JP3724676B2 - 通信方法及び送信装置並びに受信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
【０００２】
発明の属する技術分野
従来の技術
発明が解決しようとする課題（図７）
課題を解決するための手段
発明の実施の形態（図１〜図６）
発明の効果
【０００３】
【発明の属する技術分野】
本発明は通信方法及び送信装置並びに受信装置に関し、例えば携帯電話システムのような無線通信システムに適用して好適なものである。
【０００４】
【従来の技術】
従来、この種の無線通信システムにおいては、通信サービスを提供するエリアを所望の大きさのセルに分割して当該セル内にそれぞれ固定無線局としての基地局を設置し、移動無線局としての携帯電話機は自分が存在するセル内の基地局と無線通信するようになされている。その際、この種の無線通信システムでは、隣接するセル間で異なる周波数チヤンネル（以下、これを単にチヤンネルと呼ぶ）を使用することにより電波の干渉問題を避けるようになされている。
【０００５】
ところでこのように隣接するセル間で異なるチヤンネルを使用するようにすると、干渉問題を避けられる反面、周波数の利用効率が低下するといつた不都合が生じる。このため最近では、各セルで使用するチヤンネルを所定タイミング毎にランダムに変化させることにより干渉問題を回避すると共に、周波数の利用効率を向上するようになされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところでかかる無線通信システムにおいては、チヤンネルをランダムに変化させているだけなので、隣接するセル間でチヤンネルが同一になることを必ずしも避け得ず、タイミングによつては同一になつてしまうおそれがある。そのように同一チヤンネルが使用された場合には、従来と同様、やはり干渉問題が発生してしまう。
【０００７】
例えば図７に示すように、セル１Ａにおいて携帯電話機２Ａが所定のチヤンネルを使用して基地局３Ａと無線通信しているとき、隣接するセル１Ｂにおいてそれと同一のチヤンネルを使用して携帯電話機２Ｂが基地局３Ｂと無線通信していると、当該携帯電話機２Ｂが送信した送信信号ＣＢが基地局３Ａに届くことがある。この場合、基地局３Ａに届いた送信信号ＣＢは、携帯電話機２Ａが基地局３Ａに向けて送信した送信信号ＣＡに対して干渉波（いわゆる妨害波）となる。このように送信信号ＣＡに対する干渉波Ｉが生じたとしても、通常であれば、送信信号ＣＡの信号レベルの方が干渉波Ｉに比べて大きいのであまり問題にならない。しかしながら携帯電話機２Ａが基地局３Ａから離れている等の理由により、送信信号ＣＡの信号レベルが干渉波Ｉに比べて小さくなつた場合には、基地局３Ａが携帯電話機２Ａからの送信信号ＣＡではなく間違つて干渉波Ｉを受信してしまい、その結果、携帯電話機２Ｂが送信した信号系列が復元されて他人の通話内容が漏洩するといつた事象が起こり、無線通信システムとして好ましくない状況に陥るおそれがある。因みに、このような状況のときには、無線通信システムとしては、受信データが得られなくなるとしても干渉波Ｉを復調しないことが望ましい。
【０００８】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、他の通信によつて同一チヤンネルが使用された場合でも、当該他の通信によつて送信された信号系列を誤つて復元することを未然に回避し得る通信方法及びそれを用いた送信装置並びに受信装置を提案しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、送信側では、所定のディジタル変調方式によつて変調された信号系列をＮ（１次以上の整数）ケづつグループ化し、グループ毎にＮ次の直交行列を乗算することにより直交変換を施し、当該直交変換が施された信号系列を複数のマルチキヤリアに分散して重畳することにより得られる送信信号を、周波数ホツピングさせた所定チヤンネルを使用して送信し、受信側では、チヤンネルを介して受信した送信信号の中からマルチキヤリアに分散して重畳されている信号系列を抽出し、当該信号系列をＮケづつグループ化し、グループ毎にＮ次の直交行列の逆行列を乗算することにより直交変換前の上記信号系列を復元するようにした。
【００１０】
これにより、マルチキヤリア通信によりチヤンネル干渉に強く、同一チヤンネルを使用して他の通信が行われた場合でも、他の通信とでは直交変換に使用した直交行列が異なつているので、逆行列を乗算しても直交逆変換は実現されず、他の通信で送信された信号系列が復元されることはないうえ、周波数ホツピングによりチヤンネルを所定タイミング毎にランダムに変化させているため、そもそも同一チヤンネルが使用されることを予め回避してチヤンネル干渉の影響を極力低減することができる。また、信号系列をＮケづつグループ化して、グループ毎にＮ次の直交行列をそれぞれ同時並列的に乗算しているため、信号処理時間を短縮化して信号系列を短時間で復元することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００１２】
まず始めに図１を用いて本発明の原理を説明する。図１において、５Ａ、５Ｂはそれぞれ本発明を適用した携帯電話機を示し、６Ａ、６Ｂは本発明を適用した基地局を示す。まずこの図１に示すように、セル１Ａにおいて携帯電話機５Ａが所定のチヤンネルを使用して基地局６Ａと無線通信していると共に、隣接するセル１Ｂにおいてそれと同一のチヤンネルを使用して携帯電話機５Ｂが基地局６Ｂと無線通信している状況にあるとする。その際、携帯電話機５Ａ、５Ｂは共に送信データの変調方式として例えばＱＰＳＫ変調（Quadrature Phase Shift Keying ：４相位相偏移変調）を使用しているものとし、その変調された送信信号の信号系列をそれぞれｘ(A) 1 、ｘ(A) 2 、ｘ(A) 3 、……ｘ(A) k-1 、ｘ(A) k 、ｘ(A) k+1 、……とｘ(B) 1 、ｘ(B) 2 、ｘ(B) 3 、……ｘ(B) k-1 、ｘ(B) k 、ｘ(B) k+1 、……とする。
【００１３】
ここで本発明を適用した携帯電話機２Ａは、送信時、その送信信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）をＮケづつグループ化し（Ｎは１以上の整数）、そのグループ化された送信信号系列ｘ(A) k 、……ｘ(A) k+N と所定のＮ次の正規直交行列ＭA とを、次式、
【００１４】
【数１】
【００１５】
に示すようにグループ毎に順に乗算することにより送信信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交変換を施し、その結果得られる送信信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）を順に送信する。
【００１６】
一方、受信側である基地局６Ａでは、通信相手の携帯電話機５Ａからの送信信号ＣＡを受信したとき、受信した受信信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）をＮケづつグループ化し、そのグループ化された受信信号系列ｙ(A) k 、……ｙ(A) k+N と送信側で使用したＮ次の正規直交行列ＭA の逆行列ＭA -1とを、次式、
【００１７】
【数２】
【００１８】
に示すようにグループ毎に順に乗算することにより直交変換前の信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）に等しい信号系列Ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）を復元する。
【００１９】
同様に、携帯電話機５Ｂは、送信時、送信信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）をＮケづつグループ化し、そのグループ化された送信信号系列ｘ(B) k 、……ｘ(B) k+N と所定のＮ次の正規直交行列ＭB とを、次式、
【００２０】
【数３】
【００２１】
に示すようにグループ毎に順に乗算することにより送信信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交変換を施し、その結果得られる送信信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）を順に送信する。因みに、携帯電話機５Ｂで使用するＮ次の正規直交行列ＭB と携帯電話機５Ａで使用するＮ次の正規直交行列ＭA はそれぞれ全く異なる行列である。
【００２２】
受信側である基地局６Ｂでは、通信相手の携帯電話機５Ｂからの送信信号ＣＢを受信したとき、受信した受信信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）をＮケづつグループ化し、そのグループ化された受信信号系列ｙ(B) k 、……ｙ(B) k+N と送信側で使用したＮ次の正規直交行列ＭB の逆行列ＭB -1とを、次式、
【００２３】
【数４】
【００２４】
に示すようにグループ毎に順に乗算することにより直交変換前の信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に等しい信号系列Ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）を復元する。
【００２５】
ところで基地局６Ａにおいては、携帯電話機５Ａが送信した送信信号ＣＡだけが届くのではなく、状況によつて携帯電話機５Ｂが送信した送信信号ＣＢも届く。その場合、携帯電話機５Ｂからの送信信号ＣＢは干渉波Ｉとして作用し、その信号レベルが携帯電話機５Ａからの送信信号ＣＡに比して大きければ当該携帯電話機５Ａとの通信に妨害を与えることになる。すなわち基地局６Ａとしてはいずれの携帯電話機５Ａ又は５Ｂからの送信信号であるかといつた認識がないので、誤つて携帯電話機５Ｂからの送信信号ＣＢを受信するおそれがある。
【００２６】
その場合、基地局６Ａは、通常の受信動作と同様に、携帯電話機５Ｂから受信した受信信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）をＮケづつグループ化し、次式、
【００２７】
【数５】
【００２８】
に示すように、そのグループ化した信号系列ｙ(B) k 、……ｙ(B) k+N に順に逆行列ＭA -1を乗算して復調処理を行う。ところがこの（５）式から分かるように、携帯電話機５Ｂからの受信信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）は直交行列ＭA と異なる直交行列ＭB が乗算されたものであるので、逆行列ＭA -1を乗算しても直交逆変換は実現されず、元の信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）は復元されない。この場合、受信した信号系列は、元の信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）をＭA -1ＭB でなる別の直交行列によつて直交変換した信号系列となるので、見かけ上、雑音信号のようになり、その信号系列をＱＰＳＫ復調しても携帯電話機５Ｂの送信データは復元されない。
【００２９】
このようにして本発明を適用した無線通信システムの場合には、送信側において通信毎に異なる直交行列を信号系列に乗算して送信し、受信側においては受信した信号系列に送信側（この場合、自局の通信相手を指す）で使用した直交行列の逆行列を乗算して直交変換前の元の信号系列を復元するようにしたことにより、他の通信によつて同一チヤンネルが使用された場合でも、当該他の通信によつて送信された信号系列を誤つて復元することを未然に回避し得、これにより他の通信によつて送信されたデータが漏洩することを未然に回避し得る。
【００３０】
因みに、ここでは基地局６Ａが携帯電話機５Ｂの送信信号ＣＢを受信したとき、漏洩問題が回避されることを述べたが、同様の理由により、基地局６Ｂが携帯電話機５Ａの送信信号ＣＡを受信したときにも、漏洩問題は回避される。
【００３１】
ここで直交行列を用いた直交変換とその逆変換について、実際の信号遷移図を用いて説明する。まず携帯電話機５Ａの送信信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）は、ＱＰＳＫ変調されているのでπ／４、３π／４、５π／４又は７π／４の位相状態を取り得、これにより図２（Ａ）に示すように複素平面上（ＩＱ平面上）においては位相状態がπ／４、３π／４、５π／４又は７π／４なる位置に存在する。このような送信信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）にＮ次の正規直交行列ＭA を乗算すると、その結果得られる信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）は、図２（Ｂ）に示すように、位相状態がランダムな状態になる。
【００３２】
一方、受信側である基地局６Ａにおいて、この信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）を受信し、上述したように送信側で使用した直交行列ＭA の逆行列ＭA -1をこの信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）に乗算すると、その結果得られる信号系列Ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）は、図２（Ｃ）に示すように、元の信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）と同じになり、複素平面上のπ／４、３π／４、５π／４又は７π／４なる位相状態の位置に戻る。従つてこの信号系列Ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）にＱＰＳＫ復調を施せば、携帯電話機５Ａからの送信データを正確に復元することができる。
【００３３】
また携帯電話機５Ｂの送信信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）も、同じようにＱＰＳＫ変調されているのでπ／４、３π／４、５π／４又は７π／４の位相状態を取り得、これにより図３（Ａ）に示すように複素平面上においては位相状態がπ／４、３π／４、５π／４又は７π／４なる位置に存在する。このような送信信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）にＮ次の正規直交行列ＭB を乗算すると、その結果得られる信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）は、図３（Ｂ）に示すように、位相状態がランダムな状態になる。
【００３４】
このような信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）を通信相手ではない基地局６Ａが受信した場合、その信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）は基地局６Ａにとつて干渉波となる。しかしながら基地局６Ａは通信相手からの送信信号か、或いは干渉波であるかの認識はないので、通常の受信処理と同様に復調処理を行う。ところがこの信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交行列ＭA の逆行列ＭA -1を乗算しても、当該逆行列ＭA -1は送信時に使用した直交行列ＭB の逆行列ではないので、図３（Ｃ）に示すように、位相状態は元の状態に戻らず、逆にさらにランダムな状態になる。従つてこの図３（Ｃ）に示される信号系列をＱＰＳＫ復調しても携帯電話機５Ｂからの送信データは復元されない。依つて、他の通信によつて送信されたデータが漏洩することを回避し得、無線通信システムとして好ましくない状況に陥ることを回避し得る。
【００３５】
ここでこのような原理を適用した携帯電話機５Ａ（又は５Ｂ）と基地局６Ａ（又は６Ｂ）の具体的構成を以下に説明する。まず携帯電話機５Ａ（又は５Ｂ）は、図４に示すような送信装置１０を有している。この送信装置１０は大きく分けてＱＰＳＫ変調回路１１、直交変換部１２及び送信部１３によつて構成され、所定の音声処理回路等を介して供給された送信データＳ１をまずＱＰＳＫ変調回路１１に入力するようになされている。ＱＰＳＫ変調回路１１はその送信データＳ１にＱＰＳＫ変調処理を施すことにより当該送信データＳ１を位相データの送信信号系列Ｓ２に変換し、当該送信信号系列Ｓ２を直交変換部１２のシリアル／パラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）１４に出力する。因みに、この送信信号系列Ｓ２は上述した信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）（又はｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……））に相当するものである。
【００３６】
シリアル／パラレル変換回路１４は、送信信号系列Ｓ２をＮケづつのグループに分ける回路であり、入力された送信信号系列Ｓ２をＮケづつ分けることによりＮケのパラレル信号に変換し、その結果得られるパラレルの信号系列ＳＴ1 〜ＳＴN を直交変換回路１５に出力する。
【００３７】
直交変換回路１５は、所定のＮ次の正規直交行列を用いて送信信号系列に直交変換を施す回路であり、入力されるパラレルの信号系列ＳＴ1 〜ＳＴN を１グループとして順にＮ次の正規直交行列を乗算し、信号系列ＳＴ1 〜ＳＴN に対してグループ毎に直交変換を施す。その際、直交変換回路１５は、他の通信で使用されているＮ次の正規直交行列と全く異なる行列を探してそれを直交変換に使用するのではなく、複数存在するＮ次の正規直交行列の中からランダムに選んだ行列を使用する。これは、他の通信で使用されているＮ次の正規直交行列と全く異なる行列を探そうとすると、他の通信で使用されている行列を調べる処理が必要になり、その処理のために直交行列の選定処理が煩雑になるからである。このためこの直交変換回路１５では、複数存在するＮ次の正規直交行列の中からランダムに行列を選ぶことにより、見かけ上、他の通信で使用される行列と異なる行列を得るようにし、行列選定処理を簡易化している。
【００３８】
ここでこのＮ次の正規直交行列の選定方法を具体的に説明する。直交変換回路１５には、ベクトル成分が２値からなるＮ次の直交ベクトルとして、例えばＮ次のウオルシユベクトルがＮケ予め用意されている。直交変換回路１５はこのＮ次のウオルシユベクトルにそれぞれランダムな位相回転を与え、これを組み合わせることによりランダムなＮ次の正規直交行列を生成する。すなわち次式、
【００３９】
【数６】
【００４０】
に示すように、Ｎ次のウオルシユベクトルＷ1 、Ｗ2 、……ＷN にそれぞれランダムな位相回転成分ｅjZ1 、ｅjZ2 、……ｅjZN （ここでＺ１〜ＺＮは位相回転角を示す）を乗算することにより当該ウオルシユベクトルＷ1 、Ｗ2 、……ＷN にランダムな位相回転を与え、これに１／√Ｎを乗算してランダムなＮ次の正規直交行列Ｍを生成する。但し、（６）式においてＷ1 T 、Ｗ2 T 、……ＷN T は、それぞれ列方向にベクトル成分を持つウオルシユベクトルＷ1 、Ｗ2 、……ＷN を行方向にベクトル成分を持つようにベクトル転置したものである。
【００４１】
このような選定方法を使用して直交変換回路１５はＮ次の正規直交行列を選定し、これをパラレルの信号系列ＳＴ1 〜ＳＴN に乗算することにより当該信号系列ＳＴ1 〜ＳＴN に直交変換を施し、その結果得られるパラレルの信号系列ＳＴ1 ′〜ＳＴN ′をパラレル／シリアル変換回路（Ｐ／Ｓ）１６に出力する。
【００４２】
パラレル／シリアル変換回路１６は、パラレル信号をシリアル信号に変換することによりグループ化された送信信号系列を１つにまとめる回路であり、入力されるパラレルの信号系列ＳＴ1 ′〜ＳＴN ′をシリアルの信号系列Ｓ３に変換し、これを送信部１３の逆フーリエ変換回路（ＩＦＦＴ）１７に出力する。因みに、この信号系列Ｓ３は、上述した信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）（又はｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……））に相当するものである。
【００４３】
逆フーリエ変換回路１７は、信号系列Ｓ３に逆フーリエ変換を施すことにより当該信号系列Ｓ３を周波数の異なる複数のマルチキヤリアに分散して重畳し、その結果得られる送信信号Ｓ４を高周波回路１８に出力する。高周波回路１８はこの送信信号Ｓ４を所定チヤンネルの送信信号Ｓ５に周波数変換すると共に、当該送信信号Ｓ５を所定電力に増幅した後、アンテナ１９を介して送信する。因みに、高周波回路１８は、送信信号Ｓ５のチヤンネルを所定タイミング毎にランダムに変化させ（いわゆる周波数ホツピングさせる）、これによつて他の通信とチヤンネルが同一になることを避けつつ、周波数の利用効率を向上するようになされている。
【００４４】
これに対して基地局６Ａ（又は６Ｂ）は、図５に示すような受信装置２０を有している。この受信装置２０は大きく分けて受信部２１、直交逆変換部２２及びＱＰＳＫ復調回路２９とによつて構成されており、アンテナ２３を介して受信した受信信号Ｓ１０を受信部２１の高周波回路２４に入力するようになされている。高周波回路２４は受信信号Ｓ１０を所定電力に増幅すると共に、当該受信信号Ｓ１０をベースバンドの受信信号Ｓ１１に周波数変換し、これをフーリエ変換回路（ＦＦＴ）２５に出力する。フーリエ変換回路２５は受信信号Ｓ１１にフーリエ変換を施すことにより複数のマルチキヤリアに分散して重畳されている信号系列Ｓ１２を抽出し、これを直交逆変換部２２のシリアル／パラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）２６に出力する。因みに、この信号系列Ｓ１２は、上述した信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）（又はｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……））に相当するものである。
【００４５】
シリアル／パラレル変換回路２６は、信号系列Ｓ１２をＮケづつのグループに分ける回路であり、入力された信号系列Ｓ１２をＮケづつ分けることによりＮケのパラレルデータに変換し、その結果得られるパラレルの信号系列ＳＲ1 〜ＳＲN を直交逆変換回路２７に出力する。
【００４６】
直交逆変換回路２７は、通信相手の直交変換回路１５が使用したＮ次の正規直交行列の逆行列を用いて直交逆変換を行う回路であり、入力されるパラレルの信号系列ＳＲ1 〜ＳＲN を１グループとして順に逆行列を乗算することにより信号系列ＳＲ1 〜ＳＲN に対してグループ毎に直交逆変換を施し、その結果得られる信号系列ＳＲ1 ′〜ＳＲN ′をパラレル／シリアル変換回路（Ｐ／Ｓ）２８に出力する。因みに、直交逆変換回路２７は、例えば通信開始の際の制御信号の受渡処理等により送信側で使用したＮ次の正規直交行列を認識するようになされている。
【００４７】
パラレル／シリアル変換回路２８は、パラレル信号をシリアル信号に変換することによりグループ化された受信信号系列を１つにまとめる回路であり、入力されるパラレルの信号系列ＳＲ1 ′〜ＳＲN ′をシリアルの信号系列Ｓ１３に変換し、これをＱＰＳＫ復調回路２９に出力する。因みに、この信号系列Ｓ１３は、上述した信号系列Ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）（又はＸ(B) n （ｎ＝１、２、３、……））に相当するものである。ＱＰＳＫ復調回路２９は、ＱＰＳＫ変調されている信号系列Ｓ１３に例えば直交遅延検波等の所定の復調処理を施すことにより位相データである信号系列Ｓ１３から受信データＳ１４を復元する。かくして、送信側の送信データＳ１と同じ受信データＳ１４が受信側において復元される。
【００４８】
因みに、携帯電話機５Ａ（又は５Ｂ）と基地局６Ａ（又は６Ｂ）との間では、双方向の通信が行われるので、携帯電話機５Ａ（又は５Ｂ）には上述した受信装置２０とほぼ同様の受信装置が設けられており、同様に、基地局６Ａ（又は６Ｂ）には上述した送信装置１０とほぼ同様の送信装置が設けられている。
【００４９】
以上の構成において、この無線通信システムの場合には、送信時、ＱＰＳＫ変調された信号系列に通信毎に異なるＮ次の正規直交行列を乗算することにより当該信号系列に直交変換を施し、その直交変換された信号系列を送信する。一方、受信側では、通信相手の送信側で使用されたＮ次の正規直交行列の逆行列を受信した信号系列に乗算することにより当該信号系列に直交逆変換を施し、その逆変換が施された信号系列をＱＰＳＫ復調する。例えば図１に示した携帯電話機５Ａでは、送信する信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）にＮ次の正規直交行列ＭA を乗算することにより当該信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交変換を施し、その直交変換が施された信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）を送信する。また携帯電話機５Ｂでは、送信する信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交行列ＭA とは異なるＮ次の正規直交行列ＭB を乗算することにより当該信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交変換を施し、その直交変換が施された信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）を送信する。
【００５０】
ところで基地局６Ａにおいて通信相手である携帯電話機５Ａからの送信信号ＣＡが受信された場合には、受信した信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交行列ＭA の逆行列ＭA -1を乗算するので、元の信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）を正確に復元し得、これによつてＱＰＳＫ復調により携帯電話機５Ａが送信した送信データを正確に復元し得る。
【００５１】
これに対して基地局６Ａにおいて携帯電話機５Ｂからの送信信号ＣＢが受信された場合には、受信した信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に逆行列ＭA -1を乗算しても、当該逆行列ＭA -1は送信側で使用した直交行列ＭB の逆行列ではないので、元の信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）は復元されない。この場合、逆行列ＭA -1を乗算すると、信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）にＭA -1ＭB でなる行列を乗算した状態になり、その信号系列はさらにランダムになつて見かけ上、雑音信号のようになり、このため仮にＱＰＳＫ復調しても元々の送信データは復元されない。
【００５２】
このようにしてこの無線通信システムでは、送信側で通信毎に異なる直交行列を信号系列に乗算して送信し、受信側では受信した信号系列に通信相手の送信側で使用された直交行列の逆行列を乗算して元の信号系列を復元するようにしたことにより、他の通信によつて同一チヤンネルが使用され、これを受信したとしても、他の通信とでは送信時に使用された直交行列が異なつているので、逆行列を乗算しても直交逆変換は実現されず、当該他の通信によつて送信された信号系列は復元されない。これにより他の通信によつて送信された送信データが漏洩することを未然に回避し得る。
【００５３】
またこの無線通信システムの場合には、直交変換回路１５においてＮ次の正規直交行列を選定する際、他の通信によつて使用されているＮ次の正規直交行列を調べて完全に異なるＮ次の正規直交行列を選定するのではなく、実際には、複数存在するＮ次の正規直交行列の中からランダムに選び出すことにより他の通信で使用されている行列と異なる行列を選定している。従つて、他の通信によつて使用している行列を調べる処理が不要になるので、直交行列の選定処理を簡易にすることができる。
【００５４】
またこの無線通信システムの場合には、直交行列の選定する際、予め複数の直交行列を用意しておくのではなく、実際には、Ｎ次のウオルシユベクトルを予めＮケ用意しておき、そのウオルシユベクトルＷ1 、Ｗ2 、……ＷN にそれぞれランダムな位相回転を与え、それらを組み合わせることにより、Ｎ次の正規直交行列を得ている。従つて正規直交行列を算出するための演算部分を加減算処理だけで構成し得ると共に、複数の直交行列を記憶するようなメモリが不要となり、簡易な構成で正規直交行列を算出し得る。
【００５５】
因みに、参考としてウオルシユベクトルを用いて算出したＮ次の正規直交行列をここに示す。例えばＮ＝１とし、携帯電話機５Ａ、５Ｂで選定したランダムな位相回転角をそれぞれＺＡ、ＺＢとすると、Ｎ＝１のときにはウオルシユベクトルは「１」になるので、携帯電話機５Ａ、５Ｂで生成される正規直交行列ＭA 、ＭB は、それぞれ次式、
【００５６】
【数７】
【００５７】
に示すようになる。因みに、この（７）式に示されるような正規直交行列ＭA 、ＭB を使用すると、図６に示すように、複素平面上において位相状態がπ／４、３π／４、５π／４又は７π／４にある信号系列を所定方向に位相回転角ＺＡ又はＺＢだけ回転させることを意味している。なお、この場合には、基地局６Ａにおいて他の通信である携帯電話機５Ｂからの送信信号を受信したとすると、信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に、次式、
【００５８】
【数８】
【００５９】
で示される行列を乗算した状態になり、位相回転角ＺＡ、ＺＢが異なつていれば、他の通信によつて送信された信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）が復元されないことが分かる。
【００６０】
またＮ＝２とし、携帯電話機５Ａ、５Ｂで選定したランダムな位相回転角をそれぞれＺＡ１、ＺＡ２、ＺＢ１、ＺＢ２とし、２次のウオルシユベクトルＷ1 、Ｗ2 の行方向転置ベクトルＷ1 T 、Ｗ2 T として、次式、
【００６１】
【数９】
【００６２】
に示されるベクトルを使用すると、携帯電話機５Ａ、５Ｂで生成される正規直交行列ＭA 、ＭB は、それぞれ次式、
【００６３】
【数１０】
【００６４】
に示すようになる。なお、この場合には、基地局６Ａにおいて他の通信である携帯電話機５Ｂからの送信信号を受信したとすると、信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に、次式、
【００６５】
【数１１】
【００６６】
で示される行列を乗算した状態になり、位相回転角ＺＡ１とＺＢ１及び位相回転角ＺＡ２とＺＢ２がそれぞれ異なつていれば、他の通信によつて送信された信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）が復元されないことが分かる。
【００６７】
かくして以上の構成によれば、送信側で信号系列に通信毎に異なる直交行列を乗算して送信し、受信側では受信した信号系列に通信相手の送信側で使用された直交行列の逆行列を乗算して直交変換前の元の信号系列を復元するようにしたことにより、他の通信によつて同一チヤンネルが使用され、これを受信したとしても、当該他の通信によつて送信された信号系列を誤つて復元することを未然に回避し得、これにより他の通信によつて送信された送信データが漏洩することを未然に回避し得る。
【００６８】
なお上述の実施例においては、直交行列を選定する際、Ｎ次のウオルシユベクトルをＮケ用意しておき、そのウオルシユベクトルにそれぞれランダムな位相回転を与え、その位相回転が与えられたウオルシユベクトルを組み合わせることによりランダムな直交行列を生成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、所定の直交行列の各ベクトル成分をランダムに並べ換えることによりランダムな直交行列を生成するようにしても上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
また上述の実施例においては、直交行列として、正規化された直交行列を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、正規化されていない任意の直交行列を用いても良い。要は、送信時、直交行列を用いて信号系列に直交変換を施すようにすればどのような直交行列を用いても上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
また上述の実施例においては、送信データに施す変調方式としてＱＰＳＫ変調を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＢＰＳＫ変調（Binary Phase Shift Keying ：２相位相偏移変調）や１６ＱＡＭ変調（16 Quadrature Amplitude Modulation：16値直交振幅変調）等、その他の変調方式を用いるようにしても良い。
【００７１】
また上述の実施例においては、信号系列を複数のマルチキヤリアに分散して重畳し、その結果得られる送信信号を所定チヤンネルに周波数変換して送信すると共に、当該送信信号のチヤンネルを所定タイミング毎にランダムに変化させるような通信方式の無線通信システムに本発明を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他の通信方式の無線通信システムに本発明を適用しても良い。要は、同一チヤンネルを使用して少なくとも２つ以上の通信が行われることによりその２つ以上の通信の電波が互いに干渉し合う、いわゆる同一チヤンネル干渉が起き得る可能性があれば、本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。
【００７２】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、マルチキヤリア通信によりチヤンネル干渉に強く、同一チヤンネルを使用して他の通信が行われた場合でも、他の通信とでは直交変換に使用した直交行列が異なつているので、逆行列を乗算しても直交逆変換は実現されず、他の通信で送信された信号系列が復元されることはないうえ、周波数ホツピングによりチヤンネルを所定タイミング毎にランダムに変化させているため、そもそも同一チヤンネルが使用されることを予め回避してチヤンネル干渉の影響を極力低減し得る通信方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理の説明に供するシステム構成図である。
【図２】本発明を適用した無線通信システムにおいて通信相手からの送信信号を受信したときの動作の説明に供する信号遷移図である。
【図３】本発明を適用した無線通信システムにおいて干渉波を受信したときの動作の説明に供する信号遷移図である。
【図４】携帯電話機に設けられた送信装置の構成を示すブロツク図である。
【図５】基地局に設けられた受信装置の構成を示すブロツク図である。
【図６】１次の直交行列を用いたときの直交変換の説明に供する信号遷移図である。
【図７】他の通信によつて送信された送信信号が干渉波となることの説明に供するシステム構成図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ……セル、２Ａ、２Ｂ、５Ａ、５Ｂ……携帯電話機、３Ａ、３Ｂ、６Ａ、６Ｂ……基地局、１０……送信装置、１１……ＱＰＳＫ変調回路、１２……直交変換部、１３……送信部、１４、２６……シリアル／パラレル変換回路、１５……直交変換回路、１６、２８……パラレル／シリアル変換回路、１７……逆フーリエ変換回路、１８、２４……高周波回路、１９、２３……アンテナ、２０……受信装置、２１……受信部、２２……直交逆変換部、２５……フーリエ変換回路、２７……直交逆変換回路、２９……ＱＰＳＫ復調回路。
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
【０００２】
発明の属する技術分野
従来の技術
発明が解決しようとする課題（図７）
課題を解決するための手段
発明の実施の形態（図１〜図６）
発明の効果
【０００３】
【発明の属する技術分野】
本発明は通信方法及び送信装置並びに受信装置に関し、例えば携帯電話システムのような無線通信システムに適用して好適なものである。
【０００４】
【従来の技術】
従来、この種の無線通信システムにおいては、通信サービスを提供するエリアを所望の大きさのセルに分割して当該セル内にそれぞれ固定無線局としての基地局を設置し、移動無線局としての携帯電話機は自分が存在するセル内の基地局と無線通信するようになされている。その際、この種の無線通信システムでは、隣接するセル間で異なる周波数チヤンネル（以下、これを単にチヤンネルと呼ぶ）を使用することにより電波の干渉問題を避けるようになされている。
【０００５】
ところでこのように隣接するセル間で異なるチヤンネルを使用するようにすると、干渉問題を避けられる反面、周波数の利用効率が低下するといつた不都合が生じる。このため最近では、各セルで使用するチヤンネルを所定タイミング毎にランダムに変化させることにより干渉問題を回避すると共に、周波数の利用効率を向上するようになされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところでかかる無線通信システムにおいては、チヤンネルをランダムに変化させているだけなので、隣接するセル間でチヤンネルが同一になることを必ずしも避け得ず、タイミングによつては同一になつてしまうおそれがある。そのように同一チヤンネルが使用された場合には、従来と同様、やはり干渉問題が発生してしまう。
【０００７】
例えば図７に示すように、セル１Ａにおいて携帯電話機２Ａが所定のチヤンネルを使用して基地局３Ａと無線通信しているとき、隣接するセル１Ｂにおいてそれと同一のチヤンネルを使用して携帯電話機２Ｂが基地局３Ｂと無線通信していると、当該携帯電話機２Ｂが送信した送信信号ＣＢが基地局３Ａに届くことがある。この場合、基地局３Ａに届いた送信信号ＣＢは、携帯電話機２Ａが基地局３Ａに向けて送信した送信信号ＣＡに対して干渉波（いわゆる妨害波）となる。このように送信信号ＣＡに対する干渉波Ｉが生じたとしても、通常であれば、送信信号ＣＡの信号レベルの方が干渉波Ｉに比べて大きいのであまり問題にならない。しかしながら携帯電話機２Ａが基地局３Ａから離れている等の理由により、送信信号ＣＡの信号レベルが干渉波Ｉに比べて小さくなつた場合には、基地局３Ａが携帯電話機２Ａからの送信信号ＣＡではなく間違つて干渉波Ｉを受信してしまい、その結果、携帯電話機２Ｂが送信した信号系列が復元されて他人の通話内容が漏洩するといつた事象が起こり、無線通信システムとして好ましくない状況に陥るおそれがある。因みに、このような状況のときには、無線通信システムとしては、受信データが得られなくなるとしても干渉波Ｉを復調しないことが望ましい。
【０００８】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、他の通信によつて同一チヤンネルが使用された場合でも、当該他の通信によつて送信された信号系列を誤つて復元することを未然に回避し得る通信方法及びそれを用いた送信装置並びに受信装置を提案しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、送信側では、所定のディジタル変調方式によつて変調された信号系列をＮ（１次以上の整数）ケづつグループ化し、グループ毎にＮ次の直交行列を乗算することにより直交変換を施し、当該直交変換が施された信号系列を複数のマルチキヤリアに分散して重畳することにより得られる送信信号を、周波数ホツピングさせた所定チヤンネルを使用して送信し、受信側では、チヤンネルを介して受信した送信信号の中からマルチキヤリアに分散して重畳されている信号系列を抽出し、当該信号系列をＮケづつグループ化し、グループ毎にＮ次の直交行列の逆行列を乗算することにより直交変換前の上記信号系列を復元するようにした。
【００１０】
これにより、マルチキヤリア通信によりチヤンネル干渉に強く、同一チヤンネルを使用して他の通信が行われた場合でも、他の通信とでは直交変換に使用した直交行列が異なつているので、逆行列を乗算しても直交逆変換は実現されず、他の通信で送信された信号系列が復元されることはないうえ、周波数ホツピングによりチヤンネルを所定タイミング毎にランダムに変化させているため、そもそも同一チヤンネルが使用されることを予め回避してチヤンネル干渉の影響を極力低減することができる。また、信号系列をＮケづつグループ化して、グループ毎にＮ次の直交行列をそれぞれ同時並列的に乗算しているため、信号処理時間を短縮化して信号系列を短時間で復元することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００１２】
まず始めに図１を用いて本発明の原理を説明する。図１において、５Ａ、５Ｂはそれぞれ本発明を適用した携帯電話機を示し、６Ａ、６Ｂは本発明を適用した基地局を示す。まずこの図１に示すように、セル１Ａにおいて携帯電話機５Ａが所定のチヤンネルを使用して基地局６Ａと無線通信していると共に、隣接するセル１Ｂにおいてそれと同一のチヤンネルを使用して携帯電話機５Ｂが基地局６Ｂと無線通信している状況にあるとする。その際、携帯電話機５Ａ、５Ｂは共に送信データの変調方式として例えばＱＰＳＫ変調（Quadrature Phase Shift Keying ：４相位相偏移変調）を使用しているものとし、その変調された送信信号の信号系列をそれぞれｘ(A) 1 、ｘ(A) 2 、ｘ(A) 3 、……ｘ(A) k-1 、ｘ(A) k 、ｘ(A) k+1 、……とｘ(B) 1 、ｘ(B) 2 、ｘ(B) 3 、……ｘ(B) k-1 、ｘ(B) k 、ｘ(B) k+1 、……とする。
【００１３】
ここで本発明を適用した携帯電話機２Ａは、送信時、その送信信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）をＮケづつグループ化し（Ｎは１以上の整数）、そのグループ化された送信信号系列ｘ(A) k 、……ｘ(A) k+N と所定のＮ次の正規直交行列ＭA とを、次式、
【００１４】
【数１】
に示すようにグループ毎に順に乗算することにより送信信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交変換を施し、その結果得られる送信信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）を順に送信する。
【００１６】
一方、受信側である基地局６Ａでは、通信相手の携帯電話機５Ａからの送信信号ＣＡを受信したとき、受信した受信信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）をＮケづつグループ化し、そのグループ化された受信信号系列ｙ(A) k 、……ｙ(A) k+N と送信側で使用したＮ次の正規直交行列ＭA の逆行列ＭA -1とを、次式、
【００１７】
【数２】
に示すようにグループ毎に順に乗算することにより直交変換前の信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）に等しい信号系列Ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）を復元する。
【００１９】
同様に、携帯電話機５Ｂは、送信時、送信信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）をＮケづつグループ化し、そのグループ化された送信信号系列ｘ(B) k 、……ｘ(B) k+N と所定のＮ次の正規直交行列ＭB とを、次式、
【００２０】
【数３】
に示すようにグループ毎に順に乗算することにより送信信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交変換を施し、その結果得られる送信信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）を順に送信する。因みに、携帯電話機５Ｂで使用するＮ次の正規直交行列ＭB と携帯電話機５Ａで使用するＮ次の正規直交行列ＭA はそれぞれ全く異なる行列である。
【００２２】
受信側である基地局６Ｂでは、通信相手の携帯電話機５Ｂからの送信信号ＣＢを受信したとき、受信した受信信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）をＮケづつグループ化し、そのグループ化された受信信号系列ｙ(B) k 、……ｙ(B) k+N と送信側で使用したＮ次の正規直交行列ＭB の逆行列ＭB -1とを、次式、
【００２３】
【数４】
に示すようにグループ毎に順に乗算することにより直交変換前の信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に等しい信号系列Ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）を復元する。
【００２５】
ところで基地局６Ａにおいては、携帯電話機５Ａが送信した送信信号ＣＡだけが届くのではなく、状況によつて携帯電話機５Ｂが送信した送信信号ＣＢも届く。その場合、携帯電話機５Ｂからの送信信号ＣＢは干渉波Ｉとして作用し、その信号レベルが携帯電話機５Ａからの送信信号ＣＡに比して大きければ当該携帯電話機５Ａとの通信に妨害を与えることになる。すなわち基地局６Ａとしてはいずれの携帯電話機５Ａ又は５Ｂからの送信信号であるかといつた認識がないので、誤つて携帯電話機５Ｂからの送信信号ＣＢを受信するおそれがある。
【００２６】
その場合、基地局６Ａは、通常の受信動作と同様に、携帯電話機５Ｂから受信した受信信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）をＮケづつグループ化し、次式、
【００２７】
【数５】
に示すように、そのグループ化した信号系列ｙ(B) k 、……ｙ(B) k+N に順に逆行列ＭA -1を乗算して復調処理を行う。ところがこの（５）式から分かるように、携帯電話機５Ｂからの受信信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）は直交行列ＭA と異なる直交行列ＭB が乗算されたものであるので、逆行列ＭA -1を乗算しても直交逆変換は実現されず、元の信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）は復元されない。この場合、受信した信号系列は、元の信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）をＭA -1ＭB でなる別の直交行列によつて直交変換した信号系列となるので、見かけ上、雑音信号のようになり、その信号系列をＱＰＳＫ復調しても携帯電話機５Ｂの送信データは復元されない。
【００２９】
このようにして本発明を適用した無線通信システムの場合には、送信側において通信毎に異なる直交行列を信号系列に乗算して送信し、受信側においては受信した信号系列に送信側（この場合、自局の通信相手を指す）で使用した直交行列の逆行列を乗算して直交変換前の元の信号系列を復元するようにしたことにより、他の通信によつて同一チヤンネルが使用された場合でも、当該他の通信によつて送信された信号系列を誤つて復元することを未然に回避し得、これにより他の通信によつて送信されたデータが漏洩することを未然に回避し得る。
【００３０】
因みに、ここでは基地局６Ａが携帯電話機５Ｂの送信信号ＣＢを受信したとき、漏洩問題が回避されることを述べたが、同様の理由により、基地局６Ｂが携帯電話機５Ａの送信信号ＣＡを受信したときにも、漏洩問題は回避される。
【００３１】
ここで直交行列を用いた直交変換とその逆変換について、実際の信号遷移図を用いて説明する。まず携帯電話機５Ａの送信信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）は、ＱＰＳＫ変調されているのでπ／４、３π／４、５π／４又は７π／４の位相状態を取り得、これにより図２（Ａ）に示すように複素平面上（ＩＱ平面上）においては位相状態がπ／４、３π／４、５π／４又は７π／４なる位置に存在する。このような送信信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）にＮ次の正規直交行列ＭA を乗算すると、その結果得られる信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）は、図２（Ｂ）に示すように、位相状態がランダムな状態になる。
【００３２】
一方、受信側である基地局６Ａにおいて、この信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）を受信し、上述したように送信側で使用した直交行列ＭA の逆行列ＭA -1をこの信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）に乗算すると、その結果得られる信号系列Ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）は、図２（Ｃ）に示すように、元の信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）と同じになり、複素平面上のπ／４、３π／４、５π／４又は７π／４なる位相状態の位置に戻る。従つてこの信号系列Ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）にＱＰＳＫ復調を施せば、携帯電話機５Ａからの送信データを正確に復元することができる。
【００３３】
また携帯電話機５Ｂの送信信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）も、同じようにＱＰＳＫ変調されているのでπ／４、３π／４、５π／４又は７π／４の位相状態を取り得、これにより図３（Ａ）に示すように複素平面上においては位相状態がπ／４、３π／４、５π／４又は７π／４なる位置に存在する。このような送信信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）にＮ次の正規直交行列ＭB を乗算すると、その結果得られる信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）は、図３（Ｂ）に示すように、位相状態がランダムな状態になる。
【００３４】
このような信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）を通信相手ではない基地局６Ａが受信した場合、その信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）は基地局６Ａにとつて干渉波となる。しかしながら基地局６Ａは通信相手からの送信信号か、或いは干渉波であるかの認識はないので、通常の受信処理と同様に復調処理を行う。ところがこの信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交行列ＭA の逆行列ＭA -1を乗算しても、当該逆行列ＭA -1は送信時に使用した直交行列ＭB の逆行列ではないので、図３（Ｃ）に示すように、位相状態は元の状態に戻らず、逆にさらにランダムな状態になる。従つてこの図３（Ｃ）に示される信号系列をＱＰＳＫ復調しても携帯電話機５Ｂからの送信データは復元されない。依つて、他の通信によつて送信されたデータが漏洩することを回避し得、無線通信システムとして好ましくない状況に陥ることを回避し得る。
【００３５】
ここでこのような原理を適用した携帯電話機５Ａ（又は５Ｂ）と基地局６Ａ（又は６Ｂ）の具体的構成を以下に説明する。まず携帯電話機５Ａ（又は５Ｂ）は、図４に示すような送信装置１０を有している。この送信装置１０は大きく分けてＱＰＳＫ変調回路１１、直交変換部１２及び送信部１３によつて構成され、所定の音声処理回路等を介して供給された送信データＳ１をまずＱＰＳＫ変調回路１１に入力するようになされている。ＱＰＳＫ変調回路１１はその送信データＳ１にＱＰＳＫ変調処理を施すことにより当該送信データＳ１を位相データの送信信号系列Ｓ２に変換し、当該送信信号系列Ｓ２を直交変換部１２のシリアル／パラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）１４に出力する。因みに、この送信信号系列Ｓ２は上述した信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）（又はｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……））に相当するものである。
【００３６】
シリアル／パラレル変換回路１４は、送信信号系列Ｓ２をＮケづつのグループに分ける回路であり、入力された送信信号系列Ｓ２をＮケづつ分けることによりＮケのパラレル信号に変換し、その結果得られるパラレルの信号系列ＳＴ1 〜ＳＴN を直交変換回路１５に出力する。
【００３７】
直交変換回路１５は、所定のＮ次の正規直交行列を用いて送信信号系列に直交変換を施す回路であり、入力されるパラレルの信号系列ＳＴ1 〜ＳＴN を１グループとして順にＮ次の正規直交行列を乗算し、信号系列ＳＴ1 〜ＳＴN に対してグループ毎に直交変換を施す。その際、直交変換回路１５は、他の通信で使用されているＮ次の正規直交行列と全く異なる行列を探してそれを直交変換に使用するのではなく、複数存在するＮ次の正規直交行列の中からランダムに選んだ行列を使用する。これは、他の通信で使用されているＮ次の正規直交行列と全く異なる行列を探そうとすると、他の通信で使用されている行列を調べる処理が必要になり、その処理のために直交行列の選定処理が煩雑になるからである。このためこの直交変換回路１５では、複数存在するＮ次の正規直交行列の中からランダムに行列を選ぶことにより、見かけ上、他の通信で使用される行列と異なる行列を得るようにし、行列選定処理を簡易化している。
【００３８】
ここでこのＮ次の正規直交行列の選定方法を具体的に説明する。直交変換回路１５には、ベクトル成分が２値からなるＮ次の直交ベクトルとして、例えばＮ次のウオルシユベクトルがＮケ予め用意されている。直交変換回路１５はこのＮ次のウオルシユベクトルにそれぞれランダムな位相回転を与え、これを組み合わせることによりランダムなＮ次の正規直交行列を生成する。すなわち次式、
【００３９】
【数６】
に示すように、Ｎ次のウオルシユベクトルＷ1 、Ｗ2 、……ＷN にそれぞれランダムな位相回転成分ｅjZ1 、ｅjZ2 、……ｅjZN （ここでＺ１〜ＺＮは位相回転角を示す）を乗算することにより当該ウオルシユベクトルＷ1 、Ｗ2 、……ＷN にランダムな位相回転を与え、これに１／√Ｎを乗算してランダムなＮ次の正規直交行列Ｍを生成する。但し、（６）式においてＷ1 T 、Ｗ2 T 、……ＷN T は、それぞれ列方向にベクトル成分を持つウオルシユベクトルＷ1 、Ｗ2 、……ＷN を行方向にベクトル成分を持つようにベクトル転置したものである。
【００４１】
このような選定方法を使用して直交変換回路１５はＮ次の正規直交行列を選定し、これをパラレルの信号系列ＳＴ1 〜ＳＴN に乗算することにより当該信号系列ＳＴ1 〜ＳＴN に直交変換を施し、その結果得られるパラレルの信号系列ＳＴ1 ′〜ＳＴN ′をパラレル／シリアル変換回路（Ｐ／Ｓ）１６に出力する。
【００４２】
パラレル／シリアル変換回路１６は、パラレル信号をシリアル信号に変換することによりグループ化された送信信号系列を１つにまとめる回路であり、入力されるパラレルの信号系列ＳＴ1 ′〜ＳＴN ′をシリアルの信号系列Ｓ３に変換し、これを送信部１３の逆フーリエ変換回路（ＩＦＦＴ）１７に出力する。因みに、この信号系列Ｓ３は、上述した信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）（又はｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……））に相当するものである。
【００４３】
逆フーリエ変換回路１７は、信号系列Ｓ３に逆フーリエ変換を施すことにより当該信号系列Ｓ３を周波数の異なる複数のマルチキヤリアに分散して重畳し、その結果得られる送信信号Ｓ４を高周波回路１８に出力する。高周波回路１８はこの送信信号Ｓ４を所定チヤンネルの送信信号Ｓ５に周波数変換すると共に、当該送信信号Ｓ５を所定電力に増幅した後、アンテナ１９を介して送信する。因みに、高周波回路１８は、送信信号Ｓ５のチヤンネルを所定タイミング毎にランダムに変化させ（いわゆる周波数ホツピングさせる）、これによつて他の通信とチヤンネルが同一になることを避けつつ、周波数の利用効率を向上するようになされている。
【００４４】
これに対して基地局６Ａ（又は６Ｂ）は、図５に示すような受信装置２０を有している。この受信装置２０は大きく分けて受信部２１、直交逆変換部２２及びＱＰＳＫ復調回路２９とによつて構成されており、アンテナ２３を介して受信した受信信号Ｓ１０を受信部２１の高周波回路２４に入力するようになされている。高周波回路２４は受信信号Ｓ１０を所定電力に増幅すると共に、当該受信信号Ｓ１０をベースバンドの受信信号Ｓ１１に周波数変換し、これをフーリエ変換回路（ＦＦＴ）２５に出力する。フーリエ変換回路２５は受信信号Ｓ１１にフーリエ変換を施すことにより複数のマルチキヤリアに分散して重畳されている信号系列Ｓ１２を抽出し、これを直交逆変換部２２のシリアル／パラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）２６に出力する。因みに、この信号系列Ｓ１２は、上述した信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）（又はｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……））に相当するものである。
【００４５】
シリアル／パラレル変換回路２６は、信号系列Ｓ１２をＮケづつのグループに分ける回路であり、入力された信号系列Ｓ１２をＮケづつ分けることによりＮケのパラレルデータに変換し、その結果得られるパラレルの信号系列ＳＲ1 〜ＳＲN を直交逆変換回路２７に出力する。
【００４６】
直交逆変換回路２７は、通信相手の直交変換回路１５が使用したＮ次の正規直交行列の逆行列を用いて直交逆変換を行う回路であり、入力されるパラレルの信号系列ＳＲ1 〜ＳＲN を１グループとして順に逆行列を乗算することにより信号系列ＳＲ1 〜ＳＲN に対してグループ毎に直交逆変換を施し、その結果得られる信号系列ＳＲ1 ′〜ＳＲN ′をパラレル／シリアル変換回路（Ｐ／Ｓ）２８に出力する。因みに、直交逆変換回路２７は、例えば通信開始の際の制御信号の受渡処理等により送信側で使用したＮ次の正規直交行列を認識するようになされている。
【００４７】
パラレル／シリアル変換回路２８は、パラレル信号をシリアル信号に変換することによりグループ化された受信信号系列を１つにまとめる回路であり、入力されるパラレルの信号系列ＳＲ1 ′〜ＳＲN ′をシリアルの信号系列Ｓ１３に変換し、これをＱＰＳＫ復調回路２９に出力する。因みに、この信号系列Ｓ１３は、上述した信号系列Ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）（又はＸ(B) n （ｎ＝１、２、３、……））に相当するものである。ＱＰＳＫ復調回路２９は、ＱＰＳＫ変調されている信号系列Ｓ１３に例えば直交遅延検波等の所定の復調処理を施すことにより位相データである信号系列Ｓ１３から受信データＳ１４を復元する。かくして、送信側の送信データＳ１と同じ受信データＳ１４が受信側において復元される。
【００４８】
因みに、携帯電話機５Ａ（又は５Ｂ）と基地局６Ａ（又は６Ｂ）との間では、双方向の通信が行われるので、携帯電話機５Ａ（又は５Ｂ）には上述した受信装置２０とほぼ同様の受信装置が設けられており、同様に、基地局６Ａ（又は６Ｂ）には上述した送信装置１０とほぼ同様の送信装置が設けられている。
【００４９】
以上の構成において、この無線通信システムの場合には、送信時、ＱＰＳＫ変調された信号系列に通信毎に異なるＮ次の正規直交行列を乗算することにより当該信号系列に直交変換を施し、その直交変換された信号系列を送信する。一方、受信側では、通信相手の送信側で使用されたＮ次の正規直交行列の逆行列を受信した信号系列に乗算することにより当該信号系列に直交逆変換を施し、その逆変換が施された信号系列をＱＰＳＫ復調する。例えば図１に示した携帯電話機５Ａでは、送信する信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）にＮ次の正規直交行列ＭA を乗算することにより当該信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交変換を施し、その直交変換が施された信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）を送信する。また携帯電話機５Ｂでは、送信する信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交行列ＭA とは異なるＮ次の正規直交行列ＭB を乗算することにより当該信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交変換を施し、その直交変換が施された信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）を送信する。
【００５０】
ところで基地局６Ａにおいて通信相手である携帯電話機５Ａからの送信信号ＣＡが受信された場合には、受信した信号系列ｙ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）に直交行列ＭA の逆行列ＭA -1を乗算するので、元の信号系列ｘ(A) n （ｎ＝１、２、３、……）を正確に復元し得、これによつてＱＰＳＫ復調により携帯電話機５Ａが送信した送信データを正確に復元し得る。
【００５１】
これに対して基地局６Ａにおいて携帯電話機５Ｂからの送信信号ＣＢが受信された場合には、受信した信号系列ｙ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に逆行列ＭA -1を乗算しても、当該逆行列ＭA -1は送信側で使用した直交行列ＭB の逆行列ではないので、元の信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）は復元されない。この場合、逆行列ＭA -1を乗算すると、信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）にＭA -1ＭB でなる行列を乗算した状態になり、その信号系列はさらにランダムになつて見かけ上、雑音信号のようになり、このため仮にＱＰＳＫ復調しても元々の送信データは復元されない。
【００５２】
このようにしてこの無線通信システムでは、送信側で通信毎に異なる直交行列を信号系列に乗算して送信し、受信側では受信した信号系列に通信相手の送信側で使用された直交行列の逆行列を乗算して元の信号系列を復元するようにしたことにより、他の通信によつて同一チヤンネルが使用され、これを受信したとしても、他の通信とでは送信時に使用された直交行列が異なつているので、逆行列を乗算しても直交逆変換は実現されず、当該他の通信によつて送信された信号系列は復元されない。これにより他の通信によつて送信された送信データが漏洩することを未然に回避し得る。
【００５３】
またこの無線通信システムの場合には、直交変換回路１５においてＮ次の正規直交行列を選定する際、他の通信によつて使用されているＮ次の正規直交行列を調べて完全に異なるＮ次の正規直交行列を選定するのではなく、実際には、複数存在するＮ次の正規直交行列の中からランダムに選び出すことにより他の通信で使用されている行列と異なる行列を選定している。従つて、他の通信によつて使用している行列を調べる処理が不要になるので、直交行列の選定処理を簡易にすることができる。
【００５４】
またこの無線通信システムの場合には、直交行列の選定する際、予め複数の直交行列を用意しておくのではなく、実際には、Ｎ次のウオルシユベクトルを予めＮケ用意しておき、そのウオルシユベクトルＷ1 、Ｗ2 、……ＷN にそれぞれランダムな位相回転を与え、それらを組み合わせることにより、Ｎ次の正規直交行列を得ている。従つて正規直交行列を算出するための演算部分を加減算処理だけで構成し得ると共に、複数の直交行列を記憶するようなメモリが不要となり、簡易な構成で正規直交行列を算出し得る。
【００５５】
因みに、参考としてウオルシユベクトルを用いて算出したＮ次の正規直交行列をここに示す。例えばＮ＝１とし、携帯電話機５Ａ、５Ｂで選定したランダムな位相回転角をそれぞれＺＡ、ＺＢとすると、Ｎ＝１のときにはウオルシユベクトルは「１」になるので、携帯電話機５Ａ、５Ｂで生成される正規直交行列ＭA 、ＭB は、それぞれ次式、
【００５６】
【数７】
に示すようになる。因みに、この（７）式に示されるような正規直交行列ＭA 、ＭB を使用すると、図６に示すように、複素平面上において位相状態がπ／４、３π／４、５π／４又は７π／４にある信号系列を所定方向に位相回転角ＺＡ又はＺＢだけ回転させることを意味している。なお、この場合には、基地局６Ａにおいて他の通信である携帯電話機５Ｂからの送信信号を受信したとすると、信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に、次式、
【００５８】
【数８】
で示される行列を乗算した状態になり、位相回転角ＺＡ、ＺＢが異なつていれば、他の通信によつて送信された信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）が復元されないことが分かる。
【００６０】
またＮ＝２とし、携帯電話機５Ａ、５Ｂで選定したランダムな位相回転角をそれぞれＺＡ１、ＺＡ２、ＺＢ１、ＺＢ２とし、２次のウオルシユベクトルＷ1 、Ｗ2 の行方向転置ベクトルＷ1 T 、Ｗ2 T として、次式、
【００６１】
【数９】
に示されるベクトルを使用すると、携帯電話機５Ａ、５Ｂで生成される正規直交行列ＭA 、ＭB は、それぞれ次式、
【００６３】
【数１０】
に示すようになる。なお、この場合には、基地局６Ａにおいて他の通信である携帯電話機５Ｂからの送信信号を受信したとすると、信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）に、次式、
【００６５】
【数１１】
で示される行列を乗算した状態になり、位相回転角ＺＡ１とＺＢ１及び位相回転角ＺＡ２とＺＢ２がそれぞれ異なつていれば、他の通信によつて送信された信号系列ｘ(B) n （ｎ＝１、２、３、……）が復元されないことが分かる。
【００６７】
かくして以上の構成によれば、送信側で信号系列に通信毎に異なる直交行列を乗算して送信し、受信側では受信した信号系列に通信相手の送信側で使用された直交行列の逆行列を乗算して直交変換前の元の信号系列を復元するようにしたことにより、他の通信によつて同一チヤンネルが使用され、これを受信したとしても、当該他の通信によつて送信された信号系列を誤つて復元することを未然に回避し得、これにより他の通信によつて送信された送信データが漏洩することを未然に回避し得る。
【００６８】
なお上述の実施例においては、直交行列を選定する際、Ｎ次のウオルシユベクトルをＮケ用意しておき、そのウオルシユベクトルにそれぞれランダムな位相回転を与え、その位相回転が与えられたウオルシユベクトルを組み合わせることによりランダムな直交行列を生成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、所定の直交行列の各ベクトル成分をランダムに並べ換えることによりランダムな直交行列を生成するようにしても上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
また上述の実施例においては、直交行列として、正規化された直交行列を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、正規化されていない任意の直交行列を用いても良い。要は、送信時、直交行列を用いて信号系列に直交変換を施すようにすればどのような直交行列を用いても上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
また上述の実施例においては、送信データに施す変調方式としてＱＰＳＫ変調を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＢＰＳＫ変調（Binary Phase Shift Keying ：２相位相偏移変調）や１６ＱＡＭ変調（16 Quadrature Amplitude Modulation：16値直交振幅変調）等、その他の変調方式を用いるようにしても良い。
【００７１】
また上述の実施例においては、信号系列を複数のマルチキヤリアに分散して重畳し、その結果得られる送信信号を所定チヤンネルに周波数変換して送信すると共に、当該送信信号のチヤンネルを所定タイミング毎にランダムに変化させるような通信方式の無線通信システムに本発明を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他の通信方式の無線通信システムに本発明を適用しても良い。要は、同一チヤンネルを使用して少なくとも２つ以上の通信が行われることによりその２つ以上の通信の電波が互いに干渉し合う、いわゆる同一チヤンネル干渉が起き得る可能性があれば、本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。
【００７２】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、マルチキヤリア通信によりチヤンネル干渉に強く、同一チヤンネルを使用して他の通信が行われた場合でも、他の通信とでは直交変換に使用した直交行列が異なつているので、逆行列を乗算しても直交逆変換は実現されず、他の通信で送信された信号系列が復元されることはないうえ、周波数ホツピングによりチヤンネルを所定タイミング毎にランダムに変化させているため、そもそも同一チヤンネルが使用されることを予め回避してチヤンネル干渉の影響を極力低減し得る通信方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理の説明に供するシステム構成図である。
【図２】本発明を適用した無線通信システムにおいて通信相手からの送信信号を受信したときの動作の説明に供する信号遷移図である。
【図３】本発明を適用した無線通信システムにおいて干渉波を受信したときの動作の説明に供する信号遷移図である。
【図４】携帯電話機に設けられた送信装置の構成を示すブロツク図である。
【図５】基地局に設けられた受信装置の構成を示すブロツク図である。
【図６】１次の直交行列を用いたときの直交変換の説明に供する信号遷移図である。
【図７】他の通信によつて送信された送信信号が干渉波となることの説明に供するシステム構成図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ……セル、２Ａ、２Ｂ、５Ａ、５Ｂ……携帯電話機、３Ａ、３Ｂ、６Ａ、６Ｂ……基地局、１０……送信装置、１１……ＱＰＳＫ変調回路、１２……直交変換部、１３……送信部、１４、２６……シリアル／パラレル変換回路、１５……直交変換回路、１６、２８……パラレル／シリアル変換回路、１７……逆フーリエ変換回路、１８、２４……高周波回路、１９、２３……アンテナ、２０……受信装置、２１……受信部、２２……直交逆変換部、２５……フーリエ変換回路、２７……直交逆変換回路、２９……ＱＰＳＫ復調回路。
Claims (15)
- 送信側では、所定のディジタル変調方式によつて変調された信号系列をＮ（１次以上の整数）ケづつグループ化し、グループ毎にＮ次の直交行列を乗算することにより直交変換を施し、当該直交変換が施された信号系列を複数のマルチキヤリアに分散して重畳することにより得られる送信信号を、周波数ホツピングさせた所定チヤンネルを使用して送信し、
受信側では、上記チヤンネルを介して受信した上記送信信号の中から上記マルチキヤリアに分散して重畳されている信号系列を抽出し、当該信号系列を上記Ｎケづつグループ化し、グループ毎に上記Ｎ次の直交行列の逆行列を乗算することにより直交変換前の上記信号系列を復元する
ことを特徴とする通信方法。 - 複数存在する上記直交行列の中からランダムに選ぶことにより通信毎に異なる上記直交行列を選定する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信方法。 - ベクトル成分が２値からなる複数の直交ベクトルにそれぞれランダムな位相回転を与え、当該位相回転が与えられた上記直交ベクトルを組み合わせることにより、通信毎に異なる上記直交行列を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信方法。 - 上記直交ベクトルとしてウォルシュベクトルを使用する
ことを特徴とする請求項３に記載の通信方法。 - 所定の直交行列の各ベクトル成分をランダムに並び換えることにより通信毎に異なる上記直交行列を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信方法。 - 所定のディジタル変調方式によつて変調された信号系列をＮ（１次以上の整数）ケづつグループ化し、グループ毎にＮ次の直交行列を乗算することにより直交変換を施す直交変換手段と、
上記直交変換手段から出力される上記直交変換が施された信号系列を複数のマルチキヤリアに分散して重畳することにより得られる送信信号を、周波数ホツピングさせた所定チヤンネルを使用して送信する送信手段と
を具えることを特徴とする送信装置。 - 複数存在する上記直交行列の中からランダムに選ぶことにより通信毎に異なる上記直交行列を選定する
ことを特徴とする請求項６に記載の送信装置。 - ベクトル成分が２値からなる複数の直交ベクトルにそれぞれランダムな位相回転を与え、当該位相回転が与えられた上記直交ベクトルを組み合わせることにより、通信毎に異なる上記直交行列を生成する
ことを特徴とする請求項６に記載の送信装置。 - 上記直交ベクトルとしてウオルシユベクトルを使用する
ことを特徴とする請求項８に記載の送信装置。 - 所定の直交行列の各ベクトル成分をランダムに並び換えることにより通信毎に異なる上記直交行列を生成する
ことを特徴とする請求項６に記載の送信装置。 - 所定のディジタル変調方式によつて変調された信号系列をＮ（１次以上の整数）ケづつグループ化し、グループ毎にＮ次の直交行列を乗算することにより直交変換を施し、当該直交変換が施された信号系列を複数のマルチキヤリアに分散して重畳することにより得られる送信信号を、周波数ホツピングさせた所定チヤンネルを介して通信相手の送信装置から受信する受信手段と、
上記受信手段により上記チヤンネルを介して受信した上記送信信号の中から上記マルチキヤリアに分散して重畳されている信号系列を抽出し、当該信号系列を上記Ｎケづつグループ化し、グループ毎に上記Ｎ次の直交行列の逆行列を乗算することにより直交変換前の上記信号系列を復元する直交逆変換手段と
を具えることを特徴とする受信装置。 - 複数存在する上記直交行列の中からランダムに選ぶことにより通信毎に異なる上記直交行列を選定する
ことを特徴とする請求項１１に記載の受信装置。 - ベクトル成分が２値からなる複数の直交ベクトルにそれぞれランダムな位相回転を与え、当該位相回転が与えられた上記直交ベクトルを組み合わせることにより、通信毎に異なる上記直交行列を生成する
ことを特徴とする請求項１１に記載の受信装置。 - 上記直交ベクトルとしてウオルシユベクトルを使用する
ことを特徴とする請求項１３に記載の受信装置。 - 所定の直交行列の各ベクトル成分をランダムに並び換えることにより通信毎に異なる上記直交行列を生成する
ことを特徴とする請求項１１に記載の受信装置。
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