通信系统、发送装置、接收装置以及通信方法

专利名称：通信系统、发送装置、接收装置以及通信方法
技术领域：
本发明涉及通信系统、发送装置、接收装置以及通信方法，尤其涉 及适用于下述环境的通信系统、发送装置、接收装置以及通信方法，艮P， 不需多个用户互相协调，即可使用一个或多个频率信道进行通信的环境。
背景技术：
多个用户的信号被复用发送到基站。复用技术也被称为多元连接。
公知的多元连接的方法有FDMA (Fr叫uency Division Multiple Access)、 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)。 FDMA是在步员 率轴上划分频谱有限的频率范围，将划分后的频率分配给各个用户进行 复用并发送的方式。另外，OFDMA指正交频分复用，是使具有相邻的频 率的频谱互相正交的方式。
作为论述OFDMA的公知文献，例如可以列举非专利文献1、非专 利文献2。并且，作为论述FDMA的公知文献，例如可以列举非专利文 献3、非专利文献4。
在OFDMA、 FDMA中都是并列传输多个数据流，所以分别使用一 个频率信道来传输各个流。因此，为了防止各个频率信道(频带)间的 干扰，釆用以下所述的结构。
图20表示OFDMA的频谱。在图20中，作为OFDMA频谱的一例， 图示在系统总带宽Wf内存在6个频率信道的情况。在OFDMA中，多个 用户(用户1 M)分别使用图20所示的多个频谱中的几个频谱来传输 数据。(在图20中表示用户1使用两个频率信道，用户k使用一个频率 信道，用户M使用三个频率信道的示例)在OFDMA中，通过使相邻的 频率信道重叠(overlap)能够减小系统的总带宽，能够提高频率的利用 效率。但是，为了保证相邻的频率信道间的正交性，需要多个用户在传
5输中保持时间同步。在非专利文献1、非专利文献2中记载了当用户彼此 在传输中不能协调时，信号的正交性被破坏，数据传输的特性显著恶化 的情况。
图21是表示FDMA的频谱的图。在图21中，作为FDMA频谱的 ; 一例，图示在系统带宽W2内存在6个频率信道的情况。如非专利文献3 所述，在FDMA中，通过在相邻的频率信道之间设置保护带(guardband)， 防止各个用户使用的频率信道之间的干扰。结果，虽然FDMA的系统总 带宽大于OFDMA，但具有不需要用户间的时间同步的优点。但是，在 FDMA中，为了保持各个信道的信号质量，需要使用在各个频率信道中 ,不产生码间干扰的信号波形。为了防止这种波形电平的码间干扰，根据 尼奎斯特基准将信号的脉冲波形整形。
在FDMA中，通过减小系统总带宽来提高频率利用效率，为此期望 近一步减小频率信道的间隔。例如，在图22中示出了减小保护带来縮小 频率信道的间隔的情况，在图23中示出了使各个频率信道的脉冲波形变 陡来縮小频率信道间隔的情况。另外，非专利文献4记载的方法通过使 用有意识地导入信息码元电平的码间干扰的部分响应(Partial Response) 方式，縮小各个频率信道的占用频带。
另外，信号的整形利用脉冲整形滤波器来进行。但是，如图23所示， 如果整形成为在频率区域中急剧上升的形状，则时间应答的分散增大， 所以实际上很难设计这种滤波器。因此，在脉冲的整形中，在频率区域 上的形状和整形后的脉冲的时间分散的大小之间存在折中(trade-off)关 系。
非专利文献1: S.B.Weinstem and P.M.Ebet, "Data transmission by frequency-division multiplexing using the discrete Fourier transform," IEEE Trans. Commun., VoU9,no.5,pp.628-34,Oct.1971.
非专禾ll文献2: Burton R. Saltzberg， "Performance of an efficient parallel data transmission system," IEEE Trans. Commun., Vol.l5,no.6,pp. 805-81 l，Dec.l967.
非专利文献3: J.G Proakis, "Digital Communications," pp.897-899.非专利文献4: J,G Proakis， "Digital Communications," pp.561-568.
但是，在整形脉冲波形并设计保护带的以往的FDMA中，很难充分 提高频率的利用效率。即，在波形整形中，如果使脉冲波形变陡，则能 够减小系统的总带宽。但是，根据因果关系，很难实现脉冲整形滤波器。 因此，需要使脉冲波形变平滑，结果，不能充分减小系统的总带宽。
并且，在使用OFDMA时，虽然能够减小系统的总带宽，但需要建 立各个用户间的时间同步，所以需要多个用户间的协调。
并且，在使用部分响应方式来縮小各个频率信道的频带时，在接收 机中由于接收信号存在码元电平的ISI (Inter-Symbol Interference:码间干 扰)，所以在进行码元解码时产生错误传播，存在接收特性恶化的问题。

发明内容
本发明的目的在于，提供一种通信系统、发送装置、接收装置以及 通信方法，不需多个用户互相协调，即可实现较高的频率利用效率。
为了解决以上问题，权利要求1所述的通信系统使用将分配给系统 的频带划分而设定的多个频率信道进行通信，其特征在于，所述通信系 统包括发送装置，其使在频率上相邻的多个所述频率信道互相重叠，
由此允许频率信道间干扰而发送信号；以及接收装置，其接收由所述发
送装置发送的信号，所述接收装置具有ICI (Inter Channel Interference: 相邻信道间干扰)去除单元，其去除所发送的信号中在重叠的频率区域 中产生的频率信道间的干扰。根据这种发明，发送装置使多个频率信道 互相重叠而发送信号，由此能够在更多的频率信道中使用分配给系统的 频带，所以能够提高频率的利用效率。并且，接收装置能够去除在重叠 的频率区域中产生的频率信道间的干扰，所以能够防止接收信号的信号 质量下降。
另外，权利要求2所述的通信系统使用将分配给系统的频带划分而 设定的多个频率信道进行通信，其特征在于，所述通信系统包括发送 装置，其对于在频率上的各个频率信道允许波形电平的码间干扰而发送 信号；以及接收装置，其接收由所述发送装置发送的信号，所述接收装
7置具有ISI (Inter-Symbol Interference:码间干扰)补偿单元，其对于所发 送的信号中的各个频率信道补偿波形电平的码间干扰。根据这种发明， 发送装置能够利用不满足零ISI的条件的脉冲发送信号，由此能够减小各 个频率信道的频带。结果，能够在更多的频率信道中使用分配给系统的 频带，所以能够提高频率的利用效率。并且，在进行脉冲整形后，不需 要考虑零ISI的条件，所以能够提高进行脉冲整形的滤波器的设计实现 性。
并且，由于能够在接收侧进行ISI补偿，所以能够防止接收信号的信 号质量下降。
另外，权利要求3所述的通信系统使用将分配给系统的频带划分而 设定的多个频率信道进行通信，其特征在于，所述通信系统包括发送 信号的发送装置；以及接收由所述发送装置发送的信号的接收装置，所 述发送装置具有频谱利用信息/策略信息获取单元，其具有检测当前没 有使用的频率信道的频带的功能，并且，获取与频率信道的利用状况有 关的信息；脉冲形状/码元速率控制单元，其根据由所述频谱利用信息/ 策略信息获取单元得到的信息，判定能否对相邻的其他用户使用的频率 信道带来干扰、以及本用户能否允许ISI，根据该判定的结果，确定待发 送的信号的中心载波频率、码元速率、整形脉冲形状中的至少一方；以 及中心载波频率控制单元，其按照由所述脉冲形状/码元速率控制单元确 定的中心载波频率，控制发送信号的中心载波频率。根据这种发明，发 送装置检测当前没有使用的频率信道的频带，判定与该频率信道相邻的 其他用户使用的频率信道能否允许干扰，同时判定使用该频率信道的本 用户能否允许ISI，根据该判定的结果，能够确定待发送的信号的中心载 波频率、码元速率、整形脉冲形状中的至少一方。因此，能够考虑接收 信号的信号质量，并根据频率的利用状况，发送频率利用效率较高的脉 冲波形的发送信号。
另外，权利要求4所述的发送装置使用将分配给系统的频带划分而 设定的多个频率信道进行通信，其特征在于，所述发送装置具有信号发 送单元，所述信号发送单元发送使在频率上相邻的多个所述频率信道互相重叠的信号。根据这种发明，能够提高在通信中利用的频率的利用效 率。
另外，权利要求5所述的发送装置是根据权利要求4所述的发送装 置，其特征在于，由所述信号发送单元发送的所述信号的频率信道和相 邻的频率信道，在频率数轴上最大重叠到剩余带宽。在此，剩余带宽是 指从所述信号的脉冲整形后的信号带宽中，减去利用所述信号的码元速 率的倒数表示的奈奎斯特带宽得到的频率带宽。根据这种发明，能够把 频率信道间的千扰抑制到在接收侧能够去除的范围。
另外，权利要求6所述的发送装置使用将分配给系统的频带划分而
设定的多个频率信道来发送信号，其特征在于，所述发送装置具有信号
发送单元，所述信号发送单元对于所述频率信道允许ISI而发送信号。根
据这种发明，能够提高在通信中利用的频率的利用效率，同时能够提高 进行频率信道的脉冲整形的滤波器的实现性。
另外，权利要求7所述的发送装置是根据权利要求6所述的发送装 置，其特征在于，对于所述信号发送单元允许的ISI，所述频率信道把奈 奎斯特频带作为下限而由脉冲整形滤波器限制频带，并发送信号。根据 这种发明，能够把各个频率信道中的波形电平的ISI抑制到在接收侧能够 补偿的范围。
另外，权利要求8所述的发送装置使用将分配给系统的频带划分而 设定的多个频率信道来发送信号，其特征在于，所述发送装置具有频
谱利用信息/策略信息获取单元，其具有检测当前没有使用的频率信道的
频带的功能，并且，获取与频率信道的利用状况有关的信息；脉冲形状/ 码元速率控制单元，其根据由所述频谱利用信息/策略信息获取单元得到 的信息，判定能否对相邻的其他用户使用的频率信道带来干扰、以及本 用户能否允许ISI，根据该判定的结果，确定待发送的信号的中心载波频 率、码元速率、整形脉冲形状中的至少一方；以及中心载波频率控制单 元，其按照由脉冲形状/码元速率控制单元确定的中心载波频率，控制发 送信号的中心载波频率。根据这种发明，发送装置检测当前没有使用的 频率信道的频带，判定与该频率信道相邻的其他用户使用的频率信道能
9否允许干扰，同时判定使用该频率信道的本用户能否允许ISI，根据判定 的结果，能够确定待发送的信号的中心载波频率、码元速率、整形脉冲 形状中的至少一方。因此，能够考虑接收信号的质量，并根据频率的利 用状况，进一步减小由脉冲整形滤波器得到的频率信道间隔和占用带宽， 由此能够以较高的频率利用效率发送信号。
另外，权利要求9所述的接收装置接收使用将分配给系统的频带划 分而设定的多个频率信道发送的信号，其特征在于，所述接收装置具有 ICI去除单元，所述ICI去除单元接收使在频率上相邻的多个所述频率信 道互相重叠，由此允许频率信道间的干扰而发送的信号，去除所接收的 信号中在重叠的频率区域中产生的频率信道间的干扰。根据这种发明， 能够去除所接收的信号的频率信道间的干扰，所以能够防止接收信号的 质量下降。
另外，权利要求io所述的接收装置接收使用将分配给系统的频带划
分而设定的多个频率信道发送的信号，其特征在于，所述接收装置具有
ISI补偿单元，所述ISI补偿单元接收对于各个频率信道允许波形电平的
码间干扰而发送的信号，对于所接收的信号的各个频率信道补偿波形电 平的码间千扰。根据这种发明，能够补偿所接收的信号的波形，所以能 够防止接收信号的信号质量下降。
另外，权利要求11所述的通信方法使用将分配给系统的频带划分而
设定的多个频率信道进行通信，其特征在于，所述通信方法包括接收 步骤，接收使在频率上相邻的多个所述频率信道互相重叠而发送的信号；
以及ICI去除步骤，去除在所述接收步骤中接收到的信号中在重叠的频率
区域中产生的频率信道间的干扰。根据这种发明，发送侧使多个频率信 道互相重叠来发送信号，由此能够在更多的频率信道中使用频带，所以 能够提高频率的利用效率。并且，接收侧能够去除在重叠的频率区域中 产生的频率信道间的干扰，所以能够防止接收信号的质量下降。
另外，权利要求12所述的通信方法使用将分配给系统的频带划分而
设定的多个频率信道进行通信，其特征在于，所述通信方法包括接收 步骤，接收对于各个频率信道允许波形电平的码间干扰而发送的信号；以及ISI补偿步骤，对于在所述接收步骤中接收到的信号中的各个频率ff 道，补偿波形电平的码间干扰。根据这种发明，发送装置能够利用不满 足零ISI的条件的脉冲发送信号，由此能够减小各个频率信道的频带。结 果，能够在更多的频率信道中使用分配给系统的频带，所以能够提高频 率的利用效率。并且，在进行脉冲整形后，不需要考虑零ISI的条件，所: 以能够提高进行脉冲整形的滤波器的设计实现性。另外，由于能够在接 收侧进行ISI补偿，所以能够防止接收信号的信号质量下降。
另外，权利要求13所述的通信方法使用将频带划分而设定的多个频 率信道进行通信，其特征在于，所述通信方法包括频谱利用信息/策略 信息获取步骤，根据频率信道的利用状况，具有检测当前没有使用的频 率信道的频带的功能，并且，获取与频率信道的利用状况有关的信息；
干扰/ISI能否判定步骤，根据在所述频谱利用信息/策略信息获取步骤中
得到的信息，判定能否对相邻的其他用户使用的频率信道带来干扰、以
及本用户能否允许ISI;以及脉冲形状/码元速率控制步骤，根据所述干扰 /ISI能否判定步骤的判定结果，确定由所述发送装置发送的信号的中心载 波频率、码元速率、整形脉冲形状中的至少一方。根据这种发明，发送 装置检测当前没有使用的频率信道的频带，判定与该频率信道相邻的其 他用户使用的频率信道能否允许干扰，同时判定使用该频率信道的本用 户能否允许ISI，根据判定的结果，能够确定待发送的信号的中心载波频 率、码元速率、整形脉冲形状中的至少一方。因此，能够考虑接收信号 的信号质量，并根据频率的利用状况，发送频率利用效率更高的脉冲波 形的发送信号。
以上所述的本发明能够发送减小频率信道间隔的信号，并在接收侧 补偿频率信道波形或者去除频率信道间的干扰。并且，能够根据情况使 本装置发送的信号干扰其他频率信道、及/或对本频率信道允许波形电平 的码间干扰。因此，能够提供一种通信系统、发送装置、接收装置、通 信方法，即使多个用户不协调时，也能够提高频率的利用效率，而且信 号质量不会下降。
1

图1是说明本发明的实施方式1的ICI去除方法的图。
图2是说明循环维纳滤波器(Cyclic Wiener Filter)的概况的图。
图3是说明FSE滤波器的概况的图。
图4是说明本发明的实施方式1的周期恒定性的图。
图5是说明本发明的实施方式2的零ISI信号的生成方法的图。
图6是说明本发明的实施方式1 实施方式4的通信系统的图。
图7是表示在本发明的实施方式1中由多个用户使用的频率信道重
叠的状态的图。
图8是说明本发明的实施方式1的接收装置的图。
图9是说明本发明的实施方式1的ICI的允许范围的图。
图10是说明本发明的实施方式2的接收装置的结构的框图。
图11是说明通过本发明的实施方式2的ISI补偿来缩小频率信道的
频带的允许范围的图。
图12是说明本发明的实施方式2的ISI补偿的步骤的图。
图13是说明本发明的实施方式3的接收装置的结构的框图。
图14是表示适合于在本发明的实施方式3的接收装置中整形脉冲波
形的频率信道的图。
图15是表示由本发明的实施方式1 实施方式3的接收装置进行的
通信方法的流程图。
图16是用于比较由本发明的实施方式1 实施方式3得到的效果的图。
图17是说明本发明的实施方式4的发送装置的结构的框图。 图18是表示图17所示的发送接收装置的其他结构示例的图。 图19是说明实施方式4的通信方法的流程图。 图20是表示普通的OFDMA的频谱的图。 图21是表示普通的FDMA的频谱的图。
图22是表示为了减小频率信道间隔而减小保护带的示例的图。
图23是表示为了减小频率信道间隔而使脉冲波形变陡的示例的其
12他图。
标号说明
lOla、 101b基站;102a、 102b发送接收装置;103a、 103b、 104a、
104b、 104c手机;111 ICI去除和ISI补偿滤波器;151、 161发送单元;
152数据生成/调制部；153脉冲整形部；154D/A转换部；155、 501 RF 部；157频谱利用信息/策略信息获取部；158脉沖形状/码元速率控制部； 159中心载波频率控制部；401发送接收部；502A/D转换部；503、 504、 505信道信号选择滤波器；506ICI去除滤波器；801ISI补偿滤波器。
具体实施例方式
以下，参照

本发明的实施方式1 实施方式4。另外，在各 个实施方式的说明中，对相同的结构省略部分图示及说明。并且，对与 先前示出的附图的结构相同的结构标注相同的标号。
1理论
首先，在说明本发明的实施方式之前，说明在实施方式1 实施方 式4中执行的用于去除干扰的信号处理的理论。
实施方式1适用于在进行无线通信的环境下有效复用从位于多个地 点的各个用户的通信终端装置发送的数据的多元连接。下面，在说明通 信系统、发送装置、接收装置、通信方法之前，说明本发明的多元连接 的原理。
(1) ICI的去除
首先说明去除ICI (Inter-Channel Interference)的方法。在实施方式 1中进行的ICI的去除是由于下述情况而进行的，即，当通过在发送侧满 足零ISI、而且使频率信道互相重叠来减小频率信道间隔时，产生信道间 的干扰即ICI。
图1 (a)、 (b)、 (c)是说明本发明的实施方式1的ICI去除的理论 的图。ICI的去除能够通过可以利用周期恒定性的循环维纳滤波器或FSE (分数间隔等化器Fractionally Spaced Equalizer)滤波器等公知的滤波 器实现。
13作为去除ICI用的适应性滤波器，利用信号的周期恒定性，对于因 与相邻的频率信道的重叠而受到干扰的除奈奎斯特带宽之外的频率成分 (剩余带宽频率成分)，使用没有受到干扰的影响的奈奎斯特带宽频率成 分将其复原。
图2是说明循环维纳滤波器的概况的图。并且，图3是说明FSE滤 波器的概况的图。如图2所示，循环维纳滤波器包括并列连接的多个FSE 滤波器201， FSE滤波器201的输出被合成。将合成后的输出从所期望的 信号中减去，生成误差信号。调整FSE滤波器201的各个滤波器系数， 以使该误差信号变小。
FSE滤波器201如图3所示具有一系列的延迟部件301，这些延迟部 件使所输入的被重叠的信号延迟，向各个输出乘以系数或加权Ci进行合 成。这一组系数也被称为抽头系数。另外，循环维纳滤波器和FSE滤波 器201例如如下面列举的文献1、文献2记载的那样，由于已被公知，所 以省略进一步的说明。
文献 1 W.A.Gardner, "Exploitation of spectral redundancy" in cyclostationary signals", IEEE Signal Processing Magazine, voI.8,no.2,pp. 14-3 6，Apr. 1991
文南犬2 W.A.Gardner, "Cyclic Wiener filtering: theory and method", IEEE Trans.Comm叫vol.41，no.l，pp.l51-163，Jan.1993
在图l (a)的示例中，假设处理3个频率信道中利用P表示的中间 的频率信道。在此，假设频率信道P和与P相邻的频率信道存在重叠的 区域。由此，频率信道P受到相邻的频率信道的干扰的影响。根据信号 的周期恒定性，图l (c)示出的范围D的频率成分与范围B的频率成分 的相关比较高，范围C的频率成分与范围A的频率成分的相关比较高。 因此，在本实施方式中，能够使用范围B的信号成分将范围D的信号成 分复原，使用范围A的信号成分将范围C的信号成分复原。另外，图l (c)示出的频率的范围E表示奈奎斯特频带。
另外，此处简单说明周期恒定性。图4 (a)表示按照码元间隔Ts 周期性地发送来被数字转换后的信号的状态。图4 (b)是表示(a)所示的信号的频谱的图。通过对(b)进行脉冲整形，得到(C)所示的脉冲 信号。根据(b)所示的频谱的周期性，在(C)所示的脉冲信号中，奈
奎斯特带宽内(B，,D')的频率成分与剩余频带频率成分(B,D)之间具 有相关性。剩余频带是指从占用频带中去除奈奎斯特带宽后的频带。
在实施方式1中，利用该频率成分的相关，使频率信道重叠，由此 允许ICI，并在接收侧去除信道间的干扰(ICI)。频率信道间的干扰去除 针对每个频率信道进行，能够通过ICI去除滤波器来执行。 (2)零ISI
图5 (a)、 (b)是说明实施方式2去除ISI (Inter-Symbol Interference: 码间干扰)、并生成零ISI的信号的方法的图。图5 (a)是表示作为满足 零ISI的条件的示例的、余弦平方脉冲(raised cosine pulse)的图。
图5 (a)表示横轴为频率f、纵轴为脉冲的频率响应(Frequency Response)。相对于奈奎斯特带宽[-0.5/Ts,0.5/Ts](码元速率为1/Ts时)的 边界线(+0.5/Ts，國0.5/Ts)满足Vestigial symmetry 。满足Vestigial symmetry 的条件，是指图5 (a)中示出的A、 B、 C、 D的区域的面积全部相等(A =B = C=D)。在实施方式2中，把A二B二C二D的条件表述为零ISI条 件。
另外，奈奎斯特频率是指码元速率的一半(在码元速率为1/Ts时， 0.5/Ts是奈奎斯特频率)。把以0Hz为中心的从-0.5/Ts到0.5/Ts的频带称 为奈奎斯特频带。
图5 (b)表示对满足(a)的A=B=C=D的条件的脉冲进行采样 的示例。脉冲的频率响应因混淆而折返，折返后的信号被相加，得到图5 (c)所示的扁平频谱(Flat Spectrum)。即，可知能够实现波形电平的零 ISI的脉冲的频率响应在采样后成为扁平频谱。
实施方式2利用了这一点。即，允许在发送侧产生波形电平的(码 间干扰)ISI而复用发送信号，在接收侧补偿信号的波形电平的ISI而去 除码间干扰。
(实施方式1) (通信系统)下面，说明实施方式1的通信系统的概况。图6是说明实施方式1、 实施方式4的通信系统的图。实施方式1的通信系统是使用把频率划分 为多个频带而设定的频率信道进行通信的通信系统。
如图所示，本实施方式的通信系统具有基站101a、 101b、和通过基 站101a、 101b与其他通信终端装置通信的手机103a、 103b、 104a、 104b、 104c。把基站101a、基站101b能够管理通信的范围分别表述为通信管理 区域a。
手机103a、 103b是相同经营商的手机，手机104a、 104b、 104c是 与手机103a、 103b的经营商不同的经营商的手机。另外，在图6中，把 在通信系统中通信的通信终端装置全部设为手机，但实施方式1不限于 这种结构。只要是能够在通信系统中通信的通信终端装置，则也可以适 用其他任何通信终端装置。
基站101a、 101b分别具有发送接收装置102a、 102b。发送接收装置 102a接收手机103a、 104a、 104b分别使用频率信道发送的信号。并且， 复用接收到的信号。被复用后的信号通过更上层的装置发送给基站101b。
所发送的信号被发送接收装置102b接收，并且发送给手机103b和 手机104并由其接收。
并且，手机103a、 103b和手机104a、 104b、 104c还分别具有发送 接收部401。
在实施方式1中，多个手机的多个发送接收部401全部是发送装置， 发送接收装置102a、 102b发挥接收装置的作用。但是，本发明不限于这 种结构，只要是发送装置通过多元连接来发送无线信号，接收装置接收 所发送的无线信号的结构，则可以构成任何发送装置、接收装置。 (发送装置)
说明本发明的实施方式1的发送装置。如前面所述，手机103a和手 机104a、 104b分别是不同用户的手机。因此，手机103a使用与手机104a、 104b不同的一个或多个频率信道，与基站10la进行通信。
在此，说明手机103a的频率信道与手机104a和104b的频率信道在 频率上相邻的示例。并且，在实施方式1中，假设各个频率信道满足不
16产生ISI的零ISI条件。
图7表示实施方式l的手机103a、 104a、 104b发送信号时使用的频 率信道。图7所示的频率信道满足零ISI的条件并互相重叠。另外，对于 频率信道的脉冲整形滤波器，在发送侧的各个发送接收部401进行滤波 器整形，以使脉冲满足零ISI条件。
艮口，实施方式1的发送装置可以说是发送使在频率上相邻的多个频 率信道互相重叠的信号。
并且，发送信号的频率信道由于重叠而被縮小了频率信道间隔。为 了在接收侧把ICI控制在允许范围内，在实施方式1中把重叠范围设为截 止到剩余带宽。
另外，实施方式1的发送装置不限于多个通信终端装置的集合。例 如，也可以是使多个频率信道重叠来发送信号的一种结构。 (接收装置)
图8是说明实施方式1的接收装置的图。接收装置具有ICI去除滤 波器506，其去除所发送的信号中在重叠的频率的区域中产生的频率信道 间的干扰。在这种结构中，ICI去除滤波器506相当于ICI去除单元。
并且，接收装置具有多个信道信号选择滤波器503、 504、 505。这 种滤波器构成为在用户使用多个频率信道时，选择所发送的信号的频率 信道。
艮口，图8所示的接收装置例如接收由用户k发送的信号。接收到的 信号通过RF部501被降频转换，然后通过A/D转换部502被实施数字 转换。假设用户k使用M个频率信道，在接收装置中，使用M个信道信 号选择滤波器提取用户k在通信时使用的多个频率信道。在图8的示例 中，用户k发送的信号通过信道信号选择滤波器504。
并且，在实施方式1中，接收后的频率信道的脉冲波形满足零ISI 的条件。满足零ISI的条件的脉冲整形也可以像实施方式1那样预先在发 送装置中进行，还可以在接收装置中设置与发送装置的未图示的脉冲波 形整形滤波器协作来整形脉冲波形的滤波器。
并且，通过把各个频率信道重叠的频带设为剩余带宽内，ICI去除滤
17波器506能够去除截止到剩余带宽内的ICI。图9是说明ICI的允许范围 的图。在把码元速率设为1/Ts、把脉冲整形的下降系数设为oc时，如图9 所示，ICI允许范围被表述为oc/2Ts。
另外，ICI允许范围受到使用频率信道发送的信号的强度的影响，对 其他频率信道不怎么造成影响的功率比较小的信号的频率信道，也可以 干扰相邻的频率信道的奈奎斯特频带。
并且，ICI去除滤波器506能够使用利用了周期恒定性的循环维纳滤 波器和FSE滤波器等。
根据以上所述的实施方式1，发送侧发送满足ISI零条件并重叠的信 号，在接收侧能够去除因重叠而产生的ICI，并去除频率信道间的干扰。 因此，能够提供一种通信系统、发送装置、接收装置以及通信方法，即 使多个用户不协调时，也能够提高频率的利用效率，而且信号质量不会 下降。
(实施方式2)
下面，说明本发明的实施方式2。实施方式2是接收脉冲波形不满 足零ISI条件的频率信道的信号，并在接收装置侧进行ISI补偿的接收装 置。另外，在实施方式2中，发送侧不会使脉冲信号重叠。
在实施方式2中，手机103a、 104a、 104b的发送接收部401作为信 号发送单元发挥作用，其允许多个所述频率信道的ISI并发送信号。
图10是说明实施方式2的接收装置的结构的框图。图IO所示的接 收装置与图8所示的接收装置相同，具有RF部501和A/D转换部502。 但是，不同之处是具有取代ICI去除滤波器506的ISI补偿滤波器801 。 ISI补偿滤波器801作为本实施方式的ISI补偿单元。
ISI补偿滤波器能够使用利用了周期恒定性的适应性滤波器实现。作 为适应性滤波器，例如能够使用循环维纳滤波器和FSE滤波器等。
图11 (a)是说明由实施方式2的接收装置接收的信号的图。图示的 频率信道的脉冲形状不满足零ISI条件。这种信号由于ISI的影响，接收 后的信号特性下降，有可能不能准确传递信息。实施方式2在接收到这 种信号时，通过在接收侧补偿ISI，实现信号质量比较高、而且频率的利用效率比较高的通信。
图11 (b)、 (C)是说明通过ISI补偿来减小频率信道的频带的允许 范围的图。图ll (b)表示不使用实施方式2的方法、但满足零ISI条件
时的频率信道的形状。该情况时，在把码元速率设为1/TS、把满足零ISI 条件的下降系数设为oc时，频率信道的带宽为(l+cc) /Ts。图11 (c)表 示使用实施方式2的方法、且使频率信道的带宽为最小的情况。该情况 时，频率信道的带宽被缩小到奈奎斯特带宽(=1/TS)。由此，能够把频 率信道的带宽最大减小到a/Ts。
图12是说明实施方式2的ISI补偿的步骤的图。实施方式2的ISI 补偿用于处理图12 (a)所示的3个频率信道中利用P表示的中间的频率 信道。使用信道信号选择滤波器，提取作为处理对象的频率信道P (图 12 (b))，利用ISI补偿滤波器801补偿提取出的频率信道P的ISI成分。 结果，从ISI补偿滤波器801输出被调整为满足零ISI条件的信号(图12 (c))。
另外，为了根据实施方式2整形成为满足零ISI条件，作为优选的脉 冲可以列举满足以下2式的脉冲。
X (f) =cos (7tfTs/ (l+a)) for|f1< (l+a) /2Ts and
X (f) =0 for otherwise
这种脉冲的特征是剩余带宽(oc/Ts)比较小，而且脉冲波形的形状 比较平滑。
根据以上所述的实施方式2，发送装置能够利用不满足零ISI条件的 脉冲发送信号，由此能够减小各个频率信道的频带。结果，能够在更多 的频率信道中使用分配给系统的频带，所以能够提高频率的利用效率。 并且，在进行脉冲整形后，不需要考虑零ISI的条件，所以能够提高进行 脉冲整形的滤波器的设计实现性。 (实施方式3)
下面，说明本发明的实施方式3。实施方式3是结合实施方式1和 实施方式2而构成的接收装置，在接收装置侧设置去除ICI的滤波器和补偿ISI的滤波器。
图13是说明实施方式3的接收装置的结构的框图。图13所示的接
收装置与图8、图IO所示的接收装置相同，具有RF部501和A/D转换 部502。并且，具有ICI去除和ISI补偿滤波器lll。 ICI去除和ISI补偿 滤波器111是结合前面叙述的ICI去除滤波器506和ISI补偿滤波器801 的功能而成的滤波器，能够使用适应性滤波器实现。作为适应性滤波器， 例如能够使用循环维纳滤波器和FSE滤波器等。
图14是表示适合于在实施方式3的接收装置中整形脉冲波形的频率 信道的图。图14的横轴表示频率、纵轴表示脉沖的频率响应。具有这种 波形的频率信道不满足零ISI条件但重叠。
由图13所示的接收装置接收到的信号通过RF部501被降频转换， 然后通过A/D转换部502被实施数字转换。另外，通过信道信号选择滤 波器中对应的任意一个滤波器。并且，通过ICI去除和ISI补偿滤波器111 进行ICI的去除和ISI补偿。
根据以上所述的实施方式3，发送侧利用不满足零ISI的条件的脉冲 发送重叠的信号，在接收侧能够进行ISI补偿，同时去除因重叠而产生的 ICI，并去除频率信道间的干扰。因此，能够减小各个频率信道的带宽， 并重叠发送，由此能够在更多的频率信道中使用分配给系统的频带，所 以能够提高频率的利用效率。并且，在进行脉冲整形后，不需要考虑零 ISI的条件，所以能够提高进行脉冲整形的滤波器的设计实现性。
因此，能够提供一种通信系统、发送装置、接收装置以及通信方法， 即使多个用户不协调时，也能够提高频率的利用效率，而且信号质量不 会下降。
(通信方法)
图15 (a)、 (b)、 (c)是表示以上所述的实施方式1 实施方式3的 接收装置进行的通信方法的流程图。另外，图15 (a)、 (b)、 (c)的流程 图包括相同的处理。在附图中对相同的处理标注相同的标号。
如图15 (a)所示，在实施方式1中，接收装置从发送装置接收信号 (S131)。并且，使用多个信道信号选择滤波器判定想要接收的信号的频
20率信道(S132)。接收装置使用适合于判定后得到的频率信道的ICI去除
滤波器，从接收信号中去除ICI (S133)。
另外，在实施方式2中，接收装置从发送装置接收信号(S131)。并 且，使用多个信道信号选择滤波器判定想要接收的信号的频率信道 (S132)。接收装置使用适合于判定后得到的频率信道的ISI补偿滤波器， 补偿接收信号的ISI (S134)。
另外，在实施方式3中，接收装置从发送装置接收信号(S131)。并 且，使用多个信道信号选择滤波器判定想要接收的信号的频率信道 (S132)。接收装置使用适合于判定后得到的频率信道的ICI去除和ISI 补偿滤波器，去除接收信号的ICI，同时补偿ISI (S135)。 (实施方式1 3的比较)
图16是用于比较由以上所述的实施方式1 实施方式3得到的效果 的图。在此，把图21所示的基于FDMA的通信表述为现有方式1，把图 20所示的基于OFDMA的通信表述为现有方式2。并且，把实施方式1 的通信方法表述为提案方式1，把实施方式2的通信方法表述为提案方式 2，把实施方式3的通信方法表述为提案方式3。
并且，在图16中，对于以上5种方式进行了频率利用效率、脉冲的 时间响应的分散的大小、有无信道间的干扰(ICI)、有无码间干扰(ISI) 这4个项目的比较。如图所示，本实施方式1 3的通信方法或通信系统、 接收装置与现有技术相比，能够提高频率利用效率，减小脉冲的时间响 应的分散。并且，能够在允许ICI和ISI或双方的情况下发送，在接收侧 去除、补偿ICI和ISI，能够高质量地获取各个频率信道的信号。 (实施方式4)
下面，说明本发明的实施方式4。实施方式4的通信系统是使用频 率信道通信的通信系统，具有发送信号的发送装置、和接收由发送装置 发送的信号的接收装置。在实施方式4中，把图6所示的发送接收装置 102b作为发送装置，把管理区域a内的手机103b、 104c作为接收装置。
图17 (a)、 (b)是说明实施方式4的发送装置的结构的框图。图17 (a)表示发送装置的装置结构，(b)是用于说明多个用户使用多个频率信道的图。
如图17 (b)所示，在多元连接中，多个用户(用户1.....用户N)
利用多个多信道(例如用户k使用fk,、 fk2、 ...、 fkM的频率信道)并行地 传输多个数据流。(b)表示横轴为频率，并利用在频率轴上记述的频谱 表示频率的频带被用作信号的频率信道的情况。
在图中，相同的斜线框表示由相同用户使用的频率信道。在此，用
户l使用fn和f,k.，用户k使用fu和fkM。根据图示可知，用户使用一个
或多个频率信道。
图17 (a)所示的发送装置具有发送单元151，其针对每个用户生成 发送信号，并在进行脉冲波形的整形后发送。发送单元151具有数据 生成/调制部152，其按照每个频率信道生成应该发送的信息的数据，并 使用数据调制信号，由此生成发送信号；脉冲整形部153，其整形发送信 号的脉冲波形；D/A转换部154，其把整形后的脉冲波形从数字信号转换 为模拟信号；RF部155，其将被模拟化的基带信号升频；以及发送信号 的天线156。
并且，发送单元151具有频谱利用信息/策略信息获取部157、脉冲 形状/码元速率控制部158、中心载波频率控制部159。频谱利用信息/策 略信息获取部157具有检测当前没有使用的频率信道的频带的功能，以 及获取其他用户的频率信道的利用状况、其他用户是否具备ICI的去除功 能等的策略信息的功能。
频谱利用信息/策略信息获取部157能够利用以下结构获取频率信道 的利用状况和策略信息。例如，使用户彼此预先共享作为策略信息的频 率利用策略(例如用户级别的ID、以及能否与各个用户级别重叠的信息)。
各个用户根据在频率上相邻的频率信道的频谱判别用户级别(例如推 测ID)，由此能够判定相邻的频率信道的信号强度和规格、有无ICI去除 功能。在判定为具有ICI去除功能时，能够判定为可以与该频率信道重叠。
并且，在实施方式4中，能够预先设定用于使用户彼此交换信息的 控制信道。这样，能够判定可否与经由控制信道相邻的频率信道的用户
重叠等o另外，也能够设计依次保存、更新频率信道的利用状况和频率利用 策略的数据库。在数据库中登记了哪个用户级别利用哪个信道，各个用 户访问该数据库即可判定可否与相邻信道重叠。
脉冲形状/码元速率控制部158使用由频谱利用信息/策略信息获取
部157获取的、当前没有使用的频率信道的频带信息和频谱利用信息，
确定在信号发送中使用的频率信道的数量、各个频率信道中的中心载波 频率、码元速率、脉冲形状，以便能够有效地利用当前没有使用的频率 信道的频带。
中心载波频率控制部159将由脉冲形状/码元速率控制部158确定 的、在信号发送中使用的多个频率信道中的各个频率信道的中心载波频 率信息通知给RF部155。 RF部155根据由中心载波频率控制部159通 知的各个频率信道的中心载波频率信息进行升频，并通过天线156发送 信号。
在以上所述的结构中，脉冲形状/码元速率控制部158作为频率信道 确定单元、能否重叠判定单元、脉冲条件确定单元发挥作用。
图18 (a)是表示图17 (a)所示的发送接收装置的其他结构示例的 图。图18 (a)所示的发送单元161针对一个用户设计一个D/A转换部 154和RF部155，并在多个频率信道中共用，这一点与图17 (a)所示 的结构不同。图18 (a)所示的结构相比图17 (a)发送装置能够减少部 件数目，有利于装置的小型化、低成本化。
图19是说明实施方式4的通信方法的流程图。实施方式4的发送装 置受理当前没有通信的用户(新用户)使用通信系统通信的请求(S171)。 频谱利用信息/策略信息获取部157判定频率信道的空闲状况，同时获取 频率利用信息(频率利用策略)(S172)。
并且，脉冲形状/码元速率控制部158根据由频谱利用信息/策略信息 获取部157获取的频率利用策略，判定能否对与在步骤S172中被判定为 空闲的频率信道相邻的频率信道进行重叠(S173)。
当在步骤S173中判定为不能进行重叠时(S173:否)，脉冲形状/ 码元速率控制部158使接收装置具有ISI的补偿功能，并判定能否对本装置发送的信号导入ISI并进行补偿(S174)。在该判定的结果是接收侧不
能进行ISI补偿时(S174:否)，确定把发送信号作为像以往的示例那样 不进行ISI导入的脉冲波形(以往的脉冲形状)(S176)。
并且，当在步骤S174中判定为接收侧能够进行ISI补偿时(S174: 是)，脉冲形状/码元速率控制部158确定把发送信号作为在本发明的实施 方式2中叙述的脉冲形状(提案的脉冲形状(2)) (S177)。
另一方面，当在步骤S173中判定为能够对相邻的频率信道进行重叠 时(S173:是)，脉冲形状/码元速率控制部158使接收装置具有ISI的补 偿功能，并判定能否对本装置发送的信号导入ISI并进行补偿(S175)。
在步骤S175的判定结果是接收侧不能进行ISI补偿时(S175:否)， 确定把发送信号作为在本发明的实施方式1 (提案的脉冲形状(l))中叙 述的脉冲形状(S178)。并且，当在步骤S175中判定为接收侧能够进行 ISI补偿时(S175:是)，脉冲形状/码元速率控制部158确定把发送信号 作为在本发明的实施方式3 (提案的脉冲形状(3))中叙述的脉冲形状 (S179)。
脉冲形状/码元速率控制部158根据所确定的脉冲波形，确定发送信 号的中心载波频率和码元速率(S180)。所确定的中心载波频率由中心载 波频率控制部159通知给RF部155。并且，通知在接收装置侧确定的参 数中通信所需要的参数，同时开始通信(S181)。
根据以上所述的实施方式4，能够根据情况使本装置发送的信号干 扰其他频率信道、或者使发送信号重叠。并且，在接收侧能够进行ISI 补偿时，通过允许ISI，能够减小频率信道的带宽。因此，能够提供一种 通信系统、接收机、通信方法，即使多个用户不协调时，也能够提高频 率的利用效率，而且信号质量不会下降。
产业上的可利用性
本发明能够适用于在下述环境下适用的通信系统、发送装置、接收 装置以及通信方法，即，即使多个用户互相不协调时，也能够使用一个 或多个频率信道通信的环境。
2权利要求
1.一种通信系统，使用将分配给系统的频带划分而设定的多个频率信道进行通信，其特征在于，所述通信系统包括发送装置，其使在频率上相邻的多个所述频率信道互相重叠，由此允许频率信道间的干扰而发送信号；以及接收装置，其接收由所述发送装置发送的信号，所述接收装置具有ICI去除单元，所述ICI去除单元去除所发送的信号中在重叠的频率区域中产生的频率信道间的干扰。
2. —种通信系统，使用将分配给系统的频带划分而设定的多个频率 信道进行通信，其特征在于，所述通信系统包括发送装置，其对于在频率上的各个频率信道允许波形电平的码间干 扰而发送信号；以及接收装置，其接收由所述发送装置发送的信号，所述接收装置具有ISI补偿单元，所述ISI补偿单元对于所发送的信 号中的各个频率信道补偿波形电平的码间干扰。
3. —种通信系统，使用将分配给系统的频带划分而设定的多个频率 信道进行通信，其特征在于，所述通信系统包括发送信号的发送装置；以及接收由所述发送装置发送的信号的接收装置，所述发送装置具有频谱利用信息/策略信息获取单元，其具有检测当前没有使用的频率 信道的频带的功能，并且，获取与频率信道的利用状况有关的信息；脉冲形状/码元速率控制单元，其根据由所述频谱利用信息/策略信息 获取单元得到的信息，判定能否对相邻的其他用户使用的频率信道带来 干扰、以及本用户能否允许ISI，根据该判定的结果，确定待发送的信号 的中心载波频率、码元速率、整形脉冲形状中的至少一方；以及中心载波频率控制单元，其按照由所述脉冲形状/码元速率控制单元 确定的中心载波频率，控制发送信号的中心载波频率。
4. 一种发送装置，使用将分配给系统的频带划分而设定的多个频率 信道进行通信，其特征在于，所述发送装置具有信号发送单元，所述信 号发送单元发送使在频率上相邻的多个所述频率信道互相重叠的信号。
5. 根据权利要求4所述的发送装置，其特征在于，所述信号发送单 元使所述信号的频率信道间的重叠在频率信道的剩余带宽内。
6. —种发送装置，使用将分配给系统的频带划分而设定的多个频率信道来发送信号，其特征在于，所述发送装置具有信号发送单元，所述信号发送单元对于所述频率信道允许ISI而发送信号。
7. 根据权利要求6所述的发送装置，其特征在于，所述信号发送单 元对于所述信号发送单元允许的ISI,所述频率信道把奈奎斯特频带作为 下限而由脉冲整形滤波器限制频带，并发送信号。
8. —种发送装置，使用将分配给系统的频带划分而设定的多个频率 信道来发送信号，其特征在于，所述发送装置具有-频谱利用信息/策略信息获取单元，其具有检测当前没有使用的频率 信道的频带的功能，并且，获取与频率信道的利用状况有关的信息；以 及脉冲形状/码元速率控制单元，其根据由所述频谱利用信息/策略信息 获取单元得到的信息，判定能否对相邻的其他用户使用的频率信道带来 干扰、以及本用户能否允许ISI，根据该判定的结果，确定待发送的信号 的中心载波频率、码元速率、整形脉冲形状中的至少一方，所述发送装置发送根据由所述脉冲条件确定单元确定的条件而生成 的信号。
9. -.种接收装置，接收使用将分配给系统的频带划分而设定的多个 频率信道发送的信号，其特征在于，所述接收装置具有ICI去除单元，所 述ICI去除单元接收使在频率上相邻的多个所述频率信道互相重叠而发 送的信号，并去除所接收的信号中在重叠的频率区域中产生的频率信道 间的干扰。
10. —种接收装置，接收使用将分配给系统的频带划分而设定的多 个频率信道发送的信号，其特征在于，所述接收装置具有ISI补偿单元，所述ISI补偿单元接收对于各个频率信道允许波形电平的码间干扰而发 送的信号，并对所接收的信号的各个频率信道补偿波形电平的码间干扰。
11. -一种通信方法，使用将频带划分而设定的多个频率信道进行通 信，其特征在于，所述通信方法包括接收步骤，接收使在频率上相邻的多个所述频率信道互相重叠，由 此允许频率信道间的干扰而发送的信号；以及ICI去除步骤，去除在所述接收步骤中接收到的信号中在重叠的频率 区域中产生的频率信道间的干扰。
12. —种通信方法，使用将频带划分而设定的多个频率信道进行通 信，其特征在于，所述通信方法包括接收步骤，接收对于各个频率信道允许波形电平的码间干扰而发送 的信号；以及ISI补偿步骤，对于在所述接收步骤中接收到的信号中的各个频率信道，补偿波形电平的码间干扰。
13. —种通信方法，使用将频带划分而设定的多个频率信道进行通信，其特征在于，所述通信方法包括频谱利用信息/策略信息获取步骤，根据频率信道的利用状况，具有 检测当前没有使用的频率信道的频带的功能，并且，获取与频率信道的 利用状况有关的信息；干扰/ISI能否判定步骤，根据在所述频谱利用信息/策略信息获取步骤中得到的信息，判定能否对相邻的其他用户使用的频率信道带来干扰、以及本用户能否允许ISI;以及脉冲形状/码元速率控制步骤，根据所述干扰/isi能否判定步骤的判定结果，确定由所述发送装置发送的信号的中心载波频率、码元速率、 整形脉冲形状中的至少一方。
全文摘要
提供一种不需要多个用户协调，即可实现较高的频率利用效率的通信系统。通信系统使用将频带划分为多个频率信道而设定的频率信道进行通信，该通信系统构成为，发送接收装置使在各个信道中允许波形电平的码间干扰而发送接收信号，以便使在频率上相邻的多个所述频率信道互相重叠而允许信道间干扰、或者缩小各个频率信道的占用带宽，发送接收装置具有ICI去除和ISI补偿滤波器(111)，该ICI去除和ISI补偿滤波器作为去除信道间干扰的ICI去除滤波器、和补偿各个频率信道中的波形电平的码间干扰的ISI补偿滤波器的至少任意一方发挥作用。
文档编号H04B1/10GK101622793SQ200880007060
公开日2010年1月6日 申请日期2008年3月12日 优先权日2007年3月16日
发明者古野辰男, 吉野仁, 大矢智之, 浅井孝浩, 阿那须·本杰博 申请人:株式会社Ntt都科摩