JP4607007B2

JP4607007B2 - マルチキャリア信号伝送システム、無線基地局装置、無線端末装置及びマルチキャリア信号伝送方法

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Publication number: JP4607007B2
Application number: JP2005376925A
Authority: JP
Inventors: 博康石川; 利則鈴木
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: JP2007180902A

Description

本発明は、マルチキャリア信号伝送システム、無線基地局装置、無線端末装置及びマルチキャリア信号伝送方法に関する。

近年、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）方式がマルチキャリア（多重搬送波）無線伝送方式の有力な一つとして注目されている。そのＯＦＤＭ方式において、各サブキャリア、或いは、複数のサブキャリアをグルーピング（サブチャネル化）したサブキャリア群を、個々のユーザ（無線端末）に割り当てることにより多元接続を実現する直交周波数分割多元接続（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：ＯＦＤＭＡ）方式が提案されている。このＯＦＤＭＡ方式は、主としてIEEE802.16a及びIEEE802.16eというブロードバンドワイヤレスアクセス（ＢＷＡ）の米国標準を決める作業部会で検討が行われている。

ＯＦＤＭＡ方式は、互いに直交関係にあるＮ個のサブキャリアを用いて情報伝送を行うＯＦＤＭ方式において、サブキャリア単位でのアクセス制御を行う方式であり、その送受信機の構成は基本的にＯＦＤＭ方式のものと同じである。従って、ＯＦＤＭ方式と同様に、サブキャリア当たりの変調速度はシングルキャリア方式に比較して１／Ｎに低速化できる。また、時間幅Ｔ_Ｓを基本周期とする正弦波信号ｃ_１（ｔ）の周波数は、
ｆ_１＝Δｆ＝１／Ｔ_Ｓ、
と表される。このとき、
ｆ_ｎ＝Δｆ×ｎ（但し、ｎは任意の整数）、
なる関係式で表される全ての正弦波信号ｃ_ｎ（ｔ）は互いに直交関係にあり、すなわち無相関の関係となる。このことから、中心周波数がｆ_ｎとなる複数のサブキャリアにそれぞれ独立した情報を載せて同時に伝送すれば、互いに干渉し合うことなく、歪みの無い情報伝送を行うことができる。

また、ＯＦＤＭＡ方式では、グループ化された連続サブチャネル単位でユーザへの割当が行われる。例えば４サブキャリア×３ＯＦＤＭシンボルから構成されるブロック（ＯＦＤＭＡ方式ではデータ領域と呼ばれる）単位で、ユーザに割り当てられる。そのデータ領域は、上りリンク（ユーザ発のリンク）では個々のユーザに割り当てられ、下りリンク（ユーザ着のリンク）では全ユーザ宛のそれぞれのデータ領域が同時にまとめて送信される（これは通常のＯＦＤＭ方式と同じ構成）。また、ＯＦＤＭＡ方式では、その基本概念であるサブキャリア単位のユーザ割り当てにおいて、各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直交周波数分割多重（ＦＨ−ＯＦＤＭ）方式が提案されている。ＦＨ−ＯＦＤＭ方式では、各ユーザはシンボルタイミング毎に使用するサブキャリアをそれぞれ独立に変更しながら通信を行う。ここで、同一セル内では、個々のユーザに対して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るとともに、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とにより、同一周波数における同一チャネル間干渉の影響を軽減している。サブキャリアの割り当てパターンは受信側に事前に通知されることにより、受信局は自局宛のサブキャリアのみを受信処理して、ベースバンドの受信データ系列を得ることができる。

ここで、ＯＦＤＭＡ方式（ＦＨ−ＯＦＤＭ方式を含む）の非常に大きな特徴として、無線基地局と各ユーザ（無線端末）との間の伝搬路状態に応じて、適切なサブキャリアをユーザごとに独立に割り当てることにより、ＯＦＤＭ方式に比して無線システム全体としての受信性能を向上させることができる点がある。つまり、マルチパスフェージング環境においては、無線基地局と各ユーザ間で個々のサブキャリアの通信品質が異なるので、各ユーザに対して伝搬路状態の良いサブキャリアを優先して割り当て、更に最適な変調多値数、符号化率を用いるように制御することによって、より効率的な通信を行うことが可能になる（例えば、特許文献１参照）。さらには、ユーザの要求伝送レートやビットが誤る可能性等に応じてサブキャリアの使用権を与えることにより、通信効率を高めている。また、音声通信やパケット通信といった、特徴の異なる通信サービスが混在する場合には、固定的な伝送レートの必要なユーザから優先的にサブキャリアの割り当てを完了し、且つ、固定的な伝送レートを要するユーザ数を制限することにより、各ユーザに提供する通信品質を高めることができる。
特開２００４−２４８００５号公報

しかし、上述した従来のＯＦＤＭＡ方式（ＦＨ−ＯＦＤＭ方式を含む）では、ユーザ毎に通信品質のより良いサブキャリアを割り当てることにより、無線システムとしてトータルの通信容量を向上することができるが、そのための構成が複雑である。具体的には、サブキャリア単位での割当制御を行うために、無線基地局と各ユーザ間のそれぞれの伝送路特性を観測し、その観測情報を無線基地局及びユーザ間で共有する手段と、その伝送路特性から受信品質の良いサブキャリア群を選定する手段と、データ伝送のために選択した単一又は複数のサブキャリアの識別情報を通信相手に通知する手段とが必要である。例えば、Ｎ本のサブキャリアにキャリア周波数の低い順に１番〜Ｎ番までの番号をつけ、あるユーザにとって伝送路状態の良いｋ１番、ｋ２番、・・・、ｋｍ番というサブキャリア番号をデータ伝送のために選択した場合、そのサブキャリア番号に関する情報、並びに、各サブキャリアで用いる変調方式と符号化率の情報を受信側へ事前に通知する必要がある。また、上りリンクと下りリンクでそれぞれ使用周波数が異なるＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式の場合には、受信側の伝搬路状態を送信側へ事前に通知する手段も必要となる。

さらに、移動通信環境下では伝搬路状態が時々刻々と変動するために、その時々で最良のサブキャリアや各サブキャリアで用いる変調方式及び符号化率が異なってくるので、送信側と受信側でサブキャリアに関する情報を共有するために交換する制御情報量は膨大なものになる。そのため、通信容量に占める制御情報量の割合が増大し、この結果として無線システム容量が低下するという問題が生じる。この制御情報量の増加の問題を回避するために、複数のサブキャリアをグルーピングしてサブチャネル化し、平均的な伝搬路状態を基にして特性の良いサブチャネルを割り当てる手法が考えられる。しかしながら、サブチャネル当たりに含まれるサブキャリア数が増加すると、伝搬路状態が平均化されてしまい、この結果として、ランダムにサブキャリアを割り当てる場合と大差がなくなる。また、周波数軸上で符号拡散を行うマルチキャリア符号分割多重（ＭＣ−ＣＤＭ）方式の適用により、制御情報量を削減する方法も考えられるが、ＭＣ−ＣＤＭ方式では符号多重を行うと通信品質が劣化するという根本的な問題があり、ＯＦＤＭＡ方式との併用は難しい。

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、ＯＦＤＭＡ方式において、送信側と受信側で交換する制御情報量を削減するとともに、伝送品質の向上を図ることのできるマルチキャリア信号伝送システム、無線基地局装置、無線端末装置及びマルチキャリア信号伝送方法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信号伝送システムは、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式の無線基地局装置及び無線端末装置を有するマルチキャリア信号伝送システムにおいて、複数のサブキャリアから成るサブチャネルの単位でサブキャリアのユーザ割当を行うサブチャネル割当制御手段と、ユーザ毎に、サブチャネル毎の伝搬路特性の特徴を表す特徴抽出情報を生成する特徴抽出手段と、ユーザ毎に、前記特徴抽出情報に基づき、ユーザに割り当てられたサブチャネルの伝搬路特性に応じた最適な拡散多重変換行列を決定する拡散多重変換行列決定手段と、を備え、前記無線基地局装置は、ユーザ毎に前記拡散多重変換行列を用いて信号の拡散及び多重化を行う信号多重手段と、前記拡散及び多重化の処理後の信号を前記ユーザ割当の結果のサブチャネルに配置して送信する送信手段と、を有し、前記無線端末装置は、前記ユーザ割当の結果のサブチャネルの信号を受信する受信手段と、該受信した信号に対して、その送信時と同じ拡散多重変換行列を用いた信号分割処理を行う信号分割手段と、を有することを特徴とする。

本発明に係るマルチキャリア信号伝送システムにおいては、前記拡散多重変換行列は、調整パラメータを引数とする三角関数から成る直交行列であり、前記拡散多重変換行列決定手段は、前記特徴抽出情報に基づいて前記調整パラメータの設定値を決定することを特徴とする。

本発明に係るマルチキャリア信号伝送システムにおいては、前記サブチャネル割当制御手段は、前記特徴抽出情報に基づいて、ユーザ毎のサブチャネルの優先順位を決定することを特徴とする。

本発明に係る無線基地局装置は、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式の無線基地局装置において、複数のサブキャリアから成るサブチャネルの単位でサブキャリアのユーザ割当を行うサブチャネル割当制御手段と、ユーザ毎に、サブチャネル毎の伝搬路特性の特徴を表す特徴抽出情報を生成する特徴抽出手段と、ユーザ毎に、前記特徴抽出情報に基づき、ユーザに割り当てられたサブチャネルの伝搬路特性に応じた最適な拡散多重変換行列を決定する拡散多重変換行列決定手段と、ユーザ毎に前記拡散多重変換行列を用いて信号の拡散及び多重化を行う信号多重手段と、前記拡散及び多重化の処理後の信号を前記ユーザ割当の結果のサブチャネルに配置して送信する送信手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る無線端末装置は、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式の無線端末装置において、ユーザ割当結果のサブチャネルの信号を受信する受信手段と、該受信した信号に対して、その送信時と同じ拡散多重変換行列を用いた信号分割処理を行う信号分割手段と、を備え、前記拡散多重変換行列は、自無線端末装置に係るサブチャネル毎の伝搬路特性の特徴を表す特徴抽出情報に基づき、自無線端末装置に割り当てられたサブチャネルの伝搬路特性に応じた最適な拡散多重変換行列として決定されていることを特徴とする。

本発明に係るマルチキャリア信号伝送方法は、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式のマルチキャリア信号伝送方法であって、複数のサブキャリアから成るサブチャネルの単位でサブキャリアのユーザ割当を行う第１の過程と、ユーザ毎に、サブチャネル毎の伝搬路特性の特徴を表す特徴抽出情報を生成する第２の過程と、ユーザ毎に、前記特徴抽出情報に基づき、ユーザに割り当てられたサブチャネルの伝搬路特性に応じた最適な拡散多重変換行列を決定する第３の過程と、ユーザ毎に前記拡散多重変換行列を用いて信号の拡散及び多重化を行う第４の過程と、前記拡散及び多重化の処理後の信号を前記ユーザ割当の結果のサブチャネルに配置して送信する第５の過程と、前記ユーザ割当の結果のサブチャネルの信号を受信する第６の過程と、該受信した信号に対して、その送信時と同じ拡散多重変換行列を用いた信号分割処理を行う第７の過程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、サブチャネル単位でサブキャリアのユーザ割当を行うことにより、送信側と受信側で交換する制御情報量を削減することができる。さらに、各ユーザの特徴抽出情報に基づいたユーザ毎の最適な拡散多重変換行列を用いて信号の拡散及び多重化を行うことにより、ユーザに割り当てられたサブチャネルの伝搬路特性に最適の「伝搬路から受ける影響の調整」が可能となり、伝送品質の向上を図ることができる。

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。

初めに、ＯＦＤＭＡ方式のマルチキャリア信号伝送システムにおけるサブチャネルを定義する。サブチャネルとは、複数のサブキャリアをグルーピングしたサブキャリア群のことを指す。より具体的には、全サブキャリア（ｎ個とする）をＪ個のサブキャリアからなるＬ個のグループに組み分けし、一グループを一サブチャネルに対応付ける。ここで、Ｊは、２以上の整数であり、基本的には２のべき乗の値とするが、これに限定されるものではない。また、一サブチャネルを構成するＪ個のサブキャリアは、隣接関係にある必要はなく、全サブキャリアの中からランダムに、若しくは、一定の法則に従って選択すればよい。

以下、ＯＦＤＭＡ方式の無線基地局装置及び無線端末装置を有するマルチキャリア信号伝送システムの具体的な例として、移動通信システムを挙げて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭＡ方式の移動通信システムの無線基地局装置の構成を示すブロック図である。図２は、同実施形態に係るＯＦＤＭＡ方式の移動通信システムの移動局装置（無線端末装置）の構成を示すブロック図である。ここでは、ＴＤＤ（Time Division Duplex）方式の場合について説明する。また、各サブチャネルにはサブチャネル番号が、また、各サブキャリアにはサブキャリア番号が、それぞれ予め付与されている。また、予め定義されたサブチャネルとサブキャリアとの対応関係を示すグルーピング情報は、無線基地局装置と移動局装置とで予め共有されている。そのグルーピング情報は、サブチャネル番号と複数のサブキャリア番号の組み合わせから成り、どのサブチャネルがどのサブキャリアから構成されるのかを示す。

初めに、図１を参照して、無線基地局装置について説明する。
図１の無線基地局装置において、送信系では、各ユーザ（移動局装置）１〜Ｌ宛に送信される下りデータ系列１−１〜Ｌは、サブチャネル割当制御回路２に入力される。該データ系列は情報データシンボルからなる。また、サブチャネル割当制御回路２には、特徴抽出回路１７から特徴抽出情報１０２が入力される。特徴抽出情報１０２は、ユーザ別に、サブチャネル毎の伝搬路特性の特徴を表す情報である。

サブチャネル割当制御回路２は、特徴抽出情報１０２に基づき、ユーザ毎にサブチャネルの優先順位付けを行う。サブチャネル割当制御回路２は、そのユーザ毎のサブチャネル優先順位情報と、ユーザ１〜Ｌのユーザ間の優先順位情報とを用いて、各ユーザに割り当てるサブチャネルを決定する。サブチャネル割当制御回路２は、ユーザ毎に、その決定したサブチャネルと情報データシンボルとを関連付けする。具体的には、各ユーザの情報データシンボルとサブチャネル番号との組を構成する。各ユーザの情報データシンボルとサブチャネル番号との組は、シンボル変調・多重化回路３に入力される。また、シンボル変調・多重化回路３には、特徴抽出回路１７から特徴抽出情報１０２が入力される。

シンボル変調・多重化回路３は、ユーザ毎に、特徴抽出情報１０２に基づき、ユーザに割り当てられたサブチャネルの伝搬路特性に応じた最適な拡散多重変換行列を決定する。この拡散多重変換行列については後述する。シンボル変調・多重化回路３は、ユーザ毎に、その決定した拡散多重変換行列を用いて情報データシンボルの拡散及び多重化の処理を行う。具体的には、拡散多重変換行列から得た拡散符号を情報データシンボルのコピーに対して乗算する。ここで、情報データシンボルは、拡散符号長に応じた数だけコピーされている。このシンボル変調・多重化回路３の処理によって、ユーザ毎の拡散多重信号が得られる。その拡散多重信号は組となっているサブチャネル番号とともに、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）回路４に入力される。

ＩＦＦＴ回路４は、各拡散多重信号に対して逆高速フーリエ変換を施した後に、サブチャネル番号に従って対応付けられているサブキャリアの周波数信号と乗算する。その乗算後の各信号は、加算器５で加算された後に、ガードインターバル付加回路６でマルチパスの影響を回避するためのガードインターバルが付加される。ガードインターバル付加後の信号は、スイッチ７を介して乗算器８に入力され、高周波発振器９から出力されるキャリア信号と乗算されてベースバンド信号からマルチキャリア無線周波数信号（マルチキャリア信号）に変換された後に、アンテナ１０から送信される。

図１の無線基地局装置において、受信系では、アンテナ１０により受信されたマルチキャリア信号は、高周波発振器９から出力されるキャリア信号と乗算器８で乗算されてベースバンド信号に周波数変換された後に、スイッチ７を介してガードインターバル除去回路１１に入力され、ガードインターバルが除去される。なお、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については省略し図示していない。

高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路１２は、ガードインターバル除去後の信号に対して高速フーリエ変換を施し、サブキャリア毎のベースバンド信号を得る。データ判定回路１３は、サブキャリア毎のベースバンド信号に対して、拡散多重信号の復調処理及びデータ判定を行い、サブキャリア毎の情報データシンボルを得る。ここで、データ判定回路１３は、チャネル推定回路１６から入力される伝送路歪に基づき、受信信号の等化処理を行う。サブキャリア毎の情報データシンボルは、データ・デマッピング回路１４に入力される。また、データ・デマッピング回路１４には、サブチャネル割当制御回路２からサブチャネル割当情報１０３が入力される。サブチャネル割当情報１０３は、ユーザ毎のサブチャネル番号を含む。

データ・デマッピング回路１４は、サブチャネル割当情報１０３に基づき、ユーザ毎のサブチャネルとサブキャリアとの対応関係を把握し、データ判定回路１３出力後のサブキャリア毎の情報データシンボルから、各ユーザの情報データシンボルを判別する。データ・デマッピング回路１４は、その判別結果から、各ユーザ１〜Ｌの上りデータ系列１５−１〜Ｌを出力する。

チャネル推定回路１６には、ＦＦＴ回路１２からサブキャリア毎のベースバンド信号が入力される。チャネル推定回路１６は、サブキャリア毎のベースバンド信号から、サブキャリア別に、受信信号強度、干渉信号強度、雑音レベル及び伝搬路で発生する伝送路歪を測定する。また、チャネル推定回路１６は、ユーザ毎に、伝搬路推定を行う。その伝搬路推定には、受信信号の毎シンボル周期又は先頭のプリアンブル部分、或いは定期的に挿入される既知のパイロットシンボル又はデータシンボル等を用いる。チャネル推定回路１６は、上記サブキャリア毎の測定結果及びユーザ毎の伝送路推定結果を含む伝送特性情報１０１を出力する。その伝送特性情報１０１は特徴抽出回路１７に入力される。

特徴抽出回路１７は、伝送特性情報１０１に基づき、各ユーザのサブチャネル毎の伝送路特性の特徴抽出を行う。これにより、ユーザ別に、サブチャネル毎の伝搬路特性の特徴を表す特徴抽出情報１０２が得られる。

次に、図２を参照して、移動局装置について説明する。
図２の移動局装置において、送信系では、無線基地局装置への上りリンクで送信される上りデータ系列は、サブチャネル選択制御回路２１に入力される。また、サブチャネル選択制御回路２１には、サブチャネル選択制御情報検出回路３５が下りリンクの受信データから検出したマッピング制御情報２０１が入力される。マッピング制御情報２０１は、ユーザ毎のサブチャネル番号を含む。

サブチャネル選択制御回路２１は、マッピング制御情報２０１で示される自己の使用すべきサブチャネルと上りデータ系列とを関連付けする。具体的には、上りデータ系列の情報データシンボルとサブチャネル番号との組を構成する。情報データシンボルとサブチャネル番号の組は、シンボル変調・多重化回路２２に入力される。また、シンボル変調・多重化回路２２には、サブチャネル選択制御情報検出回路３５が下りリンクの受信データから検出した拡散多重変換行列情報２０２が入力される。拡散多重変換行列情報２０２は、ユーザ毎の拡散多重変換行列を特定する情報である。

シンボル変調・多重化回路２２は、拡散多重変換行列情報２０２に基づき、自己の使用すべき拡散多重変換行列を決定する。シンボル変調・多重化回路３は、その決定した拡散多重変換行列から得た拡散符号を情報データシンボルのコピーに対して乗算する。ここで、情報データシンボルは、拡散符号長に応じた数だけコピーされている。このシンボル変調・多重化回路２２の処理によって拡散多重信号が得られる。その拡散多重信号は組となっているサブチャネル番号とともに、ＩＦＦＴ回路２３に入力される。

ＩＦＦＴ回路２３は、各拡散多重信号に対して逆高速フーリエ変換を施した後に、サブチャネル番号に従って該当するサブキャリアの周波数信号と乗算する。その乗算後の各信号は、加算器２４で加算された後に、ガードインターバル付加回路２５でマルチパスの影響を回避するためのガードインターバルが付加される。ガードインターバル付加後の信号は、スイッチ２６を介して乗算器２７に入力され、高周波発振器２８から出力されるキャリア信号と乗算されてベースバンド信号からマルチキャリア信号に変換された後に、アンテナ２９から送信される。

図２の移動局装置において、受信系では、アンテナ２９により受信されたマルチキャリア信号は、高周波発振器２８から出力されるキャリア信号と乗算器２７で乗算されてベースバンド信号に周波数変換された後に、スイッチ２６を介してガードインターバル除去回路３０に入力され、ガードインターバルが除去される。なお、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については省略し図示していない。

ＦＦＴ回路３１は、ガードインターバル除去後の信号に対して高速フーリエ変換を施し、サブキャリア毎のベースバンド信号を得る。サブキャリア毎のベースバンド信号は、サブチャネル選択／判定回路３２に入力される。また、サブチャネル選択／判定回路３２には、サブチャネル選択制御情報検出回路３５からマッピング制御情報２０１が入力される。

サブチャネル選択／判定回路３２は、マッピング制御情報２０１で示される自己の使用すべきサブチャネルを構成するサブキャリアのベースバンド信号に対して、拡散多重信号の復調処理及びデータ判定を行い、サブキャリア毎の情報データシンボルを得る。ここで、サブチャネル選択／判定回路３２は、チャネル推定回路３６から入力される伝送路歪に基づき、受信信号の等化処理を行う。サブキャリア毎の情報データシンボルは、パラレル／シリアル変換回路３３によりシリアルデータ系列として出力される。スイッチ３４は、受信フレームのタイミングに応じて接続先を切り替え、パラレル／シリアル変換回路３３出力後のシリアルデータ系列を、サブチャネル選択制御情報検出回路３５に入力するか、若しくは、下りデータ系列として出力する。

チャネル推定回路３６には、ＦＦＴ回路３１からサブキャリア毎のベースバンド信号が入力される。また、チャネル推定回路３６には、サブチャネル選択制御情報検出回路３５からマッピング制御情報２０１が入力される。チャネル推定回路３６は、マッピング制御情報２０１で示される自己の使用すべきサブチャネルを構成するサブキャリアのベースバンド信号に対して、サブキャリア別に、受信信号強度、干渉信号強度、雑音レベル及び伝搬路で発生する伝送路歪を測定する。

次に、本実施形態に係る特徴的な構成について詳細に説明する。
図３は、図１に示すサブチャネル割当制御回路２の構成を示すブロック図である。図４は、図１に示す特徴抽出回路１７の構成を示すブロック図である。

初めに、図３を参照して、サブチャネル割当制御回路２について説明する。
図３において、サブチャネル割当制御回路２には、特徴抽出回路１７が生成した各ユーザ１〜Ｌの特徴抽出情報１０２−１〜Ｌが入力される。サブチャネル割当制御回路２は、ユーザ毎の判定基準４１−１〜Ｌ及びサブチャネル優先順位決定回路４２−１〜Ｌと、サブチャネル選定／割当制御回路４３と、データ・マッピング回路４４とを有する。

判定基準４１−１はユーザ１〜Ｌ毎に予め準備される。サブチャネル優先順位決定回路４２−１〜Ｌは、処理対象のユーザ１〜Ｌに対して、その判定基準４１−１〜Ｌに基づき、サブチャネルを選択する。さらに、その選択したサブチャネルに対して、当該ユーザ１〜Ｌの特徴抽出情報１０２−１〜Ｌに基づき、優先順位を付ける。これにより、ユーザ毎に、サブチャネルの優先順位が決定される。

なお、サブチャネルの優先順位の付け方としては、例えば、平均電力の高い順、平均干渉電力の小さい順、平均ＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio）又は平均ＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio）又は平均ＣＮＩＲ（Carrier to Noise and Interference Ratio）の大きい順、サブチャネルを構成する各サブキャリアの受信信号強度の分散値の小さい順、同各サブキャリアが受ける干渉電力の分散値の小さい順、同各サブキャリアが受ける雑音電力の分散値の小さい順、同各サブキャリアのＣＩＲ又はＣＮＲ又はＣＮＩＲの分散値の小さい順などが挙げられる。

各ユーザのサブチャネルの優先順位の情報は、サブチャネル選定／割当制御回路４３に入力される。また、サブチャネル選定／割当制御回路４３には、ユーザの優先順位情報３０１が入力される。優先順位情報３０１は、ユーザ１〜Ｌ間の優先順位を示し、予め準備される。

サブチャネル選定／割当制御回路４３は、各ユーザのサブチャネルの優先順位の情報と、優先順位情報３０１とに基づき、ユーザ１〜Ｌに対するサブチャネルの割当を行う。ここで、サブチャネル選定／割当制御回路４３は、優先順位情報３０１に基づき、ユーザ間の割当順序を制御する。また、各ユーザに対して、サブチャネルの優先順位に沿うように、サブチャネルの割当を制御する。その制御結果として、サブチャネル選定／割当制御回路４３は、どのユーザにどのサブチャネルを割り当てたのかを示すサブチャネル割当情報１０３を出力する。また、そのサブチャネル割当情報１０３は、マッピング制御情報３０２として、下りリンクの制御チャネルを介して各移動局装置に送信される。

データ・マッピング回路４４は、サブチャネル割当情報１０３に基づき、各ユーザ１〜Ｌの情報データシンボルとサブチャネルとを関連付ける。具体的には、各ユーザの情報データシンボルとサブチャネル番号との組を構成する。

次に、図４を参照して、特徴抽出回路１７について説明する。
図４において、ＦＦＴ回路１２（ＦＦＴ部１２ａ、サブキャリア・デインタリーブ部１２ｂ）からは、サブキャリアｆ_１〜ｆ_ｎの信号に対してサブキャリア・デインタリーブされた各サブキャリアｆ_１〜ｆ_ｎのベースバンド信号ｓ_１〜ｓ_ｎがチャネル推定回路１６に入力される。チャネル推定回路１６は、そのベースバンド信号ｓ_１〜ｓ_ｎから、サブキャリアｆ_１〜ｆ_ｎ別に、振幅歪みｈ_ｋ（ｔ）、位相回転量φ_ｋ（ｔ）、受信信号強度ｒ_ｋ（ｔ）、干渉信号強度ｉ_ｋ（ｔ）及び雑音レベルｎ_ｋ（ｔ）を測定する（但し、ｋは１〜ｎである）。その測定結果は、各サブキャリアｆ_１〜ｆ_ｎの伝送特性情報１０１−１〜ｎに含められて特徴抽出回路１７に入力される。

特徴抽出回路１７は、ユーザ１〜Ｌ毎の特徴抽出部５０−１〜Ｌを有する。特徴抽出部５０−１〜Ｌは、処理対象のユーザ１〜Ｌについて、サブチャネル毎の伝搬路特性の特徴を表す特徴抽出情報１０２−１〜Ｌを生成する。具体的には、特徴抽出部５０−１〜Ｌは、伝送特性情報１０１−１〜ｎに含まれる各測定データに対して平均値算出処理や分散値算出処理等を行い、伝送路特性の特徴の候補を算出する。伝送路特性の特徴の候補としては、例えば、サブチャネルを構成する全サブキャリアの平均受信信号強度、同全サブキャリアが受ける平均干渉電力、同全サブキャリアの平均雑音電力、これらの平均電力比、サブチャネルを構成する各サブキャリアの受信信号強度の分散値、同各サブキャリアが受ける干渉電力の分散値、同各サブキャリアが受ける雑音電力の分散値、同各サブキャリアのＣＩＲ又はＣＮＲ又はＣＮＩＲの分散値などが挙げられる。

特徴抽出部５０−１〜Ｌは、その算出した伝送路特性の特徴の候補の中から、特徴抽出情報１０２−１〜Ｌに含める候補を選定する。その選定基準は、ユーザ毎に予め準備される。特徴抽出部５０−１〜Ｌは、その選定結果の候補を有する特徴抽出情報１０２−１〜Ｌを出力する。特徴抽出情報１０２−１〜Ｌは、ユーザ１〜Ｌについてのサブチャネル毎の伝搬路特性の特徴を表す。

次に、本実施形態で用いる拡散多重変換行列について説明する。
本実施形態では（１）式で示される拡散多重変換行列を用いる。（１）式は、拡散率が２^Ｎかつ多重数が２^Ｎの場合に対応する拡散多重変換行列である。

上記（１）式の具体的な例として、（２）式には拡散率が２かつ多重数が２の場合に対応する拡散多重変換行列Ｔ_２、（３）式には拡散率が４かつ多重数が４の場合に対応する拡散多重変換行列Ｔ_４がそれぞれ示されている。なお、これらの拡散多重変換行列は、三角関数の特徴に基づいた各種の数式上の変形を行うことができる。

上記（１）式の拡散多重変換行列は直交行列であり、その行ベクトル同士は直交ベクトルである。同様に列ベクトル同士は直交ベクトルである。これにより、その拡散多重変換行列内の行ベクトル或いは列ベクトルから、拡散符号が直交符号として得られる。また、その拡散多重変換行列は、回転行列であり、調整パラメータｐ_Ｎはその回転角である。そして、その拡散多重変換行列から得られる拡散符号は、調整パラメータｐ_Ｎによって、同相成分（Ｉ成分）と直交成分（Ｑ成分）への拡散の度合いを制御することが可能なものである。

例えば、拡散率が２の場合（Ｎ＝１）、上記（２）式から、「ｐ_１＝０（ラジアン）」ならば信号の拡散は行われず、「ｐ_１＝π／４（ラジアン）」ならば均等の比率で信号の拡散が行われる。そして、「０＜ｐ_１＜π／４（ラジアン）」ならば、調整パラメータｐ_１に応じた比率で信号の拡散が行われる。

この拡散の度合いを調整することによって、ダイバーシチ効果と符号間干渉とを調整することができる。つまり、信号の拡散が行われない場合には、符号間干渉は発生しないが、ダイバーシチ効果も得られない。一方、信号の拡散が行われる場合には、拡散の度合いに応じたダイバシチ効果が得られるが、それとともに符号間干渉が発生する。

本実施形態では、上記（１）式で表される調整パラメータｐ_Ｎを引数とする三角関数から成る拡散多重変換行列内の行ベクトル或いは列ベクトルから、調整パラメータｐ_Ｎの設定値を用いて拡散符号（回転直交符号）を生成し、その拡散符号を用いて信号の拡散及び多重化を行う変調方式により信号伝送を行う。そして、その調整パラメータｐ_Ｎの設定値によって拡散の度合いを制御する。これにより、ダイバーシチ効果と符号間干渉とを調整することができる。

各ユーザのサブチャネルにおいては、サブチャネルを構成するサブキャリアが個々に受ける干渉電力やＣＩＲ等の分散値に応じて、最適な調整パラメータｐ_Ｎが存在する。このことから、本実施形態では、各ユーザの特徴抽出情報１０２に基づき、ユーザ毎の最適な調整パラメータｐ_Ｎの設定値を求め、その設定値からユーザ毎の拡散多重変換行列を求める。これにより、その拡散多重変換行列は、ユーザに割り当てられたサブチャネルの伝搬路特性に応じた最適な拡散多重変換行列となる。その拡散多重変換行列を用いて信号の拡散及び多重化を行うことにより、ユーザに割り当てられたサブチャネルの伝搬路特性に最適のダイバーシチ効果と符号間干渉との調整が可能となる。この結果として伝送品質の向上に寄与することができる。

なお、本実施形態に係る特徴抽出情報は、上記した拡散多重変換行列の決定の他、各種伝送パラメータの最適化や選定等に利用することができる。

上述した実施形態によれば、サブチャネル単位でサブキャリアのユーザ割当を行うことにより、送信側と受信側で交換する制御情報量を削減することができる。さらに、各ユーザの特徴抽出情報に基づいたユーザ毎の最適な調整パラメータの設定値から、ユーザ毎の最適な拡散多重変換行列を求め、その拡散多重変換行列を用いて信号の拡散及び多重化を行うことにより、ユーザに割り当てられたサブチャネルの伝搬路特性に最適の「伝搬路から受ける影響の調整」が可能となり、伝送品質の向上を図ることができる。本実施形態では、具体的にはダイバーシチ効果と符号間干渉との調整が可能である。

また、本実施形態によれば、以下に示すような効果が得られる。

（１）ユーザ毎に、無線基地局とユーザ間の伝送路特性から受信品質の良いサブチャネル順に優先順位付けを行い、その優先順位付けされたサブチャネルの中から各ユーザが使用するサブチャネルを順次決定するので、従来方式で問題となっていた受信品質の悪いサブキャリアで発生する受信誤りや、符号化率の低い誤り訂正符号の適用により生じる伝送効率の低下を解消することが期待できる。

（２）マルチキャリア符号分割多重（ＭＣ−ＣＤＭ）方式において、調整パラメータを引数とする三角関数から成る拡散多重変換行列内の行ベクトル或いは列ベクトルから、調整パラメータの設定値を用いて拡散符号を生成し、その拡散符号を用いた信号の拡散及び多重化を行う変調方式を用いて信号伝送を行うとともに、各ユーザの特徴抽出情報に基づき、ユーザ毎の最適な調整パラメータの設定値を選定することにより、無線伝送品質を改善することが可能となる。

（３）受信特性の良いサブチャネルを用いて情報伝送を行うので、通信品質を改善できるだけではなく、伝送効率の高い多値変調方式を高い符号化率で実施することができ、周波数利用効率の高い無線システムを実現可能にすることが期待できる。

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、上述した各ユーザのサブチャネル優先順位および調整パラメータの決定は、例えば、毎シンボルごと、定期的なシンボル周期ごと、不定期なシンボル周期ごと、事前に決定されたスロット長ごと、事前に決定されたフレーム周期ごとなど、任意の時間単位で行うことが可能である。

また、サブチャネルの優先順位を考慮せず、事前に決められたホッピングパターンに従って、各ユーザに割り当てるサブチャネルをシンボル周期単位、あるいは任意のシンボル長単位で変化させることも可能である。この場合、サブチャネルホッピングパターンをユーザ毎に独立としたり、若しくは相関の低いものにしたりすることにより、隣接セル間干渉を軽減して隣接セル間における同一チャネル干渉に耐性を持たせるとともに、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になる。

また、上述した実施形態では、無線基地局装置が拡散多重変換行列の最適な調整パラメータの設定値を決定し、その拡散多重変換行列情報を移動局装置に伝達しているが、移動局装置が拡散多重変換行列の最適な調整パラメータの設定値を決定し、その拡散多重変換行列情報を無線基地局装置に伝達するように構成してもよい。

また、特徴抽出情報の生成及びその特徴抽出情報を使用したサブチャネルの優先順位付けは、無線基地局又は移動局装置のいずれで行ってもよい。或いは、特徴抽出情報を相手局に伝達し、相手局側でその特徴抽出情報に基づきサブチャネルの優先順位を決定するように構成してもよい。

また、上述した実施形態では、ＴＤＤ方式の場合について説明したが、ＦＤＤ方式の場合にも適用可能である。ＦＤＤ方式の場合には、上りリンクと下りリンクとで使用周波数が異なるので、上りリンクと下りリンクとで各々独立にチャネル推定を行う必要がある。すなわち、上りリンクについては、各ユーザから伝送される上りリンク信号の通信品質（受信信号強度等）を観測し、その観測結果に基づいて各ユーザのサブチャネルの優先順位を無線基地局装置が決定し、その優先順位情報を各ユーザに通知する。一方、下りリンクについては、各ユーザが無線基地局装置から伝送される下りリンク信号の通信品質（受信信号強度等）を観測し、サブチャネルに関する特徴抽出情報、あるいは、ユーザ側で決定したサブチャネルの優先順位の情報を無線基地局装置にフィードバックし、そのフィードバック情報に基づいて無線基地局装置が各ユーザに割り当てるサブチャネルを決定し、各ユーザに通知する。なお、これらの制御手順については、拡散多重変換行列の最適な調整パラメータの設定値の決定及びその拡散多重変換行列情報の伝達に関しても同様である。

なお、本発明は、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、高速無線アクセスシステム、加入者系無線アクセスシステム、固定マイクロ波伝送システム、無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）システム、パーソナルエリアネットワークシステム、ディジタル衛星通信システム、移動衛星システム、センサーネットワークシステム等、各種のディジタル無線システムに適用することができる。

本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭＡ方式の移動通信システムの無線基地局装置の構成を示すブロック図である。同実施形態に係るＯＦＤＭＡ方式の移動通信システムの移動局装置（無線端末装置）の構成を示すブロック図である。図１に示すサブチャネル割当制御回路２の構成を示すブロック図である。図１に示す特徴抽出回路１７の構成を示すブロック図である。

符号の説明

２…サブチャネル割当制御回路、３，２２…シンボル変調・多重化回路、４，２３…逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）回路、５，２４…加算器、１２，３１…高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路、１３…データ判定回路、１４…データ・デマッピング回路、１６，３６…チャネル推定回路、１７…特徴抽出回路、２１…サブチャネル選択制御回路、３２…サブチャネル選択／判定回路、３３…パラレル／シリアル変換回路、３５…サブチャネル選択制御情報検出回路、４１−１〜Ｌ…判定基準、４２−１〜Ｌ…サブチャネル優先順位決定回路、４３…サブチャネル選定／割当制御回路、４４…データ・マッピング回路、５０−１〜Ｌ…特徴抽出部

Claims

直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式の無線基地局装置及び無線端末装置を有するマルチキャリア信号伝送システムにおいて、
複数のサブキャリアから成るサブチャネルの単位でサブキャリアのユーザ割当を行うサブチャネル割当制御手段と、
ユーザ毎に、サブチャネル毎の伝搬路特性の特徴を表す特徴抽出情報を生成する特徴抽出手段と、
ユーザ毎に、前記特徴抽出情報に基づき、ユーザに割り当てられたサブチャネルの伝搬路特性に応じた最適な拡散多重変換行列を決定する拡散多重変換行列決定手段と、を備え、
前記無線基地局装置は、
ユーザ毎に前記拡散多重変換行列を用いて信号の拡散及び多重化を行う信号多重手段と、
前記拡散及び多重化の処理後の信号を前記ユーザ割当の結果のサブチャネルに配置して送信する送信手段と、を有し、
前記無線端末装置は、
前記ユーザ割当の結果のサブチャネルの信号を受信する受信手段と、
該受信した信号に対して、その送信時と同じ拡散多重変換行列を用いた信号分割処理を行う信号分割手段と、を有する、
ことを特徴とするマルチキャリア信号伝送システム。
前記拡散多重変換行列は、調整パラメータを引数とする三角関数から成る直交行列であり、
前記拡散多重変換行列決定手段は、前記特徴抽出情報に基づいて前記調整パラメータの設定値を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチキャリア信号伝送システム。
前記サブチャネル割当制御手段は、前記特徴抽出情報に基づいて、ユーザ毎のサブチャネルの優先順位を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチキャリア信号伝送システム。
直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式の無線基地局装置において、
複数のサブキャリアから成るサブチャネルの単位でサブキャリアのユーザ割当を行うサブチャネル割当制御手段と、
ユーザ毎に、サブチャネル毎の伝搬路特性の特徴を表す特徴抽出情報を生成する特徴抽出手段と、
ユーザ毎に、前記特徴抽出情報に基づき、ユーザに割り当てられたサブチャネルの伝搬路特性に応じた最適な拡散多重変換行列を決定する拡散多重変換行列決定手段と、
ユーザ毎に前記拡散多重変換行列を用いて信号の拡散及び多重化を行う信号多重手段と、
前記拡散及び多重化の処理後の信号を前記ユーザ割当の結果のサブチャネルに配置して送信する送信手段と、
を備えたことを特徴とする無線基地局装置。
直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式の無線端末装置において、
ユーザ割当結果のサブチャネルの信号を受信する受信手段と、
該受信した信号に対して、その送信時と同じ拡散多重変換行列を用いた信号分割処理を行う信号分割手段と、を備え、
前記拡散多重変換行列は、自無線端末装置に係るサブチャネル毎の伝搬路特性の特徴を表す特徴抽出情報に基づき、自無線端末装置に割り当てられたサブチャネルの伝搬路特性に応じた最適な拡散多重変換行列として決定されていることを特徴とする無線端末装置。
直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式のマルチキャリア信号伝送方法であって、
複数のサブキャリアから成るサブチャネルの単位でサブキャリアのユーザ割当を行う第１の過程と、
ユーザ毎に、サブチャネル毎の伝搬路特性の特徴を表す特徴抽出情報を生成する第２の過程と、
ユーザ毎に、前記特徴抽出情報に基づき、ユーザに割り当てられたサブチャネルの伝搬路特性に応じた最適な拡散多重変換行列を決定する第３の過程と、
ユーザ毎に前記拡散多重変換行列を用いて信号の拡散及び多重化を行う第４の過程と、
前記拡散及び多重化の処理後の信号を前記ユーザ割当の結果のサブチャネルに配置して送信する第５の過程と、
前記ユーザ割当の結果のサブチャネルの信号を受信する第６の過程と、
該受信した信号に対して、その送信時と同じ拡散多重変換行列を用いた信号分割処理を行う第７の過程と、
を含むことを特徴とするマルチキャリア信号伝送方法。