WO2022137282A1 - 無線通信システム、無線通信方法、送信装置、及び受信装置 - Google Patents

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

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利文 宮城
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    • H04L5/02—Channels characterised by the type of signal
    • H04L5/04—Channels characterised by the type of signal the signals being represented by different amplitudes or polarities, e.g. quadriplex

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication method, a transmitting device, and a receiving device.
  • Massive MIMO Multiple Input Multiple Output
  • non-orthogonal multiple access non-orthogonal multiple access
  • NOMA Non-Orthogonal Multiple Access
  • NOMA is the same by intentionally non-orthogonally multiplexing a plurality of user signals in the power axis direction when the base station transmits signals to a plurality of user terminals (UEs) on the downlink.
  • This is a multiple access method in which a plurality of user signals are multiplexed and transmitted on the wireless resource of the above (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 is a technique for multiplexing signals transmitted from one base station to a plurality of user terminals located in different directions and distances, and is the same radio such as fixed micro communication. It was not applicable to multiplexing frequency channels in the interval.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is a wireless communication system, a wireless communication method, and a transmission device capable of multiplexing and transmitting more signals than the number of frequency channels even in the same wireless section. , And a receiver is intended to be provided.
  • the wireless communication system is a wireless communication system in which a transmitting device and a receiving device perform wireless communication using n (n ⁇ 2) frequency channels, and the transmitting device has n + 1 signals. Is converted into n predetermined power signals whose C / N is set to a predetermined value and divided signals whose C / N is divided into n by setting 1 / n of each predetermined value, and the above-mentioned conversion.
  • a superimposition unit that superimposes n predetermined power signals and n divided signals converted by the unit non-orthogonally so as to be n multiplex signals for the n frequency channels, and the superimposition unit superimposes each other.
  • It has a transmission unit that simultaneously transmits the n multiple signals transmitted by the n frequency channels, and the receiving device receives the n multiplex signals transmitted by the n frequency channels. And, the demodulator that demolishes n predetermined power signals from the n multiplex signals received by the receiving unit and the n predetermined power signals demolished by the demodulator are duplicated to obtain n replica signals.
  • n + 1 signals are transmitted to C.
  • the transmitting device is a transmitting device that performs wireless communication with a receiving device using n (n ⁇ 2) frequency channels, and transmits n + 1 signals to C / N.
  • a conversion unit that converts n predetermined power signals defined by a predetermined value, a divided signal in which C / N is divided into n by setting 1 / n of each predetermined value, and n conversion units converted by the conversion unit.
  • the receiving device is a receiving device that wirelessly communicates with a transmitting device using n (n ⁇ 2) frequency channels, and the receiving device has n transmitted by the n frequency channels.
  • the receiving unit that receives the multiplex signal, the demodulator that demolishes n predetermined power signals from the n multiplex signals received by the receiving unit, and the n predetermined power signals that the demodulator has demolished are duplicated.
  • the replica creation unit that creates n replica signals and the n replica signals created by the replica creation unit are each subtracted from each of the n multiplex signals received by the reception unit, and after n subtractions. It is characterized by having a subtraction unit for calculating a signal and a synthesis unit for synthesizing n post-subtraction signals calculated by the subtraction unit.
  • FIG. 1 shows the configuration example of the wireless communication system which concerns on one Embodiment. It is a functional block diagram which illustrates the function which the transmission station which concerns on one Embodiment has. It is a functional block diagram which illustrates the function which the receiving station which concerns on one Embodiment has.
  • (A) is a figure which shows n + 1 transmission signals transmitted by a transmission station.
  • (B) is a figure which shows the transmission signal which a transmission station converts and superimposes.
  • C is a diagram showing n + 1 signals received and acquired by the receiving station.
  • A) is a figure which shows n + 1 transmission signals transmitted by a transmission station.
  • (B) is a figure which shows the transmission signal which a transmission station converts and superimposes.
  • (C) is a diagram showing n + 1 signals received and acquired by the receiving station. It is a figure which shows the structure of the modification of the wireless communication system which concerns on one Embodiment. It is a figure which shows the hardware configuration example of the transmission station which concerns on one Embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a wireless communication system 1 according to an embodiment.
  • the wireless communication system 1 includes a transmitting station 2 and a receiving station 3, and the transmitting station 2 and the receiving station 3 are configured to perform wireless communication such as fixed micro communication.
  • the transmitting station 2 transmits a signal to the receiving station 3 by a non-orthogonal multiple access (NOMA) using n (n ⁇ 2) frequency channels. It is assumed that the n frequency channels are frequency channels in which at least one of the plane of polarization and the frequency is different from each other.
  • NOMA non-orthogonal multiple access
  • the transmitting station 2 and the receiving station 3 are wireless communication devices that transmit and receive signals to each other.
  • a wireless communication system is taken as an example in which the transmitting station 2 functions as a transmitting device and the receiving station 3 functions as a receiving device. 1 will be described.
  • FIG. 2 is a functional block diagram illustrating the functions of the transmitting station 2 according to the embodiment.
  • the transmitting station 2 has, for example, a control unit 20, a modulation unit 22, a NOMA processing unit 24, a communication unit 26, and a plurality of antennas 28.
  • a case where the transmitting station 2 has a plurality of antennas 28 and performs MIMO transmission will be described as an example, but even if the transmitting station 2 has one antenna 28 and does not perform MIMO transmission. good.
  • the control unit 20 controls each unit constituting the transmission station 2, generates n + 1 transmission signals for the receiving station 3, for example, and outputs the generated transmission signals to the modulation unit 22.
  • the modulation unit 22 performs, for example, quadrature amplitude modulation (QAM) on n + 1 transmission signals generated by the control unit 20, and outputs the modulated transmission signal to the NOMA processing unit 24.
  • QAM quadrature amplitude modulation
  • the NOMA processing unit 24 has, for example, a conversion unit 240 and a superimposition unit 242, performs NOMA processing on n + 1 transmission signals modulated by the modulation unit 22, and outputs the NOMA-processed transmission signal to the communication unit 26. do.
  • the conversion unit 240 uses n + 1 transmission signals as n predetermined power signals having a carrier-to-noise ratio (C / N) set to a predetermined value and n by setting C / N to 1 / n of a predetermined value. It is converted into a divided signal divided into pieces, and the converted transmission signal is output to the superimposing unit 242.
  • C / N carrier-to-noise ratio
  • the conversion unit 240 has n + 1 transmission signals and n (1st to nth) predetermined C / N as A. It is converted into a power signal and one (n + 1) divided signal obtained by dividing C / N into n pieces as (1 / n) A.
  • the superimposing unit 242 superimposes and superimposes the n predetermined power signals converted by the conversion unit 240 and the n divided signals non-orthogonally so as to be n multiplex signals for n frequency channels.
  • the n multiple signals are output to the communication unit 26.
  • the superimposition unit 242 does not convert the n predetermined power signals output by the conversion unit 240 and one divided signal divided into n into n multiplex signals for n frequency channels. Superimpose orthogonally.
  • the communication unit 26 has a transmission unit 260 and a reception unit 262, and transmits / receives radio signals via a plurality of antennas 28.
  • the transmission unit 260 simultaneously transmits n multiple signals superimposed by, for example, the superimposition unit 242 by n frequency channels via a plurality of antennas 28.
  • the receiving unit 262 receives, for example, a signal transmitted by the receiving station 3 via the plurality of antennas 28, and outputs the received signal to the control unit 20.
  • FIG. 3 is a functional block diagram illustrating the functions of the receiving station 3 according to the embodiment.
  • the receiving station 3 has, for example, a control unit 30, a plurality of antennas 31, a communication unit 32, a first demodulation unit 33, a replica creation unit 34, a subtraction unit 35, a synthesis unit 36, and a second demodulation unit.
  • Has 37 a case where the receiving station 3 has a plurality of antennas 31 and performs MIMO transmission will be described as an example, but even if the receiving station 3 has one antenna 31 and does not perform MIMO transmission. good.
  • the control unit 30 controls each unit constituting the receiving station 3 and performs predetermined processing on the transmission signal and the reception signal.
  • the communication unit 32 has a reception unit 320 and a transmission unit 322, and transmits / receives radio signals via a plurality of antennas 31.
  • the receiving unit 320 receives the n multiplex signals transmitted by the transmitting station 2 through, for example, n frequency channels via the plurality of antennas 31, and the received multiplex signals are sent to the first demodulation unit 33 and the subtraction unit 35. Output to.
  • the transmission unit 322 transmits the signal processed by the control unit 30 in the direction corresponding to the control of the control unit 30 via the plurality of antennas 31.
  • the first demodulation unit 33 demodulates n predetermined power signals from the n multiplex signals received by the reception unit 320, and creates n demodulated (1st to nth) predetermined power signals as a control unit 30 and a replica. Output to unit 34.
  • the replica creation unit 34 duplicates each of the n predetermined power signals demodulated by the first demodulation unit 33 to create n replica signals, and outputs the created n replica signals to the subtraction unit 35. ..
  • the subtraction unit 35 subtracts each of the n replica signals created by the replica creation unit 34 from each of the n multiplex signals received by the reception unit 320, and calculates the n subtracted signals. Then, the subtraction unit 35 outputs the calculated n subtracted signals to the synthesis unit 36.
  • the synthesis unit 36 synthesizes n subtracted signals calculated by the subtraction unit 35, and outputs the combined signal to the second demodulation unit 37. For example, the synthesizing unit 36 restores one (n + 1) transmission signal from the divided signals divided into n by synthesizing the n subtracted signals calculated by the subtracting unit 35 as a combined signal. ..
  • the second demodulation unit 37 demodulates the composite signal synthesized by the synthesis unit 36, and outputs the demodulated composite signal (that is, the n + 1th transmission signal) to the control unit 30.
  • control unit 30 acquires n (1st to nth) predetermined power signals from the first demodulation unit 33, and one (n + 1) transmission signal divided into n is the second demodulation unit. It can be obtained from 37.
  • the receiving station 3 may be configured so that the first demodulation unit 33 also has the function of the second demodulation unit 37.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a first example of a signal (radio wave) transmitted by the transmitting station 2 and received by the receiving station 3.
  • FIG. 4B is a diagram showing a transmission signal converted and superimposed by the transmitting station 2.
  • A be the C / N required to demodulate the transmission signals X, Y, and Z, respectively. That is, the transmitting station 2 allocates two predetermined power signals (transmission signals X and Y) whose C / N is defined as A to frequency channels having the same polarization and different frequencies.
  • the transmitting station 2 sets the C / N of the transmission signals Z not assigned to the n (that is, two) frequency channels to 1 / n (that is, 1/2) of A, respectively, and sets the C / N to n (that is, two). ) Divided into signals. Then, the transmitting station 2 superimposes the divided n (that is, two) divided signals on the predetermined power signals (transmission signals X and Y) of the n (that is, two) frequency channels in a non-orthogonal manner. It is transmitted as n (that is, two) multiplex signals (FIG. 4 (b)). That is, the transmitting station 2 simultaneously transmits the multiplexed signal multiplexed in the non-orthogonal direction in the power axis direction to the receiving station 3 for the same radio resource.
  • the receiving station 3 receives n (ie, two) multiplex signals assigned and transmitted by the transmitting station 2 to n (that is, two) frequency channels.
  • the receiving station 3 demodulates n predetermined power signals from n multiplex signals, creates n replica signals, and subtracts them from each of the n multiplex signals (interference elimination processing due to power difference).
  • the separated / extracted n (1 / n) A after subtraction signals are combined. That is, the receiving station 3 can restore the transmission signal Z whose C / N is A required for demodulation (FIG. 4 (c)).
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a second example of a signal (radio wave) transmitted by the transmitting station 2 and received by the receiving station 3.
  • FIG. 5B is a diagram showing a transmission signal converted and superimposed by the transmitting station 2.
  • the transmitting station 2 allocates two predetermined power signals (transmission signals X and Y) whose C / N is defined as A to frequency channels having different planes of polarization.
  • the transmitting station 2 sets the C / N of the transmission signals Z not assigned to the n (that is, two) frequency channels to 1 / n (that is, 1/2) of A, respectively, and sets the C / N to n (that is, two). ) Divided into signals. Then, the transmitting station 2 superimposes the divided n (that is, two) divided signals on the predetermined power signals (transmission signals X and Y) of the n (that is, two) frequency channels in a non-orthogonal manner. It is transmitted as n (that is, two) multiplex signals (FIG. 5 (b)). That is, the transmitting station 2 simultaneously transmits the multiplexed signal multiplexed in the non-orthogonal direction in the power axis direction to the receiving station 3 for the same radio resource.
  • the receiving station 3 receives n (ie, two) multiplex signals assigned and transmitted by the transmitting station 2 to n (that is, two) frequency channels.
  • the receiving station 3 demodulates n predetermined power signals from n multiplex signals, creates n replica signals, and subtracts them from each of the n multiplex signals (interference elimination processing due to power difference).
  • the separated / extracted n (1 / n) A after subtraction signals are combined. That is, the receiving station 3 can restore the transmission signal Z whose C / N is A required for demodulation (FIG. 5 (c)).
  • the receiving station 3 can simultaneously receive a signal larger than the number of channels.
  • the transmitting station 2 has a larger number than the number of frequency channels so that the receiving station 3 can separate and extract the divided signal based on the power ratio (or power difference) between the predetermined power signal and the divided signal, and then synthesize and demodulate the divided signal.
  • the transmission signal may be converted into a multiplex signal having the number of frequency channels, and the conversion method is not limited to the above-mentioned example.
  • the wireless communication system 1 may use only one of vertically polarized waves and horizontally polarized waves, and may use frequency channels of both vertically polarized waves having a frequency f1 and horizontally polarized waves having a frequency f1. It may be used, or a frequency channel of vertically polarized waves having a frequency f1 and horizontally polarized waves having a frequency f2 may be used.
  • the wireless communication system 1 has n predetermined power signals having C / N set to predetermined values and C / N having predetermined values for transmission signals larger than the number of frequency channels. It is converted into 1 / n and divided into n divided signals, and the converted n predetermined power signals and n divided signals are converted into n multiplex signals for n frequency channels. Since the signals are superimposed in a non-orthogonal manner, more signals than the number of frequency channels can be multiplexed and transmitted even in the same radio section, and the frequency utilization efficiency can be improved.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a modification (wireless communication system 1a) of the wireless communication system 1 according to the embodiment.
  • the wireless communication system 1a includes a transmitting station 2, a relay station 4, a receiving station (first wireless communication device) 5-1 and a receiving station (second wireless communication device) 5-2. Each is configured to perform wireless communication such as fixed micro communication.
  • the receiving station 5-2 is arranged in a direction different from the direction from the relay station 4 to the receiving station 5-1.
  • the transmitting station 2 is substantially the same as the transmitting station 2 shown in FIG.
  • the relay station 4 and the receiving stations 5-1 and 5-2 each have substantially the same configuration as the receiving station 3 shown in FIG. However, the relay station 4 further has a function as a transmission unit described later, and relays the communication between the transmission station 2 and the reception stations 5-1 and 5-2.
  • the transmitting station 2 divides the transmission signal Z not assigned to the two frequency channels into two divided signals with C / N set to 1/2 of A respectively). Then, the transmitting station 2 superimposes the two divided signals non-orthogonally on the predetermined power signals (transmission signals X and Y) of the two frequency channels, and transmits them as two multiplex signals (FIG. 4 (b). )).
  • the relay station 4 receives the two multiplex signals transmitted by the transmission station 2 assigned to the two frequency channels.
  • the relay station 4 demodulates two predetermined power signals from the two multiplex signals, creates two replica signals, subtracts them from each of the two multiplex signals (interference removal processing due to the power difference), and separates / extracts them. Combine the two (1/2) A after subtraction signals. That is, the relay station 4 can restore the transmission signal Z whose C / N is A required for demodulation (FIG. 4 (c)).
  • the transmission unit 322 transmits the transmission signals X and Y to the reception station 5-1 via the plurality of antennas 31 under the control of the control unit 30, and the transmission signal Z is transmitted to the reception station 5-2. do.
  • the transmission unit 322 included in the relay station 4 transmits the n predetermined power signals demodulated by the first demodulation unit 33 to the reception station 5-1 through the n frequency channels, and the subtraction unit synthesized by the synthesis unit 36. It functions as a transmission unit that transmits the trailing signal to the receiving station 5-2 by any of the n frequency channels.
  • the relay station 4 has a function as a receiving device, branches the received transmission signals X and Y and the transmission signal Z, and relays them in different directions. Then, the receiving station 5-1 receives the transmission signals X and Y, and the receiving station 5-2 receives the transmission signal Z.
  • the relay station 4 can transmit the transmission signal Z to the reception station 5-2 while avoiding radio wave interference from the transmission signals X and Y. Further, the relay station 4 can also transmit the transmission signal Z to the reception station 5-2 using the same frequency channel as the transmission signals X and Y without performing NOMA processing.
  • the transmitting station 2 and the relay station 4 communicate with each other by the signals illustrated in FIG. 5, and the relay station 4 relays different signals to the receiving stations 5-1 and 5-2. It may be configured.
  • some or all of the functions of the transmitting station 2, the receiving station 3, the relay station 4, and the receiving stations 5-1 and 5-2 are partially or completely PLD (Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array). ) Or other hardware, or as a program executed by a processor such as a CPU.
  • PLD Programmable Logic Device
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the transmitting station 2, the receiving station 3, and the relay station 4 according to the embodiment can be realized by using a computer and a program, and the program can be recorded on a storage medium or provided through a network. Is.
  • FIG. 7 is a diagram showing a hardware configuration example of the transmitting station 2 (or the receiving station 3 and the relay station 4) according to the embodiment.
  • the transmission station 2 has an input unit 600, an output unit 610, a communication unit 620, a CPU 630, a memory 640, and an HDD 650 connected via a bus 660, and has a function as a computer.
  • the transmitting station 2 is configured to be able to input / output data to / from a computer-readable storage medium 670.
  • the input unit 600 is, for example, a keyboard, a mouse, or the like.
  • the output unit 610 is a display device such as a display.
  • the communication unit 620 is, for example, a wireless network interface.
  • the CPU 630 controls each part constituting the transmitting station 2 and performs predetermined processing and the like.
  • the memory 640 and the HDD 650 are storage units for storing data and the like.
  • the storage medium 670 is capable of storing a program or the like for executing the function of the transmitting station 2.
  • the architecture constituting the transmitting station 2 is not limited to the example shown in FIG. 7.
  • 1,1a ... wireless communication system 2 ... transmitting station, 3 ... receiving station, 4 ... relay station, 5-1, 5-2 ... receiving station, 20 ... control unit , 22 ... Modulation unit, 24 ... NOMA processing unit, 26 ... Communication unit, 28 ... Antenna, 31 ... Antenna, 32 ... Communication unit, 33 ... First demodulation unit , 34 ... Replica creation unit, 35 ... Subtraction unit, 36 ... Synthesis unit, 37 ... Second demodulation unit, 240 ... Conversion unit, 242 ... Superimposition unit, 260 ... Transmitter, 262 ... Receiver, 320 ... Receiver, 322 ... Transmitter, 600 ... Input, 610 ... Output, 620 ... Communication, 630 ... CPU , 640 ... Memory, 650 ... HDD, 660 ... Bus, 670 ... Storage medium

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Abstract

一実施形態にかかる無線通信方法は、n+1個の信号を、C/Nを所定値に定められたn個の所定電力信号と、C/Nをそれぞれ所定値の1/nにしてn個に分割した分割信号とに変換し、変換したn個の所定電力信号とn個の分割信号とを、n個の周波数チャネルに対するn個の多重信号となるようにそれぞれ非直交に重畳させ、重畳させたn個の多重信号をn個の周波数チャネルによって同時に送信し、n個の周波数チャネルによって送信されたn個の多重信号を受信し、受信したn個の多重信号からn個の所定電力信号を復調し、復調したn個の所定電力信号それぞれのレプリカ信号を作成し、作成したn個のレプリカ信号それぞれを、受信したn個の多重信号それぞれから減算してn個の減算後信号を算出し、算出したn個の減算後信号を合成する。

Description

無線通信システム、無線通信方法、送信装置、及び受信装置
 本発明は、無線通信システム、無線通信方法、送信装置、及び受信装置に関する。
 第5世代移動通信システム(5G)などの無線通信システムにおいては、周波数の利用効率を向上させるための技術として、多素子アンテナを用いたMassive MIMO(Multiple Input Multiple Output)や、非直交多元接続(NOMA:Non-Orthogonal Multiple Access)などが知られている。
 例えば、NOMAは、下りリンクで基地局が複数のユーザ端末(UE)に対して信号を送信する場合に、電力軸方向に複数のユーザ信号を意図的に非直交で多重化させることにより、同一の無線リソース上に複数のユーザ信号を多重化させて送信する多元接続法である(例えば非特許文献1参照)。
ベンジャブール アナス、外2名、「スマートフォンサイズのNOMA対応チップセットによる周波数利用効率向上の実証実験」、NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol.26 No.1(Apr. 2018)、p. 6-15
 しかしながら、非特許文献1に記載された技術は、1つの基地局から異なる方向及び距離に位置する複数のユーザ端末に対して送信する信号を多重化する技術であり、固定マイクロ通信などの同一無線区間で周波数チャネルを多重化することには適用できなかった。
 本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、同一無線区間であっても周波数チャネル数より多くの信号を多重化させて伝送させることができる無線通信システム、無線通信方法、送信装置、及び受信装置を提供することを目的とする。
 本発明の一態様にかかる無線通信システムは、n個(n≧2)の周波数チャネルを用いて送信装置と受信装置とが無線通信を行う無線通信システムにおいて、前記送信装置が、n+1個の信号を、C/Nを所定値に定められたn個の所定電力信号と、C/Nをそれぞれ所定値の1/nにしてn個に分割した分割信号とに変換する変換部と、前記変換部が変換したn個の所定電力信号とn個の分割信号とを、n個の前記周波数チャネルに対するn個の多重信号となるようにそれぞれ非直交に重畳させる重畳部と、前記重畳部が重畳させたn個の多重信号をn個の前記周波数チャネルによって同時に送信する送信部とを有し、前記受信装置が、n個の前記周波数チャネルによって送信されたn個の多重信号を受信する受信部と、前記受信部が受信したn個の多重信号からn個の所定電力信号を復調する復調部と、前記復調部が復調したn個の所定電力信号それぞれを複製し、n個のレプリカ信号を作成するレプリカ作成部と、前記レプリカ作成部が作成したn個のレプリカ信号それぞれを、前記受信部が受信したn個の多重信号それぞれから減算し、n個の減算後信号を算出する減算部と、前記減算部が算出したn個の減算後信号を合成する合成部とを有することを特徴とする。
 また、本発明の一態様にかかる無線通信方法は、n個(n≧2)の周波数チャネルを用いて送信装置と受信装置とが無線通信を行う無線通信方法において、n+1個の信号を、C/Nを所定値に定められたn個の所定電力信号と、C/Nをそれぞれ所定値の1/nにしてn個に分割した分割信号とに変換する変換工程と、変換したn個の所定電力信号とn個の分割信号とを、n個の前記周波数チャネルに対するn個の多重信号となるようにそれぞれ非直交に重畳させる重畳工程と、重畳させたn個の多重信号をn個の前記周波数チャネルによって同時に送信する送信工程と、n個の前記周波数チャネルによって送信されたn個の多重信号を受信する受信工程と、受信したn個の多重信号からn個の所定電力信号を復調する復調工程と、復調したn個の所定電力信号それぞれを複製し、n個のレプリカ信号を作成するレプリカ作成工程と、作成したn個のレプリカ信号それぞれを、受信したn個の多重信号それぞれから減算し、n個の減算後信号を算出する減算工程と、算出したn個の減算後信号を合成する合成工程とを含むことを特徴とする。
 また、本発明の一態様にかかる送信装置は、n個(n≧2)の周波数チャネルを用いて受信装置との間で無線通信を行う送信装置において、n+1個の信号を、C/Nを所定値に定められたn個の所定電力信号と、C/Nをそれぞれ所定値の1/nにしてn個に分割した分割信号とに変換する変換部と、前記変換部が変換したn個の所定電力信号とn個の分割信号とを、n個の前記周波数チャネルに対するn個の多重信号となるようにそれぞれ非直交に重畳させる重畳部と、前記重畳部が重畳させたn個の多重信号をn個の前記周波数チャネルによって同時に送信する送信部とを有することを特徴とする。
 また、本発明の一態様にかかる受信装置は、n個(n≧2)の周波数チャネルを用いて送信装置と無線通信を行う受信装置において、n個の前記周波数チャネルによって送信されたn個の多重信号を受信する受信部と、前記受信部が受信したn個の多重信号からn個の所定電力信号を復調する復調部と、前記復調部が復調したn個の所定電力信号それぞれを複製し、n個のレプリカ信号を作成するレプリカ作成部と、前記レプリカ作成部が作成したn個のレプリカ信号それぞれを、前記受信部が受信したn個の多重信号それぞれから減算し、n個の減算後信号を算出する減算部と、前記減算部が算出したn個の減算後信号を合成する合成部とを有することを特徴とする。
 本発明によれば、同一無線区間であっても周波数チャネル数より多くの信号を多重化させて伝送させることができる。
一実施形態にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。 一実施形態にかかる送信局が有する機能を例示する機能ブロック図である。 一実施形態にかかる受信局が有する機能を例示する機能ブロック図である。 (a)は、送信局が送信するn+1個の送信信号を示す図である。(b)は、送信局が変換して重畳させる送信信号を示す図である。(c)は、受信局が受信して取得するn+1個の信号を示す図である。 (a)は、送信局が送信するn+1個の送信信号を示す図である。(b)は、送信局が変換して重畳させる送信信号を示す図である。(c)は、受信局が受信して取得するn+1個の信号を示す図である。 一実施形態にかかる無線通信システムの変形例の構成を示す図である。 一実施形態にかかる送信局のハードウェア構成例を示す図である。
 以下に、図面を用いて無線通信システムの一実施形態について説明する。図1は、一実施形態にかかる無線通信システム1の構成例を示す図である。図1に示すように、無線通信システム1は、送信局2及び受信局3を備え、送信局2と受信局3とが固定マイクロ通信などの無線通信を行うように構成されている。
 例えば、送信局2は、n個(n≧2)の周波数チャネルを用いた非直交多元接続(NOMA)により、受信局3に対して信号を送信する。なお、n個の周波数チャネルは、それぞれ偏波面及び周波数の少なくともいずれかが異なる周波数チャネルであるとする。
 以下、送信局2及び受信局3は互いに信号を送受信する無線通信装置であるが、送信局2が送信装置として機能し、受信局3が受信装置として機能する場合を例にして、無線通信システム1について説明する。
 図2は、一実施形態にかかる送信局2が有する機能を例示する機能ブロック図である。図2に示すように、送信局2は、例えば制御部20、変調部22、NOMA処理部24、通信部26、及び複数のアンテナ28を有する。ここでは、送信局2が複数のアンテナ28を有してMIMO伝送を行う場合を例に説明するが、送信局2は、1つのアンテナ28を有してMIMO伝送を行わない構成であってもよい。
 制御部20は、送信局2を構成する各部を制御するとともに、例えば受信局3に対するn+1個の送信信号を生成し、生成した送信信号を変調部22に対して出力する。
 変調部22は、制御部20が生成したn+1個の送信信号に対して例えば直交振幅変調(QAM)を行い、変調した送信信号をNOMA処理部24に対して出力する。
 NOMA処理部24は、例えば変換部240及び重畳部242を有し、変調部22が変調したn+1個の送信信号に対してNOMA処理を行い、NOMA処理した送信信号を通信部26に対して出力する。
 変換部240は、n+1個の送信信号を、搬送波対雑音比(C/N)を所定値に定められたn個の所定電力信号と、C/Nをそれぞれ所定値の1/nにしてn個に分割した分割信号とに変換し、変換した送信信号を重畳部242に対して出力する。
 例えば、変換部240は、送信信号を復調するときに必要となるC/NをAとした場合、n+1個の送信信号を、C/NをAとするn個(1~n番目)の所定電力信号と、C/Nを(1/n)Aとしてn個に分割した1つ(n+1番目)の分割信号とに変換する。
 重畳部242は、変換部240が変換したn個の所定電力信号とn個の分割信号とを、n個の周波数チャネルに対するn個の多重信号となるようにそれぞれ非直交に重畳させ、重畳させたn個の多重信号を通信部26に対して出力する。
 例えば、重畳部242は、変換部240が出力したn個の所定電力信号と、n個に分割した1つの分割信号とを、n個の周波数チャネルに対するn個の多重信号となるようにそれぞれ非直交に重畳させる。
 通信部26は、送信部260及び受信部262を有し、複数のアンテナ28を介して無線信号を送受信する。
 送信部260は、複数のアンテナ28を介して、例えば重畳部242が重畳させたn個の多重信号をn個の周波数チャネルによって同時に送信する。
 受信部262は、複数のアンテナ28を介して、例えば受信局3が送信した信号を受信し、受信した信号を制御部20に対して出力する。
 図3は、一実施形態にかかる受信局3が有する機能を例示する機能ブロック図である。図3に示すように、受信局3は、例えば制御部30、複数のアンテナ31、通信部32、第1復調部33、レプリカ作成部34、減算部35、合成部36、及び第2復調部37を有する。ここでは、受信局3が複数のアンテナ31を有してMIMO伝送を行う場合を例に説明するが、受信局3は、1つのアンテナ31を有してMIMO伝送を行わない構成であってもよい。
 制御部30は、受信局3を構成する各部を制御するとともに、送信信号及び受信信号に対する所定の処理を行う。
 通信部32は、受信部320及び送信部322を有し、複数のアンテナ31を介して無線信号を送受信する。
 受信部320は、複数のアンテナ31を介して、例えばn個の周波数チャネルによって送信局2が送信したn個の多重信号を受信し、受信した多重信号を第1復調部33及び減算部35に対して出力する。
 送信部322は、制御部30が処理した信号を、複数のアンテナ31を介して制御部30の制御に応じた方向に送信する。
 第1復調部33は、受信部320が受信したn個の多重信号からn個の所定電力信号を復調し、復調したn個(1~n番目)の所定電力信号を制御部30及びレプリカ作成部34に対して出力する。
 レプリカ作成部34は、第1復調部33が復調したn個の所定電力信号それぞれを複製してn個のレプリカ信号を作成し、作成したn個のレプリカ信号を減算部35に対して出力する。
 減算部35は、レプリカ作成部34が作成したn個のレプリカ信号それぞれを、受信部320が受信したn個の多重信号それぞれから減算し、n個の減算後信号を算出する。そして、減算部35は、算出したn個の減算後信号を合成部36に対して出力する。
 合成部36は、減算部35が算出したn個の減算後信号を合成し、合成した信号を第2復調部37に対して出力する。例えば、合成部36は、減算部35が算出したn個の減算後信号を合成することにより、n個に分割されていた分割信号から1つ(n+1番目)の送信信号を合成信号として復元する。
 第2復調部37は、合成部36が合成した合成信号を復調し、復調した合成信号(すなわちn+1番目の送信信号)を制御部30に対して出力する。
 つまり、制御部30は、n個(1~n番目)の所定電力信号を第1復調部33から取得し、n個に分割されていた1つ(n+1番目)の送信信号を第2復調部37から取得することができる。
 なお、受信局3は、第2復調部37が備える機能を第1復調部33が兼ねるように構成されてもよい。
 次に、無線通信システム1の具体的な動作例について説明する。以下、送信局2が2個(n=2)の周波数チャネルを用いてNOMAを行う場合を例として説明する。
 図4は、送信局2が送信して受信局3が受信する信号(電波)の第1例を模式的に示す図である。図4(a)は、送信局2が送信するn+1(n=2)個の送信信号を示す図である。図4(b)は、送信局2が変換して重畳させる送信信号を示す図である。図4(c)は、受信局3が受信して取得するn+1(n=2)個の信号を示す図である。
 送信局2は、X,Y,Zの3個(=n+1)の送信信号の中から2つの送信信号(例えばX,Y)を、同一偏波の周波数が異なる2つの周波数チャネルに割り当てる(図4(a))。このとき、送信信号X,Y,Zを復調するために必要なC/NをそれぞれAとする。つまり、送信局2は、C/NをAに定められた2個の所定電力信号(送信信号X,Y)をそれぞれ同一偏波の周波数が異なる周波数チャネルに割り当てる。
 また、送信局2は、n個(すなわち2つ)の周波数チャネルに割り当てなかった送信信号Zを、C/NをそれぞれAの1/n(すなわち1/2)にしてn個(すなわち2つ)の分割信号に分割する。そして、送信局2は、分割したn個(すなわち2つ)の分割信号を、n個(すなわち2つ)の周波数チャネルの所定電力信号(送信信号X,Y)にそれぞれ非直交に重畳させ、n個(すなわち2つ)の多重信号として送信する(図4(b))。つまり、送信局2は、同一の無線リソースに対し、電力軸方向で非直交に多重化した多重信号を受信局3に対して同時に送信する。
 受信局3は、送信局2がn個(すなわち2つ)の周波数チャネルに割り当てて送信したn個(すなわち2つ)の多重信号を受信する。
 また、受信局3は、n個の多重信号からn個の所定電力信号を復調し、n個のレプリカ信号を作成してn個の多重信号それぞれから減算(電力差による干渉除去処理)し、分離・抽出したn個の(1/n)Aの減算後信号を合成する。つまり、受信局3は、C/Nが復調に必要なAである送信信号Zを復元することができる(図4(c))。
 つまり、受信局3は、復調に必要なC/Nとなる受信電力の3個(=n+1)の信号を取得してそれぞれ復調することができる。
 図5は、送信局2が送信して受信局3が受信する信号(電波)の第2例を模式的に示す図である。図5(a)は、送信局2が送信するn+1(n=2)個の送信信号を示す図である。図5(b)は、送信局2が変換して重畳させる送信信号を示す図である。図5(c)は、受信局3が受信して取得するn+1(n=2)個の信号を示す図である。
 送信局2は、X,Y,Zの3個(=n+1)の送信信号の中から2つの送信信号(例えばX,Y)を、周波数が同一であり偏波面が直交する2つの周波数チャネルに割り当てる(図5(a))。例えば、送信信号Xは、垂直偏波となる第1偏波に割り当てられ、送信信号Yは、水平偏波となる第2偏波に割り当てられる。
 このとき、送信信号X,Y,Zを復調するために必要なC/NをそれぞれAとする。つまり、送信局2は、C/NをAに定められた2個の所定電力信号(送信信号X,Y)をそれぞれ偏波面が異なる周波数チャネルに割り当てる。
 また、送信局2は、n個(すなわち2つ)の周波数チャネルに割り当てなかった送信信号Zを、C/NをそれぞれAの1/n(すなわち1/2)にしてn個(すなわち2つ)の分割信号に分割する。そして、送信局2は、分割したn個(すなわち2つ)の分割信号を、n個(すなわち2つ)の周波数チャネルの所定電力信号(送信信号X,Y)にそれぞれ非直交に重畳させ、n個(すなわち2つ)の多重信号として送信する(図5(b))。つまり、送信局2は、同一の無線リソースに対し、電力軸方向で非直交に多重化した多重信号を受信局3に対して同時に送信する。
 受信局3は、送信局2がn個(すなわち2つ)の周波数チャネルに割り当てて送信したn個(すなわち2つ)の多重信号を受信する。
 また、受信局3は、n個の多重信号からn個の所定電力信号を復調し、n個のレプリカ信号を作成してn個の多重信号それぞれから減算(電力差による干渉除去処理)し、分離・抽出したn個の(1/n)Aの減算後信号を合成する。つまり、受信局3は、C/Nが復調に必要なAである送信信号Zを復元することができる(図5(c))。
 したがって、受信局3は、復調に必要なC/Nとなる受信電力の3個(=n+1)の信号を取得してそれぞれ復調することができる。
 また、送信局2が所定電力信号と分割信号とを同相で送信しても、受信局3はチャネル数よりも多い信号を同時に受信することができる。
 また、送信局2は、所定電力信号と分割信号の電力比(又は電力差)に基づいて受信局3が分割信号を分離・抽出した後に合成して復調できるように、周波数チャネル数よりも多い送信信号を周波数チャネル数の多重信号に変換すればよく、変換方法は上述した例に限定されない。
 また、無線通信システム1は、垂直偏波又は水平偏波のいずれか1つの偏波のみを使用してもよいし、周波数f1の垂直偏波と周波数f1の水平偏波の両方の周波数チャネルを使用してもよいし、周波数f1の垂直偏波と周波数f2の水平偏波の周波数チャネルを使用してもよい。
 このように、一実施形態にかかる無線通信システム1は、周波数チャネル数よりも多い送信信号を、C/Nを所定値に定められたn個の所定電力信号と、C/Nをそれぞれ所定値の1/nにしてn個に分割した分割信号とに変換し、変換したn個の所定電力信号とn個の分割信号とを、n個の周波数チャネルに対するn個の多重信号となるようにそれぞれ非直交に重畳させるので、同一無線区間であっても周波数チャネル数より多くの信号を多重化させて伝送させることができ、周波数利用効率を向上させることができる。
 次に、無線通信システム1の変形例について説明する。図6は、一実施形態にかかる無線通信システム1の変形例(無線通信システム1a)の構成を示す図である。図6に示すように、無線通信システム1aは、送信局2、中継局4、受信局(第1の無線通信装置)5-1、及び受信局(第2の無線通信装置)5-2を備え、それぞれ固定マイクロ通信などの無線通信を行うように構成されている。なお、受信局5-2は、中継局4から受信局5-1への方向とは異なる方向に配置されている。
 送信局2は、図2に示した送信局2と実質的に同一である。中継局4及び受信局5-1,5-2は、それぞれ図3に示した受信局3と実質的に同一の構成を備えている。ただし、中継局4は、後述する伝送部としての機能をさらに備え、送信局2と受信局5-1,5-2との間の通信を中継する。
 以下、上述した構成と実質的に同一の構成には同一の符号を用い、図4,6を用いて無線通信システム1aの具体的な動作例について説明する。
 送信局2は、X,Y,Zの3個(=n+1)の送信信号の中から2つの送信信号(例えばX,Y)を、同一偏波の周波数が異なる2つの周波数チャネルに割り当てる(図4(a))。
 また、送信局2は、2つの周波数チャネルに割り当てなかった送信信号Zを、C/NをそれぞれAの1/2)にして2つの分割信号に分割する。そして、送信局2は、分割した2つの分割信号を、2つの周波数チャネルの所定電力信号(送信信号X,Y)にそれぞれ非直交に重畳させ、2つの多重信号として送信する(図4(b))。
 中継局4は、送信局2が2つの周波数チャネルに割り当てて送信した2つの多重信号を受信する。
 また、中継局4は、2つの多重信号から2つの所定電力信号を復調し、2つのレプリカ信号を作成して2つの多重信号それぞれから減算(電力差による干渉除去処理)し、分離・抽出した2つの(1/2)Aの減算後信号を合成する。つまり、中継局4は、C/Nが復調に必要なAである送信信号Zを復元することができる(図4(c))。
 したがって、中継局4は、復調に必要なC/Nとなる受信電力の3個(=n+1)の信号を取得してそれぞれ復調することができる。
 その後、中継局4は、送信部322が制御部30の制御により複数のアンテナ31を介して送信信号X,Yを受信局5-1へ送信し、送信信号Zを受信局5-2へ送信する。
 このとき、中継局4が備える送信部322は、第1復調部33が復調したn個の所定電力信号をn個の周波数チャネルによって受信局5-1へ伝送し、合成部36が合成した減算後信号をn個の周波数チャネルのいずれかによって受信局5-2へ伝送する伝送部として機能する。
 つまり、中継局4は、受信装置としての機能を備え、受信した送信信号X,Yと送信信号Zとを分岐させ、それぞれ異なる方向へ中継する。そして、受信局5-1は送信信号X,Yを受信し、受信局5-2は送信信号Zを受信する。
 このとき、中継局4は、受信局5-2に対して送信信号X,Yからの電波干渉を回避させて送信信号Zを送信することができる。また、中継局4は、送信信号X,Yと同じ周波数チャネルを用いて、NOMA処理を行うことなく送信信号Zを受信局5-2へ送信することも可能である。
 なお、無線通信システム1aは、送信局2及び中継局4が図5に例示した信号によって通信を行い、中継局4が受信局5-1,5-2に対して異なる信号を中継するように構成されてもよい。
 また、送信局2、受信局3、中継局4、及び受信局5-1,5-2それぞれが有する各機能は、それぞれ一部又は全部がPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアによって構成されてもよいし、CPU等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。
 例えば、一実施形態にかかる送信局2、受信局3、及び中継局4は、コンピュータとプログラムを用いて実現することができ、プログラムを記憶媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
 図7は、一実施形態にかかる送信局2(又は受信局3、中継局4)のハードウェア構成例を示す図である。図7に示すように、例えば送信局2は、入力部600、出力部610、通信部620、CPU630、メモリ640及びHDD650がバス660を介して接続され、コンピュータとしての機能を備える。また、送信局2は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体670との間でデータを入出力することができるようにされている。
 入力部600は、例えばキーボード及びマウス等である。出力部610は、例えばディスプレイなどの表示装置である。通信部620は、例えば無線のネットワークインターフェースである。
 CPU630は、送信局2を構成する各部を制御し、所定の処理等を行う。メモリ640及びHDD650は、データ等を記憶する記憶部である。
 記憶媒体670は、送信局2が有する機能を実行させるプログラム等を記憶可能にされている。なお、送信局2を構成するアーキテクチャは図7に示した例に限定されない。
 1,1a・・・無線通信システム、2・・・送信局、3・・・受信局、4・・・中継局、5-1,5-2・・・受信局、20・・・制御部、22・・・変調部、24・・・NOMA処理部、26・・・通信部、28・・・アンテナ、31・・・アンテナ、32・・・通信部、33・・・第1復調部、34・・・レプリカ作成部、35・・・減算部、36・・・合成部、37・・・第2復調部、240・・・変換部、242・・・重畳部、260・・・送信部、262・・・受信部、320・・・受信部、322・・・送信部、600・・・入力部、610・・・出力部、620・・・通信部、630・・・CPU、640・・・メモリ、650・・・HDD、660・・・バス、670・・・記憶媒体

Claims (8)

  1.  n個(n≧2)の周波数チャネルを用いて送信装置と受信装置とが無線通信を行う無線通信システムにおいて、
     前記送信装置は、
     n+1個の信号を、C/Nを所定値に定められたn個の所定電力信号と、C/Nをそれぞれ所定値の1/nにしてn個に分割した分割信号とに変換する変換部と、
     前記変換部が変換したn個の所定電力信号とn個の分割信号とを、n個の前記周波数チャネルに対するn個の多重信号となるようにそれぞれ非直交に重畳させる重畳部と、
     前記重畳部が重畳させたn個の多重信号をn個の前記周波数チャネルによって同時に送信する送信部と
     を有し、
     前記受信装置は、
     n個の前記周波数チャネルによって送信されたn個の多重信号を受信する受信部と、
     前記受信部が受信したn個の多重信号からn個の所定電力信号を復調する復調部と、
     前記復調部が復調したn個の所定電力信号それぞれを複製し、n個のレプリカ信号を作成するレプリカ作成部と、
     前記レプリカ作成部が作成したn個のレプリカ信号それぞれを、前記受信部が受信したn個の多重信号それぞれから減算し、n個の減算後信号を算出する減算部と、
     前記減算部が算出したn個の減算後信号を合成する合成部と
     を有することを特徴とする無線通信システム。
  2.  n個の前記周波数チャネルは、
     それぞれ偏波面及び周波数の少なくともいずれかが異なること
     を特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
  3.  前記受信装置は、
     前記復調部が復調したn個の所定電力信号をn個の前記周波数チャネルによって第1の無線通信装置へ伝送し、前記合成部が合成した減算後信号をn個の前記周波数チャネルのいずれかによって前記第1の無線通信装置とは異なる方向に配置された第2の無線通信装置へ伝送する伝送部をさらに有すること
     を特徴とする請求項1又は2に記載の無線通信システム。
  4.  n個(n≧2)の周波数チャネルを用いて送信装置と受信装置とが無線通信を行う無線通信方法において、
     n+1個の信号を、C/Nを所定値に定められたn個の所定電力信号と、C/Nをそれぞれ所定値の1/nにしてn個に分割した分割信号とに変換する変換工程と、
     変換したn個の所定電力信号とn個の分割信号とを、n個の前記周波数チャネルに対するn個の多重信号となるようにそれぞれ非直交に重畳させる重畳工程と、
     重畳させたn個の多重信号をn個の前記周波数チャネルによって同時に送信する送信工程と、
     n個の前記周波数チャネルによって送信されたn個の多重信号を受信する受信工程と、
     受信したn個の多重信号からn個の所定電力信号を復調する復調工程と、
     復調したn個の所定電力信号それぞれを複製し、n個のレプリカ信号を作成するレプリカ作成工程と、
     作成したn個のレプリカ信号それぞれを、受信したn個の多重信号それぞれから減算し、n個の減算後信号を算出する減算工程と、
     算出したn個の減算後信号を合成する合成工程と
     を含むことを特徴とする無線通信方法。
  5.  n個(n≧2)の周波数チャネルを用いて受信装置との間で無線通信を行う送信装置において、
     n+1個の信号を、C/Nを所定値に定められたn個の所定電力信号と、C/Nをそれぞれ所定値の1/nにしてn個に分割した分割信号とに変換する変換部と、
     前記変換部が変換したn個の所定電力信号とn個の分割信号とを、n個の前記周波数チャネルに対するn個の多重信号となるようにそれぞれ非直交に重畳させる重畳部と、
     前記重畳部が重畳させたn個の多重信号をn個の前記周波数チャネルによって同時に送信する送信部と
     を有することを特徴とする送信装置。
  6.  n個の前記周波数チャネルは、
     それぞれ偏波面及び周波数の少なくともいずれかが異なること
     を特徴とする請求項5に記載の送信装置。
  7.  n個(n≧2)の周波数チャネルを用いて送信装置と無線通信を行う受信装置において、
     n個の前記周波数チャネルによって送信されたn個の多重信号を受信する受信部と、
     前記受信部が受信したn個の多重信号からn個の所定電力信号を復調する復調部と、
     前記復調部が復調したn個の所定電力信号それぞれを複製し、n個のレプリカ信号を作成するレプリカ作成部と、
     前記レプリカ作成部が作成したn個のレプリカ信号それぞれを、前記受信部が受信したn個の多重信号それぞれから減算し、n個の減算後信号を算出する減算部と、
     前記減算部が算出したn個の減算後信号を合成する合成部と
     を有することを特徴とする受信装置。
  8.  n個の前記周波数チャネルは、
     それぞれ偏波面及び周波数の少なくともいずれかが異なること
     を特徴とする請求項7に記載の受信装置。
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