JP6877659B2 - 無線送信装置、無線受信装置、遠隔通信監視システム、無線通信システム、無線通信方法、制御回路およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、受信装置が複数の送信装置からの信号を多重受信する無線送信装置、無線受信装置、遠隔通信監視システム、無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

同一の周波数を用いて、複数の送信装置が同時にデータ送信を行う場合には、複数の送信装置からの信号が多重されて受信されるため、ビート干渉が生じる。また、繰返し周波数を割り当てるセル構成システムにおいても、同一の周波数を使用しているセルからのセル間干渉を受けることがある。干渉状態であっても通信可能であることが望ましい。また、システムを一時的に停止して干渉状況を把握することは容易であるが、高信頼性が求められるシステムでは、データの伝送を継続しながら干渉状況を把握することが望ましい。

データの伝送を継続しながら干渉状況を把握し、干渉を抑圧することは、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）信号分離技術など活用すれば実現可能である。例えば、非特許文献１には、複数の送信装置、複数のアンテナから異なる既知信号を送信し、受信側では、既知信号の逆行列処理によって伝送路行列を推定し、推定された伝送路行列を用いて信号分離用重みを算出し、空間多重された受信信号に乗算することで、干渉を抑圧することができ、推定した伝送路行列から複数の送信装置からの干渉の状態を把握可能な技術が開示されている。非特許文献１に記載の技術では、データ伝送を行いながら、干渉の状態を把握し、干渉を抑圧することが可能である。

Jovin Vasanth Kumar, D and Ratnajit Bhattacharjee, "Analysis of the LS Estimation Error for a MIMO System on a Rician Fading Channel," TENCON 2008 - 2008 IEEE Region 10 Conference, Nov. 2008

しかしながら、上記従来の技術では、受信装置が高速に移動する環境では、伝搬路が激しく変動し、伝送路推定精度が低下するという問題があった。伝送路推定精度が低下すると、精度が低下した伝送路値を使用して、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）または線形等化などによる信号分離を行うため、信号の伝送特性も低下する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無線受信装置が高速に移動する環境下であっても、データ伝送を行いながら複数の無線送信装置および複数のアンテナによる干渉状態を測定する際の、伝送路推定精度を向上させることが可能になる無線送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、本発明の各実施形態にかかる無線送信装置は、無線受信装置で使用される周波数変換長未満の長さの基本波形を準備し、基本波形を複数回繰り返した周波数変換長以上の長さの繰返し波形を生成し、繰返し波形および既知信号を含むデータフレームを生成する繰返し符号化部と、を備え、繰返し符号化部は、差動符号化を行うことを特徴とする。

本発明にかかる無線送信装置は、無線受信装置が高速に移動する環境下であっても、データ伝送を行いながら複数の無線送信装置および複数のアンテナによる干渉状態を測定する際の伝送路推定精度を向上させることが可能になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる無線通信システムの概略構成を示す図 図１に示す無線通信システムのフレーム構造の一例を示す図 図２に示すデータフレームの一部を示す説明図 図１に示す無線送信装置の機能構成を示す図 図１に示す繰返し差動符号化部が始端処理を行わない場合の一例を示す図 図１に示す繰返し差動符号化部が行う始端処理についての説明図 図１に示す無線受信装置の機能構成を示す図 図７に示す繰返し波形合成部の合成処理の説明図 図１に示す無線通信システムの各無線送信装置が使用する位相回転系列の一例の説明図 本発明の実施の形態２において使用するフレーム構造を示す図 本発明の実施の形態２にかかる無線受信装置の構成を示す図 本発明の実施の形態３にかかる受信信号の構成を示す図 図１２に示す信号を受信する無線受信装置の構成を示す図 測定対象の無線送信装置を限定する変形例についての説明図 本発明の実施の形態４が解決しようとする課題の説明図 本発明の実施の形態４において使用されるデータフレームの説明図 本発明の実施の形態４における始端処理の説明図 本発明の実施の形態４にかかる無線受信装置の構成を示す図 本発明の実施の形態４の変形例にかかる無線受信装置の構成を示す図 本発明の実施の形態５にかかる無線送信装置の構成を示す図 図２０に示す無線送信装置が送信するスーパーフレームに含まれる干渉状況測定フレームの一例を示す図 単一の固定ビット系列を用いる場合に生じる課題の説明図 複数の種類の固定ビット系列を用いる場合の利点の説明図 本発明の実施の形態１〜５を実現するための専用のハードウェアである処理回路を示す図 本発明の実施の形態１〜５を実現するためのプロセッサを備える制御回路を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる無線送信装置、無線受信装置、遠隔通信監視システム、無線通信システムおよび無線通信方法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。例えば、以降では差動符号化を使用する例を説明するが、本実施の形態は差動符号化を使用する例に限定されない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システム１の概略構成を示す図である。無線通信システム１は、複数の無線送信装置２と無線受信装置３とを含む。無線受信装置３は、複数の無線送信装置２のそれぞれが送信した信号を多重受信する。無線送信装置２は、例えば基地局であり、無線受信装置３は、例えばスマートフォンなどの移動体通信装置である。なお、以下本明細書中および図面中において、１台の無線受信装置３が受信する信号の送信元である複数の無線送信装置２のそれぞれを区別する必要がある場合、無線送信装置２−１，２−２などとハイフンの後に数字を付して区別する場合がある。また、無線送信装置２−１，２−２を省略してｔｘ１，ｔｘ２などと称する場合もある。

無線送信装置２は、既知信号を含む信号を送信し、無線受信装置３は、受信信号に含まれる既知信号を用いて、各無線送信装置２からの干渉を推定することができる。複数の無線送信装置２は、共通の既知信号を使用することが可能であり、同一の周波数で同時に通信することができる。各無線送信装置２は、複数のアンテナを有しており、無線受信装置３は、少なくとも１つのアンテナを有している。なお、図１では、１台の無線受信装置３に対して、複数の無線送信装置２がデータを送信することを説明するために、２台の無線送信装置２と１台の無線受信装置３とを示したが、無線通信システム１は、３台以上の無線送信装置２を有してもよいし、複数の無線受信装置３を有してもよい。

図２は、図１に示す無線通信システム１のフレーム構造の一例を示す図である。図２に示すデータフレーム４０は、既知信号４１と、繰返し差動符号化系列４２とから構成されている。複数の無線送信装置２または送信アンテナが送信する複数のデータフレーム４０の繰返し差動符号化系列４２は、周波数軸上で直交する異なる系列となる。繰返し差動符号化系列４２は、複数の繰返し波形４３を結合して生成され、各繰返し波形４３は、基本波形４４の整数倍または非整数倍の繰返しから構成されている。図２の例では、繰返し波形４３は、２つの基本波形４４の繰返しであり、基本波形４４のシンボル数をＲシンボルとすると、繰返し波形４３のシンボル数は２Ｒシンボルとなる。また、繰返し差動符号化系列４２は、４つの基本波形＃１〜＃４を含んでいる。このため、繰返し差動符号化系列４２のシンボル数Ｄは、Ｄ＝Ｒ×２×４＝８Ｒで表される。

図３は、図２に示すデータフレーム４０の一部を示す説明図である。無線送信装置２は、基本波形４４を準備し、基本波形４４を複数回繰返した繰返し波形４３を生成する。なお、図２に示すようにデータフレーム４０が複数の繰返し波形４３を含む場合、無線送信装置２は、複数の繰返し波形４３を結合して、繰返し差動符号化系列４２を生成する。

基本波形長Ｌ１および各繰返し波形４３に含まれる基本波形４４の繰返し数は、無線通信システム１において多重する送信局数、送信アンテナ数、無線送信装置２の最大送信タイミング差、伝送路の遅延量、ペイロード長、周波数変換長Ｌ３に基づいて決定される。また周波数変換長Ｌ３は、想定される最大ドップラー周波数に基づいて決定される。

無線送信装置２は、基本波形長Ｌ１を、無線受信装置３の周波数変換長Ｌ３未満とし、繰返し波形長Ｌ２を周波数変換長Ｌ３以上とする。例えば、繰返し波形長Ｌ２＝周波数変換長Ｌ３の場合、この繰返し波形４３を周波数変換すると、図３に示すように、基本波形ひとつおきのスペクトル４５を観測することができる。一般的に、周波数変換長Ｌ３に対して伝搬路の変動が大きいと、周波数変換後の各周波数成分において直交性が崩れ、各周波数成分に分離することが困難となる。しかしながら、基本波形長Ｌ１、繰返し波形長Ｌ２および周波数変換長Ｌ３が上記の関係を満たし、伝送路の変動に耐えうる波形長とすることで、高速移動環境のような伝搬路の変動が大きい環境であっても、受信側において、周波数領域において各周波数成分を分離することが可能になる。このような繰返し波形４３を含むデータフレーム４０を生成するための無線送信装置２の構成について以下に説明する。

図４は、図１に示す無線送信装置２の機能構成を示す図である。無線送信装置２は、誤り訂正符号化部２１と、インタリーバ２２と、マッピング部２３と、繰返し差動符号化部２４と、複数の位相回転部２５と、複数の送信アンテナ２６と、制御部２７とを有する。

誤り訂正符号化部２１は、情報ビット系列４６の入力を受け付けると、入力された情報ビット系列４６に誤り訂正符号化処理を行い、符号化ビット系列をインタリーバ２２に入力する。インタリーバ２２は、入力された符号化ビット系列の順番を入れ替えて、順番を入れ替えた符号化ビット系列をマッピング部２３に入力する。マッピング部２３は、入力された符号化ビット系列にマッピング処理を行い、１次変調シンボルを得る。マッピング部２３は、取得した１次変調シンボルを繰返し差動符号化部２４に入力する。

繰返し差動符号化部２４は、繰返し符号化部の一例であり、入力される１次変調シンボルから、繰返し波形４３を含む繰返し差動符号化系列４２を出力するように、繰返し差動符号化処理を行う。このとき、繰返し差動符号化部２４は、所定の位置に既知信号４１の差動符号処理結果を挿入する。これにより、繰返し差動符号化部２４は、無線受信装置３の周波数変換長未満の長さの基本波形４４を準備し、基本波形４４を複数回繰返した周波数変換長以上の長さの繰返し波形４３を生成し、繰返し波形４３および既知信号４１を含むデータフレーム４０を生成することになる。

繰返し差動符号化部２４は、入力された１次変調シンボルＳ［ｋ］に対して、始端処理を行うためのシンボル挿入を行い、挿入後のシンボル行列Ｓ’［ｋ］に対して時空間差動符号化処理を行う。ここで、Ｓ’［ｋ］は２シンボルで構成されるシンボル行列であり、以下の数式（１）で表される。

ここで、ｋはブロック時刻である。シンボル挿入後のシンボル行列Ｓ’［ｋ］に対して、以下の数式（２）に示す差動符号化処理を行い、差動符号化後のシンボル行列Ｃ［ｋ］を得る。

ここで、Ｃ［ｋ］は、差動符号化後のシンボルであって、以下の数式（３）のように構成される。

ここで、繰返し差動符号化部２４では、基本波形４４の繰返し、既知信号４１と繰返し波形４３との接合、繰返し波形４３同士の接合のために、始端処理が必要である。始端処理は、上記の接合処理において、基本波形４４の形状が崩れることを回避するための処理である。

図５は、図１に示す繰返し差動符号化部２４が始端処理を行わない場合の一例を示す図である。差動符号化処理は、上記の通り、１時刻前のシンボルを使用して行われる。繰返し差動符号化部２４において、単純に、ビット系列コピー処理を行い、基本波形４４の繰返し数だけビット系列のコピーを行うと、それぞれの基本波形４４の所定位置のシンボル、具体的には先頭シンボルの差動符号化において用いられる１時刻前のシンボルが、１回目と２回目とで異なるため、ビット系列を差動符号化した後、繰返し１回目の基本波形４４−１と繰返し２回目の基本波形４４−２とは、形状が異なってしまう。このような状態を回避するために、繰返し差動符号化部２４は、各基本波形４４の先頭シンボルにおける差動符号化後の結果が同一の値となるように、始端処理を行う。

図６は、図１に示す繰返し差動符号化部２４が行う始端処理についての説明図である。繰返し差動符号化部２４は、差動符号化後の系列が繰返しの波形形状を維持するように、繰返し波形４３に含まれる各基本波形４４の先頭シンボル４４ａを調整する。

繰返し差動符号化部２４は、各基本波形４４の先頭シンボル４４ａにおいて、調整後のシンボルを挿入したシンボル行列Ｓ’［ｋ］を、１時刻前の差動符号化後の行列Ｃ［ｋ−１］の逆行列Ｃ^H［ｋ−１］とする。このように始端処理によって、各基本波形４４の先頭シンボル４４ａを調整することによって、各基本波形４４の先頭シンボル４４ａにおける時空間差動符号化後の結果は同一となる。具体的には、時空間差動符号化の結果、生成されるシンボル行列Ｃ［ｋ］は、以下の数式（４）で表される。

数式（４）からわかるように、差動符号化後のシンボル行列Ｃ［ｋ］は、単位行列に始端される。つまり、繰返し差動符号化部２４は、繰返し波形４３に含まれる複数の先頭シンボル４４ａにおける差動符号化後の結果が同一の値となるように、１時刻または１ブロック前の符号化信号の複素共役またはエルミート行列を使用して、先頭シンボル４４ａにおける差動符号化後の結果が単位行列になるように先頭シンボル４４ａを調整する。

なお、上記の始端処理は、連続したＳ’［ｋ］に対して時空間差動符号化する場合の処理である。これは、繰返し波形４３を生成するための一例であり、他の手段を採用してもよい。例えば、繰返し差動符号化部２４は、既知信号４１の差動符号化を実施した後、基本波形４４の繰返し１回目の差動符号化行列であるシンボル行列Ｃ［ｋ］を生成する際には、既知信号４１の差動符号化結果であるＣ［ｋ−１］を用いずに、代わりにＣ［ｋ−１］として既知のシンボルブロックを代入してもよい。或いは、繰返し差動符号化部２４は、時空間差動符号化せずにＣ［ｋ］に予め定められた値を代入して、基本波形４４の繰返し１回目のシンボル行列Ｃ［ｋ］を生成してもよい。繰返し差動符号化部２４は、上述の方法で、差動符号化後のデータフレーム４０を送信アンテナ２６の数だけ生成し、各送信アンテナ２６に対応して設けられた位相回転部２５のそれぞれに入力する。

図４の説明に戻る。位相回転部２５は、入力されたデータフレーム４０に含まれる繰返し差動符号化系列４２に対して、対応する位相回転を乗算する。第ｔｘ番目の無線送信装置２の第ａｎｔ番目の送信アンテナ２６の位相回転系列Ｒｏｔ_tx,ant［ｔ］は、以下の数式（５）で表される。

ここで、ｐ_tx,antは、第ｔｘ番目の無線送信装置２の第ａｎｔ番目の送信アンテナ２６の単位時刻当たりの位相回転変化量である。位相回転部２５は、制御部２７から通知されるｐ_tx,antを使用して、位相回転系列Ｒｏｔ_tx,ant［ｔ］を算出する。

位相回転部２５は、既知信号４１を除く繰返し差動符号化系列４２を対象にして、繰返し波形４３毎に異なる位相回転系列Ｒｏｔ_tx,ant［ｔ］を乗算する。これにより、各送信アンテナ２６で送信される繰返し差動符号化系列４２が、周波数軸上で直交する。なお、ここでは、簡単のため、２つの無線送信装置２の多重受信を想定しているため、無線送信装置２毎に位相回転系列Ｒｏｔ_tx,ant［ｔ］は異なるが、無線送信装置２が有する複数の送信アンテナ２６に対しては、同一の位相回転系列Ｒｏｔ_tx,ant［ｔ］を付与している。しかしながら、位相回転部２５は、送信アンテナ２６毎に異なる位相回転系列Ｒｏｔ_tx,ant［ｔ］を付与してもよい。

以上説明した構成によって、無線送信装置２は、基本波形４４が複数回繰り返された繰返し波形４３を含むデータフレーム４０を送信することになる。ここで、データフレーム４０の基本波形４４の長さである基本波形長Ｌ１は、周波数変換長Ｌ３未満であり、繰返し波形４３の長さである繰返し波形長Ｌ２は、周波数変換長Ｌ３以上である。また、位相回転部２５は、繰返し差動符号化系列４２に、無線送信装置２毎に異なる位相回転系列Ｒｏｔ_tx,ant［ｔ］を乗算する。このため、無線受信装置３が多重受信する信号に含まれる各無線送信装置２からの信号の繰返し差動符号化系列４２は、周波数領域において直交している。

図７は、図１に示す無線受信装置３の機能構成を示す図である。無線受信装置３は、受信アンテナ３１と、タイミング検出部３２と、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）部３３と、信号分離部３４と、周波数シフト部３５と、ＩＤＦＴ（Inverse DFT）部３６と、差動復号部３７と、繰返し波形合成部３８と、ＬＬＲ（Log-Likelihood Ratio）計算部３９と、デインタリーブ部５０と、誤り訂正復号部５１と、電力測定部５２と、伝送路推定部５３と、平滑化補間部５４と、ログ蓄積部５５とを有する。周波数シフト部３５、ＩＤＦＴ部３６、差動復号部３７および繰返し波形合成部３８は、無線受信装置３が重畳して受信する信号の数と同数ずつ設けられている。

受信アンテナ３１は、２台の無線送信装置２からの信号を重畳受信し、受信信号をタイミング検出部３２に入力する。タイミング検出部３２は、受信信号に含まれる既知信号４１を用いて、時間同期および周波数同期を行う。タイミング検出部３２は、受信信号をＤＦＴ部３３に入力する。ＤＦＴ部３３は、入力された時間領域の信号を周波数領域の信号に変換する周波数変換部である。ＤＦＴ部３３は、変換後の周波数領域の信号を信号分離部３４に入力する。信号分離部３４は、無線送信装置２毎、または送信アンテナ２６毎に信号の周波数成分を分離し、分離後の複数の信号のそれぞれを、複数の周波数シフト部３５のそれぞれと、電力測定部５２とに入力する。

周波数シフト部３５は、入力された信号の周波数をシフトし、シフト後の信号をＩＤＦＴ部３６に入力する。ＩＤＦＴ部３６は、入力された信号を時間領域の信号に変換する時間変換部である。ＩＤＦＴ部３６は、変換後の時間領域の信号を、差動復号部３７と、伝送路推定部５３とに入力する。

差動復号部３７は、入力された時間領域の信号に対して時空間差動復号処理を行い、復号された信号を得る。具体的には、差動復号部３７が行う時空間差動復号処理の結果得られる復号後行列Ｓ’_ｔｘ［ｋ］は、以下の数式（６）で表される。

差動復号部３７は、復号後の信号を繰返し波形合成部３８に入力する。実施の形態１では、２つの無線送信装置２は、同一のデータを送信していることから、差動復号化処理の後、繰返し波形合成部３８において、得られた繰返し波形４３の合成処理に加え、２つの無線送信装置２から送信された複数の同一データの合成処理が行われる。

図８は、図７に示す繰返し波形合成部３８の合成処理の説明図である。差動復号部３７において、基本波形４４−１，４４−２のそれぞれを差動復号化すると、１次変調シンボルである基本波形４４−１１，４４−１２が得られる。繰返し波形合成部３８は、繰返し１回目の基本波形４４−１１と、繰返し２回目の基本波形４４−１２とを合成して、合成後の基本波形４４−２０の受信信号を得る。原理上は、ＤＦＴ部３３の半分のポイント数でＩＤＦＴ部３６が時間変換処理を行えば、基本波形の受信信号を得ることができるが、繰返し波形区間内の伝送路変動の影響を低減するために、ＩＤＦＴ部３６は、ＤＦＴ部３３と同数のポイント数で時間変換処理を行い、差動復号部３７が時空間差動復号処理を行った後、繰返し波形合成部３８が合成処理を行うことで基本波形の受信信号を得ることができる。繰返し波形合成部３８は、合成後の受信信号をＬＬＲ計算部３９に入力する。

繰返し波形合成部３８は、合成後の受信信号をＬＬＲ計算部３９に入力する。ＬＬＲ計算部３９は、２系統分の受信信号の基本波形を用いて、対数尤度比計算処理を実行し、受信信号をデインタリーブ部５０に入力する。デインタリーブ部５０は、入力された受信信号でインタリーブ処理を行って、受信信号に含まれるビットの順番を入れ替えて元に戻す。デインタリーブ部５０は、デインタリーブ処理後の受信信号を誤り訂正復号部５１に入力する。誤り訂正復号部５１は、入力された受信信号の誤り訂正復号処理を行い、送信ビット系列を取得する。

なお、図７に示した例では、無線受信装置３は、繰返し波形合成部３８を有し、ＩＤＦＴ部３６がＤＦＴ部３３と同数のポイント数で時間変換処理を行うこととしたが、本実施の形態はかかる例に限定されず、繰返し波形合成部３８を省略して、ＩＤＦＴ部３６がＤＦＴ部３３の半分のポイント数で時間変換処理を行ってもよい。一般的には、ＤＦＴ処理のポイント数とＩＤＦＴ処理のポイント数とは、繰返し回数に基づいて決まり、ＤＦＴ処理のポイント数に対して繰返し回数分を除した値が実施すべきＩＤＦＴ処理のポイント数となる。

電力測定部５２は、信号分離部３４から分離後の複数の受信信号が入力されると、各受信信号を用いて、受信電力、雑音電力、および干渉電力の少なくとも１つを計算する。電力測定部５２は、測定した電力値を平滑化補間部５４に入力する。

伝送路推定部５３には、複数のＩＤＦＴ部３６が出力する時間領域の複数の受信信号が入力される。伝送路推定部５３は、始端処理の性質を利用して、各送信アンテナ２６と受信アンテナ３１との間の伝送路を推定することができる。伝送路推定部５３は、得られた各伝送路推定値の電力を算出することで、２つの無線送信装置２だけでなく、各無線送信装置２の各送信アンテナ２６における干渉状況を把握することができる。特に、始端処理として１時刻前の時空間差動符号化ブロックのエルミート行列を乗算して基本波形の始端とする場合、時空間差動符号化ブロックは単位行列になることから、始端の時空間差動符号化ブロックの受信信号を得ることで、伝送路推定部５３は、演算することなく各送信アンテナ２６からの伝送路行列を得ることができる。また、予め定められた値を挿入して始端処理を行う場合であっても、伝送路推定部５３は、固定挿入された既知の時空間差動符号化ブロックの逆行列を、受信信号に対して乗算することで伝送路行列を求めることができる。この場合は、始端のブロックが単位行列になる場合と比較して、得られた伝送路行列に含まれる雑音成分は大きい。伝送路推定部５３は、取得した伝送路行列を平滑化補間部５４に入力する。

平滑化補間部５４は、電力測定部５２から入力される電力値の平滑化処理および補間処理を行う。例えば、１フレーム中の複数の繰返し波形４３に対して、同一の位相回転系列が乗算される場合、各無線送信装置２のスペクトルは同一の周波数において観測される。平滑化補間部５４は、移動平均などによる平滑化処理を行うことができる。また平滑化補間部５４は、スペクトルが観測されない周波数については、補間を行うことで占有帯域の周波数応答を把握することができるようにする。このように、平滑化補間部５４は、時間軸方向および周波数軸方向に移動平均または補間処理を行って、処理後の電力値をログ蓄積部５５に蓄積させる。

また平滑化補間部５４には、伝送路推定部５３から伝送路行列が入力される。平滑化補間部５４は、伝送路行列についても電力値と同様に、時間領域で移動平均処理を行う平滑化処理を行って、履歴を蓄積することができる。なお、電力測定部５２、伝送路推定部５３、および平滑化補間部５４は、周波数領域の複数の信号のそれぞれについて、電力、雑音電力、干渉電力および伝送路行列のうち少なくとも１つを測定する測定部の一例である。これらの測定部は、測定結果の履歴をログ蓄積部５５に記録して蓄積する。

１フレーム中の複数の繰返し波形４３に対して、同一の位相回転系列が乗算される場合には、繰返し回数が大きい場合、スペクトル間隔が大きくなるため、補間誤差が大きくなるという問題がある。これに対して、１フレーム中の複数の繰返し波形４３に対して、異なる位相回転系列を乗算する場合、観測されるスペクトルは、繰返し波形４３毎に周波数シフトされるため、補間誤差を抑制することが可能になる。

図９は、図１に示す無線通信システム１の各無線送信装置２が使用する位相回転系列の一例の説明図である。２つの無線送信装置２−１，２−２が同一の無線受信装置３に対して、同一のデータを送信する。このとき、各無線送信装置２−１，２−２は、繰返し波形４３毎に異なる位相回転系列＃１〜＃４を乗算すると共に、無線送信装置２−１，２−２間で、同一の繰返し波形４３に対しては、異なる位相回転系列を乗算する。図９の例では、４つの基本波形＃１から構成される繰返し波形４３に対して、無線送信装置２−１は、位相回転系列＃１を乗算し、無線送信装置２−２は、位相回転系列＃２を乗算する。これにより、１つの位相回転系列を固定的に用いる場合よりも観測可能な周波数が増加するため、補間処理に比べてより詳細に周波数応答を確認することができる。

なお、本実施の形態では、無線受信装置３は、２つの無線送信装置２からの信号を多重受信し、受信する信号内における繰返し波形数は２である。基本波形４４の繰返し波形数を増加させると、２つの無線送信装置２の周波数成分が割り当てられない周波数を定義することができ、この周波数において雑音、不特定干渉などを観測することができる。この場合、電力測定部５２は、未送信の各周波数に対して時間軸方向に移動平均を行って雑音電力を算出し、基準値、例えば、算出した雑音電力の２倍を設定する。電力測定部５２は、未送信周波数において、予め設定された基準値よりも高い雑音電力が観測された場合、これを干渉とし、判定結果である干渉電力、判定時刻、および周波数についてログ蓄積部５５に蓄積させることができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システム１では、無線送信装置２は、周波数変換長Ｌ３未満の長さの基本波形４４を複数回繰返した繰返し波形４３の繰返し波形長Ｌ２は、周波数変換長Ｌ３以上である。このため、無線受信装置３が高速に移動する環境下であっても、データ伝送を行いながら複数の無線送信装置２および複数の送信アンテナ２６による干渉状態、違法電波など不特定の干渉状態を測定する際の測定精度を向上させることが可能になる。

また、無線送信装置２は、差動符号化後の系列が繰返しの波形形状を維持するように、繰返し波形４３に含まれる各基本波形４４の先頭シンボル４４ａを調整する。具体的には、繰返し差動符号化部２４は、先頭シンボル４４ａにおける差動符号化後の結果が同一の値となるようにする。より具体的には、繰返し差動符号化部２４は、先頭シンボル４４ａにおける差動符号化後の結果が単位行列になるように、１時刻または１ブロック前の符号化信号の複素共役またはエルミート行列を使用して、先頭シンボル４４ａを調整する。これにより、差動符号化後の系列が繰返しの波形形状を維持することができ、無線受信装置３が高速に移動する環境下であっても、データ伝送を行いながら複数の無線送信装置２および複数の送信アンテナ２６による干渉状態を測定する際の干渉推定精度を向上させることが可能になる。

実施の形態１に示す技術は、各送信局がカバーするエリア境界に適用することが有効である。この場合、複数の送信局で同一の信号を送信している場合には、互いに直交している信号の電力をそれぞれ観測することで、エリアのオーバラップを確認することができるため、ビート干渉なく不感知エリアを低減することができる。加えて、上記のオーバラップエリアにおける各信号の受信電力を個別に観測できるので、アンテナ等置局、設置の調整が容易になり、保守の観点でも有益である。

複数の送信局で異なる信号を送信している場合、送信局間干渉が生じる可能性があるが、それぞれの送信局が送信する信号を互いに直交させることで、送信局間干渉を抑制してデータ伝送が可能である。また各信号の電力を観測することで、エリアのオーバラップを確認することができ、オーバラップ状況をアンテナ等置局、設置の調整が容易になるというメンテナンスの観点で有益である。これらは、希望信号の電力、干渉電力、雑音電力、伝送路行列等、受信局にて蓄積したデータはサーバに転送し、運行センターにおいて干渉、近隣建造物による受信電界強度の変化等について通信システムの遠隔状態監視を行い、電波問題の特定および解消を迅速に行うことが可能になり、システムの安定化を図ることができる。例えば、基地局から移動局、移動局から基地局へのデータ伝送の双方において、上記の有益性を享受することができる。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２において使用するフレーム構造を示す図である。実施の形態２では、図１０に示すスーパーフレーム６０を使用してデータを伝送する。スーパーフレーム６０は、複数のフレームから構成されている。スーパーフレーム６０は、干渉状況を測定するために予め定められたスロットを定義することができる。予め定められたスロットでは、干渉状況測定フレーム６１が挿入される。干渉状況測定フレーム６１は、複数の種類の基本波形のそれぞれが繰返し数２で構成されている。スーパーフレーム６０に含まれる全てのフレームには、共通の同期語６２が含まれている。同期語６２は、既知信号４１の一種である。また、干渉状況測定フレーム６１以外のフレームには、通常のデータフレーム６３が含まれている。干渉状況測定フレーム６１は、通常のデータフレーム６３に対して、データレートは繰返し波形４３の分だけ低下するものの、干渉状況を把握しつつデータレートの低下を抑制している。また、本実施の形態において、同期語６２は、複数の無線送信装置２のそれぞれも同一のものを使用しているが、特に制約はない。

図１１は、本発明の実施の形態２にかかる無線受信装置３ａの構成を示す図である。無線受信装置３ａは、受信アンテナ３１と、タイミング検出部３２ａと、ＤＦＴ部３３と、信号分離部３４と、周波数シフト部３５と、ＩＤＦＴ部３６と、差動復号部３７と、繰返し波形合成部３８と、ＬＬＲ計算部３９と、デインタリーブ部５０と、誤り訂正復号部５１と、電力測定部５２と、伝送路推定部５３と、平滑化補間部５４と、ログ蓄積部５５と、セレクタ７１，７２と、同期管理部７３とを有する。周波数シフト部３５、ＩＤＦＴ部３６、差動復号部３７および繰返し波形合成部３８は、無線受信装置３ａが重畳して受信する信号の数と同数ずつ設けられている。

無線受信装置３ａは、無線受信装置３のタイミング検出部３２の代わりにタイミング検出部３２ａを有し、タイミング検出部３２ａとＤＦＴ部３３との間に設けられたセレクタ７１と、ＩＤＦＴ部３６と差動復号部３７との間に設けられたセレクタ７２と、同期管理部７３とをさらに有する点で無線受信装置３と異なる。無線受信装置３と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略し、以下、無線受信装置３と異なる部分について主に説明する。

無線受信装置３ａは、図１０に示すスーパーフレーム６０の受信処理を行うことができる。タイミング検出部３２ａは、フレームタイミング、スーパーフレームタイミングを検出し、タイミングの検出結果を同期管理部７３に入力する。セレクタ７１，７２は、同期管理部７３からの指示に従って、フレーム毎に、処理系統を分岐させる機能を有する。具体的には、セレクタ７１，７２は、ＤＦＴ部３３、信号分離部３４、周波数シフト部３５、ＩＤＦＴ部３６、電力測定部５２、伝送路推定部５３、平滑化補間部５４およびログ蓄積部５５が行う干渉測定処理を経る第１の処理系統と、上記の干渉測定処理を省略する第２の処理系統とのいずれかに各フレームを分岐させる機能を有する。

同期管理部７３は、入力されるタイミングの検出結果に従って、フレームタイミングおよびスーパーフレームタイミングの同期を管理する。タイミングの検出結果には、スーパーフレーム６０に含まれる各フレームの受信タイミングを示す情報が含まれており、同期管理部７３は、干渉状況測定フレーム６１を受信するタイミングに合わせて、セレクタ７１およびセレクタ７２を制御し、干渉状況測定フレーム６１を第１の処理系統に入力させることができる。

ここでは、２つの無線送信装置２を想定しているため、２系統の時空間差動復号処理を行うための構成を準備している。また、２つの無線送信装置２から同一のデータを異なる周波数で直交させて送信させている。このため、繰返し波形合成時に２つの無線送信装置２のデータを合成している。無線受信装置３ａが３つの無線送信装置２からの信号を受信する場合には、３系統の時空間復号処理を準備すればよい。また、並列処理ではなく、逐次処理として繰返してもよく、無線受信装置３ａの構成には変形を加えることが可能である。

以上説明したように本発明の実施の形態２によれば、複数のフレームを含むスーパーフレーム６０の一部を、干渉状況測定フレーム６１とすることで、スーパーフレーム６０を使用する無線通信においても、無線受信装置３ａが高速に移動する環境下であっても、データ伝送を行いながら複数の無線送信装置２および複数の送信アンテナ２６による干渉状態を測定する際の、干渉推定精度を向上させることが可能になる。なお、上記送信符号化による繰返しの波形を用いたデータ伝送と干渉状態把握を併用する記載としているが、特に制約はなく、送信符号化系列の繰返し波形によるデータ伝送のみの使用でも同一周波数、同一データ送信によるビート干渉に対して回避可能であり、同一周波数で異なるデータ送信においても、送信帯域幅の変更なしに送信装置間干渉を回避することができ、高速移動環境において干渉耐性のあるデータ伝送が可能となる有益性がある。さらには、干渉状態把握のみであってもよく、実施の形態２に示されるような、特定のフレームに干渉状態把握のフレームをシステムで準備することによって、繰返し波形で送信しない通常のデータ伝送を行いながら干渉状態を把握することが可能である。

これにより、アンテナ設置調整が容易となり、保守の点で有益であるほか、常時遠隔電波監視することで、周辺建築物の建造、解体といった地物の変化を検出することができ、通信断等問題が発生してから直接現場に赴いて測定し対応するといった作業が不要になり、事前に通信システムの問題を検出および対策することが可能になる。

実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３にかかる受信信号の構成を示す図である。上記の実施の形態１，２においては、１つの無線受信装置３，３ａへ信号を送信する複数の無線送信装置２のそれぞれが有する複数の送信アンテナ２６は、同一の位相回転すなわち同一の周波数を用いている。これに対して、複数の送信アンテナ２６のそれぞれが送信する複数の信号に異なる位相回転系列を乗算してもよい。例えば、２つの無線送信装置２のそれぞれが２つの送信アンテナ２６を有する場合、１フレーム内において、基本波形４４の繰返し数を４とし、４つの異なる位相回転系列を指示すると、合計４本の送信アンテナ２６からの受信電力がそれぞれ観測できるようになる。なお、２つの無線送信装置２は、同一のデータまたは異なるデータを送信することが可能である。

図１３は、図１２に示す信号を受信する無線受信装置３ｂの構成を示す図である。以下、無線受信装置３と異なる点について主に説明する。無線受信装置３ｂは、４つの周波数シフト部３５を有し、信号分離部３４ｂは、分離後の４つの信号を、４つの周波数シフト部３５のそれぞれと、電力測定部５２ｂとに入力する。電力測定部５２ｂは、無線送信装置２毎、且つ、送信アンテナ２６毎の受信電力を測定する。周波数シフト部３５の出力する信号は、各周波数シフト部３５が処理する信号の送信元である無線送信装置２毎に重畳されて、２つのＩＤＦＴ部３６のそれぞれに入力される。なお、２つの無線送信装置２が送信するデータが異なる場合においては、２系統存在するため、それぞれ繰返し波形合成を行った後、各系統においてＬＬＲ計算部３９、デインタリーブ部５０、誤り訂正復号部５１における処理を行う。２つの無線送信装置２が送信するデータが同一データの場合には、実施の形態１，２で記載した通り、繰返し波形合成において、２つの無線送信装置２からの受信データを合成して１系統のＬＬＲ計算部３９、デインタリーブ部５０、誤り訂正復号部５１にて処理を行ってもよい。図１３では、同一データ送信時の受信構成を示している。

なお、図１３に示す例では、周波数シフト後の信号を無線送信装置２毎に合成した後で、時間領域の信号に変換し、無線送信装置２毎に差動復号化を行うこととしたが、本実施の形態はかかる例に限定されない。例えば、無線受信装置３ｂは、ＩＤＦＴ部３６および差動復号部３７を４つずつ有し、送信アンテナ２６毎に差動復号処理を行ってもよい。

また、多数の無線送信装置２からの信号に対して干渉状況を把握する場合、全ての無線送信装置２の信号を周波数領域で直交させるためには、基本波形４４の繰返し数を増加させる必要が生じる。さらに、雑音、不特定干渉などを測定するための空き周波数も必要とする場合、さらに多くの繰返し数が必要となる。繰返し数の増大に伴って、周波数変換長も長くなる。この場合、高速移動環境では、伝送路変動などの影響で、干渉状況の測定精度およびデータ復調性能が劣化する場合があるという課題がある。

このような課題に対しては、複数の無線送信装置２を測定対象と非測定対象とにグループ分けをし、測定対象の無線送信装置２は、予め定められた周波数の信号を送信し、非測定対象の無線送信装置２は、測定対象とは異なる周波数、非測定対象の周波数は同一にして多重させて送信を行ってもよい。具体的には、無線受信装置３，３ａ，３ｂは、非測定対象の無線送信装置２については、受信電力測定を１フレームで行うことをあきらめて、測定対象の無線送信装置２についてのみ受信電力の測定を行い、複数のフレームに渡って測定対象とする無線送信装置２の割り当てを巡回させてもよい。この場合、基本波形４４の繰返し数を抑制しつつ、複数の無線送信装置２の受信電力を測定することが可能になる。

図１４は、測定対象の無線送信装置２を限定する変形例についての説明図である。全ての無線送信装置２を測定対象とせずに、測定対象の無線送信装置２を限定することで、繰返し数を増加させずに、測定対象の無線送信装置２の受信電力測定に加えて、雑音および不特定干渉の測定ができるようになる。図１４に示すｔｘ１〜ｔｘ４は、無線送信装置２−１〜２−４を意味し、本明細書中では、無線送信装置２−１〜２−４を使用して説明する。

図１４の左図に示す無線送信装置２−１〜２−４のそれぞれが送信する信号は、全て直交されている。この場合、必要な繰返し数は４回となる。これに対して、測定対象の無線送信装置２−１からの受信電力測定と、雑音および不特定干渉の測定とを行い、複数のフレームに渡って測定対象とする無線送信装置２−１〜２−４を巡回させると、周波数領域において、位相回転系列＃１を使用した、測定対象の無線送信装置２−１からの信号領域６４と、位相回転系列＃２を使用した、非測定対象の無線送信装置２−２〜２−４からの信号領域６５と、空き周波数領域６６とが必要であるため、繰返し回数は３回でよい。このように多重を許容することで、繰返し回数を低減することができる。上記の実施の形態によれば、送信局の有する各送信アンテナの電波到達状況まで把握することができ、アンテナ調整等でどのアンテナを調整すればよいか、調整対象のアンテナを予め特定することができる。

実施の形態４．
図１５は、本発明の実施の形態４が解決しようとする課題の説明図である。複数の無線送信装置２−１，２−２から異なるタイミングで信号が送信され、無線送信装置２−１，２−２間で干渉が生じる場合、上記の実施の形態１のように繰返し波形長が周波数変換長と同一であると、図１５で示されるように、送信タイミング差６７がある場合、他信号６８の一部を含んだ形で周波数変換を行ってしまい、データ伝送および干渉状況測定の精度が低下してしまう。

図１６は、本発明の実施の形態４において使用されるデータフレームの説明図である。本実施の形態では、繰返し波形長Ｌ２を基本波形長Ｌ１の２倍よりも大きくし、さらに繰返し波形長Ｌ２を周波数変換長Ｌ３よりも大きくすることで、無線送信装置２−１，２−２間の送信タイミング差の影響を低減し、各無線送信装置２−１，２−２からのデータ伝送および干渉状況測定の精度低下を抑制することが可能になる。

実施の形態４にかかる無線送信装置２−１，２−２のそれぞれは、図４に示す無線送信装置２の構成し、同一データを送信するため、図４に示す符号を用いて以下説明する。無線送信装置２−１，２−２の繰返し差動符号化部２４は、繰返し波形長Ｌ２＝周波数変換長Ｌ３＋αの関係を満たすように、繰返し波形４３を生成する。αは、マージン長６９であり、α＞０の関係を満たしている。したがって、繰返し波形長Ｌ２は、周波数変換長Ｌ３に対して（１＋α／Ｌ３）倍の関係にあり、周波数変換長Ｌ３よりも長い繰返しの波形となる。αが基本波形長Ｌ１の整数倍でない場合には、繰返し波形４３は、周波数変換長Ｌ３に対してフラクショナルな波形となる。図１６の例では、繰返し波形長Ｌ２が基本波形長Ｌ１の非整数倍であるフラクショナルな波形を示しており、繰返し波形４３のうち、無線送信装置２−１，２−１の両方が、他信号の漏れこみがなく周波数変換を行うことができるタイミングで周波数変換を行うことで、周波数領域において無線送信装置２−１，２−１のそれぞれからの信号を分離することが可能になり、それぞれの信号の受信電力測定と復調とが可能になる。

図１７は、本発明の実施の形態４における始端処理の説明図である。繰返し差動符号化部２４は、繰返し波形長Ｌ２分の差動符号化系列を生成する必要がある。繰返し差動符号化部２４は、繰返し波形４３に含まれる基本波形４４−１，４４−２，４４−３のそれぞれの先頭シンボル４４ａの度に、１ブロック時刻前の差動符号化結果を用いる始端処理を行う。このような始端処理により、先頭シンボル４４ａにおける差動符号化結果は、同一となる。また、始端処理は、上記の例に限らず、繰返し差動符号化部２４は、予め定められた値を挿入してもよく、差動符号化後に繰返し波形４３を生成できればよい。

図１８は、本発明の実施の形態４にかかる無線受信装置３ｃの構成を示す図である。無線受信装置３ｃは、無線受信装置３のタイミング検出部３２の代わりにタイミング検出部３２ｃを有し、繰返し波形合成部３８とＬＬＲ計算部３９との間に、遅延調整部７４を有する。

タイミング検出部３２ｃは、既知信号４１の逆行列相関などを実行し、マルチパスを検出する。ここでは、無線送信装置２−１，２−２から同一の既知信号４１が送信されるため、送信タイミングの差異はマルチパスとして検出される。タイミング検出部３２ｃは、検出した既知信号４１の受信タイミングをＤＦＴ部３３および遅延調整部７４に入力する。

ＤＦＴ部３３は、複数の無線送信装置２−１，２−２の繰返し波形４３が周期的に扱える範囲でＤＦＴを適用する。ここでは遅延する無線送信装置２−２に合わせてＤＦＴを適用する。その後、得られた周波数領域の信号に対して、信号分離部３４が信号を分離し、周波数シフト部３５において周波数シフトが行われ、ＩＤＦＴ部３６においてＩＤＦＴが適用される。また、差動復号部３７において時空間差動復号が実行され、繰返し波形合成部３８で複数の繰返し波形４３の合成が行われる。２系統の繰返し波形合成部３８のそれぞれは、遅延調整部７４に合成後の信号を入力する。なお、ここでは同一データの送信を想定しているため、遅延調整部にて２つの無線送信装置２からの受信データを合成して１系統のＬＬＲ計算部３９、デインタリーブ部５０、および誤り訂正復号部５１にて処理を行う。

遅延調整部７４は、タイミング検出部３２ｃから入力される２つの信号に含まれる既知信号４１の受信タイミング差と、始端処理の関係を使用した相関処理とを用いて、無線送信装置２−１の時空間差動復号結果に対して遅延分を巡回させて、無線送信装置２−１の基本波形系列と無線送信装置２−２の基本波形系列とを揃える。なお、遅延は、周波数領域では位相回転で表現されるので、周波数領域で遅延差異を補正してもよい。また、ログ蓄積の処理は、実施の形態１と同様に実行可能である。

図１９は、本発明の実施の形態４の変形例にかかる無線受信装置３ｄの構成を示す図である。以下、図１８に示す無線受信装置３ｃと異なる部分について主に説明する。無線受信装置３ｃは、周波数シフト部３５から繰返し波形合成部３８までの２つの処理系統の信号が入力される１つの遅延調整部７４を有していたのに対して、無線受信装置３ｄは、周波数シフト部３５から繰返し波形合成部３８までの２つの処理系統のそれぞれに遅延調整部７５を有している。また、タイミング検出部３２ｃの代わりに設けられるタイミング検出部３２ｄは、２つの遅延調整部７５のそれぞれに、タイミングの検出結果を入力する。複数の無線送信装置２にて、送信するデータが同一であれば、遅延調整部において合成処理を行い、異なるデータであれば複数系統分の遅延調整部７４、ＬＬＲ計算部３９、デインタリーブ部５０、および誤り訂正復号部５１を有することになる。

各遅延調整部７５は、相関処理を行い、基本波形４４における始端を推定し、始端位置の推定結果とマルチパスの遅延量とを踏まえて遅延調整を行う。このような構成により、複数の無線送信装置２−１，２−２が同一の既知信号４１と異なるデータすなわち異なる繰返し波形４３とを送信する場合に、各無線送信装置２−１，２−２からの受信電力および干渉状況を測定することができる。また、上記では複数の無線送信装置２−１，２−２が同一の既知信号４１を用いることとしたが、複数の無線送信装置２−１，２−２のそれぞれが異なる既知信号４１を用いてもよい。

以上説明したように、本発明の実施の形態４では、複数の無線送信装置２−１，２−２間で送信タイミング差がある場合であっても、データ伝送しながら受信電力および干渉状況の測定を精度よく行うことができる。

複数の無線送信装置２が同一のデータを送信する場合にタイミング誤差が生じると、マルチパスのように観測されるが、上記の実施の形態４の技術を用いることで、データ伝送が可能になる。そのため、送信局における送信同期の許容範囲を拡張することができる。したがって、ＧＰＳを用いた精度の高い送信局間の同期を省略することができるというメリットがある。また、遠方より到来する同一周波数を使用する送信局からの電波に対しても、同時に信号検出可能となるため、システムとしての電波到達監視が可能である。この場合は、送信されるデータは、複数の無線送信装置２間で異なる。

実施の形態５．
上記の実施の形態１〜４では、時空間差動符号化を用いていたが、本実施の形態では、ＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying：差動四相位相偏移変調）を用いて、遅延送信ダイバーシチを前提とした場合に、データ伝送を行いながら受信電力、雑音、干渉測定を可能にする構成について説明する。なお、実施の形態５では、図１０に示したように、スーパーフレーム６０中の一部のフレームに干渉状況測定フレーム６１を準備することを想定している。

図２０は、本発明の実施の形態５にかかる無線送信装置２ａの構成を示す図である。無線送信装置２ａは、図４に示す無線送信装置２の繰返し差動符号化部２４の代わりに、ＤＱＰＳＫを用いた繰返し差動符号化部２４ａを有する。また無線送信装置２ａは、２つの位相回転部２５の一方と、送信アンテナ２６との間に遅延付加部２８を有する。

無線送信装置２ａは、干渉状況測定フレーム６１では、繰返し差動符号化部２４ａが、予め定められた固定ビット系列に基づいて、ＤＱＰＳＫ変調による繰返し波形生成を行い、２系統に分岐させる。遅延付加部２８は、入力された信号に対して、１シンボル程度の遅延を与える。

ここで、繰返し差動符号化部２４ａが固定ビット系列を用いて繰返し波形４３を生成する処理の詳細について説明する。図２１は、図２０に示す無線送信装置２ａが送信するスーパーフレーム６０に含まれる干渉状況測定フレーム６１の一例を示す図である。干渉状況測定フレーム６１は、既知信号４１と、データシンボル系列４７とから構成されている。データシンボル系列４７は、基本波形４４を繰返した複数の繰返し波形４３を含む。複数の種類の繰返し波形４３のそれぞれは、異なる複数の種類の固定ビット系列＃１〜＃４を用いて生成される。

ここで用いられる固定ビット系列＃１〜＃４は、送信スペクトルが特定の周波数に偏在化され、雑音および干渉を測定可能な周波数が存在すればよい。例えば、ＡＲＩＢ（Association of Radio Industries and Business） ＳＴＤ Ｔ．６１の標準規格で定められるＤＱＰＳＫ変調に基づくと、基本波形４４の区間において、ＤＱＰＳＫを生成する２ビット値が、「００」連続または「１０」連続であると、ＤＱＰＳＫの１シンボル間の位相差が±π／４となり、「０１」連続または「１１」連続であると、位相差は±３π／４となる。この関係を利用して、これらを干渉状況測定フレーム６１の繰返し波形４３とすることができる。これにより、帯域幅をｆとすると、特定の周波数である±１/８ｆ、±３/８ｆにスペクトルが集中し、雑音および干渉を測定可能な周波数を顕在化させることができる。

２つの無線送信装置２ａのそれぞれを無線送信装置２ａ−１、無線送信装置２ａ−２と称し、具体的な割り当て例を説明する。無線送信装置２ａ−１の干渉状況測定フレーム６１は、固定ビット系列＃１は、２ビット値「１１」で構成される基本波形＃１の繰返し波形４３とし、固定ビット系列＃２は、２ビット値「１０」で構成される基本波形＃２の繰返し波形４３とし、固定ビット系列＃３は、２ビット値「００」で構成される基本波形＃３の繰返し波形４３とし、固定ビット系列＃４は、２ビット値「０１」で構成される基本波形＃４の繰返し波形４３とすることができる。

複数の無線送信装置２ａの間で、同一時刻で固定ビット系列が同一にならないように送信することで、干渉測定が可能になる。例えば、無線送信装置２ａ−２の干渉状況測定フレーム６１は、先頭の繰返し波形４３を固定ビット系列＃３から生成し、２番目の繰返し波形４３を固定ビット系列＃４から生成し、３番目の繰返し波形４３を固定ビット系列＃１から生成し、４番目の繰返し波形４３を固定ビット系列＃２から生成することで、同一時刻で固定ビット系列が同一にならないように送信することができる。

図２２は、単一の固定ビット系列を用いる場合に生じる課題の説明図である。１シンボル遅延の送信ダイバーシチにおいては、使用帯域幅内の周波数応答において落ち込みが生じる周波数が存在する。単一の固定ビット系列を用いて１つのフレームを構成する場合、周波数応答の落ち込み２００が生じる周波数と、固定ビットによりスペクトル２０１が集中する周波数とが一致した場合、受信電力が小さく観測され、測定精度が低下する。周波数応答の落ち込み２００が生じる周波数は、チャネル状態に依存して異なる。

図２３は、複数の種類の固定ビット系列を用いる場合の利点の説明図である。複数の固定ビット系列＃１〜＃４を用いる場合、固定ビット系列＃１を用いたスペクトル２１０、固定ビット系列＃２を用いたスペクトル２１１、固定ビット系列＃３を用いたスペクトル２１２、固定ビット系列＃４を用いたスペクトル２１３のそれぞれが集中する周波数が異なるため、周波数応答の落ち込み２００との一致は、固定ビット系列＃１〜＃４のいずれかによって回避可能である。また、固定ビット系列＃１〜＃４のいずれかの受信電力から、周波数応答を把握することが可能になる。

また、図２１に示した例の他に、周波数応答の落ち込み２００とスペクトルとの一致を回避しつつ周波数応答を把握する手段としては、固定ビット系列を１つ使用し、その後、複数の種類の位相回転系列を乗算して複数の繰返し波形４３を生成してもよい。ＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）においても、実施の形態１〜４において説明したように、始端処理を用いて繰返し波形４３を生成することができる。この場合、始端処理を行うタイミングで１時刻前の差動符号化された結果に対して共役をとったシンボルで始端処理を行えばよい。

以上説明したように、本発明の実施の形態５によれば、時空間差動符号化の代わりにＤＱＰＳＫを使用する無線通信システムにおいても、データ伝送しながら受信電力および干渉状況の測定を精度よく行うことができる。

なお、時空間差動符号化においても、固定シンボル系列を用いることで、同様にスペクトルを偏在化させることができる。例えば、Ｓ’［ｋ］を以下の数式（７）で示される固定シンボル系列とする。

時空間差動符号化されて得られる符号化系列は、以下の数式（８）で表される。Ｃ［ｋ］の行を各送信アンテナに対応させると、所定の区間で周波数変換すると、各送信アンテナの信号を周波数軸で分離検出することができる。これに位相回転系列を付与すれば、ＤＱＰＳＫの例と同様な機能を実現できる。

上記の実施の形態１〜５によれば、電波観測用のスロットを既存システムでアドオンで定義することができれば、現行のシステムにおいて容易に自システム、他システム干渉等の電波状況の把握、送信局の置局、アンテナ調整を容易に行うことができる。

また、上記の実施の形態１〜５では、例として複数の無線送信装置２の送信データが同一の場合、あるいは異なる場合のいずれかの例を記載しているが、特別な制約なく、各実施の形態の技術を、送信データが同一の場合または異なる場合両方に適応することができる。

ここで、本発明の実施の形態１〜５にかかる無線送信装置２，２−１，２−２，２ａおよび無線受信装置３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのハードウェア構成について説明する。

無線送信装置２，２−１，２−２，２ａの送信アンテナ２６および無線受信装置３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの受信アンテナ３１は、アンテナ素子である。

無線送信装置２，２−１，２−２，２ａの誤り訂正符号化部２１、インタリーバ２２、マッピング部２３、繰返し差動符号化部２４、位相回転部２５および制御部２７と、無線送信装置２ａの遅延付加部２８とは、処理回路により実現される。無線受信装置３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのタイミング検出部３２，３２ａ，３２ｃ，３２ｄ、ＤＦＴ部３３、信号分離部３４，３４ｂ、周波数シフト部３５、ＩＤＦＴ部３６、差動復号部３７、繰返し波形合成部３８、ＬＬＲ計算部３９、デインタリーブ部５０、誤り訂正復号部５１、電力測定部５２，５２ｂ、伝送路推定部５３、平滑化補間部５４、ログ蓄積部５５、セレクタ７１，７２、同期管理部７３および遅延調整部７４，７５は、処理回路により実現される。

処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリとメモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサとを備える制御回路であってもよい。図２４は、本発明の実施の形態１〜５を実現するための専用のハードウェアである処理回路９０を示す図である。処理回路９０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものである。

図２５は、本発明の実施の形態１〜５を実現するためのプロセッサを備える制御回路９１を示す図である。制御回路９１は、プロセッサ９２と、メモリ９３とを備える。プロセッサ９２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などである。メモリ９３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などである。

メモリ９３は、無線送信装置２，２−１，２−２，２ａおよび無線受信装置３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの各構成要素の処理を記述したコンピュータプログラムを記憶することができる。プロセッサ９２は、メモリ９３に記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することにより、無線送信装置２，２−１，２−２，２ａおよび無線受信装置３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの各構成要素の機能を実現することができる。また、メモリ９３は、プロセッサ９２が実行する各処理における一時メモリとしても使用される。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

例えば、上記の実施の形態１〜５において示したシステム構成は一例であり、無線通信システム１が有する無線送信装置２の台数、無線受信装置３の台数に制限はない。また、無線送信装置２が有する送信アンテナ２６の本数、無線受信装置３が有する受信アンテナ３１の本数についても同様に制限はない。また、各アンテナの本数に合わせて、無線送信装置２または無線受信装置３の構成に変更を加えることができることは言うまでもない。

１ 無線通信システム、２，２−１，２−２，２ａ 無線送信装置、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 無線受信装置、２１ 誤り訂正符号化部、２２ インタリーバ、２３ マッピング部、２４，２４ａ 繰返し差動符号化部、２５ 位相回転部、２６ 送信アンテナ、２７ 制御部、２８ 遅延付加部、３１ 受信アンテナ、３２，３２ａ，３２ｃ，３２ｄ タイミング検出部、３３ ＤＦＴ部、３４，３４ｂ 信号分離部、３５ 周波数シフト部、３６ ＩＤＦＴ部、３７ 差動復号部、３８ 繰返し波形合成部、３９ ＬＬＲ計算部、４０ データフレーム、４１ 既知信号、４２ 繰返し差動符号化系列、４３ 繰返し波形、４４，４４−１，４４−２，４４−３，４４−１１，４４−１２，４４−２０ 基本波形、４４ａ 先頭シンボル、４５，２０１，２１０，２１１，２１２，２１３ スペクトル、４６ 情報ビット系列、５０ デインタリーブ部、５１ 誤り訂正復号部、５２，５２ｂ 電力測定部、５３ 伝送路推定部、５４ 平滑化補間部、５５ ログ蓄積部、６０ スーパーフレーム、６１ 干渉状況測定フレーム、６２ 同期語、６３ 通常のデータフレーム、６４，６５ 信号領域、６６ 空き周波数領域、６７ 送信タイミング差、６８ 他信号、６９ マージン長、７１，７２ セレクタ、７３ 同期管理部、７４，７５ 遅延調整部、２００ 周波数応答の落ち込み、Ｌ１ 基本波形長、Ｌ２ 繰返し波形長、Ｌ３ 周波数変換長。

Claims (27)

1. 無線受信装置で使用される周波数変換長未満の長さの基本波形を準備し、前記基本波形を複数回繰り返した前記周波数変換長以上の長さの繰返し波形を生成し、前記繰返し波形および既知信号を含むデータフレームを生成する繰返し符号化部と、
   を備え、
   前記繰返し符号化部は、差動符号化を行うことを特徴とする無線送信装置。
2. 前記繰返し波形に位相回転系列を乗算する位相回転部、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線送信装置。
3. 前記繰返し符号化部は、差動符号化後の系列が繰返し波形を維持するように、前記繰返し波形に含まれる各基本波形の所定位置のシンボルを調整することを特徴とする請求項１または２に記載の無線送信装置。
4. 前記繰返し符号化部は、前記繰返し波形に含まれる複数の前記所定位置のシンボルにおける符号化後の結果が同一の値となるように前記所定位置のシンボルを調整することを特徴とする請求項３に記載の無線送信装置。
5. 前記繰返し符号化部は、１時刻または１ブロック前の符号化信号の複素共役またはエルミート行列を使用して前記所定位置のシンボルにおける符号化後の結果が単位行列になるように前記所定位置のシンボルを調整することを特徴とする請求項４に記載の無線送信装置。
6. 前記所定位置のシンボルは、基本波形の先頭シンボルであることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の無線送信装置。
7. １つの前記データフレームは、複数の前記繰返し波形を含み、
   前記位相回転部は、それぞれの繰返し波形に異なる位相回転系列を乗算することを特徴とする請求項２に記載の無線送信装置。
8. 前記位相回転部は、前記データフレームの前記既知信号を除いて前記位相回転系列を乗算することを特徴とする請求項７に記載の無線送信装置。
9. 前記繰返し符号化部は、周波数領域でスペクトルを偏在化し、未送信周波数を存在させる固定ビット系列を用いて、前記繰返し波形を生成することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の無線送信装置。
10. 前記繰返し符号化部は、１つのデータフレームにおいて複数の種類の前記固定ビット系列を用い、複数の前記繰返し波形を生成することを特徴とする請求項９に記載の無線送信装置。
11. 前記繰返し符号化部は、１つのデータフレームにおいて１つ以上の前記固定ビット系列を用いて前記繰返し波形を生成し、
    予め定められた波形長毎に異なる位相回転系列を前記繰返し波形に乗算する位相回転部、を備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の無線送信装置。
12. 複数の前記データフレームを含むスーパーフレーム中に、１つ以上の繰返し波形を有する干渉測定用フレームを挿入することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の無線送信装置。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の無線送信装置が送信する信号を受信する無線受信装置であって、
    複数の前記無線送信装置から多重受信した受信信号を、周波数領域の信号に変換する周波数変換部と、
    周波数変換後の前記受信信号を前記無線送信装置毎の複数の信号に分離させる信号分離部と、
    分離後の前記信号を時間領域の信号に変換する時間変換部と、
    を備えることを特徴とする無線受信装置。
14. 時間領域に変換後の信号に含まれる差動符号化された繰返し波形を復号する差動復号部を備えることを特徴とする請求項１３に記載の無線受信装置。
15. 前記信号分離部が前記受信信号を前記無線送信装置毎の複数の信号に分離させた後、周波数領域の複数の前記信号のそれぞれについて、電力、雑音電力、干渉電力および伝送路行列のうち少なくとも１つを測定する測定部、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１３または１４に記載の無線受信装置。
16. 前記測定部は、測定結果の履歴を記録して蓄積することを特徴とする請求項１５に記載の無線受信装置。
17. 符号化後の系列が繰返し波形を維持するように、前記繰返し波形に含まれる各基本波形の所定位置のシンボルが調整された前記繰返し波形を用いて、伝送路行列を推定する伝送路推定部、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１３から１６のいずれか１項に記載の無線受信装置。
18. 受信した前記受信信号は、複数の前記データフレームに、１つ以上の繰返し波形を有する干渉測定用フレームが挿入されたスーパーフレームであって、
    前記干渉測定用フレームの復調処理および干渉測定処理を行う干渉測定用フレーム対応回路と、
    前記受信信号を前記干渉測定用フレーム対応回路に分岐可能なセレクタ部と、
    前記干渉測定用フレームの受信を検知するフレーム同期部と、
    前記フレーム同期部が前記干渉測定用フレームの受信を検知したとき、前記セレクタ部に前記受信信号を前記干渉測定用フレーム対応回路に分岐させるように指示する制御部と、
    を備えることを特徴とする請求項１３から１７のいずれか１項に記載の無線受信装置。
19. 無線送信装置毎の複数の前記信号のそれぞれのフレームタイミングおよび遅延量を推定するタイミング検出部と、
    前記タイミング検出部が推定した前記遅延量を用いて遅延を補正する遅延調整部と、
    を備えることを特徴とする請求項１３から１８のいずれか１項に記載の無線受信装置。
20. 前記遅延調整部は、無線送信装置毎の複数の前記信号のそれぞれに含まれる前記繰返し波形を復号した後に、復号後の前記繰返し波形に含まれる前記基本波形の始端を推定し、前記始端の推定結果と、前記タイミング検出部が推定した前記遅延量とを用いて遅延を補正することを特徴とする請求項１９に記載の無線受信装置。
21. 請求項１６に記載の無線受信装置を有し、
    蓄積した前記測定結果の履歴に遠隔でアクセスし、電波状況を監視して電波問題を特定および解消することを特徴とする遠隔通信監視システム。
22. 複数の無線送信装置と無線受信装置とを含む無線通信システムであって、
    複数の前記無線送信装置のそれぞれは、
    前記無線受信装置が使用する周波数変換長未満の長さの基本波形を準備し、前記基本波形を複数回繰返した前記周波数変換長以上の長さの繰返し波形を生成し、前記繰返し波形および既知信号を含むデータフレームを生成する繰返し符号化部と、
    を有し、
    前記無線受信装置は、
    複数の前記無線送信装置が送信した信号を多重受信し、
    多重受信した受信信号を、周波数領域の信号に変換する周波数変換部と、
    周波数変換後の前記受信信号を前記無線送信装置毎の複数の信号に分離させる信号分離部と、
    分離後の前記信号を時間領域の信号に変換する時間変換部と、
    時間領域に変換後の信号に含まれる差動符号化された繰返し波形を復号する復号部と、
    を有することを特徴とする無線通信システム。
23. 前記繰返し符号化部は、差動符号化を行い、
    前記復号部は、差動復号を行うことを特徴とする請求項２２に記載の無線通信システム。
24. 前記無線送信装置は、繰返し波形に位相回転系列を乗算する位相回転部をさらに有することを特徴とする請求項２２または２３に記載の無線通信システム。
25. 無線受信装置が複数の無線送信装置からの信号を多重受信する無線通信方法であって、
    前記複数の無線送信装置のそれぞれが、
    前記無線受信装置で使用される周波数変換長未満の長さの基本波形を複数回繰返した前記周波数変換長以上の長さの繰返し波形を生成するステップと、
    前記繰返し波形および既知信号を含むデータフレームを生成するステップと、
    前記データフレームを含む信号を送信するステップと、
    前記無線受信装置が、
    複数の前記無線送信装置が送信した信号を多重受信するステップと、
    多重受信した受信信号を、周波数領域の信号に変換するステップと、
    周波数変換後の前記受信信号を前記無線送信装置毎の複数の信号に分離させるステップと、
    分離後の前記信号を時間領域の信号に変換するステップと、
    時間領域に変換後の信号に含まれる繰返し波形を復号するステップと、
    を含むことを特徴とする無線通信方法。
26. 無線送信装置を制御するための制御回路であって、
    無線受信装置で使用される周波数変換長未満の長さの基本波形を準備し、前記基本波形を複数回繰り返した前記周波数変換長以上の長さの繰返し波形を生成し、前記繰返し波形および既知信号を含むデータフレームを生成する繰返し符号化、
    を前記無線送信装置に実行させ、
    前記繰返し符号化は、差動符号化であることを特徴とする制御回路。
27. 無線送信装置を制御するためのプログラムであって、
    無線受信装置で使用される周波数変換長未満の長さの基本波形を準備し、前記基本波形を複数回繰り返した前記周波数変換長以上の長さの繰返し波形を生成し、前記繰返し波形および既知信号を含むデータフレームを生成する繰返し符号化、
    を前記無線送信装置に実行させ、
    前記繰返し符号化は、差動符号化であることを特徴とするプログラム。

Images