(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を直並列変換するシリアルパラレル変換手段と、
前記シリアルパラレル変換手段から並列出力された各送信信号に対して位相回転量をランダムに変化させる位相回転処理を施す位相回転手段と、
前記各送信信号に対して周波数変換処理を施すことにより、各送信信号を周波数が異なりかつ互いに直交関係にあるマルチキャリア信号に振り分けて周波数分割多重する第１の直交周波数分割多重手段と、
前記位相回転手段により形成された各位相回転信号に対して周波数変換処理を施すことにより、位相が回転した各送信信号を周波数が異なりかつ互いに直交関係にあるマルチキャリア信号に周波数分割多重する第２の直交周波数分割多重手段と、
前記第１の直交周波数分割多重手段により形成されたマルチキャリア信号を発信する第１のアンテナと、
前記第２の直交周波数分割多重手段により形成されたマルチキャリア信号を発信する第２のアンテナと、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
マルチキャリア信号の受信側において受信信号の主波に対する遅延波の遅延量を求め、当該遅延量に基づいて位相回転手段の位相回転量を選定する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
マルチキャリア信号の受信側においてマルチキャリア信号のドップラー周波数を測定するドップラー周波数測定手段を設け、ドップラー周波数が所定値よりも低い場合には、位相回転手段の位相回転量をランダムに変化させる
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
送信信号を直並列変換する第１のステップと、
前記第１のステップにより並列出力された各送信信号に対して位相回転量をランダムに変化させる位相回転処理を施す第２のステップと、
前記各送信信号に対して周波数変換処理を施すことにより、各送信信号を周波数が異なりかつ互いに直交関係にあるマルチキャリア信号に振り分けて周波数分割多重する第３のステップと、
前記第２のステップにより形成された各位相回転信号に対して周波数変換処理を施すことにより、位相が回転した各送信信号を周波数が異なりかつ互いに直交関係にあるマルチキャリア信号に周波数分割多重する第４のステップと、
前記第３のステップにより形成されたマルチキャリア信号を発信する第５のステップと、
前記第４のステップにより形成されたマルチキャリア信号を発信する第６のステップと、
を有す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】
本発明はディジタル通信システムに用いられる無線通信装置及び無線通信方法に関し、特にＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調方式等のマルチキャリア変調方式とＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式とを組み合わせて無線通信を行う無線通信装置及び無線通信方法に適用し得る。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線通信、特に移動体通信では、音声以外に画像やデータ等の様々な情報が伝送の対象となっている。今後は、様々なコンテンツの伝送に対する需要がますます高くなることが予想されるため、高信頼かつ高速な伝送に対する必要性がさらに高まるであろう。
【０００３】
この高信頼かつ高速な伝送を実現するディジタル変調方法として、ＯＦＤＭ変調方式やＣＤＭＡ変調方式がある。ＯＦＤＭ変調方式は、１つのＯＦＤＭシンボル内でマルチパスが収まるように狭帯域化したサブキャリアを複数用いてデータを伝送することにより、結果的に高速伝送を行う。
【０００４】
またＯＦＤＭ変調方式は、データが配置される複数のサブキャリアが相互に直交しているので、マルチキャリア変調方式の中で最も周波数利用効率が高い方式である。またＯＦＤＭ変調方式は、比較的簡単なハードウエア構成で実現することができる。ＣＤＭＡ変調方式は、元信号をＰＮ符号と呼ばれる拡散符号によって周波数軸上に拡散して、拡散利得を得ることによって耐干渉性及び耐雑音性を高める方式である。
【０００５】
これらＯＦＤＭ変調方式とＣＤＭＡ方式とを組み合わせたＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式が、最近注目されている。ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式には、大別して、時間領域拡散方式と周波数領域拡散方式とがある。以下、時間領域拡散方式と周波数領域拡散方式について説明する。
【０００６】
先ず、時間領域拡散方式について説明する。図１３は、変調処理前のディジタルシンボルの状態を示す模式図であり、図１４は、周波数領域拡散方式での変調処理後の各チップの配置を示す模式図である。周波数領域拡散方式では、直列データ系列であるＮ個のディジタルシンボル（図１３）が１シンボルづつ拡散率Ｍの拡散符号を乗算される。拡散後のチップはＭ個並列的に、１シンボルづつ順次ＩＦＦＴ処理がなされる。この結果、ＭサブキャリアのＯＦＤＭシンボルがＮ個生成される。つまり、周波数領域拡散方式では、拡散後のチップが、それぞれの時間において周波数軸上に配置される形になる（図１４）。換言すれば、拡散後のチップが、それぞれ異なるサブキャリアに配置される形になる。
【０００７】
上記同様に変調処理前の１ディジタルシンボルが、時間幅Ｔ、周波数帯域幅Ｂの無線リソースを使用すると仮定すると（図１３）、変調処理後では、１チップが時間幅Ｎ×Ｔ、周波数帯域幅Ｂ/Ｎを使用することになる。したがって、時間−周波数領域に占める１ディジタルシンボル当たりの面積は、時間領域拡散方式と同様Ｍ×Ｔ×Ｂとなり、変調処理前の１ディジタルシンボルが占める面積のＭ倍となる。
【０００８】
ここで、例えば、ディジタルシンボル数Ｎ＝８、拡散率Ｍ＝８とした場合、周波数領域拡散方式により生成されるＯＦＤＭシンボルの信号パターンは、図１５に示すようになる。この図に示すように、周波数領域拡散方式では、時間軸上の白黒の濃淡で区別する８個のディジタルシンボルに対応して、ｔ０〜ｔ７で８個のＯＦＤＭシンボルが順次生成される。その際、各ディジタルシンボルにおける８個のチップが、それぞれ異なるサブキャリアｆ１〜ｆ８に割り当てられる。
【０００９】
以上説明したようなＯＦＤＭ変調方式とＣＤＭＡ変調方式を組み合わせることにより、効率の良いリユースを実現したり、統計多重効果を得ることができる。尚かつ、シングルキャリアのＣＤＭＡより高速なデータ伝送も実現することができる。なお、リユースとは、隣接セルにおいて同一周波数を使用可能とすることである。また、統計多重効果とは、データ有無がユーザによってランダムに生じる場合に、互いに送信しない区間のエネルギー低減によって、連続送信する場合に比べ、より多くのユーザの信号を収容できることである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式では、時間軸上で見れば、マルチパス等に起因する遅延波の影響を受けないが、周波数軸上で見ると周波数フェージングを受けることにより通信品質が劣化する場合がある。
【００１１】
先ず、マルチパスの無い環境下を考えると、周波数特性は全てのサブキャリアにおいてほぼ一定となる。受信レベルが高い場合には問題とならないが、全周波数領域において一様のフラットフェージングを受けているときには、全てのサブキャリアの受信レベルが低くなる。このような場合、通信が成立しなくなり、かつそれを回避するための方法もないという問題がある。
【００１２】
またフラットフェージングが生じている場合には、受信側において全てのサブキャリアの受信レベルが低くなるために、受信時において周波数ダイバーシチによる効果が低くなり、データの復元率が低下する問題がある。
【００１３】
さらにマルチパスがある場合においても、マルチパスの遅延スプレッドが比較的少ない場合、例えば主波と遅延波の時間間隔が１チップ分や２チップ分といったように短い場合、全サブキャリアの周波数特性(受信レベル)はほぼ一定となる。この結果受信側での逆拡散利得が十分に得られないことにより、所望の周波数ダイバーシチ効果が得られない。従って、受信側でのデータ復元率も低下する問題がある。
【００１４】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、送信信号を複数のサブキャリアに周波数分割多重して送受信する場合に、フェージングによる悪影響を抑制して高品質の無線通信を行うことができる簡易な構成の無線通信装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線通信装置は、送信信号を直並列変換するシリアルパラレル変換手段と、前記シリアルパラレル変換手段から並列出力された各送信信号に対して位相回転量をランダムに変化させる位相回転処理を施す位相回転手段と、前記各送信信号に対して周波数変換処理を施すことにより、各送信信号を周波数が異なりかつ互いに直交関係にあるマルチキャリア信号に振り分けて周波数分割多重する第１の直交周波数分割多重手段と、前記位相回転手段により形成された各位相回転信号に対して周波数変換処理を施すことにより、位相が回転した各送信信号を周波数が異なりかつ互いに直交関係にあるマルチキャリア信号に周波数分割多重する第２の直交周波数分割多重手段と、前記第１の直交周波数分割多重手段により形成されたマルチキャリア信号を発信する第１のアンテナと、前記第２の直交周波数分割多重手段により形成されたマルチキャリア信号を発信する第２のアンテナとを具備する構成を採る。
【００３４】
この構成によれば、第２のアンテナから発信されるマルチキャリア信号は、第１のアンテナから発信されるマルチキャリア信号に対して位相が異なるので、受信される際には、これら２つの信号の間に周波数選択性フェージングが生じる。この結果、受信側では、周波数分割多重処理による、データが周波数軸上に広く分布しているといった特徴を有効に利用して、大きな周波数ダイバーシチ利得を得て受信信号を復元できる。
【００３５】
また本発明の無線通信装置は、マルチキャリア信号の受信側において受信信号の主波に対する遅延波の遅延量を求め、当該遅延量に基づいて位相回転手段の位相回転量を選定する構成を採る。
【００３６】
この構成によれば、現在の伝送路がマルチパスの少ない経路であることを示すような遅延量であった場合(すなわち遅延量が小さい場合)には、送信信号は周波数選択性フェージングをあまり受けていないと考えられるので、位相回転手段による位相回転量を大きくして周波数選択性フェージングを生じさせる。かくして、伝送路の状態に応じて適応的に周波数選択性フェージングを生じさせることができるようになる。
【００３７】
また本発明の無線通信装置は、マルチキャリア信号の受信側においてマルチキャリア信号のドップラー周波数を測定するドップラー周波数測定手段を設け、ドップラー周波数が低い場合には、位相回転手段の位相回転量をランダムに変化させる構成を採る。
【００３８】
この構成によれば、ドップラー周波数が低い場合には受信信号は周波数選択性フェージングの影響を受け、受信レベルの低いところは低いまま、受信レベルが高いところは高いままとなり、受信レベルの低いところのみで通信しているユーザを救うために位相回転量をランダムに変化させる。位相回転量をランダムに変化させれば送信信号に異なる周波数選択性フェージングを生じさせることができ、受信レベルの低いところのレベルを変化させることができる。この結果、単にドップラー周波数の大きさを測定し、それに応じて位相回転量をランダムに変えるといった簡易な構成で送信信号に異なる周波数選択性フェージングを生じさせることができる。
【００４１】
本発明の無線通信方法は、送信信号を直並列変換する第１のステップと、前記第１のステップにより並列出力された各送信信号に対して位相回転量をランダムに変化させる位相回転処理を施す第２のステップと、前記各送信信号に対して周波数変換処理を施すことにより、各送信信号を周波数が異なりかつ互いに直交関係にあるマルチキャリア信号に振り分けて周波数分割多重する第３のステップと、前記第２のステップにより形成された各位相回転信号に対して周波数変換処理を施すことにより、位相が回転した各送信信号を周波数が異なりかつ互いに直交関係にあるマルチキャリア信号に周波数分割多重する第４のステップと、前記第３のステップにより形成されたマルチキャリア信号を発信する第５のステップと、前記第４のステップにより形成されたマルチキャリア信号を発信する第６のステップと、を有する。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、送信信号を周波数の異なる複数のサブキャリアに周波数分割多重して形成した変調信号に対して、意図的に周波数選択性フェージングを生じさせることである。これにより周波数軸上で見ると、ある周波数では利得は小さくなるが、周波数全体で考えると一様に利得が小さくなることを回避できる。この結果、受信側では、マルチキャリア信号における周波数軸上にデータが広く分散しているといった特徴を十分に活用したデータ復元処理を行なうことができ、伝送劣化の小さい良好な復元データを得ることができるようになされている。
【００４３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４４】
（実施の形態１）
図１において、１は全体として無線通信装置を示し、無線基地局に設けられている。無線通信装置１は送信部２と受信部３とにより構成されている。この実施の形態の場合、下り回線では、ＯＦＤＭ変調方式とＣＤＭＡ方式とを組み合わせたＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式のうちの周波数領域拡散方式(以下、この方式をマルチキャリアＣＤＭＡ方式と呼び、この方式により形成された信号をマルチキャリアＣＤＭＡ信号と呼ぶ）で変調した信号を移動局に対して送信する。これに対して、上り回線では、ＣＤＭＡ方式で変調した信号を基地局に対して送信する。
【００４５】
このため無線通信装置１においては、送信部２がマルチキャリアＣＤＭＡ方式により入力信号を変調して送信する構成となっているのに対して、受信部３がＣＤＭＡ方式で変調された信号を復調する構成となっている。
【００４６】
送信部２は、送信信号Ｄ１を拡散手段である乗算回路４に入力する。乗算回路４は送信データＤ１に拡散符号ＰＮを乗じることにより、送信信号Ｄ１をチップ単位で拡散する。
【００４７】
乗算回路４により得られた拡散信号Ｄ２は続くシリアルパラレル変換(Ｓ／Ｐ変換)回路５によってサブキャリア数と同じ数に並列変換された後、逆フーリエ変換回路６に送出される。逆フーリエ変換回路６はパラレルデータに対して逆フーリエ変換処理を施すことにより、図２に示すように、拡散信号の各チップを周波数が異なりかつ互いに直交関係にあるマルチキャリア信号に周波数分割多重する。
【００４８】
逆フーリエ変換回路６から出力された周波数分割多重信号Ｄ２Ａは、パラレルシリアル変換(Ｐ／Ｓ変換)回路７により直列変換された後、ガードインターバル挿入回路(＋ＧＩ)８に送出される。そしてガードインターバル挿入回路８でガードインターバルが挿入され、図示しないディジタルアナログ変換回路を介して、マルチキャリアＣＤＭＡ信号Ｄ３が形成される。
【００４９】
ガードインターバル挿入回路８は入力信号に対して所定間隔毎にガードインターバルを挿入する。これにより送信信号の受信側への到達時点がマルチパスにより異なった場合でも、異なる信号同士の干渉を防止できるようになされている。
【００５０】
具体的には、図３に示すように、有効シンボル長Ｔでなる各シンボルｉ、ｊ、ｋの間にガードインターバルΔｔを挿入する。この結果、それぞれの経路長の違いにより、図３（ａ）、(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)のように時間差のある信号を受信した場合でも、図３(ｅ)に示すように、それらの信号を異なるもの同士が混ざり合わないかたちで合成できる。そして図３(ｆ)に示すように、ガードインターバルΔｔに相当する時間分の信号を削除すれば、元の各シンボルｉ、ｊ、ｋが復元される。
【００５１】
無線通信装置１の送信部２はこのようにガードインターバル挿入回路８でガードインターバルΔｔを挿入すると、続く送信ＲＦ回路９によりマルチキャリアＣＤＭＡ信号Ｄ３に対してアップコンバート処理や増幅処理を施すことにより送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号Ｄ４を形成する。
【００５２】
ここで送信部２は２つのアンテナＡＮ１、ＡＮ２を有し、送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号Ｄ４を、アンテナＡＮ１には直接供給すると共に、アンテナＡＮ２には遅延器１０を介して供給する。遅延器１０は、後述する送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号Ｄ４を受信する無線通信装置２０により求められる遅延データに基づいて遅延量が選定される。これによりアンテナＡＮ２からはアンテナＡＮ１に対して遅延器１０の遅延量分だけ遅延された送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号Ｄ４が発信される。
【００５３】
一方、受信部３は、移動局の送信部から発信された送信ＣＤＭＡ信号をアンテナＡＮ１により受信した後、受信ＲＦ回路１１に入力する。受信ＲＦ回路は入力したＣＤＭＡ信号に対してダウンコンバートやＡＧＣ(自動利得制御)処理を施した後、合成回路１２に送出する。
【００５４】
合成回路１２はＲＡＫＥ合成器でなり、ＣＤＭＡ信号をチップ単位で位相合わせすると共に変調時と同じ拡散符号を用いることにより、チップ単位で拡散した信号から元のデータを復元する。遅延データ抽出回路１３は復元データに含まれる遅延データＤ１０を抽出し、この遅延データＤ１０を遅延器１０に送出する。ここでこの遅延データＤ１０は、移動局側で送信部２から発信される送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号を受信したときに、主波と遅延波の到達時間差を検出した結果である。なお遅延器１０は遅延データＤ１０に応じて遅延時間を変えることができる構成となっており、遅延データＤ１０に応じて遅延量を変化させる。
【００５５】
次に、図４に示す移動局側の無線通信装置２０の構成について説明する。無線通信装置２０の受信部２１は基地局の送信部２のアンテナＡＮ１、ＡＮ２から発信された送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号をアンテナＡＮ１０で受信し、受信ＲＦ回路２３によりダウンコンバートやＡＧＣ等の処理を行なった後、続くガードインターバル削除回路(−ＧＩ)によって余分となったガードインターバルを削除する。ガードインターバルが削除されたマルチキャリアＣＤＭＡ信号はシリアルパラレル変換(Ｓ／Ｐ)回路２５を介してフーリエ変換回路２６に送出される。
【００５６】
フーリエ変換回路２６はマルチキャリアＣＤＭＡ信号をフーリエ変換することにより、各サブキャリアにより伝送された信号を取り出す。そして各サブキャリアにより伝送された信号は、それぞれチャネル推定回路ｃ１〜ｃＭにより、信号に付加されているパイロット信号に基づいて、伝送路で生じた位相変動等が推定され、当該推定結果に基づいて各信号の位相補償がなされる。
【００５７】
位相補償された信号は続く合成回路２７により合成される。合成回路２７は、パラレルシリアル変換回路及び逆拡散器でなり、入力される並列データを直列化し、逆拡散することによりＣＤＭＡ信号を得る。
【００５８】
また受信ＲＦ回路２３の出力は遅延量検出回路２８に入力される。遅延量検出回路２８は相関演算などにより主波と遅延波の時間差を所定間隔で求め、これを遅延データＤ１０として遅延データ付加回路３０に送出する。
【００５９】
ところで、意図的に発生させた周波数選択性フェージングの影響については、確かにマルチキャリアＣＤＭＡ信号の複数のサブキャリアのうちある周波数のサブキャリでは周波数選択性フェージングの影響を受けて利得が小さくなる。しかしマルチキャリアＣＤＭＡ方式では、ＣＤＭＡ信号の各チップは１つのサブキャリアにまとめるようにして伝送するのではなく、複数のサブキャリアに振り分けるようにして伝送しているので、全てのチップの利得が下がるのではなく、一部分のチップの利得のみが下がる。エネルギー保存則により、一部分のチップの利得が下がるということは、１部分のチップの利得が上がることを意味し、合成回路２７でこれらのチップを合成（逆拡散）することでほぼ元の状態と同じシンボル波形を再生することができる。
【００６０】
送信部２２は送信信号をＣＤＭＡ変調して基地局に発信する。すなわち送信部２２は送信信号Ｄ２０及び遅延データＤ１０を乗算回路２９に入力させると、乗算回路２９によって送信信号Ｄ２０の各シンボルごとに所定の拡散符号ＰＮを乗じることにより拡散信号Ｄ２１を形成する。拡散信号Ｄ２１は続く送信ＲＦ回路３１によってアップコンバート処理や増幅処理が施される。このようにして形成された送信ＣＤＭＡ信号Ｄ２２はアンテナＡＮ１０によって発信される。
【００６１】
以上の構成において、送信部２に入力された入力信号Ｄ１の各シンボルは、拡散部４によって拡散符号ＰＮが乗じられることによりチップ単位で周波数軸上に拡散された拡散信号Ｄ２とされる。次に拡散信号Ｄ２は逆フーリエ変換回路６によって逆フーリエ変換処理され、互いに直交関係にあるサブキャリア上に各チップ単位で振り分けられるように重畳される。
【００６２】
次にこの信号に対してガードインターバル挿入回路８でガードインターバルが挿入され、送信ＲＦ回路９でアップコンバート処理が施される。そしてこのようにして形成された送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号Ｄ４はアンテナＡＮ１から発信される。
【００６３】
また送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号Ｄ４は遅延器１０により遅延された後、アンテナＡＮ２から発信される。ここで遅延器１０は遅延データ抽出回路１３から抽出された遅延データＤ１０に応じて遅延量を適応的に変化させる。
【００６４】
遅延データＤ１０はマルチキャリアＣＤＭＡ信号の受信側において、主波と遅延波の到達時間差として求められたものであり、遅延器１０はこの到達時間差がガードインターバルの範囲内で最大となる遅延量を選択する。これにより２つのアンテナＡＮ１、ＡＮ２から発信された同一のマルチキャリアＣＤＭＡ信号は、受信復調の際に、異なる信号同士がガードインターバルに保護されて干渉し合わない範囲内で、周波数選択性フェージングを最も大きく受けるようになされている。
【００６５】
アンテナＡＮ１及びＡＮ２から出力されたマルチキャリアＣＤＭＡ信号は受信部２１により受信され、送信部２と逆の処理が施されることにより復元される。このときアンテナＡＮ１から発信された送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号とアンテナＡＮ２から発信された送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号は、互いに干渉し合った後受信される。この結果、これら２つの信号は恰もマルチパス干渉を受けた信号のように周波数選択性フェージングを受けた受信信号となる。
【００６６】
すなわち、互いに直交関係にある複数のサブキャリアのうち、ある周波数のサブキャリアはフェージングを受けて利得が小さくなるが、別の周波数のサブキャリアはフェージングの影響が小さく、さらにはフェージングの影響を受けることにより強め合って利得が大きくなる。
【００６７】
ここでマルチキャリアＣＤＭＡ方式では、ＣＤＭＡ信号の各チップを１つのサブキャリアにまとめるようにして伝送するのではなく、複数のサブキャリアに振り分けるようにして伝送しているので、全てのチップの利得が下がるのではなく、一部分のチップの利得のみが下がる。エネルギー保存則により、一部分のチップの利得が下がるということは、１部分のチップの利得が上がることを意味し、合成回路２７でこれらのチップを合成（逆拡散）することでほぼ元の状態と同じシンボル波形を再生することができる。
【００６８】
かくして周波数軸上にデータを拡散すると共にこの拡散したデータを異なる周波数のサブキャリアに周波数分割多重して発信するといったマルチキャリアＣＤＭＡ方式の特徴を有効に利用して、大きな周波数ダイバーシチ利得を得ることができる。
【００６９】
ここでマルチキャリアＣＤＭＡ信号が伝送路上で受けるフェージングについて考える。説明上、先ずアンテナＡＮ２を設けない場合について考える。マルチキャリアＣＤＭＡ信号にはシンボル間隔毎にガードインターバルが挿入されているので、時間軸上で見ると遅延波の影響を受けない。
【００７０】
しかし、周波数軸上で見ると周波数選択性フェージングを受ける。これについて説明する。受信側では、図２に示すような周波数方向に拡散されたマルチキャリアＣＤＭＡ信号を受信する。ここで無線伝送路においてマルチパスが無く、受信レベルが比較的高い場合には、図５(Ａ)に示すように、マルチキャリアＣＤＭＡ信号に無線伝搬路や受信回路のノイズのみが加わって受信される。またフェージング変動が落ち込んでいる場合には、図５(Ｂ)に示すように、各サブキャリアの受信レベルは一様に低くなる。
【００７１】
マルチパスが存在し、その遅延スプレッドが小さい場合(主波と遅延波の時間相関がある場合)には、フェージングの受け方の周波数特性は緩やかに変化する。この場合、図６に示すように、隣接するサブキャリア間での周波数相関は大きなものとなり、図５で示したフラットフェージングと同じように一様の周波数特性となる。このような場合には、本来マルチキャリアＣＤＭＡで得られるべき、拡散による効果が少なくなる。
【００７２】
一方、マルチパスが存在し、その遅延スプレッドが大きい場合(主波と遅延波の時間相関が無い場合)には、図７に示すように、フェージングの受け方の周波数特性は大きく変化し、ノッチもマルチパスの数に比例して多くなる。この場合、隣接するサブキャリア間での周波数相関は小さなものとなり、図５のフラットフェージングとは異なってくる。
【００７３】
本発明では、これらを考慮して、マルチパスＣＤＭＡ信号に対して積極的に大きな遅延スプレッドを生じさせることで隣接するサブキャリア間の相関を小さくし、周波数ダイバーシチ効果を大きくする。
【００７４】
すなわち本発明では、マルチキャリアＣＤＭＡ方式がそれぞれ周波数の異なる複数のサブキャリアに拡散信号の各チップを周波数分割多重していることに着目して、全ての周波数のサブキャリアに亘って一様にフェージングが生じると信号の復元率が低下するので、マルチキャリアＣＤＭＡ信号に対して積極的に周波数選択性フェージングを生じさせようとするものである。このために本発明では、できるだけマルチパスが多くなるような送受信を行なう。
【００７５】
次に、マルチキャリアＣＤＭＡ信号の周波数ダイバーシチについて説明する。図８の上図にマルチパスが多い場合の受信信号のインパルス応答とフーリエ変換後の周波数特性を示し、図８の下図にマルチパスが少ない場合の受信信号のインパルス応答とフーリエ変換後の周波数特性を示す。図８からも明らかなようにマルチパスが多いほど、ノッチの数が多くかつノッチの幅が狭い。これに対してマルチパスが少ないほど、ノッチの数が少なくかつ緩やかなノッチとなる。
【００７６】
ここで複数のマルチパスが存在している場合を想定して、図９に示すように、１つのサブキャリアに注目してみる。１つのサブキャリアはレイリーフェージング変動しており、離れたサブキャリアもレイリーフェージング変動している。しかし、このレイリーフェージング変動は周波数が離れているほど相関がなくなる。またノッチが多いほど隣り合うサブキャリア間のレイリーフェージング変動は相関がなくなる。かくして、マルチキャリアＣＤＭＡ方式では、サブキャリアの周波数ダイバーシチを行なっているため、相関がないほど合成利得が得られる。
従ってマルチパスが多いほど利得が得られる。
【００７７】
かくして以上の構成によれば、送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号を時間差をもたせて発信することで意図的に周波数選択性フェージングを生じさせるようにしたことにより、マルチキャリアＣＤＭＡ信号の特徴を有効に活用して大きな周波数ダイバーシチ利得を得ることができ、この結果伝送劣化の少ない復元データを得ることができる。
【００７８】
またアンテナＡＮ２から発信する送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号の遅延時間を、受信復調の際に異なる信号同士がガードインターバルに保護されて干渉し合わない範囲内で、かつ周波数選択性フェージングを最も大きく生じさせることができる値に選定したことにより、一段とマルチキャリアＣＤＭＡ信号の特徴を活かした高品質の復元データを得ることができる。
【００７９】
(実施の形態２)
図１及び図４との対応部分に同一符号を付して示す図１０及び図１１は、本発明の実施の形態２による無線通信装置の構成を示す。図１０に示す無線通信装置４０は無線基地局に設けられており、送信部４１により通常のマルチキャリアＣＤＭＡ信号を形成して発信すると共に受信部４２によりＣＤＭＡ信号を受信するようになっている。つまり図１１に示す移動局側の無線通信装置５０は、受信部５１により送信部４１(図１０)から発信されたマルチキャリアＣＤＭＡを復調すると共に送信部５２によりＣＤＭＡ信号を形成して受信部４２(図１０)に発信するようになっている。
【００８０】
無線通信装置４０の送信部４１は、送信信号Ｄ１を拡散手段である乗算回路４に入力する。乗算回路４は送信信号Ｄ１に拡散符号ＰＮを乗じることにより、送信信号Ｄ１をチップ単位に拡散する。乗算回路４により得られた拡散信号Ｄ２は続くシリアルパラレル変換(Ｓ／Ｐ変換)回路５によってサブキャリア数と同じ数に並列変換された後、逆フーリエ変換回路６に送出される。
【００８１】
逆フーリエ変換回路６はパラレルデータに対して逆フーリエ変換処理を施すことにより、図２に示すように、拡散信号Ｄ２の各チップを周波数が異なりかつ互いに直交関係にあるマルチキャリア信号に周波数分割多重する。
【００８２】
逆フーリエ変換回路６から出力された信号は、パラレルシリアル変換回路７により直列変換された後、ガードインターバル挿入回路８に送出され、ここで所定間隔毎にガードインターバルが挿入され、図示しないディジタルアナログ変換回路を介してマルチキャリアＣＤＭＡ信号Ｄ３が形成される。送信ＲＦ回路９は入力信号に対してアップコンバート処理や増幅処理を施し、これにより送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号Ｄ４が形成され、これをアンテナＡＮ１に出力する。
【００８３】
アンテナＡＮ１から発信された送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号Ｄ４は移動局である図１１の無線通信装置５０の受信部５１に受信される。受信部５１は送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号Ｄ４を２つのアンテナＡＮ２０、ＡＮ２１により受信する。アンテナＡＮ２０で受信された信号はそのまま加算回路５３に入力される。これに対してアンテナＡＮ２１で受信された信号は遅延器５４により所定時間遅延された後、加算回路５３に入力される。
【００８４】
遅延器５４の遅延時間は、遅延量検出回路２８により得られる遅延データＤ１０に基づいて選定される。この結果、加算回路５３には同一のマルチキャリアＣＤＭＡ信号が時間差をもって入力されることにより、加算回路５３からは恰も伝送路上で周波数選択性フェージングを受けたかのようなマルチキャリアＣＤＭＡ信号が出力される。実際には、加算回路５３に入力されるマルチキャリアＣＤＭＡ信号は、単に、遅延器５４で与えられた時間差だけでなく、マルチパスによる遅延時間差も有している。
【００８５】
加算回路５３の出力は受信ＲＦ回路２３に入力され、受信ＲＦ回路２３によりダウンコンバートやＡＧＣ処理が施された後、ガードインターバル削除回路２４に送出される。ガードインターバル削除回路２４は余分となったガードインターバルを削除し、ガードインターバル削除後の信号をシリアルパラレル変換(Ｓ／Ｐ変換)回路２５を介してフーリエ変換回路２６に送出する。
【００８６】
フーリエ変換回路２６はマルチキャリアＣＤＭＡ信号をフーリエ変換することにより、各サブキャリアにより伝送された信号を取り出す。そして各サブキャリアにより伝送された信号はそれぞれチャネル推定回路ｃ１〜ｃＭにより、信号に付加されているパイロット信号に基づいて、伝送路で生じた位相変動等が推定され、当該推定結果に基づいて各信号の位相補償がなされる。
【００８７】
位相補償された信号は続く合成回路２７により合成される。合成回路２７は、パラレルシリアル変換回路及び逆拡散器でなり、入力される並列データを直列化し、逆拡散することによりＣＤＭＡ信号を得る。
【００８８】
ここで遅延量検出回路２８は受信ＲＦ回路２３の出力を入力し、相関演算などにより主波と遅延波の時間差を所定間隔で求め、この検出結果を遅延データＤ１０として遅延器５４に送出する。
【００８９】
すなわち遅延データＤ１０は、主波と遅延波の時間差を表すものであり、遅延器５４はこの時間差がガードインターバルの範囲内で最大となる遅延量を選択する。これにより加算回路５３から出力されるマルチキャリアＣＤＭＡ信号は、異なる信号同士がガードインターバルに保護されて干渉し合わない範囲内で、周波数選択性フェージングが最も大きく生じたものとなる。
【００９０】
送信部５２は送信信号Ｄ２０をＣＤＭＡ変調して基地局に発信する。すなわち送信部５２は送信信号Ｄ２０を乗算回路２９に入力すると、当該乗算回路２９によって送信信号Ｄ２０の各シンボル毎に所定の拡散符号ＰＮを乗じることにより拡散信号Ｄ２１を形成する。拡散信号Ｄ２１は送信ＲＦ回路３１によってアップコンバート処理や増幅処理が施される。このようにして形成された送信ＣＤＭＡ信号Ｄ２２はアンテナＡＮ２０によって発信される。
【００９１】
一方、受信部４２(図１０)は移動局の送信部５２から発信されたＣＤＭＡ信号をアンテナＡＮ１により受信した後、受信ＲＦ回路１１に入力する。受信ＲＦ回路１１は入力したＣＤＭＡ信号に対してダウンコンバートやＡＧＣ処理を施した後、合成回路１２に送出する。そして合成回路１２のＲＡＫＥ合成器により元のデータが復元される。
【００９２】
以上の構成において、移動局を構成する無線通信装置５０(図１１)の受信部５１は、送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号を２つのアンテナＡＮ２０、ＡＮ２１で受信し、その一方を所定時間遅延させる。この結果、アンテナＡＮ２０からフラットフェージングを受けた信号を受信した場合でも、加算回路５３からは恰もマルチパス干渉を受けたかのような、換言すれば周波数選択性フェージングを受けたかのような出力信号が得られる。
【００９３】
かくして、受信部５１ではこのような周波数選択性フェージングを受けた信号に対してデータの復元処理を行なうことができるので、実施の形態１で上述した場合と同様に大きな周波数ダイバーシチ利得を得ることができ、この結果伝送劣化の少ない復元データを得ることができる。
【００９４】
かくして以上の構成によれば、マルチキャリアＣＤＭＡ信号を２つのアンテナＡＮ２０、ＡＮ２１で受信すると共に一方の信号を遅延させ、これら時間差のあるマルチキャリアＣＤＭＡ信号からデータを復元するようにしたことにより、マルチキャリアＣＤＭＡ信号の特徴を有効に活用して大きな周波数ダイバーシチ利得を得ることができる。この結果、劣化の少ない復元データを得ることができる。
【００９５】
(実施の形態３)
図１との対応部分に同一符号を付して示す図１２は、実施の形態３の無線通信装置６０を示す。無線通信装置６０の送信部６１はシリアルパラレル変換(Ｓ／Ｐ変換)回路５から出力されるサブキャリア数分の並列信号を逆フーリエ変換回路６Ａに送出すると共に、サブキャリア数分だけ設けられた位相器Ｈ１〜ＨＭにそれぞれ送出する。
【００９６】
各位相器Ｈ１〜ＨＭはサブキャリアに対応した拡散信号Ｄ２のチップを入力すると共に、受信部６２の遅延データ抽出回路１３により抽出された遅延データＤ１０を入力する。各位相器Ｈ１〜ＨＭは遅延データＤ１０に応じて入力信号の位相を回転させて出力する。
【００９７】
実際上、各位相器Ｈ１〜ＨＭは、現在の無線伝送路がマルチパスの少ない経路であることを意味する遅延データＤ１０を得た場合には、送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号は無線伝送路上で周波数選択性フェージングをあまり受けていないと考えられるので、位相回転量を大きくして周波数選択性フェージングのある信号を形成させる。これにより、無線伝送路の状態に応じて適応的に周波数選択性フェージングを形成することができるようになる。
【００９８】
位相が回転された並列信号は逆フーリエ変換回路６Ｂ、パラレルシリアル変換回路７Ｂ、ガードインターバル挿入回路８Ｂ及び送信ＲＦ回路９Ｂを順次介してアンテナＡＮ３１に供給される。ここで逆フーリエ変換回路６Ｂ、パラレルシリアル変換回路７Ｂ、ガードインターバル挿入回路８Ｂ及び送信ＲＦ回路９Ｂは、逆フーリエ変換回路６Ａ、パラレルシリアル変換回路７Ａ、ガードインターバル挿入回路８Ａ及び送信ＲＦ回路９Ａと同様の構成となっている。
【００９９】
この結果、アンテナＡＮ３１からはアンテナＡＮ３０から発信される送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号に対して位相の異なる送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号が発信されるので、受信される際には、これら２つの信号は互いに干渉し合い周波数選択性フェージングをもった信号となる。これにより受信側では実施の形態１と同様に大きな周波数ダイバーシチ利得を得ることができるので、伝送による劣化の少ない復元データを得ることができる。
【０１００】
因みにこの無線通信装置６０と通信する無線通信装置は、図４の無線通信装置２０と同様の構成とすればよい。
【０１０１】
(他の実施の形態)
なお上述した実施の形態においては、マルチキャリアＣＤＭＡ信号に周波数選択性フェージングを生じさせる手法として、受信信号の主波と遅延波の時間差に応じて、実施の形態１では送信する際に一方の信号を遅延させ、実施の形態２では受信する際に一方の信号を遅延させ、実施の形態３では送信する際に一方の信号の位相を回転させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、別の情報に基づいて周波数選択性フェージングを生じさせてもよい。
【０１０２】
例えば、図４に示す無線通信装置２０の受信部２１に受信マルチキャリアＣＤＭＡ信号のドップラー周波数を測定する回路を設け、測定結果を送信部２２により図１の無線通信装置１の受信部２に送出する。そして無線通信装置１はこのドップラー周波数測定結果に基づいて遅延器１０の遅延量を変化させるようにする。
【０１０３】
実際には、ドップラー周波数が所定値より低い場合には、遅延器１０の遅延量をランダムに変化させるようにする。つまり、ドップラー周波数が低い場合には受信信号は周波数選択性フェージングの状態があまり変化しないと考えられるので、このような場合は遅延量をランダムに変化させる。遅延量をランダムに変化させれば、異なる周波数選択性フェージングが生じて近傍の変調信号同士の相関が変わりフェージングもランダム化される。従って、受信側で劣化の少ない復元データを得ることができる。
【０１０４】
また同様に、図１１に示す無線通信装置５０の受信部５１に受信マルチキャリアＣＤＭＡ信号のドップラー周波数を測定する回路を設け、ドップラー周波数が所定値より低い場合には、遅延器５４の遅延量をランダムに変化させるようにしてもよい。
【０１０５】
さらに図１２の位相器Ｈ１〜ＨＭの位相回転量を受信側でのドップラー周波数測定結果に応じて変化させてもよい。この場合、ドップラー周波数が所定値より低い場合に、位相回転量をランダムに変化させれば、所望の周波数選択性フェージングが生じたマルチキャリアＣＤＭＡ信号を形成することができる。
【０１０６】
また上述した実施の形態１においては、遅延器１０により遅延された送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号をアンテナＡＮ２から発信した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、遅延器１０の出力端をアンテナＡＮ１に接続して、遅延されていない送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号と一緒にアンテナＡＮ１から発信するようにしてもよい。この場合、アンテナＡＮ２を省略できるので構成を簡単化できる。
【０１０７】
同様に、上述した実施の形態２においては、２つのアンテナＡＮ２０、ＡＮ２１を設け、一方のアンテナＡＮ２１で受信したマルチキャリアＣＤＭＡ信号を遅延器で遅延させた後、加算回路５３に供給した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、アンテナＡＮ２１を省略して、遅延器５４にアンテナＡＮ２０の出力を入力させるようにしてもよい。
【０１０８】
また上述した実施の形態においては、周波数軸上に拡散した拡散信号の各チップを、周波数が異なりかつ互いに直交関係にあるマルチキャリア信号に周波数分割多重する場合、換言すればＯＦＤＭ変調方式とＣＤＭＡ変調方式を組み合わせた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、マルチキャリア信号は互いに直交していなくてもよい。つまり、周波数軸上に拡散した拡散信号の各チップを、周波数が異なるマルチキャリア信号に周波数分割多重するようにしても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０９】
また上述した実施の形態においては、遅延量の算出やドップラー周波数の算出を受信機側で行っていたが、上り回線と下り回線の搬送波周波数が異なっても遅延量やドップラーはそれほど変化しないので、受信機側が送信する信号を受信する送信機側の受信部（例えば図１の受信部３）で測定することもでき、このようにした場合も上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
さらに上述した実施の形態においては、下り回線用としてマルチキャリアＣＤＭＡ信号を形成し、上り回線用としてＣＤＭＡ信号を形成する場合について述べたが、本発明の無線通信装置はこれに限らず、上下両回線共にマルチキャリアＣＤＭＡ信号で送信するようにしてもよい。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送信信号を周波数が異なるマルチキャリア信号に周波数分割多重した信号に対して、意図的に周波数選択性フェージングを生じさせるようにしたことにより、フェージングによる悪影響を抑制して高品質の無線通信を行うことができる簡易な構成の無線通信装置及び無線通信方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の無線通信装置の構成を示すブロック図
【図２】ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式により形成した信号の説明に供する略線図
【図３】ガードインターバルの説明に供する略線図
【図４】図１の無線通信装置と通信する無線通信装置の構成を示すブロック図
【図５】フェージングの説明に供する略線図
【図６】周波数選択性フェージングの説明に供する略線図
【図７】周波数選択性フェージングの説明に供する略線図
【図８】実施の形態１の動作の説明に供する略線図
【図９】実施の形態１の動作の説明に供する略線図
【図１０】実施の形態２の無線通信装置の構成を示すブロック図
【図１１】図１０の無線通信装置と通信する無線通信装置の構成を示すブロック図
【図１２】実施の形態３の無線通信装置の送信部の構成を示すブロック図
【図１３】変調前のディジタルシンボルの状態を示す略線図
【図１４】周波数領域拡散方式の各チップの配置を示す略線図
【図１５】周波数領域拡散方式の各チップの配置を示す略線図
【符号の説明】
１、２０、４０、５０、６０  無線通信装置
２、２２、４１、５２、６１  送信部
３、２１、４２、５１、６２  受信部
４、２９  乗算回路
６  逆フーリエ変換回路
８  ガードインターバル挿入回路
１０  遅延器
１２、２７  合成回路
１３  遅延データ抽出回路
２６  フーリエ変換回路
２８  遅延量検出回路
３０  遅延データ付加回路
５３  加算回路
Ｄ１、Ｄ２０  送信信号
Ｄ２、Ｄ２１  拡散信号
Ｄ３  マルチキャリアＣＤＭＡ信号
Ｄ４  送信マルチキャリアＣＤＭＡ信号
Ｄ１０  遅延データ
ＰＮ  拡散符号
ＡＮ１、ＡＮ２、ＡＮ１０、ＡＮ２０、ＡＮ２１、ＡＮ３０、ＡＮ３１  アンテナ
【図１】
0004731055.tif 000002
【図２】
0004731055.tif 000003
【図３】
0004731055.tif 000004
【図４】
0004731055.tif 000005
【図５】
0004731055.tif 000006
【図６】
0004731055.tif 000007
【図７】
0004731055.tif 000008
【図８】
0004731055.tif 000009
【図９】
0004731055.tif 000010
【図１０】
0004731055.tif 000011
【図１１】
0004731055.tif 000012
【図１２】
0004731055.tif 000013
【図１３】
0004731055.tif 000014
【図１４】
0004731055.tif 000015
【図１５】
0004731055.tif 000016