JP2007318557A - 無線伝送システム、送信装置及び無線伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
MIMO技術におけるコード拡散において、データ信号用のコード数を増大させ、通信量の増大を図る。
【解決手段】
基地局1において、データ信号を送信アンテナT1，T2から同一時刻に同一搬送周波数で送信するとともに、パイロット信号を、複数のアンテナ間で時間的又は周波数的に重複しないように、送信アンテナT1，T2を択一的に切り替えて送信し、移動局2において、当該移動局2側の受信アンテナR1，R2で受信された信号からパイロット信号を分離し、分離されたパイロット信号を用いて、基地局1と移動局2との間における伝搬路のチャネル情報を推定する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）に代表される次世代無線通信（高度無線技術）に用いられる無線伝送システム、送信装置及び無線伝送方法に関する。

近年、無線ネットワーク技術において、実効速度を向上させる通信方式として、MIMOと呼ばれる技術が注目されている。このMIMO技術では、無線通信の送信と受信に使われる複数のアンテナにおいて、送受双方ともに空間多重化することによって、無線周波数帯域幅を拡大することなく、実質的な通信速度をアップさせることができる。

このMIMO技術においても、送信側と受信側との間の伝搬路における搬送波の振幅や位相の変動を検知する必要があり、そのため、データ信号とともに、既知のパイロットシンボルを送信するパイロット信号を用いて、伝搬路のチャネル推定を行うの通常である（特許文献1参照。）。

また、MIMO技術においても、非特許文献1に開示されているような、データ信号やパイロット信号を複数のサブキャリアを用いて並列に伝送するとともに、拡散コードを用いて、これらの信号を時間軸方向に拡散処理するMC-CDMA技術を応用することが提案されている（非特許文献1）。MIMO技術では、複数のアンテナで同時に受信した信号を分離することができるため、データ信号にあっては、複数のアンテナ相互間で重複した拡散コードを用いて、別々のデータ信号を同時に送信することができる。
特開2003-92608号公報 三好憲一, 松本淳志, 上杉充, "OFCDMにおける時間軸方向拡散に関する検討" ,信学技報, TECHNICAL REPORT OF IEICE. RCS 2001-179 （2001-11）

しかしながら、MC-CDMA技術において、拡散処理に用いられる拡散コードのコード総数は、図8に示すように、拡散長に応じて、例えば８コードというように限定されているため、同時に送信できるデータ量が限定されるという問題がある。詳述すると、上述したように、データ信号にあっては、複数のアンテナ相互間で重複した拡散コードを用いることができるが、チャネル推定に用いられるパイロット信号については、アンテナ毎に別々の拡散コードを用いなければならない。

そのため、例えば、送信アンテナ数が2本であるときには、図8及び図9に示すように、8コードある拡散コードのうち、各アンテナ毎に1コードずつ計2コード分をパイロット信号用に割り当てなければならない。

従って、データ信号用に用いることができるコード数が6コード分となってしまう。MIMO技術では、アンテナ数を増やせば増やすほど通信量を増大させることができるが、アンテナ数に応じてパイロット信号用の拡散コード数が増大し、データ信号のコードが減少する（送信アンテナが4本の場合、パイロット信号に4コード、データ信号に4コードとなる）こととなり、MIMO技術の利点を十分に活かせない惧れがある。

そこで、本発明は、上記のような問題を解決するものであり、MIMO技術とMC-CDMA技術の組み合わせにおいて、データ信号用のコード数を増大させ、通信量の増大を図ることのできる無線伝送システム、送信装置及び無線伝送方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数のアンテナを有する送信装置と、複数のアンテナを有する受信装置との間で、データ信号を複数のアンテナから同一時刻に同一周波数で送信する無線伝送システム及び方法であって、送信装置は、所定数の拡散コードをパイロット信号及び複数のデータ信号に割り当てて、各拡散コードを使用して各信号をそれぞれ変調する変調部と、変調されたデータ信号を複数のアンテナから同一時刻に同一搬送周波数で送信するとともに、変調されたパイロット信号を、複数のアンテナ間で時間的又は周波数的に重複しないように、複数のアンテナを択一的に切り替えて送信するアンテナ制御部とを備え、受信装置は、当該受信装置側の複数のアンテナで受信された信号からパイロット信号を分離する分離部と、複数のアンテナを択一的に切り替えて送信されたパイロット信号を用いて、前記送信装置と該受信装置との間における伝搬路のチャネル情報を推定するチャネル推定部とを備える。

そして、本発明では、
（1）送信装置において、所定数の拡散コードをパイロット信号及び複数のデータ信号に割り当てて、各拡散コードを使用して各信号をそれぞれ変調するステップと、
（2）送信装置において、変調されたデータ信号を複数のアンテナから同一時刻に同一搬送周波数で送信するとともに、変調されたパイロット信号を、複数のアンテナ間で時間的又は周波数的に重複しないように、複数のアンテナを択一的に切り替えて送信するステップと、
（3）受信装置において、当該受信装置側の複数のアンテナで受信された信号からパイロット信号を分離するステップと、
（4）受信装置において、複数のアンテナを択一的に切り替えて送信されたパイロット信号を用いて、前記送信装置と該受信装置との間における伝搬路のチャネル情報を推定するステップと
を備える。なお、上記（4）では、パイロット信号を利用し、補間処理等を併用することにより、送信装置と受信装置との間における伝搬路のチャネル情報を推定するようにしてもよい。

このような本発明によれば、送信装置側で、アンテナ間で時間的又は周波数的に重複しないようにパイロット信号を送信するため、従来、アンテナ数に応じた数の拡散コードを、複数のアンテナ間で共通のもの1つだけに減少させることができ、空いた他のコードをデータ信号に割り当てることができる。その結果、送信できるデータ通信量を増大させることができる。

なお、上記発明において、送信アンテナの切り替えパターンとしては、例えば、
○パイロット信号をアンテナ間で重複しないように周波数軸で多重し、さらに一定の時間毎に各アンテナの周波数を切り替えることで、パイロット信号の分布が千鳥状とする
○ある時間には全ての周波数において特定のアンテナからのみパイロット信号を送信し、一定の時間毎に順次送信するアンテナを切り替える
○パイロット信号について、各アンテナに所定の周波数を重複しないように割当てる
などが挙げられる。なお、チャネル推定値は時間軸や周波数軸で大きく変動するため、上記パターンのうち千鳥状に切り替えるものによれば、チャネル推定値の変動により追随しやすいという効果がある。

以上述べたように、本発明によれば、MIMO技術とMC-CDMA技術の組み合わせにおいて、パイロット信号に使用される拡散コード数を低減させることによって、データ信号用のコード数を増大させ、データ通信量の増大を図ることができる。

（無線伝送システムの構成）
以下に添付図面を参照して、本発明に係る無線伝送システムの実施形態を詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る無線伝送システムの全体構成を示す概念図である。

同図に示すように、本実施形態では、2本の送信アンテナT1及びT2を有する基地局（BS）1と、2本の受信アンテナR1及びR2を有する移動局（MS）2との間で、データ信号を送信アンテナT1及びT2から同一時刻に同一搬送波周波数で送信するMIMO方式による無線伝送システムを用いる。基地局1と移動局2との間では、送信アンテナと受信アンテナがともに2本あるため、パスP1〜P4の4通りの伝搬路が形成される。なお、本実施形態では、本発明を基地局1から移動局2の下り回線に適用した場合を例に説明するが、本発明は上り回線にも適用することができる。

次いで、本実施形態に係る送信装置及び受信装置の構成について説明する。図2は、本実施形態に係る無線伝送システムの構成を示すブロック図である。ここでは、送信装置は上記基地局1に備えられ、受信装置は、移動局2に備えられ、基地局1から移動局2への下り回線を例として説明するが、基地局1側にも同様の構成の受信装置が設けられ、移動局2側にも同様の構成の送信装置が設けられれば、本発明は、移動局2側から基地局1への上り回線にも適用することができる。

同図に示すように、基地局1は、送信信号を生成する送信信号生成部11と、送信信号を単数又は複数のサブストリームに分割する送信信号分割部12と、下り回線を通じて移動局に対して送信される送信信号に対して変調処理や個別既知シンボル付加処理を行う複数の送信処理部101と、2本の送信アンテナT1及びT2とを備えている。なお、各送信アンテナT1及びT2には、他の移動局に対する送信信号を多重するための装置やベースバンド信号をRF帯の信号に変換するアップコンバータである周波数変換装置や（図示せず）が設けられている。

送信処理部101は、各信号の拡散処理や変調処理を行う送信信号変調部13と、各信号に送受信装置間で既知となっているパイロットシンボルを付加する既知シンボル付加部14と、送信されるデータ信号及びパイロット信号を送信アンテナに割り当てるアンテナ制御部15とを備えている。

送信信号変調部13は、所定数（本実施形態では、8コード）の拡散コードをパイロット信号及び複数のデータ信号に割り当てて、各拡散コードを使用して各信号をそれぞれ変調するモジュールである。具体的に、送信信号変調部13は、図3に示すように、8コードある拡散コードのうち7コードをデータ信号に割り当て、1コードをパイロット信号に割り当てる。

既知シンボル付加部14は、変調された送信信号にアンテナ毎の制御チャネルを用いた共通パイロットシンボルを付加するモジュールである。アンテナ制御部15は、変調されたデータ信号を送信アンテナT1及びT2から同一時刻に同一搬送周波数で送信するとともに、パイロット信号（共通パイロットシンボル）を、送信アンテナT1及びT2間で時間的又は周波数的に重複しないように、複数のアンテナを択一的に切り替えて送信するモジュールである。

具体的に、アンテナ制御部15は、データ信号については、送信アンテナT1及びT2で重複した拡散コードを使用するが、受信側で受信信号をアンテナ毎に分離することができるため、別々のデータ信号を同一時刻に同一搬送周波数で送信アンテナ毎に割り当てて送信する。一方、アンテナ制御部15は、図4に示すように、送信アンテナT1及びT2間で、重複した拡散コードを使用したパイロット信号を、時間的又は周波数的に重複しないように、送信タイミングや周波数をずらして、送信アンテナT1，T2に割り当てて時分割毎に交互に切り替える。この切り替えパターンとしては、本実施形態では、図3及び図4に示すように、各アンテナに所定の周波数を割り当て、時分割単位で交互に切り替えることにより、周波数−時間における信号分布が千鳥状にずれるようにしている。なお、周波数−時間における信号分布のパターンとしては、図5に示したような全ての周波数を一括して時分割毎に交互に送信アンテナを切り替えるものや、図6に示したような、各アンテナに所定の周波数を割当てて時分割毎に交互に送信アンテナを切り替えるものが考えられる。

他方、移動局2は、図2に示すように、2本の受信アンテナR1及びR2と、受信信号から既知シンボル成分であるパイロット信号を分離検出する既知シンボル分離部21と、共通パイロットシンボル成分の受信信号から送受信アンテナ間のチャネル情報を推定するチャネル推定部23と、各アンテナの受信信号からサブストリーム毎の信号を取り出して復調する受信信号復調部24と、各信号を結合する受信信号結合部25とを備えている。なお、各受信アンテナには、RF帯の信号をベースバンド信号に変換するダウンコンバータ等の周波数変換器（図示せず）が設けられている。

チャネル推定部23は、基地局1側で送信アンテナT1，T2間で周波数又は時間をずらして送信されたパイロット信号を用いてチャネル推定を行うモジュールである。このチャネル推定処理は、パイロット信号（共通パイロットシンボル）を用いて周知の推定処理方法により行うが、送信側で周波数又は時間がずらされていることによりパイロット信号が受信されていない時刻、周波数については補間処理等により推定を行う。この補間処理としては、例えば、1時分割前に受信された送信アンテナT1からのパイロット信号を一時的に記憶保持しておき、次時分割で受信された移動局2からのパイロット信号と合わせて同期させるなどが挙げられる。そして、チャネル推定部23により推定されたチャネル情報は、受信信号復調部24に送出されサブストリーム毎に復調される。

（無線伝送方法）
以上の構成を有する無線伝送システムを動作させることによって、本発明の無線伝送方法を実施することができる。

先ず、基地局1の送信信号変調部13において、コード数8の拡散コードをパイロット信号に1コードを割り当てるとともに、残りの7コードをデータ信号に割り当てて、各拡散コードを使用して各信号をそれぞれ変調する。次いで、既知シンボル付加部14において、変調された送信信号にアンテナ毎の共通パイロットシンボルを付加する。その後、アンテナ制御部15において、送信信号変調部13で変調されたデータ信号（7コード分）を送信アンテナT1，T2から同一時刻に同一搬送周波数で送信するとともに、パイロット信号（1コード分）を、送信アンテナT1，T2間で時間的又は周波数的に重複しないように、択一的に切り替えて送信する。

移動局2の既知シンボル分離部21において、受信アンテナR1，R2で受信された信号からデータ信号とパイロット信号を分離し、パイロット信号をチャネル推定部23に出力し、データ信号を各サブストリーム毎に受信信号復調部24に出力する。

そして、チャネル推定部23において、送信側で送信アンテナT1，T2を択一的に切り替えて送信されたパイロット信号を用いてチャネル情報を推定し、受信信号復調部24に送出する。なお、チャネル推定部23は、パイロット信号が送られていない時刻、周波数については補間処理等により推定されたチャネル情報を受信信号復調部24に送出する。この補間処理としては、例えば、チャネル推定部23で、1時分割前に受信された送信アンテナT1からのパイロット信号を一時的に記憶保持しておき、次時分割で受信された移動局2からのパイロット信号と同期させて、推定処理を実行する。

その後、受信信号復調部24では、チャネル推定部23で推定されたチャネル情報を用いて、各サブストリーム毎に受信信号を復調し、受信信号結合部25により各信号を結合してデータ信号を出力する。

（変更例）
なお、上述した実施形態では、送信アンテナが2本の場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、送信アンテナを4本とした場合にも、本発明を適用することができる。この場合も、アンテナ制御部により、パイロット信号が複数のアンテナ間で時間的又は周波数的に重複しないように、4本のアンテナを択一的に切り替えて送信する。この4本のアンテナの切替えの態様としては、例えば、図7に示すように、4本のアンテナに、所定の周波数を割り当てて、時分割単位で千鳥状に順次切り替える方式が考えられる。なお、このアンテナを4本とした場合においても、上記図5に示したような全ての周波数を一括して時分割毎に順次アンテナに割り当てて行くように切り替える方式や、上記図6に示したような、各アンテナに所定の周波数を割当てて時分割毎に順次アンテナを切り替える方式が採用することができる。

（作用・効果）
このような本実施形態に係る無線伝送システム及び方法によれば、基地局1側で、送信アンテナT1，T2間で時間的又は周波数的に重複しないようにパイロット信号を送信するため、従来、アンテナ数に応じた数の拡散コードを、複数のアンテナ間で共通のもの1つだけに減少させることができ、空いたコードをデータ信号に割り当てることができる。その結果、送信できるデータ通信量を増大させることができる。

実施形態に係る無線伝送システムの全体構成を示す概念図である。 実施形態に係る無線伝送システムの構成を示すブロック図である。 実施形態に係る無線伝送システム及び方法における拡散コードの各信号への割当を示す説明図である。 実施形態に係る無線伝送システム及び方法での、周波数−時間におけるパイロット信号の分布パターンを示す説明図である。 変更例に係る無線伝送システム及び方法での、周波数−時間におけるパイロット信号の分布パターンを示す説明図である。 変更例に係る無線伝送システム及び方法での、周波数−時間におけるパイロット信号の分布パターンを示す説明図である。 変更例に係る無線伝送システム及び方法での、周波数−時間におけるパイロット信号の分布パターンを示す説明図である。 従来のMIMO方式における拡散コードの各信号への割当を示す説明図である。 従来のMIMO方式における拡散コードのパイロット信号への割当を示す説明図である。

符号の説明

P1〜P4…パス
R1，R2…受信アンテナ
T1，T2…送信アンテナ
1…基地局
2…移動局
11…送信信号生成部
12…送信信号分割部
13…送信信号変調部
14…既知シンボル付加部
15…アンテナ制御部
21…既知シンボル分離部
23…チャネル推定部
24…受信信号復調部
25…受信信号結合部
101…送信処理部

Claims (12)

1. 複数のアンテナを有する送信装置と、複数のアンテナを有する受信装置との間で、データ信号を前記複数のアンテナから同一時刻に同一周波数で送信する無線伝送システムであって、
   前記送信装置は、
   所定数の拡散コードをパイロット信号及び複数のデータ信号に割り当てて、各拡散コードを使用して各信号をそれぞれ変調する変調部と、
   前記変調されたデータ信号を複数のアンテナから同一時刻に同一搬送周波数で送信するとともに、前記変調されたパイロット信号を、前記複数のアンテナ間で時間的又は周波数的に重複しないように、該複数のアンテナを択一的に切り替えて送信するアンテナ制御部と
   を備え、前記受信装置は、
   当該受信装置側の複数のアンテナで受信された信号から前記パイロット信号を分離する分離部と、
   前記複数のアンテナを択一的に切り替えて送信されたパイロット信号を用いて、前記送信装置と該受信装置との間における伝搬路のチャネル情報を推定するチャネル推定部と
   を備えることを特徴とする無線伝送システム。
2. 前記アンテナ制御部は、パイロット信号をアンテナ間で重複しないように周波数軸で多重し、さらに一定の時間毎に各アンテナの周波数を切り替えることで、パイロット信号の分布が千鳥状となることを特徴とする請求項1に記載の無線伝送システム。
3. 前記アンテナ制御部は、ある時間には全ての周波数において特定のアンテナからのみパイロット信号を送信し、一定の時間毎に順次送信するアンテナを切り替えることを特徴とする請求項1に記載の無線伝送システム。
4. 前記アンテナ制御部は、パイロット信号について、各アンテナに所定の周波数を重複しないように割当てることを特徴とする請求項1に記載の無線伝送システム。
5. 複数のアンテナを有する受信装置に対し、データ信号を、同一時刻に同一周波数で、複数のアンテナから送信する送信装置であって、
   所定数の拡散コードをパイロット信号及び複数のデータ信号に割り当てて、各拡散コードを使用して各信号をそれぞれ変調する変調部と、
   前記変調されたデータ信号を前記複数のアンテナから同一時刻に同一搬送周波数で送信するとともに、前記変調されたパイロット信号を、前記複数のアンテナ間で時間的又は周波数的に重複しないように、該複数のアンテナを択一的に切り替えて送信するアンテナ制御部と
   を備えることを特徴とする送信装置。
6. 前記アンテナ制御部は、パイロット信号をアンテナ間で重複しないように周波数軸で多重し、さらに一定の時間毎に各アンテナの周波数を切り替えることで、パイロット信号の分布が千鳥状となることを特徴とする請求項5に記載の送信装置。
7. 前記アンテナ制御部は、ある時間には全ての周波数において特定のアンテナからのみパイロット信号を送信し、一定の時間毎に順次送信するアンテナを切り替えることを特徴とする請求項5に記載の送信装置。
8. 前記アンテナ制御部は、パイロット信号について、各アンテナに所定の周波数を重複しないように割当てることを特徴とする請求項5に記載の送信装置。
9. 複数のアンテナを有する送信装置と、複数のアンテナを有する受信装置との間で、データ信号を前記複数のアンテナから同一時刻に同一周波数で送信する無線伝送方法であって、
   前記送信装置において、所定数の拡散コードをパイロット信号及び複数のデータ信号に割り当てて、各拡散コードを使用して各信号をそれぞれ変調するステップ(1)と、
   前記送信装置において、前記変調されたデータ信号を複数のアンテナから同一時刻に同一搬送周波数で送信するとともに、前記変調されたパイロット信号を、前記複数のアンテナ間で時間的又は周波数的に重複しないように、該複数のアンテナを択一的に切り替えて送信するステップ(2)と、
   前記受信装置において、当該受信装置側の複数のアンテナで受信された信号から前記パイロット信号を分離するステップ(3)と、
   前記受信装置において、前記複数のアンテナを択一的に切り替えて送信されたパイロット信号を用いて、前記送信装置と該受信装置との間における伝搬路のチャネル情報を推定するステップ(4)と
   を備えることを特徴とする無線伝送方法。
10. 前記ステップ(2)では、パイロット信号をアンテナ間で重複しないように周波数軸で多重し、さらに一定の時間毎に各アンテナの周波数を切り替えることで、パイロット信号の分布が千鳥状とすることを特徴とする請求項9に記載の無線伝送方法。
11. 前記ステップ(2)では、ある時間には全ての周波数において特定のアンテナからのみパイロット信号を送信し、一定の時間毎に順次送信するアンテナを切り替えることを特徴とする請求項9に記載の無線伝送方法。
12. 前記ステップ(2)では、パイロット信号について、各アンテナに所定の周波数を重複しないように割当てることを特徴とする請求項9に記載の無線伝送方法。