(57)【要約】【課題】ＭＩＭＯシステムにおいて、電波伝搬の伝達関数を考慮したアンテナ配置を行うことにより、雑音成分を小さくして受信特性を劣化させないことを目的とする。【解決手段】第１及び第２の送信アンテナを用いて送信を行う送信機および第１及び第２の受信アンテナを用いて受信を行う受信機間のＯＦＤＭ伝送システムにおいて、第１の送信アンテナと第２の送信アンテナは直交関係を有し、第１の受信アンテナと第２の受信アンテナは直交関係を有する。【選択図】  図１
2006033084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の送信アンテナを用いて送信を行う送信機および第１及び第２の受信アンテナを用いて受信を行う受信機間のＯＦＤＭ伝送システムにおいて、
前記第１の送信アンテナと前記第２の送信アンテナは直交関係を有し、前記第１の受信アンテナと前記第２の受信アンテナは直交関係を有することを特徴とするＯＦＤＭ伝送システム。
【請求項２】
前記第１の送信アンテナから前記第２の送信アンテナまでの角度と、前記第１の送信アンテナから前記第２受信アンテナまでの角度は、異なることを特徴とする請求項１記載のＯＦＤＭ伝送システム。
【請求項３】
前記角度は、４５°であることを特徴とする請求項２記載のＯＦＤＭ伝送システム。
【請求項４】
複数の送信アンテナを用いて送信を行う送信機および複数の受信アンテナを用いて受信を行う受信機間のＯＦＤＭ伝送システムにおいて、
前記複数の送信アンテナは、それぞれ２次元空間であって、他の送信アンテナとは大地からの角度が異なることを特徴とするＯＦＤＭ伝送システム。
【請求項５】
前記複数の受信アンテナは、それぞれ２次元空間であって、他の受信アンテナとは大地からの角度が異なることを特徴とする請求項４記載のＯＦＤＭ伝送システム。
【請求項６】
複数の送信アンテナを用いて送信を行う送信機および複数の受信アンテナを用いて受信を行う受信機間のＯＦＤＭ伝送システムにおいて、
前記複数の送信アンテナは、それぞれ３次元空間であって、他の送信アンテナとは大地からの角度が異なることを特徴とするＯＦＤＭ伝送システム。
【請求項７】
前記複数の受信アンテナは、それぞれ３次元空間であって、他の受信アンテナとは大地からの角度が異なることを特徴とする請求項６記載のＯＦＤＭ伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号伝送システムに関し、特に、複数のアンテナを備えた送信装置と複数のアンテナを備えた受信装置とを用いたＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムにおいて用いられるアンテナの配置関係及びそれを用いた伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、ＭＩＭＯシステムにおける送信装置と受信装置の関係を示すブロック図である。送信装置１０００は、２つのアンテナ１００１〜１００２と、送信機ＴＸ１〜ＴＸ２とにより構成されている。送信データＴ１は、送信機ＴＸ１においてＯＦＤＭ変調され、アンテナ１００１から送信信号Ｗ１として送信される。また、送信データＴ２は、送信機ＴＸ２においてＯＦＤＭ変調され、アンテナ１００２から送信信号Ｗ２として送信される。一方、受信装置１０１０は、２つのアンテナ１０１１〜１０１２と、受信機ＲＸ１〜ＲＸ２と、ＭＩＭＯ演算処理部１０１３とにより構成されている。アンテナ１０１１において受信した受信信号は、受信機ＲＸ１においてフーリエ変換等され、ＭＩＭＯ演算処理部１０１３において復調等され、送信データを得る。また、アンテナ１０１２において受信した受信信号は、受信機ＲＸ２においてフーリエ変換等され、ＭＩＭＯ演算処理部１０１３において復調等され、送信データを得る。この場合、説明の都合上、送信装置１０００及び受信装置１０１０は、それぞれ２つのアンテナを用いて送受信を行うものとして説明する。
【０００３】
ここで、図１０において、アンテナ１００１からアンテナ１０１１への伝達関数をａとし、アンテナ１００２からアンテナ１０１１への伝達関数をｂとし、アンテナ１００１からアンテナ１０１２への伝達関数をｃとし、アンテナ１００２からアンテナ１０１２への伝達関数をｄとする。受信装置１０１０は、複数の受信アンテナ１０１１〜１０１２を介して受信信号を受信し、それぞれの伝搬経路の伝達関数の逆行列を用いて、重なり合った受信信号から必要な信号成分を抽出している。以下に、重なり合った受信信号から必要な信号成分を抽出する演算処理を説明する。
雑音の無い理想的な状態では、受信アンテナで重なり合った信号は以下の式を満足する。
【０００４】
【数１】
2006033084.tif 000003
そして、理想的な状態において、重なり合った信号から必要な信号成分を抽出する演算処理は、パイロット信号等を用いて、受信装置で電波伝搬の伝達関数を推定する。次に、その推定値を用いて、下記の演算を行う。
【０００５】
【数２】
2006033084.tif 000004
実際の通信では、復調する信号には雑音成分が含まれるため、式（２）は、下記のように表される。ここで、n1及びn2は、雑音成分である。
【０００６】
【数３】
2006033084.tif 000005
式（１）と式（３）から下記の式が導き出される。
【０００７】
【数４】
2006033084.tif 000006
上式（４）及び（５）からわかるように、ＭＩＭＯシステムにおいて、雑音を正規分布とみたした場合、分母（a*d-b*c）が小さいほど雑音成分への依存が大きくなり、受信特性が劣化する。
【０００８】
なお、特許文献１は、ＯＦＤＭ信号伝送システムにおいて、伝達関数を用いて逆行列演算を行い、送信信号を復元し、復調することを開示している。
また、特許文献２は、無線通信システムにおいて、大地に対して垂直なアンテナと大地に対して平行なアンテナを用いて、受信信号を受信する基地局を開示している。
【特許文献１】特開２００２−３７４２２４号公報
【特許文献２】特開２００３−２４４０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記文献のいずれにも、ＭＩＭＯシステムにおいて、電波伝搬の伝達関数を考慮したアンテナ配置を行うことにより、雑音成分を小さくして受信特性を劣化させないという目的を有していない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第１及び第２の送信アンテナを用いて送信を行う送信機および第１及び第２の受信アンテナを用いて受信を行う受信機間のＯＦＤＭ伝送システムにおいて、第１の送信アンテナと第２の送信アンテナは直交関係を有し、第１の受信アンテナと第２の受信アンテナは直交関係を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＯＦＤＭ伝送システムによれば、雑音成分を小さくして受信特性を劣化させないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本発明のＯＦＤＭ伝送システムについて説明する。
【実施例１】
【００１３】
初めに、図１〜図３を用いて、本発明の実施例１のＯＦＤＭ伝送システムを説明する。
図１は、本発明の実施例１の送信アンテナ及び受信アンテナの配置関係を説明するブロック図である。本発明の実施例１のＯＦＤＭ伝送システムにおいて、送信装置は、２つの送信アンテナ２０１〜２０２を備えている。送信アンテナ２０１は、仮想Ｘ−Ｙ平面上の仮想Ｘ軸及び仮想Ｙ軸のそれぞれの正方向であって、仮想Ｘ軸に対して角度θ１を有している。送信アンテナ２０１は、ＣＯＳθ波形の送信信号を送信する。送信アンテナ２０２は、仮想Ｘ−Ｙ平面上の仮想Ｘ軸の正方向及び仮想Ｙ軸の負方向であって、仮想Ｘ軸に対して角度θ２を有している。送信アンテナ２０２は、ＣＯＳθ波形の送信信号を送信する。ここで、２つの送信アンテナ２０１〜２０２は、直交関係を有している。つまり、θ１+θ２＝９０°の関係を有する。例えば、θ１が４５°の場合は、θ２も４５°である。ここでは、送信アンテナ２０１〜２０２はＣＯＳθ波形の送信信号を送信しているが、Ｓｉｎθ波形の送信信号であっても良いことは言うまでもない。一方、受信装置は、２つの受信アンテナ２１１〜２１２を備えている。受信アンテナ２１１は、仮想Ｘ−Ｙ平面上であり、正方向の仮想Ｙ軸上に位置している。受信アンテナ２１２は、仮想Ｘ−Ｙ平面上であり、正方向の仮想Ｘ軸上に位置している。ここで、そして、２つの受信アンテナ２１１〜２１２は、直交関係を有している。
【００１４】
本発明において、直交関係を有する送信アンテナ２０１〜２０２と直交関係を有する受信アンテナ２１１〜２１２とは、４５°のオフセットを有している。言い換えると、送信アンテナ２０１は、受信アンテナ２１１に対して４５°の角度を有する。また、送信アンテナ２０２は、受信アンテナ２１２に対して４５°の角度を有する。
【００１５】
以下、図２〜図３を用いて、送信信号と受信アンテナとの極性関係を説明する。図２〜図３は、送信装置から受信装置を見た図である。図２は、送信アンテナ２０１から出力された送信信号Ｗ１と受信アンテナ２１１との極性関係及び送信アンテナ２０２から出力された送信信号Ｗ２と受信アンテナ２１１との極性関係を示すブロック図である。図３は、送信アンテナ２０１から出力された送信信号Ｗ１と受信アンテナ２１２との極性関係及び送信アンテナ２０２から出力された送信信号Ｗ２と受信アンテナ２１２との極性関係を示すブロック図である。
【００１６】
ここで、受信アンテナ２１１において受信する送信アンテナ２０１から送信された送信信号Ｗ１の電界の極性をプラス極性であるとする。言い換えると、図１において、受信アンテナ２１１から送信アンテナ２０１までの距離は、送信アンテナ２０１から送信される無線周波数の整数倍の距離である。この場合、図２に示されるように、受信アンテナ２１１において受信する送信アンテナ２０２から送信された送信信号Ｗ２の電界の極性は、マイナス極性である。同様にして、図３に示されるように、受信アンテナ２１２において受信する送信アンテナ２０１から送信された送信信号Ｗ１の電界の極性はプラス極性であり、受信アンテナ２１２において受信する送信アンテナ２０２から送信された送信信号Ｗ２の電界の極性はプラス極性である。よって、受信アンテナ２１１において受信する送信アンテナ２０２から送信された送信信号Ｗ２の電界のみがマイナス極性となる。すなわち、伝達関数ａ〜ｄのうち、伝達関数ｂだけが他の伝達関数ａ、ｃ、ｄとは異なる極性を持つ。伝達関数ｂが負極性である場合は、他の伝達関数ａ、ｃ、ｄは正極性となる。他方、伝達関数ｂが正極性である場合は、他の伝達関数ａ、ｃ、ｄは負極性となる。例えば、伝達関数ｂが負極性、他の伝達関数ａ、ｃ、ｄが正極性の場合、a*d-b*cは a*d+b*cと表される。よって、式（４）〜（５）において、分母（a*d-b*c）の値は大きくなる。つまり、分母（a*d-b*c）の値が大きくなると、式（４）における
2006033084.tif 000007
の値は小さくなる。同様に、分母（a*d-b*c）の値が大きくなると、式（５）における
2006033084.tif 000008
の値は小さくなる。なお、伝達関数ｂが正極性、他の伝達関数ａ、ｃ、ｄが負極性の場合、a*d-b*cは -a*d-b*c=-(a*d+b*c)と表される。よって、この場合においても、分母（a*d+b*c）も大きくなる。この場合、分母の極性が負極性となるが、分母の数が大きくなれば良く、問題とはならないことは言うまでもない。
【００１７】
本発明の実施例１のＯＦＤＭ伝送システムによれば、マルチパスの影響の少ない見通し伝搬においても、a*d-b*cの値が大きなり、雑音の影響を軽減することができる。よって、本発明の実施例１のＯＦＤＭ伝送システムによれば、受信特性の改善が得られる。
なお、実施例１のＯＦＤＭ伝送システムにおいては、送信アンテナと受信アンテナの数をそれぞれ２つずつとしているが、３つ以上であっても良いことは言うまでもない。
【実施例２】
【００１８】
次に、図４〜図６を用いて、本発明の実施例２のＯＦＤＭ伝送システムを説明する。図４は、本発明の実施例２の送信アンテナ全体の配置関係を説明するブロック図である。図５は、本発明の実施例２の各送信アンテナの配置関係を説明するブロック図である。図６は、本発明の実施例２の受信アンテナ全体の配置関係を説明するブロック図である。図７は、本発明の実施例２の各受信アンテナの配置関係を説明するブロック図である。
【００１９】
本発明の実施例２のＯＦＤＭ伝送システムにおいて、送信装置は、３つの送信アンテナ４０１〜４０３を備えている。図４及び図５に示すように、送信アンテナ４０１は、仮想Ｘ−Ｙ平面上であり、正方向の仮想Ｘ軸上に位置している。同様にして、送信アンテナ４０２は、仮想Ｘ−Ｙ平面上の仮想Ｙ軸の正方向であって、仮想Ｘ軸に対して角度θ３を有している。送信アンテナ４０３は、仮想Ｘ−Ｙ平面上の仮想Ｘ軸の負方向であって、仮想Ｘ軸に対して角度θ４を有している。ここでは、説明の都合上、θ３＝６０°、θ４＝１２０°の関係を有する。一方、本発明の実施例２のＯＦＤＭ伝送システムにおいて、受信装置は、３つの受信アンテナ６０１〜６０３を備えている。図６及び図７に示すように、受信アンテナ６０１は、仮想Ｘ−Ｙ平面上であり、正方向の仮想Ｘ軸上に位置している。同様にして、送信アンテナ６０２は、仮想Ｘ−Ｙ平面上の仮想Ｙ軸の正方向であって、仮想Ｘ軸に対して角度θ５を有している。送信アンテナ６０３は、仮想Ｘ−Ｙ平面上の仮想Ｘ軸の負方向であって、仮想Ｘ軸に対して角度θ６を有している。ここでは、説明の都合上、θ５＝６０°、θ６＝１２０°の関係を有する。言い換えると、本発明の実施例２のＯＦＤＭ伝送システムは、送信アンテナ数及び受信アンテナ数で２次元空間を配分し、それぞれ異なる角度差を持った関係とする。
【００２０】
以下、上記のように構成された本発明の実施例２のＯＦＤＭ伝送システムの効果を説明する。
説明の都合上、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの距離は同一距離であり、見通しの直接波ａのみの電波伝搬であるとする。すると、従来のＯＦＤＭ伝送システムにおける、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間に存在する電波伝搬の伝達関数は、以下のように表される。
【００２１】
【数５】
2006033084.tif 000009
ここで、受信装置において送信信号を得るためには、式（２）に示すように、式（６）の逆行列が存在する必要がある。一般的に、３行３列までの行列においては、行列式が０（ゼロ）ではない条件がある（一般的に、サラス定理と言われる）。この定理を用いて式（６）の行列式を求めると、下記のようになる。
【００２２】
【数６】
2006033084.tif 000010
式（７）からわかるように、式（６）には逆行列が存在しない。よって、従来のＯＦＤＭ伝送システムでは、良好な受信ができない。
【００２３】
次に、実施例２のＯＦＤＭ伝送システムにおける、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間に存在する電波伝搬の伝達関数は、以下のように表される。ここで、説明の都合上、説明のため、アンテナの受信電力は、送信アンテナと受信アンテナの角度（それぞれのアンテナの地面に対する角度の差）に関係し、送信アンテナと受信アンテナの角度をθとした場合、受信電力はcosθに比例するものとする。ただし、実際のアンテナはそれらの構造によりこの関係が異なる。
【００２４】
【数７】
2006033084.tif 000011
サラス定理を用いて式（８）の行列式を求めると、下記のようになる。
【００２５】
【数８】
2006033084.tif 000012
式（９）がゼロとならないことより、式（８）には逆行列が存在する。よって、本発明の実施例２のＯＦＤＭ伝送システムでは、伝達関数による行列は逆行列が存在するため、復調が可能となり、良好な受信が得られる。
【実施例３】
【００２６】
次に、図８を用いて、本発明の実施例３のＯＦＤＭ伝送システムを説明する。  図８は、本発明の実施例３の送信アンテナ全体の配置関係を説明するブロック図である。
【００２７】
本発明の実施例３のＯＦＤＭ伝送システムにおいて、送信装置は、３つの送信アンテナ８０１〜８０３を備えている。図８に示すように、送信アンテナ８０１は、仮想Ｘ軸上に位置している。送信アンテナ８０２は、仮想Ｚ軸上に位置している。送信アンテナ８０３は、仮想Ｙ軸上に位置している。つまり、実施例３のＯＦＤＭ伝送システムにおいて、各アンテナは、３次元的な配置関係を有し、互いに直交している。
【００２８】
本発明の実施例３のＯＦＤＭ伝送システムによれば、マルチパスの影響が少ない見通し伝搬においても、異なる電波伝搬の伝達関数を得ることができ、受信特性の改善が得られる。
なお、上記構成を受信アンテナに適用しても良いことは言うまでもない。この場合も、上記のような効果を有する。
【実施例４】
【００２９】
次に、図９を用いて、本発明の実施例４のＯＦＤＭ伝送システムを説明する。  図９は、本発明の実施例４の送信アンテナ全体の配置関係を説明するブロック図である。
【００３０】
本発明の実施例４のＯＦＤＭ伝送システムにおいて、送信装置は、３つの送信アンテナ９０１〜９０３を備えている。図９に示すように、送信アンテナ９０１の先端は、仮想Ｘ-Ｚ平面上であって、仮想Ｘ軸及び仮想Ｚ軸のそれぞれの正方向に向いている。送信アンテナ９０２の先端は、仮想Ｘ-Ｙ平面上であって、仮想Ｘ軸及び仮想Ｙ軸のそれぞれの正方向に向いている。送信アンテナ９０３の先端は、仮想Ｘ-Ｙ-Ｚ平面上であって、仮想Ｘ軸、仮想Ｙ軸及び仮想Ｚ軸のそれぞれの正方向に向いている。言い換えると、本発明の実施例４のＯＦＤＭ伝送システムは、３次元的に空間を配分し、それぞれ異なる角度差を持った関係とする。
【００３１】
本発明の実施例４のＯＦＤＭ伝送システムによれば、マルチパスの影響が少ない見通し伝搬においても、異なる電波伝搬の伝達関数を得ることができ、受信特性の改善が得られる。
なお、上記構成を受信アンテナに適用しても良いことは言うまでもない。この場合も、上記のような効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の実施例１の送信アンテナ及び受信アンテナの配置関係を説明するブロック図である。
【図２】図２は、実施例１の送信信号と第１の受信アンテナとの極性関係を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施例１の送信信号と第２の受信アンテナとの極性関係を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施例２の送信アンテナ全体の配置関係を説明するブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施例２の各送信アンテナの配置関係を説明するブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施例２の受信アンテナ全体の配置関係を説明するブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施例２の各受信アンテナの配置関係を説明するブロック図である。
【図８】図８は、本発明の実施例３の送信アンテナ全体の配置関係を説明するブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施例４の送信アンテナ全体の配置関係を説明するブロック図である。
【図１０】ＭＩＭＯシステムにおける送信装置と受信装置との関係を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
２０１〜２０２、４０１〜４０４、８０１〜８０３、９０１〜９０３  送信アンテナ
２１１〜２１２、４１１〜４１４    受信アンテナ
１０００  送信装置
１０１０  受信装置
【図１】
2006033084.tif 000013
【図２】
2006033084.tif 000014
【図３】
2006033084.tif 000015
【図４】
2006033084.tif 000016
【図５】
2006033084.tif 000017
【図６】
2006033084.tif 000018
【図７】
2006033084.tif 000019
【図８】
2006033084.tif 000020
【図９】
2006033084.tif 000021
【図１０】
2006033084.tif 000022