JP2011205628A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】デジタル情報の伝送効率の低下を防ぐことができる通信システムを提供する。
【解決手段】通信システムは、ＯＦＤＭ信号を送信する送信装置１と、前記送信装置１からの信号を受信する受信装置２を具備し、前記送信装置１は、ＰＴＳ（Partial Transmit Sequence)方式に基づいてサブキャリアを位相回転する通信システムであって、前記送信装置１は、サブキャリアを時分割した単位であるシンボルにおけるトレーニングシンボルにサブキャリアの位相回転パターンに応じたコアシーケンスを割り当て、受信装置２は、前記トレーニングシンボルのコアシーケンスに基づいて位相回転パターンを特定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、通信システムに関する。

第４世代移動通信や高速無線ＬＡＮにおいて利用が検討されている直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式では、瞬時的なピーク電力の発生が問題となっている。その解決法の一つとして、サブキャリアを複数のブロックに分割し、ＰＡＰＲ(peak to average power ratio)が低くなるように、各ブロックに位相回転を与えて送信する部分系列伝送(ＰＴＳ：Partial Transmit Sequence)法が提案されている（下記特許文献１参照）。一般的に、何パターンか位相回転を与えてみて、その各々の場合においてＰＡＰＲを算出し、最もＰＡＰＲが小さい時の位相回転パターンが適用される。

特開２００４−１４７１２６号公報

ところで、上記従来技術では、送信側は位相回転パターン情報をデジタル情報として電波に乗せ、受信側は電波に乗っている位相回転パターン情報を基に各サブキャリアの位相回転量を認識して、信号を復調する。しかしながら、従来技術では、サブキャリアの位相回転のパターンをデジタル情報として電波に乗せる、つまりサブキャリアに音声データなどの実データとは別のデジタル情報を電波に乗せなければならないので、デジタル情報の伝送効率が低下してしまう。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、デジタル情報の伝送効率の低下を防ぐことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、通信システムに係る第１の解決手段として、ＯＦＤＭ信号を送信する送信装置と、前記送信装置からの信号を受信する受信装置を具備し、前記送信装置は、ＰＴＳ（Partial Transmit Sequence)方式に基づいてサブキャリアを位相回転する通信システムであって、前記送信装置は、サブキャリアを時分割した単位であるシンボルにおけるトレーニングシンボルにサブキャリアの位相回転パターンに応じたコアシーケンスを割り当て、受信装置は、前記トレーニングシンボルのコアシーケンスに基づいて位相回転パターンを特定するという手段を採用する。

本発明では、通信システムに係る第２の解決手段として、ＯＦＤＭ信号を送信する送信装置と、前記送信装置からの信号を受信する受信装置とを具備し、前記送信装置は、ＰＴＳ方式を利用して各サブキャリアを位相回転するための位相回転パターンを複数有する通信システムであって、前記送信装置及び前記受信装置は、同じ複数の位相回転パターンを予め認識しており、前記受信装置は、前記送信装置が特定サブキャリアにある特定シンボルに固定の内容を割り当てることを予め認識しており、前記送信装置は、複数の位相回転パターンのうち１つの位相回転パターンを使用して前記特定シンボルを含むＯＦＤＭＡ信号を送信し、前記受信装置は、前記送信装置から送信されたＯＦＤＭＡ信号の特定シンボルの内容に基づいて前記送信装置により使用された位相回転パターンを特定するという手段を採用する。

本発明では、通信システムに係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記送信装置は、同一サブキャリアの各シンボルの位相回転量を異ならせるという手段を採用する。

本発明によれば、トレーニングシンボルのコアシーケンスを利用して、位相回転パターンを伝達する、つまり音声データなどの実データを乗せるデータシンボルを使わずに位相回転パターンが判明されるので、実データなどのデジタル情報の伝送効率の低下を防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る通信システムＳを示す模式図である。 本発明の実施形態に係る通信システムＳにおけるサブキャリアのグループのスロット示す模式図である。 本発明の実施形態に係る通信システムＳのＰＲＵの各サブキャリアにおけるシンボルを示す模式図である。 本発明の実施形態に係る通信システムＳの基地局Ａの機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る通信システムＳの端末Ｂの機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る通信システムＳの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る通信システムＳの位相回転パターンの割り当ての一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る通信システムＳの位相回転パターンの割り当ての変形例を示す図である。 １９シンボル毎にＰＴＳの処理を施した場合のＰＡＰＲを表すＣＣＤＦカーブを示す図である。 ４シンボル毎にＰＴＳの処理を施した場合のＰＡＰＲを表すＣＣＤＦカーブを示す図である。 １シンボル毎にＰＴＳの処理を施した場合のＰＡＰＲを表すＣＣＤＦカーブを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

本実施形態に係る通信システムＳは、図１に示すように、基地局（送信装置）Ａ及び端末（受信装置）Ｂから構成されている。

基地局Ａと端末Ｂとは、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式で通信し、さらに時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式を組み合わせた通信方式で相互に通信する通信装置である。基地局Ａは、その他の基地局（図示略）と所定間隔をあけて離散的に配置されており、割り当てられたセルにおいて端末Ｂと通信を行う。

端末Ｂは、基地局Ａと相互に信号を送受信することによって音声通信またはデータ通信を実行する。

周知のようにＯＦＤＭＡ方式とは、端末Ｂ及びその他の端末（図示略）が直交関係にある全てのサブキャリアを共有し、サブキャリアを各端末に割り当てることによって多元接続を実現する技術である。

通信システムＳでは、ＴＤＤによって４スロット毎に上り回線及び下り回線を切り替えている。図２は、本実施形態に係る基地局Ａによって構成される通信システムＳにおけるサブキャリアの各グループにおけるスロット示す模式図である。図２では、縦軸が周波数、横軸が時間を示している。図２に示すように、周波数方向における２８のサブキャリアのグループと、時間軸方向における４スロットとを掛け合わせた１１２個のスロットが上り回線及び下り回線にそれぞれ割り当てられる。なお、図２に示す各サブキャリアのグループが時間軸方向に各スロットとして分割された１つの単位をＰＲＵ（Physical Resource Units）と呼ぶことにする。なお、詳細例としては、「ＡＲＩＢ標準規格ＳＴＤ‐Ｔ９５ ２．５節 Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｕｎｉｔｓ（ＰＲＵ）」を参照のこと。

次に、制御チャネルにおけるＰＲＵの各サブキャリアのシンボルを、図３を参照して、説明する。図３では、縦軸が周波数、横軸が時間を示している。図３に示すように、ＰＲＵは、周波数方向における２４のサブキャリアによって構成されている。そして、ＰＲＵの各サブキャリアは、時間軸方向に１９のシンボルに分割される。ここで、１フレームは、１９シンボルとする。

すなわち、制御チャネルにおけるＰＲＵは、周波数方向における２４のサブキャリアと、そのサブキャリアにおける時間軸方向の１９シンボルにより構成されている。そして、図３に示すように、ＰＲＵのシンボルは、５種類のシンボル、すなわちデータシンボル、パイロットシンボル、トレーニングシンボル及びガードシンボル（ガードタイム）から構成されている。なお、図３では、無地のシンボルがデータシンボル、格子模様のシンボルがパイロットシンボル、斜線模様のシンボルがトレーニングシンボル、ドット模様のシンボルがガードシンボル（ガードタイム）を示している。

上記データシンボルは、実データを送信するシンボルである。パイロットシンボルは、キャリア同期、振幅変動及び位相変動量の推定及び受信強度、干渉電力及び妨害電力の推定に端末Ｂに使用されるシンボルである。トレーニングシンボルは、巡回的性質を有し、ＴＤＤ方式におけるタイミングを同期させるために端末Ｂに使用されるシンボルである。ガードシンボルは、隣接するサブキャリア同士の干渉を防ぐために設けられたシンボルである。

さらに、ガードシンボルは、端末Ｂの位置の変化などにともなう信号の受信タイミングのずれによって発生するＰＲＵの重なりを防ぐために設けられたシンボルである。なお、通常時に、データシンボル、パイロットシンボル及びトレーニングシンボルは、所定のしきい値以上の信号強度を有している。また、ガードシンボルは、データシンボル、パイロットシンボル及びトレーニングシンボルよりも格段に低い信号強度に設定されている。

次に、基地局Ａの機能構成を、図４を参照して説明する。基地局Ａは、図４に示すように、送信部１、受信部２及び及び制御部３から構成されている。送信部１は、Ｓ／Ｐ（Serial Parallel）変換部１ａ、逆フーリエ変換部１ｂ、位相回転部１ｃ、サブキャリア合成部１ｄ及びＧＩ付加部１ｅから構成されている。

Ｓ／Ｐ変換部１ａは、制御部３から入力されるデータ信号を、サブキャリアと同数のデータ信号に分割して、それぞれのデータ信号を逆フーリエ変換部１ｂに出力する。

逆フーリエ変換部１ｂは、サブキャリアと同数設けられており、Ｓ／Ｐ変換部１ａから入力された各データ信号に基づいて逆フーリエ変換処理を実行し、サブキャリア毎の変調信号を位相回転部１ｃに出力する。

位相回転部１ｃは、制御部３の制御の下、最もＰＡＰＲ(peak to average power ratio)が低くなる位相回転パターンを算出し、当該位相回転パターンに基づく位相回転を各サブキャリアに施し、サブキャリア合成部１ｄに出力する。なお、位相回転部１ｃは、ＰＲＵ単位で異なる位相回転パターンを施す。

サブキャリア合成部１ｄは、位相回転部１ｃから入力された各サブキャリアを１つのＯＦＤＭ信号に変換し、ＯＦＤＭ信号をＧＩ付加部１ｅに出力する。

ＧＩ付加部１ｅは、サブキャリア合成部１ｄから入力されたＯＦＤＭ信号にガードインターバルを付加し、アンテナを介して端末Ｂに出力する。

受信部２は、制御部３の制御の下、端末Ｂから受信したＯＦＤＭ信号に復調処理を施し、制御部３に出力する。

制御部３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）から構成される内部メモリ並びに上記送信部１及び受信部２と信号の入出力をそれぞれ行うインタフェース回路等から構成されており、上記ＲＯＭに記憶された制御プログラム及び受信部２が受信する信号に基づいて基地局Ａの全体動作を制御する。なお、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムは、位相回転制御プログラムを備えており、制御部３はこの位相回転制御プログラムに基づいて各サブキャリアに位相回転を施す。なお、制御部３が実行する制御処理の詳細については、以下に基地局Ａの動作として説明する。

次に、端末Ｂの機能構成を、図５を参照して説明する。端末Ｂは、図２に示すように、受信部１１、送信部１２、操作部１３、表示部１４及び制御部１５から構成されている。

受信部１１は、ＧＩ除去部１１ａ、位相復調部１１ｂ、フーリエ変換部１１ｃ、Ｐ／Ｓ（Parallel Serial）変換部１１ｄから構成されている。

ＧＩ除去部１１ａは、アンテナを介して受信したＯＦＤＭ信号のガードインターバルを除去し、位相復調部１１ｂに出力する。

位相復調部１１ｂは、制御部３の制御の下、ＯＦＤＭ信号におけるサブキャリアの位相回転を復調し、フーリエ変換部１１ｃに出力する。

フーリエ変換部１１ｃは、ＧＩ除去部１１ａから入力されたＯＦＤＭ信号をフーリエ変換することにより各サブキャリア毎のデータ信号に変換し、このデータ信号をＰ／Ｓ変換部１１ｄに出力する。

Ｐ／Ｓ変換部１１ｄは、フーリエ変換部１１ｃから入力されるデータ信号を、Ｐ／Ｓ変換により１つデータ信号に変換し、当該データ信号を制御部１５に出力する。

送信部１２は、制御部３の制御の下、ＯＦＤＭ信号を基地局Ａに送信する。

操作部１３、電源キー、テンキー、各種ファンクションキー等の各種操作キーから構成されており、これらの操作キーに対するユーザの操作指示を制御部１５に出力する。

表示部１４は、例えば液晶モニタまたは有機ＥＬモニタ等であり、制御部１５から入力される信号に基づいて画像や文字からなる各種画面を表示する。

制御部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及
びＲＡＭ（Random Access Memory）から構成される内部メモリ並びに上記受信部１１、送信部１２、操作部１３及び表示部１４と信号の入出力をそれぞれ行うインタフェース回路等から構成されており、上記ＲＯＭに記憶された制御プログラム、受信部１１が受信する信号及び操作部１３が受け付ける操作指示に基づいて端末Ｂの全体動作を制御する。なお、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムは、位相復調制御プログラムを備えており、制御部１５はこの位相復調制御プログラムに基づいて各サブキャリアの位相回転を復調する。なお、制御部１５が実行する制御処理の詳細については、以下に端末Ｂの動作として説明する。

次に、上記構成の基地局Ａ及び端末Ｂの動作について図６を参照して説明する。

基地局Ａの制御部３は、送信部１からＯＦＤＭ信号を端末Ｂに送信する際に、位相回転部１ｃにサブキャリアに対して様々な位相回転パターンに基づく位相回転を施させ、位相回転パターン毎のＰＡＰＲを検知させ、最もＰＡＰＲが低い位相回転パターンを位相回転部１ｃに算出させる（ステップＳ１）。この位相回転パターンとは、各サブキャリアに施す位相回転量の組み合わせである。制御部３は、複数の位相回転パターンを予め記憶し、全ての位相回転パターンを試す。

この際、制御部３は、ＰＲＵ単位で異なる位相回転パターンを施す。例えば、図７に示すように、ＰＲＵ１には各シンボルの位相回転量が３／２πなる位相回転パターンを割り当て、ＰＲＵ２には各シンボルの位相回転量が１／２πなる位相回転パターンを割り当て、ＰＲＵ３には各シンボルの位相回転量が０なる位相回転パターンを割り当てる。

制御部３は、ステップＳ１が終了すると、位相回転パターンに応じたコアシーケンスをＰＲＵ毎のトレーニングシンボルに割り当てる（ステップＳ２）。コアシーケンスとは、２４のサブキャリアのトレーニングシンボルのＩ軸及びＱ軸の組み合わせに応じて決まる。例えば、１番目のサブキャリアのトレーニングシンボルのＩ軸が『−１』、Ｑ軸が『１』、次に２番目のサブキャリアのトレーニングシンボルのＩ軸が『１』、Ｑ軸が『１』というように、２４のサブキャリアのトレーニングシンボルの組み合わせによって決まる。コアシーケンスは、位相回転パターンの数だけ存在する。なお、詳細例としては、「ＡＲＩＢ標準規格ＳＴＤ‐Ｔ９５ ３．４．２．２節 Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ」を参照のこと。

制御部３は、ステップＳ２が終了すると、サブキャリア合成部１ｄ及びＧＩ付加部１ｅを経てＯＦＤＭ信号を生成し、ＯＦＤＭ信号を送信する（ステップＳ３）。

端末Ｂの制御部１５は、基地局ＡからＯＦＤＭ信号を受信すると、ＧＩ除去部１１ａによりガードインターバルが除去されたＯＦＤＭ信号のサブキャリアの位相をトレーニングシンボルのコアシーケンスに基づいて位相復調部１１ｂに復調させる（ステップＳ４）。つまり、制御部１５は、トレーニングシンボルのコアシーケンスと位相回転パターンの対応関係を予め記憶し、ＰＲＵ毎のトレーニングシンボルのコアシーケンスから当該ＰＲＵの位相回転パターンを特定し、位相回転パターンに基づいてサブキャリアの位相を位相復調部１１ｂに逆回転させる。

また、制御部１５は、受信した際にＧＩを除去したＯＦＤＭＡ信号と、固定のコアシーケンスが割り当てられたトレーニングシンボルを各位相回転パターンでそれぞれ高速逆フーリエ変換したときの信号とをそれぞれ比較し、最も相関のある信号の位相回転パターンを特定するようにしてもよい。

以上のように、本実施形態では、サブキャリアのトレーニングシンボルのコアシーケンスを利用して、位相回転パターンを伝達する、つまり音声データなどの実データを乗せるデータシンボルを使わずに位相回転パターンが判明されるので、実データなどのデジタル情報の伝送効率の低下を防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。

本実施形態における位相回転パターンとして、図７に示すように、ＰＲＵの各サブキャリアの位相回転量が同一である位相回転パターンを説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図８に示すように、ＰＲＵ１、ＰＲＵ２及びＰＲＵ３におけるサブキャリアのシンボルの位相回転量を異ならせるようにしてもよい。

また、従来の１フレーム（１９シンボル）毎にＰＴＳの処理を施した場合のＰＡＰＲを表すＣＣＤＦ（Complementary Cumulative Distribution Function）カーブを図９に示す。本発明の実施形態に係る４シンボル毎にＰＴＳの処理を施した場合のＰＡＰＲを表すＣＣＤＦカーブを図１０に示す。１シンボル毎にＰＴＳの処理を施した場合のＰＡＰＲを表すＣＣＤＦカーブを図１１に示す。これらのシミュレーション結果から、既知シンボルの挿入する間隔を狭めれば狭めるほどＰＡＰＲの低減効果が高くなることがわかる。

Ｓ…通信システム、Ａ…基地局、Ｂ…端末、１…送信部、２…受信部、３…制御部、１ａ…Ｓ／Ｐ変換部、１ｂ…逆フーリエ変換部、１ｃ…位相回転部、１ｄ…サブキャリア合成部、１ｅ…ＧＩ付加部、１１…受信部、１２…送信部、１３…操作部、１４…表示部、１５…制御部、１１ａ…ＧＩ除去部、１１ｂ…位相復調部、１１ｃ…フーリエ変換部、１１ｄ…Ｐ／Ｓ変換部

Claims (3)

1. ＯＦＤＭ信号を送信する送信装置と、前記送信装置からの信号を受信する受信装置を具備し、前記送信装置は、ＰＴＳ（Partial Transmit Sequence)方式に基づいてサブキャリアを位相回転する通信システムであって、
   前記送信装置は、サブキャリアを時分割した単位であるシンボルにおけるトレーニングシンボルにサブキャリアの位相回転パターンに応じたコアシーケンスを割り当て、
   受信装置は、前記トレーニングシンボルのコアシーケンスに基づいて位相回転パターンを特定することを特徴とする通信システム。
2. ＯＦＤＭ信号を送信する送信装置と、前記送信装置からの信号を受信する受信装置とを具備し、前記送信装置は、ＰＴＳ方式を利用して各サブキャリアを位相回転するための位相回転パターンを複数有する通信システムであって、
   前記送信装置及び前記受信装置は、同じ複数の位相回転パターンを予め認識しており、
   前記受信装置は、前記送信装置が特定サブキャリアにある特定シンボルに固定の内容を割り当てることを予め認識しており、
   前記送信装置は、複数の位相回転パターンのうち１つの位相回転パターンを使用して前記特定シンボルを含むＯＦＤＭＡ信号を送信し、
   前記受信装置は、前記送信装置から送信されたＯＦＤＭＡ信号の特定シンボルの内容に基づいて前記送信装置により使用された位相回転パターンを特定することを特徴とする通信システム。
3. 前記送信装置は、サブキャリアのシンボルの位相回転量を異ならせることを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。