JP2007124598A - マルチキャリア送受信方法 - Google Patents
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【解決手段】 マルチキャリア方式CDMA(MC−CDMA)を用いた送受信方法であって、送信機において、マルチキャリアの一部を最小直交周波数の逆数で与えられる時間幅より狭い窓関数を乗じて時間領域で切り出して、該切り出された一部のマルチキャリアを使用するとともに、送信機の拡散符号及び受信機の逆拡散符号を、窓関数の幅、形状、位置の少なくとも1以上の要素に応じて変更する。
【選択図】 図3
Description
中でも次世代の移動体通信システムにおける情報伝送方式として、マルチキャリア方式が大いに注目されている。
マルチキャリア方式は、情報を1つのキャリア(搬送波)で送るのではなく、複数のキャリアに分割して送る方法であり、伝送レートを低下させることなく送信信号のシンボル長を伸長できるという特長を有する。
これにより、伝送レートを一定に保ったまま通信路のマルチパスで生じる遅延波干渉を相対的に小さく抑えることが可能となる。また、送信シンボルの間にガード区間を設けることで、遅延波干渉の影響を更に小さく抑えることが可能となる。
第一の方式は、各サブキャリアを独立した情報シンボルで変調して伝送することに主眼をおいた直交周波数分割多重(OFDM)であり、第二の方式は、拡散符号を周波数領域(又は周波数領域と時間領域の両方)に配置し、1つの情報を全サブキャリアに分散して伝送しつつ多重化・多元接続により複数情報の伝送を実現することができるマルチキャリアスペクトル拡散(MC−SS)・マルチキャリアCDMA(MC−CDMA)である。
例えば、下記非特許文献1では、MC−CDMAの拡散符号として、定振幅・直線位相特性をもつCI符号(carrier interferomrtry code)の大セットを用いる方式が検討されている。
より具体的には、符号長LのCI符号の大セットとして2L通りの拡散符号が示され、これを用いたMC−CDMAをレイリーマルチパス通信路に適用したとき、僅かなビット誤り率(bit error rate:BER)の増加でMC−CDMAの同時ユーザ数を2倍まで拡大できることが示されている。
本発明に係るマルチキャリア送受信方法は、マルチキャリア方式CDMA(MC−CDMA)を用いた送受信方法に関するものである。
本発明に係る方法は、後述する如く、送信機において、マルチキャリアの一部を最小直交周波数の逆数で与えられる時間幅より狭い窓関数を乗じて時間領域で切り出して、該切り出された一部のマルチキャリアを使用するとともに、前記送信機の拡散符号及び受信機の逆拡散符号を窓関数の幅、形状、位置の少なくとも1以上の要素に応じて変更する点、並びに、拡散符号及び逆拡散符号として、窓関数の前記要素に応じて定められた変換関係にある、互いに異なる拡散符号を用いる点を特徴とするものであるが、本発明についての理解を容易とするために、先ず通常のMC−CDMAをモデル化し、次いでこのモデルを利用しながら本発明についての説明を行うこととする。
図1はMC−CDMAの送信機モデルを示す。尚、図中に破線で示した増幅器は、各ユーザの信号電力をそろえるために、本発明に係る方法において用いられるものであって、詳細は後述する。
本明細書において、MC−CDMAの同時接続ユーザが全て同期していると仮定する。
MC−CDMAのk番ユーザの信号は、時刻nT0≦t<(n+1)T0(T(s)は1シンボル周期、nは整数)において次式(1)が等価低域表現となる。
また、ck(t)はサブキャリア数Lのマルチキャリアであり、次式(2)で与えられる。
本明細書では、サブキャリア周波数間隔Δfと1シンボル長T0との積を変調指数と称する。MC−CDMAではΔf=1/T0と選ばれる。この場合、ΔfT0=1となる。尚、ガード区間をT0に含めるとΔf>1/T0となり、ΔfT0>1となるが、本明細書ではガード区間は考慮しない。
図2はMC−CDMAの受信機モデルを示す。
以下、図2に対応するMC−CDMAの送信部の説明を行う。
[ ]Hを行列[ ]の複素共役転置とすると、上式(8)は、FHで与えられるDFT行列でDFT処理を行うことで、次のベクトルz(9)(10)となる。
先ず、本発明に係る方法における送信部について説明する。
本発明に係る方法は、送信機において、マルチキャリアの一部を最小直交周波数の逆数で与えられる時間幅より狭い窓関数を乗じて時間領域で切り出して、該切り出された一部のマルチキャリアを使用するとともに、前記送信機の拡散符号及び受信機の逆拡散符号を窓関数の幅、形状、位置の少なくとも1以上の要素に応じて変更することを特徴とする。
よって、簡単のため、通常のMC−CDMAと本発明のサブキャリア周波数間隔が共にΔfで等しいものと考えると、本発明における1シンボル長Tは、T<T0となり、変調指数はΔfT=T/T0<1となる。
本発明の方法では、通常のMC−CDMAのマルチキャリア((a)図参照)の1シンボル長T0の一部(1シンボル長T<T0)を、T0(=1/Δf)より狭い窓関数により時間領域で切り出し((b)図参照)、該切り出した一部のマルチキャリアを情報シンボルで変調して送信する。
(c)図の右側は、(b)図に示されている切り出された一部を、(a)図と同じ時間幅に拡張した場合の周波数スペクトルを示しており、図示のように(a)図の場合に比べて信号の占有する帯域幅が小さくなる。
プ値(l=1,2,・・・,L)である。尚、本明細書では簡単のためτ0=0と仮定する。
尚、窓関数としては、ゲート関数の他、レイズドコサイン、ハミング、ハニング、ブラックマン窓など様々な形状の関数が知られているが、本明細書では簡単のためゲート関数を用いた場合について説明する。
そうすると、本発明のマルチキャリアは下式(13)となる。
k番ユーザの受信機でnT≦t<(n+1)Tの信号を受信する場合を考える。
区間T内においてM回のサンプリングで得られたサンプル値列をベクトル
yM (HC)は、信号成分XM (HC)と雑音成分ηMからなるため、yM (HC)=XM (HC)+ηMと表現できる。
以下、まず信号成分XM (HC)を、IDFT行列を用いて表現する。
従って、nT≦t<(n+1)TでM点のサンプル値ベクトルXM (HC)は、式(8)で与えられるxの一部分となる。
即ち、式(14)となる。(但し、τ0=0のとき)
T及びT0がそれぞれxM (HC)及びxのサンプル数に比例するため、下式(16)となる。
本発明では、DFT処理は、xM (HC)にL+L0−M個のゼロ点を付加したベクトル
上式(13)において送信用拡散符号としてベクトル
ここでは、雑音を含めた検討を行う。
両側電力密度1/2N0[W/Hz]の加法性白色ガウス雑音を仮定する。
簡単のため、受信信号のサンプリング間隔を単位時間に標準化し、受信機のLPFの等価雑音帯域幅(両側)を単位化して考える。
すなわち、各サンプリング値の実部及び虚部に含まれるガウス雑音をそれぞれηm,r ηm,i(m=1,2,・・・,M)として、これらを平均0、分散1/2N0の正規分布に従う
そして、ηm,r及びηm,iを用いて複素ランダム変数ηmをηm=ηm,r+j ηm,iと定義する
このηmを要素にもつ複素雑音ベクトルηMを、ηM=[η1 η2・・・ηM](i.i.d.)と
番ユーザの時間領域での逆拡散用系列をGMukとすると、逆関数(時間相関)出力は、下式(30)となる。
従って、図1に破線で示したように、送信機において各ユーザの信号を1/σk倍(電力で1/σk 2倍)することで、全ユーザの信号電力を等しく揃えることができる。或いは、全ユーザの信号電力を揃えることが、1/σk 2に比例した電力増幅を各ユーザに行うことと等価であるともいえる。
<ビット誤り率>
1.逆拡散出力のSNR
上式(37)のk番ユーザの逆拡散出力の信号対雑音比γは下式(38)で与えられ、その分母は上式(29)より下式(39)のようになる
複素情報シンボルbk,nが1シンボルで平均u(bits)の情報をもつとする。
多元接続数をKとすると、本発明の方法では、1シンボル時間T(s)でuK(bits)の情報を伝送できることになる。よって、伝送速度RはR=uK/T(bits/s)となる。
また、サブキャリア数をL(=系列長)としたときの伝送帯域幅Wを、W=(L+1)Δf(Hz)とする。従って、周波数利用効率R/Wは下式(44)となる。
このような場合、全ての拡散系列を使用し、総送信電力一定、帯域外放射電力一定の条
率の観点からは好ましい方法と考えられる。
属するvkのみを拡散系列に用いることを仮定し、その数を多元接続数Kとする。
この場合における周波数利用効率R/Wと系列長L(=サブキャリア数)の関係を図4に示す。
これは、本発明のMC−CDMAにおいては、サブキャリア周波数間隔Δf及び変調多値数2uを一定と考えたとき、最大で1割の周波数利用効率の低下(ΔfT=0.125の場合)を許容することで、同一長の直交符号を用いた通常のMC−CDMAと比べ、ユーザ毎の伝送速度を最大で8(=1/0.125倍)まで高速にできることを示している。
T0 通常のMC−CDMAのマルチキャリアの1シンボル長
Claims (2)
- 送信機において、送信すべき情報データを情報シンボルに変換し、該情報シンボルにより複数のサブキャリアからなるマルチキャリアを変調し、各サブキャリアを拡散符号を用いて拡散変調して送信し、受信機において、送信機から送信された信号を受信し、該受信された信号に逆拡散符号を用いて逆拡散処理を行って情報データを取り出すように構成された、マルチキャリア方式CDMA(MC−CDMA)を用いた送受信方法であって、前記送信機において、マルチキャリアの一部を最小直交周波数の逆数で与えられる時間幅より狭い窓関数を乗じて時間領域で切り出して、該切り出された一部のマルチキャリアを使用するとともに、前記送信機の拡散符号及び受信機の逆拡散符号を窓関数の幅、形状、位置の少なくとも1以上の要素に応じて変更することを特徴とするマルチキャリア送受信方法。
- 前記拡散符号及び逆拡散符号として、窓関数の前記要素に応じて定められた変換関係にある、互いに異なる拡散符号を用いることを特徴とする請求項1記載のマルチキャリア送受信方法。
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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JPN6010064303, 浜村昌則 他1名, "高密度変調を用いたMC−CDMAの特性", 電子情報通信学会技術研究報告, 20051020, Vol.105, No.364, P13−18, JP, 社団法人 電子情報通信学会 * |
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