JP2009278427A - 情報伝送方式 - Google Patents
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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
【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,May 2007
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,May 2007
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。
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。
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。
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。
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 (16)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008128362A JP2009278427A (ja) | 2008-05-15 | 2008-05-15 | 情報伝送方式 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008128362A JP2009278427A (ja) | 2008-05-15 | 2008-05-15 | 情報伝送方式 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009278427A true JP2009278427A (ja) | 2009-11-26 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2008128362A Withdrawn JP2009278427A (ja) | 2008-05-15 | 2008-05-15 | 情報伝送方式 |
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JP (1) | JP2009278427A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013118567A (ja) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | Ntt Docomo Inc | 無線基地局装置、無線通信システム及び無線通信方法 |
-
2008
- 2008-05-15 JP JP2008128362A patent/JP2009278427A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013118567A (ja) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | Ntt Docomo Inc | 無線基地局装置、無線通信システム及び無線通信方法 |
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