JP2003179567A - 無線通信方法及びその装置 - Google Patents

無線通信方法及びその装置

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JP2003179567A JP2001379146A JP2001379146A JP2003179567A JP 2003179567 A JP2003179567 A JP 2003179567A JP 2001379146 A JP2001379146 A JP 2001379146A JP 2001379146 A JP2001379146 A JP 2001379146A JP 2003179567 A JP2003179567 A JP 2003179567A
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    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/02Channels characterised by the type of signal
    • H04L5/06Channels characterised by the type of signal the signals being represented by different frequencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】多重通信の周波数利用効率を高める。 【解決手段】送信装置内の複数の送信機の搬送波周波数
を互いに異ならせると共に送信信号周波帯を互いに一部
重ね、受信装置においてチャネル間干渉除去器21によ
り、出力信号間の相互相関が最小となるよう、チャネル
間干渉除去器の入出力間経路に重み付け係数を与える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の送信機から
なる送信装置と複数の受信機から成る受信装置を用い
て、同一周波帯域に複数の信号を多重して伝送する無線
通信方法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】今後の無線通信において映像配信等の高
速伝送を実現するためには、周波数利用効率の高い無線
通信方法が要求される。一般的な定義としての周波数利
用効率は、通信量と使用したスペクトル空間の大きさの
比で表せる。使用したスペクトル空間とは、使用した周
波数帯域幅と、占有した物理空間の大きさと、使用した
時間の積である。周波数利用効率を増大させる方法には
主に以下の3つの方法が挙げられる。(1)単位周波数あた
りに伝送する情報伝送量を増加させる。(2)セル半径を
短くし、繰り返し利用可能な周波数の数を増加させる。
(3)インターリーブチャネル配置により帯域あたりの使
用可能なチャネル数を増加させる。
【0003】例えば、ディジタル変調方式においては、
多値化により単位周波数ありの情報伝送量を増加でき
る。この例としては、固定マイクロは通信における16QA
M(Quadrature Amplitude Modulation)から256QAMへの適
用がある。周波数帯域幅を狭くした例では。移動通信に
おけるインターリーブチャネル配置の例がある。物理空
間を狭くした例では、PHS(Personal Handyphone Syste
m)のようにマイクロセルを実現した例がある。使用する
時間を短くした例では、PDC(Personal Digital Cellula
r)におけるフルレート音声符号化からハーフレート音声
符号化を実現した例がある。
【0004】このように周波数利用効率を高めるために
は、各種無線伝送技術を組み合わせる。例えば、PDCに
おいて、セクタによる周波数配置、高能率音声符号化、
時分割多重接続方式などの技術を組み合わせることによ
り、3セクタ、1搬送波周波数に3チャネル又は6チャ
ネルの音声チャネルを多重化している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】周波数利用効率を高め
る単純な方法は、複数の送信機の使用周波数帯域を互い
に接近させればよいが、使用帯域が重なるにつれ、信号
の分離が困難となり、その結果、干渉量が増加し、通信
品質が劣化する。この発明の目的は、複数の送信機を有
する送信装置により複数の送信信号を空間多重して送信
しても、受信側においてそれぞれのチャネルの受信信号
を分離可能な無線通信方法及びその装置を提供すること
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では、各送信信号
間の伝搬特性の相互相関が小さいことを利用し信号分離
を行い、高い周波数利用効率を達成する無線通信方法に
おいて、各送信信号間に周波数差を与え、送信信号帯域
の一部を互いに重畳させ、各送信信号の伝達特性間の相
互相関が小さくなるように送信する。そして、これを空
間ダイバーシチ受信し信号分離を行う。これにより送信
アンテナ間が狭い場合でも、各送信信号の伝達特性間の
相互相関を小さくし、信号分離を行い通信する。さら
に、複数の送信装置の送信系統間で伝達特性の相互相関
が小さい送信信号を同一搬送波周波数で多重し伝送する
ことでマルチプルアクセスを行う無線通信法とその装置
を提供する。
【0007】本発明では、上記課題を請求項に規定の発
明により以下のように解決する。請求項1記載の発明に
よれば、送信装置の複数の送信機において、それぞれ異
なる情報系列を変調し、異なる周波数の搬送波で送信ア
ンテナから同時に、各系統の送信信号帯域の一部が互い
に重畳するようにして送信される。請求項2記載の発明
によれば、同様な送信装置を複数用いて送信局装置を構
成する。ここで、各送信装置から送信される複数の情報
系列は全て異なり、各送信装置で同一搬送波周波数で送
信される送信信号の伝達特性間の相互相関は小さくす
る。
【0008】請求項3記載の発明によれば、送信局装置
の各送信装置内で使用する互いに異なる搬送波周波数の
組は、他の送信装置内で使用する搬送波周波数の組と同
じとされる。請求項4記載の発明によれば、上記送信局
装置を構成する各送信装置において、複数の送信機で送
信すべき情報系列をそれぞれ異なる直交符合で直交符号
化する。請求項5記載の発明によれば、上記送信局装置
を構成する各送信装置において、複数の送信機で送信す
べき情報系列をそれぞれ誤り訂正符号により符号化す
る。
【0009】請求項6記載の発明によれば、受信装置は
アレーアンテナとチャネル間干渉除去器と複数の受信機
によって構成される。また、受信機は復調器および識別
器によって構成される。受信信号は、複数の異なる搬送
波を含み、各搬送波周波数帯は互いにその一部が重なっ
ている。受信信号間の相互相関を最小化する信号処理を
受信信号に施して全ての情報系列の信号成分を分離す
る。分離された信号成分は各受信機において復調され識
別され、各情報系列を再生する。請求項7記載の発明に
よれば、上記アレーアンテナの素子は全送信機数とほぼ
同数じだけ設けられ、受信機は全送信機数と同じだけ設
けられ、送信信号間の伝達特性の相互相関が小さい送信
装置からの送信信号を同一搬送波帯で多重して伝送し、
空間ダイバーシチ受信し、全ての情報系列の間の相互相
関を小さくし、受信装置におけるチャネル間干渉除去器
の信号分離を行う無線通信方法を具現化する。
【0010】請求項8記載の発明によれば、チャネル間
の干渉を除去する手段は、それぞれの受信アンテナ素子
から受信信号を分配し、重み付け係数をかけ、合成す
る。合成された各出力信号に基づいて各出力信号間の相
関を最小にするように重み付け係数を適応的に制御す
る。この制御された重み付け係数が最適となるとき、各
チャネル間の相互干渉を最小にできる。これにより、複
数の送信装置からの異なる情報系列を同一搬送波周波数
帯で多重伝送できる。請求項9記載の発明によれば、受
信装置にてそれぞれの直交符号で受信信号を相関検波す
ることで送信信号を復元する。これにより、チャネル間
干渉除去器での不完全性を含めて各情報系列の信号成分
の検出精度を高められる。
【0011】請求項10記載の発明によれば、受信装置
にて送信装置側で用いた誤り訂正符号に対応する復号器
を用いる。これにより、各情報系列の信号成分の検出精
度を高める。請求項11記載の発明によれば、各送信機
を隣接配置した場合において受信アレーアンテナ間の受
信信号の相互相関を小さくするため、隣接した各送信系
統における搬送波周波数を違えることで周波数相関を小
さくする。その結果、受信装置における信号分離精度を
上げる。これにより、同一周波数帯域もしくは、隣接し
互いに信号帯域の一部が重なる隣接周波数帯域に多重伝
送し、受信装置で全ての情報系列を分離する無線通信方
法を具体化する。
【0012】請求項12記載の発明によれば、各送信装
置で、信号帯域の一部は重畳しているが、周波数相関が
小さい送信信号を送信し、さらに、送信信号間の伝達特
性の相互相関が小さい送信装置からの送信信号を同一搬
送波帯で多重して伝送し、空間ダイバーシチ受信し、全
ての情報系列の間の相互相関を小さくし、受信装置にお
けるチャネル間干渉除去器の信号分離を行う無線通信方
法を具現化する。請求項13記載の発明によれば、送信
側からトレーニング系列を送信し、各チャネル間の干渉
を除去する手段の重み付け係数の初期収束を行う。請求
項14の発明によれば、受信装置において同一チャネル
干渉信号の分離精度を高めるため、送信側で直交符号を
乗算し、受信側で対応する直交符号に対する相関検波を
行う。
【0013】請求項15記載の発明によれば、受信装置
において同一チャネル干渉信号の分離制度を高めるた
め、送信側で誤り訂正符号化し、受信側で復号器を用い
て復号する。
【0014】
【発明の実施の形態】図1に本発明の原理構成を示す。
送信局装置100はそれぞれN個(Nは2以上の整数)の
送信機TR-m1〜TR-mN(m=1,...,M)で構成されるM個(M
は1以上の整数)の送信装置10-1〜10-Mを用いた場合を
示している。送信側全体に2つ以上の送信機があればよ
く、従って、Nを1以上の整数、Mを2以上の整数とし
てもよい。また、各送信機TR-mn(m=1,...,M; n=1,...,
N)は、伝送される情報系列を生成する情報系列生成器SG
-nとその情報系列を変調する変調器11-nを有している。
なお、計N×M=K個の情報系列は全て異なるものとす
る。また、送信装置10-1〜10-M間で同じ番号nに対応す
る送信機11-1n〜11-Mnは、同じ周波数fnの搬送波を用い
て情報系列を送信するものとする。図1の例では、各送
信装置10-m(m=1,...,M)はN個の送信アンテナTA-m1〜TA
-mNを有し、対応する送信機TR-m1〜TR-mNからの変調さ
れた搬送波を送出する。
【0015】例えば、送信装置10-1の送信機TR-11で用
いる搬送波周波数f1と、送信装置10-Mの送信機TR-M1で
用いる搬送波周波数f1は等しいものとする。また、各送
信装置10-mにおいて、各送信機TR-m1〜TR-mNから送信さ
れる信号は、異なる搬送波周波数f1〜fNであり、各送信
機TR-m1, TR-mNの各送信信号帯域は他の少なくとも1つ
の送信機の送信信号帯域と互いにずれて重なっている。
受信装置20はM×N=K個の素子RA-1〜RA-K(以下K=M×N
である)を有するアレーアンテナとチャネル間干渉除去
器21とK=M×N個の受信機RC-1〜RC-Kによって構成され
る。各受信機RC-k(k=1,...,K)は、分離された受信信号
を復調する復調器22-kと、復調された信号を識別して情
報系列を再生する識別器23-kとによって構成される。こ
こで、各送信装置10-mは通常各ユーザに対応するため、
送信装置間の距離は送信装置内の各送信アンテナ間の距
離よりも十分離れた位置に配置される。一般的に送受信
各アンテナ配置間隔を広げることで、各送受信アンテナ
間で一意に決まる伝達特性の相互相関は小さくなり、受
信信号の分離がしやすくなるので、受信装置20におい
て受信アンテナ素子間は適度に離して配置する。
【0016】チャネル間干渉除去器21には受信アレー
アンテナ素子RA-1〜RA-Kからの受信信号を入力する。各
受信信号には、それぞれ同じ中心周波数でM個の送信信
号が多重化されている。チャネル間干渉除去器21はそ
の出力信号間の相互相関が最小化となるようにアンテナ
素子RA-1〜RA-Kからの受信信号を処理することにより、
チャネル間干渉を除去する。これにより、全送信機から
送信された情報系列成分を含む送信信号を分離すること
ができる。分離された受信信号は各受信機RC-kの復調器
22-kで復調され、識別器23-kで識別され、情報系列を再
生する。次に信号分離の原理を具体的に説明する。説明
の都合上、M=2とするが、Mは1以上の任意の整数で
この発明を実施することができる。図2にその構成を示
す。送信装置10-1の送信アンテナTA-11から受信アンテ
ナ素子RA-1〜RA-4への経路をそれぞれP11-1, P11-2, P1
1-3, P11-4とする。また、送信装置10-1の送信アンテナ
TA-12から受信アンテナ素子RA-1〜RA-4への経路をそれ
ぞれP12-1, P12-2,P12-3, P12-4とする。送信装置10-2
についても同様に経路P21-1〜P21-4及びP22-1〜P22-4を
規定する。
【0017】各送信装置10-mのN個の送信アンテナTA-m
1〜TA-mNからそれぞれ異なった搬送波周波数で信号が送
信される。伝搬特性は、伝搬路のインパルス応答として
表され、周波数の関数となる。従って、異なる搬送波周
波数によって送信された信号間の伝搬特性は一般に異な
る。異なる伝搬特性を受けた各送信信号がアンテナで受
信された場合、その受信レベル変動の様相はそれぞれ異
なる。この時求められる各送信信号に対応する受信信号
間の相互相関は周波数相関と呼ばれる。また、周波数相
関は対象となる2つの受信信号の搬送波周波数差が大き
いほど小さくなる。つまり、送信機の搬送波周波数を違
えることで、周波数相関を小さくし、受信アレーアンテ
ナで受信される各受信信号間の相互相関を小さくするこ
とができる。その結果、各送信アンテナを隣接して設置
することが可能となる。
【0018】例えば、経路P11-1とP12-1において、見通
し内通信では、同一送信装置10-1内の送信アンテナTA-1
1, TA-12の配置間隔を半波長とし、両経路にて同一搬送
波周波数で信号を伝送した場合、受信アンテナRA-1にお
ける2つの受信信号間の相関は非常に高くなる。しか
し、同じ送信アンテナ配置間隔であっても、両送信信号
に搬送波周波数差を適当に与え、周波数相関を小さくす
ることで受信信号間の相互相関を小さくすることができ
る。各送信装置では、複数の送信機の搬送波周波数が互
いに異なるので、アンテナヘの給電前に複数の送信機ご
とに送信信号を合成し、1つの送信アンテナに供給する
ことによりアンテナ数を減らしてもよい。
【0019】また、M個の送信装置は互いに離れた位置
に配置する。ここで、異なる送信装置から送信される信
号間の伝達特性の相互相関は一般に小さい。従って、異
なる送信装置間で同一周波数の搬送波を用いて、同一搬
送波周波数帯域に複数の送信信号を多重して伝送するこ
とができる。各送信装置10-m(m=1, 2)において送信機TR
-m1の搬送波周波数をf1とし、送信機TR-m2の搬送波周波
数をf2とする。各送信アンテナから送信される信号スペ
クトル及び受信アンテナ素子に受信される信号スペクト
ルを図2中のそれぞれのアンテナに隣接して示す。全て
の送信信号は各伝搬路を伝送し、受信アンテナ素子RA-1
〜RA-4に受信される。送信アンテナTA-11とTA-21からの
送信信号は同じ中心周波数f1の帯域で多重伝送される。
同様に送信アンテナTA-12とTA-22からの送信信号も同じ
中心周波数f2の帯域で多重伝送される。また、搬送波周
波数f1の帯域信号と搬送波f2の帯域信号は一部スペクト
ルが互いに重畳して伝送される。
【0020】受信装置20では、各受信信号に以下に示
すようなチャネル間干渉除去のための信号処理を施し、
各情報系列の信号成分を分離する。その原理を、図3を
参照して以下に説明する。説明の都合、送信装置数M=
2、送信機数N=1、受信アンテナ素子数2、受信機数2を
対象とするが、これ以上の系統数についても同様に考え
られる。対象とする送信アンテナと受信アンテナ素子間
の経路ijの減衰係数をaij、位相係数をθijとすると、
各経路の伝達関数は以下の式で与えられる。
【0021】
【数1】 送信信号系列をx、受信信号系列をy、送信アンテナか
ら受信アンテナヘの経路行列をPとすれば、 y=Px (2) x=(x12)T (3) y=(y12)T (4)
【数2】 チャネル間干渉除去器21において、受信アンテナ素子
RA-1から受信機RC-1への経路の重み付け係数をw11、受
信アンテナ素子RA-2から受信機RC-2への経路の重み付け
係数をw12、受信アンテナ素子RA-2から受信機RC-1への
経路の重み付け係数をw21、受信アンテナ素子RA-2から
受信機RC-2への経路の重み付け係数をw22とし、重み付
け係数行列をWとする。この時の受信機入力信号系列を
zとすれば、
【0022】
【数3】 と表すことができる。式(2)と(6)から
【数4】 ここで、式(9) の行列WPを対角行列にする行列Wがあ
れば、送信アンテナと受信アンテナ間の経路でのチャネ
ル間干渉を除去できる。即ち、行列の非対角要素が p11w21 + p21w22 = 0 p12w11 + p22w12 = 0 (10) となるように重み付け係数w11, w12, w21, w22を決める
ことにより、送信されたNチャネル信号を受信側で分離
復元できる。この発明では、重み付け係数行列Wを操作
することで行列WPを対角化する。
【0023】重み付け係数行列Wは各伝搬経路の伝達特
性を推定しこれらを用いて適応的に制御する。Wを適応
的に制御するアルゴリズムとして、ゼロフォーシング規
範、最小自乗誤差規範といった規範を用いることができ
る。これらのアルゴリズムは適応信号処理で一般に使用
されており、本発明においても同様の信号処理を利用で
きる。一例として、Wの初期収束のために、各送信信号
にトレーニング信号を用い、適応アルゴリズムにより重
み付け係数行列Wを更新する方法を以下に示す。式(9)
において、重み付け係数設定用送信信号として既知の系
列(トレーニング系列)をそれぞれの送信機TR-1, TR-2
からアンテナTA-1, TA-2を経て別々に送信し、受信機RC
-1, RC-2で受信を行った後、一括して重み付け係数行列
Wを計算する。
【0024】ステップ1:まず、係数乗算器21W11〜21W
22に係数初期値w11 (0)〜w22 (0)として、対角成分
wij (0), i=j, に例えば全て1を設定し、非対角成分wij
(0), i≠j,に0を設定する。 ステップ2:それぞれの送信機TR-1, TR-2から順次送信
された既知のトレーニング系列x(x1, x2, ...)を受信
アンテナ素子RA-1, RA-2で受信し、伝達関数行列P=(p
11, ..., p22)を得る。具体的には、例えば最初に送信
機TR-1からのみ送信を行い、受信アンテナRA-1, RA-2で
送信信号を受信する。係数乗算器21W11,..., 21W22には
対角成分係数wij (0)=1, i=jと非対角成分wij (0)=0, i≠
j, が設定されている。従って、それぞれの受信アンテ
ナ素子RA-1, RA-2で受信された信号は互いに合成される
ことなく、そのままそれぞれ対応する受信機RC-1, RC-2
で検波される。送信機TR-1から送信され、受信アンテナ
素子RA-jで受信された信号をy1jとする。Px=yであ
り、推定伝達関数P’とトレーニング信号xから計算し
たレプリカP'xと受信信号y1jとの誤差が最小となるよう
に適応的にP’を決めることにより、トレーニング信号
xに対し推定伝達関数値p'11, p'22が求まる。
【0025】次に送信機TR-2からトレーニング信号の送
信を行い、受信信号y2jに対し同様な受信を行う。これ
により推定伝達関数値p'12, p'21が求まる。このように
して伝達関数行列Pの推定行列P’を収束させる。これ
により、次の推定伝達関数行列P’が求まる。
【数5】 得られた行列P’は、それぞれの送信機からそれぞれの
受信アンテナ素子への伝達関数の推定行列であり、理想
的な状況では、P’=Pとなる。 ステップ3:理想的な状況とみなして、式(9) における
行列WPが単位行列となる伝達関数行列Pの逆行列を計
算により求める。例えばここでは2×2行列なので以下
のようになる。
【0026】
【数6】 このようにして対角化された行列Wを決めることによ
り、受信機において送信信号x1, x2を理論的には完全に
分離できることがわかる。以降の情報系列信号の受信に
は、トレーニング系列の受信により求められた伝搬路の
伝達関数推定値から求められた重み付け係数w11〜w22
初期設定値とし、参照信号として復調結果(復号結果)
を使って適応アルゴリズムにより重み付け係数w11〜w22
を更新し、チャネル間干渉除去器21の乗算器21W11〜2
1W22にそれぞれ設定し、以降の情報系列信号の受信を行
う。この情報系列信号の受信時に、例えば一定時間ごと
にトレーニング信号か又は受信機RC-1, RC-2による復調
結果(復号結果)を使って適応アルゴリズムにより重み
付け係数w11〜w22を更新してもよい。
【0027】注目すべき点は、図3の原理的構成では、
互いに異なる位置の送信アンテナから送信を行っている
ので、送信機の送信搬送波周波数について何も制限が要
らないことである。即ち、2つの送信機TR-1, TR-2が同
じ周波数を使用しても異なる位置の2つの送信アンテナ
TA-1, TA-2を使用することにより受信信号の分離が可能
なことである。更に重要なことは、送信信号x1, x2を同
一アンテナから送信しても、送信周波数が互いに異なっ
ていれば、伝搬路で受ける伝達関数が異なるので、やは
り信号の分離が可能であることである。
【0028】
【発明の実施の形態】実施例 図4はこの発明による送信局装置の実施例であり、送信
局装置100を構成する各送信装置はN個の送信機から構
成され、各送信機は変調器と搬送波発生器とから構成さ
れる。図4では、送信装置数M=2、送信機数N=2の
場合を示す。送信装置10-1の送信機TR-11は変調器11-1
と、周波数変換器12-1と、搬送波発生器13-1とを有して
いる。この例では、情報系列生成器SGで生成された情報
系列は直列並列変換器(S/P)15で2系列の信号に
分離され、互いに異なる情報系列としてそれぞれ送信機
TR-11, TR-12に入力される。他の送信機TR-12, TR-21,
TR-22も同様の構成とされている。
【0029】搬送波発生器13-1は設定された周波数fL1
の搬送波信号を発生させる。変調器11-1の出力は周波数
変換器12-1において搬送波周波数fL1でアップコンバー
トされ、送信アンテナTA-11に供給される。同じ送信装
置10-1内の送信機TR-12においては、搬送波周波数fL2
して周波数fL1と異なる周波数を使用する他は送信機TR-
11と同様の構成である。搬送波の設定周波数fL1, f
L2は、各送信装置間で同じ組み合わせの周波数を用いる
が、どのような組み合わせにも対応できるよう搬送波発
信器は周波数可変式であることが望ましい。図4の送信
局装置100に対する受信装置20の実施例を図5に示
す。図4と対応させて、受信アンテナ素子数4における
構成を示す。アンテナ素子RA-1〜RA-4で受信された受信
信号をそれぞれチャネル間干渉除去器21に入力する。
入力される信号はRF帯の信号でも、IF帯にダウンコ
ンバートされた信号でも、ベースバンド信号でも、それ
らをA/D変換行ったディジタル信号でもよく、それら
の違いによって基本的構成は変わらない。後述する手段
によるチャネル間干渉除去器21によって分離された各
情報系列の信号成分は従属する受信機RC-1〜RC-4にそれ
ぞれ入力される。それぞれの受信機RC-1〜RC-4では局部
信号発生器25-1〜25-4により入力信号に対応する周波数
fL1, fL2の局部信号を発生させ、周波数変換器24-1〜24
-4により受信信号を中間周波あるいはベースバンド周波
帯に変換する。周波数変換された受信信号は復調器22-1
〜22-4により検波され、信号z1, z2, z3, z4を再生す
る。再生された信号z1, z2, z3, z4は、並列直列変換器
26-1,26-2を通すことで、元の情報系列が復元される。
なお、復調器22-1〜22-4による検波方法は、同期検波、
遅延検波等、どのような検波方法を用いてもよい。
【0030】次に、チャネル間干渉除去器21の実施例
を図6に示す。図6では、MN=2として示してある。チャ
ネル間干渉除去器21は各アンテナ素子からの入力受信
信号を全受信機数に電力分配する電力分配器21A-1, 21A
-2と、入出力間の経路ごとに適応アルゴリズムで求めら
れる重み付け係数(タップ係数)を乗算するための振幅位
相調整用乗算器21W11, 21W12, 21W12, 21W22と、振幅位
相調整された各入力信号を合成する電力合成器21B-1, 2
1B-2と、タップ係数を演算し、振幅位相調整用乗算器21
W11〜21W22に与えるタップ係数制御器21Cとにより構成
される。トレーニング信号受信時には、端子21Rにトレ
ーニング信号を供給し、参照信号として使用する。情報
系列信号受信時には、端子21Rに受信機の復調信号又は
判定信号z1, z2を帰還し、参照信号として用いる。タッ
プ係数制御器21Cは、これら参照信号に基づいて各経路
の重み付け係数を適応的に制御する。タップ係数を適応
的に制御する方法としては、従来から知られているピー
ク歪規範や最小自乗誤差規範を用いたアルゴリズムが適
用できる。
【0031】タップ係数の初期収束値の設定法について
は、前述のように送信装置側で、それぞれトレーニング
信号を送信し、それらを用いることで、従来と同様に設
定することができる。これらの回路は、サンプリング時
点によってアナログ回路で実現してもよいし、ディジタ
ル回路で実現してもよい。図4の送信局装置100の各送
信機において用いる搬送波の位相の揺らぎや変動を揃え
るため、各送信装置内の各送信機で共通の局部発信機を
ソースとした搬送波発生器を用いてもよい。各送信装置
にも同様な構成を用いる。さらに、各送信装置でソース
として用いる局部発信機を共通の局部発信機に同期させ
動作させることも可能である。例えば、各送信装置にG
PS受信機を搭載し、衛生から基準信号を各送信装置に
伝送し、各送信装置内で共通の局部発信機を基準信号に
同期させる。
【0032】このような構成の実施例を図7に、送信装
置数M=2とした場合について示す。この構成は、図4
の構成において、基準信号を発生する基準発振器30
と、その基準信号に同期してそれぞれ局部信号を発生す
る局部発振器16とを各送信装置10-1, 10-2に設け、各
送信装置10-11, 10-12(及びTR-21, TR-22)はその局部
発振器16からの局部信号をそれぞれ送信機TR-1, TR-2
の搬送波発生器13-1, 13-2に与え、各搬送波発生器13-
1, 13-2が基準信号に同期して搬送波を発生するように
構成したものである。これにより、各送信機TR-1, TR-2
間および各送信装置10-11, 10-12(及びTR-21, TR-22)
間での搬送波の位相の揺らぎや変動を揃えることができ
る。
【0033】図7の送信局装置100に対応した受信装置
20の実施例を図8に示す。各受信機RC-1〜RC-4におけ
る局部信号発生器25-1〜25-4の位相変動や揺らぎを揃え
る目的に、共通の局部信号を発生する共通局部発振器2
7を設け、その共通局部信号をソースとしてそれぞれの
局部信号発生器25-1〜25-4はダウンコンバートのための
局部信号を発生する。この実施例では、更に、受信装置
の全局部信号を送信側の搬送波と同期させるため、共通
局部発振器27は、例えば前述のGPSによる基準発振器
30からの基準信号に同期して共通局部信号を発生する
ように構成している。復調器22-1〜22-4により復調され
た信号z1, z2, z3, z4は、チャネル間干渉除去器21に
フィードバックされ、参照信号として用いることができ
る。復調された信号は、並列直列変換器26-1, 26-2を通
すことで、元の情報系列が復元される。
【0034】図4に示した送信局装置100の各受信装置
において信号分離精度を上げるために直交符号化や誤り
訂正符号化などの畳み込み符号化手法を利用することが
できる。図9は直交符号化により分離精度を高める構成
を示す。図9に示すように、各送信機に直交符号器17-
1, 17-2を設け、各送信機間の送信信号の直交性を改善
する。送信装置10-1において直交符号器17-1は乗算器17
A-1と直交符号発生器17B-1とから構成される。他の直交
符号器17-2も同様の構成である。それぞれの直交符号発
生器17B-1, 17B-2はCDMA通信における拡散符号のように
互いに直交な直交符号を生成し、乗算器17A-1, 17A-2で
情報系列に乗算され、乗算結果がそれぞれ送信機TR-11,
TR-12に入力される。送信装置10-2においても同様であ
る。全ての直交符号は互いに異なるものを使用する。
【0035】図10は図9の送信局装置100により直交
符号化された送信信号を受信する場合の受信装置20の
構成を示す。受信機RC-1〜RC-4の出力側にそれぞれ相関
器28A-1〜28A-4が挿入されている。相関器28A-1〜28A-4
には直交符号発生器28B-1〜28B-4により発生された直交
符号がそれぞれ与えられ、受信信号との相関が取られ
る。直交符号発生器28B-1〜28B-4は図9のそれぞれ対応
する4つの直交符号発生器と同じ符号をそれぞれ発生
し、受信信号との相関をとることにより、直交符号に重
畳された入力信号z1, z2, z3, z4が分離される。この方
法は、スペクトル拡散による通信方法を応用したもので
ある。これにより、直交符号の系列長による拡散利得を
得ることができ、信号の識別度を上げることができるの
で、チャネル間干渉が残留しても良好な通信を可能とす
る。
【0036】図11は誤り訂正符号を用いた送信局装置
100の実施例を示し、図9における直交符号器17-1, 17-
2を誤り訂正符号器18-1, 18-2に置き換えた構成となっ
ている。送信装置10-1では、送信すべき情報系列は誤り
訂正符号器18-1, 18-2により誤り訂正符号化され、送信
機TR-11, TR-12に入力される。送信装置10-2も同様の構
成である。図12は図11の送信局装置100に対応した
受信装置20の構成を示し、図10の受信装置における
相関器28A-1〜28A-4及び直交符号発生器28B-1〜28B-4の
それぞれ対応する組を復号器29-1〜29-4に置き換えた構
成となっている。受信機RC-1〜RC-4の出力をそれぞれ復
号器29-1〜29-4により復号して受信信号z1, z2, z3, z4
を得て、これら再生された信号は、並列直列変換器26-
1, 26-2を通すことで、元の情報系列の信号を復元する
ことができる。
【0037】図11の送信装置における符号器18-1, 18
-2と図12における復号器29-1〜29-4の組み合わせとし
て、例えば符号器に畳み込み符号器を使用した場合、そ
れに対する復号器として例えばビタビ復号器のような最
尤系列推定器の組み合わせを使うことにより信号の識別
度を上げることができる。上述した各実施例において、
送信アンテナとしてはどのようなアンテナを用いてもよ
いが、各送信装置間で偏波の異なるアンテナを用い、送
信信号の伝達特性間の相互相関を小さくすることもでき
る。上述した各実施例において各送信装置の複数の送信
機で発生させる搬送波周波数を互いにわずかにずらすこ
とで、信号分離度を上げると共に、周波数利用効率を高
める効果が得られることを図13と図14に示す。ここ
で、図15に示すように、伝送帯域幅Wsに対する中心
周波数差△fの比を“帯域分離度”と定義する。また、
シングルアクセス(送信装置数M=1)において、同時送
信総数Nにのみ依存する理想通信容量で正規化した通信
容量を“正規化容量”と定義する。図13と図14にお
いて送信機数N=2としている。図13は帯域分離度が
0%(利用周波数帯域が完全に一致)において、各送信機
のアンテナ間隔に対する正規化容量を示す。送信アンテ
ナ間隔が0.5波長程度では正規化通信容量はゼロであ
る。また、正規化通信容量を80%程度達成するには、
送信アンテナ間隔を15波長程度とる必要がある。図1
4に各送信アンテナ間隔を0.5波長とした場合における
帯域分離度に対する正規化容量を示す。送信アンテナ間
隔が0.5波長程度であっても、帯域分離度が30%程度
となるまで各送信系統の搬送波周波数をシフトさせるこ
とにより正規化容量80%を達成することができる。
【0038】図16は、マルチプルアクセス(送信装置
数M=2)における帯域分離度に対する正規化容量を送
信装置間隔をパラメータとして示す。送信アンテナ間隔
を30波長程度離すことによって、シングルアクセスの
場合と比較し、約2倍の通信容量が得られる。また、送
信装置間隔を狭くするにつれて、通信容量は減少する。
図13、14及び16においては、直交符号による情報
系列の符号化を行わない場合の評価結果を示したが、直
交符号により情報系列を符号化することにより、さらに
特性を改善することができる。なお、上述した各実施例
では、簡単のため受信アレーアンテナの素子数は分離し
ようとする情報系列の数、即ち、全送信機数と同じ数だ
け設けた例を示したが、アレーアンテナの素子数はそれ
より多くても少なくてもよい。その場合、図6において
電力分配器(21A-1, 21A-2)も受信アレーアンテナアンテ
ナ素子数と同じ数だけ設けるが、各電力分配器は情報系
列数と同じ数に分配し、それぞれのパスに振幅位相調整
用乗算器を挿入すればよい。素子数が情報系列数より多
い場合は信号の分離特性がそれだけ改善される。少ない
場合は、分離特性は劣化するが、例えば図9、10で示
したような直交符号化技術、または図11、12で示し
たような誤り訂正符号化技術など、他の技術と併用する
ことにより改善できる。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、同一送信装置内の複数の送信機の搬送波周波数を互
いにわずかに異ならせれば、送信信号周波数帯を互いに
ほぼ重ねても、受信装置では複数の受信アンテナで経路
ごとの伝達関数の違いに基づいて受信信号を分離するこ
とができるので、(1) 周波数軸上の多重と、空間軸上の
多重を組合せて高い周波数利用を達成でき、また、(2)
周波数相関と空間相関により多重信号間の相互相関を低
減させ、信号分離精度を上げ、高い周波数利用効率を達
成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の原理的構成を示すブロック図。
【図2】この発明の動作原理を説明するためのブロック
図。
【図3】この発明におけるチャネル間干渉除去器の動作
を説明するためのブロック図。
【図4】この発明による送信局装置の実施例を示すブロ
ック図。
【図5】図4の送信局装置に対応した受信装置の実施例
を示すブロック図。
【図6】図5におけるチャネル間干渉除去器の実施例を
示すブロック図。
【図7】この発明の送信局装置の他の実施例を示すブロ
ック図。
【図8】図7の送信局装置に対応した受信装置の実施例
を示すブロック図。
【図9】この発明の送信局装置の更に他の実施例を示す
ブロック図。
【図10】図9の送信局装置に対応した受信装置の実施
例を示すブロック図。
【図11】この発明の送信局装置の他の実施例を示すブ
ロック図。
【図12】図11の送信局装置に対応した受信装置の実
施例を示すブロック図。
【図13】この発明の効果として、アンテナ間隔と通信
容量の関係を示すグラフ。
【図14】この発明の効果として、帯域分離度と通信容
量との関係を示すグラフ。
【図15】帯域分離度を説明するための図。
【図16】この発明の効果として、送信アンテナ間隔を
パラメータとする帯域分離度と通信容量との関係を示す
グラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺田 矩芳 東京都千代田区永田町二丁目11番1号 株 式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ内 (72)発明者 野島 俊雄 東京都千代田区永田町二丁目11番1号 株 式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ内 Fターム(参考) 5K022 AA11 AA21 FF01

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】それぞれが、互いに異なる情報系列を変調
    する変調器と、互いに異なる周波数の搬送波を発生する
    搬送波発生器と、上記変調器の出力を上記搬送波によ
    り、各送信信号帯域が他の少なくとも1つの送信信号帯
    域と一部が重なるように周波数変換する周波数変換器と
    を含むN個の送信機と、Nは2以上の整数であり、 上記N個の送信機からの出力信号を送出する1個以上の
    送信アンテナ、とを含むことを特徴とする送信装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の送信装置をM個備え、M
    は2以上の整数であり、各送信装置の各上記送信機は全
    て異なる情報系列を送信することを特徴とする送信局装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の送信局装置において、各
    上記送信装置内の上記送信機のそれぞれ互いに異なる搬
    送波周波数の組は、他の上記送信装置内の互いに異なる
    搬送波周波数の組と同じであることを特徴とする送信局
    装置。
  4. 【請求項4】 請求項2又は3記載の送信局装置におい
    て、各上記送信装置は、送信される全ての情報系列を、
    それぞれ異なる直交符号により符号化する直交符号器を
    それぞれ有していることを特徴とする送信局装置。
  5. 【請求項5】 請求項2又は3記載の送信局装置におい
    て、各上記送信装置は、送信される全ての情報系列を、
    それぞれ誤り訂正符号により符号化する誤り訂正符号器
    を有していることを特徴とする送信局装置。
  6. 【請求項6】異なる情報系列でそれぞれ変調され、信号
    帯域の一部が互いに重なった異なる周波数のN個の搬送
    波で送信された信号を受信する、ほぼN個の素子を有す
    るアレーアンテナと、Nは2以上の整数であり、 上記アレーアンテナの上記素子から与えられた受信信号
    をそれぞれ分配、重み付け合成してN個の信号を分離す
    るチャネル間干渉除去器と、 上記分離された信号を復調する復調器をそれぞれ有する
    N個の受信機からなる受信装置と、 上記チャネル間干渉除去器の出力信号間の相互相関を最
    小化するように上記チャネル間干渉除去器の重み付け係
    数を制御する係数制御器、とを含むことを特徴とする受
    信装置。
  7. 【請求項7】 異なる情報系列でそれぞれ変調され、信
    号帯域の一部が互いに重なった異なる周波数のN個の搬
    送波のM組により、各周波数でM個の異なる情報系列信
    号が重畳されたN×M個の搬送波で送信された信号を受
    信するほぼN×M個の素子を有するアレーアンテナと、
    N,Mはそれぞれ2以上の整数であり、 上記ほぼN×M個の素子からの受信信号を分配、重み付
    け合成してN×M個の信号を分離するチャネル間干渉除
    去器と、 上記分離された信号を復調する復調器をそれぞれ有する
    N×M個の受信機と、 上記チャネル間干渉除去器の出力信号間の相互相関を最
    小化するように上記チャネル間干渉除去器の重み付け係
    数を制御する係数制御器、とを含むことを特徴とする受
    信装置。
  8. 【請求項8】 請求項6又は7記載の受信装置におい
    て、上記チャネル間干渉除去器は、上記アレーアンテナ
    の各素子からの受信信号を分離しようとする情報系列数
    に分配する分配器と、分配された信号にそれぞれ重み付
    け係数を乗算する乗算器と、互いに異なる素子からの重
    み付けされた信号ごとに信号を合成して分離しようとす
    る情報系列数の合成信号を生成し、上記合成信号をそれ
    ぞれ上記情報系列数の上記受信機に与える上記情報系列
    数の合成器、とを含み、上記係数制御器は、上記チャネ
    ル間干渉除去器からの上記合成信号に基づいて上記乗算
    器に与える重み付け係数を制御することで、上記チャネ
    ル間干渉除去器の出力信号間の相互相関を最小化するこ
    とを特徴とする受信装置。
  9. 【請求項9】 請求項6又は7記載の受信装置におい
    て、各受信機の出力に直交符号に対応して情報系列を復
    元する相関器が設けられていることを特徴とする受信装
    置。
  10. 【請求項10】 請求項6又は7記載の受信装置におい
    て、各受信機の出力に誤り訂正符号に対応して情報系列
    を復元する復号器が設けられていることを特徴とする受
    信装置。
  11. 【請求項11】複数の送信機からなる少なくとも1つの
    送信装置と、使用される全送信機とほぼ等しい数の受信
    アンテナ素子を有するアレーアンテナ及び全送信機と等
    しい数の受信機を有する受信装置との間の無線通信方法
    であって、送信側において、 (a) 上記複数の送信機で、それぞれ異なる情報系列を変
    調し、各送信信号帯域が他の少なくとも1つの送信信号
    帯域と一部が互いに重なって互いに異なる搬送波周波数
    で送信アンテナから送信するステップと、受信側におい
    て、 (b) 受信アレーアンテナの複数のアンテナ素子で複数の
    受信信号を受信するステップと、 (c)上記受信信号に対し、処理後の出力信号間の相互相
    関を最小化する信号処理を施して上記受信信号からそれ
    ぞれの情報系列信号成分を分離するステップと、 (d) 分離された各情報系列信号成分を複数の受信機でそ
    れぞれ復調、再生するステップ、 とを含むことを特徴とする無線通信方法。
  12. 【請求項12】 請求項11記載の無線通信方法におい
    て、送信側に上記送信装置が互いに間隔をあけて複数設
    けられており、それぞれの送信装置は、同じ上記異なる
    搬送波周波数の組を使ってそれぞれ異なる情報系列の送
    信を行い、受信側においては、送信側の全ての送信機の
    数とほぼ等しい数の受信アンテナ素子で受信を行うこと
    を特徴とする無線通信方法。
  13. 【請求項13】 請求項11又は12記載の無線通信方
    法は、各送信機から既知のトレーニング信号を送信する
    ステップを含み、 上記ステップ(c) は予め上記トレーニング信号を各受信
    装置の受信アンテナ素子で受信し、受信装置で既知であ
    るトレーニング信号系列を参照信号とし、上記相互相関
    を最小にさせ、その後の情報系列受信信号に対し上記情
    報系列を分離することを特徴とする無線通信方法。
  14. 【請求項14】 請求項11又は12記載の無線通信方
    法であって、上記ステップ(a) は、 (a-1) 各送信装置の複数の送信機で、それぞれ異なる情
    報系列をそれぞれ異なる直交符号により符号化するステ
    ップと、 (a-2) その符号化出力を変調し、異なる搬送波周波数で
    各送信信号帯域の一部を互いに重畳させて送信するステ
    ップ、とを含み、 上記ステップ(d) は更に、上記復調された信号と、直交
    符号との相関を求めることにより、情報系列を復元する
    ステップを含むことを特徴とする無線通信方法。
  15. 【請求項15】請求項11又は12記載の無線通信方法
    であって、上記ステップ(a) は、 (a-1) 各送信装置の複数の送信機で、それぞれ異なる情
    報系列を誤り訂正符合により符号化するステップと、 (a-2) その符号化出力を変調し、異なる搬送波周波数で
    各送信信号帯域の一部を互いに重畳させて送信するステ
    ップ、とを含み、 上記ステップ(d) は更に、復調された信号に対し誤り訂
    正符号に対応する復号を行い、情報系列を復元するステ
    ップを含むことを特徴とする無線通信方法。
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