JP4846745B2 - 無線通信装置および無線通信方法。 - Google Patents

Description

本発明は、直交周波数分割多元接続（OFDMA：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を採用した無線通信装置および無線通信方法に関し、特に、他の通信装置にSTBC（Space Time Block Coding:時空間ブロック符号）方式またはSFBC（Space Frequency Block Coding:周波数空間ブロック符号）方式でデータシンボルを送信する場合に、リソースを有効活用しさらにチャネル推定精度を向上させた、従来よりも効率および信頼性の高い無線通信装置および無線通信方法に関する。

WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）、UMB（Ultra Mobile Broadband）、次世代PHS等で採用されているOFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多元接続）方式（またはOFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）方式）の無線通信システムでは、マルチキャリアを使用して、通信速度およびマルチパスフェージングへの耐性の向上を図っている。

上記OFDMA方式を用いる無線通信では、送信側（基地局）は、フレームを用いて受信側（端末）と通信を行う。図２は、この無線通信で用いられるフレームの一例を示す図である。図において、横軸は時間、縦軸は周波数を表す。図のように、フレームは、時間軸方向および周波数方向に送信すべきデータシンボルおよびパイロットシンボルを配置した、複数のスロットから成る。OFDMA方式では、図のような時間−周波数の全領域を、上述したスロット（またはタイル）と呼ばれる所定数のシンボルの集合に分割し、そのスロットを、単一のユーザに割り当てている。図に示すように、スロットは、規格によって決まる所定数のデータシンボルおよびパイロットシンボルによって構成され、チャネル推定、重み付け、および各シンボルに対する処理（シンボル処理、詳細は後述する。）等は、このスロット単位で行われる。

また、無線通信では、複数の送信アンテナを用いて１つの送信情報系列を送信することで、フェージングの有害な影響を削減して、通信範囲を拡大したり、信頼性を向上させたりする送信ダイバーシチ技術が多数開発されている。この送信ダイバーシチの代表的なものに、STBC（Space Time Block Coding:時空間ブロック符号）方式がある（特許文献１を参照されたい。）。STBCは主にモビリティに対する改善方法として、WiMAXやLTE（Long Term Evolution）、UMBといった規格にも盛り込まれている技術であり、特に、Alamouti方式が有名である。ここで、STBCについて、Alamouti方式を例にとり説明する。

図２４は、STBCによるシンボル処理を説明する図である。図２４は、図２に示すスロットに含まれるシンボル構成の一部を示す。Alamouti方式では、図に示すように、時間的に隣接する２つのシンボルを、アンテナ毎に組み替えて送信を行う。図の例において、時間的に隣接する２つのシンボル（ｓ１，ｓ３）の組ＳＴ１（図２４（ａ）参照）について説明する。図２４（ｂ）に示すように、時間１において、送信側のアンテナ１およびアンテナ２は、それぞれ、シンボルｓ１およびｓ３を送信し、時間２において、シンボル−ｓ３^＊およびｓ１^＊を送信する。ここで、＊は共役複素数を表す。シンボル（ｓ２，ｓ４）の組ＳＴ２についても同様に、時間１において、送信側のアンテナ１およびアンテナ２は、それぞれ、シンボルｓ２およびｓ４を送信し、時間２において、シンボル−ｓ４^＊およびｓ２^＊を送信する。受信側では、同じく送信側から送信されるパイロットシンボルから得られるチャネル情報を用いて、受信したシンボルをデコードする。

STBC方式は時間軸方向にシンボルを組み替えるが、これを周波数軸方向に隣接するシンボルで行うものがSFBC（Space Frequency Block Code：空間周波数ブロック符号化）方式、時間軸および周波数軸方向の両方で行うものがSTFBC（space-time-frequency block code：時空間周波数ブロック符号化）方式である。SFBCおよびSTFBCによるシンボル処理を、それぞれ図２５および２６に示す。SFBCでは、図２５（ａ）における周波数軸方向に隣接する２つのシンボル（ｓ１，ｓ２）の組ＳＦ１を送信する。送信側のアンテナ１およびアンテナ２は、同図（ｂ）に示すように、周波数１において、それぞれ、シンボルｓ１およびｓ２を送信し、周波数２において、シンボル−ｓ２^＊およびｓ１^＊を送信する。STFBCでは、図２６（ａ）における時間軸方向および周波数軸方向に隣接する４つのシンボル（ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４）の組ＳＴＦ１を、送信アンテナ１〜４を用いて送信する。アンテナ１〜４は、それぞれ、時間１および周波数１において、ｓ１，ｓ３，ｓ２，ｓ４を送信する。同様に、異なる時間と周波数との組み合わせで、アンテナ１〜４は、それぞれ異なるシンボルを送信する。

図２３に、上述した符号化方式を採用して通信を行う、従来技術における通信装置（送信装置、基地局）のブロック構成の一例を示す。通信装置５００は、複数のアンテナ（図の例では２本となっている。）ＡＮＴ、送受信部５１０、制御部５２０、およびシンボル処理部５３０を備える。シンボル処理部５３０は、上述したSTBC等のシンボル処理を行う。送受信部５１０は、アンテナＡＮＴを介して受信側（ユーザ端末等）とデータの送受信を行う。制御部５２０は、各部の制御を司る。

上述したように、OFDMAのシンボル処理はスロット単位で行われるが、STBC等の符号化を行うには、必ず隣接した２シンボル以上で処理を行わなければならない。従って、符号化を行う場合に、スロットのシンボル構成が符号化に対して最適化されていないとき、すなわち、例えばSTBCのようなダイバーシチを行わない従来のシングルアンテナでの送信に対して最適化されているときに、シンボルを埋めることが出来ない（スロット内の全てのシンボルに対して符号化を実行出来ない）といった問題が発生する恐れがある。このことを、図を用いて説明する。図４は、単一のスロットにおいてSTBCを行った場合のシンボル構成を示す図である。図のように、STBCは、太線で囲った時間軸方向に隣接する２つのシンボルに対して適用される。その結果、図において「R」を付したシンボルが、「余りのシンボル」、すなわち未処理のシンボルとなってしまう。未処理のシンボルは周波数資源（リソース）を浪費し、伝送効率およびスループットを低下させるという問題がある。また、受信側ではチャネル情報を用いてデコードを行うため、STBC等の符号化を用いた通信の信頼性や精度は、チャネル推定の精度に強く依存する。そのため、受信側（ユーザ端末等）の移動速度が速くチャネル推定の精度が落ちると、フェージング耐性等の符号化の効果が減少してしまう。また、STBCはモビリティに対して効果が高いが、逆に、静止状態にある場合は効果がないという欠点もある。

上述したSTBCやSFBCを用いてマルチキャリア方式で通信を行う従来技術として、特許文献２に、STBCを用いた通信において、マルチパス環境下で送信側又は受信側が高速に移動する場合に、パイロット信号を用いたチャネル推定行列を送信側又は受信側の移動速度を考慮して位相補正し、チャネル推定精度の向上を図る技法が開示されている。

特表２００４−５３０３３０号公報 特開２００７−０８１９０８号公報

しかしながら、特許文献２の技術では、マルチパスおよび送受信機の高速移動により、パイロット信号自体が受信できないおそれがある。また、STBCを用いる場合の、未処理のシンボルの存在によるスループットの低下と、その問題への対策については記載されていない。本発明の目的は、上述した諸課題を解決し、STBC方式またはSFBC方式のような符号化方式を用いてデータシンボルを送信する場合に、リソースを有効活用し、さらにチャネル推定精度を向上させた、従来よりも効率および信頼性の高い無線通信装置および無線通信方法を提供することにある。

上述した課題を解決すべく、第１の発明による無線通信装置は、
時間軸方向および周波数軸方向に複数のシンボルが構成されたスロットを複数含んだ通信フレームを用いて他の通信装置との間で（直行周波数分割多重（OFDM）または直交周波数分割多元接続（OFDMA）で）通信を行う通信装置（送信装置）であって、
前記各スロットにおいて、時間軸方向へ所定数のシンボルの組毎にシンボル処理（STBC）を行い、該シンボル処理において未処理となるシンボルを、制御用シンボルへ変更する処理部を備え、
前記処理部は、前記他の通信装置との間の伝搬路（チャネル）の変動状態に応じて、前記未処理となるシンボルを、前記制御用シンボル（パイロットシンボル）へ変更する、
ことを特徴とする。

また、第２の発明による無線通信装置は、
（所定の値を格納する記憶部をさらに備え、）
前記処理部は、前記変動状態を示す値が所定の値を超えた場合には、前記未処理となるシンボルを制御用シンボルへ変更する、
ことを特徴とする。

また、第３の発明による無線通信装置は、
前記処理部は、前記変動状態を示す値が所定の値に満たない場合には、前記未処理となるシンボルに対して周波数軸方向へシンボル処理を行う、
ことを特徴とする。

また、第４の発明による無線通信装置は、
前記処理部は、前記変動状態を示す値が所定の値を超えた場合には、前記未処理となるシンボル以外のシンボルも制御用シンボルへ変更する、
ことを特徴とする。

また、第５の発明による無線通信装置は、
時間軸方向および周波数軸方向に複数のシンボルが構成されたスロットを複数含んだ通信フレームを用いて他の通信装置との間で（直行周波数分割多重（OFDM）または直交周波数分割多元接続（OFDMA）で）通信を行う通信装置（送信装置）であって、
前記各スロットにおいて、周波数軸方向へ所定数のシンボルの組毎にシンボル処理（SFBC）を行い、該シンボル処理において未処理となるシンボルを、制御用シンボルへ変更する処理部を備え、
前記処理部は、前記他の通信装置との間の伝搬路の変動状態に応じて、前記未処理となるシンボルを、前記制御用シンボル（パイロットシンボル）へ変更する、
ことを特徴とする。

また、第６の発明による無線通信装置は、
（所定の値を格納する記憶部をさらに備え、）
前記処理部は、前記変動状態を示す値が所定の値を超えた場合には、前記未処理となるシンボルを制御用シンボルへ変更する、
ことを特徴とする。

また、第７の発明による無線通信装置は、
前記処理部は、前記変動状態を示す値が所定の値に満たない場合には、前記未処理となるシンボルに対して時間軸方向へシンボル処理を行う、
ことを特徴とする。

また、第８の発明による無線通信装置は、
前記処理部は、前記変動状態を示す値が所定の値を超えた場合には、前記未処理となるシンボル以外のシンボルも制御用シンボルへ変更する、
ことを特徴とする。

上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。なお、方法やプログラムの各ステップは、データの処理においては必要に応じて、CPU、DSPなどの演算処理装置を使用するものであり、入力したデータや加工・生成したデータなどをHDD、メモリなどの記憶装置に格納するものである。

例えば、本発明を方法として実現させた第９の発明による無線通信方法は、
時間軸方向および周波数軸方向に複数のシンボルが構成されたスロットを複数含んだ通信フレームを用いて他の通信装置との間で（直行周波数分割多重（OFDM）または直交周波数分割多元接続（OFDMA）で）通信を行う通信装置における通信方法（送信方法）であって、
前記各スロットにおいて、時間軸方向へ所定数のシンボルの組毎にシンボル処理（STBC）を行い、該シンボル処理において未処理となるシンボルを、制御用シンボルへ変更するステップＡを含み、
前記ステップＡでは、前記他の通信装置との間の伝搬路（チャネル）の変動状態に応じて、前記未処理となるシンボルを、前記制御用シンボル（パイロットシンボル）へ変更する、
ことを特徴とする。

また、第１０の発明による無線通信方法は、
時間軸方向および周波数軸方向に複数のシンボルが構成されたスロットを複数含んだ通信フレームを用いて他の通信装置との間で（直行周波数分割多重（OFDM）または直交周波数分割多元接続（OFDMA）で）通信を行う通信装置における通信方法（送信方法）であって、
前記各スロットにおいて、周波数軸方向へ所定数のシンボルの組毎にシンボル処理（SFBC）を行い、該シンボル処理において未処理となるシンボルを、制御用シンボルへ変更するステップＡを含み、
前記ステップＡでは、前記他の通信装置との間の伝搬路（チャネル）の変動状態に応じて、前記未処理となるシンボルを、前記制御用シンボル（パイロットシンボル）へ変更する、
ことを特徴とする。

本発明により、直交周波数分割多元接続（OFDMA：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を用い、他の通信装置にSTBC（時空間ブロック符号）方式またはSFBC（周波数空間ブロック符号）方式でデータシンボルを送信する場合に、リソースを有効活用しさらにチャネル推定精度を向上させた、従来よりも効率および信頼性の高い無線通信装置および無線通信方法を提供することができる。

以降、諸図面を参照しながら、本発明による無線通信装置の実施態様を詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の実施態様による無線通信システムの構成図である。図に示すように、無線通信システムは、主として送信機として機能する第１の通信装置（送信局、基地局）１００、および主として受信機として機能する第２の通信装置（ユーザ端末）２００から構成されている。同図（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、第１の通信装置および第２の通信装置のブロック構成の一例を示す図である。図１（ｂ）に示すように、第１の通信装置１００は、送受信部１１０、移動状態検出部１２０、判定部１３０、メモリ１４０、装置全体の制御を司る制御部１５０、シンボル処理部１６０、変更処理部１７０、通知部１８０、および２本のアンテナ群ＡＮＴ１を具える。図１（ｃ）のように、第２の通信装置２００は、送受信部２１０、装置全体の制御を司る制御部２２０、およびアンテナＡＮＴ２を具える。第１の通信装置１００と第２の通信装置２００との間では、通信フレームを用いた無線通信が行われる。

移動状態検出部１２０は、送受信部１１０でアンテナ群ＡＮＴ１を介して受信した、第２の通信装置２００から送信された信号からドップラー周波数を検出し、検出したドップラー周波数を、移動情報として判定部１３０へ出力する。判定部１３０は、入力された移動情報に基づいて、スロット内のデータシンボルをパイロットシンボル（制御用シンボル）に変更するか否かを判定する。ここでは、ドップラー周波数がある閾値（所定値）を超えた場合に、データシンボルをパイロットシンボルに変更すると判定する。メモリ１４０は、判定部１３０の判定に用いる閾値を格納する。制御部１５０は、判定部１３０による判定結果に応じて、データシンボルの制御情報を変更処理部１７０へ出力する。変更処理部１７０は、入力された制御情報に基づきシンボル処理部１６０を制御する。なお、制御情報については後述する。

（第１の実施例）
第１の実施例では、スロット内のデータシンボルにSTBCを適用した場合に、STBCのための組合せを作ることができないシンボル、すなわち余りのシンボルに対し、伝搬路（チャネル）の状態に応じて所定の処理を行う。例えば図４を参照すると、図のようにSTBCを行うべく組み合わせた、太線で囲った時間軸方向に隣接する２つのシンボルを、「STBCの１組」とする。すると、図において「R」を付したシンボルが、「余りのシンボル」、すなわち未処理のシンボルとなる。

第１の実施例によるシンボル処理を、フローチャートおよびスロット内のシンボル構成図を用いて説明する。図３は、本発明の第１の実施例による、通信装置のシンボル処理を説明するフローチャートの一例である。また、図４〜９は、スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。なお、図では単一のスロットのみ示しているが、同様のスロットが時間軸方向および周波数軸方向に隣接している。まず、ステップＳ１１にて、第１の通信装置（基地局）１００における送受信部１１０が、アンテナ群ＡＮＴ１を介して第２の通信装置（端末）２００からの信号（搬送波）を受信し、移動状態検出部１２０が、受信した搬送波から第２の通信装置２００の移動情報を取得（検出）する。この移動情報は、例えば搬送波のドップラー周波数、または通信装置間の相対速度（第１の通信装置１００が停止している場合は、第２の通信装置２００の移動速度）とすることができる。ステップＳ１２にて、判定部１３０が、移動状態検出部１２０により検出された移動情報の値が閾値を超えているか否かを判定する。この閾値は、メモリ１４０に予め格納された、チャネル推定の精度が低下する境界値（ドップラー周波数および／または相対速度の値）を、搬送波の周波数に対して定めたテーブルとすることができる。すなわち、移動情報の値が閾値を越えている場合は、端末２００の移動速度が速く、チャネル推定の精度が低下する可能性があることを示す。従って、ステップＳ１２にて移動情報の値が閾値を超えていると判定された場合、ステップＳ１３へ進み、変更処理部１７０は、データシンボルをパイロットシンボルに変更する旨（制御情報）をシンボル処理部１６０へ通知する。

次に、ステップＳ１４にて、変更処理部１７０は、フレーム内のデータにSTBCを適用することによって発生する余りのシンボルの数を計算する。ステップＳ１５にて、判定部１３０は、余りのシンボルがあるか否かを判定する。余りのシンボルがあると判定された場合は、ステップＳ１６へ進み、変更処理部１７０は、データシンボルを余りのシンボルの数だけパイロットシンボルに変更する旨（制御情報）をシンボル処理部１６０へ通知する。次に、ステップＳ１７へ進み、シンボル処理部１６０は、時間軸方向に既存のパイロットが位置しない位置にパイロットシンボルを配置する。ここで、パイロットシンボルの目的から、パイロットシンボルが送出されない期間は長くならないほうが好ましい。従って、ステップＳ１７にて、シンボル処理部１６０は、パイロットシンボルが送出されない期間をほぼ等分するような位置に、新たにパイロットシンボルを配置する。またこのとき、パイロットシンボルを配置することによって減少するSTBCの組合せ数が最小となるようにする。

図４および５を用いて、ステップＳ１３〜Ｓ１７を実行した場合のシンボル構成の変化について説明する。ステップＳ１４にてスロットにSTBCを適用した場合に、図４のように１０個の余りのシンボル「R」が発生するものとする。従って、ステップＳ１７にて１０個の追加のパイロットシンボルが配置される。このとき、追加のパイロットシンボルは、時間軸方向に既存のパイロットシンボルが位置しない、パイロットシンボルが送出されない期間をほぼ等分するような位置であって、パイロットシンボルを追加することによってSTBCの組合せ（図４の例では２４組存在する。）の数が減少しても、その減少数が最小となるような位置に配置される。すなわち、パイロットシンボルが送信される回数を増やしてチャネル推定の精度を高めつつ、送信すべきデータの減少は最低限に抑えて、シンボル処理前（パイロットシンボルを追加する前）のスループットを維持する。従って、図４の例では、パイロットシンボルが送出されない期間を等分するような位置である、時間軸方向に左から４列目のシンボル位置の近くで、STBCの組合せが減少しない、時間軸方向に左から５列目のシンボル位置に、パイロットシンボルが１０個追加される（図５を参照されたい。）。さらに、図５のように、新たなSTBCの組合せＳＴ１０が作られる。なお、時間軸方向に左から３列目のシンボル位置にパイロットシンボルを追加してもよく、左から５列目のシンボル位置に追加するのと同様の効果を得ることができる。

図３のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ１５にて、余りのシンボルがないと判定された場合は、ステップＳ１９へ進み、変更処理部１７０は、データシンボルを所定の数だけパイロットシンボルに変更する旨（制御情報）をシンボル処理部１６０へ通知する。この所定の数とは、周波数軸方向に存在する既存のパイロット数に、STBCの１組のシンボル数（STBCを行うべく組み合わせたシンボルの数）を掛け合わせた数である。図６および７を用いて、ステップＳ１３〜Ｓ１５，Ｓ１９およびＳ１７を実行した場合のシンボル構成の変化について説明する。ステップＳ１４にてスロットにSTBCを適用した場合に、図６のように余りのシンボルが発生しないものとする。従って、ステップＳ１９へ進み、追加すべきパイロットシンボルの所定の数が設定される。図６の例では、所定の数は、周波数軸方向に位置する既存のパイロット数（３）×STBCの１組のシンボル数（２）＝６となる。従って、ステップＳ１７にて６個の追加のパイロットシンボルが配置される。ステップＳ１７におけるパイロットシンボルの追加位置は、上述と同様の処理で決定されるため説明を省略する。図６の例では、図７のように６個の追加のパイロットシンボル「P」が配置される。

図３のフローチャートの説明に再度戻り、ステップＳ１２にて移動情報の値が閾値を超えていないと判定された場合について説明する。ステップＳ１２にて移動情報の値が閾値を超えていないと判定された場合、ステップＳ２０へ進み、変更処理部１７０は、データシンボルをパイロットシンボルに変更しない旨（制御情報）をシンボル処理部１６０へ通知する。次に、ステップＳ２１にて、変更処理部１７０は、フレーム内のデータにSTBCを適用することによって発生する余りのシンボルの数を計算する。ステップＳ２２にて、判定部１３０は、余りのシンボルがあるか否かを判定する。余りのシンボルがあると判定された場合は、ステップＳ２３へ進み、変更処理部１７０は、余りのシンボルでSFBCを行う旨（制御情報）を、シンボル処理部１６０へ通知する。ステップＳ２４にて、シンボル処理部１６０は、変更処理部１７０の通知（制御情報）に基づきSTBCおよびSFBCを行う。ステップＳ２２にて余りのシンボルがないと判定された場合は、ステップＳ２５にて、変更処理部１７０は、STBCのみを行う旨（制御情報）をシンボル処理部１６０に通知する。ステップＳ２６にて、シンボル処理部１６０は、変更処理部１７０の通知（制御情報）に基づきSTBCを行う。

図４、８および９を用いて、ステップＳ２０〜Ｓ２６を実行した場合のシンボル構成の変化について説明する。ステップＳ２１にてスロットにSTBCを適用した場合に、図４のように１０個の余りのシンボル「R」が発生するものとする。従って、ステップＳ２３にて、余りのシンボルでSFBCを行う旨が通知される。これは、SFBCを用いて、STBCでは余りとなるシンボルも送信することで、シンボル処理（余りのシンボルにSFBCを適用する処理）前よりもスループットを向上させることを目的とする。シンボル処理部１６０は、変更処理部１７０の通知（制御情報）に基づき、余りのシンボルでSFBCの組を作成する。これは、例えば図８に示すSFBCの組ＳＦ１０のように作成することができる。なお、余りのシンボルをさらに有効活用しスループットを向上させるために、図９に示すようにSFBCの組ＳＦ１１を作成することもできる。

図３に示すフローチャートによるシンボル処理が終了すると、制御部１５０は、シンボル処理部１６０で作成した送信信号を送受信部１１０へ出力し、送受信部１１０は、アンテナ群ＡＮＴ１を介して、入力された送信信号を送信する。なお、図１において第１の通信装置（基地局）１００はアンテナを２本備えているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、２系統ある送信信号を重み付けするなどして、任意のアンテナ本数で送信することができるため、アンテナ本数は２本ではなく他の本数にすることもできる。

また、判定部１３０により行われる判定（ステップＳ１２，Ｓ１５、およびＳ２２）の結果に基づく変更処理部１７０の各通知制御は、判定後即時に実行されても、一定時間経過後に実行されてもよい。即時に実行される場合は、通知情報（データシンボルをパイロットに変更する旨や、余りのシンボル数だけパイロットシンボルに変更する旨などの情報）は、例えばWiMAX規格にあるMAPと呼ばれる制御情報領域で知らせることができる。また、一定時間経過後に実行される場合は、通知情報をまずデータとして第２の通信装置（端末）２００へ送信し、後続する通信フレームから上述のシンボル変更処理を実行することができる。

（第２の実施例）
第２の実施例では、スロット内のデータシンボルにSFBCを適用した場合に、SFBCのための組合せを作ることができないシンボル（余りのシンボル）に対し、伝搬路（チャネル）の状態に応じて所定の処理を行う。例えば図１１を参照すると、図のようにSFBCを行うべく組み合わせた、太線で囲った周波数軸方向に隣接する２つのシンボルを、「SFBCの１組」とする。すると、図において「R」を付したシンボルが、「余りのシンボル」、すなわち未処理のシンボルとなる。

第２の実施例によるシンボル処理を、フローチャートおよびスロット内のシンボル構成図を用いて説明する。図１０は、本発明の第２の実施例による、通信装置のシンボル処理を説明するフローチャートの一例である。また、図１１〜１５は、スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。なお、図では単一のスロットのみ示しているが、同様のスロットが時間軸方向および周波数軸方向に隣接している。まず、ステップＭ１１にて、第１の通信装置（基地局）１００における送受信部１１０が、アンテナ群ＡＮＴ１を介して第２の通信装置（端末）２００からの信号（搬送波）を受信し、移動状態検出部１２０が、受信した搬送波から第２の通信装置２００の移動情報を取得（検出）する。この移動情報は、例えば搬送波のドップラー周波数、または通信装置間の相対速度（第１の通信装置１００が停止している場合は、第２の通信装置２００の移動速度）とすることができる。ステップＭ１２にて、判定部１３０が、移動状態検出部１２０により検出された移動情報の値が閾値を超えているか否かを判定する。この閾値は、メモリ１４０に予め格納された、チャネル推定の精度が低下する境界値（ドップラー周波数および／または相対速度の値）を、搬送波の周波数に対して定めたテーブルとすることができる。ステップＭ１２にて移動情報の値が閾値を超えていると判定された場合、ステップＭ１３へ進み、変更処理部１７０は、データシンボルをパイロットシンボルに変更する旨（制御情報）をシンボル処理部１６０へ通知する。

次に、ステップＭ１４にて、変更処理部１７０は、フレーム内のデータにSFBCを適用することによって発生する余りのシンボルの数を計算する。ステップＭ１５にて、判定部１３０は、余りのシンボルがあるか否かを判定する。余りのシンボルがあると判定された場合は、ステップＭ１６へ進み、変更処理部１７０は、データシンボルを余りのシンボルの数だけパイロットシンボルに変更する旨（制御情報）をシンボル処理部１６０へ通知する。次に、ステップＭ１７へ進み、シンボル処理部１６０は、周波数軸方向に既存のパイロットが位置しない位置にパイロットシンボルを配置する。ここで、パイロットシンボルの目的から、パイロットシンボルが送出されない周波数がは少ないほうが好ましい。従って、ステップＭ１７にて、シンボル処理部１６０は、パイロットシンボルが送出されない周波数をほぼ等分するような位置に、新たにパイロットシンボルを配置する。またこのとき、パイロットシンボルを配置することによって減少するSFBCの組合せ数が最小となるようにする。

図１１および１２を用いて、ステップＭ１３〜Ｍ１７を実行した場合のシンボル構成の変化について説明する。ステップＭ１４にてスロットにSFBCを適用した場合に、図１１のように１２個の余りのシンボル「R」が発生するものとする。従って、ステップＭ１７にて１２個の追加のパイロットシンボルが配置される。このとき、追加のパイロットシンボルは、周波数軸方向に既存のパイロットシンボルが位置しない、パイロットシンボルが送出されない周波数帯をほぼ等分するような位置であって、パイロットシンボルを追加することによってSFBCの組合せ（図１１の例では２３組存在する。）の数が減少しても、その減少数が最小となるような位置に配置される。すなわち、パイロットシンボルが送信される周波数を増やしてチャネル推定の精度を高めつつ、送信すべきデータの減少は最低限に抑えて、シンボル処理前（パイロットシンボルを追加する前）のスループットを維持する。従って、図１１の例では、パイロットシンボルが送出されない周波数帯を等分するような位置であり、周波数軸方向に上から３，７列目のシンボル位置の近くで、SFBCの組合せが減少しない、周波数軸方向に上から４，８列目のシンボル位置に、パイロットシンボルが４個追加される（図１１を参照されたい。）。また、周波数軸方向に上から１０列目の余りのシンボルも、パイロットシンボルに変更される。なお、周波数軸方向に上から２，６列目のシンボル位置にパイロットシンボルを追加しても、同様の効果を得ることができる。

図１０のフローチャートの説明に戻る。ステップＭ１５にて、余りのシンボルがないと判定された場合は、ステップＭ１９へ進み、変更処理部１７０は、データシンボルを所定の数だけパイロットシンボルに変更する旨（制御情報）をシンボル処理部１６０へ通知する。この所定の数とは、時間軸方向に存在する既存のパイロット数に、SFBCの１組のシンボル数（SFBCを行うべく組み合わせたシンボルの数）を掛け合わせた数である。図１３および１４を用いて、ステップＭ１３〜Ｍ１５，Ｍ１９およびＭ１７を実行した場合のシンボル構成の変化について説明する。ステップＭ１４にてスロットにSFBCを適用した場合に、図１３のように余りのシンボルが発生しないものとする。従って、ステップＭ１９へ進み、追加すべきパイロットシンボルの所定の数が設定される。図１３の例では、所定の数は、時間軸方向に位置する既存のパイロット数（４）×SFBCの１組のシンボル数（２）＝８となる。従って、ステップＭ１７にて８個の追加のパイロットシンボルが配置される。ステップＭ１７におけるパイロットシンボルの追加位置は、上述と同様の処理で決定されるため説明を省略する。図１３の例では、図１４のように８個の追加のパイロットシンボル「P」が配置される。

図１０のフローチャートの説明に再度戻り、ステップＭ１２にて移動情報の値が閾値を超えていないと判定された場合について説明する。ステップＭ１２にて移動情報の値が閾値を超えていないと判定された場合、ステップＭ２０へ進み、変更処理部１７０は、データシンボルをパイロットシンボルに変更しない旨（制御情報）をシンボル処理部１６０へ通知する。次に、ステップＭ２１にて、変更処理部１７０は、フレーム内のデータにSFBCを適用することによって発生する余りのシンボルの数を計算する。ステップＭ２２にて、判定部１３０は、余りのシンボルがあるか否かを判定する。余りのシンボルがあると判定された場合は、ステップＭ２３へ進み、変更処理部１７０は、余りのシンボルでSTBCを行う旨（制御情報）を、シンボル処理部１６０へ通知する。ステップＭ２４にて、シンボル処理部１６０は、変更処理部１７０の通知（制御情報）に基づきSFBCおよびSTBCを行う。ステップＭ２２にて余りのシンボルがないと判定された場合は、ステップＭ２５にて、変更処理部１７０は、SFBCのみを行う旨（制御情報）をシンボル処理部１６０に通知する。ステップＭ２６にて、シンボル処理部１６０は、変更処理部１７０の通知（制御情報）に基づきSFBCを行う。

図１１および１５を用いて、ステップＭ２０〜Ｍ２６を実行した場合のシンボル構成の変化について説明する。ステップＭ２１にてスロットにSFBCを適用した場合に、図１１のように１２個の余りのシンボル「R」が発生するものとする。従って、ステップＭ２３にて、余りのシンボルでSTBCを行う旨が通知される。これは、STBCを用いて、SFBCでは余りとなるシンボルも送信することで、シンボル処理（余りのシンボルにSTBCを適用する処理）前よりもスループットを向上させることを目的とする。シンボル処理部１６０は、変更処理部１７０の通知（制御情報）に基づき、余りのシンボルでSTBCの組を作成する。これは、例えば図１５に示すSTBCの組ＳＴ２０（図では単一のSTBCの組のみ符号を付している。）のように作成することができる。

図１０に示すフローチャートによるシンボル処理が終了すると、制御部１５０は、シンボル処理部１６０で作成した送信信号を送受信部１１０へ出力し、送受信部１１０は、アンテナ群ＡＮＴ１を介して、入力された送信信号を送信する。なお、図１において第１の通信装置（基地局）１００はアンテナを２本備えているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、２系統ある送信信号を重み付けするなどして、任意のアンテナ本数で送信することができるため、アンテナ本数は２本ではなく他の本数にすることもできる。

また、判定部１３０により行われる判定（ステップＭ１２，Ｍ１５、およびＭ２２）の結果に基づく変更処理部１７０の各通知制御は、判定後即時に実行されても、一定時間経過後に実行されてもよい。即時に実行される場合は、通知情報（データシンボルをパイロットに変更する旨や、余りのシンボル数だけパイロットシンボルに変更する旨などの情報）は、WiMAX規格にあるMAPと呼ばれる制御情報領域で知らせることができる。また、一定時間経過後に実行される場合は、通知情報をまずデータとして第２の通信装置（端末）２００へ送信し、後続する通信フレームから上述のシンボル変更処理を実行することができる。

（第３の実施例）
第３の実施例では、スロット内のデータシンボルにSTFBCを適用した場合に、STFBCのための組合せを作ることができないシンボル、すなわち余りのシンボルに対し、伝搬路（チャネル）の状態に応じて所定の処理を行う。例えば図１８を参照すると、図のようにSTFBCを行うべく組み合わせた、太線で囲った時間軸方向および周波数軸方向に隣接する２つのシンボルを、「STFBCの１組」とする。すると、図において「R」を付したシンボルが、「余りのシンボル」、すなわち未処理のシンボルとなる。

図１６に、第３の実施例による無線通信システムの構成図およびブロック図の一例を示す。図１６（ａ）に示すように、無線通信システムは、主として送信機として機能する第３の通信装置（送信局、基地局）３００、および主として受信機として機能する第２の通信装置（ユーザ端末）２００から構成されている。同図（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、第１の通信装置および第２の通信装置のブロック構成の一例を示す図である。ここで、図１（ｂ）に示す第１の通信装置１００と同一の構成部には同一の符号を付し、説明を省略する。第３の通信装置３００は、４本のアンテナで構成されるアンテナ群ＡＮＴ３を備える。

第３の実施例によるシンボル処理を、フローチャートおよびスロット内のシンボル構成図を用いて説明する。図１７は、本発明の第３の実施例による、通信装置のシンボル処理を説明するフローチャートの一例である。また、図１８〜２２は、スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。なお、図では単一のスロットのみ示しているが、同様のスロットが時間軸方向および周波数軸方向に隣接している。まず、ステップＮ１１にて、第３の通信装置（基地局）３００における送受信部１１０が、アンテナ群ＡＮＴ３を介して第２の通信装置（端末）２００からの信号（搬送波）を受信し、移動状態検出部１２０が、受信した搬送波から第２の通信装置２００の移動情報を取得（検出）する。この移動情報は、例えば搬送波のドップラー周波数、または通信装置間の相対速度とすることができる。ステップＮ１２にて、判定部１３０が、移動状態検出部１２０により検出された移動情報の値が閾値を超えているか否かを判定する。この閾値は、メモリ１４０に予め格納された、チャネル推定の精度が低下する境界値（ドップラー周波数および／または相対速度の値）を、搬送波の周波数に対して定めたテーブルとすることができる。すなわち、移動情報の値が閾値を越えている場合は、端末２００の移動速度が速く、チャネル推定の精度が低下する可能性があることを示す。従って、ステップＮ１２にて移動情報の値が閾値を超えていると判定された場合、ステップＮ１３へ進み、変更処理部１７０は、データシンボルをパイロットシンボルに変更する旨（制御情報）をシンボル処理部１６０へ通知する。

次に、ステップＮ１４にて、変更処理部１７０は、フレーム内のデータにSTBCを適用することによって発生する余りのシンボルの数を計算する。ステップＮ１５にて、判定部１３０は、余りのシンボルがあるか否かを判定する。余りのシンボルがあると判定された場合は、ステップＮ１６へ進み、変更処理部１７０は、データシンボルを余りのシンボルの数だけパイロットシンボルに変更する旨（制御情報）をシンボル処理部１６０へ通知する。次に、ステップＮ１７へ進み、シンボル処理部１６０は、時間軸方向に既存のパイロットが位置しない位置にパイロットシンボルを配置する。ここで、パイロットシンボルの目的から、パイロットシンボルが送出されない期間は長くならないほうが好ましい。従って、ステップＮ１７にて、シンボル処理部１６０は、パイロットシンボルが送出されない期間をほぼ等分するような位置に、新たにパイロットシンボルを配置する。またこのとき、パイロットシンボルを配置することによって減少するSTFBCの組合せ数が最小となるようにする。

図１８および１９を用いて、ステップＮ１３〜Ｎ１７を実行した場合のシンボル構成の変化について説明する。ステップＮ１４にてスロットにSTFBCを適用した場合に、図１８のように２２個の余りのシンボル「R」が発生するものとする。従って、ステップＮ１７にて２２個の追加のパイロットシンボルが配置される。このとき、追加のパイロットシンボルは、時間軸方向に既存のパイロットシンボルが位置しない、パイロットシンボルが送出されない期間をほぼ等分するような位置であって、パイロットシンボルを追加することによってSTFBCの組合せ（図１８の例では９組存在する。）の数が減少しても、その減少数が最小となるような位置に配置される。すなわち、パイロットシンボルが送信される回数を増やしてチャネル推定の精度を高めつつ、送信すべきデータの減少は最低限に抑えて、シンボル処理前（パイロットシンボルを追加する前）のスループットを維持する。従って、図１８の例では、パイロットシンボルが送出されない期間を等分するような位置である、時間軸方向に左から４列目のシンボル位置の近くで、STFBCの組合せが減少しない、時間軸方向に左から５列目のシンボル位置に、パイロットシンボルが１０個追加される（図１９を参照されたい。）。さらに、図１９のように、新たなSTFBCの組合せＳＴＦ１０が作られ、それ以外の余りのシンボルはパイロットシンボルに変更される。なお、時間軸方向に左から３列目のシンボル位置にパイロットシンボルを追加してもよく、左から５列目のシンボル位置に追加するのと同様の効果を得ることができる。

図１８のフローチャートの説明に戻る。ステップＮ１５にて、余りのシンボルがないと判定された場合は、ステップＮ１９へ進み、変更処理部１７０は、データシンボルを所定の数だけパイロットシンボルに変更する旨（制御情報）をシンボル処理部１６０へ通知する。この所定の数とは、周波数軸方向に存在する既存のパイロット数に、STFBCの１組のシンボル数（STFBCを行うべく組み合わせたシンボルの数）を掛け合わせた数である。図２０および２１を用いて、ステップＮ１３〜Ｎ１５，Ｎ１９およびＮ１７を実行した場合のシンボル構成の変化について説明する。ステップＮ１４にてスロットにSTFBCを適用した場合に、図２０のように余りのシンボルが発生しないものとする。従って、ステップＮ１９へ進み、追加すべきパイロットシンボルの所定の数が設定される。図２０の例では、所定の数は、周波数軸方向に位置する既存のパイロット数（２）×STFBCの１組のシンボル数（４）＝８となる。従って、ステップＮ１７にて８個の追加のパイロットシンボルが配置される。ステップＮ１７におけるパイロットシンボルの追加位置は、上述と同様の処理で決定されるため説明を省略する。図２０の例では、図２１のように８個の追加のパイロットシンボル「P」が配置される。

図１８のフローチャートの説明に再度戻り、ステップＮ１２にて移動情報の値が閾値を超えていないと判定された場合について説明する。ステップＮ１２にて移動情報の値が閾値を超えていないと判定された場合、ステップＮ２０へ進み、変更処理部１７０は、データシンボルをパイロットシンボルに変更しない旨（制御情報）をシンボル処理部１６０へ通知する。次に、ステップＮ２１にて、変更処理部１７０は、フレーム内のデータにSTFBCを適用することによって発生する余りのシンボルの数を計算する。ステップＮ２２にて、判定部１３０は、余りのシンボルがあるか否かを判定する。余りのシンボルがあると判定された場合は、ステップＮ２３へ進み、変更処理部１７０は、余りのシンボルでSTBCおよび／またはSFBCを行う旨（制御情報）を、シンボル処理部１６０へ通知する。ステップＮ２４にて、シンボル処理部１６０は、変更処理部１７０の通知（制御情報）に基づきSTFBC，STBCおよび／またはSFBCを行う。ステップＮ２２にて余りのシンボルがないと判定された場合は、ステップＮ２５にて、変更処理部１７０は、STFBCのみを行う旨（制御情報）をシンボル処理部１６０に通知する。ステップＮ２６にて、シンボル処理部１６０は、変更処理部１７０の通知（制御情報）に基づきSTFBCを行う。

図１８および１９を用いて、ステップＮ２０〜Ｎ２６を実行した場合のシンボル構成の変化について説明する。ステップＮ２１にてスロットにSTFBCを適用した場合に、図１８のように２２個の余りのシンボル「R」が発生するものとする。従って、ステップＮ２３にて、余りのシンボルでSTBCまたはSFBCを行う旨が通知される。これは、STBCおよび／またはSFBCを用いて、STFBCでは余りとなるシンボルも送信することで、シンボル処理（余りのシンボルにSTBCおよび／またはSFBCを適用する処理）前よりもスループットを向上させることを目的とする。シンボル処理部１６０は、変更処理部１７０の通知（制御情報）に基づき、余りのシンボルでSTBCまたはSFBCの組を作成する。これは、例えば図２２に示すSTBCの組ＳＴ３０、SFBCの組ＳＦ２０のように作成することができる（なお、図ではそれぞれ１組のみに符号を付している。）。

図１７に示すフローチャートによるシンボル処理が終了すると、制御部１５０は、シンボル処理部１６０で作成した送信信号を送受信部１１０へ出力し、送受信部１１０は、アンテナ群ＡＮＴ３を介して、入力された送信信号を送信する。なお、図１６において第３の通信装置（基地局）３００はアンテナを４本備えているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、４系統ある送信信号を重み付けするなどして、任意のアンテナ本数で送信することができるため、アンテナ本数は４本ではなく他の本数にすることもできる。

また、判定部１３０により行われる判定（ステップＮ１２，Ｎ１５、およびＮ２２）の結果に基づく変更処理部１７０の各通知制御は、判定後即時に実行されても、一定時間経過後に実行されてもよい。即時に実行される場合は、通知情報（データシンボルをパイロットに変更する旨や、余りのシンボル数だけパイロットシンボルに変更する旨などの情報）は、例えばWiMAX規格にあるMAPと呼ばれる制御情報領域で知らせることができる。また、一定時間経過後に実行される場合は、通知情報をまずデータとして第２の通信装置（端末）２００へ送信し、後続する通信フレームから上述のシンボル変更処理を実行することができる。

本発明によるシンボル処理の利点を再度述べる。本発明によれば、余りのシンボルを有効活用してスループットを向上させ、さらに、伝搬路の状態が悪くチャネル推定精度が低下する可能性がある場合に、パイロットシンボルを追加することでチャネル推定精度を維持することができるようになる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。

本発明の実施態様による無線通信システムの構成図および無線通信装置のブロック図である。 無線通信で用いられるフレームを示す図である。 本発明の第１の実施例による、通信装置のシンボル処理を説明するフローチャートの一例である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施例による、通信装置のシンボル処理を説明するフローチャートの一例である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 第３の実施例による無線通信システムの構成図およびブロック図の一例を示す図である。 本発明の第３の実施例による、通信装置のシンボル処理を説明するフローチャートの一例である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 スロット内のシンボル構成の一例を示す図である。 符号化方式を採用して通信を行う、従来技術における通信装置（送信装置、基地局）のブロック構成の一例を示す図である。 STBCによるシンボル処理を説明する図である。 SFBCによるシンボル処理を説明する図である。 STFBCによるシンボル処理を説明する図である。

符号の説明

１００ 第１の通信装置（基地局）
１１０ 送受信部
１２０ 移動状態検出部
１３０ 判定部
１４０ メモリ
１５０ 制御部
１６０ シンボル処理部
１７０ 変更処理部
１８０ 通知部
２００ 第２の通信装置（端末）
２１０ 送受信部
２２０ 制御部
３００ 第３の通信装置（基地局）
５００ 通信装置
５１０ 送受信部
５２０ 制御部
５３０ 特定処理部
ＡＮＴ，ＡＮＴ２ アンテナ
ＡＮＴ１，ＡＮＴ３ アンテナ群
ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ１０，ＳＴ２０，ＳＴ３０ ＳＴＢＣの組合せ
ＳＦ１０，ＳＦ１１，ＳＦ２０ ＳＦＢＣの組合せ
ＳＴＦ１０ ＳＴＦＢＣの組合せ
ＳＬＯＴ スロット

Claims (10)

1. 時間軸方向および周波数軸方向に複数のシンボルが構成されたスロットを複数含んだ通信フレームを用いて他の通信装置との間で通信を行う通信装置であって、
   前記各スロットにおいて、時間軸方向へ所定数のシンボルの組毎にシンボル処理を行い、該シンボル処理において未処理となるシンボルを、制御用シンボルへ変更する処理部を備え、
   前記処理部は、前記他の通信装置との間の伝搬路の変動状態に応じて、前記未処理となるシンボルを、前記制御用シンボルへ変更する、
   ことを特徴とする通信装置。
2. 請求項１に記載の通信装置において、
   前記処理部は、前記変動状態を示す値が所定の値を超えた場合には、前記未処理となるシンボルを制御用シンボルへ変更する、
   ことを特徴とする通信装置。
3. 請求項２に記載の通信装置において、
   前記処理部は、前記変動状態を示す値が所定の値に満たない場合には、前記未処理となるシンボルに対して周波数軸方向へシンボル処理を行う、
   ことを特徴とする通信装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の通信装置において、
   前記処理部は、前記変動状態を示す値が所定の値を超えた場合には、前記未処理となるシンボル以外のシンボルも制御用シンボルへ変更する、
   ことを特徴とする通信装置。
5. 時間軸方向および周波数軸方向に複数のシンボルが構成されたスロットを複数含んだ通信フレームを用いて他の通信装置との間で通信を行う通信装置であって、
   前記各スロットにおいて、周波数軸方向へ所定数のシンボルの組毎にシンボル処理を行い、該シンボル処理において未処理となるシンボルを、制御用シンボルへ変更する処理部を備え、
   前記処理部は、前記他の通信装置との間の伝搬路の変動状態に応じて、前記未処理となるシンボルを、前記制御用シンボルへ変更する、
   ことを特徴とする通信装置。
6. 請求項５に記載の通信装置において、
   前記処理部は、前記変動状態を示す値が所定の値を超えた場合には、前記未処理となるシンボルを制御用シンボルへ変更する、
   ことを特徴とする通信装置。
7. 請求項６に記載の通信装置において、
   前記処理部は、前記変動状態を示す値が所定の値に満たない場合には、前記未処理となるシンボルに対して時間軸方向へシンボル処理を行う、
   ことを特徴とする通信装置。
8. 請求項５〜７のいずれか一項に記載の通信装置において、
   前記処理部は、前記変動状態を示す値が所定の値を超えた場合には、前記未処理となるシンボル以外のシンボルも制御用シンボルへ変更する、
   ことを特徴とする通信装置。
9. 時間軸方向および周波数軸方向に複数のシンボルが構成されたスロットを複数含んだ通信フレームを用いて他の通信装置との間で通信を行う通信装置における通信方法であって、
   前記各スロットにおいて、時間軸方向へ所定数のシンボルの組毎にシンボル処理を行い、該シンボル処理において未処理となるシンボルを、制御用シンボルへ変更するステップＡを含み、
   前記ステップＡでは、前記他の通信装置との間の伝搬路の変動状態に応じて、前記未処理となるシンボルを、前記制御用シンボルへ変更する、
   ことを特徴とする通信方法。
10. 時間軸方向および周波数軸方向に複数のシンボルが構成されたスロットを複数含んだ通信フレームを用いて他の通信装置との間で通信を行う通信装置における通信方法であって、
    前記各スロットにおいて、周波数軸方向へ所定数のシンボルの組毎にシンボル処理を行い、該シンボル処理において未処理となるシンボルを、制御用シンボルへ変更するステップＡを含み、
    前記ステップＡでは、前記他の通信装置との間の伝搬路の変動状態に応じて、前記未処理となるシンボルを、前記制御用シンボルへ変更する、
    ことを特徴とする通信方法。

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