(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局がかかえる複数の移動局の信号を多元接続して送信するための多元接続による信号送信方法において、
予め割り当てられた所定の幅の帯域内に上記複数の移動局に応じて分割した複数のキャリアを連続的に配置する第１ステップと、
上記第１ステップにより連続的に配置された複数のキャリアを各キャリア毎にさらに複数の連続する狭い帯域のキャリアに分割し、上記各移動局への伝送レートを変更するために、この狭帯域キャリアの数を可変にして連続的に配置する第２ステップと、
上記第２ステップにより連続的に配置された上記複数の狭帯域キャリアを変調する第３ステップと、
上記第３ステップにより変調された複数の狭帯域キャリアを合成する第４ステップと
を備えることを特徴とする多元接続による信号送信方法。
【請求項２】
上記第２ステップは、上記第１ステップにより連続的に配置された複数のキャリアのうちで隣接するキャリア間には、上記狭帯域キャリアとして電力を零とした狭帯域キャリアを少なくとも１本配置することを特徴とする請求項１記載の多元接続による信号送信方法。
【請求項３】
基地局がかかえる複数の移動局の信号を多元接続して送信する多元接続による信号送信装置において、
予め割り当てられた所定の幅の帯域内に上記複数の移動局に応じて分割した複数のキャリアを連続的に配置し、この連続的に配置された複数のキャリアを各キャリア毎にさらに複数の連続する狭い帯域のキャリアに分割し、上記各移動局への伝送レートを変更するために、この狭帯域キャリアの数を可変にして連続的に配置するキャリア割り当て手段と、
上記キャリア割り当て手段により連続的に配置された上記複数の狭帯域キャリアを変調する複数のキャリア変調手段とを有することを特徴とする多元接続による信号送信装置。
【請求項４】
上記キャリア割り当て手段は、上記連続的に配置された上記複数のキャリアのうちで隣接するキャリア間には、上記狭帯域キャリアとして電力を零とした狭帯域キャリアを少なくとも１本配置することを特徴とする請求項３記載の多元接続による信号送信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のユーザの信号を多元接続して送信する多元接続による信号送信方法及び多元接続による信号送信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、衛星通信又は移動通信等の無線伝送において、一つの中継器又は基地局に複数の地球局又は移動局が参加し、相互に通信を行う多元接続が行われている。例えば、移動通信の場合の多元接続では、一つの基地局を多数の移動局（ユーザー）が共通に使用して通信を行うために、各移動局間の干渉を避けるような種々の方法が考えられている。これらの方法としては、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ：frequency division multiple access）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ：time division multiple access）、及び符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：code division multiple access）がある。
【０００３】
この内、ＣＤＭＡは、各移動局に特定の符号を割り当て、同一搬送波（キャリア）の変調波をこの符号でスペクトル拡散して同一基地局に送信し、受信側では各々符号同期をとり、所望の移動局を識別する多元接続方法である。
【０００４】
すなわち、基地局は、スペクトル拡散でその帯域をすべて占有しており、同一時間、同一周波数帯域を利用して各移動局に送信している。そして、各移動局は、基地局から送信された固定拡散帯域幅の信号を逆拡散（De-Spread）して、該当の信号を取り出す。また、基地局は、互いに異なる拡散符号により、各移動局を識別している。
【０００５】
このＣＤＭＡは、互いに符号を決めておきさえすれば直接呼ぶ毎に通信ができること、また秘話性に優れているので、携帯電話装置等の移動局を使用した無線伝送に適している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このＣＤＭＡでは、移動局間で厳密な直交関係をつくるのが困難であり完全に分離できず、他の移動局を干渉源としてしまう。また、使用する帯域幅を定義すると、それ以外の帯域幅の適用ができなくなる。
【０００７】
例えば、符号により多重化された８つの移動局（ユーザー）用信号から、逆拡散（de-spread）により特定のユーザー用信号を取り出す場合のモデルを図１１に示す。符号により多重化されたＵ0〜Ｕ7の８ユーザー用信号の内、Ｕ0を逆拡散により取り出そうとすると、確かにＵ0のユーザ信号を抽出できるが、同じ基地局で扱う他の７ユーザー用信号Ｕ1〜Ｕ7も干渉源となり図１１の（Ｂ）に示すようにＵ0の信号に乗ってきてしまい、Ｓ／Ｎ特性が劣化する。このため、ＣＤＭＡを適用した無線伝送では、干渉分の劣化により、電波の届きが悪くなり、サービスエリアが狭くなる。また、スペクトルラム逆拡散の過程で得られる拡散利得分だけ他ユーザ干渉を抑圧するのみであるため接続可能なユーザー（移動局）が制限されチャンネル容量が小さくなった。
【０００８】
また、通常、拡散帯域幅は固定されており、多重化できるユーザ数が制限されるので、各国毎に異なる周波数割り当て事情に柔軟に対応できなかった。このため、比較的狭い帯域幅の定義しかできず、最大ユーザレートも制限された。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、各ユーザー間の信号の分離を完全に行えてＳ／Ｎ等の特性の劣化を防ぎ、多重できるユーザー数も帯域幅に応じて最大限得られ、かつ伝送レートの変更を可能とする多元接続による信号送信方法及び多元接続による信号送信装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多元接続による信号送信方法は、上記課題を解決するために、基地局がかかえる複数の移動局の信号を多元接続して送信するための多元接続による信号送信方法において、予め割り当てられた所定の幅の帯域内に上記複数の移動局に応じて分割した複数のキャリアを連続的に配置する第１ステップと、上記第１ステップにより連続的に配置された複数のキャリアを各キャリア毎にさらに複数の連続する狭い帯域のキャリアに分割し、上記各移動局への伝送レートを変更するために、この狭帯域キャリアの数を可変にして連続的に配置する第２ステップと、上記第２ステップにより連続的に配置された上記複数の狭帯域キャリアを変調する第３ステップと、上記第３ステップにより変調された複数の狭帯域キャリアを合成する第４ステップとを備える。
【００１１】
上記第２ステップは、上記第１ステップにより連続的に配置された複数のキャリアのうちで隣接するキャリア間には、上記狭帯域キャリアとして電力を零とした狭帯域キャリアを少なくとも１本配置する。
【００１３】
本発明に係る多元接続による信号送信装置は、上記課題を解決するために、基地局がかかえる複数の移動局の信号を多元接続して送信する多元接続による信号送信装置において、予め割り当てられた所定の幅の帯域内に上記複数の移動局に応じて分割した複数のキャリアを連続的に配置し、この連続的に配置された複数のキャリアを各キャリア毎にさらに複数の連続する狭い帯域のキャリアに分割し、上記各移動局への伝送レートを変更するために、この狭帯域キャリアの数を可変にして連続的に配置するキャリア割り当て手段と、上記キャリア割り当て手段により連続的に配置された上記複数の狭帯域キャリアを変調する複数のキャリア変調手段とを備える。
【００１５】
上記キャリア割り当て手段は、上記連続的に配置された上記複数のキャリアのうちで隣接するキャリア間には、上記狭帯域キャリアとして電力を零とした狭帯域キャリアを少なくとも１本配置する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る多元接続による信号送信方法及び装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
この実施の形態は、携帯電話装置や車載電話装置のような移動局をユーザーとし、このユーザー用の複数の信号を多元接続して送信する図１に示すような基地局１０に本発明の多元接続方法及び装置を適用したものである。
【００１９】
この基地局１０は、予め割り当てられた帯域（Band）内に複数の搬送波（キャリア）を連続的に配置し、該キャリアを分割（Dvision）して変調するマルチキャリア変調部１１と、このマルチキャリア変調部１１で変調された複数のキャリアを合成する加算器１２とを備えてなる。そして、加算器１２からの合成出力をアンテナ１３を介して無線送信する。
【００２０】
すなわち、基地局１０では、予め割り当てられた所定の幅の帯域に連続的に配置された複数のキャリアを、移動局用に分割することによって多元接続を行っている。この多元接続方法を、ここでは帯域分割多元接続（ＢＤＭＡ：Band Division Multipie Access）方法と呼ぶ。
【００２１】
このＢＤＭＡは、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ：frequency division multiple access）とは異なる。ＦＤＭＡは、相対的に低い伝送レートを設定し、必ずしも連続しているわけではないキャリアを周波数軸上に何本もたてるような多元接続方法である。ＢＤＭＡは、上述したように、基地局に比較的広い帯域を最初に割り当て、それを基地局がかかえる各移動局で分ける多元接続方法であり、上記ＦＤＭＡとは異なる。
【００２２】
ここで、マルチキャリア変調部１１は、ユーザー用に分割されたユーザー用信号Ｕ'0，Ｕ'1，・・・Ｕ'mに応じて複数ｍ＋１個のマルチキャリア変調器１１0，１１1，・・・１１mを備えて成る。
【００２３】
このマルチキャリア変調器１１0，１１1，・・・１１mの構成を、図２を用いて説明する。この図２は例えばマルチキャリア変調器１１0の構成を示す。
【００２４】
マルチキャリア変調器１１0は、ユーザ用信号Ｕ'0をキャリア割り当て器２０で複数キャリアに割り当てし、キャリア変調回路２１1，２１2，・・・２１nでそれぞれ変調する。変調された各キャリア変調回路２１1，２１2，・・・２１nの出力は、加算器１２に供給される。
【００２５】
アンテナ１３から送信されたキャリア変調信号は、各ユーザーとなる図３に示すような移動局３０によって受信される。この移動局３０は、例えばキャリア変調ユーザー用信号Ｕ0を受信すると、キャリア復調部３２の各キャリア復調回路３２1，３２2,・・・３２n毎に１本々のキャリア変調信号を復調する。そして、各復調信号は、信号合成部３３で合成される。
【００２６】
移動局３０では、基地局１０からＢＤＭＡにより多元接続されて送信された複数、例えば図４の（Ａ）に示すような１６のキャリア変調ユーザ用信号Ｕ0，Ｕ1，・・・Ｕ15からキャリア変調ユーザー用信号Ｕ0を帯域フィルタによりフィルタリングして、図４の（Ｂ）に示すように取り出す。これは、基地局１０が帯域を分割するＢＤＭＡによりキャリア変調を行っているため可能となる。この場合、各ユーザー間のキャリア変調信号の分離は、フィルタにより完全に行える。すなわち、同じ基地局で扱う他のキャリア変調ユーザー用信号Ｕ1，・・・Ｕ15は、干渉源とならない。このため、取り出したキャリア変調ユーザー用信号Ｕ0に、他のキャリア変調ユーザー用信号が乗ってしまうことがなく、Ｓ／Ｎの劣化を防ぐことができるので、電波の届きが悪いということがない。
【００２７】
また、他ユーザーからの干渉がないので、基地局側では、多重できるユーザー数を予め与えられた帯域幅に応じて決めることができる。
【００２８】
なお、この実施の形態では、図５に示すように、基地局１０に割り当てられた各ユーザー用信号のキャリアの各帯域には、マルチキャリア変調部１１により狭帯域のキャリアが連続的に配置されている。すなわち、マルチキャリア変調部１１は、図５の（Ａ）に示すような各ユーザー用信号Ｕ0，Ｕ1，・・・Ｕ15の各帯域に、図５の（Ｂ）に示すようにキャリアＣを連続的に配置している。
【００２９】
ここでは、１ユーザーに割り当てるキャリアの数を１０としているが、最低１本でもよい。
【００３０】
さらに、マルチキャリア変調部１１は、隣接するユーザー間で隣接帯域干渉を最小限にするため電力零のキャリアを１本、ガードバンド（guard Band）Ｇとして帯域の境界に配置している。ここで、隣接帯域干渉の影響が少なければ電力零のキャリアは０本でもよいし、影響が大きいときは複数本でもよい。
【００３１】
また、マルチキャリア変調部１１は、図６に示すように、ユーザー用に割り当てるキャリアＣの本数を可変できるようにすることで伝送レートを変更することができる。すなわち、マルチキャリア変調部１１は、キャリアＣの本数をユーザーの事情によって任意の単位で分割して帯域分割幅を可変とし、伝送レートの変更を実現できる。図６の（Ａ）に示したキャリア変調ユーザー用信号Ｕ0と、キャリア変調ユーザー用信号Ｕ1のそれぞれのキャリアＣの分割は、図６の（Ｂ）に示すように、異なる数で行うことができる。このため、キャリア変調ユーザー用信号Ｕ0をキャリア変調ユーザー用信号Ｕ1より２倍の伝送レートで送信することができる。
【００３２】
また、マルチキャリア変調部１１は、上記複数のキャリアを直交周波数多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multilex）処理により連続的に図７に示すように配置しても良い。この図７で、ｗ（ｆ）は周波数軸上のパルス波形であり、Ｂはキャリア間隔である。
【００３３】
ここで、ＯＦＤＭについて説明しておく。
【００３４】
通常の変調は、次の（１）式で表され、ｈ（ｔ）というパルス波形を時間軸上に並べてｘkという情報シンボルをのせて、それらを時間軸でずらして重ねたものである。
【００３５】
【数１】
0003780551.tif 000002
【００３６】
この（１）式をフーリエ変換すると、次の（２）式となる。
【００３７】
【数２】
0003780551.tif 000003
【００３８】
そして、この（２）式で時間軸ｔと周波数軸ｆを入れ替えてみる。ｆをｔに、シンボル時間Ｔをキャリア間隔Ｂに、波形成形フィルタＨ（ｆ）を時間窓ｗ（ｔ）に入れ替えて次の（３）式が得られる。
【００３９】
【数３】
0003780551.tif 000004
【００４０】
この（３）式は、ＯＦＤＭの１時間単位分の変調波となる。
【００４１】
すなわち、この（３）式は、周波数軸上にｘkという変調シンボルをならべて、それをexp(-ｊ２πｋＢｔ）というマルチキャリアで変調していることと、変調シンボルｘkを変調し続けると時間軸上に重ならないので時間窓ｗ（ｔ）で制限していることを示している。
【００４２】
通常のマルチキャリアでは、一つ一つの狭帯域キャリア信号は、フィルタリングされるために、処理量が大きく、一つ一つのキャリアに対し若干のガードバンドを必要とし、周波数利用効率が若干落ちてしまう。
【００４３】
そこで、上記ＯＦＤＭ処理を使うと、一つ一つのキャリアの伝送レートをＢ[Hz]とすると、それに要する帯域幅もＢ[Hz]で済む。
【００４４】
また、ＯＦＤＭは高速フーリエ変換（ＦＦＴ）による高速演算が可能であるので、一つ一つのキャリアを別々に処理するよりもはるかに小さい処理で済み、高速化を促進できる。
【００４５】
ここで、ＯＦＤＭを用いる場合は、各キャリアの変調信号の変調タイミングは、互いに同期している必要があるが、基地局から移動局への下りチャンネルは、基地局が一斉に送信するため互いに同期しているので問題とならない。また、移動局から基地局への上りチャンネルでは各移動局間で同期がとれている必要があるが、各移動局に割り当てられたキャリアは一斉に送信するために同期可能であるので、問題とならない。また、上りチャンネルの各移動局間では、各移動局が個々の伝搬遅延を補償するために送信時間を調節するためのタイムアライメントを行うことで互いに変調タイミングを同期させることが可能なので問題とならない。
【００４６】
なお、マルチキャリア変調部１１は、図８〜図１０に示すように、キャリア変調ユーザー用信号を分割してもよい。
【００４７】
例えば、図８は比較的広い周波数割り当ての場合を示している。また、図９は、周波数割り当てが狭い場合を示しているが、周波数割り当てが狭いときは狭いなりに運用が可能である。また、例えば、図１０は、１ユーザーに割り当てられる伝送レートを特に大きくでき、サービスする最大伝送速度に方式上制限がなくなる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係る多元接続による信号送信方法及び装置は、各ユーザー間のキャリアの分離をフィルタにより行えるため、他ユーザーからの干渉を充分低くできるのでＳ／Ｎ特性の劣化を防ぐことができる。また、多重できるユーザー数が他ユーザーからの干渉で制限されず割り当てられた帯域幅に応じて自由に設定でき、かつ最大限度得ることができる。また、ユーザーに割り当てるキャリアの本数を可変することで伝送レートの変更、すなわち可変レートの実現が可能となる。また、ユーザー間のガードバンドは電力零のキャリアを境界におくことで任意に実現できる。また、マルチキャリア変調にＯＦＤＭを用いた場合、ユーザー内のキャリア間にガードバンドを不要とし、周波数利用効率を高めることができる。また、高速フーリエ変換を用いることができるので、小さい処理で済み、高速処理が可能となる。また、例えば、５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、２０ＭＨｚのように、割り当てられたシステム帯域に応じて運用が可能となり、フレキシビリティを実現できる。また、ユーザーがサービスされ得る最大ビットレートに制限がなく、割り当てられた帯域に応じて、ユーザーがサービスされ得る最大ビットレートでどこまで可変できるかが決まる。また、システム帯域がいくらであっても、それより狭帯域の通信であれば実現できる。すなわち、システム帯域が５ＭＨｚ又は１０ＭＨｚで割り当てられようが、それより狭帯域の通信が可能となり、アッパーコンパチビリティが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多元接続方法及び装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】  上記実施の形態の要部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】上記実施の形態から送信される信号を受信する移動局の構成を示すブロック図である。
【図４】  上記実施の形態が行うマルチプルアクセスを示す図である。
【図５】上記実施の形態が行う帯域内のキャリア配置とユーザへの割り当てを示す図である。
【図６】上記実施の形態が行う伝送レートの可変を示す図である。
【図７】ＯＦＤＭ処理を応用した本実施の形態の動作を説明するための図である。
【図８】周波数割り当てが広い場合を示す図である。
【図９】周波数割り当てが狭い場合を示す図である。
【図１０】周波数割り当てが特に広い場合を示す図である。
【図１１】ＣＤＭＡによるマルチプルアクセスと多重数の制限を示す図である。
【符号の説明】
１０  基地局
１１  マルチキャリア変調部
１２  加算器
２０  キャリア割り当て部
【図１】
0003780551.tif 000005
【図２】
0003780551.tif 000006
【図３】
0003780551.tif 000007
【図４】
0003780551.tif 000008
【図５】
0003780551.tif 000009
【図６】
0003780551.tif 000010
【図７】
0003780551.tif 000011
【図８】
0003780551.tif 000012
【図９】
0003780551.tif 000013
【図１０】
0003780551.tif 000014
【図１１】
0003780551.tif 000015