(57)【要約】【課題】  信頼性の高いパイロット系列生成装置および方法を提案する。【解決手段】  パイロット系列生成装置は、副搬送波へのパイロット系列の周期性マッピング情報を決定するように構成されるマッピング情報決定手段と、前記周期性マッピング情報に基づいて生成予定のパイロット系列の位相情報を計算することにより、前記パイロット系列を生成するように構成されるパイロット系列生成手段とを備える。【選択図】  図２
2013532928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
副搬送波へのパイロット系列の周期性マッピング情報を決定するように構成されるマッピング情報決定手段と、
前記周期性マッピング情報に基づいて生成予定のパイロット系列の位相情報を計算することにより、前記パイロット系列を生成するように構成されるパイロット系列生成手段と
を備えることを特徴とするパイロット系列生成装置。
【請求項２】
前記パイロット系列生成手段は、パイロット系列数と周期性マッピング情報の積を計算し、当該積に基づいて位相情報を計算することにより、パイロット系列を生成することを特徴とする請求項１に記載のパイロット系列生成装置。
【請求項３】
前記パイロット系列生成手段は、パイロット系列数と周期性マッピング情報と予め定義された係数との積を計算し、当該積に基づいて位相情報を計算することにより、前記パイロット系列を生成し、
前記予め定義された係数は、副搬送波の総数以下で、かつ所定のチャネル長以上の素数を含むことを特徴とする請求項２に記載のパイロット系列生成装置。
【請求項４】
前記パイロット系列生成手段によって生成されるパイロット系列は、一定のモジュラス値を有することを特徴とする請求項３に記載のパイロット系列生成装置。
【請求項５】
搬送波周波数オフセットを推定する搬送波周波数オフセット推定装置であって、
受信した信号から、位相情報に副搬送波への当該パイロット系列の周期性マッピング情報を含むパイロット系列を検出するように構成されるパイロット系列検出手段と、
検出した前記パイロット系列から、搬送波周波数オフセットによる相回転ベクトルを推定するように構成される相回転ベクトル推定手段と、
推定した前記相回転ベクトルに基づいて搬送波周波数オフセットを推定するように構成される搬送波周波数オフセット推定手段と
を備えることを特徴とする搬送波周波数オフセット推定装置。
【請求項６】
前記相回転ベクトル推定手段は、干渉と雑音を除去しかつパイロット系列の有効な情報を維持するために、パイロット系列に関連付けられた行列を生成して受信した信号に行列演算を実行し、それにより相回転ベクトルを生成するよう構成されることを特徴とする請求項５に記載の搬送波周波数オフセット推定装置。
【請求項７】
前記相回転ベクトル推定手段は、チャネル情報を受信するための入力を備え、
前記相回転ベクトル推定手段は、推定した相回転ベクトルと、当該入力で受信したチャネル情報とに基づいて、搬送波周波数オフセットを推定することを特徴とする請求項５に記載の搬送波周波数オフセット推定装置。
【請求項８】
チャネル情報を推定するチャネル情報推定装置であって、
受信した信号から、位相情報に副搬送波への当該パイロット系列の周期性マッピング情報を含むパイロット系列を検出するように構成されるパイロット系列検出手段と、
検出した前記パイロット系列から、最小二乗アルゴリズムを用いてチャネル情報を推定するように構成されるチャネル情報推定手段と
を備えることを特徴とするチャネル情報推定装置。
【請求項９】
副搬送波へのパイロット系列の周期性マッピング情報を決定する決定ステップと、
当該周期性マッピング情報に基づいて生成予定のパイロット系列の位相情報を計算することによりパイロット系列を生成する生成ステップと
を含むことを特徴とするパイロット系列生成方法。
【請求項１０】
搬送波周波数オフセットおよびチャネル情報の推定方法であって、
受信した信号から、位相情報に副搬送波への当該パイロット系列の周期性マッピング情報を含むパイロット系列を検出するステップと、
検出したパイロット系列から搬送波周波数オフセットを推定するステップと、
検出したパイロット系列から、当該搬送波周波数オフセットに基づき最小二乗アルゴリズムを用いて、チャネル情報を推定するステップと、
検出したパイロット系列から、推定した前記チャネル情報に基づいて、搬送波周波数オフセットによる相回転ベクトルを推定し、推定した相回転ベクトルに基づいて搬送波周波数オフセットを推定するステップと
を含むことを特徴とする推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信に関し、特にパイロット系列の生成装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ：Ｓｉｎｇｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）においては、複数個の送信機が同じ情報を同じ時間資源と同じ周波数資源を使用して単一の受信機に送信する。例えば、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）変調方式をベースとするＳＦＮは、ＤＡＢ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｕｄｉｏ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔ：デジタル・オーディオ・ブロードキャスト）システムやＤＶＢ−Ｔ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔ−Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ）システムで広く使用されている。
【０００３】
最も広く普及している直交パイロット配置方式は、周波数領域内にパイロット系列を直交に配置するものである。このようなパイロット配置方針のもとでは、受信機は、一連の周波数領域フィルタを用いて異なる送信機から送信されてきたパイロット系列を識別し、復調することができる。周波数領域の直交性に加えて、時間領域の直交性を始めとする他の直交方針も広く採用されている。
【０００４】
ＳＦＮにおいてシステムのマルチパス対策の信頼性を高めるためには、受信機にきわめて正確で信頼性が非常に高い同期機能を備えることが必須となる。ＯＦＤＭ変調方式を使用する単一周波数ネットワークでは、搬送波周波数オフセット（ＣＦＯ：Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｏｆｆｓｅｔ）の存在によってシステムの復調性能が低下する。ＳＦＮでシステムの受信性能を向上させるためには、受信機がチャネル状態情報（ＣＳＩ：Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｓｔａｔｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を認識することが必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術においては、周波数領域フィルタを用いるアルゴリズムが広く採用されている。受信機には、個々の送信機から送信されてきたパイロットを検出および識別するための周波数領域フィルタが備えられる。しかし、従来のパイロットは、パイロットおよび副搬送波間のマッピング情報を考慮せずに設計されているため、パイロットの内容はパイロットおよび副搬送波間のマッピング情報とは無関係なものとなっている。そのため、周波数領域フィルタを用いた従来のアルゴリズムは、大きな搬送波周波数オフセットが存在する場合には、パイロット位置オフセットが原因でパイロット系列の識別および復調を正しく行えない可能性がある。
【０００６】
従来設計のパイロット系列は、前述したように、パイロットおよび副搬送波間のマッピング情報とは無関係である。通常、システムはまずパイロット系列を生成し、その後生成したパイロット系列を予約済みパイロット副搬送波にマッピングする（予約済みパイロット副搬送波はシステムによって事前に構成されるため、その位置は送信機と受信機には既知である）。しかし、従来のパイロット系列はパイロットおよび副搬送波間のマッピング情報を含んでいないため、システム内に大きな搬送波周波数オフセットが存在する場合には、（周波数領域フィルタによる）パイロット系列の復調の性能は搬送波周波数オフセットによって顕著な影響を受けるのは必至であり、場合によっては、受信機でのパイロット副搬送波の位置とシステム内でのパイロット副搬送波の既定の位置との差異が原因で復調が失敗することさえある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の問題を解決するため、信頼性の高いパイロット系列生成装置および方法を提案する。本発明によれば、システム内に大きな搬送波周波数オフセットが存在することによるパイロット系列の検出の失敗を回避することが可能である。この信頼性は、ＳＦＮに代表されるマルチポイントツーポイント送信環境において特に重要である。本発明においては、システム内の搬送波周波数オフセットがどんなに大きくても、受信機が各送信機から送信されてきたパイロット系列を正しく識別し、復調することができる。また、これに加えて、搬送波周波数オフセットおよびチャネル情報推定方法も提案する。
【０００８】
本発明の好ましい態様によるパイロット系列生成装置は、副搬送波へのパイロット系列の周期性マッピング情報を決定するように構成されるマッピング情報決定手段と、周期性マッピング情報に基づいて生成予定のパイロット系列の位相情報を計算することにより、パイロット系列を生成するように構成されるパイロット系列生成手段とを備える。
【０００９】
好ましい態様によれば、パイロット系列生成手段は、パイロット系列数と周期性マッピング情報の積を計算し、当該積に基づいて位相情報を計算することにより、パイロット系列を生成するパイロット系列生成手段は、パイロット系列数と周期性マッピング情報の積を計算し、この積に基づいて位相情報を計算することにより、パイロット系列を生成する。
【００１０】
好ましい態様によれば、パイロット系列生成手段は、パイロット系列数と周期性マッピング情報と予め定義された係数との積を計算し、当該積に基づいて位相情報を計算することにより、パイロット系列を生成し、予め定義された係数は、副搬送波の総数以下で、かつ所定のチャネル長以上の素数を含む。
【００１１】
好ましい態様によれば、パイロット系列生成手段によって生成されるパイロット系列は、一定のモジュラス値を有する。
【００１２】
本発明の好ましい態様による搬送波周波数オフセットを推定する搬送波周波数オフセット推定装置は、受信した信号から、位相情報に副搬送波への当該パイロット系列の周期性マッピング情報を含むパイロット系列を検出するように構成されるパイロット系列検出手段と、検出したパイロット系列から、搬送波周波数オフセットによる相回転ベクトルを推定するように構成される相回転ベクトル推定手段と、推定した相回転ベクトルに基づいて搬送波周波数オフセットを推定するように構成される搬送波周波数オフセット推定手段とを備える。
【００１３】
好ましい態様によれば、相回転ベクトル推定手段は、干渉と雑音を除去しかつパイロット系列の有効な情報を維持するために、パイロット系列に関連付けられた行列を生成して受信した信号に行列演算を実行し、それにより相回転ベクトルを生成するよう構成される。
【００１４】
好ましい態様によれば、相回転ベクトル推定手段は、チャネル情報を受信するための入力を備え、相回転ベクトル推定手段は、推定した相回転ベクトルと、当該入力で受信したチャネル情報とに基づいて、搬送波周波数オフセットを推定する。
【００１５】
本発明の好ましい態様によるチャネル情報を推定するチャネル情報推定装置は、受信した信号から、位相情報に副搬送波への当該パイロット系列の周期性マッピング情報を含むパイロット系列を検出するように構成されるパイロット系列検出手段と、検出したパイロット系列から、最小二乗アルゴリズムを用いてチャネル情報を推定するように構成されるチャネル情報推定手段とを備える。
【００１６】
好ましい態様によれば、チャネル情報推定手段は、搬送波周波数オフセットを受信するための入力を備え、チャネル情報推定手段は、最小二乗アルゴリズムを用いて検出したパイロット系列から、入力で受信した搬送波周波数オフセットに基づいてチャネル情報を推定する。
【００１７】
本発明の好ましい態様によるパイロット系列生成方法は、副搬送波へのパイロット系列の周期性マッピング情報を決定する決定ステップと、当該周期性マッピング情報に基づいて生成予定のパイロット系列の位相情報を計算することによりパイロット系列を生成する生成ステップとを含む。
【００１８】
好ましい態様によれば、生成ステップは、パイロット系列数と周期性マッピング情報との積を計算し、積に基づいて位相情報を計算することにより、パイロット系列を生成する。
【００１９】
好ましい態様によれば、生成ステップは、パイロット系列数と周期性マッピング情報と予め定義された係数との積を計算し、積に基づいて位相情報を計算することにより、パイロット系列を生成し、予め定義された係数は、副搬送波の総数以下で、かつ所定のチャネル長以上の素数を含む。
【００２０】
好ましい態様によれば、  生成されるパイロット系列は、一定のモジュラス値を有する。
【００２１】
本発明の好ましい態様による搬送波周波数オフセットおよびチャネル情報の推定方法は、受信した信号から、位相情報に副搬送波への当該パイロット系列の周期性マッピング情報を含むパイロット系列を検出するステップと、検出したパイロット系列から搬送波周波数オフセットを推定するステップと、検出したパイロット系列から、当該搬送波周波数オフセットに基づき最小二乗アルゴリズムを用いて、チャネル情報を推定するステップと、検出したパイロット系列から、推定したチャネル情報に基づいて、搬送波周波数オフセットによる相回転ベクトルを推定し、推定した相回転ベクトルに基づいて搬送波周波数オフセットを推定するステップとを含む。
【００２２】
好ましい態様によれば、チャネル情報を推定するステップと搬送波周波数オフセットを推定するステップを、少なくとも２回、循環して実行する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によるパイロット系列を使用すれば、マルチポイントツーポイント送信システム内に大きな搬送波周波数オフセットが存在する場合でも、従来技術においてＣＦＩにより発生していた受信機でのパイロット系列検出の失敗を回避することが可能である。さらに、従来技術における周波数領域フィルタを用いたパイロット検出に比較して、本発明のパイロット系列検出プロセスは、搬送波周波数オフセットの存在に起因する有効エネルギーの損失を回避することができる。このように、この新しいパイロットはより高い搬送波周波数オフセット推定精度を達成することが可能である。
【００２４】
本発明によるパイロット系列のパイロット識別性能は、非常に堅牢である。パイロット検出の性能はシステム内の搬送波周波数オフセットに影響されないため、本発明のパイロット系列をＳＦＮ、ＯＦＤＭＡシステム等のマルチポイントツーポイント送信環境に適用すると大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本開示の上記および他の特徴は、下記の詳細な説明と以下の図面を併せて参照することでより明らかとなるであろう。
【００２６】
【図１】本発明の一実施例による無線ネットワークシステムの概略図である。
【図２】本発明の一実施例によるパイロット系列生成装置のブロック図である。
【図３】本発明の一実施例によるパイロット系列の生成を示す概略図である。
【図４】本発明の他の実施例によるパイロット系列の生成を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施例によるＣＦＯ推定装置のブロック図である。
【図６】本発明の一実施例によるチャネル状態情報推定装置のブロック図である。
【図７】本発明の一実施例によるパイロット系列生成方法のフローチャートである。
【図８】本発明の一実施例による搬送波周波数オフセット推定方法のフローチャートである。
【図９】本発明の一実施例によるチャネル状態情報推定方法のフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施例による搬送波周波数オフセットおよびチャネル状態情報推定方法のフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施例による搬送波周波数オフセットおよびチャネル状態情報推定プロセスの原理を示す概略図である。
【図１２】本発明の一実施例による搬送波周波数オフセット推定の性能を示すグラフである。
【図１３】本発明の一実施例によるチャネル推定の性能を示すグラフである。
【図１４】本発明の一実施例によるビット誤り率性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の原理と実装は、図面を参照しながら本発明実施例の下記の説明を読むことによりさらに明らかになるであろう。本発明は下記の実施例に限定されないことに留意されたい。また、説明の煩雑化を避けるため、周知の要素については説明を省略する。
【００２８】
下記の特定の実施例においては、本発明のパイロット系列はＯＦＤＭ変調方式を使用するＳＦＮと組み合わせて説明されているが、本発明はＯＦＤＭ変調方式を使用するＳＦＮに限定されず、直交時分割多重変調方式等を使用する無線ネットワークなど、他の無線ネットワークにも同様に適用できることは理解されるであろう。
【００２９】
図１は、本発明の一実施例による、ＯＦＤＭ変調方式を使用するＳＦＮの送受信システムを示す。図１に示すように、複数の送信機１０１が、同じ時間資源と同じ周波数資源を共有して同じ情報を単一の受信機１０２に送信する。複数の送信機が同じ時間資源と同じ周波数資源を用いて送信するため、受信機におけるパイロット識別性能は非常に重要である。
【００３０】
図２は、本発明の一実施例によるパイロット系列生成装置１のブロック図である。図２に示すように、パイロット系列生成装置１は、マッピング情報決定手段１００とパイロット系列生成手段１１０とを含む。マッピング情報決定手段１００は、副搬送波へのパイロット系列の周期性マッピング情報（すなわち、パイロット副搬送波の位置）を決定するように構成されている。パイロット系列生成手段１１０は、装置１そのものの数（または、装置１によって送信されるパイロット系列の数）と、マッピング情報決定手段１００によって決定されたパイロットマッピング情報とに基づいて、生成予定のパイロット系列の位相情報を計算し、これによってパイロット系列を生成するように構成されている。これはつまり、パイロットマッピング情報はパイロット系列の内容（具体的には、パイロット系列の位相情報）に反映されていることを意味する。
【００３１】
図３は、本発明の一実施例によるパイロット系列の生成を示す概略図である。図３に示すマッピング方式に従って生成されたパイロット系列は、下記で説明する受信機での搬送波周波数オフセット推定において特に利点が大きい。
【００３２】
図３に示すように、周波数領域の副搬送波へのパイロット系列のマッピングは周期的である。この例では、各パイロット系列の長さはＮｐで、２つの隣接するパイロット副搬送波間の距離はＮ／Ｎｐであると想定する。ここで、Ｎはシステム内の副搬送波の総数、すなわちＤＦＴ長を表す。ＮｐはＮ以下である（ただし、ＮｐはＮ未満であるのが一般的である）。この例ではさらに、パイロット副搬送波の位置は（θ１，…，θＮｐ）であると想定する。ここで、０≦θ１＜θＮｐ≦Ｎ−１である。
【００３３】
パイロット系列生成手段１１０は、以下の式（１）を使用してパイロット系列を生成できる。
【数１】
2013532928.tif 000003
ここで、Ｅｐは総パイロット電力を表し、（ｘ）Ｎはｘ  ｍｏｄ  Ｎの剰余を表す。
【００３４】
パイロット系列の生成においては、チャネル情報を考慮する必要がある。周波数選択性フェージングチャネルの場合、パイロットチャネルは定モジュラス（constant modulus）を有していない。しかし、チャネル情報が既知の場合、パイロット系列生成手段１１０によって生成されたパイロット系列にチャネルフェージング係数を乗算することで得られる有効パイロット系列は、
【数２】
2013532928.tif 000004
の定モジュラスを有する。ここで、Ｍは送信機の総数である。
【００３５】
表１は、図３の実施例によって生成された２つのパイロット系列の例である。周波数オフセット推定に最適なパイロットが生成される
【数３】
2013532928.tif 000005
。
【表１】
2013532928.tif 000006
【００３６】
図４は、本発明の他の実施例によるパイロット系列の生成を示す概略図である。図４に示すマッピング方式に従って生成されたパイロット系列は、下記で説明する、受信機でのチャネル推定において特に利点が大きい。
【００３７】
図４に示すように、周波数領域の副搬送波へのパイロット系列のマッピングはやはり周期的である。この例では、各パイロット系列の長さはＮｐで、２つの隣接するパイロット副搬送波間の距離はＮ／Ｎｐであると想定している。ここで、ＮはＤＦＴ長を表す。ＮｐはＮ以下であり、典型的にはＮより小さい。この例において、チャネル推定用として最適なパイロット系列は定モジュラスを有する。具体的には、この例においては、パイロット系列生成手段１１０は以下の式（２）を使用してパイロット系列を生成できる。
【数４】
2013532928.tif 000007
【００３８】
チャネル長がＬｍａｘとすると、Ｍ×ＬｍａｘがＮｐを上回ることはあり得ない。ここで、Ｍは送信機の総数である。Ｎｐ個のパイロット副搬送波（θ１，…，θＮｐ）は、以下の条件を満たさなければならないことに留意されたい。
【数５】
2013532928.tif 000008
ここで、ＪｐはＮより小さい素数である。上記の条件を課す意図は、２つのパイロット系列間の直交性を満足するために、各パイロット系列が必ずＮｐ個の異なるパイロット値を有するようにすることにある。
【００３９】
表２は、図４の実施例によって生成された２つのパイロット系列の例である。このように、チャネル推定用に最適なパイロットが生成される
【数６】
2013532928.tif 000009
。
【表２】
2013532928.tif 000010
【００４０】
図５は、本発明の一実施例による搬送波周波数オフセット（ＣＦＯ）推定装置２のブロック図である。図５に示すように、ＣＦＯ推定装置２は、パイロット系列検出手段２００と相回転ベクトル推定手段２１０とＣＦＯ推定手段２２０とを含む。パイロット系列検出手段２００は、受信した信号からパイロット系列を検出するように構成されている。パイロット系列の位相情報は、パイロット系列の副搬送波への周期性マッピング情報を含む。相回転ベクトル推定手段２１０は、検出したパイロット系列から、搬送波周波数オフセットによる相回転ベクトルを推定するように構成されている。ＣＦＯ推定手段は、推定した相回転ベクトルに基づいて搬送波周波数オフセットを推定するように構成されている。次に、装置２の搬送波周波数オフセットを推定する動作について詳述する。
【００４１】
システム内に搬送波周波数オフセットが存在するために、各送信機は受信機に対して
【数７】
2013532928.tif 000011
という相回転ベクトルを生じさせる。ここで、εｋはｋ番目の送信機の受信機に対する搬送波周波数オフセットを表わす。そのため、相回転ベクトル推定手段２１０は以下の式（３）に従って相回転ベクトルυｋを推定する。
【数８】
2013532928.tif 000012
ここで、
【数９】
2013532928.tif 000013
はＩＤＦＴ行列のｋ列目のベクトルを表し、
【数１０】
2013532928.tif 000014
はｋ番目の送信機から送信されたパイロットベクトルを表し、ｙは受信されたベクトルを表わす。
次にＣＦＯ推定手段２２０は、以下の式（４）に従って、推定された相回転ベクトル
【数１１】
2013532928.tif 000015
に基づいて搬送波周波数オフセットを推定する。
【数１２】
2013532928.tif 000016
ここで、θｋはベクトル
【数１３】
2013532928.tif 000017
内における非ゼロ係数の位置を表わす（このパイロット系列を使用することで、推定された相回転ベクトル
【数１４】
2013532928.tif 000018
内に非ゼロの値が１つしか存在しないことになる）。
【００４２】
具体的には、搬送波周波数オフセットの存在に起因する相回転情報は、まずパイロット系列と一致する推定器を用いて推定される。異なる複数のパイロット系列について推定器によって推定された結果（対象ユーザの搬送波周波数オフセットによって生じた相回転情報に対応する）は、パイロット系列間の直交性の結果であり、よって互いに直交である。各パイロット系列に対応する推定された相回転ベクトルに含まれる非ゼロ要素は１つのみであるため、非ゼロ要素の位置は、複数の異なるパイロット系列の間で互いに異なる。この特性により、複数の異なるパイロット系列に対応して出力される相回転ベクトルは、互いに直交となることが保証される。
【００４３】
したがって、システムの搬送波周波数オフセットは、各パイロット系列に対応する相回転ベクトルの非ゼロ要素に基づいて推定することができる。各推定された相回転ベクトルは非ゼロ値を１つしか含まないため、他のゼロ値位置に存在するデータは干渉と雑音のみである。受信機が対象のパイロット系列を決定した後には、推定された相回転ベクトルの非ゼロ位置を決定することが可能になる。受信機は、他の非ゼロ位置における干渉と雑音を有効に除去した後に、相回転ベクトル内の非ゼロの推定値に基づき、例えば上記の式（４）を用いて、システムの搬送波周波数オフセットを容易に推定できる。
【００４４】
そのため、本実施例によるＣＦＯ推定装置２は、従来の推定方式に比較して、受信機において干渉と雑音を有効に抑制できるため、受信機における搬送波周波数オフセットの推定精度とＳＩＮＲを効果的に改善することができる。加えて、システム内の搬送波周波数オフセットがどんなに大きくても、各送信機から送信されてきたパイロットを受信機において識別し、復調することが可能である。
【００４５】
図６は、本発明の一実施例によるチャネル状態情報推定装置３のブロック図である。図６に示すように、チャネル状態情報推定装置３は、パイロット系列検出手段３００とチャネル情報推定手段３１０とを含む。パイロット系列検出手段３００は、受信した信号からパイロット系列を検出するように構成されている。パイロット系列の位相情報は、パイロット系列の副搬送波への周期性マッピング情報を含む。チャネル情報推定手段３１０は、最小二乗アルゴリズムを用いて、検出されたパイロット系列からチャネル情報を推定するように構成されている。次に、装置３のチャネル状態情報を推定する動作について詳述する。
【００４６】
チャネル情報推定手段３１０は、以下の式（５）を参照して、ＬＳ（Ｌｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅ：最小二乗）チャネル情報を利用してチャネル状態情報を推定する。
【数１５】
2013532928.tif 000019
ここで、
【数１６】
2013532928.tif 000020
（ＦはＤＦＴ行列を表わす）であり、行列ＰはＰ＝［Ｐ１，…，ＰＭ］（Ｐ＋は行列Ｐの疑似逆行列を表し、Ｐ＋＝（ＰＨＰ）−１ＰＨとして定義される）として定義され、
【数１７】
2013532928.tif 000021
は行列Ｆの最初のＦ（Ｌｍａｘ）行から成る新規の行列を表し、
【数１８】
2013532928.tif 000022
である．
【００４７】
したがって、本実施例によるチャネル状態情報推定装置３を使用すれば、システム内に搬送波周波数オフセットが存在する場合でもパイロット系列を有効に識別することができる。加えて、本実施例では、チャネル推定用のパイロット系列は定モジュラスを有する。
【００４８】
さらに、図５と図６には示していないが、本発明によるＣＦＯ推定装置２とチャネル状態情報推定装置３はそれぞれ、チャネル推定を受信するための入力と、搬送波周波数オフセットを受信するための入力をさらに含むことができる。追加の入力において得られた情報に基づき、搬送波周波数オフセット推定とチャネル情報推定とを改善することが可能となる。それは、チャネル状態情報を使用して搬送波周波数オフセット推定を最適化し、搬送波周波数オフセット推定結果を使用してチャネル推定の性能を向上させることができるからである。以下では、これについて詳細に説明する。
【００４９】
図７は、本発明の一実施例によるパイロット系列生成方法１０のフローチャートである。
【００５０】
図７に示すように、方法１０はステップＳ１０００から開始する。最初に、ステップＳ１１００において、副搬送波へのパイロット系列の周期性マッピング情報（すなわち、パイロット系列副搬送波の位置に関する情報）が決定される。この周波数副搬送波へのパイロット系列のマッピングは、周期的である。
【００５１】
ステップＳ１２００において、生成予定のパイロット系列の位相情報が、周期性マッピング情報に基づいて計算される。続くステップＳ１３００において、例えば上記の式（１）または（２）を使用し、計算された位相情報に基づいて、パイロット系列が生成される。
【００５２】
最後に、方法１０はステップＳ１４００で終了する。
【００５３】
図８は、本発明の一実施例による搬送波周波数オフセット推定方法２０のフローチャートである。
【００５４】
図８に示すように、方法２０はステップＳ２０００から開始する。まずステップＳ２１００において、受信された信号からパイロット系列が検出される。検出されたパイロット系列の位相情報は、パイロット系列の副搬送波への周期性マッピング情報を含む（上記参照）。
【００５５】
続いてステップＳ２２００において、周期性マッピング情報に基づき、例えば上記の式（３）を使用して、検出されたパイロット系列から搬送波周波数オフセットに起因する相回転ベクトルが推定される。
【００５６】
次にステップＳ２３００において、例えば上記の式（４）を使用し、推定された相回転ベクトルに基づいて、搬送波周波数オフセットが推定される。
【００５７】
最後に、方法２０はステップＳ２４００で終了する。
【００５８】
図９は、本発明の一実施例によるチャネル状態情報推定方法３０のフローチャートである。
【００５９】
図９に示すように、方法３０はステップＳ３０００から開始する。まずステップＳ３１００において、受信された信号からパイロット系列が検出される。検出されたパイロット系列の位相情報は、パイロット系列の副搬送波への周期性マッピング情報を含む（上記参照）。続くステップＳ３２００において、最小二乗アルゴリズムと例えば上記の式（５）とを用いて、検出されたパイロット系列からチャネル情報が推定される。最後に、方法３０はステップＳ３３００で終了する。
【００６０】
チャネル状態情報を使用して搬送波周波数オフセット推定アルゴリズムを最適化し、搬送波周波数オフセット推定の結果を使用してチャネル推定の性能を改善できることから、本発明の一実施例によれば、搬送波周波数オフセットとチャネル情報とを同時に推定するためのアルゴリズムが提供される。以下では、このアルゴリズムについて説明する。
【００６１】
図１０は、本発明の一実施例による搬送波周波数オフセットおよびチャネル状態情報推定方法４０のフローチャートである。図１１は、図１０に示す搬送波周波数オフセットおよびチャネル状態情報推定方法４０の原理を示す概略図である。
【００６２】
図１０に示すように、方法４０はステップＳ４０００から開始する。最初にステップＳ４１００において、受信された信号からパイロット系列が検出される。続くステップＳ４２００において、検出されたパイロット系列から、まず搬送波周波数オフセットが推定される。ステップＳ４２００における搬送波周波数オフセットの最初の推定はチャネル特性の面で堅牢であり、当該技術の複数の方法によって実行できる。そのため、ここではこのステップの詳細な説明を省略する。
【００６３】
ステップＳ４３００において、検出されたパイロット系列から、最初に推定された搬送波周波数オフセットに基づき、最小二乗アルゴリズムを用いて、チャネル情報が推定される（このステップは、例えば、上記の図９のステップＳ３２００に従って実行できる）。
【００６４】
ステップＳ４４００において、検出されたパイロット系列から、推定されたチャネル情報に基づき、搬送波周波数オフセットに起因する相回転ベクトルが推定され、この推定された相回転ベクトルに基づき、搬送波周波数オフセットが推定される（このステップは、例えば、上記の図８のステップＳ２２００とＳ２３００に従って実行できる）。
【００６５】
ステップＳ４５００において、必要に応じて、ステップＳ４３００とＳ４４００を循環して実行すべきかどうかが決定される。搬送波周波数オフセットとチャネル状態情報の推定の精度を向上させる上では、ステップＳ４３００とＳ４４００を循環して実行する方が有利である。
【００６６】
ステップＳ４５００においてステップＳ４３００とＳ４４００を循環して実行することが決定された場合には、当該方法はステップＳ４３００に戻り、循環実行することが決定されなかった場合には、当該方法はステップＳ４６００で終了する。
【００６７】
図１１は、図１０に示す搬送波周波数オフセットおよびチャネル状態情報推定方法４０の原理を示す概略図である。
【００６８】
図１１に示すように、システムはまず、搬送波周波数オフセットの最初の推定用のポイント「１」に接続される。搬送波周波数オフセットの最初の推定が完了すると、システムは次にチャネル推定用のポイント「２」に接続される。搬送波周波数オフセットの最初の推定の結果は、チャネル推定の精度向上に有益である。
【００６９】
システムがチャネル推定を完了したら、チャネル推定の結果をフィードバックして、搬送波周波数オフセットの推定に利用することができる。
【００７０】
搬送波周波数オフセットとチャネル状態情報の推定精度は、搬送波周波数オフセットとチャネル状態情報の推定を複数回にわたり循環実行することで改善できることは、当業者には理解されるであろう。
【００７１】
次に、図１２〜１４を参照して、搬送波周波数オフセット推定とチャネル推定の性能を分析する。
【００７２】
図１２は、本発明の一実施例による搬送波周波数オフセット推定の性能を示すグラフである。図１２に示すように、本発明によれば、チャネル推定誤差に起因する搬送波周波数オフセット推定精度の損失は、チャネルの理想的な状態での結果と比較してもきわめて少ないことは明らかである。信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が高い状態では、常にクラメル−ラオの下限に到達している。
【００７３】
図１３は、本発明の一実施例によるチャネル推定の性能を示すグラフである。図１３に示すように、搬送波周波数オフセットは、チャネル推定アルゴリズムの性能に顕著な影響を及ぼす。信頼性が高く安定なチャネル推定を実現するためには、システム内における搬送波周波数オフセットの平均二乗誤差は１０−３未満でなければならない。信号対雑音比が高く、搬送波周波数オフセットの推定誤差が低い環境では、クラメル−ラオの下限に到達することができる。
【００７４】
図１４は、本発明の一実施例によるビット誤り率性能を示すグラフである。図１４に示すように、データ変調方式はＱＰＳＫおよび１６ＱＡＭとする。チャネル特性と搬送波周波数オフセット値が受信機に既知の場合には、結合アルゴリズム（例：等利得合成（ＥＧＣ：Ｅｑｕａｌ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）、最大比合成（ＭＲＣ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｒａｔｉｏ  Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）を受信機に備えることで、システムのビット誤り率性能が顕著に改善される。受信機に結合アルゴリズムを備えている場合は、同時送信する送信機数が多いほど、受信機での結合利得が増大する。
【００７５】
本発明により生成されるパイロット系列を使用すれば、マルチポイントツーポイント送信システム内に大きな搬送波周波数オフセットが存在する場合でも、従来技術においてＣＦＩにより発生していた受信機でのパイロット系列検出の失敗を回避することが可能である。さらに、従来技術における周波数領域フィルタを用いたパイロット検出に比較して、本発明のパイロット系列検出プロセスは、搬送波周波数オフセットの存在に起因する有効エネルギーの損失を回避することができる。このように、この新しいパイロットはより高い搬送波周波数オフセット推定精度を達成することが可能である。
【００７６】
本発明によるパイロット系列のパイロット識別性能は、非常に堅牢である。パイロット検出の性能はシステム内のＣＦＯに影響されないため、本発明のパイロット系列をＳＦＮ、ＯＦＤＭＡシステム等のマルチポイントツーポイント送信環境に適用すると大きな効果が得られる。
【００７７】
さらに、本発明のパイロット系列は下位互換性を有するため、周波数領域フィルタを使用する従来のアプリケーションにも適用できる。
【００７８】
以上、本発明について好適な実施例を参照して説明してきたが、当業者には、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、様々な修正、改変、変更が可能なことは理解されるであろう。したがって、本発明の範囲は上記の実施例に限定されず、添付請求項とその同等物によって定義される。
【００７９】
さらに、上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これに限定されない。
【００８０】
（付記１）
副搬送波へのパイロット系列の周期性マッピング情報を決定するように構成されるマッピング情報決定手段と、
前記周期性マッピング情報に基づいて生成予定のパイロット系列の位相情報を計算することにより、前記パイロット系列を生成するように構成されるパイロット系列生成手段と
を備えることを特徴とするパイロット系列生成装置。
【００８１】
（付記２）
前記パイロット系列生成手段は、パイロット系列数と周期性マッピング情報の積を計算し、当該積に基づいて位相情報を計算することにより、パイロット系列を生成することを特徴とする付記１に記載のパイロット系列生成装置。
【００８２】
（付記３）
前記パイロット系列生成手段は、パイロット系列数と周期性マッピング情報と予め定義された係数との積を計算し、当該積に基づいて位相情報を計算することにより、前記パイロット系列を生成し、
前記予め定義された係数は、副搬送波の総数以下で、かつ所定のチャネル長以上の素数を含むことを特徴とする付記２に記載のパイロット系列生成装置。
【００８３】
（付記４）
前記パイロット系列生成手段によって生成されるパイロット系列は、一定のモジュラス値を有することを特徴とする付記３に記載のパイロット系列生成装置。
【００８４】
（付記５）
搬送波周波数オフセットを推定する搬送波周波数オフセット推定装置であって、
受信した信号から、位相情報に副搬送波への当該パイロット系列の周期性マッピング情報を含むパイロット系列を検出するように構成されるパイロット系列検出手段と、
検出した前記パイロット系列から、搬送波周波数オフセットによる相回転ベクトルを推定するように構成される相回転ベクトル推定手段と、
推定した前記相回転ベクトルに基づいて搬送波周波数オフセットを推定するように構成される搬送波周波数オフセット推定手段と
を備えることを特徴とする搬送波周波数オフセット推定装置。
【００８５】
（付記６）
前記相回転ベクトル推定手段は、干渉と雑音を除去しかつパイロット系列の有効な情報を維持するために、パイロット系列に関連付けられた行列を生成して受信した信号に行列演算を実行し、それにより相回転ベクトルを生成するよう構成されることを特徴とする付記５に記載の搬送波周波数オフセット推定装置。
【００８６】
（付記７）
前記相回転ベクトル推定手段は、チャネル情報を受信するための入力を備え、
前記相回転ベクトル推定手段は、推定した相回転ベクトルと、当該入力で受信したチャネル情報とに基づいて、搬送波周波数オフセットを推定することを特徴とする付記５に記載の搬送波周波数オフセット推定装置。
【００８７】
（付記８）
チャネル情報を推定するチャネル情報推定装置であって、
受信した信号から、位相情報に副搬送波への当該パイロット系列の周期性マッピング情報を含むパイロット系列を検出するように構成されるパイロット系列検出手段と、
検出した前記パイロット系列から、最小二乗アルゴリズムを用いてチャネル情報を推定するように構成されるチャネル情報推定手段と
を備えることを特徴とするチャネル情報推定装置。
【００８８】
（付記９）
前記チャネル情報推定手段は、搬送波周波数オフセットを受信するための入力を備え、
前記チャネル情報推定手段は、最小二乗アルゴリズムを用いて検出したパイロット系列から、前記入力で受信した搬送波周波数オフセットに基づいてチャネル情報を推定することを特徴とする付記８に記載のチャネル情報推定装置。
【００８９】
（付記１０）
副搬送波へのパイロット系列の周期性マッピング情報を決定する決定ステップと、
当該周期性マッピング情報に基づいて生成予定のパイロット系列の位相情報を計算することによりパイロット系列を生成する生成ステップと
を含むことを特徴とするパイロット系列生成方法。
【００９０】
（付記１１）
前記生成ステップは、
パイロット系列数と周期性マッピング情報との積を計算し、
前記積に基づいて位相情報を計算することにより、パイロット系列を生成することを特徴とする付記１０に記載のパイロット系列生成方法。
【００９１】
（付記１２）
前記生成ステップは、パイロット系列数と周期性マッピング情報と予め定義された係数との積を計算し、
前記積に基づいて位相情報を計算することにより、パイロット系列を生成し、
前記予め定義された係数は、副搬送波の総数以下で、かつ所定のチャネル長以上の素数を含むことを特徴とする付記１１に記載のパイロット系列生成方法。
【００９２】
（付記１３）
生成される前記パイロット系列は、一定のモジュラス値を有することを特徴とする付記１２に記載のパイロット系列生成方法。
【００９３】
（付記１４）
搬送波周波数オフセットおよびチャネル情報の推定方法であって、
受信した信号から、位相情報に副搬送波への当該パイロット系列の周期性マッピング情報を含むパイロット系列を検出するステップと、
検出したパイロット系列から搬送波周波数オフセットを推定するステップと、
検出したパイロット系列から、当該搬送波周波数オフセットに基づき最小二乗アルゴリズムを用いて、チャネル情報を推定するステップと、
検出したパイロット系列から、推定した前記チャネル情報に基づいて、搬送波周波数オフセットによる相回転ベクトルを推定し、推定した相回転ベクトルに基づいて搬送波周波数オフセットを推定するステップと
を含むことを特徴とする推定方法。
【００９４】
（付記１５）
前記チャネル情報を推定するステップと前記搬送波周波数オフセットを推定するステップを、少なくとも２回、循環して実行することを特徴とする付記１４に記載の推定方法。
【符号の説明】
【００９５】
１００：マッピング情報決定手段
１１０：パイロット系列生成手段
２００：パイロット系列検出手段
２１０：相回転ベクトル推定手段
２２０：ＣＦＯ推定手段
３００：パイロット系列検出手段
３１０：チャネル情報推定手段
【図１】
2013532928.tif 000023
【図２】
2013532928.tif 000024
【図３】
2013532928.tif 000025
【図４】
2013532928.tif 000026
【図５】
2013532928.tif 000027
【図６】
2013532928.tif 000028
【図７】
2013532928.tif 000029
【図８】
2013532928.tif 000030
【図９】
2013532928.tif 000031
【図１０】
2013532928.tif 000032
【図１１】
2013532928.tif 000033
【図１２】
2013532928.tif 000034
【図１３】
2013532928.tif 000035
【図１４】
2013532928.tif 000036
【国際調査報告】
2013532928.tif 000037
2013532928.tif 000038
2013532928.tif 000039
2013532928.tif 000040
2013532928.tif 000041
2013532928.tif 000042