JP7761132B2 - 無線通信方法、送信装置、受信装置、及び無線通信システム - Google Patents
無線通信方法、送信装置、受信装置、及び無線通信システムInfo
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Description
本発明は、無線通信方法、送信装置、受信装置、及び無線通信システムに関する。
直交変復調を用いるシングルキャリア伝送では、受信される直交成分Ｉ，Ｑは、それぞれ異なる干渉の影響を受けて、異なる減衰及び位相回転の信号となってしまうことがある（ＩＱインバランス）。
ＯＦＤＭ（orthogonal frequency division multiplexing）などのサブキャリア伝送では、ＩＱインバランスが発生した場合、２つ以上のパイロット信号を用いて通信路応答値とＩＱインバランス値を同時に推定することができ、ＩＱインバランスを補償することが可能である（例えば、非特許文献１参照）。
例えば、ＯＦＤＭでは、対称サブキャリア（インデクスｋと－ｋ）は、互いに漏洩があることから、２以上のトレーニングＯＦＤＭシンボルの対称サブキャリアを用いてＩＱインバランスを推定することが可能である（例えば、非特許文献２参照）。
T. Schenk, "RF imperfections in High-rate Wireless Systems", Impact and Digital Compensation, Springer, 2008, pp.139-145
江頭 慶真、外２名、「ＯＦＤＭシステムにおけるパイロット信号を用いたＩＱインバランス補償方式」、電子情報通信学会論文誌、B Vol.J91-B No.5、2008年、pp.558-565
Part11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, Amendment3: Enhancements for Very High Throughput in the 60 GHz Band, IEEE Computer Society, IEEE Std. 802.11adTM-2012.
しかしながら、従来は、周波数選択性フェージング通信路下のシングルキャリア伝送では、対称サブキャリアが存在しないために、対称サブキャリアに対するトレーニング配置ができず、ＩＱインバランスによる品質劣化を防止することができなかった。
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、シングルキャリア伝送を行う場合にも、ＩＱインバランスを推定して補償することを可能にすることができる無線通信方法、送信装置、受信装置、及び無線通信システムを提供することを目的とする。
本発明の一実施形態にかかる無線通信方法は、シングルキャリアを用いて送信装置から受信装置へ信号を伝送する無線通信方法において、前記送信装置が、トレーニング時に対称サブキャリアを用いた２つ以上のトレーニング信号を生成してＯＦＤＭ変調し、ＯＦＤＭ変調したトレーニング信号それぞれのスペクトラムをシングルキャリアスペクトラムに近づけるようにシェーピングし、前記受信装置が、トレーニング時にシングルキャリア時間領域相関系列を用いて２つ以上のトレーニング信号のタイミングを調整し、タイミングを調整した２つ以上のトレーニング信号からチャネル応答とＩＱインバランスを推定し、推定したＩＱインバランスを補償し、補償した信号を復調することを特徴とする。
また、本発明の一実施形態にかかる送信装置は、シングルキャリアを用いて受信装置へ信号を伝送する送信装置において、トレーニング時に対称サブキャリアを用いた２つ以上のトレーニング信号を生成してＯＦＤＭ変調するＯＦＤＭ変調部と、前記ＯＦＤＭ変調部がＯＦＤＭ変調したトレーニング信号それぞれのスペクトラムをシングルキャリアスペクトラムに近づけるようにシェーピングするシェーピング部とを有することを特徴とする。
また、本発明の一実施形態にかかる受信装置は、上記の送信装置から信号を受信する受信装置において、トレーニング時にシングルキャリア時間領域相関系列を用いて２つ以上のトレーニング信号のタイミングを調整するタイミング調整部と、前記タイミング調整部がタイミングを調整した２つ以上のトレーニング信号からチャネル応答とＩＱインバランスを推定する推定部と、前記推定部が推定したＩＱインバランスを補償する補償部と、前記補償部が補償した信号を復調する復調部とを有することを特徴とする。
また、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムは、シングルキャリアを用いて送信装置から受信装置へ信号を伝送する無線通信システムにおいて、前記送信装置が、トレーニング時に対称サブキャリアを用いた２つ以上のトレーニング信号を生成してＯＦＤＭ変調するＯＦＤＭ変調部と、前記ＯＦＤＭ変調部がＯＦＤＭ変調したトレーニング信号それぞれのスペクトラムをシングルキャリアスペクトラムに近づけるようにシェーピングするシェーピング部とを有し、前記受信装置が、トレーニング時にシングルキャリア時間領域相関系列を用いて２つ以上のトレーニング信号のタイミングを調整するタイミング調整部と、前記タイミング調整部がタイミングを調整した２つ以上のトレーニング信号からチャネル応答とＩＱインバランスを推定する推定部と、前記推定部が推定したＩＱインバランスを補償する補償部と、前記補償部が補償した信号を復調する復調部とを有することを特徴とする。
本発明によれば、シングルキャリア伝送を行う場合にも、ＩＱインバランスを推定して補償することを可能にすることができる。
まず、本発明がなされるに至った背景について説明する。図１は、トレーニング信号を用いてＩＱインバランスを推定することを可能にする受信装置の機能を例示する図である。
図１に示した受信装置は、受信信号Ｒｘに対し、発振回路１が発信させた周波数の信号を２つのミキサ２によって混合させて受信する。
ＩＱの不均衡によって歪んだ受信信号Ｒｘは、下式（１）によって示される。
また、時間ｎの送信信号ＴｘのＳｎ＝１（1st pilot）は、下式（２）によって示される。
また、時間ｎの送信信号ＴｘのＳｎ＝ｊ（2nd pilot）は、下式（３）によって示される。
ここで、下式（４），（５）をそれぞれＡ，Ｂとする。
このとき、チャネル応答の推定結果、ゲインインバランスの推定結果、及び位相インバランスの推定結果は、下式（６），（７），（８）によって示される。
一方のミキサ２の前段には、対称サブキャリアの位相インバランスを補償する位相補償部３が設けられている。
また、２つのアンプ４のうち、位相インバランスを補償された信号を増幅させるアンプ４は、ゲインインバランスを補償するようにされている。
そして、ＬＰＦ５を介してＡＤＣ６がＡＤ変換されたＩ－Ｃｈの信号と、位相インバランス及びゲインインバランスを補償されて、ＬＰＦ５を介してＡＤＣ６がＡＤ変換されたＱ－Ｃｈの信号を出力することができる。
このとき、補償された時間ｎのチャネル応答は、下式（９）によって示される。
このように、直交変調と復調器の不均衡により生じるＩＱインバランスは、２つ以上のトレーニング（パイロット）信号から通信路応答（チャネル応答）ｈと同時に推定することができ、補償することが可能である（非特許文献１参照）。
また、ＯＦＤＭ伝送においてＩＱインバランスを推定する場合、例えば周波数領域の受信信号Ｒｘのサブキャリアｋにおける下式（１０）と、対称サブキャリア－ｋにおける下式（１１）の信号を用いることができる。
第１トレーニング（1st Training）ＯＦＤＭシンボルにおける周波数領域の送信信号Ｓｋ＝Ｓ－ｋ＝１は、それぞれ下式（１２），（１３）によって示される。
このとき、下式（１４），（１５）をそれぞれＡ，Ｂとする。
また、第２トレーニング（2nd Training）ＯＦＤＭシンボルにおける周波数領域の送信信号Ｓｋ＝Ｓ－ｋ＝－１は、それぞれ下式（１６），（１７）によって示される。
このとき、下式（１８），（１９）をそれぞれＣ，Ｄとする。
このとき、サブキャリアｋのＣＦＲ（channel frequency response）の推定結果、サブキャリア－ｋのＣＦＲの推定結果、ゲインインバランスの推定結果、及び位相インバランスの推定結果は、下式（２０）～（２３）によって示される。
また、このときの補償結果は、下式（２４）によって示される。
このように、対称サブキャリア（インデクスｋと－ｋ）の相互の漏洩に対して、２以上のトレーニングＯＦＤＭシンボルを利用してＩＱインバランスを推定することができる。つまり、周波数選択性フェージング通信路下では、ＯＦＤＭ伝送における周波数領域内での通信路推定と同時にＩＱインバランスを推定することができる（非特許文献２参照）。
次に、シングルキャリア伝送を行う場合にも、ＩＱインバランスを推定して補償することを可能にすることができる一実施形態にかかる無線通信システムについて説明する。一実施形態にかかる無線通信システムは、送信装置から受信装置へシングルキャリア伝送を行うために、トレーニング段階でＩＱインバランスを推定して補償するために、ＯＦＤＭ変調トレーニングを行う。
例えば、シングルキャリア伝送を行う送信装置は、通信路（チャネル）推定トレーニングフィールドをＯＦＤＭ変調により生成し、シングルキャリアのスペクトルに近づけるためにスペクトラムシェーピングを行う。
図２は、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄ－ＳＣ（非特許文献３参照）に準拠する機能と、シングルキャリア伝送におけるＩＱインバランスを推定して補償する機能とを備えた無線通信システムの送信装置が送信するパケットを例示する図である。
一実施形態にかかる送信装置は、シングルキャリア伝送における通信路推定トレーニングフィールドをＯＦＤＭ変調により生成し、対称サブキャリア（インデクスｋと－ｋ）トレーニングを行う。このとき、送信装置は、変調信号のスペクトラムをシングルキャリアのスペクトラムに近づけるために、スペクトラムシェーピング（SS：spectrum shaping）を行う。
つまり、一実施形態にかかる送信装置は、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄ－ＳＣにおけるＣＥＦ（channel estimation field）を、ＯＦＤＭ変調とスペクトラムシェーピングによって変更する。
このとき、ＣＥＦには、それぞれＧＩ（ガードインターバル）を設けられた第１トレーニング（1st training）信号と、第２トレーニング（2nd training）信号とが含まれることとなる。
一実施形態にかかる受信装置は、対称サブキャリアトレーニングではシンボルタイミングの同期をとることが困難であるため、別のシングルキャリア時間領域相関系列（図２では、ＳＴＦ（short training field））を用いて２つのトレーニングシンボルの同期をとる。
次に、一実施形態にかかる送信装置が備える機能について説明する。図３は、一実施形態にかかる送信装置が有する機能を例示する図である。
図３に示すように、一実施形態にかかる送信装置は、トレーニング時には、ＯＦＤＭ変調部１０、シェーピング部１２、ＩＦＦＴ部１４、コピー部１６、及びＤＡ部１８の機能を備え、図２に示した第１トレーニング信号と第２トレーニング信号とを含むＣＥＦを生成する。
ＯＦＤＭ変調部１０は、周波数領域の第１トレーニング及び第２トレーニングのＯＦＤＭ変調を行う。つまり、ＯＦＤＭ変調部１０は、トレーニング時に対称サブキャリアを用いた２つ以上のトレーニング信号を生成してＯＦＤＭ変調する。
シェーピング部１２は、ＯＦＤＭ変調部１０がＯＦＤＭ変調したトレーニング信号それぞれのスペクトラムをシングルキャリアスペクトラムに近づけるようにスペクトラムシェーピングを行う。
ＩＦＦＴ部１４は、逆フーリエ高速変換を行う。コピー部１６は、トレーニング信号のコピーを行い、それぞれＧＩを付加する。ＤＡ部１８は、第１トレーニング信号及び第２トレーニング信号をＤＡ変換するＤＡＣである。
また、送信装置は、シングルキャリア伝送を行う時には、例えばＱＡＭ処理部２０、ＧＩ処理部２２、サンプリング部２４、シェーピング部２６、及びＤＡ部２８の機能を備える。
ＱＡＭ処理部２０は、シングルキャリア伝送を行う信号をＱＡＭマップに従うコンスタレーションにする処理を行う。ＧＩ処理部２２は、ＧＩを取り除く処理を行う。サンプリング部２４は、２倍のアップサンプリングを行う。シェーピング部２６は、送信信号のパルスをシェーピングする。ＤＡ部２８は、送信信号をＤＡ変換するＤＡＣであり、例えばＤＡ部１８を構成するＤＡＣと共用される。
次に、一実施形態にかかる受信装置が備える機能について説明する。図４は、一実施形態にかかる受信装置が有する機能を例示する図である。図５は、図４に示した受信装置の各機能が各パケットに対して処理を行う時に参照する信号を例示する図である。
図４に示すように、一実施形態にかかる受信装置は、トレーニング時に動作するタイミング調整部３０、推定部３１、ノイズ推定部３２、データ形成部３３、等化部３４、補償部３５、及び復調部３６の機能を備え、第１トレーニング信号と第２トレーニング信号のＩＱインバランスを推定して補償する。
タイミング調整部３０は、トレーニング時にシングルキャリア時間領域相関系列を用いて２つ以上のトレーニング信号のタイミングを調整する。例えば、タイミング調整部３０は、データ伝送時のＣＥＦを除いて、トレーニング時にマッチドフィルターと１／２ダウンサンプリングされた受信信号を、ＳＴＦを用いて２つ以上のトレーニング信号のシンボルタイミングを同期させ、パケット検出と周波数訂正を行う（図５参照）。
推定部３１は、周波数領域において、タイミング調整部３０がタイミングを調整した２つ以上のトレーニング信号からチャネル応答（ＣＦＲ：channel Frequency response）とＩＱインバランス（ＩＱＩ：IQ imbalance）を推定し、推定結果をノイズ推定部３２及びデータ形成部３３に対して出力する。
ノイズ推定部３２は、時間領域においてノイズ推定を行い、推定結果を等化部３４及び補償部３５に対して出力する。
データ形成部３３は、時間領域においてデータフィールドを抽出して、データブロックに再形成し、時間領域から周波数領域に変換して等化部３４へ出力する。
等化部３４は、周波数領域において、ノイズ推定部３２がノイズ推定した結果と、データ形成部３３が再形成したデータブロックとを用いてデータフィールドを周波数領域等化（ＦＤＥ：frequency domain equalization）し、補償部３５に対して出力する。
補償部３５は、周波数領域から時間領域への変換を行い、推定部３１が推定したＩＱインバランスを補償する。より具体的には、補償部３５は、時間領域において、ノイズ推定部３２がノイズ推定した結果と、等化部３４が等化処理したデータフィールドとを用いてＩＱインバランスの位相とゲインを補償する。
復調部３６は、補償部３５が補償した信号をＯＦＤＭ復調する。より具体的には、復調部３６は、ＤＭＧデータのデマッピング及びＤＭＧデータのデコーディングによってＤＭＧデータのビット回復を行う。
このように、一実施形態にかかる無線通信システムは、送信装置がトレーニング時に対称サブキャリアを用いた２つ以上のトレーニング信号を生成してＯＦＤＭ変調し、ＯＦＤＭ変調したトレーニング信号それぞれのスペクトラムをシングルキャリアスペクトラムに近づけるようにシェーピングするので、シングルキャリア伝送を行う場合にも、ＩＱインバランスを推定して補償することを可能にすることができる。
１０・・・ＯＦＤＭ変調部、１２・・・シェーピング部、１４・・・ＩＦＦＴ部、１６・・・コピー部、１８・・・ＤＡ部、２０・・・ＱＡＭ処理部、２２・・・ＧＩ処理部、２４・・・サンプリング部、２６・・・シェーピング部、２８・・・ＤＡ部、３０・・・タイミング調整部、３１・・・推定部、３２・・・ノイズ推定部、３３・・・データ形成部、３４・・・等化部、３５・・・補償部、３６・・・復調部
Claims (4)
- シングルキャリアを用いて送信装置から受信装置へ信号を伝送する無線通信方法において、
前記送信装置は、
トレーニング時に対称サブキャリアを用いた２つ以上のトレーニング信号を生成してＯＦＤＭ変調し、
ＯＦＤＭ変調したトレーニング信号それぞれのスペクトラムをシングルキャリアスペクトラムに近づけるようにシェーピングし、
前記受信装置は、
トレーニング時にシングルキャリア時間領域相関系列を用いて２つ以上のトレーニング信号のタイミングを調整し、
タイミングを調整した２つ以上のトレーニング信号からチャネル応答とＩＱインバランスを推定し、
推定したＩＱインバランスを補償し、
補償した信号を復調する
ことを特徴とする無線通信方法。 - シングルキャリアを用いて受信装置へ信号を伝送する送信装置において、
トレーニング時に対称サブキャリアを用いた２つ以上のトレーニング信号を生成してＯＦＤＭ変調するＯＦＤＭ変調部と、
前記ＯＦＤＭ変調部がＯＦＤＭ変調したトレーニング信号それぞれのスペクトラムをシングルキャリアスペクトラムに近づけるようにシェーピングするシェーピング部と
を有することを特徴とする送信装置。 - 請求項２に記載の送信装置から信号を受信する受信装置において、
トレーニング時にシングルキャリア時間領域相関系列を用いて２つ以上のトレーニング信号のタイミングを調整するタイミング調整部と、
前記タイミング調整部がタイミングを調整した２つ以上のトレーニング信号からチャネル応答とＩＱインバランスを推定する推定部と、
前記推定部が推定したＩＱインバランスを補償する補償部と、
前記補償部が補償した信号を復調する復調部と
を有することを特徴とする受信装置。 - シングルキャリアを用いて送信装置から受信装置へ信号を伝送する無線通信システムにおいて、
前記送信装置は、
トレーニング時に対称サブキャリアを用いた２つ以上のトレーニング信号を生成してＯＦＤＭ変調するＯＦＤＭ変調部と、
前記ＯＦＤＭ変調部がＯＦＤＭ変調したトレーニング信号それぞれのスペクトラムをシングルキャリアスペクトラムに近づけるようにシェーピングするシェーピング部と
を有し、
前記受信装置は、
トレーニング時にシングルキャリア時間領域相関系列を用いて２つ以上のトレーニング信号のタイミングを調整するタイミング調整部と、
前記タイミング調整部がタイミングを調整した２つ以上のトレーニング信号からチャネル応答とＩＱインバランスを推定する推定部と、
前記推定部が推定したＩＱインバランスを補償する補償部と、
前記補償部が補償した信号を復調する復調部と
を有することを特徴とする無線通信システム。
Applications Claiming Priority (1)
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