通信装置及通信方法
【专利摘要】提供了一种通信装置及通信方法。所述通信装置包括：变换单元，用具有将多个由规定值的幂得到的值相乘所得的积的大小的离散傅立叶变换，将时域的码元变换为频域的信号；映射单元，将所述频域的信号映射到不连续的多个频带，在所述多个频带中至少1个频带的大小是将2个以上由质数的幂得到的结果相乘所得的积的倍数；生成单元，由映射的所述频域的信号生成时域的单载波频分多址信号。
【专利说明】通信装置及通信方法
[0001]本申请是以下专利申请的分案申请:
[0002]申请号:200980136109.5
[0003]申请日:2009年9月18日
[0004]发明名称:无线通信装置及信号分割方法
【技术领域】
[0005]本发明涉及无线通信装置及信号分割方法。
【背景技术】
[0006]在3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution,第三代合作伙伴计划长期演进)中，为了实现低延迟且高速的传输，有关移动体通信规格的标准化的研究非常盛行。
[0007]为了实现低延迟且高速的传输，作为下行线路(Downlink = DL)的多路接入方式采用 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)，作为上行线路(UplinkiUL)的多路接入方式采用使用DFT (Discrete Fourier Transform,离散傅立叶变换)预编码的 SC-FDMA (Single-Carrier Frequency Division Multiple Access,单载波频分多址)。
[0008]在使用DFT预编码的SC-FDMA中，例如使用由NXN的矩阵表示的DFT矩阵(预编码矩阵或DFT序列)。这里，N为DFT大小(DFT点数)。另外，在NXN的DFT矩阵中，N个NX I的列矢量在DFT大小N中相互正交。在使用DFT预编码的SC-FDMA中，通过使用该DFT矩阵对码元序列进行扩频和码复用，形成SC-FDMA信号(频谱)。
[0009]另外，开始了与LTE相比实现进一步的通信高速化的高级LTE (LTE-Advanced)(或高级IMT(International Mobile Telecommunication,国际移动通信))的标准化。在高级LTE中，为了实现通信的高速化，预计导入例如能够在40MHz以上的宽带频率中通信的无线通信基站装置(以下称为“基站”)及无线通信终端装置(以下称为“终端”)。
[0010]在LTE的上行线路中，为了维持实现高覆盖(coverage)的发送信号的单载波特性(例如，低PAPR(Peak_to_Average Power Ratio,峰值对平均功率比)特性)，上行线路的频率资源分配限制为将SC-FDMA信号局部(localized)地映射到连续的频带的分配。
[0011]然而，如果如上所述地限制频率资源分配，则上行线路的共享频率资源(例如，PUSCH(Physical Uplink Shared Channel，物理上行线路共享信道)等)中产生空闲，频率资源利用效率变差。由此，作为用于提高频率资源利用效率的以往技术，提出了将SC-FDMA信号分割为多个群(cluster),并将多个群映射到不连续(discontinuous)的频率资源的群集的(clustered) SC-FDMA (C-SC-FDMA)(例如，参见非专利文献I)。
[0012]在上述以往技术的C-SC-FDMA中，终端将通过DFT处理生成的SC-FDMA信号(频谱)分割为多个群，从而生成C-SC-FDMA信号。然后，终端将多个群分别映射到不连续的频率资源(副载波或资源块(Resource Block: RB))。另一方面，基站对接收到的C-SC-FDMA信号(多个群)施加频域均衡(Frequency Domain Equalization:FDE)处理,并将均衡后的多个群结合。然后，基站对结合后的信号施加IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform,离散傅立叶逆变换)处理，从而获得时域的信号。
[0013]在C-SC-FDMA中，将多个群分别映射到不连续的多个频率资源，从而能够比SC-FDMA更灵活地进行多个终端之间的频率资源分配，因此能够提高频率资源利用效率以及多用户分集效果。另外，在 C-SC-FDMA 中，与 OFDMA(Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access,正交频分多址)相比PAPR变小，因此与OFDMA相比能够扩大上行线路的
覆盖区。
[0014]另外，对于以往的SC-FDMA的结构，仅通过对终端追加用于将SC-FDMA信号(频谱)分割为多个群的结构部件，并对基站追加结合多个群的结构部件，便可容易地实现C-SC-FDMA 的结构。
[0015]现有技术文献
[0016]非专利文献
[0017]非专利文献1:R1-081842，“LTE_A Proposals for evolution，” 3GPP RANWG1#53, Kansas City, MO, USA, May5-9, 2008
【发明内容】
[0018]发明要解决的问题
[0019]在上述以往技术中，基站根据上行线路的频率资源的空闲状态或者多个终端与基站间的传输路径状态的好坏，将以任意频率分割各终端的SC-FDMA信号(频谱)而生成的多个群分别分配到多个上行线路的频率资源，并将表示该分配结果的信息通知给终端。终端使用任意带宽分割作为DFT处理的输出的SC-FDMA信号(频谱)，并将多个群分别映射到由基站分配的多个上行线路的频率资源，从而生成C-SC-FDMA信号。
[0020]然而，上行线路的宽带的无线频带(宽带无线信道)具有频率选择性，因此映射到不连续的不同频带的多个群分别传输的信道间的频率相关变低。由此，即使在基站通过FDE处理均衡了 C-SC-FDMA信号(多个群)的情况下，多个群的每个群的等效信道增益(即，乘以FDE权重后的频率信道增益)也有可能极大地不同。由此，在多个群的结合点(即，终端分割SC-FDMA信号的分割点)，等效信道增益有时会急剧地变化。也就是说，在多个群的结合点，等效信道增益的变动(即，接收频谱的包络线)中产生不连续点。
[0021]这里，为了在C-SC-FDMA信号被映射的所有频带(即，多个群分别被映射的频带的和)中将DFT矩阵的正交性的失真维持得较小，映射了多个群的所有频带中等效信道增益的变动必须为缓慢。因此，如上述的以往技术那样，在多个群的结合点，等效信道增益的变动中发生不连续点的情况下，映射了 C-SC-FDMA信号的频带中DFT矩阵的正交性产生较大的失真。因此，C-SC-FDMA信号变得容易受到由DFT矩阵的正交性的失真而产生的码间干扰(Inter-Symbol Interference:1SI)的影响。尤其是，在使用信号点间的欧氏距离非常短的64QAM等高阶(level)的多级调制的情况下，由于更容易受到ISI的影响，所以传输特性的恶化变得更大。另外，随着群数(SC-FDMA信号的分割数)增多，群间的不连续点数变得更多，因此由DFT矩阵的正交性的失真引起的ISI变得更大。
[0022]本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供无线通信装置及信号分割方法，该无线通信装置及信号分割方法即使在将SC-FDMA信号分割为多个群，并将多个群分别映射到不连续的频带的情况下，即在使用C-SC-FDMA的情况下，也能够降低由DFT矩阵的正交性的失真引起的ISI。
[0023]解决问题的方案
[0024]本发明的通信装置采用的结构包括:变换单元，用具有将多个由规定值的幂得到的值相乘所得的积的大小的离散傅立叶变换，将时域的码元变换为频域的信号；映射单元，将所述频域的信号映射到不连续的多个频带，在所述多个频带中至少I个频带的大小是将2个以上由质数的幂得到的结果相乘所得的积的倍数；生成单元，由映射的所述频域的信号生成时域的单载波频分多址信号。
[0025]本发明的通信方法，包括以下步骤:变换步骤，用具有将多个由规定值的幂得到的值相乘所得的积的大小的离散傅立叶变换，将时域的码元变换为频域的信号；映射步骤，将所述频域的信号映射到不连续的多个频带，所述多个频带中的至少I个频带的大小为将2个以上由质数的幂得到的结果相乘所得的积的倍数；生成步骤，由映射的所述频域的信号生成时域的单载波频分多址信号。
[0026]本发明的无线通信装置采用的结构包括:变换单元，对码元序列使用DFT矩阵施加DFT处理，生成频域的信号；分割单元，使用与构成所述DFT矩阵的多个列矢量中的任意的列矢量部分正交的矢量长度对应的部分正交带宽，分割所述信号，生成多个群；以及映射单元，将所述多个群分别映射到不连续的多个频带。
[0027]本发明的信号分割方法，使用与构成DFT矩阵的多个列矢量中的任意的列矢量部分正交的矢量长度对应的部分正交带宽，分割所述信号，生成多个群，所述DFT矩阵用于将时域的码元序列变换为频域的信号。
[0028]发明的效果
[0029]根据本发明，即使在将SC-FDMA信号分割为多个群，并将多个群分别映射到不连续的频带的情况下(在使用C-SC-FDMA的情况下)，也能够降低由DFT矩阵的正交性的失真引起的ISI。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明的实施方式I的终端的方框结构图。
[0031]图2是表示本发明的实施方式I的DFT处理的图。
[0032]图3是表示本发明的实施方式I的一例DFT矩阵的图。
[0033]图4A是表示本发明的实施方式I的部分正交的关系的图(I 11 = I的情况)。
[0034]图4B是表示本发明的实施方式I的部分正交的关系的图(I 11 = 2的情况)。
[0035]图4C是表示本发明的实施方式I的部分正交的关系的图(I 11 = 3的情况)。
[0036]图5A是表不本发明的实施方式I的分割处理和映射处理的图。
[0037]图5B是表示本发明的实施方式I的FDE后的信号的图。
[0038]图5C是表示本发明的实施方式I的结合后的信号的图。
[0039]图6是表示本发明的实施方式I的列矢量的正交关系的图。
[0040]图7是表示本发明的实施方式I的列矢量的正交关系的图。
[0041]图8是表示本发明的实施方式I的频率交织处理的图。[0042]图9是本发明的实施方式2的终端的方框结构图。
[0043]图1OA是表示本发明的实施方式2的预编码处理的图。
[0044]图1OB是表示本发明的实施方式2的预编码处理的图。
[0045]图11是表示本发明的实施方式2的使用了 FSTD的处理的图。
[0046]图12是表示本发明的实施方式3的使用了 FSTD的处理的图。
[0047]图13是表示本发明的实施方式3的使用了 FSTD的处理的图。
[0048]图14是表示本发明的实施方式4的乘数与群大小的关系的图。
[0049]图15是本发明的实施方式5的终端的方框结构图。
[0050]图16是本发明的实施方式5的基站的方框结构图。
[0051]图17A是表示本发明的实施方式5的移位(shift)处理的图(z = O的情况)。
[0052]图17B是表示本发明的实施方式5的移位处理的图(z = 3的情况)。
[0053]图18A是表示本发明的实施方式5的DFT输出的图。
[0054]图18B是表示本发明的实施方式5的移位处理的图。
[0055]图18C是表不本发明的实施方式5的分割处理和映射处理的图。
[0056]图19是本发明的实施方式5的终端的方框结构图。
[0057]图20是本发明的实施方式6的终端的方框结构图。
[0058]图2IA是表示本发明的实施方式6的DFT输出的图。
[0059]图2IB是表示本发明的实施方式6的移位处理的图。
[0060]图21C是表不本发明的实施方式6的分割处理和映射处理的图。
[0061]图22A是表不本发明的实施方式6的DFT输出的图。
[0062]图22B是表示本发明的实施方式6的移位处理的图。
[0063]图22C是表不本发明的实施方式6的分割处理和映射处理的图。
[0064]图23是本发明的实施方式7的终端的方框结构图。
[0065]图24是表示本发明的实施方式7的频移(frequency shift)处理和空间移位处理的图。
[0066]图25是表不本发明的实施方式7的频移处理和空间移位处理的图。
[0067]图26是表示本发明的实施方式8的移位处理的图。
【具体实施方式】
[0068]以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。在以下的说明中，说明包括本发明的无线通信装置的终端向基站发送C-SC-FDMA信号的情况。
[0069](实施方式I)
[0070]图1表示本实施方式的终端100的结构。
[0071]在终端100中，无线接收单元102经由天线101接收从基站(未图示)发送的控制信号，对该控制信号施加下变频、A/D变换等接收处理，并将实施了接收处理的控制信号输出到解调单元103。在该控制信号中，包含表示对各终端分配的上行线路频率资源的频率资源信息以及表不为各终端设定的MCS (Modulation and channel Coding Scheme,调制与信道编码方式)的MCS信息。
[0072]解调单元103解调控制信号，并将解调后的控制信号输出到解码单元104。[0073]解码单元104解码控制信号，并将解码后的控制信号输出到提取单元105。
[0074]提取单元105提取从解码单元104输入的控制信号中包含的发往本终端的频率资源信息，并将提取出的频率资源信息输出到控制单元106。
[0075]控制单元106输入包含由DFT单元110使用的DFT矩阵的DFT大小(DFT点数)的终端的种类信息以及表示后述的C-SC-FDMA信号的部分正交条件的部分正交条件信息，而且从提取单元105输入从基站通知的频率资源信息。
[0076]控制单元106基于表示终端的DFT大小的DFT大小信息(种类信息)、部分正交条件信息、以及从基站通知的频率资源信息，计算由分割单元111分割SC-FDMA信号(即DFT单元110的输出)生成的群数以及表示各群的带宽的群大小。此外，假设在基站与终端之间预先决定在将SC-FDMA信号(频谱)分割为多个群时，从频谱的频率较低的一方(DFT单元110的输出号码较小的一方)，或者从频谱的频率较高的一方(DFT单元110的输出号码较大的一方)开始，依次分割SC-FDMA信号(频谱)。并且，控制单元106基于计算出的群数以及群大小，计算本终端的C-SC-FDMA信号(多个群)被映射的频率资源。例如，控制单元106从分割而生成的多个群中，频率较低的群(DFT单元110的输出号码较小的群)，或者频率较高的群(DFT单元110的输出号码较大的群)开始，依次计算该群被映射的频率资源。并且，控制单元106将包含计算出的群数以及群大小的群信息输入到分割单元111，并将表示被映射本终端的C-SC-FDMA信号(多个群)的频率资源的映射信息输出到映射单元112。
[0077]编码单元107对发送比特序列进行编码，并将编码后的发送比特序列输出到调制单元108。
[0078]调制单元108调制从编码单元107输入的发送比特序列，生成码元序列，并将生成的码元序列输出到复用单元109。
[0079]复用单元109对导频信号以及从调制单元108输入的码元序列进行复用。然后，复用单元109将复用了导频信号的码元序列输出到DFT单元110。例如，作为导频信号，也可以使用 CAZAC (Constant Amplitude Zero Auto Correlation,恒定幅度零自相关)序列。另外，在图1中，采用了施加DFT处理前复用导频信号与码元序列的结构，但也可以采用施加DFT处理后复用导频信号与码元序列的结构。
[0080]DFT单元110使用DFT矩阵对从复用单元109输入的时域的码元序列施加DFT处理，从而生成频域的信号(SC-FDMA信号)。并且，DFT单元110将生成的SC-FDMA信号(频谱)输出到分割单兀111。
[0081]分割单元111按照从控制单元106输入的群信息表示的群数以及群大小，将从DFT单元110输入的SC-FDMA信号(频谱)分割为多个群。具体而言，分割单元111使用与构成DFT单元110所使用的DFT矩阵的多个列矢量中的任意的列矢量部分正交的长度(矢量长度)对应的带宽(部分正交带宽)分割SC-FDMA信号(频谱)，生成多个群。然后，分割单元111将由生成的多个群构成的C-SC-FDMA信号输出到映射单元112。此外，将在后面叙述分割单元111中的SC-FDMA信号(频谱)的分割方法的细节。
[0082]映射单元112基于从控制单元106输入的映射信息，将从分割单元111输入的C-SC-FDMA信号(多个群)映射到频率资源(副载波或RB)。例如，映射单元112将构成C-SC-FDMA信号的多个群分别映射到不连续的多个频带。然后，映射单元112将映射到频率资源的C-SC-FDMA信号输出到IFFT单元113。
[0083]IFFT单元113对从映射单元112输入的映射了 C-SC-FDMA信号的多个频带进行IFFT,生成时域的C-SC-FDMA信号。这里，IFFT单元113在映射了 C-SC-FDMA信号(多个群)的多个频带以外的频带中插入O。然后，IFFT单元113将时域的C-SC-FDMA信号输出到CP(Cyclic Prefix,循环前缀)插入单元114。
[0084]CP插入单元114将与从IFFT单元113输入的C-SC-FDMA信号的末尾部分相同的信号附加到C-SC-FDMA信号的开头部分作为CP。
[0085]无线发送单元115对C-SC-FDMA信号施加D/A变换、放大以及上变频等发送处理，并将施加了发送处理的信号经由天线101发送到基站。
[0086]另一方面,基站对于从各终端发送的C-SC-FDMA信号(多个群)进行乘以FDE权重的FDE处理，并将FDE处理后的C-SC-FDMA信号(多个群)在频域中结合。然后，基站对结合后的C-SC-FDMA信号施加IDFT处理，从而获得时域的信号。
[0087]另外，基站使用从各终端发送的导频信号，测量各终端与基站间的每个频带(例如副载波)的 SINR(Signal-to_Interference plus Noise power Ratio,信号对干扰和噪声功率比)，从而生成各终端的信道质量信息(例如,CQ1: Channel Quality Indicator,信道质量指示符)。然后，基站使用多个终端的CQI以及QoS(Quality of Service,业务质量)等，对各终端的上行线路的频率资源Hf^nPUSCH)的分配进行调度。然后，基站对各终端通知表示各终端的上行线路的频率资源的分配结果(即调度结果)的频率资源信息。作为基站对各终端分配频率 资源时使用的算法，例如有PF(Proportional Fairness,比例公平)
坐寸ο
[0088]另外，基站与终端100的控制单元106同样地，使用DFT大小和部分正交条件控制群数和群大小，并基于该群数和群大小，结合C-SC-FDMA信号(多个群)。
[0089]接着，说明分割单元111中的SC-FDMA信号(频谱)的分割方法的细节。
[0090]这里，将码元序列的各码元正交扩频到与DFT矩阵的DFT大小(列矢量长度)对应的频带，并对正交扩频后的各码元进行码复用，从而构成作为DFT单元110的输出的SC-FDMA信号。这里，假设DFT大小为N，则DFT单元110中使用的DFT矩阵能够使用NXN的矩阵F= [f0, f1；…，fN_J表示。另外，fi(i =0~N-1)是作为第k个元素具有
(1/V^)exp(—j2T<i*k)/N)(k=0 ~N—I)的 NX I 的列矢量。
[0091]另外，所有的列矢量fi(i = 0~N-1)在DFT大小N中相互正交。也就是说，在DFT单元110中，通过对构成码元序列的N个码元(例如,码元#0~#N-1)分别乘以DFT矩阵的列矢量fi(i = O~N-1),所有的码元(码元#0~#N-1)在与列矢量长度N对应的正交带宽(即映射N个码元的带宽)中相互正交。
[0092]例如，在DFT大小N = 8的情况下，如图2上部所示，由8个码元#0~#7构成的码元序列被输入到DFT单元110。然后，如图2下部所示，DFT单元110使用DFT矩阵的列矢量&~f7分别对码元#0~#7进行扩频。而且，DFT单元110对扩频后的码元#0~#7进行码复用。由此，获得与DFT大小N对应的正交带宽的SC-FDMA信号。另外，图3表示一例DFT大小N = 8时的DFT矩阵。也就是说，列矢量fji = O~7)是作为第k(其中，k
=O~7)个元素具有(l/_.V^)exp(—j27r(i*k_)/8)的8X1的列矢量。另外,列矢量f?~;^7在DFT大小N = 8中相互正交。
[0093]这里，DFT矩阵F的列矢量A在DFT大小N中与所有其他列矢量正交，还在比DFT大小(列矢量长度)N小的矢量长度N’(其中，N’〈N)中也与一部分其他列矢量部分正交。具体而言，构成DFT矩阵的多个列矢量中，相互不同的任意两个列矢量A和fV (其中，i’幸i)部分正交的矢量长度N’与DFT矩阵F的DFT大小(列矢量长度)N之间，存在下式
(I)的关系(部分正交条件)。其中，I是满足|l|〈|i_i’ I的、零以外的整数。
[0094]
【权利要求】
1.通信装置，包括: 变换单元，用具有将多个由规定值的幂得到的值相乘所得的积的大小的离散傅立叶变换，将时域的码元变换为频域的信号； 映射单元，将所述频域的信号映射到不连续的多个频带，在所述多个频带中至少I个频带的大小是将2个以上由质数的幂得到的结果相乘所得的积的倍数； 生成单元，由映射的所述频域的信号生成时域的单载波频分多址信号。
2.如权利要求1所述的通信装置，所述多个频带的个数为2。
3.如权利要求1所述的通信装置，从较小的质数开始依序选择所述质数。
4.如权利要求1所述的通信装置， 所述多个频带的大小均为所述将2个以上由质数的幂得到的结果相乘所得的积的倍数。
5.如权利要求1所述的通信装置， 对应于第I质数的指数的值小于或者等于对应于第2质数的指数，所述第2质数大于所述第I质数的值。
6.如权利要求1所述的通信装置， 在构成所述多个频带的最小分割单位中，对应于所述第I质数的指数的值小于或者等于对应于第2质数的指数，所述第2质数大于所述第I质数的值。
7.如权利要求6所述的通信装置，所述多个频带的大小均为所述最小分割单位的倍数。
8.通信方法，包括以下步骤: 变换步骤，用具有将多个由规定值的幂得到的值相乘所得的积的大小的离散傅立叶变换，将时域的码元变换为频域的信号； 映射步骤，将所述频域的信号映射到不连续的多个频带，所述多个频带中的至少I个频带的大小为将2个以上由质数的幂得到的结果相乘所得的积的倍数； 生成步骤，由映射的所述频域的信号生成时域的单载波频分多址信号。
9.如权利要求8的通信方法，所述多个频带的个数为2。
10.如权利要求8的通信方法，从较小的质数开始依序选择所述质数。
11.如权利要求8的通信方法， 所述多个频带的大小均为所述将2个以上由质数的幂得到得结果相乘所得的积的倍数。
12.如权利要求8的通信方法， 对应于第I质数的指数的值小于等于对应于第2质数的指数，所述第2质数大于所述第I质数的值。
13.如权利要求8的通信方法， 在构成所述多个频带的最小分割单位中，对应于所述第I质数的指数的值小于等于对应于第2质数的指数，所述第2质数大于所述第I质数的值。
14.如权利要求13的通信方法， 所述多个频带的大小均为所述最小分割单位的倍数。
【文档编号】H04L5/00GK103929292SQ201410197194
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2009年9月18日 优先权日:2008年9月22日
【发明者】高冈辰辅, 星野正幸, 三好宪一 申请人:松下电器产业株式会社