(57)【要約】【課題】上り送信において、拡散コードの直交性を確保することで直交拡散コードの適用を可能とし、上り通信容量を格段に増加させることができる無線通信システム及び無線通信方法を提供すること。【解決手段】各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎが、送信データを自局固有の直交拡散コードを用いて拡散し、拡散後の信号をＯＦＤＭ変調することでＯＦＣＤＭ信号を形成し、基地局ＢＳが、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃ＮからのＯＦＣＤＭ信号を受信し、この受信信号をＯＦＤＭ復調し、ＯＦＤＭ復調後の信号に対して各通信端末固有の直交拡散コードを用いた逆拡散処理を施して各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎからの送信データを得るようにする。【選択図】      図１
2004363721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の通信端末と、これら複数の通信端末からの信号を受信する基地局とを有する無線通信システムであって、
前記各通信端末は、送信データを自局固有の直交拡散コードを用いて拡散する拡散手段と、拡散後の信号をＯＦＤＭ変調するＯＦＤＭ変調手段とを有し、
前記基地局は、受信信号をＯＦＤＭ復調するＯＦＤＭ復調手段と、ＯＦＤＭ復調後の信号に対して各通信端末固有の直交拡散コードを用いた逆拡散処理を施すことにより、各通信端末からの送信データを得る逆拡散手段とを有する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記各通信端末の前記ＯＦＤＭ変調手段は、前記各通信端末と前記基地局との間での信号の最大到達時間差と、マルチパスの最大遅延差とを基にガードインターバル長を選定する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記無線通信システムは、タイムアドバンス処理を行い、
前記各通信端末の前記ＯＦＤＭ変調手段は、タイムアドバンス処理を行っても残留する前記各通信端末から前記基地局への信号到達時間の差と、マルチパスの最大遅延差とを基にガードインターバル長を選定する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記各通信端末は、拡散後のチップをサブキャリアの時間方向に配置する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記各通信端末は、送信データを直交拡散コードを用いて拡散する第１の拡散手段と、パイロット信号を前記直交拡散コードと直交する直交拡散コードを用いて拡散する第２の拡散手段と、前記第１及び第２の拡散手段により拡散された信号を多重する多重手段とを有し、多重後の信号を前記ＯＦＤＭ変調手段によってＯＦＤＭ変調する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記第２の拡散手段は、前記第１の拡散手段で用いる拡散コードと比較して、コード長が整数（２以上）倍の拡散コードを用いる
ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記各通信端末は、シンボル間で差動符号化処理を施す差動符号化処理手段を有し、前記基地局は、差動符号化処理されたシンボルを遅延検波する遅延検波手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記各通信端末は、前記基地局にランダムアクセスする
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記各通信端末は、送信データに誤り訂正符号化処理を施す誤り訂正符号化手段と、誤り訂正符号化後のデータをインターリーブするインターリーブ手段とを有し、インターリーブ後のデータを拡散処理し、拡散後のチップをサブキャリアの時間方向に配置する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記各通信端末は、送信データ又は拡散信号をセル固有のスクランブルコードを用いてスクランブル処理するスクランブル手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
送信データを自局固有の直交拡散コードを用いて拡散する拡散手段と、拡散後の信号をＯＦＤＭ変調するＯＦＤＭ変調手段とを有する
ことを特徴とする通信端末。
【請求項１２】
受信信号をＯＦＤＭ復調するＯＦＤＭ復調手段と、ＯＦＤＭ復調後の信号に対して各通信端末固有の直交拡散コードを用いた逆拡散処理を施すことにより、前記各通信端末からの送信データを得る逆拡散手段とを有する
ことを特徴とする無線基地局。
【請求項１３】
各通信端末が、送信データを自局固有の直交拡散コードを用いて拡散し、拡散後の信号をＯＦＤＭ変調することによりＯＦＣＤＭ信号を形成し、このＯＦＣＤＭ信号を送信し、
基地局が、前記各通信端末からのＯＦＣＤＭ信号を受信し、この受信信号をＯＦＤＭ復調し、ＯＦＤＭ復調後の信号に対して前記各通信端末固有の直交拡散コードを用いた逆拡散処理を施すことにより、前記各通信端末からの送信データを得る
ことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信システム及び無線通信方法に関し、複数の通信端末から基地局に上り信号を送信する場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体通信システムにおいる基地局から移動局、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムにおけるＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ  Ｐｏｉｎｔ）からＭＴ（Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）への下り送信については、高速伝送のための種々の工夫がなされており、飛躍的な技術の進歩が見られる。
【０００３】
同様に、このような無線通信システムにおける上り送信においても、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ    Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）といった無線方式を適用するにあたって、高速伝送のための種々の工夫がなされている。
【０００４】
ところが、ＴＤＭＡでは、他セル干渉が除去できないため、セルごとに異なる周波数を使用する必要がある。また複数の通信端末が同時に送信すると、到達するパワー比によっては干渉によって両者の信号を共に正しく復号できなくなり、正しく復号できたとしても片方のユーザの信号のみとなる。また送信のオンオフ切換があるため、ヒアリングエイド問題があるだけでなく、平均電力に比べて送信時の電力が高いことにより、アンプにかかる負担が大きい等の欠点がある。
【０００５】
またＯＦＤＭを適用する場合には、いわゆる周波数ホッピングと呼ばれるように、ＯＦＤＭ信号を形成する多数のサブキャリアを、各々決まった通信端末に割り当てて、通信端末間での混信を防ぐようにする必要がある。この結果、ＯＦＤＭにおける大きな利点である広帯域伝送による周波数ダイバーシチ効果が得られない欠点がある。
【０００６】
これらのことを考慮すると、上り送信においても、拡散ゲインにより他セル干渉がある程度抑圧でき、かつ拡散コードさえ異なれば複数の通信端末からの信号も基地局で同時に受信できるＣＤＭＡ技術を適用することが、周波数利用効率の点で最も優れていると考えられる。
【０００７】
ここでＣＤＭＡ技術を上り送信に適用するにあたっては、拡散コードとしてｍ系列などの非直交コードが用いられている（特許文献１参照）。これは、下り送信では、基地局から送信された複数通信端末宛の符号分割多重信号はコード間でのずれが生じることなく各通信端末に到達するが、上り送信では、各通信端末から送信された拡散信号は各通信端末と基地局との距離の差に相当する分だけ時間がずれて基地局に到達することを避け得ない上に、地物の反射で生じるマルチパスの発生のしかたが端末によって異なるためである。つまり、上り送信では、拡散コードが直交していても時間ずれやマルチパスの非同一性によりその効果が得られないので、拡散コード間で数チップのずれが生じても必要上十分な相関がとれるｍ系列などの拡散コードを用いることが必要となる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−０８８２９３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、上り送信においては、下り送信のように直交拡散コードを用いると、基地局において拡散コード間の直交性を確保できないため、ｍ系列などの拡散コードを用いざるを得ない。しかしながら、ｍ系列の拡散コードは、直交拡散コードと比較して、完全に直交しているわけではないので、使用するコード数が増加するとそれに比例して逆拡散後の誤り率特性が悪くなる。従って同時に送信可能な通信端末の数が少なくなり、通信容量が低下してしまう欠点がある。
【００１０】
このため、例えば中国でＩＭＴ−２０００規格として規格化が進められているＴＤ−ＳＣＤＭＡでは、通信端末間で時間調整をしながら上り送信を行うようにしているが、この場合でも１つのパスのタイミングしか合わせることができないので、完全にコード間の直交性を確保することはできない。
【００１１】
これらのことから、従来のＣＤＭＡ技術を用いた上り送信においては、拡散コードの直交性を確保できないために、下り送信と比較して通信容量が大幅に低下する欠点があった。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、上り送信において、拡散コードの直交性を確保することで直交拡散コードの適用を可能とし、上り通信容量を格段に増加させることができる無線通信システム及び無線通信方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明の無線通信システムは、複数の通信端末と、これら複数の通信端末からの信号を受信する基地局とを有する無線通信システムであって、各通信端末は、送信データを自局固有の拡散コードを用いて拡散する拡散手段と、拡散後の信号をＯＦＤＭ変調するＯＦＤＭ変調手段とを有し、基地局は、受信信号をＯＦＤＭ復調するＯＦＤＭ復調手段と、ＯＦＤＭ復調後の信号に対して各通信端末固有の拡散コードを用いた逆拡散処理を施すことにより、各通信端末からの送信データを得る逆拡散手段とを有する構成を採る。
【００１４】
この構成によれば、各通信端末と基地局との間の伝搬経路差が各通信端末ごとに異なるので、基地局は各通信端末からのＯＦＣＤＭ信号を異なるタイミングで受信することとなるが、ＯＦＣＤＭ信号にはＯＦＤＭ変調によりガードインターバルが付加されているので、このガードインターバルによりＯＦＣＤＭ信号の受信タイミングずれが吸収され、基地局において拡散コードの直交性が確保される。さらにＯＦＤＭを用いることで、マルチパスの発生のしかたが通信端末によって異なっても、最大の遅延時間差がガードインターバルで吸収されている限り、各サブキャリアにおいては歪みが生じないので、マルチパスが存在する場合においても拡散コードの直交性は保たれる。この結果、基地局の逆拡散処理により送信データが正しく復元される。かくして、直交拡散コードを用いた上り送信が実現され、上り信号の通信容量を増加させることができる。
【００１５】
本発明の無線通信システムは、各通信端末のＯＦＤＭ変調手段は、各通信端末と基地局との間での信号の最大到達時間差と、マルチパスの最大遅延差とを基にガードインターバル長を選定する構成を採る。
【００１６】
この構成によれば、コード間干渉の原因となる通信端末間での基地局への到達時間差とマルチパスによる到達時間差との双方を吸収できる最低限の長さのガードインターバルを選定できる。この結果、通信容量の低下を抑制しつつ、拡散コードの直交性を確保し得る最適なガードインターバルを付加することができるようになる。
【００１７】
本発明の無線通信システムは、タイムアドバンス処理を行い、各通信端末のＯＦＤＭ変調手段は、タイムアドバンス処理を行っても残留する各通信端末から基地局への信号到達時間の差と、マルチパスの最大遅延差とを基にガードインターバル長を選定する構成を採る。
【００１８】
この構成によれば、タイムアドバンス処理により各通信端末から基地局への信号到達時間差が小さくなるので、その分だけガードインターバル長を短くでき、実質的な通信容量を増加させることができるようになる。加えて、タイムアドバンスを行っても残留する信号到達時間差とマルチパスの最大遅延差とを基にガードインターバル長を選定したので、タイムアドバンス処理を行ったときに、拡散コードの直交性を確保し得る最適なガードインターバルを付加することができるようになる。
【００１９】
本発明の無線通信システムは、各通信端末が、拡散後のチップをサブキャリアの時間方向に配置する構成を採る。
【００２０】
この構成によれば、周波数方向よりも回線変動の少ない時間方向に拡散後のチップを配置するようにしたことにより、拡散コード間の直交性の崩れを一段と抑制することができるようになる。
【００２１】
本発明の無線通信システムは、各通信端末が、送信データを直交拡散コードを用いて拡散する第１の拡散手段と、パイロット信号を前記直交拡散コードに直交する直交拡散コードを用いて拡散する第２の拡散手段と、第１及び第２の拡散手段により拡散された信号を多重する多重手段とを有し、多重後の信号をＯＦＤＭ変調手段によってＯＦＤＭ変調する構成を採る。
【００２２】
この構成によれば、送信データにコード多重してパイロット信号を送信するので、基地局では送信データと同じ伝搬路変動を受けるパイロット信号に基づいて送信データを伝搬路補償できるようになり、回線変動が激しい伝搬環境での受信データの誤り率特性を向上させることができるようになる。特にＯＦＤＭ変調を行ったとき場合には１シンボル長が長くなるので、複数シンボルおきにパイロット信号を挿入する場合と比較して、回線変動が激しい伝搬環境での誤り率特性を格段に向上させることができる。
【００２３】
本発明の無線通信システムは、前記第２の拡散手段は、前記第１の拡散手段で用いる拡散コードと比較して、コード長が整数（２以上）倍の拡散コードを用いる構成を採る。
【００２４】
この構成によれば、送信データにパイロット信号をコード多重するにあたって、パイロット信号に使われるコードリソースを低減できるようになり、送信データのために利用可能な拡散コードの減少を抑制できる。
【００２５】
本発明の無線通信システムは、各通信端末が、シンボル間で差動符号化処理を施す差動符号化処理手段を有し、基地局は、差動符号化処理されたシンボルを遅延検波する遅延検波手段を有する構成を採る。
【００２６】
この構成によれば、１シンボル長が長いＯＦＤＭ変調を行った場合でも回線変動に追従し得る遅延検波を行うようにしたことにより、パイロット信号を時分割多重した場合と比較して回線変動に対する誤り耐性を強くできると共に、パイロット信号をコード多重した場合と比較して送信データのために利用可能な拡散コードの減少を抑制できるようになる。
【００２７】
本発明の無線通信システムは、各通信端末が、基地局にランダムアクセスする構成を採る。
【００２８】
この構成によれば、基地局により各通信端末の送信順序を決めることなく、各通信端末がランダムにＯＦＣＤＭ信号を送信する（ランダムアクセスする）ようにしたので、通信端末から基地局へのアクセスを単純化でき、システム設計を簡単化できる。因みに、各通信端末からのランダムアクセスを実行すると、基地局で同じ拡散コードを用いた信号同士が衝突する可能性があるが、本発明では基地局受信時の拡散コードの直交性が確保されているので、同じ拡散コードを用いた通信端末同士の送信データは復元できない可能性があるが、その他の拡散コードを用いた通信端末からの送信データはコード間干渉が生じないので良好に復元することができる。
【００２９】
本発明の無線通信システムは、各通信端末が、送信データに誤り訂正符号化処理を施す誤り訂正符号化手段と、誤り訂正符号化後のデータをインターリーブするインターリーブ手段とを有し、インターリーブ後のデータを拡散処理し、拡散後のチップをサブキャリアの時間方向に配置する構成を採る。
【００３０】
この構成によれば、誤り訂正符号化後のデータをインターリーブした後に時間方向に拡散するので、結果として誤り訂正符号化データが複数のサブキャリアに亘って配置されることになり、誤り訂正符号化データに周波数ダイバーシチ効果を与えることができるようになる。この結果、サブキャリア間に品質の差が生じた場合でも、誤りを訂正できる可能性が高くなり、誤り率特性を向上させることができるようになる。
【００３１】
本発明の無線通信システムは、各通信端末が、送信データ又は拡散信号をセル固有のスクランブルコードを用いてスクランブル処理するスクランブル手段を有する構成を採る。
【００３２】
この構成によれば、他セル干渉を防止できる。特に本発明では、直交拡散コードを上り回線に用いているので、比較的多くの通信端末に短い拡散コードを割り当てることができる分だけ、他セルとのシンボルタイミングも揃い易いので、非常に有効となる。
【００３３】
本発明の通信端末は、送信データを自局固有の直交拡散コードを用いて拡散する拡散手段と、拡散後の信号をＯＦＤＭ変調するＯＦＤＭ変調手段とを有する構成を採る。
【００３４】
本発明の無線基地局は、受信信号をＯＦＤＭ復調するＯＦＤＭ復調手段と、ＯＦＤＭ復調後の信号に対して各通信端末固有の直交拡散コードを用いた逆拡散処理を施すことにより、各通信端末からの送信データを得る逆拡散手段とを有する構成を採る。
【００３５】
本発明の無線通信方法は、各通信端末が、送信データを自局固有の直交拡散コードを用いて拡散し、拡散後の信号をＯＦＤＭ変調することにより、ＯＦＣＤＭ信号を形成し、このＯＦＣＤＭ信号を送信し、基地局が、各通信端末からのＯＦＣＤＭ信号を受信し、この受信信号をＯＦＤＭ復調し、ＯＦＤＭ復調後の信号に対して各通信端末固有の直交拡散コードを用いた逆拡散処理を施すことにより、各通信端末からの送信データを得るようにする。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、各通信端末が、送信データを自局固有の直交拡散コードを用いて拡散し、拡散後の信号をＯＦＤＭ変調することにより、上り伝送においても空間上で直交符号を用いたマルチコードのＯＦＣＤＭ信号を形成し、基地局が、各通信端末からのＯＦＣＤＭ信号を受信し、この受信信号をＯＦＤＭ復調し、ＯＦＤＭ復調後の信号に対して各通信端末固有の直交拡散コードを用いた逆拡散処理を施すことにより、各通信端末からの送信データを得るようにしたことである。
【００３７】
これにより、各通信端末と基地局との間の伝搬経路差に起因する基地局でのＯＦＣＤＭ信号の受信タイミングずれや各上り回線で異なるマルチパス環境の影響をガードインターバルにより吸収できるので、基地局において直交拡散コードの直交性が確保できるようになる。かくして、直交拡散コードを用いた上り送信が可能となり、上り通信容量を増加させることができるようになる。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
図１に、本発明の無線通信システムの全体構成を示す。無線通信システム１００は、複数の通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎと基地局ＢＳからなり、基地局ＢＳは各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎから送信される上り信号を受信して受信データを得るようになっている。
【００４０】
なお本発明は通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎから基地局ＢＳへの上り通信に特徴があるため、図１では上り通信に関する部分のみを示しているが、実際には基地局ＢＳは通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎに下り信号を送信するための送信信号処理系を有すると共に通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎは基地局ＢＳからの下り信号を受信して復調する受信信号処理系を有する。また下り信号には、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎが基地局ＢＳと同期を取るための同期用信号が含まれ、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎは基地局ＢＳと同期を取ってＯＦＣＤＭ信号を送信するようになっている。
【００４１】
各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎは送信データを拡散部１０１−１〜１０１−Ｎによって拡散する。各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎの拡散部１０１−１〜１０１−Ｎは、他の通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎの拡散部１０１−１〜１０１−Ｎで用いられる拡散コードに対して直交する拡散コードを用いて拡散処理を行うようになっている。つまり、通信端末ＭＳ＃１の拡散部１０１−１で用いる拡散コードは、他の通信端末ＭＳ＃２〜ＭＳ＃Ｎの拡散部１０１−２〜１０１−Ｎで用いる全ての拡散コードと直交関係にあり、同様に通信端末ＭＳ＃２の拡散部１０１−２で用いる拡散コードは、他の通信端末ＭＳ＃１、ＭＳ＃３〜ＭＳ＃Ｎの拡散部１０１−１、１０１−３〜１０１−Ｎで用いる全ての拡散コードと直交関係にある。
【００４２】
各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃ＮはＯＦＤＭ変調部１０２−１〜１０２−Ｎを有し、拡散後の信号をＯＦＤＭ変調する。各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃ＮのＯＦＤＭ変調部１０２−１〜１０２−Ｎは同様の構成でなる。各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃ＮはＯＦＤＭ変調することにより得たＯＦＣＤＭ信号を、図示しない無線処理部によって無線信号に変換した後、アンテナを介して送信する。
【００４３】
基地局ＢＳは、アンテナによって各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃ＮからのＯＦＣＤＭ信号が全て合成された状態の信号を受信し、図示しない無線処理部によって無線信号をベースバンド信号に変換した後、ＯＦＤＭ復調部１１０に入力する。ＯＦＤＭ復調部１１０は、受信ベースバンド信号に対してＯＦＤＭ復調処理を施す。
【００４４】
また基地局ＢＳは複数の逆拡散部１１１−１〜１１１−Ｎを有する。各逆拡散部１１１−１〜１１１−Ｎは、それぞれ各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎで用いた直交拡散コードと同じ直交拡散コードを用いて逆拡散処理を行う。つまり、逆拡散部１１１−１は通信端末ＭＳ＃１の拡散部１０１−１と同じ直交拡散コードを用いて逆拡散処理を行い、逆拡散部１１１−２は通信端末ＭＳ＃２の拡散部１０１−２と同じ直交拡散コードを用いて逆拡散処理を行い、………、逆拡散部１１１−Ｎは通信端末ＭＳ＃Ｎの拡散部１０１−Ｎと同じ直交拡散コードを用いて逆拡散処理を行う。これにより、各逆拡散部１１１−１〜１１１−Ｎからは、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎから送られた送信データに対応する受信データが得られる。
【００４５】
実際上、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃ＮのＯＦＤＭ変調部１０２−１〜１０２−Ｎは、図２に示すように構成されている。ＯＦＤＭ変調部１０２−１（１０２−２〜１０２−Ｎ）は拡散部１０１−１により得られた拡散信号をＳ／Ｐ（シリアル／パラレル）処理部１２１においてＳ／Ｐ変換処理し、Ｓ／Ｐ変換処理後の信号をＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理部１２２に送出する。
【００４６】
ＩＦＦＴ処理部１２２は、Ｓ／Ｐ変換処理された信号に対してＩＦＦＴ処理を施し、ＩＦＦＴ後のそれぞれの信号をＰ／Ｓ（パラレル／シリアル）処理部１２３に送出する。Ｐ／Ｓ処理部１２３は、ＩＦＦＴ処理後の信号にＰ／Ｓ変換処理を施し、Ｐ／Ｓ変換処理後の信号をガード付加部１２４に送出する。ガード付加部１２４は、Ｐ／Ｓ変換処理後の信号にガードインターバルを挿入する。これにより、ＯＦＣＤＭ信号が形成される。
【００４７】
ガード付加部１２４は、図３に示すように、ＯＦＤＭシンボルの後の部分の波形を、そのＯＦＤＭシンボルの先頭にコピーすることでガードインターバルを形成する。これにより、ガードインターバルとしてコピーする時間分に対応する長さの信号到達時間差を許容することができる。
【００４８】
具体的には、図４に示すように、先行波に対する遅延波の遅延時間がガードインターバル（ＧＩ）よりも短い場合、不連続部ＰはＦＦＴ区間に入り込まない。これにより、ＦＦＴ区間においては、先行波Ａと遅延波Ｂの正弦波同士の和となる。正弦波同士を加えると、位相と振幅は変わるが正弦波は保たれるので、信号の歪みは生じない。このような原理により、ガードインターバル分の信号到達時間差が許容される。なお位相と振幅は同じ回線を通るパイロット信号を用意すれば容易に推定できるので、いかなる位相回転や振幅変動が生じても補償ができる。
【００４９】
通常のＯＦＤＭでは、このガードインターバルをマルチパスを許容するために用いるが、本発明では、ガードインターバルをマルチパスに加えて、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃ＮからのＯＦＣＤＭ信号の信号到達時間差を許容するために用いるようになされている。これにより、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎから送信されたＯＦＣＤＭ信号は、基地局ＢＳで受信されたときに、マルチパスは当然のこと、他の通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎから送信されたＯＦＣＤＭ信号との関係においても、正弦波が保たれるようになる。
【００５０】
ＯＦＤＭ復調部１１０は図５に示すように構成されている。ＯＦＤＭ復調部１１０は、ＯＦＣＤＭ信号をガード除去部１３１に入力する。ガード除去部１３１は、ＯＦＣＤＭ信号からガードインターバル部分を除去し、ガードインターバル除去後の信号をＳ／Ｐ処理部１３２に送出する。Ｓ／Ｐ処理部１３２は、ガードインターバル除去後の信号をＳ／Ｐ変換処理し、Ｓ／Ｐ変換処理後の信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理部１３３に送出する。
【００５１】
ＦＦＴ処理部１３３は、Ｓ／Ｐ変換処理された信号に対してＦＦＴ処理を施すことにより、各サブキャリアに重畳された信号を得る。Ｐ／Ｓ処理部１３４は、ＦＦＴ処理後の信号にＰ／Ｓ変換処理を行う。これにより、ＯＦＤＭ復調部１１０からは各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎにより拡散された拡散信号が加算された信号が出力されるようになる。
【００５２】
次にこの実施の形態の無線通信システム１００の動作について説明する。各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎによって各局固有の直交拡散コードを用いて拡散されＯＦＤＭ変調されて得られたＯＦＣＤＭ信号は、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎから同一タイミングに同一の周波数帯域で送信される。
【００５３】
この各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃ＮからのＯＦＣＤＭ信号は、基地局ＢＳにおいて全て加算されて受信される。基地局ＢＳは、ＯＦＤＭ復調部１１０のガード除去部１３１によりＯＦＣＤＭ信号のガードインターバルを除去する。これにより、通信端末毎のマルチパスに加えて、通信端末間での伝搬経路差により生じるコード間干渉部分（つまり、直交性の崩れている部分）が除去される。すなわち、有効シンボル部分での拡散コードの直交性は確保される。
【００５４】
これにより、続く各逆拡散部１１１−１〜１１１−Ｎにおいてコード間干渉が生じないことにより、逆拡散処理により各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎからの送信データを受信データ＃１〜＃Ｎとして品質良く分離できるようになる。
【００５５】
次に、無線通信システム１００において、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎの直交拡散コードの直交性が確保される理由について、図６及び図７を用いて詳述する。図６及び図７では、説明を簡単化するために１つのサブキャリアのみに着目している。また４倍拡散を行う場合を例にとり、コード１として［１，１，１，１］、コード２として［１，１，−１，−１］、コード３として［１，−１，１，−１］、コード４として［１，−１，−１，１］が使われるものとする。
【００５６】
図７に、マルチパス歪みがあった場合の各コードの様子を示す。この実施の形態の無線通信システム１００のように、上り送信に拡散コードを用いると、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎと基地局ＢＳとの間の回線状態は各々異なるので、基地局ＢＳでは各拡散コード１〜４は異なった振幅と位相の変化を受けて受信される。
【００５７】
しかしこの実施の形態の場合には、拡散コードによる拡散を行った後にＯＦＤＭ変調処理をしているので、図７に示すように、遅延波の長さがガードインターバル（ＧＩ）の長さより短ければＦＦＴ処理を行う部分（つまり有効シンボル部分）に関しては、他コードに対しても影響を及ぼさずに済む。また各コードの位相がどのようになっていても直交性は保たれる。これにより、従来のＣＤＭＡでは実現できなかった上り送信における拡散コードの直交性の確保が実現可能になる。
【００５８】
ここで上り送信に単純にＣＤＭＡを適用したときの干渉量を計算すると、例えばマルチパスが等レベルの２パスだった場合、通信端末間のパスの位置が異なるとすると、基地局で受信されるある通信端末からの各パスの信号（拡散コード）は、他の通信端末（拡散コード）から６（３コード×２パス）、自コードから１の、合わせて７の干渉を受ける。拡散率が４であれば干渉は１／４に抑圧できるので、７／４の大きさの干渉となる。さらにＲＡＫＥ受信処理で２パス合成を行うことで干渉を半分にすることができるため、結果として７／８の大きさの干渉に抑えることができる。
【００５９】
しかし、この７／８の大きさの干渉はＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）で０．６ｄＢであり、受信性能が著しく劣化することになる。変調方式としてＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）を用いたとしても、２ブランチダイバーシチ時にＢＥＲ（Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）＝１０％を達成するにはＳＮＲが５ｄＢ程度必要であることを考えると、これでは通信は不可能である。従って拡散コード数を減らす（すなわち上り送信を行う通信端末の数を減らす）しかなく、この結果上り通信容量が少ないシステムとなってしまう。
【００６０】
因みに、上り送信で用いる拡散コード数を３コードにすると（つまり同時送信する通信端末の数を３つとすると）干渉量は５／８となるが、まだＳＮＲは２ｄＢ程度である。拡散コード数を２コードにしてようやくＳＮＲが４．３ｄＢとなるが、必要となる５ｄＢには達しない。従って、実際に使用できる拡散コード数は拡散率の半分以下ということになる。１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの多値変調を使用するとさらに所要ＳＮＲが大きくなるため、使用できる拡散コード数はさらに少なくなる。
【００６１】
これに対して本実施の形態の無線通信システム１００では、基本的に各拡散コード間での直交性を確保できるので、拡散率分の拡散コードを使用でき、ＱＰＳＫ変調を行った場合には単純にＣＤＭＡを上り送信に用いた場合の２倍以上の上り通信容量を獲得でき、１６ＱＡＭを行った場合にはさらに多くの上り通信容量を獲得することができる。
【００６２】
極端に言えば、単純にＣＤＭＡを上り送信に用いると、マルチパス干渉が激しい場合には１コードですら多値変調が使用できないこともあるが、本実施の形態では元々の拡散コードさえ直交していればその拡散コード数分の通信端末から同時に同一周波数帯域を使って送信を行ってもコード間干渉が生じないので、受信側で全ての拡散信号を良好に逆拡散して元のデータを復元することができるようになる。
【００６３】
因みに、基地局から通信端末への下り送信においては、ＣＤＭＡとＯＦＤＭ変調とを組み合わせたマルチキャリアＣＤＭＡ（あるいはＯＦＣＤＭ）技術が既に提案されている。この下り送信におけるＯＦＣＤＭ技術は、基地局において各通信端末宛のデータを各通信端末固有の拡散コードで拡散して符号分割多重信号を得、これを一つのＯＦＤＭ信号に重畳して一挙に送信するものである。そして各通信端末は、受信信号をＯＦＤＭ復調した後に、符号分割多重された拡散信号に対して自局固有の拡散コードを用いた逆拡散処理を施すことにより、自局宛のデータのみを取り出す。
【００６４】
この下り送信においてＯＦＣＤＭ技術を用いた無線通信システムと、本実施の形態の無線通信システム１００との本質的な違いについて説明する。下り送信にＯＦＣＤＭを用いた場合、各通信端末で受信される信号は、元々基地局において符号分割多重された信号を一つのＯＦＤＭ信号に重畳して形成されたものである。このため、下りのＯＦＣＤＭ信号は、周波数選択性フェージング等による影響を除けば、基本的には拡散コード間の直交性の崩れは生じないので、良好な逆拡散結果を得ることができる。
【００６５】
これに対して、上り送信では下り送信とは異なり、各通信端末からのＯＦＣＤＭ信号は、それぞれ異なるマルチパス伝送路を経て基地局により受信されるので、下り送信時の受信では生じなかった各コードの受信タイミングのずれに起因するコード間干渉が発生する。
【００６６】
そこで、本発明の発明者は、ＯＦＤＭ変調では一般にガードインターバルが付加され、このガードインターバルを有効に利用すれば、上り送信時の受信タイミングのずれに起因するコード間干渉（直交性の崩れ）を回避できると考えた。そして、直交性の崩れを回避できるのであれば、上り送信に直交拡散コードを用いれば、ｍ系列などの非直交拡散コードを用いるよりも、同時送信可能な通信端末の数を増やすことができると共に基地局での誤り率特性を向上し得ることを見出して本発明に至った。
【００６７】
かくして本実施の形態によれば、上り送信にＯＦＣＤＭ技術を採用し、かつ各通信端末で直交拡散コードを用いるようにしたことにより、上り通信容量を格段に増加させることができる無線通信システム１００を実現できる。
【００６８】
（実施の形態２）
実施の形態１で説明したように、本発明ではＯＦＤＭでのガードインターバルを有効に利用して、複数の通信端末から同一タイミングで送信した拡散信号の直交性を確保する。この実施の形態では、図１のような無線通信システム１００を構築した場合に、さらに上り通信容量を増加させるのに好適なガードインターバルの設定の仕方（つまり送信フレームフォーマット）を提案する。
【００６９】
ガードインターバルは、長ければ長いほどマルチパス遅延時間や、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎと基地局との伝搬経路差に起因する信号到達時間差の影響を許容できるようになる。しかし、ガードインターバルを長くするほど通信容量は低下してしまう。この実施の形態ではこの点を考慮して、通信容量の低下を抑制しつつ、拡散コードの直交性を確保し得る最適なガードインターバルの設定の仕方を提案する。
【００７０】
先ず、図８に通信端末ＭＳ＃１、ＭＳ＃２間での伝送時間ずれについて説明する。図８はマルチパスがないときの通信端末ＭＳ＃１、ＭＳ＃２の伝送時間ずれを表したものであり、Ｔ１は基地局ＢＳと通信端末ＭＳ＃１の片道伝送時間、Ｔ２は基地局ＢＳと通信端末ＭＳ＃２の片道伝送時間である。通信端末ＭＳ＃１、ＭＳ＃２は下り信号で同期を取ってそれに対して一定間隔ｄだけずらして送信するので、往復では２（Ｔ２−Ｔ１）の時間差になる。ガードインターバルはこの時間差２（Ｔ２−Ｔ１）及びマルチパスのパス間の最大遅延差τｍａｘを吸収できる長さであればよい。
【００７１】
つまり、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎと基地局ＢＳ間での最大到達時間差をＴｍａｘとし、マルチパスのパス間の最大遅延差τｍａｘとしたとき、ガードインターバルの長さＧＩＬを次式のように設定すれば、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎからの信号間の直交性を確保し得る最適なガードインターバルを設定できる。
【００７２】
ＧＩＬ≧τｍａｘ＋２Ｔｍａｘ                                            ………    （１）
実際には、図９に示すような手順でガードインターバルの長さを決めることにより、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎによって送信するＯＦＣＤＭ信号のフレームフォーマットを設計すればよい。まず、基地局ＢＳが収容する最大セル半径Ｒを入力する。この最大セル半径Ｒは回線設計上決まる値である。次に最大セル半径Ｒを光の速度３ｅ＋８［ｍ／ｓ］で除算することにより、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎと基地局ＢＳ間での最大到達時間差Ｔｍａｘを求める。このように、最大到達時間差Ｔｍａｘは送受の間の片道の伝搬時間の最大値で、セル半径Ｒと光の速度によって一意に決まる。
【００７３】
次にマルチパスのパス間の最大到達時間差τｍａｘを入力する。この最大到達時間差τｍａｘは、最も長い遅延波と送受間でダイレクトに届くパスとの時間差で、セル半径にも関係するが、建物や山や川などの地物にも関係するので、回線設計及び電波伝搬実験などで特定しておく。次にシステムで決められているサンプリング周期Ｔｓａｍｐを入力する。そして最後にガードインターバルＧＩで必要なサンプル数すなわちガードインターバルＧＩ長を次式により求める。
【００７４】
ＧＩ長＝ＩＮＴ｛（τｍａｘ＋２Ｔｍａｘ）／Ｔｓａｍｐ＋１｝  ………    （２）
これにより、ＯＦＤＭ変調部１０２−１〜１０２−Ｎのガード付加部１２４で（２）式で示すガードインターバル長（ＧＩ長）のガードインターバルを付加するようにすれば、通信容量の低下を抑制しつつ、拡散コードの直交性を確保し得る最適なガードインターバルを付加することができるようになる。
【００７５】
またこの実施の形態では、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎにおける送信タイミングを調整することで、一段とガードインターバル長を低減する方法を提案する。図１０に、通信端末ＭＳ＃１と通信端末ＭＳ＃２の送信タイミングを調整することで、各通信端末ＭＳ＃１、ＭＳ＃２からの信号をほぼ同タイミングで基地局に受信させるようにした送受信タイミングチャートを示す。
【００７６】
簡単に説明すると、通信端末ＭＳ＃１は基地局ＢＳからの下り信号を送信から時間Ｔ１後に受信し、通信端末ＭＳ＃２は同一時刻に送信された下り信号を時間Ｔ２後に受信する。通信端末ＭＳ＃１は下り信号を受信してから間隔Ｄ＝ｄ＋２（Ｔｍａｘ−Ｔ１）をおいて上り信号＃１を送信すると共に、通信端末ＭＳ＃２は下り信号を受信してから間隔Ｄ＝ｄ＋２（Ｔｍａｘ−Ｔ２）をおいて上り信号＃２を送信する。すると、上り信号＃１と上り信号＃２は、ほぼ同一時刻に基地局ＢＳに受信されるようになる。
【００７７】
この手法はタイムアドバンスとして確立された手法である。タイムアドバンスを実現するための通信端末と基地局の構成例を、図１１に示す。基地局は基準タイミングに従って送信し、通信端末ではその信号で同期を取ってそのタイミングを基に送信する。基地局は、受信した信号と基準タイミングの比較し、通信端末が今よりどれだけ早く送信すべきかの時間差を計算し、この計算結果をタイムアドバンス信号として送信信号に載せて送信する。通信端末はそのタイムアドバンス信号を受け取ると、タイムアドバンス信号に基づいて同期タイミングに対して時間調整を行って送信する。これを繰り返すことで、各通信端末からの対応する送信信号を基地局にほぼ同時に到達させることができるようになる。
【００７８】
従って、図１に示す通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎと基地局ＢＳに、図１１に示すようなタイムアドバンス処理機能を備えておけば、複数の通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎと基地局ＢＳとの間で、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎからの対応する信号同士を基地局ＢＳにほぼ同一時刻に到達させることができるようになる。
【００７９】
しかしながら、タイムアドバンス処理を行ったとしても、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎからの信号を正確に同一時刻に基地局ＢＳに到達させるのは非常に困難である。これは、到達タイミングが、通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎから受信した信号の同期の精度と、通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎによって行う時間調整の精度に依存し、実際上これらの精度には限界があるためである。
【００８０】
そこでこの実施の形態では、通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎと基地局ＢＳ間でタイムアドバンスを行った場合の最適なガードインターバルの設定方法を提案する。図１２に、タイムアドバンス処理を行った場合におけるガードインターバル長の設定方法を示す。先ず、タイムアドバンスを行っても残留する最大時間差Ｔａｄｖを求める。この最大時間差Ｔａｄｖは上述したようなタイムアドバンスの精度によって決まる値である。
【００８１】
次にマルチパスのパス間の最大到達時間差τｍａｘを入力し、次にシステムで決められているサンプリング周期Ｔｓａｍｐを入力する。そして最後にガードインターバルＧＩで必要なサンプル数すなわちガードインターバルＧＩ長を次式により求める。
【００８２】
ＧＩ長＝ＩＮＴ｛（τｍａｘ＋Ｔａｄｖ）／Ｔｓａｍｐ＋１｝  ………    （３）
これにより、ＯＦＤＭ変調部１０２−１〜１０２−Ｎのガード付加部１２４で（３）式で示すガードインターバル長（ＧＩ長）のガードインターバルを付加するようにすれば、通信容量の低下を抑制しつつ、拡散コードの直交性を確保し得る最適なガードインターバルを付加することができるようになる。
【００８３】
当然、（２）式と（３）式とを比べると、タイムアドバンスを行っている分だけ、（３）式のガードインターバル長の方が（２）式のガードインターバル長よりも短くすることができる。
【００８４】
かくして本実施の形態によれば、実施の形態１で説明した無線通信システム１００において、マルチパス間の最大遅延差τｍａｘと、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎと基地局ＢＳとの間での信号の最大到達時間差Ｔｍａｘとを加味して、ガードインターバル長を設定するようにしたことにより、通信容量の低下を抑制しつつ、拡散コードの直交性を確保し得る最適なガードインターバルを付加することができるので、実施の形態１での効果に加えて、一段と通信容量を増加させることができる無線通信システムを実現できる。
【００８５】
（実施の形態３）
この実施の形態では、実施の形態１で説明した無線通信システム１００において、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎが、拡散を時間方向のみに行うようにすることを提案する。つまり、拡散した信号をＯＦＤＭ信号を構成する複数サブキャリアに重畳するにあたっては、同一時間の異なるサブキャリアに亘って配置する周波数方向拡散、同一サブキャリアの時間方向に配置する時間方向拡散、周波数方向および時間方向の両方向に亘って配置する二次元拡散が考えられているが、この実施の形態では、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎがそのうちの時間方向拡散のみを実行することを提案する。これにより、一段と拡散コード間の直交性を高めることができるようになる。
【００８６】
図１３に、時間方向と周波数方向の変動を示す。図１３において正方形の１ますは１つのＯＦＤＭシンボルを表す。マルチパスを許容するためにガードインターバル長はある程度以上取らざるを得ない（本発明では、各通信端末からの信号到達時間差も許容するためにそれ以上取らざるを得ない）ので、ＯＦＤＭシンボルは必然的にある程度以上の長さが必要となる（少なくとも数μｓ以上）。そうすると、時間変動と周波数変動の関係は、図１３のような関係になる。図１３を見れば分かるように、時間変動の方が周波数変動より緩やかである。
【００８７】
本発明の発明者は、この点に着目して、変動の緩やかな時間方向に拡散信号を配置してＯＦＣＤＭ信号を形成すれば、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎからの各拡散コードがコード毎に変動を受けにくくなるので、基地局ＢＳが各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎからの信号を受信したときの拡散コードの直交性を一段と確保することができると考えた。
【００８８】
図１４に、この実施の形態の各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎの構成例を示す。通信端末ＭＳ＃１（ＭＳ＃２〜ＭＳ＃Ｎ）は、大きく分けて、送信データを時間方向マッピング部２０１と、時間方向にマッピングされた送信データを時間方向に拡散する時間方向拡散部２０２と、時間方向に拡散された送信データを各サブキャリアの時間方向に配置するＯＦＤＭ変調部２０３とにより構成されている。
【００８９】
時間方向マッピング部２０１は、まず送信データＸをシリアルパラレル変換部（Ｓ／Ｐ）２０４によってサブキャリアの数にシリアルパラレル変換処理する。これにより、送信データＸのシンボルの速度がＸ［シンボル／ｓ］だった場合、サブキャリア数がＮ（図１４の場合、Ｎ＝４）とすると、シリアルパラレル変換処理によってシンボル速度はＸ／Ｎ［シンボル／ｓ］となる。Ｓ／Ｐ２０４から出力される、各サブキャリアに配置される送信データＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４は、時間方向コピー部２０５に送出される。時間方向コピー部２０５は、送信データＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４をそれぞれ拡散率Ｙ（図１４の場合、Ｙ＝４）に応じた数だけコピーして続く時間方向拡散部２０２に送出する。
【００９０】
時間方向拡散部２０２はコピーされた送信データＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４にそれぞれ自局固有の拡散コードを乗算してＯＦＤＭ変調部２０３のＩＦＦＴ部２０６に送出する。ＩＦＦＴ部２０６は、送信データＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４についての拡散後のチップを時間軸方向に配置したサブキャリアを形成する。
【００９１】
具体的には、送信データＸ１の拡散後のチップを第１のサブキャリアの時間軸方向に配置し、送信データＸ２の拡散後のチップを第２のサブキャリアの時間軸方向に配置し、送信データＸ３の拡散後のチップを第３のサブキャリアの時間軸方向に配置し、送信データＸ４の拡散後のチップを第４のサブキャリアの時間軸方向に配置する。つまり、時間方向のコピーによって各サブキャリア上のチップレートがＸＹ／Ｎ［チップ／ｓ］になり、このチップレートの逆数がそのままＯＦＤＭの１シンボルの有効シンボル長となる。
【００９２】
かくして本実施の形態によれば、実施の形態１で説明した無線通信システム１００において、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎが拡散後のチップをサブキャリアの時間方向にのみ配置するようにしたことにより、実施の形態１での効果に加えて、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎからの拡散コードの直交性を一段と確実に確保することができるようになる。また受信側（基地局ＢＳ側）ではサブキャリアごとに独立して復調できるので復調が簡単になる。
【００９３】
（実施の形態４）
この実施の形態では、実施の形態１で説明した無線通信システム１００において、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎがデータ信号にパイロット信号をコード多重して送信することを提案する。これにより、受信側でのパイロット信号を用いた回線推定精度が向上するので、一段と高精度の復調処理を行うことができるようになり、復調データの誤り率特性を向上させることができる。
【００９４】
ここでパイロット信号は、受信信号の位相変動や振幅変動を補償するために用いられる。実際上、図１に示した無線通信システムの基地局は、逆拡散部の後段に復調部（図示せず）を有し、復調部が逆拡散後の信号に対してパイロット信号に基づく伝搬路補償を行い、その後に誤り訂正復号処理を行う。このため、パイロット信号の検出結果が受信データの誤り率特性に大きな影響を及ぼす。
【００９５】
図１５（ａ）に、パイロット信号とデータ信号を時間多重した場合の時間方向の信号配置を示す。なお図中のＰはパイロット信号を示し、Ｄはデータ信号を示す。この場合には、データ信号に対してある間隔をもってパイロット信号が配置される。このようにパイロット信号を時間多重した場合には、特にパイロット信号から時間的に離れた位置のデータ信号のように、データ信号によってはパイロット信号と異なる回線変動をうけるものもある。この結果、受信データの誤り率特性が劣化する。
【００９６】
図１５（ｂ）にパイロット信号とデータ信号をコード多重した本実施の形態の時間方向の信号配置を示す。つまり、本実施の形態においては、パイロット信号をデータ信号に用いた拡散コード（コード２）とは異なる拡散コード（コード１）で拡散し、これらを多重する。これにより、データ信号と同時刻に必ずパイロット信号が配置されるようになるので、回線変動が速い場合でも、それに追従した伝搬路補償ができるようになり、受信データの誤り率特性を向上させることができるようになる。
【００９７】
図１４との対応部分に同一符号を付して示す図１６に、この実施の形態の通信端末の構成を示す。この実施の形態の通信端末ＭＳ＃１（ＭＳ＃２〜ＭＳ＃Ｎ）は、送信データＸを時間方向にマッピングする時間方向マッピング部２０１、時間方向拡散部２０２、ＯＦＤＭ変調部２０３に加えて、パイロットデータＰを時間方向にマッピングする時間方向マッピング部３０１、時間方向拡散部３０２、時間方向に拡散された送信データ及びパイロットデータを多重する多重部３０３を有する。
【００９８】
ここで時間方向マッピング部３０１は、時間方向マッピング部２０１と同様の構成でなる。また時間方向拡散部３０２と時間方向拡散部２０２とは、用いる直交拡散コード（拡散コードＡ、拡散コードＢ）が異なることを除いて同様の構成でなる。これにより、ＯＦＤＭ変調部２０３からは、拡散後のチップがサブキャリアの時間方向に配置されかつ送信データとパイロットデータがコード多重されたＯＦＣＤＭ信号が出力される。
【００９９】
かくして本実施の形態によれば、実施の形態１の構成に加えて、パイロット信号を送信データにコード多重するようにしたことにより、回線変動が激しい伝搬環境においても受信データの誤り率特性の低下を防止できるようになる。特にＯＦＤＭの１シンボルはシンボル長が長いので回線変動を受け易いが、本実施の形態の構成によれば、受信側でコード多重されたパイロット信号に基づき回線変動の影響を良好に補償できるようになる。
【０１００】
（実施の形態５）
上述した実施の形態４では、パイロットデータを拡散するために用いる直交拡散コードの長さを、送信データを拡散するために用いる直交拡散コードの長さと等しくしたが、この実施の形態では、パイロットデータを拡散するために用いる直交拡散コードの長さを、送信データを拡散するために用いる直交拡散コードの長さの整数（２以上）倍とすることを提案する。
【０１０１】
これにより、パイロットデータに使う拡散コードのコードリソースを低減できるので、システムでの拡散コードの利用効率が向上する。例えば、送信データ、パイロットデータ共に４倍拡散を行うと、１つの通信端末あたり２つの拡散コードを使うので２つの通信端末しか多重できない。
【０１０２】
これに対して、図１７に示すように、パイロットデータを１２倍拡散すると、３つの通信端末分の信号をコード多重できるようになる。これは、直交コードツリーにおいて、４倍拡散コードの中の１つをパイロットＰに割り当てると共に、さらに直交コードツリーのその下の階層の３倍角拡散コードをパイロットＰに割り当てて、パイロットＰを１２倍拡散することで実現できる。
【０１０３】
具体的に説明すると、図１７は、送信データＤを４倍拡散、パイロットデータＰを１２倍拡散にした例であるが、３つの通信端末ＭＳ＃１、ＭＳ＃２、ＭＳ＃３はお互いに送信データＤ用としては異なる直交拡散コード２、３、４を使うが、全てのパイロットデータＰ用としてその階層としては同じ直交拡散コード（コード１）を使うようにする。
【０１０４】
加えて、パイロットデータＰ用の直交拡散コードとして、さらにその下の階層の３倍拡散コードを用いて１２倍拡散コードとするが、この３倍拡散コードは通信端末ＭＳ＃１、ＭＳ＃２、ＭＳ＃３毎に異なるものを選ぶ。つまり、各通信端末ＭＳ＃１、ＭＳ＃２、ＭＳ＃３のパイロットＰ用の直交拡散コードとしては、直交コードツリーにおいて上位階層では同一で下位階層では異なるコード１−１、コード１−２、コード１−３が使われる。これにより、コード１−１、コード１−２、コード１−３は互いに直交関係にあり、データ用のコード２、３、４とも直交関係にある。
【０１０５】
このようにすることで、パイロットデータの逆拡散は図のようにどのような区切りで行っても直交性が保たれるので、受信するシンボルにとって最適な位置で逆拡散してよくなる。さらに拡散率が大きい方が他セル干渉抑圧や雑音抑圧ができるので都合が良いし、送信電力も低減できる。
【０１０６】
図１６との対応部分に同一符号を付して示す図１８に、この実施の形態の通信端末の構成を示す。この実施の形態の通信端末は、パイロットデータの時間方向マッピング部４０１、時間方向拡散部４０２の構成が異なることを除いて、図１６の通信端末と同様の構成でなる。
【０１０７】
時間方向マッピング部４０１は、まずパイロットデータＰをＳ／Ｐ４０４によってサブキャリアの数にシリアルパラレル変換処理する。各サブキャリアに配置されるパイロットデータＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、時間方向コピー部４０５により拡散率ＹＺ（この実施の形態の場合、Ｙ＝４、Ｚ＝３）に応じた数だけコピーされ続く時間方向拡散部４０２に送出される。
【０１０８】
時間方向拡散部４０２はコピーされた送信データＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４にそれぞれ自局固有の拡散コードＣ（コード長はＹＺであり、この例ではＹ＝４，Ｚ＝３なのでＹＺ＝１２である）を乗算して多重部４０３に送出する。多重部４０３は、１２倍拡散されたパイロットデータと４倍拡散された送信データとを加算する。ここでパイロットデータのコード長と送信データのコード長は異なるが、もともとのパイロットデータの速度が送信データの速度の１／Ｚ（この例では１／３）であるため、単位時間あたりのチップ数は等しい。
【０１０９】
かくして本実施の形態によれば、パイロット信号を拡散するために用いる直交拡散コードの長さを、送信データを拡散するために用いる直交拡散コードの長さの整数（２以上）倍としたことにより、送信データにパイロット信号をコード多重するにあたって、パイロット信号に使われるコードリソースを低減できるようになり、送信データのために利用可能な拡散コードの減少を抑制できる。
【０１１０】
また直交コードツリーを用いてパイロット信号を拡散するための直交拡散コードと送信データを拡散するための直交拡散コードを選定するようにしたことにより、受信するデータシンボルにとって最適な位置でパイロット信号の逆拡散結果を得ることができるようになる。
【０１１１】
（実施の形態６）
この実施の形態では、実施の形態１での無線通信システム１００において、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎに、シンボル間で差動符号化処理を施す差動符号化部を設けると共に、基地局ＢＳに、差動符号化処理されたシンボルを遅延検波する遅延検波部を設けることを提案する。
【０１１２】
実施の形態４や実施の形態５のように、パイロット信号をコード多重すれば、確かに受信側での伝搬路補償精度は向上するが、パイロット信号をコード多重する分だけ送信データに利用可能な拡散コード数が減ってしまう欠点もある。
【０１１３】
そこでこの実施の形態では、送信データに差動符号化処理を施すことにより、パイロット信号を送らなくても済むようにした。また差動符号化及び遅延検波の組合せは、回線変動に追従し易い特徴をもっているので、特に１シンボル長が長いＯＦＤＭシンボルを伝送する本発明の送信方法にとっては有効となる。
【０１１４】
図１４との対応部分に同一符号を付して示す図１９に、この実施の形態の通信端末の構成を示す。この実施の形態の通信端末ＭＳ＃１（ＭＳ＃２〜ＭＳ＃Ｎ）は、シリアルパラレル変換部（Ｓ／Ｐ）２０４と時間方向コピー部２０５との間に、差動符号化処理部５００を有することを除いて、図１４の通信端末と同様の構成でなる。
【０１１５】
差動符号化処理部５００は、各サブキャリアに配置される送信データＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４毎に差動符号化処理を施す。この実施の形態では、データシンボルとしてＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｉｐｈａｓｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）を想定しているので、遅延素子とＥＸＯＲ（排他的論理和）回路により差動符号化処理を施すようになっている。因みに、ＢＰＳＫ以外の場合は、例えばＭＯＤ（モジュロ）演算により差動符号化処理を行うようにすればよい。
【０１１６】
図２０に差動符号化の概念を示す。図中ＢはＯＦＤＭシンボルを拡散したブロック（拡散した後）を示し、Ｐは差動符号化で必要となる基準ブロック（オーバーヘッド）を示す。差動符号化を行うと、図２０に示すように、互いに隣り合うＯＦＤＭシンボル同士が関連付いたものとなるので、回線変動が生じても遅延検波により回線変動を追従性良く補償できるようになる。なお遅延検波については、既知の技術なのでここでは説明を省略する。
【０１１７】
かくして本実施の形態によれば、実施の形態１の構成に加えて、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎで差動符号化処理を行い、基地局ＢＳで遅延検波処理を行うようにしたことにより、パイロット信号を時分割多重した場合と比較して回線変動に対する誤り耐性（特に周波数ずれに対する耐性）を強くできると共に、パイロット信号をコード多重した場合と比較して送信データのために利用可能な拡散コードの減少を抑制でき同時送信可能な通信端末数を増加させることができるようになる。
【０１１８】
（実施の形態７）
本発明の発明者は、実施の形態１で説明した無線通信システム１００は、ランダムアクセスと非常に相性が良いことに着目し、無線通信システム１００にランダムアクセスを適用すればシステム構成を簡単化できると考えた。つまり、この実施の形態では、基地局での拡散コードの直交性を確保できるという本発明の利点を利用して、複数の通信端末が基地局にランダムアクセスすることを提案する。これにより、通信端末から基地局へのアクセスを単純化できるので、システム構成を簡単化できるようになる。
【０１１９】
図２１に、ランダムアクセスの一例を示す。図２１では、通信端末ＭＳ＃１とＭＳ＃４に直交拡散コード１が割り当てられ、通信端末ＭＳ＃２とＭＳ＃５に直交拡散コード２が割り当てられ、通信端末ＭＳ＃３とＭＳ＃６に直交拡散コード３が割り当てられている。
【０１２０】
アクセスタイミングＡ、Ｃ、Ｄでは、異なる直交拡散コードを用いた通信端末が同時にアクセスしているので、基地局は全ての通信端末それぞれからのＯＦＣＤＭ信号を他の通信端末の直交拡散コードからのコード間干渉を受けること無しに良好に復調することができる。
【０１２１】
これに対して、アクセスタイミングＢでは、同じ直交拡散コード１を用いた通信端末ＭＳ＃１、ＭＳ＃４が同時にアクセスしているので衝突が生じ、通信端末ＭＳ＃１、ＭＳ＃４の送信データのうちの片方又は両方を復調できなくなる。しかし、このように衝突が生じている場合でも、衝突した直交拡散コード１とは異なる拡散コードを用いている通信端末ＭＳ＃２、ＭＳ＃３の送信データは衝突の影響を全く受けずに復調できる。これは、直交拡散コードの直交性が確保されているためである。
【０１２２】
因みに、ＤＳ−ＣＤＭＡでは、拡散コード間が直交していないので、衝突があると衝突した信号が正しく復調できない上に、他の拡散コードにまで影響（２つの信号が衝突していれば通常の２倍の干渉）を及ぼしてしまい他の信号も正しく復調できなくなる。
【０１２３】
つまり、本発明の無線通信システム１００においては、ランダムアクセス時に衝突があっても、互いに拡散コード間で直交性が確保されているがゆえに、他の拡散コードには影響がなく、他の通信端末からの信号を正しく復調できるようになる。
【０１２４】
図２２に、無線通信システム１００にランダムアクセスを適用した場合のランダムアクセス動作の一例を示す。通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎは、ステップＳＰ０において基地局ＢＳから発呼があるとランダムアクセス処理を開始し、ステップＳＰ１に移る。通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎは、ステップＳＰ１において、上り信号を送信して良い時間スロットになるまで待機し、上り信号を送信して良い時間スロットになったらステップＳＰ２に移って、予め決められた直交拡散コードを用いてＯＦＣＤＭ信号を送信する。
【０１２５】
ステップＳＰ３及びステップＳＰ４では、基地局ＢＳからＡＣＫ信号が返信されるのを待ち受け、基地局ＢＳからＡＣＫ信号が返信されると、すなわちステップＳＰ３で肯定結果を得ると、このことは基地局ＢＳによって衝突が生じず自局の信号が正しく復調されたことを意味するので、ステップ４に移ってランダムアクセスを終了する。
【０１２６】
これに対して、所定時間待機しても基地局ＢＳからＡＣＫ信号が返信されない場合には、すなわちステップＳＰ５で肯定結果が得られた場合には、ステップ６に移ってランダムな時間だけ待機した後、ステップＳＰ１に戻る。すなわち通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎは、ステップＳＰ６でランダムな時間だけ待ってから再送を行うようになっている。これにより、同じ直交拡散コードで同じタイムスロットで送信した他のユーザと衝突した際に、再度衝突するのを避けることができるようになる。
【０１２７】
かくして本実施の形態によれば、実施の形態１の無線通信システム１００においてランダムアクセスを実行するようにしたことにより、実施の形態１と比較して上り通信容量を低下させることなく、通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎから基地局ＢＳへのアクセスを単純化でき、システム構成を簡単化できるようになる。
【０１２８】
さらに下り伝送では得られない効果もある。つまり、各通信端末から基地局への回線は独立なので、複数端末からの信号が衝突したとしても、ある程度の広帯域であればサブキャリアによってはどれか一つの端末の信号が他より十分大きいことが期待できる（下りでは全部の信号が同じ回線なので、このようなことはありえない）。結果的に、各通信端末から出力される複数サブキャリアのうちいずれかのサブキャリアは、衝突が生じても精度良く復調できる可能性が高くなる。これを考慮して、同じ情報を複数のサブキャリアに載せるなどすれば、一段とランダムアクセスの成功確率を上げることができる。
【０１２９】
（実施の形態８）
図１４との対応部分に同一符号を付して示す図２３に、この実施の形態の通信端末の構成を示す。この実施の形態の通信端末ＭＳ＃１（ＭＳ＃２〜ＭＳ＃Ｎ）は、送信データに対して誤り訂正符号化部６０１によって誤り訂正符号化処理を施し、続くインターリーブ部６０２によってインターリーブ処理を施してから時間方向マッピング部２０１に供給するようになされている。
【０１３０】
これにより、誤り訂正符号化された信号が全サブキャリアに亘って配置されるようになるので、誤り訂正符号化データに周波数ダイバーシチ効果を与えることができるようになる。この結果、サブキャリア間に品質の差が生じた場合でも、誤りを訂正できる可能性が高くなり、誤り率特性を向上させることができるようになる。
【０１３１】
因みに、本発明の無線通信システム１００では、自局の信号と他局の信号は回線が独立なので、単に雑音だけでなく他局の信号からの若干の干渉（拡散コードが直交していても歪みなどにより若干は干渉が生じることがある）の大きさもサブキャリアごとに異なる。従って、サブキャリアごとの品質差がつきやすく、より周波数ダイバーシチ効果が得やすい。この実施の形態では、この点に着目して、複数サブキャリアに亘って誤り訂正符号化データを配置するようにした。
【０１３２】
また実施の形態７でも説明したように、ある程度の広帯域であれば上り伝送であるがゆえに、異なる端末はそれぞれ回線が異なるため、品質の良いサブキャリアおよび悪いサブキャリアの位置が端末ごとに異なる上、全部のサブキャリアが全て品質が悪いことはあまりなく、少なくとも一部分のサブキャリアの品質が良いということが期待できる。
【０１３３】
これは、単に雑音に対してだけでなく、同じコードを用いた他の端末の信号があった場合や、他セル干渉があった場合に所望信号対干渉信号の比においてより顕著に表れ、一層サブキャリア間での品質がばらつくようになる。
【０１３４】
この実施の形態においては、このような環境下において、インターリーブを行っていることになるので、品質の良いサブキャリアの信号のおかげで、同じコードで干渉し合っている場合ですら送信信号全体が救われることが期待できる。
【０１３５】
かくして本実施の形態によれば、無線通信システム１００において、各通信端末ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎが、誤り訂正符号化後の送信データをインターリーブ処理してからＯＦＣＤＭ信号を形成するようにしたことにより、周波数ダイバーシチ効果によって誤り訂正能力を高めることができ、受信データの誤り率特性を一段と向上させることができるようになる。
【０１３６】
（実施の形態９）
図２３との対応部分に同一符号を付して示す図２４に、この実施の形態の通信端末の構成を示す。この実施の形態の通信端末ＭＳ＃１（ＭＳ＃２〜ＭＳ＃Ｎ）は、ＯＦＤＭ変調部２０３の前段にキャリア内スクランブル部７０１が設けられている。キャリア内スクランブル部７０１は、自セルに固有のスクランブルコードを用いて拡散後の信号をスクランブル処理する。このとき、キャリア内スクランブル部７０１は、同一サブキャリア内の拡散信号をスクランブル処理する。これにより、拡散コードの直交性を崩さずに、他セル干渉に耐性の強いＯＦＣＤＭ信号を形成できるようになる。
【０１３７】
かくして本実施の形態によれば、上述した実施の形態１〜８の構成に加えて、拡散信号を自セル固有のスクランブルコードを用いてスクランブル処理するようにしたことにより、実施の形態１〜８の効果に加えて、他セル干渉に強くなるといった効果を得ることができる。特に本発明では、直交拡散コードを上り回線に用いているので、比較的多くの通信端末に短い拡散コードを割り当てることができる分だけ、他セルとのシンボルタイミングも揃い易いので、非常に有効となる。
【０１３８】
なおこの実施の形態では、拡散信号をスクランブル処理するようにした場合について述べたが、拡散前の送信データをスクランブル処理するようにしてもよい。
【０１３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、各通信端末が、送信データを自局固有の直交拡散コードを用いて拡散し、拡散後の信号をＯＦＤＭ変調することでＯＦＣＤＭ信号を形成し、基地局が、各通信端末からのＯＦＣＤＭ信号を受信し、この受信信号をＯＦＤＭ復調し、ＯＦＤＭ復調後の信号に対して各通信端末固有の直交拡散コードを用いた逆拡散処理を施して各通信端末からの送信データを得るようにしたことにより、上り送信において、直交拡散コードを適用しても直交性を確保することがきるようになる。この結果、上り通信容量を格段に増加させることができる無線通信システム及び無線通信方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示す図
【図２】ＯＦＤＭ変調部の構成を示すブロック図
【図３】ＯＦＤＭにおけるガードインターバルの説明に供する図
【図４】ＯＦＤＭにおけるガードインターバルの説明に供する図
【図５】ＯＦＤＭ復調部の構成を示すブロック図
【図６】４倍拡散を行った場合の各拡散コードの波形図
【図７】マルチパス歪みを受けた各拡散コードの波形図
【図８】通信端末間での伝送時間ずれの説明に供する図
【図９】実施の形態２でのガードインターバル長の設定手順を示すフローチャート
【図１０】タイムアドバンスによる送受信タイミング調整の説明に供する図
【図１１】タイムアドバンスを実現するための機能の説明に供する通信端末及び基地局のブロック図
【図１２】タイムアドバンスを行う場合のガードインターバル長の設定手順を示すフローチャート
【図１３】時間方向と周波数方向の変動の様子を示す図
【図１４】実施の形態３の通信端末の構成を示すブロック図
【図１５】パイロット信号を時間多重した場合とコード多重した場合を示す図
【図１６】実施の形態４の通信端末の構成を示すブロック図
【図１７】パイロット信号を送信データよりも長い直交拡散コードで拡散した場合の説明に供する図
【図１８】実施の形態５の通信端末の構成を示すブロック図
【図１９】実施の形態６の通信端末の構成を示すブロック図
【図２０】差動符号化の概念を示す図
【図２１】実施の形態７でのランダムアクセスの説明に供する図
【図２２】実施の形態７でのランダムアクセス手順を示すフローチャート
【図２３】実施の形態８の通信端末の構成を示すブロック図
【図２４】実施の形態９の通信端末の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１００  無線通信システム
ＭＳ＃１〜ＭＳ＃Ｎ  通信端末
ＢＳ  基地局
１０１−１〜１０１−Ｎ  拡散部
１０２−１〜１０２−Ｎ、２０３  ＯＦＤＭ変調部
１１０  ＯＦＤＭ復調部
１１１−１〜１１１−Ｎ  逆拡散部
１２４  ガード付加部
１３１  ガード除去部
２０１、３０１、４０１  時間方向マッピング部
２０２、３０２、４０２  時間方向拡散部
３０３、４０３  多重部
５００  差動符号化処理部
６０１  誤り訂正符号化部
６０２  インターリーブ部
７０１  キャリア内スクランブル部
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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