JP5788269B2

JP5788269B2 - データ送信装置およびデータ受信装置

Info

Publication number: JP5788269B2
Application number: JP2011190068A
Authority: JP
Inventors: 慎悟朝倉; 研一村山; 誠田口; 拓也蔀; 澁谷　一彦; 一彦澁谷
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: JP2013055375A

Description

本発明は、データ送信装置およびデータ受信装置に関するものである。

日本の現行の地上デジタル放送方式であるＩＳＤＢ−Ｔ（Integrated Services Digital Broadcasting .Terrestrial）では、１つの放送波（チャンネル）に割り当てられる直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）された複数のサブキャリアを有する周波数帯域を１３個のセグメントに分割し、そのうちの１２セグメントを固定受信向けのハイビジョン放送や複数標準画質放送用とし、１セグメントを移動受信向け放送用として同時に送信している。

一方、次世代の地上デジタル放送方式では、家庭等の固定受信向けに、従来のハイビジョンに代わり３Ｄハイビジョン放送やハイビジョンの１６倍の解像度を有するスーパーハイビジョン等の更に情報量の多いサービスを提供することが求められている。同様に、移動受信向けには、ハイビジョン画質相当のサービスを提供することが求められている。

このような無線によるデータ伝送容量の増大に応えるものとして、近年、複数の送受信アンテナを用いるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムが提案されている。ＭＩＭＯを用いる伝送システムには、大別して、伝送容量を拡大するための空間分割多重（ＳＤＭ：Space Division Multiplexing）、伝送耐性を向上させるための時空間符号（ＳＴＣ：Space Time Codes）等がある。さらに、ＳＴＣとして、時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ：Space-Time Block Codes）や空間周波数ブロック符号（ＳＦＢＣ：Space-Frequency Block Codes）、時空間トレリス符号（ＳＴＴＣ：Space-Time Trellis Codes）等が提案されている（例えば、非特許文献１，２参照）。

ＳＤＭは、一般に、複数の送信／受信アンテナを用いて複数の伝送路で異なるデータを送受信することで、伝送容量を拡大することが可能である。したがって、放送においては、家庭等の固定受信向け放送に伝送容量を拡大する技術として期待される。また、ＳＴＣは、複数の送信／受信アンテナにデータを分散させることで、受信時の安定化、高耐性化を図ることが可能である。したがって、放送においては、移動受信向け放送への応用が期待される。

A.van Zelst,"Implementation on a MIMO OFDM based wireless LAN system",IEEE Trans.Sig.Proc,vol.52,no.2,pp.483-494,Feb.2004 S.M.Alamouti,"Asimple transmit diversity technique for wireless communications",IEEE J.Sel.Areas Commun,vol.16,no.8,pp.1451-1458,Oct.1998

ところで、ＩＳＤＢ−Ｔの伝送容量は、現行の放送において主に使用されている、モード３、ガードインターバル１／８（１２６μsec）、キャリア変調方式６４ＱＡＭ、内符号化率３／４の場合で、全体で約１８．３Mbpsである。一方、次世代の映像システムとして研究が進められているスーパーハイビジョン放送は、従来のハイビジョン放送の１６倍の解像度を持つことから、映像符号化後の伝送容量は１００Mbps程度になることが予想されている。

そこで、次世代地上放送における要素技術として、伝送容量を拡大するために、ＭＩＭＯ−ＳＤＭ方式を用いることが検討されている。この場合、例えば、２×２ＭＩＭＯで、伝送容量を最大で２倍に増やすことが可能となる。しかし、ＭＩＭＯ−ＳＤＭ方式は、伝送容量の拡大が期待できる反面、移動受信環境等の伝送路の状態が激しく変化すると、高い伝送容量を確保したまま安定に受信することが困難となる。

これに対し、同様に複数の送受信アンテナを用いるＭＩＭＯ伝送の一つであるＭＩＭＯ−ＳＴＣ方式は、ＭＩＭＯ−ＳＤＭ方式のようには伝送容量を増大できないが、移動受信環境等において安定にデータ伝送を行うことが可能である。

このように、従来、固定受信における伝送の大容量化、移動受信における伝送の安定化を個別に改善する手法が提案されている。しかしながら、これらの手法は、いずれも単独では、同一の放送信号の中で固定受信向けの伝送容量拡大と、移動受信向けの受信耐性の強化とを同時に実現することができない。そのため、これらを同時に実現するデータ送信装置およびこれにより送信されたデータの受信装置の開発が望まれている。

本発明は、かかる要望に応えるべくなされたもので、その目的とするところは、次世代の地上デジタル放送方式にも適用可能であり、同一送信信号内で、伝送容量の拡大と受信耐性の強化とを同時に実現可能なデータ送信装置、およびこれにより送信されたデータのデータ受信装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明に係るデータ送信装置は、複数Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の送信アンテナから次世代地上デジタル放送に準拠したデータを送信するデータ送信装置であって、第１受信形態用の送信信号を時空間符号化してＮ個のＳＴＣ信号を生成するＳＴＣ符号化部と、第２受信形態用の空間分割多重するＮ個のＳＤＭ信号と、前記ＳＴＣ符号化部からのＮ個の前記ＳＴＣ信号のそれぞれと、制御信号とを合成パターンに従って合成するＮ個のマルチプレクサと、Ｎ個の前記マルチプレクサによる前記合成パターンを制御するとともに、前記制御信号に前記合成パターンを識別する情報を重畳するマルチプレクサ制御部と、Ｎ個の前記マルチプレクサからの合成信号をそれぞれＯＦＤＭ信号に変調するＮ個のＯＦＤＭ変調部と、を備え、Ｎ個の前記ＯＦＤＭ変調部でそれぞれ変調された前記ＯＦＤＭ信号から成るデータを、Ｎ本の前記送信アンテナから送信することを特徴とするものである。

本発明の一実施の形態に係るデータ送信装置において、前記合成パターンは、前記ＳＴＣ信号を、前記ＯＦＤＭ信号の特定キャリアに固定的に割り当てるものである、ことを特徴とするものである。

本発明の一実施の形態に係るデータ送信装置において、前記合成パターンは、前記ＳＴＣ信号を、時間とともに前記ＯＦＤＭ信号の異なるキャリアに周期的に割り当てるものである、ことを特徴とするものである。

本発明の一実施の形態に係るデータ送信装置において、前記合成パターンは、前記ＳＴＣ信号を、所定の規則に従って時間とともに前記ＯＦＤＭ信号のキャリアにランダムに割り当てるものである、ことを特徴とするものである。

本発明の一実施の形態に係るデータ送信装置において、前記合成パターンは、前記ＳＴＣ信号を、所定時間毎に前記ＯＦＤＭ信号の全てのキャリアに割り当てるものである、ことを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する本発明に係るデータ受信装置は、上記のいずれかのデータ送信装置から送信されるデータを受信するデータ受信装置であって、少なくとも、Ｎ本の受信アンテナと、Ｎ本の前記受信アンテナからの受信信号を受けて、前記制御信号に重畳された前記合成パターンを識別する情報に基づいて前記ＳＴＣ信号と前記ＳＤＭ信号とを分離するデマルチプレクサと、を備えることを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する本発明に係るデータ受信装置は、上記のいずれかのデータ送信装置から送信されるデータを受信するデータ受信装置であって、少なくとも、受信アンテナと、前記受信アンテナからの受信信号を受けて、前記制御信号に重畳された前記合成パターンを識別する情報に基づく前記ＳＴＣ信号を復号するＳＴＣ信号復号部と、を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、同一送信信号内で、伝送容量の拡大と受信耐性の強化とを同時に実現することが可能となる。

本発明に係るデータ送信装置およびデータ受信装置を適用する放送サービスの一形態を示す概要図である。図１の放送サービスに用いるデータ送信装置およびデータ受信装置の概要を説明するための概略構成図である。図２のデータ送信装置１００の要部の具体的構成を示す図である。図３のＭＵＸパターンデータベース１１５に記憶されているキャリア情報の一例を示す図である。図３のＭＵＸ制御部１１４およびＭＵＸ１０４，１０５の動作説明図である。図３のＭＵＸ１０４，１０５によるＯＦＤＭ信号内のＳＤＭ信号とＳＴＣ信号との配置例を示す図である。図４の４つの合成パターン例を示す図である。図２のデータ受信装置２００の要部の具体的構成を示す図である。図８の前処理部２０５，２０６からＳＴＣ復号部２０４までの処理を示すフローチャートである。図８のキャリア分離部２１７，２１８の動作を説明する図である。図２のデータ送信装置１００とデータ受信装置２００とによるＭＩＭＯ伝送路モデルを示す図である。図２のデータ受信装置３００の要部の具体的構成を示す図である。図２のデータ受信装置４００の要部の具体的構成を示す図である。図２のデータ受信装置５００の要部の具体的構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

図１は、本発明に係るデータ送信装置およびデータ受信装置を適用する放送サービスの一形態を示す概要図である。図１に示す放送サービスは、放送局（データ送信装置）から１つの放送波（１ｃｈ）で送信するＯＦＤＭ信号のうち、第２受信形態用の例えば主として固定受信向けのキャリアでは、大容量化が可能なＭＩＭＯ−ＳＤＭ方式によりデータを送信し、第１受信形態用の例えば主として移動受信向けのキャリアでは、安定受信化が可能なＭＩＭＯ−ＳＴＣ方式によりデータを送信する。図１では、同一のＯＦＤＭ変調信号内に、ＭＩＭＯ−ＳＤＭ変調信号とＭＩＭＯ−ＳＴＣ変調信号とを配置して送信する場合を例示している。

そして、固定受信側では、テレビ受像機等のデータ受信装置で受信した放送波からＭＩＭＯ−ＳＤＭ変調信号を復調して、映像を表示する等の復調したストリームデータを出力する。また、移動受信側では、テレビチューナ内蔵のカーナビゲーション機器や携帯通信機器等のデータ受信装置で受信した放送波からＭＩＭＯ−ＳＴＣ変調信号を復調して、映像を表示する等の復調したストリームデータを出力する。

このように、図１に示す放送サービスでは、複数の送信アンテナを使用するＭＩＭＯ伝送により、主として固定受信向けに対してはＭＩＭＯ−ＳＤＭを適用して、複数の送信アンテナから別々のデータを伝送することで大容量化を図る。例えば、水平／垂直偏波を同時に使う偏波ＭＩＭＯでは、水平偏波および垂直偏波の各偏波において、別々の情報を伝送することにより、伝送容量を２倍に拡大することが可能となる。一方、主として移動受信向けに対しては、ＭＩＭＯ−ＳＴＣを適用して、例えば１つのデータをＳＴＢＣ符号化（アラモチ符号化）して水平／垂直偏波で伝送することにより、伝送の安定化を図る。

これにより、１つのデータ送信装置から送信される同一送信信号内で、スーパーハイビジョン等の大容量コンテンツを放送する等の伝送容量の拡大と受信耐性の強化とを同時に実現することが可能となる。

図２は、図１に示した放送サービスに用いるデータ送信装置およびデータ受信装置の概要を説明するための概略構成図である。図２は、データ送信装置１００が２本の送信アンテナ１０１，１０２を有する場合を例示している。データ送信装置１００は、ＳＴＣ符号化部１０３、２個のマルチプレクサ（以下、適宜、ＭＵＸと言う）１０４，１０５、２個のＯＦＤＭ変調部１０６，１０７を有している。ＳＴＣ符号化部１０３は、主として移動受信向けの送信信号（図２では、便宜上、ＳＴＣ信号と表記する）を時空間符号化して２個のＳＴＣ信号を生成し、その一方をＭＵＸ１０４に供給し、他方をＭＵＸ１０５に供給する。また、ＭＵＸ１０４，１０５には、主として固定受信向けに送信する異なるＳＤＭ信号が供給される。

ＭＵＸ１０４，１０５は、入力されるＳＴＣ信号とＳＤＭ信号とを合成して、それぞれ同一のＯＦＤＭ信号内に配置する。そして、ＯＦＤＭ信号内に配置した合成信号を対応するＯＦＤＭ変調部１０６，１０７に供給する。ＯＦＤＭ変調部１０６，１０７は、入力される合成信号をＯＦＤＭ変調する。ＯＦＤＭ変調部１０６，１０７において変調されたＯＦＤＭ信号は、公知の方法によりそれぞれＲＦ送信部（図示せず）で周波数変換および電力増幅されて、対応する送信アンテナ１０１，１０２から例えば水平／垂直偏波で放射される。

一方、受信側は、例えば４種類のデータ受信装置２００，３００，４００，５００が想定される。データ受信装置２００は、例えばカーナビゲーション機器のような固定受信向けおよび移動受信向けの双方の放送を受信可能なもので、２本の受信アンテナ２０１，２０２、デマルチプレクサ（以下、適宜、ＤＥＭＵＸと言う）２０３、ＳＴＣ復号部２０４を有して構成される。このデータ受信装置２００では、受信アンテナ２０１，２０２による受信信号が、ＲＦ受信部（図示せず）において公知の方法により周波数変換、増幅、デジタル変換等の処理が施されてＤＥＭＵＸ２０３に供給される。そして、ＤＥＭＵＸ２０３において、ＳＤＭ信号およびＳＴＣ信号が分離され、さらに、ＳＴＣ復号部２０４においてＳＴＣ信号が復号される。その後、公知の方法により、ＳＤＭ信号および復号されたＳＴＣ信号が復調処理される。

データ受信装置３００は、例えば据え置き型のテレビ受像機のような固定受信向け放送を受信するもので、２本の受信アンテナ３０１，３０２、ＤＥＭＵＸ３０３を有して構成される。このデータ受信装置３００では、受信アンテナ３０１，３０２による受信信号が、ＲＦ受信部（図示せず）において公知の方法により処理されてＤＥＭＵＸ３０３に供給される。そして、ＤＥＭＵＸ３０３において、ＳＤＭ信号が分離される。その後、公知の方法により、ＳＤＭ信号が復調処理される。

データ受信装置４００は、例えばテレビチューナ内蔵のパーソナルコンピュータのような移動受信向け放送を受信するもので、２本の受信アンテナ４０１，４０２、ＤＥＭＵＸ４０３、ＳＴＣ復号部４０４を有して構成される。このデータ受信装置４００では、受信アンテナ４０１，４０２による受信信号が、ＲＦ受信部（図示せず）において公知の方法により処理されてＤＥＭＵＸ４０３に供給される。そして、ＤＥＭＵＸ４０３において、ＳＴＣ信号が分離される。その後、ＳＴＣ信号は、ＳＴＣ復号部４０４で復号されて、その復号されたＳＴＣ信号が公知の方法により復調処理される。

データ受信装置５００は、例えばテレビチューナ内蔵の携帯通信機器のような移動受信向け放送を受信するもので、１本の受信アンテナ５０１、ＳＴＣ復号部５０２を有して構成される。このデータ受信装置５００では、受信アンテナ５０１による受信信号が、ＲＦ受信部（図示せず）において公知の方法により処理されてＳＴＣ復号部５０２に供給される。そして、ＳＴＣ復号部５０２において、ＳＴＣ信号が復号されて、その復号されたＳＴＣ信号が公知の方法により復調処理される。

なお、図２に示す放送サービスにおいて、データ送信装置１００から合成して送信するＳＤＭ信号およびＳＴＣ信号の合成パターンは、送受信装置間で予め固定的に設定しておいてもよいし、複数の合成パターンを定義して、パターンデータベースとして情報を共有して適宜変更するようにしてもよい。後者の場合は、送信側で伝送に使用する合成パターンをパターンデータベースから選択して、ＳＤＭ信号とＳＴＣ信号との配置を決定し、その合成パターンの情報を信号の変調情報等を伝送する制御信号、例えば、現行のＩＳＤＢ−Ｔ方式ではＴＭＣＣ(Transmission and Multiplexing Configuration Control)に相当する制御信号に付加して送信することができる。

図２から明らかなように、図１に示した放送サービスによると、１つのデータ送信装置１００を共用して、２つの固定受信向けおよび２つの移動受信向けの合計４種類のデータ受信装置２００，３００，４００，５００に対する放送が可能となる。なお、図２において、データ送信装置１００とデータ受信装置２００，３００，４００との間では、それぞれＭＩＭＯの伝送系が構成され、データ送信装置１００とデータ受信装置５００との間では、ＭＩＳＯ（Multiple Input Single Output）の伝送系が構成される。

次に、図２に示したデータ送信装置１００、データ受信装置２００，３００，４００，５００の要部の具体的構成について説明する。

図３は、図２に示したデータ送信装置１００の要部の具体的構成を示す図である。データ送信装置１００は、図２に示したＳＴＣ符号化部１０３、２個のＭＵＸ１０４，１０５、２個のＯＦＤＭ変調部１０６，１０７の他、３個の前処理部１１１，１１２，１１３、ＭＵＸ制御部１１４、ＭＵＸパターンデータベース１１５、変調制御部１１６、パイロット配置データベース１１７を有している。

図３において、主として固定受信向けに送信する異なるＳＤＭ信号１およびＳＤＭ信号２は、前処理部１１１および１１２にそれぞれ供給され、主として移動受信向けに送信するＳＴＣ信号は、前処理部１１３に供給される。そして、各送信信号は、対応する前処理部１１１，１１２，１１３において、必要に応じて、エネルギー拡散、符号誤り訂正エンコード、ビットインターリーブ、マッピング、時間インターリーブ、周波数インターリーブ等の処理が行われて、複素ベースバンド信号（Ｉ，Ｑ）に変換される。

前処理部１１１の出力信号はＭＵＸ１０４に、前処理部１１２の出力信号はＭＵＸ１０５に、前処理部１１３の出力信号はＳＴＣ符号化部１０３に、それぞれ供給される。ＳＴＣ符号化部１０３は、入力信号を時空間符号化してＮ個のＳＴＣ信号を生成する。例えば、ＳＴＣ符号としてＳＴＢＣ符号を用いる場合は、図３に吹き出して示すように、時間的（もしくは周波数的）に連続した２つの複素ベースバンド信号（Ｉ，Ｑ）のｓ(ｍ)，ｓ(ｍ＋１)を、ＳＴＣ符号化部１０３に相当するＭＩＭＯ−ＳＴＢＣ符号化部１１８により、ｘ₁(ｍ)＝ｓ(ｍ)，ｘ₁(ｍ＋１)＝−ｓ^*(ｍ＋１)のＳＴＣ信号と、ｘ_２(ｍ)＝ｓ(ｍ＋１)，ｘ_２(ｍ＋１)＝ｓ^*(ｍ)のＳＴＣ信号とを生成する。なお、ｓ^*は、ｓの複素共役を示す。そして、ＳＴＣ符号化部１０３（ＭＩＭＯ−ＳＴＢＣ符号化部１１８）からの一方のＳＴＣ信号（ＳＴＢＣ信号）がＭＵＸ１０４に、他方のＳＴＣ信号（ＳＴＢＣ信号）がＭＵＸ１０５に、それぞれ供給される。

ＭＵＸ１０４，１０５は、それぞれ入力されるＳＤＭ信号およびＳＴＣ信号を合成してＯＦＤＭフレームを構成する。その際、ＭＵＸ制御部１１４は、図示しない送信制御部等から入力されるＭＵＸパターン（合成パターン）値に基づいて、ＭＵＸパターンデータベース１１５に記憶されているＭＵＸパターン値に対応するキャリア情報を取得し、その取得したキャリア情報に基づいて、ＭＵＸ１０４，１０５によるＳＤＭ信号およびＳＴＣ信号の合成を制御する。また、ＭＵＸ制御部１１４は、その際のＭＵＸパターン情報を、例えばＴＭＣＣ信号に重畳してＭＵＸ１０４，１０５に供給する。

図４は、図３のＭＵＸパターンデータベース１１５に記憶されているキャリア情報の一例を示す図である。図４では、４つのＭＵＸパターン値「００」、「０１」、「１０」、「１１」に対して、キャリア毎にＳＤＭまたはＳＴＣのいずれかの信号が指定されている。なお、ＭＵＸパターン値「００」、「０１」、「１０」、「１１」については、後述する。

図５は、図３のＭＵＸ制御部１１４およびＭＵＸ１０４，１０５の動作説明図である。ＭＵＸ制御部１１４は、送信制御部等からＭＵＸパターン値が入力されると（ステップＳ５０１）、その入力ＭＵＸパターン値とＭＵＸパターンデータベース１１５に記憶されているＭＵＸパターン値とを照合してＭＵＸパターンを確定し（ステップＳ５０２）、そのＭＵＸパターン値のキャリア情報をＭＵＸ１０４，１０５に供給する。また、ＭＵＸ制御部１１４は、入力されたＭＵＸパターン値に基づいてＴＭＣＣを変調して（ステップＳ５０３）、ＭＵＸパターン情報を書き込んだＴＭＣＣ信号をＭＵＸ１０４，１０５に供給する。

ＭＵＸ１０４，１０５は、入力するＳＤＭ信号、ＳＴＣ信号、ＴＭＣＣ信号を、ＭＵＸ制御部１１４からのキャリア情報に基づいて選択して、それぞれ同一のＯＦＤＭ信号内に配置する。これにより、例えば図６に示すような同一ＯＦＤＭ信号内にＳＤＭ信号とＳＴＣ信号とが存在するＯＦＤＭフレームを構成する（ステップＳ５０４）。そして、生成したＯＦＤＭフレーム構成を、それぞれ対応するＯＦＤＭ変調部１０６，１０７に供給する。

ＯＦＤＭ変調部１０６，１０７は、対応するＭＵＸ１０４，１０５から入力されるＯＦＤＭ信号を変調し、その変調されたＯＦＤＭ信号をアナログ信号に変換して送信信号１および送信信号２を生成する。その際、変調制御部１１６は、必要に応じて、パイロット配置データベース１１７に記憶されている所定のパイロット配置に基づいてＯＦＤＭ信号内にパイロット信号を配置したり、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理したり、ＧＩ（Guard interval）を付加したり、所要の変調制御を実行する。そして、ＯＦＤＭ変調部１０６，１０７で生成された送信信号１および送信信号２は、公知の方法によりそれぞれＲＦ送信部（図示せず）で周波数変換および電力増幅されて、対応する送信アンテナ１０１，１０２（図２参照）から例えば水平／垂直偏波で放射される。

図７（ａ）〜（ｄ）は、図４に示した４つのＭＵＸパターン値「００」、「０１」、「１０」、「１１」の各ＭＵＸパターン例を示すものである。図７（ａ）〜（ｄ）において、ＯＦＤＭ信号の白地のキャリア部分はＳＤＭ信号部分を示し、ハッチングを施したキャリア部分はＳＴＣ信号部分を示し、太線の同一キャリアはＴＭＣＣ信号を示している。

図７（ａ）は、ＭＵＸパターン値「００」のＭＵＸパターン例を示すもので、ＳＴＣ信号をＯＦＤＭ信号の特定キャリアに固定的に割り当てるものである。すなわち、特定キャリア（またはセグメント）は常にＳＴＣ信号とし、時間方向に不変とする。このＭＵＸパターンは、現行のＩＳＤＢ−Ｔ方式におけるワンセグ放送と同じ形態であり、ハードウェア化が容易である。

図７（ｂ）は、ＭＵＸパターン値「０１」のＭＵＸパターン例を示すもので、ＳＴＣ信号を、時間とともにＯＦＤＭ信号の異なるキャリアに周期的に割り当てるものである。なお、割り当て周期は、予め送／受信側両方に蓄積しておく。このＭＵＸパターンは、規則性があるためＰＬＬ（Phase Locked Loop）が作り易く、ハードウェア化が比較的容易になる利点がある。

図７（ｃ）は、ＭＵＸパターン値「１０」のＭＵＸパターン例を示すもので、ＳＴＣ信号を、所定の規則に従って時間とともにＯＦＤＭ信号のキャリアにランダムに割り当てるものである。なお、所定の規則であるランダマイズするパターンは、予め送／受信側両方に蓄積しておく。このＭＵＸパターンは、ＳＴＣ信号の配置をランダマイズするので、フェージング等に強力な耐性を有する利点がある。

図７（ｄ）は、ＭＵＸパターン値「１１」のＭＵＸパターン例を示すもので、ＳＴＣ信号を、所定時間毎にＯＦＤＭ信号の全てのキャリアに割り当てるものである。このＭＵＸパターンは、規則性があるためハードウェア化が比較的容易になる利点がある。また、移動受信においては、ＳＴＣ信号の受信タイミングが分かるので、該当するシンボル期間だけ復調動作をすれば良く、受信装置の省電力化が期待できる。

図７（ａ）〜（ｄ）に示す４つのＭＵＸパターン例は、上述したように、いずれか１つを送受信装置間で固定的に使用するように予め設定してもよいし、４つのＭＵＸパターン例の全てを送受信装置間でパターンデータベースとして情報を共有して、適宜変更して使用するようにしてもよい。

図８は、図２に示したデータ受信装置２００の要部の具体的構成を示す図である。データ受信装置２００は、図２に示したＤＥＭＵＸ２０３、ＳＴＣ復号部２０４の他、２個の前処理部２０５，２０６、３個の後処理部２０７，２０８，２０９を有している。図８において、２本の受信アンテナ２０１，２０２（図２参照）に対応する受信信号１および受信信号２は、対応する前処理部２０５，２０６にそれぞれ供給される。前処理部２０５，２０６は、入力される受信信号１，２を、それぞれガード相関処理、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理して、各キャリアを同期させる。これら前処理部２０５，２０６の出力信号は、ＤＥＭＵＸ２０３に供給される。

ＤＥＭＵＸ２０３は、２個のＴＭＣＣ復調部２１１，２１２、ＴＭＣＣ読取部２１３、２個のＳＰ（Scattered Pilot）抽出／等化処理部２１４，２１５、伝送路応答算出／偏波分離部２１６、２個のキャリア分離部２１７，２１８を有する。前処理部２０５で処理された受信信号１は、ＴＭＣＣ復調部２１１に入力されてＴＭＣＣ信号が復調された後、ＳＰ抽出／等化処理部２１４に入力されてＳＰの抽出処理および等化処理が行われて伝送路応答算出／偏波分離部２１６に入力される。同様に、前処理部２０６で処理された受信信号２は、ＴＭＣＣ復調部２１２に入力されてＴＭＣＣ信号が復調された後、ＳＰ抽出／等化処理部２１５に入力されてＳＰの抽出処理および等化処理が行われて伝送路応答算出／偏波分離部２１６に入力される。

ＴＭＣＣ復調部２１１，２１２で復調されたＴＭＣＣ信号は、ＴＭＣＣ読取部２１３で読み取られる。ＴＭＣＣ読取部２１３は、ＴＭＣＣ信号からＭＵＸパターン値を抽出し、その抽出したＭＵＸパターン値に対応するキャリア情報を、内蔵するＭＵＸパターンデータベースから取得して、その取得したキャリア情報をキャリア分離部２１７，２１８に供給する。

伝送路応答算出／偏波分離部２１６は、ＳＰ抽出／等化処理部２１４，２１５で抽出されたＳＰに基づいて伝送路応答を算出し、その算出された伝送路応答に基づいて水平／垂直偏波の受信信号を分離する。この伝送路応答算出／偏波分離部２１６で分離された一方の受信信号はキャリア分離部２１７に、他方の受信信号はキャリア分離部２１８にそれぞれ供給される。

キャリア分離部２１７，２１８は、ＴＭＣＣ読取部２１３で抽出されたＴＭＣＣ信号内のＭＵＸパターン値に対応するキャリア情報に基づいて、ＳＤＭ信号キャリアとＳＴＣ信号キャリアとを分離する。すなわち、固定受信向けストリームと移動受信向けストリームとを分離する。そして、ＤＥＭＵＸ２０３は、キャリア分離部２１７で分離されたＳＤＭ信号キャリアを後処理部２０７に、ＳＴＣ信号キャリアをＳＴＣ復号部２０４にそれぞれ供給し、キャリア分離部２１８で分離されたＳＤＭ信号キャリアを後処理部２０８に、ＳＴＣ信号キャリアをＳＴＣ復号部２０４にそれぞれ供給する。

ＳＴＣ復号部２０４は、キャリア分離部２１７，２１８で分離されたＳＴＣ信号を復号して１つのＳＴＣ信号を生成する。例えば、ＳＴＣ符号としてＳＴＢＣ符号が用いられた場合は、図８に吹き出して示すように、一方のキャリア分離部２１７から得られる時間的（もしくは周波数的）に連続した２つの複素ベースバンド信号（Ｉ，Ｑ）のｙ_１(ｍ)，ｙ_１(ｍ＋１)と、一方のキャリア分離部２１８から得られる２つの複素ベースバンド信号（Ｉ，Ｑ）のｙ_２(ｍ)，ｙ_２(ｍ＋１)とを、ＳＴＣ復号部２０４に相当するＭＩＭＯ−ＳＴＢＣ復号部２１９により、ｓ(ｍ)，ｓ(ｍ＋１)のＳＴＣ信号を生成する。そして、ＳＴＣ復号部２０４（ＭＩＭＯ−ＳＴＢＣ復号部２１９）で復号されたＳＴＣ信号（ＳＴＢＣ信号）は、後処理部２０９に供給される。

後処理部２０７，２０８，２０９は、それぞれ入力する受信信号に対して、必要に応じて、周波数デインターリーブ、時間デインターリーブ、デマッピング、ビットデインターリーブ、符号誤り訂正、エネルギー逆拡散等を行う。これにより、空間分割多重して送信された２個のＳＤＭ信号１，２と、時空間符号化されて送信されたＳＴＣ信号とのそれぞれの受信データが得られる。これらの受信データは公知の手法により処理されて、映像を表示する等の復調されたストリームデータが出力される。

図９は、図８の前処理部２０５，２０６からＳＴＣ復号部２０４までの要部の処理を示すフローチャートである。上述したように、先ず、前処理部２０５，２０６は、それぞれの受信信号をキャリア同期させる（ステップＳ９０１）。次に、ＤＥＭＵＸ２０３において、ＴＭＣＣ復調部２１１，２１２により各受信信号からＴＭＣＣ信号を復調し（ステップＳ９０２）、その復調されたＴＭＣＣ信号からＴＭＣＣ読取部２１３によりＭＵＸパターン値を抽出する（ステップＳ９０３）。

その後、ＳＰ抽出／等化処理部２１４，２１５において、各受信信号からＳＰを抽出するとともに、各受信信号の等化処理を行ってから（ステップＳ９０４）、伝送路応答算出／偏波分離部２１６において、両受信信号を水平／垂直偏波毎に偏波分離する（ステップＳ９０５）。つまり、ステップＳ９０４およびＳ９０５において、ＭＩＭＯ復調処理が行われる。

一方、ＴＭＣＣ読取部２１３は、ステップＳ９０３においてＭＵＸパターン値を抽出すると、その抽出したＭＵＸパターン値と内蔵するＭＵＸパターンデータベース２２０に記憶されているＭＵＸパターン値と照合してＭＵＸパターンを確定し（ステップＳ９０６）、そのＭＵＸパターン値のキャリア情報をキャリア分離部２１７，２１８に供給する。そして、キャリア分離部２１７，２１８は、ＴＭＣＣ読取部２１３からのキャリア情報に基づいて、偏波分離された受信信号からＳＤＭ信号キャリアとＳＴＣ信号キャリアとを分離する（ステップＳ９０７）。これにより、例えば図１０に示すように、同一ＯＦＤＭ信号内に配置されていたＳＤＭ信号とＳＴＣ信号とが分離される。

そして、キャリア分離部２１７で分離されたＳＤＭ信号は後処理部２０７に、キャリア分離部２１８で分離されたＳＤＭ信号は後処理部２０８にそれぞれ供給される。また、キャリア分離部２１７，２１８で分離されたＳＴＣ信号は、ＳＴＣ復号部２０４で復号される（ステップＳ９０８）。

ここで、上述したデータ送信装置１００とデータ受信装置２００とによるＭＩＭＯ伝送路モデルについて説明する。なお、ここでは、主として移動受信用の送信信号をＳＴＢＣ符号により伝送する場合を例にとって説明する。

図１１は、この場合のＭＩＭＯ伝送路モデルを示す図である。なお、図１１において、Ｔｘ１，Ｔｘ２は、データ送信装置１００の送信アンテナ１０１，１０２に相当し、Ｒｘ１，Ｒｘ２は、データ受信装置２００の受信アンテナ２０１，２０２に相当する。図１１において、受信信号ｙ_１，ｙ_２は、次式で表される。

ＭＩＭＯ−ＳＤＭ復調においては、各受信信号に含まれる既知パイロット信号からＭＩＭＯ伝送路応答行列Ｈを求め、次式に示すように両辺に逆行列Ｈ^-1をかけることにより、空間多重された送信信号ｘ_１，ｘ_２を分離して求めることができる。なお、受信装置雑音は無視できるほど小さいものとする。

また、ＭＩＭＯ−ＳＴＢＣ復号について、受信信号ｙ_１に注目すると、下記の数式が成り立つ。

受信信号ｙ_２についても、受信信号ｙ_１と同様の数式が得られる。したがって、ＳＤＭ復調の場合と同様に、各ＯＦＤＭキャリアから伝送路応答を求めることにより、送信信号ｓ（ｍ），ｓ（ｍ＋１）を復号することができる。なお、この際、受信信号ｙ_１のＳＮ比（電力比）は、以下のように表される。受信信号ｙ_２についても、同様に表される。

このように、受信信号ｙ_１，ｙ_２ともに、ＳＮ比が改善されるので、システム全体のＳＮ比は、更に改善される。その結果、より安定受信化が期待される。

なお、データ受信装置２００は、上述したようにＳＤＭ信号とＳＴＣ信号との双方を同時に受信処理する場合に限らず、いずれか一方のみを選択して受信処理することも可能である。

図１２〜図１４は、それぞれ図２のデータ受信装置３００，４００，５００の要部の具体的構成を示す図である。これらのデータ受信装置３００，４００，５００は、図８に示したデータ受信装置２００の部分構成からなるので、図８に示した構成要素と同一構成要素には、同一の参照符号を付して説明を省略する。つまり、図２に示したデータ受信装置２００，３００，４００のＤＥＭＵＸ２０３，３０３，４０３は同一構成からなり、データ受信装置２００，４００，５００のＳＴＣ復号部２０４，４０４，５０２は同一構成からなる。

なお、図１２のデータ受信装置３００において、ＤＥＭＵＸ３０３のキャリア分離部２１７，２１８は、ＳＤＭ信号キャリアを抽出するキャリア抽出部として機能する。また、図１３のデータ受信装置４００において、ＤＥＭＵＸ４０３のキャリア分離部２１７，２１８は、ＳＴＣ信号キャリアを抽出するキャリア抽出部として機能する。同様に、図１４のデータ受信装置５００において、キャリア分離部２１７は、ＳＴＣ信号キャリアを抽出するキャリア抽出部として機能する。なお、図１４のデータ受信装置５００は、受信信号系が１系統であるので、１系統の前処理部２０５、ＴＭＣＣ復調部２１１、ＳＰ抽出／等化処理部２１４およびキャリア分離部２１７が設けられており、伝送路応答算出／偏波分離部２１６は設ける必要がない。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形または変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、データ送信装置１００側からＭＵＸパターン（合成パターン）情報を送信するようにしたが、ＭＵＸパターンを固定とする場合は、その送信を省略することもできる。この場合は、送受信装置の双方において、固定のＭＵＸパターンのキャリア情報を有していればよい。また、データ送信装置１００のＳＴＣ符号化部１０３は、上述したように送信信号を時空間ブロック符号化してＳＴＢＣ信号を生成するＳＴＢＣ符号化部により構成する場合に限らず、送信信号を空間周波数ブロック符号化してＳＦＢＣ信号を生成するＳＦＢＣ符号化部や、送信信号を時空間トレリス符号化してＳＴＴＣ信号を生成するＳＴＴＣ符号化部等により構成してもよい。

１００データ送信装置
１０１，１０２送信アンテナ
１０３ＳＴＣ符号化部
１０４，１０５マルチプレクサ（ＭＵＸ）
１０６，１０７ＯＦＤＭ変調部
２００，３００，４００データ受信装置
２０１，２０２，３０１，３０２，４０１，４０２，５０１受信アンテナ
２０３，３０３，４０３デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）
２０４，４０４，５０２ＳＴＣ復号部

Claims

複数Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の送信アンテナから次世代地上デジタル放送に準拠したデータを送信するデータ送信装置であって、
第１受信形態用の送信信号を時空間符号化してＮ個のＳＴＣ信号を生成するＳＴＣ符号化部と、
第２受信形態用の空間分割多重するＮ個のＳＤＭ信号と、前記ＳＴＣ符号化部からのＮ個の前記ＳＴＣ信号のそれぞれと、制御信号とを合成パターンに従って合成するＮ個のマルチプレクサと、
Ｎ個の前記マルチプレクサによる前記合成パターンを制御するとともに、前記制御信号に前記合成パターンを識別する情報を重畳するマルチプレクサ制御部と、
Ｎ個の前記マルチプレクサからの合成信号をそれぞれＯＦＤＭ信号に変調するＮ個のＯＦＤＭ変調部と、を備え、
Ｎ個の前記ＯＦＤＭ変調部でそれぞれ変調された前記ＯＦＤＭ信号から成るデータを、Ｎ本の前記送信アンテナから送信することを特徴とするデータ送信装置。
前記合成パターンは、前記ＳＴＣ信号を、前記ＯＦＤＭ信号の特定キャリアに固定的に割り当てるものである、ことを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
前記合成パターンは、前記ＳＴＣ信号を、時間とともに前記ＯＦＤＭ信号の異なるキャリアに周期的に割り当てるものである、ことを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
前記合成パターンは、前記ＳＴＣ信号を、所定の規則に従って時間とともに前記ＯＦＤＭ信号のキャリアにランダムに割り当てるものである、ことを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
前記合成パターンは、前記ＳＴＣ信号を、所定時間毎に前記ＯＦＤＭ信号の全てのキャリアに割り当てるものである、ことを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のデータ送信装置から送信されるデータを受信するデータ受信装置であって、
少なくとも、
Ｎ本の受信アンテナと、
Ｎ本の前記受信アンテナからの受信信号を受けて、前記制御信号に重畳された前記合成パターンを識別する情報に基づいて前記ＳＴＣ信号と前記ＳＤＭ信号とを分離するデマルチプレクサと、
を備えることを特徴とするデータ受信装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のデータ送信装置から送信されるデータを受信するデータ受信装置であって、
少なくとも、
受信アンテナと、
前記受信アンテナからの受信信号を受けて、前記制御信号に重畳された前記合成パターンを識別する情報に基づく前記ＳＴＣ信号を復号するＳＴＣ信号復号部と、
を備えることを特徴とするデータ受信装置。