JPWO2003021829A1 - マルチキャリアcdma伝送システム及びその伝送方法 - Google Patents

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Abstract

送信データに直交コードを構成する各符号を個別に乗算し、各乗算結果を所定のサブキャリアで伝送するマルチキャリア伝送において、各ユーザに異なる複数のサブキャリアを占有的に割り当て、各ユーザは送信データを割り当てられたサブキャリアでマルチキャリア伝送する。また、基地局は各ユーザに異なる複数のサブキャリアを占有的に割り当て、ユーザ毎に送信ビームフォーミング処理を施し、各ユーザへの送信データを割り当てられたサブキャリアでマルチキャリア伝送する。

Description

技術分野
本発明はマルチキャリアCDMA伝送システム及びその伝送方法に係わり、特に、送信データをシリアルパラレル変換し、得られた並列データの各シンボルに直交コードを構成する各コードを個別に乗算し、各乗算結果を所定のサブキャリアでマルチキャリア伝送するマルチキャリアCDMA伝送システム及びその伝送方法に関する。
背景技術
次世代の移動通信方式として、マルチキャリア変調方式が注目されている。マルチキャリア変調方式を用いることにより、広帯域の高速データ伝送を実現することができるだけでなく、各サブキャリアを狭帯域にすることにより、周波数選択性フェージングの影響を低減することができる。また、直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式を用いることにより、周波数利用効率を高めることができるだけでなく、OFDMシンボル毎にガードインターバルを設けることにより、符号間干渉の影響をなくすことができる。
図10(a)はマルチキャリア伝送方式の説明図であり、シリアルパラレル変換部1は直列データを並列データに変換し、各ローパスフィルタ2a〜2dを介して直交変調部3a〜3dに入力する。図では4シンボルよりなる並列データに変換する。各シンボルは同相成分(In−Phase成分)及び直交成分(Quadrature成分)を含んでいる。直交変調部3a〜3dは各シンボルを図10(b)に示す周波数f〜fを有するサブキャリアで直交変調し、合成部4は各直交変調信号を合成し、図示しない送信部は合成信号を高周波数信号にアップコンバージョンして送信する。マルチキャリア伝送方式では、サブキャリア間の直交性を満足するために、スペクトルが重ならないように(b)に示すように周波数が配置される。
直交周波数分割多重方式では、マルチキャリア伝送のn番目のサブキャリアによって伝送される変調波帯域信号と(n+1)番目のサブキャリアによって伝送される変調波帯域信号の相関が零となるように周波数間隔が配置される。n番目のサブキャリア(中心周波数:fn)によって伝送されるシンボル(複素ベースバンド信号)をzn(=an+j bn)とすれば、変調波帯域信号sn(t)=Re[zn exp(j2πfn t)]として表わされる(Reは複素数の実数部)。n番目のサブキャリアと(n+1)番目のサブキャリアが直交するための条件はsn(t)とsn+1(t)の相互相関が0となることである。隣接するサブキャリアの周波数間隔をfd、シンボルznの周期Tとすれば、相互相関が0となるためにはfd=k/T(k=1,2,...)であれば良く、最小の間隔はfd=1/Tとなる。この周波数間隔を有するマルチキャリア多重方式が、直交周波数分割多重方式である。
図11(a)は直交周波数分割多重方式による送信装置の構成図であり、シリアルパラレル変換部5は直列データを複数のシンボル(I+jQ,複素数)よりなる並列データに変換する。IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)6は各シンボルを図11(b)に示す間隔の周波数を有するサブキャリアで伝送するものとして周波数データに逆離散フーリエ変換を施して時間データに変換し、実数部、虚数部をローパスフィルタ7a,7bを通して直交変調部8に入力する。直交変調部8は入力データに直交変調を施し、図示しない送信部で変調信号を高周波数信号にアップコンバージョンして送信する。直交周波数分割多重方式によれば、図11(b)に示す周波数配置が可能となり周波数利用効率を向上することができる。
また、近年ではマルチキャリアCDMA方式(MC−CDMA)の研究が盛んに行われており、次世代の広帯域移動通信方式への適用が検討されている。MC−CDMAでは、送信データのシリアルパラレル変換および周波数領域の直交コード拡散を行うことにより,複数のサブキャリアに分割する。周波数選択性フェージングにより、周波数間隔が離れたサブキャリアは、それぞれ独立したフェージングを受ける。したがって,コード拡散したサブキャリア信号を、周波数インタリーブにより周波数軸上に分散させることにより、逆拡散した信号は周波数ダイバーシチ利得を得ることができる。
さらに,OFDMとMC−CDMAを組み合わせた,直交周波数・符号分割多元接続(OFDM/CDMA)方式の検討も行われている。これは,MC−CDMAによりサブキャリアに分割された信号を,直交周波数多重することにより周波数利用効率を高めた方式である。
CDMA(Code Division Multiple Access)方式は、図12に示すようにビット周期Tの送信データにチップ周波数Tcの拡散コードC〜Cを乗算器9で乗算し、乗算結果を変調して送信する。上記の乗算により、図13に示すように2/Tの狭帯域信号NMを2/Tcの広帯域信号DSに拡散変調して伝送することができる。T/Tcは拡散率であり、図の例では拡散コードの符号長Nである。このCDMA伝送方式によれば、干渉信号を1/Nに減少できる利点がある。
マルチキャリアCDMA方式の原理は、図14に示すように1つの送信データDよりN個のコピーデータを作成し、拡散コード(直交コード)を構成する各コードC〜Cを個別に前記各コピーデータに乗算器9〜9で乗算し、各乗算結果DC〜DCを図15(a)に示す周波数f〜fのN個のサブキャリアでマルチキャリア伝送する。以上は1シンボルデータをマルチキャリア伝送する場合であるが、実際には後述するように、送信データをMシンボルの並列データに変換し、M個の各シンボルに図14に示す処理を施し、M×N個の全乗算結果を周波数f〜fNMのM×N個のサブキャリアを用いてマルチキャリア伝送する。又、図15(b)に示す周波数配置のサブキャリアを用いることにより直交周波数・符号分割多元接続方式が実現できる。
図16はMC−CDMAの送信側の構成図である。データ変調部11は送信データを変調し,同相成分と直交成分を有する複素ベースバンド信号(シンボル)に変換する。時間多重部12は複数シンボルのパイロットを送信データの前に時間多重する。シリアルパラレル変換部13は入力データをMシンボルの並列データに変換し、各シンボルはそれぞれN分岐して拡散部14に入力する。拡散部14はM個の乗算部14〜14を備えており、各乗算部14〜14はそれぞれ直交コードを構成するコード(符号)C,C,..Cを個別に分岐シンボルに乗算して出力する。この結果、N×M個のサブキャリアでマルチキャリア伝送するためのサブキャリア信号S〜SMNが拡散部14より出力する。すなわち、拡散部14は直交コードを各パラレル系列毎のシンボルに乗算することにより周波数方向に拡散する。拡散において使用する直交コードはユーザ毎に異なるコードが割り当てられる。
下りリンク(基地局送信)の場合、コード多重部15は以上のようにして生成されたサブキャリア信号を、同様な方法で生成された他ユーザのサブキャリア信号とコード多重する。すなわち、コード多重部15は、サブキャリア毎に該サブキャリア応じた各ユーザのサブキャリア信号を合成して出力する。周波数インタリーブ部16は、周波数ダイバーシチ利得を得るために、コード多重されたサブキャリア信号を周波数インタリーブにより並び替えて周波数軸上に分散する。IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)部17は並列入力するサブキャリア信号にIFFT(逆フーリエ変換)処理を施して時間軸上のOFDM信号(実数部信号、虚数部信号)に変換する。ガードインターバル挿入部18は、OFDM信号にガードインターバルを挿入し、直交変調部はガードインターバルが挿入されたOFDM信号に直交変調を施し、無線送信部20は無線周波数にアップコンバージョンすると共に高周波増幅してアンテナより送信する。
サブキャリアの総数は、(拡散率N)×(パラレル系列数M)である。又、伝搬路ではサブキャリア毎に異なるフェージングを受けるため、パイロットを全てのサブキャリアに時間多重し、受信側ではサブキャリア毎にフェージングの補償を行えるようにする。ここで時間多重されるパイロットは、全てのユーザがチャネル推定に使用する共通パイロットである。なお、上りリンクの場合、各ユーザの信号は伝搬路上で合成され、基地局で受信される。
図17はシリアルパラレル変換説明図であり、送信データの前方に共通パイロットPが時間多重されている。共通パイロットがたとえば4×Mシンボル、送信データが30×Mシンボルであるとすると、シリアルパラレル変換部13より並列データとして最初の4回までパイロットのMシンボルが出力し、以後、並列データとして30回送信データのMシンボルが出力する。この結果、パイロットを全てのサブキャリアに時間多重して伝送でき、受信側で該パイロットを用いてはサブキャリア毎にフェージング補償が可能となる。
図18はガードインターバル挿入説明図である。ガードインターバル挿入とは、Mシンボルに応じたIFFT出力信号を1単位とするとき、その先頭部に末尾部分をコピーすることである。ガードインターバルGIを挿入することによりマルチパスによる符号間干渉の影響を無くすことが可能になる。
図19はMC−CDMAの受信側の構成図である。無線受信部21は受信したマルチキャリア信号に周波数変換処理を施し、直交復調部は受信信号に直交復調処理を施す。タイミング同期・ガードインターバル除去部23は、受信信号のタイミング同期を取った後、該受信信号よりガードインターバルGIを除去してFFT(Fast Fourier Transform)部24に入力する。FFT部24は時間領域の信号をN×M個のサブキャリア信号に変換し、周波数デインタリーブ部25は送信側と逆の並び替えを行い、サブキャリアの周波数順に並べて出力する。
フェージング補償部26はデインタリーブ後、送信側で時間多重されたパイロットを用いてサブキャリア毎にチャネル推定を行い、フェージングの補償を行う。図では1つのサブキャリアについてのみチャネル推定部26aが示されているが、サブキャリア毎にこのチャネル推定部が設けられている。チャネル推定部26aは、パイロット信号を用いてフェージングによる位相の影響exp(jφ)を推定し、乗算器26bは送信シンボルのサブキャリア信号にexp(−jφ)を乗算してフェージングを補償する。逆拡散部27はM個の乗算部27〜27を備えており、乗算部27はユーザに割り当てられた直交コードを構成する各コードC,C,...Cを個別にN個のサブキャリアに乗算して出力し、他の乗算部も同様の演算処理を行う。この結果、フェージング補償された信号は、各ユーザに割り当てられた拡散コードにより逆拡散され、この逆拡散によりコード多重された信号の中から所望ユーザの信号が抽出される。
合成部28〜28はそれぞれ乗算部27〜27から出力するN個の乗算結果を加算してM個のシンボルよりなる並列データを作成し、パラレルシリアル変換部29は該並列データを直列データに変換し、データ復調部30は送信データを復調する。
図20は基地局からの下りリンクにおけるMC−CDMA方式のフェージング変動の様子を示す説明図である。周波数軸上に拡散された所定ユーザのサブキャリア信号は、他ユーザのサブキャリア信号とコード多重され、伝搬路においてサブキャリア毎に異なるフェージングを受ける。しかし、基地局発信の場合、コード多重された異なるユーザのサブキャリア信号は各サブキャリアにおいて同じフェージングFD12を受ける。このため、パイロットシンボルによってサブキャリア毎に推定されたチャネル推定情報を用いてフェージング補償を行なうと、FD12′で示すように各ユーザに対するフェージングを同時に補償でき、各ユーザの拡散コードの直交性を保持でき、他ユーザの信号が干渉波とならない。したがって、拡散コードに直交性の高いコードを用いることは、MC−CDMA方式においては非常に有効である。
ところが、上りリンクにおいて各ユーザは異なるフェージングF1,F2を受ける。このため、各サブキャリア信号はユーザ毎に独立したフェージングを受け、各ユーザの拡散コードの直交性が完全に崩れてしまう。例えば、フェージング補償部でユーザ1に対するフェージング変動F1をF1′で示すように補償しても、ユーザ2に対するフェージング変動F2がF2′で示すようになってしまい、各ユーザの拡散コードの直交性が崩れてしまう。したがって、上りリンクに、周波数領域の拡散を行うMC−CDMA方式を適用した場合、大きな特性の劣化が生じてしまう。
又、基地局において各ユーザに向けて指向性ビームを放射してデータを送信する場合がある。かかる場合には、アレイアンテナを用意し、かつ、ビームフォーマでユーザ毎に異なるアレーウェイトを送信データに作用させてビームフォーミングを行う必要がある。図22はビームフォーミングの簡単な構成図であり、アレイアンテナ31、ビームの指向方向をアレイウェイトを変えて制御する送信ビームフォーマ32、アレイアンテナを構成するアンテナ素子ATT〜ATTに送信信号を入力する送信部33〜33が示されている。送信ビームフォーマ32はユーザ(移動局)の方向に応じてアレイウェイトを制御し、これにより各アンテナ素子に加える送信信号の大きさ及び位相を変えてビームをユーザに向けて送信する。
ビームフォーミングを実現するためにユーザ毎に異なるウェイトをかけた信号をコード多重した場合、この信号がマルチパスフェージング伝搬路を通ると、図21の上りリンクと同様に各サブキャリアがユーザ毎に異なるフェージングを受ける。特に、マルチパスの角度広がりが大きいほど、各ユーザが受けるフェージングは互いに異なった独立なものになる。したがって、ビームフォーミングの場合にも拡散コードの直交性が崩れて特性が大きく劣化する。この場合、各ユーザのアレーウェイトが他のユーザにビームを向けないように決定されていれば、他ユーザへの干渉成分が抑圧されるため、拡散コードの直交性の崩れの問題はなくなる。しかし、実際にはビームのサイドローブが他ユーザへの干渉となるため、直交性の崩れによる特性劣化の影響は大きい。
また、図23に示すようにセクタを複数たとえば3つの指向範囲A1,A2,A3に分け、同一の指向範囲に存在する移動局MS11〜MS12,MS21〜MS22,MS31〜MS33には同一の指向性を有するビームを向けて送信する場合もある。かかるビームフォーミングの場合、指向範囲毎に異なるアレーウェイトを用いる必要がある。しかし、指向範囲毎に異なるウェイトをかけた信号をコード多重し、該コード多重信号がマルチパスフェージング伝搬路を通ると、図21の場合と同様に各サブキャリアが指向範囲毎に異なるフェージングを受ける。かかる場合、指向範囲の異なるユーザが受けるフェージングは独立なものになり、拡散コードの直交性が崩れて特性が大きく劣化する。この場合にも、各指向範囲のアレーウェイトが他の指向範囲にビームを向けないように形成されていれば、他ユーザの干渉成分が抑圧されるために、拡散コードの直交性の崩れの問題はなくなる。しかし、実際には図23に示すようにビームBMのサイドローブBSが他ユーザへの干渉となるため、直交性の崩れによる特性劣化の影響は大きい。
さらに、各サブキャリアがユーザ毎に異なるフェージングを受けた場合、フェージングを補償するために、ユーザ毎に個別のパイロットを用いてチャネルを推定しなければならない。MC−CDMA方式では、チャネル推定を逆拡散前に各サブキャリアに対して行わなければならない。各ユーザの個別パイロットを分離するには、パイロットのパターンを利用する方法と、パイロットの周波数および時間軸上の位置をユーザ毎にずらして配置することによって分離する方法がある。いずれにしろ、個別パイロットの数が増えるに従って、個々のパイロットに割り当てられるパワーは減少する。図24(a))は共通パイロットを使用する場合、図24(b)は個別パイロットを使用する場合であり、個別パイロットのパワーは共通パイロットのパワーの1/4になってしまう。したがって、個別パイロットの数が多いほどチャネル推定精度も劣化してしまう。また、パイロットパターンの配置や位置によっては、パイロット間のチャネル情報(チャネル推定情報)を補完して求めるなどして、各サブキャリアのチャネルを推定しなければない。
以上より本発明の目的は、上りリンク(移動局発信)においてMC−CDMA伝送を行っても拡散コードの直交性を崩さないようすることである。
本発明の別の目的は、下りリンク(基地局発信)においてビームフォーミングを適用してMC−CDMA伝送を行っても直交性の崩れを回避することである。
本発明の別の目的は、個別パイロットを用いても良好なチャネル推定精度を実現できるようにすることである。
本発明の別の目的は、MC−CDMA伝送において狭帯域の受信機を使用できるようにすることである。
発明の開示
送信データをシリアルパラレル変換し、得られた並列データの各シンボルに直交コードを構成する各符号を個別に乗算して出力し、各乗算結果を所定のサブキャリアで伝送するマルチキャリア伝送において、ユーザ毎に複数のサブキャリアを割り当て、ユーザの送信データを割り当てられたサブキャリアでマルチキャリア伝送する。このようにすれば、ユーザ毎に周波数が異なるサブキャリアを使用するため、他ユーザへの干渉がなくなり良好なマルチキャリア伝送が可能になる。
この場合、ユーザにM個の直交コードを割り当て、シリアルパラレル変換によりM個のシンボルよりなる並列データを出力し、並列データの第iシンボルに第i直交コードを構成する各符号を個別に乗算し、シンボル毎の各乗算結果のうち対応する乗算結果を加算し、
各加算結果を前記割り当てられたサブキャリアで伝送する。このようにマルチコード化すれば、ユーザに割り当てるサブキャリアが少なくても、あるいは、データ伝送レートが高くなっても他ユーザへの干渉のない良好なマルチキャリア伝送が可能になる。
又、各ユーザに複数のサブキャリアを占有的に割り当ててマルチキャリア伝送する。このようにすれば、下りリンクにおいて基地局がユーザ毎に送信ビームフォーミング処理を施して各ユーザの送信データを周波数多重して送信する場合であっても、他ユーザへの干渉がなくなり良好なマルチキャリア伝送が可能になる。又、上りリンクにおいて、各ユーザは送信データを割り当てられたサブキャリアを用いて基地局に向けてマルチキャリア伝送することにより、他ユーザへの干渉がなくなり良好なマルチキャリア伝送が可能になる。
又、複数のユーザに同一のサブキャリアを割り当てると共に、各ユーザに異なる直交コードを割り当て、同一サブキャリア上でコード多重して各ユーザの送信データを伝送する。このようにすれば、同一の指向範囲に存在する複数のユーザにビームフォーミングして基地局より同一サブキャリアでマルチキャリア送信する場合であっても、他ユーザへの干渉がなくなり良好なマルチキャリア伝送が可能になる。
また、マルチキャリア伝送において、ユーザは自分に割り当てられたサブキャリアの周波数領域の受信信号成分をフィルタリングにより抽出し、該抽出した受信信号成分を用いて復調処理する。このようにすれば、狭帯域受信機を用いてマルチキャリア受信ができる。又、周波数インタリーブを用いてサブキャリアを周波数軸上で分散して伝送することにより、誤りが集中しないようにでき、誤り訂正能力を向上することができる。
発明を実施するための最良の形態
(A)本発明の概略
(a)本発明の第1の原理
図1は本発明の第1の原理説明図であり、説明上、ユーザ数が2の場合を示している。
本発明では、図1に示すように各ユーザに所定周波数のサブキャリアを占有的に割り当てる。例えばユーザ1にサブキャリアSC11〜SC1Nを占有的に割り当て、ユーザ2に別のサブキャリアSC21〜SC2Nを占有的に割り当てる。又、適宜、同一ユーザに複数の拡散コードを割り当て、マルチコード多重を行うようにする。例えば、ユーザ1に直交コード1,2を割り当て、ユーザ2にも直交コード1,2を割り当てる。
以上のようにすれば、ユーザが特定のサブキャリアを独占して使用できるため、図1のF1,F2で示すようにユーザ1,2毎にフェージング特性が異なる場合でも、互いに干渉することがないため拡散コードの直交性が崩れることはない。したがって、本発明を用いることにより、上りリンクの場合や、下りリンクでビームフォーミングを用いた場合であっても、MC−CDMA方式の優れた特性を維持することができる。さらに、本発明では、ユーザが特定サブキャリアを占有して使用できるため、各サブキャリアに時間多重されるパイロットはユーザ個別のパイロットとなり、しかも他のユーザのパイロットと干渉しないため、ユーザ数が増えた場合でも自分のパイロットを確実に検出でき、チャネル推定精度が劣化することはない。
又、ユーザに複数の拡散コードを割り当て、マルチコード多重を行うようにする。例えば、ユーザ1に直交コード1,2を割り当て、ユーザ2にも直交コード1,2を割り当てるようにする。このようにマルチコード多重すれば、ユーザの伝送レートを落とすことなく、一部のサブキャリアのみを用いた高速伝送が可能となる。
又、図1は、送信側における周波数インタリーブを施す前、あるいは受信側における周波数デインタリーブ後の状態を表した説明図であるが、周波数インタリーブによりユーザが占有するサブキャリアを周波数軸上に分散させることにより、周波数ダイバーシチ利得を得ることができる。
(b)本発明の第2の原理
図2は本発明の第2の原理説明図であり、説明上、ユーザ数が4の場合を示している。
図2のF12,F34で示すようにユーザ1とユーザ2がそれぞれ同じフェージングを受けており、又、ユーザ3とユーザ4が同じフェージングを受けているものとする。同じフェージングを受ける環境としては図23に示すように基地局が同一の指向範囲に属する複数のユーザに対してビームフォーミングにより同一の指向性ビームを用いて送信する場合が考えられる。
かかる状況において、本発明は、ユーザ1,2に所定周波数のサブキャリアを割り当て、ユーザ3,4に別のサブキャリア割り当て、更に、同一サブキャリアを割り当てられたユーザに別々の直交コードを割り当ててMC−CDMA伝送を実現する。例えばユーザ1,2にサブキャリアSC11〜SC1Nを割り当て、ユーザ3,4にサブキャリアSC21〜SC2Nを割り当てる。又、ユーザ1、3に直交コード1を割り当て、ユーザ2、4に直交コード2を割り当てる。
フェージングが同じユーザ1,2間(ユーザ3,4間)の直交コードが崩れることがないので、同じサブキャリア上でコード多重することができる。このMC−CDMA伝送方法は、下りリンク(基地局発信)においてビームフォーミングする場合に適用可能である。例えば、ユーザ1とユーザ2が同じ指向範囲内に存在する場合、同じ指向性ビームを用いて送信する。つまりユーザ1,2に用いられるアレーウェイトは同じであり、マルチパスフェージング伝搬路においても、それぞれ同じフェージングを受ける。同様に、ユーザ3とユーザ4が同じ指向範囲内に存在する場合、同じ指向性ビームを用いて送信する。
かかる場合、ユーザ1,2とユーザ3,4間はサブキャリアが異なるため干渉せず、又、ユーザ1,2間はフェージングが同じため直交性が崩れず、同様にユーザ3,4間もフェージングが同じため直交性が崩れず、良好なMC−CDMA伝送が可能になる。
(B)第1実施例
図3はユーザ毎に占有的にサブキャリアを割り当てて使用させる場合の上りリンク(移動局発信)における移動局の送信側構成図である。図ではユーザ1にサブキャリアSC11〜SC1Nを割り当てて使用させると共に、ユーザ1に第1、第2の直交コードC11〜C1N、C21〜C2Nを割り当ててマルチコード多重する場合を示している。なお、1ユーザが占有するサブキャリア数Nは拡散率と同じであり、他のユーザも同様に別のサブキャリアセットを用いてマルチコード多重を行う。この、なお書きは1つの実施例であり、占有するサブキャリア数Nは拡散率の倍数であってもよい。
データ変調部51は送信データを変調し,同相成分と直交成分を有する複素ベースバンド信号列(シンボル列)に変換する。時間多重部52は複数シンボルのパイロットを送信データの前に時間多重する。シリアルパラレル変換部53は入力データをMシンボル(実施例ではM=2)の並列データに変換し、各シンボルはそれぞれN分岐されて第1、第2の拡散部54,54に入力する。第1の拡散部54はN個の乗算器を備えており、各乗算器はそれぞれ第1の直交コードを構成する各符号C11,C12,...C1Nを個別にN個の分岐シンボルに乗算して出力する。又、第2の拡散部54もN個の乗算器を備えており、各乗算器はそれぞれ第2の直交コードを構成する各符号C21,C22,...C2Nを個別にN個の分岐シンボルに乗算して出力する。合成部55はN個の加算器を備え、各加算器は第1、第2の拡散部54,54の対応する乗算器出力を加算してサブキャリア信号S〜Sを出力する。このサブキャリア信号S〜Sは直交コードC11〜C1N,C21〜C2Nで2つのシンボルをそれぞれ拡散した拡散結果を多重したマルチコード多重信号である。
周波数インタリーブ部56は、周波数ダイバーシチ利得を得るために、コード多重されたサブキャリア信号S〜Sを周波数インタリーブにより並び替えて周波数軸上に分散する。IFFT部57は並列入力するサブキャリア信号にIFFT(逆フーリエ変換)処理を施して時間軸上のOFDM信号(実数部信号、虚数部信号)に変換する。ガードインターバル挿入部58は、OFDM信号にガードインターバルを挿入し、直交変調部(図示せず)はガードインターバルが挿入されたOFDM信号に直交変調を施し、無線送信部は無線周波数にアップコンバージョンすると共に高周波増幅してアンテナより基地局に向けて送信する。
以上のようにすれば、ユーザが特定のサブキャリアを独占して使用するためユーザ毎にフェージングが異なる場合でも、拡散コードの直交性が崩れることはない。又、ユーザに複数の拡散コードを割り当ててマルチコード多重するため、ユーザの伝送レートを落とすことなく、一部のサブキャリアのみを用いた高速伝送が可能となる。
なお、図3の実施例はシリアルパラレル変換部53よりM(=2)シンボルの並列データを出力した場合であるがM=1でも良く、又、M≧3でもよい。送信レートが高くなるほど、Mが大きくなり、すなわちユーザに割り当てる直交コード数が増加する。
図4はユーザ毎に占有的にサブキャリアを割り当てて使用させる第1実施例の基地局における受信側構成図であり、複数ユーザからの送信データを個別に復調できる構成になっている。
無線受信部(図示せず)は受信したマルチキャリア信号に周波数変換を施し、直交復調部は受信信号に直交復調処理を施してタイミング同期・ガードインターバル除去部61に入力する。タイミング同期・ガードインターバル除去部61は、受信信号のタイミング同期を取った後、該受信信号よりガードインターバルGIを除去してFFT部62に入力する。FFT部62は時間領域の信号を多数のサブキャリア信号に変換する。各ユーザに占有的に割り当てるサブキャリア数をN、1つの基地局に収容可能なユーザ数をmとすればFFT部62はm×Nのサブキャリア信号を出力する。周波数デインタリーブ部63は送信側と逆の並び替えを行い、サブキャリアの周波数順に並べ、最初のN個のサブキャリア信号をユーザ1用のMC−CDMA受信部64に入力し、次のN個のサブキャリア信号をユーザ2用のMC−CDMA受信部64に入力し、以下同様に第m番目のN個のサブキャリア信号をユーザm用のMC−CDMA受信部64mに入力する。各受信部64〜64mは同様の構成を備え、同様の動作を行うため、以下ではユーザ1のMC−CDMA受信部64の動作についてのみ説明する。
フェージング補償部65はデインタリーブ後、送信側で時間多重されたパイロットを用いてサブキャリア毎にチャネル推定を行い、フェージングの補償を行う。図では1つのサブキャリアについてのみチャネル推定部65aが示されているが、サブキャリア毎にこのチャネル推定部が設けられている。チャネル推定部65aは、パイロット信号を用いてフェージングによる位相の影響exp(jφ)を推定し、乗算器65bは送信シンボルのサブキャリア信号にexp(−jφ)を乗算してフェージングを補償する。
第1、第2の逆拡散部66,66はそれぞれN個の乗算器MPLと1つの加算器ADDを備えており、第1の逆拡散部66の乗算器MPLはユーザに割り当てられた第1の直交コードを構成する各コードC11,C12,...C1Nを個別にN個のサブキャリア信号にそれぞれ乗算し、加算器ADDは各乗算器の乗算結果を加算して並列データの第1シンボルとして出力する。又、第2の逆拡散部66の乗算器MPLはユーザに割り当てられた第2の直交コードを構成する各コードC21,C22,...C2Nを個別にN個のサブキャリア信号にそれぞれ乗算し、加算器ADDは各乗算器の乗算結果を加算して並列データの第2シンボルとして出力する。
以上より、フェージング補償された信号は、各ユーザに割り当てられた第1、第2の直交コードにより逆拡散され、この逆拡散によりコード多重された信号の中からユーザ1の並列データを構成する第1、第2シンボルが抽出される。
パラレルシリアル変換部67は該並列データを直列データに変換し、データ復調部68は送信データを復調する。
第1実施例によれば、ユーザが特定サブキャリアを占有して使用するため、他ユーザの信号は干渉波とならず、直交性が崩れないため受信特性を向上できる。又、各サブキャリアに時間多重されるパイロットはユーザ個別のパイロットとなり、しかも他のユーザのパイロットと干渉しないため、ユーザ数が増えた場合でも自分のパイロットを確実に検出でき、チャネル推定精度が劣化することはない。
(C)第2実施例
図5は下りリンク(基地局発信)においてビームフォーミングを用いた場合の送信側構成図(基地局構成図)であり、ビームフォーミングによりユーザ毎に指向性ビームを用いて送信する場合である。又、図ではユーザ1にN個のサブキャリアSC11〜SC1Nを占有的に割り当てて使用させると共に、ユーザ1に第1、第2の直交コードC11〜C1N、C21〜C2Nを割り当ててマルチコード多重する場合を示している。他のユーザについてもN個の別のサブキャリアを占有的に割り当てて使用させると共に、複数の直交コードを割り当ててマルチコード多重するようにしている。各ユーザのサブキャリア信号は周波数多重部158で周波数多重される。
データ変調部151はユーザ1の送信データを変調し,同相成分と直交成分を有する複素ベースバンド信号列(シンボル列)に変換する。時間多重部152は複数シンボルのパイロットを送信データの前に時間多重する。ビームフォーミング部153はユーザ1が存在する方向にビームを向けて送信するために、入力シンボルを4分岐し、それぞれにアレイウェイトW〜Wを乗算し、乗算結果をアレイアンテナを構成するアンテナ1〜アンテナ4用のMC−CDMA部154〜154に入力する。アレイウェイトW〜Wは図示しない制御部において、移動局の方向を検出し、該方向に向けてビームを送信するように決定されるが、かかる手法は周知であるためここでは詳述しない。又、MC−CDMA部154〜154は同一の構成を有し、動作も同様であるため、以降ではMC−CDMA部154の動作のみを説明する。
シリアルパラレル変換部155は入力データをMシンボル(実施例ではM=2)の並列データに変換し、各シンボルはそれぞれN分岐されて第1、第2の拡散部156,156に入力する。
第1の拡散部156はN個の乗算器を備えており、各乗算器はそれぞれ第1の直交コードを構成する各符号C11,C12,...C1Nを個別にN個の分岐シンボルに乗算して出力する。又、第2の拡散部156もN個の乗算器を備えており、各乗算器はそれぞれ第2の直交コードを構成する各符号C21,C22,...C2Nを個別にN個の分岐シンボルに乗算して出力する。合成部157はN個の加算器を備え、各加算器は第1、第2の拡散部156,156の対応する乗算器出力を加算してサブキャリア信号S〜Sを出力する。このサブキャリア信号S〜Sは直交コードC11〜C1N,C21〜C2Nで2つのシンボルを拡散した拡散結果を多重したマルチコード多重信号である。
周波数多重部158は、ユーザ1のサブキャリア信号と同様に発生した他ユーザのサブキャリア信号を周波数多重し、周波数インタリーブ部159は、周波数ダイバーシチ利得を得るために、コード多重されたサブキャリア信号を周波数インタリーブにより並び替えて周波数軸上に分散する。IFFT部160は並列入力するサブキャリア信号にIFFT(逆フーリエ変換)処理を施して時間軸上のOFDM信号(実数部信号、虚数部信号)に変換する。ガードインターバル挿入部161は、OFDM信号にガードインターバルを挿入し、直交変調部(図示せず)はガードインターバルが挿入されたOFDM信号に直交変調を施し、無線送信部は無線周波数にアップコンバージョンすると共に高周波増幅してアレイアンテナを構成するアンテナ1に入力する。同様に、アレイアンテナを構成する他のアンテナ2〜4にも送信方向に応じて重み付けされた信号が入力する。これにより、ユーザ1に向いた指向性ビームにより該ユーザ1へのデータを送信でき、同様に、他のユーザに向いた指向性ビームにより該他のユーザへのデータを送信することができる。
以上、下りリンクでビームフォーミングを行うことにより各ユーザに対するフェージングが異なる場合でも、ユーザ毎に異なるサブキャリアを使用するため、拡散コードの直交性が崩れることはなく、MC−CDMA方式の優れた特性を維持することができる。
図6は基地局が送信ビームフォーミングを用いてMC−CDMA方式によりデータを送信した場合における第2実施例の移動局の受信側構成図である。
無線受信部(図示せず)は受信したマルチキャリア信号に周波数変換を施し、直交復調部は受信信号に直交復調処理を施してタイミング同期・ガードインターバル除去部171に入力する。タイミング同期・ガードインターバル除去部171は、受信信号のタイミング同期を取った後、該受信信号よりガードインターバルGIを除去してFFT部172に入力する。FFT部172は時間領域の信号を多数のサブキャリア信号に変換する。各ユーザに占有的に割り当てるサブキャリア数をN、1つの基地局に収容可能なユーザ数をmとすればFFT部172はm×Nのサブキャリア信号を出力する。周波数デインタリーブ部173は送信側と逆の並び替えを行い、サブキャリアの周波数順に並べ、自分に割り当てられているN個のサブキャリアをフェージング補償部174に入力する。
フェージング補償部174はデインタリーブ後、送信側で時間多重されたパイロットを用いてサブキャリア毎にチャネル推定を行い、フェージングの補償を行う。図では1つのサブキャリアについてのみチャネル推定部174aが示されているが、サブキャリア毎にこのチャネル推定部が設けられている。チャネル推定部174aは、パイロット信号を用いてフェージングによる位相の影響exp(jφ)を推定し、乗算器174bは送信シンボルのサブキャリア信号にexp(−jφ)を乗算してフェージングを補償する。
第1、第2の逆拡散部175,175はそれぞれN個の乗算器MPLと加算器ADDを備えており、第1の逆拡散部175の乗算器MPLはユーザに割り当てられた第1の直交コードを構成する各符号C11,C12,...C1Nを個別にN個のサブキャリア信号に乗算し、加算器ADDは各乗算器の乗算結果を加算して並列データの第1シンボルとして出力する。又、第2の逆拡散部175の乗算器MPLはユーザに割り当てられた第2の直交コードを構成する各コードC21,C22,...C2Nを個別にN個のサブキャリア信号に乗算し、加算器ADDは各乗算器の乗算結果を加算して並列データの第2シンボルとして出力する。
パラレルシリアル変換部176は2シンボルよりなる並列データを直列データに変換し、データ復調部177は送信データを復調する。
図7、図8はそれぞれ図5、図6の変形例であり、基地局より周波数インタリーブ部を削除し、且つ移動局より周波数デインタリーブ部を削除した構成を有し、同一部分には同一符号を付している。
周波数インタリーブを行わないため、図8の移動局は自分に割り当てられているN個のサブキャリアだけを用いてFFT処理すれば良い。このため、移動局は、FFT部172の前段に自分に割り当てられているN個のサブキャリアに応じた周波数帯域のバンドパスフィルタ181を設け、狭帯域の受信機構成にしている。このようにすれば、段数の少ないFFTを利用することができ、FFTの処理負担を軽減できる利点がある。
(D)第3実施例
図9は本発明の第3実施例における基地局の構成図であり、移動局は図6と同様の構成とすることができる。この第3実施例は、同一の指向範囲に属する複数のユーザに対して基地局が同一の指向性ビームを用いて送信する場合に適用できるもので、図では、ユーザ1,2が同一指向範囲に存在し、該ユーザ1,2に該指向範囲に応じたN個のサブキャリアを割り当て、かつ、ユーザ1,2に別々の直交コードC11〜C1N,C21〜C2Nを割り当てている場合が示されている。
データ変調部201はユーザ1の送信データを変調し,同相成分と直交成分を有する複素ベースバンド信号列(シンボル列)に変換する。時間多重部202は複数シンボルのパイロットをユーザ1の送信データの前に時間多重する。ビームフォーミング203はユーザ1が存在する方向にビームを向けて送信するために、入力シンボルを4分岐し、それぞれにアレイウェイトW〜Wを乗算し、アレイアンテナを構成するアンテナ1〜アンテナ4のMC−CDMA部204〜204に乗算結果を入力する。
同様に、データ変調部201はユーザ2の送信データを変調し,同相成分と直交成分を有する複素ベースバンド信号列(シンボル列)に変換する。時間多重部202は複数シンボルのパイロットをユーザ2の送信データの前に時間多重する。なお、パイロットをユーザ1,2で共通化することにより、時間多重部202を削除することができる。ビームフォーミング203はユーザ2が存在する方向にビームを向けて送信するために、入力シンボルを4分岐し、それぞれにユーザ1と同じアレイウェイトW〜Wを乗算し、乗算結果をアンテナ1〜アンテナ4のMC−CDMA部204〜204に入力する。
MC−CDMA部204〜204は同一の構成を有し、動作も同様である。従って、以降ではMC−CDMA部204の動作のみを説明する。
ビームフォーミング部203から出力するウェイトWの乗算結果はN分岐されてユーザ1用の拡散部205に入力する。拡散部205はN個の乗算器を備えており、各乗算器はそれぞれユーザ1用の直交コードを構成する各符号C11,C12,...C1Nを個別にN個の分岐シンボルに乗算して出力する。同様に、ビームフォーミング部203から出力するウェイトWの乗算結果はN分岐されてユーザ2用の拡散部205に入力する。拡散部205はN個の乗算器を備えており、各乗算器はそれぞれユーザ2用の直交コードを構成する各符号C21,C22,...C2Nを個別にN個の分岐シンボルに乗算して出力する。
合成部206はN個の加算器を備え、各加算器はユーザ1,2の拡散部205,205の対応する乗算器出力を加算してサブキャリア信号S〜Sを出力する。このサブキャリア信号S〜Sは直交コードC11〜C1N,C21〜C2Nでユーザ1,2のシンボルを拡散した拡散結果を多重したマルチコード多重信号である。
周波数多重部207は、ユーザ1,2のサブキャリア信号と同様に発生した他ユーザのサブキャリア信号を周波数多重し、周波数インタリーブ部208は、周波数ダイバーシチ利得を得るために、コード多重されたサブキャリア信号を周波数インタリーブにより並び替えて周波数軸上に分散する。IFFT部209は並列入力するサブキャリア信号にIFFT(逆フーリエ変換)処理を施して時間軸上のOFDM信号(実数部信号、虚数部信号)に変換する。ガードインターバル挿入部210は、OFDM信号にガードインターバルを挿入し、直交変調部(図示せず)はガードインターバルが挿入されたOFDM信号に直交変調を施し、無線送信部は無線周波数にアップコンバージョンすると共に高周波増幅してアレイアンテナを構成するアンテナ1に入力する。同様に、アレイアンテナを構成する他のアンテナ2〜4にも送信方向に応じて重み付けされた信号が入力する。これにより、ユーザ1、2に向いた指向性ビームにより該ユーザ1,2へのデータを送信でき、同様に、他のユーザに向いた指向性ビームにより該他のユーザへのデータを送信することができる。
以上、異なる指向範囲内に所在するユーザに対するフェージングが異なる場合でも、ユーザ毎に異なるサブキャリアを使用するため、拡散コードの直交性が崩れることはなく、MC−CDMA方式の優れた特性を維持することができる。
以上では、各ユーザに1つの直交コードを割り当てた場合であるが、複数(=M個)の直交コードを割り当てることができる。かかる場合には1ユーザにつき1個のシリアルパラレル変換部とM個の拡散部を設けて図5と同様に構成する。
以上、本発明によれば、上りリンクにおいて拡散コードの直交性を崩すことなく良好な特性を得ることができる。
又、本発明によれば、ビームフォーミングを適用した場合の下りリンクにおいて直交性の崩れを回避し、良好な特性を得ることができる。
又、本発明によれば、個別パイロットを用いることにより良好なチャネル推定精度を得ることができる。
又、本発明によれば、狭帯域の受信機を用いることができ、FFTの演算段数を少なくでき、FFT演算処理を軽減することができる。
又、本発明によれば、周波数インタリーブを用いることにより、一部のサブキャリアのみを用いた場合でも良好な周波数がダイバーシチゲインを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の第1の原理説明図である。
図2は本発明の第2の原理説明図である。
図3はユーザ毎に占有的にサブキャリアを割り当てて使用させる場合の上りリンクの場合の移動局の送信側構成図である。
図4は第1実施例の基地局の受信側構成図である。
図5は下りリンクにおいてビームフォーミングを用いた場合における基地局の送信側の構成図である。
図6は基地局が送信ビームフォーミングを用いてMC−CDMA方式によりデータを送信した場合における移動局の受信側の構成図である。
図7は送信側の周波数インタリーブ部を削除した場合の図5の変形例である。
図8は受信側の周波数デインタリーブ部を削除した場合の図6の変形例である。
図9は第3実施例における基地局の構成図である。
図10はマルチキャリア伝送方式の説明図である。
図11は直交周波数分割多重方式の説明図である。
図12はCDMAのコード拡散変調説明図である。
図13はCDMAにおける帯域の拡散説明図である。
図14はマルチキャリアCDMA方式の原理説明図である。
図15はサブキャリア配置説明図である。
図16は従来のMC−CDMAの送信側の構成図である。
図17はシリアルパラレル変換説明図である。
図18はガードインターバル説明図である。
図19は従来のMC−CDMAの受信側の構成図である。
図20は基地局からの下りリンクにおけるMC−CDMA方式のフェージング変動の様子を示す説明図である。
図21はMC−CDMA方式を上りリンク(移動局発信)に適用した場合のユーザ毎のフェージング変動説明図である。
図22はビームフォーミング説明図である。
図23はセクタを複数の指向範囲に区分した場合のビームフォーミング説明図である。
図24はパイロット説明図である。

Claims (14)

  1. 送信データに直交コードを構成する各符号を個別に乗算し、各乗算結果を所定のサブキャリアで伝送するマルチキャリア伝送方法において、
    各ユーザに異なる複数のサブキャリアを割り当て、
    ユーザの送信データを該割り当てたサブキャリアでマルチキャリア伝送する、
    ことを特徴とするマルチキャリアCDMA伝送方法。
  2. ユーザにM個の直交コードを割り当て、
    シリアルパラレル変換により送信データをM個のシンボルよりなる並列データに変換し、
    並列データの第iシンボルに第i直交コードを構成する各符号を個別に乗算し、
    シンボル毎の各乗算結果のうち対応する乗算結果を加算し、
    各加算結果を前記割り当てられたサブキャリアで伝送する、
    ことを特徴とする請求項1記載のマルチキャリアCDMA伝送方法。
  3. 各ユーザに複数のサブキャリアを占有的に割り当て、
    ユーザ毎に送信ビームフォーミング処理を施し、かつ、各ユーザへの送信データを前記割り当てたサブキャリアで伝送する、
    ことを特徴とする請求項1記載のマルチキャリアCDMA伝送方法。
  4. 各ユーザに複数のサブキャリアを占有的に割り当て、
    各ユーザより送信データを前記割り当てられたサブキャリアでマルチキャリア伝送する、
    ことを特徴とする請求項1記載のマルチキャリアCDMA伝送方法。
  5. 送信データに直交コードを構成する各符号を個別に乗算し、各乗算結果を所定のサブキャリアで伝送するマルチキャリア伝送方法において、
    複数のユーザに同一のサブキャリアを割り当てると共に、各ユーザに異なる直交コードを割り当て、
    同一サブキャリア上でコード多重して各ユーザの送信データを伝送する、
    ことを特徴とする請求項1記載のマルチキャリアCDMA伝送方法。
  6. 同一のサブキャリアが割り当てられた複数のユーザの送信データに同一の送信ビームフォーミング処理を施して伝送する、
    ことを特徴とする請求項5記載のマルチキャリアCDMA伝送方法。
  7. 自分に割り当てられたサブキャリアの周波数領域の受信信号成分をフィルタリングにより抽出し、
    該抽出した受信信号成分を用いて復調処理する、
    ことを特徴とする請求項1,3,5,6記載のマルチキャリアCDMA伝送方法。
  8. 周波数インタリーブを用いてサブキャリアを周波数軸上で分散して伝送する、
    ことを特徴とする請求項1ないし6記載のマルチキャリアCDMA伝送方法。
  9. 送信データに直交コードを構成する各符号を個別に乗算し、各乗算結果を所定のサブキャリアで伝送するマルチキャリアCDMA伝送システムにおける移動局の送信装置において、
    送信データをシリアルパラレル変換するシリアルパラレル変換部、
    シリアルパラレル変換により得られた並列データの1つのシンボルにユーザに割り当てた直交コードを構成する各符号を個別に乗算し、並列データの各シンボルに同様にユーザに割り当てた別の直交コードを構成する各符号を個別に乗算する乗算部、
    前記各直交コードの対応する符号の乗算結果を合成する合成部、
    各合成結果をユーザに割り当てられた複数のサブキャリアでマルチキャリア伝送する伝送部、
    を有することを特徴とする移動局の送信装置。
  10. 送信データに直交コードを構成する各符号を個別に乗算し、各乗算結果を所定のサブキャリアで伝送するマルチキャリアCDMA伝送システムにおける基地局の受信装置において、
    受信信号よりユーザ毎のサブキャリア成分を分離するサブキャリア分離部、
    サブキャリア毎にフェージング補償するフェージング補償部、
    ユーザに割り当てた複数のサブキャリアの各サブキャリア成分に、該ユーザに割り当てた直交コードを構成する符号のうち対応する符号をそれぞれ乗算して合成し、同様に各サブキャリア成分にユーザに割り当てた別の直交コードを構成する符号のうち対応する符号を乗算して合成する乗算・合成部、
    各乗算・合成結果を並列データとし、該並列データを直列データに変換するパラレルシリアル変換部、
    パラレルシリアル変換部の出力信号に基いてデータを復調するデータ復調部、
    を備えた基地局の受信装置。
  11. ユーザデータに直交コードを構成する各符号を個別に乗算し、各乗算結果を所定のサブキャリアで伝送するマルチキャリアCDMA伝送システムにおける基地局の送信装置において、
    複数のアンテナ素子よりなるアレイアンテナ、
    ユーザの送信データにビームフォーミング処理を施して各アンテナ素子用の送信データを生成するビームフォーミング部、
    アンテナ素子毎に、
    前記ビームフォーミング処理を施された送信データの1つのシンボルに、ユーザに割り当てた直交コードを構成する各符号を個別に乗算する乗算部、
    前記乗算結果をユーザ毎に割り当てられた複数のサブキャリアでマルチキャリア伝送する伝送部、
    を有することを特徴とする基地局の送信装置。
  12. ユーザデータに直交コードを構成する各符号を個別に乗算して出力し、各乗算結果を所定のサブキャリアで伝送するマルチキャリアCDMA伝送システムにおける基地局の送信装置において、
    複数のアンテナ素子よりなるアレイアンテナ、
    ユーザの送信データにビームフォーミング処理を施して各アンテナ素子用の送信データを生成するビームフォーミング部、
    アンテナ素子毎に、
    前記ビームフォーミング処理を施された送信データを並列データに変換するシリアルパラレル変換部、
    シリアルパラレル変換により得られた並列データの1つのシンボルに、ユーザに割り当てた直交コードを構成する各符号を個別に乗算し、並列データの各シンボルに同様にユーザに割り当てた別の直交コードを構成する各符号を個別に乗算する乗算部、
    前記各直交コードの対応する符号の乗算結果を合成する合成部、
    各合成結果をユーザ毎に割り当てた複数のサブキャリアでマルチキャリア伝送する伝送部、
    を有することを特徴とする基地局の送信装置。
  13. 複数のユーザに同一の複数のサブキャリアを割り当てると共に、各ユーザに異なる直交コードを割り当て、アンテナ毎に同一サブキャリア上でコード多重して各ユーザの送信データを伝送する、
    ことを特徴とする請求項11または12記載の基地局の送信装置。
  14. 送信データに直交コードを構成する各符号を個別に乗算し、各乗算結果を所定のサブキャリアで伝送するマルチキャリアCDMA伝送システムにおける移動局の受信装置において、
    受信信号よりユーザに割り当てられたサブキャリア成分を抽出するフィルタ部、
    サブキャリア毎にフェージング補償するフェージング補償部、
    ユーザに割り当てた複数のサブキャリアの各サブキャリア成分にユーザに割り当てられた直交コードを構成する各符号を乗算して合成し、同様に各サブキャリア成分にユーザに割り当てられた別の直交コードを構成する各符号を乗算して合成する乗算・合成部、
    各乗算・合成結果を並列データとし、該並列データを直列データに変換するパラレルシリアル変換部、
    パラレルシリアル変換部の出力信号に基いてデータを復調するデータ復調部、
    を備えた移動局の受信装置。
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