JP2017139705A - 送信装置及び送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数オフセット送信ダイバーシチ方式を適用した無線通信においてダイバーシチ利得を改善する。
【解決手段】送信装置は、複数のアンテナと、アンテナごとに設けられ、送信対象のシンボル系列に対してそれぞれ異なる周波数オフセットを付与する周波数オフセット付与部と、アンテナごとに設けられ、送信対象のシンボル系列に対してそれぞれ異なる振幅オフセットを付与する振幅オフセット付与部と、異なる周波数オフセットと異なる振幅オフセットとが付与された複数のシンボル系列それぞれを異なるアンテナから送信する無線部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信装置及び送信方法に関する。

無線送信においては、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ことがある。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つ以上のパスそれぞれで受信した受信信号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１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（非特許文献１）。周波数オフセット送信ダイバーシチ方式では、送信される信号の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て得られる複数の信号を、複数のアンテナを用いてそれぞれを送信する。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ことで、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低減できる。

図２は、周波数オフセット送信ダイバーシチ方式が適用された無線通信システムの構成例を示す図である。無線通信システムは、送信装置８０と、受信装置９０とを備える。

送信装置８０は、符号化部１１と、インターリーバ１２と、シンボル生成部１３と、Ｍ個の周波数オフセット付与部１４（１４−１〜１４−Ｍ）と、Ｍ個の無線部１６（１６−１〜１６−Ｍ）と、Ｍ個の送信アンテナ１７（１７−１〜１７−Ｍ）とを備える。符号化部１１は、入力される送信対象の信号系列を誤り訂正符号化する。インターリーバ１２は、符号化部１１による符号化で得られた信号系列に対してインターリーブする。シンボル生成部１３は、インターリーバ１２によるインターリーブで得られた信号系列からシンボル系列を生成する。

周波数オフセット付与部１４と無線部１６とは、送信アンテナ１７ごとに設けられる。すなわち、周波数オフセット付与部１４の個数と無線部１６の個数とは、送信アンテナの個数によって定まる。周波数オフセット付与部１４−１〜１４−Ｍそれぞれは、互いに異なる周波数オフセットを、シンボル生成部１３により生成されたシンボル列に対して付与する。無線部１６−１〜１６−Ｍそれぞれは、対応する周波数オフセット付与部１４により周波数オフセットが付与されたシンボル系列に対してデジタル−アナログ変換と周波数変換とを行う。無線部１６−１〜１６−Ｍそれぞれは、変換により得られた送信信号を、対応する送信アンテナ１７を通じて送信する。

受信装置９０は、受信アンテナ２１と、無線部２２と、検波部２３と、シンボル識別部２４と、デインターリーバ２５と、復号部２６とを備える。受信アンテナ２１は、送信装置８０から送信される信号を受信する。無線部２２は、受信アンテナ２１により受信された信号に対して、周波数変換とアナログ−デジタル変換とを行う。無線部２２は、変換で得られたデジタルの受信信号を検波部２３へ出力する。検波部２３は、無線部２２から出力される受信信号に対して検波を行い、シンボル系列を抽出する。シンボル識別部２４は、検波部２３で得られたシンボル列を信号系列へ変換する。デインターリーバ２５は、シンボル識別部２４で得られた信号系列に対してデインターリーブする。復号部２６は、デインターリーバ２５によるデインターリーブで得られた信号系列に含まれる誤りを訂正し、得られた信号系列を出力する。

送信装置８０において、送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍそれぞれから送信される送信信号に異なる周波数オフセットを付与する。これにより、受信装置９０が受信する信号の受信レベルの定常的な落ち込みを低減して、伝送品質を向上させている。

藤野洋輔、外３名、「ＢＳ−１−１９ 広域ユビキタスネットワーク用ダイバーシチ技術（２） −周波数オフセット送信ダイバーシチ−」、電子情報通信学会総合大会講演論文集２００８年＿通信（１）、２００８年３月５日

周波数オフセット送信ダイバーシチ方式では、異なる周波数オフセットを付与した複数の信号を同時に異なる送信アンテナから送信し、信号受信地点である受信装置において強制的にうなりを生じさせる。すなわち、送信アンテナそれぞれ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、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になる。

セルラ環境などにおける見通し外の無線通信では、基地局の送信アンテナから送信された電波は、端末の周囲及び端末までの伝搬経路に存在するビルなどの電波散乱体によって反射して端末へ到達する。異なる伝搬経路を通り端末へ到達した反射波は、大きさがほぼ等しく位相が異なるベクトルとして表される。基地局の送信アンテナごとに信号に付与された異なる周波数オフセットにより反射波のベクトルの位相回転速度が送信アンテナごとに異なるので、端末において反射波のベクトルが受信時に合成されると周波数うなりが生じる。

このとき、反射波のベクトルの大きさが全ての送信アンテナごとに同等となることにより、周波数うなり周期では受信した信号の受信レベルが著しく落ち込み、当該信号でビット誤りが生じてしまうという問題があった。また、送信アンテナの数が多くなると周波数うなりの周期が短くなるため、１つのパケット（フレーム）内で受信レベルが落ち込む回数が多くなり、誤り訂正符号化による誤りの訂正が正しく行われず十分なダイバーシチ利得が得られなくなるという問題があった。

前述の事情に鑑み、本発明は、周波数オフセット送信ダイバーシチ方式を適用した無線通信において、ダイバーシチ利得を改善することができる送信装置及び送信方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、複数のアンテナと、前記アンテナごとに設けられ、送信対象のシンボル系列に対してそれぞれ異なる周波数オフセットを付与する周波数オフセット付与部と、前記アンテナごとに設けられ、送信対象のシンボル系列に対してそれぞれ異なる振幅オフセットを付与する振幅オフセット付与部と、異なる周波数オフセットと異なる振幅オフセットとが付与された複数のシンボル系列それぞれを異なる前記アンテナから送信する無線部と、を備える送信装置である。

また、本発明の一態様は、上記の送信装置において、前記振幅オフセット付与部は、振幅オフセットを付与する前のシンボル系列が送信されるときの送信電力の合計電力と、振幅オフセットを付与した後のシンボル系列が送信されるときの送信電力の合計電力とが同じになる振幅オフセットを、複数の前記周波数オフセット付与部により周波数オフセットが付与された各シンボル系列に対して付与する。

また、本発明の一態様は、上記の送信装置において、前記アンテナの数をＭとした場合、前記振幅オフセット付与部は、Ｎ番目の前記アンテナ（Ｎ＝１，２，…，Ｍ）から送信されるシンボル系列に対して、当該シンボル系列の送信電力が（２Ｎ−１）／（２Ｍ）の比率で割り当てられるように振幅オフセットを付与する。

また、本発明の一態様は、上記の送信装置において、前記振幅オフセット付与部は、前記アンテナの数に基づいて定められた振幅オフセットを、複数の前記周波数オフセット付与部により周波数オフセットが付与された各シンボル系列に対して付与する。

また、本発明の一態様は、上記の送信装置において、前記振幅オフセット付与部は、前記アンテナの数が多くなるほど振幅オフセットの絶対値が大きく定められた振幅オフセットを、複数の前記周波数オフセット付与部により周波数オフセットが付与された各シンボル系列に対して付与する。

また、本発明の一態様は、複数のアンテナを備える送信装置が行う送信方法であって、前記アンテナごとに異なる周波数オフセットを、送信対象のシンボル系列に付与する周波数オフセット付与ステップと、前記周波数オフセット付与ステップにおいて異なる周波数オフセットが付与されたシンボル系列それぞれに対して、異なる振幅オフセットを付与する振幅オフセット付与ステップと、異なる周波数オフセットと異なる振幅オフセットとが付与された複数のシンボル系列それぞれを異なる前記アンテナから送信する送信ステップと、を有する送信方法である。

本発明によれば、周波数オフセット送信ダイバーシチ方式を適用した無線通信において、ダイバーシチ利得を改善することが可能となる。

本実施形態における無線通信システムの構成例を示すブロック図。 周波数オフセット送信ダイバーシチ方式が適用された無線通信システムの構成例を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における送信装置及び送信方法を説明する。図１は、本実施形態における無線通信システムの構成例を示すブロック図である。本実施形態の無線通信システムは、送信装置１と、受信装置２とを備える。なお、図２に示した無線通信システムにおける構成要素と同様の動作を行う構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

送信装置１は、符号化部１１と、インターリーバ１２と、シンボル生成部１３と、Ｍ個の周波数オフセット付与部１４（１４−１〜１４−Ｍ）と、Ｍ個の振幅オフセット付与部１５（１５−１〜１５−Ｍ）と、Ｍ個の無線部１６（１６−１〜１６−Ｍ）と、Ｍ個の送信アンテナ１７（１７−１〜１７−Ｍ）とを備える。送信装置１は、周波数オフセット付与部１４−１〜１４−Ｍと無線部１６−１〜１６−Ｍとの間に、振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍを備える点が、図２に示した送信装置８０と異なっている。受信装置２は、受信アンテナ２１と、無線部２２と、検波部２３と、シンボル識別部２４と、デインターリーバ２５と、復号部２６とを備える。受信装置２は、図２に示した受信装置９０と同じ構成を有している。

振幅オフセット付与部１５は、周波数オフセット付与部１４と無線部１６と同様に、送信アンテナ１７ごとに設けられる。振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍは、振幅オフセットを、対応する周波数オフセット付与部１４により周波数オフセットが付与された各シンボル系列に対して付与する。振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍそれぞれが付与する周波数オフセットは、互いに異なる周波数オフセットである。振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍは、振幅オフセットを付与して得られたシンボル系列を無線部１６−１〜１６−Ｍへ出力する。無線部１６−１〜１６−Ｍは、周波数オフセット付与部１４−１〜１４−Ｍ及び振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍにより周波数オフセット及び振幅オフセットが付与されたシンボル系列に対して、デジタル−アナログ変換と周波数変換とを行う。送信装置１は、振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍを備えることにより、送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍごとに異なる振幅オフセットを付与した送信信号を送信する。振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍが付与する振幅オフセットは、例えば以下のようにして定められる。

振幅オフセットを付与する前のシンボル系列が送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍそれぞれから送信されるときの送信電力の合計電力と、振幅オフセットを付与した後のシンボル系列が送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍそれぞれ送信されるときの送信電力の合計電力とが同じになるように各振幅オフセットを定める。具体的には、送信装置１がＭ個の送信アンテナ１７を備える場合に、Ｎ番目の送信アンテナ１７−Ｎ（Ｎ＝１，２，…，Ｍ）から送信される信号の送信電力が（２Ｎ−１）／（２Ｍ）の比率で割り当てられるように、振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍがシンボル系列に対して付与する振幅オフセットが定められる。

また、振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍが付与する振幅オフセットは、送信装置１が備える送信アンテナ１７の数に基づいて定めてもよい。具体的には、送信装置１が備える送信アンテナ１７の数が多くなるほど、振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍが付与する振幅オフセットの絶対値を大きくする。

本実施形態の無線通信システムによれば、送信装置１が送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍそれぞれから送信される信号に対して、異なる周波数オフセットを付与することに加えて異なる振幅オフセットを付与することで、多重波伝搬環境での反射波ベクトルの大きさが送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍごとに異なることになる。これにより、送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍごとに異なる周波数オフセットにより生じる周波数うなりで生じる振幅の落ち込みを軽減させることができ、受信装置２におけるダイバーシチ利得を向上させることができる。その結果、周波数オフセット送信ダイバーシチ方式を適用した無線通信においてダイバーシチ利得を改善することができる。

また、本実施形態の無線通信システムにおいて、総送信電力が増加しないように振幅オフセットを決定した場合、送信装置１における総送信電力を増加させることなく、ダイバーシチ利得を改善させることができる。

また、本実施形態の無線通信システムでは、ダイバーシチ利得の改善により伝送品質を向上させることができるので、所定の伝送品質を得るために必要となる総送信電力を削減することができる。

また、本実施形態の無線通信システムでは、送信装置１が備える送信アンテナ１７の数が多い場合に１つのパケット内での受信レベルの落ち込み回数が増加した場合でも、受信レベルの落ち込み幅を軽減できるので、誤り訂正符号による誤り訂正の効果を向上させることができ、良好なダイバーシチ利得を得ることができる。

また、本実施形態の無線通信システムにおいて、送信装置１が備える送信アンテナの数に応じて振幅オフセットを定める場合、送信アンテナ１７の数が少ないときには振幅オフセットの絶対値を小さくすることにより、周波数うなりで生じる受信信号の平均受信電力（平均受信レベル）が小さくなってしまうことを防ぐことができる。これにより、誤り訂正符号による誤り訂正の効果を維持させる維持させつつ、ダイバーシチ利得を改善することができる。

なお、本実施形態の送信装置１では、周波数オフセット付与部１４−１〜１４−Ｍが周波数オフセットをシンボル系列に付与した後に、振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍが振幅オフセトをシンボル系列に付与する構成例を説明した。しかし、振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍが振幅オフセットをシンボル系列に付与した後に、周波数オフセット付与部１４−１〜１４−Ｍが周波数オフセットをシンボル系列に付与してもよい。

また、振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍがシンボル系列に付与する振幅オフセットは、シンボル系列の振幅に対して加算する増減量として定められてもよいし、シンボル系列の振幅に対して乗じる比率として定められてもよい。

また、振幅オフセット付与部１５−１〜１５−Ｍがシンボル系列に付与する各振幅オフセットは、周期的に変化する値としてもよいし、固定の値としてもよい。なお、振幅オフセットを周期的に変化させる場合には、周波数うなりの周期と異なる周期で変化させることが好ましい。

前述した実施形態における送信装置１の全て又は一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。例えば、送信装置１が有する構成要素それぞれ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、実行することによって実現してもよい。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。更に「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んでもよい。また、このプログラムは、前述した構成要素の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した構成要素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よく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。

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。

周波数オフセット送信ダイバーシチ方式を適用した無線通信においてダイバーシチ利得を改善することが不可欠な用途にも適用できる。

１…送信装置、１１…符号化部、１２…インターリーバ、１３…シンボル生成部、１４…周波数オフセット付与部、１５…振幅オフセット付与部、１６…無線部、１７…送信アンテナ、２…受信装置、２１…受信アンテナ、２２…無線部、２３…検波部、２４…シンボル識別部、２５…デインターリーバ、２６…復号部、８０…送信装置、９０…受信装置

Claims (6)

1. 複数のアンテナと、
   前記アンテナごとに設けられ、送信対象のシンボル系列に対してそれぞれ異なる周波数オフセットを付与する周波数オフセット付与部と、
   前記アンテナごとに設けられ、送信対象のシンボル系列に対してそれぞれ異なる振幅オフセットを付与する振幅オフセット付与部と、
   異なる周波数オフセットと異なる振幅オフセットとが付与された複数のシンボル系列それぞれを異なる前記アンテナから送信する無線部と、
   を備える送信装置。
2. 前記振幅オフセット付与部は、
   振幅オフセットを付与する前のシンボル系列が送信されるときの送信電力の合計電力と、振幅オフセットを付与した後のシンボル系列が送信されるときの送信電力の合計電力とが同じになる振幅オフセットを、複数の前記周波数オフセット付与部により周波数オフセットが付与された各シンボル系列に対して付与する、
   請求項１に記載の送信装置。
3. 前記アンテナの数をＭとした場合、
   前記振幅オフセット付与部は、
   Ｎ番目の前記アンテナ（Ｎ＝１，２，…，Ｍ）から送信されるシンボル系列に対して、当該シンボル系列の送信電力が（２Ｎ−１）／（２Ｍ）の比率で割り当てられるように振幅オフセットを付与する、
   請求項１に記載の送信装置。
4. 前記振幅オフセット付与部は、
   前記アンテナの数に基づいて定められた振幅オフセットを、複数の前記周波数オフセット付与部により周波数オフセットが付与された各シンボル系列に対して付与する、
   請求項１に記載の送信装置。
5. 前記振幅オフセット付与部は、
   前記アンテナの数が多くなるほど振幅オフセットの絶対値が大きく定められた振幅オフセットを、複数の前記周波数オフセット付与部により周波数オフセットが付与された各シンボル系列に対して付与する、
   請求項１に記載の送信装置。
6. 複数のアンテナを備える送信装置が行う送信方法であって、
   前記アンテナごとに異なる周波数オフセットを、送信対象のシンボル系列に付与する周波数オフセット付与ステップと、
   前記周波数オフセット付与ステップにおいて異なる周波数オフセットが付与されたシンボル系列それぞれに対して、異なる振幅オフセットを付与する振幅オフセット付与ステップと、
   異なる周波数オフセットと異なる振幅オフセットとが付与された複数のシンボル系列それぞれを異なる前記アンテナから送信する送信ステップと、
   を有する送信方法。

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