JP2005252380A - 空間多重伝送用送信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 伝搬環境の推定誤差の有る環境下でもダイバーシチ効果が得られ、伝送品質を大きく改善することができる空間多重伝送用送信装置を提供する。
【解決手段】 少なくとも３素子以上の複数の送信用アンテナ素子１０１１から１０１Ｍを有する空間多重伝送用送信装置であって、前記各アンテナ素子に接続され、前記複数のアンテナ素子を複数の群に群分けを行う群分け手段１０２と、前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する前記各群に対応して設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋと、送信すべき入力信号をシリアルーパラレル変換し、前記群ごとに設けられた前記複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置の各々への入力信号を生成するシリアル−パラレル変換器１０４とを有する。
【選択図】 図１
【解決手段】 少なくとも３素子以上の複数の送信用アンテナ素子１０１１から１０１Ｍを有する空間多重伝送用送信装置であって、前記各アンテナ素子に接続され、前記複数のアンテナ素子を複数の群に群分けを行う群分け手段１０２と、前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する前記各群に対応して設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋと、送信すべき入力信号をシリアルーパラレル変換し、前記群ごとに設けられた前記複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置の各々への入力信号を生成するシリアル−パラレル変換器１０４とを有する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、無線通信システム用アンテナを用い、空間多重伝送をした場合の伝搬環境推定、フェージング補償用指向性制御に係り、特に空間多重伝送用送信装置に関する。
空間多重伝送用送信装置は、複数のアンテナ素子から異なる信号を送信することで、周波数帯域を増大することなしに高速伝送を実現する送信装置である。
図８に従来の空間多重伝送用送信装置を示す（例えば、非特許文献１参照）。
同図に示すように、従来の空間多重伝送用送信装置は、複数の送信用アンテナ素子８０１１〜８０１Ｎと，送信装置８０２１〜８０２Ｎと，シリアルーパラレル変換器８０３から構成される。
図８に従来の空間多重伝送用送信装置を示す（例えば、非特許文献１参照）。
同図に示すように、従来の空間多重伝送用送信装置は、複数の送信用アンテナ素子８０１１〜８０１Ｎと，送信装置８０２１〜８０２Ｎと，シリアルーパラレル変換器８０３から構成される。
送信信号はシリアル−パラレル変換器８０３によって複数の信号系列Ｔ１〜ＴＮを生成し、各々異なった送信装置８０２１〜８０２Ｎによって送信用アンテナ素子８０１１〜８０１Ｎから同一の時刻，同一の周波数で送信される．
受信局では、例えば送信局のアンテナ数と同数のアンテナを用いて復号を行なう。以下に復号方法の例を示す．受信局アンテナ素子において受信される信号をＲ１〜ＲＮ、アンテナｉから送信され、アンテナｊで受信したときの伝達関数を、ｈｉｊとし、各受信信号における雑音をｎ１〜ｎＮとすると，空間多重伝送用送信装置によって信号を送信すると受信信号Ｒ１〜ＲＮは以下のように表すことができる．
受信局では、例えば送信局のアンテナ数と同数のアンテナを用いて復号を行なう。以下に復号方法の例を示す．受信局アンテナ素子において受信される信号をＲ１〜ＲＮ、アンテナｉから送信され、アンテナｊで受信したときの伝達関数を、ｈｉｊとし、各受信信号における雑音をｎ１〜ｎＮとすると，空間多重伝送用送信装置によって信号を送信すると受信信号Ｒ１〜ＲＮは以下のように表すことができる．
ただし、この方法を用いた場合には各アンテナから異なった信号を送信するため、送信局におけるアンテナ指向性利得、送信ダイバーシチ利得が得られず、ＳＮ比の低下、他局への干渉の増大が生じるという問題があった。
次に、マルチビームを形成することにより、伝送品質の改善を図った従来の空間多重伝送用装置について説明する。図９に従来のマルチビーム形成を用いた空間多重伝送用送信装置の構成を示す(例えば、非特許文献２参照)。同図において、この空間多重伝送用装置は、送信用アンテナ素子９０１１〜９０１Ｎと，マルチビーム形成装置９０２と、送信装置９０３１〜９０３Ｋと、シリアル−パラレル変換器９０４から構成されている。
上記構成において、送信信号はシリアルーパラレル変換器９０４によって複数の信号系列Ｔ１〜ＴＫを生成し、送信装置９０３１〜９０３ＫによってＫ系列の送信信号系列が形成され、マルチビーム形成装置９０２によって各々異なった指向性を形成するための各アンテナ素子への出力信号が形成され、送信用アンテナ素子９０１１〜９０１Ｎから同一の時刻、同一の周波数で送信される。ここでマルチビーム形成装置ではマルチビームを以下のようにして形成する。
まず、伝達関数行列Ｈの特異値分解（Ｈ＝ＵＤＶＨ）を行い、ユニタリ行列Ｖ及び特異値を要素とする対角行列を求める。ここで、上添え字Ｈは共役転置を表し、伝達関数行列は以下の式で表される。
ただし、この方法は推定した伝達関数行列のみによって形成されるため、伝達関数推定に誤差が生じると伝送品質の大きな劣化を招くという問題があり、伝達関数推定誤差の大きい環境には適用できないという問題があった。
S. Kurosaki, et al, "A SDM-COFDM Scheme Employing a Simple Feed-Forward Inter-Channel Canceller for MIMO Based Broadband Wireless LANs",IEICE Trans. Commun.,2003 Miyashita,K.;Nishimura, T.; Ohgane, T.; Ogawa,Y,; Takatori,Y.: Keizo Cho;"High data-rate transmission with eigenbeam-space division multiplexing (E-SDM) in a MIMO channel," Vehicular Technology Conference, 2002. Proceedings. VTC 2002-Fall. 2002 IEEE 56th , Volume:3，24-28 Sept. 2002 Pages:1302 - 1306 vol.3
上述したように、ＳＤＭ伝送を行う場合に送信側でアレーアンテナを用いた指向性合成を行わない場合には送信局の指向性利得が十分に得られず伝送品質の劣化及び他セルヘの干渉の増大という問題が生じる。
これに対して、送信局で指向性合成を行うＳＤＭ伝送では伝搬環境推定に誤りがあった場合に、ビーム方向が大きくずれてしまうため、伝送品質が劣化するという問題が生じる。
したがって、伝搬環境推定誤差が生じるような無線通信システムにおいても、空間多重伝送を行った場合に伝送品質を改善する指向性形成法の実現が望まれていた。
これに対して、送信局で指向性合成を行うＳＤＭ伝送では伝搬環境推定に誤りがあった場合に、ビーム方向が大きくずれてしまうため、伝送品質が劣化するという問題が生じる。
したがって、伝搬環境推定誤差が生じるような無線通信システムにおいても、空間多重伝送を行った場合に伝送品質を改善する指向性形成法の実現が望まれていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、伝搬環境の推定誤差の有る環境下でもダイバーシチ効果が得られ、伝送品質を大きく改善することができる空間多重伝送用送信装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成請求項１に記載の発明は、少なくとも３素子以上の複数の送信用アンテナ素子を有する空間多重伝送用送信装置であって、前記各アンテナ素子に接続され、前記複数のアンテナ素子を複数の群に群分けを行う群分け手段と、前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する前記各群に対応して設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置と、送信すべき入力信号をシリアルーパラレル変換し、前記群ごとに設けられた前記複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置の各々への入力信号を生成するシリアル−パラレル変換器とを有することを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、少なくとも３素子以上の送信用アンテナ素子と、前記各送信用アンテナ素子に接続され、送信用アンテナ素子を複数の群に群分けを行う群分け手段と、前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する前記各群に対応して設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置と、送信すべき入力信号をシリアル−パラレル変換し、前記群ごとに設けられた前記複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置への入力信号を生成するシリアル−パラレル変換器と、受信時に伝搬環境推定を行う伝搬環境推定手段と、
前記伝搬環境推定手段による伝搬環境推定結果から前記各群での伝送品質がほぼ一定となるように群分けするように群分けを決定する群分け決定手段とを有し、前記群分け手段では、前記群分け決定手段による決定に基づいて群分けを行うことを特徴とする空間多重伝送用送信装置である。
前記伝搬環境推定手段による伝搬環境推定結果から前記各群での伝送品質がほぼ一定となるように群分けするように群分けを決定する群分け決定手段とを有し、前記群分け手段では、前記群分け決定手段による決定に基づいて群分けを行うことを特徴とする空間多重伝送用送信装置である。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずかに記載の空間多重伝送用送信装置において、前記群分け手段の出力信号を入力信号とし、前記送信用アンテナ素子への入力信号を生成する複数指向性パタン形成装置を具備し，上記複数指向性パタン形成装置では各々の入力信号に対して異なった指向性を形成することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の空間多重伝送用送信装置において、前記送信用アンテナの各群で送信した信号の平均誤り率が最小となるように、前記送信アンテナの各群への送信電力を割り当てる送信電力割当手段を有することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項３または４のいずれかに記載の空間多重伝送用送信装置において、前記複数パタン指向性形成装置において、各ビームを伝達関数行列の特異値分解から求められる固有ビームとし、前記群分け決定手段においては固有ビームに対応した特異値が予め設定した閾値以上の値のビームを送信ビームとし、各群分けでは、各群での特異値の和がほぼ等しくなるように、群を決定することを特徴とする。
以上説明したように本発明によれば、送信すべき入力信号を複数の群に分けて送信ダイバーシチを行い、複数の群分けされた送信用アンテナ素子から送信するようにしたので、伝搬環境推定誤差のある環境でのダイバーシチ効果が得られ、伝送品質を改善することができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、第１〜第５実施形態に係る空間多重伝送用送信装置を示す図１〜図５において、同一の機能を有する機能ブロックには同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
[第１実施形態]
本発明の第１実施の形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図１に示す。第1実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、伝搬環境推定誤差の大きい伝搬環境でも空間多重伝送を可能とするものである。図１において、第1実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、３素子以上の複数の送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍと、群分け手段１０２と、複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋと、シリアルーパラレル変換器１０４とを有している。
本発明の第１実施の形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図１に示す。第1実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、伝搬環境推定誤差の大きい伝搬環境でも空間多重伝送を可能とするものである。図１において、第1実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、３素子以上の複数の送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍと、群分け手段１０２と、複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋと、シリアルーパラレル変換器１０４とを有している。
群分け手段１０２は、複数の送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍに接続され、該複数の送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍを複数の群に群分けを行う機能を有している。
複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋの各々は、前記各群に対応して設けられ前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する。
シリアル−パラレル変換器１０４は、送信すべき入力信号をシリアルーパラレル変換し、前記群ごとに設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋの各々への入力信号を生成する。
複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋの各々は、前記各群に対応して設けられ前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する。
シリアル−パラレル変換器１０４は、送信すべき入力信号をシリアルーパラレル変換し、前記群ごとに設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋの各々への入力信号を生成する。
上記構成において、まず、送信信号はシリアル−パラレル変換器１０４に入力され、シリアル−パラレル変換器１０４により、Ｋ個の信号系列が生成され、これらの各信号系列は対応する送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋに入力される。送信ダイバーシチは、例えば、Space-Time-Transmission- Diversity(立川著「Ｗ-ＣＤＭＡ移動通信方式」丸善)、あるいはSpace-Time-Block-Code (Naguib, et.al“Space-Time-Block-Codes:code design criteria),Delay Diversityなどを用いることができる。
ｋ番目の送信ダイバーシチ用信号生成装置ではｎｋブランチの送信ダイバーシチを行うように構成し、各送信ダイバーシチ用信号発生装置で用いるブランチ数を変えることも可能である。また、同一のアンテナ素子が複数の群に所属することも可能である。このような符号化を行った後、群分け手段１０２によって群分けされた各群の信号が各送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍに入力され、受信局に向かって送信される。
このように伝送することによって、第１実施形態によれば、伝搬環境推定誤差のある環境でもダイバーシチ効果が得られ伝送品質を大きく改善することが可能となる。
このように伝送することによって、第１実施形態によれば、伝搬環境推定誤差のある環境でもダイバーシチ効果が得られ伝送品質を大きく改善することが可能となる。
[第２実施形態]
本発明の第２実施形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図２に示す。第２実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、伝達関数を受信時に推定し、伝達関数推定結果を用いて送信するアンテナ素子の選択、電力配分を行うことによって伝送品質を改善するものである。図２において、第２実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、３素子以上の複数の送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍと、群分け手段１０２と、送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋと、シリアルーパラレル変換器１０４と、伝達関数推定手段２０１と、群分け決定手段２０２とを有している。
本発明の第２実施形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図２に示す。第２実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、伝達関数を受信時に推定し、伝達関数推定結果を用いて送信するアンテナ素子の選択、電力配分を行うことによって伝送品質を改善するものである。図２において、第２実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、３素子以上の複数の送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍと、群分け手段１０２と、送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋと、シリアルーパラレル変換器１０４と、伝達関数推定手段２０１と、群分け決定手段２０２とを有している。
群分け手段１０２は、複数の送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍに接続され、該複数の送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍを複数の群に群分けを行う機能を有している。
複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋの各々は、前記各群に対応して設けられ前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する。
複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋの各々は、前記各群に対応して設けられ前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する。
シリアル−パラレル変換器１０４は、送信すべき入力信号をシリアルーパラレル変換し、前記群ごとに設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋの各々への入力信号を生成する。
伝達関数推定手段２０１は、受信時の伝搬環境を推定する機能を有する。すなわち、上り通信において相手局の用いている各アンテナ素子と自局の各アンテナ素子の間の伝達関数の推定を行う。この伝達関数推定手段２０１は、本発明の伝搬環境推定手段に相当する。
群分け決定手段２０２は、伝達関数推定手段２０１による伝達関数の推定結果（伝搬環境推定結果）から前記各群での伝送品質がほぼ一定となるように群分けするように群分けを決定する。
伝達関数推定手段２０１は、受信時の伝搬環境を推定する機能を有する。すなわち、上り通信において相手局の用いている各アンテナ素子と自局の各アンテナ素子の間の伝達関数の推定を行う。この伝達関数推定手段２０１は、本発明の伝搬環境推定手段に相当する。
群分け決定手段２０２は、伝達関数推定手段２０１による伝達関数の推定結果（伝搬環境推定結果）から前記各群での伝送品質がほぼ一定となるように群分けするように群分けを決定する。
伝達関数推定手段２０１は、まず上り通信において相手局の用いている各アンテナ素子と自局の各送信用アンテナ素子の間の伝達関数の推定を行う。伝達関数の推定は、例えば予め既知の信号系列を相手局のアンテナ素子ｉから送信し，受信アンテナjで受信した信号に対して既知の信号系列との相関値を求めることによって推定することが可能となる。
次に、群分け手段１０２により送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍの群分けを行う。群分けは、例えば以下の手順で行う。
次に、群分け手段１０２により送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍの群分けを行う。群分けは、例えば以下の手順で行う。
群分け決定手段２０２により、まず、ある伝送品質の閾値を設定し、伝達関数推定手段２０１の推定結果に基づいて１素子で送信した場合でも閾値をこえた伝送品質となる送信用アンテナ素子の選択を行う。次に、閾値をみたさなかった送信用アンテナ素子のうち２素子の組を形成し、２素子間で送信ダイバーシチを行ったときに伝送品質の閾値をこえる組み合わせを選択する。この条件でもまだ使用されていなアンテナがある場合には３素子間で送信ダイバーシチを行ったときに伝送品質の閾値をこえる組み合わせを選択する。この選択を繰り返していくことによって群分けが可能となる。
このようにして群分け決定手段２０２は、送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍの群分けを決定し、この決定に基づいて群分け手段１０２は、送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍの群分けを行う。
さらに、変調方式の多値数、送信電力の調整を行うことによって、各群の伝送品質がほぼ一定となるようにすることが可能である。
第２実施形態に係る空間多重伝送用送信装置によれば、上述したように群分けを行って伝送することによって、各群での伝送品質をほぼ一定とすることが可能となり、また従来の空間多重伝送装置と比較して伝送品質を劣化することなしに、空間多重数を増大し、伝送速度を高速化することが可能となる。
さらに、変調方式の多値数、送信電力の調整を行うことによって、各群の伝送品質がほぼ一定となるようにすることが可能である。
第２実施形態に係る空間多重伝送用送信装置によれば、上述したように群分けを行って伝送することによって、各群での伝送品質をほぼ一定とすることが可能となり、また従来の空間多重伝送装置と比較して伝送品質を劣化することなしに、空間多重数を増大し、伝送速度を高速化することが可能となる。
[第３実施形態]
本発明の第３実施形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図３に示す。第３実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、マルチビームを形成し、マルチビーム間で空間多重及び送信ダイバーシチを適用する構成をとっている。
図３において、第３実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、３素子以上の複数の送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍと、群分け手段１０２と、送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋと、シリアルーパラレル変換器１０４と、伝達関数推定手段２０１と、群分け決定手段２０２と、マルチビーム形成装置３０１とを有している。
本発明の第３実施形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図３に示す。第３実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、マルチビームを形成し、マルチビーム間で空間多重及び送信ダイバーシチを適用する構成をとっている。
図３において、第３実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、３素子以上の複数の送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍと、群分け手段１０２と、送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋと、シリアルーパラレル変換器１０４と、伝達関数推定手段２０１と、群分け決定手段２０２と、マルチビーム形成装置３０１とを有している。
上記構成において、送信信号はシリアルーパラレル変換器１０４に入力され、送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋへの入力信号を生成する。
送信ダイバーシチは例えば、Space-Time-Transmission-Diversity(立川著「Ｗ-ＣＤＭＡ移動通信方式」丸善)、あるいはSpace-Time-Block-Code (Naguib,et.al “Space-Time-Block-Codes: code design criteria), Delay Diversity などを用いることができる。このような符号化された後、既述した第２実施形態と同様に、群分け決定手段２０２の決定に基づいて群分け手段１０２により群分けされた、各群の信号がマルチビーム形成装置３０１に入力される。
送信ダイバーシチは例えば、Space-Time-Transmission-Diversity(立川著「Ｗ-ＣＤＭＡ移動通信方式」丸善)、あるいはSpace-Time-Block-Code (Naguib,et.al “Space-Time-Block-Codes: code design criteria), Delay Diversity などを用いることができる。このような符号化された後、既述した第２実施形態と同様に、群分け決定手段２０２の決定に基づいて群分け手段１０２により群分けされた、各群の信号がマルチビーム形成装置３０１に入力される。
ここで、マルチビーム形成装置３０１ではＮ個のビームが以下の手順で形成される。
まず、マルチビーム形成装置３０１は、伝達関数推定手段２０１の推定結果により得られた伝達関数行列Ｈの特異値分解(Ｈ＝ＵＤＶＨ)を行い、Ｍ行Ｍ列のユニタリ行列Ｖ及び特異値を要素とするＭ行Ｍ列の対角行列Ｄを求める。特異値分解では、送信用アンテナ数と同数の特異値と、各特異値に対応したユニタリ行列Ｖの列ベクトルｖ１〜ｖＭが得られる。列ベクトルｖ１〜ｖＭは各々送信時に形成するビームの指向性を表している。したがって、列ベクトルｖ１〜ｖＭを用いるとＭ個のビームを同時に形成することが可能である。マルチビーム形成装置３０１は、本発明の複数指向性パタン形成装置に相当する。
まず、マルチビーム形成装置３０１は、伝達関数推定手段２０１の推定結果により得られた伝達関数行列Ｈの特異値分解(Ｈ＝ＵＤＶＨ)を行い、Ｍ行Ｍ列のユニタリ行列Ｖ及び特異値を要素とするＭ行Ｍ列の対角行列Ｄを求める。特異値分解では、送信用アンテナ数と同数の特異値と、各特異値に対応したユニタリ行列Ｖの列ベクトルｖ１〜ｖＭが得られる。列ベクトルｖ１〜ｖＭは各々送信時に形成するビームの指向性を表している。したがって、列ベクトルｖ１〜ｖＭを用いるとＭ個のビームを同時に形成することが可能である。マルチビーム形成装置３０１は、本発明の複数指向性パタン形成装置に相当する。
また、群分け手段１０２は、送信用アンテナ素子１０１１から１０１Ｍの群分けを行う。群分けは例えば以下の手順で行う。群分け決定手段２０２は、まずある伝送品質（特異値）の閾値を設定し、送信用アンテナ１素子で送信した場合でも閾値をこえた伝送品質となるビームの選択を行う。
次に閾値を満たさなかったビームのうち２ビームの組を形成し、送信用アンテナ２素子間で送信ダイバーシチを行ったときに伝送品質の閾値をこえる組み合わせを選択する。この条件でもまだ使用されていないビームがある場合には３ビーム間で送信ダイバーシチを行ったときに伝送品質の閾値をこえる組み合わせを選択する。この選択を繰り返していくことによって群分けが可能となる。
このようにして群分け決定手段２０２は、送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍの群分けを決定し、この決定に基づいて群分け手段１０２は、送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍの群分けを行う。
このようにして群分け決定手段２０２は、送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍの群分けを決定し、この決定に基づいて群分け手段１０２は、送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍの群分けを行う。
さらに、変調方式の多値数、送信電力の調整を行うことによって、各群の伝送品質がほぼ一定となるようにすることが可能である。
このようにして選択されたビームの総数をＮとし、群ごとに生成した送信ダイバーシチ用の信号系列をＥ１〜ＥＮと表すことにする。
マルチビーム形成装置３０１では次式によって、信号系列Ｅ１〜ＥＮから、各送信用アンテナから送信する送信信号Ｓ１〜ＳＭを形成する。
このようにして選択されたビームの総数をＮとし、群ごとに生成した送信ダイバーシチ用の信号系列をＥ１〜ＥＮと表すことにする。
マルチビーム形成装置３０１では次式によって、信号系列Ｅ１〜ＥＮから、各送信用アンテナから送信する送信信号Ｓ１〜ＳＭを形成する。
[第４実施形態]
本発明の第４実施形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図４に示す。第４実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、各群の送信電力を可変とする構成をとっている。
図４において、第４実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、３素子以上の複数の送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍと、群分け手段１０２と、送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋと、シリアルーパラレル変換器１０４と、伝達関数推定手段２０１と、群分け決定手段２０２と、送信電力可変手段４０１とを有している。
本発明の第４実施形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図４に示す。第４実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、各群の送信電力を可変とする構成をとっている。
図４において、第４実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、３素子以上の複数の送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍと、群分け手段１０２と、送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋと、シリアルーパラレル変換器１０４と、伝達関数推定手段２０１と、群分け決定手段２０２と、送信電力可変手段４０１とを有している。
送信電力可変手段４０１は、送信用アンテナ素子の各群で送信した信号の平均誤り率が最小となるように、送信用アンテナ素子の各群への送信電力を割り当てる機能を有している。送信電力可変手段４０１は、本発明の送信電力割当手段に相当する。
上記構成において、送信信号はシリアル−パラレル変換器１０４に入力され、シリアル−パラレル変換器１０４は、シリアル−パラレル変換して送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｍへの入力信号を生成する。
送信ダイバーシチは例えばSpace-Time-Transmission-Diversity(立川著「Ｗ-ＣＤＭＡ移動通信方式」丸善)，あるいはSpace-Time-Block-Code (Naguib,et.al “Space-Time-Block-Codes: code design criteria),Delay Diversity などを用いることができる。
送信ダイバーシチは例えばSpace-Time-Transmission-Diversity(立川著「Ｗ-ＣＤＭＡ移動通信方式」丸善)，あるいはSpace-Time-Block-Code (Naguib,et.al “Space-Time-Block-Codes: code design criteria),Delay Diversity などを用いることができる。
このような符号化された後、群分け手段１０２によって群分けされた各群の信号が送信電力可変手段４０１に入力され、送信電力を可変とした後、各送信アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍに入力され、受信局に向かって送信される。ここで送信電力可変手段４０１では送信信号に伝送品質に応じた重み付けを行う。すなわち、各送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍにおいて、送信用アンテナ素子の各群で送信した信号の平均誤り率が最小となるように、送信用アンテナ素子の各群への送信電力を割り当てる。
第４実施形態に係る空間多重伝送用送信装置によれば、上述したように動作させることによって、伝送品質の劣化した信号の送信電力を増大し、伝送品質の過剰な信号に対しては送信電力を抑え、誤り率特性を改善することが可能となる。
[第５実施形態]
本発明の第５実施形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図５に示す。第５実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、送信用アンテナ素子の各群の送信電力を可変とする構成をとっており、第４実施形態に係る空間多重伝送用送信装置と構成上、異なるのは、送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍと、送信電力可変手段４０１との間にマルチビーム形成装置を付加するように構成した点であり、他の構成は第４実施形態に係る空間多重伝送用送信装置と同様である。
本発明の第５実施形態に係る空間多重伝送用送信装置の構成を図５に示す。第５実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、送信用アンテナ素子の各群の送信電力を可変とする構成をとっており、第４実施形態に係る空間多重伝送用送信装置と構成上、異なるのは、送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍと、送信電力可変手段４０１との間にマルチビーム形成装置を付加するように構成した点であり、他の構成は第４実施形態に係る空間多重伝送用送信装置と同様である。
図５において、第５実施形態に係る空間多重伝送用送信装置は、３素子以上の複数の送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍと、群分け手段１０２と、送信ダイバーシチ用信号生成装置１０３１〜１０３Ｋと、シリアルーパラレル変換器１０４と、伝達関数推定手段２０１と、群分け決定手段２０２と、送信電力可変手段４０１と、マルチビーム形成装置３０１とを有している。
第５実施形態に係る空間多重伝送用送信装置によれば、図５に示すように送信電力可変手段４０１と送信用アンテナ素子１０１１〜１０１Ｍとの間にマルチビーム形成装置３０１を設置することによって、各信号ごとの送信電力の制御がマルチビーム形成時にも行うことが可能となる。
本願発明の効果を計算機シミュレーションにより示す。送信局のアンテナ素子数は８素子、端末局のアンテナ素子数は２素子、本願発明に係る空間多重伝送用送信装置でのビーム数は３ビームとし，２番目と３番目の固有値に対する固有ベクトルビームを用いて送信ダイバーシチを行うものとした。
図７に本願発明と従来例とを比較して伝送特性を評価する際に用いた伝搬環境を示す。送信局５００及び端末局６００から見て、多数の散乱物から構成されるクラスタ７００が複数、存在するものとし、伝搬路は送信局５００の周りのクラスタ７００と端末局６００の周りのクラスタ７００でそれぞれ、反射することで構成されている。
[１]山田 渉,北 直樹,佐藤 明雄,高尾 鉄也,森 大典,渡邊 浩伸,
“屋内環境におけるマイクロ波帯角度拡がり特性”,電子情報通信学会通信ソサエティ大会,B-1-54,2003
[１]において室内での実測結果から、到来波の塊が５つ存在し、その分布の角度拡がりが約２５°との結果が得られていることから、クラスタ数を５、それぞれの散乱物の角度拡がりを２５°とした。
[１]山田 渉,北 直樹,佐藤 明雄,高尾 鉄也,森 大典,渡邊 浩伸,
“屋内環境におけるマイクロ波帯角度拡がり特性”,電子情報通信学会通信ソサエティ大会,B-1-54,2003
[１]において室内での実測結果から、到来波の塊が５つ存在し、その分布の角度拡がりが約２５°との結果が得られていることから、クラスタ数を５、それぞれの散乱物の角度拡がりを２５°とした。
上り回線における各アンテナと基地局アンテナの間の伝達関数は誤差なく推定できるものとし、上り回線と下り回線では角度拡がりのみ同一とし、素波の到来方向、到来位相を独立に設定した。
試行回数は１００００回とした。従来方法は、推定した伝達関数から特異値分解を行い、固有値の大きい方から２つの固有ベクトルを用いてＳＤＭ伝送を行うものとした。
試行回数は１００００回とした。従来方法は、推定した伝達関数から特異値分解を行い、固有値の大きい方から２つの固有ベクトルを用いてＳＤＭ伝送を行うものとした。
図６に送信電力を変化させたときの第２固有ベクトルビームを用いて送信している送信信号に対する平均誤り率特性を本発明（提案方法）と従来方法とを比較して示す。各端末局アンテナでの雑音レベルは０ｄＢとした。従来方法に対して本願発明では２ビーム間の送信ダイバーシチ効果によって、平均誤り率１０−３で約２．５ｄＢ、平均誤り率１０−４で約５ｄＢだけ伝送特性が改善されていることが分かる。
１０１１〜１０１Ｍ…送信用アンテナ素子
１０２…群分け手段
１０３１〜１０３Ｋ…送信ダイバーシチ用信号生成装置
１０４…シリアル−パラレル変換器
１０２…群分け手段
１０３１〜１０３Ｋ…送信ダイバーシチ用信号生成装置
１０４…シリアル−パラレル変換器
Claims (5)
- 少なくとも３素子以上の複数の送信用アンテナ素子を有する空間多重伝送用送信装置であって、
前記各アンテナ素子に接続され、前記複数のアンテナ素子を複数の群に群分けを行う群分け手段と、
前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する前記各群に対応して設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置と、
送信すべき入力信号をシリアルーパラレル変換し、前記群ごとに設けられた前記複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置の各々への入力信号を生成するシリアル−パラレル変換器と、
を有することを特徴とする空間多重伝送用送信装置。 - 少なくとも３素子以上の送信用アンテナ素子と、
前記各送信用アンテナ素子に接続され、送信用アンテナ素子を複数の群に群分けを行う群分け手段と、
前記群分けされた各群の中で送信ダイバーシチを行う信号を生成する前記各群に対応して設けられた複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置と、
送信すべき入力信号をシリアル−パラレル変換し、前記群ごとに設けられた前記複数の送信ダイバーシチ用信号生成装置への入力信号を生成するシリアル−パラレル変換器と、
受信時に伝搬環境推定を行う伝搬環境推定手段と、
前記伝搬環境推定手段による伝搬環境推定結果から前記各群での伝送品質がほぼ一定となるように群分けするように群分けを決定する群分け決定手段とを有し、
前記群分け手段では、前記群分け決定手段による決定に基づいて群分けを行うことを特徴とする空間多重伝送用送信装置。 - 前記群分け手段の出力信号を入力信号とし、前記送信用アンテナ素子への入力信号を生成する複数指向性パタン形成装置を具備し，
上記複数指向性パタン形成装置では各々の入力信号に対して異なった指向性を形成することを特徴とする請求項１または２のいずかに記載の空間多重伝送用送信装置。 - 前記送信用アンテナの各群で送信した信号の平均誤り率が最小となるように，前記送信アンテナの各群への送信電力を割り当てる送信電力割当手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空間多重伝送用送信装置。
- 前記複数パタン指向性形成装置において、各ビームを伝達関数行列の特異値分解から求められる固有ビームとし、
前記群分け決定手段においては固有ビームに対応した特異値が予め設定した閾値以上の値のビームを送信ビームとし、
各群分けでは、各群での特異値の和がほぼ等しくなるように、群を決定することを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の空間多重伝送用送信装置。
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