(57)【要約】【課題】複数の送信アンテナからの信号を受信する際に、精度の高いＡＧＣを行い、Ａ／Ｄ変換を適切に行うことを可能とする無線通信用プリアンブル信号を用いる無線送信装置を提供する。【解決手段】一つのアンテナTx1から順に送信されるショートプリアンブル列１０１、第１ロングプリアンブル列１０２及びシグナルフィールド１０３，１０４を含むＰＬＣＰ信号と、ＰＬＣＰ信号より後に複数のアンテナTx1〜Tx4からそれぞれ送信される複数のＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄと、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄの後にアンテナTx1〜Tx4からそれぞれ送信される第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ，１０６Ｂ〜１０９Ｂ，１０６Ｃ〜１０９Ｃ及び１０６Ｄ〜１０９Ｄを有する無線通信用プリアンブル信号を送信データ１１０Ａ〜１１０Ｄの前に配置する。第１シグナルフィールド１０３は、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄの送信を予告するリザーブビット１３２を含む。【選択図】  図１
2005295239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナと；
前記複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを送信する手段と；
前記第２シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブルを送信する手段と；
前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信する手段とを具備し、前記第１シグナルフィールドは、前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信を予告するリザーブビットを有する無線送信装置。
【請求項２】
複数のアンテナと；
前記複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを送信する手段と；
前記第２シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブルを送信する手段と；
前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信する手段とを具備し、前記第１シグナルフィールドは、第２シグナルフィールド、ＡＧＣ用プリアンブル及びデータが送信されることを示すリザーブビットを有する無線送信装置。
【請求項３】
複数のアンテナと；
前記複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを順に送信する手段と；
前記第２シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブルを送信する手段と；
前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信する手段とを具備し、前記第１シグナルフィールドは、前記複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブル及びデータの送信を予告することを示すリザーブビットを有する無線送信装置。
【請求項４】
前記第１シグナルフィールドは、前記ショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列及び第１シグナルフィールドがIEEE 802.11a規格に対応した信号であることを示す請求項１乃至３のいずれか１項記載の無線送信装置。
【請求項５】
前記第２シグナルフィールドは、第２シグナルフィールド以降に送信される信号がIEEE 802.11a以外の特定の規格に対応した信号であることを示す請求項１乃至３のいずれか１項記載の無線送信装置。
【請求項６】
前記第２シグナルフィールドは、前記複数のアンテナの数及び前記データのＭＣＳ(Modulation and Coding Scheme)を示す請求項１乃至３のいずれか１項記載の無線送信装置。
【請求項７】
前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信後かつ前記データの送信前に、前記複数のアンテナのうちの少なくとも一つのアンテナを用いて第２ロングプリアンブル列を送信する手段をさらに具備する請求項１乃至３のいずれか１項記載の無線送信装置。
【請求項８】
一つのアンテナから順に送信されるショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、リザーブビットを有する第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドと、前記第２シグナルフィールドより後に複数のアンテナから順に送信される複数のＡＧＣ用プリアンブル及びデータ信号を含む信号を受信して受信信号を生成する受信部と；
前記受信信号を増幅する可変利得増幅器と；
前記リザーブビットの受信をトリガとして、前記ＡＧＣ用プリアンブルを用いて前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御部とを具備する無線受信装置。
【請求項９】
一つのアンテナから順に送信されるショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、リザーブビットを有する第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドと、前記第２シグナルフィールドより後に複数のアンテナから順に送信される複数のＡＧＣ用プリアンブル及びデータ信号を含む信号を受信して受信信号を生成する受信部と；
前記受信信号を増幅する可変利得増幅器と；
前記ＡＧＣ用プリアンブルを用いて前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御部と；
前記リザーブビットの受信に応答して前記利得制御部の利得制御動作を開始させる制御を行う開始制御部とを具備する無線受信装置。
【請求項１０】
前記可変利得増幅器の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器をさらに具備する請求項８または９記載の無線受信装置。
【請求項１１】
複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを順に送信するステップと；
前記第２シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブルを送信するステップと；
前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信するステップとを具備し、前記第１シグナルフィールドは、前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信を予告するリザーブビットを有する無線送信方法。
【請求項１２】
一つのアンテナから順に送信されるショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、リザーブビットを有する第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドと、前記第２シグナルフィールドより後に複数のアンテナから順に送信される複数のＡＧＣ用プリアンブル及びデータ信号を含む信号を受信して受信信号を生成する受信部と；
前記受信信号を可変利得増幅器により増幅するステップと；
前記リザーブビットの受信をトリガとして、前記ＡＧＣ用プリアンブルを用いて前記可変利得増幅器の利得を制御するステップとを具備する無線受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定のプリアンブル信号を含む無線パケット用いて送信及び受信をそれぞれを行う無線送信装置、無線受信装置、無線送信方法及び無線受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国の電気電子技術者協会であるIEEEにおいて、100Mbps以上のスループットを目指すIEEE 802.11nと呼ばれる無線ＬＡＮ規格の策定が進められている。IEEE 802.11nでは、送信機及び受信装置に複数のアンテナを用いるMIMO(Multi Input Multi Output)と呼ばれる技術が採用される可能性が高い。IEEE 802.11nは、既に規格化されているIEEE 802.11a規格と無線機上で共存できることが要求されている。MIMO技術では、複数の送信アンテナから各受信アンテナまでの伝送路応答を測定するために、既知系列であるプリアンブルを複数の送信アンテナから送信する必要がある。
【０００３】
非特許文献１で提案された無線通信用プリアンブル信号案によると、図９に無線通信用プリアンブル信号を含む無線パケットが示されるように、まず一つの送信アンテナTx1から時間同期、周波数同期及びＡＧＣに用いるショートプリアンブル列x01、伝送路応答推定用のロングプリアンブル列x02、無線パケットの変調方式や長さを示すフィールドを含む第１シグナルフィールドx03を送信する。引き続き、IEEE 802.11nで用いる第２シグナルフィールドx04を送信する。次に、送信アンテナTx2，Tx3，Tx4から伝送路応答推定用のロングプリアンブル列x05，x06，x07を順に送信する。このようにしてプリアンブル信号の送信が終了した後に、複数の送信アンテナTx1，Tx2，Tx3，Tx4から送信データx08，x09，x10，x11を同時に送信する。
【０００４】
図９中に示した無線通信用プリアンブル信号は、ショートプリアンブルx01から第１シグナルフィールドx03までは単一アンテナTx1からの送信を基本とするIEEE 802.11a規格の無線通信用プリアンブル信号と同一である。これにより、図９に示す無線パケットを受信したIEEE 802.11a規格に基づく無線受信装置は、受信した無線パケットをIEEE 802.11a規格に基づくパケットと認識することができる。従って、図９中に示す無線通信用プリアンブル信号は、一つの無線機上でIEEE 802.11nをIEEE 802.11a規格と共存させることを可能とする。
【非特許文献１】Jan Boer他２名“Backwards compatibility”、［online］、平成１５年９月、IEEE LMSC、［平成１５年9月１５日検索］、インターネット＜URL：ftp://ieee:wireless@ftp.802wirelessworld.com/11/03/11-03-0714-00-000n-backwards-compatibility.ppt＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無線受信装置における受信信号の復調処理は、一般にディジタル信号処理により行われるため、アナログ信号として得られた受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が用意される。Ａ／Ｄ変換器は、変換対象のアナログ信号の許容レベル範囲（以下、入力ダイナミックレンジという）を持っている。従って、受信信号のレベルをＡ／Ｄ変換器の入力ダイナミックレンジ内となるように調整するためのＡＧＣ（自動利得調整）を行うことが必要である。
【０００６】
前述したロングプリアンブルによる伝送路応答の推定はディジタル信号処理で行われるため、ロングプリアンブル以前の信号を用いてＡＧＣを行う必要がある。図９中に示した無線通信用プリアンブル信号では、最初に送信アンテナTx1から送信されるロングプリアンブルx02より以前のショートプリアンブルx01を用いてＡＧＣを行う。すなわち、ショートプリアンブルx01の受信レベルを測定し、信号レベルがＡ／Ｄ変換器の入力ダイナミックレンジ内に収まるようにＡＧＣを行う。ショートプリアンブルx01を用いてＡＧＣを行うことにより、送信アンテナTx1から送信されるロングプリアンブルx02やデータを正しく受信することができる。
【０００７】
ところが、送信アンテナTx2，Tx3，Tx4からはロングプリアンブルx05，x06，x07より前には何も送信されないため、送信アンテナTx1から送信されるショートプリアンブルx01を用いてＡＧＣを行わざるを得ない。送信アンテナTx1，Tx2，Tx3，Tx4が空間的に離れて設置されていれば、Tx1，Tx2，Tx3，Tx4の各々から送信された信号の受信レベルは当然異なることが知られている。
【０００８】
従って、送信アンテナTx2，Tx3，Tx4から送信されるロングプリアンブルx05，x06，x07を無線受信装置が受信する際や複数のアンテナから同時に送信されるデータ信号x08〜x11を受信する際には、受信レベルはアンテナTx1から送信されたショートプリアンブルx01を用いたＡＧＣにより調整されたレベルを大きく上回ったり下回るという現象が生じる。受信レベルがＡ／Ｄ変換器の入力ダイナミックレンジの上限を上回った場合、Ａ／Ｄ変換器は飽和現象を生じる。受信レベルが入力ダイナミックレンジの下限を下回った場合には、Ａ／Ｄ変換器で大きな量子化誤差が発生する。いずれの場合でも、Ａ／Ｄ変換器は適切な変換をできず、Ａ／Ｄ変換後の処理に悪影響を及ぼす。
【０００９】
また、図９で示したように、データは全ての送信アンテナTx1，Tx2，Tx3，Tx4から送信されるため、データ部では受信レベルの変化範囲はさらに大きくなる。従って、上述したＡ／Ｄ変換器の飽和や量子化誤差の問題は顕著となり、受信性能は大きく劣化してしまう。
【００１０】
このように従来の技術では、受信側において単一のアンテナTx1から送信されるショートプリアンブルのみを用いてＡＧＣを行うため、他のアンテナTx2，Tx3，Tx4からの送信信号を受信する際に生じる受信レベルの変動に対応できない。また、アンテナTx1，Tx2，Tx3，Tx4から同時に信号が送信された場合の受信レベルの変動にも対応できない。
【００１１】
本発明の目的は、複数の送信アンテナからの信号を受信する際に、精度の高いＡＧＣを行い、Ａ／Ｄ変換を適切に行うことを可能とする無線通信用プリアンブル信号を用いる無線送信装置、無線受信装置、無線送信方法及び無線受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】
【００１２】
本発明の第１の観点によると、複数のアンテナと；前記複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを送信する手段と；前記第２シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブルを送信する手段と；前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信する手段とを具備し、前記第１シグナルフィールドは、前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信を予告するリザーブビットを有する無線送信装置を提供する。
【００１３】
本発明の第２の観点によると、複数のアンテナと；前記複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを送信する手段と；前記第２シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブルを送信する手段と；前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信する手段とを具備し、前記第１シグナルフィールドは、第２シグナルフィールド、ＡＧＣ用プリアンブル及びデータが送信されることを示すリザーブビットを有する無線送信装置を提供する。
【００１４】
本発明の第３の観点によると、複数のアンテナと；前記複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを順に送信する手段と；前記第２シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブルを送信する手段と；前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信する手段とを具備し、前記第１シグナルフィールドは、前記複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブル及びデータの送信を予告することを示すリザーブビットを有する無線送信装置を提供する。
【００１５】
本発明の第４の観点によると、一つのアンテナから順に送信されるショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、リザーブビットを有する第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドと、前記第２シグナルフィールドより後に複数のアンテナから順に送信される複数のＡＧＣ用プリアンブル及びデータ信号を含む信号を受信して受信信号を生成する受信部と；前記受信信号を増幅する可変利得増幅器と；前記リザーブビットの受信をトリガとして、前記ＡＧＣ用プリアンブルを用いて前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御部とを具備する無線受信装置を提供する。
【００１６】
本発明の第５の観点によると、一つのアンテナから順に送信されるショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、リザーブビットを有する第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドと、前記第２シグナルフィールドより後に複数のアンテナから順に送信される複数のＡＧＣ用プリアンブル及びデータ信号を含む信号を受信して受信信号を生成する受信部と；前記受信信号を増幅する可変利得増幅器と；前記ＡＧＣ用プリアンブルを用いて前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御部と；前記リザーブビットの受信に応答して前記利得制御部の利得制御動作を開始させる制御を行う開始制御部とを具備する無線受信装置を提供する。
【００１７】
本発明の第６の観点によると、複数のアンテナのうちの一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを順に送信するステップと；前記第２シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナを用いてＡＧＣ用プリアンブルを送信するステップと；前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信後に前記複数のアンテナを用いてデータを送信するステップとを具備し、前記第１シグナルフィールドは、前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信を予告するリザーブビットを有する無線送信方法を提供する。
【００１８】
本発明の第７の観点によると、一つのアンテナから順に送信されるショートプリアンブル列、第１ロングプリアンブル列、リザーブビットを有する第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドと、前記第２シグナルフィールドより後に複数のアンテナから順に送信される複数のＡＧＣ用プリアンブル及びデータ信号を含む信号を受信して受信信号を生成する受信部と；前記受信信号を可変利得増幅器により増幅するステップと；前記リザーブビットの受信をトリガとして、前記ＡＧＣ用プリアンブルを用いて前記可変利得増幅器の利得を制御するステップとを具備する無線受信方法を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、複数の送信アンテナからの信号を受信する際に、精度の高いＡＧＣを行い、Ａ／Ｄ変換を適切に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
本発明の一実施形態による無線通信用プリアンブル信号を含む無線パケットは、図１に示されるように、まず単一のアンテナTx1から送信されるＰＬＣＰ(Physical Layer Convergence Protocol)信号が配置される。ＰＬＣＰ信号はショートプリアンブル列１０１、第１ロングプリアンブル列１０２、第１シグナルフィールド(SIGNAL)１０３及び第２シグナルフィールド(SIGNAL 2)１０４を有する。ショートプリアンブル列１０１の単位プリアンブルＳＰ及び第１ロングプリアンブル列１０２の単位プリアンブルＬＰは、それぞれ一定長の信号系列であり、ＳＰの長さに対してＬＰの長さは相対的に大きい。
【００２２】
ショートプリアンブル列１０１、第１ロングプリアンブル列１０２及び第１シグナルフィールド１０３はIEEE 802.11a規格に準拠している。ショートプリアンブル列１０１と第１ロングプリアンブル列１０２との間には、ガードインターバル(Guard Interval)ＧＩが配置される。第２シグナルフィールド１０４は、新たな無線ＬＡＮ規格であるIEEE 802.11nに必要なフィールドである。第１シグナルフィールド１０３及び第２シグナルフィールド１０４については、後に詳しく説明する。
【００２３】
ＰＬＣＰ信号の後に、複数のアンテナTx1〜Tx4からそれぞれ同時に送信されるＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄが配置される。ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄは、複数の送信アンテナを使って送信された信号を受信装置において適切な品質で復調できるようにするために用いられる。すなわち、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄは、ＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)技術で通信するにあたって、受信装置が最適なＡＧＣを行うことができるようにするためのプリアンブルであり、ＭＩＭＯ技術を用いたＡＧＣを行う場合に特有のプリアンブルである。
【００２４】
ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄの後に、第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ，１０６Ｂ〜１０９Ｂ，１０６Ｃ〜１０９Ｃ及び１０６Ｄ〜１０９Ｄがそれぞれ配置される。本実施形態では、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄとして全て同じ信号系列を用いる場合について説明するが、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄは互いに異なる信号系列であっても構わない。第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ，１０６Ｂ〜１０９Ｂ，１０６Ｃ〜１０９Ｃ及び１０６Ｄ〜１０９Ｄを形成する単位プリアンブルＬＰの相互間には、ガードインターバルＧＩがそれぞれ配置される。後述するように、第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ，１０６Ｂ〜１０９Ｂ，１０６Ｃ〜１０９Ｃ及び１０６Ｄ〜１０９Ｄは、それぞれ直交化されている。
【００２５】
上述した無線通信用プリアンブル信号の後、すなわち第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ，１０６Ｂ〜１０９Ｂ，１０６Ｃ〜１０９Ｃ及び１０６Ｄ〜１０９Ｄのそれ送信ぞれの後に、アンテナTx1〜Tx4からそれぞれ送信される送信データ(DATA)１１０Ａ〜１１０Ｄが配置される。
【００２６】
次に、第１シグナルフィールド１０３を説明する前に、第２シグナルフィールド１０４について説明しておく。第２シグナルフィールド１０４には、図１の無線パケットがIEEE 802.11a規格以外の規格であるIEEE 802.11nに対応していることを示す識別情報が記述されている。言い替えれば、第２シグナルフィールド１０４は第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ，１０６Ｂ〜１０９Ｂ，１０６Ｃ〜１０９Ｃ及び１０６Ｄ〜１０９Ｄが次に受信されること、および第２ロングプリアンブル列のシンボル個数を示す。また送信データ１１０Ａ〜１１０Ｄの変調方式(Modulation Scheme)と符号化方式(Coding Scheme)の組み合わせであるＭＣＳ(Modulation and Coding Scheme)を示す。符号化方式は、誤り訂正符号である畳み込み符号の符号化率を示す。
【００２７】
次に、第１シグナルフィールド１０３について詳しく説明する。第１シグナルフィールド１０３には、後続する送信データ１１０Ａ〜１１０Ｄの変調方式や無線パケット長を示す情報が記述されている。前述したとおり、図１に示した無線通信用プリアンブル信号のうち、ＰＬＣＰ信号の区間、特にショートプリアンブル列１０１から第１シグナルフィールド１０３までの無線パケット区間は、IEEE 802.11a規格に準拠している。
【００２８】
図２には、IEEE 802.11a規格に基づく無線通信用プリアンブル信号を含む無線パケットを示す。一つの送信アンテナTx1から時間同期、周波数同期及びＡＧＣに用いるショートプリアンブル列x１1、伝送路応答推定用のロングプリアンブル列x12、無線パケットの変調方式や長さを示すフィールドを含むシグナルフィールドx13が送信され、この後に送信送信データx14，x18が送信される。
【００２９】
図１における第１シグナルフィールド１０３は、図２に示したIEEE 802.11a規格に基づく無線通信用プリアンブル信号におけるシグナルフィールドx13と同様である。第１シグナルフィールド１０３は、図１の下側に詳細に示されるようにIEEE 802.11a規格に基づく無線パケット中のデータ信号のＭＣＳを示すレート部(RATE)１３１、将来の規格拡張のために予約されるリザーブビット(R)１３２、無線パケットの長さを示すパケット長部(LENGTH)１３３、レート部１３１からパケット長部１３３までの情報のパリティチェックを行うパリティ部(P)１３４、及び畳み込み符号を終端させるためのシグナルテール部（SIGNAL TAIL）１３５を有し、これらがＯＦＤＭ多重されて送信アンテナTx1から送信される。
【００３０】
従って、無線機がIEEE 802.11a規格に準拠していれば、パケット長部１３３で示される無線パケット区間では正常な受信動作を行うことができる。すなわち、第１シグナルフィールド１０３に後続する信号区間に、IEEE 802.11a規格に準拠した他の無線送信装置が送信を開始することによって無線パケットを破壊するようなことは生じない。
【００３１】
リザーブビット１３２は、IEEE 802.11a規格に対応する無線機では不要であり、使用されていない。本発明の実施形態では、このリザーブビット１３２に意味を与えることにより、IEEE 802.11a以外の特定の規格、例えばIEEE 802.11n規格の無線機の動作を制御することを可能とする。具体的には、リザーブビット１３２は例えば（ａ）ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄの送信を予告したり、（ｂ）図１に示したIEEE 802.11n規格に対応する無線パケットが送信されることを示したり、（ｃ）複数の送信アンテナ２０５Ａ〜２０５Ｄを用いてＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄ及びデータ１１０Ａ〜１１０Ｄの送信の予告を示したり、（ｄ）リザーブビット１３２で第２シグナルフィールド１０４の送信を予告したりする。
【００３２】
ここで、（ａ）の予告については、リザーブビット１３２で第２シグナルフィールド１０４の送信を予告することによって、間接的にＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄの送信を予告することを含む。（ｂ）でいうIEEE 802.11n規格に対応する無線パケットとは、図１に示したようにショートプリアンブル列１０１、第１ロングプリアンブル列１０２、第１シグナルフイールド１０３、第２シグナルフィールド１０４、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄ、第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ，１０６Ｂ〜１０９Ｂ，１０６Ｃ〜１０９Ｃ及び１０６Ｄ〜１０９Ｄ及びデータ１１０Ａ〜１１０Ｄを含む無線パケットであり、MIMO技術を用いて複数の送信アンテナからの信号が多重された信号を含む無線パケットである。
【００３３】
リザーブビット１３２を予め決められた値、例えば“１”にして送信すれば、IEEE 802.11n規格の無線機はリザーブビット１３２の受信及び復調を行うことによって、IEEE 802.11n規格に対応する無線パケットの受信を認識することが可能である。具体的には、リザーブビット１３２によって図１の無線パケットが受信されていることを示し、さらにはリザーブビット１３２の後に第２シグナルフィールド及びＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄが次に受信されることを示すことが可能である。
【００３４】
次に、図３を参照して本実施形態に従う無線送信装置について説明する。まず、送信データ２０１とメモリ２０２から出力される無線通信用プリアンブル信号がディジタル変調部２０３によって変調されることにより、無線パケットが組み立てられる。組み立てられた無線パケットは、送信部２０４Ａ〜２０４Ｄによって送信に必要な処理、例えばＤ／Ａ（ディジタル−アナログ）変換、ＲＦ（無線周波数）帯への周波数変換（アップコンバート）及び電力増幅が施された後、図１で説明したアンテナTx1〜Tx4に相当する複数の送信アンテナ２０５Ａ〜２０５Ｄに供給され、送信アンテナ２０５Ａ〜２０５ＤからＲＦ信号が図３に示す無線受信装置に向けて送信される。以下では、図１中のTx1〜Tx4を送信アンテナ２０５Ａ〜２０５Ｄとして説明する。
【００３５】
本実施形態においては、図１中に示したショートプリアンブル列１０１から第１ロングプリアンブル列１０２、前述したような意味を示すリザーブビット１３２を含む第１シグナルフィールド１０３及び第２シグナルフィールド１０４までのＰＬＣＰ信号は、図３中の送信部２０４Ａから送信アンテナ２０５Ａのみによって送信される。ＰＬＣＰ信号以後の図１中に示したＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄ、第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ，１０６Ｂ〜１０９Ｂ，１０６Ｃ〜１０９Ｃ及び１０６Ｄ〜１０９Ｄ及びデータ１１０Ａ〜１１０Ｄは、図３中の送信部２０４Ａ〜２０４Ｄから送信アンテナ２０５Ａ〜２０５Ｄによって送信される。
【００３６】
一方、図４に示す無線受信装置においては、複数の受信アンテナ３０１Ａ〜３０１Ｄによって、図２に示した無線送信装置から送信されたＲＦ信号が受信される。無線受信装置は、単一の受信アンテナを備えていても構わない。受信アンテナ３０１Ａ〜３０１ＤからのＲＦ受信信号は、受信部３０２Ａ〜３０２Ｄにそれぞれ入力される。受信部３０２Ａ〜３０２Ｄでは受信処理、例えばＲＦ帯からＢＢ（ベースバンド）帯への周波数変換（ダウンコンバート）、ＡＧＣ（自動利得制御）及びＡ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換が行われ、ベースバンド信号が生成される。
【００３７】
受信部３０２Ａ〜３０２Ｄからのベースバンド信号は、伝送路推定部３０３Ａ〜３０３Ｄ及びディジタル復調部３０４に入力される。伝送路推定部３０３Ａ〜３０３Ｄでは、図３の無線送信装置から図４の無線受信装置までの伝送路応答が推定される。伝送路推定部３０３Ａ〜３０３Ｄについては、後に詳しく説明する。ディジタル復調部３０４では、伝送路推定部３０３Ａ〜３０３Ｄによって推定された伝送路応答に従ってベースバンド信号の復調が行われ、図２中に示した送信データ２０１に対応する受信データ３０５が生成される。
【００３８】
より詳しくは、ディジタル復調部３０４は入力部に伝送路等化器を有する。伝送路等化器は、受信信号が伝送路で受けた歪を除去するための等化処理を推定された伝送路応答に従って行う。ディジタル復調部３０４は、さらに上述の時間同期処理に基づく適切な復調タイミングで等化後の信号に対して復調処理を行い、データを再生する。
【００３９】
次に、図４中に示した受信部３０２Ａ〜３０２Ｄについて説明する。図５に、受信部３０２Ａの詳細な構成を示す。他の受信部３０２Ｂ〜３０２Ｄも同様であるため、ここでは受信部３０２Ａのみについて説明する。受信アンテナ３０１Ａから入力されるＲＦ受信信号は、ダウンコンバータ４０１によってダウンコンバートされ、ベースバンド信号が生成される。この場合、ＲＦ受信信号を直接ＢＢ帯に変換してもよいし、一旦ＩＦ（中間周波数）帯への変換を行った後、ＢＢ帯に変換してもよい。
【００４０】
ダウンコンバータ４０１によって生成されたベースバンド信号は可変利得増幅器４０２に入力され、ＡＧＣすなわち信号レベルの調整が行われる。可変利得増幅器４０２からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換器４０３によりディジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器４０３から出力されるディジタル信号は、受信部３０２Ａの外に出力されると共に、利得制御部４０４に入力される。利得制御部４０４によってＡ／Ｄ変換器４０３からのディジタル信号から利得計算が行われ、それに基づいて可変利得増幅器４０２の利得が制御される。このＡＧＣの具体的な内容については、後述する。
【００４１】
次に、図１に示した無線通信用プリアンブル信号を含む無線パケットの送信信号を受信する場合に着目して、図４及び図５で説明した無線受信装置の動作について説明する。無線受信装置は、まず図３中の送信アンテナ２０５Ａから送信されるショートプリアンブル列１０１を受信し、ショートプリアンブル列１０１に対応するベースバンド信号を用いてフレーム先頭検出、時間同期、ＡＦＣ（自動周波数制御）及びＡＧＣ制御を行う。ＡＦＣは、周波数同期とも呼ばれる。フレーム先頭検出、時間同期及びＡＦＣについては公知の技術を用いることができるので説明を省略し、ここではＡＧＣについて特に説明する。
【００４２】
ショートプリアンブル列１０１に対応するベースバンド信号は、可変利得増幅器４０２によって、予め与えられた初期利得値に従って増幅される。可変利得増幅器４０２からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換器４０３を経て利得制御部４０４に入力される。利得制御部４０４は、ショートプリアンブル列１０１に対応する受信信号のＡ／Ｄ変換後のレベルから利得を計算し、それに従って可変利得増幅器４０２の利得を制御する。
【００４３】
今、ショートプリアンブル列１０１に対応するベースバンド信号のＡ／Ｄ変換後のレベルをＸとする。レベルＸが高い場合、ベースバンド信号はＡ／Ｄ変換器４０３の入力ダイナミックレンジの上限を超え、Ａ／Ｄ変換によって得られるディジタル信号は飽和を起こす。このため、特に高レベルの信号は歪んでしまう。一方、レベルＸが低い場合、特に低レベルの信号はＡ／Ｄ変換に伴って大きな量子化誤差を含むようになる。このようにＡ／Ｄ変換後のレベルＸが高い場合及び低い場合のいずれにおいても、Ａ／Ｄ変換器４０３では適切な変換が行われないため、受信品質に大きな支障をきたす。
【００４４】
この問題を解決するため、利得制御部４０４はショートプリアンブル列１０１に対応するベースバンド信号のＡ／Ｄ変換後のレベルXが予め決められた目標値Ｚになるように、可変利得増幅器４０２の利得を制御する。Ａ／Ｄ変換器４０３に入力される信号が全て飽和してしまう程度にベースバンド信号のレベルが大幅に高い場合、あるいは逆に大幅に低い場合、一回の制御で可変利得増幅器４０２の利得を適切に制御できないことがある。このような場合、利得制御を繰り返して行う。この結果、Ａ／Ｄ変換器４０３に入力されるベースバンド信号のレベルをＡ／Ｄ変換器４０３の入力ダイナミックレンジ内に収まるような適切なレベルに調整することが可能となる。このようにショートプリアンブル列１０１に対応するベースバンド信号を用いて可変利得増幅器４０２の利得を制御することにより、適切なＡ／Ｄ変換を行い、受信品質の低下を避けることができる。
【００４５】
また、上記の説明では可変利得増幅器４０２のための利得計算に必要な受信レベルの測定をＡ／Ｄ変換器４０３から出力されるディジタル信号を用いて行ったが、Ａ／Ｄ変換前のアナログ信号を用いてレベル測定を行うことも可能である。さらに、ＢＢ帯でなくＩＦ帯あるいはＲＦ帯で受信レベルの測定を行っても構わない。
【００４６】
次に、無線受信装置は送信アンテナ２０５Ａから送信される第１ロングプリアンブル列１０２を受信し、ロングプリアンブル列１０２に対応するベースバンド信号を用いて伝送路推定、すなわち無線送信装置から無線受信装置までの伝送路応答（周波数伝達特性）の推定を行う。送信アンテナ２０５Ａから送信される信号については上述のようにＡＧＣが終了しているため、伝送路推定を行うときにはＡ／Ｄ変換器４０３への入力のレベルは適切に調整されている。従って、送信アンテナ２０５Ａから送信される信号については、Ａ／Ｄ変換器４０３から精度の高いディジタル信号が得られるため、このディジタル信号を用いて伝送路推定を的確に行うことができる。
【００４７】
次に、無線受信装置は送信アンテナ２０５Ａから送信される第１シグナルフィールド１０３を受信し、第１シグナルフィールド１０３に対応するベースバンド信号に対して、上述した伝送路推定の結果を用いてディジタル復調部４０４により復調処理を行う。第１シグナルフィールド１０３には、図１中に示したようにプリアンブルデータに後続するデータのＭＣＳを示すレート部１３１や、無線パケットの長さを示すパケット長部１３３が記述されている。無線受信装置は、第１シグナルフィールド１０３中のパケット長部１３３から認識される無線パケット区間において、ディジタル復調部４０４による復調処理を続ける。
【００４８】
次に、図６を用いて図４中のディジタル復調部３０４について詳細に説明する。ディジタル復調部３０４には、図４中に示した受信部３０２Ａ〜３０２Ｄからの信号５００が入力される。ディジタル復調部３０４はＦＦＴ（高速フーリエ変換）部５０１、シンボルタイミング制御部５０２、デマッピング部５０３、誤り訂正部５０４、シグナル復号部５０５及びＡＧＣ開始制御部５０６を有する。
【００４９】
シンボルタイミング制御部５０２は、入力されるショートプリアンブル列１０１及びロングプリアンブル列１０２などを用いて、タイミング同期（時間同期）の一つであるシンボル同期をとる。具体的には、図１の無線パケット中に示されている各々のシンボルの区切りを認識する。シンボル同期の手法については、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
【００５０】
ＦＦＴ部５０１は、シンボルタイミング制御部５０２で認識されたタイミングに応じて入力信号５００に対しＦＦＴを施し、第１ロングプリアンブル列１０２を用いた伝送路推定を行う。伝送路推定も公知の技術なので、説明を省略する。
【００５１】
次に、ＦＦＴ部５０１は入力信号５００に対し第１シグナルフィールド１０３のタイミングでＦＦＴを施す。ＦＦＴ部５０１からの出力は、デマッピング部５０３により２値系列に変換された後、誤り訂正部５０４へ入力される。誤り訂正後の出力は、ディジタル復調部３０４から受信データ３０５として出力されると共に、シグナル復号部５０５に入力される。なお、誤り訂正を用いずにデマッピング部５０３の出力をそのままシグナル復号部５０５へ入力することも可能である。
【００５２】
シグナル復号部５０５では、第１シグナルフィールド１０３中のリザーブビット１３２を復号して予め決められた値、例えば“１”であることを検出すると、間もなくＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄが受信されることを認識し、ＡＧＣ開始制御部５０６にその旨、すなわちＡＧＣ用プリアンブルの受信予告を通知する。ＡＧＣ開始制御部５０６は、このＡＧＣ用プリアンブル受信予告を受けると図５中に示す利得制御部４０４に対してＡＧＣ開始指令を送り、利得制御動作を開始させる制御を行う。
【００５３】
次に、無線受信装置は送信アンテナ２０５Ａから送信される第２シグナルフィールド１０４を受信した後、送信アンテナ２０５Ａ〜２０５Ｄから送信されるＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄを受信する。ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄは、第２シグナルフィールド１０４まで送信を続けてきた送信アンテナ２０５Ａ及び今まで送信を行ってない送信アンテナ２０５Ｂ〜２０５Ｄから送信される。従って、送信アンテナ２０５Ａのみから送信される信号（第１ショートプリアンブル列１０１、第２ロングプリアンブル列１０２、第１シグナル１０３及び第２シグナル１０４）を受信する場合と比較して、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄを受信する場合の受信レベルは変化する。
【００５４】
このときＡＧＣ開始制御部５０６は、シグナル復号部５０５からＡＧＣ用プリアンブル受信予告を既に受けているため、シンボルタイミング制御部５０２からのシンボルタイミングの情報を用いて、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄが図５中のＡ／Ｄ変換器４０３を通過する時間に合わせて、ＡＧＣ開始指令を受信部３０２Ａ〜３０２Ｄへ送る。受信部３０２Ａ〜３０２ＤはＡＧＣ開始指令を受けると、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄを用いて再度ＡＧＣを行う。これにより送信アンテナ２０５Ａ〜２０５Ｄから同時に送信されてくる信号、すなわちＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)のチャネルで送られてくる信号を受信レベルを適切に調整してＡ／Ｄ変換器４０３に入力することができる。
【００５５】
再度のＡＧＣ開始指令は、第２シグナルフィールド１０４を復号した後に出しても良いが、本実施形態では第１シグナルフィールド１０３のリザーブビット１３２を復号した時点でＡＧＣ開始指令を出す。これにより、ＡＧＣ開始指令が出されてから実際にＡＧＣを開始するまでの時間に余裕を持たせることができる。具体的には、第２シグナルフィールド１０４の復号に要する時間分だけ余裕が生じる。従って、第２シグナルフィールド１０４を復号してからＡＧＣ開始指令を出す手法と比較して、復号速度を低減することが可能になり、廉価なＬＳＩを提供することが可能になる。また、第２シグナルフィールド１０４を復号してからＡＧＣ開始指令を出す手法と比較して、ＡＧＣプリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄを用いたＡＧＣが可能な時間を長くとることができるため、適切なＡＧＣ値の下で高品質の受信を行うことができる。すなわち、図４で示したようにＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄに対応するベースバンド信号のＡ／Ｄ変換後のレベルを用いて、可変利得増幅器４０２に対する利得制御を再度行う。
【００５６】
従来の技術では、アンテナTx1から送信されるプリアンブル信号中のショートプリアンブル列のみを用いてＡＧＣを行っている。すなわち、アンテナTx1以外のアンテナTx2〜TX4から送信される信号を受信する場合でも、アンテナTx1から送信される信号に対する受信レベルのみに従ってＡＧＣを行う。
【００５７】
図７は、従来方式を用いた際のショートプリアンブルとデータ部の受信電力分布図である。伝搬路は、遅延時間が５０nsecのマルチパス環境（データ１シンボル時間は４μsec）である。この図からわかるように、ショートプリアンブルx01の受信レベルと、データ部の受信レベル比は一致していないことがわかる。
【００５８】
例えば、図７におけるＡの領域ではデータ部x08〜x11の受信電力が低いのにもかかわらず、ショートプリアンブルx01の受信電力が強く受信されてしまう。このためショートプリアンブルx01の受信電力を基にＡＧＣを調整した場合、データ部の受信電力はより低くなり、Ａ／Ｄ変換器４０３において量子化誤差を生じさせてしまう。一方、図７におけるBの領域では、データ部x08〜x11の受信電力が大きいのにもかかわらず、ショートプリアンブルx01の電力は小さく受信されてしまう。よって、ショートプリアンブルx01の受信電力を基にしてＡＧＣを施した場合、データ部x08〜x11ではＡ／Ｄ変換器３０４において飽和を生じさせてしまう。このように従来の方式では、データ部x08〜x11の受信電力とショートプリアンブルの電力比が一定でないために、量子化誤差や飽和の影響により受信特性が悪化することがわかる。
【００５９】
これに対して、本実施形態によるとデータ信号を送信する全てのアンテナからＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ〜１０５Ｄが送信される。図８は、本実施形態に従うショートプリアンブルとデータ部の受信電力分布図を示している。伝搬路は、図７の場合と同じ環境である。
【００６０】
図８から分かるように、本実施形態におけるＡＧＣ用プリアンブルの受信電力とデータ部１１０Ａ〜１１０Ｄの受信電力はほぼ比例の関係にある。よって、本実施形態では全てのアンテナTx1〜Tx4（送信アンテナ２０５Ａ〜２０５Ｄ）から同時に送信される、図１中に示すデータ１１０Ａ〜１１０Ｄを受信する場合でも、Ａ／Ｄ変換器への入力レベルが適切に調整されているため、従来の方式で発生していた飽和や量子化誤差の影響を大幅に削減できるため、従来方式よりも受信精度が大幅に向上する。
【００６１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に従うプリアンブル信号を含む無線パケットを示す図
【図２】IEEE 802.11aに準拠した無線パケットを示す図
【図３】本発明の一実施形態に従う無線送信装置のブロック図
【図４】本発明の一実施形態に従う無線受信装置のブロック図
【図５】図４中に示す受信部の具体例を示すブロック図
【図６】図４中に示すディジタル復調部の具体例を示すブロック図
【図７】従来方式を用いた際のショートプリアンブルとデータ部の受信電力分布図
【図８】本発明の一実施形態におけるショートプリアンブルとデータ部の受信電力分布図
【図９】非特許文献１により提案されたプリアンブル信号を含む無線パケットを示す図
【符号の説明】
【００６３】
１０１…ショートプリアンブル列
１０２…第１ロングプリアンブル列
１０３…第１シグナルフィールド
１０４…第２シグナルフィールド
１０５Ａ〜１０５Ｄ…ＡＧＣ用プリアンブル
１０６Ａ〜１０９Ａ，１０６Ｂ〜１０９Ｂ，１０６Ｃ〜１０９Ｃ，１０６Ｄ〜１０９Ｄ…第２ロングプリアンブル列
１１０Ａ〜１１０Ｄ…データ
２０２…メモリ
２０３…ディジタル変調部
２０４Ａ〜２０４Ｄ…送信部
２０５Ａ〜２０５Ｄ…送信アンテナ
３０１Ａ…３０１Ｄ…受信アンテナ
３０２，３０２Ａ〜３０２Ｄ…受信部
３０３Ａ〜３０３Ｄ…伝送路推定部
３０４…ディジタル復調部
４０１…ダウンコンバータ
４０２，４０２Ａ〜４０２Ｄ…可変利得増幅器
４０３…Ａ／Ｄ変換器
４０４…利得制御部
５０１…ＦＦＴユニット
５０２…シンボルタイミング制御部
５０３…デマッピング部
５０４…誤り訂正部
５０５…シグナル復号部
５０６…ＡＧＣ開始制御部
【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】
2005295239.tif 000008
【図７】
2005295239.tif 000009
【図８】
2005295239.tif 000010
【図９】
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