KR20090107538A - 통신 시스템, 송신 장치, 수신장치 및 통신 방법 - Google Patents

통신 시스템, 송신 장치, 수신장치 및 통신 방법 Download PDF

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KR20090107538A
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히토시 요시노
다쓰오 후루노
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가부시키가이샤 엔.티.티.도코모
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Abstract

복수의 유저가 협조할 필요 없고, 또한 높은 주파수 이용 효율이 실현 가능한 통신 시스템을 제공한다. 주파수대역을 복수의 주파수 채널로 분할하여 설정된 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 시스템이 주파수상에서 인접하는 복수의 상기 주파수 채널을 서로 오버랩시켜 채널간 간섭을 허용시키거나, 혹은 각 주파수채널의 점용 대역폭을 좁히기 위해서 각 채널에 있어서 파형 레벨에서의 부호간 간섭을 허용시켜 신호를 송수신하는 송수신 장치가, 채널간 간섭을 제거하는 ICI 제거 필터, 각 주파수 채널에 있어서의 파형 레벨에서의 부호간 간섭을 보상하는 ISI 보상 필터의 적어도 어느 한쪽으로서 기능하는 ICI 제거 및 ISI 보상 필터(111)를 구비하도록 구성한다.

Description

통신 시스템, 송신 장치, 수신장치 및 통신 방법{COMMUNICATION SYSTEM, TRANSMISSION DEVICE, RECEPTION DEVICE, AND COMMUNICATION METHOD}
본 발명은, 통신 시스템, 송신 장치, 수신장치 및 통신 방법에 관한 것으로, 특히 복수의 유저가 서로 협조하는 일 없이, 1 또는 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 환경에 적용되는 통신 시스템, 송신 장치, 수신장치 및 통신 방법에 관한 것이다.
복수의 유저의 신호는, 다중화되어 기지국에 송신된다. 다중화의 기술은, 다원 접속이라고도 불린다. 다원 접속의 방법으로서는, FDMA(Frequency Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)가 잘 알려져 있다. FDMA는, 스펙트럼이 한정된 주파수의 범위를 주파수축상에서 분할하여, 분할된 주파수를 각 유저에게 할당하고 다중화하여 송신하는 방식이다. 또한, OFDMA란, 직교파 주파수 분할 다중이라고 번역되어, 인접된 주파수를 갖는 스펙트럼을 서로 직교시키는 방식이다.
OFDMA에 대해서 기술한 공지 문헌으로서는, 예를 들면, 비특허문헌 1, 비특허문헌 2를 들 수 있다. 또한, FDMA에 대해 기록된 문헌으로서는, 예를 들면 비특허문헌 3, 비특허문헌 4를 들 수 있다.
OFDMA, FDMA에서는, 모두, 복수의 데이터 스트림을 병렬로 전송하기 위해, 각 스트림을 각각 1개의 주파수 채널을 사용하여 전송한다. 이 때문에, 각 주파수 채널(주파수대역)간의 간섭을 막기 위해, 이하와 같이 구성되어 있다.
도 20에, OFDMA의 주파수 스펙트럼을 도시한다. 도 20에서는, OFDMA 주파수 스펙트럼의 일례로서, 시스템 총대역폭 W1내에, 6개의 주파수 채널이 존재하는 경우를 도시하고 있다. OFDMA에서는, 복수의 유저(유저 1∼M)가, 각각 도 20에 도시한 복수의 스펙트럼 중 몇 개를 사용하여 데이터를 전송한다.(도 20에서는, 유저 1이 두 개의 주파수 채널을 사용하고, 유저 k가 하나의 주파수 채널을 사용하고, 유저 M이 세 개의 주파수 채널을 사용한 경우의 예를 도시하고 있다.) OFDMA에서는, 인접하는 주파수 채널을 오버랩시키는 것에 의해, 시스템의 총대역폭을 작게 할 수 있고, 주파수의 이용 효율을 높일 수 있다. 그러나, 인접하는 주파수 채널간의 직교성을 유지하기 위해서, 복수의 유저가 전송에 있어서 시간 동기를 잡을 필요가 있다. 비특허문헌 1, 비특허문헌 2에는, 유저끼리가 전송에 있어서 협조할 수 없는 경우, 신호의 직교성이 무너져 데이터 전송의 특성이 크게 열화되는 것이 기재되어 있다.
도 21은, FDMA의 스펙트럼을 도시한 도면이다. 도 21에서는 FDMA 주파수 스펙트럼의 일례로서, 시스템 대역폭 W2내에, 6개의 주파수 채널이 존재하는 경우를 도시하고 있다. 비특허문헌 3에 나타나는 바와 같이, FDMA에서는, 인접하는 주파수 채널 사이에 가이드 밴드를 설치하는 것에 의해, 각 유저가 사용하는 주파수 채널 간에서의 간섭을 막는다. 그 결과, FDMA의 시스템 총대역폭은 OFDMA보다 커져 버리지만, 유저 사이에서의 시간 동기는 불필요하다는 이점이 있다. 그러나, FDMA에서는, 각 채널의 신호 품질을 유지하기 위해, 각 주파수 채널에 있어서 부호간 간섭이 생기지 않는 신호 파형을 이용할 필요가 있다. 이러한 파형 레벨에서의 부호간 간섭을 막기 위해서는, 신호의 펄스 파형을 나이퀴스트(nyquist) 기준에 기초하여 정형한다.
FDMA에 있어서, 시스템 총대역폭을 작게 하는 것에 의해 주파수 이용 효율을 높이기 위해서는, 주파수 채널의 간격을 보다 작게 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 22에서는 가이드 밴드를 작게 하는 것에 의해 주파수 채널의 간격을 좁게 한 경우에 대해 도시하고, 도 23에서는 각 주파수 채널의 펄스 파형을 급준하게 하는 것에 의해, 주파수 채널 간격을 좁게 한 경우에 대해 도시하고 있다. 또한, 비특허문헌 4에는, 의도적으로 정보 심볼 레벨에서의 부호간 간섭을 도입하는 Partial Response 방식을 이용하는 것에 의해 각 주파수 채널의 점용 대역을 좁히는 방법이 기재되어 있다.
한편, 신호의 정형은, 펄스 정형 필터에 의해서 행하여진다. 다만, 도 23에 도시한 바와 같이, 주파수 영역에서 급준하게 일어서는 형상으로 정형하면, 시간 응답의 분산이 커지기 때문에, 실제로 그러한 필터를 설계하는 것은 곤란해진다. 따라서, 펄스의 정형에는, 주파수 영역상에 있어서의 형상과 정형된 펄스의 시간 분산의 크기의 사이에 트레이드 오프의 관계가 존재한다.
비특허문헌 1 : S.B.Weinstem and P.M.Ebet, "Data transmission by frequency-division multiplexing using the discrete Fourier transform," IEEE Trans. Commun., vol. 19, no. 5, pp. 628-34, Oct. 1971
비특허문헌 2 : Burton R. Saltzberg, "Performance of an efficient parallel data transmission system," IEEE Trans. Commun., vol. 15, no. 6, pp. 805-811, Dec. 1967.
비특허문헌 3 : J.G Proakis, "Digital Communications," pp.897-899.
비특허문헌 4 : J.G Proakis, "Digital Communications," pp.561-568.
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 펄스 파형을 정형하고, 가이드 밴드를 설치하는 종래의 FDMA에서는, 주파수의 이용 효율을 충분히 높이는 것이 곤란하였다. 즉, 파형 정형에서는, 펄스 파형을 급준하게 하면 스템의 총대역폭을 작게 할 수 있다. 다만, 인과성에 의해 펄스 정형 필터의 실현성이 어렵다. 이 때문에, 펄스 파형을 매끄럽게 할 필요가 있고, 그 결과적으로 시스템의 총대역폭을 충분히 작게 할 수 없다.
또한, OFDMA를 이용한 경우에는 시스템의 총대역폭을 작게 할 수 있지만, 각 유저 사이의 시간 동기를 확립할 필요가 있기 때문에, 복수의 유저 사이에서 협조가 필요하다.
또한, Partial Response 방식을 이용하여 각 주파수 채널에 있어서의 대역을 좁힌 경우, 수신기에 있어서, 수신신호에 심볼 레벨에서의 ISI (Inter-Symbol Interference: 부호간 간섭)가 있기 때문에, 심볼 복호 할 때에 오류 전파가 생겨 수신 특성이 열화한다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, 복수의 유저가 협조할 필요 없이, 또한 높은 주파수 이용 효율을 실현할 수 있는 통신 시스템, 송신 장치, 수신장치 및 통신 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
이상의 과제를 해결하기 위해, 청구항 1에 기재된 통신 시스템은, 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정되는 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 시스템으로서, 주파수상에서 인접하는 복수의 상기 주파수 채널을 서로 오버랩시키는 것에 의해 주파수 채널간 간섭을 허용시켜 신호를 송신하는 송신 장치와, 상기 송신 장치에 의해서 송신된 신호를 수신하는 수신장치를 포함하고, 상기 수신장치는, 송신된 신호 중의 오버랩한 주파수의 영역에서 생기는 주파수 채널간의 간섭을 제거하는 ICI(Inter Channel Interference: 인접 채널간 간섭) 제거 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 송신 장치가 복수의 주파수 채널을 서로 오버랩시켜 신호를 송신하는 것에 의해, 시스템에 할당된 주파수 대역을 보다 많은 주파수 채널로 사용할 수 있으므로, 주파수의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 수신장치가, 오버랩한 주파수의 영역에서 생기는 주파수 채널간의 간섭을 제거할 수 있으므로, 수신신호의 신호 품질이 저하하는 것을 막을 수 있다.
또한, 청구항 2에 기재된 통신 시스템은, 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정되는 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 시스템으로서, 주파수상에서 각 주파수 채널에 대해 파형 레벨에서의 부호간 간섭을 허용시켜 신호를 송신하는 송신 장치와, 상기 송신 장치에 의해서 송신된 신호를 수신하는 수신장치를 포함하고, 상기 수신장치는, 송신된 신호 중의 각 주파수 채널에 대해 파형 레벨에서의 부호간 간섭을 보상하는 ISI(Inter-Symbol Interference:부호간 간섭) 보상 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 송신 장치가 제로 ISI의 조건을 만족시키지 않는 펄스로 신호를 송신하는 것이 가능해지는 것에 의해, 각 주파수 채널의 대역을 작게 할 수 있다. 그 결과, 시스템에 할당된 주파수대역을 보다 많은 주파수 채널로 사용할 수 있으므로, 주파수의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 펄스 정형을 행하는데 있어서, 제로 ISI의 조건을 고려할 필요가 없기 때문에, 펄스 정형을 행하는 필터의 설계 실현성을 높일 수 있다.
또한, 수신측에서 ISI 보상할 수 있기 때문에, 수신신호의 신호 품질이 저하하는 것을 막을 수 있다.
또한, 청구항 3에 기재된 통신 시스템은, 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정된 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 시스템으로서, 신호를 송신하는 송신 장치와, 상기 송신 장치에 의해서 송신된 신호를 수신하는 수신장치를 포함하고, 상기 송신 장치가, 현재 사용되고 있지 않는 주파수 채널의 대역을 검출하는 기능 및, 주파수 채널의 이용 상황에 대한 정보를 취득하는 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득 수단과, 상기 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득 수단에 의해 얻어진 정보에 기초하여, 인접하는 타(他)유저용의 주파수 채널에 간섭을 주는 것의 여부 및, 자(自)유저가 ISI를 허용하는 것의 여부를 판단하고, 그 판단의 결과에 기초하여, 송신되는 신호의 중심 캐리어 주파수, 심볼레이트, 정형 펄스 형상의 적어도 1개를 결정하는 펄스 형상·심볼레이트 제어 수단과, 펄스 형상·심볼레이트 제어 수단에 의해 결정된 중심 캐리어 주파수에 의해, 송신 신호의 중심 캐리어 주파수를 제어하는 중심 캐리어 주파수 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 송신 장치가, 현재 사용되고 있지 않는 주파수 채널의 대역을 검출하여, 상기 주파수 채널에 인접하는 타유저용의 주파수 채널이 간섭을 허용하는 것의 여부를 판단하는 동시에, 상기 주파수 채널을 사용하는 자유저가 ISI를 허용하는 것의 여부를 판단하고, 판단의 결과에 기초하여, 송신되는 신호의 중심 캐리어 주파수, 심볼레이트, 정형 펄스 형상의 적어도 1개를 결정할 수 있다. 이 때문에, 수신신호의 신호 품질도 고려하면서, 주파수의 이용 상황에 따라서 보다 주파수 이용 효율이 높은 펄스 파형의 송신 신호를 송신할 수 있다.
또한, 청구항 4에 기재된 송신 장치는, 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정된 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 송신 장치로서, 주파수상에서 인접하는 복수의 상기 주파수 채널을 서로 오버랩시킨 신호를 송신하는 신호 송신 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 통신에 이용되는 주파수의 이용 효율을 높일 수 있다.
또한, 청구항 5에 기재된 송신 장치는, 청구항 4에 기재된 발명에 있어서, 상기 신호 송신 수단에 의해 송신되는 상기 신호의 주파수 채널과, 인접하는 주파수 채널이, 주파수축상에 있어서, 최대로 잉여 대역폭까지 오버랩시키는 것을 특징으로 한다. 여기서, 잉여 대역폭이란, 상기 신호의 펄스 정형 후에 있어서의 신호 대역폭으로부터, 상기 신호의 심볼레이트의 역수로 표시되는 나이퀴스트 대역폭을 공제한 주파수대역폭을 표시한다. 이러한 발명에 의하면, 주파수 채널간의 간섭을 수신측에서 제거 가능한 범위로 억제할 수 있다.
또한, 청구항 6에 기재된 송신 장치는, 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정된 복수의 주파수 채널을 사용하여 신호를 송신하는 송신 장치로서, 상기 주파수 채널은 ISI를 허용하여 신호를 송신하는 신호 송신 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 통신에 이용되는 주파수의 이용 효율을 높이는 동시에, 주파수 채널의 펄스 정형을 하는 필터의 실현성을 높일 수 있다.
또한, 청구항 7에 기재된 송신 장치는, 청구항 6에 기재된 발명에 있어서, 상기 신호 송신 수단에 있어서 허용되는 ISI에 대해서, 상기 주파수 채널이 나이퀴스트 대역을 하한으로서 펄스 정형 필터에 의해 대역 제한되고 나서 신호를 송신하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 각 주파수 채널에 있어서의 파형 레벨의 ISI를 수신측에서 보상 가능한 범위로 억제할 수 있다.
또한, 청구항 8에 기재된 송신 장치는, 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정된 복수의 주파수 채널을 사용하여 신호를 송신하는 송신 장치로서, 현재 사용되고 있지 않는 주파수 채널의 대역을 검출하는 기능 및, 주파수 채널의 이용 상황에 대한 정보를 취득하는 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득 수단과, 상기 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득 수단에 의해 얻어진 정보에 기초하여, 인접하는 타(他)유저용의 주파수 채널에 간섭을 주는 것의 여부 및, 자(自)유저가 ISI를 허용하는 것의 여부를 판단하고, 판단의 결과에 기초하여, 송신되는 신호의 중심 캐리어 주파수, 심볼레이트, 정형 펄스 형상의 적어도 1개를 결정하는 펄스 형상·심볼레이트 제어 수단과, 펄스 형상·심볼레이트 제어 수단에 의해 결정된 중심 캐리어 주파수에 의해, 송신 신호의 중심 캐리어 주파수를 제어하는 중심 캐리어 주파수 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 송신 장치가, 현재 사용되고 있지 않는 주파수 채널의 대역을 검출하여, 상기 주파수 채널에 인접하는 타(他) 유저용의 주파수 채널이 간섭을 허용하는 것의 여부를 판단하는 동시에, 상기 주파수 채널을 사용하는 자(自) 유저가 ISI를 허용하는 것의 여부를 판단하고, 판단의 결과에 기초하여, 송신되는 신호의 중심 캐리어 주파수, 심볼레이트, 정형 펄스 형상의 적어도 1개를 결정할 수 있다. 이 때문에, 수신신호의 품질도 고려하면서, 주파수의 이용 상황에 따라서 보다 펄스 정형 필터에 의한 주파수 채널 간격 및 점용 대역폭을 작게 한 후, 높은 주파수 이용 효율로 신호를 송신할 수 있다.
또한, 청구항 9에 기재된 수신장치는, 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정된 복수의 주파수 채널을 사용하여 송신된 신호를 수신하는 수신장치로서, 주파수상에서 인접하는 복수의 상기 주파수 채널을 서로 오버랩시키는 것에 의해 주파수 채널간의 간섭을 허용시켜 송신된 신호를 수신하고, 수신된 신호 중의 오버랩한 주파수의 영역에서 생기는 주파수 채널간의 간섭을 제거하는 ICI 제거 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 수신된 신호의 주파수 채널간의 간섭을 제거할 수 있으므로, 수신신호의 품질이 저하하는 것을 막을 수 있다.
또한, 청구항 10에 기재된 수신장치는, 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정된 복수의 주파수 채널을 사용하여 송신된 신호를 수신하는 수신장치로서, 각 주파수 채널에 대해 파형 레벨에서의 부호간 간섭을 허용하여 송신된 신호를 수신하고, 수신된 신호의 각 주파수 채널에 대해 파형 레벨에서의 부호간 간섭을 보상하는 ISI 보상 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 수신된 신호의 파형을 보상할 수 있으므로, 수신신호의 신호 품질이 저하하는 것을 막을 수 있다.
또한, 청구항 11에 기재된 통신 방법은, 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정되는 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 방법으로서, 주파수상에서 인접하는 복수의 상기 주파수 채널을 서로 오버랩시켜 송신된 신호를 수신하는 수신 스텝과, 상기 수신 스텝에 있어서 수신된 신호 중의 오버랩한 주파수의 영역에서 생기는 주파수 채널간의 간섭을 제거하는 ICI 제거 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 송신측이 복수의 주파수 채널을 서로 오버랩시켜 신호를 송신하는 것에 의해, 주파수대역을 보다 많은 주파수 채널로 사용할 수 있으므로, 주파수의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 수신측은 오버랩한 주파수의 영역에서 생기는 주파수 채널간의 간섭을 제거할 수 있으므로, 수신신호의 품질이 저하하는 것을 막을 수 있다.
또한, 청구항 12에 기재된 통신 방법은, 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정되는 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 방법으로서, 각 주파수 채널에 대해 파형 레벨에서의 부호간 간섭을 허용시켜 송신된 신호를 수신하는 수신 스텝과, 상기 수신 스텝에 있어서 수신된 신호 중의 각 주파수 채널에 대해 파형 레벨에서의 부호간 간섭을 보상하는 ISI 보상 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 송신 장치가 제로 ISI의 조건을 만족시키지 않는 펄스로 신호를 송신하는 것이 가능해지는 것에 의해, 각 주파수 채널의 대역을 작게 할 수 있다. 그 결과, 시스템에 할당된 주파수대역을 보다 많은 주파수 채널로 사용할 수 있으므로, 주파수의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 펄스 정형을 행하는데 있어서, 제로 ISI의 조건을 고려할 필요가 없기 때문에, 펄스 정형을 행하는 필터의 설계 실현성을 높일 수 있다. 또한, 수신측에서 ISI 보상할 수 있기 때문에, 수신신호의 신호 품질이 저하하는 것을 막을 수 있다.
또한, 청구항 13에 기재된 통신 방법은, 주파수대역을 분할하여 설정되는 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 방법으로서, 주파수 채널의 이용 상황에 기초하여, 현재 사용되고 있지 않는 주파수 채널의 대역을 검출하는 기능 및, 주파수 채널의 이용 상황에 대한 정보를 취득하는 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득 스텝과, 상기 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득 스텝에 의해 얻어진 정보에 기초하여, 인접하는 타(他)유저용의 주파수 채널에 간섭을 주는 것의 여부 및, 자(自)유저가 ISI를 허용하는 것의 여부를 판단하는 간섭·ISI 여부 판단 스텝과, 상기 간섭·ISI 여부 판단 스텝에 있어서의 판단의 결과에 기초하여, 상기 송신 장치에 송신되는 신호의 중심 캐리어 주파수, 심볼레이트, 정형 펄스 형상의 적어도 1개를 결정하는 펄스 형상·심볼레이트 제어 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 송신 장치가, 현재 사용되고 있지 않는 주파수 채널의 대역을 검출하고, 상기 주파수 채널에 인접하는 타(他)유저용의 주파수 채널이 간섭을 허용하는 것의 여부를 판단하는 동시에, 상기 주파수 채널을 사용하는 자유저가 ISI를 허용하는 것의 여부를 판단하고, 판단의 결과에 기초하여, 송신되는 신호의 중심 캐리어 주파수, 심볼레이트, 정형 펄스 형상의 적어도 1개를 결정할 수 있다. 이 때문에, 수신신호의 신호 품질도 고려하면서, 주파수의 이용 상황에 따라서 보다 주파수 이용 효율이 높은 펄스 파형의 송신 신호를 송신할 수 있다.
[발명의 효과]
이상 서술한 본 발명은, 주파수 채널간을 좁힌 신호를 송신하고, 수신측에서 주파수 채널 파형을 보상하거나, 혹은 주파수 채널간의 간섭을 제거할 수 있다. 또한, 자(自)장치가 송신하는 신호를, 상황에 따라서 다른 주파수 채널에 간섭시키는 것, 및/또는 자(自)주파수 채널에 파형 레벨의 부호간 간섭을 허용하는 것이 가능하다. 이 때문에, 복수의 유저가 협조하지 않아도, 주파수의 이용 효율이 높고, 게다가 신호 품질이 저하하지 않는 통신 시스템, 송신 장치, 수신장치, 통신 방법을 제공할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 실시형태 1의 ICI 제거법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
[도 2] Cyclic Wiener 필터의 개략을 설명하기 위한 도면이다.
[도 3] FSE 필터의 개략을 설명하기 위한 도면이다.
[도 4] 본 발명의 실시형태 1의 주기 정상성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
[도 5] 본 발명의 실시형태 2의 제로 ISI 신호의 생성법에 대해 설명하기 위 한 도면이다.
[도 6] 본 발명의 실시형태 1 내지 실시형태 4의 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
[도 7] 본 발명의 실시형태 1에 있어서, 복수의 유저에 의해서 사용되는 주파수 채널이 오버랩하고 있는 상태를 도시한 도면이다.
[도 8] 본 발명의 실시형태 1의 수신장치를 설명하기 위한 도면이다.
[도 9] 본 발명의 실시형태 1의 ICI의 허용 범위를 설명하기 위한 도면이다.
[도 10] 본 발명의 실시형태 2의 수신장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
[도 11] 본 발명의 실시형태 2의 ISI 보상에 의해서 주파수 채널의 대역을 좁힐 수 있는 허용 범위를 설명하기 위한 도면이다.
[도 12] 본 발명의 실시형태 2의 ISI 보상의 순서를 설명하기 위한 도면이다.
[도 13] 본 발명의 실시형태 3의 수신장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
[도 14] 본 발명의 실시형태 3의 수신장치로 펄스 파형을 정형하는데 적합한 주파수 채널을 도시한 도면이다.
[도 15] 본 발명의 실시형태 1 내지 실시형태 3의 수신장치로 이루어지는 통신 방법을 나타내는 플로차트이다.
[도 16] 본 발명의 실시형태 1 내지 실시형태 3에 의해서 얻어지는 효과를 비교하기 위한 도면이다.
[도 17] 본 발명의 실시형태 4의 송신 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
[도 18] 도 17에 도시한 송수신 장치의 다른 구성예를 도시한 도면이다.
[도 19] 실시형태 4의 통신 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
[도 20] 일반적인 OFDMA의 스펙트럼을 도시한 도면이다.
[도 21] 일반적인 FDMA의 스펙트럼을 도시한 도면이다.
[도 22] 주파수 채널 간격을 작게 하기 위해 가이드 밴드를 작게 한 경우의 예를 도시한 도면이다.
[도 23] 주파수 채널 간격을 작게 하기 위해 펄스 파형을 급준하게 한 예를 도시한 다른 도면이다.
[부호의 설명]
101a,101b : 기지국
102a,102b : 송수신 장치
103a,103b,104a,104b,104c : 휴대 전화기
111 : ICI 제거 및 ISI 보상 필터
151,161 : 송신 유닛
152 : 데이터 생성·변조부
153 : 펄스 정형부
154 : D/A변환기
155,501 : RF부
157 : 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득부
158 : 펄스 형상·심볼레이트 제어부
159 : 중심 캐리어 주파수 제어부
401 : 송수신부
502 : A/D변환부
503,504,505 : 채널 신호 선택 필터
506 : ICI 제거 필터
801 : ISI 보상 필터
이하, 본 발명의 실시형태 1 내지 실시형태 4를, 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 각 실시형태의 설명에 있어서, 같은 구성에 대해서는 일부 도시 및 설명을 생략한다. 또한, 먼저 도시한 도면의 구성과 같은 구성에 대해서는 같은 부호를 붙이고 도시한다.
1. 이론
먼저, 본 발명의 실시형태의 설명에 앞서, 실시형태 1 내지 실시형태 4에 있어서 실행되는 간섭 제거를 위한 신호 처리의 이론에 대해 설명한다.
실시형태 1은, 많은 지점에 있는 각 유저의 통신 단말장치로부터 송신되는 데이터를, 무선 통신을 행하는 환경에서 효율적으로 다중화하는, 다원 접속에 적용된다. 이하, 통신 시스템, 송신 장치, 수신장치 및 통신 방법의 설명에 앞서, 본 발명의 다원 접속의 원리에 대해 설명한다.
(1) ICI의 제거
먼저, ICI(Inter-Channel Interference)를 제거하는 방법에 대해 설명한다. 실시형태 1에서의 ICI의 제거는, 송신측에서 제로 ISI를 만족시키고, 또한 주파수 채널을 서로 오버랩시키는 것에 의해서 주파수 채널 간격을 작게 한 경우에 채널간의 간섭인 ICI가 생기기 때문에 이루어지는 것이다.
도 1(a), (b), (c)는, 본 발명의 실시형태 1의 ICI 제거의 이론을 설명하기 위한 도면이다. ICI의 제거는, 주기 정상성을 이용할 수 있는 Cyclic Wiener 필터 혹은 FSE(분수 간격 등화기 : Fractionally Spaced Equalizer) 필터 등의 주지의 필터에 의해서 실현할 수 있다.
ICI 제거를 위한 적응 필터로서는, 신호의 주기 정상성을 이용하여, 인접하는 주파수 채널과의 오버랩에 의해서 간섭을 받는 나이퀴스트 대역폭 외의 주파수 성분(잉여 대역폭 주파수 성분)을, 간섭의 영향을 받지 않은 나이퀴스트 대역폭 주파수 성분을 이용하여 복원하는 것이다.
도 2는, Cyclic Wiener 필터의 개략을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 3은, FSE필터의 개략을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 나타나는 바와 같이, Cyclic Wiener 필터는, 병렬로 접속된 복수의 FSE 필터(201)를 포함하고, FSE 필터 (201)의 출력이 합성된다. 합성 후의 출력은 원하는 신호로부터 공제되어, 오차 신호가 생성된다. 이 오차 신호가 작아지도록, FSE 필터(201)의 각 필터 계수가 조정된다.
FSE 필터(201)는, 도 3에 나타나는 바와 같이, 입력되는 오버 샘플된 신호를 지연시키는 일련의 지연 요소(301)를 갖고, 각각의 출력에 계수 또는 웨이트 ci를 곱셈하여 합성한다. 이 1군의 계수는 탭 계수라고도 불린다. 한편, Cyclic Wiener 필터 및 FSE 필터(201)는, 예를 들면 이하에 기술한 문헌 1, 문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 공지이기 때문에 이상의 설명을 생략하는 것으로 한다.
문헌 1 W. A. Gardner, "Exploitation of spectral redundancy" in cyclo stationary signals", IEEE Signal Processing Magazine, vol. 8, no. 2, pp. 14-36, Apr. 1991
문헌 2 W. A. Gardner, "Cyclic Wiener filtering: theory and method", IEEE Trans. Commun, vol. 41, no. 1, pp. 151-163, jan. 1993
도 1(a)에 도시한 예에서는, 3개의 주파수 채널 중, 중앙의 P로 표시되는 주파수 채널을 처리하는 것으로 한다. 여기서, 주파수 채널 P와, P와 인접하는 주파수 채널은 오버랩하는 영역이 존재하는 것으로 한다. 이것에 의해, 주파수 채널 P는, 인접하는 주파수 채널로부터 간섭의 영향을 받는다. 신호의 주기 정상성에 의해, 도 1(c)에 도시한 범위 D의 주파수 성분이 범위 B의 주파수 성분과 상관이 높고, 범위 C의 주파수 성분이 범위 A의 주파수 성분과 상관이 높다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 범위 D의 신호 성분을 범위 B의 신호 성분을 사용하여 복원하고, 범위 C의 신호 성분을 범위 A의 신호 성분을 사용하여 복원할 수 있다. 한편, 도 1(c)에 도시한 주파수의 범위 E는, 나이퀴스트 대역을 도시하고 있다.
한편, 여기서, 주기 정상성에 대해 간단하게 설명한다. 도 4(a)는, 디지털 변환된 신호가 심볼 간격 Ts로 주기적으로 보내져 오는 상태를 도시하고 있다. 도 4(b)는, (a)에 도시한 신호의 스펙트럼을 도시한 도면이다. (b)를 펄스 정형하는 것에 의해서 (c)에 도시한 펄스 신호를 얻을 수 있다. (b)에 도시한 스펙트럼의 주기성에 의해, (c)에 도시한 펄스 신호에서는, 나이퀴스트 대역폭내(B', D')의 주파수 성분과 잉여 대역 주파수 성분(B, D)과의 사이에 상관이 있다. 잉여 대역이란 점용 대역으로부터 나이퀴스트 대역폭을 없앤 대역을 말한다.
실시형태 1에서는, 이 주파수 성분의 상관을 이용하여, 주파수 채널을 오버랩시키는 것에 의해 ICI를 허용하여, 채널간의 간섭(ICI)을 수신측에서 제거한다. 주파수 채널간의 간섭 제거는, 주파수 채널마다 이루어지고, ICI 제거 필터에 의해서 실행할 수 있다.
(2) 제로 ISI
도 5(a), (b)는, 실시형태 2가, ISI(Inter-Symbol Interference:부호간 간섭)를 제거하여 제로 ISI의 신호를 생성하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5(a)는, 제로 ISI의 조건을 만족시키는 예로서 레이즈드 코사인펄스를 도시한 도면이다.
도 5(a)는, 가로축에 주파수 f를, 세로축이 펄스의 주파수 응답(Frequency Response)을 도시하고 있다. 나이퀴스트 대역폭[-0.5/Ts, 0.5/Ts](심볼레이트가 1/Ts인 경우)의 경계선(+0.5/Ts, -0.5/Ts)에 대해서 Vestigial symmetry가 만족된다. Vestigial symmetry를 만족시키는 조건이란, 도 5(a) 중에 도시한 A, B, C, D 의 영역의 면적이 전부 같아지는(A=B=C=D) 것을 말한다. 실시형태 2에서는, A=B=C=D의 조건을, 제로 ISI 조건이라고 기술한다.
한편, 나이퀴스트 주파수란, 심볼레이트의 반이 된다(심볼레이트가 1/Ts 의 경우에는 0.5/Ts가 나이퀴스트 주파수가 된다). 0Hz를 중심으로 한 -0.5/Ts로부터 0.5/Ts까지의 대역을 나이퀴스트 대역이라고 한다.
도 5(b)는, (a)의 A=B=C=D의 조건이 만족되는 펄스를 샘플링한 예를 도시하고 있다. 펄스의 주파수 응답은, 앨리어징에 의해서 꺾여져, 꺾인 신호가 더해 합쳐져 도 5(c)에 나타내는 플랫한 스펙트럼을 얻을 수 있다. 즉, 파형 레벨의 제로 ISI를 실현될 수 있는 펄스의 주파수 응답은, 샘플링 후에 플랫 스펙트럼이 되는 것을 알 수 있다.
실시형태 2는, 이 점을 이용한 것이다. 즉, 송신측에서는 파형 레벨에서의(부호간 간섭) ISI가 생기는 것을 허용하여 송신 신호를 다중화하고, 수신측에서 신호의 파형 레벨에서의 ISI를 보상하여 부호간 간섭을 제거한다.
(실시형태 1)
(통신 시스템)
다음에, 실시형태 1의 통신 시스템의 개략에 대해 설명한다. 도 6은, 실시형태 1, 실시형태 4의 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 실시형태 1의 통신 시스템은, 주파수를 복수의 대역에 분할하여 설정된 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 시스템이다.
도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 통신 시스템은, 기지국(101a,101b)과, 기 지국(101a,101b)을 통하여 다른 통신 단말장치와 통신하는 휴대전화기(103a,103b, 104a,104b,104c)를 가지고 있다. 기지국(101a), 기지국(101b)이 통신을 관리할 수 있는 범위를 각각 통신관리 에어리어(a)라고 칭한다.
휴대전화기(103a,103b)는 같은 사업자의 휴대전화기로서, 휴대 전화기(104a, 104b,104c)는, 휴대 전화기(103a,103b)의 사업자와 다른 사업자의 휴대 전화기이다. 한편, 도 6에서는, 통신 시스템에 있어서 통신하는 통신 단말장치를 전부 휴대 전화기로 했지만, 실시형태 1은 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 통신 시스템에 있어서 통신할 수 있는 통신 단말장치이면, 다른 어떠한 통신 단말장치도 적용하는 것이 가능하다.
기지국(101a,101b)은, 송수신 장치(102a,102b)를 각각 구비하고 있다. 송수신 장치(102a)는, 휴대 전화기(103a,104a,104b)가 각각 주파수 채널을 사용하여 송신한 신호를 수신한다. 그리고, 수신된 신호를 다중화한다. 다중화된 신호는, 보다 상위 레이어의 장치를 통하여 기지국(101b)에 송신된다.
송신된 신호는, 송수신 장치(102b)에 의해서 수신되고, 휴대 전화기(103b)나 휴대 전화기(104)에 송신되어 수신된다.
또한, 휴대 전화기(103a,103b) 및 휴대 전화기(104a,104b,104c)도 각각 송수신부(401)를 구비하고 있다.
실시형태 1에서는, 복수의 휴대 전화기의 복수의 송수신부(401) 전체가 송신 장치로서, 송수신 장치(102a,102b)가 수신장치로서 기능한다. 다만, 본 발명은, 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라, 송신 장치가 다원 접속으로 무선 신호를 송신 하고, 수신장치가 송신된 무선 신호를 수신하는 구성이면, 어떻게 송신 장치, 수신장치를 구성해도 좋다.
(송신 장치)
본 발명의 실시형태 1의 송신 장치에 대해 설명한다. 상기한 바와 같이, 휴대 전화기(103a)와 휴대 전화기(104a,104b)는 각각 다른 유저의 휴대 전화기이다. 이 때문에, 휴대 전화기(103a)는, 휴대 전화기(104a,104b)와 다른 1개 또는 복수의 주파수 채널을 사용하여 기지국(101a)과 통신을 하고 있다.
여기에서는 일례로서, 휴대 전화기(103a)의 주파수 채널과 휴대 전화기(104a 및 104b)의 주파수 채널은, 주파수상에서 인접하고 있는 경우에 대해 설명한다. 또한, 실시형태 1에서는, 주파수 채널의 각각은 ISI가 생기지 않도록 제로 ISI 조건을 만족시키고 있는 것으로 한다.
도 7은, 실시형태 1의 휴대 전화기(103a,104a,104b)의 신호의 송신에 사용되는 주파수 채널을 도시하고 있다. 도 7에 도시한 주파수 채널은, 제로 ISI의 조건을 만족시키면서 서로 오버랩하고 있다. 한편, 주파수 채널의 펄스 정형 필터에 대해서, 펄스가 제로 ISI 조건을 만족시키도록, 송신측의 각 송수신부(401)에 있어서 필터 정형되고 있다.
즉, 실시형태 1의 송신 장치는, 주파수상에서 인접하는 복수의 주파수 채널을 서로 오버랩시킨 신호를 송신하는 것이라 할 수 있다.
또한, 송신 신호의 주파수 채널은, 오버랩에 의해서 주파수 채널 간격이 좁혀져 있다. 수신측에서, ICI를 허용 범위내에 넣기 때문에, 실시형태 1에서는, 오 버랩 범위를 잉여 대역폭까지로 하였다.
한편, 실시형태 1의 송신 장치는, 복수의 통신 단말장치의 집합에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 복수의 주파수 채널을 오버랩시키면서 신호를 송신하는 1개의 구성이라도 좋다.
(수신장치)
도 8은, 실시형태 1의 수신장치를 설명하기 위한 도면이다. 수신장치는, 송신된 신호 중, 오버랩한 주파수의 영역에서 생기는 주파수 채널간의 간섭을 제거하는 ICI 제거 필터(506)를 구비하고 있다. 이러한 구성에 있어서, ICI 제거 필터 (506)는 ICI 제거 수단에 상당한다.
또한, 수신장치는, 복수의 채널 신호 선택 필터(503,504,505)를 구비하고 있다. 이러한 필터는, 유저가 복수의 주파수 채널을 사용하고 있는 경우, 송신된 신호의 주파수 채널을 선택하기 위한 구성이다.
즉, 도 8에 도시한 수신장치는, 예를 들면, 유저 k에 의해서 송신된 신호를 수신한다. 수신된 신호는, RF부(501)에 의해서 다운컨버전된 후, A/D변환기(502)에 의해서 디지털 변환된다. 유저 k가 M개의 주파수 채널을 이용하고 있다고 하면, 수신장치에서는, M개의 채널 신호 선택 필터를 사용하여 유저 k가 통신에 이용한 복수의 주파수 채널을 추출한다. 도 8에 도시한 예에서는, 유저 k가 송신한 신호가 채널 신호 선택 필터(504)를 통과하고 있다.
또한, 실시형태 1에서는, 수신 후의 주파수 채널의 펄스 파형이 제로 ISI의 조건을 만족시키고 있다. 제로 ISI의 조건을 만족시키는 펄스 정형은, 실시형태 1 과 같이 송신 장치로 미리 행하더라도 좋고, 수신장치에 송신 장치의 도시하지 않은 펄스 파형 정형 필터와 협동하여 펄스 파형을 정형하는 필터를 설치하는 것이라도 좋다.
또한, 각 주파수 채널이 오버랩하는 주파수대역을, 잉여 대역폭내로 하는 것에 의해, ICI 제거 필터(506)가, 잉여 대역폭내까지의 ICI를 제거할 수 있다. 도 9는, ICI의 허용 범위를 설명하기 위한 도면이다. 심볼레이트가 1/Ts, 펄스 정형의 롤 오프 계수를 α로 한 경우, 도 9에 도시하는 바와 같이, ICI 허용 범위는 α/2Ts로서 표시된다.
한편, ICI 허용 범위는 주파수 채널을 사용하여 송신되는 신호의 강도의 영향을 받아, 파워가 다른 주파수 채널에 영향을 미치지 않을 정도로 작은 신호의 주파수 채널은, 인접하는 주파수 채널의 나이퀴스트 대역에 간섭해도 좋다.
또한, ICI 제거 필터(506)에는, 주기 정상성을 이용한 Cyclic Wiener 필터나 FSE 필터 등을 사용할 수 있다.
이상 서술한 실시형태 1에 의하면, 송신측이 ISI 제로 조건을 만족시키면서 오버랩한 신호를 송신하고, 수신측에서 오버랩에 의해서 생기는 ICI를 제거하여 주파수 채널간의 간섭을 제거할 수 있다. 이 때문에, 복수의 유저가 협조하지 않아도, 주파수의 이용 효율이 높고, 게다가 신호 품질이 저하하지 않는 통신 시스템, 송신 장치, 수신장치 및 통신 방법을 제공할 수 있다.
(실시형태 2)
다음에, 본 발명의 실시형태 2에 대해 설명한다. 실시형태 2는, 펄스 파형이 제로 ISI조건을 만족시키지 않는 주파수 채널에 의한 신호를 수신하고, 수신장치의 측에서 ISI 보상하는 수신장치이다. 한편, 실시형태 2에서는, 송신측이 펄스 신호를 오버랩시키는 것은 하고 있지 않다.
실시형태 2에서는, 휴대 전화기(103a,104a,104b)의 송수신부(401)는, 복수의 상기 주파수 채널의 ISI를 허용하여 신호를 송신하는 신호 송신 수단으로서 기능한다.
도 10은, 실시형태 2의 수신장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 10에 도시한 수신장치는, 도 8에 도시한 수신장치와 같이, RF부(501), A/D변환기 (502)를 구비하고 있다. 다만, ICI 제거 필터(506)를 대신하여 ISI 보상 필터(801)를 구비하고 있는 점에서 상이하다. ISI 보상 필터(801)는, 본 실시형태의 ISI 보상 수단이 된다.
ISI 보상 필터는, 주기성 정상성을 이용한 적응 필터를 사용하여 실현할 수 있다. 적응 필터로서는, 예를 들면, Cyclic Wiener 필터나 FSE 필터 등을 사용할 수 있다.
도 11(a)은, 실시형태 2의 수신장치에 수신되는 신호를 설명하기 위한 도면이다. 도시한 주파수 채널은, 펄스 형상이 제로 ISI 조건을 만족시키지 않는다. 이러한 신호는, ISI의 영향에 의해 수신 후의 신호 특성이 낮고, 정확하게 정보를 전달할 수 없는 우려가 있다. 실시형태 2는, 이러한 신호를 수신한 경우에도, 수신측에서 ISI를 보상하는 것에 의해서 신호 품질이 높고, 또한 주파수의 이용 효율이 높은 통신을 실현하는 것이다.
도 11(b), (c)는, ISI 보상에 의해서 주파수 채널의 대역을 좁힐 수 있는 허용 범위를 설명하기 위한 도면이다. 도 11(b)는, 실시형태 2의 방법을 이용하지 않는 제로 ISI 조건을 만족시키는 경우의 주파수 채널의 형상을 표시하고 있다. 이 경우, 심볼레이트를 1/Ts, 제로 ISI 조건을 만족시키기 위한 롤 오프 계수를 α로 하면, 주파수 채널의 대역폭은 (1+α)/Ts가 된다. 도 11(c)는, 실시형태 2의 방법을 이용하여, 주파수 채널의 대역폭을 가장 작게 한 경우를 표시하고 있다. 이 경우, 주파수 채널의 대역폭은, 나이퀴스트 대역폭(=1/Ts)까지 좁힐 수 있다. 이것에 의해, 주파수 채널의 대역폭을 최대 α/Ts까지 좁힐 수 있다.
도 12는, 실시형태 2의 ISI 보상의 순서를 설명하기 위한 도면이다. 실시형태 2의 ISI 보상은, 도 12(a)에 도시한 3개의 주파수 채널 중, 중앙의 P로 표시되는 주파수 채널을 처리하는 것으로 한다. 채널 신호 선택 필터를 이용하여, 처리 대상으로 하고 있는 주파수 채널 P를 추출해{도 12(b)}, 추출된 주파수 채널 P의 ISI 성분을 ISI 보상 필터(801)에 의해서 보상한다. 그 결과, ISI 보상 필터(801)에서는, 제로 ISI 조건을 만족시키도록 조정된 신호가 출력된다{도 12(c)}.
한편, 실시형태 2에 의해서 제로 ISI 조건을 만족시키도록 정형하는데 적합한 펄스로서, 이하의 2식을 만족시키는 펄스를 들 수 있다.
X(f)
=cos(πfTs/(1+α)) for ｜f｜< (1+α)/2Ts
and
X(f)=0 for otherwise
이러한 펄스의 특징은, 잉여 대역폭(α/Ts)이 비교적 작고, 또한, 펄스 파형의 형상이 비교적 매끄러운 점이다.
이상 서술한 실시형태 2에 의하면, 송신 장치가 제로 ISI의 조건을 만족시키지 않는 펄스로 신호를 송신하는 것이 가능해지는 것에 의해, 각 주파수 채널의 대역을 작게 할 수 있다. 그 결과, 시스템에 할당된 주파수대역을 보다 많은 주파수 채널로 사용할 수 있으므로, 주파수의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 펄스 정형을 행하는데 있어서, 제로 ISI의 조건을 고려할 필요가 없기 때문에, 펄스 정형을 행하는 필터의 설계 실현성을 높일 수 있다.
(실시형태 3)
다음에, 본 발명의 실시형태 3에 대해서 설명한다. 실시형태 3은, 실시형태 1과 실시형태 2를 조합하여 구성되는 수신장치로서, 수신장치의 측에 ICI를 제거하는 필터와 ISI를 보상하는 필터를 설치하고 있다.
도 13은, 실시형태 3의 수신장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 13에 도시한 수신장치는, 도 8, 도 10에 도시한 수신장치와 같이, RF부(501), A/D변환기(502)를 구비하고 있다. 그리고, ICI 제거 및 ISI 보상 필터(111)를 구비하고 있다. ICI 제거 및 ISI 보상 필터(111)는, 상기한 ICI 제거 필터(506), ISI 보상 필터(801)의 기능을 조합한 필터로서, 적응 필터를 사용하여 실현할 수 있다. 적응 필터로서는, 예를 들면, Cyclic Wiener 필터나 FSE 필터 등을 사용할 수 있다.
도 14는, 실시형태 3의 수신장치로 펄스 파형을 정형하는데 적합한 주파수 채널을 도시한 도면이다. 도 14의 가로축은 주파수를 도시하고 있고, 세로축은 펄 스의 주파수 응답을 도시하고 있다. 이러한 파형을 갖는 주파수 채널은, 제로 ISI 조건을 만족시키는 일이 없고, 또한 오버랩하고 있다.
도 13에 도시한 수신장치에 수신된 신호는, RF부(501)에 의해서 다운컨버전된 후, A/D변환기(502)에 의해서 디지털 변환된다. 또한, 채널 신호 선택 필터 중 대응하는 어느 한 쪽을 통과한다. 그리고, ICI 제거 및 ISI 보상 필터(111)에 의해서 ICI의 제거와 ISI 보상된다.
이상 서술한 실시형태 3에 의하면, 송신측이 제로 ISI의 조건을 만족시키지 않는 펄스로 오버랩한 신호를 송신하고, 수신측에서 ISI 보상을 행하는 동시에, 오버랩에 의해서 생기는 ICI를 제거하여 주파수 채널간의 간섭을 제거할 수 있다. 이 때문에, 각 주파수 채널의 대역폭을 작게 할 수 있고, 또한 오버랩하여 송신되는 것에 의해, 시스템에 할당된 주파수대역을 보다 많은 주파수 채널로 사용할 수 있으므로, 주파수의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 펄스 정형을 행하는데 있어서, 제로 ISI의 조건을 고려할 필요가 없기 때문에, 펄스 정형을 행하는 필터의 설계 실현성을 높일 수 있다.
이 때문에, 복수의 유저가 협조하지 않아도, 주파수의 이용 효율이 높고, 게다가 신호 품질이 저하하지 않는 통신 시스템, 송신 장치, 수신장치 및 통신 방법을 제공할 수 있다.
(통신 방법)
도 15(a), (b), (c)는, 이상 서술한 실시형태 1 내지 실시형태 3의 수신장치로 이루어지는 통신 방법을 나타내는 플로차트이다. 한편, 도 15(a), (b), (c)의 플로차트는, 같은 처리를 포함한다. 도면중에서는, 같은 처리에 대해서는 같은 부호를 붙이고 있다.
도 15(a)에 도시하는 바와 같이, 실시형태 1에서는, 수신장치가 송신 장치로부터 신호를 수신한다(S131). 그리고, 복수의 채널 신호 선택 필터를 사용하여, 수신하고 싶은 신호의 주파수 채널을 판정한다(S132). 수신장치는, 판정의 결과 얻어진 주파수 채널에 적절한 ICI 제거 필터를 사용하여, 수신신호로부터 ICI를 제거한다(S133).
또한, 실시형태 2에서는, 수신장치가 송신 장치로부터 신호를 수신한다 (S131). 그리고, 복수의 채널 신호 선택 필터를 사용하여, 수신하고 싶은 신호의 주파수 채널을 판정한다(S132). 수신장치는, 판정의 결과 얻어진 주파수 채널에 적절한 ISI 보상 필터를 사용하여, 수신신호의 ISI를 보상한다(S134).
또한, 실시형태 3에서는, 수신장치가 송신 장치로부터 신호를 수신한다 (S131). 그리고, 복수의 채널 신호 선택 필터를 사용하여, 수신하고 싶은 신호의 주파수 채널을 판정한다(S132). 수신장치는, 판정의 결과 얻어진 주파수 채널에 적절한 ICI 제거 및 ISI 보상 필터를 사용하여, 수신신호의 ICI를 제거하는 동시에 ISI를 보상한다(S135).
(실시형태 1 내지 3의 비교)
도 16은, 이상 서술한 실시형태 1 내지 실시형태 3에 의해서 얻어지는 효과를 비교하기 위한 도면이다. 여기에서는, 도 21에 도시한 FDMA에 의한 통신을 종래 방식 1, 도 20에 도시한 OFDMA에 의한 통신을 종래 방식 2라 한다. 또한, 실시형태 1의 통신 방법을 제안 방식 1, 실시형태 2의 통신 방법을 제안 방식 2, 실시형태 3의 통신 방법을 제안 방식 3이라 하고 있다.
또한, 도 16에서는, 이상의 5개에 대해서, 주파수 이용 효율, 펄스의 시간 응답의 분산의 크기, 채널간의 간섭(ICI)의 유무, 부호간의 간섭(ISI)의 유무의 4항목을 비교하고 있다. 도시한 바와 같이, 본 실시 형태 1 내지 3의 통신 방법 혹은 통신 시스템, 수신장치는, 종래의 기술과 비교하여 주파수 이용 효율을 향상하고, 펄스의 시간 응답의 분산을 작게 할 수 있다. 또한, ICI나 ISI 혹은 양쪽 모두 허용하여 송신하고, 수신측에서 그것들을 제거, 보상하여 각 주파수 채널의 신호를 품질 좋게 취할 수 있다.
(실시형태 4)
다음에, 본 발명의 실시형태 4에 대해 설명한다. 실시형태 4의 통신 시스템은, 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 시스템으로서, 신호를 송신하는 송신 장치와, 송신 장치에 의해서 송신된 신호를 수신하는 수신장치를 구비하고 있다. 실시형태 4에서는, 도 6에 도시한 송수신 장치(102b)를 송신 장치, 관리 에어리어 (a)내의 휴대 전화기(103b,104c)를 수신장치로 한다.
도 17(a), (b)는, 실시형태 4의 송신 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 17(a)은, 송신 장치의 장치 구성을 도시하고, (b)는 복수의 유저가 복수의 주파수 채널을 사용하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 17(b)에 도시하는 바와 같이, 다원 접속에서는, 복수 유저(유저 1, …, 유저 N)가 복수의 멀티 채널(예를 들면 유저 k가 fk1, fk2, …, fkM의 주파수 채널을 사용한다)을 이용하여 복수의 데이터 스트림을 병렬로 전송한다. (b)는, 가로축에 주파수를 나타내고, 주파수의 대역이 신호의 주파수 채널로서 이용되고 있는 것을 주파수축상에 기술한 스펙트럼에 의해서 도시하고 있다.
도면 중, 같은 사선은 같은 유저에 의해서 사용되고 있는 주파수 채널인 것을 도시한다. 여기에서는, 유저 1이 f11이 f1k'를 사용하고, 유저 k가 fk1과 fkM을 사용하고 있다. 도면으로부터 분명하듯이, 유저는, 1개 또는 복수의 주파수 채널을 사용하고 있다.
도 17(a)에 도시한 송신 장치는, 유저마다 송신 신호를 생성하고, 펄스 파형의 정형을 하여 송신하는 송신 유닛(151)을 가지고 있다. 송신 유닛(151)은, 주파수 채널마다 송신해야 할 정보의 데이터를 생성하고, 데이터를 사용하여 신호를 변조하는 것에 의해 송신 신호를 생성하는 데이터 생성·변조부(152), 송신 신호의 펄스 파형을 정형하는 펄스 정형부(153), 정형 후의 펄스 파형을 디지털 신호로부터 아날로그 신호로 변환하는 D/A변환기(154), 아날로그화 된 베이스 밴드 신호를 업 컨버전하는 RF부(155), 신호를 송신하는 안테나(156)를 구비하고 있다.
또한, 송신 유닛(151)은, 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득부(157), 펄스 형상·심볼레이트 제어부(158), 중심 캐리어 주파수 제어부(159)를 구비하고 있다. 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득부(157)는, 현재 사용되고 있지 않는 주파수 채널의 대역을 검출하는 기능 및, 다른 유저의 주파수 채널의 이용 상황, 다 른 유저가 ICI의 제거의 기능을 구비하고 있는지 아닌지 등의 폴리시 정보를 취득하는 기능을 갖는다.
스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득부(157)는, 이하의 구성에 의해서 주파수 채널의 이용 상황이나 폴리시 정보를 취득하는 것이 가능하다. 예를 들면, 유저끼리가 미리 폴리시 정보로서 주파수 이용 폴리시(예를 들면 유저 클래스의 ID, 및 각 유저 클래스와의 오버랩 가능한지 불가능한지의 정보)를 공유하는 것으로 한다.
각 유저는, 주파수상에서 인접하는 주파수 채널의 스펙트럼으로부터 유저 클래스를 판별하는(예를 들면 ID를 추정) 것에 의해 인접하는 주파수 채널의 신호 강도나 사양, ICI의 제거 기능의 유무를 판단할 수 있다. ICI 제거의 기능을 구비하고 있다고 판단된 경우에는, 이 주파수 채널에 오버해서 좋다고 판단할 수 있다.
또한, 실시형태 4에서는, 유저끼리가 정보교환하기 위한 제어 채널을 미리 설치해 둘 수 있다. 이와 같이 하면, 제어 채널을 통하여 인접하는 주파수 채널의 유저에 대한 오버랩 등의 여부를 판단할 수 있다.
또한, 주파수 채널의 이용 상황이나 주파수 이용 폴리시를 순서대로 보존, 갱신하는 데이터 베이스를 설치해 둘 수도 있다. 데이터 베이스에는, 어느 유저 클래스가 어느 채널을 이용하고 있는지가 등록되고, 각 유저가 거기에 액세스하여 인접 채널에 대한 오버랩의 여부를 판단할 수 있다.
펄스 형상·심볼레이트 제어부(158)는, 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득부(157)에 의해서 취득된, 현재 사용되고 있지 않는 주파수 채널의 대역 정보 및 스펙트럼 이용 정보를 이용하여, 현재 사용되고 있지 않는 주파수 채널의 대역을 유효하게 사용할 수 있도록, 신호 송신에 이용하는 주파수 채널의 수, 각 주파수 채널에 있어서의 중심 캐리어 주파수, 심볼레이트, 펄스 형상을 결정한다.
중심 캐리어 주파수 제어부(159)는, 펄스 형상·심볼레이트 제어부(158)에 있어서 결정된, 신호 송신에 이용하는 복수의 주파수 채널에 있어서의, 각 주파수 채널의 중심 캐리어 주파수 정보를 RF부(155)에 통지한다. RF부(155)는, 중심 캐리어 주파수 제어부(159)로부터 통지된 각 주파수 채널의 중심 캐리어 주파수 정보에 기초하여 업 컨버트를 행하여, 안테나(156)를 통하여 신호를 송신한다.
이상의 구성에 있어서, 펄스 형상·심볼레이트 제어부(158)는, 주파수 채널 결정 수단, 오버랩 여부 판단 수단, 펄스 조건 결정 수단으로서 기능한다.
도 18(a)은, 도 17(a)에 도시한 송수신 장치의 다른 구성예를 도시한 도면이다. 도 18(a)에 도시한 송신 유닛(161)은, D/A변환기(154) 및 RF부(155)가 1개의 유저에 1개 설치되어 있고, 복수의 주파수 채널로 공용되는 점이 도 17(a)에 도시한 구성과 상이하다. 도 18(a)에 도시한 구성은, 도 17(a)의 송신 장치보다 부품 점수를 저감할 수 있어, 장치의 소형, 저렴화에 유리하다.
도 19는, 실시형태 4의 통신 방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 실시형태 4의 송신 장치는, 현재 통신을 하고 있지 않는 유저(새로운 유저)가 통신 시스템을 사용하여 통신하는 것의 요구를 접수한다(S171). 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득부(157)는, 주파수 채널의 빈 상황을 판정하는 동시에, 주파수 이용 정보(주파수 이용 폴리시)를 취득한다(S172).
또한, 펄스 형상·심볼레이트 제어부(158)는, 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득부(157)에 의해서 취득된 주파수 이용 폴리시에 기초하여, 스텝 S172에 의해서 비어 있다고 판정된 주파수 채널에 인접하는 주파수 채널에 오버랩을 가하는 것이 가능한지 아닌지 판단한다(S173).
스텝 S173에 있어서, 오버랩을 가할 수 없다고 판단된 경우(S173:No), 또한, 펄스 형상·심볼레이트 제어부(158)는, 수신장치가 ISI의 보상 기능을 구비하고 있고, 자장치가 송신하는 신호에 ISI를 도입해도 보상하는 것이 가능한지 아닌지를 판단한다(S174). 이 판단의 결과, 수신측이 ISI 보상을 할 수 없는 경우(S174:No), 송신 신호를 종래예와 같이 ISI 도입을 하지 않는 펄스 파형(종래펄스 형상)으로 하는 것을 결정한다(S176).
또한, 스텝 S174에 있어서, 수신측이 ISI 보상을 할 수 있다고 판단된 경우 (S174:Yes), 펄스 형상·심볼레이트 제어부(158)는, 송신 신호를 본 발명의 실시형태 2에서 서술한 펄스 파형{제안 펄스 형상(2)}으로 하는 것을 결정한다(S177).
한편, 스텝 S173에 있어서, 인접하는 주파수 채널에 오버랩을 가할 수 있다고 판단된 경우(S173: Yes), 펄스 형상·심볼레이트 제어부(158)는, 수신장치가 ISI의 보상 기능을 구비하고 있고, 자장치가 송신하는 신호에 ISI를 도입해도 보상하는 것이 가능한지 아닌지를 판단한다(S175).
스텝 S175의 판단의 결과, 수신측이 ISI 보상을 할 수 없는 경우(S175:No), 송신 신호를 본 발명의 실시형태 1{제안 펄스 형상(1)}에서 서술한 펄스 파형으로 하는 것을 결정한다(S178). 또한, 스텝 S175에 있어서, 수신측이 ISI 보상을 할 수 있다고 판단된 경우(S175:Yes), 펄스 형상·심볼레이트 제어부(158)는, 송신 신호를 본 발명의 실시형태 3{제안 펄스 형상(3)}에서 서술한 펄스 파형으로 하는 것을 결정한다(S179).
펄스 형상·심볼레이트 제어부(158)는, 결정된 펄스 파형에 기초하여, 송신 신호의 중심 캐리어 주파수 및 심볼레이트를 결정한다(S180).
결정된 중심 캐리어 주파수는, 중심 캐리어 주파수 제어부(159)에 의해 RF부 (155)에 통지된다. 그리고, 수신장치측에 결정된 파라미터 중 통신에 필요한 파라미터를 통지하는 동시에 통신을 개시한다(S181).
이상 서술한 실시형태 4에 의하면, 자장치가 송신하는 신호를, 상황에 따라서 다른 주파수 채널에 간섭시키거나, 혹은 송신 신호를 오버랩시킬 수 있다. 또한, 수신측이 ISI 보상 가능한 경우에는, ISI를 허용함으로써, 주파수 채널의 대역폭을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 복수의 유저가 협조하지 않아도, 주파수의 이용 효율이 높고, 게다가 신호 품질이 저하하지 않는 통신 시스템, 수신기, 통신 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은, 복수의 유저가 서로 협조하는 일 없이, 1 또는 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 환경에 적용되는 통신 시스템, 송신 장치, 수신장치 및 통신 방법에 적용할 수 있다.

Claims (13)

  1. 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정되는 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 시스템으로서,
    주파수상에서 인접하는 복수의 상기 주파수 채널을 서로 오버랩시키는 것에 의해 주파수 채널간의 간섭을 허용시켜 신호를 송신하는 송신 장치와,
    상기 송신 장치에 의해서 송신된 신호를 수신하는 수신장치를 포함하고,
    상기 수신장치는, 송신된 신호 중의 오버랩한 주파수의 영역에서 생기는 주파수 채널간의 간섭을 제거하는 ICI 제거 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  2. 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정되는 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 시스템으로서,
    주파수상에서 각 주파수 채널에 대해 파형 레벨에서의 부호간 간섭을 허용시켜 신호를 송신하는 송신 장치와,
    상기 송신 장치에 의해서 송신된 신호를 수신하는 수신장치를 포함하고,
    상기 수신장치는, 송신된 신호 중의 각 주파수 채널에 대해 파형 레벨에서의 부호간 간섭을 보상하는 ISI 보상 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  3. 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정된 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 시스템으로서,
    신호를 송신하는 송신 장치와,
    상기 송신 장치에 의해서 송신된 신호를 수신하는 수신장치를 포함하고,
    상기 송신 장치는, 현재 사용되고 있지 않는 주파수 채널의 대역을 검출하는 기능 및, 주파수 채널의 이용 상황에 대한 정보를 취득하는 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득 수단과,
    상기 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득 수단에 의해 얻어진 정보에 기초하여, 인접하는 타(他)유저용의 주파수 채널에 간섭을 주는 것의 여부 및, 자(自)유저가 ISI를 허용하는 것의 여부를 판단하고, 그 판단의 결과에 기초하여, 송신되는 신호의 중심 캐리어 주파수, 심볼레이트, 정형 펄스 형상의 적어도 1개를 결정하는 펄스 형상·심볼레이트 제어 수단과,
    상기 펄스 형상·심볼레이트 제어 수단에 의해 결정된 중심 캐리어 주파수에 의해, 송신 신호의 중심 캐리어 주파수를 제어하는 중심 캐리어 주파수 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  4. 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정된 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 송신 장치로서,
    주파수상에서 인접하는 복수의 상기 주파수 채널을 서로 오버랩시킨 신호를 송신하는 신호 송신 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 신호 송신 수단은,
    상기 신호의 주파수 채널간의 오버랩이 주파수 채널의 잉여 대역폭내로 하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  6. 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정된 복수의 주파수 채널을 사용하여 신호를 송신하는 송신 장치로서,
    상기 주파수 채널은 ISI를 허용하여 신호를 송신하는 신호 송신 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 신호 송신 수단은,
    상기 신호 송신 수단이 허용하는 ISI에 대해서, 상기 주파수 채널이 나이퀴스트 대역을 하한으로 하여 펄스 정형 필터에 의해 대역 제한되어, 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  8. 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정된 복수의 주파수 채널을 사용하여 신호를 송신하는 송신 장치로서,
    현재 사용되고 있지 않는 주파수 채널의 대역을 검출하는 기능 및, 주파수 채널의 이용 상황에 대한 정보를 취득하는 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득 수단과,
    상기 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득 수단에 의해 얻어진 정보에 기초하여, 인접하는 타(他)유저용의 주파수 채널에 간섭을 주는 것의 여부 및, 자(自)유저가 ISI를 허용하는 것의 여부를 판단하고, 그 판단의 결과에 기초하여, 송신되는 신호의 중심 캐리어 주파수, 심볼레이트, 정형 펄스 형상의 적어도 1개를 결정하는 펄스 형상·심볼레이트 제어 수단을 구비하고,
    상기 펄스 조건 결정 수단에 의해서 결정된 조건에 기초하여 생성된 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  9. 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정된 복수의 주파수 채널을 사용하여 송신된 신호를 수신하는 수신장치로서,
    주파수상에서 인접하는 복수의 상기 주파수 채널을 서로 오버랩시켜 송신된 신호를 수신하고, 수신된 신호 중의 오버랩한 주파수의 영역에서 생기는 주파수 채널간의 간섭을 제거하는 ICI 제거 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 수신장치.
  10. 시스템에 할당된 주파수대역을 분할하여 설정된 복수의 주파수 채널을 사용하여 송신된 신호를 수신하는 수신장치로서,
    각 주파수 채널에 대해 파형 레벨 부호간 간섭을 허용하여 송신된 신호를 수신하고, 수신된 신호의 각 주파수 채널에 대해 파형 레벨에서의 부호간 간섭을 보상하는 ISI 보상 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 수신장치.
  11. 주파수대역을 분할하여 설정되는 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 방법으로서,
    주파수상에서 인접하는 복수의 상기 주파수 채널을 서로 오버랩시키는 것에 의해 주파수 채널간의 간섭을 허용시켜 송신된 신호를 수신하는 수신 스텝과,
    상기 수신 스텝에 있어서 수신된 신호 중의 오버랩한 주파수의 영역에서 생기는 주파수 채널간의 간섭을 제거하는 ICI 제거 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  12. 주파수대역을 분할하여 설정되는 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 방법으로서,
    각 주파수 채널에 대해 파형 레벨에서의 부호간 간섭을 허용시켜 송신된 신호를 수신하는 수신 스텝과,
    상기 수신 스텝에 있어서 수신된 신호 중의 각 주파수 채널에 대해 파형 레벨 부호간 간섭을 보상하는 ISI 보상 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  13. 주파수대역을 분할하여 설정되는 복수의 주파수 채널을 사용하여 통신하는 통신 방법으로서,
    주파수 채널의 이용 상황에 기초하여, 현재 사용되고 있지 않는 주파수 채널의 대역을 검출하는 기능 및, 주파수 채널의 이용 상황에 대한 정보를 취득하는 스 펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득 스텝과,
    상기 스펙트럼 이용 정보·폴리시 정보 취득 스텝에 의해 얻어진 정보에 기초하여, 인접하는 타(他)유저용의 주파수 채널에 간섭을 주는 것의 여부 및, 자(自)유저가 ISI를 허용하는 것의 여부를 판단하는 간섭·ISI 여부 판단 스텝과,
    상기 간섭·ISI 여부 판단 스텝에 있어서의 판단의 결과에 기초하여, 상기 송신 장치에 송신되는 신호의 중심 캐리어 주파수, 심볼레이트, 정형 펄스 형상의 적어도 1개를 결정하는 펄스 형상·심볼레이트 제어 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
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