WO2010146985A1 - 無線通信システム、送信機および無線通信方法 - Google Patents

無線通信システム、送信機および無線通信方法 Download PDF

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WO2010146985A1
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propagation path
path estimation
data
frame format
symbol
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PCT/JP2010/059226
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泰弘 浜口
一成 横枕
理 中村
淳悟 後藤
宏樹 高橋
Original Assignee
シャープ株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0048Allocation of pilot signals, i.e. of signals known to the receiver
    • H04L5/0051Allocation of pilot signals, i.e. of signals known to the receiver of dedicated pilots, i.e. pilots destined for a single user or terminal
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/26Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2614Peak power aspects
    • H04L27/262Reduction thereof by selection of pilot symbols
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202Channel estimation
    • H04L25/0224Channel estimation using sounding signals

Definitions

  • the present invention relates to a technique for performing communication by spreading data in the frequency domain using any one of a plurality of types of frame formats with different insertion positions of propagation path estimation symbols.
  • DFT-S-OFDMA also called Discrete-Fourier-Transform-Spread-Orthogonal-Frequency-Division-Multiple Access, SC-FDMA: Single-Carrier-Frequency-Division-Multiple Access, or DFT-Precoded OFDM
  • SC-FDMA Single-Carrier-Frequency-Division-Multiple Access
  • DFT-Precoded OFDM DFT-Precoded OFDM
  • this is a system with very good PAPR (Peak to Average Power Ratio) characteristics.
  • a communication system called Clustered DFT-S-OFDM has been proposed for the purpose of improving frequency utilization efficiency. This method divides a frequency signal generated by DFT-S-OFDM into a group composed of a plurality of subcarriers called Cluster, and uses the frequency in a discrete manner, and allows deterioration of PAPR characteristics. This is a method for enhancing the frequency selective diversity effect and the frequency utilization efficiency.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of a transmitter that transmits a DFT-S-OFDM signal.
  • the scramble unit 100 performs randomization such as concealment on transmission data.
  • the modulation unit 101 performs error correction and digital modulation.
  • the DFT Pre-coding unit 102 performs Pre-coding by DFT.
  • the propagation path estimation signal generation unit 103 generates a propagation path estimation signal for demodulation.
  • the selection unit 104 switches between transmission data and a propagation path estimation signal.
  • the resource map unit 105 allocates data to be transmitted to subcarriers to be transmitted. Then, when generating a DFT-S-OFDM signal, mapping is performed for continuous subcarriers, and when generating a Clustered DFT-S-OFDM signal, data is mapped to discrete subcarriers.
  • a unit in which a mobile station accesses a base station is referred to as a resource block (hereinafter referred to as RB), and RB is composed of one or a plurality of subcarriers.
  • the OFDM signal generator 106 generates an OFDM signal including a guard interval.
  • the RF unit 107 includes an analog circuit from a D / A conversion (digital / analog conversion) unit to an antenna.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a frame format for transmitting a signal.
  • the vertical direction indicates frequency and the horizontal direction indicates time.
  • FIG. 9 shows the case where 24 subcarriers are used, and 1 RB is composed of 12 subcarriers. Further, one frame shows a case of 14 OFDM symbols, and propagation path estimation signals are used for the fourth and eleventh symbols.
  • FIG. 9 shows an example in which all subcarriers are used as propagation path estimation signals in an OFDM symbol into which propagation path estimation signals are inserted.
  • the frame format shown here is shown in Non-Patent Document 1.
  • the communication method using the frame format shown in Non-Patent Document 1 is DFT-S-OFDM, and it is not assumed that Clustered DFT-S-OFDM is used.
  • the receiver needs to estimate the propagation path in other OFDM symbols from the two propagation path estimation symbols.
  • the interval at which the propagation path estimation symbol is transmitted is 6 OFDM, and in mobile communication, the propagation path estimation accuracy deteriorates as the moving speed of the terminal increases.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and in a system for switching the insertion pattern of a plurality of propagation path estimation signals, even when the terminal moves at high speed, the propagation path estimation system is degraded.
  • An object is to provide a wireless communication system, a transmitter, and a wireless communication method that can be suppressed.
  • the radio communication system of the present invention uses any one of a plurality of types of frame formats with different insertion positions of propagation path estimation symbols, and spreads data in the frequency domain to perform communication.
  • the type of frame format includes at least a first frame format having a propagation path estimation symbol that uses all subcarriers as propagation path estimation signals, a propagation path estimation signal and data multiplexed in the frequency domain. And a second frame format having a path estimation symbol.
  • each type of frame format at least the first frame format having a propagation path estimation symbol having all subcarriers as propagation path estimation signals, the propagation path estimation signal, and data are multiplexed. Therefore, it is possible to suppress degradation of the channel estimation accuracy even when the moving speed of the terminal is high.
  • each type of frame format includes the same number of data transmission subcarriers for each frame.
  • each type of frame format includes the same number of data transmission subcarriers for each frame, the density in the time direction and the density in the frequency direction of the channel estimation signal depend on the type of the frame format. And can be changed. As a result, propagation path estimation accuracy in the time domain can be increased by increasing the density in the time direction. Furthermore, the information transmission amount for each frame is not changed.
  • the PAPR (Peak to Average to Power Ratio) characteristic of the data transmission subcarrier of the second frame format is a subcarrier transmitting a symbol to which only data is allocated. It is characterized by being the same as the PAPR characteristic.
  • This configuration makes it possible to suppress deterioration of the PAPR (Peak to Average Power Ratio) characteristics of the data transmission subcarrier in the second frame format.
  • PAPR Peak to Average Power Ratio
  • the second frame format is characterized in that propagation path estimation signals and data are arranged at regular intervals in the frequency axis direction.
  • the propagation path estimation signal and the data are arranged at regular intervals in the frequency axis direction, it is possible to suppress the deterioration of the PAPR characteristic.
  • the wireless communication system of the present invention is characterized in that the frame format to be used is switched according to a parameter relating to the moving speed of the transmitting terminal.
  • the frame format to be used is switched according to the parameter relating to the moving speed of the transmitting terminal, it is possible to suppress deterioration in propagation path estimation accuracy due to the moving speed of the transmitting terminal.
  • the wireless communication system of the present invention is characterized in that a plurality of types of communication methods can be used, and one of the plurality of types of frame formats is determined based on the communication method used. .
  • the communication method includes at least DFT-S-OFDM (Discrete-Fourier-Transform-Spread-Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing) and Clustered DFT-S-OFDM.
  • DFT-S-OFDM Discrete-Fourier-Transform-Spread-Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing
  • Clustered DFT-S-OFDM Discrete-Fourier-Transform-Spread-Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing
  • S-OFDM Discrete-Fourier-Transform-Spread-Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing
  • a second frame format having a propagation path estimation symbol in which a propagation path estimation signal and data are multiplexed is used.
  • the first frame format having a propagation path estimation symbol having all subcarriers as propagation path estimation signals is used, while Clustered DFT-S-OFDM is used.
  • the frame format including the propagation path estimation symbol corresponding to each PAPR characteristic is selected. It is possible to cope with high-speed movement of the transmission terminal.
  • the wireless communication system of the present invention is characterized in that one of the plurality of types of frame formats is determined based on a parameter relating to transmission power.
  • one of the plurality of types of frame formats is determined based on the parameter relating to transmission power, communication can be performed without considering signal distortion due to a difference in PAPR characteristics.
  • the parameter related to the transmission power is a transmission power reserve (Power Headroom).
  • the parameter related to transmission power is transmission power reserve (Power Headroom)
  • communication can be performed without considering signal distortion due to the difference in PAPR characteristics.
  • the wireless communication system of the present invention is characterized in that one of the plurality of types of frame formats is determined based on a modulation scheme to be used.
  • any one of a plurality of types of frame formats is determined based on the modulation scheme to be used, it is possible to obtain propagation path estimation accuracy corresponding to the modulation scheme.
  • the radio communication system of the present invention is characterized in that it includes symbols having different multiplexing ratios of the propagation path estimation signal and the data.
  • both the density in the time direction and the density in the frequency direction of the propagation path estimation signal are set according to the type of frame format. Can be changed. As a result, propagation path estimation accuracy in the time domain can be increased by increasing the density in the time direction.
  • the transmitter of the present invention is a transmitter that uses any one of a plurality of types of frame formats having different insertion positions of propagation path estimation symbols, and spreads data in the frequency domain for transmission.
  • a multiplexing unit for selecting one; and a transmission unit for transmitting the propagation path estimation signal and data; and a PAPR (Peak to Average to Power Ratio) characteristic of a subcarrier for data transmission of the second frame format is The PAPR characteristics of subcarriers that transmit symbols to which only data is allocated are the same Yes.
  • each type of frame format at least the first frame format having a propagation path estimation symbol having all subcarriers as propagation path estimation signals, the propagation path estimation signal, and data are multiplexed. Therefore, it is possible to suppress degradation of the propagation path estimation accuracy even when the moving speed and communication speed of the terminal are high.
  • the wireless communication method of the present invention is a wireless communication method that uses any one of a plurality of types of frame formats having different insertion positions of propagation path estimation symbols and spreads data in the frequency domain for communication.
  • a first frame format having a propagation path estimation symbol having all subcarriers as propagation path estimation signals or a second frame format having a propagation path estimation symbol in which the propagation path estimation signal and data are multiplexed And at least a step of transmitting the propagation path estimation signal and data, and a PAPR (Peak-to-Average-Power-Ratio) characteristic of a data transmission subcarrier of the second frame format Is the same as the PAPR characteristic of the subcarrier that transmits a symbol to which only data is allocated. It is characterized by being.
  • each type of frame format at least the first frame format having a channel estimation symbol that uses all subcarriers as a channel estimation signal, the channel estimation signal, and data are multiplexed. Therefore, it is possible to suppress degradation in propagation path estimation accuracy even when the moving speed and communication speed of the terminal are high.
  • the present invention it is possible to suppress deterioration in propagation path estimation accuracy performed in the receiver even in an environment where the transmitting terminal moves at high speed, and an efficient communication system can be constructed.
  • a signal known by a transmitter / receiver transmitted to estimate a propagation path is referred to as a propagation path estimation signal, and the propagation path estimation signal can be assigned in units of subcarriers.
  • a symbol including a propagation path estimation signal is referred to as a propagation path estimation symbol, and if all subcarriers are not propagation path estimation signals, data can be multiplexed.
  • DFT-S-OFDM or Clustered DFT-S-OFDM is used as a communication method. These communication methods can be understood as an OFDM signal obtained by spreading data in the frequency domain by DFT.
  • FIG. 1A is a diagram showing a basic frame format in the present embodiment.
  • FIG. 1A has the same configuration as FIG.
  • this frame format is referred to as a “basic frame format”.
  • the vertical direction indicates frequency and the horizontal direction indicates time.
  • This figure shows a case where 24 subcarriers are used, and 1 RB is assumed to be composed of 12 subcarriers.
  • one frame shows a case where it is composed of 14 OFDM symbols, and is a case where propagation path estimation symbols are used for the fourth and eleventh symbols.
  • all subcarriers are used as propagation path estimation signals in an OFDM symbol into which propagation path estimation symbols are inserted.
  • FIG. 1B is a diagram showing an example of an extended frame format in the present invention.
  • this frame format is referred to as “extended frame format b”.
  • propagation path estimation symbols are inserted into 2, 4, 6, 9, 11, and 13 OFDM symbols.
  • all subcarriers are not propagation path estimation signals, but are used as propagation path estimation signals for every three subcarriers. That is, the number of subcarriers used for data transmission is shown by inserting a channel estimation signal at a density three times that in the time direction and inserting a channel estimation signal at a density of 1/3 in the frequency direction.
  • 1A and FIG. 1B are kept constant.
  • the propagation path is estimated with respect to the frequency domain, and then the propagation path in all OFDM symbols is estimated by interpolation in the time domain.
  • the number of signals for channel estimation required in the frequency domain depends on the frequency selectivity of the channel (channel variations in the frequency domain), and the channel estimation signal is reduced with the channel estimation symbol. In some cases, this does not cause degradation.
  • a mobile station In a wireless communication system using these two frame formats, for example, a mobile station notifies a base station of parameters relating to a moving speed, selects a format used by the base station, notifies a terminal, and performs data communication. Therefore, it is possible to construct a communication system that suppresses degradation of propagation path estimation accuracy even in an environment where the movement speed is high, without changing the communication speed depending on the movement speed of the terminal.
  • Another advantage of not having to change the data communication speed is that the frame format change does not need to depend on data retransmission. This is because the same amount of data as that of the initial transmission may be assumed at the time of retransmission.
  • the density of the propagation path estimation signal in the time direction is high, but the data is multiplexed at the same time as the density in the frequency direction is low.
  • PAPR characteristics deteriorate. This is due to the fact that subcarriers for transmitting data are not continuous, and further degradation of the PAPR characteristic is increased by multiplexing the channel estimation signal.
  • FIG. 1C is a diagram showing an example of another extended frame format, which is an extended frame format in view of the above problems.
  • this frame format is referred to as an extended frame format c.
  • the propagation path estimation symbols are inserted in 3, 6, 10, 13 OFDM symbols.
  • FIG. 1B in the propagation path estimation symbol, not all subcarriers are used as propagation path estimation signals as shown in FIG. 1A, but are propagation path estimation signals every two subcarriers.
  • the PAPR characteristic is the best when the frequency is used continuously and when it is used at regular intervals.
  • this frame format shown in FIG. 1C since the subcarriers used for the propagation path estimation signal are arranged for each subcarrier, data is transmitted.
  • the PAPR characteristics focused only on subcarriers are comparable to symbols other than the propagation path estimation symbols. That is, it has the characteristics of a single carrier. Therefore, the PAPR characteristic in the propagation path estimation symbol is better than that shown in FIG. 1B even when the propagation path estimation signal and data are multiplexed.
  • the frame format shown in FIG. 1C has an advantage that the deterioration of the PAPR characteristic can be suppressed as much as possible in addition to the characteristics of the frame format shown in FIG. 1B.
  • the PAPR characteristic in the uplink is an important factor, and it can be said that the frame format of FIG. 1C is a very useful frame format in the uplink.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the transmitter according to the embodiment of the present invention.
  • the scramble unit 10 performs randomization such as concealment on transmission data.
  • the modulation unit 11 performs error correction and digital modulation.
  • the DFT Pre-coding unit 12 performs Pre-coding by DFT.
  • the propagation path estimation signal generator 13 generates a demodulation propagation path estimation signal, and the multiplex section 14 switches the transmission data and the propagation path estimation signal by the controller 18. Further, the multiplex unit 14 multiplexes the transmission data and the propagation path estimation signal by the control unit 18.
  • the resource map unit 15 allocates data to be transmitted to subcarriers to be transmitted. Further, when generating a DFT-S-OFDM signal, mapping is performed for continuous subcarriers, and when generating a Clustered DFT-S-OFDM signal, data is mapped to discrete subcarriers.
  • the OFDM signal generation unit 16 generates an OFDM signal including a guard interval.
  • the RF unit 17 includes an analog circuit from a D / A conversion (digital / analog conversion) unit to an antenna.
  • the control unit 18 controls the operation of the multiplex unit 14.
  • the multiplex unit 14 functions as a switching unit at the timing of transmitting the propagation path estimation symbol,
  • the frame format shown in FIG. 1B or 1C it functions as a multiplexing unit.
  • each type of frame format includes a frame format having at least a propagation path estimation symbol that uses all subcarriers as propagation path estimation signals (see FIG. 1A). And a frame format (FIG. 1B or FIG. 1C) having a propagation path estimation symbol in which a propagation path estimation signal and data are multiplexed are included, so that propagation path estimation can be performed even when the moving speed or communication speed of the terminal is high. It becomes possible to suppress deterioration of accuracy.
  • the communication method to be used (sometimes referred to as an access method) is notified from the base station to the mobile station through the downlink control channel.
  • the communication method to be used (sometimes referred to as an access method) is notified from the base station to the mobile station through the downlink control channel.
  • two notification bits are required for normal notification. Since it is preferable that the amount of information notified by the downlink is as small as possible, it is possible to reduce the amount of information by uniquely defining the frame format according to the access method, and in the case of the previous example, it can be handled with 1 bit. .
  • the access method is characterized by RBs to be used, such as DFT-S-OFDM and Clustered DFT-S-OFDM as in the example shown here, that is, when the frequency is used continuously, DFT- When S-OFDM is used in a discontinuous manner, the amount of information can be further reduced if it is determined as Clustered DFT-S-OFDM, and information bits other than specifying the RB to be used are not necessary.
  • the high-speed mobile terminal always selects Clustered DFT-S-OFDM as the communication method, it is possible to make it less susceptible to the degradation of the propagation path estimation accuracy.
  • it is difficult for a high-speed mobile terminal to properly switch between Clustered DFT-S-OFDM and DFT-S-OFDM depending on transmission power even if Clustered DFT-S-OFDM continues to be used, The effect shown, that is, an increase in throughput due to switching between Clustered DFT-S-OFDM and DFT-S-OFDM by transmission power is not reduced as a whole cell.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the transmitter according to the present embodiment. Blocks having the same functions as those in FIG.
  • the communication method is switched between DFT-S-OFDM and Clustered DFT-S-OFDM.
  • the difference between FIG. 2 and FIG. 3 is only the control unit 19.
  • the control unit 19 controls the resource map unit 15 to select continuous RBs, and the multiplexing unit 14 includes the DFT-Precoding unit 12 And control to switch between propagation path estimation signals.
  • the resource map unit 15 is controlled to select discontinuous RBs, and the multiplexing unit 14 is controlled by the DFT-Precoding unit 12. And the output from the propagation path estimation signal generation unit 13 are controlled to be multiplexed.
  • a frame format having a channel estimation symbol that uses all subcarriers as a channel estimation signal (see FIG. 1A).
  • a frame format (FIG. 1B or FIG. 1C) having a channel estimation symbol in which a channel estimation signal and data are multiplexed is used. It is possible to cope with high-speed movement of the transmission terminal while considering the PAPR characteristic.
  • a clustered DFT-S-OFDM is used as a communication scheme for a high-speed mobile terminal as a communication scheme.
  • Clustered DFT-S-OFDM has a PAPR characteristic compared to DFT-S-OFDM. Since it is bad, the problem that power efficiency is bad remains.
  • the high-speed mobile terminal uses DFT-S-OFDM as a communication method and switches the frame format depending on transmission power.
  • FIG. 1D shows a frame format for a high-speed mobile terminal according to the third embodiment.
  • FIG. 1D shows subcarriers that are not used by the data portion as compared to FIG. 1C.
  • the number of subcarriers used for data communication is different, but the PAPR characteristics in the channel estimation signal are excellent, and the power of subcarriers not used is allocated to the channel estimation signal.
  • the subcarriers that can be used are frame formats that have a merit that a propagation path estimation signal can be transmitted from another antenna.
  • this frame format is referred to as an extended frame format d.
  • a method of switching the frame format depending on the transmission power is shown.
  • the change of the transmission power and the frame format may not be instantaneously supported.
  • the present embodiment an example is shown in which the mobile station selects a frame format based on transmission power and performs communication by estimating which format the base station has transmitted, but the present invention is applicable only to the present embodiment. Of course, this is naturally applicable to a system in which the base station selects a frame format.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a transmitter according to the third embodiment. Blocks having the same functions as those in FIG. 3 are given the same numbers.
  • the communication method is switched between DFT-S-OFDM and Clustered DFT-S-OFDM.
  • the difference between FIG. 3 and FIG. 4 is only the control unit 40.
  • the control unit 40 controls the gain of the transmission power control amplifier included in the RF unit 17, and when the transmission power is lower than a predetermined threshold in the multiplexing unit 14, the frame format is as shown in FIG. When it is higher than the threshold value, control is performed as shown in FIG. 1D. By controlling in this way, the probability that the signal is distorted can be lowered, and the transmission data amount can be maintained as much as possible.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a receiver according to the third embodiment.
  • this receiver is a receiver of a base station, a plurality of users access it at the same time, but in order to simplify the explanation, a case where a signal of one user is demodulated will be described.
  • the RF unit 27 converts the signal so that the received signal can be digitally processed.
  • the OFDM demodulator 26 demodulates the OFDM signal.
  • the data extraction unit 25 extracts user data to be demodulated.
  • the propagation path estimation / transmission format determination unit 24 estimates the propagation path between the user's mobile station to be demodulated and the base station, and determines the transmission format.
  • the propagation path compensation unit 23 performs propagation path compensation on the received data.
  • the DFT-Decoding unit 22 performs De-coding of data pre-coded by the transmission device.
  • the demodulation unit 21 performs demodulation such as QPSK and error correction.
  • the descrambling unit 20 unscrambles the scramble performed by the transmitter. In FIG. 5, except for the propagation path estimation / transmission format determination unit 24, the configuration of the receiver in the conventional base station.
  • the propagation path estimation / transmission format determination unit 24 compares the average powers of even and odd carriers in the propagation path estimation symbol. If the average power is the same level, propagation path estimation is performed assuming that frame format c is transmitted. If the difference is large, propagation path estimation is performed assuming that frame format d is transmitted.
  • frame determination methods there are a method in which a correlation between a received signal and a propagation path estimation signal is obtained, and a method in which demodulation is performed in both formats.
  • the present invention can be applied to a parameter related to transmission power, and one of them is transmission power reserve (Power Headroom: PH).
  • PH is a value related to the difference between the maximum transmission power unique to the terminal and the transmission power, and generally means that the signal is distorted when it becomes a negative value.
  • communication characteristics can be improved by changing the frame format depending on the modulation method.
  • the description will be made on the assumption of QPSK, 16QAM, and 64QAM.
  • the present invention is not limited to this, and the modulation scheme includes a coding rate for error correction.
  • the amount of information that can be transmitted by QPSK is 1, it is possible to transmit an information amount of 2 for 16 QAM and 3 for 64 QAM.
  • FIG. 6A to 6C are diagrams showing examples of the frame format according to the present embodiment.
  • FIG. 6A shows a frame format used when 64QAM
  • FIG. 6B shows 16QAM
  • FIG. 6C shows a frame format used when QPSK is transmitted.
  • the higher the modulation multi-level number the higher the accuracy required for propagation path estimation.
  • a frame format is used in which the number of propagation path estimation symbols in the time domain is changed to obtain propagation path estimation accuracy corresponding to each multi-value number.
  • the method of changing the number of propagation path estimation symbols in the time domain is shown, but the method of changing the number of propagation path estimation signals in the frequency domain, the number of propagation path estimation signals in the frequency domain, the propagation path estimation symbols in the time domain A method of changing both numbers simultaneously is also applicable.
  • the third embodiment since one of a plurality of types of frame formats is determined based on the modulation scheme to be used, it is possible to obtain propagation path estimation accuracy according to the modulation scheme. It becomes.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a frame format according to the fourth embodiment.
  • symbols having different multiplexing ratios of the propagation path estimation signal and the data are included.
  • subcarriers for transmitting data and subcarriers for transmitting propagation path estimation signals are arranged every other frame.
  • subcarriers that transmit propagation path estimation signals are arranged between every three subcarriers that transmit data.
  • both the density in the time direction and the density in the frequency direction of the propagation path estimation signal are set according to the type of the frame format. Can be changed. As a result, propagation path estimation accuracy in the time domain can be increased by increasing the density in the time direction.
  • the present invention has been described on the assumption that the transmitting terminal moves at a high speed.
  • the present invention is not limited to this, and can be used for communication with a transmitting terminal having a fast fluctuation with respect to the time of the propagation path received by the receiving apparatus. Is clear.

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Abstract

 複数の伝搬路推定用信号の挿入パターンを切り替えるシステムにおいて、端末が高速に移動するような場合でも、伝搬路推定制度の劣化を抑える。伝搬路推定用シンボルの挿入位置が異なる複数種類のフレームフォーマットのいずれかを使用し、データを周波数領域に拡散して通信を行なう無線通信システムにおいて、前記各種類のフレームフォーマットには、少なくとも、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットと、伝搬路推定用信号とデータとが多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットとが含まれ、前記第2のフレームフォーマットのデータ送信用サブキャリアのPAPR特性は、データのみが割り当てられたシンボルを送信するサブキャリアのPAPR特性と同一である。

Description

無線通信システム、送信機および無線通信方法
 本発明は、伝搬路推定用シンボルの挿入位置が異なる複数種類のフレームフォーマットのいずれかを使用し、データを周波数領域に拡散して通信を行なう技術に関する。
 次世代のセルラシステムでは、アップリンクの通信方式として、DFT-S-OFDMA(Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiple Access、SC-FDMA:Single Carrier Frequency Division Multiple Access、あるいは、DFT Precoded OFDMとも呼ばれる)が使用されることが検討されている。DFT-S-OFDM信号は、連続するサブキャリアに信号を配置し、シングルキャリア方式の信号の性質を持つ。
 よって、非常にPAPR(Peak to Average Power Ratio)特性がよい方式であると言える。さらに、周波数利用効率の改善を目的とし、Clustered DFT-S-OFDMという通信方式が提案されている。この方式は、DFT-S-OFDMで生成される周波数信号をClusterと呼ばれる複数のサブキャリアで構成されるグループに分割し、離散的に周波数を利用する方式であり、PAPR特性の劣化を許容し、周波数選択ダイバーシチ効果と周波数利用効率を高める方式である。
 図8は、DFT-S-OFDM信号を送信する送信機の概略構成を示すブロック図である。図8において、スクランブル部100は、送信データに対して秘匿化等のランダマイズを行なう。変調部101は、誤り訂正やディジタル変調を行なう。DFT Pre-coding部102は、DFTによるPre-codingを行なう。伝搬路推定用信号生成部103は、復調用の伝搬路推定用信号を生成する。選択部104は、送信データと伝搬路推定用信号を切り替える。
 リソースマップ部105は、送信するデータを送信するサブキャリアに割り当てる。そして、DFT-S-OFDM信号を生成する際は、連続したサブキャリアに対してマッピングを行ない、Clustered DFT-S-OFDM信号を生成する際は離散的なサブキャリアにデータをマッピングする。本発明では、移動局が基地局にアクセスする単位をリソースブロック(以降RB)と称し、RBは1あるいは複数のサブキャリアで構成されるものとする。
 OFDM信号生成部106は、ガードインターバルを含むOFDM信号を生成する。RF部107は、D/A変換(ディジタル/アナログ変換)部からアンテナまでのアナログ回路で構成される。
 図9は、信号を送信するためのフレームフォーマットの一例を示す図である。図9において、縦方向が周波数、横方向が時間を示す。図9では、24サブキャリアを使用する場合を示しており、1RBは12サブキャリアで構成されているものとしている。また、1フレームは14OFDMシンボルで構成される場合を示しており、4シンボル目と11シンボル目に伝搬路推定用信号が使用される。図9では、伝搬路推定用信号が挿入されるOFDMシンボルでは全てのサブキャリアが伝搬路推定用信号として使用される例を示す。
 ここで示したフレームフォーマットは非特許文献1で示されている。ただし、非特許文献1で示されるフレームフォーマットを使用する通信方式はDFT-S-OFDMであり、Clustered DFT-S-OFDMが使用されることは前提としていない。
3gpp ts 36.213 R01-090020
 図9に示したようなフレームフォーマットを使用する場合、受信機では、2つの伝搬路推定用シンボルから、その他のOFDMシンボルにおける伝搬路を推定する必要がある。しかしながら、伝搬路推定用シンボルが送信される間隔は6OFDMあり、移動通信においては端末の移動速度が増加するに伴い、伝搬路の推定精度が劣化してしまう。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複数の伝搬路推定用信号の挿入パターンを切り替えるシステムにおいて、端末が高速に移動するような場合でも、伝搬路推定制度の劣化を抑えることができる無線通信システム、送信機および無線通信方法を提供することを目的とする。
 (1)上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の無線通信システムは、伝搬路推定用シンボルの挿入位置が異なる複数種類のフレームフォーマットのいずれかを使用し、データを周波数領域に拡散して通信を行なう無線通信システムにおいて、前記各種類のフレームフォーマットには、少なくとも、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットと、伝搬路推定用信号とデータとが周波数領域で多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットとが含まれることを特徴としている。
 このように、各種類のフレームフォーマットには、少なくとも、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットと、伝搬路推定用信号とデータとが多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットとが含まれるので、端末の移動速度が大きい場合でも、伝搬路推定精度の劣化を抑えることが可能となる。
 (2)また、本発明の無線通信システムにおいて、前記各種類のフレームフォーマットは、1フレーム毎に同数のデータ送信用サブキャリアを含むことを特徴としている。
 このように、各種類のフレームフォーマットは、1フレーム毎に同数のデータ送信用サブキャリアを含むので、フレームフォーマットの種類に応じて、伝搬路推定用信号の時間方向の密度と、周波数方向の密度とを変えることができる。その結果、時間方向の密度を増やすことによって、時間領域における伝搬路推定精度を高めることが可能となる。更に、フレーム毎の情報伝送量もかわらない。
 (3)また、本発明の無線通信システムにおいて、前記第2のフレームフォーマットのデータ送信用サブキャリアのPAPR(Peak to Average Power Ratio)特性は、データのみが割り当てられたシンボルを送信するサブキャリアのPAPR特性と同一であることを特徴としている。
 この構成により、第2のフレームフォーマットのデータ送信用サブキャリアのPAPR(Peak to Average Power Ratio)特性の劣化を抑えることが可能となる。
 (4)また、本発明の無線通信システムにおいて、前記第2のフレームフォーマットでは、伝搬路推定用信号とデータとがそれぞれ周波数軸方向に一定間隔に配置されることを特徴としている。
 このように、第2のフレームフォーマットでは、伝搬路推定用信号とデータとがそれぞれ周波数軸方向に一定間隔に配置されるので、PAPR特性の劣化を抑えることが可能となる。
 (5)また、本発明の無線通信システムは、送信端末の移動速度に関するパラメータによって、使用するフレームフォーマットを切り替えることを特徴としている。
 このように、送信端末の移動速度に関するパラメータによって、使用するフレームフォーマットを切り替えるので、送信端末の移動速度による伝搬路推定精度の劣化を抑えることが可能となる。
 (6)また、本発明の無線通信システムは、複数種類の通信方式を使用可能であって、使用する通信方式に基づいて、前記複数種類のフレームフォーマットのいずれかを決定することを特徴としている。
 このように、使用する通信方式に基づいて、複数種類のフレームフォーマットのいずれかを決定するので、フレームフォーマットを通知するための制御情報量を削減することが可能となり、また、システム設計も容易となる。
 (7)また、本発明の無線通信システムにおいて、前記通信方式には、少なくとも、DFT-S-OFDM(Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiplexing)およびClustered DFT-S-OFDMが含まれ、前記DFT-S-OFDMを使用する場合は、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットを使用する一方、前記Clustered DFT-S-OFDMを使用する場合は、伝搬路推定用信号とデータとが多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットを使用することを特徴としている。
 このように、DFT-S-OFDMを使用する場合は、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットを使用する一方、Clustered DFT-S-OFDMを使用する場合は、伝搬路推定用信号とデータとが多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットを使用するので、それぞれのPAPR特性に応じた伝搬路推定シンボルを含むフレームフォーマットを選択でき、送信端末の高速移動に対応することが可能となる。
 (8)また、本発明の無線通信システムは、送信電力に関するパラメータに基づいて、前記複数種類のフレームフォーマットのいずれかを決定することを特徴としている。
 このように、送信電力に関するパラメータに基づいて、前記複数種類のフレームフォーマットのいずれかを決定するので、PAPR特性の違いによる信号の歪みを考慮することなく通信を行なうことが可能となる。
 (9)また、本発明の無線通信システムにおいて、前記送信電力に関するパラメータは、送信電力余力(Power Headroom)であることを特徴としている。
 このように、送信電力に関するパラメータは、送信電力余力(Power Headroom)であるので、PAPR特性の違いによる信号の歪みを考慮することなく通信を行なうことが可能となる。
 (10)また、本発明の無線通信システムは、使用する変調方式に基づいて、前記複数種類のフレームフォーマットのいずれかを決定することを特徴としている。
 このように、使用する変調方式に基づいて、複数種類のフレームフォーマットのいずれかを決定するので、変調方式に応じた伝搬路推定精度を得ることが可能となる。
 (11)また、本発明の無線通信システムは、伝搬路推定用信号とデータとの多重割合が異なるシンボルを含むことを特徴としている。
 このように、伝搬路推定用信号とデータとの多重割合が異なるシンボルを含むので、フレームフォーマットの種類に応じて、伝搬路推定用信号の時間方向の密度と、周波数方向の密度との双方を変えることができる。その結果、時間方向の密度を増やすことによって、時間領域における伝搬路推定精度を高めることが可能となる。
 (12)また、本発明の送信機は、伝搬路推定用シンボルの挿入位置が異なる複数種類のフレームフォーマットのいずれかを使用し、データを周波数領域に拡散して送信する送信機であって、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットまたは伝搬路推定用信号とデータとが多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットのいずれか一方を選択するマルチプレクス部と、前記伝搬路推定用信号およびデータを送信する送信部と、を備え、前記第2のフレームフォーマットのデータ送信用サブキャリアのPAPR(Peak to Average Power Ratio)特性は、データのみが割り当てられたシンボルを送信するサブキャリアのPAPR特性と同一であることを特徴としている。
 このように、各種類のフレームフォーマットには、少なくとも、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットと、伝搬路推定用信号とデータとが多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットとが含まれるので、端末の移動速度や通信速度が大きい場合でも、伝搬路推定精度の劣化を抑えることが可能となる。
 (13)また、本発明の無線通信方法は、伝搬路推定用シンボルの挿入位置が異なる複数種類のフレームフォーマットのいずれかを使用し、データを周波数領域に拡散して通信を行なう無線通信方法であって、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットまたは伝搬路推定用信号とデータとが多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットのいずれか一方を選択するステップと、前記伝搬路推定用信号およびデータを送信するステップと、を少なくとも含み、前記第2のフレームフォーマットのデータ送信用サブキャリアのPAPR(Peak to Average Power Ratio)特性は、データのみが割り当てられたシンボルを送信するサブキャリアのPAPR特性と同一であることを特徴としている。
 このように、各種類のフレームフォーマットには、少なくとも、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットと、伝搬路推定用信号とデータとが多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットとが含まれるので、端末の移動速度や通信速度が大きい場合でも、伝搬路推定精度の劣化を抑えることが可能となる。
 本発明によれば、送信端末が高速に移動するような環境においても、受信機において行なう伝搬路推定精度の劣化を抑えることが可能となり、効率的な通信システムを構築することが可能になる。
基本的なフレームフォーマットを示す図である。 拡張フレームフォーマットの一例を示す図である。 他の拡張フレームフォーマットの一例を示す図である。 高速移動端末用のフレームフォーマットである。 第1の実施形態に係る送信機の概略構成を示すブロック図である。 第2の実施形態に係る送信機の概略構成を示すブロック図である。 第3の実施形態に係る送信機の概略構成を示すブロック図である。 第3の実施形態に係る受信機の概略構成を示すブロック図である。 64QAMを送信する際に使用するフレームフォーマットである。 16QAMを送信する際に使用するフレームフォーマットである。 QPSKを送信する際に使用するフレームフォーマットである。 第4の実施形態に係るフレームフォーマットの例を示す図である。 DFT-S-OFDM信号を送信する送信機の概略構成を示すブロック図である。 信号を送信するためのフレームフォーマットの一例を示す図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下、移動局装置から基地局装置へデータを送信するアップリンクを用いて説明するが、本発明はこれに限るものではない。また、本発明は送信機会(フレーム単位やパケット単位)毎に送信フォーマットを変更して、データを送信することが可能な送信装置を前提として説明する。
 本発明では、伝搬路を推定するために送信される送受信機で既知の信号を伝搬路推定信号と称し、伝搬路推定信号は、サブキャリア単位で割り当てることが可能としている。また、伝搬路推定信号が含まれるシンボルを伝搬路推定用シンボルと称し、全てのサブキャリアが伝搬路推定信号ではない場合は、データを多重することも可能である。また、実施形態では通信方式として、DFT-S-OFDMあるいはClustered DFT-S-OFDMを使用することを前提としている。これらの通信方式は、データをDFTにより周波数領域に拡散したOFDM信号をいう捉え方をすることが可能である。
 [第1の実施形態]
 本実施形態では、最初に、基本的なフレームフォーマットに対し、高速移動通信のために拡張されるフレームフォーマットのデータ伝送用に使用されるサブキャリア数が同一となる拡張フレームフォーマットを示す。ただし、それぞれのフレームフォーマットでは伝搬路推定シンボルの挿入間隔が異なる。更に、アップリンクではPAPR特性が重要であることを考慮し、PAPR特性の劣化を極力抑えることが可能なフレームフォーマットについても示す。
 図1Aは、本実施形態における基本的なフレームフォーマットを示す図である。図1Aは、図9と同じ構成である。以下、このフレームフォーマットを「基本フレームフォーマット」と称する。図1Aにおいて、縦方向が周波数、横方向が時間を示す。本図では24サブキャリアを使用する場合を示しており、1RBは12サブキャリアで構成されているものとしている。また、1フレームは14OFDMシンボルで構成される場合を示しており、4シンボル目と11シンボル目に伝搬路推定用シンボルが使用される場合である。本図の場合、伝搬路推定用シンボルが挿入されるOFDMシンボルでは全てのサブキャリアが伝搬路推定信号として使用される例である。
 図1Bは、本発明における拡張フレームフォーマットの一例を示す図である。(以下、このフレームフォーマットを「拡張フレームフォーマットb」と称する)。図1Aに対して、伝搬路推定用シンボルは、2、4、6、9、11、13OFDMシンボルに挿入されている。ただし、伝搬路推定用シンボルでは、図1Aのように、すべてのサブキャリアが伝搬路推定用信号とはされず、3サブキャリア毎に伝搬路推定用信号としている。即ち、時間方向に3倍の密度で伝搬路推定用信号を挿入し、周波数方向に1/3の密度で伝搬路推定用信号を挿入することで、データ伝送に使用されるサブキャリア数を図1Aと図1Bとで一定にすることを保っている。
 受信機においては、まず各伝搬路推定用シンボルにおいて、周波数領域に対して伝搬路を推定し、後に、時間領域に補間することにより全OFDMシンボルでの伝搬路を推定する。これは、周波数領域での伝搬路推定精度の劣化を許容し、時間領域での伝搬路推定精度を高めることが可能になることを意味する。ただし、周波数領域で必要となる伝搬路推定用信号数は、伝搬路の周波数選択性(周波数領域における伝搬路変動)に依存するものであり、伝搬路推定用シンボルで伝搬路推定用信号を削減することが殆ど劣化の要因にならない場合もある。
 これらの2つのフレームフォーマットを使用する無線通信システムでは、例えば、移動局が基地局に移動速度に関するパラメータを通知し、基地局が使用するフォーマットを選択し端末に通知してデータ通信を行なうことで、端末の移動速度により通信速度を変更することなく、たとえ移動速度が速い環境でも、伝搬路推定精度の劣化を抑えた通信システムを構築することが可能となる。データの通信速度を変えなくてよいメリットには、フレームフォーマットの変更を、データの再送に依存させる必要がないということもある。これは、再送時には初送と同じデータ量を前提とする場合があるためである。
 図1Bのフレームフォーマットでは、時間方向の伝搬路推定信号の密度は濃くなっているが、周波数方向の密度が薄くなると同時にデータが多重されている。このような伝搬路推定シンボルのサブキャリアの使用法では、PAPR特性が劣化する。これは、データを送信するサブキャリアが連続とならないことに起因し、さらに伝搬路推定信号を多重することでPAPR特性の劣化が大きくなる。
 図1Cは、他の拡張フレームフォーマットの一例を示す図であり、上記のような問題点を鑑みた拡張フレームフォーマットである。以下、このフレームフォーマットを拡張フレームフォーマットcと称する。伝搬路推定シンボルは3、6、10、13OFDMシンボルに挿入されている。図1Bと同様に、伝搬路推定用シンボルでは、図1Aのように全てのサブキャリアが伝搬路推定用信号とはされず、2サブキャリア毎に伝搬路推定信号としている。
 DFT-S-OFDM信号において、周波数を連続使用した場合と、一定間隔で使用した場合に、PAPR特性が最もよくなる。(この状態がシングルキャリアの特徴を持つ状態である)この図1Cで示したフレームフォーマットでは、伝搬路推定用信号に使用されるサブキャリアが1サブキャリア毎に配置されるため、データを送信するサブキャリアについてのみ着目したPAPR特性は、伝搬路推定シンボル以外のシンボルと同程度になる。すなわち、シングルキャリアの特性を持つ。従って、伝搬路推定用シンボルにおけるPAPR特性は、伝搬路推定信号とデータが多重されることを考慮しても図1Bに示したものと比べて良好なものとなる。
 従って、図1Cに示したフレームフォーマットは、図1Bに示したフレームフォーマットの特徴に加え、PAPR特性の劣化を極力抑えることが可能であるというメリットがある。一般的にアップリンクにおけるPAPR特性は重要なファクタであり、図1Cのフレームフォーマットはアップリンクにおいて非常に有用なフレームフォーマットであると言える。
 図2は、本発明の実施形態に係る送信機の概略構成を示すブロック図である。図2において、スクランブル部10は、送信データに対して秘匿化等のランダマイズを行なう。変調部11は、誤り訂正やディジタル変調を行なう。DFT Pre-coding部12は、DFTによるPre-codingを行なう。伝搬路推定用信号生成部13は、復調用の伝搬路推定用信号を生成する、マルチプレクス部14は、制御部18により送信データと伝搬路推定用信号を切り替える。また、マルチプレクス部14は、制御部18により送信データと伝搬路推定用信号を多重する。
 リソースマップ部15は、送信するデータを送信するサブキャリアに割り当てる。また、DFT-S-OFDM信号を生成する際は連続したサブキャリアに対してマッピングを行ない、Clustered DFT-S-OFDM信号を生成する際は離散的なサブキャリアにデータをマッピングする。OFDM信号生成部16は、ガードインターバルを含むOFDM信号を生成する。RF部17は、D/A変換(ディジタル/アナログ変換)部からアンテナまでのアナログ回路で構成される。制御部18は、マルチプレクス部14の動作を制御する。
 基地局からデータフォーマットを指定されるようなシステムでは、基地局から図1Aに示すフレームフォーマットが指定された場合、マルチプレクス部14は、伝搬路推定シンボルを送信するタイミングで切り替え部として機能し、図1Bあるいは図1Cに示すフレームフォーマットが指定された場合は多重部として機能する。
 以上説明したように、第1の実施形態によれば、各種類のフレームフォーマットには、少なくとも、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有するフレームフォーマット(図1A参照)と、伝搬路推定用信号とデータとが多重される伝搬路推定シンボルを有するフレームフォーマットと(図1Bまたは図1C)が含まれるので、端末の移動速度や通信速度が大きい場合でも、伝搬路推定精度の劣化を抑えることが可能となる。
 [第2の実施形態]
 第2の実施形態では、使用するアクセス方式に従ってフレームフォーマットを変更する形態について説明する。次世代のアップリンクの通信方式では、DFT-S-OFDMとClustered DFT-S-OFDMを切り替える方法が提案されている(例えば、非特許文献2:R01-090020)。これは、端末の位置がセルエッジ等の送信電力が制限されるような環境下では、PAPR特性に優れたDFT-S-OFDMを使用し、セル中央等の送信電力に余裕がある環境下では、周波数使用効率に優れたClustered DFT-S-OFDMを使用することで、セルのスループット特性の改善を目的とした方法である。
 通常、使用する通信方式(アクセス方式と言う場合もある)は、ダウンリンクの制御チャネルを通して、基地局から移動局に通知される。例えば、アクセス方式が2種類、使用できるフレームフォーマットが2種類ある場合、普通に通知を行なうと2ビットの情報ビットを要することになる。ダウンリンクで通知する情報量は少しでも少ないことが好ましいので、アクセス方式に従って、フレームフォーマットを一意に定義することで、情報量を削減することが可能となり、先の例の場合1ビットで対応できる。また、アクセス方式がここで示す例のようにDFT-S-OFDMとClustered DFT-S-OFDMのように、使用するRBに特徴がある場合、即ち、周波数を連続に使用する場合は、DFT-S-OFDM、不連続で使用する場合はClustered DFT-S-OFDMのように決めると、更に情報量の削減が可能となり、使用するRBを指定する以外の情報ビットは必要なくなる。
 次に、通信方式とフレームフォーマットを一意に対応付ける方法について説明する。先に示したように、セルラシステムにおけるアップリンクでDFT-S-OFDMとClustered DFT-S-OFDMを使い分ける場合、セル中央では、PAPR特性の影響が少ないためClustered DFT-S-OFDMを使用するが、この場合、フレームフォーマットとしてもPAPR特性の劣化を許容し、高速移動に適用可能な実施形態1における拡張フレームフォーマットcを、そして、セルエッジではPAPR特性が重要となるため、基本フレームフォーマットを使用する。このように、通信方式の特性とフレームフォーマットの特性をリンクさせることで、システム設計も容易になり、先に示したように制御情報量を削減した無線通信システムを構築することが可能となる。
 また、ここで示したシステムの場合、高速移動端末は常に通信方式としてClustered DFT-S-OFDMを選択すれば、伝搬路推定精度が劣化する影響を受け難くすることが可能となる。また、高速移動端末が送信電力により適格にClustered DFT-S-OFDMとDFT-S-OFDMを切り替えることは困難であるため、Clustered DFT-S-OFDMを使用し続けても、非特許文献2で示している効果、すなわち、Clustered DFT-S-OFDMとDFT-S-OFDMを送信電力で切り替えることによるスループットの増加をセル全体として低減することはない。
 ここでは、伝搬路推定シンボルにおける伝搬路推定用信号とデータ信号の電力は同一であることを前提として説明したが、周波数領域における推定精度の劣化を補うために、伝搬路推定用信号の電力を大きくすることも可能である。その際、各シンボルにおける電力を一定とするためにはデータ信号の電力を小さくすればよい。このように、伝搬路推定シンボルで伝搬路推定信号とデータを多重する場合、送信電力差を設定することが可能となり、伝搬路推定精度を改善することが可能になる。また、伝搬路推定信号とデータを送信するサブキャリアに電力差を持たせると、電力差がない場合より、PAPR特性も改善される。
 図3は、本実施形態に係る送信機の概略構成を示すブロック図である。図2と同じ機能のブロックには同じ番号を付している。また、通信方式はDFT-S-OFDMとClustered DFT-S-OFDMを切り替えるものする。図2と図3との違いは制御部19のみである。制御部19は、通信方式としてDFT-S-OFDMが選択された場合は、リソースマップ部15に対して連続したRBを選択するように制御すると共に、マルチプレクス部14は、DFT-Precoding部12と、伝搬路推定用信号とを切り替えるように制御する。
 通信方式としてClustered DFT-S-OFDMが選択された場合は、リソースマップ部15に対して不連続なRBを選択するように制御すると共に、マルチプレクス部14に対して、DFT-Precoding部12からの出力と、伝搬路推定用信号生成部13からの出力とを多重するように制御する。
 以上説明したように、第2の実施形態によれば、DFT-S-OFDMを使用する場合は、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有するフレームフォーマット(図1A参照)を使用する一方、Clustered DFT-S-OFDMを使用する場合は、伝搬路推定用信号とデータとが多重される伝搬路推定シンボルを有するフレームフォーマット(図1Bまたは図1C)を使用するので、PAPR特性を考慮しながら、送信端末の高速移動に対応することが可能となる。
 [第3の実施形態]
 第2の実施形態では通信方式として、高速移動端末にClustered DFT-S-OFDMを通信方式として使用する場合を示したが、Clustered DFT-S-OFDMはPAPR特性がDFT-S-OFDMに比べて悪いため、電力効率が悪いという問題が残ってしまう。本実施形態では、高速移動端末は通信方式としてはDFT-S-OFDMを使用することを前提とし、送信電力によってフレームフォーマットを切り替える例を示す。
 図1Dは、第3の実施形態に係る高速移動端末用のフレームフォーマットである。図1Dは、図1Cに対して、データ部が使用しないサブキャリアになっている。この図1Cと図1Dとでは、データ通信に使用するサブキャリア数が異なっているが、伝搬路推定信号におけるPAPR特性が優れており、かつ、使用しないサブキャリアの電力を伝搬路推定信号に割り当てることができ、また、使用しないサブキャリアについては、他のアンテナから伝搬路推定信号を送信できるといったメリットがあるフレームフォーマットである。以下、このフレームフォーマットを拡張フレームフォーマットdと称する。
 本実施形態では、送信電力によってフレームフォーマットを切り替える方法を示すが、基地局からのフレームフォーマットの指定により、フレームフォーマットを変更する方法では、送信電力とフレームフォーマットの変更が瞬時に対応できない場合がある。従って、本実施形態では、移動局が送信電力によってフレームフォーマットを選択し、基地局がどのフォーマットで送信されたかを推定して通信を行なう例を示すが、本発明が本実施形態にのみ適用できるというわけではなく、当然、基地局がフレームフォーマットを選択するといったシステムにも適用できることは当然である。
 図4は、第3の実施形態に係る送信機の概略構成を示すブロック図である。図3と同じ機能のブロックには同じ番号を付している。また、通信方式はDFT-S-OFDMとClustered DFT-S-OFDMを切り替えるものする。図3と図4との違いは制御部40のみである。制御部40は、RF部17が有する送信電力制御用アンプの利得を制御し、かつ、マルチプレクス部14において、送信電力が所定の閾値より低い場合はフレームフォーマットが図1C、送信電力が所定の閾値より高い場合は図1Dになるように制御を行なう。このように制御することで、信号が歪む確率を低くすることができ、かつ、できるだけ送信データ量を維持することができる。
 図5は、第3の実施形態に係る受信機の概略構成を示すブロック図である。通常、この受信機は基地局の受信機となるため、同一時刻に複数のユーザがアクセスするが、説明を簡単にするために、1ユーザの信号を復調する場合について説明する。図5において、RF部27は、受信した信号をディジタル信号処理できるように信号を変換する。OFDM復調部26は、OFDM信号の復調を行なう。データ抽出部25は、復調するユーザのデータを抽出する。伝搬路推定/送信フォーマット判定部24は、復調するユーザの移動局と基地局の間の伝搬路を推定と、送信フォーマットを判定する。
 伝搬路補償部23は、受信したデータに対して伝搬路の補償を行なう。DFT-Decoding部22は、送信装置でPre-codingされたデータをDe-codingする。復調部21は、QPSK等の復調と誤り訂正等を行なう。デスクランブル部20は、送信機で施されたスクランブルを解く。なお、図5において、伝搬路推定/送信フォーマット判定部24以外は、従来の基地局における受信機の構成である。
 送信機が使用するフレームフォーマットが図1Cあるいは図1Dに示すものである場合、伝搬路推定/送信フォーマット判定部24は、伝搬路推定シンボルにおいて、偶数キャリアと奇数キャリアの平均電力の比較を行なう。平均電力が同じ程度であれば、フレームフォーマットcが送信されたとして、伝搬路推定を行ない、差が大きい場合は、フレームフォーマットdが送信されたとして伝搬路推定を行なう。その他のフレーム判定方法として、受信信号と伝搬路推定信号との相関をとるといった方法や、両方のフォーマットで復調してみるといった方法がある。
 本実施形態では、送信電力に合わせてフレームフォーマットを切り替える場合を示したが、送信電力に関するパラメータに適用可能であり、その一つとして送信電力余力(Power Headroom:PH)がある。PHとは、端末固有の最大送信電力から送信電力の差に関する値であり、一般的に負の値になると信号が歪むことを意味する。このように送信電力に関するパラメータに合わせてフレームフォーマットを切り替えることで、PAPR特性の違いによる信号の歪みを考慮することなく通信を行なうことが可能となる。
 また、PHの他に、変調方式によってフレームフォーマットを変更することで、通信特性を改善することができる。簡単のために、QPSK、16QAM、64QAMを前提として説明するが、これに限るものではなく、変調方式には、誤り訂正の符号化率も含まれる。QPSKで送信できる情報量を1とした場合、16QAMでは2、64QAMでは3の情報量を送信することが可能となる。
 図6A~図6Cは、本実施形態に係るフレームフォーマットの例を示す図である。図6Aは、64QAM、図6Bは、16QAM、図6Cは、QPSKを送信する際に使用するフレームフォーマットである。通常、変調多値数が高くなるほど、伝搬路推定に要求される精度は高くなる。本実施形態では、時間領域の伝搬路推定シンボル数を変えることで、それぞれの多値数に応じた伝搬路推定精度を得ることができるようにしたフレームフォーマットを用いる。この例では、時間領域の伝搬路推定シンボル数を変える方法を示したが、周波数領域の伝搬路推定用信号数を変える方法や、周波数領域の伝搬路推定信号数、時間領域の伝搬路推定シンボル数の両方を同時に変更する方法も適用可能である。
 以上説明したように、第3の実施形態によれば、使用する変調方式に基づいて、複数種類のフレームフォーマットのいずれかを決定するので、変調方式に応じた伝搬路推定精度を得ることが可能となる。
 [第4の実施形態]
 図7は、第4の実施形態に係るフレームフォーマットの例を示す図である。本実施形態では、伝搬路推定用信号とデータとの多重割合が異なるシンボルを含む。図7に示すように、1フレーム前半の第3、第6シンボルには、データを送信するサブキャリアと伝搬路推定信号を送信するサブキャリアとが1つ置きに配置されているが、1フレームの後半の第8、第10、第12、第14シンボルには、データを送信するサブキャリアの間に、3つおきに伝搬路推定信号を送信するサブキャリアが配置されている。このように、伝搬路推定用信号とデータとの多重割合が異なるシンボルを含むので、フレームフォーマットの種類に応じて、伝搬路推定用信号の時間方向の密度と、周波数方向の密度との双方を変えることができる。その結果、時間方向の密度を増やすことによって、時間領域における伝搬路推定精度を高めることが可能となる。
 以上、本発明では送信端末が高速移動する場合を前提として発明を記載したが、これに限るものではなく、受信装置で受信される伝搬路の時間に対する変動が速い送信端末との通信に使用できることは明らかである。
10 スクランブル部
11 変調部
12 DFT Pre-coding部
13 伝搬路推定用信号生成部
14 マルチプレクス部
15 リソースマップ部
16 OFDM信号生成部
17 RF部
18、19、40 制御部

Claims (14)

  1.  伝搬路推定用信号の挿入位置が異なる複数種類のフレームフォーマットのいずれかを使用し、データを周波数領域に拡散して通信を行なう無線通信システムにおいて、
     前記各種類のフレームフォーマットには、少なくとも、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットと、伝搬路推定用信号とデータとが周波数領域で多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットとが含まれ、
     前記各種類のフレームフォーマットは、1フレーム毎に同数のデータ送信用サブキャリアを含むことを特徴とする無線通信システム。
  2.  前記伝搬路推定用信号とデータが多重されるフレームフォーマットとして、伝搬路推定信号が含まれるシンボルではデータを送信しないフレームフォーマットを含むことを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。
  3.  前記第2のフレームフォーマットのデータ送信用サブキャリアのPAPR(Peak to Average Power Ratio)特性は、データのみが割り当てられたシンボルを送信するサブキャリアのPAPR特性と同一であることを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。
  4.  前記第2のフレームフォーマットでは、伝搬路推定用信号とデータとがそれぞれ周波数軸方向に一定間隔に配置されることを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。
  5.  送信端末の移動速度に関するパラメータによって、使用するフレームフォーマットを切り替えることを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。
  6.  複数種類の通信方式を使用可能であって、
     使用する通信方式に基づいて、前記複数種類のフレームフォーマットのいずれかを決定することを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。
  7.  前記通信方式には、少なくとも、DFT-S-OFDM(Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiplexing)およびClustered DFT-S-OFDMが含まれ、
     前記DFT-S-OFDMを使用する場合は、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットを使用する一方、
     前記Clustered DFT-S-OFDMを使用する場合は、伝搬路推定用信号とデータとが多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットを使用することを特徴とする請求項6記載の無線通信システム。
  8.  送信電力に関するパラメータに基づいて、前記複数種類のフレームフォーマットのいずれかを決定することを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。
  9.  前記送信電力に関するパラメータは、送信電力余力(Power Headroom)であることを特徴とする請求項8記載の無線通信システム。
  10.  使用する変調方式に基づいて、前記複数種類のフレームフォーマットのいずれかを決定することを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。
  11.  伝搬路推定用信号とデータとの多重割合が異なるシンボルを含むことを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。
  12.  伝搬路推定用信号の挿入位置が異なる複数種類のフレームフォーマットのいずれかを使用し、データを周波数領域に拡散して送信する送信機であって、
     すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットまたは伝搬路推定用信号とデータとが多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットのいずれか一方を選択するマルチプレクス部と、
     前記伝搬路推定用信号およびデータを送信する送信部と、を備え、
     前記第2のフレームフォーマットのデータ送信用サブキャリアのPAPR(Peak to Average Power Ratio)特性は、データのみが割り当てられたシンボルを送信するサブキャリアのPAPR特性と同一であることを特徴とする送信機。
  13.  伝搬路推定用信号の挿入位置が異なる複数種類のフレームフォーマットのいずれかを使用し、データを周波数領域に拡散して通信を行なう無線通信方法であって、
     すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットまたは伝搬路推定用信号とデータとが多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットのいずれか一方を選択するステップと、
     前記伝搬路推定用信号およびデータを送信するステップと、を少なくとも含み、
     前記第2のフレームフォーマットのデータ送信用サブキャリアのPAPR(Peak to Average Power Ratio)特性は、データのみが割り当てられたシンボルを送信するサブキャリアのPAPR特性と同一であることを特徴とする無線通信方法。
  14.  伝搬路推定用信号の挿入位置が異なる複数種類のフレームフォーマットのいずれかを使用し、データを周波数領域に拡散して通信を行なう無線通信システムにおいて、
     前記各種類のフレームフォーマットには、少なくとも、すべてのサブキャリアを伝搬路推定用信号とする伝搬路推定シンボルを有する第1のフレームフォーマットと、伝搬路推定用信号とデータとが周波数領域で多重される伝搬路推定シンボルを有する第2のフレームフォーマットとが含まれることを特徴とする無線通信システム。
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