JP2005323280A - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＵＷＢ−ＩＲ方式による無線通信を行う場合に、受信機の複雑さを軽減しつつ優れた誤り率特性を達成することができる無線通信装置及び無線通信方法を得る。
【解決手段】 送信機１２は、広帯域信号生成部１６、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成部１８、送信部２０、及び受信部２２を含んで構成されおり、広帯域信号生成部１６は、受信部１４へ送信すべき入力データを、超広帯域にスペクトル拡散した信号を生成する。Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成部１８は、受信機１４の通信路情報生成部３０から送信された通信路のインパルス応答特性に関する通信路情報に基づいて、送信信号から送信パルス列を生成する。生成された送信パルス列は送信部２０によって受信機１４へＵＷＢ−ＩＲ方式により送信される。
【選択図】 図１

Description

本発明は無線通信装置に係り、特に、超広帯域インパルス無線方式により情報通信を行う無線通信装置及び無線通信方法に関する。

近年、ＵＷＢ−ＩＲ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒａｄｉｏ：超広帯域インパルス無線）方式が、次世代の室内高速無線技術として注目されている（例えば非特許文献１参照）。

ＵＷＢ−ＩＲ方式は、マルチパス分解能が極めて高く、マルチパスダイバーシチを得ることができるため、受信機での Ｒａｋｅ合成が有効である（例えば非特許文献２参照）。Ｒａｋｅ合成はフィンガー数（Ｒａｋｅ合成するパスの数）を増すことによって誤り率特性を改善することができる。

しかしながら、フィンガー数が増すと、受信機の複雑さは増加する。一方、受信機での複雑さを増すことなくＲａｋｅ合成と同等の特性を得ることができる技術として、通信路の特性を表す通信路情報を用いて、その通信路のパス利得及び遅延に対応した送信信号を生成するＰｒｅ−Ｒａｋｅダイバーシチ合成が知られている（例えば非特許文献３、４参照）。

Ｐｒｅ−Ｒａｋｅダイバーシチ合成は、通信路情報を用いて送信信号を生成する。そのため、ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式のように、上り回線 (ｕｐｌｉｎｋ) と 下り回線 (ｄｏｗｎｌｉｎｋ) が同じ周波数を用いていて且つ時間相関の高い場合や、通信路の時間変動が小さい環境で有効な技術である。

ＩＥＥＥ８０２．１５ Ｓｔｕｄｙ Ｇｒｏｕｐ ３ａによって提唱されている２〜８ＧＨｚ帯での室内通信路測定に基づいたマルチパスチャネルモデルでは、チャネルのインパルス応答は２００μｓにわたって一定であるとされており（非特許文献５、６参照）、そのような環境では、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅダイバーシチ合成の有効性が期待される。

また、非特許文献７には、ＤＳ−ＳＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）方式による移動通信に対する新しいマルチパスダイバーシチ利得を得る方法として、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅダイバーシチ合成が提案されている。このＰｒｅ−Ｒａｋｅダイバーシチ合成では、送信機側で、通信路情報を用いて、振幅と遅延に対応した送信信号を生成する。これによって受信機側では、整合フィルタ出力のうちのピーク信号のみを検出すればよく、移動体端末の複雑さを低減することができ、計算機シミュレーションの結果、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅダイバーシチ合成を用いた特性とＲａｋｅダイバーシチ合成を用いた特性はほぼ等しくなるとされている。
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上記のように、ＵＷＢ−ＩＲ方式は、次世代の室内高速無線技術として注目されているものであるが、受信機の複雑さを軽減しつつ優れた誤り率特性を達成できる方法については未だ提案されていない。

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、ＵＷＢ−ＩＲ方式による無線通信を行う場合に、受信機の複雑さを軽減しつつ優れた誤り率特性を達成することができる無線通信装置及び無線通信方法を得ることが目的である。

上記目的を達成するために請求項１記載の無線通信装置の発明は、 マルチパス通信路の応答特性に関する通信路情報を受信側の通信装置から受信する受信手段と、前記通信路情報に基づいて、送信すべき送信信号から前記マルチパス通信路の応答特性に対応した広帯域の送信信号列を生成する生成手段と、前記送信信号列を送信する送信手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、受信手段は、マルチパス通信路、すなわち送信信号が複数の経路（パス）を通って受信機側に到達する通信路の応答特性に関する通信路情報を、受信側の通信装置から受信する。

生成手段は、受信側の通信装置から受信した通信路情報に基づいて、送信すべき送信信号からマルチパス通信路の応答特性に対応した広帯域の送信信号列を生成する。すなわち、予め送信信号をマルチパス通信路の応答特性に対応した広帯域の送信信号列に変換する。

送信手段は、送信信号をマルチパス通信路の応答特性に対応した送信信号列に変換することにより生成された送信信号列を送信する。

このように、予め送信側で送信信号をマルチパス通信路の応答特性に対応した送信信号列に変換して送信することにより、受信側の通信装置では、送信信号と同等のピークを有する受信信号が得られる。従って、受信側の通信装置において、マルチパス通信路の各パスを通って到達した複数の遅延信号を合成する処理を行う必要がなく、受信側の通信装置の構成を簡略化することができると共に、優れた誤り率特性を得ることができる。

なお、例えば請求項１０に記載したように、前記応答特性は、前記マルチパス通信路のインパルス応答特性であり、前記生成手段は、超広帯域の送信パルス列を生成する構成とすることができる。超広帯域の送信パルス列を生成して送信する方式としては、例えば超広帯域インパルス無線方式であるＵＷＢ−ＩＲ方式がある。このように超広帯域の送信パルス列を生成して送信する場合に本発明の効果が顕著となる。

通信路情報は、例えば以下のようにして得ることができる。

例えば請求項２に記載したように、前記送信手段は、予め定めた既知信号を送信し、前記受信手段は、前記既知信号に対する前記マルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を前記通信路情報として受信することができる。

既知信号は、例えば単一のパルス信号でもよいし、複数のパルスを含む信号であってもよい。

受信側の通信装置では、送信手段から送信された既知信号に対する受信信号列からマルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を求めて送信側の通信装置に送信する。受信手段では、これを通信路情報として受信する。

このように、受信側の通信装置で求めたマルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を受信し、これに基づいて送信信号列を生成するため、マルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を送信側で求める必要がなく、装置構成を簡略化することができる。

また、請求項３に記載したように、前記送信手段は、符号間干渉が生じない間隔及び符号間干渉が生じる間隔で前記既知信号を各々送信し、前記受信手段は、符号間干渉が生じない間隔で送信された既知信号に対する受信信号列及び符号間干渉が生じる間隔で送信された既知信号に対する受信信号列の電力誤差が最小となるように定められた前記マルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を前記通信路情報として受信する構成としてもよい。

この発明によれば、受信側の通信装置において、送信手段から送信された各既知信号に対する受信信号列の電力誤差、例えば平均二乗誤差が最小となるようにマルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得が最適に求められる。受信手段では、受信側の通信装置から送信されたマルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を受信する。

このように、受信側の通信装置から符号間干渉の影響が抑えられるように最適に求められたマルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を受信して送信信号列を生成するため、符号間干渉が厳しい環境下においても、優れた誤り率特性を得ることができる。

また、請求項４に記載したように、前記送信手段は、予め定めた既知信号を送信し、前記受信手段は、前記受信側の通信装置で受信された前記既知信号に対する受信信号列に関する情報を受信し、前記生成手段は、前記受信信号列に関する情報に基づいて前記マルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を求め、求めた前記遅延時間及びパス利得に基づいて前記送信信号列を生成するようにしてもよい。

この発明によれば、受信側の通信装置は、送信手段から送信された既知信号に対する受信信号列に関する情報が送信される。この受信信号列に関する情報は、例えば各パルスの振幅や受信間隔等を含む受信信号列そのものを表す情報等のマルチパス通信路の応答特性を表す情報であればよい。

生成手段では、この受信信号列に関する情報に基づいて、マルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を求める。このように、送信側でマルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を求めることにより、受信側の通信装置の構成をさらに簡略化することができる。

また、請求項５に記載したように、前記送信手段は、符号間干渉が生じない間隔及び符号間干渉が生じる間隔で前記既知信号を各々送信し、前記受信手段は、符号間干渉が生じない間隔で送信された既知信号に対する受信信号列及び符号間干渉が生じる間隔で送信された既知信号に対する受信信号列に関する情報を受信し、前記生成手段は、受信した情報に基づいて、前記符号間干渉が生じない間隔で送信された既知信号に対する受信信号列及び符号間干渉が生じる間隔で送信された既知信号に対する受信信号列の電力誤差が最小となるように、前記マルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を求める構成としてもよい。

この発明によれば、送信側の通信装置において、送信手段から送信された各既知信号に対する受信信号列の電力誤差が最小となるようにマルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得が最適に求められる。このため、符号間干渉が厳しい環境下においても、優れた誤り率特性を得ることができると共に、受信側の通信装置の構成を簡略化することができる。

また、請求項６に記載したように、前記受信側の通信装置は、予め定めた既知信号を送信し、前記受信手段は、前記既知信号に対する受信信号列を受信し、前記生成手段は、前記受信信号列に基づいて前記マルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を求め、求めた前記遅延時間及びパス利得に基づいて前記送信信号列を生成する構成としてもよい。

この発明によれば、送信側の通信装置から既知信号を送信するのではなく、受信側の通信装置から既知信号を送信する。受信手段は、この既知信号に対する受信信号列を受信して、生成手段によってマルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得が求められる。このように、受信側の通信装置は既知信号を送信側の通信装置へ送信するだけでよいため、受信側の通信装置の構成を簡略することができる。

また、請求項７に記載したように、前記受信側の通信装置は、符号間干渉が生じない間隔及び符号間干渉が生じる間隔で前記既知信号を各々送信し、前記受信手段は、符号間干渉が生じない間隔で送信された既知信号に対する受信信号列及び符号間干渉が生じる間隔で送信された既知信号に対する受信信号列を受信し、前記生成手段は、受信した各受信信号列の電力誤差が最小となるように前記マルチパス通信路の各パスの遅延時間及びパス利得を定める構成としてもよい。

この発明によれば、受信側の通信装置は、符号間干渉が生じない間隔及び符号間干渉が生じる間隔で既知信号を各々送信するだけでよく、受信側の通信装置の構成を簡略化することができると共に、符号間干渉が生じる厳しい環境下でも優れた誤り率特性を得ることができる。

また、請求項８に記載したように、前記通信路情報は、前記マルチパス通信路の各パスのうち振幅の大きい順に定めた所定数のパスの通信路情報である構成としてもよい。

このように、マルチパス通信路の全てのパスの通信路情報を用いるのではなく、振幅の大きいパスを所定数選択し、これらのパスの通信路情報を用いて送信信号列を生成することにより、装置の構成を簡略化しつつ優れた誤り率特性を得ることができる。

また、請求項９に記載したように、前記通信路情報は、前記マルチパス通信路の各パスのうち予め定めた所定数のパスの通信路情報である構成としてもよい。

このように、マルチパス通信路の全てのパスの通信路情報を用いるのではなく、予め定めた所定数のパス、例えば最初に到来（受信）したパス（第１パス）から所定数分のパスを選択し、これらのパスの通信路情報を用いて送信信号列を生成することにより、装置の構成をさらに簡略化しつつ、ある程度優れた誤り率特性を得ることができる。

請求項１１記載の無線通信方法の発明は、マルチパス通信路の応答特性に関する通信路情報を受信側の通信装置から受信し、前記通信路情報に基づいて、送信すべき送信信号から前記マルチパス通信路の応答特性に対応した広帯域の送信信号列を生成し、前記送信信号列を送信することを特徴とする。

この発明によれば、予め送信側で送信信号をマルチパス通信路の応答特性に対応した広帯域の送信信号列に変換して送信することにより、受信側の通信装置では、送信信号と同等のピークを有する受信信号が得られる。このため、受信側の通信装置において、マルチパス通信路の各パスを通って到達した複数の遅延信号を合成する処理を行う必要がなく、受信側の通信装置の構成を簡略化することができる。

以上説明したように本発明は、受信機の複雑さを軽減しつつ優れた誤り率特性を達成することができる、という優れた効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図１には、本実施形態に係る無線通信システム１０の概略構成を示した。無線通信システム１０は、少なくともＵＷＢ−ＩＲ方式を用いて無線通信するシステムであり、図１に示すように、送信機１２及び受信機１４から構成される。

ここで、ＵＷＢとは、超広帯域を用いた無線伝送方式の総称であり、利用周波数帯域幅が５００ＭＨｚ以上、または、利用周波数帯域幅をピーク周波数で割った値が２０％以上の無線伝送方式であり、その中で、ＵＷＢ−ＩＲ方式は、パルス幅が１ｎｓ以下の超短パルスを用いるものである。

送信機１２は、広帯域信号生成部１６、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成部１８、送信部２０、及び受信部２２を含んで構成されている。

広帯域信号生成部１６は、受信部１４へ送信すべき入力データを、超広帯域にスペクトル拡散した信号（送信信号）を生成する。

Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成部１８は、詳細は後述するが、受信機１４から送信された通信路のインパルス応答特性に関する通信路情報（チャネル情報）に基づいて、広帯域信号生成部１６から出力された送信信号から前記インパルス応答特性に対応した送信パルス列を生成する。生成された送信パルス列は送信部２０によって受信機１４へ送信される。

受信機１４は、受信部２４、整合フィルタ２６、復号部２８、通信路情報生成部３０、及び送信部３２を含んで構成されている。

受信部２４は、送信機１２から送信された信号を受信し、整合フィルタ２６及び通信路情報生成部３０へ出力する。

整合フィルタ２６は、受信パルス列の各パルスに整合したフィルタであり、受信信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）を最大とするフィルタである。

復号部２８では、整合フィルタ２６から出力された受信パルス列の出力が最大となる時刻でサンプリングし、その標本値に基づいて０又は１の判定を行って元のデータを復号する。

通信路情報生成部３０では、詳細は後述するが、受信信号から通信路情報を生成する。生成された通信路情報は、送信部３２によって送信される。

次に、本実施形態に係るマルチパス通信路の通信路モデルについて説明する。

本実施形態では、ＩＥＥＥ ８０２．１５ Ｓｔｕｄｙ Ｇｒｏｕｐ ３ａによって提唱されている２〜８ＧＨｚ帯での室内通信路測定に基づいた通信路モデルを用いる。

マルチパスモデルは、次式のような離散時間インパルス応答で表される。

次に、本実施形態に係るＰｒｅ−Ｒａｋｅ合成について説明する前に、Ｒａｋｅ合成について説明する。

ここで、Ｒａｋｅ合成とは、マルチパス通信路によって複数の遅延波が重畳した受信信号から、逆拡散処理によって希望信号を分離し、分散した信号パワーを一つに集める最大比合成ダイバーシチ方式である。

図２には、Ｒａｋｅ合成について説明するためにシステムを概略的にモデル化した図を示した。

送信機３４は、入力データを広帯域信号生成部４０によって超広帯域にスペクトル拡散して送信する。送信された信号は、マルチパス通信路３６によって複数のパスを通り、複数の遅延波として受信機３８に到達する。

図２に示すマルチパス通信路３６は、そのインパルス応答特性を表しており、マルチパス通信路３６を伝搬して受信機３８で受信される信号は、Ｋ本のパス４２₀〜４２_K-1を通った遅延波を重畳した信号として表すことができる。ここで、ｋ番目のパスを通る信号は、図２に示すように、サンプル間隔をＴｃとして、τ_k（＝ｋ×Ｔｃ）時間遅延されると共に、その利得がｈ_k分重み付けされた（乗算された）遅延波として表すことができる。

受信機３８では、整合フィルタ４４により受信パルス列の受信信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）が最大とされ、Ｒａｋｅ合成部４６によってＲａｋｅ合成される。

受信信号は、上記のように各パスのパス利得によって重み付けされた各遅延信号の和である。このため、Ｒａｋｅ合成部４６では、受信信号と時間反転させたマルチパス通信路３６のインパルス応答を畳み込む操作を行う。すなわち、図２に示すように、マルチパス通信路３６のインパルス応答特性で示されるパス利得ｈ_kを逆順にして各遅延信号に付与する。これにより、分散した各遅延信号のパワーが合成され、元の信号が出力される。

Ｒａｋｅ合成部４６によりＲａｋｅ合成された信号は、復号部４８に出力される。復号部４８では、Ｒａｋｅ合成部４６から出力された受信パルス列の出力が最大となる時刻でサンプリングし、その標本値に基づいて０又は１の判定を行って元のデータを復号する。

図３（ａ）には、Ｒａｋｅ合成の概念として、単一のパルス５０が送信機３４から送信された場合に、受信機３８でＲａｋｅ受信される信号の概略について示した。図３（ａ）に示すように、送信機３４から単一のパルスが送信されると、マルチパス通信路３６のインパルス応答特性に従って、受信機３８では、複数（同図では５個）の遅延パルス５２が受信される。そして、これをＲａｋｅ合成することにより、各遅延パルス５２のパワーが合成され、送信機３４から送信されたパルス５０に対応したパルス５４が復号部４８によってサンプリングされて復号される。

このように、通常Ｒａｋｅ合成は受信機側で行われるものであるが、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成では、これを送信機側で行う。

本実施形態では、ＵＷＢ−ＩＲ方式を用いた無線通信におけるＰｒｅ−Ｒａｋｅ合成として、全てのパスの情報を用いてＰｒｅ−Ｒａｋｅ合成を行うＡｌｌ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅダイバーシチ合成(以下、Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成という)、振幅の大きいＬ本のパスの情報を用いてＰｒｅ−Ｒａｋｅ合成を行うＳｅｌｅｃｔｉｖｅ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅダイバーシチ合成(以下、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成という)、予め定めたＬ本のパスの情報を用いてＰｒｅ−Ｒａｋｅ合成を行うＰａｒｔｉａｌ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅダイバーシチ合成(以下、Ｐ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成という)について説明する。

まず、Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成について説明する。

図３（ｂ）には、Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成の概念を示した。同図に示すように、例えば送信される信号が単一のパルス５６である場合、このパルス５６からマルチパス通信路３６のインパルス応答を時間反転させた信号がＰｒｅ−Ｒａｋｅ合成部１８によって生成されて送信される。これにより、受信機１４では、図３（ａ）で示したような受信機側でＲａｋｅ合成したのと同様の信号を受信することができる。このように、送信機側で予めマルチパス通信路３６のインパルス応答に対応した信号をＰｒｅ−Ｒａｋｅ合成して生成して送信することにより、受信機側でＲａｋｅ合成する必要がなく、受信機の構成を簡略化することができる。

Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成では、マルチパス通信路３６の通信路情報として全てのパスの情報を用いて、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成を行う。例えばマルチパス通信路３６のインパルス応答特性が図３（ｂ）に示すような特性だった場合、すなわち、パスの数が５（Ｋ＝５）の場合は、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成部１８では、５本のパス全てについての通信路情報を用いてＰｒｅ−Ｒａｋｅ合成を行う。通信路情報は、例えば受信機１４の通信路情報生成部３０から送信される。

Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成部１８においてＡ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成した後の送信信号波形は、以下の式で表すことができる。

ここで、Ｅ_bは送信シンボル電力、ｂ_i∈｛±１｝はｉ番目の送信シンボル、
ｇ（ｔ）はガウシアンモノサイクルパルス、αⁱ _k＝ｈⁱ _K-1-kはｉ番目のシンボルのｋ番目のパルスの振幅、Ｔ_cはサンプル間隔、Ｔ_fはフレーム長を表す。

また、受信信号は、以下の式で表すことができる。

ここで、ｈⁱ _mはｉ番目のシンボルのｍ番目のパスのパス利得を表し、ｎ（ｔ）は平均０、分散Ｎ₀／２の加法的白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）を表す。

図４には、Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成を行う場合の無線通信システム１０を擬略的にモデル化した図を示した。

図４に示すように、Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成を行う場合、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成部１８では、入力信号を、マルチパス通信路３６のＫ本全てのパスに対応して各々τ_k（＝ｋ×Ｔｃ）時間遅延させると共にパス利得α_kにより重み付けし、これらＫ個の信号を重畳して出力する。図３（ｂ）に示すように、単一のパルス５６がＰｒｅ−Ｒａｋｅ合成部１８に入力された場合には、マルチパス通信路３６のインパルス応答特性に応じて生成された５個のパルスを含むパルス列が生成されて出力される。これにより、受信機１４では、各パルスのパワーが合成された、元のパルス５６に対応したパルス５８が復号部２８によってサンプリングされて復号される。このように、受信機１４では、受信パルス列のうち予め定めた位置のパルス、例えば最も振幅の大きいパルスのみを復号すればよく、構成を簡単にすることができる。

次に、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成部１８で用いる通信路情報の取得について説明する。通信路情報は、例えば通信方式によって以下のように取得することができる。

（１）通信方式がＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：周波数分割多重）の場合：
まず、送信機１２から予め定めた既知信号を初めに送信する。この既知信号は、単一のパルスでもよいし、複数のパルスでもよく、特に限定されない。そして、受信機１４において受信した信号、すなわち送信信号のインパルス応答に基づいて、インパルス応答特性を表す情報を生成し、これを通信路情報として送信機１２へ送信する。なお、インパルス応答特性を表す情報は、受信信号そのものを表す情報でもよい。送信機１２では、受信機１４から送信された通信路情報に基づいて各パスの遅延時間τ_k及びパス利得α_kを求め、これを送信信号のパルス列を生成するためのパラメータとして設定する。

また、受信機１４において、受信信号に基づいて各パルスの遅延時間τ_k及びパス利得α_kを求め、これらの情報を通信路情報として送信機１２へ送信するようにしてもよい。これにより、送信機１２側で遅延時間τ_k及びパス利得α_kを求める必要がなく、送信機１２側の処理負担を軽減させることができる。なお、遅延時間τ_k及びパス利得α_kは、受信した各パルスの受信タイミング及び振幅を測定することにより得ることができる。送信機１２では、受信機１４から送信された遅延時間τ_k及びパス利得α_kを、送信信号のパルス列を生成するためのパラメータとして設定する。

なお、受信機１４から送信機１２へ送信する通信路情報の通信方式、すなわち、受信機１４の送信部３２と送信機１２受信部２２との通信方式は、ＵＷＢ−ＩＲ方式に限らず、他の通信方式を用いても良い。

（２）通信方式がＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：時間分割多重）の場合：
通信方式がＴＤＤの場合には、例えば受信機１４から送信機１２への上り回線（ｕｐｌｉｎｋ）によって受信機１４から送信された信号に対するインパルス応答を通信路情報として用いる。例えば受信機１４から予め定めた既知信号を送信する。送信機１２では、受信した信号に基づいて遅延時間τ_k及びパス利得α_kを求め、これを送信信号パルス列を生成するためのパラメータとして設定する。

ところで、符号間干渉（ＩＳＩ）が厳しい環境では、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅダイバーシチ合成を用いた ＵＷＢ−ＩＲ方式の特性は大きく劣化する。このため、本実施形態に係る無線通信システム１０では、得られた通信路情報を用いて、ＩＳＩの影響が小さくなるように、最適な送信パルス列を生成のためのパラメータである遅延時間及びパス利得を算出し、それらを用いて送信パルス列を生成することによって、その特性を改善する。

具体的には、まず、送信機１２からＩＳＩが生じないような長い時間間隔で既知信号を送信し、受信機１４で、ＩＳＩが存在しない場合の受信信号（インパルス応答を表す情報）を通信路情報として得る。

次に 送信機１２から、ＩＳＩが生じてしまう実際の伝送速度で既知信号を送信することにより、受信機１４で、ＩＳＩが存在する場合の受信信号を通信路情報として得る。

そして、ＩＳＩが存在しない場合の受信信号と、ＩＳＩが存在する場合の受信信号との電力の平均二乗誤差が最小となるように（ＭＭＳＥ）、送信パルス列生成のためのパラメータである、遅延時間及びパス利得を求め、これらの情報を送信機１２に送る。送信機１２では、受信機１４から送信された遅延時間及びパス利得を送信パルス列を生成する際のパラメータとして設定する。

または、ＩＳＩが存在しない場合の通信路情報及びＩＳＩが存在する場合の通信路情報そのものを送信機１２に送り、送信機１２において、上記と同様に遅延時間及びパス利得を求めてもよい。

このように、送信パルス列の生成に用いるパス利得及び遅延時間を最適に求めることによって、ＩＳＩの影響を低減することができ、誤り率特性を改善することができる。

次に、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成及びＰ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成について説明する。

Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成では、パス利得が最も大きいＬ本のパスの通信路情報を用いて送信信号を生成する点以外は、Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成の場合と同様である。

このように、全てのパスの通信路情報を用いずに、パス利得が最も大きいＬ本のパスの通信路情報だけを用いて送信信号を生成することにより、優れた誤り率特性を維持しつつ送信機１２の構成を簡略化することができると共に、受信機側から送信機側へフィードバックする通信路情報を削減することができる。

一方、Ｐ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成では、予め定めた最初のＬ本のパス、すなわち最初に到来（受信）したパス（第１パス）から順にＬ本のパスの通信路情報を用いて送信信号を生成する点以外は、Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成の場合と同様である。

このように、全てのパスの通信路情報を用いずに、予め定めた最初のＬ本のパスの通信路情報だけを用いて送信信号を生成することにより、誤り率特性をある程度改善しつつ送信機１２の構成を簡略化することができる。

図５には、一例として、フィンガー数（Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成するパスの数）Ｌを４本としたときのＳ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成及びＰ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成のパス選択の概念図を示した。なお、ここではフィンガー数Ｌを４本とした場合について示すが、フィンガー数Ｌはこれに限らず、任意に設定できる。

図５に示すように、例えば送信機１２から単一パルスの既知信号を送信したときのマルチパス通信路３６のインパルス応答が図５に示すようなインパルス応答特性であった場合においてＳ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成を行う場合、受信機１４では、インパルス応答即ち受信パルスのうち最も振幅が高い４本のパルスを選択し、これらに基づいて通信路情報を生成して送信機１２へ送信する。送信機１２では、Ｌ本のパスの通信路情報を用いて送信信号パルス列を生成する。

一方、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成の場合は、図６に示すように、受信機１４では、時間反転させたインパルス応答である受信パルスのうち最初の４本のパルスを選択し、これらに基づいて通信路情報を生成して送信機１２へ送信する。送信機１２では、Ｌ本のパスの通信路情報を用いて送信信号パルス列を生成する。

このように、全てのパスの通信路情報を用いずに、そのうちのいくつかのパスの通信路情報を用いて送信パルス列を生成することにより、送信機１２の構成を簡略化することができ、処理負担を軽減することができる。

ここで、ｉ番目のシンボルのＬ本のパスのうち、ｌ番目のパスの利得をｈⁱ _l、遅延時間をτⁱ _lとすると、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成及びＰ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成における送信信号は、以下の式で表される。

ここで、αⁱ _l＝ｈⁱ _L-1-lは、ｉ番目のシンボルのｌ番目のパルスの振幅、τ^'i _l＝τⁱ _L-1-lはｉ番目のシンボルのｌ番目のパルスの送信遅延時間を示す。

一方、受信信号は、以下の式で表すことができる。

上記（４）式より、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成部１８は、図７に示すような構成となる。すなわち、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成部１８では、入力信号を、マルチパス通信路３６のＫ本のパスのうち選択されたＬ本のパスに対応して各々τ_l時間遅延させると共にパス利得α_lにより重み付けし、これらＬ個の信号を重畳して出力する。

なお、本実施形態では、ＵＷＢ−ＩＲ方式により通信するシステムに本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、広帯域に送信信号をスペクトル拡散して送信する方式により通信するシステム、すなわちパス数が多くなる環境で通信するシステムであれば本発明を適用可能である。

次に、本発明の実施例として、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成を用いたＵＷＢ−ＩＲ方式による無線通信について、本願発明者らが実施した計算機シミュレーションの結果について説明する。なお、このシミュレーションでは、通信路情報は送信機１２で既知であるものとした。

以下の表１にシミュレーション諸元を示す。

なお、上記の通信路モデルは、非特許文献５記載のマルチパス通信路モデルである。

図８には、全てのパスの通信路情報を用いて受信機側でＲａｋｅ合成を行うＡ−Ｒａｋｅ合成、選択したパスの通信路情報を用いて受信機側でＲａｋｅ合成を行うＳ−Ｒａｋｅ合成、本発明に係るＡ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成及びＳ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成を用いたＵＷＢ−ＩＲ方式における 入力信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ_in）に対するＢＥＲ特性（ビット誤り率特性）を示した。

また、図９にＡ−Ｒａｋｅ合成、Ｓ−Ｒａｋｅ合成、Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成、及びＳ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成を用いたＵＷＢ−ＩＲ方式におけるＳＮＲ_inに対する出力信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ_out）特性を示した。

ここで、Ｓ−Ｒａｋｅ合成、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成におけるフィンガー数Ｌはそれぞれ１、１０、６０とした。

図８に示すように、フィンガー数Ｌを増すとＢＥＲ特性を改善できることがわかる。また、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成は、すべてのマルチパス数と同数のフィンガー数 （Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成）を用いなくても、Ｌ＝６０程度のフィンガー数で優れたＢＥＲ特性を達成できることがわかる。

さらに、図９に示すように、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成のＳＮＲ_in対ＳＮＲ_out特性は、フィンガー数Ｌ＝６０程度のとき、Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成のＳＮＲ_in対ＳＮＲ_out特性に近づくことがわかる。これより、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成は、Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成と比較して、送信機１２の複雑さを低減しつつ、優れたＢＥＲ特性を得られることがわかる。

図１０には、Ａ−Ｒａｋｅ合成、Ｐ−Ｒａｋｅ合成、Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成、及びＰ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成を用いたＵＷＢ−ＩＲ方式におけるＳＮＲ_inに対するＢＥＲ特性を示した。

また、図１１には、Ａ−Ｒａｋｅ合成、Ｐ−Ｒａｋｅ合成、Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成、及びＰ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成を用いたＵＷＢ−ＩＲ方式におけるＳＮＲ_inに対するＳＮＲ_out特性を示した。ここで、Ｐ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅにおけるフィンガー数Ｌは、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成と同様に１、１０、６０とした。

図１０に示すように、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成の場合と同様に、フィンガー数Ｌを増すとＢＥＲ特性を改善できることがわかる。また、Ｐ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成は、すべてのマルチパス数と同数のフィンガー数 (Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ)を用いなくても、Ｌ＝６０程度のフィンガー数で優れたＢＥＲ特性を示すことがわかる。

しかしながら、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成と比較した場合、Ｐ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成のＢＥＲ特性及びＳＮＲ_in対ＳＮＲ_out特性はいずれも劣ることがわかる。これは、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成が、受信信号が最も大きいＬ本のパスの通信路情報を用いて送信信号を生成しているのに対し、Ｐ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成では、初めからＬ本のパスの通信路情報を用いて送信信号を生成しているためである。そのため、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成の方がＰ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成よりも優れたＢＥＲ特性が得られる。

このように、本実施例では、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成を用いたＵＷＢ−ＩＲ方式として、Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成、Ｐ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成の各々について、ＳＮＲ_inに対するＢＥＲ特性、ＳＮＲ_inに対するＳＮＲ_outの特性を計算機シミュレーションにより評価した。

計算機シミュレーションの結果、Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成をＵＷＢ−ＩＲ方式に適用することによって、受信機の複雑さを低減しつつ、優れたＢＥＲ特性が得られることが判った。特に、Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成は、少ない通信路情報しか用いない場合でも優れたＢＥＲ特性が得られることが判った。

無線通信システムの概略ブロック図である。 Ｒａｋｅ合成を行う無線通信システムの概略モデル図である。 （ａ）はＲａｋｅ合成における送信パルス及び受信パルスの波形図、（ｂ）はＰｒｅ−Ｒａｋｅ合成における送信パルス及び受信パルスの波形図である。 Ａ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成を行う無線通信システムの概略モデル図である。 Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成における送信パルス及び受信パルスの波形図である。 Ｐ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成における送信パルス及び受信パルスの波形図である。 Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成及びＰｒｅ−Ｒａｋｅ合成を行う無線通信システムの概略モデル図である。 Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成における入力信号電力対雑音電力比ＳＮＲ_inに対するビット誤り率特性を示す線図である。 Ｓ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成における入力信号電力対雑音電力比ＳＮＲ_inに対する出力信号電力対雑音電力比ＳＮＲ_outを示す線図である。 Ｐ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成における入力信号電力対雑音電力比ＳＮＲ_inに対するビット誤り率特性を示す線図である。 Ｐ−Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成における入力信号電力対雑音電力比ＳＮＲ_inに対する出力信号電力対雑音電力比ＳＮＲ_outを示す線図である。

符号の説明

１０ 無線通信システム
１２ 送信機（無線通信装置）
１４ 受信機
１６ 広帯域信号生成部
１８ Ｐｒｅ−Ｒａｋｅ合成部（生成手段）
２０ 送信部（送信手段）
２２ 受信部（受信手段）
２６ 整合フィルタ
２８ 復号部
３０ 通信路情報生成部
３６ マルチパス通信路
４６ 合成部
４８ 復号部

Claims (11)

1. マルチパス通信路の応答特性に関する通信路情報を受信側の通信装置から受信する受信手段と、
   前記通信路情報に基づいて、送信すべき送信信号から前記マルチパス通信路の応答特性に対応した広帯域の送信信号列を生成する生成手段と、
   前記送信信号列を送信する送信手段と、
   を備えた無線通信装置。
2. 前記送信手段は、予め定めた既知信号を送信し、前記受信手段は、前記受信側の通信装置から前記既知信号に対する前記マルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を前記通信路情報として受信することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記送信手段は、符号間干渉が生じない間隔及び符号間干渉が生じる間隔で前記既知信号を各々送信し、前記受信手段は、符号間干渉が生じない間隔で送信された既知信号に対する受信信号列及び符号間干渉が生じる間隔で送信された既知信号に対する受信信号列の電力誤差が最小となるように定められた前記マルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を前記通信路情報として受信することを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
4. 前記送信手段は、予め定めた既知信号を送信し、前記受信手段は、前記受信側の通信装置で受信された前記既知信号に対する受信信号列に関する情報を受信し、前記生成手段は、前記受信信号列に関する情報に基づいて前記マルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を求め、求めた前記遅延時間及びパス利得に基づいて前記送信信号列を生成することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
5. 前記送信手段は、符号間干渉が生じない間隔及び符号間干渉が生じる間隔で前記既知信号を各々送信し、前記受信手段は、符号間干渉が生じない間隔で送信された既知信号に対する受信信号列及び符号間干渉が生じる間隔で送信された既知信号に対する受信信号列に関する情報を受信し、前記生成手段は、受信した情報に基づいて、前記符号間干渉が生じない間隔で送信された既知信号に対する受信信号列及び符号間干渉が生じる間隔で送信された既知信号に対する受信信号列の電力誤差が最小となるように、前記マルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を求めることを特徴とする請求項４記載の無線通信装置。
6. 前記受信側の通信装置は、予め定めた既知信号を送信し、前記受信手段は、前記既知信号に対する受信信号列を受信し、前記生成手段は、前記受信信号列に基づいて前記マルチパス通信路のパスの遅延時間及びパス利得を求め、求めた前記遅延時間及びパス利得に基づいて前記送信信号列を生成することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
7. 前記受信側の通信装置は、符号間干渉が生じない間隔及び符号間干渉が生じる間隔で前記既知信号を各々送信し、前記受信手段は、符号間干渉が生じない間隔で送信された既知信号に対する受信信号列及び符号間干渉が生じる間隔で送信された既知信号に対する受信信号列を受信し、前記生成手段は、受信した各受信信号列の電力誤差が最小となるように前記マルチパス通信路の各パスの遅延時間及びパス利得を定めることを特徴とする請求項６記載の無線通信装置。
8. 前記通信路情報は、前記マルチパス通信路の各パスのうち振幅の大きい順に定めた所定数のパスの通信路情報であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置。
9. 前記通信路情報は、前記マルチパス通信路の各パスのうち予め定めた所定数のパスの通信路情報であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置。
10. 前記応答特性は、前記マルチパス通信路のインパルス応答特性であり、前記生成手段は、超広帯域の送信パルス列を生成することを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の無線通信装置。
11. マルチパス通信路の応答特性に関する通信路情報を受信側の通信装置から受信し、
    前記通信路情報に基づいて、送信すべき送信信号から前記マルチパス通信路の応答特性に対応した広帯域の送信信号列を生成し、
    前記送信信号列を送信する
    無線通信方法。

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