(57)【要約】【課題】  符号分割多元接続方式で他局間干渉を低く抑えより良好な無線通信を行う。【解決手段】  複数の移動局と基地局とが含まれ、複数の移動局と基地局とはスペクトル拡散方式を利用しており、複数の移動局と基地局とが信号送信を行う際、基地局で設ける規準シンボル同期タイミングに対して、各移動局送信の送信信号の送信シンボルが基地局に到着するタイミングを、１シンボル時間に対して充分小さい時問に揃えるシンボル準同期送信を行う無線通信システムにおいて、基地局が設定する規準シンボル同期タイミングと移動局が送信する信号のシンボルタイミングとのタイミング時間差を、基地局が計測し、基地局から移動局への送信を通してそのタイミング時間差に係るデータを移動局に伝達した後、移動局が自身に備えるシンボル送信タイミングをタイミング時間差の分だけ調整しシンボル送信タイミングを更新して、以降の信号送信で用いることを特徴とする。【選択図】図１
2005269061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の移動局と基地局とが含まれ、複数の移動局と基地局とはスペクトル拡散方式を利用しており、
複数の移動局と基地局とが信号送信を行う際、基地局で設ける規準シンボル同期タイミングに対して、各移動局送信の送信信号の送信シンボルが基地局に到着するタイミングを、１シンボル時間に対して充分小さい時問に揃えるシンボル準同期送信を行う無線通信システムにおいて、
基地局が設定する規準シンボル同期タイミングと移動局が送信する信号のシンボルタイミングとのタイミング時間差を、基地局が計測し、
基地局から移動局への送信を通してそのタイミング時間差に係るデータを移動局に伝達した後、移動局が自身に備えるシンボル送信タイミングをタイミング時間差の分だけ調整しシンボル送信タイミングを更新して、以降の信号送信で用いることを特徴とする、
無線通信システム。
【請求項２】
基地局において、規準シンボル同期タイミングが情報シンボル時間の整数倍で設定されている、請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
複数の移動局と基地局とが含まれ、複数の移動局と基地局とはスペクトル拡散方式を利用しており、
基地局が同期用の規準信号を送信し、それを受信した移動局が直後に基地局に対して信号を送信する、
シンボル準同期送信を行う無線通信システムにおいて、
移動局で規準信号の到着時刻の推定を行い、その推定時刻から情報シンボル時間の整数倍時間後に信号を送信することにより、各移動局から送信される送信シンボルの基地局における到着時刻差をシンボル時間に比べて充分小さい時間内に収めることを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
基地局が送信する規準信号として、ＩＤＦＴ（逆離散フーリエ変換）に特定の２値系列を入力することで発生するインパルス波形を用い、
移動局において、受信電力を計測する回路によりそのインパルス波形の最も電力が集中している部分を検知し、規準信号の到着時刻を推定する、
請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
基地局が、移動局で既知の信号波形を送信し、移動局がその波形の受信信号から作成する遅延プロファイルに基づきシンボル到着タイミングを導出する、無線通信システムであって、
上記信号波形の前後にガード区間が設けられて、そこは信号を送らない無信号区間とされ、情報信号を送る際には、前後のガード区間内にそれぞれ信号の末尾部分及び先頭部分が
巡回するように挿入される、
請求項１又は請求項２に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信分野におけるスペクトル拡散技術を用いた多元接続に関連する。
【背景技術】
【０００２】
スペクトル拡散技術を用いた多元接続は、携帯電話システムの端末及び基地局、無線ＬＡＮシステムのアクセスボイント及び端末、などにおいて利用されている。即ち、無線通信システムで符号分割多元接続方式を利用しているものであれば適用可能である。
【０００３】
スペクトル拡散技術を用いた多元接続において、同期タイミング制御のための先行技術として特許文献１が挙げられる。そこに記載される方式では、移動局から基地局への信号送信（上りリンク）において、『基地局と移動局間の往復の伝搬時間の最大値で』同期タイミング誤差の上限を規定し、『移動局送信のＳＳ（スペクトル拡散）信号の拡散符号タイミングを、基地局送信で移動局受信の符号分割多重信号の拡散符号タイミングに従属同期させ』、『符号分割多元接続信号のタイミングと基地局送信のタイミングとが、基地局と移動局との間の往復の伝搬時間の最大値で規定されるタイミング誤差範囲にあることを活用して、基地局受信での拡散復調のための同期の確立を、送信タイミングを基準としたタイミングの微調整により』準同期状態を実現している。
【０００４】
また、同期タイミング制御技術として、非特許文献１に記載のものが挙げられる。ここでは、移動局の送信タイミングを調整し、フレームの先頭が到着するタイミングを制御する手法が示されている。また、フレームよりも短いデータブロックである「スロット」毎に１／４（１／８）チップの時間幅で微調整することによって、タイミングずれへの追従を行う方法が示されている。
【０００５】
ところで、従来技術では受信タイミング誤差を許容する（言い換えると準同期タイミングで信号が受信される）ためには最大でも基地局／移動局間を往復する時間のマージンを取れば充分とされている。図２（１）は、基地局から移動局（１、Ｎ）への規準信号の往復の様子を模式的に示す。上記の「基地局／移動局間を往復する時間のマージンを取れば充分」であるのは、この図２（１）の点線矢印のタイミング（（ｓ）→（ｋ）→（ｍ）、（ｓ）→（ｌ）→（ｎ））で各移動局（１、Ｎ）が信号を送信することによる。
【０００６】
しかし実際には、基地局送信のスペクトル拡散信号の（移動局での）受信タイミングを知るためには、そのスペクトル拡散信号に対して何らかの方法で逆拡散（拡散復調）処理をする必要がある。これにはある程度の時間、一般的には少なくとも拡散符号の１周期相当の時間（Ｔｐ）を要する。つまり、最大同期タイミング誤差は、図２（１）左に示すように、
Ｔｐ＋［最大往復伝搬時間］
となる。
【０００７】
ただし、上記では、信号処理に要する時間をゼロと仮定し、受信タイミングを拡散符号の１周期時間Ｔｐで確実に検知できたと仮定している。このように「受信タイミングを拡散符号の１周期分で確実に検知する」ことを許容するには「ガード区間」が必要であり、しかもそのガード区間には拡散符号の１周期時間以上を要する。かようにガード区間を長く取ることは、データレートの低下や、より短い拡散符号を使用することに起因する拡散利得の低下につながり、いずれにしてもシステムパフォーマンスの格段の劣化を導く。
【０００８】
仮に、半径３００ｍのマイクロセルで、
・チップレートを１Ｍｃｈｉｐ／ｓ（秒）、
・１シンボル時間（拡散符号とガードインターバルを含めた時間）を１００ｃｈｉｐ
と仮定すると、ガードインターバルは約０．２ｍｓ必要であるため、２値変調をするとデータレートは約５ｋｂｐｓでしかない。移動体通信におけるセル半径の拡大や、衛星通信への適用を考えるとデータレートは更に低下する。
【特許文献１】特許２６５３４２１号公報
【非特許文献１】Ｅ．Ｈｏｎｇ，Ｓ．Ｈｗａｎｇ，Ｋ．Ｒｉｍ，ａｎｄ  Ｋ．Ｗｈａｎｇ，“Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｌｉｎｋ  ｉｎ  ＤＳ−ＣＤＭＡ  Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  Ｍｏｂｌｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｃｏｍｍｕｎ．，  Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．１１，ｐｐ．１６３２−１６３５，Ｎｏｖ．１９９９．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、符号分割多元接続方式で、受信局において他局間干渉を低く抑えより良好な無線通信を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の目的を達成するためになされたものである。本発明に係る請求項１に記載の無線通信システムは、
複数の移動局と基地局とが含まれ、複数の移動局と基地局とはスペクトル拡散方式を利用しており、
複数の移動局と基地局とが信号送信を行う際、基地局で設ける規準シンボル同期タイミングに対して、各移動局送信の送信信号の送信シンボルが基地局に到着するタイミングを、１シンボル時間に対して充分小さい時問に揃えるシンボル準同期送信を行う無線通信システムである。その無線通信システムにおいて、
基地局が設定する規準シンボル同期タイミングと移動局が送信する信号のシンボルタイミングとのタイミング時間差を、基地局が計測し、
基地局から移動局への送信を通してそのタイミング時間差に係るデータを移動局に伝達した後、移動局が自身に備えるシンボル送信タイミングをタイミング時間差の分だけ調整しシンボル送信タイミングを更新して、以降の信号送信で用いることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る請求項２に記載の無線通信システムは、
基地局において、規準シンボル同期タイミングが情報シンボル時間の整数倍で設定されている、請求項１に記載の無線通信システムである。
【００１２】
本発明に係る請求項３に記載の無線通信システムは、
複数の移動局と基地局とが含まれ、複数の移動局と基地局とはスペクトル拡散方式を利用しており、
基地局が同期用の規準信号を送信し、それを受信した移動局が直後に基地局に対して信号を送信する、
シンボル準同期送信を行う無線通信システムである。その無線通信システムにおいて、
移動局で規準信号の到着時刻の推定を行い、その推定時刻から情報シンボル時間の整数倍時間後に信号を送信することにより、各移動局から送信される送信シンボルの基地局における到着時刻差をシンボル時間に比べて充分小さい時間内に収めることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る請求項４に記載の無線通信システムは、
基地局が送信する規準信号として、ＩＤＦＴ（逆離散フーリエ変換）に特定の２値系列を入力することで発生するインパルス波形を用い、
移動局において、受信電力を計測する回路によりそのインパルス波形の最も電力が集中している部分を検知し、規準信号の到着時刻を推定する、
請求項３に記載の無線通信システムである。
【００１４】
本発明に係る請求項５に記載の無線通信システムは、
基地局が、移動局で既知の信号波形を送信し、移動局がその波形の受信信号から作成する遅延プロファイルに基づきシンボル到着タイミングを導出する、無線通信システムであって、
上記信号波形の前後にガード区間が設けられて、そこは信号を送らない無信号区間とされ、情報信号を送る際には、前後のガード区間内にそれぞれ信号の末尾部分及び先頭部分が
巡回するように挿入される、
請求項１又は請求項２に記載の無線通信システムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明を利用することで、まず、従来技術よりも精度の高い準同期状態を確立することができる。また、受信信号の到来時刻の推定が容易になるため、複雑な計算が必要とされる干渉除去技術の導入が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る好適な実施の形態を説明する。
【００１７】
≪第１の実施の形態≫
符号分割多元接続方式では、適切な拡散符号を用い、受信機に到着する信号のタイミングを揃えることにより他局間干渉を極めて低く抑えることができる。第１の実施の形態は、複数の送信端末が受信局（セルラシステムでは基地局に相当）に情報信号を送信する場合に、受信機における信号の到着タイミングを揃える技術に関するものである。
【００１８】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムを構成する移動局（送信局）と基地局（受信局）との概略のブロック図である。図１は、かような移動局（送信局）と基地局（受信局）とが協働して、移動局（送信局）の送信タイミングを適切なものに修正していく手順の例を示すタイムチャート図である。図１及び図３により、本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１９】
まず、移動局（送信局）が信号送信を行う（図１（ａ））。この信号が基地局（受信局）に到着する（図１（ｂ））。ここで、図３（２）の受信シンボルタイミング計測部１６が、受信された信号のタイミングを計測する。この計測により同期タイミング誤差測定部１８は、受信信号について、基地局（受信局）における規準シンボルタイミングからのずれ、即ち同期タイミング誤差Δτを把握（測定）する。
【００２０】
受信局では、継続的に規準シンボルタイミングが発令されている。この規準シンボルタイミングは、（結果的に）移動局（送信局）からの受信信号の到着タイミングがシンボル単位で揃えられるタイミングであって、所定の時間毎に刻まれている。図３（２）では、基地局（受信局）おける規準シンボルタイミングは、規準シンボルタイミング発生部２０により発生され、同期タイミング誤差測定部１８に入力される。
【００２１】
上記の把握された同期タイミング誤差Δτのデータは、規準シンボルタイミング（の一つ、図１（ｄ））において、基地局から移動局への送信信号（シンボル）に付加される。図３（２）で言うと、同期タイミング誤差Δτは情報変調部２４に入力され、入力データ系列に付加されて、スペクトル拡散信号生成部２６を経由して、基地局から移動局へ送信される。
【００２２】
なお、情報量を低減するため、同期タイミング誤差Δτは１シンボル時間以内の値とされるのが好ましい。
【００２３】
同期タイミング誤差Δτのデータを得た移動局は、同期タイミング誤差Δτに基づき、移動局側の備える規準シンボルタイミング（送信タイミング）を修正する（図１（ｅ）（ｆ））。図３（１）で言うと、基地局からの信号を移動局における受信シンボルタイミング計測部４が受け、同期タイミング誤差Δτを把握する。受信シンボルタイミング計測部４は、同期タイミング誤差Δτをシンボル送信タイミング制御部６に渡す。シンボル送信タイミング制御部６は、同期タイミング誤差Δτにより、送信タイミング発生部８の送信タイミング（規準シンボルタイミング）を修正する。
【００２４】
この修正された送信タイミング発生部８の送信タイミング（移動局側の規準シンボルタイミング）が、送信信号の送信に反映される。つまり、情報変調部１０を経由する入力データ系列がスペクトル拡散信号生成部１２に入力されるが、スペクトル拡散信号生成部１２において、（拡散符号付与部１４により）拡散変調されつつ、且つシンボル送信タイミング制御部６からの信号により送信タイミングが整えられる。
【００２５】
図１に示すように、移動局からは、修正された送信タイミングにより信号が発せられ（（ｇ’））、基地局では結果として信号の到着タイミングが揃えられる（（ｈ））。
【００２６】
図２（２）は、基地局が、移動局１と移動局２とからの信号を受けて、下りリンク信号により同期タイミング誤差（Ｔ１、Ｔ２）情報をそれら移動局１と移動局２とに与え、移動局１と移動局２とが、固有の送信タイミング（即ち規準シンボルタイミング）を修正し、以って、基地局における各異動局からの信号の到着タイミングを揃えるまでを示す。
【００２７】
通常、（受信局の）受信機から（送信局の）送信機には、電力制御等の制御情報が連絡されているので、受信局は、各送信局のシンボルタイミング誤差の値を制御信号として、それに加える形で、送信局に伝達すればよい。
【００２８】
従来技術では、準同期状態の確立に、基地局／移動局間の最大距離が、セルの大きさ、ガード区間、拡散符号数などを制限していたが、第１の実施の形態では、これらの状況に依らず準同期状態を確立することが可能となる。また、従来技術には、各移動局からの信号到着時刻を揃える制御がされていたものもあったが、第１の実施の形態では、各情報シンボルの到着時刻が、基地局の規準シンボルタイミングに同期するように制御するため、移動局が選択できる送信タイミングの自由度が非常に高い。更に、従来技術は、直接拡散スペクトル拡散方式を用いたシステムにしか適応できないが、第１の実施の形態は、マルチキャリア伝送方式を採用しているシステムにも適用できるといえる。
【００２９】
≪第２の実施の形態≫
従来技術の無線通信システムでは、基地局が同期用の規準信号を送信し、それを受信した複数の移動局が即座に基地局に対して信号を送信し、基地局は複数の移動局からの返信信号が干渉しない限度で通信を行うことができる、とされる。しかし、この方式では実際には、移動局において同期用の規準信号を処理するための時間が不可欠である。
【００３０】
そうすると、上記同期用の規準信号がシンボル単位のものであり、基地局において規準シンボルタイミングが刻まれているとしても、移動局での処理時間のため返信信号の基地局への到着タイミングは、規準シンボルタイミングに同期しにくくなってしまう。
【００３１】
そこで、第２の実施の形態に係る無線通信システムの移動局における同期用規準信号の処理では、規準信号の到着時刻の推定を行う。そして、推定された時刻から規準シンボル時間の整数倍時間後に返信信号を送信する。このようにすれば、各移動局から送信される送信シンボルの基地局における到着時刻差を、規準シンボル時間に比べて充分小さい時間内に収めることができる。
【００３２】
図４は、第２の実施の形態に係る無線通信システムを構成する（１）基地局と（２）移動局との概略のブロック図である。
【００３３】
まず、（１）規準信号発生側（基地局）では、規準信号として、ＩＤＦＴ（逆離散フーリエ変換）に特定の２値系列を入力することで発生するインパルス波形を用いる。つまり、インパルス波形発生用入力系列が離散逆フーリエ変換器３０に入力され、該離散逆フーリエ変換器３０において規準シンボルタイミング発生部２０から規準シンボルタイミングが与えられて、送信信号となる。
【００３４】
（２）規準信号受信側（移動局）では、そのインパルス波形につき、二乗検波回路３２によりインパルス波形の最も電力が集中している部分が検知される。二乗検波回路３２の検知結果を基にして、シンボルタイミング計算部３４が、インパルス波形信号の到着時刻を推定し、推定された時刻から規準シンボル時間の整数倍時間後（即ち、上りリンク信号のタイミング）を確定する。それを受けて送信タイミング発生部８が送信タイミングを形成する。
【００３５】
図４のように、基地局でのインパルス波形の発生に離散逆フーリエ変換器３０を利用し、移動局でのインパルス波形の検知に二乗検波回路３２を利用することにより、移動局において明確に送信タイミングが形成される。
【００３６】
≪第３の実施の形態≫
第３の実施の形態は、第１の実施の形態と略同様である。従って、両者の差異を中心に説明する。
【００３７】
第１の実施の形態では、移動局が信号送信を行い、この信号を受けた基地局（受信局）が移動局の同期タイミング誤差Δτを測定する。その結果を基地局が移動局に返しその移動局が送信タイミングを修正する。
【００３８】
本第３の実施の形態では、まず、基地局が、移動局に既知である信号波形、例えば、Ｍ系列を拡散符号とする直接拡散スペクトル拡散信号を送信する。それを受けた移動局は、その波形の受信信号から遅延プロファイルを作成する。更に移動局は、その遅延プロファイルに基づきシンボル到着タイミングを導出する。
【００３９】
図５は、第３の実施の形態に係る無線通信システムを構成する（１）基地局と（２）移動局との概略のブロック図である。まず、（１）規準信号発生側（基地局）がスペクトル拡散信号生成部２６において、移動局既知の信号波形（例えば、Ｍ系列を拡散符号とする直接拡散スペクトル拡散信号）を生成し、送信する。拡散符号は拡散符号生成部３６から付与される。また、規準シンボルタイミング生成部２０により、送信タイミングの調整が図られる。
【００４０】
上記の移動局既知の信号波形を受けた（２）規準信号受信側（移動局）は、遅延プロファイル生成部３８にて遅延プロファイルを作成し、更にシンボルタイミング計算部３４にてシンボル到着タイミングを導出する。このシンボル到着タイミングにより、送信タイミング発生部８の送信タイミング（規準シンボルタイミング）を調整することもできる。
【００４１】
図６は、基地局から発せられる信号の、１シンボル時間分における構成を示す。
【００４２】
図６（１）は、基地局から発せられる移動局に既知である信号波形（“パイロット波形”）の構成である。信号波形（拡散符号の１周期）の前後にガード区間が設けられ、そこは信号を送らない無信号区間とされる。図６（２）は、情報信号（データシンボル）の構成である。情報信号を送る際には、図６（１）の前後のガード区間内にそれぞれ（拡散符号の１周期の）信号の末尾部分及び先頭部分が巡回するように挿入される。
【００４３】
図６のように構成することで、パイロット信号の遅延プロファイルが正確に形成される。更に、データシンボルはより確実に伝送され得る。
【００４４】
≪その他の実施の形態≫
上記の実施の形態、特に第１の実施の形態は、例えば、携帯電話の通信で用いることができるが、そのほかにも様々な用途に用いることができる。
【００４５】
例えば、セルラー方式への適用も考えられる。つまり、セルラー方式の上りリンクにおいて移動局間信号のシンボル到着タイミングを揃えることに用いることができる。また、無線ＬＡＮシステムヘ適用することができる。
【００４６】
更に、ＣＤＭＡ方式を用いたパケット通信方式へ適用することも考えられる。そこでは、パケット非同期／シンボル準同期の無線アクセスが可能となる。マクロな視点からはパケットは任意の時間に送られているように見えるが、ミクロにはシンボル間の同期はとれていないが、準同期となっている。送信機の簡易化が図れ、ＣＤＭＡ方式を用いた無線ＬＡＮに適する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、かような移動局（送信局）と基地局（受信局）とが協働して、移動局（送信局）の送信タイミングを適切なものに修正していく手順の例を示すタイムチャート図である。
【図２】（１）は、基地局から移動局（１、Ｎ）への規準信号の往復の様子を模式的に示す。（２）は、基地局が、移動局１と移動局２とからの信号を受けて、下りリンク信号により同期タイミング誤差情報をそれら移動局１と移動局２とに与え、移動局１と移動局２とが、固有の送信タイミングを修正し、以って、基地局における各異動局からの信号の到着タイミングを揃えるまでを示す。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムを構成する移動局（送信局）と基地局（受信局）との概略のブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る無線通信システムを構成する（１）基地局と（２）移動局との概略のブロック図である。
【図５】第３の実施の形態に係る無線通信システムを構成する（１）基地局と（２）移動局との概略のブロック図である。
【図６】（１）は、基地局から発せられる移動局に既知である信号波形の構成である。（２）は、情報信号（データシンボル）の構成である。
【符号の説明】
【００４８】
４・・・受信シンボルタイミング計測部、６・・・シンボル送信タイミング制御部、８・・・送信タイミング発生部、１０・・・情報変調部、１２・・・スペクトル拡散信号生成部、１４・・・拡散信号付与部、１６・・・受信シンボルタイミング計測部、１８・・・同期タイミング誤差測定部、２０・・・規準シンボルタイミング発生部、２４・・・情報変調部、２６・・・スペクトル拡散信号生成部、３０・・・離散逆フーリエ変換器、３２・・・二乗検波回路、３４・・・シンボルタイミング計算部、３８・・・遅延プロファイル生成部。
【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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