JP4356702B2 - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

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本発明は、ＯＦＤＭ変調方式を採用するとともに伝送信号を広帯域に拡散したＵＷＢ通信を行なう無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、周波数軸並びに時間軸上で拡散された伝送データの受信処理を行なうＭＢ−ＯＦＤＭ方式の無線通信装置及び無線通信方法に関する。

近年、「ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）通信」と呼ばれる、非常に広い周波数帯域を使用して１００Ｍｂｐｓ以上の高速伝送を可能にする無線通信方式が注目を集めている。例えば米国では、ＦＣＣ（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ：連邦通信委員会）によりＵＷＢ用のスペクトラム・マスクが規定されており、室内環境において３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚの帯域でＵＷＢ伝送を行なうことができる。ＵＷＢ通信は、送信電力の関係から近距離向けの無線通信方式であるが高速な無線伝送が可能であることから、通信距離が１０ｍ程度のＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が想定され、近距離超高速伝送を実現する無線通信システムとしてその実用化が期待されている。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３の標準会議では、ＵＷＢ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。同会議では、ＵＷＢ伝送方式として、ＤＳ（ＤｉｒｅｃｔＳｐｒｅａｄ：直接拡散）の情報信号の拡散速度を極限まで高くしたＤＳＳＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）−ＵＷＢ方式とともに、ＯＦＤＭ変調方式を採用したＯＦＤＭ＿ＵＷＢ方式が定義され、それぞれの方式について試作が行なわれている。ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）伝送によれば、無線信号のフェージングによる伝送品質の劣化を避け、無線伝送の高速化・高品質化を実現することができる。

後者のＯＦＤＭ＿ＵＷＢ方式では、ＦＣＣで定められた３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚまでの帯域をそれぞれ５２８ＭＨｚ幅からなる複数のサブバンドに分割して、サブバンド間を周波数ホッピング（ＦＨ）するマルチバンド方式（以下、「ＭＢ−ＯＦＤＭ方式」とする）が検討されている。ＦＨ方式によれば、他のシステムからの影響により通信できなくなることもあるが、絶えず周波数を変化させることにより、通信が途絶することはほとんどない。すなわち、他のシステムとの共存が可能であり、フェージング耐性に優れるとともに、スケーラビリティが容易である。

また、ＵＷＢの他のアプリケーションとして、パソコン向けの汎用インターフェースとして普及しているＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）の無線版、すなわち“Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＷＢ”が検討されている。ＵＷＢは近距離大容量の無線通信方式であることから、ストレージ・デバイスを含む超高速な近距離用のＤＡＮ（ＤｅｖｉｃｅＡｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）など、超近距離エリアにおける高速データ伝送を実現することができる。例えば、デジタル・カメラや音楽再生機器などのモバイル・デジタル機器とテレビやパソコンを近い距離で無線接続し、動画像やＣＤ１枚分の音楽データといった大容量のデータを高速且つ短時間で転送することが可能になる。Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢは、通信方式（Ｐｈｙ層及びＭＡＣ層）としてＭＢ−ＯＦＤＭを利用する。

現在、ＭＢ−ＯＦＤＭ方式に関しては、ＩＥＥＥ８０２．１５．３ＴＧ３ａにおける議論の内容がほぼそのままＥＣＭＡ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）標準となっており、ＥＣＭＡ−３６８にはＵＷＢ通信システムにおけるＰＨＹ層及びＭＡＣ層の標準仕様が記載されている（例えば、非特許文献１を参照のこと）。

上記標準仕様によれば、ＭＢ−ＯＦＤＭ通信システムでは、周波数軸及び時間軸上で伝送データを拡散する通信方式が採用されている。ここで言う「拡散」とは、同じデータについて周波数軸並びに時間軸の複数の拡散位置（以下では、「ブロック」とも呼ぶ）を利用して複数回の伝送を行なうことを意味する。ＯＦＤＭ伝送において周波数軸と時間軸方向の２次元的な拡散を行なうことで、回線の状況によって拡散率を最適化して、最適な性能を引き出すことができる（例えば、特許文献１を参照のこと）。また、受信側では、複数回にわたって受信した同じデータを重畳することで、ＳＮＲを向上させることができる。

図１２には、このような拡散方式によるデータ通信の仕組みを図解している。周波数軸上では、中心周波数がそれぞれＦ１、Ｆ２、Ｆ３からなる３つのサブバンド（周波数チャネル）が設けられ、ＯＦＤＭシンボル毎にサブバンド間をラウンドロビン方式に周波数ホッピングする。また、時間軸上で見ると、所定の伝送タイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３、…でＯＦＤＭ信号が伝送される。

１つのＯＦＤＭシンボルは、中心周波数で２つのブロックに分割され、前半と後半のブロックで同じデータを伝送する。例えば、時刻Ｔ１に中心周波数Ｆ１のサブバンド上で伝送されるＯＦＤＭシンボルの前半と後半に載せられるＡ１とＡ２は同じデータＡである。また、連続する２個のＯＦＤＭシンボルを使って同じデータを伝送する。したがって、時刻Ｔ２に中心周波数Ｆ２のサブバンド上で伝送されるＯＦＤＭシンボルの前半と後半のブロックに載せられるＡ３及びＡ４は、Ａ１と同じデータＡである。データＡが１つのＯＦＤＭシンボルの前半と後半で２回送信されることは、周波数軸上の異なる拡散位置で同じデータを複数回送信することになるから、「周波数軸拡散（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ：ＦＤＳ）」に相当する。また、連続する２つのＯＦＤＭシンボルにまたがってデータＡを送信することは、時間軸上の異なる拡散位置で同じデータを複数回送信するから、「時間軸拡散（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ：ＴＤＳ）」に相当する。他のブロックＢ１〜Ｂ４、並びにＣ１〜Ｃ４についても同様である。

ところで、蓄積交換型（Ｓｔｏｒｅｄ ａｎｄ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）の通信システムでは、一般に、通信局間では伝送データをパケットと呼ばれる伝送単位にアセンブルして送受信するパケット通信が採り入れられている。パケットは、基本的に、パケット発見や同期タイミングを獲得するための既知トレーニング・シーケンスからなるプリアンブルと、ＰｈｙヘッダとしてのＰＬＣＰ（ＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ヘッダと、ＰｈｙペイロードとしてのＰＳＤＵ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ ＬａｙｅｒＳｅｒｖｉｃｅ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）で構成される。図１３には、パケット（Ｐｈｙフレーム）のフォーマット例を示している。図示の通り、ＰＬＣＰヘッダには、ＭＡＣヘッダやＰｈｙヘッダといった重要な情報が含まれている。

ＥＣＭＡ標準仕様によれば、５３．３Ｍｂｐｓ、８０Ｍｂｐｓ、１０６．７Ｍｂｐｓ、１６０Ｍｂｐｓ、２００Ｍｂｐｓ、３２０Ｍｂｐｓ、４００Ｍｂｐｓ、４８０Ｍｂｐｓといった複数のデータレートを規定し、また、送信データの拡散回数に関しては、５３．３Ｍｂｐｓ〜８０Ｍｂｐｓで４回、１０６．７Ｍｂｐｓ〜２００Ｍｂｐｓで２回、３２０Ｍｂｐｓ〜４８０Ｍｂｐｓで１回と規定している。通信状況などに応じてデータレートや符号化率、変調方式を、データ拡散回数とともに適応的に設定するリンク・アダプテーションが可能である。但し、パケット伝送にとって重要な情報を記載するＰＬＣＰヘッダ部に関しては、通信環境に関係なく最も低いデータレート（５３．３Ｍｂｐｓ）で送ることとし、さらにＳＮＲを改善するために周波数軸及び時間軸上で送信データを拡散するように定められている（下表を参照のこと）。

良好な通信環境にも拘らず周波数軸拡散及び時間軸拡散を行なってＳＮＲを改善すると、通信の特性が過剰に良好となること自体に問題はない。しかしながら、受信機側で拡散信号の受信並びに逆拡散処理を行なうことは、消費電力をいたずらに増大してしまうという問題まで招来することになる。

また、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢにおいても、ＭＭＣ（Ｍｉｃｒｏ−ｓｃｈｅｄｕｌｅｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｃｏｍｍａｎｄｓ）と呼ばれる制御パケットのペイロード部では、通信環境に関係なく低いデータレートで送受信するとともに、ＳＮＲを改善するために周波数軸及び時間軸上でデータの拡散を行なうようになっており、上述と同様の問題がある。

特開２００２−１９０７８８号公報 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｃｍａ−ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ．ｏｒｇ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／ｓｔａｎｄａｒｄｓ／Ｅｃｍａ−３６８．ｈｔｍ

本発明の目的は、周波数軸並びに時間軸上で拡散された伝送データの受信処理を効率的に行なうことができる、優れたＭＢ−ＯＦＤＭ方式の無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、ＭＢ−ＯＦＤＭ通信ではＰｈｙフレームのＰＬＣＰヘッダ部や、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢにおけるＭＭＣのペイロード部のように、通信環境と無関係に低いデータレートで且つ周波数軸及び時間軸上で拡散処理して送受信されるデータについて、電力の浪費を抑えて効率的に受信処理することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、優れた無線通信装置及び無線通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、送信データが周波数軸又は時間軸上の複数のブロックに拡散された伝送信号の受信処理を行なう無線通信装置であって、
伝送信号を受信処理する受信処理部と、
受信信号のチャネル推定及びＳＮＲ推定を行なうチャネル推定及びＳＮＲ推定部と、
受信信号の逆拡散を行なう逆拡散部と、
前記逆拡散部を通過した受信信号の復号処理を行なう復号部と、
チャネル推定及びＳＮＲ推定の結果に基づいて前記逆拡散部及び前記受信処理部の動作を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする無線通信装置である。

非常に広い周波数帯域を使用したＵＷＢ通信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期待され、標準化作業が行なわれている。例えばＯＦＤＭ＿ＵＷＢ通信システムでは、同じデータを周波数軸並びに時間軸の複数の位置を利用して複数回の伝送を行なう拡散データ通信方式が採用されている。このようなデータ伝送方式によれば、受信側では、受信した拡散信号を重畳することで、ＳＮＲを向上させることができる。

しかしながら、良好な通信環境においてにも拘らず周波数軸拡散及び時間軸拡散を行なうと、受信機側で複数回にわたって拡散信号の受信処理を行なうことは、ＳＮＲの改善には問題がないが、通信の特性が過剰に良好となること自体に問題はないが、消費電力をいたずらに増大することになり問題である。

例えば、ＭＢ−ＯＦＤＭ通信ではＰｈｙフレームのＰＬＣＰヘッダ部や、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢにおけるＭＭＣのペイロード部は、通信環境と無関係に周波数軸拡散及び時間軸拡散を行なうことが規定されている。良好な通信環境下では１回のデータで受信処理を行なうことができるにも拘らず、受信機がこれらの拡散信号に対して逆拡散処理を行なうことは、消費電力をいたずらに増大してしまうことになる。

これに対し、本発明に係る無線通信装置は、ＭＢ−ＯＦＤＭ信号の受信処理を行なう際に、パケットのプリアンブル部を用いてチャネル推定値並びにＳＮＲ推定値に基づいて、周波数軸上での逆拡散、並びに時間軸上での逆拡散のオン／オフを選択するようにしている。すなわち、推定したＳＮＲの値が一定の値を超えているときには、逆拡散をオフするためのブロック選択の処理フローを起動する。したがって、不要な逆拡散処理を停止することで、消費電力を低減することができる。

図１２に示したように周波数軸及び時間軸の２次元空間上の複数のブロックを利用して同じデータを複数回送信する場合、各ブロックは使用帯域が違うため、それぞれ異なるフェージングの影響を受けている。そこで、ブロック選択方法として、同じデータが拡散されている複数のブロックの中から特性のよいものを１つ又は２つ選ぶ。そして、選ばれたブロック以外の時間帯では逆拡散処理を行なわず、該当する回路の動作を停止することで、低消費電力化を実現することができる。

拡散信号を受信する際に、制御部は、まず、ＳＮＲ推定結果に基づいて前記逆拡散部による受信信号の逆拡散処理が必要であるかどうかを判断する。ＳＮＲが所定値を下回るときには、ＳＮＲ改善を図るために、周波数軸及び時間軸上の２次元に拡散されているすべてのブロックにわたり逆拡散処理が必要であると判断して、逆拡散部を動作させる。一方、ＳＮＲが所定値を超えているときには、すべてのブロックにわたり逆拡散処理が必要でないと判断し、さらに各ブロックのチャネル推定結果に基づいて復号処理又は拡散処理するブロックを選択するためのブロック選択フローを起動する。

このブロック選択では、制御部は、同じデータが拡散されている複数のブロックの中で、逆拡散なしに復号処理が可能であることを示すチャネル推定結果を持つブロックが存在するかどうかを判別する。例えば、ＦＦＴ出力されたＯＦＤＭシンボルの各ブロックについて、チャネル推定結果が第１の閾値を超えるサブキャリアの本数（若しくは割合）が所定値以上であるかどうかに基づいて、逆拡散なしに復号処理が可能であるかどうかを判断することができる。そして、チャネル推定結果が良好なブロックが存在すれば、前記逆拡散部における逆拡散処理を停止して、このブロックのみ前記復号部における復号処理を行なわせるようにする。ただ１つのブロックのみ復号処理することは、周波数軸及び時間軸の双方についての逆拡散処理を停止することになる。

また、受信した拡散信号の中に逆拡散なしに復号処理が可能なブロックが存在しないときには、制御部は、続いて、他の一部のブロックと逆拡散することにより復号処理が可能であることを示すチャネル推定結果を持つブロックが存在するかどうかを判別する。そして、このような一部のブロックの存在が確認できたならば、これらの一部のブロックについてのみ逆拡散処理して、前記復号部における復号処理を行なわせるようにする。使用しないブロックについては、該当する回路を停止することで、低消費電力化を図ることができる。

例えば、チャネル推定結果が第１の閾値を超えるサブキャリアを含まないが、第１の閾値よりも低い第２の閾値を超えるサブキャリアの本数（若しくは割合）が所定値以上となるブロックが存在する場合には、これら一部のブロックだけ逆拡散処理してＳＮＲの改善を図れば復号処理が可能であると判断することができる。

さらに、本発明に係る無線通信装置は、ブロック選択により逆拡散処理を停止したブロックにおいては、ＲＦアナログ処理部やＡＤ変換器、あるいは、ＦＦＴやチャネル補正回路などのデジタル処理回路部分の動作を併せて停止することによって、低消費電力の効果をさらに高めることができる。例えば、復号処理を行なわないＯＦＤＭシンボルに関してはＦＦＴやチャネル補正回路の動作を停止することができる。また、ＯＦＤＭシンボルのうち復号処理若しくは逆拡散処理を行なわないブロック部分についてはチャネル補正回路を停止することができる。

例えば、逆拡散処理を停止して、ただ１つのブロックのみ復号処理する場合には、復号しないＯＦＤＭシンボル部分については、ＦＦＴ及びチャネル補正回路を停止することができる。また、当該ＯＦＤＭシンボル内の復号しないブロックについてはチャネル補正回路を停止することができる。

また、上記のブロック選択により、同じデータが拡散されている複数のブロックのうち一部のみを逆拡散して復号するときには、制御部は、周波数軸上での逆拡散処理を優先して行なうことにより、逆拡散を行なわない時間軸上の拡散信号に関してＦＦＴを効率的に停止して、低消費電力効果を高めることができる。

図１２に示したように、１つのＯＦＤＭシンボルが複数のブロックで構成され、且つＯＦＤＭシンボル内のすべてのブロックで同じデータを伝送することで周波数軸上の拡散を行なうとともに、連続する２以上のＯＦＤＭシンボルで同じデータを伝送することで時間軸上の拡散を行なう通信方式においては、前記制御部は、まず、ＦＦＴ出力されたＯＦＤＭシンボル内の各ブロックが他の一部のブロックとの逆拡散により復号処理が可能であることを示すチャネル推定結果を持つかどうか、すなわち該ＯＦＤＭシンボル内での逆拡散処理だけで復号処理が可能であるかどうかを判別する。そして、ＯＦＤＭシンボル内での逆拡散処理だけで復号処理が可能であれば、該ＯＦＤＭシンボル内のブロックについて逆拡散処理してから、前記復号部における復号処理を行なわせるようにする。これは、周波数軸上の逆拡散はオンにするが、時間軸上の逆拡散をオフにするというブロック選択動作となる。このような場合、前記制御部は、逆拡散処理を行なわないＯＦＤＭシンボルに関しては、ＦＦＴ及びチャネル補正回路の動作を停止させて、より高い低消費電力効果を得ることができる。

一方、１つのＯＦＤＭシンボル内のブロックだけではチャネル推定結果が良好なものが集まらず、逆拡散処理してもＳＮＲの改善が不十分で復号処理が可能とならないと判断される場合には、制御部は、時間軸で拡散した２以上のＯＦＤＭシンボルにわたって、他の一部のブロックとの逆拡散により復号処理が可能であることを示すチャネル推定結果を持つブロックを探し出す。そして、該ＯＦＤＭシンボル間において、このようなチャネル推定結果を満たす一部のブロックを集めて逆拡散処理してＳＮＲを改善し、前記復号部における復号処理を行なわせる。これは、周波数軸上の逆拡散はオフにするが、時間軸上の逆拡散をオンにするというブロック選択動作となる。この場合、各ＯＦＤＭシンボルから逆拡散に用いるブロックを取り出す必要があるから、ＦＦＴを停止させることはできない。但し、逆拡散処理を行なわないブロックに関してはチャネル補正回路の動作を停止させることができる。

本発明によれば、周波数軸並びに時間軸上で拡散された伝送データの受信処理を効率的に行なうことができる、優れたＭＢ−ＯＦＤＭ方式の無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。

また、本発明によれば、拡散信号の逆拡散やその他の受信処理を通信環境に応じて効率的に行なうことができる、優れたＭＢ−ＯＦＤＭ方式の無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。

本発明に係る無線通信装置は、ＭＢ−ＯＦＤＭ通信ではＰｈｙフレームのＰＬＣＰヘッダ部や、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢにおけるＭＭＣのペイロード部のように、通信環境と無関係に低いデータレートで且つ周波数軸及び時間軸上で拡散処理して送受信されるデータを受信する際に、通信環境に応じて拡散信号の逆拡散処理やその他の信号処理のオン／オフ切り替えを行なうことによって、電力の浪費を抑制した効率的な受信処理を実現することができる。

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。

本発明は、ＯＦＤＭ変調方式を採用したＵＷＢ通信を行なう無線通信装置に関するものであり、具体的には、ＦＣＣで定められた３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚまでの帯域をそれぞれ５２８ＭＨｚ幅からなる複数のサブバンドに分割して、サブバンド間を周波数ホッピング（ＦＨ）するＭＢ−ＯＦＤＭ方式の通信装置である。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、本発明の一実施形態に係るＭＢ−ＯＦＤＭ受信機のハードウェア構成を模式的に示している。この受信機が受信する信号は、図１２に示したように、周波数軸及び時間軸上で伝送データの拡散処理が施されているものとする。

ＲＦ処理部１２内では、アンテナ１１で受信したＲＦ信号をミキサ（図示しない）で周波数合成処理してアナログ・ベースバンド信号にダウンコンバートし、さらに希望信号以外の不要成分をバンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）（図示しない）を用いて除去するとともに可変利得増幅器（ＶＧＡ）（図示しない）で増幅する。そして、ＡＤ変換器１３は、所定のサンプリング・レートでベースバンド信号をＡＤ変換する。ＦＦＴ１４は、ＡＤ変換後のデジタル・ベースバンド信号をフーリエ変換して、周波数領域に並んだサブキャリアを生成する。

チャネル推定及びＳＮＲ推定部１５では、ＦＦＴした後のプリアンブル受信信号を既知トレーニング系列と乗算して、チャネル推定並びにＳＮＲ推定を行なう。チャネル推定並びにＳＮＲ推定の方法自体は本発明の要旨に直接関連しないので、ここでは詳細な説明を省略する。

チャネル補正回路１６では、等化処理、位相トラッキング、残留周波数オフセット補正といったチャネル補正処理が行なわれる。チャネル補正の方法自体は本発明の要旨に直接関連しないので、ここでは詳細な説明を省略する。

逆拡散回路１８は、周波数軸及び時間軸上で拡散されている受信信号に対して、周波数軸上及び時間軸上で逆拡散処理を施す。図２には、逆拡散回路１８の内部構成を模式的に示している。図１２に示した伝送データＡに関して説明すると、周波数軸上で拡散されている（若しくは１シンボル内で伝送される）データ・ブロックＡ１とＡ２、並びにＡ３とＡ４を合成することで、周波数軸上の逆拡散処理が行なわれる。続いて、時間軸上で拡散されている（若しくは連続する２シンボルに分けて伝送されている）データ・ブロック（Ａ１＋Ａ２）と（Ａ３＋Ａ４）を合成することで、時間軸上の逆拡散処理が行なわれる。

デインタリーバ１９は、送信機側（図示しない）で施されたインタリーブに関し、デインタリーブ処理を行なう。そして、デコーダ２０では、各サブキャリアについて位相及び振幅を復調するとともに、位相空間上の信号点から元の信号系列に復号し、得られたデータを上位レイヤ（図示しない）に渡す。

例えば、ＭＢ−ＯＦＤＭ通信ではＰｈｙフレームのＰＬＣＰヘッダ部や、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢにおけるＭＭＣのペイロード部は、通信環境と無関係に周波数軸拡散及び時間軸拡散を行なうことが規定されており、良好な通信環境下では１回のデータで受信処理を行なうことができるにも拘らず、受信機が拡散信号の受信並びに逆拡散処理を行なうことは、消費電力をいたずらに増大してしまうことになる（前述）。

これに対し、本実施形態に係る受信機では、イネーブル制御回路２１は、チャネル推定及びＳＮＲ推定部１５における推定結果をイネーブル制御情報として受け取って、周波数軸上での逆拡散、並びに時間軸上での逆拡散のオン／オフを選択するようにしている。すなわち、推定したＳＮＲの値が一定の値を超えているときには、逆拡散をオフするためのブロック選択の処理フローを起動して、オン／オフ切り替え部１７にオン／オフ切り替え信号を出力する。不要な逆拡散処理を停止することで、消費電力を低減することができる。

図２には逆拡散回路１８の内部構成を示したが、図３には、オン／オフ切り替え部１７と逆拡散回路１８の組み合わせからなるブロック選択のための等価回路を模式的に示している。以下では、図１２に示した伝送データＡに関して説明する。

第１の選択部において周波数軸上での逆拡散をオフにすると、各ＯＦＤＭシンボルからは、前半及び後半の受信データ・ブロックのうち選択した一方のみが出力される。

また、第２の選択部において時間軸上での逆拡散をオフにすると、選択したＯＦＤＭシンボルのデータ・ブロック（若しくはＯＦＤＭシンボル内で周波数軸上逆拡散されたデータ・ブロック）のみが出力される。

このような構成によれば、周波数軸上での逆拡散処理のオン／オフと、時間軸上での逆拡散処理のオン／オフを独立して制御することができる。

また、イネーブル制御回路２１は、ＲＦ処理部１２、ＡＤ変換器１３、ＦＦＴ１４、チャネル補正回路１６のそれぞれに対し回路動作を起動並びに停止するためのイネーブル信号を持つ。そして、上述したブロック選択処理に併せて、逆拡散処理を停止したデータ・ブロックにおいては、ＲＦ処理部１２、ＡＤ変換器１３、ＦＦＴ１４、チャネル補正回路１６などのデジタル処理回路部分の動作を併せて停止することによって、低消費電力の効果をさらに高めることができる。

図４には、図１に示した受信機における拡散信号の受信処理手順をフローチャートの形式で示している。

ＦＦＴにより周波数領域のサブキャリアに分解されたＯＦＤＭシンボルについて、チャネル推定及びＳＮＲ推定部１５がチャネル推定及びＳＮＲ推定を行なう（ステップＳ１）。イネーブル制御回路２１は、ＳＮＲの推定結果を基に、逆拡散処理の必要性をチェックする（ステップＳ２）。

ここで、ＳＮＲが所定値を下回るときには（ステップＳ２のＮｏ）、ＳＮＲ改善を図るために、周波数軸及び時間軸上の２次元に拡散されているすべてのブロックにわたり逆拡散処理が必要であると判断し、逆拡散回路１８をオンにする（ステップＳ６）。

一方、ＳＮＲが所定値を超えているときには（ステップＳ２のＹｅｓ）、すべてのブロックにわたり逆拡散処理が必要でないと判断することができる。この場合、さらに各ブロックのチャネル推定結果に基づいて復号処理又は拡散処理するブロックを選択するためのブロック選択フローを起動する（ステップＳ３）。

このブロック選択処理では、まず、同じデータが拡散されている複数のブロックの中で、逆拡散なしに復号処理が可能となる良好なチャネル品質を持つブロックが存在するかどうかを判別する。そして、チャネル品質が良好なブロックが存在すれば、逆拡散回路１８をオフして、チャネル品質が良好な１つのブロックのみ前記復号部における復号処理を行なわせるようにする（ステップＳ４）。

また、逆拡散なしに復号処理が可能となるチャネル品質を持つブロックが存在しないときには、続いて、拡散されたブロック総数よりも少ない所定数のブロックだけ逆拡散して復号処理が可能となるブロックの組が存在するかどうかを判別する。一部のブロックのみを逆拡散してＳＮＲを十分に改善させることができる場合には、周波数軸又は時間軸上の一部の逆拡散処理をオフにすることができる（ステップＳ５）。

また、ＳＮＲは所定値を超えているが、チャネル推定結果を考慮すると、周波数軸及び時間軸上の２次元に拡散されているすべてのブロックにわたり逆拡散処理が必要であると判断される場合には、逆拡散回路１８をオンにする（ステップＳ６）。

図１２に示したように周波数軸及び時間軸の２次元空間上の複数のブロックを利用して同じデータを複数回送信する場合、各ブロックは使用帯域が違うため、それぞれ異なるフェージングの影響を受けている。そこで、ステップＳ３におけるブロック選択処理では、チャネル品質が良好で逆拡散処理を全く必要としないブロックが少なくとも１つ存在すれば、それだけをブロック選択すればよい。また、チャネル品質はそれほど良好でないが、他のブロックと逆拡散すれば十分なＳＮＲの改善を行なうことができる場合には、これら一部のブロックのみを用いて逆拡散処理を行なうようにすればよい。

そして、受信機は、ブロック選択により逆拡散処理を停止したブロックを受信する時間帯においては、ＲＦアナログ処理部１２やＡＤ変換器１３、あるいは、ＦＦＴ１４やチャネル補正回路１６などのデジタル処理回路部分の動作を併せて停止することによって、低消費電力の効果をさらに高めることができる。例えば、復号処理を行なわないＯＦＤＭシンボルに関してはＦＦＴ１４やチャネル補正回路１６の動作を停止することができる。また、ＯＦＤＭシンボルのうち復号処理若しくは逆拡散処理を行なわないブロック部分についてはチャネル補正回路１６を停止することができる。

また、同じデータが拡散されている複数のブロックのうち一部の逆拡散処理を停止する際、周波数軸上での逆拡散処理を優先して行なうことにより、逆拡散を行なわない時間軸上の拡散信号に関してＦＦＴを効率的に停止して、低消費電力効果を高めることができる。

図１２に示したような拡散方式の場合、ＯＦＤＭシンボル内の２個のブロックのチャネル推定結果が良好で、これらだけを逆拡散処理してＳＮＲを改善することにより復号処理が可能であれば、周波数軸上の逆拡散はオンにするが、時間軸上の逆拡散をオフにするというブロック選択動作を行なう。このような場合、逆拡散処理を行なわないＯＦＤＭシンボルの受信時間帯でＦＦＴ及びチャネル補正回路の動作を停止させることができ、より高い低消費電力効果を得ることができる。

一方、ＯＦＤＭシンボル内の少なくとも一方のブロックのチャネル推定結果が劣悪で当該ＯＦＤＭシンボル内のブロックだけを逆拡散処理しても十分なＳＮＲの改善を見込めない場合には、続いてＦＦＴ出力されるＯＦＤＭシンボルにわたって、他の一部のブロックとの逆拡散により復号処理が可能であることを示すチャネル推定結果を持つブロックを探し出す。そして、該ＯＦＤＭシンボル間において、該チャネル推定結果を満たす一部のブロックを逆拡散処理してから復号処理を行なう。これは、周波数軸上の逆拡散はオフにするが、時間軸上の逆拡散をオンにするというブロック選択動作となる。この場合、各ＯＦＤＭシンボルから逆拡散に用いるブロックを取り出す必要があるから、ＦＦＴを停止させることはできない。但し、各ＯＦＤＭシンボル内で逆拡散処理を行なわないブロックを受信する時間帯ではチャネル補正回路の動作を停止させることができる。

図５には、受信信号のＳＮＲが所定値を下回ったときに起動される、ブロック選択処理の具体的な手順をフローチャートの形式で示している。

ブロック選択処理が起動すると、まず、ＦＦＴ出力されたＯＦＤＭシンボルに含まれるブロックの中で、逆拡散なしに復号処理が可能であることを示すチャネル推定結果を持つブロックが存在するかどうかを判別する（ステップＳ１１）。

例えば、ＦＦＴ出力されたＯＦＤＭシンボルの各ブロックについて、チャネル推定結果が第１の閾値Ｐ１を超えるサブキャリアの割合が所定値Ｍ以上であるかどうかに基づいて、逆拡散なしに復号処理が可能であるかどうかを判断することができる。

そして、ＦＦＴ出力されたＯＦＤＭシンボルの中にチャネル推定結果が良好なブロックが存在すれば（ステップＳ１１のＹｅｓ）、逆拡散処理を停止して、このブロックのみ復号処理を行なうようにする（ステップＳ１２）。ただ１つのブロックのみ復号処理することは、周波数軸及び時間軸の双方についての逆拡散処理を停止することになる。

例えば、データＡを伝送するＯＦＤＭシンボルＦ１及びＦ２のチャネル推定結果が図６に示すような場合、ブロックＡ１においてチャネル推定結果が第１の閾値Ｐ１を超えるサブキャリアの割合が所定値Ｍ以上となっており、逆拡散なしに復号処理が可能であることが分かる。図７には、この場合のイネーブル制御回路２１の動作例を示している。ブロックＡ１のみを受信処理し、その他のブロックＡ２〜Ａ４は受信する必要がない。したがって、イネーブル制御回路２１は、一方のＯＦＤＭシンボルＦ１を受信する時間帯のみＦＦＴ１４をイネーブルし、さらに、このＦＦＴ出力のうちブロックＡ１を受信する時間帯のみチャネル補正回路１６をイネーブルするだけでよい。

一方、ＦＦＴ出力されたＯＦＤＭシンボルの中に逆拡散なしに復号処理が可能なブロックが存在しないときには（ステップＳ１１のＮｏ）、続いて、ＯＦＤＭシンボル内の各ブロックを逆拡散することにより復号処理が可能になることを示すチャネル推定結果を持つかどうかを判別する（ステップＳ１３）。

例えば、ＦＦＴ出力されたＯＦＤＭシンボル内に、第１の閾値Ｐ１よりも低い第２の閾値Ｐ２を超えるサブキャリアの割合が所定値Ｍ以上となるブロックが複数存在する場合には、当該ＯＦＤＭシンボル内のブロックだけを逆拡散処理してＳＮＲの改善を図れば復号処理が可能であると判断することができる。

そして、ＯＦＤＭシンボル内での逆拡散処理だけで復号処理が可能であれば、該ＯＦＤＭシンボル内のブロックについて逆拡散処理してから、復号処理を行なわせるようにする（ステップＳ１４）。これは、周波数軸上の逆拡散はオンにするが、時間軸上の逆拡散をオフにするというブロック選択動作となる。このような場合、逆拡散処理を行なわないＯＦＤＭシンボルに関しては、ＦＦＴ及びチャネル補正回路の動作を停止させることができる。

例えば、データＡを伝送するＯＦＤＭシンボルＦ１及びＦ２のチャネル推定結果が図８に示すような場合、ブロックＡ１及びＡ２はいずれも逆拡散なしに復号することはできないが、これらのチャネル推定結果は第２の閾値Ｐ２を超えるサブキャリアの割合が所定値Ｍ以上となっており、ＯＦＤＭシンボルＦ１内での逆拡散処理だけで復号処理が可能となることが分かる。図９には、この場合のイネーブル制御回路２１の動作例を示している。一方のＯＦＤＭシンボルＦ１のみを受信処理し、ＯＦＤＭシンボルＦ２は受信する必要がない。したがって、イネーブル制御回路２１は、一方のＯＦＤＭシンボルＦ１を受信する時間帯のみ、ＦＦＴ１４並びにチャネル補正回路１６をイネーブルするだけでよい。

また、ＦＦＴ出力されたＯＦＤＭシンボル内の少なくとも一方のブロックのチャネル推定結果が劣悪で、当該ＯＦＤＭシンボル内のブロックだけを逆拡散処理しても十分なＳＮＲの改善を見込めない場合には（ステップＳ１３のＮｏ）、続いてＦＦＴ出力されるＯＦＤＭシンボルにわたって、他の一部のブロックとの逆拡散により復号処理が可能であることを示すチャネル推定結果を持つブロックがあるかどうかをチェックする（ステップＳ１５）。具体的には、同じデータが拡散されている次のＯＦＤＭシンボルにおいて、第２の閾値Ｐ２を超えるサブキャリアの割合が所定値Ｍ以上となるブロックの存在を確認する。

そして、別のＯＦＤＭシンボルで該チャネル推定結果を満たすブロックを見つけ出すことができた場合には（ステップＳ１５のＹｅｓ）、これらのブロックについてのみ逆拡散処理してから復号処理を行なう（ステップＳ１６）。これは、周波数軸上の逆拡散はオフにするが、時間軸上の逆拡散をオンにするというブロック選択動作となる。この場合、各ＯＦＤＭシンボルから逆拡散に用いるブロックを集める必要があるから、ＦＦＴを停止させることはできない。但し、逆拡散処理を行なわないブロックに関してはチャネル補正回路の動作を停止させることができる。

例えば、データＡを伝送するＯＦＤＭシンボルＦ１及びＦ２のチャネル推定結果が図１０に示すような場合、ＯＦＤＭシンボルＦ１及びＦ２はいずれもシンボル内のブロックだけを逆拡散しても復号することはできないが、それぞれのシンボルに含まるブロックＡ１及びＡ３のチャネル推定結果は第２の閾値Ｐ２を超えるサブキャリアの割合が所定値Ｍ以上となっており、これらのブロックをＯＦＤＭシンボルにわたって逆拡散することで復号処理が可能となることが分かる。図１１には、この場合のイネーブル制御回路２１の動作例を示している。双方のＯＦＤＭシンボルＦ１及びＦ２を受信処理する必要があるため、イネーブル制御回路２１は、ＦＦＴ１４をイネーブルし続ける。但し、各シンボル内ではそれぞれブロックＡ１並びにＡ３を受信する時間帯のみチャネル補正回路１６をイネーブルするだけでよい。

また、ブロック選択フローにおいて、第２の閾値Ｐ２を超えるサブキャリアの割合が所定値Ｍ以上となるチャネル推定結果を持つブロックをブロック内又はブロック間において取り出すことができない場合には（ステップＳ１５のＮｏ）、周波数軸及び時間軸上の２次元に拡散されているすべてのブロックにわたり逆拡散処理が必要であると判断し、逆拡散回路１８の停止を行なわず、イネーブル制御回路２１はすべての時間にわたりＦＦＴ１４並びにチャネル補正回路１６をイネーブルし続ける（ステップＳ１７）。

このように、受信信号のＳＮＲが所定値以上の場合には、チャネル推定値に基づいて受信するブロックを選択する。選択されなかったブロックを受信しないことで、そのブロックの時間帯は受信回路を停止することができる。また、停止することで、逆拡散以前の回路を停止することができる。上述したように、イネーブル制御回路２１は、ＦＦＴ１４やチャネル補正回路１６などのデジタル回路を停止するだけでもよいが、ＲＦ処理回路１２やＡＤ変換器１３などのアナログ回路を合わせて停止すると、より一層の低消費電力化を図ることができる。

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。

本明細書では、ＯＦＤＭ＿ＵＷＢ通信を行なうＭＢ−ＯＦＤＭ通信方式に本発明を適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。周波数軸又は時間軸のいずれか一方においてのみ拡散処理を行なう通信システムや、その他の軸上でデータ拡散処理を行なう通信システムであっても、本発明を適用することで、受信機はＳＮＲやチャネル推定結果に基づいて適応的に逆拡散処理や受信回路の動作を停止して、通信環境に応じた低消費電力化を図ることができる。

要するに、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、特許請求の範囲を参酌すべきである。

図１は、本発明の一実施形態に係るＭＢ−ＯＦＤＭ受信機のハードウェア構成を模式的に示した図である。 図２は、逆拡散回路１８の内部構成を示した図である。 図３は、オン／オフ切り替え部１７と逆拡散回路１８の組み合わせからなるブロック選択のための等価回路を模式的に示した図である。 図４は、図１に示した受信機における拡散信号の受信処理手順を示したフローチャートである。 図５は、ブロック選択処理の具体的な手順を示したフローチャートである。 図６は、データＡを伝送するＯＦＤＭシンボルＦ１及びＦ２のチャネル推定結果の一例を示した図である。 図７は、図６に示したチャネル推定結果の場合のイネーブル制御回路２１の動作例を示した図である。 図８は、データＡを伝送するＯＦＤＭシンボルＦ１及びＦ２のチャネル推定結果の一例を示した図である。 図９は、図８に示したチャネル推定結果の場合のイネーブル制御回路２１の動作例を示した図である。 図１０は、データＡを伝送するＯＦＤＭシンボルＦ１及びＦ２のチャネル推定結果の一例を示した図である。 図１１は、図１０に示したチャネル推定結果の場合のイネーブル制御回路２１の動作例を示した図である。 図１２は、拡散方式により送信データが周波数軸方向と時間軸方向の２次元上に配置された様子を示した図である。 図１３は、パケット（Ｐｈｙフレーム）のフォーマットを示した図である。

符号の説明

１１…アンテナ
１２…ＲＦ処理部
１３…ＡＤ変換器
１４…ＦＦＴ
１５…チャネル推定及びＳＮＲ推定部
１６…チャネル補正回路
１８…逆拡散回路
１９…デインタリーバ
２０…デコーダ
２１…イネーブル制御回路

Claims (11)

1. 送信データが周波数軸又は時間軸上の複数のブロックに拡散された伝送信号の受信処理を行なう無線通信装置であって、
   拡散信号を受信処理する受信処理部と、
   受信信号のチャネル推定及びＳＮＲ推定を行なうチャネル推定及びＳＮＲ推定部と、
   受信信号の逆拡散を行なう逆拡散部と、
   前記逆拡散部を通過した受信信号の復号処理を行なう復号部と、
   チャネル推定及びＳＮＲ推定の結果に基づいて前記逆拡散部及び前記受信処理部の動作を制御する制御部と、
   を具備し、
   前記制御部は、ＳＮＲ推定結果に基づいて前記逆拡散部による受信信号の逆拡散処理が必要であるかどうかを判断し、すべてのブロックにわたり逆拡散処理が必要でないと判断したときには、各ブロックのチャネル推定結果に基づいて復号処理又は逆拡散処理するブロックを選択する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 送信データが周波数軸又は時間軸上の複数のブロックに拡散された伝送信号の受信処理を行なう無線通信装置であって、
   拡散信号を受信処理する受信処理部と、
   受信信号のチャネル推定及びＳＮＲ推定を行なうチャネル推定及びＳＮＲ推定部と、
   受信信号の逆拡散を行なう逆拡散部と、
   前記逆拡散部を通過した受信信号の復号処理を行なう復号部と、
   チャネル推定及びＳＮＲ推定の結果に基づいて前記逆拡散部及び前記受信処理部の動作を制御する制御部と、
   を具備し、
   前記制御部は、同じデータが拡散されている複数のブロックの中で、逆拡散なしに復号処理が可能であることを示すチャネル推定結果を持つブロックが存在するかどうかを判別し、存在すれば前記逆拡散部における逆拡散処理を停止し、該ブロックのみ前記復号部における復号処理を行なわせる、
   ことを特徴とする無線通信装置。
3. 伝送信号はＯＦＤＭ変調されており、
   前記制御部は、ＯＦＤＭ復調した後の各ブロックについて、チャネル推定結果が第１の閾値を超えるサブキャリアの本数（若しくは割合）が所定値以上であるかどうかに基づいて、逆拡散なしに復号処理が可能であるかどうかを判断する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記制御部は、逆拡散なしに復号処理が可能となることを示すチャネル推定結果を持つブロックが存在しないときには、他の一部のブロックとの逆拡散により復号処理が可能であることを示すチャネル推定結果を持つブロックが存在するかどうかを判別し、存在すれば該一部のブロックについてのみ逆拡散処理してから前記復号部における復号処理を行なわせる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
5. 伝送信号はＯＦＤＭ変調されており、
   前記制御部は、同じデータが拡散されている複数のブロックの中で、第１の閾値よりも低い第２の閾値を超えるサブキャリアの本数（若しくは割合）が所定値以上となる一部のブロックを取り出して、該一部のブロックだけで逆拡散処理してから前記復号部における復号処理を行なわせる、
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
6. 送信データは周波数軸及び時間軸上で拡散されており、
   前記制御部は、同じデータが拡散されている複数のブロックのうち一部のみを逆拡散する場合には、周波数軸上での逆拡散処理を優先して行なう、
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
7. １つのＯＦＤＭシンボルは複数のブロックで構成され、且つＯＦＤＭシンボル内のすべてのブロックで同じデータを伝送することで周波数軸上の拡散が行なわれているとともに、２以上のＯＦＤＭシンボルで同じデータを伝送することで時間軸上の拡散が行なわれており、
   前記制御部は、
   ＯＦＤＭシンボル内の各ブロックが同シンボル内の他のブロックとの逆拡散により復号処理が可能であることを示すチャネル推定結果を持つかどうかを判別し、
   該チャネル推定結果を持つ複数のブロックが同シンボル内に存在すれば、同シンボル内のブロック同士で逆拡散処理してから前記復号部における復号処理を行なわせる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
8. 受信処理部は、受信信号をＯＦＤＭ復調するＦＦＴ及びチャネル補正回路を含み、
   前記制御部は、逆拡散処理を行なわないＯＦＤＭシンボルに関してはＦＦＴ及びチャネル補正回路の動作を停止させる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
9. 前記制御部は、該チャネル推定結果を持つ複数のブロックが１つのＯＦＤＭシンボル内に存在しない場合には、同じデータが拡散されている複数のＯＦＤＭシンボルにわたって他の一部のブロックとの逆拡散により復号処理が可能であることを示すチャネル推定結果を持つブロックを取り出し、該チャネル推定結果を満たすブロックについて逆拡散処理してから前記復号部における復号処理を行なわせる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
10. 受信処理部は、受信信号をＯＦＤＭ復調するＦＦＴ及びチャネル補正回路を含み、
    前記制御部は、逆拡散処理を行なわないブロックに関してはチャネル補正回路の動作を停止させる、
    ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
11. 送信データが周波数軸又は時間軸上の複数のブロックに拡散された伝送信号の受信処理を行なうための無線通信方法であって、
    拡散信号を受信処理する受信処理ステップと、
    受信信号のチャネル推定及びＳＮＲ推定を行なうチャネル推定及びＳＮＲ推定ステップと、
    ＳＮＲ推定結果に基づいて受信信号の逆拡散処理が必要であるかどうかを判断する判断ステップと、
    すべてのブロックにわたり逆拡散処理が必要でないと判断したときには、各ブロックのチャネル推定結果に基づいて復号処理又は逆拡散処理するブロックを選択するブロック選択ステップと、
    逆拡散処理すると選択されたブロックについて逆拡散する逆拡散処理ステップと、
    逆拡散なしに復号処理すると決定されたブロックの信号、又は逆拡散すると選択された複数のブロックを逆拡散した後の信号を復号する復号ステップと、
    を有することを特徴とする無線通信方法。
    

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