JP2007174353A - 無線通信システムおよび無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御データを広帯域の信号に割り当てた場合でも、消費電力を増大させることなく、高精度に受信を行うことが可能な無線通信システムおよび無線装置を提供する。
【解決手段】送信装置は、１つの変調信号を互いに第１周波数の周波数差を有する２つのサブキャリアに割り当て、各サブキャリアの変調信号にそれぞれ逆フーリエ変換を施して、第１周波数よりも高い第２周波数をサンプル速度とするOFDM変調信号を生成して無線送信する。一方、受信装置は、受信アナログ部２２が受信した無線信号をベースバンド信号に変換する。そして、ＡＤ変換部２４が、第１周波数をサンプリング周波数としてベースバンド信号を標本化する。これにより、送信側のサンプリング周波数と受信側のサンプリング周波数との差に基づくエリアジングにより、同じ情報を伝送するサブキャリアが合成された状態で標本化されるようにしたものである。
【選択図】 図２

Description

この発明は、例えばＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信やマルチキャリアＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）通信に用いられる無線通信システムに関する。

近年、OFDM通信やマルチキャリアCDMA通信など、ディジタル信号を複数のサブキャリアへマッピングし、広帯域化して送受信することにより、伝送速度の高速化や周波数選択性フェージングへの耐性向上を図る技術が注目を集めている。

例えばOFDMを用いたIEEE802.11a通信は、無線LAN規格として既に普及しており、48データサブキャリアへ最大64QAM信号をマッピングすることで、誤り訂正符号化による冗長性を持つにも関わらず、54Mbpsの通信を可能としている。

この規格では、通信帯域幅は20MHzで、周波数選択性フェージング下であっても周波数ダイバーシチ効果が得られるため、一部に品質の悪いサブキャリアが生じても、サブキャリア方向のインタリーブと誤り訂正機能により誤りを低減できる点も特徴的である。

また、この周波数ダイバーシチ効果を活かすために、制御データなど重要なデータについては、複数のサブキャリアへ同一信号をマッピングする技術も検討されている。特許文献１には、通信相手をグループ化し、サブキャリアの一部を当該グループ宛として利用する方法が記載されている。

しかしながら、制御データを広帯域の信号に割り当てると、受信機は高速な速度にて信号の標本化や信号処理を実行しなければならない。すると受信機は比較的大きい電力を消費することになり、非効率となってしまうという問題が生じる。
特許第３４８５８６０号公報

従来の無線装置では、制御データを広帯域の信号に割り当てると、受信機は高速な速度にて信号の標本化や信号所を実行しなければならず、これにより受信で比較的大きい電力を消費することになり、非効率となってしまうという問題があった。

この発明は上記の問題を解決すべくなされたもので、例えば制御データを広帯域の信号に割り当てた場合でも、消費電力を増大させることなく、高精度に受信を行うことが可能な無線通信システムおよび無線装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、この発明は、第１無線装置と第２無線装置との間で、複数のサブキャリアを用いたマルチキャリア通信を行う無線通信システムにおいて、第１無線装置は、送信データを生成するデータ生成手段と、送信データに基づいて生成した１つの変調信号を、互いに第１周波数の周波数差を有する２つのサブキャリアに割り当てるマッピング手段と、このマッピング手段が割り当てた各サブキャリアの変調信号にそれぞれ逆フーリエ変換を施して、第１周波数よりも高い第２周波数をサンプル速度とするOFDM変調信号を生成する逆フーリエ変換手段と、この逆フーリエ変換手段が生成したOFDM変調信号を、アナログ信号に変換した後、無線周波数にアップコンバートして送信する送信手段とを備え、第２無線装置は、第１無線装置から送信される無線信号を受信し、ベースバンド信号にダウンコンバートする受信手段と、この受信手段が出力するベースバンド信号を、第１周波数でサンプリングするＡＤ変換手段と、このＡＤ変換手段の出力にフーリエ変換を施して、受信信号を抽出するフーリエ変換手段と、このフーリエ変換手段が抽出した受信信号をデマッピングして、受信データを得るデータ抽出手段とを具備して構成するようにした。

この発明によれば、例えば制御データを広帯域の信号に割り当てた場合でも、消費電力を増大させることなく、高精度に受信を行うことが可能な無線通信システムおよび無線装置を提供できる。

以下、図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係わる無線通信システムの送信装置の構成を示すものである。この送信装置は、送信データ生成部１１と、サブキャリアマッピング部１２と、逆ＦＦＴ部１３と、ＤＡ変換部１４と、送信アナログ部１５と、送信アンテナ１６と、受信アンテナ１７と、フィードバック情報受信部１８と、送信制御部１９とを備えている。

送信データ生成部１１は、相手側の受信装置に宛ててすべき送信データを生成し、サブキャリアマッピング部１２に出力する。送信データ生成部１１は、動作初期においては、予め受信装置と申し合わせた既知信号を示す送信データを生成し、一定時間が経過すると、ユーザデータや、例えば着信を通知するための呼び出し用信号や、周波数同期やシンボル同期、またはフレーム同期を行うための同期用信号といった制御信号を送信データとして生成する。

なお、これらの送信データは、送信データ生成部１１において、別々のタイミングで生成されて出力されてもいいし、あるいは複数が同時に生成されて、それぞれ出力されてもよい。

サブキャリアマッピング部１２は、上記送信データをQPSKや16QAMなどの信号に変調し、これによって得た変調信号を複数のOFDMサブキャリアに同時に割り当てる。このようにして、同じ変調信号が割り当てられた複数のサブキャリアを、以下ではサブキャリアセットと称する。

またサブキャリアマッピング部１２は、後述する送信制御部１９から振幅や位相回転量の指示が与えられる場合には、これにしたがって、サブキャリア毎に上記変調信号の振幅や位相回転量を可変する。なお、上記の変調には、BPSK, QPSK, 8PSK, 16PSK, ASK, FSK, QAMなどの種々の変調方式を適用可能である。

サブキャリアマッピング部１２における変調信号のOFDMサブキャリアへの割り当ては、同一のサブキャリアセット内のサブキャリア間の周波数差が、後述する受信装置側で用いられるサンプリング周波数（第１周波数幅）となるように行われる。言い換えれば、受信装置で用いられるサンプリング周波数は、当該送信装置で行われるOFDMサブキャリア間の周波数差となる。

逆FFT部１３は、サブキャリアマッピング部１２にて割り当てられた各サブキャリアの変調信号に対して、逆ＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）を施して、第２周波数幅をサンプル速度とするOFDM変調信号を得る。上記サンプル速度は、例えば30.72MHz、あるいはこの整数倍の周波数であって、第１周波数幅（例えば、3.84MHz）の整数倍となっている。

DA変換部１４は、上記OFDM変調信号をアナログ信号に変換する。送信アナログ部１５は、上記アナログ信号を無線周波数へアップコンバートして、送信アンテナ１６を通じて空間に放射する。

受信アンテナ１７は、受信装置から送られる無線信号を受信する。フィードバック情報受信部１８は、上記無線信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、復調および復号を行って、サブキャリアの伝送路応答を得る。

送信制御部１９は、上記伝送路応答に基づいて、受信機側での伝送路応答の逆特性が得られるような振幅および位相回転量を、サブキャリアごとに決定し、この決定結果にしたがってサブキャリアマッピング部１２に対して振幅および位相回転量を指示する。

図２は、この発明の一実施形態に係わる無線通信システムの受信装置の構成を示すものである。この受信装置は、受信アンテナ２１と、受信アナログ部２２と、ＡＤ変換制御部２３と、ＡＤ変換部２４と、ＦＦＴ部２５と、伝送路推定部２６と、サブキャリアデマッピング部２７と、受信データ再生部２８と、伝送路応答通知部２９と、フィードバック情報送信部３０と、送信アンテナ３１とを備えている。

受信アンテナ２１は、送信装置から送られる無線信号を受信し、受信アナログ部２２に出力する。受信アナログ部２２は、上記無線信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、ＡＤ変換部２４に出力する。

ＡＤ変換制御部２３は、ＡＤ変換部２４のサンプリング周波数を制御するものであって、その制御モードとして、通常モードと省電力モードを有する。ＡＤ変換制御部２３は、伝送路推定部２６から通知される判定結果が、上記既知信号の受信を示す場合には、通常モードを実施し、一方、上記判定結果が、上記既知信号の受信を示さない場合には、省電力モードを実施する。

通常モードでは、ＡＤ変換制御部２３は、第２周波数幅（またはこれよりも高速な周波数）をＡＤ変換部２４のサンプリング周波数として設定し、省電力モードでは、第１周波数幅をＡＤ変換部２４のサンプリング周波数として設定する。

ＡＤ変換部２４は、ＡＤ変換制御部２３によって設定されるサンプリング周波数で、受信アナログ部２２から与えられるベースバンド信号をディジタル信号に変換する。通常モードの場合には、ＡＤ変換部２４は、第２周波数幅をサンプリング周波数とする。これにより、各サブキャリアの受信信号は、それぞれディジタル信号に変換されて、ＦＦＴ部２５に出力される。

また省電力モードの場合には、ＡＤ変換部２４は、第１周波数幅をサンプリング周波数とする。これにより、複数のサブキャリアは、第１周波数幅で配置されているため、エリアジング（aliasing）により同一周波数で合成されてサンプリングされ、１つのサブキャリアセットとしてディジタル信号に変換されて、ＦＦＴ部２５に出力される。

ここでエリアジングとは、高周波数の元信号を低い周波数ωsにてサンプリングしたときに、元信号がωsよりも小さな周波数成分を持つ信号として現れる現象を指す。例えばωsよりも高い周波数ω0の信号をωsにてサンプリングすると、ω0＋ｎωs （ｎは任意の整数）のうち、絶対値の最も小さい周波数を持った信号が得られる。

本実施の形態では、第１周波数幅がωsに相当する。あるサブキャリアの位置する周波数が、0以上ωs未満の周波数を表すωSCを用いてω0＝ｎωs＋ωSCと表される場合、ωsにてサンプリングすると、周波数ωSCの位置に現れる。なお、本現象はスペクトラム上、高周波数の信号が低周波数側へ折り重なるように見えることから、ダウンサンプリングによる折り返しと呼ばれることもある。

ＦＦＴ部２５は、ＡＤ変換部２４から与えられるディジタル受信信号に対して、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を施す。これにより、ＦＦＴ部２５は、ＡＤ変換制御部２３が通常モードで動作する場合には、各サブキャリアの受信信号を抽出し、またＡＤ変換制御部２３が省電力モードで動作する場合には、上記サブキャリアセットの受信信号を抽出する。このようにして抽出された受信信号は、伝送路推定部２６とサブキャリアデマッピング部２７に出力される。

伝送路推定部２６は、後述する受信データ再生部２８にて再生された受信データから、送信装置から受信した信号が既知信号か否かを判定し、この判定結果をＡＤ変換制御部２３に通知する。また伝送路推定部２６は、既知信号を受信する場合（通常モード時）には、ＦＦＴ部２５にて抽出された受信信号の周波数特性や時間波形からサブキャリア毎の伝送路応答を推定し、これをサブキャリアデマッピング部２７および伝送路応答通知部２９に出力するとともに、記憶しておく。

そして、伝送路推定部２６は、既知信号を受信しない場合（省電力モード時）には、この時点までに記憶した最新の各サブキャリアの伝送路応答（振幅レベルおよび位相回転量の周波数特性）からその平均値を求め、これをサブキャリアセットの伝送路応答として、サブキャリアデマッピング部２７および伝送路応答通知部２９に出力する。

サブキャリアデマッピング部２７は、ＡＤ変換制御部２３が通常モードを実施する際には、各サブキャリアの受信信号に対して、それぞれ伝送路推定部２６より得られた伝送路応答の逆特性を乗じて、伝送路歪みを修正する。そして、サブキャリアデマッピング部２７は、修正した、サブキャリア毎の受信信号から、各サブキャリアの受信データを抽出し、受信データ再生部２８に出力する。

またサブキャリアデマッピング部２７は、ＡＤ変換制御部２３が省電力モードを実施する際には、サブキャリアセットの受信信号に対して、伝送路推定部２６より得られた伝送路応答の逆特性を乗じて、伝送路歪みを修正する。そして、サブキャリアデマッピング部２７は、修正した、サブキャリアセットの受信信号から、サブキャリアセットの受信データを抽出し、受信データ再生部２８に出力する。

受信データ再生部２８は、サブキャリア毎もしくはサブキャリアセットの受信データより、受信情報を再生する。
伝送路応答通知部２９は、伝送路推定部２６が推定したサブキャリア毎もしくはサブキャリアセットの伝送路応答の情報を含む送信信号を生成し、フィードバック情報送信部３０に出力する。
フィードバック情報送信部３０は、上記送信信号で搬送波を変調し、これをアップコンバートした無線信号を生成し、送信アンテナ３１を通じて送信装置に宛てて送信する。

次に、上記構成の無線通信システムの動作について説明する。以下の説明では、送信装置のサブキャリアマッピング部１２が、図３に示すように、直流成分を中心に、直流成分を除く合計1200本のサブキャリアを、約20MHzの帯域幅に配置するものとする。

図３では、直流成分が左端に位置するよう表現しており、直流成分を第0番目サブキャリアとし、周波数が高いほどサブキャリア番号が増えるように示している。そして、第1番目サブキャリアから第599番目サブキャリアまで、および第1448番目サブキャリアから第2047番目サブキャリアまでがマルチキャリア通信に利用される。

これらのサブキャリアを生成するためには、逆FFT部１３は、2048ポイントのFFTを利用する。サブキャリア間隔を15kHzとした場合、2048ポイントFFTによる表現帯域幅は30.72MHzとなるため、送信装置におけるディジタル信号サンプル速度、すなわち第２周波数幅を30.72MHz、またはその整数倍とすればよい。

送信データ生成部１１にて生成された送信データは、サブキャリアマッピング部１２により、変調される。そして、これによって得られた変調信号が同時に複数のOFDMサブキャリアに割り当てられる。

図３に示した例では、第２周波数幅を、30.72MHz、あるいはその整数倍としているため、第１周波数幅は、1024サブキャリア、すなわち15.36MHzとなる。このため、図３では、1200本のサブキャリア中に、２つのサブキャリアセットを作るために、例えば第488番目サブキャリアと第1512番目サブキャリアを第１サブキャリアセットとし、そして第503番目サブキャリアと第1527番目サブキャリアを第２サブキャリアセットとしている。

すなわち、第１サブキャリアセットに含まれる２本のサブキャリアは、周波数差が第１周波数幅に相当し、サブキャリアマッピング部１２により、それぞれ同一の信号がマッピングされる。同様に、第２サブキャリアセットに含まれる２本のサブキャリアは、周波数差が第１周波数幅に相当し、それぞれ同一の信号がマッピングされる。

以上のようにして、サブキャリアマッピング部１２にて割り当てられた各サブキャリアの変調信号は、逆FFT部１３により、逆ＦＦＴが施されて、OFDM変調信号となる。このOFDM変調信号は、サンプル速度が第２周波数幅であり、DA変換部１４によりアナログ信号に変換される。このアナログ信号は、送信アナログ部１５により無線周波数へアップコンバートされて、送信アンテナ１６を通じて空間に放射される。

これに対して受信装置では、送信装置から送られる無線信号を受信アンテナ２１にて受信され、受信アナログ部２２によってベースバンド信号にダウンコンバートされる。このベースバンド信号は、ＡＤ変換部２４にて標本化される。ＡＤ変換部２４は、ＡＤ変換制御部２３によりサンプリング周波数が設定される。

ここで、動作初期や、伝送路推定部２６の判定結果が既知信号を示す場合について説明する。この場合、ＡＤ変換制御部２３は、通常モードを実施して、ＡＤ変換部２４に対して、第２周波数幅をサンプリング周波数として設定する。

これにより、受信アナログ部２２によって得られたベースバンド信号は、第２周波数幅をサンプリング周波数として標本化を行うＡＤ変換部２４によって、図４に示すように、第488番目、第503番、第1512番目および第1527番目の各サブキャリアの受信信号がそれぞれディジタル信号に変換されて、ＦＦＴ部２５に出力される。

そして、各サブキャリアのディジタル受信信号は、ＦＦＴ部２５にてＦＦＴが施され、第4８8番目、第503番、第1512番目および第1527番目の各サブキャリアの受信信号がそれぞれ抽出され、伝送路推定部２６とサブキャリアデマッピング部２７に出力される。

ＦＦＴ部２５にて抽出された各サブキャリアの受信信号は、伝送路推定部２６により既知信号か否かが判定され、この判定結果はＡＤ変換制御部２３に通知される。また、伝送路推定部２６では、図５に示すような、各サブキャリアの受信信号の周波数特性や時間波形からサブキャリア毎の伝送路応答（振幅レベルおよび位相回転量の周波数特性）が推定され、この推定結果はサブキャリアデマッピング部２７および伝送路応答通知部２９に出力される。また、伝送路推定部２６は、上記判定で既知信号と判定した場合には、各サブキャリアの伝送路応答を記憶する。

またＦＦＴ部２５にて抽出された各サブキャリアの受信信号は、サブキャリアデマッピング部２７により、それぞれ伝送路推定部２６より得られた伝送路応答の逆特性を乗じて、伝送路歪みが修正される。

そして、伝送路歪みが修正された各サブキャリアの受信信号は、サブキャリアデマッピング部２７により、それぞれ受信データが抽出される。そして受信データ再生部２８は、上記受信データより、受信情報を再生する。

伝送路応答通知部２９では、伝送路推定部２６が推定したサブキャリア毎の伝送路応答の情報を含む送信信号を生成する。フィードバック情報送信部３０は、上記送信信号を変調し、これをアップコンバートした無線信号を生成し、送信アンテナ３１を通じて送信装置に宛てて送信する。

これにより、送信装置では、フィードバック情報受信部１８が、上記無線信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、復調および復号を行って、サブキャリアの伝送路応答を得る。

また送信制御部１９が、上記サブキャリアの伝送路応答に基づいて、受信装置側での伝送路応答の逆特性が得られるような振幅および位相回転量を、サブキャリアごとの決定し、この決定結果にしたがってサブキャリアマッピング部１２に対して振幅および位相回転量を指示する。サブキャリアマッピング部１２は、上記振幅および位相回転量にしたがって、サブキャリア毎に変調信号の振幅および位相回転量を可変する。

次に、伝送路推定部２６の判定結果が既知信号を示さない場合について説明する。この場合、ＡＤ変換制御部２３は、省電力モードを実施して、ＡＤ変換部２４に対して、第１周波数幅をサンプリング周波数として設定する。

これにより、ＡＤ変換部２４では、第１周波数幅、すなわちサブキャリアセット内のサブキャリア間の周波数差のサンプリング周波数で、受信アナログ部２２によって得られたベースバンド信号が標本化される。

このため、ＡＤ変換部２４における標本化ではエリアジングが生じて、図６に示すように、同一のサブキャリアセットに含まれる２つのサブキャリアが合成された結果が得られることになる。

すなわち、第488番目と第1512番目の各サブキャリアの受信信号が合成されたものがディジタル信号に変換されるとともに、第503番と第1527番目の各サブキャリアの受信信号が合成されたものがディジタル信号に変換される。

このようにして得られた各サブキャリアセットのディジタル受信信号は、ＦＦＴ部２５にてＦＦＴが施され、第１サブキャリアセットおよび第２サブキャリアセットの各受信信号がそれぞれ抽出され、伝送路推定部２６とサブキャリアデマッピング部２７に出力される。

ＦＦＴ部２５にて抽出された各サブキャリアセットの受信信号は、伝送路推定部２６により既知信号か否かが判定され、この判定結果はＡＤ変換制御部２３に通知される。また、伝送路推定部２６では、この時点までに記憶した最新の各サブキャリアの伝送路応答からその平均値を求め、これを各サブキャリアセットの伝送路応答として、サブキャリアデマッピング部２７および伝送路応答通知部２９に出力する。

またＦＦＴ部２５にて抽出された各サブキャリアセットの受信信号は、サブキャリアデマッピング部２７により、それぞれ伝送路推定部２６より得られた伝送路応答の逆特性を乗じて、伝送路歪みが修正される。

そして、伝送路歪みが修正された各サブキャリアセットの受信信号は、サブキャリアデマッピング部２７により、それぞれ受信データが抽出される。そして受信データ再生部２８は、上記受信データより、受信情報を再生する。

伝送路応答通知部２９では、伝送路推定部２６が推定したサブキャリアセット毎の伝送路応答の情報を含む送信信号を生成する。フィードバック情報送信部３０は、上記送信信号を変調し、これをアップコンバートした無線信号を生成し、送信アンテナ３１を通じて送信装置に宛てて送信する。

これにより、受信装置では、フィードバック情報受信部１８が、上記無線信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、復調および復号を行って、サブキャリアセットの伝送路応答を得る。

また送信制御部１９が、上記サブキャリアセットの伝送路応答に基づいて、受信装置側での伝送路応答の逆特性が得られるような振幅および位相回転量を、サブキャリアセットごとの決定し、この決定結果にしたがってサブキャリアマッピング部１２に対して振幅および位相回転量を指示する。サブキャリアマッピング部１２は、上記振幅および位相回転量にしたがって、各サブキャリアセットを構成するサブキャリアの振幅および変調信号の位相回転量を可変する。

以上のように、上記構成の無線通信システムでは、送信装置では、第１周波数幅の周波数差を有する複数のサブキャリアに同じ変調信号を割り当てて送信を行い、これに対して受信装置では、上記第１周波数幅をサンプリング周波数としてベースバンド信号を標本化するようにしている。

したがって、上記構成の無線通信システムによれば、送信側のサンプリング周波数と受信側のサンプリング周波数との差に基づくエリアジングにより、同じ情報を伝送するサブキャリアが合成された状態で標本化されるので、伝送路にてフェージングが生じていない場合や、あるいはフラットフェージングと見なせる場合において、重なるサブキャリアの位相が揃うため、信号対雑音比(SNR : Signal to Noise Ratio)が向上する。

また上記構成の無線通信システムでは、周波数選択性フェージング下の伝送路においてサブキャリア毎に振幅変化や位相回転の影響を受けることを考慮し、受信装置において検出した振幅変化や位相回転量に基づいて、送信装置において送信前にサブキャリア毎に予め補正を行うフィードバック制御を実施している。

このため、上記構成の無線通信システムによれば、周波数選択性フェージング下でサブキャリア毎に影響しうる振幅変化や位相回転を極小に抑えることができ、周波数選択性フェージング下でもSNRを向上させることができる。

なお、上述したようなフィードバック制御は必須ではない。例えば周波数選択性フェージングが生じて位相が揃わない場合は、各サブキャリアが伝送路にて受ける位相回転がランダムに近いと見なすことができ、受信時のSNRの平均値は向上しない。但し周波数選択性フェージングにより一部の周波数が受信不能なほどに低い電力で受信される状況であっても、エリアジンクにより他の周波数の信号が合成されることにより、受信が可能となる。また逆にサブキャリア間隔が比較的短く伝送路応答に相関があるときは、サブキャリア間の位相差が比較的小さくなるため、SNR向上が見込める。

なお、上記構成の無線通信システムをTDD(Time Division Duplex)を用いて運用した場合、受信装置から送信装置への逆方向リンクも同一の伝送路を通ると考えることができる。従ってサブキャリアセット毎の伝送路応答の情報を含む送信信号をフィードバックしなくても、逆方向リンクに含まれる既知信号から送信装置が伝送路を推定してもよい。

さらに、受信装置においては、送信側のサンプリング周波数（第２周波数幅）よりも小さいサンプリング周波数（第１周波数幅）にて標本化を行っている。このため、広帯域で送信される制御信号などを、比較的小さいサンプリングレートで受信でき、消費電力を軽減することができる。

上述した無線通信システムは、例えばセルラ通信システムに好適し、特に着信を知らせる呼び出し用信号の送受信に適している。例えば呼び出し用信号が、信号電力の無い状態を呼び出し無し、信号電力を持つ状態を呼び出しありとして着信を通知する場合、この発明を適用することにより、呼び出し用信号のSNRが向上し、移動通信端末は確実に着信を受信することが可能となる。

一般に着信処理は、基地局と移動通信端末との間で、通信を開始するための最初の処理であり、成否確率は、通信システムの着呼成功率へ大きく影響する。したがって、この発明の適用による呼び出し用信号のSNR向上は、大きな効果がある。

なお、受信側のSNR向上を考慮すると、サブキャリアセットに含まれるサブキャリアの送信電力を減少させてもよく、例えばサブキャリアセットに含まれるサブキャリア数と反比例した送信電力とすることができる。

なお、上記実施形態では、受信中の信号が既知信号であるかどうかを、伝送路推定部２６が判定し、通常モードと省電力モードを切り替えた。他には、通信フレーム構成や信号到来タイミングが既知であれば、既知信号の到来タイミングには通常モード、他の信号の到来タイミングには省電力モードとなるように制御してもよい。

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではない。その一例として例えば、上記送信装置と上記受信装置の間で、図７（ａ）〜（ｅ）に示すような通信帯域を利用して通信を行うことも可能である。

図７（ａ）に示す通信帯域は、2.5MHzの帯域幅を有する８つの通信帯域が重複せずに並んだ通信帯域群であるため、上記送信装置と上記受信装置の間では、全通信帯域幅20MHｚを利用して、同時に８つのマルチキャリア通信を行うことができる。

通信帯域群内の各通信帯域にて実施されるマルチキャリアは、すべて直流成分を含む151本のサブキャリアが15kHzのサブキャリア間隔で並ぶOFDM通信とする。このとき、１つの通信帯域を256ポイントのFFTを利用して受信するものとすると、受信装置の標本化速度は3.84MHz以上となる。このため以下の説明では、3.84MHzを仮定する。

また、送信装置は、サブキャリアセットを構成するサブキャリアを、複数の通信帯域に跨って配置して送信を行う。ここで、サブキャリアセットを構成するサブキャリアの周波数間隔を3.84MHzとし、これを第１周波数幅とする。また第２周波数幅を、通信帯域群全体の信号を同時に生成するために必要なディジタル信号サンプル速度と等しい周波数幅とする。

送信装置の逆ＦＦＴ部１３が全通信帯域の信号を一度に生成する場合、あるいは受信装置が全通信帯域の信号を一度に受信する場合には、受信装置のＦＦＴ部２５は、2048ポイントのFFTを実施する必要がある。このため、第２周波数幅は30.72MHzとすればよい。

すなわち、前述した実施形態と同様に、第１周波数幅は第２周波数幅より小さくなるように、あるいは第２周波数幅が第１周波数幅の整数倍となるように、ＡＤ変換制御部２３がＡＤ変換部２４へ標本化速度を設定する。

なお、第２周波数幅は、複数の通信帯域全体の信号を同時に生成するために必要なディジタル信号サンプル速度と等しい周波数幅でもよいし、あるいは複数の通信帯域または通信帯域群全ての信号を受信するために必要な受信装置の標本化速度であってもよい。

受信装置では、受信アナログ部２２におけるフィルタリング及び周波数変換により、標本化前のベースバンド信号として、全20MHz分の受信信号を得る。もちろん、必ずしも20MHz全てを受信する必要は無く、一部の受信に留めてもよい。

この受信信号をＡＤ変換部２４が3.84MHzの標本化速度にて標本化する。これにより、サブキャリアセットを構成する複数のサブキャリアが、エリアジングにより重なり、合成される。すると前述した実施形態と同様に、SNRの向上が見込める。

したがって、図７（ａ）に示した通信帯域群で通信する場合においても、同一の呼び出し用信号や、同期用信号を送信する場合に効果的である。なお、パイロット信号、制御信号、データ信号など、他の信号に利用しても、SNRの向上が見込めるため有効である。

また複数の通信帯域において、複数のサブキャリアに同一の信号を割り当てて送信する場合には、比較的小さいサンプリングレートにて受信できるため、装置の消費電力の低下に寄与する。

なお、ここではOFDM通信を採用するものと仮定したため、第２周波数幅として、FFTポイント数とサブキャリア間隔から決まる、複数の通信帯域を一度に作成し送信するための送信装置のディジタル信号サンプル速度、あるいは複数の通信帯域を一度に受信するための受信装置の標本化速度を用いた。しかしながら、この発明はOFDM通信に限定されるものではなく、マルチキャリア通信方式全般に適用可能である。

OFDM通信を含むマルチキャリア通信方式や、FDMAやマルチキャリアCDMAなどを対象とし、かつディジタル信号サンプル速度や標本化速度が明確ではない場合には、第２周波数幅として、複数の通信帯域を包含する帯域幅そのものを用いるようにすればよい。つまり本例では、所望信号スペクトラムが占有する帯域幅である20MHzとしてもよい。あるいは、所望信号スペクトラムを整形したり歪ませることにより所望信号スペクトラムの占有帯域が明確ではない場合は、第２周波数幅を、送信装置の送信帯域幅、あるいは受信装置の受信帯域幅としてもよい。

また、図７（ａ）に示した例では、通信帯域が間を空けずに並べた場合を例に挙げたが、サブキャリアセット中のサブキャリアが第１周波数幅、あるいは第１周波数幅の整数倍の間隔で並んでいれば、複数の通信帯域が間隔を空けて並べてもよい。

この他、図７（ｂ）〜（ｅ）に示すように、5MHz、10MHz、15MHz、20MHzの通信帯域で通信を行うことも可能である。また図７（ａ）〜（ｅ）に示す複数の通信帯域を組み合わせて通信することも可能である。

例えば、図７（ａ）のA-1の通信帯域と、図７（ｂ）のB-1の通信帯域を用いる場合や、図７（ｄ）のDの通信帯域と、図７（ｅ）のEの通信帯域を用いる場合などは、利用する帯域が重複するため、片方ずつ時分割通信するか、空間分割、マルチアンテナ、あるいは符号分割することにより分離できる方法で送受信する。

また前述した実施形態のように、通信帯域群内に、第２周波数幅より小さい第１周波数幅でサブキャリアを配置し、かつ通信帯域間のサブキャリアの周波数を同一とすることで、上記実施形態と同様の効果が得られる。

また例えば、図７（ａ）のA-1の通信帯域と、図７（ｂ）のB-4の通信帯域を用いる場合や、図７（ｂ）のB-1の通信帯域とB-2の通信帯域を用いる場合などは、利用する帯域が重複しないため、同時に運用することができる。
また前述した実施形態のように、通信帯域群内に、第２周波数幅より小さい第１周波数幅でサブキャリアを配置することで、上記実施形態と同様の効果が得られる。

ここで、図１に示した送信装置において、サブキャリアセットに着信を報知する呼び出し用信号をマッピングする場合を考える。図７（ａ）〜（ｅ）に示した例では、第１周波数幅を3.84MHzとし、これに３本のサブキャリアを含んでいる。すなわちこの例では、３つのサブキャリアセットを構成することができ、送信装置は、いずれかのサブキャリアセットを構成するサブキャリアに呼び出し信号をマッピングする。

このようにして、送信装置でマッピングが行われる場合、図２に示した受信装置において、待ち受け時に、3.84MHzでベースバンド信号を標本化することで、３つのサブキャリアセットの信号が受信できる。

したがって、送信装置が2.5MHzから20MHzのいずれのベースバンドのサブキャリアを用いても、上記３つのサブキャリアセットの信号のみを復調するだけで、着信の発生を検出することができる。このため、標本化の処理に要する消費電力を低減するのみならず、その後のディジタル帯域制限フィルタやFFTなどの処理における消費電力を削減できる。

また上記実施の形態では、マッピングに関わる処理を何シンボルにわたって実施するかについて言及しなかったが、種々の手法が考えられる。その例を図８に示す。図８は、同じ送信信号が割り当てられてサブキャリアセットを構成するようにマッピングされたサブキャリアを、複数シンボルにわたって示したものである。

図８に示す例では、第488番目のサブキャリアと第1512番目のサブキャリアとがサブキャリアセットを為しており、同様に第503番目のサブキャリアと第1527番目のサブキャリアとがサブキャリアセットを為している。

この場合に、マッピングに関わる処理を、例えば第Ｎシンボルという特定のシンボルについてのみ実施してもよいし、あるいは、第Ｎシンボルと第Ｎ+2シンボルに示すように、１シンボルおきに繰り返し実施してもよい。

あるいは、第Ｎ+2シンボルと第Ｎ+3シンボルに示すように、連続するシンボルで実施してもよいし、第Ｎ+3シンボル、第Ｎ+4シンボル、第Ｎ+5シンボルに示すように、連続するシンボルで、サブキャリア番号をサブキャリアセット内で変化させて実施してもよい。

マッピングを時間的に繰り返して送受信することで、時間的なダイバーシチ効果が得られる。また、サブキャリアセットにパイロット信号がマッピングされる場合は、マッピングを時間的に繰り返すことで、より細やかに伝送路の時間変動に追従できる。

ところで、周波数選択性フェージング下では、サブキャリアセット内のサブキャリア間に位相差が生じる。このため、上述した無線通信システムは、サブキャリアセット内のサブキャリアを合成した状態で標本化することで、受信電力が落ち込んだサブキャリアを減らすことができるものの、常にSNRが向上するとは限らない。

これに対して、安定してSNRを向上させるために、送信装置では、第１周波数幅の周波数差を有する複数のサブキャリアに同じ変調信号を割り当てて送信する処理を複数のシンボルについて行い、かつ送信制御部１９がシンボル毎にサブキャリア間で位相が異なるように位相制御を行う。

以下、具体例を挙げて説明する。図９は、同じ送信信号が割り当てられてサブキャリアセットを構成するようにマッピングされたサブキャリアを、複数シンボルにわたって示したものである。

図９に示す例では、送信装置がディジタル信号サンプル速度15.36MHzで1024ポイントのFFTを利用して、帯域幅10MHz、サブキャリア数601本のOFDM変調信号を生成し、これに対して、受信装置が、3.84MHzで標本化を行う場合を示している。

上記送信装置により、第１周波数幅である3.84MHz（3.84MHzの整数倍でも可）の周波数間隔を持つ第12番目、第268番目、および第779番目に位置するサブキャリアが、１つのサブキャリアセットを形成する。

そして、受信装置では、ＡＤ変換部２４がサンプリング周波数3.84MHzで標本化を行うことによりエリアジングが生じて、第12番目、第268番目、および第779番目に位置するサブキャリアが合成されて、ＡＤ変換部２４より出力される。なお、第１周波数幅の整数倍である7.68MHｚで標本化しても、第268番目および第779番目に位置するサブキャリアが合成される。

しかしながら、第268番目と第779番目とは周波数が離れているため、周波数フェージングにより信号位相が大きく異なることが考えられる。信号位相が大きく異なると、エリアジングにより合成されたサブキャリアのSNRは、必ずしも向上するとは限らない。

そこで、前述したように、送信装置では、第１周波数幅の周波数差を有する複数のサブキャリアに同じ変調信号を割り当てて送信する処理を複数のシンボルについて行い、かつ送信制御部１９がシンボル毎にサブキャリア間で位相が異なるように位相制御を行う。

サブキャリアマッピング部１２は、送信制御部１９の制御により、シンボルごとに、サブキャリアセットを構成する各サブキャリアの位相を変える。すると、シンボルごとに合成され方が変化するため、確率的にSNRが向上する合成が成される可能性が高くなる。

図９に示す例では、送信制御部１９が、長さ４のウォルシュ系列を作成し、(1, -1, 1, -1)を第12番目サブキャリアに、(1, 1, -1, -1)を第268番目サブキャリアに、そして(1, 1, 1, 1)を第779番目サブキャリアに適用するように、サブキャリアマッピング部１２に指示したものである。

サブキャリアマッピング部１２は、上記指示に従って、例えば1の時は回転しないように、一方-1の時は180度回転を行うようにマッピングを行う。すると、本マッピングにより、４つのシンボルの間は、サブキャリア間で位相が毎回異なるものとなり、受信装置において、エリアジングによって合成される信号の位相や振幅も異なる。

以上のようなマッピングは、オンオフキーイングのような、電力の有無により信号を送る変調方式に適している。例えば、振幅に着信の有無情報を載せる呼び出し用信号がこれに当たる。また、絶対的な受信信号位相に意味を持たない通信にも適している。例えば同期用信号がこれに当たる。

なお、本実施の形態では一例として長さ４のウォルシュ系列を用いたが、かならずしも長さが４である必要は無く、その他の長さでもよい。もちろん、系列を繰り返して利用してもよい。

また、系列は必ずしもウォルシュ系列である必要はなく、ランダム系列、擬似ランダム系列、フーリエ系列、回転速度の異なる定角速度の系列、回転速度の異なるガウス回転する系列など、如何なる系列であっても適用可能である。

また図９に示す例では、シンボル毎にサブキャリア間で位相が異なるように位相制御を行うようにしたが、これに代わって例えば、送信制御部１９が、シンボル毎にサブキャリア間で振幅が異なるように振幅制御を行うようにしてもよい。

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。

その一例として例えば、上記実施の形態では、ＦＦＴを適用する場合を例に挙げて説明したが、ＤＦＴ（離散的フーリエ変換）を適用した場合でも、同様の効果を得られる。
また上記実施の形態では、第２無線装置でサブキャリア毎の伝送路応答（振幅レベルおよび位相回転量の周波数特性）を推定し、これを第１無線装置に送信して、第１無線装置が上記伝送路応答に基づいて、振幅や位相回転量の補正量を決定するようにした。

これに代わって例えば、第２無線装置でサブキャリア毎の伝送路応答（振幅レベルおよび位相回転量の周波数特性）を推定し、さらにこの伝送路応答に基づいて、第２無線装置で振幅や位相回転量の補正量を決定し、これを第１無線装置に送信して、補正を行わせるようにしてもよい。
その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を施しても同様に実施可能であることはいうまでもない。

この発明に係わる送信装置の一実施形態の構成を示す回路ブロック図。 この発明に係わる受信装置の一実施形態の構成を示す回路ブロック図。 図１に示した送信装置のサブキャリアマッピング部によるマッピングを説明するためのサブキャリア分布図。 図２に示した受信装置のＤＡ変換部によるサンプリングを説明するための図。 サブキャリア毎の伝送路応答を示す図。 図２に示した受信装置のＤＡ変換部によるサンプリングを説明するための図。 図１に示した送信装置と、図２に示した受信装置との間の通信で使用可能な通信帯域の一例を示す図。 図１に示した送信装置と、図２に示した受信装置との間の通信で使用可能なシンボルの一例を示す図。 図１に示した送信装置と、図２に示した受信装置との間の通信で、位相制御を行った場合のシンボルの一例を示す図。

符号の説明

１１…送信データ生成部、１２…サブキャリアマッピング部、１３…逆ＦＦＴ部、１４…ＤＡ変換部、１５…送信アナログ部、１６…送信アンテナ、１７…受信アンテナ、１８…フィードバック情報受信部、１９…送信制御部、２１…受信アンテナ、２２…受信アナログ部、２３…ＡＤ変換制御部、２４…ＡＤ変換部、２５…ＦＦＴ部、２６…伝送路推定部、２７…サブキャリアデマッピング部、２８…受信データ再生部、２９…伝送路応答通知部、３０…フィードバック情報送信部、３１…送信アンテナ。

Claims (8)

1. 第１無線装置と第２無線装置との間で、複数のサブキャリアを用いたマルチキャリア通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記第１無線装置は、
   送信データを生成するデータ生成手段と、
   送信データに基づいて生成した１つの変調信号を、互いに第１周波数の周波数差を有する２つのサブキャリアに割り当てるマッピング手段と、
   このマッピング手段が割り当てた各サブキャリアの変調信号にそれぞれ逆フーリエ変換を施して、前記第１周波数よりも高い第２周波数をサンプル速度とするOFDM変調信号を生成する逆フーリエ変換手段と、
   この逆フーリエ変換手段が生成したOFDM変調信号を、アナログ信号に変換した後、無線周波数にアップコンバートして送信する送信手段とを備え、
   前記第２無線装置は、
   前記第１無線装置から送信される無線信号を受信し、ベースバンド信号にダウンコンバートする受信手段と、
   この受信手段が出力するベースバンド信号を、前記第１周波数でサンプリングするＡＤ変換手段と、
   このＡＤ変換手段の出力にフーリエ変換を施して、受信信号を抽出するフーリエ変換手段と、
   このフーリエ変換手段が抽出した受信信号をデマッピングして、受信データを得るデータ抽出手段とを具備することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記ＡＤ変換手段は、前記データ抽出手段が抽出した受信データが既知信号である場合に、受信手段が出力するベースバンド信号を、前記第２周波数でサンプリングし、
   前記第２無線装置は、さらに、
   前記フーリエ変換手段が抽出した受信信号に基づいて、前記２つのサブキャリアの各振幅特性を推定する振幅推定手段と、
   この振幅推定手段が推定した振幅特性を示す特性情報を送信する特性情報送信手段とを備え、
   前記第１無線装置は、さらに、
   前記特性情報送信手段が送信した特性情報を受信する特性情報受信手段と、
   この特性情報受信手段が受信した特性情報に基づいて、前記マッピング手段が割り当てた各サブキャリアの変調信号の振幅を制御する振幅制御手段とを備え、
   前記逆フーリエ変換手段は、前記振幅制御手段が振幅制御した変調信号にそれぞれ逆フーリエ変換を施して、前記第１周波数よりも高い第２周波数をサンプル速度とするOFDM変調信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記ＡＤ変換手段は、前記データ抽出手段が抽出した受信データが既知信号である場合に、受信手段が出力するベースバンド信号を、前記第２周波数でサンプリングし、
   前記第２無線装置は、さらに、
   前記フーリエ変換手段が抽出した受信信号に基づいて、前記２つのサブキャリアの各位相回転特性を推定する位相推定手段と、
   この位相推定手段が推定した位相回転特性を示す特性情報を送信する特性情報送信手段とを備え、
   前記第１無線装置は、さらに、
   前記特性情報送信手段が送信した特性情報を受信する特性情報受信手段と、
   この特性情報受信手段が受信した特性情報に基づいて、前記マッピング手段が割り当てた各サブキャリアの変調信号の位相を制御する位相制御手段とを備え、
   前記逆フーリエ変換手段は、前記位相制御手段が位相制御した変調信号にそれぞれ逆フーリエ変換を施して、前記第１周波数よりも高い第２周波数をサンプル速度とするOFDM変調信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記マッピング手段は、送信データに基づいて生成した１つの変調信号を、互いに第１周波数の周波数差を有する２つのサブキャリアに割り当てる処理を、送信データを構成する、連続する複数のシンボルについて実施することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
5. 前記マッピング手段は、送信データに基づいて生成した１つの変調信号を、互いに第１周波数の周波数差を有する２つのサブキャリアに割り当てるものであって、かつ前記変調信号を前記シンボル毎に前回の割り当てとは異なる周波数のサブキャリアに割り当てることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記マッピング手段は、送信データを構成するシンボル毎に、サブキャリア間で位相が異なるように前記変調信号の位相制御を行ったのち、この変調信号を互いに第１周波数の周波数差を有する２つのサブキャリアに割り当てることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
7. 前記マッピング手段は、送信データを構成するシンボル毎に、サブキャリア間で振幅が異なるように前記変調信号の振幅制御を行ったのち、この変調信号を互いに第１周波数の周波数差を有する２つのサブキャリアに割り当てることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
8. １つの変調信号を互いに第１周波数の周波数差を有する２つのサブキャリアに割り当て、各サブキャリアの変調信号にそれぞれ逆フーリエ変換を施して、前記第１周波数よりも高い第２周波数をサンプル速度とするOFDM変調信号を生成して無線送信する装置と通信する無線装置において、
   前記装置から受信した無線信号をベースバンド信号にダウンコンバートする受信手段と、
   この受信手段が出力するベースバンド信号を、前記第１周波数でサンプリングするＡＤ変換手段と、
   このＡＤ変換手段の出力にフーリエ変換を施して、受信信号を抽出するフーリエ変換手段と、
   このフーリエ変換手段が抽出した受信信号をデマッピングして、受信データを得るデータ抽出手段とを具備することを特徴とする無線装置。

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