(57)【要約】【課題】フレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時推定に用いられるトレーニングシーケンスの生成方法、通信システムおよび通信方法を提供する。【解決手段】該トレーニングシーケンスは、長さが同じである第1トレーニングシンボルと第2トレーニングシンボルとを含むが、サイクリックプレフィックスは含まない。このトレーニングシーケンスの生成方法において、普通のデータシンボルを生成する方法にしたがって、ランダムに第1トレーニングシンボルを生成し、第1トレーニングシンボルを生成した後、該第1トレーニングシンボルを長さが同じであるM個（構成特徴Mは1以上、かつN以下の自然数である）のサブデータブロックに均等に分割し、前記M個のサブデータブロックを逆の順番でコピーして第2トレーニングシンボルを形成し、第1トレーニングシンボルと第2トレーニングシンボルとがともに本発明のトレーニングシーケンスを構成する。【選択図】図１
2007013982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さが同じである第1トレーニングシンボルと第2トレーニングシンボルとを含んでいるがサイクリックプレフィックスは含まないフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時推定に用いられるトレーニングシーケンスの生成方法であって、
普通のデータシンボルを生成する方法に従って、ランダムに第1トレーニングシンボルを生成し、
第1トレーニングシンボルを生成したあと、該第1トレーニングシンボルを長さが同じであるM個のサブデータブロックに均等に分割し、ここでMは1以上、かつN以下の自然数であり、
前記M個のサブデータブロックを逆の順番でコピーして第2トレーニングシンボルを生成し、そして第1トレーニングシンボルと第2トレーニングシンボルとがともにトレーニングシーケンスを構成することを特徴とするトレーニングシーケンスの生成方法。
【請求項２】
請求項1に記載のトレーニングシーケンスの生成方法で生成され、構成特徴がM＝Nである第1類トレーニングシーケンス二つとデータシンボルを含む第1類OFDMフレームと、構成特徴がM＝Nである第1トレーニングシーケンスと構成特徴Mが1以上かつNより小さい自然数である第2類トレーニングシーケンスを各々一つとデータシンボルを含む第2類OFDMフレームとを利用する通信方法であって、
基地局から移動端末に第1類OFDMフレームを送信するステップ(a)と、
移動端末において、受信した第1類OFDMフレームに基づいて、第1類OFDMフレームの1個目の第1類トレーニングシーケンスを利用して初期サーチ、即ち、時間同期と初期キャリア周波数オフセット推定を行い、初期サーチの結果により確定された構成特徴の最良値Mを基地局へ送信し、その後、第1類OFDMフレームの2個目の第1類トレーニングシーケンスを利用して、適応追跡を行って、キャリア周波数オフセット追跡結果を計算し、最後に、初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和を利用してキャリア周波数オフセット補正を行い、それによって該第1類OFDMフレームに対するキャリア周波数オフセット推定を完成させるステップ(b)と、
基地局において、前記移動端末が１つ前のフレームに基づいて送信した構成特徴の最良値Mを利用して、第2類OFDMフレームを生成し、ふたたび該移動端末へ送信するステップ(c)と、
移動端末において、第2類OFDMフレームの第1類トレーニングシーケンスに基づいてふたたび初期サーチを行い、時間同期とキャリア周波数オフセット推定とを行って、第2類OFDMフレームに対する初期キャリア周波数オフセットを推定し、初期サーチの結果により確定された現在の構成特徴の最良値Mを基地局へ送信し、その後、第2類OFDMフレームの第2類トレーニングシーケンスを利用してさらに適応追跡を行って、キャリア周波数オフセット追跡結果を計算し、最後に、初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和を利用してキャリア周波数オフセット補正を行い、それによって現在の第2類OFDMフレームに対するキャリア周波数オフセット推定を完成させるステップ(d)と、
通信が終わるまで、基地局と移動端末においてステップ(c)と(d)を繰り返すステップ(e)と、
を含むことを特徴とする通信方法。
【請求項３】
請求項1に記載のトレーニングシーケンスの生成方法で生成された、構成特徴がM＝Nである第1類トレーニングシーケンス二つとデータシンボルを含む第1類OFDMフレームと、構成特徴がM＝Nである第1トレーニングシーケンスと構成特徴Mが1以上かつNより小さい自然数である第2類トレーニングシーケンスを各々一つとデータシンボルを含む第2類OFDMフレームとを利用する通信方法であって、
基地局から移動端末に第1類OFDMフレームを送信するステップ(a)と、
移動端末において、受信した第1類OFDMフレームに基づいて、第1類OFDMフレームの1個目の第1類トレーニングシーケンスを利用して初期サーチ、即ち，時間同期と初期キャリア周波数オフセット推定を行い、初期サーチの結果により推定したマルチパスチャネルの最大遅延を基地局へ送信し、その後、第1類OFDMフレームの2個目の第1類トレーニングシーケンスを利用して適応追跡を行って、キャリア周波数オフセット追跡結果を計算し、最後に、初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和を利用してキャリア周波数オフセット補正を行い、それによって該第1類OFDMフレームに対するキャリア周波数オフセット推定を完成させるステップ(b)と、
基地局において、前記移動端末が1つ前のフレームに基づいて送信したマルチパスチャネルの最大遅延を利用して、構成特徴の最良値Mを計算し、第2類OFDMフレームを生成し、ふたたび該移動端末へ送信するステップ(c)と、
移動端末において、第2類OFDMフレームの第1類トレーニングシーケンスに基づいてふたたび初期サーチを行い、時間同期とキャリア周波数オフセット推定を行って、第2類OFDMフレームに対する初期キャリア周波数オフセットを取得し、初期サーチの結果により取得した現在のマルチパスチャネルの最大遅延を基地局へ送信し、その後、第2類OFDMフレームの第2類トレーニングシーケンスを利用してさらに適応追跡を行って、キャリア周波数オフセット追跡結果を計算し、最後に、初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和を利用してキャリア周波数オフセット補正を行い、それによって現在の第2類OFDMフレームに対するキャリア周波数オフセット推定を完成させるステップ(d)と、
通信が終わるまで、基地局と移動端末においてステップ(c)と(d)を繰り返すステップ(e)と、
を含むことを特徴とする通信方法。
【請求項４】
請求項1に記載のトレーニングシーケンスの生成方法で生成された、構成特徴がM＝Nである第1類トレーニングシーケンス二つとデータシンボルを含む第1類OFDMフレームと、構成特徴がM＝Nである第1トレーニングシーケンスと構成特徴Mが1以上かつNより小さい自然数である第2類トレーニングシーケンスを各々一つとデータシンボルを含む第2類OFDMフレームとを利用する通信システムであって、
送信機（3）を備える基地局（2）と、
受信機（4）を備える移動端末（1）とを含み、
前記送信機（3）は第1類OFDMフレームと第2類OFDMフレームを利用し、無線チャネルを介して移動端末（1）と通信を行い、基地局（2）が移動端末（1）に送信した第1フレームは第1類OFDMフレームであり、その後に送信した各フレームはすべて第2類OFDMフレームであり、
前記受信機（4）は、受信したOFDMフレーム、即ち第1類OFDMフレームまたは第2類OFDMフレームに基づいて、各OFDMフレームに対して順番に初期サーチと適応追跡を行うことによって、時間同期とキャリア周波数オフセット推定を行うことを特徴とする通信システム。
【請求項５】
送信機（3）は、
データフローに対してデータ変調を行い、ビットフローをコンスタレーションの座標上にマッピングすることによってトレーニングシーケンスまたはデータシンボルを構成する変調シンボルを生成するデータ変調部（30）と、
第1類OFDMフレームまたは第2類OFDMフレームを生成することを制御する制御ユニット（31）と、
データ変調部（30）からの出力を利用し、制御ユニット（31）に基づいて、第1類トレーニングシーケンスまたは第2類トレーニングシーケンスを生成するトレーニングシーケンス生成部（32）と、
データ変調部（30）からの出力を利用し、制御ユニット（31）に基づいて、データシンボルを生成するデータシンボル生成部（33）と、
を含み、
前記トレーニングシーケンスとデータシンボルは、第1類OFDMフレームまたは第2類OFDMフレームを構成するために用いられることを特徴とする請求項4に記載の通信システム。
【請求項６】
トレーニングシーケンス生成部（32）は、
第1類トレーニングシーケンスまたは基地局（2）からフィードバックされた構成特徴の最良値に基づいて生成しようとするトレーニングシーケンスの構成特徴を確定するM値確定ユニット（321）と、
データ変調部（30）から入力された変調シンボルを並列データに変換する直並列変換ユニット（322）と、
直並列変換ユニット（322）からの出力に基づいて、普通のデータシンボルを生成する方法に従って周波数領域の第1トレーニングシンボルを生成する周波数領域第1トレーニングシンボル生成ユニット（323）と、
周波数領域の第1トレーニングシンボルに対して逆高速フーリエ変換IFFTを行って、タイムドメインの第1トレーニングシンボルを生成するIFFTユニット（324）と、
M値確定ユニット（321）によって確定されたM値に基づいて、IFFTユニット（324）で生成された第1トレーニングシンボルをロジック的にM個（1≦M≦N、Mは自然数である）の長さが同じであるサブデータブロックに分割するロジック分割ユニット（325）と、
M個の長さが同じであるサブデータブロックを逆の順番でコピーして第2トレーニングシンボルを形成する第2トレーニングシンボル生成ユニット（326）と、
を含み、
第1トレーニングシンボルと第2トレーニングシンボルとがともに第1類トレーニングシーケンスまたは第2トレーニングシーケンスを構成することを特徴とする請求項5に記載の通信システム。
【請求項７】
データシンボル生成部（33）は、
データ変調部（30）から入力された変調シンボルを並列データに変換する直並列変換ユニット（331）と、
直並列変換ユニット（331）から出力された並列データに対して逆高速フーリエ変換IFFTを行って、データシンボルを生成するIFFTユニット（332）と
を含むことを特徴とする請求項５に記載の通信システム。
【請求項８】
受信機（4）は、
無線チャネルを介して受信した各OFDMフレームの第1類トレーニングシーケンスに基づいて初期サーチ、即ちフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時サーチを行うことによって、時間同期と初期キャリア周波数オフセットを推定し、かつ検出されたマルチパスを介して到達したトレーニングシーケンスを利用して、マルチパスチャネルの最大遅延を推定し、構成特徴の最良値Mを確定して基地局（2）へフィードバックし、そのうち、第1類OFDMフレームについて、1個目の第1類トレーニングシーケンスのみに対して初期サーチを行う初期サーチ部（5）と、
無線チャネルを介して受信した第1類OFDMフレームの2個目の第2類トレーニングシーケンスまたは各第2類OFDMフレームの第2類トレーニングシーケンスに対して、さらに初期サーチ後のキャリア周波数オフセット追跡、即ち適応追跡を行って、キャリア周波数オフセット追跡結果を計算し、そのうち、各第2類OFDMフレームの第2類トレーニングシーケンスの構成特徴は1つ前のフレームに基づいて基地局（2）へフィードバックされた最良値Mである適応追跡部（6）と
を含み、
基地局が送信した前記各OFDMフレームに対して、初期サーチ部（5）と適応追跡部（6）は、該OFDMフレームにより推定した初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和を該OFDMフレームの総キャリア周波数オフセットとすることを特徴とする請求項4に記載の通信システム。
【請求項９】
初期サーチ部（5）は、
無線チャネルを介して受信したデータシーケンスに対して、第1類トレーニングシーケンスから得られるタイミングメトリックＭθ（ε）を利用して、フレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時サーチを行うことによって、時間同期と初期キャリア周波数オフセットを推定するフレーム同期・キャリア周波数オフセットの同時サーチユニット（51）と、
フレーム同期・キャリア周波数オフセットの同時サーチユニット（51）で推定した結果に基づいて、マルチパスチャネルの最大遅延を推定するマルチパスタップ検出ユニット（52）と、
マルチパスタップ検出ユニット（52）で推定したマルチパスチャネルの最大遅延に基づいて、現在の最良値Mを計算する最良値M確定ユニット（53）と、
最良値Mを基地局へフィードバックするフィードバックユニット（54）と
を含むことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
【請求項１０】
前記タイミングメトリックＭθ（ε）の時間ずれθと周波数オフセットεを同時に調整することによって、タイミングメトリックＭθ（ε）を最大とするθとεを計算し、初期キャリア周波数オフセットと時間ずれを推定し、即ちフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時サーチを実現し、タイミングメトリックＭθ（ε）は、
【数１】
2007013982.tif 000030
であり、ここで、タイミングメトリックＭθ（ε）は、時間ずれθとキャリア周波数オフセットεの関数であり、Nはトレーニングシーケンスのトレーニングシンボルの長さであり、r(k)は移動端末が受信したデータシーケンスであり、ｒ＊（ｋ＋θ）は、データシーケンスｒ（ｋ＋θ）の共役であることを特徴とする請求項9に記載の通信システム。
【請求項１１】
マルチパスチャネルの最大遅延は、複数のタイミングメトリックＭθ（ε）のローカル最大値によって得られることを特徴とする請求項10に記載の通信システム。
【請求項１２】
最良値M確定ユニット（53）で確定した構成特徴の最良値は
【数２】
2007013982.tif 000031
であり、ここで、
【数３】
2007013982.tif 000032
は、
【数４】
2007013982.tif 000033
以下の最大の整数を示し、Lはマルチパスチャネルの最大遅延であり、Nはトレーニングシーケンスのトレーニングシンボルの長さであることを特徴とする請求項11に記載の通信システム。
【請求項１３】
適応追跡部（6）は、
無線チャネルを介して受信したデータシーケンスr(k)に対して、推定器
【数５】
2007013982.tif 000034
を利用してキャリア周波数オフセット追跡を行うことによって、キャリア周波数オフセット追跡結果
【数６】
2007013982.tif 000035
を獲得する追跡ユニット（61）と、
前記初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和を利用して、キャリア周波数オフセット補正を行うキャリア周波数オフセット補正ユニット（62）とを含み、
キャリア周波数オフセット追跡結果
【数７】
2007013982.tif 000036
は、
【数８】
2007013982.tif 000037
であり、ここで、Pはインデックスであり、範囲は1からMまでで、D＝N/Mであり、該Mは移動端末（1）が初期キャリア周波数オフセットサーチを行う過程で計算され、基地局（2）へフィードバックした構成特徴の最良値Mであることを特徴とする請求項8に記載の通信システム。
【請求項１４】
トレーニングシーケンス生成部（32）は、
第1類トレーニングシーケンスまたは基地局（2）からフィードバックされたマルチパスチャネルの最大遅延に基づいて生成しようとするトレーニングシーケンスの構成特徴を確定するM値確定ユニット（321）と、
データ変調部（30）から入力された変調シンボルを並列データに変換する直並列変換ユニット（322）と、
直並列変換ユニット（322）からの出力に基づいて、普通のデータシンボルを生成する方法に従って周波数領域の第1トレーニングシンボルを生成する周波数領域第1トレーニングシンボル生成ユニット（323）と、
周波数領域の第1トレーニングシンボルに対して逆高速フーリエ変換IFFTを行うことによってタイムドメインの第1トレーニングシンボルを生成するIFFTユニット（324）と、
M値確定ユニット（321）で確定されたM値に基づいて、IFFTユニット（324）で生成した第1トレーニングシンボルをロジック的にM個（1≦M≦N、Mは自然数である）の長さが同じであるサブデータブロックに分割するロジック分割ユニット（325）と、
M個の長さが同じであるサブデータブロックを逆の順番でコピーして第2トレーニングシンボルを形成する第2トレーニングシンボル生成ユニット（326）と、
を含み、
第1トレーニングシンボルと第2トレーニングシンボルがともに前記第1類トレーニングシーケンスまたは第2トレーニングシーケンスを構成することを特徴とする請求項5に記載の通信システム。
【請求項１５】
データシンボル生成部（33）は、
データ変調部（30）から入力された変調シンボルを並列データに変換する直並列変換ユニット（331）と、
直並列変換ユニット（331）から出力された並列データに対して逆高速フーリエ変換IFFTを行って、データシンボルを取得するIFFTユニット（332）と
を含むことを特徴とする請求項5に記載の通信システム。
【請求項１６】
受信機（4）は、
無線チャネルを介して受信した各OFDMフレームの第1類トレーニングシーケンスに基づいて初期サーチ、即ちフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時サーチを行うことによって、時間同期と初期キャリア周波数オフセットを推定し、またマルチパスチャネルの最大遅延を推定して、基地局（2）へフィードバックし、そのうち、第1類OFDMフレームについて、1個目の第1類トレーニングシーケンスのみに対して初期サーチを行う初期サーチ部（5）と、
無線チャネルを介して受信した第1類OFDMフレームの2個目の第2類トレーニングシーケンスまたは各第2類OFDMフレームの第2類トレーニングシーケンスに対して、さらに初期サーチ後のキャリア周波数オフセット追跡、即ち適応追跡を行うことによって、キャリア周波数オフセット追跡結果を計算し、そのうち、各第2類OFDMフレームの第2類トレーニングシーケンスの構成特徴は、基地局（2）が1つ前のフレームでフィードバックしたマルチパスチャネルの最大遅延に基づいて計算した最良値Mである適応追跡部（6）と
を含み、
基地局が送信した各OFDMフレームに対して、初期サーチ部（5）と適応追跡部（6）が該OFDMフレームに対して推定した初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和は、該OFDMフレームの総キャリア周波数オフセットであることを特徴とする請求項4に記載の通信システム。
【請求項１７】
初期サーチ部（5）は、
無線チャネルを介して受信したデータシーケンスに対し、第1類トレーニングシーケンスを特定するタイミングメトリックＭθ（ε）を利用して、フレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時サーチを行うことによって、時間同期と初期キャリア周波数オフセットを推定するフレーム同期・キャリア周波数オフセットの同時サーチユニット（51）と、
フレーム同期・キャリア周波数オフセットの同時サーチユニット（51）で推定した結果に基づいて、マルチパスチャネルの最大遅延を取得するマルチパスタップ検出ユニット（52）と、
マルチパスチャネルの最大遅延を基地局へフィードバックするフィードバックユニット（54）と
を含むことを特徴とする請求項16に記載の通信システム。
【請求項１８】
前記タイミングメトリックＭθ（ε）の時間ずれθと周波数オフセットεを同時に調整することによって、タイミングメトリックＭθ（ε）を最大とするθとεを計算し、初期キャリア周波数オフセットと時間ずれを推定し、すなわちフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時サーチを実現し、前記タイミングメトリックＭθ（ε）は、
【数９】
2007013982.tif 000038
であり、ここで、タイミングメトリックＭθ（ε）は時間ずれθとキャリア周波数オフセットεの関数であり、Nはトレーニングシーケンスのトレーニングシンボルの長さであり、r(k)は移動端末が受信したデータシーケンスであり、ｒ＊（ｋ＋θ）はデータシーケンスｒ（ｋ＋θ）の共役であることを特徴とする請求項17に記載の通信システム。
【請求項１９】
マルチパスチャネルの最大遅延は、複数のタイミングメトリックＭθ（ε）のローカル最大値によって得られることを特徴とする請求項18に記載の通信システム。
【請求項２０】
M値確定ユニット（321）が第2類トレーニングシーケンスに対して確定した構成特徴の最良値は
【数１０】
2007013982.tif 000039
であり、ここで、
【数１１】
2007013982.tif 000040
は
【数１２】
2007013982.tif 000041
以下の最大の整数を示し、Lはマルチパスチャネルの最大遅延であり、Nはトレーニングシーケンスのトレーニングシンボルの長さであることを特徴とする請求項19に記載の通信システム。
【請求項２１】
適応追跡部（6）は、
無線チャネルを介して受信したデータシーケンスr(k)に基づいて、推定器
【数１３】
2007013982.tif 000042
を利用してキャリア周波数オフセット追跡を行うことによって、キャリア周波数オフセット追跡結果
【数１４】
2007013982.tif 000043
を獲得する追跡ユニット（61）と、
前記初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和を利用してキャリア周波数オフセット補正を行うキャリア周波数オフセット補正ユニット（62）とを含み、
前記キャリア周波数オフセット追跡結果
【数１５】
2007013982.tif 000044
は、
【数１６】
2007013982.tif 000045
であり、Pはインデックスであり、範囲は1からMまでで、D＝N/Mであり、該M値は移動端末（1）が初期キャリア周波数オフセットサーチを行う過程で計算したマルチパスチャネルの最大遅延を基地局（2）へフィードバックされた後、基地局（2）によって計算した構成特徴の最良値Mであることを特徴とする請求項16に記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、OFDM通信システムと通信方法に関し、特にトレーニングシーケンスの生成方法、およびトレーニングシーケンスを利用して、OFDMシステムの下りチャネルにおいてフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時推定を行う通信システムと通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多くの典型的なアルゴリズムが、OFDMシステムの下りチャネル同期に用いられる（非特許文献1〜7を参照）。そのうち、多くの典型的なアルゴリズムでは、2個または複数の同じのサブブロックを含むトレーニングシーケンスを利用し（非特許文献3、5、6を参照）、受信側は、トレーニングシーケンスのこの構成特徴を利用して有効的にトレーニングシーケンスを検出することができ、時間同期を実現することができる。
【０００３】
同時に、受信側は、トレーニングシーケンスにおけるこれら重複するサブブロック間の位相偏差を利用して、キャリア周波数オフセットを効果的に推定することができる。
【非特許文献１】J.-J. van de Beek and M. Sandell, “ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems,” IEEE Trans. Signal Processing., vol. 45, pp.1800-1805, July 1997.
【非特許文献２】H. Nogami and T. Nagashima, “A frequency and timing period acquisition technique for OFDM system,” Personal, Indoor and Mobile Radio Commun. (PIMRC), pp.1010-1015, September 27-29, 1995.
【非特許文献３】M.Morelli and V.Mengali, “An improved frequency offset estimator for OFDM applications,” IEEE Commun. Lett., vol. 3, pp.75-77, March 1999.
【非特許文献４】T. Keller and L. Piazzo, “Orthogonal Frequency Division Multiplex Synchronization Techniques for Frequency-Selective Fading Channels,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol.19, No.6, pp.999-1008, June 2001.
【非特許文献５】T. M. Schmidl and D. C. Cox, “Robust Frequency and Timing Synchronization for OFDM,” IEEE Trans. Comm., vol. 45, pp.1613-1621, December 1997.
【非特許文献６】P.H. Moose, “A technique for orthogonal frequency division multiplexing frequency offset correction,” IEEE Trans. Comm., vol. 42, pp.2908-2914, October 1994.
【非特許文献７】Z.Zhang and M.Zhao, “Frequency offset estimation with fast acquisition in OFDM system,” IEEE Commun. Lett., vol.8, pp.171-173, Mar.2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような重複モードを有するトレーニングシーケンスが時間同期を行うとき、精度が高くないので、大きい同期誤差をもたらすことがある。しかも、このようなトレーニングシーケンスのキャリア周波数オフセットサーチの範囲は通常広くない（非特許文献1、6を参照）。
【０００５】
キャリア周波数オフセットサーチの範囲を拡大することができる典型的なアルゴリズムもあるが（非特許文献3を参照）、演算複雑さが高いため、将来のブロードバンド移動通信システムの簡単かつ効果高い受信機の設計に向いてない。
【０００６】
非特許文献7において、OFDMシステムの下りチャネルのフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時推定を行う中央対称構成を有する特殊のトレーニングシーケンスが開示された。
【０００７】
このトレーニングシーケンスは、2個のトレーニングシンボルを含み、二個目のトレーニングシンボルは、一個目のトレーニングシンボルの逆の順番の重複である。
【０００８】
このような中央対称構成は、受信側において精度の高い時間同期を実現することが保証できると同時に、キャリア周波数オフセットのサーチ範囲を最大で伝送帯域幅全体の半分に及ばせることができる。
【０００９】
このトレーニングシーケンスは、キャリア周波数オフセット追跡（細推定）を行うとき、フラット・フェージングチャネルにおいて、典型的なトレーニングシーケンスより高い推定精度を得ることができるが、マルチパスフェージングチャネルにおいて、電力の最大のパス信号のみがキャリア周波数オフセット推定に用いられ、その他のパス信号は干渉ノイズとみなされるので、有効な信号対雑音比(SINR)を低下させ、推定の精度を低下させる。
【００１０】
上記から分かるように、中央対称構成を有するトレーニングシーケンスは、時間同期を実現する精度が高く、かつキャリア周波数オフセットのサーチ範囲が大きいが、マルチパスチャネルにおけるキャリア周波数オフセット推定の精度が低い。
【００１１】
一方、重複するデータブロックを有するトレーニングシーケンスは、マルチパスチャネルにおけるキャリア周波数オフセット推定の精度が高いが、その時間同期の精度が低く、かつキャリア周波数オフセットのサーチ範囲が小さい。
【００１２】
将来の移動通信システムにおいて、システム帯域幅とデータ転送率の増加につれて、受信側における高速かつ正確な同期の実現が要求される。
【００１３】
そこで、同期システムに利用されるトレーニングシーケンスの同期精度が高く、同時に演算複雑さが低いことが要求される。
【００１４】
したがって、上記異なる2つのトレーニングシーケンスの構成特徴を有効に結合することによって、正確なOFDMシステムの下りチャネルにおけるフレーム同期および精度の高い範囲の広いキャリア周波数オフセット推定を同時に実現することは、トレーニングシーケンス設計の鍵となる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、正確なOFDMシステムの下りチャネルにおけるフレーム同期及び精度の高いかつ範囲の広いキャリア周波数オフセット推定を実現するためのものである。
【００１６】
本発明の第1の目的は、典型的なアルゴリズムにおける中央対称構成を有するのと重複するデータブロック構成を有する2種類のトレーニングシーケンスの構成特徴を結合して、正確な時間同期及び精度の高いかつ範囲が広いキャリア周波数オフセット推定を実現することができるトレーニングシーケンスを提供することである。
【００１７】
本発明の第2の目的は、本発明の第1の目的の提供するトレーニングシーケンスに基づいて、フレーム構成を提供することである。
【００１８】
本発明の第3の目的は、OFDMシステムの下りチャネルにおけるフレーム同期及び精度の高いかつ範囲の広いキャリア周波数オフセット推定を実現することができるOFDM下りチャネルフレーム同期及びキャリア周波数オフセットの同時推定の適応及びその方法を提供することである。
【００１９】
本発明の第4の目的は、OFDMシステムの下りチャネルにおけるフレーム同期及び精度の高いかつ範囲の広いキャリア周波数オフセット推定を実現することができるOFDM下りチャネルフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時推定の適応通信システムを提供することである。
【００２０】
本発明の第1様態によれば、長さが同じである第1トレーニングシンボルと第2トレーニングシンボルとを含み、かつサイクリックプレフィックスは含まないトレーニングシーケンスの生成方法であって、普通のデータシンボルを生成する方法によってランダムに第1トレーニングシンボルを生成し、第1トレーニングシンボルを生成したあと、この第1トレーニングシンボルをロジック的に長さが同じであるM個（構成特徴Mは1以上、かつN以下の自然数である）のサブデータブロックに均等に分割し、前記M個のサブデータブロックを逆の順番でコピーして第2トレーニングシンボルを生成し、第1と第2のトレーニングシンボルがともに本発明のトレーニングシーケンスを構成することを特徴とするトレーニングシーケンスの生成方法を提供する。
【００２１】
本発明の第2様態によれば、構成特徴がM＝Nである第1類トレーニングシーケンス二つとデータシンボルとを含むことを特徴とする第1類OFDMフレームを提供する。
【００２２】
本発明の第2様態のよれば、構成特徴MがNに等しい第1類トレーニングシーケンスと、構成特徴Mが1以上かつNより小さい自然数である第2類トレーニングシーケンスと、データシンボルとを含むことを特徴とする第2類OFDMフレームを提供する。
【００２３】
本発明の第3様態によれば、基地局が移動端末に第1類OFDMフレームを送信するステップ(a)と、移動端末において、受信した第1類OFDMフレームに基づいて、第1類OFDMフレームの1個目の第1類トレーニングシーケンスを利用して初期サーチ、即ち時間同期と初期キャリア周波数オフセット推定を行い、初期サーチの結果によって確定された構成特徴の最良値Mを基地局へ送信し、その後、第1類OFDMフレームの2個目の第1類トレーニングシーケンスを利用して適応追跡を行うことによって、キャリア周波数オフセット追跡結果を計算し、最後に、初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和を利用してキャリア周波数オフセット補正を行い、それによって該第1類OFDMフレームに対するキャリア周波数オフセット推定を完成させるステップ(b)と、基地局において、前記移動端末が１つ前のフレームに基づいて送信した構成特徴の最良値Mを利用して第2類OFDMフレームを生成し、ふたたび該移動端末へ送信するステップ(c)と、移動端末において、第2類OFDMフレームの第1類トレーニングシーケンスに基づいてふたたび初期サーチを行い、時間同期とキャリア周波数オフセット推定を行うことによって、第2類OFDMフレームに対する初期キャリア周波数オフセットを推定し、初期サーチの結果によって確定された現在の構成特徴の最良値Mを基地局へ送信し、その後、第2類OFDMフレームの第2類トレーニングシーケンスを利用してさらに適応追跡を行うことによって、キャリア周波数オフセット追跡結果を計算し、最後に、初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和を利用してキャリア周波数オフセット補正を行い、それによって現在の第2類OFDMフレームに対するキャリア周波数オフセット推定を完成させるステップ(d)と、通信が終わるまで、基地局と移動端末においてステップ(c)と(d)を繰り返すステップ(e)とを含むことを特徴とする通信方法を提供する。
【００２４】
本発明の第3様態によれば、請求項1に記載したトレーニングシーケンス生成方法によって生成された、構成特徴MがNに等しい第1類トレーニングシーケンス2つとデータシンボルを含む第1類OFDMフレームと、構成特徴MがNに等しい第1類トレーニングシーケンスと、構成特徴Mが1以上かつNより小さい自然数である第2類トレーニングシーケンスと、データシンボルとを含む第2類OFDMフレームとを利用する通信方法であって、基地局が移動端末に第1類OFDMフレームを送信するステップ(a)と、移動端末において、受信した第1類OFDMフレームに基づいて、第1類OFDMフレームの1個目の第1類トレーニングシーケンスを利用して初期サーチ、即ち時間同期と初期キャリア周波数オフセット推定とを行い、初期サーチの結果によって確定されたマルチパスチャネルの最大遅延を基地局へ送信し、その後、第1類OFDMフレームの2個目の第1類トレーニングシーケンスを利用して適応追跡を行うことによって、キャリア周波数オフセット追跡結果を計算し、最後に、初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和を利用してキャリア周波数オフセット補正を行い、それによって該第1類OFDMフレームに対するキャリア周波数オフセット推定を完成させるステップ(b)と、基地局において、前記移動端末が1つ前のフレームに基づいて送信したマルチパスチャネルの最大遅延を利用して、構成特徴最良値Mを計算し、第2類OFDMフレームを生成して、ふたたび該移動端末へ送信するステップ(c)と、移動端末において、第2類OFDMフレームの第1類トレーニングシーケンスを用いて時間同期と初期キャリア周波数オフセットを推定し、初期サーチの結果によって確定された現在のマルチパスチャネルの最大遅延を基地局へ送信し、その後、第2類OFDMフレームの第2類トレーニングシーケンスを利用してさらに適応追跡を行うことによって、キャリア周波数オフセット追跡結果を計算し、最後に、初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和を利用してキャリア周波数オフセット補正を行い、それによって現在の第2類OFDMフレームに対するキャリア周波数オフセット推定を完成させるステップ(d)と、通信が終わるまで、基地局と移動端末においてステップ(c)と(d)を繰り返すステップ
(e)とを含むことを特徴とする通信方法を提供する。
【００２５】
本発明の第4様態によれば、本発明の第１様態のトレーニングシーケンス生成方法によって生成された、構成特徴MがNに等しい第1類トレーニングシーケンス2つとデータシンボルとを含む第1類OFDMフレームと、構成特徴MがNに等しい第1類トレーニングシーケンスと、構成特徴Mが1以上かつNより小さい自然数である第2類トレーニングシーケンスと、データシンボルとを含む第2類OFDMフレームとを利用する通信システムであって、送信機を備える基地局と、受信機を備える移動端末とを含み、前記送信機は第1類OFDMフレームと第2類OFDMフレームを利用し、無線チャネルを介して移動端末と通信を行い、基地局が移動端末に送信した第1フレームは第1類OFDMフレームであり、その後に送信された各フレームはすべて第2類OFDMフレームであり、前記受信機は、受信したOFDMフレーム、即ち第1類OFDMフレームまたは第2類OFDMフレームに基づいて、順番に各OFDMフレームに対して初期サーチと適応追跡を行うことによって、時間同期とキャリア周波数オフセット推定を行うことを特徴とする通信システムを提供する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、フレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時推定とが実現でき；フレーム同期の精度が従来のアルゴリズムよりはるかに高くなり；キャリア周波数オフセットサーチ範囲を信号帯域幅全体の半分まで広げる事が可能となり；パラメータMは無線チャネルの変化に応じて適応調整することができ；キャリア周波数オフセット推定の精度が従来のアルゴリズムより高くなり；精度を向上させると同時に計算の複雑さを低減させる事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明は、既存の同期アルゴリズムにおける中央対称構成を有するトレーニングシーケンスと、重複するデータブロック構成を有するトレーニングシーケンスの2種類のトレーニングシーケンスの構成特徴を結合して、正確な時間同期及び精度が高く、かつ範囲の広いキャリア周波数オフセット推定を実現する事を目的としている。
【００２８】
本発明によれば、新しいトレーニングシーケンスが提供され、また、該トレーニングシーケンスに基づいて、OFDMシステムの下りチャネルフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時推定を行なう適応通信システム及び通信方法を提供する。該通信システムにおいて、フレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時推定とが実現でき；フレーム同期の精度が従来のアルゴリズムよりはるかに高くなり；キャリア周波数オフセットの最大サーチ範囲を信号帯域幅全体の半分まで広げる事が可能となり；OFDMフレームの構成特徴パラメータMは無線チャネルの変化に応じて適応調整を行うことができ；キャリア周波数オフセット推定の精度が従来のアルゴリズムより高くなり、精度を向上させると同時にアルゴリズムの複雑さを低減させる事が可能となる。
【００２９】
本発明による通信システム及びその方法において、本発明のトレーニングシーケンスに基づいて実現される。通信システムを説明する前に、まずこのトレーニングシーケンスの構成特徴を説明する。
【００３０】
<トレーニングシーケンス>
図1は、本発明による新しいトレーニングシーケンスを示す図である。
【００３１】
図1に示すように、この新しいトレーニングシーケンスは、長さが同じくNである2つのトレーニングシンボル（第1、第2トレーニングシンボル）を含み、このトレーニングシーケンスは、サイクリックプロフィックスを含まない。ここで、従来の規格によってNは任意の自然数、たとえば、64、128、1024などでもよい。このトレーニングシーケンスの生成方法は、普通のデータシンボルを生成する方法によってランダムに第1トレーニングシンボルを生成するステップ(a)と、第1トレーニングシンボルを生成した後、該第1トレーニングシンボルをロジック的にM個の長さが同じであるサブブロック1、サブブロック2、……サブブロックM（構成特徴Mは1以上、かつN以下の自然数である）に均等に分割するステップ(b)と、これらサブブロックを逆の順番でコピーすることによって第2トレーニングシンボルであるサブブロックM、サブブロックM-1、……サブブロック1を生成し，第1トレーニングシンボルと第2トレーニングシンボルを結合して本発明によるトレーニングシーケンスを構成するステップ(ｃ)とを含む。
【００３２】
次に、例をあげて該トレーニングシーケンスの構成特徴を説明する。
【００３３】
例えば、第1トレーニングシンボルが{1, 2, 3, 4}であり、かつMが2である場合、第1トレーニングシンボルは2つのサブデータブロック、すなわち、{[1, 2], [3, 4] }に分割される。すると、これらのサブデータブロックを逆の順番でコピーして第2トレーニングシンボル{[3, 4], [1, 2]}を得る。
【００３４】
このように生成された第1、第2トレーニングシンボルを結合して本発明のトレーニングシーケンス{1, 2, 3, 4, 3, 4, 1, 2}を構成する。
【００３５】
従来のトレーニングシーケンスについて、普通、例えば、{x(0), x(1), … ,x(N-1), x(0), x(1), … , x(N-1)}のような形式になっている。
【００３６】
ここでは、{1, 2, 3, 4, 1, 2, 3, 4}を例として、データ1の相関距離を4（すなわち、2つの同じであるデータ「1」の間の距離）とすると、該従来のトレーニングシーケンスのデータ相関距離組の距離の平方和は4×42＝64である。
【００３７】
同時に、上記本発明のトレーニングシーケンス{1, 2, 3, 4, 3, 4, 1, 2}において、データ相関距離組の距離の平方和は2×62＋2×22＝80である。
【００３８】
一般に、トレーニングシーケンスが下りチャネル同期に応用される場合、実現できる精度は、データ相関距離組の距離平方和と正比例の関係を有するため、80>64からわかるように、本発明のトレーニングシーケンスは、従来と比べて高精度で下りチャネル同期を実現することができる。
【００３９】
同時に、上記記載に基づいて、該トレーニングシーケンスは、既存のアルゴリズムにおける中央対称構成を有するトレーニングシーケンスと本発明による重複するデータブロック構成を有するトレーニングシーケンスの2種類のトレーニングシーケンスの構成特徴を結合したので、正確な時間同期、及び精度が高くかつ範囲の大きいキャリア周波数オフセット推定を実現することができる。
【００４０】
<OFDMフレーム>
上記トレーニングシーケンスに基づいて、本発明は、図2に示すようなOFDMフレーム（第1類OFDMフレームF1と第2類OFDMフレームF2）を提案した。
【００４１】
該第1類OFDMフレームF1は、初期サーチに用いられる第1類トレーニングシーケンスS1と、適応追跡に用いられる第1類トレーニングシーケンスS1及びデータシンボルを含み、該第2類OFDMフレームF2は、初期サーチに用いられる第1類トレーニングシーケンスS1と、適応追跡に用いられる第2類トレーニングシーケンスS2及びデータシンボルとを含む。
【００４２】
ここで、OFDMフレームの第1類トレーニングシーケンスS1の構成特徴はM=Nであって、すなわち、この第1類トレーニングシーケンスS1の第2トレーニングシンボルのデータはその第1トレーニングシンボルのデータの逆の順番の重複であり、つまり、中央対称のトレーニングシーケンス構成となっている。中央対称構成を有するトレーニングシーケンスでは実現できる時間同期の精度が高いため、初期サーチに用いられる。
【００４３】
該第2類トレーニングシーケンスS2の構成特徴M値は、初期サーチで得られたマルチパスチャネルの最大遅延によって確定された構成特徴の最良値(1≦M≦N)である。
【００４４】
中央対称構成を有するトレーニングシーケンスは、マルチパスチャネルでのキャリア周波数オフセット推定の精度が低いのに対し、重複データブロックのトレーニングシーケンスは、マルチパスチャネルでのキャリア周波数オフセット推定の精度が高いため、OFDMシステムにおける初期サーチの後で必要とされる適応追跡では、第2類トレーニングシーケンスS2を用いて残存キャリア周波数オフセット誤差の推定を実施する。
【００４５】
以下、本発明のトレーニングシーケンスとOFDMフレームを利用する通信システムおよびその方法を具体的に説明する。
【００４６】
<実施例>
<通信システム>
図3は、本発明のトレーニングシーケンスを利用するOFDM通信システムを示す図である。
【００４７】
図3に示すように、OFDMシステムの下りチャネル伝送において、基地局2の送信機3は、無線チャネルを介して移動端末1と通信を行う。移動端末1の受信機4は、受信したOFDMフレームに基づいて、初期サーチと適応追跡を行うことによって、時間同期とキャリア周波数オフセット推定とを行う。
【００４８】
ここで、基地局2から移動端末1に送信された1つ目のフレームは、第1類OFDMフレームF1であり、そのあとに送信された各フレームは、第2類OFDMフレームF2である。
【００４９】
<通信方法>
実際に、OFDMシステムの下りチャネル伝送において、ある移動端末1が通信システムにアクセスを開始する際、各フレームに対して、まず初期サーチを行うことによって時間同期とキャリア周波数オフセット初期推定を行う。
【００５０】
初期サーチが終わった後に、移動端末1は、キャリア周波数オフセット追跡を行うことによってキャリア周波数オフセット推定を完了し、それによって正確な時間同期および精度の高い、かつ範囲の広いキャリア周波数オフセット推定を実現する。
【００５１】
移動端末1は、各フレームに新たに到着したデータに対して適応追跡を行う。チャネル特性の変化が比較的に遅い場合、いくつかのフレームおきに一回の初期サーチを行うことによって該端末ユーザの時間ずれと周波数オフセットを新たに調整してもよい。チャネル特性の変化が比較的に速い場合、初期サーチを行う頻度を高くしてもよい。高速移動システムにおいて、移動端末1は、各フレームに対して初期サーチと適応追跡を行ってもよい。
【００５２】
しかし、通信標準を統一させる目的で、チャネル特性の変化が遅いかまたは速いかにかかわらず、本発明の通信システムにおいて、移動端末1は、基地局2から送信されたOFDMフレームに対してすべて初期サーチと適応追跡を行うことによって、正確な時間同期とキャリア周波数オフセット推定を行う。具体的な手順は以下のとおりである。
【００５３】
基地局が、移動端末に第1類OFDMフレームを送信するステップ(a)と、移動端末において、受信した第1類OFDMフレームに基づいて、第1類OFDMフレームの1個目の第1類トレーニングシーケンスを利用して初期サーチ、即ち、時間同期と初期キャリア周波数オフセット推定を行い、初期サーチの結果により確定された構成特徴の最良値Mを基地局へ送信し、その後、第1類OFDMフレームの2個目の第1類トレーニングシーケンスを利用して適応追跡を行うことによってキャリア周波数オフセット追跡結果を計算し、最後に、初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和を利用してキャリア周波数オフセット補正を行い、それによって該第1類OFDMフレームに対するキャリア周波数オフセット推定を完成させるステップ(b)と、基地局において、前記移動端末が１つ前のフレームに基づいて送信した構成特徴の最良値Mを利用して第2類OFDMフレームを生成し、ふたたび該移動端末へ送信するステップ(c)と、移動端末において、第2類OFDMフレームの第1類トレーニングシーケンスに基づいてふたたび初期サーチを行い、時間同期とキャリア周波数オフセット推定を行うことによって、第2類OFDMフレームに対する初期キャリア周波数オフセットを推定し、初期サーチの結果により確定された構成特徴の最良値Mを基地局へ送信し、その後、第2類OFDMフレームの第2類トレーニングシーケンスを利用してさらに適応追跡を行うことによってキャリア周波数オフセット追跡結果を計算し、最後に、初期キャリア周波数オフセットとキャリア周波数オフセット追跡結果との和を利用してキャリア周波数オフセット補正を行い、それによって現在の第2類OFDMフレームに対するキャリア周波数オフセット推定を完成させるステップ(d)と、通信が終わるまで、基地局と移動端末においてステップ(c)と(d)を繰り返すステップ(e)とを含む。
【００５４】
上記から分かるように、本発明のOFDMシステムにおいて、第1類トレーニングシーケンスS1（構成特徴M=N、すなわち、中央対称のトレーニングシーケンス）を利用して初期サーチを行い、正確な時間同期及び初期のキャリア周波数オフセット推定と、推定可能範囲の広いキャリア周波数オフセットサーチとを実現することができる。
【００５５】
また、基地局から送信された一個目のフレームに対して、前記フレームに含まれる2個目の第2類トレーニングシーケンスを利用して適応追跡を行い、一個目のフレーム以降に送信されたフレームに対して、一個目のフレームに含まれる第2類トレーニングシーケンスS2（重複データブロックを有するトレーニングシーケンス、M値は無線チャネル特性の変化に応じて適応調整される）を利用して適応追跡を行う。
【００５６】
なお、初期サーチで推定したマルチパスチャネルの最大遅延に基づいて構成特徴の最良値Mを取得し、基地局へ返送して次のフレームに用いて、マルチパスチャネル環境におけるより精度の高いキャリア周波数オフセット推定を実現し、これによりキャリア周波数オフセット補正を行う。
【００５７】
ところで、本発明のOFDMフレームは、第2類トレーニングシーケンスS2及びデータシンボルのみを有する形式として生成されることもできる。
【００５８】
しかし、本実施例においては、トレーニングシーケンス2つとデータシンボルとを含む第1類OFDMフレームF1及び第2類OFDMフレームF2とのみを使用する場合だけを考える。
【００５９】
<送信機3>
図4は、本発明による基地局2の送信機3の構成図である。
【００６０】
図4に示すように、送信機3は、データ変調部30と、制御ユニット31と、トレーニングシーケンス生成部32と、データシンボル生成部33とを含む。
【００６１】
送信機3において、データフローは、まず、データ変調部30に入力されてデータ変調を行われ、そして、ビットフローを具体的なコンスタレーションにマッピングし、生成された変調シンボルは、トレーニングシーケンスまたはデータシンボルを構成するのに用いられる。
【００６２】
制御ユニット31は、トレーニングシーケンス生成部32及びデータシンボル生成部33が第1類OFDMフレームF1またはF2を生成するように制御する。
【００６３】
<トレーニングシーケンス生成部32>
トレーニングシーケンス生成部32は、M値確定ユニット321と、直並列変換ユニット322と、周波数領域第1トレーニングシンボル生成ユニット323と、IFFTユニット324と、ロジック分割ユニット325と、第2トレーニングシンボル生成ユニット326とを含む。
【００６４】
そのうち、M値確定ユニット321は、まずトレーニングシーケンスの構成特徴M値(1≦M≦N)を確定する。
【００６５】
例えば、制御ユニット31の制御のもとで、第1類OFDMフレームF1を生成する時、M値確定ユニット321は、第1類OFDMフレームF1に含まれる2つの第1類トレーニングシーケンスS1の構成特徴をM=Nと確定し、第2類OFDMフレームF2を生成する時、M値確定ユニット321は、第1類トレーニングシーケンスS1の構成特徴をM=Nと確定し、また、移動端末よりフィードバックされた構成特徴の最良値Mに基づいて第2類トレーニングシーケンスS2の構成特徴を確定する。
【００６６】
直並列変換ユニット322は、データ変調部30で変調した変調シンボルを並列データに変換する。周波数領域第1トレーニングシンボル生成ユニット323は、直並列変換ユニット322の出力に基づいて、普通のデータシンボルを生成する方法に従って周波数領域の第1トレーニングシンボルを生成する。そのあと、IFFTユニット324は、周波数領域の第1トレーニングシンボルに対して逆高速フーリエ変換（IFFT）を行って、タイムドメインの第1トレーニングシンボルを生成する。
【００６７】
ロジック分割ユニット325は、M値確定ユニット321で確定したM値（1≦M≦N、Mは自然数である）に基づいて、IFFTユニット324で生成された第1トレーニングシンボルをロジック的に長さが同じであるM個のサブデータブロックに分割する。
【００６８】
第2トレーニングシンボル生成ユニット326は、長さが同じであるM個のサブデータブロックを逆の順番でコピーして第2トレーニングシンボルを生成する。これにより、第1トレーニングシンボルと第2トレーニングシンボルがともに本発明の第1類トレーニングシーケンスS1または第2類トレーニングシーケンスS2を生成する。
【００６９】
<データシンボル生成部33>
制御ユニット31の制御のもとで、データ変調部30で変調された変調シンボルは、データシンボル生成部33に入力され、本発明のOFDMフレーム（F1またはF2）のデータシンボルを生成するのに用いられる。
【００７０】
データシンボル生成部33は、直並列変換ユニット331とIFFTユニット332とを含む。直並列変換ユニット331は、データ変調部30で変調された変調シンボルを並列データへ変換する。IFFTユニット324は、直並列変換ユニット331から出力された並列データに対して逆高速フーリエ変換IFFTを行って、データシンボルを生成する。
【００７１】
トレーニングシーケンス生成部32とデータシンボル生成部33で生成されたトレーニングシーケンスとデータシンボルから、上記第1類OFDMフレームF1または第2類OFDMフレームF2のフォーマットでOFDMフレームが生成される。
【００７２】
制御ユニット31は、従来の技術においてデータフレームを生成する方法を用いてOFDMフレームを生成するように制御し、例えば、バッファーを利用して生成されたトレーニングシーケンスとデータシンボルをそれぞれバッハァリングしてOFDMフレームを形成し、その後無線チャネルを介して移動端末1へ送信する。
【００７３】
<受信機4>
図5は、本発明による移動端末1の受信機4の構成図である。
【００７４】
図5に示すように、受信機4は、初期サーチ部5と適応追跡部6とを含む。無線チャネルを介して受信したOFDMフレーム（たとえば、最初に送信された第1類OFDMフレームF1の1個目の第1類トレーニングシーケンスまたはそのあと毎回送信された第2類OFDMフレームF2中の初期サーチに用いられる第1類トレーニングシーケンスS1（構成特徴はM=N））に基づいて、初期サーチ部5は、OFDMフレーム毎に対してフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時サーチを行い、検出されたマルチパスを介して到達されたトレーニングシーケンスを利用して、正確にマルチパスチャネルの最大遅延を推定することができ、適応追跡に用いられる構成特徴の最良値Mを確定して基地局2へ返送する。
【００７５】
このようなフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時サーチは、後述するトレーニングシーケンスのタイミングメトリックによって実現される。
【００７６】
受信機4は、初期サーチ部5により獲得した初期キャリア周波数オフセット結果と、適応追跡部6により獲得した適応追跡結果とを加算して、キャリア周波数オフセット補正が実現できる。
【００７７】
受信機4は、上記手順にしたがって、通信が終わるまで新たに到着した各第2類OFDMフレームF2に対して初期サーチと適応追跡を行う。
【００７８】
具体的に、基地局から最初に送信された第1類OFDMフレームF1について、受信機4は、その1個目の第1類トレーニングシーケンスS1を利用してフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時サーチを行い、また、その2個目の第1類トレーニングシーケンスS1を利用して適応追跡を行うことによってキャリア周波数オフセット推定を完成させ、受信機4は、マルチパスチャネルの最大遅延が獲得でき、このマルチパスチャネルの最大遅延を基地局へフィードバックしてその後の第2類OFDMフレームF2を生成するのに用いる。
【００７９】
しかしながら、基地局からそのあとに送信された各第2類OFDMフレームF2に対して、該各第2類OFDMフレームF2の第2類トレーニングシーケンスS2の構成特徴は、受信機4が１つ前のOFDMフレーム（第1類OFDMフレームF1または第2類OFDMフレームF2）に基づいて基地局にフィードバックした最良値Mによって確定され、受信機4の初期サーチ部5は、各第2類OFDMフレームF2に対してふたたびフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時サーチを行い、その後適応追跡部6はキャリア周波数オフセット追跡を行って、キャリア周波数オフセット推定を完成する。
【００８０】
<マルチパスチャネルの最大遅延>
初期サーチ部5の構成を説明するために、ここでは、まず図6を利用して移動端末の受信したデータ間の干渉を説明する。
【００８１】
図6に示すように、マルチパスチャネルの影響を受けて、マルチパスで受信した複数のトレーニングシーケンス、すなわち、タップ（Tap）1、タップ2…最大遅延タップについて、隣接するサブデータブロック（たとえばサブデータブロック1）の間で互いに干渉が発生する。
【００８２】
ここで、タップ1と最大遅延タップとの間の遅延はマルチパスチャネルの最大遅延であってL個のデータサンプル数に相当し、これは上記初期サーチによって取得できる。
【００８３】
図6に示すように、各サブデータブロックの前のL個のデータをブロック間干渉領域となるようにサンプルする。キャリア周波数オフセット推定を行うとき、ブロック間干渉領域のデータは、キャリア周波数オフセット追跡に用いられない。
【００８４】
各サブデータブロックでブロック間干渉領域を除いた有用部分はキャリア周波数オフセット追跡に用いることができる。
【００８５】
<初期サーチ部5>
図7は、初期サーチ部5と適応追跡部6の具体的な構成図である。
【００８６】
図7に示すように、初期サーチ部5は、フレーム同期・キャリア周波数オフセットの同時サーチユニット51と、マルチパスタップ検出ユニット52と、最良値M確定ユニット53と、フィードバックユニット54とを含む。
【００８７】
フレーム同期・キャリア周波数オフセットの同時サーチユニット51は、無線チャネルを介して受信したデータシーケンスr(k)に対して、第1類トレーニングシーケンスS1（構成特徴はM=N）に対応するタイミングメトリックＭθ（ε）を利用してフレーム同期およびキャリア周波数オフセットの同時サーチ、すなわち、時間同期と初期キャリア周波数オフセット推定を行う。
【数１】
2007013982.tif 000003
【００８８】
ここで、タイミングメトリックＭθ（ε）は、時間ずれθとキャリア周波数オフセットεの関数であり、Nは、トレーニングシーケンスのトレーニングシンボルの長さ（任意の自然数）であり、ｒ＊（ｋ＋θ）は、データシーケンスｒ（ｋ＋θ）の複素共役である。
【００８９】
正確なθとεは、タイミングメトリックＭθ（ε）がローカルの最大値に達することを保証することができる。すなわち、本発明のフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時サーチは、実際に、θとεを同時に調整することによってタイミングメトリックＭθ（ε）のローカルの最大値を取得することである。
【００９０】
θとεを調整する具体的な過程は、以下の通りである。
【数２】
2007013982.tif 000004
【００９１】
ここで、
【数３】
2007013982.tif 000005
【００９２】
は、キャリア周波数オフセットの初期補正値を示し、
【数４】
2007013982.tif 000006
【００９３】
は、キャリア周波数オフセットの補正値
【数５】
2007013982.tif 000007
【００９４】
に対するメトリック計算用のための受信信号rとの関係を示す。
【００９５】
Ｍθ（ε）が、ローカルの最大値となった場合は、即ち、トレーニングシーケンスの開始位置およびシステムのキャリア周波数オフセットを見つけたことになり、ここで、初期キャリア周波数オフセット
【数６】
2007013982.tif 000008
【００９６】
、及び時間ずれ
【数７】
2007013982.tif 000009
【００９７】
が推定できた事になる。
【００９８】
マルチパスチャネルにおいて、Ｍθ（ε）について得られた各ローカル最大値は、受信側がシングルパスのトレーニングシーケンスを成功的に検出したことを示す。
【００９９】
フレーム同期・キャリア周波数オフセットの同時サーチユニット51で得られた複数のタイミングメトリックのローカル最大値によれば、マルチパスタップ検出ユニット52は、図6に示すような無線チャネルのマルチパスチャネルの最大遅延（たとえばL個のデータサンプル）を計算することができる。
【０１００】
最良値M確定ユニット53は、マルチパスタップ検出ユニット52で推定したマルチパスチャネルの最大遅延に基づいて、現在構成特徴の最良値Mを計算する。
【０１０１】
本発明のトレーニングシーケンスのキャリア周波数オフセット推定の精度が従来のアルゴリズム（Mooseアルゴリズム）より高いことを保証する上で、許可する最良値Mの範囲は
【数８】
2007013982.tif 000010
【０１０２】
である。この範囲内で、
【数９】
2007013982.tif 000011
【０１０３】
の場合、キャリア周波数オフセットの精度がもっとも高くて、
【数１０】
2007013982.tif 000012
【０１０４】
は、x以下の最大の整数を示す。これにより、最良値M確定ユニット53は、構成特徴の最良値Mを
【数１１】
2007013982.tif 000013
【０１０５】
と確定する。
【０１０６】
現在最良値Mの計算が終わったあと、フィードバックユニット54は、基地局へ最良値Mをフィードバックし、これによって初期サーチ部5はフレーム同期およびキャリア周波数オフセットの同時推定を完成する。
【０１０７】
注意すべきところは、本発明の通信システムにおいて、基地局2から送信された第1類OFDMフレームに対して、移動端末1の初期サーチで推定した初期キャリア周波数オフセットは、全て
【数１２】
2007013982.tif 000014
【０１０８】
で示す。
【０１０９】
<適応追跡部6>
基地局から送信された各OFDMフレームにとって、初期キャリア周波数オフセットサーチの精度が高くないため、適応追跡部6は、さらに初期サーチ後のキャリア周波数オフセット追跡、すなわち、適応追跡を行う。
【０１１０】
そのうち、適応追跡部6は、第1類OFDMフレームF1の1個目の第1類トレーニングシーケンスS1に基づいてキャリア周波数オフセット追跡を行い、または、第2類OFDMフレームF2の第2類トレーニングシーケンスS2に基づいてキャリア周波数オフセット追跡を行う。
【０１１１】
適応追跡部6は、追跡ユニット61とキャリア周波数オフセット補正ユニット62とを含む。
【０１１２】
追跡ユニット61は、無線チャネルを介して受信したデータシーケンスr(k)に基づいて、推定器
【数１３】
2007013982.tif 000015
【０１１３】
を利用してキャリア周波数オフセット追跡を行う。
【０１１４】
この推定器
【数１４】
2007013982.tif 000016
【０１１５】
は、公式（3）に示す機能が実現できる。
【数１５】
2007013982.tif 000017
【０１１６】
ここで、Pは、インデックスで、範囲は、1からMまでであり、
【数１６】
2007013982.tif 000018
【０１１７】
、ここで、M値は、移動端末が１つ前のフレームに対して初期サーチを行う過程で計算し基地局へフィードバックした構成特徴の最良値Mである。
【０１１８】
移動端末１が受信したトレーニングシーケンスの各サブデータブロックの前L個のデータサンプルがマルチパスチャネルの影響を受けたため、サブデータブロック間の干渉が存在し、そのためキャリア周波数オフセット追跡に用いられない。
【０１１９】
公式（3）を実現する推定器を用いてキャリア周波数オフセット追跡を完成した後、すなわち、
【数１７】
2007013982.tif 000019
【０１２０】
値を推定したあと、受信機4は、推定した総キャリア周波数オフセットを計算し、すなわち、現在初期サーチ部5で推定した初期キャリア周波数オフセット
【数１８】
2007013982.tif 000020
【０１２１】
と適応追跡結果
【数１９】
2007013982.tif 000021
【０１２２】
とを加算し、両者の和をキャリア周波数オフセット補正ユニット62へフィードバックしてキャリア周波数オフセット補正を行い、これによりキャリア周波数オフセット追跡を完成する。
【０１２３】
図8において、本発明のフレーム同期・キャリア周波数オフセットの同時サーチユニット51の初期サーチを詳しく説明した。
【０１２４】
図8に示すように、初期サーチにおいて、フレーム同期・キャリア周波数オフセットの同時サーチユニット51は、まず、容量Gのバッファー（図示せず）を利用して受信したデータシーケンスr(k)を記憶する。
【０１２５】
このシーケンスr(k)において、構成特徴がM=Nの完全な第1類レーニングシーケンスS1（すなわち、中央対称構成を有するトレーニングシーケンス）を含む。そして、初期サーチにおいて、第1類トレーニングシーケンスS1に対応するＭθ（ε）を利用してこのトレーニングシーケンスの開始位置を確定する。
【０１２６】
初期サーチにおいて、2k+1個のキャリア周波数オフセット初期補正値
【数２０】
2007013982.tif 000022
【０１２７】
を必要としている。すなわち、（-ｋΔε，-（ｋ-１）Δε，…，-Δε，０，Δε，…，ｋΔε）で記憶されているデータシーケンスに対して周波数オフセット初期補正を行い、各キャリア周波数オフセット初期補正値は、バッファーリングした１つのデータシーケンスに対して補正を行うために用いられる。但し、1＜ｋΔε＜ＤＦＴの長さ/4である。
【０１２８】
フレーム同期・キャリア周波数オフセットの同時サーチユニット51は、キャリア周波数オフセット初期補正動作、たとえば
【数２１】
2007013982.tif 000023
【０１２９】
を利用して、初期補正後の各シーケンスに対して、ビットの順番によって（0からG-1ビットまで）タイミングメトリックＭθ（ε）の値を計算し、最大値Γが得られた位置を記録する。但し、lは、バッファーにデータをバッファーリングする１つのインデックスを示し、範囲は、1〜Gである。
【０１３０】
初期補正に用いられるキャリア周波数オフセットの値が、システムの実際のキャリア周波数オフセットの値にもっとも接するとき、Ｍθ（ε）が最大値になる位置は、トレーニングシーケンスの開始位置である可能性が一番高い。
【０１３１】
すべての2k+1個の初期補正したシーケンスにおいて、Ｍθ（ε）の最大値を見つけたことは、トレーニングシーケンスの開始位置
【数２２】
2007013982.tif 000024
【０１３２】
およびシステムのキャリア周波数オフセットサーチ結果
【数２３】
2007013982.tif 000025
【０１３３】
を見つけたことを意味する。
【０１３４】
公式（1）、（2）から分かるように、本発明のキャリア周波数オフセットサーチの範囲は、最大で（-N/4, N/4）であり、すなわち、最大サーチ範囲は信号帯域Nの半分に及ぶことができ、そのため、図8においてキャリア周波数オフセットの初期補正値は、
【数２４】
2007013982.tif 000026
【０１３５】
を満たすべきであり、Nは、DFTの長さ/4である。但し、Δε＞０は、キャリア周波数オフセット初期補正の間隔を示し、Δεが小さいほど、キャリア周波数オフセットサーチの精度が高くなり、サーチ手順の演算の複雑度も対応的に高くなり、本発明において、普通Δεを0.1とする。
【０１３６】
公式（3）から分かるように、本発明のアルゴリズムのキャリア周波数オフセット追跡範囲は
【数２５】
2007013982.tif 000027
【０１３７】
である。
【０１３８】
キャリア周波数オフセット追跡が正常に行われることを保証するためには、
【数２６】
2007013982.tif 000028
【０１３９】
を満たさなければならない。
【０１４０】
上記から分かるように、本発明は、従来のアルゴリズムに比べて、推定の精度を向上させると同時に演算複雑さを低下させることができる。
【０１４１】
図9は、構成特徴がM=Nの第1類トレーニングシーケンスS1に対応するタイミングメトリックＭθ（ε）を示した。
【０１４２】
図9において、縦座標は、タイミングメトリックを示し、横座標は、キャリア周波数オフセットεを示し、dは、フレーム同期・キャリア周波数オフセットの同時サーチユニット51のバッファーにバッファーリングしたG個のデータの中の第1ビットから最後のビットのデータまでを示す（すなわち、０≦ｄ＜Ｇ-1）。
【０１４３】
図7の記述からわかるように、タイミングメトリックＭθ（ε）は、時間ずれθとキャリア周波数オフセットεとの関数であり、正確な時間同期位置において、すなわち、θが、受信トレーニングシーケンスの開始位置であるとき、タイミングメトリックＭθ（ε）は、εの周期関数であり、周期は、N/2である。
【０１４４】
各周期において、Ｍθ（ε）は、１つの最大値を取る。正確な時間同期位置であって、かつトレーニングシーケンス初期補正後のキャリア周波数オフセットが0に近い場合のみ、Ｍθ（ε）が最大値に近い。
【０１４５】
この特性に基づいて、本発明は、フレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時サーチを正確に実現することができる。
【０１４６】
図10は、本発明のトレーニングシーケンスとMooseアルゴリズムの性能比較図である。
【０１４７】
図10に示すように、横座標は、信号対雑音比であるSNRを示し、縦座標は、二乗平均誤差を示す。但し、トレーニングシーケンスのトレーニングシンボルの長さは、N=256であり、周波数オフセットは、ε＝０.１である。
【０１４８】
また、シミュレーション環境は、4パス独立フェージングのレイリーチャネルであり、各パスの電力は、それぞれ0.93、0.34217、0.12588、0.0463であり、各パスの時間遅延は、それぞれ0、2、4、6個のサンプル値であると設定する。
【０１４９】
SNR=10dBの場合、Mooseアルゴリズムの二乗平均誤差は、0.24であり、本発明の二乗平均誤差は、0である。図10からわかるように、本発明のトレーニングシーケンスは、より高い精度を有する。
【０１５０】
テーブル1は、本発明の性能解析に用いた2つの無線チャネル環境（Scenario I、Scenario II）を示す。
【表１】
2007013982.tif 000029
【０１５１】
図11は、無線チャネル環境Iにおける本発明とMooseアルゴリズムとのシミュレーション結果の比較図である。
【０１５２】
図11に示すように、横座標は、信号対雑音比であるSNRを示し、縦座標は、二乗平均誤差を示す。シミュレーション結果からわかるように、本発明において、それぞれM=2、4、8とする場合、その推定の精度は、平均Mooseアルゴリズムより高い。M=8のとき、推定精度が最も高い。
【０１５３】
例えば、本発明において、M=2のとき、その性能がMooseアルゴリズムより約1.4dB高くなり、M=8のとき、性能が約1.7dB高くなる。したがって、該チャネル環境Iにおいて、最良値Mは8である。
【０１５４】
図12は、無線チャネル環境IIにおける本発明とMooseアルゴリズムのシミュレーション結果の比較図である。
【０１５５】
図12に示すように、横座標は、信号対雑音比であるSNRを示し、縦座標は、二乗平均誤差を示す。シミュレーション結果からわかるように、本発明において、それぞれM=2、4、8とする場合、その推定の精度は、平均Mooseアルゴリズムより高い。M=4のとき、推定精度が最も高い。
【０１５６】
例えば、本発明において、M=8のとき、その性能がMooseアルゴリズムより約0.7dB 高くなり、M=2のとき、その性能が約0.8dB 高くなり、M=4のとき、その性能が約0.9dB 高くなる。したがって、該チャネル環境IIにおいて、最良値Mは4である。
【０１５７】
<変更実施例>
<通信システム>
本発明が提供する通信システムの移動端末1と基地局2の構成は上記態様に限らなく、図7に示す最良値M確定ユニット53が、マルチパスタップ検出ユニット52で検出したマルチパスチャネルの最大遅延に基づいて最良値Mを取得する事もできる。
【０１５８】
この場合、マルチパスタップ検出ユニット52は、マルチパスチャネルの最大遅延Lをフィードバックユニット54を介して直接に基地局2へフィードバックし、図4に示す基地局2のM値確定ユニット321が、フィードバックされたこのマルチパスチャネルの最大遅延Lに基づいて最良値Mを計算する。
【０１５９】
変更実施例による移動端末1と基地局2のその他の構成と接続方法は上記実施例と同じであり、ここでは説明をしない。
【０１６０】
<通信方法>
変更実施例による本発明の通信方法は、上記実施例の通信方法とほぼ同じであり、ここでは、異なる点のみを説明する。
【０１６１】
ステップ（b）において、移動端末は、構成特徴の最良値Mではなく、初期サーチ結果により確定されたマルチパスチャネルの最大遅延を基地局へ送信する。
【０１６２】
ステップ（c）において、基地局は、前のフレームで送信したマルチパスチャネルの最大遅延に基づいて、構成特徴の最良値Mを確定し、第2類OFDMフレームを生成する。
【０１６３】
ステップ（d）は、ステップ（b）と同じように、移動端末は、構成特徴の最良値Mではなく、初期サーチ結果により確定されたマルチパスチャネルの最大遅延を基地局へ送信する。
【０１６４】
本発明の変更実施例によれば、基地局2は、マルチパスチャネルの最大遅延に基づいて、高速に構成特徴の最良値Mを計算することができる。
【０１６５】
上記記載からわかるように、本発明は、フレーム同期及びキャリア周波数オフセットの同時推定が実現でき、フレーム同期の精度が従来のアルゴリズムよりはるかに高くて、キャリア周波数オフセットサーチ範囲が広くて最大サーチ範囲が信号帯域幅全体の半分に及ぶことができ、パラメータMは無線チャネルの変化に応じて適応調整することができ、キャリア周波数オフセット推定の精度が従来のアルゴリズムより高くて、精度を向上させると同時に計算の複雑さを低減させる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１】本発明の提供する新しいトレーニングシーケンスを示す図である。
【図２】本発明のOFDMフレームの構成図である。
【図３】本発明のトレーニングシーケンスを利用したOFDM通信システムを示す図である。
【図４】本発明による基地局2における送信機3の構成図である。
【図５】本発明による移動端末1における受信機4の構成図である。
【図６】移動端末1が受信したデータブロック間の干渉を説明する図である。
【図７】初期サーチ部5と適応追跡部6の具体的な構成図である。
【図８】本発明のフレーム同期とキャリア周波数オフセットの同時サーチユニット51の初期サーチを示す図である。
【図９】構成特徴がM=NであるトレーニングシーケンスにおけるタイミングメトリックＭθ（ε）を示す図である。
【図１０】本発明のトレーニングシーケンスとMooseアルゴリズムとの性能比較図である。
【図１１】無線チャネル環境Iにおいて、本発明とMooseアルゴリズムとのシミュレーション結果の比較図である。
【図１２】無線チャネル環境IIにおいて、本発明とMooseアルゴリズムとのシミュレーション結果の比較図である。
【符号の説明】
【０１６７】
１…移動端末
２…基地局
３…送信機
３０…データ変調部
３１…制御ユニット
３２…トレーニングシーケンス生成部
３２１…Ｍ値確定ユニット
３２２、３３１…直並列変換ユニット
３２３…周波数領域第１トレーニングシンボル生成部
３２４、３３２…ＩＦＦＴユニット
３２５…ロジック分割ユニット
３２６…第２トレーニングシンボル生成部
３３…データシンボル生成部
４…受信機
５…初期サーチ部
５１…フレーム同期・キャリア周波数オフセットの同時サーチユニット
５２…マルチパスタップ検出部
５３…最良値Ｍ確定ユニット
５４…フィードバックユニット
６…適応追跡部
６１…追跡ユニット
６２…キャリア周波数オフセット補正ユニット
【図１】
2007013982.tif 000046
【図２】
2007013982.tif 000047
【図３】
2007013982.tif 000048
【図４】
2007013982.tif 000049
【図５】
2007013982.tif 000050
【図６】
2007013982.tif 000051
【図７】
2007013982.tif 000052
【図８】
2007013982.tif 000053
【図９】
2007013982.tif 000054
【図１０】
2007013982.tif 000055
【図１１】
2007013982.tif 000056
【図１２】
2007013982.tif 000057