JP2006186427A - 無線通信方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ａ／Ｄ変換後のデータフィールドの量子化誤差や飽和を抑えつつ、受信側において全ての送信アンテナと受信アンテナ間のチャネル応答の推定を可能とする。
【解決手段】チャネル応答推定のための無線パケット信号の送信に際して、複数のアンテナ２０８−１〜２０８−３を用いてＡＧＣ用プリアンブル３０４、チャネル応答推定用プリアンブル３０５を送信した後、少なくとも一つのデータストリームを複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群として複数のアンテナ２０８−２０８−１〜２０８−３を用いて送信する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数のアンテナ及び複数のサブキャリアを用いて通信を行うＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムに係り、特に高速無線ＬＡＮに適した無線通信方法及び装置に関する。

米国の電気電子技術者協会であるIEEEにおいて、100Mbps以上のスループットを目指すIEEE 802.11nと呼ばれる無線ＬＡＮ規格の策定が進められている。IEEE 802.11nでは、送信機及び受信装置に複数のアンテナを用いるMIMO(Multi Input Multi Output)と呼ばれる技術が採用される可能性が高い。IEEE 802.11nは、既に規格化されているIEEE 802.11a規格と無線機上で共存できることが要求されている。MIMO技術では、複数の送信アンテナから各受信アンテナまでのチャネル応答を測定するために、既知系列であるプリアンブルを複数の送信アンテナから送信する必要がある。

非特許文献１で提案されたプリアンブル信号案によると、まず単一の特定送信アンテナから時間同期、周波数同期及び自動利得制御（Automatic Gain Control：ＡＧＣ）に用いるショートプリアンブル列、チャネル応答推定用のロングプリアンブル列、無線パケットの変調方式や長さを示すフィールドを含む第１シグナルフィールドを送信し、引き続きIEEE 802.11nで用いる第２シグナルフィールドを送信する。次に、複数の送信アンテナからチャネル応答推定用のロングプリアンブル列を順に送信する。このようにしてプリアンブル信号の送信が終了した後に、複数の送信アンテナから送信データを同時に送信する。

一方、非特許文献２で提案されたIEEE 802.11n用の無線通信用パケットのフレーム構成案によると、まず一つの特定送信アンテナから時間同期、周波数同期及びＡＧＣに用いるショートプリアンブル（legacy short training field）、チャネル応答推定用のロングプリアンブル（legacy long training field）、無線パケットの変調方式や長さを示すフィールドを含む第１のシグナルフィールド（legacy signal field）及びIEEE 802.11nで用いる第２のシグナルフィールド（high throughput signal field）とを送信する。次に、複数の送信アンテナから同時に、ＭＩＭＯによる通信におけるＡＧＣ用の第２のショートプリアンブル（high throughput short training field）及びチャネル応答推定用の第２のロングプリアンブル（high throughput long training field）を順に送信する。このようにしてプリアンブル信号の送信が終了した後に、データフィールドにおいて複数アンテナから互いに異なるデータストリーム信号を同時に送信する。第２のショートプリアンブルと第２のロングプリアンブルは、データフィールドの送信に用いられるアンテナと同じアンテナによって送信される。
Jan Boer他２名"Backwards compatibility"、[online]、平成１５年９月、IEEE LMSC（発行元）、［平成１５年９月１５日検索］、インターネット＜URL: ftp://ieee:wireless@ftp.802wirelessworld.com/11/03/11-03-0714-00-000n-backwards-compatibility.ppt＞ Syed Aon Mujtaba他３１名"TGn Sync Proposal Technical Specification"、[online]、平成15年9月、IEEE LMSC（発行元）、［平成１５年１２月２０日検索］、インターネット＜URL: ftp://ftp.802wirelessworld.com/11/04/11-04-0889-01-000n-tgnsync-proposal-technical-specification.doc＞

無線受信装置における受信信号の復調処理は、一般にディジタル信号処理により行われるため、アナログ信号として得られた受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が用意される。Ａ／Ｄ変換器は、変換対象のアナログ信号の許容レベル範囲（以下、入力ダイナミックレンジという）を持っている。従って、受信信号のレベルをＡ／Ｄ変換器の入力ダイナミックレンジ内となるように調整するためのＡＧＣを行うことが必要である。

ロングプリアンブルによるチャネル応答の推定はディジタル信号処理で行われるため、ロングプリアンブル以前の信号を用いてＡＧＣを行う必要がある。そこで、非特許文献１で提案されたプリアンブル信号では、まず特定送信アンテナからロングプリアンブルより前に送信されるショートプリアンブルを用いてＡＧＣを行う。すなわち、当該ショートプリアンブルの受信レベルを測定し、信号レベルがＡ／Ｄ変換器の入力ダイナミックレンジ内に収まるようにＡＧＣを行う。これにより、当該特定送信アンテナから送信されるロングプリアンブルやシグナルフィールド受信することができる。ところが、他の送信アンテナからはロングプリアンブルより前には何も送信されないため、ＡＧＣには一つの送信アンテナから送信されるショートプリアンブルのみしか用いることができない。

全ての送信アンテナが空間的に離れて設置されていれば、各々の送信アンテナから送信された信号の受信レベルは当然異なることは自明である。従って、受信側で他の送信アンテナから送信されるロングプリアンブルを受信する際や全てのアンテナから同時に送信されるデータ信号を受信する際には、受信レベルは特定送信アンテナから送信されたショートプリアンブルを用いたＡＧＣにより調整されたレベルを大きく上回ったり下回ったりするという現象が生じる。受信レベルがＡ／Ｄ変換器の入力ダイナミックレンジの上限を上回った場合、Ａ／Ｄ変換器は飽和現象を生じる。受信レベルが入力ダイナミックレンジの下限を下回った場合には、Ａ／Ｄ変換器で大きな量子化誤差が発生する。いずれの場合でも、Ａ／Ｄ変換器は適切な変換をできず、Ａ／Ｄ変換後の処理に悪影響を及ぼす。

非特許文献２よると、複数のアンテナから同時に送信される第２ショートプリアンブルを用いてＡＧＣを行う。従って、第２ロングプリアンブルとデータフィールドの受信信号レベルは各アンテナから同時にデータが送信される場合でも、Ａ／Ｄ変換器の入力ダイナミックレンジ内となるように調整され、これらの信号を正しく受信することができる。

ところで、ＭＩＭＯ技術は大きく分けて、送信側でチャネル応答を用いない方式とチャネル応答を用いる方式に大別される。後者の方式は、高い通信容量を得ることが可能である反面、送信側において送信側の全てのアンテナと受信側の全てのアンテナとの間の多数の伝搬路の応答（チャネル応答と呼ばれる）を推定する必要がある。送信側置でチャネル応答を推定する方法として、送信側が受信側に要求信号を送信し、要求信号を受信した受信側が送信側にチャネル応答推定のための無線パケット信号を送信し、送信側は受信したチャネル応答推定のための無線パケット信号のチャネル応答推定用プリアンブル信号からチャネル応答を推定する方法が考えられる。

この場合、送信側は受信したチャネル応答推定のための無線パケット信号のプリアンブル信号を用いて、受信側の各アンテナから送信側の全アンテナまでのチャネル応答を推定する必要がある。このためチャネル応答推定のための無線パケット信号に含まれるチャネル応答推定用プリアンブルは、データフィールドのストリーム数に関わらず、受信側の全アンテナから送信されなければならない。

非特許文献１に開示された無線通信用パケットにおいては、複数アンテナから送信されるチャネル応答推定用のロングプリアンブルはデータフィールドが送信されるアンテナからのみ送信される。言い換えれば、データフィールドのストリーム数がアンテナ数より少ない場合は、データフィールドが送信されないアンテナからはチャネル応答推定用プリアンブルも送信されない。従って、非特許文献２の無線通信用パケットをチャネル応答推定のための無線パケット信号として用いることはできない。

本発明の目的は、Ａ／Ｄ変換後のデータフィールドの量子化誤差や飽和を抑えつつ、受信側において全ての送信アンテナと受信アンテナ間のチャネル応答の推定を可能とする無線通信方法と装置及びシステムを提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の第１の観点によると、複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブルを送信するステップと；前記ＡＧＣプリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてチャネル応答推定用プリアンブルを送信するステップと；前記チャネル応答推定用プリアンブルの送信後に少なくとも一つのデータストリームを前記複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群として前記複数のアンテナを用いて送信するステップと；を具備する無線通信方法を提供する。

本発明の第２の観点によると、複数のアンテナと；複数のアンテナを用いて送信されるＡＧＣ用プリアンブル、前記ＡＧＣプリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いて送信されるチャネル応答推定用プリアンブル、及び前記チャネル応答推定用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群として前記複数のアンテナにより送信される少なくとも一つのデータストリームを含む無線パケット信号を生成する生成部と；を具備する無線通信装置を提供する。

本発明の第３の観点によると、複数のアンテナを用いて送信されるＡＧＣ用プリアンブル及び前記ＡＧＣプリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いて送信されるチャネル応答推定用プリアンブルを生成するプリアンブル生成部と；前記チャネル応答推定用プリアンブルの送信後に少なくとも一つのデータストリームを前記複数のアンテナを用いて送信するために前記複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群を生成するサブキャリア生成部と；を具備する無線パケット信号生成装置を提供する。

本発明の第４の観点によると、複数のアンテナから送信される複数のＡＧＣ用プリアンブル、前記ＡＧＣ用プリアンブルが送信された後に複数のアンテナから送信されるチャネル応答推定用プリアンブル、及び前記チャネル応答推定用プリアンブルが送信された後に前記複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群として前記複数のアンテナにより送信される少なくとも一つのデータストリームを受信して受信信号を生成する受信部と；
前記受信信号を増幅する可変利得増幅器と；前記受信信号に含まれる前記ＡＧＣ用プリアンブルの情報を用いて前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御部と；前記可変利得増幅器の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と；を具備する無線通信装置を提供する。

本発明の第５の観点によると、第１の無線通信装置から第２の無線通信装置に要求信号を送信するステップと；前記要求信号に応答して前記第２の無線通信装置から複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブル、チャネル応答推定用プリアンブル、及び前記複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群として形成された少なくとも一つのデータストリームを含む無線パケット信号を送信するステップと；前記無線パケット信号を受信して前記第１の無線通信装置によりチャネル応答を推定するステップと；を具備する無線通信方法を提供する。

本発明によると、チャネル応答推定のための無線パケット信号送信時にＡＧＣ用プリアンブル、チャネル応答推定用プリアンブル及びデータフィールドを全ての各アンテナから送信するため、チャネル応答推定のための無線パケット信号を受信する際にＡＧＣ用プリアンブルにより利得を設定することで、Ａ／Ｄ変換器の出力の飽和や量子化誤差の影響を軽減でき、受信精度が向上する。さらに、チャネル応答推定用プリアンブルが複数のアンテナから送信されるため、全ての送信アンテナと全ての受信アンテナの間のチャネル応答を推定することができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＭＩＭＯを用いた無線通信システムの概要であり、二つの無線通信装置１０１，１０２は共に複数のアンテナを有する。無線通信装置１０１が重み付き空間分割多重方式（Weighted Space Division Multiplexing：Ｗ−ＳＤＭ）、固有ビーム空間分割多重方式（Eigenbeam Space Division Multiplexing：Ｅ−ＳＤＭ）、あるいは適応変調方式等を用いる場合、無線通信装置１０１と無線通信装置１０２間で以下の手順により通信を行う。

まず、無線通信装置１０１は無線通信装置１０２に向けてチャネル応答推定のための無線パケット信号（「サウンディングパケット」とも称する）の送信を要求する要求信号Ｓ１０１を送信する。無線通信装置１０２は、要求信号Ｓ１０１の受信をすると、サウンディングパケットである無線パケット信号Ｓ１０２を無線通信装置１０１に向けて送信する。無線通信装置１０１は、受信した無線パケット信号Ｓ１０２から無線通信装置１０１は無線通信装置１０１の全てのアンテナと無線通信装置１０２の全てのアンテナとの間のチャネル応答を推定する。次に、無線通信装置１０１は推定したチャネル応答を基にＷ−ＳＤＭ、Ｅ−ＳＤＭあるいは適応変調方式を用いて無線通信装置１０２に信号Ｓ１０３の送信を行う。

次に、図２を用いて図１中の無線通信装置１０２の具体例について説明する。図２は、無線通信装置１０２のうち特にチャネル応答推定のための無線パケット信号生成部２００の物理層を示している。無線パケット信号送信部２００は、例えば一つの集積回路チップ上に形成されていてもよい。

無線通信装置１０２において、無線通信装置１０１からの要求信号Ｓ１０１が図示しない受信部で検出されると、無線パケット信号生成部２００に上位層から送信データ（ビット列）Ｓ２０１がある送信単位毎に入力される。送信データＳ２０１には、上位層の制御用データ（例えば、無線通信装置１０１や無線通信装置１０２のアドレス情報）や情報データ等が含まれている。

送信データＳ２０１は、符号化器２０１により例えば誤り訂正符号化が施され、これにより符号化データ系列が生成される。直並列変換器（Ｓ／Ｐ）２０２は、信号Ｓ２０２により上位層から指定されたストリーム数に従って符号化データ系列に対して直並列変換を行い、符号化データ系列を複数のデータストリームに分割する。図２の無線通信装置では、符号化ビット系列は最大３つのデータストリームに分割することが可能である。ストリーム数は上位層から指定される必要は必ずしもなく、無線パケット信号生成部２００の物理層自身でストリーム数を決定してもよい。例えば、一般にストリーム数が多いほど通信速度は向上するが、反面で通信品質が劣化するので、通信速度と通信品質の両方を考慮してストリーム数を決定する。具体的には、例えば符号化データ系列のデータ長が長いほどストリーム数を多くする。

直並列変換器２０２からのデータストリームは変調器２０３−１〜２０３−３によって複素平面（Ｉ−Ｑ）上にマッピングされ、変調されたデータシンボルが生成される。変調されたデータシンボルは、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）信号の各サブキャリアに乗って伝送されるように、直並列変換器（Ｓ／Ｐ）２０４−１〜２０４−３によって直並列変換が施される。

直並列変換を受けたデータシンボルは、マトリクス回路２０５に入力される。マトリクス回路２０５は、上位層から送られてきたストリーム数情報Ｓ２０２に従って、入力されたサブキャリアを各アンテナに振り分ける。具体的なサブキャリアの振り分け方法については、後に詳しく後述する。各アンテナに振り分けられたサブキャリアは、逆高速フーリエ変換部（ＩＦＦＴ）２０６−１〜２０６−３により周波数軸上の信号から時隔軸上の信号（時間領域）に変換される。時間軸上の信号は、送信回路２０７−１〜２０７−３に入力される。送信回路２０７−１〜２０７−３は、一般には無線パケット信号生成部２００の集積回路とは別チップの集積回路上に形成される。送信回路２０７−１〜２０７−３は、無線パケット信号生成部２００の集積回路と同一のチップに形成されてもよい。さらにはアンテナ２０８−１〜２０８−３も該同一のチップに形成されてもよい。

送信回路２０７−１〜２０７−３においては、ＩＦＦＴ部２０６−１〜２０６−３の出力信号はまず図示しないＤ／Ａ変換器によってアナログ信号に変換される。Ｄ／Ａ変換器の出力信号はベースバンドまたは中間周波数（ＩＦ）帯であり、図示しない周波数変換器（アップコンバータ）によってＲＦ（高周波）帯に変換される。周波数変換器からの出力信号が電力増幅器を介してアンテナ２０８−１〜２０８−３に供給されることにより、アンテナ２０８−１〜２０８−３から通信相手である無線通信装置１０１へＯＦＤＭ信号が送信される。

このようにしてチャネル応答推定のための無線パケット信号のデータシンボルがＯＦＤＭ信号として送信される前に、プリアンブルの信号系列とシグナルフィールドの信号系列が送信される。以下、チャネル応答推定のための無線パケット信号におけるプリアンブル信号とシグナル信号の生成法について説明する。

プリアンブル発生器２０９は例えばＲＯＭであり、受信側で既知である複数のプリアンブル信号の時間領域を格納している。シグナル発生器２１０は、無線通信装置１０１がチャネル応答推定のための無線パケット信号を復調する際に必要となるパケット長、データの変調方式及びストリーム数等の情報が含まれているＯＦＤＭ信号を生成する。プリアンブルとシグナルフィールドの送信時には、プリアンブル発生器２０９のＲＯＭに格納された複数のプリアンブルの時間領域、もしくはシグナル発生器２１０で生成されたシグナルフィールドの時間領域がカウンタ２１１からの信号に従って、それぞれが送信されるべきタイミングで順次読み出され、セレクタ２１２を介して送信回路２０７−１〜２０７−３に導かれる。

セレクタ２１２は、連続して送信される複数のプリアンブルとシグナルフィールドの送信タイミングに合わせて、それぞれの時間領域をプリアンブル発生器２０９とシグナル発生器から読み出し、それらを適切なアンテナから送信するように振り分ける操作を行う。すなわち、セレクタ２１２はカウンタ２１１からの時刻情報を示すカウント値に従って、プリアンブルとシグナルフィールドを各アンテナ２０８−１〜２０８−３に振り分ける。

次に、図３を用いてアンテナ２０８−１〜２０８−３から送信されるチャネル応答推定のための無線パケット信号のフレーム構成について説明する。図３（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれデータストリーム数が「１」の場合、「２」の場合及び「３」の場合のフレーム構成を時間軸上で表している。データフィールド３０６については、データストリームが割り当てられたサブキャリアをストリーム毎に図３（ｄ）で定義されるような異なるハッチングで示している。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示される無線パケット信号は、まず単一のアンテナ２０８−１から送信される信号として、第１ショートプリアンブル（ＳＰ１）３０１（既存の規格（例えばIEEE 802.11a規格）に準拠するもので「legacy short training field」とも称する）、第１ロングプリアンブル（ＬＰ１）３０２（同じく「legacy long training field」とも称する）及びシグナルフィールド（ＳＩＧ）３０３を有する。なお、ロングプリアンブル、シグナルフィールド、データフィールドの前には、マルチパルスに強くするために適宜ガードインターバルを付加してもよい。

第１ショートプリアンブル３０１は、チャネル応答推定のための無線パケット（サウンディングパケット）信号を受信する無線通信装置１０１において、フレーム先頭検出、時間同期及びＡＧＣに用いられる。第１ロングプリアンブル３０２は、無線通信装置１０１においてアンテナ２０８−１から無線通信装置１０１の各アンテナまでのチャネル応答を推定するために用いられる。推定されたチャネル応答は、主にシグナルフィールド３０３の復調のために用いられる。シグナルフィールド３０３には、後段で送信されるデータフィールド３０６の復調に必要な情報、例えば無線パケット長やデータフィールドの変調方式、ストリーム数、及び当該無線パケット信号がチャネル応答推定のための無線パケット信号であることを示す情報が含まれている。

こうして一つのアンテナ２０８−１から第１ショートプリアンブル３０１、第１ロングプリアンブル３０２及びシグナルフィールド３０３の信号が送信された後、全てのアンテナ２０８−１〜２０８−３から第２ショートプリアンブル（ＳＰ２）３０４（既存の規格に対して高速化が可能な例えばIEEE 802.11nに準拠しているという意味で「high throughput short training field」とも称する）、第２ロングプリアンブル（ＬＰ２）３０５（同じく「high throughput long training field」とも称する）及びデータフィールド３０６の信号が送信される。第２ショートプリアンブル３０４は、第２ロングプリアンブル３０５とデータフィールド３０６のＡＧＣのために用いられる。第２ロングプリアンブル３０５は、無線通信装置１０１において無線通信装置１０１の全てのアンテナと無線通信装置１０２の全てのアンテナとの間のチャネル応答を推定するために用いられる。第２ロングプリアンブル３０５により推定されたチャネル応答は、データフィールド３０６の復調に用いられるだけでなく、無線通信装置１０１がＥ−ＳＤＭ、Ｗ−ＳＤＭあるいは適応変調などのチャネル応答を必要とする方式に用いられる。なおシグナルフィールド３０３は、既存の規格（例えばIEEE 802.11a規格）に準拠する第１のシグナルフィールド（「legacy signal field」とも称する）と高速化に対応する例えばIEEE 802.11n用の第２のシグナルフィールド（「high throughput signal field」とも称する）を含み、第１のシグナルフィールド部分については、アンテナ２０８−１のみから出力されるようにしてもよい。

データフィールド３０６においては、少なくとも一つのデータストリームが複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群として複数のアンテナにより送信される。例えば、本実施形態では図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示されるように、３つのデータストリームのサブキャリア群は全てのアンテナ２０８−１〜２０８−３に均等に振り分けられる。言い換えれば、各データストリームのサブキャリア群はアンテナ間でインタリーブしている。すなわち、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）の例では、３つのデータストリームのうち１番目のストリームのサブキャリア群３１１と２番目のストリームのサブキャリア群３１２及び３番目のストリームのサブキャリア群３１３は、サブキャリアの配列方向（周波数方向）に１サブキャリアずつ順次ずれている。これを数式で一般化して表現すると、以下のようになる。

アンテナ数をＭ、ＯＦＤＭ信号のサブキャリア数をＮ、データストリーム数をＩとした場合、図２のマトリクス回路２０５に入力されたｉ（＝１，２，…，Ｉ）番目のデータストリームにおけるｎ（＝１，２，…，Ｎ）番目のサブキャリアが割り当てられるアンテナ番号ｍ（ｎ，ｉ，Ｍ）は、次の数式（１）で与えられる。
ｍ（ｎ，ｉ，Ｍ）＝｛（ｎ−ｉ＋Ｍ）ｍｏｄ Ｍ｝＋１ （１）
ここで Ａ ｍｏｄ ＢはＡをＢで割ったときの余りを計算する演算子である。

なお、図３（ｃ）の例のようにデータストリーム数がアンテナ数と等しい場合は、図３（ｃ）のようにデータストリームのサブキャリア群を各アンテナに振り分ける必要は必ずしもなく、データストリームとアンテナを対応させ、データストリームの各々を対応するアンテナの各々により送信してもよい。すなわち、データストリームの数がアンテナの数より少ないときにのみ、図３（ａ）（ｂ）のようにデータストリームを複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群として送信するようにしても構わない。なお、図３のパケットのフォーマットは時間的に表現されているが、説明の便宜上、データフィールドの部分は、ストリームが割り当てられたサブキャリアをストリーム毎に異なるパターンで表している。

次に、図４を用いて図１中の無線通信装置１０１の具体例について説明する。図４は、無線通信装置１０１のうち特に図３に示したチャネル応答推定のための無線パケット信号を受信する受信部の物理層を示している。無線通信装置１０１においては、無線通信装置１０２から送信されてくる図３に示したようなチャネル応答推定のための無線パケット信号が複数のアンテナ４０１−１〜４０１−３によって受信される。アンテナ４０１−１〜４０１−３から出力されるＲＦ受信信号は、受信部４０２−１〜４０２−３に入力される。受信回路４０２−１〜４０２−３では、受信信号に対してＲＦ帯からベースバンド帯への周波数変換（ダウンコンバート）、ＡＧＣ及びＡ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換が行われ、ベースバンド信号が生成される。

受信回路４０２−１〜４０２−３からのベースバンド信号は、高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）４０３−１〜４０３−３に入力されることにより、時間領域の信号から周波数領域の信号、すなわちサブキャリア毎の信号へと変換され、チャネル応答推定部４０４−１〜４０４−３及びディジタル復調部４０５に入力される。チャネル応答推定部４０４−１〜４０４−３では、無線通信装置１０２から無線通信装置１０１までのチャネル応答が推定される。ディジタル復調部４０５では、チャネル応答推定部４０４−１〜４０４−３によって推定されたチャネル応答に従ってベースバンド信号の復調が行われ、図２中に示した送信データＳ２０１に対応する受信データＳ４０１が生成される。

図５に、受信回路４０２−１の詳細な構成を示す。他の受信回路４０２−２〜４０２−３も同様であるため、ここでは受信回路４０２−１のみについて説明する。受信アンテナ４０１−１から出力される、チャネル応答推定のための無線パケット信号のＲＦ受信信号は、ダウンコンバータ５０１によってダウンコンバートされ、ベースバンド信号が生成される。ダウンコンバータ５０１からのベースバンド信号は可変利得増幅器５０２に入力され、ＡＧＣすなわち信号レベルの調整が行われる。可変利得増幅器５０２からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換器５０３によりディジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器５０３から出力されるディジタル信号は、受信回路４０２−１の外に出力されると共に、利得制御部５０４に入力される。利得制御部５０４によってＡ／Ｄ変換器５０３からのディジタル信号から利得計算が行われ、それに基づいて可変利得増幅器５０２の利得が制御される。このＡＧＣの具体的な内容については、後述する。

次に、無線通信装置１０１が図３に示したチャネル応答推定のための無線パケット信号を受信する場合の具体的な動作例を図４及び図５を用いて説明する。

無線通信装置１０１では、まず、アンテナ２０８−１から送信された第１ショートプリアンブル３０１を受信し、ショートプリアンブル３０１に対応するベースバンド信号を用いてフレーム先頭検出、時間同期、自動周波数制御（Automatic Frequency Control：ＡＦＣ）及びＡＧＣを行う。ＡＦＣは、周波数同期とも呼ばれる。フレーム先頭検出、時間同期及びＡＦＣについては公知の技術を用いることができるので説明を省略し、ここではＡＧＣについて特に説明する。

ショートプリアンブル３０１に対応するベースバンド信号は、可変利得増幅器５０２によって、予め与えられた初期利得値に従って増幅される。可変利得増幅器５０２からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換器５０３を経て利得制御部５０４に入力される。利得制御部５０４は、ショートプリアンブル３０１に対応する受信信号のＡ／Ｄ変換後のレベルから利得を計算し、それに従って可変利得増幅器５０２の利得を制御する。

今、ショートプリアンブル３０１に対応するベースバンド信号のＡ／Ｄ変換前のレベルをＸとする。レベルＸが高い場合、ベースバンド信号はＡ／Ｄ変換器５０３の入力ダイナミックレンジの上限を超え、Ａ／Ｄ変換によって得られるディジタル信号は飽和を起こす。このため、特に高レベルの信号は歪んでしまう。一方、レベルＸが低い場合、特に低レベルの信号はＡ／Ｄ変換に伴って大きな量子化誤差を含むようになる。このようにＡ／Ｄ変換前のレベルＸが高い場合及び低い場合のいずれにおいても、Ａ／Ｄ変換器５０３では適切な変換が行われないため、受信品質に大きな支障をきたす。

この問題を解決するため、利得制御部５０４はショートプリアンブル３０１に対応するベースバンド信号のＡ／Ｄ変換前のレベルXが予め決められた目標値Ｚになるように、可変利得増幅器５０２の利得を制御する。Ａ／Ｄ変換器５０３に入力される信号が全て飽和してしまう程度にベースバンド信号のレベルが大幅に高い場合、あるいは逆に大幅に低い場合、一回の制御で可変利得増幅器５０２の利得を適切に制御できないことがある。このような場合、利得制御を繰り返して行う。この結果、Ａ／Ｄ変換器５０３に入力されるベースバンド信号のレベルをＡ／Ｄ変換器５０３の入力ダイナミックレンジ内に収まるような適切なレベルに調整することが可能となる。このようにショートプリアンブル３０１に対応するベースバンド信号を用いて可変利得増幅器５０２の利得を制御することにより、適切なＡ／Ｄ変換を行い、受信品質の低下を避けることができる。

次に、無線通信装置１０１はアンテナ２０８−１から送信された第１ロングプリアンブル３０２を受信し、ロングプリアンブル３０２に対応する周波数領域の信号を用いて、チャネル応答推定、すなわち無線通信装置１０２から無線通信装置１０１までのチャネル応答の推定をチャネル応答推定部４０４−１〜４０４−３で行う。

より詳しくは、ロングプリアンブル３０２はアンテナ２０８−１からのみ送信されているため、チャネル応答推定部４０４−１ではアンテナ２０８−１からアンテナ４０１−１までのチャネル応答、チャネル応答推定部４０４−２ではアンテナ２０８−１からアンテナ４０１−２までのチャネル応答、チャネル応答推定部４０４−２ではアンテナ２０８−１からアンテナ４０１−３までのチャネル応答をそれぞれ推定する。このチャネル応答の推定は公知の技術を用いることが可能であるため、詳細な説明を省略する。

アンテナ２０８−１から送信される信号については上述のようにＡＧＣが終了しているため、チャネル応答推定を行うときにはＡ／Ｄ変換器５０３への入力のレベルは適切に調整されている。従って、送信アンテナ２０８−１から送信される信号については、Ａ／Ｄ変換器５０３から精度の高いディジタル信号が得られるため、このディジタル信号を用いてチャネル応答を正確に推定することができる。

次に、無線通信装置１０１は送信アンテナ２０８−１から送信されるシグナルフィールド３０３を受信し、シグナルフィールド３０３に対応する周波数領域の信号に対して、上述したチャネル応答推定の結果を用いてディジタル復調部４０５により復調処理を行う。シグナルフィールド３０３には、無線パケット長や後続するデータの変調方式及びストリーム数等の情報が記述されている。無線通信装置１０１は、シグナルフィールド１０１中の無線パケット長情報から認識される無線パケット区間においてディジタル復調部４０５による復調処理を続ける。

次に、無線通信装置１０１は送信アンテナ２０８−１〜２０８−３から送信される第２ショートプリアンブル３０４を受信する。第２ショートプリアンブル３０４は、シグナルフィールド３０３まで送信を続けてきた送信アンテナ２０８−１と今まで送信を行ってない送信アンテナ２０８−２〜２０８−３から送信される。従って、送信アンテナ２０８−１のみから送信される信号（第１ショートプリアンブル３０１、第２ロングプリアンブル３０２、シグナルフィールド３０３）を受信する場合と比較して、第２ショートプリアンブル３０４を受信する場合の受信レベルは変化する。

無線通信装置１０１は、第２ショートプリアンブル３０４を受信すると第２ショートプリアンブル３０４を用いて再度ＡＧＣを行う。つまり、第２ショートプリアンブル３０４に対応するベースバンド信号のＡ／Ｄ変換後のレベルを用いて、可変利得増幅器４０２に対する利得制御を再度行う。これにより送信アンテナ２０８−１〜２０８−３から同時に送信される信号の受信レベルを適切に調整して、Ａ／Ｄ変換器４０３に入力する。すなわち、第２ショートプリアンブル３０４と同様に送信アンテナ２０８−１〜２０８−３から同時に送信される第２ロングプリアンブル３０５とデータフィールド３０６は、受信レベルが適切に調整されてＡ／Ｄ変換器４０３に入力される。そのため、第２ロングプリアンブル３０４やデータフィールド３０６を受信する場合でも、Ａ／Ｄ変換器４０３への入力レベルが適切に調整されているため、Ａ／Ｄ変換器４０３の出力の飽和や量子化誤差の影響を軽減でき、受信精度が向上する。

次に、無線通信装置１０１は送信アンテナ２０８−１〜２０８−３からの第２ショートプリアンブル３０４に続いて送信されてくる第２ロングプリアンブル３０５を受信し、第２ロングプリアンブル３０５に対応する周波数領域の信号を用いてチャネル応答推定、すなわち無線通信装置１０２から無線通信装置１０１までのチャネル応答の推定をチャネル応答推定部４０４−１〜４０４−３で行う。より詳しくは、ロングプリアンブル３０５は無線通信装置１０２の全アンテナ２０８−１〜２０８−３から送信されているため、チャネル応答推定部４０４−１ではアンテナ２０８−１〜２０８−３からアンテナ４０１−１までのチャネル応答、チャネル応答推定部４０４−２ではアンテナ２０８−１〜２０８−３からアンテナ４０１−２までのチャネル応答、チャネル応答推定部アンテナ２０８−１〜２０８−３ではアンテナ２０８−１からアンテナ４０１−３までのチャネル応答をそれぞれ推定する。このように第２ロングプリアンブル３０５を用いることで、無線通信装置１０１と無線通信装置１０２の全てのアンテナ間のチャネル応答を推定することができ、推定したチャネル応答を無線通信装置１０１の送信部（図示せず）に出力することで、送信部はＥ−ＳＤＭ方式、Ｗ−ＳＤＭ方式、適応変調等の方式を用いて無線通信装置１０２に信号の送信を行うことが可能となる。なお、Ｅ−ＳＤＭ方式、Ｗ−ＳＤＭ方式、適応変調等の方式は公知の技術であるため、詳細な説明を省略する。

次に、無線通信装置はアンテナ２０８−１〜２０８−３から送信されるデータフィールド３０６を受信し、データフィールド３０６に対応する周波数領域の信号に対して、前述したシグナルフィールド１０１中のパケット長情報から認識されたデータストリーム数の情報と第２ロングプリアンブル３０５を用いて推定したチャネル応答の結果を用いてディジタル復調部４０５により復調処理を行う。復調処理は、例えば空間フィルタリング法や最尤判定法など公知の技術を用いることが可能である。

以上述べたように、本実施形態によると無線通信装置１０２が無線通信装置１０１に送信するチャネル応答推定のための無線パケット信号は、データストリームの各サブキャリアを全アンテナアンテナ２０８−１〜２０８−３にインタリーブしているため、ＡＧＣ用のプリアンブル（第２ショートプリアンブル）３０４、チャネル応答推定用プリアンブル（第２ロングプリアンブル）３０５及びデータフィールド３０６を共通にアンテナ２０８−１〜２０８−３から送信するフレーム構成となっている。このため、ＡＧＣ用である第２ショートプリアンブル３０４の信号により可変利得増幅器５０２の利得を設定することで、後段で送信されたチャネル応答推定用の第２ロングプリアンブル３０５やデータフィールド３０６の信号のＡ／Ｄ変換器５０３への入力レベルが適切に調整されているため、飽和や量子化誤差の影響を軽減でき、受信精度が向上する。

また、チャネル応答推定用である第２ロングプリアンブルは、全てのアンテナ２０８−１〜２０８−３から送信されるフレーム構成であるため、無線通信装置１０１はチャネル応答推定のための無線パケット信号を受信することで、無線通信装置１０１と無線通信装置１０２の全てのアンテナ間のチャネル応答を推定することができ、Ｅ−ＳＤＭ方式、Ｗ−ＳＤＭ方式、適応変調等の方式を用いて通信を行うことが可能となる。

さらに、データフィールド３０６において各データストリームのサブキャリア群が複数のアンテナ２０８−１〜２０８−３に振り分けられているため、いずれかのアンテナから送信される信号が伝搬路上の何らかの障害により正しく送信されない場合でも、あるデータストリーム全体がダメージを受ける可能性が小さく、通信の信頼性が向上するという利点がある。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

第１の実施形態に係る無線通信システムの概要を示すブロック図 第１の実施形態に係る第２の無線通信装置１０２の主要部のブロック図 第１の実施形態に係るチャネル応答推定のための無線パケット信号を説明するための図 第１の実施形態に係る第１の無線通信装置１０１の主要部のブロック図 図４に示す第１の無線通信装置１０１内のチャネル応答推定のための無線パケット信号に係る受信回路のブロック図

符号の説明

１０１…第１の無線通信装置；
１０２…第２の無線通信装置；
Ｓ１０１…要求信号；
Ｓ１０２…チャネル応答推定用パケット信号；
Ｓ１０３…送信信号；
Ｓ２０１…送信データ；
Ｓ２０２…ストリーム数指定情報；
２００…無線パケット信号生成部；
２０１…符号化器；
２０２…直並列変換器；
２０３−１〜２０３−３…変調器；
２０４−１〜２０４−３…直並列変換器；
２０５…マトリクス回路（サブキャリア振り分け部）；
２０６−１〜２０６−３…ＩＦＦＴユニット；
２０７−１〜２０７−３…送信回路；
２０８−１〜２０８−３…送信アンテナ；
２０９…プリアンブル発生器；
２１０…シグナル発生器；
２１１…カウンタ；
２１２…セレクタ；
３０１…第１ショートプリアンブル；
３０２…第１ングプリアンブル；
３０３…シグナル；
３０４…第２ショートプリアンブル（ＡＧＣ用プリアンブル）；
３０５…第２ングプリアンブル（チャネル応答推定用プリアンブル）；
３０６…データフィールド；
３１１，３１２，３１３…データストリームのサブキャリア；
４０１−１〜４０１−３…受信アンテナ；
４０２−１〜４０２−３…受信回路；
４０３−１〜４０３−３…ＦＦＴユニット；
４０４−１〜４０４−３…チャネル推定部；
４０５…ディジタル復調部；
Ｓ４０１…受信データ；
５０１…ダウンコンバータ；
５０２…可変利得増幅器；
５０３…Ａ／Ｄ変換器；
５０４…利得制御部

Claims (10)

1. 複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブルを送信するステップと；
   前記ＡＧＣプリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてチャネル応答推定用プリアンブルを送信するステップと；
   前記チャネル応答推定用プリアンブルの送信後に少なくとも一つのデータストリームを前記複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群として前記複数のアンテナを用いて送信するステップと；を具備する無線送信方法。
2. 前記データストリームを送信するステップは、前記データストリームの数が前記アンテナの数より少ないときにデータストリームを前記複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群として送信する請求項１記載の無線通信方法。
3. 前記データストリームの各々を送信するためのサブキャリア群のサブキャリア位置が異なる請求項１記載の無線通信装置。
4. 複数のアンテナと；
   複数のアンテナを用いて送信されるＡＧＣ用プリアンブル、前記ＡＧＣプリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いて送信されるチャネル応答推定用プリアンブル、及び前記チャネル応答推定用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群として前記複数のアンテナにより送信される少なくとも一つのデータストリームを含む無線パケット信号を生成する生成部と；を具備する無線通信装置。
5. 複数のアンテナを用いて送信されるＡＧＣ用プリアンブル及び前記ＡＧＣプリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いて送信されるチャネル応答推定用プリアンブルを生成するプリアンブル生成部と；
   前記チャネル応答推定用プリアンブルの送信後に少なくとも一つのデータストリームを前記複数のアンテナを用いて送信するために前記複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群を生成するサブキャリア生成部と；を具備する無線パケット信号生成装置。
6. 複数のアンテナから送信される複数のＡＧＣ用プリアンブル、前記ＡＧＣ用プリアンブルが送信された後に複数のアンテナから送信されるチャネル応答推定用プリアンブル、及び前記チャネル応答推定用プリアンブルが送信された後に前記複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群として前記複数のアンテナにより送信される少なくとも一つのデータストリームを受信して受信信号を生成する受信部と；
   前記受信信号を増幅する可変利得増幅器と；
   前記受信信号に含まれる前記ＡＧＣ用プリアンブルの情報を用いて前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御部と；
   前記可変利得増幅器の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と；を具備する無線通信装置。
7. 前記ディジタル信号に含まれる前記チャネル応答推定用プリアンブルの情報を用いてチャネル応答を推定する推定部と；
   推定されたチャネル応答に従って前記ディジタル信号を復調する復調部と；をさらに具備する請求項６記載の無線通信装置。
8. 前記ディジタル信号に含まれる、前記チャネル応答推定用プリアンブルの情報を用いてチャネル応答を推定する推定部と；
   推定されたチャネル応答に従って送信信号を生成する送信部と；をさらに具備する請求項６記載の無線通信装置。
9. 前記ディジタル信号に含まれる前記チャネル応答推定用プリアンブルの情報を用いてチャネル応答を推定する推定部と；
   推定されたチャネル応答に従って前記ディジタル信号を復調する復調部と；
   推定されたチャネル応答に従ってデータ送信信号を生成する送信部と；をさらに具備する請求項６記載の無線通信装置。
10. 第１の無線通信装置から第２の無線通信装置に要求信号を送信するステップと；
    前記要求信号に応答して前記第２の無線通信装置から複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブル、チャネル応答推定用プリアンブル、及び前記複数のアンテナに振り分けられたサブキャリア群として形成された少なくとも一つのデータストリームを含む無線パケット信号を送信するステップと；
    前記無線パケット信号を受信して前記第１の無線通信装置によりチャネル応答を推定するステップと；を具備する無線通信方法。

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