JP4593767B2 - スペクトル拡散多重アクセスに基づく直交周波数分割多重方式を使用する通信システム - Google Patents
スペクトル拡散多重アクセスに基づく直交周波数分割多重方式を使用する通信システム Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信システムに関し、特にスペクトル拡散多重アクセスに基づく直交周波数分割多重方式を使用する無線および他の通信システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
<関連出願>
米国特許出願第09/267,471号は、1999年3月11日に出願された。
適正なサービスを受けることができるユーザの数を最大限度まで増やし、また、データ・サービスを行う場合には、データ伝送速度を最大限度まで増大するためには、無線通信システムをできるだけ効率的にすることが重要である。無線通信システムは、通常、媒体システムにより共有される、すなわち、無線システムのすべてのユーザにより共有される固定の利用可能な帯域幅がある。このような無線通信システムは、多くの場合、カバーされている地域が、個々のセルに分割されていて、各セルが基地局からのサービスを受ける、いわゆる、「セルラー」通信システムとして実行される。
【0003】
セルラー無線通信システムにとって必要な機能は、セル間の干渉をできるだけ少なくすることであり、隣接するセル内のすべてのユーザに対するセル間の干渉を平均化することであることは当業者にとっては周知のことである。
1996年8月20日付の、ブラジャル他の米国特許第5,548,582号が、このようなある周知のシステムを開示している。ブラジャル他の装置は、無線通信システムで使用されるスペクトル拡散多重アクセスに基づく、通常の広帯域直交周波数分割多重化(OFDM)である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、バラジャル他の装置は、セルラー通信システムで使用するには最適なものではなく、周波数ホッピング・パターン、トーン割当てまたは帯域幅再利用を最適化する方法を記載してもいないし、開示してもいないし、示唆してもいない。
【0005】
さらに最近になって、ブラジャル他が開示している装置に類似の装置の問題および制限を克服するために、種々の試みが行われてきた。1999年3月11日付であり、本米国特許出願の譲受人に譲渡された、ラロイア他の米国特許出願第09/267,471号は、上記の試みの一つを開示している。ラロイア他の出願が開示している無線セルラー通信システムは、多くの用途で満足できる動作をするが、特定の周波数ホッピング・シーケンスを使用しなければならないという制限がある。従って、干渉を最低限度まで低減することができないし、データ通信用途の場合に、サービスの質を最適化することができない。
【0006】
【課題を解決するための手段】
シーケンスを発生して、そのシーケンスをタイムスロット・ベースで割り当てるために、シーケンス・ゼネレータ(生成装置)とシーケンス割当装置との一意の組合せを有利に使用することにより、従来の周知の周波数ホッピング装置の種々の問題および制限を克服することができる。送信機の場合には、シーケンス・ゼネレータおよびシーケンス割当装置は、ユーザのトーン割当装置と組み合せて、トーン・シーケンスを発生し、タイムスロット・ベースで、それをユーザに割り当てるために使用される。受信機の場合には、シーケンス・ゼネレータおよびシーケンス割当装置は、ユーザ・トーン識別装置と組み合せてシーケンスを発生し、シーケンス割当装置が割り当てたシーケンスに従って、タイムスロット・ベースで、ユーザへの入力トーン・シーケンスを識別するために使用される。
【0007】
より詳細に説明すると、一つのタイムスロット内でのシーケンス割当は、特定のユーザに対して、指定の複数のシーケンスが割り当てらるという方法で行われる。タスクをこのように分割すると、必要な特性の干渉および周波数ダイバーシティを持つシーケンスを発生するシーケンス・ゼネレータを容易に使用することができ、一人またはそれ以上のユーザ間でのこれらのシーケンスを正しく割り当てるタスクをシーケンス割当装置に任せておくことができる。シーケンス割当装置は、一人またはそれ以上のユーザに対する干渉特性および周波数ダイバーシティ特性が保存されるように機能し、この機能は、それらが前に割り当てられたシーケンスに、最大限度重畳するような方法でシーケンスを割り当てることによりさらに容易に実行することができる。
【0008】
本発明のある実施形態の場合には、ラテン方格をベースとするシーケンスが第一の指定のプロセスにより発生する。
【0009】
本発明の第二の実施形態の場合には、ラテン立方体をベースとするシーケンスが第二の指定のプロセスにより発生する。
【0010】
本発明の第三の実施形態の場合には、指定の大きさのラテン超立方体をベースとするシーケンスが第三の指定のプロセスにより発生する。
【0011】
本発明のさらに他の実施形態の場合には、周波数帯域ホッピングを実行するために、本発明の原理が使用される。
【0012】
【発明の実施の形態】
要するに、直交周波数分割多重化(OFDM)システムは、複数のユーザから同時に、データを送信するために、指定の周波数帯域幅内で直交トーンを使用する。より詳細に説明すると、記号送信用に使用することができる任意の特定の記号周期Tに対して、また指定の帯域幅Wに対して使用することができる直交トーンの数NはWTである。直交トーン間の間隔はρ=1/Tである。
【0013】
図1は、指定の帯域幅で、指定の複数のトーンが発生する周波数領域である。この例の場合には、帯域幅Wは、N個のトーンすべてを発生するために使用される。すなわち、i=1,...Nである。トーン間の間隔は、ρ=1/Tである。この場合、TはOFDM記号の持続時間である。本発明のこの実施形態で使用されるトーンは、狭帯域システム用に発生したものとは異なる方法で発生することに留意されたい。より詳細に説明すると、狭帯域システムの場合には、各トーンからのエネルギーは、トーン周波数の近くに中心を持つ狭帯域内に厳重に収容される。一方、広帯域システムであるOFDMシステムの場合には、特定のトーンのところのエネルギーは、全帯域幅W内に漏洩することができる。しかし、トーンは相互に干渉しないようになっている。
【0014】
図2は、記号周期T内のトーンfiの時間領域である。ここでも、各記号周期T内においては、各トーンにより、データをほぼ同時に送信することができることに留意されたい。
【0015】
図3は、本発明のある実施形態を含むOFDM送信300の詳細を示す簡単なブロック図である。より詳細に説明すると、この図は、シーケンス・ゼネレータ301、シーケンス割当装置302、ユーザ・トーン割当装置303、およびユーザ・ビット−波形マッパー304を示す。ユーザ・ビットbiは、入力ターミナル305を通して、ユーザ・ビット−波形マッパー304に供給され、そこで、ユーザ・ビットは、トーン{f1,...fi,...fm}により、Σciej2 π fitで表わされる波形にマッピングされ、この波形はアンテナ306に送られ、送信される。
【0016】
【外16】
【0017】
【外17】
ここで、p、aおよびsiは整数であり、pは素数または素数の冪であり、kはドエルタイム間隔指数であり、ラテン方格シーケンスの周期はpである。
【0018】
【外18】
【0019】
【外19】
発生したシーケンスsiは、入力として、ユーザ・トーン割当装置303に供給される。
【0020】
シーケンス割当装置302は、タイムスロットの持続時間の間、すなわち、TSLOTの間、ユーザにシーケンスを割り当てる。各タイムスロットTSLOTは、d個のドエルタイム間隔を含み、各ドエルタイム間隔の持続時間はTdであり、各ドエル間隔は、それぞれの持続時間がTであるy個の記号を含む。それ故、Td=y・Tであり、TSLOT=d・Tdである。また、TSLOTが、ドエルタイム間隔kからk+d−1を含むことに留意されたい。ここで、kはドエルタイム間隔指数である。各ドエルタイム間隔は、一つまたはそれ以上の指定のトーンを含むことができる。さらに、異なるユーザのトーンは、一つのセル内で衝突しないことに留意されたい。図5はその様子をハッキリと示す。この図は、トーン・シーケンスの割当てを示すグラフである。図6は、一つのタイムスロットに対するシーケンス割当てを示すグラフである。図5の場合には、第一のユーザに割り当てられたトーンは、実線で示してあり、m1で表示されていて、一方、第二のユーザに割り当てられたトーンは、点線で示してあり、m2で表示されていることに留意されたい。
【外20】
ここで、i=1,...m1である。
【0021】
図7は、複数のタイムスロットに対するシーケンス割当てのグラフである。j番目のタイムスロット内のシーケンス割当ては、Φj={sj,1,sj,2,...sj,mj}である。この場合、mjシーケンスは、図7に示すように割り当てられる。
【外21】
より詳細に説明すると、図7は、タイムスロット1に対するSm1=s1,1,...s1,m1シーケンス、タイムスロットjに対するSmj=sj,1,...sj,mjシーケンスを示す。現在のシーケンス割当ては、前のシーケンス割当てとの重畳が最も大きくなるようになっている。このような配置により、一人またはそれ以上のユーザに対する干渉および周波数ダイバーシティを容易に良好なものにすることができる。最大の重畳状態を容易に実現するために、シーケンスの同じ組の割当てを受けたい複数のユーザがいる場合には、タイ・ブレーカとして機能するように、基地局からのユーザの距離のような他の基準を内蔵させなければならない。現在の基地局からさらに離れたユーザは、現在の基地局に近いユーザよりも、隣接する基地局内の信号に対してより大きな干渉を起こす可能性が高いという観点から、割当ての際に優先権が認められる。
【0022】
シーケンス割当装置302からのシーケンス割当て出力は、他の入力としてユーザのトーン割当装置303に送られる。
【0023】
【外22】
【0024】
図8は、本発明のある実施形態を有利に使用することができる多重セル環境での周波数ホッピングである。各セルには、異なる定数が「a」が、割り当てられることに留意されたい。この場合、定数aは、シーケンスの一つのグループを定義し、上記のように、ラテン方格シーケンス、ラテン立方体シーケンス、およびラテン超立方体シーケンスの特定のグループの発生の際に使用される。
【0025】
図4は、本発明のある実施形態を含む受信機400の詳細を示す簡単なブロック図である。その構造および機能が、図3に示し、すでに説明した素子と同じものである、受信機400の素子については、ここでは詳細に説明しない。従って、ユーザ・トーン識別装置401は、特定のユーザに対するトーンのシーケンス、すなわち、トーン{f1,...fi,...fm}を発生するために、上記のように、シーケンス・ゼネレータ301、およびシーケンス割当装置302から供給された出力に応答する。
【外23】
その後で、ユーザ・ビットbiは、必要に応じて、使用される出力として供給される。ciは、例えば、遠隔送信機での、エラー修正コード化またはユーザ・ビットbiのビット変調から発生する場合があることに留意されたい。それ故、ciは、エラー修正デコーダで解読するか、ビット復調装置により復調しなければならない。この場合も、上記デコーダおよび復調装置は、当業者にとって周知のものであり、波形−ユーザ・ビット・マッパー402の一部であると見なされる。
【0026】
送信機300および受信機400は、移動ユニット、または基地局の周波数ホッピングOFDM多重アクセス無線システムで使用するためのトランシーバを形成することに留意されたい。
【0027】
図9は、帯域ホッピング用途で、本発明のある実施形態を有利に使用することができる送信機900の詳細を示す簡単なブロック図である。ここでもまた、その構造および機能が、図3に示す送信機300のものと同じものである送信機900の素子については、類似の番号がつけてあり、詳細に説明しない。送信機300と送信機900との間の唯一の違いは、この例の場合には、図11に示すように、周波数帯域B0、B1およびB2、すなわち、B{0,1,2}およびシーケンス発生プロセスを通して、シーケンス・ゼネレータ901を駆動するために、帯域ホッパー902を使用していることである。図11は、また、各帯域幅が、p個のトーンを含むこと、およびあるセルに対する帯域幅がWcであることも示す。この例の場合には、シーケンス・ゼネレータ901は、いくつかのプロセスの中の一つに従ってトーン・シーケンスを発生する。
【0028】
【外24】
【0029】
【外25】
この場合、p、aおよびsiは整数であり、pは素数または素数の冪であり、Bは周波数帯域幅であり、kはドエルタイム間隔指数であり、ラテン方格シーケンスの周期はpである。
【0030】
【外26】
【0031】
【外27】
【0032】
図10は、帯域ホッピング用途で、本発明のある実施形態を有利に使用することができる受信機1000の詳細を示す簡単なブロック図である。ここでもまた、その構造および機能が、図4に示す受信機400のものと本質的に同じものである送信機1000の素子については、類似の番号がつけてあり、詳細に説明しない。受信機400と受信機1000との間の唯一の違いは、この例の場合には、図11に示すように、周波数帯域幅B0、B1およびB2、すなわち、B{0,1,2}およびシーケンス発生プロセスを通して、シーケンス・ゼネレータ901を駆動するために帯域ホッパー902を使用していることである。帯域ホッパー902およびシーケンス・ゼネレータ901の構造および機能は、図9に示し、すでに説明した構造および機能と同じものである。
【0033】
図12は、ホッピング・セルラー・システムの一例である。簡単な例として、セルa1の周波数帯域幅が、周波数帯域幅B0、B1およびB2から、それぞれ、B1、B2およびB0になるような帯域幅ホッピング・セルラー・システムの次の例について考えてみよう。例えば、セルa3、a7においては、周波数帯域幅は、周波数帯域幅B0、B1およびB2が、それぞれ、B1、B2およびB0になるように回転する。従って、セルの近辺においては、周波数帯域幅の衝突は起こらない。
【0034】
ここでもまた、送信機900および受信機1000は、移動ユニット、または基地局の帯域ホッピングOFDM多重アクセス無線システムで使用するためのトランシーバを形成することに留意されたい。
【0035】
もちろん、上記実施形態は、本発明の原理を単に説明するためのものに過ぎない。事実、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、多数の他の方法および装置を案出することができよう。
【図面の簡単な説明】
【図1】指定の複数のトーンが指定の帯域幅で発生する周波数領域を示す図である。
【図2】トーンfiの時間領域を示す図である。
【図3】本発明のある実施形態を含む送信機の詳細を示す簡単なブロック図である。
【図4】本発明のある実施形態を含む受信機の詳細を示す簡単なブロック図である。
【図5】トーン・シーケンスの割当てを示すグラフの図である。
【図6】タイムスロットに対するシーケンス割当てを示すグラフの図である。
【図7】複数のタイムスロットに対するシーケンス割当てのグラフの図である。
【図8】本発明を有利に使用することができる多重セルを示す図である。
【図9】帯域ホッピング用途において、本発明のある実施形態を有利に使用する送信機の詳細を示す簡単なブロック図である。
【図10】帯域ホッピング用途において、本発明のある実施形態を有利に使用する受信機の詳細を示す簡単なブロック図である。
【図11】それぞれが、複数のトーンを含む複数の周波数帯域を示す図である。
【図12】帯域ホッピング・セルラー・システムの一例を示す図である。
Claims (49)
- 直交周波数分割多重化(OFDM)ベースのスペクトル拡散多重アクセス無線システム中で使用する装置において、
シーケンスを生成するシーケンス生成器と、
タイムスロットベースで、前記シーケンスが変わるように、前記タイムスロットベースで、前記シーケンスを割り当てるシーケンス割当器と、
前記生成したシーケンスおよび前記シーケンスの割り当てに基づいて、前記タイムスロットベースで、少なくとも1つのトーンシーケンスをユーザに割り当てるトーン割当器とを具備し、
前記シーケンスはタイムスロットの持続時間に対して割り当てられ、
各タイムスロットは予め定められた数のドエルタイム間隔を含み、各ドエルタイム間隔は複数の記号期間を含む予め定められた持続期間を有し、各ドエルタイム間隔では1組の1以上のトーンが持続している装置。 - 請求項1記載の装置において、前記装置がOFDM送信機で使用するためのものである装置。
- 請求項1記載の装置において、前記シーケンス生成器が複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン方格に基づくシーケンスである装置。
- 請求項1記載の装置において、前記シーケンス生成器が複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン立方体に基づくシーケンスである装置。
- 請求項1記載の装置において、前記シーケンス生成器が複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン超立方体に基づくシーケンスである装置。
- 直交周波数分割多重化(OFDM)ベースのスペクトル拡散多重アクセス無線システム中で使用する装置において、
シーケンスを生成するシーケンス生成器と、
タイムスロットベースで、前記シーケンスが変わるように、前記タイムスロットベースで、前記シーケンスを割り当てるシーケンス割当器と、
前記生成したシーケンスおよび前記シーケンスの割り当てに基づいて、前記タイムスロットベースで、ユーザに対する少なくとも1つの入力トーンシーケンスを識別するトーン識別器とを具備し、
前記シーケンスはタイムスロットの持続時間に対して割り当てられ、
各タイムスロットは予め定められた数のドエルタイム間隔を含み、各ドエルタイム間隔は複数の記号期間を含む予め定められた持続期間を有し、各ドエルタイム間隔では1組の1以上のトーンが持続している装置。 - 請求項9記載の装置において、前記装置がOFDM受信機で使用するためのものである装置。
- 請求項9記載の装置において、前記シーケンス生成器が複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン方格に基づくシーケンスである装置。
- 請求項9記載の装置において、前記シーケンス生成器が複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン立方体に基づくシーケンスである装置。
- 請求項9記載の装置において、前記シーケンス生成器が複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン超立方体に基づくシーケンスである装置。
- 直交周波数分割多重化(OFDM)ベースのスペクトル拡散多重アクセス無線システム中で使用する装置において、
シーケンスを生成するシーケンス生成器と、
タイムスロットベースで、前記シーケンスが変わるように、前記タイムスロットベースで、前記シーケンスを割り当てるシーケンス割当器と、
複数の周波数帯域を生成し、前記周波数帯域をシーケンスに出力として供給する帯域ホッパーユニットとを具備し、
前記シーケンスはタイムスロットの持続時間に対して割り当てられ、
各タイムスロットは予め定められた数のドエルタイム間隔を含み、各ドエルタイム間隔は複数の記号期間を含む予め定められた持続期間を有し、各ドエルタイム間隔では1組の1以上のトーンが持続しており、
前記シーケンス生成器が、前記複数の周波数帯域出力の前記シーケンスに応答して、供給された周波数帯域で、前記シーケンスを生成する装置。 - 請求項17記載の装置において、前記生成したシーケンスおよび前記シーケンスの割り当てに基づいて、前記タイムスロットベースで、少なくとも1つのトーンシーケンスをユーザに割り当てるトーン割当器をさらに具備する装置。
- 請求項18記載の装置において、前記装置がOFDM送信機で使用するためのものである装置。
- 請求項18記載の装置において、前記シーケンス生成器が複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン方格に基づくシーケンスである装置。
- 請求項18記載の装置において、前記シーケンス生成器が複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン立方体に基づくシーケンスである装置。
- 請求項18記載の装置において、前記シーケンス生成器が複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン超立方体に基づくシーケンスである装置。
- 請求項17記載の装置において、前記生成したシーケンスおよび前記シーケンスの割り当てに基づいて、前記タイムスロットベースで、ユーザに対する少なくとも1つの入力トーンシーケンスを識別するトーン識別器をさらに具備する装置。
- 請求項26記載の装置において、前記装置がOFDM受信機で使用するためのものである装置。
- 請求項26記載の装置において、前記シーケンス生成器が複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン方格に基づくシーケンスである装置。
- 請求項26記載の装置において、前記シーケンス生成器が複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン立方体に基づくシーケンスである装置。
- 請求項26記載の装置において、前記シーケンス生成器が複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン超立方体に基づくシーケンスである装置。
- 直交周波数分割多重化(OFDM)ベースのスペクトル拡散多重アクセス無線システム中で使用するトランシーバにおいて、
送信機と、
受信機とを具備し、
前記送信機が、
シーケンスを生成する第1のシーケンス生成器と、
タイムスロットベースで、前記第1のシーケンス生成器により生成された前記シーケンスが変わるように、前記タイムスロットベースで、前記シーケンスを割り当てる第1のシーケンス割当器と、
前記第1のシーケンス生成器により生成された前記シーケンスおよび前記第1のシーケンス割当器による前記シーケンスの割り当てに基づいて、前記タイムスロットベースで、少なくとも1つのトーンシーケンスをユーザに割り当てるトーン割当器とを備え、
前記受信機が、
シーケンスを生成する第2のシーケンス生成器と、
タイムスロットベースで、前記第2のシーケンス生成器により生成された前記シーケンスが変わるように、前記タイムスロットベースで、前記シーケンスを割り当てる第2のシーケンス割当器と、
前記第2のシーケンス生成器により生成された前記シーケンスおよび前記第2のシーケンス割当器による前記シーケンスの割り当てに基づいて、前記タイムスロットベースで、ユーザに対する少なくとも1つの入力トーンシーケンスを識別するトーン識別器とを備え、
前記シーケンスはタイムスロットの持続時間に対して割り当てられ、
各タイムスロットは予め定められた数のドエルタイム間隔を含み、各ドエルタイム間隔は複数の記号期間を含む予め定められた持続期間を有し、各ドエルタイム間隔では1組の1以上のトーンが持続しているトランシーバ。 - 請求項34記載のトランシーバにおいて、前記シーケンスが、1つのタイムスロットの持続時間中に、前記第1および第2のシーケンス割当器により割り当てられるトランシーバ。
- 請求項34記載のトランシーバにおいて、前記第1および第2のシーケンス生成器のそれぞれが複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン方格に基づくシーケンスであるトランシーバ。
- 請求項34記載のトランシーバにおいて、前記第1および第2のシーケンス生成器のそれぞれが複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン立方体に基づくシーケンスであるトランシーバ。
- 請求項34記載のトランシーバにおいて、前記第1および第2のシーケンス生成器のそれぞれが複数のシーケンスを生成し、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン超立方体に基づくシーケンスであるトランシーバ。
- 直交周波数分割多重化(OFDM)ベースのスペクトル拡散多重アクセス無線システムを使用する方法において、
シーケンスを生成することと、
タイムスロットベースで、前記シーケンスが変わるように、前記タイムスロットベースで、前記シーケンスを割り当てることと、
前記生成したシーケンスおよび前記シーケンスの割り当てに基づいて、前記タイムスロットベースで、少なくとも1つのトーンシーケンスをユーザに割り当てることとを含み、
前記シーケンスはタイムスロットの持続時間に対して割り当てられ、
各タイムスロットは予め定められた数のドエルタイム間隔を含み、各ドエルタイム間隔は複数の記号期間を含む予め定められた持続期間を有し、各ドエルタイム間隔では1組の1以上のトーンが持続している方法。 - 請求項42記載の方法において、前記少なくとも1つの割り当てられたトーンシーケンスのトーン上で送信するようにOFDM送信機を動作させることをさらに含む方法。
- 請求項42記載の方法において、前記シーケンスを生成することが、複数のシーケンスを生成させるようにシーケンス生成器を動作させることを含み、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン方格に基づくシーケンスである方法。
- 請求項42記載の方法において、前記シーケンスを生成することが、複数のシーケンスを生成させるようにシーケンス生成器を動作させることを含み、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン立方体に基づくシーケンスである方法。
- 請求項42記載の方法において、前記シーケンスを生成することが、複数のシーケンスを生成させるようにシーケンス生成器を動作させることを含み、前記複数のシーケンスのうちの少なくとも1つがラテン超立方体に基づくシーケンスである方法。
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