JP6523130B2 - 通信装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置および制御方法に関する。

現在普及が進んでいるロングタームエボリューション（ＬＴＥ）では、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が採用されている。ＯＦＤＭでは、各ＯＦＤＭシンボルの先頭にサイクリックプレフィックス（Ｃｙｃｌｉｃ−Ｐｒｅｆｉｘ）と呼ばれるガード区間を設けることにより、前シンボルの遅延波が次のＯＦＤＭシンボルにおよぼすシンボル間干渉（Ｉｎｔｅｒ−Ｓｙｍｂｏｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ、ＩＳＩ）やサブキャリア間の直交性の崩れに起因するサブキャリア間干渉を低減または除去できる。

しかしながら、サイクリックプレフィックスは、実質的にデータ伝送を行うことができない区間であると共に、さらに隣接シンボル又は他の信号への干渉源となりうる。これに対して、非特許文献１には、ＤＦＴＳ−ＯＦＤＭ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｓｐｒｅａｄ−ＯＦＤＭ）の信号において、送信系のＤＦＴへの入力系列に含まれる（時間領域の）シンボルの始めと終わりのいくつかを「０」とすることで、出力時間信号のテール（ｔａｉｌ）の強度の低減を目指す技術が開示されている。テールの強度を十分小さく抑えることで、そのテールに対応する時間範囲では、隣接シンボル又は他の信号に対する干渉が十分に小さくなることが期待される。なお、このようにテールの強度が十分小さく抑えられる場合には、サイクリックプレフィックスが用いられる必要はなくなる。

G. Berardinelli, F. Tavares, T. Sorensen, P. Mogensen, and K. Pajukoski, "Zero-tail dft-spread-ofdm signals," in Globecom Workshops (GC Wk-shps), 2013 IEEE, Dec 2013, pp. 229-234.

しかしながら、非特許文献１に記載の技術では、上記のような「０」置換を行ってもテールが希望通りに小さくならない場合があるという課題があった。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、隣接シンボル又は他の信号に対する干渉を十分に小さくすることを可能とする信号の生成技術を提供することにある。

本発明のある態様は、通信装置に関する。この通信装置は、時間領域の入力シンボル系列を生成する生成部と、生成部によって生成された入力シンボル系列を周波数領域の周波数データに変換し、該変換により得られた周波数データを所望の周波数帯域を有する時間領域の信号に変換する処理部と、を備える。生成部によって生成された入力シンボル系列は、第１シンボルと、送信データを表す第２シンボルと、を含む。第１シンボルは、処理部における処理の結果得られる時間領域の信号の端部に第２シンボルが与える影響と当該端部に第１シンボルが与える影響とが打ち消し合うように決定される。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納した記録媒体などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、隣接シンボル又は他の信号に対する干渉を十分に小さくすることを可能とする信号を生成することができる。

本実施の形態に係る無線通信システムの構成例を示す図である。 基地局装置および端末のハードウェア構成例を示す図である。 図２の通信装置の機能および構成を示すブロック図である。 図３のベースバンド信号処理部の送信に係る機能および構成を示すブロック図である。 図４の入力系列生成部の機能および構成を示すブロック図である。 図５の入出力特性保持部の一例を示すデータ構造図である。 無線通信システムにおける一連の処理の流れを示すチャートである。 端末間のＩＳＩ低減効果を説明する説明図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。

上述の通り、非特許文献１には、ＤＦＴＳ−ＯＦＤＭにおいて、送信系のＤＦＴへの入力系列に含まれるシンボルの始めと終わりのいくつかを「０」で置換することで、出力信号のテールの強度の低減を目指す技術が開示されている。

しかしながら、本発明者は、上記のような「０」置換を行ってもテールが希望通りに小さくならない場合があり、その原因として以下の２点があることを見出した。
（１）入力系列に含まれるデータシンボルのテールへの影響。
（２）非特許文献１の技術ではＩＤＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）後の処理（フィルタリング等）を考慮していないこと。
本実施の形態では、入力シンボル系列に含まれるデータシンボルがテールに与える影響と、同じく入力シンボル系列に含まれるオーバーヘッド（ＯＨ）シンボルがテールに与える影響とが打ち消し合うように、ＯＨシンボルを決定する。その結果、ＯＨシンボルの値は「０」のような固定値ではなく、データシンボルにより変化する値（例えば、複素数）となる。また、ＩＤＦＴ後の処理も考慮される。これらにより、データシンボルによらずにテールの強度を低減でき、サイクリックプレフィックスを用いずとも、シンボル間干渉およびサブキャリア間干渉を十分に低く抑えることができる。

図１は、本実施の形態に係る無線通信システムの構成例を示す。本無線通信システムは、例えば、それぞれが無線通信装置として動作する基地局装置１０１と端末１０２とを含む。なお、例示的に１つの基地局装置１０１と１つの端末１０２とが含まれるシステムを示しているが、これらの通信装置は複数存在し得る。また、本無線通信システムは、例えばロングタームエボリューション（ＬＴＥ）等のセルラ通信システムであるが、その後の世代のセルラ通信システムや、無線ＬＡＮなどの無線通信システムであってもよい。すなわち、以下の技術は、２つの通信装置間において、ＯＦＤＭを用いる場合に適用できるものであり、その対象は、必ずしもセルラ通信システム等の特定のシステムに限定されない。

以下では、主として図１のセルラ通信システムにおける端末１０２の構成等について説明する。なお、図１のセルラ通信システムにおける端末１０２のみならず、ＤＦＴＳ−ＯＦＤＭを用いて信号を送信する通信装置であれば、当然に以下の議論を適用することができる。

図２は、端末１０２のハードウェア構成例を示す図である。端末１０２は、一例において、図２に示すようなハードウェア構成を有し、例えば、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、外部記憶装置２０４、及び通信装置２０５を有する。端末１０２では、例えばＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３及び外部記憶装置２０４のいずれかに記録された、端末１０２の各機能を実現するためのプログラムがＣＰＵ２０１により実行される。そして、端末１０２は、例えばＣＰＵ２０１により通信装置２０５を制御して、基地局装置１０１と端末１０２との間の通信を行う。

なお、図２では、端末１０２は、１つの通信装置２０５を有するとしているが、例えば、端末１０２は、例えば、複数の周波数帯域のそれぞれに対応する複数の通信装置を有していてもよい。なお、端末１０２は、端末間の直接通信のために、例えば、上りリンクの信号を受信するための通信装置を有していてもよいし、下りリンクの信号を送信するための通信装置を有していてもよい。

なお、端末１０２は、各機能を実行する専用のハードウェアを備えてもよいし、一部をハードウェアで実行し、プログラムを動作させるコンピュータでその他の部分を実行してもよい。また、端末１０２は、その全機能をコンピュータとプログラムにより実行させてもよい。

図３は、図２の通信装置２０５の機能および構成を示すブロック図である。通信装置２０５は、ベースバンド信号処理部３０２と、送受信部３０４と、増幅部３０６と、アンテナ３０８と、を含む。

通信装置２０５の送信機能を説明する。ベースバンド信号処理部３０２は送信対象のユーザデータである送信データを取得する。ベースバンド信号処理部３０２では、取得された送信データに対して、実施の形態に係るプリコーディング処理や離散フーリエ変換（ＤＦＴ）処理、ＩＤＦＴ処理などが行われ、送受信部３０４にベースバンド信号として転送される。送受信部３０４は、ベースバンド信号処理部３０２から出力されたベースバンド信号を所望の無線周波数帯に変換する。その後、増幅部３０６は、周波数変換された無線周波数信号を増幅してアンテナ３０８により送信する。

通信装置２０５の受信機能を説明する。アンテナ３０８で受信された無線周波数信号が増幅部３０６で増幅され、送受信部３０４で周波数変換されてベースバンド信号に変換される。このベースバンド信号には、ベースバンド信号処理部３０２でＤＦＴ処理や、誤り訂正復号などがなされる。

図４は、図３のベースバンド信号処理部３０２の送信に係る機能および構成を示すブロック図である。ベースバンド信号処理部３０２は、第１端子４０２と、入力系列生成部４０４と、ＯＨパラメータ決定部４０８と、ＯＨパラメータ保持部４１０と、ＤＦＴ部４１２と、周波数領域処理部４１４と、ＩＤＦＴ部４１６と、時間領域後処理部４１８と、第２端子４２０と、を有する。

入力系列生成部４０４は第１端子４０２から、送信データを表すシンボルである送信データシンボルを受信する。入力系列生成部４０４は、ＯＨパラメータ保持部４１０からＯＨパラメータを取得する。入力系列生成部４０４は、取得されたＯＨパラメータと受信した送信データシンボルとに基づき、前置ＯＨシンボルと後置ＯＨシンボルとを含むＯＨシンボルを決定する。入力系列生成部４０４は、受信した送信データシンボルに決定されたＯＨシンボルを付加することで入力シンボル系列を生成する。入力シンボル系列は時間領域の系列であり、特にＭ個（Ｍは自然数）のシンボルの時系列である。入力シンボル系列はシンボルを要素とするベクトルで表現される。このベクトルを入力シンボルベクトルＳと表記する。入力シンボルベクトルＳにおいてＭ個の要素は時間軸に沿って並んでいる。

ＤＦＴ部４１２は、入力系列生成部４０４によって生成された入力シンボル系列を直列／並列変換し、ＤＦＴ処理することで時間領域の系列を周波数領域の周波数データに変換し、周波数領域処理部４１４に出力する。当該ＤＦＴのサイズ（この場合、Ｍ）は無線送信する信号の帯域幅に相当する。

周波数領域処理部４１４は、ＤＦＴ部４１２における変換の結果得られる周波数データに対して周波数領域における所定の処理を施す。例えば、周波数領域処理部４１４は、ＤＦＴ処理後の周波数データを所望の周波数帯域または割り当てられている周波数帯域にマッピングし、それ以外の周波数帯域に無信号（０信号）をマッピングした周波数領域の系列を生成して、ＩＤＦＴ部４１６に出力する。

ＩＤＦＴ部４１６は、周波数領域処理部４１４が出力した系列に対してＩＤＦＴ処理を行い、時間領域の信号を生成して、時間領域後処理部４１８に出力する。当該ＩＤＦＴのサイズ（この場合、Ｍよりも大きな自然数Ｆ）は、基地局装置１０１の全受信信号帯域幅に相当する。特にＦは基地局装置１０１で利用可能なサブキャリアの数であってもよい。

時間領域後処理部４１８は、ＩＤＦＴ部４１６が出力した信号に対して時間領域における所定の処理を施す。例えば、時間領域後処理部４１８は、ＩＤＦＴ部４１６が出力した信号にフィルタ処理を適用する。時間領域後処理部４１８は、フィルタ処理された信号を第２端子４２０に出力する。第２端子４２０は送受信部３０４と接続されている。

ＤＦＴ部４１２と周波数領域処理部４１４とＩＤＦＴ部４１６と時間領域後処理部４１８とは信号処理部４０６を構成する。信号処理部４０６は、入力系列生成部４０４によって生成された入力シンボル系列を周波数領域の周波数データに変換する。信号処理部４０６は、その変換により得られた周波数データを所望の周波数帯域を有する時間領域の信号に変換し、第２端子４２０に出力する。

ベースバンド信号処理部３０２の受信に係る機能および構成は、基本的に図４に示される処理を逆にすることで得られる。例えば、逆フィルタ処理、ＤＦＴ処理、逆マッピング処理、ＩＤＦＴ処理、が実装されてもよい。

図５は、図４の入力系列生成部４０４の機能および構成を示すブロック図である。入力系列生成部４０４は、データシンボル取得部５０２と、入出力特性保持部５０４と、ＯＨシンボル演算部５０６と、合成部５０８と、を有する。

入力系列生成部４０４から出力されるサイズＭの入力シンボルベクトルＳは、
Ｓ＝（ｈ_Ｎｈ ^Ｔ、ｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ} ^Ｔ、ｔ_Ｎｔ ^Ｔ）^Ｔ
と表される。ここで、ｈ_ＮｈはＮｈ（Ｎｈは０以上の整数）個の前置ＯＨシンボルを要素とする前置ＯＨベクトルであり、ｔ_ＮｔはＮｔ（Ｎｔは自然数）個の後置ＯＨシンボルを要素とする後置ＯＨベクトルである。ｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ}はＭ−Ｎｈ−Ｎｔ個の送信データシンボルからなる送信データベクトルである。なお、ＮｈおよびＮｔはＭ＞Ｎｈ＋Ｎｔを満たす。このように本実施の形態では、送信データシンボルにそれとは異なるシンボルを付加することで入力シンボル系列を生成するプリコーディングが行われる。

入力シンボルベクトルＳにおいて、送信データシンボルは前置ＯＨシンボルと後置ＯＨシンボルとに挟まれるように配置される。後置ＯＨシンボルは、送信データシンボルの時間に比して後の時間に対応する要素として入力シンボルベクトルＳに含められる。前置ＯＨシンボルは、送信データシンボルの時間に比して前の時間に対応する要素として入力シンボルベクトルＳに含められる。

入力系列生成部４０４において、Ｎｈ個の前置ＯＨシンボルおよびＮｔ個の後置ＯＨシンボルは、入力シンボルベクトルＳに対応して信号処理部４０６から出力される時間領域の信号の後端部すなわちテールに送信データベクトルｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ}が与える影響と、当該テールに前置ＯＨベクトルｈ_Ｎｈおよび後置ＯＨベクトルｔ_Ｎｔが与える影響と、が打ち消し合うように決定される。

入力シンボルベクトルＳに対応して信号処理部４０６から出力される時間領域の信号のＫ個の時間サンプルを要素とするベクトルを出力ベクトルＸと表記する。出力ベクトルＸの要素のうちテールに対応する要素、すなわち後ろから数えてＰ（ＰはＫより小さい自然数）番目の要素から最後の要素までの要素からなるベクトルを出力テールベクトルＸ_Ｐと表記する。出力テールベクトルＸ_Ｐは出力ベクトルＸの一部である。より具体的には、
Ｘ＝（ｘ_１、ｘ_２、…、ｘ_Ｋ−１、ｘ_Ｋ）^Ｔ
と表記するとき、
Ｘ_Ｐ＝（ｘ_{Ｋ−Ｐ＋１}、ｘ_{Ｋ−Ｐ＋２}、…、ｘ_Ｋ）^Ｔ
である。

信号処理部４０６は線形システムであるから、出力テールベクトルＸ_Ｐの各要素は入力シンボルベクトルＳの要素の線形結合として表される。すなわち、
Ｘ_Ｐ＝Ａ・ｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ}＋Ｂ・（ｈ_Ｎｈ ^Ｔ、ｔ_Ｎｔ ^Ｔ）^Ｔ …（式１）
が成立する。ここで「・」は行列積を表す。Ａは、送信データベクトルｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ}を入力とし出力テールベクトルＸ_Ｐを出力とする信号処理部４０６の入出力特性を表す行列、すなわち信号処理部４０６への送信データベクトルｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ}の入力が出力テールベクトルＸ_Ｐにどのような影響を与えるかを規定する行列である。Ｂは、前置ＯＨベクトルｈ_Ｎｈおよび後置ＯＨベクトルｔ_Ｎｔを入力とし出力テールベクトルＸ_Ｐを出力とする信号処理部４０６の入出力特性を表す行列、すなわち信号処理部４０６への前置ＯＨベクトルｈ_Ｎｈおよび後置ＯＨベクトルｔ_Ｎｔの入力が出力テールベクトルＸ_Ｐにどのような影響を与えるかを規定する行列である。出力ベクトルＸのテールにおける信号エネルギを極小化または最小化するために、
Ｘ_Ｐ＝０
を課す。これは式１の右辺第１項と第２項とが打ち消し合う条件と同値である。すると、
（ｈ_Ｎｈ ^Ｔ、ｔ_Ｎｔ ^Ｔ）^Ｔ＝（Ｂ^Ｈ・Ｂ）^−１・Ｂ^Ｈ・（−Ａ）・ｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ} …（式２）
が得られる。ここでＢ^ＨはＢの随伴行列を表す。

式２は、送信データシンボルを表す送信データベクトルｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ}と、信号処理部４０６の入出力特性を表す行列Ａ、Ｂと、に基づいて前置ＯＨベクトルｈ_Ｎｈおよび後置ＯＨベクトルｔ_Ｎｔを決定することができることを示している。ベースバンド信号処理部３０２は、予めＰ、Ｎｈ、Ｎｔの組に対応するＡ、Ｂを求めておき、送信データベクトルｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ}を取得したらそれにＡ、Ｂを作用させて前置ＯＨベクトルｈ_Ｎｈおよび後置ＯＨベクトルｔ_Ｎｔを取得し、入力シンボルベクトルＳを構成する。

データシンボル取得部５０２は、第１端子４０２から送信データシンボルを受信する。データシンボル取得部５０２は、ＯＨパラメータ保持部４１０を参照し、使用すべきＮｈおよびＮｔを特定する。ＮｈおよびＮｔはいずれもＯＨパラメータである。データシンボル取得部５０２は、受信した送信データシンボルをＭ−Ｎｈ−Ｎｔ個ずつまとめて送信データベクトルｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ}を生成する。データシンボル取得部５０２は、生成された送信データベクトルｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ}を合成部５０８およびＯＨシンボル演算部５０６に出力する。

ＯＨシンボル演算部５０６は、データシンボル取得部５０２から出力された送信データベクトルｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ}と、（Ｐ、Ｎｈ、Ｎｔ）の組に対応する行列Ａ、Ｂと、に基づいて、前置ＯＨベクトルｈ_Ｎｈおよび後置ＯＨベクトルｔ_Ｎｔを決定する。ＯＨシンボル演算部５０６は、データシンボル取得部５０２から送信データベクトルｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ}を受ける。ＯＨシンボル演算部５０６は、ＯＨパラメータ保持部４１０を参照し、使用すべき（Ｐ、Ｎｈ、Ｎｔ）の組を特定する。

ＯＨシンボル演算部５０６は、入出力特性保持部５０４を参照し、特定された（Ｐ、Ｎｈ、Ｎｔ）の組に対応する行列Ａ、Ｂを取得する。図６は、入出力特性保持部５０４の一例を示すデータ構造図である。行列Ａ、ＢはいずれもＰ、Ｎｈ、Ｎｔに依存する。特に行列ＡはＰ行（Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ）列の行列であり、行列ＢはＰ行（Ｎｈ＋Ｎｔ）列の行列である。入出力特性保持部５０４は、（Ｐ、Ｎｈ、Ｎｔ）の組と行列Ａと行列Ｂとを対応付けて保持する。入出力特性保持部５０４に登録されるデータは、信号処理部４０６に対する出荷前のテストやシミュレーション結果等に基づき出荷時に登録されてもよい。行列Ａ、行列Ｂ自体は、無線チャネルの状況によらない装置固有の値を要素とする行列である。なお、行列Ａ、Ｂは保持部に保持される代わりに、演算により直接求められてもよい。

図５に戻り、ＯＨシンボル演算部５０６は、取得された行列Ａ、Ｂと受信した送信データベクトルｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ}とを使用して式２を演算することにより、前置ＯＨベクトルｈ_Ｎｈおよび後置ＯＨベクトルｔ_Ｎｔを決定する。ＯＨシンボル演算部５０６は、決定された前置ＯＨベクトルｈ_Ｎｈおよび後置ＯＨベクトルｔ_Ｎｔを合成部５０８に出力する。

合成部５０８は、データシンボル取得部５０２から受けた送信データベクトルｄ_{Ｍ−Ｎｈ−Ｎｔ}と、ＯＨシンボル演算部５０６から受けた前置ＯＨベクトルｈ_Ｎｈおよび後置ＯＨベクトルｔ_Ｎｔと、から、入力シンボルベクトルＳを合成する。合成部５０８は、生成された入力シンボルベクトルＳを信号処理部４０６に出力する。

図４に戻り、ＯＨパラメータ決定部４０８は、通信装置２０５によって無線送信される信号に係るシンボルの時間的な重なりの大きさに基づいて使用されるべきＯＨパラメータを決定し、決定されたＯＨパラメータをＯＨパラメータ保持部４１０に登録する。ＯＨパラメータはＰとＮｈとＮｔとを含む。ＯＨパラメータ決定部４０８は、タイミングオフセットやマルチパスによる遅延の想定値または統計値もしくはその両方に基づいてＰの値を決定する。ＯＨパラメータ決定部４０８は、決定されたＰの値に基づいて、ＮｈおよびＮｔの値を決定する。

一例では、ＯＨパラメータ決定部４０８は、基地局装置の通信可能範囲に基づいてＰの初期値を設定してもよい。通信可能範囲の最大半径をＲ_ｍａｘと表記し、光速をｃと表記すると、該通信可能範囲内における最大遅延Ｄ_ｍａｘは
Ｄ_ｍａｘ＝Ｒ_ｍａｘ／ｃ
で与えられる。サンプリング間隔をＴ_ｓと表記すると、Ｐの初期値Ｐ_ｉは、
Ｐ_ｉＴ_ｓ＞Ｄ_ｍａｘ
を満たす最小の整数として与えられる。すなわち、［］をガウスの記号とするとき、
Ｐ_ｉ＝［Ｒ_ｍａｘ／ｃＴ_ｓ］＋１
により初期値Ｐ_ｉが与えられる。

ＯＨパラメータ決定部４０８は、タイミングオフセットやマルチパスによる遅延の実測値に対して統計処理を施し、その処理の結果に基づきＰの値を調整してもよい。例えば最大遅延Ｄ_ｍａｘを超える遅延が多数観測された場合は、ＯＨパラメータ決定部４０８はＰを初期値Ｐ_ｉから増やしてもよい。遅延の実測値は、例えば、基地局装置と端末との間の閉ループ型同期（Ｃｌｏｓｅｄ Ｌｏｏｐ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ、ＣＬＳ）プロセスにおいて得られる。閉ループ型同期プロセスが繰り返されることで、遅延の実測値が蓄積される。

ＯＨパラメータ決定部４０８は、決定されたＰの値が大きいほど（Ｎｈ＋Ｎｔ）も大きくなるよう、かつＮｈ＜ＮｔとなるようＮｈおよびＮｔを決定してもよい。Ｎｈ＜Ｎｔは、入力シンボルベクトルＳにおいて後ろに配置された要素ほど出力テールベクトルＸ_Ｐへの影響が強いという本発明者の知見に基づく。また、信号処理部４０６におけるＩＤＦＴ処理の周期性のため、入力シンボルベクトルＳの先頭に配置された要素も出力テールベクトルＸ_Ｐに影響する場合がある。したがって、Ｎｈの値は１以上に設定されてもよい。一例ではＯＨパラメータ決定部４０８は、Ｐの値と、予め定められたＮｈおよびＮｔの値の組とを対応付けて保持するテーブルを有し、決定されたＰの値に対応するＮｈ、Ｎｔの組を該テーブルから特定することにより、Ｎｈ、Ｎｔを決定してもよい。該テーブルに登録されたデータは、予め経験的にまたは理論的に得られたものであってもよい。

あるはまた、ＯＨパラメータ決定部４０８は、ＢＣＣＨ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ）やＰＤＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ）やＰＵＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ）などの制御チャネルを介して受けた制御信号からＯＨパラメータを抽出することにより該ＯＨパラメータを決定してもよい。

以上の構成による無線通信システムの動作を説明する。
図７は、無線通信システムにおける一連の処理の流れを示すチャートである。基地局装置１０１は使用すべきＰ、Ｎｈ、Ｎｔを決定する（Ｓ７０２）。基地局装置１０１は、ＢＣＣＨやＰＤＣＣＨなどの下りリンク制御チャネルを介して、決定されたＰ、Ｎｈ、Ｎｔを端末１０２に通知する（Ｓ７０４）。端末１０２において、ユーザ操作等により送信すべき送信データが発生する（Ｓ７０６）。端末１０２は、送信データに基づいてＯＨシンボルを決定する（Ｓ７０８）。端末１０２は、送信データシンボルに決定されたＯＨシンボルを付加することで入力シンボル系列を合成する（Ｓ７１０）。端末１０２は、合成された入力シンボル系列を入力とする信号生成処理を行う（Ｓ７１２）。基地局装置１０１は、生成された無線周波数信号を端末１０２から受信する（Ｓ７１４）。なお、端末１０２において遅延が測定され、測定された遅延に基づく新たなＮｈ、Ｎｔの値が使用された場合は、端末１０２はその新たなＮｈ、Ｎｔを上りリンク制御チャネルを介して基地局装置１０１に通知する（Ｓ７１６）。この場合、ステップＳ７０４において通知されたＮｈ、Ｎｔと、ステップＳ７１６において通知されたＮｈ、Ｎｔとは異なる。基地局装置１０１は、受信した無線周波数信号をベースバンド信号に変換する信号受信処理を行う（Ｓ７１８）。基地局装置１０１は、ＮｈおよびＮｔの値を使用して、受信したデータ系列から送信データを抽出する（Ｓ７２０）。

図７では上りリンクにおけるデータ伝送に本実施の形態に係るプリコーディングを適用する場合が説明される。下りリンクにおけるデータ伝送に本実施の形態に係るプリコーディングを適用する場合は図７と同様な処理の流れとなるので、図示による説明を省略する。

なお、マルチパスによる遅延を測定し、測定された遅延に基づき本実施の形態に係るプリコーディングを実施するか否かを決定してもよい。この場合、図７においてステップＳ７０２の前に、（１）基地局装置１０１が上りリンクにおけるマルチパス遅延を測定し、（２）測定されたマルチパス遅延に基づき基地局装置１０１が上りリンクにおいて本実施の形態に係るプリコーディングを行うか否かを決定する。下りリンクに関しては、まず（１）基地局装置１０１から端末１０２に下りリンクにおけるマルチパス遅延を測定する指示が送信され、（２）該指示に応答して測定されたマルチパス遅延が端末１０２から基地局装置１０１に送信され、（３）受信したマルチパス遅延の測定値に基づき基地局装置１０１が本実施の形態に係るプリコーディングを行うか否かを決定する。ここで上りリンクにおけるＮｈ、Ｎｔと下りリンクにおけるＮｈ、Ｎｔとは異なっていてもよい。

本実施の形態に係る無線通信システムによると、入力シンボル系列に対する出力信号のテールの信号強度を抑制できるので、端末間のタイミングのずれによる端末間のＩＳＩやマルチパス遅延によるＩＳＩを低減できる。その結果、サイクリックプレフィックスを使用しなくてもよくなるので、大きなセルにも小さなセルにも共通のフレーム構成を適用したより効率的な通信システムの構築が可能となる。

図８（ａ）、（ｂ）は、端末間のＩＳＩ低減効果を説明する説明図である。図８（ａ）には、基地局装置１０１と、それぞれが端末１０２と同様の構成を有する第１、第２ユーザ端末ＵＥ１、ＵＥ２と、を含む無線通信システムが示される。第１ユーザ端末ＵＥ１は開ループ型同期（Ｏｐｅｎ−Ｌｏｏｐ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ、ＯＬＳ）を使用し、したがって基地局装置１０１への送信（上りリンク）に関して伝搬遅延の補償は行わない。第２ユーザ端末ＵＥ２はＣＬＳを使用し、タイミングアドバンス等を使用して伝搬遅延の補償を行う。

図８（ｂ）は、基地局装置１０１における上りリンクの信号の受信状況を示す図である。第１ユーザ端末ＵＥ１から送信された信号Ｓ_ＵＥ１は伝搬遅延のため基地局装置１０１に遅れて届く。これは図８（ｂ）において「ＵＥ１」で示される矩形領域が受信機窓ＲＷからはみ出すことで表現されている。第２ユーザ端末ＵＥ２から次の受信機窓に届くよう送信された信号Ｓ_ＵＥ２（「ＵＥ２」で示される矩形領域）は、伝搬遅延の補償があるので次の受信機窓に嵌まる。その結果、第１ユーザ端末ＵＥ１から送信された信号のテールと第２ユーザ端末ＵＥ２から送信された信号の先頭とが、第１ユーザ端末ＵＥ１の伝搬遅延に応じた長さの期間ＩＵＤにおいて重なり合う。しかしながら、本実施の形態では第１ユーザ端末ＵＥ１から送信された信号Ｓ_ＵＥ１のテールの強度は小さいので、期間ＩＵＤにおけるＩＳＩは小さくなる。また、第１ユーザ端末ＵＥ１から送信された信号Ｓ_ＵＥ１のうち強度の比較的大きい重要な部分は受信機窓ＲＷに入り、その受信機窓ＲＷから外れたテール部分の強度は小さいので、基地局装置１０１は第１ユーザ端末ＵＥ１から送信された信号Ｓ_ＵＥ１をより正確に復号できる。

マルチパス遅延によるＩＳＩの場合、基地局装置１０１において、端末１０２からの信号の後端部と次の信号の先端部とがマルチパスの影響で重なり合うことによりＩＳＩが生じる。本実施の形態に係る無線通信システムでは信号のテールの強度が抑えられるので、そのようなＩＳＩが低減される。

本実施の形態に係るプリコーディングはＯＬＳを使用する端末に適用可能である。ＩＯＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）などのマシン型通信（Ｍａｃｈｉｎｅ−ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）では、マシン側の通信装置のコストを低減しかつ電力消費を抑えて電池を長持ちさせるため、データ送信の前の同期処理を省略するＯＬＳが多く採用される。このような場合に本実施の形態に係るプリコーディングを適用すると、通信品質を良好に維持できる。

また、本実施の形態に係る無線通信システムでは、ＯＨシンボルは送信データシンボルが信号処理部４０６の出力信号のテールに与える影響を該ＯＨシンボルが該テールに与える影響で相殺するように決定される。したがって、例えばＯＨシンボルの代わりに単なる数値「０」を使用する場合と比較して、テールの強度をより低減できる。

医療、安全、緊急等の高信頼性が求められる通信アプリケーションにおいて、端末が自己のサービング基地局以外の基地局にもデータの受信を求めるような場合にも、本実施の形態に係るプリコーディングを適用できる。この場合、端末はサービング基地局とＣＬＳにより同期しているが、他の基地局とは同期していない。このような他の基地局と端末との間の通信に、本実施の形態に係るプリコーディングを適用することで、ＩＳＩを低減してより良好な通信品質を実現できる。

また、本実施の形態に係る無線通信システムでは、信号処理部４０６はＩＤＦＴ部４１６の後段に時間領域後処理部４１８を含む。したがって、ＯＨシンボル演算部５０６により決定されるＯＨシンボルは時間領域後処理部４１８における処理も考慮したものとなるので、信号処理部４０６から出力される信号のテールへの時間領域後処理部４１８における処理の影響を低減または除去できる。

以上、実施の形態に係る無線通信システムの構成と動作について説明した。この実施の形態は例示であり、各構成要素や各処理の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解される。

実施の形態では、信号処理部４０６から出力される時間領域の信号の後端部に対する送信データシンボルの影響が該後端部に対するＯＨシンボルの影響と相殺される場合について説明したが、これに限られない。信号処理部４０６から出力される時間領域の信号の端部の信号強度が抑制されればよく、例えば先端部に対する影響が相殺されるようにＯＨシンボルが決定されてもよい。

実施の形態では、入力シンボルベクトルＳにおいてＯＨシンボルを送信データシンボルの前後に配置する場合について説明したが、これに限られない。より一般的にはＯＨシンボルの数、位置および値は以下のように決定されてもよい。

信号処理部４０６の入出力特性を表すＫ行Ｍ列の行列Ｖについて、
Ｘ＝Ｖ・Ｓ
が成立する。Ｘは出力ベクトルである。入力シンボルベクトルＳの要素のインデクス（入力シンボルベクトルＳにおいて要素を特定する識別子、ｉ番目の要素の「ｉ」のこと）の集合（１、２、…、Ｍ）をＴ、Ｎ_ＯＨ（＝Ｎｈ＋Ｎｔ）個のＯＨシンボルのインデクスの集合をＪ、それ以外すなわちＭ−Ｎ_ＯＨ個の送信データシンボルのインデクスの集合をＤ、とそれぞれ表記する。Ｊ、ＤはそれぞれＴの部分集合であり、ＤはＴを全体集合とするときのＪの補集合である。

ｍがＴの元であるとき、入力シンボルベクトルＳのｍ番目の要素からの出力テールベクトルＸ_Ｐへの寄与ｗ_ｍを以下のように定義する。

ここでｐ（ｎ）はＩＳＩエネルギの分布を表し、経験的にまたは実測値の統計処理により得られる。特にｐ（ｎ）はタイミングオフセットおよびマルチパス遅延の確率分布により決定される。概略的には、ｐ（ｎ）が大きい場合、それは出力テールベクトルＸ_Ｐにおけるｎ番目の要素が統計的に大きくなる傾向にあることを示す。Ｖ（Ｋ−ｎ＋１：Ｋ、ｍ）は、Ｖの第ｍ列のなかの第（Ｋ−ｎ＋１）行目から第Ｋ行目までの要素からなるベクトルを表す。なお、同様にＸ_Ｐ＝Ｘ（Ｋ−Ｐ＋１：Ｋ）と表される。

ｗ_１、ｗ_２、…、ｗ_Ｍを計算し、それらの中で大きいものから順にＮ_ＯＨ個選び、選ばれたもののインデクスの集合をＪとする。これにより、入力シンボルベクトルＳのなかから出力テールベクトルＸ_Ｐへの影響が大きいＮ_ＯＨ個のインデクス（＝要素の位置）の集合をＪとして選んだこととなる。

ＤおよびＪについて以下の行列を定義する。

ＯＨシンボルからなるベクトルＳ（Ｊ）と送信データシンボルからなるベクトルＳ（Ｄ）とについて、Ｘ_Ｐ＝０を課すので、

これをＳ（Ｊ）について解くと、

となる。

１０１ 基地局装置、 １０２ 端末、 ２０１ ＣＰＵ、 ２０２ ＲＯＭ、 ２０３ ＲＡＭ、 ２０４ 外部記憶装置、 ２０５ 通信装置。

Claims (8)

1. 時間領域の入力シンボル系列を生成する生成部と、
   前記生成部によって生成された入力シンボル系列を周波数領域の周波数データに変換し、該変換により得られた周波数データを所望の周波数帯域を有する時間領域の信号に変換する処理部と、を備え、
   前記生成部によって生成された入力シンボル系列は、第１シンボルと、送信データを表す第２シンボルと、を含み、
   前記第１シンボルは、前記処理部における処理の結果得られる時間領域の信号の端部に前記第２シンボルが与える影響と当該端部に前記第１シンボルが与える影響とが打ち消し合うように決定されることを特徴とする通信装置。
2. 前記生成部は、前記第２シンボルと前記処理部の入出力特性とに基づき前記第１シンボルを決定することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記処理部は、前記所望の周波数帯域を有する時間領域の信号に所定の処理を施すことを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 前記通信装置によって無線送信される信号に係るシンボルの時間的な重なりの大きさに基づいて、前記入力シンボル系列に含める前記第１シンボルの数を決定する決定部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信装置。
5. 前記生成部によって生成された入力シンボル系列はシンボルを要素とするベクトルで表現され、該ベクトルにおいて要素は時間軸に沿って並んでおり、前記第１シンボルの少なくともひとつは、前記第２シンボルの時間に比して後の時間に対応する要素として前記ベクトルに含められることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. 前記第１シンボルの別の少なくともひとつは、前記第２シンボルの時間に比して前の時間に対応する要素として前記ベクトルに含められることを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
7. 通信装置の制御方法であって、
   時間領域の入力シンボル系列を生成することと、
   生成された入力シンボル系列を周波数領域のデータに変換し、該変換により得られたデータを所望の周波数帯域を有する時間領域の信号に変換することと、を含み、
   生成された入力シンボル系列は、第１シンボルと、送信データを表す第２シンボルと、を含み、
   前記制御方法はさらに、
   前記第１シンボルを、変換の結果得られる時間領域の信号の端部に前記第２シンボルが与える影響と当該端部に前記第１シンボルが与える影響とが打ち消し合うように決定することを含むことを特徴とする制御方法。
8. 通信装置に、
   時間領域の入力シンボル系列を生成する機能と、
   生成された入力シンボル系列を周波数領域のデータに変換し、該変換により得られたデータを所望の周波数帯域を有する時間領域の信号に変換する機能と、を実現させ、
   生成された入力シンボル系列は、第１シンボルと、送信データを表す第２シンボルと、を含み、
   さらに、
   前記第１シンボルを、変換の結果得られる時間領域の信号の端部に前記第２シンボルが与える影響と当該端部に前記第１シンボルが与える影響とが打ち消し合うように決定する機能を前記通信装置に実現させることを特徴とするコンピュータプログラム。

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