JP2003169382A - 移動体通信装置 - Google Patents
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Abstract
は、同一時刻に同一周波数で、同一データを、マルチキ
ャリア変調方式を用いて通信する場合、移動局を各基地
局からの電波の受信電力がほぼ等しくなる地域に持って
いくと、定在波干渉が発生し、キャリアの電界レベルが
低下し、ビット誤り率が増大する。 【解決手段】基地局側で各サブキャリアf1,・・,fN
間に位相差を設定できるようにする。 【効果】移動局では、受信時、電力の強めあうサブキャ
リアが常に多数存在し、電力の打ち消しあうサブキャリ
アが少数存在する。すべてのサブキャリアが打ち消しあ
うという事態を避けることができ、誤り訂正により訂正
がきく状態を作ることができる。
Description
し、各基地局は、同一時刻に同一周波数で、同一データ
を、マルチキャリア変調方式を用いて移動局と通信する
移動体通信システムに関するものである。
信エリア(セル)を形成し、このセルの中の移動体と基
地局との間で通信を行う。一定地域内に、基地局を複数
設け、複数のセルが一部重複して形成された状態にす
る。それぞれの基地局から同一時刻に同一周波数で、同
一データを送信する。このようなシステム構成をとるこ
とによって、セルを連鎖的につないで広範囲の通信エリ
アを形成することができる。また移動局にかける負担も
最小限に抑えることができる。
すなわち各基地局からの電波の受信電力がほぼ等しくな
る地点に持っていき、通信をすると、定在波干渉が発生
し、キャリアの電界レベルが低下し、ビット誤り率(BE
R; Bit Error Rate)が増大する。一方、直交周波数分割
多重方式 (OFDM;Orthogonal Frequency DivisionM
ultiplex)などのマルチキャリア変調方式を、移動体通
信に採用することが検討されている。
調方式を採用した場合でも、すべてのサブキャリアが前
記定在波干渉の悪影響を受けて、通信品質が悪化すると
いう問題は避けられない。そこで本願発明者は、基地局
側でマルチキャリア変調方式の各サブキャリアの位相を
積極的に調整することにより、どの地点においても一定
以上の品質で通信することのできる移動体通信装置を提
案する。
は、基地局に、送信時にサブキャリア間に位相差を設定
することができる位相調整手段を備えるものである(請
求項1)。基地局をA,Bで表し、複数のサブキャリア
をf1,f2,・・で表す。サブキャリアを代表するとき
はfi(i=1,2,3,・・)で表す。基地局Aからサブキ
ャリアfiが発射され、基地局Bからサブキャリアfiが
発射される。基地局Aから発射されるサブキャリアfi
と、基地局Bから発射されるサブキャリアfiとは同期
がとれている(周波数が完全に同一であり、時間が経過
しても位相差は変化しない)ものとする。
まり基地局Aから発射されるサブキャリアfiと、基地
局Bから発射されるサブキャリアfiとの位相差が、各
iについて同一であるときは、通信エリア内の受信電力
がほぼ等しくなる地域において、基地局Aから受ける電
波のサブキャリアfiと、基地局Bから受ける電波のサ
ブキャリアfiとの位相差Δiがπになればその場所で
は、そのサブキャリアは減衰してしまうということにな
る。
のサブキャリアに位相差を付けることとすれば、基地局
Aから発射される電波のサブキャリアfiと、基地局B
から発射される電波のサブキャリアfiとの位相差Δi
は、iごとに異なった値になる。このことは、あるサブ
キャリアfiにとって、位相差Δiがπになる場所で
は、他のサブキャリアfj(i≠j)にとって、位相差Δj
がπにならないことを示す。したがって、通信エリア内
の任意の場所において、いずれかのサブキャリアが減衰
しても、他のサブキャリアが残り、通信が確保される。
複数のサブキャリアに0〜2πの位相差をほぼ均等な間
隔で割り付けてもよく(請求項2)、複数のサブキャリ
アに0〜2πの位相差をランダムに割り付けてもよい
(請求項3)。いままでの議論では、通信エリア内の受
信電力がほぼ等しくなる地域は、基地局A,Bからほぼ
等距離の地点としていたが、基地局アンテナに指向性な
どがある場合は、通信エリア内の受信電力がほぼ等しく
なる地域は、基地局A,Bからほぼ等距離の地点とは限
らなくなる。この場合は、受信地点における、サブキャ
リアごとの、伝搬距離の差に基づく位相のずれを考慮し
て、基地局のサブキャリアの位相差を割り付けることが
望ましい。
ぼ等しくなる地点までの距離をd1、基地局Bから通信
エリア内の受信電力がほぼ等しくなる地点までの距離を
d2とすると、基地局Aから発射されるサブキャリアに
ついては、伝搬距離d1に基づく位相はー2πd1/λ
i、伝搬距離d2に基づく位相はー2πd2/λiとなる。
ここでλiはサブキャリアfiの伝搬波長である。そこ
で、この伝搬距離差に基づく位相差2π(d2ーd1)/
λiを予め、基地局A,Bから発射されるサブキャリア
fiの位相差に上乗せすることが望ましい。具体的に
は、(1)基地局Aから発射されるサブキャリアfiの位
相に2π(d1ーd2)/λiを付加してもよく、(2)基
地局Bから発射されるサブキャリアfiの位相に2π
(d2ーd1)/λiを付加してもよく、(3)あるいは基
地局Aから発射されるサブキャリアfiの位相に2πd
1/λiを付加し、基地局Bから発射されるサブキャリア
fiの位相に位相2πd2/λiを付加してもよい。
力がほぼ等しくなる地点までの伝搬距離差に基づく位相
差を予め補償することができる。
付図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、移動体
通信システムの構成図であり、基地局A,Bによりセル
を形成している。セルは、一部重複しており、その中に
移動局Cが存在しているものとする。前記移動局Cは、
具体的には、車載ナビゲーション装置、携帯電話機、移
動PDA端末、パーソナルコンピュータなどである。
する。しかし本発明の実施はこれに限られず、他のマル
チキャリア変調方式が採用可能である。基地局Aと移動
局Cとの距離をd1とし、基地局Bと移動局Cとの距離
をd2とする。図2は、セル内の距離Dに沿ったキャリ
ア受信電力強度の変化を示すグラフである(このグラフ
ではキャリア間の干渉を考慮していない)。基地局Aの
発射電波の受信電力をPA、基地局Bの発射電波の受信
電力をPBで示している。両電力のほぼ等しくなるエリ
アでは、サブキャリアの位相差がπになる地点で電界が
打ち消しあって受信電力が大きく落ち込む。なお、受信
電力に差がある地点では、一方が優勢となり、サブキャ
リアの位相差がπになっても受信電力は大きく落ち込ま
ない。
アの位相配列を示すグラフである。サブキャリアはN個
あり、それぞれをf1,f2,・・・,fNとする。添え
字が大きくなるほど周波数は高くなるものとする。この
例では、1つのサブキャリアf1の位相を0とし、f2以
後のサブキャリアの位相を等間隔で配列している。図4
は、サブキャリアの位相をすべて同一とした場合の位相
配列を示すグラフである。
と、図4に示す位相配列のサブキャリアとを加算する。
加算後のサブキャリア電力分布は、図5に示すようにな
る。位相差が0又は2π付近のサブキャリアは強め合う
が、位相差がπ付近のサブキャリアは弱め合って電力が
落ち込む。実際に、各基地局から電波の受信電力が等し
くなる地点付近に移動局Cが存在するとする。
差には、伝搬距離差に基づく2π(d1−d2)/λiの
位相差が予め含まれる。iはサブキャリア番号、Nはサ
ブキャリア数、λiはi番目のサブキャリアの波長であ
る。そこで、この伝搬距離差に基づく位相差を補償すべ
く、基地局A,Bから発射されるサブキャリアに、伝搬
距離差に基づくの位相差2π(d1−d2)/λiを付け
ておく。その上で、一方の基地局から図3に示す位相配
列2πi/Nを付加したサブキャリアを発射し、他方の
基地局から、図4に示す位相配列を付加したサブキャリ
アを発射する。
信電力は、位相差がπ付近のサブキャリアは電界が弱め
合って電力が落ち込むが、位相差が0又は2π付近のサ
ブキャリアは強め合う。したがって、全てのサブキャリ
アの電力が落ち込むという事態を避けることができる。
軸にとったグラフである。電力の落ち込みがしきい値を
超えて、移動局の受信機で誤り訂正不可能になったサブ
キャリアをハッチングで表している。図6(a)は、移動
局が動かない場合を示し、図6(b)は、移動局がセル内
の距離Dに沿って動いていく場合を示している。図6
(b)では、受信電力がしきい値を超えて落ち込むサブキ
ャリアは、徐々に変化している。
サブキャリアの受信電力分布を図7に示す。図8は、本
発明の他の実施に係る、サブキャリアの位相配列を示す
グラフである。各サブキャリアf1,f2,・・・,fN
の位相はランダムに配列しているものとする。この図8
に示す位相配列のサブキャリアと、図4に示す位相配列
のサブキャリアとを加算すると、加算後のサブキャリア
電力分布は、図9に示すようになる。位相差が0又は2
π付近のサブキャリアは強く、位相差がπ付近のサブキ
ャリアは弱くなるが、その配置には規則性がない。
縦軸にとったグラフである。電力の落ち込みがしきい値
を超えて、移動局の受信機で誤り訂正不可能になったサ
ブキャリアをハッチングで表している。図10(a)は、
移動局が動かない場合を示し、図10(b)は、移動局が
動いていく場合を示している。図10(b)では、受信電
力がしきい値を超えて落ち込むサブキャリアは、ランダ
ムに移り変わっていく。この理由は、図8に示すよう
に、各サブキャリアf1,f2,・・・,fNの位相をラ
ンダムに配列していることに基づく(これに対し、図3
では各サブキャリアf1,f2,・・・,fNの位相は、
キャリア順に変化しているので、図6(b)では、受信電
力がしきい値を超えて落ち込むサブキャリアは、順番に
ずれていく)。
るサブキャリアの位相配列を変化させた効果を説明す
る。一般に、ODFM等のマルチキャリア変調方式にお
いて、誤り訂正符号を使った訂正成功率と、正常受信キ
ャリア数との関係を、図11に示す。同図によれば、正
常受信キャリア数がある数Nc以上あれば、誤り訂正で
きるが、正常受信キャリア数がNcに満たなくなると、
誤り訂正は難しくなる。
示すように、どの時間断面をとっても、電力の落ち込み
がしきい値を超えるサブキャリア数は限られている。し
たがって、このサブキャリアの数をNc未満に設定する
ことができれば、訂正成功率を常にほぼ1に維持するこ
とができる。次に、本発明の移動体通信装置を構成する
送信機及び受信機の回路例を説明する。送信機及び受信
機は、基地局と移動局に共通の回路構成となる。
ある。送信データは、誤り訂正符号化回路11でリード
ソロモン符号により符号化される。次にインターリーブ
回路12で、誤り訂正符号を効きやすくするための並べ
替え(インターリーブ)が行われる。そして、S/P変
換回路13でシリアル信号からパラレル信号への変換が
行われる。位相調整手段として機能する差動符号化回路
14では、フリップフロップFFにより差動符号化を行
うが、このときの基準位相は、各サブキャリアに位相差
を付けて与える。この位相差のつけ方は、図3や図8を
参照して説明したとおりである。差動符号化された信号
は、逆フーリエ変換回路15により逆フーリエ変換さ
れ、アナログ変換回路16でDQPSK変調され、周波
数変換されて送信アンテナに給電される。
ある。アンテナで受信された高周波信号は、周波数変換
され、ディジタル変換回路21でディジタル信号に変換
されフーリエ変換回路22によりフーリエ変換される。
23は同期信号検出回路、24は電圧制御発振器を表
す。フーリエ変換回路22によりフーリエ変換された信
号は、差動復号化回路25により差動復号化が行われ、
P/S変換回路26でパラレル信号からシリアル信号へ
の変換が行われる。そして、デインターリーブ回路27
で、符号の並べなおしが行われ,誤り訂正符号化回路2
8され、受信データとして出力される。
図14を用いて説明する。図14(a)は、周波数軸上、
時間軸上に配列された受信データを示している。この受
信データは、時間軸上で順に読み出されて、図14(b)
に示すように、列方向に書き込まれ、符号長Lの符号に
並べ直される。いま図3のようにサブキャリアの位相を
等間隔で配列し、移動局がセル内の距離Dに沿って動い
ていく場合を想定する。
ャリアの落ち込みのために誤りを発生させるおそれのあ
るバイトをハッチングで示している。デインターリーブ
された受信データにおいては、誤りを発生させるおそれ
のあるバイトは、図14(b)に示すようにジグザグ状に
列方向に推移していく。図14(b)において、行方向に
符号を読み出す場合に、誤りを発生させるおそれのある
バイトの数は、符号長Lの列内で一定数Sとなる。した
がって、符号長LのうちSバイトまでなら誤りを訂正で
きる誤り訂正符号を使用すれば、常に誤りを訂正でき
る。
あるバイトの全体数が同じでも、行ごとに、その数にば
らつきのある場合は、常に誤りを訂正できるとは限らな
いことになる。以上で、本発明の実施の形態を説明した
が、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能で
ある。
ャリア変調方式で、複数の基地局アンテナにより同時に
信号を送信するときに、複数のサブキャリアの基準位相
を0〜2πの間で任意に割り付けることができるので、
電力の強めあうサブキャリアが常に多数存在し、電力の
打ち消しあうサブキャリアは少数存在することになる。
したがって、すべてのサブキャリアが打ち消しあうとい
う事態を避けることができ、誤り訂正により訂正がきく
状態を作ることができ、通信の品質向上に寄与すること
ができる。
示すグラフである。
を示すグラフである。
位相配列を示すグラフである。
った受信信号のグラフである。(a)は、移動局が動かな
い場合を示し、(b)は、移動局がセル内で動いていく場
合を示している。
キャリアの受信電界分布図である。
ダムな位相配列を示すグラフである。
とったグラフである。(a)は、移動局が動かない場合を
示し、(b)は、移動局が動いていく場合を示している。
信キャリア数との一般的な関係を示すグラフである。
路構成ブロック図である。
路構成ブロック図である。
は、周波数軸上、時間軸上に配列された受信データを示
し、(b)は、列方向に書き込まれ、符号長Lの符号列に
並べ直されたデータを示している。
Claims (4)
- 【請求項1】複数の基地局を有し、基地局と移動局との
間は、同一時刻に同一周波数で、同一データを、マルチ
キャリア変調方式を用いて通信する移動体通信装置にお
いて、 前記基地局は、送信時にサブキャリア間に位相差を設定
することができる位相調整手段を備えるものであること
を特徴とする移動体通信装置。 - 【請求項2】前記位相調整手段は、複数のサブキャリア
に0〜2πの位相をほぼ均等な間隔で割り付けていくこ
とを特徴とする請求項1記載の移動体通信装置。 - 【請求項3】前記位相調整手段は、複数のサブキャリア
に0〜2πの位相をランダムに割り付けていくことを特
徴とする請求項1記載の移動体通信装置。 - 【請求項4】通信エリア内で、複数の基地局からの受信
電力がほぼ等しくなる地点を特定し、前記複数の基地局
の中の1つの基地局Aから、前記特定された地点までの
距離をd1とし、前記複数の基地局の中の1つの基地局
Bから、前記特定された地点までの距離をd2とする
と、 当該基地局Aから発射されるサブキャリアfi(i=1
〜N;Nはサブキャリア数)と、当該基地局Bから発射
されるサブキャリアfiとの位相差には、距離差d2−
d1に基づく伝搬位相差を補償する量2π(d2−d1)
/λi(λiはi番目のサブキャリアの伝搬波長)が予め
上乗せされていることを特徴とする請求項1から請求項
3までのいずれかに記載の移動体通信装置。
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