CN101502030B - Ofdm通信装置以及保护间隔长度确定方法 - Google Patents

Abstract

一种OFDM通信装置(10)，其特征在于包含：接收一系列符号的RF/IF/BB部(11)；取得表示接收的一系列符号的频率波动量的频率波动量信息的频率波动量信息取得部(21)；根据由频率波动量信息取得部(21)取得的频率波动量信息，确定GI的长度，并向发送装置指示以确定的GI长度进行符号发送的GI长度确定/指示部(23)。

Description

OFDM通信装置以及保护间隔长度确定方法

技术领域

本发明涉及OFDM通信装置以及保护间隔长度确定方法。

背景技术

在OFDM(正交频分复用：Orthogonal Frequency Division Multiplexing)中，如果在某个符号(symbo1)中存在延迟成分，则该延迟成分成为对后续符号的干涉波，降低了后续符号的SINR(信号对干扰及噪声比：Signalto Interference and Noise Ratio)。为了防止这种情况，在符号头部设置保护间隔(GI：Guard Interval)。

在专利文献1中，记载了根据延迟成分的量来控制保护间隔长度的技术。一般而言，随着保护间隔变长，则SINR上升，但通信速度会下降。在该技术中，通过在确定保护间隔长度时要求得到必要的最低限度的SINR，使通信速度最大化。

此外，专利文献2中公开了在多个发送装置发送同一子载波的情形(切换(hand over)时等)中，降低从各发送装置分别发送的符号间的干涉的技术。此外，专利文献3中公开了改善OFDM中的频率使用效率的技术。

专利文献1：特开2002-374223号公报

专利文献2：特开2005-303826号公报

专利文献3：特开2005-252886号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，SINR不仅受到由延迟成分造成的干涉波(以下称作符号延迟干涉波)的影响，还受到由多普勒(Doppler)效应等产生的频率波动的影响，因此有时即使利用上述专利文献1记载的技术也无法得到必要的最低限度的SINR。

即，在OFDM中，为了确定符号的接收时机，利用已知信号。由于预先知道已知信号的初始相位，所以接收侧的通信装置在确定符号的接收时机时使得以正确的初始相位接收已知信号。

但是，即使按照此方式确定符号的接收时机，在存在频率波动的情况下，各符号的时间长度出现伸缩，其相位发生偏离。该偏离在符号的接收中作为噪声(以下称作频率波动噪声)起作用。

SINR是通过用“干涉波及噪声”功率除“期望信号”功率而求得的，在“干涉波及噪声”中，包含上述符号延迟干涉波与上述频率波动噪声这两者。因此，即使根据符号的延迟成分的量控制保护间隔的长度，有时也无法得到必要的最低限度的SINR。

因此，本发明的一个问题在于提供一种即使在存在频率波动的情况下，也能控制保护间隔的长度以便得到必要的最低限度的SINR的OFDM通信装置以及保护间隔长度确定方法。

解决问题的手段

用于解决上述问题的本发明涉及的OFDM通信装置的特征在于包含：接收部，接收一系列符号；检测部，检测由上述接收部接收的上述一系列符号的频率波动；频率波动量信息取得部，取得由上述检测部检测的表示频率波动的量的频率波动量信息；保护间隔长度确定部，根据由上述频率波动量信息取得部取得的频率波动量信息，确定保护间隔的长度；以及保护间隔长度指示部，向发送装置指示以上述保护间隔长度确定部确定的保护间隔长度进行符号发送。

据此，根据频率波动量信息确定保护间隔长度。因此，上述OFDM通信装置即使在存在频率波动的情况下，也能控制保护间隔的长度以便得到必要的最低限度的SINR。

此外，在上述OFDM通信装置中还可以采用以下结构，即上述一系列符号包含已知信号部分，该OFDM通信装置还包含：相关性计算部，计算由上述接收部接收的一系列符号和与上述已知信号部分的波形具有相同波形的保持信号的相关性；期望信号功率取得部，基于上述相关性计算部的计算结果，取得期望信号功率；符号延迟量取得部，基于上述相关性计算部的计算结果，取得符号延迟量；以及符号延迟干涉波功率取得部，基于由上述期望信号功率取得部取得的期望信号功率和由上述符号延迟量取得部取得的符号延迟量，取得符号延迟干涉波功率，即某符号成为对后续符号的干涉波的情况下的干涉波功率；上述保护间隔长度确定部根据由上述频率波动量信息取得部取得的频率波动量信息和由上述符号延迟干涉波功率取得部取得的符号延迟干涉波功率，确定保护间隔的长度。

据此，根据频率波动量信息和符号延迟干涉波功率这两者来确定保护间隔长度。因此，上述OFDM通信装置在存在频率波动的情况下也能更好地控制保护间隔的长度以取得必要的最低限度的SINR。

此外，在上述OFDM通信装置中还可以采用以下结构，即上述保护间隔长度确定部包含：必要符号延迟干涉波功率计算部，基于由上述频率波动量信息取得部取得的频率波动量信息，计算为了SINR达到指定值而必要的符号延迟干涉波功率；上述保护间隔长度确定部基于由上述必要符号延迟干涉波功率计算部计算的必要符号延迟干涉波功率和由上述符号延迟干涉波功率取得部取得的符号延迟干涉波功率，确定保护间隔的长度。

据此，能够在考虑频率波动量信息的同时确定保护间隔的长度以使SINR达到指定值。

此外，本发明涉及的保护间隔长度确定方法的特征在于包含：接收步骤，接收一系列符号；检测步骤，检测由上述接收部接收的上述一系列符号的频率波动；频率波动量信息取得步骤，取得表示在上述检测步骤中检测的频率波动的量的频率波动量信息；保护间隔长度确定步骤，根据由上述频率波动量信息取得步骤取得的频率波动量信息，确定保护间隔的长度；以及保护间隔长度指示步骤，向发送装置指示以上述保护间隔长度确定步骤确定的保护间隔长度进行符号发送。

附图说明

图1是表示本发明的实施例涉及的OFDM通信装置的***结构及功能模块的图。

图2是用于说明本发明的实施例涉及的无线信号的说明图。

图3是用于说明本发明的实施例涉及的符号的说明图。

图4是用于说明本发明的实施例涉及的符号延迟的图。(a)表示延迟分布图的例子，该延迟分布图表示多径接收的符号的每个路径的延迟量。(b)表示符号延迟干涉波功率的例子。

图5是表示本发明的实施例涉及的频率波动的例子的图。

图6是表示本发明的实施例涉及的OFDM通信装置的处理流程的图。

图7是表示本发明的实施例涉及的GI长度与频率波动噪声功率及符号延迟干涉波功率的关系的图。

具体实施方式

参照附图说明本发明的实施例。

图1是表示本实施例涉及的OFDM通信装置10的***结构及功能模块的图。如该图所示，OFDM通信装置10在功能上包含RF(RadioFrequency，射频)/IF(Inter-frequency，中频)/BB(Base Band，基带)部11、GI删除部12、FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)部13、相关性计算部14、已知信号保持部15、解调/解码部16、接收数据取得部17、符号延迟量取得部18、期望信号功率取得部19、符号延迟干涉波功率取得部20、频率波动量信息取得部21、频率波动噪声功率取得部22、GI长度确定/指示部23、发送数据取得部25、物理层帧生成部26、编码/调制部27、GI长度指示取得部28、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，快速傅立叶逆变换)部29以及GI附加部30而构成。此外，GI长度确定/指示部23在其内部包含必要符号延迟干涉波功率计算部24而构成。

OFDM通信装置10是作为移动通信***的移动站装置或基站装置使用的通信装置，进行OFDM通信。另外，OFDM通信装置10的通信对方也是与OFDM通信装置10相同的通信装置。以下，对OFDM通信装置10具有的上述各个部件的功能进行具体说明。

RF/IF/BB部11利用超外差方式接收通信对方发送的无线信号，并向GI删除部12输出。

在此，说明在OFDM中使用的无线信号。

图2是用于说明在OFDM中使用的无线信号的说明图。在该图中，纵轴为频率轴，横轴为时间轴。各个长方形表示无线信号的发送单位。发送单位的时间长度等于时隙(time slot)长度。

在OFDM中，符号(表示一次调制得到的一个或多个比特的数据的信号点)列以对应于GI长度的数目的一系列符号(以下称作单位符号列)为单位映射到复平面(complex plane)上，在D/A转换之后进行逆高速傅立叶(Fourier)变换。其结果是，上述符号列以单位符号列为单位分散到多个子载波中。上述发送单位由以此方式分散的单位符号列构成。

图3是详细表示上述单位符号列的内容的图。如该图所示，各单位符号列包含多个符号，各个符号包含GI与数据部而构成。在数据部中包含表示符号的指定时间长度的模拟信号。GI可以包含构成数据部的模拟信号的一部分(通常是从数据部的末尾起GI长度的模拟信号)而构成，也可以不包含有意义的信号。

GI删除部12从由RF/IF/BB部11输入的无线信号中删除GI，并输出至FFT部13。

FFT部13对从GI删除部12输入的无线信号进行高速傅立叶变换。其结果是，FFT部13对每个上述发送单位，取得进行逆高速傅立叶变换前的单位符号列，并输出至相关性计算部14。但是，这里得到的单位符号列中包含干涉成分和噪声成分。

在此，上述单位符号列中包含已知信号部分(也称作独特码(UniqueWord))。此外，已知信号保持部15保持与该已知信号部分相同波形的信号。相关性计算部14计算从FFT部13输入的单位符号列与已知信号保持部15保持的与上述已知信号相同波形的保持信号的相关性。利用该处理，相关性计算部14将相关值最大的部分判断为单位符号列中包含的已知信号部分。并且，将判断结果与单位符号列输出至解调/解码部16。

在此，由于多径等的影响，上述单位符号列在时间上分散，有时收到几个相同的单位符号列。在时间上分散的单位符号列中，最先的单位符号列(作为接收符号)之外为延迟成分。存在这样的延迟成分的情况下，相关性计算部14将多个部分判断为已知信号部分。

图4(a)是表示多径接收的符号的每个路径的延迟成分的延迟分布图的例子。如该图所示，在多径接收的情况下，收到几个分散于逐渐偏离的多个时机的相同内容的符号(延迟成分)。另外，该图中仅表示关于一个符号的接收符号以及延迟成分，单位符号列内包含的各符号的延迟程度均可认为是相同程度。

解调/解码部16基于输入的判断结果，取得已知信号部分的接收时机。在存在上述延迟成分的情况下，解调/解码部16取得多个该接收时机。解调/解码部16在以此方式取得的多个接收时机中，根据最先的接收时机(最先接收时机)，对各单位符号列利用该各单位符号列的调制中使用的调制方式进行解调。解调/解码部16进一步利用指定的编码方式对解调结果得到的比特列进行解码，并输出至接收数据取得部17。接收数据取得部17基于从解调/解码部16输入的比特列取得接收数据。

符号延迟量取得部18基于相关性计算部14的计算结果，取得延迟成分的量(符号延迟量)。具体而言，符号延迟量取得部18对于多个延迟成分中的每个，取得其延迟程度来作为符号延迟量。

此外，期望信号功率取得部19基于相关性计算部14的计算结果，对于接收符号以及多个延迟成分中的每个，取得期望信号功率。

符号延迟干涉波功率取得部20基于由期望信号功率取得部19取得的延迟成分的期望信号功率和由符号延迟量取得部18取得的符号延迟量，取得符号延迟干涉波功率(假设为I)，即在某个符号成为对后续符号的干涉波的情况下的干涉波功率。具体而言，符号延迟干涉波功率取得部20通过对符号延迟量超过GI长度的单位符号列的期望信号功率求和，取得符号延迟干涉波功率I。

图4(b)中表示该符号延迟干涉波功率I的具体例子。如该图所示，符号延迟干涉波功率I表示在某个符号的延迟成分中，超过GI长度从而与后续的接收符号相连接的部分的功率。

频率波动量信息取得部21取得表示由FFT部13取得的单位符号列的频率波动量的频率波动量信息。以下，详细说明频率波动量。

频率波动是由于多普勒效应等产生的单位符号列的频率的变化。频率波动多具有频率选择性，往往仅在一部分子载波中发生。

图5中表示频率波动的具体例子。在该图中，表示频率f₁至f₆的子载波，在频率f₃附近发生频率波动。因此，原始频率为f₃的子载波的频率偏离f₃。

如果存在这样的频率波动，则接收符号的相位偏离原始相位。即，数据部的接收时机由以上述方式取得的已知信号部分的接收时机确定。在该接收时机接收的信号的相位，如果该信号的频率不偏离原始频率则为原始相位，但如果频率发生偏离则信号在时间轴方向上伸缩，因此偏离原始相位。这样产生的相位偏离作为噪声(频率波动噪声)对符号的接收产生影响。

频率波动量信息取得部21对每个符号以及每个子载波取得指定时间内(例如GI长度的更新周期内)的相位变化量，基于取得的相位变化量，取得频率波动量信息。具体而言，利用以下的式(1)计算频率波动量信息。在式(1)中，m表示在上述指定时间内分配给符号的连续的编号(这里假设为1～M)，k表示子载波的连续的编号(这里假设为1～K)，θ_mk表示符号编号m以及子载波编号k中的信号矢量角(相位)，θ_mkr表示符号编号m以及子载波编号k中的原始信号矢量角(相位)，N_θ表示频率波动量信息。另外，作为θ_mkr，也可以使用除去上述指定时间内的调制信号成分后的矢量平均角。

[数学式1]

$N_{\mathrm{\θ}}=\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{mk}}-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{mkr}}\left|\right)\right)}{M\×K}...\left(1\right)$

频率波动噪声功率取得部22将由频率波动量信息取得部21取得的频率波动的量的单位从角度换算为功率，取得频率波动噪声功率。具体而言，利用以下的式(2)取得频率波动噪声功率N。在此，S表示由期望信号功率取得部19取得的接收符号的期望信号功率，α表示由调制方式确定的比例乘数。例如在QPSK中基于无法解调的最大相位变化±π/4[rad]，将α确定为π/4。

N＝S×α×N_θ×(M×K)  …(2)

GI长度确定/指示部23根据由频率波动噪声功率取得部22取得的频率波动噪声功率N和由符号延迟干涉波功率取得部20取得的符号延迟干涉波功率I，确定GI长度。

具体而言，必要符号延迟干涉波功率计算部24基于由频率波动噪声功率取得部22取得的频率波动噪声功率N，计算出为使SINR达到指定值(使通信建立的最低限度的必要SINR)而必要的符号延迟干涉波功率I_MAX。GI长度确定/指示部23基于这样计算出的必要符号延迟干涉波功率I_MAX和由符号延迟干涉波功率取得部20取得的符号延迟干涉波功率I确定GI长度。更具体而言，确定GI长度以使由符号延迟干涉波功率取得部20取得的符号延迟干涉波功率达到必要符号延迟干涉波功率I_MAX。

GI长度确定/指示部23以上述方式确定GI长度后，向通信对方指示以该GI长度进行符号发送。具体而言，生成表示指示的GI长度的GI长度指示信息，并输出至物理层帧生成部26。据此，GI长度指示信息被发送至通信对方。以下，在记载其详细情况的同时记载由OFDM通信装置10进行的符号发送。

发送数据取得部25取得构成发送数据的比特列。物理层帧生成部26在发送数据取得部25取得的比特列中附加物理层标头，并输出至编码/调制部27。此时物理层帧生成部26将从GI长度确定/指示部23输入的GI长度指示信息包含在物理层标头中。

编码/调制部27利用指定的编码方式编码从物理层帧生成部26输入的附加物理层标头后的发送数据，以取得编码数据。进一步，编码/调制部27利用给定的调制方式调制编码数据以生成符号列，并输出至IFFT部29。另外，编码/调制部27在编码数据的调制中使用的调制方式最好利用适应性调制方式根据无线状态(接收状态)进行适当变更。

GI长度指示取得部28从由接收数据取得部17取得的接收数据中，取得利用与该OFDM通信装置10相同的处理从通信对方发送的GI长度指示信息。

IFFT部29基于由GI长度指示取得部28取得的GI长度指示信息，确定单位符号列中应包含的符号数。在该确定中，GI长度越长，则符号数越少。并且，IFFT部29将从编码/调制部27输入的符号列分割为单位符号列并映射到复平面上，在D/A转换之后进行逆高速傅立叶变换。其结果是，符号列以单位符号列为单位分散到多个子载波中。IFFT部29将这样得到的信号输出到GI附加部30。

GI附加部30在构成单位符号列的各符号的头部，附加基于由GI长度指示取得部28取得的GI长度指示信息的长度的GI，然后输出至RF/IF/BB部11。

RF/IF/BB部11利用超外差方式无线发送从GI附加部30输入的信号。

对以上说明的处理，一边参照OFDM通信装置10的处理流程，一边更详细地进行说明。

图6是表示OFDM通信装置10的处理流程的图。如该图所示，OFDM通信装置10首先取得对通信建立必要的最低限度的SINR。以下将该SINR作为SINR1(S1)。

OFDM通信装置10接收信号(S2)后，以上述方式计算期望信号接收功率S(S3)、符号延迟干涉波功率I(S4)、以及频率波动噪声功率N(S5)。计算出这些值后，OFDM通信装置10计算出通信能够建立的I的最大值I_MAX。换言之，计算出在存在频率波动噪声功率N的情况下可以允许的I的最大值I_MAX。具体而言，利用以下的式(3)进行计算(S6)。

I_MAX＝S/SINR1-N  …(3)

OFDM通信装置10比较S2中计算出的I和S6中计算出的I_MAX，根据其结果进行不同处理(S7)。在I比I_MAX小的情况下，由于增大I后通信也能建立，所以根据I与I_MAX的差，在缩短GI长度的方向上确定GI长度控制量从而增大I(S8)。在I等于I_MAX的情况下，应维持现在的I，将GI长度控制量确定为0(S9)。在I比I_MAX大的情况下，由于若维持原样则无法建立通信，所以根据I与I_MAX的差，在延伸GI长度的方向上确定GI长度控制量从而减小I(S10)。

OFDM通信装置10基于以上述方式确定的GI长度控制量和现在的GI长度，确定GI长度(S11)。

图7是表示以上述方式确定的GI长度、频率波动噪声功率N以及符号延迟干涉波功率I的关系的图。如该图所示，即使符号延迟干涉波功率I较小，若频率波动噪声功率N较大，则也在拉伸的方向上控制GI长度。相反，即使符号延迟干涉波功率I较大，若频率波动噪声功率N较小，则在缩短的方向上控制GI长度。

最后，OFDM通信装置10通过向通信对方发送GI长度指示信息来通知GI长度(S12)。接收了GI长度指示信息的通信对方以后便发送由GI长度指示信息表示的GI长度的单位符号列。

如上述说明，根据OFDM通信装置10，能够根据频率波动的量和符号延迟干涉波功率这两者确定GI长度。据此，OFDM通信装置10在存在频率波动的情况下，也能控制GI长度以得到必要的最低限度的SINR。

Claims (4)

1.一种OFDM通信装置，包含：

接收部，接收一系列符号；

频率波动量信息取得部，取得表示由所述接收部接收的所述一系列符号的频率波动的量的频率波动量信息；

频率波动噪声功率取得部，将由频率波动量信息取得部取得的频率波动的量的单位从角度换算为功率，取得频率波动噪声功率；

符号延迟干涉波功率取得部，取得符号延迟干涉波功率，即某符号对后续符号的干涉波功率；

保护间隔长度确定部，根据所述频率波动噪声功率以及所述符号延迟干涉波功率，确定保护间隔的长度；以及

保护间隔长度指示部，向发送装置指示以所述保护间隔长度确定部确定的保护间隔长度进行符号发送。

2.根据权利要求1所述的OFDM通信装置，其特征在于，

所述一系列符号包含已知信号部分，

该OFDM通信装置还包含：

相关性计算部，计算由所述接收部接收的一系列符号和保持信号的相关性，所述保持信号的波形与所述已知信号部分的波形相同；

期望信号功率取得部，基于所述相关性计算部的计算结果，取得期望信号功率；以及

符号延迟量取得部，基于所述相关性计算部的计算结果，取得符号延迟量，

所述符号延迟干涉波功率取得部，基于由所述期望信号功率取得部取得的期望信号功率和由所述符号延迟量取得部取得的符号延迟量，取得符号延迟干涉波功率，即某符号对后续符号的干涉波功率。

3.根据权利要求2所述的OFDM通信装置，其特征在于，

所述保护间隔长度确定部包含：必要符号延迟干涉波功率计算部，基于由所述频率波动噪声功率取得部取得的频率波动噪声功率，计算为了信号对干扰及噪声比达到指定值而必要的符号延迟干涉波功率；

所述保护间隔长度确定部基于由所述必要符号延迟干涉波功率计算部计算出的必要符号延迟干涉波功率和由所述符号延迟干涉波功率取得部取得的符号延迟干涉波功率，确定保护间隔的长度。

4.一种保护间隔长度确定方法，包含：

接收步骤，接收一系列符号；

频率波动量信息取得步骤，取得表示在所述接收步骤中接收的所述一系列符号的频率波动的量的频率波动量信息；

频率波动噪声功率取得步骤，将由频率波动量信息取得步骤取得的频率波动的量的单位从角度换算为功率，取得频率波动噪声功率；

符号延迟干涉波功率取得步骤，取得符号延迟干涉波功率，即某符号对后续符号的干涉波功率；

保护间隔长度确定步骤，根据所述频率波动噪声功率以及所述符号延迟干涉波功率，确定保护间隔的长度；以及

保护间隔长度指示步骤，向发送装置指示以所述保护间隔长度确定步骤确定的保护间隔长度进行符号发送。

Images