JP4689682B2 - 高速周波数ホッピング−直交周波数分割通信システムの信号送受信装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、高速周波数ホッピング（ＦＦＨ：Fast Frequency Hopping）方式及び直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；以下、‘ＯＦＤＭ’と称する）方式を使用する通信システム（以下、‘高速周波数ホッピング−ＯＦＤＭ通信システム’と称する）に関し、特に、高速周波数ホッピング−ＯＦＤＭ通信システムで使用する全体周波数帯域中の一部の周波数帯域のみを使用して信号を送受信する装置及び方法に関する。

次世代の通信システムである４世代（4^th Generation；以下、‘４Ｇ’と称する）移動通信システムでは、多様なサービス品質（Quality of Service；以下、‘ＱｏＳ’と称する）を有するサービスを高速でユーザに提供するための活発な研究が進んでいる。したがって、現在の４Ｇ移動通信システムでは比較的高い伝送速度を保障する無線近距離通信ネットワーク（Local Area Network；以下、‘ＬＡＮ’と称する）システム及び無線都市地域ネットワーク（Metropolitan Area Network；以下、‘ＭＡＮ’と称する）システムに移動性（mobility）とＱｏＳを保障し、高速サービスを支援するための新たな通信システム開発の研究が活発に進んでいる。

無線ＭＡＮシステムの物理チャネル（physical channel）に広帯域（broadband）伝送ネットワークを支援するためにＯＦＤＭ方式及び直交周波数分割多重接続（Orthogonal Frequency Division Multiple Access；以下、‘ＯＦＤＭＡ’と称する）方式が積極的に活用されている趨勢である。ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ方式は、多数のサブキャリヤ（sub-carrier）を使用して物理チャネル信号を送信することで、高速データ送信が可能で、信号が送信される周波数帯域を互い相異するサブキャリヤ帯域を使用するようにすることで、周波数ダイバーシティ（frequency diversity）利得を獲得することができる方式である。

単一サブキャリヤを使用するシステムと比較すると、ＯＦＤＭ通信システムは、多数のサブキャリヤを使用するために同一データ伝送速度面において、単一サブキャリヤを使用する場合に比べてシンボル（symbol）周期がサブキャリヤの数に比例して長くなり、保護区間（guard interval）を使用する場合、多重経路フェーディング（multipath fading）を有する無線チャネルでシンボル間干渉（Inter Symbol Interference；以下、‘ＩＳＩ’と称する）の影響を減少させることができる。保護区間は、一例として時間領域のＯＦＤＭシンボルの最後の一定のサンプル（sample）を複写して有効ＯＦＤＭシンボルに挿入する形態の‘cyclic prefix’方式で挿入される保護区間を使用したり、または時間領域のＯＦＤＭシンボルの最初の一定のサンプルを複写して有効ＯＦＤＭシンボルに挿入する形態の‘cyclic postfix’方式で挿入される保護区間を使用したりすることができる。

また、各サブキャリヤ帯域のチャネル応答（channel response）がサブキャリヤ帯域内ではフラット（flat）な形態で近似化し、各サブキャリヤ周波数の間の差（△ｆ）をサンプリング周期（Ｔ_ｓ）の逆数倍になるように（

）設定することによって、１つのＯＦＤＭシンボル周期の間、キャリヤ間干渉（Inter Carrier Interference；以下、‘ＩＣＩ’と称する）の影響を減少させることができる。サブキャリヤが直交して干渉の影響が存在しない場合、ＯＦＤＭ通信システムの受信機では比較的簡単な単一タップ（tap）等化器のみを使用してデータを復調することができる。また、ＯＦＤＭ通信システムは、逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform；以下、‘ＩＦＦＴ’と称する）方式及び高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform；以下、‘ＦＦＴ’と称する）方式を使用して多数のサブキャリヤを変復調するので、システムの複雑度を最小化することができる。ＩＦＦＴ方式を使用する逆高速フーリエ変換器（以下、‘ＩＦＦＴ器’と称する）の動作は、ＯＦＤＭ通信システムにおける周波数変調動作に該当するものであり、これは、下記の＜数式１＞に表した行列

で表現可能である。

＜数式１＞において、ＱはＯＦＤＭ通信システムで使用する全体サブキャリヤの個数を表し、ｎはサンプル（sample）インデックス（index）を表し、ｍはサブチャネル（sub-channel）インデックスを表す。結果的に、上記

は大きさがＱ×ＱのＩＦＦＴ行列を表す。ここで、サブチャネルとは、少なくとも１つ以上のサブキャリヤで構成されるチャネルを意味する。また、上記ＩＦＦＴ器に対応する、上記ＦＦＴ方式を使用する高速フーリエ変換器（以下、‘ＦＦＴ器’と称する）の動作は、上記の＜数式１＞に表したＩＦＦＴ行列

のハーミシアン（Hermitian）

で表現可能である。

一方、前述したように、ＯＦＤＭ通信システムの多数のサブキャリヤのうち、ディップフェーディング（deep fading）現象を経験するサブキャリヤが存在する場合、ディップフェーディング現象を経験するサブキャリヤを通じて送信されるデータは受信機で正常に復調される確率が低くなる。ディップフェーディング現象による性能の低下を克服するために提案された方式としては、周波数ホッピング方式及び順方向エラー訂正（ＦＥＣ：Forward Error Correction）方式などがある。

周波数ホッピング方式は、信号が送信される周波数帯域を予め設定された周波数ホッピングパターン（pattern）によって周波数帯域を変更する方式であって、隣接セル間干渉（Inter Cell Interference）の平均化利得を獲得できる方式である。即ち、上記の周波数ホッピング方式は、予め設定された時間毎に周期的にサブキャリヤを周波数ホッピングパターンによって送信周波数帯域を周期的に変更しながら信号を送信することで、周波数選択的チャネル特性によって任意の一人のユーザに持続的にディップフェーディング現象を経験するサブキャリヤを通じて信号を送信することを防止することができる。ここで、周波数ホッピングの周期は、ＯＦＤＭシンボル時間、またはＯＦＤＭシンボルの定数倍に該当する時間である。結果的に、周波数ホッピング方式を使用する場合、任意のユーザに任意のＯＦＤＭシンボル時間ではディップフェーディング現象を経験するサブキャリヤを通じて信号を送信するとしても、次のＯＦＤＭシンボル時間ではディップフェーディング現象を経験しないサブキャリヤを通じて信号を送信することで、連続してディップフェーディング現状の影響を受けないようにして、周波数ダイバーシティ利得及び干渉を平均化させることができる。

また、周波数ホッピング方式とＯＦＤＭ方式を結合したＦＨ−ＯＦＤＭ方式によると、ＦＨ−ＯＦＤＭ方式は、ユーザの各々に互いに異なるサブチャネルを割り当てて、ユーザの各々に割り当てられたサブチャネルを予め設定した周期で周波数ホッピングさせることによって、周波数ダイバーシティ利得及び隣接セル間の干渉平均化利得を獲得することができる方式である。

ところが、従来のＯＦＤＭ通信システムにおいて、周波数ホッピング方式による利得を充分に得るためには、多数のＯＦＤＭシンボル時間に亘る周波数ホッピング遂行が必要であり、ユーザの数も多くなければならないし、またチャネルによって適切な周波数ホッピングパターンを選択しなければならないという制限を有するという問題点がある。また、従来のＯＦＤＭ通信システムでは、周波数ホッピング方式を使用する場合、一人のユーザに連続してディップフェーディング現象を経験するサブキャリヤを通じて信号を送信してはいないが、毎ＯＦＤＭシンボル時間毎にディップフェーディング現象を経験するサブキャリヤを通じて送信される信号は相変わらず受信機で復調不能であるという問題点を有する。

したがって、受信機でディップフェーディングを経験して伝送された信号を復調できるようにするために、ＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムで可能な全ての周波数バンドのサブキャリヤを使用して信号を送／受信するための改善された方法と装置が必要である。

本発明の目的は、高速周波数ホッピング−ＯＦＤＭ通信システムにおける信号を送受信する装置及び方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、高速周波数ホッピング−ＯＦＤＭ通信システムで使用する全体周波数帯域の中の一部周波数帯域のみを使用して高速周波数ホッピングを遂行する装置及び方法を提供することにある。

前述した目的を達成するための本発明の装置は、使用可能な全ての周波数帯域を多数のサブキャリヤ帯域に分割し、１つ以上のサブキャリヤ帯域で構成される多数のサブチャネルを備える高速周波数ホッピング−直交周波数分割多重（ＦＦＨ−ＯＦＤＭ：Fast Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信システムの信号送信装置であって、入力データを前記使用可能な全てのサブキャリヤから選択されたサブキャリヤの数に割り当てて、高速周波数ホッピングパターンによって発生された高速周波数ホッピング信号で高速周波数ホッピングを遂行する高速周波数ホッピング器と、高速周波数ホッピング信号を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器と、選択された後、残りのサブキャリヤにナルデータを挿入する制御器と、入力データで構成された、選択されたサブキャリヤと前記ナルデータが入力された、前記残りのサブキャリヤに逆高速フーリエ変換を遂行する第１の逆高速フーリエ変換器と、第１の逆高速フーリエ変換信号を送信する送信機とを含むことを特徴とする。
また、前述した目的を達成するための本発明の装置は、通信システムの信号送信装置であって、入力データをＭ−ポイント高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器と、前記Ｍ−ポイント高速フーリエ変換されたデータとナルデータをＮ−ポイント逆高速フーリエ変換を遂行する逆高速フーリエ変換器と、を含み、前記Ｍ−ポイント高速フーリエ変換されたデータは、周波数ホッピングして前記逆高速フーリエ変換器の入力Ｎ−ポイントのうち、前記周波数ホッピングにより決定された入力ポイントに連続してマッピングされることを特徴とする。
また、前述した目的を達成するための本発明の方法は、通信システムにおける信号送信装置の信号送信方法であって、入力データをＭ−ポイント高速フーリエ変換する過程と、前記Ｍ−ポイント高速フーリエ変換されたデータとナルデータをＮ−ポイント逆高速フーリエ変換を遂行する過程と、を含み、前記Ｍ−ポイント高速フーリエ変換されたデータは、周波数ホッピングして前記Ｎ−ポイント逆高速フーリエ変換を遂行する逆高速フーリエ変換器の入力Ｎ−ポイントのうち、前記周波数ホッピングにより決定された入力ポイントに連続してマッピングされることを特徴とする。
また、前述した目的を達成するための本発明の装置は、通信システムの信号受信装置であって、入力データをＮ−ポイント高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器と、前記Ｎ−ポイント高速フーリエ変換されたデータでナルデータを除去し、Ｎ−ポイント逆高速フーリエ変換する逆高速フーリエ変換器と、を含み、前記逆高速フーリエ変換器に入力されるデータは周波数ホッピングし、前記周波数ホッピングにより決定された入力ポイントにマッピングされることを特徴とする。
また、前述した目的を達成するための本発明の装置は、通信システムにおける信号受信装置の信号受信方法であって、入力データをＮ−ポイント高速フーリエ変換する過程と、前記Ｎ−ポイント高速フーリエ変換された信号でナルデータを除去して、Ｍ−ポイント逆高速フーリエ変換する過程と、を含み、前記Ｍ−ポイント逆高速フーリエ変換されるデータは周波数ホッピングし、前記周波数ホッピングにより決定された入力ポイントにマッピングされることを特徴とする。

前述した目的を達成するための本発明の他の装置は、使用可能な全ての周波数帯域を多数のサブキャリヤ帯域に分割し、１つ以上のサブキャリヤ帯域の集合である多数のサブチャネルを備える高速周波数ホッピング−直交周波数分割多重（ＦＦＨ−ＯＦＤＭ：Fast Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信システムの信号送信装置であって、受信信号を高速フーリエ変換する第１の高速フーリエ変換器と、第１の高速フーリエ変換器にて高速フーリエ変換された信号で送信装置が前記多数のサブキャリヤの中から選択されたサブキャリヤを除外した残りのサブキャリヤを分離して、残りのサブキャリヤに対応するようにナルデータを挿入する制御器と、制御器の出力信号を周波数領域で等化する第１等化器と、第１等化器にて等化された信号を前記送信装置で適用した高速周波数ホッピング行列に対応するように逆高速フーリエ変換する逆高速フーリエ変換器と、逆高速フーリエ変換された信号を時間領域で等化する第２等化器と、時間領域で等化された信号を高速フーリエ変換する第２の高速フーリエ変換器とを含むことを特徴とする。

前述した目的を達成するための本発明の更に他の装置は、使用可能な全ての周波数帯域を多数のサブキャリヤ帯域に分割し、１つ以上のサブキャリヤ帯域の集合である多数のサブチャネルを備える高速周波数ホッピング−直交周波数分割多重（ＦＦＨ−ＯＦＤＭ：Fast Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信システムの信号送信装置であって、入力データを前記使用可能な全てのサブキャリヤのうち、前記入力データを送信する、選択されたサブキャリヤで残りのサブキャリヤにナルデータを挿入する第１制御器と、入力データを前記使用可能な全てのサブキャリヤから選択されたサブキャリヤの数に割り当てて、高速周波数ホッピングパターンによって発生された高速周波数ホッピング信号で高速周波数ホッピングを遂行する高速周波数ホッピング器と、高速周波数ホッピングされた信号を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器と、残りのサブキャリヤにナルデータを挿入する第２制御器と、入力データを備えた、選択されたサブキャリヤ信号と第１のＩＦＦＴ信号を生成するように前記ナルデータが挿入された前記残りのサブキャリヤ信号を入力して逆高速フーリエ変換する第１の逆高速フーリエ変換器と、第１の逆高速フーリエ変換信号を送信する送信機とを含むことを特徴とする装置。

前述した目的を達成するための本発明の更に他の装置は、使用可能な全ての周波数帯域を多数のサブキャリヤ帯域に分割し、１つ以上のサブキャリヤ帯域の集合である多数のサブチャネルを備える高速周波数ホッピング−直交周波数分割多重（ＦＦＨ−ＯＦＤＭ：Fast Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信システムの信号送信装置であって、受信信号を高速フーリエ変換する第１の高速フーリエ変換器と、第１の高速フーリエ変換器にて高速フーリエ変換された信号で送信装置が前記多数のサブキャリヤのうち、データを送信した、選択されたサブキャリヤを除外した残りのサブキャリヤを分離して、残りのサブキャリヤに対応するようにナルデータを挿入する第１制御器と、第１制御器の出力信号を周波数領域で等化する第１等化器と、周波数領域で等化された信号を前記送信装置に適用された高速周波数ホッピング行列に対応して逆高速フーリエ変換する逆高速フーリエ変換器と、逆高速フーリエ変換された信号を時間領域で等化する第２等化器と、時間領域で等化された信号を高速フーリエ変換する第２の高速フーリエ変換器と、第２の高速フーリエ変換器にて高速フーリエ変換した信号で前記残りのサブキャリヤを分離して、残りのサブキャリヤにナルデータを挿入する第２制御器とを含むことを特徴とする。

前述した目的を達成するための本発明の方法は、使用可能な全ての周波数帯域を多数のサブキャリヤ帯域に分割し、１つ以上のサブキャリヤ帯域の集合である多数のサブチャネルを備える高速周波数ホッピング−直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信システムの信号送信方法であって、入力データを前記使用可能な全てのサブキャリヤから選択されたサブキャリヤの数に割り当てて、高速周波数ホッピングパターンによって発生された高速周波数ホッピング信号で高速周波数ホッピングを遂行する過程と、高速周波数ホッピング信号を高速フーリエ変換する過程と、選択された後、残りのサブキャリヤにナルデータを挿入する過程と、入力データで構成された、選択されたサブキャリヤと前記ナルデータが入力された、残りのサブキャリヤを第１の逆高速フーリエ変換信号を生成するように逆高速フーリエ変換を遂行する過程と、第１の逆高速フーリエ変換信号を送信する過程とを含むことを特徴とする。

前述した目的を達成するための本発明の他の方法は、使用可能な全ての周波数帯域を多数のサブキャリヤ帯域に分割し、１つ以上のサブキャリヤ帯域の集合である多数のサブチャネルを備える高速周波数ホッピング−直交周波数分割多重（ＦＦＨ−ＯＦＤＭ：Fast Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信システムの信号送信方法であって、受信信号を高速フーリエ変換する第１過程と、第１過程で第１の高速フーリエ変換器にて高速フーリエ変換された信号で送信装置が多数のサブキャリヤのうち、データを送信した、選択されたサブキャリヤを除外した残りのサブキャリヤに対応される信号を分離し、前記残りのサブキャリヤにナルデータを挿入する第２過程と、第２過程で生成された信号を周波数領域で等化する第３過程と、高速周波数ホッピング行列によって周波数領域で等化された信号を逆高速フーリエ変換する第４過程と、逆高速フーリエ変換された信号を時間領域で等化する第５過程と、時間領域で等化された信号を高速フーリエ変換する第６過程とを含むことを特徴とする。

前述した目的を達成するための本発明の更に他の方法は、使用可能な全ての周波数帯域を多数のサブキャリヤ帯域に分割し、１つ以上のサブキャリヤ帯域の集合である多数のサブチャネルを備える高速周波数ホッピング−直交周波数分割多重（ＦＦＨ−ＯＦＤＭ：Fast Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信システムの信号送信方法であって、入力データを、前記使用可能な全てのサブキャリヤのうち、前記入力データを送信する、選択されたサブキャリヤを除外した残りのサブキャリヤにナルデータを挿入する第１過程と、入力データを前記使用可能な全てのサブキャリヤから選択されたサブキャリヤの数に割り当てて、高速周波数ホッピングパターンによって発生された高速周波数ホッピング信号で高速周波数ホッピングを遂行する第２過程と、高速周波数ホッピングされた信号を高速フーリエ変換する第３過程と、高速フーリエ変換された信号で前記残りのサブキャリヤにナルデータを挿入する第４過程と、高速フーリエ変換された選択されたサブキャリヤ信号と第４過程で前記ナルデータが挿入された残りのサブキャリヤ信号を入力して逆高速フーリエ変換する第５過程と、逆高速フーリエ変換された信号を送信する第６過程とを含むことを特徴とする。

前述した目的を達成するための本発明の更に他の方法は、使用可能な全ての周波数帯域を多数のサブキャリヤ帯域に分割し、１つ以上のサブキャリヤ帯域の集合である多数のサブチャネルを備える高速周波数ホッピング−直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信システムの送信方法であって、受信信号を高速フーリエ変換する第１過程と、第１過程において、高速フーリエ変換された信号で送信装置が前記多数のサブキャリヤのうち、データを送信した、選択されたサブキャリヤを除外した残りのサブキャリヤを分離して前記残りのサブキャリヤに対応するようにナルデータを挿入する第２過程と、第２過程で生成された信号を等化する第３過程と、周波数領域で等化された信号を高速周波数ホッピング行列に対応するように逆高速フーリエ変換する第４過程と、逆高速フーリエ変換された信号を時間領域で等化する第５過程と、時間領域で等化された信号を高速フーリエ変換する第６過程と、第６過程において、高速フーリエ変換した信号で残りのサブキャリヤに対応する信号を分離し、残りのサブキャリヤに対応するようにナルデータを挿入する第７過程とを含むことを特徴とする。

本発明は、ＯＦＤＭ通信システムにおいて、高速周波数ホッピングを可能にして１つのＯＦＤＭシンボル時間内でも周波数ダイバーシティ（diversity）利得を獲得できるようにしてシステム性能を向上させるという利点を有する。また、本発明は、ＯＦＤＭ通信システムにおいて、周波数帯域だけでなく一部周波数帯域にも高速周波数ホッピング方式を適用することを可能にしてＯＦＤＭ通信システムにＤＣＡ方式を適用したり、または保護帯域などの使用にも高速周波数ホッピング方式を適用できるようにしたりして、システム性能を向上させるという利点を有する。

以下、本発明の実施形態を理解できるように詳細な構成と要素が記述されるはずである。したがって、この分野の通常の知識を有する者は本発明で記述された思想及び範囲から外れない限度内で多様な変更及び変形が可能であることが分かる。また、以下の説明でよく知られた機能と構造については詳細な説明を省略する。

本発明は、高速周波数ホッピング（ＦＦＨ：Fast Frequency Hopping）方式及びＯＦＤＭ方式を使用する通信システム（以下、‘ＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システム’と称する）で使用する全体周波数帯域のうち、使用可能な一部周波数帯域のみを使用して高速周波数ホッピングを遂行して信号を送受信する装置及び方法を提案する。ここで、高速周波数ホッピング方式は、周波数ホッピングを遂行する周期をＯＦＤＭシンボル（symbol）周期でないＯＦＤＭサンプル（sample）周期、またはＯＦＤＭサンプルの定数倍に該当する周期に設定して高速で周波数ホッピングを遂行する方式であって、高速周波数ホッピング方式を使用する場合、１つのＯＦＤＭシンボルが周波数領域で多数個のサブキャリヤ（sub-carrier）に広がって送信される効果を有する方式である。

まず、図１を参照してＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムで使用可能な全ての周波数帯域を使用して高速周波数ホッピングを遂行する場合の送信機構造に関して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの送信機構造を示すブロック図である。

図１を参照すると、送信機は、直列／並列変換器（serial to parallel converter）１１１、高速周波数ホッピング器１２０、並列／直列変換器（parallel to serial converter）１３１、保護区間挿入器（guard interval inserter）１３３、デジタル／アナログ変換器（digital to analog converter）１３５、及び無線周波数（Radio Frequency；以下、‘ＲＦ’と称する）処理機（processor）１３７から構成される。また、高速周波数ホッピング器１２０は、ＩＦＦＴ器１２１と線形処理機１２３とから構成される。

まず、伝送しようとする入力データが発生すると、入力データは、直列／並列変換器１１１に入力される。ここで、データとは、実際のユーザデータ（user data）、またはパイロット（pilot）などのような基準データ（reference data）を表す。直列／並列変換器１１１は、入力データシンボルを並列変換した後、ＩＦＦＴ器１２１に出力する。ここで、直列／並列変換器１１１から出力する並列信号を

と称することにし、並列信号

は下記の＜数式２＞のように表現される。

＜数式２＞において、Ｔは転置（transpose）演算を表し、ＱはＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムで使用する使用可能な全てのサブキャリヤの個数を表す。

ＩＦＦＴ器１２１は、直列／並列変換器１１１から出力した信号

をＱ−ポイント（Q-point）ＩＦＦＴを遂行した後、線形処理機１２３に出力する。線形処理機１２３は、ＩＦＦＴ器１２１から出力した信号を入力して線形処理した後、並列／直列変換器１３１に出力する。

ここで、ＩＦＦＴ器１２１と線形処理機１２３の動作に関して説明する。

まず、図１では使用可能な全ての周波数帯域を使用するので、毎ＯＦＤＭサンプル時間、またはＯＦＤＭサンプル時間の倍数に該当する時間毎にデータを送信するようにサブキャリヤをホッピングする高速周波数ホッピングを遂行する場合、本発明の従来技術部分で説明したＩＦＦＴ行列

とは相異する、下記の＜数式３＞のような新たな行列、即ち高速周波数ホッピング方式を適用して周波数変調を遂行するＱ×Ｑの大きさの行列（以下、‘高速周波数ホッピング行列’と称する）

に変更される。ここで、ＩＦＦＴ行列

は、従来技術部分で説明したようにＩＦＦＴ器の周波数変調動作に該当する行列である。

＜数式３＞において、ｎはサンプルインデックス（index）を表し、ｍはサブチャネル（sub-channel）インデックスを表す。また、［Ф］_ｎ，ｍはｎ番目サンプルでｍ番目サブチャネルのデータが送信されるサブキャリヤを表し、したがって、［Ф］_ｎ，ｍが高速周波数ホッピング遂行時、高速周波数ホッピングパターンを決定する。また、本発明では、任意のサンプルでデータが送信されるサブキャリヤが重複しないようにする高速周波数ホッピングパターンを仮定し、全ての高速周波数ホッピングパターンに対して高速周波数ホッピング行列

は、下記の＜数式４＞のように表現される。

＜数式４＞において、高速周波数ホッピング行列

及び行列

のエレメント（element）値は、高速周波数ホッピングパターンによって予め決定された値で与えられる。ここで、行列

はその大きさがＱ×Ｑである。

高速周波数ホッピングパターンのｆ_ｎをｎ番目サンプルで最初のサブチャネルのデータが送信されるサブキャリヤと仮定する時、下記の＜数式５＞のように定義される循環（cyclic）高速周波数ホッピングパターンを使用すれば、＜数式４＞の行列

は常に対角（diagonal）行列で生成される。

この場合、高速周波数ホッピング行列

は一般的なＩＦＦＴ行列

に上記行列

を掛けた形態で得られて、したがって、高速周波数ホッピングを遂行する装置は、ＩＦＦＴ器と上記行列

を掛けてくれる線形処理機で具現可能になる。一方、本発明では、説明の便宜のため、循環高速周波数ホッピングパターンを一例として高速周波数ホッピングパターンを説明し、したがって上記行列

は対角行列で定義されるものであり、高速周波数ホッピングパターンの形態を変形可能であることは勿論である。

一方、線形処理機１２３から出力する信号を

と表現することにし、上記信号

は下記の＜数式６＞のように表すことができる。

並列／直列変換器１３１は、線形処理機１２３から出力した信号

を入力して直列変換した後、保護区間挿入器１３３に出力する。保護区間挿入器１３３は、並列／直列変換器１３１から出力した信号を入力して保護区間信号を挿入した後、デジタル／アナログ変換器１３５に出力する。ここで、保護区間は、ＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＯＦＤＭシンボルを送信する時、以前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シンボルの間に干渉（interference）を除去するために挿入される。また、保護区間信号は、任意の時間領域のＯＦＤＭシンボルの最後の一定サンプルを複写して有効ＯＦＤＭシンボルに挿入する形態の‘Cyclic Prefix’方式や、または任意の時間領域のＯＦＤＭシンボルの最初の一定サンプルを複写して有効ＯＦＤＭシンボルに挿入する‘Cyclic Postfix’方式のうち、どれか一方式を使用して生成される。

デジタル／アナログ変換器１３５は、保護区間挿入器１３３から出力した信号を入力してアナログ変換した後、ＲＦ処理機１３７に出力する。ここで、ＲＦ処理機１３７は、フィルタ（filter）と前処理機（front end unit）などの構成を含み、デジタル／アナログ変換器１３５から出力した信号をＲＦ処理した後、実際のチャネルに伝送する。

図１では、本発明の第１実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの送信機構造に関して説明したし、次に図２を参照して、本発明の第１実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの受信機構造に関して説明する。

図２は、本発明の第１実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの受信機構造を示すブロック図である。

図２を参照すると、受信機は、ＲＦ処理機２１１、デジタル／アナログ変換器（digital /analog converter）２１３、チャネル推定器（channel estimator）２１５、保護区間除去器（guard interval remover）２１７、直列／並列変換器２１９、ＦＦＴ器２２１、等化器（equalizer）２２３、ＩＦＦＴ器２２５、他の等化器２２７、ＦＦＴ器２２９、及び並列／直列変換器２３１から構成される。

まず、図１で説明したようなＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの送信機から送信した信号は多重経路チャネル（multipath channel）を通じた後、白色加算性ガウシアン雑音（ＡＷＧＮ：Additive White Gaussian Noise）などのような雑音が加算された形態でアンテナを介してＲＦ処理機２１１に入力される。ここで、多重経路チャネルのチャネル応答（channel response）を表すチャネル行列を

と称することにし、上記雑音を

と称することにし、ｔは任意の時間領域（time domain）で測定されたものであることを表す。ＲＦ処理機２１１は、アンテナを介して受信された信号を中間周波数（ＩＦ：Intermediate Frequency）帯域へのダウンコンバーティング（down converting）、及び基底帯域へのダウンコンバーティングを遂行した後、デジタル／アナログ変換器２１３に出力する。デジタル／アナログ変換器２１３は、ＲＦ処理機２１１から出力したアナログ信号をデジタル変換した後、チャネル推定器２１５及び保護区間除去器２１７に出力する。

チャネル推定器２１５は、デジタル／アナログ変換器２１３から出力した信号を入力してチャネル推定を遂行し、その結果を等化器２２３に出力する。ここで、チャネル推定器２１５のチャネル推定動作は、本発明と直接的な関連のないので、その詳細な説明を省略する。保護区間除去器２１７は、デジタル／アナログ変換器２１３から出力した信号を入力して保護区間信号を除去した後、直列／並列変換器２１９に出力する。直列／並列変換器２１９は、保護区間除去器２１７から出力した信号を入力して並列変換した後、ＦＦＴ器２２１に出力する。ここで、直列／並列変換器２１９から出力した信号を

と称することにし、信号

は時間領域の信号であって、下記の＜数式７＞のように表すことができる。

ＦＦＴ器２２１は、直列／並列変換器２１９から出力した信号

をＱ−ポイントＦＦＴを遂行した後、等化器２２３に出力する。ここで、ＦＦＴ器２２１から出力する信号を

と称することにし、信号

は周波数領域の信号であって、下記の＜数式８＞のように表すことができる。

＜数式８＞において、

はＩＦＦＴ行列

のハーミシアン（Hermitian）を表す。

一方、多重経路チャネルによる信号の歪みを補償するために等化動作を遂行しなければならないが、ＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムでは、等化動作を時間領域と周波数領域の全てで遂行しなければならない。したがって、等化器は時間領域における信号を入力して等化動作を遂行する時間領域の等化器と、周波数領域における信号を入力して等化動作を遂行する周波数領域の等化器の２つの等化器を必要とする。

したがって、等化器２２３は、ＦＦＴ器２２１から出力した信号を周波数領域で等化した後、ＩＦＦＴ器２２５に出力する。等化器２２３は、周波数領域のチャネル応答を補償する役割を遂行する。ＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムは、保護区間信号を使用するため、時間領域におけるチャネル応答と周波数領域におけるチャネル応答は互いに特異値分解（ＳＶＤ：Singular Value Decomposition）関係にあり、これを下記の＜数式９＞のように表すことができる。

＜数式９＞において、

は周波数領域におけるチャネル応答を表すチャネル行列を表し、チャネル行列

は対角行列であるので、単一タップ（tap）等化器でも具現可能である。即ち、周波数領域の等化動作を遂行する等化器２２３は一般的なＯＦＤＭ通信システムの等化器と実質的に同一な動作を遂行し、チャネル補償方式によってＺＦ（Zero Forcing）等化器と、最小平均自乗エラー（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Square Error）等化器と、マッチングフィルタ（matched filter）などを全て含む構造を有する。

また、ＩＦＦＴ器２２５は、等化器２２３から出力した信号を入力してＱ−ポイントＩＦＦＴを遂行した後、等化器２２７に出力する。ここで、ＩＦＦＴ器２２５は、図１の送信機のＩＦＦＴ器１２１と同一な動作を遂行するので、その詳細な説明は省略する。

等化器２２７は、ＩＦＦＴ器２２５から出力した信号を入力して時間領域で等化した後、ＦＦＴ器２２９に出力する。ここで、時間領域における等化動作は

と定義することにし、時間領域における等化動作

は、下記の＜数式１０＞のように表すことができる。

＜数式１０＞に表したように、時間領域における等化動作

は＜数式４＞で表したような行列

のハーミシアン

で表現され、したがって、行列

は対角行列になる。

ＦＦＴ器２２９は、等化器２２７から出力した信号を入力してＱ−ポイントＦＦＴを遂行した後、並列／直列変換器２３１に出力する。ここで、ＦＦＴ器２２９の動作はＦＦＴ器２２１の動作と実質的に同一であるので、その詳細な説明は省略する。また、ＦＦＴ器２２９から出力する信号、即ち入力データシンボル推定ベクター

は下記の＜数式１１＞のように表すことができる。

一例として、等化器２２３が＜数式８＞に表したような周波数領域の信号を各サブキャリヤ別チャネル応答を分類するＺＦ等化器を使用し、等化器２２７が＜数式１０＞に表したような等化動作

を遂行する場合、＜数式１１＞に表したような入力データシンボル推定ベクター

は下記の＜数式１２＞のように表すことができる。

並列／直列変換器２３１は、ＦＦＴ器２２９から出力した信号を直列変換して最終入力シンボルを含んで出力する。

図１及び図２では、本発明の第１実施形態による、即ち使用可能な全ての周波数帯域を使用して高速周波数ホッピングを遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムに関して説明したし、次に、本発明の第２実施形態及び第３実施形態による、即ち使用可能な一部周波数帯域を使用して高速周波数ホッピングを遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムに関して説明する。

まず、本発明の第２実施形態及び第３実施形態で一部周波数帯域を使用して高速周波数ホッピングを遂行することを考慮する理由は、実際のＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムでは、特定サブキャリヤに該当する周波数帯域を保護帯域（guard band）として使用するために保護帯域に該当する周波数帯域で信号を送信せず、またはユーザの各々に使用可能な全ての周波数帯域のうち、特定のサブキャリヤに該当する一部の周波数帯域を割り当てて信号を送信する方法が必要であるためである。特に、ＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて毎時点でユーザのチャネル状態に対応するようにサブチャネルを動的に割り当てる動的チャネル割り当て（Dynamic channel allocation；以下、‘ＤＣＡ’と称する）方式を使用する場合、システム性能が格段に向上することになる。したがって、本発明の第２実施形態及び第３実施形態では、全体周波数帯域のうち、一部周波数帯域を使用して高速周波数ホッピングを遂行する方案を提案するものである。以下、本発明の第２実施形態及び第３実施形態を説明するにあって、ＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムで使用する全体サブキャリヤの個数をＱと仮定することにし、一部周波数帯域に該当するサブキャリヤの個数を

と仮定することにする。

また、本発明の第２実施形態と第３実施形態の差異点に関して簡略に説明すれば、次の通りである。

まず、本発明の第２実施形態は、Ｍ個のサブキャリヤに対してのみ高速周波数ホッピングを遂行して送信し、残りのサブキャリヤ、即ちＱ−Ｍ個のサブキャリヤに対してはナルデータ（null data）、一例として０を挿入して送信するものである。この場合、上記Ｍ個のサブキャリヤに該当する周波数帯域を全体周波数帯域と仮定すれば、本発明の第１実施形態で説明した方式と同一な方式で具現可能になるものである。

次に、本発明の第３実施形態は、Ｍ個のサブキャリヤとＱ−Ｍ個のサブキャリヤの総Ｑ個のサブキャリヤに対して高速周波数ホッピングを遂行してデータを拡散させた後、上記Ｍ個のサブキャリヤを除外したＱ−Ｍ個のサブキャリヤにナルデータを挿入して送信するものである。即ち、本発明の第３実施形態では、Ｑ−Ｍ個のサブキャリヤにナルデータを予め挿入した後、Ｑ個のサブキャリヤに対して高速周波数ホッピングを遂行した後、またＱ−Ｍ個のサブキャリヤにナルデータを挿入して送信するものである。本発明の第３実施形態が本発明の第２実施形態と同一な送信信号を生成するためには２つの条件を満足しなければならない。上記２つの条件に対しては後述するので、ここではその詳細な説明を省略する。

ここで、図３を参照して本発明の第２実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの送信機構造に関して説明する。

図３は、本発明の第２実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの送信機構造を示すブロック図である。

図３を参照すると、送信機は、直列／並列変換器３１１、高速周波数ホッピング器３２０、ＦＦＴ器３３１、制御器３３３、ＩＦＦＴ器３３５、並列／直列変換器３３７、保護区間挿入器３３９、デジタル／アナログ変換器３４１、及びＲＦ処理機３４３から構成される。また、高速周波数ホッピング器３２０は、ＩＦＦＴ器３２１と線形処理機３２３とから構成される。

まず、伝送しようとする入力データが発生すると、入力データは直列／並列変換器３１１に入力される。ここで、データとは、実際ユーザデータ、またはパイロットなどのような基準データを表し、本発明の第２実施形態では、Ｍ個のサブキャリヤに対してのみ高速周波数ホッピングを遂行する場合を提案するので、直列／並列変換器３１１は、入力データシンボルをＭ個のシンボルに並列変換した後、ＩＦＦＴ器３２１に出力する。ここで、直列／並列変換器３１１から出力する並列信号を

と称することにし、並列信号

は下記の＜数式１３＞のように表現される。

ＩＦＦＴ器３２１は、直列／並列変換器３１１から出力した並列信号

をＭ−ポイントＩＦＦＴを遂行した後、線形処理機３２３に出力する。線形処理機３２３は、ＩＦＦＴ器３２１から出力した信号を入力して線形処理した後、ＦＦＴ器３３１に出力する。

ここで、ＩＦＦＴ器３２１と線形処理機３２３の動作に関して説明する。

まず、図３では、使用可能な全ての周波数帯域の代わりにＭ個のサブキャリヤのみを使用する。したがって、毎ＯＦＤＭサンプル時間、またはＯＦＤＭサンプル時間の倍数に該当する時間毎にデータを送信するためにサブキャリヤを高速周波数ホッピングを遂行する場合、本発明の第１実施形態で説明した高速周波数ホッピング行列

と同一な方式により生成される。しかしながら、本発明の第２実施形態では、その行列の大きさが本発明の第１実施形態における

とは相異する高速周波数ホッピング行列

に変更され、高速周波数ホッピング行列

は、下記の＜数式１４＞のように表現される。

＜数式１４＞において、高速周波数ホッピング行列

はその大きさがＭ×Ｍである。また、本発明では任意のサンプルからデータが送信されるサブキャリヤが重複しないようにする高速周波数ホッピングパターンを仮定し、全ての高速周波数ホッピングパターンに対して高速周波数ホッピング行列

を下記の＜数式１５＞のように表現することができる。

＜数式１５＞において、高速周波数ホッピング行列

及び行列

のエレメント値は、高速周波数ホッピングパターンによって予め決定された値で与えられる。

高速周波数ホッピングパターンのｆ_ｎをｎ番目サンプルで最初のサブチャネルのデータが送信されるサブキャリヤと仮定する時、下記の＜数式１６＞のように定義される循環高速周波数ホッピングパターンを使用すれば、＜数式１５＞の行列

は常に対角行列で生成される。

この場合、高速周波数ホッピング行列

は一般的なＩＦＦＴ行列

に行列

を掛けた形態で表現され、したがって、高速周波数ホッピングを遂行する装置は、ＩＦＦＴ器と行列

を掛けてくれる線形処理機で具現可能になる。一方、本発明では、説明の便宜のため、循環高速周波数ホッピングパターンを一例として高速周波数ホッピングパターンを説明し、したがって、行列

は対角行列と定義されるものであり、高速周波数ホッピングパターンの形態を変形可能であることは勿論である。

一方、線形処理機３２３から出力する信号を

と表現することにし、信号

は下記の＜数式１７＞のように表すことができる。

ＦＦＴ器３３１は、線形処理機３２３から出力した信号

を入力してＭ−ポイントＦＦＴを遂行した後、制御器３３３に出力する。制御器３３３は、ＦＦＴ器３３１から出力した信号を入力し、Ｍ個のサブキャリヤ帯域の以外のＱ−Ｍ個のサブキャリヤ帯域にナルデータ、一例として０を挿入した後、ＩＦＦＴ器３３５に出力する。ここで、制御器３３３は一種の０挿入器（０inserter）として動作するものであり、制御器３３３の０挿入動作は下記の＜数式１８＞のように表すことができる。

上記

は，図３の制御器３３３の動作を表す行列であり、前述したように、制御器３３３の出力信号の中で、Ｍ個のサブキャリヤを通じて送信されるデータに対しては既に高速周波数ホッピングが遂行されたものであり、Ｑ−Ｍ個のサブキャリヤを通じて送信されるナルデータに対しては全く高速周波数ホッピングになっていない状態である。

ＩＦＦＴ器３３５は、制御器３３３から出力した信号を入力してＱ−ポイントＩＦＦＴを遂行した後、並列／直列変換器３３７に出力する。ここで、ＩＦＦＴ器３３５から出力する信号を

と称することにし、信号

は，下記の＜数式１９＞のように表すことができる。

並列／直列変換器３３７、保護区間挿入器３３９、デジタル／アナログ変換器３４１、及びＲＦ処理機３４３は、図１の並列／直列変換器１３１、保護区間挿入器１３３、デジタル／アナログ変換器１３５、及びＲＦ処理機１３７と同一な動作を遂行するので、ここではその詳細な説明を省略する。

図３では、本発明の第２実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの送信機構造に関して説明したし、次に図４を参照して本発明の第２実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの受信機構造に関して説明する。

図４は、本発明の第２実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの受信機構造を示すブロック図である。

図４を参照すると、受信機は、ＲＦ処理機４１１、アナログ／デジタル変換器４１３、チャネル推定器４１５、保護区間除去器４１７、直列／並列変換器４１９、ＦＦＴ器４２１、制御器４２３、等化器４２５、ＩＦＦＴ器４２７、等化器４２９、ＦＦＴ器４３１、及び並列／直列変換器４３３から構成される。図４において、ＲＦ処理機４１１、アナログ／デジタル変換器４１３、保護区間除去器４１７、及び直列／並列変換器４１９は、図２で説明したＲＦ処理機２１１、デジタル／アナログ変換器２１３、保護区間除去器２１７、及び直列／並列変換器２１９と同一な動作を遂行するので、その詳細な説明を省略する。

直列／並列変換器４１９から出力した信号を

と称することにし、信号

は時間領域の信号であって、下記の＜数式２０＞のように表すことができる。

ＦＦＴ器４２１は、直列／並列変換器４１９から出力した信号

をＱ−ポイントＦＦＴを遂行した後、制御器４２３に出力する。ここで、ＦＦＴ器４２１で出力する信号を

と称することにし、信号

は周波数領域の信号であって、下記の＜数式２１＞のように表すことができる。

一方、ＦＦＴ器４２１から出力するＱ個のサブキャリヤ信号のうち、Ｍ個のサブキャリヤ信号のみにデータが含まれているので、制御器４２３はＦＦＴ器４２１から出力した

でナルデータ、一例として０が含まれているＱ−Ｍ個のサブキャリヤ信号を除去し、Ｍ個のサブキャリヤのみを等化器４２５に出力する。ここで、制御器４２３は一種の０除去器（０remover）として動作するものであり、制御器４２３の動作は、図３の制御器３３３で挿入した０を除去するものである。

制御器４２３の動作は、下記の＜数式２２＞のように表すことができる。

一方、多重経路チャネルによる信号の歪みを補償するために等化動作を遂行しなければならないが、ＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムでは、等化動作を時間領域と周波数領域の全てで遂行しなければならない。したがって、等化器は時間領域における信号を入力して等化動作を遂行する時間領域の等化器と、周波数領域における信号を入力して等化動作を遂行する周波数領域の等化器の２つの等化器を必要とする。

したがって、等化器４２５は、制御器４２３から出力した信号を周波数領域で等化した後、ＩＦＦＴ器４２７に出力する。等化器４２５は、周波数領域のチャネル応答を補償する役割を遂行する。

また、ＩＦＦＴ器４２７は、等化器４２５から出力した信号を入力して、Ｍ−ポイントＩＦＦＴを遂行した後、等化器４２９に出力する。ここで、ＩＦＦＴ器４２７は、図３の送信機のＩＦＦＴ器３２１と同一な動作を遂行するので、その詳細な説明は省略する。

等化器４２９は、ＩＦＦＴ器４２７から出力した信号を入力して時間領域で等化した後、ＦＦＴ器４３１に出力する。ここで、時間領域における等化動作は

と定義することにし、時間領域における等化動作

は、下記の＜数式２３＞のように表すことができる。

＜数式２３＞に示すように、時間領域における等化動作

は、＜数式１５＞で表したような行列

のハーミシアン

で表現され、したがって、行列

は対角行列になる。

ＦＦＴ器４３１は、等化器４２９から出力した信号を入力してＭ−ポイントＦＦＴを遂行した後、並列／直列変換器４３３に出力する。ここで、ＦＦＴ器４３１の動作は、図３のＦＦＴ器３３１の動作と実質的に同一であるので、その詳細な説明は省略する。また、ＦＦＴ器４３１から出力する信号、即ち入力データシンボル推定ベクター

は、下記の＜数式２４＞のように表すことができる。一方、下記の＜数式２４＞において、

は、ＦＦＴ器４３１から出力されて制御器４２３に入力される信号であって、

、

、

、

、

の各々は順次にＦＦＴ器４３１、等化器４２９、ＩＦＦＴ器４２７、等化器４２５、及び制御器４２３を表す行列である。

並列／直列変換器４３３は、ＦＦＴ器４３１から出力した信号を直列変換して最終入力シンボルを含んで出力する。

図４では、本発明の第２実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの受信機構造に関して説明したし、次に図５を参照して本発明の第３実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの送信機構造に関して説明する。

図５は、本発明の第３実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの送信機構造を示すブロック図である。

図５を参照すると、送信機は、直列／並列変換器５１１、制御器５１３、高速周波数ホッピング器５２０、ＦＦＴ器５３１、制御器５３３、ＩＦＦＴ器５３５、並列／直列変換器５３７、保護区間挿入器５３９、デジタル／アナログ変換器５４１、及びＲＦ処理機５４３から構成される。また、高速周波数ホッピング器５２０は、ＩＦＦＴ器５２１と線形処理機５２３とから構成される。

まず、伝送しようとする入力データが発生すると、入力データは、直列／並列変換器５１１に入力される。ここで、データとは、実際のユーザデータ、またはパイロットなどのような基準信号を表し、本発明の第３実施形態では、Ｍ個のサブキャリヤに対してのみ高速周波数ホッピングを遂行する場合を提案するので、直列／並列変換器５１１は、入力データシンボルをＭ個のシンボルに並列変換した後、制御器５１３に出力する。制御器５１３は直列／並列変換器５１１から出力した信号を入力し、上記Ｍ個のサブキャリヤ帯域の以外のＱ−Ｍ個のサブキャリヤ帯域にナルデータ、一例として０を挿入した後、ＩＦＦＴ器５２１に出力する。ここで、制御器５１３は一種の０挿入器として動作するものである。

ＩＦＦＴ器５２１は、制御器５１３から出力した信号を入力してＱ−ポイントＩＦＦＴを遂行した後、線形処理機５２３に出力する。線形処理機５２３は、ＩＦＦＴ器５２１から出力した信号を入力して線形処理した後、ＦＦＴ器５３１に出力する。ここで、ＩＦＦＴ器５２１及び線形処理機５２３の動作は、図１のＩＦＦＴ器１２１及び線形処理機１２３の動作と同一であるので、その詳細な説明は省略する。

ＦＦＴ器５３１は、ＦＦＨ器５２０から出力した信号を入力してＱ−ポイントＦＦＴを遂行した後、制御器５３３に出力する。ここで、ＦＦＴ器５３１で出力した信号を

と称することにし、信号

はデータが含まれたＭ個のサブキャリヤ信号とナルデータが含まれたＱ−Ｍ個のサブキャリヤ信号が時間領域で広がった信号である。

制御器５３３は、ＦＦＴ器５３１から出力した信号

を入力してＱ−Ｍ個のサブキャリヤに対応するように０を挿入した後、ＩＦＦＴ器５３５に出力する。ここで、制御器５３３は一種の０挿入器として動作するものであり、制御器５３３の０挿入動作は、下記の＜数式２５＞のように表すことができる。

ＩＦＦＴ器５３５は、制御器５３３から出力した信号を入力してＱ−ポイントＩＦＦＴを遂行した後、並列／直列変換器５３７に出力する。ここで、ＩＦＦＴ器５３５から出力する信号を

と称することにし、信号

は下記の＜数式２６＞のように表すことができる。一方、下記の＜数式２６＞において、

は、制御器５１３に入力されるデータベクターを表し、

、

、

、

、

、

の各々は、順次に制御器５１３、ＩＦＦＴ器５２１、線形処理機５２３、ＦＦＴ器５３１、制御器５３３、及びＩＦＦＴ器５３５を表す行列である。

＜数式２６＞に表したように、データが送信されるＭ個のサブキャリヤ信号とナルデータが送信されるＱ−Ｍ個のサブキャリヤ信号を加算して大きさＱの信号に生成した後、高速周波数ホッピングを遂行する場合、上記送信機の各構成で使われるサブキャリヤの個数がＱ個に固定されるために、実際のデータが送信されるサブキャリヤの個数Ｍに関わらず、ハードウェアー的に安定した送信機構成が可能になるという長所を有する。

一方、＜数式１９＞に表したような送信ベクター

と＜数式２６＞に表したような送信ベクター

は、次のような２つの条件を満たさなければならない。

（１）第１条件
送信ベクター

と送信ベクター

を同一な形態にするために、

のエレメントの値を基盤にして

のエレメントの値を設定しなければならない。上記の第１条件は、＜数式２７＞のように表すことができる。

前述したように、本発明の第３実施形態では、Ｑ−Ｍ個のサブキャリヤを通じて送信される信号をナルデータに取り替えたので、本発明の第２実施形態と同一な全体エネルギーを有するようにするために、＜数式２７＞で

が掛けられるものである。

（２）第２条件
第２条件は、本発明の第２実施形態と第３実施形態で送信される送信ベクターが常に同一な値になるようにするための条件であって、下記の＜数式２８＞のように表すことができる。

並列／直列変換器５３７、保護区間挿入器５３９、デジタル／アナログ変換器５４１、及びＲＦ処理機５４３は、図１の並列／直列変換器１３１、保護区間挿入器１３３、デジタル／アナログ変換器１３５、及びＲＦ処理機１３７と同一な動作を遂行するので、ここではその詳細な説明を省略する。

図５では、本発明の第３実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの送信機構造に関して説明したし、次に図６を参照して本発明の第３実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの送信機構造に関して説明する。

図６は、本発明の第３実施形態における機能を遂行するＦＦＨ−ＯＦＤＭ通信システムの受信機構造を示すブロック図である。

図６を参照すると、受信機は、ＲＦ処理機６１１、アナログ／デジタル変換器６１３、チャネル推定器６１５、保護区間除去器６１７、直列／並列変換器６１９、ＦＦＴ器６２１、制御器６２３、等化器６２５、ＩＦＦＴ器６２７、等化器６２９、ＦＦＴ器６３１、制御器６３３、及び並列／直列変換器６３５から構成される。図６において、ＲＦ処理機６１１、アナログ／デジタル変換器６１３、保護区間除去器６１７、及び直列／並列変換器６１９は、図２で説明したＲＦ処理機２１１、デジタル／アナログ変換器２１３、保護区間除去器２１７、及び直列／並列変換器２１９と同一な動作を遂行するので、その詳細な説明を省略する。また、ＦＦＴ器６２１は、図４で説明したＦＦＴ器４２１と同一な動作を遂行するので、ここではその詳細な説明を省略する。

一方、ＦＦＴ器６２１に入力される信号

と，ＦＦＴ器６２１から出力する信号

は、＜数式２０＞及び＜数式２１＞で説明した

と

と同一な信号である。そして、図５で説明した送信機において、実際のデータを送信するサブキャリヤの個数はＭ個であるので、周波数領域の信号

はＭ個のサブキャリヤ信号にはデータが、残りのＱ−Ｍ個のサブキャリヤ信号には雑音のみ含まれている。したがって、制御器６２３は、ＦＦＴ器６２１から出力した信号

からＱ−Ｍ個のサブキャリヤに該当する信号を除去し、ナルデータ、一例として０を挿入した後、等化器６２５に出力する。ここで、制御器６２３は一種の０挿入器として機能するものである。

等化器６２５は、制御器６２３から出力した信号を入力して周波数領域で等化した後、ＩＦＦＴ器６２７に出力する。ＩＦＦＴ器６２７は、等化器６２５から出力した信号を入力してＱ−ポイントＩＦＦＴを遂行した後、等化器６２９に出力する。等化器６２９は、ＩＦＦＴ器６２７から出力した信号を入力して時間領域で等化した後、ＦＦＴ器６３１に出力する。ここで、等化器６２９は、図５の送信機の線形処理機６２３の行列

のハーミシアンと定義され、これは下記の＜数式２９＞のように表現される。

ＦＦＴ器６３１は、等化器６２９から出力した信号を入力してＱ−ポイントＦＦＴを遂行した後、制御器６３３に出力する。ＦＦＴ器６３１から出力する信号も実際データを送信するサブキャリヤの個数はＭ個であるので、制御器６３３は下記の＜数式３０＞のようにＭ個の推定データに該当する信号のみを選択して出力する。ここで、制御器６３３は一種の選択器（selector）として動作するものである。

並列／直列変換器６３５は、ＦＦＴ器６３３から出力した信号を直列変換して最終入力シンボルを含んで出力する。
前述したように、本発明の第２実施形態及び第３実施形態の送信機で送信する送信ベクターが同一であるので、本発明の第２実施形態の送信機に対応して本発明の第３実施形態の受信機を使用することもでき、本発明の第３実施形態の送信機に対応して本発明の第２実施形態の受信機を使用することもできる。

一方、本発明の第２実施形態及び第３実施形態では、一人のユーザのみをターゲットとするデータを送信する場合を仮定して、高速周波数ホッピングを遂行する動作に関して説明したが、ＯＦＤＡＭ通信システムのようにダウンリンク（downlink）チャネルで全体周波数帯域を分割して多数のユーザに割り当てる場合、上記多数のユーザの各々に対しては本発明の第２実施形態及び第３実施形態におけるように一部周波数帯域を使用して高速周波数ホッピングを遂行する送信機及び受信機が必要となる。上記多数のユーザを考慮する、即ち多重接続を考慮する高速周波数ホッピングを遂行する方案を本発明の第４実施形態で提案することにする。

ここで、図７を参照して多数のユーザを考慮して高速周波数ホッピングを遂行するＯＦＤＭＡ通信システム（以下、‘高速周波数ホッピングＯＦＤＭＡ通信システム’と称する）に関して説明する。

図７は、本発明の第４実施形態における機能を遂行する高速周波数ホッピングＯＦＤＭＡ通信システムの送信機構造を示すブロック図である。

図７を参照すると、送信機は、高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理部７１０、多重化器（multiplexer）７２０、ＩＦＦＴ器７３０、並列／直列変換器７４０、保護区間挿入器７５０、デジタル／アナログ変換器７６０、及びＲＦ処理機７７０から構成される。また、高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理部７１０は、多数の高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理機、即ち第１のユーザをターゲットとするデータを処理する第１の高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理機７１１−１乃至第Ｋのユーザをターゲットとするデータを処理する第Ｋの高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理機７１１−Ｋから構成される。一例として、第２の高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理機１１１−２は、単に第２のユーザをターゲットとするデータのみを処理する。

まず、第１のユーザ乃至第Ｋのユーザに割り当てられるサブキャリヤの個数をＭ_１乃至Ｍ_Ｋと仮定することにし、第１のユーザ乃至第Ｋのユーザに送信されるデータを

乃至

と仮定する。データ

は第１の高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理機７１１−１に、このように、データ

は第Ｋの高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理機７１１−Ｋに入力される。

第１の高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理機７１１−１乃至第Ｋの高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理機７１１−Ｋは、本発明の第２実施形態、または第３実施形態で説明したような方式により高速周波数ホッピング及びＯＦＤＭ変調を遂行した後、変調信号

乃至

を出力する。一例として、第Ｋの高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理機７１１−Ｋが本発明の第２実施形態のような方式により高速周波数ホッピング及びＯＦＤＭ変調を遂行する場合、図３の制御器３３３から出力する信号の中、実際に使用するサブキャリヤの個数であるＭ_Ｋ個のエレメントが

になるものであり、これとは異なり、第Ｋの高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理機７１１−Ｋが本発明の第３実施形態のような方式により高速周波数ホッピング及びＯＦＤＭ変調を遂行する場合、図５の制御器５３３から出力する信号のうち、実際に使用するサブキャリヤの個数であるＭ_Ｋ個のエレメントが

になるものである。

第１の高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理機７１１−１乃至第Ｋの高速周波数ホッピング／ＯＦＤＭ処理機７１１−Ｋから出力する信号

乃至

は多重化器７２０に入力され、多重化器７２０はどのユーザにも割り当てられていない

に該当するサブキャリヤ信号に０を挿入した後、ＩＦＦＴ器７３０に出力する。ＩＦＦＴ器７３０は、多重化器７２０から出力した信号を入力してＱ−ポイントＩＦＦＴを遂行した後、並列／直列変換器７４０に出力する。並列／直列変換器７４０、保護区間挿入器７５０、デジタル／アナログ変換器７６０、及びＲＦ処理機７７０は、図１の並列／直列変換器１３１、保護区間挿入器１３３、デジタル／アナログ変換器１３５、及びＲＦ処理機１３７と同一な動作を遂行するので、ここではその詳細な説明を省略する。また、図７は送信機で多数のユーザのための信号を共に多重化（multiplexing）して伝送する一方、受信機ではこれと関わらず、常に自己信号のみ復調するので、別途の具現を必要としないで、本発明の第２実施形態または第３実施形態で説明した受信機を使用することができる。

本発明の詳細な説明では、具体的な実施形態に関して説明したが、この技術分野の通常の知識を有する者が本発明の範囲から外れない限度内で種々の変形が可能であることは勿論である。したがって、本発明の範囲は特許請求範囲により定まるべきである。

本発明の第１実施形態における機能を遂行する高速周波数ホッピング−ＯＦＤＭ通信システムの送信機構造を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における機能を遂行する高速周波数ホッピング−ＯＦＤＭ通信システムの受信機構造を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態における機能を遂行する高速周波数ホッピング−ＯＦＤＭ通信システムの送信機構造を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態における機能を遂行する高速周波数ホッピング−ＯＦＤＭ通信システムの受信機構造を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態における機能を遂行する高速周波数ホッピング−ＯＦＤＭ通信システムの送信機構造を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態における機能を遂行する高速周波数ホッピング−ＯＦＤＭ通信システムの受信機構造を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態における機能を遂行する高速周波数ホッピング−ＯＦＤＭＡ通信システムの送信機構造を示すブロック図である。

符号の説明

１１１ 直列／並列変換器
１２０ 高速周波数ホッピング器
１２１ ＩＦＦＴ器
１２３ 線形処理機
１３１ 並列／直列変換器
１３３ 保護区間挿入器
１３５ デジタル／アナログ変換器
１３７ 無線周波数処理機

Claims (8)

1. 通信システムの信号送信装置であって、
   入力データをＭ−ポイント高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器と、
   前記Ｍ−ポイント高速フーリエ変換されたデータとナルデータをＮ−ポイント逆高速フーリエ変換を遂行する逆高速フーリエ変換器と、を含み、
   前記Ｍ−ポイント高速フーリエ変換されたデータは、周波数ホッピングして前記逆高速フーリエ変換器の入力Ｎ−ポイントのうち、前記周波数ホッピングにより決定された入力ポイントに連続してマッピングされることを特徴とする信号送信装置。
2. 通信システムにおける信号送信装置の信号送信方法であって、
   入力データをＭ−ポイント高速フーリエ変換する過程と、
   前記Ｍ−ポイント高速フーリエ変換されたデータとナルデータをＮ−ポイント逆高速フーリエ変換を遂行する過程と、を含み、
   前記Ｍ−ポイント高速フーリエ変換されたデータは、周波数ホッピングして前記Ｎ−ポイント逆高速フーリエ変換を遂行する逆高速フーリエ変換器の入力Ｎ−ポイントのうち、前記周波数ホッピングにより決定された入力ポイントに連続してマッピングされることを特徴とする信号送信方法。
3. 通信システムの信号受信装置であって、
   入力データをＮ−ポイント高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器と、
   前記Ｎ−ポイント高速フーリエ変換されたデータでナルデータを除去し、Ｎ−ポイント逆高速フーリエ変換する逆高速フーリエ変換器と、を含み、
   前記逆高速フーリエ変換器に入力されるデータは周波数ホッピングし、前記周波数ホッピングにより決定された入力ポイントにマッピングされることを特徴とする信号受信装置。
4. 通信システムにおける信号受信装置の信号受信方法であって、
   入力データをＮ−ポイント高速フーリエ変換する過程と、
   前記Ｎ−ポイント高速フーリエ変換された信号でナルデータを除去して、
   Ｍ−ポイント逆高速フーリエ変換する過程と、を含み、
   前記Ｍ−ポイント逆高速フーリエ変換されるデータは周波数ホッピングし、前記周波数ホッピングにより決定された入力ポイントにマッピングされることを特徴とする信号受信方法。
5. 前記Ｎ−ポイント逆高速フーリエ変換されたデータを直列変換する並列／直列変換器と、
   前記直列変換されたデータに保護区間データを挿入する保護区間挿入器と、
   前記保護区間データが挿入されたデータを無線周波数処理して送信する無線周波数処理機と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の信号送信装置。
6. 前記Ｎ−ポイント逆高速フーリエ変換されたデータを直列変換する過程と、
   前記直列変換されたデータに保護区間データを挿入する過程と、
   前記保護区間データが挿入されたデータを無線周波数処理して送信する過程と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の信号送信方法。
7. 受信信号を中間周波数帯域へダウンコンバーティングする無線周波数処理機と、
   前記ダウンコンバーティングされた信号で保護区間データを除去する保護区間除去器と、
   前記保護区間データが除去された信号を並列変換して前記入力データとして生成する直列／並列変換器と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の信号受信装置。
8. 受信信号を中間周波数帯域へダウンコンバーティングする過程と、
   前記ダウンコンバーティングされた信号で保護区間データを除去する過程と、
   前記保護区間データが除去された信号を並列変換して前記入力データとして生成する過程と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項４記載の信号受信方法。

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