JP2013090012A - 無線通信システムおよび無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】帯域制限されたパルス波形によって整形された複数のサブキャリアからなるマルチキャリア信号を用いて送信または受信の少なくともいずれかを行う第一の通信手段と、前記第一の通信手段とは異なる変調形式または変調定数による信号を用いて送信または受信の少なくともいずれかを行う第二の通信手段と、を有し、前記第一の通信手段は、前記複数のサブキャリアの少なくとも1つを利用せずに通信を行うものであり、前記第二の通信手段は、前記第一の通信手段が利用しないサブキャリアの帯域を利用して通信を行う、ことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
れた複数のサブキャリアからなるマルチキャリア信号を用いて送信または受信の少なくともいずれかを行う第一の通信手段と、前記第一の通信手段とは異なる変調形式または変調定数による信号を用いて送信または受信の少なくともいずれかを行う第二の通信手段と、
を有し、前記第一の通信手段は、前記複数のサブキャリアの少なくとも1つを利用せずに通信を行うものであり、前記第二の通信手段は、前記第一の通信手段が利用しないサブキャリアの帯域を利用して通信を行う、ことを特徴とする。
ことを特徴としてもよい。
ことを特徴としてもよく、前記第二の通信手段は、周波数間隔が等しい3つの周波数帯域fc+fd、fc、fc−fdで信号を送信することを特徴としてもよい。
第二の通信手段と、を有し、前記マルチキャリア端末は、前記親局装置の第一の通信手段と通信を行う通信手段を有し、前記シングルキャリア端末は、前記親局装置の第二の通信手段と通信を行う通信手段を有し、親局装置とマルチキャリア端末との間の通信では、前記複数のサブキャリアのうち少なくとも1つを利用せずに通信を行うものであり、親局装置とシングルキャリア端末との間の通信では、親局装置とマルチキャリア端末間の通信に利用しないサブキャリアの帯域を利用して通信することを特徴とする。
<システム構成>
図1は、無線通信システムのシステム構成を表す図である。
本システムは、屋内、車両内、装置内など比較的近距離の空間において、基地局、アクセスポイント、親機、あるいはシンクノードなどとも呼ばれる親局装置と、端末、子機、センサノードなどとも呼ばれる子局との間で無線伝送を行うものである。親局装置は複数の子局との間で多元接続を行う。
第一の実施形態における親局装置Bは、マルチキャリア変調信号生成部111、シングルキャリア変調信号生成部112、D/A変換器113、増幅器114を有しており、これらの各部が送信手段を構成する。また、マルチキャリア復調部121、シングルキャリア復調部122、A/D変換器123、増幅器124を有しており、これらの各部が受信手段を構成する。また、送信および受信手段に共通する、スペクトル制御部101、アンテナ切換部102およびアンテナ103を有している。
親局装置Bの詳細な説明を行う前に、ガウシアンパルスを用いた波形整形による帯域制限について説明する。ガウシアンパルスとは、ガウス関数を利用したパルス信号であり、継続時間と帯域幅が共に限定されているという性質を持つ。このパルス信号と、キャリア波形とを乗算することで、周波数スペクトルに対して急峻なサイドローブ減衰を得ることができる。図2は、OFDMによる変調を行った周波数スペクトル202(点線)と、ガウシアンパルスによる乗算を行った結果の周波数スペクトル201(実線)とを比較した図である。スペクトルディップが、通常のOFDMでは10dB程度であるのに対し、ガウシアンパルスによる整形を行った結果、60dB以上の減衰を得ることができる。
t)の区間について帯域制限を実施する例を示す。図3(a)の信号に対して、ガウス波形である図3(c)の信号を以下の式によって乗算し、3シンボル分を足し合わせたものが、目的とする帯域制限された信号となる。なお、ガウス波形をg(t)、入力信号をu(t)、シンボル長をTsとし、tの範囲は0<t≦Tsとする。
g(t−Ts)u1(t+Ts)+g(t)u0(t)+g(t+Ts)u-1(t―Ts)
すなわち、帯域制限された信号s(t)は、数式1で表すことができる。なお、ガウス波形の打ち切り幅はM×Tsで表せられるが、本例ではM=3としている。kは任意の整数である。
次に、送信キャリアの配置方法について説明を行う。
次に、前述したキャリアの配置を実現するための具体的な方法について説明を行う。
まず、高レートキャリアの送信方法について説明を行う。図5は、マルチキャリア変調信号生成部111の構成図である。まず、通信先の相手ごとに入力された送信データは、変換器501によって、宛先マルチキャリア端末毎の1シンボル分ごとにシリアル/パラレル変換される。ここでデータM1はマルチキャリア端末TM1宛の、データM2はマルチキャリア端末TM2宛のデータを示す。そして、サブキャリアマッピング部502が、スペクトル制御部101から送信された周波数情報に従って、通信先相手ごとに適当なサブキャリアの組を割り当てる。割り当てられるサブキャリアの合計はN本以下とする。ここでNはIFFTのポイント数であり2のべき乗の数である。なお、サブキャリアマッピング部502は、fc1およびfc1±fd、fc2およびfc2±fdに対応するサブキャリア(文字の定義は後述)には、データを割り当てない。すなわち、これらのサブキャリアに対する変調出力の振幅は0に設定される。
次に、低レートキャリアの送信方法について説明を行う。図6は、シングルキャリア変調信号生成部112をさらに詳細に説明した図である。まず、シングルキャリア端末TS1に対する変調信号生成について説明する。
搬損が少ない周波数ほど大きい値を設定してもよいし、3つとも等振幅で出力しても良い。加算に用いられる重みは、複素数の重みであり位相制御を伴う。すなわち、伝送先の端末のアンテナ入力にて、3つが同位相になるように制御される。伝送路の伝送特性は、多くの無線システムで公知のように、トレーニング信号を送信データの先頭に付加して計測してもよい。また、3つの周波数の送信信号の位相と振幅を親局装置Bが有する受信回路で受信して比較することで伝送特性を推定してもよい。なお、加算器604は、重みづけ加算のみを行うものではなく、伝播損失が最も少ない周波数のみを選択し、他の周波数に対応する信号の出力を停止してもよい。この場合は、構成および演算が簡単化される。
る402b、fc2−fdが402c、fc2+fdが402aに該当する。
次に、高レートキャリアの受信方法について説明を行う。
図7は、マルチキャリア復調部121をさらに詳細に説明した図である。受信されたマルチキャリア信号は、フロントエンド部701で増幅され、ベースバンド信号に変換される。ベースバンド信号はA/D変換器を経ることによってデジタル信号列に変換される。
図1におけるシングルキャリア復調部122の構成(低レートキャリアの受信方法)については、周波数fc1およびfc1±fdの3つを受信し、復調出力をダイバーシティ合成して受信データとする従来のシングルキャリア受信機の信号処理と同一であるため説明を省略する。
マルチキャリア端末TMは、親局装置Bから、シングルキャリアの送受信に係る機能を省いたものであるため、説明を省略する。
ここまでの説明では、主に親局装置Bによる送受信方法について説明を行った。次に、低レートキャリア専用端末による送受信方法について説明を行う。
を例に説明する。
システムにも用いることができる。この場合、図1のアンテナ切換部102および図8のアンテナ切換部802は、アンテナ共用器(デュプレクサ)となる。
線機における送信装置と同様のものであり、キャリア周波数fc1またはfc2を送信するものである。この出力には周波数変換回路としてのミクサ805が接続されている。ミクサ805の動作は受信動作で説明したミクサ803と同一である。したがってミクサ805の出力にはfc1およびfc1±fdあるいはfc2およびfc2±fdの3つの周波数成分が同相でそれぞれ出力され、アンテナから親局装置Bへ送信される。つまり、同等のミクサ回路を送信用に追加することで、受信時と同様の周波数ダイバーシティ効果を得ることができる。
第二の実施形態は、親局装置Bとシングルキャリア端末TS1およびTS2を用いて、MIMOによる通信を行う形態である。
図9は、第二の実施形態における無線通信装置および端末の関係を表した図である。本実施形態においては、親局装置Bと、2台のシングルキャリア端末TS1、TS2を使用して通信を行う。ここでは、シングルキャリア端末を子局装置と称する。
1、TS2から親局装置までの伝送路(伝搬路)の伝達関数をそれぞれ表す。
y2、y3の列ベクトルをyとおき、数式2右辺の3行2列の行列をHとした。親局装置の受信信号にはx1とx2が混ざった信号となるので、このままでは互いに干渉して受信
できない。そこで、親局装置がHを推定し、数式4のようにHの一般化逆行列H+を両辺の左から乗ずると、H+Hは2行2列の単位行列に近い値となる。上記3つの受信信号yに対してHの一般化逆行列による重み付け加算を行えば、x1とx2が分離されて得られ
る。つまり、所望する信号の電力と、所望しない信号すなわち干渉信号の電力の比が最少となるようにHを決定する。この信号処理はゼロフォーシング(Zero forcing)と呼ばれ
る。
上記の実施形態はあくまでも一例であって、本発明はその要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施しうるものである。例えば、実施形態の説明では、ヌルキャリアを3本として説明したが、中心周波数よりさらに離れた位置にヌルキャリアをもう一組を設け、計5本としても構わない。また、周波数ダイバーシティを利用せず、複数の低レートキャリアを用いて別の通信を行っても構わない。
101…スペクトル制御部
102…アンテナ切換部
103…アンテナ
111…マルチキャリア変調信号生成部
112…シングルキャリア変調信号生成部
113…D/A変換器
114,124…増幅器
121…マルチキャリア復調部
122…シングルキャリア復調部
123…A/D変換器
TM1,TM2…マルチキャリア端末(子局装置)
TS1,TS2…シングルキャリア端末(子局装置)
301,302…ヌルキャリア
401,402…低レートキャリア
Claims (15)
- 帯域制限されたパルス波形によって整形された複数のサブキャリアからなるマルチキャリア信号を用いて送信または受信の少なくともいずれかを行う第一の通信手段と、
前記第一の通信手段とは異なる変調形式または変調定数による信号を用いて送信または受信の少なくともいずれかを行う第二の通信手段と、
を有し、
前記第一の通信手段は、前記複数のサブキャリアの少なくとも1つを利用せずに通信を行うものであり、
前記第二の通信手段は、前記第一の通信手段が利用しないサブキャリアの帯域を利用して通信を行う、
ことを特徴とする無線通信装置。 - 前記第一の通信手段が用いるサブキャリアのシンボルは、前記第二の通信手段が用いるキャリアのシンボルと非同期である、
ことを特徴とする、請求項1に記載の無線通信装置。 - 前記第一の通信手段は、前記複数のサブキャリアのうち2つ以上のサブキャリアを利用せずに通信を行うものであり、
前記第二の通信手段は、
前記第一の通信手段が通信に用いないサブキャリアが持つ周波数帯域で同一の信号を通信するものであり、
各周波数帯域の信号を重み付けして送信するか、いずれかの周波数帯域の信号を選択して送信する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信装置。 - 前記第二の通信手段は、伝送先の端末のアンテナ入力において前記複数の周波数帯域の信号が同位相となるように、前記複数の周波数帯域の信号を重み付けして送信する、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線通信装置。 - 前記第二の通信手段は、周波数間隔が等しい3つの周波数帯域fc+fd、fc、fc−fdで信号を送信する、
ことを特徴とする請求項3または4に記載の無線通信装置。 - 前記第一の通信手段は、前記複数のサブキャリアのうち2つ以上のサブキャリアを利用せずに通信を行うものであり、
前記第二の通信手段は、前記第一の通信手段が通信に利用しないサブキャリアが持つ周波数帯域の送信信号を用いて、複数の端末に送信を行うものであり、
前記複数の端末宛のデータを伝搬路特性に基づき重み付け合成して、各周波数帯域の送信信号を決定する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信装置。 - 前記第二の通信手段は、前記複数の端末のアンテナ入力において、当該端末宛のデータが支配的に受信されるように重み付けして送信する、
ことを特徴とする請求項6に記載の無線通信装置。 - 前記第一の通信手段は、前記複数のサブキャリアのうち2つ以上のサブキャリアを利用せずに通信を行うものであり、
前記第二の通信手段は、前記第一の通信手段が通信に利用しないサブキャリアが持つ周波数帯域を用いて、信号を受信するものであり、
前記各周波数帯域では、送信元から同一のデータの信号が送信されており、
前記第二の通信手段は、各周波数帯域の信号を重み付け合成して受信するか、いずれかの周波数帯域の信号を選択して受信する、
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の無線通信装置。 - 前記第一の通信手段は、前記複数のサブキャリアのうち2つ以上のサブキャリアを利用せずに通信を行うものであり、
前記第二の通信手段は、前記第一の通信手段が通信に利用しないサブキャリアが持つ周波数帯域を用いて、複数の端末からの信号を受信するものであり、
前記複数の端末はそれぞれが複数の周波数帯域で信号を送信しており、
各周波数帯域で受信される信号を、伝搬路特性に基づき重み付け合成することで、各端末から送信される信号を抽出する、
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の無線通信装置。 - 請求項3〜5のいずれかに記載の無線通信装置の第二の通信手段から送信される複数の周波数帯域の信号を受信する受信手段と、
入力された信号を周波数変換する周波数変換手段と、
を有し、
前記受信手段によって受信された複数の周波数帯域の信号を、前記周波数変換手段によって、共通の周波数帯域に変換する、
ことを特徴とする無線通信装置。 - 請求項5に記載の無線通信装置の第二の通信手段から送信される周波数帯域fc+fd、fc、fc−fdの信号を受信する受信手段と、
入力された信号を周波数変換する周波数変換手段であって、入力信号、入力信号を周波数+fdだけ周波数変換した信号、および入力信号を周波数−fdだけ周波数変換した信号が重畳された信号を出力する周波数変換手段と、
を有し、
前記周波数変換手段によって、前記受信手段が周波数帯域fc+fd、fc、fc−fdの信号を、周波数帯域fcに重畳加算する
ことを特徴とする無線通信装置。 - 親局装置と、1つまたは複数のマルチキャリア端末と、1つまたは複数のシングルキャリア端末から構成される無線通信システムであって、
前記親局装置は、
帯域制限されたパルス波形によって整形された複数のサブキャリアからなるマルチキャリア信号を用いてマルチキャリア端末と通信を行う第一の通信手段と、
前記第一の通信手段とは異なる変調形式または変調定数による信号を用い通信を行う第二の通信手段と、
を有し、
前記マルチキャリア端末は、前記親局装置の第一の通信手段と通信を行う通信手段を有し、
前記シングルキャリア端末は、前記親局装置の第二の通信手段と通信を行う通信手段を有し、
親局装置とマルチキャリア端末との間の通信では、前記複数のサブキャリアのうち少なくとも1つを利用せずに通信を行うものであり、
親局装置とシングルキャリア端末との間の通信では、親局装置とマルチキャリア端末間の通信に利用しないサブキャリアの帯域を利用して通信する、
ことを特徴とする無線通信システム。 - 親局装置と、複数の端末から構成される無線通信システムであって、
前記親局装置は、複数の周波数帯域の信号を用いて前記複数の端末に送信を行うものであり、前記複数の端末宛のデータを伝搬路特性に基づく重み付け合成して、各周波数帯域の送信信号を決定する、送信手段を有し、
前記端末は、前記親局の送信手段から送信される各周波数帯域の信号を合成して受信する、受信手段を有する、
ことを特徴とする無線通信システム。 - 前記親局装置の送信手段は、前記複数の端末のアンテナ入力において、当該端末宛のデータが支配的に受信されるように重み付けして送信する、
ことを特徴とする請求項13に記載の無線通信システム。 - 親局装置と、複数の端末から構成される無線通信システムであって、
前記端末は、それぞれが複数の周波数帯域を用いて親局装置に信号を送信する、送信手段を有し、
前記複数の周波数帯域は、前記複数の端末で共通であり、
前記親局装置は、前記複数の周波数帯域で受信される信号を、伝搬路特性に基づく重み付け合成をすることで、各端末から送信される信号を抽出する、受信手段を有する、
ことを特徴とする無線通信システム。
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