JP5037650B2

JP5037650B2 - マルチキャリア無線通信システム

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Publication number: JP5037650B2
Application number: JP2010104151A
Authority: JP
Inventors: 博康石川; 政人古館; 利則鈴木
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2024-11-16
Also published as: JP2010213333A

Description

本発明は、基地局との間で無線通信する移動局ごとに、異なる無線周波数のサブキャリアを割当てるマルチキャリア無線通信システムに関する。

従来、基地局との間で無線通信する移動局ごとに、異なる無線周波数のサブキャリアを割当てるマルチキャリア無線通信システムが知られている。
図１２および図１３は、マルチキャリア無線通信システムにおいて、ユーザに割り当てるサブキャリアをシンボル周期単位でホッピングさせる周波数ホッピングを用いた直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；OFDM）方式の概念図である。この周波数ホッピングを用いたＯＦＤＭ（以下、周波数ホッピングＯＦＤＭと称する）方式では、図１２に示すように、シンボル周期Ｔｓごとに、各ユーザが使用するサブキャリアを各々独立に変更しながら通信を行う。ここで、同一セル内では個々のユーザに独立したサブキャリアのホッピングパターンを割り当て、隣接する基地局間では互いに異なるホッピングパターンを割り当てる。これにより、同一周波数における同一チャネル間干渉の影響を軽減することが可能となる。

なお、周波数ホッピングＯＦＤＭ方式における送受信機の構成は、通常のＯＦＤＭ方式のものと同一であり、受信側がサブキャリアの割り当てパターンを事前に把握することにより、自局宛のサブキャリアのみを受信・判定し（高速フーリエ変換（ＦＦＴ）は一括処理）、ベースバンドのデータ系列に変換している。

上述した周波数ホッピングＯＦＤＭ方式に係る従来技術については、例えば特許文献１，２，３に記載されている。また、周波数ホッピングパターンに係る従来技術については、例えば特許文献４，５，６に記載されている。これらの従来技術では、同一セル内干渉の回避、隣接セルから同一チャネル干渉の軽減、並びに、周波数ダイバーシチ効果の獲得を目的として個々のユーザに割り当てるサブキャリアを周波数ホッピングさせている。

特開２００３−１１０５２９号公報特開平７−２８８４９１号公報特開平９−３２１７３６号公報特開２０００−２８６８２２号公報特開２００１−１５６７３９号公報特開２００１−２３０７５３号公報

しかし、上述した従来の周波数ホッピングＯＦＤＭ方式に係る技術では、ランダムのホッピングパターンを使用したり、或いは同じ周波数のサブキャリアが確率的に隣接セルで割り当てられ難いホッピングパターンを使用しており、無線伝搬路やセル間干渉の影響がサブキャリアの割り当て時に考慮されていない。このため、受信品質の悪いサブキャリアが割当てられることにより、受信誤りの発生確率が増大し、通信品質が劣化するという問題が生じる。

例えば、チャネル帯域幅が広帯域になるほどマルチパスによる周波数選択性フェージングの影響を受けやすくなり、ホッピング中の何れかのサブキャリアがレベル的に落ち込んだ場合にシンボル誤りが発生する確率が高くなる。このシンボル誤りを誤り訂正符号やＡＲＱ（Automatic Repeat Request）により補償することになるが、そのためには符号化率の低い誤り訂正符号を使用することになるので、伝送効率が低下するという問題が生じる。また、伝搬路歪による品質劣化に対して送信電力を上げることにより対処した場合には、同じサブキャリア周波数を用いる隣接セルの基地局あるいはユーザに与える干渉電力が大きくなり、システム全体としてパフォーマンスが低下するという問題が生じる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、マルチキャリア無線通信システムにおいて、無線伝搬路の状況に応じてサブキャリアの割り当てを行うことにより、通信品質の悪いサブキャリアが割当てられることを防止し、通信品質の向上を図ることができるマルチキャリア無線通信システムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係るマルチキャリア無線通信システムは、基地局との間で無線通信する移動局ごとに、異なる無線周波数のサブキャリアを割当てるマルチキャリア無線通信システムにおいて、移動局と基地局との間の無線伝搬路を移動局ごと且つサブキャリアごとに推定するチャネル推定手段と、前記推定結果のチャネル推定情報を所定の条件に基づいて判定する判定手段と、前記判定結果に基づき、無線伝搬路上で良好なサブキャリアから成る有効サブキャリア群を移動局ごとに選定する有効サブキャリア群選定手段と、前記選定結果の有効サブキャリア群から移動局に割当てるサブキャリアを選択するサブキャリア割当制御手段と、を有するサブキャリア割当装置であって基地局との間で無線通信する移動局ごとに異なる無線周波数のサブキャリアを割当てるサブキャリア割当装置を備え、前記サブキャリア割当装置による割当結果である移動局とサブキャリアとの対応関係を示すマッピング情報を、移動局と基地局との間で共有するように構成したマルチキャリア無線通信システムであり、移動局ごとに同時に割り当てるサブキャリアに対し、同一のシンボル情報をコピーして割り当て、拡散符号を重畳して周波数拡散を行うと共に、該周波数拡散したサブキャリア群を時間軸上で１サブキャリア単位で周波数ホッピングさせながら送信し、前記サブキャリア割当制御手段により選択されるサブキャリア群は、前記有効サブキャリア群選定手段により選定された有効サブキャリア群から選択されており、前記選択されるサブキャリア群と前記選定された有効サブキャリア群は完全に一致しない、ことを特徴とする。

本発明によれば、マルチキャリア無線通信システムにおいて、無線伝搬路の状況に応じてサブキャリアの割り当てを行うことができるので、通信品質の悪いサブキャリアが割当てられることを防止できる。これにより、通信品質の向上を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る周波数ホッピングＯＦＤＭ方式のマルチキャリア無線通信システムの基地局１００の構成を示すブロック図である。図１に示すマッピング制御回路１０の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るサブキャリア割当処理の手順を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係るサブキャリア割当方法を説明するための概念図である。本発明の一実施形態に係るサブキャリア割当方法を説明するための概念図である。本発明の一実施形態に係るマルチキャリア無線通信システムの移動局２００の構成を示すブロック図である。本発明の他の実施形態に係る基地局１００ａの構成を示すブロック図である。図７に示すマッピング制御回路１０ａの構成を示すブロック図である。本発明の他の実施形態に係る移動局２００ａの構成を示すブロック図である。本発明に係る符号拡散の概念を適用したサブキャリア切替制御方法の実施例を示す概念図である。本発明に係る符号拡散の概念を適用したサブキャリア切替制御方法の実施例を示す概念図である。従来の周波数ホッピングＯＦＤＭ方式の概念図である。従来の周波数ホッピングＯＦＤＭ方式の概念図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る周波数ホッピングＯＦＤＭ方式のマルチキャリア無線通信システムの基地局１００の構成を示すブロック図である。この基地局１００は時分割複信（ＴＤＤ；Time Division Duplex）方式に対応するものであり、図１にはＴＤＤ方式の送受信機能に係る構成が示されている。

先ず、基地局１００の送信機能について説明する。
図１において、ユーザ１〜Ｌ宛ての各々のデータ系列１−１〜Ｌは、データ・マッピング回路２に入力される。データ・マッピング回路２は、マッピング制御回路１０から入力されたマッピング情報に基づき、データ系列１−１〜Ｌの個々に対してサブキャリア番号を割当てる。それらデータ系列１−１〜Ｌとサブキャリア番号の各組は、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）回路３に入力される。上記マッピング情報は、ユーザ（移動局）とサブキャリアとの対応関係を示す情報である。

ＩＦＦＴ３は、データ系列１−１〜Ｌの個々に対してＩＦＦＴを施し、この変換後の各データ系列１−１〜Ｌに対応する信号に対して、それぞれ対応付けられているサブキャリア番号に基づき、該当するサブキャリア周波数を乗算する。この乗算結果として、サブキャリア周波数の個数ｎに対応するｎ個の信号ｆ１〜ｆｎが得られる。これら信号ｆ１〜ｆｎは加算器４に入力される。

加算器４は、それら入力された信号ｆ１〜ｆｎを加算してガードインターバル付加回路５に出力する。
ガードインターバル付加回路５は、その入力された信号に対してガードインターバルを付加する。このガードインターバルが付加された信号（ベースバンド信号）はスイッチ６を介して乗算器７に入力される。
乗算器７は、その入力されたベースバンド信号に対して、高周波発振器８から出力されるキャリア信号を乗算する。この乗算結果の信号はアンテナ９を介して無線送信される。

次に、基地局１００の受信機能について説明する。
図１において、アンテナ９により受信された無線信号は乗算器７に入力され、高周波発振器８から出力されるキャリア信号と乗算される。この乗算結果の信号（ベースバンド信号）は、スイッチ６を介してガードインターバル除去回路１１に入力される。ガードインターバル除去回路１１は、その入力されたベースバンド信号からガードインターバルを除去する。この除去結果の信号は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）回路１２に入力される。

ＦＦＴ回路１２は、その入力された信号に対してＦＦＴを施す。これにより、サブキャリアごとのベースバンド受信信号が得られる。このサブキャリアごとのベースバンド受信信号は、チャネル推定回路１３およびデータ判定回路１４に入力される。

チャネル推定回路１３は、その入力されたサブキャリアごとのベースバンド受信信号に基づき、ユーザごとに、毎シンボル周期または先頭のプリアンブル部分、あるいは定期的に挿入されるパイロットシンボルにより、移動局と自基地局１００との間の無線伝搬路を推定する。この無線伝搬路推定処理では、ユーザごと且つサブキャリアごとに、移動局と基地局１００との間の無線伝搬路の特性を表すパラメータを測定する。例えば、受信信号電力、干渉信号電力、雑音電力、受信信号電力と干渉信号電力の比、受信信号電力と雑音電力の比、又は干渉電力と雑音電力の合成電力と受信信号電力の比などを測定する。このユーザごと且つサブキャリアごとの測定結果のデータ（チャネル推定情報）は、データ判定回路１４およびマッピング制御回路１０に入力される。

データ判定回路１４は、チャネル推定回路１３から入力されたチャネル推定情報に基づき、ＦＦＴ回路１２から入力されたサブキャリアごとのベースバンド受信信号のデータ判定を行う。このデータ判定結果のサブキャリアごとのベースバンド受信信号はデータ・デマッピング回路１５に入力される。

データ・デマッピング回路１５は、マッピング制御回路１０から入力されたマッピング情報に基づき、データ判定回路１４から入力されたサブキャリアごとのベースバンド受信信号に含まれるデータシンボルをユーザ別に並び替える。この並び替えによって各ユーザ１〜Ｌからのデータ系列１６−１〜Ｌが得られる。

また、マッピング制御回路１０は、チャネル推定回路１３から入力されたユーザごと且つサブキャリアごとのチャネル推定情報に基づき、どのユーザに対してどのサブキャリアを割り当てるのが最適であるのかを判断し、この判断結果に基づいたマッピング情報を生成する。

なお、図１では周波数変換時に必要となる低域通過フィルタやタイミング再生回路等の一般的な構成要素については省略している。

図２は、上記した図１に示すマッピング制御回路１０の構成を示すブロック図である。
図２において、マッピング制御回路１０には、上記図１のチャネル推定回路１３からユーザごと且つサブキャリアごとのチャネル推定情報が入力される。また、予め基地局１００に設定されている優先割当制御情報が入力される。この優先割当制御情報は、ユーザの優先度を表す情報である。

図２のマッピング制御回路１０において、閾値判定部２１は、ユーザごと且つサブキャリアごとに、チャネル推定情報を閾値により判定する。具体的には、チャネル推定情報に含まれる無線伝搬路特性に係るパラメータと所定の閾値とを比較し、合否判定する。このユーザごと且つサブキャリアごとの判定結果は、有効サブキャリア群選定部２２に通知される。

有効サブキャリア群選定部２２は、閾値判定部２１から通知されたユーザごと且つサブキャリアごとの判定結果に基づき、ユーザごとに、無線伝搬路上で良好なサブキャリアから成る有効サブキャリア群Ｕを選定する。このユーザごとの有効サブキャリア群Ｕはサブキャリア割当制御回路２３に通知される。

サブキャリア割当制御回路２３は、有効サブキャリア群選定部２２から通知されたユーザごとの有効サブキャリア群Ｕから、それぞれ該当するユーザに割当てるサブキャリアを選択する。このサブキャリア割当処理では、優先割当制御情報に基づき、優先度の高いユーザから順番に、該当する有効サブキャリア群Ｕから一つ或いは複数のサブキャリアを選択し割当てる。このとき、ユーザ間で同じサブキャリアが重複して割り当てられることがないようにする。この割当の結果の情報、つまり、ユーザとサブキャリアとをマッピングした情報（マッピング情報）は、上記図１のデータ・マッピング回路２およびデータ・デマッピング回路１５に入力される。また、該マッピング情報は、制御フレーム生成部３１に入力され、制御フレーム内に格納されて全ユーザに無線送信される。

なお、有効サブキャリア群Ｕからサブキャリアを選択する方法は、各種の方法が考えられる。例えば、ランダムに選択する。或いは、一定の基準（例えば周波数の大きい順）に従って選択する。或いは、チャネル推定情報に基づき、良好なサブキャリアから選択する。

図３は、本実施形態に係るサブキャリア割当処理の手順を示すフローチャートである。
図３において、先ず、ユーザごとに、チャネル推定結果（チャネル推定情報）と所定の閾値Ｔｈ０とを比較する（ステップＳ１）。この閾値比較は、全サブキャリア（サブキャリアの個数Ｎｓ）に対して個々に行う。

次いで、ステップＳ１の比較結果に基づき、ユーザごとに、無線伝搬路上で良好なサブキャリアから成る有効サブキャリア群Ｕを選定する（ステップＳ２）。この有効サブキャリア群Ｕは、当該ユーザ用のサブキャリア候補の集合である。これにより、無線伝搬路上の特性が悪いサブキャリアは、サブキャリア候補から除外される。

図３では、ユーザ単位で利用可能なサブキャリア番号の集合Ｕ_ｉ＝｛a_i1, a_i2, ・・・, a_ix｝が定義されている。但し、iはユーザ番号、a_ixは利用可能なサブキャリア番号（但し、xは１≦x≦Ｎｓの整数、Ｎｓは全サブキャリアの個数）を表す。このとき、ユーザごとにＵ_ｉは独立の集合となるが、その要素が重複する可能性はある。

次いで、ステップＳ２で選択されたユーザごとの有効サブキャリア群Ｕから、ユーザごとに、該当する有効サブキャリア群Ｕから一つ或いは複数のサブキャリアを選択する（ステップＳ３）。ここで、あるユーザ用のサブキャリアを選択する場合、既に他のユーザ用に選択済みのサブキャリアは、当該ユーザのサブキャリア候補から除外する。また、サブキャリアを選択するユーザの順序は、優先割当制御情報のユーザ優先順位に従う。

例えば、ユーザ数がＮ（Ｎは任意の正の整数）であり、同時割当サブキャリア数がｎ（ｎは１≦ｎ≦Ｎｓの整数である場合、第１のユーザは自局が利用可能なサブキャリア番号の集合Ｕ_１＝｛a₁₁, a₁₂, ・・・, a_1x｝から、無線通信に用いる第１番目から第ｎ番目のサブキャリア番号をランダム、あるいは一定の基準（例えば受信信号電力の高いサブキャリアから順次選択する、一定間隔で選択する、定式を用いて選択する等）に基づいて選択する。次いで、第２のユーザは、自局が利用可能なサブキャリア番号の集合Ｕ_２＝｛a₂₁, a₂₂, ・・・, a_2x｝のうち、第１のユーザが選択したサブキャリア番号を除外した残りのサブキャリア番号の中から、無線通信に用いる第１番目から第ｎ番目のサブキャリア番号をランダム、あるいは一定の基準（同上）に基づいて選択する。同様にして全ユーザのサブキャリア番号の選択を行う。

次いで、ステップＳ３のサブキャリア選択の結果、有効サブキャリア群Ｕの中に、利用可能なサブキャリアがなかったユーザについては（ステップＳ４の判定結果がＮＯ）、当該ユーザの有効サブキャリア群Ｕの中のサブキャリアに隣接するサブキャリアであって未割当のサブキャリアを探索し、発見したサブキャリアを当該ユーザに割当てる（ステップＳ５）。

次いで、上記ステップＳ３又はＳ５のユーザごとのサブキャリア割当結果に基づき、ユーザごとに、利用するサブキャリアを特定するサブキャリア番号を決定する（ステップＳ６）。

次いで、その決定したサブキャリア番号とユーザとの対応関係を示すマッピング情報を生成する（ステップＳ７）。

なお、上記した図３のサブキャリア割当処理の実行周期は、（１）毎シンボルごと、（２）ｋシンボル（１＜ｋ＜Ｍ；Ｍは１周波数ホッピングブロックに相当するシンボル数）ごと、（３）１周波数ホッピングブロック（Ｍシンボル）ごと、（４）ｍ周波数ホッピングブロック（ｍは２以上の整数）ごと、（５）任意の時間単位、などのいずれであってもよい。

また、ユーザの優先順位付けの方法については、様々な方法が考えられるが、本発明では特に制限を設ける必然性はない。

なお、有効サブキャリア群の中に利用可能なサブキャリアが存在しない場合の処理（図３のステップＳ５）において、上記したように、有効サブキャリア群中のサブキャリアに隣接するサブキャリアを順番にサーチし、空きのサブキャリアを発見した順に選択する、以外の方法も適用可能である。例えば、何れの局にも割り当てられていない任意のサブキャリアを選択するようにしてもよい。或いは、閾値Ｔｈ０を２段階、あるいはそれ以上の段階で用意しておき、第１の閾値Ｔｈ０で得られた有効サブキャリア群中でサブキャリア候補がなくなった場合、第２の閾値Ｔｈ０を用いて新たな有効サブキャリア群を選択するようにしてもよい。また、閾値Ｔｈ０を極端に低く設定すれば、全ユーザについて全サブキャリアを対象とした選定を行うことになり、その場合は第１のユーザから順に、例えば受信信号電力の高いサブキャリアから選定するようにしてもよい。

図４および図５は本実施形態に係るサブキャリア割当方法を説明するための概念図である。
図４には、シンボル周期Ｔｓごとに、各ユーザに割り当てるサブキャリアがホッピングしていく様子を示している。
図４において、時刻ｔ＝０〜３Ｔｓの期間では、
ユーザ１の有効サブキャリア群Ｕ_１＝｛ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，ｆ_４，ｆ_５，ｆ_６，ｆ_７｝、
ユーザＬの有効サブキャリア群Ｕ_Ｌ＝｛ｆ_４，ｆ_５，ｆ_６，ｆ_７，ｆ_８，ｆ_９，ｆ_１０｝、
ユーザｉの有効サブキャリア群Ｕ_ｉ＝｛ｆ_ｎ−５，ｆ_ｎ−４，ｆ_ｎ−３，ｆ_ｎ−２，ｆ_ｎ−1，ｆ_ｎ｝、
が各ユーザのチャネル推定情報に基づいてそれぞれ選択されている。ここで、ユーザ１の有効サブキャリア群Ｕ_１とユーザＬの有効サブキャリア群Ｕ_Ｌの中には、お互いに重複するサブキャリアｆ_４，ｆ_５，ｆ_６，ｆ_７が含まれている。

そして、例えばユーザ１に着目すると、ユーザ１のサブキャリアには、有効サブキャリア群Ｕ_１から、
時刻ｔ＝０〜Ｔｓの期間ではサブキャリアｆ_２が、
時刻ｔ＝Ｔｓ〜２Ｔｓの期間ではサブキャリアｆ_３が、
時刻ｔ＝２Ｔｓ〜３Ｔｓの期間ではサブキャリアｆ_４が、
それぞれ選択されている。

同様に、ユーザＬのサブキャリアは有効サブキャリア群Ｕ_Ｌから、また、ユーザｉのサブキャリアは有効サブキャリア群Ｕ_ｉから、それぞれ選択される。このとき、ユーザＬのサブキャリアには、ユーザ１のサブキャリアとは異なるものが選択される。

そして、時刻ｔ＝ｋＴｓ〜（ｋ＋１）Ｔｓの期間では、各ユーザの有効サブキャリア群が更新されている。このように、有効サブキャリア群は、無線伝搬路の状況に応じて適宜アップデートを図ることが好ましい。

図５には、一ユーザ（ユーザ１）に係る周波数ホッピングの一例が示されている。
図５において、ユーザ１の有効サブキャリア群Ｕ_１は、Ｍ個のサブキャリアの中から部分的に選定されている。図５の例では、周波数ホッピングの１周期に対応する周期ブロック（破線で囲まれたブロック）は３つに分割されている。つまり、破線で囲まれた３つのブロックが、周波数ホッピングの１周期分である。ユーザ１の有効サブキャリア群Ｕ_１は、その周期ブロックに対応するサブキャリアから構成されている。

そして、図５では、ユーザ１に係るサブキャリアの周波数ホッピングのパターンが２種類（第１，第２のホッピングパターン）示されている。第１のホッピングパターンは、ユーザ１の有効サブキャリア群Ｕ_１から選択されたサブキャリア系列Ｕ_１１である。第２のホッピングパターンは、ユーザ１の有効サブキャリア群Ｕ_１から選択されたサブキャリア系列Ｕ_１２である。

図５に示されるように、一つのホッピングパターン中に、同じサブキャリアが複数回使用されている。例えば、サブキャリア系列Ｕ_１１では、最大周波数のサブキャリア１、２番目に大きな周波数のサブキャリア２、最小周波数のサブキャリアＭなどが複数回使用されている。しかし、これらのサブキャリアは、いずれもユーザ１に対して無線伝搬路上で良好なものであるので、通信品質の向上を図ることができる。

なお、周期ブロックごと、あるいは周期ブロックの整数倍ごとに、有効サブキャリア群の更新を行うことにより、無線伝搬路の時間変動に対して円滑に追従することができる。

図６は、本実施形態に係るマルチキャリア無線通信システムの移動局２００の構成を示すブロック図である。この移動局２００はＴＤＤ方式に対応するものであり、図６にはＴＤＤ方式の送受信機能に係る構成が示されている。マルチキャリア無線通信システムのユーザは、移動局２００を使用して基地局１００に無線接続することにより、無線通信を行うことができる。

先ず、移動局２００の送信機能について説明する。
図６において、送信データ系列２０１は、データ・マッピング回路２０２に入力される。データ・マッピング回路２０２は、マッピング情報検出回路２１０から入力されたマッピング情報に基づき、送信データ系列２０１に対してサブキャリア番号を割当てる。この送信データ系列２０１とサブキャリア番号の組は、ＩＦＦＴ回路２０３に入力される。

ＩＦＦＴ２０３は、送信データ系列２０１に対してＩＦＦＴを施し、この変換後の信号に対して、送信データ系列２０１に対応付けられているサブキャリア番号に基づき、該当するサブキャリア周波数を乗算する。この乗算結果として、サブキャリア周波数の個数ｎに対応するｎ個の信号ｆ１〜ｆｎが得られる。これら信号ｆ１〜ｆｎは加算器２０４に入力される。

加算器２０４は、それら入力された信号ｆ１〜ｆｎを加算してガードインターバル付加回路２０５に出力する。
ガードインターバル付加回路２０５は、その入力された信号に対してガードインターバルを付加する。このガードインターバルが付加された信号（ベースバンド信号）はスイッチ２０６を介して乗算器２０７に入力される。
乗算器２０７は、その入力されたベースバンド信号に対して、高周波発振器２０８から出力されるキャリア信号を乗算する。この乗算結果の信号はアンテナ２０９を介して無線送信される。

次に、移動局２００の受信機能について説明する。
図６において、アンテナ２０９により受信された無線信号は乗算器２０７に入力され、高周波発振器２０８から出力されるキャリア信号と乗算される。この乗算結果の信号（ベースバンド信号）は、スイッチ２０６を介してガードインターバル除去回路２１１に入力される。ガードインターバル除去回路２１１は、その入力されたベースバンド信号からガードインターバルを除去する。この除去結果の信号は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）回路２１２に入力される。

ＦＦＴ回路２１２は、その入力された信号に対してＦＦＴを施す。これにより、サブキャリアごとのベースバンド受信信号が得られる。このサブキャリアごとのベースバンド受信信号は、チャネル推定回路２１３およびサブキャリア選択／判定回路２１４に入力される。

チャネル推定回路２１３は、その入力されたサブキャリアごとのベースバンド受信信号に基づき、毎シンボル周期または先頭のプリアンブル部分、あるいは定期的に挿入されるパイロットシンボルにより、基地局１００と自移動局２００との間の無線伝搬路を推定する。この無線伝搬路推定処理では、マッピング情報検出回路２１０から入力されたマッピング情報に基づき、無線伝搬路を推定する対象となるサブキャリアを選択し、この選択したサブキャリアについての無線伝搬路特性に係るパラメータを測定する。例えば、受信信号電力、干渉信号電力、雑音電力、受信信号電力と干渉信号電力の比、受信信号電力と雑音電力の比、又は干渉電力と雑音電力の合成電力と受信信号電力の比などを測定する。この測定結果のデータ（チャネル推定情報）は、サブキャリア選択／判定回路２１４に入力される。

サブキャリア選択／判定回路２１４は、チャネル推定回路２１３から入力されたチャネル推定情報に基づき、ＦＦＴ回路２１２から入力されたサブキャリアごとのベースバンド受信信号のデータ判定を行う。このデータ判定処理では、マッピング情報検出回路２１０から入力されたマッピング情報に基づき、データ判定対象となるサブキャリアを選択し、この選択したサブキャリアについてのデータ判定を行う。このデータ判定結果のサブキャリアごとのベースバンド受信信号はパラレル／シリアル変換回路２１５に入力される。

パラレル／シリアル変換回路２１５は、入力されたパラレル信号をシリアル信号に変換し、シリアルデータ系列として出力する。この出力されたシリアルデータ系列は、受信フレームの受信タイミングに応じてスイッチ２１６により、マッピング情報検出回路２１０に入力されるか、或いは、受信データ系列２１７として出力される。

マッピング情報検出回路２１０には、受信フレームのうち、制御フレームが入力される。マッピング情報検出回路２１０は、入力された制御フレームの中から、マッピング情報を取り出す。このマッピング情報は、上記した基地局１００のマッピング制御回路１０が生成し、制御フレームにより全ユーザに配信されたものである。つまり、該マッピング情報は、基地局１００および全ユーザ間で共有される。

なお、図６では周波数変換時に必要となる低域通過フィルタやタイミング再生回路等の一般的な構成要素については省略している。

次に、本発明の他の実施形態として、周波数ホッピングＯＦＤＭ方式および周波数分割複信（ＦＤＤ；Frequency Division Duplex）方式のマルチキャリア無線通信システムについて説明する。

上述した実施形態におけるＴＤＤ方式の場合、基地局１００は送受信に同じ無線周波数を使用して、移動局２００への送信と移動局２００からの受信とを時分割で行う。したがって、基地局１００と移動局２００間の無線伝搬路は送受信で同じとなる。このため、基地局１００が受信した信号に基づいて測定したチャネル推定情報は、基地局１００と移動局２００間の双方向の無線伝搬路に対して有効である。これにより、該チャネル推定情報に基づいて、基地局１００と移動局２００間の双方向の無線伝搬路に共通のサブキャリア割当を行うことができる。つまり、上記した基地局１００が生成したマッピング情報は、基地局１００と移動局２００間の双方向の無線伝搬路に対して共通のものとなる。

しかしながら、ＦＤＤ方式の場合、送受信で異なる無線周波数を使用するので、基地局と移動局間の無線伝搬路は送受信で異なる。したがって、基地局から移動局へ送信する際のサブキャリア割当には、移動局が受信した無線信号に基づいて測定したチャネル推定情報が必要となる。また、移動局から基地局へ送信する際のサブキャリア割当には、基地局が受信した無線信号に基づいて測定したチャネル推定情報が必要となる。
以下、このようなＦＤＤ方式に適用可能な基地局および移動局について説明する。なお、以下の説明においては、移動局から基地局へ向う方向を「上り」と称し、基地局から移動局へ向う方向を「下り」と称する。

図７は、本発明のＦＤＤ方式の実施形態に係る基地局１００ａの構成を示すブロック図である。図７にはＦＤＤ方式の送受信機能に係る構成が示されている。この図７において図１の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。

図７の基地局１００ａにおいて、チャネル推定回路１３は、基地局１００ａが受信した信号に基づいて、上りリンクのチャネル推定情報（上りリンク・チャネル推定情報）を測定する。また、データ判定回路１４ａは、基地局１００ａが受信した信号の中から、各ユーザから送信された下りリンク・チャネル推定情報を取り出す。下りリンク・チャネル推定情報は、移動局が受信した信号に基づいて測定された下りリンクのチャネル推定情報である。上りリンク・チャネル推定情報および下りリンク・チャネル推定情報は、マッピング制御回路１０ａに入力される。

マッピング制御回路１０ａは、上りリンク・チャネル推定情報に基づいて上りリンクのサブキャリア割当を行い、また、下りリンク・チャネル推定情報に基づいて下りリンクのサブキャリア割当を行う。

図８は、図７に示すマッピング制御回路１０ａの構成を示すブロック図である。図８に示されるように、マッピング制御回路１０ａは、上りリンクのサブキャリア割当用の閾値判定部２１−１および有効サブキャリア群選定部２２−１と、下りリンクのサブキャリア割当用の閾値判定部２１−２および有効サブキャリア群選定部２２−２と、サブキャリア割当制御回路２３ａとを有する。

図８において、閾値判定部２１−１は、各ユーザの上りリンク・チャネル推定情報を閾値判定する。有効サブキャリア群選定部２２−１は、その閾値判定結果に基づき、各ユーザの上りリンク用の有効サブキャリア群Ｕｕを選定する。サブキャリア割当制御回路２３ａは、その各ユーザの上りリンク用の有効サブキャリア群Ｕｕから、ユーザごとに、上りリンク用のサブキャリアを選択して上りリンク・マッピング情報を生成する。この上りリンク・マッピング情報は、制御フレーム生成部３１に入力される。

同様に、閾値判定部２１−２は、各ユーザの下りリンク・チャネル推定情報を閾値判定する。有効サブキャリア群選定部２２−２は、その閾値判定結果に基づき、各ユーザの下りリンク用の有効サブキャリア群Ｕｄを選定する。サブキャリア割当制御回路２３ａは、その各ユーザの下りリンク用の有効サブキャリア群Ｕｄから、ユーザごとに、下りリンク用のサブキャリアを選択して下りリンク・マッピング情報を生成する。この下りリンク・マッピング情報は、図７のデータ・マッピング回路２およびデータ・デマッピング回路１５、並びに制御フレーム生成部３１に入力される。

制御フレーム生成部３１に入力された上りリンク・マッピング情報および下りリンク・マッピング情報は、制御フレーム内に格納されて全ユーザに無線送信される。

図９は、本発明のＦＤＤ方式の実施形態に係る移動局２００ａの構成を示すブロック図である。図９にはＦＤＤ方式の送受信機能に係る構成が示されている。この図９において図６の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。マルチキャリア無線通信システムのユーザは、移動局２００ａを使用して基地局１００ａに無線接続することにより、無線通信を行うことができる。

図９の移動局２００ａでは、上り用と下り用それぞれに乗算器２０７−１，２０７−２、高周波発振器２０８−１，２０８−２、アンテナ２０９−１，２０９−２が設けられる。また、下りリンク・チャネル推定情報制御回路２２０が設けられる。

図９の移動局２００ａにおいて、データ・マッピング回路２０２は、マッピング情報検出回路２１０から入力された上りリンク・マッピング情報に基づき、送信データ系列２０１に対してサブキャリア番号を割当てる。

マッピング情報検出回路２１０ａは、自移動局２００ａが受信した制御フレームの中から、上りリンク・マッピング情報および下りリンク・マッピング情報を取り出す。これら上りリンク・マッピング情報および下りリンク・マッピング情報は、上記した基地局１００ａのマッピング制御回路１０ａが生成し、制御フレームにより全ユーザに配信されたものである。つまり、該上りリンク・マッピング情報および下りリンク・マッピング情報は、基地局１００ａおよび全ユーザ間で共有される。

チャネル推定回路２１３ａは、ＦＦＴ回路２１２から入力されたサブキャリアごとのベースバンド受信信号に基づき、毎シンボル周期または先頭のプリアンブル部分、あるいは定期的に挿入されるパイロットシンボルにより、基地局１００ａと自移動局２００ａとの間の無線伝搬路を推定する。この無線伝搬路推定処理では、マッピング情報検出回路２１０から入力された下りリンク・マッピング情報に基づき、無線伝搬路を推定する対象となるサブキャリアを選択し、この選択したサブキャリアについての無線伝搬路特性に係るパラメータを測定する。この測定結果のデータ（下りリンク・チャネル推定情報）は、サブキャリア選択／判定回路２１４および下りリンク・チャネル推定情報制御回路２２０に入力される。

サブキャリア選択／判定回路２１４は、チャネル推定回路２１３から入力された下りリンク・チャネル推定情報に基づき、ＦＦＴ回路２１２から入力されたサブキャリアごとのベースバンド受信信号のデータ判定を行う。

また、下りリンク・チャネル推定情報制御回路２２０は、チャネル推定回路２１３から入力された下りリンク・チャネル推定情報を制御情報に加工してデータ・マッピング回路２０２に出力する。データ・マッピング回路２０２は、その入力された下りリンク・チャネル推定情報を上りリンク信号の制御ヘッダ内に格納する。これにより、移動局２００ａが受信した信号に基づいて測定された下りリンク・チャネル推定情報は、基地局１００ａに無線送信される。

このようにＦＤＤ方式の場合、上下リンクが異なる周波数を用いることから、各々独立にチャネル推定を行う必要がある。即ち、上りリンクについては、基地局が、各ユーザから伝送される上りリンク信号の通信品質（受信信号電力等）を測定して、その状態を元に各ユーザの周波数ホッピングパターンを基地局で決定し、その情報をユーザに対して通知する。一方、下りリンクについては、各ユーザが、基地局から伝送される下りリンク信号の通信品質（受信信号電力等）を測定し、チャネル情報そのもの、あるいは、ユーザ側で選定したサブキャリア群に関する情報を基地局側にフィードバックし、その情報に基づいて基地局側で周波数ホッピングパターンを決定するとともに、制御情報として各ユーザに報知する。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

例えば、ＴＤＤ方式の場合、上下リンクは同じ周波数を用いることから、基本的に同じチャネル特性（無線伝搬路特性）を有するものと考えられる。従って、上下何れかの方向でチャネル推定を行い、その結果に基づいてサブキャリア群を選定し、周波数ホッピングパターンを決定すれば良い。
即ち、上述した実施形態のように、各ユーザから伝送される上りリンク信号の通信品質（受信信号電力等）を測定して、その状態を元に各ユーザの周波数ホッピングパターンを基地局で決定し、その情報をユーザに対して通知するように構成する。或いは、他の実施例として、各ユーザが、自移動局で受信する下りリンク信号の通信品質（受信信号電力等）に基づいてサブキャリア群を選定し、その情報を基地局にフィードバックして基地局側で周波数ホッピングパターンを決定し、その情報をユーザに対して通知するように構成してもよい。

なお、符号拡散の概念を適用してサブキャリア切替制御を行うようにしてもよい。図１０および図１１は、符号拡散の概念を適用したサブキャリア切替制御方法の実施例を示す概念図である。
図１０において、破線で囲まれた時間・周波数拡散を行うブロック内で、ホッピングするサブキャリアに同じ情報データ３０１をコピーして複数割り当て、更に拡散符号を重畳することにより時間軸および周波数軸で同時にスペクトル拡散処理を施す。このように、ホッピングするサブキャリアに拡散処理を施すことにより、時間軸および周波数軸で同時に耐干渉性を獲得することができる。また、ＭＭＳＥＣにより逆拡散処理を行うことにより、時間・周波数ダイバーシチ効果を同時に得ることも期待できる。

図１１では、拡散符号長をＮと設定した場合に、Ｎ多重することにより同時に通信できるユーザ数を増やす、あるいは、ユーザ当りの伝送速度をマルチコード化によって高速化する手法を表している。この手法を適用することにより周波数利用効率を最大限高めることが可能となる。

このように、周波数ホッピングを行うサブキャリアに拡散符号を割り当てることにより、同一チャネル干渉に耐性を持ち、且つ、時間・周波数ダイバーシチ効果が得られる特性の優れた無線方式を提供することが可能となる。更に、直交関係にある拡散符号を割り当てることにより、同一サブチャネルを複数のユーザで同時に使用しながら通信を行うことが可能となり、単純に時間・周波数拡散を行う周波数ホッピングＯＦＤＭ方式に比較して通信容量を増やすことが可能となる。

なお、本発明は、各種の無線通信システムに適用することができる。例えば、ディジタルセルラーシステム、ディジタル移動通信システム、高速無線アクセス、加入者系無線アクセス、固定マイクロ波伝送、無線ＬＡＮ、パーソナルエリアネットワーク、ディジタル衛星通信、移動衛星システム、センサーネットワーク等のディジタル無線通信システムに適用可能である。

２，２０２…データ・マッピング回路、３，２０３…逆高速フーリエ変換回路（ＩＦＦＴ）、４，２０４…加算器（Σ）、５，２０５…ガードインターバル付加回路、６，２０６，２１６…スイッチ、７，２０７…乗算器、８，２０８…高周波発振器（ｆｃ）、９，２０９…アンテナ、１０，１０ａ…マッピング制御回路、１１，２１１…ガードインターバル除去回路、１２，２１２…高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ）、１３，２１３，２１３ａ…チャネル推定回路、１４，１４ａ…データ判定回路、１５…データ・デマッピング回路、２１…閾値判定部、２２…有効サブキャリア群選定部、２３，２３ａ…サブキャリア割当制御回路、３１…制御フレーム生成部、１００，１００ａ…基地局、２００，２００ａ…移動局、２１０，２１０ａ…マッピング情報検出回路、２１４…サブキャリア選択／判定回路、２１５…パラレル／シリアル変換回路、２２０…下りリンク・チャネル推定情報制御回路。

Claims

基地局との間で無線通信する移動局ごとに、異なる無線周波数のサブキャリアを割当てるマルチキャリア無線通信システムにおいて、
移動局と基地局との間の無線伝搬路を移動局ごと且つサブキャリアごとに推定するチャネル推定手段と、前記推定結果のチャネル推定情報を所定の条件に基づいて判定する判定手段と、前記判定結果に基づき、無線伝搬路上で良好なサブキャリアから成る有効サブキャリア群を移動局ごとに選定する有効サブキャリア群選定手段と、前記選定結果の有効サブキャリア群から移動局に割当てるサブキャリアを選択するサブキャリア割当制御手段と、を有するサブキャリア割当装置であって基地局との間で無線通信する移動局ごとに異なる無線周波数のサブキャリアを割当てるサブキャリア割当装置を備え、
前記サブキャリア割当装置による割当結果である移動局とサブキャリアとの対応関係を示すマッピング情報を、移動局と基地局との間で共有するように構成したマルチキャリア無線通信システムであり、
移動局ごとに同時に割り当てるサブキャリアに対し、同一のシンボル情報をコピーして割り当て、拡散符号を重畳して周波数拡散を行うと共に、該周波数拡散したサブキャリア群を時間軸上で１サブキャリア単位で周波数ホッピングさせながら送信し、
前記サブキャリア割当制御手段により選択されるサブキャリア群は、前記有効サブキャリア群選定手段により選定された有効サブキャリア群から選択されており、前記選択されるサブキャリア群と前記選定された有効サブキャリア群は完全に一致しない、
ことを特徴とするマルチキャリア無線通信システム。