(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基地局を有し、基地局と移動局との間は、同一時刻に同一周波数で、同一データを、マルチキャリア変調方式を用いて通信する移動体通信装置において、
前記基地局は、送信時に前記複数の基地局間でサブキャリアごとに異なる位相差を設定することができる位相調整手段を備えるものであることを特徴とする移動体通信装置。
【請求項２】
前記位相調整手段は、複数のサブキャリアに０〜２πの位相をほぼ均等な間隔で割り付けていくことを特徴とする請求項１記載の移動体通信装置。
【請求項３】
前記位相調整手段は、複数のサブキャリアに０〜２πの位相をランダムに割り付けていくことを特徴とする請求項１記載の移動体通信装置。
【請求項４】
通信エリア内で、複数の基地局からの受信電力がほぼ等しくなる地点を特定し、前記複数の基地局の中の１つの基地局Ａから、前記特定された地点までの距離をｄ1とし、前記複数の基地局の中の１つの基地局Ｂから、前記特定された地点までの距離をｄ2とすると、
当該基地局Ａから発射されるサブキャリアｆｉ（ｉ＝１〜Ｎ；Ｎはサブキャリア数）と、当該基地局Ｂから発射されるサブキャリアｆｉとの位相差には、距離差ｄ2−ｄ1に基づく伝搬位相差を補償する量２π（ｄ2−ｄ1）／λi（λiはｉ番目のサブキャリアの伝搬波長）が予め上乗せされていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の移動体通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の基地局を有し、各基地局は、同一時刻に同一周波数で、同一データを、マルチキャリア変調方式を用いて移動局と通信する移動体通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信システムは、基地局により通信エリア（セル）を形成し、このセルの中の移動体と基地局との間で通信を行う。一定地域内に、基地局を複数設け、複数のセルが一部重複して形成された状態にする。それぞれの基地局から同一時刻に同一周波数で、同一データを送信する。
このようなシステム構成をとることによって、セルを連鎖的につないで広範囲の通信エリアを形成することができる。また移動局にかける負担も最小限に抑えることができる。
【０００３】
ところが、移動局を、セルの重なりの中、すなわち各基地局からの電波の受信電力がほぼ等しくなる地点に持っていき、通信をすると、定在波干渉が発生し、キャリアの電界レベルが低下し、ビット誤り率(BER; Bit Error Rate)が増大する。
一方、直交周波数分割多重方式 (ＯＦＤＭ；Orthogonal Frequency Division Multiplex)などのマルチキャリア変調方式を、移動体通信に採用することが検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このマルチキャリア変調方式を採用した場合でも、すべてのサブキャリアが前記定在波干渉の悪影響を受けて、通信品質が悪化するという問題は避けられない。
そこで本願発明者は、基地局側でマルチキャリア変調方式の各サブキャリアの位相を積極的に調整することにより、どの地点においても一定以上の品質で通信することのできる移動体通信装置を提案する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の移動体通信装置は、基地局に、送信時に前記複数の基地局間でサブキャリアごとに異なる位相差を設定することができる位相調整手段を備えるものである（請求項１）。
基地局をＡ，Ｂで表し、複数のサブキャリアをｆ1，ｆ2，・・で表す。サブキャリアを代表するときはｆi(ｉ＝1，2，3，・・)で表す。
基地局Ａからサブキャリアｆiが発射され、基地局Ｂからサブキャリアｆiが発射される。基地局Ａから発射されるサブキャリアｆiと、基地局Ｂから発射されるサブキャリアｆiとは同期がとれている（周波数が完全に同一であり、時間が経過しても位相差は変化しない）ものとする。
【０００６】
サブキャリアに位相差をつけない場合、つまり基地局Ａから発射されるサブキャリアｆiと、基地局Ｂから発射されるサブキャリアｆiとの位相差が、各ｉについて同一であるときは、通信エリア内の受信電力がほぼ等しくなる地域において、基地局Ａから受ける電波のサブキャリアｆｉと、基地局Ｂから受ける電波のサブキャリアｆｉとの位相差Δｉがπになればその場所では、そのサブキャリアは減衰してしまうということになる。
【０００７】
ところが、本発明のように、送信時に複数のサブキャリアに位相差を付けることとすれば、基地局Ａから発射される電波のサブキャリアｆｉと、基地局Ｂから発射される電波のサブキャリアｆｉとの位相差Δｉは、ｉごとに異なった値になる。
このことは、あるサブキャリアｆｉにとって、位相差Δｉがπになる場所では、他のサブキャリアｆｊ(i≠j)にとって、位相差Δｊがπにならないことを示す。したがって、通信エリア内の任意の場所において、いずれかのサブキャリアが減衰しても、他のサブキャリアが残り、通信が確保される。
【０００８】
サブキャリアへの位相差の割り付け方は、複数のサブキャリアに０〜２πの位相差をほぼ均等な間隔で割り付けてもよく（請求項２）、複数のサブキャリアに０〜２πの位相差をランダムに割り付けてもよい（請求項３）。
いままでの議論では、通信エリア内の受信電力がほぼ等しくなる地域は、基地局Ａ，Ｂからほぼ等距離の地点としていたが、基地局アンテナに指向性などがある場合は、通信エリア内の受信電力がほぼ等しくなる地域は、基地局Ａ，Ｂからほぼ等距離の地点とは限らなくなる。この場合は、受信地点における、サブキャリアごとの、伝搬距離の差に基づく位相のずれを考慮して、基地局のサブキャリアの位相差を割り付けることが望ましい。
【０００９】
基地局Ａから通信エリア内の受信電力がほぼ等しくなる地点までの距離をｄ1、基地局Ｂから通信エリア内の受信電力がほぼ等しくなる地点までの距離をｄ2とすると、基地局Ａから発射されるサブキャリアについては、伝搬距離ｄ1に基づく位相はー２πｄ1／λi、伝搬距離ｄ2に基づく位相はー２πｄ2／λiとなる。ここでλiはサブキャリアｆｉの伝搬波長である。
そこで、この伝搬距離差に基づく位相差２π（ｄ2ーｄ1）／λiを予め、基地局Ａ，Ｂから発射されるサブキャリアｆｉの位相差に上乗せすることが望ましい。具体的には、(１)基地局Ａから発射されるサブキャリアｆｉの位相に２π（ｄ1ーｄ2）／λiを付加してもよく、(２)基地局Ｂから発射されるサブキャリアｆｉの位相に２π（ｄ2ーｄ1）／λiを付加してもよく、(３)あるいは基地局Ａから発射されるサブキャリアｆｉの位相に２πｄ1／λiを付加し、基地局Ｂから発射されるサブキャリアｆｉの位相に位相２πｄ2／λiを付加してもよい。
【００１０】
このようにすれば、通信エリア内の受信電力がほぼ等しくなる地点までの伝搬距離差に基づく位相差を予め補償することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、移動体通信システムの構成図であり、基地局Ａ，Ｂによりセルを形成している。セルは、一部重複しており、その中に移動局Ｃが存在しているものとする。前記移動局Ｃは、具体的には、車載ナビゲーション装置、携帯電話機、移動ＰＤＡ端末、パーソナルコンピュータなどである。
【００１２】
キャリア変調方式は、ＯＤＦＭ変調方式とする。しかし本発明の実施はこれに限られず、他のマルチキャリア変調方式が採用可能である。
基地局Ａと移動局Ｃとの距離をｄ1とし、基地局Ｂと移動局Ｃとの距離をｄ2とする。
図２は、セル内の距離Ｄに沿ったキャリア受信電力強度の変化を示すグラフである（このグラフではキャリア間の干渉を考慮していない）。基地局Ａの発射電波の受信電力をＰA、基地局Ｂの発射電波の受信電力をＰBで示している。両電力のほぼ等しくなるエリアでは、サブキャリアの位相差がπになる地点で電界が打ち消しあって受信電力が大きく落ち込む。なお、受信電力に差がある地点では、一方が優勢となり、サブキャリアの位相差がπになっても受信電力は大きく落ち込まない。
【００１３】
図３は、本発明の実施に係る、サブキャリアの位相配列を示すグラフである。サブキャリアはＮ個あり、それぞれをｆ1，ｆ2，・・・，ｆNとする。添え字が大きくなるほど周波数は高くなるものとする。この例では、１つのサブキャリアｆ1の位相を０とし、ｆ2以後のサブキャリアの位相を等間隔で配列している。
図４は、サブキャリアの位相をすべて同一とした場合の位相配列を示すグラフである。
【００１４】
いま図３に示す位相配列のサブキャリアと、図４に示す位相配列のサブキャリアとを加算する。加算後のサブキャリア電力分布は、図５に示すようになる。位相差が０又は２π付近のサブキャリアは強め合うが、位相差がπ付近のサブキャリアは弱め合って電力が落ち込む。
実際に、各基地局から電波の受信電力が等しくなる地点付近に移動局Ｃが存在するとする。
【００１５】
移動局Ｃにおける受信サブキャリアの位相差には、伝搬距離差に基づく２π（ｄ1−ｄ2）／λiの位相差が予め含まれる。iはサブキャリア番号、Ｎはサブキャリア数、λiはｉ番目のサブキャリアの波長である。そこで、この伝搬距離差に基づく位相差を補償すべく、基地局Ａ，Ｂから発射されるサブキャリアに、伝搬距離差に基づくの位相差２π（ｄ1−ｄ2）／λiを付けておく。
その上で、一方の基地局から図３に示す位相配列２πi／Ｎを付加したサブキャリアを発射し、他方の基地局から、図４に示す位相配列を付加したサブキャリアを発射する。
【００１６】
例えば基地局Ａから
２πi／Ｎ−２πｄ1／λi
の位相でサブキャリアを発射し、基地局Ｂから
−２πｄ2／λi
の位相でサブキャリアを発射する。
移動局Ｃにおける受信電力は、位相差がπ付近のサブキャリアは電界が弱め合って電力が落ち込むが、位相差が０又は２π付近のサブキャリアは強め合う。したがって、全てのサブキャリアの電力が落ち込むという事態を避けることができる。
【００１７】
図６は、サブキャリアを横軸、時間ｔを縦軸にとったグラフである。電力の落ち込みがしきい値を超えて、移動局の受信機で誤り訂正不可能になったサブキャリアをハッチングで表している。図６(a)は、移動局が動かない場合を示し、図６(b)は、移動局がセル内の距離Ｄに沿って動いていく場合を示している。図６(b)では、受信電力がしきい値を超えて落ち込むサブキャリアは、徐々に変化している。
【００１８】
図６(b)で示した２つの時点ｔ1，ｔ2でのサブキャリアの受信電力分布を図７に示す。
図８は、本発明の他の実施に係る、サブキャリアの位相配列を示すグラフである。各サブキャリアｆ1，ｆ2，・・・，ｆNの位相はランダムに配列しているものとする。
この図８に示す位相配列のサブキャリアと、図４に示す位相配列のサブキャリアとを加算すると、加算後のサブキャリア電力分布は、図９に示すようになる。位相差が０又は２π付近のサブキャリアは強く、位相差がπ付近のサブキャリアは弱くなるが、その配置には規則性がない。
【００１９】
図１０は、サブキャリアを横軸、時間ｔを縦軸にとったグラフである。電力の落ち込みがしきい値を超えて、移動局の受信機で誤り訂正不可能になったサブキャリアをハッチングで表している。図１０(a)は、移動局が動かない場合を示し、図１０(b)は、移動局が動いていく場合を示している。図１０(b)では、受信電力がしきい値を超えて落ち込むサブキャリアは、ランダムに移り変わっていく。この理由は、図８に示すように、各サブキャリアｆ1，ｆ2，・・・，ｆNの位相をランダムに配列していることに基づく（これに対し、図３では各サブキャリアｆ1，ｆ2，・・・，ｆNの位相は、キャリア順に変化しているので、図６(b)では、受信電力がしきい値を超えて落ち込むサブキャリアは、順番にずれていく）。
【００２０】
ここで、前記のように基地局から発射されるサブキャリアの位相配列を変化させた効果を説明する。
一般に、ＯＤＦＭ等のマルチキャリア変調方式において、誤り訂正符号を使った訂正成功率と、正常受信キャリア数との関係を、図１１に示す。同図によれば、正常受信キャリア数がある数Ｎc以上あれば、誤り訂正できるが、正常受信キャリア数がＮcに満たなくなると、誤り訂正は難しくなる。
【００２１】
本発明においては、図６あるいは図１０に示すように、どの時間断面をとっても、電力の落ち込みがしきい値を超えるサブキャリア数は限られている。したがって、このサブキャリアの数をＮc未満に設定することができれば、訂正成功率を常にほぼ１に維持することができる。
次に、本発明の移動体通信装置を構成する送信機及び受信機の回路例を説明する。送信機及び受信機は、基地局と移動局に共通の回路構成となる。
【００２２】
図１２は、送信機の回路構成ブロック図である。送信データは、誤り訂正符号化回路１１でリードソロモン符号により符号化される。次にインターリーブ回路１２で、誤り訂正符号を効きやすくするための並べ替え（インターリーブ）が行われる。そして、Ｓ／Ｐ変換回路１３でシリアル信号からパラレル信号への変換が行われる。
位相調整手段として機能する差動符号化回路１４では、フリップフロップＦＦにより差動符号化を行うが、このときの基準位相は、各サブキャリアに位相差を付けて与える。この位相差のつけ方は、図３や図８を参照して説明したとおりである。差動符号化された信号は、逆フーリエ変換回路１５により逆フーリエ変換され、アナログ変換回路１６でＤＱＰＳＫ変調され、周波数変換されて送信アンテナに給電される。
【００２３】
図１３は、受信機の回路構成ブロック図である。アンテナで受信された高周波信号は、周波数変換され、ディジタル変換回路２１でディジタル信号に変換されフーリエ変換回路２２によりフーリエ変換される。２３は同期信号検出回路、２４は電圧制御発振器を表す。フーリエ変換回路２２によりフーリエ変換された信号は、差動復号化回路２５により差動復号化が行われ、Ｐ／Ｓ変換回路２６でパラレル信号からシリアル信号への変換が行われる。そして、デインターリーブ回路２７で、符号の並べなおしが行われ,誤り訂正符号化回路２８され、受信データとして出力される。
【００２４】
前記デインターリーブ回路２７の機能を、図１４を用いて説明する。図１４(a)は、周波数軸上、時間軸上に配列された受信データを示している。この受信データは、時間軸上で順に読み出されて、図１４(b)に示すように、列方向に書き込まれ、符号長Ｌの符号に並べ直される。
いま図３のようにサブキャリアの位相を等間隔で配列し、移動局がセル内の距離Ｄに沿って動いていく場合を想定する。
【００２５】
図１４(a)の受信データにおいて、サブキャリアの落ち込みのために誤りを発生させるおそれのあるバイトをハッチングで示している。デインターリーブされた受信データにおいては、誤りを発生させるおそれのあるバイトは、図１４(b)に示すようにジグザグ状に列方向に推移していく。
図１４(b)において、行方向に符号を読み出す場合に、誤りを発生させるおそれのあるバイトの数は、符号長Ｌの列内で一定数Ｓとなる。したがって、符号長ＬのうちＳバイトまでなら誤りを訂正できる誤り訂正符号を使用すれば、常に誤りを訂正できる。
【００２６】
これに対して、誤りを発生させるおそれのあるバイトの全体数が同じでも、行ごとに、その数にばらつきのある場合は、常に誤りを訂正できるとは限らないことになる。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、マルチキャリア変調方式で、複数の基地局アンテナにより同時に信号を送信するときに、複数のサブキャリアの基準位相を０〜２πの間で任意に割り付けることができるので、電力の強めあうサブキャリアが常に多数存在し、電力の打ち消しあうサブキャリアは少数存在することになる。したがって、すべてのサブキャリアが打ち消しあうという事態を避けることができ、誤り訂正により訂正がきく状態を作ることができ、通信の品質向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】移動体通信システムの構成図である。
【図２】セル内の距離Ｄに沿った受信電力強度の変化を示すグラフである。
【図３】本発明の実施に係る、サブキャリアの位相配列を示すグラフである。
【図４】サブキャリアの位相をすべて同一とした場合の位相配列を示すグラフである。
【図５】加算後のサブキャリア電力分布図である。
【図６】サブキャリア周波数を横軸、時間ｔを縦軸にとった受信信号のグラフである。(a)は、移動局が動かない場合を示し、(b)は、移動局がセル内で動いていく場合を示している。
【図７】図６(b)で示した２つの時点ｔ1，ｔ2でのサブキャリアの受信電界分布図である。
【図８】本発明の他の実施に係る、サブキャリアのランダムな位相配列を示すグラフである。
【図９】加算後のサブキャリア電力分布図である。
【図１０】サブキャリア周波数を横軸、時間ｔを縦軸にとったグラフである。(a)は、移動局が動かない場合を示し、(b)は、移動局が動いていく場合を示している。
【図１１】誤り訂正符号を使った訂正成功率と、正常受信キャリア数との一般的な関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の移動体通信装置に用いる送信機の回路構成ブロック図である。
【図１３】本発明の移動体通信装置に用いる受信機の回路構成ブロック図である。
【図１４】デインターリーブの機能説明図であり、(a)は、周波数軸上、時間軸上に配列された受信データを示し、(b)は、列方向に書き込まれ、符号長Ｌの符号列に並べ直されたデータを示している。
【符号の説明】
１１  誤り訂正符号化回路
１２  インターリーブ回路
１３  Ｓ／Ｐ変換回路
１４  差動符号化回路
１５  逆フーリエ変換回路
１６  アナログ変換回路
２１  ディジタル変換回路
２２  フーリエ変換回路
２３  同期信号検出回路
２４  電圧制御発振器
２５  差動復号化回路
２６  Ｐ／Ｓ変換回路
２７  デインターリーブ回路
２８  誤り訂正符号化回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003649179.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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