JP4125913B2 - 無線送信装置、無線受信装置および無線通信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線送信装置、無線受信装置および無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアンテナダイバーシチとして、送信信号を複数のアンテナを用いて同時に送信することで最大比合成のダイバーシチ効果を得ることができるＳＴＴＤ（Space Time block coding based Transmit antenna Diversity）と呼ばれる送信ダイバーシチがある。ＳＴＴＤでは、たとえば、送信アンテナの数を２つとした場合、一方の送信アンテナのシンボルパターンを操作することで、２つの送信アンテナからの信号を最大比合成することが可能となり、１つの受信アンテナで高いダイバーシチ効果を得ることができる。なお、以下では、説明を簡単にするため、それぞれ、送信アンテナの数を２つとした場合を例にとって説明する。
【０００３】
図１４は、従来のＳＴＴＤ方式による送信ダイバーシチを説明するための図である。図１４において、Ｓ０，Ｓ１は、送信データ（シンボル）の系列であり、ｈ0，ｈ1は、それぞれ、アンテナ＃０とアンテナ＃１からの伝搬路のフェージングであり、Ｒ０，Ｒ１は、それぞれ、受信信号である（後述する図１５においても同様）。図１４に示すように、ＳＴＴＤでは、アンテナ＃１への出力は、２つのシンボル（Ｓ０とＳ１）を対として時間的に反転し（Ｓ１，Ｓ０の順序）、各シンボルに複素共役の処理を行い（Ｓ１*，Ｓ０*）、さらに奇数番目のシンボルに正負反転の処理を行う（−Ｓ１*）ことによって得られる。受信側では、各時刻において、それぞれ、Ｒ０＝ｈ0Ｓ０−ｈ1Ｓ１*、Ｒ１＝ｈ0Ｓ１＋ｈ1Ｓ０*が得られる。この式をもとに、所定の演算を行うことで、元のシンボルＳ０，Ｓ１を取り出すことができる。
【０００４】
一方、このようなＳＴＴＤ送信ダイバーシチをマルチキャリア伝送システムに適用する方法として、ＳＴＴＤをそのままサブキャリアごとに処理する方法や、ＳＴＴＤをマルチキャリア伝送用にアレンジして、時間軸上ではなく周波数軸上にシンボルを配置して送信ダイバーシチを行う方法（以下「ＳＦＴＤ（Space Frequency block coding based Transmit antenna Diversity）」という）が考えられる。ＳＴＴＤでは、時間軸方向に順序を変えたり位相を変えたりするため時間的遅延が生じるが、ＳＦＴＤでは、マルチキャリア伝送方式を用いて、周波数軸上にシンボルを配置して同一時刻に複数の帯域で信号を送信するため、ＳＴＴＤと同様の効果を得ながらも、処理遅延の短縮化を図ることができる。
【０００５】
図１５は、従来のＳＦＴＤ方式による送信ダイバーシチを説明するための図である。図１５に示すように、ＳＦＴＤでは、周波数軸上にシンボルを配置して同一時刻に複数の帯域で信号を送信する。具体的には、図１４に示すＳＴＴＤの場合との対比において、アンテナ＃１への出力は、２つのシンボル（Ｓ０とＳ１）を対として周波数帯域的に反転し（Ｓ１，Ｓ０の順序）、各シンボルに複素共役の処理を行い（Ｓ１*，Ｓ０*）、さらに奇数番目のシンボルに正負反転の処理を行う（−Ｓ１*）ことによって得られる。受信側では、各帯域において、それぞれ、Ｒ０＝ｈ0Ｓ０−ｈ1Ｓ１*、Ｒ１＝ｈ0Ｓ１＋ｈ1Ｓ０*が得られる。この式をもとに、所定の演算を行うことで、元のシンボルＳ０，Ｓ１を取り出すことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の送信ダイバーシチにおいては、ＳＴＴＤもＳＦＴＤも、アンテナ間のフェージング相関が高くなると性能が劣化するという問題がある。すなわち、ＳＴＴＤもＳＦＴＤも、異なるアンテナ間ではフェージング相関が低いと仮定し、同じアンテナでは、隣り合うシンボルでフェージングは同じとみなして処理している。このため、いずれの方式においても、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境では性能が劣化してしまう。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、マルチキャリア伝送システムにおいて、高性能な送信ダイバーシチを実現することができる、つまり、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても高い送信ダイバーシチ効果を得ることができる無線送信装置、無線受信装置および無線通信システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線送信装置は、第１のシンボルを第１の周波数で第１のアンテナから送信するとともに、前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルを第２の周波数で前記第１のアンテナから送信する第１送信手段と、第３のシンボルを前記第２の周波数で第２のアンテナから送信するとともに、前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルを前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信する第２送信手段と、前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って前記第２のシンボルを得る第１演算手段と、前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って前記第４のシンボルを得る第２演算手段と、を具備する構成を採る。
【００１０】
本発明の無線受信装置は、第１の周波数で第１のアンテナから送信された第１のシンボル、前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルであって、第２の周波数で前記第１のアンテナから送信された前記第２のシンボル、前記第２の周波数で第２のアンテナから送信された第３のシンボル、および、前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルであって、前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信された前記第４のシンボルを受信する受信手段と、前記第１のシンボル、前記第２のシンボル、前記第３のシンボル、および、前記第４のシンボルを合成する合成手段と、を具備し、前記第２のシンボルは、前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って得られたものであり、前記第４のシンボルは、前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って得られたものである構成を採る。
【００１２】
本発明の無線送信方法は、第１のシンボルを第１の周波数で第１のアンテナから送信するステップと、前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルを第２の周波数で前記第１のアンテナから送信するステップと、第３のシンボルを前記第２の周波数で第２のアンテナから送信するステップと、前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルを前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信するステップと、前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って前記第２のシンボルを得るステップと、前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って前記第４のシンボルを得るステップと、を具備するようにした。
【００１４】
本発明の無線受信方法は、第１の周波数で第１のアンテナから送信された第１のシンボル、前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルであって、第２の周波数で前記第１のアンテナから送信された前記第２のシンボル、前記第２の周波数で第２のアンテナから送信された第３のシンボル、および、前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルであって、前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信された前記第４のシンボルを受信するステップと、前記第１のシンボル、前記第２のシンボル、前記第３のシンボル、および、前記第４のシンボルを合成するステップと、を具備し、前記第２のシンボルは、前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って得られたものであり、前記第４のシンボルは、前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って得られたものであるようにした。
【００１６】
本発明の無線通信システムは、第１のシンボルを第１の周波数で第１のアンテナから送信するとともに、前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルを第２の周波数で前記第１のアンテナから送信し、第３のシンボルを前記第２の周波数で第２のアンテナから送信するとともに、前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルを前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信する無線送信装置と、前記第１のシンボル、前記第２のシンボル、前記第３のシンボル、および、前記第４のシンボルを受信して合成する無線受信装置と、を具備し、前記無線送信装置は、前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って前記第２のシンボルを得て、前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って前記第４のシンボルを得る構成を採る。
【００１８】
これらの構成およびこれらの方法によれば、送信側において、複素共役の処理が行われた送信データおよび複素共役と正負反転の処理が行われた送信データを異なる送信アンテナ上において周波数軸上に離散して配置するため、従来のＳＴＴＤおよびＳＦＴＤと同様の効果が得られ、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても、高いダイバーシチ効果を得ることができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、マルチキャリア伝送システムにおいて、複数（Ｎ本）のアンテナを用いて送信ダイバーシチを行う場合に、データをＮ個分複製し、複製したデータを周波数軸上に離散して配置することである。配置の間隔は、伝搬環境に基づいてサブキャリア間のフェージング相関が低くなるように決定する。これにより、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても高い送信ダイバーシチ効果を得ることができ、マルチキャリア伝送システムにおいて、高性能な送信ダイバーシチを実現することができる。
【００５７】
まず、本発明の基本原理について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の送信ダイバーシチの基本原理を説明するための図である。
【００５８】
ここで、Ｓ０，Ｓ１は、送信データ（シンボル）の系列である。ｈ00，ｈ01，ｈ10，ｈ11は、それぞれ、アンテナ＃０とサブキャリア＃０（図示せず）のフェージング、アンテナ＃０とサブキャリア＃１（図示せず）のフェージング、アンテナ＃１とサブキャリア＃０のフェージング、アンテナ＃１とサブキャリア＃１のフェージングである。Ｒ０，Ｒ１は、それぞれ、サブキャリア＃０で受信される信号およびサブキャリア＃１で受信される信号である。なお、サブキャリア＃０とサブキャリア＃１は、実際上は周波数軸上において離れた位置に存在しているが、説明を簡単にするため、ここでは＃０，＃１と連続番号にしている。
【００５９】
本発明では、たとえば、図１に示すように、図１５に示す従来のＳＦＴＤの場合との対比において、周波数軸上にシンボルを配置する際に、複製されたシンボル（Ｓ０とＳ０*：Ｓ１と−Ｓ１*）を異なるアンテナ上において、つまり、同一のアンテナ上において対となるシンボル（Ｓ０とＳ１：−Ｓ１*とＳ０*）を、フェージング相関が低くなるように間隔Ｌfだけ離して配置する。ここで、Ｓ０*は、シンボルＳ０に対して複素共役の処理を行った結果であり、−Ｓ１*は、シンボルＳ１に対して複素共役と正負反転の処理を行った結果である。
【００６０】
このとき、異なるアンテナ間ではフェージングの相関が低いと仮定している。同じアンテナにおいては、上記のように、シンボルが離散して配置されているため、フェージングの相関は低くなる。たとえば、アンテナ＃０において、シンボルＳ０とシンボルＳ１とで異なるフェージングｈ00、ｈ01の影響を受けている。したがって、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境であっても、複製されたシンボル（Ｓ０とＳ０*：Ｓ１と−Ｓ１*）を離散して配置したサブキャリア間のフェージング相関は低いため、送信ダイバーシチ効果が得られて高い性能を保持することができる。
【００６１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００６２】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の送信側の構成を示すブロック図、図３は、図２に示す無線通信装置の受信側の構成を示すブロック図である。ここでは、一例として、送信アンテナの数が２つの場合を例にとって説明する。
【００６３】
図２に示す送信側の無線通信装置（以下単に「送信機」という）１００は、分割部１０２、変調部１０４−１、１０４−２、シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換部１０６−１、１０６−２、複製部１０８−１、１０８−２、離散マッピング部１１０−１、１１０−２、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）部１１２−１、１１２−２、送信ＲＦ部１１４−１、１１４−２、および送信アンテナ１１６−１、１１６−２を有する。また、送信機１００は、受信アンテナ１１８、受信ＲＦ部１２０、および離散間隔決定部１２２を有する。
【００６４】
一方、図３に示す受信側の無線通信装置（以下単に「受信機」という）２００は、受信アンテナ２０２、受信ＲＦ部２０４、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）部２０６、データデマッピング部２０８、ＭＭＳＥ合成部２１０、パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換部２１２、および復調部２１４を有する。また、受信機２００は、遅延プロファイル推定部２１６、送信ＲＦ部２１８、および送信アンテナ２２０を有する。
【００６５】
次いで、上記構成を有する無線通信装置の動作について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置による送信ダイバーシチを説明するための図である。ここでは、送信データ（シンボル）の系列Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を送信する場合を例にとって説明する。
【００６６】
まず、送信機１００において、時系列で入力される送信データの系列Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、分割部１０２で、偶数番号のシンボルＳ０，Ｓ２と奇数番号のシンボルＳ１，Ｓ３に分割される。分割後のシンボル系列は、２つのアンテナ系列に出力される。この場合、偶数番号のシンボルＳ０，Ｓ２は、変調部１０４−１に出力され、奇数番号のシンボルＳ１，Ｓ３は、変調部１０４−２に出力される。
【００６７】
偶数番号のシンボルＳ０，Ｓ２は、おのおの、順次、変調部１０４−１で変調処理され、Ｓ／Ｐ変換部１０６−１でパラレル変換された後、複製部１０８−１で複製されて送信アンテナと同数（ここでは２つ）になる。
【００６８】
複製されたシンボル（Ｓ０，Ｓ０：Ｓ２，Ｓ２）は、離散マッピング部１１０−１で離散マッピング処理される。具体的には、複製されたシンボルは、サブキャリア間のフェージング相関が低くなるように、つまり、複製されたシンボル間において回線状態に差が出るように、周波数軸上に離散して配置される。たとえば、図４に示すように、複製されたシンボルＳ０とＳ０、Ｓ２とＳ２は、それぞれ、周波数軸上で離れた位置（サブキャリア）に配置される。このとき、配置する間隔（離散間隔）（図１のＬf参照）は、離散間隔決定部１２２によって決定される。
【００６９】
離散マッピング処理された信号は、ＩＦＦＴ部１１２−１でＩＦＦＴ処理された後、送信ＲＦ部１１４−１でアップコンバート処理されて、送信アンテナ１１６−１（アンテナ＃０）から送信される。
【００７０】
一方、奇数番号のシンボルＳ１，Ｓ３は、おのおの、順次、変調部１０４−２で変調処理され、Ｓ／Ｐ変換部１０６−２でパラレル変換された後、複製部１０８−２で複製されて送信アンテナと同数（ここでは２つ）になる。
【００７１】
複製されたシンボル（Ｓ１，Ｓ１：Ｓ３，Ｓ３）は、離散マッピング部１１０−２で離散マッピング処理される。具体的には、複製されたシンボルは、サブキャリア間のフェージング相関が低くなるように、つまり、複製されたシンボル間において回線状態に差が出るように、周波数軸上に離散して配置される。たとえば、図４に示すように、複製されたシンボルＳ１とＳ１、Ｓ３とＳ３は、それぞれ、周波数軸上で離れた位置（サブキャリア）に配置される。このとき、配置する間隔（離散間隔）（図１のＬf参照）は、同じく離散間隔決定部１２２によって決定される。
【００７２】
なお、離散マッピング処理の一方法として、データを周波数軸上に配置するときにインタリーブを使用することも可能である。図５は、インタリーブを使用して離散マッピングを行う場合の一例を示す図である。この場合、たとえば、同図に示すように、アンテナ＃０とアンテナ＃１とで同じインタリーブパターンを使用する。このように、データを周波数軸上に離散して配置する際にインタリーブを使用することにより、周波数軸上に離散して配置されるデータがランダムに並び替えられ、サブキャリア間のフェージング相関を確実にさらに低くすることができる。
【００７３】
離散マッピング処理された信号は、ＩＦＦＴ部１１２−２でＩＦＦＴ処理された後、送信ＲＦ部１１４−２でアップコンバート処理されて、送信アンテナ１１６−２（アンテナ＃１）から送信される。
【００７４】
その後、受信機２００において、送信機１００から送信された信号を１つの受信アンテナ２０２で受信する。
【００７５】
アンテナ２０２で受信された信号は、受信ＲＦ部２０４でダウンコンバート処理された後、順次、ＦＦＴ部２０６でＦＦＴ処理され、データデマッピング部２０８でデマッピング処理される。その後、デマッピング処理された信号に対して、ＭＭＳＥ合成部２１０でＭＭＳＥ合成を行う。ＭＭＳＥ合成の際には、図４に示すように、同じデータが送信されているサブキャリアに対して所定の合成処理を行う。
【００７６】
具体的には、たとえば、シンボルＳ０とＳ１が同時に送信されている２つのサブキャリアを、データデマッピング部２０８でデマッピング処理することにより取り出して、ＭＭＳＥ合成を行う。この場合、アンテナ＃０の２つのサブキャリアとアンテナ＃１の２つのサブキャリアとで合計４つの伝搬路を通過してきた信号に対してＭＭＳＥ合成を行う。
【００７７】
ここで、上記のように、ｈ00をアンテナ＃０とサブキャリア＃０のフェージング、ｈ01をアンテナ＃０とサブキャリア＃１のフェージング、ｈ10をアンテナ＃１とサブキャリア＃０のフェージング、ｈ11をアンテナ＃１とサブキャリア＃１のフェージングとすると、サブキャリア＃０，＃１で受信される信号Ｒ０，Ｒ１は、それぞれ、次の（式１）、（式２）、
【数１】
【数２】
で表される。なお、上記のように、サブキャリア＃０とサブキャリア＃１は、実際上は周波数軸上において離れた位置に存在しているが、説明を簡単にするため、ここでは＃０，＃１と連続番号にしている。
【００７８】
これを行列で表現すると、次の（式３）、
【数３】
になる。
【００７９】
そして、次の（式４）の演算を行って、
【数４】
元のシンボルＳ０，Ｓ１を取り出す。なお、各フェージングｈ00，ｈ01，ｈ10，ｈ11は、パイロット信号などを用いて推定する。
【００８０】
ＭＭＳＥ合成によって取り出されたシンボル（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）は、Ｐ／Ｓ変換部２１２でシリアル変換された後、復調部２１４で復調され、所望の復調データが得られる。
【００８１】
また、受信機２００は、遅延プロファイル推定部２１６で、受信信号の遅延プロファイルを推定する。遅延プロファイルによって伝搬環境（伝搬路の状況）を正確に把握することができる。推定された遅延プロファイルの情報は、送信ＲＦ部２１８でアップコンバート処理された後、送信アンテナ２２０から送信される。
【００８２】
その後、送信機１００は、受信機２００から送信された遅延プロファイル情報を受信アンテナ１１８で受信する。アンテナ１１８で受信された信号は、受信ＲＦ部１２０でダウンコンバート処理された後、離散間隔決定部１２２に送られる。
【００８３】
離散間隔決定部１２２では、受信機２００からフィードバックされてきた遅延プロファイル情報（伝搬環境）に基づいて、データを離散する間隔（図１のＬf参照）を決定する。離散間隔は、サブキャリア間のフェージング相関が低くなるように決定される。具体的には、たとえば、最大伝搬遅延が小さいほど離散間隔を大きくとり、最大伝搬遅延が大きいほど離散間隔を小さくとる。これにより、確実にフェージング相関を低くすることができる。
【００８４】
このように、本実施の形態によれば、送信機１００側では、送信データを送信アンテナの数（２つ）分複製し複製された送信データを周波数軸上に離散して配置するため、この配置の間隔を遅延プロファイル（伝搬環境）に基づいてサブキャリア間のフェージング相関が低くなるように決定することで、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても高い送信ダイバーシチ効果を得ることができ、マルチキャリア伝送システムにおいて、高性能な送信ダイバーシチを実現することができる。フェージング相関が低くなるように離散して配置されたデータは受信機２００側においても相関が低く保たれるので、アンテナ間のフェージング相関が高くなったとしても送信ダイバーシチ効果は劣化しないためである。
【００８５】
また、受信機２００側では、複数のサブキャリアで受信された信号をＭＭＳＥ合成して受信するため、送信機１００から同時刻に同サブキャリアで送信された信号を確実に分離して復調することができる。
【００８６】
なお、本実施の形態では、複製されたデータを同一の送信アンテナ上において周波数軸上に離散して配置するようにしているが（図４参照）、これに限定されるわけではなく、前述のように、複製されたデータを異なる送信アンテナ上において周波数軸上に離散して配置することも可能である（図１参照）。
【００８７】
また、本実施の形態では、受信機２００側から遅延プロファイル情報を送信機１００側にフィードバックするようにしているが、フィードバックする情報はこれに限定されない。たとえば、遅延プロファイル情報に代えて、各サブキャリアのフェージング状態を受信機２００側で測定して送信機１００側に通知するようにしてもよい。各サブキャリアのフェージング状態としては、たとえば、受信電界強度、ＳＩＲ、ＳＮＲなどを使用することができる。また、受信機２００側から、送信に使用すべきサブキャリアを指定する信号を送信機１００側に送るようにしてもよい。このとき、指定されるサブキャリアは、フェージング相関の低いサブキャリアである。いずれの場合においても、送信機１００は、フェージング相関の低いサブキャリアを確実に知ることができ、この情報に基づいて送信データの離散間隔を決定することで、確実にサブキャリア間のフェージング相関を低くすることができる。
【００８８】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の送信側の構成を示すブロック図である。なお、この送信側の無線通信装置（送信機）３００は、図２に示す送信機１００と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、図６に示す無線通信装置の受信側（受信機）は、図３に示す受信機２００と全く同様の基本的構成を有するため、その説明を省略する。
【００８９】
本実施の形態の特徴は、従来のＳＴＴＤやＳＦＴＤと同様に、データの位相を調整することである。具体的には、複製されたデータのうち一部のデータに対して複素共役の処理または複素共役と正負反転の処理を行うことである。そのため、アンテナ＃０（送信アンテナ１１６−１）の系列においては、複製部１０８−１と離散マッピング部１１０−１との間に複素演算部３０２が設けられ、アンテナ＃１（送信アンテナ１１６−２）の系列においては、複製部１０８−２と離散マッピング部１１０−２との間に複素演算部３０４が設けられている。ここでは、たとえば、複素演算部３０２は、データに対して複素共役の処理を行い、複素演算部３０４は、データに対して複素共役と正負反転の処理を行う。
【００９０】
図７は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置による送信ダイバーシチを説明するための図である。この場合、アンテナ＃０で送信される複製シンボルＳ０，Ｓ２に対しては、複素共役の処理が行われて、それぞれ、Ｓ０*，Ｓ２*となり、アンテナ＃１で送信される複製シンボルＳ１，Ｓ３に対しては、複素共役と正負反転の処理が行われて、それぞれ、−Ｓ１*，−Ｓ３*となる。そして、離散マッピング部１１０−１において、シンボルＳ０とＳ０*、Ｓ２とＳ２*は、それぞれ、周波数軸上で離れた位置（サブキャリア）に配置され、離散マッピング部１１０−２において、シンボルＳ１と−Ｓ１*、Ｓ３と−Ｓ３*は、それぞれ、帯域的に反転されて周波数軸上で離れた位置（サブキャリア）に配置される。
【００９１】
このとき、サブキャリア＃０，＃１で受信される信号Ｒ０，Ｒ１は、それぞれ、次の（式５）、（式６）、
【数５】
【数６】
で表される。
【００９２】
これを行列で表現すると、次の（式７）、
【数７】
になる。
【００９３】
そして、次の（式８）の演算を行って、
【数８】
元のシンボルＳ０，Ｓ１を取り出す。なお、各フェージングｈ00，ｈ01，ｈ10，ｈ11は、上記のように、パイロット信号などを用いて推定する。
【００９４】
ここで、アンテナ間のフェージング相関が高くなってしまった場合について説明する。
【００９５】
この場合、ｈ00＝ｈ10，ｈ01＝ｈ11となり、上記の（式８）は、次の（式９）、
【数９】
の形になって、逆行列を求めることができる。よって、アンテナ間のフェージング相関が高くなったとしても元のシンボルＳ０，Ｓ１を取り出すことができる。したがって、アンテナ間のフェージング相関が高い場合であっても、良好な受信特性を維持することができる。
【００９６】
このように、本実施の形態によれば、複製された送信データを周波数軸上に離散して配置する際に、複製された送信データの位相を調整する、具体的には、複素共役の処理または複素共役と正負反転の処理を行うため、従来のＳＴＴＤおよびＳＦＴＤと同様の効果が得られ、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても、高いダイバーシチ効果を得ることができる。
【００９７】
なお、本実施の形態では、アンテナ＃０で送信される複製データに対して複素共役の処理を行い、アンテナ＃１で送信される複製データに対して複素共役と正負反転の処理を行うようにしているが、処理の内容は逆であっても良い。
【００９８】
また、本実施の形態では、複素共役の処理が行われた複製データおよび複素共役と正負反転の処理が行われた複製データを異なる送信アンテナ上において周波数軸上に離散配置するようにしているが（図７参照）、これに限定されるわけではなく、すでに説明したように、複素共役の処理が行われた複製データおよび複素共役と正負反転の処理が行われた複製データを同一の送信アンテナ上において周波数軸上に離散して配置することも可能である（図１参照）。
【００９９】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る無線通信装置の受信側の構成を示すブロック図である。なお、この受信側の無線通信装置（受信機）４００は、図３に示す受信機２００と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、図８に示す無線通信装置の送信側（送信機）は、図２に示す送信機１００と全く同様の基本的構成を有するため、その説明を省略する。
【０１００】
本実施の形態の特徴は、図３に示すＭＭＳＥ合成部２１０に代えて、干渉キャンセラ部４０２を有することである。干渉キャンセラは、干渉レプリカを生成して受信信号から差し引くことにより、干渉除去された所望の信号を出力する。干渉キャンセラの構成は、周知である。図９は、干渉キャンセラの構成の一例を示すブロック図である。また、図１０は、本発明の実施の形態３に係る無線通信装置における受信信号の処理手順の一例を示す図であり、図４に示す受信信号の処理手順に対応している。
【０１０１】
このように、本実施の形態によれば、受信信号の複数の周波数成分を合成して送信データを取り出す際に干渉キャンセラを動作させるため、同時に送信された信号を確実に分離して受信することができ、受信性能の向上を図ることができる。
【０１０２】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４に係る無線通信装置の送信側の構成を示すブロック図、図１２は、図１１に示す無線通信装置の受信側の構成を示すブロック図である。なお、図１１に示す送信側の無線通信装置（送信機）５００は、図２に示す送信機１００と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、図１２に示す受信側の無線通信装置（受信機）６００は、図３に示す受信機２００と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０３】
本実施の形態の特徴は、複製された送信データを周波数軸上ではなく時間軸上に離散して配置することである。このため、送信機５００には、データを時間軸上に配置する離散マッピング部５０２−１，５０２−２と、複製データを一時蓄積するバッファ５０４−１，５０４−２とが設けられている。時間軸上の離散間隔は、離散間隔決定部１２２ａによって決定される。一方、受信機６００には、ドップラ周波数を推定（測定）するドップラ周波数推定部６０２が設けられている。なお、複製データの位相を調整する場合、具体的には、複素共役の処理または複素共役と正負反転の処理を行う場合、送信機５００に、図６に示す複素演算部３０２，３０４を設けることができる。
【０１０４】
図１３は、本発明の実施の形態４に係る無線通信装置による送信ダイバーシチを説明するための図である。ここでは、一例として、たとえば、送信データ（シンボル）の系列Ｓ０，Ｓ１を、位相を調整して送信する場合を示している（図１４参照）。この場合、図１４に示すＳＴＴＤの場合との対比において、時間軸上にシンボルを配置する際に、複製されたシンボル（Ｓ０とＳ０*：Ｓ１と−Ｓ１*）を異なるアンテナ上において、つまり、同一のアンテナ上において対となるシンボル（Ｓ０とＳ１：−Ｓ１*とＳ０*）を、フェージング相関が低くなるように間隔Ｌtだけ離して配置する。このとき、配置の時間間隔Ｌtは、受信機６００（たとえば、移動局）側で測定されたドップラ周波数に基づいて、フェージング相関が低くなるような時間に決定される。
【０１０５】
このように、本実施の形態によれば、送信データを送信アンテナの数（２つ）分複製し複製された送信データを時間軸上に離散して配置するため、この配置の間隔をドップラ周波数に基づいてフェージング相関が低くなるように決定することで、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても高い送信ダイバーシチ効果を得ることができ、マルチキャリア伝送システムにおいて、高性能な送信ダイバーシチを実現することができる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マルチキャリア伝送システムにおいて、高性能な送信ダイバーシチを実現することができる、つまり、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても高い送信ダイバーシチ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の送信ダイバーシチの基本原理を説明するための図
【図２】本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の送信側の構成を示すブロック図
【図３】図２に示す無線通信装置の受信側の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１に係る無線通信装置による送信ダイバーシチを説明するための図
【図５】インタリーブを使用して離散マッピングを行う場合の一例を示す図
【図６】本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の送信側の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態２に係る無線通信装置による送信ダイバーシチを説明するための図
【図８】本発明の実施の形態３に係る無線通信装置の受信側の構成を示すブロック図
【図９】干渉キャンセラの構成の一例を示すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態３に係る無線通信装置における受信信号の処理手順の一例を示す図
【図１１】本発明の実施の形態４に係る無線通信装置の送信側の構成を示すブロック図
【図１２】図１１に示す無線通信装置の受信側の構成を示すブロック図
【図１３】本発明の実施の形態４に係る無線通信装置による送信ダイバーシチを説明するための図
【図１４】従来のＳＴＴＤ方式による送信ダイバーシチを説明するための図
【図１５】従来のＳＦＴＤ方式による送信ダイバーシチを説明するための図
【符号の説明】
１００，３００，５００ 送信機
１０２ 分割部
１０４−１，１０４−２ 変調部
１０６−１，１０６−２ パラレル／シリアル変換部
１０８−１，１０８−２ 複製部
１１０−１，１１０−２，５０２−１，５０２−２ 離散マッピング部
１１２−１，１１２−２ ＩＦＦＴ部
１１４−１，１１４−２，２１８ 送信ＲＦ部
１１６−１，１１６−２，２２０ 送信アンテナ
１１８，２０２ 受信アンテナ
１２０，２０４ 受信ＲＦ部
１２２，１２２ａ 離散間隔決定部
２００，４００，６００ 受信機
２０６ ＦＦＴ部
２０８ データデマッピング部
２１０ ＭＭＳＥ合成部
２１２ パラレル／シリアル変換部
２１４ 復調部
２１６ 遅延プロファイル推定部
３０２，３０４ 複素演算部
４００ 干渉キャンセラ部
５０４−１，５０４−２ バッファ
６０２ ドップラ周波数推定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線送信装置、無線受信装置および無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアンテナダイバーシチとして、送信信号を複数のアンテナを用いて同時に送信することで最大比合成のダイバーシチ効果を得ることができるＳＴＴＤ（Space Time block coding based Transmit antenna Diversity）と呼ばれる送信ダイバーシチがある。ＳＴＴＤでは、たとえば、送信アンテナの数を２つとした場合、一方の送信アンテナのシンボルパターンを操作することで、２つの送信アンテナからの信号を最大比合成することが可能となり、１つの受信アンテナで高いダイバーシチ効果を得ることができる。なお、以下では、説明を簡単にするため、それぞれ、送信アンテナの数を２つとした場合を例にとって説明する。
【０００３】
図１４は、従来のＳＴＴＤ方式による送信ダイバーシチを説明するための図である。図１４において、Ｓ０，Ｓ１は、送信データ（シンボル）の系列であり、ｈ0，ｈ1は、それぞれ、アンテナ＃０とアンテナ＃１からの伝搬路のフェージングであり、Ｒ０，Ｒ１は、それぞれ、受信信号である（後述する図１５においても同様）。図１４に示すように、ＳＴＴＤでは、アンテナ＃１への出力は、２つのシンボル（Ｓ０とＳ１）を対として時間的に反転し（Ｓ１，Ｓ０の順序）、各シンボルに複素共役の処理を行い（Ｓ１*，Ｓ０*）、さらに奇数番目のシンボルに正負反転の処理を行う（−Ｓ１*）ことによって得られる。受信側では、各時刻において、それぞれ、Ｒ０＝ｈ0Ｓ０−ｈ1Ｓ１*、Ｒ１＝ｈ0Ｓ１＋ｈ1Ｓ０*が得られる。この式をもとに、所定の演算を行うことで、元のシンボルＳ０，Ｓ１を取り出すことができる。
【０００４】
一方、このようなＳＴＴＤ送信ダイバーシチをマルチキャリア伝送システムに適用する方法として、ＳＴＴＤをそのままサブキャリアごとに処理する方法や、ＳＴＴＤをマルチキャリア伝送用にアレンジして、時間軸上ではなく周波数軸上にシンボルを配置して送信ダイバーシチを行う方法（以下「ＳＦＴＤ（Space Frequency block coding based Transmit antenna Diversity）」という）が考えられる。ＳＴＴＤでは、時間軸方向に順序を変えたり位相を変えたりするため時間的遅延が生じるが、ＳＦＴＤでは、マルチキャリア伝送方式を用いて、周波数軸上にシンボルを配置して同一時刻に複数の帯域で信号を送信するため、ＳＴＴＤと同様の効果を得ながらも、処理遅延の短縮化を図ることができる。
【０００５】
図１５は、従来のＳＦＴＤ方式による送信ダイバーシチを説明するための図である。図１５に示すように、ＳＦＴＤでは、周波数軸上にシンボルを配置して同一時刻に複数の帯域で信号を送信する。具体的には、図１４に示すＳＴＴＤの場合との対比において、アンテナ＃１への出力は、２つのシンボル（Ｓ０とＳ１）を対として周波数帯域的に反転し（Ｓ１，Ｓ０の順序）、各シンボルに複素共役の処理を行い（Ｓ１*，Ｓ０*）、さらに奇数番目のシンボルに正負反転の処理を行う（−Ｓ１*）ことによって得られる。受信側では、各帯域において、それぞれ、Ｒ０＝ｈ0Ｓ０−ｈ1Ｓ１*、Ｒ１＝ｈ0Ｓ１＋ｈ1Ｓ０*が得られる。この式をもとに、所定の演算を行うことで、元のシンボルＳ０，Ｓ１を取り出すことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の送信ダイバーシチにおいては、ＳＴＴＤもＳＦＴＤも、アンテナ間のフェージング相関が高くなると性能が劣化するという問題がある。すなわち、ＳＴＴＤもＳＦＴＤも、異なるアンテナ間ではフェージング相関が低いと仮定し、同じアンテナでは、隣り合うシンボルでフェージングは同じとみなして処理している。このため、いずれの方式においても、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境では性能が劣化してしまう。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、マルチキャリア伝送システムにおいて、高性能な送信ダイバーシチを実現することができる、つまり、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても高い送信ダイバーシチ効果を得ることができる無線送信装置、無線受信装置および無線通信システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線送信装置は、第１のシンボルを第１の周波数で第１のアンテナから送信するとともに、前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルを第２の周波数で前記第１のアンテナから送信する第１送信手段と、第３のシンボルを前記第２の周波数で第２のアンテナから送信するとともに、前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルを前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信する第２送信手段と、前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って前記第２のシンボルを得る第１演算手段と、前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って前記第４のシンボルを得る第２演算手段と、を具備する構成を採る。
【００１０】
本発明の無線受信装置は、第１の周波数で第１のアンテナから送信された第１のシンボル、前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルであって、第２の周波数で前記第１のアンテナから送信された前記第２のシンボル、前記第２の周波数で第２のアンテナから送信された第３のシンボル、および、前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルであって、前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信された前記第４のシンボルを受信する受信手段と、前記第１のシンボル、前記第２のシンボル、前記第３のシンボル、および、前記第４のシンボルを合成する合成手段と、を具備し、前記第２のシンボルは、前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って得られたものであり、前記第４のシンボルは、前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って得られたものである構成を採る。
【００１２】
本発明の無線送信方法は、第１のシンボルを第１の周波数で第１のアンテナから送信するステップと、前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルを第２の周波数で前記第１のアンテナから送信するステップと、第３のシンボルを前記第２の周波数で第２のアンテナから送信するステップと、前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルを前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信するステップと、前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って前記第２のシンボルを得るステップと、前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って前記第４のシンボルを得るステップと、を具備するようにした。
【００１４】
本発明の無線受信方法は、第１の周波数で第１のアンテナから送信された第１のシンボル、前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルであって、第２の周波数で前記第１のアンテナから送信された前記第２のシンボル、前記第２の周波数で第２のアンテナから送信された第３のシンボル、および、前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルであって、前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信された前記第４のシンボルを受信するステップと、前記第１のシンボル、前記第２のシンボル、前記第３のシンボル、および、前記第４のシンボルを合成するステップと、を具備し、前記第２のシンボルは、前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って得られたものであり、前記第４のシンボルは、前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って得られたものであるようにした。
【００１６】
本発明の無線通信システムは、第１のシンボルを第１の周波数で第１のアンテナから送信するとともに、前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルを第２の周波数で前記第１のアンテナから送信し、第３のシンボルを前記第２の周波数で第２のアンテナから送信するとともに、前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルを前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信する無線送信装置と、前記第１のシンボル、前記第２のシンボル、前記第３のシンボル、および、前記第４のシンボルを受信して合成する無線受信装置と、を具備し、前記無線送信装置は、前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って前記第２のシンボルを得て、前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って前記第４のシンボルを得る構成を採る。
【００１８】
これらの構成およびこれらの方法によれば、送信側において、複素共役の処理が行われた送信データおよび複素共役と正負反転の処理が行われた送信データを異なる送信アンテナ上において周波数軸上に離散して配置するため、従来のＳＴＴＤおよびＳＦＴＤと同様の効果が得られ、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても、高いダイバーシチ効果を得ることができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、マルチキャリア伝送システムにおいて、複数（Ｎ本）のアンテナを用いて送信ダイバーシチを行う場合に、データをＮ個分複製し、複製したデータを周波数軸上に離散して配置することである。配置の間隔は、伝搬環境に基づいてサブキャリア間のフェージング相関が低くなるように決定する。これにより、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても高い送信ダイバーシチ効果を得ることができ、マルチキャリア伝送システムにおいて、高性能な送信ダイバーシチを実現することができる。
【００５７】
まず、本発明の基本原理について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の送信ダイバーシチの基本原理を説明するための図である。
【００５８】
ここで、Ｓ０，Ｓ１は、送信データ（シンボル）の系列である。ｈ00，ｈ01，ｈ10，ｈ11は、それぞれ、アンテナ＃０とサブキャリア＃０（図示せず）のフェージング、アンテナ＃０とサブキャリア＃１（図示せず）のフェージング、アンテナ＃１とサブキャリア＃０のフェージング、アンテナ＃１とサブキャリア＃１のフェージングである。Ｒ０，Ｒ１は、それぞれ、サブキャリア＃０で受信される信号およびサブキャリア＃１で受信される信号である。なお、サブキャリア＃０とサブキャリア＃１は、実際上は周波数軸上において離れた位置に存在しているが、説明を簡単にするため、ここでは＃０，＃１と連続番号にしている。
【００５９】
本発明では、たとえば、図１に示すように、図１５に示す従来のＳＦＴＤの場合との対比において、周波数軸上にシンボルを配置する際に、複製されたシンボル（Ｓ０とＳ０*：Ｓ１と−Ｓ１*）を異なるアンテナ上において、つまり、同一のアンテナ上において対となるシンボル（Ｓ０とＳ１：−Ｓ１*とＳ０*）を、フェージング相関が低くなるように間隔Ｌfだけ離して配置する。ここで、Ｓ０*は、シンボルＳ０に対して複素共役の処理を行った結果であり、−Ｓ１*は、シンボルＳ１に対して複素共役と正負反転の処理を行った結果である。
【００６０】
このとき、異なるアンテナ間ではフェージングの相関が低いと仮定している。同じアンテナにおいては、上記のように、シンボルが離散して配置されているため、フェージングの相関は低くなる。たとえば、アンテナ＃０において、シンボルＳ０とシンボルＳ１とで異なるフェージングｈ00、ｈ01の影響を受けている。したがって、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境であっても、複製されたシンボル（Ｓ０とＳ０*：Ｓ１と−Ｓ１*）を離散して配置したサブキャリア間のフェージング相関は低いため、送信ダイバーシチ効果が得られて高い性能を保持することができる。
【００６１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００６２】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の送信側の構成を示すブロック図、図３は、図２に示す無線通信装置の受信側の構成を示すブロック図である。ここでは、一例として、送信アンテナの数が２つの場合を例にとって説明する。
【００６３】
図２に示す送信側の無線通信装置（以下単に「送信機」という）１００は、分割部１０２、変調部１０４−１、１０４−２、シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換部１０６−１、１０６−２、複製部１０８−１、１０８−２、離散マッピング部１１０−１、１１０−２、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）部１１２−１、１１２−２、送信ＲＦ部１１４−１、１１４−２、および送信アンテナ１１６−１、１１６−２を有する。また、送信機１００は、受信アンテナ１１８、受信ＲＦ部１２０、および離散間隔決定部１２２を有する。
【００６４】
一方、図３に示す受信側の無線通信装置（以下単に「受信機」という）２００は、受信アンテナ２０２、受信ＲＦ部２０４、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）部２０６、データデマッピング部２０８、ＭＭＳＥ合成部２１０、パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換部２１２、および復調部２１４を有する。また、受信機２００は、遅延プロファイル推定部２１６、送信ＲＦ部２１８、および送信アンテナ２２０を有する。
【００６５】
次いで、上記構成を有する無線通信装置の動作について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置による送信ダイバーシチを説明するための図である。ここでは、送信データ（シンボル）の系列Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を送信する場合を例にとって説明する。
【００６６】
まず、送信機１００において、時系列で入力される送信データの系列Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、分割部１０２で、偶数番号のシンボルＳ０，Ｓ２と奇数番号のシンボルＳ１，Ｓ３に分割される。分割後のシンボル系列は、２つのアンテナ系列に出力される。この場合、偶数番号のシンボルＳ０，Ｓ２は、変調部１０４−１に出力され、奇数番号のシンボルＳ１，Ｓ３は、変調部１０４−２に出力される。
【００６７】
偶数番号のシンボルＳ０，Ｓ２は、おのおの、順次、変調部１０４−１で変調処理され、Ｓ／Ｐ変換部１０６−１でパラレル変換された後、複製部１０８−１で複製されて送信アンテナと同数（ここでは２つ）になる。
【００６８】
複製されたシンボル（Ｓ０，Ｓ０：Ｓ２，Ｓ２）は、離散マッピング部１１０−１で離散マッピング処理される。具体的には、複製されたシンボルは、サブキャリア間のフェージング相関が低くなるように、つまり、複製されたシンボル間において回線状態に差が出るように、周波数軸上に離散して配置される。たとえば、図４に示すように、複製されたシンボルＳ０とＳ０、Ｓ２とＳ２は、それぞれ、周波数軸上で離れた位置（サブキャリア）に配置される。このとき、配置する間隔（離散間隔）（図１のＬf参照）は、離散間隔決定部１２２によって決定される。
【００６９】
離散マッピング処理された信号は、ＩＦＦＴ部１１２−１でＩＦＦＴ処理された後、送信ＲＦ部１１４−１でアップコンバート処理されて、送信アンテナ１１６−１（アンテナ＃０）から送信される。
【００７０】
一方、奇数番号のシンボルＳ１，Ｓ３は、おのおの、順次、変調部１０４−２で変調処理され、Ｓ／Ｐ変換部１０６−２でパラレル変換された後、複製部１０８−２で複製されて送信アンテナと同数（ここでは２つ）になる。
【００７１】
複製されたシンボル（Ｓ１，Ｓ１：Ｓ３，Ｓ３）は、離散マッピング部１１０−２で離散マッピング処理される。具体的には、複製されたシンボルは、サブキャリア間のフェージング相関が低くなるように、つまり、複製されたシンボル間において回線状態に差が出るように、周波数軸上に離散して配置される。たとえば、図４に示すように、複製されたシンボルＳ１とＳ１、Ｓ３とＳ３は、それぞれ、周波数軸上で離れた位置（サブキャリア）に配置される。このとき、配置する間隔（離散間隔）（図１のＬf参照）は、同じく離散間隔決定部１２２によって決定される。
【００７２】
なお、離散マッピング処理の一方法として、データを周波数軸上に配置するときにインタリーブを使用することも可能である。図５は、インタリーブを使用して離散マッピングを行う場合の一例を示す図である。この場合、たとえば、同図に示すように、アンテナ＃０とアンテナ＃１とで同じインタリーブパターンを使用する。このように、データを周波数軸上に離散して配置する際にインタリーブを使用することにより、周波数軸上に離散して配置されるデータがランダムに並び替えられ、サブキャリア間のフェージング相関を確実にさらに低くすることができる。
【００７３】
離散マッピング処理された信号は、ＩＦＦＴ部１１２−２でＩＦＦＴ処理された後、送信ＲＦ部１１４−２でアップコンバート処理されて、送信アンテナ１１６−２（アンテナ＃１）から送信される。
【００７４】
その後、受信機２００において、送信機１００から送信された信号を１つの受信アンテナ２０２で受信する。
【００７５】
アンテナ２０２で受信された信号は、受信ＲＦ部２０４でダウンコンバート処理された後、順次、ＦＦＴ部２０６でＦＦＴ処理され、データデマッピング部２０８でデマッピング処理される。その後、デマッピング処理された信号に対して、ＭＭＳＥ合成部２１０でＭＭＳＥ合成を行う。ＭＭＳＥ合成の際には、図４に示すように、同じデータが送信されているサブキャリアに対して所定の合成処理を行う。
【００７６】
具体的には、たとえば、シンボルＳ０とＳ１が同時に送信されている２つのサブキャリアを、データデマッピング部２０８でデマッピング処理することにより取り出して、ＭＭＳＥ合成を行う。この場合、アンテナ＃０の２つのサブキャリアとアンテナ＃１の２つのサブキャリアとで合計４つの伝搬路を通過してきた信号に対してＭＭＳＥ合成を行う。
【００７７】
ここで、上記のように、ｈ00をアンテナ＃０とサブキャリア＃０のフェージング、ｈ01をアンテナ＃０とサブキャリア＃１のフェージング、ｈ10をアンテナ＃１とサブキャリア＃０のフェージング、ｈ11をアンテナ＃１とサブキャリア＃１のフェージングとすると、サブキャリア＃０，＃１で受信される信号Ｒ０，Ｒ１は、それぞれ、次の（式１）、（式２）、
【数１】
【００７８】
これを行列で表現すると、次の（式３）、
【数３】
【００７９】
そして、次の（式４）の演算を行って、
【数４】
【００８０】
ＭＭＳＥ合成によって取り出されたシンボル（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）は、Ｐ／Ｓ変換部２１２でシリアル変換された後、復調部２１４で復調され、所望の復調データが得られる。
【００８１】
また、受信機２００は、遅延プロファイル推定部２１６で、受信信号の遅延プロファイルを推定する。遅延プロファイルによって伝搬環境（伝搬路の状況）を正確に把握することができる。推定された遅延プロファイルの情報は、送信ＲＦ部２１８でアップコンバート処理された後、送信アンテナ２２０から送信される。
【００８２】
その後、送信機１００は、受信機２００から送信された遅延プロファイル情報を受信アンテナ１１８で受信する。アンテナ１１８で受信された信号は、受信ＲＦ部１２０でダウンコンバート処理された後、離散間隔決定部１２２に送られる。
【００８３】
離散間隔決定部１２２では、受信機２００からフィードバックされてきた遅延プロファイル情報（伝搬環境）に基づいて、データを離散する間隔（図１のＬf参照）を決定する。離散間隔は、サブキャリア間のフェージング相関が低くなるように決定される。具体的には、たとえば、最大伝搬遅延が小さいほど離散間隔を大きくとり、最大伝搬遅延が大きいほど離散間隔を小さくとる。これにより、確実にフェージング相関を低くすることができる。
【００８４】
このように、本実施の形態によれば、送信機１００側では、送信データを送信アンテナの数（２つ）分複製し複製された送信データを周波数軸上に離散して配置するため、この配置の間隔を遅延プロファイル（伝搬環境）に基づいてサブキャリア間のフェージング相関が低くなるように決定することで、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても高い送信ダイバーシチ効果を得ることができ、マルチキャリア伝送システムにおいて、高性能な送信ダイバーシチを実現することができる。フェージング相関が低くなるように離散して配置されたデータは受信機２００側においても相関が低く保たれるので、アンテナ間のフェージング相関が高くなったとしても送信ダイバーシチ効果は劣化しないためである。
【００８５】
また、受信機２００側では、複数のサブキャリアで受信された信号をＭＭＳＥ合成して受信するため、送信機１００から同時刻に同サブキャリアで送信された信号を確実に分離して復調することができる。
【００８６】
なお、本実施の形態では、複製されたデータを同一の送信アンテナ上において周波数軸上に離散して配置するようにしているが（図４参照）、これに限定されるわけではなく、前述のように、複製されたデータを異なる送信アンテナ上において周波数軸上に離散して配置することも可能である（図１参照）。
【００８７】
また、本実施の形態では、受信機２００側から遅延プロファイル情報を送信機１００側にフィードバックするようにしているが、フィードバックする情報はこれに限定されない。たとえば、遅延プロファイル情報に代えて、各サブキャリアのフェージング状態を受信機２００側で測定して送信機１００側に通知するようにしてもよい。各サブキャリアのフェージング状態としては、たとえば、受信電界強度、ＳＩＲ、ＳＮＲなどを使用することができる。また、受信機２００側から、送信に使用すべきサブキャリアを指定する信号を送信機１００側に送るようにしてもよい。このとき、指定されるサブキャリアは、フェージング相関の低いサブキャリアである。いずれの場合においても、送信機１００は、フェージング相関の低いサブキャリアを確実に知ることができ、この情報に基づいて送信データの離散間隔を決定することで、確実にサブキャリア間のフェージング相関を低くすることができる。
【００８８】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の送信側の構成を示すブロック図である。なお、この送信側の無線通信装置（送信機）３００は、図２に示す送信機１００と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、図６に示す無線通信装置の受信側（受信機）は、図３に示す受信機２００と全く同様の基本的構成を有するため、その説明を省略する。
【００８９】
本実施の形態の特徴は、従来のＳＴＴＤやＳＦＴＤと同様に、データの位相を調整することである。具体的には、複製されたデータのうち一部のデータに対して複素共役の処理または複素共役と正負反転の処理を行うことである。そのため、アンテナ＃０（送信アンテナ１１６−１）の系列においては、複製部１０８−１と離散マッピング部１１０−１との間に複素演算部３０２が設けられ、アンテナ＃１（送信アンテナ１１６−２）の系列においては、複製部１０８−２と離散マッピング部１１０−２との間に複素演算部３０４が設けられている。ここでは、たとえば、複素演算部３０２は、データに対して複素共役の処理を行い、複素演算部３０４は、データに対して複素共役と正負反転の処理を行う。
【００９０】
図７は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置による送信ダイバーシチを説明するための図である。この場合、アンテナ＃０で送信される複製シンボルＳ０，Ｓ２に対しては、複素共役の処理が行われて、それぞれ、Ｓ０*，Ｓ２*となり、アンテナ＃１で送信される複製シンボルＳ１，Ｓ３に対しては、複素共役と正負反転の処理が行われて、それぞれ、−Ｓ１*，−Ｓ３*となる。そして、離散マッピング部１１０−１において、シンボルＳ０とＳ０*、Ｓ２とＳ２*は、それぞれ、周波数軸上で離れた位置（サブキャリア）に配置され、離散マッピング部１１０−２において、シンボルＳ１と−Ｓ１*、Ｓ３と−Ｓ３*は、それぞれ、帯域的に反転されて周波数軸上で離れた位置（サブキャリア）に配置される。
【００９１】
このとき、サブキャリア＃０，＃１で受信される信号Ｒ０，Ｒ１は、それぞれ、次の（式５）、（式６）、
【数５】
【００９２】
これを行列で表現すると、次の（式７）、
【数７】
【００９３】
そして、次の（式８）の演算を行って、
【数８】
【００９４】
ここで、アンテナ間のフェージング相関が高くなってしまった場合について説明する。
【００９５】
この場合、ｈ00＝ｈ10，ｈ01＝ｈ11となり、上記の（式８）は、次の（式９）、
【数９】
【００９６】
このように、本実施の形態によれば、複製された送信データを周波数軸上に離散して配置する際に、複製された送信データの位相を調整する、具体的には、複素共役の処理または複素共役と正負反転の処理を行うため、従来のＳＴＴＤおよびＳＦＴＤと同様の効果が得られ、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても、高いダイバーシチ効果を得ることができる。
【００９７】
なお、本実施の形態では、アンテナ＃０で送信される複製データに対して複素共役の処理を行い、アンテナ＃１で送信される複製データに対して複素共役と正負反転の処理を行うようにしているが、処理の内容は逆であっても良い。
【００９８】
また、本実施の形態では、複素共役の処理が行われた複製データおよび複素共役と正負反転の処理が行われた複製データを異なる送信アンテナ上において周波数軸上に離散配置するようにしているが（図７参照）、これに限定されるわけではなく、すでに説明したように、複素共役の処理が行われた複製データおよび複素共役と正負反転の処理が行われた複製データを同一の送信アンテナ上において周波数軸上に離散して配置することも可能である（図１参照）。
【００９９】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る無線通信装置の受信側の構成を示すブロック図である。なお、この受信側の無線通信装置（受信機）４００は、図３に示す受信機２００と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、図８に示す無線通信装置の送信側（送信機）は、図２に示す送信機１００と全く同様の基本的構成を有するため、その説明を省略する。
【０１００】
本実施の形態の特徴は、図３に示すＭＭＳＥ合成部２１０に代えて、干渉キャンセラ部４０２を有することである。干渉キャンセラは、干渉レプリカを生成して受信信号から差し引くことにより、干渉除去された所望の信号を出力する。干渉キャンセラの構成は、周知である。図９は、干渉キャンセラの構成の一例を示すブロック図である。また、図１０は、本発明の実施の形態３に係る無線通信装置における受信信号の処理手順の一例を示す図であり、図４に示す受信信号の処理手順に対応している。
【０１０１】
このように、本実施の形態によれば、受信信号の複数の周波数成分を合成して送信データを取り出す際に干渉キャンセラを動作させるため、同時に送信された信号を確実に分離して受信することができ、受信性能の向上を図ることができる。
【０１０２】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４に係る無線通信装置の送信側の構成を示すブロック図、図１２は、図１１に示す無線通信装置の受信側の構成を示すブロック図である。なお、図１１に示す送信側の無線通信装置（送信機）５００は、図２に示す送信機１００と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、図１２に示す受信側の無線通信装置（受信機）６００は、図３に示す受信機２００と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０３】
本実施の形態の特徴は、複製された送信データを周波数軸上ではなく時間軸上に離散して配置することである。このため、送信機５００には、データを時間軸上に配置する離散マッピング部５０２−１，５０２−２と、複製データを一時蓄積するバッファ５０４−１，５０４−２とが設けられている。時間軸上の離散間隔は、離散間隔決定部１２２ａによって決定される。一方、受信機６００には、ドップラ周波数を推定（測定）するドップラ周波数推定部６０２が設けられている。なお、複製データの位相を調整する場合、具体的には、複素共役の処理または複素共役と正負反転の処理を行う場合、送信機５００に、図６に示す複素演算部３０２，３０４を設けることができる。
【０１０４】
図１３は、本発明の実施の形態４に係る無線通信装置による送信ダイバーシチを説明するための図である。ここでは、一例として、たとえば、送信データ（シンボル）の系列Ｓ０，Ｓ１を、位相を調整して送信する場合を示している（図１４参照）。この場合、図１４に示すＳＴＴＤの場合との対比において、時間軸上にシンボルを配置する際に、複製されたシンボル（Ｓ０とＳ０*：Ｓ１と−Ｓ１*）を異なるアンテナ上において、つまり、同一のアンテナ上において対となるシンボル（Ｓ０とＳ１：−Ｓ１*とＳ０*）を、フェージング相関が低くなるように間隔Ｌtだけ離して配置する。このとき、配置の時間間隔Ｌtは、受信機６００（たとえば、移動局）側で測定されたドップラ周波数に基づいて、フェージング相関が低くなるような時間に決定される。
【０１０５】
このように、本実施の形態によれば、送信データを送信アンテナの数（２つ）分複製し複製された送信データを時間軸上に離散して配置するため、この配置の間隔をドップラ周波数に基づいてフェージング相関が低くなるように決定することで、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても高い送信ダイバーシチ効果を得ることができ、マルチキャリア伝送システムにおいて、高性能な送信ダイバーシチを実現することができる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マルチキャリア伝送システムにおいて、高性能な送信ダイバーシチを実現することができる、つまり、アンテナ間のフェージング相関が高い伝搬環境においても高い送信ダイバーシチ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の送信ダイバーシチの基本原理を説明するための図
【図２】本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の送信側の構成を示すブロック図
【図３】図２に示す無線通信装置の受信側の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１に係る無線通信装置による送信ダイバーシチを説明するための図
【図５】インタリーブを使用して離散マッピングを行う場合の一例を示す図
【図６】本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の送信側の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態２に係る無線通信装置による送信ダイバーシチを説明するための図
【図８】本発明の実施の形態３に係る無線通信装置の受信側の構成を示すブロック図
【図９】干渉キャンセラの構成の一例を示すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態３に係る無線通信装置における受信信号の処理手順の一例を示す図
【図１１】本発明の実施の形態４に係る無線通信装置の送信側の構成を示すブロック図
【図１２】図１１に示す無線通信装置の受信側の構成を示すブロック図
【図１３】本発明の実施の形態４に係る無線通信装置による送信ダイバーシチを説明するための図
【図１４】従来のＳＴＴＤ方式による送信ダイバーシチを説明するための図
【図１５】従来のＳＦＴＤ方式による送信ダイバーシチを説明するための図
【符号の説明】
１００，３００，５００ 送信機
１０２ 分割部
１０４−１，１０４−２ 変調部
１０６−１，１０６−２ パラレル／シリアル変換部
１０８−１，１０８−２ 複製部
１１０−１，１１０−２，５０２−１，５０２−２ 離散マッピング部
１１２−１，１１２−２ ＩＦＦＴ部
１１４−１，１１４−２，２１８ 送信ＲＦ部
１１６−１，１１６−２，２２０ 送信アンテナ
１１８，２０２ 受信アンテナ
１２０，２０４ 受信ＲＦ部
１２２，１２２ａ 離散間隔決定部
２００，４００，６００ 受信機
２０６ ＦＦＴ部
２０８ データデマッピング部
２１０ ＭＭＳＥ合成部
２１２ パラレル／シリアル変換部
２１４ 復調部
２１６ 遅延プロファイル推定部
３０２，３０４ 複素演算部
４００ 干渉キャンセラ部
５０４−１，５０４−２ バッファ
６０２ ドップラ周波数推定部
Claims (5)
- 第１のシンボルを第１の周波数で第１のアンテナから送信するとともに、前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルを第２の周波数で前記第１のアンテナから送信する第１送信手段と、
第３のシンボルを前記第２の周波数で第２のアンテナから送信するとともに、前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルを前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信する第２送信手段と、
前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って前記第２のシンボルを得る第１演算手段と、
前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って前記第４のシンボルを得る第２演算手段と、
を具備する無線送信装置。 - 第１の周波数で第１のアンテナから送信された第１のシンボル、
前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルであって、第２の周波数で前記第１のアンテナから送信された前記第２のシンボル、
前記第２の周波数で第２のアンテナから送信された第３のシンボル、および、
前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルであって、前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信された前記第４のシンボルを受信する受信手段と、
前記第１のシンボル、前記第２のシンボル、前記第３のシンボル、および、前記第４のシンボルを合成する合成手段と、を具備し、
前記第２のシンボルは、前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って得られたものであり、
前記第４のシンボルは、前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って得られたものである、
無線受信装置。 - 第１のシンボルを第１の周波数で第１のアンテナから送信するステップと、
前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルを第２の周波数で前記第１のアンテナから送信するステップと、
第３のシンボルを前記第２の周波数で第２のアンテナから送信するステップと、
前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルを前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信するステップと、
前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って前記第２のシンボルを得るステップと、
前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って前記第４のシンボルを得るステップと、
を具備する無線送信方法。 - 第１の周波数で第１のアンテナから送信された第１のシンボル、
前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルであって、第２の周波数で前記第１のアンテナから送信された前記第２のシンボル、
前記第２の周波数で第２のアンテナから送信された第３のシンボル、および、
前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルであって、前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信された前記第４のシンボルを受信するステップと、
前記第１のシンボル、前記第２のシンボル、前記第３のシンボル、および、前記第４のシンボルを合成するステップと、を具備し、
前記第２のシンボルは、前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って得られたものであり、
前記第４のシンボルは、前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って得られたものである、
無線受信方法。 - 第１のシンボルを第１の周波数で第１のアンテナから送信するとともに、前記第１のシンボルの位相を調整して得られる第２のシンボルを第２の周波数で前記第１のアンテナから送信し、第３のシンボルを前記第２の周波数で第２のアンテナから送信するとともに、前記第３のシンボルの位相を調整して得られる第４のシンボルを前記第１の周波数で前記第２のアンテナから送信する無線送信装置と、
前記第１のシンボル、前記第２のシンボル、前記第３のシンボル、および、前記第４のシンボルを受信して合成する無線受信装置と、を具備し、
前記無線送信装置は、前記第１のシンボルの位相調整を複素共役の処理により行って前記第２のシンボルを得て、前記第３のシンボルの位相調整を複素共役の処理および正負反転の処理により行って前記第４のシンボルを得る、
無線通信システム。
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