(57)【要約】【課題】ＯＦＤＭ変調の無線通信において、無線伝搬環境の変化による通信品質の劣化や通信速度の低下を抑制する。【解決手段】受信信号に基づいて周波数領域でパイロット信号を用いてチャネル推定値を求め（チャネル推定手段４０）、チャネル推定値からインパルス応答を求め（ＩＤＦＴ部４５）、インパルス応答の波形に基づいてアレー処理の方法を選択し（アレー処理選択部４６）、選択したアレー処理を、受信信号に対して施し、アレー処理を施した信号を復調する。インパルス応答の波形には、干渉波の有無や、マルチパスの存在の情報が含まれているので、インパルス応答の波形に応じたアレー処理の方法を選択すれば、その瞬間のチャネルに応じた最適なアレー処理を行うことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＯＦＤＭ変調による無線通信の受信装置であって、
アレーアンテナの受信する受信信号に基づいて、周波数領域でパイロット信号を用いてチャネル推定値を求めるチャネル推定手段と、
前記チャネル推定値からインパルス応答を求める逆離散フーリエ変換部と、
前記インパルス応答の波形に基づいてアレー処理の方法を選択するアレー処理選択部と、
選択したアレー処理を、前記受信信号に対して施すアレー処理部と、
アレー処理を施した信号を復調する復調部と
を備えることを特徴とする無線通信の受信装置。
【請求項２】
前記アレー処理選択部は、前記受信信号のサイクリック・プリフィックスに相当する時間を超える時間領域のインパルス応答の大きさ、及び、インパルス応答における最大応答を除く応答の大きさを、それぞれ所定の閾値と比較することにより、アレー処理の方法を選択する請求項１記載の無線通信の受信装置。
【請求項３】
前記チャネル推定手段は、
時間領域で前記受信信号からサイクリック・プリフィックスを除去した有効シンボル長の受信信号を求めるＣＰ除去部と、
前記有効シンボル長の受信信号を、周波数領域での受信信号に変換する離散フーリエ変換部と、
周波数領域でのパイロット信号を生成するパイロット信号生成部と、
周波数領域での前記受信信号のうちパイロット信号が挿入されている特定のサブキャリアの信号を前記パイロット信号生成部で生成されたパイロット信号と対比し、かつ、補間を適用して、チャネル推定値を求めるチャネル推定部と
を備える請求項１記載の無線通信の受信装置。
【請求項４】
ＯＦＤＭ変調による無線通信の受信方法であって、
アレーアンテナの受信する受信信号を取得し、
前記受信信号に基づいて周波数領域でパイロット信号を用いてチャネル推定値を求め、
前記チャネル推定値からインパルス応答を求め、
前記インパルス応答の波形に基づいてアレー処理の方法を選択し、
選択したアレー処理を、前記受信信号に対して施し、
アレー処理を施した信号を復調する
ことを特徴とする無線通信の受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重方式)変調による無線通信の受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＦＤＭは、マルチパス干渉の影響を軽減する通信方式として、反射波の多いマルチパス環境でブロードバンド通信を行う高速無線ＬＡＮ規格や、次世代無線通信規格の一つであるＷｉＭＡＸに採用されている。また、ＷｉＭＡＸでは、より良い通信品質及びより速い通信速度を実現するために、オプションとしてマルチアンテナ技術をサポートしており、複数アンテナを利用したＡＡＳ(Adaptive Antenna System:適応アンテナシステム)やＭＩＭＯ(Multi-Input Multi-Output:多入力多出力系)等の機能が用意されている（非特許文献１，２参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ規格、８０２．１６
【非特許文献２】改訂版ワイヤレス・ブロードバンド教科書、高速ＩＰワイヤレス編、２００６年６月２１日発行、株式会社インプレスＲ＆Ｄ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、無線伝搬環境（チャネル）は、設置された基地局の周囲の建築物等に大きく影響され、さらに、移動通信の場合には、移動局の速度や移動局を取り巻く環境により瞬時に変動する。従って、基地局で、複数のアンテナ素子を複合して構成されたアレーアンテナの受信信号に対して例えばＡＡＳのアレー処理を行う受信装置を用意したとしても、無線伝搬環境が変化すれば通信品質の劣化や通信速度の低下を招くことになる。
かかる課題に鑑み、本発明は、ＯＦＤＭ変調の無線通信において、無線伝搬環境の変化による通信品質の劣化や通信速度の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ＯＦＤＭ変調による無線通信の受信装置であって、アレーアンテナの受信する受信信号に基づいて、周波数領域でパイロット信号を用いてチャネル推定値を求めるチャネル推定手段と、前記チャネル推定値からインパルス応答を求める逆離散フーリエ変換部と、前記インパルス応答の波形に基づいてアレー処理の方法を選択するアレー処理選択部と、選択したアレー処理を、前記受信信号に対して施すアレー処理部と、アレー処理を施した信号を復調する復調部とを備えるものである。
上記のような無線通信の受信装置では、チャネル推定値から求められるインパルス応答の波形に、干渉波の有無や、マルチパスの存在の情報が含まれている。従って、インパルス応答の波形に応じたアレー処理の方法を選択すれば、その瞬間のチャネルに応じた最適なアレー処理を行うことができる。
【０００６】
また、上記の無線通信の受信装置において、アレー処理選択部は、受信信号のサイクリック・プリフィックスに相当する時間を超える時間領域のインパルス応答の大きさ、及び、インパルス応答における最大応答を除く応答の大きさを、それぞれ所定の閾値と比較することにより、アレー処理の方法を選択するものであってもよい。
この場合、例えば、サイクリック・プリフィックスに相当する時間を超える時間領域のインパルス応答の大きさが閾値以上であれば干渉波の到来としてアレー処理の方法にＡＡＳを選択し、それ以外の場合は別途、インパルス応答における最大応答を除く応答の大きさが閾値以上であることにより、マルチパスが存在するものとしてＭＩＭＯを選択し、そのいずれでもなければＭＲＣ(Maximum Ratio Combining:最大比合成)を選択することができる。
【０００７】
また、上記の無線通信の受信装置において、チャネル推定手段は、時間領域で前記受信信号からサイクリック・プリフィックスを除去した有効シンボル長の受信信号を求めるＣＰ除去部と、前記有効シンボル長の受信信号を、周波数領域での受信信号に変換する離散フーリエ変換部と、周波数領域でのパイロット信号を生成するパイロット信号生成部と、周波数領域での前記受信信号のうちパイロット信号が挿入されている特定のサブキャリアの信号を前記パイロット信号生成部で生成されたパイロット信号と対比し、かつ、補間を適用して、チャネル推定値を求めるチャネル推定部とを備えるものであってもよい。
この場合、特定のサブキャリアの信号を既知のパイロット信号と対比し、かつ、補間を適用してチャネル推定値を求めることにより、迅速・正確に、チャネル推定を行うことができる。
【０００８】
一方、本発明は、ＯＦＤＭ変調による無線通信の受信方法であって、アレーアンテナの受信する受信信号を取得し、前記受信信号に基づいて周波数領域でパイロット信号を用いてチャネル推定値を求め、前記チャネル推定値からインパルス応答を求め、前記インパルス応答の波形に基づいてアレー処理の方法を選択し、選択したアレー処理を、前記受信信号に対して施し、アレー処理を施した信号を復調することを特徴とするものである。
上記のような無線通信の受信方法では、チャネル推定値から求められるインパルス応答の波形に、干渉波の有無や、マルチパスの存在の情報が含まれる。従って、インパルス応答の波形に応じたアレー処理の方法を選択すれば、その瞬間のチャネルに応じた最適なアレー処理を行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の無線通信の受信装置／受信方法によれば、インパルス応答の波形に応じたアレー処理の方法を選択することにより、その瞬間のチャネルに応じた最適なアレー処理を行うことができ、無線伝搬環境の変化による通信品質の劣化や通信速度の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態による無線通信の受信装置の構成を示すブロック図である。当該受信装置は、移動局の端末（図示せず。）との間で、ＯＦＤＭ変調による無線通信を行うものである。図において、受信装置１００は、複数のアンテナ素子１を複合したアレーアンテナ２の受信する信号に対して所定の処理を施す変換・同期部３の他、処理順に、処理方法判定部４、アレー処理部５、復調部６及び上位層７により、構成されている。変換・同期部３及び復調部６は、アンテナ素子１の数に対応して複数系統（図では２系統を示している。）設けられる。
【００１１】
上記変換・同期部３は、アンテナ素子１の受信する信号をベースバンドの周波数へ変換し、ＯＦＤＭに必要な種々の同期をとり、その後、信号をアナログからデジタルに変換する（同期処理の一部はＡＤ変換後に行われることもある。）。なお、以降の説明では、搬送波周波数同期、クロック同期、シンボル同期等は確立されているものとする。
【００１２】
上記処理方法判定部４は、上位層７から制御信号を受けてアレー処理の方法を選択することができる他、自ら適切なアレー処理の方法を選択してアレー処理部５に指示し、また、上位層７に通知する機能を有する。アレー処理部５は、処理方法切換部５０と、複数のアレー処理機能部（５１〜５３）と、アレー処理後の出力選択部５４とを備えている。ここではアレー処理機能部の一例として、ＡＡＳ５１、ＭＩＭＯ５２及びＭＲＣ５３を示している。
【００１３】
上記処理方法切換部５０は、処理方法判定部４から指示を受けて、処理方法判定部４をそのまま通過した信号（すなわち変換・同期部３の出力信号）をＡＡＳ５１、ＭＩＭＯ５２及びＭＲＣ５３のうち何れか１つに送る。また、出力選択部５４は、アレー処理後の信号を元の系統に戻す。
【００１４】
図２は、上記処理方法判定部４の内部構成を示すブロック図である。処理方法判定部４は、変換・同期部３から送られてくるＡＤ変換後の受信信号をそのまま処理方法切換部５０へ送るとともに、チャネル（無線伝搬環境）を推定するためのチャネル推定手段４０にも送られる。チャネル推定手段４０は、ＣＰ除去部４１、ＤＦＴ部（離散フーリエ変換部）４２、パイロット信号生成部４３及びチャネル推定部４４によって構成される。また、チャネル推定手段４０の他に、ＩＤＦＴ部（逆離散フーリエ変換部）４５及びアレー処理選択部４６が、図示のように設けられている。
【００１５】
上記ＣＰ除去部４１は、時間領域で受信信号からサイクリック・プリフィックス（ガード・インターバル）を除去した有効シンボル長の受信信号を求める。ＤＦＴ部４２は、有効シンボル長の受信信号を、周波数領域での受信信号に変換する。パイロット信号生成部４３は、周波数領域でのパイロット信号を生成する。チャネル推定部４４は、周波数領域での受信信号のうちパイロット信号が挿入される特定のサブキャリアの信号を既知のパイロット信号と対比し、かつ、補間を適用して、チャネル推定値を求める。
【００１６】
図４の（ａ）は、周波数領域でパイロット信号（黒丸）がデータ信号（白丸）に挿入された状態を概念的に示す図である。ＯＦＤＭでは一般に、一定のサブキャリア間隔でパイロット信号が挿入されている。そこで、パイロット信号生成部４３で生成され、基準となる既知のパイロット信号と、生の信号すなわち、パイロット信号が挿入されたサブキャリアでの受信信号とから、チャネル推定部４４は、
チャネル推定値＝受信信号／パイロット信号
の演算によりチャネル推定値を求める。図４の（ｂ）は、このようにして求めた複数のチャネル推定値を示す図である。また、チャネル推定部４４は、これらのチャネル推定値以外のサブキャリアにおけるチャネル推定値を、図４の（ｃ）に示すように、補間により求める。
【００１７】
以上のようにして求めたチャネル推定値が例えば図５の（ａ）に示す波形であったとすると、ＩＤＦＴ部４５（図２）は、これに逆離散フーリエ変換を施して、（ｂ）に示すインパルス応答を求める。インパルス応答における最初の波形Ａは、遅延のない直接波、次の波形Ｂはマルチパスにより少し遅れた遅延波もしくは本来受信すべき希望波以外の電波（干渉波）、それ以降の波形Ｃは干渉波であると解される。すなわち、インパルス応答の波形（主として大きさの低下状況）には、干渉波やマルチパスの存在の情報が含まれている。そこで、アレー処理選択部４６は、インパルス応答の波形に基づいて、図３に示すフローチャートの処理を行う。
【００１８】
図３において、まず、アレー処理選択部４６（図２）はインパルス応答を取得する（ステップＳ１）。ここで言うインパルス応答の取得とは、平均化の処理を含んでいる。平均化の処理とは例えば、（ａ）１アンテナ素子について数シンボル分のインパルス応答を平均化するか、または、（ｂ）全てのアンテナ素子からのインパルス応答を平均化する、ことである。（ａ）の場合には演算量を少なくすることができる利点があり、また、（ｂ）の場合には信頼性を向上させることができる利点がある。
【００１９】
次に、アレー処理選択部４６はＣＰ（サイクリック・プリフィックス）に相当する時間を超える時間領域のインパルス応答の大きさＹ１を計算する（ステップＳ２）。そして、アレー処理選択部４６は、Ｙ１を閾値Ｔ１と比較し（ステップＳ３）、Ｙ１が閾値Ｔ１以上である場合は、アレー処理としてＡＡＳを選択する（ステップＳ４）。ここで、閾値Ｔ１は、予め上位層７から与えられるものとする。
【００２０】
図６〜８は、インパルス応答波形の３つの例を示すグラフである。図６のインパルス応答に対しては、ＣＰ相当時間（最大遅延）を超える時間領域のインパルス応答の大きさ（例えば平均値）Ｙ１が閾値Ｔ１以上となることにより、アレー処理としてＡＡＳが選択される。すなわち、このインパルス応答の場合、ＣＰ相当時間を超えてもレベルが低下せず、干渉波が存在する伝搬環境であるので、ＡＡＳが適する。しかし、図７，図８のインパルス応答の場合には、図示のようにＹ１は閾値Ｔ１未満となり、ＡＡＳは選択されない。
【００２１】
一方、ステップＳ３においてＹ１が閾値Ｔ１未満であった場合は、アレー処理選択部４６は、ＣＰ相当時間内のインパルス応答のうち、最大応答を除く応答の大きさＹ２を計算する（ステップＳ５）。そして、アレー処理選択部４６は、Ｙ２を閾値Ｔ２と比較し（ステップＳ６）、Ｙ２が閾値Ｔ２以上である場合は、アレー処理としてＭＩＭＯを選択する（ステップＳ７）。ここで、閾値Ｔ２は、予め上位層７から与えられるものとする。また、アレー処理選択部４６は、Ｙ２が閾値未満である場合は、アレー処理としてＭＲＣを選択する（ステップＳ８）。
【００２２】
例えば図７のインパルス応答の場合、ＣＰ相当時間内のインパルス応答のうち、最大応答を除く応答の大きさ（例えばピーク値）Ｙ２が閾値Ｔ２以上となることにより、アレー処理としてＭＩＭＯが選択される。すなわち、このインパルス応答の場合、少し遅れて遅延波が到来するマルチパスの伝搬環境であるので、ＭＩＭＯが適する。
一方、図８のインパルス応答の場合には、図示のようにＹ２は閾値Ｔ２未満となり、ＭＲＣが選択される。すなわち、このインパルス応答の場合、希望波以外の影響が小さい伝搬環境であるので、アレー処理にはＭＲＣが適する。ＭＲＣでは、各アンテナ素子１からの受信信号が、それらのレベルに応じて重み付けされて、ＳＮ比最大となるように合成される。
【００２３】
以上のようにして、チャネル推定値からインパルス応答を求め、インパルス応答の波形に基づいて、干渉波の到来の有無や、マルチパスの存在の有無を検出することができる。従って、インパルス応答の波形に応じたアレー処理の方法を選択すれば、その瞬間のチャネルに応じた最適なアレー処理を行うことができ、無線伝搬環境の変化による通信品質の劣化や通信速度の低下を抑制することができる。
【００２４】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態による無線通信の受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１における処理方法判定部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図２におけるアレー処理選択部の動作を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、周波数領域でパイロット信号（黒丸）がデータ信号（白丸）に挿入された状態を概念的に示す図、（ｂ）はチャネル推定値を示す図、（ｃ）は（ｂ）のチャネル推定値に補間を適用した図である。
【図５】（ａ）はチャネル推定値の波形の一例を示すグラフであり、（ｂ）はそのインパルス応答の波形の概要を示すグラフである。
【図６】アレー処理としてＡＡＳが適するインパルス応答の波形の一例を示すグラフである。
【図７】アレー処理としてＭＩＭＯが適するインパルス応答の波形の一例を示すグラフである。
【図８】アレー処理としてＭＲＣが適するインパルス応答の波形の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
２    アレーアンテナ
５    アレー処理部
６    復調部
４０    チャネル推定手段
４１    ＣＰ除去部
４２    ＤＦＴ部（離散フーリエ変換部）
４３    パイロット信号生成部
４４    チャネル推定部
４５    ＩＤＦＴ部（逆離散フーリエ変換部）
４６    アレー処理選択部
１００    受信装置
【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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