特許 7474992 無線通信システム、無線通信方法および送信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-18

(45)【発行日】2024-04-26

(54)【発明の名称】無線通信システム、無線通信方法および送信装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/0413 20170101AFI20240419BHJP

   H04L 27/36 20060101ALI20240419BHJP

   H04W 16/28 20090101ALI20240419BHJP

   H04W 28/18 20090101ALI20240419BHJP

   H04W 28/06 20090101ALI20240419BHJP

【ＦＩ】

H04B7/0413 100

H04L27/36

H04W16/28 130

H04W28/18 110

H04W28/06 110

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021036458

(22)【出願日】2021-03-08

(65)【公開番号】P2022136716

(43)【公開日】2022-09-21

【審査請求日】2023-02-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】899000068

【氏名又は名称】学校法人早稲田大学

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】福園 隼人

(72)【発明者】

【氏名】栗山 圭太

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 正文

(72)【発明者】

【氏名】宮城 利文

(72)【発明者】

【氏名】前原 文明

【審査官】川口 貴裕

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２５９１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５１７１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２４５７１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】白井 基ほか，スペクトラム圧縮伝送を用いたリソース制御のためのＰＡＰＲ特性評価，電子情報通信学会２０１７年総合大会講演論文集 通信１，2017年03月07日，ｐ．２６５

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／０２ － ７／１２

Ｈ０４Ｌ ２７／００ － ２７／３８

Ｈ０４Ｂ ７／２４ － ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００ － ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＭＩＭＯ多重化機能と適応変調機能とを備えた送信装置および当該送信装置から信号を受信する受信装置から構成される無線通信システムにおいて、
前記送信装置から前記受信装置に伝送する情報ビットを生成する情報ビット生成部と、
前記情報ビット生成部によって生成された情報ビットをデータ信号に変調するデータ信号変調部と、
前記データ信号変調部によって変調されたデータ信号にＦＴＮ処理を施すＦＴＮ処理部と、
前記ＦＴＮ処理部によって処理されたデータ信号を前記受信装置に対して伝送するための変換を行う送信信号変換部と、
ＭＩＭＯ多重化時に、前記データ信号変調部による変調方式と前記ＦＴＮ処理部によるＦＴＮ効率との組み合わせのうち、ＰＡＰＲがＭＩＭＯ多重数に応じた許容値以下で且つ伝送ビット数が等しい組み合わせから通信品質が最良となる組み合わせを選択し、当該選択結果に基づいて前記データ信号変調部と前記ＦＴＮ処理部とを制御する制御部と、
を備える無線通信システム。

【請求項2】

ＭＩＭＯ多重化機能と適応変調機能とを備えた送信装置および当該送信装置から信号を受信する受信装置が行う無線通信方法において、
前記送信装置から前記受信装置に伝送する情報ビットを生成する情報ビット生成工程と、
前記情報ビット生成工程によって生成された情報ビットをデータ信号に変調するデータ信号変調工程と、
前記データ信号変調工程によって変調されたデータ信号にＦＴＮ処理を施すＦＴＮ処理工程と、
前記ＦＴＮ処理工程によって処理されたデータ信号を前記受信装置に対して伝送するための変換を行う送信信号変換工程と、
ＭＩＭＯ多重化時に、前記データ信号変調工程による変調方式と前記ＦＴＮ処理工程によるＦＴＮ効率との組み合わせのうち、ＰＡＰＲがＭＩＭＯ多重数に応じた許容値以下で且つ伝送ビット数が等しい組み合わせから通信品質が最良となる組み合わせを選択し、当該選択結果に基づいて前記データ信号変調工程と前記ＦＴＮ処理工程とを制御する制御工程と、
を備える無線通信方法。

【請求項3】

ＭＩＭＯ多重化機能と適応変調機能とを備えた送信装置において、
受信装置に伝送する情報ビットを生成する情報ビット生成部と、
前記情報ビット生成部によって生成された情報ビットをデータ信号に変調するデータ信号変調部と、
前記データ信号変調部によって変調されたデータ信号にＦＴＮ処理を施すＦＴＮ処理部と、
前記ＦＴＮ処理部によって処理されたデータ信号を前記受信装置に対して伝送するための変換を行う送信信号変換部と、
ＭＩＭＯ多重化時に、前記データ信号変調部による変調方式と前記ＦＴＮ処理部によるＦＴＮ効率との組み合わせのうち、ＰＡＰＲがＭＩＭＯ多重数に応じた許容値以下で且つ伝送ビット数が等しい組み合わせから通信品質が最良となる組み合わせを選択し、当該選択結果に基づいて前記データ信号変調部と前記ＦＴＮ処理部とを制御する制御部と、
を備える送信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、無線通信システム、無線通信方法および送信装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１には、ＦＴＮ（faster than nyquist）伝送に関する技術が開示されている。ＦＴＮ伝送は、クロック周波数を超えるシンボルレートで変調シンボルを送出する手法である。ＦＴＮ伝送によれば、同伝送ビット数の高次ＱＡＭ変調と比較して、ＰＡＰＲの低減が期待できる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】J.A.Lucciardi, et al., "Trade-off between spectral efficiency increase and PAPR reduction when using FTN signaling: Impact of non linearities," IEEE ICC 2016.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のＦＴＮと低次変調方式との組み合わせによれば、ＰＡＰＲを上げずに高伝送ビット数を表現できる。ただし、シンボル間干渉（ISI）が大きくなり、伝送品質が劣化する懸念がある。

【0005】

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本開示の目的は、伝送品質を向上させることができる無線通信システム、無線通信方法および送信装置を得ることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る無線通信システムは、ＭＩＭＯ多重化機能と適応変調機能とを備えた送信装置および当該送信装置から信号を受信する受信装置から構成される無線通信システムである。無線通信システムは、送信装置から受信装置に伝送する情報ビットを生成する情報ビット生成部と、情報ビット生成部によって生成された情報ビットをデータ信号に変調するデータ信号変調部と、データ信号変調部によって変調されたデータ信号にＦＴＮ処理を施すＦＴＮ処理部と、ＦＴＮ処理部によって処理されたデータ信号を受信装置に対して伝送するための変換を行う送信信号変換部と、ＭＩＭＯ多重化時に、データ信号変調部による変調方式とＦＴＮ処理部によるＦＴＮ効率との組み合わせのうち、ＰＡＰＲがＭＩＭＯ多重数に応じた許容値以下で且つ伝送ビット数が等しい組み合わせから通信品質が最良となる組み合わせを選択し、当該選択結果に基づいてデータ信号変調部とＦＴＮ処理部とを制御する制御部と、を備える。
本開示に係る無線通信方法は、ＭＩＭＯ多重化機能と適応変調機能とを備えた送信装置および当該送信装置から信号を受信する受信装置が行う無線通信方法である。無線通信方法は、送信装置から受信装置に伝送する情報ビットを生成する情報ビット生成工程と、情報ビット生成工程によって生成された情報ビットをデータ信号に変調するデータ信号変調工程と、データ信号変調工程によって変調されたデータ信号にＦＴＮ処理を施すＦＴＮ処理工程と、ＦＴＮ処理工程によって処理されたデータ信号を受信装置に対して伝送するための変換を行う送信信号変換工程と、ＭＩＭＯ多重化時に、データ信号変調工程による変調方式とＦＴＮ処理工程によるＦＴＮ効率との組み合わせのうち、ＰＡＰＲがＭＩＭＯ多重数に応じた許容値以下で且つ伝送ビット数が等しい組み合わせから通信品質が最良となる組み合わせを選択し、当該選択結果に基づいてデータ信号変調工程とＦＴＮ処理工程とを制御する制御工程と、を備える。
本開示に係る送信装置は、ＭＩＭＯ多重化機能と適応変調機能とを備えた送信装置である。送信装置は、受信装置に伝送する情報ビットを生成する情報ビット生成部と、情報ビット生成部によって生成された情報ビットをデータ信号に変調するデータ信号変調部と、データ信号変調部によって変調されたデータ信号にＦＴＮ処理を施すＦＴＮ処理部と、ＦＴＮ処理部によって処理されたデータ信号を受信装置に対して伝送するための変換を行う送信信号変換部と、ＭＩＭＯ多重化時に、データ信号変調部による変調方式とＦＴＮ処理部によるＦＴＮ効率との組み合わせのうち、ＰＡＰＲがＭＩＭＯ多重数に応じた許容値以下で且つ伝送ビット数が等しい組み合わせから通信品質が最良となる組み合わせを選択し、当該選択結果に基づいてデータ信号変調部とＦＴＮ処理部とを制御する制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、伝送品質を向上させることができる無線通信システム、無線通信方法および送信装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る無線通信システムの構成を模式的に示すブロック図である。

【図2】無線通信システムにおけるＰＡＰＲの許容値を説明する図である。

【図3】ＦＴＮ効率と変調方式との組み合わせによるＩＳＩおよびＰＡＰＲの例を示すテーブルである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

添付の図面を参照して、実施の形態について説明する。本開示では、重複する説明については、適宜に簡略化または省略する。なお、本開示は、以下の各実施の形態に限定されるものではない。本開示には、その趣旨を逸脱しない範囲において、以下の各実施の形態によって開示される構成の種々の変形および組み合わせが含まれ得る。

【0010】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る無線通信システムの構成を模式的に示すブロック図である。本実施の形態に係る無線通信システムは、ＭＩＭＯ多重化機能と適応変調機能とを備えるシステムである。無線通信システムは、信号を送信する送信装置１０と、当該送信装置１０から信号を受信する受信装置２０と、から構成される。

【0011】

ＭＩＭＯ多重化機能を備える送信装置１０は、ＭＩＭＯ多重化時に、複数の送信アンテナ１１から信号を送信する。受信装置２０は、複数の受信アンテナ２１から信号を受信可能に構成される。

【0012】

図２は、無線通信システムにおけるＰＡＰＲの許容値を説明する図である。図２（ａ）は、ＭＩＭＯ多重数が１である場合、すなわち、１つの送信アンテナ１１で信号の送信を行う場合のＰＡＰＲの許容値Ａを説明するものである。ＰＡＰＲの許容値Ａは、送信アンテナ１１からの送信出力Ｐと増幅器のバックオフとの関係から得られる。従来のＦＴＮ伝送においては、ＰＡＰＲがこの許容値Ａを超えることとなってしまう高次の変調方式を用いることができなかった。

【0013】

図２（ｂ）は、ＭＩＭＯ多重化時における、すなわち、複数の送信アンテナ１１で信号の送信を行う場合のＰＡＰＲの許容値Ａ_ｔを説明するものである。ＭＩＭＯ多重化時には、各送信アンテナ１１に送信出力が等分配される。ＭＩＭＯ多重化時における各送信アンテナ１１からの平均送信出力Ｐ_ｔは、ＭＩＭＯ多重数をＮ_ｔとして、次式（１）となる。
Ｐ_ｔ＝Ｐ／Ｎ_ｔ （１）

【0014】

上述したように、ＭＩＭＯ多重化時は、各送信アンテナ１１からの送信出力が小さくなるため、許容されるＰＡＰＲは大きくなる。ＭＩＭＯ多重化時におけるＰＡＰＲの許容値Ａ_ｔは、次式（２）となる。
Ａ_ｔ＝Ａ＋１０ｌｏｇ_１０（Ｎ_ｔ） （２）

【0015】

本開示に係る無線通信システムは、ＭＩＭＯ多重化時に許容されるＰＡＰＲが大きくなることに着目したものである。本開示に係る無線通信システムによれば、従来、ＭＩＭＯ多重化を行わない場合に使用することができなかった高次変調を使用可能とすることができる。

【0016】

図１に示すように、本実施の形態に係る送信装置１０は、情報ビット生成部１２と、データ信号変調部１３と、ＦＴＮ処理部１４と、送信信号変換部１５と、制御部１６と、を備える。

【0017】

情報ビット生成部１２は、送信装置１０から受信装置２０に伝送する情報ビットを生成するものである。情報ビット生成部１２は、例えば、誤り訂正符号化機能およびインターリーブ機能等を有していてもよい。

【0018】

データ信号変調部１３は、情報ビット生成部１２によって生成された情報ビットをデータ信号に変調するものである。変調方式としては、例えば、直交振幅変調（QAM）等が挙げられる。ＭＩＭＯ多重化時において、データ信号変調部１３は、各ストリームに対して変調を施す。

【0019】

ＦＴＮ処理部１４は、データ信号変調部１３によって変調されたデータ信号にＦＴＮ処理を施すものである。送信信号変換部１５は、ＦＴＮ処理部１４によって処理されたデータ信号を送信アンテナ１１から受信装置２０に伝送するための変換を行うものである。

【0020】

制御部１６は、ＭＩＭＯ多重化、ＦＴＮ処理部１４によるＦＴＮ処理、データ信号変調部１３による適応変調、等の各動作を制御するものである、制御部１６は、ＭＩＭＯ多重化時に、データ信号変調部１３による変調方式とＦＴＮ処理部１４によるＦＴＮ効率との組み合わせのうち、ＰＡＰＲがＭＩＭＯ多重数Ｎ_ｔに応じた許容値Ａ_ｔ以下で且つ伝送ビット数が等しい組み合わせから通信品質が最適となる組み合わせを選択する。制御部１６は、当該選択結果に基づいて、データ信号変調部１３とＦＴＮ処理部１４とを制御する。

【0021】

また、本実施の形態に係る受信装置２０は、図１に示すように、受信信号変換部２２と、データ信号復調部２３と、情報ビット検出部２４と、を備える。受信信号変換部２２は、受信アンテナ２１で受信されたデータ信号を、受信装置２０で処理するための変換を行う。データ信号復調部２３は、データ信号を情報ビットとして検出するための復調を行う。情報ビット検出部２４は、情報ビットを検出する。情報ビット検出部２４は、情報ビット生成部１２に合わせて、誤り訂正復号機能およびデインターリーブ機能等を必要に応じて有していてもよい。

【0022】

図３は、ＦＴＮ効率と変調方式との組み合わせによるＩＳＩおよびＰＡＰＲの例を示すテーブルである。図３（ａ）は、ＭＩＭＯ多重化を行わない場合、すなわち、従来例を示すものである。図３（ａ）の例においては、ＰＡＰＲが許容値Ａを超えてしまう高次の変調方式である２５６ＱＡＭを用いることができない。図３（ａ）の例においては、ＦＴＮ効率を２として、変調方式を１６ＱＡＭとすることで、伝送ビット数８を実現できる。ただし、ＩＳＩが大きくなってしまうという課題がある。

【0023】

図３（ｂ）は、ＭＩＭＯ多重化を行う場合として、ＭＩＭＯ多重数が２である場合の一例を示すものである。図３（ｂ）の例においては、ＰＡＰＲの許容値Ａ_ｔが許容値Ａよりも大きくなるため、高次の変調方式である２５６ＱＡＭを用いることが可能となる。ＦＴＮ処理をなしとすることで、ＩＳＩを小さく抑えつつ、伝送ビット数１６を実現できる。また、図３（ｂ）の例においては、ＦＴＮ効率を２として、変調方式を１６ＱＡＭとすることによっても、伝送ビット数１６を実現できる。

【0024】

多値数が大きい高次元の変調方式を用いた場合には、誤り率が大きくなりやすいという課題がある。一方、ＦＴＮ効率を挙げた場合には、ＩＳＩが大きくなってしまうという課題がある。本開示に係る無線通信システムにおいては、多値数を大きくすることに起因する誤り率とＦＴＮ処理によって生じるＩＳＩとのトレードオフを評価して、伝送品質が最適となる組み合わせを選択して適用する。

【0025】

例えば、図３に示す例においては、２５６ＱＡＭとＦＴＮなしとの組み合わせ、および、１６ＱＡＭとＦＴＮ効率２との組み合わせ、のそれぞれにおける誤り率を、事前に調べてデータとして保持しておく。保持しているデータに基づいて、伝送品質が最適となる組み合わせを選択して適用する。なお、ＦＴＮ効率と変調方式との関係の情報は、例えば、予めシグナルフィールド等に収納しておき、送信装置１０から受信装置２０へ通知される。

【0026】

以上の実施の形態に示したように構成された送信装置１０およびこの送信装置１０を備える無線通信システムであれば、伝送品質を向上させることができる。なお、図１に示される無線通信システムおよび送信装置１０の各機能は、無線通信方法としても実現することができる。

【符号の説明】

【0027】

１０ 送信装置
１１ 送信アンテナ
１２ 情報ビット生成部
１３ データ信号変調部
１４ ＦＴＮ処理部
１５ 送信信号変換部
１６ 制御部
２０ 受信装置
２１ 受信アンテナ
２２ 受信信号変換部
２３ データ信号復調部
２４ 情報ビット検出部

【図1】

【図2】

【図3】