JP2006303552A - マルチキャリアcdma通信方法、送信装置及び受信装置 - Google Patents

マルチキャリアcdma通信方法、送信装置及び受信装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 時間領域で拡散した信号をマルチキャリアにより伝送するときに、特定のチップ位置に信号電力が集中するのを防止する。
【解決手段】 位相調整器15−11〜15−NMにより、符号多重に用いる拡散符号をサブキャリアに対応する経路ごとにずらす。これにより、同一データを符号多重した場合に第1の加算器17−1〜17−Nから出力される信号のピーク位置を互いにずらすことができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、マルチキャリアと時間領域拡散とを用いるマルチキャリアCDMA(Code Division Multiple Access:符号分割多元接続)通信方法および通信装置に関する。
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)と、時間領域拡散とを組み合わせた従来のマルチキャリアCDMA通信システムは、例えば、図8及び図9に示すように構成されている(例えば、非特許文献1参照)。
即ち、従来のマルチキャリアCDMA送信装置は、図8に示すように、符号器81、変調器82、シリアル/パラレル変換器83、拡散器84−11〜84−MN、符号生成器86−1〜86−M、加算器87−1〜87−N、逆フーリエ変換器(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)88、及びガードインターバル付加器89を備えている。
また、従来のマルチキャリアCDMA受信装置は、図9に示すように、ガードインターバル除去器91、フーリエ変換器(FFT:Fast Fourier Transform)92、チャネル推定器93、乗算器94−1〜94−N、逆拡散器95−11〜95−NM、符号生成器97−1〜97−M、パラレル/シリアル変換器98、復調器99、及び復号器100を備えている。
図8の送信装置において、入力されるビット列は、符号器81で誤り訂正符号化が施され、変調器82でデータ変調された後、シリアル/パラレル変換器83に入力される。シリアル/パラレル変換器83は、変調器82から出力されるデータを、マルチキャリアのサブキャリア数NとCDMAの符号多重数Mの積の数(N×M個)のビット列に分解し、拡散器84−11〜84−NMへ出力する。その一方で、符号生成器86は、符号多重数分(M個)の拡散符号を生成し、拡散器84−1〜84−2に供給する。
拡散器84−11〜84−NMは、シリアル/パラレル変換器83が出力する各ビット列について、符号生成器86が出力する拡散符号を用いて拡散を行い、加算器87−1〜87−Nへ出力する。加算器87−1〜87−Nは、拡散器84−11〜84−NMが出力するデータを、サブキャリアごとの各チップ位置について加算して逆フーリエ変換器88へ出力する。逆フーリエ変換器88は、加算器87−1〜87−Nからの各出力データをサブキャリアのデータとして、
逆フーリエ変換を行う。ガードインターバル付加器89は、逆フーリエ変換器88が出力するデータに一定周期でガードインターバルを付加する。ガードインターバル付加器89の出力が送信装置の出力信号となる。
また、図9の受信装置では、まずガードインターバル除去器91が、送信装置より出力された信号からガードインターバルを除去する。ガードインターバル除去器91の出力信号は、フーリエ変換器92にてフーリエ変換されて、マルチキャリアの各サブキャリアの信号に分解される。チャネル推定器93は、データと一緒に送信されて来るパイロット信号などを用いて伝播路の伝播特性を推定し、その補正係数を生成出力する。乗算器94−1〜94−Nは、フーリエ変換器92の出力信号にチャネル推定器93が出力する伝播特性の補正係数を、サブキャリアごとに乗算する。その一方で、符号生成器97は、符号多重数分の拡散符号を生成して出力する。
逆拡散器95−1〜95−Nは、乗算器94−1〜94−Nの出力信号について、符号生成器97が出力する拡散符号に応じて逆拡散処理を行って、処理結果を出力する。パラレル/シリアル変換器98は、逆変換器95−1〜95−2の出力信号を、送信順に並べ直して出力する。復調器99は、パラレル/シリアル変換器98の出力信号を復調し、復号器100は、復調器99が出力するデータ列に誤り訂正復号を施す。復号器100の出力が、受信装置の出力ビット列となる。
以上のようにして従来のマルチチャネルCDMA通信システムでは、マルチパスフェージングの発生を抑制しつつ、高速でデータ伝送を実現することができる。
ところで、この種のマルチチャンネルCDMA通信システムでは、全サブキャリアの送信シンボルが一致するときにその合成信号の振幅(ピーク電圧)が極端に大きくなることが知られている。そして、このような極端なピーク電圧を抑制する方法として、拡散コードとして偶対称コード及び奇対称コードを用いて、I−Q平面上での信号点の分布を一様にする方法がある(例えば、特許文献1参照。)。
特開2003−110525号公報(特に、段落0014) 三好謙一、松本淳志、上杉充 著、「OFCDMにおける時間軸方向拡散に関する検討」、信学技報RSC2001−179、電子情報通信学会、2001年11月
マルチキャリアCDMA通信システムには、周波数領域拡散を行うものと時間領域拡散をおこなうものとがある。そして、周波数領域拡散を行うものについては、前述のように、ピーク電圧の抑制方法が既に提案されている。
これに対して、時間領域で拡散を行うマルチキャリアCDMA通信システムについては、ピーク電圧の発生やそれを抑制する方法について明らかにしたものは未だ存在しない。
時間領域拡散を行うマルチキャリアCDMA通信システムでは、符号多重数が多くなると変調信号のピーク電圧が周期的に高くなり、平均信号電力に比較して高いピークファクタへの対応が必要になる場合がある。この周期的ピーク電圧の発生の理由は、多重するビットパターンによって拡散区間内で振幅に偏りが生ずるからである。
例えば、符号多重に通常使用されるアダマール符号は、図10に示すように全8通り(♯0〜♯7)の波形を有している。図10において、横軸はチップ位置、縦軸は振幅である。これらのうち、波形♯1〜♯7を有する7つの符号でそれぞれビット“0”を拡散して多重すると、多重後の信号は図11に示すような波形となる。即ち先頭のチップの振幅は“+7”となり、残りの7個のチップの振幅は全て“−1”となって、先頭のチップの振幅のみ、極端に大きくなる。
即ち、時間領域拡散を行うマルチキャリアCDMA方式では、あるチップ位置の振幅がサブキャリアの数に応じて大きくなり、送信装置の最終段の信号増幅器及び受信装置の初段の受信信号増幅器に、それぞれ広いダイナミックレンジを必要とするという問題点がある。
そこで、本発明は、符号多重数が多い場合でも変調信号のピーク振幅を抑制することができる、時間領域拡散を行うマルチキャリアCDMA通信方法及び送信・受信装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の要旨は、複数のサブキャリアに対応する複数の経路の各々で、複数のデータ列を符号分割多重するマルチキャリアCDMA通信方法において、前記複数のデータ系列の拡散に用いられる拡散符号群の位相を前記経路毎にずらしたことを特徴としたことである。
より具体的には、上記マルチキャリアCDMA通信方法において、符号生成部で生成させた前記拡散符号群を前記複数の経路に対応するよう分岐させ、分岐させた複数の拡散符号群の位相を、対応する経路毎に予め定められた量だけずらすようにしたことを特徴としたことにある。
また、本発明の第2の要旨は、複数のサブキャリアにそれぞれ対応する複数の拡散処理部と、該複数の拡散処理部に共通の拡散符号群を供給する符号生成部とを備えたマルチキャリアCDMA送信装置において、前記符号生成部と前記複数の拡散処理部の各々との間に、前記拡散符号群の位相を調整する位相調整部を設けたことを特徴としたことにある。
ここで、前記位相調整部はそれぞれ他の位相調整部とは異なる位相調整量を有している。
さらに、本発明の第3の要旨は、複数のサブキャリアにそれぞれ対応する複数の逆拡散処理部と、該複数の逆拡散処理部に共通の拡散符号群を供給する符号生成部とを備えたマルチキャリアCDMA受信装置において、前記符号生成部と前記複数の逆拡散処理部の各々との間に、前記拡散符号群の位相を調整する位相調整部を設けたことを特徴としたことにある。
ここで、前記位相調整部における位相調整量は、他の位相調整部と異なっている。
本発明によれば、拡散符号群の位相をサブキャリアに対応する経路毎にずらすようにしたことで、同一のデータビットを拡散し符号多重した場合に発生する信号電力のピーク位置(チップ位置)が、サブキャリア毎に異なることになる。その結果、全てのサブキャリアを合成したときに各サブキャリアのピーク位置が互いにずれて、マルチキャリア信号としての各チップ位置の信号電力は平均化される。よって、送信装置及び受信装置において、広いダイナミックレンジを持つ増幅器が不要となる。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1を参照すると、本発明の一実施の形態としてのマルチキャリアCDMA送信装置が示されている。
図示の送信装置は、サブキャリア数(=経路数)N、符号多重数MのマルチキャリアCDMA送信装置である。この送信装置は、シリアル/パラレル変換器13、拡散器14−11〜14−NM、位相調整器15−11〜15−NM、符号生成器16−1〜16−M、第1の加算器17−1〜17〜N、変調器18−1〜18−N、及び第2の加算器19を備えている。
シリアル/パラレル変換器13は、入力ビット列を分解し、サブキャリア数Nと符号多重数Mの積(N×M)に等しい数のビット列を生成し、拡散器14−11〜14−NMへ出力する。
拡散器14−11〜14−NMは、N個のサブキャリア(経路)に対応するN個の拡散部を構成している。各拡散部は、M個1組の拡散器からなる。即ち、拡散器14−n1〜14−nM(1≦n≦N)が、第n番目のサブキャリアに対応する。拡散器14−11〜14−NMは、それぞれ、シリアル/パラレル変換器13から入力されるビット列を、位相調整器15−11〜15−NMより供給される拡散符号を用いて拡散する。この拡散器14−11〜14−NMとしては、公知のものが利用できる。
位相調整器15−11〜15−NMは、拡散器14−11〜14−NMに1対1で対応している。そして、位相調整器15−n1〜15−nM(1≦n≦N)が、第n番目のサブキャリア(即ち、第n番目の拡散部)に対応する位相調整部を構成する。位相調整器15−11〜15−NMは、後述するように、符号生成器16−1〜16−Mからの拡散符号の位相を調整して拡散器14−11〜14−NMへ供給する。なお、N個の位相調整部のうちいずれか一つは省略可能である。
符号生成器16−1〜16−Mは、全ての拡散部に共通の拡散符号群を供給する符号生成部として機能する。各符号生成器16−m(1≦m≦M)は、他の符号生成器とは異なる拡散符号を生成する。符号生成器16−mで生成された拡散符号はN分岐され、位相調整器15−n1〜15−nM(1≦n≦N)で位相調整された後、拡散器14−n1〜14−nMに供給される。この符号生成器16−1〜16−Mとしては、公知のものが利用できる。また、拡散符号としては、例えばアダマール符号が利用できる。
第1の加算器17−1〜17−nは、それぞれ対応する拡散器14−11=14−NMからの出力信号を加算し、対応する変調器18−1〜18−Nへ出力する。つまり、第1の加算器17−n(1≦n≦N)は、拡散器14−n1〜14−nMからの出力信号を加算して変調器18−nへ出力する。
変調器18−1〜18−Nは、加算器17−1〜17−Nの出力信号を用いてそれぞれに割り当てられたサブキャリアを変調して加算器19へ出力する。この変調器18−1〜18−Nとしては、公知のものが利用できる。
加算器19は、変調器18−1〜18−Nからの出力を加算し、この送信装置の出力信号として出力する。
次に、位相調整器15−11〜15−NMの動作について、図2乃至図4を参照して詳細に説明する。
まず、符号生成器16−1〜16−Mは、従来と同様、符号多重数に応じて例えば図2に示すような拡散符号を出力する。図2の拡散符号は、符号長8であり、符号長と同じ8通りの直交する拡散符号が存在し、8コードまでの符号多重ができる。例えば、M=7のとき、符号生成器16−1〜16−Mは、拡散コード♯1〜♯7を出力する。
位相調整器15−11〜15−NMは、例えばシフトレジスタによって構成され、符号生成器16−1〜16−Mが出力した拡散符号の位相を、経路毎に異なる量だけずらす。例えば、第n番目のサブキャリア(経路)に対応する位相調整器15−n1〜15−nM(1≦n≦N)は、入力された拡散符号をnチップ分だけシフトさせて出力する。n=1の場合のシフトの様子を図3に、n=2の場合のシフトの様子を図4に、それぞれ示す。
図2に示す拡散符号♯1〜♯7を用いて、同じビットデータを符号多重すると、左端のチップ位置の信号振幅がほかの位置の7倍になる(図11参照)。一方、図3に示す拡散符号♯1〜♯7を用いた場合は、左から二番目のチップ位置の振幅が大きくなる。また、図4に示す拡散符号♯1〜♯7を用いた場合は、左から三番目のチップ位置の振幅が大きくなる。このように、拡散符号の位相を経路毎にずらしておくことで、符号多重された信号の振幅のピーク位置を経路ごとに異ならせることができる。その結果、これら符号多重された信号で変調されたサブキャリアの振幅のピーク位置もずれることになり、全サブキャリアが合成された信号波の振幅が平均化され、ピークが生じにくくなる。
次に、図5を参照して、図1の送信装置から送信されたマルチキャリア符号多重信号を受信する受信装置について説明する。
図示の受信装置は、復調器52−1〜52−N、チャネル推定器53、乗算器54−1〜54−N、逆拡散器55−11〜55−NM、位相調整器56−11〜56−NM、符号生成器57−1〜57−M、及びパラレル/シリアル変換器58を備えている。
復調器52−1〜52−Nは、サブキャリアの数に応じて設けられ、マルチキャリア符号多重信号の各サブキャリアで伝送された信号をそれぞれ復調する。復調器52−1〜52−Nで復調された信号は、チャネル推定器53及び対応する乗算器54−1〜54−Nへ出力される。
チャネル推定器53は、復調器52−1〜52−Nにより復調された信号より伝播路での振幅・位相変動を推定し、その補正係数を乗算器54−1〜54−Nへ出力する。
乗算器54−1〜54−Nは、チャネル推定器53が出力する補正係数を、復調器52−1〜52−Nの出力にそれぞれ乗算し、乗算結果を逆拡散器55−11〜55NMへ出力する。
逆拡散器55−11〜55−NMは、位相調整器56−11〜56−NMより供給される拡散符号を用いて、乗算器54−1〜54−Nの出力信号を逆拡散する。即ち、乗算器54−n(1≦n≦N)からの出力信号をM分岐し、逆拡散器55−n1〜55−nMでそれぞれ逆拡散する。
符号生成器57−1〜57−M及び位相調整器56−11〜56−NMは、図1の送信装置の符号生成器16−1〜16−M及び位相調整器15−11〜15−NMと、同様に動作する。
パラレル/シリアル変換器58は、逆拡散器55−11〜55−NMの出力信号を、多重順序に従って並べ直して出力する。
図6に、本発明の他の実施の形態に係る送信装置を示す。
図6の送信装置は、マルチキャリア送信を実現する構成として従来(図8)と同様のOFDMを採用したものである。図6の送信装置を、図1の送信装置と比べると、符号器61、変調器62及びガードインターバル付加器63が追加され、変調器18−1〜18−N及び加算器19に代えて逆フーリエ変換器64が設けられている。
図6の送信装置の動作は、基本的に図8の送信装置と同じであり、位相調整器15−11〜15−NMの動作は図1のものと同じである。
また、図7に図6の送信装置に対応する受信装置を示す。
図7の受信装置を図5の受信装置と比べると、復調器52−1〜52−Nがガードインターバル除去器71及び高速フーリエ変換器72に置き換えられ、復調器73及び復号器74が追加されている。
図7の受信装置の動作は、基本的に図9の受信装置と同じであり、位相調整器56−11〜56−NMの動作は図5のものと同じである。
本発明の一実施の形態に係るマルチキャリアCDMA送信装置の構成を示すブロック図である。 符号長8のアダマール符号を説明するための波形図である。 図2に示す符号長8のアダマール符号を1チップ右にシフトした状態を示す波形図である。 図2に示す符号長8のアダマール符号を2チップ右にシフトした状態を示す波形図である。 図1のマルチキャリアCDMA送信装置に対応する受信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態に係るマルチキャリアCDMA送信装置の構成を示すブロック図である。 図6のマルチキャリアCDMA送信装置に対応する受信装置の構成を示すブロック図である。 従来のOFDM−CDMA送信装置の構成を示すブロック図である。 図8のOFDM−CDMA送信装置に対応する受信装置の構成を示すブロック図である。 符号長8のアダマール符号を説明するための波形図である。 図10のアダマール符号のうち符号#1〜#7を合成した状態を示す波形図である。
符号の説明
13 S/P(シリアル/パラレル変換器)
14−11〜14−NM 拡散器
15−11〜15−NM 位相調整器
16−1〜16−M 拡散符号生成器
17−1〜17−N 第1の加算器
18−1〜18−N 変調器
19 第2の加算器
52−1〜52−N 復調器
53 チャネル推定器
54−1〜54−N 乗算器
55−11〜55−NM 逆拡散器
56−11〜56−NM 位相調整器
57−1〜57−M 符号生成器
58 P/S(パラレル/シリアル変換器)
61 符号器
62 変調器
63 ガードインターバル付加器
64 IFFT(逆フーリエ変換器)
71 ガードインターバル除去器
72 FFT(フーリエ変換器)
73 復調器
74 復号器
81 符号器
82 変調器
83 S/P(シリアル/パラレル変換器)
84−11〜84−NM 拡散器
86−1〜86−M 符号生成器
87−1〜87−N 加算器
88 IFFT(逆フーリエ変換器)
89 ガードインターバル付加器
91 ガードインターバル除去器
92 FFT(フーリエ変換器)
93 チャネル推定器
94−1〜94−N 乗算器
95−11〜95−NM 逆拡散器
97−1〜97−M 符号生成器
98 P/S(パラレル/シリアル変換器)
99 復調器
100 復号器

Claims (15)

  1. 複数のサブキャリアに対応する複数の経路の各々で、複数のデータ列を符号分割多重するマルチキャリアCDMA通信方法において、
    前記複数のデータ系列の拡散に用いられる拡散符号群の位相を前記経路毎にずらしたことを特徴とするマルチキャリアCDMA通信方法。
  2. 請求項1に記載されたマルチキャリアCDMA通信方法において、
    符号生成部で生成させた前記拡散符号群を前記複数の経路に対応するよう分岐させ、
    分岐させた複数の拡散符号群の位相を、対応する経路毎に予め定められた量だけずらすようにしたことを特徴とするマルチキャリアCDMA通信方法。
  3. 請求項1又は2に記載されたマルチキャリアCDMA通信方法において、
    前記拡散符号群がアダマール符号からなることを特徴とするマルチキャリアCDMA通信方法。
  4. 複数のサブキャリアに対応する複数の拡散処理部と、該複数の拡散処理部に共通の拡散符号群を供給する符号生成部とを備えたマルチキャリアCDMA送信装置において、
    前記符号生成部と前記複数の拡散処理部の各々との間に、前記拡散符号群の位相を調整する位相調整部を設けたことを特徴とするマルチキャリアCDMA送信装置。
  5. 請求項4に記載されたマルチキャリアCDMA送信装置において、
    前記位相調整部がそれぞれ他の位相調整部と異なる位相調整量を有していることを特徴とするマルチキャリアCDMA送信装置。
  6. 請求項4又は5に記載されたマルチキャリアCDMA送信装置において、
    前記複数の拡散処理部が、それぞれ複数の拡散器を備え、
    前記符号生成部が、前記複数の拡散器に互いに異なる拡散符号を供給するための複数の符号生成器を備え、
    前記位相調整部が、前記複数の符号生成器から前記複数の拡散器に供給される複数の拡散符号の位相をそれぞれ調整するための複数の位相調整器を備えていることを特徴とするマルチキャリアCDMA送信装置。
  7. 請求項4,5又は6に記載されたマルチキャリアCDMA送信装置において、
    入力データ列を前記複数の拡散処理部へ供給するように複数のデータ列に分解するシリアル/パラレル変換部と、
    前記複数の拡散部からの出力をそれぞれ加算する複数の第1の加算器と、
    該複数の第1の加算器の出力を用いて前記複数のサブキャリアを変調する複数の変調器と、
    該複数の変調器の出力を加算する第2の加算器とを備えていることを特徴とするマルチキャリアCDMA送信装置。
  8. 請求項4,5又は6に記載されたマルチキャリアCDMA送信装置において、
    入力データ列を前記複数の拡散処理部へ供給するように複数のデータ列に分解するシリアル/パラレル変換部と、
    前記複数の拡散部からの出力をそれぞれ加算する複数の第1の加算器と、
    該複数の第1の加算器の出力を逆高速フーリエ変換する変換器と、
    所定の周期でガードインターバルを挿入する付加器とを備えていることを特徴とするマルチキャリアCDMA送信装置。
  9. 請求項4乃至8に記載されたマルチキャリアCDMA送信装置において、
    前記符号生成部が前記拡散符号群としてアダマール符号を生成することを特徴とするマルチキャリアCDMA送信装置。
  10. 複数のサブキャリアに対応する複数の逆拡散処理部と、該複数の逆拡散処理部に共通の拡散符号群を供給する符号生成部とを備えたマルチキャリアCDMA受信装置において、
    前記符号生成部と前記複数の逆拡散処理部の各々との間に、前記拡散符号群の位相を調整する位相調整部を設けたことを特徴とするマルチキャリアCDMA受信装置。
  11. 請求項10に記載されたマルチキャリアCDMA受信装置において、
    前記位相調整部がそれぞれ他の位相調整部と異なる位相調整量を有していることを特徴とするマルチキャリアCDMA受信装置。
  12. 請求項10又は11に記載されたマルチキャリアCDMA受信装置において、
    前記複数の逆拡散処理部が、それぞれ複数の逆拡散器を備え、
    前記符号生成部が、前記複数の逆拡散器に互いに異なる拡散符号を供給するための複数の符号生成器を備え、
    前記位相調整部が、前記複数の符号生成器から前記複数の逆拡散器に供給される複数の拡散符号の位相をそれぞれ調整するための複数の位相調整器を備えていることを特徴とするマルチキャリアCDMA受信装置。
  13. 請求項10,11又は12に記載されたマルチキャリアCDMA受信装置において、
    前記複数のサブキャリアに対応し、受信信号を復調する複数の復調器と、
    該複数の復調器からの復調信号に基づいて伝播路での振幅・位相変動を推定し、前記複数のサブキャリアに対応する補正係数を出力するチャネル推定器と、
    前記複数の復調器からの復調信号を、前記補正係数を用いてそれぞれ補正し、前記複数の逆拡散処理部へ供給する複数の乗算器と、
    前記複数の逆拡散処理部の出力を所定の順序に並べて受信データ列とするパラレル/シリアル変換部とを備えていることを特徴とするマルチキャリアCDMA受信装置。
  14. 請求項10,11又は12に記載されたマルチキャリアCDMA受信装置において、
    受信信号に含まれるガードインターバルを除去する除去器と、
    該除去器の出力を高速フーリエ変換し、前記複数のサブキャリアに対応する複数の分解受信信号に分解する変換器と、
    該変換器からの前記複数の分解受信信号に基づいて伝播路の伝播特性を推定し、前記複数のサブキャリアに対応する補正係数を出力するチャネル推定器と、
    前記変換器からの前記複数の分解受信信号を、前記補正係数を用いてそれぞれ補正し、前記複数の逆拡散処理部へ供給する複数の乗算器と、
    前記複数の逆拡散処理部の出力を所定の順序に並べるパラレル/シリアル変換器と、
    シリアル信号を復調する復調器と、
    復調信号を誤り訂正復号する復号器とを備えていることを特徴とするマルチキャリアCDMA受信装置。
  15. 請求項10乃至14に記載されたマルチキャリアCDMA受信装置において、
    前記符号生成部が前記拡散符号群としてアダマール符号を生成することを特徴とするマルチキャリアCDMA受信装置。
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