JP2016032153A - 送信装置および受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送路間での伝送路応答の違いが少なく、受信アンテナのＸＰＤが小さく、ＡＷＧＮの環境等であっても、良好に送受信を行うことのできる送受信装置を提供する。【解決手段】送信装置1において、キャリア変調部１１は、送信対象のデータを基にキャリア変調処理を行うとともにキャリア変調処理された信号を複数の送信系統に分配する。拡散部１２は、キャリア変調部によって分配された信号を基に、各送信系統間で信号を拡散処理する。変位部１４は、拡散部から出力される複数の送信系統の信号のうち、少なくとも一部の送信系統の信号の複素振幅を変位させる。送信処理部であるＯＦＤＭフレーム化部１５、ＩＦＦＴ部１６、ＧＩ付加部１７は、各送信系統における信号を各々の送信アンテナから送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、情報を伝送するための送信装置および受信装置に関する。

無線通信や放送で伝送品質や伝送効率を上げるための技術の一つとして、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送が注目されている。ＭＩＭＯ伝送には複数の送信アンテナへ別々のデータを割り当てることで伝送容量を拡大する空間多重（ＳＤＭ，Space Division Multiplexing）と、複数の送信アンテナへ異なる符号化を施した同じデータを伝送することで伝送耐性を向上させる時空間多重（ＳＴＣ，Space-Time Coding）がある。

非特許文献１には、偏波を用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ伝送について記載されている。偏波を用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ伝送は、テレビ放送などの分野での使用が検討されている。偏波を用いた２×２（送信アンテナ２本、受信アンテナ２本）のＭＩＭＯ伝送は、直交する２つの偏波（例えば水平、垂直）を用いて、両方の偏波を同時に使用し伝送を行うものである。２×２のＭＩＭＯ伝送の復号においては、受信信号と２×２の各伝送路の情報を利用する。復号法としては、ＺＦ（ゼロフォーシング）やＭＬＤ（最尤復号法，Maximum Likelihood Decoding）等が用いられる。

村山研一，「スーパーハイビジョン放送に向けた次世代地上大容量伝送技術」，ＮＨＫ技研Ｒ＆Ｄ，No.134，ｐ．２６−３４，２０１２年７月

しかしながら、ＳＤＭ−ＭＩＭＯ伝送では、各伝送路の情報を利用して復号を行うため、各伝送路情報が類似している場合には、受信できないことが知られている。受信アンテナのＸＰＤ（交差偏波識別度，Cross Polarization Discrimination）が小さく、ＡＷＧＮ（白色ガウス雑音，Additive White Gaussian Noise）の環境等において、受信が困難ないしは不可能となる。

本発明は、上記の課題認識に基づいて行なわれたものであり、伝送路間での伝送路応答の違いが少なく、受信アンテナのＸＰＤが小さく、ＡＷＧＮの環境等であっても、良好に送受信を行うことのできる送信装置および受信装置を提供するものである。

また、一般的にはＳＤＭ−ＭＩＭＯ伝送では、各送信アンテナから別々のデータが伝送されるため、送信アンテナ数と同じ本数の受信アンテナが必要とされている。例えば送信アンテナ２本（水平偏波、垂直偏波）の場合、受信アンテナも２本（水平偏波、垂直偏波）必要である。本発明の副次的な課題は、送信アンテナと同じ本数の受信アンテナを用いずに少ない受信アンテナで、受信設備を構築できる受信装置を提供するものである。

［１］上記の課題を解決するため、本発明の一態様による送信装置は、送信対象のデータを基にキャリア変調処理を行うとともにキャリア変調処理された信号を複数の送信系統に分配するキャリア変調部と、前記キャリア変調部によって分配された前記信号を基に、各送信系統間で前記信号を拡散処理する拡散部と、前記拡散部から出力される複数の送信系統の信号のうち、少なくとも一部の送信系統の信号の複素振幅を変位させる変位部と、
各送信系統における前記信号を各々の送信アンテナから送信する送信処理部と、を具備することを特徴とする。

［２］また、本発明の一態様は、上記の送信装置において、前記送信処理部は、各々異なる偏波面を有する送信アンテナから各送信系統における前記信号を送信する、ことを特徴とする。

［３］また、本発明の一態様は、上記の送信装置において、変位部は前記信号の複素振幅の位相角を所定の角度分回転させる、ことを特徴とする。

［４］また、本発明の一態様は、上記の送信装置において、前記所定の角度は、あらかじめ定められた固定値またはランダムに割り当てられる値である、ことを特徴とする。

［５］また、本発明の一態様は、上記の送信装置において、前記キャリア変調部は、各送信系統に異なるキャリア周波数による複数の信号を分配し、前記拡散部は、各送信系統間で、且つ各送信系統における異なるキャリア周波数の信号間で拡散処理を行い、前記変位部は、前記送信系統に割り当てられた複数のキャリア周波数の信号それぞれについて複素振幅を変位させ、前記送信処理部は、各送信系統における複数のキャリア周波数の前記信号を各々の送信アンテナから送信する、ことを特徴とする。

［６］また、本発明の一態様は、上記の送信装置において、前記キャリア変調部は、前記送信系統に応じて異なる変調方式でキャリア変調する、ことを特徴とする。

［７］また、本発明の一態様は、送信対象のデータを基にキャリア変調処理を行うとともにキャリア変調処理された信号を複数の送信系統に分配するキャリア変調部と、前記キャリア変調部によって分配された前記信号を基に、各送信系統間で前記信号を拡散処理するとともに前記複数の送信系統のうちの少なくとも一部の送信系統については信号の複素振幅を変位させた結果を出力する拡散部と、各送信系統における前記信号を各々の送信アンテナから送信する送信処理部と、を具備する送信装置である。

［８］また、本発明の一態様は、各々が受信アンテナに接続される複数の受信系統のそれぞれに設けられ、上記の送信装置から送信される信号を受信する受信処理部と、前記複数の受信系統の前記受信処理部で受信した信号を基に、ＭＬＤ法による復号処理を行う復号部と、を具備することを特徴とする受信装置である。

［９］また、本発明の一態様は、受信アンテナに接続される単一の受信系統に設けられ、上記の送信装置から送信される信号を受信する受信処理部と、前記単一の受信系統の前記受信処理部で受信した信号を基に、ＭＬＤ法による復号処理を行う復号部と、を具備することを特徴とする受信装置である。

本発明によれば、送信装置側で複数系統間での信号の拡散を行うとともに、一部の系統において信号を変異させるため、ＳＤＭ−ＭＩＭＯ伝送にとって厳しい環境においても受信可能となる。また、フェージングの環境においてはデータ拡散によるダイバーシティ効果により受信特性が改善する。また、データ拡散により、一つの系統に、拡散前における全系統の情報が入っているため、１本のアンテナで水平（もしくは垂直）偏波のみを受信した場合でも、受信可能となる。

本発明の第１の実施形態による送信装置の概略機能構成を示すブロック図である。 同実施形態による送信装置の内部における信号（シンボル）のＩ／Ｑ平面上での配置を示す概略図である。 同実施形態による送信装置が送信するパイロット信号の配置を示す概略図である。 同実施形態による受信装置の概略機能構成を示すブロック図である。 同実施形態による送信装置と受信装置との間の伝送特性を、計算機シミュレーションにより算出した結果を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態による受信装置の概略機能構成を示すブロック図である。 同実施形態による送信装置と受信装置との間の伝送特性を、計算機シミュレーションにより算出した結果を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態による送信装置の概略機能構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態による送信装置の概略機能構成を示すブロック図である。

本発明では、例えば、偏波を用いたＭＩＭＯ伝送に偏波間のデータ拡散を行う。偏波間のデータ拡散とは、送信機Ｔｘ１とＴｘ２のキャリアに信号処理等を施し、変換後の各キャリアに元々のＴｘ１とＴｘ２の両方の情報を含ませることである。すなわち、偏波を用いたＳＤＭ−ＭＩＭＯ伝送（Ｔｘ１：水平偏波、Ｔｘ２：垂直偏波）の場合、Ｔｘ１とＴｘ２の間でデータ拡散を施すことで、データ拡散後のキャリアには元々のＴｘ１，Ｔｘ２の両方の情報が含まれる。
水平偏波、垂直偏波共に、このデータ拡散したキャリアが出力されるが、受信特性を向上させるため、片方の偏波のみ更にキャリアの位相を回転させる（つまり、複素振幅を変位させる）。
受信側では、データ拡散の影響を考慮したＭＬＤ復号を行う。
またＯＦＤＭ等のマルチキャリア伝送の場合、データ拡散は偏波間だけでなく、キャリア間に組み合わせることも可能である。例えば、偏波間の２キャリアとその両隣のキャリアも組み合わせた４キャリア間でのデータ拡散も可能である。

以下では、図面を参照しながら、本発明の複数の実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態による送信装置の概略機能構成を示すブロック図である。図示するように、送信装置１は、キャリア変調部１１と、拡散部１２と、変位部１４と、ＯＦＤＭフレーム化部１５と、ＩＦＦＴ部１６と、ＧＩ付加部１７と、を含んで構成される。なお、変位部１４の機能は、拡散部１２の機能に含めてもよい。
なお、ＯＦＤＭフレーム化部１５と、ＩＦＦＴ部１６と、ＧＩ付加部１７との一連の処理機能をまとめて「送信処理部」と呼ぶ。
送信装置１の構成として、２つの送信アンテナに対応する２系統の送信処理部を備えており、これら２つの送信機の系統の各々が信号を処理する。

キャリア変調部１１は、入力される映像音声データ（デジタルデータ）をキャリア変調する。キャリア変調部１１は、キャリア変調後、２つの送信機（Ｔｘ１およびＴｘ２）の系統にキャリアを分配する。つまり、キャリア変調部１１は、これら２つの系統の互いに異なる信号ＡおよびＢを出力する。信号ＡおよびＢは、下の式（１）で表される。式（１）において、ＡおよびＢはそれぞれ複素振幅として表わされ、ｉは虚数単位である。

拡散部１２は、キャリア変調部１１によって分配された信号を基に、各送信系統間で信号を拡散処理する。具体的には、拡散部１２は、キャリア変調部１１から出力された信号ＡおよびＢを基に、情報の拡散を行い、信号ＸおよびＹを出力する。信号ＸとＹとは異なるが、信号ＸとＹのいずれもが信号ＡおよびＢの情報を含むように、拡散部１２は拡散処理を行う。

拡散部１２による信号変換の第１の例は、下の式（２）で表される。この信号変換を行うことにより、拡散後のＸおよびＹを得る。式（２）において、θは、拡散の位相回転角を表すパラメーターであり、適宜定められる。

式（１）および（２）より、ＸとＹは、下の式（３）のように表される。

式（３）に示すように、拡散後のキャリアＸおよびＹは、それぞれ、拡散前のキャリアの情報ａ，ｂ，ｃ，ｄを全て含んだ形で表される。なお、ここでは、ｓｉｎ（θ）やｃｏｓ（θ）の値がゼロにならないようにθの値を適切に選択する。

拡散部１２による信号変換の第２の例は、下の式（４）で表される。式（４）において、θは、位相回転角を表すパラメーター（単位は、度（degree））であり、適宜定められる。また、Ｒｅ（・）は複素数の実部を表し、Ｉｍ（・）は複素数の虚部を表す。つまり、この例では、拡散部１２は、式（１）により示された変調後のキャリアＡおよびＢの位相をそれぞれθ（度）回転させた後、Ｉ信号のみを入れ替えて、またはＱ信号のみを入れ替えて、データを拡散させる。

式（１）および（４）より、ＸとＹは、下の式（５）のように表される。

変位部１４は、拡散部１２から出力される複数の送信系統の信号のうち、少なくとも一部の送信系統の信号の複素振幅を変位させる。具体的には、変位部１４は、拡散部１２から出力される信号ＸおよびＹのうち、片方の系統の信号であるＸを複素平面上で変位させ信号Ｘ_２を出力する。本実施形態では、変位部１４は、Ｘを角度φだけ回転させる。

つまり、式（３）に示したＸ，Ｙについて、変位部１４が出力するＸ_２は下の式（６）の通りである。

また、式（５）に示したＸ，Ｙについて、変位部１４が出力するＸ_２は下の式（７）の通りである。

ＯＦＤＭフレーム化部１５は、各系統に設けられており、それぞれ、Ｘ_２およびＹを基に、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）フレームを生成する。
ＩＦＦＴ部１６は、各系統に設けられており、それぞれ、ＯＦＤＭフレーム化部１５から出力された信号を、逆フーリエ高速変換（Inverse Fast Fourier Transform）する。つまり、ＩＦＦＴ部１６は、周波数領域の信号を時間領域の信号に変換する。
ＧＩ付加部１７は、各系統に設けられており、それぞれ、ＩＦＦＴ部１６から出力された信号に、ガードインターバル（Guard Interval）を付加する。
そして、送信装置１は、これら２系統の信号を、送信機Ｔｘ１および送信機Ｔｘ２から送信する。つまり、送信部は、各送信系統における信号を各々の送信アンテナから送信する。

送信機Ｔｘ１，Ｔｘ２のそれぞれに個別のアンテナが接続されている。なお、送信装置１がこれらの信号を送信する際に、アンテナを適切に配置することにより、両者の偏波面を交差させる。具体的には、送信機Ｔｘ１からの出力を垂直偏波とし、送信機Ｔｘ２からの出力を水平偏波とする。逆に、送信機Ｔｘ１からの出力を水平偏波とし、送信機Ｔｘ２からの出力を垂直偏波としても良い。

図２は、ＱＰＳＫの場合の送信装置１の内部における信号（シンボル）のＩ／Ｑ平面（複素平面）上での配置（コンスタレーションポイント）を示す概略図である。なお同図は、信号の配置の一例を模式的に示すものであり、具体的な配置の座標はこの図に示すものと異なっていても良い。実際の座標は、前記のパラメーターθやφに依存する。ここでは、ＱＰＳＫ−ＭＩＭＯの場合の例を示しており、θ＝２７°、φ＝２７°としている。なお、「ＱＰＳＫ」は、四位相偏移変調（Quadrature Phase Shift Keying）を表す。

同図（ａ）は、キャリア変調部１１（図１）から出力される信号ＡおよびＢのそれぞれの配置を示す。同図（ａ）に示す例では、信号ＡおよびＢは、座標（１，ｉ），（−１，ｉ），（−１，−ｉ）、（１，−ｉ）の４点に配置されている。本例ではＡの配置点（４種類）とＢの配置点（４種類）とは重なっている。同図（ｂ）は、拡散部１２によって拡散された後の信号ＸおよびＹのそれぞれの配置を示す。信号ＸおよびＹのそれぞれは、信号ＡとＢの両方の情報を含む。つまり、信号ＸおよびＹは、複素平面上の１６点に配置されている。本例では、Ｘの配置点（１６種類）とＹの配置点（１６種類）とは重なっている。同図（ｃ）は、変位部１４によって変位された後の信号Ｘ_２の配置を示す。本実施形態では、信号Ｘを角度φだけ回転させた結果が信号Ｘ_２であり、したがって、信号Ｘ_２は、複素平面上の１６点に配置されている。なお、パラメーターを適切に調整することにより、信号Ｘ_２の配置点と信号Ｙの配置点とが、互いに重ならないようにすることが望ましい。あるいは、信号Ｘ_２の配置点と信号Ｙの配置点とが重なる度合いができるだけ小さくなるようにすることが望ましい。

図２に示したように、変位部１４は、拡散部１２から出力される複数の送信系統の信号のうち、一部の送信系統（例えば、２送信系統中の１つ）の信号の複素振幅を変位させる。この変位部１４の処理は、信号Ｘ_２と信号Ｙとの間で配置点が互いに重ならないようにする作用を有する。よって、受信装置側で信号Ｘ_２と信号Ｙとを区別して復号することがより容易になり、伝送品質が向上する。

つまり、拡散後の片方のキャリアにφの回転を施すことでＸＰＤには大きく左右されずに安定して受信装置側で受信することが可能となる。このθ、φの値は、受信特性を決める要因となるため、システムに応じて変えていく必要があり、この値には特性が良好となる固定値を使用することや、ランダム値（乱数）を割り当てることができる。

図３は、送信装置が送信する信号のリソースにおける、パイロット信号の配置を示す概略図である。同図は、送信機Ｔｘ１と送信機Ｔｘ２のそれぞれの系統における、リソースの配置を縦・横２次元の配置で示している。同図において、横方向（左から右へ）は、キャリア（またはサブキャリア）の並びに対応している。つまり、横方向は、周波数の方向である。また、縦方向（上から下へ）は、シンボルの配置に対応している。つまり、縦方向は、時間の方向である。同図において、特定の周波数における特定の時間の領域が、それぞれリソースであり、個々の丸印に対応している。ここで、白の丸印はデータキャリアを表す。また、黒の丸印はパイロット信号を表す。また、二重丸の印は反転したパイロット信号を表す。一例としてＢＰＳＫ変調（binary phase-shift keying，二位相偏移変調）したパイロット信号を用いる場合、複素平面における信号点（１，０）のパイロット信号に対して、「反転したパイロット信号」とは信号点（−１，０）の信号である。つまり、黒の丸印が信号点（１，０）の信号を表す場合、二重丸の印は信号点（−１，０）の信号を表す。同図に示すリソース割り当ての配置では、送信機Ｔｘ１のパイロット信号と送信機Ｔｘ２のパイロット信号とが、互いに直交している。

次に受信装置について説明する。
図４は、受信装置の概略機能構成を示すブロック図である。受信装置６は、前述の送信装置１から送信される信号を受信するための装置である。図示するように、受信装置６は、ＧＩ除去部６１と、ＦＦＴ部６２と、伝送路推定部６３と、最尤復号部６４と、を含んで構成される。
なお、ＧＩ除去部６１と、ＦＦＴ部６２と、伝送路推定部６３との一連の処理機能をまとめて「受信処理部」と呼ぶ。受信処理部（ＧＩ除去部６１とＦＦＴ部６２と伝送路推定部６３）は、受信機Ｒｘ１および受信機Ｒｘ２のそれぞれに対応して設けられる。また、受信機Ｒｘ１およびＲｘ２の各々に個別の受信アンテナが接続されている。同図における上側の受信系統が受信機Ｒｘ１に対応し、下側の受信系統がＲｘ２に対応する。

つまり、受信処理部（ＧＩ除去部６１と、ＦＦＴ部６２と、伝送路推定部６３）は、各々が受信アンテナに接続される複数の受信系統のそれぞれに設けられ、送信装置側から送信される信号を受信する。また、最尤復号部６４は、複数の受信系統の受信処理部で受信した信号を基に、ＭＬＤ法による復号処理を行う。

各々のＧＩ除去部６１は、それぞれのアンテナで受信した受信信号からガードインターバルを除去する。
ＦＦＴ部６２は、ＧＩ除去部６１から出力される信号を高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）する。つまり、ＦＦＴ部６２は、時間領域の信号を周波数領域の信号に変換する。

伝送路推定部６３は、受信信号に含まれるパイロット信号に基づいて、伝送路応答を推定する。送信装置側から送信されるパイロット信号の複素振幅が既知であるため、伝送路推定部６３は、実際に受信したパイロット信号の複素振幅を基に伝送路応答を求める。なお、伝送路推定部６３は、ＭＩＭＯにおける送信アンテナと受信アンテナの各々の組み合わせについての伝送路応答を求める。

最尤復号部６４は、受信信号と、伝送路推定部６３によって推定された伝送路情報とに基づいて、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Decoding）による復号を行う。このとき、最尤復号部６４は、送信側において信号が拡散されていることを前提として復号を行う。送信装置側から送出された信号（Ｘ_２およびＹ）と受信信号（Ｒ_１およびＲ_２）との関係は、下の式（８）で表される。

なお、式（８）において、Ｒ_１は受信機Ｒｘ１のアンテナで受信された信号であり、Ｒ_２は受信機Ｒｘ２のアンテナで受信された信号である。また、Ｈ_１はＴｘ１の送信アンテナからＲｘ１の受信アンテナへの伝送路応答であり、Ｈ_２はＴｘ２の送信アンテナからＲｘ１の受信アンテナへの伝送路応答であり、Ｈ_３はＴｘ１の送信アンテナからＲｘ２の受信アンテナへの伝送路応答であり、Ｈ_４はＴｘ２の送信アンテナからＲｘ２の受信アンテナへの伝送路応答である。

最尤復号部６４は、式（８）のＸ_２およびＹに、式（６）あるいは式（７）で表されるＸ_２およびＹをそれぞれ代入し、展開して得られる式に基づくＭＬＤ復号を行う。なお、ＱＲ分解やＭアルゴリズムなどの手法もここで適用することが可能である。

次に、伝送シミュレーションの結果について説明する。
図５は、送信装置１（図１）と受信装置６（図４）とを用いて伝送を行う場合の伝送特性を、計算機シミュレーションにより算出した結果を示すグラフである。このシミュレーションでは、キャリア変調としてＱＰＳＫを用いており、伝送方式はＳＤＭ−ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭである。シミュレーションの諸元は、表１に示す通りである。なお、「拡散あり」の場合の送信信号の拡散方法は、式（４）、式（５）、式（７）による。「拡散なし」のデータは、比較対象である。

図５において、横軸は、Ｃ／Ｎ（Carrier to Noise ratio，搬送波電力対雑音電力比）を表し、その単位はデシベルである。また、縦軸は、ＢＥＲ（Bit Error Rate，ビットエラーレート）である。縦軸は対数目盛であり、例えば表記「１．００Ｅ−０２」は、１．００×１０^−２を表す。

ＸＰＤ（交差偏波識別度）が０ｄＢのＡＷＧＮ環境において、「拡散なし」の場合には、Ｃ／Ｎが大きくなってもビットエラーレートは全く下がらない、つまり受信不可能である。これに対して、本実施形態による「拡散あり」の場合には、受信可能であり、Ｃ／Ｎが大きくなるにつれてビットエラーレートは急激に下がっていく。ＸＰＤが５ｄＢの場合、「拡散なし」であってもＣ／Ｎが大きくなるにつれてビットエラーレートは下がっていくが、「拡散あり」の場合のほうがビットエラーレートはより小さい。
つまり、本実施形態による拡散部１２および変位部１４（いずれも、図１）による作用が伝送品質を向上させることが、このシミュレーションからわかる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。なお、前述の実施形態と共通の事項については説明を省略し、本実施形態特有の事項を中心に説明を行う。
本実施形態における送信装置は、第１の実施形態における送信装置１と同様のものである。
図６は、本実施形態による受信装置の概略機能構成を示すブロック図である。図示するように、受信装置７は、ＧＩ除去部７１と、ＦＦＴ部７２と、伝送路推定部７３と、最尤復号部７４と、を含んで構成される。なお、ＧＩ除去部７１と、ＦＦＴ部７２と、伝送路推定部７３との一連の処理機能をまとめて「受信処理部」と呼ぶ。この受信装置７は、第１の実施形態で説明した送信装置１によって送信される無線信号を受信する。

第１の実施形態による受信装置６が、２本のアンテナと２系統の受信機を備えていたのに対して、本実施形態でのこの受信装置７は、１本のアンテナと１系統の受信機のみを備えている。
つまり、受信処理部（ＧＩ除去部６１と、ＦＦＴ部６２と、伝送路推定部６３）は、受信アンテナに接続される単一の受信系統に設けられ、送信装置側から送信される信号を受信する。また、最尤復号部６４は、単一の受信系統の受信処理部で受信した信号を基に、ＭＬＤ法による復号処理を行う。

ＧＩ除去部７１そのものの機能は、第１の実施形態におけるＧＩ除去部６１のそれと同様である。即ち、ＧＩ除去部７１は、アンテナで受信した受信信号からガードインターバルを除去する。
ＦＦＴ部７２そのものの機能は、第１の実施形態におけるＦＦＴ部６２のそれと同様である。即ち、ＦＦＴ部７２は、ＧＩ除去部７１から出力される信号を高速フーリエ変換する。つまり、ＦＦＴ部７２は、時間領域の信号を周波数領域の信号に変換する。

伝送路推定部７３そのものの機能は、第１の実施形態における伝送路推定部６３のそれと同様である。即ち、伝送路推定部７３は、送信装置側から送信される既知のパイロット信号に基づき、伝送路応答を推定する。つまり、伝送路推定部７３は、送信機Ｔｘ１に接続された送信アンテナから受信機Ｒｘに接続された受信アンテナへの伝送路応答を推定するとともに、送信機Ｔｘ２に接続された送信アンテナから受信機Ｒｘに接続された受信アンテナへの伝送路応答を推定する

最尤復号部７４は、受信信号と、伝送路推定部７３によって推定された伝送路情報とに基づいて、ＭＬＤによる復号を行う。送信装置側から送出された信号（Ｘ_２およびＹ）と受信信号（Ｒ）との関係は、下の式（９）で表される。

この式（９）は、前記の式（８）における片側のアンテナに関する式（Ｒ_１のみに関する式）と同様のものである。式（９）において、Ｒは、受信機Ｒｘが受信した信号である。また、Ｈ_１はＴｘ１の送信アンテナからＲｘの受信アンテナへの伝送路応答であり、Ｈ_２はＴｘ２の送信アンテナからＲｘの受信アンテナへの伝送路応答である。

受信装置７では、１本のアンテナのみで無線信号を受信するが、式（９）に示すように、受信信号Ｒは、元の信号Ａ（＝ａ＋ｉｂ）およびＢ（＝ｃ＋ｉｄ）に関する情報を含んでいる。また、前述のとおり、信号Ｘ_２と信号Ｙのコンスタレーションポイントが重ならないようにすることにより、受信信号Ｒから、ＭＬＤによるＡおよびＢの復号が可能である。

前述の通り、偏波（水平、垂直）を用いたＳＤＭ−ＭＩＭＯ伝送の場合、２つの送信アンテナからは別々のデータが伝送されるため、通常は、受信アンテナもそれぞれの偏波を受信するために２本必要となる。１本受信アンテナで受信する場合、片方の偏波のみは受信できても、もう片方の偏波は受信出来ないので結果として受信することが出来ない。また、ＸＰＤの小さい受信アンテナ１本で２つの偏波を受信しようとする場合、フェージング環境等であれば受信できる場合もあるが、ＡＷＧＮの環境では信号が分離出来ず受信不可となる。
これに対して、本実施形態による受信装置７は、１本のアンテナで、ＭＩＭＯ方式の前述の送信装置から送信された無線信号を受信し、復号することができる。例えば、既存の無線信号受信設備（家庭に設置されたテレビ受信アンテナおよびテレビ受像機等）が特定の偏波面を有する無線信号を受信するために設置されている場合にも、受信装置７を用いれば、受信アンテナの設備を更新することなく、ＭＩＭＯ方式で送信される無線信号（例えば送信装置１から送信される信号）を受信し、復号することができる。

図７は、送信装置１（図１）と受信装置７（図６）とを用いて伝送を行う場合の伝送特性を、計算機シミュレーションにより算出した結果を示すグラフである。このシミュレーションでは、キャリア変調としてＱＰＳＫを用いており、伝送方式はＳＤＭ−ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭである。ただし、受信アンテナは１本である。シミュレーションの諸元は、表２に示す通りである。なお、「拡散あり」の場合の送信信号の拡散方法は、式（４）、式（５）、式（７）による。「拡散なし」のデータは、比較対象である。

図７においても、横軸は、Ｃ／Ｎを表し、その単位はデシベルである。また、縦軸は、ＢＥＲである。
ＸＰＤ（交差偏波識別度）が０ｄＢのＡＷＧＮ環境において、「拡散なし」の場合には、Ｃ／Ｎが大きくなってもビットエラーレートは全く下がらない、つまり受信不可能である。これに対して、本実施形態による「拡散あり」の場合には、受信可能であり、Ｃ／Ｎが大きくなるにつれてビットエラーレートは急激に下がっていく。ＸＰＤが５ｄＢの場合、「拡散なし」であってもＣ／Ｎが大きくなるにつれてビットエラーレートは下がっていくが、「拡散あり」の場合のほうがビットエラーレートはより小さい。
つまり、本実施形態による受信装置７でも、伝送品質を向上させることが可能であるということが、このシミュレーションからわかる。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。なお、前述の実施形態と共通の事項については説明を省略し、本実施形態特有の事項を中心に説明を行う。
図８は、本実施形態による送信装置の概略機能構成を示すブロック図である。図示するように、送信装置２は、キャリア変調部２１と、拡散部２２と、変位部２４と、ＯＦＤＭフレーム化部２５と、ＩＦＦＴ部２６と、ＧＩ付加部２７と、を含んで構成される。
なお、ＯＦＤＭフレーム化部２５と、ＩＦＦＴ部２６と、ＧＩ付加部２７との一連の処理機能をまとめて「送信処理部」と呼ぶ。
送信装置２の特徴は、２つの送信アンテナに対応する２系統の送信処理部を備えており、これら２つの送信機の系統の各々が２つのキャリア（所定の帯域を有する周波数）分の信号を処理する点である。

具体的には、キャリア変調部２１は、各送信系統に異なるキャリア周波数による複数の信号を分配する。拡散部２２は、各送信系統間で、且つ各送信系統における異なるキャリア周波数の信号間で拡散処理を行う。変位部２４は、送信系統に割り当てられた複数のキャリア周波数の信号それぞれについて複素振幅を変位させる。送信処理部（ＯＦＤＭフレーム化部２５と、ＩＦＦＴ部２６と、ＧＩ付加部２７）は、各送信系統における複数のキャリア周波数の前記信号を各々の送信アンテナから送信する。

つまり、送信機Ｔｘ１の系統（図における上側の系統）は、信号ＸおよびＹを各キャリアに割り当てて、送信アンテナから送出する。また、送信機Ｔｘ２の系統（図における下側の系統）は、信号ＺおよびＷを各キャリアに割り当てて、送信アンテナから送出する。なお、送信機Ｔｘ１の系統においては、信号ＸおよびＹを変位させて、それぞれ、信号Ｘ_２およびＹ_２とする。

キャリア変調部２１は、入力される映像音声データ（デジタルデータ）をキャリア変調する。キャリア変調部２１は、キャリア変調を行い、２つの送信機（Ｔｘ１およびＴｘ２）の系統の、それぞれ２つのキャリアに分配する。つまり、キャリア変調部２１は、４つの系統の互いに異なる信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを出力する。信号Ａ〜Ｄは、下の式（１０）で表される。式（１０）において、Ａ〜Ｄの各々は複素振幅として表わされ、ｉは虚数単位である。

拡散部２２は、キャリア変調部２１から出力された信号Ａ〜Ｄを基に、情報の拡散を行い、信号Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗを出力する。

拡散部２２による信号変換の例は、下の式（１１）で表される。この信号変換を行うことにより、拡散後のＸ，Ｙ，Ｚ，Ｗを得る。式（１１）において、θ_１およびθ_２は、拡散の回転角を表すパラメーターであり、適宜定められる。

変位部２４は、送信機Ｔｘ１側の系統のみに設けられ、拡散部２２から出力される信号Ｘ、Ｙ，Ｚ，Ｗのうち、信号Ｘ，Ｙを複素平面上で変位させ、それぞれ、信号Ｘ_２，Ｙ_２を出力する。具体的には、変位部２４は、ＸおよびＹをそれぞれ角度φだけ回転させることにより、それぞれＸ_２，Ｙ_２を得る。

なお、式（１１）は４キャリア間での拡散を行う場合を表しているが、より一般的には、Ｎキャリア（Ｎは正整数）に拡張することも可能である。式（２）に示した２キャリアでの拡散の係数をＫ_２と置くと、Ｎキャリアで拡散した場合の拡散の係数Ｋ_Nは式（１２）で示される。

なお、上の式（１２）は式（２）を拡張した場合の例であり、その他の数式で示される拡散を同様にＮキャリアに拡張するようにしてもよい。

ＯＦＤＭフレーム化部２５は、各系統に設けられている。送信機Ｔｘ１側の系統に設けられたＯＦＤＭフレーム化部２５は、Ｘ_２およびＹ_２を基に、ＯＦＤＭフレームを生成する。また、送信機Ｔｘ２側の系統に設けられたＯＦＤＭフレーム化部２５は、ＺおよびＷを基に、ＯＦＤＭフレームを生成する。
ＩＦＦＴ部２６は、各系統に設けられており、それぞれ、ＯＦＤＭフレーム化部２５から出力された信号を、逆フーリエ高速変換する。つまり、ＩＦＦＴ部２６は、周波数領域の信号を時間領域の信号に変換する。
ＧＩ付加部２７は、各系統に設けられており、それぞれ、ＩＦＦＴ部２６から出力された信号に、ガードインターバルを付加する。
そして、送信装置２は、これら２系統（各系統において２キャリア）の信号を、送信機Ｔｘ１および送信機Ｔｘ２から送信する。送信機Ｔｘ１，Ｔｘ２のそれぞれに個別のアンテナが接続されている。なお、実施形態１の場合と同様に、両アンテナの偏波面を交差させるようにする。
なお、信号Ｘと信号Ｚは、同じ周波数のキャリアで送信される。また、信号Ｙと信号Ｗは、同じ周波数のキャリアで送信される。

つまり、本実施形態の送信装置２においては、キャリア変調部２１は、各送信系統に異なるキャリア周波数による複数の信号を分配する。また、拡散部２２は、各送信系統間で、且つ各送信系統における異なるキャリア周波数の信号間で拡散処理を行う。また、変位部２４は、当該変位部２４が設けられている送信系統に割り当てられた複数のキャリア周波数の信号それぞれについて複素振幅を変位させる。送信処理部（ＯＦＤＭフレーム化部２５，ＩＦＦＴ部２６，ＧＩ付加部２７）は、各送信系統における複数のキャリア周波数の前記信号を各々の送信アンテナから送信する。

［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態について説明する。なお、前述の実施形態と共通の事項については説明を省略し、本実施形態特有の事項を中心に説明を行う。
図９は、本実施形態による送信装置の概略機能構成を示すブロック図である。図示するように、送信装置３は、キャリア変調部３１ａと、キャリア変調部３１ｂと、拡散部３２と、変位部３４と、ＯＦＤＭフレーム化部３５と、ＩＦＦＴ部３６と、ＧＩ付加部３７と、を含んで構成される。
なお、ＯＦＤＭフレーム化部３５と、ＩＦＦＴ部３６と、ＧＩ付加部３７との一連の処理機能をまとめて「送信処理部」と呼ぶ。

送信装置３の構成の特徴は、キャリア変調部３１ａと３１ｂが互いに異なる変調方式でキャリア変調を行うことである。つまり、キャリア変調部３１ａおよび３１ｂは、送信系統に応じて異なる変調方式でキャリア変調する。これにより、キャリア変調部３１ａが出力する信号Ａとキャリア変調部３１ｂが出力する信号Ｂの間では、公司多レーションパターンが異なる。なお、一例として、同図では、キャリア変調部３１ａがＱＰＳＫによる変調を行い、キャリア変調部３１ｂが６４ＱＡＭ（64 Quadrature Amplitude Modulation）による変調を行う。なお、キャリア変調部３１ａや３１ｂがその他の方式による変調を行うようにしても良い。

各部の機能について説明する。
キャリア変調部３１ａは、入力される映像音声データのうちの一部を、ＱＰＳＫにより変調し、信号Ａを出力する。
キャリア変調部３１ｂは、入力される映像音声データのうちの残りの部分を、６４ＱＡＭにより変調し、信号Ｂを出力する。
拡散部３２は、上記の信号ＡおよびＢを拡散することにより、信号ＸおよびＹを出力する。信号ＸとＹとは異なるが、信号ＸとＹのいずれもが信号ＡおよびＢの情報を含むように、拡散部３２は拡散処理を行う。
変位部３４は、送信機Ｔｘ１側の系統のみに設けられ、を複素平面上で変位させ、それぞれ、信号Ｘ_２を出力する。具体的には、変位部３４は、Ｘを角度φだけ回転させることによりＸ_２を得る。
つまり、適切な角度φを設定することにより、変位部３４は、信号Ｘと信号Ｙの配置点が重ならないようにする作用を生じさせる。あるいは、変位部３４は、信号Ｘと信号Ｙの配置点の重なり度合いを小さくさせる方向の作用を生じさせる。

ＯＦＤＭフレーム化部３５は、各系統に設けられており、それぞれ、信号Ｘ_２およびＹを基に、ＯＦＤＭフレームを生成する。
ＩＦＦＴ部３６は、各系統に設けられており、それぞれ、ＯＦＤＭフレーム化部３５から出力された信号を、逆フーリエ高速変換する。つまり、ＩＦＦＴ部３６は、周波数領域の信号を時間領域の信号に変換する。
ＧＩ付加部２７は、各系統に設けられており、それぞれ、ＩＦＦＴ部２６から出力された信号に、ガードインターバルを付加する。
そして、送信装置３は、これら２系統の信号を、送信機Ｔｘ１および送信機Ｔｘ２から送信する。送信機Ｔｘ１，Ｔｘ２のそれぞれに個別のアンテナが接続されている。なお、実施形態１の場合と同様に、両アンテナの偏波面を交差させるようにする。

本実施形態のように、複数の系列のキャリア変調部３１ａおよび３１ｂから出力されるキャリア変調の方式が異なっている場合にも、拡散部３２によって拡散された結果得られる信号ＸおよびＹに対して（信号ＸとＹは、それぞれ、信号ＡとＢが有する情報の両方を含んでいる）、変位部３４が信号Ｘについて複素振幅の変位を行わせる。この変位部３４の処理は、信号Ｘ_２と信号Ｙとの間で配置点が互いに重ならないようにする作用を有する。よって、受信装置側で信号Ｘ_２と信号Ｙとを区別して復号することがより容易になり、伝送品質が向上する。

なお、上述した各実施形態における送信装置、受信装置の機能の少なくとも一部をコンピューターで実現するようにしても良い。その場合、この各機能を実現するためのプログラムをコンピューター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ーシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピューターシステム」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、「コンピューター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、コンピューター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「コンピューター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、その場合のサーバーやクライアントとなるコンピューター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んでも良い。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ー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。

以上、複数の実施形態を説明したが、本発明はさらに次のような変形例でも実施することが可能である。なお、下に列挙する変形例のうちの複数を組み合わせて実施しても良い。

変形例１：受信装置６（第１の実施形態）は、送信装置１（第１の実施形態）からの信号だけでなく、送信装置２（第３の実施形態）あるいは送信装置３（第４の実施形態）から送信される無線信号を受信するように構成しても良い。また、受信装置７（第２の実施形態）は、送信装置１（第１の実施形態）からの信号だけでなく、送信装置２（第３の実施形態）あるいは送信装置３（第４の実施形態）から送信される無線信号を受信するように構成しても良い。

変形例２：前述の各実施形態による送信装置および受信装置は、映像音声データを伝送するための装置として構成されていたが、送信対象のデータは映像音声データに限らず、デジタルデータ一般を伝送するためにこれらの送信装置よび受信装置を構成しても良い。

変形例３：上記の各実施形態では、送信装置１、２、３のそれぞれにおいて、変位部は、ＩＱ平面の原点を中心とする位相角の回転の処理を行うことによって、信号の複素振幅を変位させていた。しかし、変位の方法は、このような回転に限らず、コンスタレーションポイントずらすような作用を有する、ＩＱ平面上における任意の写像であっても良い。

変形例４：伝送するデータの誤り検出または誤り訂正を可能とするため、送信装置側で冗長符号化を行うようにしても良い。この場合、受信装置側の最尤復号部では、採用される冗長符号化方式に応じた、ＭＬＤによる復号処理を行う。

変形例５：上記の各実施形態では、送信装置における送信系統を２系統としていた。また、受信装置における受信系統を１系統または２系統としていた。この変形例では、送信系統を３系統以上（例えば、４系統、８系統等）として良い。また、この変形例では、受信系統を３系統以上（例えば、４系統、８系統等）として良い。いずれの場合も、送信装置においては、拡散部によって拡散された複数系統の信号のうちの一部の系統の信号を、変位部が変位させる。また、受信装置においては、各々の受信アンテナで受信した複数系統の信号のそれぞれについて、送信アンテナとの間の伝送路応答を推定した後、それら複数系統の受信信号に基づきＭＬＤによる復号を行う。

変形例６：上記の第１の実施形態では、拡散部が式（３）や式（５）の数式により信号の拡散を行うこととした。しかし、拡散の方法はこれらの式に限らず、両系統のそれぞれにａ，ｂ，ｃ，ｄの情報を含めることができるような、他の方法で（即ち、他の数式によって）信号の拡散を行うようにしても良い。また、第３の実施形態では、式（１０）で表される信号Ａ，Ｂ、Ｃ，Ｄを、拡散部が式（１１）で拡散するようにした。しかし、拡散の方法はこれに限らず、拡散後の各系統の信号にａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈの情報を含めることができるような他の方法で信号の拡散を行うようにしても良い。またさらに、送信系統の数が２ないしは４以外の場合についても同様であり、信号の拡散の方法は特定の数式での表現に限定されるものではなく、拡散後の単一の系統における信号に伝送したい情報のすべてが含まれるような任意の拡散方法を用いることができる。

変形例７：上記の各実施形態では、ＯＦＤＭによる伝送を行っていた。代わりに、シングルキャリアによる伝送を行うよう、送信装置と受信装置を構成するようにしても良い。なお、シングルキャリアによる伝送を行う場合には、拡散部は、異なるキャリア間での拡散を行うようにする。

変形例８：上記の実施形態の送信装置においては、拡散部が拡散処理した結果について、その一部の送信系統のみの信号を変位部が変位させる構成としていた。本変形例では、それらの処理を拡散部が一括して行うようにする。つまり、拡散部が一旦拡散処理してから、変位部が変位させるのではなく、変位部が変位させた後の信号をも拡散部が直接出力するようにする。このように送信装置を構成した場合、送信される信号は前記の実施形態における信号と変わらないが、送信装置の内部の構成を小規模化したり、処理の段階を削減（つまり、処理時間も削減）したりすることができる。つまり、本変形例における拡散部は、キャリア変調部によって分配された信号を基に、各送信系統間で信号を拡散処理するとともに複数の送信系統のうちの少なくとも一部の送信系統については信号の複素振幅を変位させた結果を出力する。

以上、この発明の実施形態について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等も含まれる。

本発明は、放送や通信のための情報の伝送に利用することができる。

１，２，３ 送信装置
６，７ 受信装置
１１，２１，３１ａ，３１ｂ キャリア変調部
１２，２２，３２ 拡散部
１４，２４，３４ 変位部
１５，２５，３５ ＯＦＤＭフレーム化部
１６，２６，３６ ＩＦＦＴ部
１７，２７，３７ ＧＩ付加部
６１，７１ ＧＩ除去部
６２，７２ ＦＦＴ部
６３，７３ 伝送路推定部
６４，７４ 最尤復号部

Claims (9)

1. 送信対象のデータを基にキャリア変調処理を行うとともにキャリア変調処理された信号を複数の送信系統に分配するキャリア変調部と、
   前記キャリア変調部によって分配された前記信号を基に、各送信系統間で前記信号を拡散処理する拡散部と、
   前記拡散部から出力される複数の送信系統の信号のうち、少なくとも一部の送信系統の信号の複素振幅を変位させる変位部と、
   各送信系統における前記信号を各々の送信アンテナから送信する送信処理部と、
   を具備することを特徴とする送信装置。
2. 前記送信処理部は、各々異なる偏波面を有する送信アンテナから各送信系統における前記信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
3. 変位部は前記信号の複素振幅の位相角を所定の角度分回転させる、
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の送信装置。
4. 前記所定の角度は、あらかじめ定められた固定値またはランダムに割り当てられる値である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の送信装置。
5. 前記キャリア変調部は、各送信系統に異なるキャリア周波数による複数の信号を分配し、
   前記拡散部は、各送信系統間で、且つ各送信系統における異なるキャリア周波数の信号間で拡散処理を行い、
   前記変位部は、前記送信系統に割り当てられた複数のキャリア周波数の信号それぞれについて複素振幅を変位させ、
   前記送信処理部は、各送信系統における複数のキャリア周波数の前記信号を各々の送信アンテナから送信する、
   ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の送信装置。
6. 前記キャリア変調部は、前記送信系統に応じて異なる変調方式でキャリア変調する、
   ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の送信装置。
7. 送信対象のデータを基にキャリア変調処理を行うとともにキャリア変調処理された信号を複数の送信系統に分配するキャリア変調部と、
   前記キャリア変調部によって分配された前記信号を基に、各送信系統間で前記信号を拡散処理するとともに前記複数の送信系統のうちの少なくとも一部の送信系統については信号の複素振幅を変位させた結果を出力する拡散部と、
   各送信系統における前記信号を各々の送信アンテナから送信する送信処理部と、
   を具備することを特徴とする送信装置。
8. 各々が受信アンテナに接続される複数の受信系統のそれぞれに設けられ、請求項１から７までのいずれか一項に記載の送信装置から送信される信号を受信する受信処理部と、
   前記複数の受信系統の前記受信処理部で受信した信号を基に、ＭＬＤ法による復号処理を行う復号部と、
   を具備することを特徴とする受信装置。
9. 受信アンテナに接続される単一の受信系統に設けられ、請求項１から７までのいずれか一項に記載の送信装置から送信される信号を受信する受信処理部と、
   前記単一の受信系統の前記受信処理部で受信した信号を基に、ＭＬＤ法による復号処理を行う復号部と、
   を具備することを特徴とする受信装置。

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