JP4359691B2

JP4359691B2 - Communications system

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Publication number: JP4359691B2
Application number: JP2000059557A
Authority: JP
Inventors: 威生藤井; 正雄中川
Original assignee: Keio University
Current assignee: Keio University
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: JP2001251270A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調を利用した通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信によりデータを送信する場合、確実にデータを伝達するためにはある程度の電界強度が必要である。そのために、例えば複数の送信局から同じデータを送信することによってサービスエリアを広げることが有効である。しかし、サービスエリアが重複する複数の送信局から同じデータを同じ周波数で送信すると、電波が干渉しあって通信を行うことができない。これを回避するため、従来は、複数の送信局から同じデータを送信する際には、異なる周波数もしくは時間を割り当てる。そして、受信側でいずれかの送信局から送信される電波を検波することで、チャネルの分離を行ってきた。しかし、送信局が多くなると、割り当てる周波数が枯渇し、また時分割にも限界があるといった問題があった。
【０００３】
一方、複数のキャリアを一度に利用して並列にデータを伝送するＯＦＤＭ変調方式の活用が考えられている。例えばＩＥＥＥ８０２．１１規格のように、ＯＦＤＭ変調方式を無線ＬＡＮに応用することが考えられており、現在標準化が進められている。このＯＦＤＭ変調方式は、同じ周波数で送信された同一データは、ガードインターバルに収まる限り干渉を与えずに復調できることが知られている。例えば同じ送信局から発射された電波が異なる経路を通って受信される、いわゆるマルチパスが発生した場合でも、良好にデータを受信することができる。このように、ＯＦＤＭ変調方式はマルチパスに強いという性質を持っており、マルチパス環境で伝送する際の有効な方式である。
【０００４】
このようなマルチパスに強いという性質を利用することによって、サービスエリアが重複する複数の送信局から同一の周波数を用いて同一の内容のデータを送信することができる。これによって、サービスエリアを広くすることができるとともに、重複するサービスエリア内の受信機においても干渉の影響をほとんど受けずにデータを受信することができる。
【０００５】
例えば室内（屋内）に送信局を配置した場合、壁や天井、床などによる反射によりマルチパスが発生する。そのため、受信機においては各パスからの電波が干渉しあうことになる。しかしＯＦＤＭ変調方式を用いることによって、このようなマルチパス環境においても、良好にデータを受信することができる。また、サービスエリアが重複する放送局や、同じく室内（屋内）にサービスエリアが重複する複数の送信局を設置する場合、同じ周波数で同じデータを送信しても、それぞれの放送局あるいは送信局から発射された電波は、受信機側ではマルチパスと同様に１つの波として扱うことができ、合成波を干渉せずに取り込んで、良好に受信することができる。
【０００６】
このように、ＯＦＤＭ変調方式を用いることによって、例えばサービスエリアが重複していても、同一のデータを同一の周波数で送信することが可能になる。これによって、従来のように同一のデータを送信する隣接局に対して異なる周波数を割り当てる必要がなくなり、周波数の枯渇といった問題を解決することができる。
【０００７】
しかし、それぞれの送信局は、同一のデータを送信するほか、それぞれが異なるデータを送信したい場合がある。サービスエリアが重複する複数の送信局からＯＦＤＭ変調により異なるデータを送信した場合には、その重複するサービスエリア内ではそれぞれの送信局から発射される波は互いに干渉しあうため、通常のＯＦＤＭ復調を行ってもデータを受信することは困難となる。
【０００８】
例えば特許第３００９６６２号公報に記載されているように、サービスエリアが重複する複数の送信局から同一データを送信する場合にはＯＦＤＭ変調方式を用い、それぞれの送信局が異なるデータを送信する場合にはスペクトラム拡散方式を用いることが提案されている。しかしこの場合にも、それぞれの送信局が同一データを送信する周波数帯と異なるデータを送信する周波数帯を別々に設けている。そのため、複数の送信局が同一周波数で同一データと異なるデータを送信することはできなかった。また、スペクトラム拡散方式で異なるデータを別々に送信するためには、非常に広い帯域が必要となるという問題もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、サービスエリアが重複している場合でも、複数の送信手段から同一周波数で同時に同一データとともにそれぞれの送信手段により異なるデータを送信し、受信側でそれぞれのデータを分離して受信可能な通信システムを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、通信システムにおいて、データをＯＦＤＭ変調して送信する複数の送信手段と、複数の送信手段に対して同一のデータあるいはそれぞれの送信手段によって異なるデータを送信させるように制御する送信制御手段と、複数の送信手段から送信された電波を受信する複数のアンテナを有する１ないし複数の受信手段を含み、送信制御手段は、それぞれの送信手段から同一のデータあるいは各送信手段によって異なるデータを送信させる際には、それぞれの送信手段に対して、ＯＦＤＭ変調する複数のキャリアを、同一のデータを送信するキャリア群と異なるデータを送信するキャリア群により構成してＯＦＤＭ変調し、送信させることを特徴とするものである。このとき、同一のデータを送信するキャリア群と、異なるデータを送信するキャリア群として、ＯＦＤＭ変調する複数のキャリアのうちのいずれを用いるかを１ないし複数の送信フレームごとに変更可能に制御することができる。
【００１１】
上述のように、複数の送信手段から同時に異なるデータをＯＦＤＭ変調して送信した場合、そのままＯＦＤＭ復調してもデータを取り出すことは困難である。しかし受信手段において複数のアンテナを有し、例えばアダプティブアレーアンテナとして位相及び振幅を制御することにより、相関の高い電波を取り込み、相関の低いデータに関しては除去することが可能となる。これによって、複数の送信手段から同一のデータが同じキャリア群で送信されている場合にはそれぞれのアンテナにおいて受信した電波をダイバーシティ効果により強め合い、受信特性を改善することができる。また、複数の送信手段からそれぞれ異なるデータが同じキャリア群で送信されている場合には、相互の干渉を抑制し、所望の送信手段から送出されたデータのみを選択的に受信することができる。
【００１３】
また受信手段においては、各アンテナごとにＯＦＤＭ変調された信号を複数のキャリア信号に変換するフーリエ変換手段と、該フーリエ変換手段で変換した各キャリア信号に対してそれぞれに対応した所定の重みを乗算する乗算手段と、各アンテナごとに前記フーリエ変換手段で変換された同一のキャリア信号について前記乗算手段で乗算後の信号を加算する加算手段を有する構成とすることができる。重みは、例えば適応的に設定し、少なくとも、それぞれの送信手段から異なるデータが送信されているキャリアについては希望波のみを取り出すべく調整することができる。これによって、不要な信号を除去し、必要な信号のみを取り込むことができ、複数の送信手段からＯＦＤＭ変調して送信された信号についても選択的に受信することができる。また、重みとして、複数の送信手段から同一のデータが送信されているキャリアについては信号を強めあうように調整することによって、受信特性を改善し、良好に受信することができる。これらの重みは各キャリア信号について設定することができる。そのため、キャリアごとに、同一のデータあるいは送信手段によって異なったデータを割り当てることが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の通信システムの実施の一形態を示す概念図である。図中、１は送信制御部、２，３は送信部、４は受信端末である。送信部２，３は、それぞれが送信制御部１から送られてくるデータをＯＦＤＭ変調し、同一の周波数により同時に送信する。送信部２と送信部３は、サービスエリアを拡大するように離れて設置される場合が多いが、そのサービスエリアは一部において重複している。なお、この例では送信部を２つ設けた例を示しているが、これに限らず、３以上設けることももちろん可能である。
【００１５】
送信制御部１は、外部から与えられたデータを送信部２，３に転送し、送信させる。このとき、複数の受信端末に対して同一のデータを送信する場合には、送信部２，３に同一のデータを転送する。また、送信部２と送信部３のそれぞれのサービスエリアに異なるデータを送信したい場合には、データを送信するサービスエリアを担当する送信部に対してデータを送信する。このとき、ＯＦＤＭ変調方式において用いる複数のキャリアについて、送信部２，３から同一のデータを送信させるキャリア群と、送信部２と送信部３に異なるデータを送信させるキャリア群に分け、それぞれのキャリアにデータを乗せて送信させてもよい。この場合、送信部２，３から同一のデータを送信させるキャリア群と、送信部２と送信部３に異なるデータを送信させるキャリア群は、常に同じでなくてもよく、使用するキャリヤを時間とともに変更したり、データ量に応じてキャリア数を変更することもできる。あるいは、送信フレームごとに、送信部２と送信部３で同じデータを送信する送信フレームと、送信部２と送信部３に異なるデータを送信させる送信フレームを設けてもよい。このように、送信部２，３について同一のデータを送信する場合と、送信部２と送信部３に異なるデータを送信する場合とで、同じ周波数を用いて送信部２，３に送信させることができる。なお、送信部２と送信部３の動作タイミングなどについても、この送信制御部１によって制御することができる。もちろん、３以上の送信部についても同様に制御することができる。
【００１６】
受信端末４は、複数のアンテナを備えたアレーアンテナの構成を有しており、送信部２及び送信部３から送信された電波を受信する。図２は、受信端末の一例を示す概略図である。図中、１１はアンテナ、１２は受信部、１３は端末装置である。この例では、アンテナ１１及び受信部１２からなる受信機を、端末装置１３に取り付けた例を示している。各アンテナ１１で受信した電波は、受信部１２においてＯＦＤＭ復調され、送信部２，３から送信されたデータが取り出される。このとき、ＯＦＤＭ変調方式で用いる複数のキャリアのそれぞれについて適応的に重み付けを行う。これによって、送信部２と送信部３から同じデータが送られてきている時には、それぞれのアンテナで受信し、ＯＦＤＭ復調したそれぞれのキャリアについて強めるように合成することができる。また、送信部２と送信部３から異なるデータが送られてきている時には、それぞれのアンテナで受信し、ＯＦＤＭ復調したそれぞれのキャリアについて、干渉が少なくなるように重み付けして所望のデータを分離する。取り出されたデータは、この例では端末装置１３に送られる。なお、図２では受信端末４にアンテナ１１を４本図示しているが、これに限らず、送信部の数より多いアンテナがあれば構成可能である。
【００１７】
受信端末４には、図１に示す例では、少なくとも送信部２及び送信部３からの電波が到来する。また、例えば室内などの環境を考えると、天井や床、壁などによる反射によって、図１に矢線で示すように複数の経路を介して、送信部２及び送信部３からの電波が受信端末４に到来する。上述のように、送信部２及び送信部３は、上述のようにデータをＯＦＤＭ変調して送信している。そのため、送信部２及び送信部３が同一のデータを同時に送信している場合には、図１に示すように種々の経路を通って電波が到来する場合でも、到来する電波の位相差がガードインターバルの範囲内であれば、干渉の影響を受けることなく復調することができる。この場合は通常のＯＦＤＭ変調方式を利用した通信と同じであるが、複数のアンテナを利用することによって、復調後のキャリアをそれぞれのアンテナからの出力によって強めあい、ダイバーシティ効果により良好な受信特性を得ることができる。例えば送信部２と送信部３が離れており、受信端末４がそのどちらからも遠い場合でも、電波の減衰による影響を軽減することができる。
【００１８】
一方、送信部２及び送信部３から異なるデータを同時に送信している場合には、送信部２からの直接波及びその反射波と、送信部３からの直接波及びその反射波は互いに干渉してしまう。そのため、１本のアンテナのみでは復調することが困難である。しかし本発明では、受信端末４に複数のアンテナを設けている。これによって相互に干渉する成分を抑え、希望する成分のみを取り出すことができる。そのため、例えば送信部２と送信部３のサービスエリアが重なる部分に配置された受信端末４であっても、送信部２あるいは送信部３のいずれかから送られてくるデータでも選択的に受信することが可能である。なお、１つの干渉する成分を抑えるためにアンテナ１つ分のダイバーシティゲインは減少する。しかし、独立な干渉波以上のアンテナが残っている場合、希望波を取り込むことができ、ある程度の品質を保った通信が可能である。
【００１９】
図３は、受信端末における受信部の概要を示すブロック図である。図中、２１は離散フーリエ変換（ＤＦＴ：ＤｉｓｃｒｅｔｅＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）部、２２は重み付け部、２３は加算部、２４は復調部、２５は並直列変換部、２６は重み制御部である。ＯＦＤＭ変調方式では、送信部２，３において、データを並直列変換し、複数のキャリアに乗せた上で逆離散フーリエ変換（ＩｎｖｅｒｓｅＤｉｓｃｒｅｔｅＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ：ＩＤＦＴ）して、所定の周波数帯域の信号として送信する。基本的には、受信側ではこの逆の操作を行うことでデータを取り出すことができる。本発明では、複数のアンテナを用い、適応的に重み付けをして干渉を防止している。
【００２０】
Ｍ本のアンテナ１１は、例えば互いに受信周波数の１／２波長以上の間隔を置いて設置されている。Ｍ本のアンテナ１１で受信されたＯＦＤＭ信号は、それぞれのアンテナ１１ごとに設けられた離散フーリエ変換部２１に入力される。離散フーリエ変換部２１では、複数のキャリア成分に分離される。この例では、Ｋ本のキャリア成分に分離している。それぞれのキャリア成分をｘ_ij（ｉ＝１〜Ｋ、ｊ＝１〜Ｍ）で示している。なお、離散フーリエ変換部２１は、例えば高速フーリエ変換手段などにより置換可能である。
【００２１】
離散フーリエ変換部２１で分離されたそれぞれのキャリア成分は、重み付け部２２において、重み制御部２６から供給される重みが乗算される。重み付け部２２は、それぞれの離散フーリエ変換部２１で分離されたそれぞれのキャリア成分ごとに設けられており、すなわち、Ｋ×Ｍ個設けられている。それぞれの重み付け部２２に入力される重みをｗ_ij（ｉ＝１〜Ｋ、ｊ＝１〜Ｍ）で示している。なお、重みｗ_ijは複素数であり、位相及び振幅の両方について重み付けすることになる。また、重み付け部２２で重み付けされたキャリア成分をｙ_ij（ｉ＝１〜Ｋ、ｊ＝１〜Ｍ）で示しており、ｙ_ij＝ｘ_ijｗ_ijである。
【００２２】
加算部２３は、それぞれのアンテナ１１ごとに分離して得られた同じキャリア成分について、その重み付け後のキャリア成分を加算する。すなわち、ｉ番目のキャリア成分についての加算後の信号は、
ｙ_i＝Σ_j=1 ^Mｙ_ij＝Σ_j=1 ^Mｘ_ijｗ_ij
となる。
【００２３】
加算部２３で加算した後のキャリア成分は、それぞれ、復調部２４において復調されてデータに戻される。この例では、その後、並直列変換部２５でシリアルデータに変換され、端末装置１３などに出力される。もちろん、パラレルデータとして出力してもよい。なお、複数のキャリアのうち、一部を共通のデータの送信に用い、他の部分を各送信部２，３について個別のデータを送信している場合には、出力の際に共通データと個別のデータとを分離して端末装置１３に出力してもよい。あるいは、受信部１２からはデータが混在したまま端末装置１３に転送し、端末装置１３の側で共通データと個別のデータを分離してもよい。
【００２４】
重み制御部２６は、重み付け部２２において各キャリア成分に乗算する重みを算出する。重みの算出法としては、非相関波を抑圧して、希望波を取り出すことが可能なＭＭＳＥ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎＳｑｕａｒｅＥｒｒｏｒ）規範のＲＬＳ（ＲｅｃｕｒｓｉｖｅＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅｓ）法などを利用することができる。この方式では、各キャリアにおいて参照信号ｒ_iをあらかじめトレーニングシーケンスなどを用いて生成し、加算演算後のキャリア信号ｙ_iとから生成される誤差信号ｅ_iを最小にするように逐次重みｗ_ij（ｊ＝１〜Ｍ）が制御される。ここで、誤差信号ｅ_iは
ｅ_i＝ｒ_i−ｙ_i
である。なお、上述のように重みは複素共役数であるので、実数部と虚数部について、それぞれ、誤差信号ｅ_iが最小になるように制御される。このような重み制御は、Ｋ個のキャリア信号それぞれについて行われることになる。もちろん、他の方式を用いて重みを決定してもよい。
【００２５】
次に、送信部２，３に共通のデータ及びそれぞれ個別のデータの送信方法の一例について説明する。図４は、ＯＦＤＭフレーム構成の一例の説明図である。送信部２，３から送信するＯＦＤＭ変調方式による１フレーム分の送信シーケンスの一例を図４に示している。図中、縦軸は周波数を示しており、左右に延在する矩形がそれぞれのキャリアについてのシーケンスを示している。また、横軸は時間であり、トレーニングスロット（Ａ）、重み生成スロット（Ｂ）、データスロット（Ｃ）から構成されている。
【００２６】
まず（Ａ）に示すトレーニングスロットでは、図３に示した受信部１２における重み制御部２６に入力される参照信号を生成するための時間である。このトレーニングスロットでは、例えば送信部２及び送信部３から、順次、例えば拡散符号などによって送信し、各送信部２，３からの参照信号を取得する。なお、この時点でキャリア毎に送信部２，３から同一のデータが送られてくるのか、あるいはそれぞれ異なるデータが送信され、いずれの送信部から送信されたデータを選択したらよいのか等が決定される。このような同一のデータが送られるのか異なったデータが送られるのか、及び、異なったデータが送られる場合にはいずれの送信部からのデータを選択するか等の情報は、予め与えられることもあるし、このトレーニングスロットにおいて送信部２，３から送信してもよい。
【００２７】
次に（Ｂ）に示す重み生成スロットでは、送信部２，３から所定のデータを送信し、受信部１２の重み制御部２６において重みを決定する。このとき、トレーニングスロット（Ａ）において取得した参照信号に従い、誤差が少なくなるように重みを適応的に制御する。例えば送信部２，３から同一のデータが送られてくるキャリアについては、それぞれのアンテナ１１で受信して分離した各キャリア信号が加算部２３で加算されて大きな信号となるように、重みが制御される。また、送信部２と送信部３で異なるデータを送信しているキャリアについては、それぞれのアンテナ１１で受信して分離したキャリア信号のうち干渉となる成分については減衰させ、参照信号として与えられた送信部２あるいは送信部３のいずれかから送られてくる信号のみを選択するように、重みが制御される。
【００２８】
次の（Ｃ）に示すデータスロットにおいて、実際に送信部２，３から受信端末４に対して転送するデータが送られる。受信端末４では、重み生成スロット（Ｂ）において決定した重みを用い、キャリア毎に送信部２，３に共通のデータ、あるいは、送信部２または送信部３のいずれかから送信されたデータを受信する。
【００２９】
なお、このトレーニングスロット（Ａ）及び重み生成スロット（Ｂ）は、各フレームに挿入するほか、例えば複数フレーム毎に挿入したり、変更を要する場合にのみ挿入するようにしてもよい。また、重み生成スロット（Ｂ）及びデータスロット（Ｃ）ではＯＦＤＭ変調方式によって通信が行われるので、ガードインターバルを設けておく必要がある。
【００３０】
図５は、共通データ及び個別データの転送シーケンスの一例の説明図である。図４に示すようなＯＦＤＭフレームを用い、各キャリアにどのようなデータを乗せるかを示す。図５に示す例は、キャリアごとに、送信部２，３から同一のデータ（ＢＲＯＡＤと表記）か、あるいは、送信部２と送信部３から異なるデータ（ＵＮＩと表記）のいずれかを送信する例である。
【００３１】
一般的にパケット通信に用いるパケットには制御情報や放送型の通信を送るブロードキャスト型パケットと個別の端末に対して情報を送信するユニキャスト型パケットの２種類がある。ブロードキャスト型パケットはエリア内の全端末に対して誤りを少なくして正確に伝送しなければならない。そのため、送信部２及び送信部３から同一のデータを送信することになる。一方、ユニキャストパケットは大量のデータをある一定の端末に対して送る必要がある。この場合には、受信端末４がサービスエリア内に含まれている送信部２または送信部３のいずれかからデータを送信すればよく、他方の送信部では別のユニキャストパケットを送信することができる。すなわち、送信部２と送信部３で異なるデータを送信することになる。
【００３２】
図５に示す例では、フレーム▲１▼と▲３▼では、１／４のキャリアにおいて送信部２，３で同一のデータ（ブロードキャストパケット）を送信し、３／４のキャリアにおいて送信部２と送信部３から異なるデータ（ユニキャストパケット）を送信している。これによって、ユニキャストパケットのための転送データ量を確保している。
【００３３】
また、フレーム▲２▼では、半分のキャリアにおいて送信部２，３で同一のデータ（ブロードキャストパケット）を送信し、残り半分のキャリアにおいて送信部２と送信部３から異なるデータ（ユニキャストパケット）を送信している。このように、転送しなければならないブロードキャストパケットとユニキャストパケットのデータ量に応じて、使用するキャリア数を変更することが可能である。
【００３４】
図３でも説明したように、キャリアごとに重みを決定しているので、上述のように、キャリアごとに、送信部２，３から同一のデータ（ＢＲＯＡＤと表記）か、あるいは、送信部２と送信部３から異なるデータ（ＵＮＩと表記）のいずれかを送信することが可能である。
【００３５】
この例では送信部２，３で同一のデータを送信するキャリアと、送信部２と送信部３から異なるデータを送信するキャリアを、ある程度決めて使用しているが、例えば時間の経過とともに、それぞれのデータの転送に使用するキャリアを変更してゆくこともできる。
【００３６】
図６は、共通データ及び個別データの転送シーケンスの別の例の説明図である。この例では、各フレーム毎に送信部２，３で同一のデータを送信するフレームと、送信部２と送信部３から異なるデータを送信するフレームを設けた例を示している。フレーム▲１▼と▲３▼では、送信部２，３からすべてのキャリアを用いて同一のデータを送信する。このフレームでは、通常のＯＦＤＭ通信と同様である。また、フレーム▲２▼では、すべてのキャリアについて、送信部２と送信部３から異なるデータを送信している。この場合には、受信端末４における複数のアンテナによって、干渉成分が除去され、目的の信号のみを取り出して受信することになる。もちろん、送信部２，３で同一のデータを送信するフレームと、送信部２と送信部３から異なるデータを送信するフレームは、交互に設ける必要はなく、データ量に応じて適宜変更すればよい。
【００３７】
このようにフレーム毎に、送信部２，３で同一のデータを送信するフレームと、送信部２と送信部３から異なるデータを送信するフレームを設ける場合には、フレームの変更の都度、重みを変更してゆくことになる。
【００３８】
次に、本発明による通信特性を評価するための実験例をシミュレーション結果により示す。図７は、シミュレーション条件の一例を示す説明図、図８は、同一データを送信した時のＣＮＲ特性の一例を示すグラフ、図９は、異なるデータを送信したときのＣＮＲ特性の一例を示すグラフである。図７に示すように、各キャリアの変調方式としてＤＱＰＳＫ（ＤｉｆｅｒｅｎｔｉａｌＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）を用いることとして、受信端末４側にＭ本のアンテナを持つシステムを考える。マルチキャリアのキャリア数を４８とし、ガードタイムとして２０％取ることとする。送信部２，３から発射された３２の素波が受信端末４近傍において反射し、到来するものとする。このとき、各素波は、一様に分布するランダムな角度から到来するものとし、各々の電力、遅延が下記に示すような指数分布に従うとする。
ｐ（τ）＝（２Ｐ_R／Ｎ）ｅｘｐ（−τ／２σ_τ ）
ここで、ｐ（τ）は素波の電力、Ｐ_Rは受信平均電力、Ｎは素波の数を示し、σ_τ は遅延スプレッドを表している。このようにランダムな角度で入力される波は統計的にはレイリーフェージングで表すことができる。
【００３９】
また、重み制御に用いるアルゴリズムには、上述のＲＬＳ法を利用することとする。さらに、図４に示したトレーニングスロット（Ａ）において、参照信号作成用にトレーニングビットを系列長３１ビットのＭ系列で３１ビット送信する。また重み生成スロット（Ｂ）において、更新用のビットとして系列長３１のＭ系列を２周期６２ビットを送信する。データスロット（Ｃ）におけるパケットとしてキャリアあたり１９２ビットのランダムデータを仮定し、パケット内の伝搬環境の変化は無いものとした。
【００４０】
送信部２と送信部３から等距離に受信端末４が配置されているものと仮定して、各々の送信部２，３からの搬送波電力対雑音電力比（ｃａｒｒｉｅｒｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ：ＣＮＲ）を変化させて性能評価を行った。ここで、受信端末４のアンテナ数を１、２、４本として、送信部２，３からの受信電力が等しい時に、送信部２，３から同一データを送信した場合のＢＥＲ特性と別のデータを送信した場合のＢＥＲ特性をそれぞれ図８，図９に示している。ここで、横軸は１つの送信部あたりのＣＮＲを示している。
【００４１】
図８を参照して分かるように、送信部２，３から同一データを送信した場合、アンテナのエレメント数が１つの場合でも、送信部２，３から送信されたデータは一つの相関の高い波の合成と考えられ、フラットレイリーフェージングの特性を持っている。これは、ＯＦＤＭ変調を利用して、送信部２，３からの波がガードインターバル内に収まり、双方からの波を取り込んでいるものと考えられる。また、アンテナエレメント数を増加させると、エレメント数分のダイバーシティ効果が発生して、特性は大幅に改善する。
【００４２】
一方、送信部２と送信部３で別のデータを送信した場合には、図９に示すように、エレメント数が１つの場合には互いに干渉になるため、高い誤り率となっている。この状態では、いずれの送信部が送信したデータも、取り込むことは困難である。それに対して、エレメント数を増やすことにより、相関の低い別の送信部からのデータを抑圧するように、適応的に重み付けが行われ、特性は改善する。ＯＦＤＭ変調を用いているため、複数の遅延を持った波の集合が、キャリア毎には１つの振る舞いをするため、アンテナエレメント数がマルチパス波の数より少ない場合でも効果的に干渉信号の抑圧が可能となっている。
【００４３】
また別のシミュレーションによって、本発明の通信システムが高い伝送容量を有することを示す。ここでは本発明の通信システムを用い、図５で説明したように各キャリア毎に共通データあるいは個別データのいずれかを送信する方式で送信部２，３からＯＦＤＭ変調されたデータを送信するものとする。比較のために、２つの送信部２，３が共通データ及び個別データを含むＯＦＤＭ変調したデータを同時に送信する場合と、送信部２と送信部３が時分割によりいずれか一方のみがＯＦＤＭフレームごとに送信する場合を考える。
【００４４】
図１０は、別のシミュレーションにおいて送信部から送信するＯＦＤＭフレーム構成の一例の説明図である。図中、送信部２，３から同一データを送信する場合に‘ＢＲＯＡＤ’、個別データを送信する場合に送信部２から送信されるデータに‘ＵＮＩＢＳ２’、同様に送信部３から送信される個別データに‘ＵＮＩＢＳ３’と付して示している。ここでは４キャリアのみを示している。図１０（Ａ）に示すＯＦＤＭフレーム構成は図５で説明したものと同様であり、同一のＯＦＤＭフレーム中に、同一データのためのキャリアと個別データのためのキャリアが混在している。また、送信部２と送信部３は同時に送信する。一方、図１０（Ｂ）に示すＯＦＤＭフレーム構成では、同一のＯＦＤＭフレーム中に、同一データのためのキャリアと個別データのためのキャリアが混在していることは変わりがないが、送信部２と送信部３は同時に送信することはなく、１つのＯＦＤＭフレームにおいてはいずれか一方のみが送信する。なお、送信部２と送信部３のいずれか一方のみ送信する場合には、図４に示す重み生成スロット（Ｂ）が必要ないため、フレーム長は短くなっている。
【００４５】
図１１は、別のシミュレーションにおける送信部２，３の設置条件の説明図である。シミュレーションの条件として、図１１に示すような５０ｍ×１００ｍ、高さ３ｍの室内を想定する。この室内の中心から２５ｍずつ、５０ｍ離して送信部２，３を設置している。送信電力は１７ｄＢｍ（５０ｍＷ）、雑音レベルは−９５ｄＢｍとした。また、受信端末４の位置は、ランダムに配置する。受信端末４におけるアンテナ数Ｍは２とした。さらに、受信信号は送信部２，３からの距離の３乗に反比例して減衰するものとした。このような条件の下で、個別データのパケットを８０％、同一データのパケットを２０％の割合で発生させることとし、送信は全体に行き渡らせる必要のある同一データのパケットを優先して送信するものとする。
【００４６】
図１２は、別のシミュレーションにおける伝送負荷と伝送容量との関係を示すグラフである。上述のような条件でシミュレーションを行うと、横軸を図１０（Ａ）のフレームの長さを基準としたときの伝送負荷、縦軸を伝送容量とした場合に、個別データのパケットの伝送容量は図１２に示すような結果が得られた。図１２において、実線で示すグラフは、図１０（Ａ）に示すＯＦＤＭフレーム構成の場合、すなわち送信部２と送信部３が同時に送信する場合を示している。また、破線で示すグラフは、図１０（Ｂ）に示すＯＦＤＭフレーム構成の場合、すなわち送信部２と送信部３のいずれか一方のみが送信する場合を示している。
【００４７】
図１２から分かるように、本発明の通信システムを利用し、同一周波数で複数の送信部から同時に送信することによって、別の種類のデータに関して時分割のシステムと比べ、同じ帯域幅で見た場合に伝送路の容量が大きくなっている。これにより、本発明の通信システムが、高い伝送負荷まで耐えられることが分かる。
【００４８】
本発明の通信システムは、上述の別のシミュレーションにおいても条件として設定したように、例えば屋内における無線ネットワークなどに応用することができる。例えば天井などに間隔を置いて複数の送信部を設置し、ネットワークを介して送られてくる、すべての受信端末に送信するデータ、及び、特定の受信端末に送信するデータを、同一周波数を用いて同時に送信することが可能である。もともと、ＯＦＤＭ変調方式はマルチパスに強い特性を有しているので、屋内のようにマルチパスが発生する環境においては適している通信方式である。特に本発明の通信システムでは、同一周波数で複数の送信部から異なるデータを同時に送信することができるので、通信データ量を増大させることができる。
【００４９】
なお、上述の例では、ネットワーク側から端末側へのデータ転送について示しているが、端末側からネットワーク側へのデータ転送についても同様の構成を用いることができる。あるいは、端末側からのデータ転送については、別の通信方式を用いてもよい。
【００５０】
また、本発明の通信システムを放送用に用いることも可能である。この場合、サービスエリアが重複する複数の放送局は、同一周波数を用いて放送することが可能になる。例えば広域用放送では、複数の放送局は同一のデータを送信すればよい。また、地域用放送では、各放送局が異なるデータを送信すればよい。この場合、例えば図５に示したようにキャリアで分けたり，図６に示したようにフレームによって分けることが可能である。例えば複数の放送局のサービスエリアに含まれる受信機では、上述のように複数本のアンテナを用いて適応的に重み付けして受信することによって、それぞれの放送局から行われる地域用放送についても選択的に受信することができる。また、広域用放送についても、例えばいずれの放送局からも遠い位置の受信機でも、複数本のアンテナによるダイバーシティ効果によって受信特性は改善し、良好に受信することができるようになる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、サービスエリアが重複する複数の送信手段から、同一のデータだけでなく、それぞれ異なるデータについても、ＯＦＤＭ変調方式により同一周波数で同時に送信することができる。受信手段は複数のアンテナを有しているので、複数の送信手段が同一のデータを送信した場合にはダイバーシティ効果によって高い通信品質を確保することができる。また、複数の送信手段が異なるデータを送信した場合には、干渉成分を抑圧し、希望波のみを取り出すことが可能である。この場合、異なるデータを同一の周波数で同時に送信することができるので、伝送容量を大幅に向上させることが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の通信システムの実施の一形態を示す概念図である。
【図２】受信端末の一例を示す概略図である。
【図３】受信端末における受信部の概要を示すブロック図である。
【図４】ＯＦＤＭフレーム構成の一例の説明図である。
【図５】共通データ及び個別データの転送シーケンスの一例の説明図である。
【図６】共通データ及び個別データの転送シーケンスの別の例の説明図である。
【図７】シミュレーション条件の一例を示す説明図である。
【図８】同一データを送信した時のＣＮＲ特性の一例を示すグラフである。
【図９】異なるデータを送信したときのＣＮＲ特性の一例を示すグラフである。
【図１０】別のシミュレーションにおいて送信部から送信するＯＦＤＭフレーム構成の一例の説明図である。
【図１１】別のシミュレーションにおける送信部２，３の設置条件の説明図である。
【図１２】別のシミュレーションにおける伝送負荷と伝送容量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…送信制御部、２，３…送信部、４…受信端末、１１…アンテナ、１２…受信部、１３…端末装置、２１…離散フーリエ変換部、２２…重み付け部、２３…加算部、２４…復調部、２５…並直列変換部、２６…重み制御部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a communication system using OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation.
[0002]
[Prior art]
When data is transmitted by wireless communication, a certain amount of electric field strength is required to reliably transmit the data. For this purpose, it is effective to expand the service area by transmitting the same data from a plurality of transmitting stations, for example. However, if the same data is transmitted at the same frequency from a plurality of transmitting stations with overlapping service areas, radio waves interfere with each other and communication cannot be performed. In order to avoid this, conventionally, when transmitting the same data from a plurality of transmitting stations, different frequencies or times are allocated. Then, channel separation has been performed by detecting radio waves transmitted from one of the transmission stations on the receiving side. However, when the number of transmitting stations increases, there are problems that the allocated frequency is exhausted and there is a limit to time division.
[0003]
On the other hand, the use of an OFDM modulation scheme that uses a plurality of carriers at a time to transmit data in parallel is considered. For example, it is considered to apply an OFDM modulation method to a wireless LAN, such as the IEEE 802.11 standard, and standardization is now underway. In this OFDM modulation scheme, it is known that the same data transmitted at the same frequency can be demodulated without interference as long as it falls within the guard interval. For example, even when a so-called multipath occurs in which radio waves emitted from the same transmitting station are received through different paths, data can be received satisfactorily. As described above, the OFDM modulation scheme has the property of being resistant to multipath, and is an effective scheme for transmission in a multipath environment.
[0004]
By utilizing such a property that is resistant to multipath, data having the same contents can be transmitted from a plurality of transmitting stations having overlapping service areas using the same frequency. As a result, the service area can be widened, and the receivers in the overlapping service areas can receive data with almost no influence of interference.
[0005]
For example, when a transmitting station is arranged indoors (indoors), multipath occurs due to reflection by walls, ceilings, floors, and the like. Therefore, radio waves from each path interfere with each other in the receiver. However, by using the OFDM modulation method, data can be received well even in such a multipath environment. In addition, when installing broadcasting stations with overlapping service areas or a plurality of transmission stations with overlapping service areas indoors (indoors), even if the same data is transmitted at the same frequency, each broadcasting station or transmitting station The emitted radio wave can be handled as a single wave on the receiver side in the same way as a multipath, and the combined wave can be taken in without interference and received well.
[0006]
In this way, by using the OFDM modulation method, for example, even if service areas overlap, it is possible to transmit the same data at the same frequency. This eliminates the need to assign different frequencies to adjacent stations that transmit the same data as in the prior art, and solves the problem of frequency depletion.
[0007]
However, there are cases where each transmitting station wants to transmit different data in addition to transmitting the same data. When different data is transmitted by OFDM modulation from a plurality of transmitting stations with overlapping service areas, waves emitted from the respective transmitting stations interfere with each other in the overlapping service area, so normal OFDM demodulation is performed. Even if it goes, it becomes difficult to receive data.
[0008]
For example, as described in Japanese Patent No. 3009662, when the same data is transmitted from a plurality of transmitting stations with overlapping service areas, the OFDM modulation method is used, and when each transmitting station transmits different data. Has been proposed to use the spread spectrum method. However, even in this case, a frequency band for transmitting different data from a frequency band for transmitting the same data by each transmitting station is provided separately. Therefore, a plurality of transmitting stations cannot transmit data different from the same data at the same frequency. There is also a problem that a very wide band is required to transmit different data separately in the spread spectrum system.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances. Even when service areas overlap, a plurality of transmission means transmits the same data simultaneously with the same data from the plurality of transmission means by the respective transmission means, and the receiving side An object of the present invention is to provide a communication system that can receive each data separately.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a plurality of transmission means for OFDM-modulating and transmitting data in a communication system, and a transmission control means for controlling a plurality of transmission means to transmit the same data or different data by each transmission means. And one or more receiving means having a plurality of antennas for receiving radio waves transmitted from the plurality of transmitting means, wherein the transmission control means transmits the same data from each transmitting means or different data depending on each transmitting means. When transmitting, a plurality of carriers to be OFDM-modulated are configured by a carrier group that transmits different data from a carrier group that transmits the same data, and OFDM-modulated and transmitted. It is what. At this time, it is controlled so that one of a plurality of carriers subjected to OFDM modulation is used as a carrier group for transmitting the same data and a carrier group for transmitting different data can be changed for each of a plurality of transmission frames. Can do.
[0011]
As described above, when different data is simultaneously OFDM-modulated and transmitted from a plurality of transmission means, it is difficult to extract data even if OFDM demodulation is performed as it is. However, the receiving means has a plurality of antennas. For example, by controlling the phase and amplitude as an adaptive array antenna, it is possible to capture radio waves with high correlation and remove data with low correlation. As a result, when the same data is transmitted from a plurality of transmission means using the same carrier group, radio waves received by the respective antennas can be strengthened by the diversity effect, and the reception characteristics can be improved. In addition, when different data is transmitted from the plurality of transmission units using the same carrier group, mutual interference can be suppressed and only the data transmitted from the desired transmission unit can be selectively received.
[0013]
In the receiving means, a Fourier transform means for converting an OFDM-modulated signal for each antenna into a plurality of carrier signals, and multiplying each carrier signal converted by the Fourier transform means by a corresponding weight. And multiplication means for adding the signals after multiplication by the multiplication means for the same carrier signal transformed by the Fourier transform means for each antenna. The weight can be set adaptively, for example, and can be adjusted so as to extract only the desired wave at least for carriers on which different data is transmitted from the respective transmission means. Thereby, unnecessary signals can be removed and only necessary signals can be taken in, and signals transmitted by OFDM modulation from a plurality of transmission means can be selectively received. Further, as a weight, by adjusting the carrier for which the same data is transmitted from a plurality of transmission means so as to strengthen the signal, it is possible to improve reception characteristics and to receive well. These weights can be set for each carrier signal. Therefore, it is possible to assign different data by the same data or transmission means for each carrier.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a communication system according to the present invention. In the figure, 1 is a transmission control unit, 2 and 3 are transmission units, and 4 is a receiving terminal. Each of the transmission units 2 and 3 performs OFDM modulation on the data transmitted from the transmission control unit 1 and transmits the data simultaneously using the same frequency. In many cases, the transmission unit 2 and the transmission unit 3 are installed apart from each other so as to expand the service area, but the service areas partially overlap. In this example, two transmission units are provided. However, the present invention is not limited to this, and it is of course possible to provide three or more transmission units.
[0015]
The transmission control unit 1 transfers data given from the outside to the transmission units 2 and 3 to transmit the data. At this time, when the same data is transmitted to a plurality of receiving terminals, the same data is transferred to the transmission units 2 and 3. When different data is to be transmitted to the service areas of the transmission unit 2 and the transmission unit 3, the data is transmitted to the transmission unit in charge of the service area that transmits the data. At this time, the plurality of carriers used in the OFDM modulation scheme are divided into a carrier group for transmitting the same data from the transmission units 2 and 3, and a carrier group for transmitting different data to the transmission unit 2 and the transmission unit 3, respectively. It is also possible to send data with data. In this case, the carrier group that transmits the same data from the transmission units 2 and 3 and the carrier group that transmits different data to the transmission unit 2 and the transmission unit 3 do not always have to be the same. The number of carriers can be changed according to the amount of data. Alternatively, for each transmission frame, a transmission frame in which the transmission unit 2 and the transmission unit 3 transmit the same data and a transmission frame in which the transmission unit 2 and the transmission unit 3 transmit different data may be provided. In this way, when the same data is transmitted for the transmission units 2 and 3 and when different data is transmitted to the transmission unit 2 and the transmission unit 3, the transmission units 2 and 3 are caused to transmit using the same frequency. Can do. Note that the transmission control unit 1 can also control the operation timing of the transmission unit 2 and the transmission unit 3. Of course, three or more transmitters can be similarly controlled.
[0016]
The receiving terminal 4 has an array antenna configuration having a plurality of antennas, and receives radio waves transmitted from the transmitting unit 2 and the transmitting unit 3. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a receiving terminal. In the figure, 11 is an antenna, 12 is a receiving unit, and 13 is a terminal device. In this example, a receiver including the antenna 11 and the receiving unit 12 is attached to the terminal device 13. The radio wave received by each antenna 11 is OFDM demodulated by the receiving unit 12 and the data transmitted from the transmitting units 2 and 3 is extracted. At this time, each of a plurality of carriers used in the OFDM modulation scheme is adaptively weighted. As a result, when the same data is sent from the transmission unit 2 and the transmission unit 3, the data can be combined so as to be strengthened for each carrier received by each antenna and OFDM demodulated. Also, when different data are sent from the transmission unit 2 and the transmission unit 3, the desired data is separated by weighting each carrier received by each antenna and OFDM demodulated so as to reduce interference. . The extracted data is sent to the terminal device 13 in this example. In FIG. 2, four antennas 11 are shown in the receiving terminal 4. However, the present invention is not limited to this, and any antenna having more than the number of transmission units may be used.
[0017]
In the example illustrated in FIG. 1, at least radio waves from the transmission unit 2 and the transmission unit 3 arrive at the reception terminal 4. For example, when considering an environment such as a room, the radio waves from the transmission unit 2 and the transmission unit 3 are received by a reception terminal through a plurality of paths as indicated by arrows in FIG. 1 due to reflection from the ceiling, floor, wall, and the like. Comes to 4. As described above, the transmission unit 2 and the transmission unit 3 transmit data after performing OFDM modulation on the data as described above. Therefore, when the transmission unit 2 and the transmission unit 3 are transmitting the same data at the same time, even when radio waves arrive through various paths as shown in FIG. If it is within the interval, it can be demodulated without being affected by interference. In this case, the communication is the same as the communication using the normal OFDM modulation system, but by using multiple antennas, the demodulated carriers are strengthened by the output from each antenna, and good reception characteristics are achieved by the diversity effect. Obtainable. For example, even when the transmission unit 2 and the transmission unit 3 are separated from each other and the reception terminal 4 is far from both of them, the influence due to the attenuation of the radio wave can be reduced.
[0018]
On the other hand, when different data are simultaneously transmitted from the transmitter 2 and the transmitter 3, the direct wave from the transmitter 2 and its reflected wave, and the direct wave from the transmitter 3 and its reflected wave interfere with each other. End up. Therefore, it is difficult to demodulate with only one antenna. However, in the present invention, the receiving terminal 4 is provided with a plurality of antennas. As a result, components that interfere with each other can be suppressed, and only desired components can be extracted. Therefore, for example, even if the receiving terminal 4 is arranged in a portion where the service areas of the transmitting unit 2 and the transmitting unit 3 overlap, even data transmitted from either the transmitting unit 2 or the transmitting unit 3 is selectively received. It is possible. Note that the diversity gain for one antenna decreases to suppress one interfering component. However, when an antenna with more than independent interference waves remains, a desired wave can be captured and communication with a certain level of quality is possible.
[0019]
FIG. 3 is a block diagram showing an outline of a receiving unit in the receiving terminal. In the figure, 21 is a Discrete Fourier Transform (DFT) unit, 22 is a weighting unit, 23 is an adding unit, 24 is a demodulating unit, 25 is a parallel-serial converting unit, and 26 is a weight control unit. In the OFDM modulation method, the transmission units 2 and 3 perform parallel-serial conversion on data, place the data on a plurality of carriers, and then perform inverse discrete Fourier transform (IDFT) to transmit as a signal in a predetermined frequency band. To do. Basically, data can be extracted by performing the reverse operation on the receiving side. In the present invention, a plurality of antennas are used and adaptively weighted to prevent interference.
[0020]
The M antennas 11 are installed, for example, at intervals of ½ wavelength or more of the reception frequency. The OFDM signals received by the M antennas 11 are input to the discrete Fourier transform unit 21 provided for each antenna 11. In the discrete Fourier transform unit 21, it is separated into a plurality of carrier components. In this example, it is separated into K carrier components. X for each carrier component_ij(I = 1 to K, j = 1 to M). The discrete Fourier transform unit 21 can be replaced by, for example, fast Fourier transform means.
[0021]
Each carrier component separated by the discrete Fourier transform unit 21 is multiplied by the weight supplied from the weight control unit 26 in the weighting unit 22. The weighting unit 22 is provided for each carrier component separated by each discrete Fourier transform unit 21, that is, K × M pieces are provided. The weight input to each weighting unit 22 is w_ij(I = 1 to K, j = 1 to M). The weight w_ijIs a complex number and will be weighted for both phase and amplitude. The carrier component weighted by the weighting unit 22 is expressed as y._ij(I = 1 to K, j = 1 to M), y_ij= X_ijw_ijIt is.
[0022]
The adder 23 adds the weighted carrier component to the same carrier component obtained by separating each antenna 11. That is, the signal after addition for the i-th carrier component is
y_i= Σ_{j = 1} ^My_ij= Σ_{j = 1} ^Mx_ijw_ij
It becomes.
[0023]
The carrier components added by the adder 23 are demodulated by the demodulator 24 and returned to data. In this example, the parallel / serial conversion unit 25 then converts the data into serial data and outputs the serial data to the terminal device 13 or the like. Of course, it may be output as parallel data. When a part of the plurality of carriers is used for transmitting common data and the other part is transmitting individual data for each of the transmission units 2 and 3, the individual data and individual data are output at the time of output. The data may be separated and output to the terminal device 13. Alternatively, the data may be transferred from the receiving unit 12 to the terminal device 13 while being mixed, and the common data and individual data may be separated on the terminal device 13 side.
[0024]
The weight control unit 26 calculates a weight by which each carrier component is multiplied in the weighting unit 22. As a weight calculation method, an MMSE (Minimum Mean Square Error) standard RLS (Recursive Last Squares) method that can suppress a non-correlated wave and extract a desired wave can be used. In this scheme, a reference signal r is received in each carrier._iIs generated using a training sequence in advance, and the carrier signal y after the addition operation_iError signal e generated from_iSuccessive weights w to minimize_ij(J = 1 to M) is controlled. Where error signal e_iIs
e_i= R_i-Y_i
It is. Since the weight is a complex conjugate number as described above, the error signal e for the real part and the imaginary part respectively._iIs controlled to be minimum. Such weight control is performed for each of the K carrier signals. Of course, the weight may be determined using other methods.
[0025]
Next, an example of data transmission methods common to the transmission units 2 and 3 and individual data transmission methods will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of an OFDM frame configuration. An example of a transmission sequence for one frame according to the OFDM modulation scheme transmitted from the transmission units 2 and 3 is shown in FIG. In the figure, the vertical axis indicates the frequency, and the rectangle extending to the left and right indicates the sequence for each carrier. The horizontal axis represents time, which is composed of a training slot (A), a weight generation slot (B), and a data slot (C).
[0026]
First, the training slot shown in (A) is a time for generating a reference signal to be input to the weight control unit 26 in the receiving unit 12 shown in FIG. In this training slot, for example, transmission is performed sequentially from the transmission unit 2 and the transmission unit 3, for example, by a spreading code, and reference signals from the transmission units 2 and 3 are acquired. At this time, it is determined whether the same data is transmitted from the transmission units 2 and 3 for each carrier, or different data is transmitted, and from which transmission unit the data transmitted should be selected. The Information such as whether the same data is sent or different data is sent and from which transmission unit data is selected when different data is sent may be given in advance. Alternatively, transmission may be performed from the transmission units 2 and 3 in this training slot.
[0027]
Next, in the weight generation slot shown in (B), predetermined data is transmitted from the transmission units 2 and 3, and the weight control unit 26 of the reception unit 12 determines the weight. At this time, according to the reference signal acquired in the training slot (A), the weight is adaptively controlled so as to reduce the error. For example, for the carriers from which the same data is transmitted from the transmitters 2 and 3, the weights are controlled so that the carrier signals received and separated by the respective antennas 11 are added by the adder 23 to become a large signal. Is done. In addition, for the carrier transmitting different data in the transmission unit 2 and the transmission unit 3, the interfering component of the carrier signal received and separated by each antenna 11 is attenuated and given as a reference signal. The weight is controlled so that only the signal transmitted from either the transmission unit 2 or the transmission unit 3 is selected.
[0028]
In the data slot shown in the next (C), data to be transferred is actually transmitted from the transmitting units 2 and 3 to the receiving terminal 4. The receiving terminal 4 uses the weight determined in the weight generation slot (B) and receives data common to the transmission units 2 and 3 for each carrier or data transmitted from either the transmission unit 2 or the transmission unit 3. To do.
[0029]
The training slot (A) and the weight generation slot (B) may be inserted in each frame, or may be inserted, for example, every plural frames or only when a change is required. Further, since communication is performed by the OFDM modulation method in the weight generation slot (B) and the data slot (C), it is necessary to provide a guard interval.
[0030]
FIG. 5 is an explanatory diagram of an example of a transfer sequence of common data and individual data. An OFDM frame as shown in FIG. 4 is used to show what data is carried on each carrier. In the example shown in FIG. 5, for each carrier, either the same data (denoted as BROAD) is transmitted from the transmission units 2 and 3, or different data (denoted as UNI) is transmitted from the transmission unit 2 and the transmission unit 3. It is an example.
[0031]
Generally, there are two types of packets used for packet communication: broadcast type packets for sending control information and broadcast type communication, and unicast type packets for transmitting information to individual terminals. Broadcast packets must be transmitted accurately to all terminals in the area with fewer errors. Therefore, the same data is transmitted from the transmission unit 2 and the transmission unit 3. On the other hand, a unicast packet needs to send a large amount of data to a certain terminal. In this case, the receiving terminal 4 may transmit data from either the transmission unit 2 or the transmission unit 3 included in the service area, and the other transmission unit may transmit another unicast packet. it can. That is, the transmission unit 2 and the transmission unit 3 transmit different data.
[0032]
In the example shown in FIG. 5, in frames {circle around (1)} and {circle around (3)}, the same data (broadcast packet) is transmitted by the transmission units 2 and 3 on the quarter carrier, and the transmission unit 2 on the third carrier. Different data (unicast packet) is transmitted from the transmitter 3. As a result, the amount of transfer data for the unicast packet is secured.
[0033]
In frame {circle around (2)}, the same data (broadcast packet) is transmitted by the transmission units 2 and 3 in the half carrier, and different data (unicast packet) is transmitted from the transmission unit 2 and the transmission unit 3 in the other half carrier. Sending. In this way, the number of carriers to be used can be changed according to the data amount of broadcast packets and unicast packets that must be transferred.
[0034]
As described with reference to FIG. 3, since the weight is determined for each carrier, as described above, the same data (noted as BLOAD) from the transmission units 2 and 3 or the transmission unit 2 It is possible to transmit any of different data (denoted as UNI) from the transmitter 3.
[0035]
In this example, the carrier that transmits the same data in the transmission units 2 and 3 and the carrier that transmits different data from the transmission unit 2 and the transmission unit 3 are determined to some extent, but for example, as time passes, It is also possible to change the carrier used for data transfer.
[0036]
FIG. 6 is an explanatory diagram of another example of the transfer sequence of common data and individual data. In this example, a frame in which the transmission units 2 and 3 transmit the same data and a frame in which different data is transmitted from the transmission unit 2 and the transmission unit 3 are provided for each frame. In frames {circle around (1)} and {circle around (3)}, the same data is transmitted from the transmission units 2 and 3 using all carriers. This frame is the same as normal OFDM communication. In frame {circle around (2)}, different data are transmitted from the transmission unit 2 and the transmission unit 3 for all carriers. In this case, interference components are removed by a plurality of antennas in the receiving terminal 4, and only the target signal is extracted and received. Of course, the frames for transmitting the same data by the transmission units 2 and 3 and the frames for transmitting different data from the transmission unit 2 and the transmission unit 3 do not need to be provided alternately, and may be appropriately changed according to the data amount. .
[0037]
As described above, when a frame for transmitting the same data by the transmission units 2 and 3 and a frame for transmitting different data from the transmission unit 2 and the transmission unit 3 are provided for each frame, the weight is changed every time the frame is changed. Will change.
[0038]
Next, an experimental example for evaluating communication characteristics according to the present invention is shown by simulation results. FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of simulation conditions, FIG. 8 is a graph showing an example of CNR characteristics when the same data is transmitted, and FIG. 9 is a graph showing an example of CNR characteristics when different data is transmitted. It is. As shown in FIG. 7, a system having M antennas on the receiving terminal 4 side is considered by using DQPSK (Different Quadrature Phase Shift Keying) as a modulation method of each carrier. The number of multi-carrier carriers is 48, and 20% is taken as a guard time. It is assumed that 32 elementary waves emitted from the transmitting units 2 and 3 are reflected near the receiving terminal 4 and arrive. At this time, it is assumed that each elementary wave comes from a randomly distributed random angle, and each power and delay follow an exponential distribution as shown below.
p (τ) = (2P_R/ N) exp (−τ / 2σ_τ )
Where p (τ) is the power of the elementary wave and P_RIs the average received power, N is the number of rays, and σ_τ Represents the delay spread. Thus, a wave input at a random angle can be statistically represented by Rayleigh fading.
[0039]
The RLS method described above is used for the algorithm used for weight control. Further, in the training slot (A) shown in FIG. 4, 31 bits of training bits are transmitted as an M sequence having a sequence length of 31 bits for generating a reference signal. Also, in the weight generation slot (B), 62 bits of 2 periods are transmitted as an M sequence having a sequence length of 31 as an update bit. Assuming random data of 192 bits per carrier as a packet in the data slot (C), there is no change in the propagation environment in the packet.
[0040]
Assuming that the receiving terminal 4 is arranged equidistant from the transmitting unit 2 and the transmitting unit 3, the carrier power to noise ratio (CNR) from each transmitting unit 2 and 3 is changed. The performance was evaluated. Here, when the number of antennas of the receiving terminal 4 is 1, 2, and 4, and when the received power from the transmitting units 2 and 3 is equal, the BER characteristic when the same data is transmitted from the transmitting units 2 and 3 is different from the data. FIG. 8 and FIG. 9 show the BER characteristics in the case of transmitting. Here, the horizontal axis indicates the CNR per one transmission unit.
[0041]
As can be seen with reference to FIG. 8, when the same data is transmitted from the transmission units 2 and 3, even if the number of antenna elements is one, the data transmitted from the transmission units 2 and 3 is a single highly correlated wave. It is considered to be a composite of and has the characteristics of flat Rayleigh fading. This is considered that the waves from the transmitters 2 and 3 are within the guard interval and the waves from both are taken in using OFDM modulation. Further, when the number of antenna elements is increased, a diversity effect corresponding to the number of elements is generated, and the characteristics are greatly improved.
[0042]
On the other hand, when the transmission unit 2 and the transmission unit 3 transmit different data, as shown in FIG. 9, when the number of elements is one, they interfere with each other, resulting in a high error rate. In this state, it is difficult to capture the data transmitted by any transmission unit. On the other hand, by increasing the number of elements, weighting is adaptively performed so as to suppress data from another transmission unit having a low correlation, and the characteristics are improved. Since OFDM modulation is used, a set of waves with a plurality of delays behaves as one for each carrier. Therefore, even when the number of antenna elements is smaller than the number of multipath waves, interference signal suppression is effectively performed. Is possible.
[0043]
Another simulation shows that the communication system of the present invention has a high transmission capacity. Here, using the communication system of the present invention, as described with reference to FIG. 5, OFDM-modulated data is transmitted from the transmitters 2 and 3 by a method of transmitting either common data or individual data for each carrier. To do. For comparison, when two transmitters 2 and 3 transmit OFDM-modulated data including common data and individual data at the same time, only one of the transmitters 2 and 3 is divided into OFDM frames by time division. Consider sending to.
[0044]
FIG. 10 is an explanatory diagram of an example of an OFDM frame configuration transmitted from the transmission unit in another simulation. In the figure, “BROAD” is transmitted when the same data is transmitted from the transmission units 2 and 3, “UNI BS2” is transmitted to the data transmitted from the transmission unit 2 when individual data is transmitted, and the transmission unit 3 is similarly transmitted. The individual data is indicated as “UNIBS3”. Here, only four carriers are shown. The structure of the OFDM frame shown in FIG. 10A is the same as that described with reference to FIG. 5, and the carrier for the same data and the carrier for the individual data are mixed in the same OFDM frame. Moreover, the transmission part 2 and the transmission part 3 transmit simultaneously. On the other hand, in the OFDM frame configuration shown in FIG. 10 (B), the same OFDM frame includes a mixture of carriers for the same data and carriers for individual data. The transmitter 3 does not transmit at the same time, and only one of them transmits in one OFDM frame. Note that when only one of the transmission unit 2 and the transmission unit 3 is transmitted, the frame length is shortened because the weight generation slot (B) shown in FIG. 4 is not necessary.
[0045]
FIG. 11 is an explanatory diagram of installation conditions of the transmission units 2 and 3 in another simulation. As a simulation condition, a room of 50 m × 100 m and a height of 3 m as shown in FIG. 11 is assumed. Transmitters 2 and 3 are installed 50 m away from the center of the room by 25 m. The transmission power was 17 dBm (50 mW), and the noise level was -95 dBm. The positions of the receiving terminals 4 are randomly arranged. The number of antennas M in the receiving terminal 4 is 2. Furthermore, the received signal attenuates in inverse proportion to the cube of the distance from the transmission units 2 and 3. Under these conditions, 80% of the individual data packets and 20% of the same data packets are generated, and the same data packets that need to be distributed are preferentially transmitted. Shall.
[0046]
FIG. 12 is a graph showing the relationship between transmission load and transmission capacity in another simulation. When the simulation is performed under the above-described conditions, the transmission capacity of the packet of individual data when the horizontal axis is the transmission load based on the frame length of FIG. 10A and the vertical axis is the transmission capacity. The results shown in FIG. 12 were obtained. In FIG. 12, the graph shown by a solid line indicates the case of the OFDM frame configuration shown in FIG. 10A, that is, the case where the transmission unit 2 and the transmission unit 3 transmit simultaneously. A graph indicated by a broken line indicates the case of the OFDM frame configuration shown in FIG. 10B, that is, the case where only one of the transmission unit 2 and the transmission unit 3 transmits.
[0047]
As can be seen from FIG. 12, when using the communication system of the present invention and simultaneously transmitting from a plurality of transmission units at the same frequency, the same bandwidth is seen with respect to another type of data compared to a time division system. However, the capacity of the transmission line is large. Thereby, it turns out that the communication system of this invention can endure to a high transmission load.
[0048]
The communication system of the present invention can be applied to, for example, an indoor wireless network as set as a condition in the other simulation described above. For example, install multiple transmitters at intervals on the ceiling, etc., and use the same frequency for data sent to all receiving terminals and data sent to specific receiving terminals sent via the network Can be sent simultaneously. Originally, since the OFDM modulation scheme has a strong characteristic against multipath, it is a suitable communication scheme in an environment where multipath is generated such as indoors. In particular, in the communication system of the present invention, different data can be transmitted simultaneously from a plurality of transmission units at the same frequency, so that the amount of communication data can be increased.
[0049]
In the above example, data transfer from the network side to the terminal side is shown, but the same configuration can be used for data transfer from the terminal side to the network side. Or you may use another communication system about the data transfer from the terminal side.
[0050]
Further, the communication system of the present invention can be used for broadcasting. In this case, a plurality of broadcasting stations having overlapping service areas can broadcast using the same frequency. For example, in wide area broadcasting, a plurality of broadcasting stations may transmit the same data. In regional broadcasting, each broadcasting station may transmit different data. In this case, for example, it is possible to divide by carrier as shown in FIG. 5, or divide by frame as shown in FIG. For example, in a receiver included in a service area of a plurality of broadcasting stations, as described above, by adaptively weighting and receiving using a plurality of antennas, it is also possible to select a local broadcasting performed from each broadcasting station. Can be received automatically. In addition, for wide-area broadcasting, for example, even at a receiver far from any broadcasting station, reception characteristics are improved by a diversity effect by a plurality of antennas, and reception can be performed satisfactorily.
[0051]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, not only the same data but also different data are simultaneously transmitted at the same frequency by the OFDM modulation method from a plurality of transmission means having overlapping service areas. Can do. Since the receiving means has a plurality of antennas, high communication quality can be ensured by the diversity effect when the plurality of transmitting means transmit the same data. Further, when a plurality of transmission means transmit different data, it is possible to suppress the interference component and extract only the desired wave. In this case, since different data can be transmitted simultaneously at the same frequency, there is an effect that the transmission capacity can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a communication system according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a receiving terminal.
FIG. 3 is a block diagram showing an outline of a receiving unit in a receiving terminal.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of an OFDM frame configuration.
FIG. 5 is an explanatory diagram of an example of a transfer sequence of common data and individual data.
FIG. 6 is an explanatory diagram of another example of a transfer sequence of common data and individual data.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of simulation conditions.
FIG. 8 is a graph showing an example of CNR characteristics when the same data is transmitted.
FIG. 9 is a graph illustrating an example of CNR characteristics when different data is transmitted.
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of a configuration of an OFDM frame transmitted from a transmission unit in another simulation.
FIG. 11 is an explanatory diagram of installation conditions of the transmission units 2 and 3 in another simulation.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between transmission load and transmission capacity in another simulation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transmission control part, 2, 3 ... Transmission part, 4 ... Reception terminal, 11 ... Antenna, 12 ... Reception part, 13 ... Terminal device, 21 ... Discrete Fourier transform part, 22 ... Weighting part, 23 ... Addition part, 24 ... demodulator, 25 ... parallel-serial converter, 26 ... weight controller.

Claims

A plurality of transmission means for OFDM-modulating and transmitting data; a transmission control means for controlling the plurality of transmission means to transmit the same data or different data by each transmission means; and the plurality of transmission means Including one or a plurality of receiving means having a plurality of antennas for receiving radio waves transmitted from the transmission means, wherein the transmission control means transmits a plurality of carriers to be OFDM-modulated to the respective transmitting means and transmits the same data. communication system that is characterized in that constituted by carrier group to OFDM modulation to transmit to transmit the different data carrier group to be.

The transmission control means determines which one of a plurality of carriers subjected to OFDM modulation is used for each of a plurality of transmission frames as a carrier group that transmits the same data and a carrier group that transmits the different data. The communication system according to claim 1 , wherein the communication system is controlled to be changeable.

The receiving means multiplies a Fourier transform means for converting an OFDM modulated signal for each antenna into a plurality of carrier signals, and multiplies each carrier signal converted by the Fourier transform means by a predetermined weight. a multiplying means, according to claim 1 or claim 2 characterized in that it has an addition means for adding the signal after multiplication by said multiplication means for the same carrier signal converted by the Fourier transform unit for each antenna Communication system.

4. The communication system according to claim 3 , wherein the weight is adjusted so as to extract only a desired wave for at least a carrier on which different data is transmitted from each transmission means.

4. The communication system according to claim 3 , wherein the weight is adjusted so as to strengthen a signal for a carrier in which the same data is transmitted from a plurality of transmission means.