JP5123451B2 - 送信装置及び基地局 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間時間送信ダイバーシチを有し、無線直交周波数分割多重通信システムにおいて信号を送信及び受信する送信装置及び受信装置、並びに空間時間送信ダイバーシチ方式の第１及び第２の信号を送信する第１及び第２のアンテナを有する送信装置を備える無線直交周波数分割多重通信システムにおいて、チャンネル推定を実行するチャンネル推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信において、基地局等の送信機と、移動端末装置等の受信機との間の伝送品質は、それぞれの伝送環境に大きく左右され、例えばフェージング効果等により頻繁に劣化する。特に、送信側で単一のアンテナを用い、受信側でも単一のアンテナを用いている場合に、フェージング効果により、音声や通信データを低い品質でしか伝送することができない。したがって、移動通信用グローバルシステム（Global System for Mobile communications：以下、ＧＳＭという。）等の無線通信システムに採用されている移動端末装置は、移動端末装置の内部又は外部に異なる種類の２つ以上のアンテナを備えている。しかしながら、モデム端末装置は、可能な限り小型で軽量化されることが望ましく、したがって、この種の移動端末装置に単一のアンテナのみを用いる要望が高まっている。移動端末装置等の受信側のアンテナを一本にするために、基地局等の送信側に複数のアンテナを設け、これにより伝送品質を向上させるためのダイバーシチ利得を得る手法が提案されている。この方式は送信ダイバーシチ（transmit diversity）と呼ばれている。送信ダイバーシチは、通常、複数、例えば２つのアンテナから受信側装置に同時にデータを送信することを意味する。このように、同じデータが２つのアンテナから平行に送信された場合、受信側装置は、少なくとも一方のアンテナからの信号を許容可能な伝送品質で受信できればよく、したがって、接続状態が良好に保たれる可能性が高くなる。送信ダイバーシチ方式の具体例として、いわゆる空間時間コーディング（space time coding）と呼ばれる手法を用いる技術がある。これにより得られる空間時間送信ダイバーシチ（space time transmit diversity：以下、ＳＴＴＤという。）は、次世代の移動通信技術の標準規格である汎用移動通信システム（Universal Mobile Telecommunication System：以下、ＵＭＴＳという。）に適用され、その一部となっている。
【０００３】
ＳＴＴＤシステムにおいて、基地局等の送信側装置は、例えば空間的に離間して設けられた２つのアンテナを備え、これにより空間ダイバーシチを実現している。例えば移動端末装置等の受信側装置に送信すべきデータストリームは、符号化及び処理され、２つの平行なデータストリームが生成される。各無線通信方式に対応するさらなる処理の後、これらの２つのデータストリームは、それぞれ２つのアンテナの１つから送信される。２つのアンテナからは、通常、同一のデータコンテンツが送信されるが、２つのアンテナから送信される信号は、絶対的に同一なものではなく、送信すべきデータシンボルは、それぞれのアンテナから送信される信号において、若干異なるようにマッピング又はコーディングされる。これにより、これらの２つのアンテナから送信された信号を受信する１つのアンテナを備える受信側装置は、それぞれのアンテナから送信されてくる信号を区別及び分離することができる。これら２つの送信アンテナは、空間ダイバーシチ構成を実現するように配設されているため、信号間の相互干渉（cross interference）は回避され、受信側装置は、対応するチャンネル推定の後、２つの送信アンテナからの信号を区別及び結合し、より高い伝送品質を得ることができる。受信側装置でのチャンネル推定は、通常、送信側装置から送信されてくるパイロットシンボルに基づいて行われる。詳しくは、受信側装置は、受信したパイロットシンボルを、予測されるパイロットシンボルと比較し、チャンネル応答を測定し、受信側装置自身が最も良好な通信チャンネルを選択し、すなわちより良好な接続を実現している送信アンテナを選択する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＵＭＴＳシステムは、符号分割多元接続（code division multiple access：以下、ＣＤＭＡという。）方式に基づいている。ＣＤＭＡ方式は、無線通信において用いられる複数の可能な多元接続方式のうちの１つである。データレートの高い無線通信用としては、直交周波数分割多重（orthogonal frequency division multiplex：以下、ＯＦＤＭという。）方式が知られており、ＯＦＤＭ方式では、通信に使用できる周波数帯域は、隣り合う周波数サブキャリアが互いに直交するように、複数の周波数サブキャリアに分割される。
【０００５】
本発明は、空間時間送信ダイバーシチを有し、無線ＯＦＤＭ通信システムに用いることのできる送信装置及び受信装置と、このような無線ＯＦＤＭ通信システムにおいて、単純且つ効果的なチャンネル推定を行うことができるチャンネル推定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る送信装置は、空間時間送信ダイバーシチを有し、無線直交周波数分割多重通信システムにおいて信号を送信する送信装置において、空間時間送信ダイバーシチ方式に基づいてデータストリームを符号化して、第１及び第２の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームを生成する符号化手段と、互いに空間時間送信ダイバーシチ構成を形成するように空間的に離間して配設され、第１及び第２の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームをそれぞれ直交周波数分割多重信号として送信する第１及び第２のアンテナと、第１の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームに組み込まれ、第１のアンテナを介して送信される第１のパイロットシンボルと、第２の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームに組み込まれ、第２のアンテナを介して送信される、一部が第１のパイロットシンボルと直交する第２のパイロットシンボルとを生成するパイロットシンボル生成手段とを備える。
【０００７】
また、上述の目的を達成するために、本発明に係る受信装置は、空間時間送信ダイバーシチを有し、無線直交周波数分割多重通信システムにおいて信号を受信する受信装置において、直交周波数分割多重通信システムの送信装置の第１及び第２の空間時間ダイバーシチ構成のアンテナから送信され、第２のアンテナから送信されるパイロットシンボルの少なくとも一部が第１のアンテナから送信される対応するパイロットシンボルに直交するように配列されたパイロットシンボルを含む空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号を受信する単一のアンテナと、空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号からパイロットシンボルを検出し、検出したパイロットシンボルの処理を行い、この処理に基づいて、第１のアンテナと第２のアンテナから送信されてきた空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号の伝送品質を個別に判定する処理手段とを備える。
【０００８】
さらに、上述の目的を達成するために、本発明に係るチャンネル推定方法は、互いに空間時間送信ダイバーシチ構成を形成するように空間的に離間して配設され、空間時間送信ダイバーシチ方式の第１及び第２の信号を送信する第１及び第２のアンテナを有する送信装置を備える無線直交周波数分割多重通信システムにおいてチャンネル推定を実行するチャンネル推定方法において、第２のパイロットシンボルの一部が対応する第１のパイロットシンボルに対して直交する第１及び第２のパイロットシンボルを第１及び第２のアンテナから送信するステップと、第１及び第２のパイロットシンボルを受信装置が備える単一のアンテナにより受信するステップと、受信したパイロットシンボルの処理を行い、この処理に基づいて、第１のアンテナと第２のアンテナから送信されてきた空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号の伝送品質を個別に判定するステップとを有する。
【０００９】
本発明に基づく送信装置、受信装置及びチャンネル推定方法では、第１及び第２のパイロットシンボルにより単純且つ効果的なチャンネル推定処理を受信側で行うことができ、したがって、伝送チャンネルにおいてより確実な復調を行うことができ、すなわち、良好な伝送品質が保証される。本発明は、特に、完全な空間時間送信ダイバーシチを保証する。さらに、受信側から送信側へのフィードバック情報は不要であり、より大きな伝送容量を確保することができる。さらに、本発明は、伝送アンテナにおける障害に対して強固（ロバスト：robust）であり、送信側におけるパワー増幅のバランスを保証する。
【００１０】
ここで、対応する第１のパイロットシンボルと第２のパイロットシンボルは、直交周波数分割多重システムにおいて同じ周波数及び時点に割り当ててもよい。換言すれば、対応する第１及び第２のパイロットシンボルは、直交周波数分割多重システムにおける同じサブキャリア及び同じタイムスロットで送信してもよい。さらに、同じ周波数及び時点に割り当てられている対応する第１のパイロットシンボルと第２のパイロットシンボルは、周波数軸及び時間軸上で、交互に同一及び直交するように配列してもよい。すなわち、直交周波数分割多重システムの周波数及び時間グリッドにおいて、同一の第１及び第２のパイロットシンボル及び直交する第１及び第２のパイロットシンボルが、周波数軸及び時間軸上で交互に出現するように配列してもよい。
【００１１】
ここで、受信装置が備える単一のアンテナは、送信装置の第１のアンテナから送信された第１のパイロットシンボルと、送信装置の第２のアンテナから送信された第２のパイロットシンボルとを結合された又はスーパーインポーズされたパイロットシンボルとして受信する。同じ周波数サブキャリア及び同じ時点に送信された第１のパイロットシンボルと第２のパイロットシンボルとが同一である場合、受信装置は、スーパーインポーズされた第１及び第２のパイロットシンボルからなる結合パイロットシンボルを受信する。一方、第１のパイロットシンボルと第２のパイロットシンボルとが互いに直交する場合、受信装置は、スーパーインポーズされた互いに直交する第１及び第２のパイロットシンボルからなる結合パイロットシンボルを受信する。このため、受信装置において、第１のパイロット信号の伝達関数と第２のパイロットシンボルの伝達関数を分離することができ、これにより第１及び第２のアンテナに関するそれぞれのチャンネル推定を簡単に個別に実行することができる。
【００１２】
第２のパイロットシンボルは、時間軸及び周波数軸上で、第１のパイロットシンボルと同一の値及び逆複素値が交互に現れるように配列されていてもよく、これにより受信側では、受信したパイロットシンボルの単純な加算及び減算に基づいて、パイロットシンボルの処理及びチャンネル推定を実行することができる。このチャンネル推定の結果に基づいて、第１のアンテナから送信されてきた空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号及び第２のアンテナから送信されてきた空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号は、受信装置においてさらに処理され、通信データとして使用される。
【００１３】
本発明に係る送信装置は、例えば直交周波数分割多重通信システムにおける基地局として実現することができ、本発明に係る受信装置は、直交周波数分割多重通信システムにおける移動端末装置として実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る送信装置、受信装置及びチャンネル推定方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明を適用した送信装置を備える基地局の構成を示すブロック図である。基地局１は、無線直交周波数分割多重（orthogonal frequency division multiplex：以下、ＯＦＤＭという。）方式の通信システムにおける基地局である。なお、図１には、本発明を説明するために必要な回路のみしか示していない。例えば変調器、高周波処理回路等、基地局１の動作に必要な他の回路は、説明を簡潔に行うために図示していない。
【００１６】
基地局１は、空間ダイバーシチ構成を実現するように空間的に離間して配設された第１のアンテナ５と第２のアンテナ６を備える。なお、第１のアンテナ５を非ダイバーシチアンテナと呼び、第２のアンテナ６をダイバーシチアンテナと呼ぶこともある。第１のアンテナ５と第２のアンテナ６からなる空間ダイバーシチ構成では、それぞれ第１のアンテナ５と第２のアンテナ６とから送信される信号が干渉せず、受信側で効果的なダイバーシチ利得が実現されるように、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６とが空間的に十分に離間して配設されている。
【００１７】
さらに、基地局１は、空間時間送信ダイバーシチ（space time transmit diversity：以下、ＳＴＴＤという。）方式に基づき、データストリームをエンコードし、第１及び第２のＳＴＴＤ符号化データストリームをマルチプレクサ４に供給する符号化器３を備える。第１のＳＴＴＤ符号化データストリームは、第１のアンテナ５から送信され、第２のＳＴＴＤ符号化データストリームは、第２のアンテナ６から送信される。第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から送信されるデータは、通常、同じデータであり、すなわち符号化器３に供給された単一のデータストリームのデータを含んでいるが、アンテナ５及びアンテナ６から送信されるデータは、同一の形式を有してはいない。例えば、第１のアンテナ５から送信されるデータは、符号化器３に供給された単一のデータストリームのデータ配列に対応する、同一なデータ配列を有している。例えば、期間０−Ｔにおける第１のデータシンボルＳ１及びこれに続く期間Ｔ−２ＴにおけるデータシンボルＳ２が符号化器３に供給された場合、符号化器３から出力される第１のデータストリームは、このデータ配列に対応する同一のデータ配列、すなわちデータシンボルＳ１とこれに続くデータシンボルＳ２とを含む。一方、符号化器３から出力される第２のデータストリームは、データシンボルＳ１とデータシンボルＳ２とを異なる配列で含む。例えば図１に示すように、第２のデータストリームにおいては、第１の期間０−Ｔのデータシンボルは、第１のデータストリームにおける第２のデータシンボルＳ２の負の複素共役（negative complex conjugated value）、すなわち−Ｓ＊ ２である。第２のデータストリームにおける、これに続くデータシンボルは、第１のデータストリームの第１のデータシンボルＳ１の負の複素共役、すなわち−Ｓ＊ １である。これにより、第２のデータストリームは、第１のデータストリームと同一のデータコンテンツを異なる配列で含むこととなる。第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６からの信号をスーパーインポーズ信号（superimposed signals）として受信する受信装置は、空間的ダイバーシチ構成及び同じデータコンテンツの異なる配列により、第１のアンテナ５から送信された信号と、第２のアンテナ６から送信された信号とを明確に区別することができる。なお、図１を用いて説明したＳＴＴＤ方式は、本発明を説明するための単なる一具体例に過ぎない。第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から送信される信号にこの他のＳＴＴＤ方式を適応してもよい。
【００１８】
基地局１は、さらに、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から、第１及び第２のデータストリームにおいて他のデータとともに送信されるパイロットシンボルを生成するパイロットシンボル生成器２を備える。パイロットシンボル生成器２は、それぞれ第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から送信される異なるパイロットシンボルパターンを生成してマルチプレクサ４に供給する。本発明においては、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から送信されるパイロットシンボルの幾つかを互いに直交させ、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６の両方における相互干渉（cross-interference）を相殺し、第１の（非ダイバーシチ）アンテナ５及び第２の（ダイバーシチ）アンテナ６を差別化（differentiate）し、これにより、受信装置側において、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６のそれぞれに対する独立したチャンネル推定を実現する。
【００１９】
図２は、本発明を適用したＳＴＴＤ方式に基づく無線ＯＦＤＭ通信システムにおいて信号を受信する受信装置を備える移動端末装置１０の構成を示すブロック図である。この移動端末装置１０は、図１に示す基地局１からの信号を受信する。
【００２０】
移動端末装置１０は、基地局１の第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から送信されてくるＳＴＴＤ符号化された信号及びパイロットシンボルを受信する単一のアンテナ１１を備える。さらに、移動端末装置１０は、必要な高周波処理回路等を有する受信回路１２を備える。さらに、移動端末装置１０は、アンテナ１１を介して受信回路１２が受け取った信号を復調する復調器１３を備える。なお、移動端末装置１０は、この他に、対応する無線ＯＦＤＭ通信システムにおいて動作するために必要な様々な回路を備えている。しかしながら、この実施の形態においては、説明を簡潔に行うために、本発明に関係しない部分の説明は省略する。
【００２１】
移動端末装置１０は、さらに、アンテナ１１を介して受信回路１２が受け取った信号からパイロットシンボルを検出する処理回路１４を備える。処理回路１４は、パイロットシンボルを検出し、検出したパイロットシンボルを処理して、この処理に基づいて、チャンネル推定を行い、第１のアンテナ５から送信された信号の伝送品質と、第２のアンテナ６から送信された信号の伝送品質とを個別に判定する。換言すれば、受信したパイロットシンボルは、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から同時に送信された第１及び第２のパイロットシンボルを結合したパイロットシンボルであり、処理回路１４は、このパイロットシンボルを処理することにより、第１のアンテナ５から送信されてくる信号の伝送品質と、第２のアンテナ６から送信されてくる信号の伝送品質とを個別に判定することができる。このチャンネル推定の結果に基づいて、第１及び第２のアンテナ５，６から送信されてきたＳＴＴＤ符号化された信号にさらなる処理が施され、この処理の結果が移動端末装置１０における通信データとして使用される。
【００２２】
上述のように、第２のアンテナ６から送信されたパイロットシンボルの少なくとも一部は、第１のアンテナ５から送信されたパイロットシンボルに直交する。処理回路１４において実行される処理は、この第１及び第２のシンボルの直交性に基づき、これにより第１及び第２のアンテナ５，６に対する個別のチャンネル推定を行うことができる。図３及び図４を用いて、基地局１から送信され、移動端末装置１０において受信される特定のパイロットシンボルパターンの具体例について説明する。
【００２３】
図３（ａ）は、基地局１の第１の（非ダイバーシチ）アンテナ５から送信されるパイロットシンボルパターンの具体例を示す。図３（ａ）に示すパイロットシンボルパターンでは、パイロットシンボルは、ＯＦＤＭシステムの時間軸及び周波数軸（time and the frequency dimension）上に、規則的に分散されている。すなわち、パイロットシンボル２０〜２８は、常に同一の周波数サブキャリアにおいて、同一の時間的間隔で送信される。例えば、パイロットシンボル２０，２１，２２は、第１の周波数サブキャリアにより送信され、パイロットシンボル２０とパイロット２１及びパイロットシンボル２１とパイロットシンボル２２の間には、それぞれ４つのデータシンボルが挿入されている。パイロットシンボル２３，２４，２５は、第２の周波数サブキャリアにより送信され、パイロットシンボル２６，２７，２８は、第３の周波数サブキャリアにより送信される。また、パイロットシンボル２０，２３，２６は、同じ第１の時点（時刻）において送信され、パイロットシンボル２１，２４，２７は、同じ第２の時点（時刻）において送信され、パイロットシンボル２２，２５，２８は、同じ第３の時点（時刻）において送信される。このように、図３（ａ）に示すパイロットシンボルパターンでは、パイロットシンボルの送信に常に同じ周波数サブキャリアが使用され、各周波数サブキャリアにおけるパイロットシンボルの送信は、同じ時間的間隔で行われる。このようなパイロットシンボルパターンは、従来のＯＦＤＭ方式において、周知のものである。受信側では、線形補間処理等により、パイロットシンボルに周波数及び時間的に隣接するデータシンボルのためのチャンネル推定が行われる。例えば、同じ周波数サブキャリアにおけるパイロットシンボル２０とパイロットシンボル２１との間のデータシンボルに対し、受信側は、パイロットシンボル２０とパイロットシンボル２１間の線形補間処理を実行する。周波数サブキャリアは異なるが、同時点に受信されたパイロットシンボル２０とパイロットシンボル２３との間のデータシンボルに対しても、同様に線形補間処理が行われる。パイロットシンボルが送信されていない周波数サブキャリアにより送信されたデータシンボルに対しては、それぞれ隣り合うパイロットシンボルの時間的な線形補間処理及び周波数的な線形補間処理を組み合わせた処理が実行される。
【００２４】
図３（ｂ）は、基地局１の第１のアンテナ５から送信される第１のパイロットシンボルの規則的なパターンの具体例を示す図である。この図３（ｂ）に示すパイロットシンボルパターンでは、図３（ａ）に示すパイロットシンボルパターンと異なり、時間的に後続するパイロットシンボルが先行するパイロットシンボルとは異なる周波数サブキャリア、具体的には、先行するパイロットシンボルの周波数サブキャリアに隣接する周波数サブキャリアにより送信される。例えば、パイロットシンボル３１は、先行するパイロットシンボル３０と同じ周波数サブキャリアではなく、パイロットシンボル３０と同じ周波数サブキャリアより１つ低い隣接する周波数サブキャリアにより送信される。このパイロットシンボルパターンによれば、パイロットシンボルが送信されていない周波数サブキャリアのデータシンボルに対するチャンネル推定をより正確に行うことができる。また、図３（ｂ）に示すパイロットシンボルパターンでは、図３（ａ）に示すパイロットシンボルパターンと同様、１組のパイロットシンボルが同一の時点（時刻）に送信される。すなわち、パイロットシンボル３０，３４，３８は、同じ第１の時点で送信され、パイロットシンボル３１，３５，３９は、同じ第２の時点で送信され、パイロットシンボル３２，３６，４０は、同じ第３の時点で送信され、パイロットシンボル３３，３７，４１は、同じ第４の時点で送信される。
【００２５】
図４（ａ）は、基地局１の第２のアンテナ６から送信される第２のパイロットシンボルの具体的なパターンを示す図であり、ここに示すパイロットシンボルパターンは、図３（ａ）に示す第１のパイロットシンボルのパイロットシンボルパターンに対応している。図４（ａ）に示すように、パイロットシンボル４２〜５３は、周波数及び時間的に極めて規則的に配置されている。第２のパイロットシンボルは、常に、対応する第１のパイロットシンボルと同じ周波数サブキャリアにより同じ時点で送信される。例えば、第２のパイロットシンボル４２は、対応する第１のパイロットシンボル２０と同じ周波数サブキャリアにより同じ時点で送信される。第２のパイロットシンボル４３は、第１のパイロットシンボル２１と同じ周波数サブキャリアにより同じ時点で送信される。第２のパイロットシンボル４６は、対応する第１のパイロットシンボル２３と同じ周波数サブキャリアにより同じ時点で送信される。図４（ａ）に示す第２のパイロットシンボルパターンにおいて、第２のパイロットシンボルは、図３（ａ）に示す対応する第１のパイロットシンボルと同一のものと直交するものとが交互に配置されている。すなわち、第２のパイロットシンボル４２，４４，４７．５０，５２は、それぞれ対応する第１のパイロットシンボル２０，２２，２４，２６，２８に等しい。一方、これらに周波数及び時間的に挟まれた１つおきの各第２のパイロットシンボルは、対応する第１のパイロットシンボルの逆複素値（inverse complex value）である。例えば、第２のパイロットシンボル４３は、第１のパイロットシンボル２１の逆複素値であり、第２のパイロットシンボル４６は、第１のパイロットシンボル２３の逆複素値である。同様に、第２のパイロットシンボル４８は、第１のパイロットシンボル２５の逆複素値であり、第２のパイロットシンボル５１は、第１のパイロットシンボル２７の逆複素値である。したがって、隣り合う第２のパイロットシンボル、例えば第２のパイロットシンボル４２と第２のパイロットシンボル４３、又は第２のパイロットシンボル４２と第２のパイロットシンボル４６は、対応する第１のパイロットシンボルの組である第１のパイロットシンボル２０と第１のパイロットシンボル２１、又は第１のパイロットシンボル２０と第１のパイロットシンボル２３に直交する。これにより、周波数及び時間の軸上の直交性が保証されている。
【００２６】
図４（ｂ）に示すパイロットシンボルパターンは、図３（ｂ）に示すパイロットシンボルパターンに対応するものであり、この対応関係は、上述のものと本質的に同一である。すなわち、図４（ｂ）に示す第２のパイロットシンボルパターンにおいて、第２のパイロットシンボルは、図３（ｂ）に示す対応する第１のパイロットシンボルと同一のものと直交（逆複素値）するものとが交互に配置されている。
【００２７】
本発明が提案するパイロットシンボルパターンは、無線ＯＦＤＭ通信におけるあらゆる線形チャンネル推定アルゴリズムに適用することができる。以下では、説明を簡潔にするために、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すパイロットシンボルパターンにおいて、単純に２つのパイロットシンボルを平均化するチャンネル推定アルゴリズムについて説明する。
【００２８】
第１のパイロットシンボル２０〜２８の複素値及び対応する第２のパイロットシンボルが同じ値を有する、すなわち第２のパイロットシンボル４２，４４，４７，４９，５０，５２がＡであるとする。このとき、対応する直交値又は複素値を有する第２のパイロットシンボル４３，４６，４８，５１は、−Ａにより表される。全ての連続するパイロットシンボル、例えばパイロットシンボル２０，２１又はパイロットシンボル４２，４４間の全てのデータシンボルにおいて、第１の（非ダイバーシチ）アンテナ５と第２の（ダイバーシチ）アンテナ６とに関する個別のチャンネル推定値を得ることができ、したがって、ＳＴＴＤ方式を適用することができる。
【００２９】
上述のように、移動端末装置１０のアンテナ１１及び受信回路１２は、第１及び第２のパイロットシンボルを、スーパーインポーズされた又は結合されたパイロットシンボルとして受信する。したがって、第１のパイロットシンボル２０，２１及び第２のパイロットシンボル４２，４３から受信された値をｙ１及びｙ２とすると、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６間の時間的遅延は無視できるほど小さいため、以下の式が成り立つ。
ｙ１＝Ａ×ｈ１ １＋Ａ×ｈ１ ２＋ｎ１
ｙ２＝Ａ×ｈ２ １−Ａ×ｈ２ ２＋ｎ２
ここで、ｈ１ １は、値Ａを有する第１のパイロットシンボル２１に関する第１のアンテナ５から受信アンテナ１１へのチャンネル伝達関数を表し、ｈ２ １は、値−Ａを有する対応する第２のパイロットシンボル４３に関する第２のアンテナ６から受信アンテナ１１へのチャンネル伝達関数を表し、ｎ１及びｎ２は雑音の値を表す。ｙ１＋ｙ２を第１の（非ダイバーシチ）アンテナ５のチャンネル推定に使用し、ｙ１−ｙ２を第２の（ダイバーシチ）アンテナ６のチャンネル推定に使用すると、第１のアンテナ５からの信号と第２のアンテナ６からの信号を区別することができ、相互干渉を防ぐことができ、先行するパイロットシンボルと後続するパイロットシンボル間では、時間軸上におけるチャンネル伝達関数は一定を維持する、すなわちｈ１ １＝ｈ２ １、ｈ１ ２＝ｈ２ ２であると仮定すると、受信端末装置１０の処理回路１４において、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６の両方に関して、信頼できるチャンネル推定を行うことができる。
【００３０】
このように、移動端末装置１０において、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から送信されてきた信号はそれぞれ区別され、第１及び第２のアンテナ５，６に対する個別のチャンネル推定が実現される。第１のパイロットシンボルパターンと第２のパイロットシンボルパターンは直交するため、第１及び第２のアンテナ５，６の相互干渉を回避することができる。したがって、本発明によれば、データレートの高いＯＦＤＭ無線通信システムにおいて、ＳＴＴＤ方式を用いることができる。なお、本発明が提供する方法は、例えば、ハイパーランタイプ２システム（HIPERLAN Type 2 systems）等、ＯＦＤＭに基づく広帯域無線アクセスネットワーク（broadband radio access networks ：ＢＲＡＮ）にも適用することができる。この場合、パイロットシンボルは、プリアンブル部とデータ部から構成される各データバーストのプリアンブル部に挿入して伝送することができる。この場合も、各プリアンブル部に含まれるパイロットシンボルは、２つの送信アンテナに関して交互に同一及び直交するように配列される。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る送信装置は、空間時間送信ダイバーシチ方式に基づいてデータストリームを符号化し、第１及び第２の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームを生成する符号化手段と、互いに空間時間送信ダイバーシチ構成を形成するように空間的に離間して配設され、第１及び第２の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームをそれぞれ直交周波数分割多重信号として送信する第１及び第２のアンテナと、第１の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームに組み込まれ、第１のアンテナを介して送信される第１のパイロットシンボルと、第２の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームに組み込まれ、第２のアンテナを介して送信される、一部が第１のパイロットシンボルと直交する第２のパイロットシンボルとを生成するパイロットシンボル生成手段とを備える。これにより、空間時間送信ダイバーシチを有し、無線直交周波数分割多重に対応できるとともに、受信側で単純且つ確実なチャンネル推定を行うことができる。
【００３２】
また、本発明に係る受信装置は、直交周波数分割多重通信システムの送信装置の第１及び第２の空間時間ダイバーシチ構成のアンテナから送信され、第２のアンテナから送信されるパイロットシンボルの少なくとも一部が第１のアンテナから送信される対応するパイロットシンボルに直交するように配列されたパイロットシンボルを含む空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号を受信する単一のアンテナと、空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号からパイロットシンボルを検出し、検出したパイロットシンボルの処理を行い、処理に基づいて、第１のアンテナと第２のアンテナから送信されてきた空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号の伝送品質を個別に判定する処理手段とを備える。これにより、単一のアンテナのみを用いて、単純且つ確実なチャンネル推定を行うことができる。
【００３３】
また、本発明に係るチャンネル推定方法は、第２のパイロットシンボルの一部が対応する第１のパイロットシンボルに対して直交する第１及び第２のパイロットシンボルを第１及び第２のアンテナから送信するステップと、第１及び第２のパイロットシンボルを受信装置が備える単一のアンテナにより受信するステップと、受信したパイロットシンボルの処理を行い、この処理に基づいて、第１のアンテナと第２のアンテナから送信されてきた空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号の伝送品質を個別に判定するステップとを有する。これにより、単純且つ確実なチャンネル推定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した送信装置を備える基地局の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した受信装置を備える移動端末装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明を適用した送信装置の第１のアンテナから送信される第１のパイロットシンボルのシンボルパターンの具体例を示す図である。
【図４】本発明を適用した送信装置の第２のアンテナから送信される第２のパイロットシンボルのシンボルパターンの具体例を示す図である。
【符号の説明】
１ 基地局、２ パイロットシンボル生成器、３ 符号化器、４ マルチプレクサ、５ 第１のアンテナ、６ 第２のアンテナ
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間時間送信ダイバーシチを有し、無線直交周波数分割多重通信システムにおいて信号を送信及び受信する送信装置及び受信装置、並びに空間時間送信ダイバーシチ方式の第１及び第２の信号を送信する第１及び第２のアンテナを有する送信装置を備える無線直交周波数分割多重通信システムにおいて、チャンネル推定を実行するチャンネル推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信において、基地局等の送信機と、移動端末装置等の受信機との間の伝送品質は、それぞれの伝送環境に大きく左右され、例えばフェージング効果等により頻繁に劣化する。特に、送信側で単一のアンテナを用い、受信側でも単一のアンテナを用いている場合に、フェージング効果により、音声や通信データを低い品質でしか伝送することができない。したがって、移動通信用グローバルシステム（Global System for Mobile communications：以下、ＧＳＭという。）等の無線通信システムに採用されている移動端末装置は、移動端末装置の内部又は外部に異なる種類の２つ以上のアンテナを備えている。しかしながら、モデム端末装置は、可能な限り小型で軽量化されることが望ましく、したがって、この種の移動端末装置に単一のアンテナのみを用いる要望が高まっている。移動端末装置等の受信側のアンテナを一本にするために、基地局等の送信側に複数のアンテナを設け、これにより伝送品質を向上させるためのダイバーシチ利得を得る手法が提案されている。この方式は送信ダイバーシチ（transmit diversity）と呼ばれている。送信ダイバーシチは、通常、複数、例えば２つのアンテナから受信側装置に同時にデータを送信することを意味する。このように、同じデータが２つのアンテナから平行に送信された場合、受信側装置は、少なくとも一方のアンテナからの信号を許容可能な伝送品質で受信できればよく、したがって、接続状態が良好に保たれる可能性が高くなる。送信ダイバーシチ方式の具体例として、いわゆる空間時間コーディング（space time coding）と呼ばれる手法を用いる技術がある。これにより得られる空間時間送信ダイバーシチ（space time transmit diversity：以下、ＳＴＴＤという。）は、次世代の移動通信技術の標準規格である汎用移動通信システム（Universal Mobile Telecommunication System：以下、ＵＭＴＳという。）に適用され、その一部となっている。
【０００３】
ＳＴＴＤシステムにおいて、基地局等の送信側装置は、例えば空間的に離間して設けられた２つのアンテナを備え、これにより空間ダイバーシチを実現している。例えば移動端末装置等の受信側装置に送信すべきデータストリームは、符号化及び処理され、２つの平行なデータストリームが生成される。各無線通信方式に対応するさらなる処理の後、これらの２つのデータストリームは、それぞれ２つのアンテナの１つから送信される。２つのアンテナからは、通常、同一のデータコンテンツが送信されるが、２つのアンテナから送信される信号は、絶対的に同一なものではなく、送信すべきデータシンボルは、それぞれのアンテナから送信される信号において、若干異なるようにマッピング又はコーディングされる。これにより、これらの２つのアンテナから送信された信号を受信する１つのアンテナを備える受信側装置は、それぞれのアンテナから送信されてくる信号を区別及び分離することができる。これら２つの送信アンテナは、空間ダイバーシチ構成を実現するように配設されているため、信号間の相互干渉（cross interference）は回避され、受信側装置は、対応するチャンネル推定の後、２つの送信アンテナからの信号を区別及び結合し、より高い伝送品質を得ることができる。受信側装置でのチャンネル推定は、通常、送信側装置から送信されてくるパイロットシンボルに基づいて行われる。詳しくは、受信側装置は、受信したパイロットシンボルを、予測されるパイロットシンボルと比較し、チャンネル応答を測定し、受信側装置自身が最も良好な通信チャンネルを選択し、すなわちより良好な接続を実現している送信アンテナを選択する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＵＭＴＳシステムは、符号分割多元接続（code division multiple access：以下、ＣＤＭＡという。）方式に基づいている。ＣＤＭＡ方式は、無線通信において用いられる複数の可能な多元接続方式のうちの１つである。データレートの高い無線通信用としては、直交周波数分割多重（orthogonal frequency division multiplex：以下、ＯＦＤＭという。）方式が知られており、ＯＦＤＭ方式では、通信に使用できる周波数帯域は、隣り合う周波数サブキャリアが互いに直交するように、複数の周波数サブキャリアに分割される。
【０００５】
本発明は、空間時間送信ダイバーシチを有し、無線ＯＦＤＭ通信システムに用いることのできる送信装置及び受信装置と、このような無線ＯＦＤＭ通信システムにおいて、単純且つ効果的なチャンネル推定を行うことができるチャンネル推定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る送信装置は、空間時間送信ダイバーシチを有し、無線直交周波数分割多重通信システムにおいて信号を送信する送信装置において、空間時間送信ダイバーシチ方式に基づいてデータストリームを符号化して、第１及び第２の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームを生成する符号化手段と、互いに空間時間送信ダイバーシチ構成を形成するように空間的に離間して配設され、第１及び第２の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームをそれぞれ直交周波数分割多重信号として送信する第１及び第２のアンテナと、第１の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームに組み込まれ、第１のアンテナを介して送信される第１のパイロットシンボルと、第２の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームに組み込まれ、第２のアンテナを介して送信される、一部が第１のパイロットシンボルと直交する第２のパイロットシンボルとを生成するパイロットシンボル生成手段とを備える。
【０００７】
また、上述の目的を達成するために、本発明に係る受信装置は、空間時間送信ダイバーシチを有し、無線直交周波数分割多重通信システムにおいて信号を受信する受信装置において、直交周波数分割多重通信システムの送信装置の第１及び第２の空間時間ダイバーシチ構成のアンテナから送信され、第２のアンテナから送信されるパイロットシンボルの少なくとも一部が第１のアンテナから送信される対応するパイロットシンボルに直交するように配列されたパイロットシンボルを含む空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号を受信する単一のアンテナと、空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号からパイロットシンボルを検出し、検出したパイロットシンボルの処理を行い、この処理に基づいて、第１のアンテナと第２のアンテナから送信されてきた空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号の伝送品質を個別に判定する処理手段とを備える。
【０００８】
さらに、上述の目的を達成するために、本発明に係るチャンネル推定方法は、互いに空間時間送信ダイバーシチ構成を形成するように空間的に離間して配設され、空間時間送信ダイバーシチ方式の第１及び第２の信号を送信する第１及び第２のアンテナを有する送信装置を備える無線直交周波数分割多重通信システムにおいてチャンネル推定を実行するチャンネル推定方法において、第２のパイロットシンボルの一部が対応する第１のパイロットシンボルに対して直交する第１及び第２のパイロットシンボルを第１及び第２のアンテナから送信するステップと、第１及び第２のパイロットシンボルを受信装置が備える単一のアンテナにより受信するステップと、受信したパイロットシンボルの処理を行い、この処理に基づいて、第１のアンテナと第２のアンテナから送信されてきた空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号の伝送品質を個別に判定するステップとを有する。
【０００９】
本発明に基づく送信装置、受信装置及びチャンネル推定方法では、第１及び第２のパイロットシンボルにより単純且つ効果的なチャンネル推定処理を受信側で行うことができ、したがって、伝送チャンネルにおいてより確実な復調を行うことができ、すなわち、良好な伝送品質が保証される。本発明は、特に、完全な空間時間送信ダイバーシチを保証する。さらに、受信側から送信側へのフィードバック情報は不要であり、より大きな伝送容量を確保することができる。さらに、本発明は、伝送アンテナにおける障害に対して強固（ロバスト：robust）であり、送信側におけるパワー増幅のバランスを保証する。
【００１０】
ここで、対応する第１のパイロットシンボルと第２のパイロットシンボルは、直交周波数分割多重システムにおいて同じ周波数及び時点に割り当ててもよい。換言すれば、対応する第１及び第２のパイロットシンボルは、直交周波数分割多重システムにおける同じサブキャリア及び同じタイムスロットで送信してもよい。さらに、同じ周波数及び時点に割り当てられている対応する第１のパイロットシンボルと第２のパイロットシンボルは、周波数軸及び時間軸上で、交互に同一及び直交するように配列してもよい。すなわち、直交周波数分割多重システムの周波数及び時間グリッドにおいて、同一の第１及び第２のパイロットシンボル及び直交する第１及び第２のパイロットシンボルが、周波数軸及び時間軸上で交互に出現するように配列してもよい。
【００１１】
ここで、受信装置が備える単一のアンテナは、送信装置の第１のアンテナから送信された第１のパイロットシンボルと、送信装置の第２のアンテナから送信された第２のパイロットシンボルとを結合された又はスーパーインポーズされたパイロットシンボルとして受信する。同じ周波数サブキャリア及び同じ時点に送信された第１のパイロットシンボルと第２のパイロットシンボルとが同一である場合、受信装置は、スーパーインポーズされた第１及び第２のパイロットシンボルからなる結合パイロットシンボルを受信する。一方、第１のパイロットシンボルと第２のパイロットシンボルとが互いに直交する場合、受信装置は、スーパーインポーズされた互いに直交する第１及び第２のパイロットシンボルからなる結合パイロットシンボルを受信する。このため、受信装置において、第１のパイロット信号の伝達関数と第２のパイロットシンボルの伝達関数を分離することができ、これにより第１及び第２のアンテナに関するそれぞれのチャンネル推定を簡単に個別に実行することができる。
【００１２】
第２のパイロットシンボルは、時間軸及び周波数軸上で、第１のパイロットシンボルと同一の値及び逆複素値が交互に現れるように配列されていてもよく、これにより受信側では、受信したパイロットシンボルの単純な加算及び減算に基づいて、パイロットシンボルの処理及びチャンネル推定を実行することができる。このチャンネル推定の結果に基づいて、第１のアンテナから送信されてきた空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号及び第２のアンテナから送信されてきた空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号は、受信装置においてさらに処理され、通信データとして使用される。
【００１３】
本発明に係る送信装置は、例えば直交周波数分割多重通信システムにおける基地局として実現することができ、本発明に係る受信装置は、直交周波数分割多重通信システムにおける移動端末装置として実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る送信装置、受信装置及びチャンネル推定方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明を適用した送信装置を備える基地局の構成を示すブロック図である。基地局１は、無線直交周波数分割多重（orthogonal frequency division multiplex：以下、ＯＦＤＭという。）方式の通信システムにおける基地局である。なお、図１には、本発明を説明するために必要な回路のみしか示していない。例えば変調器、高周波処理回路等、基地局１の動作に必要な他の回路は、説明を簡潔に行うために図示していない。
【００１６】
基地局１は、空間ダイバーシチ構成を実現するように空間的に離間して配設された第１のアンテナ５と第２のアンテナ６を備える。なお、第１のアンテナ５を非ダイバーシチアンテナと呼び、第２のアンテナ６をダイバーシチアンテナと呼ぶこともある。第１のアンテナ５と第２のアンテナ６からなる空間ダイバーシチ構成では、それぞれ第１のアンテナ５と第２のアンテナ６とから送信される信号が干渉せず、受信側で効果的なダイバーシチ利得が実現されるように、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６とが空間的に十分に離間して配設されている。
【００１７】
さらに、基地局１は、空間時間送信ダイバーシチ（space time transmit diversity：以下、ＳＴＴＤという。）方式に基づき、データストリームをエンコードし、第１及び第２のＳＴＴＤ符号化データストリームをマルチプレクサ４に供給する符号化器３を備える。第１のＳＴＴＤ符号化データストリームは、第１のアンテナ５から送信され、第２のＳＴＴＤ符号化データストリームは、第２のアンテナ６から送信される。第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から送信されるデータは、通常、同じデータであり、すなわち符号化器３に供給された単一のデータストリームのデータを含んでいるが、アンテナ５及びアンテナ６から送信されるデータは、同一の形式を有してはいない。例えば、第１のアンテナ５から送信されるデータは、符号化器３に供給された単一のデータストリームのデータ配列に対応する、同一なデータ配列を有している。例えば、期間０−Ｔにおける第１のデータシンボルＳ１及びこれに続く期間Ｔ−２ＴにおけるデータシンボルＳ２が符号化器３に供給された場合、符号化器３から出力される第１のデータストリームは、このデータ配列に対応する同一のデータ配列、すなわちデータシンボルＳ１とこれに続くデータシンボルＳ２とを含む。一方、符号化器３から出力される第２のデータストリームは、データシンボルＳ１とデータシンボルＳ２とを異なる配列で含む。例えば図１に示すように、第２のデータストリームにおいては、第１の期間０−Ｔのデータシンボルは、第１のデータストリームにおける第２のデータシンボルＳ２の負の複素共役（negative complex conjugated value）、すなわち−Ｓ＊ ２である。第２のデータストリームにおける、これに続くデータシンボルは、第１のデータストリームの第１のデータシンボルＳ１の負の複素共役、すなわち−Ｓ＊ １である。これにより、第２のデータストリームは、第１のデータストリームと同一のデータコンテンツを異なる配列で含むこととなる。第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６からの信号をスーパーインポーズ信号（superimposed signals）として受信する受信装置は、空間的ダイバーシチ構成及び同じデータコンテンツの異なる配列により、第１のアンテナ５から送信された信号と、第２のアンテナ６から送信された信号とを明確に区別することができる。なお、図１を用いて説明したＳＴＴＤ方式は、本発明を説明するための単なる一具体例に過ぎない。第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から送信される信号にこの他のＳＴＴＤ方式を適応してもよい。
【００１８】
基地局１は、さらに、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から、第１及び第２のデータストリームにおいて他のデータとともに送信されるパイロットシンボルを生成するパイロットシンボル生成器２を備える。パイロットシンボル生成器２は、それぞれ第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から送信される異なるパイロットシンボルパターンを生成してマルチプレクサ４に供給する。本発明においては、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から送信されるパイロットシンボルの幾つかを互いに直交させ、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６の両方における相互干渉（cross-interference）を相殺し、第１の（非ダイバーシチ）アンテナ５及び第２の（ダイバーシチ）アンテナ６を差別化（differentiate）し、これにより、受信装置側において、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６のそれぞれに対する独立したチャンネル推定を実現する。
【００１９】
図２は、本発明を適用したＳＴＴＤ方式に基づく無線ＯＦＤＭ通信システムにおいて信号を受信する受信装置を備える移動端末装置１０の構成を示すブロック図である。この移動端末装置１０は、図１に示す基地局１からの信号を受信する。
【００２０】
移動端末装置１０は、基地局１の第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から送信されてくるＳＴＴＤ符号化された信号及びパイロットシンボルを受信する単一のアンテナ１１を備える。さらに、移動端末装置１０は、必要な高周波処理回路等を有する受信回路１２を備える。さらに、移動端末装置１０は、アンテナ１１を介して受信回路１２が受け取った信号を復調する復調器１３を備える。なお、移動端末装置１０は、この他に、対応する無線ＯＦＤＭ通信システムにおいて動作するために必要な様々な回路を備えている。しかしながら、この実施の形態においては、説明を簡潔に行うために、本発明に関係しない部分の説明は省略する。
【００２１】
移動端末装置１０は、さらに、アンテナ１１を介して受信回路１２が受け取った信号からパイロットシンボルを検出する処理回路１４を備える。処理回路１４は、パイロットシンボルを検出し、検出したパイロットシンボルを処理して、この処理に基づいて、チャンネル推定を行い、第１のアンテナ５から送信された信号の伝送品質と、第２のアンテナ６から送信された信号の伝送品質とを個別に判定する。換言すれば、受信したパイロットシンボルは、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から同時に送信された第１及び第２のパイロットシンボルを結合したパイロットシンボルであり、処理回路１４は、このパイロットシンボルを処理することにより、第１のアンテナ５から送信されてくる信号の伝送品質と、第２のアンテナ６から送信されてくる信号の伝送品質とを個別に判定することができる。このチャンネル推定の結果に基づいて、第１及び第２のアンテナ５，６から送信されてきたＳＴＴＤ符号化された信号にさらなる処理が施され、この処理の結果が移動端末装置１０における通信データとして使用される。
【００２２】
上述のように、第２のアンテナ６から送信されたパイロットシンボルの少なくとも一部は、第１のアンテナ５から送信されたパイロットシンボルに直交する。処理回路１４において実行される処理は、この第１及び第２のシンボルの直交性に基づき、これにより第１及び第２のアンテナ５，６に対する個別のチャンネル推定を行うことができる。図３及び図４を用いて、基地局１から送信され、移動端末装置１０において受信される特定のパイロットシンボルパターンの具体例について説明する。
【００２３】
図３（ａ）は、基地局１の第１の（非ダイバーシチ）アンテナ５から送信されるパイロットシンボルパターンの具体例を示す。図３（ａ）に示すパイロットシンボルパターンでは、パイロットシンボルは、ＯＦＤＭシステムの時間軸及び周波数軸（time and the frequency dimension）上に、規則的に分散されている。すなわち、パイロットシンボル２０〜２８は、常に同一の周波数サブキャリアにおいて、同一の時間的間隔で送信される。例えば、パイロットシンボル２０，２１，２２は、第１の周波数サブキャリアにより送信され、パイロットシンボル２０とパイロット２１及びパイロットシンボル２１とパイロットシンボル２２の間には、それぞれ４つのデータシンボルが挿入されている。パイロットシンボル２３，２４，２５は、第２の周波数サブキャリアにより送信され、パイロットシンボル２６，２７，２８は、第３の周波数サブキャリアにより送信される。また、パイロットシンボル２０，２３，２６は、同じ第１の時点（時刻）において送信され、パイロットシンボル２１，２４，２７は、同じ第２の時点（時刻）において送信され、パイロットシンボル２２，２５，２８は、同じ第３の時点（時刻）において送信される。このように、図３（ａ）に示すパイロットシンボルパターンでは、パイロットシンボルの送信に常に同じ周波数サブキャリアが使用され、各周波数サブキャリアにおけるパイロットシンボルの送信は、同じ時間的間隔で行われる。このようなパイロットシンボルパターンは、従来のＯＦＤＭ方式において、周知のものである。受信側では、線形補間処理等により、パイロットシンボルに周波数及び時間的に隣接するデータシンボルのためのチャンネル推定が行われる。例えば、同じ周波数サブキャリアにおけるパイロットシンボル２０とパイロットシンボル２１との間のデータシンボルに対し、受信側は、パイロットシンボル２０とパイロットシンボル２１間の線形補間処理を実行する。周波数サブキャリアは異なるが、同時点に受信されたパイロットシンボル２０とパイロットシンボル２３との間のデータシンボルに対しても、同様に線形補間処理が行われる。パイロットシンボルが送信されていない周波数サブキャリアにより送信されたデータシンボルに対しては、それぞれ隣り合うパイロットシンボルの時間的な線形補間処理及び周波数的な線形補間処理を組み合わせた処理が実行される。
【００２４】
図３（ｂ）は、基地局１の第１のアンテナ５から送信される第１のパイロットシンボルの規則的なパターンの具体例を示す図である。この図３（ｂ）に示すパイロットシンボルパターンでは、図３（ａ）に示すパイロットシンボルパターンと異なり、時間的に後続するパイロットシンボルが先行するパイロットシンボルとは異なる周波数サブキャリア、具体的には、先行するパイロットシンボルの周波数サブキャリアに隣接する周波数サブキャリアにより送信される。例えば、パイロットシンボル３１は、先行するパイロットシンボル３０と同じ周波数サブキャリアではなく、パイロットシンボル３０と同じ周波数サブキャリアより１つ低い隣接する周波数サブキャリアにより送信される。このパイロットシンボルパターンによれば、パイロットシンボルが送信されていない周波数サブキャリアのデータシンボルに対するチャンネル推定をより正確に行うことができる。また、図３（ｂ）に示すパイロットシンボルパターンでは、図３（ａ）に示すパイロットシンボルパターンと同様、１組のパイロットシンボルが同一の時点（時刻）に送信される。すなわち、パイロットシンボル３０，３４，３８は、同じ第１の時点で送信され、パイロットシンボル３１，３５，３９は、同じ第２の時点で送信され、パイロットシンボル３２，３６，４０は、同じ第３の時点で送信され、パイロットシンボル３３，３７，４１は、同じ第４の時点で送信される。
【００２５】
図４（ａ）は、基地局１の第２のアンテナ６から送信される第２のパイロットシンボルの具体的なパターンを示す図であり、ここに示すパイロットシンボルパターンは、図３（ａ）に示す第１のパイロットシンボルのパイロットシンボルパターンに対応している。図４（ａ）に示すように、パイロットシンボル４２〜５３は、周波数及び時間的に極めて規則的に配置されている。第２のパイロットシンボルは、常に、対応する第１のパイロットシンボルと同じ周波数サブキャリアにより同じ時点で送信される。例えば、第２のパイロットシンボル４２は、対応する第１のパイロットシンボル２０と同じ周波数サブキャリアにより同じ時点で送信される。第２のパイロットシンボル４３は、第１のパイロットシンボル２１と同じ周波数サブキャリアにより同じ時点で送信される。第２のパイロットシンボル４６は、対応する第１のパイロットシンボル２３と同じ周波数サブキャリアにより同じ時点で送信される。図４（ａ）に示す第２のパイロットシンボルパターンにおいて、第２のパイロットシンボルは、図３（ａ）に示す対応する第１のパイロットシンボルと同一のものと直交するものとが交互に配置されている。すなわち、第２のパイロットシンボル４２，４４，４７．５０，５２は、それぞれ対応する第１のパイロットシンボル２０，２２，２４，２６，２８に等しい。一方、これらに周波数及び時間的に挟まれた１つおきの各第２のパイロットシンボルは、対応する第１のパイロットシンボルの逆複素値（inverse complex value）である。例えば、第２のパイロットシンボル４３は、第１のパイロットシンボル２１の逆複素値であり、第２のパイロットシンボル４６は、第１のパイロットシンボル２３の逆複素値である。同様に、第２のパイロットシンボル４８は、第１のパイロットシンボル２５の逆複素値であり、第２のパイロットシンボル５１は、第１のパイロットシンボル２７の逆複素値である。したがって、隣り合う第２のパイロットシンボル、例えば第２のパイロットシンボル４２と第２のパイロットシンボル４３、又は第２のパイロットシンボル４２と第２のパイロットシンボル４６は、対応する第１のパイロットシンボルの組である第１のパイロットシンボル２０と第１のパイロットシンボル２１、又は第１のパイロットシンボル２０と第１のパイロットシンボル２３に直交する。これにより、周波数及び時間の軸上の直交性が保証されている。
【００２６】
図４（ｂ）に示すパイロットシンボルパターンは、図３（ｂ）に示すパイロットシンボルパターンに対応するものであり、この対応関係は、上述のものと本質的に同一である。すなわち、図４（ｂ）に示す第２のパイロットシンボルパターンにおいて、第２のパイロットシンボルは、図３（ｂ）に示す対応する第１のパイロットシンボルと同一のものと直交（逆複素値）するものとが交互に配置されている。
【００２７】
本発明が提案するパイロットシンボルパターンは、無線ＯＦＤＭ通信におけるあらゆる線形チャンネル推定アルゴリズムに適用することができる。以下では、説明を簡潔にするために、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すパイロットシンボルパターンにおいて、単純に２つのパイロットシンボルを平均化するチャンネル推定アルゴリズムについて説明する。
【００２８】
第１のパイロットシンボル２０〜２８の複素値及び対応する第２のパイロットシンボルが同じ値を有する、すなわち第２のパイロットシンボル４２，４４，４７，４９，５０，５２がＡであるとする。このとき、対応する直交値又は複素値を有する第２のパイロットシンボル４３，４６，４８，５１は、−Ａにより表される。全ての連続するパイロットシンボル、例えばパイロットシンボル２０，２１又はパイロットシンボル４２，４４間の全てのデータシンボルにおいて、第１の（非ダイバーシチ）アンテナ５と第２の（ダイバーシチ）アンテナ６とに関する個別のチャンネル推定値を得ることができ、したがって、ＳＴＴＤ方式を適用することができる。
【００２９】
上述のように、移動端末装置１０のアンテナ１１及び受信回路１２は、第１及び第２のパイロットシンボルを、スーパーインポーズされた又は結合されたパイロットシンボルとして受信する。したがって、第１のパイロットシンボル２０，２１及び第２のパイロットシンボル４２，４３から受信された値をｙ１及びｙ２とすると、第１のアンテナ５と第２のアンテナ６間の時間的遅延は無視できるほど小さいため、以下の式が成り立つ。
ｙ１＝Ａ×ｈ１ １＋Ａ×ｈ１ ２＋ｎ１
ｙ２＝Ａ×ｈ２ １−Ａ×ｈ２ ２＋ｎ２
ここで、ｈ１ １は、値Ａを有する第１のパイロットシンボル２１に関する第１のアンテナ５から受信アンテナ１１へのチャンネル伝達関数を表し、ｈ２ １は、値−Ａを有する対応する第２のパイロットシンボル４３に関する第２のアンテナ６から受信アンテナ１１へのチャンネル伝達関数を表し、ｎ１及びｎ２は雑音の値を表す。ｙ１＋ｙ２を第１の（非ダイバーシチ）アンテナ５のチャンネル推定に使用し、ｙ１−ｙ２を第２の（ダイバーシチ）アンテナ６のチャンネル推定に使用すると、第１のアンテナ５からの信号と第２のアンテナ６からの信号を区別することができ、相互干渉を防ぐことができ、先行するパイロットシンボルと後続するパイロットシンボル間では、時間軸上におけるチャンネル伝達関数は一定を維持する、すなわちｈ１ １＝ｈ２ １、ｈ１ ２＝ｈ２ ２であると仮定すると、受信端末装置１０の処理回路１４において、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６の両方に関して、信頼できるチャンネル推定を行うことができる。
【００３０】
このように、移動端末装置１０において、第１のアンテナ５及び第２のアンテナ６から送信されてきた信号はそれぞれ区別され、第１及び第２のアンテナ５，６に対する個別のチャンネル推定が実現される。第１のパイロットシンボルパターンと第２のパイロットシンボルパターンは直交するため、第１及び第２のアンテナ５，６の相互干渉を回避することができる。したがって、本発明によれば、データレートの高いＯＦＤＭ無線通信システムにおいて、ＳＴＴＤ方式を用いることができる。なお、本発明が提供する方法は、例えば、ハイパーランタイプ２システム（HIPERLAN Type 2 systems）等、ＯＦＤＭに基づく広帯域無線アクセスネットワーク（broadband radio access networks ：ＢＲＡＮ）にも適用することができる。この場合、パイロットシンボルは、プリアンブル部とデータ部から構成される各データバーストのプリアンブル部に挿入して伝送することができる。この場合も、各プリアンブル部に含まれるパイロットシンボルは、２つの送信アンテナに関して交互に同一及び直交するように配列される。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る送信装置は、空間時間送信ダイバーシチ方式に基づいてデータストリームを符号化し、第１及び第２の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームを生成する符号化手段と、互いに空間時間送信ダイバーシチ構成を形成するように空間的に離間して配設され、第１及び第２の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームをそれぞれ直交周波数分割多重信号として送信する第１及び第２のアンテナと、第１の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームに組み込まれ、第１のアンテナを介して送信される第１のパイロットシンボルと、第２の空間時間送信ダイバーシチ符号化データストリームに組み込まれ、第２のアンテナを介して送信される、一部が第１のパイロットシンボルと直交する第２のパイロットシンボルとを生成するパイロットシンボル生成手段とを備える。これにより、空間時間送信ダイバーシチを有し、無線直交周波数分割多重に対応できるとともに、受信側で単純且つ確実なチャンネル推定を行うことができる。
【００３２】
また、本発明に係る受信装置は、直交周波数分割多重通信システムの送信装置の第１及び第２の空間時間ダイバーシチ構成のアンテナから送信され、第２のアンテナから送信されるパイロットシンボルの少なくとも一部が第１のアンテナから送信される対応するパイロットシンボルに直交するように配列されたパイロットシンボルを含む空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号を受信する単一のアンテナと、空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号からパイロットシンボルを検出し、検出したパイロットシンボルの処理を行い、処理に基づいて、第１のアンテナと第２のアンテナから送信されてきた空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号の伝送品質を個別に判定する処理手段とを備える。これにより、単一のアンテナのみを用いて、単純且つ確実なチャンネル推定を行うことができる。
【００３３】
また、本発明に係るチャンネル推定方法は、第２のパイロットシンボルの一部が対応する第１のパイロットシンボルに対して直交する第１及び第２のパイロットシンボルを第１及び第２のアンテナから送信するステップと、第１及び第２のパイロットシンボルを受信装置が備える単一のアンテナにより受信するステップと、受信したパイロットシンボルの処理を行い、この処理に基づいて、第１のアンテナと第２のアンテナから送信されてきた空間時間送信ダイバーシチ符号化された信号の伝送品質を個別に判定するステップとを有する。これにより、単純且つ確実なチャンネル推定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した送信装置を備える基地局の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した受信装置を備える移動端末装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明を適用した送信装置の第１のアンテナから送信される第１のパイロットシンボルのシンボルパターンの具体例を示す図である。
【図４】本発明を適用した送信装置の第２のアンテナから送信される第２のパイロットシンボルのシンボルパターンの具体例を示す図である。
【符号の説明】
１ 基地局、２ パイロットシンボル生成器、３ 符号化器、４ マルチプレクサ、５ 第１のアンテナ、６ 第２のアンテナ
Claims (11)
- 複数の伝送アンテナを有し、無線直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）通信システムにおいてデータシンボル及びパイロットシンボルを単一のアンテナを有する受信装置へ送信する送信装置において、
上記データシンボルと上記パイロットシンボルとを生成するように構成されるシンボル生成手段と、
上記データシンボルと上記パイロットシンボルとを送信する第１及び第２のアンテナ手段と、
を備え、
上記送信装置は、上記ＯＦＤＭ通信システムの複数のサブキャリアを用いるように構成され、
上記シンボル生成手段は、送信されるべき第１種パイロットシンボル及び第２種パイロットシンボルを第１のパイロットシンボルパターンが少なくとも含むように、送信されるべき上記第１種パイロットシンボルと上記第１種パイロットシンボルに直交する上記第２種パイロットシンボルとを選択的に生成するように設計され、
上記第１のパイロットシンボルパターンは、上記複数の伝送アンテナの１つを用いて送信され、別の伝送アンテナを用いて送信される第２のパイロットシンボルパターンとは異なるパターンを有する、
送信装置。 - 上記シンボル生成手段は、既定のサブキャリアを用いて送信されるべき上記第１種パイロットシンボル及び別の既定のサブキャリアを用いて送信されるべき上記第２種パイロットシンボルを周波数軸上の上記第１のパイロットシンボルパターンが少なくとも含むように、上記第１種パイロットシンボルと上記第１種パイロットシンボルに直交する上記第２種パイロットシンボルとを選択的に生成するように設計される、請求項１に記載の送信装置。
- 上記シンボル生成手段は、それぞれ異なる時点で送信されるべき上記第１種パイロットシンボル及び上記第２種パイロットシンボルを時間軸上の上記第１のパイロットシンボルパターンが少なくとも含むように、上記第１種パイロットシンボルと上記第１種パイロットシンボルに直交する上記第２種パイロットシンボルとを選択的に生成するように設計される、請求項１又は請求項２に記載の送信装置。
- 上記第１のパイロットシンボルパターンは、上記別の伝送アンテナを用いて送信される上記第２のパイロットシンボルパターンとは時間軸上で異なるパターンを有する、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の送信装置。
- 上記第１のパイロットシンボルパターンに第１のパイロットシンボルが含まれ、上記別の伝送アンテナを用いて送信される上記第２のパイロットシンボルパターンに第２のパイロットシンボルが含まれ、
上記第１及び第２のパイロットシンボルの少なくともいくつかは、時間的に同じ割当てを有し、交互に同一となり及び互いに直交する、
請求項４に記載の送信装置。 - 上記第１のパイロットシンボルパターンに第１のパイロットシンボルが含まれ、上記別の伝送アンテナを用いて送信される上記第２のパイロットシンボルパターンに第２のパイロットシンボルが含まれ、
上記第１及び第２のパイロットシンボルの少なくともいくつかは、周波数において同じ割当てを有し、交互に同一となり及び互いに直交する、
請求項４又は請求項５に記載の送信装置。 - 対応する上記第１及び第２のパイロットシンボルは、上記ＯＦＤＭシステムにおいて同じ周波数及び時間の割当てを有する、請求項５又は請求項６に記載の送信装置。
- 同じ周波数及び時間の割当てを有する対応する上記第１及び第２のパイロットシンボルは、周波数軸上及び時間軸上で、交互に同一となり及び互いに直交する、請求項７に記載の送信装置。
- 上記第１及び第２のパイロットシンボルは、周波数軸上及び時間軸上で規則的に配置され、
上記第２のパイロットシンボルは、周波数軸上及び時間軸上で、対応する第１のパイロットシンボルに対して交互に同一の及び逆の複素値を有する、
請求項５〜８のいずれか１項に記載の送信装置。 - ２つの伝送アンテナを有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の送信装置。
- 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の送信装置を含む、無線直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）通信システムの基地局。
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