JP2009515455A - セルラ通信システムにおいて通信装置に信号を伝送する方法及びシステム - Google Patents

セルラ通信システムにおいて通信装置に信号を伝送する方法及びシステム Download PDF

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Abstract

セルラ通信システムにおいて通信装置に信号を伝送する方法が提供される。この方法は、前記セルラ通信システムの第１セクタに供給された第１アンテナを用いて信号を伝送する工程と、前記セルラ通信システムの第２セクタに供給された第２アンテナを用いて他の信号を伝送する工程であって、前記第１セクタは少なくとも部分的に前記第２セクタと重なっている工程と、を備え、前記第２アンテナによって伝送された信号は、前記第１アンテナによって伝送された信号の循環遅延版である。
【選択図】図１３

Description

本出願は、米国仮出願番号６０／７３４，１１７（２００５年１１月７日出願）、及び６０／７３４，０８０（２００５年１１月７日出願）の利益を主張する。これらの内容は全て参照することにより本出願に組み込まれる。
本発明は、セルラ通信システムにおいて通信装置に信号を伝送する方法、並びにそのシステムに関する。
無線通信技術の出現により、周波数スペクトルは非常に貴重なものとなった。新たな通信技術及び用途に利用できる利用可能周波数スペクトルの取得はますます困難になっている。従って今日では、既存の割り当てられた周波数スペクトルの全てを最大限に使用することが目標となっている。
既存の割り当てられた周波数スペクトルの全てを最大限に使用するというこの目標を達成するために用いられる手法は、セクタ化（sectorization）である。セクタ化は、通常セルラ技術とともに用いられ、無線システムのシステム容量を増加させる。セクタ化は、通常、双方向アンテナを用いて実施される。
この書類では次の出版物が引用されている。
[1]"A PHY/MAC Proposal for IEEE 802.22 WRAN System, Part2: The Cognitive MAC", by ETRI, FT, HuaWei, I2R, Motorola, NextWave, Phillips, Runcom, Samsung, STM, Thomson, March 2006.
セル内の全てのセクタが同じ周波数域を利用する場合、セクタ間における周波数計画は必要とされない。しかしながら、セクタ端における複数の通信装置は、複数のセクタアンテナから信号を受信するので、深刻なインターセクタ干渉に悩まされるであろう。
上述した、セクタ端における通信装置がインターセクタ干渉に悩まされるというこの問題は、本発明の独立項に規定された方法及びシステムによって取り組まれる。
本発明の第１の態様は、セルラ通信システムにおいて通信装置に信号を伝送する方法であって、前記セルラ通信システムの第１セクタに供給された第１アンテナを用いて信号を伝送する工程と、前記セルラ通信システムの第２セクタに供給された第２アンテナを用いて他の信号を伝送する工程であって、前記第１セクタは少なくとも部分的に前記第２セクタと重なっている工程と、を備え、前記第２アンテナによって伝送された信号は、前記第１アンテナによって伝送された信号の循環遅延版である方法が提供される。
本発明の実施形態は従属項から発生する。
一の実施形態において、前記通信装置は、無線通信装置、端末通信装置又は加入者宅内機器装置であってよいが、これらに制限されるものではない。無線通信装置は、例えば、移動無線通信装置、衛星無線通信装置、又は移動無線基地局であってよいが、これらに制限されるものではない。
一の実施形態において、前記第１アンテナによって伝送された信号は、前記第１アンテナによって伝送された信号の循環遅延版を取得するために循環シフトされ、前記第２アンテナ上で伝送されてよい。
一の実施形態において、前記第２アンテナによって伝送された信号は、前記第１アンテナによって伝送された信号の循環遅延版を取得するために位相シフトされ、前記第２アンテナ上で伝送されてよい。
一の実施形態において、プリアンブル及び／又はパイロットシークエンスを、前記第２アンテナによって伝送された信号に挿入してよい。他の実施形態において、スクランブル符号を前記第２アンテナによって伝送された信号に付加してよい。
ここで用いられるように、プリアンブルは、伝送信号の先頭又はメッセージのヘッダに通常位置する所定のシークエンスに関する。プリアンブルは、例えば信号同期、信号較正、チャンネル推定、適応ゲイン制御の収束、ダイバーシティ選択、タイミングの取得、及び受信器における大まかな周波数の取得（coarse frequency acquisition）に用いられてよいが、これらに制限されるものではない。
ここで用いられるように、パイロットシークエンスは、信号又はメッセージの所定部分に通常位置する所定のシークエンスに関する。パイロットシークエンスは、例えばチャンネル推定及び細かい周波数の取得（fine frequency acquisition）に用いられてよいが、これらに制限されるものではない。
ここで用いられるように、スクランブル符号は、セルラ通信システムの一のセルにおける信号を近隣セルから区別するために通常用いられる一の信号に付加される所定のシークエンスに関する。
一の実施形態において、チャンネル推定を実行してよい。本実施形態において、チャンネル推定は、更なるダイバーシティの利益をもたらす。これは、受信信号上のインターセクタ干渉の効果を弱めるのに役立つ。これにより、結果的に全システム性能を向上することになる。
一の実施形態において、多重アクセス伝送技術を用いる。他の実施形態において、前記多重アクセス伝送技術は、時分割多重アクセスと、周波数分割多重アクセスと、符号分割多重アクセスと、直交周波数分割多重アクセスと、からなる多重アクセス伝送技術の一群から選択されてよい。
例えば、一の実施形態において、セルラ通信システムは、ＩＥＥＥ８０２．２２地域無線ネットワーク（ＷＲＡＮ）案［１］であってよいが、これに制限されるものではない。ＩＥＥＥ８０２．２２ＷＲＡＮ案は、超短波（ＶＨＦ）及び極超短波（ＵＨＦ）帯域（４７ＭＨｚから９１０ＭＨｚ）において稼働し、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）多重アクセス伝送を用いている。
本発明の第２の態様は、セルラ通信システムにおいて通信装置に信号を伝送するシステムであって、複数のアンテナと、信号伝送手段と、を備え、当該信号伝送手段は、前記セルラ通信システムの第１セクタに供給された第１アンテナを用いて伝送する信号を生成する第１信号生成器と、前記セルラ通信システムの第２セクタに供給された第２アンテナを用いて伝送する他の信号を生成する第２信号生成器であって、前記第１セクタは少なくとも部分的に前記第２セクタと重なっている第２信号生成器と、を備え、前記第２アンテナによって伝送された信号は、前記第１アンテナによって伝送された信号の循環遅延版であるシステムが提供される。
一の実施形態において、提供されたシステムにおける前記信号伝送手段は、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器と、循環遅延ユニットと、を備え、前記循環遅延ユニットを用いて、前記第２アンテナ上の伝送に対して前記第１アンテナによって伝送された信号の循環遅延版を生成する。
一の実施形態において、前記循環遅延ユニットは循環遅延手段である。他の実施形態において、前記循環シフト手段は、前記第２アンテナ上で伝送されるべき信号が、前記直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器で処理された後に前記循環シフト手段で処理されるように配置されてよい。
一の実施形態において、前記循環遅延ユニットは、位相シフト手段である。他の実施形態において、前記位相シフト手段は、前記第２アンテナ上で伝送されるべき信号が、前記位相シフト手段で処理された後に前記直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器で処理されるように配置されてよい。
一の実施形態において、提案されたセルラ通信システムにおいて通信装置に信号を伝送するシステムは、パイロットシークエンス生成器と、プリアンブル生成器と、を更に備える。他の実施形態において、提案されたセルラ通信システムにおいて通信装置に信号を伝送するシステムは、スクランブル符号生成器を更に備える。
一例として、セクタ化されたセルラ通信システムにおける信号伝送工程は、二つのセクタの範囲が重なっている領域に位置する通信装置に適切な手段を提供するために分析され、これにより通信装置に伝送された信号を受信できるようになる。従って、一の信号が、セルラ通信システムの第１セクタにおける第１アンテナを用いて通信装置に伝送され、更なる信号が、セルラ通信システムの第２セクタにおける第２アンテナを用いて通信装置に伝送される。
セルラ通信システムの第２セクタにおける第２アンテナを用いて通信装置に伝送された更なる信号は、セルラ通信システムの第１セクタにおける第１アンテナを用いて通信装置に伝送された信号と同一ではないが、その循環遅延版である。この更なる信号の援助により、通信装置はインターセクタ干渉を減少させるための信号処理を実行することができ、従って、通信装置へ伝送された信号を受信できる。
提供されたセルラ通信システムにおいて通信装置に信号を伝送する方法において説明された実施形態は、そのシステムに対しても同じように有効である。
図１は、本発明の実施例に係るセルラ通信システム１００を示す。
この説明図では、セルラ通信システム１００は複数のセル１０１からなる。各セルは、多数の通信装置への及び多数の通信装置からの信号伝送を同時に支援するために、例えば適切なインフラを備えてよい。適切なインフラは、例えば基地局及び複数のアンテナであってよい。
各セルは、一又は複数の周波数帯域を用いてよい。或いは、複数のセルが一の周波数帯域を用いてよい。従って、一のセルによって用いられる周波数帯域は、その隣接セルによって用いられる周波数帯域と異なってもよく、同じでもよい。
一のセルによって用いられる周波数帯域が、その隣接セルによって用いられる周波数帯域と異なる場合は、何らかの形での周波数計画が必要とされる。周波数計画は複雑で時間のかかる工程である。
一のセルによって用いられる周波数帯域が、その隣接セルによって用いられる周波数帯域と同じ場合は、周波数計画は必要とされない。しかしながら、セル間にインターセル干渉が存在し、信号伝送に係るこの干渉の効果を弱めるために高度な信号処理技術が必要とされる。
一の実施例によれば、セルラ通信システム１００は多重アクセス技術を用いてよく、これは例えば時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、又は直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）であってよい。
次に、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）ベースのセルラ通信システムは、本発明の実施例の一例として用いられる。直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）は、多重搬送波ベースの多重アクセス技術であり、ＩＥＥＥ８０２．１６ＷｉＭＡＸ標準で用いられる。加えて、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）は、第３世代（３Ｇ）長期的進化（ＬＴＥ）セルラシステム及びＩＥＥＥ８０２．２２地域無線ネットワーク（ＷＲＡＮ）に対する多重アクセス技術候補としてみなされる。
直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）では、周波数帯域が複数の直交サブキャリアに分割される。セル内の各通信装置は、異なる重複しないサブキャリアセットとともに割り当てられる。サブキャリアの一群は、サブチャンネルとして知られる。
サブキャリアが適切に複数の通信装置（又はユーザ）に割り当てられれば、マルチユーザのダイバーシティは達成されるであろう。マルチユーザのダイバーシティとともに、全システムスループットを増加できる。セル内で更に多くのユーザを支援するために、セクタ化が適用されてよい。
図２は、本発明の実施例に係るセルラ通信システムにおけるセル２００のセクタ化を示す説明図である。
この説明図では、セル２００は、三つのセクタ２０１に分割される。各セクタは、１２０°の３ｄＢビーム幅を有するセクタアンテナを備えてよい。
図２に示すようにセクタ化が行われると、セクタ化が行われない場合と比べたときに因子３の容量ゲインを達成する可能性がある。これは、このようにセクタ化されたセルによって支援されるユーザの最大数が、セクタ化されない場合の３倍であるという意味である。
図３は、本発明の実施例に係るセルラ通信システムにおけるセクタ化セル内でのインターセクタ干渉を示す説明図である。
図３は、二つの隣接するセクタ、セクタ１ ３０１とセクタ２ ３０３とを示す。図３には、三つの通信装置が示されている。即ち、通信装置＃１ ３０５、通信装置＃２ ３０７、及び通信装置＃３ ３０９である。通信装置＃３ ３０９は、セクタ１ ３０１及びセクタ２ ３０３からの信号伝送範囲に重なりがある領域に位置する。そのような領域は、以下の説明でセクタ端と称される。
セクタ１ ３０１及びセクタ２ ３０３からの信号伝送は、どちらも同じ周波数帯域にあるので、セクタ１ ３０１からの信号がセクタ２ ３０３からの信号に干渉する。この干渉は、通常、インターセクタ干渉として知られている。
インターセクタ干渉に起因して、図３に示すように通信装置＃３ ３０９によって受信された信号は劣化する。従って、通信装置＃３ ３０９への信号伝送のエラー率が増加し、この結果、通信装置＃３ ３０９に対するスループット性能が低下する。
セクタ端の近隣に位置する通信装置のスループットを増大させるために、２つの隣接するセクタを用いてよく、これらは同一のサブキャリアセットを用いてこれらの通信装置に同時に働く。この手法は、本明細書では、インターセクタダイバーシティと称される。
図３を参照すると、インターセクタダイバーシティを適用する際、少なくとも二本のセクタアンテナを用いた送信ダイバーシティ技術が、通信装置＃３ ３０９のスループット性能を改善するために適用されてよい。これらの送信ダイバーシティ技術を使用可能とするために、セクタアンテナ及び送信器のいくつかの構成要素は、プリアンブル、パイロットシンボル、パイロットシークエンス、及びスクランブル符号を含んで再設計されてよい。
図４は、本発明の実施例に係る送信器を示すブロック図４００である。
ダイバーシティゲインを達成するために、送信すべきデータは、本実施例においては順方向誤り訂正（ＦＥＣ）エンコーダ４０１とインターリーバ４０３とを用いてエンコードされる。そしてエンコードされたデータは、シンボルマップ器４０５によって複数のシンボルにマッピングされる。これに続いて、エンコードされたデータシンボルは、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器４０７によりフォーミュラ化される。
図４に示す例では、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）シンボルサイズＮ＝８、循環遅延Ｔ＝２が選択される。第１アンテナであるアンテナ１（Ａｎｔ１）４１１を介して送信された直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）シンボルは、次式で与えられる。
x1=[s(0), s(1), s(2), s(3), s(4). s(5), s(6), s(7)]
循環遅延ブロック４０９を介してx1を処理することで得られるx1の循環遅延版は、次式で与えられる。
x2=[s(6), s(7), s(0), s(1), s(2). s(3), s(4), s(5)]
x1及びx2の循環遅延版は、第２アンテナであるアンテナ２（Ａｎｔ２）４１３を介して伝送される。従って、アンテナ２（Ａｎｔ２）を介した伝送は、循環遅延伝送と称されてよい。どちらのアンテナも同一のデータシンボルセットを搬送するので、ダイバーシティゲインは達成されうる。
図５は、本発明の実施例に係る二本の送信アンテナを備えたセルラ通信システムに対する送信モデルを示す。
この説明図には、例えば図４に示した送信アンテナ１（ＴｘＡｎｔ１）５０１及び送信アンテナ２（ＴｘＡｎｔ２）５０３であってよい二本の送信アンテナと、１本の受信アンテナ（ＲｘＡｎｔ）５０５とが存在する。送信アンテナ１（ＴｘＡｎｔ１）５０１及び送信アンテナ２（ＴｘＡｎｔ２）５０３に対するチャンネル応答は、夫々、h1(0), …, h1 (L-1)及びh2(0), …, h2 (L-1)で示される。ここで、Lはチャンネル遅延タップ数である。送信アンテナ１（ＴｘＡｎｔ１）５０１及び送信アンテナ２（ＴｘＡｎｔ２）５０３に夫々対応する周波数応答は、H1(0), …, H 1 (N-1)及びH2(0), …, H2 (N-1)である。
受信アンテナ（ＲｘＡｎｔ）５０５によって観察される複合チャンネルの周波数応答は、次式で与えられる。
Figure 2009515455
但し、kはサブキャリア指標、Tは第２アンテナで使用されるシンボルの循環遅延である。循環遅延は通常[0,N]の範囲にある。
他の表現において、二本の送信アンテナを用いた複合チャンネル応答が図６に示される。ここで、各アンテナに関連する本来のチャンネル応答はＬ＝２であり、循環遅延はＴ＝２である。送信アンテナ１に対応する本来のチャンネル応答は６０１と標示されている。送信アンテナ２に対応する本来のチャンネル応答は６０３と標示されている。送信アンテナ１及び送信アンテナ２に対応する複合チャンネル応答は６０５と標示されている。
循環遅延伝送とともに、複合チャンネル応答は効率的にh1(0), h1(1), h2(0), h2(1)となり、「仮想」複合チャンネルにおけるチャンネルタップ数は４まで増加する。この遅延ダイバーシティは、例えばクロスバンド符号化（cross band coding）を採用することにより、システムの性能を拡張するために更に用いられてもよい。「仮想」複合チャンネルにおける遅延タップ数は４であるが、両アンテナに関連する物理的チャンネル遅延は、２のままで不変である。
循環遅延伝送は、以下の利点をもたらす。従来の遅延ダイバーシティとは異なり、循環遅延伝送は複合チャンネルの物理的遅延を増加させない。従って、最低限必要なサイクリックプレフィックス長は、１シンボル間隔のまま不変である。
図５に示す例において、送信アンテナ１（ＴｘＡｎｔ１）５０１及び送信アンテナ２（ＴｘＡｎｔ２）５０３を介して伝送されたk番目のサブキャリアデータシンボルの周波数領域表現（frequency domain representation）は、夫々以下のとおりである。
Figure 2009515455
従って、循環遅延伝送は、k番目のデータシンボルを
Figure 2009515455
で位相シフトしてから、送信アンテナ２（ＴｘＡｎｔ２）５０３に対する直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調して実施されてよい。
図４及び図５に示す例では、受信アンテナ（ＲｘＡｎｔ）５０５のみが示されている。これは、受信アンテナ（ＲｘＡｎｔ）５０５に対応して、通信装置が唯一つ存在することを意味する。セクタ化セルにおいては、通常、複数の通信装置が存在する。従って、更に代表的な例を図７に示す。
図７は、本発明の実施例に係る、複数の通信装置に送信する送信器を示すブロック図７００である。
夫々の通信装置に伝送されるべきデータストリームは、夫々別々にエンコード及び変調される。従って各データストリームは、その順方向誤り訂正（ＦＥＣ）エンコーダ７０１、インターリーバ７０３、及びシンボルマップ器７０５により処理される。そして、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）シンボルは、夫々の通信装置へ伝送されるべきシンボルを夫々のサブキャリア上で集めることによって、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器７０５においてフォーミュラ化される。時間領域表現（time domain representation）においては、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）シンボルは次に第１アンテナ７０９を用いて伝送される。一方、循環遅延直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）シンボルは、第２アンテナ７１１を用いて伝送される。
送信された信号は、異なるマルチパスチャンネルを通過してから、夫々の通信装置に到達する。一の通信装置から観察される等価なチャンネルは、各通信装置がそれ自体のチャンネル応答を有することを除いては、式（１）によって示されるものと同じである。
図７に示す例では、同じ循環遅延が、送信アンテナ２ ７１１を介した全通信装置への信号伝送に適用される。しかしながら、異なる循環遅延を、送信アンテナ２ ７１１を介した異なる通信装置への信号伝送にも適用できる。これを図８に例示する。
図８は、本発明の実施例に係る、複数の通信装置に異なる循環シフトで送信する送信器を示すブロック図８００である。
この説明図では、異なる循環遅延を送信アンテナ２ ７１１を介した異なる複数の通信装置への信号伝送に適用させるために、更なる構成要素が用いられる。例えば、各通信装置に対するデータを処理するために、一つの直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器８０１、一つの循環遅延ブロック８０３及び二つのサイクリックプレフィックス（ＣＰ）ブロックが用いられる。
全ての通信装置に対してデータ信号が一旦処理されると、夫々の加算ユニット（８０７及び８０９）によって互いに加算され、その後、送信アンテナ１ ８１１及び送信アンテナ２ ８１３を介して夫々伝送される。
図８において、シンボルマップ器８１５の出力が、サブキャリアの全てを必ずしも占有しないことが可能である。このような場合には、非占有サブキャリアは、ゼロブロック８１７によって供給されたゼロを挿入される。
次に、周波数領域実装（frequency domain implementation）を利用した循環遅延伝送について説明する。周波数領域実装は、時間領域と周波数領域との間の等価性に基づいている。
図９は、本発明の実施例に係る、周波数領域実装を利用して実施される送信器を示すブロック図９００である。
この説明図では、時間領域実装（time domain implementation）において用いられた循環遅延ブロックは、位相シフト器９０１に置き換えられる。加えて、位相シフト器９０１は直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器９０３の前に配置される。時間領域実装において、循環遅延ブロックは直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器の後に配置される（例えば図７を参照）。
通信装置kがサブキャリア指標セットA(k)と割り当てられると仮定すると、通信装置kに対する循環遅延はTkである。周波数領域実装において、第２アンテナを介して通信装置kに伝送されるべき信号の周波数は、以下の位相シフト器を用いて変調される。
Figure 2009515455
周波数領域実装は、以下の利点をもたらす。第１に、ダウンリンク伝送において、異なる複数のサブチャンネルは、通常異なるチャンネル応答を有するであろう。よって、異なるサブチャンネルに対する循環遅延要求も異なるであろう。従って、周波数領域実装を用いて、各通信装置に対して適宜に異なる循環遅延要求を満足できる。
第２に、周波数領域実装に対して、必要とされる直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器の数は、使用する送信アンテナの数に依存する。一般に、使用する送信アンテナの数をiとすると、i個の直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器が必要とされる。従って、図９に示す例では、送信アンテナが二本だけ存在するので、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器が二個必要とされる。
時間領域実装とは対照的に、必要とされる直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器の数は、一の直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）シンボルによって支持することができる通信装置の数に依存する。図７に示す例（図９に示す例に対して対応する時間領域実装の例示）では、一の直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）シンボルによって支持することができる通信装置の数はKであり、従って、K個の直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器が必要とされる。
一の直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）シンボルによって支持することができる通信装置の数は、通常使用する送信アンテナの数よりも多いので、周波数領域実装は、時間領域実装と比べて、より少ない数の直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器を必要とする。
これまでは、循環遅延伝送におけるデータ伝送のみを考慮している。加えて、二本の送信アンテナが同一の変調済シンボルセットを一の通信装置に送信することも示唆されている。実際には、これは特にインターセクタ環境においては通常認められない。これは、各セクタアンテナが、それ自体のセクタ内で通信装置の要求に応じる必要があるためである。従って、異なる複数のセクタアンテナから伝送された信号は、通常異なっている。また、通信装置における同期（時間、周波数等）及び信号検出処理を支援するために、伝送されるべきプリアンブルシークエンス及びパイロットシークエンスは、各セクタに特有である。従って、循環遅延伝送においては、プリアンブルシークエンス及びパイロットシンボル伝送についても考慮しなければならない。
図１０は、本発明の実施例に係る、循環遅延データ伝送、プリアンブル、及びパイロットを備えた送信器を示すブロック図１０００である。
この説明図では、更なる構成要素が直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器１００１の前に追加される。即ち、プリアンブルシークエンス及びパイロットシークエンス生成器ブロック１００３である。
この説明図において、K1及びK2は、夫々セクタ１及びセクタ２において同時に供給された通信装置の数を意味する。この場合、プリアンブル及びパイロットは、両セクタにおいて同一のサブキャリアセットを占有する。またプリアンブル及びパイロットサブキャリアの夫々において、変調済シンボルは、両セクタに対して同一である。
図７に示す送信器とは対照的に、プリアンブルシークエンス及びパイロットシークエンスは、ここで循環遅延される。
セクタ端に位置する複数の通信装置に関して、これらは両セクタアンテナからの信号を受信できるので、循環遅延伝送はこれらに有用である。しかしながら、例えばセクタの中心に位置する複数の通信装置に関しては、一のセクタアンテナから信号を受信できるだけであるため、循環遅延伝送はこれらに対して役立たない。
図１１は、本発明の実施例に係る、循環遅延データ伝送、プリアンブル、及びパイロットを備えた送信器を示す他のブロック図１１００である。
この説明図から、セクタ端１１０１における一の通信装置に対するデータ信号が、その他の全ての通信装置に対するデータ信号と同様な方法で処理されることが分かる。
この説明図において、プリアンブルシークエンス及びパイロットシークエンスは、二つの両セクタに対する同一のサブキャリアセットを占有しており、同一のプリアンブルシークエンス及びパイロットシークエンス１１０３が各サブキャリアに用いられている。また、セクタ端における複数の通信装置は、全て同一のサブキャリアセットを占有する。
この場合、セクタ端における複数の通信装置に対するプリアンブルシークエンス、パイロットシークエンス、及び信号は、全て循環遅延される。例えばセクタの中央に位置する複数の通信装置は、一のセクタアンテナからの信号を受信できるだけであるので、循環遅延伝送はこれらに対して役立たない。
図１２は、本発明の実施例に係る、周波数領域実装を利用して実施される、循環遅延データ伝送、プリアンブル、及びパイロットを備えた送信器を示すブロック図１２００である。
この説明図において、プリアンブルシークエンス及びパイロットシークエンスは、二つの両セクタに対する同一のサブキャリアセットを占有しており、同一のプリアンブルシークエンス及びパイロットシークエンスが各サブキャリアに用いられている。また、セクタ端における複数の通信装置は、全て同一のサブキャリアセットを占有する。
図１１の説明図とは対照的に、周波数領域実装において、（時間領域実装における）循環遅延を置換するために位相シフト器１２０１が用いられる。
通信装置kがサブキャリア指標セットA(k)と割り当てられると仮定すると、通信装置kに対する循環遅延はTkである。周波数領域実装において、第２アンテナを介して通信装置kに伝送されるべき信号の周波数は、以下の位相シフト器を用いて変調される。
Figure 2009515455
この説明図から、セクタ端１２０３における一の通信装置に対するデータ信号が、その他の全ての通信装置に対するデータ信号と同様な方法で処理されることが分かる。
図１３は、本発明の実施例に係る、周波数領域実装を利用して実施される、循環遅延データ伝送、プリアンブル、及びパイロットを備えた送信器を示す他のブロック図１３００である。
この説明図は、異なる複数のスクランブル符号セットが異なる複数のセクタに用いられるという点以外は、図１３に示す説明図と同じである。この説明図において、プリアンブルシークエンス及びパイロットシークエンスは、二つの両セクタに対する同一のサブキャリアセットを占有しており、同一のプリアンブルシークエンス及びパイロットシークエンスが各サブキャリアに用いられている。また、セクタ端における複数の通信装置は、全て同一のサブキャリアセットを占有する。
この説明図において、セクタ２で用いられるスクランブル符号は、位相シフト器により、セクタ１で用いられるスクランブル符号を乗算して生成される。セクタ２で用いられるスクランブル符号の生成工程については、図１６とともに後述する。
通信装置kがサブキャリア指標セットA(k)と割り当てられると仮定すると、通信装置kに対する循環遅延はTkである。周波数領域実装において、第２アンテナを介して通信装置kに伝送されるべき信号の周波数は、以下の位相シフト器を用いて変調される。
Figure 2009515455
周波数領域実装を示す図９及び図１２とは対照的に、図１３には位相シフト器が存在しないことが分かる。これは、位相シフトがセクタ２で用いられるスクランブル符号に対して既に実行されたからである。これについては更に図１６に関連させて後述する。
上述のように、プリアンブルシークエンス及びパイロットシークエンスは、チャンネル推定のみならず、時間と周波数の同期にも必要とされる。従って、プリアンブルシークエンス及びパイロットシークエンスは、特に、セル内の全てのセクタに対して設計されている。次に、プリアンブルシークエンス及びパイロットシークエンスの設計について、図１４及び図１５に示す説明図としてのパイロットシークエンスを用いて説明する。
図１４は、本発明の実施例に係る、同一セルの３つのセクタに対して設計されたプリアンブルシークエンスとパイロットシークエンスを示す説明図である。
この説明図には、３つの信号伝送が存在する。即ち、セクタ１のアンテナ１４０１からの伝送、セクタ２のアンテナ１４０３からの伝送、及びセクタ３のアンテナ１４０５からの伝送である。
全セクタアンテナ１４０７からの伝送に対する第１直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）シンボルは、３つのセクタ全てにおけるパイロットとして割り当てられる。
循環遅延伝送に適した一のプリアンブルシークエンス又はパイロットシークエンスに対する設計ルールは、次のように与えられる。即ち、任意のサブキャリアkにおいて、変調済シンボルは、３つのセクタ全てに対して同一でなければならない。しかしながら、変調済シンボルは、サブキャリアによって異なってもよい。
図１５は、本発明の実施例に係る、同一セルの３つのセクタに対して設計された散在するパイロットシークエンスを示す説明図である。
この説明図において、全てのセクタは同一のパイロットシークエンスを用いている。このパイロットシークエンスが、各セクタ伝送（図１４に図示）における第１直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）シンボルではない場合にも、上記の設計ルールはこの説明図においても有効である。
図１６は、本発明の実施例に係る、同一セルの各セクタに対するスクランブル符号の生成を示す。
この説明図において、セクタ１は参照セクタとして用いられる。
スクランブル符号を生成する方法は、複数存在する。例えば、スクランブル符号は、第１直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）シンボルに対してランダムに生成されてよい。その後、続く直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）シンボルシンボルのスクランブル符号が、シンボル１のスクランブル符号の循環遅延版として選択される。これは時間領域実装に基づいている。
従って、周波数領域実装において、セクタ端に位置する複数の通信装置に伝送されるべきデータ、パイロットシークエンス、及びプリアンブルシークエンス、セクタ２及び３のスクランブル符号は、ユーザの時間領域循環遅延に関連する、位相シフト器によって増減されたセクタ１のスクランブル符号を用いて生成される。セクタ２ １６０１の位相シフト器及びセクタ３ １６０３の位相シフト器は、図１６に示すとおりである。
通信装置kがサブキャリア指標セットA(k)と割り当てられると仮定すると、通信装置kに対する循環遅延はTkである。周波数領域実装において、第２アンテナを介して通信装置kに伝送されるべき信号の周波数は、以下の位相シフト器を用いて変調される。
Figure 2009515455
このように生成されたスクランブル符号は、図１３に示す周波数領域実装とともに用いられてよい。
次に、チャンネル推定の手順について説明する。以下の記載において、次の表記を用いる。
h1 = [h1(0), h1(1), …, h1(L)]は、現在のセクタアンテナからモバイルユーザへの時間領域チャンネルである。
H1 = [H1(0), H1(1), …, H1(L)]は、現在のセクタアンテナからモバイルユーザへの周波数領域チャンネルである。
h2 = [h2(0), h2(1), …, h2(L)]は、干渉セクタアンテナからモバイルユーザへの時間領域チャンネルである。
H2 = [H2(0), H2(1), …, H2(L)]は、干渉セクタアンテナからモバイルユーザへの周波数領域チャンネルである。
s = [s(0), s(1), …, s(L)]は、３つのセクタ全てに共通の周波数領域共通パイロットシークエンスである。
d1= [d1(0), d1(1), …, d1(L)]は、モバイルユーザの周波数領域データ信号である。
φは、２つのセクタにおけるスクランブル符号間の位相差である。
Tdは、位相差φ=2πTd/Nに起因する２つのセクタ間の循環遅延である。
チャンネル推定の手順は、通信装置の位置、並びに通信装置が動作中のモードに応じて、３つのクラスに分類されてよい。即ち、
ａ）セクタ端に位置しない通信装置、
ｂ）ダイバーシティモードで動作中のセクタ端に位置する通信装置、及び
ｃ）通常モードで動作中のセクタ端に位置する通信装置、である。
セクタ端に位置しない通信装置に関しては、その他のセクタから干渉する通信装置が存在しないので、チャンネル推定は通常通り実行されてよい。
ダイバーシティモードで動作中のセクタ端に位置する通信装置に関しては、二つの隣接するセクタが、同時に同一のデータ及びパイロットシークエンスを、位相差exp(-jnφ)で通信装置に伝送している。但し、nはサブキャリア指標である。サブキャリアk上で受信されたパイロット信号は、以下のように記述されてよい。
r(k)=H1(k)s(k)+ H2(k) exp(-jkφ)s(k)+n(k)=[ H1(k)+ H2(k) exp(-jkφ)]s(k)+n(k)
従って、有効チャンネルHe(k)= H1(k)+ H2(k) exp(-jkφ)は、通常のチャンネル推定アルゴリズムを用いて推定されてよい。同一データが二本のセクタアンテナから同様な方法でパイロットシークエンスとして伝送されるので、受信データは、Td>L+1の場合に効果的に2(L+1)のタップを備える同一の有効チャンネルHeに従う。従って、ダイバーシティモードで動作中のセクタ端に位置する通信装置における周波数ダイバーシティは増加され、より良好な性能が実現される。
また、パイロットシークエンス及びデータは、同一の有効チャンネルに従うので、ダイバーシティ伝送モードはユーザには見えない。
通常モードで動作中のセクタ端に位置する通信装置に関しては、通信装置は同時に二本のセクタアンテナから信号を受信する。しかしながら、一本のセクタアンテナに関連するだけである。パイロットチャンネルにおいて受信した信号は、ダイバーシティモードで動作中のセクタ端に位置する通信装置と同じである。即ち、
r(k)=H1(k)s(k)+ H2(k) exp(-jkφ)s(k)+n(k)=[ H1(k)+ H2(k) exp(-jkφ)]s(k)+n(k)
通常のチャンネル推定アルゴリズムを用いると、推定チャンネルは有効チャンネルHe(k)= H1(k)+ H2(k) exp(-jkφ)である。等価な時間領域チャンネルは、he(t)= h1(t)+ h2(t) (t-Td)で与えられる。ここで、送信アンテナ１h1(t)１７０１に対応するチャンネル応答と、送信アンテナ２h2(t-Td)１７０３に対応するチャンネル応答は、図１７に示すとおりである。he(t)、h1(t)、及びh2(t)の関係は図６に示すとおりである。
しかしながら、通信装置は通常モードで動作中であるので、所望のデータ信号は一本のセクタアンテナからのみ伝送される。この場合に受信したデータ信号は、以下のように表すことができる。
r(k)=H1(k)d1(k)+ H2(k) exp(-jkφ)I(k)+n(k)
但し、l(k)は、隣接セクタにおけるその他のユーザからの干渉データ信号である。通常モードで動作中の通信装置に関して、所望のデータを回復させるためには、HeよりもH1、或いは同等にheよりもh1の推定値が必要とされる。
適切な信号処理技術を用いて、heからh1を、或いはHeからH1を取得してもよい。例えば、一つの方法は、次式で定義されるスクエア窓関数w(t)１７０５でheを乗算することである。
Figure 2009515455
ここで、h1(t)=he(t)w(t)であり、スクエア窓関数w(t)１７０５は図１７に示すとおりである。
実際には、チャンネル推定は通常周波数領域で実行される。この場合、時間領域ウインドウ動作は、シンク関数であるw(t)のフーリエ変換fを用いたHe(t)の循環畳み込みを行うことにより、周波数領域において同等に実行されてよい。即ち、
Figure 2009515455
この動作は、ロバストＭＭＳＥチャンネル推定に類似していることが分かる。
本説明において、循環遅延伝送を例示するために二本の送信アンテナを用い、プリアンブルシークエンス及びパイロットシークエンスの設計を例示するために三つのセクタを用いた。これに応じて、ここに記述されたスキームは、アンテナが二本よりも多い場合やセクタが３つよりも多い場合についても適用されてよい。
例えば、各セクタが複数のアンテナを有する場合、更なるアンテナを用いて、時空処理技術等のその他の信号処理技術を行ってもよい。通信装置が複数のアンテナを有する場合も、伝送データ速度を高めるために、空間多重化等のその他の信号処理技術を適用してもよい。
本発明の実施例に係るセルラ通信システムを示す図である。 本発明の実施例に係るセルラ通信システムにおけるセルのセクタ化を示す説明図である。 本発明の実施例に係るセルラ通信システムにおけるセクタ化セル内でのインターセクタ干渉を示す説明図である。 本発明の実施例に係る送信器を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る二本の送信アンテナを備えたセルラ通信システムに対する送信モデルを示す図である。 本発明の実施例に係る受信アンテナによって観察される周波数応答の複合モデルの相当物を示す図である。 本発明の実施例に係る、複数の通信装置に送信する送信器を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る、複数の通信装置に異なる循環シフトで送信する送信器を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る、周波数領域実装を利用して実施される送信器を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る、循環遅延データ伝送、プリアンブル、及びパイロットを備えた送信器を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る、循環遅延データ伝送、プリアンブル、及びパイロットを備えた送信器を示す他のブロック図である。 本発明の実施例に係る、周波数領域実装を利用して実施される、循環遅延データ伝送、プリアンブル、及びパイロットを備えた送信器を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る、周波数領域実装を利用して実施される、循環遅延データ伝送、プリアンブル、及びパイロットを備えた送信器を示す他のブロック図である。 本発明の実施例に係る、同一セルの３つのセクタに対して設計されたプリアンブルシークエンスとパイロットシークエンスを示す説明図である。 本発明の実施例に係る、同一セルの３つのセクタに対して設計された散在するパイロットシークエンスを示す説明図である。 本発明の実施例に係る、同一セルの各セクタに対するスクランブル符号の生成を示す図である。 本発明の実施例に係る、チャンネル推定を示す説明図である。
符号の説明
３０１、３０３ セクタ
３０５、３０７、３０９ 通信装置
４０１ 順方向誤り訂正（ＦＥＣ）エンコーダ
４０３ インターリーバ
４０５ シンボルマップ器
４０７ 直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器

Claims (21)

  1. セルラ通信システムにおいて通信装置に信号を伝送する方法であって、
    前記セルラ通信システムの第１セクタに供給された第１アンテナを用いて信号を伝送する工程と、
    前記セルラ通信システムの第２セクタに供給された第２アンテナを用いて他の信号を伝送する工程であって、前記第１セクタは少なくとも部分的に前記第２セクタと重なっている工程と、
    を備え、
    前記第２アンテナによって伝送された信号は、前記第１アンテナによって伝送された信号の循環遅延版であることを特徴とする方法。
  2. 前記第１アンテナによって伝送された信号は、前記第１アンテナによって伝送された信号の循環遅延版を取得するために循環シフトされ、前記第２アンテナ上で伝送されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記第２アンテナによって伝送された信号は、前記第１アンテナによって伝送された信号の循環遅延版を取得するために位相シフトされ、前記第２アンテナ上で伝送されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. プリアンブル及び／又はパイロットシークエンスを、前記第２アンテナによって伝送された信号に挿入する工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. スクランブル符号を前記第２アンテナによって伝送された信号に付加する工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. チャンネル推定を実行する工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 前記通信装置は無線通信装置であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 前記通信装置は移動無線通信装置であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 前記通信装置は移動無線基地局であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  10. 前記通信装置は端末通信装置であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. 前記通信装置は加入者宅内機器装置であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  12. 多重アクセス伝送技術を用いる工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  13. 前記多重アクセス伝送技術は、
    時分割多重アクセスと、
    周波数分割多重アクセスと、
    符号分割多重アクセスと、
    直交周波数分割多重アクセスと、
    からなる多重アクセス伝送技術の一群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. セルラ通信システムにおいて通信装置に信号を伝送するシステムであって、
    複数のアンテナと、
    信号伝送手段と、
    を備え、当該信号伝送手段は、
    前記セルラ通信システムの第１セクタに供給された第１アンテナを用いて伝送する信号を生成する第１信号生成器と、
    前記セルラ通信システムの第２セクタに供給された第２アンテナを用いて伝送する他の信号を生成する第２信号生成器であって、前記第１セクタは少なくとも部分的に前記第２セクタと重なっている第２信号生成器と、
    を備え、
    前記第２アンテナによって伝送された信号は、前記第１アンテナによって伝送された信号の循環遅延版であることを特徴とするシステム。
  15. 前記信号伝送手段は、
    直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器と、
    循環遅延ユニットと、
    を備え、
    前記循環遅延ユニットを用いて、前記第２アンテナ上の伝送に対して前記第１アンテナによって伝送された信号の循環遅延版を生成することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記循環遅延ユニットは循環遅延手段であることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
  17. 前記循環シフト手段は、前記第２アンテナ上で伝送されるべき信号が、前記直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器で処理された後に前記循環シフト手段で処理されるように配置されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記循環遅延ユニットは、位相シフト手段であることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
  19. 前記位相シフト手段は、前記第２アンテナ上で伝送されるべき信号が、前記位相シフト手段で処理された後に前記直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調器で処理されるように配置されることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
  20. 前記信号伝送手段は、
    パイロットシークエンス生成器と、
    プリアンブル生成器と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
  21. 前記信号伝送手段は、
    スクランブル符号生成器を更に備えることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
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