JP2014022932A - 無線通信システム、送信装置、および送信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】伝送特性の優れた改善効果を得ることができる無線通信システムを提供する。
【解決手段】複数のアンテナから無線信号を送信する送信装置と、該無線信号を受信する受信装置とを具備する無線通信システム10であって、送信装置11は、複数の信号各々を、サブキャリアに配置して送信信号を生成するマッピング部と、送信信号を複製して、複数のアンテナ各々向けの送信信号を生成し、複数のアンテナ各々向けの送信信号のうち、少なくとも1つを周波数方向にシフトするシフト部と、を具備し、受信装置12は、無線信号を受信する受信部と、受信部が受信した信号を、時間領域で等化する等化部と、を具備する。
【選択図】図1
【解決手段】複数のアンテナから無線信号を送信する送信装置と、該無線信号を受信する受信装置とを具備する無線通信システム10であって、送信装置11は、複数の信号各々を、サブキャリアに配置して送信信号を生成するマッピング部と、送信信号を複製して、複数のアンテナ各々向けの送信信号を生成し、複数のアンテナ各々向けの送信信号のうち、少なくとも1つを周波数方向にシフトするシフト部と、を具備し、受信装置12は、無線信号を受信する受信部と、受信部が受信した信号を、時間領域で等化する等化部と、を具備する。
【選択図】図1
Description
本発明は、無線通信システム、送信装置、および送信方法に関する。
移動無線通信チャネルは、時間および周波数選択性を有するフェージングチャネルであるのが特徴であり、チャネル変動に起因する受信電力の急激な落ち込みは、伝送品質を大幅に劣化させてしまう。このような環境下において、安定した伝送品質を提供する技術として、アンテナダイバーシチ技術が古くから検討されている。例えば、受信選択アンテナダイバーシチ技術は、無線受信装置(端末装置)に複数のアンテナを空間的に離して配置する。そして、それぞれのアンテナで受信された信号の中で、最も受信品質の高い信号を選択することで、チャネル変動に起因する受信電力の急激な落ち込みを回避し、受信品質を改善することが出来る。
また、無線通信システムでは多様なブロードバンド情報サービスの提供のために、伝送速度の向上が常に望まれている。伝送速度の向上には通信帯域幅の拡大が不可欠であるが、通信帯域幅の拡大は、チャネルの周波数選択性を強調するため、伝送品質が大幅に劣化してしまう。最近、複数の狭帯域副搬送波(サブキャリアとも呼ぶ)を並列伝送することで、チャネルの周波数選択性に起因する伝送特性の劣化を回避するマルチキャリア伝送が検討されている。特に、直交サブキャリアを用いる、直交周波数分割多重(OFDM;Orthogonal Frequency Division Multiplexing)は、周波数選択性チャネルへの耐性を維持しつつ、高い周波数利用効率を確保できる技術として、無線LANシステム等に採用されている。OFDM伝送と、アンテナダイバーシチ技術を併用することで、高い周波数利用効率を維持しつつ、安定した通信品質を確保出来る。
ところで、アンテナダイバーシチ技術による特性改善量は、装置に配されるアンテナ数に比例する。しかし、小型・省電力化が望まれている端末装置に複数のアンテナを備えることは困難である。そのため、最近、配置可能なアンテナ数に比較的余裕がある基地局装置に複数のアンテナを備える、送信アンテナダイバーシチ技術が注目を集めている。送信アンテナダイバーシチ技術は、端末装置からのチャネル情報(CSI;Channel State Information)のフィードバックを必要とする閉ループ型送信ダイバーシチと、CSIフィードバックを必要としない開ループ型送信ダイバーシチに大別されるが、システムの複雑性を比較的増加させない、開ループ型送信ダイバーシチが特に注目されている。
特許文献1では、送信信号に対して、それぞれ異なる巡回時間シフトを与えて、各送信アンテナから送信する、循環遅延送信ダイバーシチ(以下では、CDDと呼称する)について検討されている。CDDでは、伝搬路の見掛け上の周波数選択性を激しくすることで、周波数ダイバーシチ利得により受信品質を改善することが出来る。しかし、この受信品質改善効果を得るためには、送信信号の周波数スペクトルが、通信帯域において広く拡散されている必要がある。しかし、OFDM伝送では、各送信信号は、狭帯域のサブキャリアを用いて伝送される。そのため、送信信号は時間方向にはOFDM信号(OFDMシンボル区間)全体に拡散されている一方で、周波数方向には拡散されないことを意味している。送信信号に対して、誤り訂正符号等のチャネル符号化を行うことで、周波数拡散を行うことは可能である。しかし、高い周波数利用効率を確保するためには、符号化率を高く設定する必要がある。この場合、周波数方向への拡散は限定的となり、CDDにより得られる伝送特性改善効果には限界があることを意味している。
しかしながら、特許文献1のような循環遅延送信ダイバーシチにおいては、上述したように、例えば、符号化率が高いときなど、伝送特性の改善効果が十分に得られないことがあるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、伝送特性の優れた改善効果を得ることができる無線通信システム、送信装置、および送信方法を提供することにある。
(1)この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様は、複数のアンテナから無線信号を送信する送信装置と、該無線信号を受信する受信装置とを具備する無線通信システムであって、前記送信装置は、複数の信号各々を、サブキャリアに配置して送信信号を生成するマッピング部と、前記送信信号を複製して、前記複数のアンテナ各々向けの送信信号を生成し、前記複数のアンテナ各々向けの送信信号のうち、少なくとも1つを周波数方向にシフトするシフト部と、を具備し、前記受信装置は、前記無線信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した信号を、時間領域で等化する等化部と、を具備することを特徴とする。
(2)また、本発明の他の態様は、(1)の無線通信システムであって、前記送信装置は、前記受信装置において既知の信号である参照信号を、送信するその他の信号と多重する多重部を具備し、前記受信装置は、前記参照信号に基づき、前記送信装置と当該受信装置との間の伝搬路を推定する伝搬路推定部と、前記シフト部におけるシフトの量を取得するシフト量取得部と、前記伝搬路推定部による推定結果と、前記シフトの量とから、前記マッピング部から当該受信装置までの合成伝搬路を推定する合成伝搬路推定部と、を具備し、前記等化部は、前記合成伝搬路推定部による推定結果を用いて、前記等化を行うことを特徴とする。
(3)また、本発明の他の態様は、(2)の無線通信システムであって、前記伝搬路推定部は、前記マッピング部が当該受信装置への信号を配置したサブキャリアにより構成される伝搬路を推定することを特徴とする。
(4)また、本発明の他の態様は、(1)の無線通信システムであって、前記シフト部は、周波数方向へのシフトを、時間領域に変換された前記送信信号に対して、位相回転を与えることで実施することを特徴とする。
(5)また、本発明の他の態様は、複数のアンテナから無線信号を送信する送信装置であって、複数の信号各々を、サブキャリアに配置して送信信号を生成するマッピング部と、前記送信信号を複製して、前記複数のアンテナ各々向けの送信信号を生成し、前記複数のアンテナ各々向けの送信信号のうち、少なくとも1つを周波数方向にシフトするシフト部と、を具備することを特徴とする。
(6)また、本発明の他の態様は、複数のアンテナから無線信号を送信する送信方法であって、複数の信号各々を、サブキャリアに配置して送信信号を生成する第1の過程と、前記送信信号を複製して、前記複数のアンテナ各々向けの送信信号を生成し、前記複数のアンテナ各々向けの送信信号のうち、少なくとも1つを周波数方向にシフトする第2の過程と、を有することを特徴とする。
この発明によれば、伝送特性の優れた改善効果を得ることができる。
[第1の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る無線通信システム10の概略を示す図である。無線通信システム10は、Nt本(Nt>1)のアンテナを有する無線送信装置11に、1本のアンテナを有する無線受信装置12が1個接続する1対1の伝送を対象とする。詳細は後述するが、無線送信装置は、無線受信装置に送信する送信信号の周波数スペクトルに対して、アンテナ毎に異なる周波数シフトを与えて送信する。そして、無線受信装置では、受信された信号に対して、時間領域等化を施すことで、信号復調を行なう。なお、本実施形態では、伝送方式として、Nc個のサブキャリアを有するOFDM信号伝送を用いる。
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る無線通信システム10の概略を示す図である。無線通信システム10は、Nt本(Nt>1)のアンテナを有する無線送信装置11に、1本のアンテナを有する無線受信装置12が1個接続する1対1の伝送を対象とする。詳細は後述するが、無線送信装置は、無線受信装置に送信する送信信号の周波数スペクトルに対して、アンテナ毎に異なる周波数シフトを与えて送信する。そして、無線受信装置では、受信された信号に対して、時間領域等化を施すことで、信号復調を行なう。なお、本実施形態では、伝送方式として、Nc個のサブキャリアを有するOFDM信号伝送を用いる。
移動体通信システムにおける基地局装置が、無線送信装置11を備え、移動局装置(端末装置ともいう)が、無線受信装置12を備えるようにしてもよい。また、逆に、移動体通信システムにおける基地局装置が、無線受信装置12を備え、移動局装置が、無線送信装置11を備えるようにしてもよい。
本実施形態において、無線送信装置11と、無線受信装置12との間の伝搬路は、L個のパス(伝搬経路とも呼ぶ)で構成される周波数選択性フェージングチャネルであるものとし、1OFDM信号内で伝搬路が変動しないブロックフェージングを仮定する。なお、周波数選択性とは、伝搬路の周波数伝達関数が周波数方向において変動していることを意味し、信号帯域幅の逆数以上に離れた時間差を有する複数のパスが多重されて無線受信装置12により受信されることで発生する。ここで、無線送信装置11の第n送信アンテナと、無線受信装置12との間の伝搬路のチャネルインパルス応答は式(1)で与えられる。
ここで、hn,lは無線送信装置11の第n送信アンテナと無線受信装置12との間の第lパスの複素パス利得を表す。また、δ(τ)は単位インパルス関数を表す。また、τlは直接波(第1パス)に対する第lパスの遅延時間を表す。各パスはお互いに信号帯域幅の逆数以上に離れた時間で無線受信装置12に受信されているものとするが、以下では簡単のため、τl=(l−1)として説明する。また、以下では、式(1)で与えられるチャネルインパルス応答を式(2)のようなNc行Nc列の巡回行列hnを用いても表現する。なお、ここで、Ncは、1信号区間(OFDM信号)の時間方向のサンプリング数である。すなわち、Ncは、無線送信装置11のIFFT(Inverse Fast Fourier Transform)部(詳細は後述)における逆フーリエ変換のサブキャリア数かつサンプリング数であり、かつ、無線受信装置12のFFT(Fast Fourier Transform)部(詳細は後述)におけるフーリエ変換のサブキャリア数かつサンプリング数である。また、この行列hnは、該信号区間の前にサイクリックプレフィックスが挿入されていることと、第Lパスの遅延時間がサイクリックプレフィックスより短いこと、を前提としている。
図2は、本実施形態に係る無線送信装置11の構成を示すブロック図である。図2に示すように、無線送信装置11は、チャネル符号化部101と、データ変調部102と、マッピング部103と、既知参照信号系列生成部104、シフト部105と、Nt個のIFFT(Inverse Fast Fourier Transform;逆高速フーリエ変換)部106−1〜106−Ntと、Nt個のGI挿入部107−1〜107−Ntと、Nt個の無線送信部108−1〜108−Ntと、Nt本のアンテナ109−1〜109−Ntと、制御信号生成部110と、Nt個の時間多重部111−1〜111−Ntとを含んで構成されている。なお、シフト部105は、Nt個の周波数シフト部151−1〜151−Ntと、シフト制御部152とを含んで構成される。
図3は、無線送信装置11による信号処理を説明するフローチャートである。以下では、図2記載のブロック図と図3記載のフローチャートに基づいて、無線送信装置11の構成および動作を説明する。初めに、チャネル符号化部101は、入力された無線受信装置12宛ての送信データ系列Tに対して、例えば、ターボ符号などのチャネル符号化を行い、符号化送信データ系列を生成する(ステップS101)。そして、チャネル符号化部101は、生成した符号化送信データ系列を、データ変調部102に入力する。なお、本実施形態では、チャネル符号化部101が用いる符号の一例として、ターボ符号を示したが、低密度パリティビット符号検査など、他の符号を用いるようにしてもよい。また、送信データ系列Tは、ユーザデータであってもよいし、制御情報であってもよい。
データ変調部102は、チャネル符号化部101より入力された符号化送信データ系列に対して、QPSK(Quaternary Phase Shift Keying;四位相偏移変調)、16QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation;16直交位相振幅変調)等のディジタルデータ変調を施し、データ変調信号を生成する(ステップS102)。データ変調部102は、データ変調信号をマッピング部103に入力する。
マッピング部103は、データ変調部102より入力されたデータ変調信号を、予め決められた無線リソース(リソースエレメント、もしくは単にリソースとも呼ぶ)に配置する、マッピング(スケジューリング、リソース配分もしくはリソースアロケーションとも呼ぶ)を行い、送信信号を生成する(ステップS103)。
本実施形態においては、無線受信装置12が、システムで利用可能な全通信帯域を占有する。よって、マッピング部103は、上述のマッピングを行う際に、入力されたデータ変調信号をNc個の並列データに変換する直並列変換を行う。並列データに変換されたデータ変調信号は、それぞれ一つのサブキャリアによって伝送される事になるから、以下の説明では、直並列変換されたデータ変調信号のことを周波数成分、もしくはサブキャリア成分という。
シフト制御部152は、周波数シフト部151−1〜151−Ntの各々におけるシフト量を決定し、各々に通知する(S104)。また、シフト制御部152は、決定した周波数シフト部151−1〜151−Ntの各々におけるシフト量を制御信号生成部110に通知する。制御信号生成部110は、周波数シフト部151−1〜151−Ntの各々におけるシフト量を示す制御信号を生成し、無線受信装置12に送信すべく無線送信部108−1〜108−Ntに入力する。なお、本実施形態においては、シフト制御部152は、アンテナ109−nへの信号を処理する周波数シフト部151−nに対して、シフト量として(n−1)Δを指定する。例えば、シフト量の差Δ=Nc/Ntである。
シフト部105は、マッピング部103が生成した送信信号を複製してNt個の送信信号を生成し、周波数シフト部151−1〜151−Ntの各々に入力する。すなわち、周波数シフト部151−1〜151−Ntの各々には、同一の信号が入力される。周波数シフト部151−1〜151−Ntの各々は、送信信号の周波数成分に対して、シフト制御部152が指定したシフト量の周波数巡回シフトを行う(S105)。ここで周波数巡回シフトとは、各周波数成分を送信するサブキャリアを巡回的にシフトすることである。以下では、周波数巡回シフトを単に周波数シフトともいう。周波数シフト部151−1〜151−Ntは、周波数シフトを与えた送信信号の周波数成分を、それぞれ符号の枝番が対応する時間多重部111−1〜111−Ntに入力する。
周波数シフト部151−nによる周波数シフトは、Sn(k)=D(mod(k−An,Nc))で表される。ここで、{Sn(k);n=1〜Nt、k=1〜Nc}は、周波数シフト部151−nの出力である。{D(k);k=1〜Nc}は、マッピング部103の出力である送信信号の周波数成分である。{An;n=1〜Nt}は、シフト制御部152が周波数シフト部151−nに指定したシフト量である。なお、kは、周波数の小さい方から順に振られたサブキャリアのインデックスである。nは、アンテナ109−1〜109−Ntに振られたインデックスである。また、mod(a,b)は整数aを整数bで除算したときの余りを与える関数である。なお、ここでは記載は省略しているが、周波数シフトの単位は、隣接するサブキャリアの間隔を1単位として行われる。例えば、サブキャリアの間隔が15kHzで有った場合に、1だけ周波数シフトすることは、送信する周波数を15kHzだけシフトすることを意味している。
なお、上述のように、シフト制御部152が、周波数シフト部151−nに指定するシフト量An=(n−1)Δとしたときは、周波数シフト部151−nの出力はSn(k)=D(mod(k−(n−1)Δ,Nc))である。各周波数シフト部151−nのシフト量が(n−1)Δであるので、Δは、隣接する周波数シフト部151−nの間のシフト量の差である。
シフト制御部152は、シフト量の差Δの値を変更することで、後述する無線受信装置12で観測される伝搬路の時間選択性を制御するようにしてもよい。シフト量の差Δの値を大きくすれば時間選択性は激しくなる。シフト量の差Δは、Nc/Ntを最大値として、少なくとも1より大きく設定すれば、伝搬路の時間選択性は激しくなる。なお、シフト制御部152は、周波数シフト部151−1〜151−Ntのうちのいずれかにシフト量として「0」を指定したり、特定のOFDM信号(時間区間)で、周波数シフト部151−1〜151−Ntの全てにシフト量として「0」を指定したりしてもよい。
また、シフト制御部152は、無線受信装置12で観測される受信品質や、無線送信装置11および無線受信装置12が使用するアンテナ数、およびチャネル符号化率等に応じてシフト量を決定しても良い。例えば、シフト制御部152は、チャネル符号化率が高い場合には、Δの値をその他の場合よりも大きくするなどして、周波数シフト部151−1〜151−Ntの間で、大きなシフト量の差が生じるようにシフト量を決定する。これにより、大きな時間ダイバーシチ利得が得られるようにする。また、チャネル符号化率が低い場合には、十分に大きな周波数ダイバーシチ利得を得ることが可能であるから、シフト制御部152は、シフトを与えないように制御しても良い。
なお、本実施形態では、シフト制御部152は、決定した周波数シフト部151−1〜151−Nt各々のシフト量を制御信号生成部110に通知するとしたが、シフト量の差Δを通知するようにしてもよい。その場合、制御信号生成部110は、シフト量の差Δを含む制御信号を生成し、無線受信装置12に送信すべく無線送信部108−1〜108−Ntに入力する。
また、シフト量Anを(n−1)Δとした場合、周波数シフト部151−1〜151−Ntの間のシフト量の差は、シフト量の差Δの整数倍である。しかし、周波数シフト部151−1〜151−Nt間のシフト量の差は、Δの整数倍なくてもよい。すなわち、周波数シフト部151−1〜151−Nt間ごとに独立なシフト量の差であってもよい。このとき、シフト制御部152は、周波数シフト部151−nと周波数シフト部151−n−1との間のシフト量の差An−An−1を、n毎に異なる値{Δn;n=2〜Nt}とする。
既知参照信号系列生成部104は、無線受信装置12において伝搬路推定を行なうための既知参照信号系列を生成し、時間多重部111−1〜111−Ntに入力する。なお、これらの既知参照信号系列は、無線受信装置12において既知である。時間多重部111−1〜111−Ntは、それぞれ枝番が対応する周波数シフト部151−1〜151−Ntが周波数シフトした信号に、既知参照信号系列生成部104から入力された既知参照信号系列を時間多重する。このように既知参照信号系列は時間多重されるので、データ変調信号が送信されるOFDM信号とは異なる時間区間のOFDM信号で送信される。
また、時間多重された既知参照信号系列が、時間多重部111−1〜111−Ntの間で互いに直交するように、時間多重部111−1〜111−Ntの間で異なるサブキャリアに配置される。例えば、時間多重部111−nは、インデックス番号をNtで割った時の余りがnであるサブキャリアにのみ既知参照信号系列を配置する。これにより、時間多重部111−1〜111−Ntが、既知参照信号系列を配置するサブキャリアは重複しないので、アンテナ109−1〜109−Ntの各々から送信される既知参照信号系列は、互いに直交している。なお、このように周波数分割により、直交性が得られるようにしているが、時間分割や符号分割など、その他の方法により直交性が得られるようにしてもよい。
IFFT部106−1〜106−Ntは、それぞれ枝番が対応する時間多重部111−1〜111−Ntが時間多重した信号に対して、Ncポイントの逆高速フーリエ変換(IFFT)、もしくは逆離散フーリエ変換(IDFT;Inverse Discrete Fourier Transform)を施す。IFFT部106−1〜106−Ntは、この変換により、Ncサブキャリアを有するOFDM信号(時間領域信号)を生成する(ステップS106)。IFFT部106−1〜106−Ntは、それぞれ枝番が対応するGI挿入部107−1〜107−Ntに生成したOFDM信号を入力する。このとき、IFFT部106−nが生成するデータ変調信号に基づく時間領域信号{sn(t);t=1〜Nc}は、式(3)で与えられる。なお、式(3)はシフト量An=(n−1)Δとしたときの式である。
ここで、{D(k);k=1〜Nc}はマッピング部103の出力である各サブキャリア成分を表す。また、{d(t);t=1〜Nc}は、{D(k);k=1〜Nc}にIFFTを適用することで得られる時間領域のOFDM信号を表す。
なお、本実施形態では、サブキャリア数と、逆高速フーリエ変換もしくは逆離散フーリエ変換のポイント数とは同じであるとして説明しているが、周波数領域にガードバンドを設定する場合、ポイント数はサブキャリア数よりも大きくなる。
なお、本実施形態では、サブキャリア数と、逆高速フーリエ変換もしくは逆離散フーリエ変換のポイント数とは同じであるとして説明しているが、周波数領域にガードバンドを設定する場合、ポイント数はサブキャリア数よりも大きくなる。
GI挿入部107−1〜107−Ntは、入力されたOFDM信号に対してガードインターバル(GI;Guard Interval)を挿入する(ステップS107)。この、ガードインターバルは、サイクリックプレフィクス(CP;Cyclic Prefix)ともいう。GI挿入部107−1〜107−Ntは、ガードインターバルを付与したOFDM信号を、それぞれ枝番が対応する無線送信部108−1〜108−Ntに入力する。
無線送信部108−1〜108−Ntに入力されるOFDM信号はベースバンド帯の信号である。無線送信部108−1〜108−Ntは、入力されたOFDM信号を無線周波数(Radio Frequency(RF))帯の信号に変換する(ステップS108)。また、無線送信部108−1〜108−Ntには、制御信号生成部110が入力した制御信号も無線周波数帯の信号に変換する。アンテナ109−1〜109−Ntは、それぞれ枝番が対応する無線送信部108−1〜108−Ntが変換した無線周波数帯の信号を、無線受信装置12に向けて送信する(ステップS109)。
図4は、周波数シフト部151−nの動作を説明する図である。図4は、シフト量An=2の場合の周波数シフト部151−nに入力された入力信号Dinと、周波数シフト部151−nが出力する信号Doutとを示す。図4において、入力信号Dinの各サブキャリア成分は、周波数の小さい方から順に、D(1)、D(2)、D(3)、・・・D(Nc−2)、D(Nc−1)、D(Nc)である。この入力信号Dinに対してシフト量2の周波数シフトを加えると、入力信号Dinの各サブキャリア成分は周波数の大きい方向に2ずつシフトされる。例えば、入力信号Dinでは、1番目のサブキャリアの成分であったD(1)は、信号Doutでは3番目のサブキャリアとなっている。また、入力信号Dinで周波数の大きい方の端にある、シフトされるとはみ出るサブキャリア成分は、周波数の小さい方に配置される。例えば、入力信号Dinでは、Nc番目のサブキャリアの成分であったD(Nc)は、信号Doutでは2番目のサブキャリアに配置されている。
図5は、本実施形態におけるフレームフォーマットの一例を示す図である。本実施形態におけるフレームフォーマットでは、全てデータ変調信号で構成されるOFDM信号(図中ではDATAと表記)と、全て既知参照信号系列で構成されるOFDM信号(図中ではPilotと表記)とが、それぞれ異なる時間幅でもって周期的に送信される。図5の例では、データ変調信号で構成されるOFDM信号の時間幅はTDであり、既知参照信号系列で構成されるOFDM信号の時間幅はTPである。
図6は、本実施形態に係る無線受信装置12の構成を示すブロック図である。図6に示すように、無線受信装置12は、アンテナ201と、無線受信部202と、GI除去部203と、信号分離部204と、伝搬路推定部205と、シフト量取得部206と、合成伝搬路推定部207と、チャネル等化部208と、FFT部209と、デマッピング部210と、データ復調部211と、チャネル復号部212とを含んで構成される。
アンテナ201は、無線送信装置11が送信した信号を受信し、受信した信号を、無線受信部202に入力する。無線受信部202は、入力された信号をダウンコンバートして、ベースバンド帯の信号に変換する。GI除去部203は、ベースバンド帯に変換された信号から、ガードインターバルを取り除いた後、信号分離部204に入力する。信号分離部204は、GI除去部203から入力された信号を、データ変調信号だけで構成されているOFDM信号と、既知参照信号系列だけで構成されているOFDM信号と、シフト量を示す制御信号とに分離する。
伝搬路推定部205は、信号分離部204が分離した信号のうち、既知参照信号系列だけで構成されているOFDM信号を用いて、無線送信装置11のアンテナ109−1〜109−Nt各々と、無線受信装置12のアンテナ201との間の伝搬路の伝搬路推定を行なう。伝搬路推定部205は、信入力されたOFDM信号から、式(1)で表される伝搬路のチャネルインパルス応答および雑音電力を推定する。チャネル推定方法については、後述する。シフト量取得部206は、信号分離部204が分離した信号のうち、シフト量を示す制御信号から、無線送信装置11のアンテナ109−1〜109−Ntの各々におけるシフト量An=(n−1)Δを取得する。
合成伝搬路推定部207は、伝搬路推定部205による伝搬路の推定結果と、シフト量取得部206が取得したシフト量とを用いて、無線送信装置11のマッピング部103から無線受信装置12のアンテナ201までの合成伝搬路を推定する。
チャネル等化部208は、信号分離部204が分離した信号のうち、データ変調信号のみで構成されるOFDM信号に対して、合成伝搬路推定部207による合成伝搬路の推定結果を用いて、チャネル等化処理を行う。チャネル等化部208は、チャネル等化を行なった信号をFFT部209に入力する。
チャネル等化部208は、信号分離部204が分離した信号のうち、データ変調信号のみで構成されるOFDM信号に対して、合成伝搬路推定部207による合成伝搬路の推定結果を用いて、チャネル等化処理を行う。チャネル等化部208は、チャネル等化を行なった信号をFFT部209に入力する。
FFT部209は、入力された信号に対して、Ncポイントの高速フーリエ変換(FFT)、もしくは離散フーリエ変換(DFT)を施し、Nc個のサブキャリア成分を得る。FFT部209は、得られたNc個のサブキャリア成分をデマッピング部210に入力する。デマッピング部210は、自装置宛のデータ変調信号が配置されているサブキャリアの信号のみを取り出し、データ復調部211に入力する。本実施形態では、全てのサブキャリアに配置されている信号は自装置宛のデータ変調信号であるので、デマッピング部210は、各サブキャリアで伝送されているNc個の並列データを直列データに変換する並直列変換を行う。デマッピング部210は並直列変換によって得られた直列データをデータ復調部211に入力する。
データ復調部211は、入力された直列データに対して、無線送信装置11のデータ変調部102で用いた変調方式に対応するデータ復調を行ない、データ復調により得られたデータをチャネル復号部212に入力する。チャネル復号部212は、入力されたデータに対して、無線送信装置11のチャネル符号化部101で用いた符号化方式に対応するチャネル復号を施して、送信データ系列Tに対応する復号結果Dを得る。
次に、合成伝搬路推定部207による合成伝搬路の推定方法を説明する。チャネル等化部208に入力されるOFDM信号を{r(t);t=1〜Nc}としたとき、r(t)は式(4)で表される。
ここで、{η(t);t=1〜Nc}は無線受信装置12にて印加される平均が0で分散が2σ2の白色性ガウス雑音である。雑音電力は、伝搬路推定部205で推定され、チャネル等化部208およびチャネル復号部212等で用いられる。以下では、雑音電力は、伝搬路推定部205により理想的に推定されるものとして説明する。また、式(3)を式(4)に代入して整理すると式(5)が得られる。
合成伝搬路推定部207は、式(5)のgl(t)を、合成伝搬路の推定結果として算出する。なお、式(5)におけるhn,lには、伝搬路推定部205の推定結果を用い、Δには、シフト量取得部206が取得したシフト量の差を用いる。なお、式(5)は、シフト量An=(n−1)Δであることを前提としているが、式(5)の(n−1)ΔをAnとすることで、シフト量の差が等間隔でない場合も、gl(t)を算出できる。
次に、チャネル等化部208によるチャネル等化処理を説明する。本実施形態では、チャネル等化部208において時間領域チャネル等化(以下では、単に時間領域等化とも呼ぶ)を行う。時間領域等化の方法として、以下では、空間フィルタリングに基づく方法を用いた場合について説明するが、その他の方法であってもよい。
式(5)で与えられる受信信号r(t)をr=[r(1),...,r(Nc)]Tのように、ベクトルで表現することを考えた場合、式(5)は式(6)に示すような行列で表現できる。
式(6)において、ベクトルd=[d(1),...,d(Nc)]Tであり、ベクトルη=[η(1),...,η(Nc)]Tである。また、行列Gは式(7)で与えられる。
式(7)において、行列e(τ)は、diag{exp(−j2πτ/Nc),exp(−j2π2τ/Nc),...,exp(−j2πNcτ/Nc)}で与えられるNc行Nc列の対角行列である。つまり、受信信号r(t)をベクトル表現した場合、チャネル等化部208は、受信信号をNc送信Nc受信のMIMO(Multiple input multiple output)チャネルの受信信号と見なすことが出来る。
そこで、チャネル等化部208は、式(6)で与えられる見掛け上の伝搬路(合成伝搬路)を表す行列Gに基づき、MIMOの空間分離フィルタに相当する線形フィルタWを算出する。そして、チャネル等化部208は、線形フィルタWを、ベクトルrに乗算することで、時間領域チャネル等化を行う。ここで、ベクトルrは、データ変調信号だけで構成されているOFDM信号である。そして、該乗算により、チャネル等化された信号である、送信信号の時間領域応答ベクトルdの軟推定値が得られる。空間分離フィルタWとしては、Gの逆行列G−1で与えられるZFフィルタを用いてもよいし、(GHG+σ2I)−1GHで与えられるMMSEフィルタを用いてもよいし(Iは単位行列を表す)、その他の空間分離フィルタであってもよい。
次に、伝搬路推定部205による伝搬路推定方法を説明する。伝搬路推定部205に入力された既知参照信号系列だけで構成されているOFDM信号を{rp(t);t=1〜Nc}としたとき、r(t)は式(8)で与えられる。
ここで、pn(t)は、アンテナ109−nから送信されている既知参照信号系列で構成されている時間領域のOFDM信号を表す。式(8)にFFTを適用することで、式(9)を得ることが出来る。
ここで、Hn(k)はアンテナ109−nと、無線受信装置12との間の伝搬路の周波数伝達関数である。kは、サブキャリアのインデックスである。また、Pn(k)は、pn(t)の周波数領域の信号である。ここで、Pn(k)は、時間多重部111−1〜111−Ntでも説明したように周波数分割多重されている。このため、各サブキャリアでは、アンテナ109−1〜109−Ntのうちのいずれかから送信されている既知参照信号のみが受信される。
よって、伝搬路推定部205は、サブキャリアkの受信信号に対して、既知参照信号を用いた逆変調を行うことで、該サブキャリアkで既知参照信号を送信しているアンテナ109−nのHn(k)を推定することが出来る。Hn(k)のうち、推定値が得られないkとnの組み合わせのHn(k)については、伝搬路推定部205は、周辺の値から補間することで算出する。そして、伝搬路推定部205は、Hn(k)にIFFTを適用することで、チャネルインパルス応答hn(τ)を算出する。つまりは、式(3)で与えられる伝搬路巡回行列hnが得られる。伝搬路推定部205は、この伝搬路巡回行列hnを合成伝搬路推定部207に入力する。
以上、伝搬路推定部におけるGの推定方法について説明してきたが、推定方法は、以上の方法に限定されるものではなく、例えば2次元MMSEチャネル推定方法等によりチャネルインパルス応答の推定を行っても良い。
図7は、信号分離部204、伝搬路推定部205、シフト量取得部206、合成伝搬路推定部207およびチャネル等化部208における信号処理を説明するフローチャートである。初めに、信号分離部204は、受信信号を、データ信号のみで構成されるOFDM信号(図中ではデータ部分と記載)と既知参照信号のみから構成されるOFDM信号(図中ではパイロット部分と記載)と制御信号のみから構成される信号(図中では制御信号部分と記載)に分離する(ステップS201)。次いで、伝搬路推定部205は、入力された既知参照信号に基づいて、無線送信装置11のアンテナ109−1〜109−Ntと、無線受信装置12との間のチャネルインパルス応答hn(τ)を推定する(ステップS202)。また、シフト量取得部206は、制御信号からアンテナ09−1〜109−Nt各々のシフト量を取得する。
次に、合成伝搬路推定部207は、ステップS202で推定されたチャネルインパルス応答hn(τ)と、ステップS203で取得されたシフト量とに基づいて、見掛け上の伝搬路行列Gを推定する(ステップS204)。次に、チャネル等化部208は、ステップS204にて推定された伝搬路行列Gに基づいて、時間領域等化のための線形フィルタWを算出する(ステップS205)。そして、チャネル等化部208は、算出した線形フィルタWを受信信号ベクトルrに乗算する時間領域等化を行う(ステップS206)。最後に、チャネル等化部208は、等化出力をFFT部209に入力する(ステップS206)。以上で、信号処理は終了となる。
gl(t)は、前述したように、無線送信装置11のマッピング部103の出力からアンテナ201までの見かけ上の伝搬路(合成伝搬路)を表す。gl(t)は、時間によって変動している。したがって、受信信号は、周波数シフトを与える前のデータ変調信号の時間領域信号d(t)が時間・周波数選択性フェージングチャネルを伝搬してきたものと見なすことが出来る。なお、アンテナ109−1〜109−Nt間でシフト量の差を与えなかった場合(Δ=0の場合)、gl(t)は、時間によって変動しないので、式(5)は、d(t)が、時間選択性はなく、周波数選択性フェージングのみを有するチャネルを伝搬してきた場合と等価となる。すなわち、アンテナ109−1〜109−Nt間でシフト量の差を有する周波数シフトを与えることで、見かけ上の伝搬路に、時間選択性フェージングを与えることができる。
式(5)で与えられる受信信号は、従来のOFDM信号伝送において、無線受信装置が高速に移動した場合と同様に、伝搬路の時間選択性による影響が大きくなる。無線受信装置12が高速に移動した場合、従来では、伝搬路の時間選択性の強さを無線受信装置12が把握できないため、gl(t)を推定することが出来ない。一方、本実施形態では、無線受信装置12は、制御信号からシフト量の差Δを把握できる。したがって、複素パス利得や、パスの遅延時間(伝搬路推定部205が推定したhn,l)と、シフト量の差Δとから、gl(t)を推定することが出来る。
ところで、従来技術として、伝搬路の周波数選択性を激しくすることで周波数ダイバーシチ効果の獲得を狙う循環遅延送信ダイバーシチ(CDD)が検討されてきた。これは、無線送信装置がデータ変調信号に対して、時間シフトを与えることで、伝搬路の周波数選択性を激しくする送信ダイバーシチ技術である。周波数ダイバーシチ効果を得るためには、データ変調信号は周波数領域において拡散されている必要がある。図8は、OFDM信号の時間および周波数方向への拡散と、伝搬路の周波数および時間選択性を説明する図である。図9は、シングルキャリア信号の時間および周波数方向への拡散と、伝搬路の周波数および時間選択性を説明する図である。
図8の符号aを付したグラフでは、横軸が周波数である。線hf1は、各周波数における利得の例を示す。周波数方向に分割され、網掛けされた領域は、領域各々にシンボルが割り当てられているOFDM信号を示す。図8の符号bを付したグラフは、横軸が時間であり、符号aのOFDM信号をIFFTして、時間領域で表したものである。線ht1は、各時間における利得の例を示す。また、上下方向に分割され、網掛けされた領域は、領域各々にシンボルが割り当てられていることを示す。すなわち、OFDM信号を時間領域で見ると、各シンボルは時間方向にはFFT区間全体に亘って拡散され、複数のシンボルが重畳されていることを示す。
図9の符号cを付したグラフでは、横軸が周波数である。線hf2は、各周波数における利得の例を示す。上下方向に分割され、網掛けされた領域は、領域各々にシンボルが割り当てられているシングルキャリア信号を示す。図9の符号dを付したグラフは、横軸が時間であり、符号cを付したグラフをIFFTして、時間領域で表したものである。線ht2は、各時間における利得の例を示す。また、時間方向に分割され、網掛けされた領域は、領域各々にシンボルが割り当てられていることを示す。すなわち、シングルキャリア信号を周波数領域で見ると、各シンボルは周波数方向には全体に亘って拡散され、複数のシンボルが重畳されていることを示す。
循環遅延送信ダイバーシチCDDは、図8の線hf1および図9の線hf2に示されている周波数領域における伝搬路利得(図中太線で記載)の変動を激しくする技術である。図8の符号aが示すように、OFDM信号伝送では、各データ変調信号は一つのサブキャリアによって送信されている。このため、周波数方向には拡散されておらず、伝搬路利得が落ち込んでいる周波数で送信されているデータは失われてしまう。一方、図9の符号cに示すようなシングルキャリア伝送では、周波数方向に拡散されている。このため、伝搬路利得が落ち込んでいる周波数で送信されている信号が失われても、他の周波数で送信されている信号は失われていない。本実施形態では、このことを周波数ダイバーシチ利得と呼ぶ。
OFDM信号伝送においても、符号化率の低いチャネル符号化を行うことにより、周波数拡散と同じ効果を得ることが出来るが、符号化率が高い場合、周波数拡散の効果は小さくなるから、伝搬路の周波数選択性が激しくても周波数ダイバーシチ効果を得ることが出来ない。つまり、符号化率が高いOFDM信号伝送においては、CDDによる特性改善効果は望めないことを意味している
一方、図8の符号bに示されているように、各サブキャリアで送信されているデータ変調信号は、時間領域においてはOFDM信号全体に拡散されている。本実施形態が対象としている送信ダイバーシチ技術は、図8の線ht1および図9の線ht2に示されている時間領域における伝搬路利得の変動を激しくする技術である。図8の符号bに示されているように、伝搬路の時間選択性が激しければ、一部の時間では信号が失われても、他の時間では信号は失われる事は無い。このことを、本実施形態では時間ダイバーシチ効果と呼ぶ。
図10は、本実施形態におけるビット誤り率(BER)特性の一例を示した図である。図10は、以下のような条件のもと、計算機シミュレーションによって求められた特性である。伝搬路は、パス数2の等電力の周波数選択性レイリーフェージングチャネルである。また、伝搬路の時間変動は無い。変調方式はQPSKであり、誤り訂正符号は行っていない。サブキャリア数256のOFDM信号伝送であり、送信アンテナ数は2である。なお、チャネル推定は理想的としている。
図10において、横軸はEb/N0の平均値、縦軸はBER(Bit Error Rate)の平均値である。実線C1は、本実施形態と同様に周波数シフトによる送信ダイバーシチ技術を用いた場合のBER特性を示す。点線C2は、従来技術であるCDDを用いた場合の、BER特性を示す。図10から分かるように、無符号化のOFDM信号伝送においては、従来技術であるCDDに対して、周波数シフトによる送信ダイバーシチ技術は、伝送特性が改善されていることが確認できる。
このように、本実施形態よれば、データ信号に対して、時間拡散が行われているOFDM信号伝送において、時間ダイバーシチ利得を得ることが出来るから、伝送特性の優れた改善効果を得ることができる。
なお、本実施形態では、伝送方式としてOFDMを用いた無線通信システムの場合を説明したが、シングルキャリアベースの伝送方式(例えばシングルキャリア周波数分割多重アクセス(SC−FDMA)方式など)を用いた無線通信システムであってもよい。なお、低い符号化率によるチャネル符号化や、時間領域における直接拡散を用いた場合に、優れた効果を奏するのは、本実施形態と同様である。シングルキャリアベースの伝送方式の場合、無線送信装置11のデータ変調部102と、マッピング部103との間に、離散フーリエ変換を行うDFT部を挿入する。また、無線受信装置12のデマッピング部210と、データ復調部211との間に、逆離散フーリエ変換を行うIDFT部を挿入する。
また、本実施形態では、周波数シフト部151−1〜151−Ntの後に、時間多重部111−1〜111−Ntが配置されているが、周波数シフト部151−1〜151−Ntの前に、時間多重部111−1〜111−Ntが配置されていてもよい。この場合、時間多重部111−1〜111−Ntによる配置結果ではなく、周波数シフト部151−1〜151−Ntによる周波数シフトの結果、既知参照信号が直交するようにする。
また、本実施形態においては、チャネル等化部208は、線形フィルタWにより時間領域等化を行っている。しかし、上述したように、受信信号をMIMOチャネルと見なすことができるため、他のMIMOの信号分離処理によって等化を行うことも可能である。例えば、最尤検出等によって推定することが可能である。
また、本実施形態において、シフト部105は、Nt個の周波数シフト部151−1〜151−Ntを有し、アンテナ109−1〜109−Ntの各々向けの送信信号を周波数シフトしている。しかし、少なくとも1つのアンテナ向けの送信信号を周波数シフトしていればよく、例えば、周波数シフト部を1つのみ有し、アンテナ109−1向けの送信信号のみを周波数シフトするようにしてもよい。
また、本実施形態において、シフト部105は、Nt個の周波数シフト部151−1〜151−Ntを有し、アンテナ109−1〜109−Ntの各々向けの送信信号を周波数シフトしている。しかし、少なくとも1つのアンテナ向けの送信信号を周波数シフトしていればよく、例えば、周波数シフト部を1つのみ有し、アンテナ109−1向けの送信信号のみを周波数シフトするようにしてもよい。
[第2の実施形態]
第1の実施形態では、複数のアンテナを備えた無線送信装置11において、送信信号の周波数スペクトルに対して、各アンテナで異なる周波数シフトを与える無線通信システム10を説明した。これにより、第1の実施形態の無線通信システム10は、時間ダイバーシチ利得を獲得できる。ところで、送信信号の周波数スペクトルに与えた周波数シフトは、時間領域で与えることも可能である。
第1の実施形態では、複数のアンテナを備えた無線送信装置11において、送信信号の周波数スペクトルに対して、各アンテナで異なる周波数シフトを与える無線通信システム10を説明した。これにより、第1の実施形態の無線通信システム10は、時間ダイバーシチ利得を獲得できる。ところで、送信信号の周波数スペクトルに与えた周波数シフトは、時間領域で与えることも可能である。
第2の実施形態では、周波数シフトを同等の処理を時間領域で与える場合を説明する。本実施形態における無線通信システム10aは、無線送信装置11aと、無線受信装置12とを含んで構成される。無線受信装置12は、第1の実施形態における無線受信装置12と同様であるので、説明を省略する。
図11は、第2の実施形態に係る無線送信装置11aの構成を示すブロック図である。無線送信装置11aの構成は、図2の無線送信装置11とほぼ同様であるが、いくつかの点が異なる。1点目は、IFFT部106が、マッピング部103の直後に配置されていることである。2点目は、シフト部105に替えてシフト部105aが、IFFT部106の直後に配置されていることである。3点目は、既知参照信号系列生成部104、時間多重部111−1〜111−Ntに替えて既知参照信号系列生成部104、時間多重部111−1〜111−Ntが、シフト部105aとGI挿入部107−1〜107−Ntとの間に挿入されていることである。
なお、シフト部105aは、周波数シフト部151−1〜151−Ntに替えて位相回転部151a−1〜151a−Ntを有し、シフト制御部152に替えて位相回転制御部152aを有する。その他の部分は、図2の無線送信装置11と同様であるので、対応する符号(101〜103、107−1〜110)を付し、説明を省略する。
IFFT部106は、マッピング部103により入力された信号{D(k);k=1〜Nc}に対して、逆高速フーリエ変換を施し、時間領域のOFDM信号{d(t);t=1〜Nc}を生成する。IFFT部106は、生成した時間領域のOFDM信号を、アンテナ109−1〜109−Ntの各々に対応する位相回転部151a−1〜151a−Ntに入力する。
位相回転部151a−1〜151a−Ntの各々は、{d(t)}に対して、exp(−j2πt(n−1)Δ/Nc)の位相回転を与える。ここで、nは、符号の枝番である。位相回転制御部152aは、位相回転量Δを決定し、位相回転部151a−1〜151a−Ntに指定する。なお、Δの制御方法は、第1の実施形態の無線送信装置11のシフト制御部152で行われるシフト量の差の制御方法と同様である。位相回転部151a−1〜151a−Ntは、位相回転を施した信号を、それぞれ対応する時間多重部111a−1〜111a−Ntに入力する。また、位相回転制御部152aは、決定した位相回転量Δを制御信号生成部110に入力する。
既知参照信号系列生成部104aは、図2の既知参照信号系列生成部104と同様であるが、生成する既知参照信号系列が時間領域の信号である点が異なる。時間多重部111a−1〜111a−Ntも、図2の時間多重部111−1〜111−Ntと同様であるが、位相回転部151a−1〜151a−Ntが入力した時間領域の信号に対して、既知参照信号系列生成部104aが生成した時間領域の既知参照信号系列を時間多重する点が異なる。
第2の実施形態では、送信信号の周波数スペクトルに与える周波数シフトを時間領域で与える場合を対象とした。第2の実施形態における無線送信装置11aが送信する信号は、第1の実施形態における無線送信装置11が送信する信号と等価である。このため、第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、時間ダイバーシチ利得を得ることが出来るから、伝送特性の優れた改善効果を得ることができる。
また、第2の実施形態の方法によれば、無線送信装置11aが備えるアンテナ数に依らず、IFFT部106が一つだけで十分となるため、第1の実施形態に係る無線送信装置11と比較して、無線送信装置11aの複雑性を小さくすることが可能となる。
また、第2の実施形態の方法によれば、無線送信装置11aが備えるアンテナ数に依らず、IFFT部106が一つだけで十分となるため、第1の実施形態に係る無線送信装置11と比較して、無線送信装置11aの複雑性を小さくすることが可能となる。
[第3の実施形態]
第1および第2の実施形態では、与えられた通信帯域を1つの無線受信装置が占有するもの場合を対象とした。ところで、一般的なセルラーシステムにおいては、ひとつの基地局装置に複数の端末装置が接続する多重接続が行われる。多重接続の方法として、時間分割多重、周波数分割多重、符号分割多重、および空間分割多重が挙げられる。広帯域伝送においては、伝搬路が周波数選択性を有することは既に述べたが、このことは、OFDM信号伝送においては、サブキャリア毎に通信品質が異なることを意味している。
第1および第2の実施形態では、与えられた通信帯域を1つの無線受信装置が占有するもの場合を対象とした。ところで、一般的なセルラーシステムにおいては、ひとつの基地局装置に複数の端末装置が接続する多重接続が行われる。多重接続の方法として、時間分割多重、周波数分割多重、符号分割多重、および空間分割多重が挙げられる。広帯域伝送においては、伝搬路が周波数選択性を有することは既に述べたが、このことは、OFDM信号伝送においては、サブキャリア毎に通信品質が異なることを意味している。
伝搬路自体は、端末装置毎にほぼ無相関のものであるから、各端末装置に通信品質の良好なサブキャリアを割り当てることで、マルチユーザダイバーシチ効果を得ることが出来る。よって、全通信帯域を1つの端末装置が占有する場合よりも、高い周波数利用効率が達成可能であることが知られている。このような多重接続(多重アクセス)方式はOFDM Access (OFDMA)と呼ばれ、LTEに採用されている多重アクセス方式である。第3の実施形態においては、OFDMA方式を対象とする。
図12は、本実施形態における無線通信システム10bの構成を示す概略図である。無線通信システム10bは、無線送信装置11b(基地局装置ともいう)と、U個の無線受信装置12b−1〜12b−U(端末装置ともいう)とを含んで構成される。無線送信装置11bは、Nt本のアンテナを有し、無線受信装置12b−1〜12b−Uは、それぞれNr本のアンテナを有する。無線通信システム10bは、U個の無線受信装置12b−1〜12b−Uが、無線送信装置11bに接続する、すなわち1対Uの伝送を行う。
図13は、無線送信装置11bの構成を示す概略ブロック図である。無線送信装置11bは、チャネル符号化部101−1〜101−U、データ変調部102−1〜102−U、マッピング部103b、既知参照信号系列生成部104b、シフト部105b、IFFT部106−1〜106−Nt、GI挿入部107−1〜107−Nt、無線送信部108−1〜108−Nt、アンテナ109−1〜109−Nt、制御信号生成部110を含んで構成される。シフト部105bは、周波数シフト部151b−1〜151b−Nt、シフト制御部152を含んで構成される。
無線送信装置11bの構成は、図2の無線送信装置11とほぼ同様であるが、多重接続端末数U個だけのチャネル符号化部101−1〜101−Uおよびデータ変調部102−1〜102−Uを有するとともに、マッピング部103bはアンテナ109−1〜109−Nt各々向けの信号を生成して、それぞれ対応する周波数シフト部151b−1〜151b−Ntに直接入力する点が図2とは異なる。また、図13において、図2の各部に対応する部分には、同じ符号(106−1〜110、152)を付し、説明を省略する。
チャネル符号化部101−1〜101−Uの各々は、図2のチャネル符号化部101と同様である。チャネル符号化部101−1〜101−Uの各々は、無線受信装置12b−1〜12b−Uのうちの対応する装置宛ての送信データ系列Tnに対して、それぞれチャネル符号化を行ない、それぞれ対応するデータ変調部102−1〜102−Uに入力する。データ変調部102−1〜102−Uの各々は、入力された信号に対して、ディジタルデータ変調を適用して、データ変調信号を生成し、マッピング部103bに入力する。既知参照信号系列生成部104bは、アンテナ109−1〜109−Ntで送信される既知参照信号が直交するように、既知参照信号系列を生成し、マッピング部103bに入力する。なお、既知参照信号は、周波数配置により直交していてもよいし、符号系列そのものが直交していてもよい。
マッピング部103bは、データ変調部102−1〜102−Uより入力される無線受信装置12b−1〜12b−U各々宛のデータ変調信号を、宛先の無線受信装置に割り当てられたサブキャリアに、マッピングする。サブキャリア割り当ては、例えば、無線受信装置12b−1〜12b−Uより通知される、無線受信装置12b−1〜12b−U各々の受信品質に関連付けられた制御情報に基づき行われる。
また、無線送信装置11bは、複数のアンテナ109−1〜109−Ntを有している。このため、送信方法は、第1の実施形態で対象とした送信ダイバーシチに限られるものではなく、空間多重(SDM;Space Division Multiplexing)伝送を行うことも可能である。ここで、空間多重伝送とは、アンテナ109−1〜109−Ntの各々から異なるデータ変調信号を送信して、伝送する方法である。ただし、空間多重伝送を行うためには、ある程度高い受信品質が必要であるとともに、無線受信装置が複数の受信アンテナを備えている必要がある。一般に、受信品質が低い場合には、伝送品質を安定させるダイバーシチ送信が行われ、受信品質が高い場合には、周波数利用効率を向上させる空間多重が行われる。
よって、マッピング部103bは、無線受信装置12b−1〜12b−U各々の受信品質に基づき、割り当てるサブキャリア、および送信方法を適応的に制御する。以下では、サブキャリアの割り当て、および送信方法の制御は、一定数のサブキャリアおよびOFDM信号を単位としたリソースブロック毎に行うものとする。リソースブロックの割り当ては、通常、受信品質に応じて行われる。本実施形態では、一形態として、無線受信装置12b−1〜12b−U各々にリソースブロックを等配分するラウンドロビン(RR)方式に基づいて割り当てが行われる場合を説明する。もちろん、他の方式(例えば、プロポーショナルフェアネス(PF)方式等)に基づいて割り当てを行なっても良い。
また、送信方法については、一形態として、多重接続しているU個の無線受信装置12b−1〜12b−Uの中で、無線受信装置12b−1に対する送信のみが、送信信号に周波数シフトを与える送信ダイバーシチを用いている場合を説明する。さらに、その場合の中でも、無線受信装置12b−1に割り当てられているサブキャリアがk=1〜M1であるときを例に取り説明をする。なお、該無線受信装置に対する送信に送信ダイバーシチが用いられている無線受信装置の数が1より大きくても構わない。以下では、該無線受信装置に対する送信に送信ダイバーシチが用いられている無線受信装置のことをダイバーシチ参加端末ともいう。
マッピング部103bは、無線受信装置12b−1〜12b−U各々に割り当てるサブキャリア、および各々への送信に用いる送信方法を決定し、該決定に従い、データ変調信号をサブキャリアに配置した周波数領域の信号を、アンテナ109−1〜109−Nt毎に生成し、それぞれ対応する周波数シフト部101b−1〜101b−Ntに入力する。例えば、送信方法が送信ダイバーシチである無線受信装置12b−1には、1番から24番のサブキャリアが割り当てられ、送信方法がMIMOである無線受信装置12b−2には、25番から48番のサブキャリアが割り当てられたとする。
この場合、アンテナ109−1〜109−Ntへの信号の宛ての1番のサブキャリアには、無線受信装置12b−1宛ての1番目のデータ変調信号が配置される。2番目から24番目のサブキャリアには、同様に2番目から24番目のデータ変調信号が配置される。これに対し、25番目のサブキャリアには、アンテナ109−1〜109−Nt各々への信号に、無線受信装置12b−2宛てのデータ変調信号であって、それぞれ異なるデータ変調信号が配置される。26番目から48番目のサブキャリアも同様である。
また、マッピング部103bは、既知参照信号系列生成部104bが生成した既知参照信号を、データ変調信号と時間多重させる。
また、マッピング部103bは、既知参照信号系列生成部104bが生成した既知参照信号を、データ変調信号と時間多重させる。
マッピング部103bは、データ変調信号および既知参照信号を配置したアンテナ109−1〜109−Ntへの信号を、それぞれ対応する周波数シフト部151b−1〜151b−Ntに入力する。そして、周波数シフト部151b−1〜151b−Ntの各々は、入力された信号に対して、周波数シフトを行なう。ここで、周波数シフト部151b−1〜151b−Ntは、周波数シフトをダイバーシチ参加端末宛の信号についてのみ行う。また、周波数シフトの巡回は、ダイバーシチ参加端末各々に割り当て有られた周波数帯内で閉じて行われる。
例えば、ダイバーシチ参加端末は、無線受信装置12b−1であり、無線受信装置12b−1に、k=1〜M1のサブキャリアが割り当てられている場合を例に説明する。マッピング部103bが生成した信号であって、無線受信装置12b−1宛ての信号を{D1(k);k=1〜M1}とする。このとき、周波数シフト部151b−nは、この信号に対してSn,1(k)=D(mod(k−(n−1)Δ,M1))で与えられる周波数シフトを行う。なお、{Sn,1(k);n=1〜Nt、k=1〜M1}は、周波数シフト部151b−nの出力のうち、k=1〜M1のサブキャリアの部分である。周波数シフト量の差Δについては、NcをM1に置き換えて、M1/Ntを最大値として、少なくとも1より大きく設定すればよい。
なお、ダイバーシチ参加端末が割り当てられていないサブキャリアについては、周波数シフトの対象としない。周波数シフト部151b−1〜151b−Ntは、入力された信号のうち、ダイバーシチ参加端末に割り当てられたサブキャリアについて周波数シフトし、その結果を、それぞれ対応するIFFT部106−1〜106−Ntに入力する。周波数シフト部151b−1〜151b−Ntは、ダイバーシチ参加端末に割り当てられていないサブキャリアについては、そのまま、それぞれ対応するIFFT部106−1〜106−Ntに入力する。
なお、サブキャリアの割り当ては、不連続に割り当てられる場合もある。不連続なサブキャリアが割り当てられた場合、周波数シフト部151b−1〜151b−Ntは、一旦サブキャリアを連続配置し、周波数シフトを与えたのち、再度サブキャリアを不連続配置する。
なお、サブキャリアの割り当ては、不連続に割り当てられる場合もある。不連続なサブキャリアが割り当てられた場合、周波数シフト部151b−1〜151b−Ntは、一旦サブキャリアを連続配置し、周波数シフトを与えたのち、再度サブキャリアを不連続配置する。
なお、上記説明では、SDMと送信ダイバーシチのいずれかの送信方法が、マッピング部において選択されるものとして説明を行ったが、選択される送信方法として別のものがあっても構わない。例えば、CDDも選択するような構成とすることも可能である。この場合、例えば、誤り訂正符号と自動再送要求を組み合わせたハイブリッド自動再送要求(HARQ;Hybrid Automatic Repeat request))に基づくパケット伝送が行われていれば、初送パケットについては符号化率が高いパケットを送信し、再送パケットにおいては初送時に送らなかったパリティを送るIncremental redunduncy (IR)法と呼ばれるパケット送信方法が取られる場合がある。この場合、符号化率の高い初送パケットについては、本発明に基づく送信ダイバーシチを行い、符号化率が低くなる再送パケットについてはCDDを用いるような制御を行うことも可能である。また、送信信号に対して、時間領域と周波数領域の2次元の領域において、同時にシフトを与えた送信ダイバーシチを行っても良い。
図14は、本実施形態に係る無線受信装置12b−1の構成を示すブロック図である。なお、ダイバーシチ参加端末ではない、無線受信装置12b−2〜12b−Uは、従来のMIMO方式で通信を行う無線受信装置と同様の構成であるので、説明を省略する。同図において、図6に対応する部分には、同一の符号(201〜209、211、212)を付し、説明を省略する。図14に示すように、無線受信装置12b−1は、アンテナ201と、無線受信部202と、GI除去部203と、FFT部209と、デマッピング部210bと、IDFT部213と、信号分離部204と、伝搬路推定部205と、シフト量取得部206、合成伝搬路推定部207と、チャネル等化部208と、DFT部214と、データ復調部211と、チャネル復号部212とを含んで構成されている。
デマッピング部210bは、FFT部209により生成されたNc個のサブキャリア成分のうち、当該無線受信装置12b−1に割り当てられたサブキャリアの成分を抽出する。IDFT部213は、デマッピング部210bが抽出した成分に対して、逆離散フーリエ変換を行い、時間領域の信号に変換する。DFT部214は、チャネル等化部208により時間領域等化された信号に対して、離散フーリエ変換を施す。これにより、時間領域等化された信号の、当該無線受信装置12b−1に割り当てられたサブキャリア各々の成分が得られる。
図14に示すように、無線受信装置12b−1では、FFT部209と、信号分離部204との間に、FFT部209と、デマッピング部210b、IDFT部213が挿入されている。また、チャネル等化部208の後にDFT部214が挿入されており、DFT部214による処理結果は、データ復調部211に入力される。このように構成することで、伝搬路推定部205が推定する伝搬路は、当該無線受信装置12b−1に割り当てられたサブキャリアにより構成される伝搬路となる。また、合成伝搬路推定部207が推定する伝搬路も、当該無線受信装置12b−1に割り当てられたサブキャリアのみからなる合成伝搬路となる。
以下では、送信ダイバーシチ参加端末である無線受信装置12b−1における信号処理について説明する。数式表現において、特に端末装置のインデックスを示す添え字が記載されていない場合、それは無線受信装置12b−1に関するものである。また、無線受信装置12b−1が備えるアンテナ201の数は1として説明を行うが、複数の受信アンテナを備えていても構わない。
無線受信装置12b−1において、アンテナ201は、受信した信号を、無線受信部202に入力する。無線受信部202は、入力された信号をベースバンド帯の信号に変換し、GI除去部203に入力する。GI除去部203は、入力された信号よりガードインターバルを取り除き、FFT部209に入力する。FFT部209は入力された信号に対して、FFTを適用し、Nc個のサブキャリア成分を得る。FFT部209は、得られたNc個のサブキャリア成分を、デマッピング部210bに入力する。
デマッピング部210bは、入力されたサブキャリア成分のうち、自装置に割り当てられたサブキャリアによって送信された信号のみを抽出するデマッピング処理を行なう。このために、デマッピング部210bは、無線送信装置11bによって行われたリソースブロック割り当てを表す制御信号を、予め取得している。無線受信装置12b−1に割り当てられたサブキャリアが、例えば、k=1〜M1であるときは、デマッピング部210bは入力されたNc個のサブキャリア成分のうち、k=1〜M1の部分を取り出し、IDFT部213に入力する。
IDFT部213は、入力された信号に対して、該信号数に応じたポイント数のIDFTを適用することで、時間領域信号を算出する。ここでは、IDFTを行うと説明したが、ポイント数が2のべき乗で有る場合においては、もちろんIFFTにより時間領域信号に変換してもよい。なお、IDFT部213に入力される信号数は、当該無線受信装置12b−1に割り当てられたサブキャリア数となるので、上述のようにk=1〜M1のサブキャリアが割り当てられたときは、ポイント数はM1である。IDFT部213は得られた時間領域信号を信号分離部204に入力する。
IDFT部213がIDFTを行なうことで得られる時間領域信号{r(t);t=1〜M1}は、自装置宛の信号しか含まない受信信号となる。つまり、式(5)で与えられる受信信号と同等の信号ということになるから、信号分離部204、伝搬路推定部205、シフト量取得部206、合成伝搬路推定部207およびチャネル等化部208における信号処理は、第1の実施形態における無線受信装置12と同じものとなる。なお、シフト量を示す制御信号を伝送するサブキャリアが、無線受信装置12b−1に割り当てられたサブキャリア以外を含む場合は、シフト量を示す制御信号の分離を、デマッピング部210bよりも前に行うようにする。
ただし、式(5)で与えられる受信信号はNcサンプルあるのに対して、本実施形態においては、当該無線受信装置12b−1に割り当てられたサブキャリア数(上述の例では、M1サンプル)のみとなる。また、第1の実施形態でモデル化したチャネルインパルス応答は、1つの無線受信装置12が全通信帯域を占有した場合を想定したものであるが、本実施形態の場合、無線受信装置12b−1が割り当てられている通信帯域に応じて定義されるチャネルインパルス応答となる。
チャネル等化部208は、信号処理により得られた信号をDFT部214に入力する。DFT部214は、入力された信号に対して、IDFT部213と同じポイント数(上述の例ではM1ポイント)のDFTを適用し、再度サブキャリア成分への変換を行なう。なお、IDFT部213と同様に、割り当てられているサブキャリア数M1の値によっては、FFTによってサブキャリア復調を行っても構わない。DFT部214は、サブキャリア復調によって得られた信号を、データ復調部211に入力する。データ復調部211およびチャネル復号部212における信号処理は第1の実施形態と同様である。
なお、本実施形態において、ダイバーシチ参加端末は、無線受信装置12b−1のみであるとして説明したが、複数の無線受信装置が、ダイバーシチ参加端末であってもよい。その場合は、ダイバーシチ参加端末は、無線受信装置120b−1と同様の構成を有する。
以上の説明では、OFDMA伝送を対象に説明を行なった。ところで、シングルキャリアベースのアクセス方式において、信号スペクトルを分割し、それぞれ異なる帯域で伝送する無線アクセス方式が検討されている。本実施形態の方法は、そのような信号スペクトルを分割して送信するシングルキャリアベースのアクセス方式にも適用することが可能である。
以上の説明では、OFDMA伝送を対象に説明を行なった。ところで、シングルキャリアベースのアクセス方式において、信号スペクトルを分割し、それぞれ異なる帯域で伝送する無線アクセス方式が検討されている。本実施形態の方法は、そのような信号スペクトルを分割して送信するシングルキャリアベースのアクセス方式にも適用することが可能である。
第3の実施形態では、OFDMA伝送を対象として、本発明に係る送信ダイバーシチの実施方法について示した。本実施形態によれば、OFDMA伝送で得られるマルチユーザダイバーシチを得つつ、大きな送信アンテナダイバーシチ効果を得ることが出来るため、周波数利用効率を改善することが可能となる。
また、上述の各実施形態において、無線送信装置11、11a、11bは、シフト量を無線受信装置12、12b−1に通知するとして説明したが、同一の値を各々が予め記憶しておき、該値を用いるようにしてもよい。
また、図1における無線送信装置11、無線受信装置12、図11における無線送信装置11a、図12における無線送信装置11b、無線受信装置12b−1〜12b−U各々の機能あるいはそれらの一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各装置を実現するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
また、図1における無線送信装置11、無線受信装置12、図11における無線送信装置11a、図12における無線送信装置11b、無線受信装置12b−1〜12b−Uの一部、または全部を典型的には集積回路であるLSIとして実現してもよい。各装置の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
10、10a、10b…無線通信システム
11、11a、11b…無線送信装置
12、12b−1〜12b−U…無線受信装置
101、101−1〜101−U…チャネル符号化部
102、102−1〜102−U…データ変調部
103、103b…マッピング部
104、104a、104b…既知参照信号系列生成部
105、105a、105b…シフト部
106、106−1〜106−Nt…IFFT部
107−1〜107−Nt…GI挿入部
108−1〜108−Nt…無線送信部
109−1〜109−Nt…アンテナ
110…制御信号生成部
111−1〜111−Nt、111a−1〜111a−Nt…時間多重部
151−1〜151−Nt、151b−1〜151b−Nt…周波数シフト部
151a−1〜151a−Nt…位相回転部
152…シフト制御部
152a…位相回転制御部
201…アンテナ
202…無線受信部
203…GI除去部
204…信号分離部
205…伝搬路推定部
206…シフト量取得部
207…合成伝搬路推定部
208…チャネル等化部
209…FFT部
210、210b…デマッピング部
211…データ復調部
212…チャネル復号部
213…IDFT部
214…DFT部
11、11a、11b…無線送信装置
12、12b−1〜12b−U…無線受信装置
101、101−1〜101−U…チャネル符号化部
102、102−1〜102−U…データ変調部
103、103b…マッピング部
104、104a、104b…既知参照信号系列生成部
105、105a、105b…シフト部
106、106−1〜106−Nt…IFFT部
107−1〜107−Nt…GI挿入部
108−1〜108−Nt…無線送信部
109−1〜109−Nt…アンテナ
110…制御信号生成部
111−1〜111−Nt、111a−1〜111a−Nt…時間多重部
151−1〜151−Nt、151b−1〜151b−Nt…周波数シフト部
151a−1〜151a−Nt…位相回転部
152…シフト制御部
152a…位相回転制御部
201…アンテナ
202…無線受信部
203…GI除去部
204…信号分離部
205…伝搬路推定部
206…シフト量取得部
207…合成伝搬路推定部
208…チャネル等化部
209…FFT部
210、210b…デマッピング部
211…データ復調部
212…チャネル復号部
213…IDFT部
214…DFT部
Claims (6)
- 複数のアンテナから無線信号を送信する送信装置と、該無線信号を受信する受信装置とを具備する無線通信システムであって、
前記送信装置は、
複数の信号各々を、サブキャリアに配置して送信信号を生成するマッピング部と、
前記送信信号を複製して、前記複数のアンテナ各々向けの送信信号を生成し、前記複数のアンテナ各々向けの送信信号のうち、少なくとも1つを周波数方向にシフトするシフト部と、
を具備し、
前記受信装置は、
前記無線信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信した信号を、時間領域で等化する等化部と、
を具備すること
を特徴とする無線通信システム。 - 前記送信装置は、前記受信装置において既知の信号である参照信号を、送信するその他の信号と多重する多重部を具備し、
前記受信装置は、
前記参照信号に基づき、前記送信装置と当該受信装置との間の伝搬路を推定する伝搬路推定部と、
前記シフト部におけるシフトの量を取得するシフト量取得部と、
前記伝搬路推定部による推定結果と、前記シフトの量とから、前記マッピング部から当該受信装置までの合成伝搬路を推定する合成伝搬路推定部と、
を具備し、
前記等化部は、前記合成伝搬路推定部による推定結果を用いて、前記等化を行うこと
を特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。 - 前記伝搬路推定部は、前記マッピング部が当該受信装置への信号を配置したサブキャリアにより構成される伝搬路を推定すること
を特徴とする請求項2に記載の無線通信システム。 - 前記シフト部は、周波数方向へのシフトを、時間領域に変換された前記送信信号に対して、位相回転を与えることで実施することを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
- 複数のアンテナから無線信号を送信する送信装置であって、
複数の信号各々を、サブキャリアに配置して送信信号を生成するマッピング部と、
前記送信信号を複製して、前記複数のアンテナ各々向けの送信信号を生成し、前記複数のアンテナ各々向けの送信信号のうち、少なくとも1つを周波数方向にシフトするシフト部と、
を具備することを特徴とする送信装置。 - 複数のアンテナから無線信号を送信する送信方法であって、
複数の信号各々を、サブキャリアに配置して送信信号を生成する第1の過程と、
前記送信信号を複製して、前記複数のアンテナ各々向けの送信信号を生成し、前記複数のアンテナ各々向けの送信信号のうち、少なくとも1つを周波数方向にシフトする第2の過程と、
を有することを特徴とする送信方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012159611A JP2014022932A (ja) | 2012-07-18 | 2012-07-18 | 無線通信システム、送信装置、および送信方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=50197373
Family Applications (1)
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JP (1) | JP2014022932A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020096264A (ja) * | 2018-12-11 | 2020-06-18 | 日本電信電話株式会社 | 光伝送システム、光送信機、光受信機及び伝達関数推定方法 |
-
2012
- 2012-07-18 JP JP2012159611A patent/JP2014022932A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2020096264A (ja) * | 2018-12-11 | 2020-06-18 | 日本電信電話株式会社 | 光伝送システム、光送信機、光受信機及び伝達関数推定方法 |
WO2020121901A1 (ja) * | 2018-12-11 | 2020-06-18 | 日本電信電話株式会社 | 光伝送システム、光送信機、光受信機及び伝達関数推定方法 |
JP7193717B2 (ja) | 2018-12-11 | 2022-12-21 | 日本電信電話株式会社 | 光伝送システム、光送信機、光受信機及び伝達関数推定方法 |
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