JP2009010661A - 通信装置、サブチャネル配置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 迅速かつ確実に無線端末と通信装置間の同期を確立し、同期精度の向上を図ることを目的とする。
【解決手段】
時分割による複数のＴＤＭＡスロット毎に、ベースバンドの異なる複数のサブチャネルを有するＯＦＤＭＡ方式を用いて変調されたＯＦＤＭＡ信号を複数の無線端末１１０から受信する本発明の通信装置は、ＯＦＤＭＡ信号を受信する信号受信部３２０と、ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨであれば、ＴＣＣＨを特定のサブチャネルに割り当てるＴＣＣＨ割当部３２２と、ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨ以外であれば、特定のサブチャネルとＴＤＭＡスロットが相異するサブチャネルにＯＦＤＭＡ信号を割り当てるＴＤＭＡ割当部３２４と、を備えることを特徴としている。
【選択図】 図７

Description

本発明は、ＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）方式を用いて変調されたＯＦＤＭＡ信号の受信を行う通信装置、サブチャネル配置方法に関する。

近年、携帯電話やＰＨＳ(Personal Handy phone System)等に代表される無線端末が普及し、場所や時間を問わず通話や情報入手が可能となった。特に昨今では、入手可能な情報量も増加の一途を辿り、大容量のデータをダウンロードするため高速かつ高品質な無線通信方式が取り入れられるようになってきた。

このような高速デジタル無線通信方式の一つとして、ＩＥＥＥ８０２．１６やＷｉＭＡＸ（例えば、非特許文献１）に代表されるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重）方式が挙げられる。かかるＯＦＤＭは、多重化方式の一つに分類され、単位時間軸上で多数の搬送波を利用し、変調対象となる信号波の位相が隣り合う搬送波間で直交するように搬送波の帯域を一部重ね合わせて周波数帯域を有効利用する方式である。また、ＯＦＤＭが個別のユーザ毎に時分割でサブチャネルを割り当てているのに対して、複数のユーザが全サブチャネルを共有し、各ユーザにとって最も伝送効率のよいサブチャネルを割り当てるＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access:直交周波数分割多元接続)も提供されている。
「Mobile WiMAX ? Part I:A Technical Overview and Performance Evaluation」Prepared on Behalf of the WiMAX Forum, February 21, 2006, http://www.intel.com/netcomms/technologies/wimax/WiMAX_Overview_v2.pdf

このようなＯＦＤＭＡ通信では、多数の搬送波が重畳されたシンボル単位でデータを抽出するために、無線端末と基地局との間でそのシンボル位置の同期がとられる。そして一旦通信が確立されると安定してデータの交換が可能となる。しかし、着呼や発呼等の未だ無線端末と基地局との同期がとられていない状態で無線端末が基地局に接続要求をするときには、意図していないタイミングで同期信号（同期シンボル）を送信することとなる。ＯＦＤＭＡでは、特別に準備されたシンボルでない限り、他の変調方式のような同期の基準となる信号,例えば時間軸上で特定の波形となる信号が存在せず、データの認識単位であるシンボルの開始点を正確に検出するのは困難である。しかもＯＦＤＭは通常の単一搬送波のデジタル変調信号と異なり、さらに抽出すべきパラメータが多数存在している。

従って、基地局では、受信開始の際、無線端末から受信した同期信号の中から同期シンボルの位置を正確に検出し、基地局自体のタイミングとの差分を無線端末に返信して無線端末の送信タイミングの校正を行わなくてはならない。かかる同期シンボルの位置は、有効シンボル分のデータを任意に標本化し、フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform、ＦＦＴ：Fast Fourier Transform等）を実行してはじめて標本化した期間が妥当であるかどうかを認識することができる。従って、妥当な同期シンボルの位置を標本化するまで同期のための検波が繰り返される。

上述した同期信号としてのＴＣＣＨ（Timing Compensation Channels:タイミング補正チャネル）は、予め定められているサブチャネルに配置される。このＴＣＣＨは上述したように無線端末のタイミングで送信されるため基地局のタイミングとずれる可能性が高く、ＴＣＣＨがガードインターバルを超えて遅延した場合、既に基地局と通信確立済みの他の無線端末との干渉が起こり、帯域外輻射やＩＣＩ(Inter-Carrier Interference)の原因となる。ここで、ガードインターバルとは、マルチパスを回避するため、シンボル中の波形を冗長させた部分をいう。

また、他の無線端末と基地局との間でやりとりされるパイロットやプリアンブルといった同期検波用の制御チャネルは、データチャネルの復調に必要な非常に重要な信号であり、再送信が許されない。また、データチャネルにおいては誤り訂正等の処理が為されるが上記制御チャネルには適用されない。従って、制御チャネルがＴＣＣＨから上述したような干渉を受けるとＩＣＩが生じてしまう。

本発明は、従来のＯＦＤＭＡにおける同期確立が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、通信におけるチャネルを適切なサブチャネルに配置することで帯域外輻射やＩＣＩを回避し、通信精度や同期精度の向上を図ることが可能な、通信装置、サブチャネル配置方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明のある観点によれば、時分割による複数のＴＤＭＡ（時分割多元接続)スロット毎にベースバンドの異なる複数のサブチャネルを有するＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続)方式を用いて変調されたＯＦＤＭＡ信号を複数の無線端末から受信する通信装置であって、ＯＦＤＭＡ信号を受信する信号受信部と、ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨであれば、ＴＣＣＨを特定のサブチャネルに割り当てるＴＣＣＨ割当部と、ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨ以外であれば、特定のサブチャネルとＴＤＭＡスロットが相異するサブチャネルにＯＦＤＭＡ信号を割り当てるＴＤＭＡ割当部と、を備えることを特徴とする、通信装置が提供される。

かかる構成により、ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨと別タイミングで受信されるので、ＴＣＣＨがガードインターバルを超えて遅延した場合においても両者の干渉は起きず、ＯＦＤＭＡ信号の劣化および同期検波性能の劣化を回避できる。

ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨ以外であり、ＴＤＭＡ割当部がＯＦＤＭＡ信号を割り当てられなかった場合、特定のサブチャネルと等しいＴＤＭＡスロット内の特定のサブチャネルと相異するサブチャネルにＯＦＤＭＡ信号を割り当てるサブチャネル割当部をさらに備えてもよい。

ＴＤＭＡ割当部による異なるＴＤＭＡスロットへの割り当てができなかった場合、ＯＦＤＭＡ信号は同一ＴＤＭＡスロットに割り当てることとなる。かかる同一ＴＤＭＡスロット内ではベースバンドが近いほど干渉され易い特性を有する。従って、重要なＯＦＤＭＡ信号はベースバンドが離れたサブチャネルに割り当てるとよい。

サブチャネル割当部によって割り当てられるサブチャネルの、特定のサブチャネルからのベースバンド距離は、割り当てられるＯＦＤＭＡ信号の種類に応じて決定されてもよい。

ＯＦＤＭＡ信号はその用途に応じて重要度や優先度が異なる。重要度や優先度の高いＯＦＤＭＡ信号は、可能な限りＴＣＣＨとの干渉を避け、重要度や優先度の低い再送信要求可能なＯＦＤＭＡ信号は、重要な信号配置を効率よく行うためにＴＣＣＨの近くに配置する。このようにＯＦＤＭＡ信号の種類によって意図的に優劣をつけることで、全体的な通信精度の向上を図る。

サブチャネル割当部は、ＯＦＤＭＡ信号がＢＰＳＫもしくはＱＰＳＫの場合、いずれのサブチャネルにも割り当て可能であり、それ以上の伝送速度を有する変調方式の場合、１以上のサブチャネルを隔てて割り当てることができる。

ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）もしくはＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）は伝送速度が遅い代わりに干渉に強い特性がある。従って、ＴＣＣＨの近くに配置しても致命的な干渉を生じない。しかし、それ以上の伝送速度を有する変調方式、例えば、８ＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等は干渉に弱いので少なくともサブチャネル１つ分隔てて割り当てることとなる。

サブチャネル割当部は、ＯＦＤＭＡ信号が再送要求可能なパケットデータの場合、いずれのサブチャネルにも割り当て可能であり、リアルタイム性が求められるデータの場合、１以上のサブチャネルを隔てて割り当てることができる。

容量の少ない電子メール等におけるパケットデータの場合、干渉により通信品質を保てなかったとしても再送信を要求することができる。しかし、リアルタイム性が求められたり誤り符号訂正が付与されないデータは干渉の影響を受けてはならない。従って、リアルタイム性が求められるデータは少なくともサブチャネル１つ分隔てて割り当てることとなる。

サブチャネル割当部に割り当てられたサブチャネルと特定のサブチャネルとのベースバンド距離情報を、ＯＦＤＭＡ信号送信元の無線端末に送信する距離情報送信部をさらに備えてもよい。

やむを得ずＴＣＣＨの近くにＯＦＤＭＡ信号が割り当てられた場合、そのＯＦＤＭＡ信号への干渉もさることながら、ＯＦＤＭＡ信号のＴＣＣＨへの干渉も問題になる。距離情報送信部により無線端末にベースバンド距離情報を送信することで、各無線端末はＯＦＤＭＡ信号にベースバンド距離に応じたウィンドウイング(Windowing)（ＥＣＰ(Extended Cyclic Prefix)とも言う。）を施すことが可能となり、ＯＦＤＭＡシンボル連結における不連続点を滑らかな連続点とすることができ、ＴＣＣＨへの干渉を最小限に抑えることができる。また、かかるウィンドウイングの強さをベースバンド距離に対応させることで、不要なウィンドウイングを避け最適なデータ通信を構築することができる。

上述した課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、複数の無線端末から送信された、時分割による複数のＴＤＭＡスロット毎に、ベースバンドの異なる複数のサブチャネルを有するＯＦＤＭＡ方式を用いて変調されたＯＦＤＭＡ信号をサブチャネルに配置するサブチャネル配置方法であって、ＯＦＤＭＡ信号を受信し、ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨであれば、ＴＣＣＨを特定のサブチャネルに割り当て、ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨ以外であれば、特定のサブチャネルとＴＤＭＡスロットが相異するサブチャネルにＯＦＤＭＡ信号を割り当てることを特徴とする、サブチャネル配置方法が提供される。

上述した通信装置における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該サブチャネル配置方法にも適用可能である。

以上説明したように本発明の通信装置は、通信チャネルを適切なサブチャネルに配置することで帯域外輻射やＩＣＩを回避し、通信精度や同期精度の向上を図ることが可能となる。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

携帯電話やＰＨＳ等に代表される無線端末では、所定間隔をおいて配される基地局との無線通信システムが構築され、この無線通信システムを利用して通信を行うことができる。本実施形態では、このような無線端末と基地局とを例に挙げ、無線通信システムにおける特にＯＦＤＭＡの変調方式を用いた無線通信の確立に関して説明する。先ず、本実施形態の理解を容易にするため、通信システムの概略的な構成を説明する。

（無線通信システム１００）
図１は、無線通信システム１００を説明するためのシステムブロック図である。かかる無線通信システム１００は、ユーザが所有する無線端末１１０と、基地局１２０と、ＩＳＤＮ(Integrated Services Digital Network)やインターネット等の通信網１３０と、中継サーバ１４０とを含んで構成される。

上記無線通信システム１００では、ユーザ１５２が無線端末１１０を利用して他の無線端末１５０に電話しようと試みた場合、ユーザ１５２の無線端末１１０の操作に応じて、無線通信可能領域にある基地局１２０との無線通信が確立され、基地局１２０は、通信網１３０を介して中継サーバ１４０に他の無線端末１５０との通信接続を要求する。

次に、中継サーバ１４０は、他の無線端末１５０の無線通信可能領域にある基地局１２０を選定して、通信相手１５４の有する他の無線端末１５０との音声通話を設定する。

そして、音声通話に必要な基地局１２０の設定が完了すると、基地局１２０同士が中継サーバ１４０を介して接続され、ユーザ１５２と通信相手１５４との音声通信が可能となる。上述した通信を実現するため、本実施形態ではＯＦＤＭＡ方式を採用している。以下、ＯＦＤＭＡ方式の構成を簡単に述べる。

図２は、ＯＦＤＭＡ占有帯域におけるサブキャリアの配置を説明するための説明図である。ＯＦＤＭＡでは、時間軸方向と周波数方向とに２次元化したマップを有し、時間軸方向には時分割したＴＤＭＡスロット１６０が、周波数軸方向にはＴＤＭＡスロット１６０毎にベースバンドの異なる複数のサブチャネル１７０が配される。また、時間軸方向のＴＤＭＡスロット１６０は４つずつダウンリンク(Downlink)とアップリンク(Uplink)に割り当てられている。ここでダウンリンクは基地局１２０から無線端末１１０へのデータ伝送を、アップリンクは無線端末１１０から基地局１２０へのデータ伝送をいう。

そして、サブチャネル１７０は、同一ＴＤＭＡスロット１６０内で均一のベースバンド距離をおいて複数配される。従って、サブチャネル１７０はベースバンド距離に応じた９００ｋＨｚの占有帯域と時分割による６２５μｓｅｃの時間長で定義される。基地局１２０が任意の無線端末１１０と１つのサブチャネル１７０で送受信を行う場合、例えば、基地局１２０からの送信をダウンリンクの「ＳＣＨ１４」に割り当て、基地局１２０への受信をアップリンクの「ＳＣＨ１０」に割り当てる。

図３は、図２の個々のサブチャネル１７０の構成を詳細に説明するための説明図である。サブチャネル１７０は、９００ｋＨｚの帯域幅と６２５μｓｅｃの時間長とを有し、複数の搬送波を重ね合わせたシンボル１８０が周波数の異なる複数のサブキャリア１８２毎に時間方向に配されている。そして、各シンボル１８０は、配置に応じてそれぞれの役割を担っている。上記役割は、パイロットシンボル、プリアンブルシンボル、トレーニングシンボル、データシンボル等として機能するシンボル１９０、ガードキャリア１９２、ＤＣキャリア１９４、ガードタイム１９６がある。無線端末１１０と基地局１２０との間で実際に交換されるデータは、パイロットシンボルに続くデータシンボルである。

ここで、このようなＯＦＤＭＡ方式の通信を確立するための同期に関して説明する。ＯＦＤＭＡ通信では、図２に示したＯＦＤＭＡ占有帯域におけるサブキャリアのうち、特定のサブチャネルを利用して同期処理が遂行される。本実施形態では、例えば図２におけるアップリンクの「ＳＣＨ１」に同期シンボルを含むＴＣＣＨが割り当てられる。これは、無線端末１１０と基地局１２０との同期が完了していないうちは複雑なデータのやりとりが困難なため、特定のサブチャネルへのアクセスを予め決めておいた方が同期処理を効率化できるからである。

図４は、本実施形態における同期処理の基本的概念を示した説明図である。ここでは、伝送路の距離が相異する３つの無線端末１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃを挙げている。図４（ａ）は、３つの無線端末１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃの基地局１２０との位置関係を示し、図４（ｂ）は、送受信タイミングの遅延量を示し、図４（ｃ）は遅延量の補正を行った状態を示している。

図４（ａ）に示すように、基地局１２０との距離が異なる無線端末１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃは、その伝送路の距離に応じて伝送遅延が生じる。例えば、図４（ｂ）に示すように、基地局１２０が同一のデータ（ＴＸ）を同時刻に送信したとしても、無線端末１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃはそれぞれの電波距離に応じた遅延を伴ってデータ（ＲＸ）を受信する。無線端末１１０は、その受信したデータを基準にしてデータ（ＴＸ）を送信するので、基地局１２０側ではさらなる遅延を伴ってデータ（ＲＸ）が受信される。

基地局１２０は、このように受信されたＴＣＣＨから同期シンボルを抽出し、本来の受信タイミング、即ち、基地局１２０が基準とするタイミングに合わせるべく無線端末１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃそれぞれに遅延量を送信し、図４（ｃ）のようにそれぞれの無線端末１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃのデータ（ＴＸ）の送信タイミングを早めて所望する本来の基地局１２０のタイミングでデータ（ＲＸ）を受信する。こうしてＴＣＣＨを用いた同期処理が完了する。基地局１２０では、他の複数の無線端末１１０とも同期処理が行われているので基地局１２０の受信端では受信精度の劣化が生じないはずである。

しかし、同期シンボルを含むＴＣＣＨは、無線端末１１０における任意のタイミングで送信されるため、基地局１２０が想定するタイミングを逸脱する場合がある。無線通信が確立された後のマルチパスによる問題は、ガードインターバルの付加によって回避できるが、ガードインターバルを超えて遅延した場合、その直交性がくずれ、既に通信確立済みの他の無線端末への干渉が生じ帯域外輻射やＩＣＩの原因となる。

図５は、ＴＣＣＨの伝搬遅延が生じた場合のベースバンド距離とＩＣＩとの関係を示した説明図である。かかる図５を参照すると、ＴＣＣＨの伝搬遅延がガードインターバル以内にある場合Ｓ／Ｎ比は劣化しないが、ガードインターバルを超えた地点から、次のシンボルのガードインターバルになるまで、著しくＳ／Ｎ比が劣化しているのが理解できる。しかも、かかる劣化は、サブチャネルとＴＣＣＨとのベースバンド距離が近いほど顕著に表れている。従って、このようなＳ／Ｎ比の劣化を避けるために、（１）ＴＣＣＨと同一のＴＤＭＡスロットにＯＦＤＭＡ信号を配置しない、（２）ＴＣＣＨと同一のＴＤＭＡスロットに配置せざるを得ない場合、サブチャネルを離隔させ、ベースバンド距離をとるという対応が考えられる。

以下、無線通信システム１００における無線端末１１０、基地局１２０を用いて、サブチャネルを配置する具体的な生成処理を説明する。ここでは、無線端末と無線通信を行う通信装置として基地局１２０を挙げている。

（無線端末１１０）
図６は、無線端末１１０の概略的な機能を示した機能ブロック図である。かかる無線端末１１０は、端末側制御部２１０と、端末側メモリ２１２と、表示部２１４と、操作部２１６と、端末側無線通信部２１８とを含んで構成される。

上記端末側制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により無線端末１１０全体を管理および制御する。端末側制御部２１０は、端末側メモリ２１２のプログラムを用いて、無線端末１１０を利用した通話機能やメール配信機能等を遂行する。また、端末側無線通信部２１８からＣＲＣ演算結果や伝搬路情報が伝達された場合、ＣＲＣ演算結果に応じてデータの再送を要求したり、伝搬路情報に基づいてＱｏＳ(Quality Of Service)や周波数割り当てＭＣＳ等の管理を行う。

上記端末側メモリ２１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｅ^２ＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)等で構成され、端末側制御部２１０で処理されるプログラムやアプリケーション等を記憶する。

上記表示部２１４は、カラーまたは単色のディスプレイで構成され、端末側メモリ２１２に記憶された、または通信網を介してアプリケーションサーバ（図示せず）から提供される、ＷｅｂブラウザやアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。

上記操作部２１６は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等のスイッチから構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。

上記端末側無線通信部２１８は、携帯電話網における基地局１２０と無線通信を行う。例えば、信号の送信においては端末側制御部２１０からのデータにＣＲＣを付加し、符号化、インターリーブ、マッピング等を行い、サブキャリア毎のベースバンド信号を生成する。そして、そのベースバンド信号にＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)処理を施しＯＦＤＭＡ信号に変換後、ガードインターバルを付加して出力する。

また、端末側無線通信部２１８は、信号の受信において、受信信号をＲＦからＩＦにダウンコンバートしてＯＦＤＭＡ信号を取得し、シンボル同期処理を行ってガードインターバルを削除する。こうして生成されたＯＦＤＭＡ信号にＦＦＴ(Fast Fourier Transform)処理を施しサブキャリア毎のベースバンド信号に変換する。そして、ベースバンド信号に含まれるプリアンブルやパイロットから伝搬路を推定し、位相／周波数／電力を補正するための情報を生成する。また、ＦＦＴされたベースバンド信号と伝搬路推定情報に基づいてユーザ毎にデマッピング、デインターリーブ、複合処理、ＣＲＣ演算が行う。そして、ＣＲＣ結果を制御部に伝達する。

さらに端末側無線通信部２１８は、送信したＯＦＤＭＡ信号が配されたサブキャリアのベースバンド距離を基地局１２０から受信し、ＯＦＤＭＡ信号にベースバンド距離に応じたウィンドウイングを施す。

（基地局１２０）
図７は、基地局１２０の概略的な機能を示した機能ブロック図である。基地局１２０は、基地局側制御部３１０と、基地局側メモリ３１２と、通信網接続部３１４と、基地局側無線通信部３１６と、を含んで構成される。

上記基地局側制御部３１０は、中央処理装置を含む半導体集積回路により基地局１２０全体を管理および制御する。基地局側制御部３１０は、基地局側メモリ３１２のプログラムを用いて、無線端末同士間の通話もしくは通信を支援する。また、基地局側無線通信部３１６からＣＲＣ演算結果や伝搬路情報が伝達された場合、ＣＲＣ演算結果に応じてデータの再送を要求したり、伝搬路情報に基づいてＱｏＳ(Quality Of Service)や周波数割り当てＭＣＳ等の管理を行う。

上記基地局側メモリ３１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｅ^２ＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、基地局側制御部３１０で処理されるプログラムや、無線端末同士間で送受信されるデータを記憶する。

上記通信網接続部３１４は、通信網１３０を通じて中継サーバ１４０と設定信号の送受信を行う。

上記基地局側無線通信部３１６は、無線通信システム１００における無線端末１１０と無線通信を行う。例えば、信号の送信においては基地局側制御部３１０からのデータにＣＲＣを付加し、符号化、インターリーブ、マッピング等を行い、サブキャリア毎のベースバンド信号を生成する。そして、そのベースバンド信号にＩＦＦＴ処理を施しＯＦＤＭＡ信号に変換後、ガードインターバルを付加して出力する。

また、基地局側無線通信部３１６は、信号の受信において、受信信号をＲＦからＩＦにダウンコンバートしてＯＦＤＭＡ信号を取得し、シンボル同期処理を行ってガードインターバルを削除する。こうして生成されたＯＦＤＭＡ信号にＦＦＴ処理を施しサブキャリア毎のベースバンド信号に変換する。そして、ベースバンド信号に含まれるプリアンブルやパイロットから伝搬路を推定し、位相／周波数／電力を補正するための情報を生成する。また、ＦＦＴされたベースバンド信号と伝搬路推定情報に基づいてユーザ毎にデマッピング、デインターリーブ、複合処理、ＣＲＣ演算が行う。そして、ＣＲＣ結果を制御部に伝達する。

さらに、基地局側無線通信部３１６は、以下に示すような信号受信部３２０、ＴＣＣＨ割当部３２２、ＴＤＭＡ割当部３２４、サブチャネル割当部３２６、距離情報送信部３２８としても機能する。

上記信号受信部３２０は、無線端末１１０から送信されたＯＦＤＭＡ信号を受信する。

上記ＴＣＣＨ割当部３２２は、信号受信部３２０がＴＣＣＨを受信すると、ＴＣＣＨを特定のサブチャネルに割り当てる。本実施形態では、図２を用いて説明したようにアップリンクの「ＳＣＨ１」に同期シンボルを含むＴＣＣＨが割り当てられる。このように無線端末１１０のＴＣＣＨの割当先を予め定めておくことで同期処理を効率化する。

上記ＴＤＭＡ割当部３２４は、ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨ以外であれば、特定のサブチャネルとＴＤＭＡスロットが相異するサブチャネルにＯＦＤＭＡ信号を割り当てる。上述したようにＴＣＣＨは特定のサブチャネルに配されるが、通常のＯＦＤＭＡ信号であるトラフィックチャネルは任意のサブチャネルに配置することができる。

図８は、ＴＤＭＡ割当部３２４の割り当て可能な範囲を示した説明図である。かかる図８でもＴＣＣＨはアップリンクの「ＳＣＨ１」に割り当てられているので、アップリンク中の他のタイムスロット３４０全てのサブチャネルが割り当て可能範囲となる。

かかる構成により、ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨと別タイミングで受信されるので、ＴＣＣＨがガードインターバルを超えて遅延した場合においても両者の干渉は起きず、ＯＦＤＭＡ信号の劣化および同期検波性能の劣化を回避できる。

上記サブチャネル割当部３２６は、ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨ以外であり、ＴＤＭＡ割当部３２４がＯＦＤＭＡ信号を割り当てられなかった場合、特定のサブチャネル、例えば、「ＳＣＨ１」サブチャネルと等しいＴＤＭＡスロット内の特定のサブチャネルと相異するサブチャネルにＯＦＤＭＡ信号を割り当てる。

図５を参照して理解したように、Ｓ／Ｎ比の劣化は、サブチャネルとＴＣＣＨとのベースバンド距離が近いほど顕著に表れる。従って、上述したようなＴＤＭＡ割当部３２４による異なるＴＤＭＡスロットへの割り当てができなかった場合においてもＳ／Ｎ比の劣化を避けるためには、サブチャネルをＴＣＣＨから離隔させ、ベースバンド距離をとる必要がある。

図９は、サブチャネル割当部３２６の割り当て可能な範囲を示した説明図である。ＴＣＣＨはアップリンクの「ＳＣＨ１」に割り当てられているので、ＴＣＣＨと等しいＴＤＭＡスロット内における「ＳＣＨ１」以外の全てのサブチャネルが割り当て可能範囲となる。ここでは、図９中矢印で示すように、ＴＣＣＨにベースバンド距離が近いほどＳ／Ｎ比の劣化が大きくなり、遠いほど小さくなる。例えば、保護すべき重要なＯＦＤＭＡ信号はベースバンドが離れたサブチャネルに割り当てるとよい。

サブチャネル割当部３２６によって割り当てられるサブチャネルの、ＴＣＣＨが割り当てられている特定のサブチャネルからのベースバンド距離は、割り当てられるＯＦＤＭＡ信号の種類に応じて決定してもよい。

ＯＦＤＭＡ信号にはその用途に応じて重要度や優先度が異なる。重要度や優先度の高いＯＦＤＭＡ信号は、可能な限りＴＣＣＨとの干渉を避け、重要度や優先度の低い再送信要求可能なＯＦＤＭＡ信号は、重要な信号配置を効率よく行うためにＴＣＣＨの近くに配置する。このようにＯＦＤＭＡ信号の種類によって意図的に優劣をつけることで、全体的な通信精度の向上を図る。

サブチャネル割当部３２６は、ＯＦＤＭＡ信号がＢＰＳＫもしくはＱＰＳＫの場合、いずれのサブチャネルにも割り当て可能であり、それ以上の伝送速度を有する変調方式の場合、１以上のサブチャネルを隔てて割り当てることができる。

ＢＰＳＫもしくはＱＰＳＫは伝送速度が遅い代わりに干渉に強い特性がある。従って、ＴＣＣＨの近くに配置しても致命的な干渉を生じない。しかし、それ以上の伝送速度を有する変調方式、例えば、８ＰＳＫ、１６ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)、６４ＱＡＭ等は干渉に弱いので少なくともサブチャネル１つ分隔てて割り当てることとなる。ただし、ＢＰＳＫやＱＰＳＫの配置に関しても、隣接して配置可能かどうかはサブチャネル個々の帯域幅、即ち隣接するサブチャネルとのベースバンド距離に応じて変化する。

サブチャネル割当部３２６は、ＯＦＤＭＡ信号が再送要求可能なパケットデータの場合、いずれのサブチャネルにも割り当て可能であり、リアルタイム性が求められるデータの場合、１以上のサブチャネルを隔てて割り当てることができる。

容量の少ない電子メール等におけるパケットデータの場合、干渉により通信品質を保てなかったとしても再送信を要求することができる。しかし、リアルタイム性が求められたり誤り符号訂正が付与されないデータは干渉の影響を受けてはならない。従って、リアルタイム性が求められるデータは少なくともサブチャネル１つ分隔てて割り当てることとなる。

また、サブチャネル割当部３２６は、受信側での復調に利用されるパイロット信号を、インターリーブおよび誤り訂正方式を用いて、ＴＣＣＨの干渉により影響を受けないようにする。一般に、ＴＣＣＨの影響を受けないデータシンボルは、パイロット信号を用いた復調により高いＳ／Ｎ比を得ることができるが、ＴＣＣＨの影響を受けたシンボルはパイロット信号との相関性が低くなり高いＳ／Ｎ比を得ることができない。そこで、ＴＣＣＨの影響を受けたシンボルをバースト誤りとみなし、高いＳ／Ｎ比とそうでないＳ／Ｎ比をインターリーブによってランダム化し、誤り訂正方式によって符号化利得を得る。

上述したＴＣＣＨは、一般に、同期信号のみならず他の制御データも含んでいるが、同期が完了するまでは、同期信号のみをＴＣＣＨに含め、他の制御データの信号のやりとりを行わないこととする。

上記距離情報送信部３２８は、サブチャネル割当部３２６に割り当てられたサブチャネルと特定のサブチャネルとのベースバンド距離情報を、ＯＦＤＭＡ信号送信元の無線端末１１０に送信する。

やむを得ずＴＣＣＨの近くにＯＦＤＭＡ信号が割り当てられた場合、そのＯＦＤＭＡ信号への干渉もさることながら、ＯＦＤＭＡ信号のＴＣＣＨへの干渉も問題になる。距離情報送信部３２８により無線端末１１０にベースバンド距離情報を送信することで、そのベースバンド距離情報を受けた無線端末１１０はＯＦＤＭＡ信号にベースバンド距離に応じたウィンドウイングを施すことが可能となり、ＯＦＤＭＡシンボル連結における不連続点を滑らかな連続点とすることができ、ＴＣＣＨへの干渉を最小限に抑えることができる。また、かかるウィンドウイングの強さを割り当てられたサブチャネルのベースバンド距離に対応させることで、不要なウィンドウイングを避け最適なデータ通信を構築することができる。

上記ウィンドウイングは、連続しているシンボル間の不連続性を緩和して他の無線端末１１０への干渉を最小限に留めるものである。以下、ウィンドウイングの生成に関して説明する。

図１０は、シンボル１８０の不連続性を説明するためのタイミングチャートである。図１０では、送受信される波形として４つのシンボル１８０が示されている。上述したようにシンボル１８０は、ガードインターバルにより１．１２５周期分の波形からなるため、隣接するシンボル１８０の波形は連続せず、シンボル１８０間には不連続点が生じる。このような不連続点は、直交性をくずし、その点がフーリエ変換の対象領域に含まれると帯域外輻射やＩＣＩが生じる。本実施形態では、かかる不連続点にウィンドウイングを施して連続波形を形成する。

図１１は、ウィンドウイングの処理を説明するための説明図である。かかる図１１（ａ）のシンボル１８０は、有効シンボル領域３７０とガードインターバル３７２とからなる。ここで、図１１（ｂ）に示すようにガードインターバル３７２の先頭波形３８０および有効シンボル領域３７０の先頭波形３８２を抽出し、ウィンドウイング、即ち窓関数をかける。本実施形態では、窓関数としてハミング窓を採用するが、かかる場合に限られず、ハニング窓やガウス窓等様々な窓関数を利用することができる。窓関数をかける時間長は例えばガードインターバル３７２の１／２とする。

ここで、窓関数ｈ（ｎ）は、０≦ｎ＜Ｎ−１（ｎは先頭波形２７０、２７２の各サンプル位置、Ｎは先頭波形３８０、３８２のサンプル数）の範囲で０．５４―０．４６×ｃｏｓ（２πｎ／（Ｎ−１））であり、その他の範囲で０（ゼロ）である。従って、図１１（ｂ）の波形に窓関数ｈ（ｎ）をかけた後の波形は、図１１（ｃ）のようになる。

そして図１１（ｄ）に示すように、窓関数がかかったガードインターバル３７２の先頭波形３８０をそのままその位置に、窓関数がかかった有効シンボル領域３７０の先頭波形３８２をシンボル１８０の終端に配置する。このようにウィンドウイングを施すことで隣接するシンボルとの不連続点を滑らかな連続点とすることができ、かかる点がフーリエ変換の対象となったとしても帯域外輻射やＩＣＩを緩和することが可能となる。

このように生成された各シンボル１８０を他のシンボルと重畳すると、図１１（ｅ）のようになる。図１１（ｄ）ではシンボル１８０がガードインターバル３７２の１／２の長さだけ（先頭波形３８２）延長されているが、有効シンボル領域３７０の先頭波形３８２は次のシンボルの先頭波形３８０と重畳されるので、実質的な期間の変動は生じない。そして、ウィンドウイングが施されたシンボル同士が並置され、図１１（ｅ）のように全ての点において波形が連続する。

サブチャネル割当部３２６は、このようなウィンドウイングの強さをそのベースバンド距離に応じて変化させる。例えば、図９においてＴＣＣＨに近いサブキャリアでは強いウィンドウイングが、遠いサブキャリアでは弱いウィンドウイングがなされる。

以上説明した通信装置としての基地局１２０では、通信チャネルを適切なサブチャネルに配置することで帯域外輻射やＩＣＩを回避し、通信精度や同期精度の向上を図ることが可能となる。

（サブチャネル配置方法）
図１２は、サブチャネル配置方法の処理の流れを示したフローチャートである。ここでは、複数の無線端末１１０から送信されたＯＦＤＭＡ信号をサブチャネルに配置する処理を行う。

まず、基地局１２０は、無線端末１１０に制御情報を報知するＢＣＣＨ(Broadcast Control Channel)や着信通知を行うＰＣＨ(Paging Channel)を送信する（Ｓ４００）。無線端末１１０は、ＢＣＣＨを受信し、必要な情報を設定する（Ｓ４０２）。無線端末１１０から発信するまたはＰＣＨにより着信が通知された場合（Ｓ４０４）、基地局１２０に対して予め設定されたサブチャネルを用いてＴＣＣＨを送信し、通信チャネルの確立を要求する（Ｓ４０６）。ここで、基地局１２０が複数の無線端末１１０から同一タイミングでＴＣＣＨを受信した場合、予め設定されたサブチャネルに時間差でＴＣＣＨを受信すべく、そのＴＣＣＨパターンを無線端末に通知する。かかるＴＣＣＨパターンには、該当する無線端末および基地局の識別番号、アップリンクの送信電力の相対制御値、アップリンクの送信タイミングの相対制御値等が含まれる。

基地局１２０は、ＴＣＣＨによる同期処理を遂行し（Ｓ４０８）、計測済みの上りキャリアセンス結果から実際の通信を行うサブチャネルを選択して（Ｓ４１０）、そのサブチャネルを無線端末に通知する（Ｓ４１２）。このとき、基地局１２０は、ＴＣＣＨの測定結果から、アップリンクの送信電力の相対制御値、および上り送信タイミングの相対制御値を無線端末１１０に通知する。無線端末１１０は、かかる通知に従い、通信サブチャネル等自体の設定を更新する（Ｓ４１４）。

上述したサブチャネルの選択（Ｓ４１０）では、受信したＯＦＤＭＡ信号を、まず、ＴＣＣＨを割り当てる特定のサブチャネルとＴＤＭＡスロットが相異するサブチャネルに割り当て、それが不可能な場合に特定のサブチャネルと等しいＴＤＭＡスロット内の特定のサブチャネルと相異するサブチャネルに割り当てている。

以上説明したシンボル同期方法においても、迅速かつ確実に基地局１２０と無線端末１１０との同期を確立し、同期精度の向上を図ることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、本明細書のサブチャネル配置方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含んでもよい。

本発明は、ＯＦＤＭＡ方式を用いて変調されたＯＦＤＭＡ信号の受信を行う通信装置、サブチャネル配置方法に利用することができる。

無線通信システムを説明するためのシステムブロック図である。 ＯＦＤＭＡ占有帯域におけるサブキャリアの配置を説明するための説明図である。 図２の個々のサブチャネルの構成を詳細に説明するための説明図である。 同期処理の基本的概念を示した説明図である。 ＴＣＣＨの伝搬遅延が生じた場合のベースバンド距離とＩＣＩとの関係を示した説明図である。 無線端末の概略的な機能を示した機能ブロック図である。 基地局の概略的な機能を示した機能ブロック図である。 ＴＤＭＡ割当部の割り当て可能な範囲を示した説明図である。 サブチャネル割当部の割り当て可能な範囲を示した説明図である。 シンボルの不連続性を説明するためのタイミングチャートである。 ウィンドウイングの処理を説明するための説明図である。 サブチャネル配置方法の処理の流れを示したフローチャートである。

符号の説明

１００ …無線通信システム
１１０ …無線端末
１２０ …基地局
１６０ …ＴＤＭＡスロット
１７０ …サブチャネル
１８０ …シンボル
３２０ …信号受信部
３２２ …ＴＣＣＨ割当部
３２４ …ＴＤＭＡ割当部
３２６ …サブチャネル割当部
３２８ …距離情報送信部

Claims (7)

1. 時分割による複数のＴＤＭＡスロット毎に、ベースバンドの異なる複数のサブチャネルを有するＯＦＤＭＡ方式を用いて変調されたＯＦＤＭＡ信号を複数の無線端末から受信する通信装置であって、
   前記ＯＦＤＭＡ信号を受信する信号受信部と、
   前記ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨであれば、該ＴＣＣＨを特定のサブチャネルに割り当てるＴＣＣＨ割当部と、
   前記ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨ以外であれば、前記特定のサブチャネルとＴＤＭＡスロットが相異するサブチャネルに該ＯＦＤＭＡ信号を割り当てるＴＤＭＡ割当部と、
   を備えることを特徴とする、通信装置。
2. 前記ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨ以外であり、前記ＴＤＭＡ割当部が該ＯＦＤＭＡ信号を割り当てられなかった場合、前記特定のサブチャネルと等しいＴＤＭＡスロット内の該特定のサブチャネルと相異するサブチャネルに該ＯＦＤＭＡ信号を割り当てるサブチャネル割当部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
3. 前記サブチャネル割当部によって割り当てられるサブチャネルの、前記特定のサブチャネルからのベースバンド距離は、割り当てられる前記ＯＦＤＭＡ信号の種類に応じて決定されることを特徴とする、請求項２に記載の通信装置。
4. 前記サブチャネル割当部は、前記ＯＦＤＭＡ信号がＢＰＳＫもしくはＱＰＳＫの場合、いずれのサブチャネルにも割り当て可能であり、それ以上の伝送速度を有する変調方式の場合、１以上のサブチャネルを隔てて割り当てることを特徴とする、請求項３に記載の通信装置。
5. 前記サブチャネル割当部は、前記ＯＦＤＭＡ信号が再送要求可能なパケットデータの場合、いずれのサブチャネルにも割り当て可能であり、リアルタイム性が求められるデータの場合、１以上のサブチャネルを隔てて割り当てることを特徴とする、請求項３に記載の通信装置。
6. 前記サブチャネル割当部に割り当てられたサブチャネルと前記特定のサブチャネルとのベースバンド距離情報を、前記ＯＦＤＭＡ信号送信元の無線端末に送信する距離情報送信部をさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の通信装置。
7. 複数の無線端末から送信された、時分割による複数のＴＤＭＡスロット毎に、ベースバンドの異なる複数のサブチャネルを有するＯＦＤＭＡ方式を用いて変調されたＯＦＤＭＡ信号をサブチャネルに配置するサブチャネル配置方法であって、
   前記ＯＦＤＭＡ信号を受信し、
   前記ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨであれば、該ＴＣＣＨを特定のサブチャネルに割り当て、
   前記ＯＦＤＭＡ信号がＴＣＣＨ以外であれば、前記特定のサブチャネルとＴＤＭＡスロットが相異するサブチャネルに該ＯＦＤＭＡ信号を割り当てることを特徴とする、サブチャネル配置方法。