JP2007110456A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＤＭＡの上り回線において複数の無線通信装置間でキャリア周波数誤差が存在する場合においても、受信側がＢＥＲ特性を著しく劣化させることなく、復調することができる無線通信装置を提供する。
【解決手段】無線通信装置において、複数の送受信アンテナ３０２と、これらの送受信アンテナで受信した複数の送信機から送信された信号をそれぞれの送信機から送信された信号に分解する受信ＭＩＭＯ処理部３０と、ＯＦＤＭ復調するためのＦＦＴ処理部２０５と、このＦＦＴ処理部でサブキャリア毎の信号に変換された信号からデータを求めるデマッピング部２０７などを備え、受信信号の処理順序として受信ＭＩＭＯ処理部３０がＦＦＴ処理部２０５より先に構成され、受信信号にキャリア周波数オフセットが存在する場合でも、複数の送信機から受信した信号を分離するため、ＯＦＤＭ復調処理の前にＭＩＭＯ処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のアンテナを用いて空間分割多元接続を行う無線通信装置に係り、特に従来の規格に準拠した無線ＬＡＮ装置が混在するネットワークでアクセスポイントとして動作する無線通信装置の構成とその制御方法に適用して有効な技術に関するものである。

本発明者が検討したところによれば、従来の無線通信装置に関する技術としては、以下のような技術がある。

例えば、アクセスポイントと複数のユーザ端末から構成される無線通信システムにおいて、同じ周波数を用いて複数のユーザ端末からアクセスポイントに同時に伝送するＳＤＭＡ（Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：空間分割多元接続）を実現する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、高速な無線データ伝送を実現する従来の変復調方式として、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）がある（例えば、非特許文献１参照）。

さらに、このＯＦＤＭを用いた従来の無線ＬＡＮシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１において標準化されたシステムが存在する（例えば、非特許文献２、３参照）。

さらに、前述したＯＦＤＭを変調方式に用いたシステムとして、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ：多重入力多重出力）無線ＬＡＮシステムがある（例えば、非特許文献４参照）。
ＵＳ２００５／０１１１５９９Ａ１ Ｅｄｕａｒｄｐ Ｆ． Ｃａｓａｓ、Ｃｙｒｉｌ Ｌｅｕｎｇ、"ＯＦＤＭ ｆｏｒ Ｄａｔａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ ＦＭ Ｃｈａｎｎｅｌｓ Ｐａｒｔ Ｉ： Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍａｎｔａｌ Ｒｅｓｕｌｔｓ"、１９９１年５月、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｖｏｌ．３９、Ｎｏ．５、ｐ．７８３−７９３ ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１ａ―１９９９、ＩＥＥＥ ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１ｇ―２００３、ＩＥＥＥ ＴＧｎ Ｓｙｎｃ Ｐｒｏｐｏｓａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ、２００５年５月１３日、ＩＥＥＥ ８０２．１１−０４／０８８９ｒ５

ところで、前述したような従来の無線通信装置の技術に関して、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。

まず、前記特許文献１の技術に関して、図７を用いてＳＤＭＡの動作の説明を行う。無線通信システム１はアクセスポイント（ＡＰ）２とユーザ端末（ＵＴ）３（３ａ〜３ｃ）から構成される。アクセスポイント２は各ユーザ端末３からのアップリンクのチャネル行列を取得し、例えば各ユーザ端末３からトータルスループットが最大になるよう、ユーザ端末３毎の送信ベクトルを決定する。このユーザ端末３毎に決定された送信ベクトルに基づいて、ユーザ端末３は一つもしくは二つ以上備えるアンテナから送信する信号を決定する。アクセスポイント２が決定する送信ベクトルに基づく信号をすべてのユーザ端末３が送信することで、ＳＤＭＡが可能となる。

また、前記非特許文献１の技術に関して、図８〜図１０を用いて説明する。図８にＯＦＤＭ信号の振幅スペクトラムの例を示す。ＯＦＤＭでは高速なデータ信号を複数のサブキャリア１０に分割して伝送する方法で、各サブキャリア１０は低速度の伝送となるため、無線伝送時に問題となるマルチパスの影響を軽減もしくはなくすことができる。

図９を用いてＯＦＤＭの変調手順について説明する。送信データはＯＦＤＭ変調部１００でベースバンドＯＦＤＭ信号に変換される。具体的な信号処理手順を以下に示す。送信データはマッピング部（Ｍａｐ）１０１により、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、１６ＱＡＭ（１６ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、６４ＱＡＭ（６４ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）といった変調方式毎に定義されている信号点空間にマッピングされる。信号点空間にマッピングされた信号は直並列変換部（Ｓ／Ｐ：Ｓｅｒｉａｌ ｔｏ Ｐａｒａｌｅｌｌ）１０２でサブキャリア１０毎に割当てられる。直並列変換部１０２で変換された信号はＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理部（ＩＦＦＴ）１０３で時間軸上の信号に変換される。さらにマルチパスの影響を軽減するためにＧＩ（Ｇｕａｒｄ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）がＧＩ付加部（ＧＩ Ａｄｄ）１０４で付加され、並直列変換部（Ｐ／Ｓ：Ｐａｒａｌｅｌｌ ｔｏ Ｓｅｒｉａｌ）１０５で時系列信号に変換され、ＲＦ部（ＲＦ）１０６でキャリア周波数にアップコンバートされ、アンテナ１０７を経由して送信信号１０８として空間に放射される。

次に、図１０を用いてＯＦＤＭの復調手順について説明する。受信データはＯＦＤＭ復調部２００でベースバンドＯＦＤＭ信号からデータに変換される。具体的な信号処理手順を以下に示す。受信信号２０８はアンテナ２０１を経由してＲＦ部（ＲＦ）２０２に入力される。ＲＦ部２０２でベースバンド信号にダウンコンバートされた信号は同期部（Ｓｙｎｃ）２１２でキャリア周波数オフセット補償とシンボル同期を行う。シンボル同期によって受信信号はシンボル毎に直並列変換部（Ｓ／Ｐ）２０３でパラレル信号に変換され、ＧＩ除去部（ＧＩ Ｒｍ）２０４で不要なＧＩを除去される。ＧＩを除去された信号はＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理部（ＦＦＴ）２０５で周波数軸上のデータに変換される。並直列変換部（Ｐ／Ｓ）２０６で時間的に直列化され、デマッピング部（Ｄｅｍａｐ）２０７でデータとして復調される。

さらに、前記非特許文献２、３の技術に関して、図１１及び図１２を用いて従来の無線ＬＡＮシステムの送信機及び受信機の構成と動作について説明する。

まず、図１１を用いて従来の無線ＬＡＮシステムの物理層の送信系について説明する。送信データはビットの誤り耐性を高めるために符号化部（Ｅｎｃｏｄｅｒ）１１０で拘束長７、符号化率１／２の畳み込み符号により符号化される。符号化された信号はパンクチャード部（Ｐｕｎｃ）１１１で必要に応じてビットを間引き、最終的な符号化率を例えば３／４にする。パンクチャード部１１１の出力信号はインタリーブ部（Ｉｎｔｌ）１０９に入力され、周波数軸方向にデータを入れ替えられる。インタリーブされた信号は前述したＯＦＤＭ復調部（ＯＦＤＭ Ｍｏｄ）１００でＯＦＤＭ信号に変換され、ＲＦ部１０６で高周波信号に変換され、アンテナ１０７を介して送信信号１０８として空間に放射される。

次に、図１２を用いて従来の無線ＬＡＮシステムの物理層の受信系について説明する。受信信号２０８はアンテナ２０１を介してＲＦ部２０２に入力される。ＲＦ部２０２では受信した高周波信号をベースバンド信号に変換し、前述したＯＦＤＭ復調部（ＯＦＤＭ Ｄｅｍｏｄ）２００に入力される。ＯＦＤＭ復調部２００の出力はデインタリーブ部（Ｄｅｉｎｔｌ）２０９でインタリーブ部１０９と逆のデータ入れ替え操作を行う。デインタリーブ部２０９の出力信号は復号化部（Ｄｅｃｏｄｅｒ）２１０に入力され、例えばビタビ復号操作により復号され、受信データとして出力される。

さらに、前記非特許文献４の技術に関して、図１３及び図１４を用いて説明する。

図１３を用いてＳＤＭＡを実現するための従来のＭＩＭＯ送信機の構成を説明する。前述したＯＦＤＭ送信機と同様に送信データを符号化、パンクチャードした後、送信アンテナ１０７の数以下の送信ストリーム数に合わせて直並列変換部（Ｓ／Ｐ）１１２で信号を並列化する。各送信ストリームはそれぞれインタリーブ部１０９でインタリーブされ、マッピング部１０１で信号点空間にマッピングされる。送信ＭＩＭＯ処理部（Ｔｘ ＭＩＭＯ Ｐｒｏｃ）２１でチャネル情報（ＣＳＩ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）３２に基づき送信信号に送信ベクトルを乗じて各アンテナ１０７から送信するデータを生成する。ここでＣＳＩはデータを伝送しようとしている一つ以上の無線通信装置へのチャネル行列であり、例えば各無線通信装置へのスループットを最大化する等の指針に基づき送信ベクトルを決定する。

図１４を用いてＳＤＭＡを実現するための従来のＭＩＭＯ受信機の構成を説明する。一つ以上の無線通信装置から同時に信号を受信する場合、例えば前記特許文献１に記載の手順に従い、複数の無線通信装置は受信側の無線通信装置が決定した送信ベクトルを元に送信する。受信側の無線通信装置は、各無線通信装置からの受信信号がアンテナ２０１で重なった状態で受信される。これらの重なり合った受信信号を受信ＭＩＭＯ処理部（Ｒｘ ＭＩＭＯ Ｐｒｏｃ）２０内の行列演算により各無線通信装置からのデータストリーミングに分解する。このとき、受信側の無線通信装置の指示によって、送信側の無線通信装置のＭＩＭＯ処理方法が決定されているので、受信側で各無線通信装置から送信されるデータの重なり方は予め知ることができる。

しかし、図１４に示される受信系では、複数の無線通信装置から同時に信号を受信する上り回線において、各無線通信装置のキャリア周波数が完全に一致していることが前提となっており、キャリア周波数の誤差について考慮されていない。各無線通信装置からの信号にキャリア周波数誤差がある場合の受信信号の振幅スペクトラムを図１５に示した。キャリア周波数に誤差がある場合、ある無線通信装置からの受信信号の振幅スペクトル１１ａにとって、相互にキャリア周波数誤差がある他の無線通信装置からの受信信号の振幅スペクトル１１ｂは干渉となり、著しく受信性能を劣化させる。具体的にはビット誤り率（ＢＥＲ：Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）が劣化するという問題がある。

上り回線ではＳＤＭＡを用いず他のアクセス方式、例えばＴＤＭＡ等を用いる方法があるが、従来規格の無線ＬＡＮシステムにおいては、例えばデータフレーム受信後のレスポンスフレームはデータフレーム受信後、所定の時間が経過後送信することになっているため、こうしたレスポンスフレームに対してＴＤＭＡを用いることができないという問題がある。またこれを解決する手段は開示されていない。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ＳＤＭＡの上り回線において複数の無線通信装置間でキャリア周波数誤差が存在する場合においても、受信側がＢＥＲ特性を著しく劣化させることなく、復調することができる無線通信装置を提供することを目的とするものである。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

上記課題を解決するために、本発明の無線通信装置は、複数のアンテナと、この複数のアンテナで受信した複数の送信機から送信された信号をそれぞれの送信機から送信された信号に分解する第１のＭＩＭＯ処理部と、ＯＦＤＭ復調するためのＦＦＴ処理部と、このＦＦＴ処理部でサブキャリア毎の信号に変換された信号からデータを求める復調部とを備え、受信信号の処理順序として第１のＭＩＭＯ処理部がＦＦＴ処理部より先に構成される。

さらに、通常の１対１のＭＩＭＯ通信に対応するためにＦＦＴ処理部より後段に第２のＭＩＭＯ処理部を備える。この場合、第１のＭＩＭＯ処理部は動作する必要がないため、この第１のＭＩＭＯ処理部は入力された信号がそのまま出力可能とされる、いわゆるバイパスする手段を備える。

また、第１のＭＩＭＯ処理部が、振幅を所定の量だけ変化させる可変利得アンプと、周波数毎の位相を所定の量だけ変化させる移相器とを備える。

また、無線通信装置とそれ以外の複数の他の無線通信装置とのそれぞれの間で取得したチャネル情報に基づき、その無線通信装置から複数の他の無線通信装置への送信信号の構成を変えるＣＳＩ処理部を備える。この無線通信装置と複数の他の無線通信装置とのそれぞれの間のチャネル情報を取得する際には、無線通信装置から、複数の他の無線通信装置からのレスポンスフレームを必要とするコントロールフレームを送信し、無線通信装置は、このコントロールフレームに対する複数の他の無線通信装置からのレスポンスフレームを用いてチャネル情報を取得する。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

本発明によれば、ＳＤＭＡの上り回線において複数の無線通信装置間でキャリア周波数誤差が存在する場合においても、受信側がＢＥＲ特性を著しく劣化させることなく、復調することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１を、図１〜図５を用いて説明する。本実施の形態においては、これに限定されるものではないが、無線ＬＡＮに適用した場合の例を示す。

図１は、本実施の形態における無線通信装置の構成を示している。本実施の形態では、この無線通信装置は、アクセスポイントと複数のユーザ端末から構成される無線通信システムの、アクセスポイントとして機能することとする。

本実施の形態における無線通信装置は、送信系として、送信データ（Ｔｘ＿Ｄａｔａ＿１〜ｎ）に対応する、ＯＦＤＭ変調部（Ｅｎｃｏｄｅｒ）１１０、パンクチャード部（Ｐｕｎｃ）１１１、インタリーブ部（Ｉｎｔｌ）１０９、マッピング部（Ｍａｐ）１０１、送信ＭＩＭＯ処理部（Ｔｘ ＭＩＭＯ Ｐｒｏｃ）２１、ＩＦＦＴ処理部（ＩＦＦＴ）１０３、ＧＩ付加部（ＧＩ Ａｄｄ）１０４、並直列変換部（Ｐ／Ｓ）１０５が備えられ、また、受信系として、受信データ（Ｒｘ＿Ｄａｔａ＿１〜ｎ）に対応する、受信ＭＩＭＯ処理部（Ｒｘ ＭＩＭＯ Ｐｒｏｃ１）３０、同期部（Ｓｙｎｃ）２１２、直並列変換部（Ｓ／Ｐ）２０３、ＧＩ除去部（ＧＩ Ｒｍ）２０４、ＦＦＴ処理部（ＦＦＴ）２０５、デマッピング部（Ｄｅｍａｐ）２０７、デインタリーブ部（Ｄｅｉｎｔｌ）２０９、復号化部（Ｄｅｃｏｄｅｒ）２１０が備えられている。さらに、送信系と受信系に共通に、ＣＳＩ処理部３００、送受信用ＲＦ部３０１、送受信アンテナ３０２が備えられている。これらの各部において、前述した図９〜図１４と同一のものには同一の符号を付して説明を省略し、新規なものについては以下において説明する。

特に、本実施の形態における無線通信装置は、複数のユーザ端末から送信される同一の周波数帯のＯＦＤＭ信号を同時に受信する無線通信装置であり、複数のアンテナで受信した複数のユーザ端末から送信された信号をそれぞれのユーザ端末から送信された信号に分解する受信ＭＩＭＯ処理部（第１のＭＩＭＯ処理部）３０と、ＯＦＤＭ復調するためのＦＦＴ処理部２０５と、このＦＦＴ処理部２０５でサブキャリア毎の信号に変換された信号からデータを求めるデマッピング部（復調部）２０７などを備え、受信信号の処理順序として受信ＭＩＭＯ処理部３０がＦＦＴ処理部２０５より先に構成されている。

本実施の形態における無線通信装置では、送信に使用できる送受信アンテナ３０２の数をｍとし、同時に通信するユーザ端末の数をｎ台とする。ここで、ｎはｍ以下の数とする。複数のユーザ端末（１〜ｎ）へそれぞれ送信したい送信データをそれぞれ送信データ１から送信データｎとする。それぞれの送信データはデータの誤り耐性を高めるために符号化部１１０で符号化される。符号化された信号は必要に応じてパンクチャード部１１１でデータを間引かれ、符号化率を変えることができる。その後、インタリーブ部１０９でデータの順序を入れ替える。

これは、復調時の復号化部ではランダム誤りに対しては誤り訂正が有効に機能するが、バースト誤りに対しては誤り訂正が有効に機能せず、誤り訂正後のＢＥＲ特性が劣化する。一般に、無線伝送された信号は白色雑音によるランダム誤り以外にフェージングやインパルス状の雑音によってバースト的に干渉が発生することがある。このため、インタリーブ部１０９でデータの順序を入れ替え、復調時にデータ列を元に戻る操作をすることで、バースト誤りが復号化部に入力される可能性を低減させている。

インタリーブ部１０９の出力はマッピング部１０１に入力され、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭのいずれかの信号点空間にマッピングされる。ここで、無線通信装置から送信したいユーザ端末までのＣＳＩを取得しておき、これに基づいて所定の演算もしくは所定のテーブルを参照し、パンクチャード部１１１での符号化率とマッピング部１０１での変調方式に何を用いるかを決定する。ＣＳＩ処理部３００が予め送信したいユーザ端末へのＣＳＩを取得する手順については後述する。

上記マッピング部１０１で信号点空間にマッピングされた信号は、送信ＭＩＭＯ処理部２１でＣＳＩに基づく所定のｍ×ｎ行列演算により、送信アンテナ数ｍに等しい信号を生成する。ここで、送信ＭＩＭＯ処理部２１における演算は、ユーザ端末１に送信したい送信データ１が他のユーザ端末ではちょうど打ち消しあって受信できないように処理する。同様に、他の送信データも本来伝送したいユーザ端末以外へのユーザ端末の受信アンテナ端では打ち消しあって受信できないように処理する。

送信ＭＩＭＯ処理部２１の出力はＩＦＦＴ処理部１０３で時間軸のデータに変換され、これにＧＩ付加部１０４でマルチパス干渉を低減させるためのＧＩを付加し、並直列変換部１０５を経由し、送受信用ＲＦ部３０１で同一のキャリア周波数にアップコンバートされ、送受信アンテナ３０２から空間に送信される。前述した処理を行うことで、下り回線のＳＤＭＡを実現する。

上り回線は、複数のユーザ端末から同一のキャリア周波数を用いて同時にアクセスポイントとして動作している無線通信装置に送信される。複数のユーザ端末からの信号は同一周波数で送信されるので、複数の送受信アンテナ３０２では各ユーザ端末からの受信信号が混ざった信号となる。この信号は送受信用ＲＦ部３０１に入力され、ベースバンド信号にダウンコンバートされる。

ダウンコンバートされた信号は、ＣＳＩ処理部３００に予め取得してあるＣＳＩ情報に基づき受信ＭＩＭＯ処理部３０で所定の演算を行うことで、各ユーザ端末からの受信信号に分解することができる。各ユーザ端末からの受信信号を分解するための構造は後述する。本構造であれば、各ユーザ端末からの受信信号に周波数オフセットが存在していても分解することができる。この原理についても後述する。

各ユーザ端末からの受信信号に分解された信号は、それぞれ同期部２１２でキャリア周波数オフセット補償とシンボル同期を行う。シンボル同期によって受信信号はシンボル毎に直並列変換部２０３でパラレル信号に変換され、ＧＩ除去部２０４で不要なＧＩを除去される。ＧＩを除去された信号はＦＦＴ処理部２０５で周波数軸上のデータに変換されて時間的に直列化され、デマッピング部２０７で復調信号として出力される。

出力された復調信号はデインタリーブ部２０９で、インタリーブ部１０９でのビット操作と逆の操作を行い、ビットの順序を元に戻す。元に戻された信号は復号化部２１０に入力され、例えばビタビ復号操作により誤り訂正され、それぞれのユーザ端末からの受信データ１からｎとして出力される。これにより、上り回線のＳＤＭＡを実現する。

次に、ＣＳＩ処理部３００が予め送信したいユーザ端末へのＣＳＩを取得する手順について、図２と図３を用いて説明する。

図２は、無線通信システム１において、アクセスポイント２として機能する本実施の形態の無線通信装置と、従来の無線ＬＡＮ規格に沿った従来規格のユーザ端末４ａ，４ｂとから構成されるものとする。このような無線通信システムの構成における、ＣＳＩ情報の取得手順を図３を用いて説明する。図３は、アクセスポイント（ＡＰ）とユーザ端末（ＵＴ４ａ，４ｂ）間でのフレームのやりとりを示した図で、縦軸は時間の経過を示している。

アクセスポイントは最初にユーザ端末４ａにＭＡＣコントロールフレームを送信する（Ｓ１ａ）。ＭＡＣコントロールフレームを受信したユーザ端末４ａは、このＭＡＣコントロールフレームに対するレスポンスフレームを送信する（Ｓ２ａ）。アクセスポイントはユーザ端末４ａからのレスポンスフレームを受信することで、アクセスポイントとこのユーザ端末４ａとの間のＣＳＩを得ることができる。同様に、他のユーザ端末４ｂに対しても、ＭＡＣコントロールフレームを送信（Ｓ１ｂ）し、レスポンスフレームを受信（Ｓ２ｂ）することでユーザ端末４ｂのＣＳＩを取得する。ここで、ＣＳＩはアクセスポイントとユーザ端末間の上りと下りで同じであるという、通信路の対称性を利用しており、上りのＣＳＩを下り回線のＣＳＩとして用いることができる。上記手順により、予め送信したいユーザ端末へのＣＳＩを取得することができる。

取得したＣＳＩに基づきアクセスポイントはユーザ端末４ａ，４ｂに対して同時に同じ周波数を用いてデータを送信（Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ）することができる。ここでは、ユーザ端末４ａ，４ｂは従来の無線ＬＡＮ規格に沿った装置であるため、データフレームを受信し終わると所定の時間後にＡＣＫフレームを送信（Ｓ４ａ，Ｓ４ｂ）する。これにより、データを送受信し、ＣＳＩを取得することができる。

次に、図４を用いて、アクセスポイントが複数のユーザ端末から同時に同じ周波数で受信した場合でもＭＩＭＯ処理により、それぞれのユーザ端末から送信された信号に分解することができる理由について説明する。

ユーザ端末４ａからアクセスポイント２のアンテナ２０１ａへの伝搬利得と位相を表す複素数をｈ_１１とし、ユーザ端末４ａからアクセスポイント２のアンテナ２０１ｂへの伝搬利得と位相を表す複素数をｈ_２１とする。同様に、ユーザ端末４ｂからアクセスポイント２のアンテナ２０１ａへの伝搬利得と位相を表す複素数をｈ_１２とし、ユーザ端末４ｂからアクセスポイント２のアンテナ２０１ｂへの伝搬利得と位相を表す複素数をｈ_２２とする。

前述した手順の通り、予め２行２列で表される伝搬行列Ｈの各要素となるｈ_１１、ｈ_１２、ｈ_２１、ｈ_２２を取得しておき、このＨの逆行列を求めておき、それぞれのユーザ端末からの送信信号が混ざった受信信号に対して前記逆行列を掛けることで、それぞれのユーザ端末からの送信信号に分解することができる。この時、それぞれのユーザ端末からの送信信号にキャリア周波数のオフセットが存在していても、それぞれのユーザ端末からの送信信号に分解することができる。それぞれのユーザ端末のキャリア周波数オフセットは前記図１に示されるように受信ＭＩＭＯ処理部３０の後の同期部２１２で補正される。

次に、図５を用いて、受信ＭＩＭＯ処理部３０の構成について説明する。受信ＭＩＭＯ処理部３０には、振幅・位相を制御するための振幅・位相制御部（Ａ・Ｐ Ｃｏｎ）３３と、振幅を所定の量だけ変化させる複数の可変利得アンプ３４と、周波数毎の位相を所定の量だけ変化させる複数の移相器（ＰＳ）３５と、複数の移相器３５の出力を加算する加算器（Ａｄｄ）３６からなる複数の受信信号合成部（Ｒｘ Ｓｙｎ）３８（３８−１〜３８−ｎ）が備えられている。

本実施の形態の無線通信装置が備えるそれぞれの送受信アンテナ３０２で受信した信号は送受信用ＲＦ部３０１でベースバンド信号に変換され、受信ＭＩＭＯ処理部３０に入力される。すなわち、受信ＭＩＭＯ処理部３０にはアンテナ数ｍと同数の入力３１−１〜３１−ｍがある。それぞれの入力３１−１〜３１−ｍは、受信したいユーザ端末数ｎと同数の受信信号合成部３８−１〜３８−ｎに入力される。各受信信号合成部３８では、ＣＳＩ３２に基づいて振幅・位相制御部３３は可変利得アンプ３４のゲインと移相器３５の移相量を制御する。この時、加算器３６からの出力が、あるユーザ端末からの送信信号のみになるように制御することで、受信信号合成部３８からの出力は受信したいすべてのユーザ端末からの送信信号を受信ＭＩＭＯ処理部３０の出力３７−１〜３７−ｎとして出力することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、受信系においてＦＦＴ処理部２０５より先に受信ＭＩＭＯ処理部３０が構成され、ＯＦＤＭ復調処理の前にＭＩＭＯ処理を行うことで、ＳＤＭＡの上り回線において複数の無線通信装置間でキャリア周波数誤差が存在する場合においても、受信側がＢＥＲ特性を著しく劣化させることなく、復調することができる。すなわち、キャリア周波数が異なる複数の無線通信装置からの送信信号を受信することができる。

また、無線ＬＡＮシステムにおいて、従来の規格に沿った無線ＬＡＮ端末が存在する場合においても、上り回線のレスポンスフレームに対してＳＤＭＡを適用することができる。すなわち、アクセスポイントと複数のユーザ端末から構成される無線ＬＡＮシステムにおいて、ユーザ端末がＳＤＭＡを用いることを前提としていない従来規格（例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ｇ）に準拠した無線通信装置を用いた場合においても、本実施の形態によるアクセスポイントを用いることでＳＤＭＡを実現することができる。これにより、ユーザ端末からのアクセスポイントへの上り信号を同一周波数で用いて同時に伝送することができるため、システム全体のスループットを向上させることができる。また、同一の周波数を用いて同時伝送するため、有限な周波数の利用効率を向上させることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を、図６を用いて説明する。

前記実施の形態１では、ＯＦＤＭ復調の一部であるＦＦＴ処理部２０５より前にＭＩＭＯ処理を行うことで、ユーザ端末毎のキャリア周波数が異なる場合においても、ＳＤＭＡを実現することができた。本発明の実施にあたり、通信を必要とするユーザ端末が１台の場合もあり得る。このような場合では、従来のＭＩＭＯ受信機の構成で示されたように、ＦＦＴ後にＭＩＭＯ処理することが望ましい。このような場合に対応した無線通信装置の受信機の構成例を、実施の形態２として図６に示す。なお、図６は、受信系のみを示している。

本実施の形態における無線通信装置は、従来のＭＩＭＯ処理を行う受信ＭＩＭＯ処理部（Ｒｘ ＭＩＭＯ Ｐｒｏｃ２：第２のＭＩＭＯ処理部）２０をＦＦＴ処理部２０５の後段に備え、通常の１対１のＭＩＭＯ通信の場合には受信ＭＩＭＯ処理部３０をバイパスして、受信ＭＩＭＯ処理部２０を用いて復調処理を行う。バイパスの方法としては、入力された信号をそのまま出力する方法などがある。

これは、受信ＭＩＭＯ処理部３０ではキャリア周波数のオフセットに対する影響なくＭＩＭＯ処理ができるが、周波数毎に振幅や位相を制御することが困難であるためである。一方、ＦＦＴ後にＭＩＭＯ処理することで周波数選択性フェージングによる周波数軸方向の利得、位相が一定でない場合の補正が容易となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、前記実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、前記実施の形態１に記載の受信機の構成のＦＦＴ処理部２０５の後段に受信ＭＩＭＯ処理部２０を備えた構成によって、前記実施の形態１に記載のＳＤＭＡに加えて、１対１のＭＩＭＯ通信を実現することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、送受信のそれぞれにおいて、複数のアンテナを用いて無線通信を行うシステムの送受信機に用いるのに好適である。

本発明の実施の形態１における無線通信装置の構成を示した図である。 本発明の実施の形態１において、無線通信システムの構成を示した図である。 本発明の実施の形態１において、ＣＳＩ情報の取得手順を示した図である。 本発明の実施の形態１において、ＭＩＭＯ処理の原理を示した図である。 本発明の実施の形態１において、受信ＭＩＭＯ処理部の構成を示した図である。 本発明の実施の形態２における無線通信装置の受信系の構成を示した図である。 従来の無線通信システムにおいて、ＳＤＭＡによるネットワーク構成を示した図である。 従来の無線通信システムにおいて、ＯＦＤＭ信号の振幅スペクトラムを示した図である。 従来の無線通信システムにおいて、ＯＦＤＭ送信機の構成を示した図である。 従来の無線通信システムにおいて、ＯＦＤＭ受信機の構成を示した図である。 従来の無線通信システムにおいて、無線ＬＡＮの物理層の送信系を示した図である。 従来の無線通信システムにおいて、無線ＬＡＮの物理層の受信系を示した図である。 従来の無線通信システムにおいて、ＭＩＭＯを用いた無線ＬＡＮの物理層の送信系を示した図である。 従来の無線通信システムにおいて、ＭＩＭＯを用いた無線ＬＡＮの物理層の受信系を示した図である。 従来の無線通信システムにおいて、周波数オフセットが存在する二台のユーザ端末からの受信信号の振幅スペクトラムを示した図である。

符号の説明

１…無線通信システム、２…アクセスポイント、３（３ａ，３ｂ，３ｃ）…ユーザ端末、４（４ａ，４ｂ）…従来規格のユーザ端末、１０…サブキャリア、１１（１１ａ，１１ｂ）…振幅スペクトル、２０…受信ＭＩＭＯ処理部、２１…送信ＭＩＭＯ処理部、３０…受信ＭＩＭＯ処理部、３１（３１−１〜３１−ｍ）…入力、３２…ＣＳＩ、３３…振幅・位相制御部、３４…可変利得アンプ、３５…移相器、３６…加算器、３７（３７−１〜３７−ｎ）…出力、３８（３８−１〜３８−ｎ）…受信信号合成部、１００…ＯＦＤＭ変調部、１０１…マッピング部、１０２…直並列変換部、１０３…ＩＦＦＴ処理部、１０４…ＧＩ付加部、１０５…並直列変換部、１０６…ＲＦ部、１０７…アンテナ、１０８…送信信号、１０９…インタリーブ部、１１０…符号化部、１１１…パンクチャード部、１１２…直並列変換部、２００…ＯＦＤＭ復調部、２０１（２０１ａ，２０１ｂ）…アンテナ、２０２…ＲＦ部、２０３…直並列変換部、２０４…ＧＩ除去部、２０５…ＦＦＴ処理部、２０６…並直列変換部、２０７…デマッピング部、２０８…受信信号、２０９…デインタリーブ部、２１０…復号化部、２１１…並直列変換部、２１２…同期部、３００…ＣＳＩ処理部、３０１…送受信用ＲＦ部、３０２…送受信アンテナ。

Claims (6)

1. 複数の送信機から送信される同一の周波数帯のＯＦＤＭ信号を同時に受信する無線通信装置であって、
   複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナで受信した前記複数の送信機から送信された信号が混ざった受信信号から、それぞれの送信機から送信された信号に分解する第１のＭＩＭＯ処理部と、
   ＯＦＤＭ復調するためのＦＦＴ処理部と、
   前記ＦＦＴ処理部でサブキャリア毎の信号に変換された信号からデータを求める復調部とを具備して成り、
   受信信号の処理順序として前記第１のＭＩＭＯ処理部が前記ＦＦＴ処理部より先に構成されることを特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１において、
   前記ＦＦＴ処理部より後段に第２のＭＩＭＯ処理部をさらに具備して成ることを特徴とする無線通信装置。
3. 請求項２において、
   前記第１のＭＩＭＯ処理部は、入力された信号がそのまま出力可能とされることを特徴する無線通信装置。
4. 請求項３において、
   前記第１のＭＩＭＯ処理部は、
   振幅を所定の量だけ変化させる可変利得アンプと、
   周波数毎の位相を所定の量だけ変化させる移相器とを具備して成ることを特徴とする無線通信装置。
5. 請求項４において、
   前記無線通信装置と前記無線通信装置以外の複数の他の無線通信装置とのそれぞれの間で取得したチャネル情報に基づき、前記無線通信装置から前記複数の他の無線通信装置への送信信号の構成を変えるＣＳＩ処理部をさらに具備して成ることを特徴とする無線通信装置。
6. 請求項５において、
   前記無線通信装置と前記複数の他の無線通信装置とのそれぞれの間のチャネル情報を取得する際には、
   前記無線通信装置から、前記複数の他の無線通信装置からのレスポンスフレームを必要とするコントロールフレームを送信し、
   前記無線通信装置は、前記コントロールフレームに対する前記複数の他の無線通信装置からのレスポンスフレームを用いてチャネル情報を取得することを特徴とする無線通信装置。

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