JP5195906B2 - 無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法、プログラムに関する。

近年、無線通信システムにおいて、データを複数のサブキャリアに割り当てるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）方式およびＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多元接続）方式が注目を集めている。このうち、ＯＦＤＭＡ方式は、例えば、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）で採用されている。

ＯＦＤＭ方式およびＯＦＤＭＡ方式では、送信側は、送信すべきデータを含む信号を、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）により周波数領域から時間領域の信号に変換して送信する。受信側は、送信側から受信した信号を、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）により、時間領域から周波数領域の信号に変換して元のデータを取り出す。

ＯＦＤＭシンボルは、マルチパス干渉の影響をなくすために、一般的に、送信すべきデータを含む有効シンボルの末尾部分のコピーであるサイクリックプレフィックス（ＣＰ：Cyclic Prefix）が、有効シンボルの先頭に付加されている。

しかし、ＣＰ長の最適値は、伝搬環境に依存する。

例えば、大きな遅延分散がある伝搬環境においては、ＣＰ長を長くする必要がある。ただし、ＣＰ長を長くすると、単位時間内に送信できるデータ量が少なくなってしまうため、大容量のデータを高速送信するような伝搬環境には不適となる。

例えば、特許文献１，２には、ＯＦＤＭシンボルのＣＰ長を可変する技術が開示されている。

しかし、データの送受信がフレーム単位で行われ、そのフレーム長が固定である無線通信システムにおいては、ＣＰ長を可変にすることによりフレームをＯＦＤＭシンボルにより構成する際に、ＣＰ長と有効シンボル長未満分の時間が余る場合がある。この場合、余った時間は、ＯＦＤＭシンボルが挿入できず、データを送信できないアイドル時間（idle time）となる。

また、フレームが複数のサブフレームに分割され、サブフレーム長が固定である無線通信システムにおいては、各サブフレーム内にアイドル時間が生じてしまう場合がある。また、サブフレーム長が可変である無線通信システムにおいても、アイドル時間が生じるサブフレームが発生する場合がある。より多くのデータを送信するには、フレーム／サブフレーム内のアイドル時間を短くする必要がある。

したがって、フレーム長を固定とするＯＦＤＭ方式およびＯＦＤＭＡ方式では、ＣＰ長を可変とした場合でも、フレーム／サブフレーム内のアイドル時間を短くすることが重要な課題となっている。
特開２００５−３０３８２６号公報 特開２００５−１１００１４号公報

そこで、本発明の目的は、上述した課題を解決する無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法、プログラムを提供することにある。

本発明の無線通信システムは、
サブフレームを単位に送受信を行う複数の無線通信装置を有してなる無線通信システムであって、
前記複数の無線通信装置の各々は、
前記サブフレームを複数のシンボルにより生成し、該サブフレームの最後のシンボルの有効シンボル長を１／Ｘ（Ｘは２以上の整数）にするサブフレーム生成部と、
前記サブフレームを他の無線通信装置に送信する送信部と、を有する。

本発明の無線通信装置は、
サブフレームを単位に送受信を行う無線通信装置であって、
前記サブフレームを複数のシンボルにより生成し、該サブフレームの最後のシンボルの有効シンボル長を１／Ｘ（Ｘは２以上の整数）にするサブフレーム生成部と、
前記サブフレームを他の無線通信装置に送信する送信部と、を有する。

本発明の無線通信方法は、
サブフレームを単位に送受信を行う無線通信装置による無線通信方法であって、
前記サブフレームを複数のシンボルにより生成し、該サブフレームの最後のシンボルの有効シンボル長を１／Ｘ（Ｘは２以上の整数）にするステップと、
前記サブフレームを他の無線通信装置に送信するステップと、を有する。

本発明のプログラムは、
サブフレームを単位に送受信を行う無線通信装置に、
前記サブフレームを複数のシンボルにより生成し、該サブフレームの最後のシンボルの有効シンボル長を１／Ｘ（Ｘは２以上の整数）にする手順と、
前記サブフレームを他の無線通信装置に送信する手順と、を実行させる。

本発明によれば、無線通信装置は、サブフレームの最後のシンボルの有効シンボル長を１／Ｘとする。

したがって、サブフレームに、サイクリックプレフィックス長と１有効シンボル長未満分の時間が余ったとしても、余った時間が全てアイドル時間になるのを回避する場合には、その時間に有効シンボル長が１／Ｘのシンボルを挿入してデータを送信することができるため、アイドル時間を短くすることができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。 図１に示した無線通信装置の送信側の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示した無線通信装置にて生成されるサブフレームの一例を示す図である。 図１に示した無線通信装置の受信側の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示した無線通信装置の送信動作の一例を説明するフローチャートである。 図１に示した無線通信装置の受信動作の一例を説明するフローチャートである。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

なお、以下の実施形態では、無線通信システムが、ＷｉＭＡＸの無線通信システムである場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されない。

図１は、本実施形態の無線通信システムの構成を示す図である。

図１に示すように、本実施形態の無線通信システムは、サブフレームを単位に送受信を行う無線通信装置１０−１，１０−２を有している。なお、図１においては、説明を簡単にするため、無線通信装置の数を、２つにしたが、本発明はこれに限定されない。また、無線通信装置１０−１，１０−２は、一方が基地局、他方が端末となる。

ここで、無線通信装置１０−１，１０−２の構成について、送信側と受信側とに分けて説明する。

まず、送信側の構成について説明する。

図２は、無線通信装置１０−１，１０−２の送信側の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、無線通信装置１０−１，１０−２の送信側には、サブフレーム生成部１０１と、送信部１０２と、が設けられている。

サブフレーム生成部１０１は、サブフレームを複数のＯＦＤＭシンボルにより生成し、送信部１０２は、他の無線通信装置に対し、サブフレーム生成部１０１にて生成されたサブフレームを送信する。

このとき、サブフレーム生成部１０１は、ＯＦＤＭシンボルを、１有効シンボル長＋ＣＰ長とするが、最後のＯＦＤＭシンボルについては、一定の場合に、１／Ｘ（Ｘは２以上の整数）有効シンボル長＋ＣＰ長にする。

例えば、図３に示すように、サブフレームに、ＣＰ長と１有効シンボル長未満分の時間が余った場合、関連技術では、その時間は全てアイドル時間になっていた。

これに対し、本発明では、余った時間が全てアイドル時間になるのを回避する場合には、最後のＯＦＤＭシンボルの有効シンボル長を１／Ｘにすることができる。このため、ＣＰ長と１有効シンボル長未満分の時間が余ったとしても、その時間にＯＦＤＭシンボルを挿入してデータを送信することができ、アイドル時間を短くすることができる。

ただし、最後のＯＦＤＭシンボルに対して有効シンボル長を１／Ｘにする制御は必ずしも行う必要はなく、例えば、サブフレーム内に余った時間が非常に短い場合（例えば、１有効シンボル長の１／１００等）には、余った時間をアイドル時間のままにしておくこともできる。

ここで、サブフレーム生成部１０１の構成について詳細に説明する。

サブフレーム生成部１０１には、データ挿入部１０３と、ＩＦＦＴ部１０４と、ＣＰ付加部１０５と、第１の係数制御部である係数制御部１０６と、が設けられている。

データ挿入部１０３は、ｎＹ（ｎは１，２，３，・・・，Ｙは１以上の整数）番目のサブキャリアにパイロット信号またはデータをのせた周波数領域信号を生成する。

ＩＦＦＴ部１０４は、データ挿入部１０３にて生成された周波数領域信号を、逆高速フーリエ変換により時間領域信号に変換する。

ＣＰ付加部１０５は、ＩＦＦＴ部１０４にて逆高速フーリエ変換された時間領域信号を分割数Ｙで分割し、分割された最初の時間領域信号にのみＣＰを付加する。ＣＰが付加された時間領域信号は、有効シンボル長が１／Ｙの１つのＯＦＤＭシンボルとなる。

係数制御部１０６は、送信側のＹを制御する。具体的には、係数制御部１０６は、ＯＦＤＭシンボルの送信時にはＹを１に制御するが、最後のＯＦＤＭシンボルの有効シンボル長を１／Ｘとする場合は、その送信時にはＹをＸに制御する。

通常、ＯＦＤＭシンボルの有効シンボル長を複数種とする場合、送信側では、有効シンボル長ごとにＩＦＦＴ部１０４を用意する必要がある。

これに対し、本発明では、上述のようにＩＦＦＴ部１０４を１つだけ用いる構成であるにも拘わらず、複数種の有効シンボル長のＯＦＤＭシンボルを生成することができるため、有効シンボル長ごとにＩＦＦＴ部１０４を用意する必要がない。

続いて、受信側の構成について説明する。

図４は、無線通信装置１０−１，１０−２の受信側の構成を示すブロック図である。

図４に示すように、無線通信装置１０−１，１０−２の受信側には、受信部１１１と、ＣＰ除去部１１２と、ＦＦＴ部１１３と、データ取出部１１４と、第２の係数制御部である係数制御部１１５と、が設けられている。

受信部１１１は、他の無線通信装置からサブフレームを受信する。

ＣＰ除去部１１２は、受信部１１１にて受信されたサブフレームを構成するＯＦＤＭシンボルからＣＰを除去して有効シンボルを得る。

ＦＦＴ部１１３は、ＣＰ除去部１１２により得られた有効シンボルをＹ回繰り返した時間領域信号を、高速フーリエ変換により周波数領域信号に変換する。

データ取出部１１４は、ＦＦＴ部１１３にて高速フーリエ変換された周波数領域信号のｎＹ番目のサブキャリアにのせられたパイロット信号およびデータを取り出す。

係数制御部１１５は、受信側のＹを制御する。具体的には、係数制御部１１５は、ＯＦＤＭシンボルの受信時にはＹを１に制御するが、最後のＯＦＤＭシンボルの有効シンボル長を１／Ｘとする場合は、その受信時にはＹをＸに制御する。

通常、ＯＦＤＭシンボルの有効シンボル長を複数種とする場合、受信側では、有効シンボル長ごとにＦＦＴ部１１３を用意する必要がある。

これに対し、本発明では、上述のようにＦＦＴ部１１３を１つだけ用いる構成であるにも拘わらず、複数種の有効シンボル長のＯＦＤＭシンボルからデータを取り出すことができるため、有効シンボル長ごとにＦＦＴ部１１３を用意する必要がない。

なお、本実施形態においては、受信側では、送信側で最後のＯＦＤＭシンボルを送信したタイミングや、送信側で用いたＸ，Ｙ等の情報を得ておく必要がある。ただし、そのような情報を得る方法は任意であり、例えば、送信側および受信側の双方に予め設定しておく方法、送信側から受信側に通知する方法、不図示の上位ノードが送信側および受信側の双方に指示する方法等が考えられるが、これに限定されない。

また、本実施形態においては、サブフレームの最後のＯＦＤＭシンボルにおいて使用するサブキャリアに制限を設けるため、データの復調に必要なパイロット信号の送受信が行えなくなることが起こりえる。この場合、最後のＯＦＤＭシンボル用のパイロット信号のサブキャリア配置をあらかじめ決めておく方法が考えられる。この方法には、最後のＯＦＤＭシンボルにはパイロット信号用のサブキャリアを割り当てず、前のＯＦＤＭシンボルのチャネル推定の結果を最後のＯＦＤＭシンボルにも適用する方法を含む。なお、データ挿入部１０３およびデータ取出部１１４は、パイロット信号のパイロットシンボルをのせるサブキャリアを、Ｙにより制御する。

以下、無線通信装置１０−１，１０−２の動作について、送信動作と受信動作とに分けて説明する。なお、以下では、無線通信装置１０−１を送信側、無線通信装置１０−２を受信側とする。また、サブフレームの最後のＯＦＤＭシンボルの有効シンボル長を１／Ｘにするものとし、最後のＯＦＤＭシンボルを処理する動作を中心に説明する。

まず、送信動作について説明する。

図５は、無線通信装置１０−１の送信動作を説明する図である。なお、図５は、Ｘ＝３となっている。

無線通信装置１０−１においては、無線通信装置１０−２にサブフレームを送信する場合、最初に、Ｙを１に制御して、１有効シンボル長のＯＦＤＭシンボルを順次生成し、最後に、ＹをＸに制御して、有効シンボル長が１／ＸのＯＦＤＭシンボルを生成する。

図５に示すように、ＯＦＤＭシンボルの有効シンボル長を１／Ｘにする場合、まず、データ挿入部１０３は、ステップＳ５０１において、１Ｘ、２Ｘ，３Ｘ，・・・番目のサブキャリアにのみパイロット信号またはデータをのせた周波数領域信号を生成する。

次に、ＩＦＦＴ部１０４は、ステップＳ５０２において、周波数領域信号を、逆高速フーリエ変換により時間領域信号に変換する。この時間領域信号は、時間領域で同データがＸ回繰り返される周期信号となる。

次に、ＣＰ付加部１０５は、ステップＳ５０３において、時間領域信号を分割数Ｘで分割し、分割された最初の時間領域信号にのみＣＰを付加する。このようにしてＣＰが付加された時間領域信号は、有効シンボル長が１／ＸのＯＦＤＭシンボルとなる。

このようにして、無線通信装置１０−１においては、最後のＯＦＤＭシンボルの有効シンボル長が１／Ｘとなるサブフレームを生成することができる。このサブフレームは、以降、送信部１０２により無線通信装置１０−２に送信される。

次に、受信動作について説明する。

図６は、無線通信装置１０−２の受信動作を説明する図である。なお、図６は、Ｘ＝３となっている。

無線通信装置１０−２においては、無線通信装置１０−１からサブフレームを受信した場合、最初に、Ｙを１に制御して、１有効シンボル長のＯＦＤＭシンボルから順次データを取り出し、最後に、ＹをＸに制御して、有効シンボル長が１／ＸのＯＦＤＭシンボルからデータを取り出す。

図６に示すように、有効シンボル長が１／ＸのＯＦＤＭシンボルからデータを取り出す場合、まず、ＣＰ除去部１１２は、ステップＳ６０１において、有効シンボル長が１／ＸのＯＦＤＭシンボルからＣＰを除去してＸ回繰り返した時間領域信号を得る。

次に、ＦＦＴ部１１３は、ステップＳ６０２において、時間領域信号を、高速フーリエ変換により周波数領域信号に変換する。

その後、データ取出部１１４は、ステップＳ６０３において、周波数領域信号のｎＸ番目のサブキャリアにのせられたパイロット信号およびデータを取り出す。

このようにして、無線通信装置１０−２においては、有効シンボル長が１／Ｘとなる最後のＯＦＤＭシンボルからデータを取り出すことができる。

上述したように本実施形態においては、無線通信装置１０−１，１０−２は、サブフレームの最後のＯＦＤＭシンボルの有効シンボル長を１／Ｘとする。

したがって、ＣＰ長と１有効シンボル長未満分の時間が余ったとしても、余った時間が全てアイドル時間になるのを回避する場合には、その時間に有効シンボル長が１／ＸのＯＦＤＭシンボルを挿入してデータを送信することができるため、アイドル時間を短くすることができる。

また、本実施形態においては、無線通信装置１０−１，１０−２は、送信時には、ｎＹ番目のサブキャリアにパイロット信号およびデータをのせた周波数領域信号をＩＦＦＴにより時間領域信号に変換し、その時間領域信号をＹ分割した最初の時間領域信号にＣＰを付加してＯＦＤＭシンボルを生成する。一方、受信時には、ＯＦＤＭシンボルからＣＰを除去した時間領域信号をＹ回繰り返してから、ＦＦＴにより周波数領域信号に変換し、その周波数領域信号のｎＹ番目のサブキャリアにのせられたパイロット信号およびデータを取り出す。

このように、ＩＦＦＴ部１０４およびＦＦＴ部１１３をそれぞれ１つだけ用いる構成でも、Ｙを制御することにより、１有効シンボル長のＯＦＤＭＡシンボルだけでなく、有効シンボル長が１／ＸのＯＦＤＭシンボルにも対応できる。

したがって、有効シンボル長ごとにＩＦＦＴ部１０４およびＦＦＴ部１１３を用いてハードウェア量を増やさなくても、有効シンボル長が１／ＸのＯＦＤＭシンボルを送受信することができる。

なお、本発明の無線通信装置１０−１，１０−２にて行われる方法は、コンピュータに実行させるためのプログラムに適用してもよい。また、そのプログラムを記憶媒体に格納することも可能であり、ネットワークを介して外部に提供することも可能である。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

例えば、送信側では、Ｘの値によっては、サブキャリア数がＸで割り切れない場合がある。この場合、まず、（総サブキャリア数）÷Ｘを計算し、計算結果の小数点以下を切り上げた数を、信号をのせるサブキャリア数Ｎｓｕｂとする。また、この場合、送信する有効シンボル長は、１／Ｘではなく、Ｎｓｕｂ÷（総サブキャリア数）とする。

なお、この場合、受信側では、オーバサンプリングまたはフィルタリングを行ってシンボル長の連続データを再生した後に、高速フーリエ変換を行う必要がある。

本出願は、２００８年４月８日に出願された日本出願特願２００８−１００４２６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (7)

1. サブフレームを単位に送受信を行う複数の無線通信装置を有してなる無線通信システムであって、
   前記複数の無線通信装置の各々は、
   前記サブフレームを複数のシンボルにより生成し、該サブフレームの最後のシンボルの有効シンボル長を１／Ｘ（Ｘは２以上の整数）にするサブフレーム生成部と、
   前記サブフレームを他の無線通信装置に送信する送信部と、を有し、
   前記サブフレーム生成部は、
   ｎＹ（ｎは１，２，３，・・・，Ｙは１以上の整数）番目のサブキャリアにデータをのせた周波数領域信号を生成するデータ挿入部と、
   前記周波数領域信号を、逆高速フーリエ変換により時間領域信号に変換するＩＦＦＴ部と、
   前記時間領域信号を分割数Ｙで分割し、分割された最初の時間領域信号にサイクリックプレフィックスを付加してシンボルを生成するＣＰ付加部と、
   前記Ｙを、前記Ｘまたは１に制御する第１の係数制御部と、を有する、無線通信システム。
2. 前記複数の無線通信装置の各々は、
   他の無線通信装置から前記サブフレームを受信する受信部と、
   前記サブフレームを構成するシンボルからサイクリックプレフィックスを除去して時間領域信号を得るＣＰ除去部と、
   前記時間領域信号をＹ回繰り返した時間領域信号を、高速フーリエ変換により周波数領域信号に変換するＦＦＴ部と、
   前記周波数領域信号のｎＹ番目のサブキャリアにのせられたデータを取り出すデータ取出部と、
   前記Ｙを、前記Ｘまたは１に制御する第２の係数制御部と、をさらに有する請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記データ挿入部および前記データ取り出し部は、
   前記Ｙにより、パイロットシンボルをのせるサブキャリアを制御する、請求項２に記載の無線通信システム。
4. サブフレームを単位に送受信を行う無線通信装置であって、
   前記サブフレームを複数のシンボルにより生成し、該サブフレームの最後のシンボルの有効シンボル長を１／Ｘ（Ｘは２以上の整数）にするサブフレーム生成部と、
   前記サブフレームを他の無線通信装置に送信する送信部と、を有し、
   前記サブフレーム生成部は、
   ｎＹ（ｎは１，２，３，・・・，Ｙは１以上の整数）番目のサブキャリアにデータをのせた周波数領域信号を生成するデータ挿入部と、
   前記周波数領域信号を、逆高速フーリエ変換により時間領域信号に変換するＩＦＦＴ部と、
   前記時間領域信号を分割数Ｙで分割し、分割された最初の時間領域信号にサイクリックプレフィックスを付加してシンボルを生成するＣＰ付加部と、
   前記Ｙを、前記Ｘまたは１に制御する第１の係数制御部と、を有する、無線通信装置。
5. 他の無線通信装置から前記サブフレームを受信する受信部と、
   前記サブフレームを構成するシンボルからサイクリックプレフィックスを除去して時間領域信号を得るＣＰ除去部と、
   前記時間領域信号をＹ回繰り返した時間領域信号を、高速フーリエ変換により周波数領域信号に変換するＦＦＴ部と、
   前記周波数領域信号のｎＹ番目のサブキャリアにのせられたデータを取り出すデータ取出部と、
   前記Ｙを、前記Ｘまたは１に制御する第２の係数制御部と、をさらに有する請求項４に記載の無線通信装置。
6. サブフレームを単位に送受信を行う無線通信装置による無線通信方法であって、
   前記サブフレームを複数のシンボルにより生成し、該サブフレームの最後のシンボルの有効シンボル長を１／Ｘ（Ｘは２以上の整数）にするステップと、
   前記サブフレームを他の無線通信装置に送信するステップと、を有し、
   前記サブフレームを生成するステップでは、
   Ｙを、前記Ｘまたは１に制御し、
   ｎＹ（ｎは１，２，３，・・・）番目のサブキャリアにデータをのせた周波数領域信号を生成し、
   前記周波数領域信号を、逆高速フーリエ変換により時間領域信号に変換し、
   前記時間領域信号を分割数Ｙで分割し、分割された最初の時間領域信号にサイクリックプレフィックスを付加してシンボルを生成する、無線通信方法。
7. 他の無線通信装置から前記サブフレームを受信するステップと、
   前記Ｙを、前記Ｘまたは１に制御するステップと、
   前記サブフレームを構成するシンボルからサイクリックプレフィックスを除去して時間領域信号を得るステップと、
   前記時間領域信号をＹ回繰り返した時間領域信号を、高速フーリエ変換により周波数領域信号に変換するステップと、
   前記周波数領域信号のｎＹ番目のサブキャリアにのせられたデータを取り出すステップと、をさらに有する請求項６に記載の無線通信方法。

Images