(57)【要約】    ダイバーシチは、マルチパスフェージングに対処するために、無線通信システムで一般に使用される。超広帯域技術での最近の関心は、独立した周波数帯による高いダイバーシチを利用可能なマルチバンドOFDMシステムに焦点が当てられている。高データレートで十分なダイバーシチを実現するために、システム（800）、装置（500）及び方法は、送信信号の拡散回転で符号化変調を使用する。QAM信号の2×2の整数回転行列、QAM信号の3×3及び4×4の整数回転行列が提供される。実数回転行列の不規則のQAM形状と比べて、これらの整数回転行列のそれぞれは、回転後に規則的なQAM形状を作る。これらの拡散行列のシステム設計は、簡単なML、MMSE及びZFのような受信機構成を簡単に使用し、そのデコードの複雑性を低減するために使用され得る。更に、本発明は、分散したユーザのみだけでなく、各ユーザの信号空間ダイバーシチからの協調的ダイバーシチを実現する。協調的ダイバーシチを増加させるために、整数回転行列の異なる行が発信元により使用され、変調方式として中継する協調システムの実施例が提供される。
2009521827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
QAM変調を使用して通信システムのダイバーシチを増加させるシステムであって：
Nの異なる独立したチャネルで受信したNの拡散QAMシンボルを受信してジョイントデコードする受信機と；
NのQAMシンボルを拡散及び回転し、Nの異なる独立したチャネルで前記Nの拡散及び回転したQAMシンボルを送信する送信装置と；
を有し、
同じ送信レートを維持しつつ、前記通信システムのダイバーシチが最適に増加するシステム。
【請求項２】
前記通信システムは、マルチバンド直交周波数分割多重ウルトラワイドバンド（MB  OFDM  UWB：multi-band  orthogonal  frequency  division  multiplexing  ultra  wide  band）システムである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記送信機は、予め指定されたN×Nの整数拡散回転行列で各QAMを乗算する拡散回転成分を更に有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記予め指定されたN×Nの整数拡散回転行列は、
整数の2×2の整数拡散回転行列が、
【数１】
2009521827.tif 000027
であり、16-QAMシンボルを規則的な256-QAMシンボルに拡散し、
64-QAMシンボル及び256-QAMシンボルを拡散する2×2の整数拡散回転行列が、それぞれ
【数２】
2009521827.tif 000028
及び
【数３】
2009521827.tif 000029
であるものである、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記予め指定されたN×Nの整数拡散回転行列は、
【数４】
2009521827.tif 000030
及び行又は列の間の前記の２つの行列の何らかの置換を有する行列のグループから選択された整数の3×3の回転行列であり、4-QAMシンボルを規則的な64-QAMシンボルに拡散し、
16-QAMシンボル、64-QAMシンボル及び３つの256-QAMシンボルを拡散することができる3×3の整数拡散回転行列は、それぞれ
【数５】
2009521827.tif 000031
及び行又は列の間の前記の各行列の何らかの置換を有する各グループから選択される、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記N×Nの整数拡散回転行列は、
４つのQAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列が、
【数６】
2009521827.tif 000032
の形式になり、ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±2,±4,±8}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならず、
16-QAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列が、
【数７】
2009521827.tif 000033
の形式になり、ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±4,±16,±64}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならず、
64-QAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列が、
【数８】
2009521827.tif 000034
の形式になり、ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±8,±64,±512}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならず、
256-QAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列が、
【数９】
2009521827.tif 000035
の形式になり、ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±16,±256,±4096}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならないような4×4の整数拡散行列である、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記4×4の回転行列は、
【数１０】
2009521827.tif 000036
により与えられる整数行列であり、4-QAMシンボルを規則的な256-QAMシンボルに拡散する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記通信システムは、発信元ノードと単一の中継ノードと宛先ノードとを有する協調的通信システムであり、
前記2×2の整数回転行列は、発信元ノードが前記整数回転行列の第１行で発信元信号を乗算し、前記中継ノードが前記回転信号を受信してデコードし、正確である場合に、前記整数回転行列の第２行で前記デコード信号を乗算することにより前記デコード信号を再変調し、前記再変調された回転信号を再送信し、前記宛先ノードが全ての受信信号のジョイントデコードを実行する分散変調方式として使用される、請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
前記通信システムは、発信元ノードと２つの中継ノードと宛先ノードとを有する協調的通信システムであり、
前記3×3の整数回転行列は、発信元ノードが前記整数回転行列の第１行で発信元信号を乗算し、前記中継ノードが前記回転信号を受信してデコードし、正確である場合に、前記中継ノードのそれぞれで異なる前記3×3の整数回転行列の行で前記デコード信号を乗算することにより前記デコード信号をそれぞれ再変調し、各中継ノードが前記再変調された回転信号を再送信し、前記宛先ノードが全ての受信信号のジョイントデコードを実行する分散変調方式として使用される、請求項５に記載のシステム。
【請求項１０】
前記通信システムは、発信元ノードと３つの中継ノードと宛先ノードとを有する協調的通信システムであり、
前記4×4の整数回転行列は、発信元ノードが前記整数回転行列の第１行で発信元信号を乗算し、前記中継ノードが前記回転信号を受信してデコードし、正確である場合に、前記中継ノードのそれぞれで異なる前記4×4の整数回転行列の行で前記デコード信号を乗算することにより前記デコード信号をそれぞれ再変調し、各中継ノードが前記再変調された回転信号を再送信し、前記宛先ノードが全ての受信信号のジョイントデコードを実行する分散変調方式として使用される、請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記通信システムは、発信元ノードと３つの中継ノードと宛先ノードとを有する協調的通信システムであり、
前記4×4の整数回転行列は、発信元ノードが前記整数回転行列の第１行で発信元信号を乗算し、前記中継ノードが前記回転信号を受信してデコードし、正確である場合に、前記中継ノードのそれぞれで異なる前記4×4の整数回転行列の行で前記デコード信号を乗算することにより前記デコード信号をそれぞれ再変調し、各中継ノードが前記再変調された回転信号を再送信し、前記宛先ノードが全ての受信信号のジョイントデコードを実行する分散変調方式として使用される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
QAM変調を使用して通信システムのダイバーシチを増加させる方法であって：
予め指定されたN×Nの拡散回転行列で各シンボルを乗算することにより、NのQAMシンボルを拡散及び回転するステップと；
Nの異なる独立したチャネルで前記Nの拡散及び回転したシンボルを送信するステップと；
を有し、
同じ送信レートを維持しつつ、前記通信システムのダイバーシチが最適に増加するシステム。
【請求項１３】
16-QAMシンボルの2×2の行列について、2×2の整数回転行列は、
【数１１】
2009521827.tif 000037
であり、16-QAMシンボルを規則的な256-QAMシンボルに拡散し、
64-QAMシンボル及び256-QAMシンボルを拡散する2×2の整数拡散回転行列は、それぞれ
【数１２】
2009521827.tif 000038
及び
【数１３】
2009521827.tif 000039
である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
4-QAMシンボルの3×3の行列について、3×3の整数回転行列は、
【数１４】
2009521827.tif 000040
及び行又は列の間の前記の２つの行列の何らかの置換を有する行列のグループから選択され、4-QAMシンボルを規則的な64-QAMシンボルに拡散し、
16-QAMシンボル、64-QAMシンボル及び３つの256-QAMシンボルを拡散する3×3の整数拡散回転行列は、それぞれ
【数１５】
2009521827.tif 000041
である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
QAMシンボルの4×4の行列について、前記行例は、
４つのQAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列が、
【数１６】
2009521827.tif 000042
の形式になり、ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±2,±4,±8}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならず、
16-QAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列が、
【数１７】
2009521827.tif 000043
の形式になり、ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±4,±16,±64}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならず、
64-QAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列が、
【数１８】
2009521827.tif 000044
の形式になり、ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±8,±64,±512}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならず、
256-QAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列が、
【数１９】
2009521827.tif 000045
の形式になり、ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±16,±256,±4096}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならないものである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記通信システムは、発信元ノードと単一の中継ノードと宛先ノードとを有する協調的通信システムとして更に構成され、
発信元ノードが前記整数回転行列の第１行で発信元信号を乗算し、前記中継ノードが前記回転信号を受信してデコードし、正確である場合に、前記整数回転行列の第２行で前記デコード信号を乗算することにより前記デコード信号を再変調し、前記再変調された回転信号を再送信し、前記宛先ノードが全ての受信信号のジョイントデコードを実行する分散変調方式として、前記2×2の整数回転行列を使用するステップを更に有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記通信システムは、発信元ノードと２つの中継ノードと宛先ノードとを有する協調的通信システムとして更に構成され、
発信元ノードが前記整数回転行列の第１行で発信元信号を乗算し、前記中継ノードが前記回転信号を受信してデコードし、正確である場合に、前記中継ノードのそれぞれで異なる前記3×3の整数回転行列の行で前記デコード信号を乗算することにより前記デコード信号をそれぞれ再変調し、各中継ノードが前記再変調された回転信号を再送信し、前記宛先ノードが全ての受信信号のジョイントデコードを実行する分散変調方式として、前記3×3の整数回転行列を使用するステップを更に有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記通信システムは、発信元ノードと３つの中継ノードと宛先ノードとを有する協調的通信システムとして更に構成され、
発信元ノードが前記整数回転行列の第１行で発信元信号を乗算し、前記中継ノードが前記回転信号を受信してデコードし、正確である場合に、前記中継ノードのそれぞれで異なる前記4×4の整数回転行列の行で前記デコード信号を乗算することにより前記デコード信号をそれぞれ再変調し、各中継ノードが前記再変調された回転信号を再送信し、前記宛先ノードが全ての受信信号のジョイントデコードを実行する分散変調方式として、前記4×4の整数回転行列を使用するステップを更に有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
QAM変調を使用して通信システムのダイバーシチを増加させる送信機であって：
NのQAMシンボルを拡散及び回転する拡散器と；
送信のために、Nの異なる独立したチャネルで前記Nの拡散及び回転したQAMシンボルを割り当てる割り当て構成要素と；
を有し、
同じ送信レートを維持しつつ、前記通信システムのダイバーシチが最適に増加する送信機。
【請求項２０】
前記通信システムは、マルチバンド直交周波数分割多重ウルトラワイドバンド（MB  OFDM  UWB：multi-band  orthogonal  frequency  division  multiplexing  ultra  wide  band）システムである、請求項１９に記載の送信機。
【請求項２１】
前記拡散器は、予め指定されたN×Nの整数拡散回転行列で各QAMを乗算するように更に構成される、請求項１９に記載の送信機。
【請求項２２】
前記予め指定されたN×Nの整数拡散回転行列は、
整数の2×2の回転行列が、
【数２０】
2009521827.tif 000046
であり、16-QAMシンボルを規則的な256-QAMシンボルに拡散し、
64-QAMシンボル及び256-QAMシンボルを拡散することができる2×2の整数拡散回転行列が、それぞれ
【数２１】
2009521827.tif 000047
及び
【数２２】
2009521827.tif 000048
であるものである、請求項２１に記載の送信機。
【請求項２３】
前記予め指定されたN×Nの整数拡散回転行列は、
【数２３】
2009521827.tif 000049
及び行又は列の間の前記の２つの行列の何らかの置換を有する行列のグループから選択された3×3の整数拡散回転行列であり、4-QAMシンボルを規則的な64-QAMシンボルに拡散し、
16-QAMシンボル、64-QAMシンボル及び３つの256-QAMシンボルを拡散することができる3×3の整数拡散回転行列は、それぞれ
【数２４】
2009521827.tif 000050
を有する各グループから選択される、請求項２１に記載の送信機。
【請求項２４】
前記予め指定されたN×Nの整数拡散回転行列は、
４つのQAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列が、
【数２５】
2009521827.tif 000051
の形式になり、ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±2,±4,±8}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならず、
16-QAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列が、
【数２６】
2009521827.tif 000052
の形式になり、ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±4,±16,±64}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならず、
64-QAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列が、
【数２７】
2009521827.tif 000053
の形式になり、ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±8,±64,±512}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならず、
256-QAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列が、
【数２８】
2009521827.tif 000054
の形式になり、ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±16,±256,±4096}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならないようなものである、請求項２１に記載の送信機。
【請求項２５】
前記予め指定されたN×Nの整数拡散回転行列は、
前記4×4の回転行列が、
【数２９】
2009521827.tif 000055
により与えられる整数行列であり、4-QAMシンボルを規則的な256-QAMシンボルに拡散するようなものである、請求項２１に記載の送信機。
【請求項２６】
前記通信システムは、発信元ノードと単一の中継ノードと宛先ノードとを有する協調的通信システムであり、
前記2×2の整数回転行列は、発信元ノードが前記整数回転行列の第１行で発信元信号を乗算し、前記中継ノードが前記回転信号を受信してデコードし、正確である場合に、前記整数回転行列の第２行で前記デコード信号を乗算することにより前記デコード信号を再変調し、前記再変調された回転信号を再送信し、前記宛先ノードが全ての受信信号のジョイントデコードを実行する分散変調方式として使用される、請求項２２に記載の送信機。
【請求項２７】
前記通信システムは、発信元ノードと２つの中継ノードと宛先ノードとを有する協調的通信システムであり、
前記3×3の整数回転行列は、発信元ノードが前記整数回転行列の第１行で発信元信号を乗算し、前記中継ノードが前記回転信号を受信してデコードし、正確である場合に、前記中継ノードのそれぞれで異なる前記3×3の整数回転行列の行で前記デコード信号を乗算することにより前記デコード信号をそれぞれ再変調し、各中継ノードが前記再変調された回転信号を再送信し、前記宛先ノードが全ての受信信号のジョイントデコードを実行する分散変調方式として使用される、請求項２３に記載の送信機。
【請求項２８】
前記通信システムは、発信元ノードと３つの中継ノードと宛先ノードとを有する協調的通信システムであり、
前記4×4の整数回転行列は、発信元ノードが前記整数回転行列の第１行で発信元信号を乗算し、前記中継ノードが前記回転信号を受信してデコードし、正確である場合に、前記中継ノードのそれぞれで異なる前記4×4の整数回転行列の行で前記デコード信号を乗算することにより前記デコード信号をそれぞれ再変調し、各中継ノードが前記再変調された回転信号を再送信し、前記宛先ノードが全ての受信信号のジョイントデコードを実行する分散変調方式として使用される、請求項２４に記載の送信機。
【請求項２９】
前記通信システムは、発信元ノードと３つの中継ノードと宛先ノードとを有する協調的通信システムであり、
前記4×4の整数回転行列は、発信元ノードが前記整数回転行列の第１行で発信元信号を乗算し、前記中継ノードが前記回転信号を受信してデコードし、正確である場合に、前記中継ノードのそれぞれで異なる前記4×4の整数回転行列の行で前記デコード信号を乗算することにより前記デコード信号をそれぞれ再変調し、各中継ノードが前記再変調された回転信号を再送信し、前記宛先ノードが全ての受信信号のジョイントデコードを実行する分散変調方式として使用される、請求項２５に記載の送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に導かれた拡散回転行列を使用することにより、QAM通信のダイバーシチを増加させるシステム、装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中継ノードが送信QAM信号をデコード−再変調−転送（D-ReM-F：decode-remodulate-forward）する協調的中継方式（cooperative  relaying  schme）でのこれらの拡散回転行列（spreading  rotation  matrix）の適用は、分散したユーザからの協調的ダイバーシチと同様に、更なる信号空間ダイバーシチを実現する。
【０００３】
ダイバーシチは、マルチパスフェージングに対処し、システム性能を改善するために、無線通信システムで一般に使用される。超広帯域技術での最近の関心は、複数の独立した周波数帯から生じた高いダイバーシチを利用可能なマルチバンドOFDMシステムに焦点が当てられている。高データレートで十分なダイバーシチを実現するために、使用可能な１つの技術は、4-QAM信号及び回転DFT拡散行列のMBOA  PHY仕様で提案されているデュアルキャリア変調（DCM：dual-carrier  modulation）のような、送信信号の拡散回転での符号化変調である。更に、格子符号化技術からの多くの信号空間ダイバーシチも文献で提案されている。
【０００４】
DCM方式は4-QAM（QPSK）信号のダイバーシチ2を実現することができるが、符号化利得を最大化するという意味でのその最適性は確立されていない。回転DFT行列では、設計目的が十分なダイバーシチを実現することであるため、符号化利得は最大化されない可能性がある。更に、その複雑な構成もまた、受信機のデコードの複雑性を増加させる。
【０００５】
4-QAM信号では、ダイバーシチ3又は4を実現するための整数回転行列を設計する方法が、依然として未解決の問題である。
【０００６】
無線ネットワークの協調的方式（cooperative  strategy）は、固定インフラストラクチャなしにネットワークのノード間で通信を容易にすることができるため、近年多くの注目を集めている。いわゆる協調的ダイバーシチは、分散してアンテナを共有し、異なるバージョンの送信信号から更なるダイバーシチ利得を実現するユーザの機能に関連する。
【０００７】
図１に示す典型的な中継シナリオは、発信元ノードSと、少なくとも１つの中継ノードRと、宛先ノードDとを有する。ノード間の協調の利点を利用するために様々な実用的な方式が提案されており、通常では、これらの方式は２つのカテゴリに分類される。すなわち、増幅−転送（AF：amplifier-forward）及びデコード−転送（DF：decode-forward）である。AFモードでは、中継ノードは、発信元から受信した正確な受信信号波形を単にスケーリングして再送信する。DFモードでは、発信元からの正確な受信信号は、送信前に復調及びデコードされる。デコード誤りの可能性のため、DFは、誤った巡回冗長検査（CRC：cyclic  redundancy  check）の場合に非協調的モードに切り替えられてもよい。AFは、中継ノードでのデジタル信号処理の低い実装の複雑性を必要とし、全ての発信元−中継（S-R：source-relay）チャネル状態で動作することができる。しかし、AFはまた、同時に雑音電力をも増幅する。S-Rチャネルの品質が良好であり、信号が中継ノードで正確にデコード可能である場合、DFは高い利得を実現でき、符号化協調（coded  cooperation）のような複雑な方式にスペースを与える。符号化協調では、データは中継で再符号化され、異なるセットのパリティビットを得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
最近、双方のモードからの利得をより良く利用するために、増幅−デコード−転送又はデコード−増幅−転送のような複数のハイブリッド又は混合モードが提案されている。信号空間ダイバーシチを利用してこれを協調的通信に適用する方法が、これらの最近の提案への潜在的に良好な選択肢として必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のシステム、装置及び方法は、整数の2×2、3×3及び4×4の拡散回転行列を提供し、QAM通信で更なるダイバーシチを実現する。すなわち、第１の好ましい実施例では、これらの１つの使用が単一の発信元−宛先の通信の複数の独立したチャネルで直線変調方式を構成するという観点から、2×2、3×3、4×4の一式の回転行列が提供される。この直線変調方式は、受信機での送信信号のジョイントデコードのため、高度のダイバーシチを実現する。
【００１０】
協調的通信へのこの技術の適用は、無線ローカル又はパーソナルネットワークで、同じ位置の装置が同じエンコード又はデコード処理（すなわち、ビットインターリーブの符号化変調）を有し、シンボルレベルでの協調がDFモードで拡散回転行列技術を使用して再変調を合成することにより実現可能であるという観測により動機付けされる。従って、信号空間ダイバーシチは、DFモードにより提供される協調的ダイバーシチに加えて、全体システム性能を更に改善するために利用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下の説明は限定ではなく、例示目的に提供されることが当業者にわかる。当業者は、本発明の要旨及び特許請求の範囲内にある多数の変更形態が存在することを理解する。既知の機能及び構造の不要な詳細は、本発明をあいまいにしないようにこの説明から省略されることがある。
【００１２】
QAMシンボルの2×2の回転行列を見つけるために、基本システムモデルは以下のようになる。
【数１】
2009521827.tif 000003
これは次のように変更される。
【数２】
2009521827.tif 000004
角度θ毎に次を計算し、符号化利得を最大化するものを見つける。
【数３】
2009521827.tif 000005
ただし、
【数４】
2009521827.tif 000006
である。
【００１３】
QAMシンボルの3×3行列を見つけるために、テンプレートとして以下のオイラー（Euler）回転行列が使用される。
【数５】
2009521827.tif 000007
或いはテンプレートとして以下の循環行列が使用される。
【数６】
2009521827.tif 000008
QAMシンボルの4×4行列を見つけるために、テンプレートとして以下の実数直交行列が使用される。
【数７】
2009521827.tif 000009
２つのQAMシンボルの2×2の実数回転行列は以下のように見出され得る。
【数８】
2009521827.tif 000010
例えば、図２に示すように、２つの16-QAMシンボルを不均一な256-QAMシンボルに拡散することができる。
【００１４】
第１の好ましい実施例では、２つの16-QAMシンボルを規則的な256-QAMシンボルに拡散することができる整数拡散回転行列は以下のように得られる。
【数９】
2009521827.tif 000011
同様に、64-QAMシンボル及び256-QAMシンボルを拡散することができる2×2の整数拡散回転行列は、それぞれ以下のように得られる。
【数１０】
2009521827.tif 000012
３つのQAMシンボルの3×3の実数回転行列は、以下のように見つけられ得る。
【数１１】
2009521827.tif 000013
これは、図３に示すように、4-QAMシンボルを不均一な64-QAMシンボルに拡散する。第１の好ましい実施例では、図３の実数パターンから整数の近似が得られ、4-QAMシンボルを規則的な64-QAMシンボルに拡散する。
【数１２】
2009521827.tif 000014
行又は列の間の前記の２つの行列の何らかの置換もまた、有効な回転行列である。同様に、３つの16-QAMシンボルと３つの64-QAMシンボルと３つの256-QAMシンボルとを拡散することができる3×3の整数拡散回転行列は、それぞれ以下のように得られる。
【数１３】
2009521827.tif 000015
行又は列の間の前記の各行列の何らかの置換もまた、有効な回転行列である。
【００１５】
QAMシンボルの4×4の実数回転行列は、以下のように見つけられ得る。
【数１４】
2009521827.tif 000016
これは、図４に示すように、4-QAMシンボルを不均一な256-QAMシンボルに拡散する。
【００１６】
第１の好ましい実施例では、４つのQAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列は、以下の形式になる。
【数１５】
2009521827.tif 000017
ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±2,±4,±8}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならない。例えば、以下でもよい。
【数１６】
2009521827.tif 000018
これは、4-QAMシンボルを規則的な256-QAMシンボルに拡散する。同様に、４つの16-QAMシンボルと４つの64-QAMシンボルと４つの256-QAMシンボルとを拡散することができる4×4の整数回転行列はそれぞれ以下のように得られる。16-QAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列は、以下の形式になる。
【数１７】
2009521827.tif 000019
ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±4,±16,±64}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならない。64-QAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列は、以下の形式になる。
【数１８】
2009521827.tif 000020
ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±8,±64,±512}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならない。256-QAMシンボルの全ての4×4の整数回転行列は、以下の形式になる。
【数１９】
2009521827.tif 000021
ただし、x1,x2,x3,x4∈{±1,±16,±256,±4096}及びこれらの絶対値は、相互に異ならなければならない。
【００１７】
整数回転行列及び実数のものの性能の差は非常に小さいが、整数回転行列はかなり簡単な計算上の複雑性を有することに言及する必要がある。これらの整数拡散回転行列を使用するために、入力QAMシンボルは、何らかのこれらの行列と乗算され、この乗算からの出力シンボルは異なる独立したサブチャネルで送信される。3×3の回転行列を使用して３つの独立したサブチャネル506で回転シンボルを送信500及び受信801するシステム800の例が、図８に示されている。3×3の回転行列を使用した送信機の例が図５に示されており、拡散回転3×3行列でシンボルを乗算するための拡散及び回転成分505を有する。
【００１８】
本発明の第１の実施例は、QAM変調を使用した通信システムが低い計算上の複雑性で同じレートを維持しつつ、高いダイバーシチを実現することを可能にする2×2、3×3及び4×4の整数拡散回転行列を提供する。当面の用途の１つは、次世代（ギガビット）マルチバンドOFDM  UWBシステムである。本発明の整数拡散回転行列の用途により、従来技術のシステムに比べて長い範囲を有する1Gbpsモードが可能になる。更に、第１の実施例は、拡散回転技術とMIMO送信方式との組み合わせが、高いダイバーシチを実現可能になるようにする。すなわち、第１の好ましい実施例では、単一の発信元−宛先の通信の複数の独立したチャネルで直線変調方式であるという観点から、2×2、3×3、4×4のセットの整数回転行列が提供される。この直線変調方式は、受信機での送信信号のジョイントデコードのため、高度のダイバーシチを実現する。
【００１９】
しかし、これらの整数拡散回転行列が格子符号として考えられる場合、これらの拡散回転行列は、図１に示す単一の中継の場合又は複数の中継を有する場合のように、協調的通信の場合に同様に適用可能である。協調的通信システムを有する第２の好ましい実施例では、拡散回転‘親（mother）’符号は、分散変調方式に変換され、発信元は、第１の実施例を使用して得られる回転行列の第１行を使用して発信元信号を乗算することにより、回転信号の第１の成分を送信する。次に、それぞれの中継は、発信元の送信を受信してデコードし、（正確である場合には）回転行列の他の予め割り当てられた行を使用してデコード信号を乗算することにより、デコード信号を再変調し、再変調された信号を転送する（D-ReM-F）。例えば、中継ノードが整数で1−1の対応により整列されていることを仮定すると、中継1は行2で乗算し、中継nは行n+1で乗算する。宛先は、全ての中継信号のジョイントデコードを実行する。各中継から宛先へのリンクは互いに独立しているため、宛先は、単一の発信元−宛先の場合（中継のない場合）と同様に、複数の独立したチャネルで同じダイバーシチを依然として享受する。デコード−再変調−転送方式の詳細は、以下のセクションで明らかになる。好ましい第２の実施例は、２つの中継が同じ行を使用しないように各中継ノードに異なる行を使用させることにより、中継ノードで再変調するために、予め決定された拡散回転行列を使用する。
【００２０】
無線通信システムで一般に使用されるQAM型変調を検討する。発信元での４ビットb0b1b2b3の好ましい実施例では、これらを16-QAMシンボルに変調することが望ましい。典型的には、非協調的通信システムは、以下のGrayマッピングを使用する。
【数２０】
2009521827.tif 000022
ただし、xは16-QAMシンボルである。
【００２１】
１つの中継を有する協調的通信システムの場合、これらの４ビットが中継ノードで正確にデコードされる場合、中継が転送シンボルを再送信するために、前述のマッピングは必ずしも必要ではない。好ましい実施例では、以下のマッピングが代わりに使用される。
【数２１】
2009521827.tif 000023
ただし、xsは発信元の変調シンボルであり、xrは中継の変調シンボルである。信号コンステレーションを考慮すると、発信元シンボル及び中継シンボルは異なる構成を有することがわかる。異なる構成は、繰り返し型ダイバーシチより良好な他の種類の信号空間ダイバーシチを提供する。これが、第２の好ましい実施例の“デコード−再変調−転送”（D-ReM-F）の動機付けである。再変調は、中継が発信元と異なる変調（この場合、‘親（mother）’拡散回転行列の行）を使用することを意味する。
【００２２】
同様に、好ましい実施例では、６ビットb0b1b2b3b4b5が存在し、発信元及び中継でこれらを64-QAMシンボルにマッピングすることが望ましい場合、以下のマッピングが使用される。
【数２２】
2009521827.tif 000024
ただし、xsは発信元の変調シンボルであり、xrは中継の変調シンボルである。２つの中継が存在する場合、１つ以上のマッピングが第２の中継により行われてもよい。
【数２３】
2009521827.tif 000025
ただし、xsは発信元の変調シンボルであり、xr1は第１の中継の変調シンボルであり、xr2は第２の中継の変調シンボルである。
【００２３】
しかし、QSPK（4-QAM）送信での２ビットでは、特別な信号コンステレーションのため、中継は、発信元と同じ4-QAMを保持してもよく、又は異なるものを使用してもよい。これは、全体のシステム性能を変更しない。
【数２４】
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ただし、xsは発信元の変調シンボルであり、xrは中継の変調シンボルである。
【００２４】
ブロックフェージングの場合と高速フェージングの場合との双方について、シミュレーション結果が提示される。ブロックフェージングの場合には、パケットサイズは130ビットであり、(15.17)レートの1/2畳み込み符号によりエンコードされ、ブロックインターリーバによりインターリーブされる。発信元と中継との間の距離は0.1であり、中継と宛先との間の距離は0.9であり、発信元と宛先との間の距離は1である。一般の繰り返し型デコード−転送（D-M-F）の16-QAMの性能が、直接QPSK送信でのデコード−再変調−転送（D-ReM-F）の好ましい実施例と比較される。双方の協調的方式は、直接送信を上回るが、D-ReM-Fは、信号空間からの変調利得のため、D-M-Fより良好なPER性能を有することが、図６からわかる。
【００２５】
高速フェージングの場合、ユーザ間チャネルのSNRが20dBであり、宛先に等しい距離を有する場合、一般の16-QAMのAF及び繰り返し型DFは、直接QPSK送信より良好になり得ないことが、図７からわかる。しかし、提案の方式（図でDMFにより示される）は、直接QPSK送信より良好である。
【００２６】
本発明の実施例について図示及び記載したが、ここに記載のシステム、装置及び方法は例示的であり、本発明の真の範囲を逸脱することなく、様々な変更及び変形が行われてもよく、等価なものが要素に置換されてもよいことが、当業者にわかる。更に、真の範囲を逸脱することなく、本発明の教示を特定の状況に適合させるために多くの変更が行われてもよい。従って、本発明は、本発明を実行するために検討されたベストモードとして開示された特定の実施例に限定されず、本発明は、特許請求の範囲内にある全ての実施例を含むことを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】典型的な中継シナリオを示す図
【図２】不均一な256-QAMシンボルへの２つの16-QAMシンボルの拡散を示す図
【図３】不均一な64-QAMシンボルへの３つの4-QAMシンボルの拡散及び回転を示す図
【図４】不均一な256-QAMシンボルへの４つの4-QAMシンボルの拡散を示す図
【図５】３つのサブチャネルで拡散及び回転シンボルを送信するために3×3の拡散回転行列を使用する送信機を示す図
【図６】従来技術のDMFと本発明のD-ReM-Fとの性能を示す図
【図７】本発明によるD-ReM-F方式の性能の利点を示す図
【図８】図５の送信機を有するシステムを示す図
【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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