JP2005073221A - 無線送信装置及び無線送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のアンテナを有し、伝搬環境等に応じて同時に送信する変調信号の数を変化させる無線送信装置において、パイロットシンボルやデータシンボルの量子化誤差を低減することにより、受信品質を向上させること。
【解決手段】 送信電力変更手段１２は、変調信号数設定手段１１により設定された送信変調信号の数に応じて、データシンボルの合成信号レベルに合うようにパイロットシンボルの信号レベルを合わせる。これにより、受信側において、受信パイロットシンボルの動作範囲と受信データシンボルの動作範囲がほぼ同じになるのでパイロットシンボルの量子化誤差を低減することができる。この結果、パイロットシンボルを用いた電波伝搬環境推定の推定精度、時間同期の精度、周波数オフセット推定精度が向上するので、データの受信品質が向上する。
【選択図】 図１

Description

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場合に適用し得る。

従来、例えば非特許文献１に記載されているＭＩＭＯ（MultiInput Multi Output）と呼ばれる伝送方法にように、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、伝送情報量を増やす方法が提案されている。

この方法を簡単に説明する。図３６に示すように、２つのアンテナＴ１、Ｔ２からそれぞれ変調信号Ａ、変調信号Ｂを同時に送信し、２つのアンテナＲ１、Ｒ２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。

そのため図３７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。また各変調信号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。

このように従来の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。

また従来、上述したような技術を基本としながら、電波伝搬環境等に応じて変調信号を送信するアンテナ数を変化させる方式が提案されている。これは、例えば送信側に４本のアンテナが設けられている場合、電波伝搬環境が良いときには４本のアンテナ全てを用いて４つの異なる変調信号を同時送信する一方、電波伝搬環境が悪いときには２本のアンテナのみを用いて２つの異なる変調信号を同時送信するものである。
"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

しかしながら、電波伝搬環境等に応じて同時に送信する変調信号の数を変化させる方式では、送信アンテナ数（つまり送信変調信号数）の変化に応じて受信信号のレベルも変化するため、受信装置のアナログ・ディジタル変換器での量子化誤差が大きくなる場合がある。この量子化誤差は、チャネル推定の精度や情報データの誤り率にも大きな影響を及ぼすので、変調信号の受信品質が低下してしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、伝搬環境等に応じて同時に送信する変調信号の数を変化させる方式において、パイロットシンボルやデータシンボルの量子化誤差を低減することにより、受信品質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。

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、複数のアンテナを用いて送信する変調信号の数を設定する変調信号数設定手段と、送信変調信号数に応じて変調信号の送信電力を変更する送信電力変更手段とを具備する構成を採る。

この構成によれば、送信変調信号数の変更時に生じる各変調信号の合成信号レベルの変動を小さくすることができるようになるので、受信装置の量子化誤差を低減できるようになる。また複雑な送信電力制御を行うのではなく、単純に送信変調信号数に応じて送信電力を変更するので、簡易な構成で量子化誤差を低減できる。

本発明の無線送信装置は、送信電力変更手段が、パイロットシンボル形成手段を有し、当該パイロットシンボル形成手段は、送信変調信号数に応じて、データシンボルの送信電力とパイロットシンボルの送信電力の比が変化するように、パイロットシンボルを形成する際の信号点配置を変更する構成を採る。

この構成によれば、データシンボルの多重数に対応している送信変調信号数に応じて、データシンボルの送信電力とパイロットシンボルの送信電力の比が変化するように、パイロットシンボルを形成する際の信号点配置を変更するので、パイロットシンボルの信号レベルをデータシンボルの合成信号レベルに合わせることができるようになる。この結果、パイロットシンボルの量子化誤差を低減し得、パイロットシンボルを用いた電波伝搬環境推定の推定精度、時間同期の精度、周波数オフセット推定精度が向上するので、データの受信品質が向上する。

本発明の無線送信装置は、パイロットシンボル形成手段が、同時送信されるデータシンボルの合成送信電力に合わせてパイロットシンボルの信号点配置を決める構成を採る。

この構成によれば、パイロットシンボルの信号レベルをデータシンボルの合成信号レベルに確実に合わせることができるようになり、パイロットシンボルの量子化誤差を確実に低減できるようになる。

本発明の無線送信装置は、パイロットシンボル形成手段が、送信変調信号数が多いほど、パイロットシンボルの信号点振幅が大きくなる信号点配置を選択する構成を採る。

本発明の無線送信装置は、パイロットシンボル形成手段が、同時送信されるパイロットシンボルの数と同時送信されるデータシンボルの数の比に基づいて、信号点配置を決める構成を採る。

この構成によれば、パイロットシンボルとデータシンボルそれぞれの多重数の比に基づいて、パイロットシンボルの信号点配置を決めてパイロットシンボルの送信電力を変更するので、確実にパイロットシンボルの信号レベルをデータシンボルの合成信号レベルに合わせることができるようになり、パイロットシンボルの量子化誤差を確実に低減できるようになる。

本発明の無線送信装置は、送信電力変更手段が、変調信号数設定手段により設定された数に送信変調信号数が切り換えられると同時に、各変調信号の送信電力を変更する構成を採る。

この構成によれば、送信変調信号数の切り換え前と、送信変調信号数の切り換え直後における各変調信号の合成信号レベルの変動を無くすることができるので、受信装置において送信変調信号数の切り換え直後に生じる量子化誤差を低減することができるようになる。

本発明の無線送信装置は、送信電力変更手段が、送信変調信号数が多くなる場合、各変調信号の送信電力を小さくする構成を採る。

この構成によれば、送信変調信号数が多くなることにより生じる各変調信号の合成信号レベルの増加を抑制できるようになり、送信変調信号数が多くされた直後に生じる受信装置での量子化誤差を低減することができるようになる。

本発明の無線送信装置は、送信電力変更手段が、送信変調信号数が少なくなる場合、各変調信号の送信電力を大きくする構成を採る。

この構成によれば、送信変調信号数が少なくなることにより生じる各変調信号の合成信号レベルの減少を抑制できるようになり、送信変調信号数が少なくされた直後に生じる受信装置での量子化誤差を低減することができるようになる。

本発明の無線送信装置は、送信電力変更手段が、変更した各変調信号の送信電力を徐々に変調信号数切り換え前の値に戻す構成を採る。

この構成によれば、各変調信号の送信電力を徐々に変調信号数切り換え前の値に戻すので、受信装置でのゲインコントロールが追従でき、量子化誤差はほとんど生じない。また各変調信号の送信電力が良好なＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）が得られる元の値に戻されるので、各変調信号の受信品質が向上する。

このように本発明によれば、複数アンテナから異なる変調信号を送信すると共に同時に送信する変調信号の数を変化させる方式において、送信変調信号数に応じて変調信号の送信電力を変更するようにしたことにより、送信変調信号数の変更時に生じる変調信号の信号レベル変動を小さくすることができ、この結果、受信装置において復調のためのパイロットシンボル、データシンボルの量子化誤差が低減し、受信品質を向上させることができる。

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。

本発明の骨子は、同時に送信する変調信号の数を変化させることのできる無線送信装置において、同時に変調信号を送信するアンテナ数（つまり変調信号数）に応じて、各アンテナから送信する変調信号の送信電力を変更することである。つまり、図１の基本構成図に示すように、無線送信装置１０は、複数のアンテナＴ１〜Ｔｎと、複数のアンテナＴ１〜Ｔｎを用いて送信する変調信号（変調信号１〜変調信号ｎ）の数を設定する変調信号数設定手段１１と、送信変調信号数に応じて、変調信号（変調信号１〜変調信号ｎ）の送信電力を変更する送信電力変更手段１２とを有する。

（実施の形態１）
本実施の形態の特徴は、同時に変調信号を送信するアンテナ数（つまり変調信号数）に応じて、変調信号に含まれるパイロットシンボルの送信電力を変更することである。これにより、受信装置におけるパイロットシンボルの量子化誤差を低減することができる。

具体的には、同時送信する変調信号の数を変えると、受信側において、各変調信号に含まれるデータシンボルの合成電力（つまりダイナミックレンジ）が変化することになるので、この合成データシンボルのダイナミックレンジに合うようにパイロットシンボルの送信電力を変更する。実際には、送信変調信号数に応じて、データシンボルの送信電力とパイロットシンボルの送信電力の比が変化するように、パイロットシンボルを形成する際の信号点配置を変更する。

（１）原理
先ず、本実施の形態の原理について説明する。

図２に示すように、２つのアンテナＴ１、Ｔ２からそれぞれ変調信号Ａ、変調信号Ｂを同時に送信し、２つのアンテナＲ１、Ｒ２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について説明する。

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）［ここでｔは時間を示す］を推定して各変調信号を復調する必要がある。そのため変調信号Ａ、Ｂ中に、信号検出のためのシンボル、周波数オフセット推定、時間同期のための制御シンボル、送信方法情報シンボル、電波伝搬環境推定シンボル等のパイロットシンボルを設ける必要がある。

因みに、信号検出のためのシンボル、制御シンボル、電波伝搬環境シンボルなど、復調するの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、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、電波伝搬環境シンボルを用いて行われる。

図３に、変調信号Ａ、変調信号Ｂのフレーム構成例を示す。図３では、一例として変調信号Ａ、ＢをＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号としたときの時間−周波数軸におけるフレーム構成を示している。図３の中で、１０１は信号検出のためのシンボル、１０２は周波数オフセット推定、時間同期のための制御シンボル、１０３は送信方法情報シンボル、１０４は電波伝搬環境推定シンボル、１０５はデータシンボルである。

図４に、図３の各シンボルの同相Ｉ−直交Ｑ平面における信号点配置を示す。図中、２０１は信号検出用シンボル１０１の信号点を示しており、（Ｉ，Ｑ）＝（２．０，０）または（−２．０，０）とする。２０２は、制御シンボル１０２、電波伝搬環境推定シンボル１０４の信号点を示しており、（Ｉ，Ｑ）＝（１．０，１．０）または（−１．０，−１．０）とする。２０３はデータシンボルがＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)の場合の信号点を示しており、（Ｉ，Ｑ）＝（０．７０７，０．７０７）または（０．７０７，−０．７０７）または（−０．７０７，０．７０７）または（−０．７０７，−０．７０７）とする。

図５（ａ）、図５（ｂ）は、図３のフレーム構成でなる変調信号Ａ、変調信号ＢのＩ−Ｑ平面における信号点位置を表に表したものである。ここで、図５の時間i+1（図３の制御シンボル１０２に相当）において、（ａ）、（ｂ）で異なる系列を用いた理由を説明する。各送信アンテナで同一の系列を用いると、受信側で同相合成されたときにＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio:最大電力と平均電力の比）が大きくなり、受信装置に入力される信号のダイナミックレンジが不安定となる。よって、ＰＡＰＲを小さくするように異なる系列を用いる。ここで、異なる系列の作り方は、図５に示した作り方に限ったものではなく、要はＰＡＰＲを小さくできればよい。時間i+3（図３の電波伝搬環境推定シンボル１０４に相当）についても同様の理由により、異なる系列を用いている。

次に、図６に示すように、４つのアンテナＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４からそれぞれ変調信号Ａ、変調信号Ｂ、変調信号Ｃ、変調信号Ｄを同時に送信し、４つのアンテナＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４によって変調信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが合成された信号を受信し、これらの信号を分離し復調する場合について説明する。

この場合、受信側では４×４＝１６個のチャネル変動ｈ１１（ｔ）、ｈ２１（ｔ）、ｈ３１（ｔ）、ｈ４１（ｔ）、………、ｈ４４（ｔ）を推定して復調する必要がある。そのため上述した２本のアンテナの場合と同様に、変調信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに、信号検出のためのシンボル、周波数オフセット推定、時間同期のための制御シンボル、送信方法情報シンボル、電波伝搬環境推定シンボル等のパイロットシンボルを設ける必要がある。

図３との対応部分に同一符号を付して示す図７に、変調信号Ａ、変調信号Ｂ、変調信号Ｃ、変調信号Ｄのフレーム構成を示す。

図８に、図７の各シンボルの同相Ｉ−直交Ｑ平面における信号点配置を示す。図中、４０１は信号検出のためのシンボル１０１の信号点を示しており、（Ｉ，Ｑ）＝（４．０，０）または（−４．０，０）とする。４０２は、制御シンボル１０２、電波伝搬環境推定シンボル１０４の信号点を示しており、（Ｉ，Ｑ）＝（２．０，２．０）または（−２．０，−２．０）とする。２０３はデータシンボルがＱＰＳＫの場合の信号点を示しており、（Ｉ，Ｑ）＝（０．７０７，０．７０７）または（０．７０７，−０．７０７）または（−０．７０７，０．７０７）または（−０．７０７，−０．７０７）とする。

図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）、図９（ｄ）は、図７のフレーム構成でなる変調信号Ａ、変調信号Ｂ、変調信号Ｃ、変調信号ＤのそれぞれのＩ−Ｑ平面における信号点位置を表に表したものである。ここで、図９の時間i+1（図７の制御シンボル１０２に相当）において、（ａ）、（ｂ）で異なる系列を用いた理由を説明する。各送信アンテナで同一の系列を用いると、受信側で同相合成されたときにＰＡＰＲが大きくなり、受信装置に入力される信号のダイナミックレンジが不安定となる。よって、ＰＡＰＲを小さくするように異なる系列を用いる。ここで、異なる系列の作り方は、図９に示した作り方に限ったものではなく、要はＰＡＰＲを小さくできればよい。時間i+3（図７の電波伝搬環境推定シンボル１０４に相当）についても同様の理由により、異なる系列を用いている。

図１０に、図２〜図５に示したように、２つのアンテナＴ１、Ｔ２からそれぞれ変調信号Ａ、Ｂを送信したときの変調信号の時間軸における波形の一例を示す。図１０（ａ）は変調信号Ａ、Ｂのデータシンボルの波形を示している。図１０（ｂ）は変調信号Ａと変調信号Ｂの合成信号の波形である。図１０（ｃ）と図１０（ｄ）は、図１０（ｂ）の合成信号にパイロットシンボルの変調信号が挿入されたときの波形である。

図１１に、図６〜図９に示したように、４つのアンテナＴ１〜Ｔ４からそれぞれ変調信号Ａ〜Ｄを送信したときの変調信号の時間軸における波形の一例を示す。図１１（ａ）は変調信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのデータシンボルの波形を示している。図１１（ｂ）は変調信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの合成信号の波形である。図１１（ｃ）と図１１（ｄ）は、図１１（ｂ）の合成信号にパイロットシンボルの変調信号が挿入されたときの波形である。

次に本実施の形態の無線送信方法の特徴と効果について順次説明する。

先ず第１の特徴は、図４及び図８からも明らかなように、各パイロットシンボルの最大信号点振幅（信号点と原点との距離が最大となる振幅）をデータシンボルの変調信号の最大信号点振幅よりも大きくしたことである。これにより、データ復調の際に非常に重要となるパイロットシンボルを精度良く検出できるようになる。またこれにより受信装置におけるパイロットシンボルの受信レベルをデータシンボルの受信レベルに近づけることができるようになる。つまり、一般にデータシンボルは伝送データ量を稼ぐために、全てのアンテナから同時送信する場合がほとんどだが、パイロットシンボルは受信装置での検出精度を重要視するため、例えば送信するアンテナを切り換えながら１本のアンテナずつ送信する場合も多い。これを考慮すると、この実施の形態のようにパイロットシンボルの最大信号点振幅をデータシンボルの最大信号点振幅よりも大きくした方が、データシンボルとパイロットシンボルの受信レベルが近くなり、受信装置での量子化誤差を低減することができる。

第２の特徴は、変調信号Ａのみ送信されている（この実施の形態の場合には、信号検出用シンボル１０１のみ送信されている）時間ｉでの最大信号点振幅を、他の時間のパイロットシンボルの最大信号点振幅より大きくしたことである。これにより、変調信号Ａのパイロットシンボルのみの受信レベルを、変調信号Ａと変調信号Ｂが多重されているときのパイロットシンボルの受信レベルと同等にすることができる。つまり、本実施の形態では、パイロットシンボルの最大信号点振幅を、パイロットシンボルの多重数が少ないほど大きくするようにした。これにより、パイロットシンボルの受信レベルをほぼ同じにすることができるようになるので、受信装置でのパイロットシンボルの量子化誤差を低減することができる。つまり、上記第１の特徴はデータシンボルとパイロットシンボルとの受信レベルを同等とすることで量子化誤差を低減するのに対して、この第２の特徴はパイロットシンボルの受信レベルを同等とすることで量子化誤差を低減する。

そして第３の特徴は、２つの送信アンテナＴ１、Ｔ２を用いて２つの変調信号Ａ、Ｂを送信する場合のパイロットシンボルの最大信号点振幅よりも、４つの送信アンテナＴ１〜Ｔ４を用いて４つの変調信号Ａ〜Ｄを送信する場合のパイロットシンボルの最大信号点振幅を大きくしたことである。これにより、データシンボルとパイロットシンボルの受信レベルを近づけることができるので、受信装置での量子化誤差を低減することができる。

例えば、図４及び図８に示したように、信号検出用シンボル１０１（図３、図７）の最大信号点振幅は、送信アンテナ数が２で変調信号を２系統送信するときは（図４の信号点２０１）、２であるのに対し、送信アンテナ数４、変調信号を４系統送信するときは（図８の信号点４０１）、４である。同様に、周波数オフセット、同期のための制御シンボル１０２、電波伝搬環境推定シンボル１０４の信号点振幅は、送信アンテナ数２、変調信号を２系統送信するときは（図４の信号点２０２）、１．４１４であるのに対し、送信アンテナ数４、変調信号を４系統送信するときは（図８の信号点４０２）、２．８２８である。

ここで、２つのアンテナから変調信号を送信する場合にはデータシンボルの合成数は２であるが、４つのアンテナから変調信号を送信する場合にはデータシンボルの合成数は４である。これに対して、上述したように、パイロットシンボルは全てのアンテナから送信さるわけではないことを考慮すると（例えば１つのアンテナのみから送信されるとすると）、データシンボルの受信レベルとパイロットシンボルの受信レベルを同等とするためには、使用アンテナ数が多いほどパイロットシンボルの送信電力を大きくする必要がある。この点に着目して、本実施の形態では、使用アンテナ数（つまり送信する変調信号数）が多いほどパイロットシンボルの送信電力を大きくすることにより、データシンボルとパイロットシンボルの受信レベルを合わせて量子化誤差を低減するようになされている。

次に、上述した本実施の形態の特徴から得られる作用及び効果について説明する。

先ず、２つの送信アンテナ数で変調信号を２系統送信する場合について説明する。図１０（ａ）に示すように、各変調信号Ａ、Ｂのデータシンボルの動作範囲を、例えば、−１２８から１２８とする。すると、２つの変調信号Ａ、Ｂのデータシンボルを合成した合成信号（受信アンテナでは変調信号Ａと変調信号Ｂの合成信号を受信する）の波形は、図１０（ｂ）に示すように、動作範囲が−２５６から２５６になる。但しこの値は正確ではない。しかし動作範囲は−１２８から１２８よりは大きくなる。

図１０（ｃ）、図１０（ｄ）は、図１０（ｂ）のデータシンボルの合成信号に信号検出用シンボル１０１、周波数オフセット、同期のための制御シンボル１０２、送信方法情報シンボル１０３、電波伝搬環境推定シンボル１０４などのパイロットシンボルの変調信号（パイロット信号）が付加されたときの変調信号を示すものである。このとき、図１０（ｃ）のように、データシンボルの合成信号の動作範囲が−２５６から２５６であるに対し、パイロット信号の動作範囲が−１２８から１２８のようになってしまうと受信装置のアナログ・ディジタル変換部での量子化誤差が増大してしまうため、変調信号Ａのデータシンボルと変調信号Ｂのデータシンボルの分離精度が低下し、また、変調信号Ａのデータシンボルと変調信号Ｂのデータシンボルの復調精度が低下してしまう。

この点に着目して、本実施の形態では、上記特徴点の動作を行うことで、図１０（ｄ）のように、データシンボルの合成信号の動作範囲と、パイロット信号の動作範囲が同レベルとなるように、パイロットシンボルの送信電力（最大信号点振幅）を変調信号数等に応じて適宜選定するようになされている。例えば、図１０（ｄ）に示すように、データシンボルの合成信号の動作範囲が−２５６から２５６のとき、パイロット信号の動作範囲もこれに合うように−２５６から２５６になるようにすればよい。

次に、４つの送信アンテナ数で変調信号を４系統送信する場合について説明する。図１１（ａ）に示すように、各変調信号Ａ〜Ｄのデータシンボルの動作範囲を、例えば、−６４から６４とする。すると、４つの変調信号Ａ〜Ｄのデータシンボルを合成した合成信号（受信アンテナでは変調信号Ａ〜Ｄの合成信号を受信する）の波形は、図１１（ｂ）に示すように、動作範囲が−２５６から２５６になる。但しこの値は正確ではない。しかし動作範囲は−６４から６４よりは大きくなる。さらに合成信号の動作範囲と各変調信号の動作範囲の比は、２つの送信アンテナで変調信号を２系統送信するときと比較し、大きい。ここでは、２つの送信アンテナ数で変調信号を２系統送信するときの合成信号の動作範囲と各変調信号の動作範囲の比を２とし、４つの送信アンテナ数で変調信号を４系統送信するときの合成信号の動作範囲と各変調信号の動作範囲の比を４としている。本実施の形態においては、この動作範囲の比の違いに着目して、上記第３の特徴の動作を行うようにした。

図１１（ｃ）、図１１（ｄ）は、図１１（ｂ）のデータシンボルの合成信号に信号検出用シンボル１０１、周波数オフセット、同期のための制御シンボル１０２、送信方法情報シンボル１０３、電波伝搬環境推定シンボル１０４などのパイロットシンボルの変調信号（パイロット信号）が付加されたときの変調信号を示すものである。このとき、図１１（ｃ）のように、データシンボルの合成信号の動作範囲が−２５６から２５６であるに対し、パイロット信号の動作範囲が−６４から６４のようになってしまうと受信装置のアナログ・ディジタル変換部での量子化誤差が増大してしまうため、変調信号Ａ〜Ｄのデータシンボルの分離精度が低下し、また、変調信号Ａ〜Ｄのデータシンボルの復調精度が低下してしまう。

この点に着目して、本実施の形態では、上記特徴点の動作を行うことで、図１１（ｄ）のように、データシンボルの合成信号と、パイロット信号の動作範囲が同レベルとなるように、パイロットシンボルの送信電力（最大信号点振幅）を変調信号数等に応じて適宜選定するようになされている。例えば、図１１（ｄ）に示すように、データシンボルの合成信号の動作範囲が−２５６から２５６のとき、パイロット信号の動作範囲もこれに合うように−２５６から２５６になるようにすればよい。

つまり、本実施の形態では、上記第１〜第３の特徴点の動作を行うことで、図１０（ｄ）、図１１（ｄ）のような波形を得ることができ、これにより受信装置のアナログ・ディジタル変換部での量子化誤差を低減することができる。この結果、各変調信号Ａ、Ｂ又は変調信号Ａ〜Ｄのデータシンボルの分離精度が向上し、さらには各変調信号の受信品質が向上する。

このように本実施の形態においては、送信する変調信号数に変化に合わせてパイロットの信号点配置を変化させることにより、受信装置でのデータの受信品質を向上させるようになっている。このとき、送信する変調信号の数が多いほど、パイロットシンボルの信号点振幅を大きくしたことにより、一段とその効果を高めることができる。

なおここでは、変調信号Ａにのみの存在するパイロットシンボル（つまり多重化しないパイロットシンボル）として、信号検出用シンボル１０１を例に説明したが、当然、制御シンボル１０２や電波伝搬環境推定シンボル１０４を多重化しないパイロットシンボルとしてもよい。すなわち、多重化の方法は、図３や図７に示すものに限定されず、要はデータシンボルと比較してパイロットシンボルの多重数が少ない場合に広く有効である。この具体例については、実施の形態３で詳しく述べる。

（２）構成
図１２に、本実施の形態における無線送信装置５００の構成を示す。

データ系列生成部５０１は、送信ディジタル信号Ｓ１、フレーム構成信号Ｓ２を入力とし、フレーム構成信号Ｓ２に基づいて、変調信号Ａの送信ディジタル信号Ｓ３Ａ、変調信号Ｂの送信ディジタル信号Ｓ３Ｂ、変調信号Ｃの送信ディジタル信号Ｓ３Ｃ、変調信号Ｄの送信ディジタル信号Ｓ３Ｄを出力する。

各変調部５０２Ａ〜５０２Ｄは、それぞれ変調信号Ａ〜Ｄの送信ディジタル信号Ｓ３Ａ〜Ｓ３Ｄ、フレーム構成信号Ｓ２を入力とし、フレーム構成信号Ｓ２にしたがって、送信ベースバンド信号Ｓ４Ａ〜Ｓ４Ｄを出力する。

各シリアルパラレル変換部５０３Ａ〜５０３Ｄは、それぞれ送信ベースバンド信号Ｓ４Ａ〜Ｓ４Ｄを入力とし、パラレル信号Ｓ５Ａ〜Ｓ５Ｄを出力する。逆フーリエ変換部（ｉｄｆｔ）５０４Ａ〜５０４Ｄは、それぞれパラレル信号Ｓ５Ａ〜Ｓ５Ｄを入力とし、逆フーリエ変換後のパラレル信号Ｓ６Ａ〜Ｓ６Ｄを出力する。無線部５０５Ａ〜５０５Ｄは、それぞれ逆フーリエ変換後のパラレル信号Ｓ６Ａ〜Ｓ６Ｄを入力とし、送信信号Ｓ７Ａ〜Ｓ７Ｄを出力する。

電力増幅部５０６Ａ〜５０６Ｄは、それぞれ送信信号Ｓ７Ａ〜Ｓ７Ｄを入力とし、増幅された送信信号Ｓ８Ａ〜Ｓ８Ｄを出力する。この増幅された送信信号Ｓ８Ａ〜Ｓ８Ｄは、それぞれアンテナＴ１〜Ｔ４から電波として出力される。

フレーム構成信号生成部５０７は、送信方法要求情報Ｓ１０、変調方式要求情報Ｓ１１を入力とし、送信方法、変調方式を決定し、その情報を含んだフレーム構成に関する情報をフレーム構成信号Ｓ２として出力する。

図１３に、各変調部５０２Ａ〜５０２Ｄの構成を示す。なお各変調部５０２Ａ〜５０２Ｄは同様の構成であるため、図１３では代表して変調部５０２Ａの構成を示す。

データシンボルマッピング部５１０は、送信ディジタル信号Ｓ３Ａ、フレーム構成信号Ｓ２を入力とし、フレーム構成信号Ｓ２に含まれる変調方式情報の変調方式に基づくマッピングをし、データシンボルの送信ベースバンド信号Ｓ２０を出力する。

送信方法情報シンボルマッピング部５１１は、フレーム構成信号Ｓ２を入力とし、フレーム構成信号Ｓ２に含まれる送信方法、変調方式の情報を示すシンボルとして送信方法情報シンボルの送信ベースバンド信号Ｓ２１を出力する。

パイロットシンボルマッピング部５１２は、フレーム構成信号Ｓ２を入力とし、フレーム構成信号Ｓ２に含まれる送信方法の情報に基づき、送信方法に対応したパイロット信号を生成するためのマッピングを行い、パイロットシンボルの送信ベースバンド信号Ｓ２２を出力する。

信号選択部５１３は、データシンボルの送信ベースバンド信号Ｓ２０、送信方法情報シンボルの送信ベースバンド信号Ｓ２１、パイロットシンボルの送信ベースバンド信号Ｓ２２、フレーム構成信号Ｓ２を入力とし、フレーム構成信号Ｓ２に含まれるタイミング情報に従い、データシンボルの送信ベースバンド信号Ｓ２０、送信方法情報シンボルの送信ベースバンド信号Ｓ２１、パイロットシンボルの送信ベースバンド信号Ｓ２２のいずれかを選択し、選択した信号を送信ベースバンド信号Ｓ４Ａとして出力する。

図１４に、パイロットシンボルマッピング部５１２の構成を示す。パイロットシンボルマッピング部５１２は、送信アンテナ数２用パイロットシンボル生成部５２０と送信アンテナ数４用パイロットシンボル生成部５２１を有し、各パイロットシンボル生成部５２０、５２１にフレーム構成信号Ｓ２を入力する。送信アンテナ数２用パイロットシンボル生成部５２０は、フレーム構成信号Ｓ２に従って、例えば図４の信号点２０１、２０２のような信号点配置でなるパイロットシンボルを生成し、これをパイロットシンボルのベースバンド信号Ｓ３０として出力する。これに対して、送信アンテナ数４用パイロットシンボル生成部５２１は、フレーム構成信号Ｓ２に従って、例えば図８の信号点４０１、４０２のような信号点配置でなるパイロットシンボルを生成し、これをパイロットシンボルのベースバンド信号Ｓ３１として出力する。信号選択部５２２は、フレーム構成信号Ｓ２に含まれる送信変調信号数情報に従って、パイロットシンボルのベースバンド信号Ｓ３０、Ｓ３１のいずれかを選択して送信ベースバンド信号Ｓ２２として出力する。これにより、送信変調信号数に応じてパイロットシンボルの送信電力を変化させることができる。

図１５に、本実施の形態における無線受信装置６００の構成を示す。

各無線部６０１Ａ〜６０１Ｄは、それぞれ各アンテナＲ１〜Ｒ４で受信した受信信号Ｋ１Ａ〜Ｋ１Ｄ、周波数オフセット推定信号Ｋ１０を入力とし、周波数オフセット推定信号Ｋ１０に基づく周波数制御やアナログ・ディジタル変換処理を行い、受信ベースバンド信号Ｋ２Ａ〜Ｋ２Ｄを出力する。

各フーリエ変換部（ｄｆｔ）６０２Ａ〜６０２Ｄは、それぞれ受信ベースバンド信号Ｋ２Ａ〜Ｋ２Ｄ、タイミング信号Ｋ１１を入力とし、フーリエ変換後の受信ベースバンド信号Ｋ３Ａ〜Ｋ３Ｄを出力する。

変調信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄについての各伝送路推定部６０３Ａ〜６０３Ｄは、フーリエ変換後の受信ベースバンド信号Ｋ３Ａ〜Ｋ３Ｄ、タイミング信号Ｋ１１を入力とし、伝送路推定信号Ｋ４Ａ〜Ｋ４Ｄを出力する。

復調、周波数オフセット推定、および、送信方法検出部６０４は、フーリエ変換後の受信ベースバンド信号Ｋ３Ａ〜Ｋ３Ｄ、伝送路推定信号Ｋ４Ａ〜Ｋ４Ｄを入力とし、周波数オフセットを推定し、周波数オフセット推定信号Ｋ１０を出力するとともに、送信方法を識別し、データを復調することにより、変調信号Ａ〜Ｄそれぞれに対応する受信ディジタル信号Ｋ５Ａ〜Ｋ５Ｄを出力する。

送信方法、変調方式決定部６０５は、変調信号Ａ〜Ｄに対応する各受信ディジタル信号Ｋ５Ａ〜Ｋ５Ｄを入力とし、フレームエラー率、パケット損失率、ビットエラー率などを計算し、計算結果に基づいて通信相手に要求する、送信方法、変調方式を決定し、要求情報Ｋ１２として出力する。つまり要求情報Ｋ１２は、図１２で上述した送信方法要求情報Ｓ１０、変調方式要求情報Ｓ１１からなり、送信方法要求情報Ｓ１０は２つのアンテナＴ１、Ｔ２から変調信号Ａ、Ｂを送信するのか、４つのアンテナＴ１〜Ｔ４から変調信号Ａ〜Ｄを送信するのかを指示する情報である。また変調方式要求情報Ｓ１１は、データシンボルをＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)方式で変調するのか１６値ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)方式で変調するのかを指示する情報である。

信号検出、同期部６０６は、受信ベースバンド信号Ｋ２Ａを入力とし、受信ベースバンド信号Ｋ２Ａに含まれる信号検出用シンボル１０１（図３、図７）に基づき信号検出を行うとともに、時間同期を行い、タイミング信号Ｋ１１を出力する。

図１６に、各無線部６０１Ａ〜６０１Ｄの構成を示す。なお各無線部６０１Ａ〜６０１Ｄは同様の構成であるため、図１６では代表して無線部６０１Ａの構成を示す。

ゲインコントロール部６１０は、受信信号Ｋ１Ａを入力とし、ゲインコントロール後の受信信号Ｋ２０を出力する。直交復調部６１１は、ゲインコントロール後の受信信号Ｋ２０を入力とし、受信直交ベースバンド信号の同相成分Ｋ２１および直交成分Ｋ２２を出力する。

アナログ・ディジタル変換部６１２は、受信直交ベースバンド信号の同相成分Ｋ２１を入力とし、受信直交ベースバンド信号の同相成分ディジタル信号Ｋ２３を出力する。アナログ・ディジタル変換部６１３は、受信直交ベースバンド信号の直交成分Ｋ２２を入力とし、受信直交ベースバンド信号の直交成分ディジタル信号Ｋ２４を出力する。

（３）動作
次に図１２〜図１４の構成でなる無線送信装置５００と、図１５、図１６の構成でなる無線受信装置６００の動作について説明する。

無線送信装置５００は、無線受信装置６００から要求された送信方法要求情報Ｓ１０に応じて（因みに無線送信装置５００は図示しない受信部より送信方法要求情報Ｓ１０、変調方式要求情報Ｓ１１を受信する）、２つのアンテナＴ１、Ｔ２を用いて２つの変調信号Ａ、Ｂを送信するか、または４つのアンテナＴ１〜Ｔ４を用いて４つの変調信号Ａ〜Ｄを送信するかを切り換える。具体的には、無線受信装置６００の送信方法、変調方式決定部６０５でのフレームエラー率、パケット損失率、ビットエラー率などが悪い場合には送信方法要求情報Ｓ１０によって２つのアンテナＴ１、Ｔ２を用いて２つの変調信号Ａ、Ｂを送信することが要求され、良い場合には４つのアンテナＴ１〜Ｔ４を用いて４つの変調信号Ａ〜Ｄを送信することが要求される。

そして変調信号数設定手段１１（図１）としての、フレーム構成信号生成部５０７及び変調部５０２Ａ〜５０２Ｄによって送信方法要求情報Ｓ１０に応じた数の送信変調信号数が設定される。具体的には、フレーム構成信号生成部５０７によって生成されたフレーム構成信号Ｓ２に基づいて、２つのアンテナＴ１、Ｔ２を用いて２つの変調信号Ａ、Ｂを送信する場合には、変調部５０２Ａ、５０２Ｂが動作し、変調部５０２Ｃ、５０２Ｄは動作停止する。これに対して、４つのアンテナＴ１〜Ｔ４を用いて４つの変調信号Ａ〜Ｄを送信する場合には、全ての変調部５０２Ａ〜５０２Ｄが動作する。

また２つのアンテナＴ１、Ｔ２を用いて２つの変調信号Ａ、Ｂを送信する場合には、送信電力変更手段１２（図１）としてのパイロットシンボルマッピング部５１２が、送信アンテナ数２用パイロットシンボル生成部５２０により得られたパイロットシンボルベースバンド信号Ｓ３０を選択する。これに対して、４つのアンテナＴ１〜Ｔ４を用いて４つの変調信号Ａ〜Ｄを送信する場合には、パイロットシンボルマッピング部５１２が、送信アンテナ数４用パイロットシンボル生成部５２１により得られたパイロットシンボルベースバンド信号Ｓ３１を選択する。このようにして、無線送信装置５００においては、送信変調信号数に応じてパイロットシンボルの送信電力を変化させる。

この結果、無線受信装置６００では、図１０（ｄ）や図１１（ｄ）に示すように、データシンボルの合成信号の動作範囲と、パイロット信号の動作範囲がほぼ同じである受信信号を受信することができる。この結果、アナログ・ディジタル変換部６１２、６１３（図１６）で量子化を行う際の、量子化誤差を少なくすることができるようになる。

ここで無線部６０１Ａ〜６０１Ｄの動作について詳述する。図１６に示すように、各無線部６０１Ａ（６０１Ｂ〜６０１Ｄ）は、ゲインコントロール部６１０によって受信信号Ｋ１Ａ（Ｋ１Ｂ〜Ｋ１Ｄ）の利得を調整する。しかし、このとき１シンボルや１フレーム（例えば１００シンボルで１フレームとする）単位でのゲインコントロールを行うことは困難である。

例えば、図１０（ｂ）のように、変調信号Ａと変調信号Ｂの合成信号の動作範囲が−２５６から２５６となるようにゲインコントロールしたとする。そして、図１０（ｃ）のように、動作範囲が−１２８から１２８であるパイロット信号が入力されたとき、このパイロット信号の動作範囲を瞬時に図１０（ｄ）のように−２５６から２５６となるようにゲインコントロールすることは困難である。

しかしながら、本実施の形態では上述のように、合成信号の動作範囲が−２５６から２５６のとき、パイロット信号の動作範囲がこれと同レベルとなるように、パイロット信号の信号点配置を行って送信しているので、動作範囲がデータシンボルの動作範囲とほぼ同じパイロットシンボルを受信することができる。４つの送信アンテナで４つの変調信号Ａ〜Ｄを送信する場合も同様である。

因みに、アナログ・ディジタル変換部６１２、６１３に入力される信号のレベルが小さいと、一般に、量子化誤差が大きくなる。例えば、図１０（ｃ）や図１１（ｃ）のようにパイロット信号の動作範囲が小さいと、パイロット信号の量子化誤差が大きくなる。すると、各伝送路推定部６０３Ａ〜６０３Ｄ（図１５）では、パイロット信号を用いて伝送路推定を行い、伝送路推定信号Ｋ４Ａ〜Ｋ４Ｄを出力するので、その推定精度は量子化誤差により劣化することになる。同様に、復調、周波数オフセット推定、および、送信方法検出部６０４（図１５）は、パイロット信号を用いて周波数オフセットを推定し、周波数オフセット推定信号Ｋ１０を出力するので、その推定精度は量子化誤差により劣化することになる。以上の推定精度の劣化により、データ復調の精度が劣化する結果、受信品質が劣化する。

本実施の形態の無線送信装置５００においては、この劣化を抑えるために、各パイロットシンボルの最大信号点振幅をデータシンボルの最大信号点振幅より大きくしている。加えて、変調信号Ａのみ送信されている時間ｉでの最大信号点振幅を、他の時間のパイロットシンボルの最大信号点振幅より大きくしている。さらに、４つの送信アンテナから４系統の変調信号を送信するときのパイロットの信号点配置と、２つの送信アンテナから２系統の変調信号を送信するときのパイロットの信号点配置を変えるようにしている。

ここでパイロットシンボルの信号点配置を変更するとは、例えば、データシンボルの変調方式がＱＰＳＫとすると、パイロットシンボルの信号点振幅とＱＰＳＫの信号点振幅の比を変更すること、あるいは、パイロットシンボルの信号点振幅と変調方式の最大信号点振幅の比を変更することに相当する。これにより、送信変調信号数に応じて、データシンボルの送信電力とパイロットシンボルの送信電力の比を変化させることができるようになる。

因みに、信号点振幅とは、同相Ｉ−直交Ｑ平面における原点と信号点の距離を意味する。またパイロットシンボルの信号点振幅を大きくするとは、パイロットシンボルの信号点振幅と変調方式の最大信号点振幅の比を大きくすることを意味する。

（４）効果
かくして本実施の形態によれば、同時に送信する変調信号の数を変化させる方式において、送信する変調信号の数に応じて、データシンボルの合成信号レベルに合うようにパイロットシンボルの信号レベルを合わせるようにしたことにより、受信側でのパイロットシンボルの量子化誤差を低減することができる。この結果、パイロットシンボルを用いた電波伝搬環境推定の推定精度、時間同期の精度、周波数オフセット推定精度が向上するので、データの受信品質が向上する。

（実施の形態２）
本実施の形態の特徴は、変調信号を送信するアンテナ数（つまり変調信号数）が変化したときに、各変調信号の平均送信電力を変更することである。これにより、特に送信アンテナ数を切り換えた直後の各変調信号の量子化誤差を低減することができる。

（１）原理
先ず、本実施の形態の原理について説明する。

図１７及び図１８に、複数アンテナから送信する変調信号数を切り換えた際の一般的な受信波形の変化を示す。図１７は送信する変調信号数（つまり送信アンテナ数）を２から４に切り換えた場合を示し、図１８は送信する変調信号数（送信アンテナ数）を４から２に切り換えた場合を示す。図１７からも明らかなように、変調信号数が多くなるように切り換えた場合、合成される変調信号数も多くなるので、アンテナ数切り換え後に受信信号の動作範囲が大きくなる。これとは逆に、図１８からも明らかなように、変調信号数が少なくなるように切り換えた場合、合成される変調信号数も少なくなるので、アンテナ数切り換え後に受信信号の動作範囲が小さくなる。

本実施の形態では、この点に着目して、アンテナ数切り換え直後の変調信号の合成信号レベルを、アンテナ数切り換え前の変調信号の合成信号レベルにほぼ等しくなるように送信電力制御を行うようにする。ここで一般に、無線送信装置は、相手局から送られてくるＴＰＣ（Transmit Power Control）ビットを用いて送信電力を制御するクローズドループ送信電力制御等が行われているため、送信アンテナ数が切り換わって変調信号の合成信号レベルが変化すると、その合成信号レベルが所望の動作範囲を変動するように変調信号の送信電力が制御される。また受信側のゲインコントロール部で合成信号レベルが所望の動作範囲を変動するように利得調整される。しかし、上記送信電力制御や受信信号のゲインコントロールは、受信信号レベルを所望の動作範囲に収束させるまでに、ある程度の応答時間が必要となる。

そこで、本実施の形態では、アンテナ数切り換え直後の変調信号の合成信号レベルを、アンテナ数切り換え前の変調信号の合成信号レベルにほぼ等しくなるように、アンテナ数切り換え直後に強制的に変更する。

図１９に、２つの送信アンテナＴ１、Ｔ２を用いて２系統の変調信号Ａ、Ｂを送信している状態から、４つの送信アンテナＴ１〜Ｔ４を用いて４系統の変調信号Ａ〜Ｄを送信する状態へと切り換えたときの、本実施の形態における、各変調信号Ａ〜Ｄの送信電力制御の概略を示す。先ず、図１９（ａ）に示すように、アンテナＴ１からは平均送信電力１．０Ｗの変調信号Ａが送信され、アンテナＴ２からは平均送信電力１．０Ｗの変調信号Ｂが送信されていたとする。そして、２つの送信アンテナＴ１、Ｔ２で２系統の変調信号Ａ、Ｂを送信する送信方法から、４つの送信アンテナＴ１〜Ｔ４を用いて４系統の変調信号Ａ〜Ｄを送信する送信方法へ切り換えたとする。このとき、アンテナＴ１〜Ｔ４からそれぞれ平均送信電力０．５Ｗの変調信号Ａ〜Ｄを送信する。これにより、図２０に示すように、アンテナ数切り換え直後の変調信号Ａ〜Ｄの合成信号レベルを、アンテナ数切り換え前の変調信号Ａ、Ｂの合成信号レベルと等しくすることができる。

図２１に、４つの送信アンテナＴ１〜Ｔ４を用いて４系統の変調信号Ａ〜Ｄを送信している状態から、２つの送信アンテナＴ１、Ｔ２を用いて２系統の変調信号Ａ、Ｂを送信する状態へと切り換えたときの、本実施の形態における、各変調信号Ａ〜Ｄの送信電力制御の概略を示す。先ず、図２１（ａ）に示すように、アンテナＴ１〜Ｔ４からそれぞれ平均送信電力０．５Ｗの変調信号Ａ〜Ｄが送信されていたとする。そして、４つの送信アンテナＴ１〜Ｔ４で４系統の変調信号Ａ〜Ｄを送信する送信方法から、２つの送信アンテナＴ１、Ｔ２を用いて２系統の変調信号Ａ、Ｂを送信する送信方法へ切り換えたとする。このとき、アンテナＴ１、Ｔ２からそれぞれ平均送信電力１．０Ｗの変調信号Ａ、Ｂを送信する。これにより、図２２に示すように、アンテナ数切り換え直後の変調信号Ａ、Ｂの合成信号レベルを、アンテナ数切り換え前の変調信号Ａ〜Ｄの合成信号レベルと等しくすることができる。

さらに本実施の形態では、アンテナ数切り換え直後には、送信する変調信号の合成信号レベルを、アンテナ数切り換え前に送信していた変調信号の合成信号レベルと同等となるように変調信号の送信電力を制御するのに加えて、アンテナ数切り換え後に徐々に各変調信号の送信レベルをアンテナ数切り換え前の各変調信号の送信レベルに戻すようになっている。これにより、変調信号の復調精度を一段と向上させることができる。

この送信電力制御について、図２３及び図２４を用いて説明する。図２３に、２つの送信アンテナＴ１、Ｔ２を用いて２系統の変調信号Ａ、Ｂを送信している状態から、４つの送信アンテナＴ１〜Ｔ４を用いて４系統の変調信号Ａ〜Ｄを送信する状態へと切り換えたときの、各変調信号Ａ〜Ｄの送信電力制御の一例を示す。図２３に示したように、アンテナ数を切り換えた直後は、各アンテナＴ１〜Ｔ４から送信する変調信号の平均送信電力を０．５Ｗへと変更する。そして、時間の経過とともに、平均送信電力を０．７５Ｗ、１．０Ｗと変更する。

因みに、各変調信号Ａ〜Ｄの平均送信電力を増幅する電力増幅器として、各変調信号Ａ〜Ｄの平均送信電力を１Ｗにしても図２５（ａ）に示すように周波数スペクトラムに歪みが生じないような送信電力増幅器を使用しているとする。すると、送信する変調信号の数が２系統、４系統のいずれの場合でも、平均送信電力を１Ｗとしても、図２５（ｂ）に示すような歪みの生じている周波数スペクトルとなることはなく、図２５（ａ）に示すような歪みの生じていない周波数スペクトルを得ることができる。

図２４に、４つの送信アンテナＴ１〜Ｔ４を用いて４系統の変調信号Ａ〜Ｄを送信している状態から、２つの送信アンテナＴ１、Ｔ２を用いて２系統の変調信号Ａ、Ｂを送信する状態へと切り換えたときの、各変調信号Ａ〜Ｄの送信電力制御の一例を示す。図２４に示したように、アンテナ数を切り換えた直後は、各アンテナＴ１、Ｔ２から送信する変調信号の平均送信電力を１．０Ｗへと変更する。そして、時間の経過とともに、平均送信電力を０．７５Ｗ、０．５Ｗと変更する。

ここで図２３のように、送信アンテナ数が増加した直後に各変調信号の平均送信電力を急激に下げ、その後時間の経過とともに各変調信号の平均送信電力を切り換え前に戻すのは、切り換え前の平均送信電力は受信装置で良好なＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）が得られるように送信電力制御されており、元の平均送信電力に戻した方が各変調信号の受信品質が向上するためである。また電力増幅器の消費電力や歪みのことを考慮すると、適した平均電力に設定する方が良い。したがって、平均送信電力は元の平均送信電力に戻した方が良いことになる。図２４のように、送信アンテナ数が減少した直後に各変調信号の平均送信電力を急激に上げ、その後時間の経過とともに各変調信号の平均送信電力を切り換え前に戻すのも同様の理由からである。

またこのように急激に下げた各変調信号の平均送信電力を元に戻す際に、ある程度の時間をかけて徐々に戻すことにより、受信装置のゲインコントロール部がこれに追従してゲインコントロール後の信号をアナログ・ディジタル変換部の動作範囲内に収めることができるようになる。また急激に上げた各変調信号の平均送信電力を元に戻す際に、ある程度の時間をかけて徐々に戻すことにより、受信装置のゲインコントロール部がこれに追従してゲインコントロール後の信号をアナログ・ディジタル変換部で量子化誤差が生じない程度まで引き上げることができる。つまり、アナログ数切り換えと同時に急激に下げた、または急激に上げた各変調信号の平均送信電力を元の平均送信電力に戻す速度は、ゲインコントロール部の動作速度に応じて選定すればよい。

（２）構成
図１２との対応部分に同一符号を付して示す図２６に、本実施の形態における無線送信装置７００の構成を示す。ここでは、図１２との対応する部分の説明は省略する。

各ゲインコントロール部７０１Ａ〜７０１Ｄは、それぞれ送信信号Ｓ７Ａ〜Ｓ７Ｄ、フレーム構成信号Ｓ２を入力とし、フレーム構成信号Ｓ２に含まれる送信方法の情報から送信方法が切り替わるという情報を検出し、送信方法が切り替わる際、ゲインコントロールをし、ゲインコントロール後の送信信号Ｓ１０Ａ〜Ｓ１０Ｄを出力する。

つまり、本実施の形態では、ゲインコントロール部７０１Ａ〜７０１Ｄが、図１の送信電力変更手段１２として機能し、送信変調信号数に応じて各変調信号の平均送信電力を変更するようになっている。実際には、上述したように、送信変調信号数が増えると同時に各変調信号の平均送信電力を急激に下げる一方、送信変調信号数が減少すると同時に各変調信号の平均送信電力を急激に上げるようになっている。

（３）動作
次に図２６の構成でなる無線送信装置７００の動作について説明する。

図１５に示した無線受信装置６００が図２６の無線送信装置７００に対し送信方法の変更の要求をし、図２６の無線送信装置７００が送信方法を切り換える手順とその動作は、実施の形態１の説明と同様である。

ゲインコントロール部７０１Ａ〜７０１Ｄは、それぞれ送信信号Ｓ７Ａ〜Ｓ７Ｄ、フレーム構成信号Ｓ２を入力とし、フレーム構成信号Ｓ２に含まれる送信方法の情報から送信方法が切り替わるという情報を検出し、送信方法が切り替わる際、ゲインコントロールをし、ゲインコントロール後の送信信号Ｓ１０Ａ〜Ｓ１０Ｄを出力する。

このとき、増幅するゲインは、図１９、図２０のような平均送信電力となるような係数である。また図２３、図２４に示すように送信方法切り換え後に徐々に平均送信電力を元に戻すようなゲイン制御を行ってもよい。

ここで図１５の無線受信装置６００における無線部６０１Ａ〜６０１Ｄ、より具体的には図１６のアナログ・ディジタル変換部６１２、６１３での動作範囲は、例えば１４ビットのアナログ・ディジタル変換器をアナログ・ディジタル変換部６１２、６１３で使用しているとすると、−８１９２から８１９２となる。ゲインコントロール部６１０は、ゲインコントロール後の受信信号Ｋ２０のレベルがこの動作範囲に収まるように受信信号をゲインコントロールする。図１７及び図１８に示す、送信アンテナ数切り換え前の変調信号の合成信号の動作範囲が−８１９２から８１９２の範囲に丁度収まっているのはこのためである。

しかし、送信アンテナ数を切り換えた直後には、ゲインコントロール部６１０が変調信号の合成信号のレベル変動に追従できず、合成信号の動作範囲が−８１９２から８１９２の範囲に丁度収まるようにゲインコントロールすることはできない。例えば送信アンテナ数切り換え前と切り換え後で各変調信号を同じ平均送信電力で送信していたとすると、送信アンテナ数（つまり送信変調信号数）を２から４に増やした場合には、図１７に示すように、送信アンテナ切り換え後の４つの変調信号の合成信号の動作範囲は−３２７６８から３２７６８となり、アナログ・ディジタル変換部６１２、６１３の動作範囲である−８１９２から８１９２を超えてしまい、量子化誤差が発生する。同様に、送信アンテナ数（送信変調信号数）を４から２に減らした場合には、図１８に示すように、送信アンテナ切り換え後の２つの変調信号の合成信号の動作範囲は―２５６から２５６となり、アナログ・ディジタル変換部６１２、６１３の動作範囲である−８１９２から８１９２よりもかなり動作範囲が小さくなってしまい、量子化誤差が発生する。

しかし、上述した本実施の形態の構成では、送信変調信号数が増えると同時に各変調信号の平均送信電力を急激に下げる一方、送信変調信号数が減少すると同時に各変調信号の平均送信電力を急激に上げるようにしているので、図２０及び図２２に示すように、ゲインコントロール部６１０に依存せずに、アンテナ数切り換え直後の変調信号の合成信号レベルをアナログ・ディジタル変換部６１２、６１３の動作範囲である−８１９２から８１９２に合わせることができる。

この結果、送信変調信号数の切り換えを行った直後におけるアナログ・ディジタル変換部６１２、６１３での量子化誤差を低減できるようになる。従って、周波数オフセット推定、伝送路推定精度、復調精度は確保できるようになるので、変調信号数の切り換えを行った直後におけるデータの受信品質の劣化を未然に回避することができるようになる。

（４）効果
かくして本実施の形態によれば、同時に送信する変調信号の数を変化させる方式において、同時に送信する変調信号数を切り換える際に、送信変調信号数に応じて各変調信号の平均送信電力を切り換えるようにしたことにより、受信信号のアナログ・ディジタル変換の際に生じる量子化誤差を低減することができるので、受信品質を向上させることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１、２で説明した、同時に変調信号を送信するアンテナ数（変調信号数）に応じてパイロットシンボルや変調信号の送信電力を変更する方法に関して、実際の無線システムに適用する場合の具体例について述べる。特に、本実施の形態では、受信装置における自動利得制御ＡＧＣ（Automatic Gain Control）のゲインコントロールの時間を長くとることによりゲインコントロールを安定させる方法を説明する。

一般的な受信装置では、受信装置に信号が入力されたことを検出すると、受信信号をアナログディジタル変換するＡ/Ｄ変換器のダイナミックレンジに入るように、入力信号レベルに合わせたＡＧＣが行われる。ＡＧＣによるゲインコントロールを安定させる方法として、
（ｉ） 受信装置に入力する信号のダイナミックレンジを安定させる
（ｉｉ） ゲインコントロールのための時間を長くとる
の２つが考えられる。（ｉ）に関しては、実施の形態１、２で、変調信号に含まれるパイロットシンボルの送信電力を大きくしたり、変調信号の送信電力を強制的に変更したりすることで実現できることを示した。本実施の形態では、（ｉ）を実現しつつ（ｉｉ）も実現することができるパイロットシンボルの送信電力変更方法について説明する。

本実施の形態におけるＭＩＭＯシステムとして、図６に示す、４つのアンテナＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４からそれぞれ変調信号Ａ、変調信号Ｂ、変調信号Ｃ、変調信号Ｄを同時に送信し、４つのアンテナＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４によって変調信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが合成された信号を受信し、これらの信号を分離し復調する場合について説明する。

なお、本実施の形態においては、実施の形態１と比較して「実施の形態１の（１）原理」と「実施の形態１の（４）効果」は異なるが、「実施の形態１の（２）構成」と「実施の形態１の（３）動作」は実施の形態１で説明したものと同じであるため、実施の形態１の（２）構成」と「実施の形態１の（３）動作」の説明は省略する。

受信側では図６に示す４×４＝１６個のチャネル変動ｈ１１（ｔ）、ｈ２１（ｔ）、ｈ３１（ｔ）、ｈ４１（ｔ）、………、ｈ４４（ｔ）を推定して復調する必要がある。そのため、変調信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに、信号検出用シンボル、利得制御用シンボル、周波数オフセット推定用シンボル、送信方法情報シンボル、電波伝搬環境推定シンボル等のパイロットシンボルを設ける必要がある。ここで、時間同期は、信号検出用シンボルや周波数オフセット推定用シンボルやガードインターバルの相関等を用いてとることができるため、以降の説明に加えていない。

図２７に、変調信号Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄのフレーム構成例を示す。図２７では、一例として変調信号Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤをＯＦＤＭ信号としたときの時間−周波数軸におけるフレーム構成を示している。図２７の中で、２７０１は信号検出のためのシンボル（図７の１０１に相当）、２７０２は利得制御のためのシンボル（図７の１０２に相当）、２７０３は周波数オフセット推定のためのシンボル（図７の１０２に相当）、２７０４は送信方法情報シンボル（図７の１０３に相当）、２７０５は電波伝搬環境推定シンボル（図７の１０４に相当）、２７０６はデータシンボル（図７の１０５に相当）である。

パイロットシンボルのうち、信号検出用シンボル２７０１、利得制御用シンボル２７０２、周波数オフセット推定用シンボル２７０３、送信方法情報シンボル２７０４は、変調信号Ａにのみ存在させる（つまり多重化しないシンボル）ことで、通信を行う構成としている。この構成の特徴を以下で説明する。

受信装置で周波数オフセットを推定する場合、複数の送信アンテナ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４のうち少なくとも２つ）から周波数オフセット推定用シンボル２７０３を送信すると、４つの受信アンテナＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ではこれらの周波数オフセット推定用シンボル２７０３が多重されて受信される。その場合、チャネル推定を正確に行い、受信信号を分離する必要が生じる。

これに対し、図２７の変調信号Ａのように、１つの送信アンテナＴ１からのみ周波数オフセット推定用シンボル２７０３を送信すると、受信装置で受信信号を分離する必要はなくなる。これにより、周波数オフセット推定をより簡単に、かつ、より正確に行うことができるようになる。

同様の理由により、送信方法情報シンボル２７０４も１つの送信アンテナＴ１からのみ送信する。このとき、利得制御用シンボル２７０２を用いてゲインコントロールを行い、周波数オフセット推定用シンボル２７０３、送信方法情報シンボル２７０４の量子化誤差を小さくする。

これに対し、電波伝搬環境推定シンボル２７０５は各送信アンテナＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４から送信を行う。これは、前記したように、受信側での復調には図６に示す４×４＝１６個のチャネル変動を推定する必要があるからである。

次に、本実施の形態における、パイロットシンボルを用いて「（ｉ）受信装置に入力する信号のダイナミックレンジを安定させ」つつ「（ｉｉ）ゲインコントロールの時間を長くとる」方法の説明とその効果を述べる。

受信装置に入力する信号のダイナミックレンジを安定させるためにパイロットシンボルの電力を大きくする方法については、実施の形態１で述べた。この方法を図２７の変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに適用することを考える。

図２８に、図２７で示した変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを送信したときの変調信号の時間軸における波形の一例を示す。図２８（ａ）は、変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのパイロットシンボルとデータシンボルの波形を示している。図２８（ｂ）は、変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合成信号の波形である。ここで、図２８（ｂ）における時間ｉは各シンボルが送信された時間ｉに対応する時間とする。

図２８（ａ）に示すように、各変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのパイロットシンボル、データシンボルの動作範囲を、例えば−６４から６４とする。すると、４つの変調信号Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄを合成した信号は図２８（ｂ）のように、時間ｉからｉ＋３まで（変調信号Ａのみ送信している時間）は動作範囲が−６４から６４、時間ｉ＋４からｉ＋７まで（変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを送信している時間）は動作範囲が−２５６から２５６になる。但し、この値は正確ではない。しかし、時間ｉ＋４からｉ＋７における動作範囲は、時間ｉからｉ＋３における動作範囲よりは大きくなる。ここでは、４つの送信アンテナで変調信号を４系統送信するときの合成信号の動作範囲と各変調信号の動作範囲の比を４としている。本実施の形態においては、時間ｉからｉ＋３まで（変調信号Ａのみ送信している時間）の動作範囲と時間ｉ＋４からｉ＋７まで（変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを送信している時間）の動作範囲の比に着目して、この比を１に近づけることにより、上記「（ｉｉ）ゲインコントロールの時間を長くとる」ことを実現する。

図２８の構成における無線通信では、時間ｉからｉ＋３まで（変調信号Ａのみ送信している時間）と、時間ｉ＋４からｉ＋７まで（変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを送信している時間）を独立に考えて通信を行うことができる。

時間ｉからｉ＋３においては、時間ｉで信号を検出した後、受信側における周波数オフセット推定シンボル２７０３（時間ｉ＋２）、送信方法情報シンボル２７０４（時間ｉ＋３）の動作範囲に合わせて利得制御用シンボル２７０２（時間ｉ＋１）の動作範囲を設定する。例えば、図２８に示すように、３つのシンボル２７０２、２７０３、２７０４の動作範囲を同じ（−６４から６４）にして送信する。

時間ｉ＋４以降は、時間ｉ＋３までとは別に考え、受信側における合成信号の動作範囲が等しくなるように、合成された電波伝搬環境推定シンボル２７０５（時間ｉ＋５）、データシンボル２７０６（時間ｉ＋６，ｉ＋７）の動作範囲に合わせて利得制御用シンボル２７０２（時間ｉ＋４）の動作範囲を設定する。例えば、図２８に示すように、変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの動作範囲を等しく（−６４から６４）する。このとき、時間ｉ＋５以降のシンボルに対するＡＧＣは時間ｉ＋４における利得制御用シンボル２７０２を用いて行われるため、安定したＡＧＣを行うためには利得制御用シンボル２７０２の時間を長くとりたい。しかし、利得制御用シンボル２７０２に長い時間を割り当てるほど、データの伝送効率は低下してしまう。

また、実施の形態１で図１１を用いて説明したように、図２８（ｂ）に示す合成信号は時間ｉ＋３からｉ＋４に変わる際動作範囲が大きく変動するため、受信装置のＡ／Ｄ変換部での量子化誤差が増大し、変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのデータシンボルの分離精度、復調精度が低下してしまう。ここで述べた「動作範囲が大きく変動する」問題に対して、実施の形態１で「送信する変調信号の数に応じて、データシンボルの合成信号レベルに合うようにパイロットシンボルの信号レベルを合わせるようにすることで受信側でのパイロットシンボルの量子化誤差を低減する」方法を説明した。

そこで、実施の形態１の方法を用いて量子化誤差を低減しつつＡＧＣのゲインコントロールの時間を長くとる方法として、変調信号Ａのみ送信している時間（時間ｉからｉ＋３まで）の動作範囲と変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを送信している時間（時間ｉ＋４からｉ＋７まで）の動作範囲の比を１に近づける。これにより、変調信号Ａのみ送信している時間のシンボルもＡＧＣのゲインコントロールに用いることができ、上記「（ｉｉ）ゲインコントロールの時間を長くとる」ことを実現することができる。

図２９に、変調信号Ａのみ送信している時間（時間ｉからｉ＋３まで）のパイロットシンボルの送信電力を、変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを送信している時間（時間ｉ＋４からｉ＋７まで）のシンボルの送信電力より大きくする場合の、変調信号の時間軸における波形の一例を示す。

図２９（ａ）は、変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのパイロットシンボルとデータシンボルの波形を示している。図２９（ｂ）は、変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合成信号の波形である。ここで、図２９（ｂ）における時間ｉは送信された時間ｉに対応する時間とする。図２９（ａ）に示すように、変調信号Ａのみ送信している時間（時間ｉからｉ＋３まで）のパイロットシンボルの動作範囲を、例えば−２５６から２５６とする。また、変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを送信している時間（時間ｉ＋４からｉ＋７まで）のシンボルの動作範囲を、例えば−６４から６４とする。

すると、合成した信号は図２９（ｂ）のように、変調信号Ａのみ送信している時間（時間ｉからｉ＋３まで）の動作範囲が−２５６から２５６、変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを送信している時間（時間ｉ＋４からｉ＋７まで）の動作範囲も−２５６から２５６となり、前記２つの動作範囲の比が１となる。但し、この値は正確ではない。しかし、図２８の場合と比較し、前記動作範囲の比が１に近づく。

このように、合成信号の動作範囲を安定させるように、変調信号Ａのみ送信している時間（１本のアンテナのみから送信している時間）のパイロットシンボルの送信電力を適宜変更することで、ＡＧＣのゲインコントロールにかける時間を長くすることができ、受信装置のＡ／Ｄ変換部での量子化誤差を低減することができる。この結果、各変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのデータシンボルの分離精度、受信品質が向上する。

またこのとき、１本のアンテナのみから送信される信号検出用シンボル２７０１（時間ｉ），利得制御用シンボル２７０２（時間ｉ＋１）、周波数オフセット推定シンボル２７０３（時間ｉ＋２）、送信方法情報シンボル２７０４（時間ｉ＋３）の送信電力は、図２８の変調信号Ａに含まれる信号検出用シンボル２７０１（時間ｉ），利得制御用シンボル２７０２（時間ｉ＋１）、周波数オフセット推定シンボル２７０３（時間ｉ＋２）、送信方法情報シンボル２７０４（時間ｉ＋３）の送信電力より大きくなるため、これら４つのシンボル２７０１〜２７０４の推定精度も向上し、量子化誤差を低減することができる。

かくして、本実施の形態によれば、同時に送信する変調信号の数を変化させる方式において、送信する変調信号の数に応じて、受信装置における合成信号レベルに合うように、１つの変調信号のみ送信する場合の変調信号のレベルを合わせることにより、ＡＧＣのゲインコントロールにかける時間を長くとることができ、Ａ／Ｄ変換部における量子化誤差の低減ができる。この結果、電波伝搬環境推定精度が向上し、データの受信品質が向上する。またこのとき、１つの変調信号のみ送信する場合の変調信号に含まれるパイロットシンボルの送信電力も大きくなるため、パイロットシンボルを用いた周波数オフセット推定精度、送信方法情報推定精度が向上し、データの受信品質が向上する。

（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１、２、３で説明した、同時に変調信号を送信するアンテナ数（変調信号数）に応じてパイロットシンボルや変調信号の送信電力を変更する方法に関して、パイロットシンボルの信号点配置方法に関して述べる。特に、本実施の形態では、パイロットシンボル中の利得制御シンボルの信号点配置を送信アンテナ毎に変更することで、受信側においてＰＡＰＲを小さくし受信側のダイナミックレンジを安定させることができる方法を説明する。

なお、本実施の形態では、実施の形態１において図４、８を用いて説明した変調信号の信号点配置について新たな信号点配置方法を説明する。その他は実施の形態１、２、３と同じなので、その説明を省略する。

まず、送信アンテナが２本の場合を説明する。実施の形態１では、図４に示すように、パイロットシンボルにＢＰＳＫ変調された信号を用いた。ここで、ＢＰＳＫ変調を用いる理由は、最も処理が簡単で、かつ誤り率が低くなる変調方式であるからである。これは、実施の形態３の中で説明した送信方法情報シンボル２７０４（図２７に図示）のように、送信毎にデータが異なるシンボルに対して有効な変調方式となる。

これに対し、実施の形態３で説明した利得制御用シンボル２７０２（図２７に図示）にＢＰＳＫ変調を適用する場合を考える。利得制御用シンボル２７０２は利得制御が目的のシンボルであるため、送信毎に常に同じパターンで送信すればよい。したがって、ゲインコントロールを行い易いように変調信号毎の送信パターンを決定すべきである。

図３０は、変調信号Ａ、ＢをＯＦＤＭ信号としたときのサブキャリアｋ（ｋ＝１，・・・，Ｎ Ｎ：ＦＦＴポイント数）の、各シンボルの同相Ｉ―直交Ｑ面における信号点配置と、変調信号Ａ，Ｂを受信した合成信号の信号点配置の一例である。ここでは、雑音の影響は考慮せずチャネル推定は理想的に行うものとして図示している。

図３０では、変調信号Ａ，Ｂは振幅・位相ともに同じ信号点配置を用いている。図３０の合成信号を見ると、信号点振幅の大きい点が２つ存在し、その振幅は４となる（４．０，０．０）、（−４．０，０．０）の２点）。また、信号点振幅の小さい点が２つ存在し、その振幅は０となる（（０．０，０．０）で重なっている２点）。したがって、振幅で評価するダイナミックレンジは４となる。

これに対して、図３１は、変調信号Ｂの信号点配置を、振幅は変化させず位相のみ９０°回転させたものを示す。そのときの合成信号の信号点配置を見ると、４点ともに振幅が２√２（約２．８）となり、振幅で評価するダイナミックレンジは２．８となり、ＰＡＰＲが小さくなることが分かる。

このように、変調信号毎に信号点配置を変更することで、変更しない場合と比較してＰＡＰＲを小さくでき、ゲインコントロールを行いやすくすることができる。

図３２、３３は、４つの変調信号Ａ〜ＤをＯＦＤＭ信号としたときのサブキャリアｋ（ｋ＝１，・・・，Ｎ Ｎ：ＦＦＴポイント数）の、各シンボルの同相Ｉ―直交Ｑ面における信号点配置と、変調信号Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄを受信した合成信号の信号点配置の一例である。ここでは、雑音の影響は考慮せずチャネル推定は理想的に行うものとして図示している。

図３２は各変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを同一信号点配置を用いて送信する場合、図３３は各変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを異なる信号点配置を用いて送信する場合である。図３２では合成信号の振幅で評価するダイナミックレンジが１６となるのに対し、図３３では合成信号の振幅で評価するダイナミックレンジは４√２（約５．６）に抑えられている。このように、利得制御用シンボルにおいて変調信号毎に信号点配置を変更する方法を採用すると、変調信号数の増加とともに、よりダイナミックレンジを安定化させる効果が得られる。

なお、本実施の形態では、変調信号のパターンとして、図３１に示す２つのパターンを用いて説明を行ったが、このパターンに限ったものではなく、要は合成信号においてＰＡＰＲが小さくなるように、変調信号毎にパターンを変更すればよい。よって、図３４のように、１８０°の位相差とならないＢＰＳＫ信号で送信することもできる。図３０と図３４の合成信号を比較すると、振幅が４となる点（（４．０．０．０）、（−４．０．０．０））を約３．７（（３．４，１．４）、（−３．４，１．４））にし、ダイナミックレンジを小さくできていることがわかる。

また、本実施の形態では、利得制御用シンボルに対し、ＢＰＳＫ変調の信号点配置を変更する方法を説明した。繰り返しになるが、利得制御用シンボルは利得制御が目的のシンボルであるため、シンボルを復調した誤り率は全く関係ない。このことを考えると、各変調信号において多値変調を用い、変調信号毎に異なる送信パターンを用いて送信することで、同様のＰＡＰＲ削減効果が得られダイナミックレンジを小さくできると言える。このとき、多値変調としては振幅の変動のない変調方式、例えばＰＳＫ変調が適しており、その多値数が大きい（８ＰＳＫ→１６ＰＳＫ→３２ＰＳＫ・・・）ほど各変調信号においてランダムな位相となるため、ダイナミックレンジを小さくできる。したがって、所望するダイナミックレンジとなるように多値数を選定すればよい。

かくして、本実施の形態によれば、同時に送信する変調信号の数を変化させる方式において、利得制御用シンボルに対して変調信号毎に異なる信号点配置とすることでＰＡＰＲ削減効果が得られダイナミックレンジを小さくでき、Ａ／Ｄ変換部における量子化誤差を低減できる。

（他の実施の形態）
なお上述した実施の形態では、変調信号Ａ〜Ｄのフレーム構成を、図３、図７及び図２７に示すようにした場合について述べたが、変調信号のフレーム構成はこれに限らない。

また上述した実施の形態では、変調信号数設定手段１１としてフレーム構成信号生成部５０７及び変調部５０２Ａ〜５０２Ｄを用い、送信方法要求情報Ｓ１０に応じた数の送信変調信号数を設定した場合について述べたが、これに限らず、自局で送信変調信号数を設定するようにしてもよい。例えば送ろうとするデータ量が多い場合には送信変調信号数を多く設定し、送ろうとするデータ量が少ない場合には送信変調信号数を少なく設定してもよい。要は、複数のアンテナを用いて送信する変調信号の数を設定できればよい。

また上述した実施の形態１では、送信電力変更手段１２として図１４に示したようなパイロットシンボルマッピング部５１２を用いた場合について述べたが、本発明の送信電力変更手段はこれに限らず、要は、送信変調信号数に応じて、データシンボルの送信電力とパイロットシンボルの送信電力の比を変化させることができるようなものであればよい。

また上述した実施の形態２では、送信電力変更手段１２としてゲインコントロール部７０１Ａ〜７０１Ｄ（図２６）を用いた場合について述べたが、本発明の送信電力変更手段はこれに限らず、要は、送信変調信号数が切り換えられると同時に、各変調信号の送信電力を変更できるようなものであればよい。

また上述した実施の形態では、４つの送信アンテナＴ１〜Ｔ４が設けられた無線送信装置において、送信アンテナ数（送信変調信号数）を２つと４つの間、又は１つと４つの間で切り換えるようにした場合について述べたが、これに限らず、送信アンテナ数ｎでｎ系統の変調信号を送信するものに広く適用できる。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はなく、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。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。

また上述した実施の形態では、ＯＦＤＭを行う無線送信装置を例に説明したが、これに限ったものではなく、マルチキャリア方式、シングルキャリア方式でも同様に実施することができる。またスペクトル拡散通信方式を用いてもよい。特にＯＦＤＭ方式とスペクトル拡散方式とを組み合わせた方式に適用しても同様に実施することができる。

また上述した実施の形態では、特に符号化について触れなかったが、時空間符号化を施さない場合においても実施でき、また、文献“Space-Time Block Codes from Orthogonal Design”IEEE Transactions on Information Theory, pp.1456-1467,vol.45, no.5, July 1999に示されている時空間ブロック符号、文献“Space-Time Block Codes for High Data Rate Wireless Communication : Performance Criterion and Code Construction”IEEE Transactions on Information Theory, pp.744-765, vol.44, no.2, March 1998に示されている時空間トレリス符号を適用していても同様に実施することができる。

さらに変調信号として各アンテナからＯＦＤＭ信号を送信する場合、変調信号の送信電力を変更するにあたっては、各サブキャリアの送信電力を変更することで変調信号の送信電力を変更してもよく、または使用するサブキャリア数を変更することで送信電力を変更するようにしてもよい。

図３５を用いて、使用するサブキャリア数を変更する場合について簡単に説明する。図３５は、実施の形態３で説明した図２９のような電力波形を作るための具体例を示したものであり、各変調信号Ａ〜Ｄがそれぞれ６４本のサブキャリアから形成されている場合を想定している。時間ｉから時間ｉ＋３にかけては、アンテナＴ１から６４本のサブキャリア全てを使って変調信号Ａを送信する。これに対して、時間ｉ＋４から時間ｉ＋７にかけては、アンテナＴ１〜Ｔ４から、それぞれ１６本のサブキャリアを使って各変調信号Ａ〜Ｄを送信する。ここでサブキャリア１本当たりの送信電力を同じにすれば、図２９に示すような電力波形を得ることができる。因みに、時間ｉから時間ｉ＋３で使用しているサブキャリア数と、時間ｉ＋４から時間ｉ＋７で使用しているサブキャリア数は、共に６４本なので、時間ｉから時間ｉ＋３の合成信号の送信電力と、時間ｉ＋４から時間ｉ＋７の送信電力は等しくなる。

要は、使用するサブキャリア数を変更する場合には、変調信号を送信するアンテナ数が増えると（多重する変調信号数が増えると）、各変調信号（ＯＦＤＭ信号）中で使用するサブキャリア数を減らすようにする。因みに、使用するサブキャリアとは、Ｉ−Ｑ平面上での信号点が（０，０）でないシンボルが配置されたサブキャリアをいう。例えばＢＰＳＫであれば、（１，０）又は（−１，０）のシンボルが配置されたサブキャリアをいう。逆に、使用しないサブキャリアとは、信号点（０，０）のシンボルが配置されたサブキャリアをいう。

また変調信号として各アンテナからＯＦＤＭ信号を送信する場合には、各サブキャリアの送信電力を変更する方法と、使用するサブキャリア数を変更する方法の両方を併用することで、複数アンテナから送信する変調信号の合計送信電力を変更するようにしてもよい。

本発明は無線送信装置及び無線送信方法に関し、特に複数アンテナから異なる変調信号を送信すると共に同時に送信する変調信号の数を変化させる方式において、送信する変調信号数を変化させた場合でも高精度の復調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。

本発明の無線送信装置の基本構成を示すブロック図 ２つのアンテナから変調信号を送信する場合の説明に供する図 ２つの変調信号を同時に送信する場合の各変調信号のフレーム構成例を示す図 ２つの変調信号を同時に送信する場合の各シンボルの信号点配置例を示す図 ２つの変調信号を同時に送信する場合の各シンボルの信号点配置例を示す図表 ４つのアンテナから変調信号を送信する場合の説明に供する図 ４つの変調信号を同時に送信する場合の各変調信号のフレーム構成例を示す図 ４つの変調信号を同時に送信する場合の各シンボルの信号点配置例を示す図 ４つの変調信号を同時に送信する場合の各シンボルの信号点配置例を示す図表 （ａ）は２つの変調信号のデータシンボルの波形図、（ｂ）は２つのデータシンボルの合成波形図、（ｃ）は一般的なパイロットシンボルの波形と２つのデータシンボルの合成波形との関係を示す図、（ｄ）は実施の形態のパイロットシンボルの波形と２つのデータシンボルの合成波形との関係を示す図 （ａ）は４つの変調信号のデータシンボルの波形図、（ｂ）は４つのデータシンボルの合成波形図、（ｃ）は一般的なパイロットシンボルの波形と４つのデータシンボルの合成波形との関係を示す図、（ｄ）は実施の形態のパイロットシンボルの波形と４つのデータシンボルの合成波形との関係を示す図 実施の形態１の無線送信装置の構成を示す図 変調部の構成を示す図 パイロットシンボルマッピング部の構成を示す図 実施の形態１の無線受信装置の構成を示す図 無線部の構成を示す図 実施の形態２の送信電力制御を行わずに、送信アンテナ数を２つから４つに切り換えた場合の変調信号の合成信号の変化を示す波形図 実施の形態２の送信電力制御を行わずに、送信アンテナ数を４つから２つに切り換えた場合の変調信号の合成信号の変化を示す波形図 実施の形態２において送信アンテナ数を２つから４つに切り換えた場合の送信電力制御の概略を示す図 送信アンテナ数を２つから４つに切り換えた場合に、実施の形態２の送信電力制御を適用したときの変調信号の合成信号の変化を示す波形図 実施の形態２において送信アンテナ数を４つから２つに切り換えた場合の送信電力制御の概略を示す図 送信アンテナ数を４つから２つに切り換えた場合に、実施の形態２の送信電力制御を適用したときの変調信号の合成信号の変化を示す波形図 送信アンテナ数の増加により下げた送信電力を元に戻すことを示す図 送信アンテナ数の減少により上げた送信電力を元に戻すことを示す図 電力増幅器による周波数スペクトラムの歪みの説明に供する図 実施の形態２の無線送信装置の構成を示すブロック図 ４つの変調信号を同時に送信する場合の各変調信号のフレーム構成例を示す図 ４つの送信アンテナで変調信号を４系統送信するにあたって、合成信号の動作範囲と各変調信号の動作範囲の比を４としたときの送信波形の例を示す波形図 ４つの送信アンテナで変調信号を４系統送信するにあたって、合成信号の動作範囲と各変調信号の動作範囲の比を１としたときの送信波形の例を示す波形図 変調信号Ａ、Ｂの信号点配置と、変調信号Ａ，Ｂの合成信号の信号点配置例 変調信号Ｂの信号点配置を位相のみ９０°回転させたときの、変調信号Ａ、Ｂの信号点配置と、変調信号Ａ，Ｂの合成信号の信号点配置例 変調信号Ａ〜Ｄの信号点配置と、変調信号Ａ〜Ｄの合成信号の信号点配置例 各変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを異なる信号点配置を用いて送信する場合の、変調信号Ａ〜Ｄの信号点配置と、変調信号Ａ〜Ｄの合成信号の信号点配置例 各変調信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを異なる信号点配置を用いて送信する場合の、変調信号Ａ〜Ｄの信号点配置と、変調信号Ａ〜Ｄの合成信号の信号点配置例 使用するサブキャリア数を変更することで、変調信号の送信電力を変更する例を示す図 ２つのアンテナから変調信号を送信する場合の説明に供する図 変調信号に配置されたパイロットシンボルを示す図

符号の説明

１０、５００、７００ 無線送信装置
１１ 変調信号数設定手段
１２ 送信電力変更手段
２０１、４０１ 信号検出用シンボルの信号点
２０２、４０２ 制御シンボル、電波伝搬環境推定シンボルの信号点
２０３ データシンボルの信号点
５０２Ａ〜５０２Ｄ 変調部
５０５Ａ〜５０５Ｄ 無線部
５０６Ａ〜５０６Ｄ 電力増幅部
５０７ フレーム構成信号生成部
５１２ パイロットシンボルマッピング部
５２０ 送信アンテナ数２用パイロットシンボル生成部
５２１ 送信アンテナ数４用パイロットシンボル生成部
６００ 無線受信装置
７０１Ａ〜７０１Ｄ ゲインコントロール部
Ｔ１〜Ｔｎ、Ｒ１〜Ｒ４ アンテナ
Ｓ２ フレーム構成信号

Claims (12)

1. 複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナを用いて送信する変調信号の数を設定する変調信号数設定手段と、
   送信変調信号数に応じて、変調信号の送信電力を変更する送信電力変更手段と
   を具備する無線送信装置。
2. 前記送信電力変更手段は、パイロットシンボル形成手段を有し、当該パイロットシンボル形成手段は、送信変調信号数に応じて、データシンボルの送信電力とパイロットシンボルの送信電力の比が変化するように、パイロットシンボルを形成する際の信号点配置を変更する、請求項１に記載の無線送信装置。
3. 前記パイロットシンボル形成手段は、同時送信されるデータシンボルの合成送信電力に合わせてパイロットシンボルの信号点配置を決める、請求項２に記載の無線送信装置。
4. 前記パイロットシンボル形成手段は、送信変調信号数が多いほど、パイロットシンボルの信号点振幅が大きくなる信号点配置を選択する、請求項２に記載の無線送信装置。
5. 前記パイロットシンボル形成手段は、同時送信されるパイロットシンボルの数と同時送信されるデータシンボルの数の比に基づいて、信号点配置を決める、請求項２に記載の無線送信装置。
6. 前記送信電力変更手段は、前記変調信号数設定手段により設定された数に送信変調信号数が切り換えられると同時に、各変調信号の送信電力を変更する、請求項１に記載の無線送信装置。
7. 前記送信電力変更手段は、送信変調信号数が多くなる場合、各変調信号の送信電力を小さくする、請求項６に記載の無線送信装置。
8. 前記送信電力変更手段は、送信変調信号数が少なくなる場合、各変調信号の送信電力を大きくする、請求項６に記載の無線送信装置。
9. 前記送信電力変更手段は、変更した各変調信号の送信電力を徐々に変調信号数切り換え前の値に戻す、請求項６に記載の無線送信装置。
10. 複数アンテナから異なる変調信号を送信すると共に同時に送信する変調信号の数を変化させる無線送信方法であって、
    同時送信する変調信号の数に応じて変調信号の送信電力を変更する、無線送信方法。
11. 同時送信するパイロットシンボルの合成信号電力が、同時送信するデータシンボルの合成信号電力に等しくなるように、パイロットシンボルの送信電力を変更する、請求項１０に記載の無線送信方法。
12. 送信変調信号数が切り換えられると同時に、各変調信号の送信電力を変更する、請求項１０に記載の無線送信方法。

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