(57)【要約】【課題】伝搬路が変動する場合においても送信信号を誤りなく復元できるＢＩＣＭ−ＩＤ通信を提供する。【解決手段】送信データを符号化、変調して複数（ｍ本）のアンテナから送信する際に、１つの符号化単位の送信データから作られる複数の変調信号に対して、複数の異なる値のビームフォーミング行列によりビームフォーミングを行う。ここで、複数の異なる値のビームフォーミング行列を構成する複数のビームフォーミング重みベクトルは、ｍを超える数の異なる値となっている。【選択図】図１０
2014064112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信データを符号化及び変調し、ｍ（ｍは２以上の整数）本のアンテナから送信する無線通信方法であって、
前記送信データを符号化単位毎に符号化して符号化データを生成する符号化ステップと、
前記符号化データを変調して変調データを生成する変調ステップと、
１つの符号化単位の前記送信データから生成される前記変調データのそれぞれに対して、複数の異なるビームフォーミング行列を乗算することによりビームフォーミング処理を実行する送信側ビームフォーミング処理実行ステップと、
前記ビームフォーミング処理された変調データを前記ｍ本のアンテナから送信する送信ステップと、を有し、
前記複数の異なるビームフォーミング行列を構成する複数のビームフォーミング重みベクトルは、前記ｍを超える個数の異なる値を取ることを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
請求項１において、
複素係数を有するビームフォーミング行列を用いる場合、前記複数の異なるビームフォーミング行列の少なくとも１つは、任意の複素単位ベクトルについて、当該複素単位ベクトルとの内積の絶対値が１／√２よりも大きいビームフォーミング重みベクトルを含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項３】
請求項１において、
さらに、前記符号化データに対してインタリーブ処理を実行するインタリーブ処理実行ステップを有し、
前記変調ステップでは、前記インタリーブ処理後の符号化データが変調されて変調データが生成され、
前記ビームフォーミング処理実行ステップでは、前記インタリーブ処理後に生成された前記変調データのそれぞれに対して、前記複数の異なるビームフォーミング行列が乗算されることを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記符号化ステップでは、前記符号化単位の送信データに対してＬＤＰＣ符号化が実行されて前記符号化データが生成されることを特徴とする無線通信方法。
【請求項５】
請求項１において、さらに、
前記送信ステップによって送信された変調データを前記ｍ本のアンテナによって受信する受信ステップと、
前記受信した変調データから伝搬路を推定して伝搬路行列を出力する伝搬路推定処理ステップと、
前記送信側ビームフォーミング処理実行ステップで用いた前記ビームフォーミング行列と同一のビームフォーミング行列を前記伝搬路行列に乗算し、実効的な伝搬路行列を生成する実効伝搬路行列生成ステップと、
前記実行的な伝搬路行列及び復号器による復号結果を用いて、前記受信した変調データをＭＩＭＯ復調して復調データを生成する復調ステップと、
前記復調データを復号し、受信データを生成する復号ステップと、を有し、
受信側で用いられるビームフォーミング行列を構成する複数のビームフォーミング重みベクトルは、前記ｍを超える個数の異なる値を取ることを特徴とする無線通信方法。
【請求項６】
送信データを符号化及び変調し、ｍ（ｍは２以上の整数）本のアンテナから送信する無線送信装置であって、
前記送信データを符号化単位毎に符号化して符号化データを生成する符号化処理部と、
前記符号化データを変調して変調データを生成する変調処理部と、
１つの符号化単位の前記送信データから生成される前記変調データのそれぞれに対して、複数の異なるビームフォーミング行列を乗算することによりビームフォーミング処理を実行する送信側ビームフォーミング処理部と、
前記ビームフォーミング処理された変調データを前記ｍ本のアンテナから送信する送信部と、を有し、
前記複数の異なるビームフォーミング行列を構成する複数のビームフォーミング重みベクトルは、前記ｍを超える個数の異なる値を取ることを特徴とする無線送信装置。
【請求項７】
請求項６において、
複素係数を有するビームフォーミング行列を用いる場合、前記複数の異なるビームフォーミング行列の少なくとも１つは、任意の複素単位ベクトルについて、当該複素単位ベクトルとの内積の絶対値が１／√２よりも大きいビームフォーミング重みベクトルを含むことを特徴とする無線送信装置。
【請求項８】
請求項６において、
さらに、前記符号化データに対してインタリーブ処理を実行するインタリーブ処理部を有し、
前記変調部は、前記インタリーブ処理後の符号化データを変調して変調データを生成し、
前記ビームフォーミング処理部は、前記インタリーブ処理後に生成された前記変調データのそれぞれに対して、前記複数の異なるビームフォーミング行列を乗算することを特徴とする無線送信装置。
【請求項９】
請求項６において、
前記符号化処理部は、前記符号化単位の送信データに対してＬＤＰＣ符号化を実行して前記符号化データを生成することを特徴とする無線送信装置。
【請求項１０】
請求項６の無線送信装置から送信されてきたデータを受信する無線受信装置であって、
前記無線送信装置が送信した変調データを前記ｍ本のアンテナによって受信する受信部と、
前記受信した変調データから伝搬路を推定して伝搬路行列を出力する伝搬路推定処理部と、
前記送信側ビームフォーミング処理部が用いた前記ビームフォーミング行列と同一のビームフォーミング行列を前記伝搬路行列に乗算し、実効的な伝搬路行列を生成する実効伝搬路行列生成部と、
前記実行的な伝搬路行列及び復号器による復号結果を用いて、前記受信した変調データをＭＩＭＯ復調して復調データを生成するＭＩＭＯ復調部と、
前記復調データを復号し、受信データを生成する復号化部と、を有し、
受信側で用いられるビームフォーミング行列を構成する複数のビームフォーミング重みベクトルは、前記ｍを超える個数の異なる値を取ることを特徴とする無線受信装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
複素係数を有するビームフォーミング行列を用いる場合、前記複数の異なるビームフォーミング行列の少なくとも１つは、任意の複素単位ベクトルについて、当該複素単位ベクトルとの内積の絶対値が１／√２よりも大きいビームフォーミング重みベクトルを含むことを特徴とする無線受信装置。
【請求項１２】
無線送信装置と、無線受信装置と、を有する無線通信システムであって、
前記無線送信装置は、
ｍ（ｍは２以上の整数）本のアンテナと、
送信データを符号化単位毎に符号化して符号化データを生成する符号化処理部と、
前記符号化データを変調して変調データを生成する変調処理部と、
１つの符号化単位の前記送信データから生成される前記変調データのそれぞれに対して、複数の異なるビームフォーミング行列を乗算することによりビームフォーミング処理を実行する送信側ビームフォーミング処理部と、
前記ビームフォーミング処理された変調データを前記ｍ本のアンテナから送信する送信部と、を有し、
前記無線受信装置は、
ｍ（ｍは２以上の整数）本のアンテナによって、前記無線送信装置が送信した変調データを受信する受信部と、
前記受信した変調データから伝搬路を推定して伝搬路行列を出力する伝搬路推定処理部と、
前記送信側ビームフォーミング処理部が用いた前記ビームフォーミング行列と同一のビームフォーミング行列を前記伝搬路行列に乗算し、実効的な伝搬路行列を生成する実効伝搬路行列生成部と、
前記実行的な伝搬路行列及び復号器による復号結果を用いて、前記受信した変調データをＭＩＭＯ復調して復調データを生成するＭＩＭＯ復調部と、
前記復調データを復号し、受信データを生成する復号化部と、を有し、
前記無線送信装置及び前記無線受信装置の双方で用いられるビームフォーミング行列を構成する複数のビームフォーミング重みベクトルは、前記ｍを超える個数の異なる値を取ることを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信方法、無線送信装置、無線受信装置、及び無線通信システムに関し、例えば、複数のアンテナから同時に信号送信を行う無線通信に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、ＭＩＭＯ（Multiple Input, Multiple Output）方式が広く知られている。ＭＩＭＯ方式は、複数のアンテナから信号を送信し、複数のアンテナで受信することで送信信号を分離する技術である。本技術分野の他の背景技術として、ＢＩＣＭ−ＩＤ（Bit Interleaved Coded Modulation - Iterative Decoding/Detecting）がある。ＢＩＣＭ−ＩＤ方式は、受信側において、復調した信号の復号を行った結果を復調側に戻し、再度復調処理を行うことで、先の結果よりもより信頼度の高い結果を出力するという繰り返し処理（Iterative Decoding/Detecting）により、受信を行う技術である。
【０００３】
例えば、非特許文献１は、ＬＤＰＣ（Low Density Parity Check）符号により符号化を行い、複数アンテナから送信、受信側では、ＬＤＰＣ符号のＳｕｍ−Ｐｒｏｄｕｃｔ復号の繰り返し処理の中にＭＩＭＯ復調処理を組み入れる技術について開示している。また、非特許文献１では、繰り返し処理において、情報の信頼性がどのように伝播するかを解析するＥＸＩＴ（Extrinsic Information Transfer）解析（非特許文献２参照）を使用して符号設計を行うことで、シャノン限界（理論限界）に近い特性が実現可能であることが示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】S. ten Brink, G. Kramer and A. Ashikhmin, “Design of Low-Density Parity-Check Codes for Modulation and Detection,” IEEE Transactions on Communications, Vol. 52, No. 4, pp.670-678, April 2004.
【非特許文献２】S. ten Brink, “Convergence Behavior of Iteratively Decoded Parallel Concatenated Codes,” IEEE Transactions on Communications, Vol. 49, No. 10, pp.1727-1737, October 2001.
【非特許文献３】樋口 健一 他, “マルチアンテナ無線伝送技術 その3 MIMO多重法における信号分離技術”, NTT DoCoMoテクニカル・ジャーナル Vol. 14 No.1, pp. 66-75, April, 2006.
【非特許文献４】松本 正 他, “ターボ等化の基礎，および情報理論的考察”, 電子情報通信学会論文誌 B, Vol. J90-B No. 1, pp. 1-16, January 2007.
【非特許文献５】T. Yano and T. Matsumoto, “Arithmetic Extended-Mapping for BICM-ID with Repetition Codes”, Proceedings 2009 International ITG Workshop on Smart Antennas (WSA 2009), pp. 304-311, February 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような従来の技術においては、非特許文献１にも記載があるように、インタリーバを介して接続された２つの処理（例えば、復調処理と復号処理）におけるＥＸＩＴカーブをいかによく整合させるかが通信性能を決定する。すなわち、両者のカーブが交差する場合、繰り返し処理の結果情報の信頼性が十分向上しない点に収束してしまい、情報を正しく復号することができない。一方、両者のカーブの間が大きく開いている場合、少ない繰り返し数で復号が完了する反面、通信レートが低くなってしまう。従って、極力高い通信レートで通信を行うことのできるＢＩＣＭ−ＩＤ通信方法を設計するには、インタリーバを介して接続された２つの処理におけるＥＸＩＴカーブが、交差しない範囲でなるべく近くなるように設計することが望ましい。
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に示される、ＬＤＰＣを用いたＢＩＣＭ−ＩＤ方式では、繰り返し処理の中にＭＩＭＯ復調処理を組み入れているため、送信側と受信側の間に存在する伝搬路の変動によってＥＸＩＴカーブが変化してしまう。従って、この伝搬路の変動によってＥＸＩＴカーブ同士の整合が崩れてしまい、受信側で受信信号を正確に復号できないという課題がある。そこで、伝搬路が変動しても受信側で正確に信号を復号できるようにすることが望まれる。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、伝搬路の変動があっても受信側で正確に信号を復号できるようにする技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明では、送信データを符号化単位で符号化及び変調し、ｍ（ｍは２以上の整数）本のアンテナから送信する。このとき、１つの符号化単位の送信データから生成される変調データのそれぞれに対して、複数の異なるビームフォーミング行列を乗算することによりビームフォーミング処理を実行する。そして、ビームフォーミング処理された変調データをｍ本のアンテナから送信する。ここで、複数の異なるビームフォーミング行列を構成する複数のビームフォーミング重みベクトルは、ｍを超える個数の異なる値を取るものとされる。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明によれば、伝搬路が変動する場合においても送信信号を誤りなく復元できるＢＩＣＭ−ＩＤ通信を実現することが可能となる。
【００１０】
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本発明の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
【００１１】
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本発明の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明が適用される伝搬環境の例を示す図である。
【図２】本発明が適用される伝搬環境の伝搬路行列の変化の例を示す図である。
【図３】ＭＩＭＯ復調器のＥＸＩＴカーブを示す図である。
【図４】受信機のＥＸＩＴチャートの例を示す図である。
【図５】受信機のＥＸＩＴチャートの他の例を示す図である。
【図６】受信機のＥＸＩＴチャートのさらに他の例を示す図である。
【図７】本発明を適用した場合のＭＩＭＯ復調器のＥＸＩＴカーブを示す図である。
【図８】本発明を適用した場合の受信機のＥＸＩＴチャートの例を示す図である。
【図９】本発明による無線通信システムの概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態による送信機の概略構成例を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態による受信機の概略構成例を示す図である。
【図１２】第１の実施形態による送信機の符号化器の構成例を示す図である。
【図１３】符号化器の動作を示す図である。
【図１４】第１の実施形態による送信機の変調器の動作を示す図である。
【図１５】送信機におけるビームフォーミング処理部（送信側ビームフォーミング処理部）の内部構成例を示す図である。
【図１６】ビームフォーミング行列生成部の構成例を示す図である。
【図１７】ビームフォーミング行列生成部内のテーブルの例を示す図である。
【図１８】ビームフォーミング行列生成部の他の構成例を示す図である。
【図１９Ａ】ビームフォーミング行列生成部内の他のテーブルの例を示す図である。
【図１９Ｂ】ビームフォーミング行列生成部内の他のテーブルの例を示す図である。
【図１９Ｃ】ビームフォーミング行列生成部内の他のテーブルの例を示す図である。
【図１９Ｄ】ビームフォーミング行列生成部内の他のテーブルの例を示す図である。
【図２０】受信機におけるビームフォーミング処理部（受信側ビームフォーミング処理部）の構成例を示す図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態による送信機の概略構成例を示す図である。
【図２２】本発明の第２の実施形態による受信機の概略構成例を示す図である。
【図２３】第２の実施形態による受信機の変数ノード復号器の構成例を示す図である。
【図２４】第２の実施形態による受信機のチェックノード復号器の構成例を示す図である。
【図２５】本発明の各実施形態で実行される送信側再送処理の例を説明するためのフローチャートである。
【図２６】本発明の各実施形態で実行される受信側再送処理の例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、ランダムビームフォーミングＢＩＣＭ−ＩＤ無線通信に関する。
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
【００１５】
本実施形態では、当業者が本発明を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本発明の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。
【００１６】
（１）本発明の概要及び原理
本発明においては、送信側で様々なビームフォーミング行列を用いたビームフォーミングを１つ符号語内（符号化単位：フレーム）で実施する（符号化単位（フレーム）内の１変調シンボルずつにそれぞれ異なるビームフォーミング行列を適用していく）。これにより、ＭＩＭＯ復調処理側のＥＸＩＴカーブを平均化し、平均化されたＥＸＩＴカーブに合わせてＢＩＣＭ−ＩＤを設計することが可能となる。本発明によれば、ＥＸＩＴカーブを変化させるような伝搬路行列の変化をあらかじめ送信ビームフォーミングによって発生させているので、実際の伝搬路に変化があった場合においても実効伝搬路の平均的なＥＸＩＴカーブは変化せず、伝搬路が変動する場合においてもＥＸＩＴカーブ同士の整合性が崩れることを防止することが可能となる。
【００１７】
以降、具体的な例を用いて本発明の原理及び概要について説明する。
【００１８】
図１は、伝搬路相関の強いＭＩＭＯ通信路を模式的に示す図である。図１に示すような伝搬路では、２本のアンテナ（図１中、左側の２つの点）から送信し、２本のアンテナ（図１中、右側の２つの点）で受信する場合において、送信アンテナ左側ｄの距離に反射物がある場合を想定している。ここで、送信アンテナ間は、図示するようにλ／４（λは波長）だけ離れているものとする。送信信号は反射によって、一方はπ（４ｄ／λ＋１）の位相差、他方はπ（４ｄ／λ）の位相差の干渉波が重畳され受信される。また、２本の受信アンテナは、電波の進行方向に対して直角方向となるように配置しているため、両者の受信信号は同一になってしまっている（すなわち、伝搬路が縮退している（受信側の信号の相関が強い））。このとき、２本の送信アンテナからの送信信号をｔ１，ｔ２、２本の受信アンテナの受信信号をｒ１，ｒ２とすると、伝搬路は２行２列の行列として表現できる。
【００１９】
図２は、送信側が移動し、ｄが変化したときの伝搬路行列の変化を示す図である。図２では、簡単のため行列全要素に共通の減衰係数ならびに複素位相項を省略している。図２に示すように、あるときはｔ１、もしくはｔ２のみが受信され（一方の情報のみで他方の情報が完全に失われている状態）、またあるときはｔ１とｔ２とが混ざった信号が受信されている。一般に、ＭＩＭＯ通信においては「混ざった」信号が受信される場合においても、複数の受信アンテナで受信される「混ざり方」が異なる信号を用いて送信信号ｔ１，ｔ２を復元することができるが、上記の例では、２つの受信アンテナの受信信号が全く同じになってしまっているため、通常のＭＩＭＯ復調処理では送信信号ｔ１，ｔ２を分離することはできない。しかしながら、ＭＩＭＯ復調処理を組み込んだ繰り返し処理を行うＢＩＣＭ−ＩＤにおいては、送信信号を正しく復元することが可能となる。ＢＩＣＭ−ＩＤにおいては、復号処理からの情報を利用してＭＩＭＯ復調処理を行うことができる。もし、復号処理から他方の信号、例えばｔ２に関する完全な情報が得られたとすると、ｔ１とｔ２が混ざった信号からｔ２を取り除き、ｔ１を取り出すことができる。
【００２０】
図３は、ＭＩＭＯ復調処理のＥＸＩＴカーブが変動する様子を示す図である。図３において、横軸は復号処理から得られる情報ＩＡ，Ｍ（０が情報なし、１が完全に復号できた場合）を示し、縦軸はＭＩＭＯ復調処理が出力する情報ＩＥ，Ｍ（０が情報なし、１が完全に復号できた場合）を示す。送信信号ｔ１，ｔ２が混ざらない反面、片方のみが受信され他方が失われてしまうような伝搬路（縦軸の値にほとんど変化がない：ＥＸＩＴカーブに傾きがない）においては、復号処理から得られる情報はｔ１，ｔ２の分離を助けないので、ＭＩＭＯ復調処理は復号処理から得られる情報ＩＡ，Ｍによらず一定の情報を出力している。しかしながら、この場合、半分の情報が失われているため、得られる情報量ＩＥ，Ｍは０．５未満となる。
【００２１】
一方、両者が混ざってしまう伝搬路においては、復号処理から得られる情報がないＩＡ，Ｍ＝０においては０．４以下の情報量しか出力しないが、復号処理から得られる情報が完全なＩＡ，Ｍ＝１においては、０．７を超える情報量を出力できるようになる。このため、図４に示すように拘束長Ｋ＝４，符号化率Ｒ＝１／３の畳み込み符号と組み合わせたＢＩＣＭ−ＩＤにより、殆ど誤りなく送信信号を復元することが可能となる。図４中、実線は図３にも示されているｔ１，ｔ２が等利得で混ざってしまう伝搬路におけるＭＩＭＯ復調処理のＥＸＩＴカーブを示し、破線は拘束長Ｋ＝４，符号化率Ｒ＝１／３の畳み込み符号の復号処理のＥＸＩＴカーブを示している。
【００２２】
畳み込み符号の復号処理のＥＸＩＴカーブは、ＭＩＭＯ復調処理のＥＸＩＴカーブとは反対で、縦軸がＭＩＭＯ復調処理から渡される情報量ＩＡ，Ｄ、横軸が畳み込み符号の復号処理が出力する情報量ＩＥ，Ｄとなっている（図４参照）。まず、ＢＩＣＭ−ＩＤの処理を開始する時には、畳み込み符号の復号処理は何の情報も出力することができない（ＩＡ，Ｍ＝０）。従って、ＭＩＭＯ復調処理は約ＩＥ，Ｍ＝０．３６の情報量を出力する。この情報が、畳み込み符号の復号処理にＩＡ，Ｄとして入力されると、畳み込み符号の復号処理の結果、復号結果として約-ＩＥ，Ｄ＝０．５２の情報量を出力する。この出力をＭＩＭＯ復調処理にＩＡ，Ｍとして与えて再度ＭＩＭＯ復調処理を行うと、約ＩＥ，Ｍ＝０．５２の情報量を出力する。これを再び畳み込み符号の復号処理にＩＡ，Ｄとして入力すると、畳み込み符号の復号処理は約ＩＥ，Ｄ＝０．９０の情報を出力する。以降、同様に処理を繰り返してゆくと、図４の階段状の点線に示すように、畳み込み符号の復号処理の復号結果-ＩＥ，Ｄは、ほぼ１になり、復号結果に誤りがなくなる。
【００２３】
次に、図１の送信側が少し移動して、ｔ１，ｔ２が殆ど混ざらない伝搬路となった場合を考えると、図５に示すようにＭＩＭＯ復調処理のＥＸＩＴカーブの傾きが小さくなる。その結果、先の拘束長Ｋ＝４，符号化率Ｒ＝１／３の畳み込み符号との組み合わせにおいては、ＭＩＭＯ復調処理の出力する情報量ＩＥ，Ｍは約０．５、畳み込み符号の復号処理の出力する情報量ＩＥ，Ｄは約０．８５の点に収束してしまい、いくら繰り返しても誤りのない復号を行うことができない。
【００２４】
この点、例えば、拘束長Ｋ＝４，符号化率Ｒ＝１／５の畳み込み符号を用いれば、図６に示すように、どのような伝搬路の場合でも正しく復号できるようになるが、先の例に比べてデータレートが３／５倍に低下してしまっており、望ましくない。
【００２５】
そこで、本発明では、先に述べたように、様々な送信ビームフォーミングを１つの符号語内で実施する。例えば、伝搬路行列が式１のように表され（送信側では伝搬路については認識していない）、式２のように２アンテナからの送信信号が混ざって受信される伝搬路に対しては、式３のビームフォーミング行列Ｂ１を用いて、送信信号に対するビームフォーミングを行う。
【００２６】
【数１】
2014064112.tif 000003
【００２７】
【数２】
2014064112.tif 000004
【００２８】
【数３】
2014064112.tif 000005
【００２９】
すると、式４のように、ビームフォーミング行列と伝搬路行列の積で表される実効伝搬路行列は、ｔ１，ｔ２が混ざって受信されるもののままとなる。
【００３０】
【数４】
2014064112.tif 000006
【００３１】
一方、式５のビームフォーミング行列Ｂ２をもちいて、送信信号に対するビームフォーミングを行うと、式６のように、ビームフォーミング行列と伝搬路行列の積で表される実効伝搬路行列は、ｔ１のみが受信され、ｔ２が受信されないものとなる。
【００３２】
【数５】
2014064112.tif 000007
【００３３】
【数６】
2014064112.tif 000008
【００３４】
従って、上記式３のＢ１と式５のＢ２とを一符号語内で混在させてビームフォーミングを行った場合、ｔ１，ｔ２が等利得で混ざって受信されるシンボルと、ｔ１，ｔ２の一方のみが受信されるシンボルとが混在することになり、そのＥＸＩＴカーブは両者の平均的なカーブとなる。
【００３５】
同様に、伝搬路行列が式７のように表され、式８のように２アンテナからの送信信号のｔ１のみが受信され、ｔ２が受信されないような伝搬路を考える。
【００３６】
【数７】
2014064112.tif 000009
【００３７】
【数８】
2014064112.tif 000010
【００３８】
このような伝搬路に対して、式３のビームフォーミング行列Ｂ１を用いて送信ビームフォーミングを行う。この場合、実効伝搬路行列は、ビームフォーミング行列と伝搬路行列の積で表されるが、式９からも分かるように、ｔ１のみが受信され、ｔ２が受信されないもののままとなる。
【００３９】
【数９】
2014064112.tif 000011
【００４０】
一方、式５のビームフォーミング行列Ｂ２を用いて、送信信号に対するビームフォーミングを行うと、ビームフォーミング行列と伝搬路行列の積で表される実効伝搬路行列は式１０のように表され、ｔ１，ｔ２が等利得で混ざって受信されるものとなる。
【００４１】
【数１０】
2014064112.tif 000012
【００４２】
従って、この場合においても、式３のＢ１と式５のＢ２とを一符号語内で混在させてビームフォーミングを行った場合、ｔ１，ｔ２が等利得で混ざって受信されるシンボルと、ｔ１，ｔ２の一方のみが受信されるシンボルとが混在することとなり、そのＥＸＩＴカーブはやはり両者の平均的なカーブとなる。
【００４３】
以上のように、一符号語内で複数種類のビームフォーミングを混在させることにより、一符号語内で様々な「混ざり方（伝搬路の混在状態）」を実現させることが可能となる。従って、伝搬路が変化した場合においても平均的なＥＸＩＴカーブが変化しないようにすることができる。このようにして得られる平均的なＥＸＩＴカーブは例えば、図７の太線のようになる。これは、伝搬路が変化した場合においても変化しないため、図８に示すように、例えば、拘束長Ｋ＝９、符号化率Ｒ＝２／５の畳み込み符号（ＥＸＩＴカーブは図２５中の破線）と組み合わせたＢＩＣＭ−ＩＤを用いることで、図１の送信側（送信機）が移動した場合においても常に誤りのない復号を行うことが可能となる。
【００４４】
図１の例では、簡単のため２アンテナの実数係数の伝搬路を用いて説明したが、複数アンテナの場合や、複素係数の伝搬路においても同様に実施できる。一般に、伝搬路行列をＨで表すと、特異値分解を用いて、ユニタリ行列Ｕ，Ｖおよび対角行列Σを用いて式１１のように、３つの行列の積で表すことができる。
【００４５】
【数１１】
2014064112.tif 000013
【００４６】
ここで、ＶＨはＶのエルミート共役を表す。したがって、ビームフォーミング行列ＢがＶに一致する場合（式１２）、ユニタリ行列の性質（式１３）より実効的な伝搬路行列は式１４のように表すことができる。
【００４７】
【数１２】
2014064112.tif 000014
【００４８】
【数１３】
2014064112.tif 000015
【００４９】
【数１４】
2014064112.tif 000016
【００５０】
前述のように伝搬路が縮退している場合（受信側で信号の相関が強い場合）、対角行列Σの第一要素のみが値を持つため、第一番目の送信信号のみが受信される伝搬路となる。
【００５１】
一方、ｍ本の送信アンテナに対して、ビームフォーミング行列Ｂを式１５のようにすると、すべての送信信号が等レベルで混ざった受信信号が得られる。
【００５２】
【数１５】
2014064112.tif 000017
【００５３】
すなわち、本発明で用いる様々なビームフォーミング行列とは、変動する様々な伝搬路行列Ｈに対して、その式１１に示す特異値分解におけるＶそのもの、ならびに式１５に示す変換をしたものの近似値を含んでいることが必要になる。
【００５４】
また、複素係数の伝搬路行列Ｈに対しては、Ｖも複素係数となるので、ビームフォーミング行列も様々な複素係数をもつ行列となるようにする必要がある。例えば、式１６に示すような複素係数の伝搬路行列Ｈ３に対して、ｔ１のみが受信されるようにするには式１７のようなビームフォーミング行列、ｔ１とｔ２が等利得で混ざって受信されるようにするには式１８のようなビームフォーミング行列が必要となる。
【００５５】
【数１６】
2014064112.tif 000018
【００５６】
【数１７】
2014064112.tif 000019
【００５７】
【数１８】
2014064112.tif 000020
【００５８】
ここで、より一般化した伝搬路行列を示すと、式１９のように表せる。
【００５９】
【数１９】
2014064112.tif 000021
【００６０】
式１９において、ＶＨは列ベクトルのように記述されているが、実際は行ベクトルをｍ個有するｍ×ｍの行列である。また、Ｂも行ベクトルのように記述されているが、実際は列ベクトルをｍ個有するｍ×ｍの行列である。
【００６１】
伝搬路が縮退している場合（受信側で信号の相関が強い場合）、式１９において、λ＞＞εｋとなるので、式１９の点線で囲まれた部分の値のみが大きい値を示すことになる。つまり、その成分のみが受信に寄与しており、もし、その中で１つだけ（例えば、λν′１ｂ２）が支配的な大きさの値を持っていた場合には、それに対応する送信信号が他の成分とは混ざらずに受信されることになる。一方、λやεｋのうち突出した大きさの値を持たない場合（どれも似たような値の場合）には、全ての送信信号が混ざって受信されることになる。
【００６２】
以上のように、ビームフォーミングによって通信路容量が損なわれないようにするためには、ビームフォーミング行列はユニタリ行列（もしくは、その定数倍）でなくてはならない。従って、一符号語内の信号に対して、様々な複素係数を持つユニタリ行列を用いてビームフォーミングを行って送信することで、ＭＩＭＯ復調処理のＥＸＩＴカーブを平均化することができ、伝搬路が変動した場合においても誤りなく復調可能なＢＩＣＭ−ＩＤ通信方式を構成することができる。
【００６３】
なお、いかなる伝搬路に対しても式１２に示す行列に近いビームフォーミング行列が様々なビームフォーミング行列の中に存在するということは、任意の複素単位ベクトルに対して、いずれかのビームフォーミング重みベクトル（行列Ｂの列ベクトル）との内積の大きさ（絶対値）が１に近いことを意味する。両者が完全に一致すれば、内積は１となり、そのビームフォーミング重みベクトルを含むビームフォーミング行列に含まれる他のビームフォーミング重みベクトルと任意の複素単位ベクトルとの内積は０となる。従って、内積が１となる重みベクトルにてビームフォーミングされた送信信号のみが受信され、内積が０となる重みベクトルにてビームフォーミングされた送信信号は失われる。内積が完全に１とならない場合、他の重みベクトルによってビームフォーミングされた送信信号が多少漏れ込んで混ざった状態で受信されるが、ある１つの送信信号が支配的な強度で受信されるようであれば、式１２に示すビームフォーミング行列と完全に一致しなくてもよい。
【００６４】
従って、本発明において使用する複数のビームフォーミング行列は、任意の複素単位ベクトルとの内積の絶対値が所定の値よりも大きいビームフォーミング重みベクトルがいずれかのビームフォーミング行列に含まれるように設計するとよい。当該所定の値は１に近いのが理想ではあるが、最低でも１／√２以上とすべきである。１／√２以上とすることで、受信信号中に１つの送信信号が占める電力の割合を１／２以上とすることができるからである。
【００６５】
また、本発明のビームフォーミングは、固有モードＭＩＭＯ伝送に代表される直交チャネルに信号を配置して伝送する方式とは本質的に異なる。固有モード伝送で用いるビームフォーミング重みベクトルは、送信アンテナ数がｍ本の場合、高々ｍ個の直交チャネルに対応したベクトルとなる。本発明のビームフォーミング処理では、前述のように様々なビームフォーミング行列を適用するため、アンテナ数ｍを超える数のビームフォーミング重みベクトルを使用する。高々ｍ個のビームフォーミング重みベクトルでは任意の複素単位ベクトルとの内積が所定の値（例えば１／√２）よりも大きいものを含むようにすることができないからである。例えば、上記式１乃至式１０の演算で用いたビームフォーミング行列Ｂ１及びＢ２の場合、ビームフォーミング重みベクトル（行列Ｂの列ベクトル）は、（１，０）、（０，１）、（√２／２，√２／２）、（−√２／２，√２／２）であり、その個数は４つである。つまり、この場合、アンテナ数ｍは２であるから、ビームフォーミング重みベクトルの数はアンテナ数を越える数となっている。
【００６６】
（２）第１の実施形態
第１の実施形態は、伝搬路が変動した場合にも送信信号を正しく復元可能なＢＩＣＭ−ＩＤ通信方法の例について説明する。
【００６７】
＜通信システムの構成＞
図９は、本実施形態による通信システムの概略構成を示す図である。送信データは、送信機１によって複数（図９では２本）のアンテナ３から送信され、受信機のアンテナ３で受信された信号は、受信機２で復調され、受信データを出力する。
【００６８】
図１０は、送信機１の内部構成例を示す図である。送信機１は、符号化器１０と、インタリーバ１１と、シリアル・パラレル変換器１２及び１４と、変調器１３と、ビームフォーミング処理部（送信側ビームフォーミング処理部）１５と、を有し、ビームフォーミング処理された送信信号がアンテナ３から出力される。
【００６９】
送信データは、符号化器１０によって符号化される。符号化結果の符号語は、インタリーバ１１にてビットの順序を入れ替えられ出力される。インタリーバ１１の出力は、１つの変調シンボルに変調されるビット数が同時に出力されるよう、シリアル・パラレル変換器１２によって変換される。シリアル・パラレル変換器１２の出力は、変調器１３によって変調される。変調された信号は、同時に複数アンテナから送信される変調シンボル数が同時に出力されるよう、シリアル・パラレル変換器１４によって変換される。シリアル・パラレル変換器１４の出力は、送信側ビームフォーミング処理部１５によってビームフォーミングされ、アンテナ３に供給される。
【００７０】
図１１は、受信機２の内部構成例を示す図である。受信機２は、伝搬路推定処理部１６と、ビームフォーミング処理部（受信側ビームフォーミング処理部）１７と、ＭＩＭＯ復調器１８と、パラレル・シリアル変換器１９と、でインタリーバ２０と、復号器２１と、インタリーバ１１と、シリアル・パラレル変換器２２と、を有している。
【００７１】
伝搬路推定処理部１６は、アンテナで受信された信号から送受信アンテナ間の伝搬路行列を推定する。送信機１の説明では特に述べなかったが、受信機２が伝搬路を推定するための既知の基準信号を定期的に送信し、受信された基準信号から伝搬路を推定する方法が広く知られている。受信側ビームフォーミング処理部１７は、推定された伝搬路行列から、送信機１で行われたビームフォーミング処理で用いたのと同じビームフォーミング行列を用いて、実効的な伝搬路行列を計算する。ＭＩＭＯ復調器１８は、実効的な伝搬路行列、受信信号、及び復号器２１から供給される事前（a priori）ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）を用いて復調結果をＬＬＲの形式で出力する。同時に受信された複数のシンボルに含まれる複数のビットに対するＬＬＲは、パラレル・シリアル変換器１９によって変換されてデインタリーバ２０に供給される。デインタリーバ２０は、送信機１のインタリーバによって順序を入れ替えられたビットを元の順序に戻して出力する。元の順序に戻されたＬＬＲは、復号器２１に復号され、事後（a posteriori）ＬＬＲが計算される。事後（a posteriori）ＬＬＲは、復号器２１に入力されたＬＬＲを差し引くことで外部（Extrinsic）ＬＬＲに変換され、インタリーバ１１に供給される。インタリーバ１１は、外部（Extrinsic）ＬＬＲのビット順序を再度入れ替えて出力する。順序を入れ替えられた外部（Extrinsic）ＬＬＲは、シリアル・パラレル変換器２２にて同時に処理されるシンボルに含まれるビットが同時に出力するように変換されて、事前（a priori）ＬＬＲとしてＭＩＭＯ復調器１８に供給される。十分な数の繰り返しの後、復号器２１は、復号データ（Rx Data）を出力する。
【００７２】
＜符号化器の構成＞
図１２は、符号化器１０の回路構成例を示す図である。符号化器１０としては、図１２に示されるように、例えば、畳み込み符号化器を用いることができる。
【００７３】
図１２の畳み込み符号化器は、前述の図８のＥＸＩＴカーブを示した符号化率Ｒ＝２／５、拘束長Ｋ＝９の符号化器である。ただし、図１２では、符号化率Ｒ＝１／３の畳み込み演算器を使用しているが、出力に配置されたパンクチャおよびシリアル・パラレル変換器１００によって、図１３に示すように符号の一部を破棄することで符号化率Ｒ＝２／５の符号としている。
【００７４】
符号化器１０に図１２のような畳み込み符号化器を用いた場合、復号器２１は、ＢＣＪＲ（Bahl, Cocke, Jelinek and Raviv）アルゴリズムによって復号処理を行い、事後（a posteriori）ＬＬＲを算出できることが広く知られている。
【００７５】
＜変調器及び復調器＞
図１４は、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調について示す図である。上述の送信機１における変調器１３として、図１４に示される変調を行うＱＰＳＫ変調器を用いることができる。
【００７６】
また、受信機２のＭＩＭＯ復調器１８は、非特許文献３に示されるようなＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）処理によってＬＬＲを算出することが望ましいが、他の方法として、非特許文献４に示されるＳＣ−ＭＭＳＥ（Soft Cancellation followed by Minimum Mean Squared Error filter）処理によってＬＬＲを計算してもよい。
【００７７】
＜送信側ビームフォーミング処理部の構成＞
図１５は、送信側ビームフォーミング処理部１５の構成例を示す図である。
【００７８】
送信側ビームフォーミング処理部１５は、擬似乱数発生器１０１と、ビームフォーミング行列生成部１０２と、行列×ベクトル演算器１０３と、を有する。
【００７９】
擬似乱数発生器１０１は、複数ビットからなる擬似乱数を発生し、ビームフォーミングテーブル１０２に供給する。なお、送信側と受信側の擬似乱数発生器は同一である必要がある。同一のものであれば、同一の系列が発生され、同一のビームフォーミング行列が生成されるからである。
【００８０】
ビームフォーミング生成部１０２は、後述のように、例えば複数のテーブルを保持し、擬似乱数に従って複素行列であるビームフォーミング行列を生成して出力する。
【００８１】
変調器１３から供給された複数の変調シンボルからなる複素ベクトルは、行列×ベクトル演算器１０３にてビームフォーミング行列と乗算され、ビームフォーミング処理が実行されて、出力される。
【００８２】
なお、擬似乱数は、一符号語から生成され複数の変調シンボルを処理する間、異なる値を出力することにより、異なる行列によるビームフォーミングが行われるように動作する。
【００８３】
＜ビームフォーミングテーブル＞
図１６は、ビームフォーミング行列生成部１０２の内部構成を示す図である。
【００８４】
ビームフォーミング行列生成部１０２は、複数のビームフォーミングテーブル１０５−１乃至１０５−５と、複数の行列演算器１０４と、を有している。なお、ビームフォーミングテーブルは、入力される乱数によってビームフォーミング行列を選択して出力するような一つの大きなテーブルとして実現することも可能であるが、ここでは、小さなテーブルの組み合わせによってビームフォーミング行列を演算するように構成している。
【００８５】
後述のように、テーブル１_１０５−１とテーブル４_１０５−４、及びテーブル２_１０５−２とテーブル５_１０５−５は、それぞれ同一のテーブルを用いるようにしている。
【００８６】
また、図１６に示されるように、各テーブルからの出力については、擬似乱数列ｂ１４〜ｂ０のうち、テーブル１からはｂ２〜ｂ０の値に、テーブル２からはｂ５〜ｂ３の値に、テーブル３からはｂ８〜ｂ６の値に、テーブル５からはｂ１４〜ｂ１２の値に、それぞれ基づいて行列が出力され、それらが乗算されてビームフォーミング行列として出力される。
【００８７】
＜テーブルの構成例＞
図１７は、テーブル１乃至５_１０５−１乃至５の構成例を示す図である。第１の実施形態では、テーブル１とテーブル４、及びテーブル２とテーブル５は、それぞれ共通のものを用い、入力される擬似乱数列の一部を相違させることにより出力される行列が異なるようにしている。テーブル３は、実数係数の２行２列のユニタリ行列を複数発生させるのに用いられ、テーブル１から生成される行列は、テーブル３から生成された行列の第一行目のベクトルに複素位相を与えている。同様に、テーブル２から生成される行列は、第二行目のベクトルに複素位相を与える。テーブル４、及び、テーブル５は、それぞれ、第一列目、第二列目のベクトルに複素位相を与えている。
【００８８】
なお、ここでは送信アンテナ数が２本の場合を説明したが、送信アンテナが３本の場合も、図１６の構成の代わりに図１８の構成を採用し、図１７のテーブルの代わりに図１９Ａ乃至Ｄのテーブル１乃至７_１０５−１乃至１０５−７を採用し、同様に乱数的なビームフォーミング行列を得ることができる。また、送信アンテナが４本以上場合でも同様である。
【００８９】
＜受信側ビームフォーミング処理部＞
図２０は、受信側ビームフォーミング処理部１７の構成例を示す図である。
【００９０】
受信側ビームフォーミング処理部１７も、擬似乱数発生器１０１と、ビームフォーミング行列生成部１０２と、行列×行列乗算器１０４と、を有する。擬似乱数発生器１０１、ならびにビームフォーミングテーブル１０２は、送信側ビームフォーミング処理部１５と同一である。
【００９１】
生成されたビームフォーミング行列（Ｂ）は、行列×行列乗算器１０４によって入力された伝搬路行列（Ｈ：伝搬路推定処理部１６によって推定される）と乗算され、実効的な伝搬路行列（ＨＢ）を出力する。なお、擬似乱数発生器１０１は、送信側と同じ乱数を発生するものとする。
【００９２】
以上の第１の実施形態では、符号として畳み込み符号、変調をＱＰＳＫ変調の場合を例として説明したが、非特許文献５に示されるように、符号として（シングルパリティチェック付き）繰り返し符号、変調として算術的拡張マッピング（Arithmetic Extended Mapping）を使用することも好適である。
【００９３】
（３）第２の実施形態
本発明の第２の実施形態は、符号としてＬＤＰＣ（Low Density Parity Check：低密度パリティ検査）符号を用いる構成例に関する。ＬＤＰＣ符号を用いたＭＩＭＯ_ＢＩＣＭ−ＩＤ方式については、非特許文献１に記載があるが、本発明は、これにランダムビームフォーミングを組み合わせたものである。なお、ビームフォーミング行列生成の際に用いられるテーブルは、第１の実施形態と同じ（図１７及び１９Ａ乃至Ｄ）である。
【００９４】
＜送信機の構成例＞
図２１は、第２の実施形態による送信機１の構成例を示す図である。
【００９５】
送信機１は、ＬＤＰＣ符号化器２３と、シリアル・パラレル変換器１２及び１４と、変調器１３と、ビームフォーミング処理部（送信側ビームフォーミング処理部）１５と、を有している。
【００９６】
送信データは、ＬＤＰＣ符号化器２３で符号化され出力される。符号化されたデータはシリアル・パラレル変換器１２にて変換され出力される。以降の構成、ならびに、動作は第１の実施形態（図１）と同様であるので省略する。ただし、第１の実施形態と異なり、インタリーバ１１が省略されているが、ＬＤＰＣ符号化器２３にインタリーバが実質的に内包されているので不要となっている。
【００９７】
＜受信機の構成例＞
図２２は、第２の実施形態による受信機２の構成例を示す図である。
【００９８】
受信機２は、伝搬路推定処理部１６と、ビームフォーミング処理部（受信側ビームフォーミング処理部）１７と、ＭＩＭＯ復調器１８と、変数ノード復号部（ＶＮＤ）２４と、でインタリーバ２０と、チェックノード復号器（ＣＮＤ）２５と、インタリーバ１１と、を有している。伝搬路推定処理部１６、受信側ビームフォーミング処理部１７、及びＭＩＭＯ復調器１８の動作は第１の実施形態と同じである。ＢＩＣＭ−ＩＤの動作としては、非特許文献１と同様、ＬＤＰＣ符号の復号アルゴリズムであるＳｕｍ−Ｐｒｏｄｕｃｔアルゴリズムにおける変数ノード（Variable Node）処理とＭＩＭＯ復調処理を組み合わせた処理と、チェックノード復号器（Check Node Decoder）処理とをインタリーバ、デインタリーバを介して接続して繰り返し処理を行う。具体的には、ＭＩＭＯ復調器から出力されたＬＬＲ（Log Likelihood Ratio：対数尤度比）は、変数ノード復号器（Variable Node Decoder）２４において処理され、外部ＬＬＲが出力される。変数ノード復号器（Variable Node Decoder）２４から出力されたＬＬＲは、デインタリーバ２０でビット順序を入れ替えられチェックノード復号器（Check Node Decoder）２５に供給される。チェックノード復号器（Check Node Decoder）２５で処理されたＬＬＲは、再度インタリーバ１１を介して変数ノード復号器（Variable Node Decoder）２４に渡される。変数ノード復号器（Variable Node Decoder）２４は、インタリーバ１１から渡されたＬＬＲを用いてＭＩＭＯ復調器１８に供給する事前（a priori）ＬＬＲを算出して出力する。ここで、デインタリーバ２０、ならびに、インタリーバ１１におけるビット順序の入れ替え方法は、ＬＤＰＣ符号の検査行列のビット配置によって決定される。
【００９９】
＜変数ノード復号器の構成＞
図２３は、第２の実施形態で使用される変数ノード復号器（Variable Node Decoder）２４の内部構成例を示す図である。図２３では、変数ノード次数が４の場合であるが、他の次数の場合もスイッチ１１０の数およびパラレル・シリアル変換器１１０、シリアル・パラレル変換器１１２の入出力の数が変わるだけでほぼ同様である。
【０１００】
変数ノード復号器２４において、ＭＩＭＯ復調器１８から出力された外部(extrinsic) ＬＬＲからデインタリーバ２０に供給する外部(extrinsic)ＬＬＲを算出する場合、スイッチ１０８は上側、スイッチ１１０−１乃至１１０−４は、いずれか外部(extrinsic)ＬＬＲを算出するビットについて上側、その他は下側に切り替えて使用する。
【０１０１】
加算器１０９は、ＭＩＭＯ復調器１８からパラレル・シリアル変換器１０６を介して供給される外部(extrinsic)ＬＬＲ、および、外部(extrinsic)ＬＬＲを算出するビット以外のビットについてインタリーバ１１から供給されるＬＬＲ（事前ＬＬＲ）を加算する。このとき、順次、スイッチ１１０−１〜１１０−４のうちの一つを上側、他を下側に切り替えて同様の計算を行うことで、デインタリーバ２０に供給すべき複数の外部(extrinsic)ＬＬＲが算出され、パラレル・シリアル変換器１１１を介してデインタリーバ２０に供給される。なお、インタリーバ１１から供給される事前(a priori)ＬＬＲからＭＩＭＯ復調器１８に供給する事前（a priori）ＬＬＲを計算する場合には、スイッチ１０８を下側、スイッチ１１０−１乃至４を全て下側に切り替えて使用する。この場合、加算器１０９は、デインタリーバ２０からチェックノード復号器２５、シリアル・パラレル変換器１１２を介して供給された事前(a priori)ＬＬＲを全て加算し、シリアル・パラレル変換器１０７を介してＭＩＭＯ復調器１８に供給する。
【０１０２】
十分な回数の繰り返しの後、復号データ（Rxデータ）を出力する場合、スイッチ１０８を上側、スイッチ１１０−１乃至４を全て下側に切り替えられる。そして、加算器１０９は、ＭＩＭＯ復調器１８から供給される外部(extrinsic)ＬＬＲおよびインタリーバから供給される事前ＬＬＲを全て加算して出力する。
【０１０３】
＜チェックノード復号器＞
図２４は、第２の実施形態で使用されるチェックノード復号器（Check Node Decoder）２５の構成例を示す図である。
【０１０４】
チェックノード復号器２５は、シリアル・パラレル変換器１１３と、スイッチ１１５−１乃至１１５−４と、ＬＬＲボックス和演算器１１６と、パラレル・シリアル変換器１１４と、を有している。図２４では、チェックノード次数４の場合が示されているが、他の次数の場合もスイッチ１１５の数およびパラレル・シリアル変換器１１４、シリアル・パラレル変換器１１３の入出力の数が変わるだけでほぼ同様である。
【０１０５】
図２４において、スイッチ１１４−１乃至１１４−４は、いずれか外部(extrinsic)ＬＬＲを算出するビットについては下側、その他は上側に切り替えて使用する。
【０１０６】
ＬＬＲボックス和演算器１１６は、外部ＬＬＲを算出するビット以外のビットについて、シリアル・パラレル変換器１１３を介してデインタリーバ２０から供給される事前ＬＬＲを演算する。ＬＬＲボックス和演算器１１６の演算は式２０で表されるものである。
【０１０７】
【数２０】
2014064112.tif 000022
【０１０８】
また、式１９中の関数は、それぞれ式２１及び式２２で表される。これは、Ｓｕｍ−Ｐｒｏｄｕｃｔ復号処理のチェックノード処理と同一である。
【０１０９】
【数２１】
2014064112.tif 000023
【０１１０】
【数２２】
2014064112.tif 000024
【０１１１】
そして、順次、スイッチ１１５−１乃至１１５−４のうちの１つを下側、他を上側に切り替えて同様の計算を行われる。これにより、インタリーバ１１に供給すべき複数の外部ＬＬＲが算出され、パラレル・シリアル変換器１１４を介してインタリーバ１１に供給される。
【０１１２】
（４）変形例
（i）第１及び第２の実施形態は、１つの符号語（フレーム）内でビームフォーミング行列を複数回切り替えるランダムビームフォーミング処理によって、実効伝搬路行列を変化させている。これにより、符号語（フレーム）内におけるＭＩＭＯ復調処理のＥＸＩＴカーブを平均化し、伝搬路が変動する場合においても送信信号を誤りなく復元できるＢＩＣＭ−ＩＤ通信方式を提供する。
【０１１３】
しかしながら、受信された符号語全体のエネルギーが変動する（設けられたアンテナ数分の利得があり、この利得自体が変動する）場合には、ＭＩＭＯ復調処理のＥＸＩＴカーブが縦軸方向に上下に変動してしまう。この場合は、例えば、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式で用いられるような送信電力制御を併用すると良い。つまり、エネルギー変動によってＥＸＩＴカーブが下がってきたら、電力を上げるように制御する。送信電力制御により、受信された符号語全体のエネルギーが一定となり、ランダムビームフォーミングと併せてＭＩＭＯ復調処理のＥＸＩＴカーブが変動しないようにすることができる。
【０１１４】
（ii）また、送信電力制御に代わり、Ｈ−ＡＲＱ（Hybrid Auto Repeat reQuest）を用いることも好適である。この場合、図２５がその送信処理のフローチャートを示し、図２６が受信処理のフローチャートを示している。
【０１１５】
＜送信処理：図２５＞
送信機１は、１フレーム分の送信データを符号化する（Ｓ２５０１）。
【０１１６】
次に、送信機１は、符号化処理によって得られた符号語をＮ個の部分符号に分割する（Ｓ２５０２）。
【０１１７】
ここで、送信機１は、まず、変数ｋ＝１（ｋ＝１，・・・，Ｎ）に設定し（Ｓ２５０３)、ｋ番目の部分符号の送信を開始する（Ｓ２５０４）。
【０１１８】
そして、送信機１は、受信機２からＡＣＫ（受信側で復号化が成功した場合）を受信したか判断する（Ｓ２５０５）。ＡＣＫを受信した場合、１フレーム分のデータの送信処理は終了する。ＡＣＫを受信しなかった場合（ＮＡＣＫを受信した場合）、処理はＳ２５０６に移行する。
【０１１９】
Ｓ２５０６において、送信機１は、ｋ＝Ｎか判断する。ｋ＝Ｎの場合、処理はＳ２５０７に移行し、送信機１は、ｋ＝１として当該フレームにおける、先頭の部分符号の送信を再度実行する（Ｓ２５０４）。一方、ｋ＝Ｎでない場合、処理はＳ２５０８に移行し、送信機１は、ｋ＝ｋ＋１とし、当該フレームにおける次の部分符号の送信を実行する（Ｓ２５０４）。
【０１２０】
＜受信処理：図２６＞
受信機２は、１フレーム分のデータの受信を部分符号単位で行うが、その際、まず変数ｋ＝１（ｋ＝１，・・・，Ｎ）に設定し（Ｓ２６０１）、ｋ番目の部分符号を受信する（Ｓ２６０２）。
【０１２１】
次に、受信機２は、これまでに受信した部分符号を用いて復号処理を実行する（Ｓ２６０３）。
【０１２２】
そして、受信機２は、当該フレームについて、復号が成功したか否か判断する（Ｓ２６０４）。復号が成功した場合（１フレーム分の部分符号を受信していなかったとしても）、処理はＳ２６０５に移行し、受信機２は、送信機１に対してＡＣＫを送信し（Ｓ２６０５）、処理が終了する。一方、１フレーム分のデータの復号ができなかった場合、処理はＳ２６０６に移行し、受信機２は、送信機１に対して、ＮＡＣＫを送信する。
【０１２３】
続いて、受信機２は、ｋ＝Ｎか判断する（Ｓ２６０７）。ｋ＝Ｎの場合、処理はＳ２６０８に移行し、受信機２は、ｋ＝１として当該フレームにおいて再度先頭の部分符号から受信処理を実行する（Ｓ２６０２）。一方、ｋ＝Ｎでない場合、処理はＳ２６０９に移行し、受信機２は、ｋ＝ｋ＋１とし、当該フレームにおける次の部分符号の受信処理を実行する（Ｓ２６０２）。
【０１２４】
以上のように、Ｈ−ＡＲＱでは、分割された符号語を徐々に送出し、受信側に復号に必要なエネルギーが受信されるまで繰り返して符号語が送信される。一符号語の送信が完了しても受信が成功しない場合は、再度同一符号語の送信を続ける。この際、初回とは異なるビームフォーミング行列となるように送信側ビームフォーミング処理部１５、受信側ビームフォーミング処理部１７が動作するようにする場合より多数の実効伝搬路行列を用いて伝送される意味において好適である。
【０１２５】
（５）まとめ
（i）本発明は、ＭＩＭＯ通信方式を用いており、送信側が１フレーム内の変調データのそれぞれのビットに対して異なるビームフォーミング処理を実行してデータを送信する。受信側では、推定した伝搬路と送信時用いたビームフォーミング行列を同じ行列を乗算し、それをＭＩＭＯ復調に使用する。このようにすることにより、復号及び復調の際に、１フレーム内のＥＸＩＴカーブを平均化することができ、伝搬路が変動する場合でも受信側で信号を誤りなく復元することができるようになる。
【０１２６】
なお、本発明において、複数の異なるビームフォーミング行列には、それを構成する複数のビームフォーミング重みベクトルが存在する。この重みベクトルは、ビームフォーミング行列の列ベクトルに相当し、アンテナの数ｍを超える個数の異なる値を取るように設定されている。このようにすることにより、受信側において、ある送信信号が支配的な強度で受信されることを保証することができ、受信側での復元を誤りなく実行することができるようになる。例えば、複素係数を有するビームフォーミング行列を用いる場合、複数の異なるビームフォーミング行列の少なくとも１つは、任意の複素単位ベクトルについて、当該複素単位ベクトルとの内積の絶対値が１／√２よりも大きいビームフォーミング重みベクトルを含むようにすると良い。より具体的には、上述の式１９におけるλν１′ｂ２の絶対値が１／√２より大きいことを意味する。
【０１２７】
また、第１の実施形態では、１フレーム分の符号化データに対してインタリーブ処理を実行し、インタリーブ処理後の１フレーム分の符号化データを変調する。そして、インタリーブ処理後の１フレーム分の変調データのそれぞれの変調シンボルに対して、異なるビームフォーミング行列が乗算されてビームフォーミング処理が実行される。符号化は、符号語ビット間に関連を持たせる処理であるが、インタリーブして変調することにより、１フレーム内の隣接ビット間の相関が無視できるようになり、復調、復号処理においてLLRの演算を独立事象に対する演算とみなすことが出来るようになる。そして、インタリーブ後の１フレーム内のビットデータが誤りを含んでいる場合であっても、インタリーブ前の１フレーム内の関連性あるビットデータから情報を得ることができるため、インタリーバを介して復調、復号処理を繰返し実行することにより、次第に情報が収集され、受信側における送信データの復元処理を正確に実行することができる。
【０１２８】
一方、第２の実施形態では、符号化単位（１フレーム分）の送信データに対してＬＤＰＣ符号化を実行して符号化データを生成する。この場合、第１の実施形態とは異なり、送信側ではインタリーブ処理は実行されない。
【０１２９】
（ii）上述した本発明の実施形態による送信処理及び受信処理は、コンピュータにおいて、各処理に相当するプログラムをメモリに格納し、プロセッサが当該プログラムを実行するようにして実現することも可能である。
【０１３０】
この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。
【０１３１】
また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。
【０１３２】
さらに、実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。
【０１３３】
最後に、ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できることを理解する必要がある。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した教授に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益であることが判るかもしれない。また、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。
【０１３４】
本発明は、具体例に関連して記述したが、これらは、すべての観点に於いて限定の為ではなく説明の為である。本分野にスキルのある者には、本発明を実施するのに相応しいハードウェア、ソフトウェア、及びファームウエアの多数の組み合わせがあることが解るであろう。例えば、記述したソフトウェアは、アセンブラ、Ｃ／Ｃ＋＋、ｐｅｒｌ、Ｓｈｅｌｌ、ＰＨＰ、Ｊａｖａ（登録商標）等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。
【０１３５】
さらに、上述の実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。
【０１３６】
加えて、本技術分野の通常の知識を有する者には、本発明のその他の実装がここに開示された本発明の明細書及び実施形態の考察から明らかになる。記述された実施形態の多様な態様及び／又はコンポーネントは、データを管理する機能を有するコンピュータ化ストレージシステムに於いて、単独又は如何なる組み合わせでも使用することが出来る。明細書と具体例は典型的なものに過ぎず、本発明の範囲と精神は後続する請求範囲で示される。
【符号の説明】
【０１３７】
１・・・送信機
２・・・受信機
３・・・アンテナ
１０・・・符号化器
１１・・・インタリーバ
１２，１４，２２，１０７，１１２，１１３・・・シリアル・パラレル変換器
１３・・・変調器
１５・・・送信側ビームフォーミング処理部
１６・・・伝搬路推定処理部
１７・・・受信側ビームフォーミング処理部
１８・・・ＭＩＭＯ復調器
１９，１０６，１１１，１１４・・・パラレル・シリアル変換器
２０・・・デインタリーバ
２１・・・復号器
２３・・・ＬＤＰＣ符号化器
２４・・・変数（バリアブル）ノード復号器
２５・・・チェックノード復号器
１００・・・パンクチャおよびシリアル・パラレル変換器
１０１・・・擬似乱数発生器
１０２・・・ビームフォーミング行列テーブル
１０３・・・行列×ベクトル乗算器
１０４・・・・・・行列×行列乗算器
１０５−１〜１０５−７・・・行列テーブル
１０８，１１０−１乃至１１０−４，１１５−１乃至１１５−４・・・切り替えスイッチ
１０９・・・加算器
１１６・・・ＬＬＲボックス和演算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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