(57)【要約】      （修正有）【課題】高いアンテナゲインを維持しつつ、アンテナの半電波強度ビーム幅を増加させる。【解決手段】無線通信システムにおいて信号を送信する送信装置は、少なくとも２つのビームアンテナ２１ａ、２１ｂと、無線通信システム内で送信される複数の信号ストリームを生成する生成手段を備える。各ビームアンテナ２１ａ、２１ｂは、異なる角度のメイン発信方向を有する。送信される信号は、これらの異なる信号ストリームに分割される、信号ストリームの数はビームアンテナ２１ａ、２１ｂの数に相当する。各信号ストリームは、異なるビームアンテナ２１ａ、２１ｂを介して送信される。また、各信号ストリームは異なるバージョンのデータからなるようにしてもよい。無線通信システムの受信装置、信号送信方法及び信号受信方法にも関する。【選択図】図４ａ
2008259187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムにおいて信号を送信する送信装置であって、
相異なる角度のメイン発信方向を有する少なくとも２つのビームアンテナと、
前記無線通信システム内で送信される複数の信号ストリームであって、送信される前記信号が、異なる前記信号ストリームに分割され、前記信号ストリームの数が前記ビームアンテナの数に相当する、前記信号ストリームを生成する生成手段と、
を備え、
前記各信号ストリームを、異なる前記ビームアンテナを介して送信する、送信装置。
【請求項２】
前記ビームアンテナは重なり合っている、請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記ビームアンテナは重なり合っていない、請求項１に記載の送信装置。
【請求項４】
レギュラー・インターレース分割（regular interlaced splitting）を使用し、前記分割された信号ストリームを異なるサブキャリアにマッピングする、請求項１〜３のいずれかに記載の送信装置。
【請求項５】
ブロック処理を使用して、前記分割された信号ストリームを異なる中心周波数を用いてアップコンバートする、請求項１〜３のいずれかに記載の送信装置。
【請求項６】
アダプティブ・サブキャリア・ローディング（adaptive sub-carrier loading）を使用して、前記分割された各信号ストリームに対して異なる変調方式を使用する、請求項１〜３のいずれかに記載の送信装置。
【請求項７】
無線通信システムにおいて信号を送信する送信装置であって、
相異なる角度のメイン発信方向を有する少なくとも２つのビームアンテナと、
前記無線通信システム内で送信される複数の信号ストリームであって、前記信号ストリームのそれぞれが、データの相異なるバージョンからなり、前記信号ストリームの数が前記ビームアンテナの数に相当する、前記信号ストリームを生成する生成手段と、
を備え、
前記各信号ストリームを、異なる前記ビームアンテナを介して送信する、送信装置。
【請求項８】
前記ビームアンテナは重なり合っている、請求項７に記載の送信装置。
【請求項９】
前記ビームアンテナは重なり合っていない、請求項７に記載の送信装置。
【請求項１０】
時空間ブロック符号化又は時空間トレリス符号化を使用して、前記異なるバージョンのデータを相異なる符号化方式を用いて符号化する、請求項７〜９のいずれかに記載の送信装置。
【請求項１１】
巡回遅延ダイバーシティ(cyclic delay diversity）を使用して、前記異なるバージョンのデータを巡回的にシフトする、請求項７〜９のいずれかに記載の送信装置。
【請求項１２】
無線通信システムにおいて信号を受信する受信装置であって、
相異なる角度のメイン発信方向を有し、それぞれ信号ストリームを受信する少なくとも２つのビームアンテナと、
異なるビームアンテナを介して受信された前記信号ストリームを単一の信号に結合する結合手段と、
を備える、受信装置。
【請求項１３】
前記ビームアンテナは重なり合っている、請求項１２に記載の受信装置。
【請求項１４】
前記ビームアンテナは重なり合っていない、請求項１２に記載の受信装置。
【請求項１５】
前記信号を、異なる前記信号ストリームで受信する、請求項１２〜１４のいずれかに記載の受信装置。
【請求項１６】
レギュラー・インターレース分割（regular interlaced splitting）を使用することにより、前記信号ストリームを結合する、請求項１５に記載の受信装置。
【請求項１７】
前記信号ストリームの結合は、ブロック処理を使用することで、前記信号ストリームを異なる中心周波数を用いてダウンコンバートすることにより、前記信号ストリームを結合する、請求項１５に記載の受信装置。
【請求項１８】
アダプティブ・サブキャリア・ローディング（adaptive sub-carrier loading）を使用して、前記各信号ストリームに対して異なる復調方式を使用することにより、前記信号ストリームを結合する、請求項１５に記載の受信装置。
【請求項１９】
前記受信される各信号ストリームは、前記受信されるデータの異なるバージョンからなる、請求項１２〜１４のいずれかに記載の受信装置。
【請求項２０】
時空間ブロック符号化又は時空間トレリス符号化を使用して、異なる復号化方式を使用することにより、前記データの異なるバージョンを結合する、請求項１９に記載の受信装置。
【請求項２１】
無線通信システムにおける信号送信方法であって、
相異なる角度のメイン発信方向を有する少なくとも２つのビームアンテナを提供するステップと、
前記無線通信システム内で送信される複数の信号ストリームであって、送信される前記信号が、異なる前記信号ストリームに分割され、前記信号ストリームの数が前記ビームアンテナの数に相当する、前記信号ストリームを生成するステップと、
前記各信号ストリームを、異なる前記ビームアンテナを介して送信するステップと、
を含む、信号送信方法。
【請求項２２】
前記ビームアンテナは重なり合っている、請求項２１に記載の信号送信方法。
【請求項２３】
前記ビームアンテナは重なり合っていない、請求項２１に記載の信号送信方法。
【請求項２４】
レギュラー・インターレース分割（regular interlaced splitting）を使用し、前記分割された信号ストリームを異なるサブキャリアにマッピングする、請求項２１〜２３のいずれかに記載の信号送信方法。
【請求項２５】
ブロック処理を使用して、前記分割された信号ストリームを異なる中心周波数を用いてアップコンバートする、請求項２１〜２３のいずれかに記載の信号送信方法。
【請求項２６】
アダプティブ・サブキャリア・ローディング（adaptive sub-carrier loading）を使用して、前記分割された各信号ストリームに対して異なる変調方式を使用する、請求項２１〜２３のいずれかに記載の信号送信方法。
【請求項２７】
無線通信システムにおける信号送信方法であって、
相異なる角度のメイン発信方向を有する少なくとも２つのビームアンテナを提供するステップと、
前記無線通信システム内で送信される複数の信号ストリームであって、前記信号ストリームのそれぞれが、データの相異なるバージョンからなり、前記信号ストリームの数が前記ビームアンテナの数に相当する、前記信号ストリームを生成するステップと、
前記各信号ストリームを、異なる前記ビームアンテナを介して送信する、信号送信方法。
【請求項２８】
前記ビームアンテナは重なり合っている、請求項２７に記載の信号送信方法。
【請求項２９】
前記ビームアンテナは重なり合っていない、請求項２７に記載の信号送信方法。
【請求項３０】
時空間ブロック符号化又は時空間トレリス符号化を使用して、前記異なるバージョンのデータを相異なる符号化方式を用いて符号化する、請求項２７〜２９のいずれかに記載の信号送信方法。
【請求項３１】
巡回遅延ダイバーシティ(cyclic delay diversity）を使用して、前記異なるバージョンのデータを巡回的にシフトする、請求項２７〜２９のいずれかに記載の信号送信方法。
【請求項３２】
無線通信システムにおける信号受信方法であって、
相異なる角度のメイン発信方向を有する少なくとも２つのビームアンテナを提供するステップと、
前記無線通信システムにおいて、前記各ビームアンテナを介して信号ストリームを受信するステップと、
異なるビームアンテナを介して受信された前記信号ストリームを単一の信号に結合するステップと、
を含む、信号受信方法。
【請求項３３】
前記ビームアンテナは重なり合っている、請求項３２に記載の信号受信方法。
【請求項３４】
前記ビームアンテナは重なり合っていない、請求項３２に記載の信号受信方法。
【請求項３５】
前記信号を、異なる前記信号ストリームで受信する、請求項３２〜３４のいずれかに記載の信号受信方法。
【請求項３６】
レギュラー・インターレース分割（regular interlaced splitting）を使用することにより、前記信号ストリームを結合する、請求項３５に記載の信号受信方法。
【請求項３７】
前記信号ストリームの結合は、ブロック処理を使用することで、前記信号ストリームを異なる中心周波数を用いてダウンコンバートすることにより、前記信号ストリームを結合する、請求項３５に記載の信号受信方法。
【請求項３８】
アダプティブ・サブキャリア・ローディング（adaptive sub-carrier loading）を使用して、前記各信号ストリームに対して異なる復調方式を使用することにより、前記信号ストリームを結合する、請求項３５に記載の信号受信方法。
【請求項３９】
前記受信される各信号ストリームは、前記受信されるデータの異なるバージョンからなる、請求項３２〜３５のいずれかに記載の信号受信方法。
【請求項４０】
時空間ブロック符号化又は時空間トレリス符号化を使用して、異なる復号化方式を使用することにより、前記データの異なるバージョンを結合する、請求項３９に記載の信号受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信及び受信ビームアンテナを用いた、無線通信システムにおける送信装置、信号送信方法、並びに、無線通信システムにおける受信装置及び信号受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信は、例えば、多種多様の技術分野、例えば、携帯電話、無線ＬＡＮ、放送無線システム、Ｐ−Ｐ（Point-to-Point）方式の無線システム、その他の既存又は将来の用途に用いられる。各無線通信システムによりカバーされる通信範囲は、基本的に、使用される技術に依存する。ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）などの携帯電話用通信システムは、約１０ｋｍ程度までの通信範囲に適用され、無線ＬＡＮは、約１００ｍ程度までの通信範囲に適用され、Bluetoothシステムは、約数１０ｍ程度までの通信範囲に適用される。無線通信システムの通信範囲に影響する主な要因は、使用される無線周波数と出力パワーである。ＧＳＭ、ＵＭＴＳで使用される無線周波数では、大気中への電磁波の吸収はあまり起こらないけれども、低帯域の屋内無線通信に適している６０ＧＨｚ帯では顕著な吸収が起こる。さらに、各無線通信技術に用いられる送信及び／又は受信アンテナの種類は、各適用分野に依存して変わる。
【０００３】
高データレート・ミリメータ波・無線通信システムにおけるワイドビームアンテナの使用は、マルチパス抑圧効果（multi path fading effect）を原因とする問題が起こる。高い半電波強度ビーム幅（half power beam width）でアンテナを使用することにより、アンテナのゲインが減少するので、望ましくない。
【０００４】
いくつかの通信システムでは、特定の方位角（azimuth）又は仰角（elevation angle）で高ゲインが得られ、他の角度で低ゲインとなる指向性アンテナ又はビームアンテナが使用される。これらのアンテナは、通常は、Ｓ／Ｎ比（ＳＮＲ：signal to noise ratio）高めるために無線通信システムに使用され、受信機及び／又は送信機のアンテナは、ＳＮＲが最大となる方向に向けられる。
【０００５】
もう一つの方法として、電波干渉がある場合、指向性アンテナは一般的に、求める信号のパワーを最大化し、電波干渉のパワーを最小化することで、信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ：signal interference plus noise ratio）を最大化する方向に向けられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ビームアンテナ又は指向性アンテナを使用するときには、数多くの障害がある。図１は、ビームアンテナを用いた最先端のシステムによる第１の障害を示す。信号は、送信機１００のアンテナ１０１から受信機１０８に送信される。ここで、直線経路上は、例えば、移動する人、車などの障害物１０６でブロックされているので、送信機１００と受信機１０８の間の２つの反射経路１０２、１０４、即ち、伝送される電磁波が受信機１０８に到達するまでに少なくとも１つの物体１０３、１０５で反射するような伝送経路が存在する。受信機１０８がビームアンテナ１０７を備える場合、多数の異なる角度（指向性アンテナの半電波強度ビーム幅よりも大きい角距離（angular separation）を有する角度）から、求める信号を高いＳＮＲで受信できるようにすると、リンクの質（link quality）は、ある特定の角度からのチャンネル状態に全体として依存するから、シングル指向性アンテナの使用は、ロバスト性（robustness）とダイバーシティ（diversity）を減少させることが起こりうる。
【０００７】
図２ａ、図２ｂは、最新のシングル狭ビームアンテナ（single narrow beam antenna）を用いたときの別の障害を示す。送信機１００と受信機１０８が携帯電話である状況下で、受信機のビームアンテナ１０７と、（送信機にもビームアンテナが用いられた場合の）送信機のビームアンテナは、位置決めアルゴリズムを選択することで、動的に位置調整される必要がある。もしこのアルゴリズムが、調整誤差を生じさせたり、適正に機能しなかったりしたときには、アンテナは、完全に位置調整されず、パフォーマンスが低下する。図２ａに示すように、ビームアンテナ１０７は、完全に位置調整されており、信号１０４は適切に受信される。図２ｂに示すケースでは、受信機１０８のビームアンテナ１０７は、位置調整が失敗しているので、この結果、パフォーマンスが低下する。
【０００８】
かかる問題を解決する１つの手法は、より高い半電波強度ビーム幅を有するビームアンテナを用いることである。
【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、高いアンテナゲインを維持しつつ、アンテナの半電波強度ビーム幅を増加させることにある。また、ロバスト性とダイバーシティを増加させることも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、無線通信システムにおいて信号を送信するための請求項１及び７に係る送信装置、請求項２１及び２７に係る無線通信システムにおける信号送信方法、無線通信システムにおいて信号を受信するための請求項１２に係る受信装置、請求項３２に係る無線通信システムにおける信号受信方法により達成される。
【００１１】
本発明のある観点によれば、無線通信システムにおいて信号を送信する送信装置（２２、３６、４５、４９）であって、相異なる角度のメイン発信方向（６６）を有する少なくとも２つのビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）と、前記無線通信システム内で送信される複数の信号ストリームであって、送信される前記信号が、異なる前記信号ストリームに分割され、前記信号ストリームの数が前記ビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）の数に相当する、前記信号ストリームを生成する生成手段（２４、２５、２６、３７、４６、５０）と、を備え、前記各信号ストリームを、異なる前記ビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）を介して送信する、送信装置が提供される。
【００１２】
また、本発明の別の観点によれば、無線通信システムにおいて信号を送信する送信装置（５７、６１）であって、相異なる角度のメイン発信方向（６６）を有する少なくとも２つのビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）と、前記無線通信システム内で送信される複数の信号ストリームであって、前記信号ストリームのそれぞれが、データの相異なるバージョンからなり、前記信号ストリームの数が前記ビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）の数に相当する、前記信号ストリームを生成する生成手段（５１、６２、６３）と、を備え、前記各信号ストリームを、異なる前記ビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）を介して送信する、送信装置が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の観点によれば、無線通信システムにおいて信号を受信する受信装置（３５、４３、６０、６４）であって、相異なる角度のメイン発信方向（６６）を有し、それぞれ信号ストリームを受信する少なくとも２つのビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）と、異なるビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）を介して受信された前記信号ストリームを単一の信号に結合する結合手段（３３、３４、４２、５９）と、を備える、受信装置が提供される。
【００１４】
また、本発明の別の観点によれば、無線通信システムにおける信号送信方法であって、相異なる角度のメイン発信方向（６６）を有する少なくとも２つのビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）を提供するステップと、前記無線通信システム内で送信される複数の信号ストリームであって、送信される前記信号が、異なる前記信号ストリームに分割され、前記信号ストリームの数が前記ビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）の数に相当する、前記信号ストリームを生成するステップと、前記各信号ストリームを、異なる前記ビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）を介して送信するステップと、を含む、信号送信方法が提供される。
【００１５】
また、本発明の別の観点によれば、無線通信システムにおける信号送信方法であって、相異なる角度のメイン発信方向（６６）を有する少なくとも２つのビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）を提供するステップと、前記無線通信システム内で送信される複数の信号ストリームであって、前記信号ストリームのそれぞれが、データの相異なるバージョンからなり、前記信号ストリームの数が前記ビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）の数に相当する、前記信号ストリームを生成するステップと、前記各信号ストリームを、異なる前記ビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）を介して送信する、信号送信方法が提供される。
【００１６】
また、本発明の別の観点によれば、無線通信システムにおける信号受信方法であって、相異なる角度のメイン発信方向（６６）を有する少なくとも２つのビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）を提供するステップと、前記無線通信システムにおいて、前記各ビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）を介して信号ストリームを受信するステップと、異なるビームアンテナ（２１ａ、２１ｂ）を介して受信された前記信号ストリームを単一の信号に結合するステップと、を含む、信号受信方法が提供される。
【００１７】
異なるアンテナを介して信号を送信又は受信することにより、アンテナの有効な半電波強度ビーム幅を増加させるとともに、同時に高いアンテナゲインを維持できる。さらに、ロバスト性又はダイバーシティを増加させることができる。
【００１８】
また、前記ビームアンテナは重なり合っているようにしてもよい。
【００１９】
また、前記ビームアンテナは重なり合っていないようにしてもよい。
【００２０】
また、レギュラー・インターレース分割（regular interlaced splitting）を使用し、前記分割された信号ストリームを異なるサブキャリアにマッピングするようにしてもよい。
【００２１】
また、ブロック処理を使用して、前記分割された信号ストリームを異なる中心周波数を用いてアップコンバートするようにしてもよい。
【００２２】
また、アダプティブ・サブキャリア・ローディング（adaptive sub-carrier loading）を使用して、前記分割された各信号ストリームに対して異なる変調方式を使用するようにしてもよい。
【００２３】
また、時空間ブロック符号化又は時空間トレリス符号化を使用して、前記異なるバージョンのデータを相異なる符号化方式を用いて符号化するようにしてもよい。
【００２４】
また、巡回遅延ダイバーシティ(cyclic delay diversity）を使用して、前記異なるバージョンのデータを巡回的にシフトするようにしてもよい。
【００２５】
また、前記信号を、異なる前記信号ストリームで受信するようにしてもよい。
【００２６】
また、レギュラー・インターレース分割（regular interlaced splitting）を使用することにより、前記信号ストリームを結合するようにしてもよい。
【００２７】
また、前記信号ストリームの結合は、ブロック処理を使用することで、前記信号ストリームを異なる中心周波数を用いてダウンコンバートすることにより、前記信号ストリームを結合するようにしてもよい。
【００２８】
また、アダプティブ・サブキャリア・ローディング（adaptive sub-carrier loading）を使用して、前記各信号ストリームに対して異なる復調方式を使用することにより、前記信号ストリームを結合するようにしてもよい。
【００２９】
また、前記受信される各信号ストリームは、前記受信されるデータの異なるバージョンからなるようにしてもよい。
【００３０】
また、時空間ブロック符号化又は時空間トレリス符号化を使用して、異なる復号化方式を使用することにより、前記データの異なるバージョンを結合するようにしてもよい。
【００３１】
本発明は、各種の帯域で信号を送受信することが可能な各種の無線通信システムに適用できる。さらに、本発明は、無線通信の技術的実装の変調方式の種類に限定されるものではない。しかしながら、本発明のある実施例及び実装は、例えば、６０ＧＨｚ伝送帯域などのミリメータ波帯域において信号を伝送する短及び／又は中帯域無線通信システムに有効である。さらに、本発明の送信装置及び受信装置は、無線通信システムにおいて信号を送信、受信する各種のデバイスであってよい。用語「送信装置」及び「受信装置」は、あらゆる種類の携帯型及び／又は据置型の通信設備、ユニット、手段、システムなどを含むものである。本発明にかかる送信装置から受信装置に伝送される信号は、任意の理由及び用途のため送信機から受信機に伝送される、あらゆる種類の情報、データ、シンボル、などを含む。本発明によれば、送信装置又は受信装置の少なくともいずれかは、異なる位置に指向する（steer）ように配された狭ビームアンテナを備える。一実施例では、送信装置及び受信装置はそれぞれ、異なる位置に指向するように配された狭ビームアンテナを備えることが好ましい。用語「狭ビームアンテナ（narrow beam antenna）」又は「ビームアンテナ（beam antenna）」は、特定の送信及び／又は受信方向を有さない全方向アンテナとは異なり、アンテナビームの形状に限定されることなく特定の送信及び／又は受信方向を有する全ての種類のアンテナを含むものである。さらに、本発明のビームアンテナは、特定の指向タイプに限定されるものではない。即ち、本発明のビームアンテナは、異なる送信及び／又は受信位置に対する狭ビームアンテナの指向又は切替を可能にするための特定の技術的実装に限定されず、狭ビームアンテナの送信及び／又は受信方向を変更、切替、変化などできるものであればすべてのアンテナを含む。例えば、本発明のビームアンテナは、かかる例に限定されるものではないが、例えば、ビーム方向が変わるようにアンテナを機械的又は電気的にシフトさせることにより変わる固定狭ビーム放射パターン（fixed narrow beam radiation pattern）を有するアンテナであってもよい。また、狭ビームアンテナは、ビーム方向を変えるために、アンテナの位相及び／又はゲインを変更することにより指向する任意のアンテナであってもよい。さらにまた、狭ビームアンテナは、アンテナパターンから構成することができ、このアンテナパターンは、アンテナパターンの各アンテナ要素が特定の狭ビームアンテナ方向を有し、当該要素がアンテナの発信方向を変えられるような方法で制御されるようにするものである。現在知られているもの、又は、将来開発されるであろうものを含めて他の多くの可動アンテナの例があるがこれらも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３２】
この文章におけるビームアンテナは、次のいずれの方法によって形成される指向特性を有するアンテナも含む。
・指向特性を有するアンテナのバンク（bank）から接続されたアンテナ、又は、
・全方向性若しくは指向特性を有するアンテナ又はアンテナ要素と位相器を含むネットワークにより形成されたアンテナ、又は
・全方向性若しくは指向特性を有するアンテナ又はアンテナ要素から選ばれたものにより形成されたアンテナ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
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。
【００３４】
（本発明の実施形態の概要）
図３は、直交波周波数分割多重（ＯＦＤＭ：orthogonal division multiplexing）を用いた最新式の送信装置１と受信装置２を示す模式図である。送信装置１と受信装置２は、ベースバンド信号を処理するベースバンド部３と、アップコンバートされた信号を処理するＲＦ部４とを備える。
【００３５】
送信装置１は、送信される信号に誤り訂正符号（error correction code）を付加する通信路符号化（channel coding）手段５を備える。次いで、当該信号は、インターリーバ（interleaver）６により処理されて、誤り訂正のパフォーマンスを増加させるため、信号のデータが非隣接方式（non-contiguous way）で整列される。そして、信号は、変調器７により変調された後に、信号に逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：inverse Fast Fourier Transformation）８が適用される。
【００３６】
さらに、信号は、デジタルアナログ変換器９によりＤＡ変換されてフィルタリングされる。その後、信号は、アップコンバータ１０に送られ、異なる周波数帯にアップコンバートされて、パワーが増幅される。そして、信号はアンテナ１１に送られて無線通信システムを介して送信される。
【００３７】
受信装置２は、無線通信システムからの信号を受信するためのアンテナ１２と、信号をベースバンドにダウンコンバートし、低雑音増幅（low noise amplification）するダウンコンバータ１３とを備える。ＦＦＴ１４は、信号を高速フーリエ変換する。この信号は、等価器（equalizer）１５と通信路推定器（channel estimator）１６により処理され、さらに、復調器１７により復調される。その後、インターリーバ１８とデコード手段１９によって、誤り検出するためのインターリーブ及び通信路符号化の各ステップが実行される。
【００３８】
本発明の実施形態にかかる送信装置と受信装置は、送受信される信号を適切に処理することができるように、前記最新式の送信装置と受信装置の全ての構成要素の全てを備える。図面では、本発明の実装と理解のたえに必要な構成要素のみを表示する。他の必要な構成要素の全ては、明瞭性のために図示を省略する。しかしながら、実際の実装では、それら全ての構成要素は実装される。加えて、本発明の実施形態に係る送信装置と受信装置は、例えば、データ、情報、アプリケーション、ソフトウェアコードなどを保存するためのメモリ、動作を制御するコントローラ、電源供給部などの構成要素を備える。
【００３９】
次に、本発明の基礎となる技術的思想について説明する。この技術的思想は、送信装置又は受信装置の少なくとも一方若しくは双方に適用される。
【００４０】
上述したように、本発明の目的は、ゲインを減少させることなく、アンテナの半電波強度ビーム幅を増加させ、また、通信回線のダイバーシティを増加させることにある。これは、信号をいくつかの信号ストリームで送信及び／又は受信することで達成できる。各信号ストリームは、分離された別々のビームアンテナにより送信及び／又は受信される。この分離されたビームアンテナは、互いに異なる角度のメイン発信方向（main beaming direction）を有している。以下に説明する実施形態では、ＯＦＤＭシステムを用いているが、本発明の技術的思想は、２以上の搬送波を有する任意のシステムに適応でき、ＯＦＤＭシステムに限定されるものではない。
【００４１】
図４ａ、図４ｂは、本発明を基礎づける主な技術的思想を示している。図４ａに示すように、送信機及び／又は受信機２０は、分離された２つのビームアンテナ２１ａ、２１ｂを備えている。各ビームアンテナ２１ａ、２１ｂは、メイン発信方向６６と、異なる方位角及び／又は仰角での最大応答又はピーク応答を有している。図４ａに示す実施形態では、ビームアンテナ２１ａ、２１ｂは、異なる角度のメイン発信方向６６を有している。図４ｂに示すビームアンテナ２１ａ、２１ｂも同様に、異なる角度のメイン発信方向６６を有しているが、図４ａと異なり、図４ｂのビームアンテナ２１ａ、２１ｂは、空間的に重なり合っている（overlap）。一方、図４ａのビームアンテナ２１ａ、２１ｂは、空間的に重なり合っていない。
【００４２】
異なる角度を用いた高いＳ／Ｎ比（ＳＮＲ）で信号を送信又は受信できるようにする場合、図４ａのように重なり合っていないビームアンテナ配置の方が好ましい。一方。送信機又は受信機でアンテナの有効な半電波強度ビーム幅を増加させたい状況では、図４ｂのように重なり合っているケースの方が有利である。また、図４ｂは、ミスアライメント誤差（misalignment errors）に対する通信回線の感度を減少させることが望ましい状況においても、有用である。
【００４３】
本発明の基礎となる主たる技術的思想によれば、信号を送信するときには、信号は１つの信号ストリームで送信されず、いくつかの信号ストリームが生成され、各信号ストリームは、異なるビームアンテナにより送信される。同様に、異なる信号ストリームで信号が受信され、異なる信号ストリームのそれぞれは、異なるビームアンテナで受信され、受信機により各信号ストリームが１つの信号に結合される。本発明は、２つのビームアンテナを使用する例に限定されず、３以上のビームアンテナを有し、３以上の信号ストリームを送信又は受信するような実施形態も含まれる。
【００４４】
ここで、本発明の一実施形態によれば、信号ストリームは、信号を複数の信号ストリームに分割することにより生成される。或いは、本発明の別の実施形態によれば、ストリームはそれぞれ、送信される完全なデータに相当するが、前記送信されるデータの異なるバージョンを提供するものである。異なるビームアンテナを介して信号ストリームを送受信するために使用される方法は、好ましくは、例えば、レギュラー・インターレース分割（regular interlaced splitting）、ブロック分割（block splitting）、サブストリーム・アダプティブ・ローディング（sub-stream adaptive loading）、時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ：space time block coding） 又は、巡回遅延ダイバーシティ(ＣＣＤ：cyclic delay diversity）などである。
【００４５】
本発明の一実施形態によれば、異なる信号ストリームで信号が送信又は受信される場合、マルチ搬送波（multi-carriers）が使用される。一方、本発明の別の実施形態によれば、データの異なるバージョンを伝送するときには、単一搬送波（one carrier）が使用される。
【００４６】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態によれば、送信される信号はＮ個のストリームに分割され、異なるサブキャリア（副搬送波：sub-carrier）にマッピングされる。好ましくは、レギュラー・インターレース分割（regular interlaced
splitting）が使用される。この方法は、本明細書に参照として組み込まれる米国特許第７０４６６１７号明細書に記載されている。
【００４７】
米国特許第７０４６６１７号明細書には、送信機が少なくとも２つのアンテナを有し、送信されるデータストリームがこれらのアンテナで多重化されるＯＦＤＭシステムが提案されている。２つのアンテナシステムで送信機のデータストリームをアンテナで多重化するために、偶数のサブキャリアは第１アンテナで多重化され、奇数のサブキャリアは第２アンテナで多重化される。
【００４８】
図５は、レギュラー・インターレース分割を用いた送信装置２２を示す。図５に示す第１実施形態にかかる送信装置２２は、２つのビームアンテナ２１ａ、２１ｂを備え、信号を２つの信号ストリームに分割するようになっている。上述したように、本発明は、２つの信号ストリームと２つのビームアンテナに限定されるものではない。レギュラー・インターレース分割を用いるとき、データは、偶数／奇数なる分類の仕方でサブキャリアにマッピングされる。ここで、変調器７から出力される変調シンボル（Modulation symbols）は、変調シンボル間にゼロを挿入することで、２倍にアップサンプリングされる。特に、信号２４は、マルチプレクサ２５、２６において、変調器７からシンボルが出力される割合であるシンボル率（symbol rate）をトグル（toggle）し、この結果、変調器７から出力された変調シンボルは、２つのＩＦＦＴ８のうちのいずれかに入力される。変調シンボルが一方のＩＦＦＴ８に入力されたとき、他方のＩＦＦＴ８にはゼロが入力され、逆もまた同様である。シンボル率が変わらないように維持するために、どちらのビームアンテナ２１ａ、２１ｂにも割り振られていないサブキャリアにゼロが挿入される。その後、２つの信号ストリームは、上記最新式の技術と同様に処理される。ビームアンテナを使用するときには、上述したようにビームアンテナ２１ａ、２１ｂの形状、選択又は方向の少なくともいずれかを決定するために、ビーム形成アルゴリズム手段２７からデータが入力されるアンテナ２１ａ、２１ｂ用の稼働手段（steering means）２８が実装される。
【００４９】
レギュラー・インターレース分割を使用する場合、信号ストリームは、２つのタイプの受信装置によって受信されてもよい。第１のタイプの受信装置を図６ａに示し、第２のタイプの受信装置を図６ｂに示す。
【００５０】
図６ａに示す受信装置２９は、１つのレシーバーアンテナを用いた１つのレシーバー連鎖（receiver chain）からなる。このアンテナは、全方位アンテナ又はビームアンテナであってもよい。受信信号は、ダウンコンバータ１３によりダウンコンバートされた後に、ＡＤＣ３１によりアナログ−デジタル変換及びフィルタリング処理される。さらに、当該信号は、デマルチプレクサ３２  Ｍ：Ｎ（Ｎは、信号ストリームの数を表し、ＭはＦＦＴのサイズを表す。）により処理される。信号３３は、受信パスの選択処理とゼロの除去処理との間を切替（toggle）する。さらに、受信装置２９においても上述したような最新式の受信装置（図３）と同様な処理がなされる。
【００５１】
これに対し、図６ｂに示すように、受信装置３５は、２つのビームアンテナ２１ａ、２１ｂと複合的なレシーバー連鎖（multiple receiver chains）を備えてもよい。ここで、信号３３は、マルチプレクサ３４における第１の受信パス又は第２の受信パスの選択を切り替え、２つの信号ストリームをデマルチプレクス（逆多重化）する処理中に、送信装置により挿入されたゼロが除去される。
【００５２】
上記のような第１の実施形態に係る手法を用いることで、変調器からの隣接したシンボルが、異なる２以上のアンテナから送信されることが補償される。これによって、受信機において通信路符号化と連動するダイバーシティが強化される。この理由は、異なるビームアンテナから受信機までの通信路応答が異なるからである。
【００５３】
この手法の更なる実施可能例では、レギュラー・インターレース分割が、ビームアンテナ２１ａ、２１ｂを有する受信機でのみ遂行される。かかる実施可能例では、図６ｂに示すような受信機と、図３に示したような標準的な送信機とを使用できる。
【００５４】
（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。本発明の第２の実施形態によれば、信号ストリームは、異なる複数の中心周波数を用いてアップコンバートされる。この場合、ブロック分割を用いることが好ましい。図７は、ブロック分割を用いた送信装置３６を示す。第２の実施形態でもまた、本発明を、２つのビームアンテナを有する実施例で説明するが、本発明は、かかる２つのビームアンテナ２１ａ、２１ｂの数に限定されるものでない。第２の実施形態に係る手法では、Ｎ個（Ｎは、ビームアンテナ２１ａ、２１ｂの数に相当する。）の出力を有する周波数インターリーバ（frequency interleaver）３７が用いられる。周波数インターリーバ３７の各出力は、変調器７を通り、次いで、ＩＦＦＴ３８を通る。第２の実施形態に係る手法では、各ＩＦＦＴ３８は、全体の伝送バンド幅のＮ分の１だけ伝送し、そのサイズもＮ分の１と有利であり、それ故、上述した第１実施形態で提案したシステムよりもサイズが小さい。ＤＡＣ９でのデジタル−アナログ変換後に、Ｎ個の信号ストリームは、アップコンバータ１０でアップコンバートされる。このとき、各信号ストリームは、異なる中心周波数を用いてアップコンバートされるので、Ｎ個の送信ストリームは、隣接した周波数帯を占める。
【００５５】
かかる第２の実施形態の手法において、周波数インターリーバ３７は、隣接した入力ビットが、２以上のサブキャリアの周波数空間を有するサブキャリアにマッピングされることを補償する。
【００５６】
この手法でも、２つの受信装置が用いられる。図８ａは第１の受信装置３９を示し、図８ｂは第２の受信装置４３を示す。
【００５７】
図８ａに示すように、受信装置３９は、１つの受信アンテナ３０を用いた１つのレシーバー連鎖からなる。このアンテナは、全方位アンテナ又はビームアンテナであってもよい。ここで、２つの搬送波処理手段４０、４１が設けられている。第１の搬送波処理手段４０は、１番目の（Ｍ／２）搬送波を処理し、第２の搬送波処理手段４１は、２番目の（Ｍ／２）搬送波を処理する。ただし、Ｍは、ＦＦＴ１４のサイズである。２つの変調器１７が設けられ、２つの信号は、周波数デインターリーバ（frequency deinterleaver）４２によりデインターリーブ（deinterleave）され、その後、シングル信号ストリームとしてさらに処理される。
【００５８】
図８ｂは、本発明の第２の実施形態に係る受信装置４３の第２実施例を示す。受信装置４０は、複合的なレシーバー連鎖を備え、各レシーバー連鎖は、別々のビームアンテナ２１ａ、２１ｂに接続されている。２個のビームアンテナ２１ａ、２１ｂを有する図８ｂの実施例では、ハーフサイズ（１／２のサイズ）のＦＦＴ４４だけを用いればよい。つまり、Ｎ個のアンテナとＮ個の信号ストリームを有する実施例では、Ｎ分の１のサイズを有するＦＦＴのみを用いればよい。図８ｂの実施例では、周波数デインターリーバ４２により、２つの信号ストリームが１つに結合される。
【００５９】
第２の実施形態にかかる手法の更なる実施可能例では、ビームアンテナを用いたブロック分割が、受信装置サイドのみで遂行される。かかる実施可能例では、図８ｂに例示されたような受信機と、図３に示したような標準的な送信機とを使用できる。
【００６０】
（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。本発明の第３の実施形態によれば、信号は、Ｎ個の信号ストリームに分割され、各信号ストリームのために、異なる変調方式（modulation schemes）が使用される。この場合、アダプティブ・サブキャリア・ローディング（adaptive sub-carrier loading）、例えば、サブストリーム・アダプティブ・ローディング（sub-stream adaptive loading）を用いることが好ましい。ここでは、信号がＮ個の信号ストリームに分割され、異なる信号ストリームは、異なる変調方式を有している。
【００６１】
第３の実施形態は、Ｎ回線（Ｎ個の信号ストリームがＮ個のビームアンテナにより受信機に送信されること。）のＳ／Ｎ比が異なる場合に、特に有用である。最適なパフォーマンスのために、異なる回線のＳ／Ｎ比に関する情報を、或いは、送信装置で使用されるべき選択的な変調方式に関する情報を、受信装置から送信装置に伝える必要がある。サブストリーム・アダプティブ・ローディングを実現する最も簡単な方法は、全ての信号ストリームが同一の名目上の変調方式を有するかのように、同一の全体データレートで送信される結果となるよう、信号ストリームに対する変調方式を選択することである。これをすることにより、異なる変調インプットで、正しいビット数が使用可能となる。
【００６２】
これをより明瞭に説明すると、Ｎ＝２であり、名目上の変調スキームが１６ＱＡＭ（four bits/symbol）であるシステムを用いることにより、使用可能なサブキャリアの半分を用いる一方のストリームは４ＱＰＳＫ（two bits/symbol）で送信でき、サブキャリアの残りの半分を使用可能な他方のストリームは、６４ＱＡＭ（6 bits/symbol）で送信でき、結果として、同一の全体データレートとなるが、低いＳ／Ｎ比を有する信号ストリームは、より低いレベルの変調スキーム（ＱＰＳＫ）を使用し、高いＳ／Ｎ比を有する信号ストリームは、より高いレベルの変調スキーム（ＱＰＳＫ）を使用することができるという利点がある。
【００６３】
図９ａ及び図９ｂは、第３の実施形態にかかる送信装置の例を示す。この送信装置は、Ｎ＝２、即ち、２つのビームアンテナ２１ａ、２１ｂと、当該アンテナにより２つの信号ストリームを送信するものである。
【００６４】
図９ａに示すように、異なる２つの信号ストリームは、インターリーバ６の後段で分割され、要求された変調モードのために正しいビット数を各変調器４７、４８に送るマルチプレクサ４６を通る。これによって、ｎビットは、第１レベルで第１の変調器４７を通り、ｍビットは、第２レベルで第２の変調器４８を通る。これらの変調器の出力は、異なるストリームからの搬送波がインターレースされるような方法で、ＩＦＦＴ８を通る。
【００６５】
図９ｂは、ブロック分割を用いた他の具現例を示す。周波数インターリーバ５０は、隣接するビットを分割し、隣接する入力ビットが、２以上のサブキャリアの周波数空間を有するサブキャリアにマッピングされる。さらに、周波数インターリーバ５０は、正しいビット数を各変調器４７、４８に出力し、その結果、各変調器４７、４８で、選択された変調スキームが用いられる。ここでも、ｎビットは第１の変調器４７を通り、ｍビットは第２の変調器４８を通る。ＩＦＦＴ３８は、ハーフサイズのＩＦＦＴであればよい。つまり、Ｎ個のビームアンテナとＮ個の信号ストリームを有する実施例では、Ｎ分の１のサイズを有するＦＦＴを用いればよい。送信機でサブストリーム・アダプティブ・ローディングが用いられる場合、送信される信号がこれらのモードを用いて送信されることを受信装置が知っており、この結果、受信装置にて、要求された処理を実行して、当該信号を正しく復調することが重要である。
【００６６】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本発明の第４の実施形態によれば、Ｎ個の異なるバージョンのデータが、Ｎ個の異なる信号ストリームで伝送される。この場合、時空間ブロック符号化を用いることが好ましい。また、ビームアンテナ２１ａ、２１ｂ用のダイバーシティを得るための他のふさわしい方法は、送信機において時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ：space time block code）又は時空間トレリス符号（ＳＴＴＣ：space time trellis code）を用いる手法である。送信アンテナの数の相違のための多くの符号が知られている。これらのうちで最もよく知られているのは、「the space time block code
from Alarnouti」であり、これは、非特許文献１：「“A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications” Siavash M. Alarnouti著, “IEEE Journal on Select Areas in Communications”Vol.16 of October 8, 1998」に開示されている。当該文献は、本明細書に参照として組み込まれる。
【００６７】
図１０は、２つの送信機を有するシステムにおいて、時空間ブロック符号化を行うエンコーダ５１を示す。ＳＴＢＣエンコーダは、複素シンボル(complex symbol）ｓ１とｓ２からなる２つのブロックを受信する。各入力ブロックは、それぞれ２つの複素シンボルを含む２つの直交出力ブロックを生成する。この方法において、信号は複数の信号ストリームに分割されないが、相違するように符号化されたストリームとして送信される。これらストリームは、各アップコンバータに送られた後に、異なる送信アンテナ５２、５３により送信される。ＳＴＢＣエンコーダからの送信シンボルの直交性のため、送信される２つの複素シンボル間で通信路が顕著に変化していなくても、エンコードされたデータは、簡単な操作で、かつ、最大のダイバーシティの利益をもたらしつつ、デコードすることができる。
【００６８】
図１１は、第４の実施形態に係る送信装置の例を示す。送信装置５７は、上述したように動作するＳＴＢＣエンコーダ５１を備える。
【００６９】
第４の実施形態に係る手法は、２通りの受信装置で具現できる。図１２ａに示すように、送信装置５８は、例えば、全方位アンテナ又はビームアンテナなどからなる唯一のアンテナと、時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ）デコーダ５９を備える唯一のレシーバー連鎖とを有するようにしてもよい。別の例として、図１２ｂに示すように、送信装置６０は、２つのビームアンテナ２１ａ、２１ｂと２つのレシーバー連鎖を備えるようにしてもよい。
【００７０】
送信機で時空間ブロック符号化を用いる場合もまた、受信装置が、送信される信号がこれらのモードを用いて送信されることを受信装置が知っており、この結果、受信装置にて、要求された処理を実行して、当該信号を正しく復調することが重要である。
【００７１】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本発明の第５の実施形態によれば、Ｎ個の異なるバージョンのデータが伝送され、Ｎ個のストリームのそれぞれは、巡回的にシフトされる。第５の実施形態では、巡回遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ：cyclic delay diversity）を用いることが好ましい。巡回遅延ダイバーシティは、Ｎ個のビームアンテナを備えたマルチキャリアシステムのためのダイバーシティを提供する。このことは、非特許文献２「“Transmit/Receive-Antenna Diversity Techniques for OFDM system” Armin Damman and Stefan Kaiser著, the Institute of Communications and 25 Navigation, German Aerospace Center (DLR)発行, Vol. 13, No. 5 of September/October 2002」と、非特許文献３「“Standard Conformable Antenna Diversity Techniques for OFDM and its Application to the DVB- T System” Armin Damman and Stefan Kaiser著, the Institute of Communications and Navigation, German Aerospace Center (DLR)発行」に開示されている。当該文献は、本明細書に参照として組み込まれる。
【００７２】
余分な遅延（extra delay）を伝送信号に導入するように、余分な送信（N-1）ストリームが巡回的にシフトするので、巡回遅延ダイバーシティは、パフォーマンスゲインを提供する。これらの余分な遅延要素は、通信路におけるマルチパス遅延（multi-path delays）に付加され、更なるマルチパス分散（multipath dispersion）と、更なる周波数選択性をもたらす。これは、受信装置における通信路符号化をより効果的にし、顕著なパフォーマンスの改良をもたらす。
【００７３】
図１３は、巡回遅延ダイバーシティを有する送信装置である。送信連鎖において、１つのストリーム内にガードインターバルブロック６２によりガードインターバル（guard interval）が付加される前に、巡回遅延ダイバーシティ手段６２により巡回遅延ダイバーシティ（cyclic delay diversity means）が、当該ストリームに付加される。
【００７４】
なお、明確化の観点から、他の図においてガードインターバルブロック６３、６５は図示を省略されている。
【００７５】
巡回遅延ダイバーシティ方法は、マルチビームアンテナを有する受信装置に用いることができ、たった１つのＦＦＴと１つのレシーバー連鎖とが必要であるという有利な点を有する。
【００７６】
本発明の実施形態にかかる異なるビームアンテナを用いた送信装置、受信装置及び信号ストリームの送信、受信方法は、使用されるビームアンテナの形状及び方向に依存しており、高いアンテナゲインを維持しつつ、アンテナの半電波強度ビーム幅を増加させることができる。また、本発明の技術的思想によれば、異なる角度を用いて信号を送信又は受信するときに、ロバスト性又はダイバーシティを増加することができる。
【００７７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】最新式の通信システムを示す模式図。
【図２ａ】最新式の通信システムの異なる状態を示す模式図。
【図２ｂ】最新式の通信システムの異なる状態を示す模式図。
【図３】最新式の送信装置及び受信装置を示すブロック図。
【図４ａ】本発明の基礎となる主原理を示す模式図。
【図４ｂ】本発明の基礎となる主原理を示す模式図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る送信装置を示すブロック図。
【図６ａ】最新式の受信装置を示すブロック図。
【図６ｂ】本発明の第１の実施形態に係る受信装置を示すブロック図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る送信装置を示すブロック図。
【図８ａ】最新式の受信装置を示すブロック図。
【図８ｂ】本発明の第２の実施形態に係る受信装置を示すブロック図。
【図９ａ】本発明の第３の実施形態に係る送信装置を示すブロック図。
【図９ｂ】本発明の第３の実施形態に係る送信装置を示すブロック図。
【図１０】時空間エンコーダを示す模式図。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る送信装置を示すブロック図。
【図１２ａ】最新式の受信装置を示すブロック図。
【図１２ｂ】本発明の第４の実施形態に係る受信装置を示すブロック図。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る送信装置を示すブロック図。
【符号の説明】
【００７９】
２１ａ、２１ｂ：ビームアンテナ
２２、３６、４５、４９、５７、６１：送信装置
２４、２５、２６、３７、４６、５０、５１、６２、６３：生成手段
３３、３４、４２、５９：結合手段
６６：メイン発信方向
【図１】
2008259187.tif 000003
【図２ａ】
2008259187.tif 000004
【図２ｂ】
2008259187.tif 000005
【図３】
2008259187.tif 000006
【図４ａ】
2008259187.tif 000007
【図４ｂ】
2008259187.tif 000008
【図５】
2008259187.tif 000009
【図６ａ】
2008259187.tif 000010
【図６ｂ】
2008259187.tif 000011
【図７】
2008259187.tif 000012
【図８ａ】
2008259187.tif 000013
【図８ｂ】
2008259187.tif 000014
【図９ａ】
2008259187.tif 000015
【図９ｂ】
2008259187.tif 000016
【図１０】
2008259187.tif 000017
【図１１】
2008259187.tif 000018
【図１２ａ】
2008259187.tif 000019
【図１２ｂ】
2008259187.tif 000020
【図１３】
2008259187.tif 000021