(57)【要約】【課題】送受信間の同期誤差及び伝送路変動に追従するＯＦＤＭ受信方法及びＯＦＤＭ受信装置を提供する。【解決手段】複数の受信アンテナで受信した、データキャリア及びパイロットキャリアを含む互いに直交する複数のサブキャリアからなるＯＦＤＭ信号を、それぞれＯＦＤＭ復調して、複数の受信サブキャリアに分離する。複数の受信サブキャリアから、複数の空間パスの伝搬係数をそれぞれ推定する。推定された伝搬係数を要素とする伝搬行列の逆行列を計算する。逆行列を用いて複数の受信サブキャリアの干渉キャンセルを行い、空間で多重された送信サブキャリアを推定する。逆行列の信頼度を計算する。推定された送信サブキャリアからパイロットキャリアを取り出し、この取り出したパイロットキャリアを信頼度に応じて重み付けする。重み付けされたパイロットキャリアに基づいて、複数の受信サブキャリアに含まれる誤差を補正する。【選択図】図１
2006314088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの送信アンテナから送信される、送信データを割り当てたデータキャリアと既知の位相及び振幅を割り当てたパイロットキャリアとを含む互いに直交する複数のサブキャリアからなるＯＦＤＭ信号を、複数の受信アンテナを用いて複数の空間パスを介して受信するＯＦＤＭ受信方法であって、
前記複数の受信アンテナで受信したＯＦＤＭ信号をそれぞれＯＦＤＭ復調して、複数の受信サブキャリアに分離するステップと、
前記複数の受信サブキャリアから、前記複数の空間パスの伝搬係数をそれぞれ推定するステップと、
前記推定された伝搬係数を要素とする伝搬行列の逆行列を計算するステップと、
前記逆行列を用いて前記複数の受信サブキャリアの干渉キャンセルを行い、空間で多重された送信サブキャリアを推定するステップと、
前記逆行列の信頼度を計算するステップと、
前記推定された送信サブキャリアから前記パイロットキャリアを取り出し、当該取り出したパイロットキャリアを前記信頼度に応じて重み付けするステップと、
前記重み付けされたパイロットキャリアに基づいて、前記複数の受信サブキャリアに含まれる誤差を補正するステップとを備える、ＯＦＤＭ受信方法。
【請求項２】
前記補正するステップは、
前記重み付けされたパイロットキャリアを用いて、復調誤差の瞬時変動を推定するステップと、
前記推定された復調誤差の瞬時変動に応じて、前記推定された送信サブキャリアを補正するステップとを含む、請求項１に記載のＯＦＤＭ受信方法。
【請求項３】
前記補正するステップは、
前記重み付けされたパイロットキャリアを用いて、パイロットキャリアに関する復調誤差の時間変動を推定するステップと、
前記推定された時間変動を周波数方向に補間して、サブキャリア毎の復調誤差の時間変動を推定するステップと、
前記推定されたサブキャリア毎の復調誤差の時間変動に基づいて、前記推定された伝搬係数を補正するステップとを含む、請求項１に記載のＯＦＤＭ受信方法。
【請求項４】
前記補正するステップは、
前記重み付けされたパイロットキャリアを用いて、復調誤差の瞬時変動を推定するステップと、
前記推定された復調誤差の瞬時変動に応じて、前記推定された送信サブキャリアを補正するステップと、
前記重み付けされたパイロットキャリアを用いて、パイロットキャリアに関する復調誤差の時間変動を推定するステップと、
前記推定された時間変動を周波数方向に補間して、サブキャリア毎の復調誤差の時間変動を推定するステップと、
前記推定されたサブキャリア毎の復調誤差の時間変動に基づいて、前記推定された伝搬係数を補正するステップとを含む、請求項１に記載のＯＦＤＭ受信方法。
【請求項５】
前記補正するステップは、
前記重み付けされたパイロットキャリアを用いて、復調誤差の瞬時変動を推定するステップと、
前記重み付けされたパイロットキャリアを用いて、パイロットキャリアに関する復調誤差の時間変動を推定するステップと、
前記推定された時間変動を周波数方向に補間して、サブキャリア毎の復調誤差の時間変動を推定するステップと、
前記推定された復調誤差の瞬時変動と、前記推定されたサブキャリア毎の復調誤差の時間変動とに基づいて、前記推定された伝搬係数を補正するステップとを含む、請求項１に記載のＯＦＤＭ受信方法。
【請求項６】
複数の送信アンテナからそれぞれ送信される、送信データを割り当てたデータキャリアと既知の位相及び振幅を割り当てたパイロットキャリアとを含む互いに直交する複数のサブキャリアからなるＯＦＤＭ信号を、複数の受信アンテナを用いて複数の空間パスを介して入力するＯＦＤＭ受信方法であって、
前記複数の受信アンテナで受信したＯＦＤＭ信号をそれぞれＯＦＤＭ復調して、複数の受信サブキャリアに分離する第１ステップと、
前記複数の受信サブキャリアから、前記複数の空間パスの伝搬係数をそれぞれ推定する第２ステップと、
前記推定された伝搬係数を要素とする伝搬行列の逆行列を計算する第３ステップと、
前記逆行列を用いて前記複数の受信サブキャリアの干渉キャンセルを行い、空間で多重された送信サブキャリアを推定する第４ステップと、
前記逆行列の信頼度を計算するス第５テップと、
前記推定された送信サブキャリアから前記パイロットキャリアを取り出し、当該取り出したパイロットキャリアを前記信頼度に応じて重み付けする第６ステップと、
前記重み付けされたパイロットキャリアに基づいて復調誤差の瞬時変動及び前記推定されたサブキャリア毎の復調誤差の時間変動を推定し、当該瞬時変動及び時間変動に基づいて前記推定された伝搬係数を補正する第７ステップと、
前記推定された送信サブキャリアを復調して送信データを得る第８ステップと、
前記復調された送信データを再変調して複数のサブキャリアを生成する第９ステップと、
前記再変調された複数のサブキャリアに前記補正された伝搬係数を乗算して、レプリカ信号を生成する第１０ステップと、
前記レプリカ信号を前記複数の受信サブキャリアから減算した減算信号を生成する第１１ステップとを備え、
前記減算信号を新たな複数の受信サブキャリアとして用いて前記第３ステップから第１１ステップまでを行う再度処理を、前記複数の受信サブキャリアの数だけ繰り返して実行することを特徴とする、ＯＦＤＭ受信方法。
【請求項７】
少なくとも１つの送信アンテナから送信される、送信データを割り当てたデータキャリアと既知の位相及び振幅を割り当てたパイロットキャリアとを含む互いに直交する複数のサブキャリアからなるＯＦＤＭ信号を、複数の受信アンテナを用いて複数の空間パスを介して受信するＯＦＤＭ受信装置であって、
前記複数の受信アンテナで受信したＯＦＤＭ信号をそれぞれＯＦＤＭ復調して、複数の受信サブキャリアに分離する複数のＯＦＤＭ復調部と、
前記複数の受信サブキャリアから、前記複数の空間パスの伝搬係数をそれぞれ推定する伝送路推定部と、
前記推定された伝搬係数を要素とする伝搬行列の逆行列を計算する逆行列計算部と、
前記逆行列を用いて前記複数の受信サブキャリアの干渉キャンセルを行い、空間で多重された送信サブキャリアを推定する干渉キャンセル部と、
前記逆行列の信頼度を計算する信頼度計算部と、
前記推定された送信サブキャリアから前記パイロットキャリアを取り出し、当該取り出したパイロットキャリアを前記信頼度に応じて重み付けする重み付け計算部と、
前記重み付けされたパイロットキャリアに基づいて、前記複数の受信サブキャリアに含まれる誤差を補正する変動推定部とを備える、ＯＦＤＭ受信装置。
【請求項８】
前記変動推定部は、
前記重み付けされたパイロットキャリアを用いて、復調誤差の瞬時変動を推定する瞬時変動推定部と、
前記推定された復調誤差の瞬時変動に応じて、前記推定された送信サブキャリアを補正するキャリア補正部とを含む、請求項７に記載のＯＦＤＭ受信装置。
【請求項９】
前記変動推定部は、
前記重み付けされたパイロットキャリアを用いて、パイロットキャリアに関する復調誤差の時間変動を推定する時間変動推定部と、
前記推定された時間変動を周波数方向に補間して、サブキャリア毎の復調誤差の時間変動を推定する周波数方向補間部と、
前記推定されたサブキャリア毎の復調誤差の時間変動に基づいて、前記推定された伝搬係数を補正する伝搬係数補正部とを含む、請求項７に記載のＯＦＤＭ受信装置。
【請求項１０】
前記変動推定部は、
前記重み付けされたパイロットキャリアを用いて、復調誤差の瞬時変動を推定する瞬時変動推定部と、
前記推定された復調誤差の瞬時変動に応じて、前記推定された送信サブキャリアを補正するキャリア補正部と、
前記重み付けされたパイロットキャリアを用いて、パイロットキャリアに関する復調誤差の時間変動を推定する時間変動推定部と、
前記推定された時間変動を周波数方向に補間して、サブキャリア毎の復調誤差の時間変動を推定する周波数方向補間部と、
前記推定されたサブキャリア毎の復調誤差の時間変動に基づいて、前記推定された伝搬係数を補正する伝搬係数補正部とを含む、請求項７に記載のＯＦＤＭ受信装置。
【請求項１１】
前記変動推定部は、
前記重み付けされたパイロットキャリアを用いて、復調誤差の瞬時変動を推定する瞬時変動推定部と、
前記重み付けされたパイロットキャリアを用いて、パイロットキャリアに関する復調誤差の時間変動を推定する時間変動推定部と、
前記推定された時間変動を周波数方向に補間して、サブキャリア毎の復調誤差の時間変動を推定する周波数方向補間部と、
前記推定された復調誤差の瞬時変動と、前記推定されたサブキャリア毎の復調誤差の時間変動とに基づいて、前記推定された伝搬係数を補正する伝搬係数補正部とを含む、請求項７に記載のＯＦＤＭ受信装置。
【請求項１２】
複数の送信アンテナからそれぞれ送信される、送信データを割り当てたデータキャリアと既知の位相及び振幅を割り当てたパイロットキャリアとを含む互いに直交する複数のサブキャリアからなるＯＦＤＭ信号を、複数の受信アンテナを用いて複数の空間パスを介して入力するＯＦＤＭ受信装置であって、
前記複数の受信アンテナで受信したＯＦＤＭ信号をそれぞれＯＦＤＭ復調して、複数の受信サブキャリアに分離する複数のＯＦＤＭ復調部と、
前記複数の受信サブキャリアから、前記複数の空間パスの伝搬係数をそれぞれ推定する伝送路推定部と、
前記複数の受信サブキャリアの数だけ設けられた複数の復調ステージと、
前記複数の復調ステージで求められた逆行列の信頼度を計算するス信頼度計算部と、
前記複数の復調ステージで推定された送信サブキャリアから前記パイロットキャリアを取り出し、当該取り出したパイロットキャリアを前記信頼度に応じて重み付けする重み付け計算部と、
前記重み付けされたパイロットキャリアに基づいて復調誤差の瞬時変動及び前記推定されたサブキャリア毎の復調誤差の時間変動を推定し、当該瞬時変動及び時間変動に基づいて前記推定された伝搬係数を補正する変動推定部とを備え、
前記複数の復調ステージは、それぞれ、
前記推定された伝搬係数を要素とする伝搬行列の逆行列を計算する逆行列計算部と、
前記逆行列を用いて前記複数の受信サブキャリアの干渉キャンセルを行い、空間で多重された送信サブキャリアを推定する干渉キャンセル部と、
前記推定された送信サブキャリアを復調して送信データを得るデータ復調部と、
前記復調された送信データを再変調して複数のサブキャリアを生成するデータ変調部と、
前記再変調された複数のサブキャリアに前記補正された伝搬係数を乗算して、レプリカ信号を生成するレプリカ生成部と、
前記レプリカ信号を前記複数の受信サブキャリアから減算した減算信号を生成し、当該生成した減算信号を新たな複数の受信サブキャリアとして、後段の復調ステージの前記干渉キャンセル部へ出力する演算部とを含む、ＯＦＤＭ受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間分割による複数のパスを介して送受信間で多重通信を行うＯＦＤＭ受信方法及びＯＦＤＭ受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線ＬＡＮ等では、移動体通信におけるマルチパス環境下において生じる周波数選択性フェージングに強い変調方式として、マルチキャリア伝送の一種であるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調方式が採用されている。そして、さらに周波数利用効率の向上を目指して、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを用いてＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ  Ｏｕｔｐｕｔ）チャネルを構成し、空間分割による複数のパスを介して送受信間で多重通信を行う手法が提案されている。受信側では、各受信アンテナの信号から複数のパスの伝搬係数の逆関数を推定し、等化することで各送信アンテナからの送信信号を分離して、送信アンテナの数だけチャネルを増加させることができる。
【０００３】
このように、マルチパスに強いＯＦＤＭと周波数利用効率を向上させるＭＩＭＯとを組み合わせたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調方式が、例えば特許文献１において従来から提案されている。図１８及び図１９は、この特許文献１で開示されている従来のＭＩＭＯを用いたＯＦＤＭ送信装置２００及びＯＦＤＭ受信装置２２０の構成を示す図である。図１８及び図１９では、送信アンテナが２本及び受信アンテナが２本の、２×２ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭの場合の例示している。
【０００４】
データ変調部２０１で変調されたデータは、送信アンテナ２０６及び２０７毎に振り分けられ、それぞれがＯＦＤＭ変調部２０２及び２０３でＯＦＤＭ変調される。このとき、同期に必要なプリアンブル６０１及び６０２や伝搬係数推定に必要なトレーニングシンボル６０３及び６０４等の受信処理に必要な信号が付与され、送信フレーム１及び２を構成する（図２０）。それぞれの送信フレーム１及び２は、周波数変換部２０４及び２０５で無線周波数に変換され、送信アンテナ２０６及び２０７から送信される。
【０００５】
複数の送信アンテナ２０６及び２０７から送信された信号は、異なるパスを介して複数の受信アンテナ２０８及び２０９に到達する。ここで、各送信アンテナと各受信アンテナとの間の伝搬係数をｈj,iとする。ｉは送信アンテナ番号で、ｊは受信アンテナ番号である。２×２ＭＩＭＯの場合は、伝送パスは、ｈ1,1、ｈ1,2、ｈ2,1及びｈ2,2の４つとなる。この場合、送信信号Ｓｉと受信信号Ｒｊとの関係は、下記の式（１）及び式（２）で表される。
Ｒ１ ＝ ｈ1,1×Ｓ１＋ｈ1,2×Ｓ２    …（１）
Ｒ２ ＝ ｈ2,1×Ｓ１＋ｈ2,2×Ｓ２    …（２）
【０００６】
ここで、ｈj,iが互いに無相関であり、ｈj,iの逆関数を求めることができれば、受信信号から多重された送信信号を分離することが可能となる。これは、例えばｈj,iを要素とする伝搬行列Ｈの逆行列を求め、この逆行列を受信信号Ｒｊからなる行列Ｒに乗算することで達成できる。すなわち、Ｎ本の送信アンテナから送信された信号Ｓｉを要素とする送信信号行列をＳ＝［Ｓ１，…，ＳＮ］T 、Ｍ本の受信アンテナで受信した信号Ｒｊを要素とする受信信号行列をＲ＝［Ｒ１，…，ＲＭ］T 、及び送受信アンテナ間のＭ×Ｎの伝搬係数ｈj,iを要素とする伝搬行列をＨ＝ｈj,iとすると、受信信号Ｒは、下記の式（３）で表される。
Ｒ ＝ ＨＳ    …（３）
ここで、伝搬行列Ｈの逆行列をＷ＝Ｈ-1として、式（３）の両辺に掛けると、ＷＲ＝ＷＨＳ＝Ｈ-1ＨＳ＝Ｓとなり、送信信号Ｓを分離することができる。
【０００７】
受信側では、受信アンテナ２０８及び２０９で受信した無線信号を、それぞれ周波数変換部２１０及び２１１で信号処理に適した周波数帯域に変換する。変換された受信信号は、それぞれＯＦＤＭ復調部２１２及び２１３でＯＦＤＭ復調され、図２１のように複数のサブキャリア信号に分離される。伝送路推定部２１４は、伝搬係数推定用に付加されているトレーニングシンボルを用いて、パス毎の伝搬係数ｈj,iを推定する。逆行列計算部２１５は、ｈj,iを要素とする伝搬行列Ｈの逆行列を求める。干渉キャンセル部２１６は、受信サブキャリア信号から伝搬行列Ｈの逆行列を用いて干渉キャンセルを行い、多重された送信信号を分離（チャネル分離）する。分離された送信信号は、データ復調部２１７で復調される。
【０００８】
ＯＦＤＭ復調部２１２及び２１３は、同期用プリアンブルを用いて、搬送波周波数同期、クロック同期及びシンボル同期を行い、周波数誤差及びタイミング誤差を補正する。その後、時間軸信号を周波数軸信号に変換して、各サブキャリア信号に分離する。
【０００９】
ここで、同期の推定誤差が生じると、各サブキャリア信号には位相誤差が生じる。この位相誤差が大きくなると復調誤りを引き起こすため、従来のＯＦＤＭ伝送では、特定のサブキャリアに既知の位相を割り当てて送信し（パイロットキャリア）、受信したパイロットキャリアを用いて位相誤差を推定・補正していた。
【００１０】
図２２に、従来の位相誤差補正を行うＭＩＭＯを用いたＯＦＤＭ受信装置２３０の一例を示す。なお、図１９と同じ構成要素には同じ符号をつけ説明は省略する。パイロット抽出部５０１は、干渉キャンセル部２１６でチャネル分離された各サブキャリアから、パイロットキャリアのみを抽出する。位相誤差推定部５０２は、抽出されたパイロットキャリアの位相と送信時の既知の位相とを比較し、位相誤差を推定する。補正部５０３は、推定で得られた位相誤差を補正するようにデータキャリアの補正を行い、データ復調部２１７でデータ復調を行う。
【００１１】
このような復調処理を数回繰り返して干渉キャンセルの精度を上げる場合は、さらに以下のようにすることができる。データ復調部２１７で復調されたデータを、データ変調部５０４で再度変調し、送信信号の生成する。レプリカ生成部５０５は、再変調された送信信号に推定した伝搬係数をかけてレプリカ信号を生成する。このレプリカ信号を干渉信号とみなして受信信号から減算し、残りの信号を順次分離していく。このような復調ステージ５０６及び５０７を、必要な段数だけ接続すればよい。
【特許文献１】特許第３５９０００８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１で示したＭＩＭＯを用いたＯＦＤＭ受信装置２２０のように、ＭＩＭＯ構成による伝送路推定手法にＯＦＤＭ変調方式を単純に組み合わせただけでは、以下のような問題が残る。すなわち、チャネル分離において伝搬係数行列の逆行列を乗算すると、分離された信号は、本来の受信レベルに関係なく振幅が正規化されてしまう。よって、本来の受信レベルが低い信号は、振幅が正規化されることで雑音レベルが強調されることになる。このため、分離されたパイロットキャリアから位相誤差を求めると、雑音強調によって推定結果の誤差が非常に大きくなる可能性がある。これにより、分離されたデータキャリアの位相補正が正しく行えず、復調誤りの原因となる。
【００１３】
また、位相誤差補正を行うＭＩＭＯを用いたＯＦＤＭ受信装置２３０のように、レプリカ信号を生成して受信信号から減算しながら繰り返し復調する構成では、復調ステージ毎にパイロットキャリアを抽出し、位相誤差の補正をする必要があるため、受信装置が複雑かつ大型化するという問題がある。
【００１４】
それ故に、本発明の目的は、空間分割による複数のパスを介して送受信間で多重通信を行う場合でも、伝送路を正しく推定してキャリアを誤差なく復調することができるＯＦＤＭ受信方法及びＯＦＤＭ受信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、少なくとも１つの送信アンテナから送信される、送信データを割り当てたデータキャリアと既知の位相及び振幅を割り当てたパイロットキャリアとを含む互いに直交する複数のサブキャリアからなるＯＦＤＭ信号を、複数の受信アンテナを用いて複数の空間パスを介して受信するＯＦＤＭ受信方法及び装置に向けられている。そして、上記課題を解決するために、本発明のＯＦＤＭ受信方法及び装置は、以下のステップ（構成）を備えている。
【００１６】
複数の受信アンテナで受信したＯＦＤＭ信号をそれぞれＯＦＤＭ復調して、複数の受信サブキャリアに分離するステップ（複数のＯＦＤＭ復調部）、複数の受信サブキャリアから、複数の空間パスの伝搬係数をそれぞれ推定するステップ（伝送路推定部）、推定された伝搬係数を要素とする伝搬行列の逆行列を計算するステップ（逆行列計算部）、逆行列を用いて複数の受信サブキャリアの干渉キャンセルを行い、空間で多重された送信サブキャリアを推定するステップ（干渉キャンセル部）、逆行列の信頼度を計算するステップ（信頼度計算部）、推定された送信サブキャリアからパイロットキャリアを取り出し、この取り出したパイロットキャリアを信頼度に応じて重み付けするステップ（重み付け計算部）、及び重み付けされたパイロットキャリアに基づいて、複数の受信サブキャリアに含まれる誤差を補正するステップ（変動推定部）。
【００１７】
好ましくは、誤差を補正するステップ（変動推定部）は、重み付けされたパイロットキャリアを用いて、復調誤差の瞬時変動を推定するステップ（瞬時変動推定部）、及び推定された復調誤差の瞬時変動に応じて、推定された送信サブキャリアを補正するステップ（キャリア補正部）を含む。又は、誤差を補正するステップ（変動推定部）は、重み付けされたパイロットキャリアを用いて、パイロットキャリアに関する復調誤差の時間変動を推定するステップ（時間変動推定部）、推定された時間変動を周波数方向に補間して、サブキャリア毎の復調誤差の時間変動を推定するステップ（周波数方向補間部）、及び推定されたサブキャリア毎の復調誤差の時間変動に基づいて、推定された伝搬係数を補正するステップ（伝搬係数補正部）を含む。あるいは、これら全ての構成を含んでもよい。なお、推定された送信サブキャリアを補正するステップ（キャリア補正部）に代えて、推定された伝搬係数を補正するステップ（伝搬係数補正部）で、推定された復調誤差の瞬時変動に基づいて推定された伝搬係数を補正しても構わない。
【００１８】
また、本発明は、複数の送信アンテナからそれぞれ送信される、送信データを割り当てたデータキャリアと既知の位相及び振幅を割り当てたパイロットキャリアとを含む互いに直交する複数のサブキャリアからなるＯＦＤＭ信号を、複数の受信アンテナを用いて複数の空間パスを介して入力するＯＦＤＭ受信方法及び装置に向けられている。そして、上記課題を解決するために、本発明のＯＦＤＭ受信方法及び装置は、以下のステップ（構成）を備えている。
【００１９】
複数の受信アンテナで受信したＯＦＤＭ信号をそれぞれＯＦＤＭ復調して、複数の受信サブキャリアに分離するステップ（複数のＯＦＤＭ復調部）、複数の受信サブキャリアから、複数の空間パスの伝搬係数をそれぞれ推定するステップ（伝送路推定部）、複数の受信サブキャリアの数だけ設けられたステップ（複数の復調ステージ）、複数の復調ステージで求められた逆行列の信頼度を計算するステップ（信頼度計算部）、複数の復調ステージで推定された送信サブキャリアからパイロットキャリアを取り出し、この取り出したパイロットキャリアを信頼度に応じて重み付けするステップ（重み付け計算部）、重み付けされたパイロットキャリアに基づいて復調誤差の瞬時変動及び推定されたサブキャリア毎の復調誤差の時間変動を推定し、瞬時変動及び時間変動に基づいて推定された伝搬係数を補正するステップ（変動推定部）。
【００２０】
この複数の受信サブキャリアの数だけ設けられたステップ（複数の復調ステージ）は、それぞれ、推定された伝搬係数を要素とする伝搬行列の逆行列を計算するステップ（逆行列計算部）、逆行列を用いて複数の受信サブキャリアの干渉キャンセルを行い、空間で多重された送信サブキャリアを推定するステップ（干渉キャンセル部）、推定された送信サブキャリアを復調して送信データを得るステップ（データ復調部）、復調された送信データを再変調して複数のサブキャリアを生成するステップ（データ変調部）、再変調された複数のサブキャリアに補正された伝搬係数を乗算して、レプリカ信号を生成するステップ（レプリカ生成部）、及びレプリカ信号を複数の受信サブキャリアから減算した減算信号を生成し、この生成した減算信号を新たな複数の受信サブキャリアとして、後段の復調ステージの干渉キャンセル部へ出力するステップ（演算部）を備える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、伝搬係数の逆行列の信頼度でパイロットキャリアを重み付けする。これにより、雑音強調による推定誤差を抑え、精度よく送受間誤差を検出することが可能となる。また、検出した送受間誤差の瞬時変動に基づいて、分離したデータキャリアを補正する。これにより、復調誤りを減らすことができる。また、検出した送受間誤差の時間変動に基づいて、推定した伝搬係数を補正してから逆行列を求める。これにより、伝搬路の変動に追従し、逆行列乗算による信号の分離精度を向上させることができる。さらに、補正した伝搬係数を用いてレプリカ信号を生成することで、繰り返し復号時に必要なステージ毎の誤差補正を一括して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明のＯＦＤＭ受信装置について、図面を参照しながら説明する。各実施形態では、２本の受信アンテナを持つＯＦＤＭ受信装置が、２本の送信アンテナを持つＯＦＤＭ送信装置との間で２×２ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ伝送を行う例を説明する。なお、ＯＦＤＭ送信装置は、図１８で示した従来のＯＦＤＭ送信装置２００としている。
まず、本発明の各実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の説明に先立ち、ＯＦＤＭ送信装置２００を説明する。
【００２３】
（ＯＦＤＭ送信装置が送信する伝送フレーム）
ＯＦＤＭ送信装置２００は、図２０に示したように伝送フレーム１及び伝送フレーム２を送信する。送信アンテナ２０６及び２０７からは、異なるデータ系列を同時に送信して空間多重を行う。送信アンテナ２０６から送信する伝送フレーム１は、プリアンブル６０１、トレーニングシンボル６０３及びデータシンボル６０５で構成される。送信アンテナ２０７から送信する伝送フレーム２は、プリアンブル６０２、トレーニングシンボル６０４及びデータシンボル６０６で構成される。
【００２４】
プリアンブル６０１及び６０２は、フレーム同期、周波数同期、クロック同期、ＡＧＣ又はシンボル同期等に用いられる既知の信号であり、これらの用途に適したものであれば信号形態は特に問わない。また、プリアンブル６０１及び６０２は、送信アンテナ２０６及び２０７毎に異なる信号であってもよい。
【００２５】
トレーニングシンボル６０３及び６０４は、空間多重された送信信号を分離するために、送受信アンテナ間の各伝送パスの伝搬係数ｈj,iを推定するための既知の信号である。トレーニングシンボル６０３及び６０４には、伝搬係数ｈj,iを推定するために、送信アンテナ間で時間的又は周波数的又は符号的あるいはこれらの組み合わせにおいて互いに直交するシンボルを用いればよい。
例えば、時刻ｔ１では送信アンテナ２０６だけからトレーニングシンボル６０３を送信し、時刻ｔ２では送信アンテナ２０７だけからトレーニングシンボル６０４を送信する。これにより、ＯＦＤＭ受信装置は、時刻ｔ１ではトレーニングシンボル６０３からｈ1,1及びｈ2,1を推定でき、時刻ｔ２ではトレーニングシンボル６０４からｈ1,2及びｈ2,2を推定できる。
【００２６】
本実施例ではトレーニングシンボルにＯＦＤＭ信号を用いるので、サブキャリア毎に送信を行う。例えば、送信アンテナ２０６からトレーニングシンボル６０３の奇数番号サブキャリアを送信し、送信アンテナ２０７からトレーニングシンボル６０４の偶数番号サブキャリアを送信する。次に、順序を入れ替えて送信アンテナ２０６からトレーニングシンボル６０３の偶数番号サブキャリアを送信し、送信アンテナ２０７からトレーニングシンボル６０４の奇数番号サブキャリアを送信する。これにより、ＯＦＤＭ受信装置では、サブキャリア毎にｈj,iを独立に推定することができる。
【００２７】
データシンボル６０５及び６０６は、複数のサブキャリアを周波数軸上で直交多重したＯＦＤＭ信号である。図２３に、ＯＦＤＭ信号の一例を示す。図２３において、１つのデータシンボルは複数（１７本）のサブキャリアからなり、このうち所定のサブキャリアには既知の位相及び振幅を割り当てて、パイロットキャリア７０２とする。パイロットキャリア７０２以外のサブキャリアには、送信データに基づいて位相及び振幅を割り当てて、データキャリア７０１とする。
【００２８】
図２４に、伝送フレームのサブキャリアの一例を示す。図２４において、Ｔi,x,yはトレーニングキャリアを、Ｄi,x,yはデータキャリアを、Ｐi,x,yはパイロットキャリアを、及びｎｕｌｌは振幅ゼロのキャリアを表す。ｉは送信アンテナ番号、ｘはシンボル番号、及びｙはサブキャリア番号である。Ｔi,x,y及びＰi,x,yは、既知の位相及び振幅を割り当てて、Ｄi,x,yは、送信データに基づいて位相及び振幅を割り当てる。
【００２９】
トレーニングシンボル６０３及び６０４は、２つのＯＦＤＭシンボルからなる。１つ目のＯＦＤＭシンボルでは、番号１の送信アンテナからは奇数番号のサブキャリア（Ｔ1,1,1，Ｔ1,1,3，…，Ｔ1,1,17）が、番号２の送信アンテナからは偶数番号のサブキャリア（Ｔ2,1,2，Ｔ2,1,4，…，Ｔ2,1,16）が、それぞれ送信される。２つ目のＯＦＤＭシンボルでは、番号１の送信アンテナからは偶数番号のサブキャリア（Ｔ1,2,2，Ｔ1,2,4，…，Ｔ1,2,16）が、番号２の送信アンテナからは奇数番号のサブキャリア（Ｔ2,2,1，Ｔ2,2,3，…，Ｔ2,2,17）が、それぞれ送信される。
【００３０】
データシンボル６０５及び６０６は、Ｌ個のＯＦＤＭシンボルからなる。この各ＯＦＤＭシンボルは、１３個のデータキャリアと４個のパイロットキャリアとからなる。この例では、パイロットキャリアのサブキャリア番号は常に固定（Ｐi,x,3，Ｐi,x,7，Ｐi,x,11，Ｐi,x,15）であるが、図２５に示すようにシンボル毎に変化させてもよい。
【００３１】
図１８において、データ変調部２０１は、各送信アンテナ２０６及び２０７から送信するデータ系列に基づいて、複数のサブキャリアをＯＦＤＭ変調部２０２及び２０３で直交多重して、データシンボルの時間波形を生成する。なお、直交多重には、逆フーリエ変換、逆ウエーブレット変換又は逆離散コサイン変換等を用いることができる。ＯＦＤＭ変調部２０２及び２０３では、時間波形に変換したデータシンボル列にプリアンブル及びトレーニングシンボルを付加して、伝送フレームを生成する。生成されたそれぞれの伝送フレームは、周波数変換部２０４及び２０５で無線周波数に変換されて、送信アンテナ２０６及び２０７から同時に送信される。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１００の構成を示すブロック図である。図１において、第１の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１００は、受信アンテナ１０１ａ及び１０１ｂと、周波数変換部１０３ａ及び１０３ｂと、ＯＦＤＭ復調部１０５ａ及び１０５ｂと、伝送路推定部１０７と、逆行列計算部１０９と、干渉キャンセル部１１０と、信頼度計算部１１１と、重み付け計算部１１２と、瞬時変動推定部１１３と、キャリア補正部１１４と、データ復調部１１５とを備える。
以下、ＯＦＤＭ受信装置１００の各構成の動作及びＯＦＤＭ受信装置１００が行うＯＦＤＭ受信方法を、詳細に説明する。
【００３３】
ＯＦＤＭ送信装置から送信された信号（送信フレーム１及び２）は、受信アンテナ１０１ａ及び１０１ｂで受信されて周波数変換部１０３ａ及び１０３ｂにそれぞれ入力される。周波数変換部１０３ａ及び１０３ｂは、受信アンテナ１０１ａ及び１０１ｂが受信した信号（受信フレーム１及び２）を、後段の信号処理に適した周波数帯域の時間軸信号にそれぞれ変換する。この周波数変換された時間軸信号の演算式は、下記の式（４）及び（５）で表現でき、受信フレームのイメージは、図２のように表現できる。ＴＳi,xは、送信ＯＦＤＭシンボルを示し、ＲＳj,xは、受信ＯＦＤＭシンボルを示す。Ｈj,iは、時間軸表現での伝送路特性を示す。
ＲＳ1,x ＝ Ｈ1,1×ＴＳ1,x＋Ｈ1,2×ＴＳ2,x    …（４）
ＲＳ2,x ＝ Ｈ2,1×ＴＳ1,x＋Ｈ2,2×ＴＳ2,x    …（５）
【００３４】
ＯＦＤＭ復調部１０５ａ及び１０５ｂは、周波数変換された時間軸信号をサブキャリアにそれぞれ分離して、周波数軸信号に変換する。具体的には、ＯＦＤＭ復調部１０５ａ及び１０５ｂは、送信フレームのプリアンブル信号に基づいて、受信ゲイン調整、フレーム同期、周波数同期、及びシンボル同期を行い、検出したシンボルタイミングに基づいて各ＯＦＤＭシンボルをサブキャリアに分離する。この処理には、直交多重に用いた変換の逆変換、例えばフーリエ変換やウエーブレット変換や離散コサイン変換等を用いることができる。この周波数軸信号演算式は、下記の式（６）及び（７）で表現できる。また、受信フレームのイメージは、図３のように表現できる。ＴＳＣi,x,yは、送信サブキャリアを示し、ＳＣj,x,yは、受信サブキャリアを示す。
ＳＣ1,x,y ＝ ｈ1,1,y×ＴＳＣ1,x,y＋ｈ1,2,y×ＴＳＣ2,x,y    …（６）
ＳＣ2,x,y ＝ ｈ2,1,y×ＴＳＣ1,x,y＋ｈ2,2,y×ＴＳＣ2,x,y    …（７）
【００３５】
伝送路推定部１０７は、分離された受信サブキャリアＳＣj,x,yから送受信アンテナ間の伝送パス毎の伝搬係数ｈj,iを推定する。ここでは、サブキャリア毎の伝搬係数をｈj,i,yとする。トレーニングキャリアＴi,x,yは１つのアンテナだけから送信されているので、受信トレーニングキャリア、すなわち受信サブキャリアＳＣj,x,yを既知の送信トレーニングキャリアＴi,x,yで除算することで、伝搬係数ｈj,i,yを求めることができる。つまり、下記の式（８）となる。また、受信フレームのイメージは、図４のように表現できる。
ｈj,i,y ＝ ＳＣj,x,y／Ｔi,x,y    …（８）
【００３６】
一方、データシンボルの受信サブキャリア（データキャリア及びパイロットキャリア）は、複数のアンテナから同時に送信され空間で多重されている。空間多重された信号を分離するためのアルゴリズムとしては、ＺＦ（ゼロフォーシング）アルゴリズムやＭＭＳＥ（最小２乗誤差）アルゴリズムが用いられる。これらのアルゴリズムでは、伝搬係数ｈj,iを要素とする伝搬行列Ｈの逆行列Ｗを求めて受信信号に乗算することにより、分離したい信号にかかる伝搬係数の影響と、干渉成分である他の信号の影響とを、キャンセルすることができる。逆行列の求め方はアルゴリズムによって様々な方法があり、例えばＺＦアルゴリズムにおける逆行列は、一般逆行列とよばれるＷ＝（ＨHＨ）-1ＨHを用いる。ここで、Hは行列のエルミート転置を表す。また、ＭＭＳＥアルゴリズムにおいては、Ｗ＝（Ｈ*ＨT＋ｚＩ）-1Ｈ* を用いる。ここで、* は複素共役を、T は転置を、ｚは雑音電力を、Ｉは単位行列をそれぞれ表す。
【００３７】
逆行列計算部１０９は、各サブキャリアｙについて伝搬係数ｈj,i,yを要素とする伝搬行列Ｈyを用いて、伝搬行列Ｈyの逆行列Ｗy（＝Ｈy―1）を求める。この伝搬行列Ｈy及び逆行列Ｗyは、下記の式（９）及び（１０）で求められる。また、受信フレームのイメージは、図５のように表現できる。
【数１】
2006314088.tif 000003
【００３８】
干渉キャンセル部１１０は、データシンボルの受信サブキャリアＳＣj,x,yを逆行列Ｗyを用いて干渉キャンセルを行い、空間多重された送信サブキャリアＴＳＣ'i,x,yを分離する。この分離は、下記の式（１１）で示すように、各サブキャリアについて、受信サブキャリアＳＣj,x,yを要素とする受信信号行列に逆行列Ｗyを乗算することで行われる。
【数２】
2006314088.tif 000004
このように、伝搬行列Ｈが完全に推定できかつＨ―1が存在すれば、Ｈ-HＨ＝１の単位行列となって多重された信号を分離することができる。分離後の信号は、送信時の振幅が再生され伝送路特性の影響がなくなる。
【００３９】
以後、分離されたサブキャリアからなるデータシンボル列を、ストリームと呼ぶ。送信アンテナ番号ｉ＝１から送信されたデータシンボル列をストリーム１と、送信アンテナ番号ｉ＝２から送信されたデータシンボル列をストリーム２と呼ぶ。データシンボルのイメージは、図６のように表現できる。
【００４０】
しかし、受信信号には、送受間の同期誤差や、伝搬係数の推定誤差及び雑音が含まれている。送受間の同期誤差には、例えば搬送波周波数の誤差、クロック周波数誤差、シンボルタイミング誤差、及び位相雑音等があり、プリアンブルでの同期において検出又は補正ができなかった誤差が含まれる。伝搬係数の推定誤差には、トレーニングシンボルでの推定誤差や、トレーニングシンボルで推定した後の伝送路の変動による誤差等が含まれる。伝搬係数をｈ、送受間誤差をｅ、送信信号をｓ、及び雑音をｎとすると、受信信号Ｒは、下記の式（１２）で表すことができる。
ｒ＝ｈ×ｅ×ｓ＋ｎ    …（１２）
【００４１】
ここで、伝搬係数ｈに対してｗ×ｈ＝１となる逆関数をｗとして、受信信号Ｒに乗算すると、下記の式（１３）となる。
ｗ×Ｒ＝ｗ×ｈ×ｅ×ｓ＋ｗ×ｎ＝ｅ×ｓ＋ｗ×ｎ    …（１３）
つまり、推定した送信信号には、送受間の誤差と逆関数がかかった雑音とが含まれる。本来、受信した信号は、雑音レベルは一定で受信信号レベルは伝搬環境によって変化しているが、このような操作を行うと推定した送信信号は、受信信号のレベルに関わらず振幅が元の送信信号のレベルに正規化され、雑音は逆関数によって増幅されることになる。
【００４２】
ここで、送受間誤差ｅは、位相雑音等による瞬時変動成分ｅａと、クロック周波数誤差や伝送路変動等信号に対してゆっくりとした時間変動成分ｅｂとに分けられ、基本的には下記の式（１４）で表すことができる。
ｅ＝ｅｂ×ｅａ    …（１４）
本発明では、この瞬時変動成分ｅａ又は時間変動成分ｅｂのいずれか一方、あるいは両方の成分を補正することによって、上述した課題を解決させている。本第１の実施形態では、瞬時変動成分ｅａのみを補正する実施例を示し、他の実施例は第２及び第３の実施形態で示している。
【００４３】
このため、干渉キャンセル部１１０から出力されるサブキャリア（データキャリア及びパイロットキャリア）は、振幅が正規化されており、雑音は、伝搬行列の逆行列に基づいて増幅されている。送受間誤差ｅを求めるために推定パイロットキャリアと送信パイロットキャリアとの差を求めると、増幅された雑音によって大きな誤差が生じ、送受間誤差ｅを精度よく推定できない可能性がある。
そこで、本発明では、推定パイロットキャリアから推定する送受間誤差ｅを逆関数ｗに応じて重み付けし、この重み付けに基づいてデータキャリアを補正する。
【００４４】
信頼度計算部１１１は、サブキャリア毎に、逆行列Ｗに基づいて分離したサブキャリアＴＳＣ'i,x,yの信頼度ｑi,yを計算する。信頼度としては、ＳＮＲ（信号対雑音比）やＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）等を求めればよい。例えば、ＺＦアルゴリズムにおける逆行列を用いた場合は、逆行列Ｗの要素をｗ1,1、ｗ1,2、ｗ2,1及びｗ2,2とすると、送信アンテナ番号ｉ＝１からの信号に対する信頼度ｑ1,y及び送信アンテナ番号ｉ＝２からの信号に対する信頼度ｑ2,yを、下記の式（１５）及び（１６）とすればよい。なお、図７は、信頼度出力のイメージ図である。
ｑ1,y ＝ １／（｜ｗ1,1｜2＋｜ｗ1,2｜2）    …（１５）
ｑ2,y ＝ １／（｜ｗ2,1｜2＋｜ｗ2,2｜2）    …（１６）
【００４５】
また、ＭＭＳＥアルゴリズムを用いた場合は、干渉成分は完全にはキャンセルされないため、ＳＩＮＲを求めればよい。例えば、伝搬行列ＨからＭＭＳＥアルゴリズムで求めた逆行列Ｗを用いて、信頼度ｑ1,y及びｑ2,yを次の式（１７）及び式（１８）等とすればよい。
ｑ1,y ＝ ｜（ｗ1,1×ｈ1,1＋ｗ1,2×ｈ2,1）／
（１−ｗ1,1×ｈ1,1＋ｗ1,2×ｈ2,1）｜    …（１７）
ｑ2,y ＝ ｜（ｗ2,1×ｈ1,2＋ｗ2,2×ｈ2,2）／
（１−ｗ2,1×ｈ1,2＋ｗ2,2×ｈ2,2）｜    …（１８）
【００４６】
なお、伝搬行列Ｈの行列式や固有値に基づいて信頼度を求めてもよい。伝搬行列Ｈの条件によっては逆行列が求められず、信号が分離できない場合がある。例えば、伝搬行列Ｈの行列式が「０」であれば、伝搬行列Ｈの逆行列は求めることができない。このような場合は、分離後の信頼度を「０」とすればよい。又は、行列式が小さいほど信頼度を低くしてもよい。例えば、ＺＦアルゴリズムにおいては、ＨHＨの行列式に基づいて信頼度を求めてもよい。又は、伝搬行列Ｈが固有値分解により固有値を対角要素とする対角行列に変換できるのなら、送信信号に固有値が乗算されたものが受信されていることになるため、その固有値を信頼度として用いることもできる。
【００４７】
重み付け計算部１１２は、分離後のサブキャリアＴＳＣ'i,x,yから特定のサブキャリア（典型的にはパイロットキャリア）だけを取り出して、信頼度計算部１１１で求めた信頼度ｑi,yに基づいて、取り出した特定のサブキャリアに重み付けを行う。そして、重み付け後の特定のサブキャリアと既知の特定のサブキャリアとの差を求めて送受間誤差ｅi,x,yを推定する。例えば、番号ｙ＝３、７、１１及び１５の分離後サブキャリアＴＳＣ'i,x,yがパイロットキャリアＰ'i,x,yであり、信頼度ｑi,yがＳＮＲで表現されている場合、重み付け後のパイロットキャリアＰ''i,x,y及び送受間誤差ｅi,x,yは、下記の式（１９）及び（２０）で表される。なお、図８及び図９は、重み付け処理後の受信ストリームのイメージ図である。
Ｐ''i,x,y ＝ Ｐ'i,x,y×ｑi,y    …（１９）
ｅi,x,y ＝ Ｐ''i,x,y／Ｐi,x,y    …（２０）
【００４８】
この重み付け処理の意義を、図１０Ａ〜図１０Ｄを用いて説明する。
ＯＦＤＭ送信装置側から所定の振幅及び位相で送出されてきた各パイロットキャリアＰi,x,y（図１０Ａ）は、伝送路特性ｈi,jによって振幅及び位相が変化し、また受信レベルの変動によってノイズが加わる（図１０Ｂ）。このため、逆行列演算を用いて伝送路特性ｈi,jの成分をなくして振幅及び位相を正規化すると、ノイズ成分は逆行列の信頼度や受信誤差等により、それぞれの分離後パイロットキャリアＰ'i,x,yで異なってしまう（図１０Ｃ）。そこで、逆行列Ｗyの信頼度で、分離後パイロットキャリアＰ'i,x,y振幅を重み付けする。これにより、各パイロットキャリアに含まれるノイズ成分が一定となる正規化を実現することができる（図１０Ｄ）。
【００４９】
瞬時変動推定部１１３は、重み付けられた各パイロットキャリアの送受間誤差ｅi,x,yから、各データシンボルの瞬時変動誤差ｅａを推定する。瞬時変動誤差ｅａとしては、シンボル内の全サブキャリアに共通に生じる位相雑音による位相回転や、搬送波周波数推定誤差による残留周波数誤差等がある。例えば、各ストリームのシンボル毎に推定送受間誤差を重み付け平均したものを、そのシンボル内の全てのサブキャリアの瞬時変動誤差ｅａi,x,yとする。下記の式（２１）は、瞬時変動誤差ｅａi,x,yを求める式である。なお、図１１は、瞬時変動誤差のイメージ図である。
ｅａi,x,y ＝（ｅi,x,3＋ｅi,x,7＋ｅi,x,11＋ｅi,x,15）／４    …（２１）
【００５０】
キャリア補正部１１４は、各シンボルに瞬時変動誤差ｅａi,x,yに基づいて、各分離後サブキャリアＴＳＣ'i,x,yを補正する。例えば、データキャリアＤ"i,x,yは、Ｄ"i,x,y／ｅａi,x,yのように補正される。この補正されたデータキャリアは、データ復調部１１５で送信データへ復調される。
【００５１】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係るＯＦＤＭ受信方法及びＯＦＤＭ受信装置によれば、伝搬係数の逆行列の信頼度でパイロットキャリアを重み付けする。これにより、雑音強調による推定誤差を抑え、精度よく送受間誤差を検出することが可能となる。また、検出した送受間誤差の瞬時変動に基づいて、分離したデータキャリアを補正する。これにより、復調誤りを減らすことができる。
【００５２】
（第２の実施形態）
図１２は、本発明の第２の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１２０の構成を示すブロック図である。図１２において、第２の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１２０は、受信アンテナ１０１ａ及び１０１ｂと、周波数変換部１０３ａ及び１０３ｂと、ＯＦＤＭ復調部１０５ａ及び１０５ｂと、伝送路推定部１０７と、伝搬係数補正部１２８と、逆行列計算部１０９と、干渉キャンセル部１１０と、信頼度計算部１１１と、重み付け計算部１１２と、時間変動推定部１２６と、周波数方向補間部１２７と、データ復調部１１５とを備える。
【００５３】
図１２で示すように、第２の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１２０は、上記第１の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１００の瞬時変動推定部１１３及びキャリア補正部１１４に代えて、時間変動推定部１２６、周波数方向補間部１２７及び伝搬係数補正部１２８を含んだ構成である。第２の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１２０の他の構成は、上記第１の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１００と同様であり、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
以下、ＯＦＤＭ受信装置１２０の各構成の動作及びＯＦＤＭ受信装置１２０が行うＯＦＤＭ受信方法を、詳細に説明する。
【００５４】
時間変動推定部１２６は、重み付けられた各パイロットキャリアの送受間誤差ｅi,x,yから、各データシンボルの時間変動誤差ｅｂを推定する。時間変動誤差ｅｂとしては、クロック周波数誤差による位相誤差や、伝送路変動による誤差があり、変動としては緩やかであるがサブキャリア毎に異なる。よって、例えば各パイロットキャリアをシンボル方向（時間方向）に平均化することで、時間変動誤差ｅｂを推定することができる。各パイロットキャリア（ｙ＝３、７、１１、１５）の時間変動誤差ｅｂi,x,yは、下記の式（２２）で求められる。図１３は、各パイロットキャリアの時間変動誤差のイメージ図である。なお、平均化の期間ｋは、時間変動の状況に応じて適宜設定すればよい。
ｅｂi,x,y ＝（ｅi,x,y＋ｅi,x-1,y＋ｅi,x-2,y＋…＋ｅi,x-k,y）／ｋ   …（２２）
【００５５】
周波数方向補間部１２７は、パイロットキャリア毎に求められた時間変動誤差ｅｂi,x,y（ｙ＝３、７、１１、１５）を周波数方向に補間（線形補間、最小２乗補間、スプライン補間等）又は平均化して、データキャリア毎の時間変動誤差ｅｂi,x,yを推定する。例えば、平均化する場合には、下記の式（２３）でデータキャリア毎の時間変動誤差ｅｂi,x,yを求めることができる。なお、図１４は、各データキャリアの時間変動誤差のイメージ図である。
ｅｂi,x,y ＝（ｅｂi,x,3＋ｅｂi,x,7＋ｅｂi,x,11＋ｅｂi,x,15）／４  …（２３）
【００５６】
伝搬係数補正部１２８は、伝送路推定部１０７で推定された伝搬係数ｈj,iを時間変動誤差ｅｂi,x,yで補正して、補正伝搬係数ｈ'j,iを求める。この例では下記の式（２４）のように、サブキャリア毎の伝搬係数ｈj,i,yに対して時間変動誤差ｅｂi,x,yを乗算して、補正伝搬係数ｈ'j,i,yを求める。
ｈ'j,i,y ＝ ｈj,i,y×ｅｂi,x,y    …（２４）
【００５７】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係るＯＦＤＭ受信方法及びＯＦＤＭ受信装置によれば、伝搬係数の逆行列の信頼度でパイロットキャリアを重み付けする。これにより、雑音強調による推定誤差を抑え、精度よく送受間誤差を検出することが可能となる。また、検出した送受間誤差の時間変動に基づいて、推定した伝搬係数を補正してから逆行列を求める。これにより、伝搬路の変動に追従し、逆行列乗算による信号の分離精度を向上させることができる。
【００５８】
（第３の実施形態）
図１５は、本発明の第３の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１３０の構成を示すブロック図である。図１５において、第３の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１３０は、受信アンテナ１０１ａ及び１０１ｂと、周波数変換部１０３ａ及び１０３ｂと、ＯＦＤＭ復調部１０５ａ及び１０５ｂと、伝送路推定部１０７と、伝搬係数補正部１２８と、逆行列計算部１０９と、干渉キャンセル部１１０と、信頼度計算部１１１と、重み付け計算部１１２と、瞬時変動推定部１１３と、キャリア補正部１１４と、時間変動推定部１２６と、周波数方向補間部１２７と、データ復調部１１５とを備える。
【００５９】
この第３の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１３０は、上記第１の実施形態で説明した瞬時変動成分ｅａを補正する構成と、上記第２の実施形態で説明した時間変動成分ｅｂを補正する構成とを、両方備えた構成である。
【００６０】
よって、本発明の第３の実施形態に係るＯＦＤＭ受信方法及びＯＦＤＭ受信装置は、検出した送受間誤差の瞬時変動に基づいて分離したデータキャリアを補正することで、復調誤りを減らせると共に、検出した送受間誤差の時間変動に基づいて推定した伝搬係数を補正してから逆行列を求めことで、伝搬路の変動に追従しかつ逆行列乗算による信号の分離精度を向上させることができる。
【００６１】
（第４の実施形態）
図１６は、本発明の第４の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１４０の構成を示すブロック図である。図１６において、第４の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１４０は、受信アンテナ１０１ａ及び１０１ｂと、周波数変換部１０３ａ及び１０３ｂと、ＯＦＤＭ復調部１０５ａ及び１０５ｂと、伝送路推定部１０７と、逆行列計算部１０９と、干渉キャンセル部１１０と、信頼度計算部１１１と、重み付け計算部１１２と、変動推定部１３１と、データ復調部１１５とを備える。変動推定部１３１は、瞬時変動推定部１１３と、時間変動推定部１２６と、周波数方向補間部１２７と、演算部１３４と、伝搬係数補正部１２８とを備える。
【００６２】
上記第３の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１３０では、受信ストリーム毎のデータキャリアＤ"i,x,yに対して瞬時変動誤差ｅａを補正していたが、この第４の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１４０では、伝搬係数ｈj,i,yを補正した後で逆行列Ｗを求めて受信ストリームへ分離することで瞬時変動誤差ｅａの補正を行う。
【００６３】
データシンボルの干渉キャンセルにおいて、干渉キャンセル部１１０では、まず受信パイロットキャリアＰ'j,x,yの分離を行う。次に、受信パイロットキャリアの各サブキャリアについて、伝搬係数ｈj,i,yから逆行列Ｗｙを求め、受信パイロットキャリアの干渉キャンセルを行う。次に、分離されたパイロットキャリアＰ"i,x,yを用いて、上記第１の実施形態と同様に瞬時変動誤差ｅａi,x,yと時間変動誤差ｅｂi,x,yとを求め、これに基づいて伝搬係数ｈj,i,yを補正する。そして、補正した伝搬係数ｈ'j,i,yからデータキャリアの逆行列を求め、受信データキャリアＤ'j,x,yの干渉キャンセルを行い、ストリーム毎のデータキャリアＤ"i,x,yに分離する。
【００６４】
以上のように、本発明の第４の実施形態に係るＯＦＤＭ受信方法及びＯＦＤＭ受信装置によれば、シンボル毎に伝搬係数を更新してから逆行列を求める。このため、伝搬係数推定誤差による逆行列演算誤差や干渉キャンセル誤差を低減することができ、より精度よくストリームの分離を行うことができる。
【００６５】
（第５の実施形態）
図１７は、本発明の第５の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１５０の構成を示すブロック図である。図１７において、第５の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１５０は、受信アンテナ１０１ａ〜１０１ｃと、周波数変換部１０３ａ〜１０３ｃと、ＯＦＤＭ復調部１０５ａ〜１０５ｃと、伝送路推定部１０７と、信頼度計算部１１１と、重み付け計算部１１２と、変動推定部１３１と、復調ステージ４００ａ〜４００ｃとを備える。各復調ステージ４００ａ〜４００ｃは、逆行列計算部１０９、干渉キャンセル部１１０、データ復調部１１５、データ変調部４０１、及びレプリカ生成部４０２を、それぞれ含む。
【００６６】
図１７で示すように、第５の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１５０は、各復調ステージ４００ａ〜４００ｃを、上述した逆行列計算部１０９、干渉キャンセル部１１０及びデータ復調部１１５と、新たなデータ変調部４０１及びレプリカ生成部４０２とで、構成することが上記各実施形態と異なる。第５の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１５０のデータ変調部４０１及びレプリカ生成部４０２以外の構成は、上記各実施形態で述べた構成と同様であり、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
第５の実施形態では、送信信号に多重されたストリームの数に応じた複数の復調ステージを用意すると共に、送受間誤差の瞬時変動及び時間変動に基づく受信性能改善機能については、複数の復調ステージで共有化する構成を採用している。以下、３つのストリームが多重された信号を３つのアンテナで受信した場合を想定し、ＯＦＤＭ受信装置１５０が行う処理を説明する。
【００６８】
まず、最初の第１復調ステージ４００ａで、伝搬行列の逆行列を用いて各受信信号から多重されている３つのストリームを分離する。分離した３つのストリームのうち最も信頼度の高いストリームを１つ選び、伝搬行列を用いて各受信信号に含まれる選んだストリームのレプリカ信号を生成する。信頼度には、例えばＳＮＲやＳＩＮＲや復調誤りがあったか否か等を用いることができる。そして、この生成したレプリカ信号を各受信信号から減算することで、選んだストリームの成分を除去する。
次の第２復調ステージ４００ｂでは、第１復調ステージ４００ａにおいて１つのストリームが除去されたため、各受信信号から２つのストリームを分離すればよい。そして、分離した２つのストリームのうち最も信頼度の高いストリームのレプリカ信号を生成し、各受信信号から減算してストリームの成分を除去する。
最後の第３復調ステージ４００ｃは、第１及び第２復調ステージ４００ａ及４００ｂにおいて２つのストリームが除去されたため、各受信信号から残る１つのストリームを分離すればよいことになる。これらの処理によって、受信ＳＮＲを改善することができる。
【００６９】
具体的に説明する。第１復調ステージ４００ａでは、上記第３の実施形態と同様に、各受信信号から３つのストリームを分離する。各ストリームのパイロットキャリアＰ"i,x,yを用いて送受間誤差を推定し、伝播係数ｈj,i,yが送受間誤差に追従するように補正を行うｈ'j,i,yを求める。データ復調部１１５は、分離された３つのストリームを復調して送信データを取得する。そして、データ復調部１１５は、３つのストリームのうち最も信頼度の高いストリームｉを選択し、このストリームｉの送信データを第１復調ステージ４００ａの復調結果として出力する。データ変調部４０１は、データ復調部１１５が出力する送信データを再度変調して、サブキャリアＤri,x,y及びＰri,x,yを生成する。
【００７０】
レプリカ生成部４０２は、データ変調部４０１で再度変調されたストリームｉの各サブキャリアに、補正された伝搬係数ｈ'j,i,yを乗算して、各受信アンテナｊに対するストリームｉのレプリカ信号を生成する。例えば、レプリカデータキャリアＲＤj,x,y及びレプリカパイロットキャリアＲＰj,x,yは、下記の式（２５）及び（２６）で表現できる。
ＲＤj,x,y ＝ ｈ'j,i,y×Ｄri,x,y    …（２５）
ＲＰj,x,y ＝ ｈ'j,i,y×Ｐri,x,y    …（２６）
【００７１】
こうして生成したレプリカデータキャリアＲＤj,x,y及びレプリカパイロットキャリアＲＰj,x,yを受信サブキャリアサブキャリアＤ'j,x,y及びＰ'j,x,yから減算し、第２復調ステージ４００ｂの受信サブキャリアとする（下記の式（２７）及び（２８））。
Ｄ'j,x,y ＝ Ｄ'j,x,y−ＲＤj,x,y    …（２７）
Ｐ'j,x,y ＝ Ｐ'j,x,y−ＲＰj,x,y    …（２８）
このようにして、第２及び第３復調ステージ４００ｂ及び４００ｃを順に処理して、全てのストリームｉを分離及び復調する。
【００７２】
以上のように、本発明の第５の実施形態に係るＯＦＤＭ受信方法及びＯＦＤＭ受信装置によれば、送受間誤差や伝送路の変動に追従するように伝搬係数を更新しているため、レプリカ信号の精度を上げることができる。これにより、受信信号からレプリカ信号を除去する際に生じる誤差を減らすことができ、より精度よくストリームの分離を行うことができる。さらに、復調ステージ毎に分離したストリームの誤差補正が不要となるため、演算量や回路規模を削減することができる。
【００７３】
なお、本発明は、ＭＩＭＯ信号を受信して分離する場合のみでなく、単独のＯＦＤＭ信号と干渉信号とが重なった信号や、ＭＩＭＯ信号と干渉信号とが重なった信号を受信して、干渉信号を抑圧する場合にも用いることができる。
本発明を、干渉信号を抑圧する場合に適用するためには、例えばＭＭＳＥアルゴリズムを用いて伝搬行列Ｈから逆行列Ｗを求める際に、ｚＩの代わりに干渉信号のアンテナ間共分散行列Ｒuuを用いて、Ｗ＝（Ｈ*ＨT＋Ｒuu）-1Ｈ*として逆行列Ｗを求めてやればよい。パイロットキャリアに基づいて誤差を補正する処理については、各実施形態で説明した方法を利用することができる。
【００７４】
なお、本発明の第１〜第５の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置を構成する全て又は一部の機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩ（集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、又はウルトラＬＳＩ等と称される）として実現される。これらは、個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全部を含むように１チップ化されてもよい。
また、集積回路化の手法は、ＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。また、これらの機能ブロックの演算は、例えばＤＳＰやＣＰＵ等を用いて演算することもできる。また、これらの処理ステップは、プログラムとして記録媒体に記録して実行することで処理することもできる。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別の技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、ＯＦＤＭ伝送方式を用いた無線送受信装置等に利用可能であり、特に空間分割による複数のパスを介して送受信間で多重通信を行う場合でも、伝送路を正しく推定してキャリアを誤差なく復調したい場合等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１００の構成を示すブロック図
【図２】周波数変換部１０３ａ及び１０３ｂが出力する受信フレームのイメージ図
【図３】ＯＦＤＭ復調部１０５ａ及び１０５ｂが出力する受信フレームのイメージ図
【図４】伝送路推定部１０７で行われる処理を説明する図
【図５】逆行列計算部１０９で行われる処理を説明する図
【図６】干渉キャンセル部１１０で行われる処理を説明する図
【図７】信頼度計算部１１１で行われる処理を説明する図
【図８】重み付け計算部１１２で行われる処理を説明する図
【図９】重み付け計算部１１２で行われる処理を説明する図
【図１０Ａ】重み付け処理の意義を説明する図
【図１０Ｂ】重み付け処理の意義を説明する図
【図１０Ｃ】重み付け処理の意義を説明する図
【図１０Ｄ】重み付け処理の意義を説明する図
【図１１】瞬時変動推定部１１３で行われる処理を説明する図
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１２０の構成を示すブロック図
【図１３】時間変動推定部１２６で行われる処理を説明する図
【図１４】周波数方向補間部１２７で行われる処理を説明する図
【図１５】本発明の第３の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１３０の構成を示すブロック図
【図１６】本発明の第４の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１４０の構成を示すブロック図
【図１７】本発明の第５の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置１５０の構成を示すブロック図
【図１８】従来のＯＦＤＭ送信装置２００の構成を示すブロック図
【図１９】従来のＯＦＤＭ受信装置２２０の構成を示すブロック図
【図２０】送信フレームの一例を示す図
【図２１】受信フレームのサブキャリアの一例を示す図
【図２２】従来のＯＦＤＭ受信装置２３０の構成を示すブロック図
【図２３】ＯＦＤＭシンボルの一例を示す図
【図２４】送信フレームのサブキャリアの一例を示す図
【図２５】パイロットキャリアの配置の一例を示す図
【符号の説明】
【００７７】
１００、１２０、１３０、１４０、２２０、２３０  ＯＦＤＭ受信装置
１０１ａ〜１０１ｃ、２０６〜２０９  アンテナ
１０３ａ〜１０３ｃ、２０４、２０５、２１０、２１１  周波数変換部
１０５ａ〜１０５ｃ、２１２、２１３  ＯＦＤＭ復調部
１０７、２１４  伝送路推定部
１０９、２１５  逆行列計算部
１１０、２１６  干渉キャンセル部
１１１  信頼度計算部
１１２  重み付け計算部
１１３  瞬時変動推定部
１１４  キャリア補正部
１１５、２１７  データ復調部
６０１、６０２  プリアンブル
６０３、６０４  トレーニングシンボル
６０５、６０６  データシンボル
１２６  時間変動推定部
１２７  周波数方向補間部
１２８  伝搬係数補正部
１３１  変動推定部
１３４  演算部
２００  ＯＦＤＭ送信装置
２０１、４０１、５０４  データ変調部
２０２、２０３  ＯＦＤＭ変調部
４００ａ〜４００ｃ、５０６〜５０８  復調ステージ
４０２、５０５  レプリカ生成部
５０１  パイロット抽出部
５０２  位相誤差推定部
５０３  補正部
７０１  データキャリア
７０２  パイロットキャリア
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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