专利名称：多载波通信中的无线通信装置及无线通信方法
技术领域：
本发明涉及多载波通信中的无线通信装置及无线通信方法。
技术背景近年来，在无线通信，尤其在移动通信中，除了语音以外，图像和数据 等的各种各样信息也成为传输的对象。可以预测到今后对更高速的传输的需 要会进一步提高，为了进行高速传输，需要更高效地利用有限的频率资源而 实现高传输效率的无线传输技术。尤其对通过从无线通信基站装置(以下简称 为"基站")到无线通信移动台装置(以下简称为"移动台")的下行线路的传 输，这样的要求较高。作为能够应对这样的要求的无线传输技术之一，有OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)。 OFDM是一种4吏用多个副载波而对H据进 行并行传输的多载波传输技术，已知其具有较高的频率利用效率和降低在多 径环境下的码间干扰(ISI: InterSymbol Interference)等的特征，有效于传输效 率的提高。另外，在OFDM中，为了减轻因多径而造成的失真的影响，通过 将与OFDM码元的尾部相同的信号附加到OFDM码元的开头而设置保护间 隔(GI: Guard Interval)。在延迟波的延迟量落在GI区间内时，能够防止ISI， OFDM码元的各个副载波之间的正交性被维持。这里，在移动通信中，最近除了对通话服务等基站将互不相同的数据发 送到互不相同的移动台的 一对一的通信(单播(unicast)通信)之外，还对广播服 务等的基站将相同的数据同时发送到多个移动台的MBMS(Multimedia Broadcast/Multicast Service)等的一对多的通信(组播(multicast)通信)进行研究 (例如，参照非专利文献1)。一般而言，在单播通信中，由于是一对一的通信，所以基于在基站-各个 移动台之间的距离、即每个移动台的延迟量而决定GI长度，另一方面，在组 播通信中，由于是一对多的通信，所以基于在基站-小区边缘之间的距离即最 大延迟量而决定GI长度。因此， 一般而言，组播通信的GI长于单播通信的GI。非专利文献1 : 3GPP TS 23.246 V.6.2.0 (2004-03) Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS);Architecture and functional description(Release 6)发明内容发明要解决的问题这里，设想基站同时进行单播通信和组播通信的情况。此时，可考虑对 用于单播通信的OFDM码元和用于组播通信的OFDM码元进行频率复用， 即使对具有长度互不相同的GI的多个OFDM码元进行频率复用时也高效率 地进行通信是非常重要的。本发明的目的在于提供无线通信装置和无线通信方法，在多载波通信中， 即使对具有长度互不相同的GI的多个OFDM码元进行频率复用时，也能够 进行高效率的通信。解决问题的方案本发明的无线通信装置采用的结构包括复用单元，对第一OFDM码元 串和第二 OFDM码元串进行频率复用，所述第一 OFDM码元串在时域上连 续的多个第一 OFDM码元之间分别具有第 一保护间隔，而所述第二 OFDM码 元串在时域上连续的多个第二 OFDM码元之间分别具有与所述第 一保护间隔 不同长度的第二保护间隔；以及映射单元，在所述第一OFDM码元和所述第 二 OFDM码元，对在一方的OFDM码元区间不包含另 一方的OFDM码元的 末端的OFDM码元的副载波，映射导频码元。根据本发明，即使对具有长度互不相同的GI的多个OFDM码元进行频 率复用时，也能够进行高效率的通信。
图1是表示本发明的一个实施方式的无线通信装置的结构的方框图；图2是上述的实施方式的GI的说明图；图3是上述的实施方式的频率复用的说明图；图4是上述的实施方式的ISI的干扰量的分布图；发明效果图5是上述的实施方式的映射例1图6是上述的实施方式的映射例2 图7是上述的实施方式的映射例3 图8是上述的实施方式的映射例4 图9是上述的实施方式的映射例5;以及 图IO是上述的实施方式的映射例6。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的一个实施方式。图1中表示本实施方式的无线通信装置IOO的结构。在以下的说明中， 对在基站中设置了图1所示的无线通信装置100，而且该基站在移动通信系 统中通过下行线路将OFDM码元发送到移动台的情况进行说明。在无线通信装置100中，交织单元101-1、编码单元102-1、调制单元103- 1、映射单元104-1、 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)单元105-1以及 GI附加单元106-1为用于组播通信的单元。另一方面，交织单元101-2、编 码单元102-2、调制单元103-2、映射单元104_2、 IFFT单元IO5-2以及GI附 加单元106-2为用于单播通信的单元。另外，由映射单元IO4-1和映射单元104- 2构成映射单元104。交织单元101-1对进行组播通信的发送数据#1(比特串#1)进行交织，并输 出到编码单元102-1。编码单元102-1对交织后的比特串#1进行编码，并输出到调制单元 103-1。调制单元103-1对编码后的比特串#1进行调制而生成数据码元#1，并输 出到映射单元104-1。映射单元104-1将导频码元或11据码元#1映射到构成OFDM码元的多个 副载波，并输出到IFFT单元105-1。对于映射，将在后面详述。IFFT单元105-1对映射了导频码元或数据码元#1的多个副载波进行 IFFT，获得多载波信号的OFDM码元弁l。GI附加单元106-1 ，如图2所示地将与OFDM码元#1的尾部相同的信号 附加到OFDM码元的开头而设置GI，并将GI附加后的OFDM码元#1输出 到复用单元107。另一方面，交织单元101-2对进行单播通信的发送数据#2(比特串#2)进行 交织，并输出到编码单元102-2。编码单元102-2对交织后的比特串#2进行编码，并输出到调制单元 103-2。调制单元103-2对编码后的比特串#2进行调制而生成数据码元#2，并输 出到映射单元104-2。映射单元104-2将导频码元或数据码元#2映射到构成OFDM码元的多个 副载波，并输出到IFFT单元105-2。对于映射，将在后面详述。IFFT单元105-2对映射了导频码元或数据码元#2的多个副载波进行 IFFT，获得多载波信号的OFDM码元弁2。GI附加单元106-2,如图2所示地将与OFDM码元#2的尾部相同的信号 附加到OFDM码元的开头而设置GI,并将GI附加后的OFDM码元#2输出 到复用单元107。这里，由于GI附加单元106-2为用于单播通信的单元，所以， 一般而言， GI附加单元106-2所附加的GI短于用于组播通信的GI附加单元106-1所附 加的GI。复用单元107对附加了 GI的OFDM码元弁l和附加了比附加到OFDM码 元#1的GI短的GI的OFDM码元#2进行频率复用，并输出到无线发送单元 108。以时隙为单位不停地进行以上的处理。因此，在复用单元107中，如图 3所示，对每个时隙，对OFDM码元串#1和OFDM码元串#2进行频率复用， 所述OFDM码元串弁l在时域上连续的多个OFDM码元弁l(S11、 S12和S13) 之间分别具有较长的GI，而所述OFDM码元串#2在时域上连续的多个OFDM 码元弁2(S21、 S22 S23和S24)之间分别具有较短的GI。此时，复用单元107 将用于OFDM码元串存l和OFDM码元串弁2的发送的频带的中心频率作为 OFDM码元串#1与OFDM码元串#2的频域上的边界(频率复用边界)，对 OFDM码元串# 1和OFDM码元串#2进行频率复用。在OFDM中，由于发送 频带的中心频率受到DC(Direct Current)偏移的影响，所以一4殳不对中心频率 分配发送数据。因此，通过这样使用中心频率作为频率复用边界，能够将不 分配发送数据的中心频率有效地利用作为OFDM码元串弁l和OFDM码元串 弁2之间的保护频率，从而能够进行高效率的通信。另外，在图3的例子中，对于OFDM码元串弁l，由三个OFDM码元构成一个时隙，而对于OFDM码 元串#2，由四个OFDM码元构成一个时隙。然后，无线发送单元108对频率复用后的OFDM码元进4亍D/A变换、 放大以及上变频等的发送处理，并通过天线109发送到移动台。接着，详细说明导频码元和数据码元的映射。首先，对如上所述的具有互不相同的长度的GI的多个OFDM码元进行 频率复用时的ISI进行说明。在作为接收端的移动台，基于所提供的通信服务，在图3所示的各个 FFT(Fast Fourier Transform)区间，对OFDM码元进行FFT。也就是说，在进 行组播通信的移动台，对OFDM码元S11 、 S12和S13进行FFT,而在进行 单播通信的移动台，对OFDM码元S21、 S22、 S23和S24进行FFT。此时， 在各个移动台，由于无法在FFT之前分离频率复用后的OFDM码元串弁l和 OFDM码元串#2，所以就在频率复用后的状态下进行FFT。这里，在进行组播通信的移动台，在OFDM码元串# 1中，在OFDM码 元Sll和S12各自的OFDM码元区间(即，FFT区间)包含OFDM码元串#2 的OFDM码元S21和S22各自的末端(即，S21和S21的码元边界21和22)。 同样，在进行单播通信的移动台，在OFDM码元串#2中，在OFDM码元S22 和S23各自的OFDM码元区间(即，FFT区间)包含OFDM码元串# 1的OFDM 码元Sll和S12各自的末端(即，Sll和S12的码元边界11和12)。末端(码元边界)，则FFT区间在时域上变得不连续，在不连续点失去正交性， 从而在FFT后的码元发生ISI。也就是说，在OFDM码元串们中，在OFDM 码元Sll和S12失去与OFDM码元串存2之间的正交性，/人而发生与OFDM 码元串#2之间的ISI。另外，在OFDM码元串#2中，在OFDM码元S22和 S23失去与OFDM码元串弁l之间的正交性，从而发生与OFDM码元串弁l之 间的ISI。元的末端(码元边界)时，FFT区间在时域上连续，所以保持两者之间的正交性， 从而在FFT后的码元不发生ISI。也就是说，在OFDM码元串#1中，在OFDM 码元S13不发生ISI，而且在OFDM码元串弁2中，在OFDM码元S21和S24 不发生ISI。另外，这样发生的ISI,有随着从频率复用边界离开而逐渐减小的倾向。 在图4中表示如上发生的ISI的干扰量的分布。另外，在图4的例子中，OFDM码元串存l由副载波fl至伤构成,而OFDM码元串存2由副载波f7至f12 构成。另外，图4的码元边界11、 12、 21、 22和23分别对应于图3所示的 码元边界。在该图中，在表示为"free"的副载波，由于在OFDM码元区间不包含 其它OFDM码元的末端(码元边界)，所以不发生ISI。在其它的表示为a、 b界)所以发生ISI，而且以a、 b、 c的顺序，由于接近频率复用边界，所以ISI 增大。也就是说，在区分为副载波a的副载波fl、 G、 fll和f12的ISI为小， 在区分为副载波b的副载波f3、 f4、 和f10的ISI为中，而在区分为副载波 c的副载波f5、 f6、 f7和f8的ISI为大。如上所述，在具有长度互不相同的 GI且进行了频率复用的OFDM码元串#1和OFDM码元串#2中，ISI的干扰 量在每个OFDM码元不同。另外，在各个OFDM码元内，ISI的千扰量也基 于到频率复用边界的距离而在每个副载波不同。因此，在本实施方式中，如 上所述地基于到频率复用边界的距离将副载波fl至f12区分为a、 b和c的三 个阶段。也就是说，在本实施方式，将处于频率复用边界2个副载波以内的 距离的副载波f5、伤、f7和f8区分为ISI为大的副载波c,将处于频率复用 边界3个副载波以上且4个副载波以内的距离的副载波f3、 f4、 f9和fl0区 分为ISI为中的副载波b，而将处于频率复用边界5个副载波以上的距离的副 载波fl、 f2、 fll和fl2区分为ISI为小的副载波a。于是，映射单元104如下所述，将导频码元和数据码元映射到各个副载波。<映射例l(图5)>在该例子中，映射单元104将导频码元PL映射到不发生ISI的OFDM 码元(由在图4中表示为free的副载波构成的OFDM码元)的各个副载波，并 将数据码元D映射到其它的OFDM码元的各个副载波。也就是说，在OFDM 码元串#1中，将导频码元PL映射到不包含OFDM码元串#2的各个OFDM 码元的末端21、 22和23的OFDM码元的副载波，而在OFDM码元串弁2中， 将导频码元PL映射到不包含OFDM码元串#1的各个OFDM码元的末端11 和12的OFDM码元的副载波。另外，由于在移动台进行信道估计等时， 一般对一个时隙提供一个由导频码元构成的OFDM码元就足够，所以在图5所示的例子中，在OFDM码 元串#2中只将一方的free的OFDM码元用于导频码元的发送，并将另 一方的 free的OFDM码元用于数据码元D的发送，但是也可以为了提高信道估计的 精度而将双方的free的OFDM码元用于导频码元PL的发送。另外，在图5 所示的例子中，在OFDM码元串#2中将时隙开头的free的OFDM码元用于 导频码元PL的发送，但是，也可以将时隙末尾的free的OFDM码元代替其 用于导频码元PL的发送。另外，也可以将导频码元PL只映射到free的一部 分副载波中。通过进行这样的映射能够防止因ISI引起的导频码元的接收质量的降低， 从而能够提高使用导频码元的信道估计的精度。 <映射例2(图6)>在映射到ISI较大的副载波c的数据码元D中发生差错的可能性较高， 而且在进行ARQ(Automatic Repeat Request)的通信系统中需要对发生了差错 的数据码元D进行重发，因此，如果将数据码元D映射到ISI较大的副载波 c，有时就频繁地发生重发，反而导致传输效率的降低。因此，在该例子中， 映射单元104不将数据码元D映射到ISI最大的副载波即在图4中表示为c 的副载波(也就是说，将在图4表示为c的副载波设为null),在这一点上与映 射例1不同。换言之，映射单元104只对从频率复用边界离开规定距离以上、 ISI较小的副载波a和b,映射数据码元D。如上所述，通过不将数据码元映射到ISI较大的副载波，能够防止重发 数据码元的频繁发生，从而能够防止传输速率的降低而进行高效率的通信。<映射例3(图7)〉在该例子中，图1所示的编码单元102-1和102_2^(吏用Turbo码和LDPC 码等的系统码，对发送数据(比特串)进行纠错编码。编码单元102-1和102-2 通过使用系统码对发送比特串进行编码，生成作为发送比特本身的系统位S 和冗余位的奇偶4交验位P。这里，在OFDM码元的接收端的移动台，如果在系统位S发生差错则差 错率特性显著地恶化，但是即使在一些奇偶校验位P发生差错，也能够维持规定的差错率特性。因此，映射单元104将由系统位S构成的数据码元映射 到ISI最小的副载波即在图4中表示为a的副载波，而将由奇偶校验位P构成的数据码元映射到在图4中表示为b和c的副载波，在这一点上与映射例1 不同。也就是说，映射单元104将系统位S映射到从频率复用边界离开规定 以上的距离的副载波a,并且将奇偶校验位P映射到从频率复用边界离开规 定距离或距离更近的副载波b和c。如上所述，通过只对ISI较小的副载波映射系统位，能够防止因在系统 位发生差错而引起的差错率特性的显著的恶化，从而能够进行高效率的通信。<映射例4(图8)>在该例子中，图1所示的调制单元103-1和103-2进行基于在移动台的 接收质量控制调制方式的自适应调制。也就是说，接收质量越好，图1所示 的调制单元103-1和103-2使用调制阶数越大的调制方式进行调制。这里，作 为调制方式使用BPSK、 QPSK和16QAM中的任一种。而且，映射单元104对位于距离频率复用边界越远的位置的副载波，映 射越大的调制阶数的数据码元，在这一点上与映射例1不同。也就是说，如 图8所示，映射单元104对位于距离频率复用边界最远的位置的、ISI最小的 副载波，也就是对在图4中表示为a的副载波映射以16QAM进行调制的数 据码元，以下，以ISI由小到大的顺序，对在图4中表示为b的副载波映射 以QPSK进行调制的数据码元，而对在图4中表示为c的副载波映射以BPSK 进行调制的数据码元。通过进行这样的映射，由于越是以容易受到干扰的影响的调制方式进行 调制的数据码元，被映射到ISI的干扰量越小的副载波'所以能够减小容易 受到干扰的影响的数据码元的ISI,其结果，能够防止差错率特性的恶化而进 行高效率的通信。<映射例5(图9)〉在该例子中，在进行单播通信的OFDM码元串#2中，将各个副载波分 配到多个移动台时，映射单元104将发往各个移动台的凄丈据码元映射到各个 副载波，以使各个移动台的ISI在移动台之间被平均，在这一点上与映射例l 不同。另外，在该例子中，在对进行组播通信的OFDM码元串# 1中并行地进 行多个组播通信时，映射单元104将各个组播通信的数据码元映射到各个副 载波以使各个组播通信的ISI在组播通信之间被平均，在这一点上与映射例1 不同。这样，为了使ISI在移动台之间或在组播通信之间进行平均，映射单元104如图9所示地将各个数据码元D映射到各个副载波。具体而言，映射单元104将发往移动台弁1(MS^1)的数据码元D映射到ISI 为小的副载波fl2和ISI为大的副载波f7。也就是说，在OFDM码元串弁2中， 映射单元104将发往相同发送目的地的不同的数据码元，分别映射到最靠近 频率复用边界的副载波和距频率复用边界最远的副载波的双方。另外，映射 单元104将发往移动台弁2(MS弁2)的数据码元D映射到ISI为小的副载波fll 和ISI为大的副载波f8,并将发往移动台弁3(MS弁3)的数据码元D映射到ISI 为中的副载波f9和f10。另外，映射单元104将組播通信釘(MC弁1)的数据码元D映射到ISI为小 的副载波fl和ISI为大的副载波f6。也就是说，在OFDM码元串#1中，映 射单元104将属于相同的组播通信的不同的数据码元，分别映射到最靠近频率复用边界的副载波和距频率复用边界最远的副载波的双方。另外，映射单 元104将组播通信弁2(MC存2)的数据码元D映射到ISI为小的副载波C和ISI 为大的副载波f5，并将组播通信弁3(MC弁3)的数据码元D映射到ISI为中的副 载波f3和f4。通过进行这样的映射，能够在移动台之间和组播通信之间使ISI的干扰 量被平均，从而能够提高数据码元的纠错能力而进行高效率的通信。 <映射例6(图10)>在该例子中，映射单元104将被要求越高的QoS(Quality of Service)的数 据码元，映射到距离频率复用边界越远的位置的副载波，在这一点上与映射 例1不同。也就是说，如图10所示，映射单元104将所要求的QoS为高的 数据码元映射到ISI最小的副载波，即在图4中表示为a的副载波，以下，以 ISI由小到大的顺序，将所要求的QoS为中的数据码元映射到在图4中表示 为b的副载波，而将所要求的QoS为低的数据码元映射到在图4中表示为c 的副载波。通过进行这样的映射，能够越是被要求越高的QoS的数据码元，使其ISI 的干扰量越小，从而能够满足被要求的QoS而进行高效率的通信。 以上"i兌明了本发明的实施方式。另外，无线通信装置100也可以具有基于ISI的千扰量的分布(图4)而作 出的、表示每个数据码元的质量恶化量的表，在决定MCS(Modulation and Coding Scheme)时，基于从移动台所报告的接收质量信息而参照该表，并对每个数据码元决定进行与质量恶化相应的校正后的MCS。另外，在该表中，也 可以保持以每个副载波或多个副载波为单位的平均的质量恶化量来代替每个 码元的质量恶化量。
另外，有时基站被称为"NodeB",移动台被称为"UE"，而副载波被称 为"音调(tone)"。
另外，虽然在上述的实施方式中说明了对每个时隙进行导频码元的映射 情况，但是，也可以对每个帧进行导频码元的映射。
了说明，但是本发明还可以通过软件来实现。
另外，在上述实施方式的说明中所使用的各功能块典型地通过集成电路 的LSI来实现。这些既可以单独地实行单芯片化，也可以包含其中一部分或 者是全部而实行单芯片化。另外，每个功能块在此虽然称作LSI,但是根据 集成度的不同，有时也称为IC、系统LSI、超级LSI(SuperLSI)、或超大LSI(Ultra LSI)等。
另外，集成电路化的方法不只限于LSI,也可以使用专用电路或通用处 理器来实现。也可以利用能够在LSI制造后编程的FPGA( Field Programmable Gate Array ),或可以利用可对LSI内部的电路单元的连接或设定进行重新配 置的可重配置处理器(Reconfigurable Processor )。
再者，如果通过半导体技术的进步或者派生的其他技术，出现取代LSI 的集成电路化的技术，当然也可以利用该技术来实现功能块的集成化。也有 适用生物技术等的可能性。
本说明书基于2005年7月14日提交的日本专利申请特愿2005-205550 号。其内容全部包含于此。
工业实用性
本发明能够适用于移动通信系统等。
权利要求
1、一种无线通信装置，包括复用单元，对第一OFDM码元串和第二OFDM码元串进行频率复用，所述第一OFDM码元串在时域上连续的多个第一OFDM码元之间分别具有第一保护间隔，而所述第二OFDM码元串在时域上连续的多个第二OFDM码元之间分别具有与所述第一保护间隔不同长度的第二保护间隔；以及映射单元，在所述第一OFDM码元和所述第二OFDM码元中，对在一方的OFDM码元区间不包含另一方的OFDM码元的末端的OFDM码元的副载波，映射导频码元。
2、 如权利要求1所述的无线通信装置，其中，所述映射单元进一步只对从所述第一 OFDM码元串与所述第二 OFDM 码元串的频域上的边界离开了规定以上的距离的副载波，映射数据码元。
3、 如权利要求1所述的无线通信装置，其中，还包括 编码单元，对发送数据进行编码而生成系统位和奇偶校验位， 所述映射单元进一步对从所述第一 OFDM码元串与所述第二 OFDM码元串的频域上的边界离开了规定以上的距离的副载波，映射系统位，并且对 从所述边界离开规定距离或距离更近的副载波，映射奇偶校验位。
4、 如权利要求1所述的无线通信装置，其中，所述映射单元进一步对处于距离所述第一 OFDM码元串与所述第二 OFDM码元串的频域上的边界越远的位置的副载波，映射越大的调制阶数的 数据码元。
5、 如权利要求1所述的无线通信装置，其中，所述映射单元进一步对距离所述第一 OFDM码元串与所述第二 OFDM 码元串的频域上的边界最近的副载波和距离所述边界最远的副载波的双方， 分别映射发往相同发送目的地的不同的数据码元。
6、 如权利要求1所述的无线通信装置，其中，所述映射单元进一步对距离所述第一 OFDM码元串与所述第二 OFDM 码元串的频域上的边界最近的副载波和距离所述边界最远的副载波的双方， 分别映射属于相同的组播通信的不同的数据码元。
7、 如权利要求1所述的无线通信装置，其中，所述映射单元进一步对处于距离所述第一 OFDM码元串与所述第二 OFDM码元串的频域上的边界越远的位置的副载波，映射被要求越高的QoS 的数据码元。
8、 如权利要求1所述的无线通信装置，其中，所述复用单元将发送所述第一 OFDM码元串和所述第二 OFDM码元串 所使用的频带的中心频率作为边界，对所述第一 OFDM码元串和所述第二 OFDM码元串进行频率复用。
9、 一种无线通信基站装置，具有权利要求1所述的无线通信装置。
10、 一种无线通信方法，该方法在对保护间隔长度互不相同的多个OFDM码元进行频率复用时， 于导频码元的发送。
全文摘要
在多载波通信中，即使对具有长度互不相同的GI的多个OFDM码元进行频率复用时，也能够进行高效率的通信的无线通信装置。在该无线通信装置(100)中，编码单元(102-1和102-2)对交织后的比特串#1和#2进行编码，调制单元(103-1和103-2)对编码后的比特串#1和#2进行调制而生成数据码元#1和#2，映射单元(104-1和104-2)将导频码元映射到不发生ISI的OFDM码元的各个副载波，并对其它OFDM码元的各个副载波映射数据码元#1和#2，IFFT单元(105-1和105-2)对被映射了导频码元或数据码元#1和#2的多个副载波进行IFFT而得到OFDM码元#1和#2。
文档编号H04J11/00GK101223719SQ20068002547
公开日2008年7月16日 申请日期2006年7月12日 优先权日2005年7月14日
发明者平松胜彦, 鹿山英则 申请人:松下电器产业株式会社