JP6086586B2 - Ｍｉｍｏ送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）無線通信システムに関し、特に送信装置に関するものである。

ＭＩＭＯ無線通信システムでは、送信側、受信側双方が複数のアンテナを持っており、送信側では、複数のデータを複数のアンテナ使って送信し、受信側では受信信号から各送信信号を分離して受信データを取り出す。
そのため、１つの受信系統の受信信号には、複数の送信系列からの送信信号成分が含まれ、各送信信号成分には、それぞれチャネルにより電力減衰、位相回転、遅延の影響が加わっている。

一般に、ＭＩＭＯ方式を含むＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号を用いたシステムでは、時間軸上の受信信号に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform）演算処理を行うことにより、周波数軸の信号に変換を行い、等化などの処理により送信信号を再生する。

ＦＦＴ演算処理を行う場合には、有効シンボルに付加されているガードインターバル信号を含む当該シンボル内の信号を、予め設定されているＦＦＴポイント数分だけ取り込み、演算を行う。

シンボルの先頭の検出には、ガードインターバルを利用した自己相関、又は、送信側においてプリアンブル信号を付加して受信側でプリアンブル信号を利用して求めた相互相関を用いる。

従来、デジタル無線通信において、同一波干渉を回避する手法として、ＭＩＭＯ技術を応用したＤＳＴＢＣ（Differential Space-Time Block Coding）方式の技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１２−１３４７２９号公報

ＭＩＭＯ無線通信システムにおいて、２つの送信高周波部と２つのアンテアを用いて送信を行うシステムの場合、片方が故障すると２つに分けられた元信号の一部が空間へ送信されず、復調特性が大幅に劣化する。

本発明の送信装置は、ＭＩＭＯ変調部と、少なくとも２つの送信高周波部を有する送信装置であって、ＭＩＭＯ変調部はマトリクス部を有し、マトリクス部は送信高周波部からの信号に基づき、マトリクス係数を適応的に変更して、少なくとも２つの送信高周波部に出力することを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも２つの送信高周波部と２つのアンテアを用いて送信を行うＭＩＭＯ無線通信システムの場合、一方の送信系が故障しても一部の送信データは送信できるため、完全な通信断を回避することができる。

本発明の実施の形態に係わるＭＩＭＯ無線通信システムの構成例を説明するための図である。 本発明の一実施例であるＭＩＭＯ変調部の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例であるマトリクス部を説明するための図である。 本発明の一実施例の動作を説明するための図である。 本発明の一実施例の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施例について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わるＭＩＭＯ無線通信システムの構成例を説明するための図である。
図１において、送信装置１１０は、ＭＩＭＯ変調部１１１と、送信高周波１部１１２と、送信高周波２部１１３と、アンテナ１１４，１１５とで構成している。

ＭＩＭＯ変調部１１１は、入力された送信データ１２１を変調し、Ｉｆ１信号１２２とＩｆ２信号１２３へ出力する。
送信高周波１部１１２は、Ｉｆ１信号１２２に増幅等の各種信号処理を施し、アンテナ１１４からｘ１信号１２４を送信する。また、送信高周波１部１１２は、故障等が生じた場合にアラーム１信号１２６をＭＩＭＯ変調部１１１へ出力する。
送信高周波２部１１３は、Ｉｆ２信号１２３に増幅等の各種信号処理を施し、アンテナ１１５からｘ２信号１２５を送信する。また、送信高周波２部１１３は、故障等が生じた場合にアラーム２信号１２７をＭＩＭＯ変調部１１１へ出力する。
なお、アラーム１信号１２６とアラーム２信号１２７には、アラームの有無情報の他に故障情報を重畳しても良い。

受信装置１３０は、アンテナ１３４，１３５と、受信高周波１部１３２と、受信高周波２部１３３と、ＭＩＭＯ復調部１３１とで構成している。
アンテナ１３４は、送信装置１１０のアンテナ１１４から送信された電波ｈ１１と、アンテナ１１５から送信された電波ｈ１２とを受信し、受信したｙ１信号１４４を受信高周波１部１３２に伝送する。
アンテナ１３５は、送信装置１１０のアンテナ１１４から送信された電波ｈ２１と、アンテナ１１５から送信された電波ｈ２２とを受信し、受信したｙ２信号１４５を受信高周波２部１３３に伝送する。

受信高周波１部１３２は、ｙ１信号１４４に受信処理等の各種信号処理を施したＩｆ３信号１４２をＭＩＭＯ復調部１３１へ出力する。
受信高周波２部１３３は、ｙ２信号１４５に受信処理等の各種信号処理を施したＩｆ４信号１４４をＭＩＭＯ復調部１３１へ出力する。
ＭＩＭＯ復調部１３１は、Ｉｆ３信号１４２とＩｆ４信号１４４に復調処理を施して受信データ１４１を出力する。

図２は、本発明の一実施例であるＭＩＭＯ変調部の構成を示すブロック図である。
図２において、ＭＩＭＯ変調部１１１は、分割部２００と、ＳＰ（Serial-to-Parallel）変換部２０１，２０２と、畳込み符号化１部２０３と、畳込み符号化２部２０４と、マトリクス部２０５と、マッピング部２０６，２０７とで構成している。

分割部２００は、送信データ１２１をＭＩＭＯの通信方式に合わせて信号２１１と信号２１２に分割し、ＳＰ変換部２０１，２０２へ出力する。
ＳＰ変換部２０１は、信号２１１をパラレル信号に変換して畳込み符号化１部２０３へ出力する。畳込み符号化１部２０３は入力した信号を畳込み符号化してマトリクス部２０５へ出力する。
ＳＰ変換部２０２は、信号２１２をパラレル信号に変換して畳込み符号化２部２０４へ出力する。畳込み符号化２部２０４は入力した信号を畳込み符号化してマトリクス部２０５へ出力する。

マトリクス部２０５は、入力した信号２１３と信号２１４に対して所定の係数で演算してマッピング部２０６，２０７へ出力する。
マトリクス部２０５は、アラーム１信号１２６又はアラーム２信号１２７に応じて演算する係数を適応的に変更する。
マッピング部２０６，２０７は、所定の変調方式に従い、入力した信号２１５と信号２１６をデータキャリアにマッピングし、Ｉｆ１信号１２２とＩｆ２信号１２３を出力する。

図３は、本発明の一実施例であるマトリクス部を説明するための図である。
マトリクス部２０５は、信号２１３と信号２１４に対してマトリクス処理を施し、信号２１５と信号２１６を出力する。
マトリクス部２０５のマトリクス係数は、アラーム１信号１２６又はアラーム２信号１２７に応じて、適応的に変更する。
マトリクス部２０５は、送信装置１１０が正常に動作している場合、α１１とα２２のみが接続する係数となる。

遅延部３０１，３０２は、送信装置１１０が正常動作時にマトリクス変更時間Δτ分を遅延させておき、故障時の処理時間が増加しても遅延時間を変更することで、送信装置１１０から出力する信号の遅延を軽減できる。
このことにより、受信装置１３０は、送信装置１１０の故障影響を軽減した受信信号を受信できる。受信信号が映像信号の場合は、動画が止まる程度で、完全断までには至らない。

図４は、本発明の一実施例の動作を説明するための図である。
図４（Ａ）は送信装置１１０の正常動作時であり、図４（Ｂ）は送信装置１１０の故障時である。
図４（Ａ）において、伝送信号ＴＸ１をｄ１、伝送信号ＴＸ２をｄ２、受信信号ＲＸ１をｒ１、受信信号ＲＸ２をｒ２とすると、見かけのチャネル応答Ｈ’は、伝送路モデルＨと加法性白色ガウス雑音成分Ｎとを加算する。これを表した式が、（数式１）から（数式６）である。
なお、Ｔは送信動作行列とし、正常動作時は、Ｔ＝Ｉである。Ｉは単位行列である。

図４（Ａ）において、伝送信号ＴＸ２が故障で伝送できない場合は、(数式７)（数式８）となる。

すなわち、伝送信号ＴＸ２の情報は受信側から確認できなくなる。

図４（Ｂ）が本発明の一実施例を説明する図である。
ＭＩＭＯ無線通信システムは、そもそも空間にて伝送信号を混合されるが前提である。このため、本発明では送信装置１１０側にて予めマトリクス部２０５で信号の混合を行っておく。このようにするため、マトリクス部２０５は、送信高周波部の故障を示す信号が届いたら、信号の混合を行う。

送信アンテナ１１４，１１５からデータを送出する前に、送信装置において送信信号Ｄにマトリックスを外積する。
マトリクス部２０５のマトリックスをＡとおくと、モデル式は（数式９）〜（数式１１）のように表される。

図４（Ｂ）において、伝送信号ＴＸ２が故障で伝送できない場合は、(数式１２)（数式１３）となる。

したがって、見かけ上のチャネル応答Ｈ’が、装置内のマトリックス部２０５により(数式１２)となるため、受信装置１３０側では（数式１３）のとおりに受信信号ＲＸ１（ｒ１）, ＲＸ２（ｒ２）ともに確認できる。

図５は、本発明の一実施例の動作を説明するためのフローチャートである。
図５のフローチャートは、図示していない送信装置１１０の制御部の制御動作を説明するものである。
ステップＳ４０１では、送信高周波１部１１２又は送信高周波２部１１３に異常があるかを判定し、異常がない場合（ＮＯ）はステップＳ４０２の処理に進み、異常が有る場合（ＹＥＳ）はステップＳ４０２の処理に進む。
ステップＳ４０２では、マトリクス部２０５に図４（Ａ）に示すマトリクス（Ｙ）を付与し、ステップＳ４０３の処理に進む。
ステップＳ４０３では、遅延部３０１，３０２で信号をΔτ遅延させ、ステップＳ４０４の処理に進む。
ステップＳ４０４では、送信装置１１０から伝送信号ＴＸ１と伝送信号ＴＸ２を出力する。
ステップＳ４０５では、マトリクス部２０５のマトリクス係数を適応的に変更し、ステップＳ４０６の処理に進む。
ステップＳ４０６では、マトリクス部２０５に図４（Ｂ）に示すマトリクス（Ｚ）を付与し、ステップＳ４０４の処理に進む。

本発明によれば、少なくとも２つの送信高周波部と２つのアンテアを用いて送信を行うＭＩＭＯ無線通信システムの場合、一方の送信系が故障しても一部の送信データは送信できるため、完全な通信断を回避することができる。

以上本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された送信装置に限定されるものではなく、上記以外のＭＩＭＯ無線通信システムに広く適用することができることは言うまでもない。

１１０：送信装置、１１１：ＭＩＭＯ変調部、１１２：送信高周波１部、１１３：送信高周波２部、１１４，１１５，１３４，１３５：アンテナ、１３１：ＭＩＭＯ復調部、１３２：受信高周波１部、１３３：受信高周波２部、２００：分割部、２０１，２０２：ＳＰ変換部、２０３：畳込み符号化１部、２０４：畳込み符号化２部、２０５：マトリクス部、２０６，２０７：マッピング部。

Claims (3)

1. 入力されたデータを変調し、少なくとも二つの信号に分割して出力するＭＩＭＯ変調部と、
   前記ＭＩＭＯ変調部からの各々の信号を増幅及び信号処理を行い出力すると共に、故障が生じた場合に前記ＭＩＭＯ変調部にアラーム信号を出力する少なくとも二つの送信高周波部と、
   前記送信高周波部から前記増幅及び信号処理された信号を無線出力する少なくとも二つのアンテナと、
   を備えた送信装置であって、
   更に、前記ＭＩＭＯ変調部は、
   前記入力されたデータをＭＩＭＯの通信方式に合わせて少なくとも二つの信号に分割する分割部と、
   前記分割部で分割された信号のそれぞれをパラレル変換する少なくとも二つのＳＰ変換部と、
   前記ＳＰ変換部からのそれぞれのパラレル信号を畳込み符号化する少なくとも二つの畳込み符号化部と、
   前記畳込み符号化部からの信号のそれぞれに対して所定の係数で演算すると共に、前記送信高周波部からアラーム信号が入力された場合に、当該アラーム信号に応じて入力された信号を混合して前記係数を適応的に変更して演算し、前記アラームが入力された場合と入力されない場合でそれぞれ異なる少なくとも二つの信号を出力するマトリクス部と、
   前記マトリクス部からのそれぞれの信号を所定の変調方式に従いデータキャリアにマッピングして前記送信高周波部へ出力する少なくとも二つのマッピング部と、
   を備えたことを特徴とする送信装置。
2. ＭＩＭＯ変調部と、少なくとも２つの送信高周波部を有する送信装置において、
   前記ＭＩＭＯ変調部は、入力された送信データをＭＩＭＯの通信方式に合わせて分割する分割部と、前記分割された信号に対して所定の係数で演算し出力するマトリクス部を有し、
   前記マトリクス部は、前記送信高周波部からのアラーム信号に基づき、マトリクス係数を適応的に変更して、アラーム信号がない場合には前記分割された信号それぞれを混合せずに前記少なくとも２つの送信高周波部に出力し、アラーム信号がある場合には前記分割された信号それぞれを混合して前記少なくとも２つの送信高周波部に出力することを特徴とする送信装置。
3. 入力されたデータを変調及び分割処理して出力し、
   前記変調及び分割処理された信号の各々を増幅及び信号処理を行って出力し、
   前記増幅及び信号処理された信号を無線送信するＭＩＭＯ無線通信システムにおける送信装置のデータ送信方法であって、
   前記増幅及び信号処理において故障が生じた場合にアラーム信号を出力し、
   前記アラーム信号が出力されると、空間を介して受信装置で混合されるように変調及び分割処理されるそれぞれ異なる信号を、予め混合された信号として無線送信されるようにマトリクスを適応変更して、
   前記混合された信号を増幅及び信号処理して無線送信することを特徴とするＭＩＭＯ無線通信システムにおける送信装置のデータ送信方法。

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