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WO2005069509A1 - 通信システム、送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、ならびに、プログラム - Google Patents

通信システム、送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、ならびに、プログラム Download PDF

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WO2005069509A1
WO2005069509A1 PCT/JP2004/000174 JP2004000174W WO2005069509A1 WO 2005069509 A1 WO2005069509 A1 WO 2005069509A1 JP 2004000174 W JP2004000174 W JP 2004000174W WO 2005069509 A1 WO2005069509 A1 WO 2005069509A1
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WO
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receiving
signal
unit
transmitting
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PCT/JP2004/000174
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Inventor
Chang-Jun Ahn
Hiroshi Harada
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National Institute of Information and Communications Technology
Original Assignee
National Institute of Information and Communications Technology
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    • H04L27/2601Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2602Signal structure
    • H04L27/26035Maintenance of orthogonality, e.g. for signals exchanged between cells or users, or by using covering codes or sequences
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/0001Arrangements for dividing the transmission path
    • H04L5/0014Three-dimensional division
    • H04L5/0023Time-frequency-space

Definitions

  • the present invention relates to a communication system, a transmission device, a reception device, and a transmission method for efficiently performing communication using heterogeneous polarization antennas. , A receiving method, and a program for realizing these on a computer.
  • STBC Space Time Block Code
  • OFDM Orthogonal Frequencty Division Multiplexing
  • polarization diversity Polarization Diversity
  • Patent Document 1 A. V. Zelst, R. V. Nee and G. Awater, Space Division Multiplexing (SDM) for OFDM Systems, Proc. Of VTC, pp. 15-18, 2000.
  • Non-Patent Document 2 JJALempianen, JKLaiho-Steffens, A. Wacker, Experimental results of cross polarization discrimination and signal correction values for a polarization diversity scheme, Proc of VTC97, vol.3, pp.1498-1502, 19 9 7 years
  • Patent Document 4 Masatoshi Yasu, Iwao Sasase, Convolutional Coded Coheretn and Diffemetial Unitary Space-Time Modulated OFDM with Bit Interleaving for Multiple Anntenas system ⁇ IEICE 3rd Report, TECHNICAL REPORT OF IEICE, SST2002-47, pp. 75-80 , 2 0 2 years 1 October
  • Non-Patent Document 5 SM Alamouti, A simple transmit diversity scheme for wireless communication, IEEE Journal of Sel.
  • Non-Patent Document 1 M. upp, CF Meeklenbrauker, On extended Alamouti Schemes for Space-Time Coding, Proc. Of WPMC 2002, Vol. 1, pp. 115-118, 20 O 2nd October 1
  • Patent Document 1 OF An invention relating to DM technology is disclosed. In particular, it is shown that a high transmission rate can be realized on a multiple input multiple output (MIMO) channel by using multiple antennas on both the receiving side and the transmitting side.
  • MIMO multiple input multiple output
  • Non-Patent Document 2 discloses a polarization diversity technology. It has been found that the XPD (CROSS Polarization discrimination) value when the horizontally polarized antenna and the vertically polarized antenna are combined varies between 5 dB and 15 dB depending on the environment.
  • XPD CROSS Polarization discrimination
  • the maximum diversity gain is achieved when each of the polarization branches has the same reception power.
  • Non-Patent Document 3 states that in polarization diversity technology, two heteropolar antennas are used on the transmitting side, two heteropolar antennas are used on the receiving side, and the receiving side antenna is used for one of the transmitting side antennas.
  • a theoretical model is disclosed in which the slope of one of the antennas is equal to the slope of the other of the receiving antenna relative to the other of the transmitting antenna.
  • Non-Patent Document 4 is a paper of a past study performed by one of the inventors of the present application participating in the present application, and performs spatial-temporal modulation / demodulation using a unitary matrix, and uses a plurality of antennas. An invention that emits a signal with a time difference is disclosed. Further, Non-Patent Documents 5 and 6 disclose encoding and decoding techniques using Alamouti codes widely used in STBC techniques.
  • a communication system includes a transmitting device and a receiving device, and is configured as follows.
  • the transmission device includes a modulation unit, a space-time coding unit, a first transmission unit, and a second transmission unit.
  • the first transmitting unit and the second transmitting unit each include a serial-to-parallel conversion unit, an inverse Fourier transform unit, and a transmission unit.
  • the modulator modulates data to be transmitted.
  • the space-time coding unit performs space-time coding on the modulated signal to obtain two signals.
  • the first transmitting unit receives one of the two signals that have been space-time coded.
  • the second sending unit receives the other of the two signals that have been space-time coded.
  • serial-parallel converter converts the received signal into serial-parallel.
  • the inverse Fourier transform unit performs an inverse Fourier transform on the signal group resulting from the serial-parallel conversion. Then, the transmitting unit transmits the signal subjected to the inverse Fourier transform using an antenna having a predetermined polarization polarity.
  • first transmitting antenna the polarization polarity of the antenna used by the first transmitting unit
  • second transmitting antenna the polarization polarity of the antenna used by the second transmitting unit
  • the receiving apparatus includes a first receiving unit, a second receiving unit, a space-time decoding unit, and a demodulation unit.
  • the first receiving unit and the second receiving unit each include a Fourier transform unit and a parallel-serial transform unit.
  • the first receiving unit receives the signal transmitted from the transmitting device and processes the signal.
  • the second receiving unit receives the signal transmitted from the transmitting device and processes the signal.
  • the space-time decoding unit obtains one signal by performing space-time decoding on the signal processed by the first reception unit and the signal processed by the reception unit 2.
  • the demodulation unit demodulates one signal that has been space-time decoded to obtain transmitted data.
  • the receiving unit receives the signal transmitted from the transmitting device by an antenna having a predetermined polarization polarity.
  • the Fourier transform unit performs a Fourier transform on the received signal.
  • the parallel-to-serial conversion unit performs parallel-to-serial conversion on the Fourier-transformed signal group, and obtains the obtained signal as a processing result.
  • first receiving antenna the polarization polarity of the antenna used by the first receiving unit
  • second receiving antenna the flat wave polarity of the antenna used by the second receiving unit
  • the inclination of the first receiving antenna with respect to the first transmitting antenna is substantially equal to the inclination of the second receiving antenna with respect to the second transmitting antenna.
  • the inclination of the first receiving antenna with respect to the second transmitting antenna may be substantially equal to the inclination of the second receiving antenna with respect to the first transmitting antenna.
  • a transmitting device is a transmitting device in the above communication system.
  • a receiving device is a receiving device in the above communication system.
  • a transmission method includes a modulation step, a space-time encoding step, a first transmission step, and a second transmission step.
  • the first sending step and the second sending step each include a serial-parallel conversion step, an inverse Fourier transform step, and a transmission step.
  • the modulated signal is space-time coded to obtain two signals.
  • the first transmission step one of the two space-time coded signals is received. Then, in the second transmission step, the other of the two space-time coded signals is received. On the other hand, in the serial-parallel conversion step, the received signal is serial-parallel converted.
  • the signal group resulting from the serial-parallel conversion is subjected to inverse Fourier transform.
  • the signal subjected to the inverse Fourier transform is transmitted by an antenna having a predetermined polarization polarity.
  • first transmission antenna the polarization of the antenna used in the first transmission step
  • second transmission antenna the polarization of the antenna used in the second transmission step
  • the transmission method of the present invention provides a receiving apparatus that receives signals using two antennas having orthogonal polarization polarities (hereinafter, one is called “first receiving antenna” and the other is called “second receiving antenna”). And the inclination of the first receiving antenna with respect to the first transmitting antenna can be substantially equal to the inclination of the second receiving antenna with respect to the second transmitting antenna.
  • the inclination of the first receiving antenna with respect to the second transmitting antenna can be configured to be substantially equal to the inclination of the second receiving antenna with respect to the first transmitting antenna.
  • a receiving method includes a first receiving step, a second receiving step, a spatiotemporal decoding step, and a demodulating step.
  • the first receiving step, the second receiving step, and the receiving step include a receiving step, a Fourier transform step, and a parallel / serial transform step.
  • the first receiving step a signal transmitted from the transmitting device is received and processed.
  • the second receiving step the signal transmitted from the transmitting device is received and processed.
  • a signal obtained as a result of processing in the first receiving step and a signal obtained as a result of processing in the second receiving step are subjected to space-time decoding to obtain one signal.
  • one signal that has been space-time decoded is demodulated to obtain transmitted data.
  • the signal transmitted from the transmitting device is received by an antenna having a predetermined polarization polarity.
  • the received resultant signal is Fourier transformed.
  • the signal group subjected to the Fourier transform is subjected to parallel-serial conversion, and the obtained signal is used as a processing result.
  • first receiving antenna the polarization polarity of the antenna used by the first receiving unit
  • second receiving antenna the polarization polarity of the antenna used by the second receiving unit
  • the receiving method of the present invention provides a transmitting apparatus for transmitting using two antennas having orthogonal polarization polarities (hereinafter, one is referred to as “first transmitting antenna” and the other is referred to as “second transmitting antenna”). And the inclination of the first receiving antenna with respect to the first transmitting antenna can be configured to be substantially equal to the inclination of the second receiving antenna with respect to the second transmitting antenna.
  • the inclination of the first receiving antenna to the second transmitting antenna can be configured to be substantially equal to the inclination of the second receiving antenna to the first transmitting antenna.
  • a program according to another aspect of the present invention is configured to cause a computer to function as each unit of the transmission device.
  • a program according to another aspect of the present invention is configured to cause a computer to function as each unit of the receiving device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a communication device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of STBC encoding.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the transmission device.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the receiving device.
  • Fig. 5 is a graph showing the experimental results obtained by computer simulation. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION a best embodiment for carrying out the present invention will be described. However, this embodiment is an exemplification for explanation, and other embodiments according to the principle of the present invention will be described. The forms are also included in the scope of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a communication system according to one of the embodiments of the present invention. Hereinafter, description will be made with reference to this figure.
  • the transmitting device 13 1 of the communication system 101 receives the data to be transmitted, and transmits signals from the first transmitting antenna 14 1 and the second transmitting antenna 14 2.
  • the first transmitting antenna 14 1 and the second transmitting antenna 14 2 are heterogeneous polarization antennas whose polarities are orthogonal to each other. Typically, one is a horizontal antenna and the other is a vertical antenna. Antenna.
  • receiving apparatus 15 1 receives the signal transmitted from transmitting apparatus 13 1 by first receiving antenna 16 1 and second receiving antenna 16 2 to obtain transmitted data.
  • the polarization polarities of the antennas 16 and 2 are orthogonal.
  • the inclination of the first receiving antenna 161 with respect to the first transmitting antenna 14 1 is 45 degrees, and the inclination of the second receiving antenna 16 2 with respect to the second transmitting antenna 14 2 is also 45 degrees. is there.
  • one of the features of the present embodiment is that the transmitting side polarity and the receiving side polarity are arranged non-parallel.
  • Polarization diversity is an attractive technology because two antennas can be co-located and the equipment can be made smaller.
  • the conventional STBC / OFDM system only the vertical-polarity antenna is used, but in this case, the power of the signal having the horizontal polarization is wasted.
  • the signal power is distributed to two orthogonal polarities, so it is desirable to arrange an antenna having a different polarization on the receiving side.
  • the technology of arranging two antennas in parallel on the transmitting side and the receiving side has been conventionally used in polar transmission diversity, but two orthogonal diversity branches are used. The above receiving power is different. And, if the received power imbalance is large, the contribution of the weak channel will be ignored during diversity combining.
  • the two antennas on the transmitting side and the two antennas on the receiving side are arranged (heterogenious) in a twisted relationship, and each of the two antennas on the receiving side is The same received power is used as much as possible.
  • the technology disclosed in Non-Patent Document 3 can be applied to such an antenna arrangement.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of STBC encoding used in the present invention. Symbols SI and S2 are sequentially input to STBC encoder 201. Since each symbol is QPSK encoded, it is generally a complex number.
  • the STBC encoder 201 outputs two outputs Txl and Tx2, Txl ⁇ SI, S2;
  • these symbols are transmitted from the two transmission systems using antennas having different polarization polarities.
  • the receiving side decodes the most likely symbol group from such a signal.
  • the technique of such STBC coding the technique of Alamouti code ⁇ can be applied.
  • FIG. 1 also shows the relationship between the antennas in the present embodiment.
  • first transmitting antenna 14 1 and the first receiving antenna 16 1 have a polarization relationship of 45 degrees in inclination
  • the second transmitting antenna 14 2 and the second receiving antenna 16 3 has a relationship of 45 degrees in polarization
  • the first transmitting antenna 14 1 and the second transmitting antenna 14 2 have orthogonal polarization polarities, and the first receiving antenna 16 1 and the second receiving antenna 16 2 The polarities are orthogonal.
  • the first transmitting antenna 14 1 is a vertical polar antenna (v)
  • the second transmitting antenna 14 2 is a horizontal polar antenna (h)
  • the first receiving antenna 16 1 and the second receiving antenna 16 2 are Consider the propagation coefficient as follows.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the transmitting device 13 1 according to the present embodiment. Hereinafter, description will be made with reference to this figure.
  • the transmitting device 13 1 Upon receiving the data to be transmitted, the transmitting device 13 1 passes the data to the module 201.
  • the data is QPSK-modulated and converted to a complex number.
  • the STBC encoder 202 converts the obtained sequence of complex numbers into two code sequences.
  • Alamouti coding is performed as described above.
  • Each of the two code strings is provided to a first transmitting unit 203 and a second transmitting unit 204, and the former transmits a signal processed from the antenna 144, and the latter transmits the signal from the antenna 144. Transmit the processed signal from.
  • the multiplexer 221 multiplexes the received signal and the pilot signal.
  • a method is considered in which a predetermined number of symbols are used for a pilot signal and a predetermined number of symbols are used for a signal whose input is received, as one frame.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the receiving device 151 according to the present embodiment. Hereinafter, description will be made with reference to this figure.
  • the receiving device 15 1 receives the signal transmitted from the transmitting device 13 1 by the two antennas 16 1 and 16 2.
  • Antennas 16 1 and 16 2 are connected to the first receiving section 401 and the second receiving section 402, respectively. Although these processes are performed internally, the processes are almost the same.
  • the guard interval is removed by the GI removing section 301, and the Fourier transform section 302 performs fast Fourier transform to obtain a plurality of signals.
  • the parallel / serial conversion unit 304 performs parallel / serial conversion, and outputs one signal for each.
  • signals obtained from the first receiving unit 401 and the second receiving unit 402 are supplied to an STBC decoder 305, which decodes Alamouti codes and outputs signals.
  • the state of the channel propagation at the time of reception is evaluated by comparing the appearance of the pilot signal actually received by the Fourier transform section 302 with the appearance of the original pilot signal. Then, the above-described general coefficient can be estimated. The results of these evaluations are reflected in the output of the Fourier transform unit 302 even when they are read, and are also considered in the decoding processing in the STBC decoder 305. Various known techniques can be applied to these channel evaluations.
  • the output from the STBC decoder 305 is subjected to QPSK demodulation by the demodulator 306, whereby the transmitted data can be obtained.
  • the transmitting device 131 and the receiving device 151 can provide software to various computers, FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), and DSPs (Digital Signal Processors) using technology such as software radio. It can be realized by.
  • FPGAs Field Programmable Gate Arrays
  • DSPs Digital Signal Processors
  • Figure 5 is a graph showing the results of a computer simulation study of the performance of this system under the following specifications.
  • the vertical axis represents BER (Bit Error Rate), and the horizontal axis is Eb / No value.
  • Frame size 12 symbols (2 symbols for one frame, 10 symbols for data)
  • the result according to the present embodiment is a white circle, the conventional STBC / OFDM system when the XPD value is 5 dB is a cross, and the conventional STBC / OFDM system when the XPD value is 10 dB is a cross.
  • the conventional STB CZO FDM system for white triangles and XPD values of 15 dB is marked with an X and each graph is inserted.
  • the performance is largely affected by the XPD value in the conventional method, but the performance is not significantly changed in the present embodiment. Also, as can be seen from this graph, it can be seen that the BER value of the present embodiment shows good performance with any of the conventional technologies.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a communication system, a transmission device, a reception device, a transmission method, a reception method, which efficiently communicates using different polarization antennas, and a method for realizing these on a computer Program can be provided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

通信システム101の送信装置131は、伝送すべきデータを受け付け、これをSTBC符号化して2つの信号を得て、それぞれをOFDM送信処理して、互いに直交する偏波極性を有するアンテナ141、142から無線送信し、受信装置151は、互いに直交する偏波極性を有するアンテナ161、162を用いて無線受信してそれぞれの受信信号をOFDM受信処理して得られた2つの信号をSTBC復号化して伝送されたデータを得るが、アンテナ141とアンテナ161との傾きと、アンテナ142とアンテナ162との傾きと、は、等しく、典型的には45度である。

Description

明細書 通信システム、 送信装置、 受信装置、 送信方法、 受信方法、 ならびに、 プログラム 技術分野 本発明は、 異種偏波アンテナを用いて効率良く通信を行う通信システム、 送信装置、 受 言装置、 送信方法、 受信方法、 ならびに、 これらをコンピュータ上にて実現するためのプ ログラムに関する。 背景技術 無線通信においては、 高データレートの要望が髙まっている。 このような要望に応える 技術として、 S T B C (Space Time Block Code; 時空間ブロック符号)、 O F D M (Orthogonal Frequencty Division Multiplexing;直交周波数分割多重)、 偏波ダイバーシティ (Polarization Diversity)、 などの技術が、 以下のような文献において提案されている。
[き特許文献 1 ] A. V. Zelst, R. V. Nee and G. Awater, Space Division Multiplexing (SDM) for OFDM Systems, Proc.of VTC, pp.15- 18, 2 0 0 0年 .
[非特許文献 2 ] J.J.A.Lempianen, J.K.Laiho-Steffens, A.Wacker, Experimental results of cross polarization discrimination and signal correction values for a polarization diversity scheme, Proc of VTC97, vol.3, pp.1498-1502, 1 9 9 7年
[ 特言午文献 3 ] E.Shin and S.Safavi, A simple theoretical model for polarization diversity reception in wireless mobile environments, proc.of ISAP99, vol.2, pp.1332-1335, 1 9 9 9年 i≡特許文献 4 ] 安 昌俊、笹瀬 巌、 Convolutional Coded Coheretn and Diffemetial Unitary Space-Time Modulated OFDM with Bit Interleaving for Multiple Anntenas system ^ 信学3¾報、 TECHNICAL REPORT OF IEICE、 SST2002-47、 7 5頁〜 8 0頁、 2 0 0 2年 1 0月 [非特許文献 5 ] S.M. Alamouti, A simple transmit diversity scheme for wireless communication, IEEE Journal of Sel. Communication, Vol. 19, No. 1, p.48-60, 2 0 0 1年 1月 [ 特許文献 6 ] M. upp, C.F. Meeklenbrauker, On extended Alamouti Schemes for Space-Time Coding, Proc. of WPMC 2002, Vol. 1, pp.115-118, 2 0 O 2年 1 0月 非特許文献 1には、 O F DM技術に関する発明が開示されている。 特に、 受信側と送信 側の両側で複数のアンテナを用いることにより複数入力複数出力チャンネル (M I MO ; Multiple Input Multiple Output) 上で高い伝送レートを実現できることが示されている。 しかしながら、 さらに高速度、 高品質の通信を実現できるような種々の技術が求められ ている。
さらに、 非特許文献 2には、 偏波ダイバーシティ技術が開示されている。 そして、 水平 偏波アンテナと垂直偏波アンテナとを組み合わせた場合における X P D ( CROSS Polarization discrimination) 値が、 環境によって 5 d B〜: 1 5 d Bの間で変化することが判 明している。
これは、 直交ダイバーシティ分枝 (orthogonal diversity branch) における受信パワーの 比を計測したものである。 そして、 偏波分枝のそれぞれが同じ受信パワーとなった場合に 最大ダイバーシティ利得を達成される。
しかし、 受信パワーの不均衡が大きくなると、 ダイバーシティ利得を達成しなくなる。 これは、 ダイバーシティを結合する段階で、 弱いチャンネルが無視されてしまうことによ る。
そして、 非特許文献 3には、 偏波ダイバーシティ技術において、 送信側で 2つの異種極 性アンテナを用い、 受信側で 2つの異種極性アンテナを用い、 送信側のアンテナの一方に 対する受信側のアンテナの一方の傾きが送信側のアンテナの他方に対する受信側のアン f ナの他方の傾きに等しい場合の理論的なモデルが開示されている。
また、 非特許文献 4は、 本出願に係る発明者の 1人が参加してなされた過去の研究の論 文であり、 ュニタリ行列により空間—時間的な変復調を行い、 複数のアンテナを用いて、 時間差を設けて信号を発する発明が開示されている。 さらに、 非特許文献 5、 6には、 S T B C技術で広く用いられている Alamouti符号を 用いた符号化、 復号化の技術が開示されている。
本発明は、 以上のような公知のシステムの種々の問題点を角 決するためになされたもの で、 異種偏波アンテナを用いて効率良く通信を行う通信システム、 送信装置、 受信装置、 送信方法、 受信方法、 ならびに、 これらをコンピュータ上にて実現するためのプログラム を提供することを目的とする。 発明の開示 以上の目的を達成するため、 本発明の原理にしたがって、 以下の発明を開示する。 本発明の第 1の観点に係る通信システムは、 送信装置と、 受信装置と、 を備え、 以下の ように構成する。
すなわち、 送信装置は、 変調部と、 時空間符号化部と、 第 1送出部と、 第 2送出部と、 を備える。
また、 第 1送出部と、 第 2送出部と、 は、 それぞれ、 直並列変換部と、.逆フーリエ変換 部と、 送信部と、 を備える。
ここで、 変調部は、 伝送すべきデータを変調する。
—方、 時空間符号化部は、 変調された結果の信号を時空間符号化して、 2つの信号を得 る。
さらに、 第 1送出部は、 時空間符号化された 2つの信号の一方を受け付ける。
そして、 第 2送出部は、 時空間符号化された 2つの信号の他方を受け付ける。
一方、 直並列変換部は、 受け付けた信号を直並列変換する。 '
さらに、 逆フーリエ変換部は、 直並列変換された結果の信号群を逆フーリエ変換する。 そして、 送信部は、 逆フーリエ変換された信号を所定の偏波極性を有するアンテナによ り送信する。
一方、 第 1送出部が用いるアンテナ (以下 「第 1送信アンテナ」 という。) の偏波極性 と、 第 2送出部が用いるアンテナ (以下 「第 2送信アンテナ」 という。) の偏波極性と、 は、 直交する。
また、 受信装置は、 第 1受入部と、 第 2受入部と、 時空間復号化部と、 復調部と、 を備 X·る。
そして、 第 1受入部と、 第 2受入部と、 は、 それぞれ、 フーリエ変換部と、 並直列変換 部と、 を備える。
ここで、 第 1受入部は、 送信装置から送信された信号を受信して、 これを ½1理する。 一方、 第 2受入部は、 送信装置から送信された信号を受信して、 これを処理する。 さらに、 時空間復号化部は、 第 1受入部により処理された結果の信号と、 窮 2受入部に より処理された結果の信号と、 を、 時空間復号化して 1つの信号を得る。
そして、復調部は、時空間復号化された 1つの信号を復調して伝送されたデータを得る。 一方、 受信部は、 送信装置から送信された信号を所定の偏波極性を有するアンテナによ り受信する。
さらに、 フーリエ変換部は、 受信された結果の信号をフーリエ変換する。
そして、 並直列変換部は、 フーリエ変換された信号群を並直列変換して、 得られる信号 を処理の結果とする。
一方、 第 1受入部が用いるアンテナ (以下 「第 1受信アンテナ」 という。) の偏波極性 と、 第 2受入部が用いるアンテナ (以下 「第 2受信アンテナ」 という。) の扁波極性と、 は、 直交する。
さらに、 第 1受信アンテナの第 1送信アンテナに対する傾きは、 第 2受信アンテナの第 2送信アンテナに対する傾きに略等しい。
また、 本発明の通信システムにおいて、 第 1受信アンテナの第 2送信アンテナに対する 傾きは、 第 2受信ァンテナの第 1送信ァンテナに対する傾きに略等しいよう iこ構成するこ とができる。
本発明のその他の観点に係る送信装置は、上記の通信システムにおける送信装置である。 本発明のその他の観点に係る受信装置は、上記の通信システムにおける受信装置である。 本発明のその他の観点に係る送信方法は、 変調工程と、 時空間符号化工程と、 第 1送出 工程と、 第 2送出工程と、 を備える。 また、 第 1送出工程と、 第 2送出工程と、 は、 それぞれ、 直並列変換工程と、 逆フーリ ェ変換工程と、 送信工程と、 を備える。
ここで、 変調工程では、 伝送すべきデータを変調する。
一方、 時空間符号化工程では、 変調された結果の信号を時空間符号化して、 2つの信号 を得る。
さらに、 第 1送出工程では、 時空間符号化された 2つの信号の一方を受け付ける。 そして、 第 2送出工程では、 時空間符号化された 2つの信号の他方を受け付ける。 一方、 直並列変換工程では、 受け付けた信号を直並列変換する。
さらに、 逆フーリエ変換工程では、 直並列変換された結果の信号群を逆フーリエ変換す る。
そして、 送信工程では、 逆フーリエ変換された信号を所定の偏波極性を有するアンテナ により送信する。
—方、 第 1送出工程にて用いるアンテナ (以下 「第 1送信アンテナ」 という。) の偏波 極性と、 第 2送出工程にて用いるアンテナ (以下 「第 2送信アンテナ」 という。) の偏波 極性と、 は、 直交する。,
また、 本発明の送信方法は、 偏波極性の直交する 2つのアンテナ (以下、 一方を 「第 1 受信アンテナ」 といい、 他方を 「第 2受信アンテナ」 という。) を用いて受信する受信装 置へ送信し、 第 1受信アンテナの第 1送信アンテナに対するィ頃きは、 第 2受信アンテナの 第 2送信アンテナに対する傾きに略等しいように構成することができる。
さらに、 本発明の送信方法において、 第 1受信アンテナの第 2送信アンテナに対する傾 きは、 第 2受信アンテナの第 1送信アンテナに対する傾きに略等しいように構成すること ができる。
本発明のその他の観点に係る受信方法は、 第 1受入工程と、 第 2受入工程と、 時空間復 号化工程と、 復調工程と、 を備える。
また、 第 1受入工程と、 第 2受入工程と、 は、 受信工程と、 フーリエ変換工程と、 並直 列変換工程と、 を備える。
ここで、第 1受入工程では、送信装置から送信された信号を受信して、 これを処理する。 一方、 第 2受入工程では、 送信装置から送信された信号を受信して、 これを処理する。 さらに、 時空間復号化工程では、 第 1受入工程にて処理された結果の信号と、 第 2受入 工程にて処理された結果の信号と、 を、 時空間復号化して 1つの信号を得る。
そして、 復調工程では、 時空間復号化された 1つの信号を復調して伝送されたデータを 得る。
一方、 受信工程では、 送信装置から送信された信号を所定の偏波極性を有するアンテナ により受信する。
さらに、 フーリエ変換工程では、 受信された結果の信号をフーリエ変換する。
そして、 並直列変換工程では、 フーリエ変換された信号群を並直列変換して、 得られる 信号を処理の結果とする。
一方、 第 1受入部が用いるアンテナ (以下 「第 1受信アンテナ」 という。) の偏波極性 と、 第 2受入部が用いるアンテナ (以下 「第 2受信アンテナ」 という。) の偏波極性と、 は、 直交する。
また、 本発明の受信方法は、 偏波極性の直交する 2つのアンテナ (以下、 一方を 「第 1 送信アンテナ」 といい、 他方を 「第 2送信アンテナ」 という。) を用いて送信する送信装 置から受信し、 第 1受信アンテナの第 1送信アンテナに対する傾きは、 第 2受信アンテナ の第 2送信アンテナに対する傾きに略等しいように構成することができる。
また、 本発明の受信方法において、 第 1受信アンテナの第 2送信アンテナに ¾ "する傾き は、 第 2受信ァンテナの第 1送信ァンテナに対する傾きに略等しいように構成することが できる。
本発明の他の観点に係るプログラムは、 コンピュータを、 上記の送信装置の各部として 機能させるように構成する。
本発明の他の観点に係るプログラムは、 コンピュータを、 上記の受信装置の各部として 機能させるように構成する。
本発明のプログラムを、 他の機器と通信可能なコンピュータに実行させるこ とにより、 本発明の送信装置、 受信装置、 送信方法、 ならびに、 受信方法を実現すること力 Sできる。 また、 当該コンピュータとは独立して、 本発明のプログラムを記録した情報言己録媒体を 配布、 販売することができる。 また、 本発明のプログラムを、 インターネット等のコンビ ユータ通信網を介して伝送し、 配布、 販売することができる。
特に、 当該コンピュータが D S P (Digital Signal Processor) や F P G A (Field Programmable Gate Array) などのプログラム可能な電子回路を有する場合には、 本発明の 情報記録媒体に記録されたプログラムを当該コンピュータに伝送し、 当該コンピュータ內 の D S Pや F P G Aにこれを実行させて、 本発明の送信装置や受信装置を実現するソフト ウェアラジオ形式の手法を利用することができる。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明の実施肜態に係る通信装置の概要構成を示す模式図である。
図 2は、 S T B C符号化の様子を示す説明図である。
図 3は、 送信装置の概要構成を示す模式図である。
図 4は、 受信装置の概要構成を示す模式図である。
図 5は、 計算機シミュレーションによる実験結果を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態 以下では、 本発明を実施するための最良の実施形態について説明するが、 当該実施形態 は説明のための例示であり、 本発明の原理にしたがった他の実施形態もまた、 本発明の範 囲に含まれる。
図 1は、 本発明の実施形態の一つに係る通信システムの概要構成を示す模式図である。 以下、 本図を参照して説明する。
通信システム 1 0 1の送信装置 1 3 1は、 伝送すベきデータの入力を受け付けて、 第 1 送信アンテナ 1 4 1と、 第 2送信アンテナ 1 4 2と、 から信号を送信する。 第 1送信アン テナ 1 4 1と、 第 2送信アンテナ 1 4 2と、 は、 その極性が互いに直交するような異種偏 波アンテナであって、 典型的には、 一方が水平アンテナ、 他方が垂直アンテナである。 一方、 受信装置 1 5 1は、 送信装置 1 3 1から送信された信号を第 1受信アンテナ 1 6 1と、 第 2受信アンテナ 1 6 2と、 で受信して、 伝送されたデータを得る。 第 1受信アン テナ 1 6 1と、 第 2受信アンテナ 1 6 2と、 で受信して、 所定の極性を有するアンテナで あり、 典型的には、 第 1受信アンテナ 1 6 1と、 第 2受信アンテナ 1 6 2と、 の偏波極性 は直交する。
そして、 第 1送信アンテナ 1 4 1に対する第 1受信アンテナ 1 6 1の傾きは、 4 5度で あり、第 2送信アンテナ 1 4 2に対する第 2受信アンテナ 1 6 2の傾きも、 4 5度である。 このように、 送信側の極性と、 受信側の極性と、 を非平行に配置する点が、 本実施形態の 特徴の一つとなる。
極性偏波ダイバーシティは、 2つのアンテナを同じ場所に配置でき、 装置を小さくでき る点で魅力的な技術である。 従来の S T B C/ O F D M系では、 垂直極性アンテナのみを 用いているが、 この場合には、 水平偏波極性となった信号のパワーが無駄になる。 また、 送信側で 2つの異種偏波を用いるのであれば、 2つの直交する極性に信号のパワーが分散 されるので、 受信側でも異なる偏波極性を有するアンテナを配置することが望ましい。 ' —方、 送信側と受信側とで、 2つのアンテナを平行に (homogeneous) 配置する技術は、 従来から極性伝送ダイバーシティで用いられているが、 直交する 2つのダイバーシティ分 枝 (orthogonal diversity branch) 上での受信パワーが異なる。 そして、 受信パワーの不均 衡が大きくなると、 ダイバーシティの結合の際に、 弱いチャンネルの寄与が無視されてし まう。
したがって、本実施形態では、送信側の 2つのアンテナと、受信側の 2つのアンテナと、 、 ねじれの関係となるように (heterogenious) 配置し、 受信ィ则の 2つのアンテナのそれ ぞれが受信する受信パワーをできるだけ同じようにするのである。 このようなアンテナ配 置については、 非特許文献 3に開示されている技術を適用することができる。
図 2は、 本発明において用いられる S T B C符号化の概要構成を示す説明図である。 S T B C符号器 2 0 1には、 シンボル SI, S2 が順に入力される。 各シンボルは、 Q P S K符号化されているため、 一般には複素数である。
すると、 S T B C符号器 2 0 1は、 2つの出力 Txlと Tx2に、 それぞれ、 Txl ··· SI, S2;
Txl ■·· -S2*, SI*
なるシンボルを出力する。
送信装置では、 これらのシンボルを 2つの送出系から異なる偏波極性を有するアンテナ を用いて送信するのである。
一方、 受信側では、 このような信号から、 最も最もらしいシンボル群を復号するのであ る。 このような S T B C符号化の技術としては、 Alamouti符^の技術を適用することがで さる。
ここで、 図 1に戻る。 図 1には、 本実施形態における各アンテナ同士の関係も示されて いる。
すなわち、 第 1送信アンテナ 1 4 1と第 1受信アンテナ 1 6 1とは、 偏波極性が 4 5度 の傾きの関係になっており、 第 2送信アンテナ 1 4 2と第 2受信アンテナ 1 6 3とは、 偏 波極性が 4 5度の傾きの関係になっている。
また、 第 1送信アンテナ 1 4 1と第 2送信アンテナ 1 4 2とは、 偏波極性が直交してお り、 第 1受信アンテナ 1 6 1と第 2受信アンテナ 1 6 2とは、 偏波極性が直交している。 ここで、 第 1送信アンテナ 1 4 1を垂直極性アンテナ (v)、 第 2送信アンテナ 1 4 2 を水平極性アンテナ (h) とし、 第 1受信アンテナ 1 6 1や第 2受信アンテナ 1 6 2との 伝播係数を以下のように考える。
Ην,! … 第 1送信アンテナ 1 4 1〜第 1受信アンテナ 1 6 1
Ην … 第 1送信アンテナ 1 4 1〜第 2受信アンテナ 1 6 2
H … 第 2送信アンテナ 1 4 2〜第 1受信アンテナ 1 6 1
Η ■·· 第 2送信アンテナ 1 4 2〜第 2受信アンテナ 1 6 2
ここで、
A = |Hv,!|2 + |Hv,2|2 + |Hh,i|2 + | 2|2 .
とおく。 送信側から、 シンボル S,と Si,とがデータとして順に与えられたとすると、 受信 側において復号される信号べク トルは、
(A Sv, A Sh*) となる。
従来の homogeniousな偏波極性アンテナを用いた場合には、 上記のような伝播係数では なく、 互いに平行なアンテナ同士の伝播係数のみを考盧することとなってしまう点が、 本 システムとの大きな違いである。
(送信装置)
図 3は、 本実施形態に係る送信装置 1 3 1の概要構成を示す模式図である。 以下、 本図 を参照して説明する。
送信装置 1 3 1は、 伝送すべきデータを受け付けると、 これをモジユレ一タ 2 0 1に渡 す。 モジユレ一タ 2 0 1では、 データを Q P S K変調し、 複素数に変換する。
そして、 S T B C符号器 2 0 2では、 得られた複素数の列を、 2つの符号列にする。 こ こでは、 上述のように、 Alamouti符号化を行う。
2つの符号列のそれぞれは、 第 1送出部 2 0 3と、 第 2送出部 2 0 4と、 に与えられ、 前者はアンテナ 1 4 1から処理した信号を送信し、 後者はアンテナ 1 4 2から処理した信 号を送信する。
ここで、 第 1送出部 2 0 3と第 2送出部 2 0 4との構成はほぼ共通である。 すなわち、 入力を受け付けた信号と、 パイロット信号とをマルチプレクサ 2 2 1で多重化する。 多重 化の際には、 たとえば、 パイロット信号を所定シンボル数と、 入力を受け付けた信号を所 定シンボル数と、 を 1つのフレームにする、 等の手法が考えられる。
さらに、 直並列変換器 2 2 2で複数のチャンネルに直並列変換し、 逆フーリエ変換部 2 2 4で高速逆フーリェ変換をし、 ついで、 G I (Guard Interval) 揷入部 2 2 5でガードィ ンターバルを挿入し、アンテナ 1 4 1もしくはアンテナ 1 4 2力 ら、当該信号を送信する。 図 4は、 本実施形態に係る受信装置 1 5 1の概要構成を示す模式図である。 以下、 本図 を参照して説明する。
受信装置 1 5 1は、 送信装置 1 3 1から送信された信号を 2つのアンテナ 1 6 1、 1 6 2で受信する。
アンテナ 1 6 1、 1 6 2は、 それぞれ、 第 1受入部 4 0 1、 第 2受入部 4 0 2に接続さ れており、 これらの内部で処理がされ ¾が、 その処理はほぼ共通である。
すなわち、 G I除去部 301でガードインターバルを除去し、 フーリエ変換部 302で 高速フーリエ変換を行って複数の信号を得る。 並直列変換部 304が並直列変換を行い、 それぞれ 1つの信号を出力する。
そして、 第 1受入部 401と、 第 2受入部 4 02と、 から得られる信号は、 STBC復 号器 305に与えられ、 Alamouti符号の復号を行い、 信号を出力する。
この際に、 フーリエ変換部 302において実際に得られるパイロット信号の受信後の姿 と、 もとのパイロット信号の姿とを比較するこ とにより、 受信時にチャンネルの伝搬の様 子の評価を行うことができ、 上記のような伝般係数を推測することができる。 これらの評 価の結果は、 フーリエ変換部 302の出力に針しても反映されるとともに、 STBC復号 器 305における復号処理においても考慮される。 これらのチャンネル評価については、 種々の公知の技術を適用することができる。
最後に STBC復号器 305からの出力をデモジュレータ 306で QP SK復調するこ とによって、 伝送されたデータを得ることができるのである。
なお、 これらの送信装置 13 1、 受信装置 1 51は、 ソフトウェアラジオなどの技術を 用レヽれば、各種のコンピュータ、 FPGA (Field Programmable Gate Array)、 D S P (Digital Signal Processor) にソフトウエアを与えることによって実現することができる。
(実験結果)
図 5は、 以下の諸元において本システムの' 能を計算機シミュレーションによって調べ た結果を表すグラフである。 このグラフにおいて、 縦軸は BE R (Bit Error Rate) を表し、 横軸は Eb/No値である。
データ変調方式 ·■■ QP SK
データレート ··· 160Mシンボル/ s
フレームサイズ … 12シンボル (1フレームにっきパイロット 2シンボル、 デー タ 10シンボル)
フーリエ変換サイズ … 1024 キヤリァ数 … 1 0 2 4
ガードインターバル ■·· 1シンボルにっき 2 5 6サンプノレ
有効シンボノレインタ一バル ··· 1シンボルにっき 1 0 24サンプル
フエーデイングのモデノレ ■·· 1 8経路レイリーフエ一デイング
ドッブラ周波数 … 1 0H z '
XPD値 … 5 d B、 1 0 d B、 1 5 d B
アンテナ … 送信側は 2つの水平/垂直アンテナ、 受信側は水平 Z垂直アンテナま たは 45度 {頃斜アンテナ
本図においては、 本実施形態に係る結果は白丸、 XPD値が 5 d Bの場合の従来の ST B C/OFDMシステムは十字、 XPD値が 1 0 d Bの場合の従来の STBC/OFDM システムは白三角、 XPD値が 1 5 d Bの場合の従来の S TB CZO FDMシステムは X 印で、 それぞれグラフが插カ れている。
種々の計算機シミュレーションにより、 従来の手法においては、 XPD値によって大き く性能が左右されるのに対し、 本実施形態ではあまり性能に変化がないことがわかってい る。 また、 本グラフを見ればわかる通り、 本実施形態の BE R値は、 従来の技術のいずれ に対しても良好な性能を示していることがわかる。 産業上の利用の可能性 本発明により、異種偏波アンテナを用いて効率良く通信を行う通信システム、送信装置、 受信装置、 送信方法、 受信方法、 ならびに、 これらをコンピュータ上にて実現するための プログラムを提供することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 送信装置と、 受信装置と、 を備える通信システムであって、
( a ) 前記送信装置は、
伝送すべきデータを変調する変調部と、
前記変調された結果の信号を時空間符号化して、 2つの信号を得る時空間符号化部と、 前記時空間符号ィヒされた 2つの信号の一方を受け付ける第 1送出部と、
前記時空間符号化された 2つの信号の他方を受け付ける第 2送出部と、
を備え、
前記第 1送出部と、 第 2送出部と、 は、 それぞれ、
受け付けた信号を直並列変換する直並列変換部と、
前記直並列変換された結果の信号群を逆フーリェ変換する逆フーリェ変換部と、 . 前記逆フーリェ変換された信号を所定の偏波極性を有するアンテナにより送信する送信 部と、
を備え、
前記第 1送出部が用いるアンテナ (以下 「第 1送信アンテナ」 という。) の偏波極性と、 前記第 2送出部が用いるアンテナ (以下 「第 2送信アンテナ」 という。) の偏波極性と、 は、 直交し、
( b ) 前記受信装置は、
前記送信装置から送信された信号を受信して、 これを処理する第 1受入部と、 前記送信装置から送信された信号を受信して、 これを処理する第 2受入部と、 前記第 1受入部により処理された結果の信号と、 前記第 2受入部により処理された結果 の信号と、 を、 時空間復号化して 1つの信号を得る時空間複号化部と、
前記時空間復号化された 1つの信号を復調して伝送されたデータを得る復調部と、 を備え、
前記第 1受入部と、 前記第 2受入部と、 は、 それぞれ、
前記送信装置から送信された信号を所定の偏波極性を有するァンテナにより受信する受 信部と、
前記受信され广こ結果の信号をフーリェ変換するフーリェ変換部と、
前記フーリェ変換された信号群を並直列変換して、 得られる信号を処理の結果とする並 直列変換部と、
を備え、
前記第 1受入き 13が用いるアンテナ (以下 「第 1受信アンテナ」 という。) の偏波極性と、 前記第 2受入部力 S用いるアンテナ (以下 「第 2受信アンテナ」 という。) の偏波極性と、 は、 直交し、 .
( c ) 前記第 1受信アンテナの前記第 1送信アンテナに対する傾きは、 前記第 2受信ァ ンテナの前記第 2送信ァンテナに対する傾きに略等しい
ことを特徴とするもの。
2 . 請求項 1に記載の通信システムであって、
前記第 1受信 ンテナの前記第 2送信ァンテナに対する傾きは、 前記第 2受信ァンテナ の前記第 1送信ァンテナに対する傾きに略等しい
ことを特徴とするもの。
3 . 請求項 1または 2に記載の通信システムにおける送信装置。
4 . 請求項 1または 2に記載の通信システムにおける受信装置。
5 . 伝送すべきデータを変調する変調工程と、
前記変調され fこ結果の信号を時空間符号化して、 2つの信号を得る時空間符号化工程と、 前記時空間符号化された 2つの信号の一方を受け付ける第 1送出工程と、
前記時空間符号化された 2つの信号の他方を受け付ける第 2送出工程と、
を備え、
前記第 1送出: C程と、 第 2送出工程と、 は、 それぞれ、 受け付けた信号を直並列変換する直並列変換工程と、
前記直並列変換された結果の信号群を逆フーリェ変換する逆フーリェ変換工程と、 前記逆フーリェ変換された信号を所定の偏波極性を有するァンテナにより送信する送信 工程と、 - を備え、
前記第 1送出工程にて用いるアンテナ (以下 「第 1送信アンテナ」 という。) の偏波極 性と、 前記第 2送出工程にて用いるアンテナ (以下 「第 2送信アンテナ」 という。) の偏 波極性と、 は、 直交する
ことを特徴とする送信方法。
6 . " 請求項 5に記載の送信方法であって、
偏波極性の直交する 2つのアンテナ (以下、 一方を 「第 1受信アンテナ」 といい、 他方 を 「第 2受信アンテナ」 という。) を用いて受信する受信装置へ送信し、
前記第 1受信アンテナの前記第 1送信アンテナに対する傾きは、 前記第 2受信アンテナ の前記第 2送信アンテナに対する傾きに略等しい
ことを特徴とする方法。
7 . 請求項 6に記載の送信方法であって、
前記第 1受信アンテナの前記第 2送信ァンテナに対する傾きは、 前記第 2受信アンテナ の前記第 1送信アンテナに対する傾きに略等しい
ことを特徴とする方法。
8 . 前記送信装置から送信された信号を受信して、 これを処理する第 1受入工程と、 前記送信装置から送信された信号を受信して、 これを処理する第 2受入工程と、 前記第 1受入工程にて処理された結果の信号と、 前記第 2受入工程にて処理された結果 の信号と、 を、 時空間復号化して 1つの信号を得る時空間復号化工程と、
前記時空間復号化された 1つの信号を復調して伝送されたデータを得る復調工程と、 を備え、
前記第 1受入工程と、 前記第 2受入工程と、 は、 それぞれ、
前記送信装置から送信された信号を所定の偏波極性を有するアンテナにより受信する受 信工程と、
前記受信された結果の信号をフーリエ変換するフーリエ変換工程と、
前記フーリエ変換された信号群を並直列変換して、 得られる信号を処理の結果とする並 直列変換工程と、
を備え、
前記第 1受入部が用いるアンテナ (以下 「第 1受信アンテナ」 という。) の偏波極生と、 前記第 2受入部が用いるアンテナ (以下 「第 2受信アンテナ」 という。) の偏波極 1"生と、 は、 直交する
ことを特徴とする受信方法。
- 9 . 請求項 8に記載の受信方法であって、
偏波極性の直交する 2つのアンテナ (以下、 一方を 「第 1送信アンテナ」 といい、 他方 を 「第 2送信アンテナ」 という。) を用いて送信する送信装置から受信し、
前記第 1受信ァンテナの前記第 1送信ァンテナに対する傾きは、 前記第 2受信ァンテナ の前記第 2送信アンテナに対する傾きに略等しい
ことを特徴とする方法。
1 0 . 請求項 9に記載の受信方法であって、
前記第 1受信ァンテナの前記第 2送信ァンテナに対する傾きは、 前記第 2受信ァンテナ の前記第 1送信アンテナに対する傾きに略等しい
ことを特徴とする方法。
1 1 . コンピュータを、 請求項 1または 2に記載の通信システムにおける送信装置とし て機能させることを特徴とするプログラム。
1 2. コンピュータを、 請求項 1または 2に記載の通信システムにおける受信装置とし て機能させることを特徴とするプログラム。
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