JP2005348116A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 送信パワーアンプの電力付加効率の改善を実現できる無線通信装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 入力された信号を増幅する送信パワーアンプ２と前記増幅された信号を送信するための送信アンテナ３とを夫々に含む３系統の送信系（１１、１２、１３）を備え、互いに内容の異なる３つの情報を同時に送信するＭＩＭＯ伝送方式に使用可能な無線通信装置において、ＭＩＭＯ伝送方式を用いずに単一の情報を送信する際に、前記３系統の送信系に含まれる３つの送信パワーアンプ２を用い、各送信パワーアンプ２に対応する送信アンテナ３の夫々から同一の信号を同時に送信することにより、送信信号の電力を分散して送信する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、送信機から受信機に情報を無線で伝送する無線通信装置に関する。特に、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output；多入力多出力）伝送方式の無線通信装置に関する。

近年の無線通信装置の中には、アンテナと送受信回路から成る系統を複数備えたものが増えてきている。例えば、送信側は１系統のままでありながら、受信側を２系統以上にしたものとして、いわゆるダイバーシティ受信方式の無線通信装置がある。中でも特に注目されているものとして、次世代無線ＬＡＮ（Local Area Network）や第４世代携帯電話において実用化が期待されるＭＩＭＯ伝送方式の無線通信装置がある。

以下に、ＭＩＭＯ伝送方式について簡単に説明を行う。ＭＩＭＯ伝送方式は、多数の文献中に開示された公知の高速無線通信技術であって、複数（ｍ本；ｍは２以上の整数）の送信アンテナから互いに内容の異なるｍ種類の情報に係る送信信号を同一周波数上で同時に送信して（並列送信して）、それを複数の（ｎ本；ｎは２以上の整数）の受信アンテナで同時に受信し、見掛け上は混信を起こしているｎ通りの受信信号に対し必要な計算処理を施すことで、混信前のｍ種類の情報を復元する伝送方式である。この伝送方式を用いれば、周波数の占有帯域幅を増やすことなく、伝送レートのみをｍ倍に高速化することができる。

図７は、ｍ＝ｎ＝３とした場合のＭＩＭＯ伝送方式に用いられる無線通信装置の構成を示すブロック図である。図７における無線通信装置は、送信機１００と受信機２００から構成されている。

送信機１００は、第１の送信系１１０（以下、単に「送信系１１０」と記すことがある）、第２の送信系１２０（以下、単に「送信系１２０」と記すことがある）、及び第３の送信系１３０（以下、単に「送信系１３０」と記すことがある）の３つの送信系から構成されている。送信系１１０、１２０及び１３０の夫々は、送信されるべき情報に関する原信号に変調を与える変調器等から成り、後段の送信パワーアンプ２に変調された信号を出力する送信回路１０１と、入力された信号を増幅する送信パワーアンプ１０２と、送信パワーアンプ２により増幅された信号を受信機２００に対して送信するための送信アンテナ１０３と、から概略構成されており、送信系１１０と送信系１２０と送信系１３０の内部構成は同様となっている。

受信機２００は、第１の受信系２１０（以下、単に「受信系２１０」と記すことがある）、第２の受信系２２０（以下、単に「受信系２２０」と記すことがある）、及び第３の受信系２３０（以下、単に「受信系２３０」と記すことがある）の３つの受信系から構成されている。受信系２１０、２２０及び２３０の夫々は、送信機１００の備える各送信系から送信される送信信号を受信するための受信アンテナ４と、受信アンテナ４が受信した信号を復調する復調器等から成る受信回路５と、から概略構成されており、受信系２１０と受信系２２０と受信系２３０の内部構成は同様となっている。

尚、図７における矢印付きの破線３００は、３つの送信系と３つの受信系との間の混信を含む電波伝搬の様子を模式的に示したものである。

図８は、３系統の送信系１１０、１２０及び１３０が送信する信号のスペクトルを模式的に示したものである。同図中では、上から第１の送信系１１０が送信する信号のスペクトル３０１、第２の送信系１２０が送信する信号のスペクトル３０２、第３の送信系１３０が送信する信号のスペクトル３０３を示している。スペクトル３０１、３０２及び３０３に対応する信号は、夫々共通の周波数成分を有しているが、夫々異なる信号である、即ち、３系統の送信系は、夫々異なる信号（スペクトル３０１、３０２及び３０３に対応する信号）を、同じ周波数上で重ねて送信する。また、スペクトル３０１、３０２及び３０３に対応する各信号は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；直交周波数分割多重）変調方式にて変調された信号（ＯＦＤＭ変調信号）であり、５ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯の信号である。

ＯＦＤＭ変調方式は、送るべき情報を複数の搬送波に分割して送信するマルチキャリア伝送方式の一種であり、図８のスペクトル３０１、３０２及び３０３に対応する各信号は、夫々９本のサブキャリアから成るマルチキャリア信号を想定している。即ち、スペクトル３０１、３０２及び３０３に対応する各信号は、夫々、送るべき情報を９本のサブキャリアに分割したマルチキャリア信号として送信される。

また、図７及び図８に示すように、複数（図７では３つ）の送信系の夫々が異なる信号を同一周波数上で同時に送信し、それを複数の（図７では３つ）の受信アンテナ４で同時に受信するという、本来のＭＩＭＯ伝送方式を用いた動作を、以下「ＭＩＭＯ動作」といい、そのような動作を行う時を「ＭＩＭＯ動作時」という。

ところで、ＭＩＭＯ伝送方式に使用可能なように設計された無線通信装置の大半は、旧来のＭＩＭＯ伝送方式で使用されない（或は、使用できない）装置との間で互換性を確保する必要から、旧来のＭＩＭＯ伝送方式と異なる伝送方式（非ＭＩＭＯ伝送方式）でも動作可能なよう設計されているのが一般的である。このような、非ＭＩＭＯ伝送方式における動作は、通常、図７における送信系と受信系を夫々１つずつ残して他の送信系及び受信系を停止させることで実現される。即ち、非ＭＩＭＯ伝送方式における動作は、例えば、送信系１２０、送信系１３０、受信系２２０及び受信系２３０を停止させ、１系統の送信系１１０と１系統の受信系２１０との間で旧来通りの１対１の通信を行うことで実現される。

図９は、この１対１の通信を行う際において、３系統の送信系（１１０、１２０、１３０）が送信する信号のスペクトルを模式的に示したものである。同図中では、上から第１の送信系１１０が送信する信号のスペクトル４０１、第２の送信系１２０が送信する信号のスペクトル、第３の送信系１３０が送信する信号のスペクトルを示している。同図の如く、第１の送信系１１０のみが信号を送信しており、第２の送信系１２０及び第３の送信系１３０は信号の送信を行っていない。

尚、ＭＩＭＯ伝送方式を用いない動作を、上記「ＭＩＭＯ動作」に対応させて、以下「非ＭＩＭＯ動作」といい、「非ＭＩＭＯ動作」を行う時を「非ＭＩＭＯ動作時」という。

上述したような、ＯＦＤＭ変調信号をＭＩＭＯ伝送方式で伝送する構成は、下記非特許文献１に開示されている。また、下記非特許文献１には、フェージング環境下において各サブチャネル間で生じる受信電力の不均一を打ち消すために、送信される複数の信号スペクトルの電力を不均一に調整する構成が開示されている。

また、ＯＦＤＭ変調方式以外のマルチキャリア伝送方式としては、第４世代携帯電話用に研究されているＶＳＦ−ＣＤＭＡ（Variable Spreading Factor-Code Division Multiple Access/可変拡散率−符号領域多重）方式等があり、このＶＳＦ−ＣＤＭＡ方式は、例えば下記非特許文献２に開示されている。
鶴田、他２名、「ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ伝送における平均誤り率最小規範に基づく最適電力分配」、電子情報通信学会２００３年ソサイエティ大会講演論文集、平成１５年９月１０日、Ｂ−５−３０（論文番号） 川村、他２名、「上りリンクＶＳＦ−ＣＤＭＡブロードバンド無線アクセスにおける予約パケットを用いる適応送信タイミング制御」、電子情報通信学会２００３年ソサイエティ大会講演論文集、平成１５年９月１０日、Ｂ−５−９４（論文番号）

しかしながら、従来のＭＩＭＯ伝送方式無線通信装置を、上述のように非ＭＩＭＯ動作にも対応させようとした場合、送信パワーアンプの効率が劣化するという問題が生じる。この問題は、電波法などの各国の法律によって、送信機からの送信パワーの上限が制限されていることに由来しており、以下その理由を図７、図８及び図９を用いて説明する。また、本明細書においては、以下、送信パワーの上限が１００ミリワット（ｍＷ）であるとして説明を行う。

ＭＩＭＯ動作時においては、スペクトル３０１、３０２及び３０３に対応する信号（図８参照）を同時に送信することになるが、送信電力を均等配分したとすると、スペクトル３０１〜３０３に対応する３つの信号の最大電力は、夫々約３３ｍＷとなる（なぜなら、１００ｍＷ÷３≒３３ｍＷ）。これに対し、非ＭＩＭＯ動作時においては、第１の送信系１１０から送信されるスペクトル４０１（図９参照）に対応する信号の最大電力は、１００ｍＷとなる（なぜなら、図７の第２の送信系１２０及び第３の送信系１３０は停止しているため）。

即ち、第１の送信系１１０を構成する送信パワーアンプ１０２だけに着目すれば、ＭＩＭＯ動作時か非ＭＩＭＯ動作時かで、扱う動作電力レベルが３倍（３３ｍＷと１００ｍＷ）も異なることになる。このような動作電力レベルの変動は、一般的にパワーアンプ（送信パワーアンプ１０２等）の効率の低下を招くこととなるが、この効率の低下について、図１０を用いて考察する。

図１０は、送信パワーアンプ１０２における出力電力と効率との関係を表わしたものである。図１０において、横軸は出力電力であり、曲線５０１及び曲線５０２は、夫々送信パワーアンプ１０２の利得（単位は［ｄＢ］）特性、及び電力付加効率（ＰＡＥ；単位は［％］）の特性を示している。

図１０に示す如く、電力付加効率は、出力電力が増加するに従って高くなり、飽和出力電力Ｐｓａｔ１（送信パワーアンプ１０２が出力できる最大の電力）付近で最大値をとなる。しかしながら、飽和出力電力Ｐｓａｔ１付近（同図中の破線５０３で囲まれた領域）では、利得特性の直線性が悪く、出力する信号波形に大きな歪みが生じてしまうため、通常、送信パワーアンプ１０２は、飽和出力電力Ｐｓａｔ１よりも幾分低い出力電力で動作させることになる。この飽和出力電力Ｐｓａｔ１と実際に動作させる出力電力（動作出力電力）の差はバックオフと呼ばれる。

ここで、非ＭＩＭＯ動作時における第１の送信系１１０を構成する送信パワーアンプ１０２のバックオフをＢ１とし、その時の動作出力電力及び電力付加効率を、夫々Ｐ１及びＥ１とする。またＭＩＭＯ動作時における送信系１１０、１２０及び１３０を構成する各送信パワーアンプ１０２のバックオフをＢ２とし、その時の夫々の動作出力電力をＰ２、電力付加効率をＥ２とする。

今、非ＭＩＭＯ動作時において第１の送信系１１０を構成する送信パワーアンプ１０２の動作電力レベルを１００ｍＷとする場合は、飽和出力電力Ｐｓａｔ１からバックオフＢ１分を差し引いた動作出力電力Ｐ１を１００ｍＷに設計することになる。尚、例えばＩＥＥＥ８０２．１１規格のようにＯＦＤＭ変調方式を採用した場合、このバックオフＢ１を比較的大きくする必要があるため、電力付加効率は比較的低くならざるを得ない（信号の平均電力と瞬時最大電力との比が比較的大きく、また許容される歪みが比較的小さいことに起因する）。

そして、非ＭＩＭＯ動作時から、ＭＩＭＯ動作時に移行した場合を考える。この時、第１の送信系１１０を構成する送信パワーアンプ１０２の動作出力電力はＰ２となり、上述のように送信電力を均等配分したとすると、各送信パワーアンプ１０２の動作出力電力は夫々３３ｍＷにまで低下する。即ち、各送信パワーアンプ１０２は、非ＭＩＭＯ動作時よりも更に大きくバックオフＢ２を取った動作出力電力Ｐ２にて動作することになり、電力付加効率はかなり低い値（Ｅ２）まで落ち込むことになってしまう。

このような事情から、従来のＭＩＭＯ伝送方式無線通信装置は、非ＭＩＭＯ動作にも対応させようとした場合、送信パワーアンプの効率が著しく劣化するという問題を有していた。

また、非特許文献１に記載の従来構成例は、フェージング環境下において各サブチャネル間で生じる受信電力の不均一を打ち消すことを目的として、送信される複数の信号スペクトルの電力を不均一に調整するものであって、上述したような送信パワーアンプの効率の劣化の問題を解消するものではない。

本発明は、上記の点に鑑み、送信パワーアンプの電力付加効率の改善を実現できる無線通信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る無線通信装置は、入力された信号を増幅する送信アンプと前記増幅された信号を送信するための送信アンテナとを夫々に含む送信系をＭ系統（Ｍは２以上の整数）備え、互いに内容の異なる複数の情報を同時に送信する伝送方式に使用可能な無線通信装置において、前記伝送方式を用いずに、単一の情報を送信する際に、前記Ｍ系統の送信系に含まれる複数の送信アンプを用い、送信信号の電力を分散して送信することを特徴とする。

一般的に、無線通信装置全体からの送信パワーは上限が規格等により定められており、前記伝送方式の使用／未使用の双方において前記送信パワーが前記上限になるように送信アンプを用いる場合、従来例では送信アンプの電力付加効率の低下を招いていた。これは、前記伝送方式の未使用時において、単一の送信アンプが前記上限の送信パワーを出力していたため、前記伝送方式の使用／未使用間で送信アンプの動作出力電力の変動が大きくなっていたことに起因する。

しかしながら、上記本発明の構成によれば、前記伝送方式により情報を送信する際、複数の送信アンプが用いられ、複数の情報が並列送信される。また、前記伝送方式を用いずに単一の情報を送信する際も、複数の送信アンプが用いられ、送信信号の電力が分散される。

つまり、前記伝送方式を用いたときも、前記伝送方式を用いないときも複数の送信アンプが動作し、その複数の送信アンプの夫々に対応する送信アンテナの夫々から送信信号が放射される。

従って、各送信アンプにおいて、前記伝送方式の使用／未使用間の動作出力電力の変動を、従来例に比べて小さく抑えることができため、各送信アンプの効率の改善が実現される。

また、具体的には、前記伝送方式を用いずに、前記単一の情報を送信する際に、前記複数の送信アンプを用い、前記複数の送信アンプに対応する複数の前記送信アンテナの夫々から同一の信号波形を有する信号を同時に送信することにより、送信信号の電力を分散して送信するようにするとよい。

ここで、上記「同一の信号波形」は、信号の強度を含まない概念であり、信号の強度を同じくすれば「同一の信号」と同義となる。

また、例えば、前記複数の送信アンプは、前記Ｍ系統の送信系に含まれる全ての送信アンプに相当するようにしてもよい。

また、例えば、前記伝送方式を用いずに、前記単一の情報を送信する際に、前記複数の送信アンプを用い、送信信号の電力を均等な電力配分で分散して送信するようにしてもよい。

これにより、各送信アンプの効率の改善がより最適化される。尚、ここにおける「均等」とは、「完全に均一」という意味ではなく、配分の誤差等、若干のばらつきを含む概念である。

また、例えば、前記単一の情報に対応する変調された信号は、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）のサブキャリアから成るマルチキャリア信号であって、前記伝送方式を用いずに、前記単一の情報を送信する際に、前記Ｍ系統の送信系の内の複数の送信系に対して前記Ｎ本のサブキャリアを分散させて割り当て、前記複数の送信系の夫々が互いに異なるサブキャリアを独立に増幅して送信するようにしてもよい。

送信アンプが増幅すべき信号がマルチキャリア信号である場合、送信アンプにおける瞬時の動作出力電力の変動が比較的大きいため、バックオフを比較的大きく確保する必要がある。そして、マルチキャリア信号を構成するサブキャリアの本数が増えれば増えるほど、確保すべきバックオフを大きくする必要があるが、上記構成においては前記伝送方式を用いないとき、複数の送信系にサブキャリアが分散されて割り当てられて各送信系の送信アンプが増幅すべきサブキャリアの本数が削減されるため、バックオフを小さくすることができる。

この際、各送信アンプの動作出力電力を同じ値に維持したまま、前記複数の送信系の夫々に備えられた前記送信アンプの各飽和出力電力を、前記伝送方式を用いるときの各飽和出力電力より小さくすることにより、バックオフが縮小されると共に各送信アンプの効率が更に改善される。

また、例えば、前記複数の送信系は、前記Ｍ系統の送信系の全てに相当するようにしてもよい。

また、前記伝送方式を用いずに、前記単一の情報を送信する際に、前記複数の送信系に割り当てられる前記サブキャリアの本数の各送信系間におけるばらつきが、最小になるように、前記Ｎ本のサブキャリアを分散させて割り当てるとよい。

これにより、各送信アンプの効率の改善がより最適化される。

また、具体的に例を挙げれば、前記伝送方式は、ＭＩＭＯ伝送方式である。

上述した通り、本発明に係る無線通信装置によれば、送信パワーアンプの電力付加効率の改善を実現することができる。

＜＜第１実施形態＞＞
以下、本発明に係る無線通信装置の第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。図１は、第１実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。図１において、図７と同一の部分には同一の符号を付しており、その詳細な説明を省略する場合がある。図１における無線通信装置は、送信機１０と受信機２０とから構成されている。

送信機１０は、第１の送信系１１（以下、単に「送信系１１」と記すことがある）、第２の送信系１２（以下、単に「送信系１２」と記すことがある）、及び第３の送信系１３（以下、単に「送信系１３」と記すことがある）の３つの送信系から構成されている。送信系１１、１２及び１３の夫々は、送信されるべき情報に関する原信号に変調を与える変調器等から成り、後段の送信パワーアンプ２に変調された信号を出力する送信回路１と、入力された信号を増幅する送信パワーアンプ（送信アンプ）２と、送信パワーアンプ２により増幅された信号を受信機２０に対して送信するための送信アンテナ３と、から概略構成されており、送信系１１と送信系１２と送信系１３の内部構成は後に特記する以外、同様となっている。

受信機２０は、第１の受信系２１（以下、単に「受信系２１」と記すことがある）、第２の受信系２２（以下、単に「受信系２２」と記すことがある）、及び第３の受信系２３（以下、単に「受信系２３」と記すことがある）の３つの受信系から構成されている。受信系２１、２２及び２３の夫々は、送信機１０の備える各送信系から送信される送信信号を受信するための受信アンテナ４と、受信アンテナ４が受信した信号を復調する復調器等から成る受信回路５と、から概略構成されており、受信系２１と受信系２２と受信系２３の内部構成は同様となっている。

図１における無線通信装置は、図７における無線通信装置と同様に、ＭＩＭＯ伝送方式にて情報を伝送可能となっている。ＭＩＭＯ動作時においては、送信系１１、１２及び１３が備える各送信アンテナ３から互いに内容の異なる情報に係る送信信号が同一周波数上で同時に送信され（並列送信され）、その送信された信号を受信系２１、２２及び２３が備える各受信アンテナ４で同時に受信する。換言すれば、第１の送信系１１の送信アンテナ３、第２の送信系１２の送信アンテナ３、及び第３の送信系１３の送信アンテナ３から、夫々第１の情報に関する信号、第２の情報に関する信号、及び第３の情報に関する信号（第１の情報、第２の情報及び第３の情報は、互いに内容の異なる情報である）が同一周波数上で同時に送信され、受信系２１、２２及び２３が備える各受信アンテナ４は、夫々第１の情報に関する信号、第２の情報に関する信号、及び第３の情報に関する信号を同時に受信する。

そして、受信機の備える図示されない復元部で、見掛け上は混信を起こしている３通りの受信信号に対し必要な計算処理を施され、混信前の３種類の情報（第１の情報、第２の情報及び第３の情報）が復元される。

図１における無線通信装置が、ＯＦＤＭ変調方式を採用する場合、ＭＩＭＯ動作時において第１の送信系１１が送信する信号のスペクトル、第２の送信系１２が送信する信号のスペクトル、及び第３の送信系１３が送信する信号のスペクトルは、夫々図８におけるスペクトル３０１、スペクトル３０２、及びスペクトル３０３と同じであり、３系統の送信系（１１、１２、１３）は、夫々異なる信号（スペクトル３０１、スペクトル３０２、及びスペクトル３０３に対応する信号）を、同じ周波数上で同時に送信することになる。尚、ＭＩＭＯ動作時及び非ＭＩＭＯ動作時の双方において、信号の送信にあたり、ＯＦＤＭ変調方式を用いても良いし、それ以外の方式を用いても良い。以下の説明においては、ＯＦＤＭ変調方式を用いて通信を行うものとする。
（非ＭＩＭＯ動作の説明）
次に、図１における無線通信装置の非ＭＩＭＯ動作について説明する。非ＭＩＭＯ動作時においては、ＭＩＭＯ伝送方式は用いられず、ＭＩＭＯ伝送方式が複数の情報を同一周波数上で並列送信するのに対して、単一の情報のみが送信機１０から受信機２０に対して送信される。従って、第１の情報と第２の情報とから成る２つの情報を送信する場合は、第１の情報と第２の情報は並列送信されず、時分割で送信されることになる。

図２は、非ＭＩＭＯ動作時における本実施形態の無線通信装置の構成を示すブロック図である。今、単一の情報である「情報Ａ」を非ＭＩＭＯ動作で送信するとする。非ＭＩＭＯ動作時においては、送信系１２及び送信系１３の各送信回路１は、低消費電力化のためその動作を停止させるが、送信系１２及び送信系１３の各送信パワーアンプ２は停止することなく動作を行う。

そして、第１の送信系１１の送信回路１の出力信号を、送信系１１、１２及び１３の各送信パワーアンプ２に与えるようにする。この際、送信系１１、１２及び１３の各送信アンテナ３から放射される電力が均等となるように、且つ各送信アンテナ３から放射される電力の合計が上限の１００ｍＷを超えないように、第１の送信系１１の送信回路１の出力信号を送信系１１、１２及び１３の備える各送信パワーアンプ２（以下、送信系１１、１２及び１３の各送信パワーアンプ２を単に「各送信パワーアンプ２」と記すことがある）に分配する。これにより、送信系１１、１２及び１３の各送信アンテナ３から、「情報Ａ」に関する、互いに同一の送信信号が同時に放射される。

つまり、非ＭＩＭＯ動作にて（ＭＩＭＯ伝送方式を用いずに）単一の情報「情報Ａ」を送信する際、３つの送信パワーアンプ２を用い、その３つの送信パワーアンプ２の夫々に接続された送信パワーアンテナ３の夫々から、互いに同一の信号を同時に送信することにより、送信機１０全体から送信される送信信号の電力を均等な配分で分散させるのである。尚、ここにおける「均等」とは、「完全に均一」という意味ではなく、配分の誤差等、若干のばらつきを含む概念である。

非ＭＩＭＯ動作時において、受信機２０では、第２の受信系２２及び第３の受信系２３が夫々の動作を停止し、第１の受信系２１のみが動作する。そして、受信系２１の受信アンテナ４は、送信系１１、１２及び１３の各送信アンテナ３から送信された信号を受信し、受信系２１の受信回路５にて復調等がなされることになる。

非ＭＩＭＯ動作時に、第１の送信系１１の送信回路１の出力信号を、送信系１１、１２及び１３の各送信パワーアンプ２に与えるには、例えば、第１の送信系１１の備える送信回路１の出力側と、第２の送信系１２の備える送信パワーアンプ２の入力側及び第３の送信系１３の備える送信パワーアンプ２の入力側の夫々とを接続するスイッチ（不図示）設けると共に、該スイッチを非ＭＩＭＯ動作時にオン、ＭＩＭＯ動作時にオフするようにしておけばよい。尚、図２においては、第２の送信系１２が備える送信回路１の出力側と第２の送信系１２が備える送信パワーアンプ２の入力側とが未接続となっていると共に、第３の送信系１３が備える送信回路１の出力側と第３の送信系１３が備える送信パワーアンプ２の入力側とが未接続となっているが、それらは必ずしも未接続とする必要はなく、図１にように接続したままでもよい。

また、上述したように、非ＭＩＭＯ動作時においては、１つの受信系が動作しておればよいため、受信機としては、受信機２０ではなく、もともと１つの受信系（例えば、第１の受信系２１）しか備えていない受信機を用いることもできる。勿論、ダイバーシティ受信方式を採用している受信機を、受信機２０に代えて用いても良い。この場合は、２以上の受信アンテナにて、送信系１１、１２及び１３の各送信アンテナ３から送信された信号を受信することになる。
（効率改善の理由説明）
次に、上述のように構成された図１の無線通信装置において、送信パワーアンプ２の効率が、従来例に比べ改善される理由を説明する。上述したように、送信機１０全体から放射される送信信号の送信パワーの上限が１００ｍＷであるとして説明を行う。

本実施形態の無線通信装置のＭＩＭＯ動作時においては、スペクトル３０１、３０２及び３０３に対応する信号（図８参照）を同時に送信することになり、送信電力を均等配分したとすると、スペクトル３０１〜３０３に対応する３つの信号の最大電力は、夫々約３３ｍＷ（１００ｍＷの３分の１）となる。即ち、各送信パワーアンプ２の動作出力電力は、全て約３３ｍＷ（１００ｍＷの３分の１）となる（この点は図７におけるものと同様である）。

そして、非ＭＩＭＯ動作時においては、送信系１１、１２及び１３の各送信アンテナ３から放射される電力が均等となるように、第１の送信系１１の送信回路１の出力信号が送信系１１、１２及び１３の各送信パワーアンプ２に分配される。従って、非ＭＩＭＯ動作時における送信パワーの最大値を１００ｍＷにするには、各送信パワーアンプ２の動作出力電力を、全て約３３ｍＷ（１００ｍＷの３分の１）にすればよいことになる。

つまり、各送信パワーアンプ２の動作出力電力は、ＭＩＭＯ動作時においても非ＭＩＭＯ動作時においても、約３３ｍＷ（１００ｍＷの３分の１）で一定とすることができるのである。

図３は、本実施形態における各送信パワーアンプ２における出力電力と効率との関係を表わしたものである。図３において、横軸は出力電力であり、曲線５１及び曲線５２は、夫々、各送信パワーアンプ２の利得（単位は［ｄＢ］）特性、及び電力付加効率（ＰＡＥ；単位は［％］）の特性を示している。

図３に示す如く、電力付加効率は、出力電力が増加するに従って高くなり、飽和出力電力Ｐｓａｔ２（送信パワーアンプ２が出力できる最大の電力）付近で最大値をとなるのは、図１０における曲線５０２で示した送信パワーアンプ１０２（図７参照）の電力付加効率と同様である。

ここで、本実施形態における各送信パワーアンプ２は、ＭＩＭＯ動作時及び非ＭＩＭＯ動作時の双方における動作出力電力が約３３ｍＷ（１００ｍＷの３分の１）であるので、ＭＩＭＯ動作時及び非ＭＩＭＯ動作時の双方におけるバックオフは、共通のＢ３（図３参照）と設定できる。バックオフをＢ３とした時の動作出力電力及び電力付加効率を、夫々Ｐ３及びＥ３とする。

動作出力電力Ｐ３（約３３ｍＷ）が、従来例の非ＭＩＭＯ動作時における動作出力電力Ｐ１（図１０）である１００ｍＷより小さいため、送信パワーアンプ２における飽和出力電力Ｐｓａｔ２を、従来例の送信パワーアンプ１０２（図７）における飽和出力電力Ｐｓａｔ１（図１０）よりも小さく設定して送信パワーアンプ２は構成される。

そして、送信パワーアンプ２のバックオフＢ３は、図１０におけるバックオフＢ１と同じ（または略同じ）値に設定できる。以下、バックオフＢ１とバックオフＢ３は等しいものとして説明する。そうすると、電力付加効率Ｅ３は、従来例の送信パワーアンプ１０２（図７）の非ＭＩＭＯ動作時の電力付加効率Ｅ１と同じ（または、同程度）となる。

しかしながら、ＭＩＭＯ動作時においては、送信パワーアンプ２と従来例の送信パワーアンプ１０２（図７）の電力付加効率に大きさ差が現れる。ＭＩＭＯ動作時においては、従来例の送信パワーアンプ１０２（図７）の電力付加効率はＥ１からＥ２に大きく低下する一方、本実施形態の送信パワーアンプ２の電力付加効率はＥ３と非ＭＩＭＯ動作時と同じだからである。このように、本実施形態における送信パワーアンプ２の電力付加効率は、従来例におけるものと比べて大幅に改善される。

＜＜第２実施形態＞＞
次に、本発明に係る無線通信装置の第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。第２実施形態における無線通信装置の構成は、図１におけるものと同様であるため、その説明を省略する。また、第２実施形態におけるＭＩＭＯ動作は、第１実施形態におけるものと同様である。第２実施形態の無線通信装置が第１実施形態の無線通信装置と相違する点は、非ＭＩＭＯ動作時においてＯＦＤＭ変調方式を採用した場合に、電力の分散の方法を更に最適化する点にある。

従って、本実施形態の特異な点である非ＭＩＭＯ動作について説明する。非ＭＩＭＯ動作時における本実施形態の無線通信装置の構成は、図１と同様であって、第１実施形態の非ＭＩＭＯ動作時におけるそれ（図２）とは異なる。今、単一の情報である「情報Ｂ」を、非ＭＩＭＯ動作でＯＦＤＭ変調方式を用いて送信するとする。また、「情報Ｂ」をＯＦＤＭ変調方式で変調した場合、そのＯＦＤＭ変調信号は９本のサブキャリアから成るマルチキャリア信号（このマルチキャリア信号を、以下「マルチキャリア信号Ｂ」という）となるとする。つまり、送られるべき「情報Ｂ」は、９本のサブキャリアに分割されたマルチキャリア信号Ｂとして送信される。

本実施形態では、その９本のサブキャリアを３系統の送信系１１、１２及び１３に均等な本数で（即ち、３本ずつ）分配する（分散させて割り当てる）。この分配の様子を、図４を用いて説明する。図４は、３系統の送信系１１、１２及び１３が送信する信号のスペクトルを模式的に示したものである。同図中では、上から第１の送信系１１が送信する信号のスペクトル３１、第２の送信系１２が送信する信号のスペクトル３２、第３の送信系１３が送信する信号のスペクトル３３を示している。スペクトル３１、３２及び３３に対応する信号は、夫々３本ずつのサブキャリアから成り、互いに搬送波の周波数が異なる。そして、スペクトル３１、３２及び３３を合成すれば、上記マルチキャリア信号Ｂとなるようになっている。尚、スペクトル３１、３２及び３３に対応する各信号は、図８と同様、５ＧＨｚ帯の信号である。

このように、非ＭＩＭＯ動作にて（ＭＩＭＯ伝送方式を用いずに）単一の情報「情報Ｂ」を送信する際、３系統の送信系１１、１２及び１３に対して３本ずつサブキャリアを分散させて割り当て、３系統の送信系１１、１２及び１３が夫々互いに異なるサブキャリアを独立に増幅して送信する。この際、各送信パワーアンプ２の動作出力電力は、全て約３３ｍＷ（１００ｍＷの３分の１）となっている。

図５は、本実施形態における各送信パワーアンプ２における出力電力と効率との関係を表わしたものである。図５において、横軸は出力電力であり、曲線５１は送信パワーアンプ２の利得（単位は［ｄＢ］）特性を示している。曲線５２は、ＭＩＭＯ動作時における各送信パワーアンプ２の電力付加効率の特性を示している。図５における曲線５１と曲線５２は、図３におけるものと同様のものである。

ＭＩＭＯ動作時においては、第１実施形態におけるものと同様、各送信パワーアンプ２の動作出力電力Ｐ３は全て約３３ｍＷ（１００ｍＷの３分の１）となっており、バックオフ及び電力付加効率は、夫々Ｂ３及びＥ３となっている。そして、上述したように非ＭＩＭＯ動作時においても、各送信パワーアンプ２の動作出力電力Ｐ３は全て約３３ｍＷ（１００ｍＷの３分の１）であるため、ＭＩＭＯ動作であるか非ＭＩＭＯ動作であるか拘らず各送信パワーアンプ２の動作出力電力は変動しない。従って、第１実施形態におけるものと同様の理由により、ＭＩＭＯ動作時における電力付加効率の大幅な改善が実現できる（本実施形態の第１の効果）。

また、非ＭＩＭＯ動作時、各送信パワーアンプ２の飽和出力電力がＭＩＭＯ動作時におけるＰｓａｔ２からＰｓａｔ３（Ｐｓａｔ２＞Ｐｓａｔ３）に引き下げられる。各送信パワーアンプ２の飽和出力電力を引き下げる手法としては、多数の文献に開示されている公知の手法を用いればよいため、その手法の説明は省略する。

曲線５３は、飽和出力電力がＰｓａｔ３に引き下げられた場合における各送信パワーアンプ２の電力付加効率の特性を示すものである。飽和出力電力がＰｓａｔ２からＰｓａｔ３に引き下げられたにも拘らず、各送信パワーアンプ２の動作出力電力を約３３ｍＷに維持するということは、非ＭＩＭＯ動作時における各送信パワーアンプ２のバックオフがＢ３からＢ４に縮小（Ｂ３＞Ｂ４）されることを意味しているが、各送信パワーアンプ２が増幅すべきサブキャリアの本数が１／３に削減される（なぜなら、３本／９本＝１／３）ため問題は発生しない。この問題が発生しない理由を以下に説明する。

ＯＦＤＭ変調方式等により変調されたマルチキャリア信号は、刻一刻と変化する各サブキャリア相互の位相差に応じてサブキャリア同士が互いに信号を強めあったり弱めあったりするため、送信パワーアンプの瞬時の動作出力電力の変動が極めて大きい（例えば、各サブキャリアの信号が同位相で重畳された場合、瞬時的な信号の振幅が平均値より極度に大きくなる）。

そして、この瞬時の変動までをも見込んで送信パワーアンプを線形領域で動作させる（信号の歪みを規格等で定められた許容範囲に抑えつつ増幅する）必要があるため、比較的大きなバックオフをとる必要があるのであるが（本実施形態においては、１つの送信パワーアンプ２にて９本のサブキャリアを増幅するにはバックオフをＢ３とする必要がある）、本実施形態の非ＭＩＭＯ動作時においては、各送信パワーアンプ２が増幅すべきサブキャリアの本数が１／３に削減されている。従って、上述の瞬時の変動が小さく抑えられ、バックオフをＢ４にまで縮小しても各送信パワーアンプ２は線形領域で動作するので、バックオフを縮小したことによる問題が発生しないのである。

尚、上述の説明から理解されるように、各送信パワーアンプ２が増幅すべきサブキャリア数を少なくすればするほど、上述の瞬時の変動が小さく抑えられるため、バックオフを縮小することができる。

本実施形態における無線通信装置においては、非ＭＩＭＯ動作時においてバックオフがＢ３からＢ４に縮小されることにより、電力付加効率がＥ３からＥ４（Ｅ３＜Ｅ４）に更に改善される（本実施形態の第２の効果）。また、電力付加効率Ｅ３と従来例の非ＭＩＭＯ動作時の電力付加効率Ｅ１（図１０）は同じであるため、Ｅ１＜Ｅ４が成立する。従って、非ＭＩＭＯ動作時における電力付加効率（Ｅ４）を図７に示す従来例のもの（Ｅ１）より大幅に改善することができるとも言える。
（第３実施形態）
上述の第２実施形態は、２本以上のサブキャリアから成るマルチキャリア信号を扱う通信システムに広く適用可能であり、ＯＦＤＭ変調方式に限定されるものではない。以下に、一例としてＶＳＦ−ＣＤＭＡ方式を採用した場合の第２実施形態の変形例を第３実施形態として説明する。

図６は、ＶＳＦ−ＣＤＭＡ方式を採用した場合に送信機１０から送信される信号のスペクトルを模式的に示したものである。その信号は、帯域幅が２０メガヘルツ（ＭＨｚ）のＣＤＭＡ信号に対応するスペクトル６１及び６２を周波数軸上で２キャリア分並べることにより構成され、合計帯域幅は４０ＭＨｚとなっている。ＶＳＦ−ＣＤＭＡ方式も送るべき情報を複数の搬送波に分割して送信するマルチキャリア伝送方式の一種であり、送るべき情報は２本のサブキャリア（６１、６２）に分割したマルチキャリア信号として送信される。

図６に示すような信号を扱う場合、以下の（１）及び（２）に示すように第２実施形態を変形すればよい（第３実施形態は第２実施形態の変形例であるため、変形した部分のみを記す）。尚、ＭＩＭＯ動作については、第２実施形態におけるものと同様である。

（１）非ＭＩＭＯ動作時において、第１の送信系１１が、１キャリア分のスペクトル６１を送信すると共に、第２の送信系１２が、１キャリア分のスペクトル６２を送信する。

（２）また、送信すべき信号が２本のサブキャリアから成るマルチキャリア信号であるので、非ＭＩＭＯ動作時において送信系１３は停止させてもよい。尚、ＭＩＭＯ動作時においても送信系１３を使用しないなら、送信系１３を省略してもよい。

＜＜その他、変形等＞＞
上記実施形態においては、送信系及び受信系が共に３系統の無線通信装置を例に挙げたが、本発明は勿論、その「３」という数字に限定されるものではない。また、図４や図８では、マルチキャリア信号が９本のサブキャリアから成るものを例示し、図６では、マルチキャリア信号が２本のサブキャリアから成るものを例示したが、本発明は勿論、そのような数字に限定されるものではない。
（電力分散は均等でなくてもよい；第１実施形態）
また、上述の第１実施形態においては、非ＭＩＭＯ動作時に送信系１１、１２及び１３の各送信アンテナ３から放射される電力が均等となるように、第１の送信系１１の送信回路１の出力信号を各送信パワーアンプ２に分配した。各送信パワーアンプ２の電力付加効率を改善するという観点からは「均等」に分配するのが望ましいのであるが、必ずしも均等とする必要はない。例えば、非ＭＩＭＯ動作時において、送信系１１、１２及び１３の各送信パワーアンプ２の動作出力電力が、夫々３０ｍＷ、３０ｍＷ及び４０ｍＷ（３０ｍＷ＋３０ｍＷ＋４０ｍＷ＝１００ｍＷ）となるように、送信信号の電力を分散してもよい。このようにしても、図７に示す従来例より格段に電力付加効率の改善が見込めるからである。

尚、この場合（分配が均等でない場合）、信号の強度まで考慮すれば、送信系１１、１２及び１３の各送信アンテナ３から、互いに「同一の信号」が放射されるとは言えない。しかし、各送信アンテナ３から放射される信号の夫々は、送信系１１の送信回路１からの同一の信号を増幅したものなのであるから、互いに同一の信号波形を有していると言える。ここにおける「同一の信号波形」は、信号の強度を含まない概念であり、信号の強度を同じくすれば「同一の信号」と同義となる。従って、本発明の特徴の一要素は、各送信アンテナ３から同一の信号波形を有する信号を同時に送信することより、送信信号の電力が分散される、とも表現することができる。
（電力分散は均等でなくてもよい；第２実施形態）
また、上述の第２実施形態においては、非ＭＩＭＯ動作時に９本のサブキャリアを３系統の送信系１１、１２及び１３に均等な本数で（即ち、３本ずつ）分配した。各送信パワーアンプ２の電力付加効率を改善するという観点からは「均等」に分配するのが望ましいのであるが、必ずしも均等とする必要はない。例えば、非ＭＩＭＯ動作時において、送信系１１、１２及び１３に、夫々２本、３本及び４本のサブキャリアを分配するようにしてもよい。このようにしても、図７に示す従来例より格段に電力付加効率の改善が見込めるからである。

また、マルチキャリア信号が例えば１０本から成る場合は、送信系１１、１２及び１３に、夫々４本、３本及び３本のサブキャリアを分配するとよい。このようにすれば、分配されるサブキャリアの本数のばらつきは最小となって、最も「均等」に分配する状態と近くなるからである。即ち、３系統の送信系に割り当てられるサブキャリアの本数の各送信系間におけるばらつき（４本―３本＝１本）が、最小になるように、１０本のサブキャリアを分散させて割り当てるのが最も好ましい。
（全ての送信パワーアンプ、送信系を用いる必要性）
また、上述の第１実施形態及び第２実施形態においては、非ＭＩＭＯ動作時に、送信系１１、１２及び１３に備えられる送信パワーアンプ２を全て用いて、送信信号の電力を分散する例を示したが、必ずしも全ての送信パワーアンプ２を用いる必要はない。

例えば、第１実施形態においては、非ＭＩＭＯ動作時、送信系１１及び送信系１２の備える送信パワーアンプ２を動作出力電力５０ｍＷで動作させると共に、送信系１３の備える送信パワーアンプ３を停止させるようにしてもよい。

また、例えば第２実施形態においては、非ＭＩＭＯ動作で９本のサブキャリアから成るマルチキャリア信号を送信するにあたり、送信系１１及び送信系１２に夫々５本及び４本のサブキャリアを分配すると共に、送信系１３を停止させるようにしてもよい。
（ＭＩＭＯ伝送方式は一例）
上記実施形態の全ての無線通信装置は、ＭＩＭＯ伝送方式を用いることを前提としているが、ＭＩＭＯ伝送方式はあくまで一例であり、本発明はＭＩＭＯ伝送方式を用いることのない無線通信装置にも適用可能である。

つまり、送信系１１、１２及び１３から成る３系統の送信系を備え、互いに内容の異なる３つの情報を並列送信する（同時に送信する）伝送方式（以下、この伝送方式を「伝送方式α」という）に使用可能な無線通信装置（以下、この無線通信装置を「無線通信装置α」という）において、その伝送方式αを用いることなく、単一の情報を送信する際に、上述の実施形態における非ＭＩＭＯ動作と同様の動作を行うようにすればよい。この伝送方式αは、ＭＩＭＯ伝送方式の上位概念にあたる。勿論、上記「３」の数に限定されるものではない。

例えば、上記無線通信装置αにおいて、伝送方式αを用いた場合は、３系統の送信系（１１、１２、１３）から互いに内容の異なる３つの情報が並列送信されるため、送信パワーの上限１００ｍＷを遵守するためには、１つの送信系から約３３ｍＷの電力の信号が放射される。そして、伝送方式αを用いることなく単一の情報を送信する際には、上述の実施形態における非ＭＩＭＯ動作のように、複数の送信パワーアンプ２を用いて送信信号の電力を分散するのである。このようにすることにより、上述の実施形態における無線通信装置と同様の効果が得られる。

本発明に係る無線通信装置は、携帯電話、無線ＬＡＮ等に好適である。

本発明の第１実施形態に係る無線通信装置のブロック図である。 非ＭＩＭＯ動作時における図１の無線通信装置のブロック図である 図１の各送信パワーアンプにおける出力電力と効率との関係を表わした図である。 非ＭＩＭＯ動作時において、図１の各送信系が送信する信号のスペクトルを模式的に示した図である。 本発明の第２実施形態の各送信パワーアンプにおける出力電力と効率との関係を表わした図である。 本発明の第３実施形態の送信機から送信される信号のスペクトルを模式的に示した図である。 従来の無線通信装置のブロック図である。 ＭＩＭＯ動作時において、送信機から送信される信号のスペクトルを模式的に示した図である。 非ＭＩＭＯ動作時に、図７の送信機から送信される信号のスペクトルを模式的に示した図である。 図７の各送信パワーアンプにおける出力電力と効率との関係を表わした図である。

符号の説明

１ 送信回路
２ 送信パワーアンプ（送信アンプ）
３ 送信アンテナ
４ 受信アンテナ
５ 受信回路
１０ 送信機
１１ 第１の送信系
１２ 第２の送信系
１３ 第３の送信系
２０ 受信機
２１ 第１の受信系
２２ 第２の受信系
２３ 第３の受信系

Claims (8)

1. 入力された信号を増幅する送信アンプと前記増幅された信号を送信するための送信アンテナとを夫々に含む送信系をＭ系統（Ｍは２以上の整数）備え、互いに内容の異なる複数の情報を同時に送信する伝送方式に使用可能な無線通信装置において、
   前記伝送方式を用いずに、単一の情報を送信する際に、
   前記Ｍ系統の送信系に含まれる複数の送信アンプを用い、送信信号の電力を分散して送信することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記伝送方式を用いずに、前記単一の情報を送信する際に、
   前記複数の送信アンプを用い、前記複数の送信アンプに対応する複数の前記送信アンテナの夫々から同一の信号波形を有する信号を同時に送信することにより、送信信号の電力を分散して送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記複数の送信アンプは、前記Ｍ系統の送信系に含まれる全ての送信アンプに相当することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記伝送方式を用いずに、前記単一の情報を送信する際に、
   前記複数の送信アンプを用い、送信信号の電力を均等な電力配分で分散して送信することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の無線通信装置。
5. 前記単一の情報に対応する変調された信号は、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）のサブキャリアから成るマルチキャリア信号であって、
   前記伝送方式を用いずに、前記単一の情報を送信する際に、
   前記Ｍ系統の送信系の内の複数の送信系に対して前記Ｎ本のサブキャリアを分散させて割り当て、前記複数の送信系の夫々が互いに異なるサブキャリアを独立に増幅して送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
6. 前記複数の送信系は、前記Ｍ系統の送信系の全てに相当することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
7. 前記伝送方式を用いずに、前記単一の情報を送信する際に、
   前記複数の送信系に割り当てられる前記サブキャリアの本数の各送信系間におけるばらつきが、最小になるように、前記Ｎ本のサブキャリアを分散させて割り当てることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の無線通信装置。
8. 前記伝送方式は、ＭＩＭＯ伝送方式であることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れかに記載の無線通信装置。

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