JP5792868B2 - 通信装置および通信方法 - Google Patents
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Description
本願は、2007年8月13日に、日本に出願された特願2007−210936号および特願2007−210937に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
下りリンク(基地局装置から移動局装置への通信)では、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元接続)方式が最も有力な候補となっている。OFDMA方式は、情報データに対して64QAM(64-ary Quadrature Amplitude Modulation:64値直交振幅変調)やBPSK(Binary Phase Shift Keying:2相位相変調)など受信状況に応じて異なる変調方式をかけて通信を行うOFDM信号を用いて、時間軸と周波数軸で構成される無線リソースを複数の移動端末装置に対して柔軟に割り当てて通信を行うシステムである。
そのため、上りリンク(移動局装置から基地局装置への通信)では、ピーク対平均電力比PAPRの低いシングルキャリア方式を基にした通信方式が望ましい。
このような通信方法は、シングルキャリア通信方式と同様の手法を用いているため、ピーク対平均電力比PAPRは低くなる。また、OFDM信号のように、サイクリックプレフィックスを挿入することでブロック間干渉なくデータを処理することが可能となる(本明細書ではサイクリックプレフィックスを挿入する間隔、即ち、DFTを行うデータ処理単位をDFT−S−OFDMシンボルと称する)。さらに、DFTにより周波数波形を一旦作っているため、サブキャリア単位でのリソース制御が容易にできるといったメリットがある。
各送信アンテナから送信された信号毎に等化された信号は、次に、DFT部1116、1117に入力され周波数領域の信号に変換された後、スペクトルデマッピング部1118に入力される。このスペクトルデマッピング部1118では、使用スペクトルマッピング情報に基づいて、アンテナ1、2から送信されたスペクトルに共通したデマッピングが行われる。そして、IDFT部1119、1120において、デマッピングされた各信号列が時間領域の信号に変換された後、P/S変換部1121、1122においてシリアル信号に変換され、復調及び復号処理が行われる。
レプリカ生成部1131、1132では、各ビットのLLRに応じた信号レプリカ(送信信号のレプリカ)がそれぞれ生成され、S/P変換部1133、1134を経て、DFT部1135、1136において各送信アンテナから送信された信号の周波数領域のレプリカにそれぞれ変換される。
第1の実施形態では、各アンテナのサブキャリア毎の通信路状態に基づき、各アンテナから送信されるデータが使用するサブキャリアを決定する方法を示す。本実施形態の無線通信システムは、複数の移動局装置と基地局装置とを具備する。基地局装置は、本実施形態における受信装置であり、移動局装置は、本実施形態における送信装置である。また、基地局装置に同時に接続する移動局装置数は2であり、それぞれの移動局装置に備えられた送信アンテナ数も2であり、合計4本の送信アンテナからそれぞれ信号が送信される。また、移動局装置の送信方法をDFT−S−OFDMとし、サブキャリア総数は32とし、各移動局装置の各アンテナが使用するサブキャリア数は16とする。基地局装置の受信アンテナ数も2とし、この2本のアンテナによる受信信号を送信アンテナ別に分離するために、本実施形態では、1つのサブキャリアにおいて同時に信号を送信するのは合計4本の送信アンテナのうちのいずれかの2本とする。
この(1)式はSIMO(Single Input Multi Output)伝送時の各送信アンテナから送信されるサブキャリア毎の通信路容量を表す式であり、これを使用サブキャリアの選択基準として用いることができるのは、後述する受信側での処理により各送信アンテナから送信される信号同士で互いに干渉となる成分を全て除去することができる場合である。このような場合は、受信処理における完全収束状態と呼ばれ、SIMO伝送時の受信特性が得られる。したがって、(1)式に基づき各送信アンテナで独立に送信サブキャリアを選択することにより、これまでの選択方法に比べ柔軟で、より高い選択ダイバーシチ効果が得られることとなる。
これに対し、予め送信側で伝搬路の最大遅延時間に応じたサイクリックプレフィックスを挿入しておくと、これを受信側で削除することで、遅延波成分に対しても周期関数性を維持でき、各サブキャリアを独立に扱う、即ち任意の周波数に割り当てても、受信側で元に戻すことが可能となる。
このような構成にすることにより、図1に示したフローによって決定されたアンテナ毎のサブキャリア配置に応じてデータを送信することが可能となる。
なお、基地局装置については、以降の実施形態にて説明する。
第2の実施形態では、本発明による空間・スペクトルマッピングが行われシングルユーザ‐MIMOとマルチユーザ‐MIMOが混在したような信号に対し、復調されたデータの信頼性を基に受信信号のレプリカを生成し、受信信号から不要な干渉(レプリカ)を減算した後、等化、復調といった処理を繰り返すことにより復調データの信頼性を徐々に向上させるSC/MMSE(Soft Canceller/MMSE)技術を適用した場合の受信装置構成を示す。
このとき、完全なレプリカ(送信信号)が生成できる場合には、キャンセル部114の出力は雑音成分のみとなる。この演算は、2本のアンテナで受信された受信データベクトルをR、仮想伝搬路行列(伝搬路推定部112、113にて推定された伝搬路変動をマッピング情報に従って伝搬路再構成部221においてマッピングした行列)をΞ、全ての送信アンテナから送信される信号を1つのベクトルにまとめた擬似送信データベクトルのレプリカをS’(後述のレプリカ生成部133、134〜空間・スペクトルマッピング部141において生成される)とすると、(2)式で表される。
また、繰り返し処理時には、(3)式に示す受信データベクトルの代わりに(2)式で示すキャンセル後の残差(Q)と、時間領域のレプリカをDFT部137〜140において周波数領域に変換し空間・スペクトルマッピング部141においてマッピングしてから擬似送信データベクトル毎にIDFT部142、143において再度時間領域へ変換した信号も用いて等化処理が行われる。ここで、IDFT部142、143への入力となる擬似送信データベクトル1,2のレプリカはそれぞれ以下の式で表される。但し、S’T1は擬似送信データベクトル1(図7の斜線の信号列B1〜B4)を、S’T2は擬似送信データベクトル2(図7の白色の信号列B5〜B8)をそれぞれ表している。本実施の形態による基地局装置510では、これらのレプリカを用いて擬似送信データベクトル毎の受信信号を再構成して、それぞれMMSE規範に基づく等化処理を(22)式を用いて行う。
このように、複数の送信アンテナから送信される信号が混在した信号を擬似送信データとして扱うことにより、本発明による空間・スペクトルマッピングを行った場合にも(22)式を用いた等化処理を行うことができ、信号等化・分離部115からは時間領域における等化後の信号が擬似送信データ毎に出力される。
提とすれば、繰り返し制御部129、130は、受信データのCRCチェックを行い、誤りが検出されなかったときに、繰り返し処理を終了するようにしてもよい。
第1と第2の実施形態では、各サブキャリアに多重される信号が必ず2つとなるような制限のある空間・スペクトルマッピングを行った場合の例について示した。これらの実施形態にて述べたように、受信側での処理により互いに干渉となる信号を除去できる場合には、各送信側が、アンテナ毎に自身の伝搬路変動のみを考慮して独立にスペクトルのマッピングを行ってもよい。以下の形態では、そのように多重される信号数に制限がなく、それぞれ使用するスペクトルを各送信アンテナが独立に決定するマッピング方法について示す。
このように、基地局装置512の構成とすることにより、本実施の形態による制御フローにより送信アンテナ毎に独立に使用スペクトルを決定する場合にも、各送信データベクトルを分離しそれぞれのデータを復号することができる。
第1、2、3の実施形態の基地局装置510、511、512では送受信アンテナ間の周波数応答で生成される伝搬路行列にRank落ちがない状態、即ち、送信ストリーム数に対して、受信アンテナ数が同じかそれより多い場合について示したが、ここではRank落ちの状態、即ち、送信ストリーム数に対して、受信アンテナ数が少ない状態での復調方法について示す。ただし、送信ユーザ数、各ユーザの送信アンテナ数、使用サブキャリア位置及び数は第3の実施形態で示したものと同じである。受信アンテナ数は2とする。
誤り訂正符号化は、ユーザ毎に1パケット単位で行われ、1シンボルで各送信アンテナ系列から3データずつ、計6つのデータが送信される場合を想定している。各送信アンテナにおいては、1シンボルで3サブキャリア使用する。
送信されるときの送信アンテナと使用サブキャリアの関係を図14に示す。送信信号が周波数変換されたデータをSx−y(p)で表す。送信信号の周波数ベクトルSx−yは送信信号の時間ベクトルDx−yを周波数変換したデータである。xはユーザ番号、yはアンテナ番号である。pはデータのインデックスを示す自然数である。周波数領域での送信信号ベクトルS1、S2を図14の配置に基づき(23)式、(24)式で定義する。
伝搬路行列Ξ1とΞ2の要素を入れ替えることにより同じオーダーの仮想伝搬路行列Ξを生成することが可能な場合、即ち、Rank落ちがないΞが生成できる場合は、第2の実施形態で示した方法でデータを復調することが可能であるが、本実施形態のようにΞ1とΞ2の要素を入れ替えることでRank落ちがない伝搬路行列を生成できない場合は、第2の実施形態で示した方法ではデータを復調することができない。Rank落ちがない伝搬路行列を生成できない理由は、1つのサブキャリアに対し、受信アンテナ数より多いストリームを同時に送信しているからである。即ち、サブキャリア1あるいは6がその要因に該当する。
図15は本実施形態における基地局装置513の構成を示す概略ブロック図である。ただし、説明を簡素化するため、受信に必要なブロックのみを示しており、更に基地局装置513において最初に受信データを周波数変換した後のブロックだけを示している。また、図9と同じ番号を付したブロックは同じ機能を有する。図9との差異は、信号等化・分離部が信号等化・分離部201−1、201−2の2つになっていることである。また、空間・スペクトルデマッピング部118が異なる機能を有するため空間・スペクトルデマッピング部500としている。等化処理はMMSE処理を前提とする。このMMSE等化処理に必要となる信号は、受信信号からレプリカ信号を減算した残差信号、送受信アンテナ間の伝搬路行列Ξ、希望アンテナ(データを算出したいアンテナ)からの伝搬路行列ΞnT(部分伝搬路行列)、希望信号を再構築するためのレプリカ信号S’(周波数領域の
データ)が必要となる。
受信信号処理は基本的に図9で示したものと同様であるが、本実施形態での異なる処理を加えて簡単に説明する。ただし、各送受信アンテナ間の周波数応答は何らかの方法を用いて算出されているものとする。
それぞれの処理系統で対象とされる擬似的な送信データベクトルをSs1、Ss2とすると、それぞれ(28)、(29)式で表され、それぞれの擬似送信データベクトルに対応する仮想伝搬路行列Ξs1、Ξs2はそれぞれ以下の(30)式、(31)式のようになる。
伝搬路再構成部145の動作を第2の実施形態と同様に説明する。各伝搬路推定部112、113から入力される周波数応答の行列は、第2の実施形態と同様であり、(32)式、(33)式で表すことができる。第2の実施形態で示したものとの違いは、サブキャリア数6を前提としていることである。また、マスキングベクトルMVが擬似送信データ系列に応じて2つ生成されMV1、MV2とすると、これらは、(34)、(35)式にて表される。
本実施形態における信号等化・分離部201−1、201−2は擬似送信データベクトルSs1、Ss2を対象としているため、ΞnTが実際のアンテナからの情報とは異なるものになる。処理系統1では、Ss1の上半分に配置される信号が同一のアンテナから送信されたとして処理され、Ss1の下半分に配置される信号が同一のアンテナから送信されたとして処理される。以降、これらの信号対をそれぞれ、擬似送信データベクトル1、擬似送信データベクトル2と称する。従って信号等化・分離部201−1では(30)式に示す伝搬路行列ΞS1と擬似送信データベクトル1、2に対応した部分仮想伝搬路行列ΞnT1とΞnT2により、等化処理が行われる。部分仮想伝搬路行列ΞnT1とΞnT2は以下の式で表される。
また、部分仮想伝搬路行列ΞnTは擬似送信データベクトル1から4それぞれで生成されるので、4つの行列が伝搬路再構成部145で生成されることになる。
信号等化・分離部201−1、201−2ではレプリカ信号S’が使用されるが、これも擬似送信データベクトル1から4を基準に生成される。信号等化・分離部201−1では、擬似送信データベクトル1のレプリカと、擬似送信データベクトル2のレプリカが使用される。信号等化・分離部201−2では、擬似送信データベクトル3のレプリカと、擬似送信データベクトル4のレプリカが使用される。
このK1からK4の信号は空間・スペクトルデマッピング部500において、送信時に行われたマッピングの逆の手順でIDFT部116、117、118、119の入力にマッピングされる。マッピングを行う際、2つの処理系統双方から出力されるデータ(図16A、図16Bの網掛け)があるが、これらについては2つのデータの加算平均を取るものとする。また、どちらかの系統の出力を優先するという方法も考えられる。この双方の系統から同時に出力されるデータの処理が、空間・スペクトルデマッピング部204には必要なかった機能である。
また、繰り返し処理の1回目においては、干渉の影響が大きいと考えられる周波数成分を使用しないといった方法も考えられる。即ち、サブキャリア1あるいはサブキャリア6のようなサブキャリアの周波数成分を使用しないということを意味する。
このように空間・スペクトルデマッピング部500で処理が行われた後、それぞれでIDFT処理が行われ、復調部122、123で各データの対数尤度比LLRが算出される。この復調部122、123までの処理はシンボル単位で行われる。復号部124、125においては、通常、符号化が行われた単位で誤り訂正復号が行われる。この際には入力される対数尤度比LLRを元に復号処理が行われ、各データの対数尤度比LLRが更新され、更新された対数尤度比LLRは、繰り返し処理の最終回以外はレプリカ生成部209、210に入力される。繰り返し処理の最終回では、判定部207、208に出力される。
空間・スペクトルデマッピング部217では、送信に使用されたマッピングに従って、周波数領域のレプリカのデマッピングを行う。デマッピング後のデータを(23)、(24)式と同じ形式で表すと(38)、(39)式のようになる。この(38)、(39)式のデータに(25)、(26)式で示される伝搬路情報が乗ぜられキャンセルに使用されるレプリカ信号R’が(40)式により生成される。
一方、空間・スペクトラムデマッピング部500では信号等化・分離部201−1、2で等化処理を行う際、必要となる擬似送信データベクトル毎のレプリカ信号Ss1’(41)式とSs2’(42)式を作成する必要がある。
この実施形態に示す処理では、一部の信号成分をノイズとして扱う必要があるため、対数尤度比LLRの算出精度が悪くなると考えられるが、誤り訂正による対数尤度比LLRの改善効果を利用することで、繰り返し操作により、送信データを算出することが可能になる。また、各移動局装置、送信アンテナで最も品質の良いサブキャリアを使用できるため、干渉を除去できた場合には高い通信品質を得ることが可能になる。そして、サブキャリアに割り当てるストリーム数に制限が理論上はなくなるため、スケジューリングについても容易に行うことができる。
第4の実施形態では処理系統を2つに分離し、同時に繰り返し処理を行い対数尤度比LLRの改善精度を向上させる方法を示したが、本実施形態では、繰り返し処理を逐次行う方法について示す。また、第4の実施形態では信号等化・分離部201−1、201−2では、ユーザデータに関連なく、擬似送信データベクトル対を生成したが、本実施形態では、基本的にユーザ毎アンテナ毎に擬似送信データベクトル対を生成する場合について示す。なお、本実施形態で示す逐次繰り返し処理を行う方法では、擬似送信データベクトル対をユーザ毎に設定する必然性はあるが、第4の実施形態において、擬似送信データベクトル対をユーザ毎に設定する方法を用いることは可能である。
図19は本実施形態における基地局装置514の構成を示す概略ブロック図である。ただし、説明を簡素化するため、受信に必要なブロックのみを示しており、更に基地局装置514において最初に受信データを周波数変換した後のブロックだけを示している。また、図15と同じ番号を付したブロックは同じ機能を有する。図15との差異は、空間・スペクトルデマッピング部500が異なる機能を有するため空間・スペクトルデマッピング部501としていることと、空間・スペクトルマッピング部217が異なる機能を有するため空間・スペクトルマッピング部502としていることである。
受信された信号はシンボル単位で周波数変換されキャンセル部200に入力される。この信号が(27)式で示されるものである。基地局装置514では先の実施形態と同様、パケット単位(誤り訂正符号化が施される単位)で繰り返し処理が行われるが、最初の処理ではレプリカは作成されていないため、伝搬路乗算部220の出力は0である。2回目以降の処理では、各データの対数尤度比LLRによって算出される送信信号のレプリカが生成されているため、キャンセル部200により受信信号からレプリカ信号が減算される。送信信号のレプリカが完全に再現された場合、減算後の信号はノイズのみとなる。
それぞれの繰り返し回数で対象とされる擬似的な送信データベクトルをSsod(奇数回)、Ssev(偶数回)とすると、それぞれ(43)、(44)式で表される。それぞれの擬似送信データベクトルSsod、Ssevに対応する仮想伝搬路行列Ξsod、Ξsevはそれぞれ(45)、(46)式のようになる。
伝搬路再構成部の動作を第5の実施形態と同様に説明する。各伝搬路推定部から入力される周波数応答の行列は、第5の実施形態と同様であり、(47)、(48)式で表すことができる。また、マスキングベクトルMVが擬似送信データ系列に応じて2つ生成されMV3、MV4とすると、これらは、(49)、(50)式にて表される。
第5の実施形態で示した(13)、(14)式に対してMV3では(51)、(52)式が得られ、MV4では(53)、(54)式が得られる。
本実施形態における信号等化・分離部201は同一ユーザ、同一アンテナのデータは出来るだけ同じアンテナから送信されたと認識できるように送信信号ベクトルを割り当てているが、分離の精度を高めるために一部、異なるアンテナから送信された信号を混在させている。そのため、結局送信データベクトルは擬似的なものとなる。従って、部分仮想伝搬路行列ΞnTは実際のアンテナからの部分仮想伝搬路行列とは異なるものになる。
また、部分仮想伝搬路行列ΞnTは擬似送信データベクトル1から4に対して生成されるので、4つの行列が伝搬路再構成部221で生成されることになる。
このK1からK4の信号は空間・スペクトルデマッピング部500において、送信時に行われたマッピングの逆の手順でIDFT部116、117の入力にマッピングされる。
このように空間・スペクトルデマッピング部501で処理が行われた後、それぞれでIDFT処理が行われ、復調部122で各データの対数尤度比LLRが算出される。この復調部122までの処理はシンボル単位で行われる。復号部124においては、符号化が行われた単位で誤り訂正復号が行われる。この際には入力される対数尤度比LLRを元に復号処理が行われ、各データの対数尤度比LLRが更新され、繰り返し処理の最終回以外は、繰返し制御部205によりレプリカ生成部210に入力される。繰り返し処理の最終回では、繰返し制御部205により判定部207に出力される。
空間・スペクトルマッピング部217では、送信に使用されたマッピングに従って、周波数領域のレプリカのマッピングを行う。マッピング後のデータを縦方向にユーザ番号とアンテナ番号、横方向にサブキャリア番号で示される行列で表すと繰り返し回数が奇数の場合(57)式、繰り返し回数が奇数の場合(58)式のようになる。このデータに(25)、(26)式で示される伝搬路情報が乗ぜられキャンセルに使用されるレプリカ信号R(i)’が(59)式により生成される。ここで、iは繰り返し回数を示すインデックスである。
キャンセル部200ではこのR’が受信信号Rより減ぜられる。一方、空間・スペクトルデマッピング部501では信号等化・分離部201で等化を行う際、必要となる擬似送信データベクトル毎のレプリカ信号S’od(60)式とS’ev(61)式を作成する必要がある。
このような構成にすることで、繰り返し回数は増えるものの、回路規模を大きく削減することができる。
以上の実施形態では、離散フーリエ変換DFTを用いて信号を周波数領域に拡散し、逆離散フーリエ変換IDFTにより再度時間領域の信号に変換して送信する移動局装置及び、それに対応する基地局装置について示したが、本発明は、離散フーリエ変換DFTではなく、送信信号に拡散符号を乗じることにより周波数拡散を行うシステムにも適用できる。特に、位相回転で表される直交符号を用いる場合には、離散フーリエ変換DFTを用いて拡散を行う場合と同じ信号が生成されることとなり、PAPR特性も低く抑えることができる。本実施の形態では、位相回転直交拡散符号を用いて周波数拡散を行う場合の例を示す。
図24に示す移動局装置502は、第1の実施形態の図3に示す移動局装置500のDFT部4‐1、4‐2が拡散・多重部50‐1、50‐2に代わっただけで、その他は図3に示す送信装置500と同じ構成となっている。この拡散・多重部50‐1、50‐2では、図25に示すような拡散及び多重処理が行われる。但し、ここでは、符号長64で、それぞれ直交する64つの位相回転直交拡散符号を用いるものとし、それにより1ユーザが使用するサブキャリア数も64となる。
以上のように、本実施の形態では、位相回転で表される直交符号を用いる場合の例を示したが、これに限らず、その他の拡散符号を用いて周波数拡散を行う場合にも本発明は適用可能である。
図26は、第7の実施形態における無線通信システムの構成を示す概略ブロック図である。本実施形態では、移動局装置A80a、A80bが、SC−ASA方式でデータを送信し、これらのデータを基地局装置A70が受信する。なお、本実施形態においては、基地局装置A70が、各移動局装置A80a、A80bに対するスペクトル割当情報を決定し、基地局装置A70は、これらのスペクトル割当情報各々を、移動局装置A80a、A80bに送信するが、このときの送受信方法は、どのような方法を用いてもよい。図27に、本実施形態におけるサブキャリアマッピングの例を示す。図27の(a)は、移動局装置A80aが送信した送信データAと移動局装置A80bが送信した送信データBとがマッピングされた送信スペクトルを表し、図27の(b)は、基地局装置A70にて受信される受信スペクトルを表している。なお、ここでは説明を簡単にするために無線伝搬路による歪みはないものとする。
デマッピング部A50は、アンテナA15、A/D変換部A16、CP除去部A17、パイロット分離部A18、伝搬路推定部A19−1、A19−2、スペクトル割当決定部A20、伝搬路特性デマッピング部A21−1、A21−2、伝搬路特性選択部A22−1、A22−2、S/P変換部A23、DFT部A24、スペクトルデマッピング部A25、送信部A38、無線部A39を具備する。
信号検出部A60は、信号キャンセル部A26−1、A26−2、信号等化部A27−1、A27−2、復調部A28−1、A28−2、デインターリーバ部A29−1、A29−2、復号部A30−1、A30−2、繰り返し数制御部A31−1、A31−2、インターリーバ部A32−1、A32−2、レプリカ生成部A33−1、A33−2、S/P変換部A34−1、A34−2、DFT部A35−1、A35−2、干渉スペクトル選択部A36−1、A36−2、判定部A37−1、A37−2を具備する。ここで、デマッピング部A50、信号検出部A60において、符号Ax−1(xは数字)は、送信データAに関する信号を扱う信号処理部を表し、符号Ax−2は送信データBに関する信号を扱う信号処理部を表す。
一方、伝搬路推定部A19−1、A19−2は、パイロット分離部A18が分離した各移動局装置A80a、A80bからのパイロット信号に基づき、各移動局装置A80a、A80bから基地局装置A70への伝搬路の周波数応答を推定し、移動局装置A80aが送信する送信データA、移動局装置A80bが送信する送信データBについて、それぞれ式(64−1)、式(64−2)のような対角行列を得る。
次に、伝搬路推定部A19−1、A19−2から出力された伝搬路行列H1、H2は、スペクトル割当決定部A20に入力され、スペクトル割当決定部A20は、これらの伝搬路行列H1、H2に基づき、各移動局装置A80a、A80bがどのサブキャリアを使用するかを決定し、該決定結果であるスペクトル割当情報を表す行列M1、M2を出力して、送信部A38、スペクトルデマッピング部A25、伝搬路特性デマッピング部A21−1、21−2、伝搬路特性選択部A22−1、22−2、干渉スペクトル選択部A36−1、36−2へ転送する。このスペクトル割当情報を表す行列M1、M2を受けると、送信部A38は、無線部A39、アンテナA15を介して、スペクトル割当情報を移動局装置A80a、A80bに送信する。
このとき、例えば、移動局装置A80aに対しては行列M1の情報のみというように、各移動局装置に対して必要な情報のみを送信するようにしてもよいし、全てのスペクトル割当情報を送信するようにしてもよい。次に、伝搬路特性デマッピング部A21−1、21−2は、式(65−1)、式(65−2)のようにして、これらスペクトル割当情報の行列M1、M2を用いて、伝搬路行列H1、H2から希望信号の検出に必要な伝搬路の周波数応答を抽出し、前述したように、移動局装置A80a、A80bのスペクトルマッピング前の周波数軸の信号と同じサブキャリアの並びに並び替える。
次に、信号検出部A60は、信号キャンセル部A26−1、26−2、信号等化部A27−1、27−2、復調部A28−1、28−2、デインターリーバ部A29−1、29−2、復号部A30−1、30−2、繰り返し数制御部A31−1、31−2、インターリーバ部A32−1、32−2、レプリカ生成部A33−1、33−2、S/P変換部A34−1、34−2、DFT部A35−1、35−2、干渉スペクトル選択部A36−1、36−2、判定部A37−1、37−2を具備する。なお、移動局装置A80a、A80bが、図28のインターリーバ部A2を備えていなければ、基地局装置A70において、デインターリーバ部A29、インターリーバ部A32は必要ないため、移動局装置A80a、A80bと合わせてインターリーバ部A32、デインターリーバ部A29はなくてもよい。
まず、スペクトルデマッピング25の出力信号は、移動局装置A80bから送信される信号の一部のサブキャリアが干渉として重なったサブキャリアを含む信号であり、信号キャンセル部A26−1に入力される。信号キャンセル部A26−1は、希望信号の周波数軸の信号レプリカと、干渉信号のレプリカを受信信号からキャンセルし、残留信号成分を計算する。信号キャンセル部A26−1から出力される残留信号成分である残差をQ1とすると、残差Q1は式(67)のように得られる。
さらに、干渉スペクトル選択部A36−1、36−2において必要最小限の干渉となっているサブキャリアのみを抽出すれば既知の干渉信号を生成する際の演算量を低減することができる。
第8の実施形態は、基地局装置A71と移動局装置A80a、A80bとからなる無線通信システムであり、基地局装置A71において、時間領域で干渉信号のキャンセルを繰り返して複数の希望信号をシリアルに検出する。図30は、本実施形態における基地局装置A71の構成示す概略ブロック図である。なお、本実施形態における移動局装置A80a、A80bは、第7の実施形態における移動局装置A80a、A80bと同じ構成であるため、図と説明は省略する。
第9の実施形態では、繰り返さずにキャンセリングを用いて検出する方法について述べる。本実施形態における無線通信システムは、受信装置である基地局装置A72と、送信装置である2つの移動局装置A82a、A82bとを具備する。図31は、本実施形態における移動局装置A82a、A82bの構成を示す概略ブロック図である。本実施形態では、基地局装置A72は、先に検出する信号に対して干渉のキャンセリングを施さないので、2つの移動局装置A82a、A82bのうち、基地局装置A72にて先に検出する信号を送信する移動局装置A82aは、干渉や雑音に耐性の強い符号化率を適用する。
第7から第9の実施形態では、離散フーリエ変換DFTを用いて信号を周波数領域に拡散し、逆離散フーリエ変換IDFTにより再度時間領域の信号に変換して送信する送信装置及び、それに対応する受信装置について示した。第10の実施形態では、離散フーリエ変換DFTではなく、送信信号に拡散符号を乗じることにより周波数拡散を行うシステムについて説明する。なお、拡散符号として位相回転で表される直交符号を用いる場合には、離散フーリエ変換DFTを用いて拡散を行う場合と同じ信号が生成されることとなり、PAPR特性も低く抑え、送信する信号のピーク電力が低く抑えられる。ピーク電力が高いと、送信電力を得るために送信する信号を増幅する際に増幅器の性能限界を超えてしまい、波形が歪んでしまうが、このようにピーク電力が低く抑えられるので、増幅する際の波形の歪みを抑えることができる。本実施の形態では、位相回転直交拡散符号を用いて周波数拡散を行う場合の例を示す。
以上のように、本実施の形態では、周波数拡散に、位相回転で表される直交符号を用いる場合の例を示したが、これに限らず、その他の直交符号を用いて周波数拡散を行ってもよい。
図27において、干渉となっていないサブキャリアから各ビットの信頼性を抽出すると説明した。したがって、周波数拡散した信号を割り当てるサブキャリアのうち、何本まで同じ番号のサブキャリアを複数の送信装置が選択してもよいか、即ち、ユーザ(移動局装置)間で重複して使用することができるサブキャリアの割合を決定することができる。この決定は、第7の実施形態であれば基地局装置A70のスペクトル割当決定部A20が、第8の実施形態であれば基地局装置A71のスペクトル割当決定部A127が、第9の実施形態であれば基地局装置A72のスペクトル割当決定部A220が、所望信号と(未知の)干渉信号及び雑音電力の比である受信SNR(未知の干渉電力はNに含まれるものとする)を用いて行う。但し、未知の干渉電力とは、隣接セルや同一周波数帯を用いる他のシステムから到来する干渉のような、キャンセル不可能な干渉の電力のことを指している。
次に、信号等化部A27−1の出力相互情報量が復号部A30−1への入力相互情報量となるため、点線のように移動し、復号部A30−1の出力相互情報量はB点にくる。同様の処理を繰り返すことで相互情報量がC点、D点、E点、F点(F点を終点と称する)と移動し、繰り返しによる内部の様子が図示される。横軸の値が1となった終点は、他の干渉成分が全て除去できたことを意味し、その値は、希望信号のみの受信電力と雑音電力との比となる。
一方で、L本重ねたい場合は、復号部の曲線L306を図の下に下げる。これを実現するには符号化率を低くして、繰り返しの最初の方の干渉に対する耐性を高めればよい。
また、第9の実施形態のように繰り返し処理を行わない場合には図35のB点で処理が止まるので、B点の横軸(復号部出力相互情報量)の値が1に近いような値となるよう設計すれば、先に検出する信号の精度が高くなるので、後に検出する信号の検出が行いやすくなる。
本発明による、使用するサブキャリアがユーザ間で一部重複した通信方法を用いる場合のスケジューリング(サブキャリア割当の決定)方法、すなわち第7の実施形態であれば基地局装置A70のスペクトル割当決定部A20が、第8の実施形態であれば基地局装置A71のスペクトル割当決定部A127が、第9の実施形態であれば基地局装置A72のスペクトル割当決定部A220が行うスケジューリングの動作を説明するフローチャートを図37に示す。但し、本実施の形態では、全てのユーザに割り当てるサブキャリア数が等しい場合の例を示している。
このz(k)は、各サブキャリアに重複されているスペクトル(信号)の数を表す関数である。さらにステップSa3において、全ユーザx(xはユーザ番号)についてy(x)=0 に設定する。このy(x)は、ユーザxが他のユーザと重複して用いるサブキャリア数を表す関数である。本実施の形態では、このy(x)が所定のサブキャリア数(例えば、第11の実施形態を用いて設定した数で、Aと表す)以下となるようスケジューリングが行われる。
ステップSa7においてサブキャリアが割り当てられた後には、ステップSa8においてユーザxに対する選択可能サブキャリアから候補サブキャリアkを削除した後、各ユーザへの割り当てが一巡したか否かを判断するために、ステップSa9において現在割り当てを行っているユーザのユーザ番号と全ユーザ数とを比較する。現在割り当てを行っているユーザのユーザ番号とユーザ数が異なる場合には、各ユーザへの割り当てが一巡しておらず、他のユーザと同じ数のサブキャリアを選択できていないユーザが存在するため、ステップSa17においてユーザ番号を更新し、ステップSa5へ戻る。
しかし、このように、本実施の形態によるスケジューリングにより、所定の本数以下のサブキャリアを他ユーザと重複して用いる割り当てを行うことができる。これにより、他ユーザのサブキャリアの使用状況をさほど意識せずにスケジューリングが可能となることから、サブキャリア選択の幅が広がり、伝搬路状況のより良いサブキャリアを用いて通信が可能となる。また、同時に送信可能なユーザ数を増やすことができる可能性もあり、限られたリソースを有効に使用できる柔軟なスケジューリングであるといえる。
本発明によりユーザ間で一部重複したサブキャリアを使用した伝送を行う場合のスペクトル配置の例を図38A、図38Bに示す。まず、図38Aは、使用可能なサブキャリア数が16という帯域において2ユーザがそれぞれ10本ずつの良好な受信特性が得られるサブキャリアを選択した場合の使用スペクトルの配置を示している。但し、ここでは、複数のユーザ間で重複してもよい所定のサブキャリア数を4としている。このようにユーザ間でサブキャリアを重複して使用することができる場合、図38Aに示すように、合計20本のサブキャリアの情報を16本のサブキャリアで送ることができる。これは、例えば2ユーザで、所定のサブキャリア数をP、全帯域で利用可能なサブキャリア数をNdとすると、(Nd+P)/2本のサブキャリアを利用することができることを示しており、本発明により大幅な伝送容量の改善が見込める。
一般に、セルラシステムなどの無線通信システムでは、複数のDFT−S−OFDMシンボル(以下、図中も含めDFT−S−OFDMシンボルと称する)を時間多重することでフレームを構成し、伝送する。このようなフレーム単位の伝送を行う場合の概要を図39に示す。但し、図39には、フレーム毎のスペクトル配置も併せて示している。図39に示すように、本発明によるスケジューリング、すなわち第7の実施形態であれば基地局装置A70のスペクトル割当決定部A20、第8の実施形態であれば基地局装置A71のスペクトル割当決定部A127、あるいは第9の実施形態であれば基地局装置A72のスペクトル割当決定部A220がユーザ毎にそれぞれ良好なサブキャリアを選択し、重複したサブキャリアを用いた伝送を行う場合に、フレーム単位でサブキャリアの選択を変更するようにしてもよい。このような形態とすることにより、1セル周波数繰り返しシステムにおいてフレーム単位で変動する隣接セルからの干渉に対する回避能力が生じ、より高効率な伝送が可能となる。
Claims (7)
- 2以上の連続するサブキャリアからなる第1のサブキャリアを用いて、第1の通信装置から送信される第1の受信信号と、時間フレームにおいて、前記第1のサブキャリアと重複する1以上のサブキャリアと該第1のサブキャリアと重複しない1以上のサブキャリアとを含む2以上の連続するサブキャリアからなる第2のサブキャリアを用いて、第2の通信装置から送信される第2の受信信号とを少なくとも含む受信信号を受信する受信部と、
前記受信信号から、前記第1のサブキャリアと前記第2のサブキャリアが重複する前記1以上のサブキャリアを用いて送信された前記第2の受信信号を除去し、前記第1の受信信号に含まれるビットに関する情報を復調する復調部と、を備え、
前記第1の受信信号と前記第2の受信信号は、異なる信号であることを特徴とする通信装置。 - 前記受信部は、第1の通信装置から前記第1の受信信号を受信し、第2の通信装置から前記第2の受信信号を受信することを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
- 前記受信部は、前記時間フレームにおいて受信する前記受信信号の数よりも、少ないアンテナからなることを特徴とする請求項1又は2に記載の通信装置。
- 前記受信部は、1本の受信アンテナで構成することを特徴とする請求項1又は2に記載の通信装置。
- 前記復調部は、繰り返し処理を用いて、前記第1の受信信号から前記ビットに関する情報を復調することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の通信装置。
- 重複する前記1以上のサブキャリアの数は、前記時間フレーム毎に設定されることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の通信装置。
- 2以上の連続するサブキャリアからなる第1のサブキャリアを用いて、第1の通信装置から送信される第1の受信信号と、時間フレームにおいて、該第1のサブキャリアと重複する1以上のサブキャリアと該第1のサブキャリアと重複しない1以上のサブキャリアとを含む2以上の連続するサブキャリアからなる第2のサブキャリアを用いて、第2の通信装置から送信される第2の受信信号とを少なくとも含む受信信号を受信するステップと、
前記受信信号から、前記第1のサブキャリアと前記第2のサブキャリアが重複する前記1以上のサブキャリアを用いて送信された前記第2の受信信号を除去し、前記第1の受信信号に含まれるビットに関する情報を復調するステップとを少なくとも含み、
前記第1の受信信号と前記第2の受信信号は、異なる信号であることを特徴とする通信方法。
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