(57)【要約】  本発明は、入力信号をプロファイルする方法及びチャネルプロファイラーに関する。斯かる方法では、入力信号のプリアンブルを同定し、次いで、同定したプリアンブルに相当する基準波形を抽出する。その後、抽出した波形と入力信号との相互相関を証明する。そのために、チャネルプロファイラーは、入力信号のプリアンブルを同定するオートコリレータを備える。チャネルプロファイラーはまた基準波形を記憶する逆離散フーリエ変換モジュールと、プリアンブルと該プリアンブルに相当する基準波形との相互相関を証明するクロスコリレータとを備える。
2010520694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号をプロファイルする方法であって、該方法は、
該入力信号の自動相関機能を実行することで入力信号のプリアンブルを同定する処理と、
記憶した基準波形にアクセスして前記同定したプリアンブルに相当する前記基準波形の一つを同定することで前記同定したプリアンブルに相当する基準波形を抽出する処理と、
前記抽出した波形と前記入力信号の前記同定したプリアンブルとの相互相関を証明する処理とを行うことを特徴とする。
【請求項２】
更に、前記相互相関の結果を加算する処理と、
加算した結果のピークを同期点として同定する処理とを行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基準波形が時間領域基準波形であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記抽出する処理が、
周波数領域に記憶した波形にアクセスする処理と、
前記同定したプリアンブルに相当する前記基準波形を同定する処理と、
時間領域の基準波形における前記同定した基準波形を変換する処理とを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前期同期点を同定する処理が
閾値を算出する処理と、
該閾値を超える振幅を備えた全てのピークを同定する処理と、
前記閾値を超える第１のピークを同期点として選択する処理とを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記閾値が最大ピーク／ｋの振幅に等しく、ｋが事前に画定した定数であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記プリアンブルを同定する処理が、
前記入力信号を自動相関することと、
該プラトーの一部を自動相関することと、
該自動相関した入力信号のプラトーを突き止めることと、
該プラートの前記自動相関した一部のピークを突き止めることとを行い、
前記ピークを前記プリアンブルの最初に相当させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
更に、
（同期点−主ピークのインデックス）に等しい前記入力信号のバックオフを算出することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記バックオフを使用して位相補正値を算出することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
入力信号のプリアンブルを同定するオートコリレータと、
多数の基準波形を提供する逆離散フーリエ変換モジュールと、
前記同定したプリアンブルに相当する前記多数の基準波形の一つを同定し、且つ、前記同定したプリアンブルと前記相当する基準波形との相互相関を証明するクロスコリレータとを備えていることを特徴とするチャネルプロファイラー。
【請求項１１】
前記クロスコリレータが、更に、
前記相互相関の証明により取得した結果を加算する加算モジュールと、
該加算した結果のピークを同期点として同定する同定モジュールとを備えていることを特徴とする請求項１０に記載のチャネルプロファイラー。
【請求項１２】
前記逆離散フーリエ変換モジュールが更に時間領域の基準波形を記憶することを特徴とする請求項１０に記載のチャネルプロファイラー。
【請求項１３】
前記逆離散フーリエ変換モジュールが更に時間領域の基準波形を変換することを特徴とする請求項１０に記載のチャネルプロファイラー。
【請求項１４】
前記クロスコリレータが更に、閾値を算出し、且つ、該閾値を超える振幅を有する前記加算した結果の全てのピークを同定する処理能力を有していることを特徴とする請求項１１に記載のチャネルプロファイラー。
【請求項１５】
前記クロスコリレータが更に前記閾値を超える第１のピークを同期点として選択することを特徴とする請求項１４に記載のチャネルプロファイラー。
【請求項１６】
前記閾値が最大ピーク／ｋの振幅に等しく、ｋが事前に確定した定数であることを特徴とする請求項１４に記載のチャネルプロファイラー。
【請求項１７】
前記オートコリレータが更に、
前記自動相関した入力信号のプラトーを突き止め、
該プラトーの一部を自動相関し、且つ
該プラトーの前記自動相関した一部のピークを突き止め、
前記ピークを前記プリアンブルの最初に相当させることを特徴とする請求項１０に記載のチャネルプロファイラー。
【請求項１８】
更に、前記クロスコリレータが
（同期点−主ピークのインデックス）に等しい前記入力信号のバックオフを算出することを特徴とする請求項１０に記載のチャネルプロファイラー。
【請求項１９】
前記バックオフを使用して相回転補正値を算出することを特徴とする請求項１８に記載のチャネルプロファイラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号のプロファイリングに関し、より詳細にはチャネルプロファイラー及び入力信号のプロファイリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この数十年においては、無線通信への関心が著しく高まって来ており、斯かる関心により無線通信プロトコルや無線通信技術が開発改良されて来た。全ての無線通信には一つの共通項がある。即ち、無線でデータ伝送が可能なことである。しかしながら、無線データ伝送には干渉、ひずみ及び多重伝播またはマルチパスといった問題点がある。斯かる問題点を克服するために、より確実な変調技術と併せて受信データ信号を処理する技術が多数開発されて来た。一般的に使用される変調技術の中には直交周波数分割多重方式（OFDM）や直交周波数分割多元接続方式（OFDMA）がある。
より詳細には、OFDM及びOFDMA変調技術にはマルチパスの影響を低減する埋めこみ手段がある。これらの変調技術では、ガードインターバルの概念が導入されている。このガードインターバルはOFDMシンボルの始めに挿入され、その長さを調節して２つの送受信機の距離による影響を克服するものである。ガードインターバルはサイクリックプリフィックスを含み、このサイクリックプリフィックスがガードインターバルにコピーされた対応するOFDMシンボルの末尾の繰り返しに相当する。ガードインターバルの長さを調節してマルチパスによる影響に対するガードインターバルの影響を最適化することが可能であるが、大抵の規格では、相互情報交換性を上げるためにガードインターバルの長さを設定する。而して、OFDM及びOFDMA変調技術を重視する規格においてはマルチパス及びシンボル間干渉は依然として重要事項である。
従来技術に関する文献においてOFDM及びOFDMA等の変調技術を利用して無線受信したデータの品質を改良する方法及び装置が提案されている。斯かる文献は概ね入力信号のプロファイルを行なって適切な同期、調整及び訂正を行なう技術を提案するものである。斯かるプロファイリングは入力信号の復号中になされるのが典型的である。
２００４年６月３日に公開され、ノキア社（Nokia Corporation）へ譲渡された米国公開特許第２００４／０１０５５１２号にはOFDM受信機用の２ステップ方法が記載されている。この方法の第１ステップでは受信データ信号の自動相関を行なってサイクリックプリフィックスを突き止める。第２ステップでは、一定数のシンボルに関する相関結果の平均化を行なって同期精度を向上する。この米国特許は一定の改良を示すものの、平均化の結果に限定されるものであり、場合によっては十分なものとは言えない。
本件に関して興味深い別の文献は、「OFDM送信のタイミングのリカバリー（Timing Recovery for OFDM transmission）」と題する論文であり、２０００年１１月にバオグオ・ヤン（Baoguo Yang）等により「ＩＥＥＥジャーナル・オン・セレクテッド・エリアズ・イン・コミュニケーションズ（IEEE Journal on selected areas in communications）」の第１８巻、第１１号に掲載されたものである。この論文も２ステップ方法を記載している。この方法の第１ステップは受信データ、より詳細には、サイクリックプリフィックスの自動相関を行なうものである。一旦サイクリックプリフィックスが突き止められると、周波数領域において第２ステップを行なう。周波数領域でプロファイリングを行なうことはかなり複雑であるし、復号プロセスに対して待ち時間を加えるものであり、且つ、電力を更に必要とするのが典型的であり、これは、例えばワイヤレスブロードバンド（Wireless Broadband）（WiBro）等のワイヤレスアプリケーションには向かないものである。
２００５年１０月２５日に特許となって、モトローラ社（Motorola, Inc）へ譲渡された米国特許第６，９５９，０５０号にはOFDM信号を時間、周波数及びパーサブキャリアローテーション（per-subcarrier rotation）において同期する間にプロファイリングを行なう方法及び装置が記載されている。より詳細には、斯かる特許も２ステップ方法を記載しており、この２ステップ方法の第１ステップでは、時間領域においてシンボルタイミング同期及び分数周波数同期が行なわれる。その後、第２ステップでは、周波数領域においてパーサブキャリアローテーションの同期を行なうのを始めとしてプロセスが進行する。この米国特許では興味深い解決法が記載されているが、提案された解決方法では、依然としてパーサブキャリアローテーション同期を行なってマルチパス及びシンボル間干渉を低減するに当たっては周波数領域が重要視されている。周波数領域は時間領域より複雑であり、ハードウェアの観点からは、電力消費が更に多くなる。従って、WiBroやIEEE Std 802.16等のワイヤレスアプリケーションへ適用するための解決策としては受け入れがたいものである。
従って、待ち時間の追加もしくは多くの電力消費をすることなくチャネルプロファイリングを効率良く行なう方法及び装置が必要とされている。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、チャネルプロファイラー及び入力信号をプロファイリングする方法を提供する。本発明のチャネルプロファイラー及び方法は、待ち時間及び電力消費を低減する一方で従来技術の解決方法より単純な方法を重要視するものである。
このために、本発明の方法は、入力信号のプリアンブルを同定するステップを含む。本方法は、同定したプリアンブルに対応する基準波形を抽出し、且つ、抽出した波形と入力信号との相互相関を行なう。
別の態様においては、本発明はチャネルプロファイラーを提供する。斯かるチャネルプロファイラーは、入力信号のプリアンブルを同定するオートコリレータを備える。チャネルプロファイラーはまた基準波形を供給する離散フーリエ変換モジュールと、同定されたプリアンブルと対応する基準波形とを相互相関するクロスコリレータとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１Ａ】以下の説明において、以下の図面を使用して本発明を記載例示する。  図１a及び図１bは本発明の一態様に係る入力信号をプロファイリングする方法のフローチャートであり、
【図１Ｂ．２】図２は本発明の一態様に係るチャネルプロファイラーの構成図であり、
【図３】図３は本発明の方法及びチャネルプロファイラーの自動相関の結果例を図示するグラフであり、
【図４】図４は本発明の方法及びチャネルプロファイラーの相互相関の結果例を図示するグラフであり、
【図５Ａ】図５aは本発明の方法及びチャネルプロファイラーに係る相互相関の加算結果例のグラフであり、且つ
【図５Ｂ】図５bは本発明の方法及びチャネルプロファイラーに係る相互相関の加算結果例のグラフであり、且つ
【図５Ｃ】図５cは本発明の方法及びチャネルプロファイラーに係る相互相関の加算結果例のグラフであり、且つ
【図６】図６は時間領域における信号及びエコーの概略図である。
【発明の詳細な説明】
【０００５】
本発明は、チャネルプロファイラー及び入力信号のプロファイリング方法に関する。本発明は、従来技術の解決方法より多くの点において効果的であることを特徴とする。先ず、本発明は、入力信号のプロファイリング中に待ち時間が加えられるのが典型的であった従来技術の解決方法への解決方法を提供する。そのために、本発明は時間領域において入力信号が送信機により処理される間にチャネルのプロファイリングを行なう方法を提供する。
無線通信においては何らかの信号劣化が生じるので、入力信号をプロファイルして必要な訂正を行なって生じた信号劣化を補償することが重要である。従来技術の解決方法においては、周波数領域でプロファイリングを行なうのが典型的であった。離散フーリエ変換モジュールを利用して一旦入力信号が周波数領域へ変換されると入力信号の特徴が視覚的に認識可能となる。しかしながら、周波数領域において入力信号を変換するのに必要とされる時間によりある重大な待ち時間が生じ、電力消費の増加が必然となる。待ち時間及び電力消費の増加は、受容可能な交換条件またはトレードオフであるが、例えば、ワイヤレスブロードバンド（Wibro）システム等のアプリケーションにおいては、係るトレードオフは受容できるものではない。
図１a及び図１bを参照すると、本発明に係る時間領域において入力信号をプロファイリングする方法が示されている。この方法１００は６つの主要セクションから成る。即ち、プリアンブル同定セクション１０５、基準波形抽出セクション１１０、入力信号と抽出した基準波形との相互相関セクション１１５、結果を加算してマルチパスの影響を低減するセクション１２０、最大ピーク同定セクション１２５、及びバックオフ算出セクション１３０である。
本発明の第１セクションはプリアンブルの同定に関するものである。このため、入力信号を自動相関する方法といった公知の方法を使用することが出来る。或いは、より詳細な結果を得る為には、プリアンブルの同定を４つのサブステップで実施することが可能である。即ち、入力信号の自動相関１３５、プラトーの突き止め１４０、プラトーの一部の自動相関１４５及び取得した曲線ピークの突き止め１５０である。
例えば、WiBroの如きOFDMA システムの場合には、プリアンブルの周波数パターンには３分の１のサブキャリアがあるだけなので、時間領域には（N／３）パターンの繰り返し（DFTのサイズがNであって、それが１０２４の場合）がある。この（N／３）パターンの繰り返しを自動相関（式１及び式２）により同定することが出来る。
2010520694.tif 000003
2010520694.tif 000004
この自動相関１３５の結果、プリアンブルゾーン内では６８２個のサンプルからなるプラトーが生じるが、これを図３に示す。このウィンドウには同期点が含まれ、斯かる同期点は、一旦同定されると、入力信号を復号するのに使用する離散フーリエ変換モジュールを最適な方法で学習させるのに使用することが出来る。同期点に関して事前に知り得ていなければ、離散フーリエ変換モジュールを宛ても無く、即ち、次善の方法で学習させることとなる。従って、同期点を正確に同定することが非常に重要となる。そのために、本発明の方法では、入力信号の自動相関の結果の中でプラトーの突き止め１４０を行なう。より詳細には、OFDM及びOFDMA といった変調技術においては、シンボルがサイクリックプリフィックス（CP）を含んでおり、このCPはシンボルの前に置いたシンボルの最後のM個のサンプルのコピーである。従って、サイクリックプリフィックスについての２回目の自動相関により同期点を良好に推定することが可能となる（式３及び式４）。
2010520694.tif 000005
2010520694.tif 000006
WIBROへの適用を１つのサンプルとして見てみよう。斯かる技術では、N=1024、N／３＝３４１及びM=128である。完全なチャネルの場合の入力信号の２つの自動相関出力を図３に示す。同図においては、プラトーのある曲線が第１回目の自動相関１３５を表し、他方の曲線が第２回目の自動相関１４５の結果を表している。従って、第１回目の自動相関により（２N／３個のサンプル、此処では６８２個のサンプルから成る）ウィンドウがもたらされ、第２回目の自動相関のピークインデックスにより正確な同期点がもたらされるのが明白にわかるが、前記ピークインデックスはプリアンブルの始めに相当する。このプロファイリング方法の第１セクションは、自動相関のみが使用されることから、特に重要な周波数オフセットに対してかなり正確なものである。
本発明の方法では、続いて基準波形を抽出する第２セクション１１０が実施される。基準波形の抽出１１０は代替の方法で実施する事が可能である。例えば、周波数領域または時間領域における全ての可能なプリアンブルを表す基準波形をメモリーに記憶することができる。セクション１０５において一旦プリアンブルが同定されると、対応する基準波形を同定することが出来る。従って、抽出セクション１１０ではステップ１５５で記憶された波形にアクセスし、ステップ１６０で対応する基準波形が同定される。記憶した波形が周波数領域にある場合には、入力信号はまだ時間領域にあるので、同定して基準波形がステップ１６５で例えば逆離散フーリエ変換モジュールを使用して時間領域において変換される。逆離散フーリエ変換がすでにOFDMシステムに存在し、且つ、基準波形の周波数領域から時間領域への変換は１度きりしか実行されないため、本発明のこの態様はOFDMシステムの通常のオペレーションに対して待ち時間を追加するものではないので、かなり効果的である。
本方法では、続けて時間領域内の同定したプリアンブルと同定した基準波形との相互相関証明することでセクション１１５を行なう（式５及び式６）
2010520694.tif 000007
2010520694.tif 000008
例えば、OFDMA変調では、プリアンブルにおいて同一パターンが３ｘ回繰り返されるので、ステップ１１５の相互相関の結果は図４のグラフに相当することとなる。
次いで、本方法では、相互相関ステップ１１５の結果の加算１２０を行なう。斯かる結果を図５a、図５b及び図５cに示す。図５a、図５b及び図５cの３つのピークはパスの累乗に比例する振幅の３つの異なるパスに対応する。例えば、図５aにおいて、最大振幅を有しているのは第２のピークであり、図５bにおいては第３のピークであり、図５cにおいては第１のピークである。一般に、最大振幅を有したパスが最良の同期点として選択されるが、その他の要因もあり、これらが最良の同期点の選択に影響を及ぼすことが考えられる。従って、本方法では続けて最適なピークを同定する１２５セクションを行なう。
例えば、マルチパス環境において、シンボル間及びキャリア間干渉を最小限にするためには同期点の選択が重要である。斯かる選択はまた補正ベクトルの算出する補間能力にも影響を及ぼす。図６を合わせて参照すると、同図には時間領域でのマルチパス環境における入力信号が図示されている。図６において、３つの信号の各々は相互相関の結果のピークの中の一つに対応する。第２の相互相関ピークを選択することで、取得した同期点は第１のサイクリックプリフィックス内にはもはや存在せず、これによりシンボル間干渉が生じる。この分析はその他のエコーに対しても当てはめることができる。しかしながら、第１の信号（即ち、第１のピーク）を選択することで、同期点は信号の３つのレプリカのサイクリックプリフィックスに該当することとなる。従って、シンボル間及びキャリア間干渉を低減するには、本方法は続けて閾値の算出を行なう。好都合にも、閾値は例えば定数ｋで割った相互相関の最大ピークの振幅に相当する。定数ｋは異なる値に設定して様々な環境に対応することができる。例えば、市街及び田園環境の場合には、ｋのパラメータは大きく変動する。
本方法では、次いで、ステップ１７５で閾値を超えるピークの同定を行なう。ピークの同定は設定したウィンドウで行なうのが典型的である。次いで、本方法ではステップ１８０で閾値を超えるピークの一つを選択する。好適な方法では、閾値を超える第１のピークが同期点として選択される。メイン信号の遅延がサイクリックプリフィックスを上回るような特殊な場合においては、メインのピークが同期点として選択される。実際、この場合、第１のピークを選択するとシンボル間及びキャリア間干渉が加えられる可能性がある。この方法で同期点を同定することで、サイクリックプリフィックスの全ての信号レプリカを保管する可能性のある同期点がより重要となる。その他の信号レプリカにより加えられるシンボル間干渉及びキャリア間干渉が制限されることで最大ピークが更に強くなる場合には本方法では柔軟性も追加して提供される。
最後に、本方法はバックオフを算出するステップ１３０で終了する。このバックオフは選択した同期点と最大振幅を備えたピークのインデックスとの相違に相当する。例えば、選択した同期点が第１のピークに相当する場合には、バックオフは１６個のサンプルに相当する。但し、第１のピークは閾値を超える値であるが、第１のピークは最大振幅を備えたものではなく、最大振幅を備えているのは第２のピークである。同期点が第１のピークに相当しない場合があるので、同期点の選択により何らかの重要な相回転がもたらされる可能性がある。バックオフを使用して受信機のチャネル補間、復号等の異なるブロックの性能を向上させることが可能である。より詳細には、チャネル補間の場合には、バックオフを使用して相回転補正前値及び相回転補正後値を算出することが可能である。相回転補正前値は以下の公式により算出することが出来る。
2010520694.tif 000009
但し、Cpcはパイロットpの場合の相回転補正前値、
Cpはパイロットpの場合の初期補正ベクトル、
dはバックオフ、
NはDFTのサイズ、及び
pは直流に対するパイロットのインデックスである。
チャネル補間が実行された後で、補正ベクトルは以下の如く回転される。
2010520694.tif 000010
但し、Crmはパイロットpの場合の相回転補正後値、
Cmは等化用の最終補正ベクトル、及び
mは直流に対するサブキャリアインデックスである。
而して、本発明のプロファイリング方法では、同期点を同定する簡単且つ効率的な方法が提供され、斯かる方法では、シンボル間及びキャリア間干渉を低減する一方でマルチパスの影響が考慮されている。
本発明はまた入力信号をプロファイルするチャネルプロファイラーについて説明する。本発明のチャネルプロファイラーを図２に示す。全体として、チャネルプロファイラー２００は、オートコリレータ２１０と、クロスコリレータ２２０と、逆離散フーリエ変換モジュール２３０と、加算モジュール２４０と、同定モジュール２５０とを備える。
入力信号２０５は、オートコリレータ２１０で受信される。オートコリレータは入力信号２０５と自身との相互相関を証明してそのプリアンブルを同定する。或いは、オートコリレータ２１０は更に続けて自動相関した入力信号のプラトーを突き止め、斯かるプラトーの一部を自動相関し、且つ、該プラトーの自動相関した一部のピークを突き止めることを行なうようにしても良い。突き止めたピークはプリアンブルの最初に相当する。オートコリレータ２１０はプリアンブルの情報をクロスコリレータ２２０へ提供する。
クロスコリレータ２２０は同定したプリアンブルと対応する基準波形との相互相関を証明する。クロスコリレータ２２０は逆離散フーリエ変換モジュール２３０から基準波形を抽出するようにしても良いし、或いは、メモリ（図示なし）から抽出するようにしても良い。記憶した基準波形は時間領域フォーマット或いは周波数領域フォーマットにあるようにしても良い。記憶した基準波形が周波数領域にある場合には逆離散フーリエ変換モジュール２３０を更に使用して時間領域の基準波形を変換するようにしても良い。
相互相関を証明した信号を次いで加算モジュール２４０へ送って加算を行なう。加算モジュール２４０もクロスコリレータ２２０内へ埋設しても良い。加算した結果をクロスコリレータ２２０を介してまたは直接（図示なし）同定モジュール２５０へ送る。
或いは、同定モジュール２５０もクロスコリレータ２２０内へ埋設することが可能である。
クロスコリレータ２２０は更に閾値を算出し、該閾値を超える振幅を備えた加算した結果の全てのピークを同定する処理能力を含むようにしても良い。更にまた、クロスコリレータ２２０は更に閾値を超える第１のピークを同期点として選択するようにしても良い。クロスコリレータ２２０はまた前記した如く入力信号のバックオフを算出するようにしても良い。
本発明を好適な実施例で説明してきた。上記に説明した実施例は単に説明のためのものであり、本発明の範囲を限定するものではないことは当業者に自明のことである。好適実施例の説明において説明をした本方法及びチャネルプロファイラーは本発明の範囲を逸脱することなく修正することが可能である。本発明の範囲は添付の請求項を参照して画定すべきものであり、斯かる請求項が求める保護を画するものである。
【図１Ａ】
2010520694.tif 000011
【図１Ｂ．２】
2010520694.tif 000012
【図３】
2010520694.tif 000013
【図４】
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【図５Ａ】
2010520694.tif 000015
【図５Ｂ】
2010520694.tif 000016
【図５Ｃ】
2010520694.tif 000017
【図６】
2010520694.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月25日(2009.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号のプロファイリングに関し、より詳細にはチャネルプロファイラー及び入力信号のプロファイリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この数十年においては、無線通信への関心が著しく高まって来ており、斯かる関心により無線通信プロトコルや無線通信技術が開発改良されて来た。全ての無線通信には一つの共通項がある。即ち、無線でデータ伝送が可能なことである。しかしながら、無線データ伝送には干渉、ひずみ及び多重伝播またはマルチパスといった問題点がある。斯かる問題点を克服するために、より確実な変調技術と併せて受信データ信号を処理する技術が多数開発されて来た。一般的に使用される変調技術の中には直交周波数分割多重方式（OFDM）や直交周波数分割多元接続方式（OFDMA）がある。
【０００３】
より詳細には、OFDM及びOFDMA変調技術にはマルチパスの影響を低減する埋めこみ手段がある。これらの変調技術では、ガードインターバルの概念が導入されている。このガードインターバルはOFDMシンボルの始めに挿入され、その長さを調節して２つの送受信機の距離による影響を克服するものである。ガードインターバルはサイクリックプリフィックスを含み、このサイクリックプリフィックスがガードインターバルにコピーされた対応するOFDMシンボルの末尾の繰り返しに相当する。ガードインターバルの長さを調節してマルチパスによる影響に対するガードインターバルの影響を最適化することが可能であるが、大抵の規格では、相互情報交換性を上げるためにガードインターバルの長さを設定する。而して、OFDM及びOFDMA変調技術を重視する規格においてはマルチパス及びシンボル間干渉は依然として重要事項である。
【０００４】
従来技術に関する文献においてOFDM及びOFDMA等の変調技術を利用して無線受信したデータの品質を改良する方法及び装置が提案されている。斯かる文献は概ね入力信号のプロファイルを行なって適切な同期、調整及び訂正を行なう技術を提案するものである。斯かるプロファイリングは入力信号の復号中になされるのが典型的である。
【０００５】
２００４年６月３日に公開され、ノキア社（Nokia Corporation）へ譲渡された米国公開特許第２００４／０１０５５１２号にはOFDM受信機用の２ステップ方法が記載されている。この方法の第１ステップでは受信データ信号の自動相関を行なってサイクリックプリフィックスを突き止める。第２ステップでは、一定数のシンボルに関する相関結果の平均化を行なって同期精度を向上する。この米国特許は一定の改良を示すものの、平均化の結果に限定されるものであり、場合によっては十分なものとは言えない。
【０００６】
本件に関して興味深い別の文献は、「OFDM送信のタイミングのリカバリー（Timing Recovery for OFDM transmission）」と題する論文であり、２０００年１１月にバオグオ・ヤン（Baoguo Yang）等により「ＩＥＥＥジャーナル・オン・セレクテッド・エリアズ・イン・コミュニケーションズ（IEEE Journal on selected areas in communications）」の第１８巻、第１１号に掲載されたものである。この論文も２ステップ方法を記載している。この方法の第１ステップは受信データ、より詳細には、サイクリックプリフィックスの自動相関を行なうものである。一旦サイクリックプリフィックスが突き止められると、周波数領域において第２ステップを行なう。周波数領域でプロファイリングを行なうことはかなり複雑であるし、復号プロセスに対して待ち時間を加えるものであり、且つ、電力を更に必要とするのが典型的であり、これは、例えばワイヤレスブロードバンド（Wireless Broadband）（WiBro）等のワイヤレスアプリケーションには向かないものである。
【０００７】
２００５年１０月２５日に特許となって、モトローラ社（Motorola, Inc）へ譲渡された米国特許第６，９５９，０５０号にはOFDM信号を時間、周波数及びパーサブキャリアローテーション（per-subcarrier rotation）において同期する間にプロファイリングを行なう方法及び装置が記載されている。より詳細には、斯かる特許も２ステップ方法を記載しており、この２ステップ方法の第１ステップでは、時間領域においてシンボルタイミング同期及び分数周波数同期が行なわれる。その後、第２ステップでは、周波数領域においてパーサブキャリアローテーションの同期を行なうのを始めとしてプロセスが進行する。この米国特許では興味深い解決法が記載されているが、提案された解決方法では、依然としてパーサブキャリアローテーション同期を行なってマルチパス及びシンボル間干渉を低減するに当たっては周波数領域が重要視されている。周波数領域は時間領域より複雑であり、ハードウェアの観点からは、電力消費が更に多くなる。従って、WiBroやIEEE Std 802.16等のワイヤレスアプリケーションへ適用するための解決策としては受け入れがたいものである。
【０００８】
従って、待ち時間の追加もしくは多くの電力消費をすることなくチャネルプロファイリングを効率良く行なう方法及び装置が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国公開特許第２００４／０１０５５１２号
【特許文献２】米国特許第６，９５９，０５０号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「ＩＥＥＥジャーナル・オン・セレクテッド・エリアズ・イン・コミュニケーションズ」の第１８巻、第１１号に掲載の論文「ＯＦＤＭ送信のタイミングのリカバリー」
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、チャネルプロファイラー及び入力信号をプロファイリングする方法を提供する。本発明のチャネルプロファイラー及び方法は、待ち時間及び電力消費を低減する一方で従来技術の解決方法より単純な方法を重要視するものである。
【００１２】
このために、本発明の方法は、入力信号のプリアンブルを同定するステップを含む。本方法は、同定したプリアンブルに対応する基準波形を抽出し、且つ、抽出した波形と入力信号との相互相関を行なう。
【００１３】
別の態様においては、本発明はチャネルプロファイラーを提供する。斯かるチャネルプロファイラーは、入力信号のプリアンブルを同定するオートコリレータを備える。チャネルプロファイラーはまた基準波形を供給する離散フーリエ変換モジュールと、同定されたプリアンブルと対応する基準波形とを相互相関するクロスコリレータとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】以下の説明において、以下の図面を使用して本発明を記載例示する。  図１は本発明の一態様に係る入力信号をプロファイリングする方法のフローチャートである。
【図２】図２は本発明の一態様に係るチャネルプロファイラーの構成図である。
【図３】図３は本発明の方法及びチャネルプロファイラーの自動相関の結果例を図示するグラフである。
【図４】図４は本発明の方法及びチャネルプロファイラーの相互相関の結果例を図示するグラフである。
【図５Ａ】図５aは本発明の方法及びチャネルプロファイラーに係る相互相関の加算結果例のグラフであり、且つ
【図５Ｂ】図５bは本発明の方法及びチャネルプロファイラーに係る相互相関の加算結果例のグラフである。
【図５Ｃ】図５cは本発明の方法及びチャネルプロファイラーに係る相互相関の加算結果例のグラフである。
【図６】図６は時間領域における信号及びエコーの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、チャネルプロファイラー及び入力信号のプロファイリング方法に関する。本発明は、従来技術の解決方法より多くの点において効果的であることを特徴とする。先ず、本発明は、入力信号のプロファイリング中に待ち時間が加えられるのが典型的であった従来技術の解決方法への解決方法を提供する。そのために、本発明は時間領域において入力信号が送信機により処理される間にチャネルのプロファイリングを行なう方法を提供する。
【００１６】
無線通信においては何らかの信号劣化が生じるので、入力信号をプロファイルして必要な訂正を行なって生じた信号劣化を補償することが重要である。従来技術の解決方法においては、周波数領域でプロファイリングを行なうのが典型的であった。離散フーリエ変換モジュールを利用して一旦入力信号が周波数領域へ変換されると入力信号の特徴が視覚的に認識可能となる。しかしながら、周波数領域において入力信号を変換するのに必要とされる時間によりある重大な待ち時間が生じ、電力消費の増加が必然となる。待ち時間及び電力消費の増加は、受容可能な交換条件またはトレードオフであるが、例えば、ワイヤレスブロードバンド（Wibro）システム等のアプリケーションにおいては、係るトレードオフは受容できるものではない。
【００１７】
図１を参照すると、本発明に係る時間領域において入力信号をプロファイリングする方法が示されている。この方法100は６つの主要セクションから成る。即ち、プリアンブル同定セクション105、基準波形抽出セクション110、入力信号と抽出した基準波形との相互相関セクション115、結果を加算してマルチパスの影響を低減するセクション120、最大ピーク同定セクション125、及びバックオフ算出セクション130である。
【００１８】
本発明の第１セクションはプリアンブルの同定に関するものである。このため、入力信号を自動相関する方法といった公知の方法を使用することが出来る。或いは、より詳細な結果を得る為には、プリアンブルの同定を４つのサブステップで実施することが可能である。即ち、入力信号の自動相関135、プラトーの突き止め140、プラトーの一部の自動相関145及び取得した曲線ピークの突き止め150である。
【００１９】
例えば、WiBroの如きOFDMA システムの場合には、プリアンブルの周波数パターンには３分の１のサブキャリアがあるだけなので、時間領域には（N／３）パターンの繰り返し（DFTのサイズがNであって、それが１０２４の場合）がある。この（N／３）パターンの繰り返しを自動相関（式１及び式２）により同定することが出来る。
【００２０】
【数１】
2010520694.tif 000019
【００２１】
【数２】
2010520694.tif 000020
【００２２】
この自動相関135の結果、プリアンブルゾーン内では６８２個のサンプルからなるプラトーが生じるが、これを図３に示す。このウィンドウには同期点が含まれ、斯かる同期点は、一旦同定されると、入力信号を復号するのに使用する離散フーリエ変換モジュールを最適な方法で学習させるのに使用することが出来る。同期点に関して事前に知り得ていなければ、離散フーリエ変換モジュールを宛ても無く、即ち、次善の方法で学習させることとなる。従って、同期点を正確に同定することが非常に重要となる。そのために、本発明の方法では、入力信号の自動相関の結果の中でプラトーの突き止め140を行なう。より詳細には、OFDM及びOFDMA といった変調技術においては、シンボルがサイクリックプリフィックス（CP）を含んでおり、このCPはシンボルの前に置いたシンボルの最後のM個のサンプルのコピーである。従って、サイクリックプリフィックスについての２回目の自動相関により同期点を良好に推定することが可能となる（式３及び式４）。
【００２３】
【数３】
2010520694.tif 000021
【００２４】
【数４】
2010520694.tif 000022
【００２５】
WIBROへの適用を１つのサンプルとして見てみよう。斯かる技術では、N=１０２４、N／３＝３４１及びM=１２８である。完全なチャネルの場合の入力信号の２つの自動相関出力を図３に示す。同図においては、プラトーのある曲線が第１回目の自動相関135を表し、他方の曲線が第２回目の自動相関145の結果を表している。従って、第１回目の自動相関により（２N／３個のサンプル、此処では６８２個のサンプルから成る）ウィンドウがもたらされ、第２回目の自動相関のピークインデックスにより正確な同期点がもたらされるのが明白にわかるが、前記ピークインデックスはプリアンブルの始めに相当する。このプロファイリング方法の第１セクションは、自動相関のみが使用されることから、特に重要な周波数オフセットに対してかなり正確なものである。
【００２６】
本発明の方法では、続いて基準波形を抽出する第２セクション110が実施される。基準波形の抽出110は代替の方法で実施する事が可能である。例えば、周波数領域または時間領域における全ての可能なプリアンブルを表す基準波形をメモリーに記憶することができる。セクション105において一旦プリアンブルが同定されると、対応する基準波形を同定することが出来る。従って、抽出セクション110ではステップ155で記憶された波形にアクセスし、ステップ160で対応する基準波形が同定される。記憶した波形が周波数領域にある場合には、入力信号はまだ時間領域にあるので、同定して基準波形がステップ165で例えば逆離散フーリエ変換モジュールを使用して時間領域において変換される。逆離散フーリエ変換がすでにOFDMシステムに存在し、且つ、基準波形の周波数領域から時間領域への変換は１度きりしか実行されないため、本発明のこの態様はOFDMシステムの通常のオペレーションに対して待ち時間を追加するものではないので、かなり効果的である。
【００２７】
本方法では、続けて時間領域内の同定したプリアンブルと同定した基準波形との相互相関証明することでセクション115を行なう（式５及び式６）
【００２８】
【数５】
2010520694.tif 000023
【００２９】
【数６】
2010520694.tif 000024
【００３０】
例えば、OFDMA変調では、プリアンブルにおいて同一パターンが３ｘ回繰り返されるので、ステップ115の相互相関の結果は図４のグラフに相当することとなる。
【００３１】
次いで、本方法では、相互相関ステップ115の結果の加算120を行なう。斯かる結果を図５a、図５b及び図５cに示す。図５a、図５b及び図５cの３つのピークはパスの累乗に比例する振幅の３つの異なるパスに対応する。例えば、図５aにおいて、最大振幅を有しているのは第２のピークであり、図５bにおいては第３のピークであり、図５cにおいては第１のピークである。一般に、最大振幅を有したパスが最良の同期点として選択されるが、その他の要因もあり、これらが最良の同期点の選択に影響を及ぼすことが考えられる。従って、本方法では続けて最適なピークを同定するセクション125を行なう。
【００３２】
例えば、マルチパス環境において、シンボル間及びキャリア間干渉を最小限にするためには同期点の選択が重要である。斯かる選択はまた補正ベクトルの算出する補間能力にも影響を及ぼす。図６を合わせて参照すると、同図には時間領域でのマルチパス環境における入力信号が図示されている。図６において、３つの信号の各々は相互相関の結果のピークの中の一つに対応する。第２の相互相関ピークを選択することで、取得した同期点は第１のサイクリックプリフィックス内にはもはや存在せず、これによりシンボル間干渉が生じる。この分析はその他のエコーに対しても当てはめることができる。しかしながら、第１の信号（即ち、第１のピーク）を選択することで、同期点は信号の３つのレプリカのサイクリックプリフィックスに該当することとなる。従って、シンボル間及びキャリア間干渉を低減するには、本方法は続けて閾値の算出を行なう。好都合にも、閾値は例えば定数ｋで割った相互相関の最大ピークの振幅に相当する。定数ｋは異なる値に設定して様々な環境に対応することができる。例えば、市街及び田園環境の場合には、ｋのパラメータは大きく変動する。
【００３３】
本方法では、次いで、ステップ175で閾値を超えるピークの同定を行なう。ピークの同定は設定したウィンドウで行なうのが典型的である。次いで、本方法ではステップ180で閾値を超えるピークの一つを選択する。好適な方法では、閾値を超える第１のピークが同期点として選択される。メイン信号の遅延がサイクリックプリフィックスを上回るような特殊な場合においては、メインのピークが同期点として選択される。実際、この場合、第１のピークを選択するとシンボル間及びキャリア間干渉が加えられる可能性がある。この方法で同期点を同定することで、サイクリックプリフィックスの全ての信号レプリカを保管する可能性のある同期点がより重要となる。その他の信号レプリカにより加えられるシンボル間干渉及びキャリア間干渉が制限されることで最大ピークが更に強くなる場合には本方法では柔軟性も追加して提供される。
【００３４】
最後に、本方法はバックオフを算出するステップ130で終了する。このバックオフは選択した同期点と最大振幅を備えたピークのインデックスとの相違に相当する。例えば、選択した同期点が第１のピークに相当する場合には、バックオフは１６個のサンプルに相当する。但し、第１のピークは閾値を超える値であるが、第１のピークは最大振幅を備えたものではなく、最大振幅を備えているのは第２のピークである。同期点が第１のピークに相当しない場合があるので、同期点の選択により何らかの重要な相回転がもたらされる可能性がある。バックオフを使用して受信機のチャネル補間、復号等の異なるブロックの性能を向上させることが可能である。より詳細には、チャネル補間の場合には、バックオフを使用して相回転補正前値及び相回転補正後値を算出することが可能である。相回転補正前値は以下の公式により算出することが出来る。
【００３５】
【数７】
2010520694.tif 000025
【００３６】
但し、Cpcはパイロットpの場合の相回転補正前値、
Cpはパイロットpの場合の初期補正ベクトル、
dはバックオフ、
NはDFTのサイズ、及び
pは直流に対するパイロットのインデックスである。
チャネル補間が実行された後で、補正ベクトルは以下の如く回転される。
【００３７】
【数８】
2010520694.tif 000026
【００３８】
但し、Crmはパイロットpの場合の相回転補正後値、
Cmは等化用の最終補正ベクトル、及び
mは直流に対するサブキャリアインデックスである。
【００３９】
而して、本発明のプロファイリング方法では、同期点を同定する簡単且つ効率的な方法が提供され、斯かる方法では、シンボル間及びキャリア間干渉を低減する一方でマルチパスの影響が考慮されている。
【００４０】
本発明はまた入力信号をプロファイルするチャネルプロファイラーについて説明する。本発明のチャネルプロファイラーを図２に示す。全体として、チャネルプロファイラー200は、オートコリレータ210と、クロスコリレータ220と、逆離散フーリエ変換モジュール230と、加算モジュール240と、同定モジュール250とを備える。
【００４１】
入力信号205は、オートコリレータ210で受信される。オートコリレータは入力信号205と自身との相互相関を証明してそのプリアンブルを同定する。或いは、オートコリレータ210は更に続けて自動相関した入力信号のプラトーを突き止め、斯かるプラトーの一部を自動相関し、且つ、該プラトーの自動相関した一部のピークを突き止めることを行なうようにしても良い。突き止めたピークはプリアンブルの最初に相当する。オートコリレータ210はプリアンブルの情報をクロスコリレータ220へ提供する。
【００４２】
クロスコリレータ220は同定したプリアンブルと対応する基準波形との相互相関を証明する。クロスコリレータ220は逆離散フーリエ変換モジュール230から基準波形を抽出するようにしても良いし、或いは、メモリ（図示なし）から抽出するようにしても良い。記憶した基準波形は時間領域フォーマット或いは周波数領域フォーマットにあるようにしても良い。記憶した基準波形が周波数領域にある場合には逆離散フーリエ変換モジュール230を更に使用して時間領域の基準波形を変換するようにしても良い。
【００４３】
相互相関を証明した信号を次いで加算モジュール240へ送って加算を行なう。加算モジュール240もクロスコリレータ220内へ埋設しても良い。加算した結果をクロスコリレータ220を介してまたは直接（図示なし）同定モジュール250へ送る。
【００４４】
或いは、同定モジュール250もクロスコリレータ220内へ埋設することが可能である。
クロスコリレータ220は更に閾値を算出し、該閾値を超える振幅を備えた加算した結果の全てのピークを同定する処理能力を含むようにしても良い。更にまた、クロスコリレータ220は更に閾値を超える第１のピークを同期点として選択するようにしても良い。クロスコリレータ220はまた前記した如く入力信号のバックオフを算出するようにしても良い。
【００４５】
本発明を好適な実施例で説明してきた。上記に説明した実施例は単に説明のためのものであり、本発明の範囲を限定するものではないことは当業者に自明のことである。好適実施例の説明において説明をした本方法及びチャネルプロファイラーは本発明の範囲を逸脱することなく修正することが可能である。本発明の範囲は添付の請求項を参照して画定すべきものであり、斯かる請求項が求める保護を画するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１Ａ
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図１】
2010520694.tif 000027
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１Ｂ．２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図２】
2010520694.tif 000028
【国際調査報告】
2010520694.tif 000029
2010520694.tif 000030
2010520694.tif 000031