JP4214237B2 - 送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、ならびに、プログラム - Google Patents
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Description
特に、単一の局部発振器から出力される共通の局部発振信号を複数の空中線の各系列の送信側周波数変換部に与える構成で、各空中線中のキャリア間の直交性を維持し、周波数利用効率を改善して、高い高速伝送を実現可能なOFDM信号送信装置が開示されている。
特許文献2には、クラスタ化されたOFDMの受信機におけるチャンネル推定に関する発明が開示されている。
特に、各送信チャンネル上で1つ以上のアンテナに到達する信号を各FFT素子に与え、FFT素子の出力をフィルタリングし、フィルタリングされた信号を結合し、結合された信号を閾値素子に与えるものであり、最適チャンネル推定機としてチャンネルの周波数領域相関行列の固有行列を用い、当該行列がチャンネルの遅延プロファイルに依存するものが開示されている。
特許文献3には、同一周波数の複数の受信信号を用いて帯域分割ダイバーシティ受信を行い、一括FFT方式を用いることで装置を小型化し機動性を向上させた移動伝送装置のダイバーシティ受信装置に関する発明が開示されている。
特に、敷設ケーブルを1本にすることのできるダイバーシティ受信装置であって、高速フーリエ変換して周波数軸データを得るFFT手段と、周波数軸データのシンボル間の差分を計算し、これにより得たOFDM信号の差動復調後のキャリアデータを選択または合成して出力する選択合成出力手段とを備えるものが開示されている。
非特許文献1は、本出願に係る発明者の1人が参加してなされた過去の研究の論文であり、ユニタリ行列により空間−時間的な変復調を行い、複数のアンテナを用いて、時間差を設けて信号を発する発明が開示されている。
しかしながら、このような技術以外にも、OFDM通信に適用可能な種々の通信技術が強く望まれている。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、対角成分以外の成分が0であるユニタリ行列による変復調を用いて効率良く通信を行う送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、ならびに、これらをコンピュータ上にて実現するためのプログラムを提供することを目的とする。
本発明の第1の観点に係る送信装置は、直並列変換部と、ユニタリ行列変調部と、スプリット部と、逆フーリエ変換部と、並直列変換部と、送信部と、を備え、以下のように構成する。
すなわち、直並列変換部は、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、m(m≧2)個の中間信号を出力する。
一方、ユニタリ行列変調部は、出力されたm個の中間信号を、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力する。
さらに、スプリット部は、出力された行列の対角成分のそれぞれを、逆フーリエ変換部の入力チャネルに入力信号として与える。
そして、逆フーリエ変換部は、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるm個の逆フーリエ変換済み信号を出力する。
一方、並直列変換部は、出力されたm個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して1つの送信信号を出力する。
さらに、送信部は、出力された送信信号を送信する。
逆フーリエ変換部のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である。
本発明のその他の観点に係る受信装置は、受信部と、直並列変換部と、フーリエ変換部と、逆スプリット部と、ユニタリ行列復調部と、並直列変換部と、を備え、以下のように構成する。
すなわち、受信部は、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力する。
一方、直並列変換部は、出力された受信信号を直並列変換してm(m≧2)個の中間信号を出力する。
さらに、フーリエ変換部は、出力されたm個の中間信号をフーリエ変換して得られるm個のフーリエ変換済み信号を出力する。
そして、逆スプリット部は、出力されたm個のフーリエ変換済み信号を、ユニタリ行列復調部に与える。
一方、ユニタリ行列復調部は、与えられたm個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が0であるm行m列の行列から、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列を復調する。
さらに、並直列変換部は、復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを伝送された信号として出力する。
そして、フーリエ変換部のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である。
本発明の他の観点に係る送信方法は、直並列変換工程と、ユニタリ行列変調工程と、スプリット工程と、逆フーリエ変換工程と、並直列変換工程と、送信工程と、を備え、以下のように構成する。
すなわち、直並列変換工程では、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、m(m≧2)個の中間信号を出力する。
一方、ユニタリ行列変調工程では、出力されたm個の中間信号を、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力する。
さらに、スプリット工程では、出力された行列の対角成分のそれぞれを、逆フーリエ変換の入力チャネルに入力信号として与える。
そして、逆フーリエ変換工程では、逆フーリエ変換の入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるm個の逆フーリエ変換済み信号を出力する。
一方、並直列変換工程では、出力されたm個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して1つの送信信号を出力する。
さらに、送信工程では、出力された送信信号を送信する。
そして、逆フーリエ変換工程における逆フーリエ変換のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である。
本発明の他の観点に係る受信方法は、受信工程と、直並列変換工程と、フーリエ変換工程と、逆スプリット工程と、ユニタリ行列復調工程と、並直列変換工程と、を備え、以下のように構成する。
すなわち、受信工程では、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力する。
一方、直並列変換工程では、出力された受信信号を直並列変換してm(m≧2)個の中間信号を出力する。
さらに、フーリエ変換工程では、出力されたm個の中間信号をフーリエ変換して得られるm個のフーリエ変換済み信号を出力する。
そして、逆スプリット工程では、出力されたm個のフーリエ変換済み信号を、ユニタリ行列復調工程に与える。
一方、ユニタリ行列復調工程では、与えられたm個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が0であるm行m列の行列から、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列を復調する。
さらに、並直列変換工程では、復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを伝送された信号として出力する。
そして、フーリエ変換工程におけるフーリエ変換のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である。
本発明の他の観点に係る送信装置は、直並列変換部と、複数のユニタリ行列変調部と、スプリット部と、逆フーリエ変換部と、並直列変換部と、送信部と、を備え、以下のように構成する。
すなわち、直並列変換部は、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、m×n(m≧2,n≧1)個の中間信号を出力する。
一方、複数のユニタリ行列変調部のそれぞれは、出力されたm×n個の中間信号のうちのいずれかm個を重複なく、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力する。
さらに、スプリット部は、出力された行列の対角成分のそれぞれを、逆フーリエ変換部の入力チャネルに入力信号として与える。
そして、逆フーリエ変換部は、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるm個の逆フーリエ変換済み信号を出力する。
一方、並直列変換部は、出力されたm個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して1つの送信信号を出力する。
さらに、送信部は、出力された送信信号を送信する。
そして、逆フーリエ変換部のチャネル同士のうち、複数のユニタリ行列変調部から出力される行列の対角成分が与えられるチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である。
また、本発明の送信装置において、複数のユニタリ行列変調部のうち、i番目のものが出力する行列のj行j列の対角成分(ただし0≦i<n,0≦j<m)は、逆フーリエ変換部のj×m+i番目の入力チャネルに与えられるように構成することができる。
本発明の他の観点に係る受信装置は、受信部と、直並列変換部と、フーリエ変換部と、逆スプリット部と、複数のユニタリ行列復調部と、並直列変換部と、を備え、以下のように構成する。
すなわち、受信部は、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力する。
一方、直並列変換部は、出力された受信信号を直並列変換してm×n(m≧2,n≧1)個の中間信号を出力する。
さらに、フーリエ変換部は、出力されたm×n個の中間信号をフーリエ変換して得られるm×n個のフーリエ変換済み信号を出力する。
そして、逆スプリット部は、出力されたm×n個のフーリエ変換済み信号を、n個ずつ重複なくユニタリ行列復調部のそれぞれに与える。
一方、複数のユニタリ行列復調部のそれぞれは、与えられたm個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が0であるm行m列の行列から、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列を復調する。
さらに、並直列変換部は、復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを伝送された信号として出力する。
そして、フーリエ変換部のチャネル同士のうち、複数のユニタリ行列復調部のそれぞれに与えられるフーリエ変換済み信号を出力するチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である。
また、本発明の受信装置において、複数のユニタリ行列復調部のそれぞれは、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列であって、あらかじめ定められた複数のユニタリ行列のそれぞれと、与えられたm個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が0であるm行m列の行列と、を対比して、当該あらかじめ定められた複数のユニタリ行列のうち、そのユークリッド距離が最小のものを選択し、当該選択されたものを復調の結果とするように構成することができる。
また、本発明の受信装置において、複数のユニタリ行列復調部のうち、i番目のものが対比する行列のj行j列の対角成分(ただし0≦i<n,0≦j<m)は、逆フーリエ変換部のj×m+i番目の出力チャネルから出力されたものであるように構成することができる。
本発明の他の観点に係るプログラムは、コンピュータを、上記の送信装置の各部として機能させるように構成する。
本発明の他の観点に係るプログラムは、コンピュータを、上記の受信装置の各部として機能させるように構成する。
本発明のプログラムを、他の機器と通信可能なコンピュータに実行させることにより、本発明の送信装置、受信装置、送信方法、ならびに、受信方法を実現することができる。
また、当該コンピュータとは独立して、本発明のプログラムを記録した情報記録媒体を配布、販売することができる。また、本発明のプログラムを、インターネット等のコンピュータ通信網を介して伝送し、配布、販売することができる。
特に、当該コンピュータがDSP(Digital Signal Processor)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などのプログラム可能な電子回路を有する場合には、本発明の情報記録媒体に記録されたプログラムを当該コンピュータに伝送し、当該コンピュータ内のDSPやFPGAにこれを実行させて、本発明の送信装置や受信装置を実現するソフトウェアラジオ形式の手法を利用することができる。
図2は、 OFDM技術とユニタリ行列変調とを組み合わせた送信装置の概要構成を示す模式図である。
図3は、 スプリット処理の説明を示す説明図である。
図4は、 図2に示す送信装置と対になる受信装置の概要構成を示す模式図である。
図5は、 他の実施形態に係る送信装置の概要構成を示す模式図である。
図6は、 他の実施形態に係る受信装置の概要構成を示す模式図である。
図7は、 他の実施形態に係るスプリット処理の概要構成を示す模式図である。
まず、本実施形態で用いられるユニタリ行列について述べる。m行m列の正方行列S(i行j列の要素をsi,jと書く。)その随伴行列(共役転置行列)S*(i行j列の要素はsj,i *である。ただし、x*はxの共役複素数である。)について、Eをm行m列の単位行列としたときに、
SS*=S*S=E
が成立する場合、Sを「ユニタリ行列」と呼ぶ。本実施形態では、ユニタリ行列のうち、対角成分以外がすべて0であるものを用いる。
たとえば、2行2列のユニタリ行列としては、以下のようなものが考えられる。
m行m列の対角成分以外が0のユニタリ行列として、どのようなものを選択すべきか、については、[非特許文献1]に開示されているものと同様の技術を採用することができる。
さて、以下の説明例では、この4種類のユニタリ行列を変復調に採用することとする。4=22であるから、2ビットの情報をこれらのユニタリ行列に1対1に対応付けることができる。
そこで、これらのそれぞれについて、以下のような2ビットの入力を対応付ける。
以下では、これらの例に基づき、2行2列のユニタリ行列変復調について説明する。すなわち、ユニタリ行列変調とは、[数5]〜[数8]で示される2個の信号(各要素の値がそれぞれ1個の信号に相当する)入力があった場合に、これに対応付けられた[数1]〜[数4]で示される行列を変調結果として出力するものであり、ユニタリ行列復調とは、その逆の操作を行うものである。
(基本となるユニタリ行列変調)
図1は、最も単純なユニタリ行列変調を行う送信装置の構成図である。以下、本図を参照して説明する。
送信装置101においては、伝送すべき信号が、単位時間あたりfビットのレートで、直並列変換部102に入力される。
直並列変換部102は、これを2つの中間信号に直並列変換する。したがって、各中間信号の出力レートは、単位時間あたりf/2ということになる。
つぎに、これらの中間信号が、ユニタリ行列変調部103に与えられる。ユニタリ行列変調部103は、2つの中間信号の入力を受け付けて、2つの変調信号を出力する。すると、ユニタリ行列変調部103は、入力された2つの中間信号を縦ベクトル([数5]〜[数8])と見たときに、これに対応する行列([数1]〜[数4])を出力する。
たとえば、2つの中間信号が[数5]で表されるものであり、出力されるべき行列が[数1]で表されるものであるときには、時間順に変調信号の一方には1,0を、他方には0,1を、それぞれ出力する。したがって、各変調信号の出力レートは、単位時間あたりfということになる。
ついで、各重畳部104は、各変調信号を、互いに異なる搬送周波数の搬送波に重畳する。ここで、ユニタリ行列の各要素の値は、一般には複素数であり、重畳結果の位相が変化する。そして、各アンテナ105は、それぞれの信号を出力する。
上記のように、ユニタリ行列変調部105が出力するユニタリ行列は、対角成分以外は0である。したがって、上記の実施例では、アンテナ105のいずれか1つが信号を発している(送信電力が非0である)ときには、他のアンテナ105はいずれも信号を発していない(送信電力が0である)ことになる。このようにして、一つの信号を、時間軸、空間軸のそれぞれに展開して送信を行う。
ここでさらに、アンテナ105が互いに排他的に信号を発していること、すなわち、ユニタリ行列変調部103が出力するユニタリ行列の対角成分がすべて0であること、を利用して、時間軸での圧縮を考える。また、図1に示す実施形態では、アンテナ105の数が、ユニタリ行列の次元数と同じだけ必要となるが、アンテナ105の数を1つで済むようにすることを考える。このために適用される技術がOFDM技術である。
(送信装置の実施形態)
図2は、OFDM技術とユニタリ行列変調とを組み合わせた送信装置の概要構成を示す。送信装置101において、直並列変換部102、ユニタリ行列変換部103の処理は、図1に示す実施形態と同じである。
すなわち、伝送すべき信号が、直並列変換部102に入力されると、直並列変換部102は、これを2つの中間信号に直並列変換する。
つぎに、これらの中間信号が、ユニタリ行列変調部103に与えられる。ユニタリ行列変調部103は、2つの中間信号の入力を受け付けて、2つの変調信号を出力する。すると、ユニタリ行列変調部103は、入力された2つの中間信号を縦ベクトル([数5]〜[数8])と見たときに、これに対応する行列([数1]〜[数4])を出力する。
たとえば、2つの中間信号が[数6]で表されるものであり、出力されるべき行列が[数2]で表されるものであるときには、時間順に変調信号の一方にはi,0を、他方には0,iを、それぞれ出力する。
そして、ユニタリ行列変調部103が出力するこれらの信号の実部と虚部の組み合わせ(行列の次元数と一致)を、スプリット部111が、逆フーリエ変換部112の実部と虚部の組み合わせ(IチャンネルとQチャンネル)にそれぞれ入力して、逆フーリエ変換を行う。
図3は、スプリット部111の処理の説明を示すものである。スプリット部111は、i番目の信号については、行列のi行i列の要素の値を出力する。すなわち、上記の例では、スプリット部111は、[数9]を出力することとなる。
i行i列の要素(対角成分)以外の要素は、すべて0であるので、このような処理を行っても情報が失われることはない。なお、スプリット部では、さらに、各出力の入れ替えを行っても良い。スプリット処理が終わったら、これを逆フーリエ変換部112に与える。
なお、ユニタリ行列変調部103が、ユニタリ行列そのものを出力するのではなく、ユニタリ行列の対角成分だけを出力するような実施態様を採用しても良い。この場合は、スプリット部111で信号の入れ替えを行わない場合は、スプリット部111は不要となり、ユニタリ行列変調部103の出力がそのまま逆フーリエ変換部112に与えられることになる。本例では、[数1]〜[数4]の行列にかえて、以下の[数10]から[数13]のベクトルを利用する、ということである。
逆フーリエ変換部112では、入力された信号群を、通常のOFDM通信と同様に逆フーリエ変換する。逆フーリエ変換部112において行われる逆フーリエ変換のチャンネル(OFDM通信のサブキャリア)同士の周波数の差は、所定のコヒーレントバンド幅以上とすることが望ましい。コヒーレントバンド幅は、遅延波によるチャンネル応答が似ているようなチャンネル同士の周波数の差であり、遅延波の遅延時間が長ければ、チャンネルのコヒーレントバンド幅は狭くなり、遅延波の遅延時間が短ければ、チャンネルのコヒーレントバンド幅は広くなる。
ここでたとえば、80MHzのバンド幅で128個のサブキャリアのOFDMシステムを考えると、サブキャリアのバンド幅Δf=80MHz/128=625kHzということになる。ここで、RMS(Root Mead Squared)遅延スプレッドτ=714nsと考えると、コヒーレントバンド幅Bc=1/(50τ)=28kHz≒0.048Δfである。この式中の定数50はコヒーレントバンド幅の計算係数であり、いわゆる安全係数に類似する定数である。
したがって、このような場合には、隣合うチャンネル(サブキャリア)同士の周波数の差は、コヒーレントバンド幅より十分に大きいことになる。このように、伝播伝搬路の状況や利用される周波数帯などの状況によってRMS遅延スプレッドの大きさが得られれば、それからコヒーレントバンド幅を求めることができる。
逆フーリエ変換が終了したら、出力された信号を並直列変換部113が並直列変換して1つの信号とし、送信部114がこれを1つのアンテナ105から送信する。この段階は、通常のOFDM送信と同様である。
(受信装置の実施形態)
図4は、図2に示す送信装置101と対になる受信装置の概要構成を示す模式図である。以下、本図を参照して説明する。
受信装置401の受信部403は、送信装置101から送信された信号をアンテナ402を介して受信する。次に、直並列変換部404は、この受信信号を直並列変換して、2個の中間信号を出力する。この「2」という値は、送信装置101で用いるユニタリ行列変調が2行2列のユニタリ行列を用いることに基づくものであり、m行m列のユニタリ行列を使う場合は、m個の中間信号を出力することとなる。
そして、フーリエ変換部405は、通常のOFDM通信同様、中間信号をフーリエ変換して、2個のフーリエ変換済み信号を出力する。このフーリエ変換部405は、送信装置101の逆フーリエ変換部111と対になるものであり、各チャンネル(サブキャリア)の周波数の差(各チャンネル(サブキャリア)のバンド幅)は、上記のように、コヒーレントバンド幅以上となっている。
さて、電波伝搬路における種々の影響がなければ、ここで出力される信号は、[数10]〜[数13]のいずれか(に比例するもの)となるはずであるが、現実には、電波伝搬路の影響により、これらの信号とはずれが生じている。
そこで、逆スプリット部406では、フーリエ変換済み信号が、[数10]〜[数13]のいずれに最も近いか、を判定して、最も近いと判定されたベクトルを求める。「近さ」はベクトル同士のユークリッド距離によって定めるのが典型的であるが、ベクトルの各成分の差の絶対値の総和など、種々の「距離」の計算手法を採用することができる。
そして、図3に示すスプリットとは逆の変換「逆スプリット」により、求められたベクトルの各成分を対角成分とするユニタリ行列を得る。
ユニタリ行列復調部407は、逆スプリット部が出力したユニタリ行列(上記例の[数5]〜[数8])にあらかじめ対応付けられたベクトル(上記例の[数1]〜[数4])を出力する。
さらに、並直列変換部408は、ユニタリ行列復調部407が出力したベクトルを並直列変換して、出力する。
なお、逆フーリエ変換部112やフーリエ変換部405としては、既存の高速フーリエ変換用の電子素子回路などを利用することができるが、この場合には、各チャンネル(サブキャリア)のバンド幅は固定となっていることが多い。そこで、上記のように求めたコヒーレントバンド幅よりも、上記のバンド幅が狭い場合には、チャンネルを何個おきかにスキップして利用することによって、各チャンネルの周波数帯の周波数差を広げることができる。
(その他の実施形態)
上記の実施形態では、ユニタリ行列変調部やユニタリ行列復調部やを1つだけ採用して変復調を行っていたが、本実施形態では、m行m列のユニタリ行列変調部、ユニタリ行列復調部をそれぞれn個使い、OFDMにおいてはm×n個のチャネルを利用する。典型的には、上記の実施例においてあげたように、m=2とする。
図5は、本実施形態に係る送信装置の概要構成を、図6は、本実施形態に係る受信装置の概要構成を、それぞれ示す説明図であり、上記実施形態と同様の要素には、同じ符号を付してある。
送信装置101において、直並列変換部102は、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、m×n(m≧2,n≧1)個の中間信号を出力する。この中間信号を、順に、a0,a1,…,am×n−1とする。
一方、複数のユニタリ行列変調部103のそれぞれは、出力されたm×n個の中間信号のうちのいずれかm個を重複なく、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力する。
ユニタリ行列変調部103のそれぞれに番号0〜n−1を割り当てるとすると、典型的には、i番目のユニタリ行列変調部103には、中間信号ai×m,ai×m+1,…,ai×m+m−1が与えられることになる。
以降では、理解を容易にするため、当該i番目のユニタリ行列変調部103が出力する行列のj行j列の対角成分を、ri,jと書くこととする。
さらに、スプリット部104は、出力された行列の対角成分のそれぞれを、逆フーリエ変換部105の入力チャネルに入力信号として与える。この際に、同じユニタリ行列変調部103から出力される対角成分ri,0,ri,1,…,ri,m−1,…,は、できるだけその周波数が離れた入力チャネルに与えることが望ましい。また、この際に、当該周波数の差は、コヒーレントバンド幅以上であるようにする。
この条件は、上記実施形態よりも、緩い条件である。すなわち、上記実施形態では、入力チャネル同士のすべての組み合わせについて、その周波数の差がコヒーレントバンド幅以上であることが求めらるが、本実施形態では、同じユニタリ行列変調部103から出力される対角成分が与えられる入力チャネルについて、その周波数の差がコヒーレントバンド幅以上であれば十分である。
このように設定できるのは、同じユニタリ行列変調部103から出力される信号(対角成分)については、チャネル応答が類似していることによるものである。
もちろん、本実施形態においても、すべての入力チャネルの周波数差は大きいことが遅延波対策としては望ましいが、性能とのトレードオフの関係にあるので、これらの数値は、適用分野に応じて適宜設定することができる。
そこで、逆フーリエ変換部105の入力チャネルを、その周波数の順に、c0,c1,…,cm×n−1と名付けることとする。同じユニタリ行列変調部103から出力される対角成分ri,0,ri,1,…,ri,m−1,…,をできるだけ遠い周波数の入力チャネルに与えるには、対角成分ri,jは、入力チャネルcj×m+iに与えることとすれば良い。このような信号の与え方を、図7(a)に示す。
このほか、所定の1以上の定数kに対して、対角成分ri,jをcj×(m+k)+iに与えることとしても良い。この様子を図7(b)に示す。この場合、逆フーリエ変換部105の入力チャネルのうち、一部(cj×(m+k)+i+1〜cj×(m+k)+i+k−1に相当するチャネル)には、ユニタリ行列変調部105の出力は与えないこととなるので、典型的には値0を与えることとなる。ただし、これらの一部の入力チャネルには、既知信号を与えることとして、当該チャネルをパイロット信号の伝送用に利用することとしても良い。この場合は、受信装置401においても当該パイロット信号により同期をとり、各種の信号補償を行うなどの処理を加えることができる。
そして、逆フーリエ変換部105は、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られる複数の逆フーリエ変換済み信号を出力する。
一方、並直列変換部106は、出力された複数の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して1つの送信信号を出力する。
さらに、送信部107は、出力された送信信号を送信する。
一方、当該送信装置101に対応する受信装置401は、受信部403と、直並列変換部404と、フーリエ変換部405と、逆スプリット部406と、複数のユニタリ行列復調部407と、並直列変換部408と、を備え、以下のように構成する。
受信部403は、送信された送信信号をアンテナ402を介して受信して、これを受信信号として出力する。
一方、直並列変換部404は、出力された受信信号を直並列変換してm×n(m≧2,n≧1)個の中間信号を出力する。
さらに、フーリエ変換部405は、出力されたm×n個の中間信号をフーリエ変換して得られるm×n個のフーリエ変換済み信号を出力する。
そして、逆スプリット部406は、出力されたm×n個のフーリエ変換済み信号を、n個ずつ重複なくユニタリ行列復調部407のそれぞれに与える。この対応関係は、送信装置101におけるものと逆の関係となる。図7に示す例でいえば、信号が与えられる向きを表す矢印を逆向きにすれば、逆スプリットの処理になる。
一方、複数のユニタリ行列復調部407のそれぞれは、与えられたm個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が0であるm行m列の行列から、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列を復調する。すなわち、上記実施形態と同様に、「所定のユニタリ行列」と、「フーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり、対角成分以外が0であるm行m列の行列」と、のユークリッド距離が最小のもの、すなわち、「所定のユニタリ行列の対角成分からなるベクトル」と、「フーリエ変換済み信号のそれぞれを成分とするベクトル」と、ののユークリッド距離が最小のものを選択し、これに対応付けられた信号を復調済信号として出力する。
たとえば、以下の[数14]が「フーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり、対角成分以外が0であるm行m列の行列」である場合、[数1]〜[数4]のうち、これにユークリッド距離が最も近いものは、[数1]に表されるユニタリ行列であるから、復調済み信号は、[数5]となる。
なお、ユークリッド距離を求める前に、「フーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり、対角成分以外が0であるm行m列の行列」について、適当な正規化を行っても良い。たとえば、各対角成分を「対角成分の2乗平均」で除算する、などの手法が考えられる。この場合、[数14]に対応する正規化後の行列を計算すると、対角成分の2乗平均は0.85147であるから、[数15]のようになる。
さらに、並直列変換部407は、復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを伝送された信号として出力する。
なお、送信装置101、受信装置401における対角成分以外が0のユニタリ行列の選択、および、信号とユニタリ行列との対応付けは、「ユニタリ行列変調部103と対応するユニタリ行列復調部407の対」のそれぞれについて、同じものを選択しても良いし、異なるものを選択しても良い。特に、隣り合う「ユニタリ行列変調部 03と対応するユニタリ行列復調部407」について、異なるユニタリ行列の選択や対応付けを採用することとしても良い。
なお、これらの送信装置、受信装置による通信のドップラ周波数10Hz環境下における性能を計算機シミュレーションによって求めたところ、98サンプルのスプリットを採用した場合、従来のOFDM通信に比べて、Eb/Noが5dbのところでBER(Bit Error Rate)が10−2も向上するなど、本技術の有効性が確かめられた。
これらの送信装置、受信装置は、ソフトウェアラジオなどの技術を用いれば、各種のコンピュータ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、DSP(Digital Signal Processor)にソフトウェアを与えることによって実現することができる。
Claims (16)
- 直並列変換部と、ユニタリ行列変調部と、スプリット部と、逆フーリエ変換部と、並直列変換部と、送信部と、を備える送信装置であって、
前記直並列変換部は、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、m(m≧2)個の中間信号を出力し、
前記ユニタリ行列変調部は、前記出力されたm個の中間信号を、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力し、
前記スプリット部は、前記出力された行列の対角成分のそれぞれを、前記逆フーリエ変換部の入力チャネルに入力信号として与え、
前記逆フーリエ変換部は、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるm個の逆フーリエ変換済み信号を出力し、
前記並直列変換部は、前記出力されたm個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して1つの送信信号を出力し、
前記送信部は、前記出力された送信信号を送信し、
前記逆フーリエ変換部のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ことを特徴とするもの。 - 受信部と、直並列変換部と、フーリエ変換部と、逆スプリット部と、ユニタリ行列復調部と、並直列変換部と、を備える受信装置であって、
前記受信部は、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力し、
前記直並列変換部は、前記出力された受信信号を直並列変換してm(m≧2)個の中間信号を出力し
前記フーリエ変換部は、前記出力されたm個の中間信号をフーリエ変換して得られるm個のフーリエ変換済み信号を出力し、
前記逆スプリット部は、前記出力されたm個のフーリエ変換済み信号を、前記ユニタリ行列復調部に与え、
前記ユニタリ行列復調部は、与えられたm個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が0であるm行m列の行列から、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に対応付けられた信号を復調して、これを復調済信号として出力し、
前記並直列変換部は、前記復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを伝送された信号として出力し、
前記フーリエ変換部のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ことを特徴とするもの。 - 直並列変換工程と、ユニタリ行列変調工程と、スプリット工程と、逆フーリエ変換工程と、並直列変換工程と、送信工程と、を備える送信方法であって、
前記直並列変換工程では、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、m(m≧2)個の中間信号を出力し、
前記ユニタリ行列変調工程では、前記出力されたm個の中間信号を、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力し、
前記スプリット工程では、前記出力された行列の対角成分のそれぞれを、逆フーリエ変換の入力チャネルに入力信号として与え、
前記逆フーリエ変換工程では、逆フーリエ変換の入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるm個の逆フーリエ変換済み信号を出力し、
前記並直列変換工程では、前記出力されたm個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して1つの送信信号を出力し、
前記送信工程では、前記出力された送信信号を送信し、
前記逆フーリエ変換工程における逆フーリエ変換のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ことを特徴とするもの。 - 受信工程と、直並列変換工程と、フーリエ変換工程と、逆スプリット工程と、ユニタリ行列復調工程と、並直列変換工程と、を備える受信方法であって、
前記受信工程では、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力し、
前記直並列変換工程では、前記出力された受信信号を直並列変換してm(m≧2)個の中間信号を出力し
前記フーリエ変換工程では、前記出力されたm個の中間信号をフーリエ変換して得られるm個のフーリエ変換済み信号を出力し、
前記逆スプリット工程では、前記出力されたm個のフーリエ変換済み信号を、前記ユニタリ行列復調工程に与え、
前記ユニタリ行列復調工程では、与えられたm個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が0であるm行m列の行列から、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に対応付けられた信号を復調して、これを復調済信号として出力し、
前記並直列変換工程では、前記復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを伝送された信号として出力し、
前記前記フーリエ変換工程におけるフーリエ変換のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ことを特徴とするもの。 - コンピュータを、直並列変換部、ユニタリ行列変調部、スプリット部、逆フーリエ変換部、並直列変換部、および、送信部として機能させるプログラムであって、
前記プログラムは、前記コンピュータにおいて、
前記直並列変換部が、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、m(m≧2)個の中間信号を出力し、
前記ユニタリ行列変調部が、前記出力されたm個の中間信号を、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力し、
前記スプリット部が、前記出力された行列の対角成分のそれぞれを、前記逆フーリエ変換部の入力チャネルに入力信号として与え、
前記逆フーリエ変換部が、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるm個の逆フーリエ変換済み信号を出力し、
前記並直列変換部が、前記出力されたm個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して1つの送信信号を出力し、
前記送信部が、前記出力された送信信号を送信し、
前記逆フーリエ変換部のチャネル同士の周波数の差が、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ように機能させることを特徴とするプログラム。 - コンピュータを、受信部、直並列変換部、フーリエ変換部、逆スプリット部、ユニタリ行列復調部、および、並直列変換部として機能させるプログラムであって、
前記プログラムは、前記コンピュータを、
前記受信部が、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力し、
前記直並列変換部が、前記出力された受信信号を直並列変換してm(m≧2)個の中間信号を出力し
前記フーリエ変換部が、前記出力されたm個の中間信号をフーリエ変換して得られるm個のフーリエ変換済み信号を出力し、
前記逆スプリット部が、前記出力されたm個のフーリエ変換済み信号を、前記ユニタリ行列復調部に与え、
前記ユニタリ行列復調部が、与えられたm個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が0であるm行m列の行列から、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に対応付けられた信号を復調して、これを復調済信号として出力し、
前記並直列変換部が、前記復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを伝送された信号として出力し、
前記フーリエ変換部のチャネル同士の周波数の差が、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ように機能させることを特徴とするプログラム。 - 直並列変換部と、複数のユニタリ行列変調部と、スプリット部と、逆フーリエ変換部と、並直列変換部と、送信部と、を備える送信装置であって、
前記直並列変換部は、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、m×n(m≧2,n≧1)個の中間信号を出力し、
前記複数のユニタリ行列変調部のそれぞれは、前記出力されたm×n個の中間信号のうちのいずれかm個を重複なく、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力し、
前記スプリット部は、前記出力された行列の対角成分のそれぞれを、前記逆フーリエ変換部の入力チャネルに入力信号として与え、
前記逆フーリエ変換部は、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるm個の逆フーリエ変換済み信号を出力し、
前記並直列変換部は、前記出力されたm個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して1つの送信信号を出力し、
前記送信部は、前記出力された送信信号を送信し、
前記逆フーリエ変換部のチャネル同士のうち、前記複数のユニタリ行列変調部から出力される行列の対角成分が与えられるチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ことを特徴とするもの。 - 請求項7に記載の送信装置であって、
前記複数のユニタリ行列変調部のうち、i番目のものが出力する行列のj行j列の対角成分(ただし0≦i<n,0≦j<m)は、前記逆フーリエ変換部のj×m+i番目の入力チャネルに与えられる
ことを特徴とするもの。 - 受信部と、直並列変換部と、フーリエ変換部と、逆スプリット部と、複数のユニタリ行列復調部と、並直列変換部と、を備える受信装置であって、
前記受信部は、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力し、
前記直並列変換部は、前記出力された受信信号を直並列変換してm×n(m≧2,n≧1)個の中間信号を出力し
前記フーリエ変換部は、前記出力されたm×n個の中間信号をフーリエ変換して得られるm×n個のフーリエ変換済み信号を出力し、
前記逆スプリット部は、前記出力されたm×n個のフーリエ変換済み信号を、n個ずつ重複なく前記ユニタリ行列復調部のそれぞれに与え、
前記複数のユニタリ行列復調部のそれぞれは、与えられたm個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が0であるm行m列の行列から、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に対応付けられた信号を復調して、これを復調済信号として出力し、
前記並直列変換部は、前記復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを伝送された信号として出力し、
前記フーリエ変換部のチャネル同士のうち、前記複数のユニタリ行列復調部のそれぞれに与えられるフーリエ変換済み信号を出力するチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ことを特徴とするもの。 - 請求項9に記載の受信装置であって、
前記複数のユニタリ行列復調部のそれぞれは、
対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列であって、あらかじめ定められた複数のユニタリ行列のそれぞれと、与えられたm個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が0であるm行m列の行列と、を対比して、当該あらかじめ定められた複数のユニタリ行列のうち、そのユークリッド距離が最小のものを選択し、当該選択されたものを復調の結果とする
ことを特徴とするもの。 - 請求項10に記載の受信装置であって、
前記複数のユニタリ行列復調部のうち、i番目のものが対比する行列のj行j列の対角成分(ただし0≦i<n,0≦j<m)は、前記逆フーリエ変換部のj×m+i番目の出力チャネルから出力されたものである
ことを特徴とするもの。 - コンピュータを、
直並列変換部、複数のユニタリ行列変調部、スプリット部、逆フーリエ変換部、並直列変換部、および、送信部として機能さるプログラムであって、
前記プログラムは、前記コンピュータにおいて、
前記直並列変換部は、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、m×n(m≧2,n≧1)個の中間信号を出力し、
前記複数のユニタリ行列変調部のそれぞれは、前記出力されたm×n個の中間信号のうちのいずれかm個を重複なく、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力し、
前記スプリット部は、前記出力された行列の対角成分のそれぞれを、前記逆フーリエ変換部の入力チャネルに入力信号として与え、
前記逆フーリエ変換部は、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるm個の逆フーリエ変換済み信号を出力し、
前記並直列変換部は、前記出力されたm個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して1つの送信信号を出力し、
前記送信部は、前記出力された送信信号を送信し、
前記逆フーリエ変換部のチャネル同士のうち、前記複数のユニタリ行列変調部から出力される行列の対角成分が与えられるチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ように機能させることを特徴とするプログラム。 - 請求項12に記載のプログラムであって、
当該コンピュータを、
前記複数のユニタリ行列変調部のうち、i番目のものが出力する行列のj行j列の対角成分(ただし0≦i<n,0≦j<m)は、前記逆フーリエ変換部のj×m+i番目の入力チャネルに与えられる
ように機能させることを特徴とするもの。 - コンピュータを、受信部、直並列変換部、フーリエ変換部、逆スプリット部、複数のユニタリ行列復調部、および、並直列変換部として機能させるプログラムであって、
当該プログラムは、当該コンピュータを、
前記受信部は、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力し、
前記直並列変換部は、前記出力された受信信号を直並列変換してm×n(m≧2,n≧1)個の中間信号を出力し
前記フーリエ変換部は、前記出力されたm×n個の中間信号をフーリエ変換して得られるm×n個のフーリエ変換済み信号を出力し、
前記逆スプリット部は、前記出力されたm×n個のフーリエ変換済み信号を、n個ずつ重複なく前記ユニタリ行列復調部のそれぞれに与え、
前記複数のユニタリ行列復調部のそれぞれは、与えられたm個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が0であるm行m列の行列から、対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列に対応付けられた信号を復調して、これを復調済信号として出力し、
前記並直列変換部は、前記復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを伝送された信号として出力し、
前記フーリエ変換部のチャネル同士のうち、前記複数のユニタリ行列復調部のそれぞれに与えられるフーリエ変換済み信号を出力するチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ように機能させることを特徴とするプログラム。 - 請求項14に記載のプログラムであって、
当該コンピュータにおいて、
前記複数のユニタリ行列復調部のそれぞれは、
対角成分以外が0であるm行m列のユニタリ行列であって、あらかじめ定められた複数のユニタリ行列のそれぞれと、与えられたm個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が0であるm行m列の行列と、を対比して、当該あらかじめ定められた複数のユニタリ行列のうち、そのユークリッド距離が最小のものを選択し、当該選択されたものを復調の結果とする
ように機能させることを特徴とするプログラム。 - 請求項15に記載のプログラムであって、
当該コンピュータにおいて、
前記複数のユニタリ行列復調部のうち、i番目のものが対比する行列のj行j列の対角成分(ただし0≦i<n,0≦j<m)は、前記逆フーリエ変換部のj×m+i番目の出力チャネルから出力されたものである
ように機能させることを特徴とするプログラム。
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