JP4657093B2 - 通信方法ならびにそれを利用した無線装置および通信システム - Google Patents

通信方法ならびにそれを利用した無線装置および通信システム Download PDF

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Description

本発明は、通信技術に関し、特にデータレートを調節しながら通信を実行する通信方法ならびにそれを利用した無線装置および通信システムに関する。
高速なデータ伝送を可能にしつつ、マルチパス環境下に強い通信方式として、マルチキャリア方式のひとつであるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調方式がある。このOFDM変調方式は、無線LAN(Local Area Network)の標準化規格であるIEEE802.11a,gやHIPERLAN/2に適用されている。このような無線LANにおけるパケット信号は、一般的に時間と共に変動する伝送路環境を介して伝送され、かつ周波数選択性フェージングの影響を受けるので、受信装置は一般的に伝送路推定を動的に実行する。
受信装置が伝送路推定を実行するために、パケット信号内に、2種類の既知信号が設けられている。ひとつは、パケット信号の先頭部分において、すべてのキャリアに対して設けられた既知信号であり、いわゆるプリアンブルやトレーニング信号といわれるものである。もうひとつは、パケット信号のデータ区間中に一部のキャリアに対して設けられた既知信号であり、いわゆるパイロット信号といわれるものである(例えば、非特許文献1参照。)。
Sinem Coleri,Mustafa Ergen,Anuj Puri, and Ahmad Bahai,"Channel Estimation Techniques Based on Pilot Arrangement in OFDM Systems",IEEE Transactions on broadcasting,vol.48,No.3,pp.223−229,Sept.2002.
ワイヤレス通信において、周波数資源を有効利用するための技術のひとつが、アダプティブアレイアンテナ技術である。アダプティブアレイアンテナ技術は、複数のアンテナのそれぞれにおいて、処理対象の信号の振幅と位相を制御することによって、アンテナの指向性パターンを制御する。このようなアダプティブアレイアンテナ技術を利用して、データレートを高速化するための技術にMIMO(Multiple Input Multiple Output)システムがある。当該MIMOシステムは、送信装置と受信装置がそれぞれ複数のアンテナを備え、並列に送信されるべきパケット信号を設定する(以下、パケット信号において並列に送信されるべきデータ等のそれぞれを「系列」という)。すなわち、送信装置と受信装置との間の通信に対して、最大アンテナ数までの系列を設定することによって、データレートを向上させる。
さらに、このようなMIMOシステムに、OFDM変調方式を組み合わせると、データレートはさらに高速化される。MIMOシステムにおいて、データの通信に使用すべきアンテナの数を増減することによって、データレートの調節も可能になる。さらに、適応変調の適用によって、データレートの調節がより詳細になされる。このようなデータレートの調節を確実に実行するために、送信装置は、受信装置から、受信装置との間の無線伝送路に適したデータレートに関する情報(以下、「レート情報」という)を取得すべきである。また、このようなレート情報の精度を高めるために、受信装置では、送信装置に含まれた複数のアンテナと、受信装置に含まれた複数のアンテナ間のそれぞれの伝送路特性を取得する方が望ましい。
以上のような要求において、レート情報の精度を向上させるために、伝送路特性の特性の取得が高い精度にてなされる必要がある。伝送路特性の取得の精度を向上させるために、送信装置あるいは受信装置は、すべてのアンテナから伝送路推定用の既知信号を送信する。以下、データが配置された系列の数に関係なく、複数の系列に配置される伝送路推定用の既知信号を「トレーニング信号」という。例えば、データがふたつの系列に配置されている場合であっても、トレーニング信号は4つの系列に配置される。
本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。基地局装置が複数の端末装置との通信を多重化する際に、CSMA(Carrier Sense Multiple Access)が実行される。さらに、伝送効率を向上させるために、所定の期間において、ひとつの基地局信号が帯域を占有し、複数のパケット信号を連続的に送信する。すなわち、基地局装置は、一部期間において、複数の端末装置のそれぞれに信号を送信すべきタイミング(以下、「送信タイミング」という)と、複数の端末装置のそれぞれからの信号を受信すべきタイミング(以下、「受信タイミング」という)を指定する。その際、基地局装置は、当該指定を複数の端末装置のそれぞれに通知し、複数の端末装置は、指定にしたがった処理を実行する(以下、このような処理を「割当モード」という)。
複数の端末装置のひとつは、送信タイミングの期間において、パケット信号を受信する。受信したパケット信号にトレーニング信号が配置されており、かつパケット信号の中にレート情報を要求する旨の指示(以下、「レート要求信号」という)が含まれていた場合、当該端末装置は、トレーニング信号をもとにレート情報を生成し、指定されたタイミングまでに基地局装置にレート情報を送信しなければならない。ここで、指定されたタイミングは、受信用タイミングの期間に含まれており、複数の端末装置のそれぞれに対して連続的に割り当てられている。このような状況下において、端末装置が受信を成功しても、指定されたタイミングまでにレート情報を生成できなければ、端末装置はレート情報を送信できない。その結果、レート情報の送信に遅延が発生し、基地局装置においても、以後の処理に遅延が発生する。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、レート情報を取得する際の処理遅延の増加を低減する通信技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の無線装置は、複数の端末装置と可変のデータレートにて通信する無線装置であって、一定の期間を複数の部分期間に分割し、複数の部分期間のそれぞれを複数の端末装置に対応づけながら割り当てる割当部と、割当部において割り当てた複数の部分期間のそれぞれに、対応づけられた端末装置に送信すべきデータ信号を配置させ、かつデータ信号のうちの少なくともひとつに、端末装置との間の無線伝送路に関連した情報を当該端末装置に提供させるための要求信号を含ませることによって、少なくともひとつのパケット信号を生成する生成部と、生成部において生成したパケット信号を送信する手段と、パケット信号の送信後に複数の端末装置のうちの少なくともひとつから要求信号に対する応答を受信する手段とを含む通信部とを備える。割当部は、生成部においてデータ信号に要求信号を含めるべき端末装置に対して、複数の部分期間のうちの前方の部分期間を割り当てる。
「端末装置との間の無線伝送路に関連した情報」は、端末装置との間の無線伝送路に適したデータレートについての情報、推定された無線伝送路の値、推定されたノイズの値等を含み、無線伝送路によって影響を受ける情報であればよいものとする。この態様によると、複数の部分期間のうちの前方に、要求信号を送信すべき端末装置を配置させるので、当該端末装置が要求信号を受信してからその応答を生成するまでの期間を長くできる。
生成部は、ひとつのデータ信号をひとつのパケット信号に配置させながら、複数のパケット信号を生成してもよい。この場合、複数のパケット信号を連続的に送信する場合であっても、要求信号に対する応答の受信確率を向上できる。
生成部は、複数のデータ信号をひとつのパケット信号に配置させることによって、少なくともひとつのパケット信号を生成してもよい。この場合、少なくともひとつのパケット信号に複数の端末装置に対するデータ信号を含ませながら送信する場合であっても、要求信号に対する応答の受信確率を向上できる。
生成部は、少なくともひとつの系列にてパケット信号を形成させており、パケット信号のうちの少なくともひとつに対して、データ信号が配置される系列の数以上の数の系列に既知信号を配置させてもよい。この場合、データ信号が配置される系列の数以上の数の系列に既知信号を配置させるので、要求信号に対する応答の精度を向上できる。
本発明の別の態様は、通信方法である。この方法は、複数の端末装置と可変のデータレートにて通信する通信方法であって、一定の期間を複数の部分期間に分割し、複数の部分期間のそれぞれを複数の端末装置に対応づけながら割り当てるステップと、割り当てた複数の部分期間のそれぞれに、対応づけられた端末装置に送信すべきデータ信号を配置させ、かつデータ信号のうちの少なくともひとつに、端末装置との間の無線伝送路に関連した情報を当該端末装置に提供させるための要求信号を含ませることによって、少なくともひとつのパケット信号を生成するステップと、生成したパケット信号を送信するステップと、パケット信号の送信後に複数の端末装置のうちの少なくともひとつから要求信号に対する応答を受信するステップとを備える。割り当てるステップは、データ信号に要求信号を含めるべき端末装置に対して、複数の部分期間のうちの前方の部分期間を割り当てる。
生成するステップは、ひとつのデータ信号をひとつのパケット信号に配置させながら、複数のパケット信号を生成してもよい。生成するステップは、複数のデータ信号をひとつのパケット信号に配置させることによって、少なくともひとつのパケット信号を生成してもよい。生成するステップは、少なくともひとつの系列にてパケット信号を形成させており、パケット信号のうちの少なくともひとつに対して、データ信号が配置される系列の数以上の数の系列に既知信号を配置させてもよい。
本発明のさらに別の態様は、通信システムである。この通信システムは、複数の端末装置と、複数の端末装置と可変のデータレートにて通信する基地局装置とを備える。基地局装置は、一定の期間を複数の部分期間に分割し、複数の部分期間のそれぞれを複数の端末装置に対応づけながら割り当てる割当部と、割当部において割り当てた複数の部分期間のそれぞれに、対応づけられた端末装置に送信すべきデータ信号を配置させ、かつデータ信号のうちの少なくともひとつに、端末装置との間の無線伝送路に適したデータレートについての情報を当該端末装置に提供させるための要求信号を含ませることによって、少なくともひとつのパケット信号を生成する生成部と、生成部において生成したパケット信号を送信する手段と、パケット信号の送信後に複数の端末装置のうちの少なくともひとつから要求信号に対する応答を受信する手段とを含む通信部とを備える。割当部は、生成部においてデータ信号に要求信号を含めるべき端末装置に対して、複数の部分期間のうちの前方の部分期間を割り当てる。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、レート情報を取得する際の処理遅延の増加を低減できる。
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例は、複数の無線装置によって構成されるMIMOシステムに関する。無線装置のうちのひとつは、基地局装置に相当し、残りは、受信装置に相当する。基地局装置は、基本的に複数の端末装置に対して、CSMAを実行する。また、一定の期間にわたって、基地局装置は、割当モードを実行する。割当モードにおいて、複数の端末装置のうちの少なくともひとつにおけるレート情報を取得するために、基地局装置は、該当する端末装置に対して送信すべきパケット信号にトレーニング信号を配置させる。以下の説明において、トレーニング信号が配置されたパケット信号も「トレーニング信号」というものとする。また、基地局装置は、当該パケット信号にレート要求信号を含める。当該端末装置は、トレーニング信号からレート情報を生成し、指定されたタイミングにレート情報を基地局装置に送信する。しかしながら、当該端末装置が、指定されたタイミングまでにレート情報を生成できなければ、レート情報を送信できない。これに対応するために、実施例に係る基地局装置は、以下の処理を実行する。
なお、ここでは、特に、基地局装置がトレーニング信号を送信し、レート情報を受信する際の処理を説明する。そのため、端末装置におけるレート情報の決定処理や、レート情報による適応変調処理には、公知の技術を使用すればよく、ここでは説明を省略する。本実施例に係る基地局装置は、割当モードを実行する際に、送信タイミングの期間の前方のタイミングに、レート要求信号が含まれたトレーニング信号を送信すべき端末装置を割り当てる。一般的に、基地局装置から送信されるパケット信号は、端末装置から送信されるパケット信号よりも長い。そのため、送信タイミングの期間の前方のタイミングにてトレーニング信号を受信した方が、後方のタイミングにてトレーニング信号を受信するよりも、端末装置がパケット信号を送信すべきタイミングまでの期間が長くなる。その結果、レート情報を生成するための期間が長くなる。
図1は、本発明の実施例に係るマルチキャリア信号のスペクトルを示す。特に、図1は、OFDM変調方式での信号のスペクトルを示す。OFDM変調方式における複数のキャリアのひとつをサブキャリアと一般的に呼ぶが、ここではひとつのサブキャリアを「サブキャリア番号」によって指定するものとする。MIMOシステムには、サブキャリア番号「−28」から「28」までの56サブキャリアが規定されている。なお、サブキャリア番号「0」は、ベースバンド信号における直流成分の影響を低減するため、ヌルに設定されている。一方、MIMOシステムに対応していないシステム(以下、「従来システム」という)には、サブキャリア番号「−26」から「26」までの52サブキャリアが規定されている。なお、従来システムの一例は、IEEE802.11a規格に準拠した無線LANである。また、複数のサブキャリアにて構成されたひとつの信号の単位であって、かつ時間領域のひとつの信号の単位は、「OFDMシンボル」と呼ばれるものとする。
また、それぞれのサブキャリアは、可変に設定された変調方式によって変調されている。変調方式には、BPSK(Binary Phase Shift Keying)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、64QAMのいずれかが使用される。
また、これらの信号には、誤り訂正方式として、畳み込み符号化が適用されている。畳み込み符号化の符号化率は、1/2、3/4等に設定される。さらに、並列に送信すべきデータの数は、可変に設定される。その結果、変調方式、符号化率、系列の数の値が可変に設定されることによって、データレートも可変に設定される。なお、「データレート」は、これらの任意の組合せによって決定されてもよいし、これらのうちのひとつによって決定されてもよい。従来システムにおいて、変調方式がBPSKであり、符号化率が1/2である場合、データレートは6Mbpsになる。一方、変調方式がBPSKであり、符号化率が3/4である場合、データレートは9Mbpsになる。
図2は、本発明の実施例に係る通信システム100の構成を示す。通信システム100は、無線装置10と総称される第1無線装置10a、第2無線装置10bを含む。また、第1無線装置10aは、アンテナ12と総称される第1アンテナ12a、第2アンテナ12b、第3アンテナ12c、第4アンテナ12dを含み、第2無線装置10bは、アンテナ14と総称される第1アンテナ14a、第2アンテナ14b、第3アンテナ14c、第4アンテナ14dを含む。ここで、第1無線装置10aが、送信装置および基地局装置に対応し、第2無線装置10bが、受信装置および端末装置に対応する。
通信システム100の構成として、MIMOシステムの概略を説明する。データは、第1無線装置10aから第2無線装置10bに送信されているものとする。第1無線装置10aは、第1アンテナ12aから第4アンテナ12dのそれぞれから、複数の系列のデータをそれぞれ送信する。その結果、データレートが高速になる。第2無線装置10bは、第1アンテナ14aから第4アンテナ14dによって、複数の系列のデータを受信する。さらに、第2無線装置10bは、アダプティブアレイ信号処理によって、受信したデータを分離して、複数の系列のデータを独立に復調する。
ここで、アンテナ12の本数は「4」であり、アンテナ14の本数も「4」であるので、アンテナ12とアンテナ14の間の伝送路の組合せは「16」になる。第iアンテナ12iから第jアンテナ14jとの間の伝送路特性をhijと示す。図中において、第1アンテナ12aと第1アンテナ14aとの間の伝送路特性がh11、第1アンテナ12aから第2アンテナ14bとの間の伝送路特性がh12、第2アンテナ12bと第1アンテナ14aとの間の伝送路特性がh21、第2アンテナ12bから第2アンテナ14bとの間の伝送路特性がh22、第4アンテナ12dから第4アンテナ14dとの間の伝送路特性がh44と示されている。なお、これら以外の伝送路は、図の明瞭化のために省略する。なお、第1無線装置10aから第2無線装置10bに、トレーニング信号が送信されるものとする。また、第1無線装置10aと第2無線装置10bとが逆になってもよい。
図3(a)−(c)は、通信システム100におけるパケットフォーマットを示す。図3(a)−(c)は、トレーニング信号ではなく、通常のパケット信号のフォーマットを示す。ここで、図3(a)は、系列の数が「4」である場合に対応し、図3(b)は、系列の数が「3」である場合に対応し、図3(c)は、系列の数が「2」である場合に対応する。図3(a)では、4つの系列に含まれたデータが、送信の対象とされるものとし、第1から第4の系列に対応したパケットフォーマットが上段から下段に順に示される。
第1の系列に対応したパケット信号には、プリアンブル信号として「L−STF」、「HT−LTF」等が配置される。「L−STF」、「L−LTF」、「L−SIG」、「HT−SIG」は、従来システムに対応したAGC設定用の既知信号、伝送路推定用の既知信号、制御信号、MIMOシステムに対応した制御信号にそれぞれ相当する。MIMOシステムに対応した制御信号には、例えば、系列の数に関する情報やデータ信号の宛先が含まれている。「HT−STF」、「HT−LTF」は、MIMOシステムに対応したAGC設定用の既知信号、伝送路推定用の既知信号に相当する。一方、「データ1」は、データ信号である。なお、L−LTF、HT−LTFは、AGCの設定だけでなく、タイミングの推定にも使用される。
また、第2の系列に対応したパケット信号には、プリアンブル信号として「L−STF(−50ns)」と「HT−LTF(−400ns)」等が配置される。また、第3の系列に対応したパケット信号には、プリアンブル信号として「L−STF(−100ns)」と「HT−LTF(−200ns)」等が配置される。また、第4の系列に対応したパケット信号には、プリアンブル信号として「L−STF(−150ns)」と「HT−LTF(−600ns)」等が配置される。
ここで、「−400ns」等は、CDD(Cyclic Delay Diversity)におけるタイミングシフト量を示す。CDDとは、所定の区間において、時間領域の波形をシフト量だけ後方にシフトさせ、所定の区間の最後部から押し出された波形を所定の区間の先頭部分に循環的に配置させる処理である。すなわち、「L−STF(−50ns)」には、「L−STF」に対して、−50nsの遅延量にて循環的なタイミングシフトがなされている。なお、L−STFとHT−STFは、800nsの期間の繰り返しによって構成され、その他のHT−LTF等は、3.2μsの期間の繰り返しによって構成されているものとする。ここで「データ1」から「データ4」にもCDDがなされており、タイミングシフト量は、前段に配置されたHT−LTFでのタイミングシフト量と同一の値である。
また、第1の系列において、HT−LTFが、先頭から「HT−LTF」、「−HT−LTF」、「HT−LFT」、「−HT−LTF」の順に配置されている。ここで、これらを順に、すべての系列において「第1成分」、「第2成分」、「第3成分」、「第4成分」と呼ぶ。すべての系列の受信信号に対して、第1成分−第2成分+第3成分−第4成分の演算を行えば、受信装置において、第1の系列に対する所望信号が抽出される。また、すべての系列の受信信号に対して、第1成分+第2成分+第3成分+第4成分の演算を行えば、受信装置において、第2の系列に対する所望信号が抽出される。また、すべての系列の受信信号に対して、第1成分−第2成分−第3成分+第4成分の演算を行えば、受信装置において、第3の系列に対する所望信号が抽出される。また、すべての系列の受信信号に対して、第1成分+第2成分−第3成分−第4成分の演算を行えば、受信装置において、第4の系列に対する所望信号が抽出される。これらは、所定の成分の符号の組合せが系列間において直交関係を有していることに相当する。なお、加減処理は、ベクトル演算にて実行される。
「L−LTF」から「HT−SIG」等までの部分には、従来システムと同様に、「52」サブキャリアが使用される。なお、「52」サブキャリアのうちの「4」サブキャリアがパイロット信号に相当する。一方、「HT−LTF」等以降の部分は、「56」サブキャリアを使用する。
図3(a)において、「HT−LTF」の符号は、以下のように規定されている。第1の系列の先頭から順に、符号は「+」、「−」、「+」、「−」の順に並べられ、第2の系列の先頭から順に、符号は「+」、「+」、「+」、「+」の順に並べられ、第3の系列の先頭から順に、符号は「+」、「−」、「−」、「+」の順に並べられ、第4の系列の先頭から順に、符号は「+」、「+」、「−」、「−」の順に並べられている。しかしながら、符号は、以下のように規定されていてもよい。第1の系列の先頭から順に、符号は「+」、「−」、「+」、「+」の順に並べられ、第2の系列の先頭から順に、符号は「+」、「+」、「−」、「+」の順に並べられ、第3の系列の先頭から順に、符号は「+」、「+」、「+」、「−」の順に並べられ、第4の系列の先頭から順に、符号は「−」、「+」、「+」、「+」の順に並べられる。このような符号であっても、所定の成分の符号の組合せが系列間において直交関係を有していることに相当する。
図3(b)は、図3(a)の第1の系列から第3の系列に相当する。図3(c)は、図3(a)に示したパケットフォーマットのうちの第1系列と第2系列に類似している。ここで、図3(b)の「HT−LTF」の配置が、図3(a)の「HT−LTF」の配置と異なっている。すなわち、HT−LTFには、第1成分と第2成分だけが含まれている。第1の系列において、HT−LTFが、先頭から「HT−LTF」、「HT−LTF」の順に配置され、第2の系列において、HT−LTFが、先頭から「HT−LTF」、「−HT−LTF」の順に配置されている。すべての系列の受信信号に対して、第1成分+第2成分の演算を行えば、受信装置において、第1の系列に対する所望信号が抽出される。また、すべての系列の受信信号に対して、第1成分−第2成分の演算を行えば、受信装置において、第2の系列に対する所望信号が抽出される。これらも、前述のごとく、直交関係といえる。
図4(a)−(d)は、通信システム100におけるトレーニング信号用のパケットフォーマットを示す。図4(a)−(d)は、図3(b)−(c)およびデータがひとつの系列に配置される場合でのパケット信号に対するトレーニング信号である。なお、以下では説明を明瞭にするために、パケットフォーマットに含まれる「L−STF」から「HT−SIG」を省略するものとする。すなわち、「HT−STF」以降の構成が示されている。図4(a)は、データ信号が配置される系列(以下、「主系列」という)の数が「3」である場合であり、図4(b)は、主系列の数が「2」場合であり、図4(c)−(d)は、主系列の数が「1」である場合である。すなわち、図4(a)では、第1の系列から第3の系列とにデータ信号が配置され、図4(b)では、第1の系列と第2の系列とにデータ信号が配置され、図4(c)−(d)では、第1の系列にデータ信号が配置される。
図4(a)の第1の系列から第3の系列のうち、HT−LTFに関する配置までは、図3(b)での配置と同一である。しかしながら、その後段において、第1の系列から第3の系列には、空白の期間が設けられる。一方、第1の系列から第3の系列での空白の期間において、第4の系列には、HT−LTFが配置される。また、第4の系列に配置されたHT−LTFに続いて、第1の系列から第3の系列には、データが配置される。なお、第4の系列において、ひとつのHT−LTFが配置される。
このような配置によって、「HT−STF」が配置された系列の数が、データ信号が配置された系列の数に等しくなるので、受信装置において「HT−STF」によって設定された増幅率に含まれる誤差が小さくなり、データ信号の受信特性の悪化を防止できる。また、第4系列に配置された「HT−LTF」は、ひとつの系列に配置されているだけなので、受信装置において第4系列に配置された「HT−LTF」が、AGCによって歪みが生じるほど増幅される状況を低減できる。そのため、伝送路推定の精度の悪化を防止できる。
図4(b)の第1の系列と第2の系列のうち、HT−LTFに関する配置までは、図3(c)での配置と同一である。しかしながら、その後段において、第1の系列と第2の系列には、空白の期間が設けられる。一方、第1の系列と第2の系列での空白の期間において、第3の系列と第4の系列には、HT−LTFが配置される。また、第3の系列と第4の系列に配置されたHT−LTFに続いて、第1の系列と第2の系列には、データが配置される。なお、第3の系列と第4の系列でのHT−LTFの配置は、図3(c)での配置と同一である。
ここで、タイミングシフト量について、「0ns」、「−400ns」、「−200ns」、「−600ns」の順に優先度が低くなるように、優先度が規定されているものとする。すなわち、「0ns」の優先度が最も高く、「−600ns」の優先度が最も低くなるように規定されている。そのため、第1の系列と第2の系列では、タイミングシフト量として、「0ns」、「−400ns」の値が使用されている。一方、第3の系列と第4の系列でもタイミングシフト量として「0ns」、「−400ns」の値が使用されている。その結果、第1の系列での「HT−LTF」、「HT−LTF」の組合せが第3の系列でも使用され、第2の系列での「HT−LTF(−400ns)」、「−HT−LTF(−400ns)」の組合せが第4の系列でも使用されるので、処理が簡易になる。
図4(c)の第1の系列のうち、HT−LTFに関する配置までは、図4(b)の第1の系列に対する配置と同等である。ここで、ふたつの「HT−LTF」が配置される。しかしながら、その後段において、第1の系列には、空白の期間が設けられる。一方、第1の系列での空白の期間において、第2の系列から第4の系列には、HT−LTFが配置される。また、第2の系列から第4の系列に配置されたHT−LTFに続いて、第1の系列には、データが配置される。ここで、第2の系列から第3の系列に配置されるHT−LTFの配置は、図3(b)での配置に類似する。
図4(d)は、図4(c)と同様に構成されるが、図4(d)における「HT−LTF」の符号の組合せが、図4(c)のものと異なる。ここで、「HT−LTF」の符号の組合せは、系列間において直交関係が成立するように規定されている。また、図4(d)では、複数の系列のそれぞれに対し、「HT−LTF」の符号の組合せが固定されるように規定されている。ここで、図4(d)では、図4(c)と同様に、第2の系列から第4の系列であっても、優先度の高い「0ns」、「−400ns」、「−200ns」が使用される。
図4(a)での第4の系列、すなわちデータが配置されていない系列(以下、「副系列」という)には、ひとつの「HT−LTF」が配置される。また、図4(b)での第3の系列および第4の系列には、ふたつの「HT−LTF」が配置される。さらに、図4(c)−(d)での第2の系列から第4の系列には、4つの「HT−LTF」が配置される。これらを比較すると、図4(c)−(d)での副系列に配置された「HT−LTF」の長さが最も長くなる。すなわち、トレーニング信号を生成すべきパケット信号での主系列の数が大きくなると、副系列の長さが短くなり、伝送効率が向上する。
図5(a)−(d)は、通信システム100における別のトレーニング信号用のパケットフォーマットを示す。図5(a)−(d)は、図4(a)−(d)にそれぞれ対応する。図5(a)−(d)では、複数の系列のそれぞれにタイミングシフト量が対応づけられながら規定されている。ここで、第1の系列に対してタイミングシフト量「0ns」が規定され、第2の系列に対してタイミングシフト量「−400ns」が規定され、第3の系列に対してタイミングシフト量「−200ns」が規定され、第4の系列に対してタイミングシフト量「−600ns」が規定されている。
そのため、図5(a)では、図4(a)における第4の系列でのタイミングシフト量「0ns」の代わりに、「−600ns」が使用される。また、図5(b)では、図4(b)における第3の系列と第4の系列でのタイミングシフト量「0ns」、「−400ns」の代わりに、「−200ns」、「−600ns」が使用される。一方、図5(c)−(d)では、図4(c)−(d)における第2の系列から第4の系列でのタイミングシフト量「0ns」、「−400ns」、「−200ns」の代わりに、「−400ns」、「−200ns」、「−600ns」が使用される。
図5(d)は、図5(c)と同様に構成されるが、図5(d)における「HT−LTF」の符号の組合せが、図5(c)のものと異なる。「HT−LTF」の符号の組合せには予め優先度が設けられている。すなわち、図3(a)の第1の系列における符号の組合せの優先度が最も高く、第4の系列における符号の組合せの優先度が最も低くなるような規定がなされている。また、データ信号が配置される系列に対して、優先度の高い符号の組合せから順に符号の組合せを使用し、データ信号が配置されない系列に対しても、優先度の高い符号の組合せから順に符号の組合せを使用する。このように、符号の組合せを同じにしておけば、受信装置が+−の演算を行って各成分を取り出す場合に、データが配置されない系列の「HT−LTF」の部分に対する伝送路特性の計算と、データが配置される系列の「HT−LTF」の部分に対する伝送路特性の計算に対して、共通の回路を使用できる。
図6は、通信システム100において最終的に送信されるパケット信号のパケットフォーマットを示す。図6は、図4(b)と図5(b)のパケット信号を変形させた場合に相当する。図4(b)と図5(b)の第1の系列と第2の系列に配置された「HT−STF」と「HT−LTF」に、後述の直交行列による演算がなされる。その結果、「HT−STF1」から「HT−STF4」が生成される。「HT−LTF」についても同様である。さらに、第1の系列から第4の系列のそれぞれに対して、タイミングシフト量「0ns」、「−50ns」、「−100ns」、「−150ns」によるCDDが実行される。なお、2度目のCDDでのタイミングシフト量の絶対値は、HT−STFおよびHT−LTFに対して1度目になされたCDDでのタイミングシフト量の絶対値よりも小さくなるように設定される。第3の系列と第4の系列に配置された「HT−LTF」と、第1の系列の「データ1」等に対しても同様の処理が実行される。
図7は、第1無線装置10aの構成を示す。第1無線装置10aは、無線部20と総称される第1無線部20a、第2無線部20b、第4無線部20d、ベースバンド処理部22、変復調部24、IF部26、制御部30を含む。また信号として、時間領域信号200と総称される第1時間領域信号200a、第2時間領域信号200b、第4時間領域信号200d、周波数領域信号202と総称される第1周波数領域信号202a、第2周波数領域信号202b、第4周波数領域信号202dを含む。なお、第2無線装置10bは、第1無線装置10aと同様に構成される。そのため、以下の説明において、受信動作に関する説明は、第2無線装置10bでの処理に対応し、送信動作に関する説明は、第1無線装置10aでの処理に対応する。
無線部20は、受信動作として、アンテナ12によって受信した無線周波数の信号を周波数変換し、ベースバンドの信号を導出する。無線部20は、ベースバンドの信号を時間領域信号200としてベースバンド処理部22に出力する。一般的に、ベースバンドの信号は、同相成分と直交成分によって形成されるので、ふたつの信号線によって伝送されるべきであるが、ここでは、図を明瞭にするためにひとつの信号線だけを示すものとする。また、AGCやA/D変換部も含まれる。AGCは、「L−STF」、「HT−STF」において増幅率を設定する。
無線部20は、送信動作として、ベースバンド処理部22からのベースバンドの信号を周波数変換し、無線周波数の信号を導出する。ここで、ベースバンド処理部22からのベースバンドの信号も時間領域信号200として示す。無線部20は、無線周波数の信号をアンテナ12に出力する。すなわち、無線部20は、無線周波数のパケット信号をアンテナ12から送信する。また、PA(Power Amplifier)、D/A変換部も含まれる。時間領域信号200は、時間領域に変換されたマルチキャリア信号であり、デジタル信号であるものとする。
ベースバンド処理部22は、受信動作として、複数の時間領域信号200をそれぞれ周波数領域に変換し、周波数領域の信号に対してアダプティブアレイ信号処理を実行する。ベースバンド処理部22は、アダプティブアレイ信号処理の結果を周波数領域信号202として出力する。ひとつの周波数領域信号202が、送信された複数の系列のそれぞれに相当する。また、ベースバンド処理部22は、送信動作として、変復調部24から、周波数領域の信号としての周波数領域信号202を入力し、周波数領域の信号を時間領域に変換し、複数のアンテナ12のそれぞれに対応づけながら時間領域信号200として出力する。
送信処理において使用すべきアンテナ12の数は、制御部30によって指定されるものとする。ここで、周波数領域の信号である周波数領域信号202は、図1のごとく、複数のサブキャリアの成分を含むものとする。図を明瞭にするために、周波数領域の信号は、サブキャリア番号の順番に並べられて、シリアル信号を形成しているものとする。
図8は、周波数領域の信号の構成を示す。ここで、図1に示したサブキャリア番号「−28」から「28」のひとつの組合せを「OFDMシンボル」というものとする。「i」番目のOFDMシンボルは、サブキャリア番号「1」から「28」、サブキャリア番号「−28」から「−1」の順番にサブキャリア成分を並べているものとする。また、「i」番目のOFDMシンボルの前に、「i−1」番目のOFDMシンボルが配置され、「i」番目のOFDMシンボルの後ろに、「i+1」番目のOFDMシンボルが配置されているものとする。なお、図3(a)等の「L−SIG」等の部分では、ひとつの「OFDMシンボル」に対して、サブキャリア番号「−26」から「26」の組合せが使用される。
図7に戻る。また、ベースバンド処理部22は、図3(a)−(c)、図4(a)−(d)、図5(a)−(d)のパケットフォーマットに対応したパケット信号を生成するために、CDDを実行する。さらに、ベースバンド処理部22は、図6のパケットフォーマットに示したパケット信号への変形を実行するために、ステアリング行列の乗算を実行する。これらの処理の詳細は、後述する。
変復調部24は、受信処理として、ベースバンド処理部22からの周波数領域信号202に対して、復調とデインタリーブを実行する。なお、復調は、サブキャリア単位でなされる。変復調部24は、復調した信号をIF部26に出力する。また、変復調部24は、送信処理として、インタリーブと変調を実行する。変復調部24は、変調した信号を周波数領域信号202としてベースバンド処理部22に出力する。送信処理の際に、変調方式は、制御部30によって指定されるものとする。
IF部26は、受信処理として、複数の変復調部24からの信号を合成し、ひとつのデータストリームを形成する。さらに、ひとつのデータストリームを復号する。IF部26は、復号したデータストリームを出力する。また、IF部26は、送信処理として、ひとつのデータストリームを入力し、符号化した後に、これを分離する。さらに、IF部26は、分離したデータを複数の変復調部24に出力する。送信処理の際に、符号化率は、制御部30によって指定されるものとする。ここで、符号化の一例は、たたみ込み符号化であり、復号の一例は、ビタビ復号であるとする。
制御部30は、第1無線装置10aのタイミング等を制御する。また、制御部30は、複数の端末装置を多重化する際に、CSMAを実行する。CSMAは、公知の技術であるので、ここでは、説明を省略する。また、CSMAに加えて、制御部30は、割当モードを実行する。当該割当モードは、一定の期間において実行される。なお、割当モードを実行する前に、制御部30は、ベースバンド処理部22等を介して、複数の端末装置に割当モードの開始を通知する。通知を受けつける端末装置には、割当モードに含まれる端末装置に加えて、割当モードに含まれない端末装置も含まれる。
割当モードにおいて、制御部30は、先頭部分にて、送信タイミングの情報と受信タイミングの情報とが含まれたパケット信号(以下、「制御信号」という)をベースバンド処理部22等に送信させる。また、制御信号に続いて、制御部30は、複数の端末装置に対してパケット信号をそれぞれ送信させる。すなわち、制御部30は、複数の端末装置に対して、信号を送信するための部分期間を割り当てる。なお、部分期間は、ひとつの端末装置に対する期間を個別に示してもよいし、複数の端末装置に対する期間を一体的に示してもよいが、ここでは、これらを区別せずに使用する。
さらに、信号を送信するための部分期間に続いて、制御部30は、複数の端末装置から信号を受信するための部分期間をそれぞれ割り当てる。端末装置は、割り当てられた部分期間において、第1無線装置10aにパケット信号を送信する。すなわち、複数の端末装置から複数のパケットが連続して送信される。制御部30は、複数のパケット信号をベースバンド処理部22等に受信させる。ここで、制御部30は、隣接したパケット信号の間隔を「T」に設定する。間隔「T」は、キャリアセンスのために必要とされる期間よりも短い期間であるとする。すなわち、一般的に端末装置は、間隔「T」よりも長い期間においてキャリアセンスを実行するので、間隔「T」の間にパケット信号の送信を開始できない。その結果、第1無線装置10aは、複数のパケット信号を連続して送信でき、これは、複数のパケット信号を送信すべき期間にわたって当該帯域を占有することに相当する。
以上の動作を実行するために、制御部30は、一定の期間を複数の部分期間に分割し、複数の部分期間のそれぞれを複数の端末装置に対応づけながら割り当てる。その際、制御部30は、データにレート要求信号を含めるべき端末装置に対して、複数の部分期間のうちの前方の部分期間を割り当てる。なお、前述のごとく、レート要求信号とは、端末装置との間の無線伝送路に適したデータレートについての情報を当該端末装置に提供させるための要求信号といえる。
制御部30は、変復調部24、ベースバンド処理部22を介して、割り当てた複数の部分期間のそれぞれに対するパケット信号を生成する。その際、制御部30は、複数の部分期間のそれぞれに対して、対応づけられた端末装置に送信すべきデータを配置させる。また、必要に応じてデータの中にレート要求信号を含ませる。レート要求信号を送信すべき端末装置は、複数の端末装置のうちの少なくともひとつである。なお、制御部30は、ひとつのデータをひとつのパケット信号に配置させながら、連続的に送信すべき複数のパケット信号を生成する。ここで、制御部30は、データの中にレート要求信号を含めるべきパケット信号にトレーニング信号を配置させる。その結果、連続的に送信すべき複数のパケット信号の前方の部分に、トレーニング信号が配置される。
なお、制御部30は、変復調部24、ベースバンド処理部22を介して、送信タイミングの期間の前段に送信すべき制御信号も生成する。制御信号には、複数の端末装置のそれぞれに割り当てた送信タイミングと受信タイミングが含まれている。なお、制御信号には、トレーニング信号を送信すべき送信タイミングが、端末装置単位に別々の領域に配置されている。ここでは、説明を簡単にするために、制御部30は、送信タイミングを指定した端末装置の順番に、端末装置の受信タイミングを指定する。端末装置は、制御信号を受信すると、制御信号に含まれた情報から、パケット信号を受信すべきタイミングと送信すべきタイミングとを理解する。
制御部30は、無線部20、ベースバンド処理部22、変復調部24に対して、生成したパケット信号を送信させる。また、パケット信号の送信後に複数の端末装置からのパケット信号を受信させる。その際、制御部30は、レート要求信号を含めたパケット信号に対応した端末装置から、レート情報を受けつける。
ここで、トレーニング信号の生成について説明する。制御部30は、IF部26、変復調部24、ベースバンド処理部22と協同しながら、図3(a)−(c)、図4(a)−(d)、図5(a)−(d)、図6のようなパケットフォーマットのパケット信号を生成し、生成したパケット信号を送信するための制御を実行する。ここでは、図4(b)、図5(b)に示されたパケットフォーマットを生成するための処理を中心に説明するが、それ以外のパケットフォーマットについても、同様の処理が実行される。
IF部26において、複数の系列のうちの少なくともひとつに配置すべきデータが入力される。ここでは、図4(b)、図5(b)のごとく、ふたつの系列に配置すべきデータが入力される。制御部30は、ベースバンド処理部22に対して、入力したデータが配置された系列、すなわち第1の系列と第2の系列に配置される「HT−STF」と、「HT−STF」の後段において複数の系列に配置される「HT−LTF」と、第1の系列と第2の系列に配置されるデータとから、パケット信号を生成するように指示する。なお、制御部30は、図3(a)−(c)のごとく、HT−STFの前段に、「L−STF」、「L−LTF」、「L−SIG」、「HT−SIG」が配置されるように、ベースバンド処理部22に指示を出力する。
ここで、図4(b)、図5(b)に記載のごとく、ひとつの系列に対してふたつの「HT−LTF」が配置されている。すなわち、「HT−LTF」の全体は、時間領域において「HT−LTF」が繰り返されることによって形成されている。また、「HT−LTF」の符号の組合せは、主系列間あるいは副系列間での直交関係が成立するように規定されている。その結果、前述のごとく、主系列内において、第1成分と第2成分とを加算すれば、第1の系列に対するHT−LTFが抽出される。また、主系列内において、第1成分から第2成分を減算すれば、第2の系列に対するHT−LTFが抽出される。
なお、ひとつの系列に配置される「HT−LTF」の数は、直交関係を成立させるために必要な数によって定められる。そのため、直交関係を成立させるべき系列の数が「2」であれば、ひとつの系列当たりの「HT−LTF」の数は「2」になる。一方、直交関係を成立させるべき系列の数が「3」あるいは「4」であれば、ひとつの系列当たりの「HT−LTF」の数は「4」になる。
制御部30は、ベースバンド処理部22に対して、HT−LTF等にCDDを実行させる。なお、CDDは、ひとつの系列に配置されたHT−LTFを基準として、他の系列に配置されたHT−LTFに、HT−LTF内での循環的なタイミングシフトを実行させることに相当する。制御部30は、タイミングシフト量に予め優先度を設けている。ここでは、前述のごとく、タイミングシフト量「0ns」の優先度を最も高く設定し、それに続いて「−400ns」、「−200ns」、「−600ns」の順に低くなっていくような優先度を設定する。
さらに、制御部30は、ベースバンド処理部22に、主系列に対して、優先度の高いタイミングシフト量から順にタイミングシフト量を使用させる。例えば、図4(b)の場合、第1の系列に対して「0ns」を使用させ、第2の系列に対して「−400ns」を使用させる。また、制御部30は、副系列に対しても、優先度の高いタイミングシフト量から順にタイミングシフト量を使用させる。例えば、図4(b)の場合、第3の系列に対して「0ns」を使用させ、第4の系列に対して「−400ns」を使用させる。以上の処理によって、図4(b)に示したパケットフォーマットのパケット信号が生成される。
一方、これとは別に、複数の系列に対してそれぞれ異なった値のタイミングシフト量が設定されていてもよい。例えば、第1の系列のタイミングシフト量として、「0ns」が設定され、第2の系列のタイミングシフト量として、「−400ns」が設定され、第3の系列のタイミングシフト量として、「−200ns」が設定され、第4の系列のタイミングシフト量として、「−600ns」が設定される。以上の処理によって、図5(b)に示したパケットフォーマットのパケット信号が生成される。
以上の処理によって、図4(a)−(d)、図5(a)−(d)のようなパケットフォーマットのパケット信号が生成された後、制御部30は、ベースバンド処理部22に、これらのようなパケット信号を変形させる。また制御部30は、変形したパケット信号を無線部20に送信させる。すなわち、制御部30は、図4(b)、図5(b)に示したパケットフォーマットを図6に示したパケットフォーマットに変形させる。ベースバンド処理部22は、系列の数を複数の系列の数まで拡張した後に、拡張された系列に対して、CDDを実行する。
一方、レート要求信号を受信した端末装置は、パケット信号に含まれたHT−LTFから、送信装置との間の伝送路特性を推定する。伝送路特性は、例えば、受信したパケット信号に含まれたHT−LTFと、受信装置に予め記憶されたHT−LTFとの相関を計算することによって導出される。また、伝送路特性は、図2のごとく、経路あるいは系列を単位にして導出される。そのため、伝送路特性は、一般的に行列として示される。さらに、端末装置は、導出した伝送路特性からレート情報を生成して、当該レート情報を基地局装置に通知する。レート情報を生成するために、端末装置は、予め記憶したしきい値と伝送路特性の値とを比較してもよい。基地局装置の制御部30は、受けつけたレート情報をもとに、変復調部24に対して変調方式を設定させる。また、制御部30は、受けつけたレート情報をもとに、ベースバンド処理部22に対して系列の数を設定させ、IF部26に対して符号化率を設定させる。
この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた通信機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
図9は、制御部30におけるタイミングの割当の概要を説明するための図である。図は、制御部30によって割り当てられたタイミングを示しており、第1無線装置10aから第4無線装置10dによるパケット信号の送信タイミングが示されている。なお、第2無線装置10bから第4無線装置10dによるパケット信号の送信タイミングは、第1無線装置10aでのパケット信号の受信タイミングとして示される。ここでは、第1無線装置10aでの処理を中心にして、「制御用タイミング期間」、「送信用タイミング期間」、「受信用タイミング期間」を順番に配置する。また、第1無線装置10aが基地局装置に相当し、第2無線装置10bから第4無線装置10dが端末装置に相当する。
制御部30は、制御用タイミング期間において、制御信号を送信する。また、制御部30は、送信用タイミング期間において、「パケット信号1」から「パケット信号3」を送信する。なお、前述のレート要求信号は、「パケット信号1」に含まれているものとする。そのため、「パケット信号1」は、図4(a)−(d)、図5(a)−(d)に示されるバーストフォーマットを有している。また、「制御信号」、「パケット信号2」、「パケット信号3」は、図3(a)−(c)に示されるパケット信号を有している。
制御部30は、受信用タイミング期間において、第2無線装置10bから第4無線装置10dのそれぞれに対して、受信タイミングを割り当てる。すなわち、制御部30は、受信用タイミング期間の先頭に、第2無線装置10bからのパケット信号である「パケット信号1’」を割り当てる。これに続いて、制御部30は、第3無線装置10cからのパケット信号である「パケット信号2’」を割り当てる。最後に、制御部30は、第4無線装置10dからのパケット信号である「パケット信号3’」を割り当てる。なお、「パケット信号1」には、レート情報が含まれる。
第1無線装置10aによって送信される「パケット信号1」から「パケット信号3」は、一般的に、第2無線装置10bから第4無線装置10dによってそれぞれ送信される「パケット信号1’」から「パケット信号3’」よりも長くなっている。そのため、「パケット信号1」を受信してから「パケット信号1’」を送信するまでの期間は、「パケット信号2」を受信してから「パケット信号2’」を送信するまでの期間等よりも長くなっている。その結果、パケット信号1のごとく、前方に配置されるパケット信号にレート要求信号を含めることによって、送信のタイミングまでにレート情報が生成できる可能性を向上できる。
図10は、ベースバンド処理部22の構成を示す。ベースバンド処理部22は、受信用処理部50、送信用処理部52を含む。受信用処理部50は、ベースバンド処理部22における動作のうち、受信動作に対応する部分を実行する。すなわち、受信用処理部50は、時間領域信号200に対してアダプティブアレイ信号処理を実行しており、そのために時間領域信号200のウエイトベクトルの導出を実行する。また、受信用処理部50は、アレイ合成した結果を周波数領域信号202として出力する。なお、受信用処理部50は、周波数領域信号202をもとにレート情報を生成してもよい。レート情報の生成については、前述のごとく公知の技術でよいので、説明を省略する。
送信用処理部52は、ベースバンド処理部22における動作のうち、送信動作に対応する部分を実行する。すなわち、受信用処理部50は、周波数領域信号202を変換することによって、時間領域信号200を生成する。また、送信用処理部52は、複数の系列を複数のアンテナ12にそれぞれ対応づける。さらに、送信用処理部52は、図3(a)−(c)、図4(a)−(d)、図5(a)−(d)に示されたようなCDDを実行し、図6に示されたようなステアリング行列の演算を実行する。なお、送信用処理部52は、最終的に時間領域信号200を出力する。
図11は、受信用処理部50の構成を示す。受信用処理部50は、FFT部74、ウエイトベクトル導出部76、合成部80と総称される第1合成部80a、第2合成部80b、第3合成部80c、第4合成部80dを含む。
FFT部74は、時間領域信号200に対してFFTを実行することによって、時間領域信号200を周波数領域の値に変換する。ここで、周波数領域の値は、図8のように構成されているものとする。すなわち、ひとつの時間領域信号200に対する周波数領域の値は、ひとつの信号線にて出力される。
ウエイトベクトル導出部76は、周波数領域の値から、サブキャリア単位にウエイトベクトルを導出する。なお、ウエイトベクトルは、複数の系列のそれぞれに対応するように導出され、ひとつの系列に対するウエイトベクトルは、アンテナ12の数に対応した要素をサブキャリア単位に有する。また、複数の系列のそれぞれに対応したウエイトベクトルの導出には、適応アルゴリズムが使用されてもよく、あるいは伝送路特性が使用されてもよいが、これらの処理には、公知の技術が使用されればよいので、ここでは、説明を省略する。なお、ウエイトベクトル導出部76は、ウエイトを導出する際に、前述のごとく、第1成分−第2成分+第3成分−第4成分や第1成分+第2成分等の演算を実行する。最終的に、前述のごとく、サブキャリア、アンテナ12、系列のそれぞれを単位にして、ウエイトが導出される。
合成部80は、FFT部74にて変換された周波数領域の値と、ウエイトベクトル導出部76からのウエイトベクトルとによって、合成を実行する。例えば、ひとつの乗算対象として、ウエイトベクトル導出部76からのウエイトベクトルのうち、ひとつのサブキャリアに対応したウエイトであって、かつ第1の系列に対応したウエイトが選択される。選択されたウエイトは、アンテナ12のそれぞれに対応した値を有する。
また、別の乗算対象として、FFT部74にて変換された周波数領域の値のうち、ひとつのサブキャリアに対応した値が選択される。選択された値は、アンテナ12のそれぞれに対応した値を有する。なお、選択されたウエイトと選択された値は、同一のサブキャリアに対応する。アンテナ12のそれぞれに対応づけられながら、選択されたウエイトと選択された値が、それぞれ乗算され、乗算結果が加算されることによって、第1の系列のうちのひとつのサブキャリアに対応した値が導出される。第1合成部80aでは、以上の処理が他のサブキャリアに対しても実行され、第1の系列に対応したデータが導出される。また、第2合成部80bから第4合成部80dでは、同様の処理によって、第2の系列から第4の系列に対応したデータがそれぞれ導出される。導出された第1の系列から第4の系列は、第1周波数領域信号202aから第4周波数領域信号202dとしてそれぞれ出力される。
図12は、送信用処理部52の構成を示す。送信用処理部52は、分散部66、IFFT部68を含む。分散部66は、周波数領域信号202とアンテナ12とを対応づける。分散部66は、図3(a)−(c)、図4(a)−(d)、図5(a)−(d)のパケットフォーマットに対応したパケット信号を生成するために、CDDを実行する。CDDは、行列Cとして、以下のように実行される。
Figure 0004657093
ここで、δは、シフト量を示し、lは、サブキャリア番号を示している。さらに、行列Cと系列との乗算は、サブキャリアを単位にして実行される。すなわち、分散部66は、L−STF等内での循環的なタイミングシフトを系列単位に実行する。また、タイミングシフト量は、図3(a)−(c)、図4(a)−(d)、図5(a)−(d)のごとく設定される。
分散部66は、図4(a)−(d)、図5(a)−(d)のごとく生成されたトレーニング信号に対して、ステアリング行列をそれぞれ乗算することによって、トレーニング信号の系列の数を複数の系列の数まで増加させる。ここで、分散部66は、乗算を実行する前に、入力した信号の次数を複数の系列の数まで拡張する。図4(b)および図5(b)の場合、第1の系列と第2の系列に配置された「HT−STF」等が入力されるので、入力した信号の数は、「2」であり、ここでは、「Nin」によって代表させる。
そのため、入力したデータは、「Nin×1」のベクトルによって示される。また、複数の系列の数は、「4」であり、ここでは、「Nout」によって代表させる。分散部66は、入力したデータの次数をNinからNoutに拡張させる。すなわち、「Nin×1」のベクトルを「Nout×1」のベクトルに拡張させる。その際、Nin+1行目からNout行目までの成分に「0」を挿入する。一方、図4(b)および図5(b)の第3の系列と第4の系列に配置された「HT−LTF」に対して、Ninまでの成分が「0」であり、Nin+1行目からNout行目までの成分にHT−LTF等が挿入されている。
また、ステアリング行列Sは、次のように示される。
Figure 0004657093
ステアリング行列は、「Nout×Nout」の行列である。また、Wは、直交行列であり、「Nout×Nout」の行列である。直交行列の一例は、ウォルシュ行列である。ここで、lは、サブキャリア番号を示しており、ステアリング行列による乗算は、サブキャリアを単位にして実行される。さらに、Cは、前述のごとく、CDDを示す。ここで、CDDにおけるタイミングシフト量は、複数の系列のそれぞれに対して異なるように規定されている。すなわち、第1の系列に対して「0ns」、第2の系列に対して「−50ns」、第3の系列に対して「−100ns」、第4の系列に対して「−150ns」のようにタイミングシフト量が規定される。IFFT部68は、分散部66からの信号に対してIFFTを実行し、時間領域信号200として出力する。
図13は、通信システム100におけるデータレートの設定の手順を示すシーケンス図である。説明の明瞭化のために、図9の第1無線装置10aと第2無線装置10bとの間においてデータレートを設定する手順が図13に示されているが、他の無線装置10に対しても同様の処理が実行されてもよい。第1無線装置10aは、第2無線装置10bに対して、レート要求信号が含まれたトレーニング信号を送信する(S40)。第2無線装置10bは、トレーニング信号にもとづいて、伝送路推定を行う(S42)。第2無線装置10bは、推定した伝送路にもとづいて、レート情報を更新する(S44)。ここで、レート情報の更新については、説明を省略する。第2無線装置10bは、第1無線装置10aに対して、レート情報を送信する(S46)。第1無線装置10aは、受けつけたレート情報を参照しながら、データレートを設定する(S48)。
図14は、第1無線装置10aにおけるデータレートの設定の手順を示すフローチャートである。図14は、図13での第1無線装置10aの動作に対応する。ベースバンド処理部22は、トレーニング信号のフォーマットにて、レート要求信号を送信する(S50)。アンテナ12、無線部20、ベースバンド処理部22、変復調部24を介して、IF部26がレート情報を受けつけなければ(S52のN)、受けつけるまで待ち続ける。一方、IF部26が、レート情報を受けつければ(S52のY)、制御部30がデータレートの設定を行う(S54)。また、レート情報管理部32は、レート情報を保持する。
以下、変形例を説明する。実施例において、基地局装置は、複数の端末装置に対して複数のパケット信号をそれぞれ送信している。しかしながら、変形例において、基地局装置は、複数の端末装置に対する複数のデータをひとつのパケット信号にまとめ、当該パケット信号を送信する。すなわち、上位レイヤにおいてデータをまとめる動作を実行する。その際、パケット信号には、トレーニング信号が配置されるので、基地局装置から送信されるパケット信号は、図4(a)−(d)、図5(a)−(d)のパケットフォーマットを有しており、「データ1」等に複数の端末装置に対するデータが含まれている。なお、変形例に係る第1無線装置10aは、図7に示された第1無線装置10aと同じタイプの構成にて示される。
図15は、制御部30におけるタイミングの別の割当の概要を説明するための図である。制御部30は、複数のデータ信号をひとつのパケット信号に配置させることによって、少なくともひとつのパケット信号を生成する。図15は、図9と同様に示される。しかしながら、第1無線装置10aは、送信用タイミング期間において、「パケット信号」を送信する。パケット信号には、第2無線装置10bから第4無線装置10dに送信すべきデータが含まれる。ここで、第2無線装置10bに送信すべきデータにレート要求信号が含まれている場合、制御部30は、データの前方の部分に第2無線装置10bに送信すべきデータを配置する。
本発明の実施例によれば、送信用タイミング期間のうちの前方に、レート要求信号を送信すべき端末装置を配置させるので、当該端末装置がレート要求信号を受信してからレート情報を生成するまでの期間を長くできる。また、レート要求信号を受信してからレート情報を生成するまでの期間が長くなるので、指示されたタイミングまでにレート情報を生成できる可能性を向上できる。また、端末装置の処理速度が遅くても、指示されたタイミングまでにレート情報を生成できる可能性を向上できる。また、指示されたタイミングまでにレート情報を生成できる可能性が向上するので、基地局装置は、レート情報を直ちに受信できる。また、レート情報を直ちに受信するので、処理遅延を短縮できる。また、複数のパケット信号を連続的に送信する場合であっても、レート情報の受信確率を向上できる。また、少なくともひとつのパケット信号に複数の端末装置に対するデータを含ませながら送信する場合であっても、レート情報の受信確率を向上できる。また、レート要求信号に組合せながらトレーニング信号を送信するので、レート情報の精度を向上できる。
また、HT−STFとHT−LTFとの強度の差が小さくなるので、HT−STFに対して導出された増幅率をHT−LTFに適した値に近くできる。また、HT−STFに対して導出された増幅率がHT−LTFに適した値に近くなるので、HT−LTFをもとにした伝送路推定の精度を向上できる。また、伝送路推定の精度が向上するので、レート情報の精度を向上できる。
また、トレーニング信号を生成する際に、HT−STFが配置される系列の数と、データが配置される系列の数とを同一の数にするので、HT−STFによって設定された利得がデータに対応し、データの受信特性の悪化を抑制できる。また、タイミングシフト量に優先度を規定し、複数のグループのそれぞれに対して、高い優先度から順に使用することによって、同一のタイミングシフト量を多く使用できる。また、同一のタイミングシフト量を多く使用することによって、処理を簡易にできる。また、複数の系列の数を「2」とし、データが配置される系列の数を「1」とする場合、受信装置は、HT−LTFの受信状況に応じて、複数の系列のいずれかにデータが配置されるべきかを送信装置に指示できる。すなわち、送信ダイバーシチを実行できる。
また、複数の系列に配置されたHT−LTFのそれぞれに対するタイミングシフト量は同一の値であるので、データを配置した系列が変更されても、受信装置において容易に対応できる。また、複数の系列のそれぞれに対して異なったタイミングシフト量を設定するので、均一的に処理を実行できる。また、均一的に処理を実行できるので、処理を簡易にできる。また、次に続くパケット信号において、データが配置される系列の数が増加する場合であっても、増加される系列に対するHT−LTFは、同一のタイミングシフト量にて既に送信されているので、受信装置は、既に導出したタイミング等を使用できる。また、既に導出したタイミング等を使用できるので、受信装置は、データが配置された系列の数の増加に容易に対応できる。
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
本発明の実施例において、複数の系列の数が「4」である場合を説明した。しかしながらこれに限らず例えば、複数の系列の数は、「4」より小さくても構わないし、「4」より大きくても構わない。これにあわせて、前者の場合、アンテナ12の数が「4」より少なくても構わないし、アンテナ12の数が「4」より大きくても構わない。これらの場合において、ひとつのグループに含まれる系列の数が「2」より大きくてもよく、あるいはグループの数が「2」より大きくてもよい。本変形例によれば、さまざまな系列の数に本発明を適用できる。
本発明の実施例において、トレーニング信号における「HT−LTF」の符号関係として、各成分が直交の関係を有している行列を示している。しかしながらこれに限らず例えば、各成分が直交の関係でなくても、加算や減算のような簡単な演算によって、各所望の成分を取り出すことができるような符号関係を有している行列であればよい。本変形によれば、トレーニング信号における「HT−LTF」の符号として、さまざまな符号関係を使用できる。
本発明の実施例において、制御部30は、レート要求信号が含まれたパケット信号にトレーニング信号を配置している。しかしながらこれに限らず例えば、制御部30は、送信すべき複数のパケット信号のうち、少なくともひとつにトレーニング信号を配置していればよい。すなわち、レート要求信号が含まれたパケット信号を受信した端末装置は、他の端末装置の当てのパケット信号に含まれたトレーニング信号をもとにレート情報を生成してもよい。本変形例によれば、レート要求信号を送信すべき端末装置の数が多くても、トレーニング信号が配置されたパケット信号の数を低減できるので、伝送効率を改善できる。つまり、トレーニング信号が配置されたパケット信号が送信されればよい。
本発明の実施例において、端末装置での受信用処理部50は、周波数領域信号202をもとにレート情報を導出し、基地局装置の制御部30は、端末装置からレート情報を受けつけている。しかしながらこれに限らず例えば、端末装置の受信用処理部50は、トレーニング信号をもとに伝送路特性を推定し、基地局装置の制御部30は、端末装置によって推定された伝送路特性および/またはノイズ量を受けつけてもよい。本変形例によれば、基地局装置は、受けつけた伝送路特性をもとにレート情報を導出できる。また、基地局装置は、受けつけた伝送路特性をもとにビームフォーミングを実行できる。つまり、無線伝送路が変動することによって値が変動するような情報が端末装置から基地局装置に送信されればよい。
本発明の実施例に係るマルチキャリア信号のスペクトルを示す図である。 本発明の実施例に係る通信システムの構成を示す図である。 図3(a)−(c)は、図2の通信システムにおけるパケットフォーマットを示す図である。 図4(a)−(d)は、図2の通信システムにおけるトレーニング信号用のパケットフォーマットを示す図である。 図5(a)−(d)は、図2の通信システムにおける別のトレーニング信号用のパケットフォーマットを示す図である。 図2の通信システムにおいて最終的に送信されるパケット信号のパケットフォーマットを示す図である。 図2の第1無線装置の構成を示す図である。 図7における周波数領域の信号の構成を示す図である。 図7の制御部におけるタイミングの割当の概要を説明するための図である。 図7のベースバンド処理部の構成を示す図である。 図10の受信用処理部の構成を示す図である。 図10の送信用処理部の構成を示す図である。 図2の通信システムにおけるデータレートの設定の手順を示すシーケンス図である。 図7の第1無線装置におけるデータレートの設定の手順を示すフローチャートである。 図7の制御部におけるタイミングの別の割当の概要を説明するための図である。
符号の説明
10 無線装置、 12 アンテナ、 14 アンテナ、 20 無線部、 22 ベースバンド処理部、 24 変復調部、 26 IF部、 30 制御部、 100 通信システム。

Claims (3)

  1. 複数の端末装置と可変のデータレートにて通信する無線装置であって、
    一定の期間を複数の部分期間に分割し、複数の部分期間のそれぞれを複数の端末装置に対応づけながら割り当てる割当部と、
    前記割当部において割り当てた複数の部分期間のそれぞれに、対応づけられた端末装置に送信すべきデータ信号を配置させ、かつデータ信号のうちの少なくともひとつに、端末装置との間の無線伝送路に関連したデータレート情報を当該端末装置に提供させるためのレート要求信号を含ませることによって、複数のMIMO−OFDM方式のパケット信号を生成する生成部と、
    前記生成部において生成した複数のMIMO−OFDM方式のパケット信号を送信する手段と、MIMO−OFDM方式のパケット信号の送信後に複数の端末装置のうちの少なくともひとつからレート要求信号に対するデータレート情報を受信する手段とを含む通信部とを備え、
    前記生成部は、少なくともひとつの系列にて、既知信号、データ信号の順に配置されるMIMO−OFDM方式のパケット信号を形成させており、データ信号にレート要求信号を含める場合、データ信号が配置される系列の数以上の数の系列に既知信号を配置させ、
    前記割当部は、前記生成部においてデータ信号にレート要求信号を含めるべき端末装置に対して、前記生成部においてデータ信号にレート要求信号を含めない端末装置に割り当てるべき部分期間よりも、前の部分期間を割り当てることを特徴とする無線装置。
  2. 複数の端末装置と可変のデータレートにて通信する通信方法であって、
    基地局装置が、一定の期間を複数の部分期間に分割し、複数の部分期間のそれぞれを複数の端末装置に対応づけながら割り当てるステップと、
    基地局装置が、割り当てた複数の部分期間のそれぞれに、対応づけられた端末装置に送信すべきデータ信号を配置させ、かつデータ信号のうちの少なくともひとつに、端末装置との間の無線伝送路に関連したデータレート情報を当該端末装置に提供させるためのレート要求信号を含ませることによって、複数のMIMO−OFDM方式のパケット信号を生成するステップと、
    基地局装置が、生成した複数のMIMO−OFDM方式のパケット信号を送信するステップと、
    基地局装置が、MIMO−OFDM方式のパケット信号の送信後に複数の端末装置のうちの少なくともひとつからレート要求信号に対するデータレート情報を受信するステップとを備え、
    前記生成するステップは、少なくともひとつの系列にて、既知信号、データ信号の順に配置されるMIMO−OFDM方式のパケット信号を形成させており、データ信号にレート要求信号を含める場合、データ信号が配置される系列の数以上の数の系列に既知信号を配置させ、
    前記割り当てるステップは、データ信号にレート要求信号を含めるべき端末装置に対して、データ信号にレート要求信号を含めない端末装置に割り当てるべき部分期間よりも、前の部分期間を割り当てることを特徴とする通信方法。
  3. 複数の端末装置と、
    複数の端末装置と可変のデータレートにて通信する基地局装置とを備え、
    前記基地局装置は、
    一定の期間を複数の部分期間に分割し、複数の部分期間のそれぞれを複数の端末装置に対応づけながら割り当てる割当部と、
    前記割当部において割り当てた複数の部分期間のそれぞれに、対応づけられた端末装置に送信すべきデータ信号を配置させ、かつデータ信号のうちの少なくともひとつに、端末装置との間の無線伝送路に関連したデータレート情報を当該端末装置に提供させるためのレート要求信号を含ませることによって、複数のMIMO−OFDM方式のパケット信号を生成する生成部と、
    前記生成部において生成した複数のMIMO−OFDM方式のパケット信号を送信する手段と、MIMO−OFDM方式のパケット信号の送信後に複数の端末装置のうちの少なくともひとつからレート要求信号に対するデータレート情報を受信する手段とを含む通信部とを備え、
    前記生成部は、少なくともひとつの系列にて、既知信号、データ信号の順に配置されるMIMO−OFDM方式のパケット信号を形成させており、データ信号にレート要求信号を含める場合、データ信号が配置される系列の数以上の数の系列に既知信号を配置させ、
    前記割当部は、前記生成部においてデータ信号にレート要求信号を含めるべき端末装置に対して、前記生成部においてデータ信号にレート要求信号を含めない端末装置に割り当てるべき部分期間よりも、前の部分期間を割り当てることを特徴とする通信システム。
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