JP4000123B2

JP4000123B2 - 無線送信装置及び方法

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Publication number: JP4000123B2
Application number: JP2004073510A
Authority: JP
Inventors: 康彦田邉; 崇裕小林; 清利光; 典孝出口; 大輔竹田; 一彰川端
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: JP2005260890A; CN1671076A; EP1578063A2; CN100474792C; US20050220215A1

Description

本発明は無線送信装置、特に複数の送信機及び送信アンテナを用いて送信を行う無線送信装置に関する。

無線通信システムにおいて伝送速度を高速化する技術の一つとして、送信端末から複数の送信機により同一周波数で同時に信号を送信する方式が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。この方式によると、送信端末の各送信機からの送信信号は空間で多重化されるため、受信端末側では各送信信号が混信して受信される。

このような空間多重がなされた信号を受信するために、受信端末において複数の受信機を用いて各々の送信信号を分離する方式が知られている。一方、空間多重がなされた信号を単一の受信機によって受信する場合は、受信信号から各送信機からの送信信号の結合確率密度関数が最大となる信号を推定することによって、複数の送信信号を同時に受信することが可能になる。この結果、通信に用いる周波数帯域幅を広げることなく、伝送速度を送信機の数に応じて高速化することが可能となるため、周波数利用効率が高くなり、スループットが向上する。

これらの受信方式では、いずれの場合も送信端末の複数の送信機と受信端末との間の全ての伝搬路応答を推定することが必要である。伝搬路応答の推定は、送信端末から既知信号を送信し、受信端末で予めメモリに保持されている参照用既知信号と受信された既知信号とを比較することによって行われる。
米国特許第６，０９７，７７１号明細書米国特許第６，０５８，１０５号明細書

上述した従来の無線通信システムでは、伝搬路応答の推定対象となる送信端末と受信端末間の伝搬路の数は、空間多重される信号の数（多重化数）に比例して増加する。このため、一般には多重化数に比例した長さの伝搬路応答推定用既知信号を送信する。ここで、データ信号が比較的少ない場合、すなわち伝搬路応答推定用既知信号のための送信時間がデータ信号の送信時間に比べて無視できない場合には、伝搬路応答推定用既知信号の送信のためのオーバヘッドが相対的に大きくなる。この結果、空間多重化を用いて送信を行う場合、伝搬路応答推定用既知信号の送信時間も含めると、空間多重化を行わずに単一の送信機で送信を行う場合よりも送信時間が長くなってしまい、スループットが低下する現象が生じ得る。

本発明の目的は、伝搬路応答推定用既知信号のような制御信号によるスループットの低下を防止できる無線送信装置を提供することにある。

本発明の第１の観点によると、複数の送信ユニットを有する無線送信装置において、制御信号と該制御信号に後続するデータ信号を含む送信信号のデータ信号長から前記送信信号の非分割時の送信時間及び分割数毎の送信時間を計算する計算手段と、前記送信信号及び前記送信信号を前記分割数で分割して得られる少なくとも一つの分割信号のうち前記送信時間が最小となる信号を用いて、前記送信ユニットに供給するための少なくとも一つの送信用信号を生成する信号生成手段とを具備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、複数の送信ユニットを有する無線送信装置において、制御信号と該制御信号に後続するデータ信号を含む送信信号のデータ種別を識別する識別手段と、前記送信信号及び前記送信信号を分割数で分割して得られる少なくとも一つの分割信号のうち前記データ種別に対応する信号を用いて、前記送信ユニットに供給するための少なくとも一つの送信用信号を生成する信号生成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の観点によると、複数の送信ユニットを有する無線送信装置において、
制御信号と該制御信号に後続するデータ信号を含む送信信号のデータ種別を識別する識別手段と、前記送信信号のデータ信号長から前記送信信号の非分割時の送信時間及び分割数毎の送信時間を計算する計算手段と、前記送信信号及び前記送信信号を前記分割数で分割して得られる少なくとも一つの分割信号のうち、前記データ種別が予め定められた特定の種別の場合は制御信号長が最小となる信号、他の種別の場合は前記送信時間が最小となる信号を用いて、前記送信ユニットに供給するための少なくとも一つの送信用信号を生成する信号生成手段とを具備する無線送信装置を提供する。

本発明の第４の観点によると、複数のアンテナを含む送信部を有する無線送信装置において、制御信号と該制御信号に後続するデータ信号を含む送信信号のデータ信号長から前記送信信号の非分割時の送信時間及び分割数毎の送信時間を計算する計算手段と、前記送信信号及び前記送信信号を前記分割数で分割して得られる少なくとも一つの分割信号のうち前記送信時間が最小となる信号を用いて、前記送信部に供給するための少なくとも一つの送信用信号を生成する信号生成手段とを具備する無線送信装置を提供する。

本発明によると、送信信号及びこれを種々の分割数で分割して得られる分割信号のうち送信時間が最小となる信号を用いて送信用信号を生成することにより、伝搬路応答推定用既知信号のような制御信号の送信のためのオーバヘッドが無視できない場合のスループットの低下を防止できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
まず、図１を用いてMIMO(Multi Input Multi Output)技術に基づく無線通信システムについて説明する。図１に示す無線通信システムにおける送信端末（無線送信装置）は複数の送信機３Ａ〜３Ｃ及び送信アンテナ４Ａ〜４Ｃを有し、受信端末（無線受信装置）は複数の受信アンテナ５Ａ〜５Ｃ及び受信機６Ａ〜６Ｃを有する。

送信端末において、送信すべきデータ系列１は直並列変換器２により直並列変換されることにより、複数の信号に分割される。直並列変換器２により得られる分割信号は送信機３Ａ〜３Ｃに入力される。送信機３Ａ〜３Ｃは例えば周波数変換器、ディジタル変調器、Ｄ／Ａ変換器、フィルタ及び電力増幅器などを含む一般的なものでよいため、ここでは詳細な説明を省略する。

送信機３Ａ〜３ＣからはＲＦ(Radio Frequency)帯に変換されたディジタル変調信号が出力され、送信アンテナ４Ａ〜４Ｃによって並列に送信される。従って、一つの送信機を用いる場合に比較して、送信機の数（ここでは３個）分の１に送信時間を短縮できる。送信機３Ａ〜３Ｃは同一の搬送波周波数を用いて送信を行うため、占有周波数帯域幅が増加することはない。

送信機３Ａ〜３Ｃによって送信アンテナ４Ａ〜４Ｃから送信される信号は、矢印で示される異なる伝搬路をそれぞれ介して受信端末に到達する。受信端末においては、送信されてきた信号が受信アンテナ５Ａ〜５Ｃにより受信される。言い替えれば、送信アンテナ４Ａ〜４Ｃから送信される信号は、空間で多重化されて受信端末に到達し、受信アンテナ５Ａ〜５Ｃにより受信される。

受信アンテナ５Ａ〜５Ｃから出力される受信信号は、受信機６Ａ〜６Ｃに入力される。受信機６Ａ〜６Ｃは例えば低雑音増幅器、周波数変換器、Ａ／Ｄ変換器、フィルタ及びディジタル復調器などを含む一般的なものでよいため、ここでは詳細な説明を省略する。受信機６Ａ〜６Ｃからそれぞれ出力される信号は、並直列変換器７により並直列されて合成されることにより、一つの信号パス上のデータ系列８とされて出力される。

今、送信アンテナ４Ａ〜４Ｃから送信される信号をそれぞれｓ_1, ｓ₂, ｓ₃とおき、受信アンテナ５Ａ〜５Ｃにより受信される信号をそれぞれｒ_１, ｒ₂, ｒ₃とおくと、これらの信号は以下の式を用いてモデル化される。

ここで、ｈ_ij はｊ番目の送信アンテナとｉ番目の受信アンテナ間の伝搬路応答を表し、ｎ_i はｉ番目の受信アンテナの出力における雑音成分を表す。送信アンテナ４Ａ〜４Ｃにより送信される信号ｓ_1, ｓ₂, ｓ₃は、異なるフェージング変動を受けた後に受信アンテナ５Ａ〜５Ｃによって受信される。受信端末では、全ての送信アンテナ４Ａ〜４Ｃと受信アンテナ５Ａ〜５Ｃ間の伝搬路応答を推定することにより、受信した信号ｒ₁, ｒ₂, ｒ₃ を用いて、送信された信号ｓ_1, ｓ₂, ｓ₃を推定することができる。

図１のような無線通信システムでは、受信端末において上述のように全ての送信アンテナ４Ａ〜４Ｃと受信アンテナ５Ａ〜５Ｃ間の伝搬路応答を推定する必要がある。一般に、伝搬路応答を推定するために送信端末は送信機３Ａ〜３Ｃから既知信号を送信する。このため、直並列変換器２での分割数（言い替えれば送信アンテナ４Ａ〜４Ｃと受信アンテナ５Ａ〜５Ｃ間での空間多重の多重化数）が増加すると、全ての伝搬路応答を推定するために必要となる既知信号の数も増加する。具体的に、図１のような空間多重を用いる無線通信システムに、無線ＬＡＮ規格の一つであるIEEE 802.11aのフレームフォーマットを適用する場合について説明する。

図２に、IEEE 802.11aの物理層のフレームフォーマットを示す。図２に示すフレームフォーマットでは、ヘッダ信号として送信側と受信側間のタイミング同期、周波数同期及びＡＧＣ（自動利得制御）に用いるショートプリアンブル列ＳＰ、伝搬路応答推定用既知信号であるロングプリアンブル列ＬＰ１、送信データ長及び変調方式を通知するためのシグナルフィールドSignalが順次送信され、Signal以降でデータ信号Dataが送信される。ショートプリアンブル列ＳＰ、ロングプリアンブル列ＬＰ１、シグナルフィールドSignal及びデータ信号Dataの相互間には、遅延信号による歪みの発生を防ぐためのガードインターバルＧＩが配置される。

一方、図１のような無線通信システムで空間多重を用いて送信を行う場合のフレームフォーマットの一例を図３に示す。図２のフレームフォーマットにおけるシグナルフィールドSignalとデータ信号Dataとの間に、空間多重により信号を送信するために必要なもう一つのシグナルフィールドSignalと、伝搬路応答推定用既知信号としてロングプリアンブル列ＬＰ２及びＬＰ３が追加されている。例えば、図３における最初のロングプリアンブル列ＬＰ１は、送信アンテナ４Ａと受信端末との間の伝搬路応答を推定するために用いられ、追加されたロングプリアンブル列ＬＰ２及びＬＰ３は、送信アンテナ４Ｂ及び４Ｃと受信端末との間の伝搬路応答を推定するために用いられる。追加された２番目のシグナルフィールドSignalとロングプリアンブル列ＬＰ２及びＬＰ３の合計の時間をＴ_add(3) とおく。

このように空間多重を用いる図１のような無線通信システムでは、送信信号の分割数（空間多重化の多重化数）を増やすことによってデータ信号の伝送速度は向上する。反面、分割数に応じて伝搬路応答を推定するための既知信号の数を増やす必要があり、伝搬路推定のためのオーバヘッドが大きくなる。従って、伝搬路応答推定用の既知信号の送信時間がデータ信号の送信時間に比べて十分小さくない場合は、オーバヘッドが無視できなくなる。

無線ＬＡＮなどのパケット通信システムでは、携帯電話システムのような回線通信システムと異なり、１フレームで送信するデータ信号の量は一定でない。従って、伝搬路推定用の既知信号とデータ信号の送信時間の比も送信するパケット毎に異なる。一方、IEEE 802.11aのように複数の変調方式と符号化率の組み合わせであるＭＣＳ(Modulation and Coding Scheme)セットから一つのＭＣＳを選択して送信する無線通信システムでは、選択されるＭＣＳによってデータ信号の送信時間が異なる。しかも、送信端末が送信可能なＭＣＳの下で送信される信号の全てを受信端末が受信可能とは限らず、受信端末の構成や伝搬環境によって送信可能な方式は制限されてしまう。以下、このような問題点を解決する本発明の具体的な実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態では、ヘッダ信号及びデータ信号を含めた送信信号の送信に要する時間（以下、単に送信時間と呼ぶ）を計算し、送信時間が最も短くなる分割数で送信を行う。ここで、分割数は１（非分割）を含むものとする。

自己のアンテナ数が３本で、通信相手のアンテナ数が３本の場合、最大とり得る分割数は３であるが、通信相手のアンテナ数が自己のアンテナ数より少ない場合や、たとえこれらのアンテナ数が同じ本数であっても、伝搬環境が悪い場合は、分割数は３より小さくなる。本実施形態では、最大とり得る分割数は送受の間で分かっているものとし、最大とり得る分割数を３として説明する。

第１の実施形態に従う無線送信装置では、図４に示されるように送信信号生成部１０から送信信号１１とデータ長信号１２が出力される。送信信号１１は符号化器１３により符号化された後、直並列変換器１４に入力される。

一方、データ長信号１２はデータ信号長、すなわち送信信号に含まれるデータ系列の長さ（データビット数）を示す信号であって、送信時間計算部１５に入力される。送信時間計算部１５は、データ長信号１２から直並列変換器１４での分割数毎の送信時間を計算する。データ長信号１２で与えられるデータビット数をＮ_bit 、１シンボル当たりので送信ビット数をＮ_bps 、１シンボルを送信するのに必要な時間をＴ_S とおくと、分割数Ｍでの送信信号１１の送信時間Ｔ_M は、次式により計算できる。

ここで、Ｔ_add(M) は分割数Ｍで送信を行う際に、図３で示したように追加された２番目のシグナルフィールドSignalとロングプリアンブル列ＬＰ２及びＬＰ３の合計の時間であり、図３ではＭ＝３であるため、Ｔ_add(3)としている。Ｃeil( )は、引数以上の最も小さい整数を得る関数である。

送信時間計算部１５は、式（２）の計算を選択可能な分割数Ｍの全てについて行い、最も短い送信時間の短い分割数を決定し、決定した分割数に対応する分割数制御信号１６を直並列変換器１４に供給する。分割数制御信号１６により直並列変換器１４における分割数、すなわち並列化される符号化データ（分割信号）の数が制御される。

直並列変換器１４から出力される符号化データ（分割信号）は、変調器１７Ａ〜１７Ｃによってディジタル変調が施される。変調器１７Ａ〜１７Ｃの変調方式は、例えばＢＰＳＫ(Binary Phase Shift Keying)，ＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)，１６ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)あるいは６４ＱＡＭが用いられる。

変調器１７Ａ〜１７Ｃからのディジタル変調信号は空間多重信号生成部１８に入力されることにより、空間多重により送信するのに適した送信用信号（以下、空間多重信号という）が生成される。空間多重信号生成部１８は、図５に例示されるように変調器１７Ａ〜１７Ｃからのディジタル変調信号に対して重み付け加算を行う。

例えば、変調器１７Ａからのディジタル変調信号に対して重み係数ｗ₁₁, ｗ₁₂, ｗ₁₃に従った重み付けを行い、以下同様に変調器１７Ｂからのディジタル変調信号に対して重み係数ｗ₂₁, ｗ₂₂, ｗ₂₃、変調器１７Ｃからのディジタル変調信号に対して重み係数ｗ₃₁, ｗ₃₂, ｗ₃₃に従った重み付けをそれぞれ行う。次に、ｗ₁₁, ｗ₂₁, ｗ₃₁により重み付けられた３つの信号を加算して第１の空間多重信号を生成し、以下同様にｗ₁₂, ｗ₂₂, ｗ₃₂により重み付けられた３つの信号を加算して第２の空間多重信号を生成し、ｗ₁₃, ｗ₂₃, ｗ₃₃により重み付けられた３つの信号を加算して第３の空間多重信号を生成する。

ここで、重み係数ｗ₁₁, ｗ₁₂, ｗ₁₃, ｗ₂₁, ｗ₂₂, ｗ₂₃, ｗ₃₁, ｗ₃₂, ｗ₃₃は、任意に変更が可能である。これらの重み係数を適切に設定することによって、送信時に指向性ビームが形成されることによる利得の増加が期待できるため、受信端末の受信電力が高くなり、受信品質が向上する。重み付けは、ディジタル信号で行っても、アナログ信号で行っても構わない。

空間多重信号生成部１８により生成された３つの空間多重信号は、送信機１９Ａ〜１９Ｃにそれぞれ入力され、送信アンテナ２０Ａ〜２０Ｃによって送信される。送信機１９Ａ〜１９Ｃは、例えばＤ／Ａ変換器、フィルタ及び電力増幅器などを含む一般的なものでよいため、説明を省略する。なお、送信機１９Ａ〜１９Ｃとそれらに接続される送信アンテナ２０Ａ〜２０Ｃとのセットを送信ユニットと呼ぶ。

図４に示した無線通信装置は、分割数をＭ＝１，Ｍ＝２，Ｍ＝３の中から選択することができる。図６〜図８を用いて、送信時間計算部１５によってどのように分割数が選択されるかを概念的に示す。図６〜図８において、ハッチングはヘッダ信号長を示し、ヘッダ信号に続く白抜き部分はデータ信号長を示す。

ここで、例えば図３を例にとると、ヘッダ信号長はショートプリアンブル列ＳＰからロングプリアンブル列ＬＰ３までの長さに相当し、データ信号長はデータ信号Dataの長さに相当する。図６〜図８のいずれの場合も、分割数Ｍが大きいほどヘッダ信号長が長くなっている。

図６〜図８のいずれの場合も、３つの分割数Ｍの中から基本的にヘッダ信号長とデータ信号長のトータル長を最小とするＭが選択される。例えば、図６に示されるように、データ信号長が比較的短い場合はＭ＝１が選択される。図７に示されように、データ信号長が比較的長い場合は、例えばＭ＝３が選択される。すなわち、一般的にデータ信号長が短いほど相対的にヘッダ信号の送信のためのオーバヘッドが増大するため、分割数を小さくしてオーバヘッドを減らす。これによってスループットの低下を防止することができる。

一方、図８はヘッダ信号長とデータ信号長のトータル長を最小とする分割数ＭがＭ＝１とＭ＝２のように二つある場合である。このような場合、Ｍ＝１とＭ＝２のいずれかを選択してもよい。但し、Ｍ＝１の方が送信に使用する送信機の数が少ないため、消費電力を節約する上で有利である。

分割数Ｍの変更は、直並列変換器１４を制御することによって行われる。直並列変換器１４は、図４ではそれぞれの入力端が符号化器１３の出力端に共通に接続された３個のスイッチの組み合わせで模式的に示されており、これらのスイッチのオン・オフが送信時間計算部１５からの分割数制御信号１６によって制御される。例えば、分割数Ｍが３の場合、３個のスイッチが全てオン状態とされる。分割数Ｍが１または２の場合は、１つまたは２つのスイッチがオン状態とされる。

図５に示した空間多重信号生成部１８の重み係数ｗ₁₁, ｗ₁₂, ｗ₁₃, ｗ₂₁, ｗ₂₂, ｗ₂₃, ｗ₃₁, ｗ₃₂, ｗ₃₃は、分割数Ｍあるいはその他の状況に応じて適宜制御される。空間多重信号生成部１８は、例えばＭ＝３の場合、単純には図９に示されるように３つの入力信号を単に通過させればよい。Ｍ＝１またはＭ＝２の場合、空間多重信号生成部１８は１つまたは２つの入力信号のみを通過させ、他の信号を阻止するようにしてもよい。

このような空間信号生成部１８の種々の状態は、図５において重み係数ｗ₁₁, ｗ₁₂, ｗ₁₃, ｗ₂₁, ｗ₂₂, ｗ₂₃, ｗ₃₁, ｗ₃₂, ｗ₃₃を変更することによって実現できる。例えば、重み係数ｗ₁₁, ｗ₂₂, ｗ₃₃を１とし、その他の重み係数ｗ₁₂, ｗ₁₃, ｗ₂₁, ｗ₂₃, ｗ₃₁, ｗ₃₂を０にすれば、図９の状態を実現できる。このように図５の空間多重信号生成部１８は、重み係数ｗ₁₁, ｗ₁₂, ｗ₁₃, ｗ₂₁, ｗ₂₂, ｗ₂₃, ｗ₃₁, ｗ₃₂, ｗ₃₃の変更によって種々の動作状態を実現できる汎用性の高い回路である。

（第２の実施形態）
次に、図１０及び図１１を用いて本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態において、データ長から分割数毎の送信時間を計算し、最も送信時間が短くなる分割数を用いて送信を行う点は第１の実施形態と同様である。第２の実施形態は、送信に用いる送信機の数が直並列変換器１４での分割数よりも多い点が第１の実施形態と異なる。

例として、データ長が短いために、伝搬路応答推定用の既知信号が最も少ない分割数１（非分割）が選択された場合について説明する。この場合、第１の実施形態では単一の送信機を用いて送信を行うのに対して、第２の実施形態では複数の送信機を用いて送信を行う。

同一のヘッダ信号長及び同一のＭＣＳで複数の送信機を用いて送信を行うために、図４における空間多重信号生成部１８は、例えば図１０に示されるように直並列変換器１４から変調器１７Ａ〜１７Ｃのいずれか一つを介して入力される一つの入力信号に対して、異なる重み係数ｗ₁, ｗ₂, ｗ₃ を乗じることにより複数の出力信号を生成するように構成される。こうして空間多重信号生成部１８により生成される複数の出力信号は、それぞれ異なる送信機１９Ａ〜１９Ｃによって送信される。

この場合、重み係数ｗ₁, ｗ₂, ｗ₃ を適切に設定すれば、空間多重信号生成部１８はいわゆるビームフォーマとして働くことにより、送信時に指向性ビームが形成される。これによって送信時に高い利得が得られ、受信端末での受信電力を強めることができる。一方、受信端末においては単一のデータ信号が受信されるに過ぎないため、単一の送信機で送信を行う場合と同一のヘッダ信号を用いて、受信時に必要なタイミング同期、周波数同期及びＡＧＣ等の処理を行うことができる。

空間多重信号生成部１８は、図１１に示されるように直並列変換器１４から変調器１７Ａ〜１７Ｃのいずれか一つを介して入力される一つの入力信号に対して、異なる複数の遅延時間τ₁, τ₂ の遅延を施して時間差を設けた複数の出力信号を生成するように構成されていてもよい。この場合、遅延時間τ₁, τ₂ を適切に設定することにより指向性ビームを形成することができる。

また、IEEE 802.11aのようにＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;直交周波数分割多重)を用いて送信を行う場合、信号の遅延時間差がガードインターバル内に収まるのであれば、このような遅延信号は干渉にならない。さらに、畳み込み符号のように複数のサブキャリアに渡って影響を及ぼすような符号化がなされている場合、図１１のような空間多重信号生成部１８を用いることによって、送信ダイバーシチの効果が得られ、受信品質の向上を期待することができる。

ここでは、分割数Ｍが１の場合にヘッダ信号長を長くすることなく複数の送信機を用いて送信を行う場合を例にとって説明したが、分割数Ｍが２以上の場合も直並列変換器１４から変調器１７Ａ〜１７Ｃを介して入力される２以上の入力信号に対して図１０または図１１と同様の処理を行って、指向性ビームの形成や送信ダイバーシチを施すことができる。

このように第２の実施形態によれば、比較的短いデータ長の信号を送信する際に、分割数の少ない場合と同一の長さのヘッダ信号長で複数の送信機を用いて送信を行うことが可能となる。これにより通信のオーバヘッドを増加させることなく、指向性ビームの形成や送信ダイバーシチによる通信品質の向上を図ることができる。

（第３の実施形態）
次に、図１２を用いて本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態において、データ長から分割数毎の送信時間を計算し、最も送信時間が短くなる分割数を用いて送信を行う点は第１及び第２の実施形態と同様である。第３の実施形態では、送信時間計算部１５での他の計算法について述べる。

IEEE 802.11のようにＣＳＭＡ／ＣＡ (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 方式で多重アクセスを実現する方式では、送信信号が所望の受信端末以外の他端末にも受信されないと、その他端末が送信を開始し、パケットの衝突が起こる可能性がある。これを回避する仕組みとして、ＲＴＳ／ＣＴＳ (Request To Send / Clear To Send) がある。

ＲＴＳ／ＣＴＳでは、図１２に示すように送信端末が受信端末に向けて送信要求フレーム（ＲＴＳ）を送信する。受信端末は、ＲＴＳの受信に成功した場合、受信準備が完了していることを通知するフレーム（ＣＴＳ）を送信する。送信端末はＣＴＳを受信した後、ＳＩＦＳ (Short Inter Frame Space) 後に情報パケットを送信する。この結果、送信端末からの送信信号を受信できる範囲だけでなく、受信端末が送信したＣＴＳを受信できる範囲に存在する端末も送信を行わないため、パケットの衝突が減少する。

以上のＲＴＳ／ＣＴＳを、複数の送信機を用いて送信を行う方式に応用することができる。複数の送信機を用いて通信を行っている端末のエリア内に、受信機を一つしか持たない端末が存在している場合を考える。このとき、この受信機を一つしか持たない端末は、複数の送受信機を用いて行われている通信を受信することができないため、送信可能と判断して送信を開始し、通信が妨害されてしまう可能性がある。

複数の送信を用いて送信を行う際に、このような現象を避けるために、送信を行う前に一つの送信機によってＲＴＳ／ＣＴＳを用いると、一つの受信機しか持たない多の端末に対して、これから通信を行うことを通知することができる。その後、複数の送信機を用いて通信を行うことによって、一つの受信機しか持たない端末に通信を妨げられることを防ぐことができる。

このようなフレーム交換の後にデータを送信する際には、パケットのヘッダ信号だけでなくＲＴＳ／ＣＴＳ自体がオーバヘッドとなる。そこで、第３の実施形態では送信時間計算部１５においてＲＴＳ／ＣＴＳ及びＳＩＦＳの時間も含めて送信時間の計算を行う。以後、第１または第２の実施形態と同様にして、送信時間計算部１５により計算される送信時間が最小となる分割数で送信を行う。

ここではＲＴＳ／ＣＴＳを用いる場合について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、ＣＴＳ-selfのようにＣＴＳのみを送信端末が送信する方式でもよく、要するに制御信号の送受信区間も含めて送信時間を計算すればよい。

このように第３の実施形態によれば、データ信号を送信する前にＲＴＳ／ＣＴＳのような制御信号のフレームを送信する際に、それらの制御信号も考慮した送信時間を計算することによって、実際に送信が完了するまでの区間で分割数毎の送信時間を比較することが可能となる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態において、送信端末が複数の送信機を備え、受信端末が複数の受信機を備えている点は第１及至第３の実施形態と同様である。第４の実施形態では、図１３に示されるように送信信号生成部１０から送信信号１１のデータ種別を示すデータ種別信号２１を取り出してデータ識別部２２に与える。

データ識別部２２は、データ種別信号２１から送信信号１１のデータ種別を識別し、データ種別が予め定められた特定の種別の場合はヘッダ信号長が最小となる分割数となるように、分割数制御信号２３によって直並列変換器１４を制御する。すなわち、分割数制御信号２３によって直並列変換器１４における分割数（並列化される符号化データ（分割信号）の数）が制御される。

無線ＬＡＮでは、一般に受信端末はパケットの受信に成功した際にＡＣＫ (Acknowledgment) を送信する。ＡＣＫは予め定められたサイズの信号であり、情報量も小さい。従って、ＡＣＫのようなフレームに対しては第４の実施形態のように、予めヘッダ信号長が最も小さくなる分割数（分割数１）で送信を行うことによって、第１乃至第３の実施形態で行っていた分割数毎の送信時間を計算して比較を行う処理を省略することができる。この結果、送信時間が最小となる分割数が選択されないとしても、元々の送信信号のサイズが小さいために、スループットの低下は小さく抑えられる。

ここでは、データ識別部２１により識別される特定のデータ種別としてＡＣＫを例に挙げたが、他にもＲＴＳやＣＴＳのような制御信号もサイズの小さなパケットであるから、ＡＣＫと同様に特定のデータ種別として設定することができる。さらに、特定のデータ種別はＡＣＫ、ＲＴＳ及びＣＴＳに限られるものではなく、例えばIEEE 802.11のＭＡＣフレームのフレームタイプのうち、コントロールフレーム、マネジメントフレーム、あるいはデータフレームのサブタイプとして定義されているヌル・ファンクションなどであってもよい。

このように本実施形態によれば、データ長が短いと予め分かっているデータ種別のデータ信号を含む送信信号については、送信時間を計算することなくオーバヘッドの最も少なくなる分割数で送信を行うことが可能になる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、第１乃至第３の実施形態と第４の実施形態を組み合わせている。すなわち、第５の実施形態では図１４に示されるようにデータ識別部２２と送信時間計算部２４が設けられる。

データ識別部２２は、第４の実施形態と同様にデータ種別信号２１から送信信号１１のデータ種別を識別し、データ種別が予め定められた特定の種別の場合はヘッダ信号長が最小となる分割数となるように、送信時間計算部２４を介して分割数制御信号２３によって直並列変換器１４を制御する。一方、データ識別部２２で識別されるデータ種別が特定の種別でない場合は、第１乃至第３の実施形態と同様に送信時間計算部２４でデータ長信号１２から分割数毎の送信時間を計算する。送信時間計算部２４は、送信時間が最小となる分割数となるように分割数制御信号２３によって直並列変換器１４を制御する。

以下、図１５を用いて第５の実施形態の動作手順を説明する。
まず、第４の実施形態と同様にデータ識別部２２によりデータ種別信号２１から送信信号１１のデータ種別を識別し、それが予め設定されている特定のデータ種別かどうかを判定する（ステップＳ１〜Ｓ２）。この判定の結果、送信信号１１のデータ種別が特定の種別の場合は、データ識別部２２は送信時間計算部２４に送信時間を計算する必要がないことを伝えると共に、ヘッダ信号長が最小となる分割数に設定するように指示を与える。これによりヘッダ信号長が最小となる分割数に従って送信信号１１が直並列変換器１４により直並列変換、すなわち分割される。

一方、送信信号１１のデータ種別が特定の種別でない場合は、データ識別部２２は送信時間計算部２４にその旨を伝え、送信時間計算部２４ではデータ長信号１２を基に第１乃至第３の実施形態と同様に各分割数における送信時間を計算し、最も送信時間が短い分割数となるように直並列変換器１４に指示を与える（ステップＳ４〜Ｓ５）。

このように第５の実施形態によれば、予め定められた特定のデータ種別については送信時間を計算することなくヘッダ信号長が最小となる分割数で送信信号を分割して送信し（ステップＳ３〜Ｓ６）、特定のデータ種別についてはデータ信号長に応じて送信時間が最小となる分割数で送信信号を分割して送信を行う（ステップＳ４〜Ｓ６）。これによりヘッダ信号部のオーバヘッドによるスループットの低下をより効果的に防ぐことができる。

なお、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。

複数の送信機及び受信機を用いる無線通信システムのブロック図 IEEE 802.11a準拠の物理層のフレームフォーマットを示す複数の送信信号を多重化して送信する場合の物理層のフレームフォーマットの例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図４中の空間多重信号生成部の第１の具体例のブロック図分割数１が選択される場合の送信信号のヘッダ信号長とデータ信号長の関係について説明する図分割数３が選択される場合の送信信号のヘッダ信号長とデータ信号長の関係について説明する図分割数１と分割数２の選択が競合する場合の送信信号のヘッダ信号長とデータ信号長の関係について説明する図図４中の空間多重信号生成部の第２の具体例のブロック図図４中の空間多重信号生成部の第３の具体例のブロック図図４中の空間多重信号生成部の第４の具体例のブロック図ＲＴＳ／ＣＴＳ (Request To Send / Clear TO Send) を用いる場合の送信時間計算範囲について説明する図本発明の第２の実施形態に従う無線送信装置のブロック図本発明の第３の実施形態に従う無線送信装置のブロック図本発明の第３の実施形態における処理の手順を示すフローチャート

符号の説明

１０…送信信号生成部；
１１…送信信号；
１２…データ長信号；
１３…符号化器；
１４…直並列変換器；
１５…送信時間計算部；
１６…分割数制御信号；
１７Ａ〜１７Ｃ…変調器；
１８…空間多重信号生成部；
１９Ａ〜１９Ｃ…送信機；
２０Ａ〜２０Ｃ…送信アンテナ；
２１…データ種別信号；
２２…データ識別部；
２３…分割数制御信号；
２４…送信時間計算部；
２５…分割数制御信号

Claims

複数の送信ユニットを有する無線送信装置において、
制御信号と該制御信号に後続するデータ信号を含む送信信号のデータ種別を識別する識別手段と、
前記データ種別が予め定められた特定の種別以外の種別の場合にのみ、前記送信信号のデータ信号長から前記送信信号の非分割時の送信時間及び分割数毎の送信時間を計算する計算手段と、
前記データ種別が前記特定の種別の場合は、前記送信信号及び前記送信信号を前記分割数で分割して得られる少なくとも一つの分割信号のうち制御信号長が最小となる信号、前記データ種別が前記の特定の種別以外の種別の場合は、前記送信信号及び前記少なくとも一つの分割信号のうち前記送信時間が最小となる信号をそれぞれ用いて、前記送信ユニットに供給するための少なくとも一つの送信用信号を生成する信号生成手段とを具備する無線送信装置。
前記制御信号は、伝搬路応答を推定するための既知信号を含むヘッダ信号である請求項１記載の無線送信装置。
前記制御信号は、伝搬路応答を推定するための既知信号を含むヘッダ信号及びＲＴＳ／ＣＴＳ (Request To Send / Clear To Send) を含む請求項１記載の無線送信装置。
前記制御信号は、伝搬路応答を推定するための既知信号を含むヘッダ信号及びＲＴＳ／ＣＴＳ (Request To Send / Clear To Send) を含み、前記計算手段は前記ヘッダ信号とＲＴＳ／ＣＴＳ及びＳＩＦＳ (Short Inter Frame Space)を含めて前記送信時間を計算する請求項１記載の無線送信装置。
前記信号生成手段は、前記送信信号を前記分割数で分割するために前記送信信号に対して直並列変換を行う直並列変換器を含む請求項１記載の無線送信装置。
前記信号生成手段は、前記分割信号に対して重み付け加算を行うことにより前記送信用信号を生成する請求項１記載の無線送信装置。
前記信号生成手段は、前記送信信号に対して異なる複数の重み係数で重み付けを施すことにより、前記複数の送信ユニットにそれぞれ供給するための複数の送信用信号を生成する請求項１記載の無線送信装置。
前記信号生成手段は、前記送信信号に対して異なる複数の遅延時間の遅延を施すことにより、前記複数の送信ユニットにそれぞれ供給するための複数の送信用信号を生成する請求項１記載の無線送信装置。
複数の送信ユニットを有する無線送信装置における送信方法であって、
制御信号と該制御信号に後続するデータ信号を含む送信信号のデータ種別を識別するステップと、
前記データ種別が予め定められた特定の種別以外の種別の場合にのみ、前記送信信号のデータ信号長から前記送信信号の非分割時の送信時間及び分割数毎の送信時間を計算するステップと、
前記データ種別が前記特定の種別の場合は、前記送信信号及び前記送信信号を前記分割数で分割して得られる少なくとも一つの分割信号のうち制御信号長が最小となる信号、前記データ種別が前記の特定の種別以外の種別の場合は、前記送信信号及び前記少なくとも一つの分割信号のうち前記送信時間が最小となる信号をそれぞれ用いて、前記送信ユニットに供給するための少なくとも一つの送信用信号を生成するステップとを具備する無線送信方法。