JP4601504B2

JP4601504B2 - 送信機及び送信方法

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Publication number: JP4601504B2
Application number: JP2005205993A
Authority: JP
Inventors: キユンシン; 啓正藤井; 孝浩浅井; 仁吉野
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2025-07-14
Also published as: JP2007028092A

Description

本発明はマルチアンテナシステム及びマルチキャリア方式の通信装置及び通信方法に関連する。

移動通信では伝搬する信号はマルチパス伝搬環境に委ねられるので、シンボル間干渉を十分に抑制する必要がある。直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式では、様々なパスの伝搬遅延がガードインターバルの期間内に収まっていればシンボル間干渉を効果的に抑制することができる。しかし、ＯＦＤＭ方式で変調された信号（ＩＦＦＴ出力）は、平均振幅に比較して非常に大きな振幅値を有することが間々ある。図１に示されるように、多数のサブキャリア信号成分の各々が同位相で合成された場合に、ある時点の信号の加算出力が非常に大きくなり、平均出力に対して大きなピークが生じるためである。平均電力とピーク電力の比率はピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ：ＰｅａｋｔｏＡｖｅｒａｇｅＰｏｗｅｒＲａｔｉｏ）と呼ばれる。発生し得る最大のピーク電力は、平均電力をサブキャリア数倍（信号伝送に使用される最大のサブキャリア数倍）したものに及ぶおそれがある。

図２は送信アンプの一般的な入出力特性を示す。図示されるように、入出力特性には線形な領域と非線形な領域とがあるので、線形領域を超える大きな信号は非線形に増幅されて歪成分を発生してしまう。信号の歪成分は伝送品質の劣化、帯域外への輻射電力の増加等の問題を招く。この線形領域を大きく拡張することも考えられるが、そうすると増幅効率が低下してしまうという問題を招く。従って、送信信号の振幅（電力）分布としては、平均値に比較してそれほど大きな振幅が発生しないこと（ＰＡＰＲが小さいこと）が望ましい。

一方、周波数の利用効率を高める観点から、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを用いて信号伝送を行うマルチアンテナシステムが知られている。マルチアンテナシステムは、ＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ）方式とも呼ばれる。ＯＦＤＭ方式とＭＩＭＯ方式を組み合わせて双方の利点を備えた移動通信システムも提案されている。

図３，４はそのような移動通信システムで使用される送信機及び受信機を示す。送信機はＮ本の送信アンテナを有する。変調前信号生成部３１では入力された情報ビット系列に対して、誤り訂正符号化、インターリーブ、シンボルマッピング等を行うことで、ＯＦＤＭ方式の変調前の送信シンボルを生成する。その送信シンボルは、直並列変換部３２で並列信号に変換され、ＩＦＦＴ部３３で高速逆フーリエ変換され、並直列変換部３４で直列信号に変換され、ＧＩ付加部３５でガードインターバルが付加され、ＯＦＤＭ方式のシンボルが生成される。以後、送信アンテナ毎にＯＦＤＭ方式で変調されたシンボルは各送信アンテナから送信される。なお、図５は直並列変換部及び並直列変換部の入出力信号を示す。受信機はＭ本の受信アンテナを有する。ＧＩ除去部４１は受信信号からガードインターバルを除去して出力する。その出力信号は、直並列変換部４２で並列信号に変換され、ＦＦＴ部４３で高速フーリエ変換される。以後、信号分離部４４及び信号検出部４５で信号の分離及び検出が行われ、送信アンテナの各々から送信された信号が復元される。

ＰＡＰＲが過剰に大きくなる問題に対処するためのいくつかの手法が存在する。例えば、非特許文献１に記載されているような周波数領域インターリーブ法やクリッピングフィルタリング法、非特許文献２に記載されているような部分系列伝送法（ＰＴＳ：ＰａｒｔｉａｌＴｒａｎｓｍｉｔＳｅｑｕｅｎｃｅ）及び非特許文献３に記載されているようなサイクリックシフト法等が知られている。MIMO-OFDM方式においては、非特許文献４に記載されているように、OFDMにおけるPAPR低減法をそれぞれの送信機に適用する方法が知られている。

図６，７は２×２ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の送信機及び受信機を示し、これらは周波数領域のインターリーブ法を使用する。図６に示されるように、直並列変換部の出力信号に対してインターリーブが行われる。インターリーバは、複数のインターリーブパターンを用意し、同じ情報シンボル系列に対して複数のインターリーブ出力信号系列を生成する。情報ビット１，２の各系列に対してＩＦＦＴ変換及びピーク電力の検出が行われ、最もピーク電力の小さいものが判別され、それが実際に送信する信号系列に決定される。受信機でデインターリーブを適切に行うため、使用されたインターリーブパターンは制御チャネル等を通じて受信機に通知される。

図８，図９は、２×２ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の送信機及び受信機を示し、全サブキャリアを２分割した場合にＰＴＳ法及び巡回シフト法を用いるときの構成をそれぞれ示す。分割逆フーリエ変換部は、サブキャリア０乃至３までの信号を含む時間信号と、サブキャリア４乃至７までの信号を含む時間信号とを同じようには生成しない。分割逆フーリエ変換部は、図１０に示されるような構成を有する。ＰＴＳ法では、時間信号は位相回転された後に一部の時間信号に加算される。巡回シフト法では、一部の時間信号に対して巡回シフトが行われ、その後に加算が行われる。位相回転量及び位相シフト量が複数種類用意され、１つの送信信号系列に対して複数の送信信号系列が生成される。複数の送信信号系列の内、ピーク電力が最小のものが実際に送信される信号系列に決定される。
Ｘ．ＬｉａｎｄＬ．Ｊ．Ｃｉｍｉｎｉ，"ＥｆｆｅｃｔｓｏｆｃｌｉｐｐｉｎｇａｎｄｆｉｌｔｅｒｉｎｇｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＯＦＤＭ"，ＩＥＥＥＣｏｍｍｕｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．２，ｎｏ．５，ｐｐ．１３１−１３３，Ｍａｙ，１９９８．Ｌ．Ｊ．ａｎｄＮ．Ｒ．Ｓｏｌｌｅｎｂｅｒｇｅｒ，"Ｐｅａｋ−ｔｏ−ＡｖｅｒａｇｅｐｏｗｅｒｒａｔｉｏｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆａｎＯＦＤＭｓｉｇｎａｌｕｓｉｎｇｐａｔｉａｌｔｒａｎｓｍｉｔｓｅｑｕｅｎｃｅ"，ＩＥＥＥＣｏｍｍｕｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．４，ｎｏ．３，ｐｐ．８６−８８，Ｍａｒｃｈ，２０００．Ｇ．ＨｉｌｌａｎｄＭ．Ｊａｕｌｋｎｅｒ，"Ｃｙｃｌｉｃｓｈｉｆｔｉｎｇａｎｄｔｉｍｅｉｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｐａｒｔｉａｌｔｒａｎｓｍｉｔｓｅｑｕｅｎｃｅｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｅａｋ−ｔｏ−ａｖｅｒａｇｅｒａｔｉｏｉｎＯＦＤＭ"，ＰＩＭＲＣ２０００，ｖｏｌ．２，ｐｐ．１２５６−１２５９，Ｓｅｐｔ．２０００．ＳｅｕｎｇＨｅｅＨａｎａｎｄＪａｅＨｏｎｇＬｅｅ， "Ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｐｅａｋ−ｔｏ−ａｖｅｒａｇｅｐｏｗｅｒｒａｔｉｏｒｅｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｍｕｌｔｉｃａｒｒｉｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ"，ＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ．１２，Ｉｓｓｕｅ２，ｐｐ．５６−６５，Ａｐｒ．２００５．

従来のピーク低減法をＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の移動通信システムに適用しようとすると、各送信機でアンテナ毎にピーク電力を抑制する必要がある。周波数領域でのインターリーブ処理自体は比較的簡易に行うことができるかもしれないが、用意されたインターリーブパターン数だけ逆フーリエ変換を行う必要があり、ＩＦＦＴ処理の演算量が非常に大きくなってしまう問題がある。この場合に、分割ＩＦＦＴ後の信号にインターリーブを行うことが考えられるかもしれないが、そうするとサブキャリア間の直交性が崩れてしまう問題が生じる。また、ＰＴＳ法では位相回転を加える処理が複素乗算処理になり、単なる信号の並べ換えに過ぎないインターリーブよりも、位相回転の処理自体が複雑になる。更に、送信アンテナ毎にピーク低減処理を行う場合、生成可能な送信信号候補数が少な区成ることに起因して、ピーク低減効果が小さくなってしまうおそれがある。

本発明は、上記問題点の少なくとも１つに対処するためになされたものであり、その課題は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の移動通信システムで、サブキャリア間の直交性を崩さずにピーク低減処理の演算効率を向上させる通信装置及び通信方法を提供することである。

本発明の一形態による送信機は、
複数の送信アンテナを有し、マルチキャリア方式の信号を送信する送信機であって、
送信する情報から複数の信号系列群を導出し、信号系列群毎に逆フーリエ変換を行い、変換後の１以上のサブ系列を含むサブ系列群を複数組出力する分割逆フーリエ変換手段と、
逆フーリエ変換後の複数のサブ系列についてピーク電力を検出し、インターリーブパターンを指定する指示信号を出力するピーク低減制御手段と、
前記指示信号に従って、複数のサブ系列群の間で１以上のサブ系列を置換するインターリーブ手段と、
を有し、前記インターリーブ手段で置換されたサブ系列を含む一群のサブ系列を、１つの送信アンテナから無線送信される信号に変換する手段が複数設けられ、
前記ピーク低減制御手段は、１つのサブ系列の中で上位所定数個のピーク電力を検出し、ピーク電力に寄与する他のサブ系列の信号成分を特定し、前記複数のサブ系列についてのピーク電力を検出する
ことを特徴とする送信機である。

本発明によれば、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の移動通信システムで、サブキャリア間の直交性を崩さずにピーク低減処理の演算効率を向上させることができる。

本発明の一形態によれば、分割ＩＦＦＴ処理後の複数の時間信号が、系列は異なるが同じサブキャリア成分同士の間でインターリーブされる。これにより、サブキャリア間の直交性を崩さずにインターリーブを行うことができる。インターリーブ後の系列の様々な組み合わせを用意することができるので、ＩＦＦＴ処理はインターリーブパターン数行う必要はない。また、複素演算を実行することは必須ではない。このため、少ない演算量でピーク低減処理を行うことができる。

例えば、４ストリームのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の通信装置の場合、分割数を４とすると、ある情報信号に対するインターリーブパターン数は（４！）^{（４−１）}＝１．４×１０^４通りもの送信信号候補を生成でき、その中で最小のピークになるものを選択でき、非常に大きなピーク低減効果が期待できる。また、ＰＴＳ法、巡回シフト法と組み合わせることで、送信アンテナ毎に独立にピーク低減処理する場合に比べて一層大きなピーク低減効果を得ることができる。

インターリーブは、分割逆フーリエ変換後の出力のうち、同じ時点に関連付けられる複数のサブ系列の間で行われてもよい。

ピーク低減の制御は、１つのサブ系列の中で上位所定数個のピーク電力を検出し、ピーク電力に寄与する他のサブ系列の信号成分を特定し、前記複数のサブ系列についてのピーク電力を検出することで行われてもよい。上位所定数個のピーク成分に着目し、その中で加算後の電力の最大値が最小になるようにインターリーブパターンを決定し、他の系列についても同様の手順を反復することで、任意数のサブ系列群についてインターリーブパターンを効率的に決定できる。

ピーク低減に関する制御信号に応答して、逆フーリエ変換後の１以上のサブ系列に重みを与える重み調整手段が設けられてもよい。サブ系列各々のピーク電力を検出し、ピーク電力を与えるＩＦＦＴポイントの位置を合わせて１つの送信アンテナからそれが送信されるようにインターリーブパターンを決定することができる。

ピーク低減の制御信号に応答して、インターリーブされない１以上のサブ系列とインターリーブされた１以上のサブ系列との対応関係を巡回的に変更するサイクリックシフト手段が設けられてもよい。サブ系列のピーク電力を与える信号を検出し、その信号と逆位相の信号系列を１つの送信アンテナから送信するようにインターリーブパターンを決定することができる。

重み調整手段とサイクリックシフト手段とが共に設けられてもよい。逆フーリエ変換後の複数のサブ系列のピーク電力の差が小さくなるようにインターリーブパターンが決定されてもよい。

逆フーリエ変換後の２組のサブ系列群に含まれるサブ系列をインターリーブして加算することで、１組のサブ系列群が導出されてもよい。これにより、任意数のサブ系列群に対するピーク低減制御（特に、インターリーブパターンの決定）を効率的に行うことができる。

逆フーリエ変換後の２組のサブ系列群に含まれるサブ系列をインターリーブして加算することで導出された１組のサブ系列群と、別の２組のサブ系列群に含まれるサブ系列をインターリーブして加算することで導出された別の１組のサブ系列群との間でインターリーブ及び加算を行うことで１組のサブ系列群が導出されてもよい。

送信シンボル中のパイロットシンボルのマッピングパターンで前記インターリーブパターンが区別されてもよい。また、インターリーブが施されない第1のパイロットシンボルとインターリーブが施される第２のパイロットシンボルとが送信シンボルに含まれてもよい。

図１１は本発明の一実施例による送信機を示す。送信機には２つの並列的なストリーム（情報ビット系列）が用意され、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の無線伝送が行われる。まず、各情報ビット系列に対して、変調前信号生成部により、ＯＦＤＭ方式で変調される前の信号ｓ_ｎ（ｎ＝１，２）が生成され、それが分割逆フーリエ変換部に入力される。ここで、Ｓ_ｎ ^（ｄ）は第ｎストリーム（ｎ＝１，２）に対する分割逆フーリエ変換部からの出力のうち、ｄ番目のサブ系列を表す。Ｓ_ｎはｎ番目のアンテナから送信される、ＯＦＤＭ方式で変調された送信信号系列を表す。例えば、サブキャリア数がＰ_ｓであるならば、第1ストリームの分割逆フーリエ変換部に入力される信号ｓ_１は、次のように表現できる。

ｓ_１＝［ｓ_１（０），ｓ_１（１），．．．，ｓ_１（Ｐ_ｓ−１）］。

また、分割逆フーリエ変換部から出力される２つの信号系列群Ｓ_１ ^（１）及びＳ_１ ^（２）は、次式のように表すことができる。

Ｓ_１ ^（１）＝［Ｓ_１ ^（１）（０），Ｓ_１ ^（１）（１），．．．，Ｓ_１ ^（１）（Ｐ_ｓ−１）］
＝Ｆ^−１（ｓ_１（０），．．．，ｓ_１（Ｐ_ｓ／２−１），０，．．．，０）。

Ｓ_１ ^（２）＝［Ｓ_１ ^（２）（０），Ｓ_１ ^（２）（１），．．．，Ｓ_１ ^（２）（Ｐ_ｓ−１）］
＝Ｆ^−１（０，．．．，０，ｓ_１（Ｐ_ｓ／２−１），．．．，ｓ_１（Ｐ_ｓ−１））。
ここで、Ｆ^−１はフーリエ逆変換を表す。

同様に、第２ストリームの分割逆フーリエ変換部の出力信号系列Ｓ_２ ^（１）及びＳ_２ ^（２）も生成される。ちなみに、本実施例のようなピーク低減処理が行われない従来のＯＦＤＭ方式の送信機では、ＯＦＤＭ方式で変調された信号Ｓ_１＝Ｓ_１ ^（１）＋Ｓ_１ ^（２）が第1アンテナから送信され、信号Ｓ_２＝Ｓ_２ ^（１）＋Ｓ_２ ^（２）が第２アンテナから送信される。

本実施例では、分割逆フーリエ変換部から出力されるサブ系列の組み合わせが適切に変更された後にそれらが加算部に入力され、送信信号が生成される。即ち、サブ系列がアンテナ間にわたってインターリーブされる。サブ系列インターリーバが分割逆フーリエ変換部と加算部との間に設けられることで、サブ系列を送信するアンテナを適宜選択することができる。ある１つの情報信号系列に対して、アンテナ１，２から送信される信号系列Ｓ_１，Ｓ_２の候補は、次のように表現できる。

インターリーブのパターンは、加算後の信号のピーク電力が小さくなるように決定される。即ち、信号系列Ｓのピーク電力をｐ（Ｓ）とすると、
ｍａｘ［ｐ（Ｓ_１ ^（１）＋Ｓ_１ ^（２）），ｐ（Ｓ_２ ^（１）＋Ｓ_２ ^（２））］
ｍａｘ［ｐ（Ｓ_１ ^（１）＋Ｓ_２ ^（２）），ｐ（Ｓ_２ ^（１）＋Ｓ_１ ^（２））］
から求められる加算後の信号のピーク電力の小さい組み合わせが、インターリーブのパターンとして選択される。

送信機の加算部は、そこに入力されたサブ系列を加算し、ＯＦＤＭ方式で変調された１つの信号に合成する。ＯＦＤＭ方式で変調された信号は並直列変換され、ガードインターバル（ＧＩ）がそれに付加され、生成された送信信号が出力される。各アンテナに関する送信部間で、同じサブキャリアに関する信号成分を入れ替えるので、各送信部で生成されるＯＦＤＭ方式の信号のサブキャリア間の直交性を維持することができる。なお、決定又は選択されたインターリーブパターンは制御チャネルを通じて受信機に通知される。

図１２は本発明の一実施例による受信機を示す。インターリーブ（ＩＬ）情報検出部は、制御チャネルで伝送された信号からインターリーブパターンに関する情報（デインターリーブ情報）を検出する。デインターリーブ情報はサブ系列デインターリーバに与えられる。なお、ガードインターバルの除去、直並列変換、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、信号分離、デマッピング、誤り訂正等の処理は、通常のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の受信機で行われるのと同様に行われる。

図１３，１４は送信アンテナ数及び受信アンテナ数がＮ本及びＭ本である場合の送信機及び受信機をそれぞれ示す。サブキャリア数（ＦＦＴのサンプリングポイント数）がＰ_ｓであり、分割数がＤであるとすると、第ｎストリームのＯＦＤＭ方式の変調前の信号系列はｓ_ｎ（０），．．．ｓ_ｎ（Ｐ_ｓ−１）となる。加算部から出力される信号系列Ｓｎは、次式のように表現できる。

ここで、ｄは分割逆フーリエ変換部から出力される個々のサブ系列を指定する番号（パラメータ）である。送信機のピーク低減制御部では信号系列Ｓ_ｎのピーク電力が最小になるように、サブ系列の可能な全ての組み合わせの中から１つの組み合わせパターンを選択する。ｎ番目のアンテナに関する送信部に関するサブ系列に対して、インターリーブパターンｘ_ｎ（ｄ）が適用される。

第1実施例では全ての送信信号候補（加算部の出力）の系列に対してピークが推定され、それらが比較される。本発明の第２実施例では、全入力信号のうちのｌ（エル）個に関する比較が行われる。全てのサブ系列に対して、ピーク電力が最も大きい系列が便宜上Ｓ_ｎｐ ^（ｄｐ）として表される。全ての信号の中で、信号電力が１乃至ｌ番目に大きくなる信号の時点が、ｔ_ｐ１，．．．，ｔ_ｐｌであるとする。この場合、

で求められるＮ個のピーク電力の中で、ピーク電力が最も小さくなる組み合わせＳ_ｎ’ ^（ｄ’）とＳ_ｎｐ ^（ｄｐ）を同じ送信部で送信するように、インターリーブパターンが決定される。本実施例によれば、比較対象数が限定されるので演算量を少なくすることができる。

本発明の第３実施例はピーク低減処理方法の簡易化を図る。ストリーム数がＮ（Ｎ＞２）であり、各ストリームの送信信号が２系列生成されるものとする。初めに、２×Ｎ個全てのＯＦＤＭ方式で変調されたサブ系列に対してピーク電力が検出され、最大のピーク電力を有する送信信号系列が判別される。次に、この送信信号系列と同じ送信アンテナで送信されるサブ系列が決定される。このサブ系列は、合成前の最大ピーク電力のみに基づいて決定されてもよいし、上位ｌ番目までのピーク電力が考慮されてもよい。他の信号系列に対して同様な処理を反復することで、インターリーブパターンが決定されてもよい。

図１５は４ストリームで２分割の場合のストリーム方向のパターン決定法を示す。ステップ１では、各送信部のサブ系列の中で、ピーク電力が最も大きいサブ系列が判別される（図示の例ではそれがストリーム１のｄ＝１のサブ系列であるとする）。次に、その系列は送信部のｄ＝２のサブ系列とそれぞれ加算され、信号系列の候補が合成される。合成された全ての系列の中からピーク電力の最も小さいものが選択され、ｄ＝２に対するサブ系列が決定される（図示の例ではストリーム３がｄ＝２のサブ系列に選択される）。このようにして第1のペア（ｄ＝１のストリーム１，ｄ＝２のストリーム３）が決定される。ステップ２以降では決定済みのサブ系列以外に対して同様な手順がなされる。図示の例では、ステップ２では第２のペア（ｄ＝１のストリーム４，ｄ＝２のストリーム１）が決定される。また、ステップ３では第３のペア（ｄ＝１のストリーム２，ｄ＝２のストリーム４）が決定される。なお、ステップ３では残りの第４のペア（ｄ＝１のストリーム３，ｄ＝２のストリーム２）も決定される。このようにして、ピーク電力を低減するのに有効な組み合わせが効率的に導出される。

本発明の第４実施例では、分割数が２以上の場合のパターン決定法が説明される。図１６は８分割の場合の方法を説明するための図である。まず、全送信部の分割逆フーリエ変換部から出力される１番目及び２番目のサブ系列（ｄ＝１，２）に関し、説明済みの手法でサブ系列２（ｄ＝２）のインターリーブパターンがピーク低減処理部（図中最も左側にあるもの）で決定される。次に、このピーク低減処理部の出力とｄ＝３のサブ系列とが次段のピーク低減処理部に入力される。このピーク低減処理部では、ｄ＝３のサブ系列のインターリーブパターンが決定され、２系列の合成された信号が出力される。以降同様の手順が反復され、系列Ｓ_ｎ ^（ｄ）（ｄ＞３）について、全ての系列のインターリーブパターンが決定される。なお、図示の例ではピーク低減処理部には２系列しか入力されていないが、それ以上のサブ系列が入力されてもよいし、あるピーク低減処理部と別のピーク低減処理部の入出力系列数が相違してもよい。

本発明の第５実施例でも、分割数Ｄが２以上の場合のパターン決定法が説明される。図１７は８分割の場合の方法を説明するための図である。左列最上段のピーク低減処理部には２つのストリームの１番目及び２番目のサブ系列（計４系列）が入力され、これらのインターリーブパターンが決定され、そのパターンで合成された信号２系列が出力される。また、左列各段のピーク低減処理部に（３，４）番目、（５，６）番目、．．．、（Ｄ−１，Ｄ）番目のサブ系列がそれぞれ入力される。各ピーク低減処理部は入力された各信号系列に対するインターリーブパターンを決定する。その結果、各送信アンテナにつきＤ／２個の信号系列が生成される。

左から２列目（中央列）の上段のピーク低減処理部には、左列の１段目及び２段目のピーク低減処理部から出力された信号系列が入力され、説明済みのピーク低減処理が行われる。中央列下段のピーク低減処理部でも同様な処理がなされる。左から３列目のピーク低減処理部についても同様な手順がなされ、最終的には信号系列数は送信部当たり１つになり、それが送信アンテナから送信される。

なお、図示の例ではピーク低減処理部に２系列しか入力されていないが、３系列以上のサブ系列が入力されてもよい。ピーク低減処理部の入出力のサブ系列数は、複数のピーク低減処理部で同じでもよいし異なってもよい。

上述したように送信側で施されるインターリーブパターンは制御チャネルを通じて受信側に通知されてもよい。インターリーブパターンの通知は制御チャネルを利用する以外の方法で通知されてもよい。本発明の第６実施例では、ＯＦＤＭ方式の複数のシンボルに同じインターリーブパターンが適用される場合に、パイロットシンボルを用いてインターリーブパターンが伝送される。図１８は本実施例で使用されるフレーム構成を示す。図１９は本実施例で使用される受信機を示す。図１８に示されるように、アンテナ毎にフレーム各々の先頭に第1のパイロットシンボルが挿入される。また、個々のストリームに固有のシンボル系列（１シンボルでもよい）を有する第２のパイロットシンボルも用意される。第1のパイロットシンボルについてのピーク低減処理はなされないが、第２のパイロットシンボルについては、同じブロックに属する他のシンボルと同様にピーク低減処理がなされる。

図１９に示されるような受信機では、ＦＦＴ部からの出力信号から導出される第1のパイロットシンボルによるチャネル推定が行われる。このチャネル推定値に基づいて第２のパイロットシンボルの信号分離が行われる。第２のパイロットシンボルは各送信ストリームに固有であるので、各アンテナで受信された信号がどのブロックに属しているかを受信シンボルに基づいて判別することができる。この判別はインターリーブ（ＩＬ）情報算出部で行われる。各サブキャリアに関するデインターリーブ情報はサブ系列デインターリーバに入力される。サブ系列デインターリーバは、デインターリーブ情報に従って信号の順序を元に戻し、信号検出部にそれらを与える。

なお、全てのブロックにピーク低減処理を施すことは必須ではなく、例えば各ストリームにつき１つのブロック（例えば先頭ブロック）ではピーク低減処理が省略されてもよい。ピーク低減処理の行われないブロックに第２のパイロットシンボルを挿入することは必須でない（むしろ、そのブロックでは第２のパイロットシンボルを省略し、他のデータ伝送にリソースを解放することが望ましい。）。

本発明の第７実施例では、パイロットシンボルによるオーバーヘッドを削減する手法が説明される。本実施例では第２のパイロットシンボルは挿入されない。各ストリームは、ブロック内の第1のパイロットシンボルのマッピングパターンで区別される。更に、各ストリームのパイロットシンボルはストリーム間で直交するようにマッピング（配置）されることが望ましい。

図２０はそのようなパイロットシンボルのマッピング例を示す。図示の例ではＮ種符号長がＮの直交コードがＮシンボル置きに配置される（Ｎは送信部の数であり、ｎは送信部を指定する番号を表す。）。更に、送信部１（Ｔｘ１）のパイロットと送信部２（Ｔｘ２）のパイロットは同時に送信されるが、異なるサブキャリアで送信される。例えば、送信部が２つある場合には、送信部１のパイロットシンボルは１サブキャリア置きに配置される。送信部２のパイロットシンボルは周波数方向で先頭から２番目のサブキャリアを起点に１サブキャリア置きに配置される。送信部が３つある場合は、送信部１のパイロットサブキャリアは２サブキャリア置きに配置される。送信部２は２番目のサブキャリアを起点に、送信部３は３番目のサブキャリアを起点に２サブキャリア置きにパイロットシンボルがそれぞれ周波数方向に配置される。

図２１は本実施例で使用可能な受信機を示す。ＦＦＴの後に、通常の信号分離が行われる。各送信部は固有のパイロットシンボルを各ブロックに挿入し、インターリーブを行ってそれらを送信する。受信側ではストリーム間インターリーブをチャネル変動として取り扱うことができる。したがって、通常のチャネル推定及び信号分離を行うことで、インターリーブ前の信号系列を求めることができる。なお、チャネル推定値の補間や、隣接サブキャリアのチャネル推定値を用いた場合の雑音低減処理が行われる場合には、同一のブロック内でそれらが行われる必要がある。

本発明の第８実施例ではサブ系列インターリーブに加えてウエイト制御も行われる。図２２はそのような処理を行う送信機を示す。送信機は、ストリーム間でインターリーブを行い、加算前のサブ系列にウエイトを付与する。ウエイトは振幅、位相又は双方で表現されてもよい。インターリーブとウエイト制御を結合させることで、ピーク低減効果を更に促進することができる。

例えば、ある情報ビット系列に関する全てのインターリーブパターン及び重み候補に対して送信信号が複数生成される。これらの送信信号の候補の中から、最小のピークを有する送信信号が最終的に送信されてもよい。

また、合成前の信号に対してピークを検出し、そのピークに寄与する信号のみについて送信信号の候補を生成し、ピークを最小にする候補が送信信号に決定されてもよい。このようにすると、より簡易に送信信号を生成することができる。

更に、インターリーブパターン及び重みの候補全てに対する送信信号候補が生成されることは必須ではない。例えば、分割数Ｄが２であり、送信部の数がＮである場合に、入力された２×Ｎ個のサブ系列Ｓ_ｎ ^（１）及びＳ_ｎ ^（２）のうち、ピーク電力の大きい系列Ｓ_ｎｐ ^（ｄｐ）が判別される。そのピーク電力を有する信号成分は、Ｓ_ｎｐ ^（ｄｐ）（ｔ_ｐ）であるとする。この場合、他のブロックｄ_ｐ’の分割ＯＦＤＭ信号の中で、時点ｔ_ｐの信号成分が最も大きい系列

が、Ｓ_ｎｐ ^（ｄｐ）と同一のアンテナから送信する分割ＯＦＤＭ信号に決定される。但し、Ｓ_ｎｐ ^（ｄｐ）に適用するウエイト（位相回転量θ）は、

のように算出される。その結果、各系列は互いに弱めあうように合成され、合成後の系列のピークを低減することができる。

本発明の第９実施例ではサブ系列のインターリーブとサブ系列の巡回シフト（サイクリックシフト）とが結合される。図２３はそのような処理を行う送信機を示す。送信部間のインターリーブが行われた後に、各送信部内でサブ系列が循環的に並べ替えられることで、ピーク低減効果を更に促進することができる。なお、全てのインターリーブパターン及び全てのサイクリックシフトの候補が用意されてもよいし、合成前のピーク信号に対応する信号に着目して演算負担が軽減されてもよい。

本発明の第１０実施例ではサブ系列のインターリーブ、サイクリックシフト及びウエイト制御が結合される。図２４はそのような処理を行う送信機を示す。ピーク低減処理方法としては説明済みの様々な手法を利用することができる。簡易な手法としては、ピーク低減制御部に入力されたサブ系列の中でピーク電力が最大の系列Ｓ_ｎｐ ^（ｄｐ）が検出され、そのピーク電力を有する信号はＳ_ｎｐ ^（ｄｐ）（ｔ_ｐ）であったとする。それ以外の信号系列の中で最大電力のシンボルを含むサブ系列Ｓ_ｎ’ ^（ｄ’）（ｔ’）が、Ｓ_ｎｐ ^（ｄｐ）と同じアンテナから送信されるように、インターリーブパターンが決定される。サブ系列Ｓ_ｎ’ ^（ｄ’）（ｔ’）は次式で表現される。

このとき、サイクリックシフトのシフト量ｐ_{ｓｈｉｆｔ}とウエイト（位相回転量θ）はそれぞれ次式を満たすように選択される。

残りの系列についても同様な処理を行うことで適切なインターリーブパターンを決定することができる。また、上位ｌ番目までのピーク電力が使用される場合には第２実施例で説明済みの手法が使用されてもよい。

ピーク対平均電力比が過剰に大きくなる様子を示す図である。送信アンプの一般的な入出力特性を示す図である。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の移動通信システムで使用される送信機を示す図である。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の移動通信システムで使用される受信機を示す図である。直並列変換部及び並直列変換部を示す図である。周波数領域のインターリーブ法を用いる２×２ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の送信機を示す図である。周波数領域のインターリーブ法を用いる２×２ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の受信機を示す図である。ＰＴＳ法及び巡回シフト法を用いる２×２ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の送信機を示す図である。ＰＴＳ法及び巡回シフト法を用いる２×２ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式の受信機を示す図である。２分割の場合の分割逆フーリエ変換部の構成例を示す図である。本発明の一実施例による送信機を示す図である。本発明の一実施例による受信機を示す図である。本発明の一実施例による送信機を示す図である。本発明の一実施例による受信機を示す図である。本発明の一実施例によるインターリーブパターン決定法の一例を示す図である。本発明の一実施例によるインターリーブパターン決定法の一例を示す図である。本発明の一実施例によるインターリーブパターン決定法の一例を示す図である。パイロットシンボルのマッピング例を示す図である。本発明の一実施例による受信機を示す図である。パイロットシンボルのマッピング例を示す図である。本発明の一実施例による受信機を示す図である。本発明の一実施例による送信機を示す図である。本発明の一実施例による送信機を示す図である。本発明の一実施例による送信機を示す図である。

符号の説明

Ｓ／Ｐ直並列変換部
Ｐ／Ｓ並直列変換部
ＦＦＴ高速フーリエ変換部
ＩＦＦＴ逆高速フーリエ変換部
ＧＩガードインターバル

Claims

複数の送信アンテナを有し、マルチキャリア方式の信号を送信する送信機であって、
送信する情報から複数の信号系列群を導出し、信号系列群毎に逆フーリエ変換を行い、変換後の１以上のサブ系列を含むサブ系列群を複数組出力する分割逆フーリエ変換手段と、
逆フーリエ変換後の複数のサブ系列についてピーク電力を検出し、インターリーブパターンを指定する指示信号を出力するピーク低減制御手段と、
前記指示信号に従って、複数のサブ系列群の間で１以上のサブ系列を置換するインターリーブ手段と、
を有し、前記インターリーブ手段で置換されたサブ系列を含む一群のサブ系列を、１つの送信アンテナから無線送信される信号に変換する手段が複数設けられ、
前記ピーク低減制御手段は、１つのサブ系列の中で上位所定数個のピーク電力を検出し、ピーク電力に寄与する他のサブ系列の信号成分を特定し、前記複数のサブ系列についてのピーク電力を検出する
ことを特徴とする送信機。
前記インターリーブ手段は、前記分割逆フーリエ変換手段の出力のうち、同じ時点に関連付けられる複数のサブ系列の間で置換を行う
ことを特徴とする請求項１記載の送信機。
前記ピーク低減制御手段からの制御信号に応答して、逆フーリエ変換後の１以上のサブ系列に重みを与える重み調整手段を更に有する
ことを特徴とする請求項１記載の送信機。
前記ピーク低減制御手段からの制御信号に応答して、インターリーブ手段に入力されない１以上のサブ系列とインターリーブ手段から出力される１以上のサブ系列との対応関係を巡回的に変更するサイクリックシフト手段を更に有する
ことを特徴とする請求項１記載の送信機。
前記ピーク低減制御手段からの制御信号に応答して、逆フーリエ変換後の１以上のサブ系列に重みを与える重み調整手段と、
前記ピーク低減制御手段からの制御信号に応答して、インターリーブ手段に入力されない１以上のサブ系列とインターリーブ手段から出力される１以上のサブ系列との対応関係を巡回的に変更するサイクリックシフト手段と、
を更に有し、逆フーリエ変換後の複数のサブ系列のピーク電力の差が小さくなるように前記インターリーブパターンが決定される
ことを特徴とする請求項１記載の送信機。
送信シンボル中のパイロットシンボルのマッピングパターンで前記インターリーブパターンが区別される
ことを特徴とする請求項１記載の送信機。
インターリーブが施されない第１のパイロットシンボルとインターリーブが施される第２のパイロットシンボルとが送信シンボルに含まれる
ことを特徴とする請求項１記載の送信機。
複数の送信アンテナを有し、マルチキャリア方式の信号を送信する送信機であって、
送信する情報から複数の信号系列群を導出し、信号系列群毎に逆フーリエ変換を行い、変換後の１以上のサブ系列を含むサブ系列群を複数組出力する分割逆フーリエ変換手段と、
逆フーリエ変換後の複数のサブ系列についてピーク電力を検出し、インターリーブパターンを指定する指示信号を出力するピーク低減制御手段と、
前記指示信号に従って、複数のサブ系列群の間で１以上のサブ系列を置換するインターリーブ手段と、
を有し、前記インターリーブ手段で置換されたサブ系列を含む一群のサブ系列を、１つの送信アンテナから無線送信される信号に変換する手段が複数設けられ、
逆フーリエ変換後の２組のサブ系列群に含まれるサブ系列をインターリーブして加算することで、１組のサブ系列群が導出される
ことを特徴とする送信機。
複数の送信アンテナを有し、マルチキャリア方式の信号を送信する送信機であって、
送信する情報から複数の信号系列群を導出し、信号系列群毎に逆フーリエ変換を行い、変換後の１以上のサブ系列を含むサブ系列群を複数組出力する分割逆フーリエ変換手段と、
逆フーリエ変換後の複数のサブ系列についてピーク電力を検出し、インターリーブパターンを指定する指示信号を出力するピーク低減制御手段と、
前記指示信号に従って、複数のサブ系列群の間で１以上のサブ系列を置換するインターリーブ手段と、
を有し、前記インターリーブ手段で置換されたサブ系列を含む一群のサブ系列を、１つの送信アンテナから無線送信される信号に変換する手段が複数設けられ、
逆フーリエ変換後の２組のサブ系列群に含まれるサブ系列をインターリーブして加算することで導出された１組のサブ系列群と、別の２組のサブ系列群に含まれるサブ系列をインターリーブして加算することで導出された別の１組のサブ系列群との間でインターリーブ及び加算を行うことで１組のサブ系列群が導出される
ことを特徴とする送信機。
複数の送信アンテナを有し、マルチキャリア方式の信号を送信する送信方法であって、
送信する情報から複数の信号系列群を導出し、信号系列群毎に逆フーリエ変換を行い、変換後の１以上のサブ系列を含むサブ系列群を複数組出力し、
逆フーリエ変換後の複数のサブ系列についてピーク電力を検出し、インターリーブパターンを指定する指示信号を出力し、
前記指示信号に従って、複数のサブ系列群の間で１以上のサブ系列を置換し、
インターリーブ後のサブ系列を含む一群のサブ系列の信号形式を変換し、複数の送信アンテナからそれぞれ無線送信するステップを有し、
前記ピーク電力を検出する際、１つのサブ系列の中で上位所定数個のピーク電力を検出し、ピーク電力に寄与する他のサブ系列の信号成分を特定し、前記複数のサブ系列についてのピーク電力を検出する、送信方法。
複数の送信アンテナを有し、マルチキャリア方式の信号を送信する送信方法であって、
送信する情報から複数の信号系列群を導出し、信号系列群毎に逆フーリエ変換を行い、変換後の１以上のサブ系列を含むサブ系列群を複数組出力し、
逆フーリエ変換後の複数のサブ系列についてピーク電力を検出し、インターリーブパターンを指定する指示信号を出力し、
逆フーリエ変換後の２組のサブ系列群に含まれるサブ系列を前記指示信号に従ってインターリーブして加算することで、１組のサブ系列群を導出し、該サブ系列群毎に信号形式を変換し、複数の送信アンテナ各々から１つのサブ系列群の信号を無線送信するステップを有する、送信方法。
複数の送信アンテナを有し、マルチキャリア方式の信号を送信する送信方法であって、
送信する情報から複数の信号系列群を導出し、信号系列群毎に逆フーリエ変換を行い、変換後の１以上のサブ系列を含むサブ系列群を複数組出力し、
逆フーリエ変換後の複数のサブ系列についてピーク電力を検出し、インターリーブパターンを指定する指示信号を出力し、
前記指示信号に従って、逆フーリエ変換後の２組のサブ系列群に含まれるサブ系列をインターリーブすることで導出された１組のサブ系列群と、別の２組のサブ系列群に含まれるサブ系列をインターリーブすることで導出された別の１組のサブ系列群との間でインターリーブを行うことで１組のサブ系列群を導出し、該サブ系列群毎に信号形式を変換し、複数の送信アンテナ各々から１つのサブ系列群の信号を無線送信するステップを有する、送信方法。