JP2011055360A

JP2011055360A - 無線通信システム

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Publication number: JP2011055360A
Application number: JP2009203996A
Authority: JP
Inventors: Mohammad Azizur Rahman; モハメッドアジイズルラハマン; Hiroshi Harada; 博司原田
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2029-09-03
Also published as: JP5413962B2

Abstract

【課題】特に低デューティ比の無線信号を送受信する際の符号間干渉を効果的に低減することが可能なシステムを提案する。
【解決手段】デューティ比が０．５未満の無線信号を端末装置間で送受信する無線通信システムにおいて、受信側の端末装置２へ送信するフレームデータの符号間干渉を、当該フレームのコード、その前フレーム及び／又はその後フレームのコード、各フレームのスロット分割数、信号のパス数に基づいて検出し、その検出結果に基づいて符号間干渉を抑制するように制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、端末装置間で無線信号を送受信する無線通信システムに関し、特に低デューティ比の無線信号を送受信する際の符号間干渉を低減する上で好適な無線通信システムに関する。

近年、広帯域な信号を高品質に伝送するための一手法として、ミリ波帯を利用した広帯域伝送が注目されている。特にミリ波帯（例えば６０ＧＨｚ）の電波は、波長が短いことから機器の小型化が可能であるのに加え、吸収減衰が大きいため、遠くまで到達せず干渉が起こりにくいという物理的性質を有している。このため、大容量伝送かつ低コストを実現する無線システムとして多様な利用形態が期待されている。

このような無線通信システムでは、一の端末装置から送信された無線信号が壁や天井等を反射して他の端末装置により受信される場合もある。特に無線信号が壁や天井を複数回に亘って反射した上で他の端末装置により受信される場合もある。即ち、一の端末装置から他の端末装置への伝搬路は、いわゆるマルチパス（多重伝搬路）等に基づく符号間干渉が生じ、伝送品質が劣化し、ひいてはデータ誤り発生の原因ともなり得る。従って、これら無線通信システムを設計する際には、この符号間干渉を極力抑制できるようなモデル化が必要となる。

また、このミリ波広帯域伝送に加え、特に近年ではＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）や、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）システムにおいても、この符号間干渉に基づく伝送品質の劣化防止の要請が高まっていた。このため従来においては、この無線通信時において生じるマルチパスに基づく符号間干渉を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）

特開２００９−１７１５６４号公報特開２００５−１２８２２号公報

しかしながら、上述した特許文献１、２の開示技術は、何れもデューティ比が０．５未満のいわゆる低デューティサイクルの無線信号を送受信する場合における符号間干渉を防止する技術ではない。また従来において、かかる低デューティサイクルの無線信号の符号間干渉を防止する技術は特段提案されていないのが現状であった。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、特に低デューティ比の無線信号を送受信する際の符号間干渉を効果的に低減することが可能な無線通信システムを提案することにある。

本発明に係る無線通信システムは、上述した課題を解決するために、デューティ比が０．５未満の無線信号を端末装置間で送受信する無線通信システムにおいて、受信側の端末装置へ送信するフレームデータの符号間干渉を、当該フレームのコード、その前フレーム及び／又はその後フレームのコード、各フレームのスロット分割数、信号のパス数に基づいて検出し、その検出結果に基づいて符号間干渉を抑制するように制御することを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、互いに時間的に隣接する受信パルス間において大きな符号間干渉が生じるのを防止することが可能となる。

本発明を適用した無線通信システムのシステム構成を示す図である。端末装置のブロック構成図である。低デューティ比のパルス信号を示す図である。実際に送信側の端末装置から受信側の端末装置に対してパルス信号を送信する従来例を示す図である。本発明よるパルス送信を実現した例を示す図である。本発明の具体的な処理について説明するための図である。本発明の具体的な処理について説明するための他の図である。

以下、本発明の実施の形態として、低デューティ比の無線信号を送受信する無線通信システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した無線通信システム１のシステム構成を示している。この無線通信システム１は、デューティ比が０．５未満の無線信号を端末装置間で送受信するシステムである。この無線通信システム１では、一の端末装置２ａと、他の端末装置２ｂとの間で互いに電波を送受信することにより双方向で無線通信するシステムである。この無線通信システム１は、ミリメートルオーダーの波長からなる無線信号を送受信する場合を想定しているが、本発明はこれに限定されることはないことは勿論である。

図２は、このような無線通信に必要な信号を生成するとともに、相手側から送られてきた信号を検出する端末装置２のブロック構成を示している。

端末装置２は、パルス信号を生成するパルス生成部２１と、このパルス生成部２１に接続されてなるとともに、パルス生成部２１により生成されたパルス信号が送られてくるパルスシェーピング部２２と、パルスシェーピング部２２から出力されるパルス信号につき後述する基準信号に基づいて周波数変換を施すためのミキサ回路２４と、基準信号を生成するための局部発信器２３と、ミキサ回路２４において周波数変換された信号につき通過帯域を制限するためのフィルタ２５と、このフィルタ２５に接続された第１のアンプ２６と、この第１のアンプ２６に接続された切替回路５１と、切替回路５１に接続されたアンテナ２７とを備えている。また、この端末装置２は、切替回路５１に接続されたフィルタ３２と、フィルタ３２から出力された信号につき、高周波信号処理を施す低雑音増幅器（ＬＮＡ）３３と、このＬＮＡ３３並びに局部発振器２３に接続されてなるミキサ回路５２と、このミキサ回路５２に対してそれぞれフィルタ４１、第２のアンプ４３、ＡＤＣ４５が順次接続されてなり、さらにこのＡＤＣ４５には信号検出部４７が接続されている。

切替回路５１は、他の端末装置２に対して信号を送信する際において、第１のアンプ２６とアンテナ２７とが接続されるように切替処理を実行する。またこの切替回路５１は、他の端末装置２からの信号を受信する際において、アンテナ２７とフィルタ３２とが接続されるように切替処理を実行する。

パルス生成部２１は、ある時間幅をもったパルス信号を生成する。実際にこのパルス信号を生成する場合において、パルス生成部２１は、互いにほぼ等振幅で構成されるパルス信号を所定間隔で並べたパルス列を順次生成していくことになる。このパルス生成部２１により生成されたパルス信号は、そのままパルスシェーピング部２２へと送信されることになる。

パルスシェーピング部２２は、パルス生成部２１から送信されてきた拡散系列のパルス列を構成する各パルス信号につき所定のシェーピング処理を施す。

局部発振器２３は、変調用の基準信号を生成する。この局部発振器２３によって生成される基準信号の局部発振周波数は、この局部発信器２３内において可変となるように構成されていてもよい。また、この局部発信器２３は、発生すべき局部発振周波数につき、図示しないＰＬＬ回路等に基づいて増強され、減衰されるように制御可能とされていてもよい。

ミキサ回路２４は、パルスシェーピング部２２においてシェーピング処理が施された各パルス信号を、局部発信器２３により送出されてきた基準信号に基づいて周波数変換する。このミキサ回路２４は、この周波数変換された信号をフィルタ２５へ出力する。

フィルタ２５は、ミキサ回路２４から出力されてきた信号につき、所望の帯域のみ通過させるととともに、不要な帯域をカットする。このときフィルタ２５は、ミキサ回路２４における周波数変換時において発生した不要な周波数成分を除去することができるように通過帯域が設定されていてもよい。このフィルタ２５を通過した帯域成分からなる信号は、そのまま第１のアンプ２６へと出力されることになる。

第１のアンプ２６は、このフィルタ２５から出力されてきた信号を増幅する。このとき第１のアンプ２６は、さらに帯域内で周波数特性がフラットになるように補正するようにしてもよい。

アンテナ２７は、第１のアンプ２６により増幅された信号につき、電磁的な電波に変換し、これを空中に放射する。アンテナ２７は、相手側から送信されてきた電波を受信する。

フィルタ３２は、アンテナ２７により受信した電波につき所定の帯域外の信号を除去する。即ち、端末装置２間で電波が送られる過程において、所望の信号以外の信号が重畳される場合もあることから、かかる信号をこのフィルタ３２において精度よく除去する。

ＬＮＡ３３は、アンテナ２７により受信され、フィルタ３２を介して送られてきた信号につき、低雑音増幅する。ＬＮＡ３３により低雑音増幅された信号は、接続されたミキサ回路５２にそれぞれ供給されることになる。

局部発振器２３は、ベースバンドの基準信号としての同相信号（Ｉ信号）及び直交信号（Ｑ信号）を生成する。この局部発振器２３は、生成したＩ信号、Ｑ信号をそれぞれミキサ回路５２へ出力する。

ミキサ回路５２は、ＬＮＡ３３から送信されてきた信号につき、局部発振器２３より出力されてきたＩ信号、Ｑ信号に基づいて復調する。

フィルタ４１は、ミキサ回路５２によりそれぞれ復調が施された信号につき、所定の波形成分のみを通過させる。

第２のアンプ４３は、フィルタ４１により帯域制限された信号を増幅し、これをＡＤＣ４５へ送出する。

ＡＤＣ４５は、第２のアンプ４３から送出されてきたアナログベースバンドの信号をサンプリングしてデジタル信号化し、このデジタル化された信号を信号検出部４７へ送信する。

信号検出部４７は、ＡＤＣ４５からそれぞれ送信されてきた信号を検出する。

次に、本発明を適用した無線通信システム１において、実際に無線信号を送受信する方法につき、図面を参照しながら詳細に説明をする。

先ず、パルス生成部２１は、所定の通信方式の下でパルス信号からなるパルス列を生成する。このとき、生成するパルス信号は、デューティ比が０．５未満のものとする。この生成されたパルス信号は、パルスシェーピング部２２においてシェーピング処理が施される。また、このパルス列は、ミキサ回路２４において、局部発振周波数に基づく高周波成分により変調される。

このような構成からなる信号は、フィルタ２５において不要な周波数成分が除去され、第１のアンプ２６により増幅される。この第１のアンプ２６では、入力された信号を増幅する。この第１のアンプ２６から出力された信号は、アンテナ２７により電磁的な電波に変換されて空気中に放射される。この空気中に放射された電波は、送信先の端末装置２におけるアンテナ２７により受信され電気的な信号に再変換されることになる。そして、この受信した信号は、ＬＮＡ３３により低雑音増幅されてノイズと見分けがつくように調整された上でミキサ回路５２にそれぞれ供給される。

ミキサ回路５２に送られてきた信号は、Ｉ信号、Ｑ信号に基づいて直交変調されてさらにフィルタ４１を通過することにより、これに重畳されていた不要な成分が除去されることになる。最後にこれら信号はＡＤＣ４５によりアナログ−デジタル変換された上で信号検出部４７へと送信されることになる。

信号検出部４７は、このＡＤＣ４５より送信されてきた信号を検出し、これを解析する。この信号検出部４７における実際の検出処理は、送信されてきた信号を所定時間に亘って取り込み、この所定時間単位で取り込んだ信号に対して、より詳細なパルス信号の解析をかけていく。即ち、この信号検出部４７は、所定時間長で構成される検出窓を介して、パルス列を監視し、これを検出するのと同等の処理を行っている。検出窓には、他の端末装置２から送られてきた信号が時系列的に入力されてくることになる。信号検出部４７は、この入力されてきた信号を検出窓を介して順次検出し、これを解析していくことになる。

なお、本発明を適用した無線通信システム１では、受信側の端末装置２へ送信するフレームデータの符号間干渉を、当該フレームのコード、その前フレーム及び／又はその後フレームのコード、各フレームのスロット分割数、信号のパス数に基づいて検出し、その検出結果に基づいて符号間干渉を抑制するように制御する。具体的な符号間干渉の検出方法について説明をする。

図３は、低デューティ比のパルス信号を示している。１シンボルの長さがＴ_ｂであり、この１シンボルを構成するフレームの数をＮ_ｆとし、１フレームの幅をＴ_ｆとする。また、１フレームを構成するスロット分割数をＮ_ｃとし、さらにＮ_ｃにスロット分割された一分割単位における幅をＴ_ｃとする。

図３(a)は、低デューティ比の送信信号の単パルスの繰り返しであり、そのシンボルのＴＨ（Time Hopping）コードは、｛０、０、０、０、０、０、０｝である。これに対して、また図３(b)は、低デューティ比の送信信号の例であり、そのシンボルのＴＨコードは、｛０、１、１、２、１、０、２｝である。なおこの例の場合、Ｎ_ｃ＝３、Ｎ_ｆ＝７である。

また図４は、実際に送信側の端末装置２から受信側の端末装置２に対してパルス信号を送信する従来例を示している。Ｔｘ信号は、送信側を、またＲｘ信号は受信側の信号を示している。Ｔｘ信号としては、１フレーム毎に生成されたＴ１〜Ｔ５のパルスにより構成されるものとする。このＴ１〜Ｔ５のパルスが受信側の端末装置２へと送信されると、マルチパス等により、受信側において遅れが生じる。即ち、送信側のパルスＴ１は、受信側においてマルチパスによりｔ１＿１〜ｔ１＿３に、また送信側のパルスＴ２は、受信側においてマルチパスによりｔ２＿１〜ｔ２＿３に、送信側のパルスＴ３は、受信側においてマルチパスによりｔ３＿１〜ｔ３＿３に、送信側のパルスＴ４は、受信側においてマルチパスによりｔ４＿１〜ｔ４＿３に、送信側のパルスＴ５は、受信側においてマルチパスによりｔ５＿１〜ｔ５＿３になる。

この図４において、１のＮ_ｆに対するＮ_ｃは２であり、またマルチパスの最大スプレッドＴ_ｄ＝３Ｔ_ｃである。総マルチパスＬ＝（Ｔ_ｄ／Ｔ_ｃ）＝３である。

パルスＴ１を例に挙げた場合、受信信号のｔ１＿１〜ｔ１＿３におけるパスｔ１＿１の符号間干渉は、その前のパルス信号との間で生じており、またパスｔ１＿２〜ｔ１＿３に関しては何ら符号間干渉は生じていない。またパルスＴ２を例に挙げた場合、受信信号のｔ２＿１〜ｔ２＿３におけるパスｔ２＿１については何ら符号間干渉は生じていないが、パスｔ２＿２〜ｔ２＿３に関しては、その後段のパルスＴ３に基づくパスｔ３＿１〜ｔ３＿２との間で符号間干渉が生じる。即ち、この図４の例では、パルスＴ２の受信信号と、パルスＴ３の受信信号との間で大きな符号間干渉が生じているのが分かる。

これに対して、本発明によれば、後述するように、当該フレームのコード、その前フレーム及び／又はその後フレームのコード、各フレームのスロット分割数、信号のパス数に基づいて検出し、その検出結果に基づいて符号間干渉を抑制するように制御する。その結果、図５に示すようなパルス送信を実現することができる。

Ｔｘ信号としては、１フレーム毎に生成されたＴ６〜Ｔ１０のパルスにより構成されるものとする。このＴ６〜Ｔ１０のパルスが受信側の端末装置２へと送信されると、マルチパス等により、受信側において遅れが生じる。即ち、送信側のパルスＴ６は、受信側においてマルチパスによりｔ６＿１〜ｔ６＿３に、また送信側のパルスＴ７は、受信側においてマルチパスによりｔ７＿１〜ｔ７＿３に、送信側のパルスＴ８は、受信側においてマルチパスによりｔ８＿１〜ｔ８＿３に、送信側のパルスＴ９は、受信側においてマルチパスによりｔ９＿１〜ｔ９＿３に、送信側のパルスＴ１０は、受信側においてマルチパスによりｔ１０＿１〜ｔ１０＿３になる。

この図５において、１のＮ_ｆに対するＮ_ｃは２であり、またマルチパスの最大スプレッドＴ_ｄ＝３Ｔ_ｃである。総マルチパスＬ＝（Ｔ_ｄ／Ｔ_ｃ）＝３である。

パルスＴ６を例に挙げた場合、受信信号のｔ６＿１〜ｔ６＿３におけるパスｔ６＿１の符号間干渉は、その前のパルス信号との間で生じており、またパスｔ６＿２については特に符号間干渉は生じていない。更にパスｔ６＿３については、その後段のパルスＴ７のパスｔ７＿１との間で符号間干渉が生じている。また、他のパルスも同様にｔｎ＿２（ｎ＝６、７、・・１０）については符号間干渉が特段生じていないのが分かる。このように本発明によれば、互いに時間的に隣接する受信パルス間において大きな符号間干渉が生じないことが分かる。

本発明における符号間干渉の検出方法は、例えば以下のように規格化することが可能となる。

先ず、各Ｔ_ｆからなるＮ_ｆ個のフレームで構成される信号を考える。各フレームは、Ｔ_ｃからなるＮ_ｃ個の分割スロットで構成される。Ｔ_ｄは、マルチパスの最大遅れ時間である。また、１チャネルレスポンス毎のマルチパス総数はＴ_ｄ／Ｔ_ｃで表される。Ｔ_ｄは、Ｔ_ｆ＝（Ｎ_ｃＴ_ｃ）以下で構成される。

以下、２つのケースについて考えてみる。第１のケースとしては、パスが同一フレーム内においてのみ存在する場合、第２のケースとしては、パスが後続するフレームにも含まれる場合である。

また、各ケースにおいてカウンターｉは、−∞＜ｉ＜∞である。また各分割スロットにおけるコードｊ_ｉは、０、１、・・・、Ｎ_ｃ−１と増加していく。

以下において説明するケース１は、パスが同一フレーム内においてのみ存在する場合であって、ｊ_i＋ｌ≦Ｎ_ｃの場合である。

先ず、符号間干渉（ＩＳＩ）は、前方に位置するフレームに基づくものとする。

ここでＩＳＩは、図６に示すように、そのフレームiにおける信号の任意のパスｌについて最初に計算するものとする。このとき、フレームiの直前のフレームであるフレームi−１からのＩＳＩは、当該フレームi−１における（Ｎ_ｃ−ｊ_i-１＋ｊ_i＋ｌ）のパスに基づいて検出される。フレームi−２からのＩＳＩは、当該フレームi−１における（Ｎ_ｃ−ｊ_i-２＋Ｎ_ｃ＋ｊ_ｉ＋ｌ）のパスに基づいて検出される。フレームi−３からのＩＳＩは、当該フレームi−３における（Ｎ_ｃ−ｊ_i-２＋２Ｎ_ｃ＋ｊ_i＋ｌ）のパスに基づいて検出される。

このようにして、フレームi以前におけるフレームからの符号間干渉（ＩＳＩ）を順次求めていく。上述した検出をどのフレームまで遡って行うかは、Ｔ_ｄ、Ｔ_ｆによるものとする。

他の任意のパスｌについても上述した方法と同様にＩＳＩを求めることが可能となる。

なお、仮にＴＨコードが分からない場合には、上述した方法以外に、各値の平均値を併用させるようにしてもよい。

以下において説明するケース２は、パスが後続するフレームにも含まれる場合であって、ｊ_i＋ｌ＞Ｎ_ｃの場合である。

先ず、符号間干渉（ＩＳＩ）は、後続するフレーム、並びに前方に位置するフレームの双方に基づくものとする。

ここでＩＳＩは、図７に示すように、そのフレームiにおける信号の任意のパスｌについて最初に計算するものとする。このとき、フレームiの直前のフレームであるフレームi−１からのＩＳＩは、当該フレームi−１における（Ｎ_ｃ−ｊ_i-１＋ｊ_i＋ｌ）のパスに基づいて検出される。フレームi−２からのＩＳＩは、当該フレームi−１における（Ｎ_ｃ−ｊ_i-２＋Ｎ_ｃ＋ｊ_ｉ＋ｌ）のパスに基づいて検出される。フレームi−３からのＩＳＩは、当該フレームi−３における（Ｎ_ｃ−ｊ_i-２＋２Ｎ_ｃ＋ｊ_i＋ｌ）のパスに基づいて検出される。

また、そのフレームiの直後のフレームであるフレームi＋１からのＩＳＩは、当該フレームi+１から、又はフレームiの信号のパスｌの前から生じる。仮にｌ−（Ｎ_ｃ−ｊ_ｌ）＜ｊ_ｌ＋1＋ｌであれば、フレームi+１におけるＩＳＩは、当該フレームi+１におけるｌ−（Ｎ_ｃ−ｊ_ｌ）−ｊ_ｌ＋1番目のパスに基づいて検出される。フレームi＋２からのＩＳＩは、当該フレームi+２から、又はフレームiの信号のパスｌの前から生じる。仮にｌ−（Ｎ_ｃ−ｊ_ｌ）＜ｊ_ｌ＋２＋ｌ＋Ｎ_ｃであれば、フレームi+２におけるＩＳＩは、フレームi+１におけるｌ−（Ｎ_ｃ−ｊ_ｌ）−Ｎ_ｃ−ｊ_ｌ＋1番目のパスに基づいて検出される。

このようにして、本発明では、ＩＳＩを、少なくとも当該フレームのコードｊ_ｉ、その前フレームのコードｊ_ｉ-１、ｊ_i-２、・・・等、その後フレームのコードｊ_ｌ＋1、ｊ_ｌ＋２、・・・等、各フレームのスロット分割数Ｎ_ｃ、信号のパス数に基づいて検出する。その結果、例えば、図６、７に示すように、符号間干渉を抑制することが可能となる。

１無線通信システム
２端末装置
２１パルス生成部
２２パルスシェーピング部
２３局部発信器
２４ミキサ回路
２５フィルタ
２６第１のアンプ
２７アンテナ
３２フィルタ
３３低雑音増幅器（ＬＮＡ）
４１フィルタ
４３第２のアンプ
４５ＡＤＣ
４７信号検出部
５１切替回路
５２ミキサ回路

Claims

デューティ比が０．５未満の無線信号を端末装置間で送受信する無線通信システムにおいて、
受信側の端末装置へ送信するフレームデータの符号間干渉を、当該フレームのコード、その前フレーム及び／又はその後フレームのコード、各フレームのスロット分割数、信号のパス数に基づいて検出し、その検出結果に基づいて符号間干渉を抑制するように制御すること
を特徴とする無線通信システム。
上記マルチパス干渉は、フレームデータを送信する前に予め計算されること
を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。