(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のユーザにそれぞれ対応して設けられ、それぞれ、入力データからＮ個（Ｎは正の整数）のＣＤＭ（Code Division Multiplexing）信号を生成し、さらに該Ｎ個のＣＤＭ信号を周波数方向および時間方向の２次元領域で表されるタイルにデータ配置して１個のＣＤＭタイルを生成する複数のＣＤＭタイル生成回路と、
前記複数のＣＤＭタイル生成回路で生成されたＣＤＭタイルを入力し、全ユーザのＣＤＭタイルを所定のマッピングルールにより時間領域および周波数領域に対して配置したＯＦＤＭＡフレームを構成するＯＦＤＭＡフレーム構成回路と、
前記ＯＦＤＭＡフレームを入力し、時間スロットごとにＯＦＤＭ変調し、ＧＩを付加した送信信号を生成するＯＦＤＭ変調回路と
を備えたＯＦＤＭ信号送信装置と、
対向する前記ＯＦＤＭ信号送信装置からの受信信号からＧＩを除去し、ＯＦＤＭ復調するＯＦＤＭ復調回路と、
前記ＯＦＤＭ復調回路から出力される複数時間スロットのＯＦＤＭシンボルを蓄積してＯＦＤＭＡフレームを再構成するＯＦＤＭＡフレーム再構成回路と、
前記ＯＦＤＭＡフレームから特定のユーザに割り当てられたＣＤＭタイルを抽出するＣＤＭタイル抽出回路と、
前記ＣＤＭタイル抽出回路で抽出されたＣＤＭタイルに対してデータサブキャリアの位相特性および振幅特性を補正する等化処理を行う等化回路と、
前記等化処理をへたＣＤＭタイルを入力し、周波数方向および時間方向の二次元領域から１つの時系列にデマッピングするタイルデマッピング回路と、
前記タイルデマッピング回路の出力信号に対して、それぞれシンボルレートのＮ倍の速度を有する符号長Ｎの異なるＭ個の逆拡散符号によりＭ個のデータを分離するＭ個の逆拡散回路と、
前記Ｍ個の逆拡散回路で復元されたデータを１つのＭ倍高速な直列データに再構成して出力する並列直列変換回路と、
前記並列直列変換回路の出力信号のデマッピングを行いデータを復元する変調信号デマッピング回路と
をそれぞれ備えた複数のＯＦＤＭ信号受信装置と
を有し、マルチプルアクセスを行う構成であるＯＦＤＭ通信システムにおいて、
前記ＣＤＭタイル生成回路は、
入力データをディジタル変調方式に基づく各変調信号点にマッピングする変調信号マッピング回路と、
前記変調信号マッピング回路の出力信号を低速なＭ個（Ｍは正の整数、Ｍ≦Ｎ）の並列信号に変換する直列並列変換回路と、
前記Ｍ個の並列信号を入力し、全ユーザに共通した複数の異なるＮ倍高速な符号長Ｎの符号により各々Ｎ倍拡散したのちにＭ段多重し、前記Ｎ個のＣＤＭ信号を得る拡散多重回路と、
前記拡散多重回路から出力される前記Ｎ個のＣＤＭ信号を入力し、前記１個のＣＤＭタイルを形成するタイルマッピング回路とを含み、
前記ＯＦＤＭＡフレーム構成回路は、
前記タイルマッピング回路で生成された全ユーザのＣＤＭタイルを入力し、タイル単位で時間領域および周波数領域に対してＣＤＭタイルが互いに重ならないように配置し、各ユーザのＣＤＭタイル位置、前記符号多重数および前記変調方式を含む制御信号を付加してＯＦＤＭＡフレームを生成する
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載のＯＦＤＭ通信システムにおいて、
前記ＯＦＤＭ信号送信装置は、
伝送路状態に応じて、前記変調信号マッピング回路におけるディジタル変調方式を選択し、前記直列並列変換回路における並列幅Ｍおよび前記拡散多重回路における符号多重数Ｍを制御する変調モード制御回路をさらに備える
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信システム
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＯＦＤＭ通信システムにおいて、
前記拡散多重回路および前記逆拡散回路で使用する全ユーザ共通の拡散符号が直交符号である
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信システム。
【請求項４】
請求項２に記載のＯＦＤＭ通信システムにおいて、
前記変調モード制御回路は、伝送路状態に応じて、タイルごとまたはユーザごとに前記変調信号マッピング回路、前記直列並列変換回路、前記拡散多重回路を制御し、前記拡散符号ごとに変調多値数の異なる変調方式を割り当て、１ＣＤＭタイル当たりの伝送速度を可変制御する構成である
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信システム。
【請求項５】
請求項２に記載のＯＦＤＭ通信システムにおいて、
前記変調モード制御回路は、伝送路状態に応じて、タイルごとまたはユーザごとに前記変調信号マッピング回路、前記直列並列変換回路、前記拡散多重回路を制御し、符号多重数を可変し、前記拡散符号ごとに変調多値数の異なる変調方式を割り当て、１ＣＤＭタイル当たりの伝送速度を可変制御する構成である
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信システム。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のＯＦＤＭ通信システムにおいて、
前記変調モード制御回路は、１ＣＤＭタイル当たりの所要の伝送速度に対して、前記拡散多重回路で使用する各拡散符号に割り当てる変調方式を一意に定める構成である
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信システム。
【請求項７】
複数のＣＤＭタイル生成回路が、複数のユーザにそれぞれ対応して設けられ、それぞれ、入力データからＮ個（Ｎは正の整数）のＣＤＭ（Code Division Multiplexing）信号を生成し、さらに該Ｎ個のＣＤＭ信号を周波数方向および時間方向の２次元領域で表されるタイルにデータ配置して１個のＣＤＭタイルを生成し、
ＯＦＤＭＡフレーム構成回路が、前記複数のＣＤＭタイル生成回路で生成された全ユーザのＣＤＭタイルを所定のマッピングルールにより時間領域および周波数領域に対して配置したＯＦＤＭＡフレームを構成し、
ＯＦＤＭ変調回路が、前記ＯＦＤＭＡフレームを時間スロットごとにＯＦＤＭ変調し、ＧＩを付加した送信信号を生成する
ことを行うＯＦＤＭ信号送信方法と、
ＯＦＤＭ復調回路が、前記ＯＦＤＭ信号送信方法によって生成された送信信号を受信した受信信号からＧＩを除去してＯＦＤＭ復調し、
ＯＦＤＭＡフレーム再構成回路が、前記ＯＦＤＭ復調回路から出力される複数の時間スロットのＯＦＤＭシンボルを蓄積してＯＦＤＭＡフレームを再構成し、
ＣＤＭタイル抽出回路が、前記ＯＦＤＭＡフレームから特定のユーザに割り当てられたＣＤＭタイルを抽出し、
等化回路が、前記ＣＤＭタイル抽出回路で抽出されたＣＤＭタイルに対してデータサブキャリアの位相特性および振幅特性を補正する等化処理を行い、
タイルデマッピング回路が、前記等化処理をへたＣＤＭタイルを入力し、周波数方向および時間方向の二次元領域から１つの時系列にデマッピングし、
Ｍ個の逆拡散回路が、前記タイルデマッピング回路の出力信号に対して、それぞれシンボルレートのＮ倍の速度を有する符号長Ｎの異なるＭ個の逆拡散符号によりＭ個のデータを分離し、
並列直列変換回路が、前記Ｍ個の逆拡散回路で復元されたデータを１つのＭ倍高速な直列データに再構成して出力し、
変調信号デマッピング回路が、前記並列直列変換回路の出力信号のデマッピングを行いデータを復元する
ことを複数のユーザに対応してそれぞれ行うＯＦＤＭ信号受信方法と
を有し、マルチプルアクセスを行うＯＦＤＭ通信方法において、
前記ＣＤＭタイル生成回路は、変調信号マッピング回路で入力データをディジタル変調方式に基づく各変調信号点にマッピングし、その信号を直列並列変換回路で低速なＭ個（Ｍは正の整数、Ｍ≦Ｎ）の並列信号に変換し、そのＭ個の並列信号を拡散多重回路で全ユーザに共通した複数の異なるＮ倍高速な符号長Ｎの符号により各々Ｎ倍拡散したのちにＭ段多重して前記Ｎ個のＣＤＭ信号を生成し、タイルマッピング回路でそのＮ個のＣＤＭ信号から前記１個のＣＤＭタイルを形成し、
前記ＯＦＤＭＡフレーム構成回路は、前記タイルマッピング回路で生成された全ユーザのＣＤＭタイルを入力し、タイル単位で時間領域および周波数領域に対してＣＤＭタイルが互いに重ならないように配置し、各ユーザのＣＤＭタイル位置、前記符号多重数および前記変調方式を含む制御信号を付加してＯＦＤＭＡフレームを生成する
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信方法。
【請求項８】
請求項７に記載のＯＦＤＭ通信方法において、
伝送路状態に応じて、前記変調信号マッピング回路におけるディジタル変調方式を選択し、前記直列並列変換回路における並列幅Ｍおよび前記拡散多重回路における符号多重数Ｍを制御する変調モード制御方法を組み合わせる
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信方法。
【請求項９】
複数のユーザにそれぞれ対応して設けられ、それぞれ、入力データからＮ個（Ｎは正の整数）のＣＤＭ（Code Division Multiplexing）信号を生成し、さらに該Ｎ個のＣＤＭ信号を周波数方向および時間方向の２次元領域で表されるタイルにデータ配置して１個のＣＤＭタイルを生成する複数のＣＤＭタイル生成回路と、
前記複数のＣＤＭタイル生成回路で生成されたＣＤＭタイルを入力し、全ユーザのＣＤＭタイルを所定のマッピングルールにより時間領域および周波数領域に対して配置したＯＦＤＭＡフレームを構成するＯＦＤＭＡフレーム構成回路と、
前記ＯＦＤＭＡフレームを入力し、時間スロットごとにＯＦＤＭ変調し、ＧＩを付加した送信信号を生成するＯＦＤＭ変調回路と
を備えたＯＦＤＭ信号送信装置において、
前記ＣＤＭタイル生成回路は、
入力データをディジタル変調方式に基づく各変調信号点にマッピングする変調信号マッピング回路と、
前記変調信号マッピング回路の出力信号を低速なＭ個（Ｍは正の整数、Ｍ≦Ｎ）の並列信号に変換する直列並列変換回路と、
前記Ｍ個の並列信号を入力し、全ユーザに共通した複数の異なるＮ倍高速な符号長Ｎの符号により各々Ｎ倍拡散したのちにＭ段多重し、前記Ｎ個のＣＤＭ信号を得る拡散多重回路と、
前記拡散多重回路から出力される前記Ｎ個のＣＤＭ信号を入力し、前記１個のＣＤＭタイルを形成するタイルマッピング回路とを含み、
前記ＯＦＤＭＡフレーム構成回路は、
前記タイルマッピング回路で生成された全ユーザのＣＤＭタイルを入力し、タイル単位で時間領域および周波数領域に対してＣＤＭタイルが互いに重ならないように配置し、各ユーザのＣＤＭタイル位置、前記符号多重数および前記変調方式を含む制御信号を付加してＯＦＤＭＡフレームを生成する
ことを特徴とするＯＦＤＭ信号送信装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のＯＦＤＭ信号送信装置において、
伝送路状態に応じて、前記変調信号マッピング回路におけるディジタル変調方式を選択し、前記直列並列変換回路における並列幅Ｍおよび前記拡散多重回路における符号多重数Ｍを制御する変調モード制御回路をさらに備える
ことを特徴とするＯＦＤＭ信号送信装置。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載のＯＦＤＭ信号送信装置において、
前記拡散多重回路で使用する全ユーザ共通の拡散符号が直交符号である
ことを特徴とするＯＦＤＭ信号送信装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載のＯＦＤＭ信号送信装置において、
前記変調モード制御回路は、伝送路状態に応じて、タイルごとまたはユーザごとに前記変調信号マッピング回路、前記直列並列変換回路、前記拡散多重回路を制御し、前記拡散符号ごとに変調多値数の異なる変調方式を割り当て、１ＣＤＭタイル当たりの伝送速度を可変制御する構成である
ことを特徴とするＯＦＤＭ信号送信装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載のＯＦＤＭ信号送信装置において、
前記変調モード制御回路は、伝送路状態に応じて、タイルごとまたはユーザごとに前記変調信号マッピング回路、前記直列並列変換回路、前記拡散多重回路を制御し、符号多重数を可変し、前記拡散符号ごとに変調多値数の異なる変調方式を割り当て、１ＣＤＭタイル当たりの伝送速度を可変制御する構成である
ことを特徴とするＯＦＤＭ信号送信装置。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載のＯＦＤＭ信号送信装置において、
前記変調モード制御回路は、１ＣＤＭタイル当たりの所要の伝送速度に対して、前記拡散多重回路で使用する各拡散符号に割り当てる変調方式を一意に定める構成である
ことを特徴とするＯＦＤＭ信号送信装置。
【請求項１５】
複数のユーザにそれぞれ対応して生成されたＮ個（Ｎは正の整数）のＣＤＭ（Code Division Multiplexing）信号をさらに周波数方向および時間方向の２次元領域で表されるタイルにデータ配置して生成したＣＤＭタイルを全ユーザ分、タイル単位で時間領域および周波数領域に対してＣＤＭタイルが互いに重ならないように配置し、各ユーザのＣＤＭタイル位置、符号多重数および変調方式を含む制御信号を付加して生成されたＯＦＤＭＡフレームを時間スロットごとにＯＦＤＭ変調し、ＧＩを付加した送信信号を送信するＯＦＤＭ信号送信装置からの受信信号からＧＩを除去し、ＯＦＤＭ復調するＯＦＤＭ復調回路と、
前記ＯＦＤＭ復調回路から出力される複数時間スロットのＯＦＤＭシンボルを蓄積してＯＦＤＭＡフレームを再構成するＯＦＤＭＡフレーム再構成回路と、
前記ＯＦＤＭＡフレームから特定のユーザに割り当てられたＣＤＭタイルを抽出するＣＤＭタイル抽出回路と、
前記ＣＤＭタイル抽出回路で抽出されたＣＤＭタイルに対してデータサブキャリアの位相特性および振幅特性を補正する等化処理を行う等化回路と、
前記等化処理をへたＣＤＭタイルを入力し、周波数方向および時間方向の二次元領域から１つの時系列にデマッピングするタイルデマッピング回路と、
前記タイルデマッピング回路の出力信号に対して、それぞれシンボルレートのＮ倍の速度を有する符号長Ｎの異なるＭ個（Ｍは正の整数、Ｍ≦Ｎ）の逆拡散符号によりＭ個のデータを分離するＭ個の逆拡散回路と、
前記Ｍ個の逆拡散回路で復元されたデータを１つのＭ倍高速な直列データに再構成して出力する並列直列変換と、
前記並列直列変換回路の出力信号のデマッピングを行いデータを復元する変調信号デマッピング回路と
を備えたことを特徴とするＯＦＤＭ信号受信装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のＯＦＤＭ信号受信装置において、
前記逆拡散回路で使用する全ユーザ共通の拡散符号が直交符号である
ことを特徴とするＯＦＤＭ信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信データをサブキャリア変調した後に逆フーリエ変換を行って送信し、受信側でこの信号を受信してフーリエ変換を行い、送信データを復元するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）通信方式において、通信チャネルを複数のユーザで共用するマルチプルアクセスを行うためのＯＦＤＭ通信システム、ＯＦＤＭ通信方法およびＯＦＤＭ信号送信装置ならびにＯＦＤＭ信号受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＦＤＭ通信システムは、周波数領域でサブキャリアが互いに直交するような最小の周波数間隔で複数のサブキャリアを配置するマルチキャリア通信技術であり、複数のサブキャリアを用いたマルチキャリア方式の中で、特に周波数利用効率に優れた通信方式として注目されている。
【０００３】
図６は、ＯＦＤＭ通信システムの基本構成を示す。図６(a) はＯＦＤＭ信号送信装置の要部構成例を示し、図６(b) はＯＦＤＭ信号受信装置の要部構成例を示す。
【０００４】
図６(a) に示すＯＦＤＭ信号送信装置において、変調信号マッピング回路５０１は入力データを各サブキャリアにマッピングする（サブキャリア変調）。サブキャリア変調には、ＰＳＫ（Phase Shift Keying) やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation)などのディジタル変調方式が用いられる。次に、直列並列変換回路５０２でサブキャリア総数と同数の低速な並列データに並び替えを行い、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform) 回路５０３で逆フーリエ変換を行い、並列直列変換回路５０４で再び一つの時系列信号を生成する。次に、ＧＩ付加回路５０５でこの時系列信号にＧＩ（ガードインターバル）を付加して送信信号を生成する。この直列並列変換５０２〜ＧＩ付加回路５０５によりＯＦＤＭ変調回路５０６が構成される。
【０００５】
なお、複数の反射や回折・散乱が生じる伝搬環境における無線通信では、遅延拡がりの大きな遅延波により周波数選択フェージングによる電界強度の複雑かつ大きな変動が生じ、正確な通信を妨げる要因となる。これに対して、ＯＦＤＭ通信システムでは、ＩＦＦＴ回路５０３の出力信号の後尾の部分をＯＦＤＭシンボルの先頭にＧＩとして付加し、ＧＩより短い時間の遅延波の影響を受けないようにしている。
【０００６】
図６(b) に示すＯＦＤＭ信号受信装置では、送信装置と逆操作により復調処理を行う。すなわち、ＧＩ除去回路５２５で受信信号からＧＩを除去し、直列並列変換回路５２４で低速な並列データに変換し、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform) 回路５２３でフーリエ変換を行って各サブキャリアのデータを復元し、並列直列変換回路５２２で再び一つの時系列信号に変換し、変調信号デマッピング回路５２１でサブキャリア変調された信号のデマッピングを行う。この直列並列変換回路５２２〜ＧＩ除去回路５２５によりＯＦＤＭ復調回路５２６が構成される。
【０００７】
ところで、１つの通信チャネルに複数のユーザを収容する場合、通信チャネルを何らかの手法で各ユーザに割り当てて共用するマルチプルアクセスを実現する必要がある。ＯＦＤＭ通信システムにおけるマルチプルアクセス方式としては、ＯＦＤＭ−ＴＤＭＡ（時分割多元接続）方式やＯＦＤＭ−ＦＤＭＡ（周波数分割多元接続）方式の他、ＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）方式、ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）方式などが検討されている。
【０００８】
ＯＦＤＭ−ＴＤＭＡ方式は、一定数のＯＦＤＭシンボルごとに時間を区切って時間スロットを複数のユーザに割り当てるもので、無線ＬＡＮの標準化規格の一つであるＩＥＥＥ802.11a などで使用されている（非特許文献１）。
【０００９】
図７は、ＯＦＤＭ−ＴＤＭＡ方式において、あるユーザが占有するサブキャリア群を示す。図において、１１は１つのサブキャリアである。ＯＦＤＭ−ＴＤＭＡ方式では、ある時間スロットをユーザに割り当て、例えばユーザは特定時間の全サブキャリア１２を占有する。最大同時アクセスユーザ数は、ＯＦＤＭフレーム内の時間スロット総数と、ユーザ当たりに割り当てる時間スロット数に依存する。
【００１０】
ＯＦＤＭ−ＦＤＭＡ方式では、ＯＦＤＭ信号がマルチキャリアで構成されることを利用して周波数方向の区分けを行い、ＯＦＤＭシンボルを構成するサブキャリア群を複数のユーザに割り当ててマルチプルアクセスを実現する（非特許文献２の特に11.2節）。
【００１１】
図８は、ＯＦＤＭ−ＦＤＭＡ方式において、あるユーザが占有するサブキャリア群を示す。図において、１３は１つのサブキャリアである。ＯＦＤＭ−ＦＤＭＡ方式では、あるサブキャリアをユーザに割り当て、例えばユーザは特定のサブキャリア１４を全時間スロットに渡って占有する。最大同時アクセスユーザ数は、ＯＦＤＭフレーム内のサブキャリア総数と、ユーザ当たりに割り当てるサブキャリア数に依存する。
【００１２】
ＯＦＤＭＡ方式は、周波数方向をサブキャリア、時間方向を時間スロットで区切り、時間−周波数の二次元領域によりユーザ区分を行うもので、無線ブロードバンドアクセスの標準化規格の一つであるＩＥＥＥ802.16などで検討されている（非特許文献３）。非特許文献３では、複数の時間スロットにまたがる一定数の直交サブキャリア群を「タイル」と定義し、タイル単位のマルチプルアクセス制御を示している。ＴＤＭＡ方式やＦＤＭＡ方式よりも細かな単位でアクセス制御が可能である。
【００１３】
図９は、ＯＦＤＭＡ方式において、あるユーザが占有するサブキャリア群を示す。図において、１５は１つのサブキャリアである。ＯＦＤＭＡ方式では、例えばＮｔ時間スロットおよびＮｆサブキャリアで区切られたタイル１６をユーザに割り当てる。最大同時アクセスユーザ数は、ＯＦＤＭＡフレームを構成するタイル数に依存する。
【００１４】
図１０は、ＯＦＤＭＡ方式に対応するＯＦＤＭ通信システムの基本構成を示す。図１０(a) は複数のユーザに対してマルチプルアクセスを行うＯＦＤＭ信号送信装置の要部構成例を示し、図１０(b) は１ユーザに対応するＯＦＤＭ信号受信装置の要部構成例を示す。図６に示す一般的なＯＦＤＭ通信システムとの差異点を次に示す。ＯＦＤＭ信号送信装置において、各ユーザ対応の変調信号マッピング回路５０１−１〜５０１−ｎを備え、それぞれから出力される各ユーザ対応のサブキャリアをＯＦＤＭＡフレーム構成回路５０７で束ね、ＯＦＤＭ変調回路５０６に与える。また、ＯＦＤＭ信号受信装置において、ＯＦＤＭ復調回路５２６の出力からＯＦＤＭＡフレームを再構成し、特定ユーザのサブキャリアを抽出するＯＦＤＭＡフレーム再構成回路５２７およびサブキャリア抽出回路５２８を備え、その出力を変調信号デマッピング回路５２１−ｘに与える。
【００１５】
以上示したＯＦＤＭ−ＴＤＭＡ方式、ＯＦＤＭ−ＦＤＭＡ方式、ＯＦＤＭＡ方式ともに、通信路の状態にあわせてサブキャリアごとに変調多値数を可変させるサブキャリア適用変調を組み合わせることができる（非特許文献４）。
【００１６】
図１１は、サブキャリア適応変調における各サブキャリアに対する変調方式の割り当て例を示す。図１１(a) ，(b) は、異なる周波数伝送特性に対応し、サブキャリアごとに適応的に変調方式を割り当てることにより同一伝送速度を実現した例を示す。非特許文献４では、適応変調における変調方式情報を伝送するオーバヘッドを削減するために、一定数の隣接サブキャリアをグループとしてまとめて１グループ内の伝送路特性を最悪値で代表させ、サブキャリアグループに対して一括して同一の適用変調制御を行う提案もなされている。以下、これをサブキャリアグループ適応変調という。
【００１７】
また、サブキャリア適応変調やサブキャリアグループ適応変調の他にも、離散逆フーリエ変換／離散フーリエ変換を用いたプレ符号化処理によりＯＦＤＭ方式の伝送特性改良についても提案されている（非特許文献５）。以下、これをプレ符号化ＯＦＤＭ方式という。
【００１８】
図１２は、プレ符号化ＯＦＤＭ方式に対応するＯＦＤＭ通信システムの基本構成を示す。図１２(a) はＯＦＤＭ信号送信装置の要部構成例を示し、図１２(b) はＯＦＤＭ信号受信装置の要部構成例を示す。図６に示す一般的なＯＦＤＭ通信システムとの差異点を次に示す。ＯＦＤＭ信号送信装置のＯＦＤＭ変調回路５０６において、直列並列変換回路５０２とＩＦＦＴ回路５０３との間にＩＦＦＴ回路５０８を挿入してプレ符号化処理を行う。このＩＦＦＴ回路５０８を含む構成をプレ符号化ＯＦＤＭ変調回路５０９とする。一方、ＯＦＤＭ信号受信装置のＯＦＤＭ復調回路５２６において、直列並列変換回路５２４とＩＦＦＴ回路５２３との間にＩＦＦＴ回路５２９を挿入し、プレ符号化処理に対応する復号化処理を行う。このＩＦＦＴ回路５２９を含む構成をプレ符号化ＯＦＤＭ復調回路５３０とする。このプレ符号化により、全サブキャリアの情報が互いに拡散されるため、周波数ダイバーシティ効果が期待できる。
【００１９】
一方、ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式は、符号でユーザを分離するＣＤＭＡ方式とＯＦＤＭ方式を組み合わせたものである（非特許文献２の特に11.4節）。
【００２０】
図１３は、ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式に対応するＯＦＤＭ通信システムの基本構成を示す。図１３(a) はＯＦＤＭ信号送信装置の要部構成例を示し、図１３(b) はＯＦＤＭ信号受信装置の要部構成例を示す。ＯＦＤＭ信号送信装置では、各ユーザ対応の変調信号マッピング回路５０１−１〜５０１−ｎの出力をそれぞれ対応する拡散回路５１０−１〜５１０−ｎに入力し、あらかじめ各ユーザに割り当てられた相互相関の小さな符号を高速にデータと掛け合わせてデータ拡散した拡散チップを生成し、各ユーザの拡散チップを加算回路５１１で加算してユーザ多重を行ってＯＦＤＭ変調回路５０６に入力し、ＯＦＤＭシンボルの各サブキャリアに割り当てて伝送する。ＯＦＤＭ信号受信装置では、ＯＦＤＭ復調回路５２６の出力を逆拡散回路５３１に入力し、ユーザ固有の符号を掛け合わせて符号分離を行って変調信号デマッピング回路５２１−ｘに入力する。
【００２１】
図１４は、ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式において、あるユーザが共有するサブキャリア群を示す。図において、ユーザは全時間スロットおよび全サブキャリア１７を共有し、最大同時アクセスユーザ数は、ＣＤＭＡを実現するためのユーザ分離符号数に依存する。符号多重数が小さい場合は、スペクトル拡散効果により低ＳＮＲ（信号電力対雑音電力比）環境においても安定した通信リンクの確保が可能になる。
【非特許文献１】IEEE Wireless LAN Edition 〜A Compilaltion based on IEEE Std 802.11-1999(R2003) and its amendments〜, IEEE October 2003, pp.263-304
【非特許文献２】Multi-Carrier Digital Communications Theory and Applications of OFDM 2nd Edition, Ahmad R.S.Bahai, Burton R.Saltzberg, Mustafa Ergen, Springer, September 2004
【非特許文献３】IEEE 802.16-2004: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, IEEE, June 2004, pp.568-571
【非特許文献４】小林英雄，「ＯＦＤＭ通信方式の基礎と応用技術」，トリケップス出版，2004年５月発行，pp.121-130
【非特許文献５】Jeong Woo JWA, "An OFDM Scheme with Pre-IDFT/DFT on Frequency-Selective Rayleigh Fading Channels", IEEE Trans. Vol.E88-B, No.7, July 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ＯＦＤＭ方式において、受信点のＳＮＲに対して過不足のない伝送速度をスケーラブルに実現するマルチプルアクセス方式としては、平坦でない周波数伝送特性に対応し、サブキャリアごとに一定の通信品質を確保できるサブキャリア適応変調を用いたＯＦＤＭＡ方式が他のアクセス方式に対して有利である。このサブキャリア適応変調を用いたＯＦＤＭＡ方式において、異なる時点の伝送路状況に応じた各サブキャリアの変調方式の割り当て例は図１１(a),(b) のようになる。ただし、(a),(b) の割り当て法は、変調多値数の異なる各変調方式の組の数は等しく、いずれの伝送速度も同一になるように設定している。
【００２３】
サブキャリア適応変調を用いたＯＦＤＭＡ方式は、高いスケーラビリティを実現する一方で、各サブキャリアへの変調方式の割り当て制御の観点でみると、(a),(b) の割り当て法のように同一伝送速度を実現する割り当ての組み合わせが複数あるため、速度制御情報に対して冗長性を生じる問題がある。さらに、各フレームごとに各サブキャリアの変調方式の情報を付加して送信する必要があるため、伝送速度の制御情報量が過大になる問題があり、特にサブキャリア総数が増加するにつれて顕著となる。また、データスロットに対するオーバヘッドの増加は、データ伝送速度の低下を招くことになる。
【００２４】
その点でサブキャリアグループ適応変調は、複数のサブキャリアに対して一括して適応変調するため、適応変調制御のオーバヘッドを削減できるものの、変調多値数の最も小さい変調方式をグループで一括して使用した場合には伝送レートが低下する問題がある。
【００２５】
また、プレ符号化ＯＦＤＭ方式では、サブキャリア総数が多い場合、プレ符号化処理に要する演算量が莫大になり、拡散データ同士の干渉成分も生じるため、演算量に見合うだけの周波数ダイバーシティ効果を得ることは難しかった。また、特定サブキャリアだけ極端に受信レベルが低い場合は、そのサブキャリアの等化処理により増幅された雑音成分が全サブキャリアデータに渡って強調されてしまう問題がある。特に、プレ符号化をＯＦＤＭＡ方式に対して適用する場合（以下、プレ符号化ＯＦＤＭＡ方式という）は、受信電力の低いごく一部のサブキャリアの悪影響が複数ユーザに及ぶ問題がある。
【００２６】
ここで、ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式を利用したシステムとして、加入者無線通信システムの例を図１５に示す。また、ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式の上りリンクの情報伝送の様子を図１６(d) 〜(f) に示す。図１５は、基地局ＢＳに対して、近距離にユーザ局ＳＳ−１、遠距離にユーザ局ＳＳ−２が存在する場合を想定している。この状況において、ＢＳからＳＳ−１，ＳＳ−２に同時通信する下りリンク２１，２２と対となる上りリンク２３，２４に対して、ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式を適用することは難しかった。その理由は、図１６(d) 〜(f) に示すように、各ＳＳから送信された信号(d) は独立した伝送路を経て合成されてＢＳに到着するため、ＢＳに到着した信号(e) は、各サブキャリアに拡散多重されたチップのユーザ間レベル比はサブキャリアごとにまちまちになる。このため、ＢＳ側で周波数領域等化を行っても、(f) に示すように符号化レベルが揃わないために逆拡散によるユーザ分離が正常に行えない。
【００２７】
なお、上りリンクは、ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式以外の通信方式を適用することも考えられるが、演算システムの共有による変復調ハードウェアの経済化や、図１５に示すＳＳ間通信２５やマルチホップ通信への拡張の観点から考えると、上りリンク／下りリンクともに同一通信方式であることが望ましい。
【００２８】
また、ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式で用いるユーザ分離符号は、一般に下りリンクでは符号間同期が保証されるために伝送効率の高い直交符号であるのに対して、上りリンクでは相互相関特性に優れた非直交符号である。それは、下りリンクではＢＳから複数の符号を同期して送信するために、ＳＳ受信点において符号間の直交性が保たれるのに対して、上りリンクではＢＳまでの伝送距離や伝送路環境が異なる各ＳＳから異なる符号が送信されるため、一般にはＢＳ受信点で符号間同期が保証されず、非同期状態では大きな相互相関干渉成分を生じる直交符号が使用できないためである。
【００２９】
また、前記のＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式の上りリンク用の非直交符号に関して、相互相関特性と符号数は一般に相反する。そのため、多数のユーザを収容しながら符号間の相互相関を抑制する符号を確保することは困難で、符号総数の制約下において複雑な符号設計や符号のユーザ割り当ての管理が求められる問題がある。一方、直交符号をＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式の上りリンク用に適用する場合は前記の問題点に加えて、ＳＳから送信された信号がＢＳに到着する時点で完全に同期するような高精度のユーザ間同期機構が必要となる。また、上りリンクでは、ＢＳから遠方の位置にいるＳＳの送信信号がＢＳ近隣のＳＳの送信信号により埋没するのを防ぐため、送信電力制御機構が必須である。
【００３０】
本発明は、マルチプルアクセスの最小単位をタイルとするＯＦＤＭＡ伝送において、タイル内の周波数ダイバーシティ効果、時間ダイバーシティ効果、雑音電力の平均化効果、干渉電力の拡散効果により、高い伝送効率および周波数利用効率を実現することができるＯＦＤＭ通信システム、ＯＦＤＭ通信方法およびＯＦＤＭ信号送信装置ならびにＯＦＤＭ信号受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は、複数のユーザにそれぞれ対応して設けられ、それぞれ、入力データからＮ個（Ｎは正の整数）のＣＤＭ（Code Division Multiplexing）信号を生成し、さらに該Ｎ個のＣＤＭ信号を周波数方向および時間方向の２次元領域で表されるタイルにデータ配置して１個のＣＤＭタイルを生成する複数のＣＤＭタイル生成回路と、複数のＣＤＭタイル生成回路で生成されたＣＤＭタイルを入力し、全ユーザのＣＤＭタイルを所定のマッピングルールにより時間領域および周波数領域に対して配置したＯＦＤＭＡフレームを構成するＯＦＤＭＡフレーム構成回路と、ＯＦＤＭＡフレームを入力し、時間スロットごとにＯＦＤＭ変調し、ＧＩを付加した送信信号を生成するＯＦＤＭ変調回路とを備えたＯＦＤＭ信号送信装置と、対向するＯＦＤＭ信号送信装置からの受信信号からＧＩを除去し、ＯＦＤＭ復調するＯＦＤＭ復調回路と、ＯＦＤＭ復調回路から出力される複数時間スロットのＯＦＤＭシンボルを蓄積してＯＦＤＭＡフレームを再構成するＯＦＤＭＡフレーム再構成回路と、ＯＦＤＭＡフレームから特定のユーザに割り当てられたＣＤＭタイルを抽出するＣＤＭタイル抽出回路と、ＣＤＭタイル抽出回路で抽出されたＣＤＭタイルに対してデータサブキャリアの位相特性および振幅特性を補正する等化処理を行う等化回路と、等化処理をへたＣＤＭタイルを入力し、周波数方向および時間方向の二次元領域から１つの時系列にデマッピングするタイルデマッピング回路と、タイルデマッピング回路の出力信号に対して、それぞれシンボルレートのＮ倍の速度を有する符号長Ｎの異なるＭ個の逆拡散符号によりＭ個のデータを分離するＭ個の逆拡散回路と、Ｍ個の逆拡散回路で復元されたデータを１つのＭ倍高速な直列データに再構成して出力する並列直列変換回路と、並列直列変換回路の出力信号のデマッピングを行いデータを復元する変調信号デマッピング回路とをそれぞれ備えた複数のＯＦＤＭ信号受信装置とを有し、マルチプルアクセスを行う構成であるＯＦＤＭ通信システムにおいて、ＣＤＭタイル生成回路は、入力データをディジタル変調方式に基づく各変調信号点にマッピングする変調信号マッピング回路と、変調信号マッピング回路の出力信号を低速なＭ個（Ｍは正の整数、Ｍ≦Ｎ）の並列信号に変換する直列並列変換回路と、Ｍ個の並列信号を入力し、全ユーザに共通した複数の異なるＮ倍高速な符号長Ｎの符号により各々Ｎ倍拡散したのちにＭ段多重し、Ｎ個のＣＤＭ信号を得る拡散多重回路と、拡散多重回路から出力されるＮ個のＣＤＭ信号を入力し、１個のＣＤＭタイルを形成するタイルマッピング回路とを含み、ＯＦＤＭＡフレーム構成回路は、タイルマッピング回路で生成された全ユーザのＣＤＭタイルを入力し、タイル単位で時間領域および周波数領域に対してＣＤＭタイルが互いに重ならないように配置し、各ユーザのＣＤＭタイル位置、符号多重数および変調方式を含む制御信号を付加してＯＦＤＭＡフレームを生成する。
【００３３】
また、拡散多重回路および逆拡散回路で使用する全ユーザ共通の拡散符号が直交符号としてもよい。
【００３４】
また、変調モード制御回路は、伝送路状態に応じて、タイルごとまたはユーザごとに変調信号マッピング回路、直列並列変換回路、拡散多重回路を制御し、拡散符号ごとに変調多値数の異なる変調方式を割り当て、１ＣＤＭタイル当たりの伝送速度を可変制御する構成としてもよい。また、変調モード制御回路は、伝送路状態に応じて、タイルごとまたはユーザごとに変調信号マッピング回路、直列並列変換回路、拡散多重回路を制御し、符号多重数を可変し、拡散符号ごとに変調多値数の異なる変調方式を割り当て、１ＣＤＭタイル当たりの伝送速度を可変制御する構成としてもよい。また、変調モード制御回路は、１ＣＤＭタイル当たりの所要の伝送速度に対して、拡散多重回路で使用する各拡散符号に割り当てる変調方式を一意に定める構成としてもよい。
【００３５】
本発明のＯＦＤＭ通信方法は、複数のＣＤＭタイル生成回路が、複数のユーザにそれぞれ対応して設けられ、それぞれ、入力データからＮ個（Ｎは正の整数）のＣＤＭ（Code Division Multiplexing）信号を生成し、さらに該Ｎ個のＣＤＭ信号を周波数方向および時間方向の２次元領域で表されるタイルにデータ配置して１個のＣＤＭタイルを生成し、ＯＦＤＭＡフレーム構成回路が、複数のＣＤＭタイル生成回路で生成された全ユーザのＣＤＭタイルを所定のマッピングルールにより時間領域および周波数領域に対して配置したＯＦＤＭＡフレームを構成し、ＯＦＤＭ変調回路が、ＯＦＤＭＡフレームを時間スロットごとにＯＦＤＭ変調し、ＧＩを付加した送信信号を生成することを行うＯＦＤＭ信号送信方法と、ＯＦＤＭ復調回路が、ＯＦＤＭ信号送信方法によって生成された送信信号を受信した受信信号からＧＩを除去してＯＦＤＭ復調し、ＯＦＤＭＡフレーム再構成回路が、ＯＦＤＭ復調回路から出力される複数の時間スロットのＯＦＤＭシンボルを蓄積してＯＦＤＭＡフレームを再構成し、ＣＤＭタイル抽出回路が、ＯＦＤＭＡフレームから特定のユーザに割り当てられたＣＤＭタイルを抽出し、等化回路が、ＣＤＭタイル抽出回路で抽出されたＣＤＭタイルに対してデータサブキャリアの位相特性および振幅特性を補正する等化処理を行い、タイルデマッピング回路が、等化処理をへたＣＤＭタイルを入力し、周波数方向および時間方向の二次元領域から１つの時系列にデマッピングし、Ｍ個の逆拡散回路が、タイルデマッピング回路の出力信号に対して、それぞれシンボルレートのＮ倍の速度を有する符号長Ｎの異なるＭ個の逆拡散符号によりＭ個のデータを分離し、並列直列変換回路が、Ｍ個の逆拡散回路で復元されたデータを１つのＭ倍高速な直列データに再構成して出力し、変調信号デマッピング回路が、並列直列変換回路の出力信号のデマッピングを行いデータを復元することを複数のユーザに対応してそれぞれ行うＯＦＤＭ信号受信方法とを有し、マルチプルアクセスを行うＯＦＤＭ通信方法において、ＣＤＭタイル生成回路は、変調信号マッピング回路で入力データをディジタル変調方式に基づく各変調信号点にマッピングし、その信号を直列並列変換回路で低速なＭ個（Ｍは正の整数、Ｍ≦Ｎ）の並列信号に変換し、そのＭ個の並列信号を拡散多重回路で全ユーザに共通した複数の異なるＮ倍高速な符号長Ｎの符号により各々Ｎ倍拡散したのちにＭ段多重してＮ個のＣＤＭ信号を生成し、タイルマッピング回路でそのＮ個のＣＤＭ信号から１個のＣＤＭタイルを形成し、ＯＦＤＭＡフレーム構成回路は、タイルマッピング回路で生成された全ユーザのＣＤＭタイルを入力し、タイル単位で時間領域および周波数領域に対してＣＤＭタイルが互いに重ならないように配置し、各ユーザのＣＤＭタイル位置、符号多重数および変調方式を含む制御信号を付加してＯＦＤＭＡフレームを生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
従来のサブキャリア適応変調を用いたＯＦＤＭＡ方式では、同一伝送速度を実現するための各サブキャリアへの変調方式割り当て法に重複組み合わせを多く生じた。一方、本発明ではＣＤＭタイル内の周波数ダイバーシティ効果、時間ダイバーシティ効果、雑音電力の平均化効果および干渉電力の拡散効果により、ＣＤＭタイル内の全データサブキャリアで互いにデータ復調を補うことができる。このため、１ＣＤＭタイルに割り当てる情報ビット数を制御すればよいので、ＣＤＭタイルにおける変調方式と多重数Ｍの可変制御により対応可能である。変調方式数をＸ、１ＣＤＭタイル当たりのサブキャリア数をＮ、ceil()を小数点以下切り下げ関数とすると、伝送速度制御のためのオーバヘッドビット数は従来比で
ceil( log2Ｎ＋log2Ｘ）／（Ｎ×ceil (log2Ｘ))
にまで削減することができる。
【００３７】
また、従来のサブキャリアグループ変調では、グループ内で変調多値数の最も小さい変調方式を一括して使用するため伝送レートが低下したが、本発明ではＣＤＭタイル内のサブキャリア電力を分散しながら有効活用できるので、より高い伝送効率および周波数利用効率を得ることができる。
【００３８】
ＣＤＭタイル内では、情報データが拡散多重により分散配置されており、多数のサブキャリアを有するＯＦＤＭ変調特有の高い周波数分解能を利用したＣＤＭタイル内部の周波数ダイバーシティ効果と時間ダイバーシティ効果の両方が期待できる。ＣＤＭデータは、任意の時間スロットの任意のサブキャリアに割り当てることができ、例えば図９のタイル例１６のように、周波数方向にＮf サブキャリア、時間方向にＮt スロットの領域を割り当てた場合、Ｎf とＮt はそれぞれ周波数ダイバーシティ次数および時間ダイバーシティ次数に相当する。これらのダイバーシティ効果が十分に得られる程度にＮf とＮt を小さく設定することにより、従来のプレ符号化ＯＦＤＭ方式と比較してＣＤＭ演算量を格段に抑えることができる。
【００３９】
従来のプレ符号化ＯＦＤＭ方式では、サブキャリア総数が周波数ダイバーシティ次数に相当するが、伝送路特性や雑音の影響で劣化した受信信号どうしの符号間干渉も増えるため、特にサブキャリア総数が大きい場合には多大な演算量に見合うだけのダイバーシティ利得を得ることが難しかった。一方、本発明ではＮを小さく抑えることで、ＣＤＭに要する演算量と、ＣＤＭタイル内の符号間干渉とを低減することができ、かつ伝送路状態に合わせてダイバーシティ利得を効果的に得られるようにＣＤＭタイル形状を可変させることができる。
【００４０】
ＣＤＭタイルの逆拡散により、各サブキャリアに重畳される雑音電力は平均化され、種々の干渉電力もタイル内の全データへと互いに拡散されるため、１ＣＤＭタイル内の平坦でない周波数伝送特性はタイルを構成する全データサブキャリアによって互いに補償される。ここで、干渉電力とは、例えば本通信システム以外の電力成分や、マルチセル構成の無線通信におけるセルのエッジ部でのセル間干渉、直交変換の直交性の乱れに伴う１ＣＤＭタイル内の符号間干渉など、あらゆる干渉電力を含むものとする。本発明では、１ＣＤＭタイルは１ユーザが占有しており、各ＣＤＭタイルは時間−周波数領域で互いに直交しているので、特定のＣＤＭタイル内に分散された干渉電力成分または自タイル内の符号間干渉が、別タイルや他のユーザに対して影響を及ぼすことがなく、従来のＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式やプレ符号化ＯＦＤＭＡ方式と性質を異にする。
【００４１】
図１７は、本発明に係るＣＤＭタイルのユーザ割り当て例を示す。上記のように、１ＣＤＭタイルは１ユーザで占有するため、ユーザごとまたはＣＤＭタイルごとに独立して多重数・変調方式を適応的かつスケーラブルに割り当てることができる。すなわち、符号多重数を減らし、ＣＤＭタイル当たりの情報ビット数を小さくすれば、拡散利得により情報ビット当たりのエネルギーを増大できるため通信エリアを容易に拡大することができる。逆に、符号多重数を増やしＣＤＭタイル当たりの情報ビット数を大きくすれば、伝送速度を大きくすることができる。各ユーザは、各々のＳＮＲに対して一定の通信品質を保持し、過不足のない伝送速度を実現することができる。したがって、無線通信のように伝送路特性が周波数領域および時間領域で変動する環境への耐性を高めることができる。
【００４２】
また、１ＣＤＭタイルは１ユーザが占有しており、各ＣＤＭタイルは時間−周波数領域で互いに直交しているため、同時アクセスユーザ数やリンク方向に拘らず送信電力を一定にすることが可能となり、送信電力制御手段は不要とすることができる。また、従来の上りリンクのＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式では同時アクセスユーザ数の増減により各サブキャリア電力総和が変化する上に、複数ユーザの同時アクセスの実現と上記の遠近問題解決のために送信電力が制限されていたが、本発明では各ユーザは与えられたサブキャリア送信電力の上限値を有効利用することができ、通信システム全体の周波数利用効率を高めることができる。
【００４３】
また、ＣＤＭタイルの生成はユーザごとに行われるため、上りリンク／下りリンクを問わず常に拡散符号間の完全同期が確立されている。したがって、ランダムアクセスを許容する上りリンクの非同期ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡシステムのように、符号間のチップずれに伴う相互相関成分を考慮する必要かなく、下りリンクに限らず上りリンクへの直交符号の適用が容易になる。直交符号の場合、符号総数Ｍc ＝Ｎであり伝送効率が高い。従来の上りリンクのＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式では、仮に各ユーザから送信される信号がＢＳ受信時に同期させたとしても、各符号は独立した伝送路を経るためＢＳ側で周波数領域等化を適用できない問題があった。本発明では、ＣＤＭタイルは１ユーザから符号間同期して発せられる信号（図１６(a))であり、さらに１ＣＤＭタイルは単一の伝送路を経るため、ＢＳに到着する信号（図１６(b))の符号間レベル比はサブキャリアによらずに一定となる。したがって、ＢＳ側でサブキャリアの周波数領域等化処理により等化信号（図１６(c))を生成すれば、拡散多重前の信号を復元することができる。
【００４４】
また、本発明では、サブキャリアおよび時間スロットの直交性を利用してユーザ分離を行うことで符号数の制約を受けず、符号によるユーザ分離を回避しており、全ユーザが同一の直交符号セットを常時共用することができる。
【００４５】
また、符号ごとに異なる変調方式を割り当てることにより、よりスケーラブルな伝送速度制御を実現することができる。さらに、従来のサブキャリア適応変調ＯＦＤＭＡ方式やサブキャリアグループ適応変調よりも信号電力を有効に利用できるので、より高い伝送効率とスケーラビリティを実現することができる。
【００４６】
また、従来のサブキャリア適応変調ＯＦＤＭＡ方式では、一般に同一伝送速度を実現する異種変調方式の複数サブキャリアへの割り当て方に複数の組み合わせが存在し、伝送速度制御のオーバヘッドが過大になる問題があった。本発明では、実際に送信されるＣＤＭタイル内の各サブキャリア信号のコンスタレーションパターンは同一であり、上記のダイバーシティ効果および雑音平均化効果から異種変調方式の複数符号への割り当て法、すなわち異種変調多重法を任意の一手法に限定してオーバヘッドを削減することができる。以上により、サブキャリア適応変調を適用したＯＦＤＭＡ方式と比較して、適用変調制御オーバヘッドを大幅に削減しながら、サブキャリアグループ適応変調を適用したＯＦＤＭＡ方式よりもきめ細かい伝送速度制御を可能とし、高い伝送効率を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
図１および図２は、本発明のＯＦＤＭ通信システムの実施形態を示す。図１はＯＦＤＭ信号送信装置の要部構成例を示し、図２はＯＦＤＭ信号受信装置の要部構成例を示す。ここでは、ユーザ数（同時アクセス数）をｋとする。
【００４８】
（ＯＦＤＭ信号送信装置）
図１において、ＯＦＤＭ信号送信装置は、各ユーザ対応のＣＤＭタイル生成回路１００−１〜１００−ｋと、ＯＦＤＭＡフレーム構成回路１０５と、ＯＦＤＭ変調回路１０６と、変調モード制御回路１２０を備える。各ＣＤＭタイル生成回路１００は、変調信号マッピング回路１０１と、直列並列変換回路１０２と、拡散多重回路１０３と、タイルマッピング回路１０４とから構成される。
【００４９】
変調信号マッピング回路１０１は、入力データをＰＳＫやＱＡＭなどのディジタル変調に基づく各変調信号点にマッピングする。直列並列変換回路１０２は、変調信号マッピング回路１０１の出力信号を伝送レートが１／Ｍ（Ｍは正の整数）になるＭ個の並列信号Ｄ＝（ｄ1,ｄ2,…,ｄM)Tに変換する。ここで、Ｔは転置行列を示す。並列長Ｍと各並列信号のディジタル変調方式は変調モード制御回路１２０により指定し、割り当てる変調方式を符号ごとに変えることができる。これらの割り当ての組み合わせは、伝送速度に１対１に対応して定める。例えば、Ｍ個の符号Ｃ1,Ｃ2,…,ＣMに対して、変調多値数の大きい変調方式から順に一意に割り当てる。
【００５０】
拡散多重回路１０３は、符号長がＮ（Ｎは正の整数）であり、並列直列変換回路１０２から出力されるＭ個の並列信号を入力してその間で互いに拡散多重し、新たにＮ個の並列信号Ｓ＝（ｓ1,ｓ2,…,ｓN)Tを生成して異種変調多重する。以下に限るものではないが、伝送効率の高さと実装の簡易性の観点から拡散符号には直交符号の使用が望ましく、以下の説明では直交符号の一種である符号長Ｎのウォルシュアダマール符号を用いるものとする。このとき、Ｎは２の羃乗であり、符号総数Ｍc ＝Ｎである。
【００５１】
ここで、Ｍ個の信号からＮ個の信号への変換は、式(1) に示すように、並列信号ベクトルＤの末尾等にゼロパッディングし、Ｎ行ベクトルＤ’＝ｄ1,ｄ2,…,ｄM,０,０,…,０)Tを生成し、直交行列ＱとＤ' の積によりベクトルＤのＭ個のデータをＮ個のデータへと拡散多重する。
【数１】
0004732947.tif 000002
【００５２】
式(1) において、ゼロを乗じることが確定している部位の計算は省略できるため、実際の演算はＱの部分行列である（Ｎ×Ｍ）行列とＭ行ベクトルＤの積ですみ、式(2) で表される。
【数２】
0004732947.tif 000003
【００５３】
次に、タイルマッピング回路１０４は、拡散多重回路１０３から出力されるＮ個のＣＤＭ信号を入力して二次元配列に並び替える。ここでは、Ｎf ×Ｎt の二次元配列に並べ替えるものとし、Ｎf サブキャリアおよびＮt 時間スロットの領域であるＣＤＭタイルを構成する。ただし、ＣＤＭタイルを構成するサブキャリアおよび時間スロットは必ずしも物理的に隣接している必要はない。
【００５４】
各ユーザ対応のＣＤＭタイル生成回路１００−１〜１００−ｋは、以上の処理をそれぞれ個別に行うものとする。
【００５５】
次に、ＯＦＤＭＡフレーム構成回路１０５は、ＣＤＭタイル生成回路１００−１〜１００−ｋからそれぞれ出力される各ユーザ対応のＣＤＭタイルを入力し、所定の大きさをもつ周波数−時間方向の二次元フレーム領域を埋めるように任意の手法で敷き詰め、ＯＦＤＭＡフレームを構成してＯＦＤＭ変調回路１０６に与える。
【００５６】
ここで、ＣＤＭタイルは、互いに時間的にも周波数的にも直交して配置する。図１７は、本発明に係るＣＤＭタイルのユーザ割り当て例であり、ここでは６ＣＤＭタイルを３ユーザで使用するＯＦＤＭＡフレーム配置例を示す。各ＣＤＭタイルはＮf ＝４、Ｎt ＝２であり、ユーザ１はＣＤＭタイル１６１を所有し、ユーザ２はＣＤＭタイル１６２〜１６４を所有し、ユーザ３はＣＤＭタイル１６５，１６６を所有する。各ＣＤＭタイルは、独立した変調モードをもつため、図１８に示すように、ＣＤＭタイルごとに異なる符号多重数をもち、情報１ビットあたりに割り当てられる電力はユーザごとに異なる。
【００５７】
ＯＦＤＭＡフレームには別途、Ｘ番目のユーザが使用するＣＤＭタイルの位置や、符号多重数や各符号に割り当てる変調方式などを記述した制御情報、伝送路特性を把握するためのトレーニング信号やパイロット信号などの共通制御信号が挿入される。必要であればガードバンドが設けられる。
【００５８】
ＯＦＤＭ変調回路１０６は、図６に示すＯＦＤＭ変調回路５０６と同じ構成であり、以上のように構成された時間および周波数の次元をもつＯＦＤＭＡフレームを入力し、時間スロットごとに並列した全サブキャリアデータを逆フーリエ変換してＯＦＤＭＡシンボルの時間信号を生成する。一般に、この演算にはＩＤＦＴ（高速離散逆フーリエ変換）が利用される。生成されたＯＦＤＭＡ信号にガードインターバル信号を付加したのち、伝送形態に合わせて周波数遷移やフィルタリングを施した上で伝送路へ送信する。
【００５９】
（ＯＦＤＭ信号受信装置）
図２において、所定のユーザに対応するＯＦＤＭ信号受信装置は、ＯＦＤＭ復調回路２００と、ＯＦＤＭＡフレーム再構成回路２０１と、伝送路推定回路２０２と、ＣＤＭタイル抽出回路２０３と、等化回路２０４と、タイルデマッピング回路２０５と、逆拡散回路２０６と、並列直列変換回路２０７と、変調信号デマッピング回路２０８により構成される。
【００６０】
ＯＦＤＭ復調回路２００は、図６に示すＯＦＤＭ復調回路５２６と同じ構成であり、受信信号からＧＩを除去した信号をフーリエ変換してＯＦＤＭ復調する。一般に、この演算にはＤＦＴ（高速離散フーリエ変換）が利用される。復調されたＯＦＤＭシンボルは、ＯＦＤＭＡフレーム再構成回路２０１で所定の時間スロット分蓄積してＯＦＤＭフレームを再構成し、制御信号、トレーニング信号・パイロット信号、データスロットの割り当てを行う。次に、ＣＤＭタイル抽出回路２０３は、ＯＦＤＭＡフレームから得られる制御信号に従い、所定のユーザに割り当てられたＣＤＭタイル位置を検出し、抽出する。一方、伝送路推定回路２０２は、ＯＦＤＭＡフレームから得られるトレーニング信号・パイロット信号を元に周波数領域における伝送路推定を行い、その推定結果に応じて等化回路２０４はＣＤＭタイル抽出回路２０３で抽出されたＣＤＭタイルのデータサブキャリアに対して振幅・位相の等化処理を行う。
【００６１】
タイルデマッピング回路２０５は、等化処理を経たＣＤＭタイルを入力してＲ＝（ｒ1,ｒ2,…,ｒN)Tに並び替えを行い、逆拡散回路２０６で直交行列の逆行列である（Ｎ×Ｎ）行列Ｑ-1とベクトルＲの積の演算による逆拡散処理を行う。Ｑがウォルシュアダマール行列の場合は、その逆行列Ｑ-1はＱ-1＝Ｑを満たす。並列直列変換回路２０７は、逆拡散演算により分離された並列信号を直列信号に並び替えを行う。変調信号デマッピング回路２０８は、ＯＦＤＭＡフレームから得られる制御信号に従って並列直列変換回路２０７の出力信号のデマッピングを行い、データ復元を行う。
【００６２】
変調モード制御において、上りリンクと下りリンクをＦＤＤ（frequency Division Duplex ：周波数分割複信）運用する場合は伝送路状態を推定し、次フレーム以降の通信のために変調モード制御回路１２０にフィードバックする閉ループ制御を行う。一方、ＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割複信）運用する場合は伝送路特性の可逆性を利用し、開ループ型の変調モード制御を行うことができる。
【００６３】
（送信アルゴリズム）
図３は、本発明のＯＦＤＭ通信方法における送信アルゴリズムを示す。入力データを変調モードで指定される変調方式に従って変調信号点にマッピングし（Ｓ１）、Ｍ個の並列データに並び替え（Ｓ２）、拡散符号として直交符号の一種であるウォルシュアダマール符号を使用し、Ｍ個の並列データを互いに拡散多重して合計Ｎ個のＣＤＭ信号を生成する（Ｓ３）。次に、このＣＤＭ信号を所定の２次元配置に並び替えてＣＤＭタイルを生成する（Ｓ４）。なお、２次元配置法はタイルごとに異なっていてもよい。次に、全ユーザのＣＤＭタイルをバッファリングし（Ｓ５）、ＣＤＭタイルを互いに重ならないように時間−周波数領域に直交配置してデータフレームを構築する（Ｓ６）。次に、各ユーザのＣＤＭタイルの位置情報や変調モードなどの制御信号およびパイロット信号・トレーニング信号を付加してＯＦＤＭＡフレームを構築し（Ｓ７）、ＯＦＤＭ変調を行う（Ｓ８）。以上の送信アルゴリズムは、例えば図１に示すＯＦＤＭ信号送信装置の構成を用いて実施される。
【００６４】
（受信アルゴリズム）
図４は、本発明のＯＦＤＭ通信方法における受信アルゴリズムを示す。受信信号（時間信号）をＯＦＤＭ復調し（Ｓ11）、複数の時間スロット分のＯＦＤＭＡシンボルを蓄積してＯＦＤＭＡフレームを再構築する（Ｓ12）。次に、ＯＦＤＭＡフレームから得られる制御信号（ＣＤＭタイル位置情報）に従ってＣＤＭタイルを抽出し（Ｓ13）、このＣＤＭタイルに対して伝送路推定および等化を行い（Ｓ14）、ＣＤＭタイル構成データをＮ点系列に並び替え（Ｓ15）、送信アルゴリズムで用いた直交符号により逆拡散処理を行ってＭ行並列データを復元する（Ｓ16）。次に、Ｍ行並列データを並列直列変換して１つの時系列信号に並び替え（Ｓ17）、変調モードで指定される復調方式に従ってデータへのデマッピングを行う（Ｓ18）。
【００６５】
（変調モード制御アルゴリズム）
図５は、本発明のＯＦＤＭ通信方法における変調モード制御アルゴリズムを示す。現在の変調モードが所要通信品質を満足しているかを評価し（Ｓ21）、満足していない場合は、１ＣＤＭタイルに割り当てる情報ビット数を順次減じる。具体的には、１ＣＤＭタイルあたりの情報ビット数を決定し（Ｓ22）、それに応じて符号多重数を再設定し（Ｓ23）、各拡散符号に割り当てる変調方式の組み合わせを再設定する（Ｓ24）。これにより、情報ビット当たりのエネルギーと伝送速度とをＣＤＭタイルごとに柔軟に割り振ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明のＯＦＤＭ通信システム（ＯＦＤＭ信号送信装置）の実施形態を示す図。
【図２】本発明のＯＦＤＭ通信システム（ＯＦＤＭ信号受信装置）の実施形態を示す図。
【図３】本発明のＯＦＤＭ通信方法における送信アルゴリズムを示すフローチャート。
【図４】本発明のＯＦＤＭ通信方法における受信アルゴリズムを示すフローチャート。
【図５】本発明のＯＦＤＭ通信方法における変調モード制御アルゴリズムを示すフローチャート。
【図６】ＯＦＤＭ通信システムの基本構成を示す図。
【図７】ＯＦＤＭ−ＴＤＭＡ方式でユーザが占有するサブキャリア群を示す図。
【図８】ＯＦＤＭ−ＦＤＭＡ方式でユーザが占有するサブキャリア群を示す図。
【図９】ＯＦＤＭ方式でユーザが占有するサブキャリア群を示す図。
【図１０】ＯＦＤＭＡ方式に対応するＯＦＤＭ通信システムの基本構成を示す図。
【図１１】サブキャリア適応変調における各サブキャリアに対する変調方式の割り当て例を示す図。
【図１２】プレ符号化ＯＦＤＭ方式に対応するＯＦＤＭ通信システムの基本構成を示す図。
【図１３】ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式に対応するＯＦＤＭ通信システムの基本構成を示す図。
【図１４】ＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式でユーザが占有するサブキャリア群を示す図。
【図１５】加入者無線通信システムにおけるＢＳとＳＳの位置関係を示す図。
【図１６】上りリンクにおける符号間レベルの崩れを説明する図。
【図１７】本発明に係るＣＤＭタイルのユーザ割り当て例を示す図。
【図１８】本発明に係るＯＦＤＭＡデータフレームを示す図。
【符号の説明】
【００６７】
１００  ＣＤＭタイル生成回路
１０１  変調信号マッピング回路
１０２  直列並列変換回路
１０３  拡散多重回路
１０４  タイルマッピング回路
１０５  ＯＦＤＭＡフレーム構成回路
１０６  ＯＦＤＭ変調回路
１２０  変調モード制御回路
２００  ＯＦＤＭ復調回路
２０１  ＯＦＤＭＡフレーム再構成回路
２０２  伝送路推定回路
２０３  ＣＤＭタイル抽出回路
２０４  等化回路
２０５  タイルデマッピング回路
２０６  逆拡散回路
２０７  並列直列変換回路
２０８  変調信号デマッピング回路
【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】
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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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