JP7221457B2

JP7221457B2 - 送信装置、受信装置および基地局

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Publication number: JP7221457B2
Application number: JP2022546547A
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Inventors: 兼治中川; 浩志富塚
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Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2023-02-13
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Description

本開示は、無線通信システムが備える機器で使用される送信装置、受信装置、基地局、無線端末、無線通信システム、制御回路、記憶媒体、送信方法および受信方法に関する。

従来、受信装置が受信信号に含まれるプリアンブル、すなわち同期信号の自己相関性を用いて同期処理を行う場合、同期性能を向上させる方法として、同期信号のシンボル長を長くして自己相関性を高める方法がある。１つの地上局が複数の端末を収容する場合、地上局は、同期信号を端末間で直交させ、端末間の相互相関を低減させる必要がある。自己相関性の高い系列として、例えば、ＺＣ（Zadoff-Chu）系列がある。上り回線のアクセス方式において、ＲＡＣＨ（Random Access Channel）のような各端末が独立に信号をランダム送信して１つのチャネルを複数の端末で共通に使用する場合、伝送路推定を行うパイロット信号として、自己相関性の高いＺＣ系列を利用することが考えられる。

また、非特許文献１には、マルチセルシステムにおいて、フレームタイミング同期確立後のセル間で各パイロット信号が相互に受けるセル間干渉を低減するため、ＺＣ系列を巡回シフトさせることで得られる巡回シフトＺＣ（Cyclic-Shift Zadoff-Chu）系列を上り回線のパイロット信号として用いる技術が開示されている。これにより、非特許文献１は、各端末または複数セルに割り当てられる同期信号を直交させ、同期信号の干渉を低減させ、端末多重を実現している。

Panasonic, NTT DoCoMo "Narrow band uplink reference signal sequences and allocation for E-UTRA", 3GPP TSG-RAN WG1 Meeting #47, R1-063183, Riga, Latvia, November 6-10, 2006

しかしながら、上記従来の技術によれば、巡回シフトＺＣ系列を同期信号に用いた場合、巡回シフトを行うことから端末間の相互相関によるサイドローブが生じる。そのため、端末において推定誤りが生じる可能性がある、という問題があった。また、上記従来の技術によれば、巡回シフトＺＣ系列の全シンボルを用いて直交性を保つため、巡回シフトＺＣ系列のシンボル内で伝送路変動が生じた場合、端末間の直交が崩れてしまう。伝送路変動の対策として用いる巡回シフトＺＣ系列のシンボル数を減らした場合、シンボル平均による熱雑音耐性および干渉信号耐性が低下してしまう、という問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の通信エリアを有する無線通信システムにおいて、伝送路の状態が変動する環境における同期性能を向上させることが可能な送信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示は、１つの基地局が複数の無線端末と無線通信を行う通信エリアが隣接する無線通信システムにおいて、基地局が備える送信装置である。送信装置は、データシンボル系列を生成する変調部と、基準となる基準系列シンボルを２回以上連続して繰り返す第１のシンボル系列を生成し、無線端末ごとに基準系列シンボルが直交するように、位相回転系列を用いて第１のシンボル系列を周波数シフトして第２のシンボル系列を生成し、同期信号を生成する同期信号生成部と、同期信号をデータシンボル系列に付加して送信信号を生成する同期信号付加部と、を備える。位相回転系列を第１の位相回転系列とする。同期信号生成部は、繰り返し送信する第２のシンボル系列が直交するように、第２の位相回転系列を用いて第２のシンボル系列を周波数シフトして第３のシンボル系列を生成し、同期信号を生成することを特徴とする。

本開示に係る送信装置は、複数の通信エリアを有する無線通信システムにおいて、伝送路の状態が変動する環境における同期性能を向上させることができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る無線通信システムの構成例を示す図実施の形態１に係る基地局が備える送信装置の構成例を示す図実施の形態１に係る基地局の送信装置が送信する無線フレームの構成例を示す図実施の形態１に係る送信装置の同期信号生成部が周波数シフトパターン信号を同期信号として生成する手順を示す図実施の形態１に係る送信装置の同期信号生成部における無線端末多重時の周波数シフトの例を示す図実施の形態１に係る送信装置の同期信号生成部が生成する周波数シフトパターン信号である第２のシンボル系列を基準系列シンボルの単位で内積をとったもののスペクトル例を示す図実施の形態１に係る送信装置の同期信号生成部における周波数シフトによる周波数スペクトルを生成する位相例を示す図実施の形態１に係る送信装置の同期信号生成部が周波数シフトパターン信号を複数個連結した例を示す図実施の形態１に係る送信装置の同期信号生成部が周波数シフトパターン信号を複数個連結した場合に相互相関が発生する理由を示す図実施の形態１に係る送信装置の同期信号生成部が周波数シフトパターン信号を複数個連結した場合の相互相関を低減させる第２の周波数シフトの例を示す図実施の形態１に係る送信装置の同期信号生成部の構成例を示す図実施の形態１に係る送信装置の動作を示すフローチャート実施の形態１に係る無線端末が備える受信装置の構成例を示す図実施の形態１に係る受信装置の動作を示すフローチャート実施の形態１に係る送信装置が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図実施の形態１に係る送信装置が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の例を示す図実施の形態２に係る無線端末の受信装置における干渉電力推定方法の一例を示す図実施の形態３に係る基地局が備える送信装置の構成例を示す図実施の形態３に係る送信装置の拡散系列生成部の構成例を示す図実施の形態３に係る無線端末が備える受信装置の構成例を示す図比較例として拡散系列を用いた場合の無線端末が備える受信装置における同期処理の例を示す図実施の形態３に係る無線端末が備える受信装置における同期処理の例を示す図

以下に、本開示の実施の形態に係る送信装置、受信装置、基地局、無線端末、無線通信システム、制御回路、記憶媒体、送信方法および受信方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る無線通信システム１００の構成例を示す図である。無線通信システム１００は、基地局１０１ａ，１０１ｂと、無線端末１０２ａ，１０２ｂと、を備える。基地局１０１ａは、通信エリア１０３ａを形成する。基地局１０１ｂは、通信エリア１０３ｂを形成する。以降の説明において、基地局１０１ａ，１０１ｂを区別しない場合は基地局１０１と称し、無線端末１０２ａ，１０２ｂを区別しない場合は無線端末１０２と称し、通信エリア１０３ａ，１０３ｂを区別しない場合は通信エリア１０３と称することがある。無線通信システム１００は、複数の通信エリア１０３が形成され、複数の通信エリア１０３が隣接するシステムである。

無線通信システム１００では、１つの基地局１０１が、１つの通信エリア１０３を形成し、通信エリア１０３の中に複数の無線端末１０２を収容することができる。すなわち、基地局１０１は、各無線端末１０２に応じた信号を送信する。無線端末１０２は、通信エリア１０３において、基地局１０１から送信される信号を受信して通信を行う。通信エリア１０３に収容される無線端末１０２の数は１つ以上とし、通信エリア１０３に収容される無線端末１０２の数は限定されない。なお、ある基地局１０１の通信エリア１０３に他の基地局１０１が収容されてもよく、通信エリア１０３に収容される基地局１０１の数は限定されない。無線通信システム１００において、全ての基地局１０１は、他の基地局１０１と時刻同期が取れており、同一のタイミングで信号、すなわち無線フレームを送信することを想定している。基地局１０１間の時刻同期の方法については、どのような方法で実現してもよい。全ての基地局１０１は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して時刻同期を実現する。隣接する通信エリア１０３の境界に位置する２つ以上の第１の基地局は、それぞれ異なる同期信号を含む無線フレームを送信する。第１の基地局が送信する無線フレームに含まれる同期信号は、通信エリア１０３の境界に位置していない第２の基地局が送信する無線フレームに含まれる同期信号とも異なる。

基地局１０１は、送信装置および受信装置を備える。また、無線端末１０２も、送信装置および受信装置を備える。本実施の形態では、基地局１０１が備える送信装置、および無線端末１０２が備える受信装置の構成および動作について説明する。

まず、基地局１０１が備える送信装置について説明する。図２は、実施の形態１に係る基地局１０１が備える送信装置２００の構成例を示す図である。送信装置２００は、変調部２０２と、同期信号生成部２０９と、同期信号付加部２０３と、送信フィルタ部２０４と、デジタルアナログ変換部２０５と、送信高周波部２０６と、送信アンテナ２０７と、を備える。図２に示す例では、送信装置２００は、同期信号付加部２０３、送信フィルタ部２０４、デジタルアナログ変換部２０５、送信高周波部２０６、および送信アンテナ２０７の組を複数備えている。なお、送信装置２００は、同期信号付加部２０３、送信フィルタ部２０４、デジタルアナログ変換部２０５、送信高周波部２０６、および送信アンテナ２０７の組を１組だけ備える構成であってもよい。

変調部２０２は、ビット系列であるデータ信号２０１に対して１次変調を行い、データシンボル系列を生成する。１次変調における変調方式は、例えば、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などが挙げられるが、これらに限定されない。変調部２０２は、生成したデータシンボル系列を各同期信号付加部２０３に出力する。

同期信号生成部２０９は、送信装置２００への制御パラメータとして入力されるパターン指示信号２０８に基づいて、同期信号を生成する。具体的には、同期信号生成部２０９は、送信シンボルの周波数軸上への配置パターンが、パターン指示信号２０８で指示される周波数パターンとなるシンボル系列を同期信号として生成する。同期信号生成部２０９は、生成したシンボル系列、すなわち同期信号を各同期信号付加部２０３に出力する。本実施の形態では、無線通信システム１００が備える各送信装置２００から異なる周波数パターンのシンボル系列、すなわち同期信号が送信されるよう、パターン指示信号２０８で各送信装置２００に周波数パターンが指示される。無線通信システム１００において各送信装置２００に対するパターン指示信号２０８については、例えば、送信装置２００を備える基地局１０１の上位装置が、各基地局１０１に対して、基地局１０１ごとのパターン指示信号２０８を出力する。同期信号生成部２０９の詳細な構成および動作については後述する。

同期信号付加部２０３は、同期信号生成部２０９で生成される同期信号と、変調部２０２で生成されるデータシンボル系列とに基づいて、送信信号を生成する。具体的には、同期信号付加部２０３は、同期信号生成部２０９から取得した同期信号を、変調部２０２から取得したデータシンボル系列に、無線フレーム単位で付加して送信信号を生成する。同期信号付加部２０３は、生成した送信信号を送信フィルタ部２０４に出力する。

送信フィルタ部２０４は、同期信号付加部２０３から取得した送信信号をアップサンプリングするとともに帯域制限を行い、ベースバンド信号、またはＩＦ（Intermediate Frequency）信号である送信デジタル信号を生成する。送信フィルタ部２０４が送信信号に帯域制限を行うときに使用される帯域制限フィルタについては、一般的にナイキストフィルタが使用されるが、これに限定されない。送信フィルタ部２０４は、生成した送信デジタル信号をデジタルアナログ変換部２０５に出力する。

デジタルアナログ変換部２０５は、送信フィルタ部２０４から取得した送信デジタル信号を送信アナログ信号に変換する。デジタルアナログ変換部２０５は、変換後の送信アナログ信号を送信高周波部２０６に出力する。送信高周波部２０６は、デジタルアナログ変換部２０５から取得した送信アナログ信号に対して周波数変換を行い、無線周波数帯の信号である無線フレームを生成する。送信高周波部２０６は、無線フレームを送信アンテナ２０７に出力する。送信アンテナ２０７は、送信高周波部２０６から取得した無線フレームを電波として放射する。

送信装置２００は、各送信アンテナ２０７から送信する無線フレームに含まれる同期信号について、パターン指示信号２０８に従って、同一の同期信号だけでなく、異なる同期信号も送信できる構成とする。また、送信装置２００の変形例として、送信フィルタ部２０４の後段に同期信号付加部２０３を接続し、送信フィルタ部２０４で帯域制限を行った後の送信デジタル信号に対して同期信号を付加する構成でもよい。この場合、同期信号生成部２０９は、送信フィルタ部２０４が出力する送信デジタル信号と同じサンプルレートの同期信号を生成する。

図３は、実施の形態１に係る基地局１０１の送信装置２００が送信する無線フレームの構成例を示す図である。図３に示すように、無線フレームは、無線フレーム単位で同期信号３０１をデータシンボル系列３０２に付加した構成とする。前述のように、同期信号３０１は同期信号生成部２０９で生成され、データシンボル系列３０２は変調部２０２で生成される。

同期信号３０１は、受信側の無線端末１０２において、無線フレームの同期、周波数同期、シンボルタイミング同期などで使用される。同期信号３０１は、基準系列シンボル単位で時間ごとに周波数パターンの異なる信号である。また、同期信号３０１の周波数パターンの形状は、基地局１０１が形成する通信エリア１０３ごとに異なり、送信装置２００の通信対象の無線端末１０２ごとに異なる。詳細については後述する。同期信号３０１の周波数パターンを基地局１０１ごとに異なる周波数パターンとすることで、無線端末１０２は、各基地局１０１から送信される無線フレームの受信電界強度測定を基地局１０１ごとに個別に行うことが可能となる。

同期信号生成部２０９で生成される周波数シフトパターンの信号（以下、周波数シフトパターン信号とする。）について説明する。図４は、実施の形態１に係る送信装置２００の同期信号生成部２０９が周波数シフトパターン信号を同期信号として生成する手順を示す図である。同期信号生成部２０９は、まず、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、基準系列シンボル４０１を繰り返して連結した第１のシンボル系列４０２を生成する。基準系列シンボル４０１は、受信側の無線端末１０２で既知のシンボル系列であり、規定された振幅および位相を有する複素ベクトルで表現される。第１のシンボル系列４０２は、図４（ｂ）の例では、基準系列シンボル４０１を４回繰り返したシンボル系列である。

基準系列シンボル４０１は、図４に示す例では、シンボルａ１～ａ４の４シンボルで形成される同期用シンボル系列である。基準系列シンボル４０１は、受信側の無線端末１０２で無線フレーム同期用としても用いられるため、自己相関性および相互相関性がともに良い複数の直交するシンボル系列の組み合わせを適用することが望ましい。基準系列シンボル４０１については、例えば、ＷａｌｓｈコードまたはＣＡＺＡＣ（Constant Amplitude Zero Auto-Correlation）系列の適用が考えられる。同期信号生成部２０９は、直交する複数の系列をそれぞれ基準系列シンボル４０１として使用することで、互いに直交する周波数シフトパターン信号の数を増やすことが可能となる。

同期信号生成部２０９は、次に、図４（ｃ）に示すように、基準系列シンボル４０１を繰り返して連結した第１のシンボル系列４０２に対して、周波数シフト量ｆ_ｋ，ｍ４０３を乗算する第１の周波数シフトを行う。これにより、同期信号生成部２０９は、図４（ｄ）に示す第２のシンボル系列４０４を生成することができる。第２のシンボル系列４０４は、周波数シフトパターン信号であり、図３に示す同期信号３０１に相当する。基準系列シンボル４０１を繰り返して連結した第１のシンボル系列４０２をａ_ｋとし、周波数シフトパターン信号を構成するシンボル系列をＰ_ｋとしたとき、シンボル系列Ｐ_ｋは式（１）より算出することができる。

式（１）において、ｆ_ｋ，ｍは周波数シフト量であり、基準系列シンボル４０１の単位内で同じ値である。ｋは周波数シフトパターン信号を構成するシンボル系列のインデックス番号であり、Ｎを周波数シフトパターン信号の系列長とすると、１≦ｋ≦Ｎの整数となる。ｍは基準系列シンボル４０１ごとにシフトさせる周波数量を決定するパラメータである。ｍは規定された整数となる。また、式（２）に示すように、シンボルごとに異なる位相回転を行うことでもシンボル系列Ｐ_ｋを実現できる。

式（２）において、θ_ｋ，ｍは周波数シフトに対応した位相回転量であり、Ｌは基準系列シンボル４０１のシンボル数を示す基準系列シンボル数である。ここで、０＜ｍ≦Ｌである。

図４は、基準系列シンボル４０１のシンボル数である系列長Ｌ＝４、繰り返し数ＲＥＰＭ＝４の場合の例を示しており、このときの周波数シフトパターン信号の系列長はＬ×ＲＥＰＭ＝１６となる。同期信号生成部２０９は、上記のような処理によって周波数シフトパターン信号である第２のシンボル系列４０４、すなわち同期信号を生成することができるが、これに限定されない。同期信号生成部２０９は、予め生成しておいた全ての周波数シフトパターン信号をメモリなどに記憶しておき、パターン指示信号２０８によって指示された周波数シフトパターン信号を選択して、メモリから周波数シフトパターン信号を同期信号として読み出す構成としてもよい。

図５は、実施の形態１に係る送信装置２００の同期信号生成部２０９における無線端末１０２多重時の周波数シフトの例を示す図である。同期信号生成部２０９は、図５に示すように、ユーザ間、すなわち無線端末１０２間で直交するように周波数シフト量ｆ_ｋ，ｍ４０３ａ，４０３ｂを選択することによって、同期用シンボル系列として複数の無線端末１０２に対して共通の基準系列シンボル４０１を用いることができる。なお、図５に示す例では、複数の無線端末１０２として、具体的に、２つの無線端末１０２を無線端末＃１，＃２で示しているが、無線端末１０２の数は３つ以上であってもよい。また、同期信号生成部２０９は、同期用の基準系列シンボル４０１を複数の系列で直交し、かつ周波数シフト量ｆ_ｋ，ｍ４０３も系列ごとに直交するように選択することによって、同期信号、すなわち第２のシンボル系列４０４の生成系列数を増やすことが可能となる。

図６は、実施の形態１に係る送信装置２００の同期信号生成部２０９が生成する周波数シフトパターン信号である第２のシンボル系列４０４を基準系列シンボル４０１の単位で内積をとったもののスペクトル例を示す図である。図７は、実施の形態１に係る送信装置２００の同期信号生成部２０９における周波数シフトによる周波数スペクトルを生成する位相例を示す図である。図６は、図７に示す式（１）の周波数シフト量ｆ_ｋ，ｍ４０３、または図７に示す式（２）の位相回転量θ_ｋ，ｍ７０１で周波数スペクトルのスペクトル位置を周波数シフトさせたときの例である。図７において、７０２は位相回転量θ_ｋ，ｍ７０１の具体例を示している。

また、図６は、信号成分が存在する周波数位置の信号電力を６０１、ヌル周波数、すなわち信号成分が存在しない周波数位置を６０２で表している。同期信号生成部２０９は、パラメータであるｍの設定を変更することで、周波数シフトパターン信号ごとに信号成分を特定の周波数位置に分散し、周波数上で直交させることができる。すなわち、同期信号生成部２０９は、信号成分が特定の周波数位置に分散され、かつ信号成分が存在する周波数位置がそれぞれ異なるｍ種類の周波数シフトパターン信号を生成することができる。周波数シフトパターン信号の周波数直交数は、周波数シフトパターン信号の生成処理における基本の基準系列シンボル４０１の繰り返し数、すなわち、図４に示す第１のシンボル系列４０２を得る際の基準系列シンボル４０１の繰り返し数ＲＥＰＭに依存する。

無線通信システム１００は、上記のようにして得られる直交する複数の周波数シフトパターン信号を用いて、各通信エリア１０３を形成する各基地局１０１の送信装置２００に対して、それぞれ異なる周波数シフトパターン信号を同期信号として割り当てる。各基地局１０１の送信装置２００に対する周波数シフトパターン信号の割り当ては、例えば、各基地局１０１の上位装置が行う。基地局１０１の送信装置２００が図２に示す構成例のように複数の送信アンテナ２０７を有する場合、無線通信システム１００は、送信アンテナ２０７ごとに異なる周波数シフトパターン信号を同期信号として割り当ててもよい。

また、無線通信システム１００は、隣接する２つの通信エリア１０３のそれぞれの基地局１０１、図１の例では隣接する２つの通信エリア１０３ａ，１０３ｂの基地局１０１ａ，１０１ｂの送信装置２００に対して、それぞれ異なる周波数シフトパターン信号を同期信号として割り当てる。この場合、無線通信システム１００では、通信エリア１０３ａと通信エリア１０３ｂとの境界に位置する基地局１０１を含め、各通信エリア１０３を形成する全ての基地局１０１に対して、異なる周波数シフトパターン信号の同期信号が割り当てられる。また、各無線端末１０２に割り当てる周波数シフトパターン信号の同期信号が無線端末１０２ごとに直交するように基地局１０１が選択することによって、無線端末１０２は、他の通信エリア１０３からのオーバーリーチ干渉を分離することが可能となる。

周波数シフトパターン信号を同期信号として用いる方法に加え、同期性能を向上させる方法として、周波数シフトパターン信号を繰り返す方法がある。一般的に、同期信号で用いられるシンボル数は多いほど、固有の系列とすることができる。そのため、より長い系列長とすることで同期性能を向上させることが可能となるが、周波数シフトパターン信号の最大長はＬ×ＲＥＰＭである。

そこで、図８に示すように、Ｌ×ＲＥＰＭシンボル単位で周波数シフトパターン信号を単純に繰り返す方法があるが、その場合、図９に示すように、自身の系列が繰り返されることによって、周波数シフトパターン信号の相互相関電力分布にサイドローブが発生し、同期位置の誤り検出が生じる場合がある。図８は、実施の形態１に係る送信装置２００の同期信号生成部２０９が周波数シフトパターン信号を複数個連結した例を示す図である。図９は、実施の形態１に係る送信装置２００の同期信号生成部２０９が周波数シフトパターン信号を複数個連結した場合に相互相関が発生する理由を示す図である。図８は、周波数シフトパターン信号を２回繰り返した例を示している。図９（ａ）は、周波数シフトパターン信号を２回繰り返した場合の無線フレームの例を示している。図９（ｂ）は、受信側で同期位置を推定する際に用いる参照信号との相関電力のピーク位置を示している。図９（ｃ）は、受信側で同期位置を推定する際に用いる参照信号との相関電力でサイドローブが発生する位置を示している。図９（ｃ）の例では、５０％一致となるため、高い相関電力が生じることになる。

そのため、本実施の形態では、同期信号生成部２０９は、図１０に示すように、周波数シフトパターン信号のうち、繰り返す周波数シフトパターン信号同士が直交するように第２の周波数シフトを行うことで、相互相関を低減させた同期シンボル系列ＰＳを生成することができる。図１０は、実施の形態１に係る送信装置２００の同期信号生成部２０９が周波数シフトパターン信号を複数個連結した場合の相互相関を低減させる第２の周波数シフトの例を示す図である。図１０（ａ）は、第２のシンボル系列４０４である周波数シフトパターン信号を２回繰り返した例を示している。図１０（ｂ）は、第２の周波数シフトの例を示している。図１０（ｃ）は、第２の周波数シフトによって生成される同期シンボル系列ＰＳを示している。図１０に示す処理によって、同期信号生成部２０９は、周波数シフトパターン信号の繰り返し数ＮＳＰを用いて、Ｌ×ＲＥＰＭ×ＮＳＰシンボルの同期シンボル系列ＰＳを生成することができる。

このとき、同期信号生成部２０９は、第１の周波数シフトによる周波数シフトパターン信号間の直交性を保つように、第２の周波数シフトを選択しなければならない。このような処理を行う同期信号生成部２０９の構成について説明する。図１１は、実施の形態１に係る送信装置２００の同期信号生成部２０９の構成例を示す図である。同期信号生成部２０９は、第１の繰り返し部２２１と、第１の周波数シフト部２２２と、第２の繰り返し部２２３と、第２の周波数シフト部２２４と、位相オフセット部２２５と、を備える。

第１の繰り返し部２２１は、系列長Ｌの基準系列シンボル４０１をＲＥＰＭ回繰り返したものを連結し、Ｌ×ＲＥＰＭ個のシンボルの第１のシンボル系列４０２を生成する。第１の周波数シフト部２２２は、第１のシンボル系列４０２に対して、ユーザ間、すなわち無線端末１０２間の直交のため、基準系列シンボル４０１の単位で第１の周波数シフトを行い、第２のシンボル系列４０４を生成する。第２の繰り返し部２２３は、Ｌ×ＲＥＰＭ個のシンボルの第２のシンボル系列４０４をＮＳＰ回繰り返したものを連結し、Ｌ×ＲＥＰＭ×ＮＳＰ個のシンボルの周波数シフトパターン信号を生成する。第２の周波数シフト部２２４は、相互相関低減のため、Ｌ×ＲＥＰＭ×ＮＳＰ個のシンボルの周波数シフトパターン信号に対して第２の周波数シフトを行い、同期シンボル系列ＰＳを生成する。

ここで、同期シンボル系列ＰＳの信号点位置に偏りが生じる場合、ＣＷ（Continuous Wave）のような周波数に偏りのある他システムからの到来信号が干渉として混入した際に同期性能を劣化させる要因となり得る。そのため、位相オフセット部２２５は、同期シンボル系列ＰＳに対して、第１の周波数シフトを行うシンボル単位で規定された位相オフセットを与えることで、信号点配置の偏りをなくし、他システムからの干渉波による同期性能劣化を低減させる。同期信号生成部２０９は、位相オフセット部２２５の処理によって得られた同期シンボル系列ＰＳＯを同期信号３０１として用いる。

なお、同期信号生成部２０９は、伝送路の状態が安定している、例えば、他システムからの到来信号が干渉として混入せず同期性能が劣化しないような場合、第１の周波数シフト部２２２から出力される第２のシンボル系列４０４を同期信号として用いてもよいし、第２の周波数シフト部２２４から出力される同期シンボル系列ＰＳを同期信号として用いてもよい。

同期信号生成部２０９は、第１の周波数シフト部２２２から出力される第２のシンボル系列４０４を同期信号として用いる場合、例えば、基準となる基準系列シンボル４０１を２回以上連続して繰り返す第１のシンボル系列４０２を生成し、無線端末１０２ごとに基準系列シンボル４０１が直交するように、位相回転系列を用いて第１のシンボル系列４０２を周波数シフトして第２のシンボル系列４０４を生成する。この場合、同期信号生成部２０９は、１つ以上の基準系列シンボル４０１および１つ以上の位相回転系列を保持し、無線フレーム周期ごとに、基準系列シンボル４０１の１つと位相回転系列の１つとを用いて、第１のシンボル系列４０２および第２のシンボル系列４０４を生成する。

同期信号生成部２０９は、第２の周波数シフト部２２４から出力される同期シンボル系列ＰＳを同期信号として用いる場合、例えば、前述の位相回転系列を第１の位相回転系列とし、繰り返し送信する第２のシンボル系列４０４が直交するように、第２の位相回転系列を用いて第２のシンボル系列４０４を周波数シフトして同期シンボル系列ＰＳである第３のシンボル系列を生成する。この場合、同期信号生成部２０９は、１つ以上の基準系列シンボル４０１、１つ以上の第１の位相回転系列、および１つ以上の第２の位相回転系列を保持し、無線フレーム周期ごとに、基準系列シンボル４０１の１つと、第１の位相回転系列の１つと、第２の位相回転系列の１つとを用いて、第１のシンボル系列４０２、第２のシンボル系列４０４、および第３のシンボル系列を生成する。

同期信号生成部２０９は、位相オフセット部２２５から出力される同期シンボル系列ＰＳＯを同期信号として用いる場合、例えば、基準系列シンボル４０１の信号点の偏りをなくすように、第３の位相回転系列を用いて第３のシンボル系列を周波数シフトして同期シンボル系列ＰＳＯである第４のシンボル系列を生成する。この場合、同期信号生成部２０９は、１つ以上の基準系列シンボル４０１、１つ以上の第１の位相回転系列、１つ以上の第２の位相回転系列、および１つ以上の第３の位相回転系列を保持し、無線フレーム周期ごとに、基準系列シンボル４０１の１つと、第１の位相回転系列の１つと、第２の位相回転系列の１つと、第３の位相回転系列の１つとを用いて、第１のシンボル系列４０２、第２のシンボル系列４０４、第３のシンボル系列、および第４のシンボル系列を生成する。

送信装置２００の動作を、フローチャートを用いて説明する。図１２は、実施の形態１に係る送信装置２００の動作を示すフローチャートである。送信装置２００において、変調部２０２は、ビット系列であるデータ信号２０１に対して１次変調を行い、データシンボル系列を生成する（ステップＳ１０１）。同期信号生成部２０９は、パターン指示信号２０８に基づいて、同期信号を生成する（ステップＳ１０２）。同期信号付加部２０３は、同期信号生成部２０９で生成される同期信号と、変調部２０２で生成されるデータシンボル系列とに基づいて、送信信号を生成する（ステップＳ１０３）。送信フィルタ部２０４は、送信信号をアップサンプリングするとともに帯域制限を行い、送信デジタル信号を生成する（ステップＳ１０４）。デジタルアナログ変換部２０５は、送信フィルタ部２０４から取得した送信デジタル信号を送信アナログ信号に変換する（ステップＳ１０５）。送信高周波部２０６は、送信アナログ信号に対して周波数変換を行い、無線フレームを生成する（ステップＳ１０６）。送信アンテナ２０７は、無線フレームを電波として放射する（ステップＳ１０７）。

次に、無線端末１０２が備え、基地局１０１から送信される無線フレームを受信する受信装置について説明する。図１３は、実施の形態１に係る無線端末１０２が備える受信装置５００の構成例を示す図である。受信装置５００は、受信アンテナ５０１と、受信高周波部５０２と、アナログデジタル変換部５０３と、受信フィルタ部５０４と、受信同期信号生成部５０５と、同期部５０６と、受信信号測定部５０７と、干渉信号測定部５０８と、測定結果記憶部５０９と、復調部５１０と、を備える。図１３に示す例では、受信装置５００は、受信アンテナ５０１、受信高周波部５０２、アナログデジタル変換部５０３、および受信フィルタ部５０４の組を複数備えている。なお、受信装置５００は、受信アンテナ５０１、受信高周波部５０２、アナログデジタル変換部５０３、および受信フィルタ部５０４の組を１組だけ備える構成であってもよい。

受信アンテナ５０１は、無線フレームを受信する。受信アンテナ５０１は、受信した無線フレームを受信高周波部５０２に出力する。受信高周波部５０２は、受信アンテナ５０１から取得した無線フレームをダウンサンプリングしてアナログ信号であるＩＦ信号またはベースバンド信号に変換する。受信高周波部５０２は、変換後のＩＦ信号またはベースバンド信号をアナログデジタル変換部５０３に出力する。アナログデジタル変換部５０３は、受信高周波部５０２から取得したアナログ信号をデジタル信号に変換する。アナログデジタル変換部５０３は、変換後のデジタル信号を受信フィルタ部５０４に出力する。受信フィルタ部５０４は、アナログデジタル変換部５０３から取得したデジタル信号に対して、所望信号の周波数帯域外の雑音を除去するための帯域制限を行う。受信フィルタ部５０４は、帯域制限を行った後の無線フレームを同期部５０６に出力する。

受信同期信号生成部５０５は、基地局１０１が備える送信装置２００の同期信号生成部２０９で生成される同期信号と同様の同期パターン信号を生成する。ここで、受信同期信号生成部５０５は、同期信号生成部２０９が生成する可能性のある複数の同期シフトパターンの同期パターン信号を生成する。例えば、送信装置２００の同期信号生成部２０９が生成し得る同期信号の同期シフトパターンが４種類の場合、受信同期信号生成部５０５は、４種類の同期パターン信号を生成する。受信同期信号生成部５０５は、送信装置２００の同期信号生成部２０９が生成する同期信号と同一の信号を生成する機能を有しているが、受信する可能性のある、すなわち送信装置２００の同期信号生成部２０９で生成される可能性のある全ての同期信号を同期パターン信号として生成する部分が異なる。受信同期信号生成部５０５は、送信装置２００の同期信号生成部２０９が同期信号を生成する方法と同様の方法で全ての同期パターン信号を生成する。受信同期信号生成部５０５は、予め生成しておいた全ての同期パターン信号をメモリなどに記憶しておき、メモリから読み出すことで同期パターン信号を生成してもよい。受信同期信号生成部５０５は、生成した同期パターン信号を同期部５０６に出力する。

同期部５０６は、各受信フィルタ部５０４から取得した無線フレームと、受信同期信号生成部５０５から取得した複数の同期パターン信号とに基づいて、同期処理、すなわち同期信号の判定処理を行い、無線フレーム同期を確立する。具体的には、同期部５０６は、各受信フィルタ部５０４から取得した各無線フレームと、複数の同期パターン信号それぞれとの相関電力を計算する。同期部５０６は、得られた相関電力ごとに第１のしきい値を用いて判定を行い、第１のしきい値を超える相関電力を選択し、選択した相関電力の総和が最大となるタイミングを検出する。次に、同期部５０６は、最大タイミングの相関電力の総和に対して、第２のしきい値を用いて、相関電力の総和が第２のしきい値を超える相関電力であるか否かを判定し、無線フレームに含まれる同期信号の検出判定を行う。すなわち、同期部５０６は、第１のしきい値を用いて、無線フレームに含まれる同期信号を検出し、第２のしきい値を用いて、検出した同期信号の受信タイミングを判定する。

同期部５０６が同期信号を検出する処理の詳細について説明する。無線フレームをｒ_ｌ（ｔ）、無線フレームを受信する受信アンテナ５０１のアンテナ番号をｑ、シンボル周期をＴ_ｓ、同期パターン信号を構成する各シンボル系列をＰＳＯ_ｉ，ｋ、同期パターン信号の種別番号をｉとすると、同期部５０６は、アンテナ番号ｑの受信アンテナ５０１で受信された無線フレームのサンプル時刻ｔにおける同期パターン信号の基準系列シンボルＰ_ｉ，ｋとの相関電力ＰＣ_ｑ，ｉ（ｔ）を式（３）のように計算する。なお、１≦ｑ≦Ｑとする。また、同期部５０６は、アンテナ番号ｑの受信アンテナ５０１で受信された無線フレームのサンプル時刻ｔにおける受信信号電力ＰＲ_ｑ（ｔ）を式（４）のように計算する。

これにより、同期部５０６は、受信電力によって正規化した正規化相関電力Ｓ_ｉ（ｔ）を式（５）のように求めることができる。

同期部５０６は、正規化相関電力Ｓ_ｉ（ｔ）が最大となる時刻ｔを無線フレーム内の同期信号３０１の受信タイミングであると判定する。同期部５０６は、さらに第３のしきい値を設定し、第３のしきい値より電力の大きい正規化相関電力Ｓ_ｉ（ｔ）のみを対象にして同期判定を行ってもよい。

受信信号測定部５０７は、無線フレームに含まれる同期信号に基づいて、無線フレームの送信元の基地局１０１が備える送信装置２００ごとの受信電界強度を測定する。受信信号測定部５０７は、測定した受信電界強度を測定結果記憶部５０９に記憶させる。測定結果記憶部５０９は、受信信号測定部５０７によって測定された受信電界強度を記憶する。

干渉信号測定部５０８は、基地局１０１が備える送信装置２００ごとの受信電界強度以外の信号電力に基づいて、干渉信号を測定する。干渉信号測定部５０８は、受信電界強度について、測定結果記憶部５０９から、受信信号測定部５０７によって測定され記憶された受信電界強度を読み出す。

復調部５１０は、無線フレームを構成するシンボル系列のうち、データ信号に対応するデータシンボル系列３０２に対して復調処理を行う。復調部５１０は、復調処理によって得られた復調データ信号５１１を出力する。

受信装置５００の動作を、フローチャートを用いて説明する。図１４は、実施の形態１に係る受信装置５００の動作を示すフローチャートである。受信装置５００において、受信アンテナ５０１は、無線フレームを受信する（ステップＳ２０１）。受信高周波部５０２は、無線フレームをダウンサンプリングしてアナログ信号に変換する（ステップＳ２０２）。アナログデジタル変換部５０３は、アナログ信号をデジタル信号に変換する（ステップＳ２０３）。受信フィルタ部５０４は、デジタル信号に対して帯域制限を行う（ステップＳ２０４）。受信同期信号生成部５０５は、送信装置２００の同期信号生成部２０９で生成される同期信号と同様の同期パターン信号を生成する（ステップＳ２０５）。同期部５０６は、受信同期信号生成部５０５から取得した複数の同期パターン信号と、受信フィルタ部５０４で帯域制限された無線フレームとに基づいて、無線フレーム同期を確立する（ステップＳ２０６）。受信信号測定部５０７は、同期信号に基づいて、無線フレームの送信元の基地局１０１が備える送信装置２００ごとの受信電界強度を測定する（ステップＳ２０７）。干渉信号測定部５０８は、基地局１０１が備える送信装置２００ごとの受信電界強度以外の信号電力に基づいて、干渉信号を測定する（ステップＳ２０８）。復調部５１０は、無線フレームを構成するデータシンボル系列３０２に対して復調処理を行う（ステップＳ２０９）。

つづいて、基地局１０１が備える送信装置２００のハードウェア構成について説明する。送信装置２００において、送信アンテナ２０７は、アンテナ素子により実現される。変調部２０２、同期信号生成部２０９、同期信号付加部２０３、送信フィルタ部２０４、デジタルアナログ変換部２０５、および送信高周波部２０６は処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。処理回路は制御回路とも呼ばれる。

図１５は、実施の形態１に係る送信装置２００が備える処理回路９０をプロセッサ９１およびメモリ９２で実現する場合の処理回路９０の構成例を示す図である。図１５に示す処理回路９０は制御回路であり、プロセッサ９１およびメモリ９２を備える。処理回路９０がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、処理回路９０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路９０では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路９０は、送信装置２００の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。このプログラムは、処理回路９０により実現される各機能を送信装置２００に実行させるためのプログラムであるともいえる。このプログラムは、プログラムが記憶された記憶媒体により提供されてもよいし、通信媒体など他の手段により提供されてもよい。

上記プログラムは、変調部２０２が、データシンボル系列を生成する第１のステップと、同期信号生成部２０９が、基準となる基準系列シンボル４０１を２回以上連続して繰り返す第１のシンボル系列４０２を生成し、無線端末１０２ごとに基準系列シンボル４０１が直交するように、位相回転系列を用いて第１のシンボル系列４０２を周波数シフトして第２のシンボル系列４０４を生成し、同期信号を生成する第２のステップと、同期信号付加部２０３が、同期信号をデータシンボル系列に付加して送信信号を生成する第３のステップと、を送信装置２００に実行させるプログラムであるとも言える。

ここで、プロセッサ９１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などである。また、メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などが該当する。

図１６は、実施の形態１に係る送信装置２００が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路９３の例を示す図である。図１６に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路については、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

基地局１０１が備える送信装置２００のハードウェア構成について説明したが、無線端末１０２が備える受信装置５００のハードウェア構成も同様である。受信装置５００において、受信アンテナ５０１はアンテナ素子である。測定結果記憶部５０９はメモリである。受信高周波部５０２、アナログデジタル変換部５０３、受信フィルタ部５０４、受信同期信号生成部５０５、同期部５０６、受信信号測定部５０７、干渉信号測定部５０８、および復調部５１０は処理回路により実現される。処理回路は、前述の送信装置２００の場合と同様、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、無線通信システム１００において、各基地局１０１の送信装置２００は、基地局１０１ごとに固有の周波数シフトパターン信号を割り当てた同期信号を生成し、当該同期信号を含む無線フレームを送信アンテナ２０７から送信する。送信装置２００は、送信アンテナ２０７ごとに無線フレームに含ませる同期信号を変更できる機能を有する。これにより、無線端末１０２の受信装置５００は、複数の基地局１０１の送信装置２００から送信された無線フレームに対して同期処理を行うことができ、無線フレームの受信電界強度を送信元の送信装置２００ごとに個別に測定することができる。

なお、基地局１０１の送信装置２００が複数の送信アンテナ２０７を備える場合、送信装置２００は、送信アンテナ２０７ごとに固有の周波数シフトパターン信号を割り当て、割り当てられた周波数シフトパターン信号の同期信号を含む無線フレームを送信してもよい。この場合、無線端末１０２の受信装置５００は、複数の基地局１０１の送信装置２００から送信された無線フレームの受信電界強度を、送信元の送信装置２００が備える複数の送信アンテナ２０７ごとに個別に測定することができ、各送信アンテナ２０７から送信された無線フレームの受信品質を把握することが可能となる。

無線通信システム１００は、複数の通信エリア１０３によって構成され、無線端末１０２の多重を実現するとともに、伝送路変動に対する耐性を有し、かつ雑音耐性および干渉耐性を有することで、高速で変動する伝送路下においても高い同期性能を実現することができる。送信装置２００は、複数の通信エリア１０３を有する無線通信システム１００において、伝送路の状態が変動する環境における同期性能を向上させることができる。

なお、本実施の形態の無線通信システム１００は、複数の基地局１０１が同一情報および同一周波数を用いて送信を行う複局同時送信にも適用可能である。この場合、例えば、図３に示す無線フレームにおいて、同期信号３０１は、さらに、複局同時送信を行う基地局１０１ごとの受信電界強度測定にも利用される。以降の実施の形態についても同様とする。

また、本実施の形態の無線通信システム１００では、基地局１０１が送信装置２００を備え、無線端末１０２が受信装置５００を備え、基地局１０１から無線端末１０２への下り通信を例にして具体的に説明したが、これに限定されない。前述のように、基地局１０１も受信装置を備え、無線端末１０２も送信装置を備えている。そのため、本実施の形態は、例えば、無線端末１０２が送信装置２００を備え、基地局１０１が受信装置５００を備えることによって、無線端末１０２から基地局１０１への上り通信にも適用可能である。

実施の形態２．
実施の形態２では、無線端末１０２の受信装置５００が、他の通信エリア１０３から到来した干渉電力であるオーバーリーチ信号電力を推定する方法について説明する。

実施の形態２において、無線通信システム１００、基地局１０１が備える送信装置２００、および無線端末１０２が備える受信装置５００の構成は、実施の形態１のときの構成と同様である。実施の形態１で説明した時刻ｔにおける受信信号ｒ（ｔ）のうち、周波数シフトパターン信号部分のシンボルをｒＰ_ｉ，ｋ（ｔ）と表す。このとき、同期系列シンボルＰＳＯのうち、系列長がＬの基準系列シンボル４０１単位で内積値Ｒ_ｑ，ｉ（ｔ）を求めるとすると、内積値Ｒ_ｑ，ｉ（ｔ）は式（６）のように表すことができる。

式（６）において、ｉは周波数シフトパターン信号を識別する番号、ｋはシンボルの番号、ｑは受信アンテナ番号、＊は複素共役を示している。Ｌシンボルの基準系列シンボルＰ_ｉ，ｋより求めたＬシンボルの内積値Ｒ_ｑ，ｉ（ｔ）のベクトルをＲｖ_ｑ，ｉとする。内積値ベクトルＲｖ_ｑ，ｉに対し高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を行うことで、式（７）から周波数スペクトルＳＰ_{ｑ，ｉ，ｍ}（ｆ）を求めることができる。

式（７）において、ｍは周波数シフト量ｆ_ｋ，ｍに対応した識別子である。ｒＰ_ｑ（ｔ＋ｋＴ_ｓ）が周波数シフトｆ_ｍに対応した周波数シフトパターン信号である場合、図６のように周波数シフトｆ_ｍによってシフトされた周波数位置にスペクトルピークを持つことになる。図６は、基準系列シンボル４０１の系列長がＬ＝４の場合である。このとき、他の周波数でスペクトルピークを持たない系列を基準系列パターンとして使用することが望ましい。

オーバーリーチで到来する干渉波の電力をＩＦＰとし、周波数シフトｆ_ｍによってシフトされた周波数位置にスペクトルを持つ周波数スペクトルＳＰ_{ｌ，ｉ，ｆ}（ｆ）より求まる干渉波の電力をＩＦＰ_ｌ，ｉ（ｆ_ｊ）とすると、式（８）のように表すことができる。

式（８）を用いて他の周波数ｆ_ｊに対しても同様に干渉波の電力を求め、式（９）に示すように平均電力を求めることで、無線端末１０２の受信装置５００は、到来した干渉電力量ＩＦＰ_ｉを求めることができる。図１７は、実施の形態２に係る無線端末１０２の受信装置５００における干渉電力推定方法の一例を示す図である。図１７では、Ｌ＝４、Ｎ＝１６の例を示している。

以上説明したように、本実施の形態によれば、無線通信システム１００において、無線端末１０２の受信装置５００は、短い基準系列シンボル４０１の系列長Ｌの単位で干渉電力量を推定するため、伝送路の変動による位相変動および振幅変動による影響も最小限に抑えることができ、干渉電力量の推定精度を向上させる効果がある。

実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１および実施の形態２で用いた同期シンボルパターンを拡散係数として用いる場合の同期方式について説明する。

実施の形態３では、実施の形態１で説明した第１の周波数シフトによってユーザ多重を実現することでユーザ間、すなわち無線端末１０２間の干渉低減を行うだけではなく、拡散系列は短い基準系列シンボル４０１の系列長である基準系列長を繰り返し用いているため、受信相関計算時のマッチドフィルタ長を基準系列長で実現することが可能となる。

規定された１次変調シンボルに対して、拡散係数を用いて拡散およびユーザ多重を行う場合を想定する。１次変調における変調方式は、例えば、ＰＳＫ、ＦＳＫ、ＱＡＭなどが挙げられるが、これらに限定されない。

図１８は、実施の形態３に係る基地局１０１が備える送信装置２００ａの構成例を示す図である。送信装置２００ａは、図２に示す実施の形態１の送信装置２００に対して、同期信号生成部２０９および同期信号付加部２０３を削除し、拡散系列生成部２１９および変調信号拡散部２１３を追加したものである。

拡散系列生成部２１９は、送信装置２００ａへの制御パラメータとして入力されるパターン指示信号２０８に基づいて、各送信アンテナ２０７に応じた拡散系列を生成する。拡散系列生成部２１９は、生成した拡散系列を変調信号拡散部２１３に出力する。

変調信号拡散部２１３は、拡散系列生成部２１９で生成される拡散系列と、変調部２０２で生成されるデータシンボル系列とに基づいて、送信信号を生成する。具体的には、変調信号拡散部２１３は、拡散系列生成部２１９から取得した拡散系列を用いて、無線フレーム単位で、変調部２０２から取得したデータシンボル系列を拡散して送信信号を生成する。送信フィルタ部２０４以降の動作は、実施の形態１のときの動作と同様である。

ここで、拡散系列生成部２１９によって生成される拡散系列は、実施の形態１の同期信号生成部２０９によって生成される同期信号と同様の構成で実現できる。

図１９は、実施の形態３に係る送信装置２００ａの拡散系列生成部２１９の構成例を示す図である。拡散系列生成部２１９は、第１の繰り返し部２３１と、第１の周波数シフト部２３２と、第２の繰り返し部２３３と、第２の周波数シフト部２３４と、位相オフセット部２３５と、を備える。

第１の繰り返し部２３１は、系列長Ｌの基準系列シンボル４０１をＲＥＰＭ回繰り返したものを連結し、Ｌ×ＲＥＰＭ個のシンボルの第１のシンボル系列を生成する。第１の周波数シフト部２３２は、第１のシンボル系列に対して、ユーザ間、すなわち無線端末１０２間の直交のため、基準系列シンボル４０１の単位で第１の周波数シフトを行い、第２のシンボル系列を生成する。第２の繰り返し部２３３は、Ｌ×ＲＥＰＭ個のシンボルの第２のシンボル系列をＮＳＰ回繰り返したものを連結し、Ｌ×ＲＥＰＭ×ＮＳＰ個のシンボルの周波数シフトパターン信号を生成する。第２の周波数シフト部２３４は、相互相関低減のため、Ｌ×ＲＥＰＭ×ＮＳＰ個のシンボルの周波数シフトパターン信号に対して、第２の周波数シフトを行い、同期シンボル系列を生成する。位相オフセット部２３５は、同期シンボル系列に対して、第１の周波数シフトを行うシンボル単位で規定された位相オフセットを与えることで、信号点配置の偏りをなくし、他システムからの干渉波による同期性能劣化を低減させる。拡散系列生成部２１９は、位相オフセット部２３５の処理によって得られた同期シンボル系列を拡散系列として用いる。

なお、拡散系列生成部２１９は、第１の周波数シフト部２３２から出力される系列、または第２の繰り返し部２３３から出力される系列、または第２の周波数シフト部２３４から出力される系列を拡散系列として用いることも可能である。このとき、拡散系列生成部２１９は、拡散系列として用いる系列のシンボル数がＬ×ＲＥＰＭ×ＮＳＰシンボルになるようにする。これにより、変調信号拡散部２１３では、１シンボルが最大Ｌ×ＲＥＰＭ×ＮＳＰチップに拡散されることになる。このように、実施の形態３では、実施の形態１および実施の形態２の基地局１０１が備える送信装置２００で用いられる基準系列シンボル４０１を拡散系列として用いる。

次に、無線端末１０２が備え、基地局１０１から送信される無線フレームを受信する受信装置について説明する。図２０は、実施の形態３に係る無線端末１０２が備える受信装置５００ａの構成例を示す図である。受信装置５００ａは、図１３に示す実施の形態１の受信装置５００に対して、受信同期信号生成部５０５、同期部５０６、および干渉信号測定部５０８を削除し、受信拡散系列生成部５１５および同期部５０６ａを追加したものである。

受信拡散系列生成部５１５は、送信装置２００で生成される拡散系列と同様の拡散系列を生成する。受信拡散系列生成部５１５は、生成した拡散系列を同期部５０６ａに出力する。

同期部５０６ａは、各受信フィルタ部５０４から取得した受信フレームと、受信拡散系列生成部５１５から取得した拡散系列とに基づいて、同期処理、すなわち同期信号の判定処理を行い、無線フレーム同期を確立する。

図２１は、比較例として拡散系列を用いた場合の無線端末が備える受信装置における同期処理の例を示す図である。図２２は、実施の形態３に係る無線端末１０２が備える受信装置５００ａにおける同期処理の例を示す図である。図２１（ａ）に示す１次変調シンボルのデータシンボル系列に対して直接拡散を行った場合、図２１（ｂ）および図２１（ｃ）に示すように、同相加算および相関検出のために直接拡散後のチップ数Ｘに相当する乗算器および加算器が必要となる。そのため、非常に大きい拡散係数を実現するには回路規模が大きくなり、現実的ではない場合がある。

これに対して、本実施の形態では、チップ数が大きくなった場合でも回路規模を小さい状態で実現可能である。図２２は、本実施の形態での同期部５０６ａにおける同期処理の概念を示している。同期部５０６ａで処理する受信信号である無線フレームをｒｃ（ｔ）で表す。同期部５０６ａは、無線フレームｒｃ（ｔ）のチップに対し、系列長Ｌの基準系列シンボルａ（ｔ）と内積をとり、式（１０）に示すように、周波数スペクトルＰ（ｆ，ｋ，ｊ）のスペクトルを求める。

式（１０）において、ｋはＲＥＰＭ×ＮＳＰ≧ｋ≧１の整数、ｊは無線フレームのチップ位置を示す識別子である。このとき、無線フレームの送信元の送信装置２００ａで使用された拡散系列が、第１の周波数スペクトル、第２の周波数スペクトル、および位相オフセット処理によって、スペクトルピークの位置がｆ１にシフトされた拡散系列だった場合、スペクトル電力の最大値はｆ１の地点に現れるはずである。同期部５０６ａは、スペクトル電力の計算をＲＥＰＭ×ＮＳＰ回行い、式（１１）に示すようにスペクトル電力の合計値Ｐ_ｓｕｍ（ｊ）を求める。

式（１１）において、ｉは周波数スペクトルの電力ピークが現れた周波数位置を示す識別子である。同期部５０６ａは、１チップずらしてスペクトル電力の合計値を求める処理を拡散系列長であるＲＥＰＭ×ＮＳＰ回繰り返す。その後、同期部５０６ａは、ｊを変えて同様にスペクトル電力の合計を求め、スペクトルピークの最大電力が得られる地点ｊを同期位置として判定する。

同期部５０６ａは、周波数パターン信号それぞれとの相関電力を計算し、得られた相関電力ごとに第１のしきい値によって判定を行い、第１のしきい値を超える相関電力のみを選択し、選択した相関電力の総和が最大となるタイミングを検出する。次に、同期部５０６ａは、最大タイミングの相関電力の総和に対して、第２のしきい値によって相関電力の総和が第２のしきい値を超える相関電力であるか否かを判定することによって、同期信号の検出判定を行う。同期部５０６ａは、このような検出判定によって得られた地点Ｊを拡散系列の開始位置として判定することができる。

比較例の方式では、直接拡散後のチップ数Ｘに相当する乗算器および加算器が必要となるのに対して、本実施の形態では、短い系列長Ｌの基準系列シンボルａ（ｔ）を繰り返すことで構成される拡散系列であるため、受信時に必要となるマッチドフィルタ長としては、系列長Ｌの長さがあればよい。そのため、受信装置５００ａでは、拡散率が十分高い場合において、受信回路規模の大幅な削減が可能となり、従来のマッチドフィルタ型では実現できなかった非常に大きい拡散系列数も実現可能となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、無線通信システム１００において、基地局１０１の送信装置２００ａ、および無線端末１０２の受信装置５００ａは、実施の形態１および実施の形態２で用いた同期シンボルパターンを拡散係数として用いることとした。この場合においても、無線通信システム１００は、実施の形態１および実施の形態２と同様の効果を得ることができる。また、無線通信システム１００において、無線端末１０２の受信装置５００ａは、回路規模の増大を抑制することができる。

なお、本実施の形態の無線通信システム１００では、基地局１０１が送信装置２００ａを備え、無線端末１０２が受信装置５００ａを備え、基地局１０１から無線端末１０２への下り通信を例にして具体的に説明したが、これに限定されない。前述のように、基地局１０１も受信装置を備え、無線端末１０２も送信装置を備えている。そのため、本実施の形態は、例えば、無線端末１０２が送信装置２００ａを備え、基地局１０１が受信装置５００ａを備えることによって、無線端末１０２から基地局１０１への上り通信にも適用可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１００無線通信システム、１０１，１０１ａ，１０１ｂ基地局、１０２，１０２ａ，１０２ｂ無線端末、１０３ａ，１０３ｂ通信エリア、２００，２００ａ送信装置、２０２変調部、２０３同期信号付加部、２０４送信フィルタ部、２０５デジタルアナログ変換部、２０６送信高周波部、２０７送信アンテナ、２０９同期信号生成部、２１３変調信号拡散部、２１９拡散系列生成部、２２１，２３１第１の繰り返し部、２２２，２３２第１の周波数シフト部、２２３，２３３第２の繰り返し部、２２４，２３４第２の周波数シフト部、２２５，２３５位相オフセット部、５００，５００ａ受信装置、５０１受信アンテナ、５０２受信高周波部、５０３アナログデジタル変換部、５０４受信フィルタ部、５０５受信同期信号生成部、５０６，５０６ａ同期部、５０７受信信号測定部、５０８干渉信号測定部、５０９測定結果記憶部、５１０復調部、５１５受信拡散系列生成部。

Claims

１つの基地局が複数の無線端末と無線通信を行う通信エリアが隣接する無線通信システムにおいて、前記基地局が備える送信装置であって、
データシンボル系列を生成する変調部と、
基準となる基準系列シンボルを２回以上連続して繰り返す第１のシンボル系列を生成し、前記無線端末ごとに前記基準系列シンボルが直交するように、位相回転系列を用いて前記第１のシンボル系列を周波数シフトして第２のシンボル系列を生成し、同期信号を生成する同期信号生成部と、
前記同期信号を前記データシンボル系列に付加して送信信号を生成する同期信号付加部と、
を備え、
前記位相回転系列を第１の位相回転系列とし、
前記同期信号生成部は、繰り返し送信する前記第２のシンボル系列が直交するように、第２の位相回転系列を用いて前記第２のシンボル系列を周波数シフトして第３のシンボル系列を生成し、前記同期信号を生成する、
ことを特徴とする送信装置。
前記同期信号生成部は、１つ以上の前記基準系列シンボル、１つ以上の前記第１の位相回転系列、および１つ以上の前記第２の位相回転系列を保持し、無線フレーム周期ごとに、前記基準系列シンボルの１つと、前記第１の位相回転系列の１つと、前記第２の位相回転系列の１つとを用いて、前記第１のシンボル系列、前記第２のシンボル系列、および前記第３のシンボル系列を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
前記同期信号生成部は、前記基準系列シンボルの信号点の偏りをなくすように、第３の位相回転系列を用いて前記第３のシンボル系列を周波数シフトして第４のシンボル系列を生成し、前記同期信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
前記同期信号生成部は、１つ以上の前記基準系列シンボル、１つ以上の前記第１の位相回転系列、１つ以上の前記第２の位相回転系列、および１つ以上の前記第３の位相回転系列を保持し、無線フレーム周期ごとに、前記基準系列シンボルの１つと、前記第１の位相回転系列の１つと、前記第２の位相回転系列の１つと、前記第３の位相回転系列の１つとを用いて、前記第１のシンボル系列、前記第２のシンボル系列、前記第３のシンボル系列、および前記第４のシンボル系列を生成する、
ことを特徴とする請求項３に記載の送信装置。
請求項１から４のいずれか１つに記載の送信装置で用いられる同期信号を拡散系列として用いることを特徴とする送信装置。
請求項５に記載の送信装置から送信される無線フレームを受信する受信装置であって、
前記送信装置で生成される拡散系列と同様の拡散系列を生成する受信拡散系列生成部と、
前記無線フレームと、前記受信拡散系列生成部で生成される前記拡散系列とに基づいて、無線フレーム同期を確立する同期部と、
を備えることを特徴とする受信装置。
請求項５に記載の送信装置を備えることを特徴とする基地局。