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周波数同期補償方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P140010794
整理番号 N13086
掲載日 2014年8月7日
出願番号 特願2014-038788
公開番号 特開2015-162879
出願日 平成26年2月28日(2014.2.28)
公開日 平成27年9月7日(2015.9.7)
発明者
  • 田久 修
  • 若尾 悠太
  • 藤井 威生
  • 笹森 文仁
  • 半田 志郎
出願人
  • 国立大学法人信州大学
  • 国立大学法人電気通信大学
発明の名称 周波数同期補償方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】無線通信システムにおいて、かつノードの数が多数となった場合でも、効率良く周波数の同期が可能な周波数同期補償方法を提供することを目的とする。
【解決手段】(1)受信機が使用可能なチャネルを通知するステップと、(2)送信機が、前記チャネルを利用して周波数同期用信号を送信するステップと、(3)前記受信機が、前記チャネルに設定された周波数帯域に基づいて、前記周波数同期用信号における周波数オフセットを推定するステップと、(4)前記受信機が、推定された前記周波数オフセットに基づく周波数補正信号を前記送信機にフィードバックするステップと、(5)前記送信機が、フィードバックされた前記周波数補正信号に基づいて、自己の信号の周波数を補正するステップと、を備えることを特徴とする無線通信の周波数同期補償方法。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


無線通信システムでは、多数の無線端末(ノード)が1つの拠点(基地局:FC)にアクセスするスター型のネットワーク形態が多い。その一例として、例えば携帯電話やスマートフォンなどの移動通信システム、屋内環境の無線LAN(Wi-Fi)、センシング情報を集約するセンサネットワークなどがある。スター型のネットワークにおいて、多数のノードの発信周波数を合わせる同期は多くの利点を引き出す。高速大容量無線通信を実現する直交周波数分割多重(OFDM)や複数アンテナを利用したMIMO技術では、周波数の高い同期精度を利用した複数フローの直交伝送により大容量化を達成している。また、TVの周波数帯のガードバンドを別の無線システムが使用するコグニティブ無線が検討されており、ガードバンドのような狭い帯域の利用には高い周波数同期精度が求められる。



図1に、無線通信の基本となるシステム図を示す。また、これについて基本的な無線通信の流れを説明し、ノードとFC間の局発発信器の周波数差(周波数オフセット)について説明する。ノードでは、変調信号がD/A変換によりアナログ信号に変換された後、局発発信器によりベースバンド信号処理に適した周波数から電波伝搬用に指定された周波数に変換後、アンテナより電磁波信号として発せられる。FCでは受信した後、局発発信器で元のベースバンド信号処理の周波数に変換し、A/D変換、復調処理となる。



以上の処理で、ノード・FC間の局発発信器の周波数に差異(Δf1、これを周波数オフセットと呼ぶ)があるとき、受信機ではsin2πΔf1tで時間と共に位相が進む。その結果、信号が逆位相となり電力が減衰する。また、隣接チャネルからの干渉が発生し、復調が困難になる問題が生じる。



周波数オフセットの緩和(周波数同期補償)には、一般に周波数オフセットの推定と発信周波数の補正が必要になる。周波数オフセットの推定にはパイロットと呼ばれる送受信機で既知の信号を送信する。受信機では、信号が既知であることを利用して受信信号と既知信号から位相の進み具合を評価して、周波数オフセットを推定する。そして、推定値から周波数オフセットを補正するための補正量を受信機に通知する(フィードバック)。送信機は、フィードバック情報によって局発発信器の周波数を補正する。パイロットによる周波数同期補償では、特にスター型のネットワークでは、多数の端末が同時にアクセスすることによる、混信の恐れがある。混信を回避する方法として、WiMAX(非特許文献1、2)(登録商標)やLTE(非特許文献3)では、端末固有の固有系列を使用する方法が用いられている。

産業上の利用分野


本発明は、無線通信システムにおける、周波数同期補償方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
(1)受信機が使用可能なチャネルを通知するステップと、
(2)送信機が、前記チャネルを利用して周波数同期用信号を送信するステップと、
(3)前記受信機が、前記チャネルに設定された周波数帯域に基づいて、前記周波数同期用信号における周波数オフセットを推定するステップと、
(4)前記受信機が、推定された前記周波数オフセットに基づく周波数補正信号を前記送信機にフィードバックするステップと、
(5)前記送信機が、フィードバックされた前記周波数補正信号に基づいて、自己の信号の周波数を補正するステップと、
を備えることを特徴とする無線通信の周波数同期補償方法。

【請求項2】
前記チャネルが、逆高速フーリエ変換の入力に用いる所定の複素数であることを特徴とする請求項1記載の無線通信の周波数同期補償方法。

【請求項3】
前記送信機が、前記受信機に予め設定されたチャネル決定用信号を送信するステップと、
前記受信機が前記チャネル決定用信号に基づいて、前記周波数帯域の幅を決定するステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項記載の無線通信の周波数同期補償方法。

【請求項4】
前記チャネル決定用信号が、複数の信号の周波数の差として送信されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の無線通信の周波数同期補償方法。

【請求項5】
前記(1)のステップにおいて、前記使用可能なチャネルが複数通知され、前記(2)のステップにおいて、前記使用可能なチャネルから任意に選択された一のチャネルを利用することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の無線通信の周波数同期補償方法。

【請求項6】
前記(3)のステップにおいて、周波数オフセットを推定する方法が、あらかじめ前記送信機が選択する前記使用可能なチャネルを制限しておいて、前記周波数同期用信号を高速フーリエ変換することで推定する方法であることを特徴とする請求項5記載の無線通信の周波数同期補償方法。

【請求項7】
前記(3)のステップにおいて、周波数オフセットを推定する方法が、前記周波数同期用信号を所定の区間に分割して、それぞれ高速フーリエ変換処理を行い、前記区間の先頭を基点とした位相成分の推移を測定する方法であることを特徴とする請求項5記載の無線通信の周波数同期補償方法。

【請求項8】
前記(2)から(5)のステップを繰り返すことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載の無線通信の周波数同期補償方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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