JP4300368B2 - マルチユーザ信号から送信信号を生成し、ユーザ信号を抽出する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気通信分野に属し、特にマルチユーザ環境におけるマルチキャリア伝送方式の分野に属する。

無線通信では、フェージングの悪影響を軽減するために送信ダイバーシチ技術が利用されている。送信ダイバーシチ技術のうち単純なものとして遅延ダイバーシチがある。この遅延ダイバーシチでは、同一の信号が複数のアンテナから遅延時間を異ならせて送信される。その結果、送信アンテナから受信アンテナまでの元のサブキャリアと比較してより周波数選択性が高く周波数ダイバーシチ効果の高い入力チャネルに相当するものが可能になる。直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）では、送信機によりもたらされた周波数ダイバーシチが、受信機に備えられた前方向誤り訂正デコーダにより利用することができる。

マルチキャリア伝送システムにおいて付加的に遅延を与えることは、時間ダイバーシチを実現するためにしばしば必要とされるが、そのためには、ガードインターバルが長くする必要があり、その結果、周波数利用効率が悪くなってしまう。とはいえ、もしガードインターバルが十分に長くない場合にはキャリア間干渉が生じてしまう。ガードインターバルでは情報を伝送できないため、ガードインターバルを長くすると、周波数利用効率が下がってしまう。

循環遅延ダイバーシチ（ｃｙｃｌｉｃ ｄｅｌａｙ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）を適用することによりガードインターバルを超えずに周波数選択性を高めることができる。このことについては、Ａ．Ｄａｍｍａｎｎ ａｎｄ Ｓ．Ｋａｉｓｅｒ，“Ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ ａｎｔｅｎｎａ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ＯＦＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ＤＶＢ−Ｔ ｓｙｓｔｅｍ”，ＩＥＥＥ Ｇｌｏｂｅｃｏｍ，ｐａｇｅｓ ３１００−３１０５，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００１、Ａ．Ｄａｍｍａｎｎ ａｎｄ Ｓ．Ｋａｉｓｅｒ，”Ｌｏｗ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ ａｎｔｅｎｎａ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ＯＦＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ＤＶＢ−Ｔ ｓｙｓｔｅｍ”，４^ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＩＴＧ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｄｉｎｇ，ｐａｇｅｓ ２５３−２５９，Ｊａｎｕａｒｙ ２００２、及びＡ．Ｄａｍｍａｎｎ，Ｒ．Ｒａｕｌｅｆｓ，ａｎｄ Ｓ． Ｋａｉｓｅｒ，“Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｉｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏｒ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＯＦＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ”，ＩＥＥＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ （ＩＣＣ），ｐａｇｅｓ １６５−１７１，Ａｐｒｉｌ ２００２に記載されている。上記の３文献に記載の技術によれば、遅延が循環的に与えられるためガードインターバルを超えることがない。

従来、送信ダイバーシチ技術は、マルチユーザ環境において複数のチャネルを介して信号を送信するために適用される。ここで、送信信号は複数のユーザに関連づけられる複数の信号のストリームである。受信機側では、当該送信信号を処理することで得られる送信ダイバーシチを利用することにより、ユーザ信号ストリームの分離が行われる。

送信ダイバーシチ効果を得るために、循環遅延ダイバーシチを適用し、異なる送信アンテナから同時にデータを送信してもよい。ここで、送信アンテナに関連づけられた各データストリームには他のデータストリームとは異なる遅延が与えられている。受信機側では、単一の受信アンテナを使用しても複数の受信アンテナを使用してもよい。

周波数帯を効率的に利用するためには、適用される送信ダイバーシチ技術の特性を考慮し、空間ダイバーシチを効率的かつ最大限に利用する必要がある。例えば、マルチキャリア伝送の場合には、適用される送信ダイバーシチ技術は、受信機側においてサブキャリア間の相関特性に影響を与える。上述のように、空間ダイバーシチは、デコーダにより得られる周波数ダイバーシチに変換することができる。

ブロードバンド直交周波数分割多元接続方式（ＯＦＤＭＡ）では、利用可能な周波数が複数のユーザにより共有される。通常は、周波数ブロックインターリーバ（ｂｌｏｃｋ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ）を用いて、すなわちユーザの送信シンボルが、周波数ダイバーシチを利用するために、隣接するサブキャリアには相異なるユーザが割り当てられるように等間隔で配置されたサブキャリアに割り当てられる。しかし、空間ダイバーシチが隣接するサブキャリアの無相関のチャネル係数、無相関のキャリアに反映される前述の循環遅延ダイバーシチと相まって、周波数ブロックインターリーブにより空間ダイバーシチを全く利用できない。従って、復号化後のビット誤り率が高まり、周波数を効率的に利用することができない。

当該システムのパフォーマンスを向上させるためには、より複雑な符号化方式を適用して、冗長性を増すことにより各ユーザのストリームを符号化してもよい。しかし、このアプローチには、冗長性が増すことによって周波数利用効率が低下するという問題がある。標準的なダイバーシチ技術を考えているのであれば、送信アンテナと受信アンテナの数を増やすことにより空間ダイバーシチを利用してもよい。しかし、受信アンテナの数を増加させると、特にマルチユーザ環境において、システム全体（特に、携帯受信機）がより複雑化することになる。

ダイバーシチ技術を利用する従来のマルチキャリア伝送システムのパフォーマンスを向上させるさらに別の方法として、ガードインターバル長を超えて干渉を抑えるという方法がある。しかし、このアプローチには、周波数の利用効率が低下するという問題がある。

図７は、従来のＯＦＤＭＡ（ＯＦＤＭＡ：ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）システムを示している。同図のＯＦＤＭＡシステムには、入力部と出力部を有する複数のＦＥＣエンコーダ１４０１が含まれており、各ＦＥＣエンコーダ１４０１の出力部はインターリーバ１４０３に接続されている。各インターリーバ１４０３は、マッパ１４０５に接続される出力部を有する。マッパ１４０５は、インターリーバ１４０３により生成される離散値を、選択された信号空間表示方式（変調）に従って信号空間表現にマッピングする。図７では、マッパ１４０５は、例えばＱＡＭ（ＱＡＭ：ｑｕａｄｒａｔｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式やＰＳＫ（ＰＳＫ：ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）方式で変調を行う。各マッパ１４０５は、インターリーバ１４０７に接続される出力部を有し、インターリーバ１４０７は、ＩＦＦＴ（ＩＦＦＴ：ｉｎｖｅｒｓｅ ｆａｓｔ ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部１４０９に接続される複数の出力部を有する。ＩＦＦＴ部１４０９は、マルチキャリア変調信号を出力する出力部を有する。

各ＦＥＣエンコーダ１４０１はそれぞれユーザ信号を受信する。図７では、ユーザ１とユーザＵが描かれている。図７の従来のＯＦＤＭＡシステムでは、ダイバーシチを利用するために、利用可能なサブキャリアが、ユーザ信号のシンボルを固定間隔のサブキャリアに割り当てるインターリーバ１４０７により特定のユーザに割り当てられる。このようなブロックインターリーブでは、サブキャリア間の相関特性が考慮されていないため、もし循環遅延ダイバーシチが適用されるとエラーが発生する可能性がある。図７では、サブキャリアｓ＝０、３、７、．．．がユーザ１に割り当てられているが、適用されている空間ダイバーシチ技術によりユーザ１に割り当てられるキャリア間に相関関係がもたらされると、ユーザ１は完全な空間ダイバーシチを得ることができない。また、図７のシステムでは固定的な割り当て方式を用いているためチャネルの周波数選択性を考慮に入れることができないという不都合がある。従って、従来のＯＦＤＭＡシステムでは周波数ダイバーシチを最大限に利用することができず、その結果、周波数利用効率が悪くなってしまう。

本発明の目的は、マルチキャリア変調方式に基づいた効果的なマルチユーザ伝送のコンセプトを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の送信信号生成装置や、請求項９に記載のマルチユーザ送信機や、請求項１０に記載のユーザ信号抽出装置や、請求項１９に記載の送信信号生成方法や、請求項２０に記載のマルチユーザ信号処理方法や、請求項２１に記載のユーザ信号抽出方法や、請求項２２に記載のコンピュータプログラムにより実現可能である。
本発明は、マルチキャリア伝送の場合に、サブキャリア間のある相関特性を送信前に利用することで、ユーザ信号の割り当てに従来のサブキャリア割り当て方式を用いるマルチユーザ伝送方式のパフォーマンスが向上可能であるという知見に基づいている。この知見は、より具体的には、循環遅延がユーザ数により定められる循環遅延ダイバーシチ方式が送信機または受信機において用いられた場合に、空間ダイバーシチを最大限に利用可能である、というものである。

本発明の利点は、受信機を複雑化することなく、複数のマルチユーザ信号を同時に送信するために空間ダイバーシチを最大限に利用可能な点である。これは、本発明に係る循環ダイバーシチ方式により空間ダイバーシチが周波数ダイバーシチに変換されるためである。このため、処理すべき受信信号の数を従来のアプローチよりも少なくすることが可能になり、その結果、ユーザ信号を抽出するために必要とされる信号処理リソースの削減が可能になる。
本発明の別の利点は、本発明に係るコンセプトを採用することにより、ＯＦＤＭ等の従来のマルチユーザ伝送方式においても空間ダイバーシチの最大限の利用が可能になる点である。これは、本発明では、送信される信号が、そのフレーム構造やスペクトラム割り当て方式を変更されることなく後処理されるためである。
本発明では、後続するユーザ信号値が関連づけらるサブキャリア同士が無相関となるように循環遅延が選択される。また、インターリーブにより、制約長の限られた前方向誤り訂正コードを用いた空間ダイバーシチの最大限の利用が確実となる。
本発明のさらに別の利点は、本発明に係る循環遅延ダイバーシチのコンセプトが単純であり、空間ダイバーシチを最大限に利用するために必要とされるのがシフト処理のみである点である。
本発明のさらに別の利点は、システムの線形性のゆえに、本発明に係る循環ダイバーシチ方式が受信機において利用可能である点である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係るマルチユーザ信号から送信信号を生成する装置のブロック図を示している。この装置は、信号コピー機１０３に接続される入力部１０１を備えている。信号コピー機１０３は複数のパスを提供する。図１では、記載が煩雑になるのを避けるために、第１信号パス１０５、第２パス１０７及び他のパス１０９のみが図示されている。

第１パス１０５は、循環シフト素子１１１を介して送信信号生成装置の複数の出力部のうちの出力部１１３に接続されている。信号パス１０７は、循環遅延素子１１５を介して前記装置の出力部１０７に接続されている。他のパス１０９は、送信信号生成装置の複数の出力部のうちの出力部１１９に接続されている。

マルチユーザ信号は、入力部１０１を介して信号コピー機１０３に提供される。このマルチユーザ信号は、例えばそれぞれ異なるユーザに関連づけられた複数のユーザ信号が多重化された信号である。前記マルチユーザ信号は、第１の値で始まり当該第１の値の後に置かれる第２の値で終わる一組の値を含むデジタル信号、すなわち所定の時点において所定の順序で並べられた一組の値を含む信号でもよい。

信号コピー機１０３は、例えば複数のパスを提供するマルチプレクサである。パスの数は送信されるユーザ信号の数と同じであることが好ましい。各ユーザ信号の効率的な検出に必要な循環ダイバーシチを実現するために、第２パス１０７は、マルチユーザ信号（又はそのコピー）を循環的にシフトして出力部１１７を介して送信信号を出力する循環シフト素子１１５に接続されている。循環シフト素子は、第２パス１０７を介して提供されるマルチユーザ信号に含まれる一組の値を所定の値の数だけ循環的にシフトする。尚、本発明では、前記所定の値の数はユーザ信号の数により定められる。循環シフト素子１１７は、例えば所定の値の数だけ左または右にシフトを行うシフトレジスタである。また、循環シフト素子は、例えば前記一組の値が常に所定の値の数だけシフトされるように配線されてもよい。図１に示される装置は、ユーザ信号の数に応じて前記所定の値の数を定める手段をさらに備えてもよい。

本発明によれば、固定インターリービング（ｆｉｘ ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ）とユーザ割り当てを行う既存の標準的なシステムにおいても循環遅延により空間ダイバーシチを最大限に利用することができる。以下の説明では、入力部１０１を介して提供されるマルチユーザ信号が図７に示される従来の送信機により生成されるものとする。特に、マルチユーザ信号は、キャリア周波数がＮ_Ｓであるマルチキャリア信号から生成され、送信信号は総数がｎ_Ｔである送信アンテナのうちいずれかの送信アンテナから送信され、各送信アンテナは、例えば０より大きくかつアンテナの数以下である番号の付いた識別番号に関連づけられるものとする。循環シフト素子１１５は前記一組の値をΔ_ｎだけ循環的にシフトする。

ここでｎは、出力部１１７を介して出力される送信信号を送信するために使用される送信アンテナと関連づけられた識別番号を示す。Ｕはユーザ数を示す。

すでに述べたように、ユーザ数により、前記一組の値がシフトされる分の値の数が定められる。また、アンテナの数により、信号コピー機１０３により提供されるパスの数が定められる。
アンテナの数が２つの場合には、信号コピー機１０３は、送信信号を送信するためにマルチユーザ信号の２つのコピーを生成し、さらに他のアンテナにより送信される他の送信信号を生成する。

他の送信信号を生成するために、前記装置は、信号コピー機１０３を介して提供されるマルチユーザ信号のコピーから他の送信信号を生成する手段を備えてもよい。アンテナの数が２の場合には、前記手段はマルチユーザ信号のコピーを他の送信信号として提供してもよい。この場合は、他のパス１０９と変わらない。尚、この場合、当該装置には第２パス１０５や当該第２パス１０５に関連する処理素子が存在しないため、その構成が簡略化される。

アンテナの数が２より多い場合には、信号コピー機１０３は、アンテナの数と同数のコピーを生成する。この場合、前記装置は、図１に示されるように、第２信号パス１０５を介して提供されるマルチユーザ信号のコピーを循環的にシフトして他の送信信号を出力する他のシフト素子を備える。マルチユーザ信号のコピーは、記述のものと同じ構成の一組の値を有する。図１に示される循環シフト素子１１１は、アンテナの数が２より大きい場合の他のシフト素子を示している。循環シフト素子１１１は、一組の数を別の所定数の値だけシフトし、この別の所定数の値はユーザ数により定められる。他のシフト素子１１１は、上述した機能を有するシフトレジスタであってもよい。本発明では、前記別の所定数は次式のように表される。

ここでｋは、他の送信アンテナに関連づけられる識別番号を示し、０より大きくかつアンテナの数以下である。

図１に示される装置は、シフト素子１１１及び１１５の動作を制御するために前記所定数の値及び前記別の所定数の値を生成する手段をさらに備えてもよい。
前記所定数の値及び前記別の所定数の値を生成する手段は上記の２式を用いて各値を算出する。又は、当該手段は、各マルチユーザ状況及び各アンテナごとに値の数を記憶している記憶素子を備えてもよい。

以上説明したように、本発明のコンセプトは、マルチキャリア伝送方式を用いるあらゆるマルチユーザシステムに適用することが可能である。本発明によれば、上述のマルチユーザ信号から送信信号を生成する装置を、ユーザ信号の数に基づいてマルチユーザ信号を生成する手段を備えるマルチユーザ送信機と統合することが可能である。ここで、マルチユーザ信号を生成する手段とは、例えば図７に示される従来の送信機である。

本発明の循環ダイバーシチ方式は、一般的な相関特性を効果的に利用することを特徴としている。
本発明に係る遅延（シフト）は、一連のユーザ信号の値がキャリア周波数により送信される際に、ユーザ数及び用いられるサブキャリア割り当て方式に応じて、当該一連のユーザ信号が割り当てられるキャリア周波数が互いに無相関であるか又はほぼ無相関となるように選択される。ＯＦＤＭ伝送の場合では、循環遅延の効果的な選択により、キャリア周波数すなわち実効チャネル周波数応答の相関特性が向上するか、またはその特定がなされる。本発明によれば、受信機の前方向誤り訂正デコーダが、ユーザごとに空間ダイバーシチを最大限利用できるように循環遅延が選択される。

である循環遅延ダイバーシチを利用する場合の相関関数Ｒ_１ｄを示している。循環遅延（循環シフト）は次式に従って選択される。

ここでＵは、ユーザ数か、又は各ユーザに割り当てられるサブキャリア間隔である。図２に示される相関関数はユーザが４名の場合のものである。
本発明に係る循環遅延により、Ｕ＝４のスペースをもつサブキャリア同士が無相関となり、２Ｕ＝８のスペースをもつサブキャリア同士が同じになる。その結果、Ｕのスペースをもつサブキャリア同士の間において空間ダイバーシチが周波数ダイバーシチに変換される。Ｕのスペースをもつサブキャリアは一人のユーザ（図２においてマークで示されている）に割り当てられるため、各ユーザは空間ダイバーシチを最大限に得ることができる。図１２に示されるように、本発明のコンセプトは、サブキャリアの割り当てが行われるいかなるシステムにも適用可能である。
上述のように、本発明のコンセプトは受信機にも適用することができる。これは、伝送システムが線形システムと考えられるからである。

図３は、本発明に係る第１及び第２受信信号からユーザ信号を抽出する装置を示している。
この装置は、入力部３０３と出力部３０５とを有する第１送信信号生成手段３０１を備えている。この装置はまた、入力部３０９と出力部３１１とを有する循環シフト素子３０７を備えている。
第１送信信号生成手段３０１の出力部３０５と循環シフト素子３０７の出力部３１１は、出力部３１５を有するユーザ信号抽出手段３１３に接続されている。
第１送信信号生成手段３０１は、第１受信アンテナ３１７と関連づけられた第１受信信号を入力部３０３を介して受信する。一方、循環シフト素子３０７は、第２受信アンテナ３１９と関連づけられた第２受信信号を入力部３０９を介して受信する。第１受信アンテナ３１７と第２受信アンテナ３１９は、複数設けられる受信アンテナの一例であり、各受信アンテナは受信パスを規定する。これらの受信アンテナは送信信号の受信バージョンを検出する。すなわち、第１受信信号は、複数の（すべての）受信アンテナのうち第１受信アンテナ３１７により受信されたバージョンの送信信号である。一方、第２受信信号は、すべての受信アンテナのうち第２受信アンテナにより受信されたバージョンの送信信号である。第１受信信号と第２受信信号は、それぞれ検出された高周波信号から生成される。高周波周波数はベースバンドにダウンコンバートされ、任意のアナログ・デジタル変換を経て、第１受信信号と第２受信信号はデジタル信号として提供される。第１受信信号は、第１の値で始まり当該第１の値の後に置かれる最終値で終わる第１の組の値を含む。一方、第２受信信号は、第１の値で始まり当該第１の値の後に置かれる最終値で終わる第２の組の値を含む。すなわち、第１受信信号と第２受信信号は、第１の組の値または第２の組の値に含まれる値の数により定められる信号空間内のベクトルと考えることもできる。送信信号が複数のユーザ信号の重ね合わせにより構成されていると仮定すると、第１受信信号と第２受信信号は複数の通信チャネルを介して送信アンテナから送信される複数のユーザ信号の重ね合わせを含むことになる。

第１入力信号生成手段３０１は第１受信信号を受信して出力部３０５を介して第１入力信号を出力する。この第１入力信号生成手段３０１の動作と構成はアンテナの数により異なる。例えば、アンテナの数が２の場合には、第１入力信号生成手段３０１は第１受信信号を第１入力信号として出力する。この場合、第１入力信号を生成する手段３０１は、入力部３０３と出力部とを例えばワイヤにより接続する構成となる。
アンテナの数が２より多い場合は、第１入力信号生成手段３０１は第１受信信号を他の値の数だけ循環的にシフトして第１入力信号を生成する。この場合、第１入力信号生成手段３０１は、第２受信信号と関連づけられる循環シフト素子３０７と同様の循環シフト素子でもよい。このシフト素子は、例えば、出力部と接続された入力部を有し（循環的な）左または右シフトを行うレジスタでもよい。
循環シフト素子３０７は、第２受信信号を第１入力信号と比して所定の値の数だけ循環的にシフトして第２入力信号を生成する。
第１入力信号及び第２入力信号、その他入力信号一般は、入力信号からユーザ信号を抽出する手段３１３に引き渡される。このユーザ信号抽出手段３１３は、さらなる処理を施すために出力部３１５を介してユーザ信号を出力する。ユーザ信号抽出手段３１３の動作については後述する。

上述のように、本発明に係るユーザ信号抽出装置はマルチキャリア環境により好適である。この場合、受信信号の数により定められる複数のチャネルを介して送信される送信信号は、ＯＦＤＭ等のマルチキャリア変調方式を用いてＮ_Ｓのサブキャリアから生成される。アンテナの数が２よりも多い場合には、第１入力信号生成手段は、第１の組の値を次式により表される所定の値の数だけ循環的にシフトする。

ここで、ｋは第１受信アンテナと関連づけられ識別番号を示し、ｎ_Ｔは受信アンテナの総数を示し、Ｕはユーザ数を示す。
受信又は送信アンテナと関連づけられる識別番号は自由に選択可能である。好適な態様としては、１に相当する識別番号で始まりｎ_Ｔに相当する識別番号で終わるように受信又は送信アンテナをナンバリングすることが考えられる。しかしながら、識別番号は降順で付されてもよい。

循環シフト素子３０７の動作も同様である。第２受信信号は次式により表される所定の値の数だけシフトされる。

ここで、ｎは第２受信アンテナと関連づけられる識別番号を示す。この第２受信アンテナに関連づけられる識別番号は第１受信アンテナに関連づけられる識別番号と異なることが好ましい。第２入力信号は第１入力信号と比して前記所定の値の数と同じ値の数だけシフトされる。
本発明に係る循環シフト処理によれば、入力信号の位相に影響を及ぼす循環遅延が各受信信号に与えられる。従って、この処理は周波数領域においても実行可能である。この場合、第１受信信号と第２受信信号は周波数領域における表現に変換され、振幅と位相により特徴づけられる複数の値からなる周波数領域における信号が得られる。各値の位相に処理を施した後に周波数領域における信号は時間領域における表現に再変換され、その結果、各受信信号の遅延バージョンが得られる。周波数領域への変換にはフーリエ変換が利用可能である。また時間領域への変換には逆フーリエ変換が利用可能である。尚、同様の処理は送信機においても実行可能である。

本発明に係るユーザ信号抽出装置に使用される循環シフト素子の動作は、本発明に係る送信信号生成装置に関連して説明した循環シフト素子の動作と同様である。このユーザ信号抽出装置は、さらに、所定の値の数及び／又は別の所定の値の数を生成する手段を備えてもよい。この手段の動作は、本発明に係る送信信号生成装置に関連して説明した所定の値の数及び／又は別の所定の値の数を生成する手段の動作と同様である。
上述のようにユーザ信号抽出手段３１３は、第１入力信号と第２入力信号とに基づいてユーザ信号を生成する。一般的にユーザ信号抽出手段３１３は、受信機において適用される空間ダイバーシチを利用してユーザ信号の抽出を行う。このユーザ信号抽出手段３１３は、例えば最大比合成器である。この場合、各入力信号は、送信にあたり適用される変調方式に対して逆変調方式を適用する復調器により復調される。復調された信号は最大比合成方式を用いて合成され、ＳＮ比が最適化される。
より具体的には、マルチキャリア変調方式の場合、複数のアンテナにより受信された送信信号は、複数のサブキャリアにより構成されるマルチキャリア信号をマルチキャリア変調することにより生成される。ユーザ信号は、図７に示される従来方式に関連して説明したようにキャリア周波数と関連づけることができる。仮にユーザ信号抽出手段３１３が最大比合成器を備える場合には、入力信号は逆フーリエ変換等のマルチキャリア変調方式を用いて復調される。

好ましい態様としてユーザ信号抽出手段３０３は、変調の前に複数の入力信号を合成する加算器を備えてもよい。この場合、ユーザ信号抽出手段３０３に含まれる加算器は、第１入力信号と第２入力信号とを合成し時間領域におけるマルチキャリア変調信号となる合成入力信号を生成する。この合成入力信号を復調するために、ユーザ信号抽出手段３１３は、合成入力信号を復調し、復調された入力信号を生成するマルチキャリア復調器を備えてもよい。このマルチキャリア復調器は、ＯＦＤＭ伝送方式が用いられる場合、逆フーリエ変換かあるいは逆離散フーリエ変換を行う。復調後、抽出されるべきユーザ信号と関連づけられたキャリア周波数は、ユーザ信号抽出手段３１３が備えるセレクタにより選択される。
キャリア周波数の選択を行うためにユーザ信号抽出手段はユーザ指定情報を受信する。そのため、抽出されるべきユーザ信号に関連づけられたキャリア周波数のみにさらなる処理が行われる。ユーザ指定情報は、抽出されるユーザ信号を示す情報であり、信号情報を受信するユーザ指定情報生成手段により生成される。

図４は、インターリーバ５０３に接続されるエンコーダ５０１を示している。インターリーバ５０３の出力部は本発明に係るマルチキャリア信号生成装置５０１に接続されている。図４に示される実施形態と比較して、本発明に係る装置５０１は、デマルチプレクサ５０５、複数のインターリーバ５０７、複数のエンコーダ５０９及び割り当て部（ａｓｓｉｇｎｅｒ）５１１を備えている。マルチキャリア信号は変換器５１３に引き渡され、変換された信号は乗算ポイント（ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）にて送信アンテナ５２５と同数のコピーに増加される。
図４に示されるように、信号パス５１７を介して提供される信号は変換器により変換された信号と同じである。一方、信号パス５２１を介して提供される変換された信号のコピーは、手段５２２により一係数分だけシフトされる。また、信号パス５２３を介して提供される変換された信号のコピーは、信号パス５２１を介して提供されるコピーよりもさらに一係数分だけシフトされる。図４に示される遅延付与手段５２２はそれぞれ左シフトを行う。しかし、この手段５２２は右シフトを行ってもよい。また、信号がシフトされる係数の数は可変であり、２よりも大きくてもよい。

一般的に、データは例えば前方向誤り訂正エンコーダＦＥＣ５０１により符号化され、インターリーブされる。インターリーバ５０３によるインターリーブ（任意）の後、コードビットは直交振幅変調方式（ＱＡＭ：ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）や位相偏移変調方式（ＰＳＫ：ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）等により変調される。次に、サイズＮ_Ｓの逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行う変換器５１３によりＯＦＤＭが行われる。ここで、Ｎ

る。循環遅延Δ_ｎ（ｎ＝１，．．．，ｎ_Ｔ）はアンテナごとに異なる。すなわち、時間Ｔにおいてアンテナから送信される送信シンボルは次式により表される。

送信の前には、送信アンテナごとに手段５１９により循環ガードインターバル（ＧＩ）が挿入される。
図４に示されるシステムは、次式により表されるインパルス応答が、受信アンテナｍ（ｍ＝１，．．．，ｎ_Ｒ）か

と等価である。

図４に示されるように、送信アンテナ５２５は、すでに検討したように受信アンテナ５０３へ信号を送信する。

図５は、対応するＯＦＤＭ受信機の構成を示している。このＯＦＤＭ受信機は受信アンテナ５０２を備え、この受信アンテナ５０２により信号が受信される。受信された信号は、図５には図示されていない複数の処理手段を経てガードインターバル除去手段６０１に引き渡される。このガードインターバル除去手段６０１は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行う時間・周波数変換器６０３に接続されている。変換器６０３により変換された信号は、その出力部から復調手段６０５に引き渡される。この復調手段６０５は、前方向誤り訂正デコーダ６０９に接続される出力部を有するインターリーバ６０７に接続されている。この復調手段６０５は送信機において行われた処理と逆の処理を行う。

循環遅延ダイバーシチにより、ＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ−ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）チャネルから、より周波数選択性の高いＳＩＭＯ（ｓｉｎｇｌｅ−ｉｎｐｕｔ−ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）チャネルへの変換が行われる。すなわち、空間ダイバーシチが周波数ダイバーシチへ変換されるのである。この効果は図６ａ及び６ｂに示されている。
図６ａの上図には、周波数に対するチャネル係数Ｈ（ｆ）の絶対値が示されている。尚、ここではフラットフェージングチャネルの場合が想定されている。図６ａの下図には、周波数に対する符号化されていない誤り率が示されている。図６ａではフラットフェージングチャネルの場合が想定されているため、符号化されていない誤り率は、あくまで一例ではあるが周波数に対して水平な直線を描く。

図６（ｂ）には、循環遅延ダイバーシチによりもたらされる変化が示されている。
図６（ｂ）の上図には、周波数に対するチャネル係数の絶対値が示されている。同図より明らかなように、チャネルは、フラットフェージングチャネルから、エネルギーが増減する周波数選択性チャネル（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃｈａｎｎｅｌ）へと変換されている。図６（ｂ）の下図には、符号化されていない誤り率が示されている。同図からわかるように、符号化されていない（ビット）誤り率はサブキャリアに対して一定ではない。しかし、符号化しない送信の平均ビット誤り率は図６（ａ）のフラットフェージングチャネルの場合と同様である。それにもかかわらず、外部の前方向誤り訂正デコーダは周波数ダイバーシチを得ることができる。

本発明に係る方法は、実施要件によってはハードウェア又はソフトウェアにより実施可能である。また、本発明は、プログラマブルなコンピュータシステムと協働して本発明に係る方法を実行する電気的に読み取り可能な制御信号を記憶するディスクやＣＤ等のデジタル記憶媒体として実施することも可能である。一般的に述べると、本発明は、コンピュータが解釈可能な媒体に記憶され、コンピュータ上で実行された際に本発明に係る方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムプロダクトとして実施される。すなわち、コンピュータ上で実行された際に本発明に係る方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムとして実施される。

本発明の第１実施形態に係るマルチユーザ信号から送信信号を生成する装置のブロック図を示している。 ２つの送信アンテナを用いて循環遅延ダイバーシチ方式を利用する場合の相関関数を示している。 本発明の第１実施形態に係る第１及び第２受信信号からユーザ信号を抽出する装置のブロック図を示している。 Ｃｏｄｅｄ ＯＦＴＭ（送信機）における循環遅延ダイバーシチの様子を示している。 Ｃｏｄｅｄ ＯＦＴＭ（受信機）における循環遅延ダイバーシチの様子を示している。 （ａ）はフェージングチャネルと符号化されていない誤り率を示しており、（ｂ）は循環遅延ダイバーシチにより変換された（ａ）のチャネルと符号化されていない誤り率を示している。 従来のＯＦＤＭマルチユーザ送信機における従来のスペクトラム割り当てシステムのブロック図を示している。

Claims (20)

1. 複数のユーザ信号の重ね合わせにより構成され一組の値を含むマルチユーザ信号から送信信号を生成する装置であって、前記マルチユーザ信号に含まれる一組の値を、ユーザ信号の数により定まる所定の値の数だけ循環的にシフトして送信信号を出力する循環シフト素子（１１１；１１５）を備え、
   前記マルチユーザ信号は、キャリア周波数がＮ _Ｓ であるマルチキャリア信号から生成され、
   前記送信信号は総数がｎ _Ｔ である送信アンテナのうちいずれかの送信アンテナから送信され、
   前記所定の値の数は次式により表され、
   

   

   ここでｎは、前記送信信号を送信する送信アンテナと関連づけられる識別番号を示し、Ｕはユーザ数を示すことを特徴とする装置。
2. 複数のアンテナのうちの別の送信アンテナにより別の送信信号が送信され、
   前記マルチユーザ信号のコピーを生成する信号コピー機（１０３）と、
   前記マルチユーザ信号のコピーから前記別の送信信号を生成する手段と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記別の送信信号を生成する手段は、前記マルチユーザ信号のコピーを前記別の送信信号として提供することを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記別の送信信号を生成する手段は、前記マルチユーザ信号のコピーに含まれる一組の値を、前記ユーザ数により定められる別の所定の値の数だけ循環的にシフトして送信信号を出力する別の循環シフト素子（１１１；１１５）を備えることを特徴とする請求項２に記載の装置。
5. 前記別の所定の値の数は次式により表され、
   

   

   ここでｋは、前記別の送信アンテナと関連づけられる識別番号を示すことを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記所定の値の数を生成する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
7. 前記所定の値の数及び／又は前記別の所定の値の数を生成する手段をさらに備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
8. 複数のユーザ信号からマルチユーザ信号を生成する手段と、
   前記マルチユーザ信号から送信信号を生成する請求項１乃至７のいずれかに記載の装置と
   を備えることを特徴とするマルチユーザ送信機。
9. 全受信アンテナのうち第１受信アンテナにより受信されたバージョンの複数のユーザ信号の重ね合わせにより構成される送信信号であり第１の組の値を含む第１受信信号、および全受信アンテナのうち第２受信アンテナにより受信されたバージョンの複数のユーザ信号の重ね合わせにより構成される送信信号であり第２の組の値を含む第２受信信号からユーザ信号を抽出する装置であって、
   前記第１受信信号から第１入力信号を生成する手段（３０１）と、
   前記第２受信信号を、前記第１入力信号と比して所定の値の数だけ循環的にシフトして第２入力信号を出力する循環シフト素子（３０７）と、
   前記第１入力信号および前記第２入力信号から前記ユーザ信号を抽出する手段（３１３）と
   を備え、
   前記送信信号はマルチキャリア変調方式を用いてＮ _Ｓ 個のサブキャリアから生成され、
   前記所定の値の数は次式により表され、
   

   

   ここで、ｎは第２受信アンテナと関連づけられる識別番号を示し、ｎ _Ｔ は受信アンテナの総数を示し、Ｕはユーザ数を示すことを特徴とする装置。
10. 前記第１入力信号を生成する装置（３０１）は、アンテナの数が２つの場合には前記第１受信信号を前記第１入力信号として出力することを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記送信信号はマルチキャリア変調方式を用いてＮ_Ｓ個のサブキャリアから生成され、
    アンテナの総数は２よりも多く、
    前記第１入力信号を生成する手段（３０１）は、前記第１の組の値を次式により表される別の所定の値の数だけ循環的にシフトし、
    

    

    ここで、ｋは前記第１受信アンテナと関連づけられる識別番号を示し、ｎ_Ｔは受信アンテナの総数を示し、Ｕはユーザ数を示すことを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
12. 前記循環シフト素子３０７はシフトレジスタであることを特徴とする請求項９乃至１０のいずれかに記載の装置。
13. 前記第１入力信号を生成する手段３０１はシフトレジスタを備えることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記送信信号は、複数のサブキャリアにより構成されるマルチキャリア信号をマルチキャリア変調することにより生成され、
    前記ユーザ信号はキャリア周波数と関連づけられ、
    前記ユーザ信号を抽出する手段（３１３）は、
    前記第１入力信号と前記第２入力信号とを合成し合成入力信号を生成する加算器と、
    前記合成入力信号を復調するマルチキャリア復調器と、
    前記復調された合成入力信号から前記ユーザ信号を抽出するために前記キャリア周波数の選択を行うセレクタと
    を備えることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の装置。
15. 前記所定の値の数を生成する手段をさらに備えることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれかに記載の装置。
16. 前記所定の値の数及び／又は前記別の所定の値の数を生成する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれかに記載の装置。
17. 複数のユーザ信号の重ね合わせにより構成され一組の値を含むマルチユーザ信号から送信信号を生成する方法であって、前記マルチユーザ信号に含まれる一組の値を、ユーザ信号の数により定まる所定の値の数だけ循環的にシフトして送信信号を出力するステップを備え、
    前記マルチユーザ信号は、キャリア周波数がＮ _Ｓ であるマルチキャリア信号から生成され、
    前記送信信号は総数がｎ _Ｔ である送信アンテナのうちいずれかの送信アンテナから送信され、
    前記所定の値の数は次式により表され、
    

    

    ここでｎは、前記送信信号を送信する送信アンテナと関連づけられる識別番号を示し、Ｕはユーザ数を示すことを特徴とする方法。
18. マルチユーザ信号を処理する方法であって、
    複数のユーザ信号からマルチユーザ信号を生成するステップと、
    請求項１７に記載の方法を用いて前記マルチユーザ信号から送信信号を生成するステップと
    を備えることを特徴とする方法。
19. 全受信アンテナのうち第１受信アンテナにより受信されたバージョンの複数のユーザ信号の重ね合わせにより構成される送信信号であり第１の組の値を含む第１受信信号、および全受信アンテナのうち第２受信アンテナにより受信されたバージョンの複数のユーザ信号の重ね合わせにより構成される送信信号であり第２の組の値を含む第２受信信号からユーザ信号を抽出する方法であって、
    前記第１受信信号から第１入力信号を生成するステップと、
    前記第２受信信号を、前記第１入力信号と比して値の数だけ循環的にシフトして第２入力信号を出力するステップと、
    前記第１入力信号および前記第２入力信号から前記ユーザ信号を抽出するステップと
    を備え、
    前記送信信号はマルチキャリア変調方式を用いてＮ _Ｓ 個のサブキャリアから生成され、
    前記所定の値の数は次式により表され、
    

    

    ここで、ｎは第２受信アンテナと関連づけられる識別番号を示し、ｎ _Ｔ は受信アンテナの総数を示し、Ｕはユーザ数を示すことを特徴とする方法。
20. コンピュータ上で実行された際に請求項１７、１８または１８いずれかに記載の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム。

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