JPWO2003047140A1 - 直交周波数分割多重伝送方法 - Google Patents

Abstract

拡散変調器（１）は、信号系列を拡散する。副搬送波変調器（２）は、拡散変調器（１）の出力を用いて互いに周波数の異なる複数の副搬送波を周波数変調する。加算器（３）は、変調された各副搬送波を合成する。ガード区間制御部（２３）は、送信装置と受信装置との間の回線の最大伝送遅延差に応じてガード区間の長さを決定する。ガード区間挿入器（２１）は、シンボル周期ごとに、ガード区間制御部（２３）の制御に従って信号系列にガード区間を挿入する。利得調整器（２２）は、挿入されたガード区間に対応する利得係数を送信信号に乗算する。

Description

技術分野
本発明は、直交周波数分割多重・符号拡散（ＯＦＤＭ−ＣＤＭ）伝送方式、並びにそのための送信装置（変調装置）及び受信装置（復調装置）に係わり、特に、セルラ電話システムまたは移動体通信システムにおける基地局と移動局との間の通信を実現する装置および方法に係わる。
背景技術
従来より、地上系デジタルテレビ等において、直交周波数分割多重（以下、ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）伝送方式が適用されている。ＯＦＤＭ伝送方式では、データは、互いに周波数の異なる複数の副搬送波を利用して伝送される。具体的には、この方式では、互いに直交する多数の副搬送波を送信データで変調し、それらの副搬送波が周波数多重されて伝送される。そして、ＯＦＤＭ伝送方式によれば、高速データの伝送を行う場合においても、各副搬送波ごとの伝送レートを低くできるので、すなわち各副搬送波ごとのシンボル周期を長くできるので、マルチパス干渉の影響が軽減される。なお、ＯＦＤＭ伝送方式につては、例えば、”Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｃａｒｒｉｅｒ ＣＤＭＮ”（Ｈａｒａ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｍａｇａｚｉｎｅ，Ｄｅｃ．１９９７，ｐｐ１２６−１３３）、あるいは、”ＷＩＤＥＢＡＮＤ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＤＩＧＩＴＡＬ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ”，Ａ．Ｆ．Ｍｏｌｉｓｃｈ Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ ＰＴＲ，２００１，ＩＳＢＮ：０−１３−０２２３３３−６）に記載されている。
図１は、ＯＦＤＭ伝送システムにおいて使用される既存の送信装置の構成図である。ここでは、この送信装置は、信号系列Ｓｉおよび信号系列Ｓｊを多重化して出力するものとする。なお、信号系列Ｓｉおよび信号系列Ｓｊのシンボル周期は「Ｔ」であるものとする。また、信号系列Ｓｉおよび信号系列Ｓｊは、例えば、互いに異なる移動機へ送信すべき信号であってもよい。あるいは、信号系列Ｓｉ内に複数の移動機へ送信すべきデータが時間多重されていてもよい。
信号系列Ｓｉの各シンボル情報は、それぞれ拡散変調器１が備えるｍ個の入力端子に並列に入力される。すなわち、拡散変調器１の各入力端子には、シンボル周期Ｔとごに、同一のシンボル情報が並列に入力される。そして、拡散変調器１は、入力されたシンボル情報を信号系列Ｓｉに対して予め割り当てられている拡散符号Ｃｉを用いて変調し、その結果として得られるｍビットの拡散信号を出力する。なお、拡散符号Ｃｉは、「Ｃｉ（１）」〜「Ｃｉ（ｍ）」から構成されており、直交符号列の中の１つの要素であるものとする。
副搬送波変調器２は、互いに異なる角周波数ω１〜ωｍを持ったｍ個の副搬送波を生成する。ここで、ω１，ω２，ω３，．．．ωｍの角周波数間隔Δωは、シンボル周期Ｔの逆数により定義される一定の値であり、下記の式により表される。
Δω＝２πΔｆ＝２π／Ｔ
また、副搬送波変調器２は、拡散変調器１から出力される拡散信号を用いてｍ個の副搬送波を変調する。具体的には、例えば、角周波数ω１を持った副搬送波は、「Ｃｉ（１）」が乗算されたシンボル情報により変調され、角周波数ωｍを持った副搬送波は、「Ｃｉ（ｍ）」が乗算されたシンボル情報により変調される。そして、各副搬送波は、加算器３により合成される。
ガード区間挿入器４は、図２に示すように、シンボル毎に、加算器３から出力される合成信号に対して、予め固定的に決められているガード区間（Ｇｕａｒｄ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）を挿入する。ここで、このガード区間は、無線伝送路のマルチパスによる影響を排除するために挿入される。なお、図２では、副搬送波ごとにガード区間が挿入された状態が描かれているが、実際には、これらの副搬送波は合成されている。
加算器５は、上述のようにして得られる信号系列Ｓｉに対応する合成信号、および同様の処理により得られる信号系列Ｓｊに対応する合成信号を加算する。ここで、信号系列Ｓｉに対応する合成信号および信号系列Ｓｊに対応する合成信号には、それぞれガード区間が挿入されている。そして、加算器５の出力は、送信機６により所定の高周波信号に変換された後、アンテナ７を介して送信される。
図３は、ＯＦＤＭ伝送システムにおいて使用される既存の受信装置の構成図である。ここでは、この受信装置は、図１に示す送信装置により送信された無線信号から信号系列Ｓｉを受信するものとする。なお、図３では、信号を受信するために必要な周波数同期機能、およびタイミング同期機能などは省略されている。
アンテナ１１により受信された信号は、受信機１２によりベースバンド信号Ｓｒｘに変換された後、副搬送波復調器１３によりｍ個の受信信号列に変換される。続いて、ガード区間削除器１４は、各受信信号列からそれぞれガード区間を削除する。また、拡散復調器１５は、各受信信号系列を逆拡散するために、送信装置において使用された拡散符号と同じ拡散符号Ｃｉを各受信信号列にそれぞれ乗算する。そして、拡散復調器１５から出力される各信号を加算器１６を用いて加算することにより、信号系列Ｓｉが再生される。
上記構成の送信装置および受信装置の間では、信号系列Ｓｉは、図２に示すように、複数の副搬送波ｆ１〜ｆｍを利用して伝送される。ここで、信号系列Ｓｉは、「＋１」または「−１」の値を有するシンボル情報から構成されている。即ち、信号系列Ｓｉは、シンボル周期Ｔで「＋１」または「−１」に変化する。また、各副搬送波ｆ１〜ｆｍを利用して伝送される信号は、それぞれ拡散符号Ｃｉ（Ｃｉ（１），Ｃｉ（２），．．．Ｃｉ（ｍ））により拡散変調されている。なお、図２において、「＊」が付されているビットは、信号系列Ｓｉが「−１」であることから拡散変調出力が反転（共役）出力になっていることを示している。
伝送される信号には、上述したように、シンボル毎にガード区間が挿入されている。図２に示す例では、シンボル周期Ｔに対してガード区間Ｔｇが挿入されている。したがって、受信装置では、各副搬送波ごとにそれぞれガード区間Ｔｇを除去することにより得られる区間（区間Ｔｓ）について逆拡散／復調処理が行われる。これにより、受信装置においてマルチパス干渉（遅延波により生ずる干渉）が除去される。
ところで、ガード区間Ｔｇは、マルチパス干渉を除去するために挿入されるので、その長さは、伝送路の最大伝送遅延差よりも長く設定される必要がある。ここで、「最大伝送遅延差」とは、送信装置から受信装置へ複数のパスを介して信号が伝送されるときの最小伝搬時間と最大伝搬時間との差を意味する。例えば、図４において、パス１を介して伝送された信号が最も早く受信装置に到着し、パス３を介して伝送された信号が最も遅く受信装置に到着したとすると、最大伝送遅延差は、パス３による伝搬時間とパス１による伝搬時間との差により表される。
ところが、セルラ通信システムでは、通常、１つの基地局からサービスエリア内の複数の移動機に対して無線信号が送信される。そして、基地局から移動機へ伝送される信号の最大伝送遅延差は、一般に、それらの間の距離が離れるほど大きくなる傾向にある。ここで、サービスエリア内のすべての移動機においてマルチパス干渉を除去しようとすると、基地局から最も遠く離れた位置にいる移動機においてマルチパス干渉を除去できるようにしなければならない。したがって、サービスエリア内のすべての移動機においてマルチパス干渉を除去しようとすると、ガード区間Ｔｇは、基地局から最も遠く離れた位置にいる移動機に信号が伝送されたときの最大伝送遅延差よりも大きくする必要がある。例えば、図５に示す例では、ガード区間Ｔｇは、基地局から移動機ＭＳ３に信号が伝送されたときの最大伝送遅延差よりも大きくする必要がある。
しかし、このようにしてガード区間の差を決定すると、基地局の近くに位置している移動機（図５では、移動機ＭＳ１）に信号を送信する場合には、ガード区間が必要以上に長くなりすぎる。ここで、ガード区間の信号の電力は、受信装置において信号系列を再生する際に使用されない。このため、上述のようにしてガード区間が決定されると、移動機に信号を送信する際に、無駄な電力が必要となってしまう。この結果、通信システム全体の総伝送容量の低減をまねくことになる。
発明の開示
本発明は、直交周波数分割多重・符号拡散（ＯＦＤＭ−ＣＤＭ）伝送方式を利用した通信システムにおいて、信号の伝送効率を向上させることを目的とする。
本発明の通信システムは、直交周波数分割多重を利用して送信装置から受信装置へ信号を伝送する通信システムであって、上記送信装置は、信号系列を用いて複数の副搬送波を変調する変調手段と、上記変調手段の出力にガード区間を挿入する挿入手段と、上記ガード区間が挿入された変調信号を送信する送信手段を有し、上記受信手段は、上記送信装置から送信された変調信号について副搬送波ごとにガード区間の削除処理と復調処理を行い信号系列を再生する復調手段を有し、上記ガード区間の長さは、上記送信装置と上記受信装置との間の通信環境に基づいて決定される。
上記通信システムにおいては、送信装置と受信装置との間の通信環境に基づいてガード区間の長さが決定される。すなわち、ガード区間の長さを、送信装置と受信装置との間の通信環境に応じて必要最小限に短くできる。したがって、通信効率が向上する。
上記構成において、上記送信装置が、上記ガード区間の長さに応じて上記変調信号を送信する際の送信電力を制御する電力制御手段をさらに有するようにしてもよい。この構成によれば、信号系列を送信する際の送信電力を必要最小限に抑えることができるので、信号間の干渉が低減する。
上記構成において、上記受信装置が、上記送信装置から当該受信装置へ信号が伝送されたときの通信品質をモニタするモニタ手段をさらに有し、上記ガード区間の長さが、予め決められた所定の通信品質が満たされるように決定されるようにしてもよい。この構成によれば、所望の通信品質を満たす範囲内で、必要最小限のガード区間を設定できる。
本発明の他の態様の通信システムは、直交周波数分割多重を利用して送信装置から第１の受信装置を含む複数の受信装置へ信号を伝送する通信システムであって、上記送信装置は、第１の受信装置へ伝送する第１の信号系列および第１の受信装置とは異なる他の受信装置へ伝送する第２の信号系列が多重された信号系列を用いて複数の副搬送波を変調する変調手段と、上記第１の信号系列の変調出力に第１のガード区間を挿入するとともに上記第２の信号系列の変調出力に第２のガード区間を挿入する挿入手段と、上記第１のガード区間と第２のガード区間がそれぞれ挿入された変調信号を送信する送信手段を有し、上記第１の受信装置は、上記第１のガード区間の削除処理と復調処理を行い第１の信号系列を再生する復調手段を有し、上記第１のガード区間の長さは、上記送信装置と上記第１の受信装置との間の通信環境に基づいて決定されると共に、上記第２のガード区間の長さは、上記送信装置と上記他の受信装置との間の通信環境に基づいて決定される。この構成によれば、複数の信号系列を時間多重して送信する際に、各信号系列に対して個々に適切なガード区間を設定できる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下では、セルラ通信システムにおいて直交周波数分割多重・符号拡散（ＯＦＤＭ−ＣＤＭ）伝送方式が利用されるものとする。具体的には、例えば、図５に示す基地局と移動機との間の信号伝送のためにＯＦＤＭ−ＣＤＭが利用されるものとする。
図６は、本発明の実施形態の送信装置の構成図である。なお、この送信装置は、図５においては、例えば、基地局装置に相当する。また、この送信装置は、信号系列Ｓｉおよび信号系列Ｓｊを多重化して出力するものとする。ここで、信号系列Ｓｉおよび信号系列Ｓｊは、例えば、互いに異なる移動機へ送信すべき信号であってもよい。あるいは、信号系列Ｓｉまたは信号系列Ｓｊの中にそれぞれ複数の移動機へ送信すべきデータが時間多重されていてもよい。
この送信装置は、送信すべき信号系列毎に、拡散変調器（ＳＭＯＤ：Ｓｐｒｅａｄ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）１、副搬送波変調器（ＦＭＯＤ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）２、加算器（ＳＵＭ）３、ガード区間挿入器（ＧＩＮＳ：Ｇｕａｒｄ Ｉｎｔｅｒｖａｌ Ｉｎｓｅｒｔ Ｕｎｉｔ）２１、利得調整器（Ｇ）２２を備える。ここで、拡散変調器１、副搬送波変調器２、加算器３については、図１を参照しながら説明したものを使用することができる。すなわち、拡散変調器１は、ｍ個の入力端子を備えており、それらの入力端子には、シンボル周期Ｔとごに、同一のシンボル情報が並列に入力される。そして、拡散変調器１は、入力されたシンボル情報を信号系列Ｓｉに対して予め割り当てられている拡散符号Ｃｉを用いて変調し、その結果として得られるｍビットの拡散信号を出力する。なお、拡散符号Ｃｉは、「Ｃｉ（１）」〜「Ｃｉ（ｍ）」から構成されており、直交符号列の中の１つの要素であるものとする。
副搬送波変調器２は、互いに異なる角周波数ω１〜ωｍを持ったｍ個の副搬送波を生成する。ここで、ω１，ω２，ω３，．．．ωｍの角周波数間隔Δωは、シンボル周期Ｔの逆数により定義される一定の値であり、下記の式により表される。
Δω＝２πΔｆ＝２π／Ｔ
また、副搬送波変調器２は、拡散変調器１から出力される拡散信号を用いてｍ個の副搬送波を変調する。具体的には、例えば、角周波数ω１を持った副搬送波は、「Ｃｉ（１）」が乗算されたシンボル情報により変調され、角周波数ωｍを持った副搬送波は、「Ｃｉ（ｍ）」が乗算されたシンボル情報により変調される。なお、副搬送波変調器２の処理は、例えば、逆フーリエ変換演算により実現される。そして、副搬送波変調器２から出力される各副搬送波は、加算器３により合成される。
ガード区間挿入器２１は、シンボル毎に、加算器３から出力される合成信号に対して、ガード区間（Ｇｕａｒｄ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）を挿入する。ここで、このガード区間は、無線伝送路のマルチパスによる影響を排除するために挿入される。なお、図１に示した既存の送信装置のガード区間挿入器４は、予め固定的に決められたガード区間を挿入するが、実施形態のガード区間挿入器２１は、送信装置と受信装置との間の通信状態に応じて決められるガード区間を挿入する。なお、ガード区間の長さは、ガード区間制御部（ＧＩＮＳＣＮＴ：Ｇｕａｒｄ Ｉｎｔｅｒｖａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２３により、信号系列ごとに決定される。
利得調整器２２は、例えば乗算器であり、ガード区間が挿入された信号に利得係数αを乗算する。これにより、送信すべき信号の振幅または電力が調整される。なお、利得係数αは、基本的に、信号系列ごとに挿入されるガード区間の長さに対応して決定される。
上述のようにして得られる各信号系列ごとの合成信号は、図１に示した既存の送信装置と同様に、加算器（ＡＤＤ）５により加算される。そして、加算器５の出力は、送信機（ＴＸ）６により所定の高周波信号に変換された後、アンテナ７を介して送信される。
このように、実施形態の送信装置では、送信すべき信号系列（Ｓｉ、Ｓｊ）ごとに、送信装置と受信装置との間の通信状態に応じて決められるガード区間が挿入される。また、送信すべき信号系列（Ｓｉ、Ｓｊ）ごとに、挿入されたガード区間の長さに対応して送信信号の振幅または電力が調整される。
図７は、本発明の実施形態の受信装置の構成図である。ここでは、この受信装置は、図６に示す送信装置により送信された無線信号から信号系列Ｓｉを受信するものとする。なお、この受信装置は、図５においては、例えば、移動機に相当する。また、図７では、信号を受信するために必要な周波数同期機能、およびタイミング同期機能などは省略されている。
アンテナ１１により受信された信号は、受信機（ＲＸ）１２によりベースバンド信号Ｓｒｘに変換された後、副搬送波復調器（ＦＤＥＭ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ）１３によりｍ個の受信信号列に変換される。ここで、副搬送波復調器１３は、ｍ個の入力端子を備えており、それらの入力端子には、同一のベースバンド信号Ｓｒｘが並列に入力される。そして、副搬送波復調器１３は、ベースバンド信号Ｓｒｘに対してそれぞれ角周波数ω１〜ωｍを持った周期波を乗算することにより、各副搬送波ごとに信号を復調する。なお、副搬送波復調器１３の処理は、例えば、フーリエ変換演算により実現される。
ガード区間削除器３１は、ガード区間制御部（ＧＣＮＴｉ：Ｇｕａｒｄ Ｉｎｔｅｒｖａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３２からの指示に従って、各受信信号列からそれぞれガード区間を削除する。なお、ガード区間制御部３２は、送信装置において信号系列Ｓｉに対して挿入されたガード区間の長さを認識しており、その値をガード区間削除器３１に通知する。したがって、ガード区間削除器３１は、送信装置で挿入されたガード区間を適切に除去することができる。
拡散復調器１５は、各受信信号系列を逆拡散するために、送信装置において使用された拡散符号と同じ拡散符号Ｃｉを各受信信号列にそれぞれ乗算する。そして、加算器１６を用いて拡散復調器１５から出力される各信号を加算することにより、信号系列Ｓｉが再生される。
図８および図９は、実施形態のＯＦＤＭ伝送システムにおける伝送信号の例である。ここで、図８は、最大伝送遅延差の小さい位置にいる移動機（受信装置）へ送信すべき伝送信号を模式的に示しており、図９は、最大伝送遅延差の大きい位置にいる移動機へ送信すべき伝送信号を模式的に示している。なお、図８に示す伝送信号のシンボル周期が「Ｔ１」であるのに対し、図９に示す伝送信号のシンボル周期が「Ｔ２」であるが、これらの周期は互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
最大伝送遅延差の小さい位置にいる移動機へ信号を送信する場合は、図８に示すように、各副搬送波ごとに、シンボル周期Ｔ１に対してガード区間Ｔｇ１が挿入される。したがって、信号は、区間Ｔｓ１を利用して伝送される。一方、最大伝送遅延差の大きい位置にいる移動機へ信号を送信する場合は、図９に示すように、各副搬送波ごとに、シンボル周期Ｔ２に対してガード区間Ｔｇ２が挿入される。したがって、信号は、区間Ｔｓ２を利用して伝送される。そして、このとき、ガード区間Ｔｇ１は、ガード区間Ｔｇ２よりも短く設定される。すなわち、ガード区間の長さは、送信装置から受信装置へ信号が伝送されたときの最大伝送遅延差が大きくなると、それに応じて長くなる。
また、最大伝送遅延差の小さい位置にいる移動機へ信号を送信する場合は、図８に示すように、信号の送信電力は「Ｐ１」に制御される。一方、最大伝送遅延差の大きい位置にいる移動機へ信号を送信する場合は、図９に示すように、信号の送信電力は「Ｐ２」に制御される。ここで、電力Ｐ２は、電力Ｐ１よりも大きい。すなわち、信号の送信電力は、送信装置から受信装置へ信号が伝送されたときの最大伝送遅延差が大きくなると、それに応じて大きくなる。
続いて、ガード区間の挿入／除去について説明する前に、ガード区間そのものについて簡単に説明をする。
図１０は、ガード区間について説明するための図であり、受信装置が受信した信号の波形が模式的に示されている。ここで、実線ａは、受信装置に最初に到着した信号（基準波）の波形を表し、破線ｂは、受信装置に到着した遅延信号（遅延波）の波形を表している。なお、図１０では、１つの遅延波のみが描かれているが、実際には、通常、２以上の遅延波が存在する。
図１０において、時刻Ｔ１以前は、基準波および遅延波がそれぞれ連続したサイン波なので、受信装置は、それらの合成波から対応するシンボル情報を再生することができる。しかし、シンボル情報が「＋１」から「−１」に変化したとき、あるいは「−１」から「＋１」に変化したときは、そのシンボル情報を伝送する信号の位相が転移する。図１０に示す例では、時刻Ｔ１において基準波の位相が転移しており、時刻Ｔ２において遅延波の位相が転移している。すなわち、この場合、時刻Ｔ１と時刻Ｔ２との間の期間では、基準波は位相転移後の情報を伝送しており、遅延波は位相転移前の情報を伝送していることになる。したがって、この期間は、一方の信号波が他方の信号波に対する干渉波となり、受信波からシンボル情報を適切に再生することができないことがある。
上記干渉による影響は、例えば、図１０に示す例では、受信波から信号を再生する際に、時刻Ｔ１と時刻Ｔ２との間の受信波を使用しないことにより回避される。そして、ＯＦＤＭ通信システムでは、この期間を含む所定の期間をガード区間として定義し、受信装置において信号再生が行われないようにしている。したがって、ガード区間の長さは、最初に到着する信号波と最後に到着する遅延波との遅延差（最大伝送遅延差）よりも大きく設定される必要がある。
ところが、上述したように、最大伝送遅延差は、送信装置と受信装置との間の距離などにより変化する。したがって、実施形態の通信システムでは、ガード区間の長さが最大伝送遅延差に対応して決定されるようになっている。
次に、送信装置においてガード区間を挿入する方法を説明する。ここでは、図６に示す副搬送波変調器２の処理は、逆フーリエ変換演算により実現されるものとする。
図１１は、副搬送波変調器２により実行される逆フーリエ変換を説明する図である。ここでは、シンボル周期を「Ｔ」、シンボル周期ごとに挿入されるガード区間を「Ｔｇ」、シンボル周期ごとの信号時間を「Ｔｓ（＝Ｔ−Ｔｇ）」とする。
副搬送波変調器２には、上述したように、拡散変調器１から出力されるｍ個の情報が入力される。ここで、各情報は、それぞれ対応する周波数の副搬送波に割り当てらる。すなわち、副搬送波変調器２は、周波数軸上に配置されたｍ個の信号を受ける。そして、この周波数軸上のｍ個の信号は、図１１に示すように、シンボル周期Ｔごとに実行される逆フーリエ変換により、時間軸上のｍ個のサンプルから構成される信号系列に変換される。このとき、時間軸上のｍ個のサンプルは、信号時間Ｔｓ内に配置される。
図１２は、ガード区間を挿入する処理を説明する図である。ガード区間挿入器２１は、信号時間Ｔｓ内に配置されたｍ個のサンプルを受け取ると、ガード区間Ｔｇに相当する個数のサンプル成分を信号時間Ｔｓの末尾から抽出し、それらを信号時間Ｔｓの直前に複写する。図１２に示す例では、ガード区間Ｔｇが３サンプリング時間に相当し、ｍ個のサンプル「１」〜「ｍ」のうちから、「ｍ−２」「ｍ−１」「ｍ」が抽出されて信号時間Ｔｓの直前に複写されている。そして、この複写により、シンボル時間Ｔ（＝Ｔｇ＋Ｔｓ）の時間軸上の信号系列が作成される。
図１３は、ガード区間を挿入する処理を実現する構成の実施例である。上述したように、副搬送波変調器２は、逆フーリエ変換器によって実現され、シンボル周期ごとに、周波数軸上のｍ個の信号を時間軸上のｍ個のサンプル（ｔ１〜ｔｍ）に変換する。そして、ガード区間挿入器２１は、まず、ガード区間Ｔｇにおいて、「ｔｍ−２」「ｔｍ−１」「ｔｍ」を順番に読み出して出力し、それに続く信号時間Ｔｓにおいて「ｔ１」〜「ｔｍ」を順番に読み出して出力していく。これにより、ガード区間が挿入された信号系列が作成される。
上記構成においてガード区間の長さは、「信号時間Ｔｓの前に出力するサンプルの数」を変えることにより制御される。この場合、ガード区間Ｔｇ、信号時間Ｔｓ、および逆フーリエ変換の周期（すなわち、シンボル周期Ｔ）が所定の関係（Ｔ＝Ｔｇ＋Ｔｓ）を満たすように、サンプル値の読出し間隔が決定される。
一例を示す。ここでは、シンボル周期＝Ｔ、ガード区間Ｔｇ＝０．２Ｔ、信号時間Ｔｓ＝０．８Ｔ、副搬送波の多重数ｍ＝１０００であるものとする。この場合、ガード区間挿入器２１には、シンボル周期ごとに、時間軸上の１０００個のサンプル（ｔ１〜ｔ１０００）が入力される。そして、まず、２５０（＝１０００×０．２÷０．８）個のサンプル（ｔ７５１〜ｔ１０００）を読み出して出力する。続いて、上記１０００個のサンプル（ｔ１〜ｔ１０００）を読み出して出力する。このとき、サンプル値の読出し間隔は、「Ｔ／１２５０」である。また、ガード区間Ｔｇ＝０．１Ｔ、信号時間Ｔｓ＝０．９Ｔ、副搬送波の多重数ｍ＝１０００であるものとすると、ガード区間挿入器２１は、まず、１１１（＝１０００×０．１÷０．９）個のサンプル（ｔ８９０〜ｔ１０００）を読み出して出力し、それ続いて、上記１０００個のサンプル（ｔ１〜ｔ１０００）を読み出して出力する。このとき、サンプル値の読出し間隔は、「Ｔ／１１１１」である。
なお、実施形態では、複数の副搬送波が合成された後にガード区間が挿入されているが、原理的には、副搬送波ごとにガード区間を挿入することも可能である。
図１４は、受信装置において受信波からガード期間を削除する処理を実現する構成の実施例である。ここでは、図１１〜図１３に示すようにして作成された信号列（ｔｍ−２，ｔｍ−１，ｔｍ，ｔ１，ｔ２，ｔ３，．．． ｔｍ）が受信されるものとする。なお、図７に示す受信装置では、副搬送波変調を行った後にガード区間が削除されるように描かれているが、図１４に示す構成では、これらの処理は一体的に実行される。
ガード区間削除器３１は、スイッチ４１およびシフトレジスタ４２を備える。そして、信号系列（ｔｍ−２，ｔｍ−１，ｔｍ，ｔ１，ｔ２，ｔ３，．．． ｔｍ）を受信すると、スイッチ４１を適切にＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、ガード区間に配置されている所定数のサンプル値（ここでは、ｔｍ−２，ｔｍ−１，ｔｍ）を廃棄し、後続のｍ個のサンプル値（ｔ１〜ｔｍ）をシフトレジスタ４２に送る。ここで、ガード区間削除器３１は、送信装置において挿入されたガード区間の長さ（あるいは、ガード区間内のサンプル数）を認識しており、それに基づいてスイッチ４１のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する。一方、副搬送波復調器１３として動作するフーリエ変換器は、シフトレジスタ４２にｍ個のサンプル値が蓄積されると、それらのサンプル値についてフーリエ変換を行うことにより、副搬送波ごとの信号ｆ１〜ｆｍを得る。なお、この処理は、シンボル周期Ｔごとに繰り返し実行される。
このように、実施形態のセルラ通信システムでは、送信装置（基地局）から受信装置（移動機）へ信号を送信する際、それらの間の最大伝送遅延差に基づいて、ガード区間の長さ、および送信電力が決定される。ここで、送信装置と受信装置との間の距離が短い場合は、最大伝送遅延差が小さくなり、ガード区間が短くなる。そして、ガード区間が短くなると、それに応じて受信装置において信号再生に寄与する信号時間が長くなるので、送信電力を低くすることができる。したがって、システム全体として干渉電力が減少し、伝送容量が増加することになる。
次に、上述の送信装置および受信装置の実施例を説明する。
第１の実施例：
図１５および図１６は、第１の実施例の送信装置および受信装置の構成図である。これらの装置の基本構成は、それぞれ、図６に示した送信装置および図７に示した受信装置と同じである。ただし、第１の実施形態の送信装置は、時間多重された複数の信号系列を１つのＯＦＤＭ−ＣＤＭユニット（拡散変調器１、副搬送波変調器２、加算器３、ガード区間挿入器２１）により一括して変調することができる。
すなわち、信号系列Ｓｉ１および信号系列Ｓｉ２は、図１７に示すように、時間多重化部（ＴＤＭｉ）５１により多重化される。ここでは、これらの信号系列は、互いに異なる最大伝送遅延差を有する回線を介して伝送されるものとする。そして、この信号系列は、拡散変調器１および副搬送波変調器２により変調された後、ガード区間挿入器２１に与えられる。
ガード区間挿入器２１は、入力される信号系列に対して、対応する最大伝送遅延差よりも広いガード区間を挿入する。ここで、各信号系列に対するガード区間は、ガード区間制御部２３により設定される。また、利得調整器２２は、挿入されたガード区間に応じて決まる利得係数αを送信信号に乗算する。具体的には、図１７に示す例では、信号系列Ｓｉ１が入力されている期間は、シンボル周期ごとにガード区間Ｔｇ１が挿入され、信号の送信電力が「Ｐ１」になるように利得係数αｉ（ｔ）が制御される。一方、信号系列Ｓｉ２が入力されている期間は、シンボル周期ごとにガード区間Ｔｇ２が挿入され、信号の送信電力が「Ｐ２」になるように利得係数αｉ（ｔ）が制御される。
そして、上述のようにして変調された信号は、他の系の信号と合成された後、アンテナ７を介して送信される。
受信装置の基本的な動作は、図７を参照しながら説明した通りである。ただし、この受信装置は、自分宛ての信号のみを再生する。例えば、信号系列Ｓｉ１および信号系列Ｓｉ２が時間多重された信号から信号系列Ｓｉ１を再生する場合には、ガード区間制御部３２は、信号系列Ｓｉ１を受信している期間に、ガード区間Ｔｇ１を削除するようにガード期間削除器３１に対して指示を与える。そして、ガード区間削除器３１は、その指示に従って信号系列Ｓｉ１のシンボル周期ごとにガード区間を削除する。このとき、信号系列Ｓｉ２を受信している期間は、ガード区間は削除される必要はない。
ガード区間削除器３１の出力は、拡散復調器１５により逆拡散復調される。このとき、拡散復調器１５は、ガード区間Ｔｇ１が削除された信号時間Ｔｓ１について逆拡散復調を行う。そして、分離部（ＤＭＬ）５２は、復調された信号から、信号系列Ｓｉ１に対応する時間スロットにおいてデータを出力する。
このように、第１の実施例の通信システムでは、時間多重された複数の信号系列を１つのＯＦＤＭ−ＣＤＭユニット（拡散変調器１、副搬送波変調器２、加算器３、ガード区間挿入器２１）により一括して変調できる。
第２の実施例：
第２の実施例の通信システムは、第１の実施例の通信システムの変形例である。すなわち、第１の実施例のシステムでは、時間多重された信号系列Ｓｉ１および信号系列Ｓｉ２がＯＦＤＭ−ＣＤＭを利用して伝送される。ここで、信号系列Ｓｉ１および信号系列Ｓｉ２は、基本的に、それぞれ対応する移動機に送信されることを想定している。これに対して、第２の実施例のシステムでは、時間多重された報知情報Ｂｉおよび信号系列Ｓｉ１がＯＦＤＭ−ＣＤＭを利用して伝送される。ここで、信号系列Ｓｉ１は、所定の１または複数の受信装置に対して送信されるが、報知情報Ｂｉは、サービスエリア内のすべての受信装置（移動機）に対して送信される。したがって、この報知情報Ｂｉは、サービスエリア内の最も遠くに位置する受信装置（すなわち、最大伝送遅延差が最も大きくなる受信装置）に適切に伝送されるようなガード区間が設定され、且つ、送信電力が決定される必要がある。
図１８および図１９は、第２の実施例の送信装置および受信装置の構成図である。これらの装置の基本構成は、それぞれ、図１５に示した送信装置および図１６に示した受信装置と同じである。
第２の実施例では、ガード区間挿入器２１は、図２０に示すように、ガード区間制御部２３からの指示に従って、報知情報Ｂｉが入力されている期間は、シンボル周期ごとにガード区間Ｔｇ１を挿入し、信号系列Ｓｉ１が入力されている期間は、シンボル周期ごとにガード区間Ｔｇ２を挿入する。ここで、報知情報Ｂｉに対して挿入されるガード区間Ｔｇ１は、サービスエリア内において生じる最も大きな最大伝送遅延差よりも長くなるように設定される。例えば、図５において、基地局から移動機ＭＳ１〜ＭＳ３へ報知情報を送信する際、基地局から移動機ＭＳ３への回線の最大伝送遅延差が最も大きかったとすると、ガード区間Ｔｇ１の長さは、その最大伝送遅延差よりも長くなるように設定される。一方、信号系列Ｓｉ１に対して挿入されるガード区間Ｔｇ２は、対応する受信装置への回線の最大伝送遅延差よりも長くなるように設定される。例えば、図５において、基地局から移動機ＭＳ１信号系列Ｓｉ１を送信する際には、ガード区間Ｔｇ２の長さは、基地局から移動機ＭＳ１への回線の最大伝送遅延差よりも長くなるように設定される。
また、利得調整器２２は、ガード区間挿入器２１により挿入されたガード区間に応じた利得係数αを送信信号に乗算する。具体的には、図２０に示す例では、利得係数αｉ（ｔ）は、報知情報Ｂｉを伝送するための信号の送信電力が「Ｐ１」となり、信号系列Ｓｉ１を伝送するための信号の送信電力が「Ｐ２」になるように制御される。したがって、このように制御される利得係数αを送信信号に乗算することにより、報知情報Ｂｉはサービスエリア内のすべての受信装置に伝送されるように大きな送信電力で送信され、信号系列Ｓｉ１は対応する受信装置に伝送される範囲で必要最小限の送信電力で送信される。
受信装置では、ガード区間制御部３２は、報知情報Ｂｉを受信している期間はガード区間Ｔｇ１を指示し、信号系列Ｓｉ１を受信している期間はガード区間Ｔｇ２を指示する。そして、ガード区間削除器３１は、ガード区間制御部３２からの指示に従って受信信号からガード区間を削除する。さらに、ガード区間が削除された信号は、拡散復調器１５により逆拡散された後、分離部５２により報知情報Ｂｉおよび信号系列Ｓｉ１に分離される。
なお、報知情報Ｂｉに対して挿入されるガード区間Ｔｇ１の長さは、例えば、以下のようにして決定される。
（１）通信エリアの大きさに基づいて決定する。すなわち、送信装置がカバーする通信エリアの大きさに基づいて、報知情報Ｂｉが最も遅延して到着する受信装置までの遅延時間を推定し、その遅延時間に従ってガード区間Ｔｇ１の長さを決定する。
（２）報知情報Ｂｉを送信する際の送信装置の送信電力に基づいて決定する。すなわち、報知情報Ｂｉの送信電力により、その報知情報Ｂｉを複数の受信装置に送信する際の伝送遅延時間の最大値を推定し、その遅延時間に従ってガード区間Ｔｇ１の長さを決定する。
（３）通信エリア内に存在する複数の受信装置との間の通信環境に基づいて決定する。すなわち、送信装置がカバーする通信エリア内に存在する複数の受信装置との間の通信環境をそれぞれ求め、これに基づいてガード区間Ｔｇ１の長さを決定する。具体的には、通信環境が最も厳しい受信装置に合わせてガード区間Ｔｇ１の長さを決定する。
（４）通信エリア内の最大遅延時間に基づいて決定する。すなわち、送信装置から通信エリア内に存在する複数の受信装置へ報知情報Ｂｉを送信したときの遅延時間を受信装置ごとに測定し、それらのうちの最大遅延時間に基づいてガード区間Ｔｇ１の長さを決定する。
第３の実施例：
第３の実施例の通信システムでは、送信装置から受信装置へ信号が伝送されたときの最大伝送遅延差を検出し、その検出結果に基づいてガード区間および送信電力が決定される。したがって、第３の実施例における送信装置および受信装置は、そのための機能を備えている。
図２１は、第３の実施例の送信装置の構成図である。この送信装置は、対応する受信装置において検出された最大伝送遅延差を表す最大伝送遅延差情報（τ）を受け取り、その情報に基づいてガード区間および送信電力を決定する機能を備えている。即ち、ガード区間制御部（ＧＩＮＳＣＮＴ）６１は、対応する受信装置において検出された最大伝送遅延差に基づいて、挿入すべきガード区間の長さを決定する。具体的には、ガード区間制御部６１ｉは、信号系列Ｓｉ１および／または信号系列Ｓｉ２を受信する受信装置から送られてくる最大伝送遅延差情報（τｉ）に基づいて、信号系列Ｓｉ１および／または信号系列Ｓｉ２を伝送するための信号に挿入すべきガード区間を決定する。また、電力制御部（ＰＣＮＴ）６２は、対応する受信装置において検出された最大伝送遅延差に基づいて、利得係数αを決定する。具体的には、電力制御部６２ｉは、信号系列Ｓｉ１および／または信号系列Ｓｉ２を受信する受信装置から送られてくる最大伝送遅延差情報（τｉ）に基づいて、信号系列Ｓｉ１および／または信号系列Ｓｉ２を伝送するための信号に乗算すべき利得係数αを決定する。
そして、ガード区間挿入器２１は、シンボル周期ごとに、送信信号に対してガード区間制御部６１により決定されたガード区間を挿入する。また、利得調整器２２は、電力制御部６２により決定された利得係数αを送信信号に乗算することにより、ガード区間の長さに対応する送信電力を実現する。
図２２は、第３の実施例の受信装置の構成図である。この受信装置は、送信装置から送られてきた信号の最大伝送遅延差を検出する機能を備えている。すなわち、遅延差検出部（ＤＭＥＳ）６３は、受信したベースバンド信号Ｓｒｘから最大伝送遅延差を検出し、その検出結果を表す最大伝送遅延情報をガード区間制御部６４および対応する送信装置に通知する。ガード区間制御部６４は、遅延差検出部６３からの通知に従ってガード区間を決定し、それをガード区間削除器３１に指示する。そして、ガード区間削除器３１が、その指示に従って受信信号からガード区間を削除する。
図２３は、図２２に示す遅延検出部６３の一例の構成図である。遅延差検出部６３は、ベースバンド信号Ｓｒｘを時間Ｔｓだけ遅延させる遅延回路７１、乗算器７２ａおよび積分器７２ｂから構成される相関検出回路７２、相関検出回路７２により検出された相関値と予め決められている所定のしきい値とを比較する比較回路７３、および比較回路７３による比較結果に基づいて最大伝送遅延差を検出する検出回路７４を含む。ここで、乗算器７２ａは、ベースバンド信号Ｓｒｘにその遅延信号を乗算し、積分器７２ｂは、乗算器７２ａの出力を積分する。以下、図２４を参照しながら遅延差検出部６３の動作を説明する。
相関検出回路７２には、ベースバンド信号Ｓｒｘおよびそのベースバンド信号Ｓｒｘを時間Ｔｓだけ遅延させた信号（遅延信号）が入力される。ここで、各シンボル周期内のガード区間Ｔｇには、図１１〜図１３を参照しながら説明したように、信号時間Ｔｓの最後尾部分のサンプル値が複写されている。このため、ベースバンド信号Ｓｒｘとその遅延信号との間では、ベースバンド信号Ｓｒｘの最後尾部分と遅延信号のガード区間とが重なったときに相関（自己相関）が高くなる。ただし、送信装置と受信装置との間に伝送遅延の異なる複数のパスが存在する場合には、各パスを介して信号を受信するごとに相関値のピークが発生する。したがって、比較回路７３を用いて上記相関値と予め設定されているしきい値とを比較すれば、各パスを介して信号を受信したタイミングをそれぞれ検出できる。よって、最初に信号を受信したタイミングと、最後に信号を受信したタイミングとの時間差を測定することにより、最大伝送遅延差が検出される。例えば、図４に示す通信環境においては、図２５に示すようにして最大伝送遅延差が検出される。
このように、第３の実施例では、送信装置と受信装置との間の回線の最大伝送遅延差が測定され、その結果に基づいてガード区間が挿入／削除されるので、ガード区間の幅を動的に変化させることが可能である。また、上記最大伝送遅延差の測定結果に従って送信信号の利得係数が決定されるので、常に、送信電力を必要最小限に抑えられる。
第４の実施例：
第４の実施例の通信システムでは、送信装置と受信装置との間の伝送距離を推定し、その推定結果に基づいてガード区間および送信電力が決定される。したがって、第４の実施例における送信装置および受信装置は、そのための機能を備えている。
図２６は、第４の実施例の送信装置の構成図である。この送信装置は、対応する受信装置との間の伝送距離の推定値を表す伝送距離情報（Ｌ）を受け取り、その情報に基づいてガード区間および送信電力を決定する機能を備えている。即ち、ガード区間制御部（ＧＩＮＳＣＮＴ）８１は、送信装置と受信装置との間の伝送距離に基づいて、挿入すべきガード区間の長さを決定する。具体的には、ガード区間制御部８１ｉは、信号系列Ｓｉ１および／または信号系列Ｓｉ２を受信する受信装置から送られてくる伝送距離情報（Ｌｉ）に基づいて、信号系列Ｓｉ１および／または信号系列Ｓｉ２を伝送するための信号に挿入すべきガード区間を決定する。また、電力制御部（ＰＣＮＴ）８２は、上記伝送距離に基づいて、利得係数αを決定する。具体的には、電力調整部８２ｉは、信号系列Ｓｉ１および／または信号系列Ｓｉ２を受信する受信装置から送られてくる伝送距離情報（Ｌｉ）に基づいて、信号系列Ｓｉ１および／または信号系列Ｓｉ２を伝送するための信号に乗算すべき利得係数αを決定する。
そして、ガード区間挿入器２１は、シンボル周期ごとに、送信信号に対してガード区間制御部８１により決定されたガード区間を挿入する。また、利得調整器２２は、電力制御部８２により決定された利得係数αを送信信号に乗算することにより、ガード区間の長さに対応する送信電力を実現する。
図２７は、第４の実施例の受信装置の構成図である。この受信装置は、送信装置と当該受信装置との間の伝送距離を推定する機能を備えている。すなわち、距離推定部（ＬＭＥＳ）８３は、受信したベースバンド信号Ｓｒｘに基づいて送信装置と当該受信装置との間の伝送距離を推定し、その推定結果を表す伝送距離情報Ｌをガード区間制御部８４および対応する送信装置に通知する。ガード区間制御部８４は、距離推定部８３からの通知に従ってガード区間を決定し、それをガード区間削除器３１に指示する。そして、ガード区間削除器３１が、その指示に従って受信信号からガード区間を削除する。
図２８は、図２７に示す距離推定部８３の一例の構成図である。距離推定部８３は、第３の実施例において説明した遅延差検出部６３および変換テーブル８５から構成される。
送信装置と受信装置との間の伝送距離は、その間の回線の最大伝送遅延差と相関があり、伝送距離が長くなるほど最大伝送遅延差も大きくなることが知られている。したがって、これらの間の関係を実験またはシミュレーション等により予め求めておけば、最大伝送遅延差を検出することによって伝送距離を推定することができる。このため、距離推定部８３の変換テーブル８５には、伝送距離と最大伝送遅延差との関係を表す情報が格納されている。そして、遅延差検出部６３により検出された最大伝送遅延差をキーとしてその変換テーブル８５を検索することにより、送信装置と受信装置との間の伝送距離が推定される。
第５の実施例：
第５の実施例の通信システムでは、第４の実施例と同様に、送信装置と受信装置との間の伝送距離を推定し、その推定結果に基づいてガード区間および送信電力が決定される。ただし、第５の実施例における推定方法は、第４の実施例のそれと異なっている。
図２９は、第５の実施例の送信装置の構成図である。この送信装置は、対応する受信装置からタイミング情報（Ｔ）を受け取ってそれに基づいて送信装置と受信装置との間の伝送距離を推定する機能、およびその伝送距離の推定値に基づいてガード区間および送信電力を決定する機能を備えている。
ガード区間制御部（ＧＩＮＳＣＮＴ）９１または電力制御部（ＰＣＮＴ）９２は、対応する受信装置から送られてくるタイミング信号Ｔに基づいて、当該送信装置と対応する受信装置との間の距離を推定する。すなわち、第５の実施例では、送信装置から信号が送信され、その信号が対応する受信装置により検出され、さらにその受信装置において上記信号が検出された旨が送信装置に通知される。ここで、上記信号が上記受信装置において検出されたタイミングは、タイミング情報Ｔを用いて送信装置に通知される。したがって、ガード区間制御部９１または電力制御部９２は、信号を送信したときから、対応する受信装置からタイミング情報Ｔを受信するまでの時間をモニタすることにより、送信装置と受信装置との間の伝送時間および伝送距離を推定できる。そして、上記伝送距離の推定値は、伝送距離情報Ｌを利用して対応する受信装置に送られる。
なお、ガード区間制御部９１は、伝送距離の推定値に基づいてガード区間の長さを決定する。また、電力制御部９２は、伝送距離の推定値に基づいて利得係数αを決定する。これらの処理は、基本的に、第４の実施例と同じである。
図３０は、第５の実施例の受信装置の構成図である。この受信装置は、送信装置から送出された信号の受信タイミングを検出する機能を備えている。すなわち、タイミング生成部（ＴＧＥＮ）９３は、受信したベースバンド信号Ｓｒｘを基準として受信タイミングを検出し、タイミング信号Ｔを生成する。そして、生成したタイミング信号Ｔは、送信装置へ送られる。また、ガード区間制御部（ＧＣＮＴ）９４は、送信装置から送られてくる伝送距離情報Ｌに基づいてガード区間を決定し、それをガード区間削除器３１に指示する。そして、ガード区間削除器３１が、その指示に従って受信信号からガード区間を削除する。
図３１は、図３０に示すタイミング生成部９３の一例の構成図である。タイミング生成部９３は、第３の実施例において説明した遅延回路７１、相関検出回路７２、および最大値判定回路９５を含む。
上述したように、受信信号とその遅延信号との自己相関をモニタした場合、ガード区間を受信している期間の相関値が高くなる。したがって、その相関値をモニタすることにより、ガード区間の位置を検出できる。具体的には、最大値判定部９５を用いてシンボル周期ごとに上記相関値の最大値を検出することにより、ガード区間のタイミング（または、ガード区間の直後に相当するタイミング）を検出できる。そして、タイミング生成部９３は、検出したタイミングを表すタイミング情報Ｔを生成し、それを送信装置へ送る。
第６の実施例：
第６の実施例の通信システムでは、第４または第５の実施例と同様に、送信装置と受信装置との間の伝送距離を推定し、その推定結果に基づいてガード区間および送信電力が決定される。ただし、第６の実施例における推定方法は、第４または第５の実施例のそれと異なっている。
第６の実施例の通信システムでは、信号系列Ｓｉ１および信号系列Ｓｉ２を送信する際に、それらの系列にそれぞれ既知情報ＳＷが時間多重される。一方、受信装置は、受信信号に中に含まれている既知情報ＳＷを検出すると、その検出タイミングを送信装置に通知する。そして、送信装置は、既知情報ＳＷを送信したタイミングおよび対応する受信装置から送られてくるタイミング情報に基づいて、当該送信装置と受信装置との間の信号の伝送時間を検出し、その伝送時間から伝送距離を推定する。
図３２は、第６の実施例の送信装置の構成図である。この送信装置は、送信信号系列に既知情報ＳＷを多重化する機能、対応する受信装置からタイミング情報（Ｔ）を受け取ってそれに基づいて送信装置と受信装置との間の伝送距離を推定する機能、およびその伝送距離の推定値に基づいてガード区間および送信電力を決定する機能を備えている。
時間多重化部（ＴＤＭ）５１は、信号系列Ｓｉ１、Ｓｉ２を送信する際に、それらの系列にそれぞれ既知情報ＳＷを多重する。ここで、既知情報ＳＷは、特に限定されるものではないが、対応する受信装置がそのデータパターンを認識している必要がある。
ガード区間制御部（ＧＩＮＳＣＮＴ）１０１または電力制御部（ＰＣＮＴ）１０２は、対応する受信装置から送られてくるタイミング信号Ｔに基づいて、当該送信装置と対応する受信装置との間の距離を推定する。そして、この伝送距離の推定値は、伝送距離情報Ｌを利用して対応する受信装置に送られる。なお、伝送距離を推定する方法については後述する。
なお、ガード区間制御部１０１は、伝送距離の推定値に基づいてガード区間の長さを決定する。また、電力制御部１０２は、伝送距離の推定値に基づいて利得係数αを決定する。これらの処理は、基本的に、第４または第５の実施例と同じである。
図３３は、第６の実施例の受信装置の構成図である。この受信装置は、受信波から既知情報ＳＷを分離して出力する機能、および既知情報を受信した旨を送信装置に通知する機能を備えている。すなわち、タイミング生成部（ＴＧＥＮ）１０３は、分離部（ＤＭＬ）５２から出力された既知情報ＳＷを検出すると、その検出タイミングから所定時間経過後にタイミング信号Ｔを生成して送信装置へ送出する。また、ガード区間制御部（ＧＣＮＴ）１０４は、送信装置から送られてくる伝送距離情報Ｌに基づいてガード区間を決定し、それをガード区間削除器３１に指示する。そして、ガード区間削除器３１が、その指示に従って受信信号からガード区間を削除する。
図３４は、図３３に示すタイミング生成部１０３の一例の構成図である。タイミング生成部１０３には、当該受信装置により復調された信号列が入力される。ここで、この信号列は、送信装置において挿入された既知情報ＳＷを含んでいる。そして、この信号列は、既知情報ＳＷのワード長と等しい長さのシフトレジスタ１０５に順番に入力されていく。論理反転回路１０６、加算回路１０７、および比較回路１０８は、シフトレジスタ１０５に新たなデータの書き込まれるごとに、保持されているデータが既知情報ＳＷと一致するか否かを調べる。なお、論理反転回路１０６は、既知情報ＳＷのワードパターンに対応して設けられている。また、加算回路１０７は、シフトレジスタ１０５に保持されている各エレメントの値またはシフトレジスタ１０５に保持されている各エレメントの値の論理反転値を加算する。そして、比較回路１０８は、加算回路１０７による加算結果と予め設定されている閾値とを比較し、加算結果の方が大きかったときにタイミング信号Ｔを出力する。
このように、第６の実施例の通信システムでは、送信装置から受信装置へ既知情報ＳＷが送信され、その既知情報ＳＷを検出した旨が受信装置から送信装置へ通知される。したがって、送信装置から受信装置へ信号が伝送される際の伝送時間を「Ｔ１」、受信装置が既知情報ＳＷを検出してからタイミング情報を送信するまでの時間を「Ｔｄ」、受信装置から送信装置へタイミング情報が伝送される際の伝送時間を「Ｔ２」、既知情報ＳＷを送信してからタイミング情報を受信するまでの時間を「Ｔ０」とすると、下記の式が成立する。なお、「Ｔ２」は「Ｔ１」に比例するものとし、その比例定数を「β」とする。
Ｔ１ ＝ Ｔ０ − Ｔｄ − Ｔ２
＝ Ｔ０ − Ｔｄ − β・Ｔ１
∴ Ｔ１ ＝ （Ｔ０ − Ｔｄ） ／（１ ＋ β）
ここで、送信装置と受信装置との間の伝送距離は、送信装置から受信装置へ信号が伝送される際の伝送時間（Ｔ１）に比例する。また、受信装置が既知情報ＳＷを検出してからタイミング情報を送信するまでの時間（Ｔｄ）は既知である。したがって、送信装置は、既知情報ＳＷを送信してからタイミング情報を受信するまでの時間（Ｔ０）を測定することにより、送信装置と受信装置との間の伝送距離を推定できる。なお、この実施例では、ガード区間制御部１０１または電力制御部１０２がその伝送距離を推定する。
第７の実施例：
第７の実施例の通信システムでは、ガード区間の長さを変えながら伝送エラー率が測定され、所定の伝送品質が確保されるようにガード区間の長さ（および、送信電力）が決定される。したがって、第７の実施例における送信装置および受信装置は、そのための機能を備えている。
図３５は、第７の実施例の送信装置の構成図である。この送信装置は、既知パターンデータ（ＰＬｊ）を変調して送信する機能、および対応する受信装置から最大伝送遅延差情報（τ）を受け取ってそれに基づいてガード区間および送信電力を決定する機能を備えている。
既知パターンデータ（ＰＬｊ）は、拡散変調器１により拡散された後、副搬送波変調器２により変調される。ここで、既知パターンデータ（ＰＬｊ）は、特に限定されるものではないが、各受信装置により認識されているものとする。また、拡散変調器１は、既知パターンデータ（ＰＬｊ）に対応する拡散符号Ｃ（ＰＬｊ）により拡散される。
ガード区間挿入器（ＧＩＮＳｊ）２１は、シンボル周期ごとに、既知パターンデータ（ＰＬｊ）を伝送するための信号系列に比較的長いガード区間を挿入する。ここで、このガード区間は、例えば、サービスエリア内の最も遠い位置にいる移動機（受信装置）へ信号を送信する場合を想定して決定されるようにしてもよい。また、利得調整器（Ｇｊ）２２は、ガード区間が挿入された信号系列が十分に大きな送信電力で送信されるように適切な利得係数αｊを乗算する。ここで、この利得係数αｊは、例えば、サービスエリア内の最も遠い位置にいる移動機（受信装置）へ信号を送信する場合を想定して決定されるようにしてもよい。そして、既知パターンデータ（ＰＬｊ）は、信号系列Ｓｉ１、Ｓｉ２と合成されて送信される。
ガード区間制御部（ＧＩＮＳＣＮＴ）６１および電力制御部（ＰＣＮＴ）６２の動作は、第３の実施例において説明した通りである。すなわち、ガード区間制御部６１は、対応する受信装置から送られてくる最大伝送遅延差情報に基づいて、挿入すべきガード区間の長さを決定する。また、電力制御部６２は、対応する受信装置から送られてくる最大伝送遅延差情報に基づいて、利得係数αを決定する。
図３６は、第７の実施例の受信装置の構成図である。この受信装置は、既知パターンデータ（ＰＬｊ）を抽出してその伝送エラーを測定する機能、および伝送エラー率に基づいて最大伝送遅延差情報を生成する機能を備えている。
受信波は、復調回路により復調される。このとき、拡散復調器（ＳＤＥＭ）１５において、信号系列Ｓｉ１を復調するときは拡散符号Ｃｉが使用され、既知パターンデータ（ＰＬｊ）を復調するときには拡散符号Ｃ（ＰＬｊ）が使用される。そして、分離部５２は、再生された信号列を、信号系列Ｓｉ１および既知パターンデータ（ＰＬｊ）に分離する。
遅延差検出部（ＤＭＥＳ）１１１は、再生された既知パターンデータ（ＰＬｊ）の伝送エラー率を測定し、その伝送エラー率に基づいて最大伝送遅延差情報τを生成する。この最大伝送遅延差情報τは、ガード区間制御部（ＧＣＮＴ）１１２に与えられると共に、送信装置に送られる。そして、ガード区間制御部１１２は、その最大伝送遅延差情報τに基づいてガード区間を決定し、それをガード区間削除器３１に指示する。そして、ガード区間削除器３１が、その指示に従って受信信号からガード区間を削除する。
図３７は、図３６に示す遅延差検出部１１１の動作を示すフローチャートである。ここでは、予め複数のガード区間長データτ０〜τｎが用意されているものとする。また、ガード区間長データτ０〜τｎの中で、「τ０」が最小であり、「τｎ」が最大であるものとする。なお、このフローチャートの処理は、たとえば、既知パターンデータ（ＰＬｊ）を受信するごとに実行される。
ステップＳ１では、拡散復調器１５に拡散符号Ｃ（ＰＬｊ）を設定する。ここで、この拡散符号Ｃ（ＰＬｊ）は、送信装置において既知パターンデータ（ＰＬｊ）を拡散する際に使用されてものである。これにより、以降、受信信号が逆拡散されると、既知パターンデータ（ＰＬｊ）が再生されることになる。ステップＳ２では、ガード区間長データを指定するための変数を初期化する。すなわち、「ｉ＝０」が設定される。
ステップＳ３では、ガード区間制御部１１２にガード区間長データτｉを設定する。ただし、この時点では、「ｉ＝０」であるので、ガード区間制御部１２３には「ガード区間長データτ０」が設定されることになる。ここで、「ガード区間長データτ０」は、予め用意されている候補データの中で最も短い値を持っている。また、このとき、分離部５２は、再生された既知パターンデータ（ＰＬｊ）が遅延差検出部１１１に導かれるように出力する。
ステップＳ４では、再生された既知パターンデータ（ＰＬｊ）の誤り率（誤りビット数）を調べる。そして、この誤り率が予め設定されているしきい値よりも高かった場合には、十分な通信品質が得られていないものとみなし、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、変数ｉをインクリメントできるか否かが調べられる。そして、可能であれば、ステップＳ６において変数ｉがインクリメントされた後、ステップＳ３に戻る。
このように、ステップＳ３〜Ｓ６では、ガード区間制御部１１２に設定すべきガード区間長を少しずつ長くしていきながら、それぞれについて既知パターンデータ（ＰＬｊ）の誤り率が測定される。そして、既知パターンデータ（ＰＬｊ）の誤り率がしきい値以下になった時点で、ステップＳ７へ進む。したがって、上記処理により、所望の通信品質が得られる範囲内で、できるかぎり短いガード区間長が決定される。なお、この時点で、ガード区間制御部１１２には、最適なガード区間が設定されていることになる。
ステップＳ７では、拡散復調器１５に拡散符号Ｃｉを設定する。ここで、拡散符号Ｃｉは、送信装置において信号系列Ｓｉ１、Ｓｉ２を拡散する際に使用されたものである。したがって、以降、拡散復調器１５は、受信信号から信号系列Ｓｉ１を復調できるようになる。ステップＳ８では、ステップＳ３〜Ｓ６において決定されたガード区間長を送信装置に通知する。
このように、第７の実施例では、伝送エラー率を測定しながら所定の通信品質が確保されるようにガード区間の長さ（および、送信電力）が決定される。したがって、必要最小限のガード区間および送信電力で所望の通信品質が確保される。
第８の実施例：
第８の実施例の通信システムは、第７の実施例の通信システムの変形例である。すなわち、第７の実施例では、受信装置に設定すべきガード区間長が決定され、その値が送信装置に通知される構成であった。これに対して、第８の実施例では、受信装置に設定すべきガード区間長に基づいて送信装置と受信装置との間の伝送距離が推定され、その推定結果が送信装置に通知される。
図３８は、第８の実施例の送信装置の構成図である。この送信装置は、基本的には、図３５に示した第７の実施例の送信装置と同じである。ただし、第８の実施例の送信装置は、図３５に示したガード区間制御部（ＧＩＮＳＣＮＴ）６１および電力制御部（ＰＣＮＴ）６２の代わりに、ガード区間制御部（ＧＩＮＳＣＮＴ）８１および電力制御部（ＰＣＮＴ）８２が設けられている。なお、ガード区間制御部８１および電力制御部８２の動作は、第４の実施例において説明した通りである。すなわち、ガード区間制御部８１は、対応する受信装置から送られてくる伝送距離情報Ｌに基づいて、挿入すべきガード区間の長さを決定する。また、電力制御部８２は、対応する受信装置から送られてくる伝送宇距離情報Ｌに基づいて、利得係数αを決定する。
図３９は、第８の実施例の受信装置の構成図である。この受信装置は、図３６に示した第７の実施例の受信装置の遅延差検出部１１１、ガード区間制御部１１２の代わりに、距離推定部（ＬＭＥＳ）１２１、変換テーブル（ＴＢＬ）１２２、ガード区間制御部（ＧＣＮＴ）１２３を備える。ここで、距離推定部１２１およびガード区間制御部１２３は、まず、第７の実施例と同様に、最適なガード区間長を決定する。その後、距離推定部１２１は、変換テーブル１２２にアクセスし、決定したガード区間長に対応する伝送距離を取得する。そして、その伝送距離を表す伝送距離情報Ｌを送信装置に通知する。なお、変換テーブル１２２は、図２８に示した変換テーブル８５に相当し、ガード区間長と伝送距離との対応関係が格納されている。
図４０は、図３９に示す距離推定部１２１の動作を示すフローチャートである。図４０において、ステップＳ１〜Ｓ７は、図３７に示した第７の実施例における処理と同じである。すなわち、ステップＳ１〜Ｓ７において、受信装置に設定すべきガード区間長τｉが決定される。続いて、ステップＳ１１では、変換テーブル１１２を参照して、ガード区間長τｉを伝送情報Ｌｉに変換する。そして、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で取得した伝送情報を送信装置に通知する。
このように、本発明によれば、セルラ通信システムにおける基地局とそのサービスエリア内の移動機との間の伝送路で生じる最大伝送遅延差に応じてガード区間および送信電力が適切に設定されるので、干渉の発生が低減される。あるいは、伝送路の送信帯域内での伝送容量が最適化されるので、通信システムの効率的な運用が可能となり、総伝送容量を増加させることができる。
なお、ガード区間および送信電力は、送信装置と受信装置との間の回線の最大伝送遅延差（または、伝送距離）に応じて動的に制御されてもよいし、固定的に設定されてもよい。例えば、通信の開始時にガード区間および送信電力が決定され、以降、その通信が終了するまでそれらが変化しないようにしてもよい。また、通信中に、随時、ガード区間および送信電力が動的に調整されてもよい。さらに、送信装置および受信装置の位置が変化しない場合には、初期設定処理においてガード区間および送信電力が決定されてもよい。
また、本発明では、最大伝送遅延差（または、伝送距離）に応じてガード区間および送信電力が決定されるが、ガード区間長と送信電力の関係は、たとえば、実験またはシミュレーション等により予め一意に決められていてもよい。
【図面の簡単な説明】
図１は、ＯＦＤＭ伝送システムにおいて使用される既存の送信装置の構成図である。
図２は、既存のＯＦＤＭ伝送システムにおける伝送信号の例である。
図３は、ＯＦＤＭ伝送システムにおいて使用される既存の受信装置の構成図である。
図４は、マルチパスを説明する図である。
図５は、複数の移動機を収容する基地局を示す図である。
図６は、本発明の実施形態の送信装置の構成図である。
図７は、本発明の実施形態の受信装置の構成図である。
図８および図９は、実施形態のＯＦＤＭ伝送システムにおける伝送信号の例である。
図１０は、ガード区間について説明するための図である。
図１１は、副搬送波変調器により実行される逆フーリエ変換を説明する図である。
図１２は、ガード区間を挿入する処理を説明する図である。
図１３は、ガード区間を挿入する処理を実現する構成の実施例である。
図１４は、受信波からガード区間を削除する処理を実現する構成の実施例である。
図１５は、第１の実施例の送信装置の構成図である。
図１６は、第１の実施例の受信装置の構成図である。
図１７は、第１の実施例の通信システムにおける伝送信号を模式的に示す図である。
図１８は、第２の実施例の送信装置の構成図である。
図１９は、第２の実施例の受信装置の構成図である。
図２０は、第２の実施例の通信システムにおける伝送信号を模式的に示す図である。
図２１は、第３の実施例の送信装置の構成図である。
図２２は、第３の実施例の受信装置の構成図である。
図２３は、図２２に示す遅延差検出部の一例の構成図である。
図２４は、遅延差検出部の動作を説明する図である。
図２５は、最大伝送遅延差を検出する実施例である。
図２６は、第４の実施例の送信装置の構成図である。
図２７は、第４の実施例の受信装置の構成図である。
図２８は、図２７に示す距離推定部の一例の構成図である。
図２９は、第５の実施例の送信装置の構成図である。
図３０は、第５の実施例の受信装置の構成図である。
図３１は、図３０に示すタイミング生成部の一例の構成図である。
図３２は、第６の実施例の送信装置の構成図である。
図３３は、第６の実施例の受信装置の構成図である。
図３４は、図３３に示すタイミング生成部の一例の構成図である。
図３５は、第７の実施例の送信装置の構成図である。
図３６は、第７の実施例の受信装置の構成図である。
図３７は、図３６に示す遅延差検出部の動作を示すフローチャートである。
図３８は、第８の実施例の送信装置の構成図である。
図３９は、第８の実施例の受信装置の構成図である。
図４０は、図３９に示す距離推定部の動作を示すフローチャートである。

Claims (20)

1. 直交周波数分割多重を利用して送信装置から受信装置へ信号を伝送する通信システムであって、
   上記送信装置は、
   信号系列を用いて複数の副搬送波を変調する変調手段と、
   上記変調手段の出力にガード区間を挿入する挿入手段と、
   上記ガード区間が挿入された変調信号を送信する送信手段を有し、
   上記受信手段は、
   上記送信装置から送信された変調信号について副搬送波ごとにガード区間の削除処理と復調処理を行い、信号系列を再生する復調手段を有し、
   上記ガード区間の長さは、上記送信装置と上記受信装置との間の通信環境に基づいて決定される通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムであって、
   上記送信装置は、上記ガード区間の長さに応じて上記変調信号を送信する際の送信電力を制御する電力制御手段をさらに有する。
3. 直交周波数分割多重を利用して送信装置から第１の受信装置を含む複数の受信装置へ信号を伝送する通信システムであって、
   上記送信装置は、
   第１の受信装置へ伝送する第１の信号系列、および第１の受信装置とは異なる他の受信装置へ伝送する第２の信号系列が多重された信号系列を用いて複数の副搬送波を変調する変調手段と、
   上記第１の信号系列の変調出力に第１のガード区間を、上記第２の信号系列の変調出力に第２のガード区間をそれぞれ挿入する挿入手段と、
   上記第１のガード区間と第２のガード区間がそれぞれ挿入された変調信号を送信する送信手段を有し、
   上記第１の受信装置は、
   上記第１のガード区間の削除処理と復調処理を行い、第１の信号系列を再生する復調手段を有し、
   上記第１のガード区間の長さは、上記送信装置と上記第１の受信装置との間の通信環境に基づいて決定されるとともに、上記第２のガード区間の長さは、上記送信装置と上記他の受信装置との間の通信環境に基づいて決定される。
4. 直交周波数分割多重を利用して送信装置から第１の受信装置を含む複数の受信装置へ信号を伝送する通信システムであって、
   上記送信装置は、
   第１の受信装置へ伝送する第１の信号系列、および上記送信装置の通信エリア内の第１の受信装置を含む複数の受信装置に伝送する第２の信号系列が多重された信号系列を用いて複数の副搬送波を変調する変調手段と、
   上記第１の信号系列の変調出力に第１のガード区間を、上記第２の信号系列の変調出力に第２のガード区間をそれぞれ挿入する挿入手段と、
   上記第１のガード区間と第２のガード区間がそれぞれ挿入された変調信号を送信する送信手段を有し、
   上記第１の受信装置は、
   上記第１のガード区間の削除処理と第２のガード区間の削除処理と復調処理を行い、第１の信号系列と第２の信号系列を再生する復調手段を有し、
   上記第１のガード区間の長さは、上記送信装置と上記第１の受信装置との間の通信環境に基づいて決定される
5. 請求項４に記載の通信システムであって、
   上記第２ガード区間の長さは、通信エリア内に存在する複数の受信装置が第２の信号系列を再生できるように決定される。
6. 請求項１に記載の通信システムであって、
   上記受信装置は、上記送信装置と当該受信装置との間の回線の最大伝送遅延差を検出する検出手段をさらに有し、
   上記挿入手段は、上記検出手段により検出された最大伝送遅延差に基づいて決まる長さのガード区間を挿入し、
   上記削除手段は、その最大伝送遅延差に従ってガード区間を削除する。
7. 請求項１に記載の通信システムであって、
   上記受信装置は、上記送信装置と当該受信装置との間の伝送距離を推定する推定手段をさらに有し、
   上記挿入手段は、上記推定手段により推定された伝送距離に基づいて決まる長さのガード区間を挿入し、
   上記削除手段は、その推定された伝送距離に従ってガード区間を削除する。
8. 請求項１に記載の通信システムであって、
   上記送信装置は、上記送信装置と当該受信装置との間の伝送距離を推定する推定手段をさらに有し、
   上記挿入手段は、上記推定手段により推定された伝送距離に基づいて決まる長さのガード区間を挿入し、
   上記削除手段は、その推定された伝送距離に従ってガード区間を削除する。
9. 請求項８に記載の通信システムであって、
   上記推定手段は、当該送信装置から信号が送信されたときから、上記受信装置からその信号に対応する応答が返ってくるまでの時間に基づいて上記伝送距離を推定する。
10. 請求項１に記載の通信システムであって、
    上記受信装置は、上記送信装置から当該受信装置へ信号が伝送されたときの通信品質をモニタするモニタ手段をさらに有し、
    上記ガード区間の長さは、予め決められた所定の通信品質が満たされるように決定される。
11. 直交周波数分割多重を利用して送信装置から受信装置へ信号を伝送する方法であって、
    直交周波数分割多重を利用して信号系列を変調し、
    上記変調により得られた信号に対して、上記送信装置と上記受信装置との間の通信環境に基づいて決定される長さのガード区間を挿入し、
    上記ガード区間が挿入された変調信号を送信する信号伝送方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、
    上記ガード区間が挿入された変調信号は、そのガード区間の長さに応じてその送信電力が制御される。
13. 直交周波数分割多重を利用して送信装置から受信装置へ信号を伝送する方法であって、
    送信相手先の異なる第１の信号系列および第２の信号系列を直交周波数多重を利用して変調し、
    上記変調された第１の信号系列に対して、上記送信装置と送信相手先との間の通信環境に基づいて決定される長さの第１のガード区間を挿入し、上記変調された第２の信号系列に対して、上記送信装置と送信相手先との間の通信環境に基づいて決定される長さの第２のガード区間を挿入し、
    上記第１のガード区間および第２のガード区間がそれぞれ挿入された変調信号を送信する信号伝送方法。
14. 請求項１１に記載の方法であって、
    上記ガード区間の長さは、上記送信装置と上記受信装置との間の回線の最大伝送遅延差または伝送距離に基づいて決定される。
15. 請求項１１に記載の方法であって、
    上記送信装置から上記受信装置へ信号が伝送されたときの通信品質をモニタし、
    上記ガード区間の長さは、予め決められた所定の通信品質が満たされるように決定される。
16. セルラ通信システムにおいて直交周波数分割多重を利用して移動機へ信号を伝送する基地局装置であって、
    直交周波数分割多重を利用して信号系列を変調する変調手段と、
    上記変調手段により得られた変調信号に対して、当該基地局装置と上記信号系列を送信すべき移動機との間の通信環境に基づいて決定される長さのガード区間を挿入する挿入手段と、
    上記ガード区間が挿入された変調信号を送信する送信手段と、
    を有する基地局装置。
17. 請求項１６に記載の基地局装置であって、
    上記ガード区間の長さに応じて上記変調信号を送信する際の送信電力を制御する電力制御手段をさらに有する。
18. セルラ通信システムにおいて直交周波数分割多重を利用して移動機へ信号を伝送する基地局装置であって、
    送信相手先の異なる第１の信号系列および第２の信号系列を直交周波数多重を利用してそれぞれ変調する変調手段と、
    上記変調手段により得られた変調された第１の信号系列に対して、上記送信装置と送信相手先との間の通信環境に基づいて決定される長さの第１のガード区間を挿入するとともに、上記変調手段により得られた変調された第２の信号系列に対して、上記送信装置と送信相手先との間の通信環境に基づいて決定される長さの第２のガード区間を挿入する挿入手段と、
    上記第１のガード区間および第２のガード区間がそれぞれ挿入された変調信号を送信する送信手段と、
    を有する基地局装置。
19. セルラ通信システムにおいて、直交周波数分割多重を利用して基地局から送信された信号を受信する移動機であって、
    受信した信号が自移動機宛ての第１の信号系列と他移動機宛ての第２の信号系列を含む場合、第１の信号系列に対応する第１のガード区間の削除処理と復調処理を行う復調手段を有する移動機。
20. セルラ通信システムにおいて、直交周波数分割多重を利用して基地局から送信された信号を受信する移動機であって、
    受信した信号が自移動機宛ての第１の信号系列と自移動機を含む複数の移動機宛ての第２の信号系列を含む場合、第１の信号系列に対応する第１のガード区間の削除処理と、第２の信号系列に対応する第２のガード区間の削除処理と、復調処理を行う復調手段を有する移動機。

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