(57)【要約】【課題】ＯＦＤＭを採用したＭＩＭＯシステム及びマルチセルシステムにおいて、周波数効率と送受信性能を改善した直交周波数分割多重通信システム、及び直交周波数分割多重無線機を提供する。【解決手段】３系統の受信信号は、フーリエ変換器１４ａ〜１４ｃへ入力されてフーリエ変換が行われ、直交周波数分割多重信号を構成する搬送波が分離される。フーリエ変換器１４ａ〜１４ｃが出力する信号から、逆行列演算ブロック１５はパイロット信号部分のみを、復調ブロック１６はデータ信号部分のみを抽出して取得する。そして、逆行列演算ブロック１５において、抽出されたパイロット信号を用いて送信機と受信機の間の伝送路パラメータの複素行列Ｈｋが測定され、その逆行列Ｖｋが計算される。復調ブロック１６では、逆行列Ｖｋに３系統の受信信号がそれぞれ乗算され、伝送路特性が補償されると共に、各送信アンテナ毎の送信信号が推定される。【選択図】　図５
2004080110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基地局を配置し、移動機が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信すると共に、通信する前記基地局を切り替えながら移動する直交周波数分割多重通信システムであって、
前記基地局のそれぞれが、相互に直交するパイロット信号を含む直交周波数分割多重信号を送信し、
前記移動機が、複数のアンテナを備えて該直交周波数分割多重信号を受信し、受信した直交周波数分割多重信号に含まれる前記パイロット信号を利用して、前記複数の基地局と前記移動機との間の伝送路特性を測定すると共に、受信した直交周波数分割多重信号の中から、通信するべき基地局より送信された直交周波数分割多重信号を抽出する
ことを特徴とする直交周波数分割多重通信システム。
【請求項２】
複数のアンテナを備えた基地局を配置し、移動機が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信しながら移動する直交周波数分割多重通信システムであって、
前記基地局が、相互に直交するパイロット信号を含むと共に、異なる送信データによって生成された直交周波数分割多重信号を、前記複数のアンテナのそれぞれから送信し、
前記移動機が、複数のアンテナを備えて該直交周波数分割多重信号を受信し、受信した直交周波数分割多重信号に含まれる前記パイロット信号を利用して、前記基地局の複数のアンテナと前記移動機との間の伝送路特性を測定すると共に、前記複数のアンテナのそれぞれから送信された各直交周波数分割多重信号を独立に復調して前記送信データを抽出する
ことを特徴とする直交周波数分割多重通信システム。
【請求項３】
前記パイロット信号が、直交周波数分割多重信号の周波数軸と時間軸の両方において相互に直交している
ことを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の直交周波数分割多重通信システム。
【請求項４】
複数の基地局を配置し、移動機が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信すると共に、通信する前記基地局を切り替えながら移動する直交周波数分割多重通信システムで用いられる直交周波数分割多重無線機であって、
他の基地局が送信するパイロット信号と直交するパイロット信号を含む直交周波数分割多重信号を送信する送信手段
を備えたことを特徴とする直交周波数分割多重無線機。
【請求項５】
複数のアンテナを備えた基地局を配置し、移動機が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信しながら移動する直交周波数分割多重通信システムで用いられる直交周波数分割多重無線機であって、
相互に直交するパイロット信号を含むと共に、異なる送信データによって生成された直交周波数分割多重信号を、前記複数のアンテナのそれぞれから送信する送信手段
を備えたことを特徴とする直交周波数分割多重無線機。
【請求項６】
前記送信手段が、利用されている直交周波数分割多重通信システムの仕様を示す制御信号を含む直交周波数分割多重信号を送信する
ことを特徴とする請求項４、または請求項５に記載の直交周波数分割多重無線機。
【請求項７】
基地局を配置し、移動機が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信しながら移動する直交周波数分割多重通信システムで用いられる直交周波数分割多重無線機であって、
複数のアンテナを備えて直交周波数分割多重信号を受信する受信手段と、
受信した直交周波数分割多重信号に含まれるパイロット信号を利用して、前記基地局と前記移動機との間の伝送路特性を測定する伝送路測定手段と、
前記伝送路特性を利用して送信された信号を推定する復調手段と、
推定された信号から、信号を選択取得するか否かを指示する制御信号を抽出する制御信号抽出手段と、
前記制御信号に基づいて、推定された信号を全て出力するか、または推定された信号から通信するべき基地局より送信された信号を選択して出力する信号出力手段と
を備えたことを特徴とする直交周波数分割多重無線機。
【請求項８】
複数の基地局を配置し、移動機が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信すると共に、通信する前記基地局を切り替えながら移動する直交周波数分割多重通信システムで用いられる直交周波数分割多重無線機であって、
複数のアンテナを備えて直交周波数分割多重信号を受信する受信手段と、
受信した直交周波数分割多重信号に含まれるパイロット信号を利用して、前記複数の基地局と前記移動機との間の伝送路特性を測定する伝送路測定手段と、
前記伝送路特性を利用して送信された信号を推定する復調手段と、
推定された信号から通信するべき基地局より送信された信号を選択して出力する信号出力手段と
を備えたことを特徴とする直交周波数分割多重無線機。
【請求項９】
複数のアンテナを備えた基地局を配置し、移動機が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信しながら移動する直交周波数分割多重通信システムで用いられる直交周波数分割多重無線機であって、
複数のアンテナを備えて直交周波数分割多重信号を受信する受信手段と、
受信した直交周波数分割多重信号に含まれるパイロット信号を利用して、前記基地局の複数のアンテナと前記移動機との間の伝送路特性を測定する伝送路測定手段と、
前記伝送路特性を利用して送信された信号を推定する復調手段と、
推定された信号の全てを出力する信号出力手段と
を備えたことを特徴とする直交周波数分割多重無線機。
【請求項１０】
前記パイロット信号が、直交周波数分割多重信号の周波数軸と時間軸の両方において相互に直交している
ことを特徴とする請求項４から請求項９のいずれかに記載の直交周波数分割多重無線機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直交周波数分割多重化（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ　；以下ＯＦＤＭという）方式を利用した直交周波数分割多重通信システム、及び直交周波数分割多重無線機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線機では、送信側と受信側との間の伝送路特性を測定し、受信側で良好な受信特性を得るために、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ　Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ　Ｏｕｔｐｕｔ）と呼ばれるシステムが用いられる。
例えば一例として３×３のＭＩＭＯシステムについて図面を参照し説明すると、ＭＩＭＯシステムは、図１２に示すように、送信機８１から送信データ１、２、３を３本の送信アンテナ８１ａ、８１ｂ、８１ｃからそれぞれ送信信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３として独立して送信する。受信機８２では、３本の受信アンテナ８２ａ、８２ｂ、８２ｃを備えて、各送信アンテナからの合成信号を、各受信アンテナから受信信号Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３として受信する。
【０００３】
ここで、送信信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３と受信信号Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３とを、それぞれ複素ベースバンド信号とした場合、ＭＩＭＯシステムでは、次のようにして信号を復調する。
すなわち、まず既知の送信信号Ｘ０１、Ｘ０２、Ｘ０３を送信機８１から送信し、これを受信機８２でＹ０１、Ｙ０２、Ｙ０３として受信することで、下記（１）式により、送信機８１と受信機８２の間の伝送路特性を示す伝送路パラメータの複素行列Ｈを測定する。
【０００４】
【数１】
2004080110.tif 000003
【０００５】
ここで、送信アンテナ８１ａから受信アンテナ８２ａへの伝送路パラメータをｈ１１、送信アンテナ８１ａから受信アンテナ８２ｂへの伝送路パラメータをｈ２１、送信アンテナ８１ａから受信アンテナ８２ｃへの伝送路パラメータをｈ３１とする。また、送信アンテナ８１ｂから受信アンテナ８２ａへの伝送路パラメータをｈ１２、送信アンテナ８１ｂから受信アンテナ８２ｂへの伝送路パラメータをｈ２２、送信アンテナ８１ｂから受信アンテナ８２ｃへの伝送路パラメータをｈ３２とする。更に、送信アンテナ８１ｃから受信アンテナ８２ａへの伝送路パラメータをｈ１３、送信アンテナ８１ｃから受信アンテナ８２ｂへの伝送路パラメータをｈ２３、送信アンテナ８１ｃから受信アンテナ８２ｃへの伝送路パラメータをｈ３３とする。
【０００６】
次に、この複素行列Ｈの逆行列Ｖを求め、下記（２）式により、未知の受信信号Ｙ１１、Ｙ１２、Ｙ１３に対する送信信号Ｘ１１、Ｘ１２、Ｘ１３を推定する。
【０００７】
【数２】
2004080110.tif 000004
【０００８】
このように、既知信号の送受信により、伝送路パラメータを測定することにより、未知の受信信号を復調して、この受信信号に対応する正確な送信信号を推定すると共に、アンテナの数に比例して１度に伝送するデータの量を増加することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際には、各送信アンテナから各受信アンテナへの伝送路特性を正確に測定するために、送信側では、各送信アンテナを切り替えて、各送信アンテナから単独でＣＷ信号（無変調連続波信号）を送信し、受信側では、各送信アンテナからの送信信号を各受信アンテナが独立して受信できるように、送信アンテナの切り替えと同期して受信アンテナを切り替えて受信する。
【００１０】
従って、上述のような３×３のＭＩＭＯシステムでは、送受信アンテナを切り替えて９通りの伝送路特性を測定して、初めて送信機８１と受信機８２の間の伝送路特性を示す伝送路パラメータの複素行列Ｈを求めることができる。そのため、実際のデータの送受信時間に対して、伝送路パラメータの複素行列Ｈを求めるための伝送路特性の測定時間の割合が多く、大変効率が悪いため、リアルタイムでの動作が困難であるという問題や、送信側と受信側とで正確に同期してアンテナを切り替えることが困難であるという問題があった。
特に、ＯＦＤＭを採用した通信システムのような場合、広い周波数帯域を占有する信号に対してアンテナを切り替えるための切替器は、安定して広い周波数特性を有する必要があるため、実現することが難しいという問題があった。
【００１１】
さて、一方、近年の通信システムには、周波数利用効率を上げるために、基地局の電波が到達する範囲を１つの通信の構成単位として通信を行い、この基地局を複数並べて連続したサービスエリアをカバーするものがある。このようなシステムはマルチセルシステムと呼ばれ、このシステムでは、移動機との通信周波数に対し異なる周波数を割り当てた基地局を隣接して配置すると共に、移動機との通信周波数に対し同一周波数を割り当てた基地局を、適当な距離をおいて繰り返し配置することで、カバーするサービスエリアの大きさに対して、使用する周波数の割り当て数を極力減らすようにシステムを構成する。
【００１２】
上述のような通信システムでは、それぞれの基地局と移動機との間の通信が、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ　）のように通信用の搬送波が１波のようなシステムを採用していれば、移動機との通信周波数に異なる周波数を割り当てた基地局を隣接して配置することは比較的容易に実行できるものの、ＯＦＤＭを採用した通信システムの場合、移動機との基地局との間の通信に利用される搬送波周波数が複数あるため、全ての周波数において、隣接する基地局と異なる搬送波周波数を採用しようとすると、莫大な周波数帯域を占有してしまうため、周波数利用効率が逆に低下するという問題があった。
従って、ＯＦＤＭを採用した通信システムでは、基地局と移動機との間で、隣接する基地局の送信する信号を排除して信号を送受信する必要があった。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、ＯＦＤＭを採用したＭＩＭＯシステム及びマルチセルシステムにおいて、周波数効率と送受信性能を改善した直交周波数分割多重通信システム、及び直交周波数分割多重無線機を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係る直交周波数分割多重通信システムは、複数の基地局（例えば実施の形態の送信機２０１を備えたＢＳ−Ａ３２、ＢＳ−Ｂ３３、ＢＳ−Ｃ３４）を配置し、移動機（例えば実施の形態の受信機１００を備えたＭＳ３１）が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信すると共に、通信する前記基地局を切り替えながら移動する直交周波数分割多重通信システムであって、前記基地局のそれぞれが、相互に直交するパイロット信号を含む直交周波数分割多重信号を送信し、前記移動機が、複数のアンテナを備えて該直交周波数分割多重信号を受信し、受信した直交周波数分割多重信号に含まれる前記パイロット信号を利用して、前記複数の基地局と前記移動機との間の伝送路特性を測定すると共に、受信した直交周波数分割多重信号の中から、通信するべき基地局より送信された直交周波数分割多重信号を抽出することを特徴とする。
【００１５】
以上の構成を備えた直交周波数分割多重通信システムは、複数の基地局が相互に直交するパイロット信号を含む直交周波数分割多重信号を送信するので、移動機側では、異なる基地局の信号を同時に受信しても、パイロット信号の直交性から、各基地局と移動機との間の伝送路特性を示す伝送路パラメータを測定することにより、各基地局毎に送信された直交周波数分割多重信号を分離して、所望の信号のみを抽出することができる。
【００１６】
請求項２の発明に係る直交周波数分割多重通信システムは、複数のアンテナ（例えば実施の形態のアンテナ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ）を備えた基地局（例えば実施の形態の送信機２００を備えた基地局）を配置し、移動機（例えば実施の形態の受信機１００を備えた移動機）が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信しながら移動する直交周波数分割多重通信システムであって、前記基地局が、相互に直交するパイロット信号を含むと共に、異なる送信データによって生成された直交周波数分割多重信号を、前記複数のアンテナのそれぞれから送信し、前記移動機が、複数のアンテナを備えて該直交周波数分割多重信号を受信し、受信した直交周波数分割多重信号に含まれる前記パイロット信号を利用して、前記基地局の複数のアンテナと前記移動機との間の伝送路特性を測定すると共に、前記複数のアンテナのそれぞれから送信された各直交周波数分割多重信号を独立に復調して前記送信データを抽出することを特徴とする。
【００１７】
以上の構成を備えた直交周波数分割多重通信システムは、１つの基地局が、複数のアンテナから相互に直交するパイロット信号を含む直交周波数分割多重信号を送信するので、移動機側では、複数のアンテナから送信された直交周波数分割多重信号を同時に受信しても、パイロット信号の直交性から、各アンテナと移動機との間の伝送路特性を示す伝送路パラメータを測定することにより、各アンテナ毎に送信された直交周波数分割多重信号に分離すると共に、各直交周波数分割多重信号を独立に復調して送信データを抽出することができる。
【００１８】
請求項３の発明に係る直交周波数分割多重通信システムは、請求項１、または請求項２に記載の直交周波数分割多重通信システムにおいて、前記パイロット信号が、直交周波数分割多重信号の周波数軸と時間軸の両方において相互に直交していることを特徴とする。
【００１９】
以上の構成を備えた直交周波数分割多重通信システムは、複数の基地局のそれぞれに備えられた送信アンテナ、または１つの基地局に備えられた複数の送信アンテナの違いを、前記パイロット信号が直交周波数分割多重信号の周波数軸において相互に直交していることを利用して区別し、受信アンテナの違いを、前記パイロット信号が直交周波数分割多重信号の時間軸において相互に直交していることを利用して区別することができる。
【００２０】
請求項４の発明に係る直交周波数分割多重無線機は、複数の基地局を配置し、移動機が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信すると共に、通信する前記基地局を切り替えながら移動する直交周波数分割多重通信システムで用いられる直交周波数分割多重無線機であって、他の基地局が送信するパイロット信号と直交するパイロット信号を含む直交周波数分割多重信号を送信する送信手段（例えば実施の形態の送信機２０１）を備えたことを特徴とする。
【００２１】
以上の構成を備えた直交周波数分割多重無線機は、送信手段によって、移動機に対して個々の基地局に割り当てられた基地局独自のパイロット信号を含む直交周波数分割多重信号を送信し、移動機側でいずれの基地局から送信された直交周波数分割多重信号であるかを検出することを可能とする。
【００２２】
請求項５の発明に係る直交周波数分割多重無線機は、複数のアンテナを備えた基地局を配置し、移動機が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信しながら移動する直交周波数分割多重通信システムで用いられる直交周波数分割多重無線機であって、相互に直交するパイロット信号を含むと共に、異なる送信データによって生成された直交周波数分割多重信号を、前記複数のアンテナのそれぞれから送信する送信手段（例えば実施の形態の送信機２００）を備えたことを特徴とする。
【００２３】
以上の構成を備えた直交周波数分割多重無線機は、送信手段によって、基地局の複数のアンテナから移動機へ、各アンテナ毎に相互に直交するパイロット信号を含み、異なる送信データによって生成された直交周波数分割多重信号を同時に送信して、基地局と移動機との間の送信効率を向上させることができる。
【００２４】
請求項６の発明に係る直交周波数分割多重無線機は、請求項４、または請求項５に記載の直交周波数分割多重無線機において、前記送信手段が、利用されている直交周波数分割多重通信システムの仕様を示す制御信号を含む直交周波数分割多重信号を送信することを特徴とする。
【００２５】
以上の構成を備えた直交周波数分割多重無線機は、送信手段によって制御信号を移動機へ送信することにより、移動機側で、例えば利用されている直交周波数分割多重通信システムが、マルチセルシステムであるのか、あるいはＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ　Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ　Ｏｕｔｐｕｔ）システムであるのかを判別して、受信した直交周波数分割多重信号に対する処理の手順を変更し、所望のパイロット信号を含む直交周波数分割多重信号のみを復調するか、受信した直交周波数分割多重信号をパイロット信号別に分離して全て復調するかを選択させることができる。
【００２６】
請求項７の発明に係る直交周波数分割多重無線機は、基地局を配置し、移動機が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信しながら移動する直交周波数分割多重通信システムで用いられる直交周波数分割多重無線機であって、複数のアンテナ（例えば実施の形態のアンテナ１ａ〜１ｃ）を備えて直交周波数分割多重信号を受信する受信手段（例えば実施の形態のＬＮＡ２ａ〜２ｃや直交検波器５ａ〜５ｃ等々）と、受信した直交周波数分割多重信号に含まれるパイロット信号を利用して、前記基地局と前記移動機との間の伝送路特性を測定する伝送路測定手段（例えば実施の形態の逆行列演算ブロック１５）と、前記伝送路特性を利用して送信された信号を推定する復調手段（例えば実施の形態の復調ブロック１６）と、推定された信号から、信号を選択取得するか否かを指示する制御信号を抽出する制御信号抽出手段（例えば実施の形態の制御信号抽出部２０、制御信号判定部２１）と、前記制御信号に基づいて、推定された信号を全てを出力するか、または推定された信号から通信するべき基地局より送信された信号を選択して出力する信号出力手段（例えば実施の形態のデータ選択部２２）とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
以上の構成を備えた直交周波数分割多重無線機は、複数のアンテナを備えた受信手段により、複数の基地局から送信された直交周波数分割多重信号を受信し、更に、伝送路測定手段によって、受信した直交周波数分割多重信号に含まれる前記パイロット信号を利用して伝送路特性を測定する。そして、復調手段により伝送路特性を利用して送信された信号を推定し、推定された信号から、制御信号抽出手段を用いて、信号を選択取得するか否かを指示する制御信号を抽出することにより、この制御信号に基づいて、送信された信号が例えばＭＩＭＯシステムによる送信信号であるのか、マルチセルシステムによる送信信号であるのかを判断し、信号出力手段によって、ＭＩＭＯシステムによる送信信号である場合は推定された信号の全て出力するか、マルチセルシステムによる送信信号である場合は推定された信号から通信するべき基地局より送信された信号を選択して出力するかを制御することができる。
【００２８】
請求項８の発明に係る直交周波数分割多重無線機は、複数の基地局を配置し、移動機が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信すると共に、通信する前記基地局を切り替えながら移動する直交周波数分割多重通信システムで用いられる直交周波数分割多重無線機であって、複数のアンテナ（例えば実施の形態のアンテナ１ａ〜１ｃ）を備えて直交周波数分割多重信号を受信する受信手段（例えば実施の形態のＬＮＡ２ａ〜２ｃや直交検波器５ａ〜５ｃ等々）と、受信した直交周波数分割多重信号に含まれるパイロット信号を利用して、前記複数の基地局と前記移動機との間の伝送路特性を測定する伝送路測定手段（例えば実施の形態の逆行列演算ブロック１５）と、前記伝送路特性を利用して送信された信号を推定する復調手段（例えば実施の形態の復調ブロック１６）と、推定された信号から通信するべき基地局より送信された信号を選択して出力する信号出力手段とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
以上の構成を備えた直交周波数分割多重無線機は、複数のアンテナを備えた受信手段により、複数の基地局から送信された直交周波数分割多重信号を受信すると共に、伝送路測定手段によって、受信した直交周波数分割多重信号に含まれる前記パイロット信号を利用して複数の基地局と１つの移動機との間の伝送路特性を測定する。そして、復調手段により、伝送路特性を利用して送信された信号を推定すると共に、信号出力手段によって、推定された信号から通信するべき基地局より送信された信号を選択して出力することにより、例えばマルチセルシステムによる送信信号から目的のセルの信号のみを抽出して、該セルの基地局と良好な通信を行うことができる。
【００３０】
請求項９の発明に係る直交周波数分割多重無線機は、複数のアンテナ（例えば実施の形態のアンテナ５３ａ〜５３ｃ）を備えた基地局を配置し、移動機が該基地局から直交周波数分割多重信号を受信しながら移動する直交周波数分割多重通信システムで用いられる直交周波数分割多重無線機であって、複数のアンテナ（例えば実施の形態のアンテナ１ａ〜１ｃ）を備えて直交周波数分割多重信号を受信する受信手段（例えば実施の形態のＬＮＡ２ａ〜２ｃや直交検波器５ａ〜５ｃ等々）と、受信した直交周波数分割多重信号に含まれるパイロット信号を利用して、前記基地局の複数のアンテナと前記移動機との間の伝送路特性を測定する伝送路測定手段（例えば実施の形態の逆行列演算ブロック１５）と、前記伝送路特性を利用して送信された信号を推定する復調手段（例えば実施の形態の復調ブロック１６）と、推定された信号の全てを出力する信号出力手段とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
以上の構成を備えた直交周波数分割多重無線機は、複数のアンテナを備えた受信手段により、基地局の複数のアンテナから送信された直交周波数分割多重信号を受信すると共に、伝送路測定手段によって、受信した直交周波数分割多重信号に含まれる前記パイロット信号を利用して基地局の複数のアンテナと１つの移動機との間の伝送路特性を測定する。そして、復調手段により、伝送路特性を利用して送信された信号を推定すると共に、信号出力手段によって、推定された信号の全てを出力することにより、例えばＭＩＭＯシステムによる送信信号を効率よく受信して基地局と良好な通信を行うことができる。
【００３２】
請求項１０の発明に係る直交周波数分割多重無線機は、請求項４から請求項９のいずれかに記載の直交周波数分割多重無線機において、前記パイロット信号が、直交周波数分割多重信号の周波数軸と時間軸の両方において相互に直交していることを特徴とする。
【００３３】
以上の構成を備えた直交周波数分割多重無線機は、移動機側で、送信アンテナの違いを前記パイロット信号が直交周波数分割多重信号の周波数軸において相互に直交していることを利用して区別し、受信アンテナの違いを前記パイロット信号が直交周波数分割多重信号の時間軸において相互に直交していることを利用して区別することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態として、ＭＩＭＯシステムを採用する直交周波数分割多重通信システムで利用される直交周波数分割多重無線機について説明する。なお、本実施の形態では、直交周波数分割多重通信システムは、一例として入力数と出力数が３×３のＭＩＭＯシステムを採用するものとする。
そこで、まず、直交周波数分割多重通信システムで利用される送信機について説明する。
【００３５】
図１は、本発明の第１の実施の形態による直交周波数分割多重無線機であって、基地局側の送信機２００の構成を示すブロック図である。送信機は、Ｇ個（Ｇは任意の正の整数）の送信部を備えることが可能であるが、本実施の形態では、３×３のＭＩＭＯシステムに対応し、３系統の送信部を備えた送信機について説明する。また、送信機は、１系統の送信部毎にＷ波（Ｗは任意の正の整数）の搬送波から構成される直交周波数分割多重信号を送信することが可能であるが、本実施の形態では、一例として３波の搬送波から構成される直交周波数分割多重信号を送信する送信機について説明する。
【００３６】
図１を参照して、本実施の形態の直交周波数分割多重無線機による送信機２００を説明すると、送信機２００は、３系統の送信部を構成するキャリア変調器４１ａ〜４１ｃ、パイロット信号発生器４２ａ〜４２ｃ、フレーム構成器４３ａ〜４３ｃ、直並列変換器４４ａ〜４４ｃ、逆フーリエ変換器４５ａ〜４５ｃ、キャリア合成器４６ａ〜４６ｃ、ガードインターバル挿入器４７ａ〜４７ｃ、直交キャリア発振器４８、直交変調器４９ａ〜４９ｃ、Ｄ／Ａ変換器５０ａ〜５０ｃ、周波数変換器５１ａ〜５１ｃ、送信アンプ５２ａ〜５２ｃ、及びアンテナ５３ａ〜５３ｃを備えている。
【００３７】
ここで、上述の３系統の送信部は、全て同様の構成であって、各送信部において異なるのは、送信される送信データとパイロット信号の内容のみであるので、ここでは、１系統の送信部について詳細に説明する。
まず、キャリア変調器４１ａに誤り訂正等のための処理が施された送信データ１が入力されると、キャリア変調器４１ａにおいて、直交周波数分割多重信号を構成する各搬送波の変調方式（例えばＱＰＳＫ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ　）に従った各シンボル信号へ送信データ１をマッピングするキャリア変調が行われ、送信信号が生成される。
次に、シンボル信号で表された送信信号は、パイロット信号発生器４２ａにより生成されたパイロットシンボル及びパイロット信号（詳細は後述する）と共に、フレーム構成器４３ａに入力され、フレーム構成器４３ａにおいて、アンテナ５３ａから送信するためのフレーム化された送信信号へ変換される。
【００３８】
そして、フレーム化された送信信号は、直並列変換器４４ａによって直交周波数分割多重信号を構成する３波の搬送波に対応して３並列の信号に変換され、逆フーリエ変換器４５ａによって逆フーリエ変換が行われて、隣接する搬送波が直交する３波の搬送波によって表された送信信号が生成される。
また、逆フーリエ変換器４５ａの出力は、キャリア合成器４６ａによって合成されて、３波の搬送波から構成された直交周波数分割多重信号の実数軸信号Ｉと虚数軸信号Ｑとが出力される。
【００３９】
また、３波の搬送波から構成された直交周波数分割多重信号の実数軸信号Ｉと虚数軸信号Ｑは、ガードインターバル挿入器４７ａにおいて、各シンボル信号に対してマルチパスによる各シンボル間の干渉を防止するためのガードタイムが挿入される。ガードタイムは、受信側でこの信号を受信する際、マルチパスによる直接波と間接波とが多重された場合に、シンボル同士の時間がズレて多重され、シンボル信号が有効に検出できない時間に対応し規定された時間のことである。
【００４０】
そして、ガードタイムが挿入された送信信号には、直交キャリア発振器４８の生成する搬送波信号を用いた直交変調器４９ａによる直交変調が行われ、直交周波数分割多重信号の実数軸信号Ｉと虚数軸信号Ｑとで表された送信信号が、実数信号で表されたＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：中間周波数）帯域の送信信号に変換される。
なお、ＩＦ帯域の送信信号は、この後量子化されたディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器５０ａによりアナログ信号化された後、周波数変換器５１ａによってＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　：無線周波数）帯域の送信信号へ変換されて、送信アンプ５２ａを経てアンテナ５３ａから送信される。
【００４１】
同様に、キャリア変調器４１ｂに入力された送信データ２も、パイロット信号発生器４２ｂの発生するパイロットシンボル及びパイロット信号と共に、フレーム構成器４３ｂによりフレーム化された後、逆フーリエ変換器４５ｂによって逆フーリエ変換されて直交周波数分割多重信号となり、ガードインターバル挿入器４７ｂによってガードタイムが挿入されると共に、直交キャリア発振器４８が発生する搬送波信号を用いた直交変調器４９ｂにより直交変調される。そして、Ｄ／Ａ変換器５０ｂによりアナログ信号化された後、周波数変換器５１ｂによってＲＦ帯域の信号となり、送信アンプ５２ｂにより増幅されてアンテナ５３ｂから送信される。
【００４２】
また、キャリア変調器４１ｃに入力された送信データ３も、パイロット信号発生器４２ｃの発生するパイロットシンボル及びパイロット信号と共に、フレーム構成器４３ｃによりフレーム化された後、逆フーリエ変換器４５ｃによって逆フーリエ変換されて直交周波数分割多重信号となり、ガードインターバル挿入器４７ｃによってガードタイムが挿入されると共に、直交キャリア発振器４８が発生する搬送波信号を用いた直交変調器４９ｃにより直交変調される。そして、Ｄ／Ａ変換器５０ｃによりアナログ信号化された後、周波数変換器５１ｃによってＲＦ帯域の信号となり、送信アンプ５２ｃにより増幅されてアンテナ５３ｃから送信される。
なお、送信データ１、２、３のいずれか、または全てには、この送信機２００がＭＩＭＯシステムで利用され、３つの異なるアンテナから個別の送信データを送信していることを示す制御信号が含まれているものとする。
【００４３】
次に、この送信機２００が、３組のアンテナ５３ａ、５３ｂ、５３ｃのそれぞれから送信する送信信号のフレームフォーマットについて説明すると、送信信号は図２に示すように、一例として、例えば搬送波周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の３波の直交周波数分割多重信号において、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の３シンボル区間に挿入されたパイロット信号に続いて、Ｉシンボル（Ｉは正の整数）のデータが付加された１群を１フレームとして、このフレームをＪフレーム（Ｊは正の整数）繰り返すことにより、スーパーフレームを構成する。
【００４４】
また、スーパーフレームを構成する際には、Ｊ個のフレーム信号の先頭に既知の信号であるパイロットシンボルＰＳを挿入することにより、送信側から受信側に所定間隔でパイロットシンボルＰＳを送信するように構成する。これにより、無線通信接続される送受信間では、このパイロットシンボルＰＳを受信するタイミングから、受信側において送信側の送信タイミングを抽出することができるようになる。
また、送信信号において、シンボルを構成する区間には、マルチパスによる各シンボル間の干渉を防止するためのガードタイムも挿入される。
【００４５】
次に、パイロット信号の詳細について説明すると、パイロット信号は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、３組のアンテナ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ毎に異なる信号が送信される。すなわち、例えばアンテナ５３ａから送信されるパイロット信号Ｐ１は、図３（ａ）に示すように、周波数ｆ１の搬送波のシンボルＴ１に対応するＰ１１１シンボルの位置と、周波数ｆ２の搬送波のシンボルＴ２に対応するＰ１２２シンボルの位置と、周波数ｆ３の搬送波のシンボルＴ３に対応するＰ１３３シンボルの位置にのみ信号が挿入されている。
【００４６】
また、アンテナ５３ｂから送信されるパイロット信号Ｐ２は、図３（ｂ）に示すように、周波数ｆ２の搬送波のシンボルＴ１に対応するＰ２１２シンボルの位置と、周波数ｆ３の搬送波のシンボルＴ２に対応するＰ２２３シンボルの位置と、周波数ｆ１の搬送波のシンボルＴ３に対応するＰ２３１シンボルの位置にのみ信号が挿入されている。
更に、アンテナ５３ｃから送信されるパイロット信号Ｐ３は、図３（ｃ）に示すように、周波数ｆ３の搬送波のシンボルＴ１に対応するＰ３１３シンボルの位置と、周波数ｆ１の搬送波のシンボルＴ２に対応するＰ３２１シンボルの位置と、周波数ｆ２の搬送波のシンボルＴ３に対応するＰ３３２シンボルの位置にのみ信号が挿入されている。
【００４７】
従って、各アンテナ５３ａ、５３ｂ、５３ｃから送信されるパイロット信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、お互いに直交周波数分割多重信号の周波数軸と時間軸の両方において直交しており、３つの直交周波数分割多重信号において、１つのシンボルタイミングには必ず異なる周波数の搬送波に信号が挿入されている。また、各直交周波数分割多重信号において、１つの搬送波には必ず異なるシンボルタイミングに信号が挿入されている。
【００４８】
次に、直交周波数分割多重通信システムで利用される受信機について説明する。
図４は、本発明の第１の実施の形態による直交周波数分割多重無線機であって、移動機側の受信機１００の構成を示すブロック図である。受信機は、Ｓ個（Ｓは任意の正の整数）の受信部を備えることが可能であるが、本実施の形態では、３×３のＭＩＭＯシステムに対応し、３系統の受信部を備えた受信機について説明する。また、受信機は、１系統の受信部毎にＷ波（Ｗは任意の正の整数）の搬送波から構成される直交周波数分割多重信号を受信することが可能であるが、本実施の形態では、送信機２００に対応して、３波の搬送波から構成される直交周波数分割多重信号を受信する受信機について説明する。
【００４９】
図４を参照して、本実施の形態の直交周波数分割多重無線機による受信機１００を説明すると、受信機１００は、３系統の受信部を構成するアンテナ１ａ〜１ｃ、ＬＮＡ（Ｌｏｗ　Ｎｏｉｓｅ　Ａｍｐ　）２ａ〜２ｃ、バンドパスフィルタ３ａ〜３ｃ、直交キャリア発振器４、直交検波器５ａ〜５ｃ、ローパスフィルタ６ａ〜６ｃ、ローパスフィルタ７ａ〜７ｃ、Ａ／Ｄ変換器８ａ〜８ｃ、Ａ／Ｄ変換器９ａ〜９ｃと、３系統の受信部で受信した信号を復調する復調部１０とを備えている。
【００５０】
ここで、上述の３系統の受信部は、全て同様の構成であるので、ここでは１系統の受信部について詳細に説明すると、アンテナ１ａで受信された直交周波数分割多重信号は、ＬＮＡ２ａにより低ノイズの増幅が行われ、更にバンドパスフィルタ３ａによって所望の周波数帯域の信号が抽出される。
次に、バンドパスフィルタ３ａによって抽出された受信信号に、直交キャリア発振器４の生成する搬送波信号を用いた直交検波器５ａによる直交検波が行われ、実数信号で表された受信信号が、実数軸（Ｉ軸）信号と虚数軸（Ｑ軸）信号とからなる複素数により表されたベースバンドの受信信号に変換される。
【００５１】
そして、直交検波器５ａの出力の実数軸信号と虚数軸信号は、それぞれローパスフィルタ６ａ、７ａにより量子化を行うための帯域制限が行われ、ローパスフィルタ６ａ、７ａの通過周波数帯域幅に対してサンプリング定理を満足するサンプリング周波数を持つＡ／Ｄ変換器８ａ、９ａにより、それぞれ量子化されてディジタル信号で表された受信信号（Ｙｋ，１，ｉ、Ｙｋ，１，ｑ）に変換され、復調部１０へ入力される。
【００５２】
同様に、アンテナ１ｂで受信された信号も、ＬＮＡ２ｂによる低ノイズの増幅、バンドパスフィルタ３ｂによる所望周波数帯域抽出、直交検波器５ｂによる直交検波、ローパスフィルタ６ｂ、７ｂによる帯域制限を経て、Ａ／Ｄ変換器８ｂ、９ｂにより、それぞれ量子化されてディジタル信号で表された受信信号（Ｙｋ，２，ｉ、Ｙｋ，２，ｑ）に変換され、復調部１０へ入力される。
また、アンテナ１ｃで受信された信号も、ＬＮＡ２ｃによる低ノイズの増幅、バンドパスフィルタ３ｃによる所望周波数帯域抽出、直交検波器５ｃによる直交検波、ローパスフィルタ６ｃ、７ｃによる帯域制限を経て、Ａ／Ｄ変換器８ｃ、９ｃにより、それぞれ量子化されてディジタル信号で表された受信信号（Ｙｋ，３，ｉ、Ｙｋ，３，ｑ）に変換され、復調部１０へ入力される。
【００５３】
次に、図５を参照して、本実施の形態の直交周波数分割多重無線機による受信機の復調部１０を説明する。なお、図５に示す電力最大送信アンテナ検出部１８と、セル識別部１９に関しては、本実施の形態では必要とせず、第２の実施の形態において必要とするので、その説明は、第２の実施の形態の説明において行うものとする。
まず、受信機の復調部１０では、マッチドフィルタ１１が、３系統の受信信号（Ｙｋ，１，ｉ、Ｙｋ，１，ｑ）、（Ｙｋ，２，ｉ、Ｙｋ，２，ｑ）、（Ｙｋ，３，ｉ、Ｙｋ，３，ｑ）のいずれか１系統の受信信号（例えば本実施の形態では受信信号（Ｙｋ，３，ｉ、Ｙｋ，３，ｑ））の実数軸信号と虚数軸信号とを取得して、受信信号に含まれるパイロットシンボルＰＳと、予め復調部１０に記憶したパイロットシンボルＰＳのレプリカとの自己相関を計算し、最大相関を得られるタイミングを受信信号の基準タイミングとして抽出する。
【００５４】
そして、マッチドフィルタ１１が抽出した受信信号の基準タイミングに基づいて、タイミング回路１２が、パイロット信号取得タイミング信号”ＴＰ”、データ信号取得タイミング信号”ＴＤ”、シンボルタイミング信号”Ｔｍ”、更には図２に示すようなフーリエ変換タイミング信号”ＴＦ”等の各種タイミング信号を生成する。
【００５５】
一方、３系統の受信信号（Ｙｋ，１，ｉ、Ｙｋ，１，ｑ）、（Ｙｋ，２，ｉ、Ｙｋ，２，ｑ）、（Ｙｋ，３，ｉ、Ｙｋ，３，ｑ）は、それぞれ直交周波数分割多重信号を３波の各搬送波毎の信号に分離するためのフーリエ変換を行うために、フーリエ変換に必要なサンプル数のデータをそれぞれバッファリングするバッファ１３ａ〜１３ｃにより保持されると共に、フーリエ変換器１４ａ〜１４ｃが、フーリエ変換タイミング信号”ＴＦ”を基にガードタイムを避けて、バッファ１３ａ〜１３ｃから受信信号をそれぞれ実数軸信号Ｎサンプル（Ｎは任意の正の整数）、虚数軸信号Ｎサンプルの計２Ｎサンプルずつ取得することにより、フーリエ変換が行われて、直交周波数分割多重信号を構成する搬送波が分離される。
【００５６】
そして、フーリエ変換器１４ａ〜１４ｃより、アンテナ１ａ〜１ｃで受信した直交周波数分割多重信号を構成する３波の搬送波のそれぞれに対応する実数軸信号及び虚数軸信号が出力されるので、逆行列演算ブロック１５は、図６に示すように、パイロット信号取得タイミング信号”ＴＰ”に従って、フーリエ変換器１４ａ〜１４ｃが出力する実数軸信号及び虚数軸信号から、パイロット信号部分のみを抽出して取得する。
また、復調ブロック１６は、図６に示すように、データ信号取得タイミング信号”ＴＤ”に従って、フーリエ変換器１４ａ〜１４ｃが出力する実数軸信号及び虚数軸信号から、データ信号部分のみを抽出して取得する。
【００５７】
これにより、逆行列演算ブロック１５において、３系統の受信信号に含まれるパイロット信号を用いて送信機と受信機の間の伝送路特性を示す伝送路パラメータの複素行列Ｈｋが測定されると共に、伝送路パラメータの複素行列Ｈｋの逆行列Ｈｋ−１＝Ｖｋが計算される。
ここで、伝送路パラメータの複素行列Ｈｋについて説明すると、ｋ＝１、２、３を直交周波数分割多重信号を生成する３波の搬送波の周波数（例えばｆ１、ｆ２、ｆ３）に対応する番号、ｍ＝１、２、３をパイロット信号のシンボル位置（例えばＴ１、Ｔ２、Ｔ３）に対応する番号とした場合、下記（３）式によって表される。
【００５８】
【数３】
2004080110.tif 000005
【００５９】
ここで、複素行列Ｈｋにおいて、１行目の各列のパラメータは、受信機１００においてアンテナ１ａから受信される信号に基づいて求められることを示し、２行目の各列のパラメータは、受信機１００においてアンテナ１ｂから受信される信号に基づいて求められることを示している。また、２行目の各列のパラメータは、受信機１００においてアンテナ１ｃから受信される信号に基づいて求められることを示している。更に、１列目の各行のパラメータは、送信機２００においてアンテナ５３ａから送信される信号に基づいて求められることを示し、２列目の各行のパラメータは、送信機２００においてアンテナ５３ｂから送信される信号に基づいて求められることを示している。また、２列目の各行のパラメータは、送信機２００においてアンテナ５３ｃから送信される信号に基づいて求められることを示している。
【００６０】
そこで、例えば周波数ｆ１の搬送波に関して、下記（４）式で示される伝送路パラメータの複素行列Ｈ１を例に挙げ、各シンボル毎に求められるパラメータの複素行列をＨ（１，ｍ）として具体的に説明すると、周波数ｆ１の搬送波では、シンボル位置Ｔ１においてアンテナ５３ａのみから送信されたパイロット信号によって、１列目のパラメータが求められ、シンボル位置Ｔ２においてアンテナ５３ｃのみから送信されたパイロット信号によって、３列目のパラメータが求められ、シンボル位置Ｔ３においてアンテナ５３ｂのみから送信されたパイロット信号によって、２列目のパラメータが求められることがわかる。
同様に、周波数ｆ２、ｆ３の搬送波においても、各シンボル位置毎に異なるアンテナから送信されたパイロット信号によって、各行列の列毎のパラメータが順次求められることがわかる。
【００６１】
【数４】
2004080110.tif 000006
【００６２】
一方、復調ブロック１６では、このように求められた伝送路パラメータの複素行列Ｈｋの逆行列Ｖｋに、３系統の受信信号（Ｙｋ，１，ｉ、Ｙｋ，１，ｑ）、（Ｙｋ，２，ｉ、Ｙｋ，２，ｑ）、（Ｙｋ，３，ｉ、Ｙｋ，３，ｑ）がそれぞれ乗算され、３系統の受信信号の伝送路特性が補償されると共に、各送信アンテナ毎の送信信号が推定される。そして、デコード及び誤り訂正部１７によって、各送信アンテナ毎、及び各搬送波毎のデータが復調される。
【００６３】
そして、制御信号抽出部２０において、復調されたデータから所定の制御信号を抽出し、制御信号判定部２１において、この受信機１００がＭＩＭＯシステムの送信信号を受信したか、マルチセルシステムの送信信号を受信したかを判定する。
この時、制御信号判定部２１において、受信機１００の受信した受信信号が、ＭＩＭＯシステムにおいて１つの基地局の３つの異なるアンテナから個別に送信された信号であると判定された場合、データ選択部２２は、各送信アンテナに対応する受信データ全てを、ＭＩＭＯシステムの受信データとして出力する。
【００６４】
以上説明した受信機１００による受信アルゴリズムをまとめると、図７に示すように、受信信号がアンテナ１ａ〜１ｃから入力されたら、まずパイロットシンボルＰＳを用いてフレーム同期を確立する（ステップＳ１）。
次に、アンテナ１ａ〜１ｃにおいて受信された受信信号に含まれるパイロット信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を用いて、伝送路パラメータの複素行列Ｈｋを測定する（ステップＳ２）。
そして、伝送路パラメータの複素行列Ｈｋから逆行列Ｖｋを計算する（ステップＳ３）。
【００６５】
また、伝送路パラメータの複素行列Ｈｋから逆行列Ｖｋが計算できたら、逆行列Ｖｋを利用して、送信信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３を推定する（ステップＳ４）。
そして、推定した送信信号に含まれる制御信号を抽出して判定し、判定結果がＭＩＭＯシステムを指示しているか否かを判断する（ステップＳ５）。
その結果、ステップＳ５において、制御信号の判定結果がＭＩＭＯシステムを指示していた場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、推定した信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３を全て取得する（ステップＳ６）。
また、ステップＳ５において、制御信号の判定結果がＭＩＭＯシステムを指示していなかった場合（ステップＳ５のＮＯ）、推定した信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の中から、所望の信号（自分のいるセルの信号）を選択する（ステップＳ７）。なお、ステップＳ７に関する詳細は、第２の実施の形態として後述する。
【００６６】
また、上述の第１の実施の形態では、一例として入力数と出力数が３×３のＭＩＭＯシステムを採用する直交周波数分割多重通信システムについて説明したが、送信機を構成する送信部の数と、受信機を構成する受信部の数と、更にパイロット信号の種類を調整することで、どのような組み合わせのＭＩＭＯシステムも実現することができる。
【００６７】
以上説明したように、本実施の形態の直交周波数分割多重無線機及び該直交周波数分割多重無線機を、ＭＩＭＯシステムを採用した直交周波数分割多重通信システムに利用する場合、直交周波数分割多重信号の周波数軸と時間軸の両方において相互に直交しているパイロット信号を用いて送信機と受信機との間の伝送路特性を示す伝送路パラメータの複素行列を求め、広い周波数帯域を占有する信号に対して安定して高精度の伝送路測定を行うことで、複数の受信信号から、それぞれに含まれる複数の信号を正確に分離し、安定した受信品質の信号を抽出する通信システムを実現することができるという効果が得られる。また、アンテナの切り替え器を用意する必要がないため、回路規模を削減することができるという効果が得られる。
【００６８】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態として、マルチセルシステムを採用する直交周波数分割多重通信システムで利用される直交周波数分割多重無線機について説明する。なお、本実施の形態では、直交周波数分割多重通信システムは、一例として３セル構成のマルチセルシステムを採用するものとする。
そこで、まず３セル構成のマルチセルシステムを採用する直交周波数分割多重通信システムの概要を説明すると、図８に示すように、本実施の形態の直交周波数分割多重通信システムは、例えば３本のアンテナ１ａ〜１ｃを備えた移動機ＭＳ３１が、基地局ＢＳ−Ａ３２、ＢＳ−Ｂ３３、ＢＳ−Ｃ３４によって構成されるマルチセルの中を移動しながら、各基地局と通信を行うようなシステムである。
【００６９】
次に、この直交周波数分割多重通信システムで利用される送信機について説明する。
図９は、本発明の第２の実施の形態による直交周波数分割多重無線機であって、３セル構成の基地局側のそれぞれに備えられた送信機２０１の構成を示すブロック図である。送信機は、Ｗ波（Ｗは任意の正の整数）の搬送波から構成される直交周波数分割多重信号を送信することが可能であるが、本実施の形態では、一例として３波の搬送波から構成される直交周波数分割多重信号を送信する送信機について説明する。
【００７０】
図９を参照して、本実施の形態の直交周波数分割多重無線機による送信機２０１を説明すると、送信機２０１は、第１の実施の形態において図１を用いて説明した送信機２００の中の１系統の送信部を構成するのと同じキャリア変調器４１、パイロット信号発生器４２、フレーム構成器４３、直並列変換器４４、逆フーリエ変換器４５、キャリア合成器４６、ガードインターバル挿入器４７、直交キャリア発振器４８、直交変調器４９、Ｄ／Ａ変換器５０、周波数変換器５１、送信アンプ５２、及びアンテナ５３を備えている。
【００７１】
ここで、上述の送信機２０１の構成は、第１の実施の形態において図１を用いて説明した送信機２００の中の１系統の送信部の構成と同一であって、両送信機において異なるのは、送信される送信データとパイロット信号の内容のみであるので、ここでは、第１の実施の形態において説明した送信機２００の中の１系統の送信部の動作を参照しつつ、送信機２０１の動作を簡単に説明する。
すなわち、キャリア変調器４１に誤り訂正等のための処理が施された送信データが入力されると、キャリア変調器４１において、直交周波数分割多重信号を構成する各搬送波の変調方式に従った各シンボル信号へ送信データをマッピングするキャリア変調が行われ、送信信号が生成される。
【００７２】
次に、シンボル信号で表された送信信号は、パイロット信号発生器４２により生成されたパイロットシンボル及びパイロット信号と共に、フレーム構成器４３に入力され、フレーム構成器４３においてフレーム化された送信信号へ変換される。
そして、フレーム化された送信信号は、直並列変換器４４によって並列の信号に変換され、逆フーリエ変換器４５によって逆フーリエ変換が行われて、隣接する搬送波が直交する３波の搬送波によって表された送信信号が生成される。
また、逆フーリエ変換器４５の出力は、キャリア合成器４６によって合成されて、３波の搬送波から構成された直交周波数分割多重信号の複素信号が出力される。
【００７３】
また、３波の搬送波から構成された直交周波数分割多重信号の複素信号は、ガードインターバル挿入器４７において、各シンボル信号に対してガードタイムが挿入される。
そして、ガードタイムが挿入された送信信号には、直交キャリア発振器４８の生成する搬送波信号を用いた直交変調器４９による直交変調が行われ、直交周波数分割多重信号の複素信号で表された送信信号が、実数信号で表されたＩＦ帯域の送信信号に変換される。
【００７４】
なお、ＩＦ帯域の送信信号は、この後Ｄ／Ａ変換器５０によりアナログ信号化された後、周波数変換器５１によってＲＦ帯域の送信信号へ変換されて、送信アンプ５２を経てアンテナ５３から送信される。
また、送信データには、この送信機２０１がマルチセルシステムで利用され、３つの異なる基地局のアンテナから個別の送信データを送信していることを示す制御信号が含まれているものとする。
更に、この送信機２０１が、アンテナ５３から送信する送信信号のフレームフォーマットについては、第１の実施の形態において説明した送信機２００が、３組のアンテナ５３ａ、５３ｂ、５３ｃのそれぞれから送信する送信信号のフレームフォーマットと同一であるので、ここでは説明を省略する。
【００７５】
次に、パイロット信号の詳細について説明すると、パイロット信号は、３セル構成の基地局ＢＳ−Ａ３２、ＢＳ−Ｂ３３、ＢＳ−Ｃ３４が、それぞれ異なる信号を送信している。すなわち、例えばアンテナ５３ａから送信されるパイロット信号Ｐ１は、図３（ａ）に示すように、周波数ｆ１の搬送波のシンボルＴ１に対応するＰ１１１シンボルの位置と、周波数ｆ２の搬送波のシンボルＴ２に対応するＰ１２２シンボルの位置と、周波数ｆ３の搬送波のシンボルＴ３に対応するＰ１３３シンボルの位置にのみ信号が挿入されている。
【００７６】
また、アンテナ５３ｂから送信されるパイロット信号Ｐ２は、図３（ｂ）に示すように、周波数ｆ２の搬送波のシンボルＴ１に対応するＰ２１２シンボルの位置と、周波数ｆ３の搬送波のシンボルＴ２に対応するＰ２２３シンボルの位置と、周波数ｆ１の搬送波のシンボルＴ３に対応するＰ２３１シンボルの位置にのみ信号が挿入されている。
更に、アンテナ５３ｃから送信されるパイロット信号Ｐ３は、図３（ｃ）に示すように、周波数ｆ３の搬送波のシンボルＴ１に対応するＰ３１３シンボルの位置と、周波数ｆ１の搬送波のシンボルＴ２に対応するＰ３２１シンボルの位置と、周波数ｆ２の搬送波のシンボルＴ３に対応するＰ３３２シンボルの位置にのみ信号が挿入されている。
【００７７】
従って、各基地局ＢＳ−Ａ３２、ＢＳ−Ｂ３３、ＢＳ−Ｃ３４から送信されるパイロット信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、お互いに直交周波数分割多重信号の周波数軸と時間軸の両方において直交しており、３つの直交周波数分割多重信号において、１つのシンボルタイミングには必ず異なる周波数の搬送波に信号が挿入されている。また、各直交周波数分割多重信号において、１つの搬送波には必ず異なるシンボルタイミングに信号が挿入されている。
これにより、３セル構成の基地局ＢＳ−Ａ３２、ＢＳ−Ｂ３３、ＢＳ−Ｃ３４は、図１０（ａ）に示すように、セルの周波数割り当てを、従来の３つの周波数の繰り返し利用による割り当てから、全て同一の周波数を割り当てる方法に変更し、セルの区別は、図１０（ｂ）に示すように、３つのパイロット信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の繰り返し利用による割り当てによって区別することができるようになる。
【００７８】
次に、直交周波数分割多重通信システムで利用される受信機について説明すると、移動機ＭＳ３１側の受信機は、第１の実施の形態において図４及び図５を用いて説明した受信機１００を利用する。
従って、ここでは、第１の実施の形態において説明した受信機１００の動作を参照しつつ、図４及び図５に示す受信機１００を３セル構成のマルチセルシステムで利用した場合にのみ関係のある動作を説明する。
【００７９】
すなわち、図５を参照すると、バッファ１３ａ〜１３ｃにより保持された３系統の受信信号（Ｙｋ，１，ｉ、Ｙｋ，１，ｑ）、（Ｙｋ，２，ｉ、Ｙｋ，２，ｑ）、（Ｙｋ，３，ｉ、Ｙｋ，３，ｑ）は、それぞれ直交周波数分割多重信号を３波の各搬送波毎の信号に分離するために、バッファ１３ａ〜１３ｃからフーリエ変換器１４ａ〜１４ｃへ、それぞれ実数軸信号Ｎサンプル（Ｎは任意の正の整数）、虚数軸信号Ｎサンプルの計２Ｎサンプルずつの受信信号が入力されてフーリエ変換が行われることにより、直交周波数分割多重信号を構成する搬送波が分離される。
【００８０】
そして、フーリエ変換器１４ａ〜１４ｃより、アンテナ１ａ〜１ｃで受信した直交周波数分割多重信号を構成する３波の搬送波のそれぞれに対応する実数軸信号及び虚数軸信号が出力されるので、逆行列演算ブロック１５は、図６に示すように、パイロット信号取得タイミング信号”ＴＰ”に従って、フーリエ変換器１４ａ〜１４ｃが出力する実数軸信号及び虚数軸信号から、パイロット信号部分のみを抽出して取得する。
また、復調ブロック１６は、図６に示すように、データ信号取得タイミング信号”ＴＤ”に従って、フーリエ変換器１４ａ〜１４ｃが出力する実数軸信号及び虚数軸信号から、データ信号部分のみを抽出して取得する。
【００８１】
これにより、逆行列演算ブロック１５において、３系統の受信信号に含まれるパイロット信号を用いて送信機と受信機の間の伝送路特性を示す、前述の（３）式で表された伝送路パラメータの複素行列Ｈｋが測定されると共に、伝送路パラメータの複素行列Ｈｋの逆行列Ｈｋ−１＝Ｖｋが計算される。
【００８２】
この時、本実施の形態では、複素行列Ｈｋにおいて、１行目の各列のパラメータは、受信機１００においてアンテナ１ａから受信される信号に基づいて求められることを示し、２行目の各列のパラメータは、受信機１００においてアンテナ１ｂから受信される信号に基づいて求められることを示している。また、２行目の各列のパラメータは、受信機１００においてアンテナ１ｃから受信される信号に基づいて求められることを示している。更に、１列目の各行のパラメータは、３セル構成の基地局の中の基地局ＢＳ−Ａ３２から送信される信号に基づいて求められることを示し、２列目の各行のパラメータは、基地局ＢＳ−Ｂ３３から送信される信号に基づいて求められることを示している。また、２列目の各行のパラメータは、基地局ＢＳ−Ｃ３４から送信される信号に基づいて求められることを示している。
【００８３】
そこで、例えば周波数ｆ１の搬送波に関して具体的に説明すると、周波数ｆ１の搬送波では、シンボル位置Ｔ１において基地局ＢＳ−Ａ３２のみから送信されたパイロット信号によって、１列目のパラメータが求められ、シンボル位置Ｔ２において基地局ＢＳ−Ｃ３４のみから送信されたパイロット信号によって、３列目のパラメータが求められ、シンボル位置Ｔ３において基地局ＢＳ−Ｂ３３のみから送信されたパイロット信号によって、２列目のパラメータが求められることがわかる。
同様に、周波数ｆ２、ｆ３の搬送波においても、各シンボル位置毎に異なる基地局から送信されたパイロット信号によって、各行列の列毎のパラメータが順次求められることがわかる。
【００８４】
一方、復調ブロック１６では、このように求められた伝送路パラメータの複素行列Ｈｋの逆行列Ｖｋに、３系統の受信信号（Ｙｋ，１，ｉ、Ｙｋ，１，ｑ）、（Ｙｋ，２，ｉ、Ｙｋ，２，ｑ）、（Ｙｋ，３，ｉ、Ｙｋ，３，ｑ）がそれぞれ乗算され、３系統の受信信号の伝送路特性が補償されると共に、各送信アンテナ毎の送信信号が推定される。そして、デコード及び誤り訂正部１７によって、各送信アンテナ毎、及び各搬送波毎のデータが復調される。
【００８５】
また、逆行列演算ブロック１５において求められた伝送路パラメータの複素行列Ｈｋは、電力最大送信アンテナ検出部１８へ入力され、３セル構成の基地局ＢＳ−Ａ３２、ＢＳ−Ｂ３３、ＢＳ−Ｃ３４に備えられた送信機２０１の中で、最も受信電力が大きい送信機を検出する。具体的には、伝送路パラメータの複素行列Ｈｋの各列のパラメータが、個々の送信機に対応しているので、各列のパラメータの自乗和同士を比較することで、受信電力が最も大きい送信機２０１を検出することができる。
そして、電力最大送信アンテナ検出部１８によって検出された最も受信電力が大きい送信機２０１を備えた基地局が、現在移動機ＭＳ３１が存在するセルを管轄する基地局であるので、セル識別部１９によってこれを識別し、制御信号抽出部２０へ通知する。
【００８６】
そして、制御信号抽出部２０では、セル識別部１９から通知されたセルに対応する復調されたデータから所定の制御信号を抽出し、制御信号判定部２１において、この受信機１００がＭＩＭＯシステムの送信信号を受信したか、マルチセルシステムの送信信号を受信したかを判定する。
この時、制御信号判定部２１において、受信機１００の受信した受信信号が、マルチセルシステムにおいて３つの異なる基地局から個別に送信された信号であると判定された場合、データ選択部２２は、通知されたセルに対応する受信データを選択し、マルチセルシステムの受信データとして出力する。
【００８７】
以上説明した受信機１００による受信アルゴリズムは、第１の実施の形態で図７を用いて説明した受信機１００が信号を受信するための手順を示すフローチャートのステップＳ５において、推定した送信信号に含まれる制御信号を抽出して判定した判定結果が、ＭＩＭＯシステムを指示していなかった場合に対応する。すなわち、ステップＳ５において、推定した送信信号に含まれる制御信号を抽出して判定した判定結果がＭＩＭＯシステムを指示しているか否かを判断し、制御信号の判定結果がＭＩＭＯシステムを指示していなかった場合（ステップＳ５のＮＯ）、推定した信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の中から、所望の信号（自分のいるセルの信号）を選択する（ステップＳ７）を含むステップＳ１からステップＳ７の一連の手順に相当する。
【００８８】
また、上述の第２の実施の形態では、一例として３セル構成のマルチセルシステムを採用する直交周波数分割多重通信システムについて説明したが、セルを構成する送信機の数と、受信機を構成する受信部の数と、更にパイロット信号の種類を調整することで、どのようなセル構成のマルチセルシステムも実現することができる。
【００８９】
以上説明したように、本実施の形態の直交周波数分割多重無線機及び該直交周波数分割多重無線機を、マルチセルシステムを採用した直交周波数分割多重通信システムに利用する場合、直交周波数分割多重信号の周波数軸と時間軸の両方において相互に直交しているパイロット信号を用いて複数の送信機と１つの受信機との間の伝送路特性を示す伝送路パラメータの複素行列を求め、受信した直交周波数分割多重信号を分離して、所望の送信機から送信された信号のみを抽出することで、隣接基地局からの干渉信号を高精度で除去することができ、隣接する基地局と直交周波数分割多重通信のキャリア周波数を変更する必要がなくなるので、周波数利用効率を向上させることができるという効果が得られる。
【００９０】
なお、上述の第１と第２の実施の形態では、直交周波数分割多重信号を構成する搬送波数が３波の場合を説明したが、図１１に示すように、直交周波数分割多重信号を構成する搬送波数が６波の場合、別の搬送波の同一シンボル位置（例えばＰ１１１シンボルの位置とＰ１１４シンボルの位置）に信号を挿入したパイロット信号を用いることができる。
この場合、例えばＰ１１１シンボルの位置の信号とＰ１１４シンボルの位置の信号とを周波数軸上で補間することにより、Ｐ１２２シンボルやＰ１３３シンボル等の位置の信号により測定する別の搬送波の特性を推定することができるようになる。従って、シンボルＴ１に対応する区間により全ての伝送路パラメータの複素行列Ｈｋが測定でき、シンボルＴ２、Ｔ３を利用する必要がなくなるので、伝送路パラメータの複素行列Ｈｋの測定時間を短縮することができる。
【００９１】
また、上述の第１と第２の実施の形態では、ＭＩＭＯシステムとマルチセルシステムにおいて、受信機１００は共通に使用し、基地局から送信される制御信号により、ＭＩＭＯシステムとマルチセルシステムのどちらの動作を行うかを選択すると説明したが、共通に使用する受信機１００の代わりに、ＭＩＭＯシステムとマルチセルシステムとで、それぞれ専用に動作する受信機を用意しても良い。
【００９２】
この場合、送信機側では基地局からの送信信号に制御信号を挿入する必要がなくなると共に、ＭＩＭＯシステムに利用する受信機は、受信機１００の構成から、電力最大送信アンテナ検出部１８、セル識別部１９、制御信号抽出部２０、制御信号判定部２１を削除し、データ選択部２２は、送信機側のアンテナ５３ａ、５３ｂ、５３ｃから送信されたデータに対応するデータを所定の順番で全て選択して出力する。
【００９３】
一方、マルチセルシステムに利用する受信機は、受信機１００の構成から、制御信号抽出部２０、制御信号判定部２１を削除し、データ選択部２２は、セル識別部１９の判定した結果に基づいて、現在移動機ＭＳ３１が存在するセルを管轄する基地局から送信されたデータに対応するデータを選択して出力する。
【００９４】
【発明の効果】
以上の如く、請求項１に記載の直交周波数分割多重通信システム、請求項４に記載の直交周波数分割多重無線機、及び請求項８に記載の直交周波数分割多重無線機によれば、複数の基地局が相互に直交するパイロット信号を含む直交周波数分割多重信号を送信するので、移動機側では、パイロット信号の直交性から、各基地局と移動機との間の伝送路特性を示す伝送路パラメータを測定することにより、受信した直交周波数分割多重信号を分離して、所望の送信機から送信された信号のみを抽出することができる。
【００９５】
従って、この直交周波数分割多重通信システムにより形成される、またはこの直交周波数分割多重無線機を利用したマルチセルシステムでは、隣接基地局からの干渉信号を高精度で除去すると共に、隣接する基地局と直交周波数分割多重通信のキャリア周波数を変更する必要がなくなるので、周波数利用効率を向上させることができるという効果が得られる。
【００９６】
請求項２に記載の直交周波数分割多重通信システム、請求項５に記載の直交周波数分割多重無線機、及び請求項９に記載の直交周波数分割多重無線機によれば、１つの基地局が、複数のアンテナから相互に直交するパイロット信号を含む直交周波数分割多重信号を送信するので、移動機側では、パイロット信号の直交性から、各アンテナと移動機との間の伝送路特性を示す伝送路パラメータを測定することにより、各アンテナ毎に送信された直交周波数分割多重信号を独立に復調して前記送信データを抽出することができる。
【００９７】
従って、この直交周波数分割多重通信システムにより形成される、またはこの直交周波数分割多重無線機を利用したＭＩＭＯシステムでは、広い周波数帯域を占有する信号に対して安定して高精度の伝送路測定を行うことで、複数の受信信号から、それぞれに含まれる複数の信号を正確に分離し、安定した受信品質の信号を抽出する通信システムを実現することができるという効果が得られる。また、アンテナの切り替え器を用意する必要がないため、回路規模を削減することができるという効果が得られる。
【００９８】
請求項３に記載の直交周波数分割多重通信システム、及び請求項１０に記載の直交周波数分割多重無線機によれば、送信アンテナの違いを、前記パイロット信号が直交周波数分割多重信号の周波数軸において相互に直交していることを利用して区別し、受信アンテナの違いを、前記パイロット信号が直交周波数分割多重信号の時間軸において相互に直交していることを利用して区別することができる。
【００９９】
従って、パイロット信号の周波数軸方向の直交性と時間軸方向の直交性とを利用して、送信アンテナと受信アンテナとが組み合わされて定義される各伝送路の特性を短時間で測定することにより、リアルタイムで隣接基地局からの干渉信号を高精度で除去する通信システム、もしくは複数の受信信号を分離して安定した受信品質の信号を抽出する通信システムを実現することができるという効果が得られる。
【０１００】
請求項６に記載の直交周波数分割多重無線機によれば、送信手段によって制御信号を移動機へ送信することにより、移動機側で、例えば利用されている直交周波数分割多重通信システムが、マルチセルシステムであるのか、あるいはＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ　Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ　Ｏｕｔｐｕｔ）システムであるのかを判別して、受信した直交周波数分割多重信号に対する処理の手順を変更させることができる。
【０１０１】
また、請求項７に記載の直交周波数分割多重無線機によれば、制御信号抽出手段を用いて制御信号を抽出し、この制御信号に基づいて、送信された信号が例えばＭＩＭＯシステムによる送信信号であるのか、マルチセルシステムによる送信信号であるのかを判断し、信号出力手段によって、推定された信号の全てを出力するか、推定された信号から通信するべき基地局より送信された信号を選択して出力するかを制御することができる。
【０１０２】
従って、基地局側から移動機側の受信処理手順を制御することで、利用者に関知させることなくマルチセルシステム、あるいはＭＩＭＯシステムのいずれにおいても、共用の無線機として有効に動作する移動機を実現し、基地局の配置や構成に自由度を持たせることで、周囲の環境に沿って通信のためのシステム構成を変更することができ、広範囲に利用可能な通信システムを実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による直交周波数分割多重無線機であって、基地局側の送信機の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施の形態による送信機から送信される信号構成例を示す模式図である。
【図３】同実施の形態による送信機から送信される信号のパイロット信号構成例を示す模式図である。
【図４】同実施の形態による直交周波数分割多重無線機であって、移動機側の受信機の構成を示すブロック図である。
【図５】同実施の形態による移動機側の受信機の復調部の構成を示すブロック図である。
【図６】同実施の形態による移動機側の受信機の信号取得タイミングを示す模式図である。
【図７】同実施の形態による移動機側の受信機において信号を受信するための手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施の形態による直交周波数分割多重無線機を利用した通信システムの概要を示す模式図である。
【図９】同実施の形態による直交周波数分割多重無線機であって、基地局側の送信機の構成を示すブロック図である。
【図１０】同実施の形態による３セル構成の直交周波数分割多重通信システムのセルの周波数割り当て及び識別方法を示す模式図である。
【図１１】第１、第２の実施の形態において、直交周波数分割多重信号の搬送波の数を増やした場合のパイロット信号を示す模式図である。
【図１２】ＭＩＭＯシステムの概要を示す模式図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、５３、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ・・・アンテナ、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・ＬＮＡ、３ａ、３ｂ、３ｃ・・・バンドパスフィルタ、４・・・直交キャリア発振器、５ａ、５ｂ、５ｃ・・・直交検波器、６ａ、６ｂ、６ｃ、７ａ、７ｂ、７ｃ・・・ローパスフィルタ、８ａ、８ｂ、８ｃ、９ａ、９ｂ、９ｃ・・・Ａ／Ｄ変換器、１０・・・復調部、１１・・・マッチドフィルタ、１２・・・タイミング回路、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・・・バッファ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・フーリエ変換器、１５・・・逆行列演算ブロック、１６・・・復調ブロック、１７・・・デコード及び誤り訂正部、１８・・・電力最大送信アンテナ検出部、１９・・・セル識別部、２０・・・制御信号抽出部、２１・・・制御信号判定部、２２・・・データ選択部、３１・・・ＭＳ、３２・・・ＢＳ−Ａ、３３・・・ＢＳ−Ｂ、３４・・・ＢＳ−Ｃ、４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ・・・キャリア変調器、４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ・・・パイロット信号発生器、４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ・・・フレーム構成器、４４、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ・・・直並列変換器、４５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ・・・逆フーリエ変換器、４６、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ・・・キャリア合成器、４７、４７ａ、４７ｂ、４７ｃ・・・ガードインターバル挿入器、４８・・・直交キャリア発振器、４９、４９ａ、４９ｂ、４９ｃ・・・直交変調器、５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ・・・Ｄ／Ａ変換器、５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ・・・周波数変換器、５２、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ・・・送信アンプ、１００・・・受信機、２００、２０１・・・送信機
【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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