JP4719734B2 - 信号伝送方法及び信号受信方法 - Google Patents

Description

本発明はマルチホップ通信ネットワークの信号伝送方法及び信号受信方法に関するもので、特に擬似雑音コード（pseudo noise code: PNコード）を利用して信号形態を操作するものである。

ＷＡＶＥ（Wireless Access for Vehicle Environment）技術は車両と基地国間通信と車両間通信を提供する米国のＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１ｐ無線接続技術である。

ＷＡＶＥ技術の無線チャンネルは制御チャンネルとサービスチャンネルで構成される。制御チャンネルはシステム制御関連情報や車両安全情報を伝送するのに使用し、サービスチャンネルは使用者情報を伝送するのに使用し、制御チャンネルとサービスチャンネルは互いに異なる周波数チャンネルの割当を受ける。

このようにＷＡＶＥ技術で制御チャンネルとサービスチャンネル周波数を別に割り当てることによってＲＦ（Radio Frequency）チャンネルスイッチングが行われなければならず、ＲＦチャンネルスイッチングによって時間資源の使用効率性が低下し、パケット・レイテンシが増加する短所がある。

一方、ＷＡＶＥ技術で無線接続プロトコルはＣＳＭＡ/ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を使用する。ＣＳＭＡ/ＣＡ方式はヒドゥンノードによって複数の端末ノードが同時に接続して互いに干渉が発生し、無線リンクの衝突によって移動局が増加することによってシステムのレイテンシが顕著に増加する問題点がある。

したがって、現在のＷＡＶＥ技術は周波数資源の効率性が低下し、システムのリアルタイム性を提供することが難しい。

本発明が目的とする技術的課題は、マルチホップ通信網を構成して移動局間に無線接続時端末ノード間の衝突を防止し、周波数資源の効率性を向上させることができる信号伝送方法及び信号受信方法を提供することにある。

本発明による信号伝送方法は擬似雑音コード（ＰＮコード）を用いて制御チャンネルデータを拡散して拡散される制御チャンネルデータを生成する段階、前記拡散される制御チャンネルデータとサービスチャンネルデータを時間分割多重化して多重化された信号を生成する段階であって、前記拡散された制御チャンネルデータと使用者別に固有のパイロット擬似雑音コードを多重化して多重化された制御チャンネルデータを生成する段階と、前記サービスチャンネルデータとパイロットコードを多重化して多重化されたサービスチャンネルデータを生成する段階と、前記多重化された制御チャンネルデータと前記多重化されたサービスチャンネルデータを多重化する段階とを含む、多重化された信号を生成する段階、そして前記多重化された信号をフーリエ逆変換してフーリエ逆変換された信号を生成する段階を含む。

前記多重化された制御チャンネルデータを生成する段階は、前記拡散される制御チャンネルデータとパイロット擬似雑音コードを時間分割多重化することができる。

前記多重化されたサービスチャンネルデータを生成する段階は、前記サービスチャンネルデータとパイロットコードを時間分割多重化することができる。

前記制御チャンネルは要請チャンネルと確認チャンネルを含み、前記要請チャンネルと確認チャンネルは時間分割二重化されてもよい。

また、本発明による信号受信方法は、受信信号をフーリエ変換してフーリエ変換された信号を生成段階、使用者別に固有の複数のパイロット擬似雑音コードと複数のパイロットコードとを前記受信信号に適用して制御チャンネル信号とサービスチャンネル信号の時間位置を把握する段階、前記時間位置に基づいて前記フーリエ変換された信号を逆多重化し、前記制御チャンネル信号と前記サービスチャンネル信号を前記フーリエ変換された信号から時間分割逆多重化して抽出する段階、そして前記パイロット擬似雑音コードを用いて前記制御チャンネル信号から制御チャンネルデータを求める段階を含む。

また、本発明による信号伝送方法は、制御チャンネルデータ及びサービスチャンネルデータをコーディングしてコーディングされた制御チャンネルデータ及びサービスチャンネルデータを生成する段階、擬似雑音コードを用いて前記コーディングされた制御チャンネルデータを拡散して拡散される前記制御チャンネルデータを生成する段階、前記拡散される制御チャンネルデータと使用者別に固有のパイロット擬似雑音コードを時間分割多重化して前記多重化された制御チャンネル信号を生成し、前記コーディングされたサービスチャンネルデータとパイロットコードを時間分割多重化して多重化されたサービスチャンネル信号を生成する段階、前記多重化された制御チャンネル信号及び前記多重化されたサービスチャンネル信号を時間分割多重化して多重化された信号を生成する段階、そして前記多重化された信号をフーリエ逆変換してフーリエ逆変換された信号を生成する段階を含む。

前記制御チャンネルは要請チャンネルと確認チャンネルを含み、前記要請チャンネルと前記確認チャンネルは時間分割二重化されてもよい。

本発明によると、マルチホップ通信で制御チャンネルとサービスチャンネルを別途のＲＦ周波数を使用せず、制御チャンネルとサービスチャンネルをＴＤＭ（Time Division Multiplexing）方式で運用することで周波数が改善され、ＷＡＶＥのチャンネルスイッチングによるチャンネル効率を向上させることができる。

また、マルチホップ通信網の制御チャンネルをＣＤＭＡ（Code-Division-Multiple Access）方式を適用して移動局の間の同時接続による干渉でもリンク接続が可能で、リアルタイムでリンク接続が可能である。そして、１:１通信ではＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を使用することで高速パケット伝送の長所を維持しながら従来ＷＡＶＥ規格と互換性を維持することができ、移動局間サービスチャンネルを使用する時に高指向性アンテナを適用して干渉影響を最少化することで無線リンクの利益を改善して伝送速度を改善することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様で相異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限られない。そして、図面で本発明を明確に説明するために説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって類似の部分については類似の図面符号を付けた。

明細書全体である部分がある構成要素を“含む”とする時、これは特に反対になる記載のない限り他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含むことを意味する。また、明細書に記載された“…部”、“…器”、“モジュール”などの用語は少なくとも１つの機能がや動作を処理する単位を意味し、これはハードウェアやソフトウェアまたはハードウェア及びソフトウェアの結合として実現される。

本明細書で移動局（Mobile Station、ＭＳ）は端末、移動端末（Mobile Terminal、ＭＴ）、加入者局（Subscriber Station、ＳＳ）、携帯加入者局（Portable Subscriber Station、ＰＳＳ）、使用者装置（User Equipment、ＵＥ）、接近端末（Access Terminal、ＡＴ）などを称すこともでき、移動端末、加入者局、携帯加入者局、使用者装置などの全部または一部の機能を含むこともできる。

以下では図１を参考にしてマルチホップ通信網について説明する。図１は１:１マルチホップネットワークの構成図である。図１を参照すると、マルチホップ通信網は移動局（１１、１５、２１）の間の無線接続で形成され、送信しようとする移動局（１１、１５、２１）が網初期化及びマルチホップ通信を主導的に行う。セル１０は移動局１１によって形成され、セル２０は移動局２１によって形成される。それぞれの移動局（１１、２１）は当該移動局（１１、２１）が担当するセル（１０、２０）内の他の移動局と無線接続することができる。つまり、第１移動局１１は第１セル１０内の他の移動局１５と無線接続することができ、第２移動局２１は第２セル２０内の他の移動局１５と無線接続することができる。このようなセル（１０、２０）は移動局（１１、２１）の間の距離によって隣接するセル（１０、２０）と一部重なることもできる。

第１移動局１１が第２移動局２１の間に通信網を構成して１:１マルチホップ通信をするためには、第１移動局１１が担当する第１セル１０内の他の第３移動局１５に対する情報を事前に知らなければならない。つまり、送信する第１移動局１１は通信セル内の移動局ＩＤ、相対的な位置や移動局の状態（移動速度、移動方向など）知って、このような情報に基づいてチャンネル接続及び情報伝達を行う。第１セル１０内の第３移動局１５を把握すると、第１移動局１１は第２移動局２１までのラウティングテーブルを生成してラウティング情報と一緒にデータパケットを伝送する。この時、データパケット伝達は高速パケットで、パケット伝達の時に隣接する移動局から干渉を受けることがある。

このような１:１マルチホップ通信のために第１セル１０内での第１移動局１１の情報収集、チャンネル接続及び情報伝達は移動局（１１、１５）の移動性によって速い時間内に行われなければならない。また、第１セル１０内移動局間による干渉と隣接する通信セル２０の移動局から発生する干渉がある無線チャンネル環境でもチャンネル接続とパケット伝送が正常に行われなければならない。

したがって、第１セル１０内第１移動局１１が第１セル１０外の第２移動局２１に情報を伝達するために、第１移動局１１は第１セル１０内の第３移動局１５に自分のＩＤ、通信を要する移動局のＩＤ及びＲＴＳ（Request-To-Send）信号を伝送する。

第３移動局１５は第１移動局１１からのＲＴＳ信号を第２移動局２１に伝達する。第２移動局２１は第１移動局１１のＲＴＳ信号を受信し、自分のＣＴＳ（Clear-To-Send)信号を第３移動局１５を通じて第１移動局１１に伝達すると、第３移動局１５を通じて第１移動局１１と第２移動局２１の間に通信が行われる。

このようなチャンネル接続は無線ランやセンサー網ではＣＳＭＡ/ＣＡ方式を使用するので、隣接するセル内の他の移動局が送信を行う場合には、相互干渉によってパケット応答が遅延することがある。

以下、図２を参照して移動局間の干渉がある無線チャンネル条件でもチャンネル接続が可能なチャンネル接続方法を説明する。図２は制御チャンネルとサービスチャンネルの変調信号形態を示すものである。

図２を参照すると、第１セル１０内の第１移動局１１が第１セル１０外の第２移動局２１と通信を要すると、第１移動局１１は自分のメモリに貯蔵された固有のランダムコード（Ｃ０-Ｃｎ）、例えばゴールドコードを選択して拡散させる。第１移動局１１がＲＴＳ信号２１０を送信すると、第１セル１０内の他の移動局は自分のＩＤ情報、受信信号レベルまたは位置情報を伝送する。このような情報は第１移動局１１が第１セル１０内移動局に対する情報を把握してルーティングテーブルを作るのに使用される。

この時、第１セル１０内の他の移動局はＣＤＭＡ方式でマルチキャリアＣＤＭＡ信号であるＣＴＳ信号２２０を伝送し、第１移動局１１は隣接する移動局から受信されるＣＴＳ信号２２０を同時に受信することができる。第１移動局１１が第１セル１０内の第３移動局１５の情報を把握すると、第１移動局１１は第２移動局２１にデータ伝送を行う。

このようなデータ伝送は図２のように移動環境で高速パケットデータ伝送が可能にＯＦＤＭ方式で行われる。第１移動局１１が送信データ２３０をＯＦＤＭ信号に変調して伝送すると、第３移動局１５はパケットデータ２３０を受信して第２移動局２１に再伝送する。また、第２移動局２１はパケットデータ２３０を受信し、これに対するＡＣＫ（Acknowledge）信号２４０をＯＦＤＭ信号に変調して第３移動局１５を通じて第１移動局１１に伝送する。

この時、伝送されるパケットデータ２３０及びＡＣＫ信号２４０はＯＦＤＭ信号で、他のセルから干渉を受けないようにＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式で伝送され、移動局間に送受信同期とスケジューリングによって伝送が行われる。

以下、図３乃至図７を参照して移動局の送信機構造及び動作について詳細に説明する。図３は本発明の実施例による送信機のブロック図である。図３を参照すると、本発明の実施例に移動局の送信機３００は制御チャンネルコーディング部３１０、拡散部３２０、サービスチャンネルコーディング部３３０、第１多重化部３４０、第２多重化部３５０、第３多重化部３６０、フーリエ逆変換部３７０、高周波変換部３８０及びアンテナ３９０を含む。

図４は図３の送信機の動作を説明する流れ図であり、図５は本発明の実施例による制御チャンネルとサービスチャンネルの伝送フレームを示し、図６は本発明の実施例による制御チャンネルの伝送信号のフォーマットを示し、図７は本発明の実施例によるサービスチャンネルの伝送信号フォーマットを示すものである。

図４を参照すると、制御チャンネルコーディング部３１０は制御チャンネルデータに対してターボコーディングまたはコンボルションコーディングのようなチャンネルコーディングを行って、チャンネルインコーディングされた制御チャンネルデータを生成して出力する（Ｓ１０１）。

拡散部３２０は制御チャンネルコーディング部３１０の出力信号を使用者擬似雑音コード（pseudo noise code、PN code）と排他的論理和（Exclusive OR）演算して拡散する。この時、使用者擬似雑音コードは初期にランダムに選択されて使用される（Ｓ１０３）。

第１多重化部３４０はパイロット擬似雑音コードと拡散部３２０の出力信号を多重化して、多重化された制御チャンネル信号を出力する（Ｓ１０５）。

一方、サービスチャンネルコーディング部３３０はサービスチャンネルデータに対して制御チャンネルコーディング部３１０のようにターボコーディングまたはコンボルションコーディングのようなチャンネルコーディングを行って、チャンネルインコーディングされたサービスチャンネルデータを生成して出力する（Ｓ１０７）。

第２多重化部３５０はパイロットコードとサービスチャンネルコーディング部３３０の出力信号を多重化して多重化されたサービスチャンネル信号を出力する（Ｓ１０９）。

送信機３００は図５のように、１つの伝送フレームに対して制御チャンネル及びサービスチャンネルのデータを送信する前にそれぞれのデータに対する同期シンボルを出力する。この時、制御チャンネルの同期シンボルとしてはパイロット擬似雑音コードを出力し、サービスチャンネルの同期シンボルとしてはパイロットコードを出力するように第１及び第２多重化部（３４０、３５０）が出力順を制御する。

次に、第３多重化部３６０は制御チャンネルとサービスチャンネルを時間分割多重化（ＴＤＭ）して時間分割多重化された信号を出力する（Ｓ１１１）。

フーリエ逆変換部３７０は第３多重化部３６０の出力信号をフーリエ逆変換してフーリエ逆変換された信号のＯＦＤＭ信号に変調する（Ｓ１１３）。

具体的に、図６のように制御チャンネルではＯＦＤＭ変調方式にＣＤＭＡを接続させて制御チャンネルの信号を伝送する。つまり、使用者別に固有のランダムコードを割り当て、このコードをパイロット擬似雑音コード{Ｃ１（０）-Ｃ１（ｎ）}として使用し、制御チャンネルデータはパイロット擬似雑音コード{Ｃ１（０）-Ｃ１（ｎ）}に拡散して伝送される。パイロット擬似雑音コード{Ｃ１（０）-Ｃ１（ｎ）}は全ての副搬送波に低電力で割り当てる。

一方、サービスチャンネルでは図７のようにＯＦＤＭ変調方式によって信号を伝送する。ＯＦＤＭ信号はフーリエ逆変換及びフーリエ変換の同期のためにサービスチャンネルデータの中間にパイロットコードを同期信号として挿入されている。

送信機３００はパイロットコードにチャンネル推定のためのパイロット副搬送波を割り当てる。図７は複数の副搬送波のうちの１、５、Ｎ番目副搬送波がパイロットコードのために割り当てられる例を示している。したがって、副搬送波の数がＮで、パイロットの副搬送波の数がＫであると、拡散する副搬送波の数はＮ-Ｋとなる。

この時、フーリエ逆変換部３７０は制御チャンネルとサービスチャンネルに対して同一な周波数を割り当ててＯＦＤＭ変調を行う。高周波変換部３８０はフーリエ逆変換部３７０が出力する信号を中間周波数信号を経て高周波信号に変換し（Ｓ１１５）、高周波信号を増幅してアンテナ３９０を通じて移動局に伝送する。この時の無線チャンネルは高速で移動する多経路フェーディングチャンネルである。

以下、図８及び図９を参照して本発明の実施例による移動局の受信機について説明する。図８は本発明の実施例による受信機のブロック図である。図８を参照すると、本発明の実施例による受信機４００はアンテナ４１０、パイロット時間及びコード探索部４２０、フーリエ変換部４３０、逆多重化部４４０、逆拡散部４５０、ＰＮコード発生部４６０、制御チャンネルデコーディング部４７０及びサービスチャンネルデコーディング部４８０を含む。

図９は図８の受信機の動作を説明する流れ図である。受信機４００はアンテナ４１０を通じて無線チャンネルの信号を受信する。受信信号はフーリエ変換部４３０及びパイロット時間及びコード探索部４２０に入力される。パイロット時間及びコード探索部４２０は受信信号の同期シンボルから制御チャンネルのパイロット擬似雑音コードとサービスチャンネルのパイロットコードのうちのどのコードが受信されるかを同時に探索する（Ｓ２０１）。

このようなパイロット時間及びコード探索部４２０はパイロット擬似雑音コード領域とパイロットコード領域を同時に探索する。したがって、パイロット擬似雑音コードの個数がＮであり、パイロットコードの個数がＭであると、パイロット時間及びコード探索部４２０の探索領域は探索領域はＮｘＭとなる。

パイロット時間及びコード探索部４２０は探索結果によってフーリエ変換部４３０のシンボルクロックと多重化部４４０の選択信号及び使用者擬似雑音コード発生部４６０のコードクロックを生成する。

フーリエ変換部４３０はパイロット時間及びコード探索部４２０からのシンボルクロックによって受信信号を高速フーリエ変換して複数の副搬送波に載せられて伝送された複数の受信シンボルを生成して出力する（Ｓ２０３）。

逆多重化部４４０はフーリエ変換部４３０からの受信シンボルをパイロット時間及びコード探索部４２０の選択信号によって制御チャンネルデータとサービスチャンネルデータにそれぞれ分離する（Ｓ２０５）。

擬似雑音コード発生部４６０はパイロット時間及びコード探索部４２０からのコードクロックによって該当する擬似雑音コードを逆拡散部４５０に出力し、逆拡散部４５０は擬似雑音コード発生部４６０の出力と多重化部４４０からの制御チャンネルシンボルを逆拡散する（Ｓ２０７）。

制御チャンネルデコーディング部４７０は逆拡散部４５０の出力シンボルをビタビ復号のような復号を行って制御チャンネルデータを生成する（Ｓ２０９）。

一方、サービスチャンネルデコーディング部４８０は多重化部４４０からのサービスチャンネルシンボルを復元してサービスチャンネルデータを生成する（Ｓ２１１）。

このように制御チャンネルとサービスチャンネルを使用する移動局は相互間パケット同期が行われた状態で最適の性能を維持することができるので、移動局が車両である場合、ＧＰＳ（Global-Positioning-System）を利用して制御チャンネルとサービスチャンネルの時刻同期を合わせることができる。特に、サービスチャンネルの場合、ＴＤＭＡ方式で車両端末間通信が運用されるので、一側車両の通信端末のみ動作するように同期が行われなければならず、サービスチャンネルでの干渉を減らすために無線リンクを改善するために高指向性アンテナを適用することができる。

上述した本発明の実施例は装置及び方法によってのみ実現されることではなく、本発明の実施例の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じて実現されることもでき、このような実現は上述した実施例の記載から本発明が属する技術分野における専門家であれば簡単に実現することができる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求範囲で定義する本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。

１：１マルチホップネットワークの構成図である。 制御チャンネルとサービスチャンネルの変調信号形態を示す図である。 本発明の実施例による送信機のブロック図である。 図３の送信機動作を説明する流れ図である。 本発明の実施例による制御チャンネルとサービスチャンネルの伝送フレームを示す図である。 本発明の実施例による制御チャンネルの伝送信号のフォーマットを示す図である。 本発明の実施例によるサービスチャンネルの伝送信号フォーマットを示す図である。 本発明の実施例による受信機のブロック図である。 図８の受信機の動作を説明する流れ図である。

符号の説明

１０、２０ セル
１１、１５、２１ 移動局
２２０ ＣＴＳ信号
２３０ ＡＣＫ信号
３００ 送信機
３１０ 制御チャンネルコーディング部
３２０ 拡散部
３３０ サービスチャンネルコーディング部
３４０ 第１多重化部
３５０ 第２多重化部
３６０ 第３多重化部
３７０ フーリエ逆変換部
３８０ 高周波変換部
３９０ アンテナ
４００ 受信機
４１０ アンテナ
４２０ パイロット時間及びコード探索部
４３０ フーリエ変換部
４４０ 逆多重化部
４５０ 逆拡散部
４６０ 擬似雑音コード（ＰＮコード）発生部
４７０ 制御チャンネルデコーディング部
４８０ サービスチャンネルデコーディング部

Claims (7)

1. 擬似雑音コードを用いて制御チャンネルデータを拡散して拡散された制御チャンネルデータを生成する段階、
   前記拡散された制御チャンネルデータとサービスチャンネルデータを時間分割多重化して多重化された信号を生成する段階であって、
   前記拡散された制御チャンネルデータと使用者別に固有のパイロット擬似雑音コードを多重化して多重化された制御チャンネルデータを生成する段階と、
   前記サービスチャンネルデータとパイロットコードを多重化して多重化されたサービスチャンネルデータを生成する段階と、
   前記多重化された制御チャンネルデータと前記多重化されたサービスチャンネルデータを多重化する段階とを含む、多重化された信号を生成する段階、および
   前記多重化された信号をフーリエ逆変換してフーリエ逆変換された信号を生成する段階
   を含むことを特徴とする信号伝送方法。
2. 前記多重化された制御チャンネルデータを生成する段階は、前記拡散された制御チャンネルデータと前記パイロット擬似雑音コードを時間分割多重化することを特徴とする、請求項１に記載の信号伝送方法。
3. 前記多重化されたサービスチャンネルデータを生成する段階は、前記サービスチャンネルデータと前記パイロットコードを時間分割多重化することを特徴とする、請求項２に記載の信号伝送方法。
4. 前記制御チャンネルは要請チャンネルと確認チャンネルを含み、前記要請チャンネルと確認チャンネルは時間分割二重化されることを特徴とする、請求項１に記載の信号伝送方法。
5. 受信信号をフーリエ変換してフーリエ変換された信号を生成段階、
   使用者別に固有の複数のパイロット擬似雑音コードと複数のパイロットコードとを前記受信信号に適用して制御チャンネル信号とサービスチャンネル信号の時間位置を把握する段階、
   前記時間位置に基づいて前記フーリエ変換された信号を逆多重化し、前記制御チャンネル信号と前記サービスチャンネル信号を前記フーリエ変換された信号から時間分割逆多重化して抽出する段階、および
   前記パイロット擬似雑音コードを用いて前記制御チャンネル信号から制御チャンネルデータを求める段階
   を含むことを特徴とする信号受信方法。
6. 制御チャンネルデータ及びサービスチャンネルデータをコーディングしてコーディングされた制御チャンネルデータ及びサービスチャンネルデータを生成する段階、
   擬似雑音コードを用いて前記コーディングされた制御チャンネルデータを拡散して拡散される前記制御チャンネルデータを生成する段階、
   前記拡散される制御チャンネルデータと使用者別に固有のパイロット擬似雑音コードを時間分割多重化して前記多重化された制御チャンネル信号を生成し、前記コーディングされたサービスチャンネルデータとパイロットコードを時間分割多重化して多重化されたサービスチャンネル信号を生成する段階、
   前記多重化された制御チャンネル信号及び前記多重化されたサービスチャンネル信号を時間分割多重化して多重化された信号を生成する段階、および
   前記多重化された信号をフーリエ逆変換してフーリエ逆変換された信号を生成する段階
   を含むことを特徴とする信号伝送方法。
7. 前記制御チャンネルは要請チャンネルと確認チャンネルを含み、前記要請チャンネルと前記確認チャンネルは時間分割二重化されることを特徴とする、請求項６に記載の信号伝送方法。

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