JPWO2007049760A1 - 送信装置、受信装置、送信方法、受信方法及び無線通信システム - Google Patents

送信装置、受信装置、送信方法、受信方法及び無線通信システム Download PDF

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Abstract

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて、チャネル推定精度を維持しつつデータレートの向上を図る、またはデータレートを維持しつつチャネル推定精度の向上を図る送信装置を開示する。この送信装置において、送信アンテナ情報付加部（１０４）では、共通パイロット信号を基準位相として、個別パイロット信号に送信アンテナ毎に異なる位相回転を施すことにより、パイロット信号に送信アンテナ情報を付加する。パイロット配置部（１０７）には、パイロット信号の送信に用いる送信アンテナ及びサブキャリアの組合せ情報と、制御情報との対応関係が予め変換テーブルとして備えられており、パイロット配置部（１０７）は、制御情報に応じた組合せ情報となるように、送信アンテナ情報付加部（１０４）から出力されたパイロット信号をサブキャリアに割り当てる。

Description

本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）技術とＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）技術とを適用したＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおける送信装置、受信装置、送信方法、受信方法及び無線通信システムに関する。
近年、携帯電話機等に代表される無線セルラシステムにおいては、サービス形態が多様化し、音声データだけではなく、静止画像、動画像等の大容量データを伝送することが要求されている。これに対して、周波数利用効率の高いＭＩＭＯ通信システムの研究が盛んに行われている。
ＭＩＭＯ通信システムにおいて伝送レートを向上させる技術として、ＳＤＭ（Space Division Multiplex：空間分割多重）方式がある。ＳＤＭ方式は複数のアンテナよりそれぞれ異なる信号を同時に送信し、受信側で信号を分離するものである。なお、信号の分離に際してはチャネル情報を必要とする。
チャネル情報は、受信側において既知情報であるパイロットシンボルを用いることにより推定が可能であるが、チャネル推定精度とデータレートとはトレードオフ関係にある。すなわち、パイロットシンボル数が少なければ多くのデータを送ることができるが、十分なチャネル推定精度が期待できない。また、パイロットシンボル数が多ければ、十分なチャネル推定精度は期待できるが、その分データレートが低下する。従って、チャネル推定精度とデータレートとを両立する技術が望まれている。
チャネル推定精度とデータレートとを両立する技術として、パイロットシンボルを変調し情報を載せる方法が非特許文献１に開示されている。この方法は、送信側で隣接サブキャリア間のパイロットに位相差を設けることで差動変調を行い、受信側で隣接サブキャリア間のパイロットの位相差を検出する。これにより、パイロット区間の終了を判断する。この方法では、隣接サブキャリア間でのチャネルの位相変動が１８０°未満であれば、この方法がチャネル推定に影響を与えることはない。
江頭慶真、外３名、"MIMO-OFDMシステムにおけるストリーム数推定を考慮した伝送路推定用プリアンブル構成"2004年電子情報通信ソサエティ大会B-5-137
しかしながら、上述した非特許文献１に開示の方法では、パイロットに載せる情報が増加すると差動変調時の信号点間距離が小さくなるため、パイロットに載せた情報の誤り率が増加し、さらにパイロットを用いて行われるチャネル推定の精度も劣化するという問題がある。
例えば、パイロットに４ビットの情報を載せることを考えた場合、変調方式は１６ＰＳＫを用いることになり、図１に示すような信号点配置となる。このとき、信号点間の位相差は２２．５°しかなく、高速フェージング変動により隣接サブキャリア間でのチャネルの位相変動が２２．５°を超えてしまうと、パイロットに載せた情報を正しく検出できなくなってしまう。また、パイロットを既知信号と見なせなくなってしまうので、チャネル推定精度も劣化する。
本発明の目的は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて、チャネル推定精度を維持しつつデータレートの向上を図る、またはデータレートを維持しつつチャネル推定精度の向上を図る送信装置、受信装置、送信方法、受信方法及び無線通信システムを提供することである。
本発明の送信装置は、複数の送信アンテナと、前記複数の送信アンテナからそれぞれ送信されるパイロット信号に、対応する前記送信アンテナを識別するアンテナ情報を付加するアンテナ情報付加手段と、前記アンテナ情報が付加されたパイロット信号をサブキャリアに割り当て、前記パイロット信号を割り当てたサブキャリアと前記アンテナ情報とを組み合わせるサブキャリア割り当て手段と、前記パイロット信号を割り当てたサブキャリアと前記アンテナ情報との組合せによって他の情報を伝送する伝送手段と、を具備する構成を採る。
本発明の受信装置は、複数の送信アンテナから送信されるパイロット信号に、対応する前記送信アンテナを識別するアンテナ情報が付加され、サブキャリアに割り当てられた前記パイロット信号を受信する受信手段と、前記パイロット信号を送信した送信アンテナを前記アンテナ情報から特定するアンテナ特定手段と、特定された前記送信アンテナと前記パイロット信号が割り当てられたサブキャリアとの組合せ情報を他の情報に変換し、前記他の情報を取得する変換手段と、を具備する構成を採る。
本発明によれば、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて、チャネル推定精度を維持しつつデータレートの向上を図る、または、データレートを維持しつつチャネル推定精度の向上を図ることができる。
非特許文献１に開示の技術において１６ＰＳＫを適用したパイロットの信号点配置を示す図 本発明の実施の形態１に係る送信装置の構成を示すブロック図 共通パイロット信号と個別パイロット信号との位相関係を示す図 図２に示したパイロット配置部の内部構成を示すブロック図 制御情報変換テーブルを示す図 送信アンテナとサブキャリアの組合せを示す図 本発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示すブロック図 図７に示したパイロット解析部の内部構成を示すブロック図 共通パイロット信号及び個別パイロット信号の位相差と送信アンテナとの対応関係を示す図 図２に示した送信装置と図７に示した受信装置との通信手順を示すシーケンス図 送信パイロット信号のサブキャリアへの割り当ての様子を示す図 送信パイロット信号のサブキャリアへの割り当ての様子を示す図 送信パイロット信号のサブキャリアへの割り当ての様子を示す図 送信パイロット信号のサブキャリアへの割り当ての様子を示す図 受信信号の多重の様子を示す図 送信アンテナの特定方法の説明に供する図 周波数軸上の隣接パイロットシンボル間に位相差０°を設ける様子を示す図 周波数軸上の隣接パイロットシンボル間に位相差９０°を設ける様子を示す図 周波数軸上の隣接パイロットシンボル間に位相差１８０°を設ける様子を示す図 周波数軸上の隣接パイロットシンボル間に位相差−９０°を設ける様子を示す図 本発明の実施の形態２に係る送信装置の構成を示すブロック図 図１５に示したパイロット変調部の内部構成を示すブロック図 ビット情報変換テーブルを示す図 本発明の実施の形態２に係る受信装置の構成を示すブロック図 図１８に示したパイロット復調部の内部構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３に係る送信装置の構成を示すブロック図 図２０に示したパイロット変調部の内部構成を示すブロック図 ビット情報変換テーブルを示す図 本発明の実施の形態３に係る受信装置の構成を示すブロック図 図２３に示したパイロット復調部の内部構成を示すブロック図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態では、送信アンテナ４本、受信アンテナ４本の４×４ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムを想定して説明する。ただし、実施の形態において、同一機能を有する構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る送信装置１００の構成を示すブロック図である。この図において、Ｓ／Ｐ変換部１０１は、入力された送信データをシリアル信号から４系列のパラレル信号に変換し、系列毎の送信データを変調部１０２−１〜１０２−４に出力する。
変調部１０２−１〜１０２−４は、Ｓ／Ｐ変換部１０１から出力された送信データに変調処理を施し、変調信号を対応する多重化部１０８−１〜１０８−４にそれぞれ出力する。
パイロット生成部１０３は、パイロット信号を生成し、生成したパイロット信号を送信アンテナ情報付加部１０４に出力する。
送信アンテナ情報付加部１０４は、パイロット生成部１０３から出力されたパイロット信号のうち、共通パイロット信号を基準位相として、この基準位相に対して送信アンテナ毎に異なる位相回転を送信アンテナ情報として個別パイロット信号に施す。そして、送信アンテナ情報を付加したパイロット信号をパイロット配置部１０７に出力する。送信アンテナ毎に異なる位相回転量としては、アンテナ数４本の場合には、例えば図３に示すように、９０°毎に異なるようにすることが考えられる。図３に示す送信アンテナ１〜４は、図２に示した送信アンテナ１１０−１〜１１０−４にそれぞれ対応する。
図３では、送信アンテナ１から送信される個別パイロット信号は共通パイロット信号と同じ位相、すなわち、０°の位相回転を施し、送信アンテナ２から送信される個別パイロット信号には、共通パイロット信号に対して９０°の位相回転を施すことを示す。また、送信アンテナ３から送信される個別パイロット信号には共通パイロット信号に対して１８０°の位相回転を施し、送信アンテナ４から送信される個別パイロット信号には共通パイロット信号に対して−９０°（２７０°）の位相回転を施すことを示す。なお、パイロット生成部１０３から出力された送信パイロット信号がＢＰＳＫ変調されている場合、共通パイロット信号を１とし、ＱＰＳＫ変調されている場合、共通パイロット信号を１＋ｊとした。
受信品質測定部１０５は、後述する通信相手である受信装置２００から送信されたパイロット信号に基づいて、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号電力対雑音電力比）、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio：信号電力対干渉電力比）、ＳＩＮＲ（Signal-to-Interference and Noise power Ratio：信号電力対干渉、雑音電力比）等の受信品質を測定し、測定した受信品質情報を制御情報生成部１０６に出力する。
制御情報生成部１０６は、受信品質測定部１０５から出力された受信品質情報に基づいて、空間多重数、ＳＤＭとダイバーシチとの切替情報、送信アンテナ選択情報、マルチユーザ環境におけるユーザ識別情報等を制御情報として生成し、生成した制御情報をパイロット配置部１０７に出力する。
パイロット配置部１０７は、制御情報生成部１０６から出力された制御情報に基づいて、送信アンテナ情報付加部１０４から出力された送信パイロット信号を各サブキャリアに割り当て、サブキャリアに割り当てた送信パイロット信号を多重化部１０８−１〜１０８−４に出力する。なお、パイロット配置部１０７の詳細については後述する。
多重化部１０８−１〜１０８−４は、対応する変調部１０２−１〜１０２−４から出力された変調データと、パイロット配置部１０７から出力された送信パイロット信号とを多重してフレーム（多重信号）を生成し、生成した多重信号を対応する送信ＲＦ部１０９−１〜１０９−４にそれぞれ出力する。送信ＲＦ部１０９−１〜１０９−４は、多重化部１０８−１〜１０８−４から出力された多重信号に増幅、アップコンバート等の所定の無線送信処理を施し、対応する送信アンテナ１１０−１〜１１０−４を介して後述する受信装置２００に送信する。
ここで、パイロット配置部１０７の詳細について説明する。図４は、図２に示したパイロット配置部１０７の内部構成を示すブロック図である。図４において、制御情報変換部１５１は、例えば、図５に示すように、制御情報と送信パイロット信号を割り当てるサブキャリアの位置情報及び送信アンテナとの対応関係を表す変換テーブルを予め備えている。
なお、図５において、Ｔｘ１〜Ｔｘ４は送信アンテナ１１０−１〜１１０−４を、ｆａ〜ｆｄは送信アンテナ毎のパイロットシンボルが配置されるサブキャリアをそれぞれ表す。また、制御情報として制御情報１〜４があるものとし、送信アンテナ情報及びサブキャリア位置情報の組合せ情報（以下、単に「組合せ情報」という）と各制御情報とが一対一で対応している。ちなみに、図５では、送信アンテナとサブキャリアとの組み合わせは４通りしか表していないが、送信アンテナ４本、送信パイロット信号を割り当てるサブキャリア数４とした場合、図６に示すように、２４通りの組合せがある。
制御情報変換部１５１は、この変換テーブルに基づいて、制御情報生成部１０６から出力された制御情報を組合せ情報に変換し、組合せ情報のサブキャリア位置情報をサブキャリア割当部１５２−１〜１５２−４に出力する。
サブキャリア割当部１５２−１〜１５２−４は、送信アンテナ情報付加部１０４から出力された送信パイロット信号を制御情報変換部１５１から出力されたサブキャリア位置情報に従って各サブキャリアに割り当てる。これにより、送信パイロット信号は、送信アンテナ毎に異なるサブキャリアに割り当てられる。各サブキャリアに割り当てられた送信パイロット信号は多重化部１０８−１〜１０８−４に出力される。
図７は、本発明の実施の形態１に係る受信装置２００の構成を示すブロック図である。この図において、受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４は、図２に示した送信装置１００から送信された信号をアンテナ２０１−１〜２０１−４を介してそれぞれ受信し、受信した信号にダウンコンバート等の所定の無線受信処理を施し、受信信号から受信パイロット信号を抽出する。受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４は、無線受信処理を施した受信信号のうちデータ信号を受信処理部２０５に出力し、抽出した受信パイロット信号をパイロット解析部２０３に出力する。
パイロット解析部２０３は、受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４から出力された受信パイロット信号の共通パイロット信号と個別パイロット信号との位相差に基づいて、各個別パイロット信号を送信したアンテナを特定し、各個別パイロットの送信に用いた送信アンテナ及びサブキャリアの組合せに基づいて制御情報を取得する。取得した制御情報は受信処理部２０５に出力される。また、受信パイロット信号はチャネル推定部２０４に出力される。なお、パイロット解析部２０３の詳細については後述する。
チャネル推定部２０４は、パイロット解析部２０３から出力された受信パイロット信号に基づいてチャネル推定を行い、チャネル推定情報を受信処理部２０５に出力する。
受信処理部２０５は、パイロット解析部２０３から出力された制御情報に基づいて、受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４から出力されたデータ信号の受信処理を行い、受信処理を行った信号を復調部２０６−１〜２０６−４に出力する。ここで受信処理とは、例えば、チャネル推定情報を用いたＭＩＭＯ信号分離処理、又はダイバーシチ受信処理等の受信処理をいう。
復調部２０６−１〜２０６−４は、受信処理部２０５から出力された信号を復調し、復調した信号をＰ／Ｓ変換部２０７に出力する。Ｐ／Ｓ変換部２０７は、復調部２０６−１〜２０６−４から出力された４系列のパラレル信号を１系列のシリアル信号に変換することにより受信データを取得する。
ここで、図７に示したパイロット解析部２０３の詳細について説明する。図８は、図７に示したパイロット解析部２０３の内部構成を示すブロック図である。図８において、位相差検出部２５１は、受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４から出力された受信パイロットシンボルが配置されている各サブキャリアにおいて、共通パイロット信号と個別パイロット信号との位相差を検出し、位相差情報を送信アンテナ特定部２５２に出力する。位相差情報φ(fi)（ｆｉ＝ｆａ〜ｆｄ）は以下の式（１）で表すことができる。
Figure 2007049760
 ただし、ｆａ〜ｆｄをパイロットシンボルが配置されるサブキャリアとし、Pcommon(fi)を各サブキャリアにおける共通パイロット信号とし、Pdedicate(fi)を個別パイロット信号とする。
送信アンテナ特定部２５２は、位相差検出部２５１から出力された位相差情報に基づいて、受信パイロット信号がいずれの送信アンテナから送信されたかを特定する。送信装置１００において図３に示すような位相差を共通パイロット信号と個別パイロット信号に与えているとすると、送信アンテナ特定部２５２は図９に示す対応関係に基づいて、送信アンテナを特定する。
そして、送信アンテナ特定部２５２は、各個別パイロット信号の送信に用いた送信アンテナ及びサブキャリアの組合せ情報を生成し、生成した組合せ情報を制御情報変換部２５３に出力する一方、受信パイロット信号をチャネル推定部２０４に出力する。
制御情報変換部２５３は、図５に示した変換テーブルを予め備えており、この変換テーブルに基づいて、送信アンテナ特定部２５２から出力された組合せ情報を制御情報に変換する。制御情報は受信処理部２０５に出力される。
次に、上記構成を有する送信装置１００及び受信装置２００の動作について説明する。図１０は、図２に示した送信装置１００と図７に示した受信装置２００との通信手順を示すシーケンス図である。図１０において、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）９０１では、受信装置２００からパイロット信号を送信装置１００に送信する。
ＳＴ９０２では、送信装置１００の受信品質測定部１０５が受信装置２００から送信されたパイロット信号を用いて、ＳＮＲ、ＳＩＲ、ＳＩＮＲ等の受信品質を測定し、ＳＴ９０３では、ＳＴ９０２において測定された受信品質に基づいて、制御情報生成部１０６が制御情報を生成する。
ＳＴ９０４では、送信装置１００のパイロット生成部１０３が送信パイロット信号を生成し、ＳＴ９０５では、送信アンテナ情報付加部１０４が、ＳＴ９０４において生成された送信パイロット信号の個別パイロット信号と共通パイロット信号との位相差が送信アンテナ毎に異なるように、個別パイロット信号に位相回転を与える。
ＳＴ９０６では、送信装置１００のパイロット配置部１０７が、ＳＴ９０３において生成された制御情報を組合せ情報に変換し、組合せ情報のサブキャリア位置情報に従って各送信パイロット信号をサブキャリアに割り当てる。
ここで、送信パイロット信号のサブキャリアへの割り当ての様子を図１１Ａ〜Ｄに示す。ここでは、各送信アンテナとも１シンボル目に共通パイロットシンボルを配置し、４シンボル目に個別パイロットシンボルを配置するものとする。また、ＭＩＭＯシステムでは、各アンテナから送信されるパイロット信号が互いに干渉し合うことを回避するため、図１１Ａ〜Ｄに示すように、あるアンテナについて共通パイロット及び個別パイロットが割り当てられているサブキャリアは他のアンテナにおいてヌルサブキャリアとする。なお、既に説明したように、いずれのサブキャリアにいずれの送信アンテナ情報を付与したパイロット信号が配置されるかは制御情報に依存する。また、図１１Ａ〜Ｄに示すように、各個別パイロット信号には、共通パイロット信号を基準位相として送信アンテナ毎に異なる位相回転が与えられている。ただし、図１１Ａ〜Ｄでは、白抜きが示すシンボルはデータシンボルを表している。
再度、図１０を参照するに、ＳＴ９０７では、ＳＴ９０６においてサブキャリアに割り当てられたパイロット信号と送信データとを多重化部１０８−１〜１０８−４が多重してフレームを生成し、ＳＴ９０８では、生成したフレームを受信装置２００に送信する。
ＳＴ９０９では、受信装置２００の受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４が送信装置１００から送信されたフレームを受信し、受信したフレームからパイロット信号とデータ信号とを分離する。各受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４が受信する信号は、図１２に示すように、データシンボル（図中、白抜きが示すシンボル）が空間多重されている場合でも、共通パイロット信号及び個別パイロット信号は空間多重されていない。これは、送信装置１００においてあるアンテナについて共通パイロット及び個別パイロットが割り当てられているサブキャリアは他のアンテナにおいてヌルサブキャリアとしているためである。従って、パイロットシンボルが割り当てられているサブキャリアは送信アンテナと一対一で対応している。
ＳＴ９１０では、パイロット解析部２０３がＳＴ９０９において分離されたパイロット信号の位相回転量を検出し、各パイロット信号がいずれの送信アンテナから送信されたかを特定する。本実施の形態では、既に説明しているように、サブキャリアと送信アンテナとの対応関係を固定とするものではなく、この対応関係を変化させることによって、制御情報を送信している。このため、受信装置２００では受信したパイロット信号がいずれの送信アンテナから送信されたかを特定する必要がある。ここで、この特定方法について図１３を用いて説明する。
送信装置１００では、共通パイロット信号を基準位相として、送信アンテナ毎に異なる位相差となるように個別パイロット信号に位相回転を与えている。このため、受信装置２００では、共通パイロットを基準位相として、個別パイロットとの位相差を検出することにより、受信パイロットがいずれの送信アンテナから送信されたかを特定することができる。
図１３において、受信した共通パイロットシンボルを第１象限においた場合、受信した個別パイロットシンボルが第１象限にあれば、送信アンテナ１から送信されたパイロット信号であると特定される。また、受信した個別パイロットシンボルが第２象限にあれば、送信アンテナ２から送信されたパイロット信号であると特定される。また、受信した個別パイロットシンボルが第３象限にあれば、送信アンテナ３から送信されたパイロット信号であると特定される。さらに、受信した個別パイロットシンボルが第４象限にあれば、送信アンテナ４から送信されたパイロット信号であると特定される。
再度、図１０を参照するに、ＳＴ９１１では、受信装置２００のパイロット解析部２０３がパイロット信号を送信した送信アンテナとサブキャリアとの組合せ情報を生成し、生成した組合せ情報に基づいて制御情報を取得する。
ＳＴ９１２では、受信装置２００のチャネル推定部２０４が受信パイロット信号を用いてチャネル推定を行い、ＳＴ９１３では、受信処理部２０５が、ＳＴ９１１において取得された制御情報に基づいて、ＳＴ９１２において推定されたチャネル推定情報を用いたＭＩＭＯ信号分離処理、又はダイバーシチ受信処理等を行う。そして、復調部２０６−１〜２０６−４による受信処理後の信号の復調、Ｐ／Ｓ変換部２０７による復調後の信号のＰ／Ｓ変換を行い、受信データを取得する。
このように実施の形態１によれば、送信装置及び受信装置が、パイロット信号の送信に用いるサブキャリア及び送信アンテナとの組合せ情報に制御情報を対応付けたテーブルを予め備え、送信装置では、共通パイロット信号と個別パイロット信号との位相差が送信アンテナ毎に異なるように個別パイロット信号に位相回転を与え、受信装置では、受信した共通パイロット信号と個別パイロット信号との位相差からパイロット信号を送信したアンテナを特定し、パイロット信号の送信に用いられた送信アンテナとサブキャリアとの組合せ情報に基づいて、制御情報を取得することにより、パイロット信号によって制御情報を送信することができるので、フレームに割り当てる制御情報量を減らせる分、データを多く割り当てることができ、よって、チャネル推定精度を維持したままデータレートの向上を図ることができる。また、フレームに割り当てる制御情報量を減らせる分、パイロット信号を多く割り当てることもでき、データレートを維持したままチャネル推定精度の向上を図ることができる。
なお、本実施の形態では、時間軸上に配置された共通パイロット信号と個別パイロット信号との位相差を設けることにより送信アンテナ情報を付加するものとして説明したが、本発明はこれに限らず、図１４Ａ〜Ｄに示すように、周波数軸上の隣接パイロットシンボル間に送信アンテナ毎に異なる位相差を設けて、送信アンテナ情報を付加するようにしてもよい。ただし、図１１Ａ〜Ｄでは、白抜きが示すシンボルはデータシンボルを表している。
（実施の形態２）
実施の形態１では、パイロット信号の送信に用いるサブキャリアと送信アンテナとの組合せ情報に制御情報を対応付けることにより、パイロット信号によって制御情報を送信する場合について説明したが、本発明の実施の形態２では、パイロット信号の送信に用いるサブキャリアと送信アンテナとの組合せ情報にデータを対応付けることにより、パイロット信号によってデータを送信する場合について説明する。
図１５は、本発明の実施の形態２に係る送信装置３００の構成を示すブロック図である。図１５が図２と異なる点は、受信品質測定部１０５及び制御情報生成部１０６を削除し、パイロット配置部１０７をパイロット変調部３０１に変更した点である。
図１６は、図１５に示したパイロット変調部３０１の内部構成を示すブロック図である。図１６において、送信データ変換部３５１は、例えば、図１７に示すように、データと送信パイロット信号を割り当てるサブキャリアの位置情報との対応関係を表す変換テーブルを予め備えている。
なお、図１７において、Ｔｘ１〜Ｔｘ４は送信アンテナ１１０−１〜１１０−４を、ｆａ〜ｆｄは送信アンテナ毎のパイロットシンボルが配置されるサブキャリアをそれぞれ表す。また、データとしてＢＰＳＫの２値、ＱＰＳＫの４値、１６ＱＡＭの１６値があるものとし、送信アンテナ情報及びサブキャリア位置情報の組合せ情報と各変調方式における１シンボル当たりのビット値とが一対一で対応している。なお、送信アンテナ４本、送信パイロット信号を割り当てるサブキャリア数４とした場合、図６に示したように、２４通りの組合せがあるので、ＢＰＳＫの２値、ＱＰＳＫの４値、１６ＱＡＭの１６値の計２２値を送信アンテナとサブキャリアとの組合せ情報に対応付けることができる。
送信データ変換部３５１は、この変換テーブルに基づいて、送信データを組合せ情報に変換し、組合せ情報のサブキャリア位置情報をサブキャリア割当部１５２−１〜１５２−４に出力する。
図１８は、本発明の実施の形態２に係る受信装置４００の構成を示すブロック図である。図１８が図７と異なる点は、パイロット解析部２０３をパイロット復調部４０１に変更した点である。
図１９は、図１８に示したパイロット復調部４０１の内部構成を示すブロック図である。図１９において、送信データ変換部４５１は、図１７に示した変換テーブルを予め備えており、この変換テーブルに基づいて、送信アンテナ特定部２５２から出力された組合せ情報を復調データに変換する。復調データはＰ／Ｓ変換部２０７に出力される。
なお、４ビットのデータをパイロット信号により送信する場合には、送信アンテナを特定するシンボル判定の精度はＱＰＳＫと同様なので、１６ＱＡＭ変調に比べ、データの検出精度が向上するので、受信品質を改善することができる。
このように実施の形態２によれば、パイロット信号の送信に用いるサブキャリアと送信アンテナとの組合せ情報にデータを対応付けることにより、パイロット信号によってデータを送信することができるので、より多くのデータを送信することができ、チャネル推定精度を維持したままデータレートをより向上させることができる。
（実施の形態３）
実施の形態２では、パイロット信号の送信に用いるサブキャリアと送信アンテナとの組合せ情報にデータを対応付けることにより、パイロット信号によってデータを送信する場合について説明したが、本発明の実施の形態３では、パイロット信号の送信に用いるサブキャリアと送信アンテナとの組合せ情報に冗長情報を対応付けることにより、パイロット信号によって冗長情報を送信する場合について説明する。
図２０は、本発明の実施の形態３に係る送信装置５００の構成を示すブロック図である。図２０が図１５と異なる点は、符号化部５０１及び変調部５０２を追加し、パイロット変調部３０１をパイロット変調部５０３に変更した点である。
符号化部５０１は、送信データにターボ符号等の符号化処理を施し、情報ビットと冗長ビットを生成する。生成した情報ビットは変調部５０２に出力され、冗長ビットはパイロット変調部５０３に出力される。変調部５０２は、符号化部５０１から出力された情報ビットに変調処理を施し、変調信号をＳ／Ｐ変換部１０１に出力する。
パイロット変調部５０３は、符号化部５０１から出力された冗長ビットに基づいて、送信アンテナ情報付加部１０４から出力された送信パイロット信号を各サブキャリアに割り当て、サブキャリアに割り当てた送信パイロット信号を多重化部１０８−１〜１０８−４に出力する。
図２１は、図２０に示したパイロット変調部５０３の内部構成を示すブロック図である。図２１において、冗長ビット変換部５５１は、例えば、図１７に示した変換テーブルを予め備えている。なお、図２２に示すような変換テーブルを備えていてもよく、この場合、より高い精度の誤り訂正を実現することができる。
冗長ビット変換部５５１は、図１７に示した変換テーブルに基づいて、冗長ビットを組合せ情報に変換し、組合せ情報のサブキャリア位置情報をサブキャリア割当部１５２−１〜１５２−４に出力する。
図２３は、本発明の実施の形態３に係る受信装置６００の構成を示すブロック図である。図２３が図１８と異なる点は、パイロット復調部４０１をパイロット復調部６０１に変更した点と、復調部６０２及び復号化部６０３を追加した点である。
パイロット復調部６０１は、受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４から出力された受信パイロット信号の共通パイロット信号と個別パイロット信号との位相差に基づいて、各個別パイロット信号が送信されたアンテナを特定し、各個別パイロットの送信に用いた送信アンテナ及びサブキャリアの組合せに基づいて冗長ビットを取得する。取得した冗長ビットは復号化部６０３に出力される。
復調部６０２は、Ｐ／Ｓ変換部２０７から出力された信号に復調処理を施し、復調信号を生成し、生成した復調信号を復号化部６０３に出力する。復号化部６０３は、復調部６０２から出力された復調信号にパイロット復調部６０１から出力された冗長ビットを用いて、ターボ復号等の復号化処理を施し、復号データ、すなわち受信データを取得する。
図２４は、図２３に示したパイロット復調部６０１の内部構成を示すブロック図である。図２４において、冗長ビット変換部６５１は、図１７に示した変換テーブルを予め備えており、この変換テーブルに基づいて、送信アンテナ特定部２５２から出力された組合せ情報を冗長ビットに変換する。冗長ビットは復号化部６０３に出力される。
このように実施の形態３によれば、パイロット信号の送信に用いるサブキャリアと送信アンテナとの組合せ情報に冗長ビットを対応付けることにより、パイロット信号によって冗長ビットを送信することができるので、データレートを維持したまま誤り訂正能力を向上させることができ、よって、受信品質を改善することができる。また、受信品質を一定にした場合には、送信できるデータを増やすことができるので、データレートを向上させることができる。
なお、本実施の形態では、送信装置においてＭＩＭＯストリーム分離前に符号化する場合を想定して説明したが、各ＭＩＭＯストリームで独立に符号化してもよい。
また、本実施の形態と実施の形態２とを組み合わせることも可能であり、受信状態が良好な場合には、送信データをパイロット信号によって送信してデータレートを向上させ、受信状態が劣悪な場合には、冗長ビットをパイロット信号によって送信して受信品質を改善することにより、システムスループットを向上させることができる。
以上、実施の形態について説明した。
なお、上記各実施の形態において説明した送信装置が基地局装置に適用され、受信装置が移動局装置に適用されてもよいし、逆に、送信装置が移動局装置に適用され、受信装置が基地局装置に適用されてもよい。
また、上記各実施の形態では、送信アンテナ数及び受信アンテナ数をそれぞれ４本、送信パイロット信号を割り当てるサブキャリア数を４として説明したが、本発明はこれに限らず、送信アンテナ数、受信アンテナ数、サブキャリア数ともに２以上の複数であればよい。
上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本明細書は、２００５年１０月２８日出願の特願２００５−３１４６２１に基づくものである。この内容をここに含めておく。
本発明にかかる送信装置、受信装置、送信方法、受信方法及び無線通信システムは、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて、チャネル推定精度及びデータレート双方を向上させるという効果を有し、例えば、携帯電話機、基地局、無線セルラシステムなどに適用できる。
本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）技術とＯＦＤＭ（Orthogonal
Frequency Division Multiplex）技術とを適用したＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおける送信装置、受信装置、送信方法、受信方法及び無線通信システムに関する。
近年、携帯電話機等に代表される無線セルラシステムにおいては、サービス形態が多様化し、音声データだけではなく、静止画像、動画像等の大容量データを伝送することが要求されている。これに対して、周波数利用効率の高いＭＩＭＯ通信システムの研究が盛んに行われている。
ＭＩＭＯ通信システムにおいて伝送レートを向上させる技術として、ＳＤＭ（Space Division Multiplex：空間分割多重）方式がある。ＳＤＭ方式は複数のアンテナよりそれぞれ異なる信号を同時に送信し、受信側で信号を分離するものである。なお、信号の分離に際してはチャネル情報を必要とする。
チャネル情報は、受信側において既知情報であるパイロットシンボルを用いることにより推定が可能であるが、チャネル推定精度とデータレートとはトレードオフ関係にある。すなわち、パイロットシンボル数が少なければ多くのデータを送ることができるが、十分なチャネル推定精度が期待できない。また、パイロットシンボル数が多ければ、十分なチャネル推定精度は期待できるが、その分データレートが低下する。従って、チャネル推定精度とデータレートとを両立する技術が望まれている。
チャネル推定精度とデータレートとを両立する技術として、パイロットシンボルを変調し情報を載せる方法が非特許文献１に開示されている。この方法は、送信側で隣接サブキャリア間のパイロットに位相差を設けることで差動変調を行い、受信側で隣接サブキャリア間のパイロットの位相差を検出する。これにより、パイロット区間の終了を判断する。この方法では、隣接サブキャリア間でのチャネルの位相変動が１８０°未満であれば、この方法がチャネル推定に影響を与えることはない。
江頭慶真、外３名、"MIMO-OFDMシステムにおけるストリーム数推定を考慮した伝送路推定用プリアンブル構成"2004年電子情報通信ソサエティ大会B-5-137
しかしながら、上述した非特許文献１に開示の方法では、パイロットに載せる情報が増加すると差動変調時の信号点間距離が小さくなるため、パイロットに載せた情報の誤り率が増加し、さらにパイロットを用いて行われるチャネル推定の精度も劣化するという問題がある。
例えば、パイロットに４ビットの情報を載せることを考えた場合、変調方式は１６ＰＳＫを用いることになり、図１に示すような信号点配置となる。このとき、信号点間の位相差は２２．５°しかなく、高速フェージング変動により隣接サブキャリア間でのチャネルの位相変動が２２．５°を超えてしまうと、パイロットに載せた情報を正しく検出できなくなってしまう。また、パイロットを既知信号と見なせなくなってしまうので、チャネル推定精度も劣化する。
本発明の目的は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて、チャネル推定精度を維持しつつデータレートの向上を図る、またはデータレートを維持しつつチャネル推定精度の向上を図る送信装置、受信装置、送信方法、受信方法及び無線通信システムを提供することである。
本発明の送信装置は、複数の送信アンテナと、前記複数の送信アンテナからそれぞれ送信されるパイロット信号に、対応する前記送信アンテナを識別するアンテナ情報を付加するアンテナ情報付加手段と、前記アンテナ情報が付加されたパイロット信号をサブキャリアに割り当て、前記パイロット信号を割り当てたサブキャリアと前記アンテナ情報とを組み合わせるサブキャリア割り当て手段と、前記パイロット信号を割り当てたサブキャリアと前記アンテナ情報との組合せによって他の情報を伝送する伝送手段と、を具備する構成を採る。
本発明の受信装置は、複数の送信アンテナから送信されるパイロット信号に、対応する前記送信アンテナを識別するアンテナ情報が付加され、サブキャリアに割り当てられた前記パイロット信号を受信する受信手段と、前記パイロット信号を送信した送信アンテナを前記アンテナ情報から特定するアンテナ特定手段と、特定された前記送信アンテナと前記パイロット信号が割り当てられたサブキャリアとの組合せ情報を他の情報に変換し、前記他の情報を取得する変換手段と、を具備する構成を採る。
本発明によれば、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて、チャネル推定精度を維持しつつデータレートの向上を図る、または、データレートを維持しつつチャネル推定精度の向上を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態では、送信アンテナ４本、受信アンテナ４本の４×４ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムを想定して説明する。ただし、実施の形態において、同一機能を有する構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る送信装置１００の構成を示すブロック図である。この図において、Ｓ／Ｐ変換部１０１は、入力された送信データをシリアル信号から４系列のパラレル信号に変換し、系列毎の送信データを変調部１０２−１〜１０２−４に出力する。
変調部１０２−１〜１０２−４は、Ｓ／Ｐ変換部１０１から出力された送信データに変調処理を施し、変調信号を対応する多重化部１０８−１〜１０８−４にそれぞれ出力する。
パイロット生成部１０３は、パイロット信号を生成し、生成したパイロット信号を送信アンテナ情報付加部１０４に出力する。
送信アンテナ情報付加部１０４は、パイロット生成部１０３から出力されたパイロット信号のうち、共通パイロット信号を基準位相として、この基準位相に対して送信アンテナ毎に異なる位相回転を送信アンテナ情報として個別パイロット信号に施す。そして、送信アンテナ情報を付加したパイロット信号をパイロット配置部１０７に出力する。送信アンテナ毎に異なる位相回転量としては、アンテナ数４本の場合には、例えば図３に示すように、９０°毎に異なるようにすることが考えられる。図３に示す送信アンテナ１〜４は、図２に示した送信アンテナ１１０−１〜１１０−４にそれぞれ対応する。
図３では、送信アンテナ１から送信される個別パイロット信号は共通パイロット信号と同じ位相、すなわち、０°の位相回転を施し、送信アンテナ２から送信される個別パイロット信号には、共通パイロット信号に対して９０°の位相回転を施すことを示す。また、送信アンテナ３から送信される個別パイロット信号には共通パイロット信号に対して１８０°の位相回転を施し、送信アンテナ４から送信される個別パイロット信号には共通パイロット信号に対して−９０°（２７０°）の位相回転を施すことを示す。なお、パイロット生成部１０３から出力された送信パイロット信号がＢＰＳＫ変調されている場合、共通パイロット信号を１とし、ＱＰＳＫ変調されている場合、共通パイロット信号を１＋ｊとした。
受信品質測定部１０５は、後述する通信相手である受信装置２００から送信されたパイロット信号に基づいて、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号電力対雑音電力比）、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio：信号電力対干渉電力比）、ＳＩＮＲ（Signal-to-Interference and Noise power Ratio：信号電力対干渉、雑音電力比）等の受信品質を測定し、測定した受信品質情報を制御情報生成部１０６に出力する。
制御情報生成部１０６は、受信品質測定部１０５から出力された受信品質情報に基づいて、空間多重数、ＳＤＭとダイバーシチとの切替情報、送信アンテナ選択情報、マルチユーザ環境におけるユーザ識別情報等を制御情報として生成し、生成した制御情報をパイロット配置部１０７に出力する。
パイロット配置部１０７は、制御情報生成部１０６から出力された制御情報に基づいて、送信アンテナ情報付加部１０４から出力された送信パイロット信号を各サブキャリアに割り当て、サブキャリアに割り当てた送信パイロット信号を多重化部１０８−１〜１０８−４に出力する。なお、パイロット配置部１０７の詳細については後述する。
多重化部１０８−１〜１０８−４は、対応する変調部１０２−１〜１０２−４から出力された変調データと、パイロット配置部１０７から出力された送信パイロット信号とを多重してフレーム（多重信号）を生成し、生成した多重信号を対応する送信ＲＦ部１０９−１〜１０９−４にそれぞれ出力する。送信ＲＦ部１０９−１〜１０９−４は、多重化部１０８−１〜１０８−４から出力された多重信号に増幅、アップコンバート等の所定の無線送信処理を施し、対応する送信アンテナ１１０−１〜１１０−４を介して後述する受信装置２００に送信する。
ここで、パイロット配置部１０７の詳細について説明する。図４は、図２に示したパイロット配置部１０７の内部構成を示すブロック図である。図４において、制御情報変換部１５１は、例えば、図５に示すように、制御情報と送信パイロット信号を割り当てるサブキャリアの位置情報及び送信アンテナとの対応関係を表す変換テーブルを予め備えている。
なお、図５において、Ｔｘ１〜Ｔｘ４は送信アンテナ１１０−１〜１１０−４を、ｆａ〜ｆｄは送信アンテナ毎のパイロットシンボルが配置されるサブキャリアをそれぞれ表す。また、制御情報として制御情報１〜４があるものとし、送信アンテナ情報及びサブキャリア位置情報の組合せ情報（以下、単に「組合せ情報」という）と各制御情報とが一対一で対応している。ちなみに、図５では、送信アンテナとサブキャリアとの組み合わせは４通りしか表していないが、送信アンテナ４本、送信パイロット信号を割り当てるサブキャリア数４とした場合、図６に示すように、２４通りの組合せがある。
制御情報変換部１５１は、この変換テーブルに基づいて、制御情報生成部１０６から出力された制御情報を組合せ情報に変換し、組合せ情報のサブキャリア位置情報をサブキャリア割当部１５２−１〜１５２−４に出力する。
サブキャリア割当部１５２−１〜１５２−４は、送信アンテナ情報付加部１０４から出力された送信パイロット信号を制御情報変換部１５１から出力されたサブキャリア位置情報に従って各サブキャリアに割り当てる。これにより、送信パイロット信号は、送信アンテナ毎に異なるサブキャリアに割り当てられる。各サブキャリアに割り当てられた送信パイロット信号は多重化部１０８−１〜１０８−４に出力される。
図７は、本発明の実施の形態１に係る受信装置２００の構成を示すブロック図である。
この図において、受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４は、図２に示した送信装置１００から送信された信号をアンテナ２０１−１〜２０１−４を介してそれぞれ受信し、受信した信号にダウンコンバート等の所定の無線受信処理を施し、受信信号から受信パイロット信号を抽出する。受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４は、無線受信処理を施した受信信号のうちデータ信号を受信処理部２０５に出力し、抽出した受信パイロット信号をパイロット解析部２０３に出力する。
パイロット解析部２０３は、受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４から出力された受信パイロット信号の共通パイロット信号と個別パイロット信号との位相差に基づいて、各個別パイロット信号を送信したアンテナを特定し、各個別パイロットの送信に用いた送信アンテナ及びサブキャリアの組合せに基づいて制御情報を取得する。取得した制御情報は受信処理部２０５に出力される。また、受信パイロット信号はチャネル推定部２０４に出力される。なお、パイロット解析部２０３の詳細については後述する。
チャネル推定部２０４は、パイロット解析部２０３から出力された受信パイロット信号に基づいてチャネル推定を行い、チャネル推定情報を受信処理部２０５に出力する。
受信処理部２０５は、パイロット解析部２０３から出力された制御情報に基づいて、受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４から出力されたデータ信号の受信処理を行い、受信処理を行った信号を復調部２０６−１〜２０６−４に出力する。ここで受信処理とは、例えば、チャネル推定情報を用いたＭＩＭＯ信号分離処理、又はダイバーシチ受信処理等の受信処理をいう。
復調部２０６−１〜２０６−４は、受信処理部２０５から出力された信号を復調し、復調した信号をＰ／Ｓ変換部２０７に出力する。Ｐ／Ｓ変換部２０７は、復調部２０６−１〜２０６−４から出力された４系列のパラレル信号を１系列のシリアル信号に変換することにより受信データを取得する。
ここで、図７に示したパイロット解析部２０３の詳細について説明する。図８は、図７に示したパイロット解析部２０３の内部構成を示すブロック図である。図８において、位相差検出部２５１は、受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４から出力された受信パイロットシンボルが配置されている各サブキャリアにおいて、共通パイロット信号と個別パイロット信号との位相差を検出し、位相差情報を送信アンテナ特定部２５２に出力する。位相差情報φ(fi)（ｆｉ＝ｆａ〜ｆｄ）は以下の式（１）で表すことができる。
Figure 2007049760
 ただし、ｆａ〜ｆｄをパイロットシンボルが配置されるサブキャリアとし、Pcommon(fi)を各サブキャリアにおける共通パイロット信号とし、Pdedicate(fi)を個別パイロット信号とする。
送信アンテナ特定部２５２は、位相差検出部２５１から出力された位相差情報に基づいて、受信パイロット信号がいずれの送信アンテナから送信されたかを特定する。送信装置１００において図３に示すような位相差を共通パイロット信号と個別パイロット信号に与えているとすると、送信アンテナ特定部２５２は図９に示す対応関係に基づいて、送信アンテナを特定する。
そして、送信アンテナ特定部２５２は、各個別パイロット信号の送信に用いた送信アンテナ及びサブキャリアの組合せ情報を生成し、生成した組合せ情報を制御情報変換部２５３に出力する一方、受信パイロット信号をチャネル推定部２０４に出力する。
制御情報変換部２５３は、図５に示した変換テーブルを予め備えており、この変換テーブルに基づいて、送信アンテナ特定部２５２から出力された組合せ情報を制御情報に変換する。制御情報は受信処理部２０５に出力される。
次に、上記構成を有する送信装置１００及び受信装置２００の動作について説明する。図１０は、図２に示した送信装置１００と図７に示した受信装置２００との通信手順を示すシーケンス図である。図１０において、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）９０１では、受信装置２００からパイロット信号を送信装置１００に送信する。
ＳＴ９０２では、送信装置１００の受信品質測定部１０５が受信装置２００から送信されたパイロット信号を用いて、ＳＮＲ、ＳＩＲ、ＳＩＮＲ等の受信品質を測定し、ＳＴ９０３では、ＳＴ９０２において測定された受信品質に基づいて、制御情報生成部１０６が制御情報を生成する。
ＳＴ９０４では、送信装置１００のパイロット生成部１０３が送信パイロット信号を生成し、ＳＴ９０５では、送信アンテナ情報付加部１０４が、ＳＴ９０４において生成された送信パイロット信号の個別パイロット信号と共通パイロット信号との位相差が送信アンテナ毎に異なるように、個別パイロット信号に位相回転を与える。
ＳＴ９０６では、送信装置１００のパイロット配置部１０７が、ＳＴ９０３において生成された制御情報を組合せ情報に変換し、組合せ情報のサブキャリア位置情報に従って各送信パイロット信号をサブキャリアに割り当てる。
ここで、送信パイロット信号のサブキャリアへの割り当ての様子を図１１Ａ〜Ｄに示す。ここでは、各送信アンテナとも１シンボル目に共通パイロットシンボルを配置し、４シンボル目に個別パイロットシンボルを配置するものとする。また、ＭＩＭＯシステムでは、各アンテナから送信されるパイロット信号が互いに干渉し合うことを回避するため、図１１Ａ〜Ｄに示すように、あるアンテナについて共通パイロット及び個別パイロットが割り当てられているサブキャリアは他のアンテナにおいてヌルサブキャリアとする。なお、既に説明したように、いずれのサブキャリアにいずれの送信アンテナ情報を付与したパイロット信号が配置されるかは制御情報に依存する。また、図１１Ａ〜Ｄに示すように、各個別パイロット信号には、共通パイロット信号を基準位相として送信アンテナ毎に異なる位相回転が与えられている。ただし、図１１Ａ〜Ｄでは、白抜きが示すシンボルはデータシンボルを表している。
再度、図１０を参照するに、ＳＴ９０７では、ＳＴ９０６においてサブキャリアに割り当てられたパイロット信号と送信データとを多重化部１０８−１〜１０８−４が多重してフレームを生成し、ＳＴ９０８では、生成したフレームを受信装置２００に送信する。
ＳＴ９０９では、受信装置２００の受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４が送信装置１００から送信されたフレームを受信し、受信したフレームからパイロット信号とデータ信号とを分離する。各受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４が受信する信号は、図１２に示すように、データシンボル（図中、白抜きが示すシンボル）が空間多重されている場合でも、共通パイロット信号及び個別パイロット信号は空間多重されていない。これは、送信装置１００においてあるアンテナについて共通パイロット及び個別パイロットが割り当てられているサブキャリアは他のアンテナにおいてヌルサブキャリアとしているためである。従
って、パイロットシンボルが割り当てられているサブキャリアは送信アンテナと一対一で対応している。
ＳＴ９１０では、パイロット解析部２０３がＳＴ９０９において分離されたパイロット信号の位相回転量を検出し、各パイロット信号がいずれの送信アンテナから送信されたかを特定する。本実施の形態では、既に説明しているように、サブキャリアと送信アンテナとの対応関係を固定とするものではなく、この対応関係を変化させることによって、制御情報を送信している。このため、受信装置２００では受信したパイロット信号がいずれの送信アンテナから送信されたかを特定する必要がある。ここで、この特定方法について図１３を用いて説明する。
送信装置１００では、共通パイロット信号を基準位相として、送信アンテナ毎に異なる位相差となるように個別パイロット信号に位相回転を与えている。このため、受信装置２００では、共通パイロットを基準位相として、個別パイロットとの位相差を検出することにより、受信パイロットがいずれの送信アンテナから送信されたかを特定することができる。
図１３において、受信した共通パイロットシンボルを第１象限においた場合、受信した個別パイロットシンボルが第１象限にあれば、送信アンテナ１から送信されたパイロット信号であると特定される。また、受信した個別パイロットシンボルが第２象限にあれば、送信アンテナ２から送信されたパイロット信号であると特定される。また、受信した個別パイロットシンボルが第３象限にあれば、送信アンテナ３から送信されたパイロット信号であると特定される。さらに、受信した個別パイロットシンボルが第４象限にあれば、送信アンテナ４から送信されたパイロット信号であると特定される。
再度、図１０を参照するに、ＳＴ９１１では、受信装置２００のパイロット解析部２０３がパイロット信号を送信した送信アンテナとサブキャリアとの組合せ情報を生成し、生成した組合せ情報に基づいて制御情報を取得する。
ＳＴ９１２では、受信装置２００のチャネル推定部２０４が受信パイロット信号を用いてチャネル推定を行い、ＳＴ９１３では、受信処理部２０５が、ＳＴ９１１において取得された制御情報に基づいて、ＳＴ９１２において推定されたチャネル推定情報を用いたＭＩＭＯ信号分離処理、又はダイバーシチ受信処理等を行う。そして、復調部２０６−１〜２０６−４による受信処理後の信号の復調、Ｐ／Ｓ変換部２０７による復調後の信号のＰ／Ｓ変換を行い、受信データを取得する。
このように実施の形態１によれば、送信装置及び受信装置が、パイロット信号の送信に用いるサブキャリア及び送信アンテナとの組合せ情報に制御情報を対応付けたテーブルを予め備え、送信装置では、共通パイロット信号と個別パイロット信号との位相差が送信アンテナ毎に異なるように個別パイロット信号に位相回転を与え、受信装置では、受信した共通パイロット信号と個別パイロット信号との位相差からパイロット信号を送信したアンテナを特定し、パイロット信号の送信に用いられた送信アンテナとサブキャリアとの組合せ情報に基づいて、制御情報を取得することにより、パイロット信号によって制御情報を送信することができるので、フレームに割り当てる制御情報量を減らせる分、データを多く割り当てることができ、よって、チャネル推定精度を維持したままデータレートの向上を図ることができる。また、フレームに割り当てる制御情報量を減らせる分、パイロット信号を多く割り当てることもでき、データレートを維持したままチャネル推定精度の向上を図ることができる。
なお、本実施の形態では、時間軸上に配置された共通パイロット信号と個別パイロット
信号との位相差を設けることにより送信アンテナ情報を付加するものとして説明したが、本発明はこれに限らず、図１４Ａ〜Ｄに示すように、周波数軸上の隣接パイロットシンボル間に送信アンテナ毎に異なる位相差を設けて、送信アンテナ情報を付加するようにしてもよい。ただし、図１１Ａ〜Ｄでは、白抜きが示すシンボルはデータシンボルを表している。
（実施の形態２）
実施の形態１では、パイロット信号の送信に用いるサブキャリアと送信アンテナとの組合せ情報に制御情報を対応付けることにより、パイロット信号によって制御情報を送信する場合について説明したが、本発明の実施の形態２では、パイロット信号の送信に用いるサブキャリアと送信アンテナとの組合せ情報にデータを対応付けることにより、パイロット信号によってデータを送信する場合について説明する。
図１５は、本発明の実施の形態２に係る送信装置３００の構成を示すブロック図である。図１５が図２と異なる点は、受信品質測定部１０５及び制御情報生成部１０６を削除し、パイロット配置部１０７をパイロット変調部３０１に変更した点である。
図１６は、図１５に示したパイロット変調部３０１の内部構成を示すブロック図である。図１６において、送信データ変換部３５１は、例えば、図１７に示すように、データと送信パイロット信号を割り当てるサブキャリアの位置情報との対応関係を表す変換テーブルを予め備えている。
なお、図１７において、Ｔｘ１〜Ｔｘ４は送信アンテナ１１０−１〜１１０−４を、ｆａ〜ｆｄは送信アンテナ毎のパイロットシンボルが配置されるサブキャリアをそれぞれ表す。また、データとしてＢＰＳＫの２値、ＱＰＳＫの４値、１６ＱＡＭの１６値があるものとし、送信アンテナ情報及びサブキャリア位置情報の組合せ情報と各変調方式における１シンボル当たりのビット値とが一対一で対応している。なお、送信アンテナ４本、送信パイロット信号を割り当てるサブキャリア数４とした場合、図６に示したように、２４通りの組合せがあるので、ＢＰＳＫの２値、ＱＰＳＫの４値、１６ＱＡＭの１６値の計２２値を送信アンテナとサブキャリアとの組合せ情報に対応付けることができる。
送信データ変換部３５１は、この変換テーブルに基づいて、送信データを組合せ情報に変換し、組合せ情報のサブキャリア位置情報をサブキャリア割当部１５２−１〜１５２−４に出力する。
図１８は、本発明の実施の形態２に係る受信装置４００の構成を示すブロック図である。図１８が図７と異なる点は、パイロット解析部２０３をパイロット復調部４０１に変更した点である。
図１９は、図１８に示したパイロット復調部４０１の内部構成を示すブロック図である。図１９において、送信データ変換部４５１は、図１７に示した変換テーブルを予め備えており、この変換テーブルに基づいて、送信アンテナ特定部２５２から出力された組合せ情報を復調データに変換する。復調データはＰ／Ｓ変換部２０７に出力される。
なお、４ビットのデータをパイロット信号により送信する場合には、送信アンテナを特定するシンボル判定の精度はＱＰＳＫと同様なので、１６ＱＡＭ変調に比べ、データの検出精度が向上するので、受信品質を改善することができる。
このように実施の形態２によれば、パイロット信号の送信に用いるサブキャリアと送信アンテナとの組合せ情報にデータを対応付けることにより、パイロット信号によってデー
タを送信することができるので、より多くのデータを送信することができ、チャネル推定精度を維持したままデータレートをより向上させることができる。
（実施の形態３）
実施の形態２では、パイロット信号の送信に用いるサブキャリアと送信アンテナとの組合せ情報にデータを対応付けることにより、パイロット信号によってデータを送信する場合について説明したが、本発明の実施の形態３では、パイロット信号の送信に用いるサブキャリアと送信アンテナとの組合せ情報に冗長情報を対応付けることにより、パイロット信号によって冗長情報を送信する場合について説明する。
図２０は、本発明の実施の形態３に係る送信装置５００の構成を示すブロック図である。図２０が図１５と異なる点は、符号化部５０１及び変調部５０２を追加し、パイロット変調部３０１をパイロット変調部５０３に変更した点である。
符号化部５０１は、送信データにターボ符号等の符号化処理を施し、情報ビットと冗長ビットを生成する。生成した情報ビットは変調部５０２に出力され、冗長ビットはパイロット変調部５０３に出力される。変調部５０２は、符号化部５０１から出力された情報ビットに変調処理を施し、変調信号をＳ／Ｐ変換部１０１に出力する。
パイロット変調部５０３は、符号化部５０１から出力された冗長ビットに基づいて、送信アンテナ情報付加部１０４から出力された送信パイロット信号を各サブキャリアに割り当て、サブキャリアに割り当てた送信パイロット信号を多重化部１０８−１〜１０８−４に出力する。
図２１は、図２０に示したパイロット変調部５０３の内部構成を示すブロック図である。図２１において、冗長ビット変換部５５１は、例えば、図１７に示した変換テーブルを予め備えている。なお、図２２に示すような変換テーブルを備えていてもよく、この場合、より高い精度の誤り訂正を実現することができる。
冗長ビット変換部５５１は、図１７に示した変換テーブルに基づいて、冗長ビットを組合せ情報に変換し、組合せ情報のサブキャリア位置情報をサブキャリア割当部１５２−１〜１５２−４に出力する。
図２３は、本発明の実施の形態３に係る受信装置６００の構成を示すブロック図である。図２３が図１８と異なる点は、パイロット復調部４０１をパイロット復調部６０１に変更した点と、復調部６０２及び復号化部６０３を追加した点である。
パイロット復調部６０１は、受信ＲＦ部２０２−１〜２０２−４から出力された受信パイロット信号の共通パイロット信号と個別パイロット信号との位相差に基づいて、各個別パイロット信号が送信されたアンテナを特定し、各個別パイロットの送信に用いた送信アンテナ及びサブキャリアの組合せに基づいて冗長ビットを取得する。取得した冗長ビットは復号化部６０３に出力される。
復調部６０２は、Ｐ／Ｓ変換部２０７から出力された信号に復調処理を施し、復調信号を生成し、生成した復調信号を復号化部６０３に出力する。復号化部６０３は、復調部６０２から出力された復調信号にパイロット復調部６０１から出力された冗長ビットを用いて、ターボ復号等の復号化処理を施し、復号データ、すなわち受信データを取得する。
図２４は、図２３に示したパイロット復調部６０１の内部構成を示すブロック図である。図２４において、冗長ビット変換部６５１は、図１７に示した変換テーブルを予め備え
ており、この変換テーブルに基づいて、送信アンテナ特定部２５２から出力された組合せ情報を冗長ビットに変換する。冗長ビットは復号化部６０３に出力される。
このように実施の形態３によれば、パイロット信号の送信に用いるサブキャリアと送信アンテナとの組合せ情報に冗長ビットを対応付けることにより、パイロット信号によって冗長ビットを送信することができるので、データレートを維持したまま誤り訂正能力を向上させることができ、よって、受信品質を改善することができる。また、受信品質を一定にした場合には、送信できるデータを増やすことができるので、データレートを向上させることができる。
なお、本実施の形態では、送信装置においてＭＩＭＯストリーム分離前に符号化する場合を想定して説明したが、各ＭＩＭＯストリームで独立に符号化してもよい。
また、本実施の形態と実施の形態２とを組み合わせることも可能であり、受信状態が良好な場合には、送信データをパイロット信号によって送信してデータレートを向上させ、受信状態が劣悪な場合には、冗長ビットをパイロット信号によって送信して受信品質を改善することにより、システムスループットを向上させることができる。
以上、実施の形態について説明した。
なお、上記各実施の形態において説明した送信装置が基地局装置に適用され、受信装置が移動局装置に適用されてもよいし、逆に、送信装置が移動局装置に適用され、受信装置が基地局装置に適用されてもよい。
また、上記各実施の形態では、送信アンテナ数及び受信アンテナ数をそれぞれ４本、送信パイロット信号を割り当てるサブキャリア数を４として説明したが、本発明はこれに限らず、送信アンテナ数、受信アンテナ数、サブキャリア数ともに２以上の複数であればよい。
上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本明細書は、２００５年１０月２８日出願の特願２００５−３１４６２１に基づくものである。この内容をここに含めておく。
本発明にかかる送信装置、受信装置、送信方法、受信方法及び無線通信システムは、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて、チャネル推定精度及びデータレート双方を向上させるという効果を有し、例えば、携帯電話機、基地局、無線セルラシステムなどに適用できる。
非特許文献１に開示の技術において１６ＰＳＫを適用したパイロットの信号点配置を示す図 本発明の実施の形態１に係る送信装置の構成を示すブロック図 共通パイロット信号と個別パイロット信号との位相関係を示す図 図２に示したパイロット配置部の内部構成を示すブロック図 制御情報変換テーブルを示す図 送信アンテナとサブキャリアの組合せを示す図 本発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示すブロック図 図７に示したパイロット解析部の内部構成を示すブロック図 共通パイロット信号及び個別パイロット信号の位相差と送信アンテナとの対応関係を示す図 図２に示した送信装置と図７に示した受信装置との通信手順を示すシーケンス図 送信パイロット信号のサブキャリアへの割り当ての様子を示す図 送信パイロット信号のサブキャリアへの割り当ての様子を示す図 送信パイロット信号のサブキャリアへの割り当ての様子を示す図 送信パイロット信号のサブキャリアへの割り当ての様子を示す図 受信信号の多重の様子を示す図 送信アンテナの特定方法の説明に供する図 周波数軸上の隣接パイロットシンボル間に位相差０°を設ける様子を示す図 周波数軸上の隣接パイロットシンボル間に位相差９０°を設ける様子を示す図 周波数軸上の隣接パイロットシンボル間に位相差１８０°を設ける様子を示す図 周波数軸上の隣接パイロットシンボル間に位相差−９０°を設ける様子を示す図 本発明の実施の形態２に係る送信装置の構成を示すブロック図 図１５に示したパイロット変調部の内部構成を示すブロック図 ビット情報変換テーブルを示す図 本発明の実施の形態２に係る受信装置の構成を示すブロック図 図１８に示したパイロット復調部の内部構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３に係る送信装置の構成を示すブロック図 図２０に示したパイロット変調部の内部構成を示すブロック図 ビット情報変換テーブルを示す図 本発明の実施の形態３に係る受信装置の構成を示すブロック図 図２３に示したパイロット復調部の内部構成を示すブロック図

Claims (12)

  1. 複数の送信アンテナと、
    前記複数の送信アンテナからそれぞれ送信されるパイロット信号に、対応する前記送信アンテナを識別するアンテナ情報を付加するアンテナ情報付加手段と、
    前記アンテナ情報が付加されたパイロット信号をサブキャリアに割り当て、前記パイロット信号を割り当てたサブキャリアと前記アンテナ情報とを組み合わせるサブキャリア割り当て手段と、
    前記パイロット信号を割り当てたサブキャリアと前記アンテナ情報との組合せによって他の情報を伝送する伝送手段と、
    を具備する送信装置。
  2. 前記アンテナ情報付加手段は、時間軸又は周波数軸に配置される直近のパイロット信号同士の位相差が送信アンテナ毎に異なるように前記パイロット信号に位相回転を与える請求項１に記載の送信装置。
  3. 前記アンテナ情報付加手段は、時間軸又は周波数軸に配置される直近のパイロット信号を共通パイロット信号と個別パイロット信号として、前記共通パイロット信号と前記個別パイロット信号との位相差が送信アンテナ毎に異なるように前記個別パイロット信号に位相回転を与える請求項２に記載の送信装置。
  4. 前記伝送手段は、前記パイロット信号を割り当てたサブキャリアと前記アンテナ情報との組合せによって制御情報を伝送する請求項１に記載の送信装置。
  5. 前記伝送手段は、前記パイロット信号を割り当てたサブキャリアと前記アンテナ情報との組合せによってデータを伝送する請求項１に記載の送信装置。
  6. 前記伝送手段は、前記パイロット信号を割り当てたサブキャリアと前記アンテナ情報との組合せによって冗長情報を伝送する請求項１に記載の送信装置。
  7. 複数の送信アンテナから送信されるパイロット信号に、対応する前記送信アンテナを識別するアンテナ情報が付加され、サブキャリアに割り当てられた前記パイロット信号を受信する受信手段と、
    前記パイロット信号を送信した送信アンテナを前記アンテナ情報から特定するアンテナ特定手段と、
    特定された前記送信アンテナと前記パイロット信号が割り当てられたサブキャリアとの組合せ情報を他の情報に変換し、前記他の情報を取得する変換手段と、
    を具備する受信装置。
  8. 時間軸又は周波数軸に配置された直近のパイロット信号同士の位相差を検出する位相差検出手段を具備し、
    前記特定手段は、前記パイロット信号を送信した送信アンテナを前記位相差に基づいて特定する請求項７に記載の受信装置。
  9. 前記位相差検出手段は、時間軸又は周波数軸に配置された直近のパイロット信号を共通パイロット信号と個別パイロット信号として、前記共通パイロット信号と前記個別パイロット信号との位相差を検出する請求項８に記載の受信装置。
  10. 複数の送信アンテナからそれぞれ送信されるパイロット信号に、対応する前記送信アンテナを識別するアンテナ情報を付加するアンテナ情報付加工程と、
    前記アンテナ情報が付加されたパイロット信号をサブキャリアに割り当て、前記パイロット信号を割り当てたサブキャリアと前記アンテナ情報とを組み合わせるサブキャリア割り当て工程と、
    前記パイロット信号を割り当てたサブキャリアと前記アンテナ情報との組合せによって他の情報を伝送する伝送工程と、
    を具備する送信方法。
  11. 複数の送信アンテナから送信されるパイロット信号に、対応する前記送信アンテナを識別するアンテナ情報が付加され、サブキャリアに割り当てられた前記パイロット信号を受信する受信工程と、
    前記パイロット信号を送信した送信アンテナを前記アンテナ情報から特定するアンテナ特定工程と、
    特定された前記送信アンテナと前記パイロット信号が割り当てられたサブキャリアとの組合せ情報を他の情報に変換し、前記他の情報を取得する変換工程と、
    を具備する受信方法。
  12. 複数の送信アンテナと、
    前記複数の送信アンテナからそれぞれ送信されるパイロット信号に、対応する前記送信アンテナを識別するアンテナ情報を付加するアンテナ情報付加手段と、
    前記アンテナ情報が付加されたパイロット信号をサブキャリアに割り当て、前記パイロット信号を割り当てたサブキャリアと前記アンテナ情報とを組み合わせるサブキャリア割り当て手段と、
    前記パイロット信号を割り当てたサブキャリアと前記アンテナ情報との組合せによって他の情報を伝送する伝送手段と、
    を有する送信装置と、
    前記送信装置から送信されたパイロット信号を受信する受信手段と、
    前記パイロット信号を送信した送信アンテナを前記アンテナ情報から特定するアンテナ特定手段と、
    特定された前記送信アンテナと前記パイロット信号が割り当てられたサブキャリアとの組合せ情報を他の情報に変換し、前記他の情報を取得する変換手段と、
    を有する受信装置と、
    を具備する無線通信システム。
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