(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数軸上の信号が逆変換された時間軸上の信号を時間軸方向に複数回繰り返すことによって生成し、送信された信号を受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信された信号の繰り返し単位となるデータ部のうち、前記データ部の長さから遅延波の最大遅延時間の長さを差し引いた長さに相当する先頭データ部を抽出する先頭データ抽出手段と、
前記受信手段によって受信された信号の先頭データ部を除く各データ部の後端と、前記先頭データ抽出手段によって抽出された先頭データ部の後端とを一致させて合成する合成手段と、
前記合成手段によって合成された信号を時間軸上の信号から周波数軸上の信号に変換する変換手段と、
を具備する無線受信装置。
【請求項２】
自局宛のサブキャリアを選択するサブキャリア選択手段を具備する請求項１に記載の無線受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線受信装置に関し、特に、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）伝送システムに用いられる無線受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代移動体通信システムとして、高速大容量で誤り耐性を向上させるＯＦＤＭ方式が検討されている。ＯＦＤＭ方式として、特許文献１に開示された技術があり、以下、この技術について簡単に説明する。
【０００３】
特許文献１に開示の伝送システムでは、図１に示すように、送信データ（図中データ部）の後部の所定の一部をガードインターバル（以下、「ＧＩ」と省略する）としてデータ部の先頭に付加した信号を生成する。このように生成された信号は送信装置から送信され、伝播路中で直接波と遅延波が合成されて受信装置に到達する。
【０００４】
受信装置では、図２に示すように、受信したデータに対してタイミング同期処理を行い、直接波のデータ部の先頭からデータ部長の信号が抽出される。これにより、抽出された信号は、直接波成分、遅延波成分及び受信装置におけるノイズ成分が含まれており、これらの成分が合成された信号となる。そして、抽出された信号は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理が行われ、復調される。
【特許文献１】特開２００４−４０５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に開示の技術では、ＧＩを付加していることから同一データを繰り返し送信していることになるが、復調に使用されないＧＩ部分のエネルギーが無駄になっている。一般に、ＧＩはデータ部長の１０〜２５％とすることが多く、視点を変えると、送信エネルギーの１０〜２５％近くが常に無駄になっていることになる。
【０００６】
特に、複数の受信装置に対してあるＯＦＤＭシンボルを用いて同時にデータを送信する場合、例えば、ブロードキャストチャネルの送信、共通制御チャネルの送信、共通データチャネルの送信、サブキャリアの一部を受信装置Ａに、他の一部を受信装置Ａとは異なる他の受信装置Ｂに送信する場合などでは、ＧＩ部分のエネルギー損失がさらに増大する。具体的には、図３に示すように、送信装置が全サブキャリアのうち、一部（図中実線で示すサブキャリア）を受信装置（ユーザ）Ａへの送信に使用し、他の一部（図中点線で示すサブキャリア）を受信装置（ユーザ）Ｂへの送信に使用する場合、受信装置Ａへの伝播路における最大遅延時間をτｍａｘＡ、受信装置Ｂへの伝播路における最大遅延時間をτｍａｘＢ（τｍａｘＡ＜τｍａｘＢ）として想定する（図４参照）。
【０００７】
このような状況でＧＩを設計することを考えると、遅延波が最大となる受信装置を選択し、選択した受信装置に応じた長さのＧＩを使用することが必要となるため、ＧＩ長をτｍａｘＢより長くしなければならない。そのため、受信装置Ａにとっては必要以上に長いＧＩが送信されることになり、ＧＩの送信エネルギーが無駄になってしまう。
【０００８】
本発明の目的は、ＧＩの付加によるエネルギー損失を抑制しつつ、受信品質を向上させることができる無線受信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の無線受信装置は、周波数軸上の信号が逆変換された時間軸上の信号を時間軸方向に複数回繰り返すことによって生成し、送信された信号を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された信号の繰り返し単位となるデータ部のうち、前記データ部の長さから遅延波の最大遅延時間の長さを差し引いた長さに相当する先頭データ部を抽出する先頭データ抽出手段と、前記受信手段によって受信された信号の先頭データ部を除く各データ部の後端と、前記先頭データ抽出手段によって抽出された先頭データ部の後端とを一致させて合成する合成手段と、前記合成手段によって合成された信号を時間軸上の信号から周波数軸上の信号に変換する変換手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガードインターバルの付加によるエネルギー損失を抑制しつつ、受信品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図５は、本発明の実施の形態１に係る無線送信装置１００の構成を示すブロック図である。この図において、変調部１０１は、入力された送信データにＰＳＫ変調やＱＡＭ変調などの変調方式で変調し、変調した信号に拡散処理を行い、拡散処理した信号をＳ／Ｐ変換部１０２に出力する。
【００１４】
Ｓ／Ｐ変換部１０２は、変調部１０１から出力されたシリアル信号をパラレル信号に変換し、サブキャリア毎にマッピングする。変換されたパラレル信号はＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部１０３に出力される。
【００１５】
ＩＦＦＴ部１０３は、Ｓ／Ｐ変換部１０２から出力されたパラレル信号にＩＦＦＴ処理を行うことにより、サブキャリア単位でデータが配置された周波数軸上の信号を時間軸上の信号に変換し、変換した時間軸上の信号をデータ繰り返し部１０４に出力する。
【００１６】
データ繰り返し部１０４は、図示せぬ上位レイヤ又は伝播環境情報によって決定された繰り返し数Ｎが入力され、ＩＦＦＴ部１０３から出力された信号の時間軸データがＮ回繰り返し送信ＲＦ部１０５に出力される。
【００１７】
送信ＲＦ部１０５は、データ繰り返し部１０４から出力された信号にＤ／Ａ変換、アップコンバート等の所定の無線送信処理を行い、処理を行った信号をアンテナ１０６を介して送信する。
【００１８】
この送信装置１００により送信される信号のデータフォーマットを図６に示す。図６では、サブキャリア数４、繰り返し数Ｎとした場合であり、繰り返し単位（データ）を構成する信号をサンプル信号とし、４サンプル信号からなるデータをＮ回繰り返す場合を示している。すなわち、ＩＦＦＴ後の時間軸方向サンプル信号４サンプルをＮ回繰り返し、４Ｎサンプルとしている。そして、この４Ｎサンプルを１ＯＦＤＭシンボルとして送信する。
【００１９】
図７は、本発明の実施の形態１に係る受信装置２００の構成を示すブロック図である。この図において、受信ＲＦ部２０２は、アンテナ２０１を介して受信した信号に対して、ダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換などの所定の無線受信処理を行い、処理を行った信号を直接波タイミング検出部２０３、データ抽出部２０４、最大遅延時間検出部２０５及び先頭データ抽出部２０７に出力する。
【００２０】
直接波タイミング検出部２０３は、受信ＲＦ部２０２から出力された信号から、図８に示すような直接波の先頭データ部（データ１）後端のタイミング、すなわち、２番目のデータ部（データ２）先頭のタイミングを検出し、検出したタイミングをデータ抽出部２０４及び先頭データ抽出部２０７に出力する。
【００２１】
データ抽出部２０４は、直接波タイミング検出部２０３から出力されたタイミングに基づいて、受信ＲＦ部２０２から出力された信号の直接波の先頭データ部後端からＮ−１個のデータ（データ２〜Ｎ）を抽出し、抽出したＮ−１個のデータを合成部２０９に出力する。
【００２２】
最大遅延時間検出部２０５は、受信ＲＦ部２０２から出力された信号から遅延波の最大時間（最大遅延時間τｍａｘ）を検出し、検出した最大遅延時間τｍａｘを抽出長決定部２０６に出力する。
【００２３】
抽出長決定部２０６は、最大遅延時間検出部２０５から最大遅延時間τｍａｘを取得し、データ部長ＴＤＡＴＡから最大遅延時間τｍａｘを差し引くことにより求めた長さ（ＴＤＡＴＡ−τｍａｘ）を抽出長として先頭データ抽出部２０７に出力する。
【００２４】
先頭データ抽出部２０７は、受信ＲＦ部２０２から出力された信号の先頭データ部から抽出長決定部２０６で求めた長さ分抽出する。このとき、先頭データ部は、ＯＦＤＭシンボルの先頭からτｍａｘ遅れた位置から抽出され、抽出された先頭データ（以下、「抽出先頭データ」という）は、データ位置調整部２０８に出力される。
【００２５】
データ位置調整部２０８は、先頭データ抽出部２０７から出力された抽出先頭データの後端をデータ２後端の位置に調整し、データ位置を調整した抽出先頭データを合成部２０９に出力する。
【００２６】
合成部２０９は、データ抽出部２０４から出力されたデータ２〜Ｎとデータ位置調整部
２０８から出力された抽出先頭データとを合成し、合成したデータをＦＦＴ部２１０に出力する。
【００２７】
ＦＦＴ部２１０は、合成部２０９から出力された信号にＦＦＴ処理を行うことにより、時間軸上の信号から周波数軸上の信号に変換し、復調部２１１は、ＦＦＴ部２１０から出力された信号を復調し、復調したデータを出力する。
【００２８】
次に、上述した構成を有する受信装置２００の動作について図９を用いて説明する。ここでは、簡単のためデータの繰り返し数Ｎ＝２とし、１ＯＦＤＭシンボルをデータ１及びデータ２で構成する場合について説明する。
【００２９】
データ抽出部２０４では、直接波成分、遅延波成分及び受信装置におけるノイズ成分（以下、単に「ノイズ成分」という）が合成された受信信号について、直接波の先頭データ部後端からＮ−１個のデータを抽出する。ここでは、データ２を抽出する。
【００３０】
また、先頭データ抽出部２０７では、データ部長ＴＤＡＴＡから最大遅延時間τｍａｘを差し引いた長さ分の先頭データ部を抽出する。具体的には、先頭データ部の後端から（データ部長ＴＤＡＴＡ−最大遅延時間τｍａｘ）遡った分のデータ、すなわち、時間的に隣接するデータの干渉を受けない部分のデータを抽出する。
【００３１】
抽出された先頭データ（抽出先頭データ）は、その後端がデータ２の後端と一致するように、データ位置調整部２０８においてデータ位置が調整され、データ位置が調整された抽出先頭データとデータ２とが合成部２０９で合成される。このとき、先頭データ部はデータ２と同じなので、データ２をコピーしてデータ２の先頭に付加したと解釈すれば、先頭データ部はガードインターバルと見なすことができる。抽出先頭データは、データ抽出部２０４で抽出されたデータ２の後端部分（データ２の後端からＴＤＡＴＡ−τｍａｘ遡った分）と同じ信号であり、特に、合成する部分に含まれるノイズ成分は互いに異なる成分であることから、これらを合成することにより、抽出先頭データを含む合成部分のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）が向上することになる。
【００３２】
次に、ＦＦＴ部２１０によるＦＦＴ処理の効果について説明する。ここでは、図６に示した送信フォーマットを例に挙げ、最大遅延時間τｍａｘがサンプル番号１及び２に相当する場合について説明する。この場合、先頭データ抽出部２０７で抽出されるデータは、先頭データ部のサンプル番号３及び４であり、よって、合成部２０９で合成される信号は、サンプル番号１及び２については、データ２〜Ｎが合成され、サンプル番号３及び４については、データ１〜Ｎが合成される。上述したように抽出先頭データを含む合成部分、すなわち、サンプル番号３及び４については、サンプル番号１及び２に比べてＳＮＲが向上し、図１０（ａ）に示すようになる。
【００３３】
そして、合成部２０９で合成された信号をＦＦＴ部２１０がＦＦＴ処理を行うと、サンプル番号３及び４における向上したＳＮＲがＦＦＴ後の信号全体へと波及する。これは、ＦＦＴ処理の特性によるものであり、時間軸上の信号の特定部分（ここでは、サンプル番号３及び４）におけるＳＮＲの向上は、全周波数におけるＳＮＲの向上として作用するためである。これにより、先頭データ部をガードインターバルと見なし、合成部２０９で先頭データ部を合成しなかった場合、すなわち、単にデータ２〜Ｎを合成した場合（図１０（ｂ）参照）に比べ、ＦＦＴ後のＳＮＲを１０ｌｏｇ（Ｎ−τｍａｘ／ＴＤＡＴＡ）ｄＢ向上させることができる。
【００３４】
このように実施の形態１によれば、ＩＦＦＴ処理が行われた信号が１ＯＦＤＭシンボル区間長でＮ回繰り返し送信され、送信された信号を受信した受信装置では、受信した信号
の直接波の先頭データ部から時間的に隣接するデータの干渉を受けていない部分を抽出し、受信した信号のうち、先頭データ部を除く繰り返し送信された各データ部と、抽出した先頭データ部とを、それぞれの後端を揃えて合成し、合成信号をＦＦＴ処理することにより、ＦＦＴ後の全てのサブキャリアでＳＮＲを向上させることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、データの繰り返し数Ｎを予め定められた固定の値として説明したが、繰り返し数Ｎを伝播路の状況に応じて適応的に変更してもよく、これにより誤り率耐性を伝播路の状況に応じて制御することができる。
【００３６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、全サブキャリアのうち、一部を受信装置Ａへの送信に使用し、他の一部を受信装置Ｂへの送信に使用する場合について説明する。
【００３７】
図１１は、本発明の実施の形態２に係る無線受信装置２５０の構成を示すブロック図である。ただし、図１１が図７と共通する部分は、図７と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。図１１が図７と異なる点は、自局宛サブキャリア選択部２５１を追加した点である。
【００３８】
自局宛サブキャリア選択部２５１は、ＦＦＴ部２１０から出力された信号から自局宛のサブキャリアを選択し、選択したサブキャリアを復調部２１１に出力する。
【００３９】
次に、上述した構成を有する受信装置２５０の動作について図１２を用いて説明する。ここでは、簡単のためデータの繰り返し数Ｎ＝２として説明する。
【００４０】
図１２Ａは、受信装置Ａの受信処理のイメージを示しており、図１２Ｂは、受信装置Ｂの受信処理のイメージを示している。図１２Ａ及び図１２Ｂが示すように、全サブキャリアのうち、一部を受信装置Ａへの送信に使用し、他の一部を受信装置Ｂへの送信に使用する場合でも、自局宛サブキャリア選択部２５１が自局宛のサブキャリアを選択することから、各受信装置において実施の形態１で説明した合成処理を行うことができる。すなわち、受信装置Ａにおける最大遅延時間τｍａｘＡと受信装置Ｂにおける最大遅延時間τｍａｘＢとが異なっていても、遅延波が最大となる受信装置に応じた長さのガードインターバルを必要とせず、ガードインターバルの送信エネルギーを無駄にすることを防止することができる。
【００４１】
ここで、受信装置ＡでのＳＮＲの改善は、１０ｌｏｇ（Ｎ−τｍａｘＡ／ＴＤＡＴＡ）ｄＢとなり、受信装置ＢでのＳＮＲの改善は、１０ｌｏｇ（Ｎ−τｍａｘＢ／ＴＤＡＴＡ）ｄＢとなる。
【００４２】
このように実施の形態２によれば、複数の受信装置にサブキャリアを割り当てて同時に送信する場合でも、各受信装置において自局宛のサブキャリアを選択することにより、他の受信装置における最大遅延時間の影響を受けることなく、受信装置毎に送信エネルギーを有効に利用して受信品質を向上させることができる。
【００４３】
なお、上述した各実施の形態では、ガードインターバルを付加しない送信フォーマットを想定して説明したが、本発明はこれに限らず、ガードインターバルを付加した送信フォーマットを用いてもよい。
【００４４】
ガードインターバルを付加した送信フォーマットを用いる場合、受信装置は実施の形態１で説明した先頭データの部分をガードインターバルに置き換えて処理する。すなわち、受信したガードインターバルのうち、隣接するデータの干渉が回避された部分のガードイ
ンターバル部分を取り出し、データ部と合成する。これにより、ガードインターバル部分の信号を用いてデータ部のＳＮＲを向上させ、受信品質を高めることができる。
【００４５】
なお、上記各実施の形態では、フーリエ変換を用いて時間周波数変換を行い、逆フーリエ変換を用いて時間周波数変換を行ったが、本発明はこれに限らず、離散コサイン変換、ウェーブレット変換等の任意の周波数時間変換及び時間周波数変換を用いてもよい。
【００４６】
また、図１３に示すように、１ＯＦＤＭシンボル内において繰り返し配置されたデータ１〜データ３のうち、データ１先頭及びデータ３末尾のそれぞれτｍａｘについて電力を削減し、削減した分を残りの部分、すなわち直接波と遅延波の重なり部分に配分するようにしてもよい。これにより、直接波と遅延波の重なり部分がＳＮＲ向上により寄与することができる。
【００４７】
また、上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
【００４８】
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【００４９】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
【００５０】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
【００５１】
本発明の第１の態様は、無線送信装置が、送信データを変調する変調手段と、前記変調手段によって変調された送信データを周波数領域から時間領域へ逆変換する逆変換手段と、前記逆変換手段によって変換された信号を繰り返し単位となるデータ部毎に時間軸方向に複数回繰り返し送信するデータ繰り返し手段と、を具備する構成を採る。
【００５２】
本発明の第２の態様は、無線送信装置が、上記構成において、前記データ繰り返し手段が、前記逆変換手段によって変換された信号をＯＦＤＭシンボルの１シンボル区間長で繰り返し送信する構成を採る。
【００５３】
これらの構成によれば、ガードインターバルが付加されないため、復調に利用されないガードインターバルの送信エネルギーの損失を抑制することができる。
【００５４】
本発明の第３の態様は、無線送信装置が、上記構成において、前記データ繰り返し手段が、伝播路の状況に応じて適応的に繰り返し数を変更する構成を採る。
【００５５】
この構成によれば、伝播路の状況に応じて適応的に繰り返し数を変更することにより、伝播路の状況に応じて誤り率耐性を制御することができる。
【００５６】
本発明の第４の態様は、無線受信装置が、周波数領域から時間領域へ逆変換され、時間軸方向に複数回繰り返し送信された信号を受信する受信手段と、前記受信手段によって受
信された信号の繰り返し単位となるデータ部のうち、先頭データ部から時間的に隣接するデータの干渉が回避された部分を抽出する先頭データ抽出手段と、前記受信手段によって受信された信号の先頭データ部を除く各データ部の後端と、前記先頭データ抽出手段で抽出された先頭データ部の後端とを一致させて合成する合成手段と、前記合成手段で合成された信号を時間領域から周波数領域へ変換する変換手段と、を具備する構成を採る。
【００５７】
本発明の第５の態様は、無線受信装置が、上記構成において、前記先頭データ抽出手段が、前記受信手段によって受信された信号から遅延波の最大遅延時間を抽出し、抽出した最大遅延時間をデータ部長から差し引いた長さに相当する先頭データ部分を抽出する構成を採る。
【００５８】
これらの構成によれば、合成手段によって合成される部分に含まれるノイズ成分は互いに異なる成分であることから、これらを合成することにより、先頭データ抽出手段で抽出された先頭データ部を含む合成部分の受信品質を向上させることができ、合成信号を変換することにより、全周波数における受信品質を向上させることができる。
【００５９】
本発明の第６の態様は、無線受信装置が、上記構成において、自局宛のサブキャリアを選択するサブキャリア選択手段を具備する構成を採る。
【００６０】
この構成によれば、１つのＯＦＤＭシンボル内で複数の無線受信装置にサブキャリアを割り当てて同時に送信した場合でも、各無線受信装置は自局宛のサブキャリアを選択することにより、他の受信装置における最大遅延時間の影響を受けることなく、無線受信装置毎に送信エネルギーを有効に利用して受信品質を向上させることができる。
【００６１】
本明細書は、２００５年３月１０日出願の特願２００５−０６６８１２に基づくものである。この内容は全てここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明にかかる無線受信装置は、ＧＩの付加によるエネルギー損失を抑制しつつ、受信品質を向上させることができ、ＯＦＤＭ伝送システムに用いられる基地局装置又は移動局装置などに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】ＧＩの生成方法を示す図
【図２】特許文献１に開示された受信装置における受信処理の説明に供する図
【図３】複数の受信装置にサブキャリアを割り当てた様子を示す図
【図４】複数の受信装置における最大遅延時間が異なる様子を示す図
【図５】本発明の実施の形態１に係る無線送信装置の構成を示すブロック図
【図６】図５に示す送信装置により送信される信号のデータフォーマットを示す図
【図７】本発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示すブロック図
【図８】図７に示す受信装置が受信したデータを示す図
【図９】図７に示す受信装置における受信処理の説明に供する図
【図１０】ＦＦＴ処理の効果の説明に供する図
【図１１】本発明の実施の形態２に係る無線受信装置の構成を示すブロック図
【図１２Ａ】図１１に示す受信装置における受信処理の説明に供する図
【図１２Ｂ】図１１に示す受信装置における受信処理の説明に供する図
【図１３】電力制御の様子を示す概念図
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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