JP4922680B2

JP4922680B2 - 無線装置およびそれを利用した通信システム

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Publication number: JP4922680B2
Application number: JP2006179875A
Authority: JP
Inventors: 靖浩田中; 正悟中尾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2012-04-25
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Description

本発明は、無線装置に関し、特に複数のサブキャリアを使用する無線装置およびそれを利用した通信システムに関する。

高速なデータ伝送を可能にしつつ、マルチパス環境下に強い通信方式として、マルチキャリア方式のひとつであるＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調方式がある。このＯＦＤＭ変調方式は、無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）の標準化規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａ，ｇやＨＩＰＥＲＬＡＮ／２に適用されている。このような無線ＬＡＮにおけるパケット信号は、一般的に時間と共に変動する伝送路環境を介して伝送され、かつ周波数選択性フェージングの影響を受けるので、受信装置は一般的に伝送路推定を動的に実行する。

受信装置が伝送路推定を実行するために、パケット信号内に、２種類の既知信号が設けられている。ひとつは、パケット信号の先頭部分において、すべてのキャリアに対して設けられた既知信号であり、いわゆるプリアンブルやトレーニング信号といわれるものである。もうひとつは、パケット信号のデータ区間中に一部のキャリアに対して設けられた既知信号であり、いわゆるパイロット信号といわれるものである（例えば、非特許文献１参照。）。
ＳｉｎｅｍＣｏｌｅｒｉ，ＭｕｓｔａｆａＥｒｇｅｎ，ＡｎｕｊＰｕｒｉ，ａｎｄＡｈｍａｄＢａｈａｉ，"ＣｈａｎｎｅｌＥｓｔｉｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓＢａｓｅｄｏｎＰｉｌｏｔＡｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｉｎＯＦＤＭＳｙｓｔｅｍｓ"，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ，ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．３，ｐｐ．２２３−２２９，Ｓｅｐｔ．２００２．

ワイヤレス通信において、周波数資源を有効利用するための技術のひとつが、アダプティブアレイアンテナ技術である。アダプティブアレイアンテナ技術は、複数のアンテナのそれぞれにおいて、処理対象の信号の振幅と位相を制御することによって、アンテナの指向性パターンを制御する。このようなアダプティブアレイアンテナ技術を利用して、データレートを高速化するための技術にＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅＯｕｔｐｕｔ）システムがある。当該ＭＩＭＯシステムは、送信装置と受信装置がそれぞれ複数のアンテナを備え、並列に送信されるべきパケット信号を設定する（以下、パケット信号において並列に送信されるべきデータのそれぞれを「系列」という）。すなわち、送信装置と受信装置との間の通信に対して、最大アンテナ数までの系列を設定することによって、データレートを向上させる。

さらに、このようなＭＩＭＯシステムに、ＯＦＤＭ変調方式を組み合わせると、データレートはさらに高速化される。ＭＩＭＯシステムにおいて、リンクアダプテーションのために、送信装置が伝送レートの問い合わせ信号を受信装置に送信し、受信装置は、送信装置からの問い合わせ信号を受信し、望ましい伝送レートを送信装置に応答することが行われる。

本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。送信装置が、通信条件を変えて伝送レートを問い合わせるために複数のリクエスト信号を受信装置に送信し、受信装置がそれぞれのリクエスト信号に対して応答するためにフィードバック信号を返信する状況を想定する。受信装置が送信装置からリクエスト信号を受け取ったとき、フィードバック信号を返信するタイミングや順序は任意であり、また、リクエスト信号が正常に受信されないこともあることから、送信装置は、受信装置からフィードバック信号を受け取っても、それがいずれのリクエスト信号に対する応答であるかを必ずしも特定することはできない。通信条件を異ならせた複数のリクエスト信号に対してフィードバック信号を正しく対応させることができなければ、リンクアダプテーションを適正に行うことができない。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、リンクアダプテーションの精度を向上させる無線装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の無線装置は、複数の系列によって形成されるパケット信号を送信する無線装置であって、パケット信号を形成する複数の系列のうちのひとつに配置された既知信号を基準として、他の系列に配置された既知信号に、既知信号内での循環的なタイミングシフトを行うことにより、最終的に送信されるパケット信号を生成する生成部と、生成部において生成したパケット信号を送信する通信部とを備える。生成部は、タイミングシフトの量を変えながら、複数のパケット信号を生成し、生成された複数のパケット信号の各々を一意に特定するための識別番号を各パケット信号に付加し、通信部は、識別番号が付加された、タイミングシフト量を異ならせた複数の系列によって形成されたパケット信号を伝送レートの問い合わせ信号として送信し、問い合わせ信号に対して同一の識別番号が付加された応答信号を受信する。

この態様によると、送信側が通信条件を変えて送信する問い合わせ信号にシーケンス番号を付け、受信側が応答信号を返信する際に、同じ識別番号を付けることによって、問い合わせ信号と応答信号との誤対応を防ぐことができ、リンクアダプテーションを正確に行うことができる。

パケット信号に直交行列を乗算してそのパケット信号を形成する系列の数を拡張する拡張部をさらに含んでもよい。生成部は、系列数が拡張されたパケット信号を形成する複数の系列に対して、タイミングシフトを行う。

本発明の別の態様もまた、無線装置である。この装置は、複数のアンテナからパケット信号を送信する無線装置であって、既知信号を含むパケット信号を生成する生成部と、生成部において生成したパケット信号を複数のアンテナのいずれかから送信する通信部とを備える。生成部は、パケット信号が送信されるアンテナを一意に特定するための識別番号をパケット信号に付加し、通信部は、識別番号が付加されたパケット信号を伝送レートの問い合わせ信号として送信し、問い合わせ信号に対して同一の識別番号が付加された応答信号を受信する。

本発明のさらに別の態様もまた、無線装置である。この装置は、パケット信号を受信する無線装置であって、識別番号が付加された、伝送レートの問い合わせ信号を受信する受信部と、受信した信号をもとに伝送レートを決定する決定部と、決定された伝送レートに関する情報と問い合わせ信号に付加された識別番号とを含むパケット信号を生成する生成部と、生成部において生成したパケット信号を問い合わせ信号に対する応答信号として返信する送信部とを備える。

決定部は、受信電力にもとづいて伝送レートを決定してもよい。

本発明のさらに別の態様は、通信システムである。この通信システムは、複数の系列によって形成されるパケット信号を送信する送信装置と、送信装置から送信されたパケット信号を受信する受信装置とを備える。送信装置は、パケット信号を形成する複数の系列のうちのひとつに配置された既知信号を基準として、他の系列に配置された既知信号に、既知信号内での循環的なタイミングシフトを行うことにより、最終的に送信されるパケット信号を生成する生成部と、生成部において生成したパケット信号を送信する通信部とを備える。生成部は、タイミングシフトの量を変えながら、複数のパケット信号を生成し、生成された複数のパケット信号の各々を一意に特定するための識別番号を各パケット信号に付加し、通信部は、識別番号が付加された、タイミングシフト量を異ならせた複数の系列によって形成されたパケット信号を伝送レートの問い合わせ信号として受信装置に送信し、受信装置は、識別番号が付加された問い合わせ信号を受信する受信部と、受信した信号をもとに伝送レートを決定する決定部と、決定された伝送レートに関する情報と問い合わせ信号に付加された識別番号とを含むパケット信号を生成する生成部と、生成部において生成したパケット信号を問い合わせ信号に対する応答信号として送信装置に返信する送信部と、を備える。

本発明のさらに別の態様もまた、通信システムである。この通信システムは、複数のアンテナからパケット信号を送信する送信装置と、送信装置から送信されたパケット信号を受信する受信装置とを備える。送信装置は、既知信号を含むパケット信号を生成する生成部と、生成部において生成したパケット信号を複数のアンテナのいずれかから送信する通信部とを備える。生成部は、パケット信号が送信されるアンテナを一意に特定するための識別番号をパケット信号に付加し、通信部は、識別番号が付加されたパケット信号を伝送レートの問い合わせ信号として受信装置に送信し、受信装置は、識別番号が付加された問い合わせ信号を受信する受信部と、受信した信号をもとに伝送レートを決定する決定部と、決定された伝送レートに関する情報と問い合わせ信号に付加された識別番号とを含むパケット信号を生成する生成部と、生成部において生成したパケット信号を問い合わせ信号に対する応答信号として送信装置に返信する送信部と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、リンクアダプテーションを正確に行うことができる。

本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例は、少なくともふたつの無線装置によって構成されるＭＩＭＯシステムに関する。無線装置のうちの一方は、送信装置に相当し、他方は、受信装置に相当する。送信装置は、伝送レートを問い合わせるためのリクエスト信号を受信装置に送信する。受信装置は、送信装置からのリクエスト信号を受信し、受信側にとって望ましい伝送レートを送信装置に応答するためのフィードバック信号を送信装置に返信する。これにより、送信装置と受信装置の間でリンクアダプテーションが行われる。

送信装置は、通信条件を変えて、伝送レートを問い合わせるリクエスト信号を順次受信装置に送信し、受信装置は、複数のリクエスト信号を受けて、リクエスト信号毎に望ましい伝送レートを応答するフィードバック信号を送信装置に返信する。

送信装置は、各リクエスト信号に対応するフィードバック信号を受信装置から受信し、フィードバック信号に指定された伝送レートの内、たとえば、最も高い伝送レートに対応する通信条件を選択して、その伝送レートに合わせて、それ以降の受信装置との通信を行う。

ここで、送信装置は、条件を変えて複数のリクエスト信号を受信装置に送信し、受信装置から複数のフィードバック信号を受信するため、リクエスト信号とフィードバック信号の対応を取る必要がある。そこで、送信装置は、リクエスト信号を一意に特定するための識別情報としてシーケンス番号をリクエスト信号に付加して送信し、受信装置は、リクエスト信号に応答する際、そのリクエスト信号のシーケンス番号と同一のシーケンス番号をフィードバック信号に付加して返信する。これにより、送信装置は、リクエスト信号とフィードバック信号を１対１に対応づける。

図１は、本発明の実施例に係るマルチキャリア信号のスペクトルを示す。特に、図１は、ＯＦＤＭ変調方式での信号のスペクトルを示す。ＯＦＤＭ変調方式における複数のキャリアのひとつをサブキャリアと一般的に呼ぶが、ここではひとつのサブキャリアを「サブキャリア番号」によって指定するものとする。ＭＩＭＯシステムには、サブキャリア番号「−２８」から「２８」までの５６サブキャリアが規定されている。なお、サブキャリア番号「０」は、ベースバンド信号における直流成分の影響を低減するため、ヌルに設定されている。一方、ＭＩＭＯシステムに対応していないシステム（以下、「従来システム」という）には、サブキャリア番号「−２６」から「２６」までの５２サブキャリアが規定されている。なお、従来システムの一例は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格に準拠した無線ＬＡＮである。また、複数のサブキャリアにて構成されたひとつの信号の単位であって、かつ時間領域のひとつの信号の単位は、「ＯＦＤＭシンボル」と呼ばれるものとする。

また、それぞれのサブキャリアは、可変に設定された変調方式によって変調されている。変調方式には、ＢＰＳＫ（ＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）、ＱＰＳＫ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）、１６ＱＡＭ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、６４ＱＡＭのいずれかが使用される。

また、これらの信号には、誤り訂正方式として、畳み込み符号化が適用されている。畳み込み符号化の符号化率は、１／２、３／４等に設定される。さらに、並列に送信すべきデータの数は、可変に設定される。なお、データは、パケット信号として送信されており、並列に送信されるパケット信号のそれぞれは、前述のごとく「系列」と呼ばれる。その結果、変調方式、符号化率、系列の数の値が可変に設定されることによって、データレートも可変に設定される。なお、「データレート」は、これらの任意の組合せによって決定されてもよいし、これらのうちのひとつによって決定されてもよい。なお、従来システムにおいて、変調方式がＢＰＳＫであり、符号化率が１／２である場合、データレートは６Ｍｂｐｓになる。一方、変調方式がＢＰＳＫであり、符号化率が３／４である場合、データレートは９Ｍｂｐｓになる。

図２は、本発明の実施例に係る通信システム１００の構成を示す。通信システム１００は、無線装置１０と総称される第１無線装置１０ａ、第２無線装置１０ｂを含む。また、第１無線装置１０ａは、アンテナ１２と総称される第１アンテナ１２ａ、第２アンテナ１２ｂ、第３アンテナ１２ｃ、第４アンテナ１２ｄを含み、第２無線装置１０ｂは、アンテナ１４と総称される第１アンテナ１４ａ、第２アンテナ１４ｂ、第３アンテナ１４ｃ、第４アンテナ１４ｄを含む。ここで、第１無線装置１０ａが、送信装置および基地局装置に対応し、第２無線装置１０ｂが、受信装置および端末装置に対応する。

通信システム１００の構成として、ＭＩＭＯシステムの概略を説明する。データは、第１無線装置１０ａから第２無線装置１０ｂに送信されているものとする。第１無線装置１０ａは、第１アンテナ１２ａから第４アンテナ１２ｄのそれぞれから、複数の系列のデータをそれぞれ送信する。その結果、データレートが高速になる。第２無線装置１０ｂは、第１アンテナ１４ａから第４アンテナ１４ｄによって、複数の系列のデータを受信する。さらに、第２無線装置１０ｂは、アダプティブアレイ信号処理によって、受信したデータを分離して、複数の系列のデータを独立に復調する。

ここで、アンテナ１２の本数は「４」であり、アンテナ１４の本数も「４」であるので、アンテナ１２とアンテナ１４の間の伝送路の組合せは「１６」になる。第ｉアンテナ１２ｉから第ｊアンテナ１４ｊとの間の伝送路特性をｈｉｊと示す。図中において、第１アンテナ１２ａと第１アンテナ１４ａとの間の伝送路特性がｈ１１、第１アンテナ１２ａから第２アンテナ１４ｂとの間の伝送路特性がｈ１２、第２アンテナ１２ｂと第１アンテナ１４ａとの間の伝送路特性がｈ２１、第２アンテナ１２ｂから第２アンテナ１４ｂとの間の伝送路特性がｈ２２、第４アンテナ１２ｄから第４アンテナ１４ｄとの間の伝送路特性がｈ４４と示されている。なお、これら以外の伝送路は、図の明瞭化のために省略する。なお、第１無線装置１０ａと第２無線装置１０ｂとが逆になってもよい。

図３は、通信システム１００におけるパケットフォーマットを示す。これは、系列の数が２であるパケット信号のフォーマットである。２つの系列に含まれたデータが、送信の対象とされるものとし、第１、第２の系列に対応したパケットフォーマットが上段と下段に示されている。

第１の系列にプリアンブル信号として配置される「ＨＴ−ＳＴＦ」、「ＨＴ−ＬＴＦ」は、ＭＩＭＯシステムに対応したタイミング推定用の既知信号、伝送路推定用の既知信号に相当する。一方、「データ１」は、データ信号である。

第２の系列には、「ＨＴ−ＳＴＦ（−４００ｎｓ）」、「ＨＴ−ＬＴＦ（−４００ｎｓ）」等が配置される。ここで、「−４００ｎｓ」等は、ＣＤＤ（ＣｙｃｌｉｃＤｅｌａｙＤｉｖｅｒｓｉｔｙ）におけるタイミングシフト量を示す。ＣＤＤとは、所定の区間において、時間領域の波形をシフト量だけ後方にシフトさせ、所定の区間の最後部から押し出された波形を所定の区間の先頭部分に循環的に配置させる処理である。すなわち、「ＨＴ−ＳＴＦ（−４００ｎｓ）」には、「ＨＴ−ＳＴＦ」に対して、−４００ｎｓの遅延量にて循環的なタイミングシフトがなされている。ここで「データ１」、「データ２」にもＣＤＤがなされており、タイミングシフト量は、前段に配置されたＨＴ−ＬＴＦでのタイミングシフト量と同一の値である。

第１の系列において、ＨＴ−ＬＴＦが、先頭から「ＨＴ−ＬＴＦ」、「ＨＴ−ＬＴＦ」の順に配置され、第２の系列において、ＨＴ−ＬＴＦが、先頭から「ＨＴ−ＬＴＦ」、「−ＨＴ−ＬＴＦ」の順に配置されている。ここで、これらを順に、各系列において「第１成分」、「第２成分」と呼ぶ。すべての系列の受信信号に対して、第１成分＋第２成分の演算を行えば、受信装置において、第１の系列に対する所望信号が抽出される。また、すべての系列の受信信号に対して、第１成分−第２成分の演算を行えば、受信装置において、第２の系列に対する所望信号が抽出される。

図４は、通信システム１００において最終的に送信されるパケット信号のフォーマットを示す。図４のパケット信号は、図３に示した２つの系列によって形成されるパケット信号を４つの系列に拡張したものである。図３の第１の系列および第２の系列に配置された「ＨＴ−ＳＴＦ」と「ＨＴ−ＬＴＦ」に、後述の直交行列による演算がなされ、系列数が４に増え、「ＨＴ−ＳＴＦ１」から「ＨＴ−ＳＴＦ４」が生成される。「ＨＴ−ＬＴＦ」についても同様である。さらに、第１の系列から第４の系列のそれぞれに対して、タイミングシフト量「０ｎｓ」、「−５０ｎｓ」、「−１００ｎｓ」、「−１５０ｎｓ」によるＣＤＤが実行される。なお、系列の拡張の際になされるＣＤＤでのタイミングシフト量の絶対値は、ＨＴ−ＳＴＦおよびＨＴ−ＬＴＦに対して最初になされたＣＤＤでのタイミングシフト量の絶対値よりも小さくなるように設定される。第１の系列と第２の系列の「データ１」および「データ２」に対しても同様に直交行列による変換処理がなされ、４つの系列「データＡ」、「データＢ」、「データＣ」、「データＤ」が得られ、さらに、タイミングシフト量「０ｎｓ」、「−５０ｎｓ」、「−１００ｎｓ」、「−１５０ｎｓ」によるＣＤＤが実行される。

さらに、パケット信号の先頭部に従来システムとの互換性を維持するための信号が配置される。「Ｌ−ＳＴＦ」、「Ｌ−ＬＴＦ」、「Ｌ−ＳＩＧ」、「ＨＴ−ＳＩＧ」は、従来システムに対応したタイミング推定用の既知信号、伝送路推定用の既知信号、制御信号、ＭＩＭＯシステムに対応した制御信号にそれぞれ相当する。ＭＩＭＯシステムに対応した制御信号には、例えば、系列の数に関する情報が含まれている。これらの信号についても、同様にタイミングシフト量「０ｎｓ」、「−５０ｎｓ」、「−１００ｎｓ」、「−１５０ｎｓ」によるＣＤＤが実行される。

「Ｌ−ＬＴＦ」から「ＨＴ−ＳＩＧ」までの部分は、従来システムと同様に、「５２」サブキャリアを使用する。なお、「５２」サブキャリアのうちの「４」サブキャリアがパイロット信号に相当する。一方、「ＨＴ−ＬＴＦ」等以降の部分は、「５６」サブキャリアを使用する。

図５は、第１無線装置１０ａの構成を示す。第１無線装置１０ａは、無線部２０と総称される第１無線部２０ａ、第２無線部２０ｂ、第４無線部２０ｄ、ベースバンド処理部２２、変復調部２４、ＩＦ部２６、制御部３０を含む。また信号として、時間領域信号２００と総称される第１時間領域信号２００ａ、第２時間領域信号２００ｂ、第４時間領域信号２００ｄ、周波数領域信号２０２と総称される第１周波数領域信号２０２ａ、第２周波数領域信号２０２ｂ、第４周波数領域信号２０２ｄを含む。なお、第２無線装置１０ｂは、第１無線装置１０ａと同様に構成される。そのため、以下の説明において、受信動作に関する説明は、第２無線装置１０ｂでの処理に対応し、送信動作に関する説明は、第１無線装置１０ａでの処理に対応する。

無線部２０は、受信動作として、アンテナ１２によって受信した無線周波数の信号を周波数変換し、ベースバンドの信号を導出する。無線部２０は、ベースバンドの信号を時間領域信号２００としてベースバンド処理部２２に出力する。一般的に、ベースバンドの信号は、同相成分と直交成分によって形成されるので、ふたつの信号線によって伝送されるべきであるが、ここでは、図を明瞭にするためにひとつの信号線だけを示すものとする。また、ＡＧＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）やＡ／Ｄ変換部も含まれる。ＡＧＣは、「Ｌ−ＳＴＦ」、「ＨＴ−ＳＴＦ」においてゲインを設定する。

無線部２０は、送信動作として、ベースバンド処理部２２からのベースバンドの信号を周波数変換し、無線周波数の信号を導出する。ここで、ベースバンド処理部２２からのベースバンドの信号も時間領域信号２００として示す。無線部２０は、無線周波数の信号をアンテナ１２に出力する。すなわち、無線部２０は、無線周波数のパケット信号をアンテナ１２から送信する。また、ＰＡ（ＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）、Ｄ／Ａ変換部も含まれる。時間領域信号２００は、時間領域に変換されたマルチキャリア信号であり、デジタル信号であるものとする。

ベースバンド処理部２２は、受信動作として、複数の時間領域信号２００をそれぞれ周波数領域に変換し、周波数領域の信号に対してアダプティブアレイ信号処理を実行する。ベースバンド処理部２２は、アダプティブアレイ信号処理の結果を周波数領域信号２０２として出力する。ひとつの周波数領域信号２０２が、送信された複数の系列のそれぞれに相当する。また、ベースバンド処理部２２は、送信動作として、変復調部２４から、周波数領域の信号としての周波数領域信号２０２を入力し、周波数領域の信号を時間領域に変換し、複数のアンテナ１２のそれぞれに対応づけながら時間領域信号２００として出力する。

送信処理において使用すべきアンテナ１２の数は、制御部３０によって指定されるものとする。ここで、周波数領域の信号である周波数領域信号２０２は、図１のごとく、複数のサブキャリアの成分を含むものとする。図を明瞭にするために、周波数領域の信号は、サブキャリア番号の順番に並べられて、シリアル信号を形成しているものとする。

図６は、周波数領域の信号の構成を示す。ここで、図１に示したサブキャリア番号「−２８」から「２８」のひとつの組合せを「ＯＦＤＭシンボル」というものとする。「ｉ」番目のＯＦＤＭシンボルは、サブキャリア番号「１」から「２８」、サブキャリア番号「−２８」から「−１」の順番にサブキャリア成分を並べているものとする。また、「ｉ」番目のＯＦＤＭシンボルの前に、「ｉ−１」番目のＯＦＤＭシンボルが配置され、「ｉ」番目のＯＦＤＭシンボルの後ろに、「ｉ＋１」番目のＯＦＤＭシンボルが配置されているものとする。なお、図３等の「Ｌ−ＳＩＧ」等の部分では、ひとつの「ＯＦＤＭシンボル」に対して、サブキャリア番号「−２６」から「２６」の組合せが使用される。

図５に戻る。また、ベースバンド処理部２２は、図３のパケットフォーマットに対応したパケット信号を生成するために、ＣＤＤを実行する。さらに、ベースバンド処理部２２は、図４のパケットフォーマットに示したパケット信号への変形を実行するために、ステアリング行列の乗算を実行する。これらの処理の詳細は、後述する。

変復調部２４は、受信処理として、ベースバンド処理部２２からの周波数領域信号２０２に対して、復調とデインタリーブを実行する。なお、復調は、サブキャリア単位でなされる。変復調部２４は、復調した信号をＩＦ部２６に出力する。また、変復調部２４は、送信処理として、インタリーブと変調を実行する。変復調部２４は、変調した信号を周波数領域信号２０２としてベースバンド処理部２２に出力する。送信処理の際に、変調方式は、制御部３０によって指定されるものとする。

ＩＦ部２６は、受信処理として、複数の変復調部２４からの信号を合成し、ひとつのデータストリームを形成する。さらに、ひとつのデータストリームを復号する。ＩＦ部２６は、復号したデータストリームを出力する。また、ＩＦ部２６は、送信処理として、ひとつのデータストリームを入力し、符号化した後に、これを分離する。さらに、ＩＦ部２６は、分離したデータを複数の変復調部２４に出力する。送信処理の際に、符号化率は、制御部３０によって指定されるものとする。ここで、符号化の一例は、たたみ込み符号化であり、復号の一例は、ビタビ復号であるとする。

制御部３０は、第１無線装置１０ａのタイミング等を制御する。制御部３０は、ＩＦ部２６、変復調部２４、ベースバンド処理部２２を制御して、リンクアダプテーションを実行する。送信装置において、制御部３０は、伝送レートを問い合わせるリクエスト信号を図３で示した信号フォーマットで生成し、信号の系列数を拡張してCDDを実行することで図４で示した信号フォーマットに変換する。

送信装置において、制御部３０は、ＣＤＤのタイミングシフト量を変えながらリクエスト信号を生成し、シーケンス番号を付けて送信する。受信装置において、ＣＤＤのタイミングシフト量を異ならせたリクエスト信号を受信すると、制御部３０は、リクエスト信号の受信状態に応じて、受信側にとって望ましい伝送レートを決定し、決定された伝送レートを特定する情報を送信装置に応答するためのフィードバック信号を生成し、リクエスト信号に付加されたシーケンス番号と同一のシーケンス番号を付けて返信する。

一般に、ＣＤＤのタイミングシフト量が小さいとき、信号の系列間で干渉が起き、電波の指向性が強くなり、受信装置の位置によって信号の受信強度の違いが大きくなる。ＣＤＤのタイミングシフト量が大きいとき、信号の系列間の分離性が高まり、受信装置の位置による信号の受信強度の違いは小さくなる。

受信装置は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６−ＱＡＭ、６４−ＱＡＭなどの変調方式、符号化率、アンテナの数などのパラメータの組合せによって定まる伝送レートをインデックス番号に対応づけて格納したテーブルを記憶している。受信装置において、制御部３０は、このテーブルから、リクエスト信号の受信状況に応じて、望ましい伝送レートを決定して、その伝送レートを特定するためのインデックス番号をフィードバック信号に含める。送信装置は、受信装置と同じテーブルを記憶しており、制御部３０は、フィードバック信号に含まれるインデックス番号から受信装置が望む伝送レート、すなわち変調方式、符号化率などのパラメータを取得し、取得されたパラメータにしたがって受信装置との通信を行い、受信装置の伝送レートに適応する。

受信装置において、制御部３０が望ましい伝送レートを決定する方法の一例を説明する。制御部３０は、リクエスト信号の受信電力に応じて、望ましい変調方式を決定する。たとえば、受信装置が実行可能な変調方式としてＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６−ＱＡＭ、６４−ＱＡＭがある場合に、各変調方式を実行するために最低限必要な受信電力を求めておき、それを閾値として、リクエスト信号の受信電力と比較し、望ましい変調方式を決定する。さらに、リクエスト信号の受信電力などにより、望ましい符号化率などを決定し、最終的に、変調方式や符号化率などのパラメータで定まる伝送レートを決定する。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた通信機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図７は、ベースバンド処理部２２の構成を示す。ベースバンド処理部２２は、受信用処理部５０、送信用処理部５２を含む。受信用処理部５０は、ベースバンド処理部２２における動作のうち、受信動作に対応する部分を実行する。すなわち、受信用処理部５０は、時間領域信号２００に対してアダプティブアレイ信号処理を実行しており、そのために時間領域信号２００のウエイトベクトルの導出を実行する。また、受信用処理部５０は、アレイ合成した結果を周波数領域信号２０２として出力する。

送信用処理部５２は、ベースバンド処理部２２における動作のうち、送信動作に対応する部分を実行する。すなわち、送信用処理部５２は、周波数領域信号２０２を変換することによって、時間領域信号２００を生成する。また、送信用処理部５２は、複数の系列を複数のアンテナ１２にそれぞれ対応づける。さらに、送信用処理部５２は、図３に示されたようなＣＤＤを実行し、図４に示されたようなステアリング行列の演算を実行する。なお、送信用処理部５２は、最終的に時間領域信号２００を出力する。

図８は、受信用処理部５０の構成を示す。受信用処理部５０は、ＦＦＴ部７４、ウエイトベクトル導出部７６、合成部８０と総称される第１合成部８０ａ、第２合成部８０ｂ、第３合成部８０ｃ、第４合成部８０ｄを含む。

ＦＦＴ部７４は、時間領域信号２００に対してＦＦＴを実行することによって、時間領域信号２００を周波数領域の値に変換する。ここで、周波数領域の値は、図６のように構成されているものとする。すなわち、ひとつの時間領域信号２００に対する周波数領域の値は、ひとつの信号線にて出力される。

ウエイトベクトル導出部７６は、周波数領域の値から、サブキャリア単位にウエイトベクトルを導出する。なお、ウエイトベクトルは、複数の系列のそれぞれに対応するように導出され、ひとつの系列に対するウエイトベクトルは、アンテナ１２の数に対応した要素をサブキャリア単位に有する。また、複数の系列のそれぞれに対応したウエイトベクトルの導出には、ＨＴ−ＬＴＦ等が使用される。また、ウエイトベクトルを導出するために、適応アルゴリズムが使用されてもよく、あるいは伝送路特性が使用されてもよいが、これらの処理には、公知の技術が使用されればよいので、ここでは、説明を省略する。なお、ウエイトベクトル導出部７６は、ウエイトを導出する際に、前述のごとく、第１成分−第２成分＋第３成分−第４成分等の演算を実行する。最終的に、前述のごとく、サブキャリア、アンテナ１２、系列のそれぞれを単位にして、ウエイトが導出される。

合成部８０は、ＦＦＴ部７４にて変換された周波数領域の値と、ウエイトベクトル導出部７６からのウエイトベクトルとによって、合成を実行する。例えば、ひとつの乗算対象として、ウエイトベクトル導出部７６からのウエイトベクトルのうち、ひとつのサブキャリアに対応したウエイトであって、かつ第１の系列に対応したウエイトが選択される。選択されたウエイトは、アンテナ１２のそれぞれに対応した値を有する。

また、別の乗算対象として、ＦＦＴ部７４にて変換された周波数領域の値のうち、ひとつのサブキャリアに対応した値が選択される。選択された値は、アンテナ１２のそれぞれに対応した値を有する。なお、選択されたウエイトと選択された値は、同一のサブキャリアに対応する。アンテナ１２のそれぞれに対応づけられながら、選択されたウエイトと選択された値が、それぞれ乗算され、乗算結果が加算されることによって、第１の系列のうちのひとつのサブキャリアに対応した値が導出される。第１合成部８０ａでは、以上の処理が他のサブキャリアに対しても実行され、第１の系列に対応したデータが導出される。また、第２合成部８０ｂから第４合成部８０ｄでは、同様の処理によって、第２の系列から第４の系列に対応したデータがそれぞれ導出される。導出された第１の系列から第４の系列は、第１周波数領域信号２０２ａから第４周波数領域信号２０２ｄとしてそれぞれ出力される。

図９は、送信用処理部５２の構成を示す。送信用処理部５２は、分散部６６、ＩＦＦＴ部６８を含む。ＩＦＦＴ部６８は、周波数領域信号２０２に対してＩＦＦＴを実行し、時間領域の信号を出力する。その結果、ＩＦＦＴ部６８は、系列のそれぞれに対応した時間領域の信号を出力する。

分散部６６は、ＩＦＦＴ部６８からの系列とアンテナ１２とを対応づける。分散部６６は、図３のパケットフォーマットに対応したパケット信号を生成するために、ＣＤＤを実行する。ＣＤＤは、行列Ｃとして、以下のように実行される。

ここで、δは、シフト量を示し、ｌは、サブキャリア番号を示している。さらに、行列Ｃと系列との乗算は、サブキャリアを単位にして実行される。すなわち、分散部６６は、既知信号内での循環的なタイミングシフトを系列単位に実行する。また、タイミングシフト量は、図３のごとく設定される。

分散部６６は、図３のごとく生成されたパケット信号に対して、ステアリング行列をそれぞれ乗算することによって、パケット信号の系列の数を複数の系列の数まで増加させる。ここで、分散部６６は、乗算を実行する前に、入力した信号の次数を複数の系列の数まで拡張する。図３の場合、第１および第２の系列に配置された「ＨＴ−ＳＴＦ」等が入力されるので、入力した信号の数は、「２」であり、ここでは、「Ｎｉｎ」によって代表させる。そのため、入力したデータは、「Ｎｉｎ×１」のベクトルによって示される。また、複数の系列の数は、「４」であり、ここでは、「Ｎｏｕｔ」によって代表させる。分散部６６は、入力したデータの次数をＮｉｎからＮｏｕｔに拡張させる。すなわち、「Ｎｉｎ×１」のベクトルを「Ｎｏｕｔ×１」のベクトルに拡張させる。その際、Ｎｉｎ＋１行目からＮｏｕｔ行目までの成分に「０」を挿入する。

また、ステアリング行列Ｓは、次のように示される。

ステアリング行列は、「Ｎｏｕｔ×Ｎｏｕｔ」の行列である。また、Ｗは、直交行列であり、「Ｎｏｕｔ×Ｎｏｕｔ」の行列である。直交行列の一例は、ウォルシュ行列である。ここで、ｌは、サブキャリア番号を示しており、ステアリング行列による乗算は、サブキャリアを単位にして実行される。さらに、Ｃは、前述のごとく、ＣＤＤを示す。ここで、ＣＤＤにおけるタイミングシフト量は、複数の系列のそれぞれに対して異なるように規定されている。すなわち、第１の系列に対して「０ｎｓ」、第２の系列に対して「−５０ｎｓ」、第３の系列に対して「−１００ｎｓ」、第４の系列に対して「−１５０ｎｓ」のようにタイミングシフト量が規定される。

以上の構成による通信システム１００の動作を説明する。送信装置は、ＣＤＤのタイミングシフト量を変えながら、複数の系列で形成されるリクエスト信号を順次生成し、シーケンス番号を付けてリクエスト信号を受信装置に送信する。受信装置は、ＣＤＤのタイミングシフト量の異なる複数のリクエスト信号を受信し、各リクエスト信号の受信電力などに応じて、望ましい伝送レートを決定し、決定した伝送レートに関する情報を応答するフィードバック信号を順次生成して、送信装置に返信する。このフィードバック信号には、受信したリクエスト信号のシーケンス番号が付加される。

送信装置は、受信装置からフィードバック信号を受信し、フィードバック信号に含まれるシーケンス番号から、そのフィードバック信号に対応するリクエスト信号を特定する。送信装置は、リクエスト信号とフィードバック信号の対応関係から、ＣＤＤのタイミングシフト量と受信側の望ましい伝送レートの対応関係を取得することができる。送信装置は、伝送レートが最も高くなるタイミングシフト量を決定し、それ以降は、受信装置に送信すべきパケット信号に対して、決定されたタイミングシフト量でＣＤＤの処理を行い、受信装置に送信する。

本発明の実施例によれば、リンクアダプテーションを行う際、送信装置が通信条件を変えて送信するリクエスト信号にシーケンス番号を付け、受信装置がリクエスト信号に対してフィードバック信号を返信する際に、同じシーケンス番号を付けることで、送信装置側で、リクエスト信号とフィードバック信号を１対１に対応づけることができる。これにより、リクエスト信号とフィードバック信号の誤対応を防ぎ、リンクアダプテーションを正確に行うことができる。特に、通信条件としてＣＤＤのタイミングシフト量を変えた場合、受信装置に適したタイミングシフト量を選択し、通信の品質を高めることができる。

リンクアダプテーションの別の実施例を説明する。この実施例では、送信装置は、複数のアンテナのいずれかから伝送レートを問い合わせるリクエスト信号を送信し、受信装置は、リクエスト信号の受信状況に応じて、望ましい伝送レートを応答するフィードバック信号を返信する。この実施例を実現するために、上記のベースバンド処理部２２の送信用処理部５２の分散部６６を、いずれかのアンテナに切り替えてパケット信号を送信する選択部に置き換える。

送信装置において、選択部は、複数のアンテナを順に選択し、選択されたアンテナを一意に識別するためのシーケンス番号をリクエスト信号に付加して、選択されたアンテナからリクエスト信号を送信する。

受信装置は、リクエスト信号を受信すると、望ましい伝送レートを決定し、伝送レートを特定する情報をフィードバック信号により応答するが、その際、リクエスト信号に付加されたシーケンス番号と同一のシーケンス番号をフィードバック信号に付加する。

送信装置は、フィードバック信号に付加されたシーケンス番号によって、そのフィードバック信号が、いずれのアンテナから送信したリクエスト信号に対応するものであるかを特定することができる。送信装置は、最も高い伝送レートでの送信が可能なアンテナを選択し、それ以降は選択されたアンテナから受信装置宛のパケットを送信する。

この実施例によれば、複数のアンテナのいずれかからパケット信号を送信する場合に、受信装置が最大の受信レベルで受信できる送信アンテナを選択する送信の選択ダイバーシティを実現することができる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施例において、複数の系列の数が「４」である場合を説明した。しかしながらこれに限らず例えば、複数の系列の数は、「４」より小さくても構わないし、「４」より大きくても構わない。これにあわせて、前者の場合、アンテナ１２の数が「４」より少なくても構わないし、アンテナ１２の数が「４」より大きくても構わない。本変形例によれば、さまざまな系列の数に本発明を適用できる。

本発明の実施例に係るマルチキャリア信号のスペクトルを示す図である。本発明の実施例に係る通信システムの構成を示す図である。図２の通信システムにおけるパケットフォーマットを示す図である。図２の通信システムにおいて最終的に送信されるパケット信号のパケットフォーマットを示す図である。図２の第１無線装置の構成を示す図である。図５における周波数領域の信号の構成を示す図である。図５のベースバンド処理部の構成を示す図である。図７の受信用処理部の構成を示す図である。図７の送信用処理部の構成を示す図である。

符号の説明

１０無線装置、１２アンテナ、１４アンテナ、２０無線部、２２ベースバンド処理部、２４変復調部、２６ＩＦ部、３０制御部、５０受信用処理部、５２送信用処理部、１００通信システム。

Claims

複数の系列によって形成されるパケット信号を送信する無線装置であって、
パケット信号を形成する複数の系列のうちのひとつに配置された既知信号を基準として、他の系列に配置された既知信号に、既知信号内での循環的なタイミングシフトを行うことにより、最終的に送信されるパケット信号を複数生成する生成部と、
前記生成部において生成した複数のパケット信号を送信する通信部とを備え、
前記生成部は、複数のパケット信号の各々を一意に特定するための識別番号を各パケット信号に付加するとともに、複数のパケット信号のそれぞれに対するタイミングシフト量を異なるように設定し、
前記通信部は、複数のパケット信号のそれぞれを伝送レートの問い合わせ信号として送信し、各問い合わせ信号に対して同一の識別番号が付加された応答信号を受信するとともに、応答信号に含まれた伝送レートが最も高くなるタイミングシフト量を決定することを特徴とする無線装置。
パケット信号に直交行列を乗算してそのパケット信号を形成する系列の数を拡張する拡張部をさらに含み、
前記生成部は、系列数が拡張されたパケット信号を形成する複数の系列に対して、前記タイミングシフトを行うことを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
複数の系列によって形成されるパケット信号を送信する送信装置と、
前記送信装置から送信されたパケット信号を受信する受信装置とを備え、
前記送信装置は、
パケット信号を形成する複数の系列のうちのひとつに配置された既知信号を基準として、他の系列に配置された既知信号に、既知信号内での循環的なタイミングシフトを行うことにより、最終的に送信されるパケット信号を複数生成する生成部と、
前記生成部において生成した複数のパケット信号を送信する通信部とを備え、
前記生成部は、複数のパケット信号の各々を一意に特定するための識別番号を各パケット信号に付加するとともに、複数のパケット信号のそれぞれに対するタイミングシフト量を異なるように設定し、
前記通信部は、複数のパケット信号のそれぞれを伝送レートの問い合わせ信号として前記受信装置に送信し、各問い合わせ信号に対して同一の識別番号が付加された応答信号を受信するとともに、応答信号に含まれた伝送レートが最も高くなるタイミングシフト量を決定し、
前記受信装置は、
前記識別番号が付加された前記問い合わせ信号としてのパケット信号を複数受信する受信部と、
受信した複数のパケット信号のそれぞれに対する伝送レートを決定する決定部と、
決定された各伝送レートに関する情報と前記問い合わせ信号に付加された前記識別番号とを含むパケット信号を生成する生成部と、
前記生成部において生成したパケット信号を前記問い合わせ信号に対する応答信号として前記送信装置に返信する送信部と、
を備えることを特徴とする通信システム。