JP5885623B2 - 通信システム、送信装置および受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム、送信装置および受信装置に関する。

時空間でブロック符号化された信号を複数のアンテナを使用して送信することにより、空間ダイバーシチ効果が得られる方法が提案されている。例えば、ＳＴＢＣ（Space Time Block Code）方式があるが、中でもＤＳＴＢＣ（Differential ＳＴＢＣ：差動時空符号）方式は受信側で伝送路情報が既知でなくとも、復調を行うことができる（例えば、非特許文献１、２参照）。

ＤＳＴＢＣ方式では、受信アンテナが１本であっても、送信アンテナを複数本使用することで、複数本分のダイバーシチ利得が得られる。

C．Gao，M．Haimovich，"BER Analysis of MPSK Space−Time Block Codes With Differential Detection，"IEEE Communications Letters，vol．7，no．7，pp．314−316，July 2003． V．Tarokh and H．Jafarkhani，"A Differential Detection Scheme for Transmit Diversity，"IEEE Journal on Selected Areas in Communications，vol．18，no．7，pp．1169−1174，July 2000．

しかしながら、上記従来のＤＳＴＢＣ方式によれば、送信局毎に差動時空符号化処理を行って送信する場合、複数の送信局（送信装置）からそれぞれ異なるデータを送信することとなる。このため、他の送信局からの送信信号が干渉となるため、通信品質が劣化するという課題があった。

また、通信品質の改善を図るために、複数の送信局が差動時空符号化処理によりデータの送信を行う場合、各送信局からの送信される信号の位相条件及び伝送路の状態によっては、受信局で受信した際に信号位相が逆相に近い状態となる。このため、位相条件及び伝送路の状態によっては、信号が打ち消しあい、信号レベルが低下することとなり、通信品質が劣化するという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の送信装置により差動時空符号化送信を行う場合に、通信品質の低下を抑えることができる通信システム、送信装置および受信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、２つ以上の送信装置と、前記送信装置から信号を受信する受信装置と、を備える通信システムであって、前記送信装置は、２本以上の送信アンテナと、送信データを差動時空符号化し、前記差動時空符号化後のデータを、対応する送信アンテナごとに分割する差動時空符号化部と、送信アンテナごとに、分割後の前記データに対して、送信装置ごとに異なる符号を乗算する乗算部と、前記乗算部による乗算結果を、乗算された前記符号のビットごとに異なる周波数に周波数変換する周波数変換部と、を備え、前記周波数変換後の結果を、対応する前記送信アンテナからそれぞれ送信し、前記受信装置は、前記送信装置から受信した受信信号に対して、前記送信装置の前記周波数変換部により与えられた周波数の差を除去するよう周波数変換を実施する受信側周波数変換部と、前記受信側周波数変換部による周波数変換実施後の前記受信信号に対して前記符号を乗算する受信側乗算部と、前記符号が乗算された前記受信信号に基づいて差動時空復号を行う差動時空復号部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数の送信局を用いて差動時空符号化送信を行う場合に、通信品質の低下を抑えることができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１の通信システムの構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１の差動時空符号化のブロックと要素の関係と直交性を有する符号の乗算とを説明するための図である。 図３は、実施の形態２の通信システムの構成例を示す図である。 図４は、実施の形態２の差動時空符号化のブロックと要素の関係と直交性を有する符号の乗算とを説明するための図である。 図５は、実施の形態３の通信システムの構成例を示す図である。 図６は、実施の形態３の差動時空符号化のブロックと要素の関係と直交性を有する符号の乗算とを説明するための図である。 図７は、実施の形態４の通信システムの構成例を示す図である。 図８は、実施の形態４の差動時空符号化のブロックと要素の関係と直交性を有する符号の乗算とを説明するための図である。 図９は、実施の形態５の通信システムの構成例を示す図である。 図１０は、実施の形態５の差動時空符号化のブロックと要素の関係と直交性を有する符号の乗算とを説明するための図である。

以下に、本発明にかかる通信システム、送信装置および受信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように本実施の形態の通信システムは、送信局（送信装置）１−１，１−２と、受信局２−１，２−２と、を備える。

送信局１−１の構成と送信局１−２の構成は同様である。送信局１−１，送信局１−２は、それぞれ、変調部１０、差動時空符号化部１１、乗算器１２〜１５、パラレル／シリアル変換部（Ｐ／Ｓ）１６，１７および送信アンテナ１８，１９を備える。なお、ここでは、送信アンテナの数が２本の例を説明するが、送信アンテナの数は２本以上であればよい。

受信局２−１の構成と受信局２−２の構成は同様である。受信局２−１，２−２は、それぞれ、受信アンテナ２０、シリアル／パラレル変換部（Ｓ／Ｐ）２１、乗算器（受信側乗算部）２２，２３、加算器２４、差動時空復号部２５および復調部２６を備える。

本実施の形態では、各送信アンテナのアンテナ番号を、送信局１−１の送信アンテナ１８のアンテナ番号を＃１１、送信局１−１の送信アンテナ１９のアンテナ番号を＃１２、送信局１−２の送信アンテナ１８のアンテナ番号を＃２１、送信局１−２の送信アンテナ１９のアンテナ番号を＃２２とする。以降、計算式等を簡易化するため、各送信アンテナを、アンテナ番号を用いて、例えば、アンテナ＃１１等のように表記する。

ここで、従来のＤＴＢＣの無線システムの送受信方法について説明する。送信すべきデータのブロックの要素である変調信号をs₁(k)、s₂(k)とすると、差動時空符号化前のデータのブロックS(k)は次の式（１）で表せる。ここで、kはブロック単位（本実施の形態では２シンボルを１ブロック単位とした）の時刻を表す。^*は複素共役を表す。

c₁(k)、c₂(k)を差動時空符号化後のブロックの要素である変調信号とすると、差動時空符号化後のデータのブロックC(k)は次の式（２）で表せる。

また、差動時空符号化後のデータのブロックC(k)は、差動時空符号化処理をC(k)＝S(k)・C(k-1)で表現できることから、差動時空符号化前の変調信号s₁(k)、s₂(k)を用いて次の式（３）で表せる。

式（３）により差動時空符号化された変調信号は、２つの送信アンテナから送信される。ここでは、２つの送信アンテナをアンテナ＃１，＃２とする。アンテナ＃１からは（c₁(k)、−c₂ ^*(k)）、アンテナ＃２からは（c₂(k)、c₁ ^*(k)）をそれぞれ送信する。

一方、受信アンテナで受信された信号については、それぞれ、ブロック単位で得られるr₁(k)、r₂(k)を用いて次の式（４）のように行列R(k)で表せる。

ここで、アンテナ＃１，アンテナ＃２から受信アンテナまでのそれぞれの伝送路の状態をh₁(k)、h₂(k)とすると、アンテナ＃１，アンテナ＃２から受信アンテナまでの伝送路状態を示す行列をH(k)は、h₁(k)、h₂(k)を用いて表すことができる。ブロック内（１ブロックを送信してから受信するまでの間）では伝送路状態は準静的なもの（時間的に変化しない）とすると、ブロック単位のH(k)、h₁(k)、h₂(k)は、kに依存しないH、h₁、h₂と表すことができ、Hは次の式（５）で表すことができる。

受信信号のブロック単位の行列R(k)は、伝送路状態のブロック単位の行列H、雑音成分のブロック単位の行列N(k)を用いて表現すると次の式（６）で表せる。

ここで、ブロック単位の行列N(k)は次式で表せる。

受信側では、次の式（８）に従って差動時空復号処理が行われる。^Hはエルミート作用素を表す。

式（８）に示されるように、受信局では１本の受信アンテナでも送信２本のアンテナ（アンテナ＃１およびアンテナ＃２）を使用することで、２本分のダイバーシチ利得が得られることがわかる。

一方、上記のような従来のＤＴＢＣの無線システムでは、複数の送信局からそれぞれ異なるデータを送信すると、他の送信局からの送信信号が干渉となるという問題がある。本実施の形態では、このような干渉を避けるために、送信局ごとにそれぞれ直交性を有する符号を乗算する。

図２は、本実施の形態の差動時空符号化のブロックと要素の関係と直交性を有する符号の乗算とを説明するための図である。以下、図１、２を用いて、本実施の形態の動作について説明する。

図１において、送信局１−１には、送信データ＃１が入力され、送信局１−２には、送信データ＃２が入力される。本実施の形態では、送信データ＃１と送信データ＃２は別の（個別の）データである（同一データではない）とする。送信局１−１と送信局１−２は、それぞれ、送信タイミングの同期を実施する同期部を備え、送信タイミングの同期がとられているものとする。送信タイミングの同期方法について制約はないが、例えば、送信局毎にＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を用いてタイミング同期を行ってもよい。あるいは送信局間で共通のクロックを使用するなどのタイミング同期方法を用いてもよい。

送信局１−１では、まず、変調部１０が送信データ＃１に基づいて変調信号を生成する。差動時空符号化部１１は、式（３）に従って、変調信号に対する差動時空符号化処理を実施する。送信局１−１の差動時空符号化部１１は、差動時空符号化した変調信号を送信アンテナ＃１１から送信するデータと送信アンテナ＃１２から送信するデータに分け、前者を乗算器１２および乗算器１３に入力し、後者を乗算器１４および乗算器１５に入力する。乗算器１２と乗算器１３には同一データが入力される。また、乗算器１４と乗算器１５には同一データが入力される。

送信局１−２でも同様に、変調部１０が送信データ＃２に基づいて変調信号を生成し、差動時空符号化部１１は、変調信号に対する差動時空符号化処理を実施する。送信局１−２の差動時空符号化部１１は、差動時空符号化した変調信号を送信アンテナ＃２１から送信するデータと送信アンテナ＃２２から送信するデータに分け、前者を乗算器１２および乗算器１３に入力し、後者を乗算器１４および乗算器１５に入力する。乗算器１２と乗算器１３には同一データが入力される。また、乗算器１４と乗算器１５には同一データが入力される。

本実施の形態では、送信局毎に直交性を有する符号を用意して保持し、ここではそれぞれの符号の系列長を２とする。送信局１−１が保持する系列長２の符号をW₁₁、W₁₂とし、送信局１−２が保持する系列長２の符号をW₂₁、W₂₂とする。本実施の形態では、これらの符号の系列長に対応して、差動時空符号化された変調信号をブロック単位で同一のものを２組用意する。そして、これら同一データに、保持している符号の各ビットをそれぞれ乗算する。

送信局１−１では、乗算器１２および乗算器１４は、入力されたデータにW₁₁を乗算し、乗算器１３および乗算器１５は、入力されたデータにW₁₂を乗算する。同様に、送信局１−２では、乗算器１２および乗算器１４は、入力されたデータにW₂₁を乗算し、乗算器１３および乗算器１５は、入力されたデータにW₂₂を乗算する。

すなわち、乗算器１２〜１５は、送信アンテナごとに分割された差動時空符号化後の送信データに対して、送信装置ごとに異なる直交性を有する符号を乗算する乗算部である。

ここで、送信局１−１の差動時空符号化された変調信号をC(k)とし、c₁(k)、c₂(k)を差動時空符号化後のブロックごとの変調信号とするとき、送信局１−１の乗算器１２、１３、１４、１５による乗算後の信号は次の式（９）で表される。

同様に、送信局１−２の差動時空符号化された変調信号をC(k)とし、d₁(k)、d₂(k)を差動時空符号化後のブロックごとの変調信号とするとき、送信局１−２の乗算器１２、１３、１４、１５による乗算後の信号は次の式（１０）で表される。

なお、ここでは、直交性を有する符号（W_i1，W_i2）の一例としてWalsh符号である｛（＋１，＋１），（＋１，−１）｝を用いる例を示したが、符号はこれに限定されない。iは送信局１−iの識別番号であり、i＝１，２である。

送信局１−１の乗算器１２、１３の出力はパラレル／シリアル変換部１６に入力されアンテナ＃１１（送信アンテナ１８）から送信される。送信局１−１の乗算器１４、１５の出力はパラレル／シリアル変換部１７に入力されアンテナ＃１２（送信アンテナ１９）から送信される。同様に、送信局１−２の乗算器１２、１３の出力はパラレル／シリアル変換部１６に入力されアンテナ＃２１（送信アンテナ１８）から送信される。送信局１−２の乗算器１４、１５の出力はパラレル／シリアル変換部１７に入力されアンテナ＃２２（送信アンテナ１９）から送信される。

以上のような直交性を有する符号を用いた送信信号の生成の様子を示したものが図２である。図２では、縦軸にブロック番号をとり、一番左に示した行列（C(k-1)，C(k)）は、差動時空符号化された変調信号を示している。この行列の列方向は、送信されるアンテナを示し、１列目はアンテナ＃１１から送信され、２列目はアンテナ＃１２から送信される信号を示している。

C(k-1)，C(k)は、それぞれ同一データとして（１）、（２）に示すように、２つの符号の乗算処理に入力され、W₁₁，W₁₂がそれぞれ乗算され、送信信号となる。図２の右側は、送信局１−２におけるW₂₁，W₂₂の乗算後の送信信号を示している。

送信局１−１のアンテナ＃１１，＃１２、送信局１−２のアンテナ＃２１，＃２２から、それぞれ送信された信号は、受信局２−１および受信局２−２で受信される。受信局２−１の動作と受信局２−２の動作は同様であるが、差動時空復号を実施する前に乗算する符号が互いに異なる。具体的には、受信局２−１では、W₁₁，W₁₂を用い、受信局２−２では、W₂₁，W₂₂を用いる。用いる符号が異なるだけで、受信局２−１の動作と受信局２−２の動作は同様であるため、以下では、受信局２−１の動作を説明し、受信局２−２の動作の説明を省略する。

受信局２−１が受信アンテナ２０により受信した受信信号は、シリアル／パラレル変換部２１に入力される。シリアル／パラレル変換部２１は、受信信号をシリアル／パラレル変換する。ここで、シリアル／パラレル変換部２１の出力には、図２に示されるような(k-1)番目のブロックとk番目のブロックに対して、それぞれ図２の（１）と（２）で示し２個の（乗算した符号の異なる）ブロック要素を含む。

受信局２−１では、乗算器２２により受信信号にW₁₁が乗算され、乗算器２３により受信信号にW₁₂が乗算される。説明の簡単のために雑音がないとすると、各ブロックの受信信号の要素は、（１）に対応する要素（（１）の処理が実施された送信信号に対応する受信信号の要素）をr₁ ^b(k)，r₂ ^b(k)とし、（２）に対応する要素（（２）の処理が実施された送信信号に対応する受信信号の要素）をr₁ ^a(k)，r₂ ^a(k)とすると、以下の式（１１）で表せる。

ここで、h₁₁、h₁₂、h₂₁、h₂₂は、それぞれ、送信局１−１および送信局１−２の各送信アンテナと受信アンテナ間の伝送路状態を表している。加算器２４は、乗算器２２による乗算後の受信信号と、乗算器２２による乗算後の受信信号と、を加算する。乗算器２２による加算結果をブロックX₁(k)とするとき、X₁(k)の各要素x₁₁(k)、x₁₂(k)は、それぞれ、次の式（１２）で表される。

式（１２）に示されるように、受信局２−１では送信局１−１に対応する信号成分が残っており、送信局１−２に対応する信号成分が消えていることがわかる。なお、ブロックX₁(k)は次の式（１３）で表せる。

また、送信局１−１と受信局２−１の間の伝送路の状態H₁(k)と、送信局１−２と受信局２−２の間の伝送路の状態H₂(k)は次の式（１４）で表せる。

上記の式（１３）のブロックX₁(k)は、送信局１−２の信号成分が消えて、式（４）のR(k)と同じ形態となっている。また、上記の式（１２）からわかるように、式（１３）のブロックX₁(k)は、ブロックの各要素が式（４）のR(k)の各要素の２倍の大きさになっていることがわかる。加算器２４の出力は、差動時空復号部２５に入力される。差動時空復号部２５は、従来のＤＳＴＢＣ方式と同様に、式（８）により差動時空復号を実施する。具体的には、下記の式（１５）により差動時空復号を実施する。そして、復調部２６により復調処理が実施され、復調結果＃１が得られる。

同様にして、送信局１−２では、送信局１−１の信号成分が消えたブロックX₂(k)が差動時空復号部２５に入力され、差動時空復号後に、復調処理が実施され復調結果＃２が得られる。

以上のように、本実施の形態では、送信局１−１，１−２が、差動時空符号化後の送信データに対して、直交する符号をビットごとに乗算して送信するようにした。そして、受信局２−１，２−２では、それぞれ送信局と同じ符号を乗算した後に復号を行うようにした。このため、受信局２−１，２−２が備える受信アンテナがそれぞれ１本であっても、２本の送信アンテナを使用することで、２本分のダイバーシチ利得が得られることに加え、伝送路の状態が不明であり、送信局間で干渉が発生する場合でも、通信品質を劣化させることなく通信を行うことが可能となる。

また、本実施の形態では、符号の系列長が２の場合について説明を行っているが、例えば、送信局数を４とした場合には、符号（例えばWalsh符号）の系列長を４とし、この符号の系列長に対応して、差動時空符号化された変調信号をブロック単位で同一のものを４組用意してそれぞれに系列を乗算する。そして、受信局の数を４とし、各受信局では、それぞれ異なる送信局が用いた符号を乗算する。これにより、利用する送信局数に応じて通信品質を劣化させることなく通信可能な通信システムが得られる。

なお、本実施の形態では、データ＃１，＃２を変調した変調信号を差動時空符号化する例について説明したが、変調方法に制約はなく、また変調されていない信号を差動時空符号化する場合にも同様に本実施の形態の動作を適用できる。

また、本実施の形態では、データ＃１の宛先が受信局２−１であり、データ＃２の宛先が受信局２−２である例を説明したが、例えば、受信局２−１がデータ＃１，データ＃２の両方を受信する必要がある場合は、受信局２−１は、乗算器２２、２３以降復調部２６までの構成をもう一式備え、シリアル／パラレル変換部２１の出力をこの一式にも入力するようにし、この一式の乗算器２２、２３では、受信局２−２と同様に、W₂₁，W₂₂をそれぞれ乗算して復調結果＃２を得るようにすればよい。

実施の形態２．
図３は、本発明にかかる通信システムの実施の形態２の構成例を示す図である。図３に示すように本実施の形態の通信システムは、送信局（送信装置）１−１，１−２と、受信局３と、を備える。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

本実施の形態の送信局１−１，１−２の構成は、実施の形態１と同様であるが、本実施の形態では、送信局１−１と送信局１−２に送信する情報データとして同一データを入力する。

本実施の形態の受信局３は、受信アンテナ３０、シリアル／パラレル変換部（Ｓ／Ｐ）３１−１，３１−２、乗算器３２−１，３２−２，３３−１，３３−２、加算器３４−１，３４−２、差動時空復号部３５−１，３５−２および復調部３７を備える。

図４は、実施の形態の差動時空符号化のブロックと要素の関係と直交性を有する符号の乗算とを説明するための図である。図４では、図２と同様に、縦軸にブロック番号をとり、一番左に示した行列（C(k-1)，C(k)）は、差動時空符号化された変調信号を示している。この行列の列方向は、送信されるアンテナを示し、１列目はアンテナ＃１１から送信され、２列目はアンテナ＃１２から送信される信号を示している。

図３、４を用いて本実施の形態の動作を説明する。送信局１−１と送信局１−２には、同一のデータが入力される。送信局１−１では、変調部１０、差動時空符号化部１１、乗算器１２〜１５により、差動時空符号化された変調信号に直交性を有する符号W₁₁、W₁₂が乗算される。送信局１−１の差動時空符号化された変調信号をC(k)とすると、乗算器１２〜１５による乗算後の信号は次の式（１６）で表される。式（９）と比較するとわかるとおり、この信号は実施の形態１と同様である。

一方、送信局１−２では、本実施の形態では、送信局１−１と同一データが入力されるため、実施の形態２と同様に、直交性を有する符号W₂₁、W₂₂を用いた乗算を実施した後の信号は、次の式（１７）で表される。

直交性を有する符号については、実施の形態１と同様であり、ここでは、Walsh符号として、｛（＋１，＋１），（＋１，−１）｝を用いる例を説明する。

以上のことから、送信局１−２からは、図３の右側に示すような送信信号が送信される。送信局１−１から送信される送信信号は、実施の形態１と同様である。

送信局１−１のアンテナ＃１１、＃１２、送信局１−２のアンテナ＃２１、＃２２から、それぞれ送信された信号は、受信局３で受信される。実施の形態１では、受信局２−１が送信局１−１が用いる符号で乗算し、受信局２−２が送信局１−２が用いる符号で乗算することにより送信局１−１からの送信信号と送信局１−２からの送信信号を分離した。本実施の形態の受信局３では、同一受信局３が、送信局１−１が用いる符号の乗算と送信局１−２が用いる符号の乗算との両方の乗算を実施する。

具体的には、受信局３は、次のような動作を実施する。受信局３では、受信アンテナ３０により受信された受信信号は、シリアル／パラレル変換部３１−１，３１−２にそれぞれ入力される。シリアル／パラレル変換部３１−１，３１−２は、それぞれ入力された受信信号をシリアル／パラレル変換する。シリアル／パラレル変換部３１−１，３１−２の出力は、実施の形態１と同様に、送信局ごとに、図４に示されるような(ｋ-１)番目のブロックとk番目のブロックに対して、それぞれ乗算された符号の異なる（１）と（２）の２個のブロックが含まれる。

本実施の形態では、乗算器３２−１は、受信信号にW₁₁を乗算し、乗算器３３−１は、受信信号にW₁₂を乗算し、乗算器３２−２は、受信信号にW₂₁を乗算し、乗算器３３−２は、受信信号にW₂₂を乗算する。そして、加算器３４−１は、乗算器３２−１の出力と乗算器３３−１の出力を加算し、加算器３４−２は、乗算器３２−２の出力と乗算器３３−２の出力を加算する。

説明の簡単のために雑音がないとすると、受信信号の各ブロックの要素は、（１）に対応する要素をr₁ ^b(k)，r₂ ^b(k)とし、（２）に対応する要素をr₁ ^a(k)，r₂ ^a(k)とすると、以下の式（１８）で表せる。

式（１８）で表される受信信号のブロックの要素を入力として、加算器３４−１，３４−２の加算結果をそれぞれブロックX₁(k)，X₂(k)とするとき、ブロックX₁(k)の各要素x₁₁(k)、x₁₂(k)と、ブロックX₂(k)の各要素x₂₁(k)、x₂₂(k)とはそれぞれ、次の式（１９）で表される。

式（１９）に示されるように、受信局３では送信局１−１の信号成分と、送信局１−２の信号成分がそれぞれ分離して得られている。このとき、加算器３４−１の出力であるブロックX₁(k)、加算器３４−２の出力であるブロックX₂(k)は次の式（２０）で表せる。

上記式（２０）のブロックX₁(k)，X₂(k)では、それぞれ、送信局間の干渉が発生しておらず、式（１５）と同じ形態となっていることがわかる。加算器３４−１の出力は、差動時空復号部３５−１に入力される。差動時空復号部３５−１は、以下の式（２１）にしたがって、式（１５）と同様の差動時空復号を実施する。

一方、加算器３４−２の出力は、同様に、差動時空復号部３５−２に入力されて、差動時空復号部３５−２は、以下の式（２２）にしたがって差動時空復号が行われる。

上記の式（２０）、式（２１）に示されるように、雑音がないと仮定した場合、両復号結果ともS(k)に対して伝送路状態に応じた係数が乗じられている値となることがわかる。

したがって、加算器３６により、差動時空復号部３５−１の復号結果と差動時空復号部３５−２の復号結果とを加算することにより、送信局１−１および送信局１−２の各２本の合計４本の送信アンテナから送信された信号の合成結果を得ることができる。この構成結果は、復調部３７に入力され、復調部３７が復調処理を実施する。

以上のように、本実施の形態では、送信局１−１，１−２が同一データを送信する場合に、実施の形態１と同様に直交性を有する符号を乗算して送信する。そして、受信局３が、受信信号に対して送信局１−１，１−２で用いられた符号を乗算して、送信アンテナ４本の送信信号を合成するようにした。このため、受信アンテナが１本の場合でも４本の送信アンテナを使用することができ、通信品質を改善することができる。

また、本実施例では、符号の系列長が２の場合について説明を行っているが、実施の形態１で述べたように、系列長はこれに限定されず、例えば、送信局数を４とした場合には、符号（例えばWalsh符号）の系列長を４とすることができる。

実施の形態３．
図５は、本発明にかかる通信システムの実施の形態３の構成例を示す図である。図５に示すように本実施の形態の通信システムは、送信局（送信装置）１−１，４と、受信局３ａと、を備える。

本実施の形態の送信局１−１は、実施の形態１の送信局１−１と同様である。本実施の形態の送信局４は、複素共役算出部４０を追加する以外は、実施の形態１の送信局１−１と同様である。本実施の形態の受信局３ａは、複素共役算出部（受信側複素共役算出部）３８を追加する以外は、実施の形態２の受信局３と同様である。実施の形態１、２と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１、２と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

本実施の形態では、実施の形態２と同様に、２つの送信局から同一データを送信する。本実施の形態では、実施の形態２と異なり、信号の位相条件と伝送路の状態により各送信局から送信された信号が互いに打ち消しあわないように、送信信号を生成する。

なお、本実施の形態では、実施の形態１、２の送信局１−２の代わりに送信局４を用いるため、送信局４の送信アンテナ１８のアンテナ番号を＃２１、送信局４の送信アンテナ１９のアンテナ番号を＃２２として説明する。

図６は、実施の形態の差動時空符号化のブロックと要素の関係と直交性を有する符号の乗算とを説明するための図である。図６では、図２と同様に、縦軸にブロック番号をとり、一番左に示した行列（C(k-1)，C(k)）は、差動時空符号化された変調信号を示している。この行列の列方向は、送信されるアンテナを示し、１列目はアンテナ＃１１から送信され、２列目はアンテナ＃１２から送信される信号を示している。

図５、６を用いて、本実施の形態の動作を説明する。本実施の形態の動作は、実施の形態２と共通する部分が多いため、実施の形態２と異なる部分について説明を行う。

送信局１−１では、実施の形態１、２と同様に、差動時空符号化された信号に対して直交性を有する系列長２の符号W₁₁，W₁₂を乗算する。この乗算後の信号は、差動時空符号化された変調信号をC(k)とすると、以下の式（２３）で表される。

送信局４では、送信局１−１と同一データを入力として変調部１０が変調信号を生成する。送信局４の複素共役算出部４０は、変調信号を複素共役化して（複素共役値を求め）、差動時空符号化部１１へ入力する。変調信号が複素共役化されていることから、差動時空符号化された信号C^*(k)は、次の式（２４）で表される。

上記の式（２４）に示した差動時空符号化された信号C^*(k)に対して、乗算器１２〜１５は、実施の形態１と同様に、直交性を有する系列長２の符号W₂₁，W₂₂をそれぞれ乗算する。乗算後の信号は、次の式（２５）で表される。

ここで、直交性を有する符号（W_i1，W_i2）については、実施の形態１、２と同様である。式（２３）と式（２５）からわかるように、送信局１−１から送信される信号と送信局４から送信される信号と各要素が互いに複素共役となっているため、送信側の信号の位相条件によらず、受信側で信号が打ち消しあうことを防ぐことができる。

以降、受信局３ａにおける差動時空復号部３５−１，３５−２までの処理は実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。差動時空復号部３５−１，３５−２の出力は、それぞれ以下の式（２６）、（２７）で表せる。

式（２５）、式（２６）に示すように、差動時空復号部３５−１，３５−２の出力は、それぞれS(k)、S^*(k)に対して伝送路状態に応じた係数が乗じられていることがわかる。

複素共役算出部３８は、差動時空復号部３５−２から出力される信号を複素共役化して加算器３６へ出力する。加算器３６では、差動時空復号部３５−１の出力と複素共役算出部３８の出力とを加算することにより、送信局１−１および送信局４の送信アンテナ４本分の信号が合成される。復調部３７は、この合成信号に対して復調処理を実施する。

以上のように、本実施の形態では、送信局１−１と送信局４が同一データを送信する場合に、送信局４は、送信する変調信号を複素共役化した後に差動時空符号化し、実施の形態２と同様に符号を乗算して送信するようにした。このため、各送信局から送信される信号の位相条件及び伝送路の状態によらずに、受信局で信号が打ち消されないようにすることができ、通信品質の劣化を抑えることができる。

また、本実施の形態では、符号の系列長が２の場合について説明を行っているが、実施の形態１で述べたように、系列長はこれに限定されず、例えば、送信局数を４とした場合には、符号（例えばWalsh符号）の系列長を４とすることができる。なお、送信局数を４とする場合、例えばそのうちの２局を送信局１−１の構成とし、他の２局を送信局４の構成とする。

実施の形態４．
図７は、本発明にかかる通信システムの実施の形態４の構成例を示す図である。図７に示すように本実施の形態の通信システムは、送信局（送信装置）１−１，４と、受信局２−１，５と、を備える。

本実施の形態の送信局１−１，４の構成は、実施の形態１の送信局１−１，４の構成と同様である。本実施の形態の受信局２−１は、実施の形態１の受信局２−１と同様である。本実施の形態の受信局５は、複素共役算出部５０を追加する以外は、実施の形態１の受信局２−２と同様である。実施の形態１、２または３と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１、２または３と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態３では、２つの送信局から同一データを送信する場合に、一方のデータを複素共役化することにより、信号の位相条件と伝送路の状態により打ち消しあわないようにしたが、本実施の形態では、２つの送信局がそれぞれ別のデータを送信する場合に、信号の位相条件と伝送路の状態により打ち消しあわないように一方のデータを複素共役化して送信する。２つの送信局から別のデータを送信する場合にも、同一データを送信する場合に比べ頻度は少ないものの、信号の位相条件と伝送路の状態によっては受信側で信号が打ち消されることがある。このため、本実施の形態では、２つの送信局から別のデータを送信する場合に、一方のデータを複素共役化して送信する。

図８は、実施の形態の差動時空符号化のブロックと要素の関係と直交性を有する符号の乗算とを説明するための図である。図８では、図２と同様に、縦軸にブロック番号をとり、一番左に示した行列（C(k-1)，C(k)）は、差動時空符号化された変調信号を示している。この行列の列方向は、送信されるアンテナを示し、１列目はアンテナ＃１１から送信され、２列目はアンテナ＃１２から送信される信号を示している。

なお、本実施の形態においても、実施の形態３と同様に、送信局４の送信アンテナ１８のアンテナ番号を＃２１、送信局４の送信アンテナ１９のアンテナ番号を＃２２として説明する。

図７、８を用いて本実施の形態の動作を説明する。本実施の形態の動作は、実施の形態１と共通する部分が多いため、実施の形態１と異なる部分について説明を行う。

送信局１−１では、実施の形態１と同様に、データ＃１に基づいて変調信号が生成され、差動時空符号化された変調信号に対して直交性を有する系列長２の符号W₁₁，W₁₂を乗算する。この乗算後の信号は、差動時空符号化された変調信号をC(k)とすると、以下の式（２８）で表される。

送信局１−２では、変調部１０によりデータ＃２に基づいて変調信号が生成される。変調信号を複素共役化して、差動時空符号化部１１へ入力する。変調信号が複素共役化されていることから、差動時空符号化された信号D^*(k)は、次の式（２９）で表される。

ここで、直交性を有する符号(W_i1，W_i2)は、実施の形態１と同様である。本実施の形態では、送信局１−１と送信局４は、別のデータを送信するが、頻度は少ないが偶然、c₁(k)＝d₁(k)、c₂(k)＝d₂(k)となることも考えられる。このような場合、送信側の信号の位相条件や伝送路の状態によっては、受信側で信号が打ち消されることがある。本実施の形態では、上記の式（２８）と式（２９）で表されるように、送信局１−１から送信する信号と送信局４から送信する信号とは各要素が互いに複素共役となっているため、c₁(k)＝d₁(k)、c₂(k)＝d₂(k)となった場合にも、送信側の信号の位相条件によらず、受信側で信号が打ち消しあうことを防ぐことができる。

受信局２−１の動作は実施の形態１と同様である。また、受信局５の差動時空復号部２５までの動作は、実施の形態１の受信局２−２の動作と同様である。受信局２−１の差動時空復号部２５の出力と、受信局５の差動時空復号部２５の出力と、は、それぞれ以下の式（３０）、式（３１）で表される。

受信局５では、差動時空復号部２５の出力は、複素共役算出部５０に入力される。複素共役算出部５０は、入力された信号を複素共役化して復調部２６へ出力する。復調部２６は、実施の形態１と同様に復調処理を実施する。これにより、受信局５では、復調結果＃２として、送信局４から送信されたデータ＃２を得ることができる。

以上のように、本実施の形態では、送信局１−１と送信局４からの別の情報を送信する場合に、一方の送信データを複素共役化してから差動時空符号化し、実施の形態１と同様に直交する符号を乗算して送信するようにした。このため、送信局から送信される信号の位相条件及び伝送路の状態によらず、受信局で信号が打ち消されることを防ぎ、通信品質の劣化を抑えることができる。

また、本実施の形態では、符号の系列長が２の場合について説明を行っているが、実施の形態１で述べたように、系列長はこれに限定されず、例えば、送信局数を４とした場合には、符号（例えばWalsh符号）の系列長を４とすることができる。なお、送信局数を４とする場合、例えばそのうちの２局を送信局１−１の構成とし、他の２局を送信局４の構成とする。

実施の形態５．
図９は、本発明にかかる通信システムの実施の形態５の構成例を示す図である。図９に示すように本実施の形態の通信システムは、送信局（送信装置）６−１，６−２と、受信局７−１，７−２と、を備える。

本実施の形態の送信局６−１，６−２は、周波数変換部６０−１，６０−２，６１−１，６１−２を追加する以外は、実施の形態１の送信局１−１，１−２と同様である。本実施の形態の受信局７−１，７−２は、周波数変換部（受信側周波数変換部）７０，７１を追加する以外は、実施の形態１の受信局２−１，２−２と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

なお、本実施の形態においては、送信局６−１の送信アンテナ１８のアンテナ番号を＃１１、送信局６−１の送信アンテナ１９のアンテナ番号を＃１２とし、送信局６−２の送信アンテナ１８のアンテナ番号を＃２１、送信局６−２の送信アンテナ１９のアンテナ番号を＃２２として説明する。

本実施の形態では、時間方向に同じ情報の差動時空符号化のブロックを送信するのではなく、信号帯域のコヒーレンシがある伝送路において、周波数方向に同じ情報の差動時空符号化のブロックを送信する例について説明する。これにより、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、通信速度の低下を防ぐことができる。

図１０は、実施の形態の差動時空符号化のブロックと要素の関係と直交性を有する符号の乗算とを説明するための図である。図１０では、図２と同様に、縦軸にブロック番号をとり、一番左に示した行列（C(k-1)，C(k)）は、差動時空符号化された変調信号を示している。この行列の列方向は、送信されるアンテナを示し、１列目はアンテナ＃１１から送信され、２列目はアンテナ＃１２から送信される信号を示している。

本実施の形態の動作は、実施の形態１と共通する部分が多いため、実施の形態１と異なる部分について説明を行う。送信局６−１，６−２において、それぞれ乗算器１２〜１５による乗算が行われるまでの動作は実施の形態１と同様である。送信局６−１，６−２の乗算器１２〜１５による乗算後の信号は、それぞれ式（３２）、（３３）で表される。

送信局６−１，６−２の乗算器１２の出力は周波数変換部６０−１へ入力され、乗算器１３の出力は周波数変換部６１−１へ入力され、乗算器１４の出力は周波数変換部６０−２へ入力され、乗算器１５の出力は周波数変換部６１−２へ入力される。

周波数変換部６０−１，６０−２は、入力された信号に対して予め定められた周波数ｆ分周波数をシフトさせる周波数変換を行い、変換後の信号を加算器６２，６３へそれぞれ出力する。周波数変換部６１−１，６１−２は、入力された信号に対して予め定められた周波数ｆ＋Δｆ周波数をシフトさせて、変換後の信号を加算器６２，６３へそれぞれ出力する。ｆ，Δｆは、どのような値でもよい。Δｆは、例えば、変調部１０で生成された変調信号の帯域幅以上の周波数を設定することができる。

加算器６２は、周波数変換部６０−１からの出力と周波数変換部６１−１からの出力とを加算する。この加算された信号は送信アンテナ１８から送信される。加算器６３は、周波数変換部６０−２からの出力と周波数変換部６１−２からの出力とを加算する。この加算された信号は送信アンテナ１９から送信される。

このようにして、差動時空符号化部１１から出力される同一の信号に対して、W₁₁を乗算した場合とW₁₂を乗算した場合と（またはW₂₁を乗算した場合とW₂₂を乗算した場合と）、で異なる周波数に変換して送信するようにしている。これにより、信号間の干渉を低減することができる。

送信局６−１および送信局６−２より送信された信号は、受信局７−１および受信局７−２で受信される。受信局７−１，７−２では、受信アンテナ２０により受信した受信信号は、周波数変換部７０および周波数変換部７１に入力される。周波数変換部７０では、受信信号に対して周波数を−ｆシフトする周波数変換が実施され、周波数変換部７１では、受信信号に対して周波数を−（ｆ＋Δｆ）シフトする周波数変換が実施される。すなわち、周波数変換部７０、７１は、送信側で実施された周波数変換を元に戻す処理を実施する。例えば、周波数変換された信号は、ベースバンド信号となるように調整される。なお、周波数変換部７０、７１の周波数変換は、各受信信号の周波数の差（Δｆ）をなくすような処理であればよい。

周波数変換部７０の出力と周波数変換部７１の出力とは加算器２４に入力される。換算器２４以降の処理は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。この際の差動時空復号部２５の処理は、以下の式（３４）、式（３５）で表される。

以上のように、複数の送信局で、異なる情報を送る際に干渉が発生しないように、信号帯域のコヒーレンシがある伝送路において、実施の形態と直交性を有する符号を乗算した後に、符号の系列長に相当する複数の周波数を用いて、符号のビットごとに異なる周波数で信号を送信するようにした。受信局では、受信信号に対して複数の周波数に対応する周波数変換を実施した後に差動時空復号を行うようにした。このため、干渉の発生を抑圧して通信品質の劣化を抑えるとともに、通信速度を低下させずに通信を実施することが可能である。

また、本実施の形態では、符号の系列長が２の場合について説明を行っているが、実施の形態１で述べたように、系列長はこれに限定されず、例えば、送信局数を４とした場合には、符号（例えばWalsh符号）の系列長を４とすることができる。

また、実施の形態４と同様に、送信局６−２に変調部１０の出力の複素共役値を演算する複素共役算出部５０を備える、受信局７−２に差動時空復号の出力の複素共役値を演算する複素共役算出部３８を設けることで、各送信局から送信される信号の位相条件及び伝送路の状態に依存せずに、通信品質の劣化を抑えることができる。

以上のように、本発明にかかる通信システム、送信装置および受信装置は、差動時空符号化を採用する通信システムに有用であり、特に、通信品質の向上を図る通信システムに適している。

１−１，１−２，４，６−１，６−２ 送信局、２−１，２−２，３，３ａ，５ 受信局、１０ 変調部、１１ 差動時空符号化部、１２〜１５ 乗算器、１６，１７ パラレル／シリアル変換部、１８，１９ 送信アンテナ、２０，３０ 受信アンテナ、２１，３１−１，３１−２ シリアル／パラレル変換部、２２，２３,３２-１，３２−２，３３−１，３３−２ 乗算器、２４，３４−１，３４−２，３６ 加算器、２５，３５−１，３５−２ 差動時空復号部、２６，３７ 復調部、３８，４０，５０ 複素共役算出部、６０−１，６０−２，６１−１，６１−２，７０，７１ 周波数変換部。

Claims (8)

1. ２つ以上の送信装置と、前記送信装置から信号を受信する受信装置と、を備える通信システムであって、
   前記送信装置は、
   ２本以上の送信アンテナと、
   送信データを差動時空符号化し、前記差動時空符号化後のデータを、対応する送信アンテナごとに分割する差動時空符号化部と、
   送信アンテナごとに、分割後の前記データに対して、送信装置ごとに異なる符号を乗算する乗算部と、
   前記乗算部による乗算結果を、乗算された前記符号のビットごとに異なる周波数に周波数変換する周波数変換部と、
   を備え、
   前記周波数変換後の結果を、対応する前記送信アンテナからそれぞれ送信し、
   前記受信装置は、
   前記送信装置から受信した受信信号に対して、前記送信装置の前記周波数変換部により与えられた周波数の差を除去するよう周波数変換を実施する受信側周波数変換部と、
   前記受信側周波数変換部による周波数変換実施後の前記受信信号に対して前記符号を乗算する受信側乗算部と、
   前記符号が乗算された前記受信信号に基づいて差動時空復号を行う差動時空復号部と、
   を備えることを特徴とする通信システム。
2. 前記受信装置を２つ以上備え、
   前記送信装置のうち少なくとも２つの送信装置は、前記送信データとして前記送信装置ごとに個別の送信データを送信し、
   前記受信側乗算部は、前記受信装置ごとにそれぞれ異なる前記送信装置において用いられた前記符号を乗算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記送信装置のうち少なくとも２つの送信装置は、前記送信データとして同一データを送信し、
   前記受信装置は、異なる前記符号を乗算した結果同士を加算する加算部、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
4. 前記送信装置のうち少なくとも１つの送信装置は、
   前記送信データの複素共役値を求める複素共役算出部、
   をさらに備え、
   前記差動時空符号化部は、前記複素共役値を前記送信データとして前記差動時空符号化を行い、
   前記受信装置のうち少なくとも１つの受信装置は、
   前記差動時空復号の結果の複素共役値を求める受信側複素共役算出部、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１、２または３に記載の通信システム。
5. 前記符号を、直交性を有する符号とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の通信システム。
6. 前記送信装置は、他の前記送信装置との間で、送信タイミングを同期させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の通信システム。
7. ２本以上の送信アンテナと、
   送信データを差動時空符号化し、前記差動時空符号化後のデータを、対応する送信アンテナごとに分割する差動時空符号化部と、
   送信アンテナごとに、分割後の前記データに対して、送信装置ごとに異なる符号を乗算する乗算部と、
   前記乗算部による乗算結果を、乗算された前記符号のビットごとに異なる周波数に周波数変換する周波数変換部と、
   を備え、
   前記周波数変換後の結果を、対応する前記送信アンテナからそれぞれ送信することを特徴とする送信装置。
8. ２つ以上の送信装置が、送信データを差動時空符号化して送信アンテナごとに分割して、分割後の送信データに対して送信装置ごとに異なる符号を乗算した信号を対応する前記送信アンテナからそれぞれ送信した信号、を受信する受信装置であって、
   前記送信装置は、前記符号を乗算した信号を、前記符号のビットごとに異なる周波数に周波数変換する周波数変換部を備え、
   前記受信装置は、
   前記送信装置から受信した受信信号に対して、前記送信装置の前記周波数変換部により与えられた周波数の差を除去するよう周波数変換を実施する受信側周波数変換部と、
   前記受信側周波数変換部による周波数変換実施後の前記受信信号に対して前記符号を乗算する受信側乗算部と、
   前記符号が乗算された前記受信信号に基づいて差動時空復号を行う差動時空復号部と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
   

Images