JP5299829B2 - 送信機 - Google Patents

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Description

本発明は、差動時空間符号化(DSTBC:Differential Space−Time Block Coding)方式により効率的に通信を行う送信機に関する。
例えば、時空間符号化(STBC:Space−Time Block Coding)方式により通信する技術について検討等されている。
IEICE TRANSACTIONS on Communications、VOL.E92−B、NO.6、JUNE 2009
しかしながら、STBC方式では通信上で不十分な点もあり、更なる開発が要求されていた。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、DSTBC方式により効率的に通信を行うことができる送信機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明では、DSTBC方式により信号を送信する送信機において、次のような構成とした。
すなわち、DSTBC符号器における信号配置の原点にシンボルが無いことが実現されるように送信処理内容が設定された。
従って、DSTBC方式により効率的に通信を行うことができる。
本発明では、一構成例として、次のような構成とした。
すなわち、前記したDSTBC符号器における信号配置の原点にシンボルが無いことが実現されるように送信処理内容を設定する態様として、DSTBC符号器における信号配置の原点にシンボルが無いことが実現される所定の演算を用いて当該DSTBC符号器への入力を算出するように設定された。
従って、送信処理内容としてDSTBC符号器への入力を適切に設定することで、DSTBC方式により効率的に通信を行うことができる。
本発明では、一構成例として、次のような構成とした。
すなわち、前記したDSTBC符号器における信号配置の原点にシンボルが無いことが実現されるように送信処理内容を設定する態様として、DSTBC符号器における信号配置の原点にシンボルが無いことが実現される初期値が当該DSTBC符号器の差動符号化で用いられるように設定された。
従って、送信処理内容としてDSTBC符号器の差動符号化の初期値を適切に設定することで、DSTBC方式により効率的に通信を行うことができる。
より具体的な構成例を以下に示す。なお、各構成例中の数式については後述の実施例において説明する。
(構成例1)では、DSTBC方式により信号を送信する送信機において、入力ビット列から分割された第1のビット列をIQ平面の値にマッピングする第1のシンボルマッピング部と、前記入力ビット列から分割された第2のビット列をIQ平面の値にマッピングする第2のシンボルマッピング部と、前記第1のシンボルマッピング部によるマッピング結果及び前記第2のシンボルマッピング部によるマッピング結果に対してDSTBC符号化を行うDSTBC符号器と、を備え、前記DSTBC符号器は、前記第1のシンボルマッピング部によるマッピング結果及び前記第2のシンボルマッピング部によるマッピング結果に対して差動符号化を行う差動符号化部と、前記差動符号化部の初期値を設定する初期値設定部と、前記差動符号化部による差動符号化結果についてSTBC符号化を行うSTBC符号化部と、を有し、前記第1のシンボルマッピング部は、(式4)又は(式5)の一方を用いてマッピングを行い、前記第2のシンボルマッピング部は、(式4)又は(式5)の他方を用いてマッピングを行い、前記差動符号化部は、(式1)を用いて差動符号化を行い、前記初期値設定部は、(式1)における2つの初期値S−2、S−1の組み合わせとして、(式6)で与えられる値と(式8)で与えられる値との組み合わせ、(式7)で与えられる値と(式7)で与えられる値との組み合わせ、(式8)で与えられる値と(式6)で与えられる値との組み合わせの中で、2つの初期値の位相差がnπ/2(nは整数)となる組み合わせのいずれかを用いる。すなわち、2つの初期値の位相差が45°、135°、225°、315°である組み合わせを除いた組み合わせの中から初期値が選択される。
(構成例2)では、DSTBC方式により信号を送信する送信機において、入力ビット列から分割された第1のビット列と第2のビット列をそれぞれIQ平面の値にマッピングするシンボルマッピング部と、前記シンボルマッピング部によるマッピング結果に対してDSTBC符号化を行うDSTBC符号器と、を備え、前記DSTBC符号器は、前記シンボルマッピング部によるマッピング結果に対して差動符号化を行う差動符号化部と、前記差動符号化部の初期値を設定する初期値設定部と、前記差動符号化部による差動符号化結果についてSTBC符号化を行うSTBC符号化部と、を有し、前記シンボルマッピング部は、(式2)を用いてマッピングを行い、前記差動符号化部は、(式1)を用いて差動符号化を行い、前記初期値設定部は、(式1)における2つの初期値S−2、S−1の組み合わせとして、(式10)で与えられる値と(式13)又は(式14)で与えられる値との組み合わせ、(式11)で与えられる値と(式12)で与えられる値との組み合わせ、(式12)で与えられる値と(式11)で与えられる値との組み合わせ、(式13)又は(式14)で与えられる値と(式10)で与えられる値との組み合わせのいずれかを用いる。
(構成例3)では、DSTBC方式により信号を送信する送信機において、前記送信機は、DSTBC符号化を行うDSTBC符器を備え、前記DSTBC符器は、(式18)及び(式21)で条件付けされた差動符号化部を有する。
(構成例4)では、DSTBC方式により信号を送信する送信方法において、入力ビット列から分割された第1のビット列をIQ平面の値にマッピングする一方で、前記入力ビット列から分割された第2のビット列をIQ平面の値にマッピングし、前記第1のビット列のマッピング結果及び前記第2のビット列のマッピング結果に対してDSTBC符号化を行った結果の信号を送信し、前記DSTBC符号化は、前記第1のビット列のマッピング結果及び前記第2のビット列のマッピング結果に対して差動符号化を行う差動符号化部と、前記差動符号化部の初期値を設定する初期値設定部と、前記差動符号化部による差動符号化結果についてSTBC符号化を行うSTBC符号化部と、を用いて行われ、(式4)又は(式5)の一方を用いて前記第1のビット列のマッピングを行い、(式4)又は(式5)の他方を用いて前記第2のビット列のマッピングを行い、前記差動符号化部は、(式1)を用いて差動符号化を行い、前記初期値設定部は、(式1)における2つの初期値S−2、S−1の組み合わせとして、(式6)で与えられる値と(式8)で与えられる値との組み合わせ、(式7)で与えられる値と(式7)で与えられる値との組み合わせ、(式8)で与えられる値と(式6)で与えられる値との組み合わせの中で、2つの初期値の位相差がnπ/2(nは整数)となる組み合わせのいずれかを用いる。すなわち、2つの初期値の位相差が45°、135°、225°、315°である組み合わせを除いた組み合わせの中から初期値が選択される。
(構成例5)では、DSTBC方式により信号を送信する送信方法において、入力ビット列から分割された第1のビット列と第2のビット列をIQ平面の値にマッピングし、前記第1のビット列のマッピング結果及び前記第2のビット列のマッピング結果に対してDSTBC符号化を行った結果の信号を送信し、前記DSTBC符号化は、前記第1のビット列のマッピング結果及び前記第2のビット列のマッピング結果に対して差動符号化を行う差動符号化部と、前記差動符号化部の初期値を設定する初期値設定部と、前記差動符号化部による差動符号化結果についてSTBC符号化を行うSTBC符号化部と、を用いて行われ、(式2)を用いて前記第1のビット列と前記第2のビット列のマッピングを行い、前記差動符号化部は、(式1)を用いて差動符号化を行い、前記初期値設定部は、(式1)における2つの初期値S−2、S−1の組み合わせとして、(式10)で与えられる値と(式13)又は(式14)で与えられる値との組み合わせ、(式11)で与えられる値と(式12)で与えられる値との組み合わせ、(式12)で与えられる値と(式11)で与えられる値との組み合わせ、(式13)又は(式14)で与えられる値と(式10)で与えられる値との組み合わせのいずれかを用いる。
(構成例6)では、DSTBC方式により信号を送信する送信方法において、DSTBC符号化を行うDSTBC符号器は、(式18)及び(式21)で条件付けされた差動符号化を行う。
以上説明したように、本発明に係る送信機によると、DSTBC方式により効率的に通信を行うことができる。
本発明の第1実施例及び第2実施例に係る基地局装置の送信機の構成例を示す図である。 (a)は第1のシンボルマッピング部(シンボルマッピングA部)の信号配置の一例を示す図であり、(b)は第2のシンボルマッピング部(シンボルマッピングB部)の信号配置の一例を示す図である。 (a)は前半2bitに係る差動符号化部の信号配置の一例を示す図であり、(b)は後半2bitに係る差動符号化部の信号配置の一例を示す図であり、(c)は各信号の座標を表す座標式の一例を示す図である。 本発明の第3実施例及び第4実施例に係る基地局装置の送信機の構成例を示す図である。 (a)は前半2bitに係る差動符号化部の信号配置の一例を示す図であり、(b)は後半2bitに係る差動符号化部の信号配置の一例を示す図であり、(c)は各信号の座標を表す座標式の一例を示す図である。 差動符号化部の信号配置の一例を示す図である。 シンボルマッピング部の信号配置の一例を示す図である。 (a)は前半2bitに係る差動符号化部の信号配置の一例を示す図であり、(b)は後半2bitに係る差動符号化部の信号配置の一例を示す図である。 (a)は前半2bitに係る差動符号化部の信号配置の一例を示す図であり、(b)は後半2bitに係る差動符号化部の信号配置の一例を示す図であり、(c)は各信号の座標を表す座標式の一例を示す図である。
本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
本発明の基本となる技術について説明する。
例えば、移動体との通信を行う際に移動局装置の受信品質を向上させる手法の一つにSTBCによる送信ダイバーシチ方式がある。
STBCでは、送信機にチャネル状態情報(CSI:Channnel State Information)を用いることなく送信ダイバーシチを実現できるためフェージング環境下では有効であるが、受信機側にCSIを必要とする欠点がある。CSIは空間等を伝搬した時に信号に与える要素であり、変動がゆるやかな時にはトレーニング信号等により受信側で推定する。しかしながら、伝送周波数帯域が狭く高速で移動するような通信システムに適用する場合には、トレーニングしている間にパラメータが変動してしまうため、通信を効率的に行うことができなくなってしまい、大きな問題となる。
そこで、送信機と受信機にCSIを必要としないDSTBC方式がTarokh等によって提案されている。DSTBC方式では、受信機側もCSIが不要であるため、STBCでは追従できなかった高速フェージング環境下においても有効である。ここで、DSTBC方式の変調方式は、無線通信における送信ダイバーシチの一手法である。
本発明で使用するDSTBC方式の基本となる構成について説明する。
以下では、DSTBC方式を採用した基地局装置の送信機の動作について、4値デジタル変調(2bit/1シンボル)を用いる場合を例にして概略的に説明する。無線通信システムにおいて、基地局装置は、例えば、移動局装置との間で無線により通信(送信や受信)する。本例は、4値デジタル変調(2bit/1シンボル)の例である。
本例の送信機では、送信対象の信号(例えば音声信号など)をデジタル化したビット(bit)系列の入力信号について、4bitの単位で以下のような処理を行う。
まず、4bitの入力信号(b4n、b4n+1、b4n+2、b4n+3)を(b4n、b4n+1)と(b4n+2、b4n+3)の2bitずつに分割し、各2シンボルのセットを予め指定されたシンボル変調に従ってマッピングする。
ここで、前半の2bit(b4n、b4n+1)に対するシンボル変調結果をX2tとし、後半の2bit(b4n+2、b4n+3)に対するシンボル変調結果をX2t+1とする。シンボル変調結果X2t、X2t+1は複素数となる。
なお、n(=0、1、2、・・・)は、4bit毎に変化する時系列番号である。
また、tは、t=nであり、2シンボル毎に変化する時系列番号である。
次に、シンボル変調の結果であるX2t、X2t+1に基づき、(式1)の演算により差動符号化を行ってS2t、S2t+1を得る。(式1)では、入力X2t、X2t+1と前の出力S2t−2、S2t−1を用いて計算したS2t、S2t+1を出力する。
ここで、(式1)において、*は共役複素数を表す。また、入力Xは、|X2t+|X2t+1=1、及び、|X2t=|X2t+1=0.5を満たし、出力Sは、|S2t+|S2t+1=1を満たすものとする。
Figure 0005299829
次に、差動符号化の結果であるS2t、S2t+1に対して時空間符号化を行う。本例の時空間符号化では、シンボル番号2tのタイミングでS2tを出力しシンボル番号2t+1のタイミングで−S2t+1 を出力するという順に出力する系列を第1の送信系へ出力し、シンボル番号2tのタイミングでS2t+1を出力しシンボル番号2t+1のタイミングでS2t を出力するという順に出力する系列を第2の送信系へ出力する。
第1の送信系及び第2の送信系は、それぞれ、送信部、電力増幅部、アンテナ部を有しており、以下のような処理を行う。
送信部は、時空間符号化の結果の信号に対して、フィルタ処理やD/A(Digital to Analog)変換処理や直交変調処理を施した後に、所望の無線送信周波数に変調した信号を電力増幅部へ出力する。
電力増幅部は、送信部からの入力(送信信号)を無線出力レベルまで増幅して、アンテナ部へ出力する。
アンテナ部は、電力増幅部からの入力(送信信号)無線により送信出力する。
ここで、(式1)の演算に関し、シンボル変調の結果であるXを(式2)で与え、t=0のタイミングでの演算に必要な初期値S−2、S−1を(式3)で与える場合について説明する。
なお、本例では、(式2)における入力ビットのパターンについて、“00”を第1パターンに割り当て、“01”を第2パターンに割り当て、“11”を第3パターンに割り当て、“11”を第4パターンに割り当てているが、これは一例であり、他の割り当て方であってもよい。
Figure 0005299829
Figure 0005299829
シンボル変調において、入力ビットをランダムに変化させて、(式2)でX(X2tやX2t+1)を与えると、シンボル変調結果の信号配置は、図7に示されるようになる。
図7には、シンボル変調結果の信号配置(例えばQPSK変調のシンボルマップ)の一例を示してある。横軸は同相(I)成分を表し、縦軸は直交(Q)成分を表す。jは虚数単位を表す。
更に、(式3)の初期値を用いて(式1)を順次計算すると、差動符号化結果の信号配置は図8(a)、(b)に示されるようになり、原点(ゼロ点)を含んだ信号配置となる。
図8(a)には、差動符号化結果S2tの信号配置の一例を示してあり、図8(b)には、差動符号化結果S2t+1の信号配置の一例を示してあり、それぞれ9点の座標Sを示してある。横軸は直交(Q)成分を表し、縦軸は同相(I)成分を表す。
時空間符号化では、(式1)のS(S2tやS2t+1)に対して、Sや−Sを求めて所定の順番で出力するのみであり、その出力信号の配置は、遷移する順番は変わるものの、図8(a)、(b)に示されるものと同一の点を取る。すなわち、時空間符号化の結果も原点を含む信号配置となる。
しかしながら、原点からの距離は送信部の変調波包絡線の振幅を表しており、時空間符号化結果が原点を含む場合には、包絡線振幅の変動が大きくなり、非線形歪みの発生を抑圧するために電力増幅部に要求される性能が厳しくなるという問題がある。
そこで、本発明では、DSTBC方式を採用した送信機において、送信波形の包絡線振幅の変動を低減するために、原点(ゼロ点)を含まない信号配置を与えることを目的とする。
ここで、シンボル変調出力Xを(式16)、差動符号化結果を(式17)のように振幅と位相を分けて表すと、(式1)は(式18)のように表すことができる。
Figure 0005299829
Figure 0005299829
Figure 0005299829
したがって、原点を含まない信号配置を実現するためには、任意のビット入力系列に対して常に(式19)及び(式20)が0にならないようにすればよい。このための条件は(式21)となる。ここで、任意のビット入力系列に対して常に(式21)が満たされるようにシンボル変調出力と差動符号化の初期値S−2、S−1を設定することにより、原点を含まない信号配置を実現することができる。
Figure 0005299829
Figure 0005299829
Figure 0005299829
本発明の第1実施例を説明する。
図1には、本発明の一実施例に係るDSTBC方式を採用した基地局装置の送信機の構成例を示してある。
本例の送信機は、シリアル/パラレル変換部1、2つのシンボルマッピング部(シンボルマッピングA部、シンボルマッピングB部)2−1、2−2、初期値設定部3、差動符号化部4、遅延部5、時空間符号化(STBC)部6、2つの送信部7−1、7−2、2つの電力増幅部(例えば、電力増幅器)8−1、8−2、2つのアンテナ部(例えば、送信アンテナ)9−1、9−2を備えている。
本例では、初期値設定部3、差動符号化部4、遅延部5、時空間符号化部6により、DSTBC符号器が構成されている。
本例の送信機における動作の一例を示す。
シリアル/パラレル変換部1は、例えば音声信号などをデジタル化したビット(bit)系列の信号が入力され、これについて2シンボル毎に分割してシンボルタイミングでシンボルマッピング部2−1、2−2へ出力する。
本例の4値デジタル変調(2bit/1シンボル)では、4bitの入力信号(b4n、b4n+1、b4n+2、b4n+3)を(b4n、b4n+1)と(b4n+2、b4n+3)の2bitずつに分割し、初めのシンボルタイミングで(b4n、b4n+1)を第1のシンボルマッピング部(シンボルマッピングA部)2−1へ出力し、次のシンボルタイミングで(b4n+2、b4n+3)を第2のシンボルマッピング部(シンボルマッピングB部)2−2へ出力する。
ここで、n(=0、1、2、・・・)は、4bit毎に変化する時系列番号である。
なお、4値デジタル変調(2bit/1シンボル)のシンボル変調として、直交位相変調(QPSK:Quadrature Phase Shift Keying)と呼ばれる変調方式を例にとる。
また、他の構成例として、4bitの入力信号(b4n、b4n+1、b4n+2、b4n+3)を(b4n、b4n+1)と(b4n+2、b4n+3)の2bitずつに分割し、前半2bitのB2m=(b4n、b4n+1)と後半2bitのB2m+1=(b4n+2、b4n+3)を、シンボル番号2m+1のときに同時に出力するような構成とされてもよい。ここで、mは2シンボル毎に変化する時系列番号である。
各シンボルマッピング部2−1、2−2は、シリアル/パラレル変換部1から(b4n、b4n+1)若しくは(b4n+2、b4n+3)が入力されると、予め指定されたシンボル変調に従ってマッピングして、その結果を差動符号化部4へ出力する。
具体的には、シリアル/パラレル変換部1で分割した2シンボルに対して、シンボルマッピング部2−1により(b4n、b4n+1)の入力に対するシンボル変調結果X2tを出力し、シンボルマッピング部2−2により(b4n+2、b4n+3)の入力に対するシンボル変調結果X2t+1を出力する。
ここで、tは、t=nであり、2シンボル毎に変化する時系列番号である。また、シンボル変調結果X2t、X2t+1は複素数となる。
差動符号化部4は、シンボル変調結果X2t、X2t+1が入力された後に、(式1)の演算で得られるS2t、S2t+1を遅延部5及び時空間符号化部6へ出力する。(式1)では、入力X2t、X2t+1と前の出力S2t−2、S2t−1を用いて計算したS2t、S2t+1を出力する。
ここで、(式1)において、*は共役複素数を表す。
初期値設定部3は、t=0で(式1)の演算に必要な初期値S−2、S−1を差動符号化部4へ出力して与える。
遅延部5は、差動符号化部4で(式1)の演算ができるように、差動符号化部4から入力されるS2t、S2t+1を遅延させて差動符号化部4へ出力する。
時空間符号化部6は、入力に対して時空間符号化を行った結果を送信部7−1、7−2へ出力する。本例では、時空間符号化部6は、シンボル番号2tのタイミングでS2tを出力しシンボル番号2t+1のタイミングで−S2t+1 を出力するという順に出力する系列を第1の送信部7−1へ出力し、また、シンボル番号2tのタイミングでS2t+1を出力しシンボル番号2t+1のタイミングでS2t を出力するという順に出力する系列を第2の送信部7−2へ出力する。
第1の送信部7−1、第1の電力増幅部8−1、第1のアンテナ部9−1からなる第1の送信系と、第2の送信部7−2、第2の電力増幅部8−2、第2のアンテナ部9−2からなる第2の送信系では、それぞれで同様な処理が行われる。
各送信部7−1、7−2は、時空間符号化部6からの入力に対して、フィルタ処理やD/A(Digital to Analog)変換処理や直交変調処理を施した後に、所望の無線送信周波数に変調した信号を各電力増幅部8−1、8−2へ出力する。
各電力増幅部8−1、8−2は、各送信部7−1、7−2からの入力(送信信号)を無線出力レベルまで増幅して、各アンテナ部9−1、9−2へ出力する。
各アンテナ部9−1、9−2は、各電力増幅部8−1、8−2からの入力(送信信号)を無線により送信出力する。
ここで、本例の各シンボルマッピング部2−1、2−2では、シリアル/パラレル変換部1からの第1の出力(b4n、b4n+1)と第2の出力(b4n+2、b4n+3)に対して、それぞれ異なるシンボル変調を定義している。
すなわち、第1のシンボルマッピング部(シンボルマッピングA部)2−1は、シリアル/パラレル変換部1から第1の出力(b4n、b4n+1)を入力し、(式2)と同様な(式4)で与えられるX2tを演算して差動符号化部4へ出力する。
一方、第2のシンボルマッピング部(シンボルマッピングB部)2−2は、シリアル/パラレル変換部1から第2の出力(b4n+2、b4n+3)を入力し、(式5)で与えられるX2t+1を演算して差動符号化部4へ出力する。ここで、(式5)はIQ平面において(式4)を−45°回転させたものである。
Figure 0005299829
Figure 0005299829
なお、本例では、(式4)及び(式5)における入力ビットのパターンについて、“00”を第1パターンに割り当て、“01”を第2パターンに割り当て、“11”を第3パターンに割り当て、“10”を第4パターンに割り当てているが、これは一例であり、他の割り当て方であってもよい。さらに、(式4)及び(式5)は互いに異なるパターンの割り当て方であってもよい。
シリアル/パラレル変換部1の入力ビットをランダムに変化させて、(式4)でX2tを与え、(式5)でX2t+1を与えると、第1のシンボルマッピング部(シンボルマッピングA部)2−1の出力信号の配置と、第2のシンボルマッピング部(シンボルマッピングB部)2−2の出力信号の配置は、図2(a)、(b)に示されるようになる。
図2(a)には、第1のシンボルマッピング部(シンボルマッピングA部)2−1の信号配置の一例を示してあり、図2(b)には、第2のシンボルマッピング部(シンボルマッピングB部)2−2の信号配置の一例を示してある。それぞれ、横軸は同相(I)成分を表し、縦軸は直交(Q)成分を表す。
更に、(式3)に示される初期値を用いて(式1)を計算すると、差動符号化部4の出力信号の配置は、図3(a)、(b)に示されるようになり、原点を含まない信号配置となる。
図3(a)には、差動符号化結果S2tの信号配置の一例を示してあり、図3(b)には、差動符号化結果S2t+1の信号配置の一例を示してあり、それぞれ24点の座標Sを示してある。横軸は同相(I)成分を表し、縦軸は直交(Q)成分を表す。
また、後段の時空間符号化部6の出力も同様な信号配置となり、原点を含まない信号配置にすることができる。
なお、(式3)に示した初期値は一例であり、以下のようにして特定される他の初期値を用いても同様な効果を得ることができる。
すなわち、図3(a)、(b)に示した24点を、原点からの距離をrとして、r=sin(π/8)≒0.38を満たす8点からなる第1グループと、r=sin(π/4)≒1/√2を満たす8点からなる第2グループと、r=sin(3π/8)≒0.92を満たす8点からなる第3グループに分ける。そして、初期値S−2、S−1として、第1グループの任意の1点と第3グループの任意の1点との組み合わせ、第2グループの任意の1点と第2グループの任意の1点との組み合わせ、第3グループの任意の1点と第1グループの任意の1点との組み合わせの中で、2つの初期値の位相差がnπ/2(nは整数)となる組み合わせのいずれかを用いる。すなわち、2つの初期値の位相差が45°、135°、225°、315°である組み合わせを除いた組み合わせの中から選択される。このような組み合わせの初期値S−2、S−1を用いた場合にも、差動符号化部4の出力信号(及び後段の時空間符号化部6の出力信号)を、原点を含まない信号配置にすることができる。このとき、(式3)は第2グループ(後述する(式7))のk=0と、同じく他方の第2グループのk=0のときの初期値の組み合わせに相当する。
ここで、図3(a)、(b)に示した24点の座標は、図3(c)に示すような座標式で表すことができる。
図3(c)には、各24点の座標を表す座標式を個別に例示するとともに、グループ毎に表現し直した座標式を例示してある。すなわち、第1グループに係る8つの座標式(No.1〜8)は(式6)に変換でき、第2グループに係る8つの座標式(No.9〜16)は(式7)に変換でき、第3グループに係る8つの座標式(No.17〜24)は(式8)に変換できる。なお、(式6)〜(式8)において、kは、0〜7の整数である。
つまり、(式4)及び(式5)で与えられるX2t、X2t+1について(式1)を用いた演算を行うにあたり、初期値S−2、S−1の組み合わせとして、(式6)で与えられる値(任意の1点の座標)と(式8)で与えられる値との組み合わせ、(式7)で与えられる値と(式7)で与えられる値との組み合わせ、(式8)で与えられる値と(式6)で与えられる値との組み合わせのいずれかを用いることによって、図3(a)、(b)に示した信号配置の形状を取ることができる。このとき、これらの(式6)〜(式8)の組み合わせによって用いられる初期値は、2つの初期値の位相差がnπ/2(nは整数)となる組み合わせである。すなわち、2つの初期値の位相差が45°、135°、225°、315°である組み合わせを除いた組み合わせの中から選択される。
Figure 0005299829
Figure 0005299829
Figure 0005299829
ここで、初期値の位相差をnπ/2に設定した理由を説明する。
(式6)〜(式8)の組み合わせのうち、位相差がnπ/2となる組み合わせは、初期値のみならず、その後の差動符号化部4の出力(シンボル配置)の組み合わせも表している。
一方、(式6)〜(式8)の組み合わせのうち、位相差が45°、135°、225°、315°である組み合わせは、初期値の位相差をnπ/2に設定したとしても、差動符号化部4からは出力されない。また、位相差が45°、135°、225°、315°となる初期値を設定した場合には、その後の差動符号化部4の出力は(式6)〜(式8)の組み合わせでは表せないシンボル配置となる(即ち、図3で示すシンボル配置にはならない)。
従って、2つの初期値の位相差をnπ/2となるように組み合わせることで、シンボル配置が原点を含まないだけでなく、差動符号化部4の出力を図3で示す24点のシンボル配置に限定することができる。
以上のように、本例では、入力部と、シリアル/パラレル変換部1と、シンボルマッピング部2−1、2−2と、初期値設定部3と、差動符号化部4と、遅延部5と、時空間符号化部6と、送信部7−1、7−2と、電力増幅部8−1、8−2と、アンテナ部9−1、9−2を有する差動時空間符号化(DSTBC)方式の無線送信機において、時空間符号化部6の出力信号配置が原点(ゼロ点)を含まないようにシンボル変調を行うシンボルマッピング部2−1、2−2を備えた。また、時空間符号化部106の出力信号配置が原点(ゼロ点)を含まないように初期値を差動符号化部104に与える初期値設定部103を備えた。
このように、本例のDSTBC方式を採用した送信機では、DSTBC符号器における信号配置の原点にシンボルが無いことが実現されるように、DSTBC符号器の入力を所定の演算で求めると共に、DSTBC符号器(その中の差動符号化部104)の初期値を設定しており、信号配置において原点を含まないため、送信波形の包絡線振幅の変動を低減することができ、これにより、電力増幅部8−1、8−2に要求される性能を緩和することができる。
ここで、本例では、シンボルマッピング部2−1、2−2において(式4)、(式5)を用い、初期値設定部3において(式6)〜(式8)を用いたが、信号配置の原点にシンボルが無いことが実現される他の種々な演算式及び初期値が用いられてもよい。
本発明の第2実施例を説明する。
本例の送信機の構成は、第1実施例で説明した図1に示されるものと概略的に同様であるため、説明の便宜上から、図1を用いて説明する。
ここで、本例の送信機の構成や動作は、例えば、第1実施例に係る送信機の構成や動作と比べて、シンボルマッピング部2−1、2−2で用いる式が異なる点を除いては、同様である。すなわち、本例の送信機では、シリアル/パラレル変換部1、初期値設定部3、差動符号化部4、遅延部5、時空間符号化部6、送信部7−1、7−2、電力増幅部8−1、8−2、アンテナ部9−1、9−2の構成や動作は、第1実施例に係る送信機における対応する機能部の構成や動作と同様である。
本例の送信機における動作の一例を示す。
本例では、第1実施例に係る送信機とは相違する点であるシンボルマッピング部2−1、2−2について詳しく説明し、同様な部分については説明を簡易化又は省略する。
第1実施例では、第1のシンボルマッピング部(シンボルマッピングA部)2−1において(式4)を用い、第2のシンボルマッピング部(シンボルマッピングB部)2−2において(式5)を用いたが、これとは逆に、本例では、第1のシンボルマッピング部(シンボルマッピングA部)2−1において(式5)を用い、第2のシンボルマッピング部(シンボルマッピングB部)2−2において(式4)を用いる。
すなわち、シリアル/パラレル変換部1の入力ビットをランダムに変化させて、(式5)でX2tを与え、(式4)でX2t+1を与えると、第1実施例とは逆に、第1のシンボルマッピング部(シンボルマッピングA部)2−1の出力信号の配置は図2(b)で示されるようになり、第2のシンボルマッピング部(シンボルマッピングB部)2−2の出力信号の配置は図2(a)に示されるようになる。
そして、(式6)〜(式8)で与えられる初期値(例えば、(式3)で与えられる初期値)を用いて(式1)を計算すると、差動符号化部4の出力信号の配置は、図9(a)、(b)に示されるようになり、原点を含まない信号配置となる。
また、後段の時空間符号化部6の出力も同様な信号配置となり、原点を含まない信号配置にすることができる。
本発明の第3実施例を説明する。
図4には、本発明の一実施例に係るDSTBC方式を採用した基地局装置の送信機の構成例を示してある。
本例の送信機は、シリアル/パラレル変換部101、シンボルマッピング部102、初期値設定部103、差動符号化部104、遅延部105、時空間符号化(STBC)部106、2つの送信部107−1、107−2、2つの電力増幅部(例えば、電力増幅器)108−1、108−2、2つのアンテナ部(例えば、送信アンテナ)109−1、109−2を備えている。
本例では、初期値設定部103、差動符号化部104、遅延部105、時空間符号化部106により、DSTBC符号器が構成されている。
ここで、本例の送信機の構成や動作は、例えば、第1実施例に係る送信機の構成や動作と比べて、1つのシンボルマッピング部102を備えている点、及び、初期値設定部103により設定する初期値が異なる点に関する部分を除いては、同様である。すなわち、本例の送信機では、シリアル/パラレル変換部101、差動符号化部104、遅延部105、時空間符号化部106、送信部107−1、107−2、電力増幅部108−1、108−2、アンテナ部109−1、109−2の構成や動作は、第1実施例に係る送信機における対応する機能部の構成や動作と同様である。
本例の送信機における動作の一例を示す。
本例では、第1実施例に係る送信機とは相違する点であるシンボルマッピング部102及び初期値設定部103について詳しく説明し、同様な部分については説明を簡易化又は省略する。
本例のシンボルマッピング部102の主たる機能は、図1に示される各シンボルマッピング部2−1、2−2と同じであるが、本例では、シリアル/パラレル変換部1からの第1の出力(b4n、b4n+1)と第2の出力(b4n+2、b4n+3)に対して、(式2)に示した共通のシンボル変調を定義している。すなわち、上記で説明した基本的なDSTBC方式と同じシンボル変調を行う。
そして、初期値の与え方により信号配置や信号の点数が変化することに着目して、初期値設定部103から出力する初期値S−2、S−1を、(式3)ではなく(式9)で与える。
Figure 0005299829
初期値を(式9)で与えたときには、差動符号化部104の出力信号の配置は、図5(a)、(b)に示されるようになり、原点を含まない信号配置となる。
図5(a)には、差動符号化結果S2tの信号配置の一例を示してあり、図5(b)には、差動符号化結果S2t+1の信号配置の一例を示してあり、それぞれ20点の座標Sを示してある。横軸は同相(I)成分を表し、縦軸は直交(Q)成分を表す。
また、後段の時空間符号化部106の出力も同様な信号配置となり、原点を含まない信号配置にすることができる。
ここで、図5(a)、(b)に示した20点の座標は、図5(c)に示すような座標式で表すことができる。
図5(c)には、各20点の座標を表す座標式を個別に例示するとともに、グループ毎に表現し直した座標式を例示してある。すなわち、各座標を原点からの距離や位相を基準にして5つのグループに分けた場合に、第1グループに係る4つの座標式(No.1〜4)は(式10)に変換でき、第2グループに係る4つの座標式(No.5〜8)は(式11)に変換でき、第3グループに係る4つの座標式(No.9〜12)は(式12)に変換でき、第4グループに係る4つの座標式(No.13〜16)は(式13)に変換でき、第5グループに係る4つの座標式(No.17〜20)は(式14)に変換できる。なお、(式10)〜(式14)において、kは、0〜3の整数である。また、(式14)において、θ=tan−1(1/2)である。
Figure 0005299829
Figure 0005299829
Figure 0005299829
Figure 0005299829
Figure 0005299829
そして、(式2)で与えられるX2t、X2t+1について(式1)を用いた演算を行うにあたり、初期値S−2、S−1の組み合わせとして、(式10)で与えられる値(任意の1点の座標)と(式13)又は(式14)で与えられる値との組み合わせ、(式11)で与えられる値と(式12)で与えられる値との組み合わせ、(式12)で与えられる値と(式11)で与えられる値との組み合わせ、(式13)又は(式14)で与えられる値と(式10)で与えられる値との組み合わせのいずれかを用いる場合にも、差動符号化部104の出力信号の配置は、図5(a)、(b)に示されるようになり、原点を含まない信号配置となる。このとき、前記(式9)は(式10)のk=0の場合と、(式13)のk=0の場合の組み合わせに相当する。
また、後段の時空間符号化部106の出力も同様な信号配置となり、原点を含まない信号配置にすることができる。
以上のように、本例では、入力部と、シリアル/パラレル変換部101と、シンボルマッピング部102と、初期値設定部103と、差動符号化部104と、遅延部105と、時空間符号化部106と、送信部107−1、107−2と、電力増幅部108−1、108−2と、アンテナ部109−1、109−2を有する差動時空間符号化(DSTBC)方式の無線送信機において、時空間符号化部106の出力信号配置が原点(ゼロ点)を含まないように初期値を差動符号化部104に与える初期値設定部103を備えた。
このように、本例のDSTBC方式を採用した送信機では、DSTBC符号器における信号配置の原点にシンボルが無いことが実現されるように、DSTBC符号器(その中の差動符号化部104)の初期値を設定しており、信号配置において原点を含まないため、送信波形の包絡線振幅の変動を低減することができ、これにより、電力増幅部108−1、108−2に要求される性能を緩和することができる。
ここで、本例では、初期値設定部103において(式10)〜(式14)を用いたが、信号配置の原点にシンボルが無いことが実現される他の種々な初期値が用いられてもよい。
本発明の第4実施例を説明する。
本例の送信機の構成は、第3実施例で説明した図4に示されるものと概略的に同様であるため、説明の便宜上から、図4を用いて説明する。
ここで、本例の送信機の構成や動作は、例えば、第3実施例に係る送信機の構成や動作と比べて、初期値設定部103により設定する初期値が異なる点に関する部分を除いては、同様である。すなわち、本例の送信機では、シリアル/パラレル変換部101、差動符号化部104、遅延部105、時空間符号化部106、送信部107−1、107−2、電力増幅部108−1、108−2、アンテナ部109−1、109−2の構成や動作は、第3実施例に係る送信機における対応する機能部の構成や動作と同様である。
本例の送信機における動作の一例を示す。
本例では、第3実施例に係る送信機とは相違する点である初期値設定部103について詳しく説明し、同様な部分については説明を簡易化又は省略する。
第3実施例では、初期値設定部103から出力する初期値S−2、S−1として、(式10)〜(式14)で与えられる初期値(例えば、(式9)で与えられる初期値)を用いたが、本例では、(式15)で与えられる初期値を用いる。
Figure 0005299829
初期値を(式15)で与えたときには、差動符号化部104の出力信号の配置は、図6に示されるようになり、原点を含まない信号配置となる。
図6には、差動符号化結果S2t、S2t+1の信号配置の一例を示してある。横軸は同相(I)成分を表し、縦軸は直交(Q)成分を表す。
また、後段の時空間符号化部106の出力も同様な信号配置となり、原点を含まない信号配置にすることができる。
なお、初期値を変動させて原点を含まない信号配置とする組み合わせの内で、より好ましくは、原点からの各シンボルの位置がなるべく均等に遠くなるパターンを選ぶと良い。すなわち、第3実施例で示された図5と第4実施例で示された図6とを比較した場合には、図5の方を選択した方が、包絡線変動が最適になる。
(実施例全体のまとめ)
ここで、本発明を適用することが可能な無線通信システムの一例として、同報型無線システムである列車無線システムについて概略的に説明する。
列車無線システムでは、例えば、線路に沿って複数の基地局装置が設置されており、1つの中央装置が送信対象となるデータ列Sを各基地局装置へ同時に配信(送信)し、各基地局装置は当該データ列Sから生成したデータ列の信号をアンテナから無線により送信する。そして、線路を走行する列車の移動局装置が基地局装置からの無線信号(電波)を受信する。なお、各基地局装置は、例えば、互いに異なる無線通信領域を有する(重複部分があってもよい)指向性アンテナからなる2本のアンテナを備えている。
このようなシステムでは、従来において、同一の周波数を使用する複数の基地局装置でシステムを運用しようとすると、隣接する基地局装置の通信エリア(無線通信領域)において重複するエリアでは電波干渉が生じてしまっていた。
そこで、一構成例として、各基地局装置において、DSTBCを用いて送信信号を符号化し、隣接する基地局装置について重複するエリアに対しては各基地局装置から互いに直交する異なる符号化列(例えば、データ列SからDSTBCにより生成される互いに直交するデータ列A、B)が送信されるように、各基地局装置の各アンテナ毎に送信データ系列を選択や設定することで、同一波干渉を防ぐことが考えられる。
ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々なシステムや装置として提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがROM(Read Only Memory)に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー(登録商標)ディスクやCD(Compact Disc)−ROM等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム(自体)として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
1、101・・シリアル/パラレル変換部、 2−1、2−2、102・・シンボルマッピング部、 3、103・・初期値設定部、 4、104・・差動符号化部、 5、105・・遅延部、 6、106・・時空間符号化部、 7−1、7−2、107−1、107−2・・送信部、 8−1、8−2、108−1、108−2・・電力増幅部、 9−1、9−2、109−1、109−2・・アンテナ部、

Claims (6)

  1. DSTBC方式により信号を送信する送信機において、
    入力ビット列から分割された第1のビット列をIQ平面の値にマッピングする第1のシンボルマッピング部と、
    前記入力ビット列から分割された第2のビット列をIQ平面の値にマッピングする第2のシンボルマッピング部と、
    前記第1のシンボルマッピング部によるマッピング結果及び前記第2のシンボルマッピング部によるマッピング結果に対してDSTBC符号化を行うDSTBC符号器と、を備え、
    前記DSTBC符号器は、前記第1のシンボルマッピング部によるマッピング結果及び前記第2のシンボルマッピング部によるマッピング結果に対して差動符号化を行う差動符号化部と、前記差動符号化部の初期値を設定する初期値設定部と、前記差動符号化部による差動符号化結果についてSTBC符号化を行うSTBC符号化部と、を有し、
    前記第1のシンボルマッピング部は、(式4)又は(式5)の一方を用いてマッピングを行い、
    前記第2のシンボルマッピング部は、(式4)又は(式5)の他方を用いてマッピングを行い、
    前記差動符号化部は、(式1)を用いて差動符号化を行い、
    前記初期値設定部は、(式1)における2つの初期値S−2、S−1の組み合わせとして、(式6)で与えられる値と(式8)で与えられる値との組み合わせ、(式7)で与えられる値と(式7)で与えられる値との組み合わせ、(式8)で与えられる値と(式6)で与えられる値との組み合わせの中で、2つの初期値の位相差がnπ/2(nは整数)となる組み合わせのいずれかを用いる、
    ことを特徴とする送信機。
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    ただし、Xはマッピング結果であり、Sは差動符号化結果であり、tは2ビット毎に変化する時系列番号であり、kは0〜7の整数である。
  2. DSTBC方式により信号を送信する送信機において、
    入力ビット列から分割された第1のビット列と第2のビット列をそれぞれIQ平面の値にマッピングするシンボルマッピング部と、
    前記シンボルマッピング部によるマッピング結果に対してDSTBC符号化を行うDSTBC符号器と、を備え、
    前記DSTBC符号器は、前記シンボルマッピング部によるマッピング結果に対して差動符号化を行う差動符号化部と、前記差動符号化部の初期値を設定する初期値設定部と、前記差動符号化部による差動符号化結果についてSTBC符号化を行うSTBC符号化部と、を有し、
    前記シンボルマッピング部は、(式2)を用いてマッピングを行い、
    前記差動符号化部は、(式1)を用いて差動符号化を行い、
    前記初期値設定部は、(式1)における2つの初期値S−2、S−1の組み合わせとして、(式10)で与えられる値と(式13)又は(式14)で与えられる値との組み合わせ、(式11)で与えられる値と(式12)で与えられる値との組み合わせ、(式12)で与えられる値と(式11)で与えられる値との組み合わせ、(式13)又は(式14)で与えられる値と(式10)で与えられる値との組み合わせのいずれかを用いる、
    ことを特徴とする送信機。
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    ただし、Xはマッピング結果であり、Sは差動符号化結果であり、tは2ビット毎に変化する時系列番号であり、kは0〜3の整数であり、θはtan−1(1/2)である。
  3. DSTBC方式により信号を送信する送信機において、
    前記送信機は、DSTBC符号化を行うDSTBC符器を備え、
    前記DSTBC符器は、(式18)及び(式21)で条件付けされた差動符号化部を有する、
    ことを特徴とする送信機。
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    ただし、θ、φは位相を表す実数であり、αは振幅を表す非負の実数である。
  4. DSTBC方式により信号を送信する送信方法において、
    入力ビット列から分割された第1のビット列をIQ平面の値にマッピングする一方で、前記入力ビット列から分割された第2のビット列をIQ平面の値にマッピングし、
    前記第1のビット列のマッピング結果及び前記第2のビット列のマッピング結果に対してDSTBC符号化を行った結果の信号を送信し、
    前記DSTBC符号化は、前記第1のビット列のマッピング結果及び前記第2のビット列のマッピング結果に対して差動符号化を行う差動符号化部と、前記差動符号化部の初期値を設定する初期値設定部と、前記差動符号化部による差動符号化結果についてSTBC符号化を行うSTBC符号化部と、を用いて行われ、
    (式4)又は(式5)の一方を用いて前記第1のビット列のマッピングを行い、
    (式4)又は(式5)の他方を用いて前記第2のビット列のマッピングを行い、
    前記差動符号化部は、(式1)を用いて差動符号化を行い、
    前記初期値設定部は、(式1)における2つの初期値S−2、S−1の組み合わせとして、(式6)で与えられる値と(式8)で与えられる値との組み合わせ、(式7)で与えられる値と(式7)で与えられる値との組み合わせ、(式8)で与えられる値と(式6)で与えられる値との組み合わせの中で、2つの初期値の位相差がnπ/2(nは整数)となる組み合わせのいずれかを用いる、
    ことを特徴とする送信方法。
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    ただし、Xはマッピング結果であり、Sは差動符号化結果であり、tは2ビット毎に変化する時系列番号であり、kは0〜7の整数である。
  5. DSTBC方式により信号を送信する送信方法において、
    入力ビット列から分割された第1のビット列と第2のビット列をIQ平面の値にマッピングし、
    前記第1のビット列のマッピング結果及び前記第2のビット列のマッピング結果に対してDSTBC符号化を行った結果の信号を送信し、
    前記DSTBC符号化は、前記第1のビット列のマッピング結果及び前記第2のビット列のマッピング結果に対して差動符号化を行う差動符号化部と、前記差動符号化部の初期値を設定する初期値設定部と、前記差動符号化部による差動符号化結果についてSTBC符号化を行うSTBC符号化部と、を用いて行われ、
    (式2)を用いて前記第1のビット列と前記第2のビット列のマッピングを行い、
    前記差動符号化部は、(式1)を用いて差動符号化を行い、
    前記初期値設定部は、(式1)における2つの初期値S−2、S−1の組み合わせとして、(式10)で与えられる値と(式13)又は(式14)で与えられる値との組み合わせ、(式11)で与えられる値と(式12)で与えられる値との組み合わせ、(式12)で与えられる値と(式11)で与えられる値との組み合わせ、(式13)又は(式14)で与えられる値と(式10)で与えられる値との組み合わせのいずれかを用いる、
    ことを特徴とする送信方法。
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    ただし、Xはマッピング結果であり、Sは差動符号化結果であり、tは2ビット毎に変化する時系列番号であり、kは0〜3の整数であり、θはtan−1(1/2)である。
  6. DSTBC方式により信号を送信する送信方法において、
    STBC符号化を行うDSTBC符号器は、(式18)及び(式21)で条件付けされた差動符号化を行う、
    ことを特徴とする送信方法。
    Figure 0005299829
    Figure 0005299829
    ただし、θ、φは位相を表す実数であり、αは振幅を表す非負の実数である。
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