CN101133579A - Ofdm通信系统及ofdm通信方法 - Google Patents

Abstract

在OFDM通信系统中，将频带分割为多个频段，将各频段分配给移动站而进行OFDM数据通信，对频段的传输特性及相邻频段的使用状态进行监视，根据这些信息，决定要将设置于频段边界的保护频段区域用于数据传输，还是将其作为保护频段而不用于数据传输。

Description

OFDM通信系统及OFDM通信方法

技术领域

本发明涉及OFDM(正交频分复用，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)通信系统及OFDM通信方法，特别涉及将频带分割为多个频段并将各频段分配给移动站而进行OFDM数据通信的OFDM通信系统的基站、移动站及OFDM通信方法。

背景技术

·OFDMA访问方式

在使用OFDM通信方式的蜂窝移动通信中，已知有称为OFDMA(正交频分多址，Orthogonal Frequency Division Multiple Access)的如下访问方式：将频带分割为多个频段，将各个频带分配给多个用户，由此对用户进行复用。图18是示出了关于OFDMA访问方式的频带的用户分割情况的图。在图18(A)中，所示的例子是将由31个子载波组成的频带分割为由10个子载波、11个子载波和10个子载波组成的3个频段，各个频段分配给不同的用户。

·下行链路中应用OFDMA的情况

图19示出了在下行链路(从基站到移动站的通信)中应用OFDMA的基站发送机的结构，图20示出了移动站接收机的结构。在下行链路中，对每个频段分配的3个用户的发送数据被分配在图18的1～31的各子载波上，并输入给IFFT部1。IFFT部1对子载波信号进行IFFT处理，将其转换成时域信号，保护间隔插入部2在该时域信号中插入保护间隔(GI：Guard Interval)。在此，如图21所示，保护间隔GI是复制OFDM码元的最后部分而得到的。插入GI后的基带信号通过发送电路(Tx)3的DA转换器3a转换为模拟信号，然后通过频率转换部3b转换成中心频率为f1的RF信号，经带通滤波器3c限制频带，之后被放大并从发送天线4进行发送。图18(B)示出了经过频率转欹之后的RF信号的各频段的带宽及中心频率，将带宽为B1(MHz)的频段分割成带宽为B2(MHz)的三个频段，并且各频段的中心频率为f0、f1和f2。

而且，基站采用如图22所示的帧格式，以一定间隔插入移动站进行信道估计所需要的已知导频信号而进行发送。帧由n个OFDM码元构成，每帧中都插入有导频码元和控制数据码元。

从发送天线4发送出的信号经过衰落路径，被移动站的接收天线5(图20)接收，接收电路(Rx)6将天线所接收的RF信号(图18(B))转换为基带信号。即，通过带宽为B1的带通滤波器6a对天线5所接收的RF信号的频带进行限制，然后输入低噪声放大器6b，低噪声放大器6b将其放大至规定的功率。混频器(mixer)6c将具有解调对象的频段的中心频率的本地信号与低噪声放大器6b的输出信号相乘，将经功率放大之后的RF信号转换为基带信号。例如，如果移动站的解调对象为频段2，则本地振荡器6d产生频率为f1的本地信号，混频器6c通过将该本地信号与RF信号相乘，将其转换为基带信号。在此虽然示出的例子是从RF信号直接转换为基带信号，但是也有先转换为中间频率的方法。

如图18(B)所示，经基带转换后的信号通过具有截止频率为B2/2(MHz)的特性A的抗混叠(anti aliasing)用低通滤波器6e之后，被输入AD转换器6f。AD转换器6f以带宽B2的2倍的采样率将信号转换为数字数据。最后，截止频率为B2/2(MHz)的FIR滤波器6g从经AD转换后的信号中截取并输出期望频段的信号。

FFT定时同步电路7从由接收电路6输出的含有期望频段的信号的时域信号中检测出FFT定时，码元截取部8以该FFT定时截取码元而将其输入到FFT部9中。FFT部9对截取出的每个码元进行FFT处理，将其转换为频域的子载波信号。信道估计电路10计算以一定间隔接收的导频码元与已知的导频模式(pilot pattern)之间的相关度，从而对每个子载波进行信道估计，信道补偿电路11使用信道估计值对数据码元的信道变化进行补偿。通过上述的处理，对分配在图18的1～31的各子载波上的发送数据进行解调，但是OFDMA接收机只对分配给本站的频段上的子载波信号进行解调即可。在图20的例子中，FFT部9输出频段2上的子载波信号11～21，信道补偿部11进行信道补偿，输出解调数据。分配给本站的频段的信息如图22所示的帧格式那样通过在时间上复用的控制信道通知给移动站。在这之后，将所解调的子载波信号11～21转换为串行数据，然后进行解码，这在图中未示出。

·上行链路中应用OFDMA的情况

图23是在上行链路(从移动站到基站的通信)中应用OFDMA的移动站的结构图，图24是基站的结构图。

如图18(A)所示的频段1～频段3分别分配给不同的移动站20₁～20₃。在各移动站20₁～20₃中，用户的发送数据作为子载波信号1～10、11～21、22～31输入给IFFT部21₁～21₃。IFFT部21₁～21₃分别对子载波信号进行IFFT处理，将其转换成时域信号，保护间隔插入部22₁～22₃在该时域信号中插入保护间隔GI。发送电路(Tx)23₁～23₃将输入信号转换为模拟信号，然后转换为对应于各频段的中心频率为f0～f2的RF信号，再进行频带限制，之后将其放大并从发送天线24₁～24₃进行发送。

从各移动站发送出的OFDM调制信号经过各自的路径，被基站的接收天线31(图24)接收，接收电路(Rx)32将RF信号转换为基带信号。即，通过带宽为B1的带通滤波器32a对天线31所接收的RF信号的频带进行限制，然后输入给低噪声放大器32b，低噪声放大器32b将其放大至规定的功率。混频器32c将从本地振荡器32d输出的具有频段B1的中心频率f1的信号与低噪声放大器32b的输出信号相乘，由此将经功率放大之后的RF信号转换为基带信号。经基带转换后的信号通过截止频率为B1/2(MHz)的抗混叠用低通滤波器32e之后，被输入AD转换器32f。AD转换器32f采用带宽B1的2倍的采样率将信号转换为数字数据并输出。

FFT定时同步电路33从由接收电路32输出的含有各频段的信号的时域信号中检测出FFT定时，码元截取部34按照该FFT定时截取码元而将其输入到FFT部35中。FFT部35对截取出的每个码元进行FFT处理，将其转换为频域的子载波信号。信道估计电路36计算以一定间隔接收的导频码元与已知的导频模式之间的相关度，从而对每个子载波进行信道估计，信道补偿电路37使用信道估计值对数据码元的信道变化进行补偿。通过上述的处理，对分配在图18(A)的1～31的各子载波上的3个用户的发送数据进行解调。在这之后，将所解调的子载波信号1～31转换为串行数据，然后对每个频段进行解码，这在图中未示出。

·保护频段

在下行链路中应用OFDMA访问方式的情况下，移动站通过如图25(A)所示那样具有特性A的接收滤波器(图20的低通滤波器6e)，截取出分配给本站的频段，然后使用具有规定带宽的接收机(FFT、信道补偿部等)进行接收处理。此时会发生如下的问题：在由接收滤波器进行频带限制的区域(具有频率衰减特性的倾斜区域)内，子载波的波形失真，从而使得子载波之间失去正交性，干扰成分侵入到频段的频带内。

因此，如图25(B)所示，在频段边界设置保护频段(子载波10、11；21、22)，通过不将此区域的子载波用于数据传输，消除上述干扰的影响。图25(C)示出在移动站，由接收滤波器截取频段2的方法。如图25(C)所示，设计成接收滤波器的倾斜部分处于保护频段区域内，从而能够消除由于波形失真而产生的干扰影响。另外，在使用如图25(A)所示的具有宽带通特性的接收滤波器的情况下，也因在保护频段区域内产生较大的干扰成分，而仍能够防止干扰成分侵入到频段内而产生的影响。

另一方面，在上行链路(从移动站到基站的通信)中应用OFDMA的情况下，基站一并接收多个频段的信号并进行OFDM信号处理。一般地，如图21所示，OFDM具有如下的结构：设置将信号波形的末尾部分复制而附加到OFDM码元的前头的保护间隔GI，对于多路径信号或其它用户信号等的接收定时不同的信号，也仍保持子载波间的正交性。使用图26对这种结构进行简单说明。基站的FFT定时同步部33(图24)测量同时接收的多个用户的接收定时(FFT定时)，从接收信号中截取出除去FFT定时最早的路径(图26示例中为用户1的主波)的保护间隔后的码元位置，进行FFT处理。此时，如果所有用户信号包含在将保护间隔包含在内而截取出的码元中，则根据FFT的性质，能够保持子载波间的正交性。但是，在上行链路中，由于基站与移动站之间的距离或路径状态的差异，每个用户的信号到达基站的定时有很大的差异，存在接收定时差超过保护间隔的情况，产生失去子载波间的正交性的状态。在这种情况下，如图25(B)所示，设置保护频段，能够减少由于相邻频段的子载波间失去正交性而导致的干扰的影响。

另外，在移动通信中，由于基站与移动站的基准频率会产生小偏差，所以载波频率会产生偏移。一般，移动站通过AFC(自动频率控制，Automatic Frequency Control)来补偿载波频率偏移，但是由于AFC的性能因不同终端而各异，所以通过AFC无法补偿的频率偏移根据每个用户而各异。例如已知，当频率偏移量接近子载波频率间隔的十分之一时，由于子载波间干扰的影响，传输特性会大幅恶化。在这种情况下，如图25(B)所示，通过设置保护频段，能够减少从AFC性能较差的用户所使用的频段中产生的子载波间干扰的影响。

如上所述，在使用OFDMA的蜂窝移动通信系统中，通过设置保护频段，能够减少由于子载波间失去正交性而导致的频段间干扰的影响。但是，设置保护频段就是设置不用于通信的频带，这会产生降低该频带所相应的频率利用效率的问题。为了提高频率利用效率，需要不设置保护频段而将所有子载波用于数据传输，但是如前所述，由于接收滤波器的影响、频段间的接收功率差、接收定时差、频率偏移差等的影响，再由于子载波间失去正交性而产生的干扰的影响，使得不能提高吞吐量，不能提高频率利用效率。

作为现有技术，有将被插入保护频段区域的子载波用于数据传输的方法(参照专利文献1)。但是，该现有技术只是示出了当将2个频段汇总为1个频段使用时，保护频段区域也用于数据传输的方法，而没有示出自适应地决定要将保护频段区域用于数据传输，还是将其作为保护频段而不用于数据传输的方法。

针对这些问题，本发明的目的是自适应地决定要将保护频段区域用于数据传输，还是将其作为保护频段而不用于数据传输，从而可以提高频率利用效率。

专利文献1：日本特开2002-319917号

发明内容

在将频带分割为多个频段、将各频段分配给移动站而进行OFDM数据通信的OFDM通信系统中，基站对频段的传输特性及相邻频段的使用状态进行监视，根据这些频段的传输特性及相邻频段的使用状态，决定要将设置于频段边界的保护频段区域用于数据传输，还是将其作为保护频段而不用于数据传输。

例如，在进行下行链路通信时，基站对从移动站接收的规定频段的下行传输特性及相邻频段的使用状态进行监视，根据这些频段的传输特性及相邻频段的使用状态，决定要将设置于频段边界的保护频段区域在下行链路的数据传输时使用，还是将其作为保护频段而不用于数据传输。然后，基站将该决定出的下行链路通信的保护频段区域的使用方法通过控制数据通知给移动站。

另外，在进行上行链路通信时，基站对频段的上行链路通信的传输特性及相邻频段的使用状态进行监视，根据这些频段的传输特性及相邻频段的使用状态，决定要将设置于频段边界的保护频段区域在上行链路的数据传输时使用，还是将其作为保护频段而不用于数据传输，并将该上行链路通信的保护频段区域的使用方法通知给移动站。

移动站根据控制信息关于在下行链路通信中将保护频段区域用于数据传输还是不用于数据传输的指示，对下行发送数据进行解调。另外，根据前述控制信息关于在上行链路通信中将保护频段区域用于数据传输还是不用于数据传输的指示，将上行发送数据分配给规定频段的子载波而对其进行发送。

根据本发明，能够自适应地决定要将保护频段区域用于数据传输，还是将其作为保护频段而不用于数据传输，从而能够提高频率利用效率。

附图说明

图1是本发明的保护频段的自适应控制说明图。

图2是本发明的基站装置的结构图。

图3是OFDM发送部的结构图。

图4是OFDM接收部的结构图。

图5是FFT定时同步电路的结构图。

图6是延迟曲线的波形图。

图7是上行链路的保护频段控制部的决定保护频段使用方法的处理流程图。

图8是下行链路的保护频段控制部的决定保护频段使用方法的处理流程图。

图9是移动站的结构图。

图10是移动站的OFDM接收部的结构示例。

图11是移动站的OFDM发送部的结构示例。

图12是接收功率测量部的结构图。

图13是保护频段附近SIR测量部的结构图。

图14是接收定时测量部的说明图。

图15是频率偏移测量部的结构图。

图16是相位差计算部的结构图。

图17是频率偏移计算部的说明图。

图18是示出了OFDMA访问方式的频带的用户分割情况的图。

图19是基站的OFDM发送部的结构图。

图20是移动站的OFDM接收部的结构图。

图21是保护间隔GI的说明图。

图22是帧格式说明图。

图23是移动站的OFDM发送部的结构图。

图24是基站的OFDM接收部的结构图。

图25是OFDMA访问方式的保护频段说明图。

图26是保持子载波间的正交性的结构说明图。

具体实施方式

(A)本发明的概述

·保护频段的自适应控制

在OFDMA中，根据接收功率、接收定时或频率偏移等通信条件有需要保护频段的情况和不需要保护频段的情况。在本发明中，根据通信条件，自适应地如图1(A)示出那样将保护频段区域(子载波10、11；21、22)用于数据传输，或如图(B)和(C)示出那样设置保护频段。由此，能够确实提高频率利用效率。

例如，进行高传输速率的数据通信的移动站使用16QAM或64QAM等多值调制或高编码率的纠错编码。这种情况下，容易受由于相邻频段的子载波间失去正交性而导致的干扰的影响。因此，在进行高传输速率的数据通信时设置保护频段，提高传输效率(图1(B))。另一方面，进行低传输速率的数据通信的移动站使用BPSK或QPSK等调制方法或低编码率的纠错编码。在这种情况下，由于相邻频段的子载波间失去正交性而导致的干扰的影响不太大。因此，在进行低传输速率的数据通信时，不设置保护频段，其区域也用于数据传输，从而提高传输效率(图1(A))。这样，根据用户的传输速率自适应地控制设置保护频段，或者将保护频段区域用于数据传输，从而提高频率利用效率。

·下行链路的保护频段的自适应控制

当通过下行链路将各用户的信号分配给各个频段而进行发送时，基站决定要将保护频段区域用于数据传输，还是将其作为保护频段而不用于数据传输。然后，使用控制信道将关于是否要给保护频段分配数据的信息通知给各移动站。通过设置这样的结构，能够自适应地控制保护频段的使用方法。具体地说，基站通过如下所述的方式进行保护频段的自适应控制。

(1)如果在某个频段没有要相应分配的用户，则基站就进行控制，使得该频段两端的保护频段区域用于各自相邻频段的数据传输。

(2)如果在某个频段中应用了比预先设定的传输速率高的传输速率，则基站就进行控制，使得该频段两端的保护频段区域用作保护频段，而不用于数据传输(图1(B))。除了传输速率以外，还可以将调制方式或编码率作为判断标准。

(3)基站可以将来自移动站的反馈信息用作决定保护频段的使用方法的条件。移动站使用OFDM的各子载波中对时间进行复用得到的导频码元，测量下行链路的接收功率，通过上行链路的控制信道将该信息反馈给基站。基站对所反馈的每个频段的接收功率进行比较，在相邻频段间的接收功率差为预先设定的阈值以上的情况下，进行控制，使得将这些频段之间的保护频段区域用作保护频段，而不用于数据传输(图1(C))。

(4)另外，移动站使用OFDM的各子载波中对时间进行复用得到的导频码元，测量保护频段区域或保护频段区域附近的接收SIR(信噪比，Signal to Interference Ratio)，将该信息反馈给基站。在所反馈的SIR为预先设定的阈值以下的情况下，基站进行控制，使得将该保护频段区域用作保护频段，而不用于数据传输(图1(C))。此外，移动站也可以通过将所测量的SIR与预先设定的阈值进行比较，来决定保护频段的使用方法，并对基站请求保护频段区域的使用方法。

·上行链路的保护频段的自适应控制

在上行链路中，基站根据所测量的信息来决定保护频段区域的使用方法，利用下行链路的控制信道等，对移动站指示保护频段的使用方法。通过设置这样的结构，能够自适应地控制保护频段的使用方法。具体地说，基站通过如下的方式进行保护频段的自适应控制。

(1)如果上行链路的某个频段没有要相应分配的用户，则基站就通知移动站使其将该频段两端的保护频段区域用于相邻的各频段的数据传输。

(2)基站使用OFDM的各子载波中对时间进行复用得到的导频码元，测量上行链路的每个频段的接收功率，在相邻频段间的接收功率差为预先设定的阈值以上的情况下，通知移动站使其将这2个频段间的保护频段区域用作保护频段，而不用于数据传输(图1(C))。

(3)如果分配给上行链路的某个频段的传输速率高于预先设定的传输速率，则基站通知移动站使其将该频段两端的保护频段区域用作保护频段，而不用于数据传输(图1(B))。除了传输速率以外，还可以将调制方式或编码率作为判断标准。

(4)基站使用OFDM的各子载波中对时间进行复用得到的导频码元，测量保护频段区域或保护频段区域附近的接收SIR，在其值为预先设定的阈值以下的情况下，通知移动站使其将该保护频段区域用作保护频段，而不用于数据传输(图1(C))。

(5)基站使用OFDM的各子载波中对时间进行复用得到的导频码元，测量上行链路的每个用户的延迟曲线。然后，将2个相邻频段的接收定时差与保护间隔的长度进行比较，在该定时差为预先设定的阈值以上的情况下，通知移动站使其将这2个频段间的保护频段区域用作保护频段，而不用于数据传输(图1(C))。

(6)基站使用OFDM的各子载波中对时间进行复用得到的导频码元，测量上行链路的每个用户的频率偏移量。然后，将2个相邻频段的频率偏移差与子载波频率间隔进行比较，在频率偏移差为预先设定的阈值以上的情况下，通知移动站使其将这2个频段间的保护频段区域用作保护频段，而不用于数据传输(图1(C))。

(B)实施例

(a)基站

图2是本发明的基站装置的结构图，其表示如下情况：如图1所示，将由31个子载波组成的频带分割为10个子载波、11个子载波和10个子载波的3个频段1～3，对各频段1、2、3分配用户1、2、3而进行OFDM传输。

发送控制部51针对每个用户决定编码率和调制方式并将其输入到用户数据调制/分配部52、保护频段控制部53及控制数据形成部55。用户数据调制/分配部52以从发送控制部51针对每个用户指示的编码率对用户数据进行编码，同时根据所指示的调制方式(BPSK、QPSK、16QAM等)对用户数据进行调制，并分配给对应频段的帧生成部54₁～54₃。另一方面，保护频段控制部53通过后述的控制，对各帧生成部54₁～54₃和控制数据形成部55通知在进行下行数据传输时是否也可以使用各频段两侧的保护频段区域的情况，换言之通知是否应当在频段两侧设置保护频段的情况。

控制数据形成部55不仅形成关于每个用户的编码率或调制方式的数据，还形成对下行链路及上行链路通知频段1～3的保护频段使用方法的数据，并分别输入帧生成部54₁～54₃。另外，导频形成部56形成其模式与各频段对应的导频，并分别输入帧生成部54₁～54₃。各帧生成部54₁～54₃按照图22中的帧格式所示的定时，对规定的子载波1～31分配导频、控制数据、和发送数据。

在被指示了将频段1的保护频段区域(子载波10)用作保护频段的情况下，帧生成部54₁根据帧格式，对子载波1～9分配频段1的导频码元、频段1的控制数据码元、频段1的发送数据码元，在被指示了将该保护频段区域可以用于数据传输的情况下，帧生成部54₁根据帧格式，对子载波1～10分配这些码元。

在被指示了将频段2的保护频段区域(子载波11和21)用作保护频段的情况下，帧生成部54₂根据帧格式，对子载波12～20分配频段2的导频码元、频段2的控制数据码元、频段2的发送数据码元，在被指示了将该保护频段区域可以用于数据传输的情况下，帧生成部54₂根据帧格式，对子载波11～21分配这些码元。另外，在被指示将一个保护频段区域(子载波11)用作保护频段且将另一个保护频段区域(子载波21)可以用于数据传输的情况下，帧生成部54₂根据帧格式，对子载波12～21分配频段2的导频码元、频段2的控制数据码元、频段2的发送数据码元。

在被指示了将频段3的保护频段区域(子载波22)用作保护频段的情况下，帧生成部54₃根据帧格式，对子载波23～31分配频段3的导频码元、频段3的控制数据码元、频段3的发送数据码元，在被指示了将该保护频段区域可以用于数据传输的情况下，帧生成部54₃根据帧格式，对子载波22～31分配这些码元。

OFDM发送部57具有如图3所示的结构，其工作方式与图19所说明的情况相同。即，IFFT部57a对从帧生成部54₁～54₃输入的子载波信号1～31进行IFFT处理，将其转换成时域信号，保护间隔插入部57b在该时域信号中插入保护间隔GI，发送部57c将保护间隔插入部57b所输出的基带信号转换成中心频率为f1的RF信号，然后从发送天线58进行发送。

另外，从各移动站发送出的OFDM调制信号经过各个路径，被基站的接收天线61接收，输入OFDM接收部62。OFDM接收部62具有如图4所示的结构，其工作方式与图24所说明的情况相同。即，接收电路62a将RF信号转换为基带信号，FFT定时同步电路62b从接收电路62a所输出的含有各频段的信号的时域信号中检测出FFT定时，码元截取部62c按照该FFT定时截取出码元并将其输入FFT部62d。FFT部62d对截取出的每个码元进行FFT处理，将其转换为频域的子载波信号1～31。信道估计电路62e计算按照一定间隔接收的导频码元与已知的导频模式之间的相关度，从而对每个子载波进行信道估计，信道补偿电路62f使用信道估计值对数据码元的信道变化进行补偿。

图5是FFT定时同步电路62b的结构图，其具有运算接收信号与每个用户的导频码元副本(已知)之间的相关度的相关度运算器62b₁～62b₃和根据频段1～3检测最快速路径的最快速路径检测部62b₄。该FFT定时同步电路62b根据每个用户的导频码元副本与接收信号之间的相关度运算，计算出每个用户的延迟曲线(参照图6)，从中检测出最快速路径的定时，即延迟曲线为阈值以上的上升沿定时t1～t3中的最初定时，将此检测出的定时作为FFT定时输入到码元截取部62c中。

返回图2，OFDM接收部62对从移动站通过控制信道发送来的下行链路的传输特性数据进行解码并将其输入到保护频段控制部53中，同时将子载波1～31的信道估计值及延迟曲线(图6)输入到频段1～3的测量电路63₁～63₃中。下行链路的传输特性数据是指下行接收功率及保护频段区域或其附近的子载波的接收SIR。

各频段的测量电路63₁～63₃测量上行链路的频段1～3的传输特性并将其输入到保护频段控制部53中。即，测量电路63₁～63₃包括用于测量各频段的上行接收功率的接收功率测量部PWM、用于测量各频段的保护频段附近的子载波的接收SIR的SIR测量部SIM、用于测量各频段的码元接收定时的接收定时测量部RTM和用于测量各频段的频率偏移的频率偏移测量部FOM，其将所测量的上行接收功率、上行接收SIR、接收定时和频率偏移输入给保护频段控制部53。各测量部的结构将后述。

保护频段控制部53根据从发送控制部51输入的频段的使用状态、从各测量电路63₁～63₃输入的上行链路的传输特性、从OFDM接收部62输入的下行链路的传输特性，分别针对上行链路和下行链路，决定在下行数据传输时是否也可以使用各频段两侧的保护频段区域的情况，即决定是否应当在频段两侧设置保护频段的情况，并通知帧生成部54₁～54₃和控制数据形成部55。

(b)决定保护频段使用方法的处理

图7是上行链路的保护频段控制部53决定保护频段使用方法的处理流程图。

保护频段控制部53判断对各频段是否已分配用户(移动站)(步骤101)，如果存在未分配用户的频段，则决定要将该频段两侧的保护频段区域用于相邻频段的数据传输(步骤102)。参照图1(B)，保护频段区域为子载波10、11；21、22。因此，例如如果对频段2未分配用户，则决定要将频段1的子载波10用于数据传输，将频段3的子载波22用于数据传输。

接着，保护频段控制部53参照传输速率或调制方式或编码率来检查是否存在进行具有高传输速率的数据通信者(步骤103)。如果存在，则决定不将该频段两侧的保护频段区域用于数据传输(步骤104)。例如，如果频段2的传输速率高，则决定不将频段1的子载波10用于数据传输，决定不将频段2的子载波11和21用于数据传输，决定不将频段3的子载波22用于数据传输。

接着，保护频段控制部53对各频段的上行接收功率进行比较，检查是否存在相邻频段的接收功率差大者(步骤105)，如果存在，则决定不将位于相邻频段的边界上的保护频段区域的子载波用于数据传输(步骤106)。

在步骤105和106的判断处理结束之后，检查上行链路的各频段的保护频段区域的接收SIR是否很大(步骤107)，如果接收SIR很大，则决定要将该保护频段区域附近的子载波用于数据传输，如果接收SIR小，则决定要将其用作保护频段(步骤108)。

接着，保护频段控制部53检查上行链路中相邻频段的接收定时差是否大于预先设定的阈值(步骤109)，如果大于预先设定的阈值，则决定不将位于相邻频段边界上的保护频段区域用于数据传输(步骤110)。

最后，保护频段控制部53检查上行链路中相邻频段的频率偏移差是否大于预先设定的阈值(步骤111)，如果大于预先设定的阈值，则决定不将位于相邻频段的边界上的保护频段区域用于数据传输(步骤112)，然后结束处理。之后保护频段控制部53对每帧重复上述的处理。

图8是下行链路的保护频段控制部53决定保护频段使用方法的处理流程图，步骤201～204与图7的步骤101～104的处理相同。

在步骤203和204的处理结束之后，保护频段控制部53对从各移动站通知的信息(反馈信息)中所包含的下行接收功率进行比较，检查是否存在相邻频段的接收功率差大者(步骤205)，如果存在，则决定不将位于相邻频段的边界上的保护频段区域的子载波用于数据传输(步骤206)。

接着，保护频段控制部53检查在从各移动站通知的反馈信息中包含的下行链路的各频段的保护频段区域附近的接收SIR是否很大(步骤207)，如果接收SIR很大，则决定要将该保护频段区域的子载波用于数据传输，如果接收SIR小，则决定要将其用作保护频段(步骤208)。之后保护频段控制部53对每帧重复上述的处理。

(c)移动站

图9是移动站的结构图，假设在该移动站上分配了频段2。

从基站发送出的信号经过衰落路径，被移动站的接收天线71接收，接收信号被输入OFDM接收部72。

OFDM接收部72具有如图10所示的结构，其工作方式与图20所说明的情况相同。即，接收电路(Rx)72a基于天线71所接收的RF信号输出例如频段2的基带信号。FFT定时同步电路72b从接收电路72a所输出的含有频段2的信号的时域信号中检测出FFT定时，码元截取部72c按照该FFT定时截取出码元并将其输入给FFT部72d。FFT部72d对截取出的每个码元进行FFT处理，将其转换为频段2的频域信号，即子载波信号11～21。

返回图9，信道估计电路73计算以一定间隔接收的导频码元与已知的导频模式之间的相关度，进行子载波11～21的信道估计，控制信道解调部74使用信道估计值对控制信道进行解调，求出关于下行链路及上行链路的频段2的保护频段使用方法，向数据信道解调部75通知下行链路的保护频段使用方法DLGB，向帧生成部76通知上行链路的保护频段使用方法ULGB。

数据信道解调部75使用信道估计值对数据信道进行解调，根据下行链路的保护频段使用方法DLGB输出解调数据。例如，如果保护频段区域的子载波11和21被用作保护频段，则输出子载波12～20的解调数据，如果子载波11和21被用于数据传输，则输出子载波11～21的解调数据。

测量电路77使用信道估计值来测量下行接收功率PW及保护频段区域或保护频段区域附近的子载波的接收SIR并将其输入帧生成部76。

帧生成部76根据从控制信道解调部74通知的上行链路的保护频段使用方法ULGB，根据图22的帧格式，在频段2的子载波11～21上分配导频码元、含有下行接收功率PW及接收SIR的控制数据码元、发送数据码元并将其输入OFDM发送部78。即，如果帧生成部76被指示了将频段2的保护频段区域用作保护频段，则根据帧格式，在子载波12～20上分配导频码元、控制数据码元、发送数据码元，如果被指示了将该保护频段区域可以用于数据传输，则根据帧格式，在子载波11～21上分配这些码元并输入OFDM发送部78。

OFDM发送部78具有如图11所示的结构。IFFT部78a对子载波信号11～21进行IFFT处理，将其转换成时域信号，保护间隔插入部78b在该时域信号中插入保护间隔GI，发送电路(Tx)78c将输入信号转换为基带信号，然后将频率转换成对应于频段2的中心频率为f1的RF信号并进行频带限制，将其放大之后从发送天线79进行发送。

(d)测量电路

图12是图2的接收功率测量部PWM的结构图，其也可以使用于图9的测量电路77的接收功率测量。

信道估计部62e输出构成频段的子载波的量的信道估计值h_i＝H_i×exp(jθ_i)(i＝1～n)，功率计算部81a通过将振幅平方|h_i|²来计算各子载波的功率，合计部81b利用如下式：

P＝∑_i|h_i|²(i＝1～n)(1)

计算频段的总功率P。

图13是图2的保护频段附近SIR测量部SIM的结构图，其也可以使用于图9的测量电路77的保护频段附近SIR测量。

平均值计算部85b计算N个码元的子载波信号的平均值m，期望波功率计算部85c通过将平均值m的I、Q轴分量平方并相加来计算m²(期望信号的功率S)。接收功率计算部85d通过将子载波信号的I轴分量H_I和Q轴分量H_Q平方并相加，即通过计算如下式P＝H_I ²+H_Q ²来计算接收功率P，平均值计算部85e计算接收功率的平均值，减法器85f从接收功率的平均值减去m²(期望波功率S)而输出干扰波功率I，SIR计算部85g利用期望波功率S和干扰波功率I根据如下式：

SIR＝S/I    (2)

来计算SIR。当包含期望信号及干扰波的输入信号为xi(i＝1，2，...N)时，输入信号的平均值m通过如下式计算得到：m＝(1/N)·∑xi(i＝1，2，...N)，将平均值m平方所得到的是期望波功率S。另一方面，将输入信号与平均值之差平方所得到的平均值(方差)σ²是干扰波功率I，其通过如下式计算得到：σ²＝(1/N)·∑(xi-m)²(i＝1，2，...N)。对上述式进行变形得到：

σ²＝(1/N)·∑|xi|²(2m/N)·∑xi+(1/N)·∑m²

＝(1/N)·∑|xi|²-2m²+m²

＝[(1/N)·∑|xi|²]-m²(3)

因此，接收功率计算部85d及平均值计算部85e执行式(3)右边第1项的计算，减法器85f从平均值计算部85e的输出减去m²(期望波功率S)而输出干扰波功率I，SIR计算部85g执行式(2)的计算而输出SIR。

图14是图2的接收定时测量部RTM的说明图，与图5的结构中相同的部分采用相同的符号。在接收定时测量部RTM中被输入从FFT定时同步电路62b的相关度运算器62b₁～62b₃输出的延迟曲线(参照图6)，将各延迟曲线为阈值以上的上升沿定时t1～t3测量为来自各用户的接收定时。

图15是图2的频率偏移测量部FOM的结构图，分别示出频段1～3的频率偏移测量部FOM。各频段的频率偏移测量部FOM分别计算每个子载波的信道估计值h_n的相位变化量，根据其平均值求出频率偏移量f_offset。由于每个用户的子载波已确定，所以能够求出每个用户的频率偏移量。由于各频段的频率偏移测量部的结构是相同的，所以只对频段1的频率偏移测量进行说明。

从频段1的信道估计部62e₁将子载波1～10的信道估计值h₁～h₁₀输入给频率偏移测量部的相位差计算部91₁～91₁₀。相位差计算部91₁～91₁₀如图16所示具有延迟电路92和相位差计算部93，将导频插入间隔的期间T内的信道估计值h₁～h₁₀各自的相位变化作为偏移频率而进行检测。即，当基站的基准频率与用户(移动站)的频率之间存在偏移时，信道估计值的相位出现偏差，偏移越大，则相位偏差越大。因此由延迟部92将导频周期内的信道估计值h_n延迟，相位差计算部93计算并输出被延迟的信道估计值h_n(t-T)与当前的信道估计值h_n(t)之间的相位差：Δθ＝∠h_n(t)-∠h_n(t-T)。频率偏移计算部94₁如图17所示，利用各子载波的频率偏移的平均值根据下式来计算频段1的偏移频率：

$f_{\mathrm{offset}}=\frac{1}{2\mathrm{\πT}}\·\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_n---\left(4\right)$

其它频段2和3也可以根据相同的方式来计算偏移频率。

以上的说明是对子载波数目为31个且频段数目为3个的情况进行说明的，但是很明显，本发明不限于这些数目。

如前所述，根据本发明，通过对保护频段区域的使用方法进行自适应性的控制，能够有效使用频带，提高频率利用效率。此外，基站根据路径特性或移动站的反馈信息、相邻频段的使用状态，自适应地控制使用/不使用保护频段区域，从而可以提高系统的吞吐量。

Claims (17)

1.一种OFDM通信方法，该OFDM通信方法将频带分割为多个频段，并将各频段分配给移动站而进行OFDM数据通信，该OFDM通信方法的特征在于，该OFDM通信方法执行如下处理：

对频段的传输特性及相邻频段的使用状态进行监视；以及

根据这些频段的传输特性及相邻频段的使用状态，决定要将设置于频段边界的保护频段区域用于数据传输，还是将其作为保护频段而不用于数据传输。

2.一种OFDM通信方法，该OFDM通信方法将频带分割为多个频段，并将各频段分配给移动站而进行OFDM数据通信，该OFDM通信方法的特征在于，该OFDM通信方法执行如下处理：

对从移动站接收的下行传输特性及相邻频段的使用状态进行监视；以及

根据这些频段的传输特性及相邻频段的使用状态，决定要将设置于频段边界的保护频段区域用于下行链路的数据传输，还是将其作为保护频段而不用于数据传输。

3.如权利要求2所述的OFDM通信方法，其特征在于，基站通过控制数据将下行链路通信的保护频段区域的使用方法通知给移动站。

4.一种OFDM通信方法，该OFDM通信方法将频带分割为多个频段，并将各频段分配给移动站而进行OFDM数据通信，该OFDM通信方法的特征在于，该OFDM通信方法执行如下处理：

对频段的上行链路通信的传输特性及相邻频段的使用状态进行监视；

根据这些频段的传输特性及相邻频段的使用状态，决定要将设置于频段边界的保护频段区域用于上行链路的数据传输，还是将其作为保护频段而不用于数据传输；以及

将该上行链路通信的保护频段区域的使用方法通知给移动站。

5.如权利要求4所述的OFDM通信方法，其特征在于，移动站根据保护频段区域的使用方法的指示，向基站发送数据。

6.如权利要求2或4所述的OFDM通信方法，其特征在于，当对于某一个频段不存在要相应分配的用户时，基站就将该频段两端的保护频段区域用于各自相邻频段的数据传输。

7.如权利要求2或4所述的OFDM通信方法，其特征在于，当在某个频段中进行高传输速率的数据通信时，基站决定不将该频段两端的保护频段区域用于数据传输。

8.如权利要求2或4所述的OFDM通信方法，其特征在于，在相邻频段的接收功率差大的情况下，基站决定不将相邻频段边界的保护频段区域用于数据传输。

9.如权利要求2或4所述的OFDM通信方法，其特征在于，在保护频段附近的子载波的接收SIR小的情况下，基站决定不将该保护频段区域用于数据传输。

10.如权利要求4所述的OFDM通信方法，其特征在于，在相邻频段的接收定时差大的情况下，基站决定不将相邻频段边界的保护频段区域用于数据传输。

11.如权利要求4所述的OFDM通信方法，其特征在于，在相邻频段的频率偏移差大的情况下，基站决定不将相邻频段边界的保护频段区域用于数据传输。

12.一种基站，该基站用于将频带分割为多个频段，并将各频段分配给移动站而进行OFDM数据通信的OFDM通信系统，该基站的特征在于，该基站包括：

信息接收部，其从移动站接收反馈信息，该反馈信息是关于下行链路通信的传输特性的信息；

监视部，其对相邻频段的使用状态进行监视；

测量部，其测量上行链路通信的各频段的传输特性；以及

频段控制部，其根据来自所述移动站的反馈信息、相邻频段的使用状态、和频段的传输特性，决定要将设置于频段边界的保护频段区域用于数据传输，还是将其作为保护频段而不用于数据传输。

13.如权利要求12所述的基站，其特征在于，该基站包括OFDM发送部，该OFDM发送部根据在下行链路通信时要使用还是不使用所述保护频段区域，将通过所述各频段发送的数据分配给子载波并对其进行OFDM传输。

14.如权利要求13所述的基站，其特征在于，所述OFDM发送部通过控制数据将下行链路通信的保护频段区域的使用方法通知给移动站。

15.如权利要求12所述的基站，其特征在于，所述OFDM发送部通过控制数据将上行链路通信的保护频段区域的使用方法通知给移动站。

16.一种移动站，该移动站用于将频带分割为多个频段，并将各频段分配给移动站而进行OFDM数据通信的OFDM通信系统，该移动站的特征在于，该移动站包括：

OFDM接收部，其通过规定频段从基站接收下行发送数据和控制信息；

测量部，其测量下行链路通信的传输特性；

OFDM发送部，其将该测量的传输特性发送给基站；

控制信息解调部，其对从基站发送的控制信息进行解调；以及

数据解调部，其根据控制信息关于在下行链路通信中要将保护频段区域用于数据传输还是不用于数据传输的指示，对下行发送数据进行解调。

17.如权利要求16所述的移动站，其特征在于，所述OFDM发送部具有执行如下处理的单元：根据所述控制信息关于在上行链路通信中要将保护频段区域用于数据传输还是不用于数据传输的指示，将上行发送数据分配给规定频段的子载波并对其进行发送。

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