JP3875079B2 - 直交周波数分割多重システムおよび送受信装置 - Google Patents
直交周波数分割多重システムおよび送受信装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の直交するサブキャリアを用いる直交周波数分割多重システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヨーロッパやカナダにおいて移動体向け高品質ディジタル音声放送（DSB:Digital Sound Broadcasting）の開発が進められている。この音声放送システムではマルチパス伝送路でも良好な伝送特性を有する直交周波数分割多重通信方式（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が採用されている。このＯＦＤＭ通信方式は、情報データ系列を互いに直交する多数のサブキャリアを用いて伝送するようにしている。この場合、１シンボル長を長くすることができることから、ゴースト妨害を軽減することができるようになる。さらに、ガードインターバルを設けることにより周波数選択性フェージングに強くなる。また、時間インタリーブに加えて周波数インタリーブも可能であり、誤り訂正の効果を有効に使えるようになる。さらに、各サブキャリアのスペクトルを密に配置することができ、周波数利用効率を高めることができる。さらにまた、各サブキャリアへの情報を任意に割り当てることができるため、干渉が予想されるサブキャリアは使用しない等の柔軟な情報伝送を可能とすることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高速伝送システムを実現する場合、広帯域化に伴い所要受信電力が増加するという問題が生じる。そこで、ＯＦＤＭ通信方式に従来ＣＤＭＡ通信方式で用いられている送信電力制御を適用することで、送信電力を低減することができるようになる。送信電力制御を行うことで、セルエッジに位置する多くの端末を基準に送信電力を設定することができるため、基地局周辺の多数の端末で従来消費されていた過剰な送信電力を低減することができるようになる。さらに、ＯＦＤＭ通信方式においてＯＦＤＭ信号が伝搬路においてフェージングを受けると、平均受信信号電力が変動するようになるが、送信電力制御を行うことによりフェージングによる平均受信信号電力の変動を補償することができる。これにより伝送品質が向上し、低い送信電力で良好な伝送品質を達成することができる。
【０００４】
しかしながら、ＯＦＤＭ通信方式に送信電力制御を適用する場合、平均受信電力レベルの変動は補償されるものの、周波数選択性フェージングの影響により生じるサブキャリア毎の受信電カレベルの変動までは補償することができない。ここで、ＯＦＤＭ通信方式において周波数選択性フェージングを受けた際の影響について説明する。図１３はＯＦＤＭ通信方式における送信されたＯＦＤＭ信号の一例である。このＯＦＤＭ信号は多数のサブキャリアから構成されており、各々のサブキャリアは等しい送信電力で送信されている。このようなＯＦＤＭ信号が、マルチパス環境を伝搬すると周波数選択性フェージングの影響を受けて、サブキャリア間の受信電力は変動するようになる。この場合、その変動特性は伝搬路の環境により様々に変化するようになる。例えば、伝搬路において周波数選択性フェージングを受けたＯＦＤＭ信号は、図１４に示すようにサブキャリア間の受信電力が変動するようになる。この結果、受信電力レベルが低いサブキャリアにおいては所定の伝送品質を満たすことができないことになる。
【０００５】
そこで、このようなサブキャリア毎に受信電力が変動することを防止するために、サブキャリア毎に送信電力を制御する手法が提案されている（信学技報 SSE2000-71,RCS2000-60(2000-07) 吉識知明外２名「ＯＦＤＭサブキャリア適応変調システムにおけるマルチレベル送信電力制御適用時の特性」参照）。この手法では、ＯＦＤＭ通信方式への送信電力制御の適用を目的とし、受信信号レベル全体に対する送信電力制御と、各サブキャリアの変調多値数に応じたレベルに対する送信電力制御で構成されるマルチレベル送信電力制御を行っている。このマルチレベル送信電力制御では、各変調多値数を割り当てられたサブキャリアが所要のＢＥＲを満たすようにサブキャリア毎に送信電力を制御し、さらに高い送信電力を消費する可能性のある極めて受信電力レベルの低いサブキャリアに対しては送信電力を割り当てないようにすることで、電力効率の向上を実現している。
【０００６】
しかしながら、伝搬路の状況に応じてサブキャリア毎に送信電力制御を効果的に行うためには、受信側で測定された受信電力に基づくサブキャリア毎の送信電力制御に関する情報を送信側へ通知する必要がある。このため、サブキャリア毎に送信電力制御を行うには、送信側または受信側において多くの制御情報が必要になると共に、送信電力制御の処理量や記憶量の負担が大きくなってくる。さらに、その送信電力制御の処理量や記憶量はサブキャリア数に依存するため、サブキャリア数が多くなるに伴い処理量や記憶量はさらに増大し、その実現性が困難になるという問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、制御情報量を低減して、送信電力制御の処理量や記憶量を低減することのできる直交周波数分割多重システムおよび送受信装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の直交周波数分割多重システムは、送信側から固定の送信電力で送信された直交周波数分割多重信号を、受信側において受信し、受信された前記直交周波数分割多重信号を構成している複数のサブキャリアの受信電力値に応じて、いくつかの前記サブキャリアからなるブロックにまとめ、該ブロックにおける特定の位置のサブキャリアの番号と、それぞれの前記ブロックにおける受信電力値と規定受信電力との差分情報とを前記送信側へ通知し、前記サブキャリアの番号と前記差分情報とを受け取った前記送信側において、直交周波数分割多重信号を構成する複数のサブキャリアを、前記サブキャリアの番号に基づいてブロックに分割すると共に、前記差分情報に基づいて当該ブロックのサブキャリアの送信電力を制御するようにしている。
【０００９】
また、上記本発明の直交周波数分割多重システムにおいて、サブキャリア間の受信電力の差が所定のしきい値内に収まるサブキャリアをまとめることにより、前記ブロックに分割するようにしてもよい。
さらに、上記本発明の直交周波数分割多重システムにおいて、前記複数のサブキャリアが前記ブロックに分割された際に、分割されたブロックに含まれるサブキャリア数が最小値のブロックを求め、全てのブロックのブロック長を前記求められたブロックのブロック長とするようにしてもよい。
【００１０】
さらにまた、上記本発明の直交周波数分割多重システムにおいて、サブキャリア数に対するそのサブキャリア数が存在する確率分布の累積値のテーブルを参照して、ブロックに分割する際のサブキャリア数を求めるようにしてもよい。
さらにまた、上記本発明の直交周波数分割多重システムにおいて、受信側における受信電力が予め定められた最小受信電力値に達しないブロックについては、送信側において前記差分情報に基づいて当該ブロックの送信電力を他のブロックに分配するようにしてもよい。
【００１１】
次に、上記目的を達成することのできる本発明の送受信装置は、直交周波数分割多重信号を送受信可能な送受信装置であって、固定の送信電力で送信された直交周波数分割多重信号を構成している複数のサブキャリアの受信電力値に応じて、いくつかの前記サブキャリアからなるブロックにまとめる分割手段と、該分割手段において分割されたそれぞれのブロックにおける特定の位置のサブキャリアの番号と、前記分割されたそれぞれのブロックにおける受信電力値と規定受信電力との差分情報とを得る制御手段とを備え、前記サブキャリアの番号と前記差分情報とからなる制御情報を、前記制御手段の制御の基で所定の周期毎に送信するようにしている。
【００１２】
また、上記本発明の送受信装置において、サブキャリア間の受信電力の差が所定のしきい値内に収まるサブキャリアをまとめることにより、前記ブロックに分割するようにしてもよい。
さらに、上記本発明の送受信装置において、前記複数のサブキャリアが複数のブロックに分割された際に、分割されたブロックに含まれるサブキャリア数が最小値のブロックを求め、全てのブロックのブロック長を前記求められたブロックのブロック長とするようにしてもよい。
【００１３】
さらにまた、上記本発明の送受信装置において、サブキャリア数に対するそのサブキャリア数が存在する確率分布の累積値のテーブルを参照して、ブロックに分割する際のサブキャリア数を求めるようにしてもよい。
さらにまた、上記本発明の送受信装置において、受信電力が予め定められた最小受信電力値に達しないブロックについては、前記制御手段は、当該ブロックの送信電力を他のブロックに分配する制御情報を作成するようにしてもよい。
【００１４】
このような本発明によれば、受信電力に応じてサブキャリアをまとめてブロックとし、ブロック毎に送信電力制御を行うようにしている。このように、いくつかのサブキャリアをまとめたブロック毎に送信電力制御を行うようにしたので、制御情報量を低減することができると共に、送信電力制御の処理量や記憶量を低減することができるようになる。このような送信電力制御処理は、送信側から固定の送信電力でパイロット信号が送信される毎に行われるようになる。
また、上記したようにブロック化するのは、隣接するサブキャリアは周波数相関が高く、一定の相関帯域幅内のサブキャリアにおける周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動はほぼ同等とみなすことができるからである。このため、そのブロック構成は伝搬路の特定の変化に適応的となり、効率のよい送信電力制御を行うことができるようになる。従って、本発明の直交周波数分割多重システムでは、高速伝送および高品質伝送を可能とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムの構成例を図１に示す。ただし、図１には基地局１と１つの移動局２とが示されているが、移動局は多数存在しており、その内の移動局２だけが示されている。また、移動局２は本発明の実施の形態にかかる送受信装置に相当する。
図１において、基地局１はＯＦＤＭ変調器１０とＯＦＤＭ復調器１７、および送信電力制御を行う制御部１６を備えている。このＯＦＤＭ復調器１７は、後述する移動局２におけるＯＦＤＭ復調器２０の受信電力測定部２２を省略した構成とされている。送信データはＯＦＤＭ変調器１０における符号器１１に印加されて、誤り訂正符号化や圧縮符号化等の符号化が行われ、シンボル変調器１２においてシンボル変調される。シンボル変調器１２においては、伝送速度や必要とする伝送品質に応じてＢＰＳＫ、ＱＰＳＫあるいは１６ＱＡＭや６４ＱＡＭ等の変調が行われる。シンボル変調器１２から出力される変調シンボルは、直列−並列変換部（Ｓ／Ｐ変換部）１３において、サブキャリア数に相当する並列数の変調シンボルに変換される。この結果、Ｓ／Ｐ変換部１３から出力される変調シンボルのシンボル速度は１／サブキャリア数に低減されるようになる。
【００１６】
Ｓ／Ｐ変換部１３から出力されるサブキャリア数とされる並列変調シンボルは、送信電力制御部１４において制御部１６からの送信電力制御信号により、後述するブロック毎に送信電力制御されるようになる。このブロックはいくつかのサブキャリアから構成される。送信電力制御部１４において送信電力制御が行われたサブキャリア数とされている並列変調シンボルは、逆高速フーリエ変換部（ＩＦＦＴ）１５において逆フーリエ変換されてＯＦＤＭ信号とされる。ＩＦＦＴ１５は、逆離散フーリエ変換部（ＩＤＦＴ）としてもよい。このＯＦＤＭ信号は、所定の周波数の搬送波に乗せられて基地局１から送信される。
【００１７】
このＯＦＤＭ信号を受信可能な移動局２は、ＯＦＤＭ復調器２０とＯＦＤＭ変調器２７、および制御部２６とを備えている。このＯＦＤＭ変調器２７は、基地局１におけるＯＦＤＭ変調器１０の送信電力制御部１４を省略した構成とされている。移動局２において受信されたＯＦＤＭ信号は高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）２１においてフーリエ変換が施されて、サブキャリア毎に分解される。ＦＦＴ２１は、離散フーリエ変換部（ＤＦＴ）としてもよい。ＦＦＴ部２１から並列に出力されるサブキャリアの各々の受信電力が、受信電力測定部２２において測定され、サブキャリアの各々の受信電力値は制御部２６へ供給される。ＦＦＴ部２１から並列に出力されるサブキャリアは、受信電力測定部２２を介して並列−直列変換部（Ｐ／Ｓ変換部）２３に供給され、並列とされているサブキャリアの変調シンボルは直列の変調シンボルに変換される。このＰ／Ｓ変換部２３から出力されるサブキャリアの変調シンボルは、シンボル復調部２５において復調されて復調データとされる。シンボル復調部２５においては、送信側において施されたＢＰＳＫ、ＱＰＳＫあるいは１６ＱＡＭや６４ＱＡＭ等の変調に応じた復調が行われる。シンボル復調部２５から出力される復調データは、復号器２４において誤り訂正や伸長処理等が行われて受信データに復号され出力される。
【００１８】
制御部２６は、受信電力測定部２２から供給された各サブキャリアの受信電力値に応じて、いくつかのサブキャリアからなるブロックに分割する。そして、分割したブロックの先頭サブキャリアのサブキャリア番号と、当該ブロックの受信電力が規定の受信電力となるように送信電力を制御するための送信電力制御情報からなる制御情報をＯＦＤＭ変調器２７に供給する。この場合、先頭サブキャリア番号に替えて最後尾サブキャリア番号としてもよい。ＯＦＤＭ変調器２７では、制御情報が周期的に移動局２から、基地局１へ送信されるようになる。
なお、移動局２においてサブキャリアの受信電力を測定するために、基地局１は、送信電力制御が行われていないＯＦＤＭ変調されたパイロット信号を周期的に送信する。そして、移動局２は、このパイロット信号の受信電力を測定することにより制御情報を得るようにしている。このようにして、基地局１において送信電力制御するチャネルは、各移動局毎に設定される通信チャネルとされる。この送信電力制御は、移動局から送信された制御情報に従って行われるため、移動局毎に異なる送信電力制御が行われるようになる。
【００１９】
次に、図１に示す直交周波数分割多重システムにおける送信電力制御の具体的な処理を図２ないし図８を参照して詳細に説明する。
図２には、基地局１から送信される送信電力が固定値とされている制御チャネルにおけるパイロット信号であるＯＦＤＭ信号を示している。このＯＦＤＭ信号のサブキャリアは、例えばサブキャリアＳＣ１〜サブキャリアＳＣ２３のサブキャリアから構成されているものとする。ＳＣ１〜ＳＣ２３はそれぞれサブキャリア番号である。サブキャリアＳＣ１〜サブキャリアＳＣ２３のサブキャリアから構成されているＯＦＤＭ信号が、マルチパス環境の伝搬路において周波数選択性フェージングの影響を受けると、例えば図３に示すようにサブキャリアのエンベロープが変動するようになる。すなわち、移動局２で受信されたＯＦＤＭ信号における個々のサブキャリアのレベルが変動するようになる。
【００２０】
すると、移動局２における受信電力測定部２２において測定されたサブキャリアＳＣ１〜サブキャリアＳＣ２３の受信電力値は、図４に示す先に矢印を付したスペクトルの長さで示されるようになる。この受信電力値を｛Ｅ１，Ｅ２，・・・，Ｅｎ｝と表す。ただし、Ｅ１はサブキャリアＳＣ１の受信電力値、Ｅ２はサブキャリアＳＣ２の受信電力値であり、Ｅｎは最後のサブキャリア（図示する場合はサブキャリアＳＣ２３、すなわちｎ＝２３）の受信電力値である。この場合、隣接するサブキャリアは周波数相関が高く、一定の相関帯域幅内のサブキャリアにおける周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動はほぼ同等とみなすことができる。そこで、これを利用して次に、サブキャリアＳＣ１〜サブキャリアＳＣ２３を制御部２６においていくつかのサブキャリアからなるブロックに分割する。制御部２６でブロックに分割する場合、先頭のサブキャリアの受信電力値の±ΔＥに収まる連続するサブキャリアを１ブロックとする。すなわち、｜Ｅｈ−Ｅｉ｜＜ΔＥを演算して、与式を満足する受信電力値Ｅｉに対応する連続するサブキャリアをそのブロックのサブキャリアとする。ただし、Ｅｈはブロックの先頭のサブキャリアに対応する受信電力値である。また、最小受信電力のしきい値Ｅｍｉｎに満たない受信電力のサブキャリアがまとめられて、１つのブロックとされる。
【００２１】
この場合、しきい値ΔＥを小さくするとブロック数が増加し、しきい値ΔＥを大きくするとブロック数が減少する。このように、任意のブロック数に分割することができるようになるが、周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動がほぼ同等とみなすことができるようなブロック数が得られるしきい値ΔＥの値を予め決定しておくようにする。この場合、ＢＥＲ（Bit Error Rate）がほぼ同等とされる範囲を、周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動がほぼ同等とみなすようにすることができる。このようにして決定されたしきい値ΔＥを用いて図３に示す周波数選択性フェージングの影響を受けたＯＦＤＭ信号のサブキャリアをブロックに分割すると、図４に示すようになる。すなわち、第１ブロックＢ１はサブキャリアＳＣ１〜ＳＣ５により構成され、第２ブロックＢ２はサブキャリアＳＣ６〜ＳＣ８により構成され、第３ブロックＢ３はサブキャリアＳＣ９〜ＳＣ１１により構成され、第４ブロックＢ４はサブキャリアＳＣ１２〜ＳＣ１４により構成され、第５ブロックＢ５はサブキャリアＳＣ１５，ＳＣ１６により構成され、第６ブロックＢ６はサブキャリアＳＣ１７，ＳＣ１８により構成され、第７ロックＢ７はサブキャリアＳＣ１９，ＳＣ２０により構成され、第８ブロックＢ８はサブキャリアＳＣ２１〜ＳＣ２３により構成されるようになる。このように、変動の激しさに応じたブロック長に分割されるようになる。
【００２２】
このように制御部２６でブロック化することにより、しきい値ΔＥ内に収まるサブキャリアによりそれぞれのブロックを構成することができる。このブロック化に替えて、制御部２６において図５に示すようにブロック化してもよい。図５に示すブロック化は、１ブロックに含まれるサブキャリア数を固定値としてブロックに分割するようにしている。この場合の１ブロックに含まれるサブキャリア数は、図４に示すようにしきい値ΔＥ内に収まることを条件にブロック化した際に、最も少ないサブキャリア数からなるブロックのサブキャリア数とする。図４に示す場合は第５ブロックＢ５ないし第７ブロックＢ７が２つのサブキャリアからなることから、図５に示すように各ブロックＢ５〜Ｂ１１は２つのサブキャリアからなるようにブロック化されている。
【００２３】
次に、図４に示すようにブロックに分割処理した後に、制御部２６において各ブロックがほぼ同じ受信電力で受信できるように送信電力制御させるための送信電力制御情報を作成する。この送信電力制御情報は、図６に示すように受信電力の規定値Ｅｔｈを規定し、この規定値Ｅｔｈと各ブロックにおけるサブキャリアの受信電力値の最小値との差分を送信電力制御情報として求める。例えば、図６に示す例では、第１ブロックＢ１の送信電力制御情報は第１ブロックＢ１内における最小のサブキャリアＳＣ５の受信電力と規定値Ｅｔｈとの差分ＥＢ１となる。この送信電力制御情報ＥＢ１により基地局１において送信電力制御される際には、第１ブロックＢ１の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ１に相当する分だけ低減される。これは、サブキャリアＳＣ５の受信電力が規定値Ｅｔｈを超えているからである。また、第２ブロックＢ２の送信電力制御情報は第２ブロックＢ２内における最小のサブキャリアＳＣ８の受信電力と規定値Ｅｔｈとの差分ＥＢ２となる。この送信電力制御情報ＥＢ２により基地局１において送信電力制御される際には、第２ブロックＢ２の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ２に相当する分だけ増加される。これは、サブキャリアＳＣ８の受信電力が規定値Ｅｔｈ未満とされているからである。
【００２４】
同様にして、第３ブロックＢ３の送信電力制御情報はＥＢ３となり、この送信電力制御情報ＥＢ３により基地局１において送信電力制御される際には、第３ブロックＢ３の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ３に相当する分だけ増加される。さらに、第４ブロックＢ４の送信電力制御情報はＥＢ４となり、この送信電力制御情報ＥＢ４により基地局１において送信電力制御される際には、第４ブロックＢ４の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ４に相当する分だけ増加される。また、第５ブロックＢ５は最小受信電力のしきい値Ｅｍｉｎに満たないサブキャリアＳＣ１５，ＳＣ１６のブロックとされているため、第５ブロックＢ５のサブキャリアＳＣ１５，ＳＣ１６を送信しない送信電力制御情報ＥＢ５とされる。これは、しきい値Ｅｍｉｎが移動局２における受信側の背景ノイズのレベルの近傍のレベルとされているため、第５ブロックＢ５のサブキャリアＳＣ１５，ＳＣ１６の受信電力を正確に測定できないことと、送信電力制御した際に第５ブロックＢ５は高い送信電力を消費することになり、相対的に他のブロックの送信電力が低下してしまうようになるからである。
【００２５】
さらにまた、第６ブロックＢ６の送信電力制御情報はＥＢ６となり、この送信電力制御情報ＥＢ６により基地局１において送信電力制御される際には、第６ブロックＢ６の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ６に相当する分だけ増加される。さらにまた、第７ブロックＢ７の送信電力制御情報はＥＢ７となり、この送信電力制御情報ＥＢ７により基地局１において送信電力制御される際には、第７ブロックＢ７の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ７に相当する分だけ増加される。さらにまた、第８ブロックＢ８の送信電力制御情報はＥＢ８となり、この送信電力制御情報ＥＢ８により基地局１において送信電力制御される際には、第８ブロックＢ８の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ８に相当する分だけ低減される。
【００２６】
このような各ブロックにおける送信電力制御情報と、分割された各ブロックの先頭のサブキャリアの番号情報とからなる制御情報が、制御部２６からＯＦＤＭ変調器２７に供給される。ＯＦＤＭ変調器２７においては、図８に示すように通信用のデータに周期的に制御情報が挿入されて、移動局２から基地局１へ送信される。制御情報を送る周期は、伝搬路における周波数選択性フェージングの特性が余り変化しない周期とされる。
【００２７】
基地局１においては移動局２から送信された制御情報を受信し、ＯＦＤＭ復調器１７において制御情報が復調されて制御部１６へ供給される。また、通信用のデータは、ＯＦＤＭ復調器１７において復調されて受信データとして出力される。復調された制御情報は制御部１６へ供給され、内蔵される制御情報管理テーブル１６ａに保管される。制御情報は、周期的に送られてくるため、受信する毎に制御情報管理テーブル１６ａ上の制御情報が更新されるようになる。このため、伝搬路における周波数選択性フェージングの影響が変化しても、その変化に追随する制御情報が制御情報管理テーブル１６ａに保管されていることになる。また、制御情報管理テーブル１６ａには基地局１に在圏する移動局の制御情報が保管されるようになる。
【００２８】
制御部１６においては、通信チャネルの送信電力制御を行う場合は、設定された通信チャネルに該当する移動局の制御情報を制御情報管理テーブル１６ａから読み出す。次いで、制御情報におけるブロックの先頭のサブキャリア番号に基づいてサブキャリアをブロックに分割する。さらに、制御情報中の分割された各ブロックにおける送信電力制御情報に基づいて、当該ブロックの送信電力制御を行う。この場合、各ブロックの送信電力の総和は常に等しくなる。すなわち、送信電力制御情報が変更された場合には、個々のブロックにおける送信電力は制御情報に応じて変更されるようになるが、各ブロックの送信電力の総和は、変更前の送信電力の総和と等しくなる。
【００２９】
ここで、図６に示す送信電力制御情報に基づいて、基地局１における送信電力制御部１４で送信電力制御されたＯＦＤＭ信号の各ブロックの送信電力の一例を図７に示す。図６に示すように、第１ブロックＢ１および第８ブロックＢ８においては受信電力が規定値Ｅｔｈを超えているため、送信電力は低減されている。また、第５ブロックＢ５については前述したように最小受信電力のしきい値Ｅｍｉｎに満たないため、送信電力制御した際に高い送信電力を消費することになり、他のブロックの送信電力が低下してしまうことから、第５ブロックＢ５の送信電力はゼロとされている。これにより、他のブロックに第５ブロックＢ５の送信電力が振り分けられるようになる。この場合、送信されないサブキャリアはキャリアホールとされて、そのサブキャリアでは変調シンボルは伝送されない。残るブロックＢ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ７については、それぞれ図６に示す送信電力制御情報ＥＢ２，ＥＢ３，ＥＢ４，ＥＢ６，ＥＢ７に応じて送信電力が増加するように制御される。
【００３０】
以上説明したように、本発明の直交周波数分割多重システムにおいては、受信電力が所定範囲に収まる連続するサブキャリアをまとめてブロックとし、そのブロック毎に送信電力制御を行うようにしている。このように、いくつかのサブキャリアをまとめたブロック毎に送信電力制御を行うようにしたので、制御情報を保管する制御情報管理テーブル１６ａの記憶量を低減することができると共に、送信電力制御の処理量を低減することができるようになる。また、周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動はほぼ同等とみなすことができるようにブロック化していることから、そのブロック構成は伝搬路特定の変化に適応して変更されるようになり、効率のよい送信電力制御を行うことができる。このため、本発明の直交周波数分割多重システムでは高速伝送および高品質伝送を可能とすることができるようになる。
【００３１】
ところで、サブキャリアを次のようにしてまとめてブロックとしてもよい。移動局２において受信されたＯＦＤＭ信号が図９に示すようなエンベロープとされて受信されたとする。この場合のサブキャリア数ｎは、例えば６０とされている。そして、図４に示すようにしきい値ΔＥの範囲内の受信電力のサブキャリアをまとめてブロック化した際に、図９に示すように第１ブロックＢ１のサブキャリア数は１０となり、第２ブロックＢ２のサブキャリア数も１０となり、第３ブロックＢ３のサブキャリア数は５となり、第４ブロックＢ４のサブキャリア数は１５となり、第５ブロックＢ５のサブキャリア数が２０になったとする。この場合のキャリア数に対する当該キャリア数が存在する確率分布の累積値を求めると、図１０に示す図表の通りとなる。
【００３２】
すなわち、キャリア数が５とされるブロックは第３ブロックＢ３だけであり、この場合の（ブロック数／全ブロック数）は１／５となる。従って、キャリア数が５以下の累積値も１／５となる。また、キャリア数が１０とされるブロックは第１ブロックＢ１と第２ブロックＢ２であり、この場合の（ブロック数／全ブロック数）は２／５となる。従って、キャリア数が１０以下の累積値は１／５＋２／５＝３／５となる。さらに、キャリア数が１５とされるブロックは第４ブロックＢ４だけであり、この場合の（ブロック数／全ブロック数）は１／５となる。従って、キャリア数が１５以下の累積値は１／５＋２／５＋１／５＝４／５となる。さらにまた、キャリア数が２０とされるブロックは第５ブロックＢ５だけであり、この場合の（ブロック数／全ブロック数）は１／５となる。従って、キャリア数が２０以下の累積値は１／５＋２／５＋１／５＋１／５＝５／５となる。この累積値をパーセント値として、キャリア数（ＳＣ数）を横軸としてグラフ表示すると、図１１に示すグラフとなる。このグラフから例えば累積値が約５４％になるキャリア数を求めると、サブキャリア数はほぼ９となる。そこで、６０のサブキャリアを９サブキャリア毎にブロックにまとめるようにする。このように、確率分布の累積値から求めたサブキャリア数をまとめたブロックとしてもよい。この場合は、各ブロックのサブキャリア数は固定値となる。
【００３３】
次に、本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける送信電力制御処理のフローチャートを図１２に示す。
図１２に示す送信電力制御処理が開始されて、基地局が制御チャネルによりパイロット信号を送信する（ステップＳ１）と、このパイロット信号を移動局が受信する（ステップＳ１０）。次いで、ステップＳ１１にて受信したパイロット信号におけるＯＦＤＭ信号の全てのサブキャリアの受信電力を測定する。ステップＳ１２では、隣接するサブキャリアは周波数相関が高く、一定の相関帯域幅内のサブキャリアにおける周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動はほぼ同等とみなすことができることを利用して、サブキャリアをブロック化している。すなわち、設定されたしきい値ΔＥを超えない連続するサブキャリアをブロックにまとめることにより、サブキャリアをブロック化する。さらに、ステップＳ１３において分割したブロック数を検出し、各々のブロックにおける先頭サブキャリ番号を決定する。ここでは、ブロックにまとめられたサブキャリア数が最も少ないブロック長に、ブロック長を固定してブロック化し直してもよい。さらに、図１１に示すような累積値に対するサブキャリア数のグラフを参照して、所望の累積値になるサブキャリア数を求めて、求められたサブキャリア数のブロックにブロック化し直してもよい。
【００３４】
次いで、ステップＳ１４において各ブロックにおける最小受信電力のサブキャリアの受信電力値と、規定受信電力との差を算出して送信電力制御値とする。そして、算出された送信電力制御値とステップＳ１３で決定された先頭サブキャリア番号とからなる制御情報を基地局へ通知する（ステップＳ１５）。この通知を受けた基地局は、ステップＳ２にて通知された制御情報に基づき各ブロックの送信電力を制御する。すなわち、サブキャリアを、制御情報の内の先頭サブキャリア番号の直前までのいくつかのサブキャリアにまとめてブロック化し、ブロック化した各々のブロックにおけるサブキャリアの送信電力を、制御情報の内の当該ブロックの送信電力制御情報に従って制御する。これにより、周波数選択性フェージングを受けた際においても、移動局において受信されるＯＦＤＭ信号のサブキャリアの受信電力がほぼ一定になるように制御することができるようになる。
【００３５】
以上説明した本発明の移動局２において、ＯＦＤＭ変調器２７内に基地局１と同様に送信電力制御部を備えるようにし、制御部２６により得られた制御情報に基づいて、ＯＦＤＭ信号の送信電力制御を行うようにしてもよい。この場合、制御情報の内の先頭サブキャリア番号に基づいてサブキャリアをブロック化し、当該ブロックに対応する送信電力制御値に応じて、そのブロック内のサブキャリアの送信電力を制御する。
なお、基地局１から送信される送信電力制御が行われていないＯＦＤＭ変調されたパイロット信号が送信される周期は、伝搬路における周波数選択性フェージング等により生じる受信電力の変動に十分追随できる周期とされている。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、受信電力に応じてサブキャリアをまとめてブロックとし、ブロック毎に送信電力制御を行うようにしている。このように、いくつかのサブキャリアをまとめたブロック毎に送信電力制御を行うようにしたので、制御情報量を低減することができると共に、送信電力制御の処理量や記憶量を低減することができるようになる。このような送信電力制御処理は、送信側から固定の送信電力でパイロット信号が送信される毎に行われるようになる。
また、上記したようにブロック化するのは、隣接するサブキャリアは周波数相関が高く、一定の相関帯域幅内のサブキャリアにおける周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動はほぼ同等とみなすことができるからである。このため、そのブロック構成は伝搬路の特定の変化に適応的となり、効率のよい送信電力制御を行うことができるようになる。従って、本発明の直交周波数分割多重システムでは、高速伝送および高品質伝送を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムの構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける基地局から送信される制御チャネルにおけるパイロット信号を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける選択性フェージングの影響を受けたＯＦＤＭ信号を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける受信したＯＦＤＭ信号をブロックにまとめる説明をするための図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける受信したＯＦＤＭ信号をブロックにまとめる他の説明をするための図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおけるブロックの送信電力制御情報を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける送信電力制御されて送信されたＯＦＤＭ信号を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける制御情報を送る態様を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける選択性フェージングの影響を受けたＯＦＤＭ信号を、ブロック化したサブキャリア数を示す図である。
【図１０】図９に示す例におけるキャリア数に対する当該キャリア数が存在する確率分布の累積値を示す図表である。
【図１１】図１０に示すキャリア数に対する当該キャリア数が存在する確率分布の累積値を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける送信電力制御処理のフローチャートである。
【図１３】従来の直交周波数分割多重システムにおける基地局から送信されるＯＦＤＭ信号を示す図である。
【図１４】直交周波数分割多重システムにおける選択性フェージングの影響を受けたＯＦＤＭ信号を示す図である。
【符号の説明】
１ 基地局、２ 移動局、１０ ＯＦＤＭ変調器、１１ 符号器、１２ シンボル変調器、１３ Ｓ／Ｐ変換部、１４ 送信電力制御部、１５ ＩＦＦＴ部、１６ 制御部、１６ａ 制御情報管理テーブル、１７ ＯＦＤＭ復調器、２０ ＯＦＤＭ復調器、２１ ＦＦＴ部、２２ 受信電力測定部、２３ Ｐ／Ｓ変換部、２４ 復号器、２５ シンボル復調部、２６ 制御部、２７ ＯＦＤＭ変調器
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の直交するサブキャリアを用いる直交周波数分割多重システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヨーロッパやカナダにおいて移動体向け高品質ディジタル音声放送（DSB:Digital Sound Broadcasting）の開発が進められている。この音声放送システムではマルチパス伝送路でも良好な伝送特性を有する直交周波数分割多重通信方式（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が採用されている。このＯＦＤＭ通信方式は、情報データ系列を互いに直交する多数のサブキャリアを用いて伝送するようにしている。この場合、１シンボル長を長くすることができることから、ゴースト妨害を軽減することができるようになる。さらに、ガードインターバルを設けることにより周波数選択性フェージングに強くなる。また、時間インタリーブに加えて周波数インタリーブも可能であり、誤り訂正の効果を有効に使えるようになる。さらに、各サブキャリアのスペクトルを密に配置することができ、周波数利用効率を高めることができる。さらにまた、各サブキャリアへの情報を任意に割り当てることができるため、干渉が予想されるサブキャリアは使用しない等の柔軟な情報伝送を可能とすることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高速伝送システムを実現する場合、広帯域化に伴い所要受信電力が増加するという問題が生じる。そこで、ＯＦＤＭ通信方式に従来ＣＤＭＡ通信方式で用いられている送信電力制御を適用することで、送信電力を低減することができるようになる。送信電力制御を行うことで、セルエッジに位置する多くの端末を基準に送信電力を設定することができるため、基地局周辺の多数の端末で従来消費されていた過剰な送信電力を低減することができるようになる。さらに、ＯＦＤＭ通信方式においてＯＦＤＭ信号が伝搬路においてフェージングを受けると、平均受信信号電力が変動するようになるが、送信電力制御を行うことによりフェージングによる平均受信信号電力の変動を補償することができる。これにより伝送品質が向上し、低い送信電力で良好な伝送品質を達成することができる。
【０００４】
しかしながら、ＯＦＤＭ通信方式に送信電力制御を適用する場合、平均受信電力レベルの変動は補償されるものの、周波数選択性フェージングの影響により生じるサブキャリア毎の受信電カレベルの変動までは補償することができない。ここで、ＯＦＤＭ通信方式において周波数選択性フェージングを受けた際の影響について説明する。図１３はＯＦＤＭ通信方式における送信されたＯＦＤＭ信号の一例である。このＯＦＤＭ信号は多数のサブキャリアから構成されており、各々のサブキャリアは等しい送信電力で送信されている。このようなＯＦＤＭ信号が、マルチパス環境を伝搬すると周波数選択性フェージングの影響を受けて、サブキャリア間の受信電力は変動するようになる。この場合、その変動特性は伝搬路の環境により様々に変化するようになる。例えば、伝搬路において周波数選択性フェージングを受けたＯＦＤＭ信号は、図１４に示すようにサブキャリア間の受信電力が変動するようになる。この結果、受信電力レベルが低いサブキャリアにおいては所定の伝送品質を満たすことができないことになる。
【０００５】
そこで、このようなサブキャリア毎に受信電力が変動することを防止するために、サブキャリア毎に送信電力を制御する手法が提案されている（信学技報 SSE2000-71,RCS2000-60(2000-07) 吉識知明外２名「ＯＦＤＭサブキャリア適応変調システムにおけるマルチレベル送信電力制御適用時の特性」参照）。この手法では、ＯＦＤＭ通信方式への送信電力制御の適用を目的とし、受信信号レベル全体に対する送信電力制御と、各サブキャリアの変調多値数に応じたレベルに対する送信電力制御で構成されるマルチレベル送信電力制御を行っている。このマルチレベル送信電力制御では、各変調多値数を割り当てられたサブキャリアが所要のＢＥＲを満たすようにサブキャリア毎に送信電力を制御し、さらに高い送信電力を消費する可能性のある極めて受信電力レベルの低いサブキャリアに対しては送信電力を割り当てないようにすることで、電力効率の向上を実現している。
【０００６】
しかしながら、伝搬路の状況に応じてサブキャリア毎に送信電力制御を効果的に行うためには、受信側で測定された受信電力に基づくサブキャリア毎の送信電力制御に関する情報を送信側へ通知する必要がある。このため、サブキャリア毎に送信電力制御を行うには、送信側または受信側において多くの制御情報が必要になると共に、送信電力制御の処理量や記憶量の負担が大きくなってくる。さらに、その送信電力制御の処理量や記憶量はサブキャリア数に依存するため、サブキャリア数が多くなるに伴い処理量や記憶量はさらに増大し、その実現性が困難になるという問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、制御情報量を低減して、送信電力制御の処理量や記憶量を低減することのできる直交周波数分割多重システムおよび送受信装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の直交周波数分割多重システムは、送信側から固定の送信電力で送信された直交周波数分割多重信号を、受信側において受信し、受信された前記直交周波数分割多重信号を構成している複数のサブキャリアの受信電力値に応じて、いくつかの前記サブキャリアからなるブロックにまとめ、該ブロックにおける特定の位置のサブキャリアの番号と、それぞれの前記ブロックにおける受信電力値と規定受信電力との差分情報とを前記送信側へ通知し、前記サブキャリアの番号と前記差分情報とを受け取った前記送信側において、直交周波数分割多重信号を構成する複数のサブキャリアを、前記サブキャリアの番号に基づいてブロックに分割すると共に、前記差分情報に基づいて当該ブロックのサブキャリアの送信電力を制御するようにしている。
【０００９】
また、上記本発明の直交周波数分割多重システムにおいて、サブキャリア間の受信電力の差が所定のしきい値内に収まるサブキャリアをまとめることにより、前記ブロックに分割するようにしてもよい。
さらに、上記本発明の直交周波数分割多重システムにおいて、前記複数のサブキャリアが前記ブロックに分割された際に、分割されたブロックに含まれるサブキャリア数が最小値のブロックを求め、全てのブロックのブロック長を前記求められたブロックのブロック長とするようにしてもよい。
【００１０】
さらにまた、上記本発明の直交周波数分割多重システムにおいて、サブキャリア数に対するそのサブキャリア数が存在する確率分布の累積値のテーブルを参照して、ブロックに分割する際のサブキャリア数を求めるようにしてもよい。
さらにまた、上記本発明の直交周波数分割多重システムにおいて、受信側における受信電力が予め定められた最小受信電力値に達しないブロックについては、送信側において前記差分情報に基づいて当該ブロックの送信電力を他のブロックに分配するようにしてもよい。
【００１１】
次に、上記目的を達成することのできる本発明の送受信装置は、直交周波数分割多重信号を送受信可能な送受信装置であって、固定の送信電力で送信された直交周波数分割多重信号を構成している複数のサブキャリアの受信電力値に応じて、いくつかの前記サブキャリアからなるブロックにまとめる分割手段と、該分割手段において分割されたそれぞれのブロックにおける特定の位置のサブキャリアの番号と、前記分割されたそれぞれのブロックにおける受信電力値と規定受信電力との差分情報とを得る制御手段とを備え、前記サブキャリアの番号と前記差分情報とからなる制御情報を、前記制御手段の制御の基で所定の周期毎に送信するようにしている。
【００１２】
また、上記本発明の送受信装置において、サブキャリア間の受信電力の差が所定のしきい値内に収まるサブキャリアをまとめることにより、前記ブロックに分割するようにしてもよい。
さらに、上記本発明の送受信装置において、前記複数のサブキャリアが複数のブロックに分割された際に、分割されたブロックに含まれるサブキャリア数が最小値のブロックを求め、全てのブロックのブロック長を前記求められたブロックのブロック長とするようにしてもよい。
【００１３】
さらにまた、上記本発明の送受信装置において、サブキャリア数に対するそのサブキャリア数が存在する確率分布の累積値のテーブルを参照して、ブロックに分割する際のサブキャリア数を求めるようにしてもよい。
さらにまた、上記本発明の送受信装置において、受信電力が予め定められた最小受信電力値に達しないブロックについては、前記制御手段は、当該ブロックの送信電力を他のブロックに分配する制御情報を作成するようにしてもよい。
【００１４】
このような本発明によれば、受信電力に応じてサブキャリアをまとめてブロックとし、ブロック毎に送信電力制御を行うようにしている。このように、いくつかのサブキャリアをまとめたブロック毎に送信電力制御を行うようにしたので、制御情報量を低減することができると共に、送信電力制御の処理量や記憶量を低減することができるようになる。このような送信電力制御処理は、送信側から固定の送信電力でパイロット信号が送信される毎に行われるようになる。
また、上記したようにブロック化するのは、隣接するサブキャリアは周波数相関が高く、一定の相関帯域幅内のサブキャリアにおける周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動はほぼ同等とみなすことができるからである。このため、そのブロック構成は伝搬路の特定の変化に適応的となり、効率のよい送信電力制御を行うことができるようになる。従って、本発明の直交周波数分割多重システムでは、高速伝送および高品質伝送を可能とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムの構成例を図１に示す。ただし、図１には基地局１と１つの移動局２とが示されているが、移動局は多数存在しており、その内の移動局２だけが示されている。また、移動局２は本発明の実施の形態にかかる送受信装置に相当する。
図１において、基地局１はＯＦＤＭ変調器１０とＯＦＤＭ復調器１７、および送信電力制御を行う制御部１６を備えている。このＯＦＤＭ復調器１７は、後述する移動局２におけるＯＦＤＭ復調器２０の受信電力測定部２２を省略した構成とされている。送信データはＯＦＤＭ変調器１０における符号器１１に印加されて、誤り訂正符号化や圧縮符号化等の符号化が行われ、シンボル変調器１２においてシンボル変調される。シンボル変調器１２においては、伝送速度や必要とする伝送品質に応じてＢＰＳＫ、ＱＰＳＫあるいは１６ＱＡＭや６４ＱＡＭ等の変調が行われる。シンボル変調器１２から出力される変調シンボルは、直列−並列変換部（Ｓ／Ｐ変換部）１３において、サブキャリア数に相当する並列数の変調シンボルに変換される。この結果、Ｓ／Ｐ変換部１３から出力される変調シンボルのシンボル速度は１／サブキャリア数に低減されるようになる。
【００１６】
Ｓ／Ｐ変換部１３から出力されるサブキャリア数とされる並列変調シンボルは、送信電力制御部１４において制御部１６からの送信電力制御信号により、後述するブロック毎に送信電力制御されるようになる。このブロックはいくつかのサブキャリアから構成される。送信電力制御部１４において送信電力制御が行われたサブキャリア数とされている並列変調シンボルは、逆高速フーリエ変換部（ＩＦＦＴ）１５において逆フーリエ変換されてＯＦＤＭ信号とされる。ＩＦＦＴ１５は、逆離散フーリエ変換部（ＩＤＦＴ）としてもよい。このＯＦＤＭ信号は、所定の周波数の搬送波に乗せられて基地局１から送信される。
【００１７】
このＯＦＤＭ信号を受信可能な移動局２は、ＯＦＤＭ復調器２０とＯＦＤＭ変調器２７、および制御部２６とを備えている。このＯＦＤＭ変調器２７は、基地局１におけるＯＦＤＭ変調器１０の送信電力制御部１４を省略した構成とされている。移動局２において受信されたＯＦＤＭ信号は高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）２１においてフーリエ変換が施されて、サブキャリア毎に分解される。ＦＦＴ２１は、離散フーリエ変換部（ＤＦＴ）としてもよい。ＦＦＴ部２１から並列に出力されるサブキャリアの各々の受信電力が、受信電力測定部２２において測定され、サブキャリアの各々の受信電力値は制御部２６へ供給される。ＦＦＴ部２１から並列に出力されるサブキャリアは、受信電力測定部２２を介して並列−直列変換部（Ｐ／Ｓ変換部）２３に供給され、並列とされているサブキャリアの変調シンボルは直列の変調シンボルに変換される。このＰ／Ｓ変換部２３から出力されるサブキャリアの変調シンボルは、シンボル復調部２５において復調されて復調データとされる。シンボル復調部２５においては、送信側において施されたＢＰＳＫ、ＱＰＳＫあるいは１６ＱＡＭや６４ＱＡＭ等の変調に応じた復調が行われる。シンボル復調部２５から出力される復調データは、復号器２４において誤り訂正や伸長処理等が行われて受信データに復号され出力される。
【００１８】
制御部２６は、受信電力測定部２２から供給された各サブキャリアの受信電力値に応じて、いくつかのサブキャリアからなるブロックに分割する。そして、分割したブロックの先頭サブキャリアのサブキャリア番号と、当該ブロックの受信電力が規定の受信電力となるように送信電力を制御するための送信電力制御情報からなる制御情報をＯＦＤＭ変調器２７に供給する。この場合、先頭サブキャリア番号に替えて最後尾サブキャリア番号としてもよい。ＯＦＤＭ変調器２７では、制御情報が周期的に移動局２から、基地局１へ送信されるようになる。
なお、移動局２においてサブキャリアの受信電力を測定するために、基地局１は、送信電力制御が行われていないＯＦＤＭ変調されたパイロット信号を周期的に送信する。そして、移動局２は、このパイロット信号の受信電力を測定することにより制御情報を得るようにしている。このようにして、基地局１において送信電力制御するチャネルは、各移動局毎に設定される通信チャネルとされる。この送信電力制御は、移動局から送信された制御情報に従って行われるため、移動局毎に異なる送信電力制御が行われるようになる。
【００１９】
次に、図１に示す直交周波数分割多重システムにおける送信電力制御の具体的な処理を図２ないし図８を参照して詳細に説明する。
図２には、基地局１から送信される送信電力が固定値とされている制御チャネルにおけるパイロット信号であるＯＦＤＭ信号を示している。このＯＦＤＭ信号のサブキャリアは、例えばサブキャリアＳＣ１〜サブキャリアＳＣ２３のサブキャリアから構成されているものとする。ＳＣ１〜ＳＣ２３はそれぞれサブキャリア番号である。サブキャリアＳＣ１〜サブキャリアＳＣ２３のサブキャリアから構成されているＯＦＤＭ信号が、マルチパス環境の伝搬路において周波数選択性フェージングの影響を受けると、例えば図３に示すようにサブキャリアのエンベロープが変動するようになる。すなわち、移動局２で受信されたＯＦＤＭ信号における個々のサブキャリアのレベルが変動するようになる。
【００２０】
すると、移動局２における受信電力測定部２２において測定されたサブキャリアＳＣ１〜サブキャリアＳＣ２３の受信電力値は、図４に示す先に矢印を付したスペクトルの長さで示されるようになる。この受信電力値を｛Ｅ１，Ｅ２，・・・，Ｅｎ｝と表す。ただし、Ｅ１はサブキャリアＳＣ１の受信電力値、Ｅ２はサブキャリアＳＣ２の受信電力値であり、Ｅｎは最後のサブキャリア（図示する場合はサブキャリアＳＣ２３、すなわちｎ＝２３）の受信電力値である。この場合、隣接するサブキャリアは周波数相関が高く、一定の相関帯域幅内のサブキャリアにおける周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動はほぼ同等とみなすことができる。そこで、これを利用して次に、サブキャリアＳＣ１〜サブキャリアＳＣ２３を制御部２６においていくつかのサブキャリアからなるブロックに分割する。制御部２６でブロックに分割する場合、先頭のサブキャリアの受信電力値の±ΔＥに収まる連続するサブキャリアを１ブロックとする。すなわち、｜Ｅｈ−Ｅｉ｜＜ΔＥを演算して、与式を満足する受信電力値Ｅｉに対応する連続するサブキャリアをそのブロックのサブキャリアとする。ただし、Ｅｈはブロックの先頭のサブキャリアに対応する受信電力値である。また、最小受信電力のしきい値Ｅｍｉｎに満たない受信電力のサブキャリアがまとめられて、１つのブロックとされる。
【００２１】
この場合、しきい値ΔＥを小さくするとブロック数が増加し、しきい値ΔＥを大きくするとブロック数が減少する。このように、任意のブロック数に分割することができるようになるが、周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動がほぼ同等とみなすことができるようなブロック数が得られるしきい値ΔＥの値を予め決定しておくようにする。この場合、ＢＥＲ（Bit Error Rate）がほぼ同等とされる範囲を、周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動がほぼ同等とみなすようにすることができる。このようにして決定されたしきい値ΔＥを用いて図３に示す周波数選択性フェージングの影響を受けたＯＦＤＭ信号のサブキャリアをブロックに分割すると、図４に示すようになる。すなわち、第１ブロックＢ１はサブキャリアＳＣ１〜ＳＣ５により構成され、第２ブロックＢ２はサブキャリアＳＣ６〜ＳＣ８により構成され、第３ブロックＢ３はサブキャリアＳＣ９〜ＳＣ１１により構成され、第４ブロックＢ４はサブキャリアＳＣ１２〜ＳＣ１４により構成され、第５ブロックＢ５はサブキャリアＳＣ１５，ＳＣ１６により構成され、第６ブロックＢ６はサブキャリアＳＣ１７，ＳＣ１８により構成され、第７ロックＢ７はサブキャリアＳＣ１９，ＳＣ２０により構成され、第８ブロックＢ８はサブキャリアＳＣ２１〜ＳＣ２３により構成されるようになる。このように、変動の激しさに応じたブロック長に分割されるようになる。
【００２２】
このように制御部２６でブロック化することにより、しきい値ΔＥ内に収まるサブキャリアによりそれぞれのブロックを構成することができる。このブロック化に替えて、制御部２６において図５に示すようにブロック化してもよい。図５に示すブロック化は、１ブロックに含まれるサブキャリア数を固定値としてブロックに分割するようにしている。この場合の１ブロックに含まれるサブキャリア数は、図４に示すようにしきい値ΔＥ内に収まることを条件にブロック化した際に、最も少ないサブキャリア数からなるブロックのサブキャリア数とする。図４に示す場合は第５ブロックＢ５ないし第７ブロックＢ７が２つのサブキャリアからなることから、図５に示すように各ブロックＢ５〜Ｂ１１は２つのサブキャリアからなるようにブロック化されている。
【００２３】
次に、図４に示すようにブロックに分割処理した後に、制御部２６において各ブロックがほぼ同じ受信電力で受信できるように送信電力制御させるための送信電力制御情報を作成する。この送信電力制御情報は、図６に示すように受信電力の規定値Ｅｔｈを規定し、この規定値Ｅｔｈと各ブロックにおけるサブキャリアの受信電力値の最小値との差分を送信電力制御情報として求める。例えば、図６に示す例では、第１ブロックＢ１の送信電力制御情報は第１ブロックＢ１内における最小のサブキャリアＳＣ５の受信電力と規定値Ｅｔｈとの差分ＥＢ１となる。この送信電力制御情報ＥＢ１により基地局１において送信電力制御される際には、第１ブロックＢ１の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ１に相当する分だけ低減される。これは、サブキャリアＳＣ５の受信電力が規定値Ｅｔｈを超えているからである。また、第２ブロックＢ２の送信電力制御情報は第２ブロックＢ２内における最小のサブキャリアＳＣ８の受信電力と規定値Ｅｔｈとの差分ＥＢ２となる。この送信電力制御情報ＥＢ２により基地局１において送信電力制御される際には、第２ブロックＢ２の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ２に相当する分だけ増加される。これは、サブキャリアＳＣ８の受信電力が規定値Ｅｔｈ未満とされているからである。
【００２４】
同様にして、第３ブロックＢ３の送信電力制御情報はＥＢ３となり、この送信電力制御情報ＥＢ３により基地局１において送信電力制御される際には、第３ブロックＢ３の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ３に相当する分だけ増加される。さらに、第４ブロックＢ４の送信電力制御情報はＥＢ４となり、この送信電力制御情報ＥＢ４により基地局１において送信電力制御される際には、第４ブロックＢ４の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ４に相当する分だけ増加される。また、第５ブロックＢ５は最小受信電力のしきい値Ｅｍｉｎに満たないサブキャリアＳＣ１５，ＳＣ１６のブロックとされているため、第５ブロックＢ５のサブキャリアＳＣ１５，ＳＣ１６を送信しない送信電力制御情報ＥＢ５とされる。これは、しきい値Ｅｍｉｎが移動局２における受信側の背景ノイズのレベルの近傍のレベルとされているため、第５ブロックＢ５のサブキャリアＳＣ１５，ＳＣ１６の受信電力を正確に測定できないことと、送信電力制御した際に第５ブロックＢ５は高い送信電力を消費することになり、相対的に他のブロックの送信電力が低下してしまうようになるからである。
【００２５】
さらにまた、第６ブロックＢ６の送信電力制御情報はＥＢ６となり、この送信電力制御情報ＥＢ６により基地局１において送信電力制御される際には、第６ブロックＢ６の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ６に相当する分だけ増加される。さらにまた、第７ブロックＢ７の送信電力制御情報はＥＢ７となり、この送信電力制御情報ＥＢ７により基地局１において送信電力制御される際には、第７ブロックＢ７の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ７に相当する分だけ増加される。さらにまた、第８ブロックＢ８の送信電力制御情報はＥＢ８となり、この送信電力制御情報ＥＢ８により基地局１において送信電力制御される際には、第８ブロックＢ８の送信電力は送信電力制御情報ＥＢ８に相当する分だけ低減される。
【００２６】
このような各ブロックにおける送信電力制御情報と、分割された各ブロックの先頭のサブキャリアの番号情報とからなる制御情報が、制御部２６からＯＦＤＭ変調器２７に供給される。ＯＦＤＭ変調器２７においては、図８に示すように通信用のデータに周期的に制御情報が挿入されて、移動局２から基地局１へ送信される。制御情報を送る周期は、伝搬路における周波数選択性フェージングの特性が余り変化しない周期とされる。
【００２７】
基地局１においては移動局２から送信された制御情報を受信し、ＯＦＤＭ復調器１７において制御情報が復調されて制御部１６へ供給される。また、通信用のデータは、ＯＦＤＭ復調器１７において復調されて受信データとして出力される。復調された制御情報は制御部１６へ供給され、内蔵される制御情報管理テーブル１６ａに保管される。制御情報は、周期的に送られてくるため、受信する毎に制御情報管理テーブル１６ａ上の制御情報が更新されるようになる。このため、伝搬路における周波数選択性フェージングの影響が変化しても、その変化に追随する制御情報が制御情報管理テーブル１６ａに保管されていることになる。また、制御情報管理テーブル１６ａには基地局１に在圏する移動局の制御情報が保管されるようになる。
【００２８】
制御部１６においては、通信チャネルの送信電力制御を行う場合は、設定された通信チャネルに該当する移動局の制御情報を制御情報管理テーブル１６ａから読み出す。次いで、制御情報におけるブロックの先頭のサブキャリア番号に基づいてサブキャリアをブロックに分割する。さらに、制御情報中の分割された各ブロックにおける送信電力制御情報に基づいて、当該ブロックの送信電力制御を行う。この場合、各ブロックの送信電力の総和は常に等しくなる。すなわち、送信電力制御情報が変更された場合には、個々のブロックにおける送信電力は制御情報に応じて変更されるようになるが、各ブロックの送信電力の総和は、変更前の送信電力の総和と等しくなる。
【００２９】
ここで、図６に示す送信電力制御情報に基づいて、基地局１における送信電力制御部１４で送信電力制御されたＯＦＤＭ信号の各ブロックの送信電力の一例を図７に示す。図６に示すように、第１ブロックＢ１および第８ブロックＢ８においては受信電力が規定値Ｅｔｈを超えているため、送信電力は低減されている。また、第５ブロックＢ５については前述したように最小受信電力のしきい値Ｅｍｉｎに満たないため、送信電力制御した際に高い送信電力を消費することになり、他のブロックの送信電力が低下してしまうことから、第５ブロックＢ５の送信電力はゼロとされている。これにより、他のブロックに第５ブロックＢ５の送信電力が振り分けられるようになる。この場合、送信されないサブキャリアはキャリアホールとされて、そのサブキャリアでは変調シンボルは伝送されない。残るブロックＢ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ７については、それぞれ図６に示す送信電力制御情報ＥＢ２，ＥＢ３，ＥＢ４，ＥＢ６，ＥＢ７に応じて送信電力が増加するように制御される。
【００３０】
以上説明したように、本発明の直交周波数分割多重システムにおいては、受信電力が所定範囲に収まる連続するサブキャリアをまとめてブロックとし、そのブロック毎に送信電力制御を行うようにしている。このように、いくつかのサブキャリアをまとめたブロック毎に送信電力制御を行うようにしたので、制御情報を保管する制御情報管理テーブル１６ａの記憶量を低減することができると共に、送信電力制御の処理量を低減することができるようになる。また、周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動はほぼ同等とみなすことができるようにブロック化していることから、そのブロック構成は伝搬路特定の変化に適応して変更されるようになり、効率のよい送信電力制御を行うことができる。このため、本発明の直交周波数分割多重システムでは高速伝送および高品質伝送を可能とすることができるようになる。
【００３１】
ところで、サブキャリアを次のようにしてまとめてブロックとしてもよい。移動局２において受信されたＯＦＤＭ信号が図９に示すようなエンベロープとされて受信されたとする。この場合のサブキャリア数ｎは、例えば６０とされている。そして、図４に示すようにしきい値ΔＥの範囲内の受信電力のサブキャリアをまとめてブロック化した際に、図９に示すように第１ブロックＢ１のサブキャリア数は１０となり、第２ブロックＢ２のサブキャリア数も１０となり、第３ブロックＢ３のサブキャリア数は５となり、第４ブロックＢ４のサブキャリア数は１５となり、第５ブロックＢ５のサブキャリア数が２０になったとする。この場合のキャリア数に対する当該キャリア数が存在する確率分布の累積値を求めると、図１０に示す図表の通りとなる。
【００３２】
すなわち、キャリア数が５とされるブロックは第３ブロックＢ３だけであり、この場合の（ブロック数／全ブロック数）は１／５となる。従って、キャリア数が５以下の累積値も１／５となる。また、キャリア数が１０とされるブロックは第１ブロックＢ１と第２ブロックＢ２であり、この場合の（ブロック数／全ブロック数）は２／５となる。従って、キャリア数が１０以下の累積値は１／５＋２／５＝３／５となる。さらに、キャリア数が１５とされるブロックは第４ブロックＢ４だけであり、この場合の（ブロック数／全ブロック数）は１／５となる。従って、キャリア数が１５以下の累積値は１／５＋２／５＋１／５＝４／５となる。さらにまた、キャリア数が２０とされるブロックは第５ブロックＢ５だけであり、この場合の（ブロック数／全ブロック数）は１／５となる。従って、キャリア数が２０以下の累積値は１／５＋２／５＋１／５＋１／５＝５／５となる。この累積値をパーセント値として、キャリア数（ＳＣ数）を横軸としてグラフ表示すると、図１１に示すグラフとなる。このグラフから例えば累積値が約５４％になるキャリア数を求めると、サブキャリア数はほぼ９となる。そこで、６０のサブキャリアを９サブキャリア毎にブロックにまとめるようにする。このように、確率分布の累積値から求めたサブキャリア数をまとめたブロックとしてもよい。この場合は、各ブロックのサブキャリア数は固定値となる。
【００３３】
次に、本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける送信電力制御処理のフローチャートを図１２に示す。
図１２に示す送信電力制御処理が開始されて、基地局が制御チャネルによりパイロット信号を送信する（ステップＳ１）と、このパイロット信号を移動局が受信する（ステップＳ１０）。次いで、ステップＳ１１にて受信したパイロット信号におけるＯＦＤＭ信号の全てのサブキャリアの受信電力を測定する。ステップＳ１２では、隣接するサブキャリアは周波数相関が高く、一定の相関帯域幅内のサブキャリアにおける周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動はほぼ同等とみなすことができることを利用して、サブキャリアをブロック化している。すなわち、設定されたしきい値ΔＥを超えない連続するサブキャリアをブロックにまとめることにより、サブキャリアをブロック化する。さらに、ステップＳ１３において分割したブロック数を検出し、各々のブロックにおける先頭サブキャリ番号を決定する。ここでは、ブロックにまとめられたサブキャリア数が最も少ないブロック長に、ブロック長を固定してブロック化し直してもよい。さらに、図１１に示すような累積値に対するサブキャリア数のグラフを参照して、所望の累積値になるサブキャリア数を求めて、求められたサブキャリア数のブロックにブロック化し直してもよい。
【００３４】
次いで、ステップＳ１４において各ブロックにおける最小受信電力のサブキャリアの受信電力値と、規定受信電力との差を算出して送信電力制御値とする。そして、算出された送信電力制御値とステップＳ１３で決定された先頭サブキャリア番号とからなる制御情報を基地局へ通知する（ステップＳ１５）。この通知を受けた基地局は、ステップＳ２にて通知された制御情報に基づき各ブロックの送信電力を制御する。すなわち、サブキャリアを、制御情報の内の先頭サブキャリア番号の直前までのいくつかのサブキャリアにまとめてブロック化し、ブロック化した各々のブロックにおけるサブキャリアの送信電力を、制御情報の内の当該ブロックの送信電力制御情報に従って制御する。これにより、周波数選択性フェージングを受けた際においても、移動局において受信されるＯＦＤＭ信号のサブキャリアの受信電力がほぼ一定になるように制御することができるようになる。
【００３５】
以上説明した本発明の移動局２において、ＯＦＤＭ変調器２７内に基地局１と同様に送信電力制御部を備えるようにし、制御部２６により得られた制御情報に基づいて、ＯＦＤＭ信号の送信電力制御を行うようにしてもよい。この場合、制御情報の内の先頭サブキャリア番号に基づいてサブキャリアをブロック化し、当該ブロックに対応する送信電力制御値に応じて、そのブロック内のサブキャリアの送信電力を制御する。
なお、基地局１から送信される送信電力制御が行われていないＯＦＤＭ変調されたパイロット信号が送信される周期は、伝搬路における周波数選択性フェージング等により生じる受信電力の変動に十分追随できる周期とされている。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、受信電力に応じてサブキャリアをまとめてブロックとし、ブロック毎に送信電力制御を行うようにしている。このように、いくつかのサブキャリアをまとめたブロック毎に送信電力制御を行うようにしたので、制御情報量を低減することができると共に、送信電力制御の処理量や記憶量を低減することができるようになる。このような送信電力制御処理は、送信側から固定の送信電力でパイロット信号が送信される毎に行われるようになる。
また、上記したようにブロック化するのは、隣接するサブキャリアは周波数相関が高く、一定の相関帯域幅内のサブキャリアにおける周波数選択性フェージングの影響による受信電力の変動はほぼ同等とみなすことができるからである。このため、そのブロック構成は伝搬路の特定の変化に適応的となり、効率のよい送信電力制御を行うことができるようになる。従って、本発明の直交周波数分割多重システムでは、高速伝送および高品質伝送を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムの構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける基地局から送信される制御チャネルにおけるパイロット信号を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける選択性フェージングの影響を受けたＯＦＤＭ信号を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける受信したＯＦＤＭ信号をブロックにまとめる説明をするための図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける受信したＯＦＤＭ信号をブロックにまとめる他の説明をするための図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおけるブロックの送信電力制御情報を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける送信電力制御されて送信されたＯＦＤＭ信号を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける制御情報を送る態様を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける選択性フェージングの影響を受けたＯＦＤＭ信号を、ブロック化したサブキャリア数を示す図である。
【図１０】図９に示す例におけるキャリア数に対する当該キャリア数が存在する確率分布の累積値を示す図表である。
【図１１】図１０に示すキャリア数に対する当該キャリア数が存在する確率分布の累積値を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施の形態にかかる直交周波数分割多重システムにおける送信電力制御処理のフローチャートである。
【図１３】従来の直交周波数分割多重システムにおける基地局から送信されるＯＦＤＭ信号を示す図である。
【図１４】直交周波数分割多重システムにおける選択性フェージングの影響を受けたＯＦＤＭ信号を示す図である。
【符号の説明】
１ 基地局、２ 移動局、１０ ＯＦＤＭ変調器、１１ 符号器、１２ シンボル変調器、１３ Ｓ／Ｐ変換部、１４ 送信電力制御部、１５ ＩＦＦＴ部、１６ 制御部、１６ａ 制御情報管理テーブル、１７ ＯＦＤＭ復調器、２０ ＯＦＤＭ復調器、２１ ＦＦＴ部、２２ 受信電力測定部、２３ Ｐ／Ｓ変換部、２４ 復号器、２５ シンボル復調部、２６ 制御部、２７ ＯＦＤＭ変調器
Claims (10)
- 送信側から固定の送信電力で送信された直交周波数分割多重信号を、受信側において受信し、
受信された前記直交周波数分割多重信号を構成している複数のサブキャリアの受信電力値に応じて、いくつかの前記サブキャリアからなるブロックにまとめ、
該ブロックにおける特定の位置のサブキャリアの番号と、それぞれの前記ブロックにおける受信電力値と規定受信電力との差分情報とを前記送信側へ通知し、
前記サブキャリアの番号と前記差分情報とを受け取った前記送信側において、直交周波数分割多重信号を構成する複数のサブキャリアを、前記サブキャリアの番号に基づいてブロックに分割すると共に、前記差分情報に基づいて当該ブロックのサブキャリアの送信電力を制御するようにしたことを特徴とする直交周波数分割多重システム。 - サブキャリア間の受信電力の差が所定のしきい値内に収まるサブキャリアをまとめることにより、前記ブロックに分割するようにしたことを特徴とする請求項１記載の直交周波数分割多重システム。
- 前記複数のサブキャリアが前記ブロックに分割された際に、分割されたブロックに含まれるサブキャリア数が最小値のブロックを求め、全てのブロックのブロック長を前記求められたブロックのブロック長とするようにしたことを特徴とする請求項１記載の直交周波数分割多重システム。
- サブキャリア数に対するそのサブキャリア数が存在する確率分布の累積値のテーブルを参照して、ブロックに分割する際のサブキャリア数を求めるようにしたことを特徴とする請求項１記載の直交周波数分割多重システム。
- 受信側における受信電力が予め定められた最小受信電力値に達しないブロックについては、送信側において前記差分情報に基づいて当該ブロックの送信電力を他のブロックに分配するようにしたことを特徴とする請求項１記載の直交周波数分割多重システム。
- 直交周波数分割多重信号を送受信可能な送受信装置であって、
固定の送信電力で送信された直交周波数分割多重信号を構成している複数のサブキャリアの受信電力値に応じて、いくつかの前記サブキャリアからなるブロックにまとめる分割手段と、
該分割手段において分割されたそれぞれのブロックにおける特定の位置のサブキャリアの番号と、前記分割されたそれぞれのブロックにおける受信電力値と規定受信電力との差分情報とを得る制御手段とを備え、
前記サブキャリアの番号と前記差分情報とからなる制御情報を、前記制御手段の制御の基で所定の周期毎に送信するようにしたことを特徴とする送受信装置。 - サブキャリア間の受信電力の差が所定のしきい値内に収まるサブキャリアをまとめることにより、前記ブロックに分割するようにしたことを特徴とする請求項６記載の送受信装置。
- 前記複数のサブキャリアが複数のブロックに分割された際に、分割されたブロックに含まれるサブキャリア数が最小値のブロックを求め、全てのブロックのブロック長を前記求められたブロックのブロック長とするようにしたことを特徴とする請求項６記載の送受信装置。
- サブキャリア数に対するそのサブキャリア数が存在する確率分布の累積値のテーブルを参照して、ブロックに分割する際のサブキャリア数を求めるようにしたことを特徴とする請求項６記載の送受信装置。
- 受信電力が予め定められた最小受信電力値に達しないブロックについては、前記制御手段は、当該ブロックの送信電力を他のブロックに分配するようにした制御情報を作成するようにしたことを特徴とする請求項６記載の送受信装置。
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