JP2007159078A - 無線通信システム及び無線通信方法並びに無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 位相変動によるユーザ間干渉を低減させて通信品質を向上させ得る無線通信システム及び無線通信方法並びに無線通信装置を提案する。
【解決手段】 各無線通信装置のうち送信側では、情報信号を拡散変調処理して得られる送信データと同一の送信データを少なくとも２回繰り返して送信した後、当該送信データにおける互いに直交する同相及び直交成分を、再送信する際に予め設定した周期で入れ替え、各無線通信装置のうち受信側では、送信側から送信される送信データについて、設定された周期と同一の周期で同相及び直交成分を入れ替えた後、当該同相及び直交成分が入れ替えられた受信データと、当該同相及び直交成分が入れ替えられなかった受信データとを加算し、位相変動を相殺するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信システム及び無線通信方法並びに無線通信装置に関し、特に移動体通信システムに適用して好適なものである。

近年、ＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ（Ｃｈｉｐ−Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ Ｂｌｏｃｋ Ｓｐｒｅａｄ−Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式やＩＦＭＤＡ（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式など、送信情報データの繰り返し送信を基本とした無線通信方式の提案が数多くなされている。これらは、マルチユーザ環境においてＤＳ−ＣＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ−ＣＤＭＡ）方式などの既存の多元接続方式よりも優れた通信品質を有する。以下、これをＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式を例に説明する。

図１２は、従来のＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式を適用した無線通信システム１における送信側２及び受信側３の基本構成を示す。この図１２に示すように、ＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式では、送信側２において、拡散処理した送信データをインタリーブし、受信側３において、受信データをデインタリーブする点に特徴を有する。これらインタリーブ及びデインタリーブは、マルチパス起因で生じるマルチパスユーザ干渉を各ユーザのシンボル間干渉に変換するため、送信データや受信データの順序を入れ替えるものである。

図１３は、このようなＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式の送信側２において行われる拡散処理及びインタリーブ処理の内容を概念的に示したものである。ＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式では、送信側２において、送信データに対して所定周期毎に誤り訂正符号化処理を施し、かくして得られた各シンボル（Ｄａｔａ＃０，Ｄａｔａ＃１，Ｄａｔａ＃２，……）に対して、拡散部４（図１２）において、そのユーザに割り当てられた当該ユーザに固有の直交識別子である直交符号（例えばＯＶＳＦ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ ｃｏｄｅ）（＃０〜＃ＳＦ−１）を順次乗算する（拡散処理）。

またＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式では、このようにして得られた各シンボルのデータを、インタリーバ５（図１２）において、１シンボル分のチップが図中「Ｗｒｉｔｅ ｉｎ」で示す方向に並び、かつシンボル毎のチップが図中「Ｒｅａｄ ｏｕｔ」で示す方向に並ぶようにメモリに順次書き込み、この後所定数のシンボルを１グループとして、グループ毎に図中「Ｒｅａｄ ｏｕｔ」で示す方向にチップ単位でデータを読み出すようにして、送信データのデータ並びを入れ替える（インタリーブ処理）。この際、かかるデータの読み出しは、グループ毎に複数回行われる。これにより送信データが繰り返し送信されることとなる。

なお、拡散処理時に使用する直交符号は、直交符号間の完全直交性が満たされるものであれば、どのような系列のものであっても良い。また、図１３において、ＧＩはグループ間の干渉を低減するためのガードインターバルを示す。このようなガードインターバルは、１グループ間隔で挿入される。

一方、受信側３では、図１２に示すように、デインタリーブ処理部６において、受信データについて、各シンボルの直交符号が図中「Ｒｅａｄ ｏｕｔ」で示す方向に並び、かつ各シンボルのデータが図中「Ｗｒｉｔｅ ｉｎ」で示す方向に並ぶようにメモリに順次書き込み、この後所定数のシンボルを１グループとして、グループ毎に直交符号単位で図中「Ｒｅａｄ ｏｕｔ」で示す方向にデータを読み出すようにして、受信データのデータ並びをインタリーブされる前の元のデータ並びに入れ替える（デインタリーブ処理）。また受信側３では、このようにして得られた元のデータ並びの受信データに対して、逆拡散処理部７において逆拡散処理を施す。

このようなＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式によれば、例えば図１２との対応部分に同一符号を付した図１４に示すように、直接波（振幅ｈ１）と反射波（振幅ｈ２）とが加算された結果、Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，……という送信データのシンボルがＸ１，Ｘ２，Ｘ３，……というシンボルになってシンボル間干渉が発生するが、符号系列Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，……自体は変化しないため、直交符号間の直交性が満たされる、つまりマルチパス環境下においてもユーザ間干渉が生じないという利点がある（特許文献１参照）。なお、この図１４においては、直接波に対して反射波が１チップ分遅延した状態を示している。またマルチユーザ環境においても、直交符号間の直交性が満たされる様子を図１５に示す。
特表２００２−５１６５１９

しかしながら、かかる従来のＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式によると、伝送路の時間変動の影響を受け易いという問題があった。これは、送信側において送信データをインタリーブ処理し、受信側において受信データをデインタリーブ処理することによって、原理的に、デインタリーバにおける列間の時間間隔が伸び、結果として読み出しの際には、時間変動が実際の変動よりも大きく反映させられるためである。この様子を図１６に示す。

ＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式を例に取り、より詳しく説明する。ＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式は、ユーザ間の直交性を、直交符号により得ている。今、２ユーザ環境を考え、ユーザ＃１が＋１、＋１、＋１、＋１、ユーザ＃２が＋１、＋１、−１、−１、という、４チップからなる直交符号が割り与えられている場合を想定する（チップとは、符号１ビット分を指す）。この場合、受信側では、各ユーザの直交符号を受信信号に乗算し、４チップ区間の積分を行い、各ユーザの送信情報を得る。明らかに、ユーザ＃１，２間の符号の違いは、第３，４チップ目の極性である。この第３，４チップ目の極性が変化してしまうと、ユーザ間の区別がつかない、つまり、ユーザ間の干渉が発生する（第１，２チップ目が変化しても同様）。

上記仮定において、図１６の様に、インタリーバの深さで９０度、つまり、１／４周期となる様な伝送路の時間変動が発生したとする（言い換えれば、４列送信すると１周期となってしまう変動）。この場合、受信側のデインタリーブ処理によって、順番が入れ替わり、逆拡散部へ送付される信号は、１チップ毎に９０度変化する信号となってしまう。つまり、高速な位相変化が生じている。この結果、第３チップ目以降は、既に１８０度を越える位相変化が生じている為、極性反転が発生する。伝送路は、各ユーザで独立である為、この状態は、もはや、各ユーザの識別不能、つまり通信不能であることを示している。

なお、この例では、理解を助けるために高速な変動を想定したが、実際の運用では、ここまで高速な変動になることはない。しかし、原理的にインタリーバ／デインタリーバ処理により、時間間隔が圧縮され、伝送路時間変動が高速になってしまう問題は変わりない。

上述のとおり、マルチユーザ干渉が発生しないというＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式やＩＦＤＭＡ方式においても、上記時間変動（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｓｐｒｅａｄとも呼ぶ）によってユーザ間の直交性が崩れてしまい、通信品質が劣化してしまうという問題があり、実質的な運用には適さないと考えられていた。実際に計算機シミュレーションを実施すると、時速３００〔ｋｍ／ｈ〕で走行する新幹線等の高速移動環境では、通信不能という結論である（図１７参照）。

図１７では、拡散率１６に対して、ユーザ数が１６であるため、一般に言われる最大容量（Ｆｕｌｌ−Ｌｏａｄ）の状態である。伝送路は、エコーが１つだけの状態を仮定しており、全ユーザが非同期である上りリンク（移動局から基地局への伝送）を想定している。図より、時速１５０〔ｋｍ／ｈ〕までは、２ブランチ受信ダイバーシチが適用できれば、誤り訂正符号の導入による誤り率改善効果が得られる目安の４×１０^−２以下が達成できているのに対して、３００〔ｋｍ／ｈ〕の走行速度では、達成できていないことがわかる。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、位相変動によるユーザ間干渉を低減させて通信品質を向上させ得る無線通信システム及び無線通信方法並びに無線通信装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明では、複数の無線通信装置間で情報信号を拡散変調処理して送受信する無線通信方法において、各無線通信装置のうち送信側では、情報信号を拡散変調処理して得られる送信データと同一の送信データを少なくとも２回繰り返して送信した後、当該送信データにおける互いに直交する同相及び直交成分を、再送信する際に予め設定した周期で入れ替え、各無線通信装置のうち受信側では、送信側から送信される送信データについて、設定された周期と同一の周期で同相及び直交成分を入れ替えた後、当該同相及び直交成分が入れ替えられた受信データと、当該同相及び直交成分が入れ替えられなかった受信データとを加算する。

この結果この無線通信システムによれば、受信側にて互いに直交する同相及び直交成分が入れ替えられた受信データは、同相及び直交成分の入れ替えを実行しない奇数番目の信号に対して、伝送路時間変動による位相変動が、逆回転となる。つまり、互いに直交する同相及び直交成分の入れ替えを実行しない通常の奇数番目の受信データの信号ベクトルと、当該入れ替えを実行した偶数番目の受信データの信号ベクトルは、本来のベクトルの向きに対して、互いに逆方向に回転していることになり、これらのベクトルの和を演算することによって、位相変動を相殺させることが可能となる。

また本発明において、受信側では、送信側から送信される送信データについて、伝送路又は送受信機間で生じた位相変動を補償する。この結果この無線通信システムによれば、上述のように位相変動を振幅変動に変換するようにして、位相変動を相殺させることが可能となることに加えて、位相変動を補償することにより、偶数番目、奇数番目のベクトルが互いに逆方向になる際に、位相角が大きく成り過ぎ、レベル低下が顕著になることを避けることが可能になる。

さらに本発明において、送信側では、情報信号を拡散変調処理して得られる送信データを符号分割多重処理して、当該送信データに含まれる情報数が少なくとも半減するように補償する。この結果この無線通信方法によれば、初期位相や位相変動によりレベル低下が発生しうる状態でも、レベル低下を最低限に抑え、かつ、残留した位相変動は、互いに直交する同相及び直交成分の入れ替え処理により除去することができる。

本発明によれば、伝送路の位相変動による通信品質劣化を抑圧し、通信品質を向上させ得る無線通信システム及び無線通信方法並びに無線通信装置を実現できる。これは、ある所定の通信品質を達成するに当たり、電波が受信側に到達するまでに必要な所要送信電力を低減することが可能となり、システム全体としての省電力化を図ることもできる。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
（１）第１の実施の形態
（１−１）本実施の形態による無線通信方式
図１は、ＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式に本発明を適用した無線通信システム１０の送信側１１及び受信側１２の基本構成を示すものである。上述した従来のＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式による無線通信システム１（図１２）との比較における本実施の形態によるＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式の特徴の１つは、送信側１１において送信データに対してＩ（Ｉｎｐｈａｓｅ：同相），Ｑ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ：直交）平面上のＩ，Ｑ成分の入れ替え処理（以下、これをＩＱ入れ替え処理という。）を施し、受信側１２において受信データに対しても、ＩＱ入れ替え処理を実行し、その後、加算処理を施す点にある。

ＩＱ入れ替え処理を実行する意味は、その位相変動にある。以下、数式にて表現する。Ｔ時間周期（Ｔは例えばシンボル時間で、Ｔ＝１６ｔ）で変化する送信複素信号をＸ（ｔ）とすると、Ｘ（ｔ）は、次式、

のように表される。

ここで、Ｉ_ｔｘ（ｔ）は、送信情報の同相成分であり、Ｑ_ｔｘ（ｔ）は、送信情報の直交成分である。この（１）式は、指数表現を用いて、次式、

とも表現できる。（１）式及び（２）式は、表現方法が異なるだけで、全く同じである。ここで、｜｜は絶対値記号、｜α（ｔ）｜は振幅 （＝√（Ｉ２＋Ｑ２））、θ（ｔ）は、送信情報によって変化する角度情報（ｅ．ｇ．，ａｔａｎ（Ｑ，Ｉ））である。

ここで、Ｉ，Ｑ信号の入れ替えを実施する。（１）式は、次式、

のように変化する。ここで、ＩＳＭ（）とは、ＩＱ入れ替え処理を示す関数である。（３）式を（１）式に近づける様に変形すると、次式、

と表現できる。指数表現をすれば、次式、

と表現できる。（５）式より、ＩＱ入れ替え処理というのは、入れ替えを実行しない信号に対して、９０度の位相シフト（＝ｊの乗算）と、位相角の進行方向が逆回転になることを意味することがわかる。

次に、伝送路もしくは、送受信機間の位相変化による位相変動項を付加する。指数表現では、位相変動を乗算にて表現できる為、位相変動をθｃｈ（ｔ）とすると、この影響を受けた受信信号ｙ（ｔ）は、次式、

となる。この信号を受信し、受信機側でもＩＱ入れ替え処理を行うと、ＩＱ入れ替え処理であるＩＳＭ（）関数は、ｊの位相シフトと、位相回転方向の逆転であったため、次式、

のようになる。この（６）式が意味するのは、ＩＱ入れ替え処理が実行されない送信情報が復元できると同時に、伝送路位相シフトが逆方向となっていることである。

この結果、ＩＱ入れ替え処理を実施した信号と実施しない信号の和を得ると、次式、

のようになる。

ここで、送信情報信号を示すα（ｔ）とθ（ｔ）は、共に、Ｔ時間経過する前とする。したがって、ｙ（ｔ）および、ｙ（ｔ＋１）の時間では変化せず、同一とみなせる。また、微少時間であれば、θ_ｃｈ（ｔ）とθ_ｃｈ（ｔ＋１）はほぼ変化無いと考えられ、虚数成分は相殺され、（８）式の結果となる。（８）式より、ＩＳＭ（）を実行したものと実行しないものの和は、実数軸へ射影されて、位相変動項が消え、振幅変動しか発生していないことがわかる。以上の様子を図示すると、図２のように表される。

この結果は、前記従来技術の問題で述べた、位相変動にてユーザ識別子（＝直交符号）に生じる極性変化を避けることが可能であることを示している。（８）式では、振幅変動は残存するため完全なユーザ間直交信号処理ではないものの、前記ＣＩＢＳ−ＣＤＭＡやＩＦＤＭＡなどの無線通信アクセス方式では大きな効果が生まれる。
なお、（８）式において、初期位相項が生じた場合の対応は、請求項２の説明にて後述する。

本発明が目的とするのは、前記ＣＩＢＳやＩＦＤＭＡもしくはその変形等のアクセス方式における多ユーザ環境でのユーザ間直交性の向上である。これらのＣＤＭＡに基づくアクセス方式では、従来のＤＳ−ＣＤＭＡ（現在のＦＯＭＡやｃｄｍａＷＩＮ（共に商標名）と呼ばれる第３世代の移動通信方式）とは異なり、ユーザ間の完全直交を目指すものである。ユーザ間の完全直交を目指す場合、従来のＤＳ−ＣＤＭＡの様に、ユーザ信号抽出（＝逆拡散処理）後の信号処理によって位相補償することは不完全であり、ユーザ信号抽出前にユーザ間識別子（ＣＩＢＳ−ＣＤＭＡであれば直交符号、ＩＦＤＭＡであれば、直交周波数）の完全直交性を満たさなければならない。

この場合、伝送路の位相変動や送受信機間の位相変動を逆拡散処理前に補償しなければならない。ユーザ抽出前の位相変動に対する補償手段としては、遅延検波と呼ばれる方法が一般的である。一例を挙げれば、遅延検波では、一般に１シンボル前の信号との共役複素乗算が行われ、伝送路の位相変動を低減するものである。以下に数式を用いて説明する。受信信号をｓ（ｔ）、ｓ（ｔ＋１）とすれば、遅延検波信号は、次式、

のように表される。

理を行い、差分に送信情報を載せることとする。（９）式から明らかな様に、伝送路の位相変動が消失もしくは、低減される。この利点から、第２世代の移動通信では、遅延検波が一般的に使用されていた。

ところが、この遅延検波には問題がある。まず、多値変調技術の適用が難しく、また、特性劣化が顕著である。（９）式からも明らかな様に、位相項に送信情報を与える為、１６ＱＡＭと呼ばれる様な振幅にも情報が存在する多値変調技術では、顕著な特性劣化が存在する。

次の問題点としては、遅延検波は、基本的に１ユーザ環境を想定したものであるため、ユーザ抽出前の適用には問題がある。（９）式におけるｓ（ｔ）を、次式、

のようにＮユーザ環境に適用すると、容易にわかるように、共役複素乗算の際に、クロスタームが発生し、雑音とみなせる信号が増大してしまう。

以上の結果から、遅延検波は、実質に逆拡散前のユーザ間直交化には適用できず、位相補償手段がこれまで存在していなかった。

しかしながら、本実施の形態によるＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式によれば、理想受信信号（＝送信信号）（図３（Ａ））に位相変動が生じている場合でも（図３（Ｂ））、図４のように振幅変動に置き換えることによって、ユーザ間直交化を補助することができる。

また、（８）式からも明らかなように、振幅項｜α（ｔ）｜が任意に適用できる為、先に述べた振幅変動を伴う１６ＱＡＭ伝送にも適用することができる。１６ＱＡＭ変調は、次世代の高速移動通信（＝単位時間当たりのビット伝送量の増加が求められる）では必須であり、ユーザ抽出前に、この多値変調が適用できつつ、位相変動が抑えられると言う効果は非常に大きい。

（１−２）本実施の形態による無線通信システム
次に、かかる本実施の形態によるＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式を適用した無線通信システムの具体的な構成について説明する。なお、本説明では、理解を助ける為に、ＩＱ入れ替え処理の実行タイミングを、後述する上位管理局からの指示にて得ることを前提としているが、これはあくまで一例であり、送受信機間で一意に決まっていれば、不要である。

図５は、本実施の形態による無線通信システムを示すものである。この無線通信システム２０は、複数の携帯通信装置２１（１０）又は複数の基地局２２及び上位制御局２３から構成されている。

携帯通信装置２１は、図６に示すように構成されており、ユーザの発話音声をマイクロホン３０により集音し、得られた音声信号Ｓ１を信号処理部３１に入力する。信号処理部３１は、供給される音声信号Ｓ１に対してアナログ／ディジタル変換等の所定の信号処理を施した後に、これをディジタル音声信号Ｓ２としてＱＰＳＫ変調部３２に入力する。またＱＰＳＫ変調部３２は、供給されるディジタル音声信号Ｓ２をＱＰＳＫ変調し、得られたＱＰＳＫ変調信号Ｓ３を拡散処理部３３に送出する。

このとき直交符号発生部３４には、上位制御局２３（図５）により指定された拡散率ＳＦ及びそのユーザに割り当てられた直交符号のコード番号が直交符号指定情報Ｄ１として送受信部３９から与えられる。そして直交符号発生部３４は、この直交符号指定情報Ｄ１に基づいて対応する拡散率ＳＦの対応する直交符号を発生させ、これを拡散処理部３３に送出する。

かくして拡散処理部３３は、この直交符号とＱＰＳＫ変調信号Ｓ３とを乗算するようにして当該ＱＰＳＫ変調信号Ｓ２を拡散処理し、得られた拡散処理信号Ｓ４をＩＱ入れ替え処理部３５に送出する。またＩＱ入れ替え処理部３５は、供給される拡散信号Ｓ４に対して図１にて上述したＩＱ入れ替え処理を施し、得られた信号Ｓ５ををインタリーバ３６に送出する。

このときＩＱ入れ替え指示部３７には、上位制御局２３（図５）により指定されるＩＱ入れ替えタイミング指定情報Ｄ２として送受信部３９から与えられる。そしてＩＱ入れ替え指示部３７は、このＩＱ入れ替えタイミング指定情報Ｄ２に基づいて、指定されたタイミングを拡散処理信号Ｓ５に同期して繰り返し発生させ、これらをＩＱ入れ替え処理部３５に送出する。

かくしてＩＱ入れ替え処理部３５は、例えば送受信部３９の制御のもとに、拡散処理部３３から与えられる拡散信号Ｓ４に対して、ＩＱ入れ替え指示部３７から与えられるタイミングにて、ＩＱ入れ替え処理を実行する。そしてＩＱ入れ替え処理部３５は、得られた入れ替え信号Ｓ５をインタリーバ３６に送出する。インタリーバ３６では、従来技術と同様に、拡散信号と実質的に送出する信号との時間関係を、所定のルールにて変更し、ガードインターバル挿入部３８へ送出する。

ガードインターバル挿入部３８は、スクランブル信号Ｓ６の所定シンボル分毎にガードインターバルを順次挿入し、得られたＧＩ挿入スクランブル信号Ｓ７を送受信部３９に送出する。また送受信部３９は、このＧＩ挿入信号Ｓ７に対して帯域を制限するための所定のフィルタ処理及びＧＩ挿入スクランブル信号Ｓ７の周波数を上げるアップコンバート処理等の所定の信号処理を施し、かくして得られた送信信号Ｓ８をアンテナ４０を介して発信する。

一方、携帯通信装置２１（図５）においては、通話相手側から基地局２２を中継して送信される送信信号Ｓ１０をアンテナ４０を介して送受信部３９において受信する。そして送受信部３９は、この送信信号Ｓ１０に対してダウンコンバート処理等の所定の信号処理を施し、得られた受信信号Ｓ１１をガードインターバル除去部４１に送信する。

また送受信部３９は、これとは別に上位制御局２３から基地局２２を介して送信される上述の直交符号指定情報Ｄ１を直交符号発生部３４に送信すると共に、当該上位制御局２３から基地局２２を介して送信される上述のＩＱ入れ替えタイミング指定情報Ｄ２をＩＱ入れ替え指示部３７に送信する。

ガードインターバル除去部４１は、与えられる受信信号Ｓ１１からガードインターバルを除去し、得られたＧＩ除去受信信号Ｓ１３をデインタリーバ４３に送出する。デインタリーバ４３は、供給されるインタリーブ信号Ｓ１３を図１について上述したようにデインタリーブ処理し、得られたデインタリーブ信号Ｓ１４をＩＱ入れ替え復号処理部４５に送出する。

ＩＱ入れ替え指示部４４は、上述のように送受信部３９から与えられるＩＱ入れ替え実施タイミング指定情報Ｄ２に基づいて、指定された時刻にＩＱ入れ替え指示信号を繰り返し発生させ、これをＩＱ入れ替え復号処理部４５に送出する。

かくしてＩＱ入れ替え復号処理部４５は、例えば送受信部３９の制御のもとに、デインタリーバ４３から与えられる信号Ｓ１４に対して、ＩＱ入れ替え指示部４４から与えられるタイミングにて、デインタリーブ信号Ｓ１４をＩＱ入れ替え復号処理する。ＩＱ入れ替え復号処理とは、図１や（８）式及びその説明にて詳述した様に、送信側と同一のＩＱ入れ替え処理を行った後に、例えば偶数番目と奇数番目の信号を加算するものである。これらの処理の後、ＩＱ入れ替え復号処理部４５は、この結果として得られた復号信号Ｓ１５を逆拡散処理部４６に送出する。

このとき直交符号発生部４７は、上述のように送受信部３９から与えられる直交符号指定情報Ｄ１に基づいて、そのユーザに割り当てられた直交符号を発生させ、これを逆拡散処理部４６に送出する。かくして逆拡散処理部４６は、直交符号発生部４７から与えられる直交符号を拡散信号Ｓ１５に乗算するようにして、当該拡散信号Ｓ１５を逆拡散処理し、得られたＱＰＳＫ変調信号Ｓ１６をＱＰＳＫ復調部４８に送信する。

ＱＰＳＫ復調部４８は、供給されるＱＰＳＫ変調信号Ｓ１６に対してＱＰＳＫ復号処理を施し、得られたディジタル音声信号Ｓ１７を信号処理部４９に送出する。また信号処理部４９は、供給されるディジタル音声信号Ｓ１７に対してディジタル／アナログ変換処理等の所定の信号処理を施し、得られた音声信号Ｓ１８をスピーカ５０に送出する。これによりこの音声信号Ｓ１８に基づく音声がスピーカ５０から出力される。

このようにして携帯通信装置２１においては、ユーザの音声を通話相手側に送信する一方、通話相手側から送信される音声をスピーカ５０から出力し得るようになされている。

一方、図７は、上位制御局２３（図５）内に設けられた、携帯通信装置２１間の通信を制御する通信制御装置６０の構成を示すものである。この図７からも明らかなように、通信制御装置６０は、この通信制御装置６０全体の動作制御を司るＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）６１と、各種制御プログラムが格納されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６２と、ＣＰＵ６１のワークメモリとしてのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）６３と、各種アプリケーションソフトウェアが格納されたフラッシュＲＯＭ等の記憶装置６４と、ＣＰＵ６１が各基地局２２（図５）と電話回線や無線通信回線を介して通信を行うためのインタフェースとしての通信処理部６５とがバス６６を介して相互に接続されることにより構成されている。

（１−３）本実施の形態の動作及び効果
以上の構成において、送信側でＩＱ入れ替え処理を行い送信し、受信側では、ＩＱ入れ替え処理を実行すると共に、それらを加算処理する。

そしてこのような無線通信方式によれば、受信側においてＩＱ入れ替え処理を実行した信号と実行しない信号との和を演算することによって、位相変動環境下における位相変動を消失させることができる。この結果、ユーザ識別子である拡散符号（＝±１にて実現）に対する位相変動を振幅変動に置き換えることが可能となり、ユーザ間直交性の向上を図ることができる。

従って、本実施の形態による無線通信方式を適用することによって、ＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式の弱点である位相変動を低減することができるため、従来の無線通信方式よりもその通信品質を改善することができる。

そして、このように通信品質を改善することによって、電波が受信側に到達するまでに必要な所要送信電力を低減することが可能となる。これは、携帯通信装置２１がら基地局２２への上り回線を考えれば、携帯通信装置２１のバッテリを長時間もたせることを意味し、下り回線で考えれば、インフラ設備の省電力化が図れることを意味する。また省電力化を特に必要としないアプリケーションであれば、その分電波到達距離が延伸、つまりサービスエリアが拡大されることを意味し、いずれにしても有効な効果を得ることができる。

（２）第２の実施の形態
（２−１）本実施の形態による無線通信方式
第１の実施の形態においては、本発明を初期位相が考慮されていない、もしくは、位相変化が激しくない環境に適用する場合について説明した。位相変化が激しい場合には、本発明の構成では、振幅レベルの低下を招き、改善効果が少なくなる。しかし、この場合においても、一般的な位相補償手段を効果的に配置することで、劣化を防ぐことが可能となる。本第２の実施の形態では、本発明の効果的な実現例を開示するものである。

図６との対応部分に同一符号を付した図８は、本発明第２の実施例の携帯通信装置７０を示すものである。図８から明らかな様に、異なる部分は、周波数領域等化部（ＦＤＥ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｍａｉｎ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）７１の存在である。周波数領域等化部７１とは、伝送路で生じた振幅・位相変動を、周波数領域で補償するものである。従来から存在する技術で、マルチパス環境下で効果を発揮するものである。

周波数領域等化部７１は、供給されるＧＩ除去受信信号Ｓ１２に対して、ビット誤り率特性を改善するための最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ：Ｍｉｎｉｍｕｍ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｅｒｒｏｒ）規範に基づく所定の周波数領域等化処理を施し、得られた等化後の信号Ｓ１３をディンタリーバ４３に送出する。一般的には、抽出するユーザの伝送路に特化した補償係数を与える。したがって、複数ユーザが加算されて入力する基地局受信では、ターゲットユーザの振幅・位相補償は実施できても、他ユーザには全く無関係な係数を与える為、他ユーザの振幅・位相は反って擾乱される。

先に述べた様に、本発明では、位相変動量に応じて振幅変化が発生する。したがって、上述の周波数領域等化部７１によって、大きな位相変動を与えられた他ユーザ信号は、振幅レベルが低減する。振幅が低減すると言うことは、ターゲットユーザへの影響が少なくなることを意味する。位相変化はランダム変数である為、常時振幅レベルが低減するとは断言できないものの、本発明は位相変化が生じると必ずレベルが低減する為、他ユーザによる干渉量は、本発明を使用しない場合を最悪のケースとし、必ずそれよりも通信品質が良くなる。

一方、ターゲットユーザに対しては、上記周波数領域等化部７１が作用し、マルチパス補償を行うと共に、位相補償も実施する。つまり、周波数領域等化部７１通過後のターゲットユーザの信号は、初期位相および、位相変動がある程度補償された信号となる。この結果、本発明を適用すると、ＦＤＥにて補償しきれなかった残留位相変化が補償できるこをになる。

上述した様に、本発明を適用する際、受信処理においては、ＩＱ入れ替え復号処理部４５の前段に位相補償（望ましくは、振幅補償も）を実施することが望ましい。また、上記一例では、周波数領域等化器７１を示したが、本説明内容を満たす位相補償技術であれば何でも良く、例えば、従来から存在する、時間領域での等化器を用いても良い。

（２−２）本実施の形態による無線通信システムの構成
図８において、第２の実施の形態による無線通信システムを示す。この無線通信システムは、伝送路変動補償方式として、上述した周波数領域等化器７１が適用されている点を除いて第１の実施の形態による無線通信システムと同様に構成されている。

図６との対応部分に同一符号を付して示す図８は、かかる本実施の形態による無線通信システムにおける携帯通信装置の具体的な構成を示すものである。この図８からも明らかなように、図６との相違点は、受信系にある。受信系では、アンテナ４０より受信した無線帯域の受信信号を、送受信部３９にて、ベースバンド帯へダウンコンバートし、ガードインターバル除去部４１に送出される。

ガードインターバル除去部４１は、与えられる受信信号Ｓ１１からガードインターバルを除去し、得られたＧＩ除去受信信号Ｓ１２を周波数領域等化部（ＦＤＥ）７１に送出する。

周波数領域等化部７２は、供給されるＧＩ除去受信信号Ｓ１２に対して、ビット誤り率特性を改善するための最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）規範に基づく所定の周波数領域等化処理を施し、得られたスクランブル信号Ｓ１３をデインタリーバ４３に送出する。

デインタリーバ４３は、周波数等化処理された信号Ｓ１３に対して、無線通信システム（送受信にて）で一意に決定付けられているデインタリーブ処理を施し、得られたデインタリーブ信号Ｓ１４をＩＱ入れ替え復号処理部４５に送出する。

ＩＱ入れ替え復号処理部４５では、前述した第１の実施例と同じく、ＩＱ入れ替え処理が実行されているタイミングをＩＱ入れ替え指示部４４より指定され、その指定されたタイミングで受信信号Ｓ１４のＩＱ信号を入れ替える。

その後、ＩＱ入れ替え処理を実行しなかった信号とＩＱ入れ替え処理を実行した信号との和を演算して得られた信号Ｓ１５を、逆拡散処理部４６へ送出する。

このとき直交符号発生部４７は、上述のように送受信部３９から与えられる直交符号指定情報Ｄ１に基づいて、そのユーザに割り当てられた直交符号を発生させ、これを逆拡散処理部４６に送出する。かくして逆拡散処理部４６は、直交符号発生部４７から与えられる直交符号を拡散信号Ｓ１５に乗算するようにして、当該拡散信号Ｓ１５を逆拡散処理し、得られたＱＰＳＫ変調信号Ｓ１６をＱＰＳＫ復調部４８に送信する。

ＱＰＳＫ復調部４８は、供給されるＱＰＳＫ変調信号Ｓ１６に対してＱＰＳＫ復号処理を施し、得られたディジタル音声信号Ｓ１７を信号処理部４９に送出する。また信号処理部４９は、供給されるディジタル音声信号Ｓ１７に対してディジタル／アナログ変換処理等の所定の信号処理を施し、得られた音声信号Ｓ１８をスピーカ５０に送出する。これによりこの音声信号Ｓ１８に基づく音声がスピーカ５０から出力される。

このようにして携帯通信装置７０においては、ユーザの音声を通話相手側に送信する一方、通話相手側から送信される音声をスピーカ５０から出力し得るようになされている。

ここで、図７に、上位制御局２２（図５）内に設けられた、携帯通信装置２１間の通信を制御する通信制御装置８０の構成を示す。この通信制御装置８０は、第１の実施の形態による通信制御装置６０と同様に構成されている。

（２−３）本実施の形態の動作及び効果
以上の構成において、この無線通信システムも、送信側にてＩＱ入れ替え処理を所定のタイミングで実行すると共に、受信側でも同一のタイミングにてＩＱ入れ替え処理を実行し、入れ替え実行した信号と入れ替え実行しない信号との和を演算する。

ただし、受信側でのＩＱ入れ替え処理の実行前に、伝送路もしくは、送受信機間の位相変動を補正する周波数領域等化器（ＦＤＥ）７１が存在する。この周波数領域等化器は、抽出しようとするユーザの位相変動（および振幅変動）を補正するものであり、この補正によって、ＩＱ入れ替え処理にて生じる振幅減衰を最低限にすることができる。また、周波数領域等化器７１が補償し損ねた残留位相変動は、ＩＱ入れ替え処理による位相−振幅変換にて位相が補償される。さらに、周波数領域等化器７１が他ユーザに与える位相変動は、ＩＱ入れ替え処理によって振幅が低減され、他ユーザ干渉量の低減に寄与することができる。

従って、本実施の形態による無線通信方式を適用することによって、ＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式の弱点であろ位相変動を低減することができるため、従来の無線通信方式よりもその通信品質を改善することができる。

図９に、本発明第２の実施例を計算機シミュレーションにて評価した結果を掲載する。図９では、従来技術におけるＣＩＢＳ−ＣＤＭＡと、本発明第２の実施例を実施したＣＩＢＳ−ＣＤＭＡとの比較である。図から明らかに、前記従来技術で問題視した通信品質の目安である４ｘ１０^−２が達成できており、誤り訂正符号を併用すれば通信可能な状態となっており、その効果が確認できる。

このように通信品質を改善することによって、電波が受信側に到達するまでに必要な所要送信電力を低減することが可能となる。これは、携帯通信装置２１から基地局２２への上り回線を考えれば、携帯通信装置２１のバッテリを長時間もたせることを意味し、下り回線で考えれば、インフラ設備の省電力化が図れることを意味する。また省電力化を特に必要としないアプリケーションであれば、その分電波到達距離が延伸されることを意味し、いずれにしても有効な効果を得ることができる。

（３）第３の実施の形態
なお上述の第１及び第２の実施の形態においては、同一の信号を送信することにより、単位時間当たりの送信情報ビット数が低減する。これを補うのが、本発明第３の実施の形態である。

本発明第３の実施例のイメージを図１０（ｃ）に示す。ここで、図１０（ａ）〜（ｃ）は、送信側インタリーバの機能的概念の一例を示している。図１０（ａ）は、本発明第１もしくは第２の実施例におけるＩＱ入れ替え処理の実行イメージを表す。図１０（ｂ）は、別な概念からのアプローチとして、ＩＱ入れ替え処理の実行を拡散符号方向へ適用したものである。図１０（ｃ）では、多重する信号同士の区別は、符号を用いることを前提としている。

例えば、送信データＤ０〜Ｄ３では、＋１、＋１、Ｄ４〜Ｄ７では、＋１、−１である。最初のＤ０〜Ｄ３（もしくはＤ４〜Ｄ７）を一まとめとすれば、２種類の送信ブロックが存在している為、それぞれのブロックに上記＋１、＋１（もしくは＋１、−１）を割り当てる。受信側では、それらの符号を用いて、逆拡散を行う。なお、図１０（ｃ）においては、理解を助ける為に図示しており、実際の信号は加算された状態でインタリーバへ供給される為、インタリーバの内部にてＤ０〜Ｄ３とＤ４〜Ｄ７との区別をすることはできない。

図１との対応部分に同一符号を付した図１１に、本発明請求項３における無線通信システム９０の一構成例を示す。図１と比較して異なるのは、ＩＱ入れ替え処理による送信情報ビットが半減したことを補う工夫がなされているところである。以下、図１と比較しながら説明する。

図１において、送信する情報信号“Ｄａｔａ”は、従来技術のＣＩＢＳ−ＣＤＭＡと比較して半減する為、図１１では、送信側９１内においてＤａｔａ＃１、Ｄａｔａ＃２と記載している。従来技術のＣＩＢＳ−ＣＤＭＡにおけるＤａｔａ量を１とすると、図１におけるＤａｔａ量は０．５であり、図１１におけるＤａｔａ＃１，Ｄａｔａ＃２もそれぞれ０．５である。したがって、図１１では、従来技術と同じだけの送信情報を送信していることになる。

送信側９１において、拡散部９３Ａ、９３Ｂは、ユーザ識別子であるため、Ｄａｔａ＃１，Ｄａｔａ＃２それぞれに同一拡散符号を乗算する。その後、Ｄａｔａ＃１とＤａｔａ＃２の区別のために、符号多重を行う。ここで、加算器９４Ａ、９４Ｂは符号多重を実施しており、加算器９４Ａ、９４Ｂへの入力が“＋”か“−”かによって、＋１を乗算した、−１を乗算したことに相当させている。したがって、図１１では、Ｄａｔａ＃２が＋１、−１の符号で拡散されており、Ｄａｔａ＃１が＋１、＋１の符号で拡散されている例である。これら拡散された信号が、加算器９４Ａ、９４Ｂにて加算され、一方はＩＱ入れ替え処理部９５にて、ＩＱ入れ替えが実行される。インタリーバ９６から受信側９２内のデインタリーバ９７までの動作は、前記請求項１，２と同一である為割愛する。

デインタリーバ９７の出力は、ＩＱ入れ替え処理がなされているもの、いないもので、処理系等が異なる。これは、Ｄａｔａ＃１，Ｄａｔａ＃２それぞれに拡散符号が乗算されている為である。逆拡散処理は、加算器９８Ａ、９８Ｂにて実施されている。送信側の加算器と同じく、減算、加算を効果的に組み替えることによって、−１、＋１を乗算したことと等価にしている。以上の方法によって、送信データの半減を防ぐことができる。

本発明は携帯電話システムなどの移動体通信システムに適用できる。

第１の実施の形態による無線通信方式の説明に供するブロック図である。 本実施の形態によるＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式におけるＩＱ入れ替え処理の説明に供する概念図である。 従来のＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式における受信信号に位相変動が生じた状態を表すコンスタレーション図である。 本実施の形態によるＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式におけるＩＱ入れ替え処理後の状態を表すコンスタレーション図である。 本実施の形態による無線通信システムの概略構成を示す略線図である。 第１の実施の形態による携帯電話装置の構成を示すブロック図である。 通信制御装置の概略構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態による携帯電話装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態における計算機シミュレーションによる評価結果を表す図表である。 本実施の形態による送信側インタリーバの機能的説明に供する概念図である。 第３の実施の形態による無線通信方式の説明に供するブロック図である。 従来のＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式の無線通信システムの概要構成に供するブロック図である。 従来のＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式の送信側において行われる拡散処理及びインタリーブ処理の内容を概念的に示す概念図である。 従来のＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式におけるマルチユーザ干渉の説明に供する概念図である。 従来のＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式におけるマルチユーザ干渉の説明に供する概念図である。 従来のＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式における送信側にてインタリーブ処理を実行し、受信側にてデインタリーブ処理を実行した場合の説明に供する概念図である。 従来のＣＩＢＳ−ＣＤＭＡ方式による誤り率特性の説明に供する図表である。

符号の説明

１０，９０……無線通信システム、１１，９１……送信側、１２，９２……受信側、３５……ＩＱ入れ替え処理部、３７，４４……ＩＱ入れ替え指示部、４５……ＩＱ入れ替え復号処理部、７１……周波数領域等化部、２１……携帯通信装置、２２……基地局、２３……上位制御局、６０……通信制御装置、６１……ＣＰＵ。

Claims (9)

1. 情報信号を拡散変調処理して送受信する複数の無線通信装置を有する無線通信システムにおいて、
   各前記無線通信装置のうち送信側では、
   前記情報信号を拡散変調処理して得られる送信データと同一の送信データを少なくとも２回繰り返して送信する繰り返し送信手段と、
   前記繰り返し送信手段の前段又は後段に設けられ、前記送信データにおける互いに直交する同相及び直交成分を、再送信する際に予め設定した周期で入れ替える第１の入れ替え手段と
   を備え、
   各前記無線通信装置のうち受信側では、
   前記繰り返し送信手段から送信される送信データについて、前記第１の入れ替え手段で設定された周期と同一の周期で前記同相及び直交成分を入れ替える第２の入れ替え手段と、
   前記第２の入れ替え手段により前記同相及び直交成分が入れ替えられた受信データと、当該第２の入れ替え手段により前記同相及び直交成分が入れ替えられなかった受信データとを加算する加算手段と
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記受信側において、
   前記第２の入れ替え手段の前段に設けられ、伝送路又は送受信機間で生じた位相変動を補償する伝送路補償手段
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記送信側において、
   前記第１の入れ替え手段の前段に設けられ、前記情報信号を拡散変調処理して得られる送信データを符号分割多重処理する符号分割多重処理手段
   を備え、当該送信データに含まれる情報数が少なくとも半減するように補償する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信システム。
4. 複数の無線通信装置間で情報信号を拡散変調処理して送受信する無線通信方法において、
   各前記無線通信装置のうち送信側では、
   前記情報信号を拡散変調処理して得られる送信データと同一の送信データを少なくとも２回繰り返して送信した後、当該送信データにおける互いに直交する同相及び直交成分を、再送信する際に予め設定した周期で入れ替え、
   各前記無線通信装置のうち受信側では、
   前記送信側から送信される送信データについて、前記設定された周期と同一の周期で前記同相及び直交成分を入れ替えた後、当該同相及び直交成分が入れ替えられた受信データと、当該同相及び直交成分が入れ替えられなかった受信データとを加算する
   ことを特徴とする無線通信方法。
5. 前記受信側では、
   前記送信側から送信される送信データについて、伝送路又は送受信機間で生じた位相変動を補償する
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信方法。
6. 前記送信側では、
   前記情報信号を拡散変調処理して得られる送信データを符号分割多重処理して、当該送信データに含まれる情報数が少なくとも半減するように補償する
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の無線通信方法。
7. 情報信号を拡散変調処理して送受信する無線通信装置において、
   前記情報信号を拡散変調処理して得られる送信データと同一の送信データを少なくとも２回繰り返して送信する繰り返し送信手段と、
   前記繰り返し送信手段の前段又は後段に設けられ、前記送信データにおける互いに直交する同相及び直交成分を、再送信する際に予め設定した周期で入れ替える第１の入れ替え手段と
   を有する送信系と、
   前記繰り返し送信手段から送信される送信データについて、前記第１の入れ替え手段で設定された周期と同一の周期で前記同相及び直交成分を入れ替える第２の入れ替え手段と、
   前記第２の入れ替え手段により前記同相及び直交成分が入れ替えられた受信データと、当該第２の入れ替え手段により前記同相及び直交成分が入れ替えられなかった受信データとを加算する加算手段と
   を有する受信系と
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
8. 前記受信系において、
   前記第２の入れ替え手段の前段に設けられ、伝送路又は送受信機間で生じた位相変動を補償する伝送路補償手段
   を備えることを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
9. 前記送信系において、
   前記第１の入れ替え手段の前段に設けられ、前記情報信号を拡散変調処理して得られる送信データを符号分割多重処理する符号分割多重処理手段
   を備え、当該送信データに含まれる情報数が少なくとも半減するように補償する
   ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の無線通信装置。

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