JP3941466B2 - マルチキャリア符号分割多重通信装置およびマルチキャリア符号分割多重通信方法およびマルチキャリア符号分割多重送信装置およびマルチキャリア符号分割多重送信方法 - Google Patents
マルチキャリア符号分割多重通信装置およびマルチキャリア符号分割多重通信方法およびマルチキャリア符号分割多重送信装置およびマルチキャリア符号分割多重送信方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話などの移動体通信システムおよび無線通信システムにおいて、マルチキャリア符号分割多重を利用して通信を行うマルチキャリア符号分割多重通信装置およびその方法およびマルチキャリア符号分割多重送信装置およびその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、従来の符号分割多重による通信システムにおける受信機（移動局）の構成を示す図である。この符号分割多重による通信方式では、送信機は送信する信号を変調し、さらに変調された信号の各シンボルに対して拡散符号で拡散した後、この拡散された送信信号と、上記拡散符号と直交する拡散符号で拡散された他の送信信号とを複数多重化して送信する。受信機は、受信した信号をこの受信機に割当てられた拡散符号（送信側と同じ符号）で逆拡散処理することで、この受信機が使用する変調信号を分離する。そして、得られた変調信号と同時に伝送された既知信号の位相回転量を推定し、逆拡散によって分離された変調信号に対して、推定された位相回転量に基づいて伝送路ひずみを補償し、歪みが補償された信号に対してシンボルの判定を行う。
このように符号分割多重による通信方式では、受信機は、受信信号の伝送路歪みを補償する前に逆拡散するので、自分の信号を分離することができる。
【０００３】
一方、図１５は、例えば、新、安部田、佐和橋著、“ブロードバンドパケット無線アクセスの検討”（電子情報通信学会技術研究報告AP2000-113, SANE2000-90, RCS2000-136）（以下、従来技術１と呼ぶ）に示された別の従来のマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の構成を示す図である。図１５において、１５０１は変調処理部、１５０２は拡散処理部、１５０３は逆離散フーリエ変換処理部、１５０４はアンテナである。
この従来例では、５０〜１００ＭＨｚ程度のブロードバンドパケット伝送における高速・大容量通信の場合に、周波数軸上で拡散するマルチキャリア符号分割多重の採用を推奨しており、これにより、マルチパス干渉波に強い通信システムを構築することができる。この通信システムでは、送信機は送信する信号を変調し、さらに周波数軸上で拡散した後、この拡散された送信信号と、同様に別の拡散符号で拡散された他の送信信号とを多重化し、逆離散フーリエ変換により時間波形に変換して送信する。
【０００４】
受信機は、受信信号に対して周波数軸上でこの受信機に割当てられた拡散符号（送信側と同じ符号）で逆拡散処理する必要がある。しかし、マルチキャリア符号分割多重を利用する通信システムでは、送信機から送信される各サブキャリアが伝送路を通過する際に、各サブキャリアごとに異なる伝送路歪みを受け、この伝送路歪みを受けた各サブキャリアが受信機で受信される。そこで、受信機は、受信信号を逆拡散処理する前に、この受信信号を離散フーリエ変換することにより周波数軸上に現れた各サブキャリアごとに、この歪みを補償するようにしている。歪みの補償を行う場合には、送信機側が既知シンボルを伝送することにより、この既知信号を利用して、各サブキャリアの位相回転量を推定し、この推定された位相回転に基づいて各サブキャリアの位相補償を行う。ただし、この既知シンボルは、符号分割多重化を行わないため各移動局で共有した信号となる。
【０００５】
また、移動体通信システムなどでは、図１２に示すように、１つの基地局ゾーンを複数のセクタに分けて通信を行う。特に、符号分割多重やマルチキャリア符号分割多重では、他ユーザの信号が干渉として存在するため、ある一定の通信品質を規定した場合、その際の許容干渉量によって通信容量が決まることになる。したがって、１つのゾーンを複数のセクタに分割し、基地局が各セクタに近い形状で各移動局に送信することにより、ゾーン内の通信容量を拡大することができる。特開2000-102065号公報（以下、従来技術2と呼ぶ）に記載の無線基地局装置では、複数の狭いビーム幅の信号を送信する手段と複数の広いビーム幅の信号を送信する手段を備え、移動局の移動速度に応じて送信する信号を切替えることにより、ハンドオーバー頻度を増大させることなく、多数のユーザを収容可能な無線基地局装置を実現している。
【０００６】
しかし、基地局から移動局に対する通信などのようにマルチキャリア符号分割多重を利用した通信システムでは、受信側において、伝送路歪みなどにより、各サブキャリア毎に位相が別々に回転した状態で受信される。そこで、受信側では、逆拡散処理によって信号を多重分離する前に上記の位相回転量を補償する必要があり、送信側では、各サブキャリアの位相回転量を推定することを目的とした既知信号を送信する。しかし、従来技術２のように、異なるビーム形状の信号を同時に送信しようとした場合、異なるビーム形状の信号が互いに干渉となり、各サブキャリアの位相回転量を正しく推定することができないため、位相補償が十分に行えず、逆拡散した信号に多くの誤りを含むことになる。
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、マルチキャリア符号分割多重を利用した通信システムでは、複数の既知信号を多重化して送信しても、受信側でこれを正しく分離することができない。即ち、拡散処理による信号の多重化を行っても処理できないため、異なるビーム形状で同時に送信することができない。従って、無線基地局装置が広いビーム幅の信号を送信するようにした場合はユーザの収容数が少なくなり、逆に、多数の狭いビーム幅の信号を送信する場合はハンドオーバー頻度が増大するために、基地局における制御処理の能力が過大に要求されるという問題がある。
【０００７】
この発明は、上記の問題を解決すべくなされたもので、ハンドオーバーの頻度を抑えつつ、通信容量を増大することが可能なマルチキャリア符号分割多重を利用した送信装置およびその方法または通信装置およびその方法を提供することが目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、複数個のアンテナ素子が生成する少なくとも一つの送信ビームを用いて信号を送信するものであって、情報信号を拡散符号で拡散し、逆離散フーリエ変換してマルチキャリア信号を生成する信号生成手段と、前記マルチキャリア信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理する重み付け手段と、前記重み付け処理された信号を前記各アンテナ素子対応に多重化して合成信号を生成する多重処理手段と、前記送信ビームに対応した既知信号を生成する既知信号生成手段と、前記送信ビーム対応の既知信号及び前記合成信号を時分割多重する時分割多重手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、通信状況を監視する監視手段を備え、重み付け手段は前記監視手段から出力された通信状況に基づいて、前記各アンテナ素子対応の重み付け処理を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、監視手段が出力する通信状況に移動局の移動速度が含まれていることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明に係る移動局は、前記受信した信号を離散フーリエ変換して各サブキャリア信号を出力する離散フーリエ変換処理手段と、前記サブキャリア信号に時分割多重されている受信ビーム対応の既知信号を分離する分離手段と、前記既知信号を用いてサブキャリア信号の位相回転量を推定する伝送路特性推定手段と、前記位相回転量に基づいて前記サブキャリア信号の位相を補償する位相補償処理手段と、前記位相補償処理手段からの出力信号を拡散符号で逆拡散して受信した情報信号を出力する逆拡散手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムは、第１の発明から第３の発明のいずれかに係るマルチキャリア符号分割多重送信装置を含む基地局と、第４の発明に係る移動局とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、複数個のアンテナ素子が生成する少なくとも一つの送信ビームを用いて信号を送信するものであって、情報信号を拡散符号で拡散し、逆離散フーリエ変換してマルチキャリア信号を生成する信号生成手段と、前記マルチキャリア信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理する重み付け手段と、前記重み付け処理された信号を前記各アンテナ素子対応に多重化して第１の合成信号を生成する第１の多重処理手段と、前記送信ビーム対応の互いに直交する既知信号を生成する既知信号生成手段と、前記既知信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理した後、多重化して第２の合成信号を出力する第２の多重処理手段と、前記第１の合成信号と前記第２の合成信号を時分割多重する時分割多重処理手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、通信状況を監視する監視手段を備え、重み付け手段は前記監視手段から出力された通信状況に基づいて、前記各アンテナ素子対応の重み付け処理を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、監視手段が出力する通信状況に移動局の移動速度が含まれていることを特徴とする。
【００１６】
また、第９の発明に係る移動局は、前記受信した信号を離散フーリエ変換して各サブキャリア信号を出力する離散フーリエ変換処理手段と、直交性に基づいて前記サブキャリア信号から受信ビーム対応の既知信号を分離する分離手段と、前記既知信号を用いてサブキャリア信号の位相回転量を推定する伝送路特性推定手段と、前記位相回転量に基づいて前記サブキャリア信号の位相を補償する位相補償処理手段と、前記位相補償処理手段からの出力信号を拡散符号で逆拡散して受信した情報信号を出力する逆拡散手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、第１０の発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムは、第６の発明から第８の発明のいずれかに係るマルチキャリア符号分割多重送信装置を含む基地局と、第９の発明に係る移動局とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、第１１の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、複数個のアンテナ素子が生成する少なくとも一つの送信ビームを用いて信号を送信するものであって、情報信号を拡散符号で拡散し、逆離散フーリエ変換してマルチキャリア信号を生成する信号生成手段と、前記マルチキャリア信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理する重み付け手段と、前記重み付け処理された信号を前記各アンテナ素子対応に多重化して第１の合成信号を生成する第１の多重処理手段と、前記送信ビーム対応の一部が互いに直交した既知信号を生成する既知信号生成手段と、前記互いに直交した既知信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理した後、多重化して第２の合成信号を出力する第２の多重処理手段と、前記第１の合成信号と前記第２の合成信号と前記第２の合成信号に含まれなかった既知信号とを時分割多重する時分割多重処理手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、第１２の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、通信状況を監視する監視手段を備え、重み付け手段は前記監視手段から出力された通信状況に基づいて、前記各アンテナ素子対応の重み付け処理を行うことを特徴とする。
【００２０】
また、第１３の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、監視手段が出力する通信状況に移動局の移動速度が含まれていることを特徴とする。
【００２１】
また、第１４の発明に係る移動局は、前記受信した信号を離散フーリエ変換して各サブキャリア信号を出力する離散フーリエ変換処理手段と、時分割多重されている受信ビーム対応の既知信号、及び直交性に基づいて多重されている受信ビーム対応の既知信号とを前記サブキャリア信号からそれぞれ分離する分離手段と、前記既知信号を用いてサブキャリア信号の位相回転量を推定する伝送路特性推定手段と、前記位相回転量に基づいて前記サブキャリア信号の位相を補償する位相補償処理手段と、前記位相補償処理手段からの出力信号を拡散符号で逆拡散して受信した情報信号を出力する逆拡散手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、第１５の発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムは、第１１の発明から第１３の発明のいずれかに係るマルチキャリア符号分割多重送信装置を含む基地局と、第１４の発明に係る移動局とを備えたことを特徴とする。
【００４６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の実施の形態１を示す構成図である。図１において、１０１は信号生成部、１１１は送信部、１１２はウェイト制御部、１１３はウェイト処理部、１０２は既知信号生成部、１０３は多重処理部、１０４は時分割多重処理部、１０５はアナログ送信処理部、１０６はアンテナ、１０７は受信処理部、１０８は通信状況モニター部である。
また、図１３は、この実施の形態１において用いられるマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける受信機（移動局）の構成図である。図１３において、１３０１はアンテナ，１３０２はアナログ受信処理部、１３０３は離散フーリエ変換処理部、１３０４は伝送経路を通過した信号の位相回転や振幅変動などの変動量を推定する伝送路特性推定部、１３０５は伝送路特性推定部１３０４からの変動量推定値に基づいて離散フーリエ変換処理部１３０３の出力の変動を補償する位相補償処理部、１３０６は逆拡散処理部である。
【００４７】
次に、動作を図１および図１３を参照して説明する。
まず、基地局において、受信信号は受信処理部１０７によって公知の技術により移動局の移動速度を推定する。次に、通信状況モニター部１０８は、受信処理部１０７が推定した移動局の移動速度を入力し、他の生成部１０１とのバランスを考慮して、各セクタにおける送信ビームの形状を判断する。信号生成部１０１において、ウェイト制御部１１３は、通信状況モニター部１０８からの指示に従い、適当なタイミングで、送信ビーム形状切替えを指示する。ウェイト処理部１１３は、ウェイト制御部１１２の指示に従い、送信部１１１より出力される送信信号に、重み付けを行って、各アンテナ素子に対応する多重処理部１０３に、それぞれの重み付けがなされた信号を出力する。多重処理部１０３は、重み付けされた各信号を多重化して合成信号を時分割多重処理部１０４へ出力する。
なお、信号生成部１０１は、送信データに対して変調処理、拡散処理、逆離散フーリエ変換処理によって、ウェイト処理部１１３に出力する信号を生成する。また、このときの逆離散フーリエ変換処理の代わりに高速フーリエ変換を利用することも当然可能である。さらに、逆離散フーリエ変換の際にガードインターバルを挿入することも可能である。
【００４８】
一方、既知信号生成部１０２は、予め決められたパターンの既知信号（マルチキャリア信号）を複数生成し、これらの既知信号を時分割多重処理部１０４へ出力する。時分割多重処理部１０４は、複数の既知信号と合成信号を予め決められた順序に従って時分割多重する。この例ではビームＥ〜ビームＡに対応する既知信号をこの順序に出力し、最後に合成信号を出力する。次に、時分割多重された複数の既知信号および合成信号はアナログ送信処理部１０５によってディジタルからアナログ信号に変換され、アップコンバートされた後アンテナ１０６からそれぞれ送信される。
なお、既知信号生成部１０２は、予め決められたパターンに対して、変調処理、拡散処理、逆離散フーリエ変換処理、ウェイト処理を施し、各アンテナに対応した信号を出力する。
【００４９】
図２および図３は、この発明の実施の形態１の通信システムにおける基地局が送信するビーム形状の例を示した図である。図２はビーム幅を狭くした場合の送信ビームの例であり、この例では４つのアンテナによって互いに方向の異なる幅の狭いビームＡ〜Ｄを送信することにより、必要なエリアをカバーしている。また、図３はビーム幅を広くした場合の送信ビームの例であり、この例では４つのアンテナによって幅の広いビームＥを１つ送信することにより、必要なエリアをカバーしている。図４は、図２および図３のビームによって送信されるマルチキャリア符号分割多重信号の例を示した図である。図４において、横軸は時間軸を表す。同図に示すように、＃１から＃Ｎのデータが符号分割多重されて伝送される。ただし、ａ〜ｅは、ビームＡ〜Ｅに対応する既知信号であり、この既知信号ａ〜ｅはそれぞれ異なるビームで時分割多重されて基地局などから送信される。
【００５０】
移動局などの受信側では、アンテナ１３０１から受信された信号をアナログ受信処理部１３０２でダウンコンバートし、アナログ信号からディジタル信号へ変換する。離散フーリエ変換処理部１３０３は、アナログ受信処理部１３０２でディジタル信号へ変換された受信信号を離散フーリエ変換することにより、各サブキャリア信号を抽出する。伝送路特性推定部１３０４は、受信しているビームに対応する既知信号を利用して、各サブキャリア信号の位相回転量を計算する。位相補償処理部１３０５は、伝送路特性推定部１３０４で計算した位相回転量に基づいて、各サブキャリア信号の位相を補償する。逆拡散処理部１３０６は、位相補償処理部１３０５で補償された各サブキャリア信号に対して、対応する拡散符号を用いて逆拡散し、受信データを取り出す。
【００５１】
図５はこの実施の形態１の詳細処理を示したフローチャートである。
次に、動作を図５を参照して説明する。
まず、ビームＥに対応した既知信号ｅを生成し、送信する（ステップＳ５０１）。次に、ビームＤに対応した既知信号ｄを生成し、送信する（ステップＳ５０２）。次に、ビームＣに対応した既知信号ｃを生成し、送信する（ステップＳ５０３）。次に、ビームＢに対応した既知信号ｂを生成し、送信する（ステップＳ５０４）。次に、ビームＡに対応した既知信号ａを生成し、送信する（ステップＳ５０５）。次に、＃１から＃Ｎまでの情報信号に対して、それぞれに対応した拡散符号で拡散し、さらに逆離散フーリエ変換することによって生成できるマルチキャリア信号を、それぞれに対応するビームによって送信できるように重み付けした信号を生成する（ステップＳ５０６）。次に、＃１から＃Ｎまでの送信信号を多重化し（ステップＳ５０７）、次に、＃１から＃Ｎまでの送信信号を送信する（ステップＳ５０８）。
【００５２】
なお、移動局の移動速度に応じて通信するビームを切替え、例えば、高速に移動している場合は、広い幅のビームによって通信を実現することにより、ハンドオーバーが頻繁に発生することを抑えることができる。一方、静止状態もしくは低速移動している移動局に対しては、狭い幅のビームによって通信を実現することによって、通信容量を増大することができる。
【００５３】
以上のようにこの実施の形態１によれば、基地局が、異なるビームの既知信号を時分割多重で送信するとともに、ビーム幅の異なる信号を多重して送信し、通信状況に応じて、各移動局に送信する信号のビーム幅を切替えて送信するようにしたので、静止もしくは低速移動している移動局に対しては、ビーム幅の狭い信号を送信し、高速移動している移動局にはビーム幅の広い信号を送信することができるので、ハンドオーバの頻度を抑えつつ通信容量を増大することが可能になる。
【００５４】
なお、上記の例では、基地局において、監視部が移動局の送信した信号を監視して移動局の移動速度などの通信状況を検出するように記述したが、これに制限されるものではない。例えば移動局が通信状況を監視し、監視結果を定期的にあるいは随時移動局から基地局へ報知し、この信号を通信状況モニター部に入力させるようにしてもよい。
【００５５】
実施の形態２．
図６はこの発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の実施の形態２を示す構成図である。図６において、図１と同符号は同一または相当部分を示す。６０１は、互いに直交する予め決められたパターンの既知信号を生成する既知信号生成部である。６０２は既知信号を多重化する既知信号多重処理部である。
図７は、この発明に係るマルチキャリア符号分割多重システムの実施の形態２を示すフローチャートである。
図１３は、この実施の形態２においても用いられる。
次に、動作を説明する。
データ信号は実施の形態１と同様にして生成され、重み付けされて合成された後、時分割多重処理部１０４へ送られる。一方、既知信号生成部６０１は互いに直交する予め決められたパターンの既知信号（マルチキャリア信号）を、実施の形態１と同様にして、ビームの数分生成する。次に、既知信号多重処理部６０２はウェイト処理された既知信号を多重化して、時分割多重処理部１０４へ出力する。時分割多重処理部１０４はデータ信号が多重された一方の合成信号と、既知信号が多重された他方の合成信号を時間に基づいて多重化する。以降の動作は実施の形態１と同様である。
【００５６】
次に、以上の動作を図７を参照して説明する。
まず、ビームＥに対応した既知信号ｅを生成する（ステップＳ７０１）。次に、ビームＤに対応した既知信号ｄを生成する（ステップＳ７０２）。次に、ビームＣに対応した既知信号ｃを生成する（ステップＳ７０３）。次に、ビームＢに対応した既知信号ｂを生成する（ステップＳ７０４）。次に、ビームＡに対応した既知信号ａを生成する（ステップＳ７０５）。次に、ビームＡ〜Ｅの送信信号を多重化する（ステップＳ７０６）。次に、ビームＡ〜Ｅの送信信号を送信する（ステップＳ７０７）。次に、＃１から＃Ｎまでの情報信号に対して、それぞれに対応した拡散符号で拡散し、さらに逆離散フーリエ変換することによって生成できるマルチキャリア信号を、それぞれに対応するビームによって送信できるように重み付けした信号を生成する（ステップＳ７０８）。次に、＃１から＃Ｎまでの送信信号を多重化し（ステップＳ７０９）、次に、＃１から＃Ｎまでの送信信号を送信する（ステップＳ７１０）。
【００５７】
図８は、図７の処理を実施した結果、出力されるマルチキャリア符号分割多重信号を示すものであり、図２および図３のビームによって送信される。図８において、横軸は時間軸を表す。同図に示すように、ａ〜ｅは、ビームＡ〜Ｅに対応する既知信号であり、他の信号と直交したパターンを割当てることによって多重している。例えば、あるサブキャリアの各既知信号ａ〜ｅのパターンをそれぞれIａ（ｋ）、Iｂ（ｋ）、Iｃ（ｋ）、Iｄ（ｋ）、Iｅ（ｋ）、ｋ＝１，．．．，８とし、各パターンを次のように割当てる。なお、このパターンは互いに直交した系列である。
既知パターンを多重化した合成信号Ｔｘ（ｋ）は式（６）となる。
【００５８】
Ｔｘ（ｋ）＝Cａ×Iａ（ｋ）＋Cｂ×Iｂ（ｋ）＋Cｃ×Iｃ（ｋ）＋Cｄ×Iｄ（ｋ）＋Cｅ×Iｅ（ｋ） （６）
ここで、Cａ，Cｂ，Cｃ，Cｄ，Cｅは、基地局から送信されるときの各既知信号の位相と振幅を表すものである。式（６）の送信信号Ｔｘ（ｋ）は、移動局において、式（７）の受信信号Ｒｘ（ｋ）として受信する。
【００５９】
Ｒｘ（ｋ）＝C×Ｔｘ（ｋ） （７）
ここで、Cは伝送中に与えられる位相回転および振幅変動である。
移動局は、この受信信号Ｒｘ（ｋ）に、受信しているビームに対応する既知信号のパターンを掛けて、総和を計算することにより、受信しているビームのサブキャリアを抽出することができる。例えば、ビームＡに対応したサブキャリア成分を抽出する場合は、式（８）の処理となる。
【００６０】
【数１】
【００６１】
式（８）は、
【００６２】
【数２】
【００６３】
となり、ビームＡの信号が送信時および伝送中にC×Cａの位相回転と振幅変動が生じていることを推定できる。
【００６４】
このように、既知信号のパターンを互いに直交させることにより、これらの既知信号を多重化して送信しても、受信機側で各既知信号を分離することができ、分離された各既知信号のサブキャリアの位相回転と振幅変動を推定することができる。従って、実施の形態１と同様に推定された位相回転と振幅変動に基づいて後続のデータ信号を補償することが可能になる。
また、実施の形態１では、既知信号のそれぞれを時分割多重で伝送していたため、既知信号の数をｎ（ｎは自然数）とすれば、既知信号の送信時間がｎ倍かかっていたが、この方法によれば、既知信号を１回で送出できるので、送信効率の向上を図ることができる。
【００６５】
以上のように、この実施の形態２によれば、異なるビームの既知信号のパターンが互いに直交するようにパターンを割当てて多重化したので、実施の形態１の効果に加えて、送信効率の向上を図ることができる。
【００６６】
なお、既知信号のパターンは、複数のスロットにわたって利用することができる。例えば、式（１）〜（５）の８シンボルの既知パターンを、４シンボルごとに分けて、２つのスロットで送信することも可能である。
【００６７】
実施の形態３．
図９はこの発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の実施の形態３を示す構成図である。図９において、図１と同符号は同一または相当部分を示す。９０１は、一部が互いに直交する予め決められたパターンの既知信号を生成する既知信号生成部である。９０２は既知信号の一部を多重化する既知信号多重処理部である。
図１０は、この発明に係るマルチキャリア符号分割多重システムの実施の形態３を示すフローチャートである。
図１３は、この実施の形態３においても用いられる。
次に、動作を説明する。
データ信号は実施の形態１と同様にして生成され、重み付けされて合成された後、時分割多重処理部１０４へ送られる。一方、既知信号生成部９０１は一部が互いに直交する予め決められたパターンの既知信号（マルチキャリア信号）を、実施の形態１と同様にして、ビームの数分生成する。この互いに直交する既知信号は既知信号多重処理部９０２へ送られ、残りの既知信号は時分割多重処理部１０４へ送られる。既知信号多重処理部９０２は上記の互いに直交する既知信号を多重化した後、合成信号を時分割多重処理部１０４へ出力する。時分割多重処理部１０４はデータ信号が多重された一方の合成信号と、互いに直交する既知信号が多重された他方の合成信号と残りの既知信号を時間に基づいて多重化する。以降の動作は実施の形態１と同様である。
【００６８】
次に、以上の動作を図１０を参照して説明する。
まず、ビームＥに対応した既知信号ｅを生成し、送信する（ステップＳ１００１）。次に、ビームＤに対応した既知信号ｄを生成する（ステップＳ１００２）。次に、ビームＣに対応した既知信号ｃを生成する（ステップＳ１００３）。次に、ビームＢに対応した既知信号ｂを生成する（ステップＳ１００４）。次に、ビームＡに対応した既知信号ａを生成する（ステップＳ１００５）。次に、ビームＡ〜Ｄの送信信号を多重化する（ステップＳ１００６）。次に、ビームＡ〜Ｄの送信信号を送信する（ステップＳ１００７）。次に、＃１から＃Ｎまでの情報信号に対して、それぞれに対応した拡散符号で拡散し、さらに逆離散フーリエ変換することによって生成できるマルチキャリア信号を、それぞれに対応するビームによって送信できるように重み付けした信号を生成する（ステップＳ１００８）。次に、＃１から＃Ｎまでの送信信号を多重化し（ステップＳ１００９）、次に、＃１から＃Ｎまでの送信信号を送信する（ステップＳ１０１０）。
【００６９】
図１１は、図１０の処理を実施した結果、出力されるマルチキャリア符号分割多重信号を示すものであり、図２および図３のビームによって送信される。図１１において、横軸は時間軸を表す。同図に示すように、ａ〜ｅは、ビームＡ〜Ｅに対応する既知信号であり、ビームＥは他の信号と時分割多重し、ビームＡ〜Ｄは互いに直交したパターンを割当てることによって多重している。
ビームＥに対応した既知信号ｅは、他の信号が同じ時間に多重化されていないので、実施の形態１と同様の処理により各サブキャリアの位相回転量を計算することが容易にできる。また、ビームＡ〜Ｄは、実施の形態２と同様の処理により、各サブキャリアの位相回転量を計算することができる。
【００７０】
移動局は、上記のように各サブキャリアの位相回転量を推定し、この推定した位相回転量をもとに情報信号の各サブキャリアの位相補償を行う。位相補償された信号を逆拡散処理し、判定することにより、送信されたデータを再生することができる。
【００７１】
また、基地局は、公知の技術により、移動局の移動速度を推定し、移動局が高速に移動している場合は、ビーム幅の広いビームＥの信号を送信することにより、ハンドオーバーが頻繁に発生するのを防ぐことができる。逆に、移動局が静止している場合や低速移動している場合は、ビーム幅の狭いビームＡ〜Ｄの何れかの信号を送信することにより、セクタ内の干渉を抑えることができ、全体の通信容量を多くすることができる。
【００７２】
なお、移動局の受信するビームは必ずしも１つではなく、基地局が複数のビームを送信し、移動局が複数のビームを受信することも可能である。
【００７３】
また、図１１のように既知信号多重化する場合に、表１のように既知信号のパターンを割り当てることもできる。このとき、ビームＥに対応する既知信号の電力を大きくし、シンボル数を１と少なくする。一方、ビームＡ〜Ｄには、２シンボルを割当て４スロット分の既知信号で互いに直交したパターンを実現する。
【００７４】
【表１】
【００７５】
移動局が高速移動している際は、ビーム幅の広いビームＥを受信することになるが、移動速度に応じて、サブキャリアの位相回転量も高速に変動するため、複数のスロットの既知信号を利用して他の信号と多重化することができない。そこで、ビームＥに対応する既知信号は、他の既知信号と時分割多重し、さらに電力を大きくすることにより、複数のスロットの既知信号を利用しなくても、精度良く位相回転量を推定可能になる。一方、移動局が低速移動している際は、ビーム幅の狭いビームＡ〜Ｄを受信することになるが、サブキャリアの位相回転量も低速にしか変動しないため、複数のスロットの既知信号を利用することができる。このため、ビームＡ〜Ｄに対応する既知信号は、４スロットにわたったパターンで互いに直交するように割当てることにより、精度良く位相回転量を移動局で推定することが可能である。
【００７６】
以上のように、この実施の形態３によれば、異なるビームの既知信号の時分割多重による送信と、異なるビームの既知信号のパターンを互いに直交するパターンを割当てて多重化することを組合せることにより、ハンドオーバの頻度を抑えつつ通信容量を増大するとともに、伝送効率を良くすることができる。
【００７７】
【発明の効果】
この発明によれば、異なるビームの既知信号を時分割多重で送信し、通信状況に応じて、各既知信号に対応する送信データのビーム幅を切替えて送信することができるため、ハンドオーバの頻度を抑えつつ通信容量を増大することが可能になる。
【００７８】
また、この発明によれば、異なるビームの既知信号のパターンを互いに直交するパターンを割当てて多重化することにより、ハンドオーバの頻度を抑えつつ通信容量を増大するとともに伝送効率の向上を図ることができる。
【００７９】
また、この発明によれば、異なるビームの既知信号の時分割多重による送信と、異なるビームの既知信号のパターンを互いに直交するパターンを割当てて多重化することを組合せることで、ハンドオーバの頻度を抑えつつ通信容量を増大するとともに、伝送効率を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の通信システムにおける基地局が送信するビーム形状の例（ビーム幅を狭くした場合）を示した図である。
【図３】 この発明の実施の形態１の通信システムにおける基地局が送信する別のビーム形状の例（ビーム幅を広くした場合）を示した図である。
【図４】 図２および図３のビームによって送信されるマルチキャリア符号分割多重信号の例を示した図である。
【図５】 実施の形態１の詳細処理を示したフローチャートである。
【図６】 この発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の実施の形態２を示す構成図である。
【図７】 この発明に係るマルチキャリア符号分割多重システムの実施の形態２を示すフローチャートである。
【図８】 図７の処理を実施した結果、出力されるマルチキャリア符号分割多重信号を示すものである。
【図９】 この発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の実施の形態３を示す構成図である。
【図１０】 この発明に係るマルチキャリア符号分割多重システムの実施の形態３を示すフローチャートである。
【図１１】 図１０の処理を実施した結果、出力されるマルチキャリア符号分割多重信号を示すものであり、
【図１２】 １つの基地局ゾーンを複数のセクタに分けたことを示す説明図である。
【図１３】 本発明のマルチキャリア符号分割多重による通信システムにおける受信機（移動局）の構成を示す図である。
【図１４】 従来の符号分割多重による通信システムにおける受信機（移動局）の構成を示す図である。
【図１５】 別の従来のマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 信号生成部、１０２ 既知信号生成部、１０３ 多重処理部、１０４ 時分割多重処理部、１０５ アナログ送信処理部、１０６ アンテナ、１０７ 受信処理部、１０８ 通信状況モニター部、１１１ 送信部、１１２ ウェイト制御部、１１３ ウェイト処理部、６０１ 既知信号生成部、６０２ 既知信号多重処理部、９０１ 既知信号生成部、９０２ 既知信号多重処理部、１３０１アンテナ，１３０２ アナログ受信処理部、１３０３ フーリエ変換処理部、１３０４ 伝送路特性推定部、１３０５ 位相補償処理部、１３０６ 逆拡散処理部、１５０１ 変調処理部、１５０２ 拡散処理部、１５０３ 逆離散フーリエ変換部、１５０４ アンテナ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話などの移動体通信システムおよび無線通信システムにおいて、マルチキャリア符号分割多重を利用して通信を行うマルチキャリア符号分割多重通信装置およびその方法およびマルチキャリア符号分割多重送信装置およびその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、従来の符号分割多重による通信システムにおける受信機（移動局）の構成を示す図である。この符号分割多重による通信方式では、送信機は送信する信号を変調し、さらに変調された信号の各シンボルに対して拡散符号で拡散した後、この拡散された送信信号と、上記拡散符号と直交する拡散符号で拡散された他の送信信号とを複数多重化して送信する。受信機は、受信した信号をこの受信機に割当てられた拡散符号（送信側と同じ符号）で逆拡散処理することで、この受信機が使用する変調信号を分離する。そして、得られた変調信号と同時に伝送された既知信号の位相回転量を推定し、逆拡散によって分離された変調信号に対して、推定された位相回転量に基づいて伝送路ひずみを補償し、歪みが補償された信号に対してシンボルの判定を行う。
このように符号分割多重による通信方式では、受信機は、受信信号の伝送路歪みを補償する前に逆拡散するので、自分の信号を分離することができる。
【０００３】
一方、図１５は、例えば、新、安部田、佐和橋著、“ブロードバンドパケット無線アクセスの検討”（電子情報通信学会技術研究報告AP2000-113, SANE2000-90, RCS2000-136）（以下、従来技術１と呼ぶ）に示された別の従来のマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の構成を示す図である。図１５において、１５０１は変調処理部、１５０２は拡散処理部、１５０３は逆離散フーリエ変換処理部、１５０４はアンテナである。
この従来例では、５０〜１００ＭＨｚ程度のブロードバンドパケット伝送における高速・大容量通信の場合に、周波数軸上で拡散するマルチキャリア符号分割多重の採用を推奨しており、これにより、マルチパス干渉波に強い通信システムを構築することができる。この通信システムでは、送信機は送信する信号を変調し、さらに周波数軸上で拡散した後、この拡散された送信信号と、同様に別の拡散符号で拡散された他の送信信号とを多重化し、逆離散フーリエ変換により時間波形に変換して送信する。
【０００４】
受信機は、受信信号に対して周波数軸上でこの受信機に割当てられた拡散符号（送信側と同じ符号）で逆拡散処理する必要がある。しかし、マルチキャリア符号分割多重を利用する通信システムでは、送信機から送信される各サブキャリアが伝送路を通過する際に、各サブキャリアごとに異なる伝送路歪みを受け、この伝送路歪みを受けた各サブキャリアが受信機で受信される。そこで、受信機は、受信信号を逆拡散処理する前に、この受信信号を離散フーリエ変換することにより周波数軸上に現れた各サブキャリアごとに、この歪みを補償するようにしている。歪みの補償を行う場合には、送信機側が既知シンボルを伝送することにより、この既知信号を利用して、各サブキャリアの位相回転量を推定し、この推定された位相回転に基づいて各サブキャリアの位相補償を行う。ただし、この既知シンボルは、符号分割多重化を行わないため各移動局で共有した信号となる。
【０００５】
また、移動体通信システムなどでは、図１２に示すように、１つの基地局ゾーンを複数のセクタに分けて通信を行う。特に、符号分割多重やマルチキャリア符号分割多重では、他ユーザの信号が干渉として存在するため、ある一定の通信品質を規定した場合、その際の許容干渉量によって通信容量が決まることになる。したがって、１つのゾーンを複数のセクタに分割し、基地局が各セクタに近い形状で各移動局に送信することにより、ゾーン内の通信容量を拡大することができる。特開2000-102065号公報（以下、従来技術2と呼ぶ）に記載の無線基地局装置では、複数の狭いビーム幅の信号を送信する手段と複数の広いビーム幅の信号を送信する手段を備え、移動局の移動速度に応じて送信する信号を切替えることにより、ハンドオーバー頻度を増大させることなく、多数のユーザを収容可能な無線基地局装置を実現している。
【０００６】
しかし、基地局から移動局に対する通信などのようにマルチキャリア符号分割多重を利用した通信システムでは、受信側において、伝送路歪みなどにより、各サブキャリア毎に位相が別々に回転した状態で受信される。そこで、受信側では、逆拡散処理によって信号を多重分離する前に上記の位相回転量を補償する必要があり、送信側では、各サブキャリアの位相回転量を推定することを目的とした既知信号を送信する。しかし、従来技術２のように、異なるビーム形状の信号を同時に送信しようとした場合、異なるビーム形状の信号が互いに干渉となり、各サブキャリアの位相回転量を正しく推定することができないため、位相補償が十分に行えず、逆拡散した信号に多くの誤りを含むことになる。
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、マルチキャリア符号分割多重を利用した通信システムでは、複数の既知信号を多重化して送信しても、受信側でこれを正しく分離することができない。即ち、拡散処理による信号の多重化を行っても処理できないため、異なるビーム形状で同時に送信することができない。従って、無線基地局装置が広いビーム幅の信号を送信するようにした場合はユーザの収容数が少なくなり、逆に、多数の狭いビーム幅の信号を送信する場合はハンドオーバー頻度が増大するために、基地局における制御処理の能力が過大に要求されるという問題がある。
【０００７】
この発明は、上記の問題を解決すべくなされたもので、ハンドオーバーの頻度を抑えつつ、通信容量を増大することが可能なマルチキャリア符号分割多重を利用した送信装置およびその方法または通信装置およびその方法を提供することが目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、複数個のアンテナ素子が生成する少なくとも一つの送信ビームを用いて信号を送信するものであって、情報信号を拡散符号で拡散し、逆離散フーリエ変換してマルチキャリア信号を生成する信号生成手段と、前記マルチキャリア信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理する重み付け手段と、前記重み付け処理された信号を前記各アンテナ素子対応に多重化して合成信号を生成する多重処理手段と、前記送信ビームに対応した既知信号を生成する既知信号生成手段と、前記送信ビーム対応の既知信号及び前記合成信号を時分割多重する時分割多重手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、通信状況を監視する監視手段を備え、重み付け手段は前記監視手段から出力された通信状況に基づいて、前記各アンテナ素子対応の重み付け処理を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、監視手段が出力する通信状況に移動局の移動速度が含まれていることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明に係る移動局は、前記受信した信号を離散フーリエ変換して各サブキャリア信号を出力する離散フーリエ変換処理手段と、前記サブキャリア信号に時分割多重されている受信ビーム対応の既知信号を分離する分離手段と、前記既知信号を用いてサブキャリア信号の位相回転量を推定する伝送路特性推定手段と、前記位相回転量に基づいて前記サブキャリア信号の位相を補償する位相補償処理手段と、前記位相補償処理手段からの出力信号を拡散符号で逆拡散して受信した情報信号を出力する逆拡散手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムは、第１の発明から第３の発明のいずれかに係るマルチキャリア符号分割多重送信装置を含む基地局と、第４の発明に係る移動局とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、複数個のアンテナ素子が生成する少なくとも一つの送信ビームを用いて信号を送信するものであって、情報信号を拡散符号で拡散し、逆離散フーリエ変換してマルチキャリア信号を生成する信号生成手段と、前記マルチキャリア信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理する重み付け手段と、前記重み付け処理された信号を前記各アンテナ素子対応に多重化して第１の合成信号を生成する第１の多重処理手段と、前記送信ビーム対応の互いに直交する既知信号を生成する既知信号生成手段と、前記既知信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理した後、多重化して第２の合成信号を出力する第２の多重処理手段と、前記第１の合成信号と前記第２の合成信号を時分割多重する時分割多重処理手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、通信状況を監視する監視手段を備え、重み付け手段は前記監視手段から出力された通信状況に基づいて、前記各アンテナ素子対応の重み付け処理を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、監視手段が出力する通信状況に移動局の移動速度が含まれていることを特徴とする。
【００１６】
また、第９の発明に係る移動局は、前記受信した信号を離散フーリエ変換して各サブキャリア信号を出力する離散フーリエ変換処理手段と、直交性に基づいて前記サブキャリア信号から受信ビーム対応の既知信号を分離する分離手段と、前記既知信号を用いてサブキャリア信号の位相回転量を推定する伝送路特性推定手段と、前記位相回転量に基づいて前記サブキャリア信号の位相を補償する位相補償処理手段と、前記位相補償処理手段からの出力信号を拡散符号で逆拡散して受信した情報信号を出力する逆拡散手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、第１０の発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムは、第６の発明から第８の発明のいずれかに係るマルチキャリア符号分割多重送信装置を含む基地局と、第９の発明に係る移動局とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、第１１の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、複数個のアンテナ素子が生成する少なくとも一つの送信ビームを用いて信号を送信するものであって、情報信号を拡散符号で拡散し、逆離散フーリエ変換してマルチキャリア信号を生成する信号生成手段と、前記マルチキャリア信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理する重み付け手段と、前記重み付け処理された信号を前記各アンテナ素子対応に多重化して第１の合成信号を生成する第１の多重処理手段と、前記送信ビーム対応の一部が互いに直交した既知信号を生成する既知信号生成手段と、前記互いに直交した既知信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理した後、多重化して第２の合成信号を出力する第２の多重処理手段と、前記第１の合成信号と前記第２の合成信号と前記第２の合成信号に含まれなかった既知信号とを時分割多重する時分割多重処理手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、第１２の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、通信状況を監視する監視手段を備え、重み付け手段は前記監視手段から出力された通信状況に基づいて、前記各アンテナ素子対応の重み付け処理を行うことを特徴とする。
【００２０】
また、第１３の発明に係るマルチキャリア符号分割多重送信装置は、監視手段が出力する通信状況に移動局の移動速度が含まれていることを特徴とする。
【００２１】
また、第１４の発明に係る移動局は、前記受信した信号を離散フーリエ変換して各サブキャリア信号を出力する離散フーリエ変換処理手段と、時分割多重されている受信ビーム対応の既知信号、及び直交性に基づいて多重されている受信ビーム対応の既知信号とを前記サブキャリア信号からそれぞれ分離する分離手段と、前記既知信号を用いてサブキャリア信号の位相回転量を推定する伝送路特性推定手段と、前記位相回転量に基づいて前記サブキャリア信号の位相を補償する位相補償処理手段と、前記位相補償処理手段からの出力信号を拡散符号で逆拡散して受信した情報信号を出力する逆拡散手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、第１５の発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムは、第１１の発明から第１３の発明のいずれかに係るマルチキャリア符号分割多重送信装置を含む基地局と、第１４の発明に係る移動局とを備えたことを特徴とする。
【００４６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の実施の形態１を示す構成図である。図１において、１０１は信号生成部、１１１は送信部、１１２はウェイト制御部、１１３はウェイト処理部、１０２は既知信号生成部、１０３は多重処理部、１０４は時分割多重処理部、１０５はアナログ送信処理部、１０６はアンテナ、１０７は受信処理部、１０８は通信状況モニター部である。
また、図１３は、この実施の形態１において用いられるマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける受信機（移動局）の構成図である。図１３において、１３０１はアンテナ，１３０２はアナログ受信処理部、１３０３は離散フーリエ変換処理部、１３０４は伝送経路を通過した信号の位相回転や振幅変動などの変動量を推定する伝送路特性推定部、１３０５は伝送路特性推定部１３０４からの変動量推定値に基づいて離散フーリエ変換処理部１３０３の出力の変動を補償する位相補償処理部、１３０６は逆拡散処理部である。
【００４７】
次に、動作を図１および図１３を参照して説明する。
まず、基地局において、受信信号は受信処理部１０７によって公知の技術により移動局の移動速度を推定する。次に、通信状況モニター部１０８は、受信処理部１０７が推定した移動局の移動速度を入力し、他の生成部１０１とのバランスを考慮して、各セクタにおける送信ビームの形状を判断する。信号生成部１０１において、ウェイト制御部１１３は、通信状況モニター部１０８からの指示に従い、適当なタイミングで、送信ビーム形状切替えを指示する。ウェイト処理部１１３は、ウェイト制御部１１２の指示に従い、送信部１１１より出力される送信信号に、重み付けを行って、各アンテナ素子に対応する多重処理部１０３に、それぞれの重み付けがなされた信号を出力する。多重処理部１０３は、重み付けされた各信号を多重化して合成信号を時分割多重処理部１０４へ出力する。
なお、信号生成部１０１は、送信データに対して変調処理、拡散処理、逆離散フーリエ変換処理によって、ウェイト処理部１１３に出力する信号を生成する。また、このときの逆離散フーリエ変換処理の代わりに高速フーリエ変換を利用することも当然可能である。さらに、逆離散フーリエ変換の際にガードインターバルを挿入することも可能である。
【００４８】
一方、既知信号生成部１０２は、予め決められたパターンの既知信号（マルチキャリア信号）を複数生成し、これらの既知信号を時分割多重処理部１０４へ出力する。時分割多重処理部１０４は、複数の既知信号と合成信号を予め決められた順序に従って時分割多重する。この例ではビームＥ〜ビームＡに対応する既知信号をこの順序に出力し、最後に合成信号を出力する。次に、時分割多重された複数の既知信号および合成信号はアナログ送信処理部１０５によってディジタルからアナログ信号に変換され、アップコンバートされた後アンテナ１０６からそれぞれ送信される。
なお、既知信号生成部１０２は、予め決められたパターンに対して、変調処理、拡散処理、逆離散フーリエ変換処理、ウェイト処理を施し、各アンテナに対応した信号を出力する。
【００４９】
図２および図３は、この発明の実施の形態１の通信システムにおける基地局が送信するビーム形状の例を示した図である。図２はビーム幅を狭くした場合の送信ビームの例であり、この例では４つのアンテナによって互いに方向の異なる幅の狭いビームＡ〜Ｄを送信することにより、必要なエリアをカバーしている。また、図３はビーム幅を広くした場合の送信ビームの例であり、この例では４つのアンテナによって幅の広いビームＥを１つ送信することにより、必要なエリアをカバーしている。図４は、図２および図３のビームによって送信されるマルチキャリア符号分割多重信号の例を示した図である。図４において、横軸は時間軸を表す。同図に示すように、＃１から＃Ｎのデータが符号分割多重されて伝送される。ただし、ａ〜ｅは、ビームＡ〜Ｅに対応する既知信号であり、この既知信号ａ〜ｅはそれぞれ異なるビームで時分割多重されて基地局などから送信される。
【００５０】
移動局などの受信側では、アンテナ１３０１から受信された信号をアナログ受信処理部１３０２でダウンコンバートし、アナログ信号からディジタル信号へ変換する。離散フーリエ変換処理部１３０３は、アナログ受信処理部１３０２でディジタル信号へ変換された受信信号を離散フーリエ変換することにより、各サブキャリア信号を抽出する。伝送路特性推定部１３０４は、受信しているビームに対応する既知信号を利用して、各サブキャリア信号の位相回転量を計算する。位相補償処理部１３０５は、伝送路特性推定部１３０４で計算した位相回転量に基づいて、各サブキャリア信号の位相を補償する。逆拡散処理部１３０６は、位相補償処理部１３０５で補償された各サブキャリア信号に対して、対応する拡散符号を用いて逆拡散し、受信データを取り出す。
【００５１】
図５はこの実施の形態１の詳細処理を示したフローチャートである。
次に、動作を図５を参照して説明する。
まず、ビームＥに対応した既知信号ｅを生成し、送信する（ステップＳ５０１）。次に、ビームＤに対応した既知信号ｄを生成し、送信する（ステップＳ５０２）。次に、ビームＣに対応した既知信号ｃを生成し、送信する（ステップＳ５０３）。次に、ビームＢに対応した既知信号ｂを生成し、送信する（ステップＳ５０４）。次に、ビームＡに対応した既知信号ａを生成し、送信する（ステップＳ５０５）。次に、＃１から＃Ｎまでの情報信号に対して、それぞれに対応した拡散符号で拡散し、さらに逆離散フーリエ変換することによって生成できるマルチキャリア信号を、それぞれに対応するビームによって送信できるように重み付けした信号を生成する（ステップＳ５０６）。次に、＃１から＃Ｎまでの送信信号を多重化し（ステップＳ５０７）、次に、＃１から＃Ｎまでの送信信号を送信する（ステップＳ５０８）。
【００５２】
なお、移動局の移動速度に応じて通信するビームを切替え、例えば、高速に移動している場合は、広い幅のビームによって通信を実現することにより、ハンドオーバーが頻繁に発生することを抑えることができる。一方、静止状態もしくは低速移動している移動局に対しては、狭い幅のビームによって通信を実現することによって、通信容量を増大することができる。
【００５３】
以上のようにこの実施の形態１によれば、基地局が、異なるビームの既知信号を時分割多重で送信するとともに、ビーム幅の異なる信号を多重して送信し、通信状況に応じて、各移動局に送信する信号のビーム幅を切替えて送信するようにしたので、静止もしくは低速移動している移動局に対しては、ビーム幅の狭い信号を送信し、高速移動している移動局にはビーム幅の広い信号を送信することができるので、ハンドオーバの頻度を抑えつつ通信容量を増大することが可能になる。
【００５４】
なお、上記の例では、基地局において、監視部が移動局の送信した信号を監視して移動局の移動速度などの通信状況を検出するように記述したが、これに制限されるものではない。例えば移動局が通信状況を監視し、監視結果を定期的にあるいは随時移動局から基地局へ報知し、この信号を通信状況モニター部に入力させるようにしてもよい。
【００５５】
実施の形態２．
図６はこの発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の実施の形態２を示す構成図である。図６において、図１と同符号は同一または相当部分を示す。６０１は、互いに直交する予め決められたパターンの既知信号を生成する既知信号生成部である。６０２は既知信号を多重化する既知信号多重処理部である。
図７は、この発明に係るマルチキャリア符号分割多重システムの実施の形態２を示すフローチャートである。
図１３は、この実施の形態２においても用いられる。
次に、動作を説明する。
データ信号は実施の形態１と同様にして生成され、重み付けされて合成された後、時分割多重処理部１０４へ送られる。一方、既知信号生成部６０１は互いに直交する予め決められたパターンの既知信号（マルチキャリア信号）を、実施の形態１と同様にして、ビームの数分生成する。次に、既知信号多重処理部６０２はウェイト処理された既知信号を多重化して、時分割多重処理部１０４へ出力する。時分割多重処理部１０４はデータ信号が多重された一方の合成信号と、既知信号が多重された他方の合成信号を時間に基づいて多重化する。以降の動作は実施の形態１と同様である。
【００５６】
次に、以上の動作を図７を参照して説明する。
まず、ビームＥに対応した既知信号ｅを生成する（ステップＳ７０１）。次に、ビームＤに対応した既知信号ｄを生成する（ステップＳ７０２）。次に、ビームＣに対応した既知信号ｃを生成する（ステップＳ７０３）。次に、ビームＢに対応した既知信号ｂを生成する（ステップＳ７０４）。次に、ビームＡに対応した既知信号ａを生成する（ステップＳ７０５）。次に、ビームＡ〜Ｅの送信信号を多重化する（ステップＳ７０６）。次に、ビームＡ〜Ｅの送信信号を送信する（ステップＳ７０７）。次に、＃１から＃Ｎまでの情報信号に対して、それぞれに対応した拡散符号で拡散し、さらに逆離散フーリエ変換することによって生成できるマルチキャリア信号を、それぞれに対応するビームによって送信できるように重み付けした信号を生成する（ステップＳ７０８）。次に、＃１から＃Ｎまでの送信信号を多重化し（ステップＳ７０９）、次に、＃１から＃Ｎまでの送信信号を送信する（ステップＳ７１０）。
【００５７】
図８は、図７の処理を実施した結果、出力されるマルチキャリア符号分割多重信号を示すものであり、図２および図３のビームによって送信される。図８において、横軸は時間軸を表す。同図に示すように、ａ〜ｅは、ビームＡ〜Ｅに対応する既知信号であり、他の信号と直交したパターンを割当てることによって多重している。例えば、あるサブキャリアの各既知信号ａ〜ｅのパターンをそれぞれIａ（ｋ）、Iｂ（ｋ）、Iｃ（ｋ）、Iｄ（ｋ）、Iｅ（ｋ）、ｋ＝１，．．．，８とし、各パターンを次のように割当てる。なお、このパターンは互いに直交した系列である。
【００５８】
Ｔｘ（ｋ）＝Cａ×Iａ（ｋ）＋Cｂ×Iｂ（ｋ）＋Cｃ×Iｃ（ｋ）＋Cｄ×Iｄ（ｋ）＋Cｅ×Iｅ（ｋ） （６）
ここで、Cａ，Cｂ，Cｃ，Cｄ，Cｅは、基地局から送信されるときの各既知信号の位相と振幅を表すものである。式（６）の送信信号Ｔｘ（ｋ）は、移動局において、式（７）の受信信号Ｒｘ（ｋ）として受信する。
【００５９】
Ｒｘ（ｋ）＝C×Ｔｘ（ｋ） （７）
ここで、Cは伝送中に与えられる位相回転および振幅変動である。
移動局は、この受信信号Ｒｘ（ｋ）に、受信しているビームに対応する既知信号のパターンを掛けて、総和を計算することにより、受信しているビームのサブキャリアを抽出することができる。例えば、ビームＡに対応したサブキャリア成分を抽出する場合は、式（８）の処理となる。
【００６０】
【数１】
式（８）は、
【００６２】
【数２】
となり、ビームＡの信号が送信時および伝送中にC×Cａの位相回転と振幅変動が生じていることを推定できる。
【００６４】
このように、既知信号のパターンを互いに直交させることにより、これらの既知信号を多重化して送信しても、受信機側で各既知信号を分離することができ、分離された各既知信号のサブキャリアの位相回転と振幅変動を推定することができる。従って、実施の形態１と同様に推定された位相回転と振幅変動に基づいて後続のデータ信号を補償することが可能になる。
また、実施の形態１では、既知信号のそれぞれを時分割多重で伝送していたため、既知信号の数をｎ（ｎは自然数）とすれば、既知信号の送信時間がｎ倍かかっていたが、この方法によれば、既知信号を１回で送出できるので、送信効率の向上を図ることができる。
【００６５】
以上のように、この実施の形態２によれば、異なるビームの既知信号のパターンが互いに直交するようにパターンを割当てて多重化したので、実施の形態１の効果に加えて、送信効率の向上を図ることができる。
【００６６】
なお、既知信号のパターンは、複数のスロットにわたって利用することができる。例えば、式（１）〜（５）の８シンボルの既知パターンを、４シンボルごとに分けて、２つのスロットで送信することも可能である。
【００６７】
実施の形態３．
図９はこの発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の実施の形態３を示す構成図である。図９において、図１と同符号は同一または相当部分を示す。９０１は、一部が互いに直交する予め決められたパターンの既知信号を生成する既知信号生成部である。９０２は既知信号の一部を多重化する既知信号多重処理部である。
図１０は、この発明に係るマルチキャリア符号分割多重システムの実施の形態３を示すフローチャートである。
図１３は、この実施の形態３においても用いられる。
次に、動作を説明する。
データ信号は実施の形態１と同様にして生成され、重み付けされて合成された後、時分割多重処理部１０４へ送られる。一方、既知信号生成部９０１は一部が互いに直交する予め決められたパターンの既知信号（マルチキャリア信号）を、実施の形態１と同様にして、ビームの数分生成する。この互いに直交する既知信号は既知信号多重処理部９０２へ送られ、残りの既知信号は時分割多重処理部１０４へ送られる。既知信号多重処理部９０２は上記の互いに直交する既知信号を多重化した後、合成信号を時分割多重処理部１０４へ出力する。時分割多重処理部１０４はデータ信号が多重された一方の合成信号と、互いに直交する既知信号が多重された他方の合成信号と残りの既知信号を時間に基づいて多重化する。以降の動作は実施の形態１と同様である。
【００６８】
次に、以上の動作を図１０を参照して説明する。
まず、ビームＥに対応した既知信号ｅを生成し、送信する（ステップＳ１００１）。次に、ビームＤに対応した既知信号ｄを生成する（ステップＳ１００２）。次に、ビームＣに対応した既知信号ｃを生成する（ステップＳ１００３）。次に、ビームＢに対応した既知信号ｂを生成する（ステップＳ１００４）。次に、ビームＡに対応した既知信号ａを生成する（ステップＳ１００５）。次に、ビームＡ〜Ｄの送信信号を多重化する（ステップＳ１００６）。次に、ビームＡ〜Ｄの送信信号を送信する（ステップＳ１００７）。次に、＃１から＃Ｎまでの情報信号に対して、それぞれに対応した拡散符号で拡散し、さらに逆離散フーリエ変換することによって生成できるマルチキャリア信号を、それぞれに対応するビームによって送信できるように重み付けした信号を生成する（ステップＳ１００８）。次に、＃１から＃Ｎまでの送信信号を多重化し（ステップＳ１００９）、次に、＃１から＃Ｎまでの送信信号を送信する（ステップＳ１０１０）。
【００６９】
図１１は、図１０の処理を実施した結果、出力されるマルチキャリア符号分割多重信号を示すものであり、図２および図３のビームによって送信される。図１１において、横軸は時間軸を表す。同図に示すように、ａ〜ｅは、ビームＡ〜Ｅに対応する既知信号であり、ビームＥは他の信号と時分割多重し、ビームＡ〜Ｄは互いに直交したパターンを割当てることによって多重している。
ビームＥに対応した既知信号ｅは、他の信号が同じ時間に多重化されていないので、実施の形態１と同様の処理により各サブキャリアの位相回転量を計算することが容易にできる。また、ビームＡ〜Ｄは、実施の形態２と同様の処理により、各サブキャリアの位相回転量を計算することができる。
【００７０】
移動局は、上記のように各サブキャリアの位相回転量を推定し、この推定した位相回転量をもとに情報信号の各サブキャリアの位相補償を行う。位相補償された信号を逆拡散処理し、判定することにより、送信されたデータを再生することができる。
【００７１】
また、基地局は、公知の技術により、移動局の移動速度を推定し、移動局が高速に移動している場合は、ビーム幅の広いビームＥの信号を送信することにより、ハンドオーバーが頻繁に発生するのを防ぐことができる。逆に、移動局が静止している場合や低速移動している場合は、ビーム幅の狭いビームＡ〜Ｄの何れかの信号を送信することにより、セクタ内の干渉を抑えることができ、全体の通信容量を多くすることができる。
【００７２】
なお、移動局の受信するビームは必ずしも１つではなく、基地局が複数のビームを送信し、移動局が複数のビームを受信することも可能である。
【００７３】
また、図１１のように既知信号多重化する場合に、表１のように既知信号のパターンを割り当てることもできる。このとき、ビームＥに対応する既知信号の電力を大きくし、シンボル数を１と少なくする。一方、ビームＡ〜Ｄには、２シンボルを割当て４スロット分の既知信号で互いに直交したパターンを実現する。
【００７４】
【表１】
移動局が高速移動している際は、ビーム幅の広いビームＥを受信することになるが、移動速度に応じて、サブキャリアの位相回転量も高速に変動するため、複数のスロットの既知信号を利用して他の信号と多重化することができない。そこで、ビームＥに対応する既知信号は、他の既知信号と時分割多重し、さらに電力を大きくすることにより、複数のスロットの既知信号を利用しなくても、精度良く位相回転量を推定可能になる。一方、移動局が低速移動している際は、ビーム幅の狭いビームＡ〜Ｄを受信することになるが、サブキャリアの位相回転量も低速にしか変動しないため、複数のスロットの既知信号を利用することができる。このため、ビームＡ〜Ｄに対応する既知信号は、４スロットにわたったパターンで互いに直交するように割当てることにより、精度良く位相回転量を移動局で推定することが可能である。
【００７６】
以上のように、この実施の形態３によれば、異なるビームの既知信号の時分割多重による送信と、異なるビームの既知信号のパターンを互いに直交するパターンを割当てて多重化することを組合せることにより、ハンドオーバの頻度を抑えつつ通信容量を増大するとともに、伝送効率を良くすることができる。
【００７７】
【発明の効果】
この発明によれば、異なるビームの既知信号を時分割多重で送信し、通信状況に応じて、各既知信号に対応する送信データのビーム幅を切替えて送信することができるため、ハンドオーバの頻度を抑えつつ通信容量を増大することが可能になる。
【００７８】
また、この発明によれば、異なるビームの既知信号のパターンを互いに直交するパターンを割当てて多重化することにより、ハンドオーバの頻度を抑えつつ通信容量を増大するとともに伝送効率の向上を図ることができる。
【００７９】
また、この発明によれば、異なるビームの既知信号の時分割多重による送信と、異なるビームの既知信号のパターンを互いに直交するパターンを割当てて多重化することを組合せることで、ハンドオーバの頻度を抑えつつ通信容量を増大するとともに、伝送効率を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の通信システムにおける基地局が送信するビーム形状の例（ビーム幅を狭くした場合）を示した図である。
【図３】 この発明の実施の形態１の通信システムにおける基地局が送信する別のビーム形状の例（ビーム幅を広くした場合）を示した図である。
【図４】 図２および図３のビームによって送信されるマルチキャリア符号分割多重信号の例を示した図である。
【図５】 実施の形態１の詳細処理を示したフローチャートである。
【図６】 この発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の実施の形態２を示す構成図である。
【図７】 この発明に係るマルチキャリア符号分割多重システムの実施の形態２を示すフローチャートである。
【図８】 図７の処理を実施した結果、出力されるマルチキャリア符号分割多重信号を示すものである。
【図９】 この発明に係るマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の実施の形態３を示す構成図である。
【図１０】 この発明に係るマルチキャリア符号分割多重システムの実施の形態３を示すフローチャートである。
【図１１】 図１０の処理を実施した結果、出力されるマルチキャリア符号分割多重信号を示すものであり、
【図１２】 １つの基地局ゾーンを複数のセクタに分けたことを示す説明図である。
【図１３】 本発明のマルチキャリア符号分割多重による通信システムにおける受信機（移動局）の構成を示す図である。
【図１４】 従来の符号分割多重による通信システムにおける受信機（移動局）の構成を示す図である。
【図１５】 別の従来のマルチキャリア符号分割多重通信システムにおける送信機（基地局）の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 信号生成部、１０２ 既知信号生成部、１０３ 多重処理部、１０４ 時分割多重処理部、１０５ アナログ送信処理部、１０６ アンテナ、１０７ 受信処理部、１０８ 通信状況モニター部、１１１ 送信部、１１２ ウェイト制御部、１１３ ウェイト処理部、６０１ 既知信号生成部、６０２ 既知信号多重処理部、９０１ 既知信号生成部、９０２ 既知信号多重処理部、１３０１アンテナ，１３０２ アナログ受信処理部、１３０３ フーリエ変換処理部、１３０４ 伝送路特性推定部、１３０５ 位相補償処理部、１３０６ 逆拡散処理部、１５０１ 変調処理部、１５０２ 拡散処理部、１５０３ 逆離散フーリエ変換部、１５０４ アンテナ。
Claims (15)
- 複数個のアンテナ素子が生成する少なくとも一つの送信ビームを用いて信号を送信するマルチキャリア符号分割多重送信装置であって、
情報信号を拡散符号で拡散し、逆離散フーリエ変換してマルチキャリア信号を生成する信号生成手段と、前記マルチキャリア信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理する重み付け手段と、前記重み付け処理された信号を前記各アンテナ素子対応に多重化して合成信号を生成する多重処理手段と、前記送信ビームに対応した既知信号を生成する既知信号生成手段と、前記送信ビーム対応の既知信号及び前記合成信号を時分割多重する時分割多重手段とを備えたことを特徴とするマルチキャリア符号分割多重送信装置。 - 通信状況を監視する監視手段を備え、重み付け手段は前記監視手段から出力された通信状況に基づいて、前記各アンテナ素子対応の重み付け処理を行うことを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア符号分割多重送信装置。
- 監視手段が出力する通信状況に移動局の移動速度が含まれていることを特徴とする請求項２記載のマルチキャリア符号分割多重送信装置。
- 受信信号を離散フーリエ変換して各サブキャリア信号を出力する離散フーリエ変換処理手段と、前記サブキャリア信号に時分割多重されている受信ビーム対応の既知信号を分離する分離手段と、前記既知信号を用いてサブキャリア信号の位相回転量を推定する伝送路特性推定手段と、前記位相回転量に基づいて前記サブキャリア信号の位相を補償する位相補償処理手段と、前記位相補償処理手段からの出力信号を拡散符号で逆拡散して受信した情報信号を出力する逆拡散手段とを備えたことを特徴とする移動局。
- 請求項１から請求項３のいずれかに記載のマルチキャリア符号分割多重送信装置を含む基地局と、請求項４記載の移動局とを備えたことを特徴とするマルチキャリア符号分割多重通信システム。
- 複数個のアンテナ素子が生成する少なくとも一つの送信ビームを用いて信号を送信するマルチキャリア符号分割多重送信装置であって、
情報信号を拡散符号で拡散し、逆離散フーリエ変換してマルチキャリア信号を生成する信号生成手段と、前記マルチキャリア信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理する重み付け手段と、前記重み付け処理された信号を前記各アンテナ素子対応に多重化して第１の合成信号を生成する第１の多重処理手段と、前記送信ビーム対応の互いに直交する既知信号を生成する既知信号生成手段と、前記既知信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理した後、多重化して第２の合成信号を出力する第２の多重処理手段と、前記第１の合成信号と前記第２の合成信号を時分割多重する時分割多重処理手段とを備えたことを特徴とするマルチキャリア符号分割多重送信装置。 - 通信状況を監視する監視手段を備え、重み付け手段は前記監視手段から出力された通信状況に基づいて、前記各アンテナ素子対応の重み付け処理を行うことを特徴とする請求項６記載のマルチキャリア符号分割多重送信装置。
- 監視手段が出力する通信状況に移動局の移動速度が含まれていることを特徴とする請求項７記載のマルチキャリア符号分割多重送信装置。
- 受信信号を離散フーリエ変換して各サブキャリア信号を出力する離散フーリエ変換処理手段と、直交性に基づいて前記サブキャリア信号から受信ビーム対応の既知信号を分離する分離手段と、前記既知信号を用いてサブキャリア信号の位相回転量を推定する伝送路特性推定手段と、前記位相回転量に基づいて前記サブキャリア信号の位相を補償する位相補償処理手段と、前記位相補償処理手段からの出力信号を拡散符号で逆拡散して受信した情報信号を出力する逆拡散手段とを備えたことを特徴とする移動局。
- 請求項６から請求項８のいずれかに記載のマルチキャリア符号分割多重送信装置を含む基地局と、請求項９記載の移動局とを備えたことを特徴とするマルチキャリア符号分割多重通信システム。
- 複数個のアンテナ素子が生成する少なくとも一つの送信ビームを用いて信号を送信するマルチキャリア符号分割多重送信装置であって、
情報信号を拡散符号で拡散し、逆離散フーリエ変換してマルチキャリア信号を生成する信 号生成手段と、前記マルチキャリア信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理する重み付け手段と、前記重み付け処理された信号を前記各アンテナ素子対応に多重化して第１の合成信号を生成する第１の多重処理手段と、前記送信ビーム対応の一部が互いに直交した既知信号を生成する既知信号生成手段と、前記互いに直交した既知信号を前記各アンテナ素子対応に重み付け処理した後、多重化して第２の合成信号を出力する第２の多重処理手段と、前記第１の合成信号と前記第２の合成信号と前記第２の合成信号に含まれなかった既知信号とを時分割多重する時分割多重処理手段とを備えたことを特徴とするマルチキャリア符号分割多重送信装置。 - 通信状況を監視する監視手段を備え、重み付け手段は前記監視手段から出力された通信状況に基づいて、前記各アンテナ素子対応の重み付け処理を行うことを特徴とする請求項６記載のマルチキャリア符号分割多重送信装置。
- 監視手段が出力する通信状況に移動局の移動速度が含まれていることを特徴とする請求項７記載のマルチキャリア符号分割多重送信装置。
- 前記受信した信号を離散フーリエ変換して各サブキャリア信号を出力する離散フーリエ変換処理手段と、時分割多重されている受信ビーム対応の既知信号、及び直交性に基づいて多重されている受信ビーム対応の既知信号とを前記サブキャリア信号からそれぞれ分離する分離手段と、前記既知信号を用いてサブキャリア信号の位相回転量を推定する伝送路特性推定手段と、前記位相回転量に基づいて前記サブキャリア信号の位相を補償する位相補償処理手段と、前記位相補償処理手段からの出力信号を拡散符号で逆拡散して受信した情報信号を出力する逆拡散手段とを備えたことを特徴とする移動局。
- 請求項１１から請求項１３のいずれかに記載のマルチキャリア符号分割多重送信装置を含む基地局と、請求項１４記載の移動局とを備えたことを特徴とするマルチキャリア符号分割多重通信システム。
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