JP2008263631A - 無線通信システム - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、時空間トレリス符号の誤り耐性の細かい制御をすることができる無線通信システムを提供する。
【解決手段】送信機は、フレームを入力する入力手段と、誤り耐性及び伝送効率の少なくともいずれかの異なる複数の符号化方式のうちの第1の符号化方式でフレームのうちのシンボルを符号化し、フレームのうちの他のシンボルを異なる複数の符号化方式のうちの第1の符号化方式とは異なる第2の符号化方式で符号化する符号化手段と、符号化された複数のシンボルからなるフレームを送信する送信手段を具備し、受信機は、送信されたフレームを受信する受信手段と、受信されたフレームに基づいて伝送路特性を推定する推定手段と、符号化手段が符号化した符号化方式の切り替えに同期して切り替える復号方式と伝送路特性とにしたがって受信したフレームを復号する復号手段を具備する。
【選択図】 図4
【解決手段】送信機は、フレームを入力する入力手段と、誤り耐性及び伝送効率の少なくともいずれかの異なる複数の符号化方式のうちの第1の符号化方式でフレームのうちのシンボルを符号化し、フレームのうちの他のシンボルを異なる複数の符号化方式のうちの第1の符号化方式とは異なる第2の符号化方式で符号化する符号化手段と、符号化された複数のシンボルからなるフレームを送信する送信手段を具備し、受信機は、送信されたフレームを受信する受信手段と、受信されたフレームに基づいて伝送路特性を推定する推定手段と、符号化手段が符号化した符号化方式の切り替えに同期して切り替える復号方式と伝送路特性とにしたがって受信したフレームを復号する復号手段を具備する。
【選択図】 図4
Description
本発明は、無線通信システムに関し、特に、複数アンテナを用いた無線通信システムに関する。
時空間符号の1つである時空間トレリス符号(STTC:Space-Time Trellis Codes)は、2個以上の送信アンテナから送信した信号を、1個以上の受信アンテナで受信する無線伝送システムにおける符号化法である(例えば、非特許文献1参照)。符号の伝送誤り耐性を決定する大きな要素は、符号の状態数と出力シンボルの多値数であり、状態数、多値数に応じた符号が設計されている。従来から誤り訂正符号では、パリティビットを間引くパンクチャリング技術など符号化率を制御することにより、誤り耐性能力をきめ細かく制御することができる。
V. Tarokh, N. Seshadri, and A. R. Calderbank, ``Space-time codes for high data rate wireless communication: Performance criterion and code construction'', IEEE Trans. Information Theory, vol. 44, No. 2, pp. 744-765, March 1998.
V. Tarokh, N. Seshadri, and A. R. Calderbank, ``Space-time codes for high data rate wireless communication: Performance criterion and code construction'', IEEE Trans. Information Theory, vol. 44, No. 2, pp. 744-765, March 1998.
STTCでは、変調多値数とトレリスの状態数で決定される誤り耐性の制御以外に、パンクチャリングに相当する制御手法は検討されていない。したがって、STTCの誤り耐性の細かい制御をすることは難しい。
そこで、本発明は、時空間トレリス符号の誤り耐性の細かい制御をすることができる無線通信システムを提供することを目的とする。
本発明の無線通信システムによれば、複数のシンボルを含むフレームを時空間符号化して送信する送信機と、伝送路を介して前記フレームを受信して時空間復号する受信機とを具備する無線通信システムにおいて、
前記送信機は、前記フレームを入力する入力手段と、誤り耐性及び伝送効率の少なくともいずれかの異なる複数の符号化方式のうちの第1の符号化方式で前記フレームのうちのシンボルを符号化し、前記フレームのうちの他のシンボルを前記異なる複数の符号化方式のうちの前記第1の符号化方式とは異なる第2の符号化方式で符号化する符号化手段と、前記符号化された複数のシンボルからなるフレームを送信する送信手段を具備し、
前記受信機は、前記送信されたフレームを受信する受信手段と、前記受信されたフレームに基づいて伝送路特性を推定する推定手段と、前記符号化手段が符号化した符号化方式の切り替えに同期して切り替える復号方式と前記伝送路特性とにしたがって前記受信したフレームを復号する復号手段を具備することを特徴とする。
前記送信機は、前記フレームを入力する入力手段と、誤り耐性及び伝送効率の少なくともいずれかの異なる複数の符号化方式のうちの第1の符号化方式で前記フレームのうちのシンボルを符号化し、前記フレームのうちの他のシンボルを前記異なる複数の符号化方式のうちの前記第1の符号化方式とは異なる第2の符号化方式で符号化する符号化手段と、前記符号化された複数のシンボルからなるフレームを送信する送信手段を具備し、
前記受信機は、前記送信されたフレームを受信する受信手段と、前記受信されたフレームに基づいて伝送路特性を推定する推定手段と、前記符号化手段が符号化した符号化方式の切り替えに同期して切り替える復号方式と前記伝送路特性とにしたがって前記受信したフレームを復号する復号手段を具備することを特徴とする。
本発明の無線通信装置は、複数のシンボルを含むフレームを入力する入力手段と、誤り耐性及び伝送効率の少なくともいずれかの異なる複数の時空間符号化である符号化方式のうちの第1の符号化方式で前記フレームのうちのシンボルを符号化し、前記フレームのうちの他のシンボルを前記異なる複数の符号化方式のうちの前記第1の符号化方式とは異なる第2の符号化方式で符号化する符号化手段と、前記符号化された複数のシンボルからなるフレームを送信する送信手段を具備することを特徴とする。
本発明の無線通信装置は、誤り耐性及び伝送効率の少なくともいずれかの異なる複数の時空間符号化である符号化方式のうちの第1の符号化方式で前記フレームのうちのシンボルを符号化し、前記フレームのうちの他のシンボルを前記異なる複数の符号化方式のうちの前記第1の符号化方式とは異なる第2の符号化方式で符号化して、前記符号化された複数のシンボルからなるフレームを送信する送信機から、伝送路を介して前記フレームを受信して時空間復号する無線通信装置において、前記送信されたフレームを受信する受信手段と、前記受信されたフレームに基づいて伝送路特性を推定する推定手段と、前記送信機が符号化した符号化方式の切り替えに同期して切り替える復号方式と前記伝送路特性とにしたがって前記受信したフレームを復号する復号手段を具備することを特徴とする。
本発明の無線通信システムによれば、時空間トレリス符号の誤り耐性の細かい制御をすることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る無線通信システムについて詳細に説明する。
(第1の実施形態)
本実施形態の無線通信システムは、図1に示すように、送信機13及び受信機23からなり、送信機13はSTTC符号化器131、第1及び第2の送信アンテナを備え、受信機23はSTTC復号器231及び伝送路推定器232、受信アンテナを備えている。
(第1の実施形態)
本実施形態の無線通信システムは、図1に示すように、送信機13及び受信機23からなり、送信機13はSTTC符号化器131、第1及び第2の送信アンテナを備え、受信機23はSTTC復号器231及び伝送路推定器232、受信アンテナを備えている。
STTC符号化器131は、送信データを、STTC符号化し、2系統の出力シンボル(符号語と呼ばれる)u1(n)、u2(n)が、それぞれ、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナから伝送路31に送出される。ここで、n(n=0,1,・・・,N−1)はシンボルの番号であり、1個のフレームはN個(Nは2以上の自然数)のシンボルからなる。STTC符号化器131は、誤り耐性及び伝送効率の異なる符号化方式を切り替えて送信シンボル列を送信することにより、これら2つの符号化方式の中間の誤り耐性及び伝送効率を実現することができる。STTC符号化器131に関して後に図4を参照して詳細に説明する。
伝送路31では、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナからの出力シンボルに、独立な伝送路利得α1、α2がそれぞれ乗算され、そして、シンボルごとに独立な白色雑音η(n)が加算された後、受信アンテナに入力される。
伝送路推定器232は、受信アンテナに入力された受信シンボルr(n)を受け取り、送信信号にパイロット信号が混入されていると、受信シンボルr(n)から伝送路推定を行い、伝送路利得α1、α2を検知することができる。
STTC復号器231は、伝送路利得α1、α2を利用して復号処理を行い、受信データを得る。STTC復号器231が復号処理を行う際にはSTTC符号化器131での符号化された符号化方式に同期して対応する復号方式で復号する。例えば、送信シンボル列の何番目のフレームはどの符号化方式で符号化するかを送信機13及び受信機23で予め既知にしておく。STTC復号器231に関して後に図5を参照して詳細に説明する。
STTC復号器231は、伝送路利得α1、α2を利用して復号処理を行い、受信データを得る。STTC復号器231が復号処理を行う際にはSTTC符号化器131での符号化された符号化方式に同期して対応する復号方式で復号する。例えば、送信シンボル列の何番目のフレームはどの符号化方式で符号化するかを送信機13及び受信機23で予め既知にしておく。STTC復号器231に関して後に図5を参照して詳細に説明する。
本実施形態の無線通信システムでは、STTC符号化器131での符号化方式を変化させて送信シンボル列を送信し、STTC復号器231はこの符号化方式に対応した復号方式で送信シンボル列を復号し受信データを得る。ここで、具体例として、STTC符号化器131が4−PSKの8状態(state)と8−PSKの8状態の2種類で符号化方式を変化させ、これに応じてSTTC復号器231が復号方式を切り替える場合を以下に説明する。まず、それぞれの符号化方式に対応して説明し、その後、本実施形態の無線通信システムに対応する符号化方式を変化させる場合を説明する。
まず、4−PSK用の8状態(state)のSTTC符号化器131_pa1を図2(A)、図2(B)、図2(C)を参照して説明する。
STTC符号化器131_pa1は、図2(A)に示すように、0あるいは1の値をとるシリアルの送信ビット列を、シリアルパラレル(S/P)変換器により、2ビットパラレルのデータに変換する。このデータが、レジスタと、排他的論理和の加算器からなる回路に入力される。図2(A)に示すように、レジスタの内容をR0、R1、R2で表すと、STTC符号化器131_pa1の状態は、
4R2+ 2R1+ R0
であり、R0、R1、R2は、それぞれ、0、あるいは、1の値であるから、状態は0から7までの8種類の値をとり、状態数は8となる。STTC符号化器131_pa1は、2系統の2ビットパラレルのデータを生成する。この4種類の2ビットデータは、2進10進変換により0から3の値をとる4種類のシンボル(symbol)に変換され、さらに、整数を複素数に対応させることにより、4−PSK信号にマッピングされる。すなわち、ビットデータは、図2(B)に示したように、
00(データ)→ 0(シンボル)→ +1(4−PSK信号)、
10(データ)→ 1(シンボル)→ +j(4−PSK信号)、
01(データ)→ 2(シンボル)→ −1(4−PSK信号)、
11(データ)→ 3(シンボル)→ −j(4−PSK信号)、
とマッピングされる。
4−PSK、8−stateのSTTC符号化器131_pa1において、図2(C)に示したように、第nから第n+3までのシンボルでとり得る状態の遷移は、この場合、8入力8出力の状態の遷移となる。
STTC符号化器131_pa1は、図2(A)に示すように、0あるいは1の値をとるシリアルの送信ビット列を、シリアルパラレル(S/P)変換器により、2ビットパラレルのデータに変換する。このデータが、レジスタと、排他的論理和の加算器からなる回路に入力される。図2(A)に示すように、レジスタの内容をR0、R1、R2で表すと、STTC符号化器131_pa1の状態は、
4R2+ 2R1+ R0
であり、R0、R1、R2は、それぞれ、0、あるいは、1の値であるから、状態は0から7までの8種類の値をとり、状態数は8となる。STTC符号化器131_pa1は、2系統の2ビットパラレルのデータを生成する。この4種類の2ビットデータは、2進10進変換により0から3の値をとる4種類のシンボル(symbol)に変換され、さらに、整数を複素数に対応させることにより、4−PSK信号にマッピングされる。すなわち、ビットデータは、図2(B)に示したように、
00(データ)→ 0(シンボル)→ +1(4−PSK信号)、
10(データ)→ 1(シンボル)→ +j(4−PSK信号)、
01(データ)→ 2(シンボル)→ −1(4−PSK信号)、
11(データ)→ 3(シンボル)→ −j(4−PSK信号)、
とマッピングされる。
4−PSK、8−stateのSTTC符号化器131_pa1において、図2(C)に示したように、第nから第n+3までのシンボルでとり得る状態の遷移は、この場合、8入力8出力の状態の遷移となる。
次に、8−PSK用の8状態のSTTC符号化器131_pa2を図3(A)、図3(B)、図3(C)を参照して説明する。
STTC符号化器131_pa2は、図3(A)に示すように、0あるいは1の値をとるシリアルのデータビット列を、シリアルパラレル(S/P)変換器により、3ビットパラレルのデータに変換する。このデータが、レジスタと、排他的論理和の加算器からなる回路に入力される。図3(A)に示すように、レジスタの内容をR0、R1、R2で表すと、STTC符号化器131_pa2の状態は、
4R2+ 2R1+ R0
であり、R0、R1、R2は、それぞれ、0、あるいは、1の値であるから、上記の4−PSKの場合と同様に状態は0から7までの8種類の値をとり、状態数は8となる。STTC符号化器131_pa2は、2系統の3ビットパラレルのデータを生成する。この8種類の3ビットデータは、2進10進変換により0から7の値をとる8種類のシンボルに変換され、さらに、整数を複素数に対応させることにより、8−PSK信号にマッピングされる。すなわち、ビットデータは、図3(B)に示したように、
000(データ)→ 0(シンボル)→ +1(8−PSK信号)、
100(データ)→ 1(シンボル)→ +1/21/2+j/21/2(8−PSK信号)、
010(データ)→ 2(シンボル)→ +j(8−PSK信号)、
110(データ)→ 3(シンボル)→ −1/21/2+j/21/2(8−PSK信号)、
001(データ)→ 4(シンボル)→ −1(8−PSK信号)、
101(データ)→ 5(シンボル)→ −1/21/2−j/21/2(8−PSK信号)、
011(データ)→ 6(シンボル) → −j(8−PSK信号)、
111(データ)→ 7(シンボル)→ +1/21/2−j/21/2(8−PSK信号)、
とマッピングされる。
8−PSK、8−stateのSTTC符号化器131_pa2において、第nから第n+3までのシンボルでとり得る状態の遷移を図3(C)を参照して説明する。この場合、8入力8出力の状態の遷移となる。
STTC符号化器131_pa2は、図3(A)に示すように、0あるいは1の値をとるシリアルのデータビット列を、シリアルパラレル(S/P)変換器により、3ビットパラレルのデータに変換する。このデータが、レジスタと、排他的論理和の加算器からなる回路に入力される。図3(A)に示すように、レジスタの内容をR0、R1、R2で表すと、STTC符号化器131_pa2の状態は、
4R2+ 2R1+ R0
であり、R0、R1、R2は、それぞれ、0、あるいは、1の値であるから、上記の4−PSKの場合と同様に状態は0から7までの8種類の値をとり、状態数は8となる。STTC符号化器131_pa2は、2系統の3ビットパラレルのデータを生成する。この8種類の3ビットデータは、2進10進変換により0から7の値をとる8種類のシンボルに変換され、さらに、整数を複素数に対応させることにより、8−PSK信号にマッピングされる。すなわち、ビットデータは、図3(B)に示したように、
000(データ)→ 0(シンボル)→ +1(8−PSK信号)、
100(データ)→ 1(シンボル)→ +1/21/2+j/21/2(8−PSK信号)、
010(データ)→ 2(シンボル)→ +j(8−PSK信号)、
110(データ)→ 3(シンボル)→ −1/21/2+j/21/2(8−PSK信号)、
001(データ)→ 4(シンボル)→ −1(8−PSK信号)、
101(データ)→ 5(シンボル)→ −1/21/2−j/21/2(8−PSK信号)、
011(データ)→ 6(シンボル) → −j(8−PSK信号)、
111(データ)→ 7(シンボル)→ +1/21/2−j/21/2(8−PSK信号)、
とマッピングされる。
8−PSK、8−stateのSTTC符号化器131_pa2において、第nから第n+3までのシンボルでとり得る状態の遷移を図3(C)を参照して説明する。この場合、8入力8出力の状態の遷移となる。
上述した、4−PSK、8−stateの場合の状態遷移と8−PSK、8−stateの場合の状態遷移を図2(C)と図3(C)を参照して比較する。どちらも8入力8出力の状態の遷移であるが、4−PSK、8−stateの場合に比較して8−PSK、8−stateの場合の方が、或る状態から遷移する状態の数が多い。具体的には、図2(C)(4−PSK、8−stateの場合)では例えば状態0からの遷移先は、状態0、1、2、3に限定されている。さらに、図2(C)で状態1からの遷移先は、状態4、5、6、7に限定されている。一方、図3(C)(8−PSK、8−stateの場合)では例えば状態0からの遷移先は、状態0から7までの全ての状態への遷移が許されている。さらに、図3(C)で状態1からの遷移先も、状態0から7までの全ての状態への遷移が許されている。
一般的に、状態の遷移が限定されている方が、復号器で最尤な状態遷移を探索する際、考慮しなければならない状態遷移の候補数が減り、復号性能が向上する。したがって、状態遷移の観点では、4−PSK、8−stateの場合(図2(C))の状態遷移は、8−PSK、8−stateの場合(図3(C))の状態遷移よりも誤り耐性が強い。また、変調多値数の観点でも、図2(B)及び図3(C)を参照すると、4−PSKの場合に比較して8−PSKの場合の方が信号点間の距離が小さいので、4−PSKの方が誤り耐性が強い。
また、1シンボル当たりに伝送するビット数、すなわち、伝送効率の観点では、8−PSKの場合(図3(A))は3であり、一方、4−PSKの場合(図2)は2であるので、8−PSKの方が4−PSKに比較して伝送効率が高い。
本実施形態では、誤り耐性と伝送効率の異なる符号化方式を備えることによって、誤り耐性と伝送効率のどちらかを優先するかによって適切な符号化方式を選択する。
また、1シンボル当たりに伝送するビット数、すなわち、伝送効率の観点では、8−PSKの場合(図3(A))は3であり、一方、4−PSKの場合(図2)は2であるので、8−PSKの方が4−PSKに比較して伝送効率が高い。
本実施形態では、誤り耐性と伝送効率の異なる符号化方式を備えることによって、誤り耐性と伝送効率のどちらかを優先するかによって適切な符号化方式を選択する。
次に、図4(A)及び図4(B)を参照して、本実施形態の無線通信システムのSTTC符号化器131を説明する。図4(A)は、4−PSK、8−stateの場合と8−PSK、8−stateの場合を組み合わせたものである。
STTC符号化器131は、図2(A)及び図3(A)に示したS/P変換器とレジスタに加え、加算器1311、1312、1313、スイッチ(SW)1314、1315、1316、1317を備えている。
STTC符号化器131は、図2(A)及び図3(A)に示したS/P変換器とレジスタに加え、加算器1311、1312、1313、スイッチ(SW)1314、1315、1316、1317を備えている。
STTC符号化器131は、図4に示したように、全てのスイッチ(SW)を端子1に接続した場合が、図2の4−PSK、8−stateに相当し、全てのスイッチ(SW)を端子2に接続した場合が、図3の8−PSK、8−stateに相当する。すなわち、全てのスイッチ(SW)を端子1に接続する場合は、S/P変換器がシリアルデータを2ビットパラレルのデータに変換し、マッピング器134、135で4−PSKを選択する。一方、全てのスイッチ(SW)を端子2に接続する場合は、S/P変換器がシリアルデータを3ビットパラレルのデータに変換し、マッピング器134、135で8−PSKを選択する。
図示しない制御部が、スイッチ1314、1315、1316、1317に各スイッチを切り替える指示、及びマッピング器134、135に4−PSK又は8−PSKを選択する指示を与える。
図示しない制御部が、スイッチ1314、1315、1316、1317に各スイッチを切り替える指示、及びマッピング器134、135に4−PSK又は8−PSKを選択する指示を与える。
図4(B)に示したように、第nから第n+3シンボルまでの状態遷移では、第nシンボルが8−PSK、8−state、第n+1シンボルと第n+2シンボルが4−PSK、8−state、第n+3シンボルが8−PSK、8−stateの状態になる。すなわち、第nシンボルと第n+3シンボルでは、第n+1シンボルと第n+2シンボルよりも誤り耐性が低く、第nシンボルと第n+3シンボルでは、第n+1シンボルと第n+2シンボルよりも伝送効率が高い。したがって、この第nから第n+3シンボルまでの状態遷移では、全体として、8−PSK、8−state、と4−PSK、8−state、の中間の誤り耐性と伝送効率が実現されることになる。
次に、STTC復号器231を図5を参照して説明する。STTC復号器231は、図5に示したように、送信シンボル候補出力部2311、加算器、乗算器、ビタビ演算器2312、切り替え制御部2313を備えている。
送信シンボル候補出力部2311は、切り替え制御部2313の指示に応じて、送信機13の各送信アンテナから送信される送信シンボルの候補を出力する。例えば、図5に示したように、第1の送信アンテナからの第n送信シンボルの候補q1(n)、第2の送信アンテナからの第n送信シンボルの候補q2(n)を出力する。
各第n送信シンボル候補は乗算器で伝送路利得と乗算され、その乗算されたものを加算器で加算し、その後、乗算器を用いて、
−α1 q1(n) − α2 q2(n)、ただし、n= 0、1、・・・、N−1
α1:第1の送信アンテナから受信アンテナまでの伝送路の利得、
α2:第2の送信アンテナから受信アンテナまでの伝送路の利得、
を得る。そして、加算器が、受信シンボルr(n)と加算し、
e(n)=r(n) −α1q1(n) −α2q2(n)
を得る。この伝送路利得は、伝送路推定器232により受信シンボルに基づいて推定される。
送信シンボル候補出力部2311は、切り替え制御部2313の指示に応じて、送信機13の各送信アンテナから送信される送信シンボルの候補を出力する。例えば、図5に示したように、第1の送信アンテナからの第n送信シンボルの候補q1(n)、第2の送信アンテナからの第n送信シンボルの候補q2(n)を出力する。
各第n送信シンボル候補は乗算器で伝送路利得と乗算され、その乗算されたものを加算器で加算し、その後、乗算器を用いて、
−α1 q1(n) − α2 q2(n)、ただし、n= 0、1、・・・、N−1
α1:第1の送信アンテナから受信アンテナまでの伝送路の利得、
α2:第2の送信アンテナから受信アンテナまでの伝送路の利得、
を得る。そして、加算器が、受信シンボルr(n)と加算し、
e(n)=r(n) −α1q1(n) −α2q2(n)
を得る。この伝送路利得は、伝送路推定器232により受信シンボルに基づいて推定される。
ビタビ演算器2312は、このe(n)を入力して、評価値である
|e(n)|2
を算出し、この評価値が最小になるシンボル系列を探索する。
|e(n)|2
を算出し、この評価値が最小になるシンボル系列を探索する。
切り替え制御部2313は、8−PSK、8−stateの符号化、と4−PSK、8−stateの符号化の切り替えに同期して、8−PSK、8−stateの復号、と4−PSK、8−stateの復号を切り替えるための指示を送信シンボル候補出力部2311とビタビ演算器2312に出力する。切り替え制御部2313は、8−PSK、8−stateの符号化、と4−PSK、8−stateの符号化の切り替えを、この切り替えを示した制御信号を送信機13から受け取るか、又は、予め送信機13と受信機23で設定しておき切り替えの同期を実現する。
ところで、本実施形態では、図4(B)に示した例では、8−PSK、8−stateである場合と、4−PSK、8−stateである場合との比率が1対1である場合を示したが、この比率を変えることにより、誤り耐性と伝送効率をきめ細かく制御することができる。
また、例えば、送信機13が伝送路特性を把握して必要とする誤り耐性を求め、受信機23に符号化の切り替えを同期させる。この場合、伝送路特性の把握は、送信機13と受信機23との間の双方向伝送が、同一周波数帯域で時分割に行われるTDD(Time Division Duplex)の場合は、送信アンテナが受信する受信信号から伝送路特性を推定する伝送路推定器があれば送信機13は伝送路特性を把握することができる。一方、この双方向伝送が異なる周波数帯域で行われるFDD(Frequency Division Duplex)の場合は、送信機13の通信相手である受信機23から、伝送路特性を通知してもらうことにより送信機13は伝送路特性を把握することができる。この場合、送信機が知るべき伝送路特性は、精密な伝送路特性である必要はなく量子化された伝送路特性、あるいは、信号対雑音比の値でよい。
以上に説明した本実施形態によれば、符号化器のパラレルビット数と状態構造を、シンボルごとに制御することにより、誤り耐性と伝送効率の細かい制御を実現することができる。
(第2の実施形態)
本実施形態の無線通信システムは、第1の実施形態の状態数が共に同じである場合(状態数は8)とは異なり、状態数が異なる組合せである8−PSK、8−stateと4−PSK、4−stateの組合せの場合に対応するものである。本実施形態は、第1の実施形態で4−PSK、8stateであるものが4−PSK、4−stateに変化する以外は第1の実施形態と同様である。第1の実施形態と同様なものは説明を省略する。
本実施形態の無線通信システムでは、STTC符号化器131での符号化方式を変化させて送信シンボル列を送信し、STTC復号器231はこの符号化方式に対応した復号方式で送信シンボル列を復号し受信データを得る。ここで、具体例として、STTC符号化器131が8−PSKの8状態(state)と4−PSKの4状態の2種類で符号化方式を変化させ、これに応じてSTTC復号器231が復号方式を切り替える場合を以下に説明する。まず、それぞれの符号化方式に対応して説明し、その後、本実施形態の無線通信システムに対応する符号化方式を変化させる場合を説明する。
本実施形態の無線通信システムは、第1の実施形態の状態数が共に同じである場合(状態数は8)とは異なり、状態数が異なる組合せである8−PSK、8−stateと4−PSK、4−stateの組合せの場合に対応するものである。本実施形態は、第1の実施形態で4−PSK、8stateであるものが4−PSK、4−stateに変化する以外は第1の実施形態と同様である。第1の実施形態と同様なものは説明を省略する。
本実施形態の無線通信システムでは、STTC符号化器131での符号化方式を変化させて送信シンボル列を送信し、STTC復号器231はこの符号化方式に対応した復号方式で送信シンボル列を復号し受信データを得る。ここで、具体例として、STTC符号化器131が8−PSKの8状態(state)と4−PSKの4状態の2種類で符号化方式を変化させ、これに応じてSTTC復号器231が復号方式を切り替える場合を以下に説明する。まず、それぞれの符号化方式に対応して説明し、その後、本実施形態の無線通信システムに対応する符号化方式を変化させる場合を説明する。
まず、4−PSK用の4状態のSTTC符号化器131_pa3を図6(A)、図6(B)を参照して説明する。
STTC符号化器131_pa3は、図6(A)に示すように、0あるいは1の値をとるシリアルの送信ビット列を、S/P変換器により、2ビットパラレルのデータに変換する。このデータが、レジスタと、排他的論理和の加算器からなる回路に入力される。図2(A)に示すように、レジスタの内容をR0、R1で表すと、STTC符号化器131_pa3の状態は、
2R1+ R0
であり、R0、R1は、それぞれ、0、あるいは、1の値であるから、状態は0から3までの4種類の値をとり、状態数は4となる。STTC符号化器131_pa3は、2系統の2ビットパラレルのデータを生成する。この4種類の2ビットデータは、2進10進変換により0から3の値をとる4種類のシンボル(symbol)に変換され、さらに、整数を複素数に対応させることにより、4−PSK信号にマッピングされる。すなわち、ビットデータは、
00(データ)→ 0(シンボル)→ +1(4−PSK信号)、
10(データ)→ 1(シンボル)→ +j(4−PSK信号)、
01(データ)→ 2(シンボル)→ −1(4−PSK信号)、
11(データ)→ 3(シンボル)→ −j(4−PSK信号)、
とマッピングされる。
STTC符号化器131_pa3は、図6(A)に示すように、0あるいは1の値をとるシリアルの送信ビット列を、S/P変換器により、2ビットパラレルのデータに変換する。このデータが、レジスタと、排他的論理和の加算器からなる回路に入力される。図2(A)に示すように、レジスタの内容をR0、R1で表すと、STTC符号化器131_pa3の状態は、
2R1+ R0
であり、R0、R1は、それぞれ、0、あるいは、1の値であるから、状態は0から3までの4種類の値をとり、状態数は4となる。STTC符号化器131_pa3は、2系統の2ビットパラレルのデータを生成する。この4種類の2ビットデータは、2進10進変換により0から3の値をとる4種類のシンボル(symbol)に変換され、さらに、整数を複素数に対応させることにより、4−PSK信号にマッピングされる。すなわち、ビットデータは、
00(データ)→ 0(シンボル)→ +1(4−PSK信号)、
10(データ)→ 1(シンボル)→ +j(4−PSK信号)、
01(データ)→ 2(シンボル)→ −1(4−PSK信号)、
11(データ)→ 3(シンボル)→ −j(4−PSK信号)、
とマッピングされる。
4−PSK、4−stateのSTTC符号化器131_pa3において、図6(B)に示したように、第nから第n+3までのシンボルでとり得る状態の遷移は、この場合、4入力4出力の状態の遷移となる。
一方、8−PSK、8−stateの場合でのSTTC符号化器は、第1の実施形態で図3(A)、図3(B)、図3(C)を参照して説明したものと同様である。
一方、8−PSK、8−stateの場合でのSTTC符号化器は、第1の実施形態で図3(A)、図3(B)、図3(C)を参照して説明したものと同様である。
第1の実施形態での4−PSK、8−stateの場合と本実施形態の4−PSK、4−stateとを比較すると、本実施形態の場合は状態数が減少しているため誤り耐性が劣化している。ただし、本実施形態の場合は復号の演算量は状態数が少ないため減少する。なお、共に4−PSKであるため伝送効率は同一である。
次に、図7(A)及び図7(B)を参照して、本実施形態の無線通信システムのSTTC符号化器131を説明する。図7(A)は、4−PSK、4−stateの場合と8−PSK、8−stateの場合を組み合わせたものである。
STTC符号化器131は、図6(A)及び図3(A)に示したS/P変換器とレジスタに加え、加算器1318、スイッチ(SW)1319、1320、1321を備えている。
STTC符号化器131は、図6(A)及び図3(A)に示したS/P変換器とレジスタに加え、加算器1318、スイッチ(SW)1319、1320、1321を備えている。
STTC符号化器131は、図7(A)に示したように、全てのスイッチ(SW)を端子1に接続した場合が、図6(A)の4−PSK、4−stateに相当し、全てのスイッチ(SW)を端子2に接続した場合が、図3(A)の8−PSK、8−stateに相当する。すなわち、全てのスイッチ(SW)を端子1に接続する場合は、S/P変換器がシリアルデータを2ビットパラレルのデータに変換し、マッピング器134、135で4−PSKを選択する。一方、全てのスイッチ(SW)を端子2に接続する場合は、S/P変換器がシリアルデータを3ビットパラレルのデータに変換し、マッピング器134、135で8−PSKを選択する。
図示しない制御部が、スイッチ1319、1320、1321に各スイッチを切り替える指示、及びマッピング器134、135に4−PSK又は8−PSKを選択する指示を与える。
図示しない制御部が、スイッチ1319、1320、1321に各スイッチを切り替える指示、及びマッピング器134、135に4−PSK又は8−PSKを選択する指示を与える。
図7(B)に示したように、第nから第n+3シンボルまでの状態遷移では、第nシンボルが8−PSK、8−state、第n+1シンボルと第n+2シンボルが4−PSK、4−state、第n+3シンボルが8−PSK、8−stateの状態になる。すなわち、第nシンボルと第n+3シンボルでは、第n+1シンボルと第n+2シンボルよりも誤り耐性が低く、第nシンボルと第n+3シンボルでは、第n+1シンボルと第n+2シンボルよりも伝送効率が高い。したがって、この第nから第n+3シンボルまでの状態遷移では、全体として、8−PSK、8−state、と4−PSK、4−stateの中間の誤り耐性と伝送効率が実現されることになる。
(第3の実施形態)
本実施形態の無線通信システムは、第4及び第2の実施形態のような8−PSKと4−PSKの組み合わせとは異なり、同じ変調方式であり状態数だけが異なる4−PSK、8−state、と4−PSK、4−stateの組み合わせに対応するものである。本実施形態は、第1の実施形態で8−PSK、8stateであるものが4−PSK、4−stateに変化する以外は第1の実施形態と同様である。第1の実施形態と同様なものは説明を省略する。
本実施形態の無線通信システムでは、STTC符号化器131での符号化方式を変化させて送信シンボル列を送信し、STTC復号器231はこの符号化方式に対応した復号方式で送信シンボル列を復号し受信データを得る。ここで、具体例として、STTC符号化器131が4−PSKの8stateと4−PSKの4stateの2種類で符号化方式を変化させ、これに応じてSTTC復号器231が復号方式を切り替える。
本実施形態の無線通信システムは、第4及び第2の実施形態のような8−PSKと4−PSKの組み合わせとは異なり、同じ変調方式であり状態数だけが異なる4−PSK、8−state、と4−PSK、4−stateの組み合わせに対応するものである。本実施形態は、第1の実施形態で8−PSK、8stateであるものが4−PSK、4−stateに変化する以外は第1の実施形態と同様である。第1の実施形態と同様なものは説明を省略する。
本実施形態の無線通信システムでは、STTC符号化器131での符号化方式を変化させて送信シンボル列を送信し、STTC復号器231はこの符号化方式に対応した復号方式で送信シンボル列を復号し受信データを得る。ここで、具体例として、STTC符号化器131が4−PSKの8stateと4−PSKの4stateの2種類で符号化方式を変化させ、これに応じてSTTC復号器231が復号方式を切り替える。
4−PSK、8−stateの場合でのSTTC符号化器は、第1の実施形態で図2(A)、図2(B)、図2(C)を参照して説明したものと同様である。一方、4−PSK、4−stateの場合でのSTTC符号化器は、第2の実施形態で図6(A)、図6(B)、図6(C)を参照して説明したものと同様である。
次に、図8(A)及び図8(B)を参照して、本実施形態の無線通信システムのSTTC符号化器131を説明する。図8(A)は、4−PSK、4−stateの場合と4−PSK、8−stateの場合を組み合わせたものである。
STTC符号化器131は、図6(A)及び図2(A)に示したS/P変換器とレジスタに加え、加算器1322、1323、スイッチ(SW)1324、1325、1326を備えている。
STTC符号化器131は、図6(A)及び図2(A)に示したS/P変換器とレジスタに加え、加算器1322、1323、スイッチ(SW)1324、1325、1326を備えている。
STTC符号化器131は、図8(A)に示したように、全てのスイッチ(SW)を端子1に接続した場合が、図2(A)の4−PSK、8−stateに相当し、全てのスイッチ(SW)を端子2に接続した場合が、図6(A)の4−PSK、4−stateに相当する。この場合、全てのスイッチ(SW)を端子1又は端子2のいずれに接続する場合でも、S/P変換器がシリアルデータを2ビットパラレルのデータに変換し、マッピング器134、135は4−PSKでマッピングする。
図示しない制御部が、スイッチ1324、1325、1326に各スイッチを切り替える指示を与える。
図示しない制御部が、スイッチ1324、1325、1326に各スイッチを切り替える指示を与える。
図8(B)に示したように、第nから第n+3シンボルまでの状態遷移では、第nシンボルが4−PSK、8−state、第n+1シンボルと第n+2シンボルが4−PSK、4−state、第n+3シンボルが4−PSK、8−stateの状態になる。この場合、第nシンボルと第n+3シンボルでは、第n+1シンボルと第n+2シンボルよりも誤り耐性が高い。したがって、この第nシンボルから第n+3シンボルまでの状態遷移では、全体として、4−PSK、8−state、と4−PSK、4−stateの中間の誤り耐性が実現されることになる。また、伝送効率は、本実施形態では、共に4−PSKであるため4−PSKの伝送効率と同一である。また、4−stateの方が演算量が少ないため、演算量を減らしたい場合には、許容できる誤り耐性の範囲内で、4−PSK、4−stateの比率を増やす。
なお、本実施形態は、4−PSK、4−state、と4−PSK、8−stateの組み合わせには限定されない。例えば、64−QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、64−stateと、4−PSK、64−stateの組み合わせ等でも構わない。これら64−QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、64−stateと、4−PSK、64−stateとを組み合わせた場合の状態遷移を図9(A)に示す。図9(A)では、遷移する状態の数が64もあるので状態遷移の様子の詳細は省略してある。この図9(A)に示した状態遷移によれば、64−QAM、64−stateと、4−PSK、64−stateの中間の誤り耐性を実現することができる。
また、他に64−QAM、64−stateと、4−PSK、16−stateの組み合わせもある。これら64−QAM、64−stateと、4−PSK、16−stateの組み合わせた場合の状態遷移を図9(B)に示す。図9(B)でも、図9(A)と同様に遷移する状態の数が64もあるので状態遷移の様子の詳細は省略してある。この図9(B)に示した状態遷移によれば、64−QAM、64−stateと、4−PSK、16−stateの中間の誤り耐性を実現することができる。
一般的に、状態数を増やすと誤り耐性は強まるが、状態数の増加と共に、誤り耐性の改善の度合いは小さくなる。4−PSK、64−stateの場合は、4−PSK、16−stateの場合と比較して、演算量が増加する割には、誤り耐性が強くならない。したがって、図9(A)及び図9(B)を比較した場合、図9(B)に示した方が演算量の観点から適切であるといえる。
また、他に64−QAM、64−stateと、4−PSK、16−stateの組み合わせもある。これら64−QAM、64−stateと、4−PSK、16−stateの組み合わせた場合の状態遷移を図9(B)に示す。図9(B)でも、図9(A)と同様に遷移する状態の数が64もあるので状態遷移の様子の詳細は省略してある。この図9(B)に示した状態遷移によれば、64−QAM、64−stateと、4−PSK、16−stateの中間の誤り耐性を実現することができる。
一般的に、状態数を増やすと誤り耐性は強まるが、状態数の増加と共に、誤り耐性の改善の度合いは小さくなる。4−PSK、64−stateの場合は、4−PSK、16−stateの場合と比較して、演算量が増加する割には、誤り耐性が強くならない。したがって、図9(A)及び図9(B)を比較した場合、図9(B)に示した方が演算量の観点から適切であるといえる。
(第4の実施形態)
本実施形態の無線通信システムは、これまでの実施形態での1フレーム内のシンボルの平均的な誤り耐性を制御することとは異なり、フレーム内の特定のシンボルの誤り耐性を制御するためのものである。
本実施形態の無線通信システムは、図10(A)に示すように、送信機14及び受信機24からなり、送信機14は、16状態STTC符号化器141、S/P変換器142、143、128点IDFT144、145、P/S変換器146、147、ガードインタバル付加部148、149を備えている。受信機24は、ガードインタバル除去部241、S/P変換器242、128点DFT243、P/S変換器244、16状態STTC復号器245を備えている。本実施形態では、1フレームが128個のサブキャリヤでマルチキャリヤ伝送を行うOFDMに適用した場合を例として説明する。
本実施形態の無線通信システムは、これまでの実施形態での1フレーム内のシンボルの平均的な誤り耐性を制御することとは異なり、フレーム内の特定のシンボルの誤り耐性を制御するためのものである。
本実施形態の無線通信システムは、図10(A)に示すように、送信機14及び受信機24からなり、送信機14は、16状態STTC符号化器141、S/P変換器142、143、128点IDFT144、145、P/S変換器146、147、ガードインタバル付加部148、149を備えている。受信機24は、ガードインタバル除去部241、S/P変換器242、128点DFT243、P/S変換器244、16状態STTC復号器245を備えている。本実施形態では、1フレームが128個のサブキャリヤでマルチキャリヤ伝送を行うOFDMに適用した場合を例として説明する。
16状態STTC符号化器141は、128個のシンボルから成るフレームを16−QAM、16−stateのSTTC符号化を行い、2系統のシンボル列を生成する。また、16状態STTC符号化器141は、伝送路状況の情報(すなわち、伝送路特性)を得て、この情報に基づいてサブキャリヤごとに変調方式を設定する。例えば、図10(B)に示したように、伝送路特性でノッチがあるサブキャリヤは16QAMよりも誤り耐性の強い4−PSKの変調方式で変調する。
S/P変換器142、143は、それぞれ128シンボルからなるシンボル列を入力して128個の信号に、シリアルパラレル(S/P)変換する。
128点IDFT144、145は、それぞれ128個の信号を逆離散フーリエ変換する。
P/S変換器146、147は、それぞれ逆離散フーリエ変換された128個の信号をパラレルシリアル変換し、1つの信号にまとめる。
ガードインタバル付加部148、149は、それぞれフレーム間干渉を除去するためにフレーム後端の32点をガードシンボルとして、フレームに前にコピーして、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナから送出する。
S/P変換器142、143は、それぞれ128シンボルからなるシンボル列を入力して128個の信号に、シリアルパラレル(S/P)変換する。
128点IDFT144、145は、それぞれ128個の信号を逆離散フーリエ変換する。
P/S変換器146、147は、それぞれ逆離散フーリエ変換された128個の信号をパラレルシリアル変換し、1つの信号にまとめる。
ガードインタバル付加部148、149は、それぞれフレーム間干渉を除去するためにフレーム後端の32点をガードシンボルとして、フレームに前にコピーして、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナから送出する。
伝送路32では、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナからの出力シンボルに、独立な伝送路利得α1、α2がそれぞれ乗算される。その他に、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナからの出力シンボルは、伝送路利得β1、β2を受け、遅延時間T1、T2で到来する遅延到来波が存在するとする。これら遅延時間T1、T2は、上述した32点分のガードタイムよりも短いとする。第1の送信アンテナと第2の送信アンテナから出力されたシンボルにはそれぞれ伝送路利得α1、α2が乗算されたものと、それぞれβ1、β2が乗算されそれぞれ遅延時間T1、T2で到来したものと、シンボルごとに独立な白色雑音η(n)とが加算された後、受信アンテナに入力される。
ガードインタバル除去部241は、ガードインタバルを除去する。
S/P変換器242は、ガードインタバルが除去された128シンボルからなるシンボル列を入力して128個の信号に、シリアルパラレル(S/P)変換する。
128点DFT243は、128個の信号を離散フーリエ変換する。
P/S変換器244は、逆離散フーリエ変換された128個の信号をパラレルシリアル変換し、1つの信号にまとめる。
16状態STTC復号器245は、STTC復号し、受信データを得る。
S/P変換器242は、ガードインタバルが除去された128シンボルからなるシンボル列を入力して128個の信号に、シリアルパラレル(S/P)変換する。
128点DFT243は、128個の信号を離散フーリエ変換する。
P/S変換器244は、逆離散フーリエ変換された128個の信号をパラレルシリアル変換し、1つの信号にまとめる。
16状態STTC復号器245は、STTC復号し、受信データを得る。
通常、STTCはフレーム内で伝送路特性が一定という条件で設計されているが、図10(B)の伝送路の周波数特性で示すように、周波数選択性伝送路のため、特性は一定ではなく、復号特性が劣化する場合がある。本実施形態では、伝送路特性のノッチの周波数に相当するサブキャリヤの変調方式を4−PSK、16−stateのSTTCに置き換える。すなわち、図10(B)に示すようになる。以上に示したように、本実施形態の無線通信システムは、STTCの符号化フレーム内で伝送路特性でノッチを受けるサブキャリヤに対して、誤り耐性の強いSTTCに適応的に置き換えることができる。
ここで、本実施形態の効果を検証するための計算機シミュレーション結果を図11を参照して説明する。シミュレーションでは、図10(A)に示した伝送路32で、α1、α2、β1、β2は、1個のIDFT出力ブロックごとに、そして、ηはサンプルごとに、ガウス分布で変動しており、α1、α2はβ1、β2よりも3dB大きく設定されている。また、T1、T2はガードインタバル内で、一様分布で変動し、受信機24からの制御信号の送信で送信機14はノッチの位置が既知であるとする。さらに、送信機14は16−stateのSTTCを採用し、非ノッチサブキャリヤには16−QAM、16−stateのSTTCを採用し、ノッチサブキャリヤには4−PSK、16−stateのSTTCを採用する。
図11は、計算機シミュレーション結果であり、伝送路32の伝送路特性であるSNRと、単位サブキャリヤ当たりの伝送に成功したビット数であるスループットとの関係を示している。図11に示した16QAM、8PSK、4PSKは、全サブキャリヤに、16−stateの16QAM、8PSK、4PSKの各STTCを割り当てる従来技術であり、図11に示した16QAM/4PSKが、16−stateの16QAM、あるいは、4PSKのSTTCをサブキャリヤごとに適応的に割り当てる本実施形態で説明したものである。なお、フレームロスが無い場合、従来技術のスループットは、16QAMの場合は4、8PSKの場合は3、4PSKの場合は2となる。この図11に示した計算機シミュレーション結果によれば、SNRが17dBから24dBの間では、本実施形態の無線通信システムが有効であることがわかる。
(第5の実施形態)
本実施形態の無線通信システムは、上記の実施形態とは異なり、複数の送信出力を同一のアンテナから送信する場合のものである。すなわち、例えば、図4(A)の符号化器を示した図で、第1の送信出力と第2の送信出力を、それぞれ、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナから伝送路に送出しているが、本実施形態では、例えば、図4(A)で、第1の送信出力と第2の送信出力を、同一の1個の送信アンテナから時分割、あるいは、周波数分割で送信する場合を含むものである。以下、図12を参照して説明する。
本実施形態では、図12に示すように、伝送路推定器150に従い、選択器151−1に含まれているスイッチs1、s2、s3を制御する。図12では黒丸がスイッチのON、白丸がスイッチのOFFを表している。例えば、s1をONにして、s2とs3をOFFにした場合が、図12で示されており、この場合は、これまでの図1などを参照して説明した第1の実施形態で述べたSTTC符号化・復号伝送となる。この選択は、例えば、第1の送信アンテナ152から受信機のアンテナまでの伝送路と、第2の送信アンテナ153から受信機のアンテナまでの伝送路の間の相関が弱い場合、STTCが効果的になるため選択される。この選択は、伝送路推定器150が伝送路状態の概要を検出することによって行われる。
本実施形態の無線通信システムは、上記の実施形態とは異なり、複数の送信出力を同一のアンテナから送信する場合のものである。すなわち、例えば、図4(A)の符号化器を示した図で、第1の送信出力と第2の送信出力を、それぞれ、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナから伝送路に送出しているが、本実施形態では、例えば、図4(A)で、第1の送信出力と第2の送信出力を、同一の1個の送信アンテナから時分割、あるいは、周波数分割で送信する場合を含むものである。以下、図12を参照して説明する。
本実施形態では、図12に示すように、伝送路推定器150に従い、選択器151−1に含まれているスイッチs1、s2、s3を制御する。図12では黒丸がスイッチのON、白丸がスイッチのOFFを表している。例えば、s1をONにして、s2とs3をOFFにした場合が、図12で示されており、この場合は、これまでの図1などを参照して説明した第1の実施形態で述べたSTTC符号化・復号伝送となる。この選択は、例えば、第1の送信アンテナ152から受信機のアンテナまでの伝送路と、第2の送信アンテナ153から受信機のアンテナまでの伝送路の間の相関が弱い場合、STTCが効果的になるため選択される。この選択は、伝送路推定器150が伝送路状態の概要を検出することによって行われる。
次に、伝送路状態の検出法を、図13を参照して説明する。
例えば、基地局と端末の間の双方向通信で、基地局から端末への送信を下り送信、端末から基地局への送信を上り送信と定義すると、同一周波数帯域で時分割に上りと下りを切り替えることにより双方向通信が行われるTDD(Time Division Duplex)の場合は、上りと下りの伝送路の特性が同一であるため、基地局は端末からの上り送信信号を受信し、その受信信号の特性から、下りの伝送路特性を検出することができる。また、端末の受信機が検出した下りの伝送路特性を、基地局に通知してもらい、基地局の送信機は、この伝送路特性を使用することもできる。
一方、この上りと下りの双方向通信が異なる周波数帯域で行われるFDD(Frequency Division Duplex)の場合は、基地局の送信機の通信相手である端末の受信機から、下りの伝送路特性を通知してもらうことにより基地局の送信機は伝送路特性を検出することができる。
図12で、例えば、s2のみをONとすると、第1と第2の4−PSKマッピング器105、106の出力u1(n)、u2(n)は、各々、時分割多重器154に入力される。もし、図14(A)に示すように、u1(n)とu2(n)が時間幅T、周波数帯域幅Fにあったとすると、図14(B)及び図14(C)に示すように、時分割多重操作により、u1(n)、u2(n)は、時間幅T、周波数帯域幅2Fに時分割で多重される。
また、例えば、s3のみをONとすると、第1と第2の4−PSKマッピング器105、106の出力u1(n)、u2(n)は、各々、周波数分割多重器155に入力される。もしも、u1(n)とu2(n)が時間幅T、周波数帯域幅Fにあったとすると、図14(B)及び図14(C)に示すように、周波数分割多重操作により、u1(n)、u2(n)は、時間幅T、周波数帯域幅2Fに周波数分割で多重される。
このような時分割多重、周波数分割多重の選択は、例えば、次のように選択される。第1の送信アンテナ152から受信機のアンテナまでの伝送路と、第2の送信アンテナ153から受信機のアンテナまでの伝送路の間の相関が強く、STTCが効果的でない場合には、周波数分割多重、あるいは、時分割多重が選択される。両者のうち、周波数分割多重は上下の周波数帯域に完全に分割されるため、一方の帯域の特性が常に劣悪な場合は、その帯域を利用するマッピング器の出力の伝達特性が常に劣悪になるという支障を生じるため、このような場合は、時分割多重を選択する。
時分割多重、あるいは、周波数分割多重の場合は、受信機は、第1の送信出力と第2の送信出力を、分離した受信信号r1(n)、r2(n)として受信するため、復号器では次の評価値が最小になるようなシンボル系列をビタビ演算器で探索する。すなわち、
|r1(n) −α1q1(n)|2+ |r2(n) −α2q2(n) |2 、ただし、n= 0、1、・・・、N−1
が最小になるようなシンボル系列を探索する。シンボルごとで伝送路変動がなければ、α1=α2となる。なお、上記で述べたように、この時分割多重、あるいは、周波数分割多重を選択した無線通信システムでは、第1の実施形態から第4の実施形態までの無線通信システムと比較して、所要伝送帯域が2倍となるが、第1の送信出力と第2の送信出力は、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナは時間的に、あるいは、周波数的に直交した伝送形態であるから、誤り耐性が強いため変調多数を増やすことができる。
|r1(n) −α1q1(n)|2+ |r2(n) −α2q2(n) |2 、ただし、n= 0、1、・・・、N−1
が最小になるようなシンボル系列を探索する。シンボルごとで伝送路変動がなければ、α1=α2となる。なお、上記で述べたように、この時分割多重、あるいは、周波数分割多重を選択した無線通信システムでは、第1の実施形態から第4の実施形態までの無線通信システムと比較して、所要伝送帯域が2倍となるが、第1の送信出力と第2の送信出力は、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナは時間的に、あるいは、周波数的に直交した伝送形態であるから、誤り耐性が強いため変調多数を増やすことができる。
したがって、広い伝送帯域幅が与えられた場合は、第1の送信出力と第2の送信出力を時分割あるいは周波数分割で送信し、伝送帯域幅が制限される場合は、第4実施形態から第7実施形態までのように、第1の送信出力と第2の送信出力を、それぞれ、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナから伝送路に送出するように制御部(図示せず)が制御する、という選択法もある。
また、例えば、図4(A)の符号化器で、4−PSKの第1の送信出力と4−PSKの第2の送信出力を同一の1個の送信アンテナから16−QAMに振幅多重して送信する伝送形態もあり、この場合を図15を参照して説明する。図15では、伝送路推定器150に従い、スイッチs1、s2を制御する。図15では、図12と同様に、黒丸はスイッチのON、白丸はスイッチのOFFを表している。例えば、s1をONにして、s2をOFFにした場合が、図15に示されており、この場合は、これまでの図1などを参照して説明した第1の実施形態で述べたSTTC符号化・復号伝送となる。
別例として例えば、s2をONにして、s1をOFFにすると、この場合、例えば、
大振幅の4−PSK信号をX=±2±2j、
小振幅の4−PSK信号をY=±1±1j、
とすると、16−QAM信号は、
Z=X+Y=(±3、±1)+(±3、±1)j
と表される。この表示から明らかなように、4−PSKの第1の送信出力と4−PSKの第2の送信出力の一方を、振幅2倍の条件で加算することにより16−QAMの形態に合成することができる。また、この場合の伝送帯域は、第1の実施形態から第4の実施形態までと同じである。さらに、この場合の送信電力は、第1の実施形態から第4の実施形態での第1の送信アンテナと第2の送信アンテナの合計電力で、1個の送信アンテナから送信する。
また、受信機では、第1の送信出力と第2の送信出力を、分離した受信信号r1(n)、r2(n)として受信するため、復号器では、次の評価値が最小になるようなシンボル系列をビタビ演算器で探索する。すなわち、復号器は、
|r(n) −αq(n)|2 、 ただし、n= 0、1、・・・、N−1、
が最小となるq(n)を探索する。もしシンボルごとに伝送路変動がなければ、αは送受信間の伝送利得、q(n)は2個の4−PSKを組み合わせたときの送信16−QAMの候補である。
大振幅の4−PSK信号をX=±2±2j、
小振幅の4−PSK信号をY=±1±1j、
とすると、16−QAM信号は、
Z=X+Y=(±3、±1)+(±3、±1)j
と表される。この表示から明らかなように、4−PSKの第1の送信出力と4−PSKの第2の送信出力の一方を、振幅2倍の条件で加算することにより16−QAMの形態に合成することができる。また、この場合の伝送帯域は、第1の実施形態から第4の実施形態までと同じである。さらに、この場合の送信電力は、第1の実施形態から第4の実施形態での第1の送信アンテナと第2の送信アンテナの合計電力で、1個の送信アンテナから送信する。
また、受信機では、第1の送信出力と第2の送信出力を、分離した受信信号r1(n)、r2(n)として受信するため、復号器では、次の評価値が最小になるようなシンボル系列をビタビ演算器で探索する。すなわち、復号器は、
|r(n) −αq(n)|2 、 ただし、n= 0、1、・・・、N−1、
が最小となるq(n)を探索する。もしシンボルごとに伝送路変動がなければ、αは送受信間の伝送利得、q(n)は2個の4−PSKを組み合わせたときの送信16−QAMの候補である。
伝送路のフェージングが顕著の場合は、第1の実施形態から第4の実施形態までの無線通信システムを使用して第1の送信アンテナと第2の送信アンテナからの送信を行い、伝送路のフェージングが少ない場合は、本実施形態の無線通信システムように16−QAMで伝送することが好ましい。
図12、あるいは図15に示した実施形態の無線通信システムによれば、伝送路特性や許容帯域幅に応じて最適な伝送方法を選択することができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、図15に示す実施形態で、16−QAM伝送は、2個のビットを同時に入力する第1の4−PSKマッピング器105の出力と、2個のビットを同時に入力する第2の4−PSKマッピング器106の出力を合成して、16−QAM信号を生成することにより実現しているが、そのかわりに、4個のビットを同時に入力する16−QAMマッピング器を新たな構成要素として用意することにより、16−QAM信号伝送を実現する実施形態もある。
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
13、14・・・送信機、23、24・・・受信機、31、32・・・伝送路、131、131_pa1、131_pa2、131_pa3・・・STTC符号化器、105・・・第1の4−PSKマッピング器、106・・・第2の4−PSKマッピング器、132、133、134、135・・・マッピング器、141・・・16状態STTC符号化器、142、143、242・・・S/P変換器、146、147、244・・・P/S変換器、148、149・・・ガードインタバル付加部、231・・・STTC復号器、232・・・伝送路推定器、245・・・16状態STTC復号器、1311、1312、1313、1318、1322、1323・・・加算器、1314、1315、1316、1317、1319、1320、1321、1324、1325、1326・・・スイッチ、2311・・・送信シンボル候補出力部、2312・・・ビタビ演算器、2313・・・切り替え制御部。
Claims (17)
- 複数のシンボルを含むフレームを時空間符号化して送信する送信機と、伝送路を介して前記フレームを受信して時空間復号する受信機とを具備する無線通信システムにおいて、
前記送信機は、
前記フレームを入力する入力手段と、
誤り耐性及び伝送効率の少なくともいずれかの異なる複数の符号化方式のうちの第1の符号化方式で前記フレームのうちのシンボルを符号化し、前記フレームのうちの他のシンボルを前記異なる複数の符号化方式のうちの前記第1の符号化方式とは異なる第2の符号化方式で符号化する符号化手段と、
前記符号化された複数のシンボルからなるフレームを送信する送信手段を具備し、
前記受信機は、
前記送信されたフレームを受信する受信手段と、
前記受信されたフレームに基づいて伝送路特性を推定する推定手段と、
前記符号化手段が符号化した符号化方式の切り替えに同期して切り替える復号方式と前記伝送路特性とにしたがって前記受信したフレームを復号する復号手段を具備することを特徴とする無線通信システム。 - 前記符号化手段は、
前記符号化手段の入力と前記符号化手段の出力の関係を決定する状態遷移構造を有する内部レジスタを具備し、
前記符号化手段は、少なくとも、前記符号化手段に1個のシンボル、あるいは、複数個のシンボルを入力するごとに、前記状態遷移構造を選択し、
前記復号手段は、前記状態遷移構造の選択に同期して、当該復号手段の状態遷移構造を選択することを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。 - 前記符号化手段は、時空間トレリスによる符号化を行い、
前記復号手段は、時空間トレリスによる復号を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無線通信システム。 - 前記送信手段は、周波数ホッピング及びマルチキャリヤのいずれかによって前記フレームを送信することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の無線通信システム。
- 前記送信機は、さらに、前記送信手段が送信するフレームの伝送路特性を取得する取得手段を具備し、
前記符号化手段は、該伝送路特性に基づいて前記第1の符号化方式及び前記第2の符号化方式を決定することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の無線通信システム。 - 前記送信手段は、前記フレームを、空間多重、振幅多重、時分割多重、及び周波数分割多重のいずれかの多重方式、又は、空間多重、振幅多重、時分割多重、及び周波数分割多重のうちの複数の種類の多重方式を切り替えて送信することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の無線通信システム。
- 前記送信手段は、許容帯域幅及び伝送路特性の少なくともいずれか1つに基づいて、使用する多重方式を決定することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の無線通信システム。
- 複数のシンボルを含むフレームを入力する入力手段と、
誤り耐性及び伝送効率の少なくともいずれかの異なる複数の時空間符号化である符号化方式のうちの第1の符号化方式で前記フレームのうちのシンボルを符号化し、前記フレームのうちの他のシンボルを前記異なる複数の符号化方式のうちの前記第1の符号化方式とは異なる第2の符号化方式で符号化する符号化手段と、
前記符号化された複数のシンボルからなるフレームを送信する送信手段を具備することを特徴とする無線通信装置。 - 前記符号化手段は、
前記符号化手段の入力と前記符号化手段の出力の関係を決定する状態遷移構造を有する内部レジスタを具備し、
前記符号化手段は、少なくとも、前記符号化手段に1個のシンボル、あるいは、複数個のシンボルを入力するごとに、前記状態遷移構造を選択することを特徴とする請求項8に記載の無線通信装置。 - 前記符号化手段は、時空間トレリスによる符号化を行うことを特徴とする請求項8または請求項9に記載の無線通信装置。
- 前記送信手段は、マルチキャリヤによって前記フレームを送信することを特徴とする請求項8から請求項10のいずれか1項に記載の無線通信装置。
- さらに、前記送信手段が送信するフレームの伝送路特性を取得する取得手段を具備し、
前記符号化手段は、該伝送路特性に基づいて前記第1の符号化方式及び前記第2の符号化方式を決定することを特徴とする請求項8から請求項11のいずれか1項に記載の無線通信装置。 - 前記送信手段は、前記フレームを、空間多重、振幅多重、時分割多重、及び周波数分割多重のいずれかの多重方式、又は、空間多重、振幅多重、時分割多重、及び周波数分割多重のうちの複数の種類の多重方式を切り替えて送信することを特徴とする請求項8から請求項12のいずれか1項に記載の無線通信装置。
- 前記送信手段は、許容帯域幅及び伝送路特性の少なくともいずれか1つに基づいて、使用する多重方式を決定することを特徴とする請求項8から請求項13のいずれか1項に記載の無線通信装置。
- 誤り耐性及び伝送効率の少なくともいずれかの異なる複数の時空間符号化である符号化方式のうちの第1の符号化方式で前記フレームのうちのシンボルを符号化し、前記フレームのうちの他のシンボルを前記異なる複数の符号化方式のうちの前記第1の符号化方式とは異なる第2の符号化方式で符号化して、前記符号化された複数のシンボルからなるフレームを送信する送信機から、伝送路を介して前記フレームを受信して時空間復号する無線通信装置において、
前記送信されたフレームを受信する受信手段と、
前記受信されたフレームに基づいて伝送路特性を推定する推定手段と、
前記送信機が符号化した符号化方式の切り替えに同期して切り替える復号方式と前記伝送路特性とにしたがって前記受信したフレームを復号する復号手段を具備することを特徴とする無線通信装置。 - 前記送信機は、少なくとも、前記符号化手段に1個のシンボル、あるいは、複数個のシンボルを入力するごとに、符号化前の入力と符号化後の出力の関係を決定する状態遷移構造を選択し、
前記復号手段は、前記状態遷移構造の選択に同期して、当該復号手段の状態遷移構造を選択することを特徴とする請求項15に記載の無線通信装置。 - 前記送信機は、時空間トレリスによる符号化を行い、
前記復号手段は、時空間トレリスによる復号を行うことを特徴とする請求項15または請求項16に記載の無線通信装置。
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-
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