周波数オフセットの推定精度は第３実施形態と同じである。
【０１９７】
上述した各実施形態では、複数の送信アンテナから送信される予め定められた信号系列によるトレーニング信号に対して、適切に周波数オフセットを付与する。これにより、受信レベルの低下を避けることができる。また、当該系列のトレーニング信号を用いた適切な位相差を検出することにより、周波数オフセット付与による推定精度の劣化を避けることができる。そして、マルチパス環境においても少ない平均化サンプル数で高精度にキャリア周波数オフセットを推定することができる。
【０１９８】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。本発明の無線通信システムにおける、送信装置の送信アンテナは、無線信号ごとに独立させることが望ましい。
あるいは、同じ送信アンテナから複数の無線部（送信部）で生成された複数の無線信号を送信する無線通信システムにおいても本発明を適用することができる。その際には、送信アンテナから受信アンテナまでが複数の無線信号が通過することになる。アンテナを含めた伝搬特性において、同じ送信アンテナから送信される複数の無線信号すべてに同一となる条件の伝搬特性でなければ、本発明による効果を期待することができる。
【０１９９】
なお、本発明の送信装置は、送信装置１、および送信装置３に相当する。
また、本発明の第１のトレーニング信号系列生成部は、トレーニング信号系列生成部１１、および第１のトレーニング信号系列生成部３１に相当する。
また、本発明の第１の周波数オフセット付与部は、および周波数オフセット付与部１２−１〜１２−Ｍ、および第１の周波数オフセット付与部３２−１〜３２−Ｍに相当する。
また、本発明の送信部は、無線部１３−１〜１３−Ｍ、および無線部３５−１〜３５−Ｍに相当する。
また、本発明の送信アンテナは、送信アンテナ１４−１〜１４−Ｍ、および送信アンテナ３６−１〜３６−Ｍに相当する。
【０２００】
また、本発明の第１の系列のトレーニング信号は、第１実施形態における予め定められる系列のトレーニング信号、および第２実施形態における第１の系列のトレーニング信号に相当する。
また、本発明の第１の物理量は、第１実施形態における物理量、および第２実施形態における第１の物理量に相当する。
また、本発明の第１の平均化物理量は、第１実施形態における平均化物理量、および第２実施形態における第１の平均化物理量に相当する。
【０２０１】
また、本発明の受信装置は、受信装置２、および受信装置４に相当する。
また、本発明の受信アンテナは、受信アンテナ２１、および受信アンテナ４１に相当する。
また、本発明の受信部は、無線部２２、および無線部４２に相当する。
また、本発明の第１の位相差検出部は、位相差検出部２３、および第１の位相差検出部４３に相当する。
また、本発明の第１の平均化部は、平均化部２４、および第１の平均化部４４に相当する。
また、本発明の第２の位相差検出部は、第２の位相差検出部４５に相当する。
また、本発明の第２の平均化部は、第２の平均化部４６に相当する。
また、本発明の周波数推定部は、周波数推定部２５、および周波数推定部４７に相当する。
また、本発明の信号選択・合成部は、信号選択・合成部７６−１〜７６−５、信号選択・合成部８８−１〜８８−７に相当する。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
本発明は、マルチパス環境においても少ない平均化サンプル数で高精度にキャリア周波数オフセットを推定する無線通信システム、送信装置、受信装置、無線通信方法、送信方法、受信方法などに適用できる。
【符号の説明】
【０２０３】
１・・・送信装置、２・・・受信装置、３・・・送信装置、４・・・受信装置、７・・・受信装置、７ａ・・・受信装置、８・・・受信装置、１１・・・トレーニング信号系列生成部、１２−１〜１２−Ｍ・・・周波数オフセット付与部、１３−１〜１３−Ｍ・・・無線部、１４−１〜１４−Ｍ・・・送信アンテナ、２１・・・受信アンテナ、２２・・・無線部、２３・・・位相差検出部、２４・・・平均化部、２５・・・周波数推定部、３１・・・第１のトレーニング信号系列生成部、３２−１〜３２−Ｍ・・・第１の周波数オフセット付与部、３３・・・第２のトレーニング信号系列生成部、３４−１〜３４−Ｍ・・・第２の周波数オフセット付与部、３５−１〜３５−Ｍ・・・無線部、３６−１〜３６−Ｍ・・・送信アンテナ、４１・・・受信アンテナ、４２・・・無線部、４３・・・第１の位相差検出部、４４・・・第１の平均化部、４５・・・第２の位相差検出部、４６・・・第２の平均化部、４７・・・周波数推定部、７１−１〜７１−Ｌ１・・・受信アンテナ、７２−１〜７２−Ｌ２・・・無線部、７３−１〜７３−Ｌ３・・・位相差検出部、７４−１〜７４−Ｌ４・・・平均化部、７５−１〜７５−Ｌ５・・・周波数推定部、７６−１〜７６−５・・・信号選択・合成部、８１−１〜８１−Ｌ１・・・受信アンテナ、８２−１〜８２−Ｌ２・・・無線部、８３−１〜８３−Ｌ３・・・第１の位相差検出部、８４−１〜８４−Ｌ４・・・第１の平均化部、８５−１〜８５−Ｌ６・・・第２の位相差検出部、８６−１〜８６−Ｌ７・・・第２の平均化部、７５−１〜７５−Ｌ５・・・周波数推定部、８８−１〜８８−７・・・信号選択・合成部、１００・・・無線通信システム、２００・・・無線通信システム
【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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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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