WO2006092852A1

WO2006092852A1 - Ｏｆｄｍ通信システム及びｏｆｄｍ通信方法

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Publication number: WO2006092852A1
Application number: PCT/JP2005/003470
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Seki
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-09-08
Also published as: CN101133579B; EP1855403A4; JP4476324B2; JPWO2006092852A1; CN101133579A; EP1855403A1; KR20090034407A; KR100959207B1; US20070297323A1; US7839880B2

Abstract

　帯域を複数のバンドに分割し、各バンドを移動局に割り当ててＯＦＤＭデータ通信するＯＦＤＭ通信システムにおいて、バンドの伝送特性および隣接するバンドの使用状態を監視し、これら情報に基づいて、バンドの境界に設けたガードバンド領域をデータ伝送に使用するか、又はガードバンドとしてデータ伝送に使用しないかを決定する。

Description

明細書

OFDM通信システム及び OFDM通信方法

技術分野

[0001] 本発明は OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信システム及び OFDM通信方法に係り、特に、帯域を複数のバンドに分割し、各バンドを移動局に割り当てて OFDMデータ通信する OFDM通信システムの基地局、移動局および O FDM通信方法に関する。

背景技術

[0002] .OFDMAアクセス方式

OFDM通信方式を用いるセルラー移動通信にぉ、て、帯域を複数のバンドに分割し、それぞれの帯域を複数のユーザに割り当てることでユーザを多重する OFDM A(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)と呼ばれているアクセス方式が知られている。図 18は、 OFDMAアクセス方式の周波数帯域におけるユーザ分割の様子を示した図である。図 18 (A)では、 31個のサブキャリア力もなる帯域を、 10サブキャリア、 11サブキャリア、 10サブキャリアの 3つのバンドに分割した例を示しており、それぞれのバンドは異なるユーザに割り当てられる。

[0003] 'OFDMAを下りリンクに適用した場合

OFDMAを下りリンク (基地局力も移動局への通信）に適用した場合の基地局送信機の構成を図 19に、移動局受信機の構成を図 20示す。下りリンクにおいて、バンド毎に割り当てられた 3ユーザの送信データは、図 18の 1一 31の各サブキャリアに配分され、 IFFT部 1に入力される。 IFFT部 1はサブキャリア信号に IFFT処理を施して時間領域信号に変換し、ガードインターバル挿入部 2は該時間領域信号にガードィンターバル (GI : Guard Interval)を挿入する。ここで、ガードインターバル GIは、図 21 に示すように、 OFDMシンボルの最後の部分をコピーして作られる。 GI挿入後のベースバンド信号は、送信回路 (Tx) 3の DA変換器 3aでアナログ信号に変換された後、周波数変換部 3bで中心周波数 flの RF信号に周波数変換され、バンドパスフィルタ 3cで帯域制限された後、増幅されて送信アンテナ 4から送出される。図 18 (B)は周波数変換後の RF信号における各バンドの帯域幅及び中心周波数を示すもので、帯域幅 Bl (MHz)のバンド力帯域幅 B2 (MHz)の 3つのバンドに分割され、かつ、それぞれのバンドの中心周波数が f0, fl, f2であるとしている。

又、基地局は図 22に示すフレームフォーマットを用いて、移動局でチャネル推定に必要な既知のパイロット信号を一定間隔で挿入して送信する。フレームは n個の OF DMシンボルで構成され、 1フレーム毎にパイロットシンボル、制御データシンボルが挿入されている。

送信アンテナ 4から出力された信号は、フージング伝搬路を経て、移動局の受信アンテナ 5(図 20)によって受信され、受信回路 (Rx) 6はアンテナにより受信された RF 信号 (図 18 (B))をベースバンド信号に変換する。すなわち、通過帯域 B1のバンドパスフィルタ 6aはアンテナ 5で受信された RF信号の帯域を制限してローノイズアンプ 6 bに入力し、ローノイズアンプ 6bは所定の電力に増幅する。ミキサー 6cはローノイズアンプ 6bの出力信号に、復調対象のバンドの中心周波数を有するローカル信号を乗算して電力増幅後の RF信号をベースバンド信号に変換する。たとえば、移動局がバンド 2を復調対象とすれば、ローカル発振器 6dは周波数 flのローカル信号を発生し、ミキサー 6cは該ローカル信号を RF信号に乗算することによりベースバンド信号に変換する。ここでは、 RF信号力ベースバンドに直接変換する例を示している力一度中間周波数に落とす方法もある。

ベースバンド変換後の信号は、図 18 (B)に示すように、遮断周波数 B2Z2 (MHz) の特性 Aを有するアンチエイリアシング用のローパスフィルタ 6eを通って AD変換器 6fに入力される。 AD変換器 6fは、バンド幅 B2の 2倍のサンプリングレートを用いてデイジタルデータに変換する。最後に遮断周波数 B2Z2 (MHz)の FIRフィルタ 6gは A D変換後の信号力も所望のバンドの信号を切出して出力する。

FFTタイミング同期回路 7は、受信回路 6から出力する所望のバンドの信号を含む時間領域信号より FFTタイミングを検出し、シンボル切出し部 8は該 FFTタイミングでシンボルを切出して FFT部 9に入力する。 FFT部 9は切り出されたシンボル毎に FF T処理を行ない、周波数領域のサブキャリア信号に変換する。チャネル推定回路 10 は、一定間隔で受信するパイロットシンボルと既知のパイロットパターンとの相関を計算することで、サブキャリア毎のチャネル推定を行ない、チャネル補償回路 11は、チャネル推定値を用いて、データシンボルのチャネル変動を補償する。以上の処理によって、図 18の 1一 31の各サブキャリアに配分された送信データの復調が行われる 1S OFDMAの受信機では、自局に割り当てられたバンドのサブキャリア信号のみを復調すればよい。図 20の例では、 FFT部 9がバンド 2のサブキャリア信号 11一 21を出力し、チャネル補償部 11がチャネル補償して復調データを出力する。自局に割り当てられたバンドの情報は、図 22のフレームフォーマットに示すように、時間多重された制御チャネルによって移動局に通知される。以後、図示しないが復調されたサブキャリア信号 11一 21はシリアルデータに変換された後、復号される。

.OFDMAを上りリンクに適用した場合

図 23は OFDMAを上りリンク（移動局から基地局への通信）に適用した場合の移動局の構成図、図 24は基地局の構成図である。

図 18(A)に示すようにバンド 1一バンド 3は、それぞれ異なる移動局 20— 20に割り

1 3 当てられている。各移動局 20 20において、ユーザの送信データは IFFT部 21

1 3 1 一 21にサブキャリア信号 1一 10， 11一 21， 22 31として入力される。 IFFT咅 21

3 1 一 21はそれぞれサブキャリア信号に IFFT処理を施して時間領域信号に変換し、ガ

3

ードインターバル挿入部 22— 22は該時間領域信号にガードインターバル GIを揷

1 3

入する。送信回路 (Tx) 23— 23

1 3は入力信号をアナログ信号に変換した後、各バンドに応じた中心周波数 fO— f2の RF信号に周波数変換し、帯域制限した後、増幅して送信アンテナ 24— 24力も送出する。

1 3

各移動局力送信された OFDM変調信号は、それぞれの伝搬路を通り、基地局の受信アンテナ 31(図 24)で受信され、受信回路 (Rx) 32は RF信号をベースバンド信号に変換する。すなわち、通過帯域 B1のバンドパスフィルタ 32aはアンテナ 31で受信された RF信号の帯域を制限してローノイズアンプ 32bに入力し、ローノイズアンプ 32bは所定の電力に増幅する。ミキサー 32cはローノイズアンプ 32bの出力信号に、ローカル発振器 ₃2dから出力するバンド B1の中心周波数 flの信号を乗算することにより、電力増幅後の RF信号をベースバンド信号に変換する。ベースバンド変換後の信号は、遮断周波数 B1Z2 (MHz)のアンチエイリアシング用のローパスフィルタ 32 eを通って AD変 32fに入力される。 AD変 32fは、バンド幅 B1の 2倍のサンプリングレートを用いてディジタルデータに変換して出力する。

FFTタイミング同期回路 33は、受信回路 32から出力する各バンドの信号を含む時間領域信号より FFTタイミングを検出し、シンボル切出し部 34は該 FFTタイミングでシンボルを切出して FFT部 35〖こ入力する。 FFT部 35は切り出されたシンボル毎に F FT処理を行ない、周波数領域のサブキャリア信号に変換する。チャネル推定回路 3 6は、一定間隔で受信するパイロットシンボルと既知のパイロットパターンとの相関を計算することで、サブキャリア毎のチャネル推定を行ない、チャネル補償回路 37は、チャネル推定値を用いて、データシンボルのチャネル変動を補償する。以上の処理によって、図 18(A)の 1一 31の各サブキャリアに配分された 3ユーザの送信データの復調が行われる。以後、図示しないが復調されたサブキャリア信号 1一 31はシリアルデータに変換された後、バンド毎に復号される。

•ガードバンド

OFDMAアクセス方式を下りリンクに適用した場合、移動局では自局に割り当てられたバンドを、図 25 (A)に示すように特性 Aを有する受信フィルタ (図 20のローパスフィルタ 6e)で切り出してから、所定の帯域幅の受信機 (FFT、チャネル補償部など）を用いて受信処理を行う。この時、受信フィルタで帯域制限を行う領域 (周波数減衰特性の傾斜領域）においてサブキャリアの波形が歪むことにより、サブキャリア間の直交性が崩れ、干渉成分がバンドの帯域内に漏れこんでくる問題が生じる。

そこで、図 25 (B)に示すように、バンドの境界にガードバンド (サブキャリア 10, 11 ; 21, 22)を設けて、その領域のサブキャリアをデータ伝送に使用しないことで、上記の干渉の影響を除去することが行われている。図 25 (C)は、移動局において、バンド 2 を受信フィルタで切り出す方法を示している。図 25 (C)のように、ガードバンド領域に受信フィルタの傾斜部分が来るように設計することで、波形歪みによる干渉の影響をなくすことができる。また、図 25 (A)のような広い通過帯域特性の受信フィルタを用いた場合でも、比較的大きな干渉成分は、ガードバンド領域に発生するため、バンド内に干渉成分が漏れこんでくる影響を防ぐことができる。

一方、 OFDMAを上りリンク (移動局から基地局への通信）に適用した場合、基地局は複数のバンドを一括して受信して OFDM信号処理を行う。一般に、 OFDMでは、図 21に示すように、信号波形の終端部分をコピーして OFDMシンボルの先頭に付加するガードインターバル GIを設けることによって、マルチパス信号や他ユーザ信号などの受信タイミングの異なる信号に対しても、サブキャリア間の直交性が保たれるような仕組みが設けられている。図 26を用いて、その仕組みを簡単に説明する。基地局の FFTタイミング同期部 33(図 24)は、同時に受信する複数のユーザの受信タイミング (FFTタイミング)を測定し、受信信号の中から、最も FFTタイミングの早いパス（図 26の例ではユーザ 1の主波）のガードインターバルを除!、たシンボル位置を切り出して FFT処理する。この時、全てのユーザの信号がガードインターバルを含めて切り出したシンボルに含まれて、れば、 FFTの性質によってサブキャリア間の直交性が保たれる。しかしながら、上りリンクでは、基地局と移動局間の距離や伝搬路状態によつて、基地局に信号が到達するタイミングがユーザ毎に大きく異なるため、受信タイミング差がガードインターバルを越えることがあり、サブキャリア間の直交性が崩れる状態が発生する。このような場合、図 25 (B)に示すようにガードバンドを設けることで、隣接するバンドのサブキャリア間の直交性が崩れることによる干渉の影響を低減することができる。

また、移動通信では、基地局と移動局の基準周波数に僅かなずれが生じることにより、キャリア周波数にオフセットが生じる。一般に、移動局では、 AFC (Automatic Frequency Control)によって、キャリア周波数オフセットを補償している力 AFCの性能が端末によって異なるために、 AFCによって補償しきれない周波数オフセットはュ一ザ毎に異なる。例えば、周波数オフセット量がサブキャリア周波数間隔の 1割近くに達すると、サブキャリア間干渉の影響により、伝送特性が大幅に劣化することが知られている。このような場合には、図 25 (B)に示すようにガードバンドを設けることで、 AFC性能の悪いユーザが使用するバンド力のサブキャリア間干渉の影響を低減することがでさる。

·発明が解決しょうとする問題点

以上のように、 OFDMAを用いるセルラー移動通信システムでは、ガードバンドを設けることにより、サブキャリア間の直交性が崩れることによるバンド間の干渉の影響を低減することがでる。し力しながら、ガードバンドを設けることは、通信に使用しない帯域を設けることであり、その帯域の分だけ周波数利用効率が低下する問題がある。周波数利用効率を高めるためには、ガードバンドを設けずに、全てのサブキャリアをデータ伝送に使用する必要がある力前述したように、受信フィルタの影響や、バンド間の受信電力差、受信タイミング差、周波数オフセット差などの影響により、サブキヤリア間の直交性が崩れることによる干渉の影響により、スループットが上がらず、周波数利用効率を高めることができない問題がある。

従来技術としてガードバンド領域に挿入したサブキャリアをデータ伝送に使用する方法がある (特許文献 1参照)。し力しながら、この従来技術は、 2つのバンドをまとめて 1つのバンドとして使用する際に、ガードバンド領域もデータ伝送に使用する方法を示しているにすぎず、適応的にガードバンド領域をデータ伝送に使用するか、又はガードバンドとしてデータ伝送に使用しないかを決定するものではない。

それに対して、本発明の目的は適応的に、ガードバンド領域をデータ伝送に使用するか、ガードバンドとしてデータ伝送に使用しないかを決定して、周波数利用効率を向上することである。

特許文献 1：特開 2002— 319917号

発明の開示

帯域を複数のバンドに分割し、各バンドを移動局に割り当てて OFDMデータ通信する OFDM通信システムにお!、て、基地局はバンドの伝送特性および隣接するバンドの使用状態を監視し、これらバンドの伝送特性および隣接するバンドの使用状態に基づ!/、てバンドの境界に設けたガードバンド領域をデータ伝送に使用する力、又はガードバンドとしてデータ伝送に使用しないかを決定する。

例えば、下りリンク通信に際して、基地局は、移動局から受信する所定のバンドの下り伝送特性および隣接するバンドの使用状態を監視し、これらバンドの伝送特性および隣接するバンドの使用状態に基づいて、バンドの境界に設けたガードバンド領域を下りリンクのデータ伝送に際して使用する力、又はガードバンドとしてデータ伝送に使用しないかを決定する。そして、基地局はこの決定した下りリンク通信おけるガードバンド領域の使用方法を制御データで移動局に通知する。又、上りリンク通信に際して、基地局は、バンドの上りリンク通信における伝送特性および隣接するバンドの使用状態を監視し、これらバンドの伝送特性および隣接するバンドの使用状態に基づいて、バンドの境界に設けたガードバンド領域を上りリンクのデータ伝送に際して使用する力又はガードバンドとしてデータ伝送に使用しないかを決定し、該上りリンク通信おけるガードバンド領域の使用方法を移動局に通知する。

移動局は、下りリンク通信においてガードバンド領域をデータ伝送に使用するか、使用しないかの制御情報の指示に基づいて、下り送信データを復調する。また、上りリンク通信においてガードバンド領域をデータ伝送に使用する力、使用しないかの前記制御情報の指示に基づいて、上り送信データを所定バンドのサブキャリアに配分して送信する。

本発明によれば、適応的にガードバンド領域をデータ伝送に使用するか、ガードバンドとしてデータ伝送に使用しないかを決定でき、周波数利用効率を向上することができる。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明のガードバンドの適応制御説明図である。

[図 2]本発明の基地局装置の構成図である。

[図 3]OFDM送信部の構成図である。

[図 4]OFDM受信部の構成図である。

[図 5]FFTタイミング同期回路の構成図である。

[図 6]遅延プロファイルの波形図である。

[図 7]上りリンクにおけるガードバンド制御部のガードバンド使用法決定処理フローである。

[図 8]下りリンクにおけるガードバンド制御部のガードバンド使用法決定処理フローである。

[図 9]移動局の構成図である。

[図 10]移動局の OFDM受信部の構成例である。

[図 11]移動局の OFDM送信部の構成例である。 [図 12]受信電力測定部の構成図である。

[図 13]ガードバンド近傍 SIR測定部の構成図である。

[図 14]受信タイミング測定部の説明図である。

[図 15]周波数オフセット測定部の構成図である。

[図 16]位相差計算部の構成図である。

[図 17]周波数オフセット計算部の説明図である。

[図 18]OFDMAアクセス方式の周波数帯域におけるユーザ分割の様子を示した図である。

[図 19]基地局の OFDM送信部の構成図である。

[図 20]移動局の OFDM受信部の構成図である。

[図 21]ガードインターバル GIの説明図である。

[図 22]フレームフォーマット説明図である。

[図 23]移動局の OFDM送信部の構成図である。

[図 24]基地局の OFDM受信部の構成図である。

[図 25]OFDMAアクセス方式におけるガードバンド説明図である。

[図 26]サブキャリア間の直交性が保たれる仕組み説明図である。

発明を実施するための最良の形態

(A)本発明の概略

•ガードバンドの適応制御

OFDMAでは、受信電力や受信タイミング、周波数オフセットなどの通信条件によつて、ガードバンドが必要な場合とガードバンドが不要な場合がある。本発明は、通信条件に応じて、適応的に図 1 (A)に示すようにガードバンド領域 (サブキャリア 10, 11 ; 21, 22)をデータ伝送に使用したり、（B)、（C)に示すようにガードバンドを設けたりする。これにより、周波数利用効率を確実に向上できる。

たとえば、伝送レートの高いデータ通信を行っている移動局は、 16QAMや 64QAM などの多値変調や、符号ィ匕率の高い誤り訂正符号ィ匕を使用する。このような場合、隣接バンドにおけるサブキャリア間の直交性の崩れによる干渉の影響を受けやすい。そこで、伝送レートの高いデータ通信時にはガードバンドを設け、伝送効率を向上する ( 図 1 (B))。一方、

伝送レートの低!、データ通信を行って!/、る移動局は、 BPSKや QPSKなどの変調方法や符号化率の低い誤り訂正符号化を使用する。このような場合、隣接バンドにおけるサブキャリア間の直交性の崩れによる干渉の影響をあまり受けない。そこで、伝送レートの低いデータ通信時には、ガードバンドを設けずに、その領域もデータ伝送に使用し、伝送効率を向上する (図 1 (A) )。このように、ユーザの伝送レートに応じて、ガードバンドを設けたり、ガードバンド領域をデータ伝送に使用したりすることを適応的に制御することにより、周波数利用効率を向上する。

·下りリンクにおけるガードバンドの適応制御

基地局は、下りリンクで各ユーザの信号をそれぞれのバンドに割り当てて送信する際、ガードバンド領域をデータ伝送に使用する力、又はガードバンドとしてデータ伝送に使用しないかを決定する。そして、ガードバンドにデータを割り当てているかどうかの情報を、制御チャネルを用いてそれぞれの移動局に通知する。このような仕組みを設けることで、ガードバンドの使用方法を適応的に制御することができる。具体的に、基地局は、以下のようにしてガードバンドの適応制御を行なう。

(1)基地局は、あるバンドにおいて割り当てるユーザが存在しなければ、そのバンドの両端のガードバンド領域を、それぞれ隣接するバンドにおいてデータ伝送に使用するように制御する。

(2)基地局は、あるバンドにおいて、予め設定された伝送レートより高い伝送レートが適用されて、れば、そのバンドの両端のガードバンド領域をガードバンドとして使用し、データ伝送に用いないように制御する (図 1 (B) )。伝送レート以外にも、変調方式や符号化率を判断基準とすることができる。

(3)基地局は、ガードバンドの使用方法を決定する条件として、移動局からのフィードバック情報を使用することができる。移動局は、 OFDMの各サブキャリアに時間多重されているパイロットシンボルを用いて、下りリンクの受信電力を測定し、上りリンクの制御チャネルを用いてその情報を基地局にフィードバックする。基地局は、フィードバックされた各バンド毎の受信電力を比較し、隣り合ったバンドの受信電力の差があらカじめ設定された閾値以上の場合には、それらのバンド間のガードバンド領域をガードバンドとして使用し、データの伝送に用いないように制御する (図 1 (c))。

(4)また、移動局は、 OFDMの各サブキャリアに時間多重されているパイロットシンポルを用いて、ガードバンド領域やガードバンド領域近傍の受信 SIR (Signal to Interference Ratio)を測定し、その情報を基地局にフィードバックする。基地局は、フイードバックされた SIRがあら力じめ設定された閾値以下の場合には、そのガードバンド領域をガードバンドとして使用し、データの伝送に用いないように制御する (図 1 ( C))。尚、移動局は、測定した SIRをあらかじめ設定された閾値と比較することで、ガードバンドの使用方法を決定し、基地局に対して、ガードバンド領域の使用方法を要求することちでさる。

•上りリンクにおけるガードバンドの適応制御

上りリンクでは、基地局が測定した情報を元にして、ガードバンド領域の使用方法を決定し、下りリンクの制御チャネルなどを利用して、移動局に対してガードバンドの使用方法を指示する。このような仕組みを設けることで、ガードバンドの使用方法を適応的に制御することができる。具体的に、基地局は、以下のようにしてガードバンドの適応制御を行なう。

(1)基地局は、上りリンクのあるバンドにおいて、割り当てるユーザが存在しない場合は、そのバンドの両端のガードバンド領域を、隣接するそれぞれのバンドにおいてデータ伝送に使用するように移動局に通知する。

(2)基地局は、 OFDMの各サブキャリアに時間多重されているパイロットシンボルを用いて、上りリンクのバンド毎の受信電力を測定し、隣接するバンド間の受信電力差があらかじめ設定された閾値以上の場合には、 2つのバンド間のガードバンド領域をガードバンド

として使用し、データの伝送に用いないように移動局に通知する (図 1 (C))。

(3)基地局は、上りリンクのあるバンドに割り当てる伝送レートが、あらかじめ設定された伝送レートより高ければ、そのバンドの両端のガードバンド領域をガードバンドとして使用し、データ伝送に用いないように移動局に通知する (図 1 (B) )。伝送レート以外にも、変調方式や符号化率を判断基準とすることができる。

(4)基地局は、 OFDMの各サブキャリアに時間多重されているパイロットシンボルを用いて、ガードバンド領域やガードバンド領域近傍の受信 SIRを測定し、その値があらカじめ設定された閾値以下の場合には、そのガードバンド領域をガードバンドとして使用し、データの伝送に用いないように移動局に通知する (図 1 (C))。

(5)基地局は、 OFDMの各サブキャリアに時間多重されているパイロットシンボルを用いて、上りリンクにおけるユーザ毎の遅延プロファイルを測定する。そして、 2つの隣接したバンドの受信タイミングの差をガードインターバルの長さと比較し、そのタイミング差があら力じめ設定された閾値以上の場合には、 2つのバンド間のガードバンド領域をガードバンドとして使用し、データの伝送に用、な、ように移動局に通知する（図 1 (C))。

(6)基地局は、 OFDMの各サブキャリアに時間多重されているパイロットシンボルを用いて、上りリンクにおけるユーザ毎の周波数オフセット量を測定する。そして、 2つの隣接したバンドの周波数オフセットの差を、サブキャリア周波数間隔と比較し、周波数オフセットの差があら力じめ設定された閾値以上の場合には、 2つのバンド間のガードバンド領域をガードバンドとして使用し、データの伝送に用、な、ように移動局に通知する (図 1 (C) )。

(B)実施例

(a)基地局

図 2は本発明の基地局装置の構成図であり、図 1に示すように 31個のサブキャリア力もなる帯域を、 10サブキャリア、 11サブキャリア、 10サブキャリアの 3つのバンド 1一 3に分割し、各バンド 1, 2, 3にユーザ 1, 2, 3を割り当てて OFDM伝送する場合である。

送信制御部 51はユーザ毎に符号化率、変調方式を決定してユーザデータ変調 · 分配部 52とガードバンド制御部 53および制御データ作成部 55に入力する。ユーザデータ変調'分配部 52は、送信制御部 51からユーザ毎に指示される符号ィ匕率で各ユーザデータを符号ィ匕すると共に、指示された変調方式 (BPSK,QPSK,16QAM等）に従ってユーザデータを変調して対応するバンドのフレーム生成部 54— 54に分配す

1 3 る。一方、ガードバンド制御部 53は、後述する制御により各フレーム生成部 54— 54

1 3 及び制御データ作成部 55に対し、各バンドの両側のガードバンド領域を下りデータ伝送に際して使用しても良いか否かを、換言すれば、バンドの両側にガードバンドを設けるべきか否かを通知する。

制御データ作成部 55は、ユーザ毎の符号化率や変調方式だけでなぐ下りリンクおよび上りリンクについて、バンド 1一 3のガードバンド使用方法を通知するデータを作成して、それぞれをフレーム生成部 54— 54に入力する。また、パイロット作成部 5

1 3

6は各バンドに応じたパターンのノィロットを作成し、それぞれをフレーム生成部 54

1 一 54に入力する。各フレーム生成部 54 54は図 22に示すフレームフォーマット

3 1 3

に示すタイミングでパイロット、制御データ、送信データを所定のサブキャリア 1一 31 に配分する。

フレーム生成部 54はバンド 1のガードバンド領域 (サブキャリア 10)をガードバンドと

1

して使用することが指示されている場合には、フレームフォーマットにしたがって、ノンド 1のパイロットシンボル、バンド 1の制御データシンボル、バンド 1の送信データシンボルをサブキャリア 1一 9に配分し、該ガードバンド領域をデータ伝送に使用しても良いことが指示されている場合には、フレームフォーマットにしたがってこれらシンポルをサブキャリア 1一 10に配分する。

フレーム生成部 54はバンド 2のガードバンド領域 (サブキャリア 11, 21)をガー

2

ドバンドとして使用することが指示されている場合には、フレームフォーマットにしたがつてバンド 2のパイロットシンボル、バンド 2の制御データシンボル、バンド 2の送信データシンボルをサブキャリア 12— 20に配分し、該ガードバンド領域をデータ伝送に使用しても良いことが指示されている場合にはフレームフォーマットに従ってこれらシンボルをサブキャリア 11一 21に配分する。また、一方のガードバンド領域 (サブキヤリァ 11)をガードバンドとして使用することが指示され、他方のガードバンド領域 (サブキャリア 21)をデータ伝送に使用しても良いことが指示されている場合には、フレームフォーマットにしたがって、バンド 2のパイロットシンボル、バンド 2の制御データシンボル、バンド 2の送信データシンボルをサブキャリア 12— 21に配分する。

フレーム生成部 54はバンド 3のガードバンド領域 (サブキャリア 22)をガードバンドと

3

して使用することが指示されている場合には、フレームフォーマットにしたがって、ノンド 3のパイロットシンボル、バンド 3の制御データシンボル、バンド 3の送信データシンボルをサブキャリア 23— 31に配分し、該ガードバンド領域をデータ伝送に使用しても良いことが指示されている場合には、フレームフォーマットにしたがってこれらシンボルをサブキャリア 22— 31に配分する。

[0014] OFDM送信部 57は、図 3に示す構成を備え、図 19で説明したと同様に動作する。

すなわち、 IFFT部 57aはフレーム生成部 54— 54力も入力するサブキャリア信号 1

1 3

一 31に IFFT処理を施して時間領域信号に変換し、ガードインターバル挿入部 57b は該時間領域信号にガードインターバル GIを挿入し、送信部 57cはガードインターバル挿入部 57bから出力するベースバンド信号を中心周波数 flの RF信号に周波数変換して送信アンテナ 58から送出する。

又、各移動局力送信された OFDM変調信号は、それぞれの伝搬路を通り、基地局の受信アンテナ 61で受信されて OFDM受信部 62に入力する。 OFDM受信部 62 は図 4に示す構成を備え、図 24で説明したと同様に動作する。すなわち、受信回路 62aは RF信号をベースバンド信号に変換し、 FFTタイミング同期回路 62bは、受信回路 62aから出力する各バンドの信号を含む時間領域信号より FFTタイミングを検出し、シンボル切出し部 62cは該 FFTタイミングでシンボルを切出して FFT部 62dに入力する。 FFT部 62dは切り出されたシンボル毎に FFT処理を行ない、周波数領域のサブキャリア信号 1一 31に変換する。チャネル推定回路 62eは、一定間隔で受信するパイロットシンボルと既知のパイロットパターンとの相関を計算することで、サブキヤリア毎のチャネル推定を行ない、チャネル補償回路 62fは、チャネル推定値を用いて、データシンボルのチャネル変動を補償する。

[0015] 図 5は FFTタイミング同期回路 62bの構成図であり、受信信号とユーザ毎のパイ口ットシンボルレプリカ (既知)との相関を演算する相関演算器 62b— 62bとバンド 1

1 3 一 3 から最速のパスを検出する最速パス検出部 62bを備えている。この FFTタイミング同

4

期回路 62bは、ユーザ毎のパイロットシンボルレプリカと受信信号の相関演算カもュ一ザ毎の遅延プロファイル (図 6参照)を計算し、その中力も最速パスのタイミング、すなわち、遅延プロファイルが閾値以上となる立ち上がりタイミング tl一 t3のうちの最初のタイミングを検出し、この検出タイミングを FFTタイミングとしてシンボル切り出し部 6 2cに入力する。図 2に戻って、 OFDM受信部 62は、移動局から制御チャネルで送られてきた下りリンクの伝送特性データを復号してガードバンド制御部 53に入力すると共に、サブキヤリア 1一 31のチャネル推定値および遅延プロファイル (図 6)をバンド 1一 3の測定回路 63一 63に入力する。下りリンクの伝送特性データとしては、下り受信電力およびガ

1 3

ードバンド領域あるいはその近傍のサブキャリアの受信 SIRがある。

各バンドの測定回路 63— 63は上りリンクにおけるバンド 1一 3の伝送特性を測定

1 3

してガードバンド制御部 53に入力する。すなわち、測定回路 63— 63は、各バンド

1 3

の上り受信電力を測定する受信電力測定部 PWM、各バンドのガードバンド近傍における

サブキャリアの受信 SIRを測定する SIR測定部 SIM、各バンドのシンボル受信タイミングを測定する受信タイミング測定部 RTM、各バンドの周波数オフセットを測定する周波数オフセット測定部 FOMを備え、測定した上り受信電力、上り受信 SIR、受信タイミング、周波数オフセットをガードバンド制御部 53に入力する。各測定部の構成は後述する。

ガードバンド制御部 53は、送信制御部 51から入力するバンドの使用状態、各測定回路 63— 63力も入力する上りリンクの伝送特性、 OFDM受信部 62から入力する下

1 3

りリンクの伝送特性に基づいて、上りリンク、下りリンクそれぞれについて、各バンドの両側のガードバンド領域を下りデータ伝送に際して使用しても良いか否かを決定して、換言すれば、バンドの両側にガードバンドを設けるべき力否かを決定してフレーム生成部 54— 54と制御データ作成部 55に通知する。

1 3

(b)ガードバンド使用法決定処理

図 7は上りリンクにおけるガードバンド制御部 53のガードバンド使用法決定処理フロ一である。

ガードバンド制御部 53は各バンドについてユーザ (移動局)が割り当てられているか判別し (ステップ 101)、ユーザが割り当てられてヽな、バンドが存在すれば、該バンドの両側のガードバンド領域を隣接するバンドのデータ伝送に使用すると決定する (ステツプ 102)。図 1 (B)を参照すれば、ガードバンド領域はサブキャリア 10, 11 ; 21, 2 2である。従って、例えばバンド 2にユーザが割り当てられていないとすれば、ノンド 1 についてはサブキャリア 10をデータ伝送に使用すると決定し、バンド 3についてはサブキャリア 22をデータ伝送に使用すると決定する。

ついで、ガードバンド制御部 53は、伝送レートあるいは変調方式あるいは符号化率を参照して伝送レートの高いデータ通信を行なうバンドがあるかチェックする (ステップ 103)。存在すれば、そのバンドの両端のガードバンド領域をデータ伝送に使用しないと決定する (ステップ 104)。例えばバンド 2の伝送レートが高ければ、ノンド 1についてはサブキャリア 10をデータ伝送に使用しないと決定し、バンド 2についてはサブキャリア 11, 21をデータ伝送に使用しないと決定し、バンド 3についてはサブキャリア 22をデータ伝送に使用しないと決定する。

ついで、ガードバンド制御部 53は、各バンドの上り受信電力を比較し、隣り合ったバンドの受信電力差が大きいものがあるかチェックし (ステップ 105)、存在すれば、隣り合ったバンドの境界に存在するガードバンド領域のサブキャリアをデータ伝送に使用しないと決定する (ステップ 106)。

ステップ 105、 106の判定処理が終了すれば、上りリンクにおける各バンドのガードバンド領域の受信 SIRが大き、かチェックし (ステップ 107)、大きければ該ガードバンド領域近傍のサブキャリアをデータ伝送に使用すると決定し、小さければガードバンドとして使用することを決定する (ステップ 108)。

ついで、ガードバンド制御部 53は、上りリンクにおいて隣り合ったバンドの受信タイミング差があら力じめ設定された閾値より大きいかチェックし (ステップ 109)、大きければ隣り合ったバンドの境界のガードバンド領域をデータ伝送に使用しないと決定する (ステップ 110)。

最後に、ガードバンド制御部 53は、上りリンクにおいて隣り合ったバンドの周波数ォフセット差があら力じめ設定された閾値より大き、かチェックし (ステップ 111)、大きければ隣り合ったバンドの境界のガードバンド領域をデータ伝送に使用しないと決定し (ステップ 112)、処理を終了する。以後、ガードバンド制御部 53は、フレーム毎に上記処理を繰返す。

図 8は下りリンクにおけるガードバンド制御部 53のガードバンド使用法決定処理フロ一であり、ステップ 201— 204は図 7のステップ 101— 104の処理と同じである。ステップ 203, 204の処理終了後、ガードバンド制御部 53は、各移動局から通知される情報 (フィードバック情報)に含まれる下りり受信電力を比較し、隣り合ったバンドの受信電力差が大きいものがあるかチェックし (ステップ 205)、存在すれば、隣り合つたバンドの境界に存在するガードバンド領域のサブキャリアをデータ伝送に使用しな V、と決定する (ステップ 206)。

ついで、ガードバンド制御部 53は、各移動局から通知されるフィードバック情報に含まれる下りリンクにおける各バンドのガードバンド領域近傍の受信 SIRが大きいかチェックし (ステップ 207)、大きければ該ガードバンド領域のサブキャリアをデータ伝送に使用すると決定し、小さければガードバンドとして使用することを決定する（ステップ 208)。以後、ガードバンド制御部 53は、フレーム毎に上記処理を繰返す。

(c)移動局

図 9は移動局の構成図であり、移動局にバンド 2が割り当てられているものとする。基地局から送信された信号は、フェージング伝搬路を経て、移動局の受信アンテナ 71によって受信され、受信信号は OFDM受信部 72に入力する。

OFDM受信部 72は図 10に示す構成を備え、図 20と同一の動作を行なう。すなわち、受信回路 (Rx) 72aはアンテナ 71により受信された RF信号より例えばバンド 2のベースバンド信号を出力する。 FFTタイミング同期回路 72bは、受信回路 72aから出力するバンド 2の信号を含む時間領域信号より FFTタイミングを検出し、シンボル切出し部 72cは該 FFTタイミングでシンボルを切出して FFT部 72dに入力する。 FFT 部 72dは切り出されたシンボル毎に FFT処理を行なヽ、バンド 2の周波数領域信号であるサブキャリア信号 11一 21に変換する。

図 9に戻って、チャネル推定回路 73は、一定間隔で受信するノィロットシンボルと既知のパイロットパターンとの相関を計算することで、サブキャリア 11一 21のチャネル推定を行なヽ、制御チャネル復調部 74はチャネル推定値を用いて制御チャネルを復調し、下りリンク及び上りリンクにおけるバンド 2のガードバンド使用法を求め、下りリンクのガードバンド使用法 DLGBをデータチャネル復調部 75に通知し、上りリンクのガードバンド使用法 ULGBをフレーム生成部 76に通知する。

データチャネル復調部 75はチャネル推定値を用いてデータチャネルを復調し、下りリンクのガードバンド使用法 DLGBに基づいて復調データを出力する。例えば、ガードバンド領域のサブキャリア 11、 21がガードバンドとして使用されていればサブキャリア 12— 20の復調データを出力し、サブキャリア 11、 21がデータ伝送に使用されていればサブキャリア 11一 21の復調データを出力する。

測定回路 77は、チャネル推定値を用いて下り受信電力 PW及びガードバンド領域やガードバンド領域近傍のサブキャリアの受信 SIRを測定してフレーム生成部 76に入力する。

フレーム生成部 76は、制御チャネル復調部 74から通知された上りリンクのガードバンド使用法 ULGBに基づいて、図 22のフレームフォーマットにしたがって、ノィロットシンボル、下り受信電力 PW及び受信 SIRを含む制御データシンボル、送信データシンボルをバンド 2のサブキャリア 11一 21に配分して OFDM送信部 78に入力する。すなわち、フレーム生成部 76は、バンド 2のガードバンド領域をガードバンドとして使用することが指示されていれば、フレームフォーマットに従ってパイロットシンボル、制御データシンボル、送信データシンボルをサブキャリア 12— 20に配分し、該ガードバンド領域をデータ伝送に使用しても良いことが指示されていれば、フレームフォーマットに従つてこれらシンボルをサブキャリア 11一 21に配分して OFDM送信部 78に入力する。

OFDM送信部 78は図 11に示す構成を備えてヽる。 IFFT部 78aはサブキャリア信号 11一 21に IFFT処理を施して時間領域信号に変換し、ガードインターバル挿入部 78bは該時間領域信号にガードインターバル GIを挿入し、送信回路 (Tx) 78cは入力信号をベースバンド信号に変換した後、バンド 2に応じた中心周波数 flの RF信号に周波数変換し、帯域制限した後、増幅して送信アンテナ 79から送信する。

(d)測定回路

図 12は図 2の受信電力測定部 PWMの構成図であり、図 9の測定回路 77の受信電力測定にも使用することができる。

チャネル推定部 62eはバンドを構成するサブキャリア数分のチャネル推定値 h =H X exp(j Θ ) (i= 1一 n)

を出力し、電力計算部 81aは振幅の自乗 I ^ I ²により各サブキャリアの電力を計算し、合計部 8 lbは次式

P=∑_; I h I ² (i= l一 n) (1)

によりバンドのトータル電力 Pを計算する。

[0020] 図 13は図 2のガードバンド近傍 SIR測定部 SIMの構成図であり、図 9の測定回路 7 7におけるガードバンド近傍 SIR測定にも使用することができる。

平均演算部 85bは Nシンボル分のサブキャリア信号の平均値 mを演算し、希望波電力演算部 85cは平均値 mの I, Q軸成分を二乗して加算することにより m² (希望信号の電力 S)を演算する。受信電力算出部 85dはサブキャリア信号の I軸成分 H、 Q 軸分 Hを二乗して加算することにより、すなわち次式 P = H ² + H ²を演算することによ

Q I Q

り、受信電力 Pを計算し、平均値演算部 85eは受信電力の平均値を演算し、減算器 8 5fは受信電力の平均値から m² (希望波電力 S)を減算して干渉波電力 Iを出力し、 SI R演算部 85gは希望波電力 Sと干渉波電力 Iより次式

SIR= S/I (2)

により SIRを演算する。希望信号及び干渉波を含む入力信号を χί(ί=1,2，· · ·Ν)とするとき、入力信号の平均値 mは次式

m= (l/N) -∑xi (i= l, 2, · ' ·Ν)

で表現され、平均値 mを二乗したものが希望波電力 Sとなる。一方、入力信号と平均値の差を二乗したものの平均値 (分散） σ ²は干渉波電力 Iであり、次式

σ ²= (1/Ν) · Σ (xi-m) ² (i= l, 2, · ' ·Ν)

で表現される。上式を変形すると、

σ ²= (1/N) ·∑|xi|²— (2m/N) ·∑xi+ (l/N) ·∑

= (l/N) -∑|xi|²-2m²+m²

= [ (l/N) -∑|xi|²]-m² (3)

となる。そこで、受信電力算出部 85d及び平均値演算部 85eは (3)式の右辺第 1項の演算を実行し、減算器 85fは平均値演算部 85eの出力より m² (希望波電力 S)を減算して干渉波電力 Iを演算し、 SIR演算部 85gは (2)式の演算を実行して SIRを出力する

[0021] 図 14は図 2の受信タイミング測定部 RTMの説明図であり、図 5の構成と同一部分には同一符号を付している。受信タイミング測定部 RTMは、 FFTタイミング同期回路 62bの相関演算器 62b— 62b力も出力する遅延プロファイル (図 6参照)を入力され

1 3

、各遅延プロファイルが閾値以上となる立ち上がりタイミング tl一 t3を各ユーザからの受信タイミングとして測定する。

図 15は図 2の周波数オフセット測定部 FOMの構成図であり、バンド 1一 3の周波数オフセット測定部 FOMがそれぞれ示されて、る。各バンドの周波数オフセット測定部 FOMはそれぞれ、サブキャリア毎のチャネル推定値 hの位相変化量を計算し、その平均値から周波数オフセット量 f を求めるようにしている。ユーザ毎のサブキャリア offset

が決まっているため、ユーザ毎の周波数オフセット量を求めることができる。各バンドの周波数オフセット測定部の構成は同じであるので、バンド 1の周波数オフセット測定について説明する。

バンド 1のチャネル推定部 62e力もサブキャリア 1一 10のチャネル推定値 h— h が

1 1 10 周波数オフセット測定部の位相差計算部 91一 91 に入力する。位相差計算部 91

1 10 1 一 91 は図 16に示すように遅延回路 92と位相差計算部 93を備え、パイロット挿入間

10

隔の期間 τにおけるチャネル推定値 h— h のそれぞれの位相変化をオフセット周波

1 10

数として検出する。すなわち、基地局の基準周波数とユーザ (移動局)の周波数の間にオフセットが存在すると、チャネル推定値の位相がずれ、オフセットが大きいほど位相ずれが大きくなる。そこで遅延部 92でパイロット周期分チャネル推定値 hを遅延し、位相差計算部 93で遅延したチャネル推定値 h (t-T)と現チャネル推定値 h (t)の位相差

Δ Θ = Zh (t)-Zh (t-T)

を計算して出力する。周波数オフセット計算部 94は図 17に示すように各サブキヤリ

1

ァの周波数オフセットの平均値を用いて次式

[数 1]

によりバンド 1のオフセット周波数を計算する。他のバンド 2, 3についても同様にオフセット周波数を計算することができる。以上の説明ではサブキャリア数が 31、バンド数が 3つの場合について説明したが、本発明はこれらの数に限定するものではないことは明らかである。

以上、本発明によれば、ガードバンド帯域の使用方法を適応的に制御することにより、帯域を有効に使用することができ、周波数利用効率が向上する。また、基地局は、伝送路特性や移動局力ものフィードバック情報、隣接するバンドの使用状態に応じて、ガードバンド帯域の使用 Z未使用を適応的に制御することで、システムのスループットを向上することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 帯域を複数のバンドに分割し、各バンドを移動局に割り当てて OFDMデータ通信する OFDM通信方法にお!、て、

バンドの伝送特性および隣接するバンドの使用状態を監視し、

これらバンドの伝送特性および隣接するバンドの使用状態に基づいて、バンドの境界に設けたガードバンド領域をデータ伝送に使用する力、又はガードバンドとしてデータ伝送に使用しないかを決定する、

ことを特徴とする OFDM通信方法。

[2] 帯域を複数のバンドに分割し、各バンドを移動局に割り当てて OFDMデータ通信する OFDM通信方法にお!、て、

移動局力受信する下り伝送特性および隣接するバンドの使用状態を監視し、これらバンドの伝送特性および隣接するバンドの使用状態に基づいて、バンドの境界に設けたガードバンド領域を下りリンクのデータ伝送に際して使用する力又はガードバンドとしてデータ伝送に使用しないかを決定する、

ことを特徴とする OFDM通信方法。

[3] 基地局は下りリンク通信おけるガードバンド領域の使用方法を制御データで移動局に通知する、

ことを特徴とする請求項 2記載の OFDM通信方法。

[4] 帯域を複数のバンドに分割し、各バンドを移動局に割り当てて OFDMデータ通信する OFDM通信方法にお!、て、

バンドの上りリンク通信における伝送特性および隣接するバンドの使用状態を監視し、

これらバンドの伝送特性および隣接するバンドの使用状態に基づいて、バンドの境界に設けたガードバンド領域を上りリンクのデータ伝送に際して使用する力又はガードバンドとしてデータ伝送に使用しないかを決定し、

該上りリンク通信おけるガードバンド領域の使用方法を移動局に通知する、ことを特徴とする OFDM通信方法。

[5] 移動局は、ガードバンド領域の使用方法の指示に従い、基地局に対してデータの送信を行う、

ことを特徴とする請求項 4記載の OFDM通信方法。

[6] 基地局は、ある 1つのバンドに割り当てるユーザが存在しない場合、そのバンドの両端のガードバンド領域を、それぞれ隣接するバンドのデータ伝送に使用すると決定する、

ことを特徴とする請求項 2または請求項 4記載の OFDM通信方法。

[7] 基地局は、ある 1つのバンドにおいて、伝送レートの高いデータ通信を行う場合、そのバンドの両端のガードバンド領域をデータ伝送に使用しないと決定する、

[8] 基地局は、隣り合ったバンドの受信電力差が大きい場合、隣り合ったバンドの境界のガードバンド領域をデータ伝送に使用しないと決定する、

[9] 基地局は、ガードバンド近傍のサブキャリアの受信 SIRが小さい場合、そのガードバンド領域をデータ伝送に使用しな、と決定する、

[10] 基地局は、隣り合ったバンドの受信タイミング差が大きい場合、隣り合

つたバンドの境界のガードバンド領域をデータ伝送に使用しないと決定する、ことを特徴とする請求項 4記載の OFDM通信方法。

[11] 基地局は、隣り合ったバンドの周波数オフセット差が大きい場合、隣り合ったバンドの境界のガードバンド領域をデータ伝送に使用しないと決定する、

ことを特徴とする請求項 4記載の OFDM通信方法。

[12] 帯域を複数のバンドに分割し、各バンドを移動局に割り当てて OFDMデータ通信する OFDM通信システムの基地局にお!/、て、

移動局から下りリンク通信における伝送特性に関するフィードバック情報を受信する情報受信部、

隣接するバンドの使用状態を監視する監視部、

上りリンク通信における各バンドの伝送特性を測定する測定部、

前記移動局力ものフィードバック情報、隣接するバンドの使用状態、バンドの伝送特性に基づいて、バンドの境界に設けたガードバンド領域をデータ伝送に使用する力又はガードバンドとしてデータ伝送に使用しないかを決定するバンド制御部、を備えたことを特徴とする基地局。

[13] 下りリンク通信に際して前記ガードバンド領域を使用する力使用しないかに基づいて、前記各バンドで伝送するデータをサブキャリアに配分して OFDM伝送する OFD M送信部、

を備えたことを特徴とする請求項 12記載の基地局。

[14] 前記 OFDM送信部は下りリンク通信おけるガードバンド領域の使用方法を制御データで移動局に通知する、

ことを特徴とする請求項 13記載の基地局。

[15] 前記 OFDM送信部は上りリンク通信おけるガードバンド領域の使用方法を制御データで移動局に通知する、

ことを特徴とする請求項 12記載の基地局。

[16] 帯域を複数のバンドに分割し、各バンドを移動局に割り当てて OFDMデータ通信する OFDM通信システムの移動局にお!、て、

基地局力所定のバンドで下り送信データと制御情報とを受信する OFDM受信部下りリンク通信における伝送特性を測定する測定部、

該測定した伝送特性を基地局に送信する OFDM送信部、

基地局力送信される制御情報を復調する制御情報復調部、

下りリンク通信においてガードバンド領域をデータ伝送に使用する力、使用しない力の制御情報の指示に基づいて、下り送信データを復調するデータ復調部、を備えたことを特徴とする移動局。

[17] 前記 OFDM送信部は、上りリンク通信においてガードバンド領域をデータ伝送に使用するか、使用しないかの前記制御情報の指示に基づいて、上り送信データを所定バンドのサブキャリアに配分して送信する手段、

を備えたことを特徴とする請求項 16記載の移動局。