(57)【要約】【課題】ＯＦＤＭ通信装置において同期用プリアンブルの電力を削減した場合にも高品質の通信ができるようにする。【解決手段】ＯＦＤＭ通信装置におけるシンボル同期方法において、所定の同期用プリアンブルを理想低域通過フィルタを通すことにより時間領域におけるゼロ振幅近傍の信号成分を低減して得たゼロ振幅低減プリアンブル信号を送信データと時間多重してＯＦＤＭ送信信号を生成する。受信機側では、送信側と同じパターンの所定の同期用プリアンブルと受信信号との相互相関を求め、該相互相関に基づき同期位置を検出する。【選択図】        図１
2004236065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と受信機との間の同期を同期用プリアンブルを用いて行なうＯＦＤＭ通信装置における送信機であって、
所定の同期用プリアンブルを理想低域通過フィルタを通すことにより時間領域におけるゼロ振幅近傍の信号成分を低減して得たゼロ振幅低減プリアンブル信号を送信データと時間多重してＯＦＤＭ送信信号を生成することを特徴とするＯＦＤＭ通信装置における送信機。
【請求項２】
前記理想低域通過フィルタは入力信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）するＦＦＴ部と該ＦＦＴ部の出力の所定周波数以上の成分をゼロ置換するゼロ置換部とを具備することを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ通信装置における送信機。
【請求項３】
前記理想低域通過フィルタは各入力信号の値に対応して該入力信号を前記理想低域通過フィルタを通した場合に得られる値を記憶したテーブルによって構成されることを特徴とする請求項２に記載のＯＦＤＭ通信装置における送信機。
【請求項４】
前記理想低域通過フィルタは各入力信号の値に対応して該入力信号を前記理想低域通過フィルタを通した場合に得られる値を記憶したテーブルによって構成されることを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ通信装置における送信機。
【請求項５】
さらに、前記請求項１ないし４の内のいずれか１項に記載の送信機とともに用いられ、送信側と同じパターンの所定の同期用プリアンブルと受信信号との相互相関を求め、該相互相関に基づき同期位置を検出する同期タイミング検出部を具備することを特徴とするＯＦＤＭ通信装置における受信機。
【請求項６】
前記相互相関のピーク位置から所定のタイミングだけシフトした位置を同期位置とすることを特徴とする請求項５に記載のＯＦＤＭ通信装置における受信機。
【請求項７】
送信機と受信機との間の同期を同期用プリアンブルを用いて行なうＯＦＤＭ通信装置であって、
所定の同期用プリアンブルを理想低域通過フィルタを通すことにより時間領域におけるゼロ振幅近傍の信号成分を低減して得たゼロ振幅低減プリアンブル信号を送信データと時間多重してＯＦＤＭ送信信号を生成する送信機、および送信側と同じパターンの所定の同期用プリアンブルと受信信号との相互相関を求め、該相互相関に基づき同期位置を検出する同期タイミング検出部を備えた受信機、
を具備することを特徴とするＯＦＤＭ通信装置。
【請求項８】
前記理想低域通過フィルタは入力信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）するＦＦＴ部と該ＦＦＴ部の出力の所定周波数以上の成分をゼロ置換するゼロ置換部とを具備することを特徴とする請求項７に記載のＯＦＤＭ通信装置。
【請求項９】
前記理想低域通過フィルタは各入力信号の値に対応して該入力信号を前記理想低域通過フィルタを通した場合に得られる値を記憶したテーブルによって構成されることを特徴とする請求項７または８に記載のＯＦＤＭ通信装置。
【請求項１０】
前記受信機において前記相互相関のピーク位置から所定のタイミングだけシフトした位置を同期位置とすることを特徴とする請求項７に記載のＯＦＤＭ通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）通信装置におけるシンボル同期方法に関し、特に送信機と受信機との間のシンボル同期を同期用プリアンブルを使用して行なうＯＦＤＭ通信装置において、同期用プリアンブルの電力を削減した場合でも通信特性の劣化を防止できるようにする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、ＯＦＤＭ通信を行なう場合のシンボル同期を同期用プリアンブルを用いて行なう従来のＯＦＤＭ通信装置の概略の構成を示す。同図の通信装置は、送信機側にプリアンブル発生部９１、データ供給部９３、時間多重部９５、ゼロ挿入部９７、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部９５、ガードインターバル（ＧＩ）挿入部１０１を備えている。
【０００３】
また、受信機側には、プリアンブル発生部９１ａ、ゼロ挿入部９７ａ、ＩＦＦＴ部９９ａ、ＧＩ挿入部１０１ａを備えた時間領域のプリアンブル（ｔｘ＿ｐｒｅａｍｂｌｅ）を供給する部分と、同期タイミング検出部１０７を備えている。同期タイミング検出部１０７は、相互相関計算部１０３と同期タイミング計算部１０５を備えている。
【０００４】
このような構成において、送信機側において、プリアンブル発生部９１から供給される所定パターンのプリアンブルデータと、データ供給部９３から供給される送信用データとが時間多重部（ＭＵＸ）９５において時間多重される。時間多重されたデータは、ゼロ挿入部９７において外部信号との干渉を防ぐなどのためにゼロ挿入（ゼロ埋め）を行なった後、ＩＦＦＴ部９９において逆高速フーリエ変換を行なう。次に、ＧＩ挿入部１０１において、マルチパス干渉を抑圧するためガードインターバル（ＧＩ）を加えて、ガードインターバルおよび情報部分からなるＯＦＤＭシンボルからなる送信ＯＦＤＭ信号を生成する。
【０００５】
受信機側においては、送信機側と同じパターンで生成される時間領域の同期用プリアンブル（ｔｘ＿ｐｒｅａｍｂｌｅ）を生成する。この同期用プリアンブルは、プリアンブル発生部９１ａ、ゼロ挿入部９７ａ、ＩＦＦＴ部９９ａおよびＧＩ挿入部１０１ａによって生成される。このような時間領域の同期用プリアンブル（ｔｘ＿ｐｒｅａｍｂｌｅ）は相互相関計算部１０３において、送信機側から送られた受信信号と相互相関が計算される。同期タイミング計算部１０５は、このピーク値の位置から所定時間だけシフトした位置を求め、同期タイミングデータを生成する。これによって、ＯＦＤＭ通信装置における、送信機側と受信機側とのシンボル同期を行なうことができる。
【０００６】
ただし、受信機側で相互相関を求めるために使用する同期用プリアンブル（ｔｘ＿ｐｒｅａｍｂｌｅ）は、ガウス分布を有し、ダイナミックレンジが広い分多くのビット数を必要とし、相互相関計算部１０３における計算量が膨大になる。このため、同期用プリアンブルとして、時間領域の同期用プリアンブルを１ビットに量子化して相互相関計算部１０３の計算量を減らすことが提案されている。（「周波数選択性フェージング環境におけるＯＦＤＭ通信システムのタイミング同期方式」、電子情報通信学会論文誌Ｂ，Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｂ  Ｎｏ．７．ｐｐ．１２５５−１２６４  ２００１年７月、平ら他。）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来技術において、時間領域の同期用プリアンブルと受信信号との相互相関の計算は、両信号の振幅分布が平均値０のガウス分布のため、計算量が多く実用的でなく、従って同期用プリアンブルを１ビットに量子化して用いることが提案されている。また、ＯＦＤＭ通信装置においては、相互相関の計算時間、および同期用プリアンブルのデータへの干渉を減らすため、同期用プリアンブルの送信電力をできるだけ低減することが望ましい。しかしながら、上述のように同期用プリアンブルを１ビットに量子化して使用した場合には、同期用プリアンブルの送信電力を減らすとビットエラー率（ＢＥＲ）などの通信特性が劣化してしまうという不都合があった。
【０００８】
したがって、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑み、同期用プリアンブルの送信電力を低減した場合にも、従来より特性劣化を少なくすることができるＯＦＤＭ通信装置におけるシンボル同期方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、送信機と受信機との間の同期を同期用プリアンブルを用いて行なうＯＦＤＭ通信装置における送信機が提供され、該送信機は所定の同期用プリアンブルを理想低域通過フィルタを通すことにより時間領域におけるゼロ振幅近傍の信号成分を低減して得たゼロ振幅低減プリアンブル信号を送信データと時間多重してＯＦＤＭ送信信号を生成することを特徴とする。
【００１０】
この場合、前記理想低域通過フィルタは入力信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）するＦＦＴ部と該ＦＦＴ部の出力の所定周波数以上の成分をゼロ置換するゼロ置換部とを具備すると好都合である。
【００１１】
また、前記理想低域通過フィルタは各入力信号の値に対応して該入力信号を前記理想低域通過フィルタを通した場合に得られる値を記憶したテーブルによって構成することができる。
【００１２】
さらに、前記理想低域通過フィルタは各入力信号の値に対応して該入力信号を前記理想低域通過フィルタを通した場合に得られる値を記憶したテーブルによって構成されると好都合である。
【００１３】
本発明の別の態様では、前記送信機とともに用いられ、送信側と同じパターンの所定の同期用プリアンブルと受信信号との相互相関を求め、該相互相関に基づき同期位置を検出する同期タイミング検出部を具備するＯＦＤＭ通信装置における受信機が提供される。
【００１４】
この場合、前記相互相関のピーク位置から所定のタイミングだけシフトした位置を同期位置とすると好都合である。
【００１５】
本発明のさらに別の態様では、送信機と受信機との間の同期を同期用プリアンブルを用いて行なうＯＦＤＭ通信装置が提供され、該ＯＦＤＭ通信装置は所定の同期用プリアンブルを理想低域通過フィルタを通すことにより時間領域におけるゼロ振幅近傍の信号成分を低減して得たゼロ振幅低減プリアンブル信号を送信データと時間多重してＯＦＤＭ送信信号を生成する送信機、および送信側と同じパターンの所定の同期用プリアンブルと受信信号との相互相関を求め、該相互相関に基づき同期位置を検出する同期タイミング検出部を備えた受信機、を具備することを特徴とする。
【００１６】
この場合、前記理想低域通過フィルタは入力信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）するＦＦＴ部と該ＦＦＴ部の出力の所定周波数以上の成分をゼロ置換するゼロ置換部とを具備すると好都合である。
【００１７】
また、前記理想低域通過フィルタは各入力信号の値に対応して該入力信号を前記理想低域通過フィルタを通した場合に得られる値を記憶したテーブルによって構成されることができる。
【００１８】
さらに、前記受信機において前記相互相関のピーク位置から所定のタイミングだけシフトした位置を同期位置とすると好都合である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態につき説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係わるＯＦＤＭ通信装置の概略の構成を示す。同図の通信装置は、送信機側にプリアンブル発生部１と、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部３と、ゼロ置換部５とを有する同期信号生成部１０、データ供給部７、ゼロ挿入部９、時間多重部（ＭＵＸ）１１、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部１３、およびガードインターバル（ＧＩ）挿入部１５を備えている。
【００２０】
また、受信機側には、相互相関計算部１９と同期タイミング計算部２１を備えた同期タイミング検出部２０、および前記送信機側のプリアンブル発生部１から出力されるものと同じパターンの同期用プリアンブル（ｏｒｇ＿ｐｒｅａｍｂｌｅ）を生成するプリアンブル供給部１７を備えている。
【００２１】
図１に示されるＯＦＤＭ通信装置においては、送信機側において、同期信号生成部１０がゼロ振幅低減プリアンブル信号を発生する。すなわち、プリアンブル発生部１から供給される所定パターンのもとのプリアンブル信号（ｏｒｇ＿ｐｒｅａｍｂｌｅ）がＦＦＴ部３およびゼロ置換部５からなる理想低域通過フィルタ（理想ＬＰＦ）に供給される。この理想ＬＰＦは、もとのプリアンブル信号をＦＦＴ部３において、高速フーリエ変換した後、所定の通過帯域より高い周波数の成分をゼロ置換することにより実現される。すなわち、所定の周波数以上の周波数の成分をゼロ置換することにより理想ＬＰＦが実現される。
【００２２】
なお、実用的には、このような理想ＬＰＦは、各入力信号の値に対応して該入力信号を理想ＬＰＦを通した場合に得られる値を記憶したテーブルで構成することができる。このようなテーブルを用いて、ある入力信号に対する出力信号を得るよう構成することにより、簡単な構成で応答速度の速い理想ＬＰＦを実現することができる。
【００２３】
このようにして得られたゼロ振幅低減プリアンブル信号Ｘは、時間多重部１１に供給される。また、データ供給部７から与えられる送信用データはゼロ挿入部９において、前述の従来技術と同様に、ゼロ挿入を行なった後時間多重部１１に供給され、上記ゼロ振幅低減プリアンブル信号Ｘと時間多重される。この時間多重された信号は、ＩＦＦＴ部１３において逆高速フーリエ変換を行ない、かつＧＩ挿入部１５においてガードインターバルを挿入する。これによって、送信ＯＦＤＭ信号が得られる。
【００２４】
受信機側では、このようにして得られた送信ＯＦＤＭ信号を所望の通信チャネルを介して受信することにより受信信号を得る。この受信信号は、相互相関計算部１９において、送信側で理想ＬＰＦを通す前の１ビットの同期用プリアンブル（ｏｒｇ＿ｐｒｅａｍｂｌｅ）との相互相関を計算する。この相互相関値は所定のタイミング部分にピーク値を有する。同期タイミング計算部２１は、このピーク値の位置から所定タイミングだけシフトした位置を同期位置として算出する。これによって、送信機側と受信機側とのシンボル同期が達成できる。
【００２５】
図２は、本発明のＯＦＤＭ通信装置において用いられるゼロ振幅低減プリアンブル信号と、従来技術における同期用プリアンブル信号の振幅対ＰＤＦ特性を示す。ここで、ＰＤＦは確率密度関数である。図２から明らかなように、本発明に係わる同期用プリアンブルは従来のものと比較してゼロ近傍の信号成分が少なくなっている。したがって、瞬時キャリア対ノイズ比（ＣＮＲ）が著しく悪くなる確率が減ると推測され、同期用プリアンブルの送信電力を軽減できる可能性がある。
【００２６】
また、図３は、本発明のゼロ振幅低減プリアンブル信号と、従来の同期用プリアンブル信号との電力に対する累積分布関数（ＣＤＦ）の関係を示す。この関係から明らかなように、本発明に係わる同期用プリアンブルは電力の小さいものが分布として少なくなっていることが分かる。
【００２７】
本発明の効果を従来技術と比較して確認するため、図４および図５に示されるシミュレーションモデルを用いて評価を行なった。
図４は、本発明に係わる構成を有する通信装置のシミュレーションモデルを示す。図４の構成において、送信側は、図１に示される通信装置の送信側の構成とほぼ同じであり、プリアンブル発生部４１、ＦＦＴ部４３、ゼロ置換部４５、データ供給部４７、ＱＰＳＫ変調部４８、ゼロ挿入部４９、時間多重部５１、ＩＦＦＴ部５３、およびＧＩ挿入部５５を備えている。ただし、データ供給部４７とゼロ挿入部４９との間にＱＰＳＫ変調部４８が設けられていることが示されている。
【００２８】
以上のような図４の送信機側の信号を評価するために、マルチパスフェージングチャネル５７、加算器５９、白色雑音（ＡＷＧＮ）発生器６１、同期タイミング検出部６３、ＧＩ除去部６５、ＦＦＴ部６７、ＱＰＳＫ復調部６９、およびアンコーデッドＢＥＲ計算部７１が設けられている。
【００２９】
図５の従来例のシミュレーションモデルでは、送信側は前記図９の送信機側の構成と同様に、プリアンブル発生部７３、データ供給部７５、ＱＰＳＫ変調部７７、時間多重部７９、ゼロ挿入部８１、ＩＦＦＴ部８３、およびＧＩ挿入部８５を備えている。なお、図５においては、データ供給部７５と時間多重部７９との間にＱＰＳＫ変調部７７が設けられていることが示されている。このような送信機側から信号を受けて評価する部分の構成は図４と同じであり、同じ参照数字で示されている。
【００３０】
ただし、図４および図５の、同期タイミング検出部６３は、それぞれ図１および図９に示される同期タイミング検出部２０および１０７と同じ構成としている。また、同期用プリアンブルの送信電力を減衰させた場合の符号化されていない情報のビットエラーレート（アンコーデッドＢＥＲ）を評価指標とした。
【００３１】
また、図６および図７はシミュレーション条件を示す。図６は、各種シミュレーション条件を示す。なお、図６においてＳＣＨは同期用プリアンブル送信チャネルを示し、ＤＴＣＨはデータ送信チャネルを示す。
【００３２】
図７はマルチパスフェージングチャネルのチャネルモデルを示す。図７の（ａ）は、インパルス応答波形を示し、１２パスのものを示している。なお、Ｔｃは、送信ＯＦＤＭ信号の１サンプルの周期である。また、図７の（ｂ）は、各パスの遅延時間および利得を示す。
【００３３】
図８は、このようにして得られたシミュレーション結果を示す。同図から明らかなように、本発明によれば、１ビット量子化した同期用プリアンブルを用いる従来技術に比べて、アンコーデッドＢＥＲ＝０．０５において、約１ｄＢだけ同期用プリアンブルの送信電力が小さくて済むことが分かる。なお、アンコーデッドＢＥＲ＝０．０５は、レート１／２のビタビ符号を用いた場合で、ＢＬＥＲ（ブロック誤り率）＝０．０１となるアンコーデッドＢＥＲを示している。なお、本発明においては、受信機側において相互相関を行なうための同期用プリアンブルは１ビットのものを使用しており、相互相関の計算量としては従来の１ビット量子化のものと同じでよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明によれば、ＯＦＤＭ通信装置において、送信機側と受信機側のシンボル同期を行なうための同期用プリアンブルに理想ＬＰＦを通したプリアンブルを適用することで、同期用プリアンブルの電力を削減した場合にも特性劣化が少なくなる。したがって、計算時間およびデータへの干渉を減らすために同期用プリアンブルを減らしても優れた通信品質を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わるＯＦＤＭ通信装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明で使用されるゼロ振幅低減プリアンブルの振幅対ＰＤＦ特性を、従来技術と比較して示すグラフである。
【図３】本発明に係わる同期用プリアンブルを使用した場合の電力対ＣＤＦ特性を従来技術と比較して示すグラフである。
【図４】本発明の性能評価を行なうために使用したシミュレーションモデルを示すブロック図である。
【図５】従来技術の通信装置の性能評価を行なうために使用したシミュレーションモデルを示すブロック図である。
【図６】性能評価のために行なったシミュレーションの条件を示す説明図である。
【図７】性能評価のために使用したマルチパスフェージングチャネルの特性を示す説明図である。
【図８】本発明と従来技術とのシミュレーション結果を比較して示すグラフである。
【図９】従来のＯＦＤＭ通信装置の概略の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  プリアンブル発生部
３  ＦＦＴ部
５  ゼロ置換部
７  データ供給部
９  ゼロ挿入部
１０  同期信号生成部
１１  時間多重部
１３  ＩＦＦＴ部
１５  ＧＩ挿入部
１７  プリアンブル信号供給部
１９  相互相関計算部
２０  同期タイミング検出部
２１  同期タイミング計算部
【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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