JP4163942B2 - 無線通信装置及び無線送信方法 - Google Patents
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- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチキャリア伝送方式の無線通信装置及び無線送信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マルチキャリアＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）システムでは、送信装置において、送信データを周波数軸方法に拡散し、コード多重してデータを送信するようになされている。送信されたデータは、周波数選択性フェージングの影響を受けて受信装置に受信されることにより、受信装置において、拡散コード間の直交性の崩れが発生し、受信性能が劣化する。拡散コード間の直交性の崩れを低減して受信性能を向上させるために、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）等のアルゴリズムを適用した逆拡散を行って受信性能を向上させる方法が広く知られている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
また、受信装置において、各サブキャリアの電力を等しくすれば、受信装置において拡散コード間の直交性の崩れがなくなることにより、受信装置において各サブキャリアの受信電力が等しくなるよう、予め送信装置においてサブキャリアの送信パワーを調整して送信する方法が考えられている（非特許文献２参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
「SIR推定に基づくMMSE合成を用いた下りリンクブロードバンドOFCDMパケット伝送の特性，電子情報通信学会技術報告 無線通信システム研究会 RCS2001-166 2001年10月」
【非特許文献２】
「Performance of predistortion techniques for uplink MC-CDMA systems with TDD and FDD modes, 国際学会 The Fifth International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC'02) 2002年10月」
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非特許文献１に示されるＭＭＳＥのアルゴリズムを適用した受信方法では、受信装置において、ノイズの電力の測定が必要であることにより、受信装置の構成が複雑になる。また、伝搬環境の状態によっては、拡散コード間の直交性の崩れを完全に回復することは困難であることにより、必ずしも最適な受信性能を得ることはできないという問題があった。
【０００６】
また、非特許文献２に示される方法では、受信装置においてＥＧＣ（等利得）合成を行うようになされていることにより、ＭＲＣ合成を行う場合に比べて受信性能が劣化するという問題があった。
【０００７】
図６は従来の送信装置１０の構成を示すブロック図である。送信装置１０において、コード多重数（受信装置数）だけ設けられた拡散部１１及びシリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換部１２に各受信装置への送信データがそれぞれ入力される。
【０００８】
拡散部１１は、送信データを所定の拡散コードを用いて拡散処理した後、拡散後の信号をＳ／Ｐ変換部１２に供給する。Ｓ／Ｐ変換部１２は、拡散後のシリアル信号をパラレル信号に変換することにより、例えば４つのサブキャリアを生成し、これをそれぞれ対応する加算器１３−１〜１３−４に供給する。
【０００９】
加算器１３−１は、コード多重数（受信装置数）分だけ設けられている拡散部１１及びＳ／Ｐ変換部１２の組み合わせのうちの第１の組から出力される第１のサブキャリアと、拡散部１１及びＳ／Ｐ変換部１２の組み合わせのうちの第２の組から出力される第１のサブキャリアとを加算する。これにより、第１のサブキャリアには、第１のユーザ（受信装置）宛に第１の拡散コードによって拡散された信号と、第２のユーザ（受信装置）宛に第２の拡散コードによって拡散された信号とが加算され、第１のサブキャリアを構成する。この第１のサブキャリアは乗算器１４−１に供給される。
【００１０】
また、他の加算器１３−２〜１３−４も同様にして、各ユーザ（受信装置）ごとに対応した拡散部１１及びＳ／Ｐ変換部１２の各組から出力される第２のサブキャリア同士、第３のサブキャリア同士、第４のサブキャリア同士をそれぞれ加算し、その結果を乗算器１４−２〜１４−４に供給する。乗算器１４−１〜１４−４は、それぞれ、重み係数算出部２３において各サブキャリアに対応して算出された重み係数を各サブキャリアに乗算する。
【００１１】
乗算器１４−１〜１４−４の出力はＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理部１５に供給される。ＩＦＦＴ処理部１５は、各サブキャリアを重畳することにより、ＯＦＤＭ信号（マルチキャリア信号）を生成し、これをＧＩ（Gird Interval）付加部１６に供給する。ＧＩ付加部１６は、ＯＦＤＭ信号に対してガードインターバルを付加した後、送信ＲＦ（Radio Frequency）部１７に供給する。送信ＲＦ部１７は、ガードインターバル挿入後の信号に対して所定の無線送信処理（例えば、Ｄ／Ａ変換やアップコンバードなど）を行い、この無線送信処理後の信号を無線信号としてアンテナ１８を介して送信する。
【００１２】
送信装置１０から送信された信号は、受信装置において受信される。図７は受信装置３０の構成を示すブロック図である。受信装置３０において、アンテナ３１を介して受信ＲＦ部３２に受信された受信信号は、ここで所定の無線受信処理（例えば、ダウンコンバートやＡ／Ｄ変換など）が施される。受信ＲＦ部３２は、この無線受信処理後の信号を、ＧＩ除去部３３に供給する。
【００１３】
ＧＩ除去部３３では、無線受信処理後の信号に挿入されているガードインターバルを除去し、このガードインターバル除去後の信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理部３４に供給する。ＦＦＴ処理部３４は、ガードインターバル除去後の信号に対して、シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換し、Ｓ／Ｐ変換後の信号にＦＦＴ処理を行ってサブキャリアごとの情報に変換し、このＦＦＴ処理後の信号のうち既知信号であるパイロットシンボルを、サブキャリアごとにチャネル推定部３５に供給する。
【００１４】
チャネル推定部３５は、サブキャリアごとのパイロットシンボルを用いてサブキャリアごとにチャネル推定を行い、得られたサブキャリアごとのチャネル推定値をＥＧＣ係数算出部３６及び制御チャネル送信部３９にそれぞれ供給する。
【００１５】
ＥＧＣ（Equal Gain Combining）係数算出部３６では、サブキャリアごとのチャネル推定値に対して等利得合成を行うためのＥＧＣ係数を算出し、このＥＧＣ係数を乗算器３７−１〜３７−４に供給する。乗算器３７−１〜３７−４は、ＦＦＴ処理部３４から出力されたＦＦＴ処理後の各サブキャリアに対して、ＥＧＣ係数算出部３６から供給される係数を乗算し、その乗算結果を逆拡散部３８に供給することにより、ＥＣＧ逆拡散処理を行う。
【００１６】
また、制御チャネル送信部３９は、チャネル推定部３５から供給された各サブキャリアのチャネル推定値を制御チャネルで送信するためのものであり、各チャネル推定値を送信ＲＦ部４０に供給する。送信ＲＦ部４０は、各チャネル推定値情報に対して所定の無線送信処理（例えば、Ｄ／Ａ変換やアップコンバードなど）を行い、この無線送信処理後の信号を無線信号としてアンテナ４１を介して送信する。
【００１７】
この受信装置３０から送信された信号を受信した送信装置１０（図６）では、その受信ＲＦ部２０において、その受信信号に対して所定の無線受信処理（例えば、ダウンコンバートやＡ／Ｄ変換など）を行い、この無線受信処理後の信号を、制御チャネル受信部２１に供給する。制御チャネル受信部２１は、受信信号から制御チャネルを抽出し、この抽出された制御チャネルのデータをチャネル情報検出部２２に供給する。
【００１８】
チャネル情報検出部２２は、制御チャネルによって受信装置からフィードバック情報として送信された各サブキャリアごとのチャネル推定値を検出し、このチャネル推定値を重み係数算出部２３に供給する。重み係数算出部２３は、各サブキャリアごとにチャネル推定値から重み係数を算出し、算出された重み係数を乗算器１４−１〜１４−４に供給する。この重み係数として、例えば、図８に示すように、各サブキャリアごとにチャネル推定値の逆数を用いるようにしている。これにより、受信装置３０における受信電力が小さなサブキャリアは送信装置１０において送信電力を大きくして送信し、受信装置３０における受信電力が大きなサブキャリアは送信装置１０において送信電力を小さくして送信することとなり、受信装置３０における各サブキャリアの受信電力を一定に受信することができる。受信装置３０では、受信電力が一定であるものとして、位相の変化だけを戻して逆拡散（等利得合成型逆拡散）することにより、周波数選択性フェージングがあっても、拡散コード間の直交性を回復することは可能となっている。
【００１９】
かかる構成の従来の送信装置１０においては、図９に示すように、各サブキャリア（♯１〜♯４）においては重み付けによってその送信電力が異なっているが、サブキャリア内での各拡散コードごと（各ユーザごと）の送信電力は一定となっている。
【００２０】
このように、従来のＥＧＣ（等利得合成）を用いたマルチキャリアＣＤＭＡシステムでは、各サブキャリアごとに重み付けを行って受信装置側での受信信号の電力を等しくするだけであったので、受信装置において拡散コード間の直交性の回復は可能であるものの、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を最適化することは困難であった。
【００２１】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、マルチキャリアＣＤＭＡシステムにおいて、受信装置における演算量を減らしながら、受信性能を一段と向上させることが出来る無線送信装置及び無線送信方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線送信装置は、複数のサブキャリアに渡って信号を拡散して送信するマルチキャリアＣＤＭＡシステムの無線送信装置であって、拡散後信号に対して拡散コードごとにチップ単位で異なる重み付けを行う手段と、当該重み付けされた信号を多重する手段と、を具備し、前記重み付けに用いられる重み付け係数が、受信装置側におけるサブキャリアごとのチャネル推定値情報に基づいて拡散率を行列のサイズとする行列の固有値分解を行うことにより、受信装置側において各受信装置が逆拡散を行った際に最大固有値となる信号が取り出される係数である構成を採る。
【００２３】
この構成によれば、受信装置において、受信信号のＳＮＲの最適化と拡散コード間の直交性の確保とを両立させることができ、受信性能を向上させることができるとともに、受信装置において、簡単な構成によって受信性能を高めることが可能となる。
【００２８】
本発明の無線送信方法は、複数のサブキャリアに渡って信号を拡散して送信するマルチキャリアＣＤＭＡシステムの無線送信方法であって、拡散後信号に対して拡散コードごとにチップ単位で異なる重み付けを行うステップと、当該重み付けされた信号を多重するステップと、を具備し、前記重み付けに用いられる重み付け係数が、受信装置側におけるサブキャリアごとのチャネル推定値情報に基づいて拡散率を行列のサイズとする行列の固有値分解を行うことにより、受信装置側において各受信装置が逆拡散を行った際に最大固有値となる信号が取り出される係数であるようにした。
【００２９】
この方法によれば、受信装置において、受信信号のＳＮＲの最適化と拡散コード間の直交性の確保とを両立させることができ、受信性能を向上させることができるとともに、受信装置において、簡単な構成によって受信性能を高めることが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、マルチキャリアＣＤＭＡシステムにおいて、サブキャリアごとに重み付けを行うことに加えて、各サブキャリアに含まれる拡散コード（チップ）ごとに異なる重み付けを行うことである。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図１は本発明に係る無線通信装置１００を用いたマルチキャリアＣＤＭＡ方式の無線通信システムの構成を示すブロック図である。この無線通信システムにおいては、送信装置１００と、複数の受信装置２００、３００、…との間で、マルチキャリアＣＤＭＡ方式によって無線通信を行うようになされている。
【００３３】
図２は送信装置１００の構成を示すブロック図である。送信装置１００において、コード多重数（受信装置数）だけ設けられた拡散部１１１、シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換部１１２及び乗算器１１４−１〜１１４−４の拡散処理部１１０−１、１１０−２、…に各受信装置への送信データがそれぞれ入力される。
【００３４】
拡散部１１１は、送信データを所定の拡散コードを用いて拡散処理した後、拡散後の信号をＳ／Ｐ変換部１１２に供給する。Ｓ／Ｐ変換部１１２は、拡散後のシリアル信号をパラレル信号に変換することにより、例えば４つのサブキャリアを生成し、これをそれぞれ対応する乗算器１１４−１〜１１４−４に供給する。乗算器１１４−１〜１１４−４は、それぞれ、重み係数算出部１２３において各サブキャリアごと及び各拡散コード（チップ）ごとに対応して算出された重み係数を各サブキャリアに乗算する。
【００３５】
各重み係数を乗算した結果は、各サブキャリアに対応した加算器１１３−１〜１１３−４にそれぞれ供給される。加算器１１３−１は、コード多重数（受信装置数）分だけ設けられている拡散処理部１１０−１、１１０−２、…のうちの第１の拡散処理部１１０−１から出力される第１のサブキャリアと、第２の拡散処理部１１０−２から出力される第１のサブキャリアとを加算する。これにより、第１のサブキャリアには、第１のユーザ（受信装置）宛に第１の拡散コードによって拡散された信号と、第２のユーザ（受信装置）宛に第２の拡散コードによって拡散された信号とが加算される。この第１のサブキャリアはＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理部１１５に供給される。
【００３６】
また、他の加算器１１３−２〜１１３−４も同様にして、各ユーザ（受信装置）ごとに対応した拡散処理部１１０−１、１１０−２、…から出力される第２のサブキャリア同士、第３のサブキャリア同士、第４のサブキャリア同士をそれぞれ加算し、その結果をＩＦＦＴ処理部１１５に供給する。
【００３７】
ＩＦＦＴ処理部１１５は、各サブキャリアを重畳することにより、ＯＦＤＭ信号（マルチキャリア信号）を生成し、これをＧＩ（Gird Interval）付加部１１６に供給する。ＧＩ付加部１１６は、ＯＦＤＭ信号に対してガードインターバルを付加した後、送信ＲＦ（Radio Frequency）部１１７に供給する。送信ＲＦ部１１７は、ガードインターバル挿入後の信号に対して所定の無線送信処理（例えば、Ｄ／Ａ変換やアップコンバードなど）を行い、この無線送信処理後の信号を無線信号としてアンテナ１１８を介して送信する。
【００３８】
送信装置１００から送信された信号は、受信装置において受信される。図３は受信装置２００の構成を示すブロック図である。受信装置２００において、アンテナ２３１を介して受信ＲＦ部２３２に受信された受信信号は、ここで所定の無線受信処理（例えば、ダウンコンバートやＡ／Ｄ変換など）が施される。受信ＲＦ部２３２は、この無線受信処理後の信号を、ＧＩ除去部２３３に供給する。
【００３９】
ＧＩ除去部２３３では、無線受信処理後の信号に挿入されているガードインターバルを除去し、このガードインターバル除去後の信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理部２３４に供給する。ＦＦＴ処理部２３４は、ガードインターバル除去後の信号に対して、シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換し、Ｓ／Ｐ変換後の信号にＦＦＴ処理を行ってサブキャリアごとの情報に変換し、このＦＦＴ処理後の信号のうち既知信号であるパイロットシンボルを、サブキャリアごとにチャネル推定部２３５に供給する。
【００４０】
チャネル推定部２３５は、サブキャリアごとのパイロットシンボルを用いてサブキャリアごとにチャネル推定を行い、得られたサブキャリアごとのチャネル推定値をＭＲＣ係数算出部２３６及び制御チャネル送信部２３９にそれぞれ供給する。
【００４１】
ＭＲＣ（Maximal Ratio Combining）係数算出部２３６では、サブキャリアごとのチャネル推定値に対して最大比合成を行うためのＭＲＣ係数を算出し、このＭＲＣ係数（受信レベルに応じた大きさの係数）を乗算器２３７−１〜２３７−４に供給する。乗算器２３７−１〜２３７−４は、ＦＦＴ処理部２３４から出力されたＦＦＴ処理後の各サブキャリアに対して、ＭＲＣ係数算出部２３６から供給される係数を乗算し、その乗算結果を逆拡散部２３８に供給することにより、ＭＲＣ逆拡散処理を行う。
【００４２】
また、制御チャネル送信部２３９は、チャネル推定部２３５から供給された各サブキャリアのチャネル推定値を制御チャネルで送信するためのものであり、各チャネル推定値を送信ＲＦ部２４０に供給する。送信ＲＦ部２４０は、各チャネル推定値情報に対して所定の無線送信処理（例えば、Ｄ／Ａ変換やアップコンバードなど）を行い、この無線送信処理後の信号を無線信号としてアンテナ２３１を介して送信する。
【００４３】
この受信装置２００から送信された信号を受信した送信装置１００（図２）では、その受信ＲＦ部１２０において、その受信信号に対して所定の無線受信処理（例えば、ダウンコンバートやＡ／Ｄ変換など）を行い、この無線受信処理後の信号を、制御チャネル受信部１２１−１、１２１−２、…に供給する。制御チャネル受信部１２１−１、１２１−２、…は、受信信号から制御チャネルを抽出し、この抽出された制御チャネルのデータをチャネル情報検出部１２２に供給する。
【００４４】
チャネル情報検出部１２２は、制御チャネルによって受信装置からフィードバック情報として送信された各サブキャリアごとのチャネル推定値を検出し、このチャネル推定値を重み係数算出部１２３に供給する。重み係数算出部１２３は、各サブキャリア及び各拡散コード（各チップ）ごとにチャネル推定値から重み係数を算出し、算出された重み係数を乗算器１１４−１〜１１４−４に供給する。この重み係数は、受信装置側において受信信号のＭＲＣ逆拡散を行った際に、各拡散コードの直交性が確保されるような重み係数である。
【００４５】
この重み係数として、例えば、図４に示すように、各サブキャリアごと及び各拡散コード（各チップごと）に算出される。この算出された重み係数を各拡散処理部１１０−１、１１０−２、…の各乗算器１１４−１〜１１４−４においてサブキャリアに乗算することにより、各サブキャリアごと及びそのサブキャリアの各拡散コード（各チップ）ごとに重み付けが行われる。
【００４６】
ここで、重み係数算出部１２３における重み係数の算出方法について説明する。ユーザ（受信装置）数をＫとして、Ｋユーザ分の送信ストリームＳk（ｔ）を本発明によるウェイトベクトルｗkで送信する場合、このウェイトベクトルｗkは、以下のように決定される。
【００４７】
まず、伝搬路行列Ａから求められた行列Ｂ＝ＡHＡに対する固有値ベクトルｅkを算出する。この固有値ベクトルｅkは、以下の式を満たすベクトルである。
ｅi HＡHＡｅi＝λi（λkはｋ番目の固有値）
ｅi HＡHＡｅj＝０（ｉ≠ｊ）
【００４８】
そして、固有ベクトルｅkを送信ウェイトベクトルｗkとして、重み係数算出部１２３において算出し、この算出された係数の重み付けを各サブキャリアに対して行って送信する。このような重み付け係数を用いて送信された信号ｘ（ｔ）は、以下によって表現される。
【００４９】
【数１】
このときの、受信装置における受信信号ベクトルｒ（ｔ）は、次式、
【００５０】
【数２】
によって表現される。但し、式（２）においてｎ（ｔ）はノイズを表す。
【００５１】
次に、受信装置における受信時の重み付け係数を（Ａｅk）Hとして、ＭＲＣ処理後の信号ｙ（ｔ）は、次式、
【００５２】
【数３】
によって表される。但し、ｗk HＡHｎ（ｔ）はノイズを表す。この式（３）のλkＳk（ｔ）が目的の送信ストリームとなる。
【００５３】
因みに、このとき、
ｅi HＡHＡｅi＝λi（λkはｋ番目の固有値）
ｅi HＡHＡｅj＝０（ｉ≠ｊ）
という上記関係を用いて式の展開を行った。
【００５４】
これにより、他ユーザからの干渉が完全に除去されるとともに、受信ＳＮＲが最大となる受信が可能となる。
【００５５】
かかる構成の送信装置１００においては、図５に示すように、各サブキャリア（♯１〜♯４）においては重み付けによってその送信電力が異なっており、さらにこれに加えて、サブキャリア内での各拡散コードごと（各ユーザごと）の送信電力も重み付けによってその送信電力が異なっている。そして、このような各拡散コードごとの重み係数は、受信装置２００においてＭＲＣ（大きな受信レベルの信号に対しては大きな重み係数を乗算し、小さな受信レベルの信号には小さな重み係数を乗算する）を行った際に直交性が確保される値、すなわち伝搬路での直交性の崩れを予め補償するような値に設定されている。換言すれば、受信装置２００においてＭＲＣを行っても、それに用いられる重み係数は、受信信号レベルの大小関係を維持することとなるので、送信装置１００において直交性を補償する重み係数を予め送信信号に乗算することで、受信装置２００では直交性の確保がなされるのである。
【００５６】
このような重み付けが行われた送信データを受信装置２００、３００、…において受信し、その受信信号に対してＭＲＣ逆拡散を行うことで、拡散コード間の直交性を確保することが可能となる。そして、ＭＲＣ逆拡散本来の特性として、ＳＮＲも最適となる。
【００５７】
このように、本実施の形態の送信装置１００によれば、拡散後信号に対して、拡散コードごとにチップ単位で異なる重み付けを行って送信するようにしたことにより、受信装置側でＭＲＣ逆拡散を行った際に、拡散コード間の直交性を確保しながらＳＮＲの最適な受信信号を得ることが可能となる。
【００５８】
なお、上述の実施の形態においては、１対多通信を行う場合について述べたが、本発明はこれに限らず、１対１通信を行う場合にも適用することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マルチキャリアＣＤＭＡシステムにおいて、サブキャリアごとに重み付けを行うことに加えて、各サブキャリアに含まれる拡散コードごとに異なる重み付けを行うことにより、受信装置における受信性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態に係る送信装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態に係る重み付け係数を示す略線図
【図５】本発明の実施の形態に係る重み付け結果を示す略線図
【図６】従来の送信装置の構成を示すブロック図
【図７】従来の受信装置の構成を示すブロック図
【図８】従来の重み付け係数を示す略線図
【図９】従来の重み付け結果を示す略線図
【符号の説明】
１０、１００ 送信装置
１１、１１１ 拡散部
１２、１１２ Ｓ／Ｐ変換部
１３−１〜１３−４、１１３−１〜１１３−４ 加算器
１４−１〜１４−４、１１４−１〜１１４−４ 乗算器
１５、１１５ ＩＦＦＴ処理部
１６、１１６ ＧＩ付加部
１７、４０、１１７、２４０ 送信ＲＦ部
２０、３２、１２０、２３２ 受信ＲＦ部
２１、１２１ 制御チャネル受信部
２２、１２２ チャネル情報検出部
２３、１２３ 重み係数算出部
３３、２３３ ＧＩ除去部
３４、２３４ ＦＦＴ処理部
３７−１〜３７−４、２３７−１〜２３７−４ 乗算器
３８、２３８ 逆拡散部
３９、２３９ 制御チャネル送信部
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチキャリア伝送方式の無線通信装置及び無線送信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マルチキャリアＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）システムでは、送信装置において、送信データを周波数軸方法に拡散し、コード多重してデータを送信するようになされている。送信されたデータは、周波数選択性フェージングの影響を受けて受信装置に受信されることにより、受信装置において、拡散コード間の直交性の崩れが発生し、受信性能が劣化する。拡散コード間の直交性の崩れを低減して受信性能を向上させるために、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）等のアルゴリズムを適用した逆拡散を行って受信性能を向上させる方法が広く知られている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
また、受信装置において、各サブキャリアの電力を等しくすれば、受信装置において拡散コード間の直交性の崩れがなくなることにより、受信装置において各サブキャリアの受信電力が等しくなるよう、予め送信装置においてサブキャリアの送信パワーを調整して送信する方法が考えられている（非特許文献２参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
「SIR推定に基づくMMSE合成を用いた下りリンクブロードバンドOFCDMパケット伝送の特性，電子情報通信学会技術報告 無線通信システム研究会 RCS2001-166 2001年10月」
【非特許文献２】
「Performance of predistortion techniques for uplink MC-CDMA systems with TDD and FDD modes, 国際学会 The Fifth International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC'02) 2002年10月」
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非特許文献１に示されるＭＭＳＥのアルゴリズムを適用した受信方法では、受信装置において、ノイズの電力の測定が必要であることにより、受信装置の構成が複雑になる。また、伝搬環境の状態によっては、拡散コード間の直交性の崩れを完全に回復することは困難であることにより、必ずしも最適な受信性能を得ることはできないという問題があった。
【０００６】
また、非特許文献２に示される方法では、受信装置においてＥＧＣ（等利得）合成を行うようになされていることにより、ＭＲＣ合成を行う場合に比べて受信性能が劣化するという問題があった。
【０００７】
図６は従来の送信装置１０の構成を示すブロック図である。送信装置１０において、コード多重数（受信装置数）だけ設けられた拡散部１１及びシリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換部１２に各受信装置への送信データがそれぞれ入力される。
【０００８】
拡散部１１は、送信データを所定の拡散コードを用いて拡散処理した後、拡散後の信号をＳ／Ｐ変換部１２に供給する。Ｓ／Ｐ変換部１２は、拡散後のシリアル信号をパラレル信号に変換することにより、例えば４つのサブキャリアを生成し、これをそれぞれ対応する加算器１３−１〜１３−４に供給する。
【０００９】
加算器１３−１は、コード多重数（受信装置数）分だけ設けられている拡散部１１及びＳ／Ｐ変換部１２の組み合わせのうちの第１の組から出力される第１のサブキャリアと、拡散部１１及びＳ／Ｐ変換部１２の組み合わせのうちの第２の組から出力される第１のサブキャリアとを加算する。これにより、第１のサブキャリアには、第１のユーザ（受信装置）宛に第１の拡散コードによって拡散された信号と、第２のユーザ（受信装置）宛に第２の拡散コードによって拡散された信号とが加算され、第１のサブキャリアを構成する。この第１のサブキャリアは乗算器１４−１に供給される。
【００１０】
また、他の加算器１３−２〜１３−４も同様にして、各ユーザ（受信装置）ごとに対応した拡散部１１及びＳ／Ｐ変換部１２の各組から出力される第２のサブキャリア同士、第３のサブキャリア同士、第４のサブキャリア同士をそれぞれ加算し、その結果を乗算器１４−２〜１４−４に供給する。乗算器１４−１〜１４−４は、それぞれ、重み係数算出部２３において各サブキャリアに対応して算出された重み係数を各サブキャリアに乗算する。
【００１１】
乗算器１４−１〜１４−４の出力はＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理部１５に供給される。ＩＦＦＴ処理部１５は、各サブキャリアを重畳することにより、ＯＦＤＭ信号（マルチキャリア信号）を生成し、これをＧＩ（Gird Interval）付加部１６に供給する。ＧＩ付加部１６は、ＯＦＤＭ信号に対してガードインターバルを付加した後、送信ＲＦ（Radio Frequency）部１７に供給する。送信ＲＦ部１７は、ガードインターバル挿入後の信号に対して所定の無線送信処理（例えば、Ｄ／Ａ変換やアップコンバードなど）を行い、この無線送信処理後の信号を無線信号としてアンテナ１８を介して送信する。
【００１２】
送信装置１０から送信された信号は、受信装置において受信される。図７は受信装置３０の構成を示すブロック図である。受信装置３０において、アンテナ３１を介して受信ＲＦ部３２に受信された受信信号は、ここで所定の無線受信処理（例えば、ダウンコンバートやＡ／Ｄ変換など）が施される。受信ＲＦ部３２は、この無線受信処理後の信号を、ＧＩ除去部３３に供給する。
【００１３】
ＧＩ除去部３３では、無線受信処理後の信号に挿入されているガードインターバルを除去し、このガードインターバル除去後の信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理部３４に供給する。ＦＦＴ処理部３４は、ガードインターバル除去後の信号に対して、シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換し、Ｓ／Ｐ変換後の信号にＦＦＴ処理を行ってサブキャリアごとの情報に変換し、このＦＦＴ処理後の信号のうち既知信号であるパイロットシンボルを、サブキャリアごとにチャネル推定部３５に供給する。
【００１４】
チャネル推定部３５は、サブキャリアごとのパイロットシンボルを用いてサブキャリアごとにチャネル推定を行い、得られたサブキャリアごとのチャネル推定値をＥＧＣ係数算出部３６及び制御チャネル送信部３９にそれぞれ供給する。
【００１５】
ＥＧＣ（Equal Gain Combining）係数算出部３６では、サブキャリアごとのチャネル推定値に対して等利得合成を行うためのＥＧＣ係数を算出し、このＥＧＣ係数を乗算器３７−１〜３７−４に供給する。乗算器３７−１〜３７−４は、ＦＦＴ処理部３４から出力されたＦＦＴ処理後の各サブキャリアに対して、ＥＧＣ係数算出部３６から供給される係数を乗算し、その乗算結果を逆拡散部３８に供給することにより、ＥＣＧ逆拡散処理を行う。
【００１６】
また、制御チャネル送信部３９は、チャネル推定部３５から供給された各サブキャリアのチャネル推定値を制御チャネルで送信するためのものであり、各チャネル推定値を送信ＲＦ部４０に供給する。送信ＲＦ部４０は、各チャネル推定値情報に対して所定の無線送信処理（例えば、Ｄ／Ａ変換やアップコンバードなど）を行い、この無線送信処理後の信号を無線信号としてアンテナ４１を介して送信する。
【００１７】
この受信装置３０から送信された信号を受信した送信装置１０（図６）では、その受信ＲＦ部２０において、その受信信号に対して所定の無線受信処理（例えば、ダウンコンバートやＡ／Ｄ変換など）を行い、この無線受信処理後の信号を、制御チャネル受信部２１に供給する。制御チャネル受信部２１は、受信信号から制御チャネルを抽出し、この抽出された制御チャネルのデータをチャネル情報検出部２２に供給する。
【００１８】
チャネル情報検出部２２は、制御チャネルによって受信装置からフィードバック情報として送信された各サブキャリアごとのチャネル推定値を検出し、このチャネル推定値を重み係数算出部２３に供給する。重み係数算出部２３は、各サブキャリアごとにチャネル推定値から重み係数を算出し、算出された重み係数を乗算器１４−１〜１４−４に供給する。この重み係数として、例えば、図８に示すように、各サブキャリアごとにチャネル推定値の逆数を用いるようにしている。これにより、受信装置３０における受信電力が小さなサブキャリアは送信装置１０において送信電力を大きくして送信し、受信装置３０における受信電力が大きなサブキャリアは送信装置１０において送信電力を小さくして送信することとなり、受信装置３０における各サブキャリアの受信電力を一定に受信することができる。受信装置３０では、受信電力が一定であるものとして、位相の変化だけを戻して逆拡散（等利得合成型逆拡散）することにより、周波数選択性フェージングがあっても、拡散コード間の直交性を回復することは可能となっている。
【００１９】
かかる構成の従来の送信装置１０においては、図９に示すように、各サブキャリア（♯１〜♯４）においては重み付けによってその送信電力が異なっているが、サブキャリア内での各拡散コードごと（各ユーザごと）の送信電力は一定となっている。
【００２０】
このように、従来のＥＧＣ（等利得合成）を用いたマルチキャリアＣＤＭＡシステムでは、各サブキャリアごとに重み付けを行って受信装置側での受信信号の電力を等しくするだけであったので、受信装置において拡散コード間の直交性の回復は可能であるものの、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を最適化することは困難であった。
【００２１】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、マルチキャリアＣＤＭＡシステムにおいて、受信装置における演算量を減らしながら、受信性能を一段と向上させることが出来る無線送信装置及び無線送信方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線送信装置は、複数のサブキャリアに渡って信号を拡散して送信するマルチキャリアＣＤＭＡシステムの無線送信装置であって、拡散後信号に対して拡散コードごとにチップ単位で異なる重み付けを行う手段と、当該重み付けされた信号を多重する手段と、を具備し、前記重み付けに用いられる重み付け係数が、受信装置側におけるサブキャリアごとのチャネル推定値情報に基づいて拡散率を行列のサイズとする行列の固有値分解を行うことにより、受信装置側において各受信装置が逆拡散を行った際に最大固有値となる信号が取り出される係数である構成を採る。
【００２３】
この構成によれば、受信装置において、受信信号のＳＮＲの最適化と拡散コード間の直交性の確保とを両立させることができ、受信性能を向上させることができるとともに、受信装置において、簡単な構成によって受信性能を高めることが可能となる。
【００２８】
本発明の無線送信方法は、複数のサブキャリアに渡って信号を拡散して送信するマルチキャリアＣＤＭＡシステムの無線送信方法であって、拡散後信号に対して拡散コードごとにチップ単位で異なる重み付けを行うステップと、当該重み付けされた信号を多重するステップと、を具備し、前記重み付けに用いられる重み付け係数が、受信装置側におけるサブキャリアごとのチャネル推定値情報に基づいて拡散率を行列のサイズとする行列の固有値分解を行うことにより、受信装置側において各受信装置が逆拡散を行った際に最大固有値となる信号が取り出される係数であるようにした。
【００２９】
この方法によれば、受信装置において、受信信号のＳＮＲの最適化と拡散コード間の直交性の確保とを両立させることができ、受信性能を向上させることができるとともに、受信装置において、簡単な構成によって受信性能を高めることが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、マルチキャリアＣＤＭＡシステムにおいて、サブキャリアごとに重み付けを行うことに加えて、各サブキャリアに含まれる拡散コード（チップ）ごとに異なる重み付けを行うことである。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図１は本発明に係る無線通信装置１００を用いたマルチキャリアＣＤＭＡ方式の無線通信システムの構成を示すブロック図である。この無線通信システムにおいては、送信装置１００と、複数の受信装置２００、３００、…との間で、マルチキャリアＣＤＭＡ方式によって無線通信を行うようになされている。
【００３３】
図２は送信装置１００の構成を示すブロック図である。送信装置１００において、コード多重数（受信装置数）だけ設けられた拡散部１１１、シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換部１１２及び乗算器１１４−１〜１１４−４の拡散処理部１１０−１、１１０−２、…に各受信装置への送信データがそれぞれ入力される。
【００３４】
拡散部１１１は、送信データを所定の拡散コードを用いて拡散処理した後、拡散後の信号をＳ／Ｐ変換部１１２に供給する。Ｓ／Ｐ変換部１１２は、拡散後のシリアル信号をパラレル信号に変換することにより、例えば４つのサブキャリアを生成し、これをそれぞれ対応する乗算器１１４−１〜１１４−４に供給する。乗算器１１４−１〜１１４−４は、それぞれ、重み係数算出部１２３において各サブキャリアごと及び各拡散コード（チップ）ごとに対応して算出された重み係数を各サブキャリアに乗算する。
【００３５】
各重み係数を乗算した結果は、各サブキャリアに対応した加算器１１３−１〜１１３−４にそれぞれ供給される。加算器１１３−１は、コード多重数（受信装置数）分だけ設けられている拡散処理部１１０−１、１１０−２、…のうちの第１の拡散処理部１１０−１から出力される第１のサブキャリアと、第２の拡散処理部１１０−２から出力される第１のサブキャリアとを加算する。これにより、第１のサブキャリアには、第１のユーザ（受信装置）宛に第１の拡散コードによって拡散された信号と、第２のユーザ（受信装置）宛に第２の拡散コードによって拡散された信号とが加算される。この第１のサブキャリアはＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理部１１５に供給される。
【００３６】
また、他の加算器１１３−２〜１１３−４も同様にして、各ユーザ（受信装置）ごとに対応した拡散処理部１１０−１、１１０−２、…から出力される第２のサブキャリア同士、第３のサブキャリア同士、第４のサブキャリア同士をそれぞれ加算し、その結果をＩＦＦＴ処理部１１５に供給する。
【００３７】
ＩＦＦＴ処理部１１５は、各サブキャリアを重畳することにより、ＯＦＤＭ信号（マルチキャリア信号）を生成し、これをＧＩ（Gird Interval）付加部１１６に供給する。ＧＩ付加部１１６は、ＯＦＤＭ信号に対してガードインターバルを付加した後、送信ＲＦ（Radio Frequency）部１１７に供給する。送信ＲＦ部１１７は、ガードインターバル挿入後の信号に対して所定の無線送信処理（例えば、Ｄ／Ａ変換やアップコンバードなど）を行い、この無線送信処理後の信号を無線信号としてアンテナ１１８を介して送信する。
【００３８】
送信装置１００から送信された信号は、受信装置において受信される。図３は受信装置２００の構成を示すブロック図である。受信装置２００において、アンテナ２３１を介して受信ＲＦ部２３２に受信された受信信号は、ここで所定の無線受信処理（例えば、ダウンコンバートやＡ／Ｄ変換など）が施される。受信ＲＦ部２３２は、この無線受信処理後の信号を、ＧＩ除去部２３３に供給する。
【００３９】
ＧＩ除去部２３３では、無線受信処理後の信号に挿入されているガードインターバルを除去し、このガードインターバル除去後の信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理部２３４に供給する。ＦＦＴ処理部２３４は、ガードインターバル除去後の信号に対して、シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換し、Ｓ／Ｐ変換後の信号にＦＦＴ処理を行ってサブキャリアごとの情報に変換し、このＦＦＴ処理後の信号のうち既知信号であるパイロットシンボルを、サブキャリアごとにチャネル推定部２３５に供給する。
【００４０】
チャネル推定部２３５は、サブキャリアごとのパイロットシンボルを用いてサブキャリアごとにチャネル推定を行い、得られたサブキャリアごとのチャネル推定値をＭＲＣ係数算出部２３６及び制御チャネル送信部２３９にそれぞれ供給する。
【００４１】
ＭＲＣ（Maximal Ratio Combining）係数算出部２３６では、サブキャリアごとのチャネル推定値に対して最大比合成を行うためのＭＲＣ係数を算出し、このＭＲＣ係数（受信レベルに応じた大きさの係数）を乗算器２３７−１〜２３７−４に供給する。乗算器２３７−１〜２３７−４は、ＦＦＴ処理部２３４から出力されたＦＦＴ処理後の各サブキャリアに対して、ＭＲＣ係数算出部２３６から供給される係数を乗算し、その乗算結果を逆拡散部２３８に供給することにより、ＭＲＣ逆拡散処理を行う。
【００４２】
また、制御チャネル送信部２３９は、チャネル推定部２３５から供給された各サブキャリアのチャネル推定値を制御チャネルで送信するためのものであり、各チャネル推定値を送信ＲＦ部２４０に供給する。送信ＲＦ部２４０は、各チャネル推定値情報に対して所定の無線送信処理（例えば、Ｄ／Ａ変換やアップコンバードなど）を行い、この無線送信処理後の信号を無線信号としてアンテナ２３１を介して送信する。
【００４３】
この受信装置２００から送信された信号を受信した送信装置１００（図２）では、その受信ＲＦ部１２０において、その受信信号に対して所定の無線受信処理（例えば、ダウンコンバートやＡ／Ｄ変換など）を行い、この無線受信処理後の信号を、制御チャネル受信部１２１−１、１２１−２、…に供給する。制御チャネル受信部１２１−１、１２１−２、…は、受信信号から制御チャネルを抽出し、この抽出された制御チャネルのデータをチャネル情報検出部１２２に供給する。
【００４４】
チャネル情報検出部１２２は、制御チャネルによって受信装置からフィードバック情報として送信された各サブキャリアごとのチャネル推定値を検出し、このチャネル推定値を重み係数算出部１２３に供給する。重み係数算出部１２３は、各サブキャリア及び各拡散コード（各チップ）ごとにチャネル推定値から重み係数を算出し、算出された重み係数を乗算器１１４−１〜１１４−４に供給する。この重み係数は、受信装置側において受信信号のＭＲＣ逆拡散を行った際に、各拡散コードの直交性が確保されるような重み係数である。
【００４５】
この重み係数として、例えば、図４に示すように、各サブキャリアごと及び各拡散コード（各チップごと）に算出される。この算出された重み係数を各拡散処理部１１０−１、１１０−２、…の各乗算器１１４−１〜１１４−４においてサブキャリアに乗算することにより、各サブキャリアごと及びそのサブキャリアの各拡散コード（各チップ）ごとに重み付けが行われる。
【００４６】
ここで、重み係数算出部１２３における重み係数の算出方法について説明する。ユーザ（受信装置）数をＫとして、Ｋユーザ分の送信ストリームＳk（ｔ）を本発明によるウェイトベクトルｗkで送信する場合、このウェイトベクトルｗkは、以下のように決定される。
【００４７】
まず、伝搬路行列Ａから求められた行列Ｂ＝ＡHＡに対する固有値ベクトルｅkを算出する。この固有値ベクトルｅkは、以下の式を満たすベクトルである。
ｅi HＡHＡｅi＝λi（λkはｋ番目の固有値）
ｅi HＡHＡｅj＝０（ｉ≠ｊ）
【００４８】
そして、固有ベクトルｅkを送信ウェイトベクトルｗkとして、重み係数算出部１２３において算出し、この算出された係数の重み付けを各サブキャリアに対して行って送信する。このような重み付け係数を用いて送信された信号ｘ（ｔ）は、以下によって表現される。
【００４９】
【数１】
【００５０】
【数２】
【００５１】
次に、受信装置における受信時の重み付け係数を（Ａｅk）Hとして、ＭＲＣ処理後の信号ｙ（ｔ）は、次式、
【００５２】
【数３】
【００５３】
因みに、このとき、
ｅi HＡHＡｅi＝λi（λkはｋ番目の固有値）
ｅi HＡHＡｅj＝０（ｉ≠ｊ）
という上記関係を用いて式の展開を行った。
【００５４】
これにより、他ユーザからの干渉が完全に除去されるとともに、受信ＳＮＲが最大となる受信が可能となる。
【００５５】
かかる構成の送信装置１００においては、図５に示すように、各サブキャリア（♯１〜♯４）においては重み付けによってその送信電力が異なっており、さらにこれに加えて、サブキャリア内での各拡散コードごと（各ユーザごと）の送信電力も重み付けによってその送信電力が異なっている。そして、このような各拡散コードごとの重み係数は、受信装置２００においてＭＲＣ（大きな受信レベルの信号に対しては大きな重み係数を乗算し、小さな受信レベルの信号には小さな重み係数を乗算する）を行った際に直交性が確保される値、すなわち伝搬路での直交性の崩れを予め補償するような値に設定されている。換言すれば、受信装置２００においてＭＲＣを行っても、それに用いられる重み係数は、受信信号レベルの大小関係を維持することとなるので、送信装置１００において直交性を補償する重み係数を予め送信信号に乗算することで、受信装置２００では直交性の確保がなされるのである。
【００５６】
このような重み付けが行われた送信データを受信装置２００、３００、…において受信し、その受信信号に対してＭＲＣ逆拡散を行うことで、拡散コード間の直交性を確保することが可能となる。そして、ＭＲＣ逆拡散本来の特性として、ＳＮＲも最適となる。
【００５７】
このように、本実施の形態の送信装置１００によれば、拡散後信号に対して、拡散コードごとにチップ単位で異なる重み付けを行って送信するようにしたことにより、受信装置側でＭＲＣ逆拡散を行った際に、拡散コード間の直交性を確保しながらＳＮＲの最適な受信信号を得ることが可能となる。
【００５８】
なお、上述の実施の形態においては、１対多通信を行う場合について述べたが、本発明はこれに限らず、１対１通信を行う場合にも適用することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マルチキャリアＣＤＭＡシステムにおいて、サブキャリアごとに重み付けを行うことに加えて、各サブキャリアに含まれる拡散コードごとに異なる重み付けを行うことにより、受信装置における受信性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態に係る送信装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態に係る重み付け係数を示す略線図
【図５】本発明の実施の形態に係る重み付け結果を示す略線図
【図６】従来の送信装置の構成を示すブロック図
【図７】従来の受信装置の構成を示すブロック図
【図８】従来の重み付け係数を示す略線図
【図９】従来の重み付け結果を示す略線図
【符号の説明】
１０、１００ 送信装置
１１、１１１ 拡散部
１２、１１２ Ｓ／Ｐ変換部
１３−１〜１３−４、１１３−１〜１１３−４ 加算器
１４−１〜１４−４、１１４−１〜１１４−４ 乗算器
１５、１１５ ＩＦＦＴ処理部
１６、１１６ ＧＩ付加部
１７、４０、１１７、２４０ 送信ＲＦ部
２０、３２、１２０、２３２ 受信ＲＦ部
２１、１２１ 制御チャネル受信部
２２、１２２ チャネル情報検出部
２３、１２３ 重み係数算出部
３３、２３３ ＧＩ除去部
３４、２３４ ＦＦＴ処理部
３７−１〜３７−４、２３７−１〜２３７−４ 乗算器
３８、２３８ 逆拡散部
３９、２３９ 制御チャネル送信部
Claims (2)
- 複数のサブキャリアに渡って信号を拡散して送信するマルチキャリアＣＤＭＡシステムの無線送信装置であって、
拡散後信号に対して拡散コードごとにチップ単位で異なる重み付けを行う手段と、
当該重み付けされた信号を多重する手段と、を具備し、
前記重み付けに用いられる重み付け係数が、受信装置側におけるサブキャリアごとのチャネル推定値情報に基づいて拡散率を行列のサイズとする行列の固有値分解を行うことにより、受信装置側において各受信装置が逆拡散を行った際に最大固有値となる信号が取り出される係数である、
無線送信装置。 - 複数のサブキャリアに渡って信号を拡散して送信するマルチキャリアＣＤＭＡシステムの無線送信方法であって、
拡散後信号に対して拡散コードごとにチップ単位で異なる重み付けを行うステップと、
当該重み付けされた信号を多重するステップと、を具備し、
前記重み付けに用いられる重み付け係数が、受信装置側におけるサブキャリアごとのチャネル推定値情報に基づいて拡散率を行列のサイズとする行列の固有値分解を行うことにより、受信装置側において各受信装置が逆拡散を行った際に最大固有値となる信号が取り出される係数である、
無線送信方法。
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