JP4291669B2 - マルチキャリア通信装置およびマルチキャリア通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、マルチキャリア通信装置およびマルチキャリア通信方法に関し、特に、マルチアンテナ伝送を行うマルチキャリア通信装置およびマルチキャリア通信方法に関する。

近年、移動体通信においては、限られた周波数資源を有効に利用して高速伝送を実現するために、マルチキャリア変調方式およびマルチアンテナ伝送が注目されている。さらに、これら２つの技術を組み合わせることによって、周波数利用効率の向上を図ることが検討されている（例えば特許文献１の図４参照）。

複数のアンテナを用いてデータを伝送するマルチアンテナ伝送としては、ＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）およびＳＴＣ（Space-Time Coding：時空符号化）が知られている。ＭＩＭＯやＳＴＣにおいては、互いに異なるデータストリームに対して同一周波数および同一拡散符号が用いられ、複数の送信アンテナから同一時刻に送信される。そして、これらの信号が伝搬路において重畳され、受信装置によって受信される。

一方、マルチキャリア変調方式は、周波数選択性フェージングが発生しない程度に伝送速度が抑えられた複数の搬送波（サブキャリア）を用いてデータを伝送することにより、伝送効率を向上させ、結果的に高速伝送を可能とする技術である。特にＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）変調方式は、データが配置される複数のサブキャリアが相互に直交しているため、マルチキャリア変調方式の中で最も周波数利用効率が高い方式である。また、ＯＦＤＭ変調方式は、比較的簡単なハードウエア構成で実現することができる。このため、ＯＦＤＭ変調方式については、様々な検討が行われている。

上述したように、ＯＦＤＭ変調方式などのマルチキャリア変調方式においては、複数のサブキャリアを用いた並列伝送を行う。この際、各サブキャリアの位相が揃ってしまうと、平均送信電力と比較して著しく大きな送信ピーク電力が発生する。このような場合、広いダイナミックレンジにわたって出力の直線性を維持することができる送信パワーアンプを用いる必要があるが、一般にこのようなアンプは効率が低く、装置の消費電力が大きくなる。

したがって、例えばリミッタによって閾値以上の送信電力を抑圧し、送信ピーク電力を抑圧する方法が採られることがある（例えば特許文献２の図１参照）。また、ＰＴＳ（Partial Transmit Sequences）と呼ばれる部分系列伝送を用いた送信ピーク電力抑圧方法も知られている。ＰＴＳにおいては、複数のサブキャリアのグループが形成され、グループごとに逆フーリエ変換処理が行われ、それぞれ異なる位相係数が乗算される。そして、全グループの出力が加算され、得られた信号のピーク電力が最も低くなるような位相係数の系列が選択される。さらに、選択された位相係数の系列を受信側へ通知するためのサイド情報が送信され、受信側ではサイド情報に基づいて位相の逆回転が行われ、データが復調される（例えば非特許文献１参照）。
特開２００２−４４０５１号公報 特開２００２−４４０５４号公報 Electronics Letters, Volume:33, Issue:5, 1997, "OFDM with reduced peak-to-average power ratio by optimum combination of partial transmit sequences", Muller, S.H.; Huber, J.B.

しかしながら、マルチキャリア変調において送信ピーク電力を抑圧するために、例えばリミッタを用いて非線形な処理を行うと、一般に、非線形歪みによってサブキャリア間干渉が増大して特性が劣化し、かつ、帯域外への不要な輻射が増大して帯域外の信号に干渉を与えてしまうという問題がある。また、ＰＴＳを用いる場合には、本来伝送すべき情報とは異なるサイド情報の量が多くなり、伝送効率が低下するという問題がある。これらの問題は、マルチアンテナ伝送とマルチキャリア変調方式を組み合わせた場合にも同様に発生する。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、マルチアンテナ伝送を行う無線通信において、非線形歪みを生じさせることがないとともに、伝送効率を低下させることなく送信ピーク電力を抑圧することができるマルチキャリア通信装置およびマルチキャリア通信方法を提供することを目的とする。

本発明のマルチキャリア通信装置は、複数の異なるデータストリームを同一のキャリア群を用いて複数のアンテナから同時に送信するマルチキャリア通信装置であって、少なくとも１つのデータストリームにピーク電力が発生するか否かを判定する判定手段と、ピーク電力が発生すると判定された場合に当該データストリームの一部のデータを他のデータストリームの一部のデータと交換する交換手段と、を有する構成を採る。

この構成によれば、ピーク電力が発生するデータストリームがある場合に、当該データストリームのデータの一部を他のデータストリームのデータの一部と交換するため、各データストリームを送信するためのキャリアの位相が変化し、非線形歪みを生じさせることがないとともに、伝送効率を低下させることなく送信ピーク電力を抑圧することができる。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記判定手段は、各データストリームの電力を測定する測定部と、測定された電力を所定の閾値と比較する比較部と、を有し、比較の結果、測定された電力が所定の閾値以上であるデータストリームにピーク電力が発生すると判定する構成を採る。

この構成によれば、データストリームの測定電力が所定の閾値以上である場合にピーク電力が発生すると判定するため、各データストリームにおけるピーク電力の発生を正確に検出することができる。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記交換手段は、あらかじめ定められたキャリアのグループを単位として各データストリームの一部のデータを交換するパターンを決定する交換パターン決定部と、決定された交換パターンに従って各データストリームの一部のデータを交換するデータ交換部と、を有する構成を採る。

この構成によれば、キャリアのグループを単位として決定された交換パターンに従ってデータの交換を行うため、送信ピーク電力を抑圧する効果が高い交換パターンを選択することができる。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記交換パターン決定部は、キャリアのグループのうち周波数が等しいグループ間でデータを交換するパターンを決定する構成を採る。

この構成によれば、周波数が等しいグループ間でデータを交換するため、データに含まれるパイロットデータを交換した場合でも、通信相手局は、データの交換パターンに関する情報なしで各データストリームを分離することができる。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記交換パターン決定部は、キャリアのグループのうち周波数が異なるグループ間でデータを交換するパターンを決定する構成を採る。

この構成によれば、周波数が異なるグループ間でデータを交換するため、データ交換をより自由に行うことができ、送信ピーク電力を抑圧する効果が高い交換パターンを選択することができる。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記データ交換部は、各データストリームの一部のデータに含まれる直交パイロットデータを交換する構成を採る。

この構成によれば、直交パイロットデータも含めてデータの交換を行うため、通信相手局は、データの交換パターンに関する情報なしで伝搬路推定を行って各データストリームを分離することができる。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記データ交換部は、各データストリームの一部のデータに含まれる直交パイロットデータは交換しない構成を採る。

この構成によれば、直交パイロットデータはデータの交換に含めないため、周波数が異なるキャリアのデータを交換することができ、結果としてデータ交換をより自由に行うことができ、送信ピーク電力を抑圧する効果が高い交換パターンを選択することができる。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記交換手段は、データを交換するパターンを通信相手局に通知するための交換パターン情報を送信する送信手段を含む構成を採る。

この構成によれば、交換パターン情報を通信相手局へ送信するため、少ない情報量のサイド情報を送信するのみでデータ交換をより自由に行うことができ、送信ピーク電力を抑圧する効果が高い交換パターンを選択することができる。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記送信手段は、交換対象から除外される特定のキャリアを用いて交換パターン情報を送信する構成を採る。

この構成によれば、交換対象から除外される特定のキャリアを用いて交換パターン情報を送信するため、通信相手局は、特別の情報なしに交換パターン情報を確実に抽出することができる。

本発明のマルチキャリア通信装置は、各データストリームに対してそれぞれ異なる指向性ウェイトを形成する形成手段、をさらに有し、前記形成手段は、前記交換手段によってデータが交換された場合、対応して指向性ウェイトの交換を行う構成を採る。

この構成によれば、各データストリームに対してそれぞれ異なる指向性ウェイトが形成されるため、データストリームごとに伝搬路環境の相関を除去することができ、通信容量を向上させることができる。

本発明のマルチキャリア通信装置は、送信データを符号化して互いに符号化関係にある複数の異なるデータストリームを生成する生成手段、をさらに有する構成を採る。

この構成によれば、送信データを符号化して互いに符号化関係にある複数の異なるデータストリームを生成するため、例えば時空符号化（ＳＴＣ：Space-Time Coding）および空間周波数符号化（ＳＦＣ：Space-Frequency Coding）などのマルチアンテナ伝送において送信ピーク電力を抑圧することができる。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記生成手段は、送信データを所定のブロック符号化単位ごとにブロック符号化し、前記交換手段は、前記ブロック符号化単位を最小単位としてデータの交換を行う構成を採る。

この構成によれば、ブロック符号化単位を最小単位としてデータの交換を行うため、データの交換とブロック符号化の単位が一致し、連続したシンボルに関する伝搬路特性はほとんど変動しないと仮定することができ、通信相手局は、ブロック復号処理を正しく行うことができる。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記生成手段は、送信データを畳み込み符号化して複数の異なるデータストリームを生成する構成を採る。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記生成手段は、送信データをターボ符号化して複数の異なるデータストリームを生成する構成を採る。

これらの構成によれば、例えば時空符号化および空間周波数符号化などのマルチアンテナ伝送において送信ピーク電力を抑圧することができる。

本発明の通信端末装置は、上記のいずれかに記載のマルチキャリア通信装置を有する構成を採る。

この構成によれば、上記のいずれかに記載のマルチキャリア通信装置と同様の作用効果を、通信端末装置において実現することができる。

本発明の基地局装置は、上記のいずれかに記載のマルチキャリア通信装置を有する構成を採る。

この構成によれば、上記のいずれかに記載のマルチキャリア通信装置と同様の作用効果を、基地局装置において実現することができる。

本発明のマルチキャリア通信方法は、複数の異なるデータストリームを同一のキャリア群を用いて複数のアンテナから同時に送信するマルチキャリア通信方法であって、少なくとも１つのデータストリームにピーク電力が発生するか否かを判定するステップと、ピーク電力が発生すると判定した場合に当該データストリームの一部のデータを他のデータストリームの一部のデータと交換するステップと、を有するようにした。

この方法によれば、ピーク電力が発生するデータストリームがある場合に、当該データストリームのデータの一部を他のデータストリームのデータの一部と交換するため、各データストリームを送信するためのキャリアの位相が変化し、非線形歪みを生じさせることがないとともに、伝送効率を低下させることなく送信ピーク電力を抑圧することができる。

本発明によれば、マルチアンテナ伝送を行う無線通信において、非線形歪みを生じさせることがないとともに、伝送効率を低下させることなく送信ピーク電力を抑圧することができる。

本発明者は、マルチアンテナ伝送を行うマルチキャリア通信装置においては、データストリームの内容が送信アンテナごとに異なり、データストリームの一部を送信アンテナ間で交換することにより各アンテナの送信ピーク電力が変化することに着目して本発明をするに至った。

すなわち、本発明の骨子は、送信ピーク電力があらかじめ設定された閾値以下となるように、データストリームの一部を送信アンテナ間で交換して送信することである。

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、以下の説明では、マルチキャリア変調方式の一例としてＯＦＤＭ変調方式を挙げて説明する。すなわち、伝送されるマルチキャリア信号がＯＦＤＭシンボルである場合について説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る送信側のマルチキャリア通信装置の構成を示すブロック図である。図１に示すマルチキャリア通信装置は、デマルチプレクサ１００、Ｓ／Ｐ（Serial/Parallel：直／並列）変換部１１０−１〜ｎ（ｎは２以上の自然数）、データ交換部１２０、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）部１３０−１〜ｎ、Ｐ／Ｓ（並／直列）変換部１４０−１〜ｎ、ＧＩ（Guard Interval：ガードインターバル）挿入部１５０−１〜ｎ、電力測定部１６０−１〜ｎ、無線送信部１７０−１〜ｎ、送信アンテナ１８０−１〜ｎ、および交換パターン決定部１９０を有している。このマルチキャリア通信装置は、ＭＩＭＯ伝送を行う。換言すれば、各送信アンテナ１８０−１〜ｎからは、それぞれ異なるデータが同一周波数および同一拡散符号が用いられて同時に送信される。

デマルチプレクサ１００は、送信データを複数（ｎ個）のデータストリームに分割する。

Ｓ／Ｐ変換部１１０−１〜ｎは、各データストリームをＳ／Ｐ変換し、サブキャリア数分の並列データを生成する。

データ交換部１２０は、交換パターン決定部１９０から出力される制御情報に基づき、各データストリームに対応する並列データの一部を他のデータストリームに対応する並列データの一部と入れ替える。このとき、データ交換部１２０は、並列データを所定数まとめて形成されるグループ単位で他のデータストリームのものと入れ替える。並列データはそれぞれサブキャリアに対応しているので、以下、データ入れ替えの単位となるグループを「サブキャリアのグループ」、または単に「グループ」という。

ＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎは、データ交換部１２０から出力される並列データに対してＩＦＦＴ処理を行い、サブキャリアにデータを配置する。すなわち、ＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎは、サブキャリアのグループ単位でデータが交換された後の並列データに対してＩＦＦＴ処理を行う。

Ｐ／Ｓ変換部１４０−１〜ｎは、ＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎから出力された各サブキャリアのデータをＰ／Ｓ変換し、ＯＦＤＭシンボルを生成する。

ＧＩ挿入部１５０−１〜ｎは、各データストリームのＯＦＤＭシンボルにガードインターバルを挿入する。

電力測定部１６０−１〜ｎは、各データストリームのＯＦＤＭシンボルの電力を測定し、所定の閾値と比較する。また、電力測定部１６０−１〜ｎは、比較の結果、ＯＦＤＭシンボルの電力が所定の閾値以下である場合は、ＯＦＤＭシンボルを無線送信部１７０−１〜ｎへ出力し、ＯＦＤＭシンボルの電力が所定の閾値以上である場合は、各ＯＦＤＭシンボルの電力測定結果を交換パターン決定部１９０へ出力する。

無線送信部１７０−１〜ｎは、ＯＦＤＭシンボルに対してＤ／Ａ変換およびアップコンバートなどの無線送信処理を施し、送信アンテナ１８０−１〜ｎから送信する。

交換パターン決定部１９０は、電力測定部１６０−１〜ｎにおいて測定された電力が所定の閾値以上となるデータストリームのデータをサブキャリアのグループ単位で交換するための交換パターンを決定し、制御情報としてデータ交換部１２０へ出力する。なお、交換パターンの具体例については後述する。

図２は、実施の形態１に係る受信側のマルチキャリア通信装置の構成を示すブロック図である。図２に示すマルチキャリア通信装置は、受信アンテナ２００−１〜ｎ、無線受信部２１０−１〜ｎ、ＧＩ除去部２２０−１〜ｎ、Ｓ／Ｐ変換部２３０−１〜ｎ、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部２４０−１〜ｎ、データ分離部２５０、復調部２６０−１〜ｎ、Ｐ／Ｓ変換部２７０−１〜ｎ、マルチプレクサ２８０、および伝搬路推定部２９０を有している。

無線受信部２１０−１〜ｎは、受信アンテナ２００−１〜ｎからＯＦＤＭシンボルを受信し、ダウンコンバートおよびＡ／Ｄ変換などの無線受信処理を施す。

ＧＩ除去部２２０−１〜ｎは、各受信アンテナ２００−１〜ｎから受信されたＯＦＤＭシンボルからガードインターバルを除去する。

Ｓ／Ｐ変換部２３０−１〜ｎは、各データストリームのＯＦＤＭシンボルをＳ／Ｐ変換し、サブキャリア数分の並列データを生成する。

ＦＦＴ部２４０−１〜ｎは、各データストリームの並列データに対してＦＦＴ処理を行い、サブキャリアごとのデータを生成する。

データ分離部２５０は、伝搬路推定部２９０から出力される伝搬路推定結果に基づき、サブキャリアごとのデータを送信側のマルチキャリア通信装置における送信アンテナ１８０−１〜ｎに対応するデータストリームへと分離する。

復調部２６０−１〜ｎは、伝搬路推定部２９０から出力される伝搬路推定結果に基づき、各データストリームを復調する。

Ｐ／Ｓ変換部２７０−１〜ｎは、復調部２６０−１〜ｎから出力された復調結果をＰ／Ｓ変換し、直列データを生成する。

マルチプレクサ２８０は、各データストリームの直列データを多重し、受信データを得る。

次いで、上述のように構成されたマルチキャリア通信装置の動作について、図３に示すフロー図を参照しながら説明する。なお、本実施の形態における受信側のマルチキャリア通信装置（図２）の動作については、従来のマルチキャリア通信装置の動作と同様であるため、その説明を省略する。

まず、送信データは、デマルチプレクサ１００によって分割され、ｎ個のデータストリームが生成される。各データストリームは、それぞれＳ／Ｐ変換部１１０−１〜ｎによってＳ／Ｐ変換され、データストリームごとに並列データが生成される。並列データは、データ交換部１２０を経てＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎに入力され、ＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎによってＩＦＦＴ処理が施され、周波数が互いに直交するサブキャリアに各データストリームの並列データが配置される。すなわち、動作開始時は、データストリーム間におけるデータの交換が行われることなく、ＩＦＦＴ処理が行われる。

そして、ＩＦＦＴ処理後の各データストリームは、Ｐ／Ｓ変換部１４０−１〜ｎに入力され、Ｐ／Ｓ変換されることにより、ＯＦＤＭシンボルが生成される。

各データストリームのＯＦＤＭシンボルは、ＧＩ挿入部１５０−１〜ｎによってガードインターバルが挿入され、電力測定部１６０−１〜ｎによって電力が測定される（ＳＴ１０００）。測定された電力は、所定の閾値と比較され（ＳＴ１１００）、この比較の結果、すべてのデータストリームについて測定電力が所定の閾値以下である場合は、このＯＦＤＭシンボルが無線送信部１７０−１〜ｎによってＤ／Ａ変換およびアップコンバートなどの無線送信処理され、送信アンテナ１８０−１〜ｎを介して送信される（ＳＴ１２００）。

一方、電力の比較の結果、測定電力が所定の閾値を超えるデータストリームがある場合は、各データストリームの測定電力が交換パターン決定部１９０へ通知される。そして、交換パターン決定部１９０によって、測定電力が所定の閾値以上となるデータストリームの並列データの一部を他のデータストリームの並列データの一部と交換するために、サブキャリアのグループ単位で交換パターンが決定され、制御情報としてデータ交換部１２０へ出力される。そして、データ交換部１２０によって、制御情報に基づく並列データの交換が行われる（ＳＴ１３００）。本実施の形態に係るマルチキャリア通信装置は、ＭＩＭＯ伝送を行うため、各データストリームのデータの内容が異なり、このように並列データの一部が交換されることにより、各データストリームの並列データが配置されるサブキャリアの位相が変化する、すなわち電力が変化し、送信ピーク電力を抑圧することができる。

並列データの交換が行われると、再度ＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎによってＩＦＦＴ処理が行われ、Ｐ／Ｓ変換部１４０−１〜ｎによってＰ／Ｓ変換されてＯＦＤＭシンボルが生成される。さらに、ＧＩ挿入部１５０−１〜ｎによってＯＦＤＭシンボルにガードインターバルが挿入され、電力測定部１６０−１〜ｎによってＯＦＤＭシンボルの電力が測定され、所定の閾値と比較される。以後、上記の動作と同様に、すべてのＯＦＤＭシンボルの電力が所定の閾値以下になるまで、並列データの交換が行われ、すべてのＯＦＤＭシンボルの電力が所定の閾値以下になる（すなわち、送信ピーク電力が抑圧される）と、無線送信部１７０−１〜ｎによって各ＯＦＤＭシンボルが送信アンテナ１８０−１〜ｎを介して送信される。

次に、交換パターンの具体例について、図４および図５を参照して説明する。ここでは、説明を簡単にするために、マルチキャリア通信装置が２本の送信アンテナＡ、Ｂを有するものとするが、送信アンテナ数が３本以上の場合も同様の考え方に基づく交換パターンによって並列データを交換すれば良い。

図４は、送信アンテナＡ、Ｂのそれぞれから送信されるデータストリームを模式的に示す図である。同図において、横軸は周波数を示しており、縦軸は時間を示している。

送信アンテナＡからは、グループ３００に属する５つのサブキャリアおよびグループ３１０に属する５つのサブキャリアによってそれぞれ４シンボルずつが送信される。同様に、送信アンテナＢからは、グループ３２０に属する５つのサブキャリアおよびグループ３３０に属する５つのサブキャリアによってそれぞれ４シンボルずつが送信される。なお、グループ３００に属するサブキャリアとグループ３２０に属するサブキャリアとの周波数は等しく、グループ３１０に属するサブキャリアとグループ３３０に属するサブキャリアとの周波数は等しい。また、Ｐ_ＡおよびＰ_Ｂは、それぞれ周期的に挿入される直交パイロットシンボルを示している。

本実施の形態においては、交換パターンとして、同一周波数のサブキャリアのグループ間でデータを交換するパターンが用いられるものとする。したがって、電力測定部１６０−１〜ｎにおいて測定電力が所定の閾値以上となるデータストリームがある場合、例えば図５に示すように、グループ３１０のシンボルとグループ３３０のシンボルとを交換するパターンが交換パターン決定部１９０によって決定され、この交換パターンが制御情報としてデータ交換部１２０へ通知され、実際にデータの交換が行われる。

このとき、図５に示すように直交パイロットシンボルについても交換されるため、受信側のマルチキャリア通信装置の伝搬路推定部２９０によって通常の伝搬路推定が行われ、その結果に基づいてデータの分離がデータ分離部２５０によって行われることにより、受信側のマルチキャリア通信装置は、データの交換パターンに関するサイド情報が無くても正しくデータを分離して復調することができる。

このように、本実施の形態によれば、測定電力が所定の閾値以上となるデータストリームのデータの一部を、このデータと同じ周波数のサブキャリアに配置される他のデータストリームのデータの一部とパイロットシンボルも含めて交換するため、非線形処理を行わずに干渉の増大を防止し、かつ、サイド情報を不要として伝送効率を低下させることなく、送信ピーク電力を抑圧することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の特徴は、サイド情報を導入することによって交換パターン数を増やし、送信ピーク電力抑圧効果の増強を図る点である。

実施の形態２に係る送信側のマルチキャリア通信装置の構成は、実施の形態１に係る送信側のマルチキャリア通信装置（図１）と同様であるため、その説明を省略する。

図６は、実施の形態２に係る受信側のマルチキャリア通信装置の構成を示すブロック図である。同図に示すマルチキャリア通信装置において、図２に示すマルチキャリア通信装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図６に示すマルチキャリア通信装置は、受信アンテナ２００−１〜ｎ、無線受信部２１０−１〜ｎ、ＧＩ除去部２２０−１〜ｎ、Ｓ／Ｐ変換部２３０−１〜ｎ、ＦＦＴ部２４０−１〜ｎ、データ分離部２５０、データ交換部２５５、復調部２６０−１〜ｎ、Ｐ／Ｓ変換部２７０−１〜ｎ、マルチプレクサ２８０、伝搬路推定部２９０、および交換パターン情報抽出部２９５を有している。

データ交換部２５５は、送信側のマルチキャリア通信装置からサイド情報として送信された交換パターン情報に基づき、データストリーム間の各グループのサブキャリアに配置されるデータを入れ替える。

交換パターン情報抽出部２９５は、送信側のマルチキャリア通信装置からサイド情報として送信された交換パターンを、データストリームから抽出する。

次いで、上述のように構成されたマルチキャリア通信装置の動作について説明する。

まず、実施の形態１と同様に、送信データは、デマルチプレクサ１００によって分割され、ｎ個のデータストリームが生成される。各データストリームは、それぞれＳ／Ｐ変換部１１０−１〜ｎによってＳ／Ｐ変換され、データストリームごとに並列データが生成される。並列データは、データ交換部１２０を経てＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎに入力され、ＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎによってＩＦＦＴ処理が施され、周波数が互いに直交するサブキャリアに各データストリームの並列データが配置される。このとき、本実施の形態においては、交換パターンを受信側のマルチキャリア通信装置へ通知するための交換パターン情報を配置するための専用のサブキャリアが用意される。

そして、ＩＦＦＴ処理後の各データストリームは、Ｐ／Ｓ変換部１４０−１〜ｎに入力され、Ｐ／Ｓ変換されることにより、ＯＦＤＭシンボルが生成される。

各データストリームのＯＦＤＭシンボルは、ＧＩ挿入部１５０−１〜ｎによってガードインターバルが挿入され、電力測定部１６０−１〜ｎによって電力が測定される。測定された電力は、所定の閾値と比較され、この比較の結果、すべてのデータストリームについて測定電力が所定の閾値以下である場合は、このＯＦＤＭシンボルが無線送信部１７０−１〜ｎによってＤ／Ａ変換およびアップコンバートなどの無線送信処理され、送信アンテナ１８０−１〜ｎを介して送信される。

一方、電力の比較の結果、測定電力が所定の閾値以上のデータストリームがある場合は、各データストリームの測定電力が交換パターン決定部１９０へ通知される。そして、交換パターン決定部１９０によって、測定電力が所定の閾値以上となるデータストリームの並列データの一部を他のデータストリームの並列データの一部と交換するために、サブキャリアのグループ単位で交換パターンが決定され、制御情報としてデータ交換部１２０へ出力される。そして、データ交換部１２０によって、制御情報に基づく並列データの交換が行われる。

このとき、交換パターン決定部１９０によって決定された交換パターンを受信側のマルチキャリア通信装置へ通知するための交換パターン情報が、専用のサブキャリアに配置される。なお、この交換パターン情報は、複数の送信アンテナからＭＩＭＯ送信されるようにしても良く、また、最良の伝搬路特性に対応すると予測される１つの送信アンテナからのみ送信されるようにしても良い。

以後、実施の形態１と同様に、すべてのＯＦＤＭシンボルの電力が所定の閾値以下になるまで、データの交換が行われ、すべてのＯＦＤＭシンボルの電力が所定の閾値以下になる（すなわち、送信ピーク電力が抑圧される）と、無線送信部１７０−１〜ｎによって各ＯＦＤＭシンボルが送信アンテナ１８０−１〜ｎを介して送信される。

送信された各ＯＦＤＭシンボルは、伝搬路上で多重され、各受信アンテナ２００−１〜ｎによって受信され、無線受信部２１０−１〜ｎによってダウンコンバートおよびＡ／Ｄ変換などの無線受信処理が施される。無線受信処理後のＯＦＤＭシンボルは、ＧＩ除去部２２０−１〜ｎによってガードインターバルが除去され、Ｓ／Ｐ変換部２３０−１〜ｎによってＳ／Ｐ変換され、ＦＦＴ部２４０−１〜ｎによってＦＦＴ処理される。そして、ＦＦＴ処理結果が用いられることにより、伝搬路推定部２９０によって伝搬路推定が行われ、データ分離部２５０によって送信側におけるグループ交換後のデータストリームに対応するように各サブキャリアのデータが分離される。

分離されて得られた各データストリームから、交換パターン情報抽出部２９５によって交換パターン情報が抽出される。上述したように、この交換パターン情報は、複数のデータストリームに含まれていても良く、また、１つのデータストリームのみに含まれていても良い。

そして、抽出された交換パターン情報に基づき、データ交換部２５５によって、送信側のマルチキャリア通信装置におけるグループ交換前のデータストリームに対応するように、データの交換が行われる。これにより、データの順序が送信側のマルチキャリア通信装置におけるグループ交換前のデータに等しいものとなる。データの交換後の各データストリームが復調部２６０−１〜ｎによって復調され、Ｐ／Ｓ変換部２７０−１〜ｎによってＰ／Ｓ変換され、マルチプレクサ２８０によって多重され、受信データが得られる。

次に、交換パターンの具体例について、図４および図７を参照して説明する。ここでは、説明を簡単にするために、マルチキャリア通信装置が２本の送信アンテナＡ、Ｂを有するものとするが、送信アンテナ数が３本以上の場合も同様の考え方に基づく交換パターンによってデータを交換すれば良い。

本実施の形態においては、図４に示すデータストリームのデータの一部を交換して、図７に示すようなデータストリームを生成することができる。すなわち、異なる周波数のサブキャリアのグループ間でデータを交換する交換パターンを用いることができる。したがって、電力測定部１６０−１〜ｎにおいて測定電力が所定の閾値以上となるデータストリームがある場合、例えば図７に示すように、交換パターン決定部１９０によってグループ３１０のシンボルとグループ３２０のシンボルとを交換するパターンか決定され、この交換パターンが制御情報としてデータ交換部１２０へ通知され、実際にデータの交換が行われる。

このとき、図７に示すように直交パイロットシンボルについては交換されず、送信アンテナごとに固定的に割り当てられるため、異なる周波数のサブキャリアのグループ間でデータの交換が可能となる。また、グループ４００およびグループ４１０に属する交換パターン情報が専用のサブキャリアに配置されて送信される。

なお、本実施の形態における交換パターン情報は、交換パターンに対応するラベル情報であるため、上記従来の技術で説明した位相係数の系列をサイド情報として送信するＰＴＳに比較して、サイド情報の情報量は少なく、伝送効率が低下する度合いは小さい。

また、直交パイロットシンボルが交換の対象から除外されているため、受信側の伝搬路推定部２９０においては、グループ間での伝搬路推定値について補間処理を行うことができる。

このように、本実施の形態によれば、測定電力が所定の閾値以上となるデータストリームのデータの一部を、他のデータストリームのパイロットシンボル以外のデータの一部と交換するため、非線形処理を行わずに干渉の増大を防止し、より自由にデータの交換を行い、送信ピーク電力をさらに抑圧することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の特徴は、データストリームごとに異なる送信ウェイトを用いて指向性送信することにより、送信アンテナと受信アンテナ間の空間相関を除去する点である。

図８は、実施の形態３に係る送信側のマルチキャリア通信装置の構成を示すブロック図である。同図に示すマルチキャリア通信装置において、図１に示すマルチキャリア通信装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図８に示すマルチキャリア通信装置は、デマルチプレクサ１００、Ｓ／Ｐ変換部１１０−１〜ｎ、データ交換部１２０、ＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎ、Ｐ／Ｓ変換部１４０−１〜ｎ、ＧＩ挿入部１５０−１〜ｎ、電力測定部１６０−１〜ｎ、無線送信部１７０−１〜ｎ、送信アンテナ１８０−１〜ｎ、交換パターン決定部１９０、および指向性ウェイト形成部５００を有している。

指向性ウェイト形成部５００は、各データストリームに対してそれぞれ異なる指向性ウェイトを用いて重み付けする。

実施の形態３に係る受信側のマルチキャリア通信装置の構成は、実施の形態１に係る受信側のマルチキャリア通信装置（図２）と同様であるため、その説明を省略する。

次いで、上述のように構成されたマルチキャリア通信装置の動作について説明する。なお、本実施の形態における受信側のマルチキャリア通信装置（図２）の動作については、従来のマルチキャリア通信装置の動作と同様であるため、その説明を省略する。

まず、実施の形態１と同様に、送信データは、デマルチプレクサ１００によって分割され、ｎ個のデータストリームが生成される。各データストリームは、それぞれＳ／Ｐ変換部１１０−１〜ｎによってＳ／Ｐ変換され、データストリームごとに並列データが生成される。並列データは、データ交換部１２０を経てＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎに入力され、ＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎによってＩＦＦＴ処理が施され、周波数が互いに直交するサブキャリアに各データストリームの並列データが配置される。

そして、ＩＦＦＴ処理後の各データストリームは、指向性ウェイト形成部５００に入力され、データストリームごとに異なる指向性ウェイトが用いられて重み付けされる。重み付けされた各データストリームは、Ｐ／Ｓ変換部１４０−１〜ｎに入力され、Ｐ／Ｓ変換されることにより、ＯＦＤＭシンボルが生成される。

各データストリームのＯＦＤＭシンボルは、ＧＩ挿入部１５０−１〜ｎによってガードインターバルが挿入され、電力測定部１６０−１〜ｎによって電力が測定される。測定された電力は、所定の閾値と比較され、この比較の結果、すべてのデータストリームについて測定電力が所定の閾値以下である場合は、このＯＦＤＭシンボルが無線送信部１７０−１〜ｎによってＤ／Ａ変換およびアップコンバートなどの無線送信処理され、送信アンテナ１８０−１〜ｎを介して指向性送信される。

このとき、各データストリームは指向性ウェイトによって重み付けされているため、例えば送信アンテナが４本の場合（ｎ＝４の場合）、図９に示すように４つのデータストリーム１〜４がそれぞれ異なる指向性で送信される。換言すれば、送信アンテナとデータストリームが一対一の対応をするのではなく、データ交換部１２０によるデータの交換によって、指向性とデータストリームの対応関係が変化することになる。これにより、各データストリームの送信アンテナと受信アンテナ間の空間相関が除去され、受信側のマルチキャリア通信装置におけるデータ分離の精度を向上することができる。

一方、電力の比較の結果、測定電力が所定の閾値以上のデータストリームがある場合は、各データストリームの測定電力が交換パターン決定部１９０へ通知される。そして、交換パターン決定部１９０によって、測定電力が所定の閾値以上となるデータストリームの並列データの一部を他のデータストリームの並列データの一部と交換するために、サブキャリアのグループ単位で交換パターンが決定され、制御情報としてデータ交換部１２０へ出力される。そして、データ交換部１２０によって、制御情報に基づく並列データの交換が行われる。

以後、実施の形態１と同様に、すべてのＯＦＤＭシンボルの電力が所定の閾値以下になるまで、データの交換が行われ、すべてのＯＦＤＭシンボルの電力が所定の閾値以下になる（すなわち、送信ピーク電力が抑圧される）と、無線送信部１７０−１〜ｎによって各ＯＦＤＭシンボルが送信アンテナ１８０−１〜ｎを介して指向性送信される。

このように、本実施の形態によれば、測定電力が所定の閾値以上となるデータストリームのデータの一部を、このデータと同じ周波数のサブキャリアに配置される他のデータストリームのデータの一部と交換するため、非線形処理を行わずに干渉の増大を防止し、かつ、サイド情報を不要として伝送効率を低下させることなく、送信ピーク電力を抑圧することができる。また、データストリームごとに異なる指向性ウェイトを用いて重み付けするため、伝搬環境の相関を除去することができ、受信側におけるデータ分離の精度を向上することができる。

なお、本実施の形態において、データストリームと指向性ウェイトの対応関係を変えるだけではなく、さらに各データストリームに用いる指向性ウェイト自体を変更しても良い。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の特徴は、時空符号化(ＳＴＣ：Space-Time Coding)もしくは空間周波数符号化(ＳＦＣ：Space-Frequency Coding)によって生成された互いに符号化関係にある複数のデータストリームをマルチキャリア変調する点である。

図１０は、実施の形態４に係る送信側のマルチキャリア通信装置の構成を示すブロック図である。同図に示すマルチキャリア通信装置において、図１に示すマルチキャリア通信装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１０に示すマルチキャリア通信装置は、Ｓ／Ｐ変換部１１０−１〜ｎ、データ交換部１２０、ＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎ、Ｐ／Ｓ変換部１４０−１〜ｎ、ＧＩ挿入部１５０−１〜ｎ、電力測定部１６０−１〜ｎ、無線送信部１７０−１〜ｎ、送信アンテナ１８０−１〜ｎ、交換パターン決定部１９０、および時空符号器６００を有している。

時空符号器６００は、送信データを時空符号化し、互いに符号化の関係にある（すなわち、例えば情報ビットとその情報ビットに対する冗長ビット）データストリームを生成する。

図１１は、実施の形態４に係る受信側のマルチキャリア通信装置の構成を示すブロック図である。同図に示すマルチキャリア通信装置において、図２に示すマルチキャリア通信装置と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１１に示すマルチキャリア通信装置は、受信アンテナ２００−１〜ｎ、無線受信部２１０−１〜ｎ、ＧＩ除去部２２０−１〜ｎ、Ｓ／Ｐ変換部２３０−１〜ｎ、ＦＦＴ部２４０−１〜ｎ、伝搬路推定部２９０、時空復号器７００、およびＰ／Ｓ変換部７１０を有している。

時空復号器７００は、伝搬路推定部２９０から出力される伝搬路推定結果に基づき、各データストリームの時空復号を行い、復号結果を出力する。

Ｐ／Ｓ変換部７１０は、復号結果をＰ／Ｓ変換し、受信データを得る。

次いで、上述のように構成されたマルチキャリア通信装置の動作について説明する。

まず、送信データは、時空符号器６００によって時空符号化され、互いに符号化の関係にあるｎ個のデータストリームが生成される。各データストリームは、それぞれＳ／Ｐ変換部１１０−１〜ｎによってＳ／Ｐ変換され、データストリームごとに並列データが生成される。並列データは、データ交換部１２０を経てＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎに入力され、ＩＦＦＴ部１３０−１〜ｎによってＩＦＦＴ処理が施され、周波数が互いに直交するサブキャリアに各データストリームの並列データが配置される。

そして、ＩＦＦＴ処理後の各データストリームは、Ｐ／Ｓ変換部１４０−１〜ｎに入力され、Ｐ／Ｓ変換されることにより、ＯＦＤＭシンボルが生成される。

各データストリームのＯＦＤＭシンボルは、ＧＩ挿入部１５０−１〜ｎによってガードインターバルが挿入され、電力測定部１６０−１〜ｎによって電力が測定される。測定された電力は、所定の閾値と比較され、この比較の結果、すべてのデータストリームについて測定電力が所定の閾値以下である場合は、このＯＦＤＭシンボルが無線送信部１７０−１〜ｎによってＤ／Ａ変換およびアップコンバートなどの無線送信処理され、送信アンテナ１８０−１〜ｎを介して送信される。

一方、電力の比較の結果、測定電力が所定の閾値以上のデータストリームがある場合は、各データストリームの測定電力が交換パターン決定部１９０へ通知される。そして、交換パターン決定部１９０によって、測定電力が所定の閾値以上となるデータストリームの並列データの一部を他のデータストリームの並列データの一部と交換するために、サブキャリアのグループ単位で交換パターンが決定され、制御情報としてデータ交換部１２０へ出力される。そして、データ交換部１２０によって、制御情報に基づく並列データの交換が行われる。

このとき、ＳＴＣもしくはＳＦＣにおいては、各データストリームが互いに符号化関係にあることを前提としてデータストリームの分離を行うため、データの交換は、図５（実施の形態１）に示すように、同一周波数のサブキャリアのグループ間でのみ行われる。すなわち、同一時間・同一周波数に送信される各シンボルは、常に互いに符号化関係にあるようにデータの交換が行われる。

また、特に、時空符号器６００における符号化方法としてＳＴＴＤ（Space−Time coded Transmit Diversity）のようなブロック符号化を用いた場合、時空復号器７００においては、時間的もしくは周波数的に連続するシンボルの伝搬路特性がほとんど変動しないことを前提としてブロック復号処理が行われる。このため、時空符号器６００におけるブロック符号化単位が、データ交換部１２０におけるデータ交換のためのグループ間にまたがっていると、データの交換によって伝搬路特性に関する上述の前提が成り立たなくなり、ブロック復号処理が正しく行えない。したがって、データ交換のためのグループは、ブロック符号化単位を最小単位として形成される。

以後、実施の形態１と同様に、すべてのＯＦＤＭシンボルの電力が所定の閾値以下になるまで、データの交換が行われ、すべてのＯＦＤＭシンボルの電力が所定の閾値以下になる（すなわち、送信ピーク電力が抑圧される）と、無線送信部１７０−１〜ｎによって各ＯＦＤＭシンボルが送信アンテナ１８０−１〜ｎを介して送信される。

送信された各ＯＦＤＭシンボルは、伝搬路上で多重され、各受信アンテナ２００−１〜ｎによって受信され、無線受信部２１０−１〜ｎによってダウンコンバートおよびＡ／Ｄ変換などの無線受信処理が施される。無線受信処理後のＯＦＤＭシンボルは、ＧＩ除去部２２０−１〜ｎによってガードインターバルが除去され、Ｓ／Ｐ変換部２３０−１〜ｎによってＳ／Ｐ変換され、ＦＦＴ部２４０−１〜ｎによってＦＦＴ処理される。そして、ＦＦＴ処理結果が用いられることにより、伝搬路推定部２９０によって伝搬路推定が行われ、時空復号器７００によって送信側における時空符号化に対応する復号処理が行われる。

そして、復号結果がＰ／Ｓ変換部７１０によってＰ／Ｓ変換され、受信データが得られる。

このように、本実施の形態によれば、測定電力が所定の閾値以上となるデータストリームのデータの一部を、このデータと同じ周波数のサブキャリアに配置される他のデータストリームのデータの一部と交換するため、ＳＴＣやＳＦＣなどのマルチアンテナ伝送においても、非線形処理を行わずに干渉の増大を防止し、かつ、サイド情報を不要として伝送効率を低下させることなく、送信ピーク電力を抑圧することができる。

また、上記各実施の形態に、周波数軸方向の拡散を行う機能が加わった場合は、拡散チップ間の直交性を崩すことがない交換パターンを用いることによって同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る送信側のマルチキャリア通信装置の構成を示すブロック図 実施の形態１に係る受信側のマルチキャリア通信装置の構成を示すブロック図 実施の形態１に係る送信側のマルチキャリア通信装置の動作を示すフロー図 複数の送信アンテナから送信されるデータストリームの一例を示す図 実施の形態１に係る送信側のマルチキャリア通信装置におけるデータの交換の一例を示す図 本発明の実施の形態２に係る受信側のマルチキャリア通信装置の構成を示すブロック図 実施の形態２に係る送信側のマルチキャリア通信装置におけるデータの交換の一例を示す図 本発明の実施の形態３に係る送信側のマルチキャリア通信装置の構成を示すブロック図 実施の形態３に係る送信側のマルチキャリア通信装置の動作を説明するための図 本発明の実施の形態４に係る送信側のマルチキャリア通信装置の構成を示すブロック図 実施の形態４に係る受信側のマルチキャリア通信装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１００ デマルチプレクサ
１１０−１〜ｎ、２３０−１〜ｎ Ｓ／Ｐ変換部
１２０、２５５ データ交換部
１３０−１〜ｎ ＩＦＦＴ部
１４０−１〜ｎ、２７０−１〜ｎ、７１０ Ｐ／Ｓ変換部
１５０−１〜ｎ ＧＩ挿入部
１６０−１〜ｎ 電力測定部
１７０−１〜ｎ 無線送信部
１８０−１〜ｎ 送信アンテナ
１９０ 交換パターン決定部
２００−１〜ｎ 受信アンテナ
２１０−１〜ｎ 無線受信部
２２０−１〜ｎ ＧＩ除去部
２４０−１〜ｎ ＦＦＴ部
２５０ データ分離部
２６０−１〜ｎ 復調部
２８０ マルチプレクサ
２９０ 伝搬路推定部
２９５ 交換パターン情報抽出部
５００ 指向性ウェイト形成部
６００ 時空符号器
７００ 時空復号器

Claims (17)

1. 複数の異なるデータストリームを同一のキャリア群を用いて複数のアンテナから同時に送信するマルチキャリア通信装置であって、
   少なくとも１つのデータストリームにピーク電力が発生するか否かを判定する判定手段と、
   ピーク電力が発生すると判定された場合に当該データストリームの一部のデータを他のデータストリームの一部のデータと交換する交換手段と、
   を有することを特徴とするマルチキャリア通信装置。
2. 前記判定手段は、
   各データストリームの電力を測定する測定部と、
   測定された電力を所定の閾値と比較する比較部と、を有し、
   比較の結果、測定された電力が所定の閾値以上であるデータストリームにピーク電力が発生すると判定することを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信装置。
3. 前記交換手段は、
   あらかじめ定められたキャリアのグループを単位として各データストリームの一部のデータを交換するパターンを決定する交換パターン決定部と、
   決定された交換パターンに従って各データストリームの一部のデータを交換するデータ交換部と、
   を有することを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信装置。
4. 前記交換パターン決定部は、
   キャリアのグループのうち周波数が等しいグループ間でデータを交換するパターンを決定することを特徴とする請求項３記載のマルチキャリア通信装置。
5. 前記交換パターン決定部は、
   キャリアのグループのうち周波数が異なるグループ間でデータを交換するパターンを決定することを特徴とする請求項３記載のマルチキャリア通信装置。
6. 前記データ交換部は、
   各データストリームの一部のデータに含まれる直交パイロットデータを交換することを特徴とする請求項３記載のマルチキャリア通信装置。
7. 前記データ交換部は、
   各データストリームの一部のデータに含まれる直交パイロットデータは交換しないことを特徴とする請求項３記載のマルチキャリア通信装置。
8. 前記交換手段は、
   データを交換するパターンを通信相手局に通知するための交換パターン情報を送信する送信手段を含むことを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信装置。
9. 前記送信手段は、
   交換対象から除外される特定のキャリアを用いて交換パターン情報を送信することを特徴とする請求項８記載のマルチキャリア通信装置。
10. 各データストリームに対してそれぞれ異なる指向性ウェイトを形成する形成手段、をさらに有し、
    前記形成手段は、
    前記交換手段によってデータが交換された場合、対応して指向性ウェイトの交換を行うことを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信装置。
11. 送信データを符号化して互いに符号化関係にある複数の異なるデータストリームを生成する生成手段、をさらに有することを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信装置。
12. 前記生成手段は、
    送信データを所定のブロック符号化単位ごとにブロック符号化し、
    前記交換手段は、
    前記ブロック符号化単位を最小単位としてデータの交換を行うことを特徴とする請求項１１記載のマルチキャリア通信装置。
13. 前記生成手段は、送信データを畳み込み符号化して複数の異なるデータストリームを生成することを特徴とする請求項１１記載のマルチキャリア通信装置。
14. 前記生成手段は、送信データをターボ符号化して複数の異なるデータストリームを生成することを特徴とする請求項１１記載のマルチキャリア通信装置。
15. 請求項１から請求項１４のいずれかに記載のマルチキャリア通信装置を有することを特徴とする通信端末装置。
16. 請求項１から請求項１４のいずれかに記載のマルチキャリア通信装置を有することを特徴とする基地局装置。
17. 複数の異なるデータストリームを同一のキャリア群を用いて複数のアンテナから同時に送信するマルチキャリア通信方法であって、
    少なくとも１つのデータストリームにピーク電力が発生するか否かを判定するステップと、
    ピーク電力が発生すると判定した場合に当該データストリームの一部のデータを他のデータストリームの一部のデータと交換するステップと、
    を有することを特徴とするマルチキャリア通信方法。

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