JP3879662B2

JP3879662B2 - Ｏｆｄｍ及びｍｃ−ｃｄｍａを用いる送信装置、システム及び方法

Info

Publication number: JP3879662B2
Application number: JP2002364888A
Authority: JP
Inventors: 武雄大関; 啓山李; 博康石川; 英之篠永
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2022-12-17
Also published as: JP2004200856A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信電力が異なる複数のチャネル（周波数）を用いて、時間軸上の多元接続により複数の受信装置へ送信する送信装置、システム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、無線方式としてＣＤＭＡ２０００(Code Division Multiple Access - 2000)方式を採用したＩＭＴ−２０００(International Mobile Telecommunications - 2000)の本格的な商用化が開始されている。ＩＭＴ−２０００におけるデータ通信サービスの情報伝送速度は、移動時で１４４ｋｂｐｓ、静止時で２Ｍｂｐｓを実現可能とする。
【０００３】
一方、移動通信環境において、電子メールやインターネットアクセスのみならず、高精細な動画像伝送、大容量ファイルのダウンロードといったマルチメディア通信を実現するためには、今後、更に高速な無線システムが必要となる。現在、移動時で最大２０Ｍｂｐｓ、静止時で１００Ｍｂｐｓ程度の情報伝送の実現を目指す第４世代移動通信システムの研究開発が始まっている。
【０００４】
移動通信環境において、高速・高品質な情報伝送を実現するためには、通信品質の劣化要因に対して強い耐性を持つことに加え、周波数利用効率の高い伝送方式が必要である。このような伝送方式の有力な候補として、ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重)方式や、拡散シンボルを複数のサブキャリアで送信するＭＣ−ＣＤＭＡ(Multiple Carrier - Code Division Multiple Access：マルチキャリア符号分割多元接続)方式などがある。
【０００５】
また、第４世代移動通信システムを対象とし、コード間干渉に対する耐性を確保しつつ高速パケット伝送を実現する無線伝送方式として、２次元（周波数及び時間）拡散を適用したＶＳＦ−ＯＦＣＤＭ（Variable Spreading Factor - Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing）方式が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。ＶＳＦ−ＯＦＣＤＭは、周波数と時間軸上の２次元拡散を行う無線方式であり、無線パラメータ（周波数及び時間領域の拡散率、データ変調、チャネル符号化率、コード多重数）を伝搬状態に応じて適応的に制御するシステムである。
【０００６】
【非特許文献１】
前田、新、安部田、佐和橋著「２次元拡散を用いるＶＳＦ−ＯＦＤＭとその特性」ＲＣＳ２００２−０５、ｐ．５９〜６４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、広帯域信号を用いたセルラシステムでは、セルを面的に展開するために、同一周波数を繰り返し使用することになる。
【０００８】
従って、ＯＦＤＭでは、他セルからの同一チャネル干渉の影響を受けやすいため、特に同一チャネル干渉が厳しい低ＣＩＮＲ(Carrier to Interference Noise Ratio：キャリア電力対干渉信号電力及び雑音電力比)環境の領域では、大容量伝送を行うことが困難となる。
【０００９】
一方、ＭＣ−ＣＤＭＡは、同一データをコピーし、複数のサブキャリアを用いて同時伝送するため、キャリア毎に異なるデータを伝送するＯＦＤＭより伝送容量が落ちるという問題がある。また、ＭＣ−ＣＤＭＡにおいて符号多重化を行うことにより高速化を図る方式も提案されているが、マルチパス環境下では符号の直交性が崩れ、特性が劣化するという課題がある。
【００１０】
また、ＶＳＦ−ＯＦＣＤＭは、セルラ環境でブロードバンドパケット伝送を実現することができるが、周波数拡散に併せ、時間拡散を行うため、ハードウェア的な構成が非常に複雑となる。また、ハードウェア化に際し、時間拡散と周波数拡散をユーザ単位で独立に制御することも実現が非常に困難である。
【００１１】
そこで、本発明は、高速・高品質のブロードバンド無線アクセス伝送を実現する、ＯＦＤＭ及びＭＣ−ＣＤＭＡを用いる送信装置、システム及び方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の送信装置によれば、ＯＦＤＭ送信手段とＭＣ−ＣＤＭＡ送信手段とを有し、低送信電力チャネルの各スロットはＯＦＤＭ送信手段又はＭＣ−ＣＤＭＡ送信手段を用いて送信され、高送信電力チャネルの各スロットはＭＣ−ＣＤＭＡ送信手段を用いて送信されるように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の送信装置の他の実施形態によれば、低送信電力チャネルのスロット毎に、各受信装置に対する通信状態に基づいて適応的に、ＯＦＤＭ送信手段の変調方式若しくはチャネル符号化率、又はＭＣ−ＣＤＭＡ送信手段の変調方式、チャネル符号化率若しくは拡散率を変更し、
高送信電力チャネルのスロット毎に、各受信装置に対する通信状態に基づいて適応的に、ＭＣ−ＣＤＭＡの変調方式、チャネル符号化率若しくは拡散率を変更する、ように構成されていることも好ましい。
【００１４】
更に、本発明の送信装置の他の実施形態によれば、通信状態は、受信装置との距離、キャリア電力対干渉信号電力及び雑音電力比ＣＩＮＲ、遅延スプレッド、最大ドップラー周波数の少なくとも１つを含むことも好ましい。
【００１５】
更に、本発明の送信装置の他の実施形態によれば、受信装置との通信に、低送信電力チャネルと高送信電力チャネルのどちらを使用するかは、該受信装置との距離、あるいは、キャリア電力対干渉信号電力及び雑音電力比ＣＩＮＲに基づき決定することも好ましい。
【００１６】
本発明による送信システムによれば、前述した少なくとも２つの送信装置によって構成される隣接するセルの一定の領域に存在する受信装置に対して、少なくとも２つの送信装置は、同時に、該受信装置に対する同一データを送信し、サイトダイバーシチを行うことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の送信システムの他の実施形態によれば、ＭＣ−ＣＤＭＡの信号を受信した受信装置は、該ＭＣ−ＣＤＭＡのコード間干渉除去について、最小二乗平均誤差手段又は最尤系列推定手段を用いることも好ましい。
【００１８】
本発明による送信方法によれば、低送信電力チャネルの各スロットはＯＦＤＭ又はＭＣ−ＣＤＭＡによって送信され、高送信電力チャネルの各スロットはＭＣ−ＣＤＭＡによって送信されることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の送信方法の他の実施形態によれば、低送信電力チャネルのスロット毎に、各受信装置に対する通信状態に基づいて適応的に、ＯＦＤＭの変調方式若しくはチャネル符号化率、又はＭＣ−ＣＤＭＡの変調方式、チャネル符号化率若しくは拡散率を変更し、
高送信電力チャネルのスロット毎に、各受信装置に対する通信状態に基づいて適応的に、ＭＣ−ＣＤＭＡの変調方式、チャネル符号化率若しくは拡散率を変更することも好ましい。
【００２０】
更に、本発明の送信方法の他の実施形態によれば、通信状態は、受信装置との距離、キャリア電力対干渉信号電力及び雑音電力比ＣＩＮＲ、遅延スプレッド、最大ドップラー周波数の少なくとも１つを含むことも好ましい。
【００２１】
更に、本発明の送信方法の他の実施形態によれば、受信装置との通信に、低送信電力チャネルと高送信電力チャネルのどちらを使用するかは、該受信装置との距離、あるいは、キャリア電力対干渉信号電力及び雑音電力比ＣＩＮＲに基づき決定することも好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明におけるセル構成図である。
【００２４】
本発明のシステムによれば、各セルは複数の全てのチャネルを利用し、その全てのチャネルは、低送信電力チャネルと高送信電力チャネルとに分類される。低送信電力チャネルは常に低い送信電力で通信を行い、高送信電力チャネルは常に高い送信電力で通信を行う。また、低送信電力チャネルは、ＯＦＤＭとＭＣ−ＣＤＭＡとを使い分け、高送信電力チャネルは、ＭＣ−ＣＤＭＡのみを用いる。
【００２５】
ＯＦＤＭは、高速大容量伝送を実現するけれども、干渉信号に対して耐性が低いために、基地局に近い領域又はＣＩＮＲが高い領域を対象とした通信に適する。一方、ＭＣ−ＣＤＭＡは、ＯＦＤＭ程の高速伝送は実現できないが、干渉信号に対して耐性が高いために、基地局から遠い領域又はＣＩＮＲが低い領域を対象とした通信に適する。これらＯＦＤＭとＭＣ−ＣＤＭＡとを適応的に使い分けることにより、システム全体の通信容量の改善を図り、高速・高品質のブロードバンド無線アクセス伝送を実現する。
【００２６】
図１のシステムによれば、低送信電力チャネルＦ１と、高送信電力チャネルＦ２との２つのチャネルが表されている。本発明によれば、低送信電力チャネルＦ１は、基地局に近い領域又はＣＩＮＲが高い領域で用いられ、スロット毎にＯＦＤＭ又はＭＣ−ＣＤＭＡによって送信される。ＯＦＤＭは、他セルに与える干渉を極力軽減するため、低送信電力チャネルでのみ用いられる。一方、高送信電力チャネルＦ２は、基地局から離れた領域又はＣＩＮＲが低い領域で用いられ、ＭＣ−ＣＤＭＡによって送信される。ＭＣ−ＣＤＭＡは、１つのデータ信号をコピーして異なる拡散符号を用いて多元接続するので、干渉信号に対する耐性が高いという特徴がある。更に、伝送状態の変動に応じて最大スループットを得るために、適応変調及びチャネル符号化率の適応制御を行うことができる。
【００２７】
多元接続方式としては、ＯＦＤＭがＴＤＭＡ(Time Division Multiplex Access)を用い、ＭＣ−ＣＤＭＡがＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ(Frequency Division Multiplex Access)及びＣＤＭＡ(Code Division Multiplex Access)を用いる。また、低送信電力チャネルＦ１について、ＯＦＤＭとＭＣ−ＣＤＭＡとの使い分けは、ＴＤＭＡを用いてマルチプルアクセスを行う。
【００２８】
基地局と受信装置との間の通信距離が遠くなるに従って、又はＣＩＮＲが低くなるに従って、例えば、以下のような拡散率増加及び適応変調制御を行う。これら制御は、受信装置に対するスロット毎に適用する。
【００２９】

【００３０】
図１によれば、利用可能な周波数が限定されているマイクロ波帯を用いるために、周波数利用効率を高めるべく隣接セル間で同じ複数の周波数を使用している。従って、そのセル間で同一チャネル干渉が発生する場合がある。但し、本発明を、同一周波数の繰り返し距離を２セル以上とするものにも適用できるのは当然である。
【００３１】
ＯＦＤＭ及びＭＣ−ＣＤＭＡについては、伝搬条件（送受信装置間の距離、ＣＩＮＲ、遅延スプレッド及び／又は最大ドップラー周波数）に基づいて、最大スループットを得るために、変調方式、チャネル符号化率及び拡散率を動的に変更する。尚、ＭＣ−ＣＤＭＡについては、受信装置の位置、受信装置の数、トラヒック量等に応じて、拡散率を変化させて符号多重化数を制御し、システム容量を高めることもできる。
【００３２】
図１によれば、セルの境界に近い領域には、サイトダイバーシチ領域が表されている。
【００３３】
本発明によれば、隣接セル間でサイトダイバーシチを行い、伝送品質を保つことができる。特に、セルの境界に近い領域では、コード間干渉が発生し易く、特性が大きく劣化し易い。従って、サイトダイバーシチを用いることにより、ＭＣ−ＣＤＭＡにおける拡散率を過度に大きくせず、サイトダイバーシチ効果で伝送品質を高めることができる。
【００３４】
また、サイトダイバーシチを行うか否かは、受信装置の位置だけでなく、受信装置の数、トラヒック量等も考慮して判断される。これにより、拡散率を過度に増大させなくても、サイトダイバーシチ効果によりダイバーシチ利得を得ることが可能となる。
【００３５】
本発明のように、ＯＦＤＭは低送信電力チャネルのみで用いられ、ＭＣ−ＣＤＭＡにおけるサイトダイバーシチ効果とを組み合わせることにより、送信電力の低減及び干渉電力の低減により通信容量を増加できる。
【００３６】
尚、受信機で発生するＭＣ−ＣＤＭＡのコード間干渉は、ＭＭＳＥ(Minimum Mean Square Error：最小二乗平均誤差法)、ＭＬＤ(Maximum Likelihood Detection：最尤系列推定法)を用いることより解決することができる。
【００３７】
図２は、本発明によるフレーム構成図である。
【００３８】
フレームの割り当てでは、スロット構成を基本として、ＯＦＤＭ及びＭＣ−ＣＤＭＡをセルの各周波数の各スロットに適応的に割り当てる。このとき、ＯＦＤＭは低送信電力チャネルにのみ割り当てられる。従って、高送信電力チャネルＦ２には常にＭＣ−ＣＤＭＡが割り当てられるが、低送信電力チャネルＦ１にはＯＦＤＭとＭＣ−ＣＤＭＡとが適応的に割り当てられる。ここで、低送信電力チャネルＦ１における割り当てには、高速伝送レートを要求するユーザと低速伝送レートを要求するユーザとの割り合いで適応的に決定する。
【００３９】
尚、フレーム単位で各スロットに割り当てる変調方式、伝送速度、拡散率等の無線パラメータを動的に割り当てることもできる。これにより、ユーザ数、ＱｏＳ(Quality of Service：サービス品質)、伝搬状態等に応じた最適なチャネル割当制御が可能となる。
【００４０】
上りリンクチャネルにおけるランダムアクセスは、基本的にSlotted ALOHAに基づくパケット伝送を行う。移動環境において、動画像伝送やインターネットアクセスといったマルチメディア通信を実現するために、大容量の情報伝送が可能なＭＣ−ＤＳ／ＣＤＭＡ(Multiple Carrier - Direct Sequence / Code Division Multiple Access)又はＳＣ−ＤＳ／ＣＤＭＡ(Single Carrier - Direct Sequence / Code Division Multiple Access)を適用する。
【００４１】
図３は、本発明による送信装置の機能構成図である。
【００４２】
図１及び図２で説明されたように、基地局において高送信電力チャネルＦ１及び低送信電力チャネルＦ２の２つのチャネルを同時に用いるために、２系統の回路が必要となる。尚、図３においては、シリアル／パラレル変換後のＯＦＤＭとＭＣ−ＣＤＭＡとではデータの流れる経路が異なるが、実際のハードウェア上ではディジタル信号処理でその差の処理を行うことができることから、ＯＦＤＭとＭＣ−ＣＤＭＡとで別の回路を用意する必要はない。
【００４３】
送信データ系列１１は、使用するチャネルによって、各々独立した送信系に入力される。そして、低送信電力チャネルＦ１ではＯＦＤＭ又はＭＣ−ＣＤＭＡを用いて、高送信電力チャネルＦ２ではＭＣ−ＣＤＭＡを用いて変調し、各々の周波数を用いて送信される。
【００４４】
送信装置は、ＰＮ系列の送信データ１１を入力し、送信データを誤り訂正符号化し且つインタリーブを施すエンコーディングインタリーブ部１２と、マッピング部１３と、パイロット信号挿入部１４と、分割多重送信部１５と、遅延波による符号間干渉を回避するためにガードインターバルを付加するガードインターバル（ＧＩ）部１６と、Ｄ／Ａ変換部１７と、直交変調部１８と、所定の周波数Ｆ１又はＦ２に変換するアップコンバータ１９と、送信アンテナ１０とを有する。
【００４５】
分割多重送信部１５は、シリアル／パラレル変換部１５１によって、シリアル／パラレル変換を行う。シリアル／パラレル変換部１５１の出力信号において、ＯＦＤＭの場合、その出力信号を逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部１５４へ直接入力する。一方、ＭＣ−ＣＤＭＡの場合、その出力信号を、連続するＮｃ／ＳＦ個のシンボルを並列データ系列に転換する。次に、コピー部１５２によって、シンボル毎にＳＦ個だけコピーする。次に、拡散部１５３によって、ＳＦ個コピーされたシンボル毎に定数Ｃi,j（i＝1,2,…,Nc/SF，j＝1,2,…,SF）を乗算する。Ｎｃは、サブキャリア数を表し、全てのｉに対してはチップ長がＳＦの拡散を表す。
【００４６】
ＯＦＤＭの場合、シリアル／パラレル変換部１５１からの計Ｎｃ個の出力シンボルが、ＭＣ−ＣＤＭＡの場合、拡散符号が乗算された計Ｎｃ個の出力シンボルが、ＩＦＦＴ部１５４によって時間軸のデータに変換される。次に、パラレル／シリアル変換部１５５によって、パラレル/シリアル変換される。
【００４７】
前述した本発明におけるＯＦＤＭ及びＭＣ−ＣＤＭＡを用いる送信装置、システム及び方法の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ＯＦＤＭによる高速伝送と、ＭＣ−ＣＤＭＡによる周波数ダイバーシチ効果及びサイトダイバーシチ効果とにより、無線リンクの回線品質及び伝送特性を改善し、従来システムと比較して、より高速・高品質のブロードバンド無線アクセス伝送を実現する。特に、基地局からの下りリンクチャネルにおいて、周波数領域のみで拡散するためハードウェア構成が簡単となり、伝送速度が最高１００Ｍｂｉｔ／ｓ以上となり、かつ、面的展開を考慮した高速無線通信方式を実現できる。
【００４９】
具体的には、基地局と受信装置との距離が近い又はＣＩＮＲが高い環境においては、低送信電力チャネルを用いて、ＯＦＤＭとＭＣ−ＣＤＭＡとをスロット毎に適応的に変更することができる。また、基地局と受信装置との距離が遠く又はＣＩＮＲが低い環境においては、ＭＣ−ＣＤＭＡを用い、その拡散率を大きく設定し、周波数ダイバーシチ効果を得ることにより通信品質を改善する。更に、他セルからの同一チャネル干渉が厳しいセル隣接付近の受信装置に対しては、サイトダイバーシチを適用することにより、多重化した場合のコード間干渉を軽減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるセル構成図である。
【図２】本発明によるフレーム構成図である。
【図３】本発明による送信装置の機能構成図である。
【符号の説明】
１０送信アンテナ
１１入力データ系列
１２エンコーダインタリーブ部
１３マッピング部
１４パイロット信号挿入部
１５分割多重送信部
１５１シリアル／パラレル変換部
１５２コピー部
１５３拡散部
１５４逆高速フーリエ変換部
１５５パラレル／シリアル変換部
１６ガードインターバル部
１７Ｄ／Ａ変換部
１８直交変調部
１９アップコンバータ

Claims

周波数により区別され、送信電力が異なる複数のチャネルを用いて、時間軸上の多元接続により複数の受信装置へ送信する送信装置において、
ＯＦＤＭ送信手段とＭＣ−ＣＤＭＡ送信手段とを有し、
低送信電力チャネルの各スロットは前記ＯＦＤＭ送信手段又は前記ＭＣ−ＣＤＭＡ送信手段を用いて送信され、
高送信電力チャネルの各スロットは前記ＭＣ−ＣＤＭＡ送信手段を用いて送信されるように構成されていることを特徴とする送信装置。
受信装置との通信に、低送信電力チャネルと高送信電力チャネルのどちらを使用するかは、該受信装置との距離、あるいは、キャリア電力対干渉信号電力及び雑音電力比ＣＩＮＲに基づき決定すること、
を特徴とする請求項１に記載の送信装置。
前記低送信電力チャネルのスロット毎に、各受信装置に対する通信状態に基づいて適応的に、前記ＯＦＤＭ送信手段の変調方式若しくはチャネル符号化率、又は前記ＭＣ−ＣＤＭＡ送信手段の変調方式、チャネル符号化率若しくは拡散率を変更し、
前記高送信電力チャネルのスロット毎に、各受信装置に対する通信状態に基づいて適応的に、前記ＭＣ−ＣＤＭＡの変調方式、チャネル符号化率若しくは拡散率を変更するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の送信装置。
前記通信状態は、受信装置との距離、キャリア電力対干渉信号電力及び雑音電力比ＣＩＮＲ、遅延スプレッド、最大ドップラー周波数の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３に記載の送信装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の少なくとも２つの送信装置によって構成される隣接するセルの一定の領域に存在する受信装置に対して、前記少なくとも２つの送信装置は、同時に、該受信装置に対する同一データを送信し、サイトダイバーシチを行うことを特徴とするシステム。
前記ＭＣ−ＣＤＭＡの信号を受信した前記受信装置は、該ＭＣ−ＣＤＭＡのコード間干渉除去について、最小二乗平均誤差手段又は最尤系列推定手段を用いることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
周波数により区別され、送信電力が異なる複数のチャネルを用いて、時間軸上の多元接続により複数の受信装置へ送信する送信方法において、
低送信電力チャネルの各スロットはＯＦＤＭ又はＭＣ−ＣＤＭＡによって送信され、
高送信電力チャネルの各スロットはＭＣ−ＣＤＭＡによって送信されることを特徴とする送信方法。
受信装置との通信に、低送信電力チャネルと高送信電力チャネルのどちらを使用するかは、該受信装置との距離、あるいは、キャリア電力対干渉信号電力及び雑音電力比ＣＩＮＲに基づき決定すること、
を特徴とする請求項７に記載の送信方法。
前記低送信電力チャネルのスロット毎に、各受信装置に対する通信状態に基づいて適応的に、前記ＯＦＤＭの変調方式若しくはチャネル符号化率、又は前記ＭＣ−ＣＤＭＡの変調方式、チャネル符号化率若しくは拡散率を変更し、
前記高送信電力チャネルのスロット毎に、各受信装置に対する通信状態に基づいて適応的に、前記ＭＣ−ＣＤＭＡの変調方式、チャネル符号化率若しくは拡散率を変更することを特徴とする請求項７又は８に記載の送信方法。
前記通信状態は、受信装置との距離と、キャリア電力対干渉信号電力及び雑音電力比ＣＩＮＲ、遅延スプレッド、最大ドップラー周波数の少なくとも１つを含むこと特徴とする請求項９に記載の送信方法。