(57)【要約】【課題】無線電話システムなどのセルラ方式の無線通信システムで、効率良く送信ダイバーシティを行う。【解決手段】端末局の移動により、無線通信を行う基地局を第１の基地局から第２の基地局に切換えるハンドオーバー処理として、端末局に対して送信するシンボル系列を、第１の基地局で直交符号化して無線送信した状態から、シンボル系列を第１の基地局に割当てられた直交符号と、第２の基地局に割当てられた直交符号で符号化して、それぞれの基地局から１つ又は複数の同じ周波数で無線送信した状態とし、さらにその後、シンボル系列を第２の基地局で直交符号化して無線送信した状態とする処理を行う。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基地局で構成される無線通信エリア内で、端末局との間で無線通信を行う無線通信方法において、
端末局の移動により、無線通信を行う基地局を第１の基地局から第２の基地局に切換えるハンドオーバー処理として、
端末局に対して送信するシンボル系列を、第１の基地局で直交符号化して無線送信した状態から、シンボル系列を第１の基地局に割当てられた直交符号と、第２の基地局に割当てられた直交符号で符号化して、それぞれの基地局から１つ又は複数の同じ周波数で無線送信した状態とし、さらにその後、シンボル系列を第２の基地局で直交符号化して無線送信した状態とする
無線通信方法。
【請求項２】
請求項１記載の無線通信方法において、
端末局に対して送信するシンボル系列を、第１の基地局に割当てられた直交符号と、第２の基地局に割当てられた直交符号で符号化して、それぞれの基地局から同じ周波数で無線送信した状態の場合に、
端末局は、並列に送信されたシンボル系列を同時に受信し、直交符号化前のシンボル系列に最尤判定で分離合成する
無線通信方法。
【請求項３】
請求項２記載の無線通信方法において、
端末局から基地局に対して送信する無線信号についても、第１の基地局と第２の基地局の双方で受信して、それぞれの基地局で受信されたシンボル系列から、直交符号化前のシンボル系列に最尤判定で分離合成する
無線通信方法。
【請求項４】
請求項１記載の無線通信方法において、
第１の基地局に割当てられた直交符号と、第２の基地局に割当てられた直交符号とで符号化した場合に、各チャンネルに個別の位置にユニークワードを挿入して無線送信するようにした
無線通信方法。
【請求項５】
請求項１記載の無線通信方法において、
第１及び第２の基地局は、さらに複数の周波数を使用した複数チャンネルに、送信シンボル系列を分けて送信する
無線通信方法。
【請求項６】
複数の基地局と、各基地局での無線通信を制御する制御センタとで構成され、各基地局が端末局と無線通信を行う無線通信システムにおいて、
上記制御センタとして、無線通信を行う端末局の無線通信エリアを判断するエリア判断部と、
上記エリア判断部で判断された無線通信エリアに応じて、端末局に対して送信するシンボル系列を振り分け、判断されたエリアが複数のエリアの境界部の近傍である場合に、その境界部で隣接した複数の基地局に同時にシンボル系列を送る振り分け部とを備え、
上記各基地局として、上記制御センタから送られたシンボル系列を、自局に割当てられた直交符号で符号化して、その符号化されたシンボル系列を無線送信する送信部とを備えた
無線通信システム。
【請求項７】
請求項６記載の無線通信システムにおいて、
さらに上記各基地局として、端末局から無線送信された信号を受信する受信部を備え、
受信部で端末局から基地局に対して送信する無線信号についても、第１の基地局と第２の基地局の双方で受信して、それぞれの基地局で受信されたシンボル系列から、直交符号化前のシンボル系列に最尤判定で分離合成する
無線通信システム。
【請求項８】
請求項６記載の無線通信システムにおいて、
上記制御センタの振り分け部で複数の基地局に同時にシンボル系列を送った場合に、それぞれの基地局で符号化された直交符号の、それぞれ異なる位置にユニークワードを挿入して無線送信する
無線通信システム。
【請求項９】
請求項６記載の無線通信システムにおいて、
上記制御センタの振り分け部で複数の基地局に同時にシンボル系列を送った場合に、さらにそれぞれの基地局で、複数の周波数を使用した複数チャンネルに、送信シンボル系列を分けて無線送信する
無線通信システム。
【請求項１０】
基地局と無線通信を行う無線端末装置において、
無線伝送されたシンボル系列を受信するアンテナと、
上記アンテナで受信された信号の伝搬路を推定する推定部と、
上記アンテナで受信された複数のシンボル系列を合成する合成部と、
上記推定部で推定された伝搬路に基づいて、上記合成部で合成された複数のシンボル系列から最尤判定で適切な受信系列を得る判定部とを備えた
無線端末装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の無線端末装置において、
上記判定部で複数のシンボル系列から最尤判定で適切な受信系列を得る処理は、無線通信を行う基地局を、他の基地局に切換えるハンドオーバー時に行う
無線端末装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばセルラ方式の無線電話システムに適用して好適な無線通信方法及び無線通信システム、並びにこのシステムに適用される無線端末装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無線伝送を効率良く行う方法の１つとして、送信ダイバーシティがある。一般にダイバーシティと言われる方法は、受信側で複数のアンテナを備えて、それぞれのアンテナで受信された信号を、受信回路で合成する受信ダイバーシティと称される処理である。これに対して、送信ダイバーシティとは、送信アンテナを複数用意して、複数のアンテナから同時に送信される信号を、受信側の端末で同時に受信して、受信回路内で合成するものである。具体的には、送信機では、１系統の送信データを変調した後、変調シンボルが直交するように符号化を行って複数のシンボル系列を生成し、各シンボル系列をアンテナ間が無相関となるような複数の送信アンテナを用いて並列に送信し、受信機は複数伝搬路を経由した到来波を受信した後、並列に送信されたシンボル系列を分離し、最大比合成を行うことによってダイバーシティ利得を得る方式である。
【０００３】
図１６は、送信ダイバーシティを行う場合の送信側と受信側の構成例を示した図である。この構成例は、Ａｌａｍｏｕｔｉの手法による送信ダイバーシティ手法であり、図１６の例では、送信アンテナ数２、受信アンテナ数１の例である。送信機では、送信データｄ０，ｄ１，ｄ２，ｄ３を、変調部１１で変調して変調シンボルｓ０，ｓ１を生成する。ここでは、変調シンボルｓ０は時刻ｔ＝１に出力され、変調シンボルｓ１は時刻ｔ＝２に出力されるものとする。生成された２シンボルｓ０，ｓ１は、直交符号部１２で直交符号化して、シンボルｓ０，−ｓ１と、シンボルｓ１，ｓ０＊　に符号化される。シンボルｓ０＊　は、シンボルｓ０の複素共役である。直交符号化された一方のシンボルｓ０，−ｓ１は、一方の送信アンテナ１３から時刻ｔ＝１，２の順で送信され、他方のシンボルｓ１，ｓ０＊　は、他方の送信アンテナ１４から時刻ｔ＝１，２の順に送信される。
【０００４】
受信機では、１本のアンテナ１５で、２つのアンテナ１３，１４から送信された信号を受信する。受信信号は、チャンネル推定部１６で伝搬路推定を行い、合成部１７で２系統の受信シンボルの合成を行い、それぞれの結果を最尤検出部１８に送り、最尤検出部で受信したシンボル系列については最尤判定を行い、最尤判定シンボルを復調部１９に送り、復調部１９で供給されたシンボルの復調を行う。
【０００５】
ここで、アンテナ１３，１４から無線送信された信号は、それぞれ伝搬路ｈ０（ｔ）、ｈ１（ｔ）　を通過した到来波であるとし、伝搬路が時刻ｔ＝１，２で変動しないとすると、各時刻における伝搬路特性は以下のように表せる。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
このとき、時刻ｔ＝１，２における受信信号は次式で与えられる。
【０００８】
【数２】
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【０００９】
ｎ０，ｎ１　は複素ランダム雑音＋干渉である。送信シンボルｓｉとｓｋ　（ｉ≠ｋ）について最尤判定を用いると、以下のようにユークリッド距離で比較することができる。
【００１０】
【数３】
2004064240.tif 000005
【００１１】
〔数３〕式の場合、送信シンボルはｓｉと判定する。ここで、ｄ２（ｘ，ｙ）　は次式で定義される信号ｘ　とｙ　との間の２乗ユークリッド距離である。
【００１２】
【数４】
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【００１３】
図１６に示した受信側での合成部１７では、〔数１〕式と〔数２〕式を用いて以下の２つの合成信号を生成し、それぞれ最尤判定部１８に送る。
【００１４】
【数５】
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【００１５】
ここで、それぞれのアンテナからの伝搬路特性が判っていれば、信号ｓ０，ｓ１＊　は分離可能であり、〔数５〕式を〔数３〕式に代入して展開することで、次式が得られる。
【００１６】
【数６】
2004064240.tif 000008
【００１７】
さらに、
【００１８】
【数７】
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【００１９】
を〔数６〕式にそれぞれ加算して展開すると、最終的に次式が得られる。
【００２０】
【数８】
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【００２１】
〔数８〕式は、送信データｓ０は送信可能な全信号点のうちｓｉを送信シンボルとして最尤判定した結果であり、送信データｓ１についても同様な判定式が得られる。このことから、受信ダイバーシティと同様に送信ダイバーシティにおいても最大比合成によるダイバーシティ利得が得られる。
【００２２】
図１６に示す構成で送信ダイバーシティを行う場合には、送信アンテナ２本で異なったシンボルを同タイミングで送信できるように制御する必要がある。また、システムの送信電力が制限された場合、２本の送信アンテナから等しい送信電力を得るためには各シンボルに割当てる電力を１／２にしなければならず、誤り率で３ｄＢの劣化を招く。しかし、増幅器で扱う電力３ｄＢを軽減することは非常に重要であり、２つの増幅器で半分ずつ電力増幅を行う方が１つの増幅器で２倍の電力増幅を行うより安価である。ＲＦ電力の制限がなければ、送信総電力を２倍にすることで３ｄＢ向上を図れる。さらに、送信ダイバーシティを行う受信機は１本のアンテナでも、伝搬路状態によっては受信ダイバーシティと同等の最大比合成が得られるので、受信ダイバーシティを行う受信機に比べて、端末装置の小型化が図れる方式である。
【００２３】
このような送信ダイバーシティは、例えば携帯電話システムの１つの方式であるＷＣＤＭＡ方式に、比較的容易に適用可能である。即ち、ＷＣＤＭＡ方式では基地局毎に異なった系列あるいは異なったタイミングオフセットを持つ拡散符号を採用しているので、ＲＡＫＥ受信機を用いると受信機における伝搬路推定が可能であり、送信ダイバーシティを比較的容易に実現できる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１６に示したような送信ダイバーシティを行えば、利得向上を図ることができ、効率良く無線伝送できる。マルチパス等の伝搬路において、相互に相関が小さい複数伝搬路を通過した信号が等電力の場合、ダイバーシティを行うことで大きな利得が得られる。そのため、セル境界といった複数基地局からの信号電力がほぼ等しい領域ほどダイバーシティ利得が得られると予測できる。
【００２５】
無線電話システム以外でも、例えば無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ：構内情報通信網）の規格であるＩＥＥＥ（Ｔｈｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　）８０２．１１方式や、ディジタル放送において広く採用されているＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ　：直交周波数分割多重）方式の場合にも、送信ダイバーシティを用いることができれば、利得向上が図れることは確かであるが、これらの無線伝送方式では、一般的に基地局と移動局の通信チャンネルは、ＴＤＭＡあるいはＦＤＭＡでチャンネル分割されているため、ＷＣＤＭＡ方式のような同一周波数による送信ダイバーシティを用いた利得向上を図ることは難しかった。
【００２６】
さらに、移動局毎に音声、データ、画像といった複数のメディアを伝送する場合、移動局毎のデータ量および所望品質に合わせて通信チャンネル割当を柔軟に行える可変データレート伝送方式が望まれるが、送信ダイバーシティを、このような可変データレート伝送に組み合わせる場合における、適切な伝送方式は従来提案されてなかった。
【００２７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、送信ダイバーシティを携帯電話システムの如き無線伝送システムに適切に組み合わせて、無線伝送効率を向上させることを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の基地局で構成される無線通信エリア内で、端末局との間で無線通信を行う場合に、端末局の移動により、無線通信を行う基地局を第１の基地局から第２の基地局に切換えるハンドオーバー処理として、端末局に対して送信するシンボル系列を、第１の基地局で直交符号化して無線送信した状態から、シンボル系列を第１の基地局に割当てられた直交符号と、第２の基地局に割当てられた直交符号で符号化して、それぞれの基地局から１つ又は複数の同じ周波数で無線送信した状態とし、さらにその後、シンボル系列を第２の基地局で直交符号化して無線送信した状態とすることを特徴とする。
【００２９】
このようにしたことで、ハンドオーバー処理時に、複数の基地局から端末局への送信ダイバーシティ処理が行われることになり、無線通信エリアが切換わる際の通信状態を向上させることが可能になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１５を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。
【００３１】
本例においては、セルラ方式の無線電話システムに適用したものである。図１は、本例の無線電話システムの全体構成例を示した図である。まず、セルラ方式の無線通信の概略構成について図１を参照しながら説明する。
【００３２】
図１に示すように、セル構成の無線通信システムは、複数の基地局１，２，３‥‥が、適当な間隔で配置されて、それぞれの基地局毎に、端末局（移動局）と無線通信を行うエリアが、セルとして設定されている。各基地局は、セル内に位置する移動局との間で、基地局から移動局へ通信を行う下り回線、移動局から基地局へ通信を行う上り回線を用いて通信を行う。図１では、７つの基地局１〜７を示してあり、それぞれの基地局を中心として構成される無線通信エリアであるセルが連続して設定されている。図１では、セルとセルの境界部は、斜線で示してある。移動局がこの境界部を超えて移動する場合には、通信を行う基地局を切換えるハンドオーバー処理が必要になる。
【００３３】
モバイルスイッチングセンタ（以下ＭＳＣと称する）８は、上り、下りそれぞれの回線で扱うデータを管理する制御センタであり、下り回線のデータは移動局と通信を行う基地局にスロット毎に送られ、上り回線のデータは基地局で受信した移動局のデータがスロット毎に送られてくる。公衆電話回線ネットワーク９は、ＭＳＣ８を介して基地局側と接続させてあり、端末局の位置情報などもＭＳＣ８で管理され、その位置情報に基づいて、移動局と通信を行う基地局を判断して、その判断された基地局に公衆電話回線ネットワーク９からのデータを振り分ける振り分け機能を有する。またＭＳＣ８は、通信中の基地局、端末局それぞれの伝搬路状況を把握して、これら伝搬路状況とそれぞれのデータレート、所望品質に合わせて送信ダイバーシティの有無、送信ダイバーシティを行う場合のスロットあるいはシンボル系列構成に対応した制御を行う。
【００３４】
具体的な制御例について説明すると、例えば、移動局が斜線部のセル領域（即ちセルの境界部）に入った場合、ＭＳＣ８は基地局と移動局から送られてくる受信信号電力ハンドオーバーを行うタイミングを判定して、移動局の受信信号電力が大きくなった隣接基地局へハンドオーバーを行う。図２に、セル境界における基地局受信電力変化例を示す。図２は、基地局１で構成されるセル内にいる端末局（移動局）が、基地局２で構成されるセルに移動した場合の例を示してあり、基地局１での受信信号レベルと、基地局２での受信信号レベルとの比較で、基地局２での受信信号レベルの方が高くなったときに、ＭＳＣ８側で端末局がセル境界に移動したと判断して、基地局２との通信に切換えるハンドオーバータイミングを決定する。このように単純に受信信号レベルからハンドオーバータイミングを決定するのは、従来の処理である。
【００３５】
ここで本例においては、端末局がセル境界の近傍にある場合に、基地局からの送信ダイバーシティを、必要により行うようにしてある。セル境界での送信ダイバーシティの具体的な処理については後述するが、例えば、基地局１と基地局２で同一周波数で同じスロットの使用が可能とすると、基地局１の受信信号レベルが方が大幅に大きいときには、基地局１からのチャンネル１の信号のみを受信し、基地局１と基地局２の受信信号レベルがほぼ等しいセル境界では、基地局１からのチャンネル１とチャンネル２、基地局２からのチャンネル３とチャンネル４を用いて直交符号化を行うことで送信ダイバーシティを行い、基地局２の受信信号レベルが方が大幅に大きいときには、基地局２からのチャンネルの信号のみを受信するように切り替える。このように、セル境界では送信ダイバーシティによってチャンネル数を増加させてダイバーシティ利得を得ること、あるいはチャンネルとスロットを複数ユーザで共用することにより柔軟なチャンネル割当ができるようになる。
【００３６】
次に、ＭＳＣと基地局の構成例を、図３を参照して説明する。ここでは、ＭＳＣ８は、送信ダイバーシティの処理に関係した構成だけを示してある。この例は、２つの基地局が、それぞれ２本のアンテナを用いた場合を示している。
【００３７】
下り回線の送信は、データがＭＳＣ８のスロットデータ割当部１０１で移動局毎にスロット単位に割り当てられ、スロット単位のデータおよび送信ダイバーシティの有無、さらに送信ダイバーシティを行うときは該当する基地局と移動局で採用する直交符号系列、それぞれの符号シンボルの割当といった制御情報を、該当する基地局の送信部に送る。ここでは、基地局１の送信部１１１と基地局２の送信部１２１に送る。この２つの基地局に同時に送るのは、ハンドオーバー時に送信ダイバーシティを行う場合であり、それ以外の場合には、いずれか１つの基地局にだけ送る。
【００３８】
データが供給された基地局の送信部１１１，１２１では、データをフレーム化した後に変調して変調シンボルを生成し、同一周波数を用いて送信ダイバーシティを行う場合には、制御情報に従って直交符号化し、複数の局で送信タイミングを合わせて送信する。図５の例では、各基地局の送信部の出力は、２本のアンテナに供給して無線送信するようにしてある。即ち、例えば基地局１は、送信部１１１の出力を、アンテナ共用器１１３，１１４を介して２本のアンテナ１１５，１１６に供給する構成としてあり、基地局２は、送信部１２１の出力を、アンテナ共用器１２３，１２４を介して２本のアンテナ１２５，１２６に供給する構成としてある。
【００３９】
各基地局の２本のアンテナは、送信アンテナと受信アンテナを兼用してあり、各基地局の２本のアンテナで受信した信号を、それぞれの受信部１１２又は１２２に供給する構成としてある。各受信部１１２，１２２での上り回線の信号の受信処理としては、上り回線の送信ダイバーシティが行われている場合、基地局は移動局からの送信された受信信号を、シンボル系列に分離合成し、その分離合成した分離したシンボル系列をＭＳＣ８に送る。ＭＳＣ８では、供給されたシンボル系列のユニークワード部分と、基地局および移動局の隣接基地局の電力情報を伝搬路情報摘出部１０２，１０３で取り出して、その取り出された情報の内容を伝搬路情報判定部１０４で判定し、判定された情報に基づいて、送信ダイバーシティ制御部１０５で伝搬路推定を行い送信ダイバーシティの有無を判断し、さらに、移動局がセル境界に位置すると判断した場合は、複数基地局を用いた送信ダイバーシティの可能性について判断する。これらの結果に基づいてスロット割当と制御情報を送信ダイバーシティ制御部１０５で決定して、スロット割当部１０１および基地局の送信部１１１，１２１に最適な制御情報を送る。
【００４０】
基地局からＭＳＣ８に送られたシンボル系列は、ダイバーシティ合成部１０６に送られる。ここで、上り回線の信号は送信ダイバーシティが行われている場合には、最尤判定に基づいた合成処理を行い、受信シンボル系列を得、その受信シンボル系列を上り回線データとして出力させる。送信ダイバーシティが行われてない場合には、ＭＳＣ８に送られたシンボル系列は、そのまま上り回線データとして出力される。
【００４１】
図４及び図５は、２つの基地局から移動局（端末局）に、送信ダイバーシティで下り回線の信号を送る場合の、送信部及び受信部のより具体的な構成例を示した図である。図４は、各基地局が２本の送信アンテナを備えて、移動局が１本の受信アンテナを用いた場合の例であり、図５は、各基地局が２本の送信アンテナを備えて、移動局が２本の受信アンテナを用いた場合の例である。
【００４２】
ＭＳＣ８のスロットデータ割当て部２０１は、供給される下り回線のシンボル系列を、２つの基地局のフレーム生成部２０２，２０３に送り、それぞれのフレーム生成部２０２，２０３でフレーム構造のデータとし、そのフレーム構造のデータを、変調部２０４，２０５に送る。各変調部２０４，２０５では、送信用の変調処理を行い、その変調されたシンボルを、直交符号部２０６，２０７に送り、直交符号化を行って、２系統の送信信号とする。一方の基地局の直交符号部２０６で得た２系統の送信信号は、別のアンテナ２０８，２０９に供給して、無線送信させる。他方の基地局の直交符号部２０６で得た２系統の送信信号は、別のアンテナ２１０，２１１に供給して、無線送信させる。各直交符号部２０６，２０７では、ＭＳＣ８側から供給される制御情報に基づいて、直交符号化状態が制御される。
【００４３】
ここでは、２つの基地局の合計４本のアンテナ２０８，２０９，２１０，２１１から無線送信される信号は、同一の周波数を使用して無線送信される信号としてあり、アンテナ２０８から送信される信号をＣＨ１（チャンネル１）、アンテナ２０９から送信される信号をＣＨ２、アンテナ２１０から送信される信号をＣＨ３、アンテナ２１１から送信される信号をＣＨ４としてある。また、アンテナ２０８から送信されるＣＨ１の信号の伝搬路特性をｈ０　、アンテナ２０９から送信されるＣＨ２の信号の伝搬路特性をｈ１　、アンテナ２１０から送信されるＣＨ３の信号の伝搬路特性をｈ２　、アンテナ２１１から送信されるＣＨ４の信号の伝搬路特性をｈ３　としてある。
【００４４】
移動局（端末局）での受信構成としては、図４の例の場合には、１つのアンテナ２２１で受信する構成としてある。ここでは、４つのチャンネル（ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４）の受信信号を、受信信号ｒ０，ｒ１，ｒ２，ｒ３　としてあり、このアンテナ２２１で受信した信号を、伝搬路推定部２２２に供給して、４つの伝搬路特性ｈ０，ｈ１，ｈ２，ｈ３　の推定を行う。そして、この推定された伝搬路特性ｈ０，ｈ１，ｈ２，ｈ３　に基づいて、信号合成部２２３で受信信号ｒ０，ｒ１，ｒ２，ｒ３　の合成処理を行い、４系統の合成信号を得、その合成信号を最尤判定部２２４に送って、伝搬路特性に基づいて判定可能な４つのシンボル系列の内の、自局宛のシンボル系列について最尤判定を行い、最尤判定シンボルを出力する。
【００４５】
図５は、移動局（端末局）での受信構成として、２つのアンテナ２３１，２３２で受信する構成とした場合の例である。図５の例の場合には、２つの基地局の合計４本のアンテナ２０８，２０９，２１０，２１１から無線送信される信号の伝搬路として、８つの伝搬路が存在することになり、それぞれを伝搬路特性ｈ０，ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４，ｈ５，ｈ６，ｈ７　としてある。伝搬路推定部２３３では、８つの伝搬路特性ｈ０　〜ｈ７　を推定し、信号合成部２３４で４系統の合成信号を得、その合成信号を最尤判定部２３５に送って、伝搬路特性に基づいて判定可能な４つのシンボル系列の内の、自局宛のシンボル系列について最尤判定を行い、最尤判定シンボルを出力する。
【００４６】
図６は、受信系が備える伝搬路推定部の構成例を示した図である。例えば、４つの受信信号ｒ０，ｒ１，ｒ２，ｒ３　を、セレクタ３０１で時分割で選択する。具体的には、例えばシンボル系列のユニークワード部分と、基地局及び移動局の隣接基地局の電力情報の部分を取り出し、その選択された信号を、マッチドフィルタ３０２を介して伝搬路特性部３０３に供給し、伝搬路推定部３０３で、各信号の伝搬路を推定する。
【００４７】
図７は、受信系が備える信号合成部の構成例を示した図である。信号合成部は、伝搬路推定部からの伝搬路特性情報を、乗算部３１１に供給して乗算処理を行い、さらに、受信シンボルを乗算部３１２に供給して乗算処理を行い、積和演算部３１３で各乗算信号及び乗算されてない信号の積和演算を行って、４つの４系統の合成信号を得る。
【００４８】
図８は、受信系が備える最尤判定部の構成例を示した図である。供給された４系統の信号は、ユークリッド距離計算部３１４に供給されて、リファレンス送信シンボルとの比較で、ユークリッド距離が計算され、その計算された各信号のユークリッド距離が比較部３１５で比較され、その比較結果に基づいて、データ選択部３１６で最適なシンボルが選択されて、その選択されたシンボル系列が出力される。
【００４９】
なお、移動局から基地局への上り回線で送信ダイバーシティが実行される場合には、移動局側が複数の送信アンテナを備えて、その複数の送信アンテナからの信号が、基地局側で同時に受信されて、最尤判定で最適なシンボルが選択される処理が実行される。基本的な送信及び受信の処理構成については、下り回線での送信及び受信の処理構成と同じである。
【００５０】
次に、このような送信ダイバーシティが実行される際の、処理例について、図９以降の図を参照して説明する。既に説明したように、本例の送信ダイバーシティの処理は、移動局が移動して、セルの境界にあるときに実行されるものである。即ち、ある移動局での、基地局１からの信号の受信電界強度と、基地局２からの信号の受信電界強度の、セル境界での変化例を図９に示すと、基地局１の受信電界強度が十分なレベルにある区間ａでは、移動局は基地局１とだけ無線通信が行われる。また、基地局２の受信電界強度が十分なレベルにある区間ｄでは、移動局は基地局２とだけ無線通信が行われる。そして本例においては、基地局１の受信電界強度と基地局２の受信電界強度とが近づいた区間ｂ，ｃで、この２つの基地局１，２を使用した送信ダイバーシティが実行され、この送信ダイバーシティが行われた状態で、ハンドオーバー処理が実行される。
【００５１】
図１０は、このハンドオーバー時に送信ダイバーシティが実行される際のスロットのデータ割当て例を示した図である。この例では、基地局１でＣＨ１だけを使用して送信を行う区間ａのときには、スロット毎に割当てられたデータ｛ｄ０，ｄ１，‥‥｝をフレーム生成した後、変調してその変調されたフレームのシンボルＤ０　，Ｄ１　を、そのまま１つのチャンネル（ＣＨ１）から無線送信させる。
【００５２】
そして、送信ダイバーシティを行う区間ｂ，ｃでは、スロット毎に割当てられたデータ｛ｄ０，ｄ１，‥‥｝をフレーム生成し、変調した後、ビット毎或いはフレーム毎に直交符号化を行う。変調後の４つの変調シンボル｛ｓ０，ｓ１，ｓ２，ｓ３　｝は、次式のように直交符号化される。
【００５３】
【数９】
2004064240.tif 000011
【００５４】
符号化された信号は、行列Ｓの列方向に、２つの基地局の合計４本のアンテナから同タイミングで送信する。ここで、受信機（移動局）が１本の受信アンテナで構成される場合（即ち例えば図４に示すような構成の場合）、受信信号は時刻ｔ＝０，１，２，３で送られる時系列信号ｒ０，ｒ１，ｒ２，ｒ３　毎に、送信信号と信号伝搬路特性ベクトルｈ＝〔ｈ０，ｈ１，ｈ２，ｈ３　〕との乗算で以下のように表現できる。
【００５５】
【数１０】
2004064240.tif 000012
【００５６】
この式において、ｎｘ　は各時刻での雑音である。ここで、従来例として２本のアンテナによる送信ダイバーシティで説明した〔数３〕式のような２シンボル系列に対するユークリッド距離を用いた最尤判定を、〔数１０〕式の４シンボル系列に拡張する。送信シンボルｓｉ　とｓｋ　（ｉ≠ｋ）についての最尤判定は次式で定義される。
【００５７】
【数１１】
2004064240.tif 000013
【００５８】
〔数１１〕式ではシンボルｓｉ　が送信されたシンボルと判定する。ユークリッド距離は、既に説明した〔数４〕式で与えられるので、受信信号ｒ０　〜ｒ３　と伝搬路特性ｈ０　〜ｈ３　から合成信号ｓ０　〜ｓ３　は以下のように求めることができる。
【００５９】
【数１２】
2004064240.tif 000014
【００６０】
〔数１１〕式に〔数１０〕式と〔数１２〕式を代入し、〔数６〕式〜〔数１０〕式と同様な展開を施すと以下の最尤判定規範が得られる。
【００６１】
【数１３】
2004064240.tif 000015
【００６２】
〔数１３〕式は、送信シンボルｓ０　は送信可能な全信号点のうちユークリッド距離が最も近いｓｉ　を送信シンボルとして最尤判定した結果であり、シンボルｓ０　〜ｓ３　についても同様な判定式が得られる。この結果、受信アンテナダイバーシティと同様に最大比合成によるダイバーシティ利得が得られる。
【００６３】
図５に示すように受信アンテナ２本の場合は同様の処理を行うことにより以下のように最尤判定規範が与えられる。
【００６４】
【数１４】
2004064240.tif 000016
【００６５】
この場合、伝搬路特性が完全に推定できれば、受信アンテナ２本を用いることにより１本の場合に比べ２倍のダイバーシティ利得が得られることになる。
【００６６】
もし、伝搬路変動が４シンボル区間（ｔ＝０、１、２、３）ではなく、遅延波の影響のないフラットな状態であれば、各伝搬路特性は〔数１〕式と同様に以下のように与えられる。
【００６７】
【数１５】
2004064240.tif 000017
【００６８】
この場合、〔数１０〕式のようにｈｎ　ｈｎ　＊　の項は振幅変動ａｎ　のみで置き換えることができ、最大のダイバーシティ利得が得られる。受信機に等化器などのマルチパスによる選択性フェージング軽減機能がない場合、選択性フェージング下ではその対策ができないため、遅延波による歪によってダイバーシティ利得は低下する。そのためＭＳＣは、基地局あるいは移動局から送られてくる伝搬路情報からフラットフェージングか選択性フェージングかを判断し、同一周波数を用いて送信ダイバーシティを行っている場合、選択性フェージング環境で送信ダイバーシティによる伝送が困難と判断したなら送信ダイバーシティを停止するようにする。
【００６９】
ここで、送信ダイバーシティを行う場合の一般的な送信アンテナ２本の送信ダイバーシティを行う場合のフレーム構造について示すと、例えば図１１，図１２に示す処理で実現できる。即ち、図１１Ａ，Ｂに示すように、各チャンネルの１フレームのプリアンブル区間を、２分割して、その前半にＣＨ１のユニークワード〔ＵＷ０〕を配置し、後半にＣＨ２のユニークワード〔ＵＷ０〕を配置して送信させる。それぞれのユニークワードは、ＰＮ系列といった自己相関の高い系列をユニークワードとして用いる。ＣＨ１のユニークワードが配置される区間のＣＨ２、及びＣＨ２のユニークワードが配置される区間のＣＨ１では、ヌルデータ（即ち０データが連続する意味のないデータ）とされる。ＣＨ１，ＣＨ２のフレーム構成例ではフレーム毎に異なった直交符号を用いて直交符号化を行っている。各フレームの末尾は、データが配置されないガード周期（Ｇｕａｒｄ　ｐｅｒｉｏｄ）である。
【００７０】
また、同一周波数を用いた４チャンネルでの送信ダイバーシティを行う場合には、例えば図１２に示すように、スロット間で信号が重ならないようにタイミングを割り当てることで、同時に送信されるのは、２チャンネルとなり、従来の２チャンネルでの送信ダイバーシティの処理が適用できる。即ち、例えば図１２Ａ，Ｂに示すように、スロット１の期間は、基地局１からのＣＨ１とＣＨ２を使用して２チャンネルでの送信ダイバーシティを行い、スロット２の期間は、基地局２からのＣＨ３とＣＨ４を使用して２チャンネルでの送信ダイバーシティを行うことで、合計４チャンネルでの送信ダイバーシティが可能である。このように送信ダイバーシティを実行した場合、ダイバーシティ利得は期待できるが、割当可能なチャンネルおよびスロット数は限定される。
【００７１】
このため、本例においては、チャンネルおよびスロット数の割当の柔軟性を向上させるため、上述した４チャンネルでの同時送信による送信ダイバーシティを行う。図１３，図１５は、この場合の各スロットへのシンボル割当て例を示した図である。図１３はフレーム毎に、図１５はビット毎にそれぞれ４つの直交符号を割当ててある。
【００７２】
図１３の場合には、２ユーザ（移動局）がスロットを共用してフレーム単位に送信ダイバーシティを行う例であり、例えば、送信シンボルＳ０　，Ｓ１　を１つの移動局に割当て、送信シンボルＳ２　，Ｓ３　を別の１つの移動局に割当てることで、２ユーザで１周波数を共用できる。図１３Ａ，Ｂは、基地局１からのＣＨ１，ＣＨ２の各スロットのシンボル割当例であり、図１３Ｃ，Ｄは、基地局２からのＣＨ３，ＣＨ４の各スロットのシンボル割当例である。この例では、各チャンネルに１スロットで２シンボル送るようにしてあり、〔数９〕式で示すように直交符号化された各変調シンボルを生成させて、同じタイミングで送るようにした例である。
【００７３】
４つのシンボル系列を用いた４つのチャンネル構成による伝送において、図１３のようにフレーム毎に直交符号化する場合は、同じシンボルパターンで符号化されたシンボル系列を１単位とみなして基地局送信アンテナあるいはユーザに割り当てることができる。図１３の場合は、ＣＨ１〜ＣＨ４を、４本の送信アンテナに割り当てることができるので、図１３の例のように２つの基地局に割当てるのではなく、例えば、１つの基地局が備える４本のアンテナを用いて同一タイミングで送信して、送信ダイバーシティを行うこともできる。また、１つの基地局に３つのチャンネルを割当てて、他の基地局には１チャンネルだけを割当ててそれぞれ３本、１本の送信アンテナで並列に送信することも可能である。
【００７４】
また、４チャンネルをマルチキャリア伝送のようにすべての周波数を変えて送信することも可能であり、さらに例えば２チャンネルは同一周波数で伝送し、他の２チャンネルは異なった周波数で伝送するといったことも可能である。
【００７５】
この図１３のように４チャンネルで送信させる場合には、例えば各チャンネルのフレーム構成として、図１４に示すような例とすることで、各チャンネルの伝搬路特性を受信側で正確に検出できる。即ち、図１４に示すように、ユニークワードの区間を４分割して、各チャンネルにユニークワードをシフトさせて配置させる。具体的には、例えば、最初の区間にＣＨ１のユニークワード〔ＵＷ０〕を配置し、次の区間にＣＨ２のユニークワード〔ＵＷ１〕を配置し、さらに次の区間にＣＨ３のユニークワード〔ＵＷ２〕を配置し、最後の区間にＣＨ４のユニークワード〔ＵＷ３〕を配置する。
【００７６】
そして、ＣＨ１の前半のデータ区間に、シンボルｓ０　，ｓ２　で符号化したデータを配置し、ＣＨ１の後半のデータ区間に、シンボル−ｓ１　＊　，−ｓ３　＊　で符号化したデータを配置する。また、ＣＨ２の前半のデータ区間に、シンボルｓ１　，ｓ３　で符号化したデータを配置し、ＣＨ２の後半のデータ区間に、シンボルｓ０　＊　，ｓ２　＊　で符号化したデータを配置する。また、ＣＨ３の前半のデータ区間に、シンボルｓ２　，ｓ０　で符号化したデータを配置し、ＣＨ３の後半のデータ区間に、シンボル−ｓ３　＊　，−ｓ１　＊　で符号化したデータを配置する。さらに、ＣＨ４の前半のデータ区間に、シンボルｓ３　，ｓ１　で符号化したデータを配置し、ＣＨ２の後半のデータ区間に、シンボルｓ２　＊　，ｓ０　＊　で符号化したデータを配置する。
【００７７】
図１５は、ビット単位で４チャンネルを共用化した場合の例である。図１５Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、４チャンネルのスロット割当てを示し、図１５Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈは、各スロット内の４チャンネルのシンボル割当てを示している。ここでは、１フレーム内の１ビット単位で直交符号化させたデータを配置させて、送信ダイバーシティを行う例を示している。
【００７８】
このようにして、送信ダイバーシティを行うことで、ハンドオーバー時の基地局から移動局への無線伝送を、効率良く行うことができる。この場合、２台以上の複数の移動局でスロットを共用化することで、複数端末を用いた１伝送周波数の共用化が行え、より効率の良い無線伝送が可能になる。この複数端末の移動局で共用化する場合、例えば、２つの移動局のデータレートが等しければ、シンボルｓ０，ｓ１　を一方の移動局に割当て、シンボルｓ２，ｓ３　を他方の移動局に割当てて送信ダイバーシティを行い、受信側でのシンボルの最尤判定は、それぞれに割り当てられた送信シンボルについてだけ最尤判定を行う。
【００７９】
また、このように複数端末に割当てた場合に、どちらか一方が高速データレートを必要とする場合は、例えばシンボルｓ０，ｓ１，ｓ２　を高速通信を行う移動局に割当て、シンボルｓ３　を低速通信を行う移動局に割り当てて、それぞれに割り当てられた送信シンボルのみを最尤判定することも可能である。これらの割当てはスロット毎に変更可能であり、データレートに合わせてシンボル系列数分のチャンネルとスロットを柔軟に割当るといった可変データレート伝送ができる。
【００８０】
また、図１５の例のように、ビット毎に直交符号化する場合は、上述したチャンネルとスロット割当のほかに、ビット単位にシンボルｓ０，ｓ１，ｓ２，ｓ３　が直交していることを利用して、同一区間で直交化されたシンボルｓ０，ｓ１，ｓ２，ｓ３　単位で複数移動局に割当ることも可能であり、それぞれに割り当てられた送信シンボルのみを最尤判定することでさらに柔軟な可変データレート伝送ができる。
【００８１】
なお、ここまでの説明では、主として基地局から移動局（端末局）への下り回線で送信ダイバーシティを行う場合の処理の詳細について説明し、移動局から基地局への上り回線での送信ダイバーシティを行う場合の具体的な構成や処理については説明してないが、ここまで説明した送信ダイバーシティの構成、即ち、移動局側で複数の送信アンテナを備える構成として、その複数の送信アンテナから送信ダイバーシティを行って、基地局側で最尤判定を行って適切な受信シンボルを得るようにしても良い。この上り回線の送信ダイバーシティについても、下り回線で送信ダイバーシティを行うのと同時、即ちセル境界時のハンドオーバー時に実行すれば良い。
【００８２】
また、下り回線や上り回線での送信ダイバーシティは、ハンドオーバー時以外にも実行するようにしても良い。例えば、セル境界時でない場合であっても、基地局と移動局との間の通信状態が悪く端末が複数基地局からほぼ等しいレベルの電力を受信した場合など、下り回線及び／又は上り回線で送信ダイバーシティを行うようにしても良い。
【００８３】
また、上述した実施の形態では、無線電話システムに適用した例について説明したが、その他の同様な無線通信システムにも適用できることは勿論である。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によると、セル境界といった基地局−端末局間の信号電力の弱い区間で、送信ダイバーシティを用いることによって無線通信の品質改善を図れるようになる。
【００８５】
また、送信ダイバーシティを行う場合に、送信させるシンボルを複数の端末局宛のシンボルに個別に割当てることで、同一周波数や同一スロットを用いて複数の端末局と同時に無線通信を行うことが可能になり、無線通信の電圧効率が向上する。
【００８６】
複数チャンネルを複数端末に割当てた場合に、割当てるシンボル数を端末局毎に適切に選定することで、端末局毎に異なったデータレートを伝送する必要がある場合に柔軟に対応できる可変データレート伝送が可能になる。
【００８７】
また本発明によると、制御センタ側で、通信中の基地局、端末局それぞれの伝搬路状況を把握して、これら伝搬路状況とそれぞれのデータレート、所望品質に合わせて送信ダイバーシティの有無、送信ダイバーシティを行う場合のスロットあるいはシンボル系列構成に対応した制御を行うので、送信ダイバーシティが適切に実行できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるセルラーシステムの構成例を示す構成図である。
【図２】本発明にかかるハンドオーバーの原理を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態の基地局とＭＳＣの構成例を示す構成図である。
【図４】本発明の一実施の形態による送信ダイバーシティの構成例（受信アンテナ１本の例）を示す構成図である。
【図５】本発明の一実施の形態による送信ダイバーシティの構成例（受信アンテナ２本の例）を示す構成図である。
【図６】本発明の一実施の形態による伝搬路推定部の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の一実施の形態による信号合成部の構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明の一実施の形態による最尤判定部の構成例を示すブロック図である。
【図９】セル境界における基地局受信電力例を示す説明図である。
【図１０】ハンドオーバー時のスロットへのデータ割当て例を示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態によるフレーム構成例（チャンネル数２の例）を示す説明図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態によるスロット割当て例を示す説明図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態によるフレーム構成例（チャンネル数４の例）を示す説明図である。
【図１４】図１３例のチャンネル構成の場合の詳細なフレーム構成例を示した説明図である。
【図１５】本発明の一実施の形態によるスロットへのシンボル割当例を示す説明図である。
【図１６】従来の送信ダイバーシティの例を示した構成図である。
【符号の説明】
１〜７…基地局、８…ＭＳＣ（モバイルスイッチングセンタ）、９…公衆電話ネットワーク、１１…変調部、１２…直交符号部、１３，１４，１５…アンテナ、１６…チャンネル推定部、１７…合成部、１８…最尤検出部、１９…復調部、１０１…スロットデータ割当部、１０２，１０３…伝搬路情報摘出部、１０４…伝搬路情報判定部、１０５…送信ダイバーシティ制御部、１０６…ダイバーシティ合成部、１１１…送信部、１１２…受信部、１１３，１１４…アンテナ共用器、１１５，１１６…アンテナ、１２１…送信部、１２２…受信部、１２３，１２４…アンテナ共用器、１２５，１２６…アンテナ、２０１…スロットデータ割当部、２０２，２０３…フレーム生成部、２０４，２０５…変調部、２０６，２０７…直交符号部、２０８，２０９，２１０，２１１，２２１…アンテナ、２２２…伝搬路推定部、２２３…信号合成部、２２４…最尤判定部、２３１，２３２…アンテナ、２３３…伝搬路推定部、２３４…信号合成部、２３５…最尤判定部、３０１…セレクタ、３０２…マッチドフィルタ、３０３…伝搬路特性部、３１１，３１２…計算部、３１３…積和演算部、３１４…ユークリッド距離計算部、３１５…比較部、３１６…データ選択部
【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】
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【図１３】
2004064240.tif 000030
【図１４】
2004064240.tif 000031
【図１５】
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【図１６】
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