(57)【要約】【課題】急激なチャネルの変動を推定することが可能な通信装置、通信システム、及び通信方法を提供する。【解決手段】プリアンブル部とデータ部とを含むフレームを構成する各シンボルが複数のサブキャリアにより送信された通信信号を処理する通信装置であって、前記データ部を送信するための複数のサブキャリアは、既知の信号を送信するための少なくとも１以上のパイロットサブキャリアを含み、互いに異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づきチャネルを推定するチャネル推定部と、前記異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づいて推定された前記チャネル間における相関関係に基づき、チャネル変動を推定するチャネル変動推定部と、を備えることを特徴とする通信装置。【選択図】図３
2015023555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリアンブル部とデータ部とを含むフレームを構成する各シンボルが複数のサブキャリアにより送信された通信信号を処理する通信装置であって、
前記データ部を送信するための複数のサブキャリアは、既知の信号を送信するための少なくとも１以上のパイロットサブキャリアを含み、
互いに異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づきチャネルを推定するチャネル推定部と、
前記異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づいて推定された前記チャネル間における相関関係に基づき、チャネル変動を推定するチャネル変動推定部と、
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記複数のサブキャリアは、複数の前記パイロットサブキャリアを含み、
前記チャネル推定部は、複数の前記パイロットサブキャリアごとに、当該パイロットサブキャリアそれぞれに対応する前記既知の信号に基づき前記チャネルを推定し、
前記チャネル変動推定部は、複数の前記パイロットサブキャリアごとに、前記異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づいて推定された前記チャネル間の前記相関関係に基づき、前記チャネル変動を推定する、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記通信信号は、複数の送信アンテナから送信されて、複数の受信アンテナそれぞれで受信され、
前記チャネル推定部は、前記複数の送信アンテナと、前記複数の受信アンテナとの間で構成される複数の伝搬路ごとに前記チャネルを推定し、
前記チャネル変動推定部は、複数の前記伝搬路それぞれを介して、前記異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づいて推定された前記チャネル間の前記相関関係に基づき、前記チャネル変動を推定する、請求項１または２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記異なるタイミングは、連続するタイミングであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の通信装置。
【請求項５】
受信された前記通信信号を復調する受信処理部を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の通信装置。
【請求項６】
前記通信信号を受信する受信アンテナを備え、
前記受信処理部は、前記受信アンテナで受信された前記通信信号を復調することを特徴とする、請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
前記通信信号を送信アンテナに送信させる送信処理部を備えることを特徴とする、請求項５または６に記載の通信装置。
【請求項８】
前記送信アンテナを備えたことを特徴とする、請求項７に記載の通信装置。
【請求項９】
プリアンブル部とデータ部とを含むフレームを構成する各シンボルを複数のサブキャリアにより通信信号として送信する送信装置と、
前記通信信号を受信する受信装置とを備え、
前記データ部を送信するための複数のサブキャリアは、既知の信号を送信するための少なくとも１以上のパイロットサブキャリアを含み、
前記受信装置は、
互いに異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づきチャネルを推定するチャネル推定部と、
前記異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づいて推定された前記チャネル間における相関関係に基づき、チャネル変動を推定するチャネル変動推定部と、
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項１０】
プリアンブル部とデータ部とを含むフレームを構成する各シンボルが複数のサブキャリアで送信された通信信号を処理する通信方法であって、
前記データ部を送信するための複数のサブキャリアは、既知の信号を送信するための少なくとも１以上のパイロットサブキャリアを含み、
互いに異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づきチャネルを推定するステップと、
前記異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づいて推定された前記チャネル間における相関関係に基づき、チャネル変動を推定するステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置、通信システム、及び通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、無線通信において高速伝送を実現するための様々な方法が提案されており、中でも高い周波数利用効率を実現可能とされるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）方式が注目されている。ＭＩＭＯは、複数のアンテナを用いて、複数のデータを同一周波数により同時に送受信する空間多重伝送技術である。同時に複数のデータを送信可能なことから、理論上はアンテナの数に比例して通信速度を高速化させることが可能といわれている。また、同一周波数によりデータを伝送可能なことから、多重化のために広い周波数帯域を確保する必要がなく、周波数の利用効率にも優れている。
【０００３】
また、ＭＩＭＯを応用した通信方式の一例として、ＩＥＥＥ８０１．１１ｎのような無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）において導入されている、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ  Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が挙げられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】実伝搬チャネルを用いた２ｘ２ＭＩＭＯセンサに適したアンテナ配置に関する考察．信学技報ＲＣＳ２０１１−５,  ２０１１．４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方で、ＭＩＭＯ方式による伝送では、送信側の構成と受信側の構成（例えば、アクセスポイントと当該アクセスポイントに接続する通信端末）とで使用されるアンテナ条件や、周囲の伝搬環境により伝送特性が大きな影響を受けることが知られている。
【０００６】
そのため、例えば、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式による伝送では、ロングプリアンブルと呼ばれる、送信側の構成と受信側の構成との間で互いに既知の信号を送受信することで、伝搬チャネル（以降では、単に「チャネル」と呼ぶ場合がある）の変動を推定している。
【０００７】
例えば、非特許文献１には、ロングプリアンブルを用いてチャネルの変動を推定する技術の一例が開示されている。非特許文献１に示す例では、送信タイミングの異なる複数のロングプリアンブルに基づきチャネル推定を行っている。即ち、チャネルの変動を推定するためには、一のロングプリアンブルを受信してから、少なくとも次のロングプリアンブルを受信するまで待つ必要がある。
【０００８】
しかしながら、ロングプリアンブルは、通信効率確保のために送信フレームの先頭に位置する区間（以降では、「プリアンブル部」と呼ぶ場合がある）にのみ含まれ、データを送信するための区間（以降では、「データ部」と呼ぶ場合がある）には含まれない。そのため、データ部の送信期間中はロングプリアンブルを受信することは困難であり、データ部の送信期間が長くなると、急激なチャネルの変動を推定することが困難となる場合がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、急激なチャネルの変動を推定することが可能な、新規かつ改良された通信装置、通信システム、及び通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、プリアンブル部とデータ部とを含むフレームを構成する各シンボルが複数のサブキャリアにより送信された通信信号を処理する通信装置であって、前記データ部を送信するための複数のサブキャリアは、既知の信号を送信するための少なくとも１以上のパイロットサブキャリアを含み、互いに異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づきチャネルを推定するチャネル推定部と、前記異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づいて推定された前記チャネル間における相関関係に基づき、チャネル変動を推定するチャネル変動推定部と、を備えることを特徴とする通信装置が提供される。
【００１１】
前記複数のサブキャリアは、複数の前記パイロットサブキャリアを含み、前記チャネル推定部は、複数の前記パイロットサブキャリアごとに、当該パイロットサブキャリアそれぞれに対応する前記既知の信号に基づき前記チャネルを推定し、前記チャネル変動推定部は、複数の前記パイロットサブキャリアごとに、前記異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づいて推定された前記チャネル間の前記相関関係に基づき、前記チャネル変動を推定してもよい。
【００１２】
前記通信信号は、複数の送信アンテナから送信されて、複数の受信アンテナそれぞれで受信され、前記チャネル推定部は、前記複数の送信アンテナと、前記複数の受信アンテナとの間で構成される複数の伝搬路ごとに前記チャネルを推定し、前記チャネル変動推定部は、複数の前記伝搬路それぞれを介して、前記異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づいて推定された前記チャネル間の前記相関関係に基づき、前記チャネル変動を推定してもよい。
【００１３】
前記異なるタイミングは、連続するタイミングであってもよい。
【００１４】
受信された前記通信信号を復調する受信処理部を備えてもよい。
【００１５】
前記通信信号を受信する受信アンテナを備え、前記受信処理部は、前記受信アンテナで受信された前記通信信号を復調してもよい。
【００１６】
前記通信信号を送信アンテナに送信させる送信処理部を備えてもよい。
【００１７】
前記送信アンテナを備えてもよい。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、プリアンブル部とデータ部とを含むフレームを構成する各シンボルを複数のサブキャリアにより通信信号として送信する送信装置と、前記通信信号を受信する受信装置とを備え、前記データ部を送信するための複数のサブキャリアは、既知の信号を送信するための少なくとも１以上のパイロットサブキャリアを含み、前記受信装置は、互いに異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づきチャネルを推定するチャネル推定部と、前記異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づいて推定された前記チャネル間における相関関係に基づき、チャネル変動を推定するチャネル変動推定部と、を備えることを特徴とする通信システムが提供される。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、プリアンブル部とデータ部とを含むフレームを構成する各シンボルが複数のサブキャリアで送信された通信信号を処理する通信方法であって、前記データ部を送信するための複数のサブキャリアは、既知の信号を送信するための少なくとも１以上のパイロットサブキャリアを含み、互いに異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づきチャネルを推定するステップと、前記異なるタイミングで送信された複数の前記既知の信号それぞれに基づいて推定された前記チャネル間における相関関係に基づき、チャネル変動を推定するステップと、を備えることを特徴とする通信方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、急激なチャネルの変動を推定することが可能な通信装置、通信システム、及び通信方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ＯＦＤＭ方式で使用されるフレームの概略的な構成を示した図である。
【図２】本実施形態に係る通信システムで使用する通信信号のフレーム構成の一例である。
【図３】本発明の実施形態に係る通信システムの構成の一例を示したブロック図である。
【図４】本実施形態に係る通信システムにおけるチャネルの推定について説明するための図である。
【図５】本実施形態に係る通信システムの他の一例を示したブロック図である。
【図６】実施例に係る測定環境の一例を示した図である。
【図７】実施例、比較例１、及び比較例２に係る測定結果の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
＜１．実施形態＞
［概要］
まず、チャネル推定の概要と本実施形態に係る通信システム１の課題について整理し、次いで、本実施形態に係る通信システム１の概要について説明する。
【００２４】
まず、ＭＩＭＯ方式による伝送における、チャネルの推定方法について、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の場合を例に説明する。なお、ＯＦＤＭ方式（直交周波数分割多重方式）は、各サブキャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各サブキャリアの周波数を設定したマルチキャリア伝送方式である。例えば、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式において、ｊ番目の送信アンテナと、ｉ番目の受信アンテナとの間のチャネルｈｉｊは、以下に示す（式１）により推定される。
【００２５】
【数１】
2015023555.tif 000003
【００２６】
（式１）において、ｓｊ（ｋ）は、ｊ番目の送信アンテナからｋ番目のサブキャリアにより送信された送信信号を示している。また、ｒｉｊ（ｋ）は、ｊ番目の送信アンテナからｋ番目のサブキャリアにより送信され、ｉ番目の受信アンテナで受信された受信信号を示している。
【００２７】
一般的には、受信側の構成において送信信号ｓｊ（ｋ）を導出することは困難であるが、例えば、送信側の構成と受信側の構成との間で互いに既知の信号を送受信することで、受信側の構成において、当該既知の信号に基づきチャネルｈｉｊを推定することが可能である。
【００２８】
ここで、従来の方式に基づくチャネル推定の概要について説明する。まず、図１を参照しながら、ＯＦＤＭ方式で使用されるフレームの概略的な構成について説明する。図１は、ＯＦＤＭ方式で使用されるフレームの概略的な構成を示した図であり、フレームを送信するための複数のサブキャリアのうち、サブキャリアｃ１及びｃ２に着目した場合を示している。
【００２９】
図１において、参照符号ｄ１０２は、１つのショートプリアンブル（ＳＰ：Ｓｈｏｒｔ  Ｐｒｅａｍｂｌｅ）信号を送信する区間を示している。また、参照符号ｄ１０４は、ｈ個のロングプリアンブル（ＬＰ：Ｌｏｎｇ  Ｐｒｅａｍｂｌｅ）信号を送信するための区間を示している（ｈは２以上の整数）。なお、参照符号ｄ１０２及びｄ１０４で示された、ショートプリアンブル及びロングプリアンブルを含む区間がプリアンブル信号の区間、即ち、プリアンブル部に相当する。
【００３０】
なお、ロングプリアンブル信号は、システムにおいて既知の符号パターンである。ロングプリアンブル信号は、例えば、Ｍ系列（Ｍは送信アンテナの本数）やＨａｄａｍａｒｄ系列等の直行符号で構成されてもよく、従って、その長さは直交符号の長さにより決定される（例えば、ＯＦＤＭ信号数シンボル程度）。ロングプリアンブル信号は、ｈ回繰り返して送信される。なお、ｈの値は、適用される通信システムにおけるアンテナ制御パターンの数等によって適宜設定される。なお、図１に示す例は、２個のロングプリアンブル信号を送信する場合（ｈ＝２の場合）を示している。
【００３１】
また、参照符号ｄ１１０は、データを送信する区間、即ち、データ部を示している。データ部ｄ１１０のデータ長は可変となり、図１に示す例では、データ部ｄ１１０が、Ｕ個のシンボルを含む場合の例を示している。
【００３２】
前述の通り、チャネルの推定は、送信側の構成と受信側の構成との間で互いに既知の信号を使用して行われており、従来の方式では、チャネルの推定に用いる既知の信号としてロングプリアンブルを使用している。
【００３３】
しかしながら、ロングプリアンブルは、通信効率確保のために送信フレームの先頭に位置する区間（例えば、プリアンブル部）にのみ含まれ、図１に示すように、データを送信するためのデータ部には含まれない。即ち、データ部の送信期間中には、受信側の構成は、ロングプリアンブルを受信することは困難である。そのため、データ部の送信期間中に急激なチャネルの変動が発生したとしても、受信側の構成は、当該チャネルの変動を推定することが困難である。
【００３４】
そこで、本実施形態に係る通信システム１は、データ部の送信期間においても、急激なチャネルの変動の推定を可能とすることを目的とする。具体的には、本実施形態に係る通信システム１は、データ部に含まれる既知の信号に基づき、チャネルの変動を推定する。そこで、以降では、図２を参照しながら、ＯＦＤＭ方式において代表的に使用されるＩＥＥＥ８０２．１１ａで定義されるフレーム構成を適用した場合を例に、本実施形態に係る通信システム１の概要について説明する。図２は、本実施形態に係る通信システム１で使用する通信信号のフレーム構成の一例であり、ＩＥＥＥ８０２．１１ａで定義されるフレームｄ１０の一例を示している。
【００３５】
図２に示すように、フレームｄ１０は、ショートプリアンブルｄ１０２と、ロングプリアンブルｄ１０４と、信号フィールドｄ１１２と、データ部ｄ１１４とを含む。
【００３６】
ショートプリアンブルｄ１０２は、１２波のサブキャリアｃ１０それぞれに割り当てられた１０個のショート・トレーニング・シンボルを含む。図２に示す例では、ショート・トレーニング・シンボルのデータ長は８００ｎｓであり、ショートプリアンブルｄ１０２のデータ長は８μｓとなる。
【００３７】
ロングプリアンブルｄ１０４は、５２波のサブキャリアそれぞれに割り当てられた２個のロング・トレーニング・シンボルを含む。図２に示す例では、ロング・トレーニング・シンボルのデータ長は４μｓであり、ロングプリアンブルｄ１０４のデータ長は８μｓとなる。
【００３８】
信号フィールドｄ１１２は、５２波のサブキャリアそれぞれに割り当てられた１個のＯＦＤＭシンボルを含む。信号フィールドは、パケットの長さや遅延のように、受信側の構成が、受信したデータを復号するための情報の送信に用いられる。なお、図２に示す例では、１ＯＦＤＭシンボルのデータ長は４μｓであり、信号フィールドｄ１１２のデータ長も４μｓとなる。
【００３９】
信号フィールドｄ１１２以降の領域は、データ部ｄ１１４に相当する。データ部ｄ１１４は、５２波のサブキャリアからなり、当該５２波のサブキャリアのうち、参照符号ｃ１２ａ〜ｃ１２ｄで示される４波のサブキャリアは既知の信号（以降では、「パイロット信号」と呼ぶ）の送信に用いられる。なお、以降では、パイロット信号の送信に用いられる４波のサブキャリアｃ１２ａ〜ｃ１２ｄそれぞれを「パイロットサブキャリア」と呼ぶ場合がある。パイロットサブキャリアｃ１２ａ〜ｃ１２ｄは、同期補足用に挿入されている。なお、パイロットサブキャリアｃ１２ａ〜ｃ１２ｄのそれぞれを特に区別しない場合には、「パイロットサブキャリアｃ１２」と記載する場合がある。
【００４０】
本実施形態に係る通信システム１は、データ部ｄ１１４を送信するための複数のサブキャリア中のパイロットサブキャリアｃ１２ａ〜ｃ１２ｄを利用することで、チャネルの変動を推定する。これにより、本実施形態に係る通信システム１は、データ部ｄ１１４の送信期間中においても、急激なチャネル変動の推定を可能とする。以降では、本実施形態に係る通信システム１の詳細について説明する。
【００４１】
［構成］
まず、図３を参照して、本実施形態に係る通信システム１の構成について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る通信システム１の構成の一例を示したブロック図であり、ＭＩＭＯ方式の無線通信システムの一例を示している。なお、本実施形態においては、通信システム１が、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎに代表される直交周波数分割多重方式（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式）のシステムであることを想定して説明する。
【００４２】
図３に示すように、本実施形態に係る通信システム１は、送信装置５０と、複数の送信アンテナＴｘ１及びＴｘ２と、複数の受信アンテナＲｘ１及びＲｘ２と、受信装置１０とを含む。なお、図３に示す例では、送信装置５０に接続された送信アンテナＴｘ１及びＴｘ２と、受信装置１０に接続された受信アンテナＲｘ１及びＲｘ２との間で、伝搬路ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、及びｈ２２を形成する２×２ＭＩＭＯの例を示している。ただし、図３に示す例はあくまで一例であり、本実施形態に係る通信システム１の構成を２×２ＭＩＭＯに限定するものではなく、送信アンテナ及び受信アンテナの本数は特に限定されない。また、本実施形態に係る受信装置１０は、受信処理部１０２と、チャネル推定部１０４と、チャネル変動推定部１０６とを含む。
【００４３】
送信装置５０は、ｍ本（ｍ≧２）の送信アンテナからｍ系統の信号を送信する装置である。例えば、図３に示す例では、送信アンテナの数は２本であるため、送信装置５０は、２系統（ｍ＝２）の信号を送信することになる。
【００４４】
送信装置５０は、外部から入力される送信データから無線により送信するために適した所定のフレームフォーマットのデータフレーム（データ部）を生成し、生成された各フレームの先頭にプリアンブル部を付加する。なお、送信装置５０は、データフレームの周波数方向における所定の位置にパイロット信号を配置する。このパイロット信号が、パイロットサブキャリアｃ１２により送信されることとなる。
【００４５】
送信装置５０は、プリアンブル信号が付加された２系統の信号を変調し、所定の無線周波数帯の信号に周波数変換した後、所定のレベルに増幅して出力する。このようにして出力された２系統の出力信号は、各々送信アンテナＴｘ１及びＴｘ２によってＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号として送信される。
【００４６】
受信装置１０は、ｎ本（ｎ≧２）の受信アンテナを用いて、送信装置５０により送信されたｍ系統の信号を受信する。即ち、送信装置５０と受信装置１０との間にはｎ×ｍの伝送路が存在する。ここで、ｉ番目の送信アンテナから送信されｊ番目の受信アンテナで受信される場合の伝達関数をｈｊｉとすると、これを第（ｊ，ｉ）成分とするｎ行ｍ列の行列がチャネル行列である。以下、チャネル行列をＨと表記する。
【００４７】
例えば、図３に示す例では、受信アンテナの数は２本であるため、受信装置１０は、送信装置５０から送信された２系統（ｍ＝２）の信号を、２本（ｎ＝２）の受信アンテナＲｘ１及びＲｘ２で受信することとなる。この場合には、送信装置５０と受信装置１０との間には２×２の伝送路、即ち、伝搬路ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、及びｈ２２が存在することとなる。
【００４８】
受信処理部１０２は、ｎ本の受信アンテナそれぞれで受信されたｍ系統のＲＦ信号をそれぞれ取得する。受信処理部１０２は、取得したＲＦ信号それぞれを受信系統ごとに所定帯域でフィルタリングし、増幅及び周波数変換等を行ってベースバンド信号に変換する。
【００４９】
受信処理部１０２は、変換したベースバンド信号から、パイロットサブキャリアｃ１２ａ〜ｃ１２ｄを抽出し、抽出したパイロットサブキャリアｃ１２ａ〜ｃ１２ｄそれぞれをデジタル信号に変換する。このようにして、受信処理部１０２は、受信系統ごとに抽出されたパイロットサブキャリアｃ１２ａ〜ｃ１２ｄそれぞれからパイロット信号を復調する。
【００５０】
例えば、図３に示す例の場合には、受信処理部１０２は、２本の受信アンテナＲｘ１及びＲｘ２のそれぞれで受信された２系統のＲＦ信号を、受信アンテナＲｘ１及びＲｘ２のそれぞれに対応するベースバンド信号に変換する。そして、受信処理部１０２は、受信アンテナＲｘ１及びＲｘ２のそれぞれに対応するベースバンド信号から、パイロットサブキャリアｃ１２ａ〜ｃ１２ｄを抽出する。受信処理部１０２は、受信アンテナＲｘ１及びＲｘ２それぞれに対応して抽出されたパイロットサブキャリアｃ１２ａ〜ｃ１２ｄそれぞれからパイロット信号を復調する。
【００５１】
受信処理部１０２は、受信系統ごとのベースバンド信号から抽出されたパイロットサブキャリアｃ１２ごとに復調された受信信号（即ち、パイロット信号）を、シンボル単位で、当該シンボルの送信タイミングごとにチャネル推定部１０４に順次出力する。なお、以降では、パイロットサブキャリアｃ１２ごとにシンボル単位で復調された、当該シンボルの送信タイミングごとの受信信号を、受信信号ｒｉ（ｔ）（ｋ）と記載する場合がある。なお、「ｉ」は、受信アンテナの番号（即ち、受信系統）を示しており、「ｋ」は、パイロットサブキャリアｃ１２ａ〜ｃ１２ｄそれぞれを識別するための番号を示している。また、「ｔ」は、復調されたシンボルが送信された送信タイミングを示している。
【００５２】
例えば、図３に示した２×２ＭＩＭＯの場合には、受信処理部１０２は、送信タイミングｔ＝１に対応する受信信号ｒｉ（１）（ｋ）として、受信アンテナＲｘ１に対応するｒ１（１）（１）〜ｒ１（１）（４）と、受信アンテナＲｘ２に対応するｒ２（１）（１）〜ｒ２（１）（４）とをチャネル推定部１０４に出力する。次いで、受信処理部１０２は、送信タイミングｔ＝２に対応する受信信号ｒｉ（２）（ｋ）として、受信アンテナＲｘ１に対応するｒ１（２）（１）〜ｒ１（２）（４）と、受信アンテナＲｘ２に対応するｒ２（２）（１）〜ｒ２（２）（４）とをチャネル推定部１０４に出力する。
【００５３】
チャネル推定部１０４は、受信信号ｒｉ（ｔ）（ｋ）を、当該受信信号（シンボル）の送信タイミングごとに受信処理部１０２から順次取得する。チャネル推定部１０４は、送信タイミングの異なる受信信号ｒｉ（ｔ）（ｋ）に基づき、伝搬路ごとのチャネルｈｉｊをパイロットサブキャリアｃ１２ごとに推定する。以下に、チャネル推定部１０４による、チャネルｈｉｊの算出に係る処理の詳細について説明する。
【００５４】
まず、図４を参照する。図４は、本実施形態に係る通信システム１におけるチャネルの推定について説明するための図であり、受信アンテナが２本の場合における、アンテナごとに受信された受信信号（パイロット信号）を模式的に示している。図４における、Ｄａｔａ１−１〜１−Ｕは、受信アンテナＲｘ１で受信された受信信号を示しており、受信信号ｒ１（ｔ）（ｋ）に対応している。同様に、Ｄａｔａ２−１〜２−Ｕは、受信アンテナＲｘ２で受信された受信信号を示しており、受信信号ｒ２（ｔ）（ｋ）に対応している。
【００５５】
チャネル推定部１０４は、伝搬路ごとのチャネルｈｉｊの推定に、異なる送信タイミングで送信された受信信号ｒｉ（ｔ）（ｋ）を使用する。例えば、図４に示す例の場合には、チャネル推定部１０４は、送信タイミングｔ１１で送信されたＤａｔａ１−１及びＤａｔａ２−１と、送信タイミングｔ１２で送信されたＤａｔａ１−２及びＤａｔａ２−１とに基づきチャネルｈｉｊを推定する。このとき推定されるチャネルｈｉｊは、Ｄａｔａ１−１、Ｄａｔａ２−１、Ｄａｔａ１−２、及びＤａｔａ２−２が伝搬される間の時間における、伝搬路ごとのチャネルを示している。
【００５６】
同様に、チャネル推定部１０４は、送信タイミングｔ２１で送信されたＤａｔａ１−３及びＤａｔａ２−３と、送信タイミングｔ２２で送信されたＤａｔａ１−４及びＤａｔａ２−４とに基づき、別の時間におけるチャネルｈｉｊを推定する。なお、チャネルｈｉｊの推定に用いる受信信号ｒｉ（ｔ）（ｋ）は送信タイミングが異なればよく、各受信信号ｒｉ（ｔ）（ｋ）に対応する送信タイミングは、必ずしも連続していなくてもよい。
【００５７】
ここで、本実施形態に係る通信システム１におけるチャネル推定の原理について説明する。２つの異なる送信タイミングで送信された受信信号ｒｉ（ｔ）（ｋ）は、以下に示す（式２）〜（式６）で定義される。
【００５８】
【数２】
2015023555.tif 000004
【００５９】
上記（式２）〜（式６）において、ｋは、パイロットサブキャリアｃ１２ａ〜ｃ１２ｄそれぞれを識別するための番号を示している。また、（式３）に示すように、Ｒ（ｋ）は、２つの異なる送信タイミングで送信された受信信号ｒｉ（ｔ）（ｋ）により形成される受信信号行列を示している。また、Ｈ（ｋ）はチャネル行列を示しており、（式４）に示すように、当該チャネル行列Ｈ（ｋ）の各要素が、各パイロットサブキャリアｃ１２に対応する伝搬路ごとのチャネルｈｉｊ（ｋ）を示している。また、（式６）に示すＮ（ｋ）は熱雑音を示している。
【００６０】
また、（式５）に示すように、Ｓｐ（ｋ）は、受信信号行列Ｒ（ｋ）を構成する各受信信号ｒｉ（ｔ）（ｋ）に対応した、送信信号sｐｉ（ｔ）（ｋ）により形成される送信信号行列を示している。例えば、送信信号sｐ１（２）（ｋ）は、受信信号ｒ１（２）（ｋ）に対応している。同様に、送信信号sｐ２（１）（ｋ）は、受信信号ｒ２（１）（ｋ）に対応している。なお、送信信号sｐｉ（ｔ）（ｋ）は、送信時のパイロット信号を示しており、既知の信号であることは言うまでもない。
【００６１】
なお、上記に示した（式２）は、２×２ＭＩＭＯの場合を示しており、送信アンテナ及び受信アンテナの数に応じて、受信信号行列Ｒ（ｋ）、チャネル行列Ｈ（ｋ）、送信信号行列Ｓｐ（ｋ）、熱雑音Ｎ（ｋ）それぞれの要素数が変わることは言うまでもない。
【００６２】
上記（式２）に基づき、チャネル行列Ｈ（ｋ）は、以下に示す（式３）に基づき推定される。
【００６３】
【数３】
2015023555.tif 000005
【００６４】
上記（式７）に示すように実空間における伝搬環境は、厳密には熱雑音Ｎ（ｋ）の影響を受けるが、チャネル行列Ｈ（ｋ）のノルム（幾何学的ベクトル）は、熱雑音Ｎ（ｋ）のノルムよりも極めて大きく、熱雑音Ｎ（ｋ）を無視できる。即ち、チャネル推定部１０４は、受信信号行列Ｒ（ｋ）と送信信号行列Ｓｐ（ｋ）とに基づき、チャネル行列Ｈ（ｋ）を推定する。これにより、各パイロットサブキャリアｃ１２に対応する伝搬路ごとのチャネルｈｉｊ（ｋ）が推定される。
【００６５】
以上のようにして、チャネル推定部１０４は、各パイロットサブキャリアｃ１２に対応する伝搬路ごとのチャネルｈｉｊ（ｋ）を順次推定し、推定されたチャネルｈｉｊ（ｋ）をチャネル変動推定部１０６に順次出力する。
【００６６】
チャネル変動推定部１０６は、推定された各パイロットサブキャリアｃ１２に対応する伝搬路ごとのチャネルｈｉｊ（ｋ）を、チャネル推定部１０４から順次取得する。チャネル変動推定部１０６は、互いに異なる時間（換言すると、互いに異なる送信タイミング）について推定されたチャネルｈｉｊ（ｋ）の相関関係に基づき相関係数ρを算出し、算出された相関係数ρに基づきチャネルの変動を推定する。以下に、チャネル変動推定部１０６の詳細について説明する。
【００６７】
チャネル変動推定部１０６は、互いに異なる時間について推定されたチャネルｈｉｊ（ｋ）間で相関を比較する。具体的な一例として、チャネル変動推定部１０６は、図４に示す送信タイミングｔ１１及びｔ１２のそれぞれに対応する受信信号ｒｉ（ｔ）（ｋ）に基づき推定されたチャネルｈｉｊ（ｋ）をチャネル推定部１０４から取得する。次いで、チャネル変動推定部１０６は、送信タイミングｔ２１及びｔ２２のそれぞれに対応する受信信号ｒｉ（ｔ）（ｋ）に基づき推定されたチャネルｈｉｊ’（ｋ）をチャネル推定部１０４から取得する。
【００６８】
チャネル変動推定部１０６は、チャネル推定部１０４から順次取得した、チャネルｈｉｊ（ｋ）とチャネルｈｉｊ’（ｋ）との相関を比較することで、相関係数ρを算出する。具体的には、相関係数ρは、以下に示す（式８）により算出される。
【００６９】
【数４】
2015023555.tif 000006
【００７０】
なお、（式８）において、チャネルｈｉｊ（ｋ）が、基準となるチャネル（伝搬チャネル応答）に相当し、チャネルｈｉｊ’（ｋ）が、チャネルｈｉｊ（ｋ）とは異なる時間について推定されたチャネルに相当する。また、ｈｉｊ＊（ｋ）は、チャネルｈｉｊ（ｋ）の複素共役を示している。また、「ｖ」は、パイロットサブキャリアｃ１２の数を示している。また、「ｍ」は、受信アンテナ数を示しており、「ｎ」は送信アンテナ数を示している。例えば、２×２ＭＩＭＯにおいて、４つのパイロットサブキャリアｃ１２を使用した場合には、ｖ＝４、ｍ＝２、ｎ＝２となる。
【００７１】
伝搬環境に変動が無い場合、即ち、チャネルｈｉｊ（ｋ）とチャネルｈｉｊ’（ｋ）とが等しい場合には相関係数ρ＝１となり、伝搬環境が変動すると、変動の度合いに応じて相関係数ρが低下する。
【００７２】
そのため、チャネル変動推定部１０６は、チャネル推定部１０４から順次取得したチャネルｈｉｊ（ｋ）に基づき相関係数ρを順次算出し、算出した相関係数ρを監視することで、チャネル変動を推定することが可能となる。なお、相関係数ρの算出に用いるチャネルｈｉｊ（ｋ）とチャネルｈｉｊ’（ｋ）とは、異なる時間に対応していればよく、チャネルｈｉｊ（ｋ）とチャネルｈｉｊ’（ｋ）のそれぞれに対応する時間は、必ずしも連続していなくてもよい。
【００７３】
また、上記に示す例では、ＭＩＭＯ方式の無線通信システムに適用した例について説明したが、（式８）に示すように、本実施形態に係る通信システム１は、必ずしもＭＩＭＯ方式に限定されない。即ち、通信システム１の構成として、ＳＩＳＯ（ｓｉｎｇｌｅ  ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  ｓｉｎｇｌｅ  ｏｕｔｐｕｔ）、ＳＩＭＯ（ｓｉｎｇｌｅ  ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）、及びＭＩＳＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  ｓｉｎｇｌｅ  ｏｕｔｐｕｔ）のいずれも適用可能であることは言うまでもない。また、本実施形態に係る通信システム１で使用される通信信号は、少なくとも１以上のパイロットサブキャリアｃ１２を含んでいれば、パイロットサブキャリアｃ１２の数は限定されない。
【００７４】
また、上記に示す例では、受信装置１０が、チャネル推定部１０４及びチャネル変動推定部１０６を備える例について説明したが、チャネル推定部１０４及びチャネル変動推定部１０６を受信装置１０とは別の筐体として設けてもよい。
【００７５】
また、各受信アンテナ（例えば、受信アンテナＲｘ１及びＲｘ２）を受信装置１０の一部として組み込んでもよい。同様に、各送信アンテナ（例えば、送信アンテナＴｘ１及びＴｘ２）を送信装置５０の一部として組み込んでもよい。
【００７６】
また、送信装置５０と受信装置１０とを一体的に構成してもよい。例えば、図５は、本実施形態に係る通信システム１の他の一例を示したブロック図であり、送信装置５０と受信装置１０とを一体的に構成した通信システム１ａの構成を示している。図５に示す例では、上述した送信装置５０に相当する送信処理部５０２と、上述した受信装置１０に含まれる受信処理部１０２、チャネル推定部１０４、及びチャネル変動推定部１０６とを、通信装置１０ａとして一体的に構成している。
【００７７】
なお、上述した一連の動作は、送信装置５０及び受信装置１０の各構成を動作させる装置のＣＰＵを機能させるためのプログラムによって構成することができる。このプログラムは、その装置にインストールされたＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を介して実行されるように構成してもよい。また、このプログラムは、上述した処理を実行する構成が含まれる装置が読み出し可能であれば、記憶される位置は限定されない。例えば、装置の外部から接続される記録媒体にプログラムが格納されていてもよい。この場合には、プログラムが格納された記録媒体を装置に接続することによって、その装置のＣＰＵに当該プログラムを実行させるように構成するとよい。
【００７８】
以上のように、本実施形態に係る通信システム１は、パイロットサブキャリアを利用することで、データ部に含まれるパイロット信号に基づき伝搬路ごとのチャネルを推定し、異なる時間について推定されたチャネルの相関関係に基づきチャネルの変動を推定する。そのため、本実施形態に係る通信システム１は、データ部の送信期間に急激なチャネルの変動が発生した場合においても、このチャネルの変動を推定することが可能となる。また、本実施形態に係る通信システム１に依れば、データ部として送信されるＯＦＤＭシンボルのうち、少なくとも２ＯＦＤＭシンボルに基づきチャネルの推定を行うことが可能である。そのため、本実施形態に係る通信システム１は、ロングプリアンブルに基づきチャネル変動の推定を行う場合に比べて、より高い時間分解能で（即ち、より短い間隔ごとに）チャネル変動を推定することが可能となる。
【００７９】
＜２．実施例＞
次に、実施例として、本実施形態に係る通信システム１を、所定の領域への人の侵入を検知するためのセキュリティシステムに応用した場合の例について説明する。具体的には、人の侵入、呼吸、心臓の動き等により伝搬環境が変動する。そこで、実施例に係る通信システム１は、監視対象となる所定の領域中におけるチャネルの変動を監視することで、当該領域中への人の侵入を検知する。
【００８０】
具体的には、実施例に係る通信システム１は、チャネルｈｉｊ（ｋ）を逐次推定するとともに、推定されたチャネルｈｉｊ（ｋ）に基づき相関係数ρを推定し、逐次推定された相関係数ρを所定の閾値と比較することで、チャネルの変動を監視する。このとき、監視対象となる領域に人が侵入した場合には、伝搬環境が変動し、推定される相関係数ρがあわせて低下する。そのため、通信システム１は、逐次推定された相関係数ρが、所定の閾値未満となったか否かに応じて、監視対象となる領域に人が侵入した否かを判断することが可能である。
【００８１】
以下に、実施例に係る通信システム１を用いて人の侵入を検知した場合の検知確率の測定結果について、比較例とあわせて説明する。
【００８２】
まず、図６を参照しながら、測定環境について説明する。図６は、実施例に係る測定環境の一例を示した図である。図６に示すように、縦方向Ｗ１の幅が６ｍ、横方向Ｗ２の幅が７．８ｍ、高さが２．６ｍの屋内空間ｐ１を使用した。また、屋内空間ｐ１において、横方向Ｗ２の一方における縦方向Ｗ１の両端近傍それぞれに送信アンテナＴｘ１及びＴｘ２を配置し、他方における縦方向Ｗ１の両端近傍それぞれに受信アンテナＲｘ１及びＲｘ２を配置する２×２ＭＩＭＯの構成としている。
【００８３】
チャネル変動の推定に使用する信号としては、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格の無線ＬＡＮ信号を用いた。なお、アンテナ素子間隔は３２λとしている。
【００８４】
以上のような測定環境において、ｐ１１〜ｐ１５で示す方向に人が移動している場合に、この人の移動を検知する確率を測定している。
【００８５】
なお、同様の測定環境において、実施例に係る通信システム１とは異なる方法でチェネル変動を推定した場合についても、比較例１及び比較例２としてあわせて測定を行っている。そこで、以下に、実施例、比較例１、及び比較例２の測定条件について説明する。
【００８６】
まず、実施例では、データ部を送信するための複数のサブキャリアに含まれる４波のパイロットサブキャリアを使用して、チャネル変動の推定を行った。この場合には、２ＯＦＤＭシンボル間隔、即ち、８［μｓ］ごとにチャネル変動の推定が行われる。
【００８７】
また、比較例１では、データ部を含まずロングプリアンブルのみが連続して送信されるように調整された通信信号を使用し、５６波のロングプリアンブルを用いてチャネル変動の推定を行った。なお、比較例１は、理想的な条件を想定して意図的に生成した信号であり、１ＯＦＭＤシンボル間隔、即ち、４［μｓ］ごとにチャネル変動の推定が行われる。
【００８８】
また、比較例２では、０．１［ｓ］間隔ごとにロングプリアンブルが送信されるようにデータ部を挿入し、５６波のロングプリアンブルを用いてチャネル変動の推定を行った。この場合には、ロングプリアンブルの間隔、即ち、０．１［ｓ］ごとにチャネル変動の推定が行われる。
【００８９】
以上のような測定条件のもとで、チャネル変動の推定に使用する信号のＳＮＲを１〜３０［ｄＢ］の間で変化させて、それぞれの場合について人の移動を検知する確率を測定した。なお、実施例、比較例１、及び比較例２は、チャネル変動の推定が行われる間隔が異なるため、サンプル数が等しくなるように、それぞれについて測定時間を調整している。
【００９０】
実施例、比較例１、及び比較例２の測定結果を図７に示す。図７は、実施例、比較例１、及び比較例２に係る測定結果の一例を示した図である。図７において、参照符号ｇ１０は、実施例として示した測定条件に基づく測定結果を示している。また、参照符号ｇ２１は、比較例１として示した測定条件に基づく測定結果を示しており、参照符号ｇ２２は、比較例２として示した測定条件に基づく測定結果を示している。
【００９１】
測定結果ｇ１０及びｇ２１を比較するとわかるように、実施例に係る通信システム１によれば、比較例１と同様の精度で、チャネルの変動を推定できることがわかる。即ち、４波のパイロットサブキャリアを利用することで、理想的な通信信号を使用し、かつ５６波のロングプリアンブルを用いた場合と同等の検出確率で、人の侵入を検知することが可能となる。
【００９２】
また、測定結果ｇ２２に示すように、データ部が挿入された実環境に近い条件の通信信号を使用して、５６波のロングプリアンブルによりチャネル変動の推定を行う場合には、信号のＳＮＲを高く設定したとしても検出確率が１００％には至らなかった。これに対して、測定結果ｇ１０が示すように、実施例に係る通信システム１によれば、測定結果ｇ２２に比べて全体的に高い検出確率を実現でき、かつ、ＳＮＲが２０［ｄＢ］以上の場合には、１００％の検出確率を実現できた。
【００９３】
以上のように、上述した実施形態に係る通信システム１により、監視対象となる所定の領域におけるチャネルの変動を逐次監視することで、例えば、当該監視対象となる領域への人の侵入を検知することが可能となる。なお、実施例に示したセキュリティシステムへの応用例はあくまで一例であり、チャネル変動の推定を要する分野であれば、上述した実施形態に係る通信システム１の適用分野は特に限定されない。
【００９４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００９５】
１、１ａ  通信システム
１０    受信装置
１０ａ  通信装置
５０    送信装置
１０２  受信処理部
１０４  チャネル推定部
１０６  チャネル変動推定部
５０２  送信処理部
【図１】
2015023555.tif 000007
【図２】
2015023555.tif 000008
【図３】
2015023555.tif 000009
【図４】
2015023555.tif 000010
【図５】
2015023555.tif 000011
【図６】
2015023555.tif 000012
【図７】
2015023555.tif 000013