(57)【要約】【課題】ＳＦＮ間干渉による周波数選択性フェージングを防止する。【解決手段】送信装置１は、第１及び第２のキャリア変調信号を生成するキャリア変調部１１と、第１のキャリア変調信号を時空間符号化して第１及び第２の時空間符号化信号を生成し、第２のキャリア変調信号を時空間符号化して第３及び第４の時空間符号化信号を生成する時空間符号化部１２と、パイロット信号を生成するパイロット信号生成部１３１と、制御信号を生成する制御信号生成部１３２と、時空間符号化信号にパイロット信号及び制御信号を挿入してＯＦＤＭシンボルを構成するＯＦＤＭシンボル構成部１３３と、ＯＦＤＭシンボルの各キャリアを逆フーリエ変換及び直交変調してＯＦＤＭ信号を生成し、第１及び第３の時空間符号化信号のＯＦＤＭ信号を第１の送信局に送信し、第２及び第４の時空間符号化信号のＯＦＤＭ信号を第２の送信局に送信するＯＦＤＭ信号生成部１３４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＯＦＤＭ信号をｎ個の送信局から各２本の送信アンテナを介して送信する送信装置であって、
送信信号をサブキャリアごとに所定の変調方式に応じてＩＱ平面へマッピングし、ｎ個のキャリア変調信号を生成するキャリア変調部と、
前記ｎ個のキャリア変調信号をそれぞれ時空間符号化して２ｎ個の時空間符号化信号を生成する時空間符号化部と、
パイロット信号を生成するパイロット信号生成部と、
制御情報を受信装置に通知するための制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記時空間符号化信号に前記パイロット信号及び前記制御信号を挿入してＯＦＤＭシンボルを構成するＯＦＤＭシンボル構成部と、
前記ＯＦＤＭシンボルの各キャリアを逆フーリエ変換及び直交変調してＯＦＤＭ信号を生成し、前記２ｎ個の時空間符号化信号を２個ずつ前記ｎ個の送信局に送信するＯＦＤＭ信号生成部と、
を備えることを特徴とする送信装置。
【請求項２】
前記ｎの値は２であり、
前記キャリア変調部は、送信信号をサブキャリアごとに所定の変調方式に応じてＩＱ平面へマッピングし、第１のキャリア変調信号及び第２のキャリア変調信号を生成し、
前記時空間符号化部は、前記第１のキャリア変調信号を時空間符号化して第１の時空間符号化信号及び第２の時空間符号化信号を生成し、前記第２のキャリア変調信号を時空間符号化して第３の時空間符号化信号及び第４の時空間符号化信号を生成し、
前記ＯＦＤＭ信号生成部は、前記ＯＦＤＭシンボルの各キャリアを逆フーリエ変換及び直交変調してＯＦＤＭ信号を生成し、前記第１の時空間符号化信号及び前記第３の時空間符号化信号のＯＦＤＭ信号を第１の送信局に送信し、前記第２の時空間符号化信号及び前記第４の時空間符号化信号のＯＦＤＭ信号を第２の送信局に送信することを特徴とする、請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記制御信号生成部は、前記送信局の送信エリアが他の送信局の送信エリアと隣接せずに孤立する送信エリアであるか否かを示す送信エリア情報を含む制御信号を生成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の送信装置。
【請求項４】
前記送信エリア情報は、前記送信局の送信エリアが前記孤立送信エリアであるか否かを示す１ビットの情報であることを特徴とする、請求項３に記載の送信装置。
【請求項５】
前記送信エリア情報は、前記送信局の送信エリアが前記孤立送信エリアであるか否か、及び前記送信局が前記第１の送信局であるか前記第２の送信局であるかを示す２ビットの情報であることを特徴とする、請求項３に記載の送信装置。
【請求項６】
前記送信エリア情報は、前記送信局を識別する情報であり、且つ送信エリア情報のうち１ビットは送信局が送信する信号を区別するためのビットであることを特徴とする、請求項３に記載の送信装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の送信装置から送信されるＯＦＤＭ信号を複数本の受信アンテナを介して受信する受信装置であって、
受信したＯＦＤＭ信号を直交復調及びフーリエ変換した複素ベースバンド信号から制御信号を抽出する制御信号抽出部と、
パイロット信号を生成するパイロット信号生成部と、
前記パイロット信号生成部により生成されたパイロット信号に基づいて、前記複素ベースバンド信号からパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出部と、
前記パイロット信号抽出部により抽出されたパイロット信号を用いて伝送路応答を算出する伝送路応答推定部と、
前記複素ベースバンド信号から、前記伝送路応答を用いてキャリア変調信号を生成する時空間符号復号部と、
前記キャリア変調信号に対してサブキャリアごとに復調を行うキャリア復調部と、
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項８】
前記制御信号抽出部は、前記制御信号に含まれる送信エリア情報を抽出することを特徴とする、請求項７に記載の受信装置。
【請求項９】
前記受信アンテナの数は２本であり、
前記パイロット信号生成部は、前記送信エリア情報から送信エリアが孤立する送信エリアではないと判定した場合には４種類のパイロット信号を生成し、前記送信エリア情報から送信エリアが孤立する送信エリアであると判定した場合には２種類のパイロット信号を生成し、
前記伝送路応答推定部は、前記パイロット信号生成部により生成された４種類のパイロット信号又は２種類のパイロット信号を用いて伝送路応答を算出する
ことを特徴とする、請求項８に記載の受信装置。
【請求項１０】
コンピュータを、請求項１から６のいずれか一項に記載の送信装置として機能させるためのプログラム。
【請求項１１】
コンピュータを、請求項７から９のいずれか一項に記載の受信装置として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）信号を用いてＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）伝送を行う伝送システムにおける、送信装置、受信装置、及びそれらのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
日本の地上デジタル放送方式であるＩＳＤＢ−Ｔ（Integrated Services Digital Broadcasting - Terrestrial）は、固定受信機向けにハイビジョン放送（又は複数標準画質放送）を実現している。次世代の地上デジタル放送方式では、従来のハイビジョンに変わり、３Ｄハイビジョン放送やハイビジョンの１６倍の解像度を持つスーパーハイビジョンなど、さらに情報量の多いサービスを提供することが求められている。そこで、無線によるデータ伝送容量を拡大するための手法として、複数の送受信アンテナを用いてＭＩＭＯ伝送を行うＭＩＭＯシステムが提案されている。
【０００３】
ＭＩＭＯシステムでは、空間分割多重（ＳＤＭ：Space Division Multiplexing）や、時空間符号（ＳＴＣ：Space Time Codes）が行われることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５―１３６４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、地上デジタル放送エリアにおいてＳＦＮ（Single Frequency Network）を組む場合、複数の送信局から同一周波数の電波が送信されるため、受信点によってはＳＦＮ間干渉による周波数選択性フェージングが発生するという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、ＳＦＮ間干渉による周波数選択性フェージングを防止することが可能なＯＦＤＭ信号の送信装置、受信装置、及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る送信装置は、ＯＦＤＭ信号をｎ個の送信局から各２本の送信アンテナを介して送信する送信装置であって、送信信号をサブキャリアごとに所定の変調方式に応じてＩＱ平面へマッピングし、ｎ個のキャリア変調信号を生成するキャリア変調部と、前記ｎ個のキャリア変調信号をそれぞれ時空間符号化して２ｎ個の時空間符号化信号を生成する時空間符号化部と、パイロット信号を生成するパイロット信号生成部と、制御情報を受信装置に通知するための制御信号を生成する制御信号生成部と、前記時空間符号化信号に前記パイロット信号及び前記制御信号を挿入してＯＦＤＭシンボルを構成するＯＦＤＭシンボル構成部と、前記ＯＦＤＭシンボルの各キャリアを逆フーリエ変換及び直交変調してＯＦＤＭ信号を生成し、前記２ｎ個の時空間符号化信号を２個ずつ前記ｎ個の送信局に送信するＯＦＤＭ信号生成部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明に係る送信装置において、前記ｎの値は２であり、前記キャリア変調部は、送信信号をサブキャリアごとに所定の変調方式に応じてＩＱ平面へマッピングし、第１のキャリア変調信号及び第２のキャリア変調信号を生成し、前記時空間符号化部は、前記第１のキャリア変調信号を時空間符号化して第１の時空間符号化信号及び第２の時空間符号化信号を生成し、前記第２のキャリア変調信号を時空間符号化して第３の時空間符号化信号及び第４の時空間符号化信号を生成し、前記ＯＦＤＭ信号生成部は、前記ＯＦＤＭシンボルの各キャリアを逆フーリエ変換及び直交変調してＯＦＤＭ信号を生成し、前記第１の時空間符号化信号及び前記第３の時空間符号化信号のＯＦＤＭ信号を第１の送信局に送信し、前記第２の時空間符号化信号及び前記第４の時空間符号化信号のＯＦＤＭ信号を第２の送信局に送信することを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係る送信装置において、前記制御信号生成部は、前記送信局の送信エリアが他の送信局の送信エリアと隣接せずに孤立する送信エリアであるか否かを示す送信エリア情報を含む制御信号を生成することを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る送信装置において、前記送信エリア情報は、前記送信局の送信エリアが前記孤立送信エリアであるか否かを示す１ビットの情報であることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明に係る送信装置において、前記送信エリア情報は、前記送信局の送信エリアが前記孤立送信エリアであるか否か、及び前記送信局が前記第１の送信局であるか前記第２の送信局であるかを示す２ビットの情報であることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明に係る送信装置において、前記送信エリア情報は、前記送信局を識別する情報であり、且つ送信エリア情報のうち１ビットは送信局が送信する信号を区別するためのビットであることを特徴とする。
【００１３】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る受信装置は、上記送信装置から送信されるＯＦＤＭ信号を複数本の受信アンテナを介して受信する受信装置であって、受信したＯＦＤＭ信号を直交復調及びフーリエ変換した複素ベースバンド信号から制御信号を抽出する制御信号抽出部と、パイロット信号を生成するパイロット信号生成部と、前記パイロット信号生成部により生成されたパイロット信号に基づいて、前記複素ベースバンド信号からパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出部と、前記パイロット信号抽出部により抽出されたパイロット信号を用いて伝送路応答を算出する伝送路応答推定部と、前記複素ベースバンド信号から、前記伝送路応答を用いてキャリア変調信号を生成する時空間符号復号部と、前記キャリア変調信号に対してサブキャリアごとに復調を行うキャリア復調部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る受信装置において、前記制御信号抽出部は、前記制御信号に含まれる送信エリア情報を抽出することを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明に係る受信装置において、前記受信アンテナの数は２本であり、前記パイロット信号生成部は、前記送信エリア情報から送信エリアが孤立する送信エリアではないと判定した場合には４種類のパイロット信号を生成し、前記送信エリア情報から送信エリアが孤立する送信エリアであると判定した場合には２種類のパイロット信号を生成し、前記伝送路応答推定部は、前記パイロット信号生成部により生成された４種類のパイロット信号又は２種類のパイロット信号を用いて伝送路応答を算出することを特徴とする。
【００１６】
また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記送信装置、又は受信装置として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＳＦＮ間干渉による周波数選択性フェージングを防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る送信装置及び受信装置を備える４×２ＭＩＭＯシステムを示す図である。
【図３】送信局の送信エリアの例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る送信装置におけるＯＦＤＭ変調部の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る受信装置におけるＯＦＤＭ復調部の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る送信装置及び受信装置を備える２×２ＭＩＭＯシステムを示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る送信装置が送信するＯＦＤＭ信号のパイロット信号の配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
［送信装置］
送信装置は、ＯＦＤＭ信号をｎ個の送信局から各２本の送信アンテナを介して送信する。本実施形態では、ｎ＝２の場合を例に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る送信装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、送信装置１は、誤り訂正符号化部１０（１０−１及び１０−２）と、キャリア変調部１１（１１−１及び１１−２）と、時空間符号化部１２（１２−１及び１２−２）と、ＯＦＤＭ変調部１３と、を備える。送信装置１への入力信号は、２系統のＴＳ（Transport Stream）信号（ＴＳ１及びＴＳ２）とする。なお、送信装置１の入力前段にＴＳ分割装置などを配置し、１系統のＴＳを２系統に分割した後のＴＳ信号を送信装置１に入力してもよい。送信装置１は２系統４種類のＯＦＤＭ信号を出力し、２種類のＯＦＤＭ信号は第１の送信局１４−１（以下、「送信局Ａ」という）に送信され、残りの２種類のＯＦＤＭ信号は第２の送信局１４−２（以下、「送信局Ｂ」という）に送信される。
【００２１】
誤り訂正符号化部１０は、ＴＳ信号を誤り訂正符号化し、キャリア変調部１１へ出力する。誤り訂正は、例えば外符号としてＢＣＨ符号を用い、内符号としてＬＤＰＣ(Low Density Parity Check)符号を用いる。
【００２２】
キャリア変調部１１−１は、送信信号をサブキャリアごとに所定の変調方式に応じてＩＱ平面へマッピングして、第１のキャリア変調信号ａを生成し、時空間符号化部１２−１に出力する。キャリア変調部１１−２は、送信信号をサブキャリアごとに所定の変調方式に応じてＩＱ平面へマッピングして、第２のキャリア変調信号ｂを生成し、時空間符号化部１２−２に出力する。
【００２３】
時空間符号化部１２は、キャリア変調部１１により生成されたキャリア変調信号を時空間符号化して時空間符号化信号を生成し、ＯＦＤＭ変調部１３に出力する。時空間符号化としてAlamoutiのＳＴＢＣ（Space-Time Block Coding）を適用した場合、時空間符号化部１２−１は、キャリア変調部１１−１により生成された第１のキャリア変調信号ａを時空間符号化（ＳＴＢＣ符号化）して、第１の時空間符号化信号ａ１及び第２の時空間符号化信号ａ２を生成し、ＯＦＤＭ変調部１３に出力する。同様に、時空間符号化部１２−２は、キャリア変調部１１−２により生成された第２のキャリア変調信号ｂを時空間符号化（ＳＴＢＣ符号化）して、第３の時空間符号化信号ｂ１及び第４の時空間符号化信号ｂ２を生成し、ＯＦＤＭ変調部１３に出力する。
【００２４】
送信したい複素ベースバンド信号がx１，x２，x３，x４（ここで、ｘ１＝ａ（ｍ），ｘ２＝ａ（ｍ＋１），ｘ３＝ｂ（ｍ），ｘ４＝ｂ（ｍ＋１）である）とすると、ＳＴＢＣ符号化により時空間符号化信号ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は以下のような値となる。ここで、ｍはある離散時間を表し、＊は複素共役を表す。
ａ１（ｍ）＝ｘ１
ａ１（ｍ＋１）＝−ｘ＊２
ａ２（ｍ）＝ｘ２
ａ２（ｍ＋１）＝ｘ＊１
ｂ１（ｍ）＝ｘ３
ｂ１（ｍ＋１）＝−ｘ＊４
ｂ２（ｍ）＝ｘ４
ｂ２（ｍ＋１）＝ｘ＊３
【００２５】
ＯＦＤＭ変調部１３は、時空間符号化部１２により生成された４種類の時空間符号化信号（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）にパイロット信号及び制御信号を挿入して２系統４種類のＯＦＤＭ信号を生成し、送信局Ａ及び送信局Ｂに送信する。このとき、ＯＦＤＭ変調部１３は、第１の時空間符号化信号及び第３の時空間符号化信号（ａ１，ｂ１）のＯＦＤＭ信号を送信局Ａに送信し、第２の時空間符号化信号及び第４の時空間符号化信号（ａ２，ｂ２）のＯＦＤＭ信号を送信局Ｂに送信する。つまり、送信装置１は、送信局Ａ，Ｂを組みとしてＳＴＢＣ符号化を行う。
【００２６】
送信局１４−１（送信局Ａ）は、送信アンテナＡ−ｔｘ１及びＡ−ｔｘ２から、ＳＤＭによるＭＩＭＯ送信を行う。送信局１４−２（送信局Ｂ）は、送信アンテナＢ−ｔｘ１及びＢ−ｔｘ２から、ＳＤＭによるＭＩＭＯ送信を行う。例えば、送信局１４は２本のアンテナのうち、一方を水平偏波とし、他方を垂直偏波とすることによりＳＤＭを実現する。
【００２７】
図２は、本発明による送信装置及び受信装置備える４×２ＭＩＭＯシステムを示す図である。２つの送信局１４から時刻ｍに送信される信号｛ａ１（ｍ），ａ２（ｍ），ｂ１（ｍ），ｂ２（ｍ）｝は、上述したように｛ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４｝であり、全て異なる信号である。そのため、ＳＦＮ間干渉のＤ／Ｕ比が０ｄＢとなる場合でも、ＳＦＮ間干渉による周波数選択性フェージングを防止することができる。
【００２８】
図３は、送信局の送信エリア（放送エリア、サービスエリア）の例を示す図である。図中には４つの送信局Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとその送信エリアａ，ｂ，ｃ，ｄを示している。送信局Ａ，Ｂを組みとしてＳＴＢＣ符号化を行い、送信局Ｃ，Ｄを組みとしてＳＴＢＣ符号化を行うことにより、送信局Ａ，Ｃから送信される信号と、送信局Ｂ，Ｄから送信される信号を異なる信号とすることができる。図中では、送信局Ａ，Ｃから送信される信号が同一であることを示すために符号Ａ，Ｃを丸で囲って示している。また、送信局Ｂ，Ｄから送信される信号が同一であり、かつ送信局Ａ，Ｃから送信される信号と異なることを示すために符号Ｂ，Ｄを四角で囲って示している。送信エリアａ，ｂの重なる領域に位置する受信装置は、送信局Ａ，Ｂから送信される信号を同時に受信することになるが、送信局Ａ，Ｂから送信される信号は異なるため、ＳＦＮ間干渉による周波数選択性フェージングを防止することができる。同様に、送信エリアａ，ｄの重なる領域に位置する受信装置は、送信局Ａ，Ｄから送信される信号を同時に受信することになるが、送信局Ａ，Ｄから送信される信号は異なるため、ＳＦＮ間干渉による周波数選択性フェージングを防止することができる。
【００２９】
図４は、ＯＦＤＭ変調部１３の構成を示すブロック図である。図４に示すように、ＯＦＤＭ変調部１３は、パイロット・制御信号挿入部１３０と、ＯＦＤＭ信号生成部１３４とを備える。
【００３０】
パイロット・制御信号挿入部１３０は、時空間符号化部１２により生成された４種類の送信信号（ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２）にそれぞれ異なるパターンのパイロット信号（ＳＰ信号）及び制御信号（ＴＭＣＣ信号やＡＣ信号）を挿入して４種類のＯＦＤＭシンボルを生成する。より詳細には、パイロット・制御信号挿入部１３０は、パイロット信号生成部１３１と、制御信号生成部１３２と、ＯＦＤＭシンボル構成部１３３（１３３−１〜１３３−４）と、を備える。
【００３１】
パイロット信号生成部１３１は、予め定められた振幅と位相を有し、伝送路応答を推定するためのパイロット信号を予め定められた位置に挿入するためにパイロット信号を生成し、ＯＦＤＭシンボル構成部１３３に出力する。
【００３２】
制御信号生成部１３２は、予め定められた振幅と位相を有し、制御情報を受信装置に通知するための制御信号を予め定められた位置に挿入するために制御信号を生成し、ＯＦＤＭシンボル構成部１３３に出力する。制御情報には、キャリア変調方式、インターリーブ長、セグメント数などの伝送パラメータに関する情報が含まれる。
【００３３】
ＯＦＤＭシンボル構成部１３３は、キャリア変調部１１から入力される４種類の送信信号（ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２）に対して、パイロット信号生成部１３１から入力されるパイロット信号及び制御信号を挿入して配置することによりＯＦＤＭシンボルを生成し、ＯＦＤＭ信号生成部１３４に出力する。
【００３４】
ＯＦＤＭ信号生成部１３４は、パイロット・制御信号挿入部１３０により生成された４種類のＯＦＤＭシンボルの各キャリアを逆フーリエ変換及び直交変調して４種類のＯＦＤＭ信号を生成し、送信局１４を介して４本の送信アンテナＡ−ｔｘ１，Ａ−ｔｘ２，Ｂ−ｔｘ１，Ｂ−ｔｘ２に出力する。より詳細には、ＯＦＤＭ信号生成部１３４は、逆フーリエ変換部１３５（１３５−１及び１３５−２）と、ＧＩ付加部１３６（１３６−１及び１３６−２）と、直交変調部１３７（１３７−１及び１３７−２）と、Ｄ／Ａ変換部１３８（１３８−１及び１３８−２）と、を備える。なお、４本のＯＦＤＭ信号の同期を取るために、ＯＦＤＭ信号生成部１３４は、各ブロックに同一周波数のクロックを供給する。
【００３５】
逆フーリエ変換部１３５は、ＯＦＤＭシンボル構成部１３３から入力されるＯＦＤＭシンボルに対して、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）処理を施して時間領域の有効シンボル信号を生成し、ＧＩ付加部１３６に出力する。
【００３６】
ＧＩ付加部１３６は、逆フーリエ変換部１３５から入力される有効シンボル信号の先頭に、有効シンボル信号の後半部分をコピーしたガードインターバルを挿入し、直交変調部１３７に出力する。ガードインターバルは、ＯＦＤＭ信号を受信する際にシンボル間干渉を低減させるために挿入されるものであり、マルチパス遅延波の遅延時間がガードインターバル長を超えないように設定される。
【００３７】
直交変調部１３７は、ＧＩ付加部１３６から入力されるベースバンド信号に対して直交変調処理を施してＯＦＤＭ信号を生成し、Ｄ／Ａ変換部１３８に出力する。
【００３８】
Ｄ／Ａ変換部１３８は、直交変調部１３７から入力されるＯＦＤＭ信号をアナログ信号に変換する。
【００３９】
［受信装置］
次に、本発明の一実施形態に係る受信装置について説明する。
【００４０】
受信装置は、送信装置１から送信されるＯＦＤＭ信号を複数本の受信アンテナを介して受信する。本実施形態では、受信アンテナの数が２本の場合を例に説明する。図５は、本発明の第１の実施形態に係る受信装置の構成例を示すブロック図である。図５に示すように、ＯＦＤＭ信号の受信装置２は、ＯＦＤＭ復調部２０と、時空間符号復号部２１と、キャリア復調部２２（２２−１及び２２−２）と、誤り訂正符号復号部２３（２３−１及び２３−２）と、を備える。
【００４１】
ＯＦＤＭ復調部２０は、受信した２系統４種類のＯＦＤＭ信号を復調して２種類のベースバンド信号（ｃ１，ｃ２）を生成するとともに、パイロット信号を用いて２種類の伝送路応答（ｈ１，ｈ２）を推定する。
【００４２】
図６は、ＯＦＤＭ復調部２０の構成を示すブロック図である。図６に示すように、ＯＦＤＭ復調部２０は、Ａ／Ｄ変換部２００（２００−１及び２００−２）と、直交復調部２０１（２０１−１及び２０１−２）と、ＧＩ除去部２０２（２０２−１及び２０２−２）と、フーリエ変換部２０３（２０３−１及び２０３−２）と、制御信号抽出部２０４と、パイロット信号生成部２０５と、パイロット信号抽出部２０６（２０６−１及び２０６−２）と、伝送路応答推定部２０７（２０７−１及び２０７−２）と、伝送路応答補間部２０８（２０８−１及び２０８−２）と、を備える。
【００４３】
Ａ／Ｄ変換部２００は、受信アンテｒｘから入力されるアナログの受信信号をデジタル信号に変換し、直交復調部２０１に出力する。
【００４４】
直交復調部２０１は、Ａ／Ｄ変換部２００から入力される信号に対してベースバンド信号を生成し、ＧＩ除去部２０２に出力する。
【００４５】
ＧＩ除去部２０２は、直交復調部２０１から入力される信号に対して、ガードインターバルを除去して有効シンボル信号を抽出し、フーリエ変換部２０３に出力する。
【００４６】
フーリエ変換部２０３は、ＧＩ除去部２０２により抽出された有効シンボル信号に対して、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）処理を施して複素ベースバンド信号ｃ１，ｃ２を生成し、パイロット信号抽出部２０６に出力する。
【００４７】
制御信号抽出部２０４は、フーリエ変換部２０３により生成された複素ベースバンド信号ｃ１，ｃ２から制御信号を抽出し、制御情報をパイロット信号生成部２０５に出力する。
【００４８】
パイロット信号生成部２０５は、送信装置１により挿入されるパイロット信号と同じ振幅及び位相をもつパイロット信号を生成し、送信装置１により挿入されるパイロット信号の位置情報をパイロット信号抽出部２０６に出力し、パイロット信号の振幅値及び位相値を伝送路応答推定部２０７に出力する。
【００４９】
パイロット信号抽出部２０６は、フーリエ変換部２０３により生成された複素ベースバンド信号ｃ１，ｃ２から、パイロット信号生成部２０５から入力される位置情報に基づいてパイロット信号を抽出し、伝送路応答推定部２０７に出力する。
【００５０】
伝送路応答推定部２０７は、パイロット信号抽出部２０６により抽出されたパイロット信号を用いて伝送路応答を算出する。
【００５１】
伝送路応答補間部２０８は、伝送路応答推定部２０７により算出された伝送路応答の一部又は全部を基にして伝送路応答の補間処理を行い、全サブキャリアについて伝送路応答を算出する。
【００５２】
時空間符号復号部２１は、フーリエ変換部２０３により生成された複素ベースバンド信号ｃ１，ｃ２から、伝送路応答推定部２０７により算出された伝送路応答ｈ１１，ｈ１２，ｈ１３，ｈ１４，ｈ２１，ｈ２２，ｈ２３，ｈ２４を用いて時空間符号復号し、キャリア変調信号を生成する。以下に、時空間符号復号方法について説明する。
【００５３】
時空間符号復号部２１への入力となる複素ベースバンド信号ｃ１，ｃ２は、送信装置１から送信された複素ベースバンド信号ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２が、次式（１）で表される伝送路応答ｈを有する伝送路を通過し、ノイズｚ１，ｚ２が付加されたものと考えられる。よって、複素ベースバンド信号ｃ１，ｃ２は次式（２）で表される。
【００５４】
【数１】
2014022984.tif 000003
【００５５】
【数２】
2014022984.tif 000004
【００５６】
時刻ｍ＋１において伝送路応答が変化しないとすると、時刻ｍ＋１における入力ｃ１，ｃ２は次式（３）で表され、式(３)の両辺の複素共役をとると、次式（４）が導出される。
【００５７】
【数３】
2014022984.tif 000005
【００５８】
【数４】
2014022984.tif 000006
【００５９】
式(２)，(４)より、ＳＴＢＣの復号は、次式（５）を解いてｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４を求めることに相当する。
【００６０】
【数５】
2014022984.tif 000007
【００６１】
式(４)を解くには、ＺＦ（Zero Forcing）、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Squared Error）、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）などを適用することができる。４つのストリームの分離にＺＦを適用する場合、以下の手順となる。式(５)において、ウェイト行列Ｗを次式（６）で定義する。
【００６２】
【数６】
2014022984.tif 000008
【００６３】
式(５)の両辺に、左からウェイト行列Ｗを乗算すると、次式（７）が導出される。
【００６４】
【数７】
2014022984.tif 000009
【００６５】
式(６)の雑音成分を無視すると、ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４は次式（８）により求められる。
【００６６】
【数８】
2014022984.tif 000010
【００６７】
このように、時空間符号復号部２１は、ＯＦＤＭ復調部２０から入力される複素ベースバンド信号ｃ１，ｃ２、伝送路応答ｈ１１，ｈ１２，ｈ１３，ｈ１４、及び伝送路応答ｈ２１，ｈ２２，ｈ２３，ｈ２４を用いて、式（７）によりキャリア変調信号ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４（すなわち、ａ（ｍ），ａ（ｍ＋１），ｂ（ｍ），ｂ（ｍ＋１））を算出する。
【００６８】
なお、時空間符号化としてＳＦＢＣ（Space-Frequency Block Coding）を適用した場合も、ＳＴＢＣと同様の手順で符号化、復号が可能である。ＳＴＢＣの説明において、ｍはある離散時間を表しているが、ｍがあるサブキャリア番号を表すものとして読み替えることで、ＳＦＢＣを適用できる。
【００６９】
キャリア復調部２２は、時空間符号復号部２１により生成されたキャリア変調信号に対して、サブキャリアごとに復調を行い、誤り訂正符号復号部２３に出力する。
【００７０】
誤り訂正符号復号部２３は、キャリア復調部２２から入力される信号に対して、誤り訂正を行い、送信装置１から送信された信号を復号する。
【００７１】
このように、送信装置１は、複数の送信局１４間でＳＴＣ−ＭＩＭＯを構築し、複素共役の関係にある変調波を生成し、複数の送信局１４の各２つのアンテナからＳＤＭによるＭＩＭＯ送信を行う。受信装置２は、２つのアンテナを用いて、それぞれがＳＴＣ受信を行う。本実施形態のように２つの送信局１４を用いて４×２ＭＩＭＯ伝送を行う場合には、時刻ｍに送信される信号｛ａ１（ｍ），ａ２（ｍ），ｂ１（ｍ），ｂ２（ｍ）｝は｛ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４｝となり全て異なる信号である。そのため、ＳＦＮ干渉のＤ／Ｕ比が０ｄＢとなる場合でも、周波数選択性フェージングを防止することができるようになる。
【００７２】
（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。
【００７３】
図７は、本発明による送信装置及び受信装置備える２×２ＭＩＭＯシステムを示す図である。受信装置２が１つの送信局Ａから送信される信号のみを受信する場合は、図７に示すように２×２ＭＩＭＯ伝送となる。この場合、受信装置２は時空間符号化信号ａ１，ｂ１のみ受信していることになり、データの冗長性はなくダイバーシチ効果は得られないが、送信局Ａから送信される信号｛ａ１（ｍ），ａ１（ｍ＋１），ｂ１（ｍ），ｂ１（ｍ＋１）｝は上述したように｛ｘ１，−ｘ＊２，ｘ３，−ｘ＊４｝であり、送信信号ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４を伝送可能である。同様に、受信装置２が送信局Ｂの送信信号のみを受信する場合は、信号ａ２,ｂ２のみ受信していることになり、送信信号ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４を伝送可能である。よって、図３に示す送信エリアｃのように、他の送信局の送信エリアと隣接せずに孤立する送信エリア（孤立送信エリア）においては、２×２ＭＩＭＯとして伝送路応答を算出すればよい。
【００７４】
しかし、受信装置２は、設置されるエリアが孤立送信エリアであるか否かを判別することができない。受信装置２が常に４×２ＭＩＭＯとして伝送路応答を算出した場合、孤立送信エリアにおいては上記式（１）の伝送路応答の一部の成分に０ではなく雑音成分を適用することになる。例えば、図７に示すように、受信装置２が送信局Ｂからの信号を受信しない場合には、上記式（１）の伝送路応答のｈ１３、ｈ１４、ｈ２３、ｈ２４の成分に０ではなく雑音成分を適用することになる。その結果、孤立送信エリアにおいては、２×２ＭＩＭＯとして伝送路応答を算出した場合よりも復号精度が悪くなってしまう。
【００７５】
さらに、後述する図８に示すパイロット信号を用いる場合、受信装置２は、４パターンのＯＦＤＭ信号全てを用いて４×２ＭＩＭＯを復調する場合は、パターン１，２のみ又はパターン３，４のみのＯＦＤＭ信号を用いて２×２ＭＩＭＯを復調する場合と比較して、伝送路応答の補間にかかるシンボル期間が長いために受信レベルの時間変動が発生するおそれがあり、動特性が劣化する。２×２ＭＩＭＯを復調する場合は、伝送路応答の補間にかかるシンボル期間は８シンボルであり、４×２ＭＩＭＯを復調する場合は、伝送路応答の補間にかかるシンボル期間は１６シンボルである。そのため、孤立送信エリアでない場合には４×２ＭＩＭＯとすることでＳＴＣによるダイバーシチ効果が期待できるが、孤立送信エリアである場合には、４×２ＭＩＭＯとするとＳＴＣによるダイバーシチ効果が期待できないだけでなく、動特性が劣化してしまう。
【００７６】
そこで、第２の実施形態の送信装置１は、送信装置１はＴＭＣＣ信号などの制御信号を用いて、送信局１４の送信エリアが他の送信局の送信エリアと隣接しない孤立送信エリアであるか否かを示す送信エリア情報を送信し、受信装置２は、送信エリア情報に基づいてＭＩＭＯ復調方法を決定する。例えば、送信エリアが孤立送信エリアでない場合には、受信装置２は４×２ＭＩＭＯのＳＴＣ−ＳＦＮとして復号する。一方、送信局１４の送信エリアが孤立送信エリアである場合には、受信装置２は２×２ＭＩＭＯとして復号することで、４×２ＭＩＭＯのＳＴＣ−ＳＦＮとして復号する場合に比べて、動特性を改善することができる。
【００７７】
第２の実施形態の受信装置２は、送信局Ａ，Ｂの両方の送信信号を受信可能か、送信局Ａの送信信号のみ受信可能か、送信局Ｂの送信信号のみ受信可能かによって、ＭＩＭＯ復調の処理が異なる。そのため、送信装置１のパイロット信号生成部１３１が生成するパイロット信号の配置パターン（以下、「パイロットパターン」という）は、２つの送信局Ａ，Ｂから送信される４つの信号を受信側で分離可能であり、かつ一方の送信局から送信される２つの信号だけでも受信側で分離可能なパターンとする必要がある。
【００７８】
図８は、送信装置１が送信するＯＦＤＭ信号のパイロットパターンの例を示す図である。パターン１〜４は、各送信アンテナから送信されるＯＦＤＭ信号のパイロットパターンを示している。図中において、丸は無信号のヌルパイロット信号であることを意味する。また、１と−１は、それぞれ符号が反転したパイロット信号であることを意味する。その他は、データ信号や制御信号などの非パイロット信号を意味する。なお、図中のＯＦＤＭ信号は、右方向がキャリア（周波数）方向であり、下方向がシンボル（時間）方向である。パイロット信号生成部１３１は、送信局Ａ用にパターン１，２に示すパイロット信号を生成し、送信局Ｂ用にパターン３，４に示すパイロット信号を生成する。つまり、送信局Ａの送信アンテナＡ−ｔｘ１からパターン１のＯＦＤＭ信号を送信し、送信局Ａの送信アンテナＡ−ｔｘ２からパターン２のＯＦＤＭ信号を送信し、送信局Ｂの送信アンテナＢ−ｔｘ１からパターン３のＯＦＤＭ信号を送信し、送信局Ｂの送信アンテナＢ−ｔｘ２からパターン４のＯＦＤＭ信号を送信する。
【００７９】
制御信号生成部１３２は、送信局１４の送信エリアが孤立送信エリアであるか否かを示す送信エリア情報を含む制御情報を通知するための制御信号を生成する。これにより、送信装置１は、送信局１４の送信エリアが孤立送信エリアであるか否かを受信装置２に通知することができる。例えば、送信エリア情報は、送信局１４の送信エリアが孤立送信エリアであるか否かを示す１ビットの情報とすることができる。なお、送信エリアが孤立送信エリアであるか否かを示す１ビットの送信エリア情報のみでは、受信装置２は送信局がＡ、Ｂのいずれなのかを判別できないが、孤立送信エリアのパイロットパターンを送信局Ａ、Ｂのいずれかのパイロットパターンに固定とすることで対応することができる。あるいは、受信装置２は、送信局がＡ、Ｂ両方のパイロットパターンを用いて復調した後、エラーが少ない方にパイロットパターンを決定するようにしてもよい。
【００８０】
また、制御信号生成部１３２は、送信エリア情報を、送信局１４の送信エリアが孤立送信エリアであるか否か、及び送信局１４が送信局Ａであるか送信局Ｂであるかを示す２ビットの情報とすることができる。
【００８１】
また、制御信号生成部１３２は、送信エリア情報を、送信局１４を識別するＩＤ情報としてもよい。ただし、この場合には、送信エリア情報のうち１ビットは、送信局から送信される信号を区別するための送信信号種別ビットとする。つまり、送信局１４が第１の時空間符号化信号及び第３の時空間符号化信号（ａ１，ｂ１）のＯＦＤＭ信号を送信する場合には、送信信号種別ビットを０とし、送信局１４が第２の時空間符号化信号及び第４の時空間符号化信号（ａ２，ｂ２）のＯＦＤＭ信号を送信する場合には、送信信号種別ビットを１とする。例えば、送信局Ａ，Ｃが時空間符号化信号（ａ１，ｂ１）のＯＦＤＭ信号を送信し、送信局Ｂ，Ｄが時空間符号化信号（ａ２，ｂ２）のＯＦＤＭ信号を送信する場合に、最上位ビットを送信信号種別ビットとすると、送信局Ａ，Ｂ，Ｃ、ＤのＩＤをそれぞれ００，１０，０１，１１とする。これにより、ＩＤによって送信局１４を識別すると同時に、送信信号の種別を識別することができる。また、受信装置２は、受信した送信エリア情報の値が１つのみである場合には、送信局が１つしか存在しないため、孤立送信エリアであると判定することができる。
【００８２】
制御信号抽出部２０４は、フーリエ変換部２０３から入力される複素ベースバンド信号ｃ１，ｃ２から制御信号を抽出する。第２の実施形態では、制御信号に送信エリア情報が含まれるため、制御情報をパイロット信号生成部２０５だけでなく、伝送路応答推定部２０７にも出力する。
【００８３】
パイロット信号生成部２０５は、送信エリア情報から、送信エリアが孤立送信局エリアではないと判定した場合には、４種類のパイロット信号を生成する。また、パイロット信号生成部２０５は、送信エリア情報から、送信エリアが孤立送信エリアであると判定した場合には、２種類のパイロット信号を生成する。
【００８４】
伝送路応答推定部２０７は、送信エリア情報から、送信エリアが孤立送信局エリアではないと判定した場合には、４種類のパイロット信号を用いて伝送路応答を算出する。また、伝送路応答推定部２０７は、送信エリア情報から、送信エリアが孤立送信局エリアであると判定した場合には、２種類のパイロット信号を用いて伝送路応答を算出する。
【００８５】
このように、第２の実施形態では、送信装置１は、送信局１４の送信エリアが他の送信局の送信エリアと隣接しない孤立送信エリアであるか否かを示す送信エリア情報を含む制御信号を送信する。受信装置２は、制御信号に含まれる送信エリア情報を抽出し、送信エリア情報から送信エリアが孤立送信局エリアではないと判定した場合には４種類のパイロット信号を用いて４×２ＭＩＭＯのＳＴＣ−ＳＦＮとして復号する。一方、送信エリアが孤立送信局エリアであると判定した場合には２×２ＭＩＭＯのＳＴＣ−ＳＦＮとして復号するため、常に４×２ＭＩＭＯのＳＴＣ−ＳＦＮとして復号する場合に比べて、動特性を改善することができるようになる。
【００８６】
上述の実施例は、個々に代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、本実施形態では２シンボルを２シンボル時間で送信するＳＴＢＣ符号を用いて４×２ＭＩＭＯ伝送を行う場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、３シンボルを４シンボル時間で送信するＳＴＢＣ符号を用いて４×４ＭＩＭＯ伝送を行う場合にも適用することができる。
【００８７】
例えば、ｓ（ｍ）、ｓ（ｍ＋１）、ｓ（ｍ＋２）を４本の送信アンテナで送信する場合には、ＳＴＢＣ符号化により時空間符号化信号ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は以下のような値となる。
ａ１（ｍ）＝ｓ（ｍ）
ａ１（ｍ＋１）＝ｓ（ｍ＋１）
ａ１（ｍ＋２）＝ｓ（ｍ＋２）
ａ１（ｍ＋３）＝０
ａ２（ｍ）＝−ｓ＊（ｍ＋１）
ａ２（ｍ＋１）＝ｓ＊（ｍ）
ａ２（ｍ＋２）＝０
ａ２（ｍ＋３）＝ｓ（ｍ＋２）
ｂ１（ｍ）＝−ｓ＊（ｍ＋２）
ｂ１（ｍ＋１）＝０
ｂ１（ｍ＋２）＝ｓ＊（ｍ）
ｂ１（ｍ＋３）＝−ｓ（ｍ＋１）
ｂ２（ｍ）＝０
ｂ２（ｍ＋１）＝−ｓ＊（ｍ＋２）
ｂ２（ｍ＋２）＝ｓ＊（ｍ＋１）
ｂ２（ｍ＋３）＝ｓ（ｍ）
【産業上の利用可能性】
【００８８】
このように、本発明によれば、ＳＦＮ間干渉による周波数選択性フェージングを防止することができるので、ＭＩＭＯ伝送を行う任意の用途に有用である。
【符号の説明】
【００８９】
１      送信装置
２      受信装置
１０    誤り訂正符号化部
１１    キャリア変調部
１２    時空間符号化部
１３    ＯＦＤＭ変調部
１４    送信局
２０    ＯＦＤＭ復調部
２１    時空間符号復号部
２２    キャリア復調部
２３    誤り訂正符号復号部
１３０  パイロット・制御信号挿入部
１３１  パイロット信号生成部
１３２  制御信号生成部
１３３  ＯＦＤＭシンボル構成部
１３４  ＯＦＤＭ信号生成部
１３５  逆フーリエ変換部
１３６  ＧＩ付加部
１３７  直交変調部
１３８  Ｄ／Ａ変換部
２００  Ａ／Ｄ変換部
２０１  直交復調部
２０２  ＧＩ除去部
２０３  フーリエ変換部
２０４  制御信号抽出部
２０５  パイロット信号生成部
２０６  パイロット信号抽出部
２０７  伝送路応答推定部
２０８  伝送路応答補間部
【図１】
2014022984.tif 000011
【図２】
2014022984.tif 000012
【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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