JP2010011496A - 通信方法および無線送信機 - Google Patents

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Abstract

【課題】送受信できる帯域幅が限られた通信相手に対しても、直流成分におけるオフセットの影響を与えずに無線送信を行なう。
【解決手段】ＯＦＤＭ信号を使用して複数の異なる端末が同一時間に通信を行なうＯＦＤＭＡ通信システムに適用される無線送信機であって、サブキャリア毎に送信電力を割り当てると共に、前記割り当てる送信電力のうち、最低の電力を割り当てるサブキャリアを選定し、通信スロット単位で送信データを変調して変調データを出力するマッピング部４と、前記各サブキャリアを用いて前記変調データを含む無線信号の送信を行なう送信部８、９、１０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信スロットを用いてマルチキャリア伝送方式で無線送信を行なう通信方法に関する。
近年、１０Ｍｂｐｓから１００Ｍｂｐｓの伝送レートをターゲットにしたブロードバンドワイアレスインターネットアクセスを実現するための標準化が進められており、様々な技術が提案されている。高速な伝送レートの無線通信を実現するために必要となる要件は、周波数利用効率を高めることである。伝送レートと使用する帯域幅とは比例関係にあるので、伝送レートを上げるには、利用する周波数帯域幅を広げることが単純な解決策である。しかしながら利用できる周波数帯域は逼迫しており、新たな無線通信システムが構築される上で十分な帯域幅が割り当てられることは考えにくい。従って、周波数利用効率を高めることが必要となる。また、別の要求としては、携帯電話のようなセルで構成される通信エリアにおけるサービスを実現しつつ、無線ＬＡＮのようなプライベートエリア（孤立セル）でのサービスもシームレスに提供することである。
これらの要求を満たす可能性を持った技術に１セル繰り返しＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）という技術がある。これは、セルで構成される通信エリアおいて、すべてのセルにおいて同じ周波数帯を用いて通信を行ない、通信する際の変調方式がＯＦＤＭである。もちろん、孤立セルでは、セルエリアと共通の無線インターフェースを持ちながら、より高速なデータ通信が実現できる通信方式である。
以下、ＯＦＤＭＡの要素技術であるＯＦＤＭについて説明する。ＯＦＤＭは、５ＧＨｚ帯の無線システムであるＩＥＥＥ８０２．１１ａや、地上ディジタル放送で用いられている方式である。ＯＦＤＭは数十から数千のキャリアを、理論上干渉の起こらない最小となる周波数間隔に並べ同時に通信する方式である。通常、ＯＦＤＭにおいて、このキャリアをサブキャリアと呼び、各サブキャリアがＰＳＫ（位相変調）、ＱＡＭ（振幅変調）等のディジタル方式で変調されて通信が行なわれる。さらに、ＯＦＤＭは、誤り訂正方式と組み合わせることにより、周波数選択性フェージングに強い変調方式と言われている。
変復調の回路構成について、図を用いて説明する。ここで、ＯＦＤＭに使用されるサブキャリア数は７６８波として説明を具体化している。
図６は、ＯＦＤＭの変調回路の概略構成を示すブロック図である。図６に示す変調回路は、誤り訂正符号部５０１、シリアル／パラレル変換部（Ｓ／Ｐ変換部）５０２、マッピング部５０３、ＩＦＦＴ部５０４、パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ変換部）５０５、ガードインターバル挿入部５０６、ディジタル／アナログ変換部（Ｄ／Ａ変換部）５０７、無線送信部５０８、アンテナ５０９から構成されている。送信される情報データは、誤り訂正符号部５０１において、誤り訂正符号化が施される。各キャリアの変調方式がＱＰＳＫ（４相位相変調）の場合、１ＯＦＤＭシンボルを生成するために、２ｘ７６８＝１５３６ビットが誤り訂正符号化回路から出力される。その後、Ｓ／Ｐ変換部５０２において、２ビットずつ、７６８系統のデータとしてマッピング部５０３に入力され、マッピング部５０３において各キャリアに変調が施される。その後、ＩＦＦＴ部５０４においてＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：逆高速フーリエ変換）が施される。７６８波のＯＦＤＭ信号を生成する場合、通常使用されるＩＦＦＴのポイント数は１０２４である。
ＩＦＦＴ部５０４では、マッピング部でｆ（ｎ）（ただしｎ＝０〜１０２３の整数）にデータが割り振られ、ｔ（ｎ）というデータが出力されることになる。１０２４ポイントのＩＦＦＴ入力に対して、本例では７６８しかデータが入力されないので、その他のデータについては、０（実部、虚部とも）が入力される。通常ｆ（０）、ｆ（３８５）〜ｆ（６３９）が、０入力に相当する。その後、Ｐ／Ｓ変換部５０５において、シリアルデータに変換された後、ガードインターバル挿入部５０６において、ガードインターバルが挿入される。ガードインターバルはＯＦＤＭ信号を受信する際、シンボル間干渉を低減させるために挿入される。ガードインターバルを使用しない場合、ＩＦＦＴ出力のｔ（ｎ）をｔ（０）、ｔ（１）、…、ｔ（１０２３）の順番で出力され、これらがＯＦＤＭのシンボルを形成する。ガードインターバルを使用する場合は、ＩＦＦＴの出力の後半部を、ガードインターバル長に応じて、出力することになる。ガードインターバル長が通常のＯＦＤＭシンボルの１／８とした場合、ｔ（８９６）、ｔ（８９７）、…、ｔ（１０２３）、ｔ（０）、ｔ（１）、…、ｔ（１０２３）の順番で出力されることになる。その後、データはＤ／Ａ変換部５０７でアナログ信号に変換された後、無線送信部５０８において、送信するべき周波数に変換された後、アンテナ５０９よりデータが送信される。
図７に、Ｄ／Ａ変換後のＯＦＤＭ信号の、スペクトルの模式図とＤ／Ａ変換後の時間波形の模式図、および、スペクトルを送信帯域に周波数変換したものを示す。図中のｆ（ｎ）とｔ（ｎ）は各々、先の説明で示したものと同じである。
通常ＯＦＤＭ信号を送受信する場合、ベースバンド処理において、全帯域の中心をＤＣとして扱うと、最もＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器のサンプリング周波数が小さくてすみ、効率的であることは知られている。しかし、ＯＦＤＭの場合、先にも示したようにＤＣ成分、即ち、ｆ（０）に相当するキャリアにはデータを割り当てないのが通常である。このため図７においても、ＤＣ成分の電力は０として、描かれている。ＤＣ成分に変調を行なうことは、理論上はもちろん可能であるが、ＤＣ成分は送受信機におけるノイズ（回路のＤＣ成分におけるオフセットの影響）を受けやすいため、特性が他のサブキャリアと比べて劣化が激しい。このためＤＣ成分のサブキャリアには変調を施さないシステムが殆どである。
例えば、特開平１０−２７６１６５や特開平１１−１５４９２５にこのＤＣオフセットの影響について、および、ＤＣオフセットの除去方法が記載されている。
図８は、ＯＦＤＭの復調回路の概略構成を示すブロック図である。基本的に受信部では送信部と逆の操作が行なわれる。図８に示す復調回路は、誤り訂正復号部７０１、パラレル／シリアル変換部（Ｓ／Ｐ変換部）７０２、伝搬路推定デマッピング部７０３、ＦＦＴ部７０４、シリアル／パラレル（Ｐ／Ｓ変換部）７０５、ガードインターバル（ＧＩ）除去部７０６、ＯＦＤＭシンボル同期部７０７、アナログ／ディジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）７０８、無線受信部７０９、アンテナ７１０から構成されている。アンテナ部７１０で受信された電波は、無線受信部７０９でＡ／Ｄ変換が可能な周波数帯域まで周波数が変換される。
Ａ／Ｄ変換部７０８でディジタル信号に変換されたデータは、ＯＦＤＭシンボル同期部７０７において、ＯＦＤＭのシンボル同期が取られる。シンボル同期とは連続してくるデータからＯＦＤＭシンボルの境界を判定することである。シンボル同期が取られたデータをｔ’（ｎ）であらわす。通信にマルチパスやノイズが全くない場合はｔ’（ｎ）＝ｔ（ｎ）となる。ガードインターバル除去部７０６においてガードインターバルが除去される。従ってガードインターバル除去後はｔ’（ｍ）（ただしｍ＝０〜１０２３の整数）が抽出されていることになる。その後、Ｓ／Ｐ変換部７０５において、１０２４のデータにパラレル変換される。その後ＦＦＴ部７０４において、１０２４ポイントのＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）が行なわれ、ｆ’（ｍ）が伝搬路推定デマッピング部７０３に出力される。ただし、送信時にｍ＝０およびｍ＝３８５〜６３９には変調が施されていないため、それらに対応するｆ’（ｍ）はデマッピング部には入力されない。伝搬路推定デマッピング部７０３において、７６８波の伝搬路推定を含めたサブキャリアの復調が行なわれる。データがＰ／Ｓ変換部７０２においてシリアル化され、誤り訂正復号部７０１において、誤り訂正が行なわれ、送信データが復調される。
次に、ＯＦＤＭＡについて上述のＯＦＤＭに基づいて説明する。ＯＦＤＭＡとは、周波数軸、時間軸で２次元のチャネルを形成し、フレーム中に通信するためのスロットを２次元に配置し、移動局が基地局に対してそのスロットを利用してアクセスする方式である。図９は、ＯＦＤＭＡの２次元のフレーム構成を示す図である。本図において縦軸が周波数、横軸が時間である。四角の１つがデータ伝送に用いるスロットであり、斜線の入った四角が、基地局が全移動局に対して報知情報を送信する制御スロットである。この図の場合、１フレーム中には、時間方向に９スロット、周波数方向に１２スロットあることを意味しており、計１０８スロット（内１２スロットは制御スロット）が存在していることを意味している。形式上、スロットを（Ｔａ、Ｆｂ）で表し、時間軸方向のスロットＴａ（ａは１から９の自然数）、周波数軸方向のスロットをＦｂ（ｂは１から１２の自然数）としている。例えば図９における網掛けのスロットは（Ｔ４、Ｆ７）となる。
なお、明細書では、周波数方向に構成される１２スロットを時間チャネルと呼び、時間方向に構成される９スロットを周波数チャネルまたはサブチャネルと呼称する。
周波数チャネルに対しては、ＯＦＤＭのサブキャリアを分割して割り振ることになる。ＯＦＤＭのサブキャリアを７６８と仮定しているため、１２スロットに等分割すると、１チャネルあたり、６４のサブキャリアが割り振られることになる。ここでは、実際に通信する帯域でのスペクトルの小さいほうから便宜上サブキャリアを割り当てることとし、Ｆ１にサブキャリアｆ６４０〜ｆ７０３、Ｆ２にサブキャリアｆ７０４〜ｆ７６７、…、Ｆ６にサブキャリアｆ９６０〜ｆ１０２３、Ｆ７にサブキャリアｆ１〜ｆ６４、Ｆ８にサブキャリアｆ６５〜ｆ１２８、…、Ｆ１２にサブキャリアｆ３２１〜ｆ３８４が割り振られることとする。
基地局（ＡＰ）から移動局（ＭＴ）に対する通信を考える。ＡＰがＭＴにデータを１５スロット割り当てる場合、いろいろな場合が考えられるが、図９の縦線で示されるスロットにデータを割り当てるとする。即ち（Ｔ２〜Ｔ４、Ｆ１）、（Ｔ５〜Ｔ８、Ｆ４）、（Ｔ２〜Ｔ９、Ｆ１１）にＭＴが受信すべきデータを割り当てることになる。また、ＡＰがＭＴにデータを割り当てたことを示すため、使用する周波数の制御スロットに割り当てたことを示すデータを埋め込む必要がある。この例の場合（Ｔ１、Ｆ１）、（Ｔ１、Ｆ４）、（Ｔ１、Ｆ１１）がこの制御スロットに相当する。
ＯＦＤＭＡ方式は、上述したことを基本に、複数の移動局が周波数と時間を変えて基地局とデータの送受信するシステムである。図９においては便宜上、スロットとスロットの間に隙間があるように表現したが、隙間の有無については大きな意味はない。
図１０は、ＯＦＤＭＡに用いる無線送信機の概略構成を示すブロック図であり、図１１は、ＯＦＤＭＡに用いる受信回路の概略構成を示すブロック図である。図１０に示す送信回路は、データマルチプレックス部９０１を有しており、誤り訂正符号部９０２と、Ｓ／Ｐ変換部９０３と、マッピング部９０４とは、チャネル数分（１〜１２）に分割されている。ＩＦＦＴ部９０５、Ｐ／Ｓ変換部９０６、ＧＩ挿入部９０７、Ｄ／Ａ変換部９０８、無線送信部９０９、そしてアンテナ９１０は、それぞれ、図６に示したＩＦＦＴ部５０４、パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ変換部）５０５、ガードインターバル挿入部５０６、ディジタル／アナログ変換部（Ｄ／Ａ変換部）５０７、無線送信部５０８、アンテナ５０９と同様の機能を果たす。
図１０において、データマルチプレックス部９０１は、情報データを送信するパケット単位で１２の系列に分離する。即ちこのマルチプレクサ９０１において、ここには図示にないＣＰＵ等のモジュールにより指定されるＯＦＤＭＡのスロットを物理的に指定していることになる。その後、チャネル数分の誤り訂正符号部９０２で誤り訂正符号を施し、チャネル数分のＳ／Ｐ変換部９０３で６４系統に分離され、チャネル数分のマッピング部９０４で各キャリアに変調が施され、ＩＦＦＴ部９０５にてＩＦＦＴ処理が行われる。その後の操作は図６で説明した操作と同じである。
図１１に示す受信回路は、データデマルチプレックス部１０１を有しており、誤り訂正復号部１０２、パラレル／シリアル変換部（Ｐ／Ｓ変換部）１０３、伝搬路推定デマッピング部１０４がそれぞれチャネル数分（１〜１２）に分割されている。ＦＦＴ部１０６、ＧＩ除去部１０７、同期部１０８、Ａ／Ｄ変換部１０９、無線受信部１１０、そしてアンテナ部１１１は、それぞれ、図８に示すＦＦＴ部７０４、シリアル／パラレル（Ｐ／Ｓ変換部）７０５、ガードインターバル（ＧＩ）除去部７０６、ＯＦＤＭシンボル同期部７０７、アナログ／ディジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）７０８、無線受信部７０９、アンテナ７１０と同様の機能を果たす。図８に示した受信回路と同様に、受信された電波はＦＦＴ処理されて、１２系統データ毎に伝搬路推定、デマッピング、誤り復号処理が行われ、データデマルチプレックス部１０１に入力される。データデマルチプレックス部１０１において、情報データに処理され、出力される。
なお、ここで示した変復調処理はあくまでも一例である。特に、ブロック数等、チャネル数分、即ち１２個ずつ示しているが、これに限るものではない。また、特開平１１−３４６２０３には、ＯＦＤＭＡ伝送装置について、その基本構成が記載されている。
特開平１０−２７６１６５号公報 特開平１１−１５４９２５号公報 特開平１１−３４６２０３号公報
ＯＦＤＭＡにより通信を行なう場合、移動局は様々な能力を持つ端末が接続されると考えられる。その一つが低消費電力対応の端末である。このような端末は、多少の送受信の能力は犠牲にしても、消費電力を削減し、より携帯に適するように構成される。ＯＦＤＭＡの端末の低消費電力化として考えられる方法は、送受信できる帯域幅を狭め、アクセスできる周波数チャネルを限定する方法が考えられる。アクセスできる周波数チャネルを限定することは、伝送レートが下がり、また、伝搬路状態が良いチャネルを選択できないといったデメリットがある反面、処理速度、例えばＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数やロジックの処理速度が軽減できるメリットがあり、その結果、低消費電力化を図ることが可能となる。
上述したように、従来のＯＦＤＭＡの送受信装置は、受信端末がすべての帯域を受信し処理することを前提としている。従って、送信装置においては全帯域の中心となるＤＣ成分（ｆ（０））のサブキャリアを使用しない方式を採っている。この状態で、１つの帯域しか受信できない端末がアクセスした場合を検討する。このような端末は、アナログフィルタ等で、受信したい帯域をフィルタリングする。例えば、図９におけるＦ２（サブキャリア番号としてはｆ（６５）からｆ（１２８））のスロットのみを受信する場合、Ｆ２をフィルタリングにより抜き出し、この帯域の中心であるｆ（９６）あるいはｆ（９７）を中心周波数として扱うことになる。なお、ここで示したｆ（９６）およびｆ（９７）の選択については、特に意味はない。
送信装置においては、従来それらのサブキャリアにも他のサブキャリアと同様に変調を加えているので、特性が悪いにも関わらす、受信端末はそのサブキャリアを復調しなくてはならない。従って、特性の劣化がおこり、受信スロットに誤りが発生し、再送が起こるなどシステム全体のスループットの低下につながるといった問題があった。このような問題は、上記のように、１つの帯域しか受信できない端末のみならず、更に２つの帯域しか受信できない端末等、様々な端末に関わる問題である。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、送受信できる帯域幅が限られた通信相手に対しても、直流成分におけるオフセットの影響を与えずに無線送信を行なうことができる無線送信機を提供することを目的とする。
（１）上記の目的を達成するため、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明に係る通信方法は、ＯＦＤＭ信号を使用して複数の異なる端末が同一の時間に通信を行なう通信方法において、送信端末は、アクセス単位の周波数帯域である通信スロット内で、送信端末および受信端末相互間で既知の特定のサブキャリアに対して、最小の送信電力を割り当てて送信し、受信端末は、受信信号に対し前記特定のサブキャリアの周波数が直流電位に相当するとして周波数変換を行ない、アナログ／ディジタル変換器によりディジタル信号に変換し、データを復調することを特徴としている。
このように、アクセス単位の周波数帯域である通信スロット内で、送信端末および受信端末相互間で既知の特定のサブキャリアに対して、最小の送信電力を割り当てて送信するので、通信相手がどのような帯域幅を使用していても直流成分によるオフセットの影響を生じさせること無く無線送信を行なうことができる。これにより、低消費電力化を図るために、使用する帯域幅が限定された端末と通信を行なった場合でも、送受信処理において、直流成分の影響を受けることが無くなるので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
（２）また、本発明に係る通信方法は、ＯＦＤＭ信号を使用して複数の異なる端末が同一の時間に通信を行なう通信方法において、受信端末は、受信した信号を周波数変換し、アナログ／ディジタル変換器へ入力する際、直流電位に相当するサブキャリアの周波数がデータ通信に使用できるかどうかに関する情報を、送信端末に通知し、前記送信端末は、前記通知された情報が直流電位に相当するサブキャリアの周波数がデータ通信に使用できないことを示す場合に、前記サブキャリアに対して最小の送信電力を割り当てて送信することを特徴としている。
このように、送信端末は、受信端末から通知された情報が直流電位に相当するサブキャリアの周波数がデータ通信に使用できないことを示す場合に、そのサブキャリアに対して最小の送信電力を割り当てて送信するので、受信端末において直流成分によるオフセットの影響を生じさせること無く無線送信を行なうことができる。これにより、低消費電力化を図るために、使用する帯域幅が限定された端末と通信を行なった場合でも、送受信処理において、直流成分の影響を受けることが無くなるので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
（３）また、本発明に係る通信方法は、ＯＦＤＭ信号を使用して複数の異なる端末が同一の時間に通信を行なう通信方法において、受信端末は、受信した信号を周波数変換し、アナログ／ディジタル変換器へ入力する際、直流電位に相当するサブキャリアの周波数に関する情報を、送信端末に通知し、前記送信端末は、前記通知された周波数のサブキャリアに対し、前記周波数帯域のサブキャリアに対して最小の送信電力を割り当てて送信することを特徴としている。
このように、送信端末は、受信端末から通知された周波数のサブキャリアに対して最小の送信電力を割り当てて送信するので、受信端末において直流成分によるオフセットの影響を生じさせること無く無線送信を行なうことができる。これにより、低消費電力化を図るために、使用する帯域幅が限定された端末と通信を行なった場合でも、送受信処理において、直流成分の影響を受けることが無くなるので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
（４）また、本発明に係る通信方法において、前記最小の送信電力は、０であることを特徴としている。
このように、最小の送信電力は、０であるので、直流成分によるオフセットの影響を生じさせること無く無線送信を行なうことができる。これにより、低消費電力化を図るために、使用する帯域幅が限定された端末と通信を行なった場合でも、送受信処理において、直流成分の影響を受けることが無くなるので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
（５）また、本発明に係る通信方法において、前記送信端末および受信端末相互間で既知の特定のサブキャリアは、前記通信スロットの中心周波数であることを特徴としている。
このように、既知の特定のサブキャリアは、通信スロットの中心周波数であるので、受信端末が通信スロットの中心周波数を受信処理における直流成分に割り当てることによって、直流成分によるオフセットの影響を回避することが可能となる。これにより、低消費電力化を図るために、使用する帯域幅が限定された端末と通信を行なった場合でも、送受信処理において、直流成分の影響を受けることが無くなるので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
（６）また、本発明の通信方法において、前記送信端末および受信端末相互間で既知の特定のサブキャリアは、前記通信スロットの最大周波数または最小周波数のいずれか一方であることを特徴としている。
このように、既知の特定のサブキャリアは、通信スロットの最大周波数または最小周波数のいずれか一方であるので、受信端末が使用する帯域幅において、直流成分となり得るサブキャリア、または中心周波数に該当するサブキャリアを容易に特定することが可能となる。すなわち、通信スロット内に偶数のサブキャリアが含まれている場合は、最大周波数または最小周波数に該当するサブキャリアを除外する（変調データの割り当てを行なわない）ことによって、サブキャリア数を奇数とし、中心周波数に該当するサブキャリアを特定することができる。また、最大周波数または最小周波数に該当するサブキャリアを除外する（変調データの割り当てを行なわない）ことによって、複数の周波数チャネルを使用する場合でも、直流成分となるサブキャリアまたは中心周波数に該当するサブキャリアには変調データの割り当てが行なわないようにすることができるので、通信相手がどのような帯域幅を使用していても直流成分によるオフセットの影響を生じさせること無く無線送信を行なうことができる。これにより、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
（７）また、本発明に係る通信方法において、前記送信端末は、最小の送信電力を割り当てるサブキャリアに対しては情報データの割り当てを行なわないことを特徴としている。
このように、最小の送信電力を割り当てるサブキャリアに対しては情報データの割り当てを行なわないので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
（８）また、本発明に係る無線送信機は、ＯＦＤＭ信号を使用して複数の異なる端末が同一時間に通信を行なうＯＦＤＭＡ通信システムに適用される無線送信機であって、サブキャリア毎に送信電力を割り当てると共に、前記割り当てる送信電力のうち、最低の電力を割り当てるサブキャリアを選定し、通信スロット単位で送信データを変調して変調データを出力するマッピング部と、前記各サブキャリアを用いて前記変調データを含む無線信号の送信を行なう送信部と、を備えることを特徴としている。
このように、割り当てる送信電力のうち、最低の電力を割り当てるサブキャリアを選定するので、送信端末および受信端末間で既知の特定のサブキャリアを選定したり、データ通信には使用することができないサブキャリアを選定したり、受信端末から通知されたサブキャリアを選定することが可能となる。その結果、通信相手がどのような帯域幅を使用していても直流成分によるオフセットの影響を生じさせること無く無線送信を行なうことができる。これにより、低消費電力化を図るために、使用する帯域幅が限定された端末と通信を行なった場合でも、送受信処理において、直流成分の影響を受けることが無くなるので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
（９）また、本発明に係る無線送信機は、前記マッピング部は、前記選定したサブキャリアに対し、送信電力として０を割り当てることを特徴としている。
このように、選定したサブキャリアに対し、送信電力として０を割り当てるので、直流成分によるオフセットの影響を生じさせること無く無線送信を行なうことができる。これにより、低消費電力化を図るために、使用する帯域幅が限定された端末と通信を行なった場合でも、送受信処理において、直流成分の影響を受けることが無くなるので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
（１０）また、本発明に係る無線送信機において、前記マッピング部は、通信スロットの中心に相当するサブキャリアを選定することを特徴としている。
このように、通信スロットの中心に相当するサブキャリアを選定するので、受信端末が通信スロットの中心周波数を受信処理における直流成分に割り当てることによって、直流成分によるオフセットの影響を回避することが可能となる。これにより、低消費電力化を図るために、使用する帯域幅が限定された端末と通信を行なった場合でも、送受信処理において、直流成分の影響を受けることが無くなるので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
（１１）また、本発明に係る無線送信機において、前記マッピング部は、通信スロットの最大周波数または最小周波数に該当するサブキャリアを選定することを特徴としている。
このように、通信スロットの最大周波数または最小周波数に該当するサブキャリアを選定するので、受信端末が使用する帯域幅において、直流成分となり得るサブキャリア、または中心周波数に該当するサブキャリアを容易に特定することが可能となる。すなわち、通信スロット内に偶数のサブキャリアが含まれている場合は、最大周波数または最小周波数に該当するサブキャリアを除外する（変調データの割り当てを行なわない）ことによって、サブキャリア数を奇数とし、中心周波数に該当するサブキャリアを特定することができる。また、最大周波数または最小周波数に該当するサブキャリアを除外する（変調データの割り当てを行なわない）ことによって、複数の周波数チャネルを使用する場合でも、直流成分となるサブキャリアまたは中心周波数に該当するサブキャリアには変調データの割り当てが行なわないようにすることができるので、通信相手がどのような帯域幅を使用していても直流成分によるオフセットの影響を生じさせること無く無線送信を行なうことができる。これにより、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
（１２）また、本発明に係る無線送信機において、前記マッピング部は、通信相手から通知されたサブキャリア使用可否情報が、直流電位に相当するサブキャリアの周波数がデータ通信に使用できないことを示す場合に限り、その周波数を選定することを特徴としている。
このように、通信相手から通知されたサブキャリア使用可否情報が、直流電位に相当するサブキャリアの周波数がデータ通信に使用できないことを示す場合に限り、そのサブキャリアを選定するので、通信相手において直流成分によるオフセットの影響を生じさせること無く無線送信を行なうことができる。これにより、低消費電力化を図るために、使用する帯域幅が限定された端末と通信を行なった場合でも、送受信処理において、直流成分の影響を受けることが無くなるので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
（１３）また、本発明に係る無線送信機において、前記マッピング部は、通信相手から通知された周波数を選定することを特徴としている。
このように、通信相手から通知された周波数のサブキャリアを選定するので、通信相手において直流成分によるオフセットの影響を生じさせること無く無線送信を行なうことができる。これにより、低消費電力化を図るために、使用する帯域幅が限定された端末と通信を行なった場合でも、送受信処理において、直流成分の影響を受けることが無くなるので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
（１４）また、本発明に係る無線送信機において、前記マッピング部は、通信スロットを使用して通信を行なう通信相手が変わる毎に、選定するサブキャリア周波数を更新することを特徴としている。
このように、通信を行なう通信相手が変わる毎に、選定するサブキャリア周波数を更新するので、通信相手に応じた処理を行なうことができる。これにより、通信相手がどのような帯域幅を使用していても直流成分によるオフセットの影響を生じさせること無く無線送信を行なうことができる。これにより、低消費電力化を図るために、使用する帯域幅が限定された端末と通信を行なった場合でも、送受信処理において、直流成分の影響を受けることが無くなるので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
本発明によれば、低消費電力化を図るために、使用する帯域幅が限定された端末と通信を行なった場合でも、送受信処理において、直流成分の影響を受けることが無くなるので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
第１の実施形態に係る送信回路の概略構成を示すブロック図である。 あるフレームでの通信スロットの割り当てを示した図である。 各時間スロットにおいて、使用しないサブキャリア番号を示す図である。 第２の実施形態に係る送信回路の概略構成を示すブロック図である。 不使用サブキャリア演算部１１の動作を示すフローチャートである。 従来のＯＦＤＭの変調回路の概略構成を示すブロック図である。 Ｄ／Ａ変換後のＯＦＤＭ信号の、スペクトルの模式図とＤ／Ａ変換後の時間波形の模式図、および、スペクトルを送信帯域に周波数変換したものを示す図である。 従来のＯＦＤＭの復調回路の概略構成を示すブロック図である。 従来のＯＦＤＭＡの２次元のフレーム構成を示す図である。 従来のＯＦＤＭＡに用いる送信回路の概略構成を示すブロック図である。 従来のＯＦＤＭＡに用いる受信回路の概略構成を示すブロック図である。
以下、本実施の形態に係る無線通信システムについて説明する。本実施の形態では、上述したＯＦＤＭＡによる通信方式を前提とする。
本実施の形態は、回路構成、および、制御方法の一例を示すものであり、その目的は、無線送信機において、送信回路におけるＤＣ成分のノイズの影響を受けないように、ＤＣに該当するサブキャリアには変調を施さないこと、また、受信回路においてＤＣに相当するサブキャリアについても同様に復調を施さないように制御することである。従って、実現にあたってはさまざまな方法が存在する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、無線送信機において、どのような帯域幅を処理できる端末が接続されても、その端末が中心周波数として選択したサブキャリアには変調データを与えない方式を示す。従来技術では、サブチャネルとサブキャリアの関係をＦ１にサブキャリアｆ（６４０）〜ｆ（７０３）、Ｆ２にサブキャリアｆ（７０４）〜ｆ（７６７）、…、Ｆ６にサブキャリアｆ（９６０）〜ｆ（１０２３）、Ｆ７にサブキャリアｆ（１）〜ｆ（６４）、Ｆ８にサブキャリアｆ（６５）〜ｆ（１２８）、…、Ｆ１２にサブキャリアｆ（３２１）〜ｆ（３８４）としたが、ここではサブキャリア番号が５１２を超えるサブキャリアについては１０２４を減算して表現する。従って、Ｆ１にサブキャリアｆ（−３８４）〜ｆ（−３２１）、Ｆ２にサブキャリアｆ（−３２０）〜ｆ（−２５７）、…、Ｆ６にサブキャリアｆ（−６４）〜ｆ（−１）、Ｆ７にサブキャリアｆ（１）〜ｆ（６４）、Ｆ８にサブキャリアｆ（６５）〜ｆ（１２８）、…、Ｆ１２にサブキャリアｆ（３２１）〜ｆ（３８４）に変えて表現するものとする。
図１は、第１の実施形態に係る送信回路の概略構成を示すブロック図である。図１に示す送信回路は、データマルチプレックス部１を有しており、誤り訂正符号部２と、Ｓ／Ｐ変換部３と、マッピング部とは、チャネル数分（１〜１２）に分割されている。ＩＦＦＴ部５、Ｐ／Ｓ変換部６、ＧＩ挿入部７、Ｄ／Ａ変換部８、無線送信部９、そしてアンテナ部１０は、それぞれ、図６に示したＩＦＦＴ部５０４、パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ変換部）５０５、ガードインターバル挿入部５０６、ディジタル／アナログ変換部（Ｄ／Ａ変換部）５０７、無線送信部５０８、アンテナ５０９と同様の機能を果たす。
マッピング部４は、サブキャリア毎に送信電力を割り当てると共に、割り当てる送信電力のうち、最低の電力（例えば、０）を割り当てるサブキャリアを選定する。そして、通信スロット単位で送信データを変調して変調データを出力する。このようなマッピング部４では、それぞれに対応するサブチャネル番号を追記し、ｆ（ｍ）の標記をｍ＝−５１２〜５１１に変更している。従来技術では、０、３８５〜５１１、および、−３８５から−５１２のサブキャリア番号に相当するサブキャリアに対しては変調を行なっていない。第１の実施形態では、それに加えて、３２×ｐ（ｐは−１２から１２までの整数）のサブキャリア番号に相当するサブキャリアに対しては変調を行なっていない。これをスロット割り当てから見ると、各サブチャネルの使用するサブキャリア数は６２になり、各サブチャネルの中心、およびサブチャネル間のサブキャリアが変調されていないことになる。
１つのサブチャネルしか受信できない端末は、１つのサブチャネルをフィルタリングし、受信処理を施すことになる。この場合、各サブチャネルの中心になるサブキャリアに変調が施されていないため、従来のＯＦＤＭ受信機と同様に中心を無視して、復調すれば、特性の劣化なく、データを復調することができる。同様に、この仮定では、ｘ個（ｘは１２以下の奇数）のサブチャネルにしかアクセスできない端末の中心周波数はサブチャネルの中心になり、そのサブキャリアは変調に使用されていないので、従来のＯＦＤＭ受信機と同様に中心を無視して復調すれば、特性の劣化なくデータを復調することができる。
ｙ個（ｙは１２以下の偶数）のサブチャネルにしかアクセスできない端末の中心は、サブチャネルの間になる。これもまた、変調には使用していないサブキャリアとしているので、従来のＯＦＤＭ受信機と同様に中心を無視して復調すれば、特性の劣化なくデータを復調することができる。
このように、第１の実施形態においては、さまざまな帯域に対応した受信機を特性の劣化なく、接続することが可能となる。
（第２の実施形態）
上記の第１の実施形態では、使用しないサブキャリアをあらかじめ選定し、様々な端末に対応する方法を示した。しかしながら、すべての帯域を送受信に使用できるような、能力の高い端末にとっては、従来の方法と比べて、伝送速度が下がる場合がある。従来方式であれば、７６８波をすべて使用可能であったことに対し、第１の実施形態では、使用できないサブキャリアを設定したため、使用可能なサブキャリアの数は７４４波となり、すべてのサブキャリアに同じ変調方式をかけたとすると、その速度は７４４／７６８に落ちることになる。
そこで、第２の実施形態では、適応的に使用しないサブキャリアを設定する方法について説明する。
図２は、あるフレームでの通信スロットの割り当てを示した図である。従来技術と同様に、斜線のスロットはすべての端末が受信する報知スロットであり、Ａ〜Ｆまでの端末がそれぞれ示されているスロットで通信を行なうことを意味している。以下の説明においては、中心のサブキャリア位置を求める際、処理がわかりやすくなるように使用するサブキャリア数を奇数としてから処理を行なっている。ただし、必然性があるわけではなく、偶数で処理する場合は、サブキャリアが存在しない周波数が中心となるため、そのどちらかを中心として扱うことを予め送受信装置間で決めておけば問題は生じない。
図２において、制御スロットはすべての端末が受信する必要があるので、第１の実施例と同様に、変調に用いないサブキャリアを配置する。具体的には、変調に用いないサブキャリア番号は０、３８５〜５１１、および、−３８５から−５１２と３２×ｐ（ｐは−１２から１２までの整数）である。
次に、Ａに着目すると、使用するスロットは（Ｔ２〜Ｔ６、Ｆ１２）の５スロットであり、周波数チャネルはＦ１２のみである。Ｆ１２は、ｆ（３２１）〜ｆ（３８４）であるが、最大番号のサブキャリアｆ（３８４）とそれを除くサブキャリアの中心に位置するサブキャリアｆ（３５２）を使用しないサブキャリアとする。
Ｂに着目すると（Ｔ２、Ｆ７〜Ｆ９）と（Ｔ５〜Ｔ６、Ｆ７〜Ｆ９）の９スロットである。Ｆ７からＦ９の場合、使用するサブキャリアはｆ（１）〜ｆ（１９２）であり、最大番号のｆ（１９２）とそれを除くサブキャリアの中心に位置するサブキャリアｆ（９６）を使用しないサブキャリアとする。
Ｃは、（Ｔ３、Ｆ１〜Ｆ１０）の１０スロットを使用する。使用するサブキャリアはｆ（−３８４）からｆ（２５６）である。アクセスするサブチャネルがｆ（０）を挟んでいる場合は、最大番号のサブキャリアを使用しないという処理は行わない。従って中心に位置するｆ（−６４）のみが、使用しないサブキャリアとなる。もちろんｆ（０）は使用しない。
Ｄは、（Ｔ２、Ｆ１〜Ｆ６）、（Ｔ４〜Ｔ５、Ｆ１〜Ｆ６）の１８スロットを使用する。使用するサブキャリアはｆ（−３８４）からｆ（−１）である。従って最大番号のｆ（−１）と、中心に位置するｆ（−１９３）が使用しないサブキャリアとなる。
Ｅは、（Ｔ４〜Ｔ５、Ｆ１０〜Ｆ１１）の４スロットを使用する。使用するサブキャリアはｆ（１９３）からｆ（３２０）である。従って最大番号のｆ（３２０）と、中心に位置するｆ（２５６）が使用しないサブキャリアとなる。
Ｆは、（Ｔ７〜Ｔ９、Ｆ１〜Ｆ１２）の３６スロットを使用する。使用するサブキャリアはｆ（−３８４）からｆ（３８４）である。中心に位置するｆ（０）のみが使用しないサブキャリアとなる。
以上を時間スロット単位で、使用しないサブキャリアをまとめて図３に示す。図３からも明らかであるが、第１の実施形態より、使用しないサブキャリア数は減っており、また、全帯域アクセスできる端末は、従来と全く同じ数のサブキャリアを使用することが可能となっている。また、図２においては、連続する帯域で割り当てをおこなっているが、間に使用しないスロットが挟まった場合でも、その帯域を使用しているとみなして処理を行なえば、問題ない。
図４は、第２の実施形態に係る送信回路の概略構成を示すブロック図である。図１に示した第１の実施形態に係る送信回路に対して、不使用サブキャリア演算部１１が追加されている。この不使用サブキャリア演算部１１は、上述したような使用しないサブキャリアを演算する機能を発揮する。また、不使用サブキャリア演算部１１には、各時間チャネル単位で、スロット番号、スロットを使用する端末ＩＤと使用するサブチャネル番号の最大値、最小値が入力される。
図５は、不使用サブキャリア演算部１１の動作を示すフローチャートである。図５において用いているパラメータは、上述したパラメータと同一である。ただしｆｄｃは、使用するチャネルがＤＣ成分を含んでいるかいないかを示す指標値であり、ＴＳは、スロット番号の変数値であり、ｍ＿ｍａｘ、ｍ＿ｍｉｎは、それぞれ、不使用サブキャリア演算部１１に入力される使用するサブチャネルの最大値と最小値である。また、不使用サブキャリアはｆ（ｍ）＝０として表している。
フレームを構成開始するにあたり、Ｓ１０１において、ｆ（０）、ｆ（−３８５〜−５１２）およびｆ（−３８５〜−５１２）は常に０に設定される。また、ｆｄｃ＝０、ＴＳ＝０が設定される。Ｓ１０２ではＴＳが１ずつインクリメントされる。Ｓ１０３では現在のスロットが報知スロットであるかどうかを判断する。本実施例ではＴ１スロットで報知情報を送信することになっているので、ＴＳ＝１ならば、報知スロットと判断する。報知スロットの場合、Ｓ１０４で、送信しないサブキャリア、ｍ＝３２×ｐ（ｐは−１２から１２の整数）となるｆ（ｍ）を０に設定する。
ＴＳが２以上になるとＳ１０５に進む。ここでは、該当するＴＳ中にスロットを割り当てる端末がある否かを判定し、ある場合はＳ１０６に進み、ない場合は、Ｓ１１０に進む。Ｓ１０６ではｆｄｃを演算する。ｆｄｃはサブキャリア番号による演算である。Ｓ１０７ではｆｄｃの値により、ｆ（０）を挟んでサブチャネルの割り当てがあるがどうかが判定される。ｆｄｃが負の値の場合、ｆ（０）を挟んで割り当てがあることになり、Ｓ１０９に進む。正の場合はＳ１０８に進む。Ｓ１０８では、ｆ（０）を挟んでいない場合の不使用サブキャリアの決定処理であり、その使用するサブキャリアの最大値即ちｆ（ｍ＿ｍａｘ）と、それを除く帯域の中心となるサブキャリアｆ（ｍ＿ｍａｘ＋ｍ＿ｍｉｎ−１）がそれぞれ０に設定される。
Ｓ１０９では、ｆ（０）を挟んだ場合の不使用サブキャリアの決定処理であり、帯域の中心となるサブキャリアｆ（ｍ＿ｍａｘ＋ｍ＿ｍｉｎ）が０に設定される。Ｓ１１０ではフレームの最後まで割り振りが終わったか否かを判定する。第２の実施形態では、時間スロットは９までとしているので、ＴＳ＝９についての判定を行なうことになる。ＴＳ＝９になると処理を終了し、初期状態に戻ることになる。
以上のような方法で、フレーム毎に不使用サブキャリアを決定することで、効率的でかつ特性劣化のない通信を行なうことが可能になる。
なお、第１および第２の実施形態においては、受信装置のＤＣノイズの影響が常に多いと仮定して、未使用サブチャネルを決定していたが、非常に特性がいい端末が存在することも考えられる。従って、端末からの要求があった時、受信装置におけるＤＣノイズの影響をなくすための不使用サブキャリアを決定するという機能を導入することも考えられる。
すなわち、端末から、割り当てられた通信スロットのすべての周波数チャネル内で直流成分となるサブキャリアを使用できないとの通知を受けた場合に、そのサブキャリアに対しては変調データの割り当てを行なわないので、直流成分となるサブキャリアの通信特性が劣化している通信相手においては、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。一方、直流成分となるサブキャリアの通信特性が劣化していない通信相手に対しては、直流成分となるサブキャリアにも変調データの割り当てを行なって、周波数の利用効率を高めることが可能となる。
第１および第２の実施形態とも、基本となるサブチャネルのサブキャリア数をすべてのサブチャネルにおいて同一の例を示したが、もちろん、これは基本的な例を示したのみであるので、サブキャリア数が異なる場合でも、簡単に応用が可能である。
なお、本実施の形態に係る送信回路によって、基地局装置を構成することができる。このような基地局装置によって、低消費電力化を図るために、使用する帯域幅が限定された端末と通信を行なった場合でも、送受信処理において、直流成分の影響を受けることが無くなるので、通信特性の劣化や受信スロットの誤りの発生を防止し、スループットの低下を回避することが可能となる。
１ データマルチプレックス部
２ 誤り訂正符号部
３ Ｓ／Ｐ変換部
４ マッピング部
５ ＩＦＦＴ部
６ Ｐ／Ｓ変換部
７ ガードインターバル（ＧＩ）挿入部
８ Ｄ／Ａ変換部
９ 無線送信部
１０ アンテナ部
１１ 不使用サブキャリア演算部

Claims (14)

  1. ＯＦＤＭ信号を使用して複数の異なる端末が同一の時間に通信を行なう通信方法において、
    送信端末は、アクセス単位の周波数帯域である通信スロット内で、送信端末および受信端末相互間で既知の特定のサブキャリアに対して、最小の送信電力を割り当てて送信し、
    受信端末は、受信信号に対し前記特定のサブキャリアの周波数が直流電位に相当するとして周波数変換を行ない、アナログ／ディジタル変換器によりディジタル信号に変換し、データを復調することを特徴とする通信方法。
  2. ＯＦＤＭ信号を使用して複数の異なる端末が同一の時間に通信を行なう通信方法において、
    受信端末は、受信した信号を周波数変換し、アナログ／ディジタル変換器へ入力する際、直流電位に相当するサブキャリアの周波数がデータ通信に使用できるかどうかに関する情報を、送信端末に通知し、
    前記送信端末は、前記通知された情報が直流電位に相当するサブキャリアの周波数がデータ通信に使用できないことを示す場合に、前記サブキャリアに対して最小の送信電力を割り当てて送信することを特徴とする通信方法。
  3. ＯＦＤＭ信号を使用して複数の異なる端末が同一の時間に通信を行なう通信方法において、
    受信端末は、受信した信号を周波数変換し、アナログ／ディジタル変換器へ入力する際、直流電位に相当するサブキャリアの周波数に関する情報を、送信端末に通知し、
    前記送信端末は、前記通知された周波数のサブキャリアに対し、前記周波数帯域のサブキャリアに対して最小の送信電力を割り当てて送信することを特徴とする通信方法。
  4. 前記最小の送信電力は、０であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の通信方法。
  5. 前記送信端末および受信端末相互間で既知の特定のサブキャリアは、前記通信スロットの中心周波数であることを特徴とする請求項１記載の通信方法。
  6. 前記送信端末および受信端末相互間で既知の特定のサブキャリアは、前記通信スロットの最大周波数または最小周波数のいずれか一方であることを特徴とする請求項１記載の通信方法。
  7. 前記送信端末は、最小の送信電力を割り当てるサブキャリアに対しては情報データの割り当てを行なわないことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の通信方法。
  8. ＯＦＤＭ信号を使用して複数の異なる端末が同一時間に通信を行なうＯＦＤＭＡ通信システムに適用される無線送信機であって、
    サブキャリア毎に送信電力を割り当てると共に、前記割り当てる送信電力のうち、最低の電力を割り当てるサブキャリアを選定し、通信スロット単位で送信データを変調して変調データを出力するマッピング部と、
    前記各サブキャリアを用いて前記変調データを含む無線信号の送信を行なう送信部と、
    を備えることを特徴とする無線送信機。
  9. 前記マッピング部は、前記選定したサブキャリアに対し、送信電力として０を割り当てることを特徴とする請求項８記載の無線送信機。
  10. 前記マッピング部は、通信スロットの中心に相当するサブキャリアを選定することを特徴とする請求項８または請求項９記載の無線送信機。
  11. 前記マッピング部は、通信スロットの最大周波数または最小周波数に該当するサブキャリアを選定することを特徴とする請求項８または請求項９記載の無線送信機。
  12. 前記マッピング部は、通信相手から通知されたサブキャリア使用可否情報が、直流電位に相当するサブキャリアの周波数がデータ通信に使用できないことを示す場合に限り、その周波数を選定することを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の無線送信機。
  13. 前記マッピング部は、通信相手から通知された周波数を選定することを特徴とする請求項８または請求項９記載の無線送信機。
  14. 前記マッピング部は、通信スロットを使用して通信を行なう通信相手が変わる毎に、選定するサブキャリア周波数を更新することを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれかに記載の無線送信機。
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