CN102088435B - 无线发送装置、无线发送方法和无线接收方法 - Google Patents

无线发送装置、无线发送方法和无线接收方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线发送装置、无线发送方法和无线接收方法。无线发送装置包括：调制单元，对发送数据进行调制；逆变换单元，将经调制的发送数据，从频域逆变换到时域；数据重复单元，基于预先决定的重复次数，对作为重复单位的每个数据部分，在时间轴方向上多次重复经逆变换的发送数据而生成重复数据；以及无线发送单元，对所生成的重复数据进行发送。根据本发明，能够抑制由保护区间的附加造成的功率(energy)损失，并能够提高接收质量。

Description

无线发送装置、无线发送方法和无线接收方法
本申请是申请日为2006年3月10日、申请号为200680007654.0、发明名称为“无线发送装置和无线接收装置”的发明专利申请的分案申请。 
技术领域
本发明涉及无线发送装置、无线发送方法和无线接收方法，特别涉及在OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex；正交频分复用)传输系统中所使用的无线发送装置、无线发送方法和无线接收方法。 
背景技术
近年来，作为下一代移动通信系统，正在研究以高速大容量提高容错性的OFDM方式。作为OFDM方式，有在专利文献1中所公开的技术。以下，简单地说明该技术。 
如图1所示，在专利文献1中所公开的传输系统中，生成将发送数据(图中的数据部分)的后端的规定的一部分作为保护区间(以下，省略为“GI”)而附加在数据部分的开头的信号。这样生成的信号从发送装置发送，并在传播路径中直达波和延迟波被合成而到达接收装置。 
如图2所示，在接收装置中，对所接收的数据进行定时同步处理，并从直达波的数据部分的开头，提取数据部分长度的信号。由此，在提取出的信号中，包含直达波分量、延迟波分量以及接收装置中的噪声分量，并且提取出的信号为合成了这些分量的信号。然后，对提取出的信号进行FFT(Fast Fourier Transform)处理并进行解调。 
[专利文献1]特开2004-40507号公报 
发明内容
发明需要解决的问题 
然而，在上述的专利文献1所公开的技术中，通过附加GI而重复发送相同的数据，所以不用于解调的GI部分的功率(energy)被浪费。一般来说， 将GI设为数据部分长度的百分之十至二十五的情况较多，所以总是有将近百分之十至二十五的发送功率(energy)被浪费。 
尤其，在使用某个OFDM码元对多个接收装置同时发送数据的情况，例如，在发送广播信道、发送共用控制信道、发送共用数据信道的情况和在将副载波的一部分发送到接收装置A，将其他的一部分发送到与接收装置A不同的其他的接收装置B的情况等，GI部分的功率(energy)损失进一步增大。具体来说，如图3所示，发送装置将所有副载波中的一部分(在图中以实线表示的副载波)用于向接收装置(用户)A的发送，而且将其他的一部分(在图中以虚线表示的副载波)用于向接收装置(用户)B的发送时，到接收装置A的传播路径中的最大延迟时间被假设为τmax A，且到接收装置B的传播路径中的最大延迟时间被假设为τmax B(τmax A＜τmax B)(参照图4)。 
考虑在这样的状况下设计GI时，必须选择延迟波为最大的接收装置，并使用与所选择的接收装置对应的长度的GI，所以必须使GI长度比τmaxB更长。因此，对接收装置A发送所需量以上长度的GI，从而浪费GI的发送功率(energy)。 
本发明的目的是，提供能够抑制由附加GI所造成的功率(energy)损失，并能够提高接收质量的无线发送装置和无线接收装置。 
解决该问题的方案 
本发明的无线发送装置所采用的结构，包括：调制单元，对发送数据进行调制；逆变换单元，将所述调制单元所调制的发送数据，从频域逆变换到时域；以及数据重复单元，对作为重复单位的每个数据部分，在时间轴方向上多次重复发送由所述逆变换单元所变换的信号。 
本发明的无线接收装置所采用的结构，包括：接收单元，接收从频域逆变换到时域且在时间轴方向上多次重复发送的信号；开头数据提取单元，从所述接收单元所接收的信号的成为重复单位的数据部分中的开头数据部分，提取未受到在时间上相邻的数据的干扰的部分；合成单元，将所述接收单元所接收的信号的除了开头数据部分以外的各个数据部分的后端，与所述开头数据提取单元所提取的开头数据部分的后端对齐后进行合成；以及变换单元，将所述合成单元所合成的信号，从时域变换到频域。 
根据本发明的一个方面，提供了一种无线发送装置，包括：调制单元，对发送数据进行调制；逆变换单元，将所述调制过的发送数据从频域逆变换 到时域，并将在作为所述逆变换过的发送数据的正交频分复用码元的全部副载波中的一部分副载波，使用于发往第一接收装置的发送数据，将另一部分副载波使用于发往第二接收装置的发送数据；数据重复单元，基于预先决定的重复次数，对作为重复单位的每个数据部分，在时间轴方向上多次重复经逆变换的发送数据而生成重复数据；以及发送无线电频率单元，发送所生成的重复数据。 
根据本发明的另一个方面，提供一种无线发送方法，包括：调制步骤，对发送数据进行调制；逆变换步骤，将所述调制过的发送数据从频域逆变换到时域，并将在作为所述逆变换过的发送数据的正交频分复用码元的全部副载波中的一部分副载波，使用于发往第一接收装置的发送数据，将另一部分副载波使用于发往第二接收装置的发送数据；数据重复步骤，基于预先决定的重复次数，对作为重复单位的每个数据部分，在时间轴方向上多次重复经逆变换的发送数据而生成重复数据；以及发送无线电频率步骤，发送所生成的重复数据。 
根据本发明的又一个方面，提供了一种无线接收方法，包括：无线接收步骤，接收从频域逆变换到时域且在时间轴方向上被多次重复而生成并被发送的重复数据；开头数据提取步骤，从所接收的重复数据的、作为重复单位的数据部分中的开头数据部分，提取未受到在时间上相邻的数据的干扰的部分；数据位置调整步骤，使所接收的重复数据的、除了开头数据部分以外的各个数据部分的后端，与提取出的开头数据部分的后端对齐而进行位置调整；合成步骤，对所述位置调整过的重复数据的、除了开头数据部分以外的各个数据部分与所述位置调整过的开头数据进行合成而生成合成信号；变换步骤，将所述合成后的合成信号，从时间轴上的信号变换为频率轴上的信号；以及解调步骤，对所述变换过的合成信号进行解调。 
发明的有益效果 
根据本发明，能够抑制由保护区间的附加造成的功率(energy)损失，并能够提高接收质量。 
附图说明
图1是表示GI的生成方法的图。 
图2是用于说明专利文献1所公开的接收装置中的接收处理的图。 
图3是表示对多个接收装置分配副载波的情况的图。 
图4是表示在多个接收装置中的最大延迟时间不同的情况的图。 
图5是表示本发明实施方式1的无线发送装置的结构的方框图。 
图6是表示由图5所示的发送装置发送的信号的数据格式的图。 
图7是表示本发明实施方式1的接收装置的结构的方框图。 
图8是表示图7所示的接收装置所接收的数据的图。 
图9是用于说明图7所示的接收装置中的接收处理的图。 
图10是用于说明FFT处理的效果的图。 
图11是表示本发明实施方式2的无线接收装置的结构的方框图。 
图12A是用于说明图11所示的接收装置中的接收处理的图。 
图12B是用于说明图11所示的接收装置中的接收处理的图。 
图13是表示功率控制的情况的概念图。 
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。 
(实施方式1) 
图5是表示本发明实施方式1的无线发送装置100的结构的方框图。在该图中，调制单元101以PSK调制和QAM调制等调制方式，对所输入的发送数据进行调制，对调制后的信号进行扩频处理，并将扩频处理后的信号输出到S/P变换单元102。 
S/P变换单元102将从调制单元101输出的串行信号变换为并行信号，并将并行信号映射到各个副载波。变换后的并行信号被输出到IFFT(Inverse FastFourier Transform)单元103。 
IFFT单元103通过对从S/P变换单元102输出的并行信号进行IFFT处理，将以副载波为单位配置了数据的频率轴上的信号变换为时间轴上的信号，并将变换后的时间轴上的信号输出到数据重复单元104。 
数据重复单元104被输入由未图示的高层或传播环境信息决定的重复次数N。数据重复单元104将从IFFT单元103输出的信号的时间轴数据，向发送RF单元105重复输出N次。 
发送RF单元105对从数据重复单元104输出的信号进行D/A转换和上变频等规定的无线发送处理，并通过天线106发送已进行了处理的信号。 
图6表示由该发送装置100发送的信号的数据格式。图6是将副载波数设为4，且将重复次数设为N的情况的图。图6表示将构成重复单位(数据)的信号作为样本信号，并将由4个样本信号构成的数据重复N次的情况。也就是说，使IFFT处理后的4个样本的时间轴方向样本信号重复N次而成为4N个样本。然后，以该4N个样本作为一OFDM码元而被发送。 
图7是表示本发明实施方式1的接收装置200的结构的方框图。在该图 中，接收RF单元202对通过天线201接收到的信号，进行下变频和A/D转换等规定的无线接收处理，并将处理后的信号输出到直达波定时检测单元203、数据提取单元204、最大延迟时间检测单元205和开头数据提取单元207。 
直达波定时检测单元203从接收RF单元202所输出的信号，检测如图8所示的直达波的开头数据部分(数据1)后端的定时，即，第二个数据部分(数据2)开头的定时，并将检测出的定时输出到数据提取单元204和开头数据提取单元207。 
数据提取单元204基于从直达波定时检测单元203输出的定时，从接收RF单元202所输出的信号的直达波的开头数据部分的后端，提取N-1个数据(数据2～N)，并将提取出的N-1个数据输出到合成单元209。 
最大延迟时间检测单元205从接收RF单元202所输出的信号，检测延迟波的最大时间(最大延迟时间τmax)，并将检测出的最大延迟时间τmax输出到提取长度决定单元206。 
提取长度决定单元206从最大延迟时间检测单元205获得最大延迟时间τmax，并将通过从数据部分长度TDATA减去最大延迟时间τmax而求出的长度(TDATA-τmax)作为提取长度，输出到开头数据提取单元207。 
开头数据提取单元207从接收RF单元202所输出的信号的开头数据部分中，提取由提取长度决定单元206求出了其长度的数据。此时，在开头数据部分中，从OFDM码元的开头起延迟τmax的位置开始提取数据。提取出的开头数据(以下，称为“提取开头数据”)被输出到数据位置调整单元208。 
数据位置调整单元208将从开头数据提取单元207输出的提取开头数据的后端调整到数据2后端的位置，并将调整了数据位置后的提取开头数据输出到合成单元209。 
合成单元209对从数据提取单元204输出的数据2～N和从数据位置调整单元208输出的提取开头数据进行合成，并将合成后的数据输出到FFT单元210。 
FFT单元210通过对从合成单元209输出的信号进行FFT处理，来将时间轴上的信号变换为频率轴上的信号。解调单元211对从FFT单元210输出的信号进行解调，并输出解调后的数据。 
接着，使用图9说明具有上述结构的接收装置200的动作。在此，为了便于解释，说明假设数据的重复次数N＝2，且由数据1和数据2构成一OFDM 码元的情况。 
在数据提取单元204，从将直达波分量、延迟波分量和接收装置中的噪声分量(以下，简称为“噪声分量”)合成后的接收信号的直达波的开头数据部分的后端，提取N-1个数据。在此，数据提取单元204提取数据2。 
另外，在开头数据提取单元207，提取开头数据部分，该开头数据部分的长度为从数据部分长度TDATA减去最大延迟时间τmax后的长度。具体来说，开头数据提取单元207提取从开头数据部分的后端开始追溯了(数据部分长度TDATA-最大延迟时间τmax)部分内的数据，即，提取不受在时间上相邻的数据的干扰的部分的数据。 
提取出的开头数据(提取开头数据)在数据位置调整单元208中被调整数据位置，以使其后端与数据2的后端一致，并由合成单元209对调整数据位置后的提取开头数据和数据2进行合成。此时，开头数据部分与数据2相同，所以如果理解为将数据2复制并附加到数据2的开头，开头数据部分则可视为保护区间。提取开头数据与由数据提取单元204提取的数据2的后端部分(从数据2的后端追溯了TDATA-τmax的部分内的数据)为相同的信号，且要合成的部分所包含的噪声分量为相互不同的分量，所以通过将这些信号进行合成，提高了包含提取开头数据的合成部分的SNR(Signal to Noise Ratio)。 
接着，说明FFT单元210的FFT处理的效果。在此，以图6所示的发送格式为例，说明最大延迟时间τmax相当于样本序号1和2的情况。在该情况下，由开头数据提取单元207提取的数据为开头数据部分的样本序号3和4的数据。因此，由合成单元209对样本序号1和2的数据2～N进行合成，并对样本序号3和4的数据1～N进行合成。如上所述，包含提取开头数据的合成部分的SNR，即，样本序号3和4的SNR，如图10(a)所示，比样本序号1和2的SNR进一步提高。 
然后，由合成单元209合成的信号被FFT单元210进行FFT处理后，样本序号3和4中的SNR的提高波及到FFT处理后的整个信号。这是起因于FFT处理的特性，也就是说，在时间轴上的信号的特定部分(在此为样本序号3和4)中的SNR的提高，会使整个频率的SNR提高。由此，与在将开头数据部分视为保护区间，且合成单元209没有对开头数据部分进行合成时，即，仅对数据2～N进行合成时(参照图10(b))相比，能够使FFT处理后的SNR提高10log(N-τmax/TDATA)dB。 
这样，根据实施方式1，进行IFFT处理后的信号被以一OFDM码元区间长度重复发送N次。然后，在接收到所发送的信号的接收装置，从接收到的信号的直达波的开头数据部分中，提取未受到在时间上相邻的数据的干扰的部分。另外，在接收装置，从接收到的信号中，对除了开头数据部分以外的被重复发送的各个数据部分与提取出的开头数据部分，使各自的后端对齐而进行合成，并对合成信号进行FFT处理。由此，在FFT处理后的所有副载波，能够提高SNR。 
另外，在本实施方式中，将数据的重复次数N设为预先决定的固定值。但是，基于传播路径的状况，可自适应地变更重复次数N。由此，能够基于传播路径的状况，控制容错性。 
(实施方式2) 
在本发明的实施方式2中，说明将所有副载波中的一部分用于向接收装置A的发送，而将其他的一部分用于向接收装置B的发送的情况。 
图11是表示本发明实施方式2的无线接收装置250的结构的方框图。但是，对图11中与图7相同的部分，赋予与图7相同的标号，并省略其详细说明。在图11中，与图7相比还增加发往本站副载波选择单元251。 
发往本站副载波选择单元251从FFT单元210输出的信号中，选择发往本站的副载波，并将所选择的副载波输出到解调单元211。 
接着，使用图12说明具有上述结构的接收装置250的动作。在此，为了便于解释，使数据的重复次数N＝2进行说明。 
图12A表示接收装置A的接收处理的图，图12B表示接收装置B的接收处理的图。如图12A和图12B所示，即使在将所有副载波中的一部分用于向接收装置A的发送，而将其他的一部分用于向接收装置B的发送时，因为发往本站副载波选择单元251选择发往本站的副载波，所以在各个接收装置中，能够进行在实施方式1中所说明的合成处理。也就是说，即使在接收装置A中的最大延迟时间τmaxA与在接收装置B中的最大延迟时间τmaxB不同，也不需要与延迟波为最大的接收装置相应的长度的保护区间。因此，能够防止浪费保护区间的发送功率(energy)。 
在此，在接收装置A中的SNR改善10log(N-τmaxA/TDATA)dB，而在接收装置B中的SNR则改善10log(N-τmaxB/T DATA)dB。 
这样，根据实施方式2，即使在对多个接收装置分配副载波而同时发送时，也通过在各个接收装置中选择发往本站的副载波，从而能够不受其他的接收装置中的最大延迟时间的影响，并且对每个接收装置有效地利用发送功率(energy)并提高接收质量。 
另外，在上述的各个实施方式中，假设不附加保护区间的发送格式而进行了说明，但本发明不限于此，也可使用附加了保护区间的发送格式。 
在使用附加了保护区间的发送格式时，接收装置将在实施方式1中所说明的开头数据的部分置换为保护区间而进行处理。也就是说，提取所接收到的保护区间中避免了相邻的数据的干扰的保护区间部分，并将该部分与数据部分合成。由此，能够使用保护区间部分的信号来提高数据部分的SNR，并提高接收质量。 
另外，在上述的各个实施方式中，使用傅立叶变换来进行时间/频率转换，并使用傅立叶逆变换来进行时间/频率转换。但是，本发明不限于此，也可使用离散余弦变换、小波变换等任意的频率/时间转换和时间/频率转换。 
另外，如图13所示，也可从在一OFDM码元中被重复配置的数据1～数据3中，削减数据1的开头和数据3的末端的各自相当于τmax的长度的数据的功率，并将所削减的部分分配到剩余的部分，即，直达波与延迟波的重叠的部分。由此，能够有助于提高直达波和延迟波的重叠部分的SNR。 
另外，在上述的各个实施方式中，举例说明了以硬件构成本发明的情况，但本发明也可通过软件来实现。 
另外，用于上述各个实施方式的说明中的各功能块，通常被作为集成电路的LSI来实现。这些块既可以被单独地集成为一个芯片，也可以一部分或全部被集成为一个芯片。虽然此处称为LSI，但根据集成程度，可以被称为IC、系统LSI、超大LSI(Super LSI)或特大LSI(Ultra LSI)。 
另外，实现集成电路化的方法不仅限于LSI，也可使用专用电路或通用处理器来实现。也可以使用在LSI制造后可编程的FPGA(Field ProgrammableGateArray)，或者可重构LSI内部的电路单元的连接和设定的可重构处理器。 
再者，随着半导体的技术进步或随之派生的其他技术的出现，如果能够出现替代LSI集成电路化的新技术，当然可利用新技术进行功能块的集成化。还存在着适用生物技术等的可能性。 
本发明的第一形态所采用的结构为一种无线发送装置，该装置具有：调 制单元，对发送数据进行调制；逆变换单元，将所述调制单元所调制的发送数据，从频域逆变换到时域；以及数据重复单元，对作为重复单位的每个数据部分，在时间轴方向上多次重复发送由所述逆变换单元所变换的信号。 
本发明的第二形态所采用的结构为，无线发送装置在上述结构中，由所述数据重复单元以OFDM码元的1码元区间长度重复发送由所述逆变换单元所变换的信号。 
根据这些结构，因为不附加保护区间，所以能够抑制不用于解调的保护区间的发送功率(energy)的损失。 
本发明的第三形态所采用的结构为，无线发送装置在上述结构中，由所述数据重复单元基于传播路径的状况，自适应地变更重复次数。 
根据该结构，通过基于传播路径的状况而自适应地变更重复次数，能够基于传播路径的状况而控制容错性。 
本发明的第四形态所采用的结构为一种无线接收装置，该装置具有：接收单元，接收从频域逆变换到时域且在时间轴方向上多次重复发送的信号；开头数据提取单元，从所述接收单元所接收的信号的作为重复单位的数据部分中的开头数据部分中，提取未受到在时间上相邻的数据的干扰的部分；合成单元，使所述接收单元所接收的信号的除了开头数据部分以外的各个数据的后端，与所述开头数据提取单元所提取的开头数据部分的后端对齐后进行合成；以及变换单元，将所述合成单元所合成的信号，从时域变换到频域。 
本发明的第五形态所采用的结构包括无线接收装置，其中，在上述结构中，所述开头数据提取单元从所述接收单元所接收的信号中，提取延迟波的最大延迟时间，并提取相当于从数据部分长度减去所提取的最大延迟时间的长度的开头数据部分。 
根据这些结构，因为由合成单元合成的部分所包含的噪声分量为相互不同的分量，所以通过将这些进行合成，能够提高包含由开头数据提取单元提取的开头数据部分的合成部分的接收质量，并通过变换合成信号，能够提高整个频率的接收质量。 
本发明的第六形态所采用的结构包括无线接收装置，其中，在上述结构中，该装置具有：副载波选择单元，选择发往本站的副载波。 
根据该结构，即使在一个OFDM码元中，将副载波分配到多个无线接收装置而同时发送时，但通过各个无线接收装置选择发往本站的副载波，从而 能够不受到在其他接收装置中的最大延迟时间的影响，并且各个无线接收装置有效地利用发送功率(energy)并提高接收质量。 
本说明书基于2005年3月10日申请的日本专利申请第2005-066812号。其内容全部包含于此。 
工业实用性 
本发明的无线发送装置和无线接收装置，能够抑制由附加GI所造成的功率(energy)损失并能够提高接收质量，从而能够适用于OFDM传输系统中所使用的基站装置或移动台装置等。 

Claims (7)

1.一种无线发送装置，包括：
调制单元，对发送数据进行调制；
逆变换单元，将所述调制过的发送数据从频域逆变换到时域，并将在作为所述逆变换过的发送数据的正交频分复用码元的全部副载波中的一部分副载波，使用于发往第一接收装置的发送数据，将另一部分副载波使用于发往第二接收装置的发送数据；
数据重复单元，基于预先决定的重复次数，对作为重复单位的每个数据部分，在时间轴方向上多次重复经逆变换的发送数据而生成重复数据；以及
发送无线电频率单元，发送所生成的重复数据。
2.如权利要求1所述的无线发送装置，其中，
所述数据重复单元以正交频分复用码元的1码元区间长度重复经逆变换的发送数据而生成所述重复数据。
3.一种无线发送方法，包括：
调制步骤，对发送数据进行调制；
逆变换步骤，将所述调制过的发送数据从频域逆变换到时域，并将在作为所述逆变换过的发送数据的正交频分复用码元的全部副载波中的一部分副载波，使用于发往第一接收装置的发送数据，将另一部分副载波使用于发往第二接收装置的发送数据；
数据重复步骤，基于预先决定的重复次数，对作为重复单位的每个数据部分，在时间轴方向上多次重复经逆变换的发送数据而生成重复数据；以及
发送无线电频率步骤，发送所生成的重复数据。
4.如权利要求3所述的无线发送方法，其中，
在所述数据重复步骤中，以正交频分复用码元的1码元区间长度重复经逆变换的发送数据而生成所述重复数据。
5.一种无线接收方法，包括：
无线接收步骤，接收从频域逆变换到时域且在时间轴方向上被多次重复而生成并被发送的重复数据；
开头数据提取步骤，从所接收的重复数据的、作为重复单位的数据部分中的开头数据部分，提取未受到在时间上相邻的数据的干扰的部分；
数据位置调整步骤，使所接收的重复数据的、除了开头数据部分以外的各个数据部分的后端，与提取出的开头数据部分的后端对齐而进行位置调整；
合成步骤，对所述位置调整过的重复数据的、除了开头数据部分以外的各个数据部分与所述位置调整过的开头数据进行合成而生成合成信号；
变换步骤，将所述合成后的合成信号，从时间轴上的信号变换为频率轴上的信号；以及
解调步骤，对所述变换过的合成信号进行解调。
6.如权利要求5所述的无线接收方法，还包括：
最大延迟时间检测步骤，从在所述无线接收步骤中接收的重复数据中，提取延迟波的最大延迟时间，其中，
在所述开头数据提取步骤中，提取相对于从数据部分长度减去提取出的最大延迟时间的长度的开头数据部分。
7.如权利要求5所述的无线接收方法，还包括：
副载波选择步骤，选择发往本站的副载波。
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