(57)【要約】ＷＬＡＮシステムなどの音声またはデータ用の無線通信システムは、複数の送信アンテナおよび複数の受信アンテナを利用する。複数の送信アンテナは異なる遅延経路を示し、複数の受信アンテナは異なる遅延経路を示す。送信アンテナ経路のうちの１つの経路の遅延が、受信アンテナ経路のうちの１つの経路の遅延とは異なる。好ましい一実施形態では、送信アンテナ経路のうちの１つの経路が、受信アンテナ経路のうちの１つの経路の非ゼロ値遅延構成要素の値とは異なる値の非ゼロ値遅延構成要素を使用する。
2006509394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の送信アンテナを有し、前記第１の送信アンテナの信号経路が、前記第２の送信アンテナの信号経路とは異なる遅延を示す送信機と、
第３および第４の受信アンテナを有し、前記第３の受信アンテナの信号経路が、前記第４の受信アンテナの信号経路とは異なる遅延を示す受信機とを備えたデータ通信システム。
【請求項２】
前記第１および前記第２のアンテナの前記信号経路のうちの一方の信号経路の非ゼロ遅延が、前記第３および前記第４のアンテナの前記信号経路のうちの一方の信号経路の非ゼロ遅延とは異なることを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項３】
前記非ゼロ遅延のうちの一方の非ゼロ遅延の値が、もう一方の非ゼロ遅延の値の２倍であることを特徴とする請求項２に記載のデータ通信システム。
【請求項４】
前記送信機は、前記第１および前記第２のアンテナによって異なる時刻に送信および受信を可能とするトランシーバをさらに備え、
前記受信機は、前記第３のおよび前記第４のアンテナによって異なる時刻に送信および受信を可能とするトランシーバをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項５】
前記データがさらに音声データを含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項６】
前記データがさらにデジタル・データを含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項７】
前記第１のアンテナの前記ＲＦ信号経路はＲＦ遅延要素およびＲＦ加算器を含み、前記第２のアンテナの前記信号経路はＲＦ加算器を含み、
前記第３のアンテナの前記ＲＦ信号経路はＲＦ遅延要素およびＲＦ加算器を含み、前記第４のアンテナの前記ＲＦ信号経路はＲＦ加算器を含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項８】
前記送信機は、少なくとも１つまたはそれ以上の符号器と、ガード・インターバル挿入処理装置とをさらに備え、
前記受信機は、前記符号器によって利用された符号に応答する少なくとも１つまたはそれ以上の復号器と、ガード・インターバル認識処理装置とをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項９】
前記遅延がＲＦ遅延を含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項１０】
前記遅延がＩＦ遅延を含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項１１】
前記遅延がベースバンド遅延を含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項１２】
第１および第２の送受信アンテナに結合されたトランシーバを有し、前記第１のアンテナの信号経路が、前記第２のアンテナの信号経路とは異なる遅延を示すアクセス・ポイントと、
第３のおよび第４の送受信アンテナに結合されたトランシーバをそれぞれが有する１つまたは複数の移動端末であって、前記第３のアンテナの信号経路は前記第４のアンテナの信号経路とは異なる遅延を示す１つまたは複数の移動端末とを備えたＷＬＡＮシステム。
【請求項１３】
前記第１および前記第２のアンテナの前記信号経路のうちの一方の信号経路の非ゼロ遅延は、前記第３および前記第４のアンテナの前記信号経路のうちの一方の信号経路の非ゼロ遅延とは異なることを特徴とする請求項１２に記載のＷＬＡＮシステム。
【請求項１４】
前記非ゼロ遅延のうちの一方の非ゼロ遅延の値が、もう一方の非ゼロ遅延の値の２倍であることを特徴とする請求項１３に記載のＷＬＡＮシステム。
【請求項１５】
前記複数のアンテナおよび異なる遅延は、２Ｌダイバーシチ＋１０ｌｏｇ１０ｄＢ性能を示す（Ｌ，Ｌ）ダイバーシチ・システムを提供することを特徴とする請求項１２に記載のＷＬＡＮシステム。
【請求項１６】
各トランシーバはＯＦＤＭシステムをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のＷＬＡＮシステム。
【請求項１７】
前記ＯＦＤＭシステムが、２値位相偏移変調（ＢＰＳＫ）、４位相偏移変調（ＱＰＳＫ）、１６−直交振幅変調（１６−ＱＡＭ）および６４−ＱＡＭのうちの１つを利用することを特徴とする請求項１６に記載のＷＬＡＮシステム。
【請求項１８】
各トランシーバは、少なくとも１つまたはそれ以上の符号器と、ガード・インターバル挿入処理装置と、前記符号器によって利用された符号に応答する少なくとも１つまたはそれ以上の復号器と、ガード・インターバル認識処理装置とをさらに備えたことを特徴とする請求項１２に記載のＷＬＡＮシステム。
【請求項１９】
前記遅延がＲＦ遅延を含むことを特徴とする請求項１２に記載のＷＬＡＮシステム。
【請求項２０】
前記遅延がＩＦ遅延を含むことを特徴とする請求項１２に記載のＷＬＡＮシステム。
【請求項２１】
前記遅延がベースバンド遅延を含むことを特徴とする請求項１２に記載のＷＬＡＮシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信システムに関し、より詳細には遅延ダイバーシチを用いた無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムは今日、データ通信および音声通信に広く使用されている。有利な１つの無線通信アプリケーションは、データおよびコンピュータ・システム用の無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）である。ＷＬＡＮは、ハードワイヤード・ネットワークの設置を必要とせず、したがって、ハードワイヤード・インフラストラクチャの経費なしで短期間に構築し、使用可能な状態にすることができる。ＩＥＥＥ規格８０２．１１ａに従って５ＧＨｚ帯で動作する最新のＷＬＡＮシステムは現在、最高ビット・レート５４Ｍビット／秒の能力があり、かなりの数のユーザに高速データ・アクセスを提供することができる。さらに、ＷＬＡＮが使用可能になれば、ユーザはかなりの移動度を享受することができる。ユーザは、ネットワークとの通信ならびに他の情報源および通信源との通信を維持しながら、アクセス・ポイントまたは基地局の範囲内を自由に動き回ることができる。このことは、ハードワイヤード・システム上では位置を変えるときに一般に経験する、別のデータ・ポートへの再配線または接続の必要なしに、アクセス・ポイントの範囲内をユーザが移動することができることを意味する。
【０００３】
しかし無線ネットワークは、既知の原因によるさまざまな干渉および信号劣化の問題を有する。干渉に共通する１つの原因はレイリー・フェージング（Rayleigh fading）による信号損失である。レイリー・フェージングは、反射されまたは再送信された無線周波（ＲＦ）信号が破壊的に干渉し合い、ＲＦ信号の相殺および信号損失を引き起こすマルチパス干渉によって生じる。マルチパス干渉は、壁、建築物、および他の反射体などの一般的に見られる多くの原因によって生じ得る。さらに、レイリー・フェージングまたはマルチパスひずみの可能性は、無線ネットワークのサイズの増大、およびアクセス・ポイントとそのシステムを使用する移動端末との間の距離の増大に伴って増大する。
【０００４】
レイリー・フェージングの問題に対処するために、さまざまな冗長伝送技法および符号化方式が提案され、実施された。このような方式の１つが国際特許出願ＷＯ０１／７８２５５に記載されており、これには、リピータを備えた基地局から最終受信機への受信機ダイバーシチが記述されている。ＩＦ信号を遅延させ、原信号と遅延信号とを重ね合わせ、アンテナによって最終受信機に送信する。受信機では、アンテナがこの重合した信号を受信し、その遅延の広がりを適応遅延等化処理によって除去して、重合した信号を分離し１つの信号として復調できるようにする。この特許は、（１，Ｌ）ＩＦ受信機遅延ダイバーシチ単一キャリア（搬送波）システムについて論じており、この特定のケースではＬ＝２である。このようなシステムの背後にある理論は、人為的に導入されたマルチパス信号を認識し、その信号を、受信機の等価器の助けを借りて最小限のデータ損失でうまく復号することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなアプローチは、音声通信システムに対しては許容できる性能を提供することができるが、ＷＬＡＮなどのデータ・システムは、信号データを正確に受け取る能力にはるかに大きな重点を置いている。より詳細には、信号対雑音比（ＳＮＲ）を２〜３ｄＢ向上させることによって、データ・システムのビット誤り率をかなり向上させることができる。一般的なレイリー・フェージングが存在する状況で低いビット誤り率で実施される技法が非常に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の原理によれば、送信機および受信機の両方で遅延ダイバーシチを示す無線通信システムが提供される。移動端末およびアクセス・ポイントの両方がＬ個のアンテナを示すＷＬＡＮシステムは、（Ｌ，Ｌ）ダイバーシチ・システムとして知られている。本発明に基づく（Ｌ，Ｌ）遅延ダイバーシチ・システムは、Ｌ個のアンテナの空間ダイバーシチだけに依存するのではなしに、送信機および受信機の両方のアンテナ信号経路の異なる遅延を用いる。本発明の他の態様によれば、一方の端末（送信機または受信機）の非ゼロ遅延が、もう一方の端末の非ゼロ遅延とは異なり、それによって２Ｌダイバーシチ＋１０ｌｏｇ１０（Ｌ）ｄＢの性能向上が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
最初に図１を参照すると、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システム送信機の物理層のブロック図が示されている。送信データは送信機の入力１２に供給される。このデータは例えば、ビット・レート６、９、１２、１８、２４、３６、４８または５４Ｍビット／秒で送信されるインターネット・プロトコル（ＩＰ）データのパケットである。図１の実施形態では、１５１８バイトのパケットが最大データ・レート５４Ｍビット／秒で送信される。これらのバイトは、この送信機によって符号化され、変調され、送信されたフレーム・フォーマットの文字を含む。図１の実施形態は、受信機での取得を援助する長短のトレーニング・インターバル（training interval）のプリアンブルを含むフレーム・フォーマットを使用する。このプリアンブルはさらに、後に論じるガード・インターバル（guard interval）を含む。このプリアンブルの後には１ＯＦＤＭシンボルのヘッダが続き、その後には、可変数のＯＦＤＭシンボルのデータ・フィールドが続く。
【０００８】
このデータはまず最初にフォワード・エラー・訂正符号器１４によって符号化される。フォワード・エラー・訂正符号器１４は、受信機の復号器に知られかつ認識された符号化方式によってデータを符号化する。この識別可能な符号化方式によって受信機は、誤った符号を認識しそれらを訂正することにより、データの誤りを訂正することができる。図１のフォワード・エラー・訂正符号器は、所望のデータ・レートに対応する符号化レートＲ＝１／２、２／３または３／４の畳み込み符号化を採用する。データ・レート５４Ｍビット／秒ではＲ＝３／４が使用された。符号化されたデータ・ビットはマップ処理装置１６によってインタリーブされ、マッピングされる。インタリーブはこれらのビットを配列しなおして、符号化された隣接するビットが隣接しないサブキャリア上にマッピングされることを保証し、同じ重要度のビットが長く続くことを避けるために、下位のビットと上位のビットが交互にマッピングされることを保証する。これによって、符号化されたデータが送信バースト全体に分散するので、連続するデータ・シーケンスの損失に起因する誤りが低減する。このデータは次に、次の直交変調のため複素平面上に分散され、それぞれのＯＦＤＭシンボルに対する４８のサブキャリアに関連づけられた４８のＭ−ＱＡＭシンボルとしてマッピングされる。図１の実施形態では、４つのパイロットサブキャリアを含む５２のサブキャリアが使用される。
【０００９】
この複素数データは次に逆高速フーリエ変換処理１８を受ける。この処理はサブキャリアを周波数領域から時間領域に変換する。Ｍ−ＱＡＭシンボルは次に、時間領域シーケンスの特定の搬送周波数で変調される。図１のシステムは、２値位相偏移変調（ＢＰＳＫ）、４値位相偏移変調（ＱＰＳＫ）、１６−直交振幅変調（１６−ＱＡＭ）または６４−ＱＡＭを使用して変調された５２のサブキャリアを使用する。
【００１０】
フェージングの問題の解決に用いることができる冗長度を提供するためにガード・インターバル２０が追加される。期間ＴのＯＦＤＭシンボルは延長された期間Ｔ′に拡張される。例えば、６４個の時間サンプルからなるサンプル群の最後の１６のサンプルをコピーし、これをこの６４個のサンプル群に追加して、拡張された期間Ｔ′の８０個のサンプルを生み出すことができる。このサンプルの時間分散は、マルチパス受信中の符号間干渉（ＩＳＩ）の問題を防ぐ。
【００１１】
シンボルをフィルタにかけまたは整形し、それらを所望の帯域幅に限定するために、シンボル・データは次に波形整形２２を受ける。データはアナログ信号に変換され、２４で、中間周波数基準信号２６によって中間周波数（ＩＦ）に直交変調される。このＩＦ信号は次いで、混合器３０に供給された搬送信号３２によって５．ｘＧＨｚの送信周波数（ＲＦ周波数）に変調される。送信波形は、高電力増幅器３４によって増幅され、アンテナ３６によって送信される。
【００１２】
図２にＯＦＤＭ受信機を示す。このＯＦＤＭ受信機では、送信機によって実行された符号化および変調を本質的に逆にたどり（versed）、原データ・シーケンスを回復させる。アンテナ３６によって受信された信号は低雑音増幅器４２によって増幅され、混合器４４における５．ｘＧＨｚの基準信号４６によって復調される。復調された信号は、自動利得制御増幅器４８によって所望のレベルに増幅される。自動利得制御増幅器４８は出力５０で受信信号のレベルを検出する。信号は、Ｉ−Ｑ検出器５２により、直交基準信号５４を用いて直交復調される。直交基準信号５４は自動周波数制御（ＡＦＣ）帰還回路５６によって安定化される。直交復調された信号はデジタル信号に変換され、ガード・インターバル除去処理装置６０によってガード・インターバルが識別され、除去される。ガード・インターバルを認識し分析することによって、この処理装置は、ＩＳＩを排除するためのＦＦＴ演算を開始するのに最も適切なサンプルを規定する。この信号は、高速フーリエ変換処理装置６２によって時間領域から周波数領域に変換される。これによって、Ｍ−ＱＡＭシンボルを有するディスクリート周波数ビン（discrete frequency bins）が生み出される。Ｍ−ＱＡＭシンボルは、符号化されたビットの原シーケンスを復元するデマップ処理装置６４によってデマップおよびデインタリーブされて、必要なビット・シーケンスになる。符号化されたビットの符号は、フォワード・エラー・訂正復号器６６によって認識され分析される。フォワード・エラー・訂正復号器６６は、誤った符号を認識し正しい符号を復元することによって、ドロップアウトおよび他の信号損失問題を訂正することを試みる。出力６８の復号されたデータは原ＩＦパケット・データを含む。図１および図２の送信および受信処理の追加の詳細が、ＩＥＥＥ規格８０２．１１ａの１９９９補遺にある。
【００１３】
図１および図２のＯＦＤＭ送信機および受信機を使用した本発明の原理に基づくＷＬＡＮシステムを図３に示す。図示のシステムは、ＷＬＡＮ用のアクセス・ポイント端末７０、ならびに４つのリモート端末８０ａ、８０ｂ、８０ｃおよび８０ｄを含む。ただし、５つ以上のリモート端末を有することもできる。図１および図２に示した送信／受信アンテナ３６の他に、各端末は第２のアンテナ３８を有する。アンテナ３６および３８によって送信され、受信されるＲＦ信号は、ＲＦ加算器４０によって分離され、結合される。したがってこのシステムは、送信および受信の両方に対してＬ＝２の（Ｌ，Ｌ）ダイバーシチ・システムであり、それによって（２，２）ダイバーシチ・システムを含む。本発明の原理によれば、アクセス・ポイント端末７０は、ＲＦ遅延τ１によってこの端末に結合された第２のアンテナ３８を有し、移動端末８０ｎはそれぞれ、τ２として示された異なるＲＦ遅延によって端末に結合された第２のアンテナ３８を有する。
【００１４】
端末が送信中のとき、送信機によって生み出された電力Ｐはこれらのアンテナに入力され、２つのアンテナ間で分割される。したがって、各アンテナはそれぞれ電力レベルＰ／２の電力を送信し、両方のアンテナは合わせて電力Ｐの電力を送信する。したがって送信電力の増大による信号対雑音比の向上はない。その結果、移動端末でのバッテリ電力の需要増はなく、このことは、バッテリの再充電と再充電との間の移動端末の動作時間にとって重要である。本発明とって重要なのは、遅延０を示す一方の経路および遅延τ１を示すもう一方の経路を有する送信信号経路のダイバーシチが存在することである。
【００１５】
受信中の端末では、送信端末によって放射された信号電力Ｐが、２つのアンテナ３６および３８によって受信され、この２つのアンテナはそれぞれ、両方の送信アンテナによって放射された全電力Ｐを受信する。したがって両方のアンテナによって受信される総電力が２Ｐとなるので、この多重受信アンテナはシステムの信号対雑音性能を向上させる。さらに、移動端末の受信アンテナ３８のＲＦ信号経路が遅延τ２を示し、受信アンテナ３６が遅延０示すため、受信信号経路のダイバーシチも存在する。
【００１６】
送信機および受信機の両方のこの遅延ダイバーシチは、送信機と受信機との間に、以下のように規定することができる４つの信号経路を生成する。
Ｈ１＝０＋０＝０
Ｈ２＝τ１＋０＝τ１
Ｈ３＝０＋τ２＝τ２、および
Ｈ４＝τ１＋τ２
例えば、τ１が１００ナノ秒、τ２が２００ナノ秒の場合、４つの信号経路は、０、１００ナノ秒、２００ナノ秒および３００ナノ秒の遅延を有する。
【００１７】
遅延τ１およびτ２を提供するために本発明により構築された実施形態で使用される構成要素は精確な構成要素である必要はなく、複数の遅延信号経路が生成されるように遅延値同士が十分に異なっていれば十分である。送信局が受信局になるとき、およびその逆のときには、送信端および受信端の両方でやはり両方のアンテナが使用されるので、同じ結果が得られることが理解される。
【００１８】
本発明の（Ｌ，Ｌ）遅延ダイバーシチ法は、図１および図２に示した送信機および受信機で特に有用である。これは、この送信機および受信機が、ガード・インターバル保護と符号化保護の両方を採用するためである。チャネル・インパルス応答のフーリエ変換である各信号経路またはチャネルの伝達関数は、これらの遅延のためにスペクトル・ヌル（spectoral null）を有する。これらのヌルは、遅延の値が固定されているため、周波数領域の既知の識別可能な位置にある。ＯＦＤＭシステムは、時間領域のこれらの遅延が識別可能な周波数選択動作を周波数領域に生成するという事実を利用する。これらの周波数ヌルは、スペクトル・ヌルの近傍のサブキャリアを変調する或る数のＭ−ＱＡＭシンボルを減衰させる。この減衰は、或る数のビットの損失、したがって受信されたビット・シーケンスの誤りを引き起こし得る。しかし、これらの誤りの多くは、誤ったビット符号を認識し、それらを訂正して有効な符号にするフォワード・エラー・訂正復号器６６によって訂正される。さらに、ガード・インターバル２０は、送信されたＯＦＤＭシンボルの遅延シンボルの受信によって、連続したシンボルのひずみを防ぐのを助ける。結果的にこのシステムは、挿入されたスペクトル・ヌルに対して実際には、自己訂正的（self-correcting）である。
【００１９】
本発明の（Ｌ，Ｌ）ダイバーシチ・システムは、受信信号電力を増大させる多重受信アンテナによって、および各送信信号の複数の遅延信号を受信することによって、レイリー・フェージングの効果を低減させる。この遅延によるスペクトル・ヌルは、データの符号化−復号およびガード・インターバルの使用によって克服される。送信機および受信機での遅延を重ね合わせることは、有効な２ＬダイバーシチとＳＮＲ性能における有効な１０ｌｏｇ１０（ｌ）ｄＢの増加とを備えた（Ｌ，Ｌ）ダイバーシチ・システムを生成する。本発明の構築された実施形態において、よりいっそう大きな性能向上を提供するために追加の異なる遅延を有する３つ以上の追加のアンテナを送信機、受信機またはその両方に追加することができることは当業者には明白である。
【００２０】
当業者には本発明の他の変形形態を容易に思いつくであろう。例えば、送信機および受信機が同じ遅延値τ１を使用するシステムにおいて、異なる３つの信号経路は以下とおりである（１つの信号経路が遅延０を有する）。
Ｈ１＝０＋０＝０
Ｈ２＝τ１＋０＝τ１
Ｈ３＝τ１＋τ１＝２τ１
τ１とτ２が異なる値を有する図３の実施形態の性能と同じではないが、それでもダイバーシチ効果によってかなりの性能向上が実現される。図３の実施形態は、信号経路のＲＦ部分で使用される遅延を示しているが、この遅延を、２つのアンテナの別個のＩＦ信号経路で使用されるＩＦ遅延とし、または２つのアンテナの別個のベースバンド信号経路で使用されるベースバンド遅延とすることもできることを当業者は理解しよう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システム送信機の物理層のブロック図である。
【図２】ＯＦＤＭシステム受信機の物理層のブロック図である。
【図３】図１および図２のＯＦＤＭ送信機および受信機を使用した、本発明の原理に基づく（Ｌ，Ｌ）ＲＦ遅延ダイバーシチの実施形態のＷＬＡＮシステムを示す図である。
【図１】
2006509394.tif 000003
【図２】
2006509394.tif 000004
【図３】
2006509394.tif 000005
【国際調査報告】
2006509394.tif 000006
2006509394.tif 000007