(57)【要約】【課題】  直交周波数分割多重方式の通信システムで、レンジングチャンネルを用いてアップリンク周波数オフセットを推定して補正する装置及び方法を提供する。【解決手段】  直交周波数分割多重方式の通信システムの基地局装置であって、端末機から受信されるレンジング信号の２個の連続するＯＦＤＭシンボルを各々ＦＦＴ演算して出力するＦＦＴ演算器と、該ＦＦＴ演算器からの信号と端末機に割り当てられたレンジングコードを乗算して出力するコード復調器と、該コード復調器からの信号をＦＦＴウィンドウ別に合算して出力する加算器と、該加算器からの第１のＦＦＴウィンドウに対する加算値を共役複素数化した値と第２のＦＦＴウィンドウに対する加算値とを乗算して出力する乗算器と、該乗算器の出力値を用いて端末機に対するアップリンク周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定器と、を含むことを特徴とする。【選択図】  図４
2006115520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個のＯＦＤＭシンボルで構成されるレンジング信号を用いてアップリンク周波数オフセットを推定する直交周波数分割多重方式の通信システムにおける基地局装置であって、
端末機から受信される前記レンジング信号の２個のＯＦＤＭシンボルを各々ＦＦＴ(Fast Fourier Transform)演算して出力するＦＦＴ演算器と、
前記ＦＦＴ演算器からの信号と前記端末機に割り当てられたレンジングコードを乗算して出力するコード復調器と、
前記コード復調器からの信号をＦＦＴウィンドウ別に合算して出力する加算器と、
前記加算器からの第１のＦＦＴウィンドウに対する加算値を共役複素数化した値と第２のＦＦＴウィンドウに対する加算値とを乗算して出力する乗算器と、
前記乗算器の出力値を用いて前記端末機に対するアップリンク周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定器と、
を含むことを特徴とする基地局装置。
【請求項２】
前記コード復調器は、
前記ＦＦＴ演算器からの信号のうち、レンジング信号が乗せられた副搬送波値を取り出して出力するレンジングチャンネル抽出器と、
前記レンジングチャンネル抽出器からの信号と前記端末機に割り当てられたレンジングコードを乗算して出力する乗算器と、を含むことを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
【請求項３】
前記乗算器の出力値はｅｘｐ(ｊ２πｋｌ)(ここで、ｋｌは副搬送波間隔で正規化したユーザーｌの周波数オフセット)の倍数に近似化されることを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
【請求項４】
前記周波数オフセット推定器は、
前記乗算器からの値を用いて位相を計算する位相計算器と、
前記位相計算器からの位相値に１/２πを乗算して周波数オフセット推定値を出力する乗算器と、を含むことを特徴とする請求項３記載の基地局装置。
【請求項５】
前記レンジング信号は、前記レンジングコードをＩＦＦＴ演算する信号を連続して一回反復し、前記反復される信号の前後に保護区間を追加して生成することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
【請求項６】
直交周波数分割多重方式の通信システムにおける端末機であって、
基地局から割り当てられた周波数オフセット推定用レンジングコードを発生するレンジングコード発生器と、
前記レンジングコード発生器からのレンジングコードを予め定められた副搬送波に割り当てて出力するレンジングチャンネル生成器と、
前記レンジングチャンネル生成器からのデータをＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)演算して時間領域のサンプルデータを出力するＩＦＦＴ演算器と、
前記ＩＦＦＴ演算器からのサンプルデータを繰り返し出力する反復器と、
前記反復器からのサンプルデータの前後に保護区間を追加して周波数オフセット推定用レンジング信号を発生する保護区間追加器と、を含むことを特徴とする端末機。
【請求項７】
前記周波数オフセット推定用レンジング信号を送信した後に、前記基地局から受信される所定の制御メッセージを処理して周波数オフセット情報を獲得する制御メッセージ処理器と、
前記制御メッセージ処理器からの前記周波数オフセット情報による位相回転値を発生する周波数オフセット補正値発生器と、
時間領域のサンプルデータと前記位相回転値とを乗算して周波数オフセット補正して出力する乗算器と、
前記乗算器からのサンプルデータをＲＦ(Radio Frequency)処理してアンテナを通じて送信する無線周波数処理器と、
をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の端末機。
【請求項８】
２個のＯＦＤＭシンボルで構成されるレンジング信号を用いてアップリンク周波数オフセットを推定する直交周波数分割多重方式の通信システムにおける基地局のアップリンク周波数オフセット推定方法であって、
端末機から受信される前記レンジング信号の２個のＯＦＤＭシンボルを各々ＦＦＴ演算する段階と、
前記ＦＦＴ演算された信号と前記端末機に割り当てられたレンジングコードとを乗算してコード復調を遂行する段階と、
前記コード復調された信号をＦＦＴウィンドウ別に加算する段階と、
第１のＦＦＴウィンドウに対する加算値を共役複素数化した値と第２のＦＦＴウィンドウに対する加算値とを乗算する段階と、
前記乗算した値を用いて前記端末機に対するアップリンク周波数オフセットを推定する段階と、
を含むことを特徴とするアップリンク周波数オフセット推定方法。
【請求項９】
前記コード復調段階は、
前記ＦＦＴ演算された信号のうちレンジング信号が乗せられた副搬送波値を獲得する段階と、
前記獲得された副搬送波値と前記端末機に割り当てられたレンジングコードとを乗算する段階と、を含むことを特徴とする請求項８記載のアップリンク周波数オフセット推定方法。
【請求項１０】
前記乗算値は、ｅｘｐ(ｊ２πｋｌ)(ここで、ｋｌは副搬送波間隔で正規化したユーザーｌの周波数オフセット)の倍数に近似化することを特徴とする請求項８記載のアップリンク周波数オフセット推定方法。
【請求項１１】
前記周波数オフセット推定段階は、
前記乗算した値を用いて位相を計算する段階と、
前記計算された位相値に１/２πを乗算して周波数オフセット推定値を獲得する段階、とを含むことを特徴とする請求項１０記載のアップリンク周波数オフセット推定方法。
【請求項１２】
前記レンジング信号は、前記レンジングコードをＩＦＦＴ演算した信号を連続して一回反復し、前記反復された信号の前後に保護区間を追加して生成されることを特徴とする請求項８記載のアップリンク周波数オフセット推定方法。
【請求項１３】
直交周波数分割多重方式の通信システムにおける端末機のアップリンク周波数オフセット補正方法であって、
基地局からレンジングコードが割り当てられる段階と、
前記割り当てられたレンジングコードをＩＦＦＴ演算して時間領域のサンプルデータを生成する段階と、
前記生成されたサンプルデータを連続して一回反復して周波数オフセット推定用レンジング信号を生成する段階と、
前記生成されたレンジング信号をＲＦ処理して前記基地局に送信する段階、
とを含むことを特徴とするアップリンク周波数オフセット補正方法。
【請求項１４】
前記周波数推定用レンジング信号に対する応答メッセージを受信するときに、前記応答メッセージからアップリンク周波数オフセット情報を抽出する段階と、
前記周波数オフセット情報を用いて時間領域のサンプルデータの位相を調整して送信する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１３記載のアップリンク周波数オフセット補正方法。
【請求項１５】
前記応答メッセージは、前記アップリンク周波数オフセット情報及びアップリンク時間オフセット情報を含むことを特徴とする請求項１４記載のアップリンク周波数オフセット補正方法。
【請求項１６】
前記レンジング信号生成段階は、
繰り返し生成された前記サンプルデータの前後に保護区間を追加して前記周波数オフセット推定用レンジング信号を生成することを特徴とする請求項１３記載のアップリンク周波数オフセット補正方法。
【請求項１７】
前記レンジングコード割当情報は、初期レンジング及び周期的レンジングに対する応答メッセージを通じて受信されることを特徴とする請求項１３記載のアップリンク周波数オフセット補正方法。
【請求項１８】
直交周波数分割多重方式の通信システムにおけるアップリンク周波数オフセットを補正するためのアップリンク周波数オフセット補正方法であって、
端末機が、基地局から割り当てられたレンジングコードを含むＯＦＤＭシンボルを連続して一回反復して前記基地局に送信する段階と、
前記基地局が、前記端末機から受信される２個のＯＦＤＭシンボルを前記端末機に割り当てられたレンジングコードを用いて復調し、前記レンジングコード復調された信号をＦＦＴウィンドウ別に加算し、第１のＦＦＴウィンドウに対する加算値を共役複素数化した値と第２のＦＦＴウィンドウに対する加算値とを乗算してアップリンク周波数オフセットを推定する段階と、
前記基地局が、前記推定された周波数オフセット情報を含むメッセージを前記端末機に送信する段階と、
前記端末機が、前記メッセージから取り出された周波数オフセット情報を用いてアップリンク周波数オフセットを補正する段階と、
を含むことを特徴とするアップリンク周波数オフセット補正方法。
【請求項１９】
前記メッセージは、前記周波数オフセット情報及びアップリンク時間オフセット情報を含むことを特徴とする請求項１８記載のアップリンク周波数オフセット補正方法。
【請求項２０】
前記端末機は、初期レンジング及び周期的レンジングに対する応答メッセージを通じて前記レンジングコード割当情報を受信することを特徴とする請求項１８記載のアップリンク周波数オフセット補正方法。
【請求項２１】
２個のＯＦＤＭシンボルで構成される周波数オフセット推定用信号を用いて周波数オフセットを推定するための周波数オフセット推定装置であって、
相手局から受信される前記周波数オフセット推定用信号の２個のＯＦＤＭシンボルを各々ＦＦＴ演算して出力するＦＦＴ演算器と、
前記ＦＦＴ演算器からの副搬送波値をＦＦＴウィンドウ別に加算して出力する加算器と、
前記加算器からの第１のＦＦＴウィンドウに対する加算値を共役複素数化した値と第２のＦＦＴウィンドウに対する加算値とを乗算して出力する乗算器と、
前記乗算器の出力値を用いて前記相手局に対する周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定器と、を含むことを特徴とする周波数オフセット推定装置。
【請求項２２】
前記乗算器の出力値はｅｘｐ(ｊ２πｋｌ)(ここで、ｋｌは副搬送波間隔で正規化したユーザーｌの周波数オフセット)の倍数に近似化することを特徴とする請求項２１記載の周波数オフセット推定装置。
【請求項２３】
前記周波数オフセット推定器は、
前記乗算器からの値を用いて位相を計算する位相計算器と、
前記位相計算器からの位相値に１/２πを乗算して周波数オフセット推定値を出力する乗算器と、を含むことを特徴とする請求項２２記載の周波数オフセット推定装置。
【請求項２４】
前記周波数オフセット推定用信号は、所定のシーケンスをＩＦＦＴ演算した信号を連続して一回反復し、前記反復された信号の前後に保護区間を追加して生成されることを特徴とする請求項２２記載の周波数オフセット推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：以下、“ＯＦＤＭ”とする)通信システムに関するもので、特に、レンジングチャンネルを用いるアップリンク周波数オフセット推定装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近で、次世代無線通信システムと呼ばれる４世代(4th Generation)システムでは、高速(約１００Ｍｂｐｓ以上）の伝送速度を有する多様なサービスをユーザーに提供するための研究が活発に進んでいる。特に、高速サービスを提供するために、物理階層或いはその上位階層で多様な技法が必要になる。この物理階層では、高速のデータ伝送のために、一つの回線(無線の場合に、一組の送受信機）を分割して個別的に独立された信号を同時に送受信できる複数の通信路(以下、“チャンネル”と称する)を構成する技術として多重化(Multiplexing)技術を使用している。代表的な多重化技術としては、周波数分割多重化(Frequency Division Multiplexing：ＦＤＭ)、時分割多重化(Time Division Multiplexing：ＴＤＭ)などがある。特に、周波数分割多重化技術のうち、高速のデータ伝送のためのＯＦＤＭ方式は、現在実現中である４世代無線通信システムで物理階層の多重化技術として採択されて研究が進んでいる。
【０００３】
ＯＦＤＭ方式は、マルチキャリア(Multi Carrier)を使用してデータを伝送する方式である。このＯＦＤＭ方式は、直列に入力されるシンボル列を並列に変換し、これらを各々相互に直交性を有する複数の副搬送波(sub-carrier)に変調して伝送する多重搬送波変調(Multi Carrier Modulation：ＭＤＭ)方式の一種である。
【０００４】
このような多重搬送波変調方式を使用するシステムは、１９５０年代後半の軍用高周波ラジオ(HF radio)に初めて適用され、複数の直交する副搬送波を重ねるＯＦＤＭ方式は１９７０年代から発展し始める。このシステムは、多重搬送波間の直交変調を実現しにくいため、実際のシステムに適用するのに限界があった。
【０００５】
しかしながら、１９７１年Ｗｅｉｎｓｔｅｉｎらにより、ＯＦＤＭ方式を使用する変復調がＤＦＴ(Discrete Fourier Transform)を用いて效率的に処理可能であることが発表され、それによって、ＯＦＤＭ方式に関する技術の開発が急速に発展した。すなわち、ハードウェア的な複雑性(complexity）によって広く使用されないが、最近では、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）と逆高速フーリエ変換(Inverse Fast Fourier Transform：ＩＦＦＴ）を含む各種デジタル信号処理技術が発展することで実現可能になった。また、保護区間(guard interval）とＣＰ(Cyclic Prefix)保護区間を挿入する方式が知られるに従って、多重経路及び遅延拡散(delay spread)に対する否定的な影響を一層減少させるようになる。
【０００６】
このＯＦＤＭ方式は、高速のデータ伝送に適合するため、無線通信ではＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＨＩＰＥＲＬＡＮ/２の高速無線ＬＡＮ(Local Area Network)、ＩＥＥＥ８０２．１６の広帯域無線アクセス(Broadband Wireless Access：ＢＷＡ)、デジタルオーディオ放送(Digital Audio Broadcasting：ＤＡＢ）などに標準方式として採択される。また、ＯＦＤＭ方式は、有線通信ではＡＤＳＬ(Asymmetric Digital Subscriber Line）とＶＤＳＬ(Very high-data rate Digital Subscriber Line）の標準方式として採択される。
【０００７】
ＯＦＤＭ方式の通信システムの性能は、周波数オフセットに大きく影響を受けるため、これを解決するための多くの研究が行われている。しかしながら、大部分の研究は、基地局でブロードキャストした信号を端末機に受信して処理するダウンリンク状況を仮定したもので、アップリンク状況を仮定する周波数オフセット推定及び補正方法はまだ研究が微弱な状態である。
【０００８】
アップリンクではダウンリンクとは違って様々なユーザーの信号が合わせて受信されるため、ダウンリンクを仮定して研究されてきた既存の周波数オフセット推定及び補正技法は、アップリンクに直接的に適用することが不可能である。したがって、各ユーザー別に相互に異なる帯域を使用させてから帯域別にフィルターを備えてユーザー別信号を分離することによって、ダウンリンクのような状況とし、既存のダウンリンク周波数オフセット推定方法を適用しようとする理論的試しがあった。しかしながら、この方法は帯域を精密に分離するフィルターがユーザーの数だけ必要なため、現実的に非常に実現しにくい問題があった。
【０００９】
ＯＦＤＭ方式通信システムで、基地局は、ユーザー端末機から受信されるレンジング(ranging)チャンネル信号を用いてアップリンク時間オフセットを推定する。すなわち、レンジングチャンネルは、アップリンクで各ユーザー別時間オフセットを推定して端末機の送信時間を修正するために割り当てられたチャンネルである。時間オフセットは、周波数オフセットが補正されない場合にもレンジングチャンネルを通じて比較的正確に推定されることができる。
【００１０】
上述したように、既存にはアップリンク周波数オフセットを推定するための技術が全くない実情である。現在では、周波数オフセット推定のために追加に資源を割り当てることが非現実的なため、アップリンク時間同期のために運用されるレンジングチャンネルを用いる方案を考慮することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、直交周波数分割多重方式の通信システムで、レンジングチャンネルを用いてアップリンク周波数オフセットを推定して補正するための装置及び方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、周波数分割多重方式の通信システムで、周波数オフセット推定用レンジング信号を送受信するための装置及び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】
上記の目的を達成するために、本発明は、２個の同一のＯＦＤＭシンボルで構成されるレンジング信号を用いてアップリンク周波数オフセットを推定する直交周波数分割多重方式の通信システムにおける基地局装置であって、端末機から受信される前記レンジング信号の２個の連続するＯＦＤＭシンボルを各々ＦＦＴ(Fast Fourier Transform)演算して出力するＦＦＴ演算器と、前記ＦＦＴ演算器からの信号と前記端末機に割り当てられたレンジングコードを乗算して出力するコード復調器と、前記コード復調器からの信号をＦＦＴウィンドウ別に合算して出力する加算器と、前記加算器からの第１のＦＦＴウィンドウに対する加算値を共役複素数化した値と第２のＦＦＴウィンドウに対する加算値とを乗算して出力する乗算器と、前記乗算器の出力値を用いて前記端末機に対するアップリンク周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定器と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、直交周波数分割多重方式の通信システムにおける端末機であって、基地局から割り当てられた周波数オフセット推定用レンジングコードを発生するレンジングコード発生器と、前記レンジングコード発生器からのレンジングコードを予め定められた副搬送波に割り当てて出力するレンジングチャンネル生成器と、前記レンジングチャンネル生成器からのデータをＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)演算して時間領域のサンプルデータを出力するＩＦＦＴ演算器と、前記ＩＦＦＴ演算器からのサンプルデータを連続して一回反復して出力する反復器と、前記反復器からのサンプルデータの前後に保護区間を追加して周波数オフセット推定用レンジング信号を発生する保護区間追加器と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明は、２個の同一のＯＦＤＭシンボルで構成されるレンジング信号を用いてアップリンク周波数オフセットを推定する直交周波数分割多重方式の通信システムにおける基地局のアップリンク周波数オフセット推定方法であって、端末機から受信される前記レンジング信号の２個の連続するＯＦＤＭシンボルを各々ＦＦＴ演算する段階と、前記ＦＦＴ演算された信号と前記端末機に割り当てられたレンジングコードとを乗算してコード復調を遂行する段階と、前記コード復調された信号をＦＦＴウィンドウ別に加算する段階と、第１のＦＦＴウィンドウに対する加算値を共役複素数化した値と第２のＦＦＴウィンドウに対する加算値とを乗算する段階と、前記乗算した値を用いて前記端末機に対するアップリンク周波数オフセットを推定する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明は、直交周波数分割多重方式の通信システムにおける端末機のアップリンク周波数オフセット補正方法であって、基地局からレンジングコードが割り当てられる段階と、前記割り当てられたレンジングコードをＩＦＦＴ演算して時間領域のサンプルデータを生成する段階と、前記生成されたサンプルデータを連続して一回反復して周波数オフセット推定用レンジング信号を生成する段階と、前記生成されたレンジング信号をＲＦ処理して前記基地局に送信する段階、とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、ＯＦＤＭ通信システムのアップリンクで必ず解決すべき重要な問題にも拘わらずまだ明確な研究結果がなかった周波数オフセット推定及び補正に関する解決方法を提案する。本発明による周波数オフセット推定技術は、追加周波数資源の割当なしに時間オフセットの推定のために既に割り当てられたレンジングチャンネルを利用するため、周波数資源の運用の面で利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。本発明に関連した公知の機能又は構成に関して、具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断された場合に、その詳細な説明を省略する。
以下、本発明は、ＯＦＤＭ方式の通信システムでレンジングチャンネルを用いてアップリンクの周波数オフセットを推定して補正する方案について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信システムで、アップリンク周波数オフセット推定のための全般的な手順を示す図である。
図１を参照すると、端末機は、ステップ１０１で、予め定められた第１のレンジングコードの集合の中でランダムに一つを選択する。端末機は、ステップ１０２で、選択されたレンジングコードを用いて第１のレンジング信号を送信する。このとき、第１のレンジングコード集合は、初期レンジング用に定義されたコード集合及び周期的レンジング用に定義されたコード集合になることができる。このように、本発明による周波数オフセット推定は、初期レンジング及び周期的レンジングのときに遂行され得る。
【００１９】
一方、基地局は、ステップ１０３でレンジングチャンネルを監視し、特定の第１のレンジングコードが検波されると、時間オフセットを推定し、予め定められた第２のレンジングコードの集合の中で一つを選択して検波されたコードの端末機に割り当てる。以後、基地局は、ステップ１０４で、時間オフセット補正値と割り当てられた第２のレンジングコードを端末機にフィードバックする。
【００２０】
すると、端末機は、ステップ１０５で、基地局から受信される時間オフセット補正値により送信時間を補正し、ステップ１０６で、基地局から割り当てられた第２のレンジングコードを用いて第２のレンジング信号を送信する。
【００２１】
一方、基地局は、ステップ１０７で、レンジングチャンネルを監視し、先に割り当てられた第２のレンジングコードが検波されると、本発明によるアルゴリズムを用いて周波数オフセットを推定する。また、基地局は、ステップ１０８で、周波数オフセット補正値を端末機にフィードバックする。このとき、時間オフセット補正値も端末機にフィードバックされる。
【００２２】
端末機は、ステップ１０９で、基地局から受信される時間オフセット補正値をもって送信時間をより細密に補正し、受信される周波数オフセット補正値をもって周波数オフセットを補正する。
【００２３】
図１の手順において、ステップ１０７で、基地局は、いずれのレンジングコードが受信されるかを検波する必要なく、ステップ１０３で割り当てられた第２のレンジングコードが受信されるか否かを判断すれば良い。これと違って、ステップ１０３で、基地局は、可能なすべての第１のレンジングコードに対して各コード別に受信可否を検波しなければならない。ステップ１０３とステップ１０７で遂行される時間オフセット推定方式は、既に多様なアルゴリズムが知られているので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２４】
ここで、本発明による周波数オフセット推定方式について詳細に説明する。
図２Ａ，図２Ｂは、本発明の実施形態による第２のレンジング信号の構造を示す図である。
図２Ａは、第２のレンジング信号の送信形態を示すものである。図示のように、ＴＦＦＴは有効ＯＦＤＭシンボル区間を、ＴＣＰは保護区間を、ＴＯＦＤＭはＯＦＤＭシンボル区間を、それぞれ示す。第２のレンジングコードをレンジングチャンネルに割り当てて逆高速フーリエ変換(Inverse Fast Fourier Transform：以下、“ＩＦＦＴ”とする）した結果がＴＦＦＴ区間に該当する。このＴＦＦＴ区間を連続して一回反復させ、ＴＦＦＴ区間の所定後部(Ｃ）をコピーしたＴＣＰを前に付け、ＴＦＦＴ区間の所定前部(Ａ）をコピーしたＴＡＤＤを後に付けることで、第２のレンジング信号を生成する。ここで、ＴＣＰは、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform：以下、“ＦＦＴ”とする）ウィンドウより第２のレンジング信号が遅延されて受信される場合に、キャリア間干渉(InterCarrier interference：以下、“ＩＣＩ”とする）が発生することを防止するために、追加される通常の保護区間である。そして、ＴＡＤＤはＴＣＰと類似に第２のレンジング信号がＦＦＴウィンドウより先に受信される場合に、このＩＣＩが発生することを防止するために追加される区間である。
【００２５】
このように、本発明による第２のレンジング信号は、ＩＦＦＴ演算を通じて得る信号を連続して一回反復させ、この反復された信号の前後に保護区間を追加して生成されることを特徴とする。
【００２６】
図２Ｂは、複数のユーザー端末機から送信される第２のレンジング信号が基地局に同時に受信される形態を示すものである。図示のように、基地局は、上記の図２Ａのように送信される第２のレンジング信号を受信するために、３個のＴＯＦＤＭ区間を割り当てる。そして、割り当てられた区間の開始を基準で予め定められた時間の後から２個のＴＦＦＴ区間に該当する信号を読み取って各々ＦＦＴを遂行した後に、周波数オフセットを推定する。このとき、予め定められた時間は、図１のステップ１０４乃至ステップ１０６で発生した時間遅延と同一である。
【００２７】
図３は、本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信システムで端末機の第２のレンジング信号送信装置を示す図である。
図３に示すように、本発明による第２のレンジング信号送信装置は、レンジングコード発生器３０１、レンジングチャンネル生成器３０２、ＩＦＦＴ演算器３０３、並列/直列変換器３０４、反復器３０５、及び保護区間(Ｃ,Ａ)追加器３０６を含んで構成される。
【００２８】
図３を参照すると、基地局から割り当てられた第２のレンジングコードに関する情報が、上位制御器(図示せず)からレンジングコード発生器３０１に入力されると、レンジングコード発生器３０１は、この入力されたコード番号に該当する第２のレンジングコードを出力する。すると、レンジングチャンネル生成器３０２は、レンジングコード発生器３０１からの第２のレンジングコードを副搬送波に割り当てて出力する。ここで、副搬送波に割り当てるということは、レンジングコードを構成する元素(又はビット)の各々をＩＦＦＴ演算器３０３の該当入力(副搬送波の位置)に提供することを意味する。ここで、レンジングコードが割り当てられない副搬送波には“０”がパディングされる。
【００２９】
ＩＦＦＴ演算器３０３は、レンジングチャンネル生成器３０２からの信号を逆高速フーリエ変換して時間領域のサンプルデータを出力する。並列/直列変換器３０４は、ＩＦＦＴ演算器３０３からの並列データを直列データに変換して出力する。反復器３０５は、並列/直列変換器３０４からのＩＦＦＴ区間に該当するデータを連続して一回反復して出力する。保護区間(Ｃ,Ａ)追加器３０６は、反復器３０５からの２個のＩＦＦＴ区間に該当するデータの前後に保護区間(Ｃ,Ａ）を追加して基底帯域の第２のレンジング信号を出力する。図示していないが、基底帯域の第２のレンジング信号は、実際伝送可能なようにＲＦ(Radio Frequency)処理された後に、アンテナを通じてエア(air)に伝送される。
【００３０】
図４は、本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信システムの基地局でアップリンク周波数オフセット推定装置の構成を示す図である。周波数オフセット装置は、前述した第２のレンジング信号を受信して周波数オフセットを推定するためのもである。
【００３１】
図４に示すように、本発明によるアップリンク周波数オフセット推定装置は、無線周波数処理部４０１、直列/並列変換器４０２、ＦＦＴ演算器４０３、レンジングチャンネル抽出器４０４、乗算器４０５、コード生成器４０６、加算器４０７、スイッチ４０８、遅延器４０９、共役複素数発生器４１０、乗算器４１１、位相計算器４１２、及び乗算器４１３を含んで構成される。
【００３２】
図４を参照すると、無線周波数(ＲＦ)処理部４０１は、フロントエンドユニット(front end unit)、フィルター、及びＡ/Ｄ(Analog to Digital)コンバーターなどの構成を含み、アンテナを通じて受信される高周波帯域の信号を基底帯域信号に変換し、アナログ基底帯域信号をデジタルサンプルデータに変換して出力する。直列/並列変換器４０２は、無線周波数処理部４０１から出力される直列データをＦＦＴ演算器４０３の入力のための並列データに変換して出力する。このとき、直列/並列変換器４０２は入力されるデータから図２Ａ，図２Ｂに示した保護区間(Ｃ,Ａ)に該当するデータを取り除いて出力する。
【００３３】
ＦＦＴ演算器４０３は、直列/並列変換器４０２からの時間領域のサンプルデータを高速フーリエ変換(ＦＦＴ)して周波数領域のデータを出力する。すなわち、ＦＦＴ演算器４０３は、受信された信号を各副搬送波値に復調して出力する。レンジングチャンネル抽出器４０４は、ＦＦＴ演算器４０３からの副搬送波値の中でレンジングコードが乗せられている副搬送波値を取り出して出力する。図３に示したように、第２のレンジング信号は、連続する２個のＯＦＤＭシンボルで構成されるため、ＦＦＴ演算器４０３は２個の連続するＦＦＴウィンドウに対して復調を遂行する。このとき、第１のＦＦＴウィンドウに対するレンジングチャンネル抽出器４０４の出力は、下記の<数１>のようにモデリングされ、第２のＦＦＴウィンドウに対するレンジングチャンネル抽出器４０４の出力は、下記の<数２>のようにモデリングされる。
【００３４】
【数１】
2006115520.tif 000003
【００３５】
【数２】
2006115520.tif 000004
【００３６】
ここで、ｋは副搬送波インデックスを、ｌはユーザーインデックスをそれぞれ示し、便宜上ユーザーの数はＬであると仮定する。Ｈｌ(ｋ)はユーザーｌの副搬送波ｋに対するチャンネルを、Ｘｌ(ｋ)はユーザーｌの副搬送波ｋにおけるレンジングコード成分、ｋｌは実際の副搬送波間隔で正規化したユーザーｌの周波数オフセットを、それぞれ示す。Ｎ(１)(ｋ)とＮ(２)(ｋ)は、それぞれ図２Ｂの第１のＦＦＴウィンドウと第２のＦＦＴウィンドウにおける副搬送波ｋの雑音で、ＲＡＣＨはレンジングチャンネルに割り当てられた副搬送波インデックスの集合である。
【００３７】
コード生成器４０６は、周波数オフセット推定を希望するユーザーの第２のレンジングコードを発生する。ここで、説明の便宜上、ｌ＝１であるユーザーの周波数オフセットを推定すると仮定する。すなわち、コード生成器４０６の出力がＸｌ(ｋ)，ｋ∈ＲＡＣＨであると仮定する。乗算器４０５は、レンジングチャンネル抽出器４０４からの副搬送波値とコード生成器４０６からの第２のレンジングコードを乗算して出力する。
【００３８】
加算器４０７は、乗算器４０５からの信号をＦＦＴ単位別に加算して出力する。ここで、第１のＦＦＴウィンドウに対する加算器４０７の出力は下記の＜数３＞のようにモデリングされ、第２のＦＦＴウィンドウに対する加算器４０７の出力は＜数４＞のようにモデリングされる。
【００３９】
【数３】
2006115520.tif 000005
【００４０】
【数４】
2006115520.tif 000006
【００４１】
＜数３＞と＜数４＞で、第２の項は他のユーザーの第２のレンジングコードとｌ＝１であるユーザーの第２のレンジングコードが相違するため、“０”に近い値を有する。もちろん、時間同期が遂行されないと、第２の項は“０”にならないため、周波数オフセット推定に先立って時間同期が遂行されるべきである。そして、第３の項は、相変わらず雑音として作用することに注目するはずである。したがって、＜数３＞の信号を共役複素数化して＜数４＞と乗算すると、位相成分ｅｘｐ(ｊ２πｋ１)が抽出可能である。
【００４２】
すなわち、スイッチ４０８は、加算器４０７の第１の出力値(以下、“第１のＦＦＴ値”とする）を遅延器４０９に伝達し、所定時間ＴＦＦＴ以後にスイッチングされて加算器４０７の第２の出力値(以下、“第２のＦＦＴ値”とする）を乗算器４１１に伝達する。一方、遅延機４０９は、スイッチ４０８からの第１のＦＦＴ値を所定時間ＴＦＦＴだけ遅延させた後に出力する。共役複素数発生器４１０は、遅延器４０９からの第１のＦＦＴ値を共役複素数化して出力する。
【００４３】
乗算器４１１は、スイッチ４０８からの第２のＦＦＴ値と共役複素数発生器４１０からの共役複素数値を乗算して出力する。このとき、乗算器４１１の出力値はｅｘｐ(ｊ２πｋ１)の倍数と雑音が加算された値である。位相計算器４１２は、乗算器４１１の出力値で位相２πｋ１を計算して出力する。乗算器４１３は、位相計算器４１２からの位相値に１/２πを乗算して周波数オフセット推定値ｋｌを出力する。このように推定された周波数オフセット値は、時間オフセット推定値と共に該当ユーザー(又は端末機)にフィードバックされ、該当ユーザーはこの情報を用いて時間オフセットと周波数オフセットを補正して信号を送信する。
【００４４】
図５は、本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信システムの端末機で周波数オフセット補正装置の構成を示す図である。
図５に示すように、本発明による周波数オフセット補正装置は、基底帯域信号処理器５０１、乗算器５０２、周波数オフセット補正値発生器５０３、無線周波数処理部５０４、及び制御メッセージ処理器５０５を含んで構成される。
【００４５】
図５を参照すると、制御メッセージ処理器５０５は、基地局から受信される所定の制御メッセージを処理して周波数オフセット補正情報を周波数オフセット補正値発生器５０３に提供する。ここで、受信される制御メッセージは本発明により周波数オフセット情報と時間オフセット情報を含むメッセージであると仮定する。
【００４６】
周波数オフセット補正値発生器５０３は、制御メッセージ処理器５０５からの周波数オフセット補正値による位相回転値ｅｘｐ(-ｊ２πｎｋＯ/Ｎ)を発生する。ここで、ＮはＦＦＴの大きさを、ｎはＩＦＦＴ出力の時間インデックスを、ｋＯは該当ユーザーの周波数オフセット補正値を、それぞれ示す。乗算器５０２は、基底帯域信号処理器５０１から時間サンプルデータと周波数オフセット補正値発生器５０３からの位相回転値を乗算して出力する。無線周波数処理部５０４は、乗算器５０２からの位相調整されたサンプルデータをアナログ信号に変換し、アナログ信号を実際に伝送可能なようにＲＦ処理してアンテナを通じて伝送する。
【００４７】
図６は、本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信システムで端末機の周波数オフセット補正のための処理手順を示すフローチャートである。
図６を参照すると、端末機は、予め定められた第１のレンジングコード集合から一つをランダムに選択する(ステップＳ６０１)。ここで、第１のレンジングコード集合は、既存の初期レンジング用に定義されたコード集合及び周期的レンジング用に定義されたコード集合になる。このように、本発明による周波数オフセット推定は、初期レンジング及び周期的レンジングの際に遂行されることができる。そして、端末機は、選択された第１のレンジングコードを用いて第１のレンジング信号を基地局に送信する(ステップＳ６０２)。
【００４８】
第１のレンジング信号を送信した後に、端末機は、所定時間で基地局から第１のレンジング信号に対する応答メッセージ(ＡＣＫ)が受信されるか否かを確認する(ステップＳ６０３)。その結果、第１のレンジング信号に対する応答メッセージが受信されない場合に、端末機は、ステップＳ６０１に戻って再遂行する。一方、第１のレンジング信号に対する応答メッセージが受信される場合に、端末機は、応答メッセージから時間オフセット情報を獲得し、この獲得された時間オフセット情報を用いて時間オフセットを補正する(ステップＳ６０４)。
【００４９】
端末機は、応答メッセージから第２のレンジングコードを獲得し、第２のレンジングコードを用いて第２のレンジング信号を基地局に伝送する(ステップＳ６０５)。ここで、第２のレンジング信号は、上述したように、２個の連続するＯＦＤＭシンボルで構成される。言い換えれば、第２のレンジングコードを用いてＯＦＤＭシンボルを生成し、ＯＦＤＭシンボルを連続して一回反復して第２のレンジング信号を生成する。
【００５０】
第２のレンジング信号を送信した後に、端末機は、基地局から第２のレンジング信号に対する応答メッセージ(ＡＣＫ)が受信されるか否かを確認する(ステップＳ６０６)。その結果、応答メッセージが受信されると、端末機は、応答メッセージから周波数オフセット情報と時間オフセット情報を獲得し、この獲得された情報をもって周波数オフセットと時間オフセットを補正する(ステップＳ６０７)。
【００５１】
図７は、本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信システムで基地局のアップリンク周波数オフセット推定のための処理手順を示すフローチャートである。
図７を参照すると、基地局は、すべての可能な第１のレンジングコードに対する受信可否を確認する(ステップＳ７０１)。その結果、特定の第１のレンジングコードが受信されると、基地局は、検波されたレンジング信号に対する時間オフセットを推定する(ステップＳ７０２)。時間オフセット推定については既に多様なアルゴリズムが知られているため、ここでは詳細な説明を省略する。時間オフセットを推定した後に、基地局は、推定値が有効であるか否かを判断する(ステップＳ７０３)。ここで、判断基準は、推定アルゴリズムにより異なるため、その詳細な説明は省略する。ステップＳ７０３の結果、推定値が有効でないと、基地局は、検波されたコードの端末機に再伝送要求信号(ＮＡＣＫ)を伝送する(ステップＳ７０４)。
【００５２】
一方、ステップＳ７０３の結果、推定値が有効である場合に、基地局は、予め定められた第２のレンジングコード集合から一つをランダムに選択して端末機に割り当てる(ステップＳ７０５)。その後、基地局は、時間オフセット推定値と選択された第２のレンジングコード割当情報とを含むメッセージを端末機に伝送する(ステップＳ７０６)。
【００５３】
基地局は、割り当てられた第２のレンジングコードを用いる第２のレンジング信号が受信されるか否かを検査する(ステップＳ７０７)。その結果、第２のレンジング信号が受信されると、基地局は、第２のレンジング信号をもって時間オフセットと周波数オフセットを推定する(ステップＳ７０８)。前述したように、コード復調された信号をＦＦＴ区間別に加算し、第１のＦＦＴ区間に該当する加算値を共役複素数化し、この共役複素数値と第２のＦＦＴ区間に該当する加算値とを乗算して周波数オフセットを推定する。
【００５４】
このように、時間オフセットと周波数オフセットを推定した後に、基地局は、推定値が有効であるか否かを判断する(ステップＳ７０９)。その判断結果、推定値が有効でない場合に、基地局は、端末機に再伝送要求信号(ＮＡＣＫ)を伝送する(ステップＳ７１０)。一方、推定値が有効である場合に、基地局は、時間オフセット推定値と周波数オフセット推定値とを含むメッセージを端末機に伝送する(ステップ７１１)。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信システムで、アップリンク周波数オフセット推定のための全般的な信号処理手順を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による第２のレンジング信号の構造を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による第２のレンジング信号の構造を示す図である。
【図３】本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信システムで、端末機の第２のレンジング信号送信装置を示す図である。
【図４】本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信システムの基地局で、アップリンク周波数オフセット推定装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信システムの端末機で、周波数オフセット補正装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信システムで、端末機の周波数オフセット補正のための処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信システムで、基地局のアップリンク周波数オフセット推定のための処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
３０１  レンジングコード発生器
３０２  レンジングチャンネル生成器
３０３  ＩＦＦＴ演算器
３０４  並列/直列変換器
３０５  反復器
３０６  保護区間(Ｃ,Ａ)追加器
４０１  無線周波数処理部
４０２  直列/並列変換器
４０３  ＦＦＴ演算器
４０４  レンジングチャンネル抽出器
４０５  乗算器
４０６  コード生成器
４０７  加算器
４０８  スイッチ
４０９  遅延器
４１０  共役複素数発生器
４１１  乗算器
４１２  位相計算器
４１３  乗算器
５０１  基底帯域信号処理器
５０２  乗算器
５０３  周波数オフセット補正値発生器
５０４  無線周波数処理部
５０５  制御メッセージ処理器
【図１】
2006115520.tif 000007
【図２Ａ】
2006115520.tif 000008
【図２Ｂ】
2006115520.tif 000009
【図３】
2006115520.tif 000010
【図４】
2006115520.tif 000011
【図５】
2006115520.tif 000012
【図６】
2006115520.tif 000013
【図７】
2006115520.tif 000014