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1. (WO2008120283) 周波数オフセット補償装置
Document

明 細 書

発明の名称 周波数オフセット補償装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008  

発明の開示

発明が解決しようとする課題

0009   0010  

課題を解決するための手段

0011  

発明の効果

0012  

図面の簡単な説明

0013  

発明を実施するための最良の形態

0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053  

産業上の利用可能性

0054  

請求の範囲

1   2   3   4  

図面

1   2   3   4   5   6   7  

明 細 書

周波数オフセット補償装置

技術分野

[0001]
 本発明は、周波数オフセット補償装置に関し、特にスキャッタードパイロットパターンでパイロット信号が配置されたマルチキャリア信号を受信するマルチキャリア信号受信装置に搭載される周波数オフセット補償装置に関する。

背景技術

[0002]
 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiple)方式におけるAFC(Automatic Frequency Control)技術、周波数同期技術としては、OFDMのガードインターバル(Guard Interval,GI)を用いる方法(GI法)と、送信信号中の既知シンボルを用いる方法(パイロット法)とに大別される。
[0003]
 GI法は、OFDMシンボルの末尾のコピーをシンボルの先頭に付加したものがガードインターバルであることから、ガードインターバルと同一シンボルのデータ末尾とが同一波形になる特徴を用いて、双方の位相差から周波数オフセットを推定する方法である(例えば、特許文献1)。この方法は同一シンボル内で閉じて行えるため同期が不要であり、大きな周波数オフセットに対しても推定が可能である一方で、比較する信号の間隔が短いために耐雑音性能が低い。
[0004]
 一方、パイロット法は、同一送信波形(パイロット)間の位相差を用いて周波数オフセットを推定する方法である。この方法は、パイロットのシンボルを特定するために同期が必須となる一方で、比較する信号の間隔がGI方に比べて長いため耐雑音性能が高く、高精度な周波数オフセット推定が可能である。
[0005]
 パイロット法では、以下に示すように周波数オフセット推定を行う。図1は、周波数オフセットによる位相の時間変動の概念図である。同図に示すように、まず前フレームのパイロット信号R PRE(図1A)と、現フレームのパイロット信号R NOW(図1B)とを用いて、R PREの複素共役とR NOWとを複素乗算することにより、R PREとR NOWの間の相対的な位相変動R(図1C)を推定する。
[0006]
 そして、推定した位相変動量Rと、両パイロット信号の時間間隔tとから、下記の式を用いて、周波数オフセットΔfを算出する。
 Δf=tan -1(R)・1/t・1/2π[Hz]
[0007]
 また、マルチキャリア通信において、送信フレームにパイロット信号を配置する方法として、大きく2種類の方法が提案されている。具体的には、CP(Continuous Pilot,コンティニュアスパイロット)と、SP(Scattered Pilot,スキャッタードパイロット)とである。CPは、パイロット信号だけが配置されるシンボルが各フレーム中に存在する(図2参照)。そのパイロット信号だけが配置されるシンボルの時間領域の送信波形は、互いに一致する。一方、SPは、パイロット信号だけが配置されるシンボルが存在しない(図3参照)。このため、シンボルの時間領域の送信波形は、互いに一致しない。
[0008]
 CPの場合には、パイロットシンボルの送信波形は時間領域で一致するので、周波数オフセット推定を行うことができる。 
特許文献1 : 特開平7-143097号公報

発明の開示

発明が解決しようとする課題

[0009]
 しかしながら、SPの場合には、パイロット信号だけのシンボルがない、つまりパイロット信号以外の信号がシンボル内に存在し、この信号は通常シンボル毎に異なる。そのため、複数のシンボル間で時間領域の送信波形が一致することはない。その結果、SPの場合、CPのように簡単にはパイロット信号を用いた周波数オフセット推定を行うことができず精度良く周波数制御を行うことができない。
[0010]
 本発明の目的は、送信フレームへのパイロット信号配置方法としてスキャッタードパイロットが用いられる場合にも、精度良く周波数を制御することができる周波数オフセット補償装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0011]
 本発明の周波数オフセット補償装置は、パイロット信号がスキャッタードパイロットパターンで配置されたマルチキャリア信号を受信するマルチキャリア信号受信装置に搭載され、前記マルチキャリア信号受信装置における無線受信処理で利用する発振信号の周波数を周波数オフセット量に基づいて制御することにより周波数オフセットを補償する周波数オフセット補償装置であって、前記受信マルチキャリア信号からパイロット信号のみを抽出するパイロット抽出手段と、前記抽出されたパイロット信号から前記受信マルチキャリア信号の周波数オフセット量を推定する周波数オフセット推定手段と、を具備する構成を採る。

発明の効果

[0012]
 本発明によれば、送信フレームへのパイロット信号配置方法としてスキャッタードパイロットが用いられる場合にも、精度良く周波数を制御することができる周波数オフセット補償装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0013]
[図1] パイロット法での周波数オフセット推定の説明に供する図
[図2] コンティニュアスパイロットの説明に供する図
[図3] スキャッタードパイロットの説明に供する図
[図4] 本発明の実施の形態1に係るOFDM受信装置の構成を示すブロック図
[図5] 図4の周波数オフセット推定部の構成を示すブロック図
[図6] 実施の形態2の周波数オフセット推定部の構成を示すブロック図
[図7] 実施の形態3の周波数オフセット推定部の構成を示すブロック図

発明を実施するための最良の形態

[0014]
 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。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。
[0015]
 (実施の形態1)
 図4に示すように本実施の形態に係るマルチキャリア受信装置としてのOFDM受信装置100は、無線受信部110と、同期処理部120と、FFT部130と、パイロット抽出部140と、周波数オフセット推定部150と、周波数制御部160と、信号発振部170と、復調部180とを有する。なお、各実施の形態において送信フレーム中にパイロット信号が配置されるパターンは、スキャッタードパイロットパターン(同一シンボル内にパイロット信号を配置するのではなく、所定の繰り返し周期(例えば、1フレーム、1サブフレーム)で全てのサブキャリアにパイロット信号が所定の規則に従って配置されるパターン)である。また、そのパターンは、OFDM受信装置100に予め知られている。
[0016]
 無線受信部110は、ダウンコンバータおよびA/D変換器を有する。無線受信部110は、送信側から送信されたOFDM信号をアンテナを介して受信し、その受信OFDM信号に対して所定の無線受信処理(ダウンコンバート、A/D変換など)を施す。無線受信部110は、信号発振部170から発信される信号の周波数に応じて、A/D変換におけるサンプリング間隔を変更する。
[0017]
 同期処理部120は、受信OFDM信号に含まれる既知パターンの特徴(具体的には、ガードインターバルとシンボル末尾データとの同一性)を用いて、シンボルタイミングを検出する。さらに、同期処理部120は、FFT部130におけるフーリエ変換処理後の信号に含まれる同期系列を用いて、フレームタイミングを検出する。
[0018]
 FFT部130は、同期処理部120にて検出された検出シンボルタイミングに従って、無線受信処理後の信号をフーリエ変換することにより、周波数方向の信号を形成する。
[0019]
 パイロット抽出部140は、FFT処理後の信号から既知のパイロット信号のみを選択的に抽出する。パイロット抽出部140は、受信フレーム内でのパイロット信号の配置パターンを知っているので、同期処理部120にて検出された検出フレームタイミングに従って、パイロット信号のみを抽出することが可能となる。
[0020]
 周波数オフセット推定部150は、抽出されたパイロット信号を用いて周波数オフセットを推定する。
[0021]
 具体的には、周波数オフセット推定部150は、各OFDMシンボル内のパイロット信号以外の信号が配置されているサブキャリアのシンボルについて0パディング(「0」値を挿入)し、更に0パディングされた後のOFDMシンボルを逆フーリエ変換することにより、時間方向の信号に変換する。そして、周波数オフセット推定部150は、従来と同様の算出方法により、パイロット信号の配置パターンが同じであるOFDMシンボル間で、上記時間方向の信号の位相を比較することにより位相差を求め、更にその位相差と両OFDMシンボル間の時間間隔とから周波数オフセットを算出する。
[0022]
 詳細には、図5に示すように周波数オフセット推定部150は、0パディング部151と、IFFT部152と、遅延部153と、位相比較部154と、周波数オフセット変換部155とを有する。
[0023]
 0パディング部151は、各OFDMシンボル内のパイロット信号以外の信号が配置されているサブキャリアのシンボルについて0パディングする。
[0024]
 IFFT部152は、0パディング後のOFDMシンボルを逆フーリエ変換することにより、時間方向の信号に変換する。この時間方向の信号は、遅延部153を経由して位相比較部154に入力されるものと、直接位相比較部154に入力されるものとに分けられる。
[0025]
 遅延部153は、入力される時間方向の信号に所定の遅延を与えた後に、位相比較部154に出力する。遅延部153が与える遅延量は、上記スキャッタードパイロットパターンの繰り返し周期に対応している。そのため、位相比較部154に同タイミングで入力される時間方向の信号は、上記繰り返し周期だけ時間的に離れた、同じパイロット信号配置パターンを持つOFDM信号から得られた時間方向の信号となる。
[0026]
 位相比較部154は、上記繰り返し周期だけ時間的に離れた、同じパイロット信号配置パターンを持つOFDM信号から得られた時間方向の信号の位相を比較することにより、両信号の位相差を求める。
[0027]
 周波数オフセット変換部155は、位相比較部154にて求められた位相差と、この位相差に係る両信号の時間的間隔(上記繰り返し周期に対応)とから、周波数オフセットを算出する。
[0028]
 図4に戻り、周波数制御部160は、周波数オフセット推定部150にて求められた周波数オフセットに基づいて、信号発振部170から発信される信号の周波数を制御することにより、無線受信部110のA/D変換処理におけるサンプリング間隔を調整する。
[0029]
 信号発振部170は、周波数制御部160からの周波数制御信号に応じた周波数の信号を無線受信部110に出力する。
[0030]
 復調部180は、FFT部130の出力信号を同期処理部120からのフレームタイミングに従って復調する。
[0031]
 次に上記構成を有するOFDM受信装置100の動作について説明する。
[0032]
 FFT部130にてフーリエ変換された受信OFDM信号は、パイロット抽出部140にてパイロット信号のみが抽出される。周波数オフセット推定部150は、パイロット抽出部140にて抽出されたパイロット信号を用いて周波数オフセットを算出する。こうして、パイロット信号のみを抽出し、このパイロット信号に基づいて周波数オフセットを算出することにより、パイロット信号以外の非固定信号に起因する時間波形の不一致による影響を排除した上で周波数オフセットを算出することができるので、送信フレームへのパイロット信号配置方法としてスキャッタードパイロットが用いられる場合にも、精度良く周波数を制御することができる。
[0033]
 周波数オフセット推定部150では、図3に示すようなスキャッタードパイロットパターンが用いられる場合には、次のような処理が行われる。
[0034]
 まず0パディング部151では、各OFDMシンボル内のパイロット信号以外の信号が配置されているサブキャリアのシンボルについて0パディングする。すなわち、図3の最初のOFDMシンボルでは、●がパイロット信号であるので、○のシンボルに「0」値を挿入する。次のOFDMシンボルは、パイロット信号以外の信号のみが配置されているので、0パディング処理を行わない。
[0035]
 IFFT部152では、0パディング後のOFDMシンボルに対して逆フーリエ変換が施され、時間に対する波形が形成される。
[0036]
 遅延部153では、ここでは繰り返し周期が1フレームであるスキャッタードパイロットパターンが用いられているので、IFFT処理後の信号に対して1フレーム分の遅延が与えられる。
[0037]
 位相比較部154には、IFFT部152の出力信号が分けられた一方に対して遅延部153で繰り返し周期に対応する遅延が与えられることにより、繰り返し周期だけ時間的に離れた、同じパイロット配置パターンを持つOFDMシンボルから得られた時間に対する波形が入力される。すなわち、位相比較部154は、現フレームのパイロット信号および前フレームのパイロット信号の時間方向の信号を入力し、両信号の時間領域での位相比較を行う。位相比較部154では同じタイミングで入力された波形同士の位相差が求められる。周波数オフセット変換部155では、位相比較部154にて求められた位相差と、繰り返し周期とを用いて、周波数オフセットを算出する。
[0038]
 こうして求められた周波数オフセットを用いて周波数制御部160で信号発振部170の発信周波数を制御することで、無線受信部110のA/D変換処理におけるサンプリング間隔を調整することにより、適切に周波数制御することができる。
[0039]
 このように本実施の形態によれば、パイロット信号がスキャッタードパイロットパターンで配置されたマルチキャリア信号を受信するマルチキャリア信号受信装置としてのOFDM受信装置100に、受信マルチキャリア信号からパイロット信号のみを抽出するパイロット抽出部140と、抽出されたパイロット信号から受信マルチキャリア信号の周波数オフセット量を推定する周波数オフセット推定部150と、を設けた。
[0040]
 こうすることにより、パイロット信号のみを抽出し、このパイロット信号に基づいて周波数オフセットを算出することにより、パイロット信号以外の非固定信号に起因する時間波形の不一致による影響を排除した上で周波数オフセットを算出することができるので、送信フレームへのパイロット信号配置方法としてスキャッタードパイロットが用いられる場合にも、精度良く周波数を制御することができる。
[0041]
 周波数オフセット推定部150は、各OFDMシンボルのパイロット信号以外が配置されているシンボルを0パディングする0パディング部151と、0パディング後のOFDMシンボルを逆フーリエ変換することにより、時間に対する波形を形成するIFFT部152と、スキャッタードパイロットパターンの繰り返し周期だけ時間的に離れた、同じパイロット信号配置パターンを持つOFDM信号に係る前記時間に対する波形の位相差を検出する位相差検出手段としての位相比較部154と、検出された位相差に基づいて周波数オフセット量を算出する周波数オフセット変換部155と、を具備する。
[0042]
 (実施の形態2)
 実施の形態2は、実施の形態1の周波数オフセット推定部の別の構成に係るものである。実施の形態2のOFDM受信装置は、図4のOFDM受信装置と周波数オフセット推定部以外同じ構成であるので、その説明を省略する。
[0043]
 図6に示すように実施の形態2の周波数オフセット推定部250は、実施の形態1の周波数オフセット推定部150と同様に、抽出されたパイロット信号を用いて周波数オフセットを推定する。周波数オフセット推定部250は、パイロット信号収集部251を有する。
[0044]
 パイロット信号収集部251は、上記スキャッタードパイロットパターンの繰り返し周期内で、各サブキャリアに配置されたパイロット信号を収集し、パイロット信号のみからなるOFDMシンボルを形成する。換言すれば、パイロット信号収集部251は、OFDMシンボル内でパイロット信号以外が配置されているサブキャリアのシンボルを、そのOFDMシンボルの前後のOFDMシンボルに配置されたパイロットシンボルで置換することにより、パイロット信号のみからなるOFDMシンボルを形成する。こうして形成されたパイロット信号のみからなるOFDMシンボルは、IFFT部152に出力される。
[0045]
 周波数オフセット推定部250では、図3に示すようなスキャッタードパイロットパターンが用いられる場合には、次のような処理が行われる。
[0046]
 パイロット信号収集部251では、上記繰り返し周期である1フレーム内で(図3の場合には、7OFDMシンボルで)、すべてのサブキャリアに係るパイロット信号が収集され、パイロット信号のみからなるOFDMシンボルが形成される。こうしてCPと同様の状態になるため、容易に周波数オフセットを算出することが可能となる。
[0047]
 このように本実施の形態によれば、周波数オフセット推定部250が、スキャッタードパイロットパターンの繰り返し周期内で、各サブキャリアに配置されたパイロット信号を収集し、パイロット信号のみからなるOFDMシンボルを形成するパイロット信号収集部251と、パイロット信号のみからなるOFDMシンボルを逆フーリエ変換することにより、時間に対する波形を形成するIFFT部152と、スキャッタードパイロットパターンの隣接する繰り返し周期間で、時間に対する波形の位相差を検出する位相差検出手段としての位相比較部154と、検出された位相差に基づいて前記周波数オフセット量を算出する周波数オフセット変換部155と、を具備するようにした。
[0048]
 こうすることにより、繰り返し周期内で、すべてのサブキャリアに係るパイロット信号が収集され、パイロット信号のみからなるOFDMシンボルが形成されるので、CPと同様の状態になるため、CPを用いた場合と同程度の高精度な周波数オフセットの補償が可能となる。
[0049]
 (実施の形態3)
 実施の形態1および実施の形態2では、周波数オフセット推定部において周波数方向のパイロット信号を時間方向の波形に変換した後に位相比較を行った。これに対して、実施の形態3の周波数オフセット推定部では、時間方向の波形に変換せずに、周波数方向の信号のまま位相比較して得られる位相差に基づいて周波数オフセットを算出する。なお、本実施の形態のOFDM受信装置も、周波数オフセット算出部以外の構成は、実施の形態1のOFDM受信装置100と同様であるため、その説明を省略する。
[0050]
 図7に示すように実施の形態3の周波数オフセット推定部350は、実施の形態1の周波数オフセット推定部150と同様に、抽出されたパイロット信号を用いて周波数オフセットを推定する。周波数オフセット推定部350は、遅延部351と、位相比較部352と、周波数オフセット算出部353とを有する。
[0051]
 周波数オフセット推定部350では、入力されるパイロット信号が2つに分けられ、一方のパイロット信号は遅延部351にて上記繰り返し周期に対応する遅延を与えられる。位相比較部352では、繰り返し周期だけ時間的に離れた、同じパイロット配置パターンを持つOFDMシンボルから得られた周波数方向の信号が入力され、両信号の周波数領域での位相比較が行われることにより、両信号の位相差が求められる。周波数オフセット算出部353では、周波数領域での両信号の位相差に基づいて周波数オフセットが算出される。こうして周波数方向の信号のまま位相比較を行って得られる位相差に基づいて周波数オフセットを算出することにより、逆フーリエ変換処理が不要となるため、周波数オフセット算出部の構成を簡単にすることができる。
[0052]
 このように本実施の形態によれば、周波数オフセット推定部350が、スキャッタードパイロットパターンの繰り返し周期だけ時間的に離れた、同じパイロット配置パターンを持つOFDMシンボルから得られた周波数方向の信号間の位相差を検出する位相差検出手段としての位相比較部352と、検出された位相差に基づいて周波数オフセット量を算出する周波数オフセット算出部353と、を具備するようにした。
[0053]
 こうすることにより、周波数方向の信号のまま位相比較を行って得られる位相差に基づいて周波数オフセットを算出するので逆フーリエ変換処理が不要となるため、周波数オフセット算出部の構成を簡単にすることができる。

産業上の利用可能性

[0054]
 本発明の周波数オフセット補償装置は、送信フレームへのパイロット信号配置方法としてスキャッタードパイロットが用いられる場合にも、精度良く周波数を制御することができるものとして有用である。

請求の範囲

[1]
 パイロット信号がスキャッタードパイロットパターンで配置されたマルチキャリア信号を受信するマルチキャリア信号受信装置に搭載され、前記マルチキャリア信号受信装置における無線受信処理で利用する発振信号の周波数を周波数オフセット量に基づいて制御することにより周波数オフセットを補償する周波数オフセット補償装置であって、
 前記受信マルチキャリア信号からパイロット信号のみを抽出するパイロット抽出手段と、
 前記抽出されたパイロット信号から前記受信マルチキャリア信号の周波数オフセット量を推定する周波数オフセット推定手段と、
 を具備する周波数オフセット補償装置。
[2]
 前記マルチキャリア信号受信装置は、マルチキャリア信号としてOFDM信号を受信し、
 前記周波数オフセット推定手段は、各OFDMシンボルのパイロット信号以外が配置されているシンボルを0パディングする0パディング部と、前記0パディング後のOFDMシンボルを逆フーリエ変換することにより、時間に対する波形を形成する逆フーリエ変換手段と、前記スキャッタードパイロットパターンの繰り返し周期だけ時間的に離れた、同じパイロット信号配置パターンを持つOFDMシンボルに係る前記時間に対する波形の位相差を検出する位相差検出手段と、前記検出された位相差に基づいて前記周波数オフセット量を算出する周波数オフセット算出手段と、を具備する請求項1に記載の周波数オフセット補償装置。
[3]
 前記マルチキャリア信号受信装置は、マルチキャリア信号としてOFDM信号を受信し、
 前記周波数オフセット推定手段は、前記スキャッタードパイロットパターンの繰り返し周期内で、各サブキャリアに配置されたパイロット信号を収集し、パイロット信号のみからなるOFDMシンボルを形成する手段と、前記パイロット信号のみからなるOFDMシンボルを逆フーリエ変換することにより、時間に対する波形を形成する逆フーリエ変換手段と、前記スキャッタードパイロットパターンの隣接する繰り返し周期間で、前記時間に対する波形の位相差を検出する位相差検出手段と、前記検出された位相差に基づいて前記周波数オフセット量を算出する周波数オフセット算出手段と、を具備する請求項1に記載の周波数オフセット補償装置。
[4]
 前記マルチキャリア信号受信装置は、マルチキャリア信号として受信するOFDM信号をフーリエ変換することにより、周波数方向の信号に変換し、
 前記周波数オフセット推定手段は、前記スキャッタードパイロットパターンの繰り返し周期だけ時間的に離れた、同じパイロット配置パターンを持つOFDMシンボルから得られた周波数方向の信号間の位相差を検出する位相差検出手段と、前記検出された位相差に基づいて前記周波数オフセット量を算出する周波数オフセット算出手段と、を具備する請求項1に記載の周波数オフセット補償装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]