(57)【要約】【課題】送受信装置間の距離に比べて、アンテナアレーの大きさが無視出来ないほど大きい場合においても、データ通信を高速化する。【解決手段】送信装置は、複数のアンテナと、複数のアンテナ各々と少なくとも１つ以上の受信装置との間の伝搬路の位相回転量をそれぞれ推定する位相推定部と、複数のアンテナ各々に対応する位相回転量の符号を反転させた反転位相回転量を算出する位相計算部と、複数のアンテナ各々に対応する反転位相回転量を、異なる複数のデータ信号に付加して位相回転後信号を生成する位相付加部と、複数のアンテナ各々に対応する位相回転後信号を、同一時刻および同一周波数で、少なくとも１つ以上の受信装置に、複数のアンテナ各々から送信する送信部と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナ各々と少なくとも１つ以上の受信装置との間の伝搬路の位相回転量をそれぞれ推定する位相推定部と、
前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転量の符号を反転させた反転位相回転量を算出する位相計算部と、
前記複数のアンテナ各々に対応する前記反転位相回転量を、異なる複数のデータ信号に付加して位相回転後信号を生成する位相付加部と、
前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転後信号を、同一時刻および同一周波数で、前記少なくとも１つ以上の受信装置に、前記複数のアンテナ各々から送信する送信部と、
を備える送信装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つ以上の受信装置のそれぞれに送信する前記位相回転後信号を加算する信号重畳部を前記複数のアンテナ毎に、更に備える請求項１記載の送信装置。
【請求項３】
前記複数のデータ信号に対して、前記少なくとも１つの受信装置で既知の大きさの信号の整数倍の信号を加算するベクトル摂動部を更に備える請求項２記載の送信装置。
【請求項４】
前記複数のアンテナは、二次元状に配置される請求項１に記載の送信装置。
【請求項５】
映像表示部と、
前記映像表示部を囲うフレーム部と、
前記フレーム部の内部または外側に設けられる複数のアンテナと、
前記複数のアンテナ各々と少なくとも１つ以上の受信装置との間の伝搬路の位相回転量をそれぞれ推定する位相推定部と、
前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転量の符号を反転させた反転位相回転量を算出する位相計算部と、
前記複数のアンテナ各々に対応する前記反転位相回転量を、異なる複数のデータ信号に付加して位相回転後信号を生成する位相付加部と、
前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転後信号を、同一時刻および同一周波数で、前記少なくとも１つ以上の受信装置に、前記複数のアンテナ各々から送信する送信部と、
を備える表示装置。
【請求項６】
前記複数のアンテナは、前記フレーム部上であって、前記映像表示部の上、下、左、右の少なくとも２つに設けられる請求項５に記載の送信装置。
【請求項７】
送信装置と受信装置とを備える通信システムであって、
前記送信装置は、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナ各々と少なくとも１つ以上の受信装置との間の伝搬路の位相回転量をそれぞれ推定する位相推定部と、
前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転量の符号を反転させた反転位相回転量を算出する位相計算部と、
前記複数のアンテナ各々に対応する前記反転位相回転量を、異なる複数のデータ信号に付加して位相回転後信号を生成する位相付加部と、
前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転後信号を、同一時刻および同一周波数で、前記少なくとも１つ以上の受信装置に、前記複数のアンテナ各々から送信する送信部と、
を備える通信システム。
【請求項８】
複数のアンテナ各々と少なくとも１つ以上の受信装置との間の伝搬路の位相回転量をそれぞれ推定し、
前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転量の符号を反転させた反転位相回転量を算出し、
前記複数のアンテナ各々に対応する前記反転位相回転量を、異なる複数のデータ信号に付加して位相回転後信号を生成し、
前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転後信号を、同一時刻および同一周波数で、前記少なくとも１つ以上の受信装置に、前記複数のアンテナ各々から送信する送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信装置、表示装置、通信システムおよび通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
初めに、データの高速伝送について説明する。
近年、家庭内やオフィス内など比較的小さな空間で、従来以上に高速なデータ通信を行うことが求められている。例えば、非圧縮の地上デジタル放送のデータを、直接薄型テレビ等に送信することで、圧縮された画像をテレビ側でデコードすることなく、映像として映すことが検討されている。実際に、ＷＨＤＩ（Wireless Home Digital Interface）という規格が策定されている。この規格は、薄型テレビのパネル部分で映像データ処理などを行わないようにすることで、パネル部分の構造をできるだけ簡単にして、薄型テレビの更なる軽量化および省電力化を実現することを目的としている。
【０００３】
薄型テレビの高解像度化が進み、地上デジタル放送が前提としているフルハイビジョンの１９２０×１０８０ビットよりも４倍以上高解像度の映像を表示することができる薄型テレビも開発されている。また、薄型テレビや高解像度のタブレットＰＣ等の普及により、家庭やオフィスでは、高解像度の映像を映すディスプレイが、１０台以上さらには１００台以上設置される場合も考えられる。
このように、高解像ディスプレイが設けられたデバイス全てと、非圧縮の映像を無線で通信すれば、ディスプレイに映像のデコード回路が不要となり、ディスプレイの大幅なスリム化が可能となるため、家庭内またはオフィス内のレイアウトの自由度が向上し、ユーザに大きな利便性を提供することができる。
【０００４】
次に、ＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output：多入力多出力）について説明する。
近年、無線データ通信の高速化を限られた周波数帯域で実現するための研究が多くなされている。その中でも、複数のアンテナを同時に利用することにより、単位周波数当たりの伝送容量を増やすＭＩＭＯ技術は注目を浴びており、既に４本のアンテナを用いる通信システムは、実用化されている。
【０００５】
次に、ビームフォーミング（Beam Forming：ビームフォーミング）について説明する。
ＭＩＭＯ技術の１つであるＢＦは、送信装置が、一定間隔で配列された複数の送信アンテナ（送信アンテナアレー）を用いて、受信装置の方向（出射角の方向）に信号を送信する方法である。これにより、ビームフォーミングでは、受信装置に、高品質の複数の信号を送信し、伝送速度を向上させる。
【０００６】
図１４は、ビームフォーミングの概要を示す図である。ビームフォーミングでは、送信アンテナアレー５０１が並んでいる方向Ｚ５１（図１４の紙面水平方向）と、送信アンテナアレー５０１から見た受信装置の方向Ｚ５２とのなす角度θ５１を、到来角（または出射角）と称する。ビームフォーミングは、この到来角の方向に対して、指向性を持つ信号を送信する技術である。ビームフォーミングでは、指向性が無い信号を送信する場合と比較して、受信装置に対して電力効率良く信号を送信することができる（特許文献１参照）。
【０００７】
次に、セルラシステムについて説明する。
従来のビームフォーミングの技術は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）など直径１ｋｍ程度のセル領域内に、１つの基地局装置が設けられるセルラシステム向けに開発されてきた。セルラシステムでは、基地局装置と端末装置間の距離が十分長いので、基地局装置のアンテナアレーから見た出射角（到来角）は、全アンテナで一定とみなすことができる。そのため、ビームフォーミングを用いる送信装置からみた受信装置の方向（出射角の方向）は、ビームフォーミングの送信アンテナ間では一定という前提で、各送信アンテナから信号を送信していた（非特許文献１参照）。
【０００８】
次に、伝搬路行列推定型の通信方式について説明する。
一方、ビームフォーミングと異なるＭＩＭＯ技術に伝搬路行列推定型の通信方式が知られている。伝搬路行列Ｈは、送受信装置の各アンテナの複素利得を行列として表したものである。例えば、伝搬路行列Ｈの第ｉ行ｊ列成分は、受信装置の第ｉ番目のアンテナと、送信装置の第ｊ番目のアンテナとの間の伝搬路の複素利得を示す。そのため、送受信装置が複数のアンテナを備える場合でも、送受信装置が伝搬路行列Ｈを把握すれば、ビームフォーミングと同様に、高品質な送受信を行うことができる。伝搬路行列Ｈを把握することができれば、送受信装置間の到来角や出射角を把握する必要はない。なお、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）において、明示的フィードバック（Explicit Feedback）と呼ばれる方法であって、伝搬路行列そのものを通信相手に通知する方法も、伝搬路行列推定型の通信方式に含まれる（非特許文献１参照）。
伝搬路行列推定型の通信方式では、伝搬路行列Ｈを把握するため、アンテナの数だけ、伝搬路推定用のパイロット信号を送信する必要がある。そのため、アンテナ数が多すぎると、伝搬路推定用のパイロット信号を送信するための制御情報のオーバーヘッドが大きくなる。
【０００９】
次に、無線ＬＡＮについて説明する。
セルラシステムと異なり、より近距離の高速通信として、無線ＬＡＮが普及している。無線ＬＡＮは、家庭内において、データの無線通信を行う技術である。無線ＬＡＮの国際標準化規格として、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｎ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers 802.11n）などがある。ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｎは、最大４本のアンテナを、通信装置（主に無線ＬＡＮの親機）が持つことを想定した通信方式である。無線ＬＡＮの規格ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｎでは、ベストエフォートで、６００Ｍｂｐｓ（Mega bit per second）である。実際の環境では、６００Ｍｂｐｓよりも低い速度でしか通信することができない。この場合、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｎで、フルハイビジョンの非圧縮映像を送ろうとしても、１Ｇｂｐｓ（Giga bit per second）以上のデータの伝送を行う必要があるため実現することはできない。
【００１０】
次に、アンテナを増やす必要性について説明する。
無線ＬＡＮと比較して１０倍以上の高速通信を行うには、通信容量（シャノンキャパシティ）の理論から、通信帯域またはアンテナ数を同程度増やすことが考えられる。使用できる通信帯域は制限されているので、通信帯域を１０倍に増やすことは困難である。そのため、通信速度を飛躍的に向上させるためには、アンテナ数を１０倍以上に増やす必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−１５７８０５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】3GPP Technical Specification 36.211 v8.9.0.
【非特許文献２】B.M.Hochwald, C.B.Peel, A.L.Swindlehurst, “A Vector-Perturbation Technique for Near-Capacity Multiantenna Multiuser Communication-Part II Perturbation， “IEEE Transactions on Communications, Vol.53, Issue.3, pp.537-544, March 2005.
【非特許文献３】C.Windpassinger, R.F.H.Fischer, T.Vencel, and J.B.Huer,“Precoding in Multiantenna and Multiuser Communications,”IEEE Transactions on Wireless Communications, Vol.3, Issue.4, pp.130-1316, July 2004.
【非特許文献４】C.Windpassinger, R.F.H.Fischer, and J.B.Huer, “Lattice-reduction-aided broadcast precoding “IEEE Transactions on Communications, Vol.52, Issue.12, pp.2057-2060, Dec.2004.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
複数のアンテナは、半波長以上の間隔を空けて配置しなければ、通信容量が向上しない。そのため、アンテナの本数を１０倍以上に増やした場合、非常に大きなアンテナアレーとなる。
家庭内やオフィス内では携帯電話などで用いられるセルラ環境と異なり、送受信装置間の距離が比較的短い。そのため、送信アンテナ数を増やした場合、図１５に示すように、送受信装置間の距離に比べて、送信アンテナアレー５１１が無視出来ないほど大きくなる。したがって、送信アンテナアレー５１１を構成する各アンテナから受信装置５１２を見た出射角（または到来角）θ５２、θ５３に大きな違いが生じる。そのため、従来のビームフォーミングの技術では、正確に信号を合成することができず、高品質および高速のデータ通信をすることができないという問題がある。
また、伝搬路行列推定型の通信方式を用いるＭＩＭＯでは、アンテナアレーを構成するアンテナ毎に伝搬路を推定する必要がある。そのため、伝搬路推定用のパイロット信号の送信に必要なオーバーヘッドが大きくなり、一定数以上アンテナ数を増やしてもデータの通信速度が上がらないという問題がある。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、送受信装置間の距離に比べて、アンテナアレーの大きさが無視出来ないほど大きい場合においても、データ通信を高速化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（１）  本発明の第１の態様は、複数のアンテナと、前記複数のアンテナ各々と少なくとも１つ以上の受信装置との間の伝搬路の位相回転量をそれぞれ推定する位相推定部と、前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転量の符号を反転させた反転位相回転量を算出する位相計算部と、前記複数のアンテナ各々に対応する前記反転位相回転量を、異なる複数のデータ信号に付加して位相回転後信号を生成する位相付加部と、前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転後信号を、同一時刻および同一周波数で、前記少なくとも１つ以上の受信装置に、前記複数のアンテナ各々から送信する送信部と、を備える送信装置である。
【００１６】
（２）  本発明の第１の態様において、前記複数のアンテナ毎に、前記少なくとも１つ以上の受信装置のそれぞれに送信する前記位相回転後信号を加算する信号重畳部を更に備えても良い。
【００１７】
（３）  本発明の第１の態様において、前記複数のデータ信号に対して、前記少なくとも１つの受信装置で既知の大きさの信号の整数倍の信号を加算するベクトル摂動部を更に備えても良い。
【００１８】
（４）  本発明の第１の態様において、前記複数のアンテナは、二次元状に配置されても良い。
【００１９】
（５）  本発明の第２の態様は、映像表示部と、前記映像表示部を囲うフレーム部と、前記フレーム部の内部または外側に設けられる複数のアンテナと、前記複数のアンテナ各々と少なくとも１つ以上の受信装置との間の伝搬路の位相回転量をそれぞれ推定する位相推定部と、前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転量の符号を反転させた反転位相回転量を算出する位相計算部と、前記複数のアンテナ各々に対応する前記反転位相回転量を、異なる複数のデータ信号に付加して位相回転後信号を生成する位相付加部と、前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転後信号を、同一時刻および同一周波数で、前記少なくとも１つ以上の受信装置に、前記複数のアンテナ各々から送信する送信部と、を備える表示装置である。
【００２０】
（６）  本発明の第２の態様において、前記複数のアンテナは、前記フレーム部上であって、前記映像表示部の上、下、左、右の少なくとも２つに設けられても良い。
【００２１】
（７）  本発明の第３の態様は、送信装置と受信装置とを備える通信システムであって、前記送信装置は、複数のアンテナと、前記複数のアンテナ各々と少なくとも１つ以上の受信装置との間の伝搬路の位相回転量をそれぞれ推定する位相推定部と、前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転量の符号を反転させた反転位相回転量を算出する位相計算部と、前記複数のアンテナ各々に対応する前記反転位相回転量を、異なる複数のデータ信号に付加して位相回転後信号を生成する位相付加部と、前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転後信号を、同一時刻および同一周波数で、前記少なくとも１つ以上の受信装置に、前記複数のアンテナ各々から送信する送信部と、を備える通信システムである。
【００２２】
（８）  本発明の第４の態様は、複数のアンテナ各々と少なくとも１つ以上の受信装置との間の伝搬路の位相回転量をそれぞれ推定し、前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転量の符号を反転させた反転位相回転量を算出し、前記複数のアンテナ各々に対応する前記反転位相回転量を、異なる複数のデータ信号に付加して位相回転後信号を生成し、前記複数のアンテナ各々に対応する前記位相回転後信号を、同一時刻および同一周波数で、前記少なくとも１つ以上の受信装置に、前記複数のアンテナ各々から送信する送信方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、送受信装置間の距離に比べて、アンテナアレーの大きさが無視出来ないほど大きい場合においても、データ通信を高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る通信システム１の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る通信システム１の動作の一例を示すシーケンス図である。
【図３】第１の実施形態に係る送信装置Ａ１の構成例を示す概略ブロック図である。
【図４】第１の実施形態に係る送信装置Ａ１のアンテナ１０１の構成を示す図である。
【図５】フレーム構成部１１１で構成するフレームの一例を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係る受信装置Ｂ１１の構成例を示す概略ブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る送信装置Ａ２の構成例を示す概略ブロック図である。
【図８】第２の実施形態に係る受信装置Ｂ２１の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】１次元のアンテナアレー３８１のある点を中心として、アンテナアレー３８１に垂直な円３８４を示した図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る通信システム３の一例を示す概念図である。
【図１１】第３の実施形態に係る通信システム３の適用例を示す図である。
【図１２】第３の実施形態に係る通信システム３の他の適用例を示す図である。
【図１３】第３の実施形態に係る通信システム３の更に他の適用例を示す図である。
【図１４】ビームフォーミングの概要を示す図である。
【図１５】ビームフォーミングについて説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１の実施形態］
始めに、本発明の第１の実施形態について説明する。
第１の実施形態は、送信装置のアンテナアレーを構成する各アンテナによって、受信装置の出射角（到来角）が異なる通信システムに関するものである。第１の実施形態に係る送信装置は、各アンテナからの信号が、受信装置の位置でのみ同位相になるように、あらかじめ位相回転を与えた信号を送信することで、高い電力効率での通信を可能にする。
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る通信システム１の一例を示す概念図である。通信システム１は、送信装置Ａ１、受信装置Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３を具備する。また、図１では一例として、受信装置が３台（Ｋ＝３）であり、送信装置Ａ１がディスプレイ（表示装置）である場合を示している。
送信装置Ａ１は、映像表示部１３１の周りのフレーム部１３２の内部または表面にアンテナアレー部１０１を備える。送信装置Ａ１は、ディスプレイ上部のアンテナアレー部１０１を通して、受信装置Ｂ１１〜Ｂ１３と、無線信号の送受信を行う。
【００２７】
具体的には、受信装置Ｂ１１は、位相推定用参照信号Ｄ１１を、送信装置Ａ１に送信する。また、送信装置Ａ１は、復調用参照信号Ｄ１２、変調信号Ｄ１３を、受信装置Ｂ１１に送信する。
また、受信装置Ｂ１２は、位相推定用参照信号Ｄ２１を、送信装置Ａ１に送信する。また、送信装置Ａ１は、復調用参照信号Ｄ１２、変調信号１３を、受信装置Ｂ１２に送信する。
また、受信装置Ｂ１３は、位相推定用参照信号Ｄ３１を、送信装置Ａ１に送信する。また、送信装置Ａ１は、復調用参照信号Ｄ１２、変調信号Ｄ１３を、受信装置Ｂ１３に送信する。
【００２８】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る通信システム１の動作の一例を示すシーケンス図である。
まず、受信装置Ｂ１１は、位相推定用参照信号Ｄ１１を、送信装置Ａ１に送信する（ステップＳ１０１−１）。位相推定用参照信号Ｄ１１は、送信装置Ａ１と受信装置Ｂ１１とが、その信号点（基準信号）を予め記憶している信号であり、受信装置Ｂ１１と送信装置Ａ１の各アンテナとの位相回転量を推定するために用いられる。
受信装置Ｂ１２は、位相推定用参照信号Ｄ２１を、送信装置Ａ１に送信する（ステップＳ１０１−２）。位相推定用参照信号Ｄ２１は、送信装置Ａ１と受信装置Ｂ１２とが、その信号点を予め記憶している信号であり、受信装置Ｂ１２と送信装置Ａ１の各アンテナとの位相回転量を推定するために用いられる。
受信装置Ｂ１３は、位相推定用参照信号Ｄ３１を、送信装置Ａ１に送信する（ステップＳ１０１−３）。位相推定用参照信号Ｄ３１は、送信装置Ａ１と受信装置Ｂ１３とが、その信号点を予め記憶するために用いられる信号であり、受信装置Ｂ１３と送信装置Ａ１の各アンテナとの位相回転量を推定するために用いられる。
【００２９】
送信装置Ａ１は、受信装置Ｂ１１〜Ｂ１３が送信した位相推定用参照信号Ｄ１１、Ｄ２１、Ｄ３１に基づいて、送信装置Ａ１のアンテナ毎、かつ受信装置毎の位相回転量を推定する（ステップＳ１０２）。
送信装置Ａ１は、受信装置Ｂ１１〜Ｂ１３の位置に基づいて、情報ビットから生成したデータ信号と、復調用参照信号とに対し、送信アンテナ毎に位相回転処理を行う（ステップＳ１０３）。
送信装置Ａ１は、位相回転処理後の復調用参照信号Ｄ１２と、変調信号Ｄ１３とを、同時刻および同一チャネルで受信装置Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３に送信する（ステップＳ１０４）。なお、復調用参照信号Ｄ１２は、送信装置Ａ１と受信装置Ｂ１１〜Ｂ１３とが、その信号点（基準信号）を予め記憶している信号である。
受信装置Ｂ１１〜Ｂ１３は、送信装置Ａ１から復調用参照信号Ｄ１２および変調信号Ｄ１３を受信し、復調用参照信号Ｄ１２に基づいて伝搬路推定後、変調信号Ｄ１３に対して受信処理（復調および復号等）を行って情報ビットを検出する。
なお、図１および図２では、３台の受信装置Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３を用いて通信システムを構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、Ｋ台の受信装置を用いて通信システムを構成しても良い。Ｋは整数である。なお、第１の実施形態では、Ｋ台の受信装置のうち、ｋ番目の受信装置を受信装置Ｂ１ｋと表す。ここでｋは１〜Ｋのいずれか一つの整数である。
【００３０】
図３は、第１の実施形態に係る送信装置Ａ１の構成例を示す概略ブロック図である。図３において、送信装置Ａ１は、受信部１０３−１、位相推定用参照信号分離部１０４−１、位相推定部１０５、位相計算部１０６、符号化部１０７、変調部１０８、フレーム構成部１１１、復調用参照信号生成部１１２、位相付加部１０９−１、信号重畳部１１３−１、送信部１１０−１を備える。
なお、送信装置Ａ１は、受信部１０３−１の他に、受信部１０３−２〜１０３−Ｎ（図示省略）を備える。なお、Ｎは、正の整数である。また、送信装置Ａ１は、位相推定用参照信号分離部１０４−１の他に、位相推定用参照信号分離部１０４−２〜１０４−Ｎ（図示省略）を備える。また、送信装置Ａ１は、位相付加部１０９−１の他に位相付加部１０９−２〜１０９−Ｎ（図示省略）を備える。また、送信装置Ａ１は、信号重畳部１１３−１の他に、信号重畳部１１３−２〜１１３−Ｎ（図示省略）を備える。また、送信装置Ａ１は、送信部１１０−１の他に、送信部１１０−２〜１１０−Ｎ（図示省略）を備える。
また、送信装置Ａ１は、図４に示すアンテナ１０１を備える。アンテナ１０１は、Ｎ本のアンテナ１０２−１、１０２−２〜１０２−Ｎを備える。
【００３１】
受信部１０３−１〜１０３−Ｎは、それぞれ対応するアンテナ１０２−１〜１０２−Ｎを介して、受信装置Ｂ１から送信された位相推定用参照信号Ｄ１１を受信する。受信部１０３−１〜１０３−Ｎは、受信装置Ｂ１から受信した位相推定用参照信号Ｄ１１をダウンコンバージョンし、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換することで、ベースバンドのデジタル信号を生成する。そして、受信部１０３−１〜１０３−Ｎは、生成したデジタル信号を、それぞれ対応する位相推定用参照信号分離部１０４−１〜１０４−Ｎに出力する。
【００３２】
位相推定用参照信号分離部１０４−１〜１０４−Ｎは、それぞれ対応する受信部１０３−１〜１０３−Ｎから入力されたデジタル信号から、位相推定用参照信号Ｄ１１を分離して、位相推定部１０５に出力する。
【００３３】
位相推定部１０５は、位相推定用参照信号分離部１０４−１〜１０４−Ｎから入力された位相推定用参照信号Ｄ１１（＝ｘｋｎ）に基づいて、受信装置Ｂ１ｋから送信される信号の位相回転量φｋｎ（ｋ＝１〜Ｋ、ｎ＝１〜Ｎ）を各アンテナ１０２−１〜１０２−Ｎ毎に推定し、位相計算部１０６に出力する。
【００３４】
なお、受信装置Ｂ１ｋは、受信装置Ｂ１１〜Ｂ１Ｋの一つを表す。また、受信装置Ｂ１ｋについて記載した動作は、受信装置Ｂ１１〜Ｂ１Ｋの全てにおいて、同様の動作を行うことを意味する。また信号重畳部１１３−ｎやアンテナ１０２−ｎなど、ｎを用いて各構成部分の動作を記載した場合は、ｎ＝１〜Ｎまで全ての構成部分で同様の動作を行うことを示す。
【００３５】
ここでは、受信装置Ｂ１ｋが送信する位相推定用参照信号の信号点をｑｋとする。送信装置Ａ１において信号点ｑｋは既知なので、位相推定部１０５は、φｋｎ＝ａｒｇ（ｘｋｎ／ｑｋ）を算出する。ただし、ａｒｇは、複素数の偏角(位相)を［−π，＋π］の範囲の数値で返す関数である。
【００３６】
位相計算部１０６は、位相推定部１０５から入力された位相回転量φｋｎ（ｋ＝１〜Ｋ，ｎ＝１〜Ｎ）に基づいて、各アンテナ１０２−１〜１０２−Ｎで、送信信号に付加する位相αｎ（ｋ＝１〜Ｋ，ｎ＝１〜Ｎ）を算出する。具体的には、位相計算部１０６は、以下の式（１）を用いて、位相αｎを算出する。
【００３７】
【数１】
2014003483.tif 000003
【００３８】
すなわち、位相回転量φｋｎの位相を反転させたものがαｎである。αｎを反転位相回転量と称する。位相計算部１０６は、算出した位相αｋｎを、対応する信号重畳部１１２−ｎにそれぞれ出力する。すなわち、信号重畳部１１２−ｎには、位相α１ｎ，α２ｎ，・・・，αｋｎ，・・・，αＫｎが入力される。
【００３９】
符号化部１０７は、受信装置Ｂ１宛ての所望の情報ビットに対して誤り訂正符号化を行って符号化ビットを生成し、その符号化ビットを、変調部１０８に出力する。なお、誤り訂正符号として、ターボ符号を用いても良いし、畳み込み符号を用いても良いし、ＬＤＰＣ（Low Density Parity Check）符号を用いても良いし、その他の誤り訂正符号を用いても良い。
【００４０】
変調部１０８は、符号化部１０７から入力された符号化ビットを変調して、変調信号（データ信号）Ｄ１３を生成し、フレーム構成部１１１に出力する。なお、変調方式として、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、６４ＱＡＭ、または８ＰＳＫ（8 Phase Shift Keying）を用いても良いし、その他の変調方式を用いても良い。
【００４１】
復調用参照信号生成部１１２は、受信装置Ｂ１が復調用に用いる復調用参照信号Ｄ１２を生成し、フレーム構成部１１１に出力する。なお、復調用参照信号Ｄ１２は、送信装置Ａ１と受信装置Ｂ１とが、その信号点（基準信号）を予め記憶している信号である。例えば、復調用参照信号Ｄ１２として、ＱＰＳＫ信号の４点のうちいずれか１つを用いることができる。
【００４２】
フレーム構成部１１１は、変調部１０８から入力された変調信号Ｄ１３と、復調用参照信号生成部１１２から入力された復調用参照信号Ｄ１２とを用いて、フレームを構成する。
【００４３】
図５は、フレーム構成部１１１で構成するフレームの一例を示す図である。図５の時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，・・・は、各信号の送信タイミングを示す。ハッチを付した長方形は、復調用参照信号Ｄ１２の送信タイミングを示している。ハッチを付していない長方形は、変調信号Ｄ１３の送信タイミングを示している。図５では、復調用参照信号Ｄ１２を１つ送信した後に、変調信号Ｄ１３を７つ送信する場合について示している。伝搬路状態の変動が速い場合には、変調信号Ｄ１３の数に対する復調用参照信号Ｄ１２の数を、より増やしてもよい。また、伝搬路状態の変動が遅い場合には、復調用参照信号Ｄ１２の数を減らすことが望ましい。また、復調用参照信号Ｄ１２以外の制御信号をフレームに含めて送信してもよい。
【００４４】
位相付加部１０９−ｎは、それぞれ位相計算部１０６から入力された位相αｋｎ（ｋ＝１〜Ｋ）を、フレーム構成部１１１から入力された各受信装置Ｂ１ｋ宛のフレームを構成する各信号（変調信号Ｄ１３と復調用参照信号Ｄ１２とを含む）に対して付加する。
具体的には、位相付加部１０９−ｎは、フレーム構成部１１１から入力されたフレームの各信号ｕｋ（信号ｕｋは、少なくとも変調信号Ｄ１３と復調用参照信号Ｄ１２とを含む）とすると、位相計算部１０６から入力された位相回転量αｋｎの位相回転を行って、信号ｖｋｎ（＝ｅｘｐ（ｉαｋｎ）ｕｋ）（ｋ＝１〜Ｋ）を算出する。位相付加部１０９−ｎは、それぞれ位相付加後の信号ｖｋｎ（ｋ＝１〜Ｋ）を、対応する信号重畳部１１３−１〜１１３−Ｎに出力する。
【００４５】
信号重畳部１１３−ｎは、それぞれ、位相付加部２０９−ｎから入力された信号であって、受信装置Ｂ１１〜Ｂ１Ｋ宛の信号を加算する。すなわち、以下の式（２）で表される信号ｖｎを、各送信部１１０−ｎに出力する。
【００４６】
【数２】
2014003483.tif 000004
【００４７】
送信部１１０−ｎ（送信部１１０−１〜１１０−Ｎ）は、それぞれ信号重畳部１１０−１〜１１０−Ｎから入力された位相付加後のフレーム（ベースバンドのデジタル信号）を、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換する。そして、送信部１１０−ｎは、Ｄ／Ａ変換後の信号をアップコンバージョンすることで、搬送波周波数の信号を生成し、生成した信号をアンテナ１０２−１〜１０２−Ｎを介して送信する。
【００４８】
なお、図５において、信号重畳部１１３−ｎが、上述した式（２）によってｕｋ（ｋ＝１〜Ｋ）を元に算出したｖｎ（ｎ＝１〜Ｎ）は、アンテナ１０２−１〜１０２−Ｎから同時に送信される。これは、受信装置Ｂ１ｋで、図５に示した変調信号Ｄ１３や復調用参照信号Ｄ１２が、他の信号と混ざらずに、同じ信号だけ合成された状態で受信させるためである。
【００４９】
次に、本発明の第１の実施形態に係る受信装置について説明する。
図６は、第１の実施形態に係る受信装置Ｂ１１の構成例を示す概略ブロック図である。なお、受信装置Ｂ１１〜Ｂ１Ｋは同じ構成を有するので、代表して受信装置Ｂ１１の構成を示す。図６において、受信装置Ｂ１１は、アンテナ１５１、受信部１５２、復調用参照信号分離部１５３、伝搬路推定部１５４、伝搬路補償部１５５、復調部１５６、復号部１５７、位相推定用参照信号生成部１５８、及び送信部１５９を備える。
【００５０】
位相推定用参照信号生成部１５８は、送信装置Ａ１が受信装置Ｂ１ｋの位相を推定するための位相推定用参照信号Ｄ１１を生成し、送信部１５９に出力する。なお、位相推定用参照信号Ｄ１１は、復調用参照信号Ｄ１２と同様に、送信装置Ａ１と受信装置Ｂ１１とが、その信号点（基準信号）を予め記憶している。例えば、位相推定用参照信号Ｄ１１として、ＱＰＳＫ信号の４点のうちいずれか１つを用いても良い。
【００５１】
送信部１５９は、位相推定用参照信号生成部１５８から入力された位相推定用参照信号Ｄ１１（ベースバンドのデジタル信号）を、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換する。そして、送信部１５９は、Ｄ／Ａ変換後の信号をアップコンバージョンすることで搬送波周波数の信号を生成し、アンテナ１５１を介して送信する。
【００５２】
受信部１５２は、アンテナ１５１を介して、送信装置Ａ１から送信された信号を受信する。このとき、送信装置Ａ１の各アンテナ１０２−１〜１０２−Ｎから送信された信号が混ざって合成された状態でアンテナ１５１に到来するが、受信部１５２は、到来した信号を１つの信号として受信する。受信部１５２は、受信した信号をダウンコンバージョンし、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換することで、ベースバンドのデジタル信号を生成する。そして、受信部１５２は、生成したデジタル信号を復調用参照信号分離部１５３に出力する。
【００５３】
復調用参照信号分離部１５３は、受信部１５２から入力されたデジタル信号から復調用参照信号Ｄ１２を分離し、伝搬路推定部１５４に出力する。また、復調用参照信号分離部１５３は、復調用参照信号Ｄ１２を分離した残りの変調信号Ｄ１３に対応する信号を伝搬路補償部１５５に出力する。
【００５４】
伝搬路推定部１５４は、復調用参照信号分離部１５３から入力された復調用参照信号Ｄ１２に基づいて伝搬路の複素利得ｈ〜ｋを算出し、伝搬路補償部１５５に出力する。ただし、伝搬路推定部１５４で推定する伝搬路の複素利得は、送信装置Ａ１の変調信号Ｄ１３に対する送信処理をも含めた等価伝搬路の複素利得である。
【００５５】
伝搬路補償部１５５は、復調用参照信号分離部１５３から入力された信号を、伝搬路推定部１５４から入力された伝搬路利得ｈ〜ｋで除算することで、伝搬路補償を行い、伝搬路補償後の信号を復調部１５６に出力する。
【００５６】
復調部１５６は、伝搬路補償後の信号を復調して復調後ビットを生成し、復号部１５７に出力する。
【００５７】
復号部１５７は、入力された復調後ビットについて、誤り訂正符号の復号計算を行い、情報ビットを出力する。
【００５８】
次に、本発明の第１の実施形態に係る原理について説明する。
送信装置Ａ１において、各アンテナ１０２−１〜Ｎは、信号ｖｎ（ｎ＝１〜Ｎ）を、同一時刻に同一チャネル（周波数）で送信する。このとき、各アンテナ１０２−ｎと受信装置Ｂ１ｋのアンテナ１５１との間の伝搬路の複素利得をｈｋｎとすると、複素利得ｈｋｎは、以下の式（３）で表すことができる。
【００５９】
【数３】
2014003483.tif 000005
【００６０】
なお、式（３）において、ｉは虚数単位である。受信装置Ｂ１ｋは、下記の式（４）で表される信号ｙｋを受信する。なお、式（４）において、bは雑音を示す。
【００６１】
【数４】
2014003483.tif 000006
【００６２】
ｕｋが復調用参照信号Ｄ１２の場合、受信装置Ｂ１の伝搬路推定部１５４は、ｕｋの信号点を記憶している。そのため、伝搬路推定部１５４は、受信した復調用参照信号ｙｋをｕｋで除算することで、伝搬路の複素利得ｈ〜ｋを、以下の式（５）によって算出することができる。
【００６３】
【数５】
2014003483.tif 000007
【００６４】
ｕｋが、情報ビットを符号化後の信号であって、変調した変調信号である場合、伝搬路補償部１５５は、伝搬路の複素利得ｈ〜ｋを用いて、以下の式（６）により、変調信号ｕｋの推定値ｕ〜ｋを得ることができる。
【００６５】
【数６】
2014003483.tif 000008
【００６６】
伝搬路補償部１５５は、変調信号ｕｋの推定値ｕ〜ｋを復調部１５６に入力する。その後、復調部１５６と復号部１５７が復調および復号を行うことで、最終的に所望の情報ビットを検出することができる。
【００６７】
次に、本発明の第１の実施形態に係る効果について説明する。
上述した式（４）の第３辺の第１項から、送信装置Ａ１のアンテナ数に比例してデータ信号の振幅が大きくなり、電力換算ではアンテナ数Ｎの２乗に比例した利得が得られることがわかる。
上述した式（４）の第３辺の第２項は、受信装置Ｂ１ｋが他の受信装置Ｂ１ｊ（ｊ≠ｋ）宛に送信した信号からの干渉信号である。この干渉信号は、位相が完全にランダムであるとみなせるので、電力換算でアンテナ数Ｎと受信装置数Ｋの１乗に比例して大きくなり、アンテナ数Ｎの２乗に比例する第１項に比べて、影響は小さい。なお、上述した式（４）の第３辺の第３項は雑音であり、受信装置数Ｋとアンテナ数Ｎとに関係無く一定である。
上述した式（４）で表される信号ｙｋを、チャネル容量(最大伝送速度)に換算する。アンテナ毎のＳＮＲ（Signal to Noise power Ratio）を、電力換算でＰＳ／ＰＮとすると（ＰＳは受信電力であり、ＰＮは雑音電力である）、アンテナが１本である場合と比較して、以下の式（７）で表される倍率Ｘの高速データ通信を行うことができる。
【００６８】
【数７】
2014003483.tif 000009
【００６９】
なお、各受信装置Ｂ１ｋにおいて、送信装置Ａ１の各アンテナから送信された他の受信装置Ｂ１ｊ（ｊ≠ｋ）宛の信号が及ぼす干渉電力の平均値をＰＩとした。式（７）によれば、第１の実施形態では、アンテナ数Ｎが受信装置数Ｋと比較して大きい時に、特に効果が高い。
【００７０】
次に、アンテナ１０２−１〜１０２−Ｎについて説明する。
ここでは、送信装置Ａ１がディスプレイである場合のアンテナ１０２−１〜１０２−Ｎの形状および配置について説明する。
【００７１】
送信装置Ａ１のアンテナ１０２−１〜１０２−Ｎは、送信装置Ａ１がディスプレイである場合、そのディスプレイの上部にアンテナアレー部１０１を設け、アンテナ１０２−１〜１０２−Ｎを設置することが好ましい。
【００７２】
なお、第１の実施形態で説明する以下の内容は、他の実施形態においても同様に適用することができる。
近年、ディスプレイの大型化が進み、７０インチタイプのディスプレイも発売されている。７０インチタイプのディスプレイを例にとれば、幅が１６００ｍｍ以上であり、ディスプレイの上部にアンテナアレー部１０１を設けた場合、１６００ｍｍ程度の長さを確保することができる。アンテナは、ビームフォーミングと同様に、半波長離しておくことが好ましい。しかし、このような近年の大型ディスプレイに、アンテナを実装することを考えれば、半波長離しても並べても十分な数のアンテナを設置することができる。例えば、第１の実施形態を２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮに用いた場合、波長は１２５ｍｍとなり、半波長は６２．５ｍｍとなる。すなわち、アンテナを横に２５本並べることができる。仮に、５ＧＨｚ帯を用いた場合、半波長は３０ｍｍなので、ディスプレイの幅１６００ｍｍの間には、アンテナを５３本並べることができる。
【００７３】
さらに、第１の実施形態に、より適しているのは、ミリ波帯を用いる場合である。例えば、６０ＧＨｚ帯を用いた場合、半波長は２．５ｍｍとなり、ディスプレイの幅１６００ｍｍの間には、６４０本のアンテナを並べることができる。
【００７４】
また、第１の実施形態に係るアンテナアレーは、非常に多くのアンテナを搭載する必要があるので、ノートＰＣ等で利用されている小型のフィルムアンテナを用いることが好ましいが、他の種類のアンテナを用いても良い。ミリ波帯を用いるアンテナには、基板と一体化したアンテナ内蔵モジュールを１つまたは複数個用いても良い。
【００７５】
なお、送信装置Ａ１のディスプレイ（表示装置）は、テレビ、モニタ、電子黒板、デジタルサイネージ、電光掲示板であっても良いし、他のディスプレイであってもよい。また、送信装置Ａ１は、アンテナアレー１０１が埋め込まれた壁や天井に設置しても良い。また、送信装置Ａ１は、アンテナアレー１０１が表面に貼り付けられた壁や天井に設置しても良い。また、送信装置Ａ１は、照明装置、エアコン、冷蔵庫など、ディスプレイ以外の他の電子機器に設置しても良い。
送信装置Ａ１が、壁、天井、照明装置に設置される場合を含めて、送信装置Ａ１が部屋の隅に設置される場合、送信装置Ａ１が受信装置Ｂ１１と第１の実施形態で説明した通信を行うことにより、遅延波の干渉による影響を低減することができる。また、天井にアンテナアレー１０１を設置する場合、受信装置Ｂ１ｋが、アンテナアレー１０１から見通せる位置に設置されることが多く、遅延波の干渉による影響をさらに低減することができる。
【００７６】
また、第１の実施形態では、送信装置Ａ１が、各アンテナ１０２−１〜１０２−Ｎから送信された直達波の位相を合成するので、各アンテナ１０２−１〜１０２−Ｎから送信された信号の遅延波は、受信装置Ｂ１にとって干渉信号となる。しかし、第１の実施形態では、直達波の位相を合成しているため、遅延波は、ランダムに位相が混ざり合い、直達波より利得が小さい。統計的に見れば、信号として取り出す直達波は、アンテナ数Ｎの２乗に比例した電力を得ることができる。一方、干渉信号は、高々Ｎの１乗の電力にしかならない。アンテナ数Ｎが１０以上の場合には、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）が１０ｄＢ以上となり、アンテナ数Ｎが１００以上の場合には、ＳＩＲが２０ｄＢ以上となり、干渉信号となる遅延波の影響を無視することができる。
【００７７】
さらに、距離減衰の大きい短波長の電波を用いるほど、距離減衰が大きくなり、遅延波の影響も小さくなる。そのため、第１の実施形態は、ミリ波帯などの比較的短波長の電波を用いて通信を行うことが、より好ましい。
【００７８】
なお、第１の実施形態では、通信方式として非拡散のシングルキャリア方式を用いるが、ＣＤＭ（Code Division Multiplex）方式を用いても良いし、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）方式を用いても良いし、その他の通信方式を用いてもよい。
【００７９】
また、第１の実施形態では、受信装置Ｂ１ｋは、必ずしも干渉信号（他の受信装置宛の信号など）を除去する回路を必要とせず、受信アンテナは最低１本でも良い。すなわち本実施形態では、受信装置の通信に必要な回路・アンテナを小型化することも可能である。
【００８０】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態に、ベクトル摂動（Vector Perturbation）という技術を適用し、送信装置の信号送信に必要な電力を下げることを目的とする。
第２の実施形態に係る通信システムにおけるシーケンス図は、第１の実施形態における図２と同じなので、その説明を省略する。ここでは、第２の実施形態に係る送信装置の動作を、図７を用いて説明する。
なお、第２の実施形態では、Ｋ台の受信装置Ｂ２１〜Ｂ２Ｋを用いて通信システムを構成する。Ｋは整数である。なお、第２の実施形態では、Ｋ台の受信装置のうち、ｋ番目の受信装置を受信装置Ｂ２ｋと表す。ここでｋは１〜Ｋのいずれか一つの整数である。
【００８１】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る送信装置Ａ２の構成例を示す概略ブロック図である。図７において、送信装置Ａ２は、受信部２０３−１、位相推定用参照信号分離部２０４−１、位相推定部２０５、位相計算部２０６、符号化部２０７、変調部２０８、フレーム構成部２１１、復調用参照信号生成部２１２、位相付加部２０９−１、信号重畳部２１３−１、ベクトル摂動部２１４、及び送信部２１０−１を備える。
【００８２】
なお、送信装置Ａ２は、受信部２０３−１の他に、受信部２０３−２〜２０３−Ｎ（図示省略）を備える。なお、Ｎは、正の整数である。また、送信装置Ａ２は、位相付加部２０９−１の他に位相付加部２０９−２〜２０９−Ｎ（図示省略）を備える。また、送信装置Ａ２は、信号重畳部２１３−１の他に、信号重畳部２１３−２〜２１３−Ｎ（図示省略）を備える。また、送信装置Ａ２は、送信部２１０−１の他に、送信部２１０−２〜２１０−Ｎ（図示省略）を備える。
また、送信装置Ａ２は、図４に示すアンテナ１０１を備える。
【００８３】
図７に示した構成は、第１の実施形態の送信装置Ａ１の構成（図３）に、ベクトル摂動部２１４を加えた構成となっている。ここでは、第１の実施形態と異なる位相計算部２０６とベクトル摂動部２１４の動作についてのみ説明し、第１の実施形態と同じ動作をする箇所については、それらの説明を省略する。
【００８４】
第２の実施形態に係る位相計算部２０６が、第１の実施形態に係る位相計算部１０６と異なるのは、算出した位相を位相付加部だけではなく、ベクトル摂動部２１４にも入力する点のみである。このとき、位相計算部２０６は、ベクトル摂動部３１４に、全アンテナに関する位相回転を出力する。
【００８５】
ベクトル摂動部２１４は、フレーム構成部２１１から入力された信号であって、各受信装置Ｂ２１〜Ｂ２Ｋ宛の信号に対して、送信装置Ｂ２と各受信装置Ｂ２１〜Ｂ２Ｋとで、あらかじめ共有された大きさの信号τの整数倍を、各受信装置Ｂ２１〜Ｂ２Ｋ宛の信号のＩ−ｃｈ（In-plane channel）とＱ−ｃｈ（Quadrature-channel）に加算する。以下、この加算する信号を摂動ベクトルと称する。
【００８６】
ここで、τは、変調信号の平均電力を１に正規化した場合、変調方式に応じて、送信装置Ａ２と各受信装置Ｂ２１〜Ｂ２Ｋとで、既知な所定の値である。例えば、ＱＰＳＫでは、τ＝２√２とし、１６ＱＡＭでは、τ＝８／√１０とし、６４ＱＡＭでは、τ＝１６／√４２とすることが好ましい。ただし、送信装置Ａ２と各受信装置Ｂ２１〜Ｂ２Ｋとで、既知の値であればこれらの値と異なる値を、τの値として用いても良い。
【００８７】
ベクトル摂動部２１４が、摂動ベクトルを決定するアルゴリズムの一例を詳細に説明する。ベクトル摂動部２１４は、ｕｋに対して、信号τの整数倍をＩ−ｃｈとＱ−ｃｈに加算するので、ｕｋ（ｔ）＋Ｚｋτという信号を、位相付加部２０９−１〜２０９−Ｎの全てに出力する。ここでＺｋ（ｋ＝１〜Ｋ）は、実部と虚部とが整数の複素数である。
【００８８】
位相付加部２０９−１〜２０９−Ｎにおいて、第１の実施形態と同様に位相回転を行った後の信号であって、信号重畳部２１３−ｎ（信号重畳部２１３−１〜２１３−Ｎを代表して信号重畳部２１３−ｎと表す）から出力される信号は、以下の式（８）で表される。
【００８９】
【数８】
2014003483.tif 000010
【００９０】
ベクトル摂動部２１４は、以下の式（９）に基づいてＺｋを決定する。
【００９１】
【数９】
2014003483.tif 000011
【００９２】
ベクトル摂動部２１４は、決定したＺｋを用いて、摂動ベクトルＺｋτを各信号ｕｋに加算する。式（９）において、ΣＮｎ＝１｜ｖｎ｜２は、送信装置Ａ２の送信電力を示す。そのため、上述した式（９）は、送信電力が最小となるような、（Ｚ１〜ＺＫ）の組を探して、実際にｕｋに加算することで、送信装置Ａ２の送信電力を低減することができる。
【００９３】
なお、ベクトル摂動部２１４は、必ずしも式（９）のように送信電力が最小になるようなＺｋを探す必要はない。したがって、Ｚｋ＝０（ｋ＝１〜Ｋ）のときよりも送信電力が低減されていればよい。これらの準最適な摂動ベクトルを見つけるアルゴリズムとして、Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａ  Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇを用いても良いし、Ｌａｔｔｉｃｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａ  Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇを用いても良いし、他の方法を用いても良い。
【００９４】
ただし、ベクトル摂動部２１４において、各受信装置Ｂ２ｋに送信する復調用参照信号の少なくとも１つは、摂動ベクトルを加算しない。その理由は、摂動ベクトルを加算した場合、伝搬路の複素利得を推定することができなくなるからである。一方、変調信号には、全て摂動ベクトルの加算を行う。
【００９５】
次に、第２の実施形態に係る受信装置について説明する。なお、第２の実施形態では、受信装置Ｂ２１〜Ｂ２Ｋを備えるが、図８では、受信装置Ｂ２１〜Ｂ２Ｋを代表して、受信装置Ｂ２１について説明する。なお、受信装置Ｂ２１〜Ｂ２Ｋの任意の１台の受信装置を表すときに、受信装置Ｂ２ｋ（ｋ＝１〜Ｋ）と表記することがある。
【００９６】
図８は、第２の実施形態に係る受信装置Ｂ２１の構成の一例を示すブロック図である。受信装置Ｂ２１の構成は、図８に示した第１の実施形態に係る受信装置Ｂ１１の構成に、モジュロ（Modulo）演算部２６０を加えたものである。図８において、受信装置Ｂ２１は、アンテナ２５１、受信部２５２、復調用参照信号分離部２５３、伝搬路推定部２５４、伝搬路補償部２５５、モジュロ演算部２６０、復調部２５６、復号部２５７、位相推定用参照信号生成部２５８、及び送信部２５９を備える。
【００９７】
モジュロ演算部２６０以外の構成は、第１の実施形態の受信装置Ｂ１１(図６)の各ブロックと同じなので、その説明を省略し、モジュロ演算部２６０の動作を説明する。受信装置Ｂ２１がアンテナ２５１で受信する信号は、以下の式（１０）となる。
【００９８】
【数１０】
2014003483.tif 000012
【００９９】
いま、雑音成分と干渉成分を、以下の式（１１）に示すように、まとめてｂ’とおけば、ｙｋは、以下の式（１２）となる。
【０１００】
【数１１】
2014003483.tif 000013
【０１０１】
【数１２】
2014003483.tif 000014
【０１０２】
伝搬路補償部３５５は、受信信号ｙｋの伝搬路補償後、モジュロ演算部３６０に対して、以下の式（１３）で示す信号を出力する。
【０１０３】
【数１３】
2014003483.tif 000015
【０１０４】
なお、式（１３）では、所望信号の利得と比較して干渉信号と雑音信号の電力は無視できるほど小さいとして、右辺の第３項を省略した。モジュロ演算部３６０は、ｕ〜ｋに対して、以下の式（１４）で示すモジュロ演算を行う。
【０１０５】
【数１４】
2014003483.tif 000016
【０１０６】
なお、式（１４）において、ｆｌｏｏｒ（ｘ）は、ｘを超えない最大の整数を表す。モジュロ演算部２６０は、モジュロ演算後の信号を復調部２５６に出力する。なお、復調部２５６は、モジュロ演算部２６０が入力したモジュロ演算後の信号に対して、第１および第２の実施形態と同じ復調を行い、復調結果を復号部２５７に出力する。
【０１０７】
次に、第２の実施形態の効果について説明する。
第２の実施形態では、第１の実施形態よりも、さらに電力効率の良い通信を行うことができる。特に、受信装置Ｂ２１〜Ｂ２Ｋの数が多いほど、選択できる摂動ベクトル（Ｚ１〜ＺＫ）の数が多くなるので、第１の実施形態からの電力効率の改善量が大きくなる。そのため、第２の実施形態は、受信装置Ｂ２１〜Ｂ２Ｋの数が多いほど有効である。
【０１０８】
また、第２の実施形態では、受信装置Ｂ２ｋは、第１の実施形態の受信装置Ｂ１ｋに加えてモジュロ演算部２６０を追加するたけで良いので、第１の実施形態の受信装置Ｂ１ｋと同様に本実施形態では、受信装置の通信に必要な回路・アンテナを小型にすることが可能である。
【０１０９】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
第１および第２の実施形態は、図１のアンテナアレー部１０１のように、アンテナを一次元方向に配列させた場合について説明した。第３の実施形態では、第１および第２の実施形態の通信方法は、アンテナを二次元もしくは三次元状に配列する場合について説明する。
【０１１０】
図３のようにアンテナアレーを一次元方向に配列させた場合、アンテナアレーに垂直な平面に対しては、指向性を持たせることができない。図９は、１次元のアンテナアレー３８１のある点を中心として、アンテナアレー３８１に垂直な円３８４を示した図である。第１の実施形態を例にとり、仮に、円３８４上の点３８２と点３８３とにそれぞれ受信装置Ｂ１１と受信装置Ｂ１２が置かれている場合を考える。
【０１１１】
アンテナアレー３８１の任意の点から、受信装置Ｂ１１と受信装置Ｂ１２までの距離は等しい。すなわち線分３８５と線分３８６の長さは等しく、また線分３８７と線分３８８の長さは等しい。伝搬路の位相回転量φｋｎは、受信装置Ｂ１ｋからアンテナアレー３８１中のアンテナ１０２−ｎの距離をｄｎとし、搬送波の波長をλとすると、φｋｎ＝２πｄｎ／λで表される。ただし、２π異なっている位相は、同位相とする。そのため、図９の点３８２と点３８３とで、φｋｎは、全てのｎにおいて等しくなる。すなわち、点３８２に受信装置Ｂ１１があり、送信装置Ａ１が第１の実施形態に係る通信方法で信号を送信した場合、点３８３にも同じ信号を送信することになる。仮に、点３８３に他の受信装置Ｂ１２が置かれている場合、受信装置Ｂ１２には、受信装置Ｂ１１宛の信号が届いてしまう。そのため、受信装置Ｂ１２は、受信装置Ｂ１１宛の信号が大きな干渉となり、受信装置Ｂ１１と異なる信号の受信が全くできない。
【０１１２】
さらに、点３８３以外の円３８４上の点に対しても同様に、受信装置Ｂ１１が存在しないにも関わらず信号を送信しているので、送信装置Ａ１の電力が無駄になる。
以降、第３の実施形態に係る送信装置を送信装置Ａ３とし、第３の実施形態に係る受信装置を受信装置Ｂ３１〜Ｂ３３として説明する。
第３の実施形態は、上述した事情を鑑みて考案されたものであり、送信装置Ａ３のアンテナを二次元もしくは三次元状に配列することで、送信装置Ａ３が、信号の送り先の受信装置Ｂ３ｋ（のアンテナ）が置かれた点でのみ、同位相で合成される信号を送ることを可能にする。また、一次元に配置するよりも、狭いスペースで多くのアンテナを配置できるという利点もある。
【０１１３】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る通信システム３の一例を示す概念図である。通信システム３は、二次元状に配列されたアンテナアレーを持つ送信装置Ａ３１、および、受信装置Ｂ３１、受信装置Ｂ３２〜Ｂ３３を備える。また、図１０では一例として受信装置が３台（Ｋ＝３）であり、送信装置Ａ３がディスプレイである場合を示している。送信装置Ａ３１は、ディスプレイ本来の映像表示機能とともに、受信装置Ｂ３１〜Ｂ３３宛に情報ビットを送信する。
なお、図１０では、３台の受信装置Ｂ３１、Ｂ３２、Ｂ３３を用いて通信システムを構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、Ｋ台の受信装置を用いて通信システムを構成しても良い。Ｋは整数である。なお、第３の実施形態では、Ｋ台の受信装置のうち、ｋ番目の受信装置を受信装置Ｂ３ｋと表す。ここでｋは１〜Ｋのいずれか一つの整数である。
【０１１４】
送信装置Ａ３１は、映像表示部３３１の周りのフレーム部３３２内部または表面にアンテナアレー部３３３、３３４、３３５、３３６を有する。アンテナアレー部３３３は、映像表示部３３１の上部に配置される。アンテナアレー部３３６は、映像表示部３３１の下部に配置される。アンテナアレー部３３５は、映像表示部３３１の左部分に配置される。アンテナアレー部３３４は、映像表示部３３１の右部分に配置される。
【０１１５】
アンテナアレー部３３３、３３４、３３５、３３６以外の送信装置Ａ３１の構成および受信装置Ｂ３１〜Ｂ３３は、第１および第２の実施形態と同じであるため、それらの説明を省略する。
【０１１６】
第３の実施形態に係る送信装置Ａ３１は、送信装置Ａ３１が有するアンテナを二次元に配列することで、水平方向に並べたアンテナアレー部３３４または３３５からの信号の位相が一致する円（図９の円３８４に対応）と、垂直に並べたアンテナアレー部３３３または３３６からの信号の位相が一致する円の交点を、三次元空間上で、ただ１点に特定することができる。
【０１１７】
すなわち、送信装置Ａ３が、信号の送り先の受信装置Ｂ３ｋ（のアンテナ）が置かれた点でのみ、同位相で合成される信号を送ることができる。これにより、他の受信装置Ｂ３ｊ（ｋ≠ｊ）の位置がどこであっても、受信装置Ｂ３ｊに、送信装置Ａ３１の全アンテナから出た受信装置Ｂ３ｋ宛の信号が、同位相で合成されて干渉となることはなく、逆に受信装置Ｂ３ｊ宛の信号が、受信装置Ｂ３ｋに対して、同位相で合成された大きな干渉となることはない。
【０１１８】
なお、第３の実施形態に係る通信システムを以下のようにして用いても良い。つまり、第３の実施形態に係る送信装置Ａ３１は、ディスプレイであることを前提として説明したが、送信装置Ａ３１は、ディスプレイでなくても良い。
【０１１９】
例えば図１０に示すように、送信装置Ａ３２を壁に取り付ける無線通信専用の装置としても良い。図１０は、一般家庭の部屋やオフィスの部屋を示しており、破線で囲った部分３５０が送信装置Ａ３２である。送信装置Ａ３２は、部屋の壁３４１に取り付けられている。送信装置Ａ３２は、二次元に配列したアンテナアレー部３４２と制御部３４３を具備する。制御部３４３は、第１および第２の実施形態におけるアンテナ以外の構成を具備する。
【０１２０】
図１０のように、送信装置Ａ３２を壁に取り付ける場合、ディスプレイよりも大きな面積を確保することができるため、アンテナの個数Ｎを増やすことができる。
【０１２１】
なお、図１１に示すように、壁に送信装置Ａ３２を取り付けても良いし、図１２に示すように、天井に送信装置Ａ３３を取り付けても良い。図１２では、送信装置Ａ３３が、天井に取り付けられたアンテナアレー部３４４と制御部３４５とを備える。
送信装置を天井に取り付けた場合、壁に送信装置を取り付ける場合と同様に、大きな面積を確保できる以外に、部屋の多くの位置が、アンテナまで見通すことができるので、より高品質な通信を行うことができる。
【０１２２】
また、図１３に示すように、図１１と図１２に示した天井と壁に取り付ける構成を組み合わせて、アンテナアレーを壁と天井の両方に送信装置３４を取り付けても良い。図１３において、送信装置Ａ３４は、天井に取り付けるアンテナアレー３４６、壁に取り付けるアンテナアレー３４７、および制御部３４８を備える。このとき、壁と天井どちらか一方にのみ送信装置を取り付ける場合と比較して、送信装置Ａ３４が持つアンテナ数を増やすことができる。そのため、さらに高品質な通信を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
送受信装置間の距離に比べて、アンテナアレーの大きさが無視出来ないほど大きい場合においても、データ通信を高速化する送信装置、表示装置、通信システムおよび送信方法などに適用することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１０３−１〜１０３Ｎ・・・受信部、１０４−１〜１０４−Ｎ・・・位相推定用参照信号分離部、１０５・・・位相推定部、１０６・・・位相計算部、１０７・・・符号化部、１０８・・・変調部、１０９−１〜１０９−Ｎ・・・位相付加部、１１０−１〜１１０−Ｎ・・・送信部、１１１・・・フレーム構成部、１１２・・・復調用参照信号生成部、１１３−１〜１１３−Ｎ・・・信号重畳部、１５１・・・アンテナ、１５２・・・受信部、１５３・・・復調用参照信号分離部、１５４・・・伝搬路推定部、１５５・・・伝搬路補償部、１５６・・・復調部、１５７・・・復号部、１５８・・・位相推定用参照信号生成部、１５９・・・送信部、２０３−１〜２０３−Ｎ・・・受信部、２０４−１・・・位相推定用参照信号分離部、２０５・・・位相推定部、２０６・・・位相計算部、２０７・・・符号化部、２０８・・・変調部、２０９−１〜２０９−Ｎ・・・位相付加部、２１０−１〜２１０−Ｎ・・・送信部、２１１・・・フレーム構成部、２１２・・・復調用参照信号生成部、２１３−１〜２１３−Ｎ・・・信号重畳部、２１４・・・ベクトル摂動部、２５１・・・アンテナ、２５２・・・受信部、２５３・・・復調用参照信号分離部、２５４・・・伝搬路推定部、２５５・・・伝搬路補償部、２５６・・・復調部、２５７・・・復号部、２５８・・・位相推定用参照信号生成部、２５９・・・送信部、２６０・・・モジュロ演算部、Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・送信装置、Ｂ１１、Ｂ１２〜Ｂ１Ｋ、Ｂ２１、Ｂ２２〜Ｂ２Ｋ、Ｂ３１、Ｂ３２〜Ｂ３Ｋ・・・受信装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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