JP2006518153A - マルチバンド通信システムのための周波数ホップシーケンス - Google Patents

マルチバンド通信システムのための周波数ホップシーケンス Download PDF

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Abstract

【課題】
【解決手段】優れた相関特性を持つFHシーケンスを生成し、(OFDMシステムのような)マルチバンド通信システムにおいてFHシーケンスを用いる技術。1つの局面では、FHシーケンスは、y(k)=logαb/k(mod p)に基づいて生成される。kはインデクス、pは奇数の素数、αはpの原始根、bは整数、(mod p)はモジュロp演算を表す。異なるFHシーケンスが、b、α、及び/又はpの異なる値を用いて生成される。別の局面では、y(k)=logαb/k(mod p)に基づいて生成されたFHシーケンスを用いてデータが送信される。第1のスキームでは、各スロット内で使用するためのサブバンドを決定するFHシーケンスの各々にそれぞれが関連付けられた「トラフィック」チャネル上でデータが送信される。第2のスキームでは、各データ送信が、FHシーケンスの全て又は一部に基づいて決定されるサブバンド上で送られる。

Description

本発明は一般に通信に関し、特に、マルチバンド通信システムにおいて周波数ホップ(FH:frequency hop)シーケンスを生成して使用するための技術に関する。
周波数ホッピング拡散スペクトル(FHSS:frequency hopping spread spectrum)システムでは、異なる時間間隔(「スロット」とも称される)で異なる周波数バンド上でデータが送信される。これらの周波数バンドは、直交周波数分割多重(OFDM)、他のマルチキャリア変調技術、またはその他の幾つかの構成概念によって提供される。FHSSによって、データ送信は、擬似ランダム方式で、周波数バンドから周波数バンドへとホップする。これによって、データ送信は、例えば狭帯域干渉、ジャミング、減衰等のような悪影響のある経路効果に対してより耐えることができるようになる。
所定のデータ送信のために、各スロット内で使用するための具体的な周波数バンドは、一般に、FHシーケンス又はコードに基づいて決定される。マルチデータ送信は、異なるFHシーケンスを用いて同時に送られる。これらのFHシーケンスは、一般に、優れた自動相関及び相互相関特性(後述する)を持つように選択される。これらの特性は、送信における時間シフトと周波数オフセットとによって、複数のデータ送信間での最小の干渉を保証する。
優れた相関特性を備えたFHシーケンスは、コンピュータ探索又はその他幾つかの従来方法に基づいて取得される。しかしながら、FHシーケンスのためのコンピュータ探索は、しばしば、退屈であり、時間の無駄でもある。更に、これら従来方法のうちの幾つかは、
優れた相関特性を持つほどではない非最適なFHシーケンスを提供する。
従って、当該技術分野では、優れたFHシーケンスを効率的に生成し、(例えばOFDMシステムのような)マルチバンド通信システムにおいてこれらFHシーケンスを使用する技術に対する必要性がある。
ここでは、優れた相関特性を持つFHシーケンスを生成し、様々な用途のためにこれらFHシーケンスを使用するために技術が提供される。1つの局面では、FHシーケンスは、数式y(k)=logαb/k(mod p)に基づいて生成される。ここで、kはFHシーケンスにおける要素のためのインデクス、pは奇数の素数、αはpの原始根、bは1≦b≦(p−1)になるように選択された整数、(mod p)はモジュロp演算を表す。後述するように、異なるFHシーケンスが、b、α、及び/又はpの異なる値を用いて生成される。別の局面では、式y(k)=logαb/k(mod p)に基づいて生成されたFHシーケンスを用いたマルチバンド通信システムにおいて様々な方法でデータが送信される。第1の送信スキームでは、各スロット内で使用するための具体的なサブバンドを決定するFHシーケンスの各々にそれぞれが関連付けられた個別の「トラフィック」チャネル上でデータが送信される。データを送信するために利用可能なN個のサブバンドは、N個までのトラフィックチャネルを形成するために使用される。各トラフィックチャネルは、静的なチャネルIDに割り当てられるかもしれないが、その関連するFHシーケンスに基づいて、異なるスロット内の異なるサブバンドに動的にマップされるかもしれない。第2の送信スキームでは、各データ送信が、FHシーケンスの全て又は一部に基づいて決定されるサブバンド上で送られる。このスキームでは、FHシーケンスが複数のFHセグメントに解析され、各FHセグメントが、異なるデータ送信に割り当てられる。各データ送信は、割り当てられたFHセグメントによって決定されたサブバンド上で送られる。
本発明の種々の局面及び実施例が以下に更に記載される。
本発明の特徴、性能、及び利点は、同一符号が全体を通じて一致している図面と連携したときに、以下に説明した詳細記述から明らかになるであろう。
用語「典型的」はここでは、「例、インスタンス、又は例示として役立つ」ことを意味するために使用される。ここで「典型的」と記載された実施例又は設計は、他の実施例又は設計に対して必ずしも好適であるとか、有利である必要は無い。
ここでは、優れた2次元自動相関及び相互相関特性(後述する)を持つFHシーケンスを生成するために技術が提供される。これらのFHシーケンスは、例えば、マルチバンド通信システム、レーダ、ソナー等の種々の用途に用いられる。
局面では、FHシーケンスは、以下に示す数式
y(k)=logα1/k(mod p)、ただし 1≦k≦(p−1) ・・・式(1)、
に基づいて生成される。ここで、kはFHシーケンスにおける要素のためのインデクス、pは奇数の素数、αはpの原始根、(mod p)はモジュロp演算を表し、y(k)は、(p−1)個の要素を備えたFHシーケンスを表す。式(1)に示す式は、後述するように有限フィールドの代数特性に基づいて評価される。
式(1)に基づいて生成されたFHシーケンスは、GaloisフィールドGF(p)によって定義される有限フィールド内に入る値をそれぞれが有する(p−1)個の要素又はチップを含んでいる。特に、FHシーケンスの個々の要素の値は、[1...(p−1)]の値の範囲内に入る。これは、式(1)における(mod p)演算によって保証される。
異なる長さのFHシーケンスは、素数pに対して適切な値を選択することによって生成される。所定のp値について、1つ又は複数のFHシーケンスは、pの1つ又は複数の原始根に基づいて生成される。素数pの原始根αは、GaloisフィールドGF(p)の(p−1)個全ての可能な要素を生成するために使用することができるという特性を有している。これは、(1)1から(p−1)まで異なる電力によって原始根αを上げ、(2)指数的結果について(mod p)演算を実行することによって達成することができる。所定のp値について、pの原始根は、一般に知られているか、もしくは確認することができる。
図1は、式(1)に示す数式に基づいてFHシーケンスを生成する処理100のフロー図を示す。先ず、FHシーケンスの所望の長さよりも大きい適切な素数pが選択される(ステップ112)。例えば以下に示すように、この素数は、p=7として選択される。次に、この素数pの原始根αが選択される(ステップ114)。この素数pは、それぞれが異なるFHシーケンスを生成するために使用されうる複数の原始根を持つかもしれない。例えば以下に示すように、この原始根は、α=3として選択される。
以下の記述において、例えば1/k、α、logαk、及びlogα1/kのような様々な数式の評価は、(mod p)演算を用いて実施される。これは、これら全ての式の結果が、GaloisフィールドGF(p)の中に入ることを保証する。
式”1/k”のための(p−1)個のシーケンスの要素が、先ず、以下に示す特性に基づいて取得される(ステップ116)。
k・k−1(mod p)=1、1≦k≦(p−1) ・・・式(2)、
ここでk−1は、1/kの別表現である。式(2)は、kとその逆数であるk−1との積は、1に等しいことを示している。表1は、式(2)に基づく式”1/k”と、p=7とにおける導出結果を示す。
次に、式”αのための(p−1)個のシーケンスの要素が取得される(ステップ118)。表2は、p=7、α=3のときの式”α”の導出結果を示す。
Figure 2006518153
Figure 2006518153
次に、式”logαk”のための(p−1)個のシーケンスの要素が取得される(ステップ120)。このシーケンスは、
k→α ・・・式(3a) は、
logαk→logα(α)=k ・・・式(3b)、
と等価であるという観察に基づいて得られる。式(3a)と式(3b)とは、kからαへのマッピングは、logαkからkへのマッピングと同じであることを示している。従って、kからlogαkへのマッピングは、kからαへのマッピングをスワップし、αからkへのマッピングを得ることによって得られる。これはその後、kからlogαkへのマッピングとして使用される。
表3は、p=7の場合、表1に示すようなkのαへのマッピングに基づく式”logαk”のための導出結果を示す。表3における左側の2列は、表2における第1及び第2の列から得られ、表3における右側の2列は、左側の2列における(p−1)個の入力をkについて昇順にすることによって得られた。
Figure 2006518153
ステップ120は省略できる。なぜなら、αのためのシーケンスは、テーブル内に格納され、logαkのためのシーケンスは、このテーブルを適切にインデクスすることによって得られるからである。
そして、式”logαk”に対する(p−1)個のシーケンスの要素が、1≦k≦(p−1)であるkの値のそれぞれの値について以下に示すステップ、すなわち、
・(例えば、表1に基づいて)1/kを決定し、
・(例えば、表3に基づいて)logα1/kを決定する
ことを実行して取得される(ステップ122)。第1の要素k=1のときに、p=7でα=3である上述した例の場合、表1より逆数は1/k=1であり、表3の右側の2列よりlogα1/k=logα1=6となる。第2の要素k=2の場合、表1から逆数は1/k=4であり、表3からlogα1/k=logα4=4となる。式logα1/kのためのシーケンスの残りの要素の各々も、同様の方法で取得される。表4は、p=7、α=3に対するlogα1/kのシーケンスの要素を示す(第2列)。表4は、またp=7、α=5に対するlogα1/kのシーケンスの要素を示す(第3列)。
Figure 2006518153
簡略のために、上記記述は、各中間式(1/k、α、及びlogαk)のための全てのシーケンスの要素が、式logα1/kのためのシーケンスの要素を導くために用いるために取得されることを仮定している。logα1/kのためのシーケンスはまたピースミール(piece-meal)で、例えば、k=1からk=(p−1)まで、一度に1ずつkの各値について取得される。
式(1)に基づいて生成されたFHシーケンスは、優れた2次元(2−D)自動相関及び相互相関特性を持っていることが示される。この優れた自動相関特性は、式(1)に基づいて生成されたFHシーケンスy(k)について、信号u(t+τ、y(k)+Δf) とともにこのFHシーケンスを用いて生成された周波数ホップ信号u(t、y(k))の畳み込みは、(a)ゼロ周波数オフセット(Δf=0) でゼロ時間シフト(τ=0)における最大値(すなわち、高いピーク)と、(b)その他の周波数オフセット及び/又は時間シフトにおける最小値(すなわち、τ≠0でΔf≠0のとき、NがFHシーケンスの長さとなる場合における最大高さ1/Nの小さなサイドローブ。)とを提供するという事実から来ている。この優れた相互相関特性は、pのある値について、他のFHシーケンスy(k)を用いて生成された他の周波数ホップ信号u(t、y(k))を備えたFHシーケンスy(k)を用いて生成された周波数ホップ信号u(t、y(k))の畳み込みもまた最小値を与えるという事実から来ている。この場合、その他のFHシーケンスy(k)もまた、p及び/又はαに対して別の適切な値を用いて式(1)に基づいて取得される。図2Aは、p=7、α=3のときに式(1)に基づいて生成された典型的なFHシーケンスの、(p−1)×(p−1)次元の平方な2次元配列へのマッピングを示す。このマッピングは、各kの値について、y(k)の値に対応するボックス内に”×”を印すことによって達成される(すなわち、表4における第2列に示される値を、第1列の値に対してマップすること)。
この優れた2次元自動相関及び相互相関特性は、2次元配列を用いてグラフィック表示される。この優れた自動相関特性は、式(1)に基づいて生成されたFHシーケンスは、(x、y)の任意のシフトについて、1又はそれより小さい位置即ちボックス内の同じFHシーケンスの2−Dシフトされたバージョンと一致するという事実から来ている。このシフトされたFHシーケンスの場合、xは、水平軸内のシフト数を示し、yは、垂直方向におけるシフト数を示す。ここで、シフトされたシーケンスは、周りを取り巻くことができる。全ての可能な2−Dシフトに対して、1つ又はそれより少ない一致が理想的である。なぜなら、このシーケンスの幾つかの2−Dシフトについて明らかに一致があるに違いないからである。この2次元自動相関特性を満足するFHシーケンスは、Costas配列と称される。
この優れた2次元相互相関特性は、式(1)に基づいて生成されたFHシーケンスは、任意のシフト(x、y)について、(p及びαについて、例えばα=1/αのように別の適切な値を用いて式(1)に基づいて生成された)別のFHシーケンスの2次元シフトされたバージョンと、最大2つの位置において一致するという事実から来ている。
図2Bは、図2Aに示す典型的なFHシーケンスの2次元自動相関を示す。図2Bでは、(1,1)(すなわち、右に1、上に1)によってシフトされたバージョンがシンボル”○”によって示される。このシフトされたバージョンは、シフトされていないバージョンと、k=3、y(k)=5における1つの位置において一致する。
式(1)に基づいて生成されたFHシーケンスの1つの特性は、第1の要素が常にy(1)=p−1であることである。従って、式(1)に基づいて生成された長さ(p−1)のFHシーケンスの場合、長さ(p−2)のより短いFHシーケンスが、長さ(p−1)のオリジナルのFHシーケンス内の第1の要素を切り詰めることによって取得される。図2Aに示すような典型的なFHシーケンスy(k)=6,4,5,2,1,3の場合、オリジナルのFHシーケンス内の第1の要素”6”を切り詰めることによって、より短いFHシーケンスy(k)=4,5,2,1,3が得られる。より短いFHシーケンスもまた、優れた2次元自動相関及び相互相関特性を持つであろう。幾つかのFHシーケンスの場合(すなわち、幾つかのp及びαの値の場合)、長さ(p−λ−1)の連続的な短いFHシーケンスが、(1)第1の要素が最大値が1になるまで長さ(p−λ)のより長いFHシーケンスの要素を左にシフトさせ、(2)このシーケンスから第1の要素を削除することによって取得される。
式(1)に基づいて生成されるFHシーケンスの別の特性は、FHシーケンスの垂直シフトされたバージョンもまた、シフトされていないFHシーケンスのように、優れた2次元自動相関及び相互相関特性を持つことである。この垂直シフトされたFHシーケンスのバージョンは、
y(k)=logαb/k(mod p)、 1≦k≦(p−1) ・・・式(4)、
のように表される。ここで、1<b≦(p−1)であるbは、垂直方向におけるシフト数を示す。FHシーケンスの要素は垂直にシフトされるので、それは、(mod p)演算によって、配列の先頭から最後まで周りを取り巻く。
図2Cは、図2Aに示す典型的なFHシーケンスと、この典型的なFHシーケンスを垂直にシフトすることによって生成された他の2つのFHシーケンスとを示す。b=2(すなわち、垂直へ1シフト)で生成されたFHシーケンスがシンボル”○”で示され、b=4(すなわち、垂直方向へ3シフト)で生成されたFHシーケンスがシンボル”△”で示される。
式(1)に基づいて代数的に生成されたFHシーケンスは、様々な用途のために使用される。そのような1つの用途は、マルチバンド通信システムにおける周波数ホッピングのためである。これは、データ送信のために複数の周波数バンドを適用する。これら複数の周波数バンドは、OFDM又はその他の構成概念によって提供される。OFDMは、システム全体の帯域幅を、N個の直交サブバンドに効率的に区切る。このサブバンドは、トーン、周波数ビン等とも称される。OFDMの場合、N個のサブバンドの各々は、どのデータが変調されるかによって、それぞれの(デジタル)搬送波に関連付けられている。
図3Aは、OFDM通信システムのための典型的なサブバンド構造300を示す。このシステムは、システム全体でW MHzの帯域幅を持つ。これは、OFDMを使ってN個の直交サブバンドに区分される。典型的なOFDMシステムでは、合計N個のサブバンドのうちのM個のみがパイロット及びデータ送信のために使用される。ここで、M<Nである。残りの(N−M)個のサブバンドは使用されず、システムに対してスペクトルマスク要求を満足させることを可能とするガードサブバンドとして用いられる。M個の利用可能なサブバンドは、Fから(F+M−1)個のサブバンドを含む。ここでFは、M個の利用可能なサブバンドが動作バンドの中央に集中されるよう、一般に選択された整数である。
図3Bは、OFDMシステムにおいてパイロット及びデータ送信のために使用される典型的なサブバンド構造350を示す。この実施例では、N個のサブバンドがパイロット送信のために使用される。ここでNは、例えば通信チャネルの遅延拡散又は周波数選択のような種々の考慮に基づいて選択される。N個のパイロットサブバンド(図3Bにおいて”P”という文字を用いて影付ボックスで示す)は、M個の利用可能なサブバンドにわたって均一に分散している。パイロットサブバンドは、固定されている(すなわち、時間にわたって変化しない)かもしれないし、あるいは動的に変化するかもしれない。一般に、パイロット送信のために使用する具体的なサブバンドとNとの選択は、システム内の受信機が、(1)コヒーレントなデータ復調のために使用されるチャネル応答の優れた推定値を得ることができ、(2)システム捕捉、時間追跡、周波数追跡等のために使用される受信したパイロットを確実に検出することができるようになされる。N=M−N個の残りの利用可能なサブバンドは、データ送信(すなわち、オーバヘッドデータ及びユーザ特有データの送信)のために使用される。これらN個のサブバンドは、データサブバンドと称され、図3Bにおいて文字”D”を用いて示される。
データは、式(1)に基づいて生成されたFHシーケンスを用いて様々な方式で送信される。第1の送信スキームでは、データが個々の「トラフィック」チャネル上で送信される。トラフィックチャネルの各々は、後述するように、各スロット内のデータ送信のために使用する具体的なサブバンドを決定する各FHシーケンスにそれぞれ関連付けられている。第2の送信スキームでは、後述するように、FHシーケンスの全て又は一部に基づいてデータが送信される。
第1の送信スキームの場合、N個のデータサブバンドが、最大N個のトラフィックチャネルまでを形成するために使用される。各トラフィックチャネルは、静的なチャネルIDが割り当てられる。周波数ホッピングを実施するために、各トラフィックチャネルは、異なるスロット内の異なるサブバンドに動的にマップされる。スロットの継続期間は、ホップレートを決定し、例えば、通信チャネルのコヒーレンス時間(チャネルが実質的に一定である時間)や、システムが同期してあるいは非同期で動作したか等のような様々な考慮に基づいて選択されうる。一般に、スロットは、1つ又は複数のOFDMシンボル周期(以下に定義する)に及ぶ。
サブバンドへの所定のトラフィックチャネルのマッピングは、
j=y(s、k) ・・・式(5)、
のように表される。ここで、sはトラフィックチャネルのチャネルID、kはスロットのインデクス、y(s、k)はトラフィックチャネルのためのFHシーケンスを定義する関数、jは、スロットk内のトラフィックチャネルのために使用するサブバンドのインデクスである。
式(1)に示される数式は、式(6)におけるFH関数のために使用される。トラフィックチャネルは、種々の方式で、異なるFHシーケンスに割り当てられる。幾つかを以下に述べる。
第1の実施例では、N個のトラフィックチャネルのうちの各々に、同じ素数p及び原始根αであるが、異なるbの値のときに得られたFHシーケンスが割り当てられる。各トラフィックチャネルに対するチャネルIDは、bにマップされる(例えば、s=b)。トラフィックチャネルのためのFHシーケンスは、その後、b=1を用いて生成された”ベース”FHシーケンスの垂直シフトされたバージョンとなる。
図4Aは、図2Aに示す典型的なFHシーケンスに基づくサブバンドへのトラフィックチャネルの典型的なマップを示す。この例の場合、N=6であり、6つのデータサブバンドにインデクスj=1,2,・・・6が割り当てられる。これらのデータサブバンドは、簡略のために図4Aには示していないパイロットサブバンドのために隣接しないかもしれない。p=7、及びα=3のときに式(1)に基づいて生成されたFHシーケンス(すなわち、y(k)=6,4,5,2,1,3)は、トラフィックチャネルをサブバンドにマップするために使用される。図4Aでは、トラフィックチャネルは、同じ素数(p=7)及び原始根(α=3)であるが異なる垂直シフト(b=1,2、・・・6)に基づいて生成された異なるFHシーケンスが割り当てられる。この例では、トラフィックチャネル1はb=1が、トラフィックチャネル2はb=2が、といったように関連付けられる。
トラフィックチャネル1について使用されるサブバンドは、図4Aにおいて影付ボックスで示される。特に、インデクス6を持つサブバンドが、スロット1におけるトラフィックチャネル1のために、インデクス4を持つサブバンドが、スロット2におけるトラフィックチャネル1のために、といったように使用される。FHシーケンスの長さは6であるので、このFHシーケンスは6つのスロット毎に繰り返される。トラフィックチャネル3のために使用されるサブバンドは、図4A内のハッシュされたボックスで示される。
第2の実施例では、異なるトラフィックチャネルは、同じ素数pの異なる原始根(すなわち、異なるα値)で取得されたFHシーケンスが割り当てられる。データ送信のために使用されるトラフィックチャネルの数(N)は、データサブバンドの数よりも少なくなる(すなわち、N<N)ように選択される。これによって、何れのスロットにおいても、2つのトラフィックチャネルが、同じサブバンドを使うことがなくなる(すなわち、「衝突」が発生しなくなる)。これによって、各スロットでは、データ送信のために使用されているサブバンドの数が、(平均して)N個よりも少なくなる。この状態は、しばしば「部分ローディング」と称される。この実施例は、非同期システムのための第1の実施例よりも改善された性能を提供する。なぜなら、FHシーケンスの垂直シフトされたバーション間の直交性は、送信ソースの非同期タイミングによって解決されるからである。
第3の実施例では、異なるトラフィックチャネルは、異なる素数pによって得られたFHシーケンスが割り当てられる。また、トラフィックチャネルの数は、データサブバンドの数よりも小さい(すなわち、N<N)。これによって、2つのトラフィックチャネルが、どのスロットにおいても同じサブバンドを用いることはなくなる。
一般に、トラフィックチャネルは、様々な方法でFHシーケンスが割り当てられる。これによって、衝突が回避され、直交性が達成される。これらのFHシーケンスは、異なる垂直シフト、原始根、素数、及びこれらの任意の組み合わせで取得される。
第2の送信スキームの場合、それぞれのデータ送信は、FHシーケンスの全て又は一部に基づいて決定されたサブバンドで送られる。このスキームでは、FHシーケンスが、複数のFHセグメントに解析され、各FHセグメントが、異なるデータ送信に割り当てられる。この複数のFHセグメントは、同じ長さを持つかもしれない。これは、送信機と受信機における処理を簡素化する。しかしながら、異なる長さのFHセグメントを使用することも可能である。
図4Bは、異なるFHセグメントの異なるユーザへの典型的な割当を示す。この例の場合、3人のユーザが図2Aに示す典型的なFHシーケンスの3つのセグメントに割り当てられる。ここでユーザ1は、FHシーケンスの要素1,2からなる第1のFHセグメントに割り当てられ、ユーザ2は、要素3,4からなる第2のFHセグメントに割り当てられ、ユーザ3は、要素5,6からなる第3のFHセグメントに割り当てられている。その後、ユーザ1は、要素1,2についてサブバンド6,4上でデータを送信し、ユーザ2は、要素3,4についてサブバンド5,2上でデータを送信し、ユーザ3は、要素5,6についてサブバンド3,1上でデータを送信する。3人のユーザは、図4Bに示すように、自分たちに割り当てられたFHセグメントによって示されるサブバンド上で同時にデータを送信する。更に、FHセグメントは2の長さを持つので、FHセグメントは2スロット毎に繰り返される。
第3の送信スキームでは、各データ送信はFHシーケンスが割り当てられ、FHシーケンスの一部に基づいて決定されるサブバンド上で送られる。このスキームでは、各データ送信に割り当てられたFHシーケンスは、図4Aについて上述した方法でトラフィックチャネルにマップされる。しかしながら、各データ送信は、そのトラフィックチャネルの全てのスロット内で送られる訳ではない。使用する具体的なスロットは、データ送信に割り当てられた具体的なセグメントによって決定される。複数のデータ送信が、同じFHシーケンスの異なる部分に割り当てられる。
その他の送信スキームもまた実施され、これも本発明の範囲内である。
図5は、多くのユーザをサポートできる無線マルチバンド通信システム500を示す。システム500は、多くの端末520のために通信を提供する多くの基地局510を含む。基地局は、端末と通信するために使用される固定局であり、アクセスポイント、Node B、又はその他の専門用語を用いて称される。
様々な端末520が、このシステムにわたって分散されており、各端末は固定式(すなわち、据付式)又は移動式である。また端末は、移動局、遠隔局、ユーザ機器(UE:user equipment)、アクセス端末、又はその他の専門用語を用いて称される。各端末は、所定の瞬間において、ダウンリンク及び/又はアップリンク上で、1つ又はおそらくは多数の基地局と通信する。図5では、端末520a〜520oが基地局510a〜510gから、パイロット、シグナリング、及びユーザ固有のデータ送信を受信することができる。
システム500は、OFDMシステム、又は無線通信システムのその他の種類でありうる。またシステム500は、CDMA、TDMA、及びFDMAのための知られた規格及び設計のうちの任意を実現するように設計されることができる。
このシステム内の各基地局510は、特定の地理的エリア502に対して受信地域を提供する。各基地局の受信地域エリアは、一般に、種々の要因に依存している(例えば、地形、障害物等)が、簡略のために、理想的な六角形によってしばしば表される。基地局及び/又はその受信地域エリアはまた、その用語が用いられるコンテクストに依存してしばしば「セル」とも称される。
能力を増大させるために、各基地局の受信地域エリアは、複数のセクタに分割される。もしも各セルが3つのセクタに仕切られるならば、分割されたセルの各セクタは、しばしば、セルの1/3である理想的な120°V字型で表される。各セクタは、対応する基地トランシーバサブシステム(BTS)によって担当される。分割されたセルでは、セルのための基地局は、しばしば、このセルのセクタを担当する全てのBTSを含む。用語「セクタ」はしばしば、この用語が使用されているコンテクスと依存して、BTS及び/又はその受信地域エリアを称するために使用される。
各セクタにおいて、そのセクタ内のトラフィックチャネルのために使用されるFHシーケンスが選択される。これによって、トラフィックチャネルは、互いに直交する。この直交性は、各スロットについて異なるデータサブバンドを使用する異なるトラフィックチャネルを持つことによって達成される。直交性は、上述し、図4Aに示したように、異なるFHシーケンスを用いることによって得られる(すなわち、異なるbの値を用いて得られる)。
異なるセクタは、FHシーケンスの異なるセットを使用する。これによって、他のセクタのトラフィックチャネルによって、与えられたセクタのトラフィックチャネルによって観察される干渉がランダム化される。例えば、異なるセクタは、同じ長さのFHシーケンスを使用するが、異なる原始根に基づいて生成されるかもしれない。別の例として、異なるセクタが、異なる素数に基づいて生成された異なる長さのFHシーケンスを使用する。もしもセクタが部分的にロードされるならば、各セクタによって使用されるFHシーケンスが選択される。これによって、他のセクタによって使用されるFHシーケンスとの衝突の可能性が最小化される。
図6Aは、マルチバンド通信システム500における基地局510xの実施例のブロック図を示す。簡略のために、基地局510xの送信機部分のみが図6Aに示されている。また、簡略のために、1つのトラフィックチャネルのみのデータ送信が以下に記載される。
基地局510x内では、エンコーダ614がデータソース612からトラフィックデータを、コントローラ630からコントロールデータ及びその他のデータを受信する。トラフィックデータは、特定のトラフィックチャネル上の送信のために割当てられる。コントロールデータは、データ送信のために使用されるトラフィックチャネルのためのチャネルID及び/又はFHシーケンスを含む。エンコーダ614は、この受信したデータをフォーマットし、エンコードし、インタリーブして、符号化されたデータを提供する。そして、変調器(MOD)616が、この符号化されたデータを、1つ又は複数の変調スキームに基づいて変調し(すなわち、シンボルマップし)、データ変調シンボル(又は単にデータシンボル)を提供する。
切換器618は、このデータシンボルとパイロットシンボルとを受信し、これらシンボルを、適切なデータ及びパイロットサブバンドに多重化する。特に、切換器618は、パイロットシンボルをパイロットサブバンドに、(コントロール)データシンボルを、コントロールチャネルのために使用されるサブバンドに、(トラフィック)データシンボルを、トラフィックチャネルのために使用されるサブバンドに提供する。トラフィックチャネルは、(例えば、図4Aに示すように))トラフィックチャネルのために割り当てられたFHシーケンスによって決定された方法で、サブバンドからサブバンドへ動的にホップする。各スロットのためのトラフィックチャネルのために使用する特定のサブバンドは、FHシーケンス内の対応する要素の値によって決定される。切換器618はまた、パイロット又はデータ送信のために使用されない各サブバンドについて零の信号値を与える。各OFDMシンボル周期において、切換器618は、合計N個のサブバンドについて、N個の出力シンボル(パイロットシンボル、データシンボル、及び零からなる)のセットを提供する。
逆高速フーリエ変換(IFFT)ユニット620は、各OFDMシンボル周期についてN個のシンボルを受信し、逆高速フーリエ変換を用いて、それを時間領域に変換し、N個の時間領域サンプルを備えた「変換された」シンボルを得る。
周波数選択減衰によってもたらされるシンボル間干渉(ISI:inter-symbol interference)と戦うために、変換された各々のシンボルの一部が、周期的プレフィクス生成器622によって繰り返され、対応するOFDMシンボルを作成する。これは、N+C個のサンプルを備えており、また、Cは、繰り返されたサンプルの数を示す。繰り返された部分は、しばしば周期的プレフィクスと称される。OFDMシンボル周期は、N+C個のサンプル周期である1つのOFDMシンボルの期間に一致する。周期的プレフィクス生成器622は、OFDMシンボルのストリームを提供する。その後、送信機ユニット(TMTR)624は、OFDMシンボルストリームを処理し、ダウンリンク信号を提供する。これは、その後、アンテナ626から端末へ送信される。
図6Bは、マルチバンド通信システム500における端末520xの実施例のブロック図を示す。簡略のために、図6Bには、端末520xの1つの受信機部分のみを示している。
基地局510xによって送信されたダウンリンク信号は、アンテナ652によって受信され、この受信された信号は、受信機ユニット(RCVR)654に提供され、ここで処理されてサンプルが与えられる。1つのOFDMシンボル周期のための各サンプルセットは、1つの受信されたOFDMシンボルを表す。周期的プレフィクス削除ユニット656は、各OFDMシンボルに追加された周期的プレフィクスを削除して、対応する受信され変換されたシンボルを得る。そして、FFTユニット658が、受信され変換された各シンボルを、周波数領域に変換し、合計N個のサブバンドについて、N個の受信されたシンボルを得る。
切換器660は、OFDMシンボル周期のそれぞれについて受信されたN個のシンボルを取得し、パイロットサブバンドについての受信されたシンボルをパイロットプロセッサ(図示せず)に提供し、コントロールチャネル及びトラフィックチャネルについての受信されたシンボルを復調器(DEMOD)662に提供する。トラフィックチャネルはサブバンドからサブバンドへと動的にホップするので、切換器660は、基地局510x内の切換器618と調和して動作し、トラフィックチャネルのための適切なサブバンドから受信したシンボルを提供する。切換器660に提供され、切換器660によって使用されるFHシーケンスは、基地局における切換器618のために使用されるものと同じである。基地局及び端末におけるFHシーケンスは更に同期化される。
その後、復調器662は、トラフィックチャネルについて受信されたシンボルを復調し(すなわち、シンボル逆マップし)、復調されたデータを提供する。その後、デコーダ664が、この復調されたデータをデコードし、トラフィックチャネルについてデコードされたデータを提供する。これは、データシンク666に提供され記憶される。コントロールチャネルのための処理も、同様な方法で実施される。復調器664及びデコーダ664による処理は、変調器616及びエンコーダ614による処理に対してそれぞれ相補的である。
コントローラ630,670は、それぞれ基地局及び端末における動作を指示する。メモリユニット632,672は、それぞれコントローラ630,670によって使用されるプログラムコード及びデータのための記憶装置を提供する。コントローラ630,670は、必要であれば、データ送信及び受信のために使用されるFHシーケンスを導出するために使用される。メモリユニット632,672は、FHシーケンスを格納するために使用される。
明確化のために、図6A及び図6Bはそれぞれ、式(1)に基づいて生成されるFHシーケンスを用い、周波数ホッピングを伴ったダウンリンクデータ送信の送信及び受信を示している。これら技術は、アップリンク上のデータ送信のためにも使用される。
データの送信及び受信のために使用されるFHシーケンスは、静的又は動的である。1つの実施例では、トラフィックチャネルは、静的なFHシーケンスが割り当てられ、使用する具体的なFHシーケンスは、使用するために選択された具体的なトラフィックチャネルに依存する。この実施例では、全てのトラフィックチャネルのためのFHシーケンスがメモリ内に格納され、選択されたトラフィックチャネルのためのFHシーケンスがメモリから検索され、データ送信のために使用するサブバンドを決定するために使用される。別の実施例では、トラフィックチャネルは、直ちにFHシーケンスが割り当てられる。この実施例では、選択されたトラフィックチャネルのために使用する具体的なFHシーケンスが、必要に応じて生成される。FHシーケンスは、式(1)に示す数学式に基づいてより簡単に生成される。
式(1)に基づいて生成されたFHシーケンスは、例えば、レーダ、ソナー等のようなその他の用途のためにも使用されうる。「チャープ」信号u(t)が、以下に示すようなFHシーケンスy(k)に基づいて生成される。
Figure 2006518153
ここで、Wは搬送波周波数、Wは、k番目のスロットの搬送波周波数からの周波数オフセット、Tは、チャープ信号の期間すなわち長さ、Nは、チャープ信号内のパルスの数、q(t)は、
Figure 2006518153
のように定義されるパルスである。周波数オフセットWは、
Figure 2006518153
のように与えられる。ここでWはシステム帯域幅である。
チャープ信号u(t)は、ターゲットへの距離(又は範囲)と、基準点に対するターゲットの(スピードの)速度との両方を決定するために用いられる。ターゲットへの範囲は、往復遅れに基づいて決定される。これは、チャープ信号が基準点からターゲットまで移動して戻ってくるのに要する時間である。ターゲットの速度は、移動しているターゲットからのチャープ信号の反射によって引き起こるドップラーによるチャープ信号の周波数におけるシフトに基づいて決定される。式(1)に基づいて生成されたFHシーケンスの優れた2次元相関特性は、受信したチャープ信号の周波数オフセットと時間シフトとの両方を正確に決定するために使用される。その後、決定された時間シフトは、ターゲットの範囲を計算するために使用される。決定された周波数オフセットは、ターゲットの速度を計算するために使用される。
FHシーケンスを生成し、利用するためにここで記載された技術は、様々な手段によって実施されうる。例えば、これら技術は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせで実施される。ハードウェア実施の場合、ここで記載した技術のうちの何れかを実施するために使用される要素は、1つ又は複数のアプリケーション固有集積回路(ASIC)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、デジタル信号処理デバイス(DSPD)、プログラマブル論理デバイス(PLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ここで記載した機能を実行するために設計されたその他の電子ユニット、又はこれらの組み合わせ内に実装される。
ソフトウェア実施の場合、ここで記載した技術は、ここで記載した機能を実行するモジュールとともに実施される(例えば、手順、機能等)。ソフトウェアコードは、メモリユニット(例えば、図6A及び図6Bにおけるメモリユニット632,672)内に格納され、プロセッサ(例えば、コントローラ630,670)によって実行される。メモリユニットは、プロセッサ内であるか、又はプロセッサの外部に実装される。いずれの場合であれ、当該技術分野で知られたような様々な手段によってプロセッサに通信可能なように接続されることができる。
開示された実施例における上述の記載は、当該技術分野におけるいかなる人であっても、本発明の活用または利用を可能とするように提供される。これらの実施例への様々な変形例もまた、当該技術分野における熟練者に対しては明らかであって、ここで定義された一般的な原理は、本発明の主旨または範囲を逸脱せずに他の実施例にも適用されうる。このように、本発明は、ここで示された実施例に制限されるものではなく、ここで記載された原理と新規の特徴に一致した最も広い範囲に相当するものを意図している。
図1は、数式y(k)=logα1/k(mod p)に基づくFHシーケンスを生成するための処理を示す。 図2Aは、p=7、α=3の場合のFHシーケンスの2次元配列上へのマッピングを示す。 図2Bは、図2Aに示すFHシーケンスの2次元自動相関を示す。 図2Cは、垂直シフトによる異なるFHシーケンスの生成を示す。 図3Aは、OFDM通信システムのためのサブバンド構造を示す。 図3Bは、OFDMシステムにおいてパイロット及びデータの送信に使用されるサブバンド構造を示す。 図4Aは、図2Aで示されたFHシーケンスに基づくサブバンドへのトラフックチャネルのマッピングを示す。 図4Bは、異なるユーザに対する異なるFHセグメントの割り当てを示す。 図5は、無線マルチバンド通信システムを示す。 図6Aは、基地局のブロック図を示す。 図6Bは、端末のブロック図を示す。

Claims (23)

  1. 周波数ホップ(FH)シーケンスを取得する方法であって、
    式1/kについての第1のシーケンスの要素を取得することであって、kは、前記第1のシーケンスの要素のためのインデクスであることと、
    前記第1のシーケンスに基づいて式logα1/kについての第2のシーケンスの要素を取得することであって、pは素数、αはpの原始根であり、式1/kと式logα1/kとはモジュロp演算を用いて評価され、前記周波数ホップシーケンスは前記第2のシーケンスに基づいて導出されることと
    を備える。
  2. 請求項1に記載の方法において更に、
    式αについての第3のシーケンスの要素を取得することであって、前記第2のシーケンスは更に前記第3のシーケンスに基づいて取得されることを備える。
  3. 請求項1に記載の方法において、前記周波数ホップ(FH)シーケンスは、前記第2のシーケンスに等しい。
  4. 請求項1に記載の方法において、前記周波数ホップ(FH)シーケンスは、前記第2のシーケンスの垂直シフトバージョンである。
  5. 請求項1に記載の方法において更に、
    前記第2のシーケンスのための所望の長さに基づいて前記素数pを選択することを備える。
  6. 請求項1に記載の方法において、前記周波数ホップ(FH)シーケンスは、複数の時間間隔の各々におけるデータ送信用に使用するために、複数の周波数バンドの中から具体的な周波数バンドを決定するために使用される。
  7. マルチバンド通信システムにおける送信のためにデータを処理する方法であって、
    複数の周波数バンド上で送信するためのデータを受信することと、
    周波数ホップ(FH)シーケンスに基づいて複数の時間間隔の各々で使用するために、前記複数の周波数バンドのうちの特定の1つを決定することであって、前記周波数ホップ(FH)シーケンスは、数学式y(k)=logα1/k(mod p)に基づいて生成され、pは素数であり、αはpの原始根であり、kは前記周波数ホップ(FH)シーケンスの要素のインデクスであり、(mod p)はモジュロp演算を示すことと、
    前記周波数ホップ(FH)シーケンスによって決定された周波数バンド上で送信するための前記データを処理することと
    を備える。
  8. 請求項7に記載の方法において、前記データは、前記周波数ポップ(FH)シーケンスの一部に対応した周波数バンド上の送信のために処理される。
  9. 請求項7に記載の方法において、前記マルチバンド通信システムは、直交周波数分割多重(OFDM)を実施し、前記複数の周波数バンドは、OFDMによって提供されたサブバンドに対応する。
  10. 請求項9に記載の方法において、各時間間隔は、1つのOFDMシンボル周期の期間を持つ。
  11. マルチバンド通信システムにおける装置であって、
    複数の周波数バンド上で送信するためのデータを受信する手段と、
    周波数ホップ(FH)シーケンスに基づいて複数の時間間隔の各々で使用するために、前記複数の周波数バンドのうちの特定の1つを決定する手段であって、前記周波数ホップ(FH)シーケンスは、数学式y(k)=logα1/k(mod p)に基づいて生成され、pは素数であり、αはpの原始根であり、kは前記周波数ホップ(FH)シーケンスの要素のインデクスであり、(mod p)はモジュロp演算を示す手段と、
    前記周波数ホップ(FH)シーケンスによって決定された周波数バンド上で送信するための前記データを処理する手段と
    を備える。
  12. 請求項11に記載の装置において、前記データ送信は、前記マルチバンド通信システムにおけるダウンリンクのためである。
  13. 請求項11に記載の装置において、前記データ送信は、前記マルチバンド通信システムにおけるアップリンクのためである。
  14. マルチバンド通信システムにおける送信機ユニットであって、
    複数の周波数バンド上で送信するためのデータを変調するように動作する変調器と、
    周波数ホップ(FH)シーケンスに基づいて複数の時間間隔の各々で使用するために、前記複数の周波数バンドのうちの特定の1つを決定するように動作する切換器であって、前記周波数ホップ(FH)シーケンスは、数学式y(k)=logα1/k(mod p)に基づいて生成され、pは素数であり、αはpの原始根であり、kは前記周波数ホップシーケンスの要素のインデクスであり、(mod p)はモジュロp演算を示す切換器と、
    前記周波数ホップ(FH)シーケンスによって決定された周波数バンド上で送信するための前記変調されたデータを処理するように動作する信号プロセッサと
    を備える。
  15. 請求項14に記載の送信機ユニットにおいて、前記マルチバンド通信システムは、直交周波数分割多重(OFDM)を実施し、前記複数の周波数バンドは、OFDMによって提供されたサブバンドに対応し、前記信号プロセッサは、前記変調されたデータについて逆フーリエ変換を行う。
  16. マルチバンド通信システムにおいて送信するためのデータを処理する方法であって、
    第1のトラフィックチャネル上で送信するためのデータを受信することと、
    第1の周波数ホップ(FH)シーケンスに基づいて複数の時間間隔の各々で前記第1のトラフィックチャネルについて使用するために、複数の周波数バンドのうちの特定の1つを決定することであって、前記第1の周波数ホップ(FH)シーケンスは、前記第1のトラフィックチャネルに割り当てられ、数学式y(k)=logα1/k(mod p)に基づいて生成され、pは素数であり、αはpの原始根であり、kは前記第1の周波数ホップ(FH)シーケンスの要素のインデクスであり、(mod p)はモジュロp演算を示すことと、
    前記第1の周波数ホップ(FH)シーケンスによって決定された周波数バンド上で送信するための前記第1のトラフィックチャネルのためのデータを処理することと
    を備える。
  17. 請求項16に記載の方法において更に、
    第2のトラフィックチャネル上で送信するためのデータを受信することと、
    第2の周波数ホップ(FH)シーケンスに基づいて複数の時間間隔の各々で前記第2のトラフィックチャネルについて使用するために、複数の周波数バンドのうちの特定の1つを決定することであって、前記第2の周波数ホップ(FH)シーケンスは、前記第2のトラフィックチャネルに割り当てられ、数学式y(k)=logα1/k(mod p)に基づいて生成されることと、
    前記第2の周波数ホップ(FH)シーケンスによって決定された周波数バンド上で送信するための前記第2のトラフィックチャネルのためのデータを処理することと
    を備える。
  18. 請求項17に記載の方法において、前記第2の周波数ホップ(FH)シーケンスは、前記第1の周波数ホップ(FH)シーケンスの垂直シフトされたバージョンである。
  19. 請求項17に記載の方法において、前記第1及び第2の周波数ホップ(FH)シーケンスは、同じ素数の異なる原始根に基づいて生成される。
  20. 請求項17に記載の方法において、前記第1及び第2の周波数ホップ(FH)シーケンスは、異なる素数に基づいて生成される。
  21. 請求項16に記載の方法において、前記マルチバンド通信システムは、直交周波数分割多重(OFDM)を実施し、前記複数の周波数バンドは、OFDMによって提供されたサブバンドに対応する。
  22. マルチバンド通信システムにおいてデータ送信を復元する方法であって、
    複数の周波数バンドについての受信されたシンボルを取得することと、
    周波数ホップ(FH)シーケンスに基づいて、複数の時間間隔の各々におけるデータ送信のために使用される前記複数の周波数バンドのうちの特定の1つを決定することであって、前記周波数ホップ(FH)シーケンスは、前記データ送信に割り当てられ、数学式y(k)=logα1/k(mod p)に基づいて生成され、pは素数であり、αはpの原始根であり、kは前記周波数ホップ(FH)シーケンスの要素のインデクスであり、(mod p)はモジュロp演算を示すことと、
    前記周波数ホップ(FH)シーケンスによって決定された周波数バンドについて受信されたシンボルを処理し、前記データ送信を復元することと
    を備える。
  23. マルチバンド通信システムにおける装置であって、
    複数の周波数バンドについての受信されたシンボルを取得する手段と、
    周波数ホップ(FH)シーケンスに基づいて、複数の時間間隔の各々におけるデータ送信のために使用される前記複数の周波数バンドのうちの特定の1つを決定する手段であって、前記周波数ホップ(FH)シーケンスは、前記データ送信に割り当てられ、数学式y(k)=logα1/k(mod p)に基づいて生成され、pは素数であり、αはpの原始根であり、kは前記周波数ホップ(FH)シーケンスの要素のインデクスであり、(mod p)はモジュロp演算を示す手段と、
    前記周波数ホップ(FH)シーケンスによって決定された周波数バンドについて受信されたシンボルを処理し、前記データ送信を復元する手段と
    を備える。
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