(57)【要約】【課題】複数チャネルの送受信号を基本的にはそれぞれ１本あるいは送受信される信号源の数よりも少ない実アンテナで送受信可能とした情報伝送方式を提供する。【解決手段】送信側の信号作成部２に送信側仮想アンテナ４ａ、４ｂ,……４ｋ、受信側の信号検出部に受信側仮想アンテナ１３ａ、１３ｂ,……１３ｋを仮想することにより、送信機１００が１個の実アンテナ７のみを有し、送信機２００が１個の実アンテナ９のみを有した送信単アンテナ／受信単アンテナ通信系とすることで、ｋ個の送信アンテナとｋ個の受信アンテナを有する送信ｋアンテナ／受信ｋアンテナ通信系とほぼ同等の無線周波数利用効率を有する情報伝送方式を構成する。【選択図】図１
2010074250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の信号を送信する送信機と、該送信機から送信された前記複数の信号を受信する受信機とからなり、
前記送信機は、入力する複数の信号のそれぞれから仮想送信信号を作成する仮想送信信号作成部と、
前記仮想送信信号作成部の出力信号のそれぞれを入力する複数個の仮想送信アンテナと、
前記複数個の仮想送信アンテナからの信号のそれぞれを伝送する複数の仮想送信側伝送路と、
前記複数の送信側仮想伝送路で伝送される複数の信号を加算する加算器と、
前記加算器の加算信号を送信する実アンテナを備えることを特徴とする情報伝送方式。
【請求項２】
請求項１において、
前記仮想送信側伝送路のそれぞれは、異なる仮想送信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
【請求項３】
複数の信号を送信する送信機と、該送信機から送信された前記複数の信号を受信する受信機とからなり、
前記受信機は、前記送信機から送信された仮想送信信号を受信する実アンテナと、
前記実アンテナで受信した仮想受信信号のそれぞれを伝送する仮想受信側伝送路と、
前記仮想受信側伝送路のそれぞれに接続された複数の仮想受信アンテナと、
前記仮想受信アンテナのそれぞれの仮想受信信号から元の信号を検出する仮想受信信号検出部を備えることを特徴とする情報伝送方式。
【請求項４】
請求項３において、
前記受信側仮想伝送路のそれぞれは、異なる仮想受信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
【請求項５】
複数の信号を送信する送信機と、該送信機から送信された前記複数の信号を受信する受信機とからなり、
前記送信機は、入力する複数信号のそれぞれから仮想送信信号を作成する仮想送信信号作成部と、
前記仮想送信信号作成部の出力信号のそれぞれを入力する複数個の仮想送信アンテナと、
前記複数個の仮想送信アンテナからの信号のそれぞれを伝送する複数の仮想送信側伝送路と、
前記複数の仮想送信側伝送路で伝送される複数の信号を加算する加算器と、
前記加算器の加算信号を送信する実アンテナを備え、
前記受信機は、前記送信機から送信された仮想送信信号を受信する実アンテナと、
前記実アンテナで受信した仮想受信信号のそれぞれを伝送する受信側仮想伝送路と、
前記仮想受信側伝送路のそれぞれに接続された複数の仮想受信アンテナと、
前記仮想受信アンテナのそれぞれの仮想受信信号から元の信号を検出する仮想受信信号検出部を備えることを特徴とする情報伝送方式。
【請求項６】
請求項５において、
前記送信側仮想伝送路のそれぞれは、異なる仮想送信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
【請求項７】
請求項５において、
前記仮想受信側伝送路のそれぞれは、異なる仮想受信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
【請求項８】
請求項１、３、および５の何れかにおいて、
前記仮想送信アンテナと前記仮想受信アンテナの個数は同じであることを特徴とする情報伝送方式。
【請求項９】
請求項１、３、および５の何れかにおいて、
前記仮想送信アンテナと前記仮想受信アンテナの個数は異なることを特徴とする情報伝送方式。
【請求項１０】
複数の信号を送信する送信機と、該送信機から送信された前記複数の信号を受信する受信機とからなり、
前記受信機は、前記送信機から送信された仮想送信信号を受信する実アンテナと、
前記実アンテナで受信した仮想送信信号を複数の仮想受信信号出力として送信する仮想受信側送信アンテナと、
前記仮想受信側送信アンテナから送信された仮想受信信号のそれぞれを伝送する複数の仮想受信側伝送路と、
前記仮想受信側伝送路のそれぞれに接続された複数の仮想受信側受信アンテナと、
前記仮想受信側受信アンテナのそれぞれの仮想受信信号から元の信号を検出する仮想受信信号検出部を備えることを特徴とする情報伝送方式。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記仮想受信側伝送路のそれぞれは、異なる仮想受信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
【請求項１２】
複数の信号を送信する送信機と、送信された前記複数の信号を受信する受信機とからなり、
前記送信機は、入力する複数情報のそれぞれの信号から仮想送信信号を作成する仮想送信信号作成部と、
前記仮想送信信号作成部の出力信号のそれぞれを入力する複数個の仮想送信アンテナと、
前記複数個の仮想送信アンテナからの信号のそれぞれを伝送する複数の仮想送信側伝送路と、
前記複数の仮想送信側伝送路で伝送される複数の信号を加算する加算器と、
前記加算器の加算信号を送信する実アンテナを備え、
前記受信機は、前記送信機から送信された仮想送信信号を受信する実アンテナと、
前記実アンテナで受信した仮想送信信号を複数の仮想受信信号出力として送信する仮想受信側送信アンテナと、
前記仮想受信側送信アンテナから送信された仮想受信信号のそれぞれを伝送する複数の仮想受信側伝送路と、
前記仮想受信側伝送路のそれぞれに接続された複数の仮想受信側受信アンテナと、
前記仮想受信側受信アンテナのそれぞれの仮想受信信号から元の信号を検出する仮想受信信号検出部を備えることを特徴とする情報伝送方式。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記送信側仮想伝送路のそれぞれは、異なる仮想送信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
【請求項１４】
請求項１２において、
前記仮想受信側伝送路のそれぞれは、異なる仮想受信部チャネル特性を有することを特徴とする情報伝送方式。
【請求項１５】
請求項１２において、
前記仮想送信アンテナと、前記仮想受信側送信アンテナおよび前記仮想受信側受信アンテナの個数は同じであることを特徴とする情報伝送方式。
【請求項１６】
請求項１２において、
前記仮想送信アンテナと、前記仮想受信側送信アンテナおよび前記仮想受信側受信アンテナの個数は異なることを特徴とする情報伝送方式。
【請求項１７】
請求項１，５，１０、１２の何れかにおいて、
前記受信機は、受信側の実アンテナで受信した新語を分岐して複数の仮想受信側伝送路のそれぞれの時間特性をたたみ込んで、それぞれの対応する仮想受信アンテナに出力することを特徴とする情報伝送方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仮想アンテナを用いた情報伝送方式に係り、特に少ない伝送路資源で多量の情報を効率よく伝送可能とした情報伝送方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信産業においては、無線周波数資源の逼迫が深刻な問題となっている。現在、産業界では、無線周波数の利用効率を向上させるために、送信側、受信側ともに多数のアンテナを用いるＭＩＭＯ（Ｍultiple Input Ｍultiple Ｏutput）方式が有望とされている。例えば、非特許文献１では、送信側、受信側ともに１２本ずつのアンテナを用いることにより、実用的なＳＮ比と実用的なビット誤り率で５０ｂｐｓ／Ｈｚの無線周波数利用効率を実現した野外実験（２００ｍ規模）結果を報告している。
【０００３】
非特許文献１は、ＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）行列の行ベクトル(「行ベクトル)でなく、「列ベクトル」であってもよく、ここでは、行ベクトルの場合について説明する)とデータベクトル間のクロネッカー積を利用した新しい情報伝送方式（Suehiro's DFT（ＯＳＤＭ）方式）である。
【０００４】
この方式は、現在様々な通信に利用されているＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式と比べ、無線周波数利用効率が約２倍になることが確認されている（非特許文献１参照）。
【０００５】
これに対し、後述するＯＳＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式は、Ｎ次元のＤＦＴ行列のＮ個（Ｎは、３以上の自然数）の行ベクトルのそれぞれと長さＭ（Ｍは、１２以上の自然数）のデータとのクロネッカー積をとることによって生成された長さＭ×Ｎの信号を送受信する伝送方法である。
【非特許文献１】田岡秀和、樋口健一、佐和橋衛、"下りリンクＭＩＭＯ−ＯＦＤＭブロードバンド無線アクセスにおけるＭＬＤ信号分離を用いる５０ビット／秒超高速パケット信号伝送野外実験"、電子情報通信学会技術研究報告、ＲＣＳ,無線通信システム、ｖｏｌ.１０７,ｎｏ.３８,ｐｐ.５３−５８,Ｍａｙ ２００７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、通信産業において最も有望とされている携帯電話および携帯情報端末においては、利用者側端末に非特許文献１で述べられているような１２本ものアンテナを装着することは非常に困難である。本発明の目的は、送信側が１本または少数のアンテナ、または受信側が１本または少数のアンテナ、または送信側・受信側ともに１本または少数のアンテナによって送受信を可能とした情報伝送方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、上記課題を解決するために、「仮想アンテナ」の概念を提案する。「仮想アンテナ」を用いることにより、送信側、受信側ともに１本のアンテナまたは少数の複数アンテナ、または送信側、受信側の一方が１本のアンテナで他方が少数の複数アンテナであっても、あたかも送信側、受信側ともに多数のアンテナを用いたかのような無線周波数利用効率を実現することができる。
【０００８】
本発明で提案する「仮想アンテナ」は物理的実在としてのアンテナではなく、送信側の信号作成部に「仮想送信アンテナ」、受信側の信号検出部に「仮想受信アンテナ」を仮想することにより、基本的には送信機が１個の実アンテナのみを有し、送信機の信号作成部がｋ個の「仮想送信アンテナ」を有し、受信機が１個の実アンテナのみを有し、受信機の信号検出部がｋ個の「仮想受信アンテナ」を有する場合、この単送信アンテナ／単受信アンテナ通信系がｋ（個）送信アンテナ／ｋ（個）受信アンテナ通信系とほぼ同等の無線周波数利用効率を有する情報伝送方式を構成する。このことは、送信側、受信側ともに１本又は少数の複数アンテナ、または送信側と受信側の一方が１本のアンテナで他方が少数の複数アンテナである場合、等でも同様である。ここで言う「少数の複数アンテナ」とは、実アンテナの数が送信信号源原の数、あるいは受信信号源原の数よりも格段に少ないことを意味する。その究極的な実アンテナ数が一個であるということである。なお、送信号源が一つの信号源の信号を複数に分割して送信する場合も含み、受信側で元の一つの新語に復元する場合も含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の最良の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態では、送信機が１個の実アンテナを有し、送信機の信号作成部がｋ個の「仮想送信アンテナ」を有し、受信機が１個の実アンテナを有し、受信機の信号検出部がｋ個の「仮想受信アンテナ」を有する場合を主として説明する。
【実施形態１】
【００１０】
図１は、本発明にかかる仮想アンテナを用いた情報伝送方式のシステム構成を説明する図である。図１において、送信機１００は、送信する信号源からの信号を取り入れる送信信号入力端子１を備えた送信側信号作成部２と実送信アンテナ７を有する。送信側信号作成部２は、仮想送信信号作成部３、複数個（ここではｋ個）の仮想送信アンテナ４ａ,４ｂ,……４ｋ、仮想伝送路５ａ,５ｂ,……５ｋ、加算器６で構成される。仮想送信側伝送路５ａ,５ｂ, ……５ｋは、それぞれ仮想送信部チャネル特性０番，１番, ……ｋ−１番を有する。
【００１１】
また、受信機２００は、実受信アンテナ９と受信側信号検出部１０および受信信号出力端子１５を備える。受信側信号検出部１０は、実アンテナで受信した仮想送信信号を複数の仮想受信信号出力として伝送する複数個（ここではｋ個）の仮想受信側伝送路１２ａ,１２ｂ, ……１２ｋ、仮想受信アンテナ１３ａ,１３ｂ,……１３ｋ、および仮想受信信号検出部１４で構成される。仮想受信信号検出部１４の検出信号（送信機に入力した元の信号（送信信号）の復元信号（受信信号））は受信信号出力端子１５から出力される。受信機２００は、受信側の実アンテナ９で受信した信号を分岐し、複数の仮想受信側伝送路１２ａ,１２ｂ, ……１２ｋのそれぞれの時間特性をたたみ込んで、それぞれの対応する仮想受信アンテナ１３ａ,１３ｂ,……１３ｋに出力する。
【００１２】
そして、送信機１００の実送信アンテナ７と受信機２００の実受信アンテナ９は実チャネル特性を持つ実伝送路８で結合される。
【００１３】
以下、図１に示したシステム構成の機能と動作を説明する。送信機１００の送信側信号作成部２に、k個の仮想送信アンテナ４ａ,４ｂ,……４ｋを仮想し、それぞれの仮想送信アンテナと実送信アンテナ７との間に仮想送信部チャネル特性がなるべく異なるように設定したk個の仮想送信側伝送路５ａ,５ｂ, ……５ｋを設ける。これらの仮想送信部チャネル特性（時間領域でも周波数領域でもよい）のk個の仮想送信側伝送路５ａ,５ｂ, ……５ｋを通過した複数の仮想送信信号を加算器６で加算して一個の実送信アンテナ７から送信する。実送信アンテナ７から送信された信号は、実送信アンテナ７／実受信アンテナ９間の実チャネル特性を持つ実伝送路８を通過して一個の実受信アンテナ９で受信される。
【００１４】
受信機２００の受信側信号検出部１０には、k個の仮想受信側伝送路１２ａ,１２ｂ,……１２ｋとk個の仮想受信アンテナ１３ａ,１３ｂ,……１３ｋと仮想受信信号検出部１４が設けられている。実アンテナ９で受信した仮想受信信号出力はそれぞれ仮想受信部チャネル特性０番，１番,・・・ｋ−１番が設定されたk個の仮想受信側伝送路１２ａ,１２ｂ,……１２ｋを通してk個の仮想受信アンテナ１３ａ,１３ｂ,……１３ｋに入力される。
【００１５】
k個の仮想受信アンテナ１３ａ,１３ｂ,・・・・・１３ｋから出力される仮想受信信号は仮想受信信号検出部１４で元の信号（送信機に入力した元の信号の復元信号：受信信号）として受信信号出力端子１５から出力される。この受信信号出力端子１５から出力される復元信号は、送信側の送信信号入力端子１に入力された信号である。ここでは、送信信号入力端子１と受信信号出力端子１５のみ示して説明したが、これらは、それぞれk個ある。
【００１６】
この実施形態によれば、あたかも送信側、受信側ともに多数のアンテナを用いたかのような無線周波数利用効率を実現することができる。
【実施形態２】
【００１７】
図２は、本発明にかかる仮想アンテナを用いた情報伝送方式の他のシステム構成を説明する図である。図２において、送信機１００は、伝送する信号源からの信号を取り入れる送信信号入力端子１を備えた送信側信号作成部２と実送信アンテナ７を有する。送信側信号作成部２は、仮想送信信号作成部３、複数個（ここではｋ個）の仮想送信側アンテナ４ａ,４ｂ,……４ｋ、k個の仮想伝送路５ａ,５ｂ,……５ｋ、加算器６で構成される。k個の仮想送信側伝送路５ａ,５ｂ, ……５ｋは、それぞれ仮想送信部チャネル特性０番，１番, ……ｋ−１番を有する。
【００１８】
また、受信機２００は、実受信アンテナ９と受信側信号検出部１０および受信信号出力端子１５を備える。受信側信号検出部１０は、実アンテナ９で受信した仮想送信信号を複数の（k個の）仮想受信信号出力として送信するk個の仮想受信側送信アンテナ１６ａ，１６ｂ，……１６ｋと、複数個（ここではｋ個）の仮想受信側伝送路１２ａ,１２ｂ,……１２ｋと、k個の仮想受信側受信アンテナ１７ａ,１７ｂ,……１７ｋ、および仮想受信信号検出部１４で構成される。仮想受信信号検出部１４の検出信号（送信機に入力した元の信号の復元信号）は受信信号出力端子１５から出力される。図１の場合と同様に、この受信信号出力端子１５から出力される復元信号は、送信側の送信信号入力端子１に入力された信号である。ここでは、送信信号入力端子１と受信信号出力端子１５のみ示して説明したが、これらは、それぞれk個ある。
【００１９】
そして、送信機１００の実送信アンテナ７と受信機２００の実送信アンテナ９は実チャネル特性を持つ実伝送路８で結合される。
【００２０】
以下、図２に示したシステム構成の機能と動作を説明する。送信機１００の送信側信号作成部２に、仮想送信アンテナ４ａ,４ｂ,……４ｋを仮想し、それぞれの仮想送信アンテナと実送信アンテナ７との間に仮想送信部チャネル特性がなるべく異なるように設定した仮想送信側伝送路５ａ,５ｂ, ……５ｋを設ける。これらの仮想送信部チャネル特性（時間領域でも周波数領域でもよい）の仮想送信側伝送路５ａ,５ｂ, ……５ｋを通過した複数の仮想送信信号を加算器６で加算して実送信アンテナ７から送信する。実送信アンテナ７から送信された信号は、実送信アンテナ７／実受信アンテナ９間の実チャネル特性を持つ実伝送路８を通過して受信機２００の実受信アンテナ９に受信される。
【００２１】
受信機２００の受信側信号検出部１０には、実アンテナ９で受信した仮想送信信号を複数の仮想受信信号出力として送信する仮想受信側送信アンテナ１６ａ，１６ｂ，……１６ｋと、複数個（ここではｋ個）の仮想受信側伝送路１２ａ,１２ｂ,……１２ｋと、仮想受信側受信アンテナ１７ａ,１７ｂ,……１７ｋ、および仮想受信信号検出部１４が設けられている。仮想受信信号検出部１４の検出信号（送信機に入力した元の信号の復元信号）は受信信号出力端子１５から出力される。実アンテナ９からの複数の仮想受信信号出力はそれぞれ仮想受信側送信アンテナ１６ａ，１６ｂ，……１６ｋから仮想受信部チャネル特性０番，１番,・・・ｋ−１番が設定された仮想受信側伝送路１２ａ,１２ｂ,……１２ｋを通して仮想受信側受信アンテナ１７ａ,１７ｂ,……１７ｋに入力される。
【００２２】
仮想受信側受信アンテナ１７ａ,１７ｂ,・・・・・１７ｋから出力される仮想受信信号は仮想受信信号検出部１４で元の信号（送信機に入力した元の信号の復元信号）として受信信号出力端子１５から出力される。受信機２００は、受信側の実アンテナ９で受信した信号を分岐し、複数の仮想受信側伝送路１２ａ,１２ｂ,……１２ｋのそれぞれの時間特性をたたみ込んで、それぞれの対応する仮想受信アンテナアンテナ１７ａ,１７ｂ,……１７ｋに出力する。
【００２３】
仮想送信アンテナｉ番と仮想受信アンテナｊ番の間には、仮想送信部チャネル特性ｉ番、実チャネル特性、仮想受信部チャネル特性j番が存在し、信号はそれぞれ縦列に通過するので、送信側と受信側にはｉｊ個の異なる仮想チャネルが存在することになる。
【００２４】
実アンテナＭＩＭＯにおける無線周波数利用効率の向上は、送信アンテナ／受信アンテナ間のチャネル特性がそれぞれの送信アンテナと受信アンテナの組み合わせごとに異なることによるので、仮想アンテナＭＩＭＯは、実送信単アンテナ／実受信単アンテナであるにもかかわらず、実送信ｋアンテナ／実受信ｋアンテナＭＩＭＯとほぼ同等の無線周波数利用効率となると考えられる。
【００２５】
次に、仮想アンテナＭＩＭＯと実アンテナＭＩＭＯを情報理論的に考察する。シャノンは、帯域Ｗ、信号電力Ｓ、雑音電力Ｎが与えられたとき、通信路容量Ｃ以下の情報伝送速度ではブロック誤り率を限りなくゼロに近づけることができる通信路容量Ｃを与え、通信路容量Ｃを超える情報伝送速度ではブロック誤り率が１となることを示した。
【００２６】
本発明に係る仮想アンテナを用いた情報伝送は、ｋをいくらでも大きくすれば、単アンテナ／単アンテナ伝送であるにもかかわらず、無線周波数利用効率をいくらでも大きくできる。これは、一見するとシャノンの定理に反するように感じられるかも知れないが、実は反していない。
【００２７】
シャノンの定理の主張していることは、通信路容量Ｃを超える情報伝送速度では、ブロック誤り率が１となることであって、そのときのビット誤り率については何も述べていない。
【実施形態３】
【００２８】
次に、ＯＳＤＭ方式の応用として、複数アンテナを用いそれらが同一周波数帯で独立にデータを送受信する複数仮想アンテナＯＳＤＭ方式を実施形態３として説明する。
【００２９】
送信系は、図３のようなプロセスで構成される。以下にその詳細を示す。ＯＳＤＭ方式は通信路のインパルス応答を予測性を含まない形でリアルタイムに得ることが出来るという特徴がある。すなわち、送信側で信号に工夫を加えることで、複数の通信路のインパルス応答も正確に把握することができることから、ＯＳＤＭ方式は通信路環境の推定精度が通信品質に与える影響がより顕著な複数アンテナを用いた通信方式にも適応性が高いと期待できる。
【００３０】
次に、ＩＤＦＴ行列とデータベクトルとのクロネッカー積を適用する。ここで、各アンテナから送信される送信データのパイロットシグナルはそれぞれＩＦＤＴ列の異なる行とのクロネッカー積をとっていることから、それぞれのパイロットシグナルの直交性は保証されている。すなわち、式（１）、（２）を経て生成される送信信号Ｓｉが複数の通信路を経て他信号と干渉しながら受信側に到達した際に、受信側はその複数の通信路のインパルス応答を予測性を含まない形で独立に把握することが可能である。
【００３１】
複数アンテナＯＳＤＭ方式は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式に代表される複数アンテナを用いたＯＦＤＭ方式と比較して以下のような特徴を持つ。
【００３２】
ＯＳＤＭ方式はＯＦＤＭ方式と異なり、予測性を含まない通信路環境がリアルタイムに得られる。また、t本のアンテナを送受信に用いた場合の複数アンテナＯＳＤＭ方式は、t行のデータ領域をパイロットシグナルの割り当て領域として確保することから、アンテナ１本あたりに割り当てるデータ領域は（Ｎ−ｔ）行となる。そのため、１つのデータ領域にパイロットシグナルを割り当てる単一アンテナＯＳＤＭ方式と比較して理論上ｔ(Ｎ−ｔ)Ｎ−１倍の情報伝送容量を実現することができる。
【００３３】
一方、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式は送信側と受信側で通信路環境の情報を共有し、固有値概念に基づいたビームフォーミング等の手法を用いることで通信路容量を確保している。すなわち、伝送方法そのもので比較すると、複数アンテナＯＳＤＭ方式はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式と比較してより簡単な方法でアンテナ数にほぼ比例した通信路容量を確保できる。
【００３４】
上記した内容を基に、ベースバンドに於ける複数アンテナＯＳＤＭ方式の性能をシミュレートした結果を説明する。送受信アンテナ数はｔとし、ｔ２個の通信路のインパルス応答は各々独立な零平均複素ガウス過程とした。
【００３５】
シミュレーションの方法として、送受信アンテナ数ｔをｔ＝１，２，４，８と変化させながら、それぞれのシステムに対しビットあたりの電力密度対雑音電力密度比（Ｅｂ／Ｎｏ）を０〔ｄＢ〕から２５〔ｄＢ〕まで１〔ｄＢ〕ずつ変化させ、各々のＥｂ／Ｎｏ値に於いて１０４回モンテカルロシミュレーションを実施した。
【００３６】
図５及び図６は、複数アンテナＯＳＤＭ方式のＱＰＳＫ及び１６ＱＡＭの各変調に於ける、ビットあたりの電力密度対雑音電力密度比（Ｅｂ／Ｎｏ）対ビット誤り率（ＢＥＲ）のグラフである。なお、グラフに用いられているビットあたりの電力密度は直接波だけでなく、全ての反射波のエネルギーをＱＰＳＫ変調時のＢＥＲ特性の１６ＱＡＭ変調時のＢＥＲ特性含んでいる。また、受信側は通信路の環境をノイズの影響がない、理想的な形で把握しているものとする。
【００３７】
次に、図７及び図８を参照する。ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ各変調に於いて、信号対雑音電力比（ＳＮＲ）を５，１０，２０〔ｄＢ〕,及び１０，２０，３０〔ｄＢ〕とした時の、タイムスロットが１〔μs〕に於ける送受信アンテナ本数対定常接続状態でのスループットを示すグラフである。なお、グラフに用いられている信号電力は直接波だけでなく、全ての反射波のエネルギーを含んでいる。また、スループットの算出には以下の近似式を用いている
Throughput〜α×(1−BER)／β
ここで、αは１シンボルあたりのビット数、βはシンボルタイムである。
【００３８】
図５及び図６より、複数アンテナＯＳＤＭ方式はアンテナ数を増加させても、ビットあたりの電力密度対雑音電力密度比（Ｅｂ／Ｎｏ）の劣化が僅かであることが確認できる。特にＥｂ／Ｎｏが十分大きい時、ｔ＝８の複数アンテナＯＳＤＭ方式は第２章で紹介したt=1の単一アンテナＯＳＤＭ方式と比較して理論上７．１倍の情報伝送容量を誇るにもかかわらず、Ｅｂ／Ｎｏの劣化は約３〜６（ｄＢ）に収まっている。
【００３９】
図７及び図８より、信号対雑音電力比（ＳＮＲ）が十分大きい時にはｔ＝８の複数アンテナＯＳＤＭ方式はｔ＝１の単一アンテナＯＳＤＭ方式と比較して約7倍の情報伝送容量を実現していることが分かる。
【００４０】
モバイル通信などの無線通信においては、無線周波数資源の逼迫が深刻な問題となっている。この問題に対処するために、送信側・受信側ともに複数のアンテナを用いる方法（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ）や、本発明者らによる複数のアンテナを直交信号分割多重方式（ＯＳＤＭ）が研究されている。複数アンテナＯＳＤＭは、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭより遙かに大きな無線周波数利用効率を与えるが、携帯通信機器には複数のアンテナを用いること自体が、携帯通信機器には複数のアンテナを用いることが過剰な負担となりかねない。
【００４１】
「仮想アンテナの理論」は、携帯通信機器に用いることを主要な目的として、送信側・受信側ともに単数のアンテナを用いるにも拘わらず、恰も送信側・受信側ともに複数のアンテナを用いたかのような高い無線周波数利用効率の実現を可能にするものである。
【００４２】
次に、本発明における送信側の仮想アンテナについて説明する。図９に示されたように、仮想送信アンテナ＃０、仮想送信アンテナ＃１、・・・、仮想送信アンテナ＃（Ｋ−１）を仮想し、仮想チャネル特性＃０、仮想チャネル特性＃１、・・・、仮想チャネル特性＃（Ｋ−１）をチャネル特性が互いになるべく異なるように設定する。
【００４３】
仮想送信アンテナ＃０に信号＃０を入力し、・・・、仮想送信アンテナ＃（Ｋ−１）に信号＃（Ｋ−１）を入力し、仮想チャネルを通した後に加算して得られた信号を、実の送信アンテナに入力する。
【００４４】
実の送信アンテナから送信された電波を実の受信アンテナで受信すると、信号＃０は、仮想チャネル＃０と実の送受信アンテナ間のチャネルを通るので、信号＃０は、仮想チャネル特性＃０と実の送受信アンテナ間のチャネル特性をたたみ込んだチャネル特性の影響を受けることになる。信号＃１、・・・、信号＃（Ｋ−１）も同様である。
【００４５】
仮想送信アンテナの仮想チャネル特性と実の送受信アンテナのチャネル特性をたたみ込んで得られるチャネル特性が仮想送信アンテナ毎に十分に異なれば、このような仮想送信アンテナを仮定した信号設計を行うことにより、信号＃０、・・、信号＃（Ｋ―１）は、恰もＫ個の送信アンテナと１個の受信アンテナを用いたと同様のチャネル特性を受けることになる。
【００４６】
受信側の仮想アンテナにおいて、図１０に示すように、各タイムスロットにＫ個ずつのサンプル点を設定し、各タイムスロットのサンプル点＃０は等間隔に、各タイムスロットのサンプル点＃１も等間隔に、・・、各タイムスロットのサンプル点＃（Ｋ−１）も等間隔になるようにする。
【００４７】
すると、サンプル点列＃０、サンプル点列＃１、・・・、サンプル点列＃（Ｋ―１）より得られるＫ個の離散信号はそれぞれ異なるチャネル特性の影響を受けることになり、恰も、Ｋ個のアンテナを用いて、各アンテナ毎に各タイムスロットに１個のサンプル点を設定したかのように、それぞれ異なるチャネル特性の影響を受けることになる。すなわち、１個の受信アンテナを用いて、Ｋ個の仮想受信アンテナを仮想することができる。
【実施形態４】
【００４８】
さらに、複数アンテナＯＳＤＭ方式の応用として、複数仮想アンテナを用いそれらが同一周波数帯で独立にデータを送受信する複数仮想アンテナＯＳＤＭ方式を実施形態４として説明する。送信系は図１１に示すプロセスで構成される。ここでは、t本の仮想アンテナを用いて送受信するものとする。
【００４９】
ある仮想受信アンテナi（０≦ｉ≦ｔ−１）に於いて、図１２のように、Ｎ−ｔ個の長さがＭのデータベクトルｘti、ｘt+1i、・・・、ｘN-1iを定義する。また、図１３のようにｘiiにはパイロットシグナルを、それ以外の行には零行列をそれぞれ適用する。
【００５０】
次に、ＩＤＦＴ行列とデータベクトルとのクロネッカー積を適用する。ここで、各仮想送信アンテナから送信される送信データのパイロットシグナルはそれぞれＩＤＦＴ行列の異なる行とのクロネッカー積をとっていることから、それぞれのパイロットシグナルの直交性は保証されている。すなわち、式（２７）、（２８）を経て生成される送信信号Ｓｉが複数の仮想通信路を経て他信号と干渉しながら仮想受信アンテナに到達した際に、受信側はその複数の仮想通信路のインパルス応答を予測性を含まない形で独立に把握することが可能である。
【数１】
2010074250.tif 000003
【００５１】
受信系は図１４のようなプロセスで構成される。以下にその詳細を示す。
【数２】
2010074250.tif 000004
アンテナ（仮想送信アンテナ）ｉから仮想受信アンテナjに至る通信路のインパルス応答、Ｔは後述のシフト行列である。
【００５２】
【数３】
2010074250.tif 000005
次に、マッチドフィルタＷを定義する。ここで、ＷはＮ次ＤＦＴ行列ＦＮとＮ×Ｍの単位行列ＩＭ及びｔ×ｔの単位行列Ｉｔとのクロネッカー積で、以下の式で表記される。
【００５３】
【数４】
2010074250.tif 000006
【数５】
2010074250.tif 000007
【数６】
2010074250.tif 000008
【００５４】
上記の各式からＷをマッチドフィルタとすると、マッチドフィルタの出力Ｙとインパルス応答ｈが得られたとき、Ｈを基に連立方程式を解くことによって送信データベクトルが得られることがわかる。
【００５５】
次に、送信側が単数送信者、受信側が複数受信者の場合の複数仮想アンテナＯＳＤＭの例を説明する。例えば、セルラー移動通信におけるダウンリンクのように、送信側が単数の送信者（ダイバーシチ送受信等の為に、実アンテナ数が複数の場合もある）、受信側が複数の受信者（各受信者の実アンテナは、単数が典型であるが、ダイバーシチ送受信等の為に、実アンテナ数が複数の場合でもよい）の場合は、次のようになる。
【００５６】
連立方程式を解くのは、受信側であるから、１個の実アンテナを有する受信者（受信機）における仮想受信アンテナの数は、受信される総仮想送信アンテナ数より多いか等しいことが必要である。
【００５７】
連立方程式を解くと、各受信者は他の受信者のために送信されたデータをも得ることができるので、送信データは暗号化して送信する。
【００５８】
次に、送信側が複数送信者、受信側が単数受信者の場合の複数仮想アンテナＯＳＤＭの例を説明する。例えば、セルラー移動通信におけるアップリンクのように、送信側が複数の送信者（各送信者の実アンテナは、単数が典型であるが、複数の場合でもよい）、受信側が単数の受信者の場合は、次のようになる。
【００５９】
この場合も、連立方程式を解くのは、受信側であるから、１個の実アンテナを有する受信者（受信機）の仮想受信アンテナの数は、受信される総仮想送信アンテナ数（仮想チャネル数）より多いか等しいことが必要である。
【００６０】
全ての仮想送信アンテナのパイロット信号は、混ざらないようにパイロット信号用の行ベクトルとして、Ｎ次元のＤＦＴ行列の行ベクトルの内、別々の行ベクトルを用いる必要がある。
【００６１】
次に、送信側が複数送信者、受信側が複数受信者の場合の複数仮想アンテナＯＳＤＭの例）を説明する。例えば、セル間干渉のあるセルラー移動通信のように、送信側、受信側ともに、複数の送受信者の場合は、全ての仮想送信アンテナのパイロット信号用の行ベクトルとして、Ｎ次元のＤＦＴ行列の行ベクトルの内、別々の行ベクトルを用いる必要がある。
【００６２】
また、受信側で連立方程式を解けるように、受信機１組の総仮想受信アンテナ数は、受信される総仮想送信アンテナより多いか、等しいことが必要である。
【００６３】
ここまでは、全ての仮想送信アンテナのパイロット信号用の行ベクトルとして、Ｎ次元のＤＦＴ行列の行ベクトルの内、別々の行ベクトルを用いる必要があると説明した。
【００６４】
しかしながら、ＺＣＺ系列セット（各系列がＺＡＣＺ系列で、しかも互いに、ＺＣＣＺ系列である。）か、近似的ＺＣＣＺ系列セットを用いれば、同一のパイロット信号用行ベクトルを複数の仮想送信アンテナに割り当てることができる。
【００６５】
また、Ｎ次元のＤＦＴ行列の行ベクトルの内のどの行ベクトルをパイロット信号用とするかは、任意に設定することができる。
【００６６】
複数仮想アンテナＯＳＤＭ方式に関して、以下の条件において、検証を行った。すなわち、
Ｍ＝１３
Ｎ＝６４
Ｌ＝８
【００６７】
なお、実マルチパスはレイリーフェージング、仮想マルチパスは一様ランダムな、１６ビットの信号であり、等化方法はＭＭＳＥを用いた。
【００６８】
なお、ＥＢ／ＮｏのＥｂは直接パスだけでなく反射パスも含んでおり、1つの実アンテナから送信される、全送信電力は一定とした。
【００６９】
上記条件において、図１５及び図１６のような、シミュレーションの結果が得られた。
【００７０】
送信側で、複数（Ｋ個）の仮想送信アンテナを用意し、それぞれの仮想送信アンテナに別々のデータをＯＳＤＭ方式によって信号生成を行い入力する。次いで、仮想送信アンテナ毎に別々の仮想チャネルを通し（時間特性をたたみ込む）た後、加算して、実の送信アンテナから送信する。
【００７１】
受信側では、実の受信アンテナで受信した信号を分岐して、別々の仮想チャネルの時間特性をたたみ込み、それぞれの仮想チャネルに対応する仮想受信アンテナに出力する。仮想受信アンテナの数はＫ個とする。
【００７２】
仮想送信アンテナの数がＫ個、仮想受信アンテナの数もＫ個であれば、「複数アンテナＯＳＤＭの理論」が適用でき、実の送信アンテナが１個、実の受信アンテナが１個であるにも拘わらず、情報伝送速度を単一アンテナＯＳＤＭ（単一アンテナＯＦＤＭの約２倍の無線周波数利用効率を有する）の約Ｋ倍にすることができる。
【００７３】
計算量と時間遅れをいとわなければ、Ｋはいくらでも大きくすることができるので、有限の帯域幅を用いても、有限の誤り率を許容すれば、いくらでも大きな情報伝送速度を実現することができる。
【００７４】
また、ＯＳＤＭにおいては、送信アンテナにおける振幅分布の改善（時間、又は周波数領域において、所定の大きさの送信電力を超えないようにする）を容易に行うことができる。
【００７５】
以上、発明を実施するための最良の形態について説明を行ったが、本発明は、この最良の形態で述べた実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することが可能である。
【００７６】
本発明によれば、帯域Ｗ、信号電力Ｓ、雑音電力Ｎが与えられたときに、実用的なビット誤り率で、（計算量と時間遅れをいとわなければ）情報伝送速度を無限大にできる。この主張はシャノンの主張と矛盾しない。すなわち、ビット誤り率に対する要求が有限（例えば百万分の一）であれば、帯域Ｗ、信号電力Ｓ、雑音電力Ｎが与えられたときに情報伝送速度の上限はＣではなく無限大である（もちろん、このときのブロック誤り率は１である）。
【００７７】
なお、本発明は、送信側、受信側ともに原理的には１本の実アンテナを備える構成に限らず、送信側、受信側ともに少数のアンテナ、または送信側、受信側の一方が１本のアンテナで他方が少数のアンテナを備えるものであっても、あたかも送信側、受信側ともに多数のアンテナを用いたかのような無線周波数利用効率を実現することができる。
【００７８】
シャノンは、誤り率をいくらゼロに近づける方法が存在するためには、情報伝送速度が
Ｃ＝Ｗlog2｛（Ｓ＋Ｎ）/Ｎ｝
を超えてはいけないことを示したが、本発明は「有限誤り率を許容すれば、帯域幅が有限でも、情報伝送速度に限界は存在しない」ことを示す。
【００７９】
以上の実施形態では、本発明の情報伝送方式を無線通信について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種の有線通信にも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明にかかる仮想アンテナを用いた情報伝送方式のシステム構成を説明する図である。
【図２】本発明にかかる仮想アンテナを用いた情報伝送方式の他のシステム構成を説明する図である。
【図３】送信系の説明図である。
【図４】受信系の説明図である。
【図５】シミュレーション結果の説明図である。
【図６】シミュレーション結果の説明図である。
【図７】シミュレーション結果の説明図である。
【図８】シミュレーション結果の説明図である。
【図９】仮想送信アンテナの説明図である。
【図１０】仮想受信アンテナの説明図である。
【図１１】送信系（の説明図である。
【図１２】信号構成の説明図である。
【図１３】信号構成の説明図である。
【図１４】受信系の説明図である。
【図１５】シミュレーション結果の説明図である。
【図１６】シミュレーション結果の説明図である。
【符号の説明】
【００８１】
１００・・・送信機、１・・・送信信号入力端子、２・・・送信側信号作成部、３・・・・仮想送信信号作成部、４ａ,４ｂ‥４ｋ・・・送信側仮想アンテナ、５ａ,５ｂ,……５ｋ・・・送信側仮想伝送路、６・・・加算器、７・・・実送信アンテナ、２００・・・受信機、８・・・実伝送路、９・・・実受信アンテナ、１０・・・受信側信号検出部、１２ａ,１２ｂ,……２ｋ・・・受信側仮想伝送路、１３ａ,１３ｂ,……１３ｋ・・・受信側仮想アンテナ、１４・・・仮想受信信号検出部、１５・・・受信信号出力端子、１６ａ，１６ｂ，……１６ｋ・・・受信側仮想送信アンテナ１７ａ，１７ｂ，……１７ｋ受信側仮想受信アンテナ。
【図１】
2010074250.tif 000009
【図２】
2010074250.tif 000010
【図３】
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【図４】
2010074250.tif 000012
【図５】
2010074250.tif 000013
【図６】
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【図７】
2010074250.tif 000015
【図８】
2010074250.tif 000016
【図９】
2010074250.tif 000017
【図１０】
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【図１１】
2010074250.tif 000019
【図１２】
2010074250.tif 000020
【図１３】
2010074250.tif 000021
【図１４】
2010074250.tif 000022
【図１５】
2010074250.tif 000023
【図１６】
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