JP2012248922A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】インタリーブ／デインタリーブ処理と、周波数オフセット送信ダイバーシチ方式を組み合わせた無線通信システムにおいて、バースト誤りを回避することができる無線通信システムを提供する。
【解決手段】送信装置１０は、送信信号系列を第１の行列メモリに記録してインタリーブするインタリーバ１２と、周波数オフセット設定値に基づいて、周波数うなりの周期を推定するオフセット設定手段１７と、周波数うなりの周期と第１の行列メモリの行数とに基づいて、当該第１の行列メモリの各列ごとに異なるシフト数でシフト処理するためのシフト数を算出し、インタリーバに設定するシフト数算出手段１８とを備える。受信装置２０は、受信信号系列を第２の行列メモリに記録してデインタリーブするデインタリーバ２５と、送信装置のシフト数算出手段で算出されたシフト数をデインタリーバに設定するシフト数設定手段２７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のアンテナを有する送信装置と、少なくとも１本のアンテナを有する受信装置との間で、周波数オフセット送信ダイバーシチにより無線通信を行う無線通信システムに関する。

無線通信では、多重波伝搬により受信レベルが変動するフェージングが発生し、受信レベルの落ち込みにより伝送品質が大きく劣化する。受信レベルの落ち込みによる伝送品質の劣化を軽減するための技術として、受信レベル変動の相関が低い２つ以上のパスを利用するダイバーシチ技術が知られている。

ダイバーシチ技術のうち、送信側でチャネル情報を必要とせずに空間ダイバーシチを行うための手法の一つとして、周波数オフセット送信ダイバーシチ方式がある（特許文献１）。周波数オフセット送信ダイバーシチ方式では、中心周波数に対して互いに異なる周波数オフセットを付与した信号を複数のアンテナを用いてそれぞれ送信する。異なる周波数オフセットが与えられた複数の信号を送信すると、互いの周波数差により受信側で受信レベルが変動し、定常的な受信レベルの落ち込みを回避できる。

図４は、周波数オフセット送信ダイバーシチ方式に対応する従来の無線通信システムの構成例を示す。

図４において、送信装置１０は、符号化手段１１、インタリーバ１２、シンボル生成手段１３、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の周波数オフセット付与手段１４−１〜１４−Ｍ、無線部１５−１〜１５−Ｍ、送信アンテナ１６−１〜１６−Ｍを備える。

符号化手段１１は、入力された信号系列を誤り訂正符号化する。インタリーバ１２は、符号化手段１１で符号化された信号系列をインタリーブする。シンボル生成手段１３は、インタリーバ１２でインタリーブされた信号系列をシンボル系列へ変換する。周波数オフセット付与手段１４−１〜１４−Ｍは、シンボル生成手段１３により変換されたシンボル系列をＭ分岐し、それぞれ独立の周波数オフセットを付与する。無線部１５−１〜１５−Ｍは、周波数オフセット付与手段１４−１〜１４−Ｍでそれぞれ周波数オフセットが付与されたシンボル系列に対してアナログ信号への変換および周波数変換を行った送信信号を、送信アンテナ１６−１〜１６−Ｍから送信する。

受信装置２０は、受信アンテナ２１、無線部２２、検波手段２３、シンボル識別手段２４、デインタリーバ２５、復号化手段２６を備える。

受信アンテナ２１は、送信装置１０から送信される無線信号を受信する。無線部２２は、受信アンテナ２１で受信した受信信号に対して周波数変換およびデジタル信号への変換を行う。検波手段２３は、無線部２２で変換されたデジタル信号を検波し、シンボル系列へ変換する。シンボル識別手段２４は、検波手段２３で検波後のシンボル系列を信号系列へ変換する。デインタリーバ２５は、変換後の信号系列をデインタリーブする。復号化手段２６は、デインタリーブされた信号系列に含まれる誤りを訂正して送信装置１０から送信された信号系列を復元する。

従来の周波数オフセット付与手段１４−１〜１４−Ｍ、インタリーバ１２、デインタリーバ２５について以下に説明する。

図５は、周波数オフセット付与例を示す。周波数オフセット付与手段１４−１〜１４−Ｍは、周波数オフセット同士の周波数差がΔｆの０を除く整数倍となるように周波数オフセットを付与する。例えば、図５に示すように、周波数オフセットがΔｆの間隔で等間隔に並ぶように周波数オフセットを付与する。このように周波数オフセットを付与すると、互いに異なる複数の周波数オフセット付与手段がそれぞれ付与する周波数オフセットについて、その差の絶対値の最大値を小さくすることができるため、高速フェージングによる受信品質の劣化を軽減することが可能となる。

図６は、インタリーブ／デインタリーブ動作と周波数うなりの関係を示す。
任意の自然数をｑ、変調多値数をｋ、シンボル速度をfs、付与する周波数オフセット間の差の最大値をΔｆで割った値をＮ、ｑ×（Ｎ＋１）以上の任意の自然数をＬとする。このとき、インタリーバ１２では、入力する信号系列のｑ×ｋ×fs／Δｆ／Ｌビット間隔で配置されるＬビットが、インタリーバ１２から出力される信号系列において連続するＬビットに任意の順番で配置されるようにビットの並び替えを行う。具体的には、Ｌ行（ｑ×fs／Δｆ／Ｌ）列の行列メモリを備え、当該行列メモリに対して行方向に任意の順番で書き込み、列方向に任意の順番で読み出す行列インタリーバにより実現可能である。デインタリーバ２５は、当該行列メモリに対して列方向に任意の順番で書き込み、行方向に任意の順番で読み出す行列インタリーバにより実現可能である。

たとえば、図６に示すような行列メモリに書き込む行の順番および読み出す列の順番を昇順で与える行列インタリーバ（単純行列インタリーバ）は、最も小さい回路規模で実装可能なインタリーバである。なお、図６は、ｑ＝１、ｋ＝１、fs／Δｆ＝32、Ｌ＝４とした場合のインタリーバ、デインタリーバの構成を示している。

特開２００７−３２５０７９号公報

周波数オフセット送信ダイバーシチ方式では、周波数オフセットを付与した複数の信号を同時に送信し、信号受信地点において強制的にうなりを生じさせる。すなわち、それぞれのアンテナから送信される信号の中心周波数に差（周波数差）があることにより、当該周波数差に相当する周期で受信信号の強弱が繰り返されることとなる。

一方、無線通信の誤り訂正符号として一般的に用いられている畳み込み符号、ＬＤＰＣ（低密度パリティ検査符号）、ターボ符号では、復号化手段に連続した誤り（バースト誤り）を含む信号系列が入力されると、適切な誤り訂正を行うことができないという特徴がある。そこで、インタリーブ／デインタリーブ処理により、無線チャネルを伝搬する際に生じるバースト誤りを復号化手段に入力される際にランダム化するという手法がとられている。

しかし、周波数オフセット送信ダイバーシチ方式において、受信装置で生じる周波数うなりの周期とインタリーブ／デインタリーブ処理の書き込み、読み込みの周期との関係で、バースト誤りとなる場合がある。

送信装置１０において、図６に示すように、信号系列１，２，３，…がインタリーバ１２に入力され、１，９，17，…の順に出力され、無線チャネルを伝送される。また、受信装置２０において、信号系列１，９，17，…の順に入力された信号系列が、デインタリーバ２５から１，２，３，…の順に出力される。ここで、周波数うなりにより、25，26，27，28，…の信号が受信される周期で受信電力が低くなるような場合には、デインタリーバ２５の出力において、図中下線で示す25，26，27，28，29，30，31，32の信号の受信電力が連続して低下する。すなわち、インタリーブ／デインタリーブ処理を行っているにも関わらず、バースト誤りが生じることになる。なお、インタリーバ１２は、行方向に書き込まれた信号系列を列方向に読み出すだけであるため、入力信号系列で隣り合っている信号は、ある周期で出力信号系列に現れる。したがって、当該周期と周波数うなりの周期が一致した場合に、バースト誤りが生じることになる。

本発明は、インタリーブ／デインタリーブ処理と、周波数オフセット送信ダイバーシチ方式を組み合わせた無線通信システムにおいて、バースト誤りを回避することができる無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明は、複数のアンテナを有する送信装置と、少なくとも１本のアンテナを有する受信装置との間で、周波数オフセット送信ダイバーシチにより無線通信を行う無線通信システムにおいて、送信装置は、送信信号系列を第１の行列メモリに記録してインタリーブするインタリーバと、周波数オフセット送信ダイバーシチに用いるオフセット設定値に基づいて、周波数うなりの周期を推定するオフセット設定手段と、オフセット設定手段で推定された周波数うなりの周期と、インタリーバが備える第１の行列メモリの行数とに基づいて、当該第１の行列メモリの各列ごとに異なるシフト数でシフト処理するためのシフト数を算出し、インタリーバに設定するシフト数算出手段とを備え、インタリーバは、シフト数算出手段から設定されたシフト数と同数だけ第１の行列メモリに記録された信号系列の各列を回転する構成であり、受信装置は、受信信号系列を第２の行列メモリに記録してデインタリーブするデインタリーバと、送信装置のシフト数算出手段で算出されたシフト数をデインタリーバに設定するシフト数設定手段とを備え、デインタリーバは、シフト数設定手段から設定されたシフト数と同数だけ第２の行列メモリに記録された信号系列をインタリーバにおけるシフト処理と逆方向に回転する構成である。

受信装置のシフト数設定手段は、インタリーブ／デインタリーブ処理による通信を開始する前に、送信装置のシフト数算出手段で算出されたシフト数が初期設定される構成である。

本発明は、インタリーバの行数と周波数オフセット送信ダイバーシチ方式における周波数うなりの周期が一致する場合に、インタリーバおよびデインタリーバで各列に対して逆方向のシフト処理を行うことにより、デインタリーバから出力される信号系列において、受信レベルの低い信号が連続してバースト誤りになることを回避することができる。

本発明の無線通信システムの構成例を示す図である。 本発明におけるインタリーバ１２のシフト動作例を示す図である。 本発明におけるデインタリーバ２５のシフト動作例を示す図である。 周波数オフセット送信ダイバーシチ方式に対応する従来の無線通信システムの構成例を示す図である。 周波数オフセット付与例を示す図である。 インタリーブ／デインタリーブ動作と周波数うなりの関係を示す図である。

図１は、本発明の無線通信システムの構成例を示す。本発明の特徴は、送信装置において、周波数うなりの周期とインタリーバの読み出し周期とが一致しないようにインタリーバに書き込まれた信号系列の各列に対してシフト処理を行い、受信装置のデインタリーバにおいてインタリーバのシフト処理に対応する逆シフト処理を行うところにある。

図１において、送信装置１０は、従来構成と同様の符号化手段１１、インタリーバ１２、シンボル生成手段１３、周波数オフセット付与手段１４−１〜１４−Ｍ、無線部１５−１〜１５−Ｍ、送信アンテナ１６−１〜１６−Ｍに加えて、オフセット設定手段１７、シフト数算出手段１８を備える。

受信装置２０は、従来構成と同様の受信アンテナ２１、無線部２２、検波手段２３、シンボル識別手段２４、デインタリーバ２５、復号化手段２６に加えて、シフト数設定手段２７を備える。

送信装置１０のオフセット設定手段１７は、予め設定されたオフセット設定値に基づいて、各周波数オフセット付与手段１４−１〜１４−Ｍに周波数オフセット設定値を入力する。ここで、予め設定されたオフセット設定値は、各周波数オフセット付与手段１４−１〜１４−Ｍに個別に設定されていてもよく、最大値のみが設定されており、オフセット設定手段１７が当該最大値に基づいて中心周波数の前後に均等な間隔でオフセット設定値を算出してもよい。また、オフセット設定手段１７は、予め設定されたオフセット設定値に基づいて、周波数うなりの周期を算出して、シフト数算出手段１８に入力する。ここで、周波数オフセットの最大値をΔｆmax とすると、周波数うなりはΔｆmax と一致する。したがって、オフセット設定手段１７は、周波数オフセット付与手段１４−１〜１４−Ｍに対して付与する周波数オフセットのうち、絶対値が最大値となるもののオフセット設定値をシフト数算出手段１８に与える。

シフト数算出手段１８は、インタリーバ１２の読み出し周期（行列メモリの行数）と周波数うねりの周期に基づいて、インタリーバ１２の行列メモリに書き込まれた信号系列を列ごとに回転するためのシフト数を算出する。具体的には、シフト数算出手段１８は、各列に対して当該列の列番号と周波数うなりの周期の剰余を算出して、シフト数を算出する。たとえば、式(1) によりシフト数Ｓを算出する。
Ｓ＝ mod｛floor(ｉ／(Ｄ／Ｍ))，(Ｔ／(Ｄ／Ｍ))｝ …(1)

ここで、ｉは行列メモリの各列の通番、Ｔは周波数うなりの周期、Ｍは行列メモリの行数、ＤはＴとＭの最小公倍数である。なお、周波数うなりの周期は、信号系列のビット数に換算して表現する。たとえば、図６の場合は、周波数うなりの周期は４ビットである。

インタリーバ１２は、シフト数算出手段１８により入力された行列メモリの各列のシフト数Ｓに基づいて、当該列の信号系列を回転する。インタリーバ１２のシフト動作例を図２に示す。インタリーバ１２は、符号化手段１１から信号系列が入力されると、当該信号系列を行方向に書き込む。なお、行列メモリの１行のビット数がＭｇ＝ｑ×ｋ×fs／Δｆ／Ｌの場合は、１〜Ｍｇまでのビットは第１行目に記録され、Ｍｇ＋１〜２×Ｍｇのビットは第２行目に記録され、以降、１行につきＭｇ個のビットが記録される。次に、インタリーバ１２は、書き込まれた信号系列に対して、シフト数算出手段１８から入力した行列メモリの各列のシフト数Ｓだけ列ごとに回転する。たとえば、図２(2) に示すように、各列に対するシフト数Ｓが、0 ，１，２，３，０，１，２，３，…であれば、第１列は回転せず、第２列は１つだけ回転し、第３列は２つだけ回転し、というシフト処理を行う。そして、シフト処理が終わった行列メモリについて、信号系列を列方向に読み出す。

なお、それぞれの列に対して与えるシフト数は、式(1) により算出される値に限定されず、周波数うなりの周期に相当するビット数より少ない自然数で、かつ、全ての列のシフト数が同一にならなければよい。たとえば、各列に対して、３，２，１，０，３，２，１，０，…と降順に繰り返すシフト数を与えてもよく、０，２，１，３，０，２，１，３，…と周期的に繰り返す不規則な数列をシフト数として与えてもよく、また、０〜（周波数うなりの周期−１）の範囲での乱数をシフト数として割り当ててもよい。

送信装置１０と受信装置２０は、インタリーブ／デインタリーブ処理による通信を開始する前に、送信装置１０のシフト数算出手段１８が算出したシフト数Ｓを受信装置２０のシフト数設定手段２７に初期設定する。これにより、シフト数設定手段２７は、送信装置１０のシフト数算出手段１８が算出したシフト数Ｓと同一のシフト数をデインタリーバ２５に設定する。

受信装置２０のデインタリーバ２６は、シフト数設定手段２７から設定される行列メモリの各列のシフト数に基づいて、当該列の信号系列を、送信装置１０のインタリーバ１２でのシフト処理と逆方向に回転する。デインタリーバ２５のシフト動作例を図３に示す。デインタリーバ２５は、シンボル識別手段２４から信号系列が入力されると、当該信号系列を列方向に書き込む。なお、行列メモリの１列のビット数がＭの場合は、１〜Ｍまでのビットは第１列目に記録され、Ｍ＋１〜２×Ｍのビットは第２行目に記録され、以降、１列につきＭ個のビットが記録される。次に、デインタリーバ２６は、書き込まれた信号系列に対して、送信装置１０のインタリーバ１２でのシフト処理と逆方向に、シフト数設定手段２７から設定された行列メモリの各列のシフト数だけ列ごとに回転する。たとえば、図３(2) に示すように、各列に対するシフト数Ｓが、0 ，１，２，３，０，１，２，３，…であれば、第１列は回転せず、第２列は１つだけ回転し、第３列は２つだけ回転し、という逆シフト処理を行う。そして、逆シフト処理が終わった行列メモリについて、信号系列を行方向に読み出す。

このように、送信装置１０のインタリーバ１２と受信装置２０のデインタリーバ２５で行列メモリの各列について同じ数だけシフト／逆シフト処理を行うことによって、インタリーバ１２に入力された順番でデインタリーバ２５から信号系列を出力することができる。さらに、周波数うなりの周期と行数が一致する場合に、各列に対して当該列の列番号と周波数うなりの周期の剰余から算出されるシフト数に基づくシフト処理により、デインタリーバ２５から読み出される信号系列において、図３に下線で示すように、受信レベルの低い信号が連続してバースト誤りになることを回避することができる。

１０ 送信装置
１１ 符号化手段
１２ インタリーバ
１３ シンボル生成手段
１４ 周波数オフセット付与手段
１５ 無線部
１６ 送信アンテナ
１７ オフセット設定手段
１８ シフト数算出手段
２０ 受信装置
２１ 受信アンテナ
２２ 無線部
２３ 検波手段
２４ シンボル識別手段
２５ デインタリーバ
２６ 復号化手段
２７ シフト数設定手段

Claims (2)

1. 複数のアンテナを有する送信装置と、少なくとも１本のアンテナを有する受信装置との間で、周波数オフセット送信ダイバーシチにより無線通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記送信装置は、
   送信信号系列を第１の行列メモリに記録してインタリーブするインタリーバと、
   前記周波数オフセット送信ダイバーシチに用いるオフセット設定値に基づいて、周波数うなりの周期を推定するオフセット設定手段と、
   前記オフセット設定手段で推定された周波数うなりの周期と、前記インタリーバが備える第１の行列メモリの行数とに基づいて、当該第１の行列メモリの各列ごとに異なるシフト数でシフト処理するためのシフト数を算出し、前記インタリーバに設定するシフト数算出手段と
   を備え、前記インタリーバは、前記シフト数算出手段から設定されたシフト数と同数だけ前記第１の行列メモリに記録された信号系列の各列を回転する構成であり、
   前記受信装置は、
   受信信号系列を第２の行列メモリに記録してデインタリーブするデインタリーバと、
   前記送信装置の前記シフト数算出手段で算出された前記シフト数を前記デインタリーバに設定するシフト数設定手段と
   を備え、前記デインタリーバは、前記シフト数設定手段から設定されたシフト数と同数だけ前記第２の行列メモリに記録された信号系列を前記インタリーバにおけるシフト処理と逆方向に回転する構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記受信装置の前記シフト数設定手段は、インタリーブ／デインタリーブ処理による通信を開始する前に、前記送信装置の前記シフト数算出手段で算出されたシフト数が初期設定される構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。

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