JP2004328464A - 送信ダイバーシチシステム、ビーム選択方法、拡散符号割当方法、及びそのプログラム - Google Patents
送信ダイバーシチシステム、ビーム選択方法、拡散符号割当方法、及びそのプログラム Download PDFInfo
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Abstract
【課題】信号電力の浪費を抑止することが出来るとともに、複数ビーム間での干渉発生を防止することが出来る送信ダイバーシチシステム、ビーム選択方法、拡散符号割当方法、及びそのプログラムを提供する。
【解決手段】送信側において、送信信号をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信し、受信側において、受信する各ビームに対するチャンネルを推定し、チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択するビーム選択方法において、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する。
【選択図】 図１
【解決手段】送信側において、送信信号をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信し、受信側において、受信する各ビームに対するチャンネルを推定し、チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択するビーム選択方法において、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時間方向と周波数方向の２次元拡散を行う直交周波数多重符号分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｃｏｄｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ−ＣＤＭ）を適用した送信ダイバーシチシステム、ビーム選択方法、拡散符号割当方法、及びそのプログラムに関する。特に移動通信システムに用いられる送信アンテナアレー及び時間空間送信ダイバーシチシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、送信ダイバーシチ技術の中で図１０に示す時空間符号を用いる時間空間送信ダイバーシチがある（非特許文献１を参照）。送信シンボルをｓ１、ｓ２とすると２行２列の直交時空間符号化行列は次式で表される。
【数１】
時刻１においてアンテナ＃１からｓ１が、アンテナ＃２からｓ２が同時に送信される。また、時刻２においてアンテナ＃１から−ｓ２ ＊が、アンテナ＃２からｓ１＊が同時に送信される。
今、アンテナ＃１から端末へのチャネル応答をｈ１とし、アンテナ＃２から端末へのチャネル応答をｈ２とすると、時刻１での受信信号ｒ１は、
【数２】
となり、時刻２での受信信号ｒ２は、
【数３】
となる。
【０００３】
受信側でアンテナ＃１からののチャネル応答ｈ１とアンテナ＃２からのチャネル応答ｈ２をそれぞれ推定し、得られるｈ１、ｈ２を用いて復号を行うと、
【数４】
【数５】
となり、ｓ１、ｓ２それぞれを検出することができ、かつ、ｈ１とｈ２の最大比合成を実現することができる。
【０００４】
また、非特許文献２には、図１１〜図１３に示すように、最適なビームを選択して伝送特性を改善するための技術について記載されている。
この先行技術によれば、基地局において固定マルチビームを用いて、移動局側において各ビームからのチャネル応答を推定して電力を計算し（マルチアキャリアでは各サブキャリアでの電力値を加算する）、隣接する２つのビームからのチャネル応答の電力和が最大となる２ビームを選択して、そのビームインデックスを基地局に送り返す。
この先行技術では、送信側において、送信信号を２行２列の直交時空符号化行列を用いて時空符号化して、時空符号化出力を移動局から指定された２つのビームに割り当てている。また、ビーム形成用アレーウェイトベクトルで重みづけされた信号は、時間方向にみに拡散を行うＯＦＤＭ−ＣＤＭを用いて拡散された後、他のユーザ信号と多重化されている。
一方、受信側では、時間方向の逆拡散を行うことで、自ユーザ以外の信号をすべて抑圧し、所望の信号を復号する構成としている。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｓ．Ｍ．Ａｌａｍｏｕｔｉ， “Ａ ｓｉｍｐｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、”ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ ＳｅｌｅｃｔｅｄＡｒｅａｓ Ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．８，ｐｐ．１４５−１５８，Ｏｃｔｏｂｅｒ １９９８．
【非特許文献２】
Ｍ．Ｆｕｊｉｉ、“Ｂｅａｍｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏｒ Ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ ｓｐｒｅａｄｉｎｇＯＦＤＭ−ＣＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ、”ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ． Ｅ８６−ｂ， Ｎｏ．１， ｐｐ．３４４−３５１， Ｊａｎｕａｒｙ ２００３．
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来、時間空間送信ダイバーシチにおいては、送信信号を時間方向にのみ拡散しており、システム的により柔軟な２次元拡散を使用することができないという問題点がある。
例えば、上述したような、常に２ビームを選択する方法では、図１４に示すように、ユーザがビーム間に位置している場合にはビームダイバーシチ利得が得られるため伝送特性を改善することができる。しかし、図１５に示すように、ユーザがビームの最大利得付近に位置し、かつ、電波の角度広がりがビーム幅に比べて狭い場合には、ビーム利得は得られるが、複数のビームを使用しているにも関わらず、実質的には、１つのビームから送信された信号のみが移動局に到達し、他のビームに配分された信号電力を無駄にしてしまうという問題がある。
【０００７】
更に、上述したような従来方法では、送信信号に対して時間方向のみに拡散を行うため、受信側の逆拡散において自ユーザ信号以外の信号をすべて抑圧する構成となっている。このため、複数のユーザ間で時空間符号の直交性が成り立たない信号も逆拡散で抑圧し、その後、時空符号の復号を行う構成となっている。
この場合、時間方向と周波数方向の両方に拡散を行う２次元拡散においては、時空符号を復号する際に１つのビームを共有する他の複数ビームに割り当てられた時空符号との直交性が成り立たないため、複数ビーム間で干渉が発生するという問題がある。
【０００８】
この様子を図１６に示す。ユーザ＃１に対してビーム＃１とビーム＃２が使用され、ユーザ＃２に対してビーム＃２とビーム＃３が使用されている。
したがって、ユーザ＃１に送信される信号を（ｓ１，ｓ２）、ユーザ＃２に送信される信号を（ｓ３，ｓ４）とし、ビーム＃１とビーム＃２からユーザ＃１へのｍ番目のサブキャリアでのチャネル応答をそれぞれｈｍ，１、ｈｍ，２とすると、ユーザ＃１にはｍ番目のサブキャリアにおいて、
【数６】
【数７】
で表される受信信号ｒｍ，１、ｒｍ，２が受信される。この受信信号ｒｍ，１、ｒｍ，２について、チャンネル応答ｈｍ，１、ｈｍ，２を用いて復号を行うと、
【数８】
【数９】
となる。ここで、右辺の第２項と第３項に干渉成分が発生する。
【０００９】
すなわち、時間方向のみに拡散を行う構成の場合、チャンネル応答が時不変とみなせる範囲内で拡散コードを使用するため、他のユーザ信号を逆拡散により抑圧することができ、上記の干渉成分の発生が無い。
ところが、２次元拡散ではそれぞれのサブキャリアでは必ずしも拡散コード間での部分相関が０ではない。このため、上述した干渉成分が発生してしまい、復号成分と、自ユーザ信号の応答成分
【数１０】
とが異なるため、周波数方向に合成を行ってもこの干渉成分を完全に除去することができないという問題点がある
【００１０】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、信号電力の浪費を抑止することが出来るとともに、複数ビーム間での干渉発生を防止することが出来る送信ダイバーシチシステム、ビーム選択方法、拡散符号割当方法、及びそのプログラムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、請求項１に記載の発明は、送信信号をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信機と、受信する各ビームに対するチャンネルを推定する受信機とから構成される送信ダイバーシチシステムにおいて、チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する第１の選択手段と、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する第２の選択手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２の選択手段は、前記ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより、前記チャネル推定値の電力の絶対値が最大である１のシングルビームを選択することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、送信側において、送信信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信ダイバーシチシステムにおいて、１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、前記時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てる符号割当手段を具備することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記符号割当手段は、さらに、同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、前記時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、マルチビームのビーム空間に割り当てられた信号を受信し、各ビームに対するチャンネルを推定する受信機において、チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する第１の選択手段と、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する第２の選択手段とを具備することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、マルチビームのビーム空間に割り当てられた信号を受信し、各ビームに対するチャンネルを推定する受信機よりチャネル推定値を受けて、該チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する第１の選択手段と、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する第２の選択手段とを具備することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信機において、１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、前記時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てる符号割当手段を具備することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記符号割当手段は、さらに、同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、前記時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項９に記載の発明は、送信側において、送信信号をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信し、受信側において、受信する各ビームに対するチャンネルを推定し、チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択するビーム選択方法において、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより、前記チャネル推定値の電力の絶対値が最大である１のシングルビームを選択することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１１に記載の発明は、送信側において、送信信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信ダイバーシチシステムにおいて、１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、前記時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１２に記載の発明は、送信側において、送信信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信ダイバーシチシステムにおいて、同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、前記時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１３に記載の発明は、マルチビームのビーム空間に割り当てられた信号を受信し、各ビームに対するチャンネルを推定する受信機において、チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する処理と、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する処理とを受信機に実行させるためのビーム選択プログラムである。
【００２４】
また、請求項１４に記載の発明は、マルチビームのビーム空間に割り当てられた信号を受信し、各ビームに対するチャンネルを推定する受信機よりチャネル推定値を受けて、該チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する処理と、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する処理とを送信機に実行させるためのビーム選択プログラムである。
【００２５】
また、請求項１５に記載の発明は、信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信機において、１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、前記時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てる処理を送信機に実行させるための拡散符号割り当てプログラムである。
【００２６】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の送信機に、さらに、同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、前記時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てる処理を実行させるための拡散符号割り当てプログラムである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムの一実施形態について説明する。図１は、本実施形態の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムの構成を示す構成図である。
本実施形態の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムは、移動局１（送受信機）と、基地局２（送受信機）とから構成される。図１に示すように、本実施形態の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムは、クローズドループ型ビーム選択方式を採用する。すなわち、移動局１は、アンテナ１０と、スイッチ１１と、チャンネル推定器１２−１〜１２−４と、電力計算器１３−１〜１３−４と、加算器１４−１〜１４−４と、最大検出器１５と、電力差比較器１６と、シングル／マルチビーム選択器１７とから構成されるクローズドループ型ビーム選択器を備える。
【００２８】
アンテナ１０は、基地局２の送信アレーアンテナ２０（図１を参照）から放射された複数のビーム♯１〜♯４を受信して、当該受信信号をスイッチ１１に出力するとともに、スイッチ１１から入力される選択ビームインデックス（後述する）を放射する。
スイッチ１１は、アンテナ１０から入力される受信信号をチャンネル推定器１２−１〜１２−４に出力するとともに、電力比較器１６から入力される選択ビームインデックスをアンテナ１０に対して出力する。なお、当該スイッチ１１の入出力処理の切り替えは制御器（図示せず）からの制御命令に基づいて行われる。
チャンネル推定器１２−１〜１２−４は、スイッチ１１から入力される受信信号をサブキャリア毎にそれぞれの拡散コードで逆拡散してパイロット信号の変調成分を取り除いて、チャンネル応答を推定し（後述する）、電力計算器１３−１〜１３−４に対して出力する。
【００２９】
電力計算器１３−１〜１３−４は、チャンネル推定器１２−１〜１２−４から入力されるチャネル応答の電力を計算し、全サブキャリアで合計することにより、各ビームからの電力を推定し、加算器１４−１〜１４−４に対して出力する。具体的には、電力計算器１３−１は、加算器１４−１、１４−４に対してビーム♯１の電力推定値Ｐ１を出力する。また、電力計算器１３−２は、加算器１４−１、１４−２に対してビーム♯２の電力推定値Ｐ２を出力する。また、電力計算器１３−３は、加算器１４−２、１４−３に対してビーム♯３の電力推定値Ｐ３を出力する。また、電力計算器１３−４は、加算器１４−３、１４−４に対してビーム♯４の電力推定値Ｐ４を出力する。
【００３０】
加算器１４−１〜１４−４は、電力計算器１３−１〜１３−４から入力されるビーム♯１〜♯４の電力推定値Ｐ１〜Ｐ４をそれぞれ加算して、最大検出器１５に対して出力する。具体的には、加算器１４−１は、ビーム♯１、♯２の電力推定値Ｐ１、Ｐ２の入力を受けて、電力加算値Ｐ１＋Ｐ２を最大検出器１５に対して出力する。また、加算器１４−２は、ビーム♯２、♯３の電力推定値Ｐ２、Ｐ３の入力を受けて、電力加算値Ｐ２＋Ｐ３を最大検出器１５に対して出力する。また、加算器１４−３は、ビーム♯３、♯４の電力推定値Ｐ３、Ｐ４の入力を受けて、電力加算値Ｐ３＋Ｐ４を最大検出器１５に対して出力する。また、加算器１４−４は、ビーム♯４、♯１の電力推定値Ｐ４、Ｐ１の入力を受けて、電力加算値Ｐ４＋Ｐ１を最大検出器１５に対して出力する。
【００３１】
最大検出器１５は、電力加算値Ｐ１＋Ｐ２、Ｐ２＋Ｐ３、Ｐ３＋Ｐ４、Ｐ４＋Ｐ１の入力を受けて、それぞれの電力加算値を比較し、最大であると判定した電力加算値についてビームペアインデックス及びビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値を電力差比較器１６に対して出力する。
ここで、ビームペアインデックスとは、電力加算値と対応するビームの組み合わせであって、例えば、電力加算値Ｐ１＋Ｐ２が最大である場合、対応するビームの組み合わせは（ビーム♯１、♯２）となる。また、他の電力加算値についても、同様にビームペアインデックスが定義される。
また、ビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値とは、最大検出器１５が出力するビームペアインデックスと対応する複数のビームの電力値であって、例えば、最大検出器１５が出力するビームペアインデックスが、（ビーム♯１、♯２）である場合、当該ビームペアインデックスと対応する複数のビームの電力値は、電力推定値Ｐ１、Ｐ２となる。
【００３２】
電力差比較器１６は、ビームペアインデックスと、ビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値との入力を受けて、当該複数のビームの電力値の差を所定の閾値と比較し、当該比較結果をシングル／マルチビーム選択器１７に対して出力する。
シングル／マルチビーム選択器１７は、ビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値の差の比較結果の入力を受けて、シングルビーム、又は、マルチビームを選択し、選択ビームインデックスをスイッチ１１に対して出力する。
具体的には、電力値の差が所定の閾値より大きい場合、シングル／マルチビーム選択器１７は、ビームペアインデックスが示す複数のビームより、電力値の大きいビームのみを選択し、電力値の差が所定の閾値より小さい場合、ビームペアインデックスが示す複数のビームすべてを選択する。
【００３３】
図２に示すように、基地局２は、送信アレーアンテナ２０と、誤り訂正符号器２１と、マッピング器２２と、インターリーバ２３と、時空符号器２４と、アンテナブランチ２５−１〜２５−ｎ（ｎは自然数）とから構成される。
誤り訂正符号器２１は、送信データの入力を受けて、誤り訂正符号化し、マッピング器２２に対して出力する。
マッピング器２２は、誤り訂正符号化された送信データの入力を受けて、変調コンステレーションヘマッピングし、インターリーバ２３へ出力する。
インターリーバ２３は、バーストエラーを拡散させるため、マッピングされたデータの入力を受けて、データの順序の入替えを行い、時空符号器２４に出力する。
【００３４】
時空符号器２４は、上述の式（１）に示す２行２列の直交時空符号化行列を用いて、インターリーバ３の出力信号を符号化し、移動局１から受信する選択ビームインデックスが示すビームに対して割り当てて出力する。本実施形態においては、一例として、選択ビームインデックスが（ビーム♯１、♯２）である場合として、ビーム♯１、♯２に時空符号化出力を割り当てて対応するアンテナブランチ２５−１〜２５−ｎに対して出力する。
【００３５】
アンテナブランチ２５−１〜２５−ｎは、それぞれ多重器３０と、ブロックＳ／Ｐ変換器３１と、２次元拡散器３２−１〜３２−ｍ（ｍは自然数）と、他ユーザ信号多重器３３と、パイロット信号多重器３４と、高速逆フーリエ変換器（＝ＩＦＦＴ＋ＧＩ）３５から構成される。
多重器３０は、時空符号器２４が選択ビームインデックスが示すビームに対して割り当てた時空符号化出力の入力を受けて、複数のビームを多重化し、ブロックＳ／Ｐ変換器３１に対して出力する。例えば、本実施形態において、多重器３０は、時空符号化送信シンボルに送信アレイアンテナ２０におけるアレーウェイトを乗算して２ビーム（ビーム♯１、♯２）を多重化する。
【００３６】
ブロックＳ／Ｐ変換器３１は、複数のビームについて多重化されたビーム時空符号化送信シンボルの入力を受けて、２シンボル毎に直並列変換を行い、２次元拡散器３２−１〜３２−ｍそれぞれに対して出力する。
２次元拡散器３２−１〜３２−ｍは、直並列変換されたビーム時空符号化送信シンボルの入力を受けて、図３に示すように拡散セグメントに割り当て、各拡散セグメントにおいてウォルシュ符号を用いて時間方向と周波数方向の２次元拡散し、他ユーザ信号多重器３３に対して出力する。
このとき、２次元拡散セグメントは、図３に示すように、セグメント内の時間方向のＯＦＤＭシンボル数（ＳＦＴｉｍｅ）と周波数方向のサブキャリア数（ＳＦＦｒｅｑ）により拡散領域が設定される。また、拡散符号として、拡散コード割り当て制御器２６から割り当てられた拡散率ＳＦＴｉｍｅ×ＳＦＦｒｅｑ（時間方向拡散率×周波数方向拡散率）の拡散符号を用いる。また、２次元拡散器３２−１〜３２−ｍは、まず最初のサブキャリアで時間方向に拡散を行い、次に隣のサブキャリアで更に時間方向に拡散を行うといった拡散処理を繰り返すことで、時間方向と周波数方向の２次元拡散を行う。
【００３７】
他ユーザ信号多重器３３は、時間方向と周波数方向の２次元に拡散されたビーム時空符号化送信シンボルの入力を受けて、複数のユーザ間で多重化し、パイロット信号多重器３４に対して出力する。
パイロット信号多重器３４は、各ビーム用パイロット信号を時間方向に拡散して、他ユーザ多重された拡散データとさらに多重し、高速逆フーリエ変換器３５に対して出力する。
高速逆フーリエ変換器３５は、高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いて時間領域信号に変換する。また、ガードインターバル（ＧＩ）を付加し、キャリア周波数にアップコンバートして送信アレーアンテナ２０に出力する。
送信アレーアンテナ２０は、各アンテナブランチ２５−１〜２５−ｎと対応する複数（ｎ個）のアンテナから構成され、各アンテナブランチ２５−１〜２５−ｎの高速逆フーリエ変換器３５から入力される複数の送信信号を放射する。
【００３８】
拡散コード割当制御器２６は、１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当て、あるいは、同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てて、２次元拡散器３２−１〜３２−ｍそれぞれに対して出力する。
【００３９】
図４に具体的な拡散コードの割り当て方法を示す。
今、ビームペア（＃１，＃２）を用いるユーザと、ビームペア（＃３，＃４）を用いるユーザとをグループＡとし、ビームペア（＃２，＃３）を用いるユーザと、ビームペア（＃４，＃１）を用いるユーザとをグループＢとする。
基地局から各端末のへのパスの角度広がりが適度に狭い場合、同じグループ内で異なるビームペアではビーム分離によりそれぞれに割り当てられた信号が干渉しあうことがない。また、同じビームペア内の複数のユーザに対しては同じ２ビームを使用するので時間空間符号の復号時に干渉成分は発生しない。
【００４０】
一方、異なるグループに属するユーザ間では、上述したように（式８、９を参照）干渉成分が発生する。
従って、当該干渉成分を抑制するために、図４に示すウォルシュ系列の拡散符号木のように、同一のグループが使用するビームに対しては、時間方向拡散の拡散率（図４のＸ部を参照）が同一の複数の節点（ノード）において、各節点から生成される葉（リーフ）に該当する拡散符号を割り当て、異なるグループが使用するビームに対しては、同一の節点から生成される拡散符号を割り当てず、時間方向拡散の拡散率よりも根方向の節点から生成される葉に該当する、異なる拡散符号を割り当てる。
【００４１】
このとき、図４に示す例では、グループＡに属するユーザ、つまり、ビームインデックスに示すように、ビームペア（＃１，＃２）を用いるユーザと、ビームペア（＃３，＃４）を用いるユーザには、時間方向拡散の拡散率（図４のＸ部を参照）が同一の複数の節点において、各節点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４から生成される葉である３２ビットの拡散コード０〜１５を割り当て（図４のＡ部を参照）、グループＢに属するユーザ（ビームペア（＃２，＃３）を用いるユーザと、ビームペア（＃４，＃１）を用いるユーザ）には、他のグループＡと同一の節点から生成される拡散符号０〜１５を割り当てず、時間方向拡散の拡散率よりも根方向の節点や根（ルート）から生成される葉に該当する、異なる拡散符号、つまり、時間方向拡散の拡散率（図４のＸ部を参照）が同一の複数の節点において、各節点Ｘ５、Ｘ６、Ｘ７、Ｘ８から生成される葉である３２ビットの拡散コード１６〜３２を割り当てる（図４のＢ部を参照）。
【００４２】
図５に、更にシングルビームとマルチビームの選択を行う場合の拡散コード割り当て方法を示す。今、ビーム選択の分類に示すように、各グループＡ〜Ｃは、マルチビームが割り当てられるグループＡ、Ｂと、シングルビームが割り当てられるグループＣに分類されたとする。
このとき、上述したように、同じグループ内のユーザ間では干渉は発生しない。一方、異なるグループに属するユーザ間では、上述したように（式８、９を参照）干渉成分が発生する。
【００４３】
従って、これらのグループには、図５に示すウォルシュ系列の拡散符号木のように、同一のグループが使用するビームに対しては、時間方向拡散の拡散率（図５のＹ部を参照）が同一の複数の節点において、各節点から生成される拡散符号を割り当て、異なるグループが使用するビームに対しては、同一の節点から生成される拡散符号を割り当てず、時間方向拡散の拡散率よりも根方向の節点から生成される葉である、異なる拡散符号を割り当てる。
【００４４】
このとき、図５に示す例では、グループＡに属するユーザ、つまり、ビームインデックスに示すように、ビームペア（＃１，＃２）を用いるユーザと、ビームペア（＃３，＃４）を用いるユーザには、３２ビットの拡散コード０〜１１を割り当て（図５のＡ部を参照）、グループＢに属するユーザ（ビームペア（＃２，＃３）を用いるユーザと、ビームペア（＃４，＃１）を用いるユーザ）には、３２ビットの拡散コード１２〜２３を割り当て（図５のＢ部を参照）、グループＣに属するユーザ（ビーム＃１を用いるユーザと、ビーム＃２を用いるユーザと、ビーム＃３を用いるユーザと、ビーム＃４を用いるユーザ）には、３２ビットの拡散コード２４〜３１を割り当てる（図５のＣ部を参照）。
【００４５】
このとき、更に、周波数方向への合成の際に拡散コード間の干渉が生じにくくするため、同じビームペアを使用するユーザに対しても、時間方向拡散の拡散率において、それぞれの節点（ノード）から生成される拡散符号を優先的に割り当てる。
例えば、図４の例では、複数のユーザが同一のビームペア（＃１，＃２）を選択している場合、同一のグループが使用するビームに対しては、時間方向拡散の拡散率（図４のＸ部を参照）が同一の複数の節点において、各節点から生成される拡散符号を割り当てるため、拡散コード０〜１５が選択される。このとき、さらに、時間方向拡散の拡散率が同一の複数の節点それぞれから生成される、異なる拡散符号を割り当てる。例えば、まず拡散コード０，４，８，１２を優先的に用い、ユーザ数が増えるにつれて拡散コード２，６，１０，１３を以下順次割り当てる。
【００４６】
また、移動局１は、図６に示すように、高速フーリエ変換器６０と、時間方向逆拡散器６１−１〜６１−ｎと、チャンネル推定器６２−１，２〜６２−ｎ，２ｎと、時間空間復号器６３−１〜６３−ｎと、周波数方向合成器６４−１，２〜６４−ｎ，２ｎと、ブロックＰ／Ｓ変換器６５と、デインターリーバ６６と、誤り訂正復号器６７とから構成される時空復号化器を備える。
高速フーリエ変換器６０は、アンテナ１０から受信信号の入力を受けて、ダウンコンバート後、受信信号からガードインターバルを取り除き、ＦＦＴを用いてサブキャリア信号に変換し、時間方向逆拡散器６１−１〜６１−ｎと、チャンネル推定器６２−１，２〜６２−ｎ，２ｎとに出力する。
チャンネル推定器６２−１，２〜６２−ｎ，２ｎは、逆拡散された信号に対して、パイロット信号の変調位相成分を取り除いて、チャネル応答を推定し、推定結果を時空符号器時空復号器６１−１〜６１−ｎに出力する。
時間方向逆拡散器６１−１〜６１−ｎは、サブキャリア信号の入力を受けて、パイロット信号、パイロット信号用拡散符号と得られたチャネル推定値を用いて各送信アンテナからのパイロット信号の受信レプリカを生成するとともに、フーリエ変換した受信サブキャリア信号から受信パイロット信号レプリカを減算し、このパイロット信号を減算した受信サブキャリア信号に対して、自ユーザに割り当てられている拡散符号を用いて時間方向に逆拡散を行う。
【００４７】
時間空間復号器６３−１〜６３−ｎは、逆拡散器６１−１〜６１−ｎが出力する時間方向逆拡散後の信号に対して、自ユーザが使用している拡散符号を用いて受信サブキャリア信号を逆拡散し、チャネル推定値を用いて時空復号を行う。
周波数方向合成器６４−１，２〜６４−ｎ，２ｎは、時間空間復号器６３−１〜６３−ｎより時空復号出力を受けて、周波数方向に合成し、ブロックＳ／Ｐ変換器６５に出力する。
ブロックＰ／Ｓ変換器６５は、周波数方向合成器６４−１，２〜６４−ｎ，２ｎで合成された合成信号をブロック並列／直列変換し、デインターリーバ６６に出力する。
デインターリーバ６６は、ブロックＰ／Ｓ変換器６５の出力信号を受けて、インターリーバ２３と逆にデータの順序の入替えを行い、誤り訂正復号器６７に出力する。
誤り訂正復号器６７は、デインターリーバ６６の出力信号を受けて、誤り訂正し、再生データを得る。
【００４８】
次に、図面を参照して、本実施形態の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムの動作について説明する。
今、図１に示すように、基地局２のアレイアンテナ２０からビーム♯１〜♯４が放射されると、移動局１側において、アンテナ１０が放射された複数のビーム♯１〜♯４を受信し、スイッチ１１を介して、チャンネル推定器１２−１〜１２−４に出力する。チャンネル推定器１２−１〜１２−４において、入力される受信信号を逆拡散してチャンネル応答を推定し、電力計算器１３−１〜１３−４に対して出力する。
【００４９】
電力計算器１３−１〜１３−４は、入力されるチャネル応答の電力を計算し、全サブキャリアで合計することにより、各ビームからの電力を推定し、加算器１４−１〜１４−４において、それぞれ隣接する２ビームからのチャネル応答の電力和を算出し、最大検出器１５に対して出力する。
最大検出器１５は、電力和の入力を受けて、それぞれの電力和を比較し、最大であると判定した電力和についてビームペアインデックス及びビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値を電力差比較器１６に対して出力する。これにより、隣接する２ビームからのチャネル応答の電力和が最大となる２ビームが選択される。
【００５０】
電力差比較器１６は、選択された２ビームに対応するチャネル応答の電力差を計算し、その差がある閾値以下であるか否かをシングル／マルチビーム選択器１７に出力する。すなわち、電力差比較器１６は、ビームペアインデックスと、ビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値との入力を受けて、当該複数のビームの電力値の差を所定の閾値と比較し、当該比較結果をシングル／マルチビーム選択器１７に対して出力する。
シングル／マルチビーム選択器１７は、電力差比較器１６において、計算する電力差がある閾値以下である場合にはその２ビームを選択し、ある閾値以上である場合には、電力の大きいほうのビームのみを使用するべくその１つのビームを選択する。すなわち、シングル／マルチビーム選択器１７は、ビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値の差の比較結果の入力を受けて、シングルビーム、又は、マルチビームを選択し、選択ビームインデックスをスイッチ１１にを介して、アンテナ１０に対して出力する。アンテナ１０は、そのビームインデックスを基地局２に送り返す。
【００５１】
次に、基地局２では、送信データを誤り訂正符号化して変調信号点にマッピング、インターリーブにより送信順序をランダム化して、上述した２行２列の直交時空符号化行列を用いて時空符号化する。そして、その時空符号化出力を移動局２から受信した選択ビームインデックスが指定する２ビームに割り当てる。
ここで、移動局２から指定されたビームが１ビームである場合、つまり、選択ビームインデックスがシングルビームを選択していることを示す場合、２つのビームについて、それぞれ同一のビームとすることにより統一的に扱う。したがって、この場合、この場合、ビームペアとして（＃１，＃１）、（＃２，＃２），（＃３，＃３），（＃４，＃４）として取り扱う。
【００５２】
したがって、各ビームに互いに直交するパイロット信号が割り当てられている、または、パイロット信号が互いに直交する拡散符号で拡散されて多重されている場合、移動局１（受信側）において各ビームからのチャネル応答を推定することができる効果が得られる。
また、移動局１は、チャネル推定値の電力を計算することにより、自身がどのビーム領域に位置しているかを知ることができる効果が得られる。
また、本実施形態において、基地局２は、２行２列の時空符号化出力を隣接する２ビームあるいはシングルビームに割り当てるため、移動局１（受信側）では、連接するビームからのチャネル推定値の電力和を計算し、電力和が最大となる隣接する２ビームのインデックスを検出することができる効果が得られる。
【００５３】
また、移動局１において、選択した２ビームからのチャネル応答の電力差が大きい場合、１つのビームのみを使用するように指定することも考えられる。この場合、アップリンクにおいて、選択ビームインデックス（＝ビーム選択情報）を基地局１に送り返す。したがって、基地局２は、各移動局１に割り当てるべきビームを知ることができる効果が得られる。
【００５４】
また、今、図７に示すビームペアの分類のように、グループＡ、Ｂそれぞれにビームが割り当てられている場合、例えば、パイロット信号について時間方向拡散の拡散率の２倍の拡散率の拡散コードを割り当てるとすると、図７に示すウォルシュ系列の拡散符号木のように、同一のグループが使用するビームに対しては、時間方向拡散の拡散率（図７のＺ部を参照）が同一の複数の節点（ノード）において、各節点から生成される葉（リーフ）に該当する拡散符号を割り当てる。この場合、パイロット信号について時間方向拡散の拡散率の２倍の拡散率の拡散コードを割り当てることから、１６ビットの拡散コード１´〜４´がグループＡ、Ｂのユーザ信号以外のパイロット信号に対して割り当てられる。
【００５５】
時空符号化された２つのシンボル系列は、マルチビームの中から移動局から指定されたビームにステアリングされた後、ビーム多重される。また、ビーム多重されたシンボル系列は、さらに、各送信アンテナブランチにおいて、直並列変換された後、拡散セグメントに割り当てられる。
各拡散セグメントでは、ウォルシュ符号を用いて時間方向と周波数方向の２次元に拡散され、他のユーザ信号と多重される。このとき、使用する拡散コードは図７に示すように、使用するビームペアに応じて利用可能な拡散コードを使用する。また、各ビーム用パイロット信号も時間方向拡散の拡散率の２倍の拡散率の拡散コードで時間方向に拡散し拡散データと多重する。
このとき、図８に示すように、Ｎｓシンボル×Ｎｃサブキャリアの領域において、各拡散領域ＳＦＴｉｍｅ×ＳＦＦｒｅｑについて、他のユーザ信号及びパイロット信号を拡散し、多重化する。
そして、これらのサブキャリア信号を高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いて直交周波数分割多重して時間領域信号に変換し、ガードインターバル（ＧＩ）を付加した後、キャリア周波数にアップコンバートして送信アレーアンテナ２０から送信する（図９に示す固定マルチビームのビームパターンを参照）。
【００５６】
移動局１（受信側）において、受信信号を高速フーリエ変換を用いて受信サブキャリア信号に変換し、各サブキャリアにおいてビーム用パイロット信号が割り当てられている拡散符号で時間方向に逆拡散する。そして、逆拡散信号からパイロット信号の変調成分を除去するとビームからのチャネル推定値が得られる。
また、ユーザが割り当てられている拡散符号で時間方向に逆拡散を行って、干渉を引き起こす信号成分を抑圧し、その後、時空復号を行って、周波数方向に合成する。この逆拡散された信号をデインターリーブして誤り訂正の復号を行って再生ビット系列を得る。
【００５７】
以上説明したように、拡散コードの割り当てにおいて、１つの同じビームを共有し、かつ、異なるビームペアを使用するユーザ信号同士は、時空符号の復号時に互いに干渉を引き起こすが、この問題を解決するため、同一の節点から分岐している拡散コード同士は部分相関が０となる性質を利用し、拡散コードを上述のように割り当てておくと、干渉し合うユーザからの信号は受信機での時間方向逆拡散によって抑圧することができる。したがって、時空符号の復号時に干渉が発生しないという効果が得られる。
また、拡散コードの割り当てにおいて、同じビームペアを使用するユーザにもできるだけ、時間方向拡散の拡散率が同一の複数の節点それぞれから生成される、異なる拡散符号を割り当てる。例えば、まず拡散コード０，４，８，１２を優先的に用い、ユーザ数が増えるにつれて拡散コード２，６，１０，１３を以下順次割り当てることにより、受信機での時間方向逆拡散によって他のユーザを抑圧することができる。このため、周波数方向への合成時にコード間干渉が発生しにくくなる効果が得られる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムによれば、２次元拡散を用いるＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムにおいて送信マルチビームアレーと時空符号化を組み合わせて用いる伝送方式において時空符号の復号時に干渉を引き起こす信号を受信側での時間方向逆拡散において抑圧できるように送信側で拡散コードの割り当てを行っているため、干渉の発生を防ぐことが出来る効果が得られる。このため、伝送特性を向上させることができ、システムの性能向上に寄与するところが大きい。
【００５９】
なお、本実施形態の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムにおいては、移動局１側において、電力推定値から選択ビームインデックスを決定し、基地局２側でこれに基づいて拡散コードの割当制御を行う場合の例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、移動局１側において、電力推定値を算出した後、基地局２に対して送信し、基地局２側で電力推定値から選択ビームインデックスを決定し、拡散コードの割当制御を行うようにしてもよい。
【００６０】
上述の移動局１、基地局２における送信機、受信機は、内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した時空符号化処理、時空復号化処理、ビームインデックス選択処理に関する一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
すなわち、上述の移動局１、基地局２における送信機、受信機における、各処理手段、処理部は、ＣＰＵ等の中央演算処理装置がＲＯＭやＲＡＭ等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、実現されるものである。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、送信側において、送信信号をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信し、受信側において、受信する各ビームに対するチャンネルを推定し、チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択するビーム選択方法において、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択するので、信号電力の浪費を抑止することが出来る効果を得ることができる。
【００６２】
また、本発明は、送信側において、送信信号を時空符号化し、時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信ダイバーシチシステムにおいて、１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てるので、複数ビーム間での干渉発生を防止することが出来る効果を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の移動局（送受信機）におけるクローズドループビーム選択器の構成図である。
【図２】本実施形態の基地局（送信機）の構成図である。
【図３】２次元拡散の様子を示す説明図である。
【図４】本実施形態における拡散コード生成法と２ビーム選択の場合の拡散コード割り当てを示す説明図である。
【図５】本実施形態における拡散コード生成法とシングル／マルチビーム選択の場合の拡散コード割り当てを示す説明図である。
【図６】本実施形態の移動局（受信機）の構成図である。
【図７】本実施形態における拡散コード生成法と２ビーム選択の場合のユーザ信号及びパイロット信号への拡散コード割り当てを示す説明図である。
【図８】本実施形態における拡散信号フレームの構成図である。
【図９】本実施形態における低サイドローブ固定マルチビームのビームパターンの説明図である。
【図１０】従来の時間空間送信ダイバーシチシステムの構成図である。
【図１１】従来の時間方向拡散ＯＦＤＭ−ＣＤＭ用時間ビーム間送信ダイバーシチシステムの構成図である。
【図１２】従来の時間方向拡散ＯＦＤＭ−ＣＤＭ用時間ビーム間送信ダイバーシチシステムにおける受信機の構成図である。
【図１３】従来のクローズドループによる２ビーム選択器の構成図である。
【図１４】ユーザ位置とビームエリアの関係（角度広がりが広い場合）を示す説明図である。
【図１５】ユーザ位置とビームエリアの関係（角度広がりが狭い場合）を示す説明図である。
【図１６】２ユーザがそれぞれ２ビームを使用し、１つのビームを共有し合う場合の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…移動局
２…基地局
１０…アンテナ
１１…スイッチ
１２−１〜１２−４…チャンネル推定器
１３−１〜１３−４…電力計算器
１４−１−〜１４−４…加算器
１５…最大検出器
１６…電力差比較器
１７…シングル／マルチビーム選択器
２０…送信アレーアンテナ
２１…誤り訂正符号器
２２…マッピング器
２３…インターリーバ
２４…時空符号器
２５−１〜２５−ｎ…アンテナブランチ
３０…多重器
３１…ブロックＳ／Ｐ変換器
３２−１〜３２−ｍ…２次元拡散器
３３…他ユーザ信号多重器
３４…パイロット信号多重器
３５…高速逆フーリエ変換器
６０…高速フーリエ変換器
６１−１〜６１−ｎ…時間方向逆拡散器
６２−１〜６２−ｎ…チャンネル推定器
６３−１〜６３−ｎ…時間空間復号器
６４−１，２〜６４−ｎ，２ｎ…周波数方向合成器
６５…ブロックＰ／Ｓ変換器
６６…デインターリーバ
６７…誤り訂正復号器
【発明の属する技術分野】
本発明は、時間方向と周波数方向の２次元拡散を行う直交周波数多重符号分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｃｏｄｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ−ＣＤＭ）を適用した送信ダイバーシチシステム、ビーム選択方法、拡散符号割当方法、及びそのプログラムに関する。特に移動通信システムに用いられる送信アンテナアレー及び時間空間送信ダイバーシチシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、送信ダイバーシチ技術の中で図１０に示す時空間符号を用いる時間空間送信ダイバーシチがある（非特許文献１を参照）。送信シンボルをｓ１、ｓ２とすると２行２列の直交時空間符号化行列は次式で表される。
【数１】
今、アンテナ＃１から端末へのチャネル応答をｈ１とし、アンテナ＃２から端末へのチャネル応答をｈ２とすると、時刻１での受信信号ｒ１は、
【数２】
【数３】
【０００３】
受信側でアンテナ＃１からののチャネル応答ｈ１とアンテナ＃２からのチャネル応答ｈ２をそれぞれ推定し、得られるｈ１、ｈ２を用いて復号を行うと、
【数４】
【０００４】
また、非特許文献２には、図１１〜図１３に示すように、最適なビームを選択して伝送特性を改善するための技術について記載されている。
この先行技術によれば、基地局において固定マルチビームを用いて、移動局側において各ビームからのチャネル応答を推定して電力を計算し（マルチアキャリアでは各サブキャリアでの電力値を加算する）、隣接する２つのビームからのチャネル応答の電力和が最大となる２ビームを選択して、そのビームインデックスを基地局に送り返す。
この先行技術では、送信側において、送信信号を２行２列の直交時空符号化行列を用いて時空符号化して、時空符号化出力を移動局から指定された２つのビームに割り当てている。また、ビーム形成用アレーウェイトベクトルで重みづけされた信号は、時間方向にみに拡散を行うＯＦＤＭ−ＣＤＭを用いて拡散された後、他のユーザ信号と多重化されている。
一方、受信側では、時間方向の逆拡散を行うことで、自ユーザ以外の信号をすべて抑圧し、所望の信号を復号する構成としている。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｓ．Ｍ．Ａｌａｍｏｕｔｉ， “Ａ ｓｉｍｐｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、”ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ ＳｅｌｅｃｔｅｄＡｒｅａｓ Ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．８，ｐｐ．１４５−１５８，Ｏｃｔｏｂｅｒ １９９８．
【非特許文献２】
Ｍ．Ｆｕｊｉｉ、“Ｂｅａｍｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏｒ Ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ ｓｐｒｅａｄｉｎｇＯＦＤＭ−ＣＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ、”ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ． Ｅ８６−ｂ， Ｎｏ．１， ｐｐ．３４４−３５１， Ｊａｎｕａｒｙ ２００３．
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来、時間空間送信ダイバーシチにおいては、送信信号を時間方向にのみ拡散しており、システム的により柔軟な２次元拡散を使用することができないという問題点がある。
例えば、上述したような、常に２ビームを選択する方法では、図１４に示すように、ユーザがビーム間に位置している場合にはビームダイバーシチ利得が得られるため伝送特性を改善することができる。しかし、図１５に示すように、ユーザがビームの最大利得付近に位置し、かつ、電波の角度広がりがビーム幅に比べて狭い場合には、ビーム利得は得られるが、複数のビームを使用しているにも関わらず、実質的には、１つのビームから送信された信号のみが移動局に到達し、他のビームに配分された信号電力を無駄にしてしまうという問題がある。
【０００７】
更に、上述したような従来方法では、送信信号に対して時間方向のみに拡散を行うため、受信側の逆拡散において自ユーザ信号以外の信号をすべて抑圧する構成となっている。このため、複数のユーザ間で時空間符号の直交性が成り立たない信号も逆拡散で抑圧し、その後、時空符号の復号を行う構成となっている。
この場合、時間方向と周波数方向の両方に拡散を行う２次元拡散においては、時空符号を復号する際に１つのビームを共有する他の複数ビームに割り当てられた時空符号との直交性が成り立たないため、複数ビーム間で干渉が発生するという問題がある。
【０００８】
この様子を図１６に示す。ユーザ＃１に対してビーム＃１とビーム＃２が使用され、ユーザ＃２に対してビーム＃２とビーム＃３が使用されている。
したがって、ユーザ＃１に送信される信号を（ｓ１，ｓ２）、ユーザ＃２に送信される信号を（ｓ３，ｓ４）とし、ビーム＃１とビーム＃２からユーザ＃１へのｍ番目のサブキャリアでのチャネル応答をそれぞれｈｍ，１、ｈｍ，２とすると、ユーザ＃１にはｍ番目のサブキャリアにおいて、
【数６】
【数８】
【０００９】
すなわち、時間方向のみに拡散を行う構成の場合、チャンネル応答が時不変とみなせる範囲内で拡散コードを使用するため、他のユーザ信号を逆拡散により抑圧することができ、上記の干渉成分の発生が無い。
ところが、２次元拡散ではそれぞれのサブキャリアでは必ずしも拡散コード間での部分相関が０ではない。このため、上述した干渉成分が発生してしまい、復号成分と、自ユーザ信号の応答成分
【数１０】
【００１０】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、信号電力の浪費を抑止することが出来るとともに、複数ビーム間での干渉発生を防止することが出来る送信ダイバーシチシステム、ビーム選択方法、拡散符号割当方法、及びそのプログラムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、請求項１に記載の発明は、送信信号をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信機と、受信する各ビームに対するチャンネルを推定する受信機とから構成される送信ダイバーシチシステムにおいて、チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する第１の選択手段と、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する第２の選択手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２の選択手段は、前記ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより、前記チャネル推定値の電力の絶対値が最大である１のシングルビームを選択することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、送信側において、送信信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信ダイバーシチシステムにおいて、１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、前記時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てる符号割当手段を具備することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記符号割当手段は、さらに、同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、前記時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、マルチビームのビーム空間に割り当てられた信号を受信し、各ビームに対するチャンネルを推定する受信機において、チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する第１の選択手段と、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する第２の選択手段とを具備することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、マルチビームのビーム空間に割り当てられた信号を受信し、各ビームに対するチャンネルを推定する受信機よりチャネル推定値を受けて、該チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する第１の選択手段と、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する第２の選択手段とを具備することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信機において、１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、前記時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てる符号割当手段を具備することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記符号割当手段は、さらに、同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、前記時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項９に記載の発明は、送信側において、送信信号をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信し、受信側において、受信する各ビームに対するチャンネルを推定し、チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択するビーム選択方法において、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより、前記チャネル推定値の電力の絶対値が最大である１のシングルビームを選択することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１１に記載の発明は、送信側において、送信信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信ダイバーシチシステムにおいて、１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、前記時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１２に記載の発明は、送信側において、送信信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信ダイバーシチシステムにおいて、同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、前記時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１３に記載の発明は、マルチビームのビーム空間に割り当てられた信号を受信し、各ビームに対するチャンネルを推定する受信機において、チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する処理と、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する処理とを受信機に実行させるためのビーム選択プログラムである。
【００２４】
また、請求項１４に記載の発明は、マルチビームのビーム空間に割り当てられた信号を受信し、各ビームに対するチャンネルを推定する受信機よりチャネル推定値を受けて、該チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する処理と、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する処理とを送信機に実行させるためのビーム選択プログラムである。
【００２５】
また、請求項１５に記載の発明は、信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信機において、１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、前記時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てる処理を送信機に実行させるための拡散符号割り当てプログラムである。
【００２６】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の送信機に、さらに、同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、前記時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てる処理を実行させるための拡散符号割り当てプログラムである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムの一実施形態について説明する。図１は、本実施形態の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムの構成を示す構成図である。
本実施形態の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムは、移動局１（送受信機）と、基地局２（送受信機）とから構成される。図１に示すように、本実施形態の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムは、クローズドループ型ビーム選択方式を採用する。すなわち、移動局１は、アンテナ１０と、スイッチ１１と、チャンネル推定器１２−１〜１２−４と、電力計算器１３−１〜１３−４と、加算器１４−１〜１４−４と、最大検出器１５と、電力差比較器１６と、シングル／マルチビーム選択器１７とから構成されるクローズドループ型ビーム選択器を備える。
【００２８】
アンテナ１０は、基地局２の送信アレーアンテナ２０（図１を参照）から放射された複数のビーム♯１〜♯４を受信して、当該受信信号をスイッチ１１に出力するとともに、スイッチ１１から入力される選択ビームインデックス（後述する）を放射する。
スイッチ１１は、アンテナ１０から入力される受信信号をチャンネル推定器１２−１〜１２−４に出力するとともに、電力比較器１６から入力される選択ビームインデックスをアンテナ１０に対して出力する。なお、当該スイッチ１１の入出力処理の切り替えは制御器（図示せず）からの制御命令に基づいて行われる。
チャンネル推定器１２−１〜１２−４は、スイッチ１１から入力される受信信号をサブキャリア毎にそれぞれの拡散コードで逆拡散してパイロット信号の変調成分を取り除いて、チャンネル応答を推定し（後述する）、電力計算器１３−１〜１３−４に対して出力する。
【００２９】
電力計算器１３−１〜１３−４は、チャンネル推定器１２−１〜１２−４から入力されるチャネル応答の電力を計算し、全サブキャリアで合計することにより、各ビームからの電力を推定し、加算器１４−１〜１４−４に対して出力する。具体的には、電力計算器１３−１は、加算器１４−１、１４−４に対してビーム♯１の電力推定値Ｐ１を出力する。また、電力計算器１３−２は、加算器１４−１、１４−２に対してビーム♯２の電力推定値Ｐ２を出力する。また、電力計算器１３−３は、加算器１４−２、１４−３に対してビーム♯３の電力推定値Ｐ３を出力する。また、電力計算器１３−４は、加算器１４−３、１４−４に対してビーム♯４の電力推定値Ｐ４を出力する。
【００３０】
加算器１４−１〜１４−４は、電力計算器１３−１〜１３−４から入力されるビーム♯１〜♯４の電力推定値Ｐ１〜Ｐ４をそれぞれ加算して、最大検出器１５に対して出力する。具体的には、加算器１４−１は、ビーム♯１、♯２の電力推定値Ｐ１、Ｐ２の入力を受けて、電力加算値Ｐ１＋Ｐ２を最大検出器１５に対して出力する。また、加算器１４−２は、ビーム♯２、♯３の電力推定値Ｐ２、Ｐ３の入力を受けて、電力加算値Ｐ２＋Ｐ３を最大検出器１５に対して出力する。また、加算器１４−３は、ビーム♯３、♯４の電力推定値Ｐ３、Ｐ４の入力を受けて、電力加算値Ｐ３＋Ｐ４を最大検出器１５に対して出力する。また、加算器１４−４は、ビーム♯４、♯１の電力推定値Ｐ４、Ｐ１の入力を受けて、電力加算値Ｐ４＋Ｐ１を最大検出器１５に対して出力する。
【００３１】
最大検出器１５は、電力加算値Ｐ１＋Ｐ２、Ｐ２＋Ｐ３、Ｐ３＋Ｐ４、Ｐ４＋Ｐ１の入力を受けて、それぞれの電力加算値を比較し、最大であると判定した電力加算値についてビームペアインデックス及びビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値を電力差比較器１６に対して出力する。
ここで、ビームペアインデックスとは、電力加算値と対応するビームの組み合わせであって、例えば、電力加算値Ｐ１＋Ｐ２が最大である場合、対応するビームの組み合わせは（ビーム♯１、♯２）となる。また、他の電力加算値についても、同様にビームペアインデックスが定義される。
また、ビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値とは、最大検出器１５が出力するビームペアインデックスと対応する複数のビームの電力値であって、例えば、最大検出器１５が出力するビームペアインデックスが、（ビーム♯１、♯２）である場合、当該ビームペアインデックスと対応する複数のビームの電力値は、電力推定値Ｐ１、Ｐ２となる。
【００３２】
電力差比較器１６は、ビームペアインデックスと、ビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値との入力を受けて、当該複数のビームの電力値の差を所定の閾値と比較し、当該比較結果をシングル／マルチビーム選択器１７に対して出力する。
シングル／マルチビーム選択器１７は、ビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値の差の比較結果の入力を受けて、シングルビーム、又は、マルチビームを選択し、選択ビームインデックスをスイッチ１１に対して出力する。
具体的には、電力値の差が所定の閾値より大きい場合、シングル／マルチビーム選択器１７は、ビームペアインデックスが示す複数のビームより、電力値の大きいビームのみを選択し、電力値の差が所定の閾値より小さい場合、ビームペアインデックスが示す複数のビームすべてを選択する。
【００３３】
図２に示すように、基地局２は、送信アレーアンテナ２０と、誤り訂正符号器２１と、マッピング器２２と、インターリーバ２３と、時空符号器２４と、アンテナブランチ２５−１〜２５−ｎ（ｎは自然数）とから構成される。
誤り訂正符号器２１は、送信データの入力を受けて、誤り訂正符号化し、マッピング器２２に対して出力する。
マッピング器２２は、誤り訂正符号化された送信データの入力を受けて、変調コンステレーションヘマッピングし、インターリーバ２３へ出力する。
インターリーバ２３は、バーストエラーを拡散させるため、マッピングされたデータの入力を受けて、データの順序の入替えを行い、時空符号器２４に出力する。
【００３４】
時空符号器２４は、上述の式（１）に示す２行２列の直交時空符号化行列を用いて、インターリーバ３の出力信号を符号化し、移動局１から受信する選択ビームインデックスが示すビームに対して割り当てて出力する。本実施形態においては、一例として、選択ビームインデックスが（ビーム♯１、♯２）である場合として、ビーム♯１、♯２に時空符号化出力を割り当てて対応するアンテナブランチ２５−１〜２５−ｎに対して出力する。
【００３５】
アンテナブランチ２５−１〜２５−ｎは、それぞれ多重器３０と、ブロックＳ／Ｐ変換器３１と、２次元拡散器３２−１〜３２−ｍ（ｍは自然数）と、他ユーザ信号多重器３３と、パイロット信号多重器３４と、高速逆フーリエ変換器（＝ＩＦＦＴ＋ＧＩ）３５から構成される。
多重器３０は、時空符号器２４が選択ビームインデックスが示すビームに対して割り当てた時空符号化出力の入力を受けて、複数のビームを多重化し、ブロックＳ／Ｐ変換器３１に対して出力する。例えば、本実施形態において、多重器３０は、時空符号化送信シンボルに送信アレイアンテナ２０におけるアレーウェイトを乗算して２ビーム（ビーム♯１、♯２）を多重化する。
【００３６】
ブロックＳ／Ｐ変換器３１は、複数のビームについて多重化されたビーム時空符号化送信シンボルの入力を受けて、２シンボル毎に直並列変換を行い、２次元拡散器３２−１〜３２−ｍそれぞれに対して出力する。
２次元拡散器３２−１〜３２−ｍは、直並列変換されたビーム時空符号化送信シンボルの入力を受けて、図３に示すように拡散セグメントに割り当て、各拡散セグメントにおいてウォルシュ符号を用いて時間方向と周波数方向の２次元拡散し、他ユーザ信号多重器３３に対して出力する。
このとき、２次元拡散セグメントは、図３に示すように、セグメント内の時間方向のＯＦＤＭシンボル数（ＳＦＴｉｍｅ）と周波数方向のサブキャリア数（ＳＦＦｒｅｑ）により拡散領域が設定される。また、拡散符号として、拡散コード割り当て制御器２６から割り当てられた拡散率ＳＦＴｉｍｅ×ＳＦＦｒｅｑ（時間方向拡散率×周波数方向拡散率）の拡散符号を用いる。また、２次元拡散器３２−１〜３２−ｍは、まず最初のサブキャリアで時間方向に拡散を行い、次に隣のサブキャリアで更に時間方向に拡散を行うといった拡散処理を繰り返すことで、時間方向と周波数方向の２次元拡散を行う。
【００３７】
他ユーザ信号多重器３３は、時間方向と周波数方向の２次元に拡散されたビーム時空符号化送信シンボルの入力を受けて、複数のユーザ間で多重化し、パイロット信号多重器３４に対して出力する。
パイロット信号多重器３４は、各ビーム用パイロット信号を時間方向に拡散して、他ユーザ多重された拡散データとさらに多重し、高速逆フーリエ変換器３５に対して出力する。
高速逆フーリエ変換器３５は、高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いて時間領域信号に変換する。また、ガードインターバル（ＧＩ）を付加し、キャリア周波数にアップコンバートして送信アレーアンテナ２０に出力する。
送信アレーアンテナ２０は、各アンテナブランチ２５−１〜２５−ｎと対応する複数（ｎ個）のアンテナから構成され、各アンテナブランチ２５−１〜２５−ｎの高速逆フーリエ変換器３５から入力される複数の送信信号を放射する。
【００３８】
拡散コード割当制御器２６は、１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当て、あるいは、同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てて、２次元拡散器３２−１〜３２−ｍそれぞれに対して出力する。
【００３９】
図４に具体的な拡散コードの割り当て方法を示す。
今、ビームペア（＃１，＃２）を用いるユーザと、ビームペア（＃３，＃４）を用いるユーザとをグループＡとし、ビームペア（＃２，＃３）を用いるユーザと、ビームペア（＃４，＃１）を用いるユーザとをグループＢとする。
基地局から各端末のへのパスの角度広がりが適度に狭い場合、同じグループ内で異なるビームペアではビーム分離によりそれぞれに割り当てられた信号が干渉しあうことがない。また、同じビームペア内の複数のユーザに対しては同じ２ビームを使用するので時間空間符号の復号時に干渉成分は発生しない。
【００４０】
一方、異なるグループに属するユーザ間では、上述したように（式８、９を参照）干渉成分が発生する。
従って、当該干渉成分を抑制するために、図４に示すウォルシュ系列の拡散符号木のように、同一のグループが使用するビームに対しては、時間方向拡散の拡散率（図４のＸ部を参照）が同一の複数の節点（ノード）において、各節点から生成される葉（リーフ）に該当する拡散符号を割り当て、異なるグループが使用するビームに対しては、同一の節点から生成される拡散符号を割り当てず、時間方向拡散の拡散率よりも根方向の節点から生成される葉に該当する、異なる拡散符号を割り当てる。
【００４１】
このとき、図４に示す例では、グループＡに属するユーザ、つまり、ビームインデックスに示すように、ビームペア（＃１，＃２）を用いるユーザと、ビームペア（＃３，＃４）を用いるユーザには、時間方向拡散の拡散率（図４のＸ部を参照）が同一の複数の節点において、各節点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４から生成される葉である３２ビットの拡散コード０〜１５を割り当て（図４のＡ部を参照）、グループＢに属するユーザ（ビームペア（＃２，＃３）を用いるユーザと、ビームペア（＃４，＃１）を用いるユーザ）には、他のグループＡと同一の節点から生成される拡散符号０〜１５を割り当てず、時間方向拡散の拡散率よりも根方向の節点や根（ルート）から生成される葉に該当する、異なる拡散符号、つまり、時間方向拡散の拡散率（図４のＸ部を参照）が同一の複数の節点において、各節点Ｘ５、Ｘ６、Ｘ７、Ｘ８から生成される葉である３２ビットの拡散コード１６〜３２を割り当てる（図４のＢ部を参照）。
【００４２】
図５に、更にシングルビームとマルチビームの選択を行う場合の拡散コード割り当て方法を示す。今、ビーム選択の分類に示すように、各グループＡ〜Ｃは、マルチビームが割り当てられるグループＡ、Ｂと、シングルビームが割り当てられるグループＣに分類されたとする。
このとき、上述したように、同じグループ内のユーザ間では干渉は発生しない。一方、異なるグループに属するユーザ間では、上述したように（式８、９を参照）干渉成分が発生する。
【００４３】
従って、これらのグループには、図５に示すウォルシュ系列の拡散符号木のように、同一のグループが使用するビームに対しては、時間方向拡散の拡散率（図５のＹ部を参照）が同一の複数の節点において、各節点から生成される拡散符号を割り当て、異なるグループが使用するビームに対しては、同一の節点から生成される拡散符号を割り当てず、時間方向拡散の拡散率よりも根方向の節点から生成される葉である、異なる拡散符号を割り当てる。
【００４４】
このとき、図５に示す例では、グループＡに属するユーザ、つまり、ビームインデックスに示すように、ビームペア（＃１，＃２）を用いるユーザと、ビームペア（＃３，＃４）を用いるユーザには、３２ビットの拡散コード０〜１１を割り当て（図５のＡ部を参照）、グループＢに属するユーザ（ビームペア（＃２，＃３）を用いるユーザと、ビームペア（＃４，＃１）を用いるユーザ）には、３２ビットの拡散コード１２〜２３を割り当て（図５のＢ部を参照）、グループＣに属するユーザ（ビーム＃１を用いるユーザと、ビーム＃２を用いるユーザと、ビーム＃３を用いるユーザと、ビーム＃４を用いるユーザ）には、３２ビットの拡散コード２４〜３１を割り当てる（図５のＣ部を参照）。
【００４５】
このとき、更に、周波数方向への合成の際に拡散コード間の干渉が生じにくくするため、同じビームペアを使用するユーザに対しても、時間方向拡散の拡散率において、それぞれの節点（ノード）から生成される拡散符号を優先的に割り当てる。
例えば、図４の例では、複数のユーザが同一のビームペア（＃１，＃２）を選択している場合、同一のグループが使用するビームに対しては、時間方向拡散の拡散率（図４のＸ部を参照）が同一の複数の節点において、各節点から生成される拡散符号を割り当てるため、拡散コード０〜１５が選択される。このとき、さらに、時間方向拡散の拡散率が同一の複数の節点それぞれから生成される、異なる拡散符号を割り当てる。例えば、まず拡散コード０，４，８，１２を優先的に用い、ユーザ数が増えるにつれて拡散コード２，６，１０，１３を以下順次割り当てる。
【００４６】
また、移動局１は、図６に示すように、高速フーリエ変換器６０と、時間方向逆拡散器６１−１〜６１−ｎと、チャンネル推定器６２−１，２〜６２−ｎ，２ｎと、時間空間復号器６３−１〜６３−ｎと、周波数方向合成器６４−１，２〜６４−ｎ，２ｎと、ブロックＰ／Ｓ変換器６５と、デインターリーバ６６と、誤り訂正復号器６７とから構成される時空復号化器を備える。
高速フーリエ変換器６０は、アンテナ１０から受信信号の入力を受けて、ダウンコンバート後、受信信号からガードインターバルを取り除き、ＦＦＴを用いてサブキャリア信号に変換し、時間方向逆拡散器６１−１〜６１−ｎと、チャンネル推定器６２−１，２〜６２−ｎ，２ｎとに出力する。
チャンネル推定器６２−１，２〜６２−ｎ，２ｎは、逆拡散された信号に対して、パイロット信号の変調位相成分を取り除いて、チャネル応答を推定し、推定結果を時空符号器時空復号器６１−１〜６１−ｎに出力する。
時間方向逆拡散器６１−１〜６１−ｎは、サブキャリア信号の入力を受けて、パイロット信号、パイロット信号用拡散符号と得られたチャネル推定値を用いて各送信アンテナからのパイロット信号の受信レプリカを生成するとともに、フーリエ変換した受信サブキャリア信号から受信パイロット信号レプリカを減算し、このパイロット信号を減算した受信サブキャリア信号に対して、自ユーザに割り当てられている拡散符号を用いて時間方向に逆拡散を行う。
【００４７】
時間空間復号器６３−１〜６３−ｎは、逆拡散器６１−１〜６１−ｎが出力する時間方向逆拡散後の信号に対して、自ユーザが使用している拡散符号を用いて受信サブキャリア信号を逆拡散し、チャネル推定値を用いて時空復号を行う。
周波数方向合成器６４−１，２〜６４−ｎ，２ｎは、時間空間復号器６３−１〜６３−ｎより時空復号出力を受けて、周波数方向に合成し、ブロックＳ／Ｐ変換器６５に出力する。
ブロックＰ／Ｓ変換器６５は、周波数方向合成器６４−１，２〜６４−ｎ，２ｎで合成された合成信号をブロック並列／直列変換し、デインターリーバ６６に出力する。
デインターリーバ６６は、ブロックＰ／Ｓ変換器６５の出力信号を受けて、インターリーバ２３と逆にデータの順序の入替えを行い、誤り訂正復号器６７に出力する。
誤り訂正復号器６７は、デインターリーバ６６の出力信号を受けて、誤り訂正し、再生データを得る。
【００４８】
次に、図面を参照して、本実施形態の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムの動作について説明する。
今、図１に示すように、基地局２のアレイアンテナ２０からビーム♯１〜♯４が放射されると、移動局１側において、アンテナ１０が放射された複数のビーム♯１〜♯４を受信し、スイッチ１１を介して、チャンネル推定器１２−１〜１２−４に出力する。チャンネル推定器１２−１〜１２−４において、入力される受信信号を逆拡散してチャンネル応答を推定し、電力計算器１３−１〜１３−４に対して出力する。
【００４９】
電力計算器１３−１〜１３−４は、入力されるチャネル応答の電力を計算し、全サブキャリアで合計することにより、各ビームからの電力を推定し、加算器１４−１〜１４−４において、それぞれ隣接する２ビームからのチャネル応答の電力和を算出し、最大検出器１５に対して出力する。
最大検出器１５は、電力和の入力を受けて、それぞれの電力和を比較し、最大であると判定した電力和についてビームペアインデックス及びビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値を電力差比較器１６に対して出力する。これにより、隣接する２ビームからのチャネル応答の電力和が最大となる２ビームが選択される。
【００５０】
電力差比較器１６は、選択された２ビームに対応するチャネル応答の電力差を計算し、その差がある閾値以下であるか否かをシングル／マルチビーム選択器１７に出力する。すなわち、電力差比較器１６は、ビームペアインデックスと、ビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値との入力を受けて、当該複数のビームの電力値の差を所定の閾値と比較し、当該比較結果をシングル／マルチビーム選択器１７に対して出力する。
シングル／マルチビーム選択器１７は、電力差比較器１６において、計算する電力差がある閾値以下である場合にはその２ビームを選択し、ある閾値以上である場合には、電力の大きいほうのビームのみを使用するべくその１つのビームを選択する。すなわち、シングル／マルチビーム選択器１７は、ビームペアインデックスが示す複数のビームの電力値の差の比較結果の入力を受けて、シングルビーム、又は、マルチビームを選択し、選択ビームインデックスをスイッチ１１にを介して、アンテナ１０に対して出力する。アンテナ１０は、そのビームインデックスを基地局２に送り返す。
【００５１】
次に、基地局２では、送信データを誤り訂正符号化して変調信号点にマッピング、インターリーブにより送信順序をランダム化して、上述した２行２列の直交時空符号化行列を用いて時空符号化する。そして、その時空符号化出力を移動局２から受信した選択ビームインデックスが指定する２ビームに割り当てる。
ここで、移動局２から指定されたビームが１ビームである場合、つまり、選択ビームインデックスがシングルビームを選択していることを示す場合、２つのビームについて、それぞれ同一のビームとすることにより統一的に扱う。したがって、この場合、この場合、ビームペアとして（＃１，＃１）、（＃２，＃２），（＃３，＃３），（＃４，＃４）として取り扱う。
【００５２】
したがって、各ビームに互いに直交するパイロット信号が割り当てられている、または、パイロット信号が互いに直交する拡散符号で拡散されて多重されている場合、移動局１（受信側）において各ビームからのチャネル応答を推定することができる効果が得られる。
また、移動局１は、チャネル推定値の電力を計算することにより、自身がどのビーム領域に位置しているかを知ることができる効果が得られる。
また、本実施形態において、基地局２は、２行２列の時空符号化出力を隣接する２ビームあるいはシングルビームに割り当てるため、移動局１（受信側）では、連接するビームからのチャネル推定値の電力和を計算し、電力和が最大となる隣接する２ビームのインデックスを検出することができる効果が得られる。
【００５３】
また、移動局１において、選択した２ビームからのチャネル応答の電力差が大きい場合、１つのビームのみを使用するように指定することも考えられる。この場合、アップリンクにおいて、選択ビームインデックス（＝ビーム選択情報）を基地局１に送り返す。したがって、基地局２は、各移動局１に割り当てるべきビームを知ることができる効果が得られる。
【００５４】
また、今、図７に示すビームペアの分類のように、グループＡ、Ｂそれぞれにビームが割り当てられている場合、例えば、パイロット信号について時間方向拡散の拡散率の２倍の拡散率の拡散コードを割り当てるとすると、図７に示すウォルシュ系列の拡散符号木のように、同一のグループが使用するビームに対しては、時間方向拡散の拡散率（図７のＺ部を参照）が同一の複数の節点（ノード）において、各節点から生成される葉（リーフ）に該当する拡散符号を割り当てる。この場合、パイロット信号について時間方向拡散の拡散率の２倍の拡散率の拡散コードを割り当てることから、１６ビットの拡散コード１´〜４´がグループＡ、Ｂのユーザ信号以外のパイロット信号に対して割り当てられる。
【００５５】
時空符号化された２つのシンボル系列は、マルチビームの中から移動局から指定されたビームにステアリングされた後、ビーム多重される。また、ビーム多重されたシンボル系列は、さらに、各送信アンテナブランチにおいて、直並列変換された後、拡散セグメントに割り当てられる。
各拡散セグメントでは、ウォルシュ符号を用いて時間方向と周波数方向の２次元に拡散され、他のユーザ信号と多重される。このとき、使用する拡散コードは図７に示すように、使用するビームペアに応じて利用可能な拡散コードを使用する。また、各ビーム用パイロット信号も時間方向拡散の拡散率の２倍の拡散率の拡散コードで時間方向に拡散し拡散データと多重する。
このとき、図８に示すように、Ｎｓシンボル×Ｎｃサブキャリアの領域において、各拡散領域ＳＦＴｉｍｅ×ＳＦＦｒｅｑについて、他のユーザ信号及びパイロット信号を拡散し、多重化する。
そして、これらのサブキャリア信号を高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いて直交周波数分割多重して時間領域信号に変換し、ガードインターバル（ＧＩ）を付加した後、キャリア周波数にアップコンバートして送信アレーアンテナ２０から送信する（図９に示す固定マルチビームのビームパターンを参照）。
【００５６】
移動局１（受信側）において、受信信号を高速フーリエ変換を用いて受信サブキャリア信号に変換し、各サブキャリアにおいてビーム用パイロット信号が割り当てられている拡散符号で時間方向に逆拡散する。そして、逆拡散信号からパイロット信号の変調成分を除去するとビームからのチャネル推定値が得られる。
また、ユーザが割り当てられている拡散符号で時間方向に逆拡散を行って、干渉を引き起こす信号成分を抑圧し、その後、時空復号を行って、周波数方向に合成する。この逆拡散された信号をデインターリーブして誤り訂正の復号を行って再生ビット系列を得る。
【００５７】
以上説明したように、拡散コードの割り当てにおいて、１つの同じビームを共有し、かつ、異なるビームペアを使用するユーザ信号同士は、時空符号の復号時に互いに干渉を引き起こすが、この問題を解決するため、同一の節点から分岐している拡散コード同士は部分相関が０となる性質を利用し、拡散コードを上述のように割り当てておくと、干渉し合うユーザからの信号は受信機での時間方向逆拡散によって抑圧することができる。したがって、時空符号の復号時に干渉が発生しないという効果が得られる。
また、拡散コードの割り当てにおいて、同じビームペアを使用するユーザにもできるだけ、時間方向拡散の拡散率が同一の複数の節点それぞれから生成される、異なる拡散符号を割り当てる。例えば、まず拡散コード０，４，８，１２を優先的に用い、ユーザ数が増えるにつれて拡散コード２，６，１０，１３を以下順次割り当てることにより、受信機での時間方向逆拡散によって他のユーザを抑圧することができる。このため、周波数方向への合成時にコード間干渉が発生しにくくなる効果が得られる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムによれば、２次元拡散を用いるＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムにおいて送信マルチビームアレーと時空符号化を組み合わせて用いる伝送方式において時空符号の復号時に干渉を引き起こす信号を受信側での時間方向逆拡散において抑圧できるように送信側で拡散コードの割り当てを行っているため、干渉の発生を防ぐことが出来る効果が得られる。このため、伝送特性を向上させることができ、システムの性能向上に寄与するところが大きい。
【００５９】
なお、本実施形態の時間ビーム空間送信ダイバーシチシステムにおいては、移動局１側において、電力推定値から選択ビームインデックスを決定し、基地局２側でこれに基づいて拡散コードの割当制御を行う場合の例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、移動局１側において、電力推定値を算出した後、基地局２に対して送信し、基地局２側で電力推定値から選択ビームインデックスを決定し、拡散コードの割当制御を行うようにしてもよい。
【００６０】
上述の移動局１、基地局２における送信機、受信機は、内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した時空符号化処理、時空復号化処理、ビームインデックス選択処理に関する一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
すなわち、上述の移動局１、基地局２における送信機、受信機における、各処理手段、処理部は、ＣＰＵ等の中央演算処理装置がＲＯＭやＲＡＭ等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、実現されるものである。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、送信側において、送信信号をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信し、受信側において、受信する各ビームに対するチャンネルを推定し、チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択するビーム選択方法において、当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択するので、信号電力の浪費を抑止することが出来る効果を得ることができる。
【００６２】
また、本発明は、送信側において、送信信号を時空符号化し、時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信ダイバーシチシステムにおいて、１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てるので、複数ビーム間での干渉発生を防止することが出来る効果を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の移動局（送受信機）におけるクローズドループビーム選択器の構成図である。
【図２】本実施形態の基地局（送信機）の構成図である。
【図３】２次元拡散の様子を示す説明図である。
【図４】本実施形態における拡散コード生成法と２ビーム選択の場合の拡散コード割り当てを示す説明図である。
【図５】本実施形態における拡散コード生成法とシングル／マルチビーム選択の場合の拡散コード割り当てを示す説明図である。
【図６】本実施形態の移動局（受信機）の構成図である。
【図７】本実施形態における拡散コード生成法と２ビーム選択の場合のユーザ信号及びパイロット信号への拡散コード割り当てを示す説明図である。
【図８】本実施形態における拡散信号フレームの構成図である。
【図９】本実施形態における低サイドローブ固定マルチビームのビームパターンの説明図である。
【図１０】従来の時間空間送信ダイバーシチシステムの構成図である。
【図１１】従来の時間方向拡散ＯＦＤＭ−ＣＤＭ用時間ビーム間送信ダイバーシチシステムの構成図である。
【図１２】従来の時間方向拡散ＯＦＤＭ−ＣＤＭ用時間ビーム間送信ダイバーシチシステムにおける受信機の構成図である。
【図１３】従来のクローズドループによる２ビーム選択器の構成図である。
【図１４】ユーザ位置とビームエリアの関係（角度広がりが広い場合）を示す説明図である。
【図１５】ユーザ位置とビームエリアの関係（角度広がりが狭い場合）を示す説明図である。
【図１６】２ユーザがそれぞれ２ビームを使用し、１つのビームを共有し合う場合の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…移動局
２…基地局
１０…アンテナ
１１…スイッチ
１２−１〜１２−４…チャンネル推定器
１３−１〜１３−４…電力計算器
１４−１−〜１４−４…加算器
１５…最大検出器
１６…電力差比較器
１７…シングル／マルチビーム選択器
２０…送信アレーアンテナ
２１…誤り訂正符号器
２２…マッピング器
２３…インターリーバ
２４…時空符号器
２５−１〜２５−ｎ…アンテナブランチ
３０…多重器
３１…ブロックＳ／Ｐ変換器
３２−１〜３２−ｍ…２次元拡散器
３３…他ユーザ信号多重器
３４…パイロット信号多重器
３５…高速逆フーリエ変換器
６０…高速フーリエ変換器
６１−１〜６１−ｎ…時間方向逆拡散器
６２−１〜６２−ｎ…チャンネル推定器
６３−１〜６３−ｎ…時間空間復号器
６４−１，２〜６４−ｎ，２ｎ…周波数方向合成器
６５…ブロックＰ／Ｓ変換器
６６…デインターリーバ
６７…誤り訂正復号器
Claims (16)
- 送信信号をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信機と、受信する各ビームに対するチャンネルを推定する受信機とから構成される送信ダイバーシチシステムにおいて、
チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する第１の選択手段と、
当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する第２の選択手段と
を具備することを特徴とする送信ダイバーシチシステム。 - 前記第２の選択手段は、前記ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより、前記チャネル推定値の電力の絶対値が最大である１のシングルビームを選択する
ことを特徴とする請求項２に記載の送信ダイバーシチシステム。 - 送信側において、送信信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信ダイバーシチシステムにおいて、
１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、前記時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てる符号割当手段
を具備することを特徴とする送信ダイバーシチシステム。 - 前記符号割当手段は、さらに、同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、前記時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てる
ことを特徴とする請求項３に記載の送信ダイバーシチシステム。 - マルチビームのビーム空間に割り当てられた信号を受信し、各ビームに対するチャンネルを推定する受信機において、
チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する第１の選択手段と、
当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する第２の選択手段と
を具備することを特徴とする受信機。 - マルチビームのビーム空間に割り当てられた信号を受信し、各ビームに対するチャンネルを推定する受信機よりチャネル推定値を受けて、該チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する第１の選択手段と、
当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する第２の選択手段と
を具備することを特徴とする送信機。 - 信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信機において、
１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、前記時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てる符号割当手段
を具備することを特徴とする送信機。 - 前記符号割当手段は、さらに、同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、前記時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てる
ことを特徴とする請求項７に記載の送信機。 - 送信側において、送信信号をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信し、
受信側において、受信する各ビームに対するチャンネルを推定し、
チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択するビーム選択方法において、
当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する
ことを特徴とするビーム選択方法。 - 前記ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより、前記チャネル推定値の電力の絶対値が最大である１のシングルビームを選択する
ことを特徴とする請求項９に記載のビーム選択方法。 - 送信側において、送信信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信ダイバーシチシステムにおいて、
１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、前記時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てる
ことを特徴とする拡散符号割り当て方法。 - 送信側において、送信信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信ダイバーシチシステムにおいて、
同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、前記時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てる
ことを特徴とする拡散符号割り当て方法。 - マルチビームのビーム空間に割り当てられた信号を受信し、各ビームに対するチャンネルを推定する受信機において、
チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する処理と、
当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する処理と
を受信機に実行させるためのビーム選択プログラム。 - マルチビームのビーム空間に割り当てられた信号を受信し、各ビームに対するチャンネルを推定する受信機よりチャネル推定値を受けて、該チャネル推定値の電力和が最大となるビームペアを選択する処理と、
当該ビームペアにおいて、各チャネル推定値の電力差が所定の値より大きい場合、当該ビームペアより１のシングルビームを選択する処理と
を送信機に実行させるためのビーム選択プログラム。 - 信号を時空符号化し、該時空符号化出力を時間方向と周波数方向に拡散し、該拡散出力をマルチビームのビーム空間に割り当てて送信する送信機において、
１のユーザが使用するシングルビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、あるいは、ユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームと、他のユーザが使用するマルチビームのうちの１のビームとが同じである場合、前記時間方向拡散において、部分相関が０となる拡散符号を割り当てる処理
を送信機に実行させるための拡散符号割り当てプログラム。 - 請求項１５に記載の送信機に、さらに、同一のビームペアを使用する複数のユーザに対して、前記時間方向拡散において、それぞれ部分相関が０となる拡散符号を割り当てる処理
を実行させるための拡散符号割り当てプログラム。
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