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JP2005354427A - 無線送信装置及び無線送信方法 - Google Patents

無線送信装置及び無線送信方法 Download PDF

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Abstract

【課題】複数の送信アンテナから送信を行う際に、良好な伝送路応答推定を可能にする。
【解決手段】一つのアンテナTx1から順に送信されるショートプリアンブル列１０１、第１ロングプリアンブル列１０２及びシグナルフィールド１０３，１０４を含むＰＬＣＰ信号と、ＰＬＣＰ信号より後に複数のアンテナTx1，Tx2から送信される複数のＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ，１０５Ｂと、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ，１０５Ｂの後にアンテナTx1，Tx2から送信される第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂを有する無線通信用プリアンブル信号を送信データ１１０Ａ，１１０Ｂの前に配置し、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ，１０５Ｂの送信中にアンテナTx2用のパワーアンプの電源を投入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特定のプリアンブル信号を含む無線パケット用いて送信及び受信をそれぞれを行う無線送信装置及び無線送信方法に関する。
米国の電気電子技術者協会であるIEEEにおいて、100Mbps以上のスループットを目指すIEEE 802.11nと呼ばれる無線ＬＡＮ規格の策定が進められている。IEEE 802.11nでは、送信機及び受信装置に複数のアンテナを用いるＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)と呼ばれる技術が採用される可能性が高い。IEEE 802.11nは、既に規格化されているIEEE 802.11a規格と無線機上で共存できることが要求されている。MIMO技術では、複数の送信アンテナから各受信アンテナまでの伝送路応答を測定するために、既知系列であるプリアンブルを複数の送信アンテナから送信する必要がある。
非特許文献１で提案された無線通信用プリアンブル信号案によると、図８に無線通信用プリアンブル信号を含む無線パケットが示されるように、まず一つの送信アンテナTx1から時間同期、周波数同期及びＡＧＣに用いるショートプリアンブル列x01、伝送路応答推定用のロングプリアンブル列x02、無線パケットの変調方式や長さを示すフィールドを含む第１シグナルフィールドx03を送信する。引き続き、IEEE 802.11nで用いる第２シグナルフィールドx04を送信する。次に、送信アンテナTx2から伝送路応答推定用のロングプリアンブル列x05を順に送信する。このようにしてプリアンブル信号の送信が終了した後に、複数の送信アンテナTx1，Tx2から送信データx08を同時に送信する。
図８中に示した無線通信用プリアンブル信号は、ショートプリアンブルx01から第１シグナルフィールドx03までは単一アンテナTx1からの送信を基本とするIEEE 802.11a規格の無線通信用プリアンブル信号と同一である。これにより、図８に示す無線パケットを受信したIEEE 802.11a規格に基づく無線受信装置は、受信した無線パケットをIEEE 802.11a規格に基づくパケットと認識することができる。従って、図８中に示す無線通信用プリアンブル信号は、一つの無線機上でIEEE 802.11nをIEEE 802.11a規格と共存させることを可能とする。
Jan Boer他２名"Backwards compatibility"、［online］、平成１５年９月、IEEE LMSC（発行元）、［平成１５年9月１５日検索］、インターネット＜URL：ftp://ieee:wireless@ftp.802wirelessworld.com/11/03/11-03-0714-00-000n-backwards-compatibility.ppt＞
ところで、無線送信装置においては、一般に送信信号を増幅するためのパワーアンプを用いる。パワーアンプは電源投入直後は出力信号に歪みが生じ、電源投入時点から出力信号が一定のレベルになるまでにある程度の時間を要する。図８に示した無線パケットには、受信側で伝送路応答推定に用いるロングプリアンブル列が含まれているが、このロングプリアンブル列は歪が少ない状態で受信されないと受信性能を大幅に悪化させる。したがって、ロングプリアンブル列が歪まないように送信する必要があるが、上述した文献にはその対策は開示されていない。
本発明の目的は、ＭＩＭＯのように複数の送信アンテナから送信を行う際に、特に伝送路応答推定に用いる信号が歪んで送信されることを防ぎ、もって受信側で高精度に伝送路応答推定ができる無線送信装置および無線送信方法を提供することにある。
本発明の第１の観点によると、複数のアンテナと；前記アンテナの各々に接続された複数の送信ユニットと；前記複数のアンテナのうち少なくとも一つのアンテナを用いて送信するショートプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを含む情報を前記少なくとも一つのアンテナと接続された送信ユニットに供給すると共に、前記複数のアンテナを用いて送信するＡＧＣ用プリアンブルの情報を前記複数の送信ユニットに供給する手段と；前記少なくとも一つの送信アンテナによる前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信中に前記少なくとも一つのアンテナ以外のアンテナに接続される送信ユニットの電源を投入する制御を行う制御手段とを具備し、前記複数の送信アンテナから前記ＡＧＣ用プリアンブルを送信する無線送信装置を提供する。
本発明の第２の観点によると、複数のアンテナと；前記アンテナの各々に接続された複数の送信ユニットと；前記複数のアンテナのうち少なくとも一つのアンテナを用いて送信するショートプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを含む情報を前記少なくとも一つのアンテナと接続された送信ユニットに供給すると共に、前記複数のアンテナを用いて送信するＡＧＣ用プリアンブルの情報を前記複数の送信ユニットに供給する手段と；前記送信ユニットの電源を異なるタイミングで投入する制御を行う制御手段とを具備する無線送信装置を提供する。
本発明の第３の観点では、複数のアンテナと該アンテナの各々に接続された複数の送信ユニットを用いて送信を行う無線送信方法において、前記複数のアンテナのうちの少なくとも一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを含む信号を送信するステップと；前記少なくとも一つのアンテナによる前記第２シグナルフィールドの送信後にＡＧＣ用プリアンブルを送信するステップと；前記少なくとも一つのアンテナによる前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信中に、前記少なくとも一つのアンテナに接続された送信ユニット以外の送信ユニットの電源を投入し、前記少なくとも一つのアンテナ以外のアンテナからＡＧＣ用プリアンブルを送信するステップとを具備する無線送信方法を提供する。
本発明の第４の観点によると、複数のアンテナと該アンテナの各々に接続された複数の送信ユニットを用いて送信を行う無線送信方法において、前記複数のアンテナのうちの少なくとも一つのアンテナ及び該一つのアンテナに接続されたパワーアンプを用いてショートプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを含む信号を送信するステップと；前記第２シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナ及び該複数のアンテナに接続されたパワーアンプを用いてＡＧＣ用プリアンブルを送信するステップと；前記複数のアンテナにそれぞれ接続されたパワーアンプの電源を異なるタイミングで投入するステップとを具備する無線送信方法を提供する。
ＭＩＭＯのように複数の送信アンテナから送信を行う際に、伝送路応答推定に用いる信号の歪みを防止でき、受信側で高精度に伝送路応答推定ができる。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について詳細に説明する。
本発明の一実施形態による無線通信用プリアンブル信号を含む無線パケットは、図１に示されるように、まず単一のアンテナTx1から送信されるＰＬＣＰ(Physical Layer Convergence Protocol)信号が配置される。ＰＬＣＰ信号はショートプリアンブル列１０１、第１ロングプリアンブル列１０２、第１シグナルフィールド(SIGNAL)１０３及び第２シグナルフィールド(SIGNAL 2)１０４を有する。ショートプリアンブル列１０１の単位プリアンブルＳＰ及び第１ロングプリアンブル列１０２の単位プリアンブルＬＰは、それぞれ一定長の信号系列であり、ＳＰの長さに対してＬＰの長さは相対的に大きい。
ショートプリアンブル列１０１、第１ロングプリアンブル列１０２及び第１シグナルフィールド１０３はIEEE 802.11a規格に準拠している。ショートプリアンブル列１０１と第１ロングプリアンブル列１０２との間には、ガードインターバル(Guard Interval)ＧＩが配置される。第２シグナルフィールド１０４は、新たな無線ＬＡＮ規格であるIEEE 802.11nに必要なフィールドである。第１シグナルフィールド１０３及び第２シグナルフィールド１０４については、後に詳しく説明する。
ＰＬＣＰ信号の後に、複数のアンテナTx1及びTx2からそれぞれ同時に送信されるＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bが配置される。ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bは、複数の送信アンテナを使って送信された信号を受信装置において適切な品質で復調できるようにするために用いられる。すなわち、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bは、ＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)技術で通信するにあたって、受信装置が最適なＡＧＣを行うことができるようにするためのプリアンブルであり、ＭＩＭＯ技術を用いたＡＧＣを行う場合に特有のプリアンブルであると共に、単一アンテナ送信の後に複数アンテナからの送信を行う際の、送信機のパワーアンプによる歪を吸収するためのプリアンブルである。
ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bの後に、第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂがそれぞれ配置される。本実施形態では、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bとして図２に示すような系列を用いる。図２は、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Ｂの周波数軸上のサブキャリア配置を示している。図２で黒で示されるサブキャリアはＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Ｂでは値を持つことを示し、白で示されるサブキャリアはＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Ｂでは値がゼロであることを示している。図２では、中心の斜線で示されるゼロサブキャリアを除いて５２本のサブキャリアがある。
各送信アンテナTx1及びTx2では、それぞれ６本ずつのサブキャリア（黒で示されるサブキャリア）を使用しており、アンテナTx1及びTx2で用いているサブキャリアは合計で１２本になるように設計されている。ショートプリアンブル列１０１で用いているサブキャリアの数も１２本であり、使用しているサブキャリアもＡＧＣ用プリアンブル列１０５Ａ及び１０５Ｂで使用しているサブキャリアと同様である。従って、図２で示した周波数軸上のサブキャリアを時間軸上の波形に変換すると、ＡＧＣ用プリアンブル列１０５Ａ及び１０５Ｂの周期は、ショートプリアンブル列１０１のそれと同じになる。なお、本実施形態では送信アンテナ数が２本の場合について説明したが、送信アンテナ数はこれに限られない。例えば、送信アンテナ数が３本の場合、それぞれの送信アンテナでは４本のサブキャリアを用いることになる。
第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂを形成する単位プリアンブルＬＰの相互間には、ガードインターバルＧＩがそれぞれ配置される。後述するように、第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂは、それぞれ直交化されている。
上述した無線通信用プリアンブル信号の後、すなわち第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂのそれぞれの送信後に、アンテナTx1及びTx2からそれぞれ送信される送信データ(DATA)１１０Ａ及び１１０Bが配置される。
次に、第１シグナルフィールド１０３を説明する前に、第２シグナルフィールド１０４について説明しておく。第２シグナルフィールド１０４には、図１の無線パケットがIEEE 802.11a規格以外の規格であるIEEE 802.11nに対応していることを示す識別情報が記述されている。言い替えれば、第２シグナルフィールド１０４は第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂが次に受信されること、及び第２ロングプリアンブル列のシンボル個数を示す。また送信データ１１０Ａ及び１１０Bの変調方式(Modulation Scheme)と符号化方式(Coding Scheme)の組み合わせであるＭＣＳ(Modulation and Coding Scheme)を示す。符号化方式は、誤り訂正符号である畳み込み符号の符号化率を示す。
次に、第１シグナルフィールド１０３について詳しく説明する。第１シグナルフィールド１０３には、後続する送信データ１１０Ａ及び１１０Bの変調方式や無線パケット長を示す情報が記述されている。前述したとおり、図１に示した無線通信用プリアンブル信号のうち、ＰＬＣＰ信号の区間、特にショートプリアンブル列１０１から第１シグナルフィールド１０３までの無線パケット区間は、IEEE 802.11a規格に準拠している。
図３には、IEEE 802.11a規格に基づく無線通信用プリアンブル信号を含む無線パケットを示す。一つの送信アンテナTx1から時間同期、周波数同期及びＡＧＣに用いるショートプリアンブル列x11、伝送路応答推定用のロングプリアンブル列x12、及び無線パケットの変調方式や長さを示すフィールドを含むシグナルフィールドx13が順に送信され、この後に送信データx14，x15が送信される。
図１における第１シグナルフィールド１０３は、図３に示したIEEE 802.11a規格に基づく無線通信用プリアンブル信号におけるシグナルフィールドx13と同様である。第１シグナルフィールド１０３は、図１の下側に詳細に示されるようにIEEE 802.11a規格に基づく無線パケット中のデータ信号のＭＣＳを示すレート部(RATE)１３１、将来の規格拡張のために予約されるリザーブビット(R)１３２、無線パケットの長さを示すパケット長部(LENGTH)１３３、レート部１３１からパケット長部１３３までの情報のパリティチェックを行うパリティ部(P)１３４、及び畳み込み符号を終端させるためのシグナルテール部（SIGNAL TAIL）１３５を有し、これらがＯＦＤＭ多重されて送信アンテナTx1から送信される。
従って、無線機がIEEE 802.11a規格に準拠していれば、パケット長部１３３で示される無線パケット区間では正常な受信動作を行うことができる。すなわち、第１シグナルフィールド１０３に後続する信号区間に、IEEE 802.11a規格に準拠した他の無線送信装置が送信を開始することによって無線パケットを破壊するようなことは生じない。
リザーブビット１３２は、IEEE 802.11a規格に対応する無線機では不要であり、使用されていない。本発明の一実施形態では、このリザーブビット１３２に意味を与えることにより、IEEE 802.11a以外の特定の規格、例えばIEEE 802.11n規格の無線機の動作を制御することを可能とする。具体的には、リザーブビット１３２は例えば（ａ）ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bの送信を予告したり、（ｂ）図１に示したIEEE 802.11n規格に対応する無線パケットを送信することを示したり、あるいは（ｃ）複数の送信アンテナTx1及びTx2を用いてＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５B及びデータ１１０Ａ及び１１０Bを送信することを示す。
ここで、（ａ）の予告については、リザーブビット１３２で第２シグナルフィールド１０４の送信を予告することによって、間接的にＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bの送信を予告することを含む。（ｂ）でいうIEEE 802.11n規格に対応する無線パケットとは、図１に示したようにショートプリアンブル列１０１、第１ロングプリアンブル列１０２、第１シグナルフイールド１０３、第２シグナルフィールド１０４、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５B、第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂ及びデータ１１０Ａ及び１１０Bを含む無線パケットであり、MIMO技術を用いて複数の送信アンテナからの信号が多重された信号を含む無線パケットである。
リザーブビット１３２を予め決められた値、例えば“１”にして送信すれば、IEEE 802.11n規格の無線機はリザーブビット１３２の受信及び復調を行うことによって、IEEE 802.11n規格に対応する無線パケットの受信を認識することが可能である。具体的には、リザーブビット１３２によって図１の無線パケットが受信されていることを示し、さらにはリザーブビット１３２の後に第２シグナルフィールド及びＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bが次に受信されることを示すことが可能である。
なお、受信側におけるＡＧＣのタイミングについては、第２シグナルフィールド１０４４の受信に応答して行ってもよいし、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ、１０５Ｂの受信に応答して行ってもよい。
次に、図４を参照して図１及び図２で示した無線パケットを送信する本発明の一実施形態に従う無線送信装置について説明する。
まず、送信指令を受けたタイミング制御部２０１はベースバンド信号処理部２０２へ読み込み指令を出す。読み込み指令を受けたベースバンド信号処理部２０２は、メモリ２０３を参照して図１中に示すプリアンブルを読み込む。ベースバンド信号処理部２０２は、さらに上位層から送られてくる送信データに対して変調及び符号化を行うことにより、図１に示す無線パケット全体を構成する。
ベースバンド信号処理部２０２から出力される無線パケットのベースバンド信号は、図１に示したアンテナTx1及びTx2用の無線送信部２０４Ａ及び２０４Ｂへ渡され、ここで所定の処理（例えば、アップコンバートやフィルタリング）が施された後、アンテナTx1及びTx2用のパワーアンプ２０５Ａ及び２０５Ｂへ渡される。パワーアンプ２０５Ａ及び２０５Ｂは、無線送信部２０４Ａ及び２０４Ｂから入力された信号に対して電力増幅を行い、増幅した出力をアンテナTx1及びTx2に供給する。この結果、アンテナTx1及びTx2から図１に示す無線パケットが送信される。
本実施形態においては、図１中に示したショートプリアンブル列１０１から第１ロングプリアンブル列１０２、第１シグナルフィールド１０３及び第２シグナルフィールド１０４までのＰＬＣＰ信号は、図４中の送信アンテナTx1によって送信される。ＰＬＣＰ信号以後の図１中に示したＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５B、第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂ、及びデータ１１０Ａ及び１１０Bは、図４中の送信アンテナTx1、Tx2によって送信される。
タイミング制御部２０１は、ショートプリアンブル列１０１が送信されると同時にパワーアンプ２０５Ａに指令を出し、パワーアンプ２０５Ａの電源を投入する。また、タイミング制御部２０１はＡＧＣプリアンブル列１０５Ａ及び１０５Ｂが送信されるタイミングに合わせてパワーアンプ２０５Ｂの電源を投入する。
図１においては、パワーアンプの電源投入に伴うパワーアンプの出力レベルの変化を模式的に示している。すなわち、アンテナTx1用のパワーアンプ２０５Ａの出力レベルはショートプリアンブル列１０１の送信前は低レベルであり、ショートプリアンブル列１０１の送信とほぼ同時に高レベルとなる。一方、アンテナTx2用のパワーアンプ２０５Ｂの出力レベルはＡＧＣ用プリアンブル列１０５Ａ及び１０５Ｂを送信するタイミングに合わせて低レベルから高レベルへ切り替わる。
アンテナTx1用のパワーアンプ２０５Ａの出力レベルを低レベルから高レベルへ切り替えるタイミングは、図１中に示したタイミングよりも早くすることも、やや遅くすることも可能である。具体的には、パワーアンプ２０５Ａの出力信号の歪が後述するショートプリアンブル列１０１を用いたフレーム検出及びＡＧＣに影響を与えない程度であれば問題はない。
一方、アンテナTx2のパワーアンプ２０５Ｂの電源投入をＡＧＣ用プリアンブルよりも以前、具体的には第２シグナルフィールド１０４の送信中に行った場合、無線回路に大きな電流が流れ、Tx1からの送信信号に歪を生じさせてしまう可能性がある。従って、パワーアンプ２０５Ｂの電源投入タイミングは、第２シグナルフィールド１０４の送信後、すなわちＡＧＣ用プリアンブル列１０５Ａ及び１０５Ｂの送信中が最適であり、より好ましくはＡＧＣ用プリアンブル列１０５Ａ及び１０５Ｂを用いたＡＧＣに影響を与えないタイミングに設定することが望ましい。
次に、図５を用いて図１の無線パケットを受信する無線受信装置について説明する。図５に示す無線受信装置においては、複数の受信アンテナ３０１Ａ〜３０１Ｄによって、図２に示した無線送信装置から送信されたＲＦ信号が受信される。無線受信装置は、単一の受信アンテナを備えていても構わない。受信アンテナ３０１Ａ〜３０１ＤからのＲＦ受信信号は、受信部３０２Ａ〜３０２Ｄにそれぞれ入力される。受信部３０２Ａ〜３０２Ｄでは受信処理、例えばＲＦ帯からＢＢ（ベースバンド）帯への周波数変換（ダウンコンバート）、ＡＧＣ（自動利得制御）及びＡ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換が行われ、ベースバンド信号が生成される。
受信部３０２Ａ〜３０２Ｄからのベースバンド信号は、伝送路推定部３０３Ａ〜３０３Ｄ及びディジタル復調部３０４に入力される。伝送路推定部３０３Ａ〜３０３Ｄでは、図４の無線送信装置から図５の無線受信装置までの間の伝送路応答が推定される。伝送路推定部３０３Ａ〜３０３Ｄについては、後に詳しく説明する。ディジタル復調部３０４では、伝送路推定部３０３Ａ〜３０３Ｄによって推定された伝送路応答に従ってベースバンド信号の復調が行われ、図１中に示した送信データ１１０Ａ及び１１０Ｂに対応する受信データ３０５が生成される。
より詳しくは、ディジタル復調部３０４は入力部に伝送路等化器を有する。伝送路等化器は、受信信号が伝送路で受けた歪を除去するための等化処理を推定された伝送路応答に従って行う。ディジタル復調部３０４は、さらに時間同期処理に基づく適切な復調タイミングで等化後の信号に対して復調処理を行い、データを再生する。
次に、図５中に示した受信部３０２Ａ〜３０２Ｄについて説明する。図６に、受信部３０２Ａの詳細な構成を示す。他の受信部３０２Ｂ〜３０２Ｄも同様であるため、ここでは受信部３０２Ａのみについて説明する。受信アンテナ３０１Ａから入力されるＲＦ受信信号は、ダウンコンバータ４０１によってダウンコンバートされ、ベースバンド信号が生成される。この場合、ＲＦ受信信号を直接ＢＢ帯に変換してもよいし、一旦ＩＦ（中間周波数）帯への変換を行った後、ＢＢ帯に変換してもよい。
ダウンコンバータ４０１によって生成されたベースバンド信号は可変利得増幅器４０２に入力され、ＡＧＣすなわち信号レベルの調整が行われる。可変利得増幅器４０２からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換器４０３によりディジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器４０３から出力されるディジタル信号は、受信部３０２Ａの外に出力されると共に、利得制御部４０４に入力される。利得制御部４０４によってＡ／Ｄ変換器４０３からのディジタル信号から利得計算が行われ、それに基づいて可変利得増幅器４０２の利得が制御される。このＡＧＣの具体的な内容については、後述する。
次に、図１に示した無線通信用プリアンブル信号を含む無線パケットの送信信号を受信する場合に着目して、図５及び図６で説明した無線受信装置の動作について説明する。
無線受信装置は、まず図４中の送信アンテナTx1から送信されるショートプリアンブル列１０１を受信し、ショートプリアンブル列１０１に対応するベースバンド信号を用いてフレーム先頭検出、時間同期、ＡＦＣ（自動周波数制御）及びＡＧＣを行う。ＡＦＣは、周波数同期とも呼ばれる。フレーム先頭検出、時間同期及びＡＦＣについては公知の技術を用いることができるので説明を省略し、ここではＡＧＣについて特に説明する。
ショートプリアンブル列１０１に対応するベースバンド信号は、可変利得増幅器４０２によって、予め与えられた初期利得値に従って増幅される。可変利得増幅器４０２からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換器４０３を経て利得制御部４０４に入力される。利得制御部４０４は、ショートプリアンブル列１０１に対応する受信信号のＡ／Ｄ変換後のレベルから利得を計算し、それに従って可変利得増幅器４０２の利得を制御する。
今、ショートプリアンブル列１０１に対応するベースバンド信号のＡ／Ｄ変換後のレベルをＸとする。レベルＸが高い場合、ベースバンド信号はＡ／Ｄ変換器４０３の入力ダイナミックレンジの上限を超え、Ａ／Ｄ変換によって得られるディジタル信号は飽和を起こす。このため、特に高レベルの信号は歪んでしまう。一方、レベルＸが低い場合、特に低レベルの信号はＡ／Ｄ変換に伴って大きな量子化誤差を含むようになる。このようにＡ／Ｄ変換後のレベルＸが高い場合及び低い場合のいずれにおいても、Ａ／Ｄ変換器４０３では適切な変換が行われないため、受信品質に大きな支障をきたす。
この問題を解決するため、利得制御部４０４はショートプリアンブル列１０１に対応するベースバンド信号のＡ／Ｄ変換後のレベルXが予め決められた目標値Ｚになるように、可変利得増幅器４０２の利得を制御する。
Ａ／Ｄ変換器４０３に入力される信号が全て飽和してしまう程度にベースバンド信号のレベルが大幅に高い場合、あるいは逆に大幅に低い場合、一回の制御で可変利得増幅器４０２の利得を適切に制御できないことがある。このような場合、利得制御を繰り返して行う。この結果、Ａ／Ｄ変換器４０３に入力されるベースバンド信号のレベルをＡ／Ｄ変換器４０３の入力ダイナミックレンジ内に収まるような適切なレベルに調整することが可能となる。
このようにショートプリアンブル列１０１に対応するベースバンド信号を用いて可変利得増幅器４０２の利得を制御することにより、適切なＡ／Ｄ変換を行い、受信品質の低下を避けることができる。なお、ショートプリアンブル列１０１を用いたＡＧＣを一回目のＡＧＣと呼ぶことにする。
上記の説明では、可変利得増幅器４０２のための利得計算に必要な受信レベルの測定をＡ／Ｄ変換器４０３から出力されるディジタル信号を用いて行ったが、Ａ／Ｄ変換前のアナログ信号を用いてレベル測定を行うことも可能である。さらに、ＢＢ帯でなくＩＦ帯あるいはＲＦ帯で受信レベルの測定を行っても構わない。
パワーアンプ２０５Ａの電源の投入は、ショートプリアンブル列１０１の送信タイミングに合わせて行われるため、ショートプリアンブル列１０１の前半部分は歪が生じる。しかしながら、ショートプリアンブル列１０１の前半は受信側において無線パケットの検出やＡＧＣに使われるため、多少歪が生じていても問題はない。一方、ＡＧＣは繰り返し行われる制御であり、ショートプリアンブル列１０１の後半では電源投入の影響による歪のない信号を用いてＡＧＣを正しく行うことができるため、特に問題とはならない。
次に、無線受信装置は送信アンテナ２０５Ａから送信される第１ロングプリアンブル列１０２を受信し、ロングプリアンブル列１０２に対応するベースバンド信号を用いて伝送路推定、すなわち無線送信装置から無線受信装置までの伝送路応答（周波数伝達特性）の推定を行う。送信アンテナTx1から送信される信号については上述のようにＡＧＣが終了しているため、伝送路推定を行うときにはＡ／Ｄ変換器４０３への入力のレベルは適切に調整されている。従って、送信アンテナ２０５Ａから送信される信号については、Ａ／Ｄ変換器４０３から精度の高いディジタル信号が得られるため、このディジタル信号を用いて伝送路推定を的確に行うことができる。
次に、無線受信装置は送信アンテナTx1から送信される第１シグナルフィールド１０３を受信し、第１シグナルフィールド１０３に対応するベースバンド信号に対して、上述した伝送路推定の結果を用いてディジタル復調部４０４により復調処理を行う。第１シグナルフィールド１０３には、図１中に示したようにプリアンブルデータに後続するデータのＭＣＳを示すレート部１３１や、無線パケットの長さを示すパケット長部１３３が記述されている。無線受信装置は、第１シグナルフィールド１０３中のパケット長部１３３から認識される無線パケット区間においてディジタル復調部４０４による復調処理を続ける。
次に、図７を用いて図５中のディジタル復調部３０４について詳細に説明する。ディジタル復調部３０４には、図５中に示した受信部３０２Ａ〜３０２Ｄからの信号５００が入力される。ディジタル復調部３０４はＦＦＴ（高速フーリエ変換）部５０１、シンボルタイミング制御部５０２、デマッピング部５０３、誤り訂正部５０４、シグナル復号部５０５及びＡＧＣ開始制御部５０６を有する。
シンボルタイミング制御部５０２は、入力されるショートプリアンブル列１０１及びロングプリアンブル列１０２などを用いて、タイミング同期（時間同期）の一つであるシンボル同期をとる。具体的には、図１の無線パケット中に示されている各々のシンボルの区切りを認識する。シンボル同期の手法については、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
ＦＦＴ部５０１は、シンボルタイミング制御部５０２で認識されたタイミングに応じて入力信号５００に対しＦＦＴを施し、第１ロングプリアンブル列１０２を用いた伝送路推定を行う。伝送路推定も公知の技術なので、説明を省略する。
次に、ＦＦＴ部５０１は入力信号５００に対し第１シグナルフィールド１０３のタイミングでＦＦＴを施す。ＦＦＴ部５０１からの出力は、デマッピング部５０３により２値系列に変換された後、誤り訂正部５０４へ入力される。誤り訂正後の出力は、ディジタル復調部３０４から受信データ３０５として出力されると共に、シグナル復号部５０５に入力される。なお、誤り訂正を用いずにデマッピング部５０３の出力をそのままシグナル復号部５０５へ入力することも可能である。
シグナル復号部５０５では、第１シグナルフィールド１０３中のリザーブビット１３２を復号して予め決められた値、例えば“１”であることを検出すると、間もなくＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bが受信されることを認識し、ＡＧＣ開始制御部５０６にその旨、すなわちＡＧＣ用プリアンブルの受信予告を通知する。ＡＧＣ開始制御部５０６は、このＡＧＣ用プリアンブル受信予告を受けると図６中に示す利得制御部４０４に対してＡＧＣ開始指令を送り、利得制御動作を開始させる制御を行う。
次に、無線受信装置は送信アンテナ２０５Ａから送信される第２シグナルフィールド１０４を受信した後、送信アンテナ２０５Ａ及び２０５Bから送信されるＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bを受信する。ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bは、第２シグナルフィールド１０４まで送信を続けてきた送信アンテナ２０５Ａ及び今まで送信を行ってない送信アンテナTx2から送信される。従って、送信アンテナTx1のみから送信される信号（第１ショートプリアンブル列１０１、第1ロングプリアンブル列１０２、第１シグナル１０３及び第２シグナル１０４）を受信する場合と比較して、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bを受信する場合の受信レベルは変化する。
このときＡＧＣ開始制御部５０６は、シグナル復号部５０５からＡＧＣ用プリアンブル受信予告を既に受けているため、シンボルタイミング制御部５０２からのシンボルタイミングの情報を用いて、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bが図５中のＡ／Ｄ変換器４０３を通過する時間に合わせて、ＡＧＣ開始指令を受信部３０２Ａ〜３０２Ｄへ送る。受信部３０２Ａ〜３０２ＤはＡＧＣ開始指令を受けると、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Bを用いて再度ＡＧＣを行う。これにより送信アンテナ２０５Ａ及び２０５Ｄから同時に送信されてくる信号、すなわちＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)のチャネルで送られてくる信号を受信レベルを適切に調整してＡ／Ｄ変換器４０３に入力することができる。なお、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Ｂを用いたＡＧＣを二回目のＡＧＣと呼ぶことにする。
ところで、本実施形態では一回目のＡＧＣで用いる目標値Ｚと二回目のＡＧＣで用いる目標値を同一の値としたが、一回目のＡＧＣと二回目のＡＧＣで異なる値を設定してもよい。これにより単一のアンテナから送信されている信号も、複数のアンテナから同時に送信された信号も、それぞれ高精度にＡ／Ｄ変換を行うことが可能になる。
第１シグナルフィールド１０３を復号するために、ＦＦＴが用いられる。ＦＦＴは原理的に、第１シグナルフィールド１０３が全て受信されてからでないと開始することはできない。ＦＦＴ及び誤り訂正復号の処理は、第２シグナルフィールド１０４の受信中に行われる。
現在のＬＳＩ技術を考慮すると、第１シグナルフィールド１０３の復号結果が分かるのは、既に無線受信装置がＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Ｂを受信中のときであり、二回目のＡＧＣが開始されるのもＡＧＣ用プリアンブル受信中になる。図１の下側には、無線通信装置がＡＧＣを開始するタイミングが記載されている。これによると、ショートプリアンブル列１０１の受信中に一回目のＡＧＣを行い、ＡＧＣ用プリアンブル列受信中に二回目のＡＧＣを開始する様子が示される。
ところで、図１からもわかるように、アンテナTx2用のパワーアンプ２０５Ｂの電源をＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Ｂの前半で投入すれば、無線受信装置が第１シグナルフィールド１０３を復号するタイミングではパワーアンプ２０５Ｂの出力は既に収束することになるため、二回目のＡＧＣに影響を与えない。すなわち、パワーアンプ２０５Ｂの電源はＡＧＣ用プリアンブル列１０５Ａを送信するタイミング、つまり第２シグナルフィールド１０４とＡＧＣ用プリアンブル列１０５Ａとの境界で投入する必要はなく（図１の場合は境界で投入している）、無線通信装置が二回目のＡＧＣを開始するまでにパワーアンプ２０５Ｂの歪が収束するように調整されていれば良い。
二回目のＡＧＣ開始指令は、第２シグナルフィールド１０４を復号した後に出しても良いが、本実施形態では第１シグナルフィールド１０３中のリザーブビット１３２を復号した時点でＡＧＣ開始指令を出す。これによって、ＡＧＣ開始指令が出されてから実際にＡＧＣを開始するまでの時間に余裕を持たせることができる。具体的には、第２シグナルフィールド１０４の復号に要する時間分だけ余裕が生じる。従って、第２シグナルフィールド１０４を復号してからＡＧＣ開始指令を出す手法と比較して、復号のための処理速度を低減することが可能になり、低速動作の廉価なＬＳＩを使用することが可能になる。
また、第２シグナルフィールド１０４を復号してからＡＧＣ開始指令を出す手法と比較して、ＡＧＣプリアンブル１０５Ａ及び１０５Ｂを用いたＡＧＣが可能な時間を長く取ることができるため、適切なＡＧＣ値の下で高品質の受信を行うことができる。すなわち、図４で示したようにＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Ｂに対応するベースバンド信号のＡ／Ｄ変換後のレベルを用いて、可変利得増幅器４０２に対する利得制御を再度行うことができる。
次に、無線受信装置は第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂを用いて伝送路推定を行う。第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂは、図４に示したような無線送信装置によりＭＩＭＯ多重された信号を受信するためのプリアンブル信号であり、無線受信装置はこれを用いて複数のアンテナからの伝送路推定を行う。従って、もし第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂが歪んだ場合、受信性能は大幅に劣化する。
これに対して、本発明の実施形態ではアンテナTx2用のパワーアンプ２０５Ｂの電源投入に伴い送信信号に発生する歪は、ＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Ｂの送信中に発生するため、第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂに歪を生じさせることはない。従って、第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂを用いた伝送路推定を高精度に行うことが可能であり、良好な受信性能が得られる。また、ＡＧＣ用プリアンブル列１０５Ａ及び１０５Ｂを用いた二回目のＡＧＣも、ＡＧＣ用プリアンブル列１０５Ａ及び１０５Ｂの受信中に終了するため、第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂの受信に影響しない。
図８に示した従来のプリアンブル信号はＡＧＣ用プリアンブルが存在しないため、無線受信装置のＡＧＣを再度動作させる必要はない。しかし、パワーアンプの電源をＭＩＭＯ用ロングプリアンブル列の送信中に投入した場合、ロングプリアンブル列に歪を与えるため、受信機の性能を大幅に劣化させる。加えて従来のプリアンブル信号ではＡＧＣ用プリアンブルが存在しないため、ＡＧＣを適切に調整することが難しく、良好な受信性能が得られない。本発明の実施形態によると、このような問題点が解消する。
以上述べように、本発明の実施形態によるとアンテナTx2用のパワーアンプ２０５Ｂの電源を投入した際の歪をＡＧＣ用プリアンブル１０５Ａ及び１０５Ｂによって吸収し、第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９Ｂの送信信号に歪を発生することがなくなる。従って、第２ロングプリアンブル列１０６Ａ〜１０９Ａ及び１０６Ｂ〜１０９ＢによるＭＩＭＯシステムの伝送路推定を正確に行うことが可能になり、受信性能を大幅に改善することが可能になる。
また、ＡＧＣ用プリアンブル列１０５Ａ及び１０５Ｂを用いることにより、ＭＩＭＯ信号を適切にデジタル変換することが可能になり、高精度な受信を行うことが可能になる。
さらに、アンテナTx2用のパワーアンプ２０５Ｂの電源を無線パケットの先頭で投入する場合と比較して、低消費電力が可能になる。すなわち、無線パケットの先頭でアンテナTx1用及びTx2用のパワーアンプ２０５Ａ及び２０５Ｂの電源を共に投入した場合、前述した低消費電力の効果はなくなるが、両パワーアンプ２０５Ａ及び２０５Ｂの電源投入タイミングをずらすことにより、無線回路内に大電流を流すのを防ぎ、歪を低下させることも可能である。
上記実施形態では、ＡＧＣ用プリアンブル以降で送信を行うアンテナはTx2のみであったが、ＡＧＣ用プリアンブル以降で３本以上の送信アンテナを用いる場合にも容易に拡張できる。その際は、例えば、３つのアンテナのうち２つのアンテナで図３に示すようなプリアンブル信号をまず送信し、その後全てのアンテナでＡＧＣ用プリアンブルを送信してもよい。また、上述した実施形態ではパワーアンプの電源投入を制御する例について述べたが、無線送信部の電源、あるいは無線送信部とパワーアンプを含めた送信ユニットの電源の投入を制御する場合についても容易に拡張できる。
その他、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明の一実施形態に従うプリアンブル信号を含む無線パケットとパワーアンプ出力の変化及び受信側でのＡＧＣ開始タイミングを示す図 図一中のＡＧＣ用プリアンブルのサブキャリア配置を示す図 IEEE 802.11aに準拠した無線パケットを示す図 本発明の一実施形態に従う無線送信装置のブロック図 本発明の一実施形態に従う無線受信装置のブロック図 図５中に示す受信部の具体例を示すブロック図 図５中に示すディジタル復調部の具体例を示すブロック図 従来のプリアンブル信号を含む無線パケットを示す図
符号の説明
１０１…ショートプリアンブル列
１０２…第１ロングプリアンブル列
１０３…第１シグナルフィールド
１０４…第２シグナルフィールド
１０５Ａ，１０５Ｂ…ＡＧＣ用プリアンブル
１０６Ａ〜１０９Ａ，１０６Ｂ〜１０９Ｂ…第２ロングプリアンブル列
１１０Ａ，１１０Ｂ…データ
２０１…タイミング制御部
２０２…ベースバンド信号処理部
２０３…メモリ
２０４Ａ，２０４Ｂ…無線送信部
２０５Ａ，２０５Ｂ…パワーアンプ
２０５Ａ〜２０５Ｄ…送信アンテナ
３０１Ａ…３０１Ｄ…受信アンテナ
３０２，３０２Ａ〜３０２Ｄ…受信部
３０３Ａ〜３０３Ｄ…伝送路推定部
３０４…ディジタル復調部
４０１…ダウンコンバータ
４０２，４０２Ａ〜４０２Ｄ…可変利得増幅器
４０３…Ａ／Ｄ変換器
４０４…利得制御部
５０１…ＦＦＴユニット
５０２…シンボルタイミング制御部
５０３…デマッピング部
５０４…誤り訂正部
５０５…シグナル復号部
５０６…ＡＧＣ開始制御部

Claims (6)

  1. 複数のアンテナと；
    前記アンテナの各々に接続された複数の送信ユニットと；
    前記複数のアンテナのうち少なくとも一つのアンテナを用いて送信するショートプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを含む情報を前記少なくとも一つのアンテナと接続された送信ユニットに供給すると共に、前記複数のアンテナを用いて送信するＡＧＣ用プリアンブルの情報を前記複数の送信ユニットに供給する手段と；
    前記少なくとも一つの送信アンテナによる前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信中に前記少なくとも一つのアンテナ以外のアンテナに接続される送信ユニットの電源を投入する制御を行う制御手段とを具備し、前記複数の送信アンテナから前記ＡＧＣ用プリアンブルを送信する無線送信装置。
  2. 前記第１シグナルフィールドは、前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信を予告するビットを含む請求項１記載の無線送信装置。
  3. 前記第１シグナルフィールドは、前記複数のアンテナを用いて前記ＡＧＣ用プリアンブル及びデータを送信することを予告するビットを含む請求項１記載の無線送信装置。
  4. 複数のアンテナと；
    前記アンテナの各々に接続された複数の送信ユニットと；
    前記複数のアンテナのうち少なくとも一つのアンテナを用いて送信するショートプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを含む情報を前記少なくとも一つのアンテナと接続された送信ユニットに供給すると共に、前記複数のアンテナを用いて送信するＡＧＣ用プリアンブルの情報を前記複数の送信ユニットに供給する手段と；
    前記送信ユニットの電源を異なるタイミングで投入する制御を行う制御手段とを具備する無線送信装置。
  5. 複数のアンテナと該アンテナの各々に接続された複数の送信ユニットを用いて送信を行う無線送信方法において、
    前記複数のアンテナのうちの少なくとも一つのアンテナを用いてショートプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを含む信号を送信するステップと；
    前記少なくとも一つのアンテナによる前記第２シグナルフィールドの送信後にＡＧＣ用プリアンブルを送信するステップと；
    前記少なくとも一つのアンテナによる前記ＡＧＣ用プリアンブルの送信中に、前記少なくとも一つのアンテナに接続された送信ユニット以外の送信ユニットの電源を投入し、前記少なくとも一つのアンテナ以外のアンテナからＡＧＣ用プリアンブルを送信するステップとを具備する無線送信方法。
  6. 複数のアンテナと該アンテナの各々に接続された複数の送信ユニットを用いて送信を行う無線送信方法において、
    前記複数のアンテナのうちの少なくとも一つのアンテナ及び該一つのアンテナに接続されたパワーアンプを用いてショートプリアンブル列、第１シグナルフィールド及び第２シグナルフィールドを含む信号を送信するステップと；
    前記第２シグナルフィールドの送信後に前記複数のアンテナ及び該複数のアンテナに接続されたパワーアンプを用いてＡＧＣ用プリアンブルを送信するステップと；
    前記複数のアンテナにそれぞれ接続されたパワーアンプの電源を異なるタイミングで投入するステップとを具備する無線送信方法。
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