JP4637061B2 - 無線送信装置及びガードインターバル挿入方法 - Google Patents

無線送信装置及びガードインターバル挿入方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線送信装置及びガードインターバル挿入方法に関し、例えば、送信データブロックに対してガードインターバルを付加する通信方式に用いて好適な技術に関する。
次世代移動通信の無線アクセス方式として、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)に代表される、サイクリックプレフィクス(Cyclic Prefix)などのガードインターバル(GI)を信号に付加し、周波数領域での信号処理を行なう伝送方式が検討されている。その特徴としては、周波数選択性の強い、広帯域の無線チャネルへの耐性が高いことがよく知られている。
ここで、OFDM方式の原理について説明する。
図15は、OFDM方式を採用した一般的な無線送信装置の要部に着目した構成例を示すブロック図で、この図15に示す無線送信装置100は、移動通信システムを構成する基地局装置(BTS:Base Transceiver Station)や移動端末(MS:Mobile Station)の送信系に適用することができ、例えば、ターボ符号器101,データ変調部102,データ・パイロット信号多重部103,IFFT部104,GI挿入部105,D/A(ディジタル/アナログ)変換部106,送信RF部107及び送信アンテナ108をそなえて構成されている。
かかる構成を有する無線送信装置(以下、送信局ともいう)100では、まず、送信すべきデータ信号に対して、ターボ符号器101において誤り訂正符号化の一種であるターボ符号化を施し、データ変調部102において例えばQPSK(Quadrature phase shift keying)や16QAM(Quadrature Amplitude Modulation),64QAM等の多値直交変調方式を用いてデータ変調を行ない、データ・パイロット信号多重部103において、変調データ信号と、無線受信装置(以下、受信局ともいう)200との間で既知の信号であるパイロット信号とを時間あるいは周波数多重する。
その多重信号は、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)部104において、一定量のサンプル(OFDMシンボル)単位でIFFT処理されることにより、周波数領域の信号から時間領域の信号へ変換された後、GI挿入部105において、GIとしてサイクリックプレフィクスが挿入(付加)される。
具体的には、例えば図16に示すように、IFFT処理後の各OFDMシンボル(=NFFTサンプル)のうち、後部のNCPreサンプル(斜線部600参照)を巡回的にコピーし、各OFDMシンボルの先頭にサイクリックプレフィクス601として挿入(付加)することにより、各OFDMシンボルのガード区間としての役割をもたせている。ここで、サイクリックプレフィクス601は巡回的にコピーされているため、サイクリックプレフィクス601挿入後の(NFFT+NCPre)サンプルの区間で、信号は連続していることになる。
次に、GI挿入後の信号は、D/A変換部106にてD/A変換された後、送信RF部107において、直交変調や、ベースバンド信号から無線周波数(RF)信号への周波数変換(アップコンバート)などを含む所要の無線送信処理を施されて、送信アンテナ108から受信局200に向けて送信される。
一方、図17は、OFDM方式を採用した一般的な無線受信装置200の要部に着目した構成を示すブロック図で、この図17に示す無線受信装置200は、BTSやMSの受信系に適用することができ、例えば、受信アンテナ201,受信RF部202,A/D変換部203,FFTタイミング検出部204,GI削除部205,FFT部206,データ・パイロット信号分離部207,チャネル推定部208,チャネル補償部209,データ復調部210及びターボ復号器211をそなえて構成される。
かかる構成を有する受信局200では、送信局100から送信されたRF信号が受信アンテナ201にて受信され、受信RF部202にて、ベースバンド信号への周波数変換(ダウンコンバート)や直交復調を含む所要の無線受信処理を施された後、A/D変換部203にてA/D変換され、FFTタイミング検出部204とGI削除部205とに入力される。
FFTタイミング検出部204では、A/D変換部203からの受信信号と送信パイロット信号のレプリカ(パイロットレプリカ)との相関演算を行なうことにより、当該受信信号(直接波)の受信タイミング(有効信号成分の始点)を検出する。
GI削除部205では、このFFTタイミング検出部204で検出された受信タイミング情報に基づいて、A/D変換部203からの受信信号から前記サイクリックプレフィクスを削除し、各OFDMシンボルの有効信号成分(例えば、NFFTサンプル)を切り出す。
図18は、その様子を表す例である。この図18では、説明の都合上、受信信号を各パスの成分(パス#1,#2)に分離して表しており、熱雑音の影響を無視すると、パス#1については、サイクリックプレフィクス601を除いたOFDMシンボルnの有効信号成分のみがNFFTサンプル区間(FFTウィンドウともいう)により正確に切り出されることが分かる。これに対し、パス#2については、サイクリックプレフィクス601の一部を含んだ形で信号が切り出されるが、サイクリックプレフィクス601は、既述のようにOFDMシンボルの有効信号成分が巡回的にコピーされたものなので、結果的に、OFDMシンボルnの有効信号成分(NFFTサンプル)のみが正確に切り出されていることになる。つまり、遅延時間がサイクリックプレフィクス601(GI)長以内のマルチパス成分については、OFDMシンボル間干渉を生じることなく受信することができるのである。
さて、サイクリックプレフィクス601削除後の信号は、FFT部206にてFFT処理されることにより、時間領域から周波数領域の信号へ変換された後、データ・パイロット信号分離部207にて、時間あるいは周波数多重されたデータ信号とパイロット信号とに分離され、受信パイロット信号はチャネル推定部208へ、受信データ信号はチャネル補償部209へそれぞれ入力される。
そして、チャネル推定部208では、上記受信パイロット信号と送信パイロット信号のレプリカとの相関演算を行なうことにより、無線チャネルにおけるチャネル歪みを推定し(チャネル推定値を求め)、チャネル補償部209では、このチャネル推定部208で得られたチャネル推定値の複素共役を、データ・パイロット信号分離部207にて分離された受信データ信号に乗ずることにより、チャネル歪みを抑圧(補償)する。チャネル補償後の受信データ信号は、データ復調部210においてデータ復調され、ターボ復号器においてターボ復号(誤り訂正復号)される。
次に、OFDM方式における送信信号の周波数スペクトルについて考える。図19は、図15により上述した送信局100から送信された信号の周波数スペクトルの一例を示す図で、横軸はシステム帯域幅で規格化された周波数を表し、縦軸は中心周波数付近の送信電力で規格化された電力(相対電力)を表している。
この図19に示す例では、有効サブキャリアの外側で電力が緩やかに収束しているため、隣接帯域輻射が大きい。その原因は、図16に示したOFDM方式のフレームフォーマットに由来する。即ち、サイクリックプレフィクス601挿入後の信号において、1OFDMシンボル(=NFFT+NCPreサンプル)の内部では、前述のように信号が連続しているが、各OFDMシンボルの境界では、信号が不連続になっており、これは、OFDMシンボル単位で矩形の時間領域の窓関数(以下、時間窓と略称することがある)をかけることに相当するため、周波数スペクトルにおいては、Sinc関数が畳み込まれた波形になり、電力の収束が緩やかになるためである。
かかる隣接帯域輻射を小さくする手法の一つとして、OFDMシンボルの境界で信号が緩やかに減衰するよう、矩形以外の時間窓をかけることが知られている。図20は、サイクリックプレフィクス601挿入後の信号に対して、矩形以外の時間窓をかける様子を示している。
即ち、図20の(1)及び(2)に示すように、まず、時間窓によって信号を減衰させる区間(窓幅)をNwinサンプルとすると、OFDMシンボル毎に、サイクリックプレフィクス601(NCPreサンプル)を除く2箇所(斜線部602,603)で巡回的にコピーした各Nwin/2サンプルをOFDMシンボルの両側に挿入する。なお、挿入後の(NFFT+NCPre+Nwin)サンプル区間で信号は連続している。次に、図20の(3)に示すように、この(NFFT+NCPre+Nwin)サンプル区間のうち両側のNwinサンプル区間で時間窓をかける。ただし、ここでは、窓関数としてRaised cosine関数を用いている。
その後、図20の(4)に示すように、時間窓によって信号を減衰させる区間が、隣接するOFDMシンボル間でオーバーラップするように、各OFDMシンボルを連結する。図21に、Raised cosine関数の時間窓をかけた場合の送信信号の周波数スペクトルを示す。この図21に示すように、Raised cosine関数の時間窓をかけることにより、OFDMシンボル境界における不連続点付近で信号を減衰させているため、図19に示す矩形の時間窓をかけた場合と比べて、電力の収束が急峻になることが分かる。
なお、隣接帯域輻射は、上記のような窓関数に限らず、急峻な周波数特性をもつ帯域制限フィルタ等を用いることによっても小さくすることが可能である。
また、ガードインターバルを用いるマルチキャリア伝送の従来技術として、他に、下記特許文献1及び2により提案されている技術もある。
特許文献1の技術では、立ち上がり/立ち下りの過渡応答変動が大きなフィルタをマルチキャリア信号の濾波に用いる場合に、逆離散フーリエ変換された1バーストのマルチキャリア信号の先頭と末尾に、前記過渡応答時間に対応する時間幅の信号を付加することで、前記フィルタの過渡応答に起因する送信波形歪による伝送特性劣化を低減することが提案されている。
特許文献2の技術は、OFDM信号のシンボル間の不連続によるスプリアス抑圧のための窓関数処理に係る演算量を低減する技術に関するもので、既述のような時間的に切り出したデータ区間の前後で不連続を防ぐための窓関数処理、即ち、OFDMシンボルの先頭部と末尾部のサンプルに対し、所定の重み係数を乗算してシンボルの両側が滑らかに“0”に近付くようにする処理において、乗算器を不要として、データ伝送速度が高速化されても、無線送信装置の高コスト化や高消費電力化を回避可能になっている。
特開2001−156740号公報 特開2003−348041号公報
図22は、前記の送信局100において前記時間窓をかけた場合に、受信局200のGI削除部205において、受信信号からサイクリックプレフィクスを削除し、各OFDMシンボルの有効信号成分を切り出す様子を示している。この図22では、図18に示した例と同様に、OFDM方式における一般的な切り出し位置、即ち、FFT部206でのFFT対象とするサンプル数(NFFTサンプル区間)で受信信号を切り出した場合、パス#2については、OFDMシンボルnの有効信号成分(NFFTサンプル)のみが正確に切り出されているが、パス#1については、前記の窓関数処理に起因して、切り出し位置(NFFTサンプル区間)の末端(斜線部300参照)でOFDMシンボルnの有効信号成分が歪んでおり、さらに隣りのOFDMシンボル(n+1)からの信号が干渉として混入するため、最終的な受信特性は劣化してしまう。
かかる特性劣化を回避するには、受信局200において、時間窓(帯域制限)領域(例えば、前記の斜線部300で示す領域)を含まないように受信信号を切り出す必要がある。各送信局100で共通の時間窓(帯域制限)をかけることが通信システム全体で規定されている場合には、受信局200は、共通の時間窓を考慮して、受信信号の切り出し位置を容易に調整できる。
しかしながら、隣接帯域輻射の上限値のみが規定されていて、共通の時間窓をかけることが規定されていない場合には、送信局100は、サポートする伝送速度や回路規模の制約などに応じて、隣接帯域輻射を低減する方法を選択して設計されるものと考えられるため、このような状況では、送信局100によって時間窓のかけ方が異なることが容易に想定され、上述したような受信特性の劣化が生じる。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、データの不連続性を防止するために適用する窓関数(帯域制限)として異なる窓関数(帯域制限)を適用した信号が混在して受信され得る環境においても、受信側が、GIを有効に活用しつつ、帯域制限の影響を受けずに受信信号を復調できるようにして、受信特性の向上を図ることを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明では、下記の無線送信装置及びガードインターバル挿入方法を用いることを特徴としている。即ち、
(1)本発明の無線送信装置は、送信データ信号に対して、所定のデータブロック毎に、当該データブロックの一部を巡回的にコピーしたガードインターバルを挿入するガードインターバル挿入手段と、前記ガードインターバル挿入後の信号ブロック境界を含む或る時間区間において信号減衰処理を行なう波形整形手段と、該波形整形手段による信号減衰区間である前記時間区間を除く時間区間に前記データブロックが位置するように、該ガードインターバル挿入手段による前記ガードインターバルの挿入区間を制御する制御手段とをそなえ、該ガードインターバル挿入手段が、前記データブロックの一部を巡回的にコピーして当該データブロックの先頭及び末尾にそれぞれ前記ガードインターバルとして挿入する巡回コピー挿入部をそなえるとともに、該制御手段が、前記データブロックの先頭及び末尾に対する前記ガードインターバルの挿入比率を制御することにより、前記信号減衰区間を除く時間区間に前記データブロックを位置させる挿入比率制御部をそなえて構成されたことを特徴としている。
)また、該波形整形手段は、前記ガードインターバル挿入後の信号ブロックに対して時間領域の窓関数を乗算することにより前記信号減衰処理を実施する窓関数乗算部として構成されるとともに、該挿入比率制御部は、前記窓関数の窓幅に応じて前記データブロックの先頭及び末尾に対する前記ガードインターバルの挿入比率を制御するようにしてもよい。
)さらに、該挿入比率制御部は、前記送信データ信号の伝搬路環境に基づいて決定される送信処理方法に関する送信パラメータに応じて前記挿入比率を制御するようにしてもよい。
)また、前記送信パラメータは、前記送信データ信号の変調方式に関するパラメータ、あるいは、前記送信データ信号の符号化率に関するパラメータであってもよい。
)この場合、該挿入比率制御部は、前記変調方式に関するパラメータの示す変調方式の多値数が少ないほど、あるいは、前記符号化率に関するパラメータの示す符号化率が小さいほど、前記データブロックの末尾に対するガードインターバルの挿入区間を短くして、前記データブロックの先頭に対するガードインターバルの挿入区間を長くするのが好ましい。
)また、該挿入比率制御部は、前記送信データ信号の伝搬路のマルチパス遅延量に応じて前記挿入比率を制御するようにしてもよい。
)この場合、該挿入比率制御部は、前記マルチパス遅延量が大きいほど、前記データブロックの末尾に対するガードインターバルの挿入区間を短くして、前記データブロックの先頭に対するガードインターバルの挿入区間を長くするのが好ましい。
)さらに、本発明のガードインターバル挿入方法は、送信データ信号に対して、所定のデータブロック毎に、当該データブロックの一部を巡回的にコピーしたガードインターバルを挿入するガードインターバル挿入過程と、前記ガードインターバル挿入後の信号ブロック境界を含む或る時間区間において信号減衰処理を行なう波形整形過程と、前記波形整形過程での信号減衰区間である前記時間区間を除く時間区間に前記データブロックが位置するように、前記ガードインターバルの挿入区間を制御する制御過程とを有し、前記ガードインターバル挿入過程において、前記データブロックの一部を巡回的にコピーして当該データブロックの先頭及び末尾にそれぞれ前記ガードインターバルとして挿入し、前記制御過程が、前記データブロックの先頭及び末尾に対する前記ガードインターバルの挿入比率を制御することにより、前記信号減衰区間を除く時間区間に前記データブロックを位置させる挿入比率制御過程を含むことを特徴としている。
上記本発明によれば、少なくとも以下に示すいずれかの効果ないし利点が得られる。
(1)波形整形手段による信号減衰区間を除く時間区間にデータブロックが位置するように、ガードインターバルの挿入区間を制御するので、送信データ信号に波形整形(例えば、窓関数)を適用する無線送信装置と、波形整形を適用しない無線送信装置とが混在する環境であっても、受信側では、受信データ信号から有効信号成分(データブロック)を切り出す時間区間を前記波形整形の適用の有無や異によって変更することなく固定の時間区間で、有効信号成分を前記波形整形に起因する歪み成分を含むことなく切り出すことができ、ガードインターバルを有効に活用しつつ、受信特性の劣化を防ぐことができる。
(2)また、データブロックの先頭及び末尾に対するガードインターバルの挿入比率を伝搬路環境に基づいて決定される送信処理方法(例えば、送信データ信号の変調方式や符号化率)に応じて制御(調整)することができるので、送信データ信号の伝搬路環境によって、受信側での前記波形整形に起因する歪み成分による影響を優先して抑制したり、データブロック間干渉による影響を優先して抑制したり、伝播路環境に応じた適切で柔軟な送信処理を実現することができる。
(3)例えば、送信データ信号の変調の多値数が少ないほど、あるいは、符号化率が小さいほど、前記データブロックの先頭よりも末尾に対するガードインターバルの挿入区間が長くなるように挿入比率を制御すれば、所望の受信特性を維持しつつ、遅延時間が大きい伝搬路(パス)の隣接データブロックからの干渉を優先してより効果的に防ぐことができる。
(4)また、データブロックの先頭及び末尾に対するガードインターバルの挿入比率を、送信データ信号の伝播路のマルチパス遅延量に応じて制御(調整)すれば、例えばマルチパス遅延量が大きいほど、前記データブロックの先頭よりも末尾に対するガードインターバルの挿入区間が長くなるように挿入比率を制御すれば、所望の受信特性を維持しつつ、遅延時間が大きいパスの隣接データブロックからの干渉を優先してより効果的に防ぐことができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明は、以下の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。
〔A〕第1実施形態の説明
図1は本発明の第1実施形態に係る無線送信装置の要部に着目した構成を示すブロック図であり、図5は当該無線送信装置から送信された信号を受信し得る無線受信装置の要部に着目した構成を示すブロック図である。なお、図1に示す無線送信装置(送信局)10は、例えば、移動通信システムにおけるMSあるいはBTSの送信系として適用することができ、図5に示す無線受信装置(受信局)30は、BTSあるいはMSの受信系として適用することができるが、以下では、移動通信システムの下りリンクのように、MSの受信系としての無線受信装置30において、1つのBTSの送信系としての無線送信装置10からの信号のみを受信、復調する場合を想定して説明を行なう。
(A1)送信局の説明
そして、図1に示すように、送信局10は、送信処理系として、例えば、ターボ符号器11,データ変調部12,データ・パイロット信号多重部13,IFFT部14,窓関数生成部15,ガードインターバル(GI)挿入部16,時間窓乗算部17,D/A変換部18,送信RF部19,送信アンテナ20及びパイロット信号生成部27をそなえて構成される。
ここで、ターボ符号器(誤り訂正符号化部)11は、送信すべきデータ信号を例えばターボ符号化(誤り訂正符号化)するものであり、データ変調部12は、このターボ符号器11からの符号化データを変調するものであり、パイロット信号生成部27は、受信局30との間で既知の信号であるパイロット信号を生成するものである。
データ・パイロット信号多重部13は、データ変調部12により得られた変調データ信号と、パイロット信号生成部27により生成されたパイロット信号とを時間あるいは周波数多重するものであり、IFFT部14は、上記データ・パイロット信号多重部13により得られた多重信号についてIFFT処理(逆離散フーリエ変換)を施すことにより周波数領域から時間領域の信号への変換を行なうものである。
窓関数生成部15は、OFDMシンボル単位の帯域制限(波形整形)のための窓関数(時間窓)を生成するもので、本例では、例えば、窓幅NwinのRaised cosine関数を生成(適用)できるようになっている。
GI挿入部16は、IFFT部14でIFFT処理された多重信号にGIを所定サンプル数NFFTのデータブロック(FFTブロック)毎に挿入(付加)するもので、本例では、時間領域において、FFTブロック単位で、その先頭にサイクリックプレフィクスを、末尾にサイクリックポストフィクスをそれぞれGIとして挿入(付加)するとともに、それぞれの長さ(GI長)を前記窓関数の窓幅Nwinに応じて調整できるようになっている。
より詳細に説明すると、当該GI挿入部16は、まず、例えば図2の(1)及び(2)に示すように、IFFT部14の出力のNFFTサンプル(FFTブロック)の末尾NCPreサンプルを巡回的にコピー(以下、巡回コピーという)して当該FFTブロックの先頭にサイクリックプレフィクス61として付加するとともに、先頭NCPostサンプルを巡回コピーして当該FFTブロックの末尾にサイクリックポストフィクス62として付加する(網掛け部参照)。これにより、1OFDMシンボルが構成される。
ここで、サイクリックポストフィクス62の長さNCPostは、GI全体の長さ(NCPre+NCPost)を各送信局10で一定としたまま、送信局10で適用する時間窓の窓幅Nwinに応じて調整され、例えば、NCPost=Nwin/2とする。これは、システムで用いる一定長NGI(=NCPre+NCPost)のGIの一部であるNCPost=Nwin/2サンプルをサイクリックポストフィクス62としてFFTブロックの末尾に付加し、残りのNCPre(=NGI−Nwin/2)サンプルをサイクリックプレフィクス61としてFFTブロックの先頭に付加していることに相当する。なお、サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62は巡回コピーされているため、サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62挿入後の(NFFT+NCPre+NCPost)サンプルの区間で、信号は連続している。
そのため、本例のGI挿入部16は、例えば図3に示すように、付加割合決定部161,サイクリックプレフィクス生成部162,サイクリックポストフィクス生成部163及びサイクリックプレフィクス・サイクリックポストフィクス連結部164をそなえて構成される。
ここで、付加割合決定部161は、窓関数生成部15で生成された窓関数の窓幅Nwinに基づいて、付加すべきサイクリックプレフィクス61のサンプル数NCPre及びサイクリックポストフィクス62のサンプル数NCPostの割合(比率)を決定するもので、上記のように例えばNCPost=Nwin/2、NCPre=NGI−Nwin/2と決定するようになっている。
サイクリックプレフィクス生成部162は、この付加割合決定部161で決定されたサイクリックプレフィクス61のサンプル数NCPreだけIFFT部14の出力(NFFTサンプル)の末尾部分を巡回コピーしてサイクリックプレフィクス61を生成するものであり、サイクリックポストフィクス生成部163は、同様に、付加割合決定部161で決定されたサイクリックポストフィクス62のサンプル数NCPostだけIFFT部14の出力(NFFTサンプル)の先頭部分を巡回コピーしてサイクリックポストフィクス62を生成するものである。
サイクリックプレフィクス・サイクリックポストフィクス連結部164は、IFFT部14の出力NFFTサンプル、つまり、1FFTブロックに対して、サイクリックプレフィクス生成部162及びサイクリックポストフィクス生成部163でそれぞれ生成されたサイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62を図2の(1)及び(2)により上述したごとく付加(連結)するものである。
つまり、上記のサイクリックプレフィクス生成部162,サイクリックポストフィクス生成部163及びサイクリックプレフィクス・サイクリックポストフィクス連結部164は、FFTブロックの一部を巡回的にコピーして当該FFTブロックの先頭及び末尾にそれぞれGIとして挿入する巡回コピー挿入部としての機能を果たしていることになる。
なお、本例のように一定長のGIの一部をサイクリックポストフィクス62として挿入することにより、サイクリックプレフィクス長が本来よりも短くなるため、マルチパス干渉への耐性が低下するおそれがあるが、サイクリックポストフィクス62の長さを適切に設定することにより、その低下量は最小限にとどめられる。
次に、図1において、時間窓乗算部(波形整形手段)17は、帯域外漏洩電力の低減を目的として、GI挿入部16の出力に対して、OFDMシンボル単位で、窓関数生成部15により生成された窓関数〔例えば図2の(4)に示すようなRaised cosine関数〕を乗じることにより波形整形(帯域制限)を行なって、OFDMシンボル(GI挿入後の信号ブロック)の境界を含む或る時間区間(窓幅Nwin)において信号減衰処理を行なうものである。
ただし、本例の時間窓乗算部17は、当該乗算の際に、例えば図2の(2)及び(3)に示すように、NFFTサンプルの一部(窓幅Nwinに応じたサンプル数で、本例では符号63及び64で示す2箇所のNwin/2サンプル)を巡回コピーして、GI(サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62)付加後のシンボルの先頭及び末尾にそれぞれ付加するようになっている。これにより、当該シンボル末尾に付加された巡回コピーサンプル部分62,64の長さは合計Nwinとなる。
そのため、本例の時間窓乗算部17は、例えば図4に示すように、巡回コピー生成部171,172,巡回コピー連結部173及び乗算部174をそなえて構成され、各巡回コピー生成部171及び172にてGI挿入部16の出力の一部〔図2の(2)に斜線部63,64で示す元のOFDMシンボルの一部であって、ここでは、Nwin/2サンプル〕を巡回コピーし、巡回コピー連結部173にて図2の(3)に示すごとくシンボルの先頭及び末尾に付加した上で、乗算部174にて窓関数生成部15により生成された窓幅Nwinの窓関数〔例えば図2の(4)に示すようなRaised cosine関数〕を乗算するようになっている。これにより、例えば図2の(5)に示すように、各OFDMシンボル連結後の信号に対して時間窓による帯域制限(波形整形)によって歪みが生じる区間はサイクリックポストフィクス62に対応することになる。
換言すれば、窓関数生成部15及びGI挿入部16の付加割合決定部161は、窓関数乗算部17の窓幅Nwin(信号減衰区間)を除く時間区間にOFDMシンボルの有効信号成分(データブロック)が位置するように、GI(サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62)の挿入区間(挿入比率)を制御(調整)する制御手段(挿入比率制御部)としての機能を果たしていることになる。
次に、図1において、D/A変換部18は、この時間窓乗算部17の出力(ディジタル信号)をアナログ信号に変換するものであり、送信RF部19は、このD/A変換部18の出力について、直交変調や、ベースバンド信号から無線周波数(RF)信号への周波数変換(アップコンバート)などを含む所要の無線送信処理を施すものであり、送信アンテナ20は、この送信RF部19により得られた送信RF信号を受信局30へ向けて空間に放射するものである。
以下、上述のごとく構成された本実施形態の送信局10の動作について説明する。
受信局30へ送信すべきデータ信号は、まず、ターボ符号器11にてターボ符号化された後、データ変調部12にてデータ変調され、データ・パイロット信号多重部13にて、送信パイロット信号と時間あるいは周波数多重されて、IFFT部14に入力される。
IFFT部14では、上記多重信号に対して一定量(NFFT)のサンプル(FFTブロック)単位でIFFT処理を施すことにより周波数領域から時間領域の信号への変換を行なってGI挿入部16に出力する。
GI挿入部16では、付加割合決定部161により時間窓の窓幅Nwinに応じて決定されたサイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62の付加割合に従って、それぞれ指定サンプル数NCPre及びNCPostのサイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62がサイクリックプレフィクス生成部162及びサイクリックポストフィクス生成部163にて既述の巡回コピーにより生成され、連結部164によって、それぞれOFDMシンボルの先頭及び末尾にGIとして連結(付加)される〔図2の(1)及び(2)参照〕。
このようにしてGIを付加された送信信号は、次いで、時間窓乗算部17にて、図2の(2)及び(3)に示すごとく、巡回コピー生成部171,172及び巡回コピー連結部173によりOFDMシンボルの一部(Nwin/2サンプル)63,64が巡回コピーされて当該OFDMシンボルの先頭及び末尾に付加されてOFDMシンボル末尾の巡回コピー部分6,64の長さが時間窓の窓幅Nwinに調整された上で、窓関数生成部15で生成された時間窓が乗算されて帯域制限(波形整形)を施される。
その後、かかる帯域制限を施された各OFDMシンボル〔図2の(5)参照〕は、D/A変換部18にてアナログ信号に変換され、送信RF部19にて、直交変調やアップコンバートなどを含む所要の無線送信処理を施された上で、送信アンテナ20を通じて受信局30に向けて送信される。
(A2)受信局30の説明
一方、前記受信局30は、その要部に着目すると、例えば図5に示すように、受信処理系として、受信アンテナ31,受信RF部32,A/D変換部33,FFTタイミング検出部34,GI削除部35,FFT部36,データ・パイロット信号分離部37,チャネル推定部38,チャネル補償部39,データ復調部40及びターボ復号器41をそなえて構成されている。
ここで、受信アンテナ31は、送信局10から送信されたRF信号を受信するものであり、受信RF部32は、この受信アンテナ31で受信されたRF信号に対して、ベースバンド信号への変換や直交復調などを含む所要の無線受信処理を施すものであり、A/D変換部33は、この受信RF部32の出力をA/D変換して復調ディジタル信号を得るものである。
FFTタイミング検出部34は、上記復調ディジタル信号と送信パイロット信号のレプリカとの相関演算を行なうことにより、送信局10との間の各パスの受信タイミング(有効信号成分の始点)を検出するものであり、GI削除部35は、前記受信タイミングの情報に基づいて、受信信号からGI(サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62)を削除し、FFT部36でのFFT対象とする各OFDMシンボルの有効信号成分(NFFTサンプル)を切り出す(抽出する)ものである。
FFT部36は、上記GI削除部35によるGI削除後の信号をNFFTサンプル単位でFFT(離散フーリエ変換)処理することにより時間領域から周波数領域の信号へ変換するものであり、データ・パイロット信号分離部37は、このFFT部36の出力から、時間あるいは周波数多重されたデータ信号とパイロット信号とを分離するもので、分離後のデータ信号はチャネル補償部39へ、パイロット信号はチャネル推定部38へそれぞれ入力されるようになっている。
チャネル推定部38は、上記データ・パイロット信号分離部37から入力される受信パイロット信号と、送信パイロット信号のレプリカとの相関演算を行なうことにより、無線チャネルにおけるチャネル歪みを推定する(つまり、チャネル推定値を求める)ものであり、チャネル補償部39は、データ・パイロット信号分離部37から入力されるデータ信号に、当該チャネル推定値の複素共役を乗ずることにより、チャネル歪みを等化(補償)して抑圧するものである。
データ復調部40は、上記チャネル補償後のデータ信号を復調するものであり、ターボ復号器41は、その復調信号についてターボ復号(誤り訂正復号)を行なって、復元されたデータ信号を得るものである。
以下、上述のごとく構成された本実施形態の受信局30の動作について説明する。
受信アンテナ31で受信されたRF信号は、まず、受信RF部32にて、RFからベースバンドの信号へのダウンコンバートや直交復調などの所要の無線受信処理を施され後、A/D変換部33にてA/D変換されてFFTタイミング検出部34及びGI削除部35にそれぞれ出力される。
FFTタイミング検出部34では、上記A/D変換部33からの受信信号と送信パイロット信号のレプリカとの相関演算を行なうことにより、送信局10との間の各パスの受信タイミング(有効信号成分の始点)を検出し、GI削除部35では、検出された受信タイミングの情報に基づいて、受信信号からGI(サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62)を削除して、各OFDMシンボルの有効信号成分(NFFTサンプル)を切り出す。
ここで、GI削除部35にて各OFDMシンボルの有効信号成分を切り出す様子を図6に示す。この図6においても、図22と同様に、受信信号を各パスの成分(パス#1,#2)に分離して表しており、パス#2については、サイクリックプレフィクス61の一部を含んだ形で信号が切り出されるが、当該サイクリックプレフィクス61は、既述のようにOFDMシンボルの有効信号成分が巡回的にコピーされたものなので、結果的に、OFDMシンボルnの有効信号成分(NFFTサンプル)のみが正確に切り出されていることになる。
これに対し、パス#1については、サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62をそれぞれ含まない形で信号が切り出されることになる。つまり、図22と比較してみれば分かるように、送信局10での時間窓による帯域制限(波形整形)によって信号に歪みが生じる区間はサイクリックポストフィクス62に対応するため、図22では歪みが生じていた、パス#1の受信タイミング情報に基づいて切り出された有効信号成分には歪みが生じない。従って、従来技術における受信特性の劣化の課題を回避することができる。
さて、上述のごとくGI削除部35によりGIを削除された後の受信信号は、FFT部36にてNFFTサンプル単位でFFT処理されて時間領域から周波数領域の信号へ変換された後、データ・パイロット信号分離部37にて、時間あるいは周波数多重されたデータ信号とパイロット信号とが受信信号から分離され、受信パイロット信号はチャネル推定部38へ出力され、受信データ信号はチャネル補償部39へ出力される。
チャネル推定部38では、上述のごとく受信信号から分離された受信パイロット信号と、送信パイロット信号のレプリカとの相関演算を行なうことにより、無線チャネルにおけるチャネル歪みを推定してチャネル推定値を求め、チャネル補償部39では、上記受信データ信号に、チャネル推定部38で得られたチャネル推定値の複素共役を乗ずることにより、チャネル歪みを抑圧(補償)する。
チャネル補償後の受信信号は、データ復調部40にて、データ復調された後、ターボ復号器41にて、ターボ復号(誤り訂正復号)され、これにより、元の送信データ信号が復元される。
以上のように、本実施形態によれば、送信局10において、送信データ信号に付加するGI(サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62)の付加割合を帯域制限(波形整形)のための窓関数の窓幅Nwinに応じて調整して有効信号成分をGIを除く時間区間に位置させることができるので、受信局30において、受信信号の有効信号成分を常に適切なタイミングで切り出すことができる。
即ち、受信信号の中で送信局10での窓関数の適用により歪みが生じる区間をサイクリックポストフィクス62(又はサイクリックプレフィクス61)に対応させることができるため、受信局30において、受信タイミング情報に基づいて切り出された有効信号成分には歪みが生じない。従って、GIを有効に活用しつつ、窓関数の適用による受信特性の劣化を回避することができる。
また、窓関数のかけ方(例えば、ロールオフ率α)が送信局10によって異なる場合でも、受信局30では有効信号成分の切り出し方法(サンプル数)を変更する必要がない(つまり、NFFTサンプル固定のFFTウィンドウを用いればよい)ため、送信局10は、サポートする伝送速度や回路規模の制約などに応じて、窓関数のかけ方を自由に決めることができ、送信局10で適用した窓関数に関する情報を受信局30に通知する必要もない。
〔B〕第2実施形態の説明
上述した実施形態では、サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62の付加割合を、窓関数(時間窓)の窓幅Nwinのみに基づいて決定していたが、無線チャネルのマルチパス遅延量やデータ信号の送信方法を加味して決定することも可能である。
例えば、無線チャネルの遅延分散(マルチパス遅延量:最大遅延、平均遅延、遅延スプレッド等)が規定の閾値を超えた場合、遅延時間の大きいパスの隣接OFDMシンボルからの干渉を防ぐことを優先して、サイクリックポストフィクス62を一定量短くして、サイクリックプレフィクス61を長くする。
あるいは、受信局30からフィードバックされる下りリンクの受信品質の指標である受信SIR、あるいは、これを基に求められるチャネル状態情報(CQI:Channel Quality Indicator)に基づいて、送信局10が変調方式や符号化率を適応的に変更する適応変調符号化(AMC:Adaptive Modulation and Coding)方式でデータ伝送を行なうシステムにおいて、データ信号の変調方式がQPSKの場合や符号化率が規定の閾値を下回った場合(一般に、受信局30での受信SIRが良くない場合)は、復調するOFDMシンボルの窓関数適用による歪みの影響は比較的小さいため、サイクリックポストフィクス62を一定量短くすることにより、受信特性を維持したまま、サイクリックプレフィクス61を長くできる。
以下、その実現例を説明する。
図7は本発明の第2実施形態に係る無線送信装置(送信局)の要部に着目した構成を示すブロック図であり、図10は当該送信局から送信された信号を受信し得る無線受信装置(受信局)の要部に着目した構成を示すブロック図である。なお、図7に示す送信局10の構成は、例えば、移動通信システムにおけるMSあるいはBTSに適用することができ、図10に示す受信局30の構成は、BTSあるいはMSに適用することができる。ただし、以下では、送信局10をBTS、受信局30をMSとし、下りリンクについて前記AMC方式で送信局10から受信局30へのデータ伝送が行なわれることを前提にして説明を行なう。
(B1)送信局10の説明
そして、図7に示すように、送信局10は、その要部に着目すると、例えば、ターボ符号器11,データ変調部12,データ・パイロット・制御信号多重部13A,IFFT部14,窓関数生成部15,GI挿入部16A,時間窓乗算部17,D/A変換部18,送信RF部19,送信アンテナ20,受信アンテナ21,制御信号復調部22,MCS(Modulation and Coding Scheme)制御部23,制御信号生成部24,畳込み符号器25,QPSK変調部26及びパイロット信号生成部27をそなえて構成されている。
ここで、受信系及び制御系に着目すると、まず、受信アンテナ21は、受信局30から送信された(上りリンクの)RF信号を受信するものであり、制御信号復調部22は、この受信アンテナ21で受信されたRF信号を復調して制御信号(下りリンクの遅延分散情報や、前記CQI、即ち、下りリンクの受信SIRに関する情報が含まれる)を抽出する機能を具備するものである。
MCS制御部23は、上記制御信号復調部22で得られた制御信号に含まれるCQI値〔下りリンクの伝搬路環境(受信SIR)に関する情報〕に基づいて、下りリンクのデータ信号の変調方式(16QAM又はQPSK等)及び符号化率等の送信処理に関する送信パラメータを決定し、当該送信パラメータに従ってターボ符号器11での符号化率やデータ変調部12での変調方式を適応的に制御(AMC制御)するものである。なお、送信パラメータには、他に、トランスポートブロックサイズやコード多重数、レートマッチング(パンクチャ、レペティション)処理に関するパラメータも含まれる。
ここで、AMC方式では、通常、CQI値が大きいほど、つまり、下りリンクの無線チャネルの受信環境(受信SIR)が良いほど、より高速で(より大きなトランスポートブロックサイズで)データ伝送可能な多値数の大きい変調方式(16QAM)や大きな符号化率を選択し、逆に、CQI値が小さいほど、つまり、下りリンクの無線チャネルの受信環境(受信SIR)が悪いほど、より低速で(少ないトランスポートブロックサイズで)データ伝送する多値数の小さい変調方式(QPSK)や誤り訂正能力の高い低符号化率を選択する。
そのため、MCS制御部23は、CQI値と前記送信パラメータとを対応付けたマッピングテーブル(図示省略)を具備しており、受信局30からフィードバックされたCQI値(以下、CQI報告値ともいう)を基に当該マッピングテーブルを検索して対応する送信パラメータを取得し、その送信パラメータに従ってターボ符号器11での符号化率やデータ変調部12での変調方式を制御するようになっている。なお、マッピングテーブルから取得した送信パラメータ(つまり、データ信号のMCS情報)は、後述するように、GI挿入部16Aでのサイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62の付加割合の決定にも用いられる。
制御信号生成部24は、上記データ信号のMCS情報を受信局30へ通知するための制御信号を生成するものであり、畳込み符号器25は、この制御信号生成部24で生成された制御信号を誤り訂正符号化(畳込み符号化)するものであり、QPSK変調部26は、当該畳込み符号化後の制御信号をQPSK変調するもので、これにより得られた変調制御信号は、データ・パイロット・制御信号多重部13Aにて、データ変調部12により得られた変調データ信号及びパイロット信号生成部27で生成されたパイロット信号と時間あるいは周波数多重されるようになっている。
一方、データ信号の送信系に着目すると、ターボ符号器11は、受信局30へ送信すべき(下りリンクの)データ信号をターボ符号化(誤り訂正符号化)するものであり、データ変調部12は、ターボ符号化された送信データ信号をQPSKや16QAM,64QAM等の多値直交変調方式によりデータ変調するもので、本例では、前記MCS制御部23からのMCS情報により指定される符号化率及び変調方式に従って適応的に符号化及びデータ変調をそれぞれ行なうようになっている。
パイロット信号生成部27は、受信局30との間で既知の信号であるパイロット信号を生成するものであり、データ・パイロット・制御信号多重部(以下、単に「多重部」ともいう)13Aは、上記データ変調後のデータ信号と、前述したように制御信号生成部24で生成され畳込み符号器25及びQPSK変調部26で畳込み符号化及びQPSK変調された制御信号(データ信号のMCS情報)と、パイロット信号生成部27で生成されたパイロット信号とを周波数あるいは時間多重するものである。
IFFT部14は、上記多重部13Aからの多重信号を一定量のサンプル(OFDMシンボル)単位でIFFT(逆離散フーリエ変換)処理することにより周波数領域から時間領域の信号へ変換するものである。
GI挿入部16Aは、当該IFFT処理後の多重信号にNFFTサンプル(FFTブロック)毎にGI(サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62)を挿入(付加)するもので、本例では、制御信号復調部22及びMCS制御部23で得られる下りリンクの遅延分散及び受信SIRに関する情報に基づいて、サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62の付加割合を決定(調整)できるようになっている。具体的には、例えば、無線チャネルの遅延分散が規定の閾値を超えた場合、あるいは受信SIRが規定の閾値を下回った場合(変調方式がQPSKの場合や符号化率が規定の閾値を下回った場合など)には、サイクリックポストフィクス62の長さNCPostをNwin/2よりも一定量短くする(その分、サイクリックプレフィクス61を長くする)ことができるようになっている。
そのため、本例のGI挿入部16Aは、例えば図8に示すように、図3により前述したものとそれぞれ同様のサイクリックプレフィクス生成部162,サイクリックポストフィクス生成部163及びサイクリックプレフィクス・サイクリックポストフィクス連結部164をそなえるとともに、図3により前述した付加割合決定部161に代えて付加割合決定部165をそなえて構成される。
ここで、付加割合決定部165は、時間窓乗算部17で適用する窓関数(時間窓)の窓幅Nwinと、MCS制御部23で得られたデータ信号のMCS情報と、制御信号復調部22で得られた下りリンクの遅延分散とに基づいて、サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62の付加割合、即ち、サイクリックプレフィクス生成部162で生成(巡回コピー)すべきサイクリックプレフィクス61のサンプル数(サイクリックプレフィクス長)NCPreと、サイクリックポストフィクス生成部163で生成(巡回コピー)すべきサイクリックポストフィクス62のサンプル数(サイクリックポストフィクス長)NCPostとを決定するものである。
より詳細には、付加割合決定部165は、例えば、制御信号復調部22により得られる下りリンクの遅延分散が規定の閾値を超えた場合、あるいは、MCS制御部23からのMCS情報が変調方式としてQPSKを示す場合や符号化率が規定の閾値を下回ることを示す場合、GI全体(NGI)に占めるサイクリックポストフィクス62の長さNCPostをNwin/2よりも短い値aに決定し、その分、サイクリックプレフィクス61の長さNCPreを長い値(NGI−a)に決定する。なお、受信局30から通知されるCQI値が規定の閾値よりも小さいほど、サイクリックポストフィクス長NCPostをより短く(サイクリックプレフィクス長NCPreをより長く)することも可能である。
次に、図7において、窓関数生成部15は、既述のものと同様に、帯域制限のための窓関数(時間窓)を生成するもので、例えば、窓幅NwinのRaised cosine関数を生成(適用)できるようになっている。
時間窓乗算部17は、上記GI挿入部16AによるGI挿入後の信号に、上記窓関数生成部15により生成された時間窓(Raised cosine関数)を乗算することにより、当該信号の帯域制限(波形整形)処理を行なうもので、本例においても、図4により前述した構成と同様の構成を有し、例えば図9の(2)及び(3)に示すごとく、OFDMシンボルの一部(窓幅Nwinに応じたサンプル数で、例えば、Nwin/2サンプル63,64)を巡回コピーして当該OFDMシンボルの先頭及び末尾にそれぞれ挿入(付加)できるようになっている。
D/A変換部18は、上記帯域制限後のデータ信号をアナログ信号に変換するものであり、送信RF部19は、このD/A変換部18により得られたアナログデータ信号に対して、直交変調や、ベースバンド信号から無線周波数(RF)信号への周波数変換(アップコンバート)などを含む所要の無線送信処理を施すものであり、送信アンテナ20は、この送信RF部19により得られたRF信号を受信局30に向けて空間に放射するものである。
以下、上述のごとく構成された本実施形態の送信局10の動作について説明する。
まず、受信局30から送信されたRF信号(制御信号)は、受信アンテナ21にて受信され、制御信号復調部22にて復調される。これにより、下りリンクの受信SIR(CQI報告値)および無線チャネルの遅延分散の情報が得られ、前者はMCS制御部23へ、後者はGI挿入部16Aへそれぞれ出力される。
MCS制御部23では、上記の下りリンクのCQI報告値(受信SIR)に基づいて、受信SIRが低下するに従い、データ信号についてのMCSを変調多値数、符号化率の小さい組み合わせに切り替え、逆に、受信SIRが向上するに従い、データ信号についてのMCSを変調多値数、符号化率の大きい組み合わせに切り替える制御を行なう。
即ち、MCS制御部23で決定したMCS情報に従って、データ信号に対して、ターボ符号器11にてターボ符号化(誤り訂正符号化)を行ない、データ変調部12にてデータ変調を行なう。このようにすることにより、各々の通信環境に応じて、伝送効率を向上することができる。
なお、上記のデータ信号のMCS情報は、受信局30へ通知する情報として、制御信号生成部24にて下りリンクの制御信号にマッピングされ、畳込み符号器25で誤り訂正符号化された後、QPSK変調部26でQPSK変調されて、多重部13Aに入力される。
多重部13Aでは、データ変調部12により得られた変調データ信号と、QPSK変調部26でQPSK変調された制御信号と、パイロット生成部27で生成されたパイロット信号とを時間あるいは周波数多重する。
次に、上記多重部13Aにより得られた多重信号は、IFFT部14において、IFFT処理されて時間領域の信号に変換された後、GI挿入部16Aにおいて、図9の(1)及び(2)に示すごとく、付加割合決定部165でそれぞれ決定された長さ(サンプル数)NCPreのサイクリックプレフィクス61及び長さNCPostのサイクリックポストフィクス62がそれぞれOFDMシンボルの先頭及び末尾に、サイクリックプレフィクス生成部162,サイクリックポストフィクス生成部163及び連結部164によって挿入される。
その際、上記付加割合決定部165は、制御信号復調部22で得られた下りリンクの無線チャネルの遅延分散が規定の閾値を超えている場合、あるいはMCS制御部23からのMCS情報の示す変調方式がQPSKの場合や符号化率が規定の閾値を下回っている場合、図9の(2)及び(3)に示すように、サイクリックポストフィクス長NCPostをNwin/2よりも一定量短くして、その分、サイクリックプレフィクス長NCPreを長くするように、それぞれの巡回コピーサンプル数を決定する。
その後、サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62を挿入されたデータ信号は、時間窓乗算部17において、巡回コピー生成部171,172及び巡回コピー連結部173(図4参照)によって、図9の(2)及び(3)に示すごとく、OFDMシンボルの先頭及び末尾にその一部(Nwin/2サンプル63,64)の巡回コピーが付加された上で、乗算部174により、図9の(4)に示すごとく、窓関数生成部15で生成された窓幅Nwinの時間窓が乗算されて帯域制限が施される。
次いで、帯域制限後のデータ信号〔図9の(5)参照〕は、D/A変換部18にて、アナログ信号に変換された後、送信RF部19にて、直交変調やRF信号へのアップコンバートを含む所要の無線送信処理を施されて、送信アンテナ20から受信局30に向けて送信される。
(B2)受信局30の説明
上述した送信局10の構成に対して、受信局30は、その要部に着目すると、例えば図10に示すように、受信アンテナ31,受信RF部32,A/D変換部33,FFTタイミング検出部34A,GI削除部35,FFT部36,データ・パイロット・制御信号分離部37A,チャネル推定部38,データチャネル補償部39A,制御チャネル補償部39B,データ復調部40A,QPSK復調部40B,ターボ復号器41A,ビタビ(Viterbi)復号器41B,SIR推定部42,制御信号変調部43及び送信アンテナ44をそなえて構成されている。
ここで、受信アンテナ31は、送信局10から送信されたRF信号を受信するものであり、受信RF部32は、当該受信アンテナ31で受信されたRF信号に対して、ベースバンド信号へのダウンコンバートや直交復調を含む所要の無線受信処理を施すものであり、A/D変換部33は、この受信RF部3で無線受信処理を施された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するものである。
FFTタイミング検出部34Aは、上記復調ディジタル信号と送信パイロット信号のレプリカとの相関演算を行なうことにより、送信局10との間の各パスの受信タイミング(有効信号成分の始点)を検出するとともに、その検出結果を用いて下りリンクの遅延分散を検出(計算)するもので、前者はGI削除部35へ、後者は制御信号変調部43へ提供されるようになっている。
GI削除部35は、上記FFTタイミング検出部34Aで検出された受信タイミング情報に基づいて、A/D変換部33によるA/D変換後の受信信号からGI(サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62)を削除し、FFT部36でのFFT対象とする各OFDMシンボルの有効信号成分(NFFTサンプル)を切り出す(抽出する)ものである。
FFT部36は、上記GI削除部35によるGI削除後の信号をNFFTサンプル単位でFFT(離散フーリエ変換)処理することにより時間領域から周波数領域の信号へ変換するものであり、データ・パイロット・制御信号分離部37Aは、このFFT部36の出力から、時間あるいは周波数多重されたデータ信号とパイロット信号と制御信号とを分離するもので、分離後のデータ信号はデータチャネル補償部39Aへ、パイロット信号はチャネル推定部38へ、制御信号は制御チャネル補償部39Bへそれぞれ入力されるようになっている。
チャネル推定部38は、本例においても、上記分離部37Aから入力される受信パイロット信号と、送信パイロット信号のレプリカとの相関演算を行なうことにより、無線チャネルにおけるチャネル歪みを推定する(つまり、チャネル推定値を求める)ものである。
データチャネル補償部39Aは、分離部37Aから入力されるデータ信号に、上記チャネル推定部38により得られたチャネル推定値の複素共役を乗ずることにより、チャネル歪みを等化(補償)して抑圧するものであり、制御チャネル補償部39Bは、分離部37Aからの制御信号に対して、上記チャネル推定値の複素共役を乗ずることにより、チャネル歪みを等化(補償)して抑圧するものである。
QPSK復調部(制御チャネル復調部)40Bは、制御チャネル補償部39Bによる補償後の制御信号を、送信局10での制御信号の変調方式に対応した調方式でデータ信号に先行して、復調(QPSK復調)するものであり、ビタビ復号器41Bは、このQPSK復調部40Bにより復調された制御信号を送信局10での符号化方式(本例では、畳込み符号化)に対応した復号方式で復号(ビタビ復号)して、データ信号の復調及び復号に必要な情報(送信局10で決定したMCS情報)を取得するものである。なお、制御チャネルの復調及び復号に関しては、勿論、QPSKやビタビ復号に限定されず、送信局10での変調方式や符号化方式に対応する復調及び復号方式を採用すれば良い。
データ復調部40Aは、データチャネル補償部39Aによる補償後のデータ信号を、上記復号により得られたMCS情報により特定される送信局10での変調方式に対応した復調方式で、復調するものであり、ターボ復号器41Aは、このデータ復調部40Aにより復調されたデータ信号に対して、上記MCS情報により特定される送信局10での符号化率に応じた復号処理〔ターボ復号(誤り訂正復号)〕を施して元の送信データ信号を得るものである。
SIR推定部42は、チャネル推定部38により得られたチャネル推定値に基づいて送信局10との間の下りリンクの受信SIRを推定(測定)するものであり、制御信号変調部43は、前記のFFTタイミング検出部34Aで得られた下りリンクの遅延分散の情報と、SIR推定部42で求められた受信SIR(又は当該受信SIRを変換したCQI値)とを上りリンクの制御信号にマッピングするものであり、送信アンテナ43は、当該制御信号を送信局10に向けて空間に放射するものである。
以下、上述のごとく構成された受信局30の動作について説明する。
送信局10から送信されたRF信号は、受信アンテナ31で受信され、受信RF部32にて、ベースバンド信号へのダウンコンバートや直交復調を含む所要の無線受信処理を施され、さらに、A/D変換部33にて、以降のディジタル信号処理のために、ディジタル信号に変換されて、GI削除部35とFFTタイミング検出部34Aとにそれぞれ入力される。
FFTタイミング検出部34Aでは、受信信号に含まれるパイロット信号と、送信パイロット信号のレプリカとの相関演算を行なうことにより、送信局10との間の各パスの受信タイミング(有効信号成分の始点)を検出するとともに、その受信タイミングを基に下りリンクの遅延分散を検出(計算)し、前者はGI削除部35へ、後者は制御信号変調部43へ提供する。
GI削除部35では、上記受信タイミングの情報に基づいて、送信局10においてOFDMシンボル単位で付加されたGI(サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62)を受信信号から削除して、NFFTサンプルの有効信号成分を切り出す。
ここで、図11に、GI削除部35で、受信信号からサイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62を削除し、各OFDMシンボルの有効信号成分(NFFTサンプル)を切り出す様子を示す。
この図11においても、受信信号を各パスの成分(パス#1,#2)に分離して表しており、パス#2については、サイクリックプレフィクス61の一部を含んだ形で信号が切り出されるが、当該サイクリックプレフィクス61は、既述のようにOFDMシンボルの有効信号成分が巡回的にコピーされたものなので、結果的に、OFDMシンボルnの有効信号成分(NFFTサンプル)のみが正確に切り出されていることになる。
これに対し、パス#については、下りリンクの無線チャネルの遅延分散が規定の閾値を超えた場合、あるいは変調方式がQPSKの場合や符号化率が規定の閾値を下回った場合に、送信局10での既述のサイクリックポストフィクス62及びサイクリックプレフィクス61の長さ調整により、サイクリックポストフィクス62が通常よりも短いため、切り出された有効信号成分(NFFTサンプル)の一部に、窓幅Nwinの時間窓による帯域制限の影響による歪みが生じ得る。しかし、その反面、サイクリックプレフィクス61が通常よりも長いため、遅延時間が大きいパスの隣接OFDMシンボルからの干渉をより効果的に防ぐことが可能となる。
GI削除後の受信信号は、FFT部36にてNFFTサンプル単位でFFT処理されて周波数領域の信号に変換された後、分離部37Aにて、時間あるいは周波数多重されたデータ信号,パイロット信号及び制御信号がそれぞれ分離され、受信データ信号はデータチャネル補償部39Aへ、受信パイロット信号はチャネル推定部38へ、制御信号は制御チャネル補償部39Bへそれぞれ入力される。
そして、チャネル推定部38では、分離部37Aからの受信パイロット信号と、送信パイロット信号のレプリカとの相関演算を行なうことにより、無線チャネルにおけるチャネル歪みを推定する(チャネル推定値を求める)。
次いで、データ信号に先行して、まず、分離部37Aで受信信号から分離された制御信号に対して、制御チャネル補償部39Bにて、上記チャネル推定値の複素共役が乗じられて、制御信号のチャネル歪みが補償され、QPSK復調部40BにてQPSK復調が施された後、ビタビ復号器41Bにてビタビ復号が施されて、元の制御信号が復元され、受信データ信号の復調及び復号に必要なMCS情報が得られる。
これにより、分離部37Aで受信信号から分離された受信データ信号に対し、データチャネル補償部39Aにて、前記チャネル推定値の複素共役が乗じられることにより、受信データ信号のチャネル歪みが補償され、データ復調部40A及びターボ復号器41Aにて、それぞれ、ビタビ復号器41により得られた前記MCS情報に従ってデータ復調及びターボ復号が施されて、元の送信データ信号が復元される。
ところで、上記チャネル推定部38で求められたチャネル推定値はSIR推定部42にも入力され、SIR推定部42では、当該チャネル推定値を用いて受信SIRを推定する。具体的には、複素数で表されるチャネル推定値の実数部と虚数部のそれぞれの2乗和を希望信号成分Sとみなし、複数のシンボルにおける分散値を干渉信号電力Iとみなし、SとIの比を受信SIRの推定値とする。
この受信SIRの推定値(又はこれをCQIに変換した値)は、制御信号変調部43へ入力され、制御信号変調部43にて、FFTタイミング検出部34Aにて得られた下りリンクの無線チャネルの遅延分散の情報とともに、上りリンクの制御信号にマッピングされて、送信アンテナ44から送信局10に向けて送信される。これにより、送信局10では、前述したとおり、送信OFDMシンボルに対するサイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62の付加割合が適応的に調整されることになる。
つまり、本例では、受信局30が、受信信号の遅延分散を測定し、その遅延分散の情報を送信局10に通知し、送信局10は、通知された遅延分散の情報に応じて、送信データ信号のGI長(サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62)の挿入比率を決定(制御)することができるようになっているのである。
〔C〕第3実施形態の説明
次に、本実施形態では、第1及び第2実施形態とは異なり、移動通信システムにおける上りリンクのように、受信局30において、複数の送信局10(例えば、送信局#1〜#K:Kは2以上の整数)からの信号を復調、復号する場合の例について述べる。
ここで、OFDM方式のような、FFTとサイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62とを併用した伝送方式を上りリンクに適用する場合、送信局10間の干渉を防ぐためには、各送信局10からの信号がほぼ同期して受信局30で受信される必要がある。そこで、各送信局10からの直接波の受信タイミングの目標値と、実際の受信タイミングとの時間差に基づいて、各送信局10からの信号の送信タイミングを制御する。
そのため、各送信局10は、例えば図12に示すように構成され、受信局30は、例えば図13に示すように構成される。
(C1)送信局10の説明
即ち、各送信局10は、その要部に着目すると、図12に示すように、第1及び第2実施形態でそれぞれ既述のものと同様のターボ符号器11,データ変調部12,IFFT部14,窓関数生成部15,GI挿入部16A,時間窓乗算部17,D/A変換部18,送信RF部19,送信アンテナ20及びパイロット信号生成部27と、第2実施形態でそれぞれ既述のものとそれぞれ同様のデータ・パイロット・制御信号多重部13A,受信アンテナ21,制御信号生成部24,畳込み符号器25及びQPSK変調部26とをそなえるほか、制御信号復調部22B及び送信タイミング制御部28をそなえて構成される。
ここで、制御信号復調部22Bは、受信アンテナ21で受信されたRF信号を復調して制御信号にマッピングされている、上りリンクの遅延分散、データ信号のMCS及び送信タイミング制御に関する情報を抽出する機能を具備するもので、上りリンクの遅延分散の情報はGI挿入部16Aへ、データ信号のMCS情報はGI挿入部16A,ターボ符号器11,データ変調部12及び制御信号生成部24へ、送信タイミング制御情報(以下、送信タイミング制御値ともいう)は送信タイミング制御部28へそれぞれ提供されるようになっている。
つまり、本例では、後述するように、MCS情報(送信パラメータ)が、受信局30での受信SIRに基づいて決定されて当該受信局30から制御信号により通知され、同様に、遅延分散に関する情報も、受信局30で測定され当該受信局30から通知されるようになっている。
そして、送信タイミング制御部28は、送信局10間の干渉を防ぐ目的で、受信局30で求められ上記制御信号によりフィードバックされてきた上記送信タイミング制御情報に従ってデータ信号の送信タイミングを制御(調整)するものである。なお、送信タイミング制御情報は、後述するように送信局10からの直接波の受信タイミングの目標値と受信局30での実際の受信タイミングとの時間差として求められ、その詳細については後述する。
また、GI挿入部16Aは、上記制御信号から得られた上りリンクの無線チャネルの遅延分散が規定の閾値を超えている場合、あるいは上記制御信号から得られたデータ信号のMCS情報の示す変調方式がQPSKの場合や符号化率が規定の閾値を下回っている場合に、第2実施形態において、図9の(2)及び(3)により前述したように、サイクリックポストフィクス長NCPostをNwin/2よりも一定量短くして、その分、サイクリックプレフィクス長NCPreを長くする調整を行なうようになっている。
以下、上述のごとく構成された本実施形態の送信局10の動作について説明する。
まず、受信局30から送信されたRF信号が受信アンテナ21で受信されると、当該受信RF信号(制御信号)は、制御信号復調部22Bにて復調され、制御信号にマッピングされている送信タイミング制御情報、上りリンクの遅延分散及びデータ信号のMCSの情報が抽出される。
これにより得られたMCS情報に従って、受信局30へ送信すべきデータ信号に対して、ターボ符号器11でターボ符号化(誤り訂正符号化)が施され、データ変調部12でデータ変調が施される。
また、上記データ信号のMCS情報は、制御信号生成部24にて受信局30への制御信号にマッピングされ、畳込み符号器25で畳込み符号化(誤り訂正符号化)され、さらに、QPSK変調部26でQPSK変調される。
これにより得られた変調制御信号は、データ・パイロット・制御信号多重部13Aにて、データ変調部12により得られた変調データ信号及びパイロット信号生成部27で生成されたパイロット信号と時間あるいは周波数多重される。得られた多重信号は、さらに、IFFT部14にてIFFT処理されることにより時間領域の信号に変換され、GI挿入部16Aに入力される。
GI挿入部16Aでは、上記制御信号から得られた上りリンクの無線チャネルの遅延分散が規定の閾値を超えている場合、あるいは上記制御信号から得られたデータ信号のMCS情報の示す変調方式がQPSKの場合や符号化率が規定の閾値を下回っている場合に、第2実施形態において図9の(2)及び(3)により前述したごとく、サイクリックポストフィクス長NCPostをNwin/2よりも一定量短く、その分、サイクリックプレフィクス長NCPreを長くして、それぞれの付加を行なう。
その後、サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62を付加された信号は、時間窓乗算部17にて、窓関数生成部15で生成された時間窓(窓幅Nwin)が乗算されて帯域制限(波形整形)が施された上で、送信タイミング制御部28により、例えば、1無線フレーム分(Tframe時間)の信号が、制御信号復調部22Bで得られた送信タイミング制御値により定まるタイミングでD/A変換部18に転送される。
この転送タイミングの決め方について、詳しく説明する。送信タイミング制御を行なわないシステムにおいては、通常、或るフレームnの転送開始時刻は、前フレーム(n−1)の転送開始時刻に対して、Tframe後であるが、本実施形態では、送信タイミング制御値により、ΔT時間だけ送信タイミングを早めるよう指示された場合、送信タイミング制御部28は、フレームnの転送開始時刻を、前フレーム(n−1)の転送開始時刻に対して、(Tframe−ΔT)後とする。
以降、送信タイミング制御部28から転送された信号は、D/A変換部18にて、アナログ信号に変換され、送信RF部19にて、直交変調や、ベースバンド信号からRF信号へのアップコンバートなどを含む所要の無線送信処理を施された上で、送信アンテナ20から受信局30に向けて送信される。
(C2)受信局30の説明
一方、本例における受信局30は、その要部の構成に着目すると、図13に示すように、受信アンテナ31,受信RF部32,A/D変換部33,FFTタイミング検出部34B,GI削除部35B,FFT部36,データ・パイロット・制御信号分離部37B,複数(K台)の送信局10(#1〜#K)に対応した複数の復調部39−1〜39−K,制御信号変調部43B,送信アンテナ44及び送信タイミング制御値生成部46をそなえて構成され、さらに、各復調部39−i(i=1〜K)として、図10により前述したものとそれぞれ同様の、チャネル推定部38,データチャネル補償部39A,制御チャネル補償部39B,データ復調部40A,QPSK復調部40B,ターボ復号器41A,ビタビ復号器41B及びSIR推定部42と、図7により前述したMCS制御部23と同様のMCS制御部45とをそれぞれそなえて構成される。
ここで、受信アンテナ31は、各送信局10から送信されてくるRF信号を受信するものであり、受信RF部32は、当該受信アンテナ31で受信されたRF信号に対して、ベースバンド信号へのダウンコンバートや直交復調を含む所要の無線受信処理を施すものであり、A/D変換部33は、この受信RF部32にて無線受信処理を施された受信信号を以降のディジタル信号処理のためにディジタル信号に変換するものである。
FFTタイミング検出部34Bは、A/D変換部33によるA/D変換後の受信信号と各送信局10の送信パイロット信号のレプリカとの相関演算を行なうことにより、各送信局10からの各パスの受信タイミングを検出(推定)し、これを用いて各送信局10と受信局30との間の無線チャネルの遅延分散を求めるものである。
送信タイミング制御値生成部46は、FFTタイミング検出部34Bで推定された各送信局10からの受信タイミング情報に基づいて、各送信局10に対する送信タイミング制御値を算出、生成するもので、その詳細については後述する。
GI削除部35Bは、各送信局10からの信号が多重された受信信号に対して、後述する目標受信タイミングに基づいて、OFDMシンボル単位でGI(サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62)を削除し、各OFDMシンボルの有効信号成分(NFFTサンプル)を切り出すものである。
FFT部36は、上記GI削除後の受信データ信号をOFDMシンボル単位でFFT処理することにより時間領域から周波数領域の信号に変換するものであり、データ・パイロット・制御信号分離部37Bは、当該FFT処理後の受信データ信号から周波数領域において送信局10毎にデータ信号と制御信号とパイロット信号とを分離するもので、受信データ信号はデータチャネル補償部39Aへ、受信制御信号は制御チャネル補償部39Bへ、受信パイロット信号はチャネル推定部38へそれぞれ送信局10(復調部39−i)別に入力されるようになっている。
そして、復調部39−iは、送信局10(#i)別に、それぞれの受信信号を第2実施形態と同様に復調、復号するものである。
即ち、各復調部39−iにおいて、それぞれ、チャネル推定部38は、上記分離部37Bで分離された受信パイロット信号と、送信局#iの送信パイロット信号のレプリカとの相関演算を行なうことにより、無線チャネルにおけるチャネル歪みを推定する(チャネル推定値を求める)ものであり、データチャネル補償部39Aは、分離部37Bで分離された受信データ信号に、上記チャネル推定部38により得られたチャネル推定値の複素共役を乗ずることにより、チャネル歪みを等化(補償)して抑圧するものであり、制御チャネル補償部39Bは、分離部37Bで分離された受信制御信号に対して、上記チャネル推定値の複素共役を乗ずることにより、チャネル歪みを等化(補償)して抑圧するものである。
QPSK復調部(制御チャネル復調部)40Bは、制御チャネル補償部39Bによる補償後の制御信号を、送信局10での制御信号の変調方式に対応した調方式で受信データ信号に先行して、復調(QPSK復調)するものであり、ビタビ復号器41Bは、このQPSK復調部40Bにより復調された制御信号を送信局#iでの符号化方式(畳込み符号化)に対応した復号方式で復号(ビタビ復号)して、データ信号の復調及び復号に必要な情報(送信局#iの送信データ信号のMCS情報)を取得するものである。なお、本例においても、制御チャネルの復調及び復号に関しては、勿論、QPSKやビタビ復号に限定されず、送信局#iでの変調方式や符号化方式に対応する復調及び復号方式を採用すれば良い。
データ復調部40Aは、データチャネル補償部39Aによる補償後のデータ信号を、上記復号により得られたMCS情報により特定される変調方式に対応した復調方式で、復調するものであり、ターボ復号器41Aは、このデータ復調部40Aにより復調されたデータ信号に対して、上記MCS情報により特定される符号化率に応じた復号処理〔ターボ復号(誤り訂正復号)〕を施して送信局#iが送信した元のデータ信号を復元するものである。
SIR推定部42は、チャネル推定部38により得られたチャネル推定値に基づいて送信局#iとの間の(上りリンク)の受信SIRを推定(測定)するものであり、MCS制御部45は、このSIR推定部42で得られた受信SIRに基づいて送信局#iが送信する(上りリンクの)データ信号についてのMCS情報を生成するものである。
制御信号変調部43Bは、FFTタイミング検出部34Bで求められた各送信局10の遅延分散の情報と、送信タイミング制御値生成部46で生成された送信タイミング制御値と、各復調部39−iのMCS制御部45により得られた送信局#i毎のMCS情報とを変調して送信局10への(下りリンクの)制御信号にマッピングするものであり、送信アンテナ44は、この制御信号変調部43Bからの制御信号をRF信号により送信局10に向けて空間に放射するものである。
つまり、本例では、受信局30側で、送信局10で用いるべき送信処理方法(変調方式や符号化率、レペティション数等の送信パラメータ)を決定し、決定した送信処理方法に関する情報(MCS情報)を送信局10に通知し、送信局10は、通知されたMCS情報に応じて、GI長(サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62の挿入比率)を決定(制御)できるようになっているのである。
以下、上述のごとく構成された本実施形態の受信局30の動作について説明する。
各送信局10から送信されたRF信号は、空間で多重された状態で受信アンテナ31にて受信され、受信RF部32にて前記無線受信処理を施された後、A/D変換部33にてディジタル信号処理のためにディジタル信号に変換されて、FFTタイミング検出部34BとGI削除部35Bとにそれぞれ入力される。
FFTタイミング検出部34Bでは、A/D変換後の受信信号と各送信局#iの送信パイロット信号とのレプリカの相関演算を行なうことにより、各送信局#iからの各パスの受信タイミングを検出し、これを用いて各送信局#iと受信局30との間の無線チャネルの遅延分散を求める。
GI削除部35Bでは、A/D変換後の各送信局#iからの信号が多重された受信信号に対して、後述する目標受信タイミングに基づいて、OFDMシンボル単位でGI(サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62)を削除し、各OFDMシンボルの有効信号成分(NFFTサンプル)を切り出す。
GI削除後の受信信号(有効信号成分)は、FFT部36にてFFT処理されて周波数領域の信号に変換され、分離部37Bにて、送信局#i別に、時間あるいは周波数多重された各送信局#iからのデータ信号とパイロット信号と制御信号とが分離され、受信データ信号はデータチャネル補償部39Aへ、受信制御信号は制御チャネル補償部39Bへ、受信パイロット信号はチャネル推定部38へそれぞれ入力される。
そして、チャネル推定部38では、上記受信パイロット信号と、送信局#iの送信パイロット信号のレプリカとの相関演算を行なうことにより、(上りリンクの)無線チャネルにおけるチャネル歪みを推定する(チャネル推定値を求める)。
次いで、データ信号に先行して、まず、分離部37Bからの受信制御信号に対して、制御チャネル補償部39Bにて、上記チャネル推定値の複素共役が乗じられて、制御信号のチャネル歪みが補償され、QPSK復調部40BにてQPSK復調が施された後、ビタビ復号器41Bにてビタビ復号が施されて、元の制御信号が復元され、受信データ信号の復調及び復号に必要なMCS情報が得られる。
これにより、分離部37Bからの受信データ信号に対し、データチャネル補償部39Aにて、前記チャネル推定値の複素共役が乗じられることにより、受信データ信号のチャネル歪みが補償され、データ復調部40A及びターボ復号器41Aにて、それぞれ、ビタビ復号器41により得られた前記MCS情報に従ってデータ復調及びターボ復号が施されて、元の送信データ信号が復元される。
ところで、各復調部39−iにおいて、上記チャネル推定部38で求められたチャネル推定値はSIR推定部42にも入力され、SIR推定部42では、当該チャネル推定値を用いて(上りリンクの)受信SIRを推定する。具体的には、本例においても、複素数で表されるチャネル推定値の実数部と虚数部のそれぞれの2乗和を希望信号成分Sとみなし、複数のシンボルにおける分散値を干渉信号電力Iとみなし、SとIの比を受信SIRの推定値とする。そして、当該受信SIRに基づき、MCS制御部45において、送信局#iの送信データ信号についてのMCSが決定される。
また、送信タイミング制御値生成部46では、FFTタイミング検出部34Bで推定された各送信局10からの特定パスの受信タイミング情報に基づいて、各送信局10に対する送信タイミング制御値を算出する。例えば、各送信局10で共通の目標受信タイミングTT0を設定し、これと実際の受信タイミングとの時間差を基に、送信タイミング制御値を求める。その詳細を、図14(A)に示す概念図を用いて説明する。
即ち、図14(A)において、送信局#1については、目標受信タイミングTT0に対して、実際の受信タイミングRT1がΔT1=RT1−TT0だけ遅れているため、ΔT1を送信タイミング制御値とする。送信局#2についても、同様の方法で送信タイミング制御値ΔT2=RT2−TT0を求める。
制御信号変調部43Bでは、このように送信タイミング制御値生成部46で算出された各送信局10に対する送信タイミング制御値と、各復調部39−iのMCS制御部45で求められたMCS情報と、FFTタイミング検出部34Bで得られた無線チャネルの遅延分散の情報とを送信局10への制御信号にマッピングして、送信アンテナ44を通じて各送信局10にフィードバック(通知)する。
各送信局10は、それぞれ、送信タイミング制御部28によって前述したごとくフィードバックされた上記送信タイミング制御値に従って受信局30へのデータ信号の送信タイミングを制御し、その後、送信タイミング制御が収束すると、例えば図14(B)に示すように、時間窓が適用された送信局#1からの信号(パス#1の信号成分)についても、時間窓が適用されていない送信局#2からの信号(パス#1の信号成分)についても、GI削除部35によって切り出された有効信号成分(NFFTサンプル)中に、時間窓の適用により歪みが生じた成分、干渉を受けた成分が含まれないため、受信特性の劣化を防ぐことができる。
また、窓関数の適用法が各送信局10で異なる場合でも、受信局30において、FFTタイミング検出部34BでのFFTタイミング検出および送信タイミング制御部28による送信タイミング制御の方法を変更する必要がないため、送信局10は、サポートする伝送速度や回路規模の制約などに応じて、時間窓の適用法を自由に決めることができ、また、時間窓に関する情報を受信局30に通知する必要もない。
また、本例においても、第2実施形態と同様に、送信局10において、時間窓の窓幅Nwinだけでなく、無線チャネルの遅延分散(マルチパス遅延量)やデータ信号の送信方法(変調方式や符号化率)を加味してサイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62の付加割合を決定しているので、第2実施形態と同様の作用効果も得られる。
即ち、例えば、無線チャネルの遅延分散が規定の閾値を超えた場合、サイクリックポストフィクス62を一定量短くし、サイクリックプレフィクス61を長くすることで、遅延時間が大きいパスの隣接OFDMシンボルからの干渉を防ぐことを優先する。あるいは、データ信号の変調方式がQPSKの場合や符号化率が規定の閾値を下回った場合には、復調するOFDMシンボルの時間窓による歪みの影響は比較的小さいため、サイクリックポストフィクス62を一定量短くすることにより、受信特性を維持したまま、サイクリックプレフィクス61を長くすることができる。
もっとも、第1実施形態と同様に、時間窓の窓幅Nwinのみに基づいてサイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62の付加割合を決定することも可能である。
また、上述した各実施形態では、OFDM方式を前提としているが、サイクリックプレフィクス61及びサイクリックポストフィクス62によってGIを付加し、周波数領域の信号処理を行なう、その他の伝送方式(例えば、SC-FDE: Single Carrier - Frequency Domain Equalizer等)にも適用でき、上述した各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
〔D〕付記
(付記1)
送信データ信号に対して、所定のデータブロック毎に、当該データブロックの一部を巡回的にコピーしたガードインターバルを挿入するガードインターバル挿入手段と、
前記ガードインターバル挿入後の信号ブロック境界を含む或る時間区間において信号減衰処理を行なう波形整形手段と、
該波形整形手段による信号減衰区間である前記時間区間を除く時間区間に前記データブロックが位置するように、該ガードインターバル挿入手段による前記ガードインターバルの挿入区間を制御する制御手段とをそなえて構成されたことを特徴とする、無線送信装置。
(付記2)
該ガードインターバル挿入手段が、
前記データブロックの一部を巡回的にコピーして当該データブロックの先頭及び末尾にそれぞれ前記ガードインターバルとして挿入する巡回コピー挿入部をそなえるとともに、
該制御手段が、
前記データブロックの先頭及び末尾に対する前記ガードインターバルの挿入比率を制御することにより、前記信号減衰区間を除く時間区間に前記データブロックを位置させる挿入比率制御部をそなえて構成されたことを特徴とする、付記1記載の無線送信装置。
(付記3)
該波形整形手段が、
前記ガードインターバル挿入後の信号ブロックに対して時間領域の窓関数を乗算することにより前記信号減衰処理を実施する窓関数乗算部として構成されるとともに、
該挿入比率制御部が、
前記窓関数の窓幅に応じて前記データブロックの先頭及び末尾に対する前記ガードインターバルの挿入比率を制御することを特徴とする、付記2記載の無線送信装置。
(付記4)
該挿入比率制御部が、
前記送信データ信号の伝搬路環境に基づいて決定される送信処理方法に関する送信パラメータに応じて前記挿入比率を制御することを特徴とする、付記3記載の無線送信装置。
(付記5)
前記送信パラメータが、前記送信データ信号の変調方式に関するパラメータ、あるいは、前記送信データ信号の符号化率に関するパラメータであることを特徴とする、付記4記載の無線送信装置。
(付記6)
該挿入比率制御部が、
前記変調方式に関するパラメータの示す変調方式の多値数が少ないほど、あるいは、前記符号化率に関するパラメータの示す符号化率が小さいほど、前記データブロックの末尾に対するガードインターバルの挿入区間を短くして、前記データブロックの先頭に対するガードインターバルの挿入区間を長くすることを特徴とする、付記5記載の無線送信装置。
(付記7)
該挿入比率制御部が、
前記送信データ信号の伝搬路のマルチパス遅延量に応じて前記挿入比率を制御することを特徴とする、付記3記載の無線送信装置。
(付記8)
該挿入比率制御部が、
前記マルチパス遅延量が大きいほど、前記データブロックの末尾に対するガードインターバルの挿入区間を短くして、前記データブロックの先頭に対するガードインターバルの挿入区間を長くすることを特徴とする、付記7記載の無線送信装置。
(付記9)
前記送信パラメータは、前記送信データ信号の受信側での当該送信データ信号の受信品質に基づいて決定されて当該受信側から通知されることを特徴とする、付記4〜6のいずれか1項に記載の無線送信装置。
(付記10)
前記マルチパス遅延量は、前記送信データ信号の受信側で受信された当該送信データ信号に基づいて測定され当該受信側から通知されることを特徴とする、付記7又は8に記載の無線送信装置。
(付記11)
送信データ信号に対して、所定のデータブロック毎に、当該データブロックの一部を巡回的にコピーしたガードインターバルを挿入するガードインターバル挿入過程と、
前記ガードインターバル挿入後の信号ブロック境界を含む或る時間区間において信号減衰処理を行なう波形整形過程と、
前記波形整形過程での信号減衰区間である前記時間区間を除く時間区間に前記データブロックが位置するように、前記ガードインターバルの挿入区間を制御する制御過程とを有することを特徴とする、ガードインターバル挿入方法。
(付記12)
前記ガードインターバル挿入過程において、
前記データブロックの一部を巡回的にコピーして当該データブロックの先頭及び末尾にそれぞれ前記ガードインターバルとして挿入し、
前記制御過程が、
前記データブロックの先頭及び末尾に対する前記ガードインターバルの挿入比率を制御することにより、前記信号減衰区間を除く時間区間に前記データブロックを位置させる挿入比率制御過程を含むことを特徴とする、付記11記載のガードインターバル挿入方法。
(付記13)
前記波形整形過程において、
前記ガードインターバル挿入後の信号ブロックに対して時間領域の窓関数を乗算することにより前記信号減衰処理を実施し、
前記挿入比率制御過程において、
前記窓関数の窓幅に応じて前記データブロックの先頭及び末尾に対する前記ガードインターバルの挿入比率を制御することを特徴とする、付記12記載のガードインターバル挿入方法。
(付記14)
前記挿入比率制御過程において、
前記送信データ信号の伝搬路環境に基づいて決定される送信処理方法に関する送信パラメータに応じて前記挿入比率を制御することを特徴とする、付記13記載のガードインターバル挿入方法。
(付記15)
前記送信パラメータが、前記送信データ信号の変調方式に関するパラメータ、あるいは、前記送信データ信号の符号化率に関するパラメータであることを特徴とする、付記14記載のガードインターバル挿入方法。
(付記16)
該挿入比率制御過程において、
前記変調方式に関するパラメータの示す変調方式の多値数が少ないほど、あるいは、前記符号化率に関するパラメータの示す符号化率が小さいほど、前記データブロックの末尾に対するガードインターバルの挿入区間を短くして、前記データブロックの先頭に対するガードインターバルの挿入区間を長くすることを特徴とする、付記15記載のガードインターバル挿入方法。
(付記17)
該挿入比率制御過程において、
前記送信データの伝搬路のマルチパス遅延量に応じて前記挿入比率を制御することを特徴とする、付記13記載のガードインターバル挿入方法。
(付記18)
該挿入比率制御過程において、
前記マルチパス遅延量が大きいほど、前記データブロックの末尾に対するガードインターバルの挿入区間を短くして、前記データブロックの先頭に対するガードインターバルの挿入区間を長くすることを特徴とする、付記17記載のガードインターバル挿入方法。
(付記19)
前記送信パラメータは、前記送信データ信号の受信側での当該送信データ信号の受信品質に基づいて決定されて当該受信側から通知されることを特徴とする、付記14〜16のいずれか1項に記載のガードインターバル挿入方法。
(付記20)
前記マルチパス遅延量は、前記送信データ信号の受信側で受信された当該送信データ信号に基づいて測定され当該受信側から通知されることを特徴とする、付記17又は18に記載のガードインターバル挿入方法。
以上詳述したように、本発明によれば、受信側において、受信データ信号から有効信号成分(データブロック)を切り出す時間区間を前記波形整形の適用の有無や異同によって変更することなく固定の時間区間で、有効信号成分を前記波形整形に起因する歪み成分を含むことなく切り出すことができ、GIを有効に活用しつつ、受信特性の劣化を防ぐことができる。したがって、移動通信システムなどの無線通信技術分野に極めて有用と考えられる。
本発明の第1実施形態に係る無線送信装置の要部に着目した構成を示すブロック図である。 図1に示す無線送信装置におけるGI挿入及び時間窓の適用方法を説明するための模式図である。 図1に示すGI挿入部の構成例を示すブロック図である。 図1に示す時間窓乗算部の構成例を示すブロック図である。 図1に示す無線送信装置から送信された信号を受信し得る無線受信装置の要部に着目した構成を示すブロック図である。 図5に示す無線受信装置における受信信号からの有効信号成分の切り出し方法を説明するための模式図である。 本発明の第2実施形態に係る無線送信装置の要部に着目した構成を示すブロック図である。 図7に示すGI挿入部の構成例を示すブロック図である。 図7に示す無線送信装置におけるGI挿入及び時間窓の適用方法を説明するための模式図である。 図7に示す無線送信装置から送信された信号を受信し得る無線受信装置の要部に着目した構成を示すブロック図である。 図10に示す無線受信装置における受信信号からの有効信号成分の切り出し方法を説明するための模式図である。 本発明の第3実施形態に係る無線送信装置の要部に着目した構成を示すブロック図である。 図12に示す無線送信装置から送信された信号を受信し得る無線受信装置の要部に着目した構成を示すブロック図である。 (A)は図12に示す無線送信装置での送信タイミング制御収束前の図13に示す無線受信装置での受信タイミング例を示す模式図、(B)は図12に示す無線送信装置での送信タイミング制御収束後の図13に示す無線受信装置での受信タイミング例を示す模式図である。 OFDM方式を採用した一般的な無線送信装置の要部に着目した構成例を示すブロック図である。 図15に示す無線送信装置におけるサイクリックプレフィクス(GI)の挿入方法を説明するための模式図である。 OFDM方式を採用した一般的な無線受信装置の要部に着目した構成例を示すブロック図である。 図17に示す無線受信装置における受信信号からの有効信号成分の切り出し方法を説明するための模式図である。 図15に示す無線送信装置から送信された信号の周波数スペクトルの一例を示す図である。 図15に示す無線送信装置におけるGI挿入及び時間窓の適用方法を説明するための模式図である。 図15に示す無線送信装置で時間窓を適用した場合と適用しない場合の送信信号の周波数スペクトルを比較して示す図である。 図15に示す無線送信装置で時間窓を適用した場合の図17に示す無線受信装置における受信信号からの有効信号成分の切り出し方法による課題を説明するための模式図である。
符号の説明
10 送信局(無線送信装置)
11 ターボ符号器(誤り訂正符号化部)
12 データ変調部
13 データ・パイロット信号多重部
13A データ・パイロット・制御信号多重部
14 IFFT部
15 窓関数生成部
16,16A ガードインターバル(GI)挿入部
161,165 付加割合決定部
162 サイクリックプレフィクス生成部
163 サイクリックポストフィクス生成部
164 サイクリックプレフィクス・サイクリックポストフィクス連結部
17 時間窓乗算部
171,172 巡回コピー生成部
173 巡回コピー連結部
174 乗算部
18 D/A変換部
19 送信RF部
20 送信アンテナ
21 受信アンテナ
22,22B 制御信号復調部
23 MCS(Modulation and Coding Scheme)制御部
24 制御信号生成部
25 畳込み符号器
26 QPSK変調部
27 パイロット信号生成部
28 送信タイミング制御部
30 受信局(無線受信装置)
31 受信アンテナ
32 受信RF部
33 A/D変換部
34,34A FFTタイミング検出部
35,35B GI削除部
36 FFT部
37 データ・パイロット信号分離部
37A,37B データ・パイロット・制御信号分離部
38 チャネル推定部
39 チャネル補償部
39A データチャネル補償部
39B 制御チャネル補償部
39−1〜39−K 復調部
40 データ復調部
40A データ復調部
40B QPSK復調部
41,41A ターボ復号器
41B ビタビ(Viterbi)復号器
42 SIR推定部
43,43B 制御信号変調部
44 送信アンテナ
45 MCS制御部
46 送信タイミング制御値生成部
61 サイクリックプレフィクス(GI)
62 サイクリックポストフィクス(GI)

Claims (8)

  1. 送信データ信号に対して、所定のデータブロック毎に、当該データブロックの一部を巡回的にコピーしたガードインターバルを挿入するガードインターバル挿入手段と、
    前記ガードインターバル挿入後の信号ブロック境界を含む或る時間区間において信号減衰処理を行なう波形整形手段と、
    該波形整形手段による信号減衰区間である前記時間区間を除く時間区間に前記データブロックが位置するように、該ガードインターバル挿入手段による前記ガードインターバルの挿入区間を制御する制御手段とをそなえ
    該ガードインターバル挿入手段が、
    前記データブロックの一部を巡回的にコピーして当該データブロックの先頭及び末尾にそれぞれ前記ガードインターバルとして挿入する巡回コピー挿入部をそなえるとともに、
    該制御手段が、
    前記データブロックの先頭及び末尾に対する前記ガードインターバルの挿入比率を制御することにより、前記信号減衰区間を除く時間区間に前記データブロックを位置させる挿入比率制御部をそなえて構成されたことを特徴とする、無線送信装置
  2. 該波形整形手段が、
    前記ガードインターバル挿入後の信号ブロックに対して時間領域の窓関数を乗算することにより前記信号減衰処理を実施する窓関数乗算部として構成されるとともに、
    該挿入比率制御部が、
    前記窓関数の窓幅に応じて前記データブロックの先頭及び末尾に対する前記ガードインターバルの挿入比率を制御することを特徴とする、請求項記載の無線送信装置。
  3. 該挿入比率制御部が、
    前記送信データ信号の伝搬路環境に基づいて決定される送信処理方法に関する送信パラメータに応じて前記挿入比率を制御することを特徴とする、請求項記載の無線送信装置。
  4. 前記送信パラメータが、前記送信データ信号の変調方式に関するパラメータ、あるいは、前記送信データ信号の符号化率に関するパラメータであることを特徴とする、請求項記載の無線送信装置。
  5. 該挿入比率制御部が、
    前記変調方式に関するパラメータの示す変調方式の多値数が少ないほど、あるいは、前記符号化率に関するパラメータの示す符号化率が小さいほど、前記データブロックの末尾に対するガードインターバルの挿入区間を短くして、前記データブロックの先頭に対するガードインターバルの挿入区間を長くすることを特徴とする、請求項記載の無線送信装置。
  6. 該挿入比率制御部が、
    前記送信データ信号の伝搬路のマルチパス遅延量に応じて前記挿入比率を制御することを特徴とする、請求項記載の無線送信装置。
  7. 該挿入比率制御部が、
    前記マルチパス遅延量が大きいほど、前記データブロックの末尾に対するガードインターバルの挿入区間を短くして、前記データブロックの先頭に対するガードインターバルの挿入区間を長くすることを特徴とする、請求項記載の無線送信装置。
  8. 送信データ信号に対して、所定のデータブロック毎に、当該データブロックの一部を巡回的にコピーしたガードインターバルを挿入するガードインターバル挿入過程と、
    前記ガードインターバル挿入後の信号ブロック境界を含む或る時間区間において信号減衰処理を行なう波形整形過程と、
    前記波形整形過程での信号減衰区間である前記時間区間を除く時間区間に前記データブロックが位置するように、前記ガードインターバルの挿入区間を制御する制御過程とを有し、
    前記ガードインターバル挿入過程において、
    前記データブロックの一部を巡回的にコピーして当該データブロックの先頭及び末尾にそれぞれ前記ガードインターバルとして挿入し、
    前記制御過程が、
    前記データブロックの先頭及び末尾に対する前記ガードインターバルの挿入比率を制御することにより、前記信号減衰区間を除く時間区間に前記データブロックを位置させる挿入比率制御過程を含む、
    ことを特徴とする、ガードインターバル挿入方法
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