無線送信装置及び無線送信方法
【課題】ＵＷＢ−ＭＩＭＯ伝送方式において、干渉を抑えて受信品質を向上させ、システムのスループットを向上させること。
【解決手段】フレーム構成部３０１−１、３０１−２は、タイミング検出用シンボル、パイロットシンボル及びデータシンボルを含むフレームを構成する。変調部３０２−１、３０２−２は、フレーム化ディジタルデータに対して変調処理を行う。無線部３０３−１、３０３−２は、変調信号を無線送信のために周波数変換し、タイミング設定部３０４が設定した送信タイミングで送信信号を送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２から送信する。タイミング設定部３０４は、通信相手の無線受信装置で検出された受信タイミングのずれを示すタイミング調整値に基づいて送信信号の送信タイミングを設定し、無線部３０３−１、３０３−２に対して、送信タイミングを指示する。
【解決手段】フレーム構成部３０１−１、３０１−２は、タイミング検出用シンボル、パイロットシンボル及びデータシンボルを含むフレームを構成する。変調部３０２−１、３０２−２は、フレーム化ディジタルデータに対して変調処理を行う。無線部３０３−１、３０３−２は、変調信号を無線送信のために周波数変換し、タイミング設定部３０４が設定した送信タイミングで送信信号を送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２から送信する。タイミング設定部３０４は、通信相手の無線受信装置で検出された受信タイミングのずれを示すタイミング調整値に基づいて送信信号の送信タイミングを設定し、無線部３０３−１、３０３−２に対して、送信タイミングを指示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送信装置及び無線送信方法に関し、特に複数のアンテナを用いて変調信号を送信する無線送信装置及び無線送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば非特許文献１に記載されているＵＷＢ(Ultra WideBand)と呼ばれる伝送方法のように、数GHz程度の極めて広い周波数帯を利用して高速な無線通信を行う方法が検討されている。
【０００３】
このときの送信信号として、通常の無線通信のようにベースバンド信号を用いて搬送波を変調するのではなく、パルス信号を直接送信する方法が提案されている。なお、この場合にも通常の無線通信での搬送波に相当する高周波信号を利用する方式があるが、この高周波信号は連続的に発生させるのではなく、パルス信号が存在するときのみ発生させるということから、上記したように、パルス信号を直接送信する、または、搬送波を用いない、という表現をするのが一般的である。この方法は、低コストで消費電力が少ないという利点がある。
【０００４】
以下、このＵＷＢ伝送方式について図２９を用いて説明する。図２９（ａ）は、時間波形の幅が1ns以下となるパルス信号の例を示す図であり、図２９（ｂ）は、対応する電力スペクトルを示す図である。一例として信号周期が１ns(１ns=1.0×10-9s)であり、各パルス信号で１bitの情報が送信されるものとすると、送信速度は、1/(1×10-9) = 1.0×109 = １Gbpsとなる。この送信信号を受信側で復調することにより、高速な無線通信が可能となる。なお、このとき、電力スペクトルが数GHzに渡り分布する。
【０００５】
また、伝送速度を向上させる別の方法として、例えば非特許文献２に記載されているＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）と呼ばれる伝送方法のように、複数アンテナからそれぞれ異なる変調信号を送信し、受信側で各アンテナから同時に送信された変調信号を分離し復調することにより、周波数帯域を拡大することなく伝送速度を向上させる方法が提案されている。
【０００６】
以下、このＭＩＭＯ伝送方式について図面を用いて説明する。図３０に示すように、２つの送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２からそれぞれ変調信号Ａ、変調信号Ｂを同時に送信し、２つの受信アンテナＡＮＲ１、ＡＮＲ２によって変調信号Ａ、Ｂを受信する場合を考える。この場合、受信側では４つのチャネル変動ｈ１１（ｔ）、ｈ１２（ｔ）、ｈ２１（ｔ）、ｈ２２（ｔ）を推定する必要がある。
【０００７】
そのため、図３０に示すように、変調信号Ａ、Ｂの中にチャネル変動ｈ１１（ｔ）、ｈ１２（ｔ）、ｈ２１（ｔ）、ｈ２２（ｔ）を推定するためのパイロットシンボル（電波伝搬環境推定用シンボル）０１、０２、０３、０４を配置するようになっている。ここで同時に送信されるパイロットシンボル０１、０３ではＣの既知信号を、パイロットシンボル０２では−Ｃ＊の既知信号を、パイロットシンボル０４ではＣ＊の既知信号を送る。因みに、＊は共役複素数を示す。また、変調信号Ａ、変調信号Ｂともにパイロットシンボル０１、０２、０３、０４以外はデータシンボルが配置される。
【０００８】
このように、複数アンテナからそれぞれ異なる変調信号を同時に送信する無線送信装置においては、各アンテナから送信する変調信号にパイロットシンボルを埋め込むことにより、伝搬路上で合成された変調信号を受信側で良好に分離し復調することができるようになっている。以上より、周波数帯域を拡大することなく、伝送速度を向上させることができる。
【０００９】
さらに、非特許文献１では、上記ＵＷＢ伝送方式とＭＩＭＯ伝送方式を組み合わせたＵＷＢ−ＭＩＭＯ伝送方式により伝送速度をさらに向上させる方法が提案されている。非特許文献１における送信方法は、複数のアンテナから異なる信号を「同時に」送信し、受信側でＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）検波を施すことで、マルチパスによるシンボル間干渉、チップ間干渉を軽減することができることが示されている。
【非特許文献１】“MMSE Detection for High Date Rate UWB-MIMO Systems”IEEE VTC2004-Fall, pp.1463-1467, 2004年9月
【非特許文献２】“MIMOチャネルにより100Mbit/sを実現する広帯域移動通信用SDM-COFDM方式の提案”電子情報通信学会、信学技報RCS-2001-135、2001年10月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、１シンボル時間（パルス信号１つが占める時間）をnsまたはpsオーダーとして送受信するＵＷＢ伝送方式のような、これまでの無線伝送方式（例えばIEEE802.11で規定される無線ＬＡＮ規格の１シンボル時間は数ｍs）と比較して短いシンボル時間を使用する無線伝送方式の場合、複数の送信アンテナからの送信信号が１つの受信アンテナに到達するまでの到着時刻の差の影響が相対的に大きくなる。一般に、この到着時刻の差が大きくなり、それに伴い１シンボル時間に占める到着時間の差が大きくなればなるほど、ＭＩＭＯ伝送方式において正確に多重されないことになる。換言すると、一方の信号がもう一方の信号にとっての干渉信号となる。このため、ＵＷＢ−ＭＩＭＯ伝送方式の受信品質が低下してしまう。
【００１１】
図３１は、この課題を説明する図である。図３１（ａ）は、シンボル長Ts_longが伝搬遅延時間と比較して十分長い場合、図３１（ｂ）は、シンボル長Ts_shortが伝搬遅延時間とあまり変わらない場合を示す。説明を簡単にするために、Ts_long =１μs、Ts_short =１ns、とし、また送信アンテナ２本（ＡＮＴ１，ＡＮＴ２）、受信アンテナ１本（ＡＮＲ１）の場合で説明する。ＡＮＴ１、ＡＮＴ２からＡＮＲ１への伝搬チャネルをｈ１１、ｈ１２とし、遅延時間をそれぞれＴ１１、Ｔ１２とする。ここで、遅延時間Ｔ１１、Ｔ１２は、伝搬チャネルの経路長によって定まる値であるため、送信する変調信号のシンボル長には依存しない。図３１（ａ）のケースでは、Ｔ１１とＴ１２の差ΔＴｒ１がシンボル長Ts_longと比較して短いため、ΔＴｒ１による受信品質の劣化は小さい。しかし、図３１（ｂ）のように、シンボル長Ts_shortがΔＴｒ１と比較してあまり変わらなくなると、ΔＴｒ１による受信品質の劣化が大きくなる。一例として、伝搬チャネルｈ１１とｈ１２の差が１mとすると、｛1[m]/(3.0×108 [m/s])｝×1.0×10-9[s→ns]=3.3nsとなり、１シンボル長Ts_shortよりも長くなる。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ＵＷＢ−ＭＩＭＯ伝送方式において、干渉を抑えて受信品質を向上させ、システムのスループットを向上させることができる無線送信装置及び無線送信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる課題を解決するため、本発明の無線送信装置は、複数のアンテナと、前記各アンテナから送信するデータに、通信相手装置において受信タイミングの検出に使用されるタイミング検出用シンボルを挿入してフレームを構成するフレーム構成手段と、前記通信相手装置において検出された受信タイミングのずれに基づいて送信タイミングを設定するタイミング設定手段と、前記タイミング設定手段が設定した送信タイミングで、前記フレーム構成手段がフレーム化したデータを前記各アンテナから送信する送信手段と、具備する構成を採る。
【００１４】
また、本発明の無線送信方法は、複数の各アンテナからデータを送信する無線送信方法であって、前記各アンテナから送信するデータに、通信相手装置において受信タイミングの検出に使用されるタイミング検出用シンボルを挿入してフレームを構成するフレーム構成工程と、前記通信相手装置において検出された受信タイミングのずれに基づいて送信タイミングを設定するタイミング設定工程と、前記タイミング設定工程で設定した送信タイミングで、前記フレーム構成工程でフレーム化したデータを前記各アンテナから送信する送信工程と、具備する方法を採る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＵＷＢ−ＭＩＭＯ伝送方式において、伝搬遅延時間等に応じて各送信アンテナから送信するパルス信号の送信タイミングを調整することができるので、干渉を抑えて受信品質を向上させ、システムのスループットを向上させることができる。また、複雑なタイミング調整を行うのではなく、単純に受信タイミングの差に応じて、あらかじめ送信側で送信タイミングを変更するので、簡易な構成で受信タイミングを制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いるパルス信号とは、無線通信で一般に用いられる技術用語であるが、本実施の形態では、特に言及しない限りパルス信号の形は問わない。よって、パルス信号として、インパルス信号、方形パルス信号、ガウシアンパルス信号、などが利用できる。また、パルス信号に情報を乗せるためにパルス信号に施す操作を変調と呼び、生成される信号を変調信号と呼ぶ。このとき、以下の説明で変調信号と呼ぶ信号には無変調信号であるパルス信号も含める。また、ＵＷＢ方式には、モノサイクルパルス方式、キャリア付きインパルス方式、ＯＦＤＭ方式を用いた方式等があり、本発明は特定のＵＷＢ方式に限定されない。また、前記各方式におけるデータ変調方式（例えばＯＯＫ（On-Off Keying）、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）等）にも限定されることなく実施できる。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線送信装置及び無線受信装置の基本構成図である。図１に示すように、無線送信装置１００は、フレーム構成部１０１と、タイミング設定部１０２と、複数の送信アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴｍと、を有する。フレーム構成部１０１は、複数の送信アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴｍを用いて送信するパルス信号（パルス信号１〜パルス信号ｍ）の送信フレームを構成する。タイミング設定部１０２は、パルス信号（パルス信号１〜パルス信号ｍ）の送信タイミングを設定する。
【００１８】
また、無線受信装置１５０は、複数の受信アンテナＡＮＲ１〜ＡＮＲｎと、タイミング検出部１５１と、を有する。タイミング検出部１５１は、受信タイミングずれを検出し、検出した値であるタイミング調整値をタイミング設定部１０２にフィードバックする。
【００１９】
図２は、本実施の形態に係る無線送信装置と無線受信装置との間の無線区間のチャネル変動を説明する図である。図２では、無線送信装置１００が、２つの送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２からそれぞれ変調信号Ａ、変調信号Ｂを送信し、無線受信装置１５０が、２つの受信アンテナＡＮＲ１、ＡＮＲ２によって変調信号Ａ、Ｂが合成された信号を受信し、それらの信号を分離し復調する場合を示す。ここで、図１における変調信号１、２に相当するのが、図２における変調信号Ａ、Ｂである。
【００２０】
この場合、受信側では４つのチャネル変動ｈ１１（ｔ）、ｈ１２（ｔ）、ｈ２１（ｔ）、ｈ２２（ｔ）を推定して各変調信号を復調する必要がある（ｔは時刻を示す）。そのため変調信号Ａ、Ｂ中に、信号検出、タイミング検出、周波数オフセット推定、送信方法情報、伝搬チャネル推定、等に用いるパイロットシンボルを必要に応じて設ける必要がある。
【００２１】
因みに、上記の復調するために必要とするシンボルを総称して、パイロットシンボル、ユニークワード、プリアンブルなどと呼ぶことができるが、本実施の形態では、これらを全てパイロットシンボルと呼ぶ。なお、チャネル変動ｈ１１（ｔ）、ｈ１２（ｔ）、ｈ２１（ｔ）、ｈ２２（ｔ）の推定は、パイロットシンボルを用いて行われる。
【００２２】
図３は、本実施の形態に係る無線送信装置の構成を示すブロック図である。なお、図３の無線送信装置３００は、図１の無線送信装置１００を詳細に記載したものであり、図１のフレーム構成部１０１は、図３のフレーム構成部３０１−１、３０１−２及び変調部３０２−１、３０２−２に相当する。また、図１のタイミング設定部１０２は、図３の無線部３０３−１、３０３−２及びタイミング設定部３０４に相当する。
【００２３】
フレーム構成部３０１−１、３０１−２は、それぞれ、送信ディジタルデータＡ、送信ディジタルデータＢに、無線受信装置１５０において受信タイミングの検出に使用されるタイミング検出用シンボル、無線受信装置１５０において同期検波、チャネル推定等に使用されるパイロットシンボル等を挿入してフレームを構成し、フレーム化ディジタルデータを変調部３０２−１、３０２−２に出力する。
【００２４】
変調部３０２−１、３０２−２は、それぞれ、フレーム化ディジタルデータに対して変調処理を行い、変調信号を無線部３０３−１、３０３−２に出力する。
【００２５】
無線部３０３−１、３０３−２は、それぞれ、変調信号を無線送信のために周波数変換し、タイミング設定部３０４が設定した送信タイミングで送信信号を送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２から送信する。ここで、最初の送信時には、送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２から送信信号を送信するタイミングは同時とし、無線部３０３−１、３０３−２は、タイミング設定部３０４からの入力を利用しない。
【００２６】
タイミング設定部３０４は、図４に示す無線受信装置で検出された受信タイミングのずれを示すタイミング調整値に基づいて送信信号の送信タイミングを設定し、無線部３０３−１、３０３−２に対して、送信タイミングを指示する。
【００２７】
無線部３５２は、図４に示す無線受信装置から送信され、受信アンテナ３５１に受信された高周波信号をベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号を復調部３５３に出力する。ここで、回路規模、コスト等の面から受信アンテナ３５１と送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２とを共用することが一般的であるが、別のアンテナとすることもできる。また受信信号は、複数のアンテナから受信することもできる。
【００２８】
復調部３５３は、ベースバンド信号を復調し、タイミング調整値及び受信ディジタルデータをフレーム分離部３５４に出力する。フレーム分離部３５４は、タイミング調整値を分離してタイミング設定部３０４に出力する。
【００２９】
図４は、本実施の形態に係る無線受信装置の構成を示すブロック図である。なお、図４の無線受信装置４００は、図１の無線受信装置１５０を詳細に記載したものであり、図１のタイミング検出部１５１は、図４のタイミング検出部４５１に相当する。
【００３０】
無線部４０１−１、４０１−２は、それぞれ、受信アンテナＡＮＲ１、ＡＮＲ２に受信された高周波信号をベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号をフレーム分離部４０２−１、４０２−２に出力する。
【００３１】
フレーム分離部４０２−１、４０２−２は、それぞれ、ベースバンド信号からパイロットシンボル、データシンボルを分離し、パイロットシンボルをチャネル推定部４０３−１〜４０３−４に出力し、データシンボルを復調部４０４に出力し、タイミング検出用シンボルをタイミング検出部４５１に出力する。
【００３２】
チャネル推定部４０３−１〜４０３−４は、それぞれ、パイロットシンボルを用いてチャネル推定を行い、チャネル推定値を復調部４０４に出力する。
【００３３】
復調部４０４は、チャネル推定値を用いてデータシンボルを復調し、送信ディジタルデータＡ、Ｂに対応する受信ディジタルデータＡ、Ｂを出力する。
【００３４】
タイミング検出部４５１は、タイミング検出用シンボルを用いて受信タイミングずれを検出し、検出した値であるタイミング調整値をフレーム構成部４５２に出力する。
【００３５】
フレーム構成部４５２は、タイミング調整値、送信ディジタルデータを入力とし、無線送信装置３００におけるフレーム構成部３０１−１、３０１−２と同様に、パイロットシンボルとデータシンボルを含むフレームを構成し、それぞれフレーム化ディジタルデータを変調部４５３に出力する。
【００３６】
変調部４５３は、フレーム化ディジタルデータに対して変調処理を行い、変調信号を無線部４５４に出力する。
【００３７】
無線部４５４は、変調信号を無線送信のために周波数変換し、送信信号を送信アンテナ４５５から無線送信装置３００に向けて送信する。ここで、回路規模、コスト等の面から送信アンテナ４５５と受信アンテナＡＮＲ１、ＡＮＲ２とを共用することが一般的であるが、別のアンテナとすることもできる。また、送信信号は、複数のアンテナから送信することもできる。
【００３８】
図５は、無線送信装置３００から送信する変調信号Ａ、変調信号Ｂのフレーム構成例を示す図である。図５では、一例として時間軸におけるフレーム構成を示している。図５において、シンボル５０１、５５２は、変調信号Ａ、Ｂのタイミング検出用シンボルであり、シンボル５０２、５５１は、変調信号Ａ、Ｂのヌルシンボル（何も送信しないシンボル）であり、シンボル５０３、５５３は、変調信号Ａ、Ｂのデータシンボルを復調するためのパイロットシンボルであり、シンボル５０４、５５４は、変調信号Ａ、Ｂのデータシンボルである。なお、本実施の形態では、タイミング検出用シンボルを用いて送信タイミングを調整することを説明するため、タイミング検出用シンボルとパイロットシンボルという２つに分けて記載した。また、タイミング検出用シンボル５０１、ヌルシンボル５５１の前に信号検出用シンボルを配置する場合もあるが、本実施の形態では省略している。各シンボルの構成の詳細は後述する。
【００３９】
図６は、無線受信装置４００から送信する変調信号のフレーム構成例を示す図である。図６において、シンボル６０１は、タイミング調整用シンボルであり、無線受信装置４００のタイミング検出部４５１で出力したタイミング調整値が含まれる。シンボル６０２は、パイロットシンボルであり、シンボル６０３はデータシンボルである。
【００４０】
図７は、本実施の形態に係る受信アンテナＡＮＲ１における受信タイミングを揃えるための送信タイミング調整を説明する図である。無線受信装置４００からフィードバックされたタイミング調整値ΔＴｒ１に基づき、変調信号Ｂの送信タイミングをΔＴｒ１早めて送信する。その結果、受信アンテナＡＮＲ１が受信した信号１は、２つの送信信号が正確に多重された信号となる。
【００４１】
次に、図１のフレーム構成部において生成する、送信タイミングを検出するための送信フレーム構成の具体例を説明する。
【００４２】
図８は、図５の変調信号Ａ、変調信号Ｂのタイミング検出用シンボル５０１、５５２の構成例を示す図である。図８では、直交する符号を用いた例を示す。
【００４３】
図８に示す変調信号は、無変調のパルス信号にBi-phase modulationと呼ばれる変調を施した信号である。Bi-phase modulationは、無変調の（あるいは基準となる）パルス信号p(t)を用いて、以下の式（１）で表現される。
S1=p(t), S2=-p(t) ・・・（１）
【００４４】
変調信号Ａは、時刻Ｔｔ０，Ｔｔ１，Ｔｔ２，Ｔｔ３においてそれぞれ、１，１，１，１，を示すパルスＳ１、Ｓ１，Ｓ１，Ｓ１を発生する。変調信号Ｂは、時刻Ｔｔ４，Ｔｔ５，Ｔｔ６，Ｔｔ７においてそれぞれ、１，−１，１，−１を示すパルスＳ１，Ｓ２，Ｓ１，Ｓ２を発生する。また、Ｔｔ０、Ｔｔ１，・・・、Ｔｔ７は等間隔とする。
【００４５】
図９は、受信アンテナＡＮＲ１により受信した受信信号における、直交符号の相関処理に基づくタイミング検出方法を示す図である。変調信号Ａのタイミングを算出するために、送信側で用いた符号と同じ、１，１，１，１を乗算することにより、自己相関値を計算する。送信側での時刻Ｔｔ０，Ｔｔ１，Ｔｔ２，Ｔｔ３で送信した変調信号Ａが受信アンテナＡＮＲ１に到着した後に上記自己相関値を計算することで、受信側の時刻Ｔｒ１Ａにおいて、自己相関値が得られる。このとき、変調信号Ｂのタイミングを算出する場合に対しても同様に、送信側で用いた符号と同じ、１，−１、１，−１を乗算することにより、自己相関値を計算する。ただし、変調信号Ｂに対する自己相関値計算は、変調信号Ａに対する計算と同時刻に開始するものとする。図８では、変調信号Ａが変調信号Ｂよりも先に送信されているため、自己相関値も変調信号Ａに対する値が先に求まる。なお、本実施の形態はこの順番には制限されず、変調信号Ｂを変調信号Ａよりも先に、または同時に送信することもできる。
【００４６】
まず、図８のタイミング検出用シンボル５０１が受信側に到着した際の自己相関値について説明する。変調信号Ａに対する自己相関値は、１×１＋１×１＋１×１＋１×１＝４となり、変調信号Ｂに対する自己相関値は、１×１＋１×（−１）＋１×１＋１×（−１）＝０となる。なお、ここでは、伝搬チャネル変動による変調信号の歪み、回路内部の雑音などの誤差要因は存在しないものとする。
【００４７】
次に、図８のタイミング検出用シンボル５５２が受信側に到着した際の自己相関値について説明する。送信側での時刻Ｔｔ４，Ｔｔ５，Ｔｔ６，Ｔｔ７で送信した変調信号Ｂが受信アンテナＡＮＲ１に到着した後に上記自己相関値を計算することで、受信側の時刻Ｔｒ１Ｂにおいて、自己相関値が得られる。変調信号Ａに対する自己相関値は、１×１＋（−１）×１＋１×１＋（−１）×１＝０となり、変調信号Ｂに対する自己相関値は、１×１＋（−１）×（−１）＋１×１＋（−１）×（−１）＝４となる。
【００４８】
以上、相関処理から求めた到着時刻差（Ｔｒ１Ｂ−Ｔｒ１Ａ）、送信側での送信時刻差（Ｔｔ４−Ｔｔ０）から、タイミング調整値ΔＴｒ１は、以下の式（２）により求めることができる。
ΔＴｒ１＝Ｔ１２−Ｔ１１＝（Ｔｒ１Ｂ−Ｔｒ１Ａ）−（Ｔｔ４−Ｔｔ０）
・・・（２）
【００４９】
このΔＴｒ１を送信側にフィードバックし、送信タイミングを調整することで、受信側において高精度にＭＩＭＯ多重された受信信号を得ることができる。
【００５０】
また、このように、直交符号を用いることで、変調信号の到着タイミングを求めることができ、求めた変調信号が送信されたアンテナを識別することができる。
【００５１】
図８、図９を用いて説明した受信アンテナＡＮＲ１におけるタイミング検出は、他の受信アンテナについても同様に実現することができる。
【００５２】
また、図５、図６に示したデータシンボル５０４、５５４、６０３の長さの最小単位は０である。換言すると、タイミング設定期間においてデータシンボルを送信しない構成を採ることも可能である。これにより、有効でないデータシンボルを送信しない効率的なタイミング設定が可能となる。
【００５３】
図１０は、本実施の形態に係る受信アンテナＡＮＲ２における受信タイミングを揃えるための送信タイミング調整を説明する図である。無線受信装置４００からフィードバックされたタイミング調整値ΔＴｒ２に基づき、変調信号Ｂの送信タイミングをΔＴｒ２早めて送信する。その結果、受信アンテナＡＮＲ２で受信した受信信号２は、２つの送信信号が正確に多重された信号とすることができる。
【００５４】
図１１は、受信アンテナＡＮＲ２における、直交符号の相関処理に基づくタイミング検出方法を示す図である。
【００５５】
受信アンテナＡＮＲ２で受信した信号に対して、変調信号Ａのタイミングを算出する場合においては、送信側で用いた符号と同じ、１，１，１，１を乗算することにより、自己相関値を計算する。送信側での時刻Ｔｔ０，Ｔｔ１，Ｔｔ２，Ｔｔ３で送信した変調信号Ａが受信アンテナＡＮＲ２に到着した後に上記自己相関値を計算することで、受信側の時刻Ｔｒ２Ａにおいて、自己相関値が得られる。このとき、変調信号Ｂのタイミングを算出する場合においても同様に、送信側で用いた符号と同じ、１，−１，１，−１を乗算することにより、自己相関値を計算する。ただし、変調信号Ｂに対する自己相関値計算は、変調信号Ａに対する計算と同時刻に開始するものとする。図８では、変調信号Ａが変調信号Ｂよりも先に送信されているため、自己相関値も変調信号Ａに対する値が先に求まる。
【００５６】
まず、図８のタイミング検出用シンボル５０１が受信側に到着した際の自己相関値について説明する。変調信号Ａに対する自己相関値は、１×１＋１×１＋１×１＋１×１＝４となり、変調信号Ｂに対する自己相関値は、１×１＋１×（−１）＋１×１＋１×（−１）＝０となる。なお、ここでは、伝搬チャネル変動による変調信号の歪み、回路内部の雑音などの誤差要因は存在しないものとしている。
【００５７】
次に、図８のタイミング検出用シンボル５５２が受信側に到着した際の自己相関値について説明する。送信側での時刻Ｔｔ４，Ｔｔ５，Ｔｔ６，Ｔｔ７で送信した変調信号Ｂが受信アンテナＡＮＲ２に到着した後に上記自己相関値を計算することで、受信側の時刻Ｔｒ２Ｂにいて、自己相関値が得られる。変調信号Ａに対する自己相関値は、１×１＋（−１）×１＋１×１＋（−１）×ｘ１＝０となり、変調信号Ｂに対する自己相関値は、１×１＋（−１）×（−１）＋１×１＋（−１）×（−１）＝４となる。
【００５８】
以上、相関処理から求めた到着時刻差（Ｔｒ２Ｂ−Ｔｒ２Ａ）、送信側での送信時刻差（Ｔｔ４−Ｔｔ０）から、タイミング調整値ΔＴｒ２は、以下の式（３）により求めることができる。
ΔＴｒ２＝Ｔ２２−Ｔ２１＝（Ｔｒ２Ｂ−Ｔｒ２Ａ）−（Ｔｔ４−Ｔｔ０）
・・・（３）
【００５９】
このＴｒ２を送信側にフィードバックし、送信タイミングを調整することで、受信側で高精度に多重された受信信号を得ることができる。
【００６０】
図１２は、本実施の形態に係る複数の受信アンテナにおける受信タイミングを調整する方法を示す図である。受信信号１、受信信号２に対して求められたタイミング調整値ΔＴｒ１、ΔＴｒ２について、以下の式（４）の関数ｆ（ｘ，ｙ）を定義する。
ｆ（ΔＴｒ１，ΔＴｒ２） ・・・（４）
ただし、ｆ（ｘ，ｙ）はｘ，ｙの値により定まる値
【００６１】
送信側では、ｆ（ΔＴｒ１，ΔＴｒ２）だけ送信アンテナＡＮＴ２の送信タイミングを調整（送信アンテナＡＮＴ１に対し、先行または遅延）する。図１２は、一例として、上記式（４）を具体的に以下の式（５）の場合を示す。
ｆ（ΔＴｒ１，ΔＴｒ２）＝（ΔＴｒ１ + ΔＴｒ２）／２ ＝ ΔＴｒ＿ａｖｅ
・・・（５）
【００６２】
一般に、送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２間の距離、受信アンテナＡＮＲ１、ＡＮＲ２間の距離と比較して、送受信アンテナ間の距離（例えば送信アンテナＡＮＴ１と受信アンテナＡＮＲ１）が長い場合には、ΔＴｒ１とΔＴｒ２の差は小さくなることから、ΔＴｒ＿ａｖｅ＜ΔＴｒ１，ΔＴｒ＿ａｖｅ＜ΔＴｒ２となり、ΔＴｒ＿ａｖｅだけ送信タイミングを調整することにより、調整前と比較して高精度な多重を実現できる。要は、送信タイミング調整前と比較して、受信側でより正確な多重を実現できるように、ΔＴｒ１、ΔＴｒ２を用いて送信タイミングを調整することが重要である。なお、送信装置あるいは受信装置に具備される全てのアンテナのうち、その一部を用いない場合については、実施の形態２で説明する。
【００６３】
ここで、上記の説明では、送信アンテナＡＮＴ１を基準として送信アンテナＡＮＴ２のタイミングを調整するとしたが、調整するアンテナについては、送信アンテナＡＮＴ２を基準として、送信アンテナＡＮＴ１の送信タイミングを調整する構成としても同様の効果を得ることができる。また、送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２の双方の送信タイミングを調整する構成としても同様の効果が得られる。
【００６４】
図１３は、図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図である。図１３に示す変調信号は、タイミング検出用シンボル５０１、５５２が、他のパルス幅５０３、５０４、５５３、５５４よりも狭い場合の構成例である。
【００６５】
一般に、パルス幅が狭いほど、より正確に送信タイミングを検出できる。したがって、より正確に送信タイミングを調整することができ、受信側でのより正確なＭＩＭＯ多重を実現することができる。
【００６６】
ここで、タイミング検出用シンボル５０１、５５２として、（ａ）無線送信装置３００が装置として発生できる最も狭いパルス信号、（ｂ）無線送信装置３００が準拠する無線規格の中で最も狭いパルス信号、（ｃ）上記（ａ）、（ｂ）のパルス信号を含めた異なるパルス幅の信号、等を利用することができる。ここで、（ａ）、（ｂ）については、既に説明したので、以下では、（ｃ）の一例の説明を行う。
【００６７】
異なるパルス幅の信号として、（ｃ−１）タイミング検出用シンボル以外の部分（例えばデータ部５０４、５５４）と同じパルス幅の信号、（ｃ−２）タイミング検出用シンボル以外の部分（例えばデータ部５０４、５５４）よりも狭く、（ａ）または（ｂ）よりも広いパルス幅の信号、（ｃ−３）（ａ）または（ｂ）の信号、を考える。
【００６８】
送信開始時には（ｃ−１）を用いる。これは、タイミング検出用シンボル以外の部分と同じパルス幅の信号を用いることで、無線送信装置におけるパルス幅変更に起因する負荷が掛からないという利点がある。（ｃ−１）のパルス信号により受信側で検出された送信タイミング調整値が、ＭＩＭＯ多重を実現するのに十分である場合には（ｃ−２）への切り替えは行わず、（ｃ−１）のみでタイミング調整を完了とする。（ｃ−１）のみでは十分なタイミング調整が行えない場合、（ｃ−２）の信号を用いてタイミング調整値を求める。以下、（ｃ−１）の場合と同様に、（ｃ−２）のパルス信号により受信側で検出された送信タイミング調整値が、ＭＩＭＯ多重を実現するのに十分である場合には（ｃ−３）への切り替えは行わず、（ｃ−２）でタイミング調整を完了とする。（ｃ−２）を用いてもまだ十分なタイミング調整を行えない場合、（ｃ−３）の信号を用いてタイミング調整値を求める。以上説明したように、タイミング検出用シンボルに用いるパルス幅を可変とすることで、不必要なパルス幅変更を避け、同時にタイミング調整をより高精度に行うことができる。
【００６９】
このとき、タイミング調整が十分であるかの判断は、送信側、受信側のどちらでも実施することができる。受信側で実施する場合には、ΔＴｒ１、ΔＴｒ２に加えて、またはΔＴｒ１、ΔＴｒ２の代わりに、判断結果をフィードバックする構成となる。
【００７０】
また、図１４は、図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図である。図１４では、図８のように直交符号を掛けずに、Bi-phaseのphaseを、タイミング検出用シンボル５０１では０[rad](相関処理では１として用いる)、タイミング検出用シンボル５５２ではπ[rad]（相関処理では−１として用いる）に統一している。受信側では、このphase値に基づき相関処理を実施することで、直交符号を用いた場合と比較して、簡単な構成、処理で、変調信号の到着タイミングを求めることができ、求めた変調信号が送信されたアンテナを識別することができる。
【００７１】
また、図１５は、図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図である。図１５では、変調方式として、Pulse Position Modulation（ＰＰＭ）を用いている。この変調方式は、パルス周期（例えばＴｔ１−Ｔｔ０）内におけるパルス位置（ここでの位置とは、時間軸上における位置）で変調を行う。図１５では、送信ディジタル信号が１の場合（相関処理で１として用いる）は、パルス周期の先頭位置で送信し、送信ディジタル信号が０の場合（相関処理では−１として用いる）は、パルス周期の先頭位置からＴ＿ＰＰＭだけ遅れた位置でパルスを送信する。ＰＰＭは、単一のパルス幅、パルス形状で変調を実現することができることから、簡易な送信信号にすることができる。
【００７２】
図１６は、図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図である。図１６では、変調方式としてＯＯＫを用いている。この変調方式は、送信ディジタル信号が１の場合（相関処理では１として用いる）は、パルスを発生させ、送信ディジタル信号が０の場合（相関処理では０として用いる）は、パルスを発生させない。ＯＯＫは、単一のパルス幅、パルス形状で変調を実現することができ、さらに送信ディジタル信号が０の場合にはパルス信号を発生させないことから、低消費電力で送信することができる。
【００７３】
図１７は、図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図である。図１７では、変調方式としてOrthogonal Pulse Modulation（ＯＰＭ）を用いている。この変調方式は、送信ディジタル信号が１、０の時に合わせて、関数として直交関係にあるパルス信号を発生する。ＯＰＭは、多元接続を行う場合に、適した変調方式である。
【００７４】
図１８は、図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図である。図１８では、変調信号として、Pulse Wide Modulation（ＰＷＭ）を用いている。このため、パルス幅が狭い場合は「１」となり、パルス幅が広い場合は「−１」となる。ＰＷＭは、スイッチング式電源の出力電圧を安定化させるための制御方式として知られており、スイッチング・トランジスタのＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合を変えて、出力電圧を制御できる。例えば、出力電圧が低下するとＯＮ時間を長くし、上昇すると短くすることによって、常に一定の電圧を保つことができる。
【００７５】
このように、本実施の形態によれば、複数のアンテナから同時に変調信号を送信する方式において、受信側で検出した送信タイミング調整値に基づき送信タイミングを調整することにより、より精度の高い多重通信を実現することができる。
【００７６】
なお、上述した実施の形態では、タイミング検出用シンボルの構成を、図８、図１３、図１４，図１５，図１６、図１７及び図１８に示すようにした場合について述べたが、タイミング検出用シンボルの構成はこれに限らない。例えば、タイミング検出用シンボルを時間軸上で巡回シフト（巡回遅延）させたシンボルを他のアンテナから出力する構成とすることもできる。
【００７７】
また、上記の説明では、タイミング設定部３０４で設定したタイミング設定値に基づき、無線部３０３−１、３０３−２で送信タイミングを変更する場合について述べたが、本発明はこれに限られず、変調部３０２−１、３０２−２で送信タイミングを変更してもよい。図１９はこの場合の無線送信装置の構成を示すブロック図であり、図１９の無線送信装置１９００は、図３の無線送信装置３００と比較して、タイミング設定部３０４で設定したタイミング設定値が変調部３０２−１、３０２−２に入力されている点が異なる。図１３を用いて説明した、パルス幅を適応的に変更するような適応送信タイミング調整の場合、図１９に示す構成となる。
【００７８】
また、上記の説明では、タイミング調整値を受信側で計算する場合について述べたが、本発明はこれに限られず、送信側でタイミング調整値を計算してもよい。例えば、受信側ではΔＴｒ１、ΔＴｒ２の計算のみを実施し、送信側にフィードバックする。送信側ではΔＴｒ１、ΔＴｒ２を用いてタイミング設定部１０２が送信タイミング設定値を決定する。この一例は、図１２を用いて説明したＴｒ＿ａｖｅである。この場合、受信側の負荷が軽減される。このように、本発明では、各受信アンテナにおける受信タイミング誤差に基づき、送信タイミングを設定することができればよい。
【００７９】
また、上記の説明では、２つの送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２が設けられた無線送信装置において、送信タイミングをＡＮＴ１、ＡＮＴ２において変更できるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限られず、送信アンテナ数ｍでｍ系統の変調信号を送信するものに広く適用することができる。また、送信アンテナ数と送信する変調信号の数は一致する必要がなく、送信アンテナ数を、送信変調信号の数より多くし、送信アンテナを選択し、選択した送信アンテナから変調信号を送信してもよい。この内容の詳細については、実施の形態２で説明する。また、アンテナは複数のアンテナで一つのアンテナ部を形成していてもよい。
【００８０】
また、上記の説明では、パルス信号を変調して送信する無線送信装置を例に説明したが、本発明はこれに限られず、ＯＦＤＭ変調を用いてもよい。この場合、図２０の無線送信装置、図２１の無線受信装置における拡散部をＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部、逆拡散部をＦＦＴ部に置き換える構成となる。一般に、ＯＦＤＭ変調を用いる場合には、ガードインターバルを挿入することによって遅延波によるシンボル間干渉の影響を除去する構成を採るが、この場合においても、シンボル時間長と複数アンテナからの送信信号の到着時間差との関係により、送信タイミングを調整することで、より高精度な（シンボル間干渉の小さい）ＭＩＭＯ多重を実現できる。
【００８１】
また、本発明は、スペクトル拡散通信方式を用いることもできる。ＵＷＢ伝送方式では、１つのパルス信号をスペクトル拡散通信方式の１チップと見立て、複数パルスにより１シンボルの信号に置き換える場合をスペクトル拡散通信と呼ぶ。図２０はこの場合の無線送信装置の構成を示すブロック図であり、図２０の無線送信装置２０００は、図３の無線送信装置３００と比較して、拡散部２００１−１、２００１−２、逆拡散部２００２を付加した構成となる。また、図２１はこの場合の無線受信装置の構成を示すブロック図であり、図２１の無線受信装置２１００は、図４の無線受信装置４００に対し、逆拡散部２１０１−１、２１０１−２、拡散部２１０２を付加した構成となる。拡散部２００１−１、２００１−２は、それぞれ、変調部３０２−１、３０２−２から出力された１シンボルの信号を複数のパルス信号に置き換え、この複数のパルス信号を時間軸方向に並べる。逆拡散部２１０１−１、２１０１−２は、複数のパルス信号を足し合わせることにより１ビットのシンボルを取り出す。
【００８２】
また、本発明は、時空間符号化、時空間ブロック符号、時空間トレリス符号を適用しても同様な効果を得ることができる。時空間符号化、時空間ブロック符号、時空間トレリス符号では、信号を送信するアンテナ数ｍ（ｍ＞＝２）に対し、受信するアンテナ数ｎはｍ＞＝ｎとする場合でも、原理上良好な受信品質（理論的に最大限の利得）を得ることができるため、本実施の形態の方法と組み合わせによる効果が大きい。
【００８３】
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１で説明した方法において、複数の送受信アンテナを用いる場合のアンテナ選択方法について説明する。
【００８４】
図２２は、本実施の形態に係る無線送信装置２２００の構成を示すブロック図であり、図３と同様に動作する箇所については、同一の番号を付し、説明を省略する。
【００８５】
フレーム構成部２２０１−１、２２０１−２は、それぞれ、送信ディジタルデータＣ、送信ディジタルデータＤに、無線受信装置２３００において受信タイミングの検出に使用されるタイミング検出用シンボル、無線受信装置２３００において同期検波、チャネル推定等に使用されるパイロットシンボル等を挿入してフレームを構成し、フレーム化ディジタルデータを変調部２２０２−１、２２０２−２に出力する。
【００８６】
変調部２２０２−１、２２０２−２は、それぞれ、フレーム化ディジタルデータに対して変調処理を行い、変調信号を無線部２２０３−１、２２０３−２に出力する。
【００８７】
無線部２２０３−１、２２０３−２は、それぞれ、変調信号を無線送信のために周波数変換し、タイミング設定部３０４が設定した送信タイミングで送信信号を送信アンテナＡＮＴ３、ＡＮＴ４から送信する。ここで、最初の送信時には、送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２、ＡＮＴ３、ＡＮＴ４から送信信号を送信するタイミングは同時とし、無線部３０３−１、３０３−２、２２０３−１、２２０３−２は、タイミング設定部３０４からの入力を利用しない。
【００８８】
図２３は、本実施の形態に係る無線受信装置２３００の構成を示すブロック図であり、図４と同様に動作する箇所については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８９】
無線部２３０１−１、２３０１−２は、それぞれ、受信アンテナＡＮＲ３、ＡＮＲ４に受信された高周波信号をベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号をフレーム分離部２３０２−１、２３０２−２に出力する。
【００９０】
フレーム分離部２３０２−１、２３０２−２は、それぞれ、ベースバンド信号からパイロットシンボル、データシンボルを分離し、パイロットシンボルをチャネル推定部２３０３−１〜２３０３−４に出力し、データシンボルを復調部４０４に出力し、タイミング検出用シンボルをタイミング検出部４５１に出力する。
【００９１】
チャネル推定部２３０３−１〜２３０３−４は、それぞれ、パイロットシンボルを用いてチャネル推定を行い、チャネル推定値を復調部４０４に出力する。
【００９２】
図２４は、無線送信装置２２００から送信する変調信号Ａから変調信号Ｄのフレーム構成例を示す図であり、図５と同様に動作する箇所については、説明を省略する。図２４では、一例として時間軸におけるフレーム構成を示している。シンボル２４０１、２４５１はそれぞれ、変調信号Ｃ、Ｄのヌルシンボルである。シンボル２４０２、２４５２はそれぞれ、変調信号Ｃ、Ｄのデータシンボルである。シンボル２４０３、２４５３はそれぞれ、変調信号Ｃ、Ｄのパイロットシンボルである。シンボル２４０４、２４５４はそれぞれ、変調信号Ｃ、Ｄのデータシンボルである。また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に信号検出用シンボルを省略している。
【００９３】
図２５は、図２４に示したフレームを送信した場合の受信アンテナＡＮＲ１〜ＡＮＲ４における受信信号の例として、Ｃａｓｅ１〜Ｃａｓｅ４の４通りを示す図である。ここで、Ｃａｓｅ１が発生する場合としてＡＮＲ１を用いているが、同時に他のアンテナＡＮＲ２〜ＡＮＲ４の一部または全部でもＣａｓｅ１が発生する場合がある。これは、Ｃａｓｅ２〜Ｃａｓｅ４についても同様である。
【００９４】
Ｃａｓｅ１（ＡＮＲ１）
変調信号Ａ〜変調信号Ｄが、時間軸で重なることなく受信されている。この場合、無線送信装置２２００のタイミング設定部３０４が、実施の形態１で説明した方法を用いて送信タイミングを調整することにより、変調信号Ａ〜変調信号Ｄを全て多重（４多重）することが可能となる。
【００９５】
Ｃａｓｅ２（ＡＮＲ２）
変調信号Ａと変調信号Ｂが、時間軸で重なって受信されている。この場合、無線送信装置２２００のタイミング設定部３０４が、（１）変調信号Ａ、変調信号Ｂの一方または双方の送信タイミングを調整する、（２）変調信号Ａ、変調信号Ｂのいずれか一方の送信を止め、変調信号Ｃ、変調信号Ｄとの３多重にする、のいずれかを選択する。
【００９６】
Ｃａｓｅ３（ＡＮＲ３）
変調信号Ａ〜変調信号Ｄが、時間軸で全て重なって受信されている。２本以上の受信アンテナでＣａｓｅ３のように受信されている場合には、最大４多重することが可能である。しかし、Ｃａｓｅ３と同時にＣａｓｅ１が発生するような場合、送信タイミングを調整するのは非常に困難になり、一般に多重された信号の受信品質が劣化する。この場合、無線送信装置２２００は、多重自体行わないとする。
【００９７】
Ｃａｓｅ４（ＡＮＲ４）
変調信号Ｃが受信されていないが、その他の変調信号Ａ、Ｂ、Ｄは時間軸で重ならずに受信されており、無線送信装置２２００のタイミング設定部３０４が、この３つの変調信号の送信タイミングを調整することにより、最大３多重通信が可能となる。
【００９８】
以上示したように、受信側での観測結果（時間軸・周波数軸上での受信タイミング、波形の相関など）に基づき、多重送信に使用するアンテナを、送受信それぞれに具備する全てのアンテナから適宜選定することで、受信効率、受信品質などを考慮した多重通信を実施することができる。
【００９９】
なお、図２５で選定した結果を無線送信装置にフィードバックする方法については、実施の形態１で図６を用いて説明したので省略する。
【０１００】
図２６は、図２４とは異なる無線送信装置２２００から送信する変調信号Ａから変調信号Ｄのフレーム構成例を示す図であり、図５と同様に動作する箇所については、説明を省略する。
【０１０１】
図２６では、ヌルシンボルを配置しない構成としている。この場合、実施の形態１で図９等を用いて説明した直交パルス等を用いることにより、受信タイミングずれを測定し、送信タイミングを調整する。図２６の図２４に対する利点は、受信タイミングずれの測定に要する時間を短縮できることである。
【０１０２】
図２７は、図２５で説明したアンテナ選定方法の他の一例を示す図であり、ここでは、送信アンテナ３、受信アンテナ２の場合で説明を行うが、各本数はこれに限ったものではない。
【０１０３】
ＡＮＲ１における受信信号において、変調信号Ａと変調信号Ｂの到着時間差をΔＴ１−ＡＢ、変調信号Ｂと変調信号Ｃの到着時間差をΔＴ１−ＢＣ、変調信号Ａと変調信号Ｃの到着時間差をΔＴ１−ＡＣとする。ここで、変調信号Ａから変調信号Ｃ自身のシンボル時間Ｔｓ＿ｓｈｏｒｔと送信タイミング差を考慮すると、以下の式（６）から式（８）の３つのタイミング差のうち最も差の小さいものを選べばよい。ＡＮＲ２における受信信号においても、ＡＮＲ１と同様に実施すればよい。
（ΔＴ１−ＡＢ）−（Ｔｓ＿ｓｈｏｒｔ） ・・・・（６）
（ΔＴ１−ＢＣ）−（Ｔｓ＿ｓｈｏｒｔ） ・・・・（７）
（ΔＴ１−ＡＣ）−（Ｔｓ＿ｓｈｏｒｔ）−（Ｔｓ＿ｓｈｏｒｔ） ・・（８）
【０１０４】
ここで、ＡＮＲ１とＡＮＲ２で選定結果が異なった場合には、より小さな時間差の方を選択する、あるいは、平均化する、などの方法を用いることでアンテナを最終決定することができる。重要な点は、受信側での複数シンボルの到着時間差を小さくし、高精度なＭＩＭＯ多重通信を実現することである。
【０１０５】
また、ここまでは、受信側で測定した遅延時間に基づき送信タイミングを変更することで受信タイミングを調整し、高精度なＭＩＭＯ多重通信を実現することについて説明したが、送信タイミングを変更することで、より大きな送信ダイバーシチ効果を得る送信方法に切り替えることもできる。例えば、２本の送信アンテナから同一のパルス信号を送信することで、受信側では、異なる伝送路を経由した信号を合成し、受信品質を向上させ、スループットを向上させることができる。また、前記２つの信号のうち、１本のアンテナからの信号が瞬時的に遮断されたような場合においても、もう一方のアンテナからの信号を利用してデータ復調に必要な受信品質を確保できる。
【０１０６】
なお、本実施の形態で記載した方法は、他の実施の形態、例えば実施の形態３で説明するフレーム構成と、組み合わせて実施することが可能である。
【０１０７】
（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１、２で説明した複数アンテナからの送信タイミング調整に用いるフレーム構成について詳細に説明する。
【０１０８】
図２８は、図５のフレーム構成と対比して記載したフレーム構成例を示す図であり、点線で示した部分が対比する部分である。
【０１０９】
図２８の特徴は、アンテナ間時間差推定シンボル２８０２、２８５２と、シンボル間干渉を避けるためのガードシンボル２８０３、２８０５、２８５３、２８５５の挿入である。これにより、複数の送信アンテナからの送信信号の受信タイミングずれが大きい場合においても、ガードシンボルの存在により高精度なアンテナ間時間差推定と、推定結果に基づく多重伝送が可能となる。
【０１１０】
図２８は、信号同期用シンボル２８０１、２８５１、アンテナ間時間差推定用シンボル２８０２、２８５２、ガードシンボル２８０３、２８５３、チャネル推定用シンボル２８０４、２８５４、ガードシンボル２８０５、２８５５、通信情報シンボル２８０６、２８５６、データシンボル２８０７、２８５７から構成される。
【０１１１】
信号同期用シンボル２８０１、２８５１は、信号の同期を取るためのシンボルである。
【０１１２】
アンテナ間時間差推定２８０２、２８５２は、複数のパルス信号（変調信号Ａ、変調信号Ｂ）のアンテナ間の到達時間差を推定するためのシンボルであり、例えば、実施の形態１で説明したような自己相関、相互相関特性に優れた系列が用いられる。
【０１１３】
ガードシンボル２８０３、２８５３は、アンテナ間時間差推定２８０２、２８５２と、チャネル推定用シンボル２８０４、２８５４がシンボル間干渉を生じないようにするために挿入するシンボルであり、例えばヌルシンボルが用いられる。
【０１１４】
チャネル推定用シンボル２８０４、２８５４は、受信側で等化処理、振幅・位相情報に基づく合成処理等をする場合に必要なシンボルである。
【０１１５】
ガードシンボル２８０５、２８５５は、チャネル推定用シンボル２８０４、２８５４と、通信情報シンボル２８０６、２８５６がシンボル間干渉を生じないようにするために挿入するシンボルであり、例えばヌルシンボルが用いられる。
【０１１６】
通信情報シンボル２８０６、２８５６は、送信方法情報（例えば、畳み込み符号、ターボ符号、ＬＤＰＣ（Low Density Parity Check）符号等の誤り訂正符号の種類や、送信多重ストリーム数など）や、受信方法情報（例えば、推奨するスムージング（平滑化）方法、検波方法等）を含むシンボルである。
【０１１７】
データシンボル２８０７、２８５７は、変調信号Ａ、変調信号Ｂで送信するデータ本体であり、例えば、ＭＡＣ（Media Access Control）層等の通常物理層より上位の層から送られてきたデータである。
【０１１８】
なお、チャネル推定を実施する必要のないシステムにおいては、チャネル推定用シンボル２８０４、２８５４とガードシンボル２８０５、２８５５を削除したフレーム構成となる。
【０１１９】
また、図２８では、一般にＦＣＳ（Frame Check Sequence）と呼ばれるシンボルであって、変調信号Ａ、変調信号Ｂのフレームエラーを検出するシンボルは省略している。
【０１２０】
以上示したように、送信フレーム構成においてガードシンボルを適宜挿入することにより、高精度なアンテナ間時間差推定が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明は、複数のアンテナを用いて変調信号を送信する方式において、受信信号の受信タイミングに高い精度が要求される無線通信システムに適用して好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線送信装置及び無線受信装置の基本構成図
【図２】上記実施の形態に係る無線送信装置と無線受信装置との間の無線区間のチャネル変動を説明する図
【図３】上記実施の形態に係る無線送信装置の構成を示すブロック図
【図４】上記実施の形態に係る無線受信装置の構成を示すブロック図
【図５】上記実施の形態に係る無線送信装置から送信する変調信号のフレーム構成例を示す図
【図６】上記実施の形態に係る無線受信装置から送信する変調信号のフレーム構成例を示す図
【図７】上記実施の形態の受信アンテナＡＮＲ１における受信タイミングを揃えるための送信タイミング調整を説明する図
【図８】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの構成例を示す図
【図９】受信アンテナＡＮＲ１における、直交符号の相関処理に基づくタイミング検出方法を示す図
【図１０】上記実施の形態の受信アンテナＡＮＲ２における受信タイミングを揃えるための送信タイミング調整を説明する図
【図１１】受信アンテナＡＮＲ２における、直交符号の相関処理に基づくタイミング検出方法を示す図
【図１２】上記実施の形態に係る複数の受信アンテナにおける受信タイミングを調整する方法を示す図
【図１３】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図
【図１４】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図
【図１５】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図
【図１６】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図
【図１７】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図
【図１８】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図
【図１９】上記実施の形態に係る無線送信装置の他の構成を示すブロック図
【図２０】上記実施の形態に係る無線送信装置の他の構成を示すブロック図
【図２１】上記実施の形態に係る無線受信装置の他の構成を示すブロック図
【図２２】本発明の実施の形態２に係る無線送信装置の構成を示すブロック図
【図２３】上記実施の形態に係る無線受信装置の構成を示すブロック図
【図２４】上記実施の形態に係る無線送信装置から送信する変調信号のフレーム構成例を示す図
【図２５】図２４に示したフレームを送信した場合の受信アンテナにおける受信信号の例を示す図
【図２６】上記実施の形態に係る無線送信装置から送信する変調信号のフレーム構成例を示す図
【図２７】図２５で説明したアンテナ選定方法の他の一例を示す図
【図２８】図５のフレーム構成と対比して記載したフレーム構成例を示す図
【図２９】ＵＷＢ伝送方式を説明する図
【図３０】ＭＩＭＯ伝送方式を説明する図
【図３１】従来の課題を説明する図
【符号の説明】
【０１２３】
１００、３００、１９００、２０００、２２００ 無線送信装置
１０１ フレーム構成部
１０２ タイミング設定部
１５０、４００、２１００、２３００ 無線受信装置
１５１ タイミング検出部
３０１−１、３０１−２、２２０１−１、２２０１−２ フレーム構成部
３０２−１、３０２−２、２２０２−１、２２０２−２ 変調部
３０３−１、３０３−２、２２０３−１、２２０３−２ 無線部
３０４ タイミング設定部
４０１−１、４０１−２、２３０１−１、２３０１−２ 無線部
４０２−１、４０２−２、２３０２−１、２３０２−２ フレーム分離部
４０３−１、４０３−２、４０３−３、４０３−４、２３０３−１、２３０３−２、２３０３−３、２３０３−４ チャネル推定部
４０４ 復調部
４５１ タイミング検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送信装置及び無線送信方法に関し、特に複数のアンテナを用いて変調信号を送信する無線送信装置及び無線送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば非特許文献１に記載されているＵＷＢ(Ultra WideBand)と呼ばれる伝送方法のように、数GHz程度の極めて広い周波数帯を利用して高速な無線通信を行う方法が検討されている。
【０００３】
このときの送信信号として、通常の無線通信のようにベースバンド信号を用いて搬送波を変調するのではなく、パルス信号を直接送信する方法が提案されている。なお、この場合にも通常の無線通信での搬送波に相当する高周波信号を利用する方式があるが、この高周波信号は連続的に発生させるのではなく、パルス信号が存在するときのみ発生させるということから、上記したように、パルス信号を直接送信する、または、搬送波を用いない、という表現をするのが一般的である。この方法は、低コストで消費電力が少ないという利点がある。
【０００４】
以下、このＵＷＢ伝送方式について図２９を用いて説明する。図２９（ａ）は、時間波形の幅が1ns以下となるパルス信号の例を示す図であり、図２９（ｂ）は、対応する電力スペクトルを示す図である。一例として信号周期が１ns(１ns=1.0×10-9s)であり、各パルス信号で１bitの情報が送信されるものとすると、送信速度は、1/(1×10-9) = 1.0×109 = １Gbpsとなる。この送信信号を受信側で復調することにより、高速な無線通信が可能となる。なお、このとき、電力スペクトルが数GHzに渡り分布する。
【０００５】
また、伝送速度を向上させる別の方法として、例えば非特許文献２に記載されているＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）と呼ばれる伝送方法のように、複数アンテナからそれぞれ異なる変調信号を送信し、受信側で各アンテナから同時に送信された変調信号を分離し復調することにより、周波数帯域を拡大することなく伝送速度を向上させる方法が提案されている。
【０００６】
以下、このＭＩＭＯ伝送方式について図面を用いて説明する。図３０に示すように、２つの送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２からそれぞれ変調信号Ａ、変調信号Ｂを同時に送信し、２つの受信アンテナＡＮＲ１、ＡＮＲ２によって変調信号Ａ、Ｂを受信する場合を考える。この場合、受信側では４つのチャネル変動ｈ１１（ｔ）、ｈ１２（ｔ）、ｈ２１（ｔ）、ｈ２２（ｔ）を推定する必要がある。
【０００７】
そのため、図３０に示すように、変調信号Ａ、Ｂの中にチャネル変動ｈ１１（ｔ）、ｈ１２（ｔ）、ｈ２１（ｔ）、ｈ２２（ｔ）を推定するためのパイロットシンボル（電波伝搬環境推定用シンボル）０１、０２、０３、０４を配置するようになっている。ここで同時に送信されるパイロットシンボル０１、０３ではＣの既知信号を、パイロットシンボル０２では−Ｃ＊の既知信号を、パイロットシンボル０４ではＣ＊の既知信号を送る。因みに、＊は共役複素数を示す。また、変調信号Ａ、変調信号Ｂともにパイロットシンボル０１、０２、０３、０４以外はデータシンボルが配置される。
【０００８】
このように、複数アンテナからそれぞれ異なる変調信号を同時に送信する無線送信装置においては、各アンテナから送信する変調信号にパイロットシンボルを埋め込むことにより、伝搬路上で合成された変調信号を受信側で良好に分離し復調することができるようになっている。以上より、周波数帯域を拡大することなく、伝送速度を向上させることができる。
【０００９】
さらに、非特許文献１では、上記ＵＷＢ伝送方式とＭＩＭＯ伝送方式を組み合わせたＵＷＢ−ＭＩＭＯ伝送方式により伝送速度をさらに向上させる方法が提案されている。非特許文献１における送信方法は、複数のアンテナから異なる信号を「同時に」送信し、受信側でＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）検波を施すことで、マルチパスによるシンボル間干渉、チップ間干渉を軽減することができることが示されている。
【非特許文献１】“MMSE Detection for High Date Rate UWB-MIMO Systems”IEEE VTC2004-Fall, pp.1463-1467, 2004年9月
【非特許文献２】“MIMOチャネルにより100Mbit/sを実現する広帯域移動通信用SDM-COFDM方式の提案”電子情報通信学会、信学技報RCS-2001-135、2001年10月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、１シンボル時間（パルス信号１つが占める時間）をnsまたはpsオーダーとして送受信するＵＷＢ伝送方式のような、これまでの無線伝送方式（例えばIEEE802.11で規定される無線ＬＡＮ規格の１シンボル時間は数ｍs）と比較して短いシンボル時間を使用する無線伝送方式の場合、複数の送信アンテナからの送信信号が１つの受信アンテナに到達するまでの到着時刻の差の影響が相対的に大きくなる。一般に、この到着時刻の差が大きくなり、それに伴い１シンボル時間に占める到着時間の差が大きくなればなるほど、ＭＩＭＯ伝送方式において正確に多重されないことになる。換言すると、一方の信号がもう一方の信号にとっての干渉信号となる。このため、ＵＷＢ−ＭＩＭＯ伝送方式の受信品質が低下してしまう。
【００１１】
図３１は、この課題を説明する図である。図３１（ａ）は、シンボル長Ts_longが伝搬遅延時間と比較して十分長い場合、図３１（ｂ）は、シンボル長Ts_shortが伝搬遅延時間とあまり変わらない場合を示す。説明を簡単にするために、Ts_long =１μs、Ts_short =１ns、とし、また送信アンテナ２本（ＡＮＴ１，ＡＮＴ２）、受信アンテナ１本（ＡＮＲ１）の場合で説明する。ＡＮＴ１、ＡＮＴ２からＡＮＲ１への伝搬チャネルをｈ１１、ｈ１２とし、遅延時間をそれぞれＴ１１、Ｔ１２とする。ここで、遅延時間Ｔ１１、Ｔ１２は、伝搬チャネルの経路長によって定まる値であるため、送信する変調信号のシンボル長には依存しない。図３１（ａ）のケースでは、Ｔ１１とＴ１２の差ΔＴｒ１がシンボル長Ts_longと比較して短いため、ΔＴｒ１による受信品質の劣化は小さい。しかし、図３１（ｂ）のように、シンボル長Ts_shortがΔＴｒ１と比較してあまり変わらなくなると、ΔＴｒ１による受信品質の劣化が大きくなる。一例として、伝搬チャネルｈ１１とｈ１２の差が１mとすると、｛1[m]/(3.0×108 [m/s])｝×1.0×10-9[s→ns]=3.3nsとなり、１シンボル長Ts_shortよりも長くなる。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ＵＷＢ−ＭＩＭＯ伝送方式において、干渉を抑えて受信品質を向上させ、システムのスループットを向上させることができる無線送信装置及び無線送信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる課題を解決するため、本発明の無線送信装置は、複数のアンテナと、前記各アンテナから送信するデータに、通信相手装置において受信タイミングの検出に使用されるタイミング検出用シンボルを挿入してフレームを構成するフレーム構成手段と、前記通信相手装置において検出された受信タイミングのずれに基づいて送信タイミングを設定するタイミング設定手段と、前記タイミング設定手段が設定した送信タイミングで、前記フレーム構成手段がフレーム化したデータを前記各アンテナから送信する送信手段と、具備する構成を採る。
【００１４】
また、本発明の無線送信方法は、複数の各アンテナからデータを送信する無線送信方法であって、前記各アンテナから送信するデータに、通信相手装置において受信タイミングの検出に使用されるタイミング検出用シンボルを挿入してフレームを構成するフレーム構成工程と、前記通信相手装置において検出された受信タイミングのずれに基づいて送信タイミングを設定するタイミング設定工程と、前記タイミング設定工程で設定した送信タイミングで、前記フレーム構成工程でフレーム化したデータを前記各アンテナから送信する送信工程と、具備する方法を採る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＵＷＢ−ＭＩＭＯ伝送方式において、伝搬遅延時間等に応じて各送信アンテナから送信するパルス信号の送信タイミングを調整することができるので、干渉を抑えて受信品質を向上させ、システムのスループットを向上させることができる。また、複雑なタイミング調整を行うのではなく、単純に受信タイミングの差に応じて、あらかじめ送信側で送信タイミングを変更するので、簡易な構成で受信タイミングを制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いるパルス信号とは、無線通信で一般に用いられる技術用語であるが、本実施の形態では、特に言及しない限りパルス信号の形は問わない。よって、パルス信号として、インパルス信号、方形パルス信号、ガウシアンパルス信号、などが利用できる。また、パルス信号に情報を乗せるためにパルス信号に施す操作を変調と呼び、生成される信号を変調信号と呼ぶ。このとき、以下の説明で変調信号と呼ぶ信号には無変調信号であるパルス信号も含める。また、ＵＷＢ方式には、モノサイクルパルス方式、キャリア付きインパルス方式、ＯＦＤＭ方式を用いた方式等があり、本発明は特定のＵＷＢ方式に限定されない。また、前記各方式におけるデータ変調方式（例えばＯＯＫ（On-Off Keying）、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）等）にも限定されることなく実施できる。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線送信装置及び無線受信装置の基本構成図である。図１に示すように、無線送信装置１００は、フレーム構成部１０１と、タイミング設定部１０２と、複数の送信アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴｍと、を有する。フレーム構成部１０１は、複数の送信アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴｍを用いて送信するパルス信号（パルス信号１〜パルス信号ｍ）の送信フレームを構成する。タイミング設定部１０２は、パルス信号（パルス信号１〜パルス信号ｍ）の送信タイミングを設定する。
【００１８】
また、無線受信装置１５０は、複数の受信アンテナＡＮＲ１〜ＡＮＲｎと、タイミング検出部１５１と、を有する。タイミング検出部１５１は、受信タイミングずれを検出し、検出した値であるタイミング調整値をタイミング設定部１０２にフィードバックする。
【００１９】
図２は、本実施の形態に係る無線送信装置と無線受信装置との間の無線区間のチャネル変動を説明する図である。図２では、無線送信装置１００が、２つの送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２からそれぞれ変調信号Ａ、変調信号Ｂを送信し、無線受信装置１５０が、２つの受信アンテナＡＮＲ１、ＡＮＲ２によって変調信号Ａ、Ｂが合成された信号を受信し、それらの信号を分離し復調する場合を示す。ここで、図１における変調信号１、２に相当するのが、図２における変調信号Ａ、Ｂである。
【００２０】
この場合、受信側では４つのチャネル変動ｈ１１（ｔ）、ｈ１２（ｔ）、ｈ２１（ｔ）、ｈ２２（ｔ）を推定して各変調信号を復調する必要がある（ｔは時刻を示す）。そのため変調信号Ａ、Ｂ中に、信号検出、タイミング検出、周波数オフセット推定、送信方法情報、伝搬チャネル推定、等に用いるパイロットシンボルを必要に応じて設ける必要がある。
【００２１】
因みに、上記の復調するために必要とするシンボルを総称して、パイロットシンボル、ユニークワード、プリアンブルなどと呼ぶことができるが、本実施の形態では、これらを全てパイロットシンボルと呼ぶ。なお、チャネル変動ｈ１１（ｔ）、ｈ１２（ｔ）、ｈ２１（ｔ）、ｈ２２（ｔ）の推定は、パイロットシンボルを用いて行われる。
【００２２】
図３は、本実施の形態に係る無線送信装置の構成を示すブロック図である。なお、図３の無線送信装置３００は、図１の無線送信装置１００を詳細に記載したものであり、図１のフレーム構成部１０１は、図３のフレーム構成部３０１−１、３０１−２及び変調部３０２−１、３０２−２に相当する。また、図１のタイミング設定部１０２は、図３の無線部３０３−１、３０３−２及びタイミング設定部３０４に相当する。
【００２３】
フレーム構成部３０１−１、３０１−２は、それぞれ、送信ディジタルデータＡ、送信ディジタルデータＢに、無線受信装置１５０において受信タイミングの検出に使用されるタイミング検出用シンボル、無線受信装置１５０において同期検波、チャネル推定等に使用されるパイロットシンボル等を挿入してフレームを構成し、フレーム化ディジタルデータを変調部３０２−１、３０２−２に出力する。
【００２４】
変調部３０２−１、３０２−２は、それぞれ、フレーム化ディジタルデータに対して変調処理を行い、変調信号を無線部３０３−１、３０３−２に出力する。
【００２５】
無線部３０３−１、３０３−２は、それぞれ、変調信号を無線送信のために周波数変換し、タイミング設定部３０４が設定した送信タイミングで送信信号を送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２から送信する。ここで、最初の送信時には、送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２から送信信号を送信するタイミングは同時とし、無線部３０３−１、３０３−２は、タイミング設定部３０４からの入力を利用しない。
【００２６】
タイミング設定部３０４は、図４に示す無線受信装置で検出された受信タイミングのずれを示すタイミング調整値に基づいて送信信号の送信タイミングを設定し、無線部３０３−１、３０３−２に対して、送信タイミングを指示する。
【００２７】
無線部３５２は、図４に示す無線受信装置から送信され、受信アンテナ３５１に受信された高周波信号をベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号を復調部３５３に出力する。ここで、回路規模、コスト等の面から受信アンテナ３５１と送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２とを共用することが一般的であるが、別のアンテナとすることもできる。また受信信号は、複数のアンテナから受信することもできる。
【００２８】
復調部３５３は、ベースバンド信号を復調し、タイミング調整値及び受信ディジタルデータをフレーム分離部３５４に出力する。フレーム分離部３５４は、タイミング調整値を分離してタイミング設定部３０４に出力する。
【００２９】
図４は、本実施の形態に係る無線受信装置の構成を示すブロック図である。なお、図４の無線受信装置４００は、図１の無線受信装置１５０を詳細に記載したものであり、図１のタイミング検出部１５１は、図４のタイミング検出部４５１に相当する。
【００３０】
無線部４０１−１、４０１−２は、それぞれ、受信アンテナＡＮＲ１、ＡＮＲ２に受信された高周波信号をベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号をフレーム分離部４０２−１、４０２−２に出力する。
【００３１】
フレーム分離部４０２−１、４０２−２は、それぞれ、ベースバンド信号からパイロットシンボル、データシンボルを分離し、パイロットシンボルをチャネル推定部４０３−１〜４０３−４に出力し、データシンボルを復調部４０４に出力し、タイミング検出用シンボルをタイミング検出部４５１に出力する。
【００３２】
チャネル推定部４０３−１〜４０３−４は、それぞれ、パイロットシンボルを用いてチャネル推定を行い、チャネル推定値を復調部４０４に出力する。
【００３３】
復調部４０４は、チャネル推定値を用いてデータシンボルを復調し、送信ディジタルデータＡ、Ｂに対応する受信ディジタルデータＡ、Ｂを出力する。
【００３４】
タイミング検出部４５１は、タイミング検出用シンボルを用いて受信タイミングずれを検出し、検出した値であるタイミング調整値をフレーム構成部４５２に出力する。
【００３５】
フレーム構成部４５２は、タイミング調整値、送信ディジタルデータを入力とし、無線送信装置３００におけるフレーム構成部３０１−１、３０１−２と同様に、パイロットシンボルとデータシンボルを含むフレームを構成し、それぞれフレーム化ディジタルデータを変調部４５３に出力する。
【００３６】
変調部４５３は、フレーム化ディジタルデータに対して変調処理を行い、変調信号を無線部４５４に出力する。
【００３７】
無線部４５４は、変調信号を無線送信のために周波数変換し、送信信号を送信アンテナ４５５から無線送信装置３００に向けて送信する。ここで、回路規模、コスト等の面から送信アンテナ４５５と受信アンテナＡＮＲ１、ＡＮＲ２とを共用することが一般的であるが、別のアンテナとすることもできる。また、送信信号は、複数のアンテナから送信することもできる。
【００３８】
図５は、無線送信装置３００から送信する変調信号Ａ、変調信号Ｂのフレーム構成例を示す図である。図５では、一例として時間軸におけるフレーム構成を示している。図５において、シンボル５０１、５５２は、変調信号Ａ、Ｂのタイミング検出用シンボルであり、シンボル５０２、５５１は、変調信号Ａ、Ｂのヌルシンボル（何も送信しないシンボル）であり、シンボル５０３、５５３は、変調信号Ａ、Ｂのデータシンボルを復調するためのパイロットシンボルであり、シンボル５０４、５５４は、変調信号Ａ、Ｂのデータシンボルである。なお、本実施の形態では、タイミング検出用シンボルを用いて送信タイミングを調整することを説明するため、タイミング検出用シンボルとパイロットシンボルという２つに分けて記載した。また、タイミング検出用シンボル５０１、ヌルシンボル５５１の前に信号検出用シンボルを配置する場合もあるが、本実施の形態では省略している。各シンボルの構成の詳細は後述する。
【００３９】
図６は、無線受信装置４００から送信する変調信号のフレーム構成例を示す図である。図６において、シンボル６０１は、タイミング調整用シンボルであり、無線受信装置４００のタイミング検出部４５１で出力したタイミング調整値が含まれる。シンボル６０２は、パイロットシンボルであり、シンボル６０３はデータシンボルである。
【００４０】
図７は、本実施の形態に係る受信アンテナＡＮＲ１における受信タイミングを揃えるための送信タイミング調整を説明する図である。無線受信装置４００からフィードバックされたタイミング調整値ΔＴｒ１に基づき、変調信号Ｂの送信タイミングをΔＴｒ１早めて送信する。その結果、受信アンテナＡＮＲ１が受信した信号１は、２つの送信信号が正確に多重された信号となる。
【００４１】
次に、図１のフレーム構成部において生成する、送信タイミングを検出するための送信フレーム構成の具体例を説明する。
【００４２】
図８は、図５の変調信号Ａ、変調信号Ｂのタイミング検出用シンボル５０１、５５２の構成例を示す図である。図８では、直交する符号を用いた例を示す。
【００４３】
図８に示す変調信号は、無変調のパルス信号にBi-phase modulationと呼ばれる変調を施した信号である。Bi-phase modulationは、無変調の（あるいは基準となる）パルス信号p(t)を用いて、以下の式（１）で表現される。
S1=p(t), S2=-p(t) ・・・（１）
【００４４】
変調信号Ａは、時刻Ｔｔ０，Ｔｔ１，Ｔｔ２，Ｔｔ３においてそれぞれ、１，１，１，１，を示すパルスＳ１、Ｓ１，Ｓ１，Ｓ１を発生する。変調信号Ｂは、時刻Ｔｔ４，Ｔｔ５，Ｔｔ６，Ｔｔ７においてそれぞれ、１，−１，１，−１を示すパルスＳ１，Ｓ２，Ｓ１，Ｓ２を発生する。また、Ｔｔ０、Ｔｔ１，・・・、Ｔｔ７は等間隔とする。
【００４５】
図９は、受信アンテナＡＮＲ１により受信した受信信号における、直交符号の相関処理に基づくタイミング検出方法を示す図である。変調信号Ａのタイミングを算出するために、送信側で用いた符号と同じ、１，１，１，１を乗算することにより、自己相関値を計算する。送信側での時刻Ｔｔ０，Ｔｔ１，Ｔｔ２，Ｔｔ３で送信した変調信号Ａが受信アンテナＡＮＲ１に到着した後に上記自己相関値を計算することで、受信側の時刻Ｔｒ１Ａにおいて、自己相関値が得られる。このとき、変調信号Ｂのタイミングを算出する場合に対しても同様に、送信側で用いた符号と同じ、１，−１、１，−１を乗算することにより、自己相関値を計算する。ただし、変調信号Ｂに対する自己相関値計算は、変調信号Ａに対する計算と同時刻に開始するものとする。図８では、変調信号Ａが変調信号Ｂよりも先に送信されているため、自己相関値も変調信号Ａに対する値が先に求まる。なお、本実施の形態はこの順番には制限されず、変調信号Ｂを変調信号Ａよりも先に、または同時に送信することもできる。
【００４６】
まず、図８のタイミング検出用シンボル５０１が受信側に到着した際の自己相関値について説明する。変調信号Ａに対する自己相関値は、１×１＋１×１＋１×１＋１×１＝４となり、変調信号Ｂに対する自己相関値は、１×１＋１×（−１）＋１×１＋１×（−１）＝０となる。なお、ここでは、伝搬チャネル変動による変調信号の歪み、回路内部の雑音などの誤差要因は存在しないものとする。
【００４７】
次に、図８のタイミング検出用シンボル５５２が受信側に到着した際の自己相関値について説明する。送信側での時刻Ｔｔ４，Ｔｔ５，Ｔｔ６，Ｔｔ７で送信した変調信号Ｂが受信アンテナＡＮＲ１に到着した後に上記自己相関値を計算することで、受信側の時刻Ｔｒ１Ｂにおいて、自己相関値が得られる。変調信号Ａに対する自己相関値は、１×１＋（−１）×１＋１×１＋（−１）×１＝０となり、変調信号Ｂに対する自己相関値は、１×１＋（−１）×（−１）＋１×１＋（−１）×（−１）＝４となる。
【００４８】
以上、相関処理から求めた到着時刻差（Ｔｒ１Ｂ−Ｔｒ１Ａ）、送信側での送信時刻差（Ｔｔ４−Ｔｔ０）から、タイミング調整値ΔＴｒ１は、以下の式（２）により求めることができる。
ΔＴｒ１＝Ｔ１２−Ｔ１１＝（Ｔｒ１Ｂ−Ｔｒ１Ａ）−（Ｔｔ４−Ｔｔ０）
・・・（２）
【００４９】
このΔＴｒ１を送信側にフィードバックし、送信タイミングを調整することで、受信側において高精度にＭＩＭＯ多重された受信信号を得ることができる。
【００５０】
また、このように、直交符号を用いることで、変調信号の到着タイミングを求めることができ、求めた変調信号が送信されたアンテナを識別することができる。
【００５１】
図８、図９を用いて説明した受信アンテナＡＮＲ１におけるタイミング検出は、他の受信アンテナについても同様に実現することができる。
【００５２】
また、図５、図６に示したデータシンボル５０４、５５４、６０３の長さの最小単位は０である。換言すると、タイミング設定期間においてデータシンボルを送信しない構成を採ることも可能である。これにより、有効でないデータシンボルを送信しない効率的なタイミング設定が可能となる。
【００５３】
図１０は、本実施の形態に係る受信アンテナＡＮＲ２における受信タイミングを揃えるための送信タイミング調整を説明する図である。無線受信装置４００からフィードバックされたタイミング調整値ΔＴｒ２に基づき、変調信号Ｂの送信タイミングをΔＴｒ２早めて送信する。その結果、受信アンテナＡＮＲ２で受信した受信信号２は、２つの送信信号が正確に多重された信号とすることができる。
【００５４】
図１１は、受信アンテナＡＮＲ２における、直交符号の相関処理に基づくタイミング検出方法を示す図である。
【００５５】
受信アンテナＡＮＲ２で受信した信号に対して、変調信号Ａのタイミングを算出する場合においては、送信側で用いた符号と同じ、１，１，１，１を乗算することにより、自己相関値を計算する。送信側での時刻Ｔｔ０，Ｔｔ１，Ｔｔ２，Ｔｔ３で送信した変調信号Ａが受信アンテナＡＮＲ２に到着した後に上記自己相関値を計算することで、受信側の時刻Ｔｒ２Ａにおいて、自己相関値が得られる。このとき、変調信号Ｂのタイミングを算出する場合においても同様に、送信側で用いた符号と同じ、１，−１，１，−１を乗算することにより、自己相関値を計算する。ただし、変調信号Ｂに対する自己相関値計算は、変調信号Ａに対する計算と同時刻に開始するものとする。図８では、変調信号Ａが変調信号Ｂよりも先に送信されているため、自己相関値も変調信号Ａに対する値が先に求まる。
【００５６】
まず、図８のタイミング検出用シンボル５０１が受信側に到着した際の自己相関値について説明する。変調信号Ａに対する自己相関値は、１×１＋１×１＋１×１＋１×１＝４となり、変調信号Ｂに対する自己相関値は、１×１＋１×（−１）＋１×１＋１×（−１）＝０となる。なお、ここでは、伝搬チャネル変動による変調信号の歪み、回路内部の雑音などの誤差要因は存在しないものとしている。
【００５７】
次に、図８のタイミング検出用シンボル５５２が受信側に到着した際の自己相関値について説明する。送信側での時刻Ｔｔ４，Ｔｔ５，Ｔｔ６，Ｔｔ７で送信した変調信号Ｂが受信アンテナＡＮＲ２に到着した後に上記自己相関値を計算することで、受信側の時刻Ｔｒ２Ｂにいて、自己相関値が得られる。変調信号Ａに対する自己相関値は、１×１＋（−１）×１＋１×１＋（−１）×ｘ１＝０となり、変調信号Ｂに対する自己相関値は、１×１＋（−１）×（−１）＋１×１＋（−１）×（−１）＝４となる。
【００５８】
以上、相関処理から求めた到着時刻差（Ｔｒ２Ｂ−Ｔｒ２Ａ）、送信側での送信時刻差（Ｔｔ４−Ｔｔ０）から、タイミング調整値ΔＴｒ２は、以下の式（３）により求めることができる。
ΔＴｒ２＝Ｔ２２−Ｔ２１＝（Ｔｒ２Ｂ−Ｔｒ２Ａ）−（Ｔｔ４−Ｔｔ０）
・・・（３）
【００５９】
このＴｒ２を送信側にフィードバックし、送信タイミングを調整することで、受信側で高精度に多重された受信信号を得ることができる。
【００６０】
図１２は、本実施の形態に係る複数の受信アンテナにおける受信タイミングを調整する方法を示す図である。受信信号１、受信信号２に対して求められたタイミング調整値ΔＴｒ１、ΔＴｒ２について、以下の式（４）の関数ｆ（ｘ，ｙ）を定義する。
ｆ（ΔＴｒ１，ΔＴｒ２） ・・・（４）
ただし、ｆ（ｘ，ｙ）はｘ，ｙの値により定まる値
【００６１】
送信側では、ｆ（ΔＴｒ１，ΔＴｒ２）だけ送信アンテナＡＮＴ２の送信タイミングを調整（送信アンテナＡＮＴ１に対し、先行または遅延）する。図１２は、一例として、上記式（４）を具体的に以下の式（５）の場合を示す。
ｆ（ΔＴｒ１，ΔＴｒ２）＝（ΔＴｒ１ + ΔＴｒ２）／２ ＝ ΔＴｒ＿ａｖｅ
・・・（５）
【００６２】
一般に、送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２間の距離、受信アンテナＡＮＲ１、ＡＮＲ２間の距離と比較して、送受信アンテナ間の距離（例えば送信アンテナＡＮＴ１と受信アンテナＡＮＲ１）が長い場合には、ΔＴｒ１とΔＴｒ２の差は小さくなることから、ΔＴｒ＿ａｖｅ＜ΔＴｒ１，ΔＴｒ＿ａｖｅ＜ΔＴｒ２となり、ΔＴｒ＿ａｖｅだけ送信タイミングを調整することにより、調整前と比較して高精度な多重を実現できる。要は、送信タイミング調整前と比較して、受信側でより正確な多重を実現できるように、ΔＴｒ１、ΔＴｒ２を用いて送信タイミングを調整することが重要である。なお、送信装置あるいは受信装置に具備される全てのアンテナのうち、その一部を用いない場合については、実施の形態２で説明する。
【００６３】
ここで、上記の説明では、送信アンテナＡＮＴ１を基準として送信アンテナＡＮＴ２のタイミングを調整するとしたが、調整するアンテナについては、送信アンテナＡＮＴ２を基準として、送信アンテナＡＮＴ１の送信タイミングを調整する構成としても同様の効果を得ることができる。また、送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２の双方の送信タイミングを調整する構成としても同様の効果が得られる。
【００６４】
図１３は、図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図である。図１３に示す変調信号は、タイミング検出用シンボル５０１、５５２が、他のパルス幅５０３、５０４、５５３、５５４よりも狭い場合の構成例である。
【００６５】
一般に、パルス幅が狭いほど、より正確に送信タイミングを検出できる。したがって、より正確に送信タイミングを調整することができ、受信側でのより正確なＭＩＭＯ多重を実現することができる。
【００６６】
ここで、タイミング検出用シンボル５０１、５５２として、（ａ）無線送信装置３００が装置として発生できる最も狭いパルス信号、（ｂ）無線送信装置３００が準拠する無線規格の中で最も狭いパルス信号、（ｃ）上記（ａ）、（ｂ）のパルス信号を含めた異なるパルス幅の信号、等を利用することができる。ここで、（ａ）、（ｂ）については、既に説明したので、以下では、（ｃ）の一例の説明を行う。
【００６７】
異なるパルス幅の信号として、（ｃ−１）タイミング検出用シンボル以外の部分（例えばデータ部５０４、５５４）と同じパルス幅の信号、（ｃ−２）タイミング検出用シンボル以外の部分（例えばデータ部５０４、５５４）よりも狭く、（ａ）または（ｂ）よりも広いパルス幅の信号、（ｃ−３）（ａ）または（ｂ）の信号、を考える。
【００６８】
送信開始時には（ｃ−１）を用いる。これは、タイミング検出用シンボル以外の部分と同じパルス幅の信号を用いることで、無線送信装置におけるパルス幅変更に起因する負荷が掛からないという利点がある。（ｃ−１）のパルス信号により受信側で検出された送信タイミング調整値が、ＭＩＭＯ多重を実現するのに十分である場合には（ｃ−２）への切り替えは行わず、（ｃ−１）のみでタイミング調整を完了とする。（ｃ−１）のみでは十分なタイミング調整が行えない場合、（ｃ−２）の信号を用いてタイミング調整値を求める。以下、（ｃ−１）の場合と同様に、（ｃ−２）のパルス信号により受信側で検出された送信タイミング調整値が、ＭＩＭＯ多重を実現するのに十分である場合には（ｃ−３）への切り替えは行わず、（ｃ−２）でタイミング調整を完了とする。（ｃ−２）を用いてもまだ十分なタイミング調整を行えない場合、（ｃ−３）の信号を用いてタイミング調整値を求める。以上説明したように、タイミング検出用シンボルに用いるパルス幅を可変とすることで、不必要なパルス幅変更を避け、同時にタイミング調整をより高精度に行うことができる。
【００６９】
このとき、タイミング調整が十分であるかの判断は、送信側、受信側のどちらでも実施することができる。受信側で実施する場合には、ΔＴｒ１、ΔＴｒ２に加えて、またはΔＴｒ１、ΔＴｒ２の代わりに、判断結果をフィードバックする構成となる。
【００７０】
また、図１４は、図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図である。図１４では、図８のように直交符号を掛けずに、Bi-phaseのphaseを、タイミング検出用シンボル５０１では０[rad](相関処理では１として用いる)、タイミング検出用シンボル５５２ではπ[rad]（相関処理では−１として用いる）に統一している。受信側では、このphase値に基づき相関処理を実施することで、直交符号を用いた場合と比較して、簡単な構成、処理で、変調信号の到着タイミングを求めることができ、求めた変調信号が送信されたアンテナを識別することができる。
【００７１】
また、図１５は、図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図である。図１５では、変調方式として、Pulse Position Modulation（ＰＰＭ）を用いている。この変調方式は、パルス周期（例えばＴｔ１−Ｔｔ０）内におけるパルス位置（ここでの位置とは、時間軸上における位置）で変調を行う。図１５では、送信ディジタル信号が１の場合（相関処理で１として用いる）は、パルス周期の先頭位置で送信し、送信ディジタル信号が０の場合（相関処理では−１として用いる）は、パルス周期の先頭位置からＴ＿ＰＰＭだけ遅れた位置でパルスを送信する。ＰＰＭは、単一のパルス幅、パルス形状で変調を実現することができることから、簡易な送信信号にすることができる。
【００７２】
図１６は、図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図である。図１６では、変調方式としてＯＯＫを用いている。この変調方式は、送信ディジタル信号が１の場合（相関処理では１として用いる）は、パルスを発生させ、送信ディジタル信号が０の場合（相関処理では０として用いる）は、パルスを発生させない。ＯＯＫは、単一のパルス幅、パルス形状で変調を実現することができ、さらに送信ディジタル信号が０の場合にはパルス信号を発生させないことから、低消費電力で送信することができる。
【００７３】
図１７は、図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図である。図１７では、変調方式としてOrthogonal Pulse Modulation（ＯＰＭ）を用いている。この変調方式は、送信ディジタル信号が１、０の時に合わせて、関数として直交関係にあるパルス信号を発生する。ＯＰＭは、多元接続を行う場合に、適した変調方式である。
【００７４】
図１８は、図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図である。図１８では、変調信号として、Pulse Wide Modulation（ＰＷＭ）を用いている。このため、パルス幅が狭い場合は「１」となり、パルス幅が広い場合は「−１」となる。ＰＷＭは、スイッチング式電源の出力電圧を安定化させるための制御方式として知られており、スイッチング・トランジスタのＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合を変えて、出力電圧を制御できる。例えば、出力電圧が低下するとＯＮ時間を長くし、上昇すると短くすることによって、常に一定の電圧を保つことができる。
【００７５】
このように、本実施の形態によれば、複数のアンテナから同時に変調信号を送信する方式において、受信側で検出した送信タイミング調整値に基づき送信タイミングを調整することにより、より精度の高い多重通信を実現することができる。
【００７６】
なお、上述した実施の形態では、タイミング検出用シンボルの構成を、図８、図１３、図１４，図１５，図１６、図１７及び図１８に示すようにした場合について述べたが、タイミング検出用シンボルの構成はこれに限らない。例えば、タイミング検出用シンボルを時間軸上で巡回シフト（巡回遅延）させたシンボルを他のアンテナから出力する構成とすることもできる。
【００７７】
また、上記の説明では、タイミング設定部３０４で設定したタイミング設定値に基づき、無線部３０３−１、３０３−２で送信タイミングを変更する場合について述べたが、本発明はこれに限られず、変調部３０２−１、３０２−２で送信タイミングを変更してもよい。図１９はこの場合の無線送信装置の構成を示すブロック図であり、図１９の無線送信装置１９００は、図３の無線送信装置３００と比較して、タイミング設定部３０４で設定したタイミング設定値が変調部３０２−１、３０２−２に入力されている点が異なる。図１３を用いて説明した、パルス幅を適応的に変更するような適応送信タイミング調整の場合、図１９に示す構成となる。
【００７８】
また、上記の説明では、タイミング調整値を受信側で計算する場合について述べたが、本発明はこれに限られず、送信側でタイミング調整値を計算してもよい。例えば、受信側ではΔＴｒ１、ΔＴｒ２の計算のみを実施し、送信側にフィードバックする。送信側ではΔＴｒ１、ΔＴｒ２を用いてタイミング設定部１０２が送信タイミング設定値を決定する。この一例は、図１２を用いて説明したＴｒ＿ａｖｅである。この場合、受信側の負荷が軽減される。このように、本発明では、各受信アンテナにおける受信タイミング誤差に基づき、送信タイミングを設定することができればよい。
【００７９】
また、上記の説明では、２つの送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２が設けられた無線送信装置において、送信タイミングをＡＮＴ１、ＡＮＴ２において変更できるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限られず、送信アンテナ数ｍでｍ系統の変調信号を送信するものに広く適用することができる。また、送信アンテナ数と送信する変調信号の数は一致する必要がなく、送信アンテナ数を、送信変調信号の数より多くし、送信アンテナを選択し、選択した送信アンテナから変調信号を送信してもよい。この内容の詳細については、実施の形態２で説明する。また、アンテナは複数のアンテナで一つのアンテナ部を形成していてもよい。
【００８０】
また、上記の説明では、パルス信号を変調して送信する無線送信装置を例に説明したが、本発明はこれに限られず、ＯＦＤＭ変調を用いてもよい。この場合、図２０の無線送信装置、図２１の無線受信装置における拡散部をＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部、逆拡散部をＦＦＴ部に置き換える構成となる。一般に、ＯＦＤＭ変調を用いる場合には、ガードインターバルを挿入することによって遅延波によるシンボル間干渉の影響を除去する構成を採るが、この場合においても、シンボル時間長と複数アンテナからの送信信号の到着時間差との関係により、送信タイミングを調整することで、より高精度な（シンボル間干渉の小さい）ＭＩＭＯ多重を実現できる。
【００８１】
また、本発明は、スペクトル拡散通信方式を用いることもできる。ＵＷＢ伝送方式では、１つのパルス信号をスペクトル拡散通信方式の１チップと見立て、複数パルスにより１シンボルの信号に置き換える場合をスペクトル拡散通信と呼ぶ。図２０はこの場合の無線送信装置の構成を示すブロック図であり、図２０の無線送信装置２０００は、図３の無線送信装置３００と比較して、拡散部２００１−１、２００１−２、逆拡散部２００２を付加した構成となる。また、図２１はこの場合の無線受信装置の構成を示すブロック図であり、図２１の無線受信装置２１００は、図４の無線受信装置４００に対し、逆拡散部２１０１−１、２１０１−２、拡散部２１０２を付加した構成となる。拡散部２００１−１、２００１−２は、それぞれ、変調部３０２−１、３０２−２から出力された１シンボルの信号を複数のパルス信号に置き換え、この複数のパルス信号を時間軸方向に並べる。逆拡散部２１０１−１、２１０１−２は、複数のパルス信号を足し合わせることにより１ビットのシンボルを取り出す。
【００８２】
また、本発明は、時空間符号化、時空間ブロック符号、時空間トレリス符号を適用しても同様な効果を得ることができる。時空間符号化、時空間ブロック符号、時空間トレリス符号では、信号を送信するアンテナ数ｍ（ｍ＞＝２）に対し、受信するアンテナ数ｎはｍ＞＝ｎとする場合でも、原理上良好な受信品質（理論的に最大限の利得）を得ることができるため、本実施の形態の方法と組み合わせによる効果が大きい。
【００８３】
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１で説明した方法において、複数の送受信アンテナを用いる場合のアンテナ選択方法について説明する。
【００８４】
図２２は、本実施の形態に係る無線送信装置２２００の構成を示すブロック図であり、図３と同様に動作する箇所については、同一の番号を付し、説明を省略する。
【００８５】
フレーム構成部２２０１−１、２２０１−２は、それぞれ、送信ディジタルデータＣ、送信ディジタルデータＤに、無線受信装置２３００において受信タイミングの検出に使用されるタイミング検出用シンボル、無線受信装置２３００において同期検波、チャネル推定等に使用されるパイロットシンボル等を挿入してフレームを構成し、フレーム化ディジタルデータを変調部２２０２−１、２２０２−２に出力する。
【００８６】
変調部２２０２−１、２２０２−２は、それぞれ、フレーム化ディジタルデータに対して変調処理を行い、変調信号を無線部２２０３−１、２２０３−２に出力する。
【００８７】
無線部２２０３−１、２２０３−２は、それぞれ、変調信号を無線送信のために周波数変換し、タイミング設定部３０４が設定した送信タイミングで送信信号を送信アンテナＡＮＴ３、ＡＮＴ４から送信する。ここで、最初の送信時には、送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２、ＡＮＴ３、ＡＮＴ４から送信信号を送信するタイミングは同時とし、無線部３０３−１、３０３−２、２２０３−１、２２０３−２は、タイミング設定部３０４からの入力を利用しない。
【００８８】
図２３は、本実施の形態に係る無線受信装置２３００の構成を示すブロック図であり、図４と同様に動作する箇所については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８９】
無線部２３０１−１、２３０１−２は、それぞれ、受信アンテナＡＮＲ３、ＡＮＲ４に受信された高周波信号をベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号をフレーム分離部２３０２−１、２３０２−２に出力する。
【００９０】
フレーム分離部２３０２−１、２３０２−２は、それぞれ、ベースバンド信号からパイロットシンボル、データシンボルを分離し、パイロットシンボルをチャネル推定部２３０３−１〜２３０３−４に出力し、データシンボルを復調部４０４に出力し、タイミング検出用シンボルをタイミング検出部４５１に出力する。
【００９１】
チャネル推定部２３０３−１〜２３０３−４は、それぞれ、パイロットシンボルを用いてチャネル推定を行い、チャネル推定値を復調部４０４に出力する。
【００９２】
図２４は、無線送信装置２２００から送信する変調信号Ａから変調信号Ｄのフレーム構成例を示す図であり、図５と同様に動作する箇所については、説明を省略する。図２４では、一例として時間軸におけるフレーム構成を示している。シンボル２４０１、２４５１はそれぞれ、変調信号Ｃ、Ｄのヌルシンボルである。シンボル２４０２、２４５２はそれぞれ、変調信号Ｃ、Ｄのデータシンボルである。シンボル２４０３、２４５３はそれぞれ、変調信号Ｃ、Ｄのパイロットシンボルである。シンボル２４０４、２４５４はそれぞれ、変調信号Ｃ、Ｄのデータシンボルである。また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に信号検出用シンボルを省略している。
【００９３】
図２５は、図２４に示したフレームを送信した場合の受信アンテナＡＮＲ１〜ＡＮＲ４における受信信号の例として、Ｃａｓｅ１〜Ｃａｓｅ４の４通りを示す図である。ここで、Ｃａｓｅ１が発生する場合としてＡＮＲ１を用いているが、同時に他のアンテナＡＮＲ２〜ＡＮＲ４の一部または全部でもＣａｓｅ１が発生する場合がある。これは、Ｃａｓｅ２〜Ｃａｓｅ４についても同様である。
【００９４】
Ｃａｓｅ１（ＡＮＲ１）
変調信号Ａ〜変調信号Ｄが、時間軸で重なることなく受信されている。この場合、無線送信装置２２００のタイミング設定部３０４が、実施の形態１で説明した方法を用いて送信タイミングを調整することにより、変調信号Ａ〜変調信号Ｄを全て多重（４多重）することが可能となる。
【００９５】
Ｃａｓｅ２（ＡＮＲ２）
変調信号Ａと変調信号Ｂが、時間軸で重なって受信されている。この場合、無線送信装置２２００のタイミング設定部３０４が、（１）変調信号Ａ、変調信号Ｂの一方または双方の送信タイミングを調整する、（２）変調信号Ａ、変調信号Ｂのいずれか一方の送信を止め、変調信号Ｃ、変調信号Ｄとの３多重にする、のいずれかを選択する。
【００９６】
Ｃａｓｅ３（ＡＮＲ３）
変調信号Ａ〜変調信号Ｄが、時間軸で全て重なって受信されている。２本以上の受信アンテナでＣａｓｅ３のように受信されている場合には、最大４多重することが可能である。しかし、Ｃａｓｅ３と同時にＣａｓｅ１が発生するような場合、送信タイミングを調整するのは非常に困難になり、一般に多重された信号の受信品質が劣化する。この場合、無線送信装置２２００は、多重自体行わないとする。
【００９７】
Ｃａｓｅ４（ＡＮＲ４）
変調信号Ｃが受信されていないが、その他の変調信号Ａ、Ｂ、Ｄは時間軸で重ならずに受信されており、無線送信装置２２００のタイミング設定部３０４が、この３つの変調信号の送信タイミングを調整することにより、最大３多重通信が可能となる。
【００９８】
以上示したように、受信側での観測結果（時間軸・周波数軸上での受信タイミング、波形の相関など）に基づき、多重送信に使用するアンテナを、送受信それぞれに具備する全てのアンテナから適宜選定することで、受信効率、受信品質などを考慮した多重通信を実施することができる。
【００９９】
なお、図２５で選定した結果を無線送信装置にフィードバックする方法については、実施の形態１で図６を用いて説明したので省略する。
【０１００】
図２６は、図２４とは異なる無線送信装置２２００から送信する変調信号Ａから変調信号Ｄのフレーム構成例を示す図であり、図５と同様に動作する箇所については、説明を省略する。
【０１０１】
図２６では、ヌルシンボルを配置しない構成としている。この場合、実施の形態１で図９等を用いて説明した直交パルス等を用いることにより、受信タイミングずれを測定し、送信タイミングを調整する。図２６の図２４に対する利点は、受信タイミングずれの測定に要する時間を短縮できることである。
【０１０２】
図２７は、図２５で説明したアンテナ選定方法の他の一例を示す図であり、ここでは、送信アンテナ３、受信アンテナ２の場合で説明を行うが、各本数はこれに限ったものではない。
【０１０３】
ＡＮＲ１における受信信号において、変調信号Ａと変調信号Ｂの到着時間差をΔＴ１−ＡＢ、変調信号Ｂと変調信号Ｃの到着時間差をΔＴ１−ＢＣ、変調信号Ａと変調信号Ｃの到着時間差をΔＴ１−ＡＣとする。ここで、変調信号Ａから変調信号Ｃ自身のシンボル時間Ｔｓ＿ｓｈｏｒｔと送信タイミング差を考慮すると、以下の式（６）から式（８）の３つのタイミング差のうち最も差の小さいものを選べばよい。ＡＮＲ２における受信信号においても、ＡＮＲ１と同様に実施すればよい。
（ΔＴ１−ＡＢ）−（Ｔｓ＿ｓｈｏｒｔ） ・・・・（６）
（ΔＴ１−ＢＣ）−（Ｔｓ＿ｓｈｏｒｔ） ・・・・（７）
（ΔＴ１−ＡＣ）−（Ｔｓ＿ｓｈｏｒｔ）−（Ｔｓ＿ｓｈｏｒｔ） ・・（８）
【０１０４】
ここで、ＡＮＲ１とＡＮＲ２で選定結果が異なった場合には、より小さな時間差の方を選択する、あるいは、平均化する、などの方法を用いることでアンテナを最終決定することができる。重要な点は、受信側での複数シンボルの到着時間差を小さくし、高精度なＭＩＭＯ多重通信を実現することである。
【０１０５】
また、ここまでは、受信側で測定した遅延時間に基づき送信タイミングを変更することで受信タイミングを調整し、高精度なＭＩＭＯ多重通信を実現することについて説明したが、送信タイミングを変更することで、より大きな送信ダイバーシチ効果を得る送信方法に切り替えることもできる。例えば、２本の送信アンテナから同一のパルス信号を送信することで、受信側では、異なる伝送路を経由した信号を合成し、受信品質を向上させ、スループットを向上させることができる。また、前記２つの信号のうち、１本のアンテナからの信号が瞬時的に遮断されたような場合においても、もう一方のアンテナからの信号を利用してデータ復調に必要な受信品質を確保できる。
【０１０６】
なお、本実施の形態で記載した方法は、他の実施の形態、例えば実施の形態３で説明するフレーム構成と、組み合わせて実施することが可能である。
【０１０７】
（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１、２で説明した複数アンテナからの送信タイミング調整に用いるフレーム構成について詳細に説明する。
【０１０８】
図２８は、図５のフレーム構成と対比して記載したフレーム構成例を示す図であり、点線で示した部分が対比する部分である。
【０１０９】
図２８の特徴は、アンテナ間時間差推定シンボル２８０２、２８５２と、シンボル間干渉を避けるためのガードシンボル２８０３、２８０５、２８５３、２８５５の挿入である。これにより、複数の送信アンテナからの送信信号の受信タイミングずれが大きい場合においても、ガードシンボルの存在により高精度なアンテナ間時間差推定と、推定結果に基づく多重伝送が可能となる。
【０１１０】
図２８は、信号同期用シンボル２８０１、２８５１、アンテナ間時間差推定用シンボル２８０２、２８５２、ガードシンボル２８０３、２８５３、チャネル推定用シンボル２８０４、２８５４、ガードシンボル２８０５、２８５５、通信情報シンボル２８０６、２８５６、データシンボル２８０７、２８５７から構成される。
【０１１１】
信号同期用シンボル２８０１、２８５１は、信号の同期を取るためのシンボルである。
【０１１２】
アンテナ間時間差推定２８０２、２８５２は、複数のパルス信号（変調信号Ａ、変調信号Ｂ）のアンテナ間の到達時間差を推定するためのシンボルであり、例えば、実施の形態１で説明したような自己相関、相互相関特性に優れた系列が用いられる。
【０１１３】
ガードシンボル２８０３、２８５３は、アンテナ間時間差推定２８０２、２８５２と、チャネル推定用シンボル２８０４、２８５４がシンボル間干渉を生じないようにするために挿入するシンボルであり、例えばヌルシンボルが用いられる。
【０１１４】
チャネル推定用シンボル２８０４、２８５４は、受信側で等化処理、振幅・位相情報に基づく合成処理等をする場合に必要なシンボルである。
【０１１５】
ガードシンボル２８０５、２８５５は、チャネル推定用シンボル２８０４、２８５４と、通信情報シンボル２８０６、２８５６がシンボル間干渉を生じないようにするために挿入するシンボルであり、例えばヌルシンボルが用いられる。
【０１１６】
通信情報シンボル２８０６、２８５６は、送信方法情報（例えば、畳み込み符号、ターボ符号、ＬＤＰＣ（Low Density Parity Check）符号等の誤り訂正符号の種類や、送信多重ストリーム数など）や、受信方法情報（例えば、推奨するスムージング（平滑化）方法、検波方法等）を含むシンボルである。
【０１１７】
データシンボル２８０７、２８５７は、変調信号Ａ、変調信号Ｂで送信するデータ本体であり、例えば、ＭＡＣ（Media Access Control）層等の通常物理層より上位の層から送られてきたデータである。
【０１１８】
なお、チャネル推定を実施する必要のないシステムにおいては、チャネル推定用シンボル２８０４、２８５４とガードシンボル２８０５、２８５５を削除したフレーム構成となる。
【０１１９】
また、図２８では、一般にＦＣＳ（Frame Check Sequence）と呼ばれるシンボルであって、変調信号Ａ、変調信号Ｂのフレームエラーを検出するシンボルは省略している。
【０１２０】
以上示したように、送信フレーム構成においてガードシンボルを適宜挿入することにより、高精度なアンテナ間時間差推定が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明は、複数のアンテナを用いて変調信号を送信する方式において、受信信号の受信タイミングに高い精度が要求される無線通信システムに適用して好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線送信装置及び無線受信装置の基本構成図
【図２】上記実施の形態に係る無線送信装置と無線受信装置との間の無線区間のチャネル変動を説明する図
【図３】上記実施の形態に係る無線送信装置の構成を示すブロック図
【図４】上記実施の形態に係る無線受信装置の構成を示すブロック図
【図５】上記実施の形態に係る無線送信装置から送信する変調信号のフレーム構成例を示す図
【図６】上記実施の形態に係る無線受信装置から送信する変調信号のフレーム構成例を示す図
【図７】上記実施の形態の受信アンテナＡＮＲ１における受信タイミングを揃えるための送信タイミング調整を説明する図
【図８】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの構成例を示す図
【図９】受信アンテナＡＮＲ１における、直交符号の相関処理に基づくタイミング検出方法を示す図
【図１０】上記実施の形態の受信アンテナＡＮＲ２における受信タイミングを揃えるための送信タイミング調整を説明する図
【図１１】受信アンテナＡＮＲ２における、直交符号の相関処理に基づくタイミング検出方法を示す図
【図１２】上記実施の形態に係る複数の受信アンテナにおける受信タイミングを調整する方法を示す図
【図１３】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図
【図１４】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図
【図１５】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図
【図１６】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図
【図１７】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図
【図１８】図５の変調信号のタイミング検出用シンボルの他の構成例を示す図
【図１９】上記実施の形態に係る無線送信装置の他の構成を示すブロック図
【図２０】上記実施の形態に係る無線送信装置の他の構成を示すブロック図
【図２１】上記実施の形態に係る無線受信装置の他の構成を示すブロック図
【図２２】本発明の実施の形態２に係る無線送信装置の構成を示すブロック図
【図２３】上記実施の形態に係る無線受信装置の構成を示すブロック図
【図２４】上記実施の形態に係る無線送信装置から送信する変調信号のフレーム構成例を示す図
【図２５】図２４に示したフレームを送信した場合の受信アンテナにおける受信信号の例を示す図
【図２６】上記実施の形態に係る無線送信装置から送信する変調信号のフレーム構成例を示す図
【図２７】図２５で説明したアンテナ選定方法の他の一例を示す図
【図２８】図５のフレーム構成と対比して記載したフレーム構成例を示す図
【図２９】ＵＷＢ伝送方式を説明する図
【図３０】ＭＩＭＯ伝送方式を説明する図
【図３１】従来の課題を説明する図
【符号の説明】
【０１２３】
１００、３００、１９００、２０００、２２００ 無線送信装置
１０１ フレーム構成部
１０２ タイミング設定部
１５０、４００、２１００、２３００ 無線受信装置
１５１ タイミング検出部
３０１−１、３０１−２、２２０１−１、２２０１−２ フレーム構成部
３０２−１、３０２−２、２２０２−１、２２０２−２ 変調部
３０３−１、３０３−２、２２０３−１、２２０３−２ 無線部
３０４ タイミング設定部
４０１−１、４０１−２、２３０１−１、２３０１−２ 無線部
４０２−１、４０２−２、２３０２−１、２３０２−２ フレーム分離部
４０３−１、４０３−２、４０３−３、４０３−４、２３０３−１、２３０３−２、２３０３−３、２３０３−４ チャネル推定部
４０４ 復調部
４５１ タイミング検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナと、
前記各アンテナから送信するデータに、通信相手装置において受信タイミングの検出に使用されるタイミング検出用シンボルを挿入してフレームを構成するフレーム構成手段と、
前記通信相手装置において検出された受信タイミングのずれに基づいて送信タイミングを設定するタイミング設定手段と、
前記タイミング設定手段が設定した送信タイミングで、前記フレーム構成手段がフレーム化したデータを前記各アンテナから送信する送信手段と、具備する無線送信装置。
【請求項２】
前記フレーム構成手段は、各アンテナ間で異なる符号化を施したパルス信号をタイミング検出用シンボルとして挿入する請求項１記載の無線送信装置。
【請求項３】
前記フレーム構成手段は、各アンテナ間で異なるパルス幅を持つパルス信号をタイミング検出用シンボルとして挿入する請求項１記載の無線送信装置。
【請求項４】
前記フレーム構成手段は、各アンテナ間で異なるパルス位置を持つパルス信号をタイミング検出用シンボルとして挿入する請求項１記載の無線送信装置。
【請求項５】
前記フレーム構成手段は、タイミング検出用シンボルとして挿入するパルス信号のパルス幅を、前記他のシンボルのパルス幅よりも短くする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線送信装置。
【請求項６】
複数の各アンテナからデータを送信する無線送信方法であって、
前記各アンテナから送信するデータに、通信相手装置において受信タイミングの検出に使用されるタイミング検出用シンボルを挿入してフレームを構成するフレーム構成工程と、
前記通信相手装置において検出された受信タイミングのずれに基づいて送信タイミングを設定するタイミング設定工程と、
前記タイミング設定工程で設定した送信タイミングで、前記フレーム構成工程でフレーム化したデータを前記各アンテナから送信する送信工程と、具備する無線送信方法。
【請求項１】
複数のアンテナと、
前記各アンテナから送信するデータに、通信相手装置において受信タイミングの検出に使用されるタイミング検出用シンボルを挿入してフレームを構成するフレーム構成手段と、
前記通信相手装置において検出された受信タイミングのずれに基づいて送信タイミングを設定するタイミング設定手段と、
前記タイミング設定手段が設定した送信タイミングで、前記フレーム構成手段がフレーム化したデータを前記各アンテナから送信する送信手段と、具備する無線送信装置。
【請求項２】
前記フレーム構成手段は、各アンテナ間で異なる符号化を施したパルス信号をタイミング検出用シンボルとして挿入する請求項１記載の無線送信装置。
【請求項３】
前記フレーム構成手段は、各アンテナ間で異なるパルス幅を持つパルス信号をタイミング検出用シンボルとして挿入する請求項１記載の無線送信装置。
【請求項４】
前記フレーム構成手段は、各アンテナ間で異なるパルス位置を持つパルス信号をタイミング検出用シンボルとして挿入する請求項１記載の無線送信装置。
【請求項５】
前記フレーム構成手段は、タイミング検出用シンボルとして挿入するパルス信号のパルス幅を、前記他のシンボルのパルス幅よりも短くする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線送信装置。
【請求項６】
複数の各アンテナからデータを送信する無線送信方法であって、
前記各アンテナから送信するデータに、通信相手装置において受信タイミングの検出に使用されるタイミング検出用シンボルを挿入してフレームを構成するフレーム構成工程と、
前記通信相手装置において検出された受信タイミングのずれに基づいて送信タイミングを設定するタイミング設定工程と、
前記タイミング設定工程で設定した送信タイミングで、前記フレーム構成工程でフレーム化したデータを前記各アンテナから送信する送信工程と、具備する無線送信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２００７−１２４６３２（Ｐ２００７−１２４６３２Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６１２０８（Ｐ２００６−２６１２０８）
【出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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