JP4237784B2 - 送信装置及び受信装置並びに無線通信システム - Google Patents

Description

この発明は、無線通信システムの送信機および受信機の構成に関し、特に、ＯＦＤＭ方式とシングルキャリア方式が混在する場合における送信機および受信機の構成に関する。

従来、ＯＦＤＭ方式とシングルキャリア方式が混在する方法としては、ダウンリンクにＯＦＤＭ方式を用い、アップリンクにシングルキャリア方式を用いるものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、一定範囲内のサブキャリアのうち、中心付近に位置する２つのサブサブキャリアを用いて、シングルキャリア受信機に送信するＯＦＤＭ送信機がある（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−１７４７２５号公報 特開２０００−１５１５４７号公報

このように従来方式においては、ＯＦＤＭ方式とシングルキャリア方式を同時に利用できない問題があった。また、ＯＦＤＭ送信機からシングルキャリア受信機に送信する際に、２つのサブキャリアしか利用することができない問題があった。さらに、ＯＦＤＭ方式とシングルキャリア方式が干渉無く共存することができない問題があった。

この発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、ＯＦＤＭ信号とシングルキャリア信号とを同時に送信する送信機構成を提供することを目的とする。また、ＯＦＤＭ信号とシングルキャリア信号とを同時に受信する受信機構成を提供することを目的とする。また、シングルキャリア信号とＯＦＤＭ信号との相互の干渉を最小にできるシングルキャリア送受信機およびＯＦＤＭ送受信機の構成を提供することを目的とする。

本発明の一態様による送信装置は、
変調方式としてマルチキャリア変調方式を使用する送信装置において、
前記マルチキャリア変調方式に基づく復調処理を施すマルチキャリア受信装置に送信する送信対象のデータに対して、変調処理を施すことにより、振幅及び位相のデータからなる振幅位相データを生成するデータ変調手段と、
前記マルチキャリア受信装置より少ない数のサブキャリアを使用する受信装置に送信する送信対象のデータを、複数の周波数成分に分解するようにして、変調処理を施すことにより、周波数軸上のデータである周波数データを生成する変調手段と、
複数のサブキャリアに前記振幅位相データを割り当てると共に、前記振幅位相データが割り当てられるサブキャリアの数より少ない数のサブキャリアに、前記周波数データを割り当てた上で、前記振幅位相データ及び前記周波数データを、前記マルチキャリア受信装置及び前記受信装置に同一のタイミングで送信する送信手段と、を備え、
前記変調手段は、
前記受信装置に送信する前記送信対象のデータに対して、変調処理を施すことにより、振幅及び位相のデータからなる、周波数データ生成用振幅位相データを生成する周波数データ生成用データ変調手段と、
前記周波数データ生成用振幅位相データに対してフーリエ変換を行って、前記周波数データ生成用振幅位相データを複数の周波数成分に分解することにより、周波数領域データを生成するフーリエ変換手段と、
前記周波数領域データの一部を前記周波数領域データに付加して、前記周波数領域データを拡張することにより、拡張データを生成するデータ拡張手段と、
前記拡張データに対して、フィルタ係数を乗積することにより、前記周波数データを生成し出力するフィルタ処理手段と
を備えることを特徴とする送信装置。

また本発明の一態様による送信装置は、
送信対象のデータに対して、変調処理を施すことにより、振幅及び位相のデータからなる振幅位相データを生成するデータ変調手段と、
前記振幅位相データの一部を、前記振幅位相データの先頭及び末尾に付加して、前記振幅位相データを拡張することにより、拡張データを生成するデータ拡張手段と、
前記拡張データを形成するシンボル間に所定のデータを挿入することにより、アップサンプリングし、得られたアップサンプリングデータを出力するアップサンプリング手段と、
前記アップサンプリングデータに対して、波形整形フィルタ処理を行い、得られたフィルタ処理データを出力するフィルタ処理手段と、
前記フィルタ処理データの先頭及び末尾の一部を除去し、得られた除去データを出力する除去手段と、
前記除去データの末尾の一部をコピーするようにして、前記除去データの先頭に付加する付加手段と
を備える。

また本発明の一態様による無線通信システムは、
変調方式としてマルチキャリア変調方式を使用する基地局と、マルチキャリア変調方式を使用するマルチキャリア端末装置と、前記マルチキャリア端末装置より少ない数のサブキャリアを使用する端末装置とが無線接続された無線通信システムであって、
前記基地局は、
前記マルチキャリア端末装置に送信する送信対象のデータに対して、変調処理を施すことにより、振幅及び位相のデータからなる振幅位相データを生成するデータ変調手段と、
前記端末装置に送信する送信対象のデータを、複数の周波数成分に分解するようにして、変調処理を施すことにより、周波数軸上のデータである周波数データを生成する変調手段と、
複数のサブキャリアに前記振幅位相データを割り当てると共に、前記振幅位相データが割り当てられるサブキャリアの数より少ない数のサブキャリアに、前記周波数データを割り当てた上で、前記振幅位相データ及び前記周波数データを、前記マルチキャリア端末装置及び前記端末装置に同一のタイミングで送信する送信手段と
を有する基地局用送信部と、
受信信号に対してフーリエ変換を行って、前記受信信号を複数の周波数成分に分解することにより、周波数領域データを生成するフーリエ変換手段と、
前記周波数領域データの中から、前記マルチキャリア端末装置が用いるサブキャリアに割り当てられたマルチキャリア受信データと、前記端末装置が用いるサブキャリアに割り当てられた受信データとを抽出し、これらを分割して出力する分割手段と、
前記マルチキャリア受信データに対して、前記マルチキャリア変調方式に基づく復調処理を施すデータ復調手段と、
前記受信データを時間軸上のデータに変換するようにして復調処理を施す復調手段と
を有する基地局用受信部と
を備え、
前記マルチキャリア端末装置は、
前記マルチキャリア変調方式に基づく変調処理を施した上で送信するマルチキャリア端末用送信部と、
受信信号に対して前記マルチキャリア変調方式に基づく復調処理を施すマルチキャリア端末用受信部と
を備え、
前記端末装置は、
送信対象のデータに対して、変調処理を施すことにより、振幅及び位相のデータからなる振幅位相データを生成する端末装置用データ変調手段と、
前記振幅位相データの一部を、前記振幅位相データの先頭及び末尾に付加して、前記振幅位相データを拡張することにより、拡張データを生成するデータ拡張手段と、
前記拡張データを形成するシンボル間に所定のデータを挿入することにより、アップサンプリングし、得られたアップサンプリングデータを出力するアップサンプリング手段と、
前記アップサンプリングデータに対して、波形整形フィルタ処理を行い、得られたフィルタ処理データを出力するフィルタ処理手段と、
前記フィルタ処理データの先頭及び末尾の一部を除去し、得られた除去データを出力する除去手段と、
前記除去データの末尾の一部をコピーするようにして、前記除去データの先頭に付加する付加手段と
を有する端末用送信部と、
受信信号に対して所定の復調処理を施す端末用受信部と
を備え、
前記端末装置から送信される送信信号に付加されるサイクリックプリフェクス長と、前記マルチキャリア送信装置から送信される送信信号に付加されるサイクリックプリフェクス長とは等しい。

本発明によれば、端末装置と、マルチキャリア端末装置と、これらと同時に通信が可能な基地局とが無線接続された無線通信システムを実現することができる。

以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。

本実施の形態による無線通信システムは、伝送方式としてＯＦＤＭ方式を使用する基地局（以下、これをＯＦＤＭ基地局とよぶ）と、ＯＦＤＭ方式を使用する高速通信用ユーザ端末（以下、これをＯＦＤＭ端末と呼ぶ）と、例えば音声専用端末など、シングルキャリア方式を使用する低速通信用ユーザ端末（以下、これをシングルキャリア端末と呼ぶ）とを有する。

ところで、ＯＦＤＭ方式は、周波数軸上における処理が可能なことから、広帯域で伝送レートの高い無線通信システムに適している。しかし、ＯＦＤＭ送信機およびＯＦＤＭ受信機は、ＦＦＴ回路を必要とするため、ユーザ端末のコストやサイズが大きくなる傾向にある。

かかるＯＦＤＭ無線通信システムでは、例えば音声専用端末のように、伝送レートがそれほど高くなく、できるだけ安価なユーザ端末を収容する要求がある。このような要求を満たすには、高価なＯＦＤＭ端末だけでなく、ＦＦＴ回路を必要としない、安価なシングルキャリア端末をも同時に収容できるＯＦＤＭ無線通信システムが必要である。

本実施の形態では、ＯＦＤＭ基地局が、ＯＦＤＭ端末だけでなく、シングルキャリア端末とも同時に通信することができる無線通信システムを提案する。以下、かかる無線通信システムについて説明する。ここでは、まず、ＯＦＤＭ基地局からＯＦＤＭ端末及びシングルキャリア端末へ無線信号伝送する場合における下りリンクについて説明する。

図１は、本実施の形態による無線通信システム１００の一構成例を示す図であり、この無線通信システム１００は、シングルキャリア方式を使用するシングルキャリア受信機１０２と、ＯＦＤＭ方式を使用するＯＦＤＭ受信機１０３と、シングルキャリア受信機１０２とＯＦＤＭ受信機１０３にデータを同時に送信するＯＦＤＭ送信機１０１とからなる。

図２に示すように、ＯＦＤＭ送信機１０１は、全サブキャリアのうち一部のサブキャリア２０１を用いて、シングルキャリア受信機１０２へデータを送信し、それ以外のサブキャリア２０２を用いて、ＯＦＤＭ受信機１０３へデータを送信する。なお、図中１本の矢印は、１本のサブキャリアを示す。

図３は、シングルキャリア受信機１０２とＯＦＤＭ受信機１０３へデータを同時に送信する、本実施の形態によるＯＦＤＭ送信機１０１の一構成例を示す図である。シングルキャリア受信機１０２への送信データである第１のデータ列３０１は、シングルキャリア信号変調部３０２において、周波数データ列３０３に変換される。

この場合、シングルキャリア信号変調部３０２は、ＯＦＤＭ送信機１０１から送信される第１のデータ列３０１の信号波形が、シングルキャリア送信機によって生成される信号波形とほぼ同一になるように、第１のデータ列３０１を周波数データ列３０３に変換する。これより、シングルキャリア受信機１０２は、この第１のデータ列３０１を受信することができる。

一方、ＯＦＤＭ受信機１０３への送信データである第２のデータ列３０４は、データ変調部３０５において、第２の変調データ列３０６に変調される。第２の変調データ列３０６は、例えば、ＱＰＳＫやＱＡＭといった位相振幅変調における信号点のベクトルである。

次に、マッピング部３０７は、周波数データ列３０３と第２の変調データ列３０６を、それぞれ異なるサブキャリアにマッピングする。例えば、図２に示すように、マッピング部３０７は、全サブキャリアのうち、一部のサブキャリア２０１を周波数データ列３０３に割り当て、それ以外のサブキャリア２０２を第２の変調データ列３０６に割り当てる。

マッピング部３０７から出力されたデータは、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）処理部３０８において、一括してＩＦＦＴ処理されることにより、時間軸のデータ列に変換される。この時間軸のデータ列は、ＣＰ付加部３０９においてサイクリックプリフェクスが付加された後、Ｄ／Ａ変換部３１０においてアナログ信号に変換された上で、ＲＦ／ＩＦ送信部３１１を介してアンテナ３１２から送信される。なお、マッピング部３０７、ＩＦＦＴ処理部３０８、ＣＰ付加部３０９、Ｄ／Ａ変換部３１０、ＲＦ／ＩＦ送信部３１１及びアンテナ３１２は、送信手段を形成する。

このように、ＯＦＤＭ送信機１０１から送信される１つのＯＦＤＭシンボルには、第１のデータ列３０１と第２のデータ列３０４とが含まれている。

図４は、周波数データ列３０３を生成するシングルキャリア信号変調部３０２の構成を示す図である。データ変調部４０１は、第１のデータ列３０１を、例えばＱＰＳＫやＱＡＭなどの位相振幅変調の信号点のベクトルからなる、長さＮ（Ｎは正の整数）の第１の変調データ列４０２に変換する。これにより、ＯＦＤＭ送信機１０１は、１ＯＦＤＭシンボル時間当たり、Ｎ個の変調データシンボルをシングルキャリア受信機１０２に送信する。

ＤＦＴ（離散フーリエ変換）処理部４０３は、第１の変調データ列４０２を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換することにより、長さＮのＤＦＴ出力データ列４０４を生成する。

エイリアシング生成部４０５（データ拡張手段）は、ＤＦＴ出力データ列４０４を、長さＭ（ＭはＮ以上の整数）のエイリアシングデータ列４０６に変換する。ここでＭは、周波数軸上における波形整形フィルタ４０７の周波数幅を、サブキャリア単位で表した大きさであり、シングルキャリア信号が占有するサブキャリア数を示す。つまり、周波数データ列３０３が占有するサブキャリア数は、Ｍである。

図５に、エイリアシング生成部４０５による、ＤＦＴ出力データ列４０４の拡張（エイリアシング処理）の例を示す。ＤＣ成分５０２を中心として並べられたＤＦＴ出力データ列４０４を繰り返したデータ列に対して、波形整形フィルタ４０７の中心周波数５０４を中心にして、Ｍ個のデータに変換したものが、エイリアシング生成部４０５の出力信号であるエイリアシングデータ列４０６である。

つまり、長さＮのＤＦＴ出力データ列４０４に対して、その先頭の（Ｍ−Ｎ）／２個のデータ５０５を、ＤＦＴ出力データ列４０４の後尾に付加し、ＤＦＴ出力データ列４０４の末尾（Ｍ−Ｎ）／２個のデータ５０６を、ＤＦＴ出力データ列４０４の先頭に付加することにより、長さＭのエイリアシングデータ列４０６を生成する。

通常、波形整形フィルタ４０７は、ＤＣ成分５０２を中心として左右対称であるので、先頭に付加したデータ５０７と末尾に付加したデータ５０８は、同数であるが、波形整形フィルタ４０７の中心周波数と形状によっては、先頭と末尾に異なるデータ数を付加しても良い。Ｍ−Ｎが奇数である場合には、先頭に（Ｍ−Ｎ＋１）／２個のデータを付加し、末尾に（Ｍ−Ｎ―１）／２個のデータに付加したり、又は先頭に（Ｍ−Ｎ―１）／２個のデータを付加し、末尾に（Ｍ−Ｎ＋１）／２個のデータに付加することも可能である。

次に、周波数軸上における波形整形フィルタ４０７は、長さＭのエイリアシングデータ列４０６に対して、フィルタ係数を乗積することにより、長さＭの周波数データ列３０３を生成する。波形整形フィルタ４０７としては、ルートロールオフフィルタや、ロールオフフィルタを使用することができる。なお、周波数軸上における波形整形フィルタ処理とは、畳み込みではなく、エイリアシングデータ列４０６の各要素に、それぞれ複素数を乗積する処理である。

以上のように、ＤＦＴ処理された、周波数軸上の信号に対して、エイリアシング処理と周波数軸上における波形整形フィルタ処理とを行う処理は、時間軸で同じ特性を持つ波形整形フィルタ処理と、ほぼ同様の処理となる。

従って、本実施の形態によるＯＦＤＭ送信機１０１によれば、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ処理を用いない図６に示すシングルキャリア送信機５２０が生成する信号波形と、ほぼ同様の信号波形を生成することができる。

因みに、図６に示すように、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ処理を用いないシングルキャリア送信機５２０は、データ変調部４０１において、第１のデータ列３０１を第１の変調データ列４０２に変換した後、当該第１の変調データ列４０２に対して、ＣＰ付加部５２２において、ＯＦＤＭ送信機１０１のＣＰ付加部３０９で付加するサイクリックプリフェクスと同じ時間長だけのサイクリックプリフェクスを付加する。

サイクリックプリフェクスが付加された第１の変調データ列４０２は、アップサンプリング部５２０においてアップサンプリングされ、時間軸上における波形整形フィルタ５２１において波形整形が行われた後、Ｄ／Ａ変換部５２３、ＲＦ／ＩＦ送信部５２４を順次介してアンテナ５２５から送信される。この場合、波形整形フィルタ５２１の周波数応答は、周波数軸上における波形整形フィルタ４０７（図４）に相当する。

図７は、本実施の形態によるシングルキャリア受信機１０２の一構成例を示す図である。アンテナ６００によって得られた受信信号は、ＲＦ／ＩＦ受信部６０１を経て、Ａ／Ｄ変換部６０２においてデジタル信号に変換された後、波形整形フィルタ６０３において、時間軸におけるＦＩＲフィルタ処理がなされる。

波形整形フィルタ６０３は、ＯＦＤＭ送信機１０１が有する、周波数軸上における波形整形フィルタ４０７（図４）の時間軸の波形である。すなわち、周波数軸上における波形整形フィルタ４０７（図４）を、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ変換）したものが、時間軸における波形整形フィルタ６０３であるという関係を持つ。因みに、この波形整形フィルタ６０３は、シングルキャリア送信機５２０の波形整形フィルタ５２１（図５）とも等価である。

ＣＰ処理部６０５は、波形整形フィルタ通過後の信号６０４のうち、ＯＦＤＭ送信機１０１のＣＰ付加部３０９（図３）において付加されたサイクリックプリフェクスと同じ長さのサンプル点を除去する。あるいは、サイクリックプリフェクスは、送信信号の末尾部分をコピーしたもので、サイクリックプリフェクス部分を、信号６０４の中の末尾部分と合成しても良い。

デシメーション部６０６は、ＯＦＤＭ送信機１０１のシングルキャリア変調部３０２内で生成される、第１の変調データ列４０２のシンボルレートで、ＣＰ処理部６０５の出力をデシメーションする。つまり、デシメーション部６０６は、送信された１ＯＦＤＭシンボル時間内に、ＯＦＤＭ送信機１０１から送信された変調データ数（Ｎ）のサンプル値を取り出す。次に、データ復調部６０７は、第１のデータ列を復調する。

このように、ＯＦＤＭ送信機１０１からＯＦＤＭ信号と共に多重されたシングルキャリア信号を、ＦＦＴやＩＤＦＴ処理を行わずに、簡易な構成のシングルキャリア受信機１０２を用いて復調することができる。

シングルキャリア変調部３０２を持つＯＦＤＭ送信機１０１によって生成される時間波形には、ＯＦＤＭシンボルの先頭と末尾の部分に折り返し歪みが発生するために、シングルキャリア送信機５２０（図６）が生成する波形とは異なるものになる。

この影響で、ＯＦＤＭシンボルの先頭と末尾の相当する部分をシングルキャリア受信機１０２で受信する際に、干渉が生じることになる。このような折り返し歪みが発生する部分というのは、ＯＦＤＭシンボルの両端の一定範囲であるので、以下に示す方法でこの歪みの影響を抑えることができる。

図８に示すように、第１のデータ列３０１の先頭の一部６２１と末尾の一部６２３とをゼロデータ（ヌルデータ）とすることで、干渉を受けるデータ部分を無くすことができる。あるいは、第１のデータ列３０１の先頭の一部６２１と末尾の一部６２３との変調多値数を、他のデータ部分６２２と比べて低くすることによって、先頭と末尾のデータ部分を干渉に対して強くすることができる。なお、先頭と末尾に付加されたデータ数Ｓ（Ｓは１以上の整数）は、通常、波形整形フィルタ６０３における時間波形の長さの半分の値である。

因みに、このようにゼロデータを挿入する以外に上記の干渉を回避する方法としては、ＯＦＤＭ送信機１０１のＣＰ付加部３０９が付加するサイクリックプリフェクスの長さを、単純に波形整形フィルタ６０３の時間波形分だけ余分に長くする方法もあるが、この場合には、シングルキャリア受信機１０２へのデータだけでなく、ＯＦＤＭ受信機１０３へのデータの伝送の効率も下がることになる。

図９は、本実施の形態によるＯＦＤＭ受信機１０３の一構成例を示す図である。図９は、従来のＯＦＤＭ受信機構成と同じである。アンテナ７００によって得られた受信信号は、ＲＦ／ＩＦ受信部７０１を経て、Ａ／Ｄ変換部７０２においてデジタル信号に変換される。サイクリックプリフェクス除去部７０３は、このデジタル信号のうち、ＯＦＤＭ送信機１０１で付加されたサイクリックプリフェクスと同じ長さのサンプル点を除去する。ＦＦＴ処理部７０４は、ＣＰ除去部７０３の出力を周波数軸のデータに変換する。

サブキャリア抽出部７０５は、この周波数軸のデータの中から、ＯＦＤＭ受信機１０３へのデータがマッピングされたサブキャリアのデータを抽出する。次にデータ復調部７０６は、第２のデータを復調する。この場合、ＯＦＤＭ受信機１０３は、ＯＦＤＭ送信機１０１からシングルキャリア受信機１０２へ送信されたシングルキャリア信号からの干渉を受けない。

以上の構成は、シングルキャリア受信機１０２と、ＯＦＤＭ受信機１０３と、シングルキャリア受信機１０２及びＯＦＤＭ受信機１０３にデータを同時に送信するＯＦＤＭ送信機１０１とからなる無線通信システム１００の構成に関する実施の形態を示した。

続いて、ＯＦＤＭ端末及びシングルキャリア端末からＯＦＤＭ基地局へ無線信号伝送する場合における上りリンクについて説明する。

図１０は、本実施の形態による無線通信システム７０９の一構成例を示す図であり、この無線通信システム７０９は、シングルキャリア送信機７１１と、ＯＦＤＭ送信機７１２と、シングルキャリア送信機７１１からの信号とＯＦＤＭ送信機７１２からの信号を同時に受信するＯＦＤＭ受信機７１０とからなる。

図１１に示すように、シングルキャリア送信機７１１からの信号は、一定の帯域幅を持つフィルタ７２０によって制限された一部の帯域で送信され、ＯＦＤＭ送信機７１２からの信号は、シングルキャリア送信機７１１のフィルタとは別の帯域のサブキャリア７２１を用いて、ＯＦＤＭ受信機７１０へ送信される。

ここで、本実施の形態によるシングルキャリア送信機７１１について、第１乃至第４の構成例を用いて説明する。

図１２は、本実施の形態によるシングルキャリア送信機７１１の第一の構成例を示す図である。データ変調部８０１は、第１のデータ列を、Ｎ（Ｎは１以上の整数）個の変調データ列８０２にデータ変調する。次にエイリアシング付加部８０３（データ拡張手段）は、変調データ列８０２を繰り返すように、その先頭と末尾に、変調データ列の一部を付加する。

図１３は、エイリアシング付加部８０３の出力データ列８０４の一構成例を示す図である。図１３において、長さＮの変調データ列８０２の先頭に、Ｌ／Ｐ（ＬはＬ／Ｐが１以上の整数になるような整数）シンボル９０１が付加され、同様に末尾に、Ｌ／Ｐシンボル９０２が付加されることにより、長さＮ＋２Ｌ／Ｐのエイリアシング付加部８０３の出力データ列８０４となる。

アップサンプリング部８０５は、エイリアシング付加部８０３の出力データ列８０４を、Ｐ（Ｐは１以上の整数）倍にアップサンプリングすることにより、シンボル毎にＰ−１個の０を挿入し、合計の長さがＰ×Ｎ＋２Ｌの出力信号を生成し出力する。

次に、波形整形フィルタ８０６は、アップサンプリング部８０５の出力信号に対して、時間軸でタップ数（フィルタの係数の数）が２Ｌ＋１（Ｌは０以上の整数）のＦＩＲフィルタ処理を実施する。

図１４は、エイリアシング処理部８０８の動作を説明する図である。波形整形フィルタ８０６の出力信号８０７のサンプル数Ｑは、Ｑ＝Ｐ×Ｎ＋４Ｌであり、エイリアシング処理部８０８は、波形整形フィルタ８０６の出力信号８０７に対して、その先頭２Ｌサンプル９２２と末尾２Ｌサンプル９２３を除去する。つまり、波形整形フィルタ８０６の出力信号８０７の中心のＰ×Ｎサンプル点を取り出したものが、エイリアシング処理部８０８の出力信号８０９となる。

ＣＰ付加部８１２は、エイリアシング処理部８０８の出力信号８０９の末尾をコピーして出力信号８０９の先頭に付加する。ＣＰ付加部８１２の出力信号は、Ｄ／Ａ変換部８１０でアナログ信号に変換された後に、ＲＦ／ＩＦ送信部８１１を介してアンテナ８１３から送信される。

このように、変調データ列８０２を繰り返すように、その先頭と末尾に変調データ列の一部を付加した後、除去することにより、波形整形フィルタ８０６のフィルタ処理によるエイリアシングの影響を故意に付加する。これにより、後述のＯＦＤＭ送信機７１２からの信号と、直交した信号を生成することができる。

続いて、図１５に、本実施の形態によるシングルキャリア送信機９３０の第二の構成例を示す。図１５の例では、ＣＰ付加部８１２の機能はエイリアシング付加部９３１に吸収されている。図１６は、エイリアシング付加部９３１の動作を説明する図である。図１３との違いは、変調データ列８０２の先頭に付加するデータ９４２が、サイクリックプリフェクスの分だけ余分に長くなっている点である。図１５におけるシングルキャリア送信機９３０のそれ以外の各部の動作は、基本的に図１２におけるシングルキャリア送信機７１１と同じである。

続いて、本実施の形態によるシングルキャリア送信機１０２０の第三の構成例を図１７に示す。図１７のシングルキャリア送信機１０２０は、図１２あるいは図１５のシングルキャリア送信機７１１又は９３０と同等な送信波形を生成する。

図１７において、データ変調部８０１は、第１のデータ列を、Ｎ（Ｎは１以上の整数）個の変調データ列８０２にデータ変調する。アップサンプリング部８０５は、変調データ列８０２を、Ｐ（Ｐは１以上の整数）倍にアップサンプリングすることにより、シンボル毎にＰ−１個の０を挿入し、合計の長さがＰ×Ｎの出力信号を生成し出力する。

次に、波形整形フィルタ８０６は、アップサンプリング部８０５の出力信号に対して、時間軸でタップ数が２Ｌ＋１（Ｌは０以上の整数）のＦＩＲフィルタ処理を実施する。波形整形フィルタ８０６の出力信号１０２１のサンプル数Ｑは、Ｑ＝Ｐ×Ｎ＋２Ｌである。

図１８は、エイリアシング加算部１０２２の動作を説明する図である。波形整形フィルタ８０６の出力信号１０２１における、先頭のＬサンプル１０３１が、１０３３の部分に加算され、末尾のＬサンプル１０３２が１０３４の部分に加算された後に、全体の中心のＰ×Ｎサンプルである１０３５が抽出され、エイリアシング加算部の出力信号１０２３となる。なお、エイリアシング加算部１０２２以降の動作は、図１２におけるシングルキャリア送信機７１１の場合と同じである。

図１９に、本実施の形態によるシングルキャリア送信機１０５０の第四の構成例を示す。同図の構成例では、エイリアシング処理部やエイリアシング加算部を持たない。そのため、図１２、図１５、図１７に示した第一から第三の構成例の場合と、同じマルチパス遅延波に対する耐性を持つには、ＣＰ付加部１０５１で付加されるサイクリックプレフィクスの時間長は、図１７のＣＰ付加部１００２と比べて、波形整形フィルタ８０６の時間応答の分だけ長い必要がある。それ以外の図１９におけるシングルキャリア送信機１０５０の各部の動作は、図１７のシングルキャリア送信機１０２０と基本的に同じである。

図２０は、本実施の形態によるＯＦＤＭ送信機７１２の一構成例を示す図である。第２のデータ列は、データ変調部１１０１において、データ変調された変調データ列に変換される。次に変調データ列は、マッピング部１１０２において、サブキャリアにマッピングされた後、ＩＦＦＴ処理部１１０３においてＩＦＦＴ処理され、ＯＦＤＭシンボル１１０４になる。次にＣＰ付加部１１０５において、ＯＦＤＭシンボル１１０４の末尾部分を当該ＯＦＤＭシンボル１１０４に付加して、ＣＰ付きＯＦＤＭシンボル１１０６が生成される。次にこのＯＦＤＭシンボル１１０６は、Ｄ／Ａ変換部１１０７でアナログ信号に変換され、ＲＦ／ＩＦ送信部１１０８を介してアンテナ１１０９から送信される。

図２１は、シングルキャリア送信機７１１のデータ列の長さと、ＯＦＤＭ送信機７１２のＯＦＤＭシンボルの長さとの関係を示す図である。長さＮの第１のデータ列の長さと、１ＯＦＤＭシンボルの長さとが等しい。また、付加されるＣＰの長さも等しい。つまり、ＯＦＤＭシンボル１１０４の長さと、図１２のエイリアシング処理部８０８の出力信号８０９のＰ×Ｎサンプル時間とが等しく、ＣＰ付きＯＦＤＭシンボル１１０６の長さと、図１２のエイリアシング処理部の出力信号８０９の長さＰ×（Ｎ＋Ｍ）のサンプル時間とが等しい。

図２２は、シングルキャリア送信機７１１からの信号と、ＯＦＤＭ送信機７１２からの信号を同時に受信する、本実施の形態によるＯＦＤＭ受信機７１０の一構成例を示す図である。なお、このＯＦＤＭ受信機７１０は、シングルキャリア送信機７１１、９３０、１０２０及び１０５０のうちいずれかからの信号と、ＯＦＤＭ送信機７１２からの信号とを、同時に受信する受信機である。この場合、ＯＦＤＭ受信機７１０は、シングルキャリア送信機７１１からの信号と、ＯＦＤＭ送信機７１２からの信号とを、サイクリックプレフィックス長以内のずれで、同期して受信するものとする。

図２２に示すように、アンテナ１２００によって受信された受信信号は、ＲＦ／ＩＦ受信部１２０１を経てＡ／Ｄ変換部１２０２においてデジタル信号に変換される。ＣＰ除去部１２０３は、このデジタル信号のうち、サイクリックプレフィクスの長さのサンプル点を除去する。ＦＦＴ処理部１２０４は、ＣＰ除去部１２０３から出力される出力信号を、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する。

デマッピング部１２０５（分割手段）は、ＦＦＴ処理部１２０４の出力信号を、シングルキャリア信号の存在するサブキャリアであるシングルキャリア受信データ１２０６と、ＯＦＤＭ信号の存在するサブキャリアであるＯＦＤＭ受信データ１２０７とに分割する。つまり、シングルキャリア送信機７１１の波形整形フィルタ８０６の周波数範囲内のサブキャリアには、シングルキャリア受信データ１２０６が割り当てられている。

図２３は、シングルキャリア受信データ１２０６とＯＦＤＭ受信データ１２０７の例を示す図である。同図において、シングルキャリア送信機７１１の波形整形フィルタ８０６の中のサブキャリア１１３１が、シングルキャリア受信データ１２０６であり、サブキャリア１１３２が、ＯＦＤＭ受信データで１２０７ある。

シングルキャリア受信データ１２０６は、シングルキャリア復調部１２０８でデータ復調され、ＯＦＤＭ信号の受信データ１２０７は、データ復調部１２０９でデータ復調される。なお、この場合、データ復調部１２０９は、データ判定をする前に、通信路での歪みを補償するために、サブキャリア毎に複素数を乗積する等化を行っても良い。

図２４は、本実施の形態によるＯＦＤＭ受信機７１０のシングルキャリア信号復調部１２０８の一構成例を示す図である。エイリアシング処理部１３０１は、シングルキャリア受信データ１２０６を用いて、シングルキャリア送信機７１１における変調データ列のシンボルレートの帯域幅外にある、エイリアシングデータを保持するサブキャリアのデータを、変調データ列のシンボルレートの帯域幅内にあるＮ個のサブキャリアのデータに合成することにより、エイリアシング合成データを生成する。

なお、シンボルレートの帯域幅内にあるサブキャリア数と、シングルキャリア送信機７１１から１ＯＦＤＭシンボル時間あたりの送信される変調データ数（Ｎ）は等しい。また、エイリアシング処理部１３０１は、エイリアシング合成する前に、サブキャリア毎にチャネルの歪を補償する複素データを乗積しても良い。

エイリアシング処理部１３０１の出力信号１３０２は、ＩＤＦＴ処理部１３０３でＩＤＦＴ処理され、時間軸上の信号となる。次に、ＩＤＦＴ処理部１３０３の出力信号は、データ復調部１３０４で復調され、シングルキャリア送信機７１１から送信された第１のデータ列が判定され復調される。

図２５に、エイリアシング処理部１３０１によるサブキャリアの合成の例を示す。シングルキャリア信号を含むサブキャリアは、シングルキャリア信号の中心周波数１４０１を中心に、シングルキャリア送信機７１１の波形整形フィルタ８０６のフィルタ帯域幅１４０２によって決定される。

なお、そのサブキャリアの中の中心のＮ本（Ｎはシングルキャリア送信機７１１の第１のデータ列に含まれる送信データ数）のサブキャリアが、元の周波数データ部分１４０３で、それ以外のサブキャリが、エイリアシング部分１４０４及び１４０５である。

エイリアシング部分１４０４及び１４０５は、元の周波数データ部分１４０３を、Ｎサブキャリア毎に周期的に繰り返す構造によって発生しており、例えば、エイリアシング部分１４０５は、周波数データ部分１４０６と等しいデータを保持しており、同様にエイリアシング部分１４０４は、周波数データ部分１４０７と等しいデータを保持している。なお、シングルキャリア送信機７１１の波形整形フィルタ８０６の周波数特性により、周波数データ部分１４０３とエイリアシング部分１４０４及び１４０５の振幅および位相が変化している。

エイリアシング処理部１３０１は、エイリアシング部分１４０４及び１４０５と元の周波数データ部分１４０３の合成を行う。合成を行う際には、波形整形フィルタ８０６のサブキャリア毎における周波数特性の複素共役の値を乗算してから加算する最大比合成を行うと良い。

なお、合成する際における係数の２乗和は、１に規格化されているものとする。あるいは、エイリアシング部分１４０４及び１４０５を合成する前に、通信路の歪みを補正するために、サブキャリア毎に複素数を乗積しても良い。エイリアシング処理部１３０１の出力信号１３０２としては、Ｎサブキャリア分のデータが出力される。

以上のように、本実施の形態によれば、シングルキャリア受信機１０２と、ＯＦＤＭ受信機１０３へ同時にデータ送信を行うＯＦＤＭ送信機１０１が実現できる。また、シングルキャリア送信機７１１と、ＯＦＤＭ送信機７１２からの信号を同時に受信可能なＯＦＤＭ受信機７１０が実現できる。あるいは、シングルキャリア送受信機と、ＯＦＤＭ送受信機と、これらと同時に通信が可能なＯＦＤＭ送受信機からなる無線通信システムが実現できる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ送信機と、シングルキャリア受信機と、ＯＦＤＭ受信機とからなる無線通信システムの構成例を示す図。 本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ送信機でのサブキャリアの割り当ての例を示す図。 本発明の一実施形態によるシングルキャリア受信機とＯＦＤＭ受信機へデータを同時に送信するＯＦＤＭ送信機の構成例を示す図。 本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ送信機のシングルキャリア信号変調部の構成例を示す図。 本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ送信機のエイリアシング生成部によるデータ列の変換の例を示す図。 シングルキャリア送信機の例を示す図。 本発明の一実施形態によるシングルキャリア受信機の一構成例を示す図。 本発明の一実施形態にＯＦＤＭ送信機の第１のデータ列の例を示す図。 本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ受信機の一構成例を示す図。 本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ送信機と、シングルキャリア送信機と、ＯＦＤＭ受信機からなる無線通信システムの構成例を示す図。 本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ送信機と、シングルキャリア送信機の周波数利用の例を示す図。 本発明の一実施形態によるシングルキャリア送信機の第一の構成例を示す図。 本発明の一実施形態によるシングルキャリア送信機のエイリアシング付加部によるデータ列の変換の例を示す図。 本発明の一実施形態によるシングルキャリア送信機の第一の構成例でのエイリアシング処理部によるデータ列の変換の例を示す図。 本発明の一実施形態によるシングルキャリア送信機の第二の構成例を示す図。 本発明の一実施形態によるシングルキャリア送信機の第二の構成例でのエイリアシング付加部によるデータ列の変換の例を示す図。 本発明の一実施形態によるシングルキャリア送信機の第三の構成例を示す図。 本発明の一実施形態によるシングルキャリア送信機のエイリアシング加算部の動作を示す図。 本発明の一実施形態によるシングルキャリア送信機の第四の構成例を示す図。 本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ送信機の一構成例を示す図。 本発明の一実施形態によるシングルキャリア送信機からの信号とＯＦＤＭ送信機からの信号のデータ長の関係を示す図。 本発明の一実施形態によるシングルキャリア送信機と、ＯＦＤＭ送信機からの信号を同時に受信するＯＦＤＭ受信機の一構成例を示す図。 本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ受信機のサブキャリアの一構成例を示す図。 本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ受信機のシングルキャリア信号復調部の一構成例を示す図。 本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ受信機のエイリアシング処理部によるエイリアシングデータの合成の例を示す図。

符号の説明

１００、７０９ 無線通信システム
１０１ ＯＦＤＭ送信機
１０２ シングルキャリア受信機
１０３ ＯＦＤＭ受信機
３０２ シングルキャリア信号変調部
４０５ エイリアシング生成部
４０７、５２１、６０３、８０６ 波形整形フィルタ
７１０ ＯＦＤＭ受信機
７１２ ＯＦＤＭ送信機
７１１、９３０、１０２０、１０５０ シングルキャリア送信機
９３１ エイリアシング付加部
８０８ エイリアシング処理部
１０２２ エイリアシング加算部
１２０８ シングルキャリア信号復調部
１３０１ エイリアシング処理部

Claims (7)

1. 変調方式としてマルチキャリア変調方式を使用する送信装置において、
   前記マルチキャリア変調方式に基づく復調処理を施すマルチキャリア受信装置に送信する送信対象のデータに対して、変調処理を施すことにより、振幅及び位相のデータからなる振幅位相データを生成するデータ変調手段と、
   前記マルチキャリア受信装置より少ない数のサブキャリアを使用する受信装置に送信する送信対象のデータを、複数の周波数成分に分解するようにして、変調処理を施すことにより、周波数軸上のデータである周波数データを生成する変調手段と、
   複数のサブキャリアに前記振幅位相データを割り当てると共に、前記振幅位相データが割り当てられるサブキャリアの数より少ない数のサブキャリアに、前記周波数データを割り当てた上で、前記振幅位相データ及び前記周波数データを、前記マルチキャリア受信装置及び前記受信装置に同一のタイミングで送信する送信手段と、を備え、
   前記変調手段は、
   前記受信装置に送信する前記送信対象のデータに対して、変調処理を施すことにより、振幅及び位相のデータからなる、周波数データ生成用振幅位相データを生成する周波数データ生成用データ変調手段と、
   前記周波数データ生成用振幅位相データに対してフーリエ変換を行って、前記周波数データ生成用振幅位相データを複数の周波数成分に分解することにより、周波数領域データを生成するフーリエ変換手段と、
   前記周波数領域データの一部を前記周波数領域データに付加して、前記周波数領域データを拡張することにより、拡張データを生成するデータ拡張手段と、
   前記拡張データに対して、フィルタ係数を乗積することにより、前記周波数データを生成し出力するフィルタ処理手段と
   を備えることを特徴とする送信装置。
2. 前記受信装置に送信する前記送信対象のデータは、
   先頭の一部と末尾の一部とがゼロデータである
   ことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
3. 前記受信装置に送信する前記送信対象のデータは、
   先頭の一部と末尾の一部との変調多値数が、前記送信対象のデータのうち、前記先頭の一部及び前記末尾の一部を除くデータ部分と異なる
   ことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
4. 前記送信手段は、
   前記周波数データをサブキャリアに割り当てる際には、全サブキャリアのうち、周波数位置が端部に位置するサブキャリアに割り当てる
   ことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
5. 送信対象のデータに対して、変調処理を施すことにより、振幅及び位相のデータからなる振幅位相データを生成するデータ変調手段と、
   前記振幅位相データの一部を、前記振幅位相データの先頭及び末尾に付加して、前記振幅位相データを拡張することにより、拡張データを生成するデータ拡張手段と、
   前記拡張データを形成するシンボル間に所定のデータを挿入することにより、アップサンプリングし、得られたアップサンプリングデータを出力するアップサンプリング手段と、
   前記アップサンプリングデータに対して、波形整形フィルタ処理を行い、得られたフィルタ処理データを出力するフィルタ処理手段と、
   前記フィルタ処理データの先頭及び末尾の一部を除去し、得られた除去データを出力する除去手段と、
   前記除去データの末尾の一部をコピーするようにして、前記除去データの先頭に付加する付加手段と
   を備えることを特徴とする送信装置。
6. 送信対象のデータに対して、変調処理を施すことにより、振幅及び位相のデータからなる振幅位相データを生成するデータ変調手段と、
   前記振幅位相データを形成するシンボル間に所定のデータを挿入することにより、アップサンプリングし、得られたアップサンプリングデータを出力するアップサンプリング手段と、
   前記アップサンプリングデータに対して、波形整形フィルタ処理を行い、得られたフィルタ処理データを出力するフィルタ処理手段と、
   前記フィルタ処理データの先頭及び末尾の一部を、前記フィルタ処理データの前記先頭及び末尾の一部を除く特定のデータ部分に加算し、得られた加算データを出力する加算手段と、
   前記加算データの末尾の一部をコピーするようにして、前記加算データの先頭に付加する付加手段と
   を備えることを特徴とする送信装置。
7. 変調方式としてマルチキャリア変調方式を使用する基地局と、マルチキャリア変調方式を使用するマルチキャリア端末装置と、前記マルチキャリア端末装置より少ない数のサブキャリアを使用する端末装置とが無線接続された無線通信システムであって、
   前記基地局は、
   前記マルチキャリア端末装置に送信する送信対象のデータに対して、変調処理を施すことにより、振幅及び位相のデータからなる振幅位相データを生成するデータ変調手段と、
   前記端末装置に送信する送信対象のデータを、複数の周波数成分に分解するようにして、変調処理を施すことにより、周波数軸上のデータである周波数データを生成する変調手段と、
   複数のサブキャリアに前記振幅位相データを割り当てると共に、前記振幅位相データが割り当てられるサブキャリアの数より少ない数のサブキャリアに、前記周波数データを割り当てた上で、前記振幅位相データ及び前記周波数データを、前記マルチキャリア端末装置及び前記端末装置に同一のタイミングで送信する送信手段と
   を有する基地局用送信部と、
   受信信号に対してフーリエ変換を行って、前記受信信号を複数の周波数成分に分解することにより、周波数領域データを生成するフーリエ変換手段と、
   前記周波数領域データの中から、前記マルチキャリア端末装置が用いるサブキャリアに割り当てられたマルチキャリア受信データと、前記端末装置が用いるサブキャリアに割り当てられた受信データとを抽出し、これらを分割して出力する分割手段と、
   前記マルチキャリア受信データに対して、前記マルチキャリア変調方式に基づく復調処理を施すデータ復調手段と、
   前記受信データを時間軸上のデータに変換するようにして復調処理を施す復調手段と
   を有する基地局用受信部と
   を備え、
   前記マルチキャリア端末装置は、
   前記マルチキャリア変調方式に基づく変調処理を施した上で送信するマルチキャリア端末用送信部と、
   受信信号に対して前記マルチキャリア変調方式に基づく復調処理を施すマルチキャリア端末用受信部と
   を備え、
   前記端末装置は、
   送信対象のデータに対して、変調処理を施すことにより、振幅及び位相のデータからなる振幅位相データを生成する端末装置用データ変調手段と、
   前記振幅位相データの一部を、前記振幅位相データの先頭及び末尾に付加して、前記振幅位相データを拡張することにより、拡張データを生成するデータ拡張手段と、
   前記拡張データを形成するシンボル間に所定のデータを挿入することにより、アップサンプリングし、得られたアップサンプリングデータを出力するアップサンプリング手段と、
   前記アップサンプリングデータに対して、波形整形フィルタ処理を行い、得られたフィルタ処理データを出力するフィルタ処理手段と、
   前記フィルタ処理データの先頭及び末尾の一部を除去し、得られた除去データを出力する除去手段と、
   前記除去データの末尾の一部をコピーするようにして、前記除去データの先頭に付加する付加手段と
   を有する端末用送信部と、
   受信信号に対して所定の復調処理を施す端末用受信部と
   を備え、
   前記端末装置から送信される送信信号に付加されるサイクリックプリフェクス長と、前記マルチキャリア送信装置から送信される送信信号に付加されるサイクリックプリフェクス長とは等しい
   ことを特徴とする無線通信システム。

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