用于正交频分复用通信的装置和方法 本发明涉及基于OFDM(正交频分多路复用)系统的通信装置。
常规的基于OFDM的通信装置通常使用相干检测或延迟检测作为解调系统。下面首先参照图1说明一下实现相干检测的常规OFDM通信装置。图1表示实现相干检测的常规OFDM通信装置的结构的方框图。
在图1的发送系统中，发送信号由QPSK(四相相移键控)调制单元41进行关于每个子载波的QPSK调制处理。经过QPSK调制的发送信号由IFFT(付里叶逆变换)单元42进行IFFT处理，从而被频分多路复用。经过IFFT处理的发送信号通过天线43发送出去。
通过天线43发送的信号具有图2所示的帧结构。图2表示用于常规OFDM通信装置的帧格式的示意图。如图2所示，通过天线43发送的信号是由前导码(preamble)部分51、引导码元部分52和消息部分53按照从旧到新(old-to-new)地时间顺序构成。具有这种帧结构的每个信号由一个数据分组发送出去。
在图1的接收系统中，从另一通信端发送的信号由天线43接收。这里，上述的另一通信端具有与图1所示的相同的结构，从这个另一通信端发送的信号经受与如上所述的发送系统相同的处理。
天线43接收的信号由FFT(付里叶变换)单元44进行FFT处理。由此提取出由每个子载波传送的信号。FFT单元44提取的信号由相干检测器单元45进行相干检测处理。按此方式提取解调信号。
这里，参照图3说明一下由相干检测单元45实现的相干检测处理。图3表示在实现相干检测的系统OFDM检测装置中相干检测单元45的内部结构。
相干检测单元45利用接收信号中的引导码元进行发送路径估算，并通过利用获取的发送路径估算信息对接收信号实施发送路径补偿来进行相干检测处理。
在图3中，接收信号(R×1)通过转换单元61发送到复数乘法单元62、电平检测单元63和乘法单元65。此接收信号(R×1)是从图1所示的FFT单元44提取的信号。
这里，接收信号(R×1)用如下表达式表达：
R×1=R1×ejθ1×TX -①
此处，R1是由于衰衰落等引起的幅度变化，θ1是由于衰落等引起的相位变化，TX是从另一通信端发送的信号(发送信号)。
此外，在上述表达式①所表达的接收信号的引导单元中的信号，即，引导单元中的接收信号(R×P1)用如下表达式表达：
R×P1=R1×ejθ1×Pilot -②
此处，Pilot是引导码元。
复数乘法单元62通过利用接收信号(R×1)和引导码元(Pilot)实施复乘处理来估算发送路径特性。也就是说，如下列表达式所示的发送路径特性是通过将如上述表达式②表达的、引导码元单元中的接收信号(R×P1)与引导码元(Pilot)的共轭复数(Pilot*)相乘得到的。
Profile 1=R1×ejθ1×Pilot×Pilot*
=R1×ejθ1×｜Pilot｜2 -③
此处，如果｜Pilot｜2=1，则上面的表达式③可以表达成如下表达式：
Profile 1=R1×ejθ1 -④
得到的发送路径特性(Profile 1)传送到除法单元64。
另一方面，电平检测单元63计算接收信号(R×1)的接收功率。根据上面的表达式①，接收信号(R×1)的接收功率是R12。接收信号(R×1)的接收功率传送到除法单元64。
除法单元64利用来自复数乘法单元62的发送路径特性(Profile 1)和来自电平检测单元63的接收功率进行如下除法处理。
Profile 1/R12=ejθ1/R1 -⑤
在除法单元64中的除法处理结果传送到乘法单元65。
乘法单元65利用除法单元64中的除法处理结果对接收信号进行发送路径补偿。也就是说，解调信号是通过将来自转换单元61的接收信号(R×1)与上面表达式⑤中的共轭复数相乘所得的，如下列表达式所示：
R×1×ejθ1/R1=R1×ejθ1×TX×ejθ1/R1=TX -⑥
接下来参照图4说明实现延迟检测的常规OFDM通信装置。图4表示实现延迟检测的OFDM通信装置的结构的方框图。图4所示的OFDM通信装置具有如下形式的结构，即DQPSK(差分编码四相移相键控)调制单元71和延迟检测单元72取代图1中的QPSK调制单元41和相干检测单元45。作为帧格式，可以使用图2所示的那一种。
DQPSK调制单元71对发送信号进行差分编码QPSK调制(通常称为“DQPSK调制”)。延迟检测单元72通过将当前时刻的信号与超前1个OFDM码元的信号相乘来对接收信号(R×1)进行延迟检测处理。通过这种乘法处理，可以获得解调信号。
但是，上述常规OFDM通信装置存在如下所示的问题。也就是说，在实现相干检测的常规OFDM通信装置中，当一个数据分组的信息速度慢于信道变化速度时，在接收每个数据分组中的引导码元部分时的信道条件不同于在接收上述数据分组中的消息部分时的信道条件。因此，利用通过上述引导码元部分估算的发送路径特性对上述消息部分进行发送路径补偿，于是，在上述消息单元中获取的解调信号的误码率特性受到很大损坏。
另一方面，实现延迟检测的常规OFDM通信装置输出将当前时刻的信号与超前1个OFDM码元的信号相乘的结果作为解调信号，因此，数据分组含在这个解调信号中的、由发送路径变化引起的误差只有1个OFDM码元。于是，如果一个数据分组的通信速率慢于信道变化速度，解调信号的误码率特性受到的损坏就会较小。
另一方面，在实现延迟检测的常规OFDM通信装置中，叠加在解调信号上的噪声成分通过当前时刻的信号与超前1个OFDM码元的信号相乘被加倍了，因此，如果一个数据分组的通信速度足够快于信道变化速度，那么，与实现相干检测的常规OFDM通信装置相比，解调信号的误码率特性受到损害。
如上所述，在上述的常规OFDM通信装置中，解调信号的误码率特性可能会随着一个数据分组的通信速度与信道变化速度之间的相互关系而受到损害。
本发明的目的是提供一种抑制解调信号的误码率特性受到损害的OFDM通信装置。这个目的是通过接收系统根据影响解调信号品质的因素对接收信号进行解调处理来达到的。并且，这个目的还通过发送系统根据由另一通信端实现的解调处理对发送信号进行调制处理来达到的。
通过结合附图对本发明的优选实施例进行如下详细描述，本发明的上面和其它目的和特征将更加清楚，在附图中：
图1表示实现相干检测的常规OFDM通信装置结构的方框图；
图2表示OFDM通信装置所使用的帧格式的示意图；
图3表示在实现相干检测的常规OFDM通信装置中相干检测单元内部结构的方框图；
图4表示实现延迟检测的常规OFDM通信装置的结构的方框图；
图5表示在实现延迟检测的常规OFDM通信装置中延迟检测单元的内部结构的方框图；
图6表示根据本发明实施例1的OFDM通信装置的结构的方框图；
图7表示根据本发明实施例2的OFDM通信装置的结构的方框图；和
图8表示在根据本发明实施例2的OFDM通信装置中解调单元的内部结构的方框图。
下面参照附图，详细说明本发明的优选实施例。(实施例1)
图6表示根据本发明实施例1的OFDM通信装置结构的方框图。在图6的发送系统中，发送信号传送到QPSK调制单元101和DQPSK调制单元102。QPSK调制单元101在上述的发送信号上对每个子载波都进行QPSK调制。QPSK调制的发送信号输出到选择单元103。
DQPSK调制单元102在上述的发送信号上进行DQPSK调制。DQPSK调制的发送信号输出到选择单元103。
选择单元103从定时发生单元110接收用于控制关于哪个信号应该输出到IFFT单元104的控制信号、即从QPSK调制单元101接收信号或从DQPSK调制单元102接收信号作为输入。也就是说，当一个数据分组的通信速度足够快于信道变化速度时，定时发生单元110输出给选择单元103一个控制信号，指令来自QPSK调制单元101的信号应该输出到IFFT单元104。另一方面，当一个数据分组的通信速度慢于信道变化速度时，定时发生单元110输出一个控制信号，指令来自DQPSK调制单元102的信号应该输出到IFFT单元104。这里，一个数据分组的通信速度是指当发送方的装置发送一个数据分组和接收方的装置完成这个数据分组的接收时的速度。
这里，定时发生单元110中使用的信道变化速度和一个数据分组的通信速度可以根据，例如，从接收系统的选择单元109输出的解调信号的品质(误码率特性、等)来确定，下面对此加以说明。
选择单元103根据来自定时发生单元110的控制信号，将来自QPSK调制单元101的信号或者来自DQPSK调制单元102的信号输出到IFFT单元104。
IFFT单元104在从选择单元103传送的信号上进行IFFT处理。这样，从选择单元103传送的信号被频分复用并通过天线105发送到另一通信端。
通过天线105发送的信号的帧结构如前面所指的图2所示。具有图2所示的帧结构的每个信号由一个数据分组发送出去。
在图6的接收系统中，从另一通信端发送的信号是通过天线105接收的。这里，另一通信端具有与图6所示的相同结构，从这个另一通信端发送的信号经过与上述所述的发送系统相同的处理。
通过天线105接收的信号由FFT单元106进行FFT处理。这样，可以提取通过每个载波的发送的信号，并将其输出到相干检测单元107和延迟检测单元108。
相干检测单元107对FFT单元106提取的信号进行相干检测处理，提取出解调信号。延迟检测单元108对FFT单元106提取的信号进行延迟检测处理，提取出解调信号。从相干检测单元107提取的解调信号和从延迟检测单元108提取的解调信号两者都输出到选择单元109。
选择单元109从定时发生单元110接收用于控制关于应该输出哪个信号作为解调信号的控制信号，接收来自相干检测单元107的信号或来自延迟检测单元108的信号作为输入信号。更具体地说，当一个数据分组的通信速度足够快于信道变化速度时(当通过天线105从另一通信端接收的QPSK调制信号是通过天线105接收的时)，定时发生单元110输出一个控制信号，指令来自相干检测单元107的信号应该输出到IFFT单元104作为解调信号。反之，当一个数据分组的通信速度慢于信道变化速度时(当来自另一通信端的DQPSK调制信号是通过天线105接收的时)，定时发生单元110输出控制信号，指令来自延迟检测单元108的信号应该输出作为解调信号。
选择单元109根据来自定时发生单元110的控制信号输出来自相干检测单元107的信号或者来自延迟检测单元108的信号。这样，当一个数据分组的通信速度足够快于信道变化速度时，接收信号经过相干检测处理，并提取出解调信号。反之，当一个数据分组的通信速度慢于信道变化速度时，接收信号经过延迟检测处理，并提取出解调信号。
如上所述，根据此实施例，接收系统按照一个数据分组的通信速度是快于还是慢于信道变化速度，亦即，一个数据分组的通信速度与信道变化速度之间的相互关系，对接收信号进行相干检测处理或延迟检测处理的解调处理。这使得有可能抑制解调信号的误码率特性恶化。此外，发送系统对发送信号进行与另一通信端所实现的解调处理相对应的调制处理(QPSK调制或DQPSK调制)，因此，上面的另一通信端可以可靠地抑制解调信号的误码率特性的损坏。
本实施例描述了在发送系统利用QPSK调制和DQPSK调制两种类型的调制系统的同时，接收系统利用相干检测和延迟检测两种类型的解调系统的情况，但本发明并不仅限于此，本发明还可以应用于当接收系统和发送系统两者分别利用三种或更多种类型的解调系统和调制系统的时候。举例来说，发送系统有可能利用BPSK调制或QPSK调制等作为调制系统使接收系统实现延迟检测处理。
此外，本实施例描述了一个数据分组的通信速度与信道变化速度之间的相互关系用作用于接收系统的解调系统和用于发送系统的调制系统的选择准则。但无需多说，本发明并不仅限于此，本发明还可以应用于一个数据分组的通信速度(一个数据分组的长度)、信道变化速度或影响接收系统中解调信号的品质(误码率特性等)的各种因素简单地用作选择准则的情况。(实施例2)
实施例2提供了通过利用单个电路构造实施例1中的相干检测单元和延迟检测单元来进一步降低硬件规模的模式。下面参照图7和图8说明一下根据此实施例的OFDM通信设装置。
图7表示根据本发明实施例2的OFDM通信装置的结构的方框图。图8表示在根据本发明实施例2的OFDM通信装置中解调单元的内部结构的方框图。图7中与实施例1(图6)结构相同的部分用与图6中相同的标号来表示，并略去其详细说明。
在图7中，当通过天线105从另一通信端接收到QPSK调制信号时，定时发生单元202向解调单元201输出一个控制信号，指令从FFT单元106提取的信号应该经过相干检测处理。当通过天线105从另一通信端接收到DQPSK调制信号时，定时发生单元202向解调单元201输出一个控制信号，指令从FFT单元106提取的信号应该经过延迟检测处理。
解调单元201根据来自定时发生单元202的控制信号，对FFT单元106提取的信号实施相干检测处理或延迟检测处理的解调处理。也就是说，当一个数据分组的通信速度足够快于信道变化速度时，解调单元201对FFT单元106提取的信号进行相干检测处理，反之，当一个数据分组的通信速度慢于信道变化速度时，解调单元201对FFT单元106提取的信号进行延迟检测处理。
接下来，参照图8说明解调单元201的内部结构。在图8中，接收信号(Rx)通过转换单元301传送到复数乘法单元302、电平检测单元303和乘法单元305。这个接收信号(Rx)是由图7所示的FFT单元106提取的信号。
复数乘法单元302利用接收信号(Rx)和引导码元(Pilot)进行复乘处理，以估算发送路径特性。将估算的发送路径特性传送到除法单元304。
另一方面，电平检测单元303计算接收信号(Rx)的接收功率。将此接收功率传送到除法单元304。
除法单元304利用来自复数乘法单元302的发送路径特性和来自电平检测单元303的接收功率实施除法处理。将此除法处理的结果传送到选择单元307。
另一方面，延迟单元306将接收信号(Rx)延迟1个OFDM码元，然后将此接收信号传送到选择单元307。
选择单元307根据来自定时发生单元202的选择信息选择来自延迟单元306的信号或者来自除法单元304的信号，作为到乘法单元305的输出信号。也就是说，当来自定时发生单元202的控制信号是指令应该实施相干检测处理的控制信号时，选择单元307选择来自除法单元304的信号，作为到乘法单元305的输出信号。反之，当来自定时发生单元202的控制信号是指令应该实施延迟检测处理的控制信号时，选择单元307选择来自延迟单元306的信号，作为到乘法单元305的输出信号。
乘法单元305将接收信号(Rx)与选择单元307选择的信号相乘。按此方式，当来自定时发生单元202的控制信号是指令应该实施相干检测处理的控制信号时，利用估算的发送路径估算信号实施有关接收信号的发送路径补偿。此外，当来自定时发生单元202的控制信号是指令应该实施延迟检测处理的控制信号时，在当前时刻的信号与超前1个OFDM码元的信号之间实施乘法处理，从而对接收信号(Rx)实施延迟检测处理。
因此，根据本实施例，通过利用单个电路构造相干检测单元和延迟检测单元，与实施例1相比，有可能进一步降低硬件规模。
根据上面所述的实施例的OFDM通信装置可以安装在数字移动通信系统中的通信终端装置或基站装置上。
①根据本发明的OFDM接收装置采用了数据分组括如下器件的结构：
FFT处理器，用于对接收信号进行FFT处理；
多个解调器，能够对经FFT处理的接收信号进行相互不同的解调处理；和
选择器，用于从所述多个解调器中选择出应该根据影响解调信号品质的因素对所述经FFT处理的接收信号进行解调处理的解调器并让所选解调器进行解调处理。
根据此结构，对接收信号的解调处理是根据影响解调信号品质的因素来选择的，因此，有可能抑制解调信号的误码率的恶化。
②根据本发明的OFDM接收装置采用了这样的结构，致使选择器利用一个数据分组的通信速度与信道变化速度之间的相互关系作为影响解调信号品质的因素。
根据这种结构，对接收信号的解调处理是根据一个数据分组的通信速度与信道变化速度之间的相互关系来选择的，因此，不管一个数据分组的长度或信道变化速度，都有可能将解调信号的误码率特性保持在最佳状态下。
③根据本发明的OFDM接收装置采用了这样的结构，致使由多个解调器实施的解调处理是相干检测处理或延迟检测处理。
根据这种结构，相干检测处理或延迟检测处理的解调处理是根据影响解调信号品质的因素，例如，根据一个数据分组的通信速度与信道变化速度之间的相互关系，对接收信号进行的，因此，有可能可靠地抑制解调信号的误码率特性的恶化。
④根据本发明的OFDM发送装置采用了数据分组括如下器件的结构：
调制器，用于对发送信号进行与OFDM接收装置完成的解调处理相对应的调制处理；和
IFFT处理器，用于对调制的发送信号进行IFFT处理，
所述OFDM接收装置数据分组括：
FFT处理器，用于对接收信号进行FFT处理；
多个解调器，能够对经FFT处理的接收信号进行相互不同的解调处理；和
选择器，用于从所述多个解调器中选择出应该根据影响解调信号品质的因素对所述经FFT处理的接收信号进行解调处理的解调器并让所述解调器进行解调处理。
根据这种结构，对发送信号的调制处理是根据另一通信端所完成的解调处理来实现的，因此，另一通信端可以可靠地抑制解调信号的误码率特性的恶化。
⑤根据本发明实施例的OFDM通信装置采用了数据分组括OFDM接收装置和OFDM发送装置的结构，其中OFDM接收装置数据分组括：
FFT处理器，用于对接收信号进行FFT处理；
多个解调器，能够对经FFT处理的接收信号进行相互不同的解调处理；和
选择器，用于从所述多个解调器中选择出应该根据影响解调信号品质的因素对所述经FFT处理的接收信号进行解调处理的解调器，并让所选解调器进行解调处理，和其中OFDM发送装置数据分组括：
调制器，用于对发送信号进行与所述OFDM接收装置所进行的解调处理相对应的调制处理；和
IFFT处理器，用于对调制的发送信号进行IFFT处理。
根据这种结构，有可能提供抑制解调信号的误码率特性恶化的OFDM通信装置。
⑥根据本发明的通信终端装置采用了配有OFDM通信装置的结构，所述OFDM通信装置数据分组括OFDM接收装置和OFDM发送装置，其中OFDM接收装置数据分组括：
FFT处理器，用于对接收信号进行FFT处理；
多个解调器，能够对经FFT处理的接收信号进行相互不同的解调处理；和
选择器，用于从所述多个解调器中选择出应该根据影响解调信号品质的因素对所述经FFT处理的接收信号进行解调处理的解调器，并让所选解调器进行解调处理，和
其中OFDM发送装置数据分组括：
调制器，用于对发送信号进行与所述OFDM接收装置所进行的解调处理相对应的调制处理；和
IFFT处理器，用于对调制的发送信号进行IFFT处理。
这种结构数据分组括了抑制解调信号的误码率特性恶化的OFDM通信装置，因此，可以提供能够执行最佳通信的通信终端装置。
⑦根据本发明的基站装置采用了配有OFDM通信装置的结构，所述OFDM通信装置数据分组括OFDM接收装置和OFDM发送装置，其中OFDM接收装置数据分组括：
FFT处理器，用于对接收信号进行FFT处理；
多个解调器，能够对经FFT处理的接收信号进行相互不同的解调处理；和
选择器，用于从所述多个解调器中选择出应该根据影响解调信号品质的因素对所述经FFT处理的接收信号进行解调处理的解调器，并让所选解调器进行解调处理，和
其中OFDM发送装置数据分组括：
调制器，用于对发送信号进行与所述OFDM接收装置所进行的解调处理相对应的调制处理；和
IFFT处理器，用于对调制的发送信号进行IFFT处理。
这种结构数据分组括了抑制解调信号的误码率特性恶化的OFDM通信装置，因此，可以提供能够执行最佳通信的通信终端装置。
⑧根据本发明的OFDM通信方法采用了数据分组括如下步骤的方法：
FFT步骤，对接收信号进行FFT处理；和
解调步骤，在多个解调处理中进行与影响调制信号品质的因素相对应的解调处理。
根据本发明的这种方法，对接收信号的解调处理是根据影响解调信号品质的因素来选择的，因此，有可能抑制解调信号的误码率的恶化。
⑨根据本发明的OFDM通信方法采用了含有利用一个数据分组的通信速度与信道变化速度之间的相互关系作为影响解调信号品质的因素的解调步骤的方法。
根据此方法，对接收信号的解调处理是根据一个数据分组的通信速度与信道变化速度之间的相互关系来选择的，因此，不管一个数据分组的长度或信道变化速度，都有可能将解调信号的误码率特性保持在最佳状态下。
根据信道变化速度选择相干检测或延迟检测也可以应用于单个载波系统。然而，由于延迟检测进行当前码元与正好前一个码元之间的相乘，因此，在多径环境下增加了码间干扰。由此，将延迟检测应用于单个载波系统会使由于码间干扰所引起的特性损坏增加许多。在本发明应用于单个载波系统的情况下，可能难以获得与信道变化速度无关的最佳误码率特性。
另一方面，通过对每个码元插入保护间隔，那么，即使在多径环境下，OFDM系统也能防止码间干扰。因此，不管信道变化速度如何，将根据信道变化速度选择相干检测或延迟检测应用于OFDM系统可以获得最佳的误码率特性。
如上所述，本发明根据影响解调信号品质的因素进行解调处理，因此，可以提供能抑制解调信号的误码率特性恶化的OFDM通信装置。
本发明并不仅限于如上所述的实施例，可以进行各种各样的改变和修改，但均不偏离本发明的范围。
本申请是基于1999年9月7日中请的日本专利申请平成-11-253633的，特此引用其全部内容，以供参考。