JP3783702B2 - 受信装置及び受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線伝送信号を受信処理する受信装置及び受信方法に係り、特に、複数キャリアについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数軸での各キャリアを時間軸の信号に変換して送信されるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）信号を受信する受信装置及び受信方法に関する。

さらに詳しくは、本発明は、ＯＦＤＭ信号の復号時に伝搬路特性の推定を行なう受信装置及び受信方法に係り、特に、測距のために逆ＦＦＴを行ない時間応答の伝搬路特性を推定する受信装置及び受信方法に関する。

有線方式によるＬＡＮ配線からユーザを解放するシステムとして、無線ＬＡＮが注目されている。無線ＬＡＮによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。近年では、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に最近では、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入の検討が行なわれている。例えば、２．４ＧＨｚ帯や、５ＧＨｚ帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システム並びに無線通信装置が規定されている。

例えば、近年、「ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）通信」と呼ばれる、きわめて微弱なインパルス列に情報を載せて無線通信を行なう方式が、近距離超高速伝送を実現する無線通信システムとして注目され、その実用化が期待されている。現在、ＩＥＥＥ８０２．１５．３などにおいて、ウルトラワイドバンド通信のアクセス制御方式として、プリアンブルを含んだパケット構造のデータ伝送方式が考案されている。

ところで、室内で多数の機器が混在する作業環境下で無線ネットワークを構築した場合、複数のネットワークが重なり合って構築されていることが想定される。単一チャネルを使用した無線ネットワークでは、通信中に他のシステムが割り込んできたり、干渉などにより通信品質が低下したりしても、事態を修復する余地はない。このため、周波数チャネルを複数用意し、そのうちの１つの周波数チャネルを利用して動作するというマルチチャネル通信方式が考えられている。例えば、通信中に干渉などにより通信品質が低下したときに、周波数ホッピングによりネットワーク動作を維持し、他のネットワークとの共存を実現することができる。

また、室内で無線ネットワークを構築した場合、受信装置では直接波と複数の反射波・遅延波の重ね合わせを受信するというマルチパス環境が形成される。マルチパスにより遅延ひずみ（又は、周波数選択性フェージング）が生じ、通信に誤りが引き起こされる。そして、遅延ひずみに起因するシンボル間干渉が生じる。

主な遅延ひずみ対策として、マルチキャリア（多重搬送波）伝送方式を挙げることができる。マルチキャリア伝送方式では、送信データを周波数の異なる複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数選択性フェージングの影響を受け難くなる。

例えば、マルチキャリア伝送方式の１つであるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式では、各キャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されている。情報伝送時には、シリアルで送られてきた情報を情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル／パラレル変換して出力される複数のデータを各キャリアに割り当ててキャリア毎に振幅及び位相の変調を行ない、その複数キャリアについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数軸での各キャリアの直交性を保持したまま時間軸の信号に変換して送信する。また、受信時はこの逆の操作、すなわちＦＦＴを行なって時間軸の信号を周波数軸の信号に変換して各キャリアについてそれぞれの変調方式に対応した復調を行ない、パラレル／シリアル変換して元のシリアル信号で送られた情報を再生する。

ＯＦＤＭ変調方式は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂにおいて無線ＬＡＮの標準規格として採用されている。また、ＩＥＥＥ８０２．１５．３においても、ＤＳの情報信号の拡散速度を極限まで高くしたＤＳ−ＵＷＢ方式や、数１００ピコ秒程度の非常に短い周期のインパルス信号列を用いて情報信号を構成して送受信を行なうインパルス−ＵＷＢ方式以外に、ＯＦＤＭ変調方式を採用したＵＷＢ通信方式についての標準化が進められている。ＯＦＤＭ＿ＵＷＢ通信方式の場合、３．１〜４．８ＧＨｚの周波数帯をそれぞれ５２８ＭＨｚ幅からなる３つのサブバンドを周波数ホッピング（ＦＨ）し、各周波数帯が１２８ポイントからなるＩＦＦＴ／ＦＦＴを用いたＯＦＤＭ変調が検討されている（例えば、非特許文献１を参照のこと）。

他方、ＵＷＢ通信は、超極細パルスを用いることにより高い時間分解能を持ち、この性質を使ってレーダやポジショニングを行なう「測距（Ｒａｎｇｉｎｇ）」をすることが可能である。特に、最近のＵＷＢ通信では、１００Ｍｂｐｓ超の高速データ伝送と元来の測距機能を併せ持つことができる（例えば、特許文献１を参照のこと）。

将来、ＵＷＢに代表される近距離通信のＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）はあらゆる家電品やＣＥ（Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）機器に搭載されることが予想される。したがって、高速データ伝送とは別に測距による位置情報の利用、例えばナビゲーションや近距離通信（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：ＮＦＣ）のような無線の付加価値を生むことが考えられ、高速データ伝送とともに測距機能も実装することが望ましいと思料される。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３におけるＵＷＢ通信の標準化の一環として、ＯＦＤＭ変調方式とともに、ＵＷＢ測距技術が盛り込まれている（例えば、非特許文献１を参照のこと）。

ＯＦＤＭを用いた伝送システムでは、受信・復号時に行なう伝搬路特性推定は、一般に周波数領域で行なうことになる。この場合、受信機は、データ伝送のために時間軸の信号として受信した信号をＦＦＴにより周波数軸の信号に変換してＯＦＤＭサブキャリアを取り出すことになるので（前述）、ＦＦＴ後の信号を利用して伝搬路特性推定を行なうことができる。ところが、測距を行なうためには、時間応答の伝搬路推定値が必要となるため、逆ＦＦＴを行なわなければならない（図３及び図４を参照のこと）。

測距のために行なう逆ＦＦＴは、本来のデータ伝送とは独立した処理となるので受信機側の負荷が大きくなってしまう。送信時のＦＦＴ機能を伝搬路特性推定時にも利用した場合、通常の受信と同様の大きなポイント数のＦＦＴを用いることになり、処理量が多くなってしまう。

また例えば、マルチバンド周波数ホッピングを行なうＯＦＤＭ変調方式の通信システムにおいて、すべての帯域を用いた広帯域の伝搬路特性推定を行なう場合には、より大きなポイント数のＦＦＴを用いる必要があり、装置が複雑化してしまう。例えば、各周波数帯が１２８ポイントからなる３バンド・モードのＯＦＤＭ変調システムの場合には、通常のデータ受信時においては１２８ポイントのＦＦＴで済むが、測距時にはすべての帯域を利用するとなると、データ伝送時の３倍となる３８４ポイントのＦＦＴが必要となってしまう。

特表２００２−５１７００１号公報 ＩＥＥＥ８０２．１５．３ａ ＴＩ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｇｒｏｕｐｅｒ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｇｒｏｕｐｓ／８０２／１５／ｐｕｂ／２００３／Ｍａｙ０３ ファイル名：０３１４２ｒ２Ｐ８０２−１５＿ＴＩ−ＣＦＰ−Ｄｏｃｕｍｅｎｔ．ｄｏｃ＞

本発明の目的は、ＯＦＤＭ信号の復号時に伝搬路特性の推定を好適に行なうことができる、優れた受信装置及び受信方法を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、測距のために逆ＦＦＴを行ない時間応答の伝搬路特性を効率的に推定することができる、優れた受信装置及び受信方法を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、通常のデータ受信時と比較してより少ないＦＦＴポイント数で時間応答の伝搬路特性を効率的に推定することができる、優れた受信装置及び受信方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、複数キャリアについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数軸の信号を時間軸の信号に変換して送信されるＯＦＤＭ信号を受信する受信装置であって、
受信したＯＦＤＭ信号から周波数応答を獲得する周波数応答獲得手段と、
該周波数応答を平滑化する平滑化手段と、
該平滑化された周波数応答のポイント数を間引く間引き手段と、
該周波数応答から間引かれたポイント数の時間応答を得る時間応答獲得手段と、
を具備することを特徴とする受信装置である。

ここで言う周波数応答獲得手段は、例えば時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換するＦＦＴであり、また、時間応答獲得手段は、周波数軸上の信号を時間軸上の信号に変換する逆ＦＦＴのことである。

ＵＷＢの標準化ではＯＦＤＭ方式が採用される公算が高い（前述）。すると必然的に伝送路推定部は周波数領域の推定値が得られる。一方、ＵＷＢの大きな特徴である測距には、時間応答の伝送路推定値が必要なため、逆ＦＦＴを行なって変換しなければならない。

本発明によれば、測距のために追加的に大きなＦＦＴを持たないようにするために周波数領域平滑化を用いた時間応答制限を行なう。したがって、通常のデータ受信時と比較してより少ないＦＦＴポイント数で時間応答を得ることができる。

本発明によれば、ＯＦＤＭ信号の復号時に伝搬路特性の推定を好適に行なうことができる、優れた受信装置及び受信方法を提供することができる。

また、本発明によれば、測距のために逆ＦＦＴを行ない時間応答の伝搬路特性を効率的に推定することができる、優れた受信装置及び受信方法を提供することができる。

また、本発明によれば、通常のデータ受信時と比較してより少ないＦＦＴポイント数で時間応答の伝搬路特性を効率的に推定することができる、優れた受信装置及び受信方法を提供することができる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

図１には、ＯＦＤＭ変調によりＵＷＢ通信方式により無線伝送を行なう通信環境下で、データ受信並びに測距を行なう受信装置１０の構成を模式的に示している。但し、同図では、図面の簡素化のため、測距のために時間応答を抽出する機能ブロックのみを抽出して描いている。

時間軸の信号として受信した信号は、図示しないＦＦＴにより周波数軸の信号に変換される。ここでは、ＦＦＴポイント数を１２８とする。この１２８個の周波数信号は、パラレル／シリアル変換器１１により直列的に並べ替えられた後、平滑化回路（Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）１２により、周波数応答Ｈ（ｆ）を平滑化関数Ｓ（ｆ）で畳み込みを行なうことで、平滑化される。

測距を行なうためには、最初に到達したパスの時刻を知れば十分であるから、平滑化回路１２は、時間軸上の０付近の時間応答を抽出できるように周波数応答を平滑化することが好ましい。例えば、平滑化関数Ｓ（ｆ）は移動平均を利用して決定される。

さらに、後続の間引き回路（Ｄｅｃｉｍａｔｉｏｎ）１３では、周波数軸上でポイント数を間引く処理を行なう。ここでは、元の１２８ポイントから４分の１の３２ポイントまで間引かれたとする。

その後、周波数軸上のシリアル信号は、シリアル／パラレル変換器１４によりパラレル信号に変換され、ＩＦＦＴ１５により時間軸応答ｈ（ｔ）ｓ（ｔ）が取り出される。

ＩＦＦＴ１５では３２個のＦＦＴポイントについてのみＩＦＦＴをかけるだけでよいので、注目する時刻０付近の時間応答を効率よく獲得することができる。

図２には、元の周波数応答Ｈ（ｆ）に対して平滑化関数Ｓ（ｆ）を畳み込んで平滑化した様子、並びに平滑化及び間引き処理を行なうことにより時刻０付近の時間応答を少ないポイント数で獲得した様子を示している。

同図からも分かるように、本発明によれば、伝送路推定値が周波数応答として求められる無線システム測距を目的に時間応答を求めるとき、周波数応答を平滑化し、さらに間引き処理によりサンプル数を減らしてから逆ＦＦＴなどにより変換するので、周波数領域の特性から時間応答に変換する際の処理量を削減することができる。

［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

図１は、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭ＿ＵＷＢ受信機の構成を模式的に示した図である。 図２は、元の周波数応答Ｈ（ｆ）に対して平滑化関数Ｓ（ｆ）を畳み込んで平滑化した様子、並びに平滑化及び間引き処理を行なうことにより時刻０付近の時間応答を少ないポイント数で獲得した様子を示した図である。 図３は、周波数応答から時間応答を取り出すための機能ブロックを示した図である。 図４は、周波数応答から時間応答を取り出した様子を示したチャートである。

符号の説明

１０…受信装置
１１…パラレル／シリアル変換器
１２…平滑化回路
１３…間引き回路
１４…シリアル／パラレル変換器
１５…逆ＦＦＴ

Claims (10)

1. 複数キャリアについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数軸の信号を時間軸の信号に変換して送信されるＯＦＤＭ信号を受信する受信装置であって、
   受信したＯＦＤＭ信号から周波数応答を獲得する周波数応答獲得手段と、
   該周波数応答を平滑化する平滑化手段と、
   該平滑化された周波数応答のポイント数を間引く間引き手段と、
   該周波数応答から間引かれたポイント数の時間応答を得る時間応答獲得手段と、
   を具備することを特徴とする受信装置。
2. 伝搬路推定値が周波数応答として求められる無線通信システムにおける受信装置であって、
   該周波数応答を平滑化する平滑化手段と、
   該平滑化された周波数応答のポイント数を間引く間引き手段と、
   該周波数応答から間引かれたポイント数の時間応答を得る時間応答獲得手段と、
   を具備することを特徴とする受信装置。
3. 前記時間軸応答獲得手段は、周波数軸上の信号を時間軸上の信号に変換する逆ＦＦＴからなる、
   ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の受信装置。
4. 時間軸応答の伝搬路特性を推定する伝搬路特性推定手段と、
   時間軸応答の伝搬路特性推定値に基づいて測距を行なう測距手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の受信装置。
5. 前記平滑化手段及び前記間引き手段は、前記時間応答獲得手段により時間軸上の０付近の時間応答を抽出するように平滑化及び間引き処理を行なう、
   ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の受信装置。
6. 複数キャリアについて逆ＦＦＴを行なうことで周波数軸の信号を時間軸の信号に変換して送信されるＯＦＤＭ信号を受信するための受信方法であって、
   受信したＯＦＤＭ信号から周波数応答を獲得する周波数応答獲得ステップと、
   該周波数応答を平滑化する平滑化ステップと、
   該平滑化された周波数応答のポイント数を間引く間引きステップと、
   該周波数応答から間引かれたポイント数の時間応答を得る時間応答獲得ステップと、
   を具備することを特徴とする受信方法。
7. 伝搬路推定値が周波数応答として求められる無線通信システムにおいて無線信号を受信処理するための受信方法であって、
   該周波数応答を平滑化する平滑化ステップと、
   該平滑化された周波数応答のポイント数を間引く間引きステップと、
   該周波数応答から間引かれたポイント数の時間応答を得る時間応答獲得ステップと、
   を具備することを特徴とする受信方法。
8. 前記時間軸応答獲得ステップは、周波数軸上の信号を時間軸上の信号に変換する逆ＦＦＴを行なう、
   ことを特徴とする請求項６又は７のいずれかに記載の受信方法。
9. 時間軸応答の伝搬路特性を推定する伝搬路特性推定ステップと、
   時間軸応答の伝搬路特性推定値に基づいて測距を行なう測距ステップと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項６又は７のいずれかに記載の受信方法。
10. 前記平滑化ステップ及び前記間引きステップでは、前記時間応答獲得手段により時間軸上の０付近の時間応答を抽出するように平滑化及び間引き処理を行なう、
    ことを特徴とする請求項６又は７のいずれかに記載の受信方法。
    

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