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JP6906782B2 - Contention-based communication system - Google Patents
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Description

この発明は、複数端末が、同一無線リソースにおいて、データを同時に送信することができるコンテンションベースの通信システムに関する。 The present invention relates to a contention-based communication system in which a plurality of terminals can simultaneously transmit data in the same radio resource.

第5世代移動通信システム(5G)は、我が国において2020年の実用化に向けて研究開発が精力的に進められている。5Gは、大容量・高速通信を実現するのはもちろんのこと、IoT(Internet of Things)の社会展開を後押する無線システムであることが求められる。5Gはセンサー等の膨大な数のIoT端末を基地局に収容することが必要であり、かつ、自動運転システムのような遅延がほとんど許容できないアプリケーションへの対応も求められている。 The 5th generation mobile communication system (5G) is being energetically researched and developed in Japan for practical use in 2020. 5G is required to be a wireless system that not only realizes large-capacity and high-speed communication but also supports the social development of IoT (Internet of Things). 5G needs to accommodate a huge number of IoT terminals such as sensors in a base station, and is also required to support applications such as automatic driving systems where delay is almost unacceptable.

現行の携帯電話の通信規格であるLTE(Long Term Evolution)は、IoTの展開を十分に考慮しているわけではなく、IoTが普及した際の同時接続可能な端末数や許容できる遅延時間について、5Gの要求を十分に満たすのが困難である。LTEにおいて、端末(UE:User Equipment)が基地局(eNB:evolved NodeB)に対してデータを送信する場合、eNBが個々のUEに対して排他的にリソースを割り当てる方式を取っており同時接続数には限りがある(アンテナ1本あたり、1つの無線リソースではUE1台のみ接続可能)。また、UEが実際にデータを送信するまでには、リソース割り当てのためのネゴシエーション時間が必要であり、一定の遅延は避けられない(例:IMT-Advanced における目標値として10ms以下)。 LTE (Long Term Evolution), which is the current mobile phone communication standard, does not fully consider the development of IoT, and regarding the number of terminals that can be connected at the same time and the allowable delay time when IoT becomes widespread. It is difficult to fully meet the requirements of 5G. In LTE, when a terminal (UE: User Equipment) transmits data to a base station (eNB: evolved NodeB), the eNB adopts a method of exclusively allocating resources to each UE and the number of simultaneous connections. Is limited (only one UE can be connected with one wireless resource per antenna). In addition, a negotiation time for resource allocation is required before the UE actually transmits data, and a certain delay is unavoidable (example: 10 ms or less as a target value in IMT-Advanced).

本発明は、同時収容端末数を現行の5〜10倍以上とし、5ms以下の遅延を実現することを目標としている。この実現に向けて本願は、LTEをベースとしつつ、複数端末が同時に、同一無線リソースにおいて、データを送信するコンテンションベースの通信方式の通信システムを提案する。この通信方式では、無線通信端末(以降は端末とする)の同時接続数の増加と低遅延化とを実現できる。 The present invention aims to increase the number of simultaneously accommodated terminals to 5 to 10 times or more the current number and to realize a delay of 5 ms or less. Toward this realization, the present application proposes a contention-based communication system in which a plurality of terminals simultaneously transmit data in the same wireless resource while being based on LTE. With this communication method, it is possible to increase the number of simultaneous connections of wireless communication terminals (hereinafter referred to as terminals) and reduce the delay.

上記の通信方式は、プリアンブル部とデータ部からなるフレーム構成によって実現する。プリアンブル部で基地局と各端末の伝搬路特性を推定し、データ部でペイロードを伝送する。データ部は複数端末から同時に送信された信号に衝突が発生しても、プリアンブル部から得られる伝搬路推定値を利用して分離・復号できる。また、プリアンブル部の設計においては、複数の端末からの信号を分離して各端末の伝搬路推定値が得られるようにする。 The above communication method is realized by a frame configuration including a preamble unit and a data unit. The preamble section estimates the propagation path characteristics of the base station and each terminal, and the data section transmits the payload. Even if a collision occurs in signals transmitted from a plurality of terminals at the same time, the data unit can be separated / decoded by using the propagation path estimated value obtained from the preamble unit. Further, in the design of the preamble portion, signals from a plurality of terminals are separated so that an estimated value of the propagation path of each terminal can be obtained.

先ず、LTEにおける上りのデータ送信手順について説明する。
(1)ランダムアクセス手順
LTEにおけるランダムアクセス手順を図1に示す。また、図1における各ステップの詳細を以下に示す。
First, the upstream data transmission procedure in LTE will be described.
(1) Random access procedure The random access procedure in LTE is shown in FIG. The details of each step in FIG. 1 are shown below.

<ステップ1>:ランダムアクセスプリアンブル(Random Access Preamble)
アクセスを行いたい端末はeNBに向けてランダムアクセスプリアンブル(RAP:Random Access Preamble)を送信する。RAPは、複数のUEが同時に送信してもeNBにおいて分離できるように設計されている。
<ステップ2>:ランダムアクセス応答(Random Access Response)
上記RAPを受信したeNBはUE宛てにランダムアクセス応答を送信する。ランダムアクセス応答には、UEの送信タイミングを調整するタイミングアドバンスコマンド(非特許文献1)や、ステップ3でUEが送信する無線リソースを指示する信号等が含まれている。
<ステップ3>:予約送信(Scheduled Transmission)
UEは割り当てられた無線リソースを利用して端末の識別子、リソース割り当て要求を送信する。
<ステップ4>:競合の解消(Contention Resolution)
eNBはリソースの利用を許可する端末識別子をUEに通知し、リソース割り当てを行う。ランダムアクセスを試行したUEは、自局の端末識別子が認識できない場合は、ランダムアクセスが失敗したとしてステップ1からやり直す。
自局の端末識別子が通知された場合は、データ伝送(Data Transmission)段でデータ伝送を行う。
<Step 1>: Random Access Preamble
The terminal to be accessed transmits a random access preamble (RAP) to the eNB. The RAP is designed so that even if a plurality of UEs transmit at the same time, they can be separated in the eNB.
<Step 2>: Random Access Response
Upon receiving the RAP, the eNB sends a random access response to the UE. The random access response includes a timing advance command (Non-Patent Document 1) for adjusting the transmission timing of the UE, a signal instructing the radio resource transmitted by the UE in step 3, and the like.
<Step 3>: Scheduled Transmission
The UE uses the allocated radio resource to send the terminal identifier and resource allocation request.
<Step 4>: Contention Resolution
The eNB notifies the UE of the terminal identifier that permits the use of the resource, and allocates the resource. If the UE that tried the random access cannot recognize the terminal identifier of its own station, it assumes that the random access has failed and starts over from step 1.
When the terminal identifier of the own station is notified, data transmission is performed in the data transmission stage.

(2)ランダムアクセスプリアンブル(RAP)
図2にLTEにおけるRAPの構成例を示す。時間軸方向において、RAPは、100μsのサイクリックプレフィックス(CP:Cyclic Prefix)、100μsのガードタイム(GT:Guard Time)及び800μsのプリアンプル系列で構成されている。RAPのフレーム時間は1msでありLTEの1サブフレーム時間と同じである。周波数軸方向においては、LTEの6リソースブロックに当たる1.08MHzの帯域に864本のサブキャリア(内25サブキャリアはガードサブキャリア)が配置されている。表1にRAPのパラメータを示す。
(2) Random access preamble (RAP)
FIG. 2 shows a configuration example of RAP in LTE. In the time axis direction, the RAP is composed of a 100 μs cyclic prefix (CP), a 100 μs guard time (GT: Guard Time), and an 800 μs preamplifier series. The frame time of RAP is 1 ms, which is the same as one subframe time of LTE. In the frequency axis direction, 864 subcarriers (of which 25 subcarriers are guard subcarriers) are arranged in the band of 1.08 MHz corresponding to the 6 resource blocks of LTE. Table 1 shows the parameters of RAP.

Figure 0006906782
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図3にRAPの信号処理を示す。プリアンブル系列は、サブキャリア(ガードサブキャリアを除く)にザドフ−チュウ(Zadoff-Chu)系列(非特許文献3)を埋め込んで生成される。
送信手段200では、サブキャリアに挿入されるザドフ−チュウ系列X(p)は以下の式で表現されるが、これはザドフ−チュウ系列生成器1で生成される。
FIG. 3 shows the signal processing of the RAP. The preamble series is generated by embedding the Zadoff-Chu series (Non-Patent Document 3) in a subcarrier (excluding the guard subcarrier).
In the transmitting means 200, the Zadofu-chu sequence X u (p) inserted into the subcarrier is expressed by the following equation, which is generated by the Zadofu-chu sequence generator 1.

Figure 0006906782
Figure 0006906782

ここで、pはサブキャリアのインデックス、uはザドフ−チュウ系列の系列番号、Nzc(=839)は系列長である。uはeNBにより定義される。プリアンブル系列にザドフ−チュウ系列を利用するのは周波数領域及び時間領域において電力が一定となる特性を持っていることと理想的な巡回自己相関を有しているためである。
よく知られている様に、上記のザドフ−チュウ系列は、定振幅零自己相関(CAZAC)系列の1つとして定義される。CAZAC系列は、時間軸について振幅が一定で、自己相関関数がデルタ関数となる。数1はNzcが奇数の場合の定義であり、偶数の場合には、数1のp(p+1)がpに代わる。本発明では、Nzcを主に素数に設定するため、以下の説明では数1を用いる。
Here, p is the index of the subcarrier, u is the series number of the Zadofu-chu series, and Nzc (= 839) is the series length. u is defined by eNB. The Zadofu-chu series is used for the preamble series because it has the characteristic that the power is constant in the frequency domain and the time domain and has an ideal cyclic autocorrelation.
As is well known, the Zadofu-chu series described above is defined as one of the constant amplitude zero autocorrelation (CAZAC) series. The CAZAC series has a constant amplitude on the time axis, and the autocorrelation function is a delta function. The number 1 is a definition when N zc is an odd number, and when the N zc is an even number, p (p + 1) of the number 1 is replaced by p 2. In the present invention, since Nzc is mainly set as a prime number, the number 1 is used in the following description.

次に生成されたザドフ−チュウ系列は時間軸信号における相関値のピーク位置を変化させるために、移相器3で位相回転が与えられる。ピーク位置をシフトさせることによって、eNBにおいて同時に検知できるUE数を増やすことができる。X(p)に位相回転を与えたXu、v(p)を下式に示す。 Next, the generated Zadofu-chu series is given a phase rotation by the phase shifter 3 in order to change the peak position of the correlation value in the time axis signal. By shifting the peak position, the number of UEs that can be detected simultaneously in the eNB can be increased. X u and v (p) obtained by giving phase rotation to X u (p) are shown in the following equation.

Figure 0006906782
Figure 0006906782

ここでC=vNCSはピークが現れる位置のシフト量を示し、NCSは2つ以上のUEが送信した場合のピーク位置とピーク位置の間隔(伝搬遅延差を除く)を示す。次にXu、vは、時間軸信号として送信するため、逆離散フーリエ変換器4でIDFT(逆離散フーリエ変換)が施され以下の式となる。 Here, C v = vN CS indicates the shift amount of the position where the peak appears, and N CS indicates the interval (excluding the propagation delay difference) between the peak positions when two or more UEs transmit. Next, since X u and v are transmitted as time-axis signals, IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform) is applied by the inverse discrete Fourier transform 4 to obtain the following equation.

Figure 0006906782
Figure 0006906782

ここで、nは時間信号のインデックスである。このxu、vにサイクリックプレフィックス付加器5でCPを付加した後、アンテナから送信される。
eNBの受信手段210では、CPが付加されたxu、vに伝搬路を通過して雑音が加わった信号を受信する。サイクリックプレフィックス除去器7で受信信号からCPを削除した信号ru、vは、次の様に表される。
Here, n is the index of the time signal. After CP is added to these x u and v by the cyclic prefix adder 5, the signal is transmitted from the antenna.
The eNB receiving means 210 receives a signal in which noise is added to x u and v to which CP is added by passing through a propagation path. The signals ru and v in which the CP is deleted from the received signal by the cyclic prefix remover 7 are represented as follows.

Figure 0006906782
Figure 0006906782

ここで、xu、vは巡回信号とし、hはインパルス応答(IR:Impulse Response)、wは雑音を示す。次にru、vは、離散フーリエ変換器8でDFT(離散フーリエ変換)によって周波数領域の信号Ru、vに変換され、次の様になる。 Here, x u and v are cyclic signals, h v is an impulse response (IR), and w is noise. Then r u, v is converted signals R u in the frequency domain, the v in the discrete Fourier transformer 8 by a DFT (Discrete Fourier Transform), the following manner.

Figure 0006906782
Figure 0006906782

ここで、H及びWは、それぞれh及びwの離散フーリエ変換信号を示す。Ru、vは次に、ザドフ−チュウ系列生成器9からのザドフ−チュウ系列Xuの複素共役conj(X)が乗算器10で乗算され以下の式となる。 Here, H and W represent discrete Fourier transform signals of h and w, respectively. Next, Ru and v are obtained by multiplying the complex conjugate conj (X u ) of the Zadofu-chu series Xu from the Zadofu-chu series generator 9 by the multiplier 10 to obtain the following equation.

Figure 0006906782
Figure 0006906782

次にH’を再び逆離散フーリエ変換を逆離散フーリエ変換器11で行うと次式を得る。w’はW’の逆離散フーリエ変換である。 Next, when H'v is subjected to the inverse discrete Fourier transform again with the inverse discrete Fourier transformer 11, the following equation is obtained. w'is the inverse discrete Fourier transform of W'.

Figure 0006906782
Figure 0006906782

ここで、本発明に関わる事項であるが、数7に示されるようにeNBは、ある端末のCだけ時間シフトしたIRが得られるため、この検出により、ランダムアクセスを要求しているUEの存在が分かる。また、UEがvによりIRが現れる位置を変更できることから、eNBは、複数のUEが同一のvを用いない限り、各UEのランダムアクセス要求を把握できる。以上がステップ1の処理であり、この後、eNBがランダムアクセス応答を送信するステップ2に移行する。 Here, is a matter relating to the present invention, the eNB as shown in equation (7), because the IR that C v for the time shift of a terminal is obtained by the detection, the UE requesting a random access I understand the existence. Further, since the UE can change the position where the IR appears by v, the eNB can grasp the random access request of each UE unless a plurality of UEs use the same v. The above is the process of step 1, and after that, the process proceeds to step 2 in which the eNB transmits a random access response.

服部武,藤岡雅宣,諸橋知雄(監訳),4G LTE/LTE-Advancedのすべて,pp.393-pp405,丸善出版,東京,2015.Takeshi Hattori, Masanobu Fujioka, Tomoo Morohashi (translated), All 4G LTE / LTE-Advanced, pp.393-pp405, Maruzen Publishing, Tokyo, 2015. 3GPP TS 36.300 : LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage 2.3GPP TS 36.300: LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage 2. D.C.Chu, Polyphase, Polyphase codes with good periodic correlation properties, IEEE T. Inform. Theory 18 (4), pp531-532, Jul. 1972.D.C.Chu, Polyphase, Polyphase codes with good periodic correlation properties, IEEE T. Inform. Theory 18 (4), pp531-532, Jul. 1972. Axnas, Johan, et al. "Successive interference cancellation techniques for LTE downlink." 2011 IEEE 22nd International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications. pp.1793-1797. 2011.Axnas, Johan, et al. "Successive interference cancellation techniques for LTE downlink." 2011 IEEE 22nd International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications. Pp.1793-1797. 2011. Divsalar, Dariush, Marvin K. Simon, and Dan Raphaeli. "Improved parallel interference cancellation for CDMA." IEEE Transactions on Communications 46.2, pp.258-268,1998.Divsalar, Dariush, Marvin K. Simon, and Dan Raphaeli. "Improved parallel interference cancellation for CDMA." IEEE Transactions on Communications 46.2, pp.258-268, 1998. 滝沢,森山,大堂,手塚,村上,石津,児島,”多数デバイスを収容する携帯電話網に関する高効率通信方式−干渉抑圧・除去技術に関する基礎検討−,”信学技報,RCS-2016,神奈川,Oct.2016.Takizawa, Moriyama, Odo, Tezuka, Murakami, Ishizu, Kojima, "High-efficiency communication method for mobile phone networks that accommodate a large number of devices-Basic study on interference suppression / removal technology-," Shingaku Giho, RCS-2016, Kanagawa , Oct.2016. Z. Nadir & M. Idrees Ahmad, “Path loss Determination Using Okumura-Hata Model and Cubic Regression for Missing Data for Oman”, Proceeding of IMECS, Vol. 2, 2010.Z. Nadir & M. Idrees Ahmad, “Path loss Determination Using Okumura-Hata Model and Cubic Regression for Missing Data for Oman”, Proceeding of IMECS, Vol. 2, 2010. S. Sarooshyari & N. Madaya, “Introduction to mobile radio propagation and characterization of frequency bands” wireless comm. Technologies, IEEE, 16:332:559, 1996.S. Sarooshyari & N. Madaya, “Introduction to mobile radio propagation and characterization of frequency bands” wireless comm. Technologies, IEEE, 16: 332: 559, 1996. A. Neskovic, N. Neskovic & G. Paunovic, “Modern approaches in modeling of mobile radio systems propagation environment”, IEEE Communications Surveys・ 2000.A. Neskovic, N. Neskovic & G. Paunovic, “Modern approaches in modeling of mobile radio systems propagation environment”, IEEE Communications Surveys, 2000. IEEE 802.16.3c-01/29r4, Channel Models for Fixed Wireless ApplicationsIEEE 802.16.3c-01 / 29r4, Channel Models for Fixed Wireless Applications V. Erceg, et al. "An empirically based path loss model for wireless channels in suburban environments." IEEE Journal on selected areas in communications Vol.17,No7, pp.1205-1211, 1999.V. Erceg, et al. "An empirically based path loss model for wireless channels in suburban environments." IEEE Journal on selected areas in communications Vol.17, No7, pp.1205-1211, 1999. Rec.ITU-R BT.1368-11, “Planning criteria, including protection ratios, for digital terrestrial television services in the VHF/UHF bands,” 2014.Rec.ITU-R BT.1368-11, “Planning criteria, including protection ratios, for digital terrestrial television services in the VHF / UHF bands,” 2014.

複数端末から同時に送信された信号に衝突が発生しても、プリアンブル部から得られる伝搬路推定値を利用してデータ部は分離・復号できるようにする。 Even if a collision occurs in signals transmitted from a plurality of terminals at the same time, the data unit can be separated / decoded by using the propagation path estimated value obtained from the preamble unit.

本発明のコンテンション方式の通信システムは、プリアンブル部とデータ部とを含むフレーム構成のパケット信号を複数の無線端末から送信し共通の基地局で受信するコンテンション方式の通信システムであって、
上記プリアンブル部は伝搬路特性推定用信号を含み、所定の系列信号に無線端末毎に割り当てられた分の移相が行われたものであり、また、上記データ部は端末識別情報とペイロードとを含むものであり、
上記複数の無線端末は各々、上記プリアンブル部と上記データ部とにサイクリックプレフィックスとガードタイムを付加した後に送信し、
上記パケット信号を受信した基地局は、上記プリアンブル部の上記サイクリックプレフィックスを除去し、フーリエ変換を行って時間軸信号を周波数軸信号に変換し、上記所定の系列信号の複素共役に相当する信号を乗じ、逆フーリエ変換を行って周波数軸信号を時間軸信号に変換し、この変換で得られる時間軸信号であるインパルス応答信号の各々をタイムフィルタによって上記無線端末ごとのスロットに振り分け、振り分けられた上記インパルス応答信号の各々から各々の伝送路特性を推定し、推定した上記伝送路特性を用いて上記データ部の分離および復号を行うものである、ことを特徴とする。
The contention type communication system of the present invention is a contention type communication system that transmits a packet signal having a frame configuration including a preamble unit and a data unit from a plurality of wireless terminals and receives the packet signal at a common base station.
The preamble section includes a signal for estimating propagation path characteristics, and the predetermined series signal is phase-shifted by the amount assigned to each wireless terminal, and the data section provides terminal identification information and a payload. Including
Each of the plurality of wireless terminals transmits after adding a cyclic prefix and a guard time to the preamble unit and the data unit.
The base station that has received the packet signal removes the cyclic prefix of the preamble portion, performs Fourier conversion to convert the time axis signal into a frequency axis signal, and is a signal corresponding to the complex conjugate of the predetermined series signal. Is multiplied by, and inverse Fourier conversion is performed to convert the frequency axis signal into a time axis signal, and each of the impulse response signals, which is the time axis signal obtained by this conversion, is distributed to the slots of the wireless terminals by a time filter and distributed. Each transmission line characteristic is estimated from each of the impulse response signals, and the data unit is separated and decoded using the estimated transmission line characteristic.

また、本発明のコンテンション方式の通信システムは、プリアンブル部とデータ部とを含むフレーム構成のパケット信号を複数の無線端末から送信し共通の基地局で受信するコンテンション方式の通信システムであって、
上記無線端末は、
所定の系列信号を生成する第1信号生成部と、
上記第1信号生成部の出力にサイクリック拡張を施すサイクリック拡張部と、
上記サイクリック拡張部の出力を無線端末毎に割り当てられた分移相する移相部と、
上記移相部の出力を時間軸信号とするための第1逆フーリエ変換部と、
上記逆フーリエ変換部の出力にサイクリックプレフィックス領域を設けるためのサイクリックプレフィックス部と、
上記サイクリックプレフィックス部の出力を送信する送信手段と、を備え、
上記基地局は、
上記送信手段から送信された無線信号を受信する受信手段と、
受信した信号からサイクリックプレフィックス領域を取り除くためのサイクリックプレフィックス除去部と、
上記サイクリックプレフィックス除去部の出力信号を周波数軸信号に変換するための第1フーリエ変換部と、
上記所定の系列信号の複素共役に相当する信号を生成する第2信号生成部と、
上記フーリエ変換部の出力と上記第2信号生成部の出力とを乗算する乗算部と、
上記乗算部の出力にサイドローブを抑圧する所定の窓関数を掛ける周波数フィルタ部と、
上記周波数フィルタ部の出力を時間軸信号に変換する第2逆フーリエ変換部と、
上記第2逆フーリエ変換部からの信号を複数の遅延時間のインパルス応答信号に分類するタイムフィルタと、
分類された上記各々のインパルス応答信号を周波数軸信号の各々に変換する第2フーリエ変換器と、
上記第2フーリエ変換器の出力の各々を補正する補正用窓関数を掛ける時間フィルタ部の各々と、
上記時間フィルタ部の各々の出力を時間軸信号に変換する第3逆フーリエ変換部の各々と、
時間軸に変換された上記インパルス応答信号の各々から各々の伝送路特性を推定し、推定した上記伝送路特性の各々を用いて、上記データ部の各々の分離および復号を行う復号部と、
を備えることを特徴とする。
Further, the contention type communication system of the present invention is a contention type communication system in which a packet signal having a frame configuration including a preamble unit and a data unit is transmitted from a plurality of wireless terminals and received by a common base station. ,
The above wireless terminal
A first signal generator that generates a predetermined series signal,
A cyclic expansion unit that cyclically expands the output of the first signal generation unit, and a cyclic expansion unit.
The phase shift unit that shifts the output of the cyclic extension unit by the amount assigned to each wireless terminal, and the phase shift unit.
The first inverse Fourier transform unit for converting the output of the phase shift unit into a time axis signal, and
A cyclic prefix section for providing a cyclic prefix region in the output of the inverse Fourier transform section, and a cyclic prefix section.
A transmission means for transmitting the output of the cyclic prefix portion is provided.
The above base station
A receiving means for receiving a radio signal transmitted from the above transmitting means, and a receiving means.
A cyclic prefix remover for removing the cyclic prefix area from the received signal,
A first Fourier transform unit for converting the output signal of the cyclic prefix removal unit into a frequency axis signal, and
A second signal generator that generates a signal corresponding to the complex conjugate of the predetermined sequence signal, and
A multiplication unit that multiplies the output of the Fourier transform unit and the output of the second signal generation unit,
A frequency filter unit that multiplies the output of the multiplication unit by a predetermined window function that suppresses side lobes.
A second inverse Fourier transform unit that converts the output of the frequency filter unit into a time axis signal,
A time filter that classifies the signal from the second inverse Fourier transform unit into impulse response signals with a plurality of delay times, and
A second Fourier transformer that converts each of the above classified impulse response signals into each of the frequency axis signals, and
Each of the time filter units that multiply the correction window function that corrects each of the outputs of the second Fourier transform, and
Each of the third inverse Fourier transform units that convert each output of the time filter unit into a time axis signal, and
A decoding unit that estimates each transmission line characteristic from each of the impulse response signals converted to the time axis and uses each of the estimated transmission line characteristics to separate and decode each of the data units.
It is characterized by having.

上記窓関数は、カイザー窓であることを特徴とする。 The window function is characterized by being a Kaiser window.

上記補正用窓関数は、上記第2フーリエ変換器の出力の各々に上記窓関数の逆数に相当する特性をもった窓関数を掛けるものであることを特徴とする。 The correction window function is characterized in that each of the outputs of the second Fourier transform is multiplied by a window function having a characteristic corresponding to the reciprocal of the window function.

上記復号部は、逐次干渉除去あるいは並列干渉除去を利用したものである。 The decoding unit utilizes sequential interference elimination or parallel interference elimination.

上記所定の系列信号における系列は、ザドフ−チュウ系列であり、その系列の長さは素数であることを特徴とするものである。 The sequence in the predetermined sequence signal is a Zadofuchu sequence, and the length of the sequence is a prime number.

本発明によって、端末の同時接続数の増加だけでなく接続時の低遅延化についても実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize not only an increase in the number of simultaneous connections of terminals but also a reduction in delay at the time of connection.

LTEにおけるランダムアクセス手順を示す図である。It is a figure which shows the random access procedure in LTE. LTEにおけるランダムアクセスプリアンブル(RAP)の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the random access preamble (RAP) in LTE. LTEにおけるランダムアクセスプリアンブル(RAP)の信号処理を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the signal processing of a random access preamble (RAP) in LTE. 本発明の端末から基地局へのデータ送信を示す図である。It is a figure which shows the data transmission from the terminal of this invention to a base station. 本発明で用いるフレーム構成例を示す図である。It is a figure which shows the frame structure example used in this invention. 本発明のRAPの信号処理を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the signal processing of the RAP of this invention. 本発明におけるインパルス応答の分離を示す図である。It is a figure which shows the separation of the impulse response in this invention. コンピュータシミュレーションによるプリアンブル成功確率を示す図である。It is a figure which shows the preamble success probability by a computer simulation. コンピュータシミュレーションによる基地局までの距離とSNR((signal-noise ratio)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distance to a base station by a computer simulation, and SNR ((signal-noise ratio). 表2のパラメータを用いたSNR((signal-noise ratio)に対するPER(Packet Error Rate)のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of PER (Packet Error Rate) with respect to SNR ((signal-noise ratio) using the parameters of Table 2. 表3のパラメータを用いたSNR((signal-noise ratio)に対するPER(Packet Error Rate)のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of PER (Packet Error Rate) with respect to SNR ((signal-noise ratio) using the parameters of Table 3. 逆離散フーリエ変換器11の前に窓関数として周波数フィルタ16(カイザーフィルタ)を用いてサイドローブの振幅を抑圧し、タイムフィルタ15の後に逆周波数フィルタ17(逆カイザーフィルタ)を用いて、周波数フィルタ16に起因するインパルス応答に発生する歪を補償する構成を示すブロック図である。A frequency filter 16 (Kaiser filter) is used as a window function in front of the inverse discrete Fourier transformer 11 to suppress the amplitude of the side lobe, and an inverse frequency filter 17 (inverse Kaiser filter) is used after the time filter 15 to filter the frequency. It is a block diagram which shows the structure which compensates the distortion generated in the impulse response caused by 16. プリアンブルとデータから成るフレームを生成するための構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the configuration example for generating the frame which consists of a preamble and data.

以下に本発明について、ブロック図を用いて詳細に説明する。なお、ブロック図における符号については、同様の機能をもったブロックには、特別な事情のない限り、同じ符号を用いるものとする。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to a block diagram. Regarding the reference numerals in the block diagram, the same reference numerals shall be used for blocks having the same function unless there are special circumstances.

LTEにおけるランダムアクセス手順は図1のように4つのステップからなり、リソース割り当てまでに時間を要する。これに対して本発明では、リソース割り当てなしに、つまりステップ1の段階において、図4(a)に示すように一度に例えば図4(b)のプリアンブルと図4(c)のデータを送信する方式を提案する。 The random access procedure in LTE consists of four steps as shown in FIG. 1, and it takes time to allocate resources. On the other hand, in the present invention, for example, the preamble of FIG. 4 (b) and the data of FIG. 4 (c) are transmitted at once without resource allocation, that is, at the stage of step 1. Propose a method.

本発明の通信手順は、概略では、次の様になる。
先ず、プリアンブル部とデータ部を同一サブフレームで送信する。このため、リソース割り当てのための時間を必要としない。プリアンブル部は各端末と基地局間のIRを推定するために利用する。また、推定したIRを利用して、データ部の分離・復調を行う。データ部の復号は、逐次干渉除去(SIC:Successive Interference Cancellation)(非特許文献4)あるいは並列干渉除去(PIC:Parallel Interference Cancellation)(非特許文献5)を利用する。データ部の信号処理の詳細については文献(非特許文献6)に記載されている。
このようなサブフレーム構成と通信手順を取ることで、ネゴシエーション時間を削除するとともに、衝突した信号を分離・復号することにより同時接続端末数を増加させることができる。
The communication procedure of the present invention is roughly as follows.
First, the preamble unit and the data unit are transmitted in the same subframe. Therefore, no time is required for resource allocation. The preamble unit is used to estimate the IR between each terminal and the base station. In addition, the estimated IR is used to separate and demodulate the data unit. Decoding of the data unit uses sequential interference cancellation (SIC: Successive Interference Cancellation) (Non-Patent Document 4) or parallel interference cancellation (PIC: Parallel Interference Cancellation) (Non-Patent Document 5). Details of the signal processing of the data unit are described in Document (Non-Patent Document 6).
By adopting such a subframe configuration and communication procedure, it is possible to eliminate the negotiation time and increase the number of simultaneously connected terminals by separating and decoding the colliding signals.

本実施例のデータ送信方式のフレーム構成を図5に示す。このフレームは、図13に示すように、プリアンブル部で生成されたプリアンブル信号と、データ部で生成されたデータ信号とを信号切換手段16によって所定の時間おきに交互に切換えて生成することができる。この信号切換手段26では、プリアンブル生成を図6の構成と類似した構成で行う。また、データ部での処理は、スクランブラ21でデジタル信号を分散させ、巡回冗長誤り検出符号化器22で誤り検出符号を付加し、符号化器23で例えばターボ符号化し、変調器で例えばQPSK変調し、R、CPおよびGT挿入器で例えば表2のR、CPおよびGTを挿入し、オーバーサンプリングを行った信号を生成する。 FIG. 5 shows a frame configuration of the data transmission method of this embodiment. As shown in FIG. 13, this frame can be generated by alternately switching between the preamble signal generated by the preamble unit and the data signal generated by the data unit at predetermined time intervals by the signal switching means 16. .. In the signal switching means 26, preamble generation is performed with a configuration similar to the configuration of FIG. Further, in the processing in the data unit, the scrambler 21 disperses the digital signal, the cyclic redundant error detection encoder 22 adds an error detection code, the encoder 23 for example turbo encodes, and the modulator for example QPSK. Modulate and insert, for example, R, CP and GT in Table 2 with an R, CP and GT inserter to generate an oversampled signal.

なお、本実施例のフレームは、2つのプリアンブル部と2つのデータ部の合計4シンボルで構成したものである。パラメータについては、それぞれ表2及び表3に示す様に、2種類検討した。LTEとの親和性を考慮して、サブフレーム構成は図2におけるLTEのRAPの仕組みを利用することとした。本実施例では、サブキャリア間隔をLTERAPの1.35kHzから5kHz又は4.8kHzと広くして1シンボル長を短くした。
1つのフレームに複数のプリアンブルを用いる場合には、例えば表2、表3の条件のプリアンブルをそのフレーム内で用いることもできる。この場合は、ザドフ−チュウ系列の長さは、なるべく近い素数であることが望ましい。
The frame of this embodiment is composed of two preamble parts and two data parts, for a total of four symbols. As for the parameters, two types were examined as shown in Tables 2 and 3, respectively. Considering the affinity with LTE, the subframe configuration uses the LTE RAP mechanism shown in FIG. In this example, the subcarrier spacing was widened from 1.35 kHz of LTE RAP to 5 kHz or 4.8 kHz to shorten one symbol length.
When a plurality of preambles are used in one frame, for example, the preambles under the conditions of Tables 2 and 3 can be used in the frame. In this case, it is desirable that the length of the Zadofu-chu series is a prime number as close as possible.

Figure 0006906782
Figure 0006906782

Figure 0006906782
Figure 0006906782

プリアンブル部は各端末のIRを抽出するために利用する。また、このIRを利用して、衝突が発生しているデータ部の信号を分離・復調を行う。図6のブロック図に、本実施例のプリアンブル部の送受信の信号の流れを示す。
プリアンブル用に、まず、系列長N’ZC(N’ZCは素数)のザドフ−チュウ系列をザドフ−チュウ系列生成器1で生成する。次に、このザドフ−チュウ系列をNZC本のサブキャリア数に一致させるためにサイクリック拡張(Cyclic Extended)をサイクリック拡張器2で行う。サイクリック拡張は以下の式のように表される。
The preamble unit is used to extract the IR of each terminal. In addition, this IR is used to separate and demodulate the signal of the data unit where the collision has occurred. The block diagram of FIG. 6 shows the signal flow of transmission / reception of the preamble portion of this embodiment.
For the preamble, first, a Zadofu-chu sequence having a sequence length N'ZC ( N'ZC is a prime number) is generated by the Zadofu-chu sequence generator 1. Next, the Zadofu - carried out in Chu sequence a cyclic extension to match the number of subcarriers N ZC present (Cyclic Extended) cyclic dilator 2. The cyclic extension is expressed by the following equation.

Figure 0006906782
Figure 0006906782

サイクリック拡張器2以降の処理は、上述した数(2)から数(7)までの手順と同じである。つまり、ザドフ−チュウ系列は時間軸信号における相関値のピーク位置を変化させるために、移相器3で位相回転を与える。次に、時間軸信号として送信するため、第1逆フーリエ変換部である逆離散フーリエ変換器4でIDFT(逆離散フーリエ変換)を施す。その後、サイクリックプレフィックス付加器5でCPを付加した後、通信チャネル6に送信される。 The processing after the cyclic expander 2 is the same as the procedure from the number (2) to the number (7) described above. That is, the Zadofu-chu series gives phase rotation with the phase shifter 3 in order to change the peak position of the correlation value in the time axis signal. Next, in order to transmit as a time axis signal, IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform) is performed by the Inverse Discrete Fourier Transformer 4, which is the first inverse Fourier transform unit. Then, after adding a CP by the cyclic prefix adder 5, the signal is transmitted to the communication channel 6.

送信された上記の信号は、サイクリックプレフィックス除去器7で受信信号からCPを除去され、次に、第1フーリエ変換部である離散フーリエ変換器8でDFT(離散フーリエ変換)によって周波数領域の信号に変換される。ここで、ザドフ−チュウ系列生成器9からのザドフ−チュウ系列Xuの複素共役conj(X)が乗算器10で乗算され、第2逆フーリエ変換部である逆離散フーリエ変換器11で逆離散フーリエ変換される。 The transmitted signal has CP removed from the received signal by the cyclic prefix remover 7, and then the signal in the frequency domain is subjected to DFT (discrete Fourier transform) by the discrete Fourier transform 8 which is the first Fourier transform unit. Is converted to. Here, the complex conjugate conj (X u ) of the Zadofu-chu series Xu from the Zadofu-chu series generator 9 is multiplied by the multiplier 10 and inverse-discrete by the inverse discrete Fourier transformer 11 which is the second inverse Fourier transform unit. Fourier transform.

この様に、基地局の受信手段110の逆離散フーリエ変換器11で逆離散フーリエ変換された後、その出力信号h’は、図6と7に示すようにタイムフィルタ12でM=floor(NZC/NCS)個のサブスロットに切り分けられ、各サブスロット内のインパルス応答(IR)を抽出する。(NZC/NCSが整数でない表3の場合は、余りのポイント数(=9)を後半の9つのサブスロットに1ポイントずつ割り当てる。図7では1ポイント時間α=0.926μsとして示す)。IDFTにより再生されるIRがそれぞれタイムフィルタの区切り内に収まっていれば高精度に伝搬路推定が可能であり、1つのプリアンブルで最大M個のIRが得られる。2つあるプリアンブル部のうち、各端末がどちらかのプリアンブルのみを使う場合においては2M個のIRが得られる。
各サブスロットでは、推定したIRを利用して、データ部の分離・復調を行う。データ部の復号は、逐次干渉除去(SIC:Successive Interference Cancellation)(非特許文献4)あるいは並列干渉除去(PIC:Parallel Interference Cancellation)(非特許文献5)を利用する。データ部の信号処理の詳細については文献(非特許文献6)に記載されている。
Thus, after the inverse discrete Fourier transform by the inverse discrete Fourier transformer 11 of the receiving means 110 of the base station, the output signal h 'v is a time filter 12 as shown in FIG. 6 and 7 M = floor ( It is divided into NZC / NCS ) subslots, and the impulse response (IR) in each subslot is extracted. (N ZC / N CS when the table 3 is not an integer, indicating the number of points (= 9) assigned point by point in the second half of the nine sub-slot. Figure 1 points the time the 7 α = 0.926μs remainder) .. If the IRs reproduced by the IDFT are within the time filter delimiters, the propagation path can be estimated with high accuracy, and a maximum of M IRs can be obtained with one preamble. Of the two preamble units, when each terminal uses only one of the preambles, 2M IRs can be obtained.
In each subslot, the estimated IR is used to separate and demodulate the data unit. Decoding of the data unit uses sequential interference cancellation (SIC: Successive Interference Cancellation) (Non-Patent Document 4) or parallel interference cancellation (PIC: Parallel Interference Cancellation) (Non-Patent Document 5). Details of the signal processing of the data unit are described in Document (Non-Patent Document 6).

基地局のカバーするセル半径による遅延については、以下の様に対処している。本発明では基地局からタイミングアドバンスコマンド(非特許文献1)を受信せずにフレームを送信することも想定していることから、送信タイミング誤差を吸収するCP、GT及びNCSを設けている。表2及び表3からCP、GT及びNCSの中で最も短い時間はそれぞれ24.07μs及び16.67μsであることから、端末−基地局間距離が3.6kmまで、また遅延については2.5kmの地点間の電波の往復による遅延を吸収できる。
さらに、実際の伝搬環境は、送信タイミング誤差のほかに5μs程度のマルチパスによる遅延を考慮する必要がある。このため,実際にIRがタイムフィルタの区切りに収まる端末−基地局間距離は表2のパラメータでは3km程度、表3では2km程度を見込んでいる。
The delay due to the cell radius covered by the base station is dealt with as follows. Since it is also contemplated that transmitting the frame without receiving timing advance command from the base station (non-patent document 1) In the present invention, CP to absorb transmission timing errors is provided with GT and N CS. CP from Table 2 and Table 3, since the GT and N shortest time in CS are respectively 24.07μs and 16.67Myuesu, terminal - the distance between the base station until 3.6km, also for delays 2. It can absorb the delay caused by the round trip of radio waves between points of 5 km.
Further, in the actual propagation environment, it is necessary to consider the delay due to the multipath of about 5 μs in addition to the transmission timing error. Therefore, the distance between the terminal and the base station where the IR actually falls within the time filter delimiter is expected to be about 3 km according to the parameters in Table 2 and about 2 km in Table 3.

また、データ部の衝突は、以下の様に対処することができる。データ部は,通信に必要な制御情報(端末識別情報等を含む)及びペイロードを伝送するために利用される。本実施例では,変調方式にQPSK、符号化率1/3のターボ符号を想定している。ただし、表2については12個のパリティビットを削除(パンクチャド)しており、符号化率は292/864(=0.338≒1/3)となっている。一度に伝送できるデータ量は36byte(表2)及び37byte(表3)である。データ部の衝突した信号の分離・復調は,前述のプリアンブル部で推定したIRを利用してSIC(逐次干渉除去)あるいはPIC(並列干渉除去)を適用する(非特許文献6)。 In addition, the collision of the data unit can be dealt with as follows. The data unit is used to transmit control information (including terminal identification information, etc.) and payload required for communication. In this embodiment, QPSK and a turbo code having a coding rate of 1/3 are assumed as the modulation method. However, in Table 2, 12 parity bits are deleted (punctured), and the coding rate is 292/864 (= 0.338 ≈ 1/3). The amount of data that can be transmitted at one time is 36 bytes (Table 2) and 37 bytes (Table 3). For the separation / demodulation of the collision signals in the data unit, SIC (sequential interference removal) or PIC (parallel interference removal) is applied using the IR estimated in the preamble unit described above (Non-Patent Document 6).

図12に、図6の構成に比べてインパルス応答における歪を抑制した構成例を示す。これは、受信手段120において、第2逆フーリエ変換部である逆離散フーリエ変換器11の前に窓関数として周波数フィルタ16(カイザーフィルタ)を用いてサイドローブの振幅を抑圧し、タイムフィルタ15の後に窓関数27と逆周波数フィルタ17(逆カイザーフィルタ)を用いて、周波数フィルタ16に起因するインパルス応答に発生する歪を補正するものである。この逆周波数フィルタ17は、第2フーリエ変換部である離散フーリエ変換器18で周波数軸に変換し、上記周波数フィルタ16の逆数の係数をもった周波数フィルタ19で周波数帯域を選択し、第3逆フーリエ変換部である逆離散フーリエ変換器20で時間軸信号に変換するものである。 FIG. 12 shows a configuration example in which distortion in the impulse response is suppressed as compared with the configuration of FIG. This suppresses the amplitude of the side lobe by using a frequency filter 16 (Kaiser filter) as a window function in front of the inverse discrete Fourier transformer 11 which is the second inverse Fourier transform unit in the receiving means 120, and suppresses the amplitude of the side lobe of the time filter 15. Later, the window function 27 and the inverse frequency filter 17 (inverse Kaiser filter) are used to correct the distortion generated in the impulse response caused by the frequency filter 16. The inverse frequency filter 17 is converted into a frequency axis by the discrete Fourier transform 18 which is the second Fourier transform unit, the frequency band is selected by the frequency filter 19 having the inverse coefficient of the frequency filter 16, and the third inverse is used. It is converted into a time axis signal by the inverse discrete Fourier transformer 20 which is a Fourier transform unit.

シミュレーションによるプリアンブルの送信成功確率について説明する。
基地局は、プリアンブル部を利用して複数端末のIRを得るが、2つ以上の端末が式(2)において同じvを選択した場合、複数のIRが図7におけるタイムフィルタの同一区間に表われるため、基地局において正確なIRが得られなくなる。そこで、vがランダムに選択されるという条件の基、複数端末のIRが同一タイムフィルタ区間に現れる衝突確率をシミュレーションで求めた。1フレーム内にプリアンブル部が2つあることから、シミュレーションでは、各端末は2つのプリアンブルそれぞれに対してランダムにv1及びv2を割り当てて送信する。本稿において衝突が発生したとは、v1及びv2の両方がそれぞれ他の端末のv1及びv2と一致した場合と定義する。
The probability of successful transmission of the preamble by simulation will be described.
The base station obtains IRs of a plurality of terminals by using the preamble unit, but when two or more terminals select the same v in the equation (2), the plurality of IRs are shown in the same section of the time filter in FIG. Therefore, accurate IR cannot be obtained at the base station. Therefore, under the condition that v is randomly selected, the collision probability at which IRs of a plurality of terminals appear in the same time filter section was obtained by simulation. Since there are two preamble units in one frame, in the simulation, each terminal randomly assigns v1 and v2 to each of the two preambles and transmits them. In this paper, the occurrence of a collision is defined as the case where both v1 and v2 match v1 and v2 of other terminals, respectively.

端末台数は第5世代移動通信システム(5G)における1kmあたりの収容端末数のターゲット100万台から最大1000万台とし、各端末は平均600秒間隔で送信し、送信タイミングはポアソン分布に従うとした。また、基地局は帯域1.08MHz(6リソースブロック)の1チャンネルで待ち受け、端末は1msに一回、送信機会があると設定した。図8はプリアンブルが衝突せず、プリアンブルの送信が成功した確率を示している。同図より端末台数が100万台の場合、プリアンブルの衝突確率は5%以下を達成できることがわかる。表2及び表3の比較において、表2ではM=8に対して、表3はM=12であるため、表2のパラメータはカバーできるセル半径は狭いものの、衝突確率を低減できる。 The number of terminals is from the target of 1 million terminals per 1 km 2 in the 5th generation mobile communication system (5G) to a maximum of 10 million terminals, each terminal transmits at an average interval of 600 seconds, and the transmission timing follows the Poisson distribution. did. In addition, the base station is set to stand by on one channel with a band of 1.08 MHz (6 resource blocks), and the terminal is set to have a transmission opportunity once every 1 ms. FIG. 8 shows the probability that the preambles did not collide and the preambles were successfully transmitted. From the figure, it can be seen that when the number of terminals is 1 million, the collision probability of the preamble can be achieved at 5% or less. In the comparison between Tables 2 and 3, since M = 8 in Table 2 and M = 12 in Table 3, the parameters in Table 2 can cover the cell radius, but the collision probability can be reduced.

今回のシミュレーションでは、ランダムにvを選択したが、vの効果的な選択手法を検討する価値はある。例えば、セルの中心近辺の端末とセル端の端末からなるグループAとセルの中間に存在する端末からなるグループBの2グループに分け、各グループが選択できるvが異なっているとする。グループAにおいては、基地局へ到達する信号が弱い端末群と強い端末群が混在するグループであり、弱い信号と強い信号が衝突した場合は、強い信号のIRは少なくとも得られるように工夫する方式が考えられる。 In this simulation, v was randomly selected, but it is worth considering an effective selection method for v. For example, it is assumed that the group A is divided into two groups, a group A consisting of terminals near the center of the cell and terminals at the end of the cell, and a group B consisting of terminals existing in the middle of the cell, and the v that can be selected by each group is different. Group A is a group in which a group of terminals with weak signals reaching the base station and a group of strong terminals coexist, and when a weak signal collides with a strong signal, a method is devised so that at least the IR of a strong signal can be obtained. Can be considered.

リンクバジェットとパケット誤り率についても以下に示す様に見積もりを行った。
先ずリンクバジェットについては、端末から発せられたランダムアクセスプリアンブルがどの程度の強度で基地局に到来するか見積りを行った。搬送周波数は本検討においては一例として2.5GHzとした。本稿ではパスロスモデルとして拡張秦モデル(非特許文献7、8、9)及びIEEE802.16において検討されているErcegモデル(非特許文献10,11)を利用した。拡張秦モデルについてはSubUrbanを、Ercegモデルについては平坦地であるCategory Cを採用した。また、各短区間変動は考慮していない。他のパラメータは表4に示す。図9は基地局までの距離とSNRの関係を示したものである。
The link budget and packet error rate were also estimated as shown below.
First, for the link budget, we estimated how strong the random access preamble emitted from the terminal would reach the base station. The carrier frequency was set to 2.5 GHz as an example in this study. In this paper, the extended Hata model (Non-Patent Documents 7, 8 and 9) and the Erceg model (Non-Patent Documents 10 and 11) examined in 802.16 are used as the path loss model. Sub Urban was adopted for the extended Hata model, and Category C, which is a flat land, was adopted for the Erceg model. In addition, each short interval variation is not taken into consideration. Other parameters are shown in Table 4. FIG. 9 shows the relationship between the distance to the base station and the SNR.

Figure 0006906782
Figure 0006906782

また、パケット誤り確率については、得られるIR及びデータ信号に衝突がない場合について、計算機シミュレーションを用いてパケット誤り率を求めた(但し、データ信号に衝突がある場合の特性については、ここでは記載しない。非特許文献4を参照)。誤り訂正符号は符号化率292/864及び300/900のターボ符号を利用し、インターリーブはLTE規格を用い、8回の繰り返し復号を行っている。伝搬路モデルについてはTypical Urban(6パスモデル)(非特許文献12)、SUI3モデル、SUI4モデル(非特許文献10)とし、アンテナは無指向、端末は準静止状態を想定している。等化は周波数領域で行い、位相の補償のみを行っている。図10(表2のパラメータ)及び図11(表3のパラメータ)にシミュレーション結果を示す。図10と図11の比較では図11のほうが低符号化率でありかつビット数が多いため図10よりも性能が若干良くなっている。図10及び図11ともにSUI3の特性が他チャンネルモデルと比べて劣っているのは、周波数軸方向フェージングの変動が小さいためである。SUI3は遅延時間の大きな遅延波が存在しないパスモデルのため、帯域1.08MHzでは大きな周波数ダイバーシチ効果を得ることができないと考えられる。この例においては、Typical UrbanとSUI4の場合について、パケット誤り率0.1%を実現するには15dBのSNRが必要である。 Regarding the packet error probability, the packet error rate was obtained using computer simulation when the obtained IR and data signals did not collide (however, the characteristics when there is a collision in the data signal are described here. No. See Non-Patent Document 4). The error correction code uses a turbo code having a coding rate of 292/864 and 300/900, and the interleave uses the LTE standard to perform repeated decoding eight times. The propagation path model is a Typical Urban (6-pass model) (Non-Patent Document 12), a SUI3 model, and a SUI4 model (Non-Patent Document 10). The antenna is omnidirectional and the terminal is assumed to be in a quasi-stationary state. Equalization is performed in the frequency domain, and only phase compensation is performed. The simulation results are shown in FIGS. 10 (parameters in Table 2) and FIG. 11 (parameters in Table 3). In the comparison between FIGS. 10 and 11, the performance of FIG. 11 is slightly better than that of FIG. 10 because the coding rate is lower and the number of bits is larger. The characteristics of SUI3 in both FIGS. 10 and 11 are inferior to those of the other channel models because the fluctuation of fading in the frequency axis direction is small. Since the SUI 3 is a path model in which a delay wave having a large delay time does not exist, it is considered that a large frequency diversity effect cannot be obtained in a band of 1.08 MHz. In this example, in the case of Typical Urban and SUI4, an SNR of 15 dB is required to realize a packet error rate of 0.1%.

さらに特性を改善していくためには、伝搬路推定値を更新できるターボ等化器の適用が必要と考えられる。 In order to further improve the characteristics, it is considered necessary to apply a turbo equalizer that can update the propagation path estimation value.

1 ザドフ−チュウ系列生成器
2 サイクリック拡張器
3 移相器
4 逆離散フーリエ変換器
5 サイクリックプレフィックス付加器
6 通信チャネル
7 サイクリックプレフィックス除去器
8 離散フーリエ変換器
9 ザドフ−チュウ系列生成器
10 乗算器
11 逆離散フーリエ変換器
12 タイムフィルタ
13、13、・・・、13M−1 サブスロット
14 検出器
15 タイムフィルタ
16 周波数フィルタ
17 逆周波数フィルタ
18 離散フーリエ変換器
19 周波数フィルタ
20 逆離散フーリエ変換器
21 スクランブラ
22 巡回冗長誤り検出符号化器
23 符号化器
24 変調器
25 R,CPおよびGT挿入器
26 信号切換手段
27 窓関数
100 送信手段
110、120 受信手段
200 送信手段
210 受信手段
1 Zadofu-chu series generator 2 Cyclic expander 3 Phase shifter 4 Inverse discrete Fourier transform 5 Cyclic prefix adder 6 Communication channel 7 Cyclic prefix remover 8 Discrete Fourier transform 9 Zadofu-chu series generator 10 multiplier 11 inverse discrete Fourier transformer 12-time filter 13 1, 13 2, ···, 13 M-1 subslot 14 detector 15 time filter 16 frequency filter 17 inverse frequency filter 18 discrete Fourier transformer 19 frequency filter 20 opposite Discrete Fourier Transform 21 Scrambler 22 Patrol Redundant Error Detection Encoder 23 Encoder 24 Modulator 25 R, CP and GT Insert 26 Signal Switching Means 27 Window Function 100 Transmitting Means 110, 120 Receiving Means 200 Transmitting Means 210 Receiving means

Claims (6)

プリアンブル部とデータ部とを含むフレーム構成のパケット信号を複数の無線端末から送信し共通の基地局で受信するコンテンション方式の通信システムであって、
上記プリアンブル部は伝搬路特性推定用信号を含み、所定の系列信号に無線端末毎に割り当てられた分の移相が行われたものであり、また、上記データ部は端末識別情報とペイロードとを含むものであり、
上記複数の無線端末は各々、上記プリアンブル部と上記データ部とにサイクリックプレフィックスとガードタイムを付加した後に送信し、
上記パケット信号を受信した基地局は、上記プリアンブル部の上記サイクリックプレフィックスを除去し、フーリエ変換を行って時間軸信号を周波数軸信号に変換し、上記所定の系列信号の複素共役に相当する信号を乗じ、逆フーリエ変換を行って周波数軸信号を時間軸信号に変換し、この変換で得られる時間軸信号であるインパルス応答信号の各々をタイムフィルタによって上記無線端末ごとのスロットに振り分け、振り分けられた上記インパルス応答信号の各々から各々の伝送路特性を推定し、推定した上記伝送路特性を用いて上記データ部の分離および復号を行うものである、
ことを特徴とするコンテンション方式の通信システム。
It is a contention type communication system that transmits a packet signal having a frame configuration including a preamble unit and a data unit from a plurality of wireless terminals and receives it at a common base station.
The preamble section includes a signal for estimating propagation path characteristics, and the predetermined series signal is phase-shifted by the amount assigned to each wireless terminal, and the data section provides terminal identification information and a payload. Including
Each of the plurality of wireless terminals transmits after adding a cyclic prefix and a guard time to the preamble unit and the data unit.
The base station that has received the packet signal removes the cyclic prefix of the preamble portion, performs Fourier conversion to convert the time axis signal into a frequency axis signal, and is a signal corresponding to the complex conjugate of the predetermined series signal. Is multiplied by, and inverse Fourier conversion is performed to convert the frequency axis signal into a time axis signal, and each of the impulse response signals, which is the time axis signal obtained by this conversion, is distributed to the slots of the wireless terminals by a time filter and distributed. Each transmission line characteristic is estimated from each of the above impulse response signals, and the data unit is separated and decoded using the estimated transmission line characteristic.
A contention type communication system characterized by this.
プリアンブル部とデータ部とを含むフレーム構成のパケット信号を複数の無線端末から送信し共通の基地局で受信するコンテンション方式の通信システムであって、
上記無線端末は、
所定の系列信号を生成する第1信号生成部と、
上記第1信号生成部の出力にサイクリック拡張を施すサイクリック拡張部と、
上記サイクリック拡張部の出力を無線端末毎に割り当てられた分移相する移相部と、
上記移相部の出力を時間軸信号とするための第1逆フーリエ変換部と、
上記逆フーリエ変換部の出力にサイクリックプレフィックス領域を設けるためのサイクリックプレフィックス部と、
上記サイクリックプレフィックス部の出力を送信する送信手段と、を備え、
上記基地局は、
上記送信手段から送信された無線信号を受信する受信手段と、
受信した信号からサイクリックプレフィックス領域を取り除くためのサイクリックプレフィックス除去部と、
上記サイクリックプレフィックス除去部の出力信号を周波数軸信号に変換するための第1フーリエ変換部と、
上記所定の系列信号の複素共役に相当する信号を生成する第2信号生成部と、
上記フーリエ変換部の出力と上記第2信号生成部の出力とを乗算する乗算部と、
上記乗算部の出力にサイドローブを抑圧する所定の窓関数を掛ける周波数フィルタ部と、
上記周波数フィルタ部の出力を時間軸信号に変換する第2逆フーリエ変換部と、
上記第2逆フーリエ変換部からの信号を複数の遅延時間のインパルス応答信号に分類するタイムフィルタと、
分類された上記各々のインパルス応答信号を周波数軸信号の各々に変換する第2フーリエ変換器と、
上記第2フーリエ変換器の出力の各々を補正する補正用窓関数を掛ける時間フィルタ部の各々と、
上記時間フィルタ部の各々の出力を時間軸信号に変換する第3逆フーリエ変換部の各々と、
時間軸に変換された上記インパルス応答信号の各々から各々の伝送路特性を推定し、推定した上記伝送路特性の各々を用いて、上記データ部の各々の分離および復号を行う復号部と、
を備えることを特徴とするコンテンション方式の通信システム。
It is a contention type communication system that transmits a packet signal having a frame configuration including a preamble unit and a data unit from a plurality of wireless terminals and receives it at a common base station.
The above wireless terminal
A first signal generator that generates a predetermined series signal,
A cyclic expansion unit that cyclically expands the output of the first signal generation unit, and a cyclic expansion unit.
The phase shift unit that shifts the output of the cyclic extension unit by the amount assigned to each wireless terminal, and the phase shift unit.
The first inverse Fourier transform unit for converting the output of the phase shift unit into a time axis signal, and
A cyclic prefix section for providing a cyclic prefix region in the output of the inverse Fourier transform section, and a cyclic prefix section.
A transmission means for transmitting the output of the cyclic prefix portion is provided.
The above base station
A receiving means for receiving a radio signal transmitted from the above transmitting means, and a receiving means.
A cyclic prefix remover for removing the cyclic prefix area from the received signal,
A first Fourier transform unit for converting the output signal of the cyclic prefix removal unit into a frequency axis signal, and
A second signal generator that generates a signal corresponding to the complex conjugate of the predetermined sequence signal, and
A multiplication unit that multiplies the output of the Fourier transform unit and the output of the second signal generation unit,
A frequency filter unit that multiplies the output of the multiplication unit by a predetermined window function that suppresses side lobes.
A second inverse Fourier transform unit that converts the output of the frequency filter unit into a time axis signal,
A time filter that classifies the signal from the second inverse Fourier transform unit into impulse response signals with a plurality of delay times, and
A second Fourier transformer that converts each of the above classified impulse response signals into each of the frequency axis signals, and
Each of the time filter units that multiply the correction window function that corrects each of the outputs of the second Fourier transform, and
Each of the third inverse Fourier transform units that convert each output of the time filter unit into a time axis signal, and
A decoding unit that estimates each transmission line characteristic from each of the impulse response signals converted to the time axis and uses each of the estimated transmission line characteristics to separate and decode each of the data units.
A contention type communication system characterized by being equipped with.
上記窓関数は、カイザー窓であることを特徴とする請求項2に記載のコンテンション方式の通信システム。 The contention type communication system according to claim 2, wherein the window function is a Kaiser window. 上記補正用窓関数は、上記第2フーリエ変換器の出力の各々に上記窓関数の逆数に相当する特性をもった窓関数を掛けるものであることを特徴とする請求項2あるいは3に記載のコンテンション方式の通信システム。 The correction window function according to claim 2 or 3, wherein each of the outputs of the second Fourier transform is multiplied by a window function having a characteristic corresponding to the reciprocal of the window function. Contention type communication system. 上記復号部は、逐次干渉除去あるいは並列干渉除去を利用したものであることを特徴とする請求項2から4のいずれか1つに記載のコンテンション方式の通信システム。 The contention-type communication system according to any one of claims 2 to 4, wherein the decoding unit uses sequential interference elimination or parallel interference elimination. 上記所定の系列信号における系列は、ザドフ−チュウ系列であり、その系列の長さは素数であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載コンテンション方式の通信システム。 The above sequence is in a predetermined sequence signal, Zadofu - a Chu sequence, the communication system of the contention system according to claim 1, any one of 5, wherein the length of the sequence is a prime number.
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