(57)【要約】  異なるアンテナ２０２．１ ２０２．２の同じサブキャリア２０４．ｉ ２０６．ｉにおいて入力信号に対応するチャネルシンボルを送信する方式を使用する時空間符号化マルチバンドＯＦＤＭ ＵＷＢシステムのためのシステム、装置及び方法が提供される。
2009509450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの入力シンボルのストリームに応答して、各々前記少なくとも１つの入力シンボルに対応する複数のチャネルシンボルが、前記入力シンボル、前記入力シンボルの負の値、前記入力シンボルの複素共役、及び前記入力シンボルの複素共役の負の値を含むように、前記ストリームから、各々前記少なくとも１つの入力シンボルに対応する前記複数のチャネルシンボルを含むセットを形成する、符号器と、
複数のアンテナと、
出力ステージと、
前記出力ステージにより送信される信号を受信するとともに復号化する単一のアンテナを有する受信機と
を有するＭＢ ＯＦＤＭシステムであって、
前記出力ステージは、
ａ．前記チャネルシンボルの２つが互いに複素共役である場合、前記出力ステージが
ｉ．前記２つのチャネルシンボルの一方を１回のＩＦＦＴの出力として変換し、前記２つのチャネルシンボルの他方を前記出力の指数の反転により変換するとともに、
ｉｉ．前記２つの変換されたＯＦＤＭシンボルが、指数を反転させたお互いの複製であるように、ＩＦＦＴを使用して変換された前記シンボルからＯＦＤＭシンボルを生成するように更に構成され、
そうでなければ前記チャネルシンボルを時間領域に対して変形し、
前記チャネルシンボルのストリームが、ＯＦＤＭシンボルに変形され、
前記出力ステージは、
ｂ．前記入力シンボルに対応する前記複数のＯＦＤＭシンボルのサブセットが、前記複数のアンテナの異なるアンテナによる前記複数の別個のチャネルの異なるチャネルの同じサブキャリアにおいて、同時に送信されるように、伝送媒体上に前記複数の別個のチャネルを形成するために、前記複数のアンテナに前記ＯＦＤＭシンボルを適用するように、更に構成され、前記ストリームが送信のために時空間符号化される、ＭＢ ＯＦＤＭシステム。
【請求項２】
前記出力ステージにより送信される信号を受信するとともに復号化する単一のアンテナを有する受信機を更に有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数の別個のチャネルが、該チャネルから単一の受信機アンテナに送信を方向付ける、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記符号器が、ｎチャネルシンボルのブロックに、前記入力シンボルを符号化する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
ｓｉ＊がｓｉの複素共役である場合、２チャネルシンボル｛ｓ０ｓ１｝の各々のブロックが、２シンボルの第１シーケンス｛ｓ０，−ｓ１＊｝及び２チャネルシンボルの第２シーケンス｛ｓ１，ｓ０＊｝に符号化され、前記２チャネルシンボルのブロックに前記入力シンボルを符号化し、
前記複数のアンテナが、第１アンテナ及び第２アンテナからなり、
前記出力ステージが、前記第１アンテナに対して前記第１シーケンスを加え、前記第２アンテナに対して前記第２シーケンスを加える、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
少なくとも１つの入力シンボルのストリームに応答し、各々前記少なくとも１つの入力シンボルに対応する複数のチャネルシンボルが、前記入力シンボル、前記入力シンボルの負の値、前記入力シンボルの複素共役、及び前記入力シンボルの複素共役の負の値を含むように、前記ストリームから、各々前記少なくとも１つの入力シンボルに対応する前記複数のチャネルシンボルを含むセットを形成する、符号器と、
複数のアンテナと、
出力ステージと、
前記出力ステージにより送信される信号を受信するとともに復号化する単一のアンテナを有する受信機と
を有するＭＢ ＯＦＤＭ送信機であって、
前記出力ステージは、
ａ．前記チャネルシンボルの２つが互いに複素共役である場合、前記出力ステージは、
ｉ．前記２つのチャネルシンボルの一方を１回のＩＦＦＴの出力として変換し、前記２つのチャネルシンボルの他方を、前記出力の指数の反転により変換するとともに、
ｉｉ．前記２つの変換されたＯＦＤＭシンボルが指数を反転させたお互いの複製であるように、ＩＦＦＴを用いて前記変換されたシンボルから、ＯＦＤＭシンボルを生成するように更に構成され、
そうでなければ、チャネルシンボルを時間領域に対して変形し、
前記ストリームのチャネルシンボルがＯＦＤＭシンボルに変換され、
前記出力ステージは、
ｂ．入力シンボルに対応する前記複数のＯＦＤＭシンボルのサブセットが、複数の異なるアンテナにより複数の別個のチャネルの異なるチャネルの同じサブキャリアにおいて同時に送信されるように、伝送媒体上の複数の別個のチャネルを形成するために、前記ＯＦＤＭシンボルを前記複数のアンテナに適用するように更に構成され、前記ストリームが伝送のために時空間符号化される、ＭＢ−ＯＦＤＭ送信機。
【請求項７】
伝送媒体上で、複数の入力シンボルに対応する情報を伝送する方法であって、
ｎ＊ｍチャネルシンボルを形成するために、前記複数の入力シンボルをｎシンボルの少なくとも１ブロックに符号化するステップであり、ｍは、前記シンボルが伝送される別個の空間ダイバースチャネルの数であり、前記符号化するステップは、前記複数のチャネルシンボルが、前記入力シンボル、前記入力シンボルの負の値、前記入力シンボルの複素共役、及び前記入力シンボルの複素共役の負の値を含むように、前記複数の入力シンボルの各々に対応する複数のチャネルシンボルを生成する、符号化するステップと、
前記チャネルシンボルの２つが互いに複素共役である場合、前記２つのチャネルシンボルの一方を１回のＩＦＦＴの出力と置き換え、前記２つのチャネルシンボルの他方を、前記出力の指数の反転により得られるシンボルと置き換えるステップと、
前記入力シンボルの複素共役に対応するＯＦＤＭシンボルが、指数を反転させたお互いの複製であるように、ＩＦＦＴを使用して前記チャネルシンボルからＯＦＤＭシンボルを生成するステップと、
各々の入力シンボルが、前記ｍチャネルの同じサブキャリアにおける対応するチャネルシンボルを有するように、前記ｍチャネル上で、前記ｎ＊ｍチャネルシンボルを送信するステップと
を有する方法。
【請求項８】
単一のアンテナを有する受信機が、
前記送信されたｎ＊ｍチャネルシンボルを受信するステップと、
前記受信されたｎ＊ｍチャネルシンボルを復号化するステップと
を実行するステップを更に有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ｎ＝ｍ＝２であり、
前記符号化するステップは、２チャネルシンボル｛ｓ０ｓ１｝の各々のブロックが、２チャネルシンボルの第１シーケンス｛ｓ０，−ｓ１＊｝に符号化されるとともに、２チャネルシンボルの第２シーケンス｛ｓ１，ｓ０＊｝に符号化され、ｓｉ＊はｓｉの複素共役であるように、２チャネルシンボルのブロックに前記入力シンボルを符号化するステップを更に有し、
前記送信するステップが、前記第１シーケンスを第１チャネルに加え、前記第２シーケンスを第２チャネルに加えるステップを更に有する、
請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低コスト且つ低消費電力の伝送ダイバーシチを達成するために、時空間符号化（ＳＴＣ）を使用するマルチバンド直交周波数分割多重（ＭＢ−ＯＦＤＭ）超広帯域無線（ＵＷＢ）システムのためのシステム、装置、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチバンドＯＦＤＭ ＵＷＢシステムにおいて、信号が複数のバンドに渡ってホップする。各々のホップにおいて、ＯＦＤＭシンボルが前記バンドの１つの上で伝送される。通常ホッピングパターンは異なるバンドからなる。このモードは、「時間周波数インターリービング」又はＴＦＩモードと呼ばれる。ホッピングパターンが単一のバンドのみからなる（ホッピングなしの）場合、このモードは、「固定周波数インターリービング」又はＦＦＩモードと呼ばれる。
【０００３】
マルチプルアンテナは、空間ダイバーシチを得るために送信機若しくは受信機、又はその両方において使用され得る。受信ダイバーシチ、例えば最大比受信合成（ＭＲＲＣ）は、よりよい性能をもつ一方、送信ダイバーシチは、非常に簡素且つ低消費電力でかなりのゲインを得ることができる。このことは、主として送信機が受信機よりも、通常簡素かつ低消費電力であるという事実による。例えば、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）は、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）よりも非常に簡素かつ低消費電力で実現され得る。
【０００４】
マルチプル送信アンテナ及び単一受信アンテナが使用される場合、受信される信号は、マルチプル送信信号の干渉する混信となる。時空間符号化は、これらの信号を分離する一方、完全な程度の送信ダイバーシチを達成することを可能にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＭＢ−ＯＦＤＭ ＵＷＢシステムの消費電力、有効距離、又はデータレートを改善させるために、本発明のシステム、装置、及び方法は、空間ダイバーシチの一種、すなわち時空間符号化を使用する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例えば、本発明の１つの時空間符号化（ＳＴＣ）の応用は、各々のバンドに適用されるAlamouti時空間ブロック符号化を使用するＭＢ−ＯＦＤＭ ＵＷＢシステムである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下の説明が、制限するのではなく説明する目的で提供されるということは、当業者により理解されるべきである。当業者は、本発明の要旨及び請求項の範囲内において、多くの変形例があるということを理解する。既知の機能及び操作の不要な詳細は、本発明を不明確にしないため、この説明から除外され得る。
【０００８】
Alamouti時空間ブロック符号化
Alamouti時空間符号化は、２アンテナの複素直交時空間符号化（ＳＴＣ）であり、S.  Alamouti,  A  Simple  Transmit  Diversity  Technique  Tor  Wireless  Communications,  IEEE  J.  Select.  Areas  Comm.,  vol.  16,  pp.  1451-1458,  Oct.  1998を参照されたい。
【０００９】
図１を参照すると、送信アンテナ０と受信アンテナとの間のチャネルは、ｈ０１００により示され、送信アンテナ１と受信アンテナとの間のチャネルは、ｈ１１０１により示される。４つの送信シンボルは、所与のシンボル期間において、２つのアンテナから２つの信号を同時に送信することにより、２つのデータシンボルから得られ、
ｓ０，０＝Ｓ０
ｓ０，１＝Ｓ１
ｓ１，０＝−Ｓ１＊
ｓ１，１＝Ｓ０＊
であり、ここで＊は複素共役を表し、Ｓｋ１０２ １０３はデータシンボルであり、ｓｌ，ｍは時刻ｌ＝０，１にアンテナｍ＝０，１において送信されるシンボルである。受信アンテナにおいて受信される信号は、以下に与えられ、
ｒ０＝ｈ０ｓ０，０＋ｈ１ｓ０，１＋ｎ０
ｒ１＝ｈ０ｓ１，０＋ｈ１ｓ１，１＋ｎ１
ここでｒ１１０４は、時刻ｌ＝０，１にアンテナにおいて受信されるシンボルであり、ｎｌ１０５は、時刻ｌ＝０，１における白色ガウス雑音である。それから受信されるシンボルは、以下を得るために合成される。
Ｓ~０＝ｈ０＊ｒ０＋ｈ１ｒ１＊
＝（｜ｈ０｜２＋｜ｈ１｜２）Ｓ０＋ｈ０＊ｎ０＋ｈ１ｎ１＊
Ｓ~１＝ｈ１＊ｒ０−ｈ０ｒ１＊
＝（｜ｈ０｜２＋｜ｈ１｜２）Ｓ１＋ｈ１＊ｎ０−ｈ０ｎ１＊
それから、これらが復号器に送信される。図１は、１つの受信機を備える２分岐送信ダイバーシチ方式を図示する。
【００１０】
この方式は、３ｄＢの損失以外は、最大比受信合成（ＭＲＲＣ）をもつ２受信アンテナを備えるシステムの性能と同様の性能をもつことは明らかである。送信電力が２つのアンテナに分けられなければならないので、この損失が生じる。ベースバンドにおける計算の複雑さは、２つの受信アンテナを備えるＭＲＲＣの複雑さと同様である。
【００１１】
Alamouti時空間ブロック符号化を備えるＭＢ−ＯＦＤＭ ＵＷＢシステム
マルチバンド直交周波数分割多重（ＭＢ−ＯＦＤＭ）システムの第１の実施例において、Alamouti方式が、各々のサブキャリアに適用される。言い換えると、２つのシンボルＳ０及びＳ１が、Alamouti方式を使用して変調される。その結果、ｓ０，０２０３．０．０及びｓ０，１２０３．０．１は、２つの送信アンテナ２０２．１ ２０２．２において、同じサブキャリア上を同時に送信される。シンボルｓ１，０２０３．１．０及びｓ１，１２０３．１．１は、同じサブキャリア２０４．３ ２０６．３において、２つの異なるアンテナ２０２．１ ２０２．２上であるが、もとのＯＦＤＭシンボルに対して（Ｋ＋１）番目のＯＦＤＭシンボル上を送信される。ただし、Ｋはホッピングパターンの長さである（図２参照）。このことは、ホッピングが使用されるＴＦＩモードにおいてさえも、シンボルｓ０，０２０３．０．０及びｓ１，０２０３．１．０が同じチャネル係数となることを可能にする。同様にｓ０，１２０３．０．１及びｓ１，１２０３．１．１に対して、２つの受信された値は、上述のように受信機２０５において合成される。
【００１２】
図３は、このようなシステムのビット誤り率（ＢＥＲ）性能を図示する。図３において、３／４レート畳み込み符号化及び１６ＱＡＭ変調が、１Ｇｂｐｓを達成するために使用される。図３から、時空間符号化ＭＢ−ＯＦＤＭ ＵＷＢシステムを使用することにより、１０−５のＢＥＲにおいて３．７ｄＢのゲインが得られることが観測され得る。１６ＱＡＭの代わりに、ＤＣＭ又はＱＰＳＫが使用される場合も、同様のゲインが達成される。
【００１３】
単一ＩＦＦＴの実現
第２の好ましい実施例において、送信機において必要とされる処理は、時間領域で行われる。このことは、２つのＯＦＤＭシンボル（ｓ０，０及びｓ１，１）に対するＩＦＦＴへの入力が単純に互いに複素共役であるという事実によりなされ得る。このことは、送信されたＯＦＤＭシンボルの一方が、１回のＩＦＦＴを使用して計算され得、他方は、前記出力のインデックス（index）の反転（reversing）により得られる。同じことを、付加する符号を変えてｓ０，１及びｓ１，０に適用する。したがって、ＯＦＤＭシンボルに対して１回のＩＦＦＴ操作のみが、各々のＯＦＤＭシンボル（各々のホップ）に対して必要とされる。
【００１４】
本発明は、低コスト且つ低電力消費で空間ダイバーシチを達成するために、ＭＢ−ＯＦＤＭ ＵＷＢシステムに適用され得る。このことは、より高いデータレート（例えば１Ｇｂｐｓ）において、適度な範囲に到達するのに必須であり得る。これは、現行のデータレートに対する性能（範囲）も改善し得る。
【００１５】
本発明の好ましい実施例が、図示及び説明されているが、ここに記載される装置、システムアーキテクチャ及び方法は、事例的であり、様々な変更及び修正がなされてもよく、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の要素に対して等価のものが置き換えられても良いということは、当業者らにより理解されるであろう。更に、多くの修正が、本発明の中心的な範囲から逸脱することなく、特定の状況に本発明の教示を使用するためになされても良い。それゆえ、本発明は、本発明を実行するために意図される最良のモードとして開示される特定の実施例に制限されず、本発明は、請求項の範囲内にある全ての実施例を含むと意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、Alamoutiによる時空間符号化方式を使用する、１つの受信機を有する２送信機ダイバーシチ方式を図示する。
【図２】図２は、３バンド（ホッピングパターン｛１，２，３｝）のＭＢ−ＯＦＤＭ ＵＷＢ及びAlamouti時空間符号化を図示する。
【図３】図３は、Alamouti時空間符号化を備えるＭＢ−ＯＦＤＭ ＵＷＢのＢＥＲ性能を図示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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