(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する複数の周波数の搬送波を信号で変調する変調手段と、
該変調手段によって変調された信号を第１及び第２パターン信号に符号化する符号化手段と、
該符号化手段によって符号化された第１及び第２パターン信号をそれぞれ周波数／時間変換する第１及び第２周波数／時間変換手段と、
前記第１周波数／時間変換手段によって周波数／時間変換された第１ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）時間信号を第１セルにある第１基地局から送信する第１送信手段と、
前記第２周波数／時間変換手段によって周波数／時間変換された第２ＯＦＤＭ時間信号を第２セルにある第２基地局から第１ＯＦＤＭ時間信号と同期して送信する第２送信手段とを備え、
４以上のセルが２次元状に配置しており、隣接するセルには異なるパターン信号を送信する基地局が配置していることを特徴とする送信サイトダイバーシチシステム。
【請求項２】
前記変調手段及び符号化手段は中央制御ユニットにあり、
該中央制御ユニットは、複数の搬送波から成る前記第１パターン信号を並直列変換して前記第１基地局に送信する第１並直列変換手段及び複数の搬送波から成る前記第２パターン信号を並直列変換して前記第２基地局に送信する第２並直列変換手段を更に有し、
前記第１基地局は、該第１並直列変換手段によって直列変換された第１パターン信号を直並列変換して前記第１周波数／時間変換手段に送る第１直並列変換手段を有し、
前記第２基地局は、該第２並直列変換手段によって直列変換された第２パターン信号を直並列変換して前記第２周波数／時間変換手段に送る第２直並列変換手段を有する
ことを特徴とする請求項１記載の送信サイトダイバーシチシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信サイトダイバーシチシステムに関し、特に、各基地局が配置されているセルの端での通信特性向上を期待できる送信サイトダイバーシチシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体通信に関連する技術として、多数の基地局を持つシステムにおいて基地局の間での特性を改善する方式にサイトダイバーシチ技術がある。サイトダイバーシチ技術は複数の基地局を持つセル構成をとる無線移動通信システムにおいてセルの間で同一情報を送受信する方式であって、下り回線では複数の基地局からの信号を合成して受信し、上り回線では複数の基地局で受信した一つの端末からの信号を合成して受信する方式である。ここで、下り回線のサイトダイバーシチとしてはＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)方式においてパスを分離した上で合成するRAKEが利用可能である。この方式はセル端の特性が向上するため、有力なＣＤＭＡの利点のひとつとして利用されている。一方、複数のキャリアを用いて大容量の伝送を行うＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を利用した場合にはガードインターバルを設置することで複数の基地局から送信される信号がマルチパスのひとつとして符号間干渉無しに受信できる方式が提案されている。
【０００３】
また、ＯＦＤＭにおいてサイトダイバーシチを利用する方式の一つに同一データを同時に送信する方法がある。この方式は、複数基地局を利用することによって受信信号レベルが遮蔽物によって低下するシャドウイングの対策やマルチキャスト、ブロードキャストパケット送信時の周波数利用効率の向上に利用可能である。しかし、各々の送られた信号を同位相にそろえて合成するコヒーレント合成を行うことが不可能なため、ダイバーシチ利得としての特性改善は少ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明ではこれらの従来技術を踏まえて、各基地局が配置されているセルの端での通信特性向上を期待できる送信サイトダイバーシチシステムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の送信サイトダイバーシチシステムは、互いに直交する複数の周波数の搬送波を信号で変調する変調手段と、該変調手段によって変調された信号を第１及び第２パターン信号に符号化する符号化手段と、該符号化手段によって符号化された第１及び第２パターン信号をそれぞれ周波数／時間変換する第１及び第２周波数／時間変換手段と、前記第１周波数／時間変換手段によって周波数／時間変換された第１ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）時間信号を第１セルにある第１基地局から送信する第１送信手段と、前記第２周波数／時間変換手段によって周波数／時間変換された第２ＯＦＤＭ時間信号を第２セルにある第２基地局から第１ＯＦＤＭ時間信号と同期して送信する第２送信手段とを備え、４以上のセルが２次元状に配置しており、隣接するセルには異なるパターン信号を送信する基地局が配置していることを特徴とする。
【０００６】
また、前記変調手段及び符号化手段は中央制御ユニットにあり、該中央制御ユニットは、複数の搬送波から成る前記第１パターン信号を並直列変換して前記第１基地局に送信する第１並直列変換手段及び複数の搬送波から成る前記第２パターン信号を並直列変換して前記第２基地局に送信する第２並直列変換手段を更に有し、前記第１基地局は、該第１並直列変換手段によって直列変換された第１パターン信号を直並列変換して前記第１周波数／時間変換手段に送る第１直並列変換手段を有し、前記第２基地局は、該第２並直列変換手段によって直列変換された第２パターン信号を直並列変換して前記第２周波数／時間変換手段に送る第２直並列変換手段を有することで、中央制御ユニットから各基地局への通信を簡単な構成で実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態による送信サイトダイバーシチシステムを採用する通信システムの概略構成を示す図である。基地局（ＢＳ：Base Station）１０１、１０２は２つ以上任意であるが、ここではＯＦＤＭ方式を用いた２つの基地局１０１、１０２を持つシステムの下り回線（基地局→端末）について説明する。送信側は２つの基地局１０１、１０２の他に中央制御ユニット（ＣＣＵ: Central Control Unit）１００を備え、この中央制御ユニット１００によって送信すべき信号が制御されることとなる。受信側は携帯電話などの端末（ＭＳ：Mobile Station）２００である。このようなシステムは携帯電話などのセルラー通信や広いエリアをサポートする無線ＬＡＮ、無線ホームリンク等に利用することができる。
【００１２】
送信ダイバーシチは、複数のアンテナ間で特別な符号化を施しアンテナ間で関連のある信号列を送り、受信側でその二つを分離しダイバーシチ利得を得る方式である。通常この送信ダイバーシチはセル内で複数のアンテナを用いて行うが、本実施の形態ではセル端での特性改善、シャドウイングの影響低減、周波数の利用効率の改善を目指して各基地局を送信ダイバーシチのひとつのアンテナとして伝送を行う。ここではダイバーシチとして受信側ではそれぞれのパスのチャネル推定を行うだけで送信側が予めチャネルの情報を知る必要が無い空間時間送信ダイバーシチ(ＳＴＴＤ: Space Time Transmit Diversity)を利用する。ＳＴＴＤ符号化された信号は有線ネットワークにおいて一度各基地局への伝送を行った後元の変調信号に直されて基地局間で同期を取った上で伝送される。
【００１３】
図２は、本実施の形態に係る送信サイトダイバーシチシステムにおけるＣＣＵ及び基地局の構成を示す図である。ＣＣＵ１００は、入力データを直並列変換する直並列変換器（Ｓ／Ｐ：Serial Parallel Convert）１０と、並列変換されたデータで直交関係にある複数の搬送波を変調する複数の変調器１１−１、１１−２、…、１１−ｎと、各変調波を２つのＳＴＴＤ符号にＳＴＴＤ符号化するＳＴＴＤ符号器１２−１、１２−２、…、１２−ｎと、２つのＳＴＴＤ符号をそれぞれ並直列変換して有線ネットワークを介して基地局１０１、１０２に送信する並直列変換器（Ｐ／Ｓ：Parallel Serial Convert）１３−１、１３−２とを有する。基地局１０１、１０２は、それぞれ入力データを直並列変換する直並列変換器１４−１、１４−２と、並列変換されたデータを周波数／時間変換する逆高速フーリエ変換器（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）１５−１、１５−２と、時間信号を無線周波数信号に変換して増幅するＲＦ変換器１６−１、１６−２と、無線周波数信号に変換され増幅された時間信号を送信するアンテナ１７−１、１７−２を有する。
【００１４】
入力データはまずＣＣＵ１００に入力され直並列変換され、各キャリアの成分に分けられた後変調される。変調された信号はＳＴＴＤ符号器１２−１、１２−２、…、１２−ｎに入力され、複数の出力を得る。この出力を２つの基地局１０１、１０２向けに分け一旦並直列変換することで有線ネットワークに入れて各基地局１０１、１０２まで伝送された後再度直並列変換し、逆高速フーリエ変換を施すことでＯＦＤＭの時間信号に直す。それらの信号は無線周波数変換され増幅されて基地局１０１、１０２間でＧＰＳ等を用いて同期を取り同時に端末２００に向かって送信することとなる。
【００１５】
図３は、本実施の形態に係る送信サイトダイバーシチシステムからの信号を受信する端末の構成を示す図である。端末２００は１つ又は複数のアンテナを備えるものとして基地局１０１、１０２から受信された信号を受信し復調する。図３では１つのアンテナで受信した場合について示している。端末２００は、アンテナ２０を介して受信した信号を時間／周波数変換する高速フーリエ変換器（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）２１と、ＳＴＴＤ符号を復号するＳＴＴＤ復号器２２−１、２２−２、…、２２−ｎと、信号を復調する復調器２３−１、２３−２、…、２３−ｎと、復調された信号を並直列変換する並直列変換器２４を有する。受信データは高速フーリエ変換された後各キャリアでＳＴＴＤの復号動作を行い復調される。復調されたデータは並直列変換され、元のデータとなる。
【００１６】
図４は、送信側の基地局の数を２つとして２連続信号でのＳＴＴＤの操作を行う場合の送信手順を示す図である。図４では信号の流れを明確にするためＯＦＤＭの各キャリアでの信号の操作を示しており、全体の送信機ではこの操作を全キャリアで行って送信することとなる。送信側では２つの基地局１０１、１０２間でＳＴＴＤの操作を行うこととなる。ＣＣＵ１００に到着した連続する２つの複素送信信号Ｓ1、Ｓ2はまず以下の表１で示されるＳＴＴＤ符号化が施される。ここでは一例として以下のパターンを示したが、このパターンには変形したものも存在する。また、基地局が２つより多くなった場合にその数に応じて連続する複素信号の数を決めて送信信号パターンを増やすことも可能である。
【００１７】
【表１】
0004719932.tif 000002
ここで（*）は複素信号の共役を示すものである。これらの送信パターンを複数の基地局の１つ１つに割り当てる。図４では送信パターン１をＢＳ1にパターン２をＢＳ2にそれぞれ割り当てている。この後、ＯＦＤＭ方式では全てのキャリアの成分がＩＦＦＴなどを用いて時間波形として合成され、無線周波数に直され増幅された後、基地局１０１、１０２間で同時に端末２００に向かって送信される。
【００１８】
受信側ではガードインターバルを除去し基地局間の到来時間のずれを補償したのち各キャリアの成分はＦＦＴなどを用いて取り出される。また、受信側ではキャリア毎に各基地局に到来する信号の推定を行い、基地局ごとのチャネル推定結果を利用してＳＴＴＤの復号化を行う。図４では各基地局からの伝搬特性を複素信号で表し、ＢＳ1からをα1、ＢＳ2からをα2としている。この時連続する２つの複素受信信号ｒ1、ｒ2は各キャリアでそれぞれ以下の式で受信される。この時ｒ1、ｒ2にかかる雑音をそれぞれｎ1、ｎ2とした。
ｒ1＝α1Ｓ1＋α2Ｓ2＋ｎ1
ｒ2＝−α1Ｓ2*＋α2Ｓ1*＋ｎ2
これらの受信信号はそれぞれの伝搬特性α1、α2が推定できた場合、以下の操作を行うことによってＳ1、Ｓ2を分離して復調することが可能となる。
・Ｓ1の復調
α1*ｒ1＋α2ｒ2*
＝α1*(α1Ｓ1＋α2Ｓ2＋ｎ1)＋α2(−α1Ｓ2*＋α2Ｓ1*＋ｎ2)*
＝(α12＋α22)Ｓ1＋α1*ｎ1＋α2ｎ2*
・Ｓ2の復調
α2*ｒ1−α1ｒ2*
＝α2*(α1Ｓ1＋α2Ｓ2＋ｎ1)−α1(−α1Ｓ2*＋α2Ｓ1*＋ｎ2)*
＝(α12＋α22)Ｓ2＋α1ｎ2*＋α2*ｎ1
上式の結果を復調することで受信信号は伝送路の伝搬状況に応じた重み付けのされたダイバーシチ利得を得ることが可能となる。
【００１９】
想定される利用法として次に示す方法が考えられる。
（１）ＯＦＤＭセルラーシステムにおけるセル端特性改善。
（２）ＯＦＤＭ無線ＬＡＮにおけるブロードキャスト／マルチキャストパケット送信。
（３）ＯＦＤＭ地上波ディジタル放送における高品質伝送法。
（４）ＯＦＤＭ路車間通信における放送型情報提供サービス。
ここで、
（１）は隣接する複数のセルの間で同一情報をＳＴＴＤの符号化を行い基地局に出力信号を割り振って送信することでセル端において大きなダイバーシチ効果を得て特性を改善する。
（２）は無線ＬＡＮなどで複数のセルを設置し通信エリアを広げる場合に制御情報や放送型の画像伝送システムなどにおいて複数基地局から同一の情報を送信する場合に特性の改善を図る。
（３）は地上波ディジタル放送を行う場合にＳＴＴＤの符号化後の信号を隣接基地局間で１つおきに別の符号出力を割り振って送信することでＳＦＮ（Single Frequency Network）時の特性を改善する。
（４）はＯＦＤＭを用いた路車間通信における連続的な放送型情報提供サービスにおいて路側局が直線状に並んでいる場合に隣接する路側局でＳＴＴＤの符号化の出力を割り振り、それを繰り返すことで連続して高品質なサービスを展開することが可能となる。
（２）（３）（４）のような放送型サービスではさらに多数の基地局を用いて面的なサービスを行う方式が考えられる。例として一列の直線にセルが並ぶ方式（路車間システムなど）におけるシステムイメージ図を図５に示す。ここでは、ＣＣＵにおいてＳＴＴＤ符号化された信号2パターンを交互に基地局に配置することで同一情報をどの場所においてもダイバーシチ効果を得た上で提供することが可能となる。
【００２０】
図５は、直線セル構造時の送信サイトダイバーシチを用いた放送型システムの構成を示す図である。通常のシングルキャリア伝送と比較してＯＦＤＭ伝送では遅延波が存在した場合でもその遅延量がガードインターバルと呼ばれるシンボル長の１０％〜２０％の範囲に収まった場合にはその合成波としての復調が可能となる。そのため、本システムのような複数の基地局を持つシステムにおいても同一信号を送信するＢＳ１、ＢＳ３、ＢＳ５の間での干渉は生じずその合成波が受信されることとなる。また、同様にＢＳ２、ＢＳ４の間でも同一信号が送信されるためその合成波が受信されることとなる。そのため、それぞれの基地局１０１〜１０５から無線端末２００までの伝搬路の伝搬特性をそれぞれ、β1〜β5とした場合には、ＳＴＴＤのそれぞれの伝搬が図４で示されるα1をβ1＋β3＋β5で置き換えればよく、α2をβ2＋β4とおきかえることで復調が可能となり、合成されたパスの集合として電力が強くなるためにダイバーシチゲインに電力の増加分が加わり全体的な特性はさらに向上する。
【００２１】
図６は、マルチセル構造時の送信サイトダイバーシチを用いた放送型システムの構成を示す図である。この情報提供システムを２次元のセル構成で実現する例を示す。ここでは四角形のセルを考え隣接する基地局では別のパターンが来るようにしている。本方式により、セル全域で同一データがダイバーシチ利得を持って受信できる。
【００２２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００２３】
ＣＣＵ１００と基地局１０１、１０２との間の役割分担は任意である。すなわち、例えば、逆高速フーリエ変換器１５−１、１５−２はＣＣＵ１００にあってもよい。この場合、並直列変換器１３−１、１３−２、直並列変換器１４−１、１４−２は必要なくなる。また、逆にＣＣＵ１００では同じデータを基地局１０１、１０２に送るだけで、各基地局１０１、１０２でＳ／Ｐ変換からＲＦ変換まで行う構成とすることもできる。この場合も並直列変換器１３−１、１３−２、直並列変換器１４−１、１４−２は必要ない。
【００２４】
逆高速フーリエ変換器１５−１、１５−２は、逆離散フーリエ変換器（ＩＤＦＴ：Inverse Discrete Fourier Transform）でもよいし、高速フーリエ変換器２１は、離散フーリエ変換器（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）でもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、受信側のアンテナシステムを変更することなくダイバーシチ利得が得られ、一般には特性の悪くなるセル端での特性向上が期待できるとともに、４以上のセルが２次元状に配置しており、隣接するセルには異なるパターン信号を送信する基地局が配置していることで、広域通信を実現することができる。
【００２６】
また、本システムは片方からの電波しか届かない環境においても復調の動作が可能となるため、基地局近くでは本来の単一基地局からの伝送と同等の伝送が可能となる。
【００２７】
また、このペアをさらに多くの基地局に広げることにより、ＯＦＤＭを用いた放送型サービスである地上波ディジタル放送、無線ＬＡＮのマルチキャスト・ブロードキャストパケット伝送などに適用して好適なシステムとなり、周波数の利用効率を落とすことなくダイバーシチのゲインを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による送信サイトダイバーシチシステムを採用する通信システムの概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る送信サイトダイバーシチシステムにおけるＣＣＵ及び基地局の構成を示す図である。
【図３】本実施の形態に係る送信サイトダイバーシチシステムからの信号を受信する端末の構成を示す図である。
【図４】送信側の基地局の数を２つとして２連続信号でのＳＴＴＤの操作を行う場合の送信手順を示す図である。
【図５】直線セル構造時の送信サイトダイバーシチを用いた放送型システムの構成を示す図である。
【図６】マルチセル構造時の送信サイトダイバーシチを用いた放送型システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１７−１、１７−２  アンテナ
２０  アンテナ
【図１】
0004719932.tif 000003
【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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