JP4978384B2

JP4978384B2 - 移動通信システム、送信装置、および送信信号生成方法

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Publication number: JP4978384B2
Application number: JP2007231376A
Authority: JP
Inventors: 賢吾桶谷; 義一鹿倉
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-09-06
Also published as: JP2008136172A; US20080101507A1; CN101183895A; CN101183895B; CN103326982B; KR20080039247A; CA2607526C; KR100898350B1; CN103326982A; EP1919149A1; EP1919149B1; US8155173B2; CN105306401A; CA2607526A1

Description

本発明は移動通信システムの基地局装置と端末装置の間の通信に関する。

ＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）移動通信システムの基地局装置と端末装置の間のエアインタフェース上では制御信号やデータ信号が種類に応じて各種チャネルで転送される。例えば、ＰＲＡＣＨ（ＰｈｙｓｉｃａｌＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＣｈａｎｎｅｌ）にはＰＡＣＨ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＣｈａｎｎｅｌ）がマッピングされ、ＲＡＣＨ上でプリアンブルやメッセージが転送される。またＰＵＳＣＨ（ＰｈｙｓｉｃａｌＵｐｌｉｎｋＳｈａｒｅｄＣｈａｎｎｅｌ）では上りのデータ信号が転送される。ＰＵＣＣＨ（ＰｈｙｓｉｃａｌＵｐｌｉｎｋＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ）では上りの制御信号が転送される。ＰＵＳＣＨやＰＵＣＣＨ上のフレームに含まれる基準信号（ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳｉｇｎａｌ）やＲＡＣＨ上のプリアンブルは予め定められたパターンの信号である。

基地局装置はＰＵＳＣＨ上あるいはＰＵＣＣＨ上の基準信号を検出することにより、各端末装置からの上りデータ信号や上り制御信号の減衰を補償すること等が可能となる。またＲＡＣＨ上のプリアンブルを検出することにより、基地局装置は端末装置からのアクセスを認識することができる。

ＬＴＥ移動通信システムでは、複数の端末装置からの基準信号を同じ帯域幅で多重転送するためにＣＤＭ（符号分割多重）が行われる。ＣＤＭにおいては、端末装置のそれぞれに特有の循環シフト（ｃｙｃｌｉｃｓｈｉｆｔ）を使用することにより、複数の端末装置が直交性を保ちつつ、同じＺＣシーケンス（ＺＣ系列，ＺＣ（Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ）Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を共有することができる。

一般的に、端末装置は予め定められたＺＣシーケンスに対して循環シフトを行った後に、フーリエ変換や逆フーリエ変換を含む信号処理を行い、得られた信号を送信する（非特許文献１参照）。

図６は、基準信号の送信に着目した端末装置の構成例を示すブロック図である。図６の例では、端末装置は、予め定められたＺＣシーケンスに対して、端末装置に固有の循環シフトを行った後にＤＦＴ（離散フーリエ変換，ＤｉｓｃｒｅｔｅＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）により周波数領域に変換する。続いて端末装置は、得られた周波数領域の信号をサブキャリアにマッピングした後にＩＤＦＴ（逆離散フーリエ変換，ＩｎｖｅｒｓｅＤｉｓｃｒｅｔｅＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）により時間領域に戻す。最後に端末装置は、時間領域に戻った信号にＣＰ（ＣｙｃｌｉｃＰｒｅｆｉｘ）を挿入して送信する。

基地局装置は端末装置からの受信信号からＣＰを除去した後に、受信信号と予め定められたＺＣシーケンスのパターンとの相互相関値を算出し、それらの相互相関値に基づいて、端末から送信されたＺＣシーケンスおよびその循環シフトを検出する。
Ｒ１−０６０３７３：ＣｏｍｐａｒｉｓｏｉｎｏｆＰｒｏｐｏｓｅｄＵｐｌｉｎｋＰｉｌｏｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＦｏｒＳＣ−ＦＦＯＭＡ，ＴＥＸＡＳＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ，３ＧＰＰＴＳＧＲＡＮＷＧ１＃４４Ｄｅｎｖｅｒ，Ｃｏ，Ｆｅｂ１３−１７，２００６

上述したような端末装置から送出され、ＣＤＭで多重されたＺＣシーケンスおよび循環シフトからなるパターンを検出する構成を単純化することが望まれる。そのために、ＺＣシーケンスが同一で循環シフトが異なる複数のパターンを１つの回路で検出することにより、回路数を削減した周波数領域相互相関方式（マルチユーザ・チャネル推定）が有効である。

図７Ａは、端末装置から送出されたパターンを検出するための構成を単純化した基地局装置の構成を示すブロック図である。図７Ａではチャネル推定に着目している。図７Ｂは、図７Ａの基地局装置によるチャネル推定結果を示すタイミングチャートである。

図７Ａを参照すると、ＣＰの削除された受信信号は最初にＦＦＴ（高速フーリエ変換，ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）により周波数領域に変換される。続いて、その周波数領域の受信信号と、循環シフトされていない予め定められたＺＣシーケンスの共役複素数とが乗算される。次に、乗算結果の信号は、ＩＦＦＴ（ＩｎｖｅｒｓｅＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）により時間領域に変換される。これにより受信信号と、予め定められたＺＣシーケンスとの相互相関値が得られる。得られた相互相関値から、端末装置の送信したＺＣシーケンスが検出される。

また循環シフトは遅延と同等として考えることができるので、図７Ｂに例示されているような相互相関値の遅延プロファイルから、同じＺＣシーケンスを用いた端末装置の各々で適用された循環シフトのシフト量を検出することができる。図７Ｂの例では、同じＺＣシーケンスに対して異なる循環シフトを用いたＵＥ０〜ＵＥ３の相互相関のピークが互いに異なるタイミングに現れている。

この方式の使用により、同じＺＣシーケンスに対する各々に固有の循環シフトを有する複数の端末装置のチャネル推定結果を一括で得ることが可能となる。

また図７Ａでは、周波数領域で算出した相互相関値を時間領域の相互相関値に変換する部分を単純化するためにＩＤＦＴではなくＩＦＦＴが使用されている。

長さが異なる十分な数のＺＣシーケンスに対応するためにサンプル数は素数あるいは大きい素因数を有する数であることが好ましい。

基地局装置において、図７ＡのようなＩＦＦＴではなく、端末装置のＤＦＴに対応したＩＤＦＴを用いれば、端末装置による循環シフトのサンプル数を、基地局装置のＩＤＦＴの出力のサンプルの整数個分に対応させることができる。しかし、その場合には基地局装置における逆フーリエ変換のための構成は複雑化する。

そこで図７Ａでは、基地局装置においてＩＦＦＴを用いることにより逆フーリエ変換のための構成を単純化している。しかし、その結果、端末装置による循環シフトのサンプル数は基地局装置のＩＦＦＴの出力のサンプルの整数個分に対応しなくなっている。

図８は、図６の端末装置と図７Ａの基地局装置を有する移動通信システムによるマルチユーザ・チャネル推定の例を示す図である。この例では、端末装置ＵＥ０、ＵＥ１、ＵＥ２、およびＵＥ３は、同じＺＣシーケンスを、ＤＦＴのサンプルで、それぞれ０個分、１８個分、３６個分、及び５４個分だけ循環シフトさせるものとする。また、ここではＤＦＴサイズ（サンプル数）が７３であり、ＦＦＴサイズおよびＩＦＦＴサイズが２５６であるとする。

基地局装置のＩＦＦＴ出力におけるサンプリング速度は、端末装置のＤＦＴ入力におけるサンプリング速度の２５６／７３倍である。したがって、ＵＥ０、ＵＥ１、ＵＥ２、およびＵＥ３の循環シフトのシフト量は、それぞれ、基地局装置のＩＦＦＴ出力のサンプルの０個分、６３．１２個分、１２６．２５個分、１８９．３７個分に相当する。これらの値から整数部分を取り除いた値が各ＵＥに対するチャネル推定の結果にタイミング・エラーとして現れる。図８に示されているように、ＵＥ０以外のＵＥのチャネル推定結果には１サンプル未満のタイミング・エラーが含まれることが分かる。具体的には、ＵＥ１のチャネル推定結果には０．１２サンプル分のタイミング・エラーが含まれ、ＵＥ２のチャネル推定結果には０．２５サンプル分のタイミング・エラーが含まれ、ＵＥ３のチャネル推定結果には０．３７サンプル分のタイミング・エラーが含まれている。

特に、これらのチャネル推定結果を復調に用いた場合にはタイミング・エラーは復調性能の劣化の原因となる。このようなタイミング・エラーを周波数領域における信号処理で補償しようとすると装置構成が複雑化する。

本発明の目的は、シーケンスを循環シフトした所定のパターンを通信に用いる方式において、単純な構成でタイミング・エラーを低減した移動通信システム、送信装置、および送信信号生成方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の移動通信システムは、所定の系列を循環シフトした信号を通信に用いる移動通信システムであって、
所定の系列の信号を周波数領域で信号処理し、逆高速フーリエ変換によって時間領域に変換した後に、時間領域に変換された前記信号の前記系列を所定のシフト量だけ循環シフトさせて送信する送信装置と、
前記送信装置から受信した信号と予め記憶しておいた系列との相互相関値を周波数領域で算出した後に、前記相互相関値を逆高速フーリエ変換によって時間領域に変換し、前記時間領域の相互相関値に基づいて、前記送信装置で用いられた系列および循環シフトのシフト量を検出する受信装置と、を有している。

本発明の送信装置は、所定の系列を循環シフトした信号を通信に用いる移動通信システムに用いられる送信装置であって、
所定の系列が周波数領域で信号処理された信号を、逆高速フーリエ変換によって時間領域に変換する逆高速フーリエ変換手段と、
前記逆高速フーリエ変換手段で時間領域に変換された前記信号の前記系列を、所定のシフト量だけ循環シフトさせる循環シフト手段と、を有している。

本発明の送信信号生成方法は、所定の系列を循環シフトした信号を通信に用いる移動通信システムに用いられる送信装置における送信信号生成方法であって、
所定の系列を周波数領域で信号処理し、
信号処理した周波数領域の信号を逆高速フーリエ変換によって時間領域に変換し、
時間領域に変換した前記信号の前記系列を所定のシフト量だけ循環シフトさせる。

本発明によれば、所定の系列に周波数領域で信号処理を行った信号を逆高速フーリエ変換し、その後段で循環シフトを行い、それによって得られた信号を送信するので、単純な構成で、サンプリング速度の差に起因するタイミング・エラーが受信側の逆高速フーリエ変換の出力に含まれないようにするようことができる。

図１は、本実施形態の提案する端末装置の基本的な構成を示す図である。本実施形態では、タイミング・エラーを避けるために、図１に示すように、ＩＦＦＴ（ＩｎｖｅｒｓｅＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）の後にて循環シフトを行い、ＩＦＦＴでサンプリングすることにより循環シフトを定義することを提案する。これによれば、図７ＡのＩＦＦＴの出力において、循環シフトのサンプル数を整数にすることができる。

図２は、図１で提案された循環シフトの定義を使用するマルチユーザ・チャネル推定の例を示す図である。図２を参照すると、各端末装置に対するチャネル推定の結果は、タイミング・エラーを伴わずにサンプルの整数分だけ削除することが可能となっている。

ここでは循環シフトの定義を提案している。ＥＵＴＲＡ（Ｅｖｏｌｖｅｄ−ＵＭＴＳＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＲａｄｉｏＡｃｃｅｓｓ）上りリンクに対するマルチユーザ・チャネル推定の簡潔性を考慮し、ＩＦＦＴの後に循環シフトを行い、ＩＦＦＴにおけるサンプリングにより循環シフトを定義する。

以下、本実施形態の詳細について説明する。

図３は、本実施形態の移動通信システムの構成を示すブロック図である。図３を参照すると移動通信システム１０は基地局装置１１と端末装置１２とを有している。基地局装置１１と端末装置１２はエアインタフェース上で各種信号を送受信する。例えば端末装置１２はＰＵＳＣＨで上りデータ信号を基地局装置１１に送信する。ＰＵＳＣＨ上の上りデータ信号のフレームには基準信号が含まれている。基準信号は基地局装置１１で検出され、減衰の補償等に利用される。

基準信号は、予め定められたＺＣシーケンスを、予め定められた分だけ循環シフトした信号である。１つのＺＣシーケンスに対してシフト量の異なる複数の循環シフトが定義されており、基地局装置１１は、ＺＣシーケンスを検出すると共に循環シフトも検出する。

以下、端末装置１２から基地局装置１１への基準信号の転送に着目して説明する。

図４は、端末装置１２の構成を示すブロック図である。図４を参照すると、端末装置１２は、シーケンス生成部２１、ＤＦＴ部２２、サブキャリアマッピング部２３、ＩＦＦＴ部２４、循環シフト部２５、およびＣＰ挿入部２６を有している。

シーケンス生成部２１は基地局装置１１に基準信号として送信するパターンの基となるＺＣシーケンスを生成する。ＺＣシーケンスは、ＺＣ−ＺＣＺ（Ｚａｄｏｆｆ−ＣｈｕＺｅｒｏＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎＺｏｎｅ）系列の生成多項式を用いて生成される。

ＤＦＴ部２２は、シーケンス生成部２１で生成された時間領域のＺＣシーケンスを含む信号を、ＤＦＴ（ＤｉｓｃｒｅｔｅＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）によって周波数領域の信号に変換する。

サブキャリアマッピング部２３は、ＤＦＴ部２２で周波数領域に変換された信号を所定のサブキャリアにマッピングする。例えばルートナイキストフィルタ等で帯域制限した信号を所定のサブキャリアにマッピングすることにしてもよい。

ＩＦＦＴ部２４は、サブキャリアマッピング部２３でサブキャリアにマッピングされた周波数領域の信号を、ＩＦＦＴによって時間領域の信号に変換する。

循環シフト部２５は、ＩＦＦＴ部２４で時間領域に戻った信号に含まれているＺＣシーケンスを、ＩＦＦＴ部２４の出力におけるサンプルの所定個分だけ循環シフトさせる。したがって、循環シフトのシフト量として取りうる値はＩＦＦ部２４の出力におけるサンプリング速度に依存した離散的な値である。循環シフトのシフト量はＩＦＦＴ部２４の出力におけるサンプル数で規定されていてもよい。

ＣＰ挿入部２６は、循環シフト部２５によってＺＣシーケンスが循環シフトされた信号の末尾の部分をＣＰ（ＣｙｃｌｉｃＰｒｅｆｉｘ）として信号の先頭の前に付加する。ＣＰ挿入部２５でＣＰが付加された信号はＰＵＳＣＨ上に送信される。

図５は、基地局装置１１の構成を示すブロック図である。図５を参照すると、基地局装置１１は、ＣＰ削除部３１、ＦＦＴ部３２、乗算部３３、ＩＦＦＴ部３４、および検出部３５を有している。

ＣＰ削除部３１は、端末装置１２からＰＵＳＣＨ上で受信した信号からＣＰを削除する。

ＦＦＴ部３２は、ＣＰ削除部３１でＣＰが削除された信号をＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）によって周波数領域の信号に変換する。

乗算部３３は、予め定められたＺＣシーケンスを周波数領域に変換したパターンと、ＦＦＴ部３２で周波数領域に変換された信号とを乗算する。この乗算に用いられるＺＣシーケンスは循環シフトがされていないものである。

ＩＦＦＴ部３３は、乗算部３２での乗算によって得られた信号をＩＦＦＴによって時間領域の信号に変換する。これによって、ＰＵＳＣＨ上で受信された信号とＺＣシーケンスとの相互相関値が時間領域で得られる。端末装置１２から送信された基準信号のパターンがＺＣシーケンスを循環シフトさせたものであれば、循環シフトのシフト量はＩＦＦＴ部３３の出力では遅延量として現れる。ここではＩＦＦＴ部３３の出力におけるサンプリング速度は、端末装置１２のＩＦＦＴ部２４の出力におけるサンプリング速度と同じあるいは自然数倍であるものとする。それ故、ＩＦＦＴ部３４の出力における循環シフトのシフト量には、サンプリング速度の差に起因するタイミング・エラーが含まれていない。

検出部３５は、ＩＦＦＴ部３４の出力から、端末装置１２が基準信号として送信したパターンのＺＣシーケンスおよび循環シフトを検出する。ＺＣシーケンスおよびその受信レベルは相互相関値のピークの信号レベルから判断することができ、循環シフトはピークの遅延量から判断することができる。検出部３５の検出結果は例えば上りデータ信号の復調あるいは上りデータ信号の減衰の補償に利用される。

以上説明したように、本実施形態によれば、所定のＺＣシーケンスを周波数領域でサブキャリアマッピングした信号をＩＦＦＴし、その後段で循環シフトを行った信号を送信するので、単純な構成で、サンプリング速度の差に起因するタイミング・エラーが受信側のＩＦＦＴの出力に含まれないようにするようことができる。

より具体的には、同じＺＣシーケンスに対して複数の循環シフトを定義した所定のパターンを通信に用いる移動通信システムにおいて、端末装置１２がＩＦＦＴ部２４の後に循環シフト部２５を配置し、循環シフト部２５はＩＦＦＴ部２４の出力のサンプル数によってＺＣシーケンスに対する循環シフトのシフト量を規定する。それ故、同じＺＣシーケンスに対して異なる循環シフトを行った複数のパターンをＩＦＦＴの出力から一括で検出する構成の基地局装置１１において、ＩＦＦＴの出力に、サンプリング速度の差に起因するタイミング・エラーが含まれないようにするようことができる。またチャネル推定結果（相互相関値）からサンプリング速度の差に起因するタイミング・エラーを除去することにより、チャネル推定結果を復調に用いた場合の復調性能が向上する。

なお、本実施形態ではＰＵＳＣＨ上の基準信号の転送を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は所定のシーケンスにシフト量の異なる循環シフトを適用した複数のパターンを用いた信号の転送に広く適用することができ、例えばＰＵＣＣＨ上の基準信号あるいは制御信号、またはＲＡＣＨ上のプリアンブルにも適用することができる。

本実施形態の提案する端末装置の基本的な構成を示す図である。図１で提案された循環シフトの定義を使用するマルチユーザ・チャネル推定の例を示す図である。本実施形態の移動通信システムの構成を示すブロック図である。端末装置１２の構成を示すブロック図である。基地局装置１１の構成を示すブロック図である。基準信号の送信に着目した端末装置の構成例を示すブロック図である。端末装置から送出されたパターンを検出するための構成を単純化した基地局装置の構成を示すブロック図である。図７Ａの基地局装置によるチャネル推定結果を示すタイミングチャートである。図６の端末装置と図７Ａの基地局装置を有する移動通信システムによるマルチユーザ・チャネル推定の例を示す図である。

符号の説明

１０移動通信システム
１１基地局装置
１２端末装置
２１シーケンス生成部
２２ＤＦＴ部
２３サブキャリアマッピング部
２４ＩＦＦＴ部
２５循環シフト部
２６ＣＰ挿入部
３１ＣＰ削除部
３２ＦＦＴ部
３３乗算部
３４ＩＦＦＴ部
３５検出部

Claims

所定の系列を循環シフトした信号を通信に用いる移動通信システムであって、
所定の系列の信号を周波数領域で信号処理し、逆高速フーリエ変換によって時間領域に変換した後に、時間領域に変換された前記信号の前記系列を、前記逆高速フーリエ変換の出力におけるサンプル数で規定されるシフト量だけ循環シフトさせて送信する送信装置と、
前記送信装置から受信した信号と予め記憶しておいた系列との相互相関値を周波数領域で算出した後に、前記相互相関値を逆高速フーリエ変換によって時間領域に変換し、前記時間領域の相互相関値に基づいて、前記送信装置で用いられた系列および循環シフトのシフト量を検出する受信装置と、を有する移動通信システム。
前記受信装置の逆高速フーリエ変換の出力のサンプリング速度が、前記送信装置の逆高速フーリエ変換の出力のサンプリング速度の自然数倍である、請求項１に記載の移動通信システム。
前記送信装置は、逆高速フーリエ変換の出力を所定のサンプル数分だけ循環シフトさせることにより、前記所定のシフト量の循環シフトを実現する、請求項１または２に記載の移動通信システム。
前記送信装置が端末装置であり、前記受信装置が基地局装置である、請求項１から３のいずれか１項に記載の移動通信システム。
前記系列を循環シフトしたパターン信号は、データ信号あるいは制御信号の復調に用いられる基準信号、またはランダムアクセスのためのプリアンブルである、請求項１から４のいずれか１項に記載の移動通信システム。
所定の系列を循環シフトした信号を通信に用いる移動通信システムに用いられる送信装置であって、
所定の系列が周波数領域で信号処理された信号を、逆高速フーリエ変換によって時間領域に変換する逆高速フーリエ変換手段と、
前記逆高速フーリエ変換手段で時間領域に変換された前記信号の前記系列を、前記逆高速フーリエ変換の出力におけるサンプル数で規定されるシフト量だけ循環シフトさせる循環シフト手段と、を有する送信装置。
前記逆高速フーリエ変換手段は、その出力のサンプリング速度の整数倍が受信装置の逆高速フーリエ変換の出力のサンプリング速度と一致する、請求項６に記載の送信装置。
前記循環シフト手段は、前記逆高速フーリエ変換手段の出力を所定のサンプル数分だけ循環シフトさせることにより、前記所定のシフト量の循環シフトを実現する、請求項６または７に記載の送信装置。
基地局装置に上り信号を送信する端末装置である、請求項６から８のいずれか１項に記載の送信装置。
前記系列を循環シフトしたパターン信号は、データ信号あるいは制御信号の復調に用いられる基準信号、またはランダムアクセスのためのプリアンブルである、請求項６から９のいずれか１項に記載の送信装置。
所定の系列を循環シフトして通信に用いる移動通信システムに用いられる送信装置における送信信号生成方法であって、
所定の系列を周波数領域で信号処理し、
信号処理した周波数領域の信号を逆高速フーリエ変換によって時間領域に変換し、
時間領域に変換した前記信号の前記系列を、前記逆高速フーリエ変換の出力におけるサンプル数で規定されるシフト量だけ循環シフトさせる、送信信号生成方法。