(57)【要約】      （修正有）【課題】  従来のソフトコンバイニング方式に比べて、高いスループットが得られ、３セクタ構成の基地局において移動局がセル内で移動しても、送信パターンを変更する必要が無い送信ダイバーシティ方式を提供する。【解決手段】  ２つの送信アンテナを想定した空間時間送信ダイバーシティ（STTD: Space Time Transmitting Diversity）の送信信号に対して、それぞれに対応する２つの送信信号、およびこれらの前記２つの送信信号を合成して得られる第３の送信信号を生成し、３種類の前記送信信号をそれぞれのセクタアンテナから送信する。【選択図】        図３
2007129635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの送信アンテナを想定した空間時間送信ダイバーシティ（STTD: Space Time Transmitting Diversity）の送信信号に対して、それぞれに対応する２つの送信信号、およびこれらの前記２つの送信信号を合成して得られる第３の送信信号を生成し、３種類の前記送信信号をそれぞれのセクタアンテナから送信することを特徴とするセルラシステムの基地局装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセルラシステムの基地局装置において、
前記送信信号は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号であり、前記空間時間送信ダイバーシティの代わりに、空間周波数送信ダイバーシティ（SFTD: Space Frequency Transmitting Diversity）による送信ダイバーシティを行うことを特徴とするセルラシステムの基地局装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のセルラシステムの基地局装置において、
前記基地局の送信信号のうち、前記送信信号の受信局となる移動局との間の伝搬が大きいセクタの前記送信信号について送信を停めることを特徴とするセルラシステムの基地局装置。
【請求項４】
空間時間符号化あるいは空間周波数符号化によって生成されるＮ個の信号系列に対して、Ｎ個よりも大きいＭ個のセクタを持つ基地局の送信信号を生成する信号生成方法であって、
前記Ｎ個の信号系列のうち、２つ以上を合成することによって（Ｍ−Ｎ）の信号系列を生成することを特徴とする信号生成方法。
【請求項５】
請求項４に記載の信号生成方法において、
生成された前記Ｎ個の信号系列を各前記セクタから送信することを特徴とする信号生成方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の信号生成方法において、
前記基地局の送信信号のうち、前記送信信号の受信局となる移動局との間の伝搬が大きいセクタの前記送信信号について送信を停めることを特徴とする信号生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルラシステムの基地局装置および信号生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの移動通信システムにおいては、サービスエリアを複数のセルに分割してそれぞれのセルに基地局を配置し、それぞれの基地局がセル内の移動局との通信を行うセルラ方式が用いられている。さらに、同一の基地局から複数の指向性アンテナを用いることによって、異なる領域を１つの基地局でカバーする。この領域はセクタと呼ばれ、１つのセルに対して３つのセクタが割り当てられる方法が一般的である。このようなセルやセクタの境界を超えて移動局が移動する場合には、移動局と接続する基地局の接続を切り替えるハンドオーバの手順が必要となる。
【０００３】
ハンドオーバは基地局から離れた領域で発生するために、様々な意味で通信品質が低下する問題がある。Ｗ−ＣＤＭＡでは、移動局が複数のセル、セクタからの信号を同時に受信して合成するＲＡＫＥによるソフトハンドオーバが行われている。
【０００４】
ＯＦＤＭ技術に基づく次世代通信システムでは、ＤＳ−ＣＤＭＡのようなＲＡＫＥ受信によるソフトハンドオーバを使うことができない。そのため、複数のセクタからほぼ同時に同じ信号を送信し、無線通信路において合成された信号を受信する、同時送信ソフトコンバイニング方式が提案されている。
【０００５】
Ｗ−ＣＤＭＡ方式などの従来のセル内の送信ダイバーシティ方式としては、ＳＴＴＤ方式が標準化方式として使われている（例えば非特許文献１を参照）。
また、３ＧＰＰ  Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎの標準化においてセクタ間のソフトハンドオーバ状態にある移動局に対して、同時送信によるソフトコンバイニングの適用が有効であるとされている（例えば非特許文献２を参照）。
【非特許文献１】3GPP TS25.211, “Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels(FDD)” pages.1-51
【非特許文献２】NTT DoCoMo, “Investigations on Inter-Sector Diversity in Evolved ULTRA Downlink” 3GPP TSG RAN WG1 Ad Hoc on LTE, R1-050615, pages1-7
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
同時送信によるソフトコンバイニングの利点としては、信号構成法が簡単であり、複数のセクタを持つセルに容易に適用できることである。すなわち、３つのセクタを持つセルにおいて、全てのセクタアンテナから同じ信号を送信すれば、セクタの境界付近にいる移動局は２つのセクタアンテナを通じて同じ情報を受信することができる。原理的には３つのセクタから同じ情報を受信するといったほうが正しいが、そのうち１つは信号レベルがかなり低くなっているはずである。
【０００７】
同時送信によるソフトコンバイニングでは、無線通信路で信号合成が行われるために、必ずしも受信機に有利な合成が行われるとは限らない。送信シンボルをＳｉとし、セクタ１と移動局の間の通信路をｈ１、セクタ２と移動局の間の通信路をｈ２、セクタ３と移動局の間の通信路をｈ３で表すと、受信信号はＳｉｈ１＋Ｓｉｈ２＋Ｓｉｈ３となる。このうち１つの項はかなり少なくなっているはずであり、便宜的にＳｉｈ１＋Ｓｉｈ２について考えることとする。この時、ｈ１とｈ２が同相の場合に受信信号の振幅は、大きくなるが、逆位相の場合には打ち消し合って小さくなる。つまり、ソフトコンバイニングでは、伝搬路の条件によっては、位相が逆になるために、信号振幅が小さくなる場合があり、あまり特性が良くない。
【０００８】
また、従来のＷ−ＣＤＭＡで使われているＳＴＴＤは、２送信アンテナへの適用方法であり、３つのセクタによる３送信アンテナには直接適用できない。
【０００９】
本発明の目的は、Ｗ−ＣＤＭＡでも送信ダイバーシティの手段として用いられているＳＴＴＤ（Space Time Transmitting Diversity）に基づく信号構成を得ることができるセルラシステムの基地局装置および信号生成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のセルラシステムの基地局装置は、２つの送信アンテナを想定した空間時間送信ダイバーシティ（STTD: Space Time Transmitting Diversity）の送信信号に対して、それぞれに対応する２つの送信信号、およびこれらの前記２つの送信信号を合成して得られる第３の送信信号を生成し、３種類の前記送信信号をそれぞれのセクタアンテナから送信することを特徴とする。
【００１１】
本発明では、好ましくは、前記送信信号は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号であり、前記空間時間送信ダイバーシティの代わりに、空間周波数送信ダイバーシティ（SFTD: Space Frequency Transmitting Diversity）による送信ダイバーシティを行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明では、好ましくは、前記基地局の送信信号のうち、前記送信信号の受信局となる移動局との間の伝搬が大きいセクタの前記送信信号について送信を停めることを特徴とする。また、本発明の信号生成方法は、空間時間符号化によって生成されるＮ個の信号系列に対して、Ｎ個よりも大きいＭ個のセクタを持つ基地局の送信信号を生成する信号生成方法であって、前記Ｎ個の信号系列のうち、２つ以上を合成することによって（Ｍ−Ｎ）の信号系列を生成することを特徴とする。
【００１３】
本発明の信号生成方法では、好ましくは、生成された前記Ｎ個の信号系列を各前記セクタから送信することを特徴とする。前記基地局の送信信号のうち、前記送信信号の受信局となる移動局との間の伝搬が大きいセクタの前記送信信号について送信を停めることを特徴とする。
【００１４】
本発明では、好ましくは、本発明では、セルラ移動通信システムにおいて、基地局が移動局に対してダウンリンクの信号を複数のセクタを用いて送信する送信ダイバーシティの一方式であり、３セクタ構成の基地局に適した信号形式を有する。すなわち、本発明では、２送信アンテナの従来のＳＴＴＤに対して、第３の送信パターンを設けたことにより、３セクタ構成の基地局において、ＳＴＴＤに対応した送信ダイバーシティ方式の適用が可能となった。ＯＦＤＭに基づく信号構成を想定しており、周波数方向にシンボルを配置する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、従来のソフトコンバイニング方式に比べて、高いスループットが得られ、３セクタ構成の基地局において移動局がセル内で移動しても、送信パターンを変更する必要が無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施の形態を、図面を参照して説明する。
本発明の実施形態では、Ｗ−ＣＤＭＡでも送信ダイバーシティの手段として用いられているＳＴＴＤ（Space Time Transmitting Diversity）に基づく信号構成を得ることができるセルラシステムの基地局装置および信号生成方法であるが、ただしＷ−ＣＤＭＡに用いられる方法をそのまま用いることはできないので、以下の修正を講じている。
【００１７】
１）ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術に基づく送信方法を想定しているために、シンボルを時間方向に配置するのではなく、周波数方向に配置する。すなわち、空間周波数送信ダイバーシティ（SFTD: Space Frequency Transmitting Diversity）となる。
【００１８】
２）セクタ内に複数の送信アンテナを想定しているＳＴＴＤに対して、セクタ間のソフトハンドオーバのための送信ダイバーシティであり、また１基地局に対して３セクタの構成を想定している。このため、従来の２送信アンテナに対応するＳＴＴＤの信号構成を元に、３セクタのためのＳＦＴＤ信号構成を示す。
【００１９】
以下に、これらの信号生成方法の原理を説明する。
（ＳＴＴＤの原理）
まず、Ｗ−ＣＤＭＡでも使われているＳＴＴＤ［２，Ｓｅｃ．５．３．１．１］について説明する。送信ビット列を複素平面にマッピングしたシンボル列を、Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・として、送信アンテナ♯１と受信機のアンテナの間の通信路の通信路係数をｈ１，送信アンテナ♯２と受信機のアンテナの間の通信路の通信路係数をｈ２と表すと、送受信シンボルは以下のようになる。
【数１】
2007129635.tif 000003
これに対して、受信側では以下のように通信路に対応する重みをつけて合成する。
【数２】
2007129635.tif 000004
となり、シンボル列Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が抽出できる。
【００２０】
（３セクタ用送信ダイバーシティ）
２送信アンテナに対応するＳＴＴＤを変形して、３セクタの送信ダイバーシティに適用することを考える。送信アンテナは３本を想定して、それぞれの通信路（伝搬路ともいう）の通信路係数ｈ１，ｈ２，ｈ３とする。すなわち、各セクタにそれぞれ１つずつ送信アンテナを持つ。アンテナ♯１はセクタ♯１に、アンテナ♯２はセクタ♯２にそれぞれ対応する。また、ここではＯＦＤＭのサブキャリに送信シンボルを割り当てるＳＦＴＤとして用いることにする。
【００２１】
ただし、伝搬路特性の絶対値が全て同レベルとなる状態は考えにくく、実際には１つまたは２つのアンテナからの信号を受信して処理することになる。
送信信号パターンは以下のように構成する。
【００２２】
図４には、本発明の実施形態における３セクタ用ＳＦＴＤと、従来方式の同時送信ソフトコンバイニングと２送信アンテナＳＴＴＤを示している。
本発明の実施形態では、送信信号パターンは以下のように構成する。すなわち、３つのセクタからの送信ダイバーシティとして、ＳＴＴＤの信号形式を変形したものを用いている。セクタ１：Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・、セクタ２：―Ｓ１＊，Ｓ０＊，―Ｓ３＊，Ｓ２＊，・・・、セクタ３：α（Ｓ０−Ｓ１＊），α（Ｓ１＋Ｓ０＊），α（Ｓ２―Ｓ３＊），α（Ｓ３＋Ｓ２＊），・・・。
【数３】
2007129635.tif 000005
ここで、α＝１／√２であり、各アンテナの送信信号電力を等しくするための係数である。これにより、セクタの境界に位置する移動局においても、スループットの低下を緩和できる。
受信信号は以下のようになる。
【数４】
2007129635.tif 000006
これに対して、受信側の処理は、
【数５】
2007129635.tif 000007
となる。これにより、若干の干渉成分が存在するが、各通信路の最大比合成電力に応じた信号が生成できる。ここに、Ｉ０，Ｉ１，・・・は雑音成分であり、
【数６】
2007129635.tif 000008
となる。
【００２３】
（１つのセクタの信号のみ大きい場合）
１基地局の信号のみが大きい場合、すなわち通信路係数ｈ１，ｈ２，ｈ３の１つのみが大きい場合には、他の基地局成分は大きな干渉とならない。
【００２４】
この例では、例えばセクタ♯１に対応する通信路係数ｈ１のみが大きい場合には、アンテナ♯１からの送信信号のみが受信される。この場合、移動局では特別な処理を行わずに送信シンボルを抽出できる。アンテナ♯２、アンテナ♯３は前記信号を送信しても、移動局に対して影響はない。他のセルの移動局への干渉をさけるために送信を停止しても構わないし、無線リソースを節約するために他の移動局へ向けた信号を送信しても構わない。
【００２５】
（２つのセクタの信号がほぼ同レベルの場合）
２つのセクタの信号がほぼ同レベルで、もう１つの基地局の信号が小さい場合を考える。例えば、通信路係数ｈ１，ｈ２がほぼ同レベルで大きく通信路係数ｈ３のみが小さい場合は、第２項が無視できる。
【数７】
2007129635.tif 000009
これは、通常の２送信アンテナのＳＴＴＤの場合と等価である。
【００２６】
次に、通信路係数ｈ１，ｈ３がほぼ同レベルで大きく、通信路係数ｈ２のみが小さい場合を考える。
【数８】
2007129635.tif 000010
この場合は、通信路係数ｈ１とｈ３の位相関係により、第２項がマイナスになることがある。その場合には、２送信アンテナのＳＴＴＤより劣化が生じる。
【００２７】
次に、通信路係数ｈ２，ｈ３がほぼ同レベルで大きく、通信路係数ｈ１のみが小さい場合についても、同様で２送信アンテナのＳＴＴＤに比べてより劣化が生じると考えられる。
【００２８】
（ソフトコンバイニング）
３セクタで並列送信を行う場合を考える。すなわち、
【数９】
2007129635.tif 000011
である。この場合、受信信号は、
【数１０】
2007129635.tif 000012
となる。これより、
【数１１】
2007129635.tif 000013
【００２９】
（１つのセクタの信号が大きい場合）
１基地局の信号のみ大きい場合、すなわち、通信路係数ｈ１，ｈ２，ｈ３の一つのみが大きい場合には、他の基地局成分は大きな干渉とならない。
例えばセクタ♯１に対応する通信路係数ｈ１のみが大きい場合には、アンテナ♯１からの送信信号のみが受信される。この場合に、移動局では特別な処理を行わずに送信シンボルを抽出できる。アンテナ♯２，アンテナ♯３は前記信号を送信していても、移動局に対して影響はない。他のセルの移動局への干渉を避けるために送信しても構わないし、無線リソースを節約するために他の移動局へ向けた信号を送信しても構わない。
【００３０】
（２つのセクタの信号がほぼ同レベルの場合）
２つのセクタの信号がほぼ同レベルでもう１つの基地局の信号が小さい場合を考える。例えば、通信路係数ｈ１，ｈ２がほぼ同レベルで大きく通信路係数ｈ３のみが小さい場合は、次式のようになる。
【数１２】
2007129635.tif 000014
となる。この場合は、通信路係数ｈ１とｈ２の位相関係により特性が大きくことなる。通信路係数ｈ１とｈ２の位相が同相の場合、抽出されるシンボルの振幅は大きくなり、ＳＴＴＤの場合より特性が良くなる。通信路係数ｈ１とｈ２の位相が逆相の場合には、第２項がマイナスになり、２アンテナのＳＴＴＤより劣化が生じることとなる。通信路係数ｈ１のみが小さい場合と、通信路係数ｈ２のみが小さい場合も同様である。
【００３１】
以上の検討によりわかることは、３セクタＳＦＴＤとソフトコンバイニングの式における第２項の係数である。ＳＦＴＤが√２であるのに対し、ソフトコンバイニングは２となっている。仮に、ｈ１＝―ｈ２となった場合、ソフトコンバイニングでは受信信号電力が０になるのに対し、ｈ２＝０でｈ１のみの信号を受信している場合に比較して、２．３ｄＢ低いレベルの信号を得ることができる。
【００３２】
さらに、図２は、計算機シミュレーションで求めたフレーム誤り率の比較を示す。
図２において、図１に示すセクタの境界となる６０°、１８０°、３００°のところで誤り率が悪くなっていることがわかる。セクタの境界では２つの基地局から同時に信号を受けることができるが、セクタ境界ではセクタの中央に比べて約１０ｄＢのアンテナゲインの低下を仮定しているので、２つの基地局の信号を合成しただけでは、電力的に小さくなるためである。
また、図２に示すように、いずれの状態においても、ＳＦＴＤ（実線で示す）の方がソフトコンバイニング（破線で示す）より誤り率が小さくなっていることも明らかである。前節に示した計算式とも対応するように、ＳＦＴＤでは基地局♯１、基地局♯２の境界となる６０°の地点での誤り率が、１８０°、３００°の地点の誤り率より小さくなっていることがわかる。しかし、１８０°、３００°の地点においてもソフトコンバイニングと比べると１／３以下のＦＥＲになっており、スループットが改善することが期待できる。
【００３３】
図３は、基地局の構成例を示す。
送信ビット列１１は、マッピングブロック１０によって、ＱＰＳＫや１６ＱＡＭといった変調シンボル１２の形にマッピングする。マッピングブロック１０の出力が上記のＳ０，Ｓ１・・・に対応する。これを通常のＯＦＤＭ信号の生成方法に従って送信信号を生成し、セクタ１より送信する。
マッピングブロック１０の出力は、またＳＴＴＤ符号器１３により、―Ｓ１＊、Ｓ０＊、・・・といったシンボル列に符号化される。以降は通常のＯＦＤＭ信号の生成方法に従って送信信号を生成し、セクタ２より送信する。セクタ３の送信信号は、セクタ１の送信信号とセクタ２の送信信号はセクタ１を加えて重み付けを行った信号とする。
【００３４】
図３では、ＧＩ追加１４を行った信号を加算器１５により加算してセクタ３の信号を生成したが、もっと早い段階で、例えばＳＴＴＤ符号化前後の変調シンボルに対して加算を行ってセクタ３用の送信シンボルを生成し、以降通常のＯＦＤＭ信号の生成方法に従って送信信号を生成し、セクタ３より送信することも可能である。
【００３５】
また、先に示したように、基地局の全てのセクタから信号を送信したとしても、移動局で全てのセクタの信号を同時に高いレベルで受信することは難しい。基地局側で移動局と各セクタ間の通信路の減衰量がある程度既知である場合には、減衰の大きいセクタからは信号の送信を停止することによって、隣接セルへの干渉を減らすことが可能である。
本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明における３セクタ１，２，３により構成された基地局の例を示す図である。
【図２】図２は、本発明における計算機シミュレーションで求めたフレーム誤り率の比較を示す図である
【図３】図３は、本発明における基地局の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    セクタ
２    セクタ
３    セクタ
１０    マッピングブロック
１１    送信ビット列
１２    変調シンボル
１３    ＳＴＴＤ符号器
１４    ＧＩ追加
１５    加算器
【図１】
2007129635.tif 000015
【図２】
2007129635.tif 000016
【図３】
2007129635.tif 000017