(57)【要約】【課題】下りリンクフレームのプリアンブルの振幅が大きい場合にプリアンブル信号の振幅値のみをビットシフトすることで、固定小数点表現で簡易的かつ安価に受信信号のダイナミックレンジを増大させ得る無線通信装置および無線通信方法を提供する。【解決手段】本発明の基地局１００は、相手側無線通信装置から受信した信号を、ＲＦ制御部２００、ＡＤＣ３００、ＤＤＣ４００を経て時間領域信号であるベースバンド信号に変換した後に、ＦＦＴ処理するＦＦＴ処理部５００と、ＦＦＴ処理後のプリアンブル信号の振幅がバス表現値を超えるオーバーフロー検出時に、プリアンブル信号をビットシフト処理するオーバーフロー検出部６００と、固定小数点に変換された周波数領域信号Ｓ６００をビット処理結果レジスタＳ６０１で示すセット値を参照して信号処理し、受信信号について所定の信号処理を実行する周波数領域信号処理部７００とを備える。【選択図】図１
2008301082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下りリンクフレームが少なくとも既知信号の領域とデータ領域とを含むシステムにおける無線通信装置であって、
相手側無線通信装置から受信した信号を高速フーリエ変換処理するＦＦＴ処理手段と、
前記ＦＦＴ処理手段で高速フーリエ変換処理された前記既知信号の振幅を示す値が所定値を超えたか否かを判定する振幅判定手段と、
前記振幅判定手段での判定の結果、前記振幅を示す値が前記所定値を超えたと判定された場合には、前記既知信号を所定量ビットシフトさせるビットシフト処理手段と、
前記ビットシフト処理手段でビットシフトされた既知信号を含む受信信号を処理する信号処理手段と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記既知信号はプリアンブルであることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記ビットシフト処理手段は、前記ＦＦＴ処理手段で高速フーリエ変換処理された前記既知信号の振幅を示す値が前記所定値を超えた場合には、所定のレジスタをセットした後に、前記ビットシフトを行うことを特徴とする請求項１または２記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記ビットシフト処理手段は、前記下りリンクフレームの所定部分の検出時に前記所定のレジスタをクリアすることを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
【請求項５】
下りリンクフレームが少なくとも既知信号の領域とデータ領域とを含むシステムにおける無線通信方法であって、
相手側無線通信装置から受信した信号を高速フーリエ変換処理するＦＦＴ処理ステップと、
高速フーリエ変換処理後の前記既知信号の振幅を示す値を把握する把握ステップと、
把握した前記高速フーリエ変換処理後の既知信号の振幅を示す値が所定値を超えた場合には、前記既知信号を所定量ビットシフトさせるビットシフト処理ステップと、
前記ビットシフト処理ステップでビットシフトされた既知信号を含む受信信号を処理する信号処理ステップと、を含むことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下りリンクフレームが少なくとも既知信号の領域とデータ領域とを含むシステムにおける無線通信装置および無線通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下りリンクフレームが少なくとも既知信号であるプリアンブル（Preamble）およびその他の信号を含む、複数のＯＦＤＭＡシンボル（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access Symbol）を用いるシステム（要素技術の一つにＯＦＤＭＡ方式を採用するシステムであり、例えばＩＥＥＥ８０２．１６ｅに準拠するシステム等が挙げられる）においては、無線通信装置である基地局がプリアンブルを、その他のＯＦＤＭＡシンボルに比べて相対的に利得を大きくして送信することにより、相手側無線通信装置である無線通信端末（端末）において下りリンク信号をより認識しやすくする方法が知られている。下りリンクフレームは、プリアンブルを収容する既知信号領域（プリアンブル領域）と、その他の信号を収容する複数のＯＦＤＭＡシンボルを含むデータ領域とを含むため、上記方法に対応するシステムにおいて下りリンクフレームを受信する端末では、例えば図４の信号波形図に示すように、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理後の周波数領域信号の振幅値は、ＯＦＤＭＡシンボル毎に異なるものとなる。
【０００３】
上記ＦＦＴ処理後の受信データを、プリアンブルの最大振幅値がオーバフローしないように固定小数点で取り扱う場合、例えば図５の信号波形図に示すように、相対的にその他のＯＦＤＭＡシンボルのダイナミックレンジが小さくなってしまう。
この問題の解決方法としては、周波数領域信号処理部でも受信データを浮動小数点で取り扱う方法がある。また、他の解決方法としては、ＦＦＴ処理前の入力信号の利得を制御する方法（例えば特許文献１、特許文献２参照）がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７３１０７号公報
【特許文献２】特許第３５９９００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した周波数領域信号処理部でも受信データを浮動小数点で取り扱うシステムでは、信号処理を行う回路の規模が大きくなるとともにソフトウェアが複雑化して、消費電力や処理時間が増大する問題がある。
また、上述したＦＦＴ処理前の入力信号の利得を制御する方法でも、同様に、信号処理を行う回路の規模が大きくなるとともにソフトウェアが複雑化して、消費電力や処理時間が増大する問題がある。
【０００６】
本発明は、下りリンクフレームの既知信号の周波数領域での振幅が他のシンボルよりも大きい場合に、高速フーリエ変換処理後の既知信号を、所定量ビットシフトさせて利得を制御することで、固定小数点表現で簡易的かつ安価に受信信号のダイナミックレンジを増大させ得る無線通信装置および無線通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に係る無線通信装置は、下りリンクフレームが少なくとも既知信号の領域とデータ領域とを含むシステムにおける無線通信装置であって、相手側無線通信装置から受信した信号を高速フーリエ変換処理するＦＦＴ処理手段（ＦＦＴ処理部５００）と、前記ＦＦＴ処理手段で高速フーリエ変換処理された前記既知信号の振幅を示す値（「振幅値」を示すが、「振幅量」であってもよい）が所定値（データバス表現値）を超えたか否かを判定する振幅判定手段（オーバーフロー検出部６００）と、前記振幅判定手段での判定の結果、前記振幅を示す値が前記所定値を超えたと判定された場合には、前記既知信号を所定量ビットシフトさせるビットシフト処理手段（オーバーフロー検出部６００）と、前記ビットシフト処理手段でビットシフトされた既知信号を含む受信信号を処理する信号処理手段（周波数領域信号処理部７００）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
前記既知信号はプリアンブルであることが、固定小数点表現で簡易的かつ安価に受信信号のダイナミックレンジを増大させ得る無線通信装置を提供する上で好ましい。
【０００９】
前記ビットシフト処理手段は、前記ＦＦＴ処理手段で高速フーリエ変換処理された前記既知信号の振幅を示す値が前記所定値を超えた場合には、所定のレジスタをセットした後に、前記ビットシフトを行うことが、固定小数点表現で簡易的かつ安価に受信信号のダイナミックレンジを増大させ得る無線通信装置を提供する上で好ましい。
【００１０】
前記ビットシフト処理手段は、前記下りリンクフレームの所定部分の検出時に前記所定のレジスタをクリアすることが、固定小数点表現で簡易的かつ安価に受信信号のダイナミックレンジを増大させ得る無線通信装置を提供する上で好ましい。
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項５に係る無線通信方法は、下りリンクフレームが少なくとも既知信号の領域とデータ領域とを含むシステムにおける無線通信方法であって、相手側無線通信装置から受信した信号を高速フーリエ変換処理するＦＦＴ処理ステップと、高速フーリエ変換処理後の前記既知信号の振幅を示す値を把握する把握ステップ（ステップＳ１３）と、把握した前記高速フーリエ変換処理後の既知信号の振幅を示す値が所定値を超えた場合には、前記既知信号を所定量ビットシフトさせるビットシフト処理ステップ（ステップＳ１５）と、前記ビットシフト処理ステップでビットシフトされた既知信号を含む受信信号を処理する信号処理ステップ（ステップＳ１６）と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高速フーリエ変換処理後の既知信号（例えばプリアンブル）の振幅を示す値が所定値を超えた場合、既知信号を所定量ビットシフトさせるので、既知信号の振幅のオーバーフローを回避することができ、前記既知信号以外のシンボルを含む受信信号のダイナミックレンジが前記既知信号の振幅に依存しなくなる。したがって、固定小数点表現で簡易的かつ安価に、前記既知信号以外のシンボルを含む受信信号のダイナミックレンジを増大させ得る無線通信装置および無線通信方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態の無線通信方法を適用する無線通信システムに用いる無線通信装置の機能ブロック図である。図１に示す無線通信装置は、下りリンクフレームが少なくとも既知信号領域（プリアンブル領域）とデータ領域とを含む無線通信システムに用いる無線通信装置であり、アンテナ１００と、ＲＦ制御部２００と、アナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）３００と、ディジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）４００と、高速フーリエ変換処理部（ＦＦＴ処理部）５００と、オーバーフロー検出部６００と、周波数領域信号処理部７００とを有している。
【００１４】
上記ＲＦ制御部２００は、アンテナ１００で受信した受信信号（無線信号）を、ＲＦ周波数帯からＩＦ周波数帯に変換するものである。
上記アナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）３００は、ＩＦ周波数帯に変換された受信信号をディジタル信号に変換するものである。
上記ディジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）４００は、ＡＤＣ３００を通過後のディジタル信号を時間領域信号であるベースバンド信号に変換するものである。
上記ＦＦＴ処理部５００は、ＤＤＣ４００を通過後のベースバンド信号に対して高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ処理）を行うことにより、浮動小数点で表現される周波数領域信号に変換するものである。上記高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ処理）は、通常、シンボル単位で行うため、シンボル単位で周波数領域での最大振幅値が既知となっている。
上記オーバーフロー検出部６００は、ＦＦＴ処理部５００を通過後の、浮動小数点で表現される周波数領域信号（図１にＳ５００で示す）を固定小数点で表現される周波数領域信号に変換するとともに、入力される周波数領域信号中のプリアンブル（Preamble）信号のオーバーフローを検出した（振幅値が所定量を超えた）場合に、プリアンブル信号の振幅値を所定量（例えば１ビット分）ビットシフトさせるものである。かかるビットシフト処理により信号の利得が制御されることとなる。
上記周波数領域信号処理部７００は、固定小数点に変換された周波数領域信号（図１にＳ６００で示す）を、オーバーフロー検出部６００のビット処理結果レジスタ（図１にＳ６０１で示す）のセット値を参照して、所定の信号処理を実行するものである（すなわち、ビットシフト処理されたプリアンブル信号を含む受信信号について所定の信号処理を実行するものである）。
【００１５】
図２は第１実施形態の無線通信システムに用いる下りリンクのフレーム構造を示す図である。図２は「ＩＥＥＥ  ８０２．１６ｅ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＭＡＮ−ＯＦＤＭＡ  ＴＤＤモード」の下りリンクのフレーム構造を示しており、フレーム先頭に割り当てられるプリアンブル（Preamble）と、それに続いて割り当てられる複数のＯＦＤＭＡシンボルから構成される。本実施形態では、プリアンブル後に１６ＯＦＤＭＡ方式シンボル長のＰＵＳＣ  ＺＯＮＥ（Partial Usage of Subchannels Zone ）とし、２番目および３番目のシンボルにはＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰを割り当て、４番目および５番目のシンボルのみにデータを付加する。なお、６番目から１７番目のシンボルはパイロット（pilot ）信号のみとする。
【００１６】
上記構造の下りリンクフレームを用いて通信を行う際に、プリアンブルは９（ｄＢ）の増幅（Boosting）を行い、ＰＵＳＣ  ＺＯＮＥのパイロット信号は２．５（ｄＢ）の増幅（Boosting）を行った。このときのＡＤＣ３００通過後の信号（図１にＳ３００で示す）の信号波形は、図３に示すようになり、オーバーフロー検出部６００通過後の固定小数点に変換された周波数領域信号（図１にＳ６００で示す）の信号波形は、図４に示すようになる。なお、図４においては、シンボル毎に、バースト転送で受信データを周波数領域信号処理部７００に渡している。
【００１７】
図３を参照すると、時間領域でのプリアンブル部の振幅値と、データが付加されているシンボルの振幅値との間には明確な差異は見受けられず、データが付加されていないパイロット信号のみのシンボルの振幅が小さいことが分かる。
しかし、図３に示す信号をＦＦＴ処理して周波数領域信号に変換した信号波形を示す図４を参照すると、プリアンブル部のみの振幅値が大きくなっていることが分かる。また、ＰＵＳＣ  ＺＯＮＥの振幅値においては明確な差異が見受けられなくなっている。プリアンブル部の振幅値とＰＵＳＣ  ＺＯＮＥの振幅値の差は、増幅度の差である９（ｄＢ）−２．５（ｄＢ）＝６．５（ｄＢ；約２倍）に対応している。
【００１８】
オーバーフロー検出部６００を通過後の固定小数点に変換された周波数領域信号Ｓ６００をそのまま周波数領域信号処理部７００に渡すように構成する場合には、プリアンブル信号がオーバーフローしないようにするためには、ＰＵＳＣ  ＺＯＮＥの最大振幅値が図５に示すようにデータバス表現能力の約半分に制限されることになる。このことがＰＵＳＣ  ＺＯＮＥの受信データのダイナミックレンジを小さくする要因となる。
【００１９】
ＰＵＳＣ  ＺＯＮＥの受信データのダイナミックレンジを大きくする対策としては、ゲインを上げる方法があるが、ゲインを上げると、例えば図６に示すように、ＰＵＳＣ  ＺＯＮＥの各シンボル間のゲインの相対性が崩れてしまう。そして、ＰＵＳＣ  ＺＯＮＥのゲインをさらに上げると、図７に例示するように、ＰＵＳＣ  ＺＯＮＥのの各シンボル間のゲインの相対性がさらに大きく崩れてしまう。図７に例示する信号波形の場合、ＰＵＳＣ  ＺＯＮＥの信号がオーバーフローしている。
【００２０】
そこで、本実施形態の無線通信装置および無線通信方法では、プリアンブル信号のオーバーフロー時に、ＰＵＳＣ  ＺＯＮＥの受信データのダイナミックレンジを大きくするために、以下に示すオーバーフロー検出時の信号処理（ビットシフト処理）を行う。
【００２１】
図８は第１実施形態の無線通信装置において実施する下りリンクに対するオーバーフロー検出時のビットシフト処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１１では、現在処理中の下りリンクがフレーム先頭であるか否かを判断し、１フレームの処理が終了して現在処理中の下りリンクがフレーム先頭であれば、ステップＳ１２に進んでオーバーフローレジスタをクリアし、現在処理中の下りリンクがフレーム先頭でなければ、ステップＳ１２をスキップして直ちにステップＳ１３に進む。なお、本実施形態では、現在処理中の下りリンクがフレーム先頭である場合にオーバーフローレジスタをクリアする、という例について説明したが、オーバーフローレジスタをクリアするタイミングは、システムに応じて適宜設定されるようにしてもよい。
【００２２】
ステップＳ１３では、処理中のシンボルがオーバーフローするか（振幅を示す値が所定値を超えるか）否かを判断し、処理中のシンボルがオーバーフローすれば（振幅を示す値が所定値を超えた場合には）ステップＳ１４に進み、処理中のシンボルがオーバーフローしなけれれば、ステップＳ１４、ステップＳ１５をスキップして直ちにステップＳ１６に進む。ステップＳ１４では、オーバーフローレジスタをセットし、次のステップＳ１５では、ビットシフト処理を行う。その後、ステップＳ１６では、浮動小数点から固定小数点への変換を行う。
【００２３】
次に、上述した下りリンクに対するオーバーフロー検出時のビットシフト処理の動作について説明する。
まず、図８のステップＳ１１のＹＥＳ−ステップＳ１２−ステップＳ１３のＹＥＳ−ステップＳ１４を実行することにより、下りリンクフレームの先頭に割り当てられるプリアンブル領域内のプリアンブル信号を固定小数点変換する際にオーバーフローが発生する場合には、当該プリアンブル領域を正確に把握して、オーバーフローレジスタをセットしておく。次に、ステップＳ１５を実行することにより、シンボル単位でＦＦＴ処理を行われるプリアンブル信号のシンボル全体の信号値を１ビット分シフトして振幅量を半分にする処理を行う。その際、ビットシフト処理の結果を示すビット処理結果レジスタＳ６０１の内容を変更しておく。
【００２４】
その後、ステップＳ１６を実行することにより、入力信号を固定小数点に変換する。これにより、ＰＵＳＣ  ＺＯＮＥの信号の周波数領域振幅値は、プリアンブルに依存することなく、データバス表現能力の最大値を表現できる（示すことができる）こととなり、結果的にダイナミックレンジを大きくすることができるようになる。
【００２５】
本実施形態の無線通信装置、および、該無線通信装置を用いる無線通信システム（例えばＯＦＤＭＡシステム）で実施する本実施形態の無線通信方法によれば、高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ処理）後の既知信号であるプリアンブル信号の周波数領域での振幅がバス表現値を超える場合（オーバーフローする場合）には、プリアンブル信号の振幅値のみをビットシフトすることによって利得制御を行うので、オーバーフローを回避することができ、プリアンブル以外のＯＦＤＭＡシンボルを含む受信信号のダイナミックレンジがプリアンブルの振幅に依存しなくなる。したがって、固定小数点表現で簡易的かつ安価に、プリアンブル以外のＯＦＤＭＡシンボルを含む受信信号のダイナミックレンジを増大させ得る無線通信装置および無線通信方法を提供することができる。
【００２６】
また、オーバーフロー検出部６００を追加してビットシフト処理を行わせるという、比較的簡単な回路の追加および変更を行うだけで、高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ処理）後のプリアンブル信号の処理を適切に実行することができる。このため、プリアンブル以外のＯＦＤＭＡシンボルを含む受信信号のダイナミックレンジを増大させる効果を安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態の無線通信方法を適用する無線通信システムに用いる無線通信装置の機能ブロック図である。
【図２】第１実施形態の無線通信システムに用いる下りリンクの、ＩＥＥＥ  ８０２．１６ｅ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＭＡＮ−ＯＦＤＭＡ  ＴＤＤモードのフレーム構造を示す図である。
【図３】第１実施形態の無線通信装置におけるＡＤＣ通過後の信号の信号波形を例示する図である。
【図４】第１実施形態の無線通信装置におけるオーバーフロー検出部通過後の固定小数点に変換された周波数領域信号の信号波形を例示する図である。
【図５】第１実施形態の無線通信装置における固定小数点変換後のＰＵＳＣ  ＺＯＮＥ信号の最大振幅値が制限された信号波形を例示する図である。
【図６】第１実施形態の無線通信装置における固定小数点変換後のＰＵＳＣ  ＺＯＮＥ信号のゲインを上げたときの歪んだ信号波形を例示する図である。
【図７】第１実施形態の無線通信装置における固定小数点変換後のＰＵＳＣ  ＺＯＮＥ信号のゲインをさらに上げたときのさらに歪んだ信号波形を例示する図である。
【図８】第１実施形態の無線通信装置において実施する下りリンクに対するオーバーフロー検出時のビットシフト処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
１００  無線通信装置
２００  ＲＦ制御部
３００  アナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）
４００  ディジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）
５００  高速フーリエ変換処理部（ＦＦＴ処理部）
６００  オーバーフロー検出部
７００  周波数領域信号処理部
Ｓ３００  ＡＤＣ通過後の信号
Ｓ６００  オーバーフロー検出部通過後の固定小数点に変換された周波数領域信号
Ｓ６０１  オーバーフロー検出部のビット処理結果レジスタ
【図１】
2008301082.tif 000003
【図２】
2008301082.tif 000004
【図３】
2008301082.tif 000005
【図４】
2008301082.tif 000006
【図５】
2008301082.tif 000007
【図６】
2008301082.tif 000008
【図７】
2008301082.tif 000009
【図８】
2008301082.tif 000010