JP5305305B2

JP5305305B2 - マルチキャリア通信システム

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Publication number: JP5305305B2
Application number: JP2010518884A
Authority: JP
Inventors: 幸俊眞田; 春希樋口
Original assignee: Keio University
Current assignee: Keio University
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-06-02
Also published as: JPWO2010001528A1; KR20110031165A; WO2010001528A1; IL209173A0; US20110096818A1; US8451927B2

Description

本発明は、マルチキャリア通信システムに関するものであり、特に、少ない数の受信側アンテナであってもチャネル容量を増加させることが可能なMIMO (Multiple-Input-Multiple-Output)に関するものである。

MIMOシステムは，送信側で複数のアンテナから異なる情報を同一搬送波により送信し、受信側でそれらの信号を分離して合成することにより通信速度を増加させつつダイバーシチを達成するものである。MIMOシステムのチャネル容量は受信側のアンテナ数（送信側アンテナ数より少ないとき）で制限され、アンテナ数がNrであればチャネル容量はNr倍にしかならない。
等価的にアンテナ数を増加させる方法として、分数間隔サンプリングが提案されている。分数間隔サンプリング方式は、従来のOFDM復調に必要なサンプリング速度のG倍の速度でサンプリングすることにより、等価的にG本のアンテナによるダイバーシチを達成するものである。この構成により、MIMOシステムにおいてチャネル容量の増加が可能となる。

特許3677492号公報

安達文幸，安達宏一，小島洋平，武田一樹，"周波数選択性チャネルMIMOチャネル容量の考察，" 電子情報通信学会総合大会，BS-1-4． C. Tepedelenlioglu and R. Challagulla, "Low-Complexity Multipath Diversity Through Fractional Sampling in OFDM", IEEE Transactions one Signal Processing, vol. 52, No. 11, pp．3104-3116, Nov. 2004. A. Dammann, S. Kaiser, "Standard conformable antenna diversity techniques for OFDM and its application to the DVB-T system," IEEE GLOBECOM '01, vol. 5, pp. 3100 - 3105, Nov. 2001. K. Kobayashi, T. Someya, T. Ohtsuki, S. PW. Sigit, and T. Kashima, "MIMO System with Relative Phase Difference Time-Shift Modulation for Rician Fading Environment," Trans. of IEICE, E91-B, no. 2, pp. 459--465, Feb. 2008.

非特許文献２には、分数間隔サンプリングにより、従来のOFDM復調に必要なサンプリング速度のG倍の速度でサンプリングを行い、等価的にG本のアンテナによるダイバーシチを達成し、MIMOシステムの場合にはチャネル容量を増加させることが記載されている。しかし、分数間隔サンプリングによりダイバーシチを達成するためには、分数間隔のサンプリングに対応した遅延パスの存在が必要である。マルチパスが存在しない場合にはダイバーシチを達成することができず、MIMOシステムの場合にはチャネル容量を増加することができない。

遅延送信に関しては非特許文献3が存在する。しかし同文献に記載される方式は受信側で復調前に複数のアンテナからの信号を合成するものであり、MIMOにおけるダイバーシチ効果(後述の行列のランクを増加させる効果)はない。また、遅延送信と分数間隔サンプリングを組み合わせたMIMOシステムは検討されてない。
非特許文献４には、受信側で複数のアンテナを用いてMIMO伝送を行う場合に送信側で位相を回転させてチャネルの応答を変化させる方法が記載されている。しかしこの方法は信号分離ができなくなる状態を防ぐものであり、後述のＨ(k)ＨH(k)の行列のランクを増加させる効果はない。また、分数間隔サンプリングに対応した方式ではない。

特許文献１には、複数のアンテナから複数系列のデータを送信するマルチキャリア送信において、複数系列のデータの各々の系列のデータを前記複数のアンテナ数分に複製し、複製されて得られた各系列のデータの送信タイミングをアンテナごとに異なる遅延時間だけ遅延させて前記の複数のアンテナから送信する構成が記載されている。上記構成は複数のアンテナから送信されたデータを複数のアンテナにより受信するものであり、遅延された各系列のデータについて遅延時間の差に対応する部分のデータを移動して見かけ上の送信タイミングを揃え、遅延時間の差に対応する部分のデータが、後に続くデータに干渉を与えることを防止するものである。同文献に示される技術は分数間隔サンプリングを用いものではない。

本発明は分数間隔サンプリングを用いて等価的にダイバーシチを達成し、MIMOシステムのチャネル容量を増加させる構成において、確実にダイバーシチを達成する構成を提供するものである。
本発明は、複数の送信アンテナから異なる情報を同一の搬送波により送信し、受信装置において上記異なる情報を分離するMIMOシステムにおいて、受信装置が分数間隔サンプリングを行うことにより受信アンテナの数を低減することを可能とするものであり、送信装置に少なくとも１つの送信信号を前記分数間隔サンプリングに適合した時間遅延させて送信する構成を備える。また、他の実施態様の受信装置はパイロット信号の復調結果に基づいて、送信装置に少なくとも１つの送信信号を所定時間遅延して送信することを指示する構成を有している。

本発明の構成により、受信装置は分数間隔サンプリングにより等価的に増加した受信アンテナにより確実にダイバーシチを達成することが可能となり、受信信号から送信情報を正確且つ容易に抽出することが可能となる。

第１の実施態様の構成を示す図従来の送信タイミングの図と、第１の実施態様における送信タイミングの図従来の受信タイミングの図と、第１の実施態様における受信タイミングの図従来の方式のチャネル容量のグラフと、第１の実施態様のチャネル容量のグラフ従来の遅延送信ダイバーシチ受信方式のチャネル容量の構成図と、第１の実施態様のチャネル容量の構成図従来の遅延送信ダイバーシチ受信方式と第１の実施態様におけるチャネル容量のシミュレーションのパラメータと、そのシミュレーションの結果第１の実施態様の他の構成を示す図図６−１において、送信アンテナ数４、受信アンテナ数２の構成を示す図第２の実施態様の構成を示す図第３の実施態様の構成を示す図

図１は本発明に係るMIMOシステムの第１の実施態様の図である。同図は二つの信号を同一の搬送波によりOFDM変調し同時に送信する例であり、送信装置100と受信装置110から構成されている。
送信装置100の第１の信号101は第１のOFDM変調回路103により変調されアンテナ103から送信される。第２の信号102は第２のOFDM変調回路104により変調され、遅延回路107により所定時間遅延されてアンテナ104から送信される。
受信装置110は１つのアンテナ111を有しており、１信号期間(送信パルス期間)内に、切替回路112により第１のOFDM復調回路113と第２のOFDM復調回路114に交互に切り替え接続することにより分数間隔サンプリングを実行する。OFDM復調回路113とOFDM復調回路114は復調した信号を制御回路115に入力する。制御回路115はMIMOの手法に従って送信装置100と受信装置110の間のチャネル応答行列を求める。受信装置110は、受信した信号を上記チャネル応答行列を用いて分離し、送信装置100が送信した第１の信号101と第２の信号102に対応する２つの出力116と117を出力する。

図２は２本のアンテナから送信される信号の関係を示す図である。同図の(ａ)は何れのアンテナに対しても遅延送信を行わない場合であり、アンテナ１からの送信121とアンテナ２からの送信121はほぼ同時に行われることを示している。
図２(ｂ)はアンテナ２からの送信132が、アンテナ１からの送信131から［Ｔs／２］遅れて実行されることを示している。なお、本構成のパルス長(送信パルス期間)は[-Ｔs,Ｔs]の範囲とする。
図３は受信装置における受信信号と分数間隔サンプリングのタイミングを示す図である。同図の(ａ)は２つの信号(ｓ1、ｓ2)に対して遅延送信を行わない場合であり、(ｂ)信号はアンテナ１の信号ｓ1は遅延送信されず、アンテナ２の信号ｓ2は［Ｔs／２］の遅延送信を行った場合のタイミングを示す図である。

あるサブキャリアＭにおける送信信号を

サブキャリアｋにおけるチャネル応答行列を

ｈij(ｋ)をサブキャリアｋにおけるｊアンテナからｉ番目の分数間隔サンプリングへのチャネル応答、

をサブキャリアｋにおける受信信号とし、雑音を無視すると、図２(ａ)に示される遅延送信を行わない状態は、

と表現される。ただし係数ｃ(ｋ)はパルス整形フィルタ等に依存する係数である。

式４に示されるように、受信信号ｒ2(ｋ)はｒ1(ｋ)にｃ(ｋ)を乗算したものとなり、Ｈ(k)ＨH(k)の行列のランクは１となる。
例えば、送信信号がフィルタ等により影響されず、係数ｃ(ｋ)を「０」と仮定すると、チャネル応答行列は以下のようになる。

従って、受信信号は

となり、
ｒ1(ｋ)＝ｈ11(ｋ)ｓ1(ｋ)＋ｈ12(ｋ)ｓ2(ｋ)
ｒ2(ｋ)＝０
となる。
式６で表される信号を、図１の受信装置110により受信し処理するタイミングが図３(ａ)に示される。同図のｓ1は送信アンテナ１の信号であり、ｓ2は送信アンテナ２の信号で
ある。
アンテナ111により受信された信号は切替回路112により第１OFDM復調回路113に入力され、パルス長の中央時点(Ｔ1)でサンプリングされる。次に、アンテナからの信号は切替回路112により第２OFDM復調回路114に入力され、期間Ｔsの中央時点(Ｔ2)でサンプリングされる。OFDM復調回路113とOFDM復調回路114は復調した信号を制御回路115に渡す。
ｒ1(ｋ)は、Ｔ1でサンプリングされた値であり、ｓ1とｓ2と各チャネル応答の積となる。これに対して、サンプリング時点Ｔ2の値ｒ2(ｋ)は「０」となる。従って、ｒ1(ｋ)とｒ2(ｋ)から送信された信号ｓ1とｓ2が互いに影響して誤り率が増加する。

本発明の第１の実施態様は、複数のアンテナから送信された複数の信号を、分数間隔サンプリングにより等価的に増加させた受信アンテナにより受信し、前記複数の信号を分離するMIMOシステムにおいて、前記複数の送信アンテナの内の一部のアンテナから送信する信号を所定時間遅延して送信するものである。
図１は、信号をパルス長(送信パルス期間)[-Ｔs,Ｔs]で送信さする２つのアンテナの内、アンテナ２から送信される信号を、図２(ｂ)に示されるように、「Ｔs／２」遅延させ
て送信するものである。
DFT/IDFTのサイズをＮとすると、遅延送信することは、式４を

に変化させたことに相当する。この場合Ｈ(k)ＨH(k)の行列のランクを２にすることがでる。

式５と同様、送信信号がフィルタ等により影響されず、係数ｃ(ｋ)を「０」と仮定すると、式７のチャネル応答行列は、

となり、受信信号は

となる。従って、
ｒ1(ｋ)＝ｈ11(ｋ)ｓ1(ｋ)
ｒ2(ｋ)＝ｈ12(ｋ)ｓ2(ｋ)
となり、ランクは２となる。これは、図３(ｂ)において、サンプリング点Ｔ1では遅延されていないアンテナ１からの信号ｓ1を受信し、サンプリング点Ｔ2では「Ｔs／２」遅延されているアンテナ２からの信号ｓ2を受信することを意味している。

同様に２波以上のマルチパスが存在する場合においてもアンテナ１とアンテナ２から受信アンテナへの伝搬環境が同一になる場合には以下の式のようにＨ(k)ＨH(k)の行列のランクは１である。

ここでｃij(ｋ)はｉ番目のマルチパスによる信号のｊ番目のサンプルへの寄与を表す係数である。この場合も遅延送信を行うことによりＨ(k)ＨH(k)の行列のランクを２にすることができる。

図１に示される例は、２倍の分数間隔サンプリング(Ｇ＝２)を行うことにより、受信アンテナを仮想的に２本とするものである。オーバーサンプリングの数(Ｇ)を増やすことにより、仮想的な受信アンテナの数を増やすことが可能である。
図４は、２本のアンテナから送信された２つの信号(Ｔx＝２)を、１本のアンテナにより受信(Ｒx＝１)し、分数間隔サンプリングにより処理するシステムの通信容量を、送信信号の一方を［Ｔs／２］遅延する場合(グラフＡ)と、遅延を行わない場合(グラフＢ)でチャネル容量をシミュレートした結果である。図４(ａ)は２倍の分数間隔サンプリング(Ｇ＝２)であり、図４(ｂ)は４倍の分数間隔サンプリング(Ｇ＝４)である。なお、横軸は、信号エネルギー対雑音比(Es/N0)であり、縦軸は、エルゴード容量(Ergodic Capacity : bps/Hz)である。
送信信号を遅延することによりチャネル容量が増加することを示している。

図５−１及び図５−２は、本発明の第１の実施態様による遅延送信分数間隔サンプリング方式と、特許文献１等で用いられる従来の遅延送信ダイバーシチ受信方式のチャネル容量をシミュレートした結果であり、横軸は、信号エネルギー対雑音比(Es/N0)であり、縦軸は、エルゴード容量(Ergodic Capacity : bps/Hz)である。
図５−１は当該シミュレーションで用いた構成であり、(ｂ)は本発明の第１実施態様に係る構成であり、２つの送信信号ｓ1(ｋ)とｓ2(ｋ)の一方ｓ2(ｋ)を［Ｔs／２］遅延するものである。また、(ａ)は上記の特許文献１等に示される従来方式の構成であり、２つの信号ｓ1(ｋ)とｓ2(ｋ)を加算して送信するアンテナと、２つの信号ｓ1(ｋ)とｓ2(ｋ)を各々［Ｔs／２］と［Ｔs］遅延して加算し送信するアンテナからなるものである。
図５−２(ａ)はシミュレートのパラメータであり、当該シミュレーションは図５−１(ａ)の構成において２倍の分数間隔サンプリング(Ｇ＝２)で行ったものである。図５−２(ｂ)はシミュレーションの結果であり、グラフＡは図５−１(ｂ)の構成による結果、グラフＢは図５−１(ａ)の構成による結果、グラフＣは送信信号に遅延を行わない場合の結果である。同図に示されるように、本発明の第１実施態様に係る構成は、遅延を行わない場合、及び従来の遅延送信ダイバーシチ受信方式に比較してチャネル容量の増加が可能となる。
図５−１(ａ)に示される従来の構成は、複数のアンテナから複数かつ同一のデータ系列
を送信するものであり、異なるデータ系列間では異なる遅延量を設定するものである。当該構成に分数間隔サンプリングを適用し、サンプリング数とデータ系列数が同一か、データ系列数が多い場合には、特定のデータ系列に対してダイバーシチ効果がなくなる。つまり式１０に対応する式は

となり，ｓ2に関しては、ｒ1(k)及びｒ2(ｋ)がｃ(ｈ11(ｋ)+ｈ12(ｋ))で与えられる応答を示すため、ダイバーシチ効果を得られない。

図１に示される例は、２つの信号を２本のアンテナにより送信する構成であるが、３本以上のアンテナを用いて３以上の信号を送信する構成も可能である。図６−１は、Ｍtの信号をＭt本のアンテナにより送信するMIMOに本発明の第１の実施態様を適用した構成である。
同図は、Ｍtの信号、ｓ1(ｋ)201〜ｓMt(ｋ)203を各々OFDM変調回路211〜213により変調し、送信回路231〜233より送信するMIMOシステムにおい、第Ｋ番の信号(Ｋは２〜Ｍt)を［Ｔs(Ｋ−１)／Ｍt］遅延して送信するものである。受信装置は、受信信号を少なくともＭt倍の分数間隔サンプリング(Ｇ＝Ｍt)により受信し、チャネル応答行列を判別する。

図６−２は図６−１に示される構成において、送信装置の送信アンテナ数を４（Ｍt＝４）、受信装置の受信アンテナ数を２とし、各受信信号の分数間隔サンプリングを２倍(Ｇ＝２)とした例である。
送信装置500の４つの信号１〜信号４(510〜504)はOFDM変調回路511〜514により変調された後、各々対応する遅延回路522〜424により図６−１に示される遅延が与えられアンテナ531〜534から送信される。なお、信号１(510)の遅延量はゼロであるため、OFDM変調回路511の出力は遅延回路を介すことなくアンテナ531から送信される。

受信回路600のアンテナ601、切替回路611、第１のOFDM復調回路621、第２のOFDM復調回路622からなる構成、及び、アンテナ603、切替回路613、第１のOFDM復調回路623、第２のOFDM復調回路624からなる構成は、図１に示される受信回路110のアンテナ111、切替回路112、第１のOFDM復調回路113、第２のOFDM復調回路114からなる構成に対応する。切替回路611と切替回路613は、アンテナ601とアンテナ603により受信された信号に対して２倍の分数間隔サンプリングを実行し、OFDM復調回路621〜624に入力する。OFDM復調回路621〜624により復調された４つの信号は制御回路650に渡され、MIMOの手法に従って送信装置500と受信装置600の間のチャネル応答行列が求められる。データの受信において、制御回路650は、上記チャネル応答行列を用いてOFDM復調回路621〜624の出力信号から、送信装置500が送信した信号１〜信号４(510〜504)に対応する４つの出力651〜654を分離し出力する。

図６−２において、あるサブキャリアｋにおける送信信号を

サブキャリアｋにおけるj番目の送信アンテナからm番目の受信アンテナのi番目の分数間隔サンプリングへのチャネル応答を

サブキャリアｋにおけるm番目の受信アンテナのi番目の分数間隔サンプリング点での受信信号を

サブキャリアｋにおけるm番目の受信アンテナのチャネル応答行列を

サブキャリアｋにおけるm番目の受信アンテナの受信信号を

とし雑音を無視すると，４送信アンテナ２受信アンテナおよび２倍オーバーサンプリングの場合、アンテナごとに送信遅延を挿入しない場合には

となる。ただしここでは遅延における送受信機のベースバンドフィルタの応答を合わせたパルス整形フィルタの応答である。この場合チャネル応答行列のランクは最大２である。

これに対して、Ｋ番目の送信アンテナに［Ｔs(Ｋ−１)／４］の遅延を挿入して送信すると受信信号は以下のように表わされる。

この場合行列のランクは４となる。

MIMOシステムは単一のキャリアに複数の通信チャネルを設定することにより、通信容量の増大を計ることが可能であるが、送信装置と受信装置に通信チャネルの数に対応する数のアンテナを、距離を隔てて設置しダイバーシチを達成する必要がある。しかし、小型の移動端末では複数のアンテナをダイバーシチを達成するのに充分な距離を隔てて設置することが困難である。
本発明の第１の実施態様では、１つの受信信号を分数間隔サンプリングすることにより、受信アンテナを仮想的に増加させると共に、送信信号を分数間隔サンプリングに適合した時間遅延して送信する構成を有している。
上記構成により、受信装置は１本の受信アンテナを仮想的に複数の受信アンテナとすることが可能となり、移動機等の小さな筐体内に複数のアンテナを設置する必要がなくなる。また、送信装置は送信信号を受信装置の分数間隔サンプリングに適合した時間遅延することにより、送信装置と受信装置間のチャネル応答を各信号の分離が可能な状態とするものである。

第１の実施態様は、UWB(超広帯域無線)通信のように屋内通信で通信距離が比較的短く、送信装置と送受信装置が見通し可能な環境にあり、アンテナからの信号の遅延量が小さく、チャネル応答が式４となることが予想される場合に適用され、送信信号に所定の遅延量を予め挿入しておくものである。しかし、携帯型の受信装置では送信装置と受信装置の位置関係が変化し、チャネルの応答特性も変化する。従って、送信信号に所定の遅延量を予め挿入しておく構成では、充分な効果を得られない場合がある。
本発明の第２実施態様は、送信装置と受信装置の間のチャネルの応答特性に応じて、所定の遅延量を送信信号に挿入するか否かを決定することを特徴とするものである。

図７は本発明の第２の実施態様の構成図である。同実施態様に係る送信装置300は、受信装置310の指示に従って、送信信号を所定時間遅延する遅延回路301を有している。また、受信装置310は送信装置300と受信装置310の間のチャネルの応答特性に従って送信装置300に送信信号の遅延を指示する判定回路311を有している。判定回路311は受信装置310から送信装置300へのリンクをフィードバックチャネル320として使用し、前記の遅延指示を送信装置300に送信する。送信装置300は上記指示に従って遅延回路301を制御し、OFDM変調回路104の出力を所定時間遅延してアンテナ２から送信する。

MIMOシステムは実データの送信の前に、ＰＮ符号等のプリアンブルを送信する。受信装置310は当該プリアンブルを受信し、受信信号の特性から送信装置300と受信装置310間の各チャネルの応答特性Ｈ(K)を算定する。
本発明の第２の実施態様における受信装置310の判定回路311は、上記のチャネル応答特性Ｈ(K)を分析し、実データの受信において、送信装置300が送信した２つの実データを分離するのに充分な応答特性が得られたか否かを判定する。
チャネル応答が式４、或いは式１０に該当する場合、フィードバックチャネル320を介して遅延指示を送信装置側300に送信する。当該指示を受信した送信装置側300はOFDM変調回路104とアンテナ２の送信装置との間に設置されている遅延回路301を制御して、OFDM変調回路104により変調された信号２に［Ｔs／２］の遅延を挿入する。

第１の実施態様は、送信信号に所定の遅延量を予め挿入しておくものである。携帯電話等の可搬型の受信装置では、受信環境が大きく変化するため、チャネルの応答特性も大きく変化する。良好なチャネルの応答特性が得られている時は、送信側で送信信号に遅延を挿入する必要はなく、通信環境が不良の場合にのみ遅延を挿入すればよい。
第２の態様は受信装置で測定されチャネルの応答特性Ｈ(K)に基づいて、送信信号を遅延するか否かを決定するものである。当該実施態様の構成により、チャネルの応答特性が悪く、遅延が必要な場合を判定し送信信号遅延を挿入する。また、良好なチャネルの応答特性が得られ遅延の挿入が不要な場合に、遅延を行わない。従って、遅延が不要であるにもかかわらず、更に遅延を挿入してチャネルの応答特性を悪化させることがなく、受信状況が大きく変化する携帯型の受信装置であっても良好な受信を維持することが可能となる。
図７に示される形態は、受信装置310がチャネルの応答特性Ｈ(K)に基づいて、送信信号を遅延するか否かを決定し、遅延する指示をフィードバックチャネル320を介して送信装置300に送信する構成である。しかし、受信装置310から送信装置300にチャネルの応答特性Ｈ(K)を送信し、送信装置300が送信信号を遅延するか否かを決定する構成も可能である。当該構成により、送信装置300は遅延の要否を決定する手段を備える必要がなく、受信装置の構成の簡素化が可能となる。

図７は、第２の実施態様において２つの信号を２本のアンテナにより送信する例であるが、図６−１及び図６−２に示されるような３本以上のアンテナを用いて３以上の信号を同時に送信する構成も可能である。この場合、図６−２の受信装置600はチャネルの応答特性Ｈ(K)に基づいて、各送信信号を遅延するか否かを決定し、フィードバックチャネルを介して送信装置500に送信信号の遅延を指示する構成、あるいは、受信装置600から送信装置500にチャネルの応答特性Ｈ(K)を送信し、送信装置500が各送信信号を遅延するか否かを決定する構成となる。

図８は本発明の第３の実施態様の構成図である。第３の実施態様に係る受信装置410は、送信装置400との間のチャネルの応答特性から、チャネル容量が最大となる遅延量を判
別し、送信装置に送信信号を上記遅延量により遅延することを指示する判定回路411を有している。判定回路411は受信装置から送信装置400へのリンクをフィードバックチャネル420として使用し、前記の遅延の指示を送信装置400送信する。

遅延量の決定には、例えば式１３で表されるチャネル容量が最大になるように制御する。

ここでＮはOFDN変調方式のサブキャリア数、Γは信号対雑音電力である。
受信装置410から遅延の挿入指示と挿入する遅延量の情報を受信した送信装置400は、可変遅延回路401を制御し、OFDM変調回路104の出力信号を指示され時間遅延しアンテナ２から送信する。

第３の実施態様は、送信装置と受信装置の間のチャネルの応答特性が最良となるような遅延量を探査し、当該遅延量に基づいて送信装置による送信を制御するものである。従って、送信装置と受信装置の間の通信環境に即した、良好なチャネル容量を得ることが可能となる。
また、第２の実施態様と同様、送信装置が取得したチャネルの応答の情報を送信装置にフィードバックし、送信装置が上記チャネル応答特性に基づいて最適な遅延量を決定し、送信信号を遅延する構成も可能である。

図８は、第３の実施態様において２つの信号を２本のアンテナにより送信する例であるが、図６−１及び図６−２に示されるような３本以上のアンテナを用いて３以上の信号を同時に送信する構成も可能である。この場合、図６−２の受信装置600はチャネルの応答特性Ｈ(K)に基づいて、チャネルの応答特性が最良となる各送信信号の遅延量を決定し、フィードバックチャネルを介して送信装置500に上記遅延量による遅延を指示する構成、あるいは、受信装置600から送信装置500にチャネルの応答特性Ｈ(K)を送信し、送信装置500がチャネルの応答特性が最良となる各送信信号の遅延量を決定する構成となる。

本発明は、MIMOシステムに関するものであり、特に受信装置が１本のアンテナにより受信された信号を分数間隔サンプリングし、受信アンテナの数を等価的に増加させるMIMOシステムに関するものである。本発明の第１の実施態様は、分数間隔サンプリングのオーバーサンプリングの数と送信信号のパルス長から決まる最適な遅延量により、送信装置において送信信号の一部を予め遅延して送信する構成である。当該構成により、分数間隔サンプリングを用いたMIMOシステムにおいて、簡単な構成により良好なチャネル応答特性を得ることが可能となる。
第２の実施態様は、受信装置が取得したチャネル応答特性に基づいて送信信号を遅延するか否かを判定する構成としたものである。携帯電話等の移動可能な受信装置では、送信装置と受信装置間のチャネル応答特性は受信装置の移動に伴い大きく変化する場合がある。当実施態様では、受信装置により取得されたチャネル応答特性に応じて送信信号に遅延して送信するが否かを決定する構成を有している。この構成により、携帯可能な受信装置であっても良好なチャネル応答特性を得ることが可能となる。
第３の実施態様は、受信装置が取得したチャネル応答特性に基づいてチャネル容量が最大となる遅延量を探査し、当該遅延量に基づいて送信装置が送信する信号を遅延する構成を有している。当該構成により、携帯可能な受信装置と送信装置の間の通信環境が大きく変化しても、両者間の最適なチャネル応答特性を得ることが可能となる。
また、本発明の構成は時間シフトサンプリングを用いたOFDMダイバーシチ受信方式を利用したMIMOシステムにおいても有効である。

図１ないし図８に示される構成は、送信装置の複数のアンテナの各々から異なる信号を送信し、受信装置に設けられた１本又は複数本のアンテナの各アンテナが受信した信号を分数間隔サンプリングし、分離・合成・判定する制御回路により、送信装置が送信した複数の異なる信号を得るものである。しかし、送信装置の複数のアンテナから同一の信号を所定量遅延して送信することも可能である。この場合、受信装置は各アンテナが受信した信号を分数間隔サンプリングして、制御回路により送信装置の複数のアンテナから送信された信号を分離する。次に、分離した信号を加算して所期の信号を得る。この構成により、送信信号のエネルギーを増加させることが可能となる。

Claims

複数のアンテナから同一の搬送波により複数系列のデータを送信する送信装置と、複数のアンテナにより前記複数系列のデータを受信する受信装置からなるマルチキャリア通信システムであって、前記送信装置は、
送信パルス期間を［−Ｔｓ，Ｔｓ］、送信信号の多重数をＭｔとすると、
Ｋ（２＜＝Ｋ＜＝Ｍｔ）番目の送信信号に対してＴｓ（Ｋ−１）／Ｍｔの時間遅延して前記複数のアンテナから送信する送信手段を有し、
前記受信装置は、
前記複数のアンテナの各アンテナにより受信した信号を分数間隔サンプリングする手段と、
前記分数間隔サンプリングより得られた信号に基づいて前記複数系列のデータを復調する手段を有することを特徴とするマルチキャリア通信システム。
請求項１記載のマルチキャリア通信システムであって、
前記受信装置は、受信したマルチキャリア信号のチャネルの応答特性の良否を判定する手段と、
前記判定手段の判定結果に基づいて前記送信装置にデータを所定の時間遅延して送信することを指示する手段を有することを特徴とするマルチキャリア通信システム。
請求項１記載のマルチキャリア通信システムであって、
前記受信装置は、
受信したマルチキャリア信号のチャネルの応答特性のデータを前記送信装置に送信する手段を有し、
前記送信装置は、
前記受信装置が送信した前記チャネルの応答特性のデータに基づいてチャネルの応答特性の良否を判定する手段と、
前記判定手段の判定結果に基づいてデータを所定の時間遅延して送信することを特徴とするマルチキャリア通信システム。
請求項１記載のマルチキャリア通信システムであって、
前記受信装置は、受信したマルチキャリア信号のチャネルの応答特性から送信信号に必要な遅延量を判別する手段と、
前記判別した遅延量に基づいて前記送信装置にデータを遅延して送信することを指示する手段を有することを特徴とするマルチキャリア通信システム。
請求項１記載のマルチキャリア通信システムであって前記受信装置は、
受信したマルチキャリア信号のチャネルの応答特性のデータを前記送信装置に送信する手段を有し、
前記送信装置は、
前記受信装置が送信した前記チャネルの応答特性のデータから送信信号に必要な遅延量を判別する手段と、
前記判別した遅延量に基づいてデータの送信を遅延する手段を有することを特徴とするマルチキャリア通信システム。