JP4669869B2 - 無線受信装置、無線受信方法および無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線受信装置、無線受信方法および無線通信システムに関する。

近年、画像等の大容量のデータ通信を可能にする技術としてＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）通信の検討が盛んに行われている。

中でも、ＢＬＡＳＴ（Bell Laboratories Layered Space-Time）は、ＭＩＭＯチャネルで高速伝送を実現できるアプリケーションとして注目を浴びている。これは、複数の送信アンテナから、互いに独立な（あるいは符号化された）ストリームを送信し、受信側で空間フィルタリングとレプリカ除去とを繰り返しながら、各ストリームを検出する手法である。

また、送信側でＭＩＭＯチャネル情報が既知の場合には、より大きなチャネル容量が得られることが知られている。具体的には、ＭＩＭＯチャネルの各チャネル応答を要素とする行列を特異値分解することにより得られる固有ベクトルを用いて指向性制御を行い、空間的な直交チャネル（固有チャネル）を形成することにより実現される。すなわち、ＭＩＭＯチャネル情報が送信側で既知の場合、固有ベクトルを用いたマルチビーム形成により直交チャネルを形成し、注水定理による送信電力制御を行うことで、チャネル容量を最大とすることができる（例えば、非特許文献１参照）。

実際に上記の技術を装置に適用する場合には、複数の送信データストリームをそれぞれ送信処理することができる複数の送信系統を用意し、送信信号にそれぞれ複素ウェイト（以下、単にウェイトという）を乗算することにより重み付けを施してから、無線送信を行うことになる。

また、受信側のビット誤り率が所定値を満たさない場合に、受信側が送信側に対して再送要求信号を送信し、送信側ではこの要求に応じて同一の送信データを再び送信する自動再送要求（ＡＲＱ；Automatic Repeat reQuest）も一般的に行われている。

特にデータトラフィックを伝送するパケット伝送では、誤りのないデータ伝送を保証する必要があるため、ＡＲＱによる誤り制御が必要不可欠となっている。加えて、パケット伝送においては、伝播路（パス）の状態に応じて最適な変調方式、符号化方式を選択してスループットの向上を図る適応変調・誤り訂正の適用に際しても、測定誤差、制御遅延等に起因したパケット誤りが避けられないため、ＦＥＣ（Forward Error Correction）機能を組み込んだハイブリッドＡＲＱ（以下、ＨＡＲＱという）を用いることが３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）でも規格化されている。

そこで、データ送信時に複数のアンテナを用いてＭＩＭＯ通信することにより、大容量のデータ通信を可能とし、さらに、受信側において受信データが誤った場合には、データの再送を行い、受信側ではＨＡＲＱにより初回送信時および再送時の受信データを合成することにより、この無線通信システムとして大きなスループットの向上が期待できる。
信学技報ＲＣＳ２００２−５３（２００２−０５）、社団法人 電子情報通信学会

しかしながら、従来の装置においては、受信データの誤りがあってデータの再送を行う場合でも、例えば、通信装置が停止または低速で移動している状況のような、送信信号が経由する伝播路環境の時間的変化が緩やかな場合には（図１３参照）、受信側の受信パワにおいて得られるダイバーシチゲインは小さいため、データの再送によっても無線通信システムのスループットがほとんど向上しないという問題がある。

これは、伝播路環境の時間変化が緩やかであると、データ再送時にも初回送信時に受信レベルの低い信号は、再送時にも受信レベルが低いため、初回送信時および再送時のデータを合成しても正しく復調できなくなってしまうためである。また，ＭＩＭＯやＳＴＣ（Space-Time Coding）などのマルチアンテナ技術を用いている場合には、伝播環境の時間変化が緩やかであると、初回送信時と再送時にフェージングの状態の変化が少ないため、合成してもデータを正しく復調できない状態となる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、複数のアンテナを用いて、複数のデータストリームを送信する無線通信システム（例えば、アダプティブアレイアンテナ技術、ＭＩＭＯ技術、ＳＴＣ技術等）において、ＨＡＲＱを適用した場合に、データ再送時のダイバーシチゲインを増大させることができる無線受信装置、無線受信方法および無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る無線送信装置は、複数のデータストリームに複数のウェイトをそれぞれ乗算する乗算手段と、ウェイトが乗算された複数のデータストリームを複数の送信系統からそれぞれ同時に送信する送信手段と、前記複数のデータストリームの再送時、前回送信時のウェイトと異なるウェイトを前記複数のデータストリームにそれぞれ乗算するように前記乗算手段を制御する制御手段と、を有する構成を採る。

この構成によれば、複数のアンテナを用いて、複数のデータストリームを送信する無線通信システム（例えば、アダプティブアレイアンテナ技術、ＭＩＭＯ技術、ＳＴＣ技術等）において、例えば、ＨＡＲＱを適用した場合に、データ再送時のダイバーシチゲインを増大させることができ、受信側の受信性能を向上させることができる。

本発明の第２の態様に係る無線送信装置は、上記の構成において、前記制御手段は、前回送信時の前記複数のデータストリームに対応する複数のウェイトのうちから再送時のウェイトを選択する構成を採る。

この構成によれば、それぞれのデータストリームの伝播路環境を互いに入れ替え、平均化するので、早期に受信品質を改善させることができる。

本発明の第３の態様に係る無線送信装置は、複数のデータストリームを所定の送信タイミングで複数の送信系統からそれぞれ送信する送信手段と、前記複数のデータストリームの再送時、前記複数のデータストリーム間の送信タイミングの差が前回送信時の前記複数のデータストリーム間の送信タイミングの差と異なるように前記送信手段を制御する制御手段と、を有する構成を採る。

この構成によれば、初回送信時と再送時の各ストリームの周波数軸上での受信レベルのばらつきを平均化することができるので、信号を正しく復調することができ、受信側の受信性能を向上させることができる。

本発明の第４の態様に係る無線送信装置は、複数のデータストリームを複数の送信系統から、送信系統によって異なる送信タイミングでそれぞれ送信する送信手段と、前記複数のデータストリームの再送時には、再送時の前記送信タイミングが前回送信時の前記送信タイミングと異なるように前記送信手段を制御する制御手段と、を有する構成を採る。

この構成によれば、複数の送信系統から送信されたデータストリーム間のフェージング相関を、前回送信時と再送時とで異ならせることができるので、信号を正しく復調することができ、受信側の受信性能を向上させることができる。

本発明の第５の態様に係る無線送信装置は、上記の構成において、前記制御手段は、前回送信時の前記複数のデータストリームに対応する複数の送信タイミングのうちから再送時の送信タイミングを選択する構成を採る。

この構成によれば、それぞれのデータストリームの伝播路環境を互いに入れ替え、平均化するので、早期に受信品質を改善させることができる。

本発明の第６の態様に係る無線送信装置は、上記の構成において、前記制御手段は、通知された回線品質に基づいて前記制御を行う構成を採る。

この構成によれば、無線受信装置等から通知された回線品質に応じて、ウェイトまたは送信タイミングの調整を行うことができるので、早期に受信品質を改善させることができる。

本発明の第７の態様に係る無線送信装置は、上記の構成において、前記送信は、ダイバーシチ送信である構成を採る。

この構成によれば、ダイバーシチ送信を行うので、例えば、アダプティブアレイアンテナ技術、ＭＩＭＯ技術、ＳＴＣ技術等を本発明に適用することができる。

本発明の第８の態様に係る無線送信装置は、上記の構成において、前記複数のデータストリームは、あらかじめマルチキャリア化されている構成を採る。

本発明の第９の態様に係る無線送信装置は、上記の構成において、前記マルチキャリア化は、ＯＦＤＭ処理である構成を採る。

これらの構成によれば、マルチキャリア通信（ＯＦＤＭ方式等）において本発明を適用することができる。また、データをマルチキャリア化することにより、再送時に異なる遅延時間の遅延波を多重し、送信することができるので、それぞれのサブキャリアで、互いにストリーム間の伝播環境の状態を変化させることが可能になる。

本発明の第１０の態様に係る無線受信装置は、無線送信装置が送信し、異なる伝播路を介した複数の信号を複数のアンテナを用いて同時に受信する受信手段と、前記複数の信号が介した伝播路の特性に関する情報を取得する伝播路情報取得手段と、前記伝播路情報取得手段によって取得された伝播路の特性に関する情報に基づいて、前記受信手段によって受信された複数の信号から受信データストリームを取得するデータ取得手段と、前記データ取得手段によって取得された受信データストリームであって前回受信時および再受信時の受信データストリームを、合成する合成手段と、前記伝播路情報取得手段によって取得された伝播路の特性に関する情報を前記無線送信装置に通知する通知手段と、を有する構成を採る。

この構成によれば、例えば、ＭＩＭＯ通信やＳＴＣ通信においてＨＡＲＱを適用することができる。

本発明の第１１の態様に係る無線送信方法は、複数のデータストリームに複数のウェイトをそれぞれ乗算する乗算ステップと、ウェイトが乗算された複数のデータストリームを複数の送信系統からそれぞれ同時に送信する送信ステップと、前記複数のデータストリームの再送時、前回送信時のウェイトと異なるウェイトを前記複数のデータストリームにそれぞれ乗算するように制御する制御ステップと、を有するようにした。

この方法によれば、データ再送時のダイバーシチゲインを増大させることができ、受信側の受信性能を向上させることができる。

本発明の第１２の態様に係る無線送信方法は、複数のデータストリームを所定の送信タイミングで複数の送信系統からそれぞれ送信する送信ステップと、前記複数のデータストリームの再送時、前記複数のデータストリーム間の送信タイミングの差が前回送信時の前記複数のデータストリーム間の送信タイミングの差と異なるように制御する制御ステップと、を有するようにした。

この方法によれば、初回送信時と再送時の各ストリームの周波数軸上での受信レベルのばらつきを平均化することができるので、信号を正しく復調することができ、受信側の受信性能を向上させることができる。

本発明の第１３の態様に係る無線送信方法は、複数のデータストリームを複数の送信系統から、送信系統によって異なる送信タイミングでそれぞれ送信する送信ステップと、前記複数のデータストリームの再送時には、再送時の前記送信タイミングが前回送信時の前記送信タイミングと異なるように制御する制御ステップと、を有するようにした。

この方法によれば、複数の送信系統から送信されたデータストリーム間のフェージング相関を、前回送信時と再送時とで異ならせることができるので、信号を正しく復調することができ、受信側の受信性能を向上させることができる。

本発明の第１４の態様に係る無線受信方法は、無線送信装置が送信し、異なる伝播路を介した複数の信号を複数のアンテナを用いて同時に受信する受信ステップと、前記複数の信号が介した伝播路の特性に関する情報を取得する伝播路情報取得ステップと、前記伝播路情報取得ステップにおいて取得された伝播路の特性に関する情報に基づいて、受信された複数の信号から受信データストリームを取得するデータ取得ステップと、前記データ取得ステップにおいて取得された受信データストリームであって前回受信時および再受信時の受信データストリームを、合成する合成ステップと、前記伝播路情報取得ステップにおいて取得された伝播路の特性に関する情報を前記無線送信装置に通知する通知ステップと、を有するようにした。

この方法によれば、例えば、ＭＩＭＯ通信やＳＴＣ通信においてＨＡＲＱを適用することができる。

本発明によれば、複数のアンテナを用いて、複数のデータストリームを送信する無線通信システム（例えば、アダプティブアレイアンテナ技術、ＭＩＭＯ技術、ＳＴＣ技術等）において、例えば、ＨＡＲＱを適用した場合に、データ再送時のダイバーシチゲインを増大させることができ、受信側の受信性能を向上させることができる。

本発明の骨子は、複数のデータストリームを複数の送信系統を用いて同時に無線送信する場合に、データストリームの再送時には、データストリームが送信後に経由する伝播路環境を作為的に前回送信時と異ならせることである。

本発明は、大別して、送信信号の伝播路環境を変化させる方法として２つのケースが考えられる。第１のケースは、送信信号に乗じるウェイトを変更する方法、第２のケースは、送信信号を送信するタイミングを変更する方法である。

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、実施の形態１は、送信信号に乗じるウェイトを変更する場合であり、実施の形態２は、送信信号を送信するタイミングを変更する場合である。

（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の構成を示すブロック図である。ここでは、データストリーム＃Ａおよびデータストリーム＃Ｂの２つのストリームを２本のアンテナを用いて送信する場合を例にとって説明する。

図１に示す無線送信装置は、バッファ１０１、変調部１０２、乗算器１０３、加算部１０４、送信無線（ＲＦ）部１０５、送信アンテナ１０６、再送回数検出部１１０、バッファ制御部１１１、およびウェイト制御部１１２を有する。

図１において、データストリーム＃Ａはバッファ１０１−１に入力され、データストリーム＃Ｂはバッファ１０１−２に入力される。

バッファ１０１−１、１０１−２は、入力されたデータストリームを、無線受信装置からのデータ再送の要求に備えるため、蓄積する。そして、バッファ制御部１１１からデータ送信の指示を受けた場合には、データを変調部１０２−１、１０２−２に出力する。

変調部１０２−１は、バッファ１０１−１から出力されたデータストリームに変調処理を施し、出力する。変調部１０２−１から出力された信号は、途中で分岐され、乗算器１０３−１、１０３−２に出力される。同様に、変調部１０２−２は、バッファ１０１−２から出力されたデータストリームに変調処理を施し、出力する。変調部１０２−２から出力された信号は、途中で分岐され、乗算器１０３−３、１０３−４に出力される。

乗算器１０３−１は、変調部１０２−１から出力された信号に対し、ウェイト制御部１１２から出力されたウェイトを乗算し、加算部１０４−１に出力する。また、乗算器１０３−２は、変調部１０２−１から出力された信号に対し、ウェイト制御部１１２から出力されたウェイトを乗算し、加算部１０４−２に出力する。

同様に、乗算器１０３−３は、変調部１０２−２から出力された信号に対し、ウェイト制御部１１２から出力されたウェイトを乗算し、加算部１０４−１に出力する。また、乗算器１０３−４は、変調部１０２−２から出力された信号に対し、ウェイト制御部１１２から出力されたウェイトを乗算し、加算部１０４−２に出力する。なお、乗算器１０３−１〜１０３−４において信号に乗算されるウェイトについては、後ほど詳述する。

加算部１０４−１は、乗算器１０３−１、１０３−３から出力されたウェイトが乗算された信号を加算し、送信無線部１０５−１に出力する。加算部１０４−２は、同様に、乗算器１０３−２、１０３−４から出力された信号を加算し、送信無線部１０５−２に出力する。

送信無線部１０５−１は、加算部１０４−１から出力された信号にアップコンバート等の所定の無線送信処理を施し無線信号に変換し、アンテナ１０６−１を介して送信する。また、送信無線部１０５−２は、加算部１０４−２から出力された信号に、同様に、無線送信処理を施し、アンテナ１０６−２を介して送信する。

アンテナ１０６−１、１０６−２から送信された信号を受信した無線受信装置は、受信信号の誤り検出を行い、誤りを検出した場合は、本実施の形態に係る無線送信装置にＮＡＣＫ信号を送り、また、誤りを検出しなかった場合は、ＡＣＫ信号を送る。

再送回数検出部１１０は、上記の無線受信装置から通知されるＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号からデータの再送回数を検出し、バッファ制御部１１１に出力する。

バッファ制御部１１１は、再送回数検出部１１０から出力された再送回数に基づいてバッファ１０１−１、１０１−２にデータ出力の制御信号を出力する。具体的には、無線受信装置からデータ再送の要求がある場合には、バッファ１０１−１、１０１−２に対し、蓄積していた前回送信時のデータを再度出力するように制御する。

ウェイト制御部１１２は、複数種類のウェイトが記憶されているテーブルを有し、再送回数検出部１１０によって検出された再送回数に従って、テーブルから送信信号に乗算するウェイトを選択して、乗算器１０３に出力する。データの再送時には、ウェイトテーブルを再度参照し、初回送信時とは異なるウェイトを乗算器１０３−１〜１０３−４に出力する。

図２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。

この無線受信装置は、受信アンテナ１５１、受信無線（ＲＦ）部１５２、ＭＩＭＯ受信部１５３、バッファ１５４、復調部１５５、誤り検出部１５６、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号生成部１５７、および再送回数検出部１５８を有する。

図２において、受信無線（ＲＦ）部１５２は、受信アンテナ１５１を介して受信された信号にダウンコンバート等の所定の無線処理を施し、ＭＩＭＯ受信部１５３に出力する。

ＭＩＭＯ受信部１５３は、受信無線部１５２から出力された信号を伝播路特性情報を用いて２つのサブストリーム、すなわち、ストリーム＃Ａ、＃Ｂに分離し（ＭＩＭＯ受信処理）、バッファ１５４にそれぞれ出力する。このＭＩＭＯ受信処理は、送信側の２つのアンテナから送信されたそれぞれの信号が経由する伝播路特性を要素に持つ２行×２列の行列の逆行列を受信信号に作用させることにより、２つのサブストリームを得る。

バッファ１５４は、初回送信時のパケットデータの場合、すぐにこのデータを復調部１５５に出力する。再送パケットが送信されてきた場合は、このデータを一時蓄積し、復調を行う。パケットが正しく受信されてＡＣＫ信号が返されたときは、バッファをクリアする。バッファ１５４は、再送回数検出部１５８から再送回数を通知されるので、パケットが初回送信時のものか再送時のものか判断できる。

復調部１５５は、バッファ１５４から出力されたデータストリームに対し復調処理を施し、データストリーム＃Ａおよびデータストリーム＃Ｂを得る。

誤り検出部１５６は、誤りを検出し、その旨をＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号生成部１５７に通知する。

ＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号生成部１５７は、誤り検出部１５６から誤りを検出した旨を通知された場合には、ＮＡＣＫ信号を生成し、無線送信装置および再送回数検出部１５８にＮＡＣＫ信号を送ると同時に。誤り検出部１５６から誤りを検出なかった旨を通知された場合には、無線送信装置および再送回数検出部１５８にＡＣＫ信号を送る。

図３は、上記の構成により実現される無線通信の流れを示すシーケンス図である。

送信装置は、データストリームを送信する際に、まず、各送信系統ごとの送信信号に乗算するウェイトを決定する（ＳＴ１０１０）。そして、送信信号にこのウェイトを乗算し（ＳＴ１０２０）、データストリームを送信する（ＳＴ１０３０）。

受信装置は、上記の送信装置から送信されたデータストリームを受信し（ＳＴ１０４０）、データの誤りを検出する（ＳＴ１０５０）。そして、誤りがあった場合は、ＮＡＣＫ信号を生成し（ＳＴ１０６０）、上記の送信装置へＮＡＣＫ信号を送信する（ＳＴ１０７０）。

受信装置から通知されたＮＡＣＫ信号を検出（ＳＴ１０８０）した送信装置は、ＳＴ１０１０において各送信系統ごとに決定されたウェイトを変更し（ＳＴ１０９０）、再送される送信信号に乗算し（ＳＴ１１００）、この信号を受信装置へ再送する（ＳＴ１１１０）。

次いで、ウェイト制御部１１２の制御によって送信信号に乗算されるウェイトについて、一例を図４を用いて説明する。

図４(ａ)は、送信信号に乗算されるウェイトをデータストリーム＃Ａ（Ｓ_Ａ）およびデータストリーム＃Ｂ（Ｓ_Ｂ）ごとに整理して示す図である。例えば、データの初回送信時には、ストリーム＃Ａに対して、アンテナ１０６−１（以下、アンテナ＃１という）側の送信系統においてウェイトｗ_αが乗算され、アンテナ１０６−２（以下、アンテナ＃２という）側の送信系統においてウェイトｗ_βが乗算される。また、ストリーム＃Ｂに対しては、アンテナ＃１側の送信系統においてウェイトｗ_γが乗算され、アンテナ＃２側の送信系統においてウェイトｗ_δが乗算される。

そして、再送１回目には、ストリーム＃Ａに対して、アンテナ＃１側の送信系統においてウェイトｗ_γが乗算され、アンテナ＃２側の送信系統においてウェイトｗ_δが乗算される。また、ストリーム＃Ｂに対しては、アンテナ＃１側の送信系統においてウェイトｗ_αが乗算され、アンテナ＃２側の送信系統においてウェイトｗ_βが乗算される。

すなわち、ここでは、初回送信時にデータストリーム＃Ａに対し使用されたウェイトが、再送１回目ではデータストリーム＃Ｂに使用される。また、初回送信時にデータストリーム＃Ｂに使用されたウェイトは、再送１回目ではデータストリーム＃Ａに対し使用される。初回送信時および再送１回目では、ストリーム＃Ａおよびストリーム＃Ｂに使用されるウェイトが入れ替わる形になっている。

再送２回目においては、また、ストリーム＃Ａおよびストリーム＃Ｂに使用されるウェイトが入れ替わり、初回送信時と同じウェイトとなる。再送３回目においては、さらに、ストリーム＃Ａおよびストリーム＃Ｂに使用されるウェイトが入れ替わり、再送１回目と同じウェイトになる。すなわち、再送を繰り返す度に、ストリーム＃Ａおよびストリーム＃Ｂに使用されるウェイトは入れ替わる。

なお、観点を変えて、送信信号に乗算されるウェイトをアンテナ＃１およびアンテナ＃２ごとに整理したものを図４(ｂ)に示す。すなわち、この図は、アンテナ＃１およびアンテナ＃２から実際にどのような信号を送信するかを示す図である。図４(ａ)および図４(ｂ)が示す内容は実質的に同一である。

次いで、初回送信時と再送時でウェイトを変更することによる作用について説明する。送信信号にウェイトが乗算されることにより、送信信号は指向性を持つようになる。ただし、この指向性は、アレイアンテナ技術のビーム形成に見られるような、送信信号が特定の方向に対し現実に伝播していくようなイメージではなく、数式上の話である。これは、ＭＩＭＯ通信においては、アンテナ間のフェージング相関が低いのに対し、アレイアンテナ技術では、アンテナ間のフェージング相関が高いことによる。しかし、本実施の形態のウェイト乗算の作用を考察する上においては、送信信号が現実に指向性を持って伝播しているイメージによって説明するとわかりやすくなるため、この表現を用いる。

図５は、送信信号の指向性を概念的に説明した図である。無線送信装置１００からウェイトｗ_α、ｗ_βを用いて送信された信号は、図中の太線のパス＃１を通り、途中ビルディング１９１によって反射されるが、著しく強度が低下することなく無線受信装置１５０に到達する。一方、ウェイトｗ_γ、ｗ_δを用いて送信された信号は、図中の細線のパス＃２を通り、途中ビルディング１９２によって反射され、また、伝播路の影響を受けて著しく強度が弱まって無線受信装置１５０に到達する。

初回送信時は、ウェイトｗ_αおよびｗ_βを乗算されたストリーム＃Ａがパス＃１を通り、ウェイトｗ_αおよびｗ_βを乗算されたストリーム＃Ｂはパス＃２を通る。そして、再送時には、送信信号に乗算されるウェイトが入れ替わるため、ストリーム＃Ａはパス＃２を、ストリーム＃Ｂはパス＃１を通ることになる。

図６および図７は、従来の無線送信装置および本実施の形態に係る無線送信装置から送信される信号の受信側における品質を比較する図である。これらの図は、受信側で合成した後の受信信号の品質（棒グラフ）および正しくデータを受信できるレベルＬ１を概念的に示す図である。

図６は、従来の無線送信装置の場合である。図６(ａ)は、データの初回送信時の受信品質を示す図、図６(ｂ)は、データ再送時の受信品質を示す図である。

図６(ａ)において、ストリーム＃Ａおよびストリーム＃Ｂは、共に受信信号の品質レベルがレベルＬ１を超えていない。このとき、受信側は、データを正しく受信できないため、送信側にＮＡＣＫ信号を返し、送信側はデータの再送を行う。しかし、伝播路環境の時間的変化が少ない場合には、データ再送時であっても、受信側の受信品質が大きく改善されることは望めない。よって、図６(ｂ)に示すように、もともと初回送信時に受信品質がレベルＬ１に近いレベルにあったストリーム＃Ａは、データ再送後に初回送信時および再送時の受信信号を合成することにより、合成後の受信品質がレベルＬ１を超えるが、一方、ストリーム＃Ｂの受信品質は、データの再送を行っても、合成後の受信品質は、レベルＬ１を超えることができない。よって、受信側は、ストリーム＃Ｂの受信品質がレベルＬ１を超えるまで、あと数回送信側にＮＡＣＫ信号を返し、送信側はその度にデータの再送を行うことになる。

図７は、本実施の形態に係る無線送信装置の場合である。図７(ａ)は、データの初回送信時の受信品質を示す図、図７(ｂ)は、データ再送時の受信品質を示す図である。

図７(ａ)は図６(ａ)と同じ図である。ストリーム＃Ａおよびストリーム＃Ｂは、共に受信品質レベルがレベルＬ１を超えていない。しかし、再送時には、ストリーム＃Ａおよびストリーム＃Ｂに使用されるウェイトが入れ替わるため、ストリーム＃Ａおよびストリーム＃Ｂが経由する伝播路環境をそれぞれ平均化したような状態となる。これにより、初回送信時および再送時の受信信号を合成した後のストリーム＃Ａ、＃Ｂの受信品質レベルは、共にレベルＬ１を超える状態となるので信号を正しく受信することができる。

以上の構成において、本実施の形態に係る無線受信装置のウェイト制御部１１２は、データを再送する度に、送信信号に乗算するウェイトを前回送信時に使用したウェイトから変更させる。

これにより、前回送信時と再送時とで各データストリームが異なる伝播路環境を介して受信側に送信されることとなるため、同じデータが続けて誤る確率が小さくなり、この結果、例えば、パケット合成後のデータの誤り率特性が向上する。換言すれば、受信側で再送データを合成する際のダイバーシチゲインが増大し、受信側の受信性能が向上する。

また、本実施の形態に係る無線受信装置のウェイト制御部１１２は、データを再送する度に、各アンテナに対応するウェイトを前回送信時と入れ替えて送信信号に乗算する。

例えば、図６(ａ)または図７(ａ)に示すように、初回送信時に受信側がＮＡＣＫ信号を返すような状況であっても、全てのデータストリームの受信品質が平均的に悪いわけではなく、一部のデータストリームのみの受信品質が悪いことが多い。

このとき、前回送信時と再送時とで送信信号に乗算するウェイトを互いに入れ替えることにより、それぞれのデータストリームの伝播路環境を互いに入れ替え、平均化するので、早期に受信品質が改善する。

また、既に使用したウェイトを、乗算対象の信号を入れ替えて使用するだけであるので、他の情報、例えば、受信側で検出した伝播路情報を送信側へフィードバックする等の手段は必要としない。

このように、本実施の形態によれば、初回送信時と再送時で送信信号に乗算するウェイトを入れ替えるので、データ再送時のダイバーシチゲインを増大させることができ、受信側の受信性能を向上させることができる。

なお、ここでは、送信データがストリーム＃Ａ、＃Ｂの２つである場合を例にとって説明したが、データストリームは３つ以上であっても良く、この場合は、データ再送時に使用するウェイトは、ローテーションさせて使用すれば良い。すなわち、データストリームが３つの場合は、再送３回目に初回送信時に使用したウェイトを再度使用することとなる。

また、ここでは、アンテナ間のフェージング相関が低いＭＩＭＯ送信を例にとって説明したが、アンテナ間のフェージング相関が高いアレイアンテナを用いても良い。このとき、アンテナ間のフェージング相関が１になるようにアンテナは配置されている。送信信号にウェイトを乗算することにより、図５に示すような指向性パターンが形成される。初回送信時には、ウェイトｗ_αおよびｗ_βを乗算されたストリーム＃Ａはパス＃１を通り、ウェイトｗ_αおよびｗ_βを乗算されたストリーム＃Ｂはパス＃２を通る。そして、再送時には、送信信号に乗算されるウェイトが入れ替わるため、ストリーム＃Ａはパス＃２を、ストリーム＃Ｂはパス＃１を通ることになる。これにより、上記と同様に、伝播路環境を平均化することができる。

また、ここでは、ストリーム＃Ａおよびストリーム＃Ｂのウェイトをデータ再送時に入れ替える場合を例にとって説明したが、再送時のウェイトに前回送信時に使用したウェイトでなく、全く別の値を選択しても良い。

さらに、チャネル容量を増大させるために、受信側から送信側へ回線品質情報をフィードバックし、品質の良いチャネルにより多くの電力を割り当てるようにウェイトを決定して送信する場合には、このフィードバックされた回線品質情報に基づいて、ウェイトを微調整し、全てのパスにおいて、回線品質が最低レベルＬ１を上回るよう重み付けを行うことも可能である。

（実施の形態２）
図８は、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である。なお、この無線送信装置は、図１に示した無線送信装置と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の特徴は、ＩＦＦＴ部２０１、遅延部２０２、および遅延制御部２０３を有し、ＯＦＤＭ方式による通信を行い、送信データストリームごとに異なる遅延時間を付加し、送信時に別々のアンテナから別の送信タイミングで送信することにより、受信信号の周波数軸上の特性を大きく変化させることである。よって、再送を行うたびに伝播路環境を大きく変化させることが可能になる。

次いで、上記構成を有する無線送信装置の動作について説明する。

変調部１０２−１は、バッファ１０１−１から出力されたデータストリームに変調処理を施し、出力する。変調部１０２−１から出力された信号は、途中で分岐され、ＩＦＦＴ部２０１−１、２０１−２に出力される。同様に、変調部１０２−２は、バッファ１０１−２から出力されたデータストリームに変調処理を施し、出力する。変調部１０２−２から出力された信号は、途中で分岐され、ＩＦＦＴ部２０１−３、２０１−４に出力される。

一方、遅延制御部２０３は、複数種類の遅延時間が記憶されているテーブルを有し、再送回数検出部１１０から通知されたデータの再送回数に応じて、テーブルから送信信号ごとの遅延時間を選択して、遅延部２０２−１〜２０２−４に出力する。なお、遅延制御部２０３から出力される遅延時間については、後ほど詳述する。

遅延部２０２−１は、ＩＦＦＴ部２０１−１から出力された信号の送信タイミングを、遅延制御部２０３から出力された遅延時間分だけ遅延させ、加算部１０４−１に出力する。また、遅延部２０２−２は、ＩＦＦＴ部２０１−２から出力された信号の送信タイミングを、遅延制御部２０３から出力された遅延時間分だけ遅延させ、加算部１０４−２に出力する。

同様に、遅延部２０２−３は、ＩＦＦＴ部２０１−３から出力された信号の送信タイミングを、遅延制御部２０３から出力された遅延時間分だけ遅延させ、加算部１０４−１に出力する。また、遅延部２０２−４は、ＩＦＦＴ部２０１−４から出力された信号の送信タイミングを、遅延制御部２０３から出力された遅延時間分だけ遅延させ、加算部１０４−２に出力する。

加算部１０４−１は、遅延部２０２−１、２０２−３から出力された送信タイミングが遅延された信号を加算し、送信無線部１０５−１に出力する。加算部１０４−２は、同様に、遅延部２０２−２、２０２−４から出力された信号を加算し、送信無線部１０５−２に出力する。以降の処理は、実施の形態１と同様である。

次いで、各系統の送信信号の送信タイミングの遅延時間について、図９を用いて説明する。

図９(ａ)は、送信信号の送信タイミングの遅延時間をデータストリーム＃Ａ（Ｓ_Ａ）およびデータストリーム＃Ｂ（Ｓ_Ｂ）ごとに整理して示す図である。例えば、データの初回送信時には、ストリーム＃Ａの遅延時間は、アンテナ＃１側の送信系統において０、アンテナ＃２側の送信系統においてτ_αである。また、ストリーム＃Ｂの遅延時間は、アンテナ＃１側の送信系統において０、アンテナ＃２側の送信系統においてτ_βである。

そして、再送１回目には、ストリーム＃Ａの遅延時間は、アンテナ＃１側の送信系統において０、アンテナ＃２側の送信系統においてτ_βである。また、ストリーム＃Ｂの遅延時間は、アンテナ＃１側の送信系統において０、アンテナ＃２側の送信系統においてτ_αである。

すなわち、初回送信時のデータストリーム＃Ａの遅延時間の組み合わせが、再送１回目ではデータストリーム＃Ｂに使用される。また、初回送信時にデータストリーム＃Ｂに使用された遅延時間の組み合わせが、再送１回目ではデータストリーム＃Ａに対し使用される。初回送信時および再送１回目では、ストリーム＃Ａおよびストリーム＃Ｂに使用される遅延時間の組み合わせが入れ替わる形になっている。

再送２回目においては、今度は、初回送信時にアンテナ＃１側の送信系統に使用された遅延時間とアンテナ＃２側の送信系統に使用された遅延時間を互いに入れ替える。すなわち、ストリーム＃Ａの遅延時間は、アンテナ＃１側の送信系統においてτ_α、アンテナ＃２側の送信系統において０であり、ストリーム＃Ｂの遅延時間は、アンテナ＃１側の送信系統においてτ_β、アンテナ＃２側の送信系統において０である。再送３回目においては、さらに、ストリーム＃Ａおよびストリーム＃Ｂに使用される遅延時間が入れ替わる。

なお、観点を変えて、送信信号を遅延する遅延時間をアンテナ＃１およびアンテナ＃２ごとに整理したものを図９(ｂ)に示す。すなわち、この図は、アンテナ＃１およびアンテナ＃２から実際にどのように信号を遅延して送信するかを示す図である。図９(ａ)および図９(ｂ)が示す内容は実質的に同一である。

図１０は、上記の無線送信装置から送信される信号の送信タイミングを時間軸上で示した図である。なお、実際の送信データストリームにはウェイトが掛けられているが（例えば、アンテナ＃１から送信される信号は、上述の通りｗ_αＳ_Ａ＋ｗ_γＳ_Ｂ）、本実施の形態では再送時においてもウェイトを初回送信時と同一とするので、信号の区別がし易いようにウェイトの表記を省略する。

この図は、時刻０で初回のデータ送信が行われ、ある時間経過後の時刻ｔ_１にデータの再送が行われていることを示している。アンテナ＃１からは、初回送信時および再送時、共にデータストリーム＃Ａ（Ｓ_Ａ、Ｓ'_Ａ）およびデータストリーム＃Ｂ（Ｓ_Ｂ、Ｓ'_Ｂ）が同タイミングで送信されている。一方、アンテナ＃２からは、初回送信時、Ｓ_Ａが時間τ_α、Ｓ_Ｂが時間τ_βそれぞれ遅延されて送信されるのに対し、再送時には、Ｓ'_Ａが時間τ_β、Ｓ'_Ｂが時間τ_αそれぞれ遅延されて送信される。

ここで、初回送信時のデータストリーム＃Ａ（Ｓ_Ａ）について注目すると、Ｓ_Ａはアンテナ＃１とアンテナ＃２で時間差τ_αを付けて送信されている。これは、アンテナ間のフェージング相関を減少させるためである。一方、再送時のデータストリーム＃Ａ（Ｓ'_Ａ）について注目すると、アンテナ＃１とアンテナ＃２間で設けられている時間差はτ_βとなっている。すなわち、初回送信時と再送時とでアンテナ間のフェージング相関を変化させるような送信が行われている。これは、データストリーム＃Ｂ（Ｓ_Ｂ、Ｓ'_Ｂ）についても同様である。

また、初回送信時のアンテナ＃２から送信されるＳ_ＡおよびＳ_Ｂの両方について注目すると、Ｓ_ＢはＳ_Ａから（τ_β−τ_α）遅れて送信されている。一方、再送時には、逆にＳ'_ＡがＳ'_Ｂから（τ_β−τ_α）遅れて送信されている。これは、初回送信時と再送時とで送信タイミングを変化させるような送信が行われていることを意味している。なお、ここでは、説明を簡単にするため、アンテナ＃２から送信されるデータストリームのみに注目して説明したが、アンテナ＃１から送信されるデータストリームを考慮しても上記と同じことが言える。

次に、初回送信時と再送時で送信タイミングを変化させることによる作用について説明する。周波数選択性フェージングは、端的に言えば同一周波数で位相が１８０度ずれた波が互いに弱め合う結果である。よって、送信信号の送信タイミングを作為的に遅延させ、すなわち、位相をずらすことにより、信号が受けるフェージング特性を変化させることができる。図１１は、従来装置における受信パワを示す図である。ストリーム＃Ａは初回送信時（図１１(ａ)参照）および再送時（図１１(ｂ)参照）共に受信レベルが高いが、ストリーム＃Ｂは初回送信時および再送時共に受信レベルが低い。よって、初回送信時と再送時のデータを合成しても（図１１(ｃ)参照）、ストリーム＃Ａだけが正しく受信されるレベルに到達し、ストリーム＃Ｂは正しく受信できないままとなる。

図１２は、本実施の形態における受信パワを示す図である。受信信号のレベルは、ストリームごとに異なる周波数選択性フェージングを受けた状態になる。従って、ストリームごとに周波数軸上での受信レベルのパターンが異なってくる。初回送信時（図１２(ａ)参照）と、再送時（図１２(ｂ)参照）では、ストリーム＃Ａとストリーム＃Ｂに施す遅延処理が入れ替わっているので、受信側で合成した後の信号のレベルは平均化され（図１２(ｃ)参照）、ストリーム＃Ａ、ストリーム＃Ｂとも正しく復調することが可能となる。

なお、ここでは、送信信号を遅延させることにより、周波数軸上のフェージング特性曲線の位相が１８０度シフトしているような状況を説明した図となっている。しかし、本実施の形態では、送信信号を遅延させることにより、フェージング特性がある程度変化すれば充分であり、必ずしも位相が１８０度シフトしている必要はない。ただし、フェージング特性の変動ピッチは、移動局の移動速度および通信に使用している周波数帯域に依存しているので、フェージング特性曲線の位相が１８０度シフトさせる遅延時間を算出することは可能である。

このように、本実施の形態によれば、再送ごとに各ストリームの周波数軸上での受信レベルのばらつきを平均化するため、合成後の信号を正しく復調することができ、受信側の受信性能を向上させることができる。

なお、実施の形態１および実施の形態２は組み合わせて使用することが可能である。すなわち、ウェイトを乗算した送信信号に対し、送信タイミングを遅延して送信してもよい。このとき、各実施の形態の効果が重畳されて、受信性能をさらに向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る無線送信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る無線受信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る無線通信の流れを示すシーケンス図 ウェイト制御部によって送信信号に乗算されるウェイトを示す図 送信信号の指向性を概念的に説明した図 従来の無線送信装置から送信される信号の受信側における品質を示す図 本発明の実施の形態１に係る無線送信装置から送信される信号の受信側における品質を示す図 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 各送信系統ごとの送信信号の遅延時間を示す図 送信信号の送信タイミングを示した図 従来装置における受信パワを示す図 本発明の実施の形態２における受信パワを示す図 送信信号が経由する伝播路環境の時間的変化が緩やかな場合の受信側の受信パワを示す図

符号の説明

１０３−１〜１０３−４ 乗算器
１０４−１、１０４−２ 加算部
１０５−１、１０５−２ 送信無線部
１０６−１、１０６−２ 送信アンテナ
１１０ 再送回数検出部
１１２ ウェイト制御部
２０１−１〜２０１−４ ＩＦＦＴ部
２０２−１〜２０２−４ 遅延部
２０３ 遅延制御部

Claims (9)

1. 無線送信装置においてそれぞれ複数のウェイトが乗算されて複数の送信系統から同時に送信された複数のデータを受信する受信手段と、
   受信したデータの誤りを検出する誤り検出手段と、
   前記誤り検出手段が誤りを検出しなかった場合にＡＣＫ信号を出力し、誤りを検出した場合にＮＡＣＫ信号を出力するＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号出力手段と、を具備し、
   前記受信手段は、前記複数のデータの再送時に、前回送信時に乗算されたウェイトと異なるウェイトをそれぞれ乗算された前記複数のデータを受信し、
   再送時に乗算される前記ウェイトは、前回送信時のウェイトの中から選択される、
   無線受信装置。
2. 前記無線送信装置に回線品質情報を送信する回線品質情報送信手段、をさらに具備し、
   前記ウェイトは、前記回線品質情報に基づいて決定される、
   請求項１に記載の無線受信装置。
3. 無線送信装置においてそれぞれ異なる遅延時間を付与して複数の送信系統から送信された複数のデータを受信する受信手段と、
   受信したデータの誤りを検出する誤り検出手段と、
   前記誤り検出手段が誤りを検出しなかった場合にＡＣＫ信号を出力し、誤りを検出した場合にＮＡＣＫ信号を出力するＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号出力手段と、を具備し、
   前記受信手段は、前記複数のデータの再送時に、前回送信時に付与された遅延時間と異なる遅延時間をそれぞれ付与された前記複数のデータを受信し、
   再送時に付与される遅延時間は、前回送信時の遅延時間の中から選択される、
   無線受信装置。
4. 前記複数のデータは、前記無線受信装置宛てのデータであって、互いに異なる、
   請求項１または３に記載の無線受信装置。
5. ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）方式の無線送信装置であって、
   前記複数のデータは、マルチキャリアデータである、
   請求項１または３に記載の無線受信装置。
6. それぞれ複数のウェイトが乗算されて複数の送信系統から同時に送信された複数のデータを受信するステップと、
   受信したデータの誤りを検出するステップと、
   誤りを検出しなかった場合にＡＣＫ信号を出力し、誤りを検出した場合にＮＡＣＫ信号を出力するステップと、
   前記複数のデータの再送時に、前回送信時に乗算されたウェイトと異なるウェイトをそれぞれ乗算された前記複数のデータを受信するステップと、を具備し、
   再送時に乗算される前記ウェイトは、前回送信時のウェイトの中から選択される、
   無線受信方法。
7. それぞれ異なる遅延時間を付与して複数の送信系統から送信された複数のデータを受信するステップと、
   受信したデータの誤りを検出するステップと、
   誤りを検出しなかった場合にＡＣＫ信号を出力し、誤りを検出した場合にＮＡＣＫ信号を出力するステップと、
   前記複数のデータの再送時に、前回送信時に付与された遅延時間と異なる遅延時間をそれぞれ付与された前記複数のデータを受信するステップと、を具備し、
   再送時に付与される遅延時間は、前回送信時の遅延時間の中から選択される、
   無線受信方法。
8. 複数のデータに複数のウェイトをそれぞれ乗算する乗算手段と、ウェイトが乗算された複数のデータを複数の送信系統から同時に送信する送信手段と、を具備する無線送信装置と、
   前記複数のデータを受信する受信手段と、受信したデータの誤りを検出する誤り検出手段と、前記誤り検出手段が誤りを検出しなかった場合にＡＣＫ信号を出力し、誤りを検出した場合にＮＡＣＫ信号を出力するＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号出力手段と、を具備する無線受信装置と、を具備し、
   前記乗算手段は、前記複数のデータの再送時に、前回送信時のウェイトと異なるウェイトを前回送信時のウェイトの中から選択する、
   無線通信システム。
9. 複数のデータに異なる遅延時間をそれぞれ付与して複数の送信系統から送信する送信手段を具備する無線送信装置と、
   前記複数のデータを受信する受信手段と、受信したデータの誤りを検出する誤り検出手段と、前記誤り検出手段が誤りを検出しなかった場合にＡＣＫ信号を出力し、誤りを検出した場合にＮＡＣＫ信号を出力するＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号出力手段と、を具備する無線受信装置と、を具備し、
   前記無線送信装置は、前記複数のデータの再送時に、前回送信時に付与した遅延時間と異なる遅延時間を前回送信時の遅延時間の中から選択する、
   無線通信システム。

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