JP2004080340A - マルチキャリア送受信方法およびその送信機と受信機 - Google Patents
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Abstract
【課題】マルチキャリア方式と符号多重化方式(CDMA)を組合せ、CNR(搬送波対雑音電力比)に応じて符号多重数Nを変更する。
【解決手段】受信側で送受信間の通信路状態(CNR)を観測し(41)、その結果に基づきコード多重数Nを決定し(42)、Nを送信機11、受信機21の各拡散符号伝達器18,28へ送り、伝達器18,28は予め決めたNと対応する拡散符号群を発生し、また入力データをN分割し(34)、これらN個のデータをその拡散符号群の各符号で拡散し、かつ拡散されたデータをサブキャリア対応にN重に多重化して、サブキャリアを変調して送信する。受信側で受信信号をサブキャリアごとに復調し、各復調出力を伝達器28よりの拡散符号で逆拡散する。CNRが悪い時はNを小として通信品質を保持し、CNRが良い時はNを大として収容ユーザ数を大とする。
【選択図】 図3
【解決手段】受信側で送受信間の通信路状態(CNR)を観測し(41)、その結果に基づきコード多重数Nを決定し(42)、Nを送信機11、受信機21の各拡散符号伝達器18,28へ送り、伝達器18,28は予め決めたNと対応する拡散符号群を発生し、また入力データをN分割し(34)、これらN個のデータをその拡散符号群の各符号で拡散し、かつ拡散されたデータをサブキャリア対応にN重に多重化して、サブキャリアを変調して送信する。受信側で受信信号をサブキャリアごとに復調し、各復調出力を伝達器28よりの拡散符号で逆拡散する。CNRが悪い時はNを小として通信品質を保持し、CNRが良い時はNを大として収容ユーザ数を大とする。
【選択図】 図3
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば移動体通信システムに適用され、符号分割多重(CDM)と、周波数分割多重(FDM)であるがキャリア(搬送波)周波数間隔を小さくしたマルチキャリア信号伝送受信方法、その送信装置及びその受信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在の移動体通信システムにおいて、高い伝送速度を達成する技術としてマルチキャリア通信方式が注目されている。その中でも、直交関係を用いてキャリア周波数間隔を小さくした直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)方式は周波数選択性フェージングに対して耐性があること、ガードインターバル(GI)を付加することによってシンボル間干渉を軽減できること、誤り訂正符号およびインターリービングを組み合わせることによって周波数ダイバーシチ効果を得ることができるなどの利点がある。
【0003】
このOFDM伝送方式の構成を図1に示す。送信機11は入力端子12からの送信するデータストリームが直並列変換器13で直並列変換され、複数の低速のデータストリームとされ、それぞれのサブキャリアごとのマッピング回路141 ,…,14Q へ供給される。各マッピング回路141 ,…,14Q において、その入力された低速データストリームのデータについて信号点に対するマッピングが行われ、そのマッピングされた信号点に応じて対応する変調器15q (q=1,…,Q)で対応するサブキャリアに対する変調が行われ、これら変調された全サブキャリアの信号が加算回路16で足し合わされ、送信アンテナ17から空中へ放射される。
【0004】
受信機21では、伝送された信号は受信アンテナ22で受信され、各サブキャリアごとの復号器231 ,…,23Q で受信信号が復調され、これら復調器23q の復調出力に対応するデマッピング回路24qで信号点から低速データストリームに変換され、これらデマッピング回路241 ,…,24Q よりの低速データストリームは並列直列変換器25で並直列変換により1列のデータストリームに変換されてこの端子26に出力される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
OFDM方式に限らず一般にマルチキャリア方式では、通信に要求される誤り率を達成するための所要のCNR(搬送波対雑音電力比)が満たされない場合、シングルキャリア信号伝送システムと同じように、通信品質が劣化し通信ができなくなる。これはマルチキャリア方式では通信速度が一定であるために、所要のCNRが一定であることによる。この結果、CNRが低下した場合、例えば基地局から離れた場所の移動局では、CNRが低くなるために通信ができなくなり、一つの基地局が収容できるユーザ(移動局)数が少なくなってしまう問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決するため、この発明は、マルチキャリア通信方式に符号分割多重(CDM:Code Division Multiplexing)を組み合わせ、この組み合せる符号(コード)多重数を、通信路状態、例えばCNRに応じて制御することによって、通信速度を可変にする。すなわち、受信側において通信路状態、例えばCNRを推定し、その推定結果に応じてコード多重数を決定することによって通信路状態に応じた通信速度で通信をする。
この構成によれば、通信路の状態が悪い場合はコード多重数を小さくすることによって1情報ビット当たりのエネルギーを上げ、所要の受信品質を達成する。逆に、通信路状態が良い場合には1情報ビット当たりのエネルギーを下げて、コード多重数を上げて伝送速度を上げることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施形態1
この発明の実施形態1では、マルチキャリア通信を採用している移動体通信システムにおいて、通信路状態に応じてコード多重数を適応的に変更して送受信を行う。その動作例のフローチャートを図2に、システム構成を図3に示す。動作の前に、その送信機11と受信機21との間であらかじめ、コード多重数に対応した拡散符号群の情報を共有し、例えばそれぞれ拡散符号伝達器18,28に格納しておく。拡散符号群は、コード多重数分の拡散符号の集合を指すものとする。この情報はコード多重数に対して一意に定まっており、コード多重数を送信機と受信機との間で認識することにより、データの送受信ができる。
【0008】
最初に、送信機11と受信機21との間の通信路状態、例えばCNRを受信機21の通信路状態観測器41で観測する(S1)。通信路状態の観測結果から適切なコード多重数をコード多重数決定器42で決定し、このコード多重数の情報を送信機11へ送り、送信機11と受信機21間でこのコード多重数の情報を共有する(S2)。
送信機11、受信機21はそれぞれこのコード多重数の情報に基づき拡散符号伝達器18,28から送受信に用いる拡散符号群を認識(決定)する(S3)。次に、送信機11において、コード多重数に対応した拡散符号群を用いて符号分割多重化部33で符号分割多重化を行い、受信機21へ送信する(S4)。つまり、入力端子12からのデータストリームは分割回路34で共有したコード多重数の情報に応じてその数に分割され、これら分割されたデータストリームが、拡散符号伝達器18からの、前記認識(決定)された拡散符号群の互いに異なる1つの拡散符号によりそれぞれ符号拡散され、これら拡散されたデータストリームが多重化される。
【0009】
受信機21では受信した符号多重化データを、符号分割逆多重化部43で、前記認識(決定)された拡散符号群を用いて逆多重化する(S5)。これら逆多重化データは合流回路44で1つのデータストリームに合流されて受信データとして出力端子26に出力される。
この実施形態1によれば、通信路状態が悪ければ、符号多重数を少なくして、1シンボル当りのエネルギーを大とし、通信品質を向上させることができ、また逆に通信路状態が非常に良好であれば符号多重数を多くして伝送通信容量を増加させることができる。
【0010】
実施形態2
この実施形態2は図3に示した送信機11、受信機21の各具体的構成例を示すもので、時間領域拡散・多重化を行う場合である。送信機11の構成を図4に、受信機21の構成を図5にそれぞれ示す。
以下、コード多重数をN(Nは1以上の整数)、サブキャリア数をQ、拡散率をMとする。
コード多重数に対応した拡散符号群の情報のみならず、分割回路34、合流回路44におけるデータストリームの分割パタンの情報をも共有しておく。
送信機11において、受信機21から送られたコード多重数Nの情報が受信部19で受信され、分割回路34は決定されたコード多重数Nに基づく分割パタン(予め決めたもの例えば入力順)にしたがって、送信するデータストリームをN分割し、コード多重数Nと等しい数のデータストリームを生成する。これら生成されたN個のデータストリームは、それぞれ直並列変換器13n (n=1,…,N)によってQ本のデータストリームに更に分割され、各ブランチ、つまり各サブキャリアと対応する処理系へ出力する。この例では直並列変換器13n からのQ本のデータストリーム、各ブランチの出力をマッピング回路14qn (q=1,…,Q)に入力し、信号点に変換する。マッピング回路14qn の出力をそれぞれ時間領域拡散器35qn に入力し、拡散符号#n(拡散率M)を、入力された信号の1シンボルに対して乗算して拡散する。拡散に用いる拡散符号は、コード多重数分(N個)の拡散符号#1〜#Nが拡散符号伝達器18から伝達され、例えば図6Aに示すように直並列変換器131 ,…,13N からの各q番目のデータストリームDq1,…,DqN に異なった拡散符号#1,…,#Nがそれぞれ乗算される。時間領域拡散器35q1 ,…,35qNの出力が時間領域多重化器36q へ供給され、時間領域多重化器36q において、それぞれN個のデータストリーム信号を加算し、一つのデータストリームにする。以下、これら多重化されたデータストリームに変調器15q を通じ加算回路16で加算し、送信アンテナ17を通して受信機21へ伝送する。
【0011】
図5に示す受信機21では、受信アンテナ22において受信した信号を復調器231 ,…,23Q でそれぞれのサブキャリアにおいて復調した後、図5、図6Bに示すように時間領域逆拡散器45q1,…,45qN(q=1,…,Q)において拡散符号伝達器28からのN個の拡散符号#1,…,#Nを使って、拡散符号を1シンボルずつ乗算して積分することによって、時間領域で拡散した信号を元に戻し、データストリームDq1,…,DqNが得られる。拡散符号#1,…,#Nは送信機11において拡散に用いた拡散符号#1,…,#Nと同じものである。逆拡散を行った後、得られたN個のデータストリームDq1,…,DqNをデマッピング回路24q1,…,24qNでデマッピングして元の信号に戻した後、並直列変換器25n (n=1,…,N)で、並直列変換する。最後に合流回路44において、送信側での分割パタンと逆の処理を行ってN個のデータストリームを合成することによって送信した情報信号を出力端子26に得る。
【0012】
なお、送信機11、受信機21の構成は、図に示したものに限られず、例えば、マッピング回路14n を直並列変換器13n の前に配置し、デマッピング回路24n を並直列変換器25n の後に配置してもよい。
このように図に示した例に限らないことは以下の各実施形態においても同様である。なお、図4において直並列変換器をN個、マッピング回路、時間領域拡散器を各N×Q個設け、図5において、並直列変換器をN個、時間領域逆拡散器、デマッピング回路を各N×Q個設けているが、これらは、コード多重数Nにより変化するものであり、実際の送信機、受信機においては、例えば最大のNに対応した分用意しておくことになる。以下の各実施形態においても同様である。
【0013】
実施形態3
送信機11を図4に示した構成とし、受信機21の構成を図7に示すもの、時間領域逆拡散器の構成を図8に示すものとすることもできる。
すなわち、復調器23q (q=1,…,Q)よりの各サブキャリアごとの復調出力を時間領域逆拡散器45q へ供給し、各時間領域逆拡散器45q において、送信機11の分割回路34で用いた分割パタンに応じてN個の拡散符号を順番に選択して乗算して逆拡散する。この構成によって、データストリームを合成する処理を省くことができる。
【0014】
実施形態4
送信機11の構成を図9に示すものとし、時間領域拡散器の構成を図10に示すものとし、受信機21および時間領域拡散器の構成は、それぞれ図7、図8に示したものを用いる。
入力端子12よりのデータストリームは直並列変換器13でQ個のデータストリームに変換されてマッピング回路141 ,…,14Q へ供給され、マッピング回路141 ,…,14Q の出力は時間領域拡散器351 ,…,35Q へ供給される。時間領域多重化器361 ,…,36Q はバッファを備えるものである。時間領域拡散器35q (q=1,…,Q)において、その入力を分割パタンに応じて、拡散符号伝達器18からのN個の拡散符号を順番に乗算していき、その乗算出力、つまり符号拡散出力を時間領域多重化器36q 内のバッフアに格納していく。すなわちM個のビット(チップ)よりなる拡散符号により拡散されたデータストリームをバッファに格納し、1つの拡散符号分のこのデータストリームに対し、新たに拡散した後のM個のデータよりなるデータストリームを足し合わせていくことにより、各サブキャリアごとのN個の拡散したデータストリームをそれぞれ多重化する。
受信機21における時間領域逆拡散器では、図7、図8と同様に分割パタンに応じてN個の拡散符号を順番に乗算して逆拡散する。
【0015】
実施形態5
この実施形態5は送信機の構成を図9に示したもの、時間領域拡散器を図10に示したものを用い、受信機の構成を図5に示したもの、時間領域逆拡散器を図6Bに示したものを使用した場合である。
【0016】
実施形態6
実施形態6は、図3に示した構成における送信機11の符号分割多重化部33として周波数領域拡散・多重化を行う構成のものとし、受信機21の符号分割逆多重化部43に周波数領域逆拡散器を用いる。その送信器11の構成を図11に、その周波数領域拡散器の構成を図12に、受信機21の構成を図13に、その周波数領域逆拡散器を図14にそれぞれ示す。
これまでの説明と同様に周波数領域拡散器、周波数領域逆拡散器以外は、各図の対応する部分は同一参照番号を付けてある。この実施形態においても、送信機11と受信機21間では、あらかじめ、コード多重数に対応した拡散符号群の情報および、分割回路・合流回路におけるデータストリームの分割パタンを共有しておき、また、通信路状態に応じたコード多重数を決定しこれを共有し、コード多重数に対応した拡散符号群を周波数領域拡散器、周波数領域逆拡散器へ伝達する。
【0017】
送信機11において分割回路34により生成されたコード多重数分のN個のデータストリームをマッピング回路141 ,…,14N で信号点に変換し、マッピング回路141 ,…,14N の出力をそれぞれ周波数領域拡散器37に入力する。この例では周波数領域拡散器37は図12に示すようにN個の周波数領域拡散器371 ,…,37N を備え、入力されたデータストリームをM個のブランチへ割り当てる。つまりそれぞれ同一データストリームをM個のブランチに分岐する。拡散率M、つまり構成ビット(チップ)数がM個の拡散符号(拡散率M)を、1ビットずつ、ブランチの信号に乗算する。拡散に用いる拡散符号は、コード多重数分(M個)の拡散符号#1,…,#Nが拡散符号伝達器18から伝達され、それぞれのデータストリームに異なった拡散符号が乗算される。つまり入力されたデータストリームDn (n=1,…,N)はM個のブランチの乗算器370n1,…,370nMで拡散符号#nの構成ビット(M個)の対応するものとそれぞれ乗算される。その後、周波数領域多重化器38において、各N個のデータストリーム信号を加算し、それぞれ一つのデータストリームにする。即ち図12に示すように周波数領域拡散器371 ,…,37N よりの各乗算器370m1,…,370mM(m=1,…,M)の出力が加算器38m でそれぞれ加算されて多重化される。加算器381 ,…,38M よりのデータストリームはそれぞれ変調器151 ,…,15M 、加算回路16、送信アンテナ17を通して受信機21へ伝送される。
【0018】
受信機21では、図13に示すように受信アンテナ22において受信した信号を復調器231 ,…,23M でそれぞれのサブキャリアにおいて復調した後、周波数領域逆拡散器471 ,…,47n において、N個の拡散符号#1,…,#Nを使って、図14に示すように各復調器23m (m=1,…,M)の復調出力をそれぞれN個にブランチしてN個の同一データストリームを作り、周波数領域逆拡散器471 ,…,47N においてブランチされた各N個の同一データストリーム中の各1つのストリームについて乗算器470n1,…,470nM(n=1,…,N,m=1,…,M)で対応する拡散符号#nのM個の構成ビット中の対応するものがそれぞれ乗算され、各乗算器470n1,…,470nMの出力を合成器47anでそれぞれ合成することによって周波数領域逆拡散する。逆拡散を行った後、得られたN個のデータストリームをデマッピング回路241 ,…,24N でそれぞれデマッピングして元の信号に戻した後、合流回路44において、分割パタンと逆の処理を行ってN個のデータストリームを合成することによって送信した情報信号を出力端子26に得る。
【0019】
実施形態7
この実施形態7では送信機11としては図13に示したものを使用し、受信機21は図15に示す構成のものを、周波数領域逆拡散器として図16に示すものを使用する。これは時間領域拡散/逆拡散における図7、図8に示した技術を周波数領域拡散/逆拡散に適用したものである。つまり周波数領域逆拡散器47では、入力される復調器231 ,…,23M からの各データに対し、図16に示すように乗算器4701 ,…,470M で拡散符号#1,…,#Nを、送信機の分割回路34の分割パタンと対応した順にその拡散符号のM個の構成ビットの対応するものをそれぞれ乗算し、その乗算結果を合成器47aにより合成し、その合成出力をマッピング回路24へ供給する。この構成により合流回路44を省略できる。
【0020】
実施形態8
この実施形態8は受信機21として図15に示したものを用いるが、送信機11の構成を図17に示すものを、周波数領域拡散器の構成を図18に示すものとした場合である。
これは実施形態4に示した構成を周波数領域拡散/逆拡散に変えたものと対応する。この場合は図11中の分割回路34が省略され、入力端子12よりデータストリームを1つのマッピング回路14へ供給し、更にマッピング回路14の出力を周波数領域拡散器37へ供給する。周波数領域拡散器37で図18に示すように、入力されたデータストリームはM個のブランチに分岐され、乗算器371 ,…,37M へ供給される。一方、拡散符号#1,…,#Nが分割パタンで決まる順に選択して取出され、取出された拡散符号のそのM個の構成1ビットの対応するものが乗算器371 ,…,37M でその入力に対する乗算が行われ、これら乗算結果が周波数領域多重化器38のバッファへ格納され、つまり図18に示すように、乗算器3701 ,…,370M の出力はそれぞれ加算器381 ,…,38M へ供給され、それぞれ1ビット乗算出力がそのバッファに格納され、次の1ビット乗算出力がバッファに格納されている乗算出力に対し足し込まれることが順次行われ、それぞれN個分が足し込まれるごとに多重化出力として変調器15m に出力される。
【0021】
実施形態9
実施形態9は送信機11の構成を図17に示すものとし、その周波数領域変換器37の構成を図18に示すものとし、受信機21の構成を図13に示すものとし、その周波数領域逆拡散器の構成を図14に示すものとした場合である。これは実施形態5において、時間領域拡散/逆拡散を周波数領域拡散/逆拡散に変えたものとなる。
【0022】
実施形態10
実施形態10は実施形態6から9における周波数領域拡散器及び周波数領域逆拡散器を変形例としたものである。周波数領域拡散器では図19に示すように、入力されたデータストリームを乗算器37bでシンボルごとに拡散符号を乗算し、その乗算出力を直並列変換器37cでM個の並列データに変換する。
この図19に示したものは図12の各拡散器37n や図18の拡散器37として使用することができる。
周波数領域逆拡散器では図14中の各拡散器47n 及び合成器47anや図16の拡散器47及び合成器47aの代りに図20に示すように並列に入力されたM個の復調信号を並直列変換器47bで直列復調信号に変換し、その直列復調信号を、乗算器47cで拡散符号を乗算し、その乗算出力を積分器47dで積分して出力するようにしてもよい。
【0023】
実施形態11
実施形態11は実施形態1において、周波数領域拡散・多重化を行う機能を備え、拡散・多重化した後の信号をコード多重数に対応した割り当てパタンにしたがってサブキャリアに可変に割り当てて送受信を行う。実施形態11の動作のフローチャートを図21に示す。拡散率がサブキャリア数よりも小さいとき(M<Q)に効果がある実施形態であり、1シンボルの拡散・多重化した信号を割り当てるサブキャリアを、コード多重数に応じて可変にする。
動作の前に、送信機11と受信機21間であらかじめ、コード多重数に対応した拡散符号群の情報のみならずコード多重数に対応したパタン情報を共有しておく。拡散符号群同様に、パタン情報もコード多重数に対して一意に定まっており、コード多重数を送信機11と受信機21間で認識することにより、データの送受信ができる。
【0024】
最初に、実施形態1と同様にチャネル状態を観測し(S1)、コード多重数を決定し、送信機と受信機間でコード多重数の情報を共有し(S2)、送受信に用いる拡散符号群を認識し(S3)、この実施形態ではそのコード多重数の情報に基づき、割り当てパタンを認識する(S4)。
次に、送信機において、認識した拡散符号群を用いて、周波数領域拡散により、符号分割多重化を行い(S5)、その多重化信号を認識した割り当てパタンにしたがってサブキャリアに割り当てて送信する(S6)。受信機はサブキャリアに割り当てられた信号を、認識した割り当てパタンにしたがって元に戻し(復調し)(S7)、認識した拡散符号群を用いて逆拡散し、データ受信を行う(S8)。
【0025】
マルチキャリア通信方式では、遅延波が存在するフェージング環境下において、サブキャリアごとに受信電力が変動する。図22に64本のサブキャリアF1〜F64から構成されているチャネルの、フェージング環境下における受信周波数特性の例を示す。縦軸は受信平均電力、横軸はサブキャリアF1〜F64を示している。このように、サブキャリアによって受信平均電力が変わっていることが分かる。
すなわち、受信電力が大きいサブキャリアと小さいサブキャリアが存在する。したがって、周波数領域で拡散した1シンボルの信号を、複数のサブキャリア(以下、サブキャリア群と定義する)で伝送し、受信側で合成(逆拡散)することによって、合成後の信号の電力が小さくなる確率は減る。これはいわゆる周波数ダイバーシチ効果である。
この周波数ダイバーシチ効果により、周波数領域拡散を行う方式は時間領域拡散を行う方式よりも良好な特性を示す。図23に周波数領域拡散を行う方式と時間領域拡散を行う方式の特性例を示す。縦軸はパケット誤り率PER、横軸は搬送波対雑音電力比CNRである。両方式のシステムパラメータを図42に示す。チャネルは遅延分散100nsの指数減衰型レイリーフェージングチャネルを想定し、コード多重数は8としている。周波数領域拡散を行う方式の送信機、受信機構成は図24、図25のように構成されている。
【0026】
図24、図25において、これまでに示した図中と対応する部分に同一参照番号を付けて、説明を簡略にする。送信機11では分割回路34からのN個のストリームデータは直並列変換器131 ,…,13N でR個の並列ストリームデータに変換され、これらの各r番目(r=1,…,R)のデータのN個がそれぞれマッピング回路14r1,…,14r Nを通じて周波数領域拡散器37r へ供給され、例えば図12に示したと同様な構成でそれぞれ周波数領域拡散が行われる。各周波数領域拡散器37r よりの拡散出力は、周波数領域多重化器38r へ供給され、その拡散符号の対応ビットごとに各N個の拡散値がそれぞれ多重化されてM個の拡散出力が変調器15r1,…,15rMへ供給され、それぞれ対応するサブキャリアに変換され、加算回路16で加算、送信される。サブキャリアの数はR×Mである。
【0027】
受信機21では受信信号は復調器23r1,…,23RMでそれぞれ復調され、これら復調出力は周波数領域逆拡散器47r (r=1,…,R)で図14に示したと同様な構成により逆拡散されて、r番目のN個のデータが得られ、これらはデマッピング回路24r1,…,24rNでデマッピングされ、更に並直列変換器251 ,…,25N でR個の並列データがそれぞれ直列データに変換され、これらN個の直列データが合流回路44で1つのストリームデータに合流される。
大きな周波数ダイバーシチ効果を得ようとした場合は、1シンボルの拡散した信号を伝送するサブキャリアの受信信号の位相・振幅特性の相関が低くなるように伝送するとよい。これを実現するために、伝送するサブキャリア群をそのサブキャリアの順番が連続しないように構成する。例えば、あるサブキャリア群を、1番目、12番目、24番目、36番目のサブキャリアF1,F12,F24,F36で構成する。
【0028】
ところで、上記のようにサブキャリア番号が不連続にサブキャリア群を構成し、受信側で相関が低いサブキャリアとなるように伝送すると、コード間干渉が発生する。つまり送信前では異なる拡散符号で拡散された信号が互いに直交しているにもかかわらず、受信後ではサブキャリアごとに受信振幅が異なるために信号の直交性が崩れる現象が発生し、逆拡散すると干渉が発生する。
図26Aに示すように送信側でデータD1を拡散符号C1で拡散して拡散信号SD1として送信した場合に、受信側において、図26Bに示すように送信側で拡散のために乗算した拡散符号C1と同じ拡散符号C1で受信信号SD1を逆拡散すると、信号振幅の変動が無い理想状態としては元のデータ(信号)D1を得ることができる。またこの理想状態として図26Cに示すように受信信号SD1を異なった拡散符号C1で逆拡散しても信号成分は発生せず、コード間干渉は発生しない。
【0029】
しかし、実際は通信路状態の変動の影響によって受信信号の振幅は変動する。受信側で、通信路状態を観測して変動した振幅を元に戻して逆拡散する方法(ORC:Orthogonal Restoring Combining)があるが、特性が劣化することが報告されている(例えば文献R.Prasad and S.Hara,“An overview of multi−carrierCDMA”,Proc.of International Symposium on Spread Spectrum Techniques &Applications(ISSSTA),pp.107−104,1996.)。従って、振幅が変動したままの受信信号を逆拡散する必要がある。この場合に、図26Dに示すように、受信信号の振幅がサブキャリアによって大きく異なる場合、送信側と同一拡散符号で逆拡散することにより信号成分を得ることができるが、図26Eに示すように送信側と異なった拡散符号C2で逆拡散しても信号成分が生じ、つまりコード間干渉が発生する。コード間干渉は、コード多重数が増加するにつれて大きなものになる。すなわち、コード間干渉の影響と周波数ダイバーシチ効果はトレードオフの関係にあり、コード多重数に応じて変動する。
【0030】
図27にコード多重数が1の時と4の時の周波数領域拡散を行う方式のパケット誤り率PER特性の例を示す。このときのシステムパラメータを図43に示す。サブキャリア群が連番のサブキャリアで構成された場合(#1)、サブキャリア群が順番が連続しないサブキャリアで構成された場合(#2)を示している。これらの2つのサブキャリア群のサブキャリア構成を図44に示す。サブキャリア群は鍵括弧でくくられて示されている。
コード多重数が1の時は、#2は#1よりも特性が改善されており、大きな周波数ダイバーシチ効果が得られていることが分かる。しかし、コード多重数が4の時は、コード間干渉により、#2は#1よりも特性が劣化していることが分かる。
【0031】
そこで、この実施形態11では、コード多重数に応じて1シンボルの拡散信号を割り当てるサブキャリア群を可変にする。コード間干渉の影響を小さくするためには、サブキャリア群内の受信信号の振幅変動が小さくなる必要がある。そこで、コード多重数が大きい場合は、隣接サブキャリア間の受信信号の振幅変動は小さいとみなし、隣接したサブキャリアでサブキャリア群を図28に示すように構成する。この図28では順番が連続する4つのサブキャリアでサブキャリア群を構成した場合で各サブキャリア群内では受信信号のサブキャリアの振幅の差は比較的小さい。
【0032】
一方、コード多重数が小さい場合は周波数ダイバーシチ効果を得るために、1シンボルの拡散信号に割り当てるサブキャリア群を構成するサブキャリアを、例えば図29に示すようにとびとびにする。この場合は図29に示すようにサブキャリア群を構成する複数のサブキャリアの受信信号の振幅がサブキャリアにより大きく異なる状態になっても大きな周波数ダイバーシチ効果を得ることができる。
【0033】
実施形態12
この実施形態12は実施形態11の方法を実現するための装置であり、実施形態6から10において、コード多重数に対応した連結パタンをスイッチに伝達する連結パタン伝達器と、伝達された連結パタンによってスイッチング動作が変更される空間スイッチを設けて実施形態11の方法を実現する。以下、実施形態6に実施形態12を適用した場合について説明を行う。
この場合の送信機11、受信機21の各構成を図30、図31にそれぞれ示す。送信機11においては図11に示した構成に対し、変調器の数が周波数領域多重化器38の出力端の数Mより多い数Qとされ、周波数領域多重化器38と変調器151 ,…,15Qとの間に、空間スイッチ51が挿入され、コード多重数Nに対応した連結パタンを発生して空間スイッチ51に伝達して空間スイッチ51を制御する連結パタン伝達器52が設けられる。また受信機21においては図13に示した構成に対し、送信機11と同様に復調器の数はQ個(Q>M)とされ、復調器231 ,…,23Qと周波数領域逆拡散器42のM個の入力端との間に空間スイッチ61が挿入され、コード多重数に対応した連結パタンを発生して空間スイッチ61に伝達して空間スイッチ61を制御する連結パタン伝達器62が設けられる。
【0034】
受信機21の通信路状態観測器41において観測された通信路状態に応じて決定されたコード多重数Nは送信機、受信機の各拡散符号伝達器18,28のみならず連結パタン伝達器52,62にも伝達される。連結パタン伝達器52,62は、コード多重数Nに対応した連結パタンを空間スイッチ51,61にそれぞれ伝達する。
送信機11において空間スイッチ51はこれに伝達された連結パタンに応じて、周波数領域多重化器38のM個の出力側と変調器151 ,…,15Qとを相互に連結し、周波数領域多重化器38のM個の出力を、コード多重数に応じて連続する順番や不連続順番でサブキャリアに割り当て、そのサブキャリアにより送信される。その他の動作は図11に示したものと同様である。この場合、Q=MでもよいがQ>Mとされているので通信路状態の影響を一層受け難い通信を行うことができる。
【0035】
受信機21では、空間スイッチ61において、これに伝達された連結パタンを用いて、復調器231 ,…,23Qと周波数領域逆拡散器47のM個の入力側が連結され、この連結に従って、各サブキャリアの復調出力が周波数領域逆拡散器47の入力側の何れかに入力される。その他の動作は図13に示したものと同様である。
この図30、図31に示した構成により、コード多重数Nが多ければ順番が連続するサブキャリアが用いられ、コード間干渉が小となり、コード多重数Nが少なければ、順番が不連続のサブキャリアが用いられて周波数ダイバーシチ効果が大となるように、周波数領域拡散器37のM個の出力側とQ個の変調器151 ,…,15Q との組合せ接続、またQ個の復調器231 ,…,23Q と周波数領域逆拡散器47のM個の入力側との組合せ接続がそれぞれ連続パタンに応じて変更される。Q>Mの場合、特に有効であることは容易に理解されよう。
【0036】
実施形態13
この実施形態13は実施形態12において、連結パタン伝達器52,62において、コード多重数に対応した連結パタンを記憶する記憶素子52a,62aを備え、コード多重数決定器42より伝達されたコード多重数に対応した連結パタンが読み出される。実施形態11で述べたように、周波数領域多重化器38の出力は、コード多重数が大きい場合は隣接した(連番の)サブキャリアに割り当てられ、コード多重数が小さい場合は非隣接(非連番)のサブキャリアに割り当てる。
例えば、図45に示すようなテーブルが記憶素子52a,62aに保持され、コード多重数に応じて連結パタンが読み出される。ある周波数領域多重化器38の4つの出力は、コード多重数が4の時は0〜3番目のサブキャリアF0,F1,F2,F3に割り当てられ、コード多重数が2の時は0,12,24,36番目のサブキャリアF0,F12,F24,F36に割り当てられる。
【0037】
実施形態14
この実施形態14では、周波数領域で拡散・多重化した後の信号を、通信路状態に応じたパタンにしたがってサブキャリアに可変に割り当てて送受信を行う。動作のフローチャートを図32に示す。この実施形態14は拡散率がサブキャリア数よりも小さいとき(M<Q)に効果があり、拡散した1シンボルの信号に割り当てるサブキャリア群を、通信路状態に応じて可変にする。例えば各サブキャリアの受信振幅を観測し、その観測結果に応じてサブキャリア群を決定する。
動作の前に、送信機と受信機間であらかじめ、コード多重数に対応した拡散符号群の情報を共有しておき、通信路状態を観測する(S1)。この通信路状態には各サブキャリアの受信振幅も含まれ、通信路状態の観測結果からコード多重数を決定し、送信機と受信機間でコード多重数の情報を共有する(S2)。コード多重数の情報から、使用する拡散符号群を認識する(S3)。この実施形態では更に、観測した各サブキャリアの受信振幅からサブキャリア群を構成する。この構成を実現するためのパタン情報を決定し、送信機と受信機間で共有する(S4)。
次に、送信機において、認識した拡散符号群を用いて符号分割多重化を行い(S5)、これらを決定したパタンにしたがってサブキャリアに割り当てて送信する(S6)。受信機は、サブキャリアに割り当てられた信号を、決定したパタンにしたがって元に戻し(S7)、認識した拡散符号群を用いて逆拡散し、原データを得る(S8)。
【0038】
実施形態15
実施形態15は実施形態14を実現するための装置であり、実施形態6〜10のそれぞれにおいて、周波数領域多重化器38の出力側、周波数領域逆拡散器47の入力側の各数Mに対し、M個より多いQ個の変調器、復調器をそれぞれ設け、通信路状態観測器41において通信路状態の推定結果から空間スイッチの連結パタンを決定して空間スイッチへ伝達する連結パタン決定器と、伝達された連結パタンによってスイッチング動作が変更される空間スイッチとが設けられる。以下、この実施形態15を実施形態6に適用した場合について説明を行う。
送信機11、受信機21の各構成を図33、図34にそれぞれ示す。図30に示した送信機11と同様に、周波数領域多重化器38と変調器151 ,…,15Q との間に空間スイッチ51が挿入され、この実施形態15では空間スイッチ51は受信部19からの連結パタンにより制御される。受信機21は図31に示した受信機21と同様に、復調器231 ,…,23Q と周波数領域逆拡散器47との間に空間スイッチ61が挿入され、連結パタン決定器63が空間スイッチ61に接続される。
まず、受信機21の通信路状態観測器41の観測結果から適切なコード多重数を決定し、拡散符号伝達器18,28へ伝達し、また、通信路状態観測結果と、決定されたコード多重数とから、連結パタン決定器63において空間スイッチ51,61用の連結パタンを決定し、空間スイッチ51,61へ伝達する。つまり、この連結パタンの決定が実施形態12と異なり、その他は図30に示した送信機、図31に示した受信機と同様であるから、その動作の説明は省略する。
【0039】
実施形態16
実施形態16は実施形態15において、通信路状態観測器41で各サブキャリアの受信信号の振幅値を測定して、連結パタン決定器63ではコード多重数およびサブキャリア受信信号の振幅値から連結パタンを決定する。
、コード間干渉の影響を緩和するためには、1シンボルの拡散信号に割り当てるサブキャリア群内の受信信号の振幅変動、つまりサブキャリア間の受信振幅の差を小さくすれば良い。したがって、全サブキャリアの受信振幅を推測し、コード多重数が大きい場合は振幅値の差が小さくなるようにサブキャリア群を構成し、コード多重数が小さい場合は振幅値の差が大きくなるようにサブキャリア群を構成する。
通信路状態推定器41では、通信路状態を推定してコード多重数を決定すると同時に、サブキャリアごとの信号の受信振幅を観測する。決定したコード多重数が小さい場合は、観測結果から受信振幅値の差が小さくなるようにサブキャリア群を構成し、空間スイッチの連結パタンを決定する。
【0040】
実施形態17
実施形態17は実施形態1〜16において、搬送波対雑音電力比(CNR)に応じてコード多重数を決定する。通信路状態観測器41においてCNRを測定してコード多重数決定器42に伝達し、コード多重数決定器41において適切なコード多重数を決定する。CNRが低いときはコード多重数を小さくし、1情報ビット当たりのエネルギを上げて所要の受信品質を達成する。CNRが高いときはコード多重数を大きくし、伝送速度を上げる。例えば、コード多重数決定器41は46に示すようなCNRとコード多重数の関係を示すテーブルを保持し、CNRに応じたコード多重数を決定する。
【0041】
実施形態18
実施形態18は実施形態1〜16において、CNRおよび遅延分散に応じてコード多重数を決定する。つまり通信路状態観測器41においてCNRおよび遅延分散を測定してコード多重数決定器42に伝達し、コード多重数決定器42においてCNRおよび遅延分散に応じて適切なコード多重数を決定する。CNRに加えて、遅延分散も受信品質に影響を及ぼし、遅延分散が高くなると受信品質が劣化する。したがって、遅延分散が高いときはコード多重数を小さくし、1情報ビット当たりのエネルギを上げて所要の受信品質を達成する。従って例えば図34中に示すように、通信路状態観測器41はCNR測定部41a、遅延分散測定部41b、サブキャリア振幅測定部41cを備える。
【0042】
実施形態19
実施形態19は実施形態1〜18において、拡散符号伝達器18,28は拡散符号系列を記憶する記憶素子を持ち、コード多重数決定器42において決定されたコード多重数に対応した拡散符号を記憶素子から読み出して出力するものである。たとえば、拡散符号伝達器18,28は図47に示すような、拡散符号系列に番号を付与したテーブルと、図48に示すような、コード多重数に対応した拡散符号系列の番号を記したテーブルを記憶素子に保持し、コード多重数に応じて拡散符号を参照し、記憶素子から読み出す。例えば図33中に示すように、拡散符号伝達器18は図48に示した多重数−拡散符号番号テーブル(記憶素子)18aと、図47に示した拡散符号テーブル(記憶素子)18bを備え、入力されたコード多重数によりテーブル18aから拡散符号番号群の1つが読み出され、その読み出された拡散符号番号群の各番号により拡散符号テーブル18bから各拡散符号が読み出される。
【0043】
実施形態20
実施形態20は実施形態1〜18において、拡散符号伝達器18,28は拡散符号系列を発生させる生成器を持ち、コード多重数決定器42において決定されたコード多重数に対応した拡散符号を生成して出力するものである。たとえば、拡散符号として、シフトレジスタから生成されるゴールド符号を用いる場合、図48に示した各テーブルに加えて、各拡散符号番号と対応してシフトレジスタの初期状態やシフトレジスタの結線情報を保持し、コード多重数に応じてシフトレジスタに対する初期状態の設定と結線を行って、読み出された各拡散符号番号の拡散符号を生成する。
【0044】
実施形態21
実施形態1〜20において、コード多重数の情報、連結パタン情報を送信機11と受信機21とで無線通信手段を用いて共有する。すなわち、コード多重数の情報、連結パタン情報をマッピング回路、変調器、送信アンテナを通して通信相手の送信機と並設された受信機へ無線伝送する。一般的通信の一方側も他方側もそれぞれ送信機と受信機を備えており、受信機21側に設けられた送信機を用いてコード多重数情報などを送信機11側の受信機へ送信すればよい。サーキュレータを用いることによって、送信アンテナと受信アンテナを1つのアンテナで共用してもよい。
【0045】
実施形態22
実施形態22は実施形態1〜21において、OFDM変調を行う。つまり、送信機11における変調器151,…,15Q(又は15M)および加算回路16を逆フーリエ変換器に、受信機21における復調器251,…,25Q(又は25M)をフーリエ変換器に置き換えることによって実現することができる。
【0046】
実施例
以下に、この発明の実施例を説明する。図35に示すような基地局71から端末局U1,U2への通信(ダウンリンク)を想定する。端末局U1,U2から基地局71への通信(アップリンク)の場合も同様である。基地局71のサービスエリア(セル)72内に複数の端末局(ユーザ)が存在し、無線通信サービスを受けているものとする。アクセス方式は時分割多重アクセス方式(TDMA:Time Division Multiple Access)とし、各端末局(ユーザ)はそれぞれ異なったタイムスロットを基地局71から割り当てられている。この実施例で想定したシステムパラメータは図43に示したものと同様である。
【0047】
ダウンリンクではシンボル間の同期を取ることができるため、拡散符号には符号同士が互いに直交して無相関となるウォルシュアダマール符号(以下、WH符号)を用いる。拡散符号の拡散率Mを4としているため、図47に示すような4つの拡散符号が存在する。コード多重数Nに応じて、図48に示したような拡散符号の割り当てが決定されており、拡散符号群として定義されている。
基地局71、端末局Uの各拡散符号伝達器、各連結パタン伝達器におけるコード多重数Nの初期値は1に設定されている。まず、端末局Uで基地局71と端末局U間の通信路状態の推定を通信路状態観測器41で行う。ここではプリアンブルを用いて通信路状態を推定する。基地局と端末局間の通信に用いるフレームのフレームフォーマットの一例を図38に示す。つまり通信フレームはプリアンブル部91とこれに続くデータ部92とよりなりプリアンブル部91はある決まったパタンを持ち、基地局71と端末局Uとの間で既知とする。プリアンブル信号は、基地局71のプリアンブル送出部58に保持されており、スイッチ57、周波数変換器59、アンテナ17を通して端末局Uへ伝送される。端末局Uにおいて、プリアンブル信号はアンテナ22、周波数変換器69を通して通信路状態観測器41に入力される。通信路状態観測器41では、通信路の状態を観測し、コード多重数決定器42へ伝達する。伝達する通信路状態のパラメータは、この例ではCNRを用いるものとする。コード多重数決定器42は、図46に示したようなディシジョンテーブルを持ち、観測されたCNRに応じたコード多重数Nを決定する。
【0048】
決定されたコード多重数Nは制御信号に変換され、基地局71と端末局Uの各拡散符号伝達器18,28、各連結パタン伝達器52,62へ伝送される。基地局71の拡散符号伝達器18、連結パタン伝達器52へは制御信号を、マッピング回路85、変調器86により無線信号に変換し、アンテナ22を通して基地局71へ伝送し、これを基地局71のアンテナ17で受信し、変調器75、デマッピング回路76により制御信号を得る。両局の拡散符号伝達器18,28は受け取った制御信号からコード多重数Nを解読する。拡散符号伝達器18,28は拡散符号系列を記憶する記憶素子を持ち、図47、図48に示したようなテーブルを保持し、コード多重数Nに応じて拡散符号群を記憶素子から読み出して、周波数領域拡散器37、周波数領域逆拡散器47へ伝達する。連結パタン伝達器52,62は、図45に示したようなテーブルを保持し、コード多重数Nから空間スイッチ51,61に対する連結パタンを参照する。図45の番号(0〜15)はサブキャリア番号を示し、一つの周波数領域多重化器38r(r=1,…,R)からの各M個の出力ストリームはかぎ括弧でくくられたサブキャリア群のサブキャリアの成分として出力される。連結パタンは、コード多重数Nが大きい時はこの例ではN=3とN=4の場合は図45に示すように番号順が連続したサブキャリアに割り当て、つまり、図34に示すように周波数領域多重化器371〜37Rよりの各M個の出力側がその全体の配列が保持されてサブキャリアf0〜fQの端子に出力される。一方コード多重数Nが小さい時は、この例ではN=1,N=2の場合図45に示すようにとびとびのサブキャリアに割り当てられるように設定されている。この場合図40に示すように周波数領域多重化器371〜37Rの出力端子の各M個の配列がそれぞれ広げられて、サブキャリアf0〜faの端子と接続される。読み出された連結パタンを空間スイッチへ伝達する。空間スイッチ51,61では、伝達された連結パタンを用いてその入力ポートと出力ポートを連結する。このように連結パタンにより空間スイッチ51,61の入力ポートと出力ポートの組合せ接続状態が、例えば図39と図40とに変更される。
【0049】
このように拡散符号群、連結パタンを設定した後、基地局71において、畳み込み符号器のインタリーバ77で出力端子12から送信するストリームを畳み込み符号化して、インターリービングした後、このストリームをR=12(=サブキャリア数Q/周波数領域拡散率M)のブランチを有する直並列変換器13によって12本の並列ストリームに分割し、各ブランチへ出力する。
これら12個のブランチに割り当てられたストリームはマッピング回路141,…,14Rへ入力される。マッピング回路141,…,14Rにおいて、送信ストリームは送信用の信号点に変換される。その後、マッピング回路141,…,14Rの出力ストリームを周波数領域拡散器371,…,37Rへ入力する。
【0050】
周波数領域拡散器371,…,37Rでは、図18で説明したように入力されたストリームを4本(=M)複製して4本のブランチにそれぞれ割り当て、伝達された拡散符号を1ビットずつ各ブランチに割り当てられたストリームに乗算する。コード多重数分のストリームに対して割当てられた拡散符号群の各拡散符号を順次乗算し、周波数領域多重化器381,…,38Rへ出力する。
周波数多重化器381,…,38Rでは、入力されるコード多重数分のデータストリームをバッファに保持し、図18で説明したようにこれらの出力をN個分ずつ足し合わせて(多重化して)一つのストリームにする。その後、周波数多重化器381,…,38Rからの出力は空間スイッチ51へ入力される。空間スイッチ51は図39、図40を参照して説明したように入力されたストリームをそれぞれのサブキャリアへ割り当て接続する。
【0051】
それぞれのサブキャリアに割り当てられたストリームは逆フーリエ変換器55に入力され、OFDM変調される。逆フーリエ変換器55からの出力に、GI(ガードインターバル)付加器56によりガードインターバルを付加し、周波数変換器59により無線周波数に変換した後、サーキュレータ74を通じてアンテナ17から端末局Uへ伝送される。
端末局Uでは、アンテナ22より受信した信号をサーキュレータ84を通じ、周波数変換器69で周波数変換し、GI除去器66によりガードインターバルを除去した後にフーリエ変換器65に入力して復調する。復調後のストリームはQ=64(=4×12)本のサブキャリアに出力され、空間スイッチ61へ入力される。空間スイッチ61は、入力されたストリームを連結パタンに応じてそれぞれのブランチへ割り当てる。図39、図40に示したように、基地局71の周波数領域多重化器371,…,37Rの全出力端子の配列順になるようにする。
【0052】
ブランチに割り当てられたストリームは周波数領域逆拡散器471,…,47Rに入力される。周波数領域逆拡散器471,…,47Rでは、フェージング通信路による位相回転を補正した後、図16で説明したように拡散符号を1ビットずつ、各ブランチに割り当てられた信号に乗算し、それぞれのブランチの信号を合成する。合成後の4本のブランチからのストリームをデマッピング回路241,…,24Rでデマッピングした後、並直列変換器25で並直列変換し、その1体となったストリームデータをビタビ復号器・デインターリーバ81でデインターリービングを行い、ビタビ復号器によって復号してデータ受信を出力端子26に出力する。
【0053】
実施例のシステムと、空間スイッチを用いないシステムのパケット誤り率特性を図41に示す。システムパラメータは図43に示したものと同様である。空間スイッチを使わないシステムでは、コード多重数によらずにスイッチ連結パタンは一定である(図49)。通信路は18波指数減衰型レイリーフェージングチャネルを想定しており、コード多重数が最大(コード多重数=4)および最小(コード多重数=1)の場合の特性を示す。コード多重数が4の場合は連結パタンが同じなので特性が一致する。コード多重数が1の場合は空間スイッチを用いたシステムの方が良好な特性を示す。
【0054】
【発明の効果】
この発明によれば、コード多重数を通信路の状態に応じて適応的に可変にすることによって伝送速度を可変にすることができることから、受信CNRが低い場合でも伝送速度を下げることによってユーザは通信サービスを受けることができ、一基地局当たりの収容ユーザ数を増やすことができる。
また、周波数領域で符号分割多重を行う場合においては、コード多重数に応じて、1シンボルの拡散信号を割り当てるサブキャリアを適応的に可変にすることによって、通信品質の改善を行うことができる。
さらに、スペクトル拡散技術を行っていることから、干渉に強いシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】OFDM方式の送受信機構成を示す図。
【図2】この発明方法の一例の処理手順の例を示すフローチャート。
【図3】この発明のシステム構成例を示す図。
【図4】実施形態2の送信機の機能構成例を示す図。
【図5】実施形態2の受信機の機能構成例を示す図。
【図6】Aは図4中の時間領域拡散器37の具体例を示す図、Bは図5中の時間領域逆拡散器の具体例を示す図である。
【図7】実施形態3のデータ受信機の機能構成例を示す図。
【図8】実施形態3における時間領域逆拡散器の具体例を示す図。
【図9】実施形態4のデータ送信機の機能構成例を示す図。
【図10】実施形態4における時間領域拡散器の具体例を示す図。
【図11】実施形態6のデータ送信機の機能構成例を示す図。
【図12】実施形態6における時間領域拡散器の具体例を示す図。
【図13】実施形態6のデータ受信機の機能構成例を示す図。
【図14】実施形態6における時間領域逆拡散器の具体例を示す図。
【図15】実施形態7のデータ受信機の機能構成例を示す図。
【図16】実施形態7における周波数領域逆拡散器の具体例を示す図。
【図17】実施形態8のデータ送信機の機能構成例を示す図。
【図18】実施形態8における周波数領域拡散器の具体例を示す図。
【図19】実施形態10における周波数領域拡散器の具体例を示す図。
【図20】実施形態10における周波数領域逆拡散器の具体例を示す図。
【図21】実施形態11におけるフローチャート。
【図22】通信路の周波数特性例を示す図。
【図23】周波数領域拡散を行う方式と時間領域拡散を行う方式の特性比較例を示す図。
【図24】周波数領域拡散を行う方式の送信機の機能構成例を示す図。
【図25】周波数領域逆拡散を行う方式の受信機の機能構成例を示す図。
【図26】コード間干渉のメカニズムを説明するための図。
【図27】周波数領域拡散を行う方式におけるコード多重数に対する特性比較例を示す図。
【図28】コード多重数が大きい場合のサブキャリア群構成例を示す図。
【図29】コード多重数が小さい場合のサブキャリア群構成例を示す図。
【図30】実施形態12のデータ送信機の機能構成例を示す図。
【図31】実施形態12のデータ受信機の機能構成例を示す図。
【図32】実施形態14のフローチャート。
【図33】実施形態15のデータ送信機の構成例を示す図。
【図34】実施形態15のデータ受信機の構成例を示す図。
【図35】発明の実施の形態におけるシステム構成例を示す図。
【図36】発明の実施の形態における基地局構成例を示す図。
【図37】発明の実施の形態における端末局構成例を示す図。
【図38】発明の実施の形態におけるフレームフォーマットの例を示す図。
【図39】コード多重数が大きい時の連結パタン例を示す図。
【図40】コード多重数が小さい時の連結パタン例を示す図。
【図41】実施例および空間スイッチを用いないシステムの特性比較例を示す図。
【図42】システムパラメータの例を示す図。
【図43】システムパラメータの他の例を示す図。
【図44】サブキャリア群の構成例を示す図。
【図45】コード多重数と対応したスイッチ連結パタンの例を示す図。
【図46】CNRと対応するコード多重数の例を示す図。
【図47】拡散符号番号と拡散符号系列の例を示す図。
【図48】コード多重数と対応する拡散符号番号の例を示す図。
【図49】空間スイッチを使わない場合のコード多重数と連結パタンの例を示す図。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば移動体通信システムに適用され、符号分割多重(CDM)と、周波数分割多重(FDM)であるがキャリア(搬送波)周波数間隔を小さくしたマルチキャリア信号伝送受信方法、その送信装置及びその受信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在の移動体通信システムにおいて、高い伝送速度を達成する技術としてマルチキャリア通信方式が注目されている。その中でも、直交関係を用いてキャリア周波数間隔を小さくした直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)方式は周波数選択性フェージングに対して耐性があること、ガードインターバル(GI)を付加することによってシンボル間干渉を軽減できること、誤り訂正符号およびインターリービングを組み合わせることによって周波数ダイバーシチ効果を得ることができるなどの利点がある。
【0003】
このOFDM伝送方式の構成を図1に示す。送信機11は入力端子12からの送信するデータストリームが直並列変換器13で直並列変換され、複数の低速のデータストリームとされ、それぞれのサブキャリアごとのマッピング回路141 ,…,14Q へ供給される。各マッピング回路141 ,…,14Q において、その入力された低速データストリームのデータについて信号点に対するマッピングが行われ、そのマッピングされた信号点に応じて対応する変調器15q (q=1,…,Q)で対応するサブキャリアに対する変調が行われ、これら変調された全サブキャリアの信号が加算回路16で足し合わされ、送信アンテナ17から空中へ放射される。
【0004】
受信機21では、伝送された信号は受信アンテナ22で受信され、各サブキャリアごとの復号器231 ,…,23Q で受信信号が復調され、これら復調器23q の復調出力に対応するデマッピング回路24qで信号点から低速データストリームに変換され、これらデマッピング回路241 ,…,24Q よりの低速データストリームは並列直列変換器25で並直列変換により1列のデータストリームに変換されてこの端子26に出力される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
OFDM方式に限らず一般にマルチキャリア方式では、通信に要求される誤り率を達成するための所要のCNR(搬送波対雑音電力比)が満たされない場合、シングルキャリア信号伝送システムと同じように、通信品質が劣化し通信ができなくなる。これはマルチキャリア方式では通信速度が一定であるために、所要のCNRが一定であることによる。この結果、CNRが低下した場合、例えば基地局から離れた場所の移動局では、CNRが低くなるために通信ができなくなり、一つの基地局が収容できるユーザ(移動局)数が少なくなってしまう問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決するため、この発明は、マルチキャリア通信方式に符号分割多重(CDM:Code Division Multiplexing)を組み合わせ、この組み合せる符号(コード)多重数を、通信路状態、例えばCNRに応じて制御することによって、通信速度を可変にする。すなわち、受信側において通信路状態、例えばCNRを推定し、その推定結果に応じてコード多重数を決定することによって通信路状態に応じた通信速度で通信をする。
この構成によれば、通信路の状態が悪い場合はコード多重数を小さくすることによって1情報ビット当たりのエネルギーを上げ、所要の受信品質を達成する。逆に、通信路状態が良い場合には1情報ビット当たりのエネルギーを下げて、コード多重数を上げて伝送速度を上げることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施形態1
この発明の実施形態1では、マルチキャリア通信を採用している移動体通信システムにおいて、通信路状態に応じてコード多重数を適応的に変更して送受信を行う。その動作例のフローチャートを図2に、システム構成を図3に示す。動作の前に、その送信機11と受信機21との間であらかじめ、コード多重数に対応した拡散符号群の情報を共有し、例えばそれぞれ拡散符号伝達器18,28に格納しておく。拡散符号群は、コード多重数分の拡散符号の集合を指すものとする。この情報はコード多重数に対して一意に定まっており、コード多重数を送信機と受信機との間で認識することにより、データの送受信ができる。
【0008】
最初に、送信機11と受信機21との間の通信路状態、例えばCNRを受信機21の通信路状態観測器41で観測する(S1)。通信路状態の観測結果から適切なコード多重数をコード多重数決定器42で決定し、このコード多重数の情報を送信機11へ送り、送信機11と受信機21間でこのコード多重数の情報を共有する(S2)。
送信機11、受信機21はそれぞれこのコード多重数の情報に基づき拡散符号伝達器18,28から送受信に用いる拡散符号群を認識(決定)する(S3)。次に、送信機11において、コード多重数に対応した拡散符号群を用いて符号分割多重化部33で符号分割多重化を行い、受信機21へ送信する(S4)。つまり、入力端子12からのデータストリームは分割回路34で共有したコード多重数の情報に応じてその数に分割され、これら分割されたデータストリームが、拡散符号伝達器18からの、前記認識(決定)された拡散符号群の互いに異なる1つの拡散符号によりそれぞれ符号拡散され、これら拡散されたデータストリームが多重化される。
【0009】
受信機21では受信した符号多重化データを、符号分割逆多重化部43で、前記認識(決定)された拡散符号群を用いて逆多重化する(S5)。これら逆多重化データは合流回路44で1つのデータストリームに合流されて受信データとして出力端子26に出力される。
この実施形態1によれば、通信路状態が悪ければ、符号多重数を少なくして、1シンボル当りのエネルギーを大とし、通信品質を向上させることができ、また逆に通信路状態が非常に良好であれば符号多重数を多くして伝送通信容量を増加させることができる。
【0010】
実施形態2
この実施形態2は図3に示した送信機11、受信機21の各具体的構成例を示すもので、時間領域拡散・多重化を行う場合である。送信機11の構成を図4に、受信機21の構成を図5にそれぞれ示す。
以下、コード多重数をN(Nは1以上の整数)、サブキャリア数をQ、拡散率をMとする。
コード多重数に対応した拡散符号群の情報のみならず、分割回路34、合流回路44におけるデータストリームの分割パタンの情報をも共有しておく。
送信機11において、受信機21から送られたコード多重数Nの情報が受信部19で受信され、分割回路34は決定されたコード多重数Nに基づく分割パタン(予め決めたもの例えば入力順)にしたがって、送信するデータストリームをN分割し、コード多重数Nと等しい数のデータストリームを生成する。これら生成されたN個のデータストリームは、それぞれ直並列変換器13n (n=1,…,N)によってQ本のデータストリームに更に分割され、各ブランチ、つまり各サブキャリアと対応する処理系へ出力する。この例では直並列変換器13n からのQ本のデータストリーム、各ブランチの出力をマッピング回路14qn (q=1,…,Q)に入力し、信号点に変換する。マッピング回路14qn の出力をそれぞれ時間領域拡散器35qn に入力し、拡散符号#n(拡散率M)を、入力された信号の1シンボルに対して乗算して拡散する。拡散に用いる拡散符号は、コード多重数分(N個)の拡散符号#1〜#Nが拡散符号伝達器18から伝達され、例えば図6Aに示すように直並列変換器131 ,…,13N からの各q番目のデータストリームDq1,…,DqN に異なった拡散符号#1,…,#Nがそれぞれ乗算される。時間領域拡散器35q1 ,…,35qNの出力が時間領域多重化器36q へ供給され、時間領域多重化器36q において、それぞれN個のデータストリーム信号を加算し、一つのデータストリームにする。以下、これら多重化されたデータストリームに変調器15q を通じ加算回路16で加算し、送信アンテナ17を通して受信機21へ伝送する。
【0011】
図5に示す受信機21では、受信アンテナ22において受信した信号を復調器231 ,…,23Q でそれぞれのサブキャリアにおいて復調した後、図5、図6Bに示すように時間領域逆拡散器45q1,…,45qN(q=1,…,Q)において拡散符号伝達器28からのN個の拡散符号#1,…,#Nを使って、拡散符号を1シンボルずつ乗算して積分することによって、時間領域で拡散した信号を元に戻し、データストリームDq1,…,DqNが得られる。拡散符号#1,…,#Nは送信機11において拡散に用いた拡散符号#1,…,#Nと同じものである。逆拡散を行った後、得られたN個のデータストリームDq1,…,DqNをデマッピング回路24q1,…,24qNでデマッピングして元の信号に戻した後、並直列変換器25n (n=1,…,N)で、並直列変換する。最後に合流回路44において、送信側での分割パタンと逆の処理を行ってN個のデータストリームを合成することによって送信した情報信号を出力端子26に得る。
【0012】
なお、送信機11、受信機21の構成は、図に示したものに限られず、例えば、マッピング回路14n を直並列変換器13n の前に配置し、デマッピング回路24n を並直列変換器25n の後に配置してもよい。
このように図に示した例に限らないことは以下の各実施形態においても同様である。なお、図4において直並列変換器をN個、マッピング回路、時間領域拡散器を各N×Q個設け、図5において、並直列変換器をN個、時間領域逆拡散器、デマッピング回路を各N×Q個設けているが、これらは、コード多重数Nにより変化するものであり、実際の送信機、受信機においては、例えば最大のNに対応した分用意しておくことになる。以下の各実施形態においても同様である。
【0013】
実施形態3
送信機11を図4に示した構成とし、受信機21の構成を図7に示すもの、時間領域逆拡散器の構成を図8に示すものとすることもできる。
すなわち、復調器23q (q=1,…,Q)よりの各サブキャリアごとの復調出力を時間領域逆拡散器45q へ供給し、各時間領域逆拡散器45q において、送信機11の分割回路34で用いた分割パタンに応じてN個の拡散符号を順番に選択して乗算して逆拡散する。この構成によって、データストリームを合成する処理を省くことができる。
【0014】
実施形態4
送信機11の構成を図9に示すものとし、時間領域拡散器の構成を図10に示すものとし、受信機21および時間領域拡散器の構成は、それぞれ図7、図8に示したものを用いる。
入力端子12よりのデータストリームは直並列変換器13でQ個のデータストリームに変換されてマッピング回路141 ,…,14Q へ供給され、マッピング回路141 ,…,14Q の出力は時間領域拡散器351 ,…,35Q へ供給される。時間領域多重化器361 ,…,36Q はバッファを備えるものである。時間領域拡散器35q (q=1,…,Q)において、その入力を分割パタンに応じて、拡散符号伝達器18からのN個の拡散符号を順番に乗算していき、その乗算出力、つまり符号拡散出力を時間領域多重化器36q 内のバッフアに格納していく。すなわちM個のビット(チップ)よりなる拡散符号により拡散されたデータストリームをバッファに格納し、1つの拡散符号分のこのデータストリームに対し、新たに拡散した後のM個のデータよりなるデータストリームを足し合わせていくことにより、各サブキャリアごとのN個の拡散したデータストリームをそれぞれ多重化する。
受信機21における時間領域逆拡散器では、図7、図8と同様に分割パタンに応じてN個の拡散符号を順番に乗算して逆拡散する。
【0015】
実施形態5
この実施形態5は送信機の構成を図9に示したもの、時間領域拡散器を図10に示したものを用い、受信機の構成を図5に示したもの、時間領域逆拡散器を図6Bに示したものを使用した場合である。
【0016】
実施形態6
実施形態6は、図3に示した構成における送信機11の符号分割多重化部33として周波数領域拡散・多重化を行う構成のものとし、受信機21の符号分割逆多重化部43に周波数領域逆拡散器を用いる。その送信器11の構成を図11に、その周波数領域拡散器の構成を図12に、受信機21の構成を図13に、その周波数領域逆拡散器を図14にそれぞれ示す。
これまでの説明と同様に周波数領域拡散器、周波数領域逆拡散器以外は、各図の対応する部分は同一参照番号を付けてある。この実施形態においても、送信機11と受信機21間では、あらかじめ、コード多重数に対応した拡散符号群の情報および、分割回路・合流回路におけるデータストリームの分割パタンを共有しておき、また、通信路状態に応じたコード多重数を決定しこれを共有し、コード多重数に対応した拡散符号群を周波数領域拡散器、周波数領域逆拡散器へ伝達する。
【0017】
送信機11において分割回路34により生成されたコード多重数分のN個のデータストリームをマッピング回路141 ,…,14N で信号点に変換し、マッピング回路141 ,…,14N の出力をそれぞれ周波数領域拡散器37に入力する。この例では周波数領域拡散器37は図12に示すようにN個の周波数領域拡散器371 ,…,37N を備え、入力されたデータストリームをM個のブランチへ割り当てる。つまりそれぞれ同一データストリームをM個のブランチに分岐する。拡散率M、つまり構成ビット(チップ)数がM個の拡散符号(拡散率M)を、1ビットずつ、ブランチの信号に乗算する。拡散に用いる拡散符号は、コード多重数分(M個)の拡散符号#1,…,#Nが拡散符号伝達器18から伝達され、それぞれのデータストリームに異なった拡散符号が乗算される。つまり入力されたデータストリームDn (n=1,…,N)はM個のブランチの乗算器370n1,…,370nMで拡散符号#nの構成ビット(M個)の対応するものとそれぞれ乗算される。その後、周波数領域多重化器38において、各N個のデータストリーム信号を加算し、それぞれ一つのデータストリームにする。即ち図12に示すように周波数領域拡散器371 ,…,37N よりの各乗算器370m1,…,370mM(m=1,…,M)の出力が加算器38m でそれぞれ加算されて多重化される。加算器381 ,…,38M よりのデータストリームはそれぞれ変調器151 ,…,15M 、加算回路16、送信アンテナ17を通して受信機21へ伝送される。
【0018】
受信機21では、図13に示すように受信アンテナ22において受信した信号を復調器231 ,…,23M でそれぞれのサブキャリアにおいて復調した後、周波数領域逆拡散器471 ,…,47n において、N個の拡散符号#1,…,#Nを使って、図14に示すように各復調器23m (m=1,…,M)の復調出力をそれぞれN個にブランチしてN個の同一データストリームを作り、周波数領域逆拡散器471 ,…,47N においてブランチされた各N個の同一データストリーム中の各1つのストリームについて乗算器470n1,…,470nM(n=1,…,N,m=1,…,M)で対応する拡散符号#nのM個の構成ビット中の対応するものがそれぞれ乗算され、各乗算器470n1,…,470nMの出力を合成器47anでそれぞれ合成することによって周波数領域逆拡散する。逆拡散を行った後、得られたN個のデータストリームをデマッピング回路241 ,…,24N でそれぞれデマッピングして元の信号に戻した後、合流回路44において、分割パタンと逆の処理を行ってN個のデータストリームを合成することによって送信した情報信号を出力端子26に得る。
【0019】
実施形態7
この実施形態7では送信機11としては図13に示したものを使用し、受信機21は図15に示す構成のものを、周波数領域逆拡散器として図16に示すものを使用する。これは時間領域拡散/逆拡散における図7、図8に示した技術を周波数領域拡散/逆拡散に適用したものである。つまり周波数領域逆拡散器47では、入力される復調器231 ,…,23M からの各データに対し、図16に示すように乗算器4701 ,…,470M で拡散符号#1,…,#Nを、送信機の分割回路34の分割パタンと対応した順にその拡散符号のM個の構成ビットの対応するものをそれぞれ乗算し、その乗算結果を合成器47aにより合成し、その合成出力をマッピング回路24へ供給する。この構成により合流回路44を省略できる。
【0020】
実施形態8
この実施形態8は受信機21として図15に示したものを用いるが、送信機11の構成を図17に示すものを、周波数領域拡散器の構成を図18に示すものとした場合である。
これは実施形態4に示した構成を周波数領域拡散/逆拡散に変えたものと対応する。この場合は図11中の分割回路34が省略され、入力端子12よりデータストリームを1つのマッピング回路14へ供給し、更にマッピング回路14の出力を周波数領域拡散器37へ供給する。周波数領域拡散器37で図18に示すように、入力されたデータストリームはM個のブランチに分岐され、乗算器371 ,…,37M へ供給される。一方、拡散符号#1,…,#Nが分割パタンで決まる順に選択して取出され、取出された拡散符号のそのM個の構成1ビットの対応するものが乗算器371 ,…,37M でその入力に対する乗算が行われ、これら乗算結果が周波数領域多重化器38のバッファへ格納され、つまり図18に示すように、乗算器3701 ,…,370M の出力はそれぞれ加算器381 ,…,38M へ供給され、それぞれ1ビット乗算出力がそのバッファに格納され、次の1ビット乗算出力がバッファに格納されている乗算出力に対し足し込まれることが順次行われ、それぞれN個分が足し込まれるごとに多重化出力として変調器15m に出力される。
【0021】
実施形態9
実施形態9は送信機11の構成を図17に示すものとし、その周波数領域変換器37の構成を図18に示すものとし、受信機21の構成を図13に示すものとし、その周波数領域逆拡散器の構成を図14に示すものとした場合である。これは実施形態5において、時間領域拡散/逆拡散を周波数領域拡散/逆拡散に変えたものとなる。
【0022】
実施形態10
実施形態10は実施形態6から9における周波数領域拡散器及び周波数領域逆拡散器を変形例としたものである。周波数領域拡散器では図19に示すように、入力されたデータストリームを乗算器37bでシンボルごとに拡散符号を乗算し、その乗算出力を直並列変換器37cでM個の並列データに変換する。
この図19に示したものは図12の各拡散器37n や図18の拡散器37として使用することができる。
周波数領域逆拡散器では図14中の各拡散器47n 及び合成器47anや図16の拡散器47及び合成器47aの代りに図20に示すように並列に入力されたM個の復調信号を並直列変換器47bで直列復調信号に変換し、その直列復調信号を、乗算器47cで拡散符号を乗算し、その乗算出力を積分器47dで積分して出力するようにしてもよい。
【0023】
実施形態11
実施形態11は実施形態1において、周波数領域拡散・多重化を行う機能を備え、拡散・多重化した後の信号をコード多重数に対応した割り当てパタンにしたがってサブキャリアに可変に割り当てて送受信を行う。実施形態11の動作のフローチャートを図21に示す。拡散率がサブキャリア数よりも小さいとき(M<Q)に効果がある実施形態であり、1シンボルの拡散・多重化した信号を割り当てるサブキャリアを、コード多重数に応じて可変にする。
動作の前に、送信機11と受信機21間であらかじめ、コード多重数に対応した拡散符号群の情報のみならずコード多重数に対応したパタン情報を共有しておく。拡散符号群同様に、パタン情報もコード多重数に対して一意に定まっており、コード多重数を送信機11と受信機21間で認識することにより、データの送受信ができる。
【0024】
最初に、実施形態1と同様にチャネル状態を観測し(S1)、コード多重数を決定し、送信機と受信機間でコード多重数の情報を共有し(S2)、送受信に用いる拡散符号群を認識し(S3)、この実施形態ではそのコード多重数の情報に基づき、割り当てパタンを認識する(S4)。
次に、送信機において、認識した拡散符号群を用いて、周波数領域拡散により、符号分割多重化を行い(S5)、その多重化信号を認識した割り当てパタンにしたがってサブキャリアに割り当てて送信する(S6)。受信機はサブキャリアに割り当てられた信号を、認識した割り当てパタンにしたがって元に戻し(復調し)(S7)、認識した拡散符号群を用いて逆拡散し、データ受信を行う(S8)。
【0025】
マルチキャリア通信方式では、遅延波が存在するフェージング環境下において、サブキャリアごとに受信電力が変動する。図22に64本のサブキャリアF1〜F64から構成されているチャネルの、フェージング環境下における受信周波数特性の例を示す。縦軸は受信平均電力、横軸はサブキャリアF1〜F64を示している。このように、サブキャリアによって受信平均電力が変わっていることが分かる。
すなわち、受信電力が大きいサブキャリアと小さいサブキャリアが存在する。したがって、周波数領域で拡散した1シンボルの信号を、複数のサブキャリア(以下、サブキャリア群と定義する)で伝送し、受信側で合成(逆拡散)することによって、合成後の信号の電力が小さくなる確率は減る。これはいわゆる周波数ダイバーシチ効果である。
この周波数ダイバーシチ効果により、周波数領域拡散を行う方式は時間領域拡散を行う方式よりも良好な特性を示す。図23に周波数領域拡散を行う方式と時間領域拡散を行う方式の特性例を示す。縦軸はパケット誤り率PER、横軸は搬送波対雑音電力比CNRである。両方式のシステムパラメータを図42に示す。チャネルは遅延分散100nsの指数減衰型レイリーフェージングチャネルを想定し、コード多重数は8としている。周波数領域拡散を行う方式の送信機、受信機構成は図24、図25のように構成されている。
【0026】
図24、図25において、これまでに示した図中と対応する部分に同一参照番号を付けて、説明を簡略にする。送信機11では分割回路34からのN個のストリームデータは直並列変換器131 ,…,13N でR個の並列ストリームデータに変換され、これらの各r番目(r=1,…,R)のデータのN個がそれぞれマッピング回路14r1,…,14r Nを通じて周波数領域拡散器37r へ供給され、例えば図12に示したと同様な構成でそれぞれ周波数領域拡散が行われる。各周波数領域拡散器37r よりの拡散出力は、周波数領域多重化器38r へ供給され、その拡散符号の対応ビットごとに各N個の拡散値がそれぞれ多重化されてM個の拡散出力が変調器15r1,…,15rMへ供給され、それぞれ対応するサブキャリアに変換され、加算回路16で加算、送信される。サブキャリアの数はR×Mである。
【0027】
受信機21では受信信号は復調器23r1,…,23RMでそれぞれ復調され、これら復調出力は周波数領域逆拡散器47r (r=1,…,R)で図14に示したと同様な構成により逆拡散されて、r番目のN個のデータが得られ、これらはデマッピング回路24r1,…,24rNでデマッピングされ、更に並直列変換器251 ,…,25N でR個の並列データがそれぞれ直列データに変換され、これらN個の直列データが合流回路44で1つのストリームデータに合流される。
大きな周波数ダイバーシチ効果を得ようとした場合は、1シンボルの拡散した信号を伝送するサブキャリアの受信信号の位相・振幅特性の相関が低くなるように伝送するとよい。これを実現するために、伝送するサブキャリア群をそのサブキャリアの順番が連続しないように構成する。例えば、あるサブキャリア群を、1番目、12番目、24番目、36番目のサブキャリアF1,F12,F24,F36で構成する。
【0028】
ところで、上記のようにサブキャリア番号が不連続にサブキャリア群を構成し、受信側で相関が低いサブキャリアとなるように伝送すると、コード間干渉が発生する。つまり送信前では異なる拡散符号で拡散された信号が互いに直交しているにもかかわらず、受信後ではサブキャリアごとに受信振幅が異なるために信号の直交性が崩れる現象が発生し、逆拡散すると干渉が発生する。
図26Aに示すように送信側でデータD1を拡散符号C1で拡散して拡散信号SD1として送信した場合に、受信側において、図26Bに示すように送信側で拡散のために乗算した拡散符号C1と同じ拡散符号C1で受信信号SD1を逆拡散すると、信号振幅の変動が無い理想状態としては元のデータ(信号)D1を得ることができる。またこの理想状態として図26Cに示すように受信信号SD1を異なった拡散符号C1で逆拡散しても信号成分は発生せず、コード間干渉は発生しない。
【0029】
しかし、実際は通信路状態の変動の影響によって受信信号の振幅は変動する。受信側で、通信路状態を観測して変動した振幅を元に戻して逆拡散する方法(ORC:Orthogonal Restoring Combining)があるが、特性が劣化することが報告されている(例えば文献R.Prasad and S.Hara,“An overview of multi−carrierCDMA”,Proc.of International Symposium on Spread Spectrum Techniques &Applications(ISSSTA),pp.107−104,1996.)。従って、振幅が変動したままの受信信号を逆拡散する必要がある。この場合に、図26Dに示すように、受信信号の振幅がサブキャリアによって大きく異なる場合、送信側と同一拡散符号で逆拡散することにより信号成分を得ることができるが、図26Eに示すように送信側と異なった拡散符号C2で逆拡散しても信号成分が生じ、つまりコード間干渉が発生する。コード間干渉は、コード多重数が増加するにつれて大きなものになる。すなわち、コード間干渉の影響と周波数ダイバーシチ効果はトレードオフの関係にあり、コード多重数に応じて変動する。
【0030】
図27にコード多重数が1の時と4の時の周波数領域拡散を行う方式のパケット誤り率PER特性の例を示す。このときのシステムパラメータを図43に示す。サブキャリア群が連番のサブキャリアで構成された場合(#1)、サブキャリア群が順番が連続しないサブキャリアで構成された場合(#2)を示している。これらの2つのサブキャリア群のサブキャリア構成を図44に示す。サブキャリア群は鍵括弧でくくられて示されている。
コード多重数が1の時は、#2は#1よりも特性が改善されており、大きな周波数ダイバーシチ効果が得られていることが分かる。しかし、コード多重数が4の時は、コード間干渉により、#2は#1よりも特性が劣化していることが分かる。
【0031】
そこで、この実施形態11では、コード多重数に応じて1シンボルの拡散信号を割り当てるサブキャリア群を可変にする。コード間干渉の影響を小さくするためには、サブキャリア群内の受信信号の振幅変動が小さくなる必要がある。そこで、コード多重数が大きい場合は、隣接サブキャリア間の受信信号の振幅変動は小さいとみなし、隣接したサブキャリアでサブキャリア群を図28に示すように構成する。この図28では順番が連続する4つのサブキャリアでサブキャリア群を構成した場合で各サブキャリア群内では受信信号のサブキャリアの振幅の差は比較的小さい。
【0032】
一方、コード多重数が小さい場合は周波数ダイバーシチ効果を得るために、1シンボルの拡散信号に割り当てるサブキャリア群を構成するサブキャリアを、例えば図29に示すようにとびとびにする。この場合は図29に示すようにサブキャリア群を構成する複数のサブキャリアの受信信号の振幅がサブキャリアにより大きく異なる状態になっても大きな周波数ダイバーシチ効果を得ることができる。
【0033】
実施形態12
この実施形態12は実施形態11の方法を実現するための装置であり、実施形態6から10において、コード多重数に対応した連結パタンをスイッチに伝達する連結パタン伝達器と、伝達された連結パタンによってスイッチング動作が変更される空間スイッチを設けて実施形態11の方法を実現する。以下、実施形態6に実施形態12を適用した場合について説明を行う。
この場合の送信機11、受信機21の各構成を図30、図31にそれぞれ示す。送信機11においては図11に示した構成に対し、変調器の数が周波数領域多重化器38の出力端の数Mより多い数Qとされ、周波数領域多重化器38と変調器151 ,…,15Qとの間に、空間スイッチ51が挿入され、コード多重数Nに対応した連結パタンを発生して空間スイッチ51に伝達して空間スイッチ51を制御する連結パタン伝達器52が設けられる。また受信機21においては図13に示した構成に対し、送信機11と同様に復調器の数はQ個(Q>M)とされ、復調器231 ,…,23Qと周波数領域逆拡散器42のM個の入力端との間に空間スイッチ61が挿入され、コード多重数に対応した連結パタンを発生して空間スイッチ61に伝達して空間スイッチ61を制御する連結パタン伝達器62が設けられる。
【0034】
受信機21の通信路状態観測器41において観測された通信路状態に応じて決定されたコード多重数Nは送信機、受信機の各拡散符号伝達器18,28のみならず連結パタン伝達器52,62にも伝達される。連結パタン伝達器52,62は、コード多重数Nに対応した連結パタンを空間スイッチ51,61にそれぞれ伝達する。
送信機11において空間スイッチ51はこれに伝達された連結パタンに応じて、周波数領域多重化器38のM個の出力側と変調器151 ,…,15Qとを相互に連結し、周波数領域多重化器38のM個の出力を、コード多重数に応じて連続する順番や不連続順番でサブキャリアに割り当て、そのサブキャリアにより送信される。その他の動作は図11に示したものと同様である。この場合、Q=MでもよいがQ>Mとされているので通信路状態の影響を一層受け難い通信を行うことができる。
【0035】
受信機21では、空間スイッチ61において、これに伝達された連結パタンを用いて、復調器231 ,…,23Qと周波数領域逆拡散器47のM個の入力側が連結され、この連結に従って、各サブキャリアの復調出力が周波数領域逆拡散器47の入力側の何れかに入力される。その他の動作は図13に示したものと同様である。
この図30、図31に示した構成により、コード多重数Nが多ければ順番が連続するサブキャリアが用いられ、コード間干渉が小となり、コード多重数Nが少なければ、順番が不連続のサブキャリアが用いられて周波数ダイバーシチ効果が大となるように、周波数領域拡散器37のM個の出力側とQ個の変調器151 ,…,15Q との組合せ接続、またQ個の復調器231 ,…,23Q と周波数領域逆拡散器47のM個の入力側との組合せ接続がそれぞれ連続パタンに応じて変更される。Q>Mの場合、特に有効であることは容易に理解されよう。
【0036】
実施形態13
この実施形態13は実施形態12において、連結パタン伝達器52,62において、コード多重数に対応した連結パタンを記憶する記憶素子52a,62aを備え、コード多重数決定器42より伝達されたコード多重数に対応した連結パタンが読み出される。実施形態11で述べたように、周波数領域多重化器38の出力は、コード多重数が大きい場合は隣接した(連番の)サブキャリアに割り当てられ、コード多重数が小さい場合は非隣接(非連番)のサブキャリアに割り当てる。
例えば、図45に示すようなテーブルが記憶素子52a,62aに保持され、コード多重数に応じて連結パタンが読み出される。ある周波数領域多重化器38の4つの出力は、コード多重数が4の時は0〜3番目のサブキャリアF0,F1,F2,F3に割り当てられ、コード多重数が2の時は0,12,24,36番目のサブキャリアF0,F12,F24,F36に割り当てられる。
【0037】
実施形態14
この実施形態14では、周波数領域で拡散・多重化した後の信号を、通信路状態に応じたパタンにしたがってサブキャリアに可変に割り当てて送受信を行う。動作のフローチャートを図32に示す。この実施形態14は拡散率がサブキャリア数よりも小さいとき(M<Q)に効果があり、拡散した1シンボルの信号に割り当てるサブキャリア群を、通信路状態に応じて可変にする。例えば各サブキャリアの受信振幅を観測し、その観測結果に応じてサブキャリア群を決定する。
動作の前に、送信機と受信機間であらかじめ、コード多重数に対応した拡散符号群の情報を共有しておき、通信路状態を観測する(S1)。この通信路状態には各サブキャリアの受信振幅も含まれ、通信路状態の観測結果からコード多重数を決定し、送信機と受信機間でコード多重数の情報を共有する(S2)。コード多重数の情報から、使用する拡散符号群を認識する(S3)。この実施形態では更に、観測した各サブキャリアの受信振幅からサブキャリア群を構成する。この構成を実現するためのパタン情報を決定し、送信機と受信機間で共有する(S4)。
次に、送信機において、認識した拡散符号群を用いて符号分割多重化を行い(S5)、これらを決定したパタンにしたがってサブキャリアに割り当てて送信する(S6)。受信機は、サブキャリアに割り当てられた信号を、決定したパタンにしたがって元に戻し(S7)、認識した拡散符号群を用いて逆拡散し、原データを得る(S8)。
【0038】
実施形態15
実施形態15は実施形態14を実現するための装置であり、実施形態6〜10のそれぞれにおいて、周波数領域多重化器38の出力側、周波数領域逆拡散器47の入力側の各数Mに対し、M個より多いQ個の変調器、復調器をそれぞれ設け、通信路状態観測器41において通信路状態の推定結果から空間スイッチの連結パタンを決定して空間スイッチへ伝達する連結パタン決定器と、伝達された連結パタンによってスイッチング動作が変更される空間スイッチとが設けられる。以下、この実施形態15を実施形態6に適用した場合について説明を行う。
送信機11、受信機21の各構成を図33、図34にそれぞれ示す。図30に示した送信機11と同様に、周波数領域多重化器38と変調器151 ,…,15Q との間に空間スイッチ51が挿入され、この実施形態15では空間スイッチ51は受信部19からの連結パタンにより制御される。受信機21は図31に示した受信機21と同様に、復調器231 ,…,23Q と周波数領域逆拡散器47との間に空間スイッチ61が挿入され、連結パタン決定器63が空間スイッチ61に接続される。
まず、受信機21の通信路状態観測器41の観測結果から適切なコード多重数を決定し、拡散符号伝達器18,28へ伝達し、また、通信路状態観測結果と、決定されたコード多重数とから、連結パタン決定器63において空間スイッチ51,61用の連結パタンを決定し、空間スイッチ51,61へ伝達する。つまり、この連結パタンの決定が実施形態12と異なり、その他は図30に示した送信機、図31に示した受信機と同様であるから、その動作の説明は省略する。
【0039】
実施形態16
実施形態16は実施形態15において、通信路状態観測器41で各サブキャリアの受信信号の振幅値を測定して、連結パタン決定器63ではコード多重数およびサブキャリア受信信号の振幅値から連結パタンを決定する。
、コード間干渉の影響を緩和するためには、1シンボルの拡散信号に割り当てるサブキャリア群内の受信信号の振幅変動、つまりサブキャリア間の受信振幅の差を小さくすれば良い。したがって、全サブキャリアの受信振幅を推測し、コード多重数が大きい場合は振幅値の差が小さくなるようにサブキャリア群を構成し、コード多重数が小さい場合は振幅値の差が大きくなるようにサブキャリア群を構成する。
通信路状態推定器41では、通信路状態を推定してコード多重数を決定すると同時に、サブキャリアごとの信号の受信振幅を観測する。決定したコード多重数が小さい場合は、観測結果から受信振幅値の差が小さくなるようにサブキャリア群を構成し、空間スイッチの連結パタンを決定する。
【0040】
実施形態17
実施形態17は実施形態1〜16において、搬送波対雑音電力比(CNR)に応じてコード多重数を決定する。通信路状態観測器41においてCNRを測定してコード多重数決定器42に伝達し、コード多重数決定器41において適切なコード多重数を決定する。CNRが低いときはコード多重数を小さくし、1情報ビット当たりのエネルギを上げて所要の受信品質を達成する。CNRが高いときはコード多重数を大きくし、伝送速度を上げる。例えば、コード多重数決定器41は46に示すようなCNRとコード多重数の関係を示すテーブルを保持し、CNRに応じたコード多重数を決定する。
【0041】
実施形態18
実施形態18は実施形態1〜16において、CNRおよび遅延分散に応じてコード多重数を決定する。つまり通信路状態観測器41においてCNRおよび遅延分散を測定してコード多重数決定器42に伝達し、コード多重数決定器42においてCNRおよび遅延分散に応じて適切なコード多重数を決定する。CNRに加えて、遅延分散も受信品質に影響を及ぼし、遅延分散が高くなると受信品質が劣化する。したがって、遅延分散が高いときはコード多重数を小さくし、1情報ビット当たりのエネルギを上げて所要の受信品質を達成する。従って例えば図34中に示すように、通信路状態観測器41はCNR測定部41a、遅延分散測定部41b、サブキャリア振幅測定部41cを備える。
【0042】
実施形態19
実施形態19は実施形態1〜18において、拡散符号伝達器18,28は拡散符号系列を記憶する記憶素子を持ち、コード多重数決定器42において決定されたコード多重数に対応した拡散符号を記憶素子から読み出して出力するものである。たとえば、拡散符号伝達器18,28は図47に示すような、拡散符号系列に番号を付与したテーブルと、図48に示すような、コード多重数に対応した拡散符号系列の番号を記したテーブルを記憶素子に保持し、コード多重数に応じて拡散符号を参照し、記憶素子から読み出す。例えば図33中に示すように、拡散符号伝達器18は図48に示した多重数−拡散符号番号テーブル(記憶素子)18aと、図47に示した拡散符号テーブル(記憶素子)18bを備え、入力されたコード多重数によりテーブル18aから拡散符号番号群の1つが読み出され、その読み出された拡散符号番号群の各番号により拡散符号テーブル18bから各拡散符号が読み出される。
【0043】
実施形態20
実施形態20は実施形態1〜18において、拡散符号伝達器18,28は拡散符号系列を発生させる生成器を持ち、コード多重数決定器42において決定されたコード多重数に対応した拡散符号を生成して出力するものである。たとえば、拡散符号として、シフトレジスタから生成されるゴールド符号を用いる場合、図48に示した各テーブルに加えて、各拡散符号番号と対応してシフトレジスタの初期状態やシフトレジスタの結線情報を保持し、コード多重数に応じてシフトレジスタに対する初期状態の設定と結線を行って、読み出された各拡散符号番号の拡散符号を生成する。
【0044】
実施形態21
実施形態1〜20において、コード多重数の情報、連結パタン情報を送信機11と受信機21とで無線通信手段を用いて共有する。すなわち、コード多重数の情報、連結パタン情報をマッピング回路、変調器、送信アンテナを通して通信相手の送信機と並設された受信機へ無線伝送する。一般的通信の一方側も他方側もそれぞれ送信機と受信機を備えており、受信機21側に設けられた送信機を用いてコード多重数情報などを送信機11側の受信機へ送信すればよい。サーキュレータを用いることによって、送信アンテナと受信アンテナを1つのアンテナで共用してもよい。
【0045】
実施形態22
実施形態22は実施形態1〜21において、OFDM変調を行う。つまり、送信機11における変調器151,…,15Q(又は15M)および加算回路16を逆フーリエ変換器に、受信機21における復調器251,…,25Q(又は25M)をフーリエ変換器に置き換えることによって実現することができる。
【0046】
実施例
以下に、この発明の実施例を説明する。図35に示すような基地局71から端末局U1,U2への通信(ダウンリンク)を想定する。端末局U1,U2から基地局71への通信(アップリンク)の場合も同様である。基地局71のサービスエリア(セル)72内に複数の端末局(ユーザ)が存在し、無線通信サービスを受けているものとする。アクセス方式は時分割多重アクセス方式(TDMA:Time Division Multiple Access)とし、各端末局(ユーザ)はそれぞれ異なったタイムスロットを基地局71から割り当てられている。この実施例で想定したシステムパラメータは図43に示したものと同様である。
【0047】
ダウンリンクではシンボル間の同期を取ることができるため、拡散符号には符号同士が互いに直交して無相関となるウォルシュアダマール符号(以下、WH符号)を用いる。拡散符号の拡散率Mを4としているため、図47に示すような4つの拡散符号が存在する。コード多重数Nに応じて、図48に示したような拡散符号の割り当てが決定されており、拡散符号群として定義されている。
基地局71、端末局Uの各拡散符号伝達器、各連結パタン伝達器におけるコード多重数Nの初期値は1に設定されている。まず、端末局Uで基地局71と端末局U間の通信路状態の推定を通信路状態観測器41で行う。ここではプリアンブルを用いて通信路状態を推定する。基地局と端末局間の通信に用いるフレームのフレームフォーマットの一例を図38に示す。つまり通信フレームはプリアンブル部91とこれに続くデータ部92とよりなりプリアンブル部91はある決まったパタンを持ち、基地局71と端末局Uとの間で既知とする。プリアンブル信号は、基地局71のプリアンブル送出部58に保持されており、スイッチ57、周波数変換器59、アンテナ17を通して端末局Uへ伝送される。端末局Uにおいて、プリアンブル信号はアンテナ22、周波数変換器69を通して通信路状態観測器41に入力される。通信路状態観測器41では、通信路の状態を観測し、コード多重数決定器42へ伝達する。伝達する通信路状態のパラメータは、この例ではCNRを用いるものとする。コード多重数決定器42は、図46に示したようなディシジョンテーブルを持ち、観測されたCNRに応じたコード多重数Nを決定する。
【0048】
決定されたコード多重数Nは制御信号に変換され、基地局71と端末局Uの各拡散符号伝達器18,28、各連結パタン伝達器52,62へ伝送される。基地局71の拡散符号伝達器18、連結パタン伝達器52へは制御信号を、マッピング回路85、変調器86により無線信号に変換し、アンテナ22を通して基地局71へ伝送し、これを基地局71のアンテナ17で受信し、変調器75、デマッピング回路76により制御信号を得る。両局の拡散符号伝達器18,28は受け取った制御信号からコード多重数Nを解読する。拡散符号伝達器18,28は拡散符号系列を記憶する記憶素子を持ち、図47、図48に示したようなテーブルを保持し、コード多重数Nに応じて拡散符号群を記憶素子から読み出して、周波数領域拡散器37、周波数領域逆拡散器47へ伝達する。連結パタン伝達器52,62は、図45に示したようなテーブルを保持し、コード多重数Nから空間スイッチ51,61に対する連結パタンを参照する。図45の番号(0〜15)はサブキャリア番号を示し、一つの周波数領域多重化器38r(r=1,…,R)からの各M個の出力ストリームはかぎ括弧でくくられたサブキャリア群のサブキャリアの成分として出力される。連結パタンは、コード多重数Nが大きい時はこの例ではN=3とN=4の場合は図45に示すように番号順が連続したサブキャリアに割り当て、つまり、図34に示すように周波数領域多重化器371〜37Rよりの各M個の出力側がその全体の配列が保持されてサブキャリアf0〜fQの端子に出力される。一方コード多重数Nが小さい時は、この例ではN=1,N=2の場合図45に示すようにとびとびのサブキャリアに割り当てられるように設定されている。この場合図40に示すように周波数領域多重化器371〜37Rの出力端子の各M個の配列がそれぞれ広げられて、サブキャリアf0〜faの端子と接続される。読み出された連結パタンを空間スイッチへ伝達する。空間スイッチ51,61では、伝達された連結パタンを用いてその入力ポートと出力ポートを連結する。このように連結パタンにより空間スイッチ51,61の入力ポートと出力ポートの組合せ接続状態が、例えば図39と図40とに変更される。
【0049】
このように拡散符号群、連結パタンを設定した後、基地局71において、畳み込み符号器のインタリーバ77で出力端子12から送信するストリームを畳み込み符号化して、インターリービングした後、このストリームをR=12(=サブキャリア数Q/周波数領域拡散率M)のブランチを有する直並列変換器13によって12本の並列ストリームに分割し、各ブランチへ出力する。
これら12個のブランチに割り当てられたストリームはマッピング回路141,…,14Rへ入力される。マッピング回路141,…,14Rにおいて、送信ストリームは送信用の信号点に変換される。その後、マッピング回路141,…,14Rの出力ストリームを周波数領域拡散器371,…,37Rへ入力する。
【0050】
周波数領域拡散器371,…,37Rでは、図18で説明したように入力されたストリームを4本(=M)複製して4本のブランチにそれぞれ割り当て、伝達された拡散符号を1ビットずつ各ブランチに割り当てられたストリームに乗算する。コード多重数分のストリームに対して割当てられた拡散符号群の各拡散符号を順次乗算し、周波数領域多重化器381,…,38Rへ出力する。
周波数多重化器381,…,38Rでは、入力されるコード多重数分のデータストリームをバッファに保持し、図18で説明したようにこれらの出力をN個分ずつ足し合わせて(多重化して)一つのストリームにする。その後、周波数多重化器381,…,38Rからの出力は空間スイッチ51へ入力される。空間スイッチ51は図39、図40を参照して説明したように入力されたストリームをそれぞれのサブキャリアへ割り当て接続する。
【0051】
それぞれのサブキャリアに割り当てられたストリームは逆フーリエ変換器55に入力され、OFDM変調される。逆フーリエ変換器55からの出力に、GI(ガードインターバル)付加器56によりガードインターバルを付加し、周波数変換器59により無線周波数に変換した後、サーキュレータ74を通じてアンテナ17から端末局Uへ伝送される。
端末局Uでは、アンテナ22より受信した信号をサーキュレータ84を通じ、周波数変換器69で周波数変換し、GI除去器66によりガードインターバルを除去した後にフーリエ変換器65に入力して復調する。復調後のストリームはQ=64(=4×12)本のサブキャリアに出力され、空間スイッチ61へ入力される。空間スイッチ61は、入力されたストリームを連結パタンに応じてそれぞれのブランチへ割り当てる。図39、図40に示したように、基地局71の周波数領域多重化器371,…,37Rの全出力端子の配列順になるようにする。
【0052】
ブランチに割り当てられたストリームは周波数領域逆拡散器471,…,47Rに入力される。周波数領域逆拡散器471,…,47Rでは、フェージング通信路による位相回転を補正した後、図16で説明したように拡散符号を1ビットずつ、各ブランチに割り当てられた信号に乗算し、それぞれのブランチの信号を合成する。合成後の4本のブランチからのストリームをデマッピング回路241,…,24Rでデマッピングした後、並直列変換器25で並直列変換し、その1体となったストリームデータをビタビ復号器・デインターリーバ81でデインターリービングを行い、ビタビ復号器によって復号してデータ受信を出力端子26に出力する。
【0053】
実施例のシステムと、空間スイッチを用いないシステムのパケット誤り率特性を図41に示す。システムパラメータは図43に示したものと同様である。空間スイッチを使わないシステムでは、コード多重数によらずにスイッチ連結パタンは一定である(図49)。通信路は18波指数減衰型レイリーフェージングチャネルを想定しており、コード多重数が最大(コード多重数=4)および最小(コード多重数=1)の場合の特性を示す。コード多重数が4の場合は連結パタンが同じなので特性が一致する。コード多重数が1の場合は空間スイッチを用いたシステムの方が良好な特性を示す。
【0054】
【発明の効果】
この発明によれば、コード多重数を通信路の状態に応じて適応的に可変にすることによって伝送速度を可変にすることができることから、受信CNRが低い場合でも伝送速度を下げることによってユーザは通信サービスを受けることができ、一基地局当たりの収容ユーザ数を増やすことができる。
また、周波数領域で符号分割多重を行う場合においては、コード多重数に応じて、1シンボルの拡散信号を割り当てるサブキャリアを適応的に可変にすることによって、通信品質の改善を行うことができる。
さらに、スペクトル拡散技術を行っていることから、干渉に強いシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】OFDM方式の送受信機構成を示す図。
【図2】この発明方法の一例の処理手順の例を示すフローチャート。
【図3】この発明のシステム構成例を示す図。
【図4】実施形態2の送信機の機能構成例を示す図。
【図5】実施形態2の受信機の機能構成例を示す図。
【図6】Aは図4中の時間領域拡散器37の具体例を示す図、Bは図5中の時間領域逆拡散器の具体例を示す図である。
【図7】実施形態3のデータ受信機の機能構成例を示す図。
【図8】実施形態3における時間領域逆拡散器の具体例を示す図。
【図9】実施形態4のデータ送信機の機能構成例を示す図。
【図10】実施形態4における時間領域拡散器の具体例を示す図。
【図11】実施形態6のデータ送信機の機能構成例を示す図。
【図12】実施形態6における時間領域拡散器の具体例を示す図。
【図13】実施形態6のデータ受信機の機能構成例を示す図。
【図14】実施形態6における時間領域逆拡散器の具体例を示す図。
【図15】実施形態7のデータ受信機の機能構成例を示す図。
【図16】実施形態7における周波数領域逆拡散器の具体例を示す図。
【図17】実施形態8のデータ送信機の機能構成例を示す図。
【図18】実施形態8における周波数領域拡散器の具体例を示す図。
【図19】実施形態10における周波数領域拡散器の具体例を示す図。
【図20】実施形態10における周波数領域逆拡散器の具体例を示す図。
【図21】実施形態11におけるフローチャート。
【図22】通信路の周波数特性例を示す図。
【図23】周波数領域拡散を行う方式と時間領域拡散を行う方式の特性比較例を示す図。
【図24】周波数領域拡散を行う方式の送信機の機能構成例を示す図。
【図25】周波数領域逆拡散を行う方式の受信機の機能構成例を示す図。
【図26】コード間干渉のメカニズムを説明するための図。
【図27】周波数領域拡散を行う方式におけるコード多重数に対する特性比較例を示す図。
【図28】コード多重数が大きい場合のサブキャリア群構成例を示す図。
【図29】コード多重数が小さい場合のサブキャリア群構成例を示す図。
【図30】実施形態12のデータ送信機の機能構成例を示す図。
【図31】実施形態12のデータ受信機の機能構成例を示す図。
【図32】実施形態14のフローチャート。
【図33】実施形態15のデータ送信機の構成例を示す図。
【図34】実施形態15のデータ受信機の構成例を示す図。
【図35】発明の実施の形態におけるシステム構成例を示す図。
【図36】発明の実施の形態における基地局構成例を示す図。
【図37】発明の実施の形態における端末局構成例を示す図。
【図38】発明の実施の形態におけるフレームフォーマットの例を示す図。
【図39】コード多重数が大きい時の連結パタン例を示す図。
【図40】コード多重数が小さい時の連結パタン例を示す図。
【図41】実施例および空間スイッチを用いないシステムの特性比較例を示す図。
【図42】システムパラメータの例を示す図。
【図43】システムパラメータの他の例を示す図。
【図44】サブキャリア群の構成例を示す図。
【図45】コード多重数と対応したスイッチ連結パタンの例を示す図。
【図46】CNRと対応するコード多重数の例を示す図。
【図47】拡散符号番号と拡散符号系列の例を示す図。
【図48】コード多重数と対応する拡散符号番号の例を示す図。
【図49】空間スイッチを使わない場合のコード多重数と連結パタンの例を示す図。
Claims (24)
- マルチキャリア伝送を行う送受信方法において、
送信機と受信機でコード多重数に対応した拡散符号群の情報をあらかじめ共有しておき、
送受信間の通信路状態を観測し、その観測結果からコード多重数を決定し、
この決定したコード多重数の情報を送信機と受信機で共有し、送信機において上記決定したコード多重数に対応した拡散符号群を用いて符号分割多重化(CodeDivision Multiplexing:CDM)を行ってデータを送信し、受信機において上記決定したコード多重数に対応した拡散符号群を用いて受信信号を符号分割逆多重化を行うことを特徴とするマルチキャリア送受信方法。 - 請求項1記載の方法において、上記符号分割多重化は周波数領域で符号分割多重化を行い、
上記符号分割多重化した信号を、上記コード多重数に対応した割り当てパタンにしたがってサブキャリアに割り当てて送信し、
受信機においてサブキャリアに割り当てられた信号を、上記割り当てパタンにしたがって元に戻し、
これら元に戻された信号をコード多重数に対応した拡散符号群を用いて逆多重化を行うことを特徴とするマルチキャリア送受信方法。 - 請求項1記載の方法において、上記符号分割多重化は周波数領域で符号分割多重化を行い、
通信路状態の観測結果からサブキャリアに多重化信号を割り当てるパタンを決定し、その割り当てパタン情報を送信機と受信機で共有し、
上記符号分割多重化した信号を上記割り当てパタンにしたがってサブキャリアに割り当てて送信し、
受信機においてサブキャリアに割り当てられた信号を、上記割り当てパタンにしたがって元に戻し、
これら元に戻した信号をコード多重数に対応した拡散符号群を用いて逆多重化を行うことを特徴とするマルチキャリア送受信方法。 - 相手受信機よりコード多重数N(Nは1以上の整数)の情報を受信する受信部と、
上記コード多重数Nに対応したN個の拡散符号よりなる拡散符号群を時間領域拡散器に伝達する拡散符号伝達器と、
入力されたデータストリームを上記コード多重数N分のストリームに分割する分割回路と、
上記分割回路よりの各データストリームを直並列変換してそれぞれ複数の並列データストリームを出力するN個の直並列変換器と、
入力されたデータストリームを信号点に変換するマッピング回路と、
上記N個の直並列変換器よりの複数の並列データストリームの対応するN個ずつのデータストリームに、上記拡散符号伝達器から伝達された拡散符号群中の異なった拡散符号をシンボルごとに乗算して時間領域で拡散するN個の上記時間領域拡散器と、
これらN個の時間領域拡散器の出力データストリームを時間領域拡散器ごとに足し合わせて時間領域で多重化を行う複数の時間領域多重化器と、
各時間領域多重化器よりの多重化データストリームで別個のサブキャリアを変調する複数の変調器と、
これら変調された複数のサブキャリアの信号を足し合わせる加算回路と、
該加算回路の出力を空中に放射する送信アンテナと、
を備えたマルチキャリア送信機。 - 相手受信機よりコード多重数N(Nは1以上の整数)の情報を受信する受信部と、
コード多重数Nに対応したN個の拡散符号よりなる拡散符号群を時間領域拡散器に伝達する拡散符号伝達器と、
入力されたデータストリームを直並列変換して複数の並列データストリームを出力する直並列変換器と、
直並列変換器よりの各並列データストリームについてシンボルごとに、上記拡散符号群中のN個の拡散符号を順番乗算して拡散して各一つずつデータストリームを出力して、時間領域で拡散する複数の時間領域拡散器と、
それぞれデータを保持するバッファを有し、上記複数の時間領域拡散器の対応するものからの拡散後のデータストリームをバッファに格納して足し合わせて、N個足し合わせるごとに出力して多重化を行う複数の時間領域多重化器と、
上記複数時間領域多重化器よりの多重化データストリームでそれぞれ異なるサブキャリアを変調する複数の変調器と、
これら複数の変調器よりの変調されたサブキャリアの信号を足し合わせる加算回路と、
該加算回路の出力を空中に放射する送信アンテナと
を備えるマルチキャリア送信機。 - 相手受信機からコード多重数N(Nは1以上の整数)の情報を受信する受信部と、
コード多重数Nに対応したN個の拡散符号よりなる拡散符号群を周波数領域拡散器に伝達する拡散符号伝達器と、
入力されたデータストリームを上記コード多重数N分のストリームに分割する分割回路と、
上記分割されたN個のデータストリームに対して、上記拡散符号群中の拡散符号を各1つずつ対応づけて、その拡散符号の各ビット(チップ)を、対応づけられたデータストリームをブランチした信号に乗算して、周波数領域で拡散する周波数領域拡散器と、
拡散後のデータストリームをN個の拡散符号の各対応ビットごとに足し合わせて周波数領域で多重化を行う周波数領域多重化器と、
周波数領域多重化器よりの各多重化出力信号によりそれぞれ異なるサブキャリアを変調する複数の変調器と、
これら複数の変調器よりの変調された各サブキャリアの信号を足し合わせる加算回路と、
該加算回路の出力を空中に放射する送信アンテナと
を備えるマルチキャリア送信機。 - 相手受信機よりコード多重数N(Nは1以上の整数)の情報を受信する受信部と、
コード多重数Nに対応したN個の拡散符号よりなる拡散符号群を周波数領域拡散器に伝達する拡散符号伝達器と、
上記拡散符号群中の拡散符号を順番に、その拡散符号ごとにその構成各ビット(チップ)を、入力されたデータストリームをブランチした信号にそれぞれ乗算することをシンボルごとに行い、拡散符号の各ビットに対応する乗算結果のデータストリームを複数出力する周波数領域拡散器と、
それぞれデータを保持するバッファを有し、周波数領域拡散器の複数のデータストリームを対応するバッファに順次格納して足し合わせ、N個足し合わせるごとに多重化信号をそれぞれ出力する周波数領域多重化器と、
上記周波数領域多重化器の複数の多重化信号によりそれぞれ異なるサブキャリアを変調する複数の変調器と、
上記複数の変調されたサブキャリアの信号を足し合わせる加算回路と、
該加算回路の出力を空中に放射する送信アンテナと
を備えるマルチキャリア送信機。 - 相手受信機からコード多重数N(Nは1以上の整数)の情報を受信する受信部と、
コード多重数Nに対応したN個の拡散符号よりなる拡散符号群を周波数領域拡散器に伝達する拡散符号伝達器と、
入力されたデータストリームをコード多重数N分のストリームに分割する分割回路と、
上記分割されたN個のデータストリームに対して、上記N個の拡散符号の対応するものをそれぞれ乗算器で乗算し、これらN個の乗算器の各出力を直並列変換器で直並列変換してそれぞれ拡散符号の構成ビット数分のビットストリームを生成して周波数領域で拡散を行う周波数領域拡散器と、
上記周波数領域拡散器中のN個の直並列変換器より複数のビットストリームを対応するものそれぞれ足し合わせて周波数領域で多重化を行う周波数領域多重化器と、
周波数領域多重化器よりの各多重化出力信号によりそれぞれ異なるサブキャリアを変調する複数の変調器と、
これら複数の変調器よりの変調された各サブキャリアの信号を足し合わせる加算回路と、
該加算回路の出力を空中に放射する送信アンテナと
を備えるマルチキャリア送信機。 - 相手受信機よりコード多重数N(Nは1以上の整数)の情報を受信する受信部と、
上記コード多重数Nに対応したN個の拡散符号よりなる拡散符号群を周波数領域拡散器に伝達する拡散符号伝達器と、
入力されたデータストリームにそのシンボルごと上記N個の拡散符号を乗算器で順番に乗算し、この乗算出力を直並列変換器で拡散符号の構成ビット数分の並列ビットデータストリームに変換出力して周波数領域で拡散を行う周波数領域拡散器と、
それぞれデータを保持するバッファを有し、上記周波数領域拡散器よりの複数のビットデータストリームの対応するものをそれぞれ格納して足し合わせて周波数領域で多重化を行う周波数領域多重化器と、
周波数領域多重化器よりの複数の多重化データストリームで互いに異なるサブキャリアを変調する複数の変調器と、
これら複数の変調されたサブキャリアの信号を足し合わせる加算回路と、
該加算回路の出力を空中に放射する送信アンテナと
を具備するマルチキャリア送信機。 - 請求項6〜9の何れかに記載の送信機において、
上記周波数領域多重化器と上記複数の変調器との間の挿入された空間スイッチと、
上記コード多重数Nに応じた連結パタンを生成して上記空間スイッチに供給し、その連結パタンに応じて周波数領域多重化器の複数の出力端と変調器との組合せ接続状態を変更する連結パタン伝達器と
を備えることを特徴とするマルチキャリア送信機。 - 請求項10記載の送信機において、上記連結パタン伝達器はコード多重数に対応した連結パタンが記憶された記憶素子を有し、上記受信部からのコード多重数により対応した連結パタンが読み出されることを特徴とするマルチキャリア送信機。
- 請求項6〜9の何れかに記載の送信機において、
上記複数の周波数領域多重化器と上記複数の変調器との間に空間スイッチが挿入され、
上記受信部は連結パタンも受信し、その受信した連結パタンを上記空間スイッチに伝達するものであり、
上記空間スイッチに伝達された連結パタンに応じて、上記周波数領域多重化器と上記変調器との組合せ接続状態を変更するものであることを特徴とするマルチキャリア送信機。 - 相手送信機からの送信信号を受信して、その送信機と自受信機との間の通信路状態を観測する通信路状態観測器と、
上記観測した通信路状態をもとにコード多重数N(Nは1以上の整数)を決定し、その決定したコード多重数Nの情報を上記送信機へ送信するコード多重数決定器と、
上記コード多重数Nに対応したN個の拡散符号よりなる拡散符号群を時間領域逆拡散器に伝達する拡散符号伝達器と、
上記送信機からの送信信号を受信する受信アンテナと、
上記受信アンテナにより受信された信号を互いに異なるサブキャリアで復調する複数の復調器と、
上記複数の復調器と対応してそれぞれ設けられ、その復調出力データストリームに対し、上記拡散符号群の各拡散符号をシンボルごとに乗算して逆拡散したN個のデータストリームをそれぞれ出力する複数の上記時間領域逆拡散器と、
複数の時間領域逆拡散器よりの各N個の逆拡散データストリーム中の対応するデータストリームごとに並直列変換してそれぞれ1つのデータストリームとするN個の並直列変換器と、
これらN個の並直列変換器よりのデータストリームを再構築して元の一つのデータストリームに戻す合流回路と
を具備するマルチキャリア受信機。 - 相手送信機からの送信信号を受信して、その送信機と自受信機との間の通信路状態を観測する通信路状態観測器と、
上記通信路状態の観測結果をもとにコード多重数N(Nは1以上の整数)を決定し、その決定されたコード多重数Nの情報を上記送信機へ送信するコード多重数決定器と、
上記コード多重数Nに対応したN個の拡散符号よりなる拡散符号群を時間領域逆拡散器に伝達する拡散符号伝達器と、
上記送信機より送信された信号を受信する受信アンテナと、
上記受信アンテナにより受信された信号を互いに異なるサブキャリアで復調する複数の復調器と、
上記N個の復調器ごとに設けられ、その復調器よりの復調データストリームに、その各シンボルについて上記N個の拡散符号を順番に乗算して逆拡散したデータストリームをそれぞれ出力する複数の上記時間領域逆拡散器と、
上記複数の時間領域逆拡散器よりのデータストリームを並直列変換して1つのデータストリームを出力する並直列変換器と
を具備するマルチキャリア受信機。 - 相手送信機からの送信信号を受信して、その送信機と自受信機との間の通信路状態を観測する通信路状態観測器と、
上記通信路状態の観測結果をもとにコード多重数N(Nは1以上の整数)を決定し、その決定されたコード多重数Nの情報を上記送信機へ送信するコード多重数決定器と、
上記コード多重数Nに対応したN個の拡散符号よりなる拡散符号群を周波数領域逆拡散器に伝達する拡散符号伝達器と、
上記送信機より送信された信号を受信する受信アンテナと、
上記受信アンテナにより受信された信号を互いに異なる複数のサブキャリアで復調する複数の復調器と、
上記複数の復調されたデータストリームをN個にブランチに割り当て、これら各N個のブランチに割り当てられた信号に上記N個の拡散符号を1ビットずつ乗算し、その乗算結果を拡散符号ごとに合成してN個の逆拡散データストリームを得る上記周波数領域逆拡散器と、
これらN個の逆拡散データストリームを再構築して元の一つのデータストリームに戻す合流回路と
を具備するマルチキャリア受信機。 - 相手送信機からの送信信号を受信して、その送信機と自受信機との間の通信路状態を観測する通信路状態観測器と、
上記通信路状態の観測結果をもとにコード多重数N(Nは1以上の整数)を決定し、その決定されたコード多重数Nの情報を上記送信機へ送信するコード多重数決定器と、
上記コード多重数Nに対応したN個の拡散符号よりなる拡散符号群を周波数領域逆拡散器に伝達する拡散符号伝達器と、
上記送信機より送信された信号を受信する受信アンテナと、
上記受信アンテナにより受信された信号を互いに異なるサブキャリアで復調する複数の復調器と、
上記複数の復調されたデータストリームに対して、順番にN個の拡散符号の各拡散符号の構成ビット(チップ)を複数の復調データストリームに対応づけて1ビットずつ乗算し、これら乗算結果を合成して逆拡散した1つのデータストリームを出力する上記周波数領域逆拡散器と
を具備するマルチキャリア受信機。 - 相手送信機からの送信信号を受信して、その送信機と自受信機との間の通信路状態を観測する通信路状態観測器と、
上記通信路状態の観測結果をもとにコード多重数N(Nは1以上の整数)を決定し、その決定されたコード多重数Nの情報を上記送信機へ送信するコード多重数決定器と、
上記コード多重数Nに対応した拡散符号群を周波数領域逆拡散器に伝達する拡散符号伝達器と、
上記送信機より送信された信号を受信する受信アンテナと、
上記受信アンテナにより受信された信号をそれぞれ互いに異なるサブキャリアで復調する複数の復調器と、
上記複数の復調器からの復調信号を並直列変換器により直列のデータストリームに変換し、このデータストリームに、上記N個の拡散符号をN個の乗算器で乗算してN個の逆拡散データストリームを得る周波数領域で逆拡散を行う周波数領域逆拡散器と、
上記N個の逆拡散データストリームを再構築して元の一つのデータストリームに戻す合流回路と
を具備するマルチキャリア受信機。 - 相手送信機からの送信信号を受信して、その送信機と自受信機との間の通信路状態を観測する通信路状態観測器と、
上記通信路状態の観測結果をもとにコード多重数N(Nは1以上の整数)を決定し、その決定されたコード多重数Nの情報を上記送信機へ送信するコード多重数決定器と、
上記コード多重数Nに対応したN個の拡散符号よりなる拡散符号群を周波数領域逆拡散器に伝達する拡散符号伝達器と、
上記送信機より送信された信号を受信する受信アンテナと、
上記受信アンテナにより受信された信号を互いに異なるサブキャリアでそれぞれ復調する複数の復調器と、
上記複数の復調器よりの復調された信号を並直列変換器で1つのデータストリームに変換し、そのデータストリームに上記N個の拡散符号を乗算器で順番に乗算して逆拡散した一つのデータストリームを出力して周波数領域で逆拡散を行う周波数領域逆拡散器と
を具備するマルチキャリア受信機。 - 請求項15〜18の何れかに記載の受信機において、上記複数の復調器と上記周波数領域逆拡散器との間に挿入された空間スイッチと、
上記コード多重数Nに応じた連結パタンを生成して上記空間スイッチに供給し、その連結パタンに応じて復調器と周波数領域逆拡散器との組合せ接続状態を変更する連結パタン伝達器とを備えることを特徴とするマルチキャリア受信機。 - 請求項19記載の受信機において、上記連結パタン伝達器はコード多重数に対応した連結パタンが記憶された記憶素子を有し、上記コード多重数決定器からのコード多重数により対応した連結パタンが読み出されることを特徴とするマルチキャリア受信機。
- 請求項15〜18の何れかに記載の受信機において、
上記複数の復調器と上記周波数領域逆拡散器との間に空間スイッチが挿入され、
上記通信路状態観測器よりの通信路状態の観測結果に基づき、連結パタン決定器で連結パタンが決定され、その連結パタンが上記空間スイッチへ伝達され、
上記空間スイッチは伝達された連結パタンに応じて上記復調器と上記周波数領域逆拡散器との組合せ接続状態を変更するものであることを特徴とするマルチキャリア受信機。 - 請求項21記載の受信機において、上記通信路状態観測器は各サブキャリアの受信信号の振幅値も測定して上記連結パタン決定器に伝達するものであり、
上記連結パタン決定器は上記コード多重数および上記受信信号の振幅値から上記連結パタンを決定するものであることを特徴とするマルチキャリア受信機。 - 請求項15〜22の何れかに記載の受信機において、上記通信路状態観測器は搬送波対雑音電力比(CNR)および遅延分散を測定するものであり、上記コード多重数決定器は上記CNRおよび遅延分散に応じて上記コード多重数を決定するものであることを特徴とするマルチキャリア受信機。
- 請求項1から3の何れかに記したマルチキャリア送受信方法において、マルチキャリア変調に直交周波数分割多重(OFDM:OrthogonalFrequency Division Multiplexing)変調を用いることを特徴とするマルチキャリア送受信方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002237389A JP2004080340A (ja) | 2002-08-16 | 2002-08-16 | マルチキャリア送受信方法およびその送信機と受信機 |
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| JP2002237389A JP2004080340A (ja) | 2002-08-16 | 2002-08-16 | マルチキャリア送受信方法およびその送信機と受信機 |
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|---|---|
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- 2002-08-16 JP JP2002237389A patent/JP2004080340A/ja active Pending
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