JP4510077B2 - 直交周波数分割多重接続通信システムにおける適応的アンテナシステムのためのプリアンブルシーケンス生成装置及び方法 - Google Patents

直交周波数分割多重接続通信システムにおける適応的アンテナシステムのためのプリアンブルシーケンス生成装置及び方法 Download PDF

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本発明は、直交周波数分割多重接続(ＯＦＤＭＡ：Orthogonal Frequency Division Multiple Access)方式を使用する通信システム(ＯＦＤＭＡ通信システム)に係り、特に、ＯＦＤＭＡ通信システムにおける適応的アンテナシステム(ＡＡＳ：Adaptive Antenna System)のためのプリアンブルシーケンスを生成する装置及び方法に関する。
次世代通信システムである第４世代(４Ｇ：4th Generation)の通信システムにおいて、ほぼ１００Mbpsの伝送速度を有するサービス品質(ＱｏＳ：Quality of Service)のサービスをユーザに提供するための様々な研究がなされている。特に、４Ｇ通信システムにおいては、無線近距離通信ネットワーク(ＬＡＮ：Local Area Network)システム及び無線都市地域ネットワーク(ＭＡＮ：Metropolitan Area Network)システムのような広帯域無線接続通信システムにおいて、移動性及びＱｏＳを保障する高速サービスを支援可能にする研究が活発に行われている。その代表的な通信システムが、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers)８０２．１６通信システムである。
ＩＥＥＥ ８０２．１６通信システは、無線ＭＡＮシステムの物理チャンネルにおいて、広帯域伝送ネットワークを支援可能にするために、直交周波数分割多重化/直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭ/ＯＦＤＭＡ）方式を採用する。ＩＥＥＥ ８０２．１６通信システムは、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｄ通信システムとＩＥＥＥ８０２．１６ｅ通信システムとを含む。ＩＥＥＥ ８０２．１６ｄ通信システムは、加入者端末機(ＳＳ：Subscriber Station)が固定された状態（すなわち、ＳＳの移動性を全く考慮しない状態）、及び単一セル構造のみを考慮する。このＩＥＥＥ ８０２．１６ｄ通信システムとは異なり、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ通信システムは、ＳＳの移動性を考慮する。以下、説明の便宜上、移動性を有するＳＳを、移動加入者端末機(ＭＳＳ：Mobile Subscriber Station)と称する。
一方、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ通信システムにおいては、多重アンテナを用いてセルサービス領域を拡張し、全体容量を増加させるための空間分割多重接続(ＳＤＭＡ：Space Division Multiple Access)方式を用いる。ＳＤＭＡ方式を用いるためには、各ＭＳＳのチャンネル品質情報(ＣＱＩ：Channel Quality Information)を正確に測定するようにプリアンブル(preamble)を設計する必要がある。基地局は、プリアンブルの相関関係を用いて、ビーム(beam)間の干渉を低減し、各ＭＳＳに応じて推定されるチャンネルの状態を用いて、正確なビームを生成することによって、一つのＭＳＳの信号が異なるＭＳＳの信号に干渉として作用することを防止して、データを正確に復号可能にする。
以下、図１を参照してＳＤＭＡ方式を使用するＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ通信システムの構造について説明する。
図１は、一般的なＳＤＭＡ方式を用いるセルラーシステムの構造を概略的に示した図である。
基地局１０１は、相互に異なるＭＳＳ(図示せず)が、同じ周波数資源及び時間資源を、第１のビーム１０２を通じて伝送される第１の空間チャンネルと、第２のビーム１０３を通じて伝送される第２の空間チャンネルとで同時に使用するように、ＭＳＳに同じ周波数資源及び時間資源を割り当てる。このような同じ時間資源及び周波数資源を相異なるＭＳＳに割り当てるために、基地局は、空間的に分けられる複数のビームを形成しなければならない。
一方、ダウンリンク(downlink)において、上述したようなビームを形成するためには、正確なアップリンク(uplink)チャンネルの状態情報を必要とする。したがって、一般的なＩＥＥＥ ８０２．１６ ＯＦＤＭＡ通信システムにおいては、ＡＡＳを支援するためにダウンリンク及びアップリンクにＡＡＳプリアンブルシーケンスを追加して送信することによって、正確なダウンリンク及びアップリンクのチャンネル状態情報を把握することができる。
図２は、一般的なＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ ＯＦＤＭＡ通信システムのフレームの構造を概略的に示した図である。
ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ ＯＦＤＭＡ通信システムのフレームは、ダウンリンクフレーム２０１とアップリンクフレーム２０２とに分かれる。ダウンリンクフレーム２０１は、ダウンリンクプリアンブル領域、フレーム管理ヘッダー(ＦＣＨ：Frame Control Header)領域、ダウンリンクＭＡＰ(ＤＬ−ＭＡＰ：Downlink MAP)領域、アップリンクＭＡＰ(ＵＬ−ＭＡＰ：Uplink MAP)領域、複数のＡＡＳプリアンブル領域及び複数のダウンリンクバースト(ＤＬ burst)領域（例えば、ダウンリンクバースト#１領域、ダウンリンクバースト#２領域、ダウンリンクバースト#３領域及びダウンリンクバースト#４領域）を含む。
ダウンリンクプリアンブル領域は、送・受信機間（例えば、基地局とＭＳＳ）の同期獲得のための同期信号、すなわち、ダウンリンクプリアンブルシーケンスを送信する領域である。ＦＣＨ領域は、サブチャンネル、レンジング(ranging)及び変調方式などに対する基本情報を伝える領域である。ＤＬ-ＭＡＰ領域は、ＤＬ-ＭＡＰメッセージを送信する領域であり、ＵＬ-ＭＡＰ領域は、ＵＬ-ＭＡＰメッセージを送信する領域である。ここで、ＤＬ-ＭＡＰメッセージ及びＵＬ-ＭＡＰメッセージに含まれる情報エレメント(ＩＥ：Information Element)については、本発明と直接的な関係がないため、その具体的な説明は省略する。また、ＡＡＳプリアンブル領域は、ＡＡＳを支援するダウンリンクＡＡＳプリアンブルシーケンスを送信する領域であり、ダウンリンクバースト領域は、ＭＳＳをターゲット(target)とするダウンリンクデータを送信する領域である。アップリンクフレーム２０２は、複数のＡＡＳプリアンブル領域及び複数のアップリンクバースト(ＵＬ burst)領域(例えば、アップリンクバースト#１領域、アップリンクバースト#２領域、アップリンクバースト#３領域及びアップリンクバースト#４領域)を含む。
アップリンクフレーム２０２のＡＡＳプリアンブル領域は、ＡＡＳを支援するために、アップリンクＡＡＳプリアンブルシーケンスを送信する領域であり、アップリンクバースト領域は、基地局をターゲットとしてＭＳＳのアップリンクデータを送信する領域である。
一方、図２に示したように、各々のダウンリンクバースト及びアップリンクバーストより以前の段階では、ＡＡＳプリアンブルが伝送される。基地局は、アップリンクＡＡＳプリアンブルシーケンスを用いて、アップリンクのチャンネル状態を推定し、その推定されたアップリンクのチャンネル状態に対応するダウンリンクビームを生成する。
しかしながら、現在のＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ ＯＦＤＭＡ通信システム規格において、ＡＡＳプリアンブルシーケンスは、相異なる空間チャンネル(すなわち、相異なるビーム)に対して、相互に異なるプリアンブルシーケンスが定義されていない。したがって、アップリンクにおける相異なる位置の複数のＭＳＳが、同時点の同じサブキャリアによって同じプリアンブルシーケンスを伝送するとき、基地局は、各々のＭＳＳに対してチャンネルを推定し、ビームを生成することが不可能である。すなわち、既存のＡＡＳプリアンブルシーケンスは、ＯＦＤＭＡ通信システムにおいて、ＳＤＭＡ方式を支援することができない。したがって、ＡＡＳプリアンブルシーケンスは、空間チャンネルに互いに異なるように割り当てられるべきであり、これらを受信する側では、空間チャンネルを区別してビームを生成する方案が求められる。
したがって、本発明は従来の技術の問題点を解決するために創案されたものであって、本発明の目的は、ＯＦＤＭＡ通信システムにおいて、ＡＡＳ(適応的アンテナシステム)のためのプリアンブルシーケンス生成装置及び方法を提供することである。
本発明の他の目的は、ＯＦＤＭＡ通信システムにおいて、ＳＤＭＡ(空間分割多重接続)方式を支援するＡＡＳを使用するとき、相異なる空間チャンネルを伝送するために生成されるビームを区別することのできるＡＡＳプリアンブルシーケンス生成装置及び方法を提供することである。
本発明の更なる他の目的は、セクターまたはセル内の複数のビームを区別し、これによって、ＯＦＤＭＡ通信システムにおいてＳＤＭＡ方式を使用可能にするＡＡＳプリアンブルシーケンス生成装置及び方法を提供することである。
このような目的を達成するために、本発明の第１の特徴によれば、セルまたはセクター内の複数の移動加入者端末機にそれぞれ割り当てられる複数のサブチャンネルを有し、各々のサブチャンネルは複数のビン(bin)を含み、各々のビンは周波数領域におけるｎ個の連続したサブキャリアからなる通信システムにおいて、各々のサブチャンネルを伝送する前に伝送される移動加入者端末機を区分するためのプリアンブルシーケンスを形成する方法が提供され、前記方法は、予め設定されたシーケンスを周波数領域における所定の位相遷移シーケンスに応じて位相遷移させてプリアンブルシーケンスを生成するステップを含むことを特徴とする。
本発明の第２の特徴によれば、セルまたはセクター内の複数の移動加入者端末機にそれぞれ割り当てられる複数のサブチャンネルを有し、各々のサブチャンネルは複数のビンを含み、各々のビンは周波数領域におけるｎ個の連続したサブキャリアからなる通信システムにおいて、各々のサブチャンネルを伝送する前に伝送される移動加入者端末機を区分するためのプリアンブルシーケンスを形成する方法が提供され、前記方法は、予め設定されたシーケンスを時間領域における所定の時間間隔に応じて循環シフトしてプリアンブルシーケンスを生成するステップを含むことを特徴とする。
本発明の第３の特徴によれば、周波数領域の所定個数の連続したデータサブキャリアと、一つのパイロットサブキャリアとを有する複数のビンを含む通信システムにおいて、空間チャンネルを通じて資源を送信する方法が提供され、前記方法は、空間チャンネルによるビームインデックスに基づいて、ビームインデックスと同じインデックスの所定の長さを有するWalsh 符号を生成し、そのWalsh 符号に対応するセル識別子によるサブキャリアの位置を決定するステップと、位置の決定されたサブキャリアを除いたデータサブキャリアに対して、データサブキャリアを通じて伝送されるダウンリンクプリアンブルシーケンスとWalsh 符号とを乗算してプリアンブルシーケンスを生成するステップと、生成されたプリアンブルシーケンスを、空間チャンネルを通じて移動加入者端末機に空間割り当てるステップと、を含むことを特徴とする。
本発明の第４の特徴によれば、セルまたはセクター内の複数の移動加入者端末機にそれぞれ割り当てられる複数のサブチャンネルを有し、各々のサブチャンネルは複数のビンを含み、各々のビンは周波数領域におけるｎ個の連続したサブキャリアからなる通信システムにおいて、各々のサブチャンネルを伝送する前に伝送される移動加入者端末機を区分するためのプリアンブルシーケンスを形成する装置が提供され、前記装置は、予め設定されたシーケンスを周波数領域における所定の位相遷移シーケンスに応じて位相遷移させてプリアンブルシーケンスを生成するプリアンブルシーケンス生成部を含むことを特徴とする。
本発明の第５の特徴によれば、セルまたはセクター内の複数の移動加入者端末機にそれぞれ割り当てられる複数のサブチャンネルを有し、各々のサブチャンネルは複数のビンを含み、各々のビンは周波数領域におけるｎ個の連続したサブキャリアからなる通信システムにおいて、各々のサブチャンネルを伝送する前に伝送される移動加入者端末機を区分するためのプリアンブルシーケンスを形成する装置が提供され、前記装置は、予め設定されたシーケンスを時間領域における所定の時間間隔に応じて循環シフトしてプリアンブルシーケンスを生成するプリアンブルシーケンス生成部を含むことを特徴とする。
本発明の第６の特徴によれば、周波数領域の所定個数の連続したデータサブキャリアと、一つのパイロットサブキャリアとを有する複数のビンを含む通信システムにおいて、空間チャンネルを通じて資源を割り当てる装置は、ビンの構造に対応する予約サブキャリアの位置を決定し、入力データビットとビームインデックスによって選択されるWalsh 符号とを乗算してプリアンブルシーケンスを生成するプリアンブルシーケンス生成部を含むことを特徴とする。
上述したように、本発明の直交周波数分割多重接続方式の通信システムにおける適応的アンテナシステム(ＡＡＳ)のためのプリアンブル生成装置及び方法によれば、ＡＡＳを用いるＯＦＤＭＡ方式の通信システムにおいて、相異なる空間チャンネルに対して直交性を有する相異なるプリアンブルを割り当てて、各々の空間チャンネルに対して異なったビームを形成することができる。また、各々の空間チャンネルに対して異なったビームを形成することによって、ＳＤＭＡを支援することが可能である。したがって、同じ周波数資源及び時間資源を再使用することが可能となる。さらに、同じ周波数資源及び時間資源の再使用を通じて、セルの容量を増大させることができる。
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照しながら、詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にするために、関連した公知の機能や構成についての具体的な説明は、適宜省略する。
本発明は、直交周波数分割多重接続(ＯＦＤＭＡ)方式を使用する通信システム(ＯＦＤＭＡ通信システム)、例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ通信システムにおいて、空間分割多重接続(ＳＤＭＡ：Space Division Multiple Access)方式を支援することのできる適応的アンテナシステム(ＡＡＳ：Adaptive Antenna System)のためのプリアンブルシーケンス生成装置及び方法を提案する。
本発明においては、説明の便宜上、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ通信システムを一例として説明するが、本発明で提案するＡＡＳのためのプリアンブルシーケンス(以下、‘ＡＡＳプリアンブルシーケンス'と称する)生成装置及び方法は、ＯＦＤＭＡ方式を使用する別途のシステム及び異なる適宜通信方式を使用する別途の通信システムにおいても、使用が可能なのは明らかである。
ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ通信システムのＡＡＳ構造に対する資源割り当てにおいては、各々の移動加入者端末機(ＭＳＳ)に一つのビン(bin)が割り当てられる。ここで、ビンは、一つのＯＦＤＭシンボルにより占有される９個のサブシンボルを示す。したがって、本発明によるＡＡＳプリアンブルシーケンスは、上記したビン構造に応じて、９個のサブキャリアにマッピングされる。
図３は、一般的なＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ ＯＦＤＭＡ通信システムのビン構造を概略的に示した図である。
ここで、ビンは、８個のデータサブキャリアと一つのパイロットサブキャリアとを含み、全体で９個のサブキャリアからなる。このとき、パイロットサブキャリアは、ビンの中央に位置する。また、６個のビンが一つのサブチャンネルを形成する。
一方、図２を参照して上述したように、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ通信システムのダウンリンクバースト(ＤＬ burst)及びアップリンクバースト(ＵＬ burst)は、複数のサブキャリアからなる。ＤＬ burst及びＵＬ burstの各々の前方部には、ＤＬ burst及びＵＬ burstの各々と同じサブキャリア内に定義された一つのＯＦＤＭシンボルの長さのＡＡＳプリアンブルシーケンスが挿入されて送信される。ＯＦＤＭＡシステムのＡＡＳ及び適応的変調及び符号化(ＡＭＣ：Adaptive Modulation and Coding)用のサブチャンネル構造に対する資源の割り当てにおいては、‘９個のサブキャリア×１つのシンボル’サイズを有する１つのビンが、各々のＭＳＳに割り当てられる。ここで、上述したように、ビンのサイズ（９サブキャリア×１シンボル）は、９個のサブキャリアが１つのＯＦＤＭシンボルにより占有されることを示す。以下の説明においては、ＡＡＳプリアンブルシーケンスの基本単位は、９サブキャリアであり、周波数領域におけるビンに配置される。
図４は、本発明の第１の実施形態によるＡＡＳプリアンブルシーケンスの構造を概略的に示した図である。上述したように、本発明の実施形態によるＡＡＳプリアンブルシーケンスは、９個のサブキャリア、すなわち、８個のＡＡＳプリアンブルサブキャリア及び１つの予約サブキャリア(以下、‘Reserved サブキャリア’と称する)からなる。この場合、Reserved サブキャリアを通じては、信号が伝送されない。８個のＡＡＳプリアンブルサブキャリアは、同じ８個のＡＡＳプリアンブルサブキャリアを通じて伝送される既存のダウンリンクプリアンブル信号に、８-ary Walsh 符号を乗算した信号を伝送する。
図４において、‘Ｗｋ(ｎ)’は、ｋ番目のインデックスに対応するWalsh 符号のｎ番目の信号を示し、‘ＰＲ(ｎ)’は、既存のダウンリンクプリアンブルシーケンスのｎ番目のサブキャリアを示す。このとき、Walsh 符号の符号インデックスは、空間チャンネルインデックスから決定される。したがって、全体で８個の空間チャンネルが存在することができる。
一方、ＡＡＳプリアンブルシーケンスにおけるReserved サブキャリアの位置は、次の式１のように表示することができる。
Figure 0004510077
ここで、‘Ｃｅｌｌ_ＩＤ’は、該当セルに与えられた識別子(ＩＤ：identifier)番号を示す。Reserved サブキャリアの位置は、９に対するモジュロ(Modulo)演算によってセルごとに変わる。上述したように、各セルに応じてReserved サブキャリアの位置を変えることによって、セル間の干渉を低減することが可能となる。また、Reserved サブキャリアの位置におけるセル間の干渉量を測定することもできる。
図５は、本発明の第１の実施形態における機能を遂行するためのＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ通信システムの送信機の内部構造を示した図である。
送信機は、データシンボル生成部５００、ＡＡＳプリアンブルシーケンス生成部５１０、多重化器(ＭＵＸ)５２０、サブキャリアマッピング器５２１、逆高速フーリエ変換(ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform)器５２２、並列/直列変換器５２３、保護間隔挿入器(Guard interval inserter)５２４、デジタル/アナログ変換器５２５及び無線周波数(ＲＦ：Radio Frequency)処理器５２６を含む。
データシンボル生成部５００は、データビット生成器５０１、符号器５０２、インターリーバ５０３及び変調器５０４を含む。ＡＡＳプリアンブルシーケンス生成部５１０は、パイロットシーケンス生成器５１１、Walsh 符号生成器５１２、Reserved サブキャリア位置選択器５１３及び乗算器５１４を含む。
まず、データビット生成器５０１は、伝送しようとする情報ビットが発生すると、その情報ビットを符号器５０２に出力する。符号器５０２は、データビット生成器５０１から出力された情報ビットを受信して所定の符号化方式で符号化した後に、インターリーバ５０３に出力する。ここで、符号化方式は、所定の符号化率を有するターボ符号化方式と畳み込み符号化(convolutional coding)方式などを含む。インターリーバ５０３は、符号器５０２から出力された信号を受信してインターリービングした後に、変調器５０４に出力する。変調器５０４は、インターリーバ５０３から出力された信号を受信し、その受信信号を予め設定された変調方式に応じて変調して変調シンボルを生成した後に、その変調シンボルを多重化器５２０に出力する。
一方、パイロットシーケンス生成器５１１は、所定のセル識別子に該当するパイロットシーケンスを生成した後に、その生成されたパイロットシーケンスを乗算器５１４に出力する。ここで、パイロットシーケンス生成器５１１は、上述したようなものと同様な方式でパイロットシーケンスを生成するように動作するため、その詳細な説明は省略する。Walsh 符号生成器５１２は、システム設定に応じて与えられるビームインデックスにより選択されたWalsh 符号を生成した後に、その生成されたWalsh 符号をReserved サブキャリア位置選択器５１３に出力する。Reserved サブキャリア位置選択器５１３は、与えられるビン構造に対応するように上記生成されたWalsh 符号の位置を選択し、その選択された情報を乗算器５１４に出力する。ここで、Reserved サブキャリア位置選択器５１３は、式１を参照して上述したように、セル識別子に対するサブキャリアの数に基づく、セル識別子のモジュロ演算を通じて、各セルごとにReserved サブキャリアの位置を変更することによって、セル間の干渉を低減する。
乗算器５１４は、パイロットシーケンス生成器５１１から生成されたパイロットシーケンスと、Reserved サブキャリア位置選択器５１３から出力されたWalsh 符号とを乗算した後に、その結果信号を多重化器５２０に出力する。
多重化器５２０は、該当時点のスケジューリングに応じて、変調器５０４から出力される信号及び乗算器５１４から出力される信号を多重化した後に、その結果信号をサブキャリアマッピング器５２１に出力する。サブキャリアマッピング器５２１は、多重化器５２０から出力された信号を受信して該当サブキャリアにマッピングした後に、その結果信号をＩＦＦＴ器５２２に出力する。ＩＦＦＴ器５２２は、サブキャリアマッピング器５２１から出力された信号を受信してＩＦＦＴを遂行した後に、その結果信号を並列/直列変換器５２３に出力する。並列/直列変換器５２３は、ＩＦＦＴ器５２２から出力された信号を直列変換した後に、その直列信号を保護間隔挿入器５２４に出力する。
保護間隔挿入器５２４は、並列/直列変換器５２３から出力された直列信号に保護間隔信号を挿入した後に、その結果信号をデジタル/アナログ変換器５２５に出力する。ここで、保護間隔は、ＯＦＤＭＡ通信システムにおいてＯＦＤＭシンボルを送信するとき、以前のＯＦＤＭシンボル時間に送信した以前のＯＦＤＭシンボルと、現在のＯＦＤＭシンボル時間に送信する現在のＯＦＤＭシンボルとの間の干渉を取り除くために挿入される。また、保護間隔は、cyclic prefix 方式及び cyclic postfix 方式のうち、一つの方式で挿入される。cyclic prefix 方式によれば、時間領域のＯＦＤＭシンボルの最後の所定個数のサンプルをコピーして、有効ＯＦＤＭシンボルに挿入する。cyclic postfix 方式によれば、時間領域のＯＦＤＭシンボルの最初の所定個数のサンプルをコピーして、有効ＯＦＤＭシンボルに挿入する。
デジタル/アナログ変換器５２５は、保護間隔挿入器５２４から出力された信号を受信してアナログ信号に変換した後に、そのアナログ信号をＲＦ処理器５２６に出力する。ここで、ＲＦ処理器５２６は、フィルターと前処理器（front end unit）などを含む。ＲＦ処理器５２６は、デジタル/アナログ変換器５２５から出力された信号を空中に伝送するようにＲＦ処理した後に、そのＲＦ処理信号を送信(Ｔｘ)アンテナを通じて空中に出力する。
要するに、データビットは、データシンボル生成部５００を通じて生成され、ＡＡＳプリアンブルシーケンスは、ＡＡＳプリアンブルシーケンス生成部５１０を通じて生成される。ここで、ＡＡＳプリアンブルシーケンスは、既存のプリアンブルシーケンス生成方式と同じ方式で生成されたシーケンスに、ビームインデックスによって選択されたWalsh 符号が乗算されて生成される。このとき、Reserved サブキャリアの位置は、ビン構造に対応してReserved サブキャリア位置選択器５１３によって選択される。その後、データビット及びＡＡＳプリアンブルシーケンスは、多重化器５２０を通過し、サブキャリア割り当て規則に応じて、サブキャリアマッピング器５２１でマッピングされた後に、ＯＦＤＭ変調されて伝送される。
図６は、本発明の第１の実施形態による図５のＡＡＳプリアンブルシーケンス生成部のＡＡＳプリアンブルシーケンスを生成する動作過程を示したフローチャートである。
まず、ＡＡＳプリアンブルシーケンス生成部５１０は、ステップ６０１において、与えられた空間チャンネルによるビームインデックスに対応する８-ary Walsh 符号を生成した後に、ステップ６０３に進行する。ステップ６０３において、上記の生成されたWalsh 符号に対応して、基地局番号、すなわち、基地局に割り当てられたセル識別子(Ｃｅｌｌ_ＩＤ)によるReserved サブキャリアの位置を選択した後に、ステップ６０５に進行する。ステップ６０５においては、上記した選択過程を通じてReserved サブキャリアの位置が決定されると、そのReserved サブキャリアを除いた残りのサブキャリアに関して、既存のダウンリンクプリアンブルシーケンスと、上記の生成された８-ary Walsh 符号とを乗算して出力する。このとき、‘Reserved_サブキャリア_位置’に対応するサブキャリアを通じては、信号が伝送されず、そのサブキャリアに割り当てられた電力は、異なるサブキャリアの電力として使用されることが可能である。
‘Reserved_サブキャリア_位置’は、基地局に割り当てられたセル識別子(Ｃｅｌｌ_ＩＤ)に応じて決定される。ここでは、セル識別子を９で割り算した後に、その残り値を‘Reserved_サブキャリア_位置’として定義する。このような構造は、セルを適宜に配置したとき、９個のサブキャリア領域に関して、プリアンブルにおける各サブキャリア間の干渉を低減する。
以下、図７乃至図９を参照して、本発明の第２の実施形態によるＡＡＳプリアンブルシーケンス及びこれを生成するための装置及び方法について説明する。
本発明の第２の実施形態によれば、ＡＡＳプリアンブルシーケンスは、相異なる空間チャンネルごとに、すなわち、相異なるビームごとに異なるシーケンスとして定義されている。また、ＡＡＳプリアンブルシーケンスは、ダウンリンクプリアンブルシーケンスに対して直交性を有する、すなわち、優れた相関関係特性を有するシーケンス(例えば、離散フーリエ変換シーケンス)をスクランブルすることによって生成される。
図７は、本発明の第２の実施形態によるＡＡＳプリアンブルシーケンスの構造を概略的に示した図である。
上述したように、本発明の第２の実施形態によるＡＡＳプリアンブルシーケンスは、９個のサブキャリア、すなわち、９個のＡＡＳプリアンブルサブキャリアにマッピングされるように生成される。また、９個のＡＡＳプリアンブルサブキャリアは、同じサブキャリアで伝送される既存のダウンリンクプリアンブル信号に、９-ポイント(point)の離散フーリエ変換(ＤＦＴ)演算を通じて生成された長さ‘９’の直交シーケンスを乗算して得られる信号を伝送する。さらに、直交シーケンスを乗算した信号は、セル識別子(Cell ID)とセクター識別子(sector ID)に対応して選択されたダウンリンクプリアンブルシーケンスとを乗算して得られるシーケンスに、一対一にマッピングされる。ここで、９-ポイントのＤＦＴ基盤の直交シーケンスは、次の式２に示した(９×９)ＤＦＴ行列における一つの行をランダムに選択して得られるシーケンスである。
Figure 0004510077
ここで、ｋ番目の行、すなわち、ｋ番目のインデックスに該当する９-ポイントのＤＦＴ基盤の直交シーケンス‘Ｓｋ’は、次の式３のように表示することができる。
Figure 0004510077
ここで、９-ポイントのＤＦＴ基盤の直交シーケンス‘Ｓｋ’のシーケンスインデックスは、空間チャンネルインデックスから決定されるが、これは、全体で９個の空間チャンネルが存在することができることを示す。
図７は、空間チャンネル＃１に対して、９-ポイントのＤＦＴ基盤の直交シーケンス＃１‘Ｓ１’が乗算された場合の例を示す。このとき、‘ＰＲ(ｎ)’は、既存のダウンリンクプリアンブルシーケンスのｎ番目のサブキャリア信号を示す。
ＡＡＳプリアンブルは、時間領域において次のように示すことができる。すなわち、周波数領域における既存のダウンリンクプリアンブルシーケンス‘ＰＲ(ｎ)’にＩＦＦＴを適用した時間領域の信号‘ｐｒ(ｍ)’を、式４のように定義することが可能である。このとき、‘ｐｒ(ｍ)’は、既存のダウンリンクプリアンブルシーケンスのｍ番目のサブキャリア信号を示す。
Figure 0004510077
一方、ｋ番目のＡＡＳプリアンブルシーケンス
Figure 0004510077
の時間領域信号
Figure 0004510077
は、次の式５のように表現する。
Figure 0004510077
Figure 0004510077
とは、それぞれ周波数領域及び時間領域に表示された同じ信号である。
本発明の第２の実施形態に応じて提案されたＡＡＳプリアンブルは、既存のダウンリンクプリアンブルシーケンスを、時間軸において‘ＮFFT/９’の整数倍だけシフトして得られるシーケンスと等しい。したがって、既存のダウンリンクプリアンブルシーケンスに、周波数領域におけるＤＦＴ基盤のシーケンスを乗算する代わりに、既存のダウンリンクプリアンブルシーケンスを、時間軸において‘ＮFFT/９’の整数倍だけシフトして得ることができる。
図８は、本発明の第２の実施形態による機能を遂行するためのＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ通信システムの送信機の内部構造を示した図である。
ここで、送信機は、データシンボル生成部８３０、ＡＡＳプリアンブルシーケンス生成部８４０、多重化器(ＭＵＸ)８５０、サブキャリアマッピング器８５１、ＩＦＦＴ器８５２、並列/直列変換器８５３、保護間隔挿入器８５４、デジタル/アナログ変換器８５５及びＲＦ処理器８５６を含む。
データシンボル生成部８３０は、データビット生成器８３１、符号器８３２、インターリーバ８３３及び変調器８３４を含む。ＡＡＳプリアンブルシーケンス生成部８４０は、パイロットシーケンス生成器８４１、ＤＦＴ符号生成器８４２及び乗算器８４３を含む。
まず、データビット生成器８３１は、伝送しようとする情報ビットが発生すると、その情報ビットを符号器８３２に出力する。符号器８３２は、データビット生成器８３１から出力された情報ビットを受信して所定の符号化方式で符号化した後に、その符号化情報をインターリーバ８３３に出力する。ここで、符号化方式は、所定の符号化率を有するターボ符号化方式、あるいは畳み込み符号化方式などを含む。インターリーバ８３３は、符号器８３２から出力された信号を受信してインターリービングした後に、そのインターリービングされた信号を変調器８３４に出力する。変調器８３４は、インターリーバ８３３から出力された信号を受信して所定の変調方式で変調して変調シンボルを生成した後に、その変調シンボルを多重化器８５０に出力する。
一方、パイロットシーケンス生成器８４１は、所定のセル識別子及びセクター識別子に該当するパイロットシーケンスを生成した後に、そのパイロットシーケンスを乗算器８４３に出力する。ここで、パイロットシーケンス生成器８４１は、上述したように同じ方式でパイロットシーケンスを生成するため、その詳細な説明は省略する。ＤＦＴ符号生成器８４２は、所定のビームインデックスに対応するＤＦＴ符号を生成した後に、そのＤＦＴ符号を乗算器８４３に出力する。乗算器８４３は、パイロットシーケンス生成器８４１から生成されたパイロットシーケンスと、ＤＦＴ符号生成器８４２から出力されたＤＦＴ符号とを乗算した後に、その結果信号を多重化器８５０に出力する。
多重化器８５０は、該当時点のスケジューリングに応じて、変調器８３４から出力される信号及び乗算器８４３から出力される信号を多重化して、その結果信号をサブキャリアマッピング器８５１に出力する。サブキャリアマッピング器８５１は、多重化器８５０から出力された信号を受信して該当サブキャリアにマッピングした後に、その結果信号をＩＦＦＴ器８５２に出力する。ＩＦＦＴ器８５２は、サブキャリアマッピング器８５１から出力された信号を受信してＩＦＦＴを遂行した後に、その結果信号を並列/直列変換器８５３に出力する。並列/直列変換器８５３は、ＩＦＦＴ器８５２から出力された信号を直列変換した後に、その直列信号を保護間隔挿入器８５４に出力する。
保護間隔挿入器８５４は、並列/直列変換器８５３から出力された直列信号に保護間隔信号を挿入した後に、その結果信号をデジタル/アナログ変換器８５５に出力する。ここで、保護間隔は、ＯＦＤＭＡ通信システムにおいてＯＦＤＭシンボルを送信するとき、以前のＯＦＤＭシンボル時間に送信したＯＦＤＭシンボルと、現在のＯＦＤＭシンボル時間に送信する現在のＯＦＤＭシンボルとの間の干渉を取り除くために挿入される。また、保護間隔は、cyclic prefix 方式及び cyclic postfix 方式のうち、一つの方式で挿入される。cyclic prefix 方式によれば、時間領域のＯＦＤＭシンボルの最後の所定個数のサンプルをコピーして、有効ＯＦＤＭシンボルに挿入する。cyclic postfix 方式によれば、時間領域のＯＦＤＭシンボルの最初の所定個数のサンプルをコピーして、有効ＯＦＤＭシンボルに挿入する。
デジタル/アナログ変換器８５５は、保護間隔挿入器８５４から出力された信号を受信してアナログ変換した後に、そのアナログ信号をＲＦ処理器８５６に出力する。ここで、ＲＦ処理器８５６は、フィルターと前処理器などを含み、デジタル/アナログ変換器８５５から出力された信号を空中に伝送可能とするようにＲＦ処理した後に、そのＲＦ処理信号を送信(Ｔｘ)アンフナを通じて空中に出力する。
要するに、データビットは、データシンボル生成部８３０を通じて生成され、ＡＡＳプリアンブルシーケンスは、ＡＡＳプリアンブルシーケンス生成部８４０を通じて生成される。このとき、ＡＡＳプリアンブルシーケンスは、既存のプリアンブルシーケンス生成方式と同じ方式で生成されたシーケンスに、ビームインデックスによって選択された９-ポイント(point)のＤＦＴ基盤の直交符号を乗算して生成される。多重化器８５０を通過したデータビット及びＡＡＳプリアンブルは、サブキャリア割り当て規則に応じて、サブキャリアマッピング器８５１でマッピングされた後に、ＯＦＤＭ変調されて伝送される。
図９は、本発明の第２の実施形態による図８のＡＡＳプリアンブルシーケンス生成部のＡＡＳプリアンブルシーケンスを生成する動作過程を示したフローチャートである。
まず、ＡＡＳプリアンブルシーケンス生成部８４０は、ステップ９０１において、与えられた空間チャンネルによるビームインデックスに応じて、同じインデックスの９-ポイントＤＦＴ基盤の直交符号を生成した後に、ステップ９０３に進行する。ステップ９０３において、既存のダウンリンクプリアンブル（すなわち、データビット）と、上記の生成された９-ポイントＤＦＴ基盤の直交符号とを乗算して、ＡＡＳプリアンブルシーケンスを生成する。その後、多重化器８５０を通過したデータビット及びＡＡＳプリアンブルシーケンスは、サブキャリア割り当て規則に応じて、サブキャリアマッピング器でマッピングされた後に、ＯＦＤＭ変調されて伝送される。上述したように、本発明の第２の実施形態によれば、８個のサブキャリアが信号を伝送する本発明の第１の実施形態とは異なり、ＡＡＳプリアンブル内のすべてのサブキャリアが信号を伝送する。
以上、本発明の詳細を具体的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及び該記載と同等なものにより定められるべきである。
一般的な空間分割多重接続（ＳＤＭＡ）方式を使用するＩＥＥＥ ８０２．１６通信システムの構造を概略的に示した図である。 一般的なＩＥＥＥ ８０２．１６通信システムのフレーム構造を概略的に示した図である。 一般的なＩＥＥＥ ８０２．１６通信システムのビン構造を概略的に示した図である。 本発明の第１の実施形態によるＡＡＳプリアンブルシーケンスの構造を概略的に示した図である。 本発明の第１の実施形態の機能を遂行するためのＩＥＥＥ ８０２．１６通信システムの送信機の内部構造を示した図である。 本発明の第１の実施形態によるＡＡＳプリアンブルシーケンスを生成する動作過程を示したフローチャートである。 本発明の第２の実施形態によるＡＡＳプリアンブルシーケンスの構造を概略的に示した図である。 本発明の第２の実施形態の機能を遂行するためのＩＥＥＥ ８０２．１６通信システムの送信機の内部構造を示した図である。 本発明の第２の実施形態によるＡＡＳプリアンブルシーケンスを生成する動作過程を示したフローチャートである。
符号の説明
１０１ 基地局
１０２ 第１のビーム
１０３ 第２のビーム
２０１ ダウンリンクフレーム
２０２ アップリンクフレーム
５００ データシンボル生成部
５０１ データビット生成器
５０２ 符号器
５０３ インターリーバ
５０４ 変調器
５１０ ＡＡＳプリアンブルシーケンス生成部
５１１ パイロットシーケンス生成器
５１２ Walsh 符号生成器
５１３ Reserved サブキャリア位置選択器
５１４ 乗算器
５２０ 多重化器(ＭＵＸ)
５２１ サブキャリアマッピング器
５２２ 逆高速フーリエ変換(ＩＦＦＴ)器
５２３ 並列/直列変換器
５２４ 保護間隔挿入器
５２５ デジタル/アナログ変換器
５２６ 無線周波数(ＲＦ)処理器
８３０ データシンボル生成部
８３１ データビット生成器
８３２ 符号器
８３３ インターリーバ
８３４ 変調器
８４０ ＡＡＳプリアンブルシーケンス生成部
８４１ パイロットシーケンス生成器
８４２ ＤＦＴ符号生成器
８４３ 乗算器
８５０ 多重化器(ＭＵＸ)
８５１ サブキャリアマッピング器
８５２ ＩＦＦＴ器
８５３ 並列/直列変換器
８５４ 保護間隔挿入器
８５５ デジタル/アナログ変換器
８５６ ＲＦ処理器

Claims (6)

  1. 空間チャンネルを成す少なくとも一つのビームを使用する空間分割多重接続（ＳＤＭＡ）を支援する直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）通信システムにおいて、プリアンブルシーケンスを形成する方法であって、
    予め設定されたシーケンスを時間領域においてＮ ＦＦＴ ／９のｋ倍だけ循環シフトして適応的アンテナシステム（ＡＡＳ）のためのプリアンブルを生成し、ｋは前記ＡＡＳのためのビームインデックスであって、Ｎ ＦＦＴ はＦＦＴサイズである、ステップと、
    前記プリアンブルを伝送するステップとを含み、
    前記プリアンブルは、一つのビンを構成する一つのＯＦＤＭＡシンボル内の９個の連続したサブキャリアを占有し、循環シフトされたシーケンスは、周波数領域における異なるプリアンブル間の直交性を保障するために各々の空間チャンネルに使用され、異なるビームのための異なるプリアンブルに適用される各々のシーケンスは、セル識別子（ＩＤ）に対応して選択される、ことを特徴とする方法。
  2. 時間領域における前記プリアンブルシーケンスは、次式のように得られ、
    Figure 0004510077
     ここで、
    Figure 0004510077
     は、ｋ番目の時間領域における前記プリアンブルシーケンスの信号であって、
    Figure 0004510077
     は、前記プリアンブルシーケンスのｎ番目のサブキャリア信号である
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記通信システムは、複数の移動加入者端末機に割り当てられる複数のサブチャンネルを使用し、各々の前記サブチャンネルは複数のビンを含み、各々の前記ビンは周波数領域におけるｎ個の連続したサブキャリアを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 空間チャンネルを成す少なくとも一つのビームを使用する空間分割多重接続（ＳＤＭＡ）を支援する直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）通信システムにおいて、プリアンブルシーケンスを形成する装置であって、
    予め設定されたシーケンスを時間領域においてＮ ＦＦＴ ／９のｋ倍だけ循環シフトして適応的アンテナシステム（ＡＡＳ）のためのプリアンブルシーケンスを生成し、ｋは前記ＡＡＳのためのビームインデックスであって、Ｎ ＦＦＴ はＦＦＴサイズである、プリアンブルシーケンス生成部と、
    前記プリアンブルシーケンスを伝送する伝送部とを含み、
    前記プリアンブルは、一つのビンを構成する一つのＯＦＤＭＡシンボル内の９個の連続したサブキャリアを占有し、循環シフトされたシーケンスは、周波数領域における異なるプリアンブル間の直交性を保障するために各々の空間チャンネルに使用され、異なるビームのための異なるプリアンブルに適用される各々のシーケンスは、セル識別子（ＩＤ）に対応して選択される、ことを特徴とする装置。
  5. 時間領域における前記プリアンブルシーケンスは、次式のように得られ、
    Figure 0004510077
     ここで、
    Figure 0004510077
     は、ｋ番目の時間領域における前記ダウンリンクプリアンブルシーケンスの信号であって、
    Figure 0004510077
     は、前記ダウンリンクプリアンブルシーケンスのｎ番目のサブキャリア信号である
    ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
  6. 前記通信システムは、複数の移動加入者端末機に割り当てられる複数のサブチャンネルを使用し、各々の前記サブチャンネルは複数のビンを含み、各々の前記ビンは周波数領域におけるｎ個の連続したサブキャリアを含む、請求項４に記載の装置。
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