(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の送信部と受信部とを有する第１の通信装置と、第２の送信部と受信部とを有する第２の通信装置との間でＯＦＤＭによりデータ伝送を行うＯＦＤＭ通信システムであって、
前記第１の受信部は、前記第２の送信部からの送信信号を受信して得られた受信信号からマルチパスの最大遅延時間を推定し、推定された最大遅延時間に基づくガードインターバル長を生成する最大遅延時間推定器と、前記生成したガードインターバル長を前記第１の送信部にフィードバックするフィードバック部とを有し、前記第１の送信部は、前記フィードバックされたガードインターバル長を前記第２の通信装置へ送信し、
前記第２の受信部は、前記第１の送信部から送信された前記フィードバックされたガードインターバル長を検出し、前記第２の送信部は、前記検出したガードインターバル長を用いて前記第１の通信装置への送信を行い、
前記最大遅延時間推定器は、相関関数値を求め、前記相関関数値が所定の相関関数閾値よりも大きいポイントを遅延時間と推定し、
前記最大遅延時間推定器は、受信信号の各搬送波における信号対雑音電力比を推定し、前記信号対雑音電力比が所定の比よりも小さい搬送波を前記相関関数計算の対象から除外することを特徴とするＯＦＤＭ通信システム。
【請求項２】
前記最大遅延時間推定器は、同期用シンボル波形を離散フーリエ変換したデータの複素共役と受信信号を離散フーリエ変換したデータとを乗算した乗算データに対して逆離散フーリエ変換を行うことにより前記相関関数値を求めることを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ通信システム。
【請求項３】
前記最大遅延時間推定器は、受信信号のうち数本の搬送波のみの相関を利用して遅延時間を推定することを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ通信システム。
【請求項４】
前記フィードバック部は、最大遅延時間を所定範囲毎に区分し、前記所定範囲に対応した情報系列を前記第１の通信装置と前記第２の通信装置とで予め設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載のＯＦＤＭ通信システム。
【請求項５】
前記フィードバック部は、前記第１の受信部における受信性能が劣化した場合のみに前記第１の送信部に更新ガードインターバル長を伝達することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載のＯＦＤＭ通信システム。
【請求項６】
第１の送信部と受信部とを有する第１の通信装置と、第２の送信部と受信部とを有する第２の通信装置との間でＯＦＤＭによりデータ伝送を行うＯＦＤＭ通信方法であって、
前記第１の受信部は、前記第２の送信部からの送信信号を受信して得られた受信信号からマルチパスの最大遅延時間を推定し、推定された最大遅延時間に基づくガードインターバル長を生成し、前記生成したガードインターバル長を前記第１の送信部にフィードバックし、前記第１の送信部は、前記フィードバックされたガードインターバル長を前記第２の通信装置へ送信し、
前記第２の受信部は、前記第１の送信部から送信された前記フィードバックされたガードインターバル長を検出し、前記第２の送信部は、前記検出したガードインターバル長を用いて前記第１の通信装置への送信を行い、
相関関数値を求め、前記相関関数値が所定の相関関数閾値よりも大きいポイントを遅延時間と推定し、
受信信号の各搬送波における信号対雑音電力比を推定し、前記信号対雑音電力比が所定の比よりも小さい搬送波を前記相関関数計算の対象から除外することを特徴とするＯＦＤＭ通信方法。
【請求項７】
同期用シンボル波形を離散フーリエ変換したデータの複素共役と受信信号を離散フーリエ変換したデータとを乗算した乗算データに対して逆離散フーリエ変換を行うことにより前記相関関数値を求めることを特徴とする請求項６に記載のＯＦＤＭ通信方法。
【請求項８】
他のＯＦＤＭ通信装置とＯＦＤＭによりデータ伝送を行うＯＦＤＭ通信装置であって、
第１の送信部と、
第１の受信部とを備え、
前記第１の受信部は、
前記他のＯＦＤＭ通信装置からの送信信号を受信して得られた受信信号からマルチパスの最大遅延時間を推定し、推定された最大遅延時間に基づくガードインターバル長を生成する最大遅延時間推定器と、
前記生成したガードインターバル長を前記第１の送信部にフィードバックするフィードバック部とを有し、
前記第１の送信部は、前記フィードバックされたガードインターバル長を前記他のＯＦＤＭ通信装置へ送信し、
前記最大遅延時間推定器は、相関関数値を求め、前記相関関数値が所定の相関関数閾値よりも大きいポイントを遅延時間と推定し、
前記最大遅延時間推定器は、受信信号の各搬送波における信号対雑音電力比を推定し、前記信号対雑音電力比が所定の比よりも小さい搬送波を前記相関関数計算の対象から除外することを特徴とするＯＦＤＭ通信装置。
【請求項９】
前記最大遅延時間推定器は、同期用シンボル波形を離散フーリエ変換したデータの複素共役と受信信号を離散フーリエ変換したデータとを乗算した乗算データに対して逆離散フーリエ変換を行うことにより前記相関関数値を求めることを特徴とする請求項８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、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重デジタル変復調処理、Ｏｒｔｈｏ−ｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ−ｉｎｇ）によりデータ伝送を行うＯＦＤＭ通信システム、ＯＦＤＭ通信方法およびＯＦＤＭ通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来からのＯＦＤＭによる伝送通信（ＯＦＤＭ通信）について、図４を用いて説明する。図４はＯＦＤＭ通信における送信信号波形を示すタイミング図である。ＯＦＤＭ通信では、マルチキャリア変調方式の中の一種が用いられ、送信信号は多数（数十〜数千）のデジタル変調波（搬送波１〜ｋ）を加え合わせたものである。各キャリアの変調方式としては、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等が用いられる。
【０００３】
図５はＯＦＤＭ通信における伝送シンボルを示すタイミング図であり、ＯＦＤＭ通信におけるデータ伝送は、図５に示す伝送シンボルを単位として行われる。各伝送シンボルは、有効シンボル期間とガードインターバルと呼ばれる期間とから構成される。有効シンボル期間は、データ伝送のために実質的に必要とされる信号期間であり、図４に示すような複数の搬送波の合成波である。またガードインターバルは、マルチパスの影響を軽減するための冗長な信号期間であり、有効シンボル期間のある信号波形を巡回的に繰り返したものである。すなわち、ガードインターバルは情報伝達の観点からは無意味な区間であり、短いほど伝送効率が向上する。図５に示すように、有効シンボル期間の或る期間の波形をコピーしたものをガードインターバルの波形とする。
【０００４】
図６（ａ）、（ｂ）はＯＦＤＭ通信における周波数スペクトラムを示すスペクトラム図である。各搬送波間の周波数間隔を有効シンボル期間の長さの逆数と等しくすると、図６（ａ）に示すように、各ディジタル変調波の周波数スペクトルの零点は、隣接する変調波の搬送波周波数と一致し、搬送波間で相互干渉は生じない。このとき各搬送波同士は直交しているという。ＯＦＤＭ信号のスペクトルは、図６（ｂ）に示すように、全体として矩形に近い形となる。有効シンボル期間の長さをＴ、搬送波数をＫとすると、各搬送波間の周波数間隔は１／Ｔ、伝送帯域幅はＫ／Ｔとなる。
【０００５】
ＯＦＤＭ通信では、図５の伝送シンボルを数十個〜数百個程度集めて１つの伝送フレームを構成する。図７はＯＦＤＭ伝送フレームの構成例を示すフレーム図である。図７に示すＯＦＤＭ伝送フレームには、データ伝送用シンボルの他にフレーム同期用シンボルが含まれる。
【０００６】
図８は、上記ＯＦＤＭ通信方法が適応される通信装置を示すブロック図である。
【０００７】
図８において、Ａは送信部、Ａ１は直並列変換器、Ａ２は逆離散フーリエ変換部、Ａ３はガードインターバル付加部、Ａ４は周波数変換器、Ｂは受信部、Ｂ１は周波数変換器、Ｂ２は離散フーリエ変換部、Ｂ３は並直列変換器である。
【０００８】
このように構成された通信装置について、その機能、動作等を説明する。
【０００９】
まず、送信部Ａにおいては、２値の送信データをある一定のビット数ごとのデータブロックに区切り、各データブロックをそれぞれ１個の複素数値に変換した状態で入力する。そして、直列並列変換器Ａ１で各搬送波周波数ごとに１個ずつの複素数値ｄｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を与え、逆離散フーリエ変換部Ａ２で時間軸上へ逆離散フーリエ変換する。これにより、時間軸波形のサンプル値を発生させ、さらにガードインターバル付加器Ａ３で波形の一部をコピーし、伝送シンボルを表すサンプル値系列を生成する。このサンプル値系列から、時間的に連続するベースバンド・アナログ信号を求める。ベースバンド・アナログ信号は周波数変換器Ａ４で送信周波数の信号に変換されて送信される。
【００１０】
ここで、逆離散フーリエ変換により発生される時間軸上のサンプル値の個数は通常、有効シンボル期間当たり２ｎ（ｎは正整数）個である。したがって、サンプリング周期をＴｓ、ガードインターバル期間をＴｇで表すと、伝送シンボル１個当たり２ｎ＋Ｔｇ／Ｔｓ個のサンプル値が発生する。なお、各伝送シンボルにおけるガードインターバルの時間は一定の値が設定されており、さらにその値はサンプリング周期の整数倍である。
【００１１】
受信部Ｂにおいては、受信信号を周波数変換器Ｂ１で周波数変換してベースバンド信号を得た後、送信部Ａと同じサンプルレートでサンプルする。そして、このサンプル値系列を離散フーリエ変換部Ｂ２により周波数軸上へ離散フーリエ変換し、各搬送波周波数成分の位相と振幅を計算することにより受信データの値を求め、並列直列変換器Ｂ３により直列に変換して出力する。
【００１２】
ところで、ＯＦＤＭ通信においては、各シンボルにおいてガードインターバルを設けることによってマルチパスの影響を無くし、各搬送波間の直交性を保つことが重要である。これに対して、従来のＯＦＤＭ通信方法では、予想される伝送路の最大遅延時間（最悪値）をもってデータ伝送用シンボルのガードインターバル長が固定されており、伝送路の状態が良好な場合にもその最悪値によって伝送効率が抑制されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のＯＦＤＭ通信方法では、データ伝送用シンボルのガードインターバル長を伝送路の状態に適するように設定することができず、予め想定される最悪の伝送路におけるマルチパスの最大遅延時間にガードインターバル長を固定せざるを得なかった。
【００１４】
これらＯＦＤＭ通信システム、ＯＦＤＭ通信方法およびＯＦＤＭ通信装置では、伝送路の状態に応じて最適なガードインターバル長を設定し最大伝送効率を実現することが要求されている。
【００１５】
本発明は、この要求を満たすため、伝送路の状態に応じて最適なガードインターバル長を設定し最大伝送効率を実現することができるＯＦＤＭ通信システム、伝送路の状態に応じて最適なガードインターバル長を設定し最大伝送効率を実現するためのＯＦＤＭ通信方法、および伝送路の状態に応じて最適なガードインターバル長を設定し最大伝送効率を実現することができるＯＦＤＭ通信装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のＯＦＤＭ通信システムは、第１の送信部と受信部とを有する第１の通信装置と、第２の送信部と受信部とを有する第２の通信装置との間でＯＦＤＭによりデータ伝送を行うＯＦＤＭ通信システムであって、第１の受信部は、第２の送信部からの送信信号を受信して得られた受信信号からマルチパスの最大遅延時間を推定し、推定された最大遅延時間に基づくガードインターバル長を生成する最大遅延時間推定器と、生成したガードインターバル長を第１の送信部にフィードバックするフィードバック部とを有し、第１の送信部は、フィードバックされたガードインターバル長を第２の通信装置へ送信し、第２の受信部は、第１の送信部から送信されたフィードバックされたガードインターバル長を検出し、第２の送信部は、検出したガードインターバル長を用いて第１の通信装置への送信を行い、最大遅延時間推定器は、相関関数値を求め、相関関数値が所定の相関関数閾値よりも大きいポイントを遅延時間と推定し、最大遅延時間推定器は、受信信号の各搬送波における信号対雑音電力比を推定し、信号対雑音電力比が所定の比よりも小さい搬送波を相関関数計算の対象から除外する構成を備えている。
【００１７】
これにより、伝送路の状態に応じて最適なガードインターバル長を設定し最大伝送効率を実現することができるＯＦＤＭ通信システムが得られる。また、電力線通信のような高レベルの狭帯域雑音が頻繁に発生するような伝送路下においても、その影響を低減することが可能になるという作用を有する。
【００１８】
上記課題を解決するために本発明のＯＦＤＭ通信方法は、第１の送信部と受信部とを有する第１の通信装置と、第２の送信部と受信部とを有する第２の通信装置との間でＯＦＤＭによりデータ伝送を行うＯＦＤＭ通信方法であって、第１の受信部は、第２の送信部からの送信信号を受信して得られた受信信号からマルチパスの最大遅延時間を推定し、推定された最大遅延時間に基づくガードインターバル長を生成し、生成したガードインターバル長を第１の送信部にフィードバックし、第１の送信部は、フィードバックされたガードインターバル長を第２の通信装置へ送信し、第２の受信部は、第１の送信部から送信されたフィードバックされたガードインターバル長を検出し、第２の送信部は、検出したガードインターバル長を用いて第１の通信装置への送信を行い、相関関数値を求め、相関関数値が所定の相関関数閾値よりも大きいポイントを遅延時間と推定し、受信信号の各搬送波における信号対雑音電力比を推定し、信号対雑音電力比が所定の比よりも小さい搬送波を相関関数計算の対象から除外する構成を備えている。
【００１９】
これにより、伝送路の状態に応じて最適なガードインターバル長を設定し最大伝送効率を実現するためのＯＦＤＭ通信方法が得られる。また、電力線通信のような高レベルの狭帯域雑音が頻繁に発生するような伝送路下においても、その影響を低減することが可能になるという作用を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
第１の発明に係るＯＦＤＭ通信システムは、第１の送信部と受信部とを有する第１の通信装置と、第２の送信部と受信部とを有する第２の通信装置との間でＯＦＤＭによりデータ伝送を行うＯＦＤＭ通信システムであって、第１の受信部は、第２の送信部からの送信信号を受信して得られた受信信号からマルチパスの最大遅延時間を推定し、推定された最大遅延時間に基づくガードインターバル長を生成する最大遅延時間推定器と、生成したガードインターバル長を第１の送信部にフィードバックするフィードバック部とを有し、第１の送信部は、フィードバックされたガードインターバル長を第２の通信装置へ送信し、第２の受信部は、第１の送信部から送信されたフィードバックされたガードインターバル長を検出し、第２の送信部は、検出したガードインターバル長を用いて第１の通信装置への送信を行い、最大遅延時間推定器は、相関関数値を求め、相関関数値が所定の相関関数閾値よりも大きいポイントを遅延時間と推定し、最大遅延時間推定器は、受信信号の各搬送波における信号対雑音電力比を推定し、信号対雑音電力比が所定の比よりも小さい搬送波を相関関数計算の対象から除外するものである。
【００２１】
この構成により、通信における各ＯＦＤＭシンボルのガードインターバル長を伝送路の状態に応じた最も伝送効率の良い長さに変更できるので、いかなる伝送路においても、その伝送路状態における最大の伝送効率を得ることができ、特に複数ポイント対複数ポイントの通信における各通信装置間の伝送路状態の変化に対しても、各々が形成する伝送路に適合した最大伝送効率を得ることができるという作用を有する。また、電力線通信のような高レベルの狭帯域雑音が頻繁に発生するような伝送路下においても、その影響を低減することが可能になるという作用を有する。
【００２２】
第２の発明に係るＯＦＤＭ通信システムは、第１の発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおいて、最大遅延時間推定器は、同期用シンボル波形を離散フーリエ変換したデータの複素共役と受信信号を離散フーリエ変換したデータとを乗算した乗算データに対して逆離散フーリエ変換を行うことにより相関関数値を求めるものである。
【００２３】
この構成により、通信における各ＯＦＤＭシンボルのガードインターバル長を伝送路の状態に応じた最も伝送効率の良い長さに確実に変更できるという作用を有する。
【００２６】
第３の発明に係るＯＦＤＭ通信システムは、第１の発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおいて、最大遅延時間推定器は、受信信号のうち数本の搬送波のみの相関を利用して遅延時間を推定することとしたものである。
【００２７】
この構成により、ＦＦＴによる相互相関値計算に比べハードウェア規模を大幅に削減することができるという作用を有する。
【００２８】
第４の発明に係るＯＦＤＭ通信システムは、第１乃至３の発明のいずれかの発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおいて、フィードバック部は、最大遅延時間を所定範囲毎に区分し、所定範囲に対応した情報系列を第１の通信装置と第２の通信装置とで予め設定することとしたものである。
【００２９】
この構成により、最大遅延時間に関する情報を少ないビット数で伝達することができ、ガードインターバル長の記憶に必要な記憶容量を削減することができるという作用を有する。
【００３０】
第５の発明に係るＯＦＤＭ通信システムは、第１乃至４の発明のいずれかの発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおいて、フィードバック部は、第１の受信部における受信性能が劣化した場合のみに第１の送信部に更新ガードインターバル長を伝達することとしたものである。
【００３１】
この構成により、ＯＦＤＭ伝送フレームで伝達する情報量を増やすことができるという作用を有し、また、受信側で伝送路が変化したことを検知できるので、次回その相手先と通信する際に、自分が受けたマルチパスの影響を考慮したガードインターバルを付加することができ、相手側での受信に際してのマルチパスの影響がガードインターバル長を超えることを未然に防ぐこともできるという作用を有する。
【００３２】
第６の発明に係るＯＦＤＭ通信方法は、第１の送信部と受信部とを有する第１の通信装置と、第２の送信部と受信部とを有する第２の通信装置との間でＯＦＤＭによりデータ伝送を行うＯＦＤＭ通信方法であって、第１の受信部は、第２の送信部からの送信信号を受信して得られた受信信号からマルチパスの最大遅延時間を推定し、推定された最大遅延時間に基づくガードインターバル長を生成し、生成したガードインターバル長を第１の送信部にフィードバックし、第１の送信部は、フィードバックされたガードインターバル長を第２の通信装置へ送信し、第２の受信部は、第１の送信部から送信されたフィードバックされたガードインターバル長を検出し、第２の送信部は、検出したガードインターバル長を用いて第１の通信装置への送信を行い、相関関数値を求め、相関関数値が所定の相関関数閾値よりも大きいポイントを遅延時間と推定し、受信信号の各搬送波における信号対雑音電力比を推定し、信号対雑音電力比が所定の比よりも小さい搬送波を相関関数計算の対象から除外するものである。
【００３３】
この構成により、通信における各ＯＦＤＭシンボルのガードインターバル長を伝送路の状態に応じた最も伝送効率の良い長さに変更できるので、いかなる伝送路においても、その伝送路状態における最大の伝送効率を得ることができ、特に複数ポイント対複数ポイントの通信における各通信装置間の伝送路状態の変化に対しても、各々が形成する伝送路に適合した最大伝送効率を得ることができるという作用を有する。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１によるＯＦＤＭ通信システムの着想点について説明する。通常、ＯＦＤＭ伝送フレームには、フレームの開始部分にデータ伝送用シンボルの他にフレーム同期用シンボルが含まれている。このフレーム同期用シンボルの区間は、受信側において既知のデータで構成されており、同一のシンボルが数シンボル連続して送られる。すなわち、この区間においては伝送路において発生するマルチパスによって直交性が崩れることはなく、比較的安定した信号を受信できる。
【００３６】
そこで、本実施の形態では、このフレーム同期用シンボルの区間を利用して、マルチパスの最大遅延時間を推定できるようにする。
【００３７】
図１は、本発明の実施の形態１によるＯＦＤＭ通信システムを構成するＯＦＤＭ通信装置を示すブロック図である。
【００３８】
図１において、１００は送信部、２００は受信部である。送信部１００は、変調・直並列変換器１０１と、逆離散フーリエ変換器１０２と、並直列変換器１０３と、同期用／データ伝送用シンボル切替器１０４と、同期用シンボル波形記憶装置１０５と、ガードインターバル付加器１０６と、ガードインターバル長記憶装置１０７と、Ｄ／Ａ変換器１０８と、帯域通過フィルタ１０９と、周波数変換器１１０とを備える。また、受信部２００は、帯域通過フィルタ２０１と、周波数変換器２０２と、Ａ／Ｄ変換器２０３と、同期用シンボル波形記憶装置２０４と、同期用シンボル位置検出器２０５と、最大遅延時間推定器としてのマルチパス遅延時間推定器２０６と、ガードインターバル長記憶装置２０７と、ガードインターバル削除器２０８と、直並列変換器２０９と、離散フーリエ変換器２１０と、復調・並直列変換器２１１と、フィードバック部２１２とを備える。
【００３９】
このように構成されたＯＦＤＭ通信装置について、その動作を説明する。
【００４０】
変調・直並列変換器１０１は、直列の送信データを並列の送信データに変換し、ＯＦＤＭの各搬送波に割り当てる。逆離散フーリエ変換器１０２は、各搬送波に割り当てられた送信データから、その送信データのシンボル期間における各搬送波の位相と振幅を決定し、その位相と振幅を周波数軸上の複素数データと見なして逆離散フーリエ変換を行い、時間軸上の送信波形のサンプル値を出力する。並直列変換器１０３は、各シンボルごとに並列に出力される時間サンプル値系列を直列のサンプル値系列に変換する。
【００４１】
一方、同期用シンボル波形記憶装置１０５は、フレーム同期用シンボル波形のサンプル値を出力する。同期用／データ伝送用シンボル切替器１０４は、並直列変換器１０３から出力されるデータ伝送用シンボルの時間サンプル値系列と同期用シンボル波形記憶装置１０５から出力されるフレーム同期用シンボルの波形サンプル値系列を切り替えることで、ベースバンドＯＦＤＭ信号の時間サンプル値系列に変換して出力する。
【００４２】
ガードインターバル長記憶装置１０７は、送信先のアドレスと共にガードインターバル長を記憶しており、送信先のアドレスに従って、対応するガードインターバル長を出力する。この際、記憶されているガードインターバル長は、前回通信を行った際に通信相手先からフィードバックされた値である。なお、ガードインターバル長の初期値（以前に通信を行った経歴のない通信相手先アドレスに対応するガードインターバル長）としては、想定される最悪の値が与えられる。ガードインターバル付加器１０６は、ガードインターバル長記憶装置１０７から出力されるガードインターバル長に従って、同期用／データ伝送用シンボル切替器１０４から出力される時間サンプル値系列にガードインターバルを付加する。
【００４３】
Ｄ／Ａ変換器１０８は、ガードインターバル付加器１０６から出力された時間サンプル値系列をアナログ信号に変換し、帯域通過フィルタ１０９は、アナログ信号の不要周波数成分を取り除いてアナログ・ベースバンドＯＦＤＭ信号を出力する。周波数変換器１１０は、アナログ・ベースバンドＯＦＤＭ信号を中間周波数または無線周波数へアップコンバートし、送信信号として出力する。
【００４４】
受信部２００においては、帯域通過フィルタ２０１は、受信信号の帯域外成分を除去し、周波数変換器２０２は、中間周波数または無線周波数のＯＦＤＭ信号をベースバンドへダウンコンバートする。Ａ／Ｄ変換器２０３は、ベースバンドＯＦＤＭ信号をサンプリングしてデジタルのサンプル値系列に変換する。その出力はガードインターバル削除器２０８に供給されると共に同期用シンボル位置検出器２０５およびマルチパス遅延時間推定器２０６に供給される。
【００４５】
同期用シンボル位置検出器２０５は、ベースバンドＯＦＤＭ信号のサンプル値系列と同期用シンボル波形記憶装置２０４に記憶されている同期用シンボル波形のサンプル値系列との相互相関値を計算してフレーム先頭位置を検出すると共に、伝送シンボルの切替位置、ＦＦＴウィンドウ位置を決定する。
【００４６】
同様に、最大遅延時間推定器としてのマルチパス遅延時間推定器２０６は、ベースバンドＯＦＤＭ信号のサンプル値系列と同期用シンボル波形記憶装置２０４に記憶されている同期用シンボル波形のサンプル値系列との相互相関値を計算してピーク値を検出することにより、受信信号に含まれるマルチパスの遅延時間の推定を行う。この際、最も大きいピークの間隔がマルチパスの最大遅延時間となる。この最大遅延時間をサンプリング周期の整数倍の値にまるめ、ガードインターバル長記憶装置２０７に送信元アドレスと共に記憶する。
【００４７】
ガードインターバル削除器２０８は、ガードインターバル長記憶装置２０７から送信元アドレスを元にガードインターバル長を検索して、その値をもってサンプル値系列からガードインターバル部分のデータを除去する。この際、ガードインターバル長記憶装置２０７に記憶されているガードインターバル長は、前回通信を行った際に、送信元に対して伝達したガードインターバル情報が格納されている。直並列変換器２０９は、ベースバンド・サンプル値系列を並列データに変換して離散フーリエ変換器２１０へ供給する。離散フーリエ変換器２１０は、時間軸上のベースバンド・サンプル値を各搬送波周波数ごとのスペクトルに変換する。復調・並直列変換器２１１は、周波数スペクトルの値から各搬送波の位相と振幅を推定し、その位相と振幅の値から受信データの値を求め、さらに直列の受信データ系列に変換して出力する。
【００４８】
上記のＯＦＤＭ通信装置において、受信部２００によって決定され、ガードインターバル長記憶装置２０７に記憶されたガードインターバル長は、その後の通信において、フィードバック部２１２により適切な送信データ系列に変換された後、送信データ系列の一部として同様にＯＦＤＭ処理され、ＯＦＤＭ伝送フレーム中の１情報として対応する送信元（相手側ＯＦＤＭ通信装置）に対してフィードバックされる。
【００４９】
すなわち、初回の通信においては、伝送路の状態に関わらず予め設定されたガードインターバルが付加されて通信が行われるが、２回目以降の通信においては、その伝送路状態に応じた最大の伝送速度を得ることができる。
【００５０】
したがって、本実施の形態によるＯＦＤＭ通信装置を用いたＯＦＤＭ通信システムを構築すれば、伝送路状態に応じた最適な伝送速度で通信できる。さらに、本実施の形態によるＯＦＤＭ通信装置を用いて、１チャンネルのパケット通信を行った場合、お互いが通信しあっている状態でなくとも、送信元のアドレスが分かる手段を設けていれば、その送信元からのマルチパスの状態を推定できるため、次回その相手にデータ転送する際に、初回の通信であったとしても相手側にガードインターバル長を伝達することができる。
【００５１】
ところで、図１のマルチパス遅延時間推定器２０６では、ベースバンドＯＦＤＭ信号のサンプル値系列と同期用シンボル波形記憶装置２０４に記憶されている同期用シンボル波形のサンプル値系列との相互相関値を用いているが、離散フーリエ変換後の各搬送波周波数ごとの復調複素シンボルと同期用シンボル波形を離散フーリエ変換した複素シンボルとを用いてＦＦＴによる相互相関計算を行うことも可能である。
【００５２】
図２は、上記相互相関計算が適用されるマルチパス遅延時間推定器２０６を示すブロック図である。このマルチパス遅延時間推定器２０６は、離散フーリエ変換器３０１と、復調・並直列変換器３０２と、既知シンボル記憶装置３０３と、乗算器３０４と、逆離散フーリエ変換器３０５と、最大遅延時間検出器３０６とを備える。図２の離散フーリエ変換器３０１、復調・並直列変換器３０２は、図１の離散フーリエ変換器２１０、復調・並直列変換器２１１と同一のものである。離散フーリエ変換器３０１は、受信信号のサンプル値に対してフーリエ変換を行い複素データを得る。その出力は復調・並直列変換器３０２に供給されると共に乗算器３０４にも供給される。
【００５３】
一方、既知シンボル記憶装置３０３には、同期用シンボル波形を離散フーリエ変換したデータの複素共役が記憶されている。乗算器３０４は、離散フーリエ変換器３０１からの出力と既知シンボル記憶装置３０３の出力とを乗算し、逆離散フーリエ変換器３０５は、乗算器３０４の出力に対して逆離散フーリエ変換を行う。その結果、サンプリング周期間隔の各時刻における相関値を得ることができる。最大遅延時間検出器３０６は、この相関値のうちピークが現れるポイントの最大間隔を計算することにより、最大遅延時間を推定し、ガードインターバル長を決定する。
【００５４】
なお、図２の構成では、離散フーリエ変換器３０１と逆離散フーリエ変換器３０５を別個に用いているが、順逆両方向に対してフーリエ変換が行えるフーリエ変換器を用いることにより、１個でも実現可能である。
【００５５】
通常ＯＦＤＭ処理にはフーリエ変換器は必要不可欠であるため、ＯＦＤＭ伝送を用いる通信装置にはフーリエ変換器が搭載されている。したがって、この手法を用いれば、従来のＯＦＤＭ通信器に搭載されているハードウェアを有効利用することができ、コスト削減が図れる。
【００５６】
さらに、ＦＦＴによる相互相関計算を用いれば、高レベルの狭帯域雑音に対する耐性を向上させることができる。このことについて説明すると、図２において、離散フーリエ変換後の各搬送波周波数ごとの復調複素シンボルと同期用シンボル波形を離散フーリエ変換した複素シンボルの共役複素とを乗算する前に、受信されると予想される希望信号のレベルと実際に受信した信号のレベルとを各搬送波毎に比較するレベル比較器を用意する。このレベル比較器において希望の信号レベルと受信した信号のレベルとの差がある閾値よりも大きい場合に、その搬送波におけるシンボル間での乗算は行わず零とおく。その後は、上記と同様に乗算後の複素値に対して逆離散フーリエ変換を行えばよい。この手法によれば、電力線通信のような高レベルの狭帯域雑音が頻繁に発生するような伝送路下においても、その影響を低減することが可能となる。
【００５７】
また、図２においては、相互相関計算の際に全搬送波を利用したが、ある程度遅延波が少ないことが分かっている伝送路においては、高々数本の搬送波の複素シンボルを用いて相関値を求めてもよい。マルチパスの影響は隣接した搬送波間において、減衰率および遅延時間は同一と考えられるため、復調データはこれらのパラメータと各搬送波の周波数とに比例した振幅・位相歪を受ける。このことより、例えば、影響を与える遅延波がｎ波と想定すると、ｎ波の遅延波それぞれに係る減衰率と遅延時間を変数とし、ｎ波の各搬送波の復調複素シンボルを定数部分とした２ｎ元連立２次方程式が成立する。ｎの値が小さい時、すなわち到来する遅延波の数が少ない場合は、この連立方程式を解くことは比較的簡単であり、ＦＦＴによる相互相関値計算に比べハードウェア規模を大きく削減できる。
【００５８】
図３は、上記相互相関計算が適用されるマルチパス遅延時間推定器２０６を示すブロック図である。このマルチパス遅延時間推定器２０６は、離散フーリエ変換器４０１と、復調・並直列変換器４０２と、既知シンボル記憶装置４０３と、搬送波選択器４０４と、連立方程式演算器４０５と、最大遅延時間検出器４０６とを備える。図３の離散フーリエ変換器４０１、復調・並直列変換器４０２は、図２の離散フーリエ変換器３０１、復調・並直列変換器３０２と同一のものである。離散フーリエ変換器４０１は、受信信号のサンプル値に対してフーリエ変換を行い複素データを得る。その出力は復調・並直列変換器４０２に供給されると共に搬送波選択器４０４にも供給される。
【００５９】
一方、既知シンボル記憶装置４０３には、同期用シンボル波形を離散フーリエ変換したデータの複素共役が記憶されている。搬送波選択器４０４は、離散フーリエ変換器４０１の出力の中から、相互相関計算の対象とする搬送波を数本選択し、既知シンボル記憶装置４０３の出力と合わせて連立方程式を立てる。連立方程式演算器４０５は、搬送波選択器４０４から供給される連立方程式を解く。その結果、各遅延波毎の遅延時間を算出することができる。最大遅延時間検出器４０６は、得られた遅延時間の中から最も大きい値を抽出することにより、最大遅延時間が推定され、ガードインターバル長を決定することが可能となる。
【００６０】
また、図３において、最大遅延時間をある範囲毎に区分し、当該範囲に対応した情報系列を送信側と受信側で予め設定する。この場合、最大遅延時間に関する情報を少ないビット数で伝達することができ、しかもガードインターバル長の記憶に必要な記憶容量を削減することができる。
【００６１】
また、図３においては、受信部２００における受信性能が劣化した場合、例えば誤り率が以前よりも大きくなった場合のみに、通信先に対して最大遅延時間を更新するようにガードインターバルに関する情報を伝達するという方法もある。この手法によれば、ＯＦＤＭ伝送フレームで伝達する情報量を増やすことができ、また、受信側で伝送路が変化したことを検知できるため、次回その相手先と通信する際に、自分が受けたマルチパスの影響を考慮したガードインターバルを付加でき、相手側での受信に際してのマルチパスの影響がガードインターバル長を超えることを未然に防ぐことも可能となる。
【００６２】
以上のように本実施の形態によれば、第１の送信部と受信部と同一構成の第２の送信部と受信部とから成る第２の通信装置との間でＯＦＤＭによりデータ伝送を行うＯＦＤＭ通信システムであって、第１の受信部は、第２の送信部からの送信信号を受信して得られた受信信号からマルチパスの最大遅延時間を推定し、推定最大遅延時間に基づくガードインターバル長を生成する最大遅延時間推定器２０６と、生成したガードインターバル長を第１の送信部にフィードバックするフィードバック部２１２とを有し、第１の送信部は、フィードバックされたガードインターバル長を第２の通信装置へ送信し、第２の受信部は、第１の送信部から送信されたフィードバックされたガードインターバル長を検出し、第２の送信部は、検出したガードインターバル長を用いて第１の通信装置への送信を行うようにしたことにより、通信における各ＯＦＤＭシンボルのガードインターバル長を伝送路の状態に応じた最も伝送効率の良い長さに変更できるので、いかなる伝送路においても、その伝送路状態における最大の伝送効率を得ることができ、特に複数ポイント対複数ポイントの通信における各通信装置間の伝送路状態の変化に対しても、各々が形成する伝送路に適合した最大伝送効率を得ることができる。
【００６３】
また、最大遅延時間推定器２０６は、同期用シンボル波形を離散フーリエ変換したデータの複素共役と受信信号を離散フーリエ変換したデータとを乗算した乗算データに対して逆離散フーリエ変換を行うことにより相関関数値を求め、相関関数値が所定の相関関数閾値よりも大きいポイントを遅延時間と推定するようにしたことにより、通信における各ＯＦＤＭシンボルのガードインターバル長を伝送路の状態に応じた最も伝送効率の良い長さに確実に変更できる。
【００６４】
さらに、最大遅延時間推定器２０６は、受信信号の各搬送波における信号対雑音電力比を推定し、信号対雑音電力比が所定の比よりも小さい搬送波を相関関数計算の対象から除外するようにしたことにより、電力線通信のような高レベルの狭帯域雑音が頻繁に発生するような伝送路下においても、その影響を低減することが可能になる。
【００６５】
さらに、最大遅延時間推定器２０６は、受信信号のうち数本の搬送波のみの相関を利用して遅延時間を推定するようにしたことにより、ＦＦＴによる相互相関値計算に比べハードウェア規模を大幅に削減することができる。
【００６６】
さらに、フィードバック部２１２は、最大遅延時間を所定範囲毎に区分し、所定範囲に対応した情報系列を第１の通信装置と第２の通信装置とで予め設定するようにしたことにより、最大遅延時間に関する情報を少ないビット数で伝達することができ、ガードインターバル長の記憶に必要な記憶容量を削減することができる。
【００６７】
さらに、フィードバック部２１２は、第１の受信部における受信性能が劣化した場合のみに第１の送信部に更新ガードインターバル長を伝達するようにしたことにより、ＯＦＤＭ伝送フレームで伝達する情報量を増やすことができるという作用を有し、また、受信側で伝送路が変化したことを検知できるので、次回その相手先と通信する際に、自分が受けたマルチパスの影響を考慮したガードインターバルを付加することができ、相手側での受信に際してのマルチパスの影響がガードインターバル長を超えることを未然に防ぐこともできる。
【００６８】
以上説明したように第１の発明に係るＯＦＤＭ通信システムによれば、第１の送信部と受信部とを有する第１の通信装置と、第２の送信部と受信部とを有する第２の通信装置との間でＯＦＤＭによりデータ伝送を行うＯＦＤＭ通信システムであって、第１の受信部は、第２の送信部からの送信信号を受信して得られた受信信号からマルチパスの最大遅延時間を推定し、推定された最大遅延時間に基づくガードインターバル長を生成する最大遅延時間推定器と、生成したガードインターバル長を第１の送信部にフィードバックするフィードバック部とを有し、第１の送信部は、フィードバックされたガードインターバル長を第２の通信装置へ送信し、第２の受信部は、第１の送信部から送信されたフィードバックされたガードインターバル長を検出し、第２の送信部は、検出したガードインターバル長を用いて第１の通信装置への送信を行い、最大遅延時間推定器は、相関関数値を求め、相関関数値が所定の相関関数閾値よりも大きいポイントを遅延時間と推定し、最大遅延時間推定器は、受信信号の各搬送波における信号対雑音電力比を推定し、信号対雑音電力比が所定の比よりも小さい搬送波を相関関数計算の対象から除外することにより、通信における各ＯＦＤＭシンボルのガードインターバル長を伝送路の状態に応じた最も伝送効率の良い長さに変更できるので、いかなる伝送路においても、その伝送路状態における最大の伝送効率を得ることができ、特に複数ポイント対複数ポイントの通信における各通信装置間の伝送路状態の変化に対しても、各々が形成する伝送路に適合した最大伝送効率を得ることができるという有利な効果が得られる。また、電力線通信のような高レベルの狭帯域雑音が頻繁に発生するような伝送路下においても、その影響を低減することが可能になるという有利な効果が得られる。
【００６９】
第２の発明に係るＯＦＤＭ通信システムによれば、第１の発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおいて、最大遅延時間推定器は、同期用シンボル波形を離散フーリエ変換したデータの複素共役と受信信号を離散フーリエ変換したデータとを乗算した乗算データに対して逆離散フーリエ変換を行うことにより相関関数値を求め、相関関数値が所定の相関関数閾値よりも大きいポイントを遅延時間と推定することにより、通信における各ＯＦＤＭシンボルのガードインターバル長を伝送路の状態に応じた最も伝送効率の良い長さに確実に変更できるという有利な効果が得られる。
【００７１】
第３の発明に係るＯＦＤＭ通信システムによれば、第１の発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおいて、最大遅延時間推定器は、受信信号のうち数本の搬送波のみの相関を利用して遅延時間を推定することにより、ＦＦＴによる相互相関値計算に比べハードウェア規模を大幅に削減することができるという有利な効果が得られる。
【００７２】
第４の発明に係るＯＦＤＭ通信システムによれば、第１乃至３いずれかの発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおいて、フィードバック部は、最大遅延時間を所定範囲毎に区分し、所定範囲に対応した情報系列を第１の通信装置と第２の通信装置とで予め設定することにより、最大遅延時間に関する情報を少ないビット数で伝達することができ、ガードインターバル長の記憶に必要な記憶容量を削減することができるという有利な効果が得られる。
【００７３】
第５の発明に係るＯＦＤＭ通信システムによれば、第１乃至４のいずれかの発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおいて、フィードバック部は、第１の受信部における受信性能が劣化した場合のみに第１の送信部に更新ガードインターバル長を伝達することにより、ＯＦＤＭ伝送フレームで伝達する情報量を増やすことができるという作用を有し、また、受信側で伝送路が変化したことを検知できるので、次回その相手先と通信する際に、自分が受けたマルチパスの影響を考慮したガードインターバルを付加することができ、相手側での受信に際してのマルチパスの影響がガードインターバル長を超えることを未然に防ぐこともできるという有利な効果が得られる。
【００７４】
第６の発明に係るＯＦＤＭ通信方法によれば、第１の送信部と受信部とを有する第１の通信装置と、第２の送信部と受信部とを有する第２の通信装置との間でＯＦＤＭによりデータ伝送を行うＯＦＤＭ通信方法であって、第１の受信部は、第２の送信部からの送信信号を受信して得られた受信信号からマルチパスの最大遅延時間を推定し、推定された最大遅延時間に基づくガードインターバル長を生成し、生成したガードインターバル長を第１の送信部にフィードバックし、第１の送信部は、フィードバックされたガードインターバル長を第２の通信装置へ送信し、第２の受信部は、第１の送信部から送信されたフィードバックされたガードインターバル長を検出し、第２の送信部は、検出したガードインターバル長を用いて第１の通信装置への送信を行い、相関関数値を求め、相関関数値が所定の相関関数閾値よりも大きいポイントを遅延時間と推定し、受信信号の各搬送波における信号対雑音電力比を推定し、信号対雑音電力比が所定の比よりも小さい搬送波を相関関数計算の対象から除外することにより、通信における各ＯＦＤＭシンボルのガードインターバル長を伝送路の状態に応じた最も伝送効率の良い長さに変更できるので、いかなる伝送路においても、その伝送路状態における最大の伝送効率を得ることができ、特に複数ポイント対複数ポイントの通信における各通信装置間の伝送路状態の変化に対しても、各々が形成する伝送路に適合した最大伝送効率を得ることができるという有利な効果が得られる。また、電力線通信のような高レベルの狭帯域雑音が頻繁に発生するような伝送路下においても、その影響を低減することが可能になるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるＯＦＤＭ通信システムを構成するＯＦＤＭ通信装置を示すブロック図
【図２】相互相関計算が適用されるマルチパス遅延時間推定器を示すブロック図
【図３】相互相関計算が適用されるマルチパス遅延時間推定器を示すブロック図
【図４】ＯＦＤＭ通信における送信信号波形を示すタイミング図
【図５】ＯＦＤＭ通信における伝送シンボルを示すタイミング図
【図６】（ａ）ＯＦＤＭ通信における周波数スペクトラムを示すスペクトラム図（ｂ）ＯＦＤＭ通信における周波数スペクトラムを示すスペクトラム図
【図７】ＯＦＤＭ伝送フレームの構成例を示すフレーム図
【図８】ＯＦＤＭ通信方法が適用される通信装置を示すブロック図
【符号の説明】
１００  送信部
１０１  変調・直並列変換器
１０２、３０５  逆離散フーリエ変換器
１０３  並直列変換器
１０４  同期用／データ伝送用シンボル切換器
１０５、２０４  同期用シンボル波形記憶装置
１０６  ガードインターバル付加器
１０７、２０７  ガードインターバル長記憶装置
１０８  Ｄ／Ａ変換器
１０９、２０１  帯域通過フィルタ
１１０、２０２  周波数変換器
２００  受信部
２０３  Ａ／Ｄ変換器
２０５  同期用シンボル位置検出器
２０６  マルチパス遅延時間推定器（最大遅延時間推定器）
２０８  ガードインターバル削除器
２０９  直並列変換器
２１０、３０１、４０１  離散フーリエ変換器
２１１、３０２、４０２  復調・並直列変換器
３０３、４０３  既知シンボル記憶装置
３０４  乗算器
３０６、４０６  最大遅延時間検出器
４０４  搬送波選択器
４０５  連立方程式演算器
【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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