JP4675432B2

JP4675432B2 - Ｏｆｄｍ方式で変調された送信信号を受信する受信装置及び受信方法

Info

Publication number: JP4675432B2
Application number: JP2010194602A
Authority: JP
Inventors: 祥久岸山; 健一樋口; 衛佐和橋
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2027-01-09
Also published as: JP2010279077A

Description

本発明は、移動通信の技術分野に関連し、特に直交周波数分割多重(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式を利用する移動通信システムで使用される送信装置、受信装置及び方法に関する。

IMT-2000のような第３世代の移動通信システムでは、パイロット信号及びデータ信号等を含む信号が符号分割多重接続(CDMA)方式で伝送されている。この場合に、パイロット信号はチャネル推定等に使用され、受信品質保証における中心的役割を担うので、他の信号よりも高い電力で送信されることがある(パワーブースト)。

一方、第３世代以降の移動通信システムでは、より広い帯域を用いて更なる高品質化、高速化、大容量化等を図ることが検討され、下りリンクにOFDM方式を採用することが検討されている(これについては、例えば非特許文献１参照。)。このような将来的な移動通信システム(例えば、ロングタームエボリューション(LTE))でもパイロット信号を用いたチャネル推定精度を向上させることが望ましい。そこでリファレンス信号を他の信号(典型的には、データ信号)より強い電力で送信することが考えられる。なお、パイロット信号は、リファレンス信号、トレーニング信号、既知信号等と言及されてもよい。

OFDM方式が使用される場合には、あるタイムスロットで信号を送信するのに必要な電力は、個々のサブキャリアにマッピングされたデータに割り当てられた電力密度各々を全サブキャリアにわたって加算した総電力である。この総電力が送信機の許容最大送信電力を超えると、送信信号に不要な歪が導入されてしまうので、総電力P_allは許容最大送信電力P_MAX以下に抑制されることが望ましい。しかしながらどのサブキャリアにどのようなデータ信号がマッピングされるかはデータ信号が確定する前には不明であり、それらがサブキャリアにマッピングされた後に総電力が超えないようにすることは容易ではない。

更に、リファレンス信号は常に送信される必要はなく、タイムスロットによってはリファレンス信号が含まれていたりいなかったりするかもしれない。この場合に、リファレンス信号が他の信号より強い電力であるように設定されていたとすると、タイムスロット毎に必要な総電力は更に大きく異なることになる。どのタイムスロットでも総電力P_allが許容最大送信電力P_MAXを超えないようにするため、各サブキャリアにマッピングされるデータの電力密度にかなり大きなマージンを確保しておくことが考えられるかもしれない。しかしながら、そのようにすると送信用電力増幅器の増幅効率が高く維持されなくなってしまうことが懸念される。

3GPP,TR25.814

本発明の課題は、OFDM方式を利用する移動通信システムにおけるチャネル推定精度の向上及び送信電力増幅効率の向上を図ることである。

一実施例による送信装置は、
OFDM方式で変調され送信された送信信号を受信する受信装置であって、
リファレンス信号及びデータ信号が個々のサブキャリアにマッピングされた信号を逆フーリエ変換することによって生成された送信信号を受信する受信部と、
前記受信部において受信した送信信号を処理する処理部とを備え、
リファレンス信号とデータ信号とが周波数多重されたタイミングで送信され前記受信部が受信した第１信号に割り当てられた総電力と、リファレンス信号が周波数多重されず、かつデータ信号のみが配置されたタイミングで送信され前記受信部が受信した第２信号に割り当てられた総電力とが等しく維持されており、
リファレンス信号とデータ信号とが周波数多重された第１信号のタイミングでは、所定のサブキャリアへのデータ信号のマッピングが禁止され、かつリファレンス信号の単位帯域当たりの電力密度は、データ信号の単位帯域当たりの電力密度より大きく設定され、
第２信号におけるデータ信号の単位帯域当たりの電力密度は、第１信号におけるデータ信号の単位帯域当たりの電力密度に等しく維持される
ことを特徴とする送信装置である。

本発明によれば、OFDM方式を利用する移動通信システムにおけるチャネル推定精度の向上及び送信電力増幅効率の向上を図ることができる。

本発明による送信装置の部分ブロック図を示す。本発明による受信装置の部分ブロック図を示す。本発明の第１実施例により電力密度が調整された様子を示す図である。本発明の第２実施例により電力密度が調整された様子を示す図である。ヌルサブキャリアを設定することで余った電力をリファレンス信号に振り分ける様子を示す図である。

本発明の一形態によるOFDM方式の送信装置では、あるタイムスロットで送信される信号に割り当てられる総電力と、別のタイムスロットで送信される信号に割り当てられる総電力とが等しく維持される。リファレンス信号の単位帯域当たりの電力密度は、データ信号の単位帯域当たりの電力密度より大きく設定される。各タイムスロットでの総送信電力が一定に維持されるので、電力増幅効率は高く維持される。しかもリファレンス信号は他の信号より強く送信されるので、チャネル推定精度も高く維持される。リファレンス信号がどの程度大きな電力で送信されたかを示す電力情報は、L1/L2制御情報(低レイヤ制御情報)、報知情報(BCH)又はL3制御情報(高レイヤ制御情報)として受信装置に通知されてもよいし、システムで固定値にすることでいちいち通知しなくて済むようにしてもよい。

本発明の一形態では、リファレンス信号が送信されるタイムスロットでは所定のサブキャリアへのデータ信号のマッピングが禁止されてもよい。これにより、あるタイムスロットで送信されるデータ信号の単位帯域当たりの電力密度は、該タイムスロットでリファレンス信号が送信されるか否かによらず等しく維持される。データ信号の送信電力密度がどのタイムスロットでも一定に維持されるので、この手法は、受信側でデータ信号についての尤度情報を、送信電力レベル毎に複数用意しなくて済む点で有利である。データ信号のマッピングが禁止されたサブキャリアがどれであるかを示す電力情報は、L1/L2制御情報(低レイヤ制御情報)、報知情報(BCH)又はL3制御情報(高レイヤ制御情報)として受信装置に通知されてもよいし、システムで固定値にすることでいちいち通知しなくて済むようにしてもよい。

説明の便宜上、本発明が幾つかの実施例に分けて説明されるが、各実施例の区分けは本発明に本質的ではなく、２以上の実施例が必要に応じて使用されてよい。

図１は本発明の一実施例によるOFDM方式の送信装置の部分ブロック図を示す。送信装置は、典型的には下りリンクにOFDM方式を使用する移動通信システムにおける基地局に設けられる。しかしながら本装置はOFDM方式の送信を行う他の装置に設けられてもよい。図１には、マッピング部１１、高速逆フーリエ変換部(IFFT)１２、ガードインターバル付与部(+CP)１３、電力密度制御部１４、電力密度設定部１５，１６が描かれている。

マッピング部１１は、電力密度の調整されたリファレンス信号及び電力密度の調整されたデータ信号を、周波数軸上に用意された多数のサブキャリアの各々に対応付ける。対応付けられる信号の種類は、典型的には図示のようにリファレンス信号及びデータ信号であるが、実際には制御信号のような他の信号がマッピングされてもよい。

高速逆フーリエ変換部(IFFT)１２は、マッピング後の信号を高速逆フーリエ変換し、OFDM方式での変調を行い、送信シンボル中の有効シンボルの部分を作成する。

ガードインターバル付与部(+CP)１３は、OFDM方式で変調された信号(この段階では、有効シンボル部分)にガードインターバルを付与し、送信信号を構成するOFDMシンボルを作成する。送信信号は不図示の要素により無線送信される。ガードインターバルは、サイクリックプレフィックス(Cyclic Prefix)とも呼ばれ、送信シンボル中の有効シンボルに含まれる一部分を複製することで用意することができる。

なお、説明の簡明化のため、直並列変換部(S/P)や並直列変換部(P/S)のような要素は図示されていないが、必要に応じてそのような要素がマッピング部１１やIFFT部１２等に付随して用意されることは当業者に明白であろう。

電力密度制御部１４は、個々のサブキャリアにマッピングされるデータの電力密度(単位帯域当たりの電力密度)がどの程度の大きさであるべきかを制御する。この場合における「データ」は、リファレンス信号及びデータ信号である。後述されるように本実施例では、どのタイムスロットについても、信号を送信するのに必要な総電力P_allは同じであるように電力密度が調整される。

電力密度設定部１５は、電力密度制御部１４からの指示に従って、リファレンス信号の電力密度を調整する。

電力密度設定部１６は、電力密度制御部１４からの指示に従って、データ信号の電力密度を調整する。

図２はOFDM方式の受信装置の部分ブロック図を示す。受信装置は、典型的には下りリンクにOFDM方式を使用する移動通信システムにおけるユーザ装置に設けられる。しかしながら本装置はOFDM方式の送信を行う他の装置に設けられてもよい。図２には、サイクリックプレフィックス除去部(-CP)２１、高速フーリエ変換部(FFT)２２、デマッピング部２３、チャネル推定部２４及びチャネル復号部２５が描かれている。

サイクリックプレフィックス除去部(-CP)２１は、受信信号に含まれる各OFDMシンボルからガードインターバルを除去し、有効シンボル部分を抽出する。

高速フーリエ変換部(FFT)２２は、受信信号中の有効シンボル部分を高速フーリエ変換し、OFDM方式における復調を行う。

デマッピング部２３は、OFDM方式における復調後の信号からリファレンス信号及びデータ信号を分離する。

チャネル推定部２４は、分離後のリファレンス信号からチャネル推定を行い、データ信号がどのようにチャネル補償されるべきかを決定する。この場合において、チャネル推定部は、送信側でどのような電力密度でリファレンス信号が送信されたかについての電力情報を用いてチャネル推定を行う。この電力情報は、図1の送信装置から制御信号を介して図２の受信装置に通知されてもよいし、報知情報(BCH)やレイヤ３情報として通知されてもよい。

チャネル復号部２５は、チャネル推定結果に基づいてデータ信号をチャネル補償しながら復号し、後段の処理部(図示せず)に出力する。

図１の送信装置の場合と同様に、図２でも説明の簡明化のため、直並列変換部(S/P)や並直列変換部(P/S)のような要素は図示されていないが、必要に応じてそのような要素がFFT部２２やデマッピング部２３等に付随して用意されることは当業者に明白であろう。

動作を次に説明する。図１の送信装置は、所定数個のOFDMシンボルで構成される送信信号を所定の期間毎に順に送信する。所定の期間は、タイムスロットと呼ばれてもよいし、送信時間間隔（TTI）と呼ばれてもよい。本実施例では、どのタイムスロットで送信される信号にも同じ総電力が割り当てられるように、電力密度制御部１４は電力密度を制御する。

図３は電力密度が制御されたリファレンス信号及びデータ信号が周波数軸上に適切にマッピングされた後の様子を模式的に示し、これは図１のマッピング部１１の出力に関連付けることができる。時間軸上のt1,t2,t3,t4は４つのタイムスロットを区別するラベルである。周波数軸上のf1,f2,f3,f4,f5,f6は６つのサブキャリアを区別するラベルである。第1，第４タイムスロットt1,t4ではリファレンス信号及びデータ信号が周波数多重されている。これらのタイムスロットt1,t4では、データ信号の電力密度はP_Lに設定され、リファレンス信号の電力密度はPrefに設定されている。第２，第３タイムスロットt2,t3ではリファレンス信号は多重されていない。これらのタイムスロットt2,t3ではデータ信号の電力密度がP_Hに設定されている。本実施例では、例えば、第１タイムスロットの信号を送信するのに必要な総電力Pall(t1)=5×P_L+Prefが、第２タイムスロットの信号を送信するのに必要な総電力Pall(t2)=6×P_Hに等しくなるように、各電力密度が調整されている。更に、本実施例ではどのタイムスロットについても総電力が一定に維持されるように電力密度が調整される。

Pall(t1)= Pall(t2)= Pall(t3)= Pall(t4)=・・・
このように電力密度及び電力の調整された送信信号は、図１の送信装置から送信され、図２に示されるような受信装置で受信される。この場合において、リファレンス信号の送信電力Prefが他の信号よりもどの程度強く送信されたかを示す第１電力情報が、受信装置に通知される。第１電力情報は、頻繁に変更する場合にはL1/L2制御信号のような低レイヤ制御信号で通知されてもよいし、比較的長周期で変更する場合にはL3シグナリング情報として又は報知情報(BCH)として通知されてもよいし、システムで不変に固定しておく場合にはいちいち通知しなくてもよい。いずれにせよ、第１電力情報によるPrefとリファレンス信号の受信電力とを比較することで、チャネル推定を高精度に行うことができる。

本実施例によれば、どのタイムスロットについても総電力Pallが一定に維持されるように電力密度が調整されるので、電力増幅器の効率を高く維持しつつ、リファレンス信号を他の信号より強く送信し、チャネル推定を高精度に行うことができる。

ここで使用されている数値は説明目的のために例示されているに過ぎず、実際には多数のサブキャリア及びタイムスロットに渡って信号が送信される。説明の簡明化のため、１つのタイムスロットに１つのリファレンス信号しかマッピングされていないように図示されているが、このことは本発明に必須ではなく、適切なリファレンス信号はいくつでも様々にマッピングされてよい。また、リファレンス信号及びデータ信号だけでなく、制御信号のような他の信号がマッピングされた場合に本発明が適用されてもよい。

第１実施例では全てのサブキャリアに何らかの信号がマッピングされた上で、どのタイムスロットについても総電力Pallが一定に維持されるように電力密度が調整される。このため、図３に示されるように、第１，第４タイムスロットt1,t4でのデータ信号の電力密度P_Lは、第２，第３タイムスロットt2,t3でのデータ信号の電力密度P_Hと異なる（P_L<P_H）。従って、電力密度P_Hで送信されたデータ信号についての確からしさ(尤度情報)と、電力密度P_Lで送信されたデータ信号についての確からしさ(尤度情報)とは異なり、受信装置での復号時に、P_H用の尤度情報とP_L用の尤度情報とを厳密には区別して用意しなければならず、復号処理の複雑化を招くおそれがある。本発明の第２実施例は、このような懸念に対処しようとするものである。

図４は本発明の第２実施例により電力密度が調整された様子を模式的に示す。どのタイムスロットについても総電力Pallが一定に維持されるように電力密度が調整される点は、第１実施例と同じである。しかしながら第２実施例では、リファレンス信号を含むタイムスロットには、如何なる信号もマッピングされないサブキャリアが存在する点が異なる。図中直方体状の領域を示す破線枠で示されているように、第１タイムスロットt1の第1サブキャリアf1、及び第４タイムスロットt4の第1サブキャリアf1での電力はゼロであり、如何なる信号もマッピングされてない。その代わり、どのサブキャリアでもデータ信号の電力密度はP_Hで一定である。本実施例でもリファレンス信号の電力密度Prefは、図示の例ではPref=P_H+P_H=2×P_Hである。タイムスロットt2,t3では、Pall(t2)=Pall(t3)=6×P_Hであり、タイムスロットt1,t4では、Pall(t1)=Pall(t4)=4×P_H+(2×P_H)=6×P_Hであり、それらは等しく維持される。このようにリファレンス信号を含むタイムスロットでは、１以上のサブキャリアについて信号の割り当てを禁止し、その分余った電力をリファレンス信号に振り分けることで、総電力Pallを維持しつつリファレンス信号を他の信号より強く送信することができる。

信号のマッピングされないサブキャリア(便宜上、ヌルサブキャリアと呼ぶ)がどれであるかを示す第２電力情報は、それが頻繁に変更する場合にはL1/L2制御信号のような低レイヤ制御信号で通知されてもよいし、比較的長周期で変更する場合にはL3シグナリング情報として又は報知情報(BCH)として通知されてもよいし、システムで不変に固定しておく場合にはいちいち通知しなくてもよい。信号のマッピングされないサブキャリア数も必要に応じていくつ用意されてもよい。ヌルサブキャリアの場所は、特定のサブキャリアに固定されてもよいし、時間と共に異なるサブキャリアに変わってもよいし、周波数及び／又は時間方向に変化する所定のホッピングパターンに従って変化してもよい。

また、リファレンス信号用に振り分けられる電力密度は、図４の例ではP_Hであったが(Pref=P_H＋P_H)、図５に示されるように、P_Hの一部分が１つのリファレンス信号に振り分けられてもよい。この場合、Pref=(3/2)×P_Hとなる。リファレンス信号をどの程度強く送信すべきかに依存して、信号をマッピングしないサブキャリア数を適宜決定することができる。

本実施例によれば、総電力Pallを維持しつつリファレンス信号を他の信号より強く送信し且つデータ信号の電力密度を常に一定にできるので、第１実施例で得られる効果に加えて、データ信号の尤度情報を増やさずに済む。

以下、実施例により教示される手段を例示的に列挙する。

（第１項）
OFDM方式で変調された送信信号を送信する送信装置であって、
リファレンス信号及びデータ信号が個々のサブキャリアにマッピングされた信号を逆フーリエ変換し、送信信号を作成する手段と、
前記送信信号を無線送信する手段と、
を有し、あるタイムスロットで送信される信号に割り当てられる総電力と、別のタイムスロットで送信される信号に割り当てられる総電力とが等しく維持され、
リファレンス信号の単位帯域当たりの電力密度は、データ信号の単位帯域当たりの電力密度より大きく設定される
ことを特徴とする送信装置。

（第２項）
リファレンス信号が送信されるタイムスロットでは所定のサブキャリアへのデータ信号のマッピングが禁止され、
あるタイムスロットで送信されるデータ信号の単位帯域当たりの電力密度は、該タイムスロットでリファレンス信号が送信されるか否かによらず等しく維持される
ことを特徴とする第１項記載の送信装置。

（第３項）
前記データ信号は、ユーザデータ信号及び制御データ信号の双方又は一方を含む
ことを特徴とする第１項記載の送信装置。

（第４項）
OFDM方式で変調された送信信号を送信するための方法であって、
リファレンス信号及びデータ信号が個々のサブキャリアにマッピングされた信号を逆フーリエ変換し、送信信号を作成するステップと、
前記送信信号を無線送信するステップと、
を有し、あるタイムスロットで送信される信号に割り当てられる総電力と、別のタイムスロットで送信される信号に割り当てられる総電力とが等しく維持され、
リファレンス信号の単位帯域当たりの電力密度は、データ信号の単位帯域当たりの電力密度より大きく設定される
ことを特徴とする方法。

（第５項）
リファレンス信号が送信されるタイムスロットでは所定のサブキャリアへのデータ信号のマッピングが禁止され、
あるタイムスロットで送信されるデータ信号の単位帯域当たりの電力密度は、該タイムスロットでリファレンス信号が送信されるか否かによらず等しく維持される
ことを特徴とする第４項記載の方法。

（第６項）
OFDM方式で変調され送信された信号を受信する受信装置であって、
フーリエ変換後の受信信号からリファレンス信号及びデータ信号を抽出する手段と、
第１電力情報及び第２電力情報を利用して前記リファレンス信号に基づいてチャネル推定を行う手段と、
チャネル推定結果に従って前記データ信号のチャネル補償を行い、前記データ信号を復号する手段と、
を有し、前記第１電力情報は、あるタイムスロットで送信される信号に割り当てられた総送信電力と、別のタイムスロットで送信される信号に割り当てられた総送信電力とが等しく維持されていたことを示し、前記第２電力情報は、リファレンス信号の単位帯域当たりの電力密度はデータ信号の単位帯域当たりの電力密度より大きく設定されていたことを示す
ことを特徴とする受信装置。

（第７項）
前記データ信号は、ユーザデータ信号及び制御データ信号の双方又は一方を含む
ことを特徴とする第６項記載の受信装置。

（第８項）
リファレンス信号が送信されるタイムスロットでは所定のサブキャリアへのデータ信号のマッピングが禁止され、
あるタイムスロットで送信されるデータ信号の単位帯域当たりの電力密度は、該タイムスロットでリファレンス信号が送信されるか否かによらず等しく維持される
ことを特徴とする第６項記載の受信装置。

（第９項）
OFDM方式で変調され送信された信号を受信するための方法であって、
フーリエ変換後の受信信号からリファレンス信号及びデータ信号を抽出するステップと、
第１電力情報及び第２電力情報を利用して前記リファレンス信号に基づいてチャネル推定を行うステップと、
チャネル推定結果に従って前記データ信号のチャネル補償を行い、前記データ信号を復号するステップと、
を有し、前記第１電力情報は、あるタイムスロットで送信される信号に割り当てられた総送信電力と、別のタイムスロットで送信される信号に割り当てられた総送信電力とが等しく維持されていたことを示し、前記第２電力情報は、リファレンス信号の単位帯域当たりの電力密度はデータ信号の単位帯域当たりの電力密度より大きく設定されていたことを示す
ことを特徴とする方法。

（第１０項）
前記データ信号を復号するステップでの復号処理に第３電力情報も利用され、
前記第３電力情報は、リファレンス信号が送信されたタイムスロットでは所定のサブキャリアへのデータ信号のマッピングは禁止され、あるタイムスロットで送信されるデータ信号の単位帯域当たりの電力密度は、該タイムスロットでリファレンス信号が送信されるか否かによらず等しく維持されていたことを示す
ことを特徴とする第９項記載の方法。

１１マッピング部
１２高速逆フーリエ変換部(IFFT)
１３ガードインターバル付与部(+CP)
１４電力密度制御部
１５，１６電力密度設定部
２１サイクリックプレフィックス除去部(-CP)
２２高速フーリエ変換部(FFT)
２３デマッピング部
２４チャネル推定部
２５チャネル復号部

Claims

OFDM方式で変調され送信された送信信号を受信する受信装置であって、
リファレンス信号及びデータ信号が個々のサブキャリアにマッピングされた信号を逆フーリエ変換することによって生成された送信信号を受信する受信部と、
前記受信部において受信した送信信号を処理する処理部と
を備え、リファレンス信号とデータ信号とが周波数多重されたタイミングで送信され前記受信部が受信した第１信号に割り当てられた総電力と、リファレンス信号が周波数多重されず、かつデータ信号のみが配置されたタイミングで送信され前記受信部が受信した第２信号に割り当てられた総電力とが等しく維持されており、
リファレンス信号とデータ信号とが周波数多重された第１信号のタイミングでは、所定のサブキャリアへのデータ信号のマッピングが禁止され、かつリファレンス信号の単位帯域当たりの電力密度は、データ信号の単位帯域当たりの電力密度より大きく設定され、
第２信号におけるデータ信号の単位帯域当たりの電力密度は、第１信号におけるデータ信号の単位帯域当たりの電力密度に等しく維持されている
ことを特徴とする受信装置。
前記受信部は、リファレンス信号の単位帯域当たりの電力密度がデータ信号の単位帯域当たりの電力密度よりもどの程度大きくされたかを示す電力情報を前記送信装置から通知されることを特徴とする請求項１記載の受信装置。
前記データ信号は、ユーザデータ信号及び制御データ信号の双方又は一方を含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の受信装置。
OFDM方式で変調され送信された送信信号を受信するための受信方法であって、
リファレンス信号及びデータ信号が個々のサブキャリアにマッピングされた信号を逆フーリエ変換することによって生成された送信信号を受信部により受信するステップと、
受信した送信信号を処理するステップと
を有し、リファレンス信号とデータ信号とが周波数多重されたタイミングで送信され前記受信部が受信した第１信号に割り当てられた総電力と、リファレンス信号が周波数多重されず、かつデータ信号のみが配置されたタイミングで送信され前記受信部が受信した第２信号に割り当てられた総電力とが等しく維持され、
リファレンス信号とデータ信号とが周波数多重された第１信号のタイミングでは、所定のサブキャリアへのデータ信号のマッピングが禁止され、かつリファレンス信号の単位帯域当たりの電力密度は、データ信号の単位帯域当たりの電力密度より大きく設定され、
第２信号におけるデータ信号の単位帯域当たりの電力密度は、第１信号におけるデータ信号の単位帯域当たりの電力密度に等しく維持されている
ことを特徴とする受信方法。