JP5147135B2 - 通信装置、端末装置、送信方法、受信方法および通信システム - Google Patents
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基地局装置が複数の送信アンテナを有し、端末装置にむけて、これら複数のアンテナを用いて信号を送信し、送信ダイバーシチを得ることで、1つの送信アンテナのみを用いる場合よりも優れた伝送特性を得ることができる。その技術の例としてSTBC(Space Time Block Coding:時空間ブロック符号化)、SFBC(Space Frequency Block Coding:周波数空間ブロック符号化)などのブロック符号化がある。
STBCとは、基地局装置が2本以上の送信アンテナを用いて端末装置に信号を送信する場合に、時間的に連続した2つ以上の変調シンボルに対して(1)式のような処理を施すことによって、受信側で送信ダイバーシチ効果を得ることができる技術である(非特許文献1)。
次に、端末装置では(3)式の左2辺に示すSTBC復号処理を行う。
SFBCはSTBCの「時間的に連続した2つの変調シンボル」に代えて「周波数軸上で連続した2つのキャリアに割り当てられた変調シンボル」で置き換えたものである(非特許文献2)。
上記STBCおよびSFBCの技術は、2つの離れた基地局装置をそれぞれ送信アンテナとみなし、これらから1つの端末装置にデータを送信することでマルチサイトダイバーシチを得ることができる。異なる位置にある2つ基地局装置から送信された信号を合成するため、一方の基地局装置からの信号の受信状態が劣化しても、もう一方の基地局装置からの信号を受信することで、安定した受信環境を得ることができる。この技術は2つの基地局装置の中間地点付近(セル境界付近)に端末装置が存在するときに特に有効である。もちろん中間地点付近以外でも2つの基地局装置からの信号を合成することで安定した通信環境を得ることができる(非特許文献1)。
次世代の移動通信方式では、限られた周波数帯域で、できるだけ多くの端末装置と同時に通信を行う必要がある。そのため、1つの無線リソースで2つの端末装置にデータを多重して送信できるSPC(Super Position Coding;スーパーポジションコーディング)が、有望視されている。このSPCは2つの端末装置への信号に電力差をつけて加算することで、信号を多重する方法である(非特許文献3)。ここで、無線リソースとは、1つの変調シンボルを乗せることのできる最小単位のことである。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)においては1つのOFDMシンボルにおける1つのサブキャリアのことを表す。
上記のSPCの説明は、理解の容易化のために、チャネル特性が良い端末装置と悪い端末装置についてSPCを行うと仮定したが、もちろん上記の方法で通信できる環境下にあれば、どちらの端末がチャネル特性の良い端末装置であるかということに関係なく成立するものである。
すなわち、ある端末装置宛にマルチサイトST/FBC方式で送信されている信号に対して、別の端末装置宛のデータをSPCにより多重する場合、前者の端末装置宛のデータが、例えば、STBCでは、(1)式の第1のパターンまたは第2のパターンによりブロック符号化されているように、いずれかのパターンによりブロック符号化されている。このため、後者の端末装置においては、受信した信号に適用されたパターンが、いずれのパターンであるかが不明であるために、この前者の端末局装置へのデータを検出することができず、SPCにより多重された自端末装置宛のデータも検出することができないという問題が発生する。
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本実施形態における無線通信システムの概念図である。本実施の形態における無線通信システムは、2つのアンテナ(第1のアンテナA1、第2のアンテナA2)が地理的に離れた場所に設置され、それらがある1つの通信装置である基地局装置B1(図示せず)に有線または無線によって接続されている。
第1の端末装置T1は、第1のアンテナA1と第2のアンテナA2から同時に送信された信号を、マルチサイトSTBC方式で受信する。第2の端末装置T2は、第1のアンテナA1との間で通信可能な領域に位置し、第1の端末装置T1と同じ無線リソースを用いて第1のアンテナA1との間でSPCにより通信を行う。第3の端末装置T3は、第2のアンテナA2との間で通信可能な領域に位置し、第1の端末装置T1と同じ無線リソースを用いて第2のアンテナA2との間でSPCにより通信を行う。
なお、図2では、受信アンテナであるアンテナ341を、第1のアンテナA1であるアンテナ311および第2のアンテナA2であるアンテナ321とは別に設けているが、アンテナ311もしくはアンテナ321、またはその両方で共用しても良い。
送信信号生成部322は、変調シンボル生成部323から入力された変調シンボル、変調シンボル生成部313から入力された変調シンボル、および変調シンボル生成部333から入力された変調シンボルを用いてアンテナ321から送信する信号を生成し、アンテナ321に入力する。なお、送信信号生成部312、322の詳細については後述する。
アンテナ311及び321はそれぞれ入力された送信信号を送信する。
チャネル情報検出部343は、受信信号から第1の端末装置T1が報告してきたチャネル情報を検出し、送信信号生成部312および送信信号生成部322に入力する。ここで、第1の端末装置T1が報告してきたチャネル情報は、アンテナ311から第1の端末装置T1までの伝搬路特性h11と、アンテナ321から第1の端末装置T1までの伝搬路特性h21とを含む情報である。
STBC情報生成部356は、送信した信号にSTBCを施しているか否かを示すSTBC情報を無線通信部357に入力する。本実施形態では、STBCを施しているので、STBC情報生成部356は、STBCを施していることを示すSTBC情報を無線通信部357に入力する。
無線送信部357は、GI挿入部354から入力されたOFDM信号に、パターン情報とSTBC情報とを時間多重などの方法で多重し、ベースバンド周波数から無線周波数にアップコンバートした後、アンテナ311を用いて、無線送信する。このとき、無線送信部357は、基地局装置300の持つ2つのアンテナ311と312とから、同期をとって同じタイミングで第1の端末装置に信号が受信されるように、送信信号を送る。
第1の端末装置T1用の情報ビットを変調した変調シンボルをa(n)とし、第2の端末装置T2用の情報ビットを変調した変調シンボルをb2(k)、第3の端末装置T3用の情報ビットを変調した変調シンボルをb3(k)とする。ただしkはn/2を超えない最大の整数(k=floor(n/2))、すなわちb2(k)およびb3(k)の変調シンボルのレートはa(n)の半分であり、STBC符号化の単位当たりa(n)は2個の変調シンボル、b2(k)およびb3(k)はそれぞれ1個の変調シンボルを用いる。また、第1の端末装置T1が報告してきたチャネル情報に含まれる、アンテナ311から第1の端末装置T1までの第1のチャネル状態を複素利得h11、アンテナ321から第1の端末装置T1までの第2のチャネル状態を複素利得h21とする。なお、チャネル情報の詳細については後述する。
第1のデータ検出部106は、第1の端末装置への情報ビットを検出する。第2のデータ検出部109は、当該端末装置100への情報ビットを検出する。これら、第1のデータ検出部106および第2のデータ検出部109の詳細については後述する。
キャンセル部108は、第1の端末装置T1への変調信号のレプリカをSTBC復元部104から入力された信号から減算する。これにより、第2の端末装置T2または第3の端末装置T3、すなわち当該端末装置100への変調信号を取り出す。キャンセル部108は、当該端末装置100への変調信号を第2のデータ検出部109に入力する。
第2のデータ検出部109は、チャネル推定値に基づいて復元された信号に対してチャネル補償を施し、復調および誤り訂正復号化して、当該端末装置100への信号を検出する。
基地局装置300のSPC部351の出力であるSPC信号s(n)は、第1の端末装置T1への変調シンボルに、第2の端末装置T2または第3の端末装置T3への変調シンボルが加算されており(10)式のように表わされる。
いま、第1のアンテナA1(アンテナ311)から第2の端末装置T2への通信について考えると、第2の端末装置T2のSTBC復元部104によりSTBC復元された信号s^’(n)は、(11)式で表せる。
次に、第2のデータ検出部109は、チャネル推定値に基づいて、第2の端末装置T2に対する変調シンボルの成分をチャネル補償し、さらに復調および誤り訂正復号し、第2の端末装置T2への情報ビットを検出して、出力する。
アンテナ201を通じて無線受信部202では、基地局装置300のアンテナ311からの信号とアンテナ321からの信号が、それぞれの伝搬路(チャネル状態はh11、h21)を通って同時に受信される。ここで、端末装置200における時刻nと時刻n+1の受信信号をr(n)、r(n+1)とすると、基地局装置300が送信した(6)式および(7)式の信号を受信した場合、受信信号r(n)、r(n+1)は、(13)式のようになり、SPCされていた第2の端末装置T2および第3の端末装置T3への変調シンボルは消えてしまう。
また、本実施形態では、第1の端末装置T1が送信ダイバーシチ利得を得るためにSTBCを用いた。しかし、STBCに替えて、SFBCなど、他のブロック符号を用いてもよい。(1)式などにおいて時刻nと時刻n+1として説明した部分を、周波数(サブキャリア)nと周波数n+1とに置き換えればよい。
以下、図面を参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る無線通信システムは、基地局装置300aと、端末装置100aと、端末装置200とを備える。本実施形態に係る基地局装置300aは、送信信号生成部312、322に替えて、送信信号生成部312a、322aを備える点が、図2の基地局装置300と異なる。
さらに、STBC部352aにおいて、(14)式を用いてSTBCを行うことで、(14)式のうち第3のパターンの式を用いた信号を受信する第2の端末装置T2は、STBC情報および、パターン情報を取得しなくてもSPCにより多重された第1の端末装置T1への信号を分離し、第1の端末装置T2への信号を検出することができる。
また、本実施形態では、第1の端末装置T1が送信ダイバーシチ利得を得るためにSTBCを用いた。しかし、STBCに替えて、SFBCなど、他のブロック符号を用いてもよい。(1)式などにおいて時刻nと時刻n+1として説明した部分を、周波数(サブキャリア)nと周波数n+1とに置き換えればよい。
以下、図面を参照して、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態における無線通信システムは、基地局装置300b、端末装置100b、端末装置200を備える。第1の実施の形態および第2の実施の形態においては、基地局装置300、300aは、SPC信号を生成した後に、STBC符号化を行ったが、本実施形態における基地局装置300bでは、この処理の順番が逆となっている。本実施形態に係る基地局装置300bは、送信信号生成部312、322に替えて、送信信号生成部312b、322bを備える点が、図2の基地局装置300と異なる。
また、上記各実施形態において、2つのアンテナが1つの基地局装置に接続または内包されて制御される構成を用いて説明した。しかしながら、各アンテナがそれぞれ異なる基地局装置に接続または内包されて制御され、それらの基地局装置の間で第1の端末装置T1、第2の端末装置T2および第3の端末装置T3に送信するデータおよびチャネル情報を通知し合いあるいは共有する構成であっても良く、さらに2つのアンテナの一方あるいは両方が基地局装置と端末装置の間の無線通信を中継するリレー局装置であっても良い。また、2つのアンテナは一部重なり合う領域を含む異なる通信可能領域(セルまたはセクタ)を形成するものであり、このとき2つのアンテナは必ずしも地理的に離れていなくても良く、例えば1つの基地局装置の下において異なるセルまたはセクタを形成するアンテナあるいはアンテナの組で構成されても良い。
311、321、341…アンテナ
312、312a、312b、322…送信信号生成部
342…無線受信部
313、323、333…変調シンボル生成部
343…チャネル情報生成部
351、351b…SPC部
352、352a…STBC部
353…IFFT部
354…GI挿入部
355…パターン情報生成部
356…STBC情報生成部
357…無線送信部
361…符号化部
362…変調部
100、100a、100b、200、400…端末装置
101…無線受信部
102…GI除去部
103…FFT部
104、104a…STBC復元部
105…チャネル推定部
106…第1のデータ検出部
107…レプリカ生成部
108…キャンセル部
109…第2のデータ検出部
110…STBC情報検出部
111…パターン情報検出部
112…アンテナ
121…チャネル補償部
122…復調部
123…復号部
201…アンテナ
202…無線受信部
203…GI除去部
204…FFT部
205…STBC合成部
206…チャネル推定部
207…データ検出部
208…チャネル情報生成部
209…無線送信部
Claims (10)
- 第1の端末装置へ送信する第1の変調シンボルと、第2の端末装置へ送信する第2の変調シンボルとを合成した変調シンボルを、ブロック符号を構成する符号パターンのうちの1つを用いて符号化して第1の送信信号を生成する第1の送信信号生成部と、
前記第1の変調シンボルと係数を乗じた前記第2の変調シンボルとを合成した変調シンボルを、前記ブロック符号を構成する符号パターンのうちの他の1つを用いて符号化して第2の送信信号を生成する第2の送信信号生成部と、
前記第1の送信信号を送信する第1のアンテナと、
前記第2の送信信号を前記第1のアンテナからの前記第1の送信信号の送信と同時に送信する第2のアンテナと
を備えることを特徴とする通信装置。 - 第1の端末装置へ送信する第1の変調シンボルを、ブロック符号を構成する符号パターンのうちの1つを用いて符号化した後、第2の端末装置へ送信する第2の変調シンボルと合成して第1の送信信号を生成する第1の送信信号生成部と、
前記第1の変調シンボルを、前記ブロック符号を構成する符号パターンのうちの他の1つを用いて符号化した後、係数を乗じた前記第2の変調シンボルと合成して第2の送信信号を生成する第2の送信信号生成部と、
前記第1の送信信号を送信する第1のアンテナと、
前記第2の送信信号を前記第1のアンテナからの前記第1の送信信号の送信と同時に送信する第2のアンテナと
を備えることを特徴とする通信装置。 - 前記第2の送信信号生成部において前記第2の変調シンボルに乗じる前記係数は、前記第2の変調シンボルが前記第1の端末装置における前記第1の変調シンボルの受信に与える干渉を除去するような係数であること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。 - さらに前記第1のアンテナから前記第1の端末装置までの第1のチャネル状態と、前記第2のアンテナから前記第1の端末装置までの第2のチャネル状態とを、前記第1の端末装置から受信するチャネル情報検出部を備え、
前記第2の送信信号生成部が前記第2の変調シンボルに乗じる前記係数は、前記第1のチャネル状態が示す複素利得を前記第2のチャネル状態が示す複素利得で除した値にマイナスを掛けた値であること
を特徴とする請求項3に記載の通信装置。 - さらに、前記ブロック符号を構成する符号パターンのうち、前記第1の送信信号を生成する際に用いた符号パターンを示すパターン情報を生成するパターン情報生成部を備え、
前記パターン情報を前記第1のアンテナから送信すること
を特徴とする請求項1から請求項4に記載の通信装置。 - 第1のアンテナと第2のアンテナとを用いて通信装置が送信した信号のうちどちらか一方の前記アンテナから送信された信号を受信する端末装置であって、
前記通信装置が送信した信号を受信する無線受信部と、
受信した前記信号から、ブロック符号を構成する部分であって、前記アンテナのうちのいずれかに対応する部分を示すパターン情報を検出するパターン情報検出部と、
検出した前記パターン情報に基づき、受信した前記信号に対してブロック符号の復元処理を行うブロック符号復元部と、
前記ブロック符号の復元処理の結果から他の端末装置への信号を検出する第1のデータ検出部と、
検出した前記他の端末装置への信号を用いて、受信した前記信号に対する前記他の端末装置への信号による干渉を除去するキャンセル部と、
前記干渉を除去した結果から、自端末装置への信号を検出する第2のデータ検出部と
を備えることを特徴とする端末装置。 - 第1のアンテナと第2のアンテナとを用いて、第1の端末装置と第2の端末装置とに信号を送信する通信装置における送信方法であって、
前記通信装置が、前記第1の端末装置へ送信する第1の変調シンボルと、前記第2の端末装置へ送信する第2の変調シンボルを合成した変調シンボルを、ブロック符号を構成する符号パターンのうちの1つを用いて符号化して第1の送信信号を生成する第1の過程と、
前記通信装置が、前記第1の変調シンボルと係数を乗じた前記第2の変調シンボルとを合成した変調シンボルを、前記ブロック符号を構成する符号パターンのうちの他の1つを用いて符号化して第2の送信信号を生成する第2の過程と、
前記通信装置が、前記第1の送信信号を前記第1のアンテナから、前記第2の送信信号を前記第2のアンテナから同時に送信する第3の過程と
を備えることを特徴とする送信方法。 - 第1のアンテナと第2のアンテナとを用いて、第1の端末装置と第2の端末装置とに信号を送信する通信装置における送信方法であって、
前記通信装置が、第1の端末装置へ送信する第1の変調シンボルを、ブロック符号を構成する符号パターンのうちの1つを用いて符号化した後、第2の端末装置へ送信する第2の変調シンボルと合成して第1の送信信号を生成する第1の過程と、
前記通信装置が、前記第1の変調シンボルを、前記ブロック符号を構成する符号パターンのうちの他の1つを用いて符号化した後、係数を乗じた前記第2の変調シンボルと合成して第2の送信信号を生成する第2の過程と、
前記通信装置が、前記第1の送信信号を前記第1のアンテナから、前記第2の送信信号を前記第2のアンテナから同時に送信する第3の過程と
を備えることを特徴とする送信方法。 - 第1のアンテナと第2のアンテナとを用いて通信装置が送信した信号のうちどちらか一方の前記アンテナから送信された信号を受信する端末装置における受信方法であって、
前記端末装置が、前記通信装置が送信した信号を受信する第1の過程と、
前記端末装置が、受信した前記信号から、ブロック符号を構成する部分であって、前記アンテナのうちのいずれかに対応する部分を示すパターン情報を検出する第2の過程と、
前記端末装置が、検出した前記パターン情報に基づき、受信した前記信号に対してブロック符号の復元処理を行う第3の過程と、
前記端末装置が、前記ブロック符号の復元処理の結果から他の端末装置への信号を検出する第4の過程と、
前記端末装置が、検出した前記他の端末装置への信号を用いて、受信した前記信号に対する前記他の端末装置への信号による干渉を除去する第5の過程と、
前記端末装置が、前記干渉を除去した結果から、自端末装置への信号を検出する第6の過程と
を備えることを特徴とする受信方法。 - ブロック符号化した信号を第1のアンテナおよび第2のアンテナから第1の端末装置へ送信するマルチサイトブロック符号化を適用すると同時に、前記第1のアンテナから送信する信号に第2の端末装置への信号が多重されているスーパーポジションコーディングを適用する通信システムであって、
前記第1の端末装置へ送信する第1の変調シンボルと、前記第2の端末装置へ送信する第2の変調シンボルを合成した変調シンボルを、ブロック符号を構成する符号パターンのうちの1つを用いて符号化して第1の送信信号を生成する第1の送信信号生成部と、
前記第1の変調シンボルと係数を乗じた前記第2の変調シンボルとを合成した変調シンボルを、前記ブロック符号を構成する符号パターンのうちの他の1つを用いて符号化して第2の送信信号を生成する第2の送信信号生成部と、
前記第1の送信信号を送信する第1のアンテナと、
前記第2の送信信号を前記第1のアンテナからの前記第1の送信信号の送信と同時に送信する第2のアンテナと
を備える通信装置
を有することを特徴とする通信システム。
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