JP4824016B2 - 通信装置および通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線送信装置および無線送信方法に関する。

近年、音声通話、ラジオ、低画素テレビジョン放送などに適応可能な瞬断のない無線通信技術が検討されている。すなわち、所定の限界値よりも大きな時間遅れのない無線通信技術が検討されている。瞬断のない無線通信の実現の障害になるものは、異なる伝搬経路を通って受信された無線信号間の干渉や、伝搬路の遮蔽である。これらの現象は、フェージングやシャドウイングと呼ばれている。これらの現象を低減するために有効な無線通信方法および装置が、瞬断のない無線通信の実現に必要とされている。

その可能性のある技術として、送信側で複数のアンテナから符号化したデータを送信してダイバシチを得るスペース・タイム・ブロック・コーディング（ＳＴＢＣ）による通信や時間ダイバシチを適用した通信が注目されている。

ＳＴＢＣは、複数の送信アンテナを使用して同一のデータを送る際、互いに空間的に離れた送信アンテナから信号を送信することにより、空間によってダイバシチを得る技術である。

ＳＴＢＣに対し、時間ダイバシチは、時間に関して隔たりのある信号を複数回送ることにより、時間によるダイバシチを得て無線通信の品質を高める技術である。

一方で、近年、画像等の大容量のデータ通信を可能にする技術が検討されている。従来の技術としては、複数の送信アンテナから送信された通信信号をひとつの受信アンテナで受信する技術であるＭＩＳＯ（Multiple-Input Multiple-Output）構成の通信技術があった。しかし、より大容量のデータ通信を可能にするため、複数の送信アンテナから送信された通信信号を複数の受信アンテナで受信する技術であるＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）構成の通信に関する技術が検討されている。

図１は、ＭＩＳＯ構成の無線端末装置の例である。送信局が複数の送信アンテナを持ち、受信局が単一の受信アンテナを持つ。図１では、ＭＩＳＯ構成の例として、Wideband ＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ）が想定されている。

図２は、ＭＩＭＯ構成の無線端末機の例である。送信局が複数の送信アンテナを持ち、受信局も複数の受信アンテナを持つ。図２では、ＭＩＭＯ構成の例として、Beyond ３Gが想定されている。

図３に、ＭＩＭＯ構成の通信システムに適用可能な通信手順の例を複数データ送信とダイバシチ送信に区分して示す。ＭＩＭＯ構成の通信の場合、複数送信の技術として、ＢＬＡＳＴ、Ｅ−ＳＤＭ等がある。一方、ＭＩＭＯ構成の通信で、ダイバシチ送信の技術としては、ＳＴＢＣ、時間ダイバシチがある。

これらのうち、ダイバシチ送信は瞬断のない無線通信に適した通信手順である。
特開２０００−２６９９２９号公報 シアヴァシュ・アラモウティ（Siavash M. Alamouti）著、「A Simple transmit diversity technique for wireless communications」, IEEE Jour Sel. Areas in Com、米国、ＩＥＥＥ、１９９８年１０月、vol.16, no.8, p.1451-1458. タロオクら（V. Tarokh et al.）著、「Space-Time Block Codes from Orthogonal Designs」、 IEEE Trans on Info Theory、米国、ＩＥＥＥ、１９９９年６月、Vol.45, no.5. ジャファルカアニ（H. Jafarkhani）著、「A quasi orthogonal space-time block code」、IEEE Trans. Comm.、米国、ＩＥＥＥ、２００３年４月、 vol.49, pp.287-291. 森本ら著、「下りリンクＯＦＤＭブロードバンド無線アクセスを用いたシャドウイングの自己相関性の屋外実験結果」、電子通信情報学会２００４年総合大会予稿集、電子情報通信学会、２００４年、B-5-90． ガドムンドソン（M. Gudmundson）著、 「Correlation model for shadow fading in mobile radio systems」、 Electronics Letters、英国、ＩＥＥ、１９９１年、Vol.27, no.23, p.2145-2146.

しかし、送信ダイバシチのうち、ＳＴＢＣは端末位置により空間相関が高く、ダイバシチが得られない可能性がある。また、ＳＴＢＣでは、伝搬路変動に起因するフェージングにより受信信号の時間に関する相関、または受信信号の周波数に関する相関が低下する場合がある。そのような場合、符号直交が崩れ、アンテナ間干渉が増えて性能が劣化する可能性がある。

一方で、時間ダイバシチに関しても、フェージングの変動が遅い時には、受信信号間の時間に関する相関が小さくなるタイミングまで時間がかかる。そして、その時間までの遅延が通常の再送による遅延と同程度になると、時間ダイバシチの利点は少なくなる。

したがって、ＳＴＢＣと時間ダイバシチは、無線通信端末装置と無線通信基地局との間に伝搬路変動や遮蔽物による影響がある場合、どちらが優れた無線通信手順であるかの決定が困難であった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、無線通信端末装置と無線通信基地局との間の伝搬路変動や遮蔽物の影響下での無線通信において、瞬断がなく高い通信品質を実現する無線通信装置および無線通信方法を提供する。

加えて、本発明は、ＭＩＳＯ構成の通信装置のみならず、ＭＩＭＯ構成の通信装置に対しても実施可能な技術を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手順を採用した。

（１）すなわち、本発明は、無線通信装置は、相手通信装置から無線信号を受信する受信手段と、所定期間受信された前記受信信号を記憶する手段と、前記所定期間内で、第１の基準時点以降に受信された受信信号と第２の基準時点以降に受信された受信信号との相関である時間相関を算出する手段と、前記第１の基準点と前記時間相関が所定の範囲の値となる第２の基準時点との時間差を求める手段と、前記時間差に応じて指定される無線通信手順を選択する選択手段と、前記選択された無線通信手順を前記相手通信装置に指令する指令手段とを備える。

この構成によれば、無線通信装置は相手の通信装置から無線信号を受け、予め設定された所定の時間内、受けた受信信号を記憶する。そして、本無線通信装置は、時間に関して二つの基準点をもとにして時間相関を検出し、その時間相関の値によって無線信号の時間変化に対する特徴を調べることができる。そして、時間相関の値から、無線通信手順を選ぶことができる。そして、選択された無線通信手順を相手の無線通信装置に指令することができる。

（２）また、本無線通信装置は、相手通信装置から受信した複数の無線信号からのうちの一つの受信信号で前記時間相関を算出する手段を備えるようにしてもよい。

この構成によれば、無線通信装置は受信した複数のアンテナからの信号のうちの一つの受信信号を用いて、その受信信号の時間相関を算出することができる。
（３）また、本無線通信装置は、相手通信装置から受信した複数の無線信号から時間相関を複数算出する手段と、前記複数の時間相関と前記複数の受信信号から、前記複数の受信信号のそれぞれの振幅値の大きさで重み付けられる合成された時間相関を生成する手段とを備えるようにしてもよい。

この構成によれば、無線通信装置は、受信した複数の送信アンテナからの信号のうち複数の受信信号を用いて、複数の時間相関を算出して、複数の送信アンテナからのそれぞれの電力値の大きさで重み付けられる合成された時間相関を算出するので、いわゆる最大比合成により受信信号の利得を向上させて時間相関を算出することができる。

（４）また、本無線通信信号は、相手通信装置から受信した複数の無線信号から、前記複数の受信信号の組み合わせに対して、前記時間相関を算出する手段を備えるようにしてもよい。

この構成によれば、無線通信装置は、受信した複数のアンテナからの信号の中から２つを選択する組み合わせに関して相関時間を算出するので、送信アンテナの位置を考慮したダイバシチの利得が得られる。

（５）また、本無線通信装置は、前記選択手段により選択された通信手順と前記選択の前に使用していた通信手順とが同一であるか否かを判定する手段とを更に備え、前記選択の前に使用していた通信手順と前記選択後の通信手順とが同一である場合、前記指令手段は選択された通信手段を相手通信装置に指令しない手段を備えるようにしてもよい。

この構成によれば、無線通信装置が通信手順を選択した際、そのときまで使用していた通信手段と、選択後の通信手段とを比較して、同じであれば、その通信手段をフィードバック情報として相手の通信装置に指令しないことにより、無線通信装置と相手通信装置の信号処理に伴う負荷を抑えることができる。

（６）また、本無線通信装置は、前記通信手順を選択した際、所定の休止時間を計時する手段と、前記休止時間の間、前記時間相関の算出を休止する手段と、前記休止時間後、前記時間相関の算出の処理を開始する手段とを備えるようにしてもよい。

本無線通信装置は、通信手順を選択した後、所定の時間の間、相関時間を計算しないことにより、無線通信装置が相関時間を計算することによる装置への負荷を抑えることができる。

（７）また、本無線通信装置は、前記無線通信手順の選択から所定期間の経過後に前記受信手段における受信手順を前記選択された無線通信手順に切り替える切り替え制御手段を更に備えるようにしてもよい。

無線通信装置は、所定の期間、通信手順の切り替えを待った後、通信手順の切り替えを行うことにより、相手通信装置との間でタイミングを合わせて通信手順の切り替えを行うことできる。

（８）また、前記選択された無線通信手順を前記相手通信装置に指令する手段は、前記選択された無線通信手順とフィードバックするBit構成を対応させて指令する構成とすることができる。

無線通信装置は、選択された通信手順とBit構成と対応させるので、必要最低限の情報量で選択された通信手順を知らせることができる。

（９）本発明は、相手通信装置から通信手順の切り替えの指令を受信する手段と、所定期間経過後に選択された無線通信手順に切り替える手段を備えるようにしてもよい。

無線通信装置は、無線通信手段の切り替えの指令を受けて所定時間の経過後に無線通信手順を切り替えるので、相手通信装置との間で無線通信手順をタイミングを合わせて通信手順の切り替えを行うことができる。

本発明は、以上のような通信装置が実行する通信方法であってもよい。

本発明によれば、無線伝搬路の変動の程度に応じて、伝搬路に適した無線通信手順を送信側の無線通信機と受信側の無線通信機が選択することにより、無線通信機間で無線通信を行うことができる。また、伝搬路の遮蔽がある場合においても、無線通信機間で良好な通信を行うことができる。

ＭＩＳＯ構成を例示する図である。 ＭＩＭＯ構成を例示する図である。 適応領域の位置づけを説明する図である。 ダイバシチ切り替え方式のコンセプトを示す図である。 受信されたパイロット信号の時間相関の例を示す図である。 マルチアンテナでの時間ダイバシチ送信の構成例を示す図である。 時間・空間領域を用いたダイバシチ利得を説明する図である。 送信部１のシステム構成図である。 送信部２のシステム構成図である。 受信部のシステム構成図である。 第１実施例の受信部の処理を示すフローチャートである。 第２実施例の受信部の処理を示すフローチャートである。 第３実施例の受信部の処理を示すフローチャートである。 第４実施例の受信部の処理を示すフローチャートである。 第５実施例の受信部の処理を示すフローチャートである。 スロット制御の例１を説明する図である。 スロット制御の例２を説明する図である。 フレーム制御の例を説明する図である。 送信ダイバシチの効果の範囲を説明する図である。 フィードバックｂｉｔと対応する動作例を示す図である。 フィードバック情報の通信量の抑制を説明する図である。 時間相関がなくなるタイミングとそのタイミングに適した送信ダイバシチの関係を説明する図である。 実施例の送信部の処理を示すフローチャートである。 フィードバック情報ｂｉｔの送信制御法を説明する図である。 フィードバックｂｉｔによる制御を実行する送信部のシステム構成である。 フィードバックｂｉｔによる制御を実行する受信部のシステム構成である。

符号の説明

１ 無線通信装置
２ 復調部
３ ｂｉｔ判定部
４ ダイバシチ方式指定部
５ ＳＴＢＣｏｒ時間ダイバシチ符号化部
６ パイロットパタン生成部
７ 直交符号符号化部
８ Ｐ／Ｓ変換部
９ 変調部
１０ 送信ＲＦ部
１１ 送信アンテナ
１２ 伝送部
１２Ａ 伝送部
１３ 変調部
１４ 受信アンテナ
１５ 受信ＲＦ部
１６ タイミング同期部
１７ Ｓ／Ｐ変換部
１８ 直交符号復号部
１９ 復調部
２０ 伝搬路推定部
２１ ダイバシチ復号部
２２ 時間相関検出部
２３ データストリーム
２４ ダイバシチ切替通知部
２５ 送信ダイバシチ選択部
２６ フィードバックｂｉｔ生成部
２７ 変調部

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）に係る無線通信装置について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

本実施形態では、大別して、フェージングの変動の速さに応じて通信手順を切り替える通信システムにおいて、ＭＩＳＯ構成とＭＩＭＯ構成、それぞれの場合の通信システムの例をそれぞれ説明する。

《システムの原理》
本通信システムは、伝搬路のフェージングの速さに適した通信手順を選択する。すなわち、本通信システムは送信側無線通信装置と受信側無線通信装置とでパイロット信号を送受信し、受信されたパイロット信号（受信パイロット信号）の時間相関の値からフェージングの変動の速さを推定する。ここで、受信パイロット信号の時間相関とは、ある時刻ｔ−τでの受信パイロット信号と少し後の時刻ｔでの受信とがどの程度同一であるかを示す量として定義される。受信パイロット信号の時間相関の計算のために、無線通信装置は、以下で説明される受信パイロット信号の値を所定の時間の間、メモリに登録する手段や、メモリに登録された受信パイロット信号の値を時間相関の計算のために演算する手段を有している。さらに、時間相関の値を最大比合成するためのメモリと演算手段を有していてもよい。

図４は、通信手順として送信ダイバシチを選び、受信パイロット信号の時間相関が大きい場合、空間相関が大きい場合、そして時間相関、空間相関ともに大きい場合について、送信ダイバシチの関係を図示したものである。このように、一般的に、受信パイロット信号の時間相関が小さい場合は時間ダイバシチが有効に働き、時間相関が大きい場合はＳＴＢＣ（もしくはＳＦＢＣ、Space Frequency Block Coding）が有効に働く。

図５は、受信パイロット信号の時間相関ρの算出例である。図５では、ある時刻ｔ₀と時刻ｔ₀＋Δｔとで受信された同一の受信パイロット信号の相関が例示されている。ここで、時間相関ρは、同一のパイロット信号を異なる時間に受信しても伝搬路に変動がなければ１になる量である。一方、伝搬路の変動が非常に大きい場合、ρの値は０に近い値になる量である。そこで、このようなパイロット信号の時間相関によりフェージングの変動特性を求めることができる。受信されたパイロット信号の時間相関として計算されたフェージングの変動に対して、相関が０に近くなる、すなわち、所定の許容値の範囲の値になる最短の時間差Δｔをτとして求め、このτを時間ダイバシチを利用する際の同一無線信号の再送出のタイミングとして利用する。

また、τの整数倍のタイミングでも時間相関が小さくなるので、τの自然数倍のタイミングでも同一無線信号の再送信を行い、更なるダイバシチにより、無線通信の品質を高めることもできる。

図１９は、各種通信方式の特徴を示している。すなわち、時間ダイバシチ、送信アンテナが２本ある場合のＳＴＢＣ、送信アンテナが３本以上ある場合のＳＴＢＣの各々に対して、信号の直交化に対する容易さの度合、ダイバシチが得られる大きさ（ダイバシチ次元）に対しての良し悪し、フィードバック情報として、時間ダイバシチ、ＳＴＢＣを選択した際に、通信手順の選択のためのビット以外に必要となるフィードバック情報について記してある。

コード直交については、時間ダイバシチは時間に対するダイバシチなので、直交符号符号化はできない。一方、アンテナ２本の場合のＳＴＢＣでは、唯一解が知られておりコード直交は容易である。それに対し、アンテナ３本以上の場合のＳＴＢＣで複素マッピングを行っている場合では唯一解が定まっておらず、コード直交の方法が複雑になる。

ダイバシチ次元は、ダイバシチによる利得の大きさを示している。例えば、ダイバシチ次元は、二回送信の時間ダイバシチの場合には２、送信アンテナが二本の場合のＳＴＢＣで空間相関が０に近い場合には２、送信アンテナが三本以上で空間相関が０に近い場合には３以上と送信アンテナの数に比例する数になる。時間ダイバシチの場合のダイバシチ次元は、二回送信を行うと２、三回送信を行うと３となるので非常に良い。

通信手順選択のためのフィードバック情報以外のフィードバック情報としては、時間ダイバシチには送信タイミングのフィードバック情報が必要であり、送信アンテナが２本の場合のＳＴＢＣにはフィードバック情報を必要とせず、送信アンテナが３本以上のＳＴＢＣには符号系列の選択に関するフィードバック情報が必要である。

フェージングの変動が速い場合の効果としては、時間ダイバシチを使用した場合、送信アンテナが２本の場合のＳＴＢＣを基準とすると、平均で0.2dB、瞬間的には数10dBの効果が得られる。特に、送信アンテナ間の空間相関が高い場合には、送信アンテナ間の空間を利用するＳＴＢＣは悪くなるので、ＳＴＢＣに比べて、大きい効果が得られる。一方、送信アンテナが３本以上の場合のＳＴＢＣも瞬間的な劣化を抑えることが可能だが、フェージングの変動が速い場合にシンボル間干渉を引き起こし-0.3dBと良い効果が得られない場合もある。

図２０に、通信手順の切り替えに使用するフィードバック情報のｂｉｔ構成とその意味を示す。ビット構成が０００の場合のＳＴＢＣモード系列１とは、送信アンテナ２本でＳＴＢＣを行うことであり、ビット構成が００１の場合のＳＴＢＣモード系列２とは、送信アンテナ３本、もしくはそれ以上の送信アンテナを用いてＳＴＢＣを行うことである。ビット構成が０１０、０１１、１０１、１１０、１１１の場合は、時間タイミングτに対応する時間0.2ms、0.3ms、0.4msおよび0.5msにて同一信号を２回送信する。

図２０に示されたフィードバック情報は、受信信号について逐時計算される時間タイミングτの値に応じて選択される。例として、タイミングτが0.17msとして、時間相関の計算の結果に得られたとする。このτは0.1ms以上で0.2ms未満に分類されるので、図２０から、bit構成011の時間ダイバシチ遅延0.2msが選ばれる。もう一例として、タイミングτが0.53msとして、時間相関の計算の結果に得られたとする。この例では、タイミングτが十分に大きいため、時間ダイバシチよりもＳＴＢＣが有効となる。したがって、ｂｉｔ構成が000または001のＳＴＢＣが図示していない所定の基準にしたがって選ばれることになる。この基準は、例えば、τの値が0.50ms以上、0.7ms未満ではＳＴＢＣモード系列１を選び、τの値がそれ以上ではＳＴＢＣモード系列２を選ぶとして設定する。そして、時間ダイバシチの処理能力が高いシステムであれば、τの値が0.08msであった場合、ｂｉｔ構成に010を選ぶ代わりに111を選ぶ方が好ましい。このようにして、タイミングτから対応するｂｉｔ構成が選ばれる。

図６は、複数の送信アンテナと、複数の受信アンテナを用いた場合（ＭＩＭＯ構成の場合）の時間ダイバシチの送信例である。ｔ₀−τで、アンテナ１からシンボルデータｄ₂、アンテナ２からシンボルデータｄ₁を送出した後、ｔ₀で、アンテナ１からシンボルデータｄ₁、アンテナ２からシンボルデータｄ₂を送出する。そして、それらのシンボルを復調合成することにより、時間によるダイバシチが得られる。

以下では、時間相関を検出するシステム原理について、ＭＩＳＯ構成とＭＩＭＯ構成の二つの場合に分けて説明を行う。

〈ＭＩＳＯ構成の場合のシステム原理〉
ＭＩＳＯ構成の無線通信装置の場合の通信システムを説明する。

まず、複数の送信アンテナの中のあるアンテナｉによる信号に対する参照パイロット信号をｐ_i（ｔ）とする。参照パイロット信号はある通信システムにて決められたシンボルパターンである。したがって、受信側でもそのパターンが分かっているため、参照パイロット信号は、他のシンボルを受信して復調する際の基準信号としても使用される。

そして、アンテナｉから送出された信号の直交符号復号後の受信パイロット信号をＲ_i（ｔ）とする。送信機にて信号の直交符号符号化が必要なのは、送信機が複数のアンテナから信号を送信するのに対して、それらの信号を受信機が送信機よりも少ない数のアンテナで受信するためである。したがって、送信機にて信号が直交符号符号化されて送出された後、受信機にて受信された信号は直交符号復号化されてそれぞれの信号が取り出される。

伝搬路変動ｈ_i（ｔ）は、伝搬路を通過するパイロット信号を重み付けすると考えると、Ｒ_i（ｔ）＝ｈ_i（ｔ）ｐ_i（ｔ）＋ｎ_i（ｔ）の関係を考えることができる。ここでｎ_i（ｔ）は雑音である。理論の単純化のために、雑音ｎ_i（ｔ）はホワイトノイズ、すなわちｎ_i（ｔ）のｔに関する和、または積分が０となるランダムな値とする。

本通信システムの参照パイロット信号は、｜ｐ_i（ｔ）｜²＝１となるように規格化されているものとする。ここで｜｜は絶対値である。本実施形態の信号は全て複素数で考えるため、｜ｐ_i（ｔ）｜²＝ｐ_i（ｔ）×ｐ_i ^*（ｔ）であり、ここで＊は対象となる変数の複素共役を意味する。

まず、伝搬路変動ｈ_i（ｔ）を受信パイロット信号Ｒ_i（ｔ）と参照パイロット信号ｐ_i（ｔ）を用いて取り出すことを考える。そこで、ｐ_i ^*（ｔ）Ｒ_i（ｔ）は、上の条件を用いることにより、ｈ_i（ｔ）＋ｐ_i ^*（ｔ）ｎ_i（ｔ）となる。この式は、伝搬路変動ｈ_i（ｔ）に、雑音ｐ_i ^*（ｔ）ｎ_i（ｔ）が加わった量である。ｐ_i ^*（ｔ）ｎ_i（ｔ）がｎ_i（ｔ）と同様に雑音と考えられるのは、ｐ_i（ｔ）が複素数で大きさが１になることと、ｎ_i（ｔ）が複素数でランダムな値を取ることからわかる。

（１つの送信アンテナからの信号に対する時間相関）
次式は、伝搬路変動ｈ_i（ｔ）とｈ_i（ｔ−τ）に対する時間相関を表す式である。異なるＮ本の送信アンテナ間での相関特性はほぼ変わらないと考えられる場合、どの送信アンテナを選んでも式の値がほぼ変わらないと考えられる。したがって、送信アンテナ間での相関特性がほぼ変わらないと考えられる場合、伝搬路の変動の時間相関を伝搬路変動ｈ_i（ｔ）とｈ_i（ｔ−τ）に対する時間相関で考えることができる。ここでｔは本発明の第１の基準点に相当し、ｔ−τは第２の基準点に相当する。分母は、時間相関の値を０から１の間の値にするための規格化条件である。ここで、雑音の分散をσ²とする。

式（１）が伝搬路の変動に関しての時間相関の値であることは、ｐ_i ^*（ｔ）ｎ_i（ｔ）が伝搬路変動ｈ_i（ｔ）に雑音が加わった形になることから予想できる。まずは、式（１）の説明と式（１）で求まっていない雑音の分散σ²の求め方を示す。

時間ダイバシチはフェージング、すなわち伝搬路の変動が大きいところで特に有効である。そのことは、上の式で与えられる時間相関の値が０に近いところで特に役に立つということである。したがって、上式が０を与える条件の中で最も短い時間として、時間ダイバシチを使用するために必要なタイミングτを求めることができる。

そして、雑音の分散σ²は以下のようにして求められる。信号で使用されているシンボルの数をｓとする。ｐ_i ^*（ｔ）ｎ_i（ｔ）のｔに関する平均の値は、足し算によってその影響が消えるため、式（２）は伝搬路変動の平均の値となる。

上式の−ｈ_i（ｔ）を用いて、雑音の分散σ²を求める。ｐ_i（ｔ）−ｈ_i（ｔ）は、伝搬路変動と参照パイロット信号との積である。受信パイロット信号Ｒ_i（ｔ）は、ｈ_i（ｔ）ｐ_i（ｔ）＋ｎ_i（ｔ）であることから、雑音の分散は式（３）で与えられる。

以上、式（１）、（２）、（３）に受信された信号の値を代入することにより、式（１）の値を求めることができる。

ここで、式（１）が伝搬路変動ｈ_i（ｔ）に対する時間相関を求める式であることを示す。

式（１）を分子、分母毎に展開する。ここで、ｎ’（ｔ）＝ｐ^*（ｔ）ｎ（ｔ）とする。｜ｎ’（ｔ）｜＝｜ｐ（ｔ）｜｜ｎ（ｔ）｜＝｜ｎ（ｔ）｜が成り立つ。この関係を後で利用する。

式（１）の分子は式（４）で与えられる。

分母の第１因子は式（５）で与えられる。分母の第２因子も式（５）と同様にして得ることができる。

以上より、式（４）、式（５）の結果を利用すると、式（１）は展開されて、式（６）となる。したがって、式（１）は、伝搬路変動に対する時間相関の値であることがわかる。

したがって、式（１）の値が０となるところは、式（７）の時間相関の値が０になるところと同じである。

なお、この式（６）で与えられる相関の値は、式（８）で表せる相関係数ρ_pで評価しても良い。時間ダイバシチによる利得が得られるには、相関係数がある程度小さな所定値、例えば、０．６を経験値として使用する。

（複数の送信アンテナからの信号を最大比合成する例）
以上では、１本の送信アンテナの信号を利用した。これに代えて、図６の構成で、１つの受信アンテナから受信される複数の送信アンテナからの信号を利用してもよい。送信アンテナ毎のパイロット信号に対する時間相関を送信アンテナに対して最大比合成を行ったものは式（９）となる。ここで、ρ_a（ｉ）は送信アンテナｉに対する時間相関である。式（９）の中のρ_a（ｉ）は式（１）から、式（９）の中の-ｈ_i（ｔ）と-ｈ_i（ｔ−τ）は式（２）からそれぞれ独立に求めることができる。したがって、ρ_a（ｉ）、-ｈ_i（ｔ）と-ｈ_i（ｔ−τ）から式（９）を計算できる。式（９）の最大比合成では、式（２）の｜-ｈ_i（ｔ）｜の大きさで与えられる振幅値を信号の信頼度と見て重み付けを行っている。

（複数の送信アンテナ間の空間相関も含めて算出する計算式）
式（１）と式（９）は受信パイロット信号の同一の送信アンテナ間での時間相関のみ着目していた。しかし、複数の異なる送信アンテナが同一のシンボルデータを送出することから、送信アンテナ間の空間領域をも考慮して、時空間相関が低い領域を利用するのが好ましい。

図７は、MIMO構成において、時間と空間領域によるダイバシチの利得の様子を表した概念図である。時刻ｔ０でのアンテナ１からの送信シンボルデータｄ１と、時刻ｔ０−τでのアンテナ２からの送信シンボルデータｄ１は同じものである。したがって、異なる時間、異なる送信アンテナからの送信信号に対して相関を算出することにより、時間相関のみならず、空間相関も考慮されることになり、より高い精度での計算が期待できる。

着目する送信アンテナをｉ、ダイバシチとして用いる送信アンテナをｊとし、ｉとｊの値が異なる場合には、式（１０）より、時空間相関を計算できる。

このようにして、複数の送信アンテナからの受信パイロットに対して、送信アンテナに関する組み合わせに関して、受信信号の間での時間相関を算出できる。

また、式（１０）にて、３本以上の送信アンテナを用いる場合では、空間相関で最も相関が高くなりやすい隣接アンテナｊ＝ｉ＋１（またはｊ＝ｉ−１）のみに着目して計算を行い、時空間領域で相関の低くなる最短の時間タイミングを検出してもよい。隣接アンテナのように、組み合わせの数が少ない方が、演算処理によるシステムの負荷を抑えることができる。

〈ＭＩＭＯ構成の場合の原理〉
ＭＩＭＯ構成の無線送信装置の場合における本通信システムを説明する。

ＭＩＭＯ構成の無線送信装置は、受信機側も複数のアンテナを備えている。その受信アンテナの本数はＭ本とする。

まず、送信アンテナｉから送出されるパイロット信号に着目する。送信アンテナ番号ｉ、受信アンテナ番号ｋで受信されるパイロット信号をＲ_i,k（ｔ）＝｛ｈ_i,k（ｔ）ｐ_i,k（ｔ）＋ｎ_i,k（ｔ）｝、参照パイロット信号をｐ_i,k（ｔ）、雑音をｎ_i,k（ｔ）とする。

それぞれの送信アンテナから送出されたパイロット信号の品質を高めるために、受信アンテナに対して最大比合成を用いる。受信アンテナが一本の場合（ｋ＝１の場合）の式（１）、（９）、（１０）に対して、受信アンテナがＭ本の場合に拡張した場合を考える。

送信アンテナｉ、ｊと受信アンテナｋで、最大比合成を行っていない時間相関を式（１１）で表す。

式（１１）を用いて、式（１）、（９）、（１０）を受信アンテナがＭ本の場合に拡張した式を式（１２）−（１４）に示す。式それぞれの意味については、受信アンテナが１本の場合の対応する式をＭＩＳＯ構成の場合の原理の説明箇所で示した。受信アンテナが２本以上の場合は、受信アンテナに対して最大比合成が行われている。受信アンテナ１本の場合はＭ＝１に対応するので、式（１２）−（１４）は、それぞれ、式（１）、（９）、（１０）を含んだ式である。

τの値の評価としては、上式（１２）−（１４）のいずれかから求めるか、もしくは、式（８）で求まる相関係数を用いてもよい。

以上では、実施形態の一つとして、時間相関の値が０に近い所定範囲の値でかつ最短の時間となるタイミングτ（例えば、相関係数（式（８））が０．６以下でかつ最短の時間となるタイミング）を送信ダイバシチの切り替えタイミングとしたが、本発明の実施は、この値に限定されるものではない。時間相関の値や相関係数として他の所定の値を通信手順の切り替えの目安とすることもできる。

以上では、受信パイロット信号の時間相関の計算に関して説明したが、当該の式を計算の演算量の少ない式に近似して使用することにより、受信機が行う演算処理の量を抑えることもできる。

本実施形態では、受信されたパイロット信号と参照パイロット信号を用いて、伝搬路の変動に相当する量の時間相関を計算する形態を示したが、伝搬路の変動に対してではなく、受信パイロット信号そのものの時間相関、または相関係数からタイミングτを決定してもよい。

次に、無線通信装置の送信部および受信部について説明を行う。

《装置および装置の動作》
〈送信部１〉
図８は、本通信システムに用いる無線通信装置の送信部の第１実施例の構成を示すブロック図である。このブロック図は送信アンテナが２つの例を示している。この送信部は、パイロットパタン生成部６と、直交符号符号化部７と、伝送部１２、１２とを有する。伝送部１２、１２はＰ／Ｓ（パラレル／シリアル）変換部８、変調部９、送信ＲＦ部１０、および送信アンテナ１１からなる。また、この送信部は、データストリームを符号化するＳＴＢＣｏｒ時間ダイバシチ符号化部５を有する。

本送信部の特徴は、ＳＴＢＣｏｒ時間ダイバシチ符号化部５を制御するダイバシチ指定部４と、その制御のため、フィードバック情報を復調信号から取り出すｂｉｔ判定部３とを有している点にある。

以下、それぞれの装置の説明を行う。

復調部２は、相手の無線通信装置１からフィードバック情報を受信するアンテナを備え、フィードバック情報を受信する（本発明の「相手通信装置から通信手順の切り替えに対する指令を受信する手段」に相当）。そして、復調部２は、受信されたフィードバック情報を復調してからｂｉｔ判定部３に送出する。

ｂｉｔ判定部３は、フィードバック情報のビット判定を行う。すなわち、ｂｉｔ判定部は復調されたフィードバック情報から符号化方式を指定するビット系列を抽出する。復調部２およびｂｉｔ判定部３が、本発明の「通信手順の切り替えに対する指定を受信する手段」に相当する。その後、ｂｉｔ判定部３は、ダイバシチ方式指定部４にそのビットを通知する。

ダイバシチ方式指定部４は、ｂｉｔ判定部３からフィードバック情報のビットを受けると、予め設定された所定の時間、処理を行わず、所定の時間後、フィードバック情報にしたがって、符号化方式をＳＴＢＣｏｒ時間ダイバシチ符号化部５に設定する。ダイバシチ方式指定部４とＳＴＢＣｏｒ時間ダイバシチ符号化部５が本発明の「選択された通信手段に切り替える手段」に相当する。

ＳＴＢＣｏｒ時間ダイバシチ符号化部５は、指定されている符号化方式でデータストリーム１２の符号化を行う。

パイロットパタン生成部６は、パイロットパタンを生成し、直交符号符号化部７に送出する。

直交符号符号化部７は、パイロットパタンを直交符号符号化した後、Ｐ／Ｓ変換部８に送出する。

Ｐ／Ｓ変換部８は、ＳＴＢＣｏｒ時間ダイバシチ符号化部５で符号化されたデータストリームと、直交符号符号化されたパイロットパタンの時間多重とを行った後、信号を変調部９に送る。ここで、Ｐ／Ｓ変換のパイロット信号に対するデータ比率は１：１である必要はなく、通常はデータストリームの比率が高くなるように時間多重を行う。

変調部９は、信号をディジタル変調し、信号点へマッピングする。

送信ＲＦ部１０は、ディジタル信号をアナログ変換し、搬送波周波数にアップ コンバートしてから、送信アンテナ１１に送る。

〈送信部２〉
図９は、本通信システムに用いる無線通信装置の送信部の第２の例の構成を示すブロック図である。図９で示す無線通信の送信部の構成は、そのほとんどが図８で示した構成と同一であるので、〈送信部１〉に記載した処理と同じ処理に関しては、図９に図８と同じ符号を付してその説明を省略する
図９は、時間多重の代わりにＩ，Ｑ分離を変調部１３で行う形態になっている。そのため、図８でのＰ／Ｓ変換部８と変調部９は、変調部１３と入れ替わっている。

図９は、パイロット信号とデータストリームがＩ，Ｑ軸を使って直交符号符号化される送信部の構成を示している。そのため、パイロット信号に対するデータ比率は１：１が好ましい。データの比率を大きくするためには、Ｉ，Ｑ軸に、データをマッピングする点を増やす事で改善できる。しかし、その操作はＩ，Ｑ軸の振幅比を変えるため、あまり好ましくない。この通信部を用いると、Ｉ，Ｑ軸を使った直交符号符号により、直交した１軸を占有してパイロット信号を送受信できる。したがって、Ｐ／Ｓ変換を使用した場合に比べて高い品質の通信で相関を算出できる。

図８、９で図示した送信部以外にも、ＯＦＤＭ方式を用いて周波数軸上へ多重する方法や、ＣＤＭＡ方式を用いて符合多重を行う方法、または、以上の手法を組み合わせて直交性を保つ方法を用いることができる。

〈受信部〉
図１０は、本無線通信システムの無線通信装置の受信部の第１実施例の構成を示すブロック図である。図１０は、図８の送信部の構成に対して使用する受信部を示している。この受信部は、復調部１９と、受信アンテナが２つの場合に２つとなる、伝送部２８、２８を有する。伝送部２８、２８は、受信アンテナ１４、受信ＲＦ部１５、タイミング同期部１６、Ｓ／Ｐ（シリアル／パラレル）変換部１７を有する。

本受信部の特徴は、ダイバシチ復号部２１と、直交符号復号部１８と、伝搬路推定部２０と、時間相関検出部２２と、ダイバシチ切替通知部２４と、送信ダイバシチ選択部２５と、フィードバックｂｉｔ生成部２６とを有している点である。

以下、それぞれの装置の説明を行う。

受信アンテナ１４は相手通信装置から信号を受信する（本発明の「相手通信装置から無線信号を受信する受信手段」に相当）。

受信ＲＦ部１５は、受信された信号をダウンコンバートした後、ディジタル信号に変換してからタイミング同期部１６に送出する。

タイミング同期部１６は、パス検出、ＡＦＣ同期等を行った後、信号処理を行うためのタイミングの同期を行う。その後、タイミング同期部１６は、信号をＳ／Ｐ変換部１７に送出する。

Ｓ／Ｐ変換部１７は、送信フォーマットに対応したＳ／Ｐ（シリアル／パラレル）変換を行い、受信されたパイロット信号とデータストリームを切り分ける。

直交符号復号部１８は、切り分けられたパイロット信号を送信アンテナ毎の受信パイロット信号として取り出す。

伝搬路推定部２０は、受信パイロット信号と参照パイロット信号を用いて伝搬路による受信信号の変動を推定する。その後、信号は復調部１９と時間相関検出部２２に送られる。

復調部１９は、信号をそれぞれの送受信アンテナ間の伝搬路変動の推定値（チャネル推定値）で最尤判定する事により、無線伝搬路の変動を補正する。その後、信号はダイバシチ復号部２１に送出される。

ダイバシチ復号部２１は、選択されている送信ダイバシチの方式にしたがって信号の復号を行い、データストリーム２３を生成する。信号の復号に際して、ＳＴＢＣが選択されている場合には最大比合成が使われるが、時間ダイバシチが選択されている場合には、伝搬路による遅延と制御による遅延の情報がシステムの設計時から求まっているため、最大比合成ではなく、ＭＰＩＣ（Multi-Path Interference Canceller）を使用することもできる。また、ダイバシチ復号部２１は、ダイバシチ切替通知部２４から送信ダイバシチの方式の切り替えが通知された場合、送信ダイバシチの復調の方式を通知された送信ダイバシチの復調の方式に切り替える。

時間相関検出部２２は、バッファを蓄えるメモリとメモリに登録されたデータに対する演算処理装置を有する。時間相関検出部２２は、直交符号復号後の受信パイロット信号を所定期間の間、時系列にメモリに登録する（本発明の「所定期間受信された受信信号を記憶する手段」に相当）。その後、時間相関検出部２２は、メモリに登録されたデータを読み出して所定の時間範囲の時間相関を計算する。そして、時間相関検出部２２は、その時間相関の値が０、もしくは相関係数が０．６以下になる最短の時間差をタイミングτとして算出する（本発明の「第１の基準時点と時間相関が所定の範囲の値となる第２の基準時点との時間差を求める手段」に相当）。そして、そのτの値が送信ダイバシチ選択部２５に通知される。

時間相関検出部２２は、実施例によって、ダイバシチ通知部２４からある予め指定された時間、処理を行わない通知を受け、内蔵されたタイマーによって、受信パイロット信号のメモリへの登録、時間相関の計算の処理を実施しない機能も備えてもよい（本発明の「時間相関の算出を休止する手段」に相当）。そして、内臓されたタイマーにより定められた時間後に、時間相関の検出を開始する機能を備えてもよい（本発明の「時間相関の算出を開始する手段」に相当）。

送信ダイバシチ選択部２５は、タイミング情報τを基に送信ダイバシチの選択を行う（本発明の「時間差に応じて指定される無線通信手順を選択する選択手段」に相当）。そして、送信ダイバシチ選択部２５は、選択された送信ダイバシチの方式をフィードバックｂｉｔ生成部２６とダイバシチ切替通知部２４に通知する。

また、送信ダイバシチ選択部２５は、その時点で使用中の送信ダイバシチの方式を登録しておくためのメモリを備え、選択された送信ダイバシチの方式がシステムに採用される度に当該のメモリを更新し、時間相関検出部２２から通知されるタイミング情報τを基に選択された送信ダイバシチの方式が当該のメモリから読み取られる送信ダイバシチの方式と同一であった場合、送信ダイバシチの方式の切り替えに関する通知をフィードバックｂｉｔ生成部２６とダイバシチ切替通知部２４に通知しない機能を備えてもよい。このことは、相手通信装置にも選択された送信ダイバシチの形式を通知しないことも意味する。

ダイバシチ切替通知部２４は、相手通信装置とタイミングを合わせて通信手順を切り替える。ダイバシチの切り替えのタイミングの詳細は〈ダイバシチ切替タイミング〉で説明する。

フィードバックｂｉｔ生成部２６は、選択された送信ダイバシチの方式に対応してｂｉｔ系列を生成する。そして、当該のｂｉｔ系列はフィードバック情報として、変調部２７に送出される。

変調部２７は、フィードバック情報を変調し、無線伝搬路を通して、フィードバック情報を相手無線通信装置に伝送する（本発明の「選択された無線通信手段を相手通信装置に指令する指令手段」に相当）。

一方、図９の送信部の構成に対する受信部の構成は、図１０のＳ／Ｐ（シリアル／パラレル）変換部１７と復調部１９の代わりに、Ｉ，Ｑ軸を使った直交に対する復調部を挿入することによって得られる。

〈フィードバック情報の通信量の抑制について〉
本無線通信システムでは、送受信機間で送信ダイバシチの通知が行われるため、フィードバックｂｉｔ数は従来の技術に対して、送信ダイバシチの通知に関する分だけ増加する。そこで、送受信機間での通信量を減らすための機能を説明する。

図２１は、ダイバシチモードとＭＩＭＯ多重モードに対して、送信ダイバシチを使用するか、ＡＲＱを使用するかを示している。ここで、ＯＮはその通信手順の使用を意味し、ＯＦＦは不使用を意味する。本通信システムはダイバシチモードに対応しており、図２１のように通信手順を設定している。本通信システムを使用する場合、送信ダイバシチにより通信品質が上がっているので、再送制御（ＡＲＱ：Automatic Repeat reQuest）のACK/NACK情報を不使用にすることができる。そのため、ACK/NACK情報に使用されていたフィードバック情報を減らすことができる。一方、従来技術であるＭＩＭＯ多重モードの場合には、送信ダイバシチに関するフィードバック情報は必要ではないが、ＡＲＱとしてのフィードバック情報が必要である。

〈送信ダイバシチ選択部〉
送信ダイバシチ選択部２５の動作例について説明する。送信ダイバシチ選択部２５は、時間相関検出部２２から通知されたタイミングτの大きさにより、送受信機間で使用する通信手順を選択する。通信手順としては、例として図２０で示されている通信手順のいずれかがタイミングτに従って選ばれる。

ここでは、図２０に示すテーブルの作成方法を説明する。

図２２は、受信パイロット信号の時間相関が小さくなるタイミングτの大きさと適用すべき通信手順の関係を示している。τが再送制御（ＡＲＱ）を行う時間（ＡＲＱの周期）よりも小さい場合は時間ダイバシチが適している。送信アンテナが２本で、アンテナ数に比例するシンボル時間２Ｔに対してτが十分短い場合はＳＴＢＣが適している。送信アンテナが３本以上のＮ本でアンテナ数に比例するシンボル時間ＮＴに対してτが十分小さい場合はquasi- Orthogonal Codingを用いたＳＴＢＣが適している。そして、送信アンテナが３本以上のＮ本で、τがアンテナ数の２倍に比例する２ＮＴに対してτが十分小さい場合はOrthogonal Codingを用いたＳＴＢＣが適している。

送信アンテナが２本のＳＴＢＣと比較した場合の時間ダイバシチの特徴は、空間相関が１になってもダイバシチを得ることができるということ、そして、τの時間幅で複数回送信を行うことによりダイバシチが向上することができることである。送信アンテナが３本の場合のOrthogonal Codingを用いたＳＴＢＣの特徴は、送信アンテナに比例してダイバシチが向上することと、直交化が複雑で、そのために多くのシンボル数が必要となり、スループットが低下することである。送信アンテナが３本の場合にquasi- Orthogonal Codingを用いたＳＴＢＣの特徴は、直交化に関してはほぼ直交性を保つということと、送信アンテナに比例してダイバシチが向上するということである。

図２２のようにタイミングτの大きさに対する送信ダイバシチの特徴の関係がわかっている。したがって、τの値の範囲とその範囲で選択すべき送信ダイバシチの種類の関係のテーブルを作ればよい。τの値と送信ダイバシチとの具体的な関係は、前記の送信ダイバシチの特徴と共に、システムに依存した演算処理の可能な量により決定される。例えば、システムが大きなフィードバック情報にも耐えるようであればフィードバックｂｉｔ構成の種類を増やして、より細かい制御が可能である。また、時間ダイバシチの処理が高速で行えるのであれば、二回送信の時間ダイバシチではなく、三回送信の時間ダイバシチが好ましい。

〈送信ダイバシチ切り替えタイミング〉
伝搬路遅延と制御遅延を考慮した送信ダイバシチの切り替えタイミングについて説明する。

制御遅延については、装置からデータを予め求めておくことができる。また、伝搬路遅延については、無線基地局の設計の際、許容できる伝搬損失から最大セル半径が設計され、その最大セル半径から最大伝搬路遅延を求めることができる。例えば、最大セル半径が５ｋｍとすると、電磁波の伝搬速度から、５×１０³／（３×１０⁸）＝１．６７×１０^-5＝１６．７μｓであり、これが片道の最大伝搬路遅延となる。

例として、図８で示した送信側無線通信装置と図１０で示した受信側無線通信装置のシステム構成を用いた場合の送信ダイバシチ切り替えタイミングについて図１６−１８を用いて説明する。

まず、最大伝搬路遅延ａと制御遅延ｂを合わせた全遅延が比較的短い場合を説明する。ここでの遅延とは、送信側でパイロット信号とデータが多重化され受信側へ送られる送信伝搬路遅延、受信側でパイロット信号から伝搬路推定や時間相関を計算し送信ダイバシチの選択のためのフィードバックｂｉｔが送られるまでの受信機制御遅延、送信側へフィードバックｂｉｔが送られるまでの受信伝搬路遅延、フィードバックｂｉｔを判定して送信側の送信ダイバシチが切り替えられるようになるまでの送信機制御遅延からなる。これらを全て合わせたものを全遅延とする。また、最大伝搬路遅延ａは最大セル半径に基づいて決定される。制御遅延ｂは、送信側の無線通信機の通信手段の切り替えに要する時間と受信側の無線通信機の通信手段の切り替えに要する時間の合計の時間に基づいて決定される。

複数のシンボルデータとパイロット信号の組み合わせで構成されるスロットに着目する。

図１６は、時間軸に対して信号が送出されている様子を概念図にしたものである。図１６で時間方向とは、時間軸をさかのぼる方向をいう。図１６は、スロットの後半にパイロット信号がある信号構成を示している。図は、最大伝搬路遅延ａと制御遅延ｂの全遅延が１スロットよりも短いと仮定している。この場合、スロット１のパイロット信号までを用いた時間相関に基づいて適切な送信ダイバシチを選択できる。そして、選択された送信ダイバシチは、全遅延を考慮してもスロット３に適用できる。この場合、受信側でスロット１のパイロット信号を受信したときは、送信側ではスロット２の送信準備が整っている。したがって、選択された送信ダイバシチを指定するフィードバックのｂｉｔが送信側に戻り、その判定を行ってもスロット３の時間にならない。そこで、その判定結果を次のスロットから適用させれば送信ダイバシチの変更がスロット３に反映される。受信側でも、時間相関計算の制御遅延の間にスロット２のデータ復号処理へ移っているので、次のスロットを待って適用することにより、スロット３で切り替え制御が行える。

図１７は、スロットの前半にパイロット信号がある構成である。図１７では、スロットの先頭にパイロット信号があるので、最大の全遅延（最大伝搬路遅延ａ＋制御遅延ｂ）がデータ部よりも短ければスロット１までのパイロット信号を用いた時間相関の結果を用いて判定した送信ダイバシチをスロット２で適用できる。

次に、全遅延時間（最大伝搬路遅延ａ＋制御遅延ｂ）が１スロットより長い場合について、図１８のスロット（スロットの後にパイロット信号がある場合）を例にして説明する。

図１８は、最大の全遅延時間（ａ＋ｂ）が１スロット以上２スロット未満となっている。そのため、伝搬環境によっては全遅延時間が１スロットになるか、２スロットになるか不確定な場合である。このように不確定な場合には、データとパイロット信号の組み合わせ（スロット）を更に複数組み合わせたフレームという枠組みで送信ダイバシチの切り替えタイミングを考える。

図１８は、３スロットで１フレームとした例である。この例では、フレームの一番始めのスロットまでのパイロット信号を用いた時間相関に基づいて送信ダイバシチを選定する。選定された送信ダイバシチは、次のフレームの始めのスロットから適用する。このことにより、スロット１までのパイロット信号を用いた判定結果を次のフレームの先頭であるスロット４で反映できる。以上のように、あらかじめシステムとして設定される最大遅延時間に合わせてスロットやフレームを決定することで、送信ダイバシチの切り替えタイミング制御を実現できる。

以上のようにして、最大遅延時間が、例示した場合よりも短い場合や、更に長い場合においても、無線通信の瞬間的な切断を抑えつつ送信ダイバシチの切り替え制御を実行することができる。

送信機の制御遅延とセル半径に応じた伝搬遅延から求められるタイミングに関しては、予めシステムの設計時に組み込まれており、様々な無線基地局や無線装置にも対応するよう十分な大きさのフレームで設計されている。

以上の制御によって、送信側無線通信機とタイミングを合わせて送信ダイバシチの方式を切り替えるダイバシチ切替通知部２４とダイバシチ復号部２１が本発明の受信側無線通信装置における「選択された無線通信手順に切り替える切り替え制御手段」に相当する。一方で、以上の制御により、受信側無線通信装置とタイミングを合わせて送信ダイバシチの方式を切り替えるダイバシチ方式指定部４とＳＴＢＣｏｒ時間ダイバシチ符号化部５が本発明の送信側無線通信装置における「選択された無線通信手順に切り替える切り替え制御手段」に相当する。

以下では、本発明を応用した際の実施例を５通り示す。

《実施例》
〈送信部の処理〉
実施例では、受信側の無線通信装置の実施形態に関して５通り説明する。受信側の無線通信装置の説明の前に、図２３に示す処理のフローチャートを用いて、送信側の無線通信装置の一実施例を説明する。

なお、図８に示した復調部２、ｂｉｔ判定部３、ダイバシチ方式指定部４、ＳＴＢＣｏｒ時間ダイバシチ符号化部５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）または、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）上のプログラムとして実現できる。ただし、これらの構成要素の一部を専用の演算回路で構成してもよい。

以下、図２３を参照して、図８の送信部で実行されるダイバシチ切替処理を説明する。

図２３は、送信部のダイバシチ切替処理のフローチャートである。この処理では、まず、相手無線装置から受けたフィードバック情報は復調部２にて復調された後、ｂｉｔ判定部３に送られる。そして、ｂｉｔ判定部３は、受信信号に基づいてフィードバックｂｉｔを判定する（Ｓ１３）。ダイバシチ方式指定部４は、判定されたビットに基づいて送信ダイバシチを選択する（Ｓ１４）。さらに、ダイバシチ方式指定部４は、送受信機での送信ダイバシチの切り替えのタイミングを含め、フィードバック制御遅延に関するタイミングの同期を計る（Ｓ１５）。例えば、ダイバシチ方式指定部４は、図１６に示したような全遅延とスロットの関係にある場合は、最初のパイロットを含むスロットから数えて３スロット目で送信ダイバシチを切り替える。また、図１８のように全遅延が１スロットよりも長い場合、ダイバシチ方式指定部４は、送信側、受信側の制御時間に対して十分に長いフレームを設定する。このようにして、送信ダイバシチ方式指定部４は、ＳＴＢＣｏｒ時間ダイバシチ符号化部５に、送信ダイバシチの符号の切り替え指令を通知する（Ｓ１６）。そして、ＳＴＢＣｏｒ時間ダイバシチ符号化部５は、送信ダイバシチの切り替えに関する通知を受けて、通知された送信ダイバシチ方式に通信手順を切り替える。切り替わった送信ダイバシチの方式に基づいて、ＳＴＢＣｏｒ時間ダイバシチ符号化部５は、データストリームの符号化をする。

以上のステップにより、送信部は、受信部とタイミングを合わせて、送信ダイバシチの符号化方式を切り替えることができる。

〈第１実施例〉
第１実施例は、ＭＩＳＯ構成の通信装置の場合にはシステム原理の式（１）、ＭＩＭＯ構成の通信装置の場合にはシステム原理の式（１２）を適用した場合の実施例にそれぞれ対応している。

以下、図１１に示す処理のフローチャートを用いて、受信部の第１実施例を説明する。

なお、図１０の伝搬路推定部２０、ダイバシチ復号部２１、時間相関検出部２２、ダイバシチ切替通知部２４、送信ダイバシチ選択部２５、フィードバックｂｉｔ生成部２６、変調部２７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）または、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）上のプログラムとして実現できる。ただし、これらの構成要素の一部を専用の演算回路で構成してもよい。

図１１は、受信部のダイバシチ切替処理のフローチャートである。この処理では、まず、相手通信装置から受信アンテナ１４が相手通信装置からのパイロット信号を受信して、受信ＲＦ部１５に送出する。受信ＲＦ部１５は、受信アンテナ１４から受信信号を受け、ディジタル信号に変換した後、信号をタイミング同期部１６に送出する。タイミング同期部１６は、受信ＲＦ部５からディジタル信号を受けると、信号処理のためのタイミング同期を取り、その後、信号をＳ／Ｐ変換部１７に送る。Ｓ／Ｐ変換部は、信号のシリアル／パラレル変換を行い、その後、信号を直交符号復号部１８と復号部１９に送る。そして、直交符号復号部１８に送られた受信信号は、直交符号に関して復号された後、伝搬路推定部２０に送られる。伝搬路推定部２０は、受信信号の伝搬路変動を推定する（Ｓ１）。ＭＩＳＯ構成の場合、時間相関検出部２２は、予め任意に選択した送信アンテナからの受信信号と、受信信号に対する参照パイロット信号とを用いて時間相関を計算する。ＭＩＭＯ構成の場合、時間相関検出部２２は、予め任意に選択した送信アンテナとそれぞれの受信アンテナの組に対して受信信号の時間相関を計算する。このステップを実行する時間相関検出部２２は本発明の「一つ受信信号で時間相関を算出する手段」に相当する（Ｓ２）。ＭＩＳＯ構成の場合、時間相関検出部２２は、ステップＳ２で求めた時間相関の値をそのまま維持する。ＭＩＭＯ構成の場合、時間相関検出部２２は、受信アンテナに対して伝搬路変動の所定の時間幅における平均値を算出した後、その伝搬路変動の平均値の大きさを受信信号の信頼度とみなして時間相関の最大比合成をして、時間相関の値の精度を高める（Ｓ３）。次に、時間相関検出部２２は、計算された時間相関の値から、時間相関が小さくなる時間差、タイミングτを決定する（Ｓ４）。次に、送信ダイバシチ選択部２５は、タイミングτから送信ダイバシチを選択する（Ｓ５）。そして、送信ダイバシチ選択部２５は、選択した送信ダイバシチの情報をフィードバックｂｉｔ生成部２６と、ダイバシチ切替通知部２４へ通知する（Ｓ６）。フィードバックｂｉｔ生成部２６は、送信ダイバシチの情報を信号として送出されるビット形式に変換する（Ｓ７）。Ｓ７のビット形式に関しては、図２０に例がある。ステップＳ７で変換された信号は、変調部２７によりフィードバック情報として送信側無線通信装置へフィードバックされる。一方、ダイバシチ切替通知部２４は、通知された信号に対して、送信側無線通信装置とタイミングを合わせて送信ダイバシチの方式を切り替えるために、タイミング同期を計る（Ｓ８）。そして、ダイバシチ切替通知部２４は、ステップＳ８のタイミング同期により、送信側無線通信機とタイミングを合わせて送信ダイバシチの方式の切り替えを行う（Ｓ９）。ダイバシチ復号部２１は、切り替わった送信ダイバシチの方式で受信信号の復号を行い、データストリームを取り出す。

以上のステップにより、複数の送信アンテナからの複数の無線信号の受信パイロット信号の精度が同程度であると考えられる場合、その中の一つの送信アンテナからの受信パイロット信号から、時間相関が計算され、タイミングτが求められ、そのτから送信ダイバシチが選択され、フィードバック情報として送信機に通知させる一方、送信機とのタイミングが図られたあと、受信機のダイバシチの方式を切り替えることができる。

第２実施例、第３実施例では、第１実施例のＳ２、Ｓ３のステップがそれぞれ異なるステップとなっている。

〈第２実施例〉
第２実施例は、ＭＩＳＯ構成の通信装置の場合にはシステム原理の式（９）、ＭＩＭＯ構成の通信装置の場合にはシステム原理の式（１３）の実施例にそれぞれ対応している。

以下、図１２に示す受信部の処理のフローチャートを用いて、第２実施例を説明する。ただし、第１実施例に記載した処理と同じ処理に関しては、図１２に図１１と同じ符号を付してその説明を省略する。第２実施例は、第１実施例のＳ２、Ｓ３のステップがＳ２Ａ、Ｓ３Ａとなっている点で第１実施例と異なっている。

Ｓ２Ａ、Ｓ３Ａの処理のステップは以下の通りである。ＭＩＳＯ構成の場合、時間相関検出部２２は、複数の送信アンテナからの受信信号の時間相関を計算する。ＭＩＭＯ構成の場合、時間相関検出部２２は、複数の送信アンテナからの受信信号の時間相関を複数の受信アンテナとの組に対して計算する。このステップを実行する時間相関検出部２２が本発明の「受信した複数の無線信号から前記時間相関を複数算出する手段」に相当する（Ｓ２Ａ）。ＭＩＳＯ構成の場合、時間相関検出部２２は、複数の送信アンテナに対する伝搬路変動の平均値を算出した後、その値を用いて時間相関の値の最大比合成をする。ＭＩＭＯ構成の場合、時間相関検出部２２は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナの組に対して伝搬路変動の平均値を算出した後、その値を用いて時間相関の値の最大比合成をする。このステップを実行する時間相関検出部２２が本発明の「複数の時間相関と複数の受信信号から、複数の受信信号のそれぞれの電力値の大きさで重み付けられる合成された時間相関を生成する手段」に相当する（Ｓ３Ａ）。

この構成によれば、複数の送信アンテナからの無線信号の受信パイロット信号の精度が異なる場合、単純に複数の送信アンテナからの受信信号を平均化したよりも高い精度で時間相関を計算することができる。

〈第３実施例〉
第３実施例は、ＭＩＳＯ構成の通信装置の場合にはシステム原理の式（１０）、ＭＩＭＯ構成の通信装置の場合にはシステム原理の式（１４）の実施例にそれぞれ対応している。

以下、図１３に示す受信部の処理のフローチャートを用いて、第３実施例を説明する。ただし、第１実施例に記載した処理と同じ処理に関しては、図１３に図１１と同じ符号を付してその説明を省略する。第２実施例は、第１実施例のＳ２、Ｓ３のステップがＳ２Ｂ、Ｓ３Ｂとなっている点で第１実施例と異なっている。

Ｓ２Ｂ、Ｓ３Ｂの処理のステップは以下の通りである。ＭＩＳＯ構成の場合、時間相関検出部２２は、複数の送信アンテナからの受信信号の時間相関を計算する。時間相関の計算の際、時間相関を複数の送信アンテナの組に対して計算する。ＭＩＭＯ構成の場合、時間相関検出部２２は、複数の送信アンテナからの受信信号の時間相関を複数の受信アンテナごとに計算する。すなわち、時間相関検出部２２は、各受信アンテナについて、時間相関の計算の際、時間相関を複数の送信アンテナの組に対して計算する。ここで、時間相関検出部２２は、複数の送信アンテナに対して、隣接する送信アンテナ組に対してのみ時間相関を計算してもよい。このステップを実行する時間相関検出部２２が本発明の「複数の受信信号の組み合わせに対して、時間相関を算出する手段」に相当する（Ｓ２Ｂ）。ＭＩＳＯ構成の場合、時間相関検出部２２は、ステップＳ２で求めた時間相関の値をそのまま維持する。ＭＩＭＯ構成の場合、時間相関検出部２２は、複数の受信アンテナに対して伝搬路変動の平均値を算出した後、その値を用いて上記複数の受信アンテナごとに求めた時間相関の値の最大比合成をする（Ｓ３Ｂ）。

この構成によれば、複数の送信アンテナの空間的な隔たりを考慮に入れて時間相関を計算できる。

〈第４実施例〉
以下、図１４に示す受信部での処理のフローチャートを用いて、第４実施例を説明する。

第４実施例は、第２実施例に、次の計算タイミングまで待つステップ（Ｓ１０）が付加されたものである。本実施例の他の処理については、第２実施例に記載（図１２）の場合と同様である。そこで、第２実施例に記載と同一の処理については同一の符号を付してその説明を省略する。

この構成において、第４実施例は、ダイバシチ切替通知部２４が時間相関検出部２２に、しばらくの間、時間相関計算の演算を休止させる通知を行う（Ｓ１０）。そして、時間相関検出部２２はダイバシチ切替通知部２４からの通知にしたがって、内蔵するタイマーで予め設定された期間、計時を行い、その間、時間相関を計算しない（この処理を実行する時間相関検出部２２が本発明の「所定の休止時間を計時する手段」に相当）。

第４実施例によると、受信信号間の時間相関を計算する演算量は大きいため、インターバルを待って断続的に演算処理を実行させる事で、本システムで使用される演算量の削減ができる。

なお、第４実施例として、第２実施例の各ステップにＳ１０のステップを付加する代わりに、第１実施例の各ステップにＳ１０のステップを付加することや、第２実施例の各ステップにＳ１０のステップを付加することもできる。

〈第５実施例〉
以下、図１５に示す受信部での処理のフローチャートを用いて、第５実施例を説明する。

第５実施例は、第４実施例に送信ダイバシチの切り替えを行うかどうかの判定のステップ（Ｓ１１）、および切り替え制御を行わないステップ（Ｓ１２）が付加されている。本実施例の他の処理については、第２実施例に記載（図１２）の場合と同様である。そこで、第２実施例に記載と同一の処理については同一の符号を付してその説明を省略する。

第５実施例において、送信ダイバシチ選択部２５は、時間相関検出部２２から通知されるτから、対応する送信ダイバシチがその時点で使用中の送信ダイバシチの方式と同一であるかどうかを判定する。このステップを実行する送信ダイバシチ選択部２５が本発明の「選択された通信手順と選択の前に使用していた通信手順とが同一であるか否かを判定する手段」に相当する（Ｓ１１）。そして、送信ダイバシチ選択部２５は、選択された送信ダイバシチとその時点で使用中の送信ダイバシチとが同じであると判定したとき、フィードバック生成部２６に送信ダイバシチの切替に関する通知を行わない。このステップを実行する送信ダイバシチ選択部２５が本発明の「選択された通信手順を相手通信装置に指令しない手段」に相当する。さらに、このとき、送信ダイバシチ選択部２５は、ダイバシチ切替通知部２４にも、送信ダイバシチの切り替えに関する通知を行わない。このステップを実行する送信ダイバシチ選択部２５が本発明の「通信手順を切り替えない手段」に相当する（Ｓ１２）。

第５実施例によると、送信ダイバシチ選択部２５がその時点で使用中の送信ダイバシチと同じ方式を選んだ場合、送信側無線通信機と受信側無線通信機で送信ダイバシチの切り替えに関するタイミング同期の演算量を削減できる。

なお、第５実施例として、Ｓ２Ａ、Ｓ３Ａのステップの代わりに、第１実施例のＳ２、Ｓ３のステップ、または第３実施例のＳ２Ｂ、Ｓ３Ｂのステップを使用することができる。加えて、第５実施例のＳ１１、Ｓ１２のステップを残して、Ｓ１０のステップを取り除くこともできる。
《変形例》
〈送信側通信装置と受信側通信装置の変形〉
以上、発明の実施形態においては、送信側が無線基地局、受信側が無線端末の場合を例に説明したが、送信側が無線端末、受信側が無線基地局であってもよい。また、送受信機とも無線端末や無線基地局であってもよい。
〈シャドウイングのある伝搬路への適用〉
以上では、フェージングの変動に対しての時間相関を求めたが、シャドウイングに対しても応用できる。受信したパイロット信号の短時間で観測される揺らぎはフェージングで起こる揺らぎと見なすことができる。一方、シャドウイングで起こる揺らぎは受信したパイロット信号の比較的長時間で観測される揺らぎと見なすことができる。したがって、時間相関の算出の際に、フェージングの影響が消える程度の所定の時間幅に対して受信パイロット信号の平均操作を行った後、平均操作が行われた後の受信パイロット信号を用いて時間相関を計算することにより、シャドウイングの影響を時間相関の値として算出することができる。その他の処理に関してはフェージングに対する実施形態と同じである。したがって、シャドウイングに対しても有効な無線手順の切り替えを実施できる。

以上では、時間ダイバシチとＳＴＢＣの間の切り替えのみに着目したが、時間ダイバシチとＳＦＢＣ（Space Frequency Block Coding）の間の切り替えという構成も可能である。また、本実施形態から明らかなように、受信信号の時間相関の計算結果に基づき他の通信手順を選択するようにしてもよい。

〈フィードバック情報の送信部での制御法〉
フィードバック情報の送受信を確実に行う構成について説明を行う。ここでは送信部の構成に関して説明する。

図２４は、フィードバックｂｉｔの送信制御の信頼性向上方法とその特徴との関係を示している。図２４では、選択可能な信頼性向上技術として、誤り訂正符号化、複数回の同一シンボル送信、ｂｉｔ尤度判定、送信電力増大が挙げられている。これらの技術のそれぞれの特徴としては、誤り訂正符号の場合には、誤り訂正の復号に若干の演算量が必要であること、符号化による利得が非常に大きいこと、フィードバック量が冗長であることが挙げられる。複数回の同一シンボル送信、ｂｉｔ尤度判定に関しては、判定方法の演算量が少ないこと、尤度判定による利得が大きいこと、誤り訂正符号と同じ利得を得ようとするとフィードバック情報がより冗長になることが挙げられる。送信電力増大に関しては、フィードバック量の冗長がないこと、ユーザー間のフィードバック情報の干渉が大きくなることが挙げられる。図２４に挙げられた信頼性向上方法は、図に示されているように、それぞれ特徴があるが、これらの信頼性向上方法やこれらの制御法を組み合わせて使用することにより、確実なフィードバックの送受信が可能になる。

以下、図２５のブロック図を用いて、送信機でのフィードバック情報の信頼性向上方法について説明する。図２５と図８との差異は、図２５では、図８の構成要素に加えて、フィードバックｂｉｔ制御復号部２９が加わったことである。フィードバックｂｉｔ制御復号部２９は、誤り訂正符号化、複数のシンボルデータ送信、ｂｉｔ尤度判定等、受信機側で符号化されたフィードバックｂｉｔを復号する。または、受信機側で送信電力の増大が行われた場合には、電力の制御等のために無線リソースを管理している上位レイヤ３０からの制御指令を受け付けるためのインターフェースがフィードバックｂｉｔ制御復号部２９に設けられている。本変形例の他の処理については、〈送信部１〉に記載（図８）の場合と同様である。そこで、〈送信部１〉に記載と同一の処理については同一の符号を付してその説明を省略する。

以上の技術を適用する場合には、それぞれの受信方法を用いた場合に発生する制御遅延に関しても、システムの設計時に考慮され、送受信機の切り替えタイミングに反映される。

〈フィードバック情報の受信部での制御法〉
フィードバック情報の送受信を図１０で示した実施形態よりも確実に行う構成について説明を行う。ここでは受信部での構成について説明を行う。

図２４で既に示したように、フィードバックｂｉｔの送信制御には、様々なものがあり、それらを有効に使用することによって、図１０の構成で示したよりも確実な無線通信の送受信が可能になる。

以下、図２６のブロック図を用いて、受信機でのフィードバック情報の送信方法について説明する。図２６と図１０との差異は、図２６では、図１０の構成要素に加えて、フィードバックｂｉｔ制御復号部３１が加わったことである。

フィードバックｂｉｔ制御符号部３１は、誤り訂正符号化、複数のシンボルデータ送信、ｂｉｔ尤度判定等、送信機側で復号されるフィードバックｂｉｔを符号化する。または、送信電力の増大を行うために、電力の制御等のための無線リソースを管理している上位レイヤ３２からの制御指令を受け付けるインターフェースがフィードバック制御符号部３１に設けられている。本変形例の他の処理については、〈受信部〉に記載（図１０）の場合と同様である。そこで、〈受信部〉に記載と同一の処理については同一の符号を付してその説明を省略する。

以上の信頼性向上技術を使用する場合には、それぞれの技術を用いた場合に発生する制御遅延に関しても、システムの設計時に考慮され、送受信機の切り替えタイミングに反映される。

Claims (8)

1. 相手通信装置から無線信号を複数の受信アンテナで受信する受信手段と、
   所定期間受信された前記受信信号を記憶する手段と、
   前記所定期間内で、第１の基準時点以降に受信された受信信号と第２の基準時点以降に受信された受信信号との相関である第１時間相関を前記複数の受信アンテナそれぞれに対応する伝送路毎に算出し、前記伝送路毎の前記第１時間相関が前記伝送路毎の電力値に応じて重み付けされ合成された第２時間相関を生成する手段と、
   前記合成された第２時間相関に基づいて、送信ダイバーシチの方式を選択する選択手段と、
   前記選択された送信ダイバーシチの方式を前記相手通信装置に指令する指令手段とを備える通信装置。
2. 相手通信装置から受信した複数の無線信号から、前記複数の受信信号の組み合わせに対して、前記時間相関を算出する手段を備える請求項１記載の通信装置。
3. 前記選択手段により選択された通信ダイバーシチの方式と前記選択の前に使用していた通信ダイバーシチの方式とが同一であるか否かを判定する手段とを更に備え、
   前記選択の前の送信ダイバーシチの方式と前記選択後の送信ダイバーシチの方式とが同一である場合、前記指令手段は前記選択された送信ダイバーシチの方式を相手通信装置に指令しない手段を備える請求項１記載の通信装置。
4. 前記送信ダイバーシチの方式を選択した際、所定の休止時間を計時する手段と、
   前記所定の休止時間の間、前記時間相関の算出を休止する手段と、
   前記休止時間後、前記時間相関の算出の処理を開始する手段とを備える請求項１記載の通信装置。
5. 前記送信ダイバーシチの方式の選択から所定期間の経過後に前記受信手段における受信手順を前記選択された送信ダイバーシチの方式に切り替える切り替え制御手段を更に備える請求項１記載の通信装置。
6. 前記選択手段により選択された送信ダイバーシチの方式と前記選択の前に使用していた送信ダイバーシチの方式とが同一であるか否かを判定する手段とを更に備え、
   前記選択の前の送信ダイバーシチの方式と前記選択後の送信ダイバーシチの方式とが同一である場合、送信ダイバーシチの方式を切り替えない手段を備える請求項５記載の通信装置。
7. 前記選択された送信ダイバーシチの方式を前記相手通信装置に指令する手段は、前記選択された送信ダイバーシチの方式とフィードバックするBit構成を対応させて指令するこ
   とを特徴とする請求項１記載の通信装置。
8. 相手通信装置から無線信号を複数の受信アンテナで受信するステップと、
   所定期間受信された前記受信信号を記憶するステップと、
   前記所定期間内で、第１の基準時点以降に受信された受信信号と第２の基準時点以降に受信された受信信号との相関である第１時間相関を前記複数の受信アンテナそれぞれに対応する伝送路毎に算出し、前記伝送路毎の前記第１時間相関が前記伝送路毎の電力値に応じて重み付けされ合成された第２時間相関を生成するステップと、
   前記合成された第２時間相関に基づいて、送信ダイバーシチの方式を選択するステップと、
   前記選択された送信ダイバーシチの方式を前記相手通信装置に指令するステップとを備える通信方法。

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