JP2009278427A

JP2009278427A - 情報伝送方式

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Publication number: JP2009278427A
Application number: JP2008128362A
Authority: JP
Inventors: Naoki Suehiro; 直樹末広
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】複数チャネルの送信信号を基本的にはそれぞれ１本あるいは少ないのアンテナで送受信可能とした情報伝送方式を提供する。
【解決手段】送信側の信号作成部２に送信側仮想アンテナ４ａ、４ｂ,……４ｋ、受信側の信号検出部に受信側仮想アンテナ１３ａ、１３ｂ,……１３ｋを仮想することにより、送信機１００が１個の実アンテナ７のみを有し、送信機２００が１個の実アンテナ９のみを有した送信単アンテナ／受信単アンテナ通信系とすることで、ｋ個の送信アンテナとｋ個の受信アンテナを有する送信ｋアンテナ／受信ｋアンテナ通信系とほぼ同等の無線周波数利用効率を有する情報伝送方式を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、仮想アンテナを用いた情報伝送方式に係り、特に少ない伝送路資源で多量の情報を効率よく伝送可能とした情報伝送方式に関する。

通信産業においては、無線周波数資源の逼迫が深刻な問題となっている。現在、産業界では、無線周波数の利用効率を向上させるために、送信側、受信側ともに多数のアンテナを用いるＭＩＭＯ方式が有望とされている。例えば、田岡、樋口、佐和橋は、送信側、受信側ともに１２本ずつのアンテナを用いることにより、実用的なＳＮ比と実用的なビット誤り率で５０ｂｐｓ／Ｈｚの無線周波数利用効率を実現した野外実験（２００ｍ規模）結果を報告している（非特許文献１）。
田岡秀和、樋口健一、佐和橋衛、"下りリンクＭＩＭＯ−ＯＦＤＭブロードバンド無線アクセスにおけるＭＬＤ信号分離を用いる５０ビット／秒超高速パケット信号伝送野外実験"、電子情報通信学会技術研究報告、ＲＣＳ,無線通信システム、ｖｏｌ.１０７,ｎｏ.３８,ｐｐ.５３−５８,Ｍａｙ２００７

しかしながら、通信産業において最も有望とされている携帯電話および携帯情報端末においては、利用者側端末に特許文献１で述べられているような１２本ものアンテナを装着することは非常に困難である。本発明の目的は、送信側が１本または少数のアンテナ、または受信側が１本または少数のアンテナ、または送信側・受信側ともに１本または少数のアンテナによって送受信を可能とした情報伝送方式を提供することにある。

本発明では、上記課題を解決するために、「仮想アンテナ」の概念を提案する。「仮想アンテナ」を用いることにより、送信側、受信側ともに１本のアンテナまたは少数のアンテナ、または送信側、受信側の一方が１本のアンテナで他方が少数のアンテナであっても、あたかも送信側、受信側ともに多数のアンテナを用いたかのような無線周波数利用効率を実現することができる。

本発明で提案する「仮想アンテナ」は物理的実在としてのアンテナではなく、送信側の信号作成部に「送信側仮想アンテナ」、受信側の信号検出部に「受信側仮想アンテナ」を仮想することにより、基本的には送信機が１個の実アンテナのみを有し、送信機の信号作成部がｋ個の「送信側仮想アンテナ」を有し、受信機が１個の実アンテナのみを有し、受信機の信号検出部がｋ個の「受信側仮想アンテナ」を有する場合、この単送信アンテナ／単受信アンテナ通信系がｋ送信アンテナ／ｋ受信アンテナ通信系とほぼ同等の無線周波数利用効率を有する情報伝送方式を構成する。このことは、送信側、受信側ともに少数のアンテナ、または送信側と受信側の一方が１本のアンテナで他方が少数のアンテナである場合、等でも同様である。

以下、本発明の最良の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態では、理解を容易にするため、送信機が１個の実アンテナのみを有し、送信機の信号作成部がｋ個の「送信側仮想アンテナ」を有し、受信機が１個の実アンテナのみを有し、受信機の信号検出部がｋ個の「受信側仮想アンテナ」を有する場合を例として説明する。

実施形態１

図１は、本発明にかかる仮想アンテナを用いた情報伝送方式のシステム構成を説明する図である。図１において、送信機１００は、伝送する信号源からの信号を取り入れる送信信号入力端子１を備えた送信側信号作成部２と実送信アンテナ７を有する。送信側信号作成部２は、仮想送信信号作成部３、複数個（ここではｋ個）の送信側仮想アンテナ４ａ,４ｂ,……４ｋ、仮想伝送路５ａ,５ｂ,……５ｋ、加算器６で構成される。送信側仮想伝送路５ａ,５ｂ, ……５ｋは、それぞれ仮想送信部チャネル特性０番，１番, ……ｋ−１番を有する。

また、受信機２００は、実受信アンテナ９と受信側信号検出部１０および受信信号出力端子１５を備える。受信側信号検出部１０は、実アンテナで受信した仮想送信信号を複数の仮想受信信号出力として伝送する複数個（ここではｋ個）の受信側仮想伝送路１２ａ,１２ｂ, ……１２ｋ、受信側仮想アンテナ１３ａ,１３ｂ,……１３ｋ、および仮想受信信号検出部１４で構成される。仮想受信信号検出部１４の検出信号（送信機に入力した元の信号の復元信号）は受信信号出力端子１５から出力される。

そして、送信機１００の実送信アンテナ７と受信機２００の実送信アンテナ９は実チャネル特性を持つ実伝送路８で結合される。

以下、図１に示したシステム構成の機能と動作を説明する。送信機１００の送信側信号作成部２に、送信側仮想アンテナ４ａ,４ｂ,……４ｋを仮想し、それぞれの送信側仮想アンテナと実送信アンテナ７との間に仮想送信部チャネル特性がなるべく異なるように設定した送信側仮想伝送路５ａ,５ｂ, ……５ｋを設ける。これらの仮想送信部チャネル特性（時間領域でも周波数領域でもよい）の送信側仮想伝送路５ａ,５ｂ, ……５ｋを通過した複数の仮想送信信号を加算器６で加算して実送信アンテナ７から送信する。実送信アンテナ７から送信された信号は、実送信アンテナ７／実受信アンテナ９間の実チャネル特性を持つ実伝送路８を通過して実受信アンテナ９で受信される。

受信機２００の受信側信号検出部１０には、受信側仮想伝送路１２ａ,１２ｂ,……１２ｋと受信側仮想アンテナ１３ａ,１３ｂ,……１３ｋと仮想受信信号検出部１４が設けられている。実アンテナ９で受信した仮想受信信号出力はそれぞれ仮想受信部チャネル特性０番，１番,・・・ｋ−１番が設定された受信側仮想伝送路１２ａ,１２ｂ,……１２ｋを通して受信側仮想アンテナ１３ａ,１３ｂ,……１３ｋに入力される。

受信側仮想アンテナ１３ａ,１３ｂ,・・・・・１３ｋから出力される仮想受信信号は仮想受信信号検出部１４で元の信号（送信機に入力した元の信号の復元信号）として受信信号出力端子１５から出力される。

この実施形態によれば、あたかも送信側、受信側ともに多数のアンテナを用いたかのような無線周波数利用効率を実現することができる。

実施形態２

図２は、本発明にかかる仮想アンテナを用いた情報伝送方式の他のシステム構成を説明する図である。図２において、送信機１００は、伝送する信号源からの信号を取り入れる送信信号入力端子１を備えた送信側信号作成部２と実送信アンテナ７を有する。送信側信号作成部２は、仮想送信信号作成部３、複数個（ここではｋ個）の送信側仮想アンテナ４ａ,４ｂ,……４ｋ、仮想伝送路５ａ,５ｂ,……５ｋ、加算器６で構成される。送信側仮想伝送路５ａ,５ｂ, ……５ｋは、それぞれ仮想送信部チャネル特性０番，１番, ……ｋ−１番を有する。

また、受信機２００は、実受信アンテナ９と受信側信号検出部１０および受信信号出力端子１５を備える。受信側信号検出部１０は、実アンテナ９で受信した仮想送信信号を複数の仮想受信信号出力として送信する受信側仮想送信アンテナ１６ａ，１６ｂ，……１６ｋと、複数個（ここではｋ個）の受信側仮想伝送路１２ａ,１２ｂ,……１２ｋと、受信側仮想受信アンテナ１７ａ,１７ｂ,……１７ｋ、および仮想受信信号検出部１４で構成される。仮想受信信号検出部１４の検出信号（送信機に入力した元の信号の復元信号）は受信信号出力端子１５から出力される。

以下、図２に示したシステム構成の機能と動作を説明する。送信機１００の送信側信号作成部２に、送信側仮想アンテナ４ａ,４ｂ,……４ｋを仮想し、それぞれの送信側仮想アンテナと実送信アンテナ７との間に仮想送信部チャネル特性がなるべく異なるように設定した送信側仮想伝送路５ａ,５ｂ, ……５ｋを設ける。これらの仮想送信部チャネル特性（時間領域でも周波数領域でもよい）の送信側仮想伝送路５ａ,５ｂ, ……５ｋを通過した複数の仮想送信信号を加算器６で加算して実送信アンテナ７から送信する。実送信アンテナ７から送信された信号は、実送信アンテナ７／実受信アンテナ９間の実チャネル特性を持つ実伝送路８を通過して受信機２００の実受信アンテナ９に受信される。

受信機２００の受信側信号検出部１０には、実アンテナ９で受信した仮想送信信号を複数の仮想受信信号出力として送信する受信側仮想送信アンテナ１６ａ，１６ｂ，……１６ｋと、複数個（ここではｋ個）の受信側仮想伝送路１２ａ,１２ｂ,……１２ｋと、受信側仮想受信アンテナ１７ａ,１７ｂ,……１７ｋ、および仮想受信信号検出部１４が設けられている。仮想受信信号検出部１４の検出信号（送信機に入力した元の信号の復元信号）は受信信号出力端子１５から出力される。実アンテナ９からの複数の仮想受信信号出力はそれぞれ受信側仮想送信アンテナ１６ａ，１６ｂ，……１６ｋから仮想受信部チャネル特性０番，１番,・・・ｋ−１番が設定された受信側仮想伝送路１２ａ,１２ｂ,……１２ｋを通して受信側仮想受信アンテナ１７ａ,１７ｂ,……１７ｋに入力される。

受信側仮想受信アンテナ１７ａ,１７ｂ,・・・・・１７ｋから出力される仮想受信信号は仮想受信信号検出部１４で元の信号（送信機に入力した元の信号の復元信号）として受信信号出力端子１５から出力される。

仮想送信アンテナｉ番と仮想受信アンテナｊ番の間には、仮想送信部チャネル特性ｉ番、実チャネル特性、仮想受信部チャネル特性j番が存在し、信号はそれぞれ縦列に通過するので、送信側と受信側にはｉｊ個の異なる仮想チャネルが存在することになる。

実アンテナＭＩＭＯにおける無線周波数利用効率の向上は、送信アンテナ／受信アンテナ間のチャネル特性がそれぞれの送信アンテナと受信アンテナの組み合わせごとに異なることによるので、仮想アンテナＭＩＭＯは、実送信単アンテナ／実受信単アンテナであるにもかかわらず、実送信ｋアンテナ／実受信ｋアンテナＭＩＭＯとほぼ同等の無線周波数利用効率となると考えられる。

次に、仮想アンテナＭＩＭＯと実アンテナＭＩＭＯを情報理論的に考察する。シャノンは、帯域Ｗ、信号電力Ｓ、雑音電力Ｎが与えられたとき、通信路容量Ｃ以下の情報伝送速度ではブロック誤り率を限りなくゼロに近づけることができる通信路容量Ｃを与え、通信路容量Ｃを超える情報伝送速度ではブロック誤り率が１となることを示した。

本発明で提案した、仮想アンテナを用いた情報伝送は、ｋをいくらでも大きくすれば、単アンテナ／単アンテナ伝送であるにもかかわらず、無線周波数利用効率をいくらでも大きくできる。これは、一見するとシャノンの定理に反するように感じられるかも知れないが、実は反していない。

シャノンの定理の主張していることは、通信路容量Ｃを超える情報伝送速度では、ブロック誤り率が１となることであって、そのときのビット誤り率については何も述べていない。

本発明で主張することは、帯域Ｗ、信号電力Ｓ、雑音電力Ｎが与えられたときに実用的なビット誤り率で、（計算量と時間遅れをいとわなければ）情報伝送速度を無限大にできるということで、この主張はシャノンの主張と矛盾しない。すなわち、ビット誤り率に対する要求が有限（例えば百万分の一）であれば、帯域Ｗ、信号電力Ｓ、雑音電力Ｎが与えられたときに情報伝送速度の上限はＣではなく無限大である（もちろん、このときのブロック誤り率は１である）。

なお、本発明は、送信側、受信側ともに１本の実アンテナを備える上記の構成としたものに限らず、送信側、受信側ともに少数のアンテナ、または送信側、受信側の一方が１本のアンテナで他方が少数のアンテナを備えるものであっても、あたかも送信側、受信側ともに多数のアンテナを用いたかのような無線周波数利用効率を実現することができる。

本発明にかかる仮想アンテナを用いた情報伝送方式のシステム構成を説明する図である。本発明にかかる仮想アンテナを用いた情報伝送方式の他のシステム構成を説明する図である。

符号の説明

１００・・・送信機、１・・・送信信号入力端子、２・・・送信側信号作成部、３・・・・仮想送信信号作成部、４ａ,４ｂ‥４ｋ・・・送信側仮想アンテナ、５ａ,５ｂ,……５ｋ・・・送信側仮想伝送路、６・・・加算器、７・・・実送信アンテナ、２００・・・受信機、８・・・実伝送路、９・・・実受信アンテナ、１０・・・受信側信号検出部、１２ａ,１２ｂ,……２ｋ・・・受信側仮想伝送路、１３ａ,１３ｂ,……１３ｋ・・・受信側仮想アンテナ、１４・・・仮想受信信号検出部、１５・・・受信信号出力端子、１６ａ，１６ｂ，……１６ｋ・・・受信側仮想送信アンテナ１７ａ，１７ｂ，……１７ｋ受信側仮想受信アンテナ。

Claims

複数の信号を送信する送信機と、送信された前記複数の信号を受信する受信機とからなり、
前記送信機は、入力する複数のそれぞれの信号から仮想送信信号を作成する仮想送信信号作成部と、
前記仮想送信信号作成部の出力信号をそれぞれ入力する複数個の送信側仮想アンテナと、
前記複数個の送信側仮想アンテナからの信号をそれぞれ伝送する複数の送信側仮想伝送路と、
前記複数の送信側仮想伝送路で伝送される複数の信号を加算する加算器と、
前記加算器の加算信号を送信する実アンテナを備えることを特徴とする情報伝送方式。
請求項１において、
前記送信側仮想伝送路のそれぞれは、異なる仮想送信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
複数の信号を送信する送信機と、送信された前記複数の信号を受信する受信機とからなり、
前記受信機は、前記送信機から送信された仮想送信信号を受信する実アンテナと、
前記実アンテナで受信した仮想受信信号のそれぞれを伝送する受信側仮想伝送路と、
前記受信側仮想伝送路のそれぞれに接続された複数の受信側仮想アンテナと、
前記受信側仮想アンテナのそれぞれの仮想受信信号から元の信号を検出する仮想受信信号検出部を備えることを特徴とする情報伝送方式。
請求項３において、
前記受信側仮想伝送路のそれぞれは、異なる仮想受信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
複数の信号を送信する送信機と、送信された前記複数の信号を受信する受信機とからなり、
前記送信機は、入力する複数信号のそれぞれの信号から仮想送信信号を作成する仮想送信信号作成部と、
前記仮想送信信号作成部の出力信号をそれぞれ入力する複数個の送信側仮想アンテナと、
前記複数個の送信側仮想アンテナからの信号をそれぞれ伝送する複数の送信側仮想伝送路と、
前記複数の送信側仮想伝送路で伝送される複数の信号を加算する加算器と、
前記加算器の加算信号を送信する実アンテナを備え、
前記受信機は、前記送信機から送信された仮想送信信号を受信する実アンテナと、
前記実アンテナで受信した仮想受信信号のそれぞれを伝送する受信側仮想伝送路と、
前記受信側仮想伝送路のそれぞれに接続された複数の受信側仮想アンテナと、
前記受信側仮想アンテナのそれぞれの仮想受信信号から元の信号を検出する仮想受信信号検出部を備えることを特徴とする情報伝送方式。
請求項５において、
前記送信側仮想伝送路のそれぞれは、異なる仮想送信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
請求項５において、
前記受信側仮想伝送路のそれぞれは、異なる仮想受信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
請求項５において、
前記送信側仮想アンテナと前記受信側仮想アンテナの個数は同じであることを特徴とする情報伝送方式。
請求項５において、
前記送信側仮想アンテナと前記受信側仮想アンテナの個数は異なることを特徴とする情報伝送方式。
複数の信号を送信する送信機と、送信された前記複数の信号を受信する受信機とからなり、
前記受信機は、前記送信機から送信された仮想送信信号を受信する実アンテナと、
前記実アンテナで受信した仮想送信信号を複数の仮想受信信号出力として送信する受信側仮想送信アンテナと、
前記受信側仮想送信アンテナから送信された仮想受信信号のそれぞれを伝送する複数の受信側仮想伝送路と、
前記受信側仮想伝送路のそれぞれに接続された複数の受信側仮想受信アンテナと、
前記受信側仮想受信アンテナのそれぞれの仮想受信信号から元の信号を検出する仮想受信信号検出部を備えることを特徴とする情報伝送方式。
請求項１０において、
前記受信側仮想伝送路のそれぞれは、異なる仮想受信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
複数の信号を送信する送信機と、送信された前記複数の信号を受信する受信機とからなり、
前記送信機は、入力する複数情報のそれぞれの信号から仮想送信信号を作成する仮想送信信号作成部と、
前記仮想送信信号作成部の出力信号をそれぞれ入力する複数個の送信側仮想アンテナと、
前記複数個の送信側仮想アンテナからの信号をそれぞれ伝送する複数の送信側仮想伝送路と、
前記複数の送信側仮想伝送路で伝送される複数の信号を加算する加算器と、
前記加算器の加算信号を送信する実アンテナを備え、
前記受信機は、前記送信機から送信された仮想送信信号を受信する実アンテナと、
前記実アンテナで受信した仮想送信信号を複数の仮想受信信号出力として送信する受信側仮想送信アンテナと、
前記受信側仮想送信アンテナから送信された仮想受信信号のそれぞれを伝送する複数の受信側仮想伝送路と、
前記受信側仮想伝送路のそれぞれに接続された複数の受信側仮想受信アンテナと、
前記受信側仮想受信アンテナのそれぞれの仮想受信信号から元の信号を検出する仮想受信信号検出部を備えることを特徴とする情報伝送方式。
請求項１２において、
前記送信側仮想伝送路のそれぞれは、異なる仮想送信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
請求項１２において、
前記受信側仮想伝送路のそれぞれは、異なる仮想受信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
請求項１２において、
前記送信側仮想アンテナと、前記受信側仮想送信アンテナおよび前記受信側仮想受信アンテナの個数は同じであることを特徴とする情報伝送方式。
請求項１２において、
前記送信側仮想アンテナと、前記受信側仮想送信アンテナおよび前記受信側仮想受信アンテナの個数は異なることを特徴とする情報伝送方式。