JPWO2008126602A1 - 通信システム、送信装置、受信装置及び通信方法 - Google Patents
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Abstract
Description
OFDMA、FDMAでは、いずれも、複数のデータストリームを並列に伝送するため、各ストリームを各々1つの周波数チャネルを使って伝送する。このため、各周波数チャネル(周波数帯域)間の干渉を防ぐため、以下のように構成されている。
周波数の利用効率を高めることができる。しかしながら、隣接する周波数チャネル間の直交性を保つために、複数のユーザが伝送において時間同期をとる必要がある。非特許文献1、非特許文献2には、ユーザ同士が伝送において協調できない場合、信号の直交性が崩れてデータ伝送の特性が大きく劣化することが記載されている。
しかしながら、パルス波形を整形し、ガードバンドを設ける従来のFDMAでは、周波数の利用効率を充分高めることが困難であった。すなわち、波形整形では、パルス波形を急峻にするとシステムの総帯域幅を小さくすることができる。ただし、因果性によりパルス整形フィルタの実現性が難しい。このため、パルス波形を滑らかにする必要があって、その結果としてシステムの総帯域幅を充分小さくすることができない。
また、Partial Response方式を用いて各周波数チャネルにおける帯域を狭化した場合、受信機において、受信信号にシンボルレベルでのISI (Inter-Symbol Interference:符号間干渉)があるため、シンボル復号する際に誤り伝播が生じ、受信特性が劣化するという問題がある。
本発明は、複数のユーザが協調する必要なく、かつ高い周波数利用効率を実現可能な通信システム、送信装置、受信装置及び通信方法を提供することを目的とする。
以上の課題を解決するため、請求項1に記載の通信システムは、システムに割当てられた周波数帯域を分割して設定される複数の周波数チャネルを使って通信する通信システムであって、周波数上で隣接する複数の前記周波数チャネルを互いにオーバーラップさせることにより周波数チャネル間干渉を許容させて信号を送信する送信装置と、前記送信装置によって送信された信号を受信する受信装置と、を含み、前記受信装置は、送信された信号のうちのオーバーラップした周波数の領域で生じる周波数チャネル間の干渉を除去するICI(Inter Channel Interference:隣接チャネル間干渉)除去手段を備えることを特徴とする。このような発明によれば、送信装置が複数の周波数チャネルを互いにオーバーラップさせて信号を送信することにより、システムに割当てられた周波数帯域をより多くの周波数チャネルで使用することができるので、周波数の利用効率を高めることができる。また、受信装置が、オーバーラップした周波数の領域で生じる周波数チャネル間の干渉を除去することができるので、受信信号の信号品質が低下することを防ぐことができる。
また、 受信側でISI補償することができるから、受信信号の信号品質が低下することを防ぐことができる。
以上述べた本発明は、周波数チャネル間を狭めた信号を送信し、受信側で周波数チャネル波形を補償する、あるいは周波数チャネル間の干渉を除くことができる。また、自装置が送信する信号を、状況に応じて他の周波数チャネルに干渉させる、及び・または自周波数チャネルに波形レベルの符号間干渉を許容することができる。このため、複数のユーザが協調しなくても、周波数の利用効率が高く、しかも信号品質が低下しない通信システム、送信装置、受信装置、通信方法を提供することができる。
102a、102b 送受信装置
103a、103b、104a、104b、104c 携帯電話機
111 ICI除去及びISI補償フィルタ
151、161 送信ユニット
152 データ生成・変調部
153 パルス整形部
154 D/A変換器
155、501 RF部
157 スペクトラム利用情報・ポリシー情報取得部
158 パルス形状・シンボルレート制御部
159 中心キャリア周波数制御部
401 送受信部
502 A/D変換部
503、504、505 チャネル信号選択フィルタ
506 ICI除去フィルタ
801 ISI補償フィルタ
1 理論
先ず、本発明の実施形態の説明に先立って、実施形態1ないし実施形態4において実行される干渉除去のための信号処理の理論について説明する。
実施形態1は、多地点にある各ユーザーの通信端末装置から送信されるデータを、無線通信を行う環境で効率良く多重化する、多元接続に適用される。以下、通信システム、送信装置、受信装置及び通信方法の説明に先立って、本発明の多元接続の原理について説明する。
先ず、ICI(Inter- Channel Interference)を除去する方法について説明する。実施形態1でのICIの除去は、送信側でゼロISIを満たし、かつ周波数チャネルを互いにオーバーラップさせることによって周波数チャネル間隔を小さくした場合にチャネル間の干渉であるICIが生じるためになされるものである。
ICI除去のための適応フィルタとしては、信号の周期定常性を利用して、隣接する周波数チャネルとのオーバーラップによって干渉を受けるナイキスト帯域幅外の周波数成分(余剰帯域幅周波数成分)を、干渉の影響を受けていないナイキスト帯域幅周波数成分を用いて復元するものである。
文献2 W.A.Gardner,“Cyclic Wiener filtering:theory and method”,IEEE Trans.Commun,vol.41,no.1,pp.151−163,Jan.1993
実施形態1では、この周波数成分の相関を利用し、周波数チャネルをオーバーラップさせることによりICIを許容し、チャネル間の干渉(ICI)を受信側で除去する。周波数チャネル間の干渉除去は、周波数チャネルごとになされ、ICI除去フィルタによって実行できる。
図5(a)、(b)は、実施形態2が、ISI(Inter-Symbol Interference :符号間干渉)を除去してゼロISIの信号を生成するための方法を説明するための図である。図5(a)は、ゼロISIの条件を満たす例としてレイズドコサインパルスを示した図である。
なお、ナイキスト周波数とは、シンボルレートの半分となる(シンボルレートが1/Tsの場合には0.5/Tsがナイキスト周波数となる)。0Hzを中心とした−0.5/Tsから0.5/Tsまでの帯域をナイキスト帯域という。
実施形態2は、この点を利用したものである。すなわち、送信側では波形レベルでの(符号間干渉)ISIが生じることを許容して送信信号を多重化し、受信側で信号の波形レベルでのISIを補償して符号間干渉を除去する。
(通信システム)
次に、実施形態1の通信システムの概略について説明する。図6は、実施形態1、実施形態4の通信システムを説明するための図である。実施形態1の通信システムは、周波数を複数の帯域に分割して設定された周波数チャネルを使って通信する通信システムである。
図示したように、本実施形態の通信システムは、基地局101a、101bと、基地局101a、101bを介して他の通信端末装置と通信する携帯電話機103a、103b、104a、104b、104cを有している。基地局101a、基地局101bが通信を管理できる範囲を各々通信管理エリアaと記す。
送信された信号は、送受信装置102bによって受信され、携帯電話機103bや携帯電話機104に送信され、受信される。
実施形態1では、複数の携帯電話機の複数の送受信部401全体が送信装置であって、送受信装置102a、102bが受信装置として機能する。ただし、本発明は、このような構成に限定されるものでなく、送信装置が多元接続で無線信号を送信し、受信装置が送信された無線信号を受信する構成であれば、どのように送信装置、受信装置を構成してもよい。
本発明の実施形態1の送信装置について説明する。前記したように、携帯電話機103aと携帯電話機104a、104bとは各々異なるユーザの携帯電話機である。このため、携帯電話機103aは、携帯電話機104a、104bと異なる1つまたは複数の周波数チャネルを使って基地局101aと通信をしている。
ここでは一例として、携帯電話機103aの周波数チャネルと携帯電話機104a及び104bの周波数チャネルとは、周波数上で隣接している場合について説明する。また、実施形態1では、周波数チャネルの各々はISIを生じないようにゼロISI条件を満たしているものとする。
また、送信信号の周波数チャネルは、オーバーラップによって周波数チャネル間隔が狭められている。受信側でICIを許容範囲内に収めるため、実施形態1では、オーバーラップ範囲を、余剰帯域幅までとした。
なお、実施形態1の送信装置は、複数の通信端末装置の集合に限定されるものではない。例えば、複数の周波数チャネルをオーバーラップさせながら信号を送信する1つの構成であってもよい。
図8は、実施形態1の受信装置を説明するための図である。受信装置は、送信された信号のうち、オーバーラップした周波数の領域で生じる周波数チャネル間の干渉を除去するICI除去フィルタ506を備えている。このような構成において、ICI除去フィルタ506はICI除去手段に相当する。
また、受信装置は、複数のチャネル信号選択フィルタ503、504、505、を備えている。このようなフィルタは、ユーザが複数の周波数チャネルを使用している場合、送信された信号の周波数チャネルを選択するための構成である。
また、各周波数チャネルがオーバーラップする周波数帯域を、余剰帯域幅内とすることにより、ICI除去フィルタ506が、余剰帯域幅内までのICIを除去することができる。図9は、ICIの許容範囲を説明するための図である。シンボルレートが1/Ts、パルス整形のロールオフ係数をαとした場合、図9に示すように、ICI許容範囲はα/2Tsとして表される。
また、ICI除去フィルタ506には、周期定常性を利用したCyc1ic Wiener フィルタやFSEフィルタ等を使用することができる。
次に、本発明の実施形態2について説明する。実施形態2は、パルス波形がゼロISI条件を満たさない周波数チャネルによる信号を受信し、受信装置の側でISI補償する受信装置である。なお、実施形態2では、送信側がパルス信号をオーバーラップさせることはしていない。
実施形態2では、携帯電話機103a、104a、104bの送受信部401は、複数の前記周波数チャネルのISIを許容して信号を送信する信号送信手段として機能する。
ISI補償フィルタは、周期性定常性を利用した適応フィルタを使って実現できる。適応フィルタとしては、例えば、Cyclic WienerフィルタやFSEフィルタ等を使用することができる。
X(f)
=cos(πfTs/(1+α)) for|f|<(1+α)/2Ts
and
X(f)=0 for otherwise
このようなパルスの特徴は、余剰帯域幅(α/Ts)が比較的小さく、かつ、パルス波形の形状が比較的滑らかである点である。
次に、本発明の実施形態3について説明する。実施形態3は、実施形態1と実施形態2とを組み合わせて構成される受信装置であって、受信装置の側にICIを除去するフィルタとISIを補償するフィルタとを設けている。
図13は、実施形態3の受信装置の構成を説明するためのブロック図である。図13に示した受信装置は、図8、図10に示した受信装置と同様に、RF部501、A/D変換器502を備えている。そして、ICI除去及びISI補償フィルタ111を備えている。ICI除去及びISI補償フィルタ111は、前記したICI除去フィルタ506、ISI補償フィルタ801の機能を組み合わせたフィルタであって、適応フィルタを使って実現できる。適応フィルタとしては、例えば、Cyclic Wiener フィルタやFSEフィルタ等を使用することができる。
図13に示した受信装置に受信された信号は、RF部501によってダウンコンバージョンされた後、A/D変換器502によってディジタル変換される。さらに、チャネル信号選択フィルタのうちの対応するいずれかを通過する。そして、ICI除去及びISI補償フィルタ111によってICIの除去とISI補償される。
このため、複数のユーザが協調しなくても、周波数の利用効率が高く、しかも信号品質が低下しない通信システム、送信装置、受信装置及び通信方法を提供することができる。
図15(a)、(b)、(c)は、以上述べた実施形態1ないし実施形態3の受信装置でなされる通信方法を示すフローチャートである。なお、図15(a)、(b)、(c)のフローチャートは、同様の処理を含む。図中では、同様の処理については同様の符号を付している。
図15(a)に示すように、実施形態1では、受信装置が送信装置から信号を受信する(S131)。そして、複数のチャネル信号選択フィルタを使い、受信したい信号の周波数チャネルを判定する(S132)。受信装置は、判定の結果得られた周波数チャネルに適したICI除去フィルタを使い、受信信号からICIを除去する(S133)。
さらに、実施形態3では、受信装置が送信装置から信号を受信する(S131)。そして、複数のチャネル信号選択フィルタを使い、受信したい信号の周波数チャネルを判定する(S132)。受信装置は、判定の結果得られた周波数チャネルに適したICI除去及びISI補償フィルタを使い、受信信号のICIを除去すると共にISIを補償する(S135)。
図16は、以上述べた実施形態1ないし実施形態3によって得られる効果を比較するための図である。ここでは、図21に示したFDMAによる通信を従来方式1、図20に示したOFDMAによる通信を従来方式2と記す。また、実施形態1の通信方法を提案方式1、実施形態2の通信方法を提案方式2、実施形態3の通信方法を提案方式3と記している。
次に、本発明の実施形態4について説明する。実施形態4の通信システムは、周波数チャネルを使って通信する通信システムであって、信号を送信する送信装置と、送信装置によって送信された信号を受信する受信装置とを備えている。実施形態4では、図6に示した送受信装置102bを送信装置、管理エリアa内の携帯電話機103b、104cを受信装置とする。
図17(a)、(b)は、実施形態4の送信装置の構成を説明するためのブロック図である。図17(a)は、送信装置の装置構成を示し、(b)は複数のユーザが複数の周波数チャネルを使用することを説明するための図である。
図中、同じ網掛けは同じユーザによって使用されている周波数チャネルであることを示す。ここでは、ユーザ1がf11とf1k’を使用し、ユーザkがfk1とfkMを使用している。図から明らかなように、ユーザは、1つまたは複数の周波数チャネルを使用している。
各ユーザは、周波数上で隣接する周波数チャネルのスペクトラムからユーザクラスを判別する(例えばIDを推定)ことによって隣接する周波数チャネルの信号強度や仕様、ICIの除去機能の有無を判断することができる。ICI除去の機能を備えていると判断された場合には、この周波数チャネルにオーバーラップしてよいと判断することができる。
さらに、周波数チャネルの利用状況や周波数利用ポリシーを逐次保存、更新するデータベースを設けておくこともできる。データベースには、どのユーザクラスがどのチャネルを利用しているかが登録され、各ユーザがそれにアクセスして隣接チャネルに対するオーバーラップの可否を判断することができる。
以上の構成において、パルス形状・シンボルレート制御部158は、周波数チャネル決定手段、オーバーラップ可否判断手段、パルス条件決定手段として機能する。
また、パルス形状・シンボルレート制御部158は、スペクトラム利用情報・ポリシー情報取得部157によって取得された周波数利用ポリシーに基づいて、ステップS172によって空いていると判定された周波数チャネルに隣接する周波数チャネルにオーバーラップを加えることが可能な否か判断する(S173)。
一方、ステップS173において、隣接する周波数チャネルにオーバーラップを加えることができると判断された場合(S173:Yes)、パルス形状・シンボルレート制御部158は、受信装置がISIの補償機能を備えていて、自装置が送信する信号にISIを導入しても補償することが可能か否かを判断する(S175)。
決定された中心キャリア周波数は、中心キャリア周波数制御部159によりRF部155に通知される。そして、受信装置側に決定されたパラメータのうち通信に必要なパラメータを通知すると共に通信を開始する(S181)。
Claims (13)
- システムに割当てられた周波数帯域を分割して設定される複数の周波数チャネルを使って通信する通信システムであって、
周波数上で隣接する複数の前記周波数チャネルを互いにオーバーラップさせることにより周波数チャネル間の干渉を許容させて信号を送信する送信装置と、
前記送信装置によって送信された信号を受信する受信装置と、
を含み、
前記受信装置は、送信された信号のうちのオーバーラップした周波数の領域で生じる周波数チャネル間の干渉を除去するICI除去手段を備えることを特徴とする通信システム。 - システムに割当てられた周波数帯域を分割して設定される複数の周波数チャネルを使って通信する通信システムであって、
周波数上で各周波数チャネルについて波形レベルでの符号間干渉を許容させて信号を送信する送信装置と、
前記送信装置によって送信された信号を受信する受信装置と、
を含み、
前記受信装置は、送信された信号のうちの各周波数チャネルについて波形レベルでの符号間干渉を補償するISI補償手段を備えることを特徴とする通信システム。 - システムに割当てられた周波数帯域を分割して設定された複数の周波数チャネルを使って通信する通信システムであって、
信号を送信する送信装置と、
前記送信装置によって送信された信号を受信する受信装置と、
を含み、
前記送信装置は、現在使用されていない周波数チャネルの帯域を検出する機能及び、周波数チャネルの利用状況についての情報を取得するスペクトラム利用情報・ポリシー情報取得手段と、
前記スペクトラム利用情報・ポリシー情報取得手段により得られた情報に基づいて、隣接する他ユーザ用の周波数チャネルに干渉を与えることの可否及び、自ユーザがISIを許容することの可否を判断し、その判断の結果に基づいて、送信される信号の中心キャリア周波数、シンボルレート、整形パルス形状の少なくとも1つを決定するパルス形状・シンボルレート制御手段と、
前記パルス形状・シンボルレート制御手段により決定された中心キャリア周波数により、送信信号の中心キャリア周波数を制御する中心キャリア周波数制御手段と、
を備えることを特徴とする通信システム。 - システムに割当てられた周波数帯域を分割して設定された複数の周波数チャネルを使って通信する送信装置であって、
周波数上で隣接する複数の前記周波数チャネルを互いにオーバーラップさせた信号を送信する信号送信手段を備えることを特徴とする送信装置。 - 前記信号送信手段は、
前記信号の周波数チャネル間のオーバーラップが周波数チャネルの余剰帯域幅内とすることを特徴とする請求項4に記載の送信装置。 - システムに割当てられた周波数帯域を分割して設定された複数の周波数チャネルを使って信号を送信する送信装置であって、
前記周波数チャネルはISIを許容して信号を送信する信号送信手段を備えることを特徴とする送信装置。 - 前記信号送信手段は、
前記信号送信手段が許容するISIについて、前記周波数チャネルがナイキスト帯域を下限としてパルス整形フィルタにより帯域制限され、信号を送信することを特徴とする請求項6に記載の送信装置。 - システムに割当てられた周波数帯域を分割して設定された複数の周波数チャネルを使って信号を送信する送信装置であって、
現在使用されていない周波数チャネルの帯域を検出する機能及び、周波数チャネルの利用状況についての情報を取得するスペクトラム利用情報・ポリシー情報取得手段と、
前記スペクトラム利用情報・ポリシー情報取得手段により得られた情報に基づいて、隣接する他ユーザ用の周波数チャネルに干渉を与えることの可否及び、自ユーザがISIを許容することの可否を判断し、その判断の結果に基づいて、送信される信号の中心キャリア周波数、シンボルレート、整形パルス形状の少なくとも1つを決定するパルス形状・シンボルレート制御手段と、
を備え、前記パルス条件決定手段によって決定された条件に基づいて生成された信号を送信することを特徴とする送信装置。 - システムに割当てられた周波数帯域を分割して設定された複数の周波数チャネルを使って送信された信号を受信する受信装置であって、
周波数上で隣接する複数の前記周波数チャネルを互いにオーバーラップさせて送信された信号を受信し、受信された信号のうちのオーバーラップした周波数の領域で生じる周波数チャネル間の干渉を除去するICI除去手段を備えることを特徴とする受信装置。 - システムに割当てられた周波数帯域を分割して設定された複数の周波数チャネルを使って送信された信号を受信する受信装置であって、
各周波数チャネルについて波形レベル符号間干渉を許容して送信された信号を受信し、受信された信号の各周波数チャネルについて波形レベルでの符号間干渉を補償するISI補償手段を備えることを特徴とする受信装置。 - 周波数帯域を分割して設定される複数の周波数チャネルを使って通信する通信方法であって、
周波数上で隣接する複数の前記周波数チャネルを互いにオーバーラップさせることにより周波数チャネル間の干渉を許容させて送信された信号を受信する受信ステップと、
前記受信ステップにおいて受信された信号のうちのオーバーラップした周波数の領域で生じる周波数チャネル間の干渉を除去するICI除去ステップと、
を含むことを特徴とする通信方法。 - 周波数帯域を分割して設定される複数の周波数チャネルを使って通信する通信方法であって、
各周波数チャネルについて波形レベルでの符号間干渉を許容させて送信された信号を受信する受信ステップと、
前記受信ステップにおいて受信された信号のうちの各周波数チャネルについて波形レベル符号間干渉を補償するISI補償ステップと、
を含むことを特徴とする通信方法。 - 周波数帯域を分割して設定される複数の周波数チャネルを使って通信する通信方法であって、
周波数チャネルの利用状況に基づいて、現在使用されていない周波数チャネルの帯域を検出する機能及び、周波数チャネルの利用状況についての情報を取得するスペクトラム利用情報・ポリシー情報取得ステップと、
前記スペクトラム利用情報・ポリシー情報取得ステップにより得られた情報に基づいて、隣接する他ユーザ用の周波数チャネルに干渉を与えることの可否及び、自ユーザがISIを許容することの可否を判断する干渉・ISI可否判断ステップと、
前記干渉・ISI可否判断ステップにおける判断の結果に基づいて、前記送信装置に送信される信号の中心キャリア周波数、シンボルレート、整形パルス形状の少なくとも1つを決定するパルス形状・シンボルレート制御ステップと、
を含むことを特徴とする通信方法。
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