JP3933628B2 - マルチキャリア通信システムおよびこのシステムに用いられる送信装置、受信装置、送信方法、受信方法 - Google Patents

Description

この発明は、直交周波数符号分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）と符号拡散を組み合わせたマルチキャリア通信システム、およびこのシステムで用いられる送信装置、受信装置、送信方法、受信方法に関する。

周波数選択性フェージング環境下での高速伝送技術として、ＯＦＤＭが知られている。（例えば、非特許文献１参照。）
ＯＦＤＭは、周波数空間上で各サブキャリアを直交させることで、サブキャリアの周波数間隔を狭くすることができる。このため、通信路の周波数特性の影響を受けにくく、高速伝送を実現し易い。図６に隣接するサブキャリアの模式図を示す。二つのサブキャリアは直交しているため、図６の（ａ）に示したようにあるサブキャリアの中心周波数では、隣接するサブキャリアの周波数成分は０になっている。
松江英明、守倉正博、"８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書" ＩＤＧジャパン、２００３年３月２９日、Ｐ．１２７−１３０、１８３−１８６6

ところで、送信機と受信機が備える発信器にはそれぞれ固有の公称発振周波数に対する周波数誤差が存在する。送信機と受信機の発振周波数の間にオフセットが存在する場合、図６の（ｂ）に示すように、受信機における受信信号の周波数成分は周波数軸上でどちらかにオフセットすることになる。このとき、隣接サブキャリアの周波数成分は０ではなくなり、この影響を「サブキャリア間干渉」と呼ぶ。

図６からも分かる通り、各サブキャリアの信号成分は中心周波数を離れるほど減衰していくため、特に隣接するサブキャリアによる影響が大きい。サブキャリア間干渉があると、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）後の各サブキャリアの信号成分に、他のサブキャリアの信号成分が混入することとなり、受信特性の劣化を引き起こす。

本願発明は、この問題点に鑑みてなされたものであり、サブキャリア間干渉を軽減することのできるマルチキャリア通信システム、およびこのシステムで用いられる送信装置、受信装置、送信方法、受信方法を提供するものである。

本願発明の第１の観点によると、直交周波数多重分割（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）方式で通信を行う送信装置と受信装置よりなるマルチキャリア通信システムにおいて、前記送信装置は、一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、サブキャリア毎に変調された変調シンボルを前記拡散率に対応する回数コピーし、それぞれにランダムパターンをかけて符号拡散を行う第１の手段と、拡散後の信号に逆フーリエ変換を施す第２の手段と、逆フーリエ変換後の信号を、前記変調シンボルを構成するＯＦＤＭシンボル毎に前記拡散率に応じた位相量だけ位相シフトする第３の手段とを備え、前記送信装置から送信された信号を受信し、前記変調シンボルを復調する受信装置は、フーリエ変換してサブキャリア毎に分離する第４の手段と、送信側でシフトされた位相量に応じた量だけ前記サブキャリアの位相をそれぞれ回転させる第５の手段と、送信側で使用し
たランダムパターンをサブキャリア毎に乗算し、前記変調シンボルを構成する複数のＯＦＤＭシンボルを加算する第６の手段とを備えたことを特徴とするマルチキャリア通信システムが提供される。

本願発明の第２の観点によると、直交周波数多重分割方式で通信を行うマルチキャリア通信システムに用いられる送信装置において、一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、サブキャリア毎に変調された変調シンボルを前記拡散率に対応する回数コピーし、それぞれにランダムパターンをかけて符号拡散を行う第１の手段と、拡散後の信号に逆フーリエ変換を施す第２の手段と、逆フーリエ変換後の信号を、前記変調シンボルを構成するＯＦＤＭシンボル毎に前記拡散率に応じた位相量だけ位相シフトして送信する第３の手段、とを備えたことを特徴とする送信装置が提供される。

本願発明の第３の観点によると、直交周波数多重分割方式で通信を行うマルチキャリア通信システムに用いられ、一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、サブキャリア毎に変調された変調シンボルを前記拡散率に対応する回数コピーし、それぞれにランダムパターンをかけて符号拡散を行う第１の手段と、拡散後の信号に逆フーリエ変換を施す第２の手段と、逆フーリエ変換後の信号を、前記変調シンボルを構成するＯＦＤＭシンボル毎に前記拡散率に応じた位相量だけ位相シフトする第３の手段とを備えた送信装置から送信された信号を受信し、前記変調シンボルを復調する受信装置において、フーリエ変換してサブキャリア毎に分離する第４の手段と、
送信側でシフトされた位相量に応じた量だけ前記サブキャリアの位相をそれぞれ回転させる第５の手段と、送信側で使用したランダムパターンをサブキャリア毎に乗算し、前記変調シンボルを構成する複数のＯＦＤＭシンボルを加算する第６の手段とを備えたことを特徴とする受信装置が提供される。

本願発明の第４の観点によると、直交周波数多重分割方式で通信を行うマルチキャリア通信システムに用いられる送信方法において、一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、サブキャリア毎に変調された変調シンボルを前記拡散率に対応する回数コピーし、それぞれにランダムパターンをかけて符号拡散を行う第１のステップと、拡散後の信号に逆フーリエ変換を施す第２のステップと、逆フーリエ変換後の信号を、前記変調シンボルを構成するＯＦＤＭシンボル毎に前記拡散率に応じた位相量だけ位相シフトして送信する第３のステップとを備えたことを特徴とする送信方法が提供される。

本願発明の第５の観点によると、直交周波数多重分割方式で通信を行うマルチキャリア通信システムに用いられ、一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、サブキャリア毎に変調された変調シンボルを前記拡散率に対応する回数コピーし、それぞれにランダムパターンをかけて符号拡散を行う第１のステップと、拡散後の信号に逆フーリエ変換を施す第２のステップと、逆フーリエ変換後の信号を、前記変調シンボルを構成するＯＦＤＭシンボル毎に前記拡散率に応じた位相量だけ位相シフトする第３のステップを経て送信された信号を受信し、前記変調シンボルを復調する受信方法において、フーリエ変換してサブキャリア毎に分離する第４のステップと、
送信側でシフトされた位相量に応じた量だけ前記サブキャリアの位相をそれぞれ回転させる第５のステップと、送信側で使用したランダムパターンをサブキャリア毎に乗算し、前記変調シンボルを構成する複数のＯＦＤＭシンボルを加算する第６のステップとを備えたことを特徴とする受信方法が提供される。

本願発明の第６の観点によると、直交周波数多重分割方式で通信を行う送信装置と受信装置よりなるマルチキャリア通信システムにおいて、前記送信装置は、入力される送信情
報列を直並列変換する直並列変換手段と、直並列変換後の送信情報列を変調して変調シンボルを生成する変調手段と、一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、前記変調シンボルを、１ＯＦＤＭシンボル長に前記拡散率を乗じた時間保持する変調シンボル保持手段と、前記１ＯＦＤＭシンボル時間長毎にパターンが更新されるランダムパターンを生成する第１のランダムパターン生成手段と、前記変調シンボル保持手段で保持された変調シンボルに対して前記ランダムパターンを乗算する乗算手段と、ランダムパターン乗算後の変調シンボルを逆フーリエ変換して時間波形に変換する逆フーリエ変換手段と、逆フーリエ変換後の信号を、ＯＦＤＭシンボル毎に位相シフトする位相シフト手段と、位相シフト後の時間波形に前記ＯＦＤＭシンボル毎にガードインターバルを付加するガードインターバル付加手段と、ガードインターバルが付加された信号を高周波帯に周波数変換して外部に送信する送信手段とを備え、前記受信装置は、前記送信手段より送信された信号を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した信号から前記ガードインターバルを除去して有効シンボルを抽出するガードインターバル除去手段と、前記有効シンボルをフーリエ変換し、サブキャリア成分に分離するフーリエ変換手段と、前記サブキャリア成分毎に前記位相シフト手段でシフトした位相量に応じて、前記サブキャリア成分の位相を回転させる位相回転手段と、前記第１のランダムパターン生成手段で生成したランダムパターンと同じ系列のランダムパターンを生成する第２のランダムパターン生成手段と、前記位相回転手段で位相が回転されたサブキャリア成分と前記ランダムパターンとを変調シンボル単位で乗算し、１ＯＦＤＭシンボル長に前記拡散率を乗じた時間分の変調シンボルを積分する積分手段と、前記積分手段の出力を復調して受信情報を取得するする復調手段と、前記復調手段で取得した受信情報を直列受信情報列に変換する並列直列変換手段とを備えたことを特徴とするマルチキャリア通信システムが提供される。

本願発明の第７の観点によると、ひとつの変調シンボルをＫ個（Ｋは自然数）のＯＦＤＭシンボルで送信する場合に、前記位相シフト手段は、ＯＦＤＭシンボルごとに、逆フーリエ変換後の時間波形長の１／Ｋずつ位相シフト量を増加させることを特徴とするマルチキャリア通信システムが提供される。

本願発明の第８の観点によると、直交周波数多重分割方式で通信を行うマルチキャリア通信システムで用いられる送信装置において、前記送信装置は、入力される送信情報列を直並列変換する直並列変換手段と、直並列変換後の送信情報列を変調して変調シンボルを生成する変調手段と、一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、前記変調シンボルを、１ＯＦＤＭシンボル長に前記拡散率を乗じた時間保持する変調シンボル保持手段と、前記１ＯＦＤＭシンボル時間長毎にパターンが更新されるランダムパターンを生成するランダムパターン生成手段と、前記変調シンボル保持手段で保持された変調シンボルに対して前記ランダムパターンを乗算する乗算手段と、ランダムパターン乗算後の変調シンボルを逆フーリエ変換して時間波形に変換する逆フーリエ変換手段と、逆フーリエ変換後の信号を、ＯＦＤＭシンボル毎に位相シフトする位相シフト手段と、位相シフト後の時間波形に前記ＯＦＤＭシンボル毎にガードインターバルを付加するガードインターバル付加手段と、ガードインターバルが付加された信号を高周波帯に周波数変換して外部に送信する送信手段とを備えたことを特徴とする送信装置が提供される。

本願発明の第９の観点によると、直交周波数多重分割方式で通信を行うマルチキャリア通信システムに用いられ、入力される送信情報列を直並列変換する直並列変換手段と、直並列変換後の送信情報列を変調して変調シンボルを生成する変調手段と、一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、前記変調シンボルを、１ＯＦＤＭシンボル長に前記拡散率を乗じた時間保持する変調シンボル保持手段と、前記１ＯＦＤＭシンボル時間長毎にパターンが更新されるランダムパターンを生成する第
１のランダムパターン生成手段と、前記変調シンボル保持手段で保持された変調シンボルに対して前記ランダムパターンを乗算する乗算手段と、ランダムパターン乗算後の変調シンボルを逆フーリエ変換して時間波形に変換する逆フーリエ変換手段と、逆フーリエ変換後の信号を、ＯＦＤＭシンボル毎に位相シフトする位相シフト手段と、位相シフト後の時間波形に前記ＯＦＤＭシンボル毎にガードインターバルを付加するガードインターバル付加手段と、ガードインターバルが付加された信号を高周波帯に周波数変換して外部に送信する送信手段とを備えた送信装置と通信を行う受信装置において、前記受信装置は、前記送信手段から送信された信号を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した信号からガードインターバルを除去して有効シンボルを抽出するガードインターバル除去手段と、前記有効シンボルをフーリエ変換し、サブキャリア成分に分離するフーリエ変換手段と、前記サブキャリア成分毎に前記位相シフト手段でシフトした位相量に応じて、前記サブキャリア成分の位相を回転させる位相回転手段と、前記第１のランダムパターン生成手段で生成したランダムパターンと同じ系列のランダムパターンを生成する第２のランダムパターン生成手段と、前記位相回転手段で位相が回転されたサブキャリア成分と前記ランダムパターンとを変調シンボル単位で乗算し、１ＯＦＤＭシンボル長に前記拡散率を乗じた時間分の変調シンボルを積分する積分手段と、前記積分手段の出力を復調して受信情報を取得するする復調手段と、前記復調手段で取得した受信情報を直列受信情報列に変換する並列直列変換手段とを備えたことを特徴とする受信装置が提供される。

本願発明によれば、サブキャリア間干渉を軽減することができる。

以下、図面を参照しながら本願発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１および図２は本願発明に係る第１の実施形態を示すブロック図であり、図１は送信機の構成例を示す。図２はこの送信機に対応する受信機の構成例を示す。

本願発明の送信機および受信機は、ＯＦＤＭに符号拡散方式を組み合わせた方式を採用している。符号拡散方式には、時間拡散方式、周波数拡散方式、および両方式を組み合わせた方式があるが、本願発明では時間拡散方式を用いる。

ＯＦＤＭでは、サブキャリア毎に変調された一つの変調シンボルは、一つのＯＦＤＭシンボル時間で送信される。これに対し、本願発明で採用している方式は、変調シンボルを複数コピーし、それぞれにランダムパターンをかけて符号拡散を行い、拡散後の信号にＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）を施して、時間波形を生成するものである。

一方、受信機は、ＦＦＴ処理までは通常のＯＦＤＭと同じように受信処理するが、ＦＦＴ後サブキャリア毎に、送信側で使用したランダムパターンに基づいた乗算と複数のＯＦＤＭシンボル分の合成による逆拡散処理を行い、その後の検波により変調シンボルを復調するものである。

図１の送信機は、直列並列変換部１０１、変調部１０２、コピー部１０３、ランダムパターン生成部１０４、乗算部１０５、逆フーリエ変換部１０６、位相シフト部１０７、ガードインターバル付加部１０８、送信部１０９より構成されている。

図２の受信機は、受信部２００、ガードインターバル除去部２０１、フーリエ変換部２０２、回転量制御部２０３、位相回転部２０４、ランダムパターン生成部２０５、乗算部２０６、合成部２０７、検波部２０８、並列直列変換部２０９より構成されている。なお
、送信機、受信機ともに誤り訂正符号化・復号化部やインタリーブ部は本願発明と直接関係のない部分であるため、記載を省略している。

まず送信機の動作を説明する。図１において、誤り訂正符号化などを施された送信情報列は、直列並列変換部１０１でサブキャリアに分割され、サブキャリア毎の変調部１０２で変調処理が施される。サブキャリア数が１００個で、変調方式がＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｒｔ Ｋｅｙｉｎｇ）であれば、送信情報列から２００個を取り出し、各サブキャリアに２ビットずつ割当て変調シンボルを生成する。

各サブキャリアのコピー部１０３では、ひとつの変調シンボルを拡散率分だけコピーする。ここで、拡散率とは、一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを意味する。なお、実装上は、拡散率分のＯＦＤＭ信号生成処理ごとに直列並列変換および変調処理を行い、拡散率分の時間だけ変調シンボルを保持しておくことで実現できる。例えば、拡散率＝４の場合には、４つＯＦＤＭシンボルを生成する間、同一の変調シンボルの値を保持しておけばよい。

ランダムパターン生成部１０４は、１つ以上パターンの位相がずれたときの相関性が十分低い系列の擬似ランダムパターンを生成する。例えば符号長の長いＭ系列の擬似ランダムパターンが使用できる。また、他局間干渉を低減する目的で拡散処理を行うため、送信局ごとに使用するランダムパターンの系列または位相は異なるものとする。

乗算部１０５は、ランダムパターン生成部１０４で生成したランダムパターンと、コピー部１０３で保持する変調シンボルを乗算する。変調信号が複素信号と考え、ランダムパターンも実数成分、虚数成分がそれぞれ異なる複素ランダム系列とした場合、乗算部１０５では複素乗算を行うことになる。ランダムパターンの複素振幅を１と考え、乗算後の変調シンボルは、変調シンボルに対して例えば±４５度、±１３５度のいずれかの角度で位相回転したものとなる。

逆フーリエ変換部１０６では、各サブキャリアの乗算部１０５の出力を一括してＩＦＦＴ処理をし、時間波形を生成する。

生成された時間波形は、位相シフト部１０７にてＯＦＤＭシンボル毎に異なるシフト量の位相シフトが施される。この位相シフトについては後で述べる。

ガードインターバル付加部１０８では、ＯＦＤＭシンボル毎に終端部分の規定長が始端部分に付加される。

ガードインターバルが付加された信号は送信部１０９において、ＲＦ帯に周波数変換され、増幅されてアンテナから送信される。

以上が送信機の動作概要であるが、以下に図面を参照して本願発明に係る送信機の特徴部分である位相シフト部１０７の動作を詳細に説明する。

図３は、時間拡散処理と位相シフトの関係を説明する図である。図３は、拡散率＝４とした場合の例である。図１の直並列変換手段１０１で、送信情報列はＮ個のサブキャリアに分割されるが、図上段の一点鎖線で囲まれた部分がサブキャリア＃１の変調シンボルであり、４つのＯＦＤＭシンボル時間で（図３ではＳ１からＳ４）で送信される。ランダムパターン生成部１０４で生成されたランダムパターンの連続する４つ（ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４）をＳ１からＳ４に適用する。一つのＯＦＤＭシンボル内のすべてのサブキャリアには、同じランダムパターンが適用される。すなわち、時間Ｓ１のＯＦＤＭシンボル内の
全てのサブキャリアにはランダムパターンｒ１が、時間Ｓ２のＯＦＤＭシンボル内の全てのサブキャリアにはランダムパターンｒ２が、時間Ｓ３のＯＦＤＭシンボル内の全てのサブキャリアにはランダムパターンｒ３が、時間Ｓ４のＯＦＤＭシンボル内の全てのサブキャリアにはランダムパターンｒ４が乗算される。

図３の下段は位相シフトとガードインターバル付加の関係を示したものである。位相シフト部１０７における位相シフトは、拡散率＝４に従い、ＩＦＦＴ後の時間波形を４分割し、その単位で位相シフトを行う。図では１／４ごとの時間波形をａ、ｂ、ｃ、ｄの４つで示した。見やすくするために先頭の１／４部分の波形（ａと表示）に下線を引いている。

一つの変調シンボルの先頭に相当するＯＦＤＭシンボルＳ１は位相シフト量を０とし、Ｓ２は１／４、Ｓ３は２／４、Ｓ４は３／４として位相シフトを行う。位相シフト後の波形の終端部分をガードインターバルの信号としてコピーするので、Ｓ１はｄ、Ｓ２はｃ、Ｓ３はｂ、Ｓ４はａの波形がガードインターバルの波形となる。

この位相シフトによるＩＦＦＴ後のサブキャリア毎の位相回転の様子を、図４を用いて説明する。

ＩＦＦＴ後の時間波形は、全サブキャリア成分の時間波形が加算された波形となっているが、簡単のためにＩＦＦＴ後の時間波形のもっとも低い周波数成分（サブキャリア＃１と記す）と次に高い周波数成分（サブキャリア＃２と記す）を個別に示した。図３に合わせてａ、ｂ、ｃ、ｄの４つの区切りも合わせて示した。

図４の上段に示したように、ＩＦＦＴ出力の時間波形には、サブキャリア＃１は１波長、サブキャリア＃２は２波長が収まる。この状態の各サブキャリアの位相を０度とする。位相シフト量＝１／４の処理を行った場合の波形（図４の下段）には、同様にそれぞれ１波長、２波長の波形が含まれているが、上段の波形に対して、サブキャリア＃１では−９０度、サブキャリア＃２では−１８０度の位相回転が生じている。つまり、同じ位相シフト量（図４では全長の１／４）でも、サブキャリア毎に位相回転量が異なることになる。

このように、図１の送信機は、変調シンボルを拡散率に相当する数だけ複数コピーし、それぞれにランダムパターンをかけて符号拡散を行い、全てのサブキャリアの変調シンボルを使ってＩＦＦＴを行い時間波形に変換した後、位相シフト部１０７にてＯＦＤＭシンボルごとに異なるシフト量の位相シフトを施しているので、ＩＦＦＴ後に送信される時間波形の各サブキャリア成分は、それぞれ位相が異なる量だけ回転されたものとなっている。

次に図２を参照しながら、受信機の動作について説明する。

送信機から送信された信号はアンテナで受信され、受信部２００で周波数変換される。受信部２００を経由した受信信号は、ガードインターバル除去部２０１に入力される。

ガードインターバル除去部２０１では、受信信号から前後のＯＦＤＭシンボルの影響を受けていない部分から、ＯＦＤＭシンボル長からガードインターバル長を引いた有効シンボル長の受信信号を取り出してフーリエ変換部２０２に渡す。

フーリエ変換部２０２は、入力された有効シンボルの波形を高速フーリエ変換してサブキャリア成分に分離する。

分離した各サブキャリア成分はそれぞれ位相回転部２０４に入力され、回転量制御部２０３から指示される回転量に従い、サブキャリア成分の位相を回転させる。

回転量制御部２０３は、送信側の位相シフト量に基づいて各サブキャリアの回転量を決定する。送信側の位相シフト量は、受信機が送信機とのネゴシエーションを取るときに、送信機側から送られてくる。あるいは、位相シフト量または拡散率を送信機と受信機の間で予め固定にしていてもよい。この場合は、通信のネゴシエーションごとに送信機が受信機に対して位相シフト量を送る必要はない。

送信機側で有効シンボル長の１／Ｍだけ位相シフトした場合、１波長が有効シンボル長に等しい最も低い周波数のサブキャリアは、−３６０／Ｍ度だけ位相が回転する（Ｍは自然数）。有効シンボル長にＮ波長入る周波数のサブキャリアについては、−３６０／Ｍ×Ｎ度だけ位相が回転する。回転量制御部２０３は位相シフトの影響を打ち消すために、サブキャリアに応じて、＋３６０／Ｍ×Ｎだけ位相を逆回転させる制御情報を生成し、位相回転部２０４に送る。

位相シフトの影響を除去した後の信号は、送信機で使用したものと同じパターンを生成するランダムパターン生成部２０５で生成したパターンと乗算部２０６にて乗算される。ただし、送信側の処理とは位相回転を逆にする。

その後合成部２０７でパターン乗算後の信号を拡散率分加算し、復調部２０８で検波処理を行い、並列直列変換部２０９で直列信号に変換して受信情報列を得る。復調部２０８において同期検波を行うためには、サブキャリア毎の伝搬路歪みを求めておき、その値を使用して振幅・位相補償を行う。

図５を用いて、受信機における位相回転とサブキャリア間干渉の関係を説明する。図５では、１つの変調シンボルが４つのＯＦＤＭシンボルに渡って拡散処理される場合の例である。図５は一つのサブキャリアについてのみ示したものである。ただし、説明を簡単にするためにランダムパターンによる位相回転は行わないものとし、雑音の影響も無いものとする。

変調シンボルの拡散により得られた４つの拡散後ベクトルをＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄとする。同じシンボルなのですべて等しいベクトルＳとなる。また周波数オフセットが存在するときの、周波数が高い側の隣接サブキャリアによる干渉成分をＩａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄとする。４つのＯＦＤＭシンボル時間での周波数オフセットの変動が無視できるとすると、干渉成分もすべて等しい（Ｉとする）。したがって、位相シフトを行わない場合には、受信信号は図６（ａ）のようになる。受信機では４シンボル分をベクトル合成して一つの変調シンボルに戻すので、

となっている。

次に位相シフトを行った場合を考える。ある位相シフト量を行ったとき、今注目しているサブキャリアでは４５度の位相回転が発生するとする。図６（ｂ）に示すように、最初
のＯＦＤＭシンボルでは位相シフトを行わないので図６（ａ）と同じであるが、２番目以降は４５度ずつ回転し、Ｓｄは１８０度のところになる。隣接サブキャリアでは４５度の２倍の位相回転が発生するために、このサブキャリアに漏れこんでくる成分も同じ回転量になっている。したがって、Ｉｂは４５×１×２＝９０度、Ｉｃは４５度×２×２＝１３５度、Ｉｄは４５度×３×２＝２７０度の位相回転が発生する。

受信機では、サブキャリア毎に位相回転を施す。この場合にはＯＦＤＭシンボル時間ごとに０度、−４５度、−９０度、−１３５度の位相回転を施す。この際、隣接サブキャリアからの干渉成分も注目しているサブキャリア成分と同じだけ位相回転が施されるため、図６（ｃ）に示すように、Ｓａ〜Ｓｄは同一のベクトルに戻るが、Ｉａ〜Ｉｄは元と同じベクトルには戻らない。したがって、４シンボル分をベクトル合成の結果は、

となり、変調シンボル成分と干渉成分の電力比は、

となり、本願発明の処理により変調シンボル成分と干渉成分の電力比を改善、すなわち隣接サブキャリアによる干渉の影響を低減することができる。

上記は４５度ずつずらした場合を説明したが、位相シフトを９０度とした場合には、受信機における逆回転後のＯＦＤＭ時間ごとの干渉成分はそれぞれ９０度ずつ位相がことなるため、４シンボルのベクトル合成により干渉成分は互いに打ち消しあい０となる。したがって、位相シフト量を適切に選択することで、隣接サブキャリアによる干渉成分を０にすることができる。

隣接サブキャリアによる干渉成分を０にするための位相シフト量は、次のように求めることができる。ＯＦＤＭシンボルごとに、有効シンボル長の１／Ｍだけ位相シフトした場合には、あるサブキャリアにおいて−３６０／Ｍ×Ｎ度回転し、隣接するサブキャリアは、−３６０／Ｍ×（Ｎ＋１）度だけ回転する（Ｍは自然数）。したがってその差は−３６０／Ｍ度である。受信機において、サブキャリア毎の位相回転を施すとここで発生した位相回転がキャンセルされるが、干渉成分については−３６０／Ｍ度の回転量だけ残留することになる。一つの変調シンボルをＫ個のＯＦＤＭシンボル時間で送信する場合には、最初のＯＦＤＭシンボルから０度、−３６０／Ｍ度、・・・、−３６０／Ｍ×（Ｋ−１）度の残留となる。これらのベクトル合成後の成分が０になるのはＫ＝Ｍのときである。

したがって、一つの変調シンボルをＫ個のＯＦＤＭシンボルに拡散する場合には、ＯＦＤＭシンボルごとに、有効シンボル長の１／Ｋずつ位相シフト量を増やしていけばよいことになる。

以上説明したように、本願発明では、送信装置で変調シンボルを拡散率に対応する回数コピーし、それぞれにランダムパターンを乗算して符号拡散を行う。符号拡散後の信号に逆フーリエ変換を施し、変調シンボルを構成するＯＦＤＭシンボル毎に拡散率に応じた位相量だけ位相シフトして受信装置に送信する。受信側では送信側でシフトされた位相量に応じた量だけサブキャリアの位相をそれぞれ回転させ、ランダムパターンをサブキャリア毎に乗算して、変調シンボルを構成する複数のＯＦＤＭシンボルを加算することにより、隣接サブキャリアによる干渉の影響を低減させる。

本願発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本願発明の実施形態に係る送信機の構成を示すブロック図。 本願発明の実施形態に係る受信機の構成を示すブロック図。 拡散処理と位相シフトとの関係を説明する図。 位相シフトによるサブキャリア毎の位相回転の様子を示す図。 受信機における位相回転とサブキャリア間干渉の関係を説明する図。 ＯＦＤＭ通信における周波数オフセットとサブキャリア干渉を説明するための図。

符号の説明

１０１・・・直列並列変換部、１０２・・・変調部、１０３・・・コピー部、１０４，２０５・・・ランダムパターン生成部、１０５・・・乗算部、１０６・・・逆フーリエ変換部、１０７・・・位相シフト部、１０８・・・ガードインターバル付加部、１０９・・・送信部、２００・・・受信部、２０１・・・ガードインターバル除去部、２０２・・・フーリエ変換部、２０３・・・回転量制御部、２０４・・・位相回転部、２０６・・・乗算部、２０７・・・合成部、２０８・・・検波部、２０９・・・並列直列変換部

Claims (9)

1. 直交周波数多重分割（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ
   Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）方式で通信を行う送信装置と受信装置よりなるマルチキャリア通信システムにおいて、
   前記送信装置は、
   一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、サブキャリア毎に変調された変調シンボルを前記拡散率に対応する回数コピーし、それぞれにランダムパターンをかけて符号拡散を行う第１の手段と、
   拡散後の信号に逆フーリエ変換を施す第２の手段と、
   逆フーリエ変換後の信号を、前記変調シンボルを構成するＯＦＤＭシンボル毎に前記拡散率に応じた位相量だけ位相シフトする第３の手段とを備え、
   前記送信装置から送信された信号を受信し、前記変調シンボルを復調する受信装置は、
   フーリエ変換してサブキャリア毎に分離する第４の手段と、
   送信側でシフトされた位相量に応じた量だけ前記サブキャリアの位相をそれぞれ回転させる第５の手段と、
   送信側で使用したランダムパターンをサブキャリア毎に乗算し、前記変調シンボルを構成する複数のＯＦＤＭシンボルを加算する第６の手段とを備えたことを特徴とするマルチキャリア通信システム。
2. 直交周波数多重分割（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ
   Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）方式で通信を行うマルチキャリア通信システムに用いられる送信装置において、
   一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、サブキャリア毎に変調された変調シンボルを前記拡散率に対応する回数コピーし、それぞれにランダムパターンをかけて符号拡散を行う第１の手段と、
   拡散後の信号に逆フーリエ変換を施す第２の手段と、
   逆フーリエ変換後の信号を、前記変調シンボルを構成するＯＦＤＭシンボル毎に前記拡散率に応じた位相量だけ位相シフトして送信する第３の手段、とを備えたことを特徴とする送信装置。
3. 直交周波数多重分割（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ
   Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）方式で通信を行うマルチキャリア通信システムに用いられ、一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、サブキャリア毎に変調された変調シンボルを前記拡散率に対応する回数コピーし、それぞれにランダムパターンをかけて符号拡散を行う第１の手段と、拡散後の信号に逆フーリエ変換を施す第２の手段と、逆フーリエ変換後の信号を、前記変調シンボルを構成するＯＦＤＭシンボル毎に前記拡散率に応じた位相量だけ位相シフトする第３の手段とを備えた送信装置から送信された信号を受信し、前記変調シンボルを復調する受信装置において、
   フーリエ変換してサブキャリア毎に分離する第４の手段と、
   送信側でシフトされた位相量に応じた量だけ前記サブキャリアの位相をそれぞれ回転させる第５の手段と、
   送信側で使用したランダムパターンをサブキャリア毎に乗算し、前記変調シンボルを構成する複数のＯＦＤＭシンボルを加算する第６の手段とを備えたことを特徴とする受信装置。
4. 直交周波数多重分割（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ
   Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）方式で通信を行うマルチキャリア通信システム
   に用いられる送信方法において、
   一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、サブキャリア毎に変調された変調シンボルを前記拡散率に対応する回数コピーし、それぞれにランダムパターンをかけて符号拡散を行う第１のステップと、
   拡散後の信号に逆フーリエ変換を施す第２のステップと、
   逆フーリエ変換後の信号を、前記変調シンボルを構成するＯＦＤＭシンボル毎に前記拡散率に応じた位相量だけ位相シフトして送信する第３のステップとを備えたことを特徴とする送信方法。
5. 直交周波数多重分割（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ
   Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）方式で通信を行うマルチキャリア通信システムに用いられ、一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、サブキャリア毎に変調された変調シンボルを前記拡散率に対応する回数コピーし、それぞれにランダムパターンをかけて符号拡散を行う第１のステップと、拡散後の信号に逆フーリエ変換を施す第２のステップと、逆フーリエ変換後の信号を、前記変調シンボルを構成するＯＦＤＭシンボル毎に前記拡散率に応じた位相量だけ位相シフトする第３のステップを経て送信された信号を受信し、前記変調シンボルを復調する受信方法において、
   フーリエ変換してサブキャリア毎に分離する第４のステップと、
   送信側でシフトされた位相量に応じた量だけ前記サブキャリアの位相をそれぞれ回転させる第５のステップと、
   送信側で使用したランダムパターンをサブキャリア毎に乗算し、前記変調シンボルを構成する複数のＯＦＤＭシンボルを加算する第６のステップとを備えたことを特徴とする受信方法。
6. 直交周波数多重分割（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ
   Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）方式で通信を行う送信装置と受信装置よりなるマルチキャリア通信システムにおいて、
   前記送信装置は、
   入力される送信情報列を直並列変換する直並列変換手段と、
   直並列変換後の送信情報列を変調して変調シンボルを生成する変調手段と、
   一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、前記変調シンボルを、１ＯＦＤＭシンボル長に前記拡散率を乗じた時間保持する変調シンボル保持手段と、
   前記１ＯＦＤＭシンボル時間長毎にパターンが更新されるランダムパターンを生成する第１のランダムパターン生成手段と、
   前記変調シンボル保持手段で保持された変調シンボルに対して前記ランダムパターンを乗算する乗算手段と、
   ランダムパターン乗算後の変調シンボルを逆フーリエ変換して時間波形に変換する逆フーリエ変換手段と、
   逆フーリエ変換後の信号を、ＯＦＤＭシンボル毎に位相シフトする位相シフト手段と、
   位相シフト後の時間波形に前記ＯＦＤＭシンボル毎にガードインターバルを付加するガードインターバル付加手段と、
   ガードインターバルが付加された信号を高周波帯に周波数変換して外部に送信する送信手段とを備え、
   前記受信装置は、
   前記送信手段より送信された信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段で受信した信号から前記ガードインターバルを除去して有効シンボルを抽出するガードインターバル除去手段と、
   前記有効シンボルをフーリエ変換し、サブキャリア成分に分離するフーリエ変換手段と、
   前記サブキャリア成分毎に前記位相シフト手段でシフトした位相量に応じて、前記サブキャリア成分の位相を回転させる位相回転手段と、
   前記第１のランダムパターン生成手段で生成したランダムパターンと同じ系列のランダムパターンを生成する第２のランダムパターン生成手段と、
   前記位相回転手段で位相が回転されたサブキャリア成分と前記ランダムパターンとを変調シンボル単位で乗算し、１ＯＦＤＭシンボル長に前記拡散率を乗じた時間分の変調シンボルを積分する積分手段と、
   前記積分手段の出力を復調して受信情報を取得するする復調手段と、
   前記復調手段で取得した受信情報を直列受信情報列に変換する並列直列変換手段とを備えたことを特徴とするマルチキャリア通信システム。
7. ひとつの変調シンボルをＫ個（Ｋは自然数）のＯＦＤＭシンボルで送信する場合に、前記位相シフト手段は、ＯＦＤＭシンボルごとに、逆フーリエ変換後の時間波形長の１／Ｋずつ位相シフト量を増加させることを特徴とする請求項１または６記載のマルチキャリア通信システム。
8. 直交周波数多重分割（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ
   Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）方式で通信を行うマルチキャリア通信システムで用いられる送信装置において、
   前記送信装置は、
   入力される送信情報列を直並列変換する直並列変換手段と、
   直並列変換後の送信情報列を変調して変調シンボルを生成する変調手段と、
   一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、
   前記変調シンボルを、１ＯＦＤＭシンボル長に前記拡散率を乗じた時間保持する変調シンボル保持手段と、
   前記１ＯＦＤＭシンボル時間長毎にパターンが更新されるランダムパターンを生成するランダムパターン生成手段と、
   前記変調シンボル保持手段で保持された変調シンボルに対して前記ランダムパターンを乗算する乗算手段と、
   ランダムパターン乗算後の変調シンボルを逆フーリエ変換して時間波形に変換する逆フーリエ変換手段と、
   逆フーリエ変換後の信号を、ＯＦＤＭシンボル毎に位相シフトする位相シフト手段と、
   位相シフト後の時間波形に前記ＯＦＤＭシンボル毎にガードインターバルを付加するガードインターバル付加手段と、
   ガードインターバルが付加された信号を高周波帯に周波数変換して外部に送信する送信手段とを備えたことを特徴とする送信装置。
9. 直交周波数多重分割（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ
   Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）方式で通信を行うマルチキャリア通信システムに用いられ、入力される送信情報列を直並列変換する直並列変換手段と、直並列変換後の送信情報列を変調して変調シンボルを生成する変調手段と、一つの変調シンボルをいくつのＯＦＤＭシンボルで送信するかを示す拡散率を設定し、前記変調シンボルを、１ＯＦＤＭシンボル長に前記拡散率を乗じた時間保持する変調シンボル保持手段と、前記１ＯＦＤＭシンボル時間長毎にパターンが更新されるランダムパターンを生成する第１のランダムパターン生成手段と、前記変調シンボル保持手段で保持された変調シンボルに対して前記ランダムパターンを乗算する乗算手段と、ランダムパターン乗算後の変調シンボルを逆フ
   ーリエ変換して時間波形に変換する逆フーリエ変換手段と、逆フーリエ変換後の信号を、ＯＦＤＭシンボル毎に位相シフトする位相シフト手段と、位相シフト後の時間波形に前記ＯＦＤＭシンボル毎にガードインターバルを付加するガードインターバル付加手段と、ガードインターバルが付加された信号を高周波帯に周波数変換して外部に送信する送信手段とを備えた送信装置と通信を行う受信装置において、
   前記受信装置は、
   前記送信手段から送信された信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段で受信した信号からガードインターバルを除去して有効シンボルを抽出するガードインターバル除去手段と、
   前記有効シンボルをフーリエ変換し、サブキャリア成分に分離するフーリエ変換手段と、
   前記サブキャリア成分毎に前記位相シフト手段でシフトした位相量に応じて、前記サブキャリア成分の位相を回転させる位相回転手段と、
   前記第１のランダムパターン生成手段で生成したランダムパターンと同じ系列のランダムパターンを生成する第２のランダムパターン生成手段と、
   前記位相回転手段で位相が回転されたサブキャリア成分と前記ランダムパターンとを変調シンボル単位で乗算し、１ＯＦＤＭシンボル長に前記拡散率を乗じた時間分の変調シンボルを積分する積分手段と、
   前記積分手段の出力を復調して受信情報を取得するする復調手段と、
   前記復調手段で取得した受信情報を直列受信情報列に変換する並列直列変換手段とを備えたことを特徴とする受信装置。
   
   

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