(57)【要約】      （修正有）【課題】受信機側で最小平均二乗誤差復号器（ＭＭＳＥ復号器）を使用することを仮定した時空間周波数符号（ＳＴＦ符号）の設計方法を提供する。【解決手段】少なくとも２つの送信アンテナが設けられた少なくとも１つの送信機と少なくとも１つの受信アンテナが設けられた少なくとも１つの受信機とを含む電気通信システムの少なくとも１つのチャネルを通じてシンボルを送信する時、複数のシンボルを含むベクトルに符号化行列が乗算されて、送信機と受信機との間に確立された少なくとも１つの通信チャネルにわたって送信される符号化されたシンボルが生成される符号化ステップを含み、符号化行列は、サイズＮ（符号の時間次元及び／又は周波数次元）の単位行列と、チャネルの応答の推定された相関行列から得られた行列との少なくともクロネッカ積を計算することにより得られる行列の固有値分解から計算される。【選択図】  図１
2006345510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの送信アンテナ（Ａｎｔｔ１、Ａｎｔｔ２）が設けられた少なくとも１つの送信機（１０）と少なくとも１つの受信アンテナ（Ａｎｔｒ１）が設けられた少なくとも１つの受信機とを含む電気通信システムの少なくとも１つのチャネルを通じてシンボルを送信するための方法であって、
前記方法は、複数のシンボルを含むベクトルに符号化行列が乗算されて、前記送信機（１０）と前記受信機（２０）との間に確立された前記少なくとも１つの通信チャネルにわたって送信される符号化されたシンボルが生成される、符号化ステップ（Ｓ３１０、Ｓ４１０）を含み、
前記符号化行列は、サイズＮの単位行列と、前記チャネルの応答の推定された相関行列から得られた行列との少なくともクロネッカ積（Ｓ３０１、Ｓ４０２、Ｓ４０３、Ｓ４０４）を計算することにより得られる行列の固有値分解から計算される（Ｓ３０２、Ｓ４０１）ことを特徴とし、Ｎは、符号の時間次元及び／又は周波数次元である、シンボルを送信するための方法。
【請求項２】
前記符号化行列
【数１】
2006345510.tif 000120
は、サイズＮの前記単位行列ＩＮと、前記チャネルの前記応答の前記推定された相関行列の実数部
【数２】
2006345510.tif 000121
との前記クロネッカ積を計算することと、
サイズＮの前記単位行列ＩＮと、前記チャネルの前記応答の前記推定された相関行列の虚数部
【数３】
2006345510.tif 000122
との前記クロネッカ積を計算することと
によって得られる行列
【数４】
2006345510.tif 000123
の固有値分解から計算されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記行列
【数５】
2006345510.tif 000124
は、
【数６】
2006345510.tif 000125
に等しいことを特徴とし、ここで、
【数７】
2006345510.tif 000126
は、前記クロネッカ積である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記行列
【数８】
2006345510.tif 000127
の前記固有値分解は、
【数９】
2006345510.tif 000128
に等しく、ここで、
【数１０】
2006345510.tif 000129
は、前記行列
【数１１】
2006345510.tif 000130
の固有ベクトルの行列であり、
【数１２】
2006345510.tif 000131
は、前記行列
【数１３】
2006345510.tif 000132
の転置行列であり、
【数１４】
2006345510.tif 000133
は、前記行列
【数１５】
2006345510.tif 000134
の固有値を含む非負対角行列であり、前記符号化行列
【数１６】
2006345510.tif 000135
は、前記行列
【数１７】
2006345510.tif 000136
の列の一部によって形成された行列
【数１８】
2006345510.tif 000137
に、前記対角行列
【数１９】
2006345510.tif 000138
の一部によって形成された対角行列
【数２０】
2006345510.tif 000139
を乗算することにより得られることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記行列
【数２１】
2006345510.tif 000140
は、前記行列
【数２２】
2006345510.tif 000141
の２＊Ｑ個の最大の非ゼロの対角値を選択することによって形成されることを特徴とし、ここで、Ｑは、複数のシンボルを含む前記ベクトル内に含まれるシンボルの個数であり、前記行列
【数２３】
2006345510.tif 000142
は、前記行列
【数２４】
2006345510.tif 000143
について選択された前記２＊Ｑ個の最大の値に同じ順序で関連付けられた前記行列
【数２５】
2006345510.tif 000144
の２＊Ｑ個の列を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
複数のシンボルを含む前記ベクトル内のシンボルの前記個数Ｑは、前記次元Ｎで割り切れないことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記符号化行列
【数２６】
2006345510.tif 000145
は、第３の行列Ｖ’ｔから計算されることを特徴とし、
前記行列Ｖ’ｔは、次元２＊Ｑの正規直交行列Ｖ’の転置行列である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記行列Ｖ’は、離散フーリエ変換行列から得られることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記行列Ｖ’は、２＊Ｑが２のべき乗である場合に、次元２＊Ｑのアダマール行列であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記符号化行列
【数２７】
2006345510.tif 000146
は、以下の公式
【数２８】
2006345510.tif 000147
を使用して計算される（Ｓ３０８）ことを特徴とし、
ここで、Ｐの所定の平均送信電力について
【数２９】
2006345510.tif 000148
である、請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記符号化行列は、ＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣであり、前記チャネルの前記応答の推定された相関行列から得られた前記行列
【数３０】
2006345510.tif 000149
は、前記チャネルの前記周波数応答の前記推定された相関行列ＲＴＸの共役行列であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記行列
【数３１】
2006345510.tif 000150
の前記固有値分解は、ＵΛＵＨに等しいことを特徴とし、
ここで、Ｕは、前記行列
【数３２】
2006345510.tif 000151
の前記固有ベクトルの行列であり、
ＵＨは、前記行列Ｕの共役転置行列であり、
Λは、前記行列
【数３３】
2006345510.tif 000152
の固有値を含む非負対角行列であり、
前記ＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣは、前記行列Ｕの列の一部によって形成された行列Ｕ’に、前記行列Λの対角要素の一部によって形成された対角行列である行列Λ’を乗算することにより得られることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記行列Λ’は、前記行列ΛのＱ個の最大の非ゼロの対角値を選択することによって形成されることを特徴とし、
ここで、Ｑは、複数のシンボルを含む前記ベクトル内に含まれるシンボルの個数であり、
前記行列Ｕ’は、前記行列Λ’について選択された前記Ｑ個の最大の値に関連付けられた前記行列ＵのＱ個の列を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
複数のシンボルを含む前記ベクトル内のシンボルの前記個数Ｑは、前記次元Ｎで割り切れないことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣは、第３の行列ＶＨから計算されることを特徴とし、
前記行列ＶＨは、次元Ｑのユニタリ行列Ｖの転置共役行列である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記行列Ｖは、離散フーリエ変換行列であることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記行列Ｖは、Ｑが２のべき乗である場合に、次元Ｑのアダマール行列であることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣは、式
【数３４】
2006345510.tif 000153
を使用して計算される（Ｓ４０８）ことを特徴とし、
ここで、
【数３５】
2006345510.tif 000154
であり、Ｐは、所定の平均送信電力の値である、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも２つの送信アンテナ（Ａｎｔｔ１、Ａｎｔｔ２）が設けられた少なくとも１つの送信機（１０）と少なくとも１つの受信アンテナ（Ａｎｔｒ１）が設けられた少なくとも１つの受信機（２０）とを含む電気通信システムの少なくとも１つのチャネルを通じてシンボルを送信するためのデバイスであって、
前記デバイスは、複数のシンボルを含むベクトルに符号化行列が乗算されて、前記送信機と前記受信機との間に確立された前記少なくとも１つの通信チャネルにわたって送信される符号化されたシンボルが生成される、符号化手段（１００）を備え、
前記デバイスは、サイズＮの単位行列と、前記チャネルの応答の推定された相関行列から得られた行列との少なくともクロネッカ積を計算することにより得られる行列の固有値分解から前記符号化行列を計算するための手段（２０２）を備えることを特徴とし、Ｎは、符号の時間次元及び／又は周波数次元である、シンボルを送信するためのデバイス。
【請求項２０】
少なくとも１つの受信アンテナ（Ａｎｔｒ１）が設けられた受信機（２０）によってシンボルを復号するための方法であって、
前記シンボルは、少なくとも２つの送信アンテナ（Ａｎｔｔ１、Ａｎｔｔ２）が設けられた送信機（１０）により電気通信システムの少なくとも１つのチャネルを通じて送信され、
前記方法は、受信された複数のシンボルを含むベクトルに復号行列が乗算されて、復号されたシンボルが生成される、復号ステップを含み、
前記復号行列は、サイズＮの単位行列と、前記チャネルの応答の推定された相関行列から得られた行列との少なくともクロネッカ積を計算することにより得られる行列の固有値分解から計算されることを特徴とし、Ｎは、符号の時間次元及び／又は周波数次元である、シンボルを復号するための方法。
【請求項２１】
少なくとも２つの送信アンテナが設けられた１つの送信機により電気通信システムの少なくとも１つのチャネルを通じて送信されているシンボルを復号するためのデバイス（２０）であって、
前記デバイスは、受信された複数のシンボルを含むベクトルに復号行列が乗算されて、復号されたシンボルが生成される、復号手段（１２３）を備え、
前記デバイスは、サイズＮの単位行列と、前記チャネルの応答の推定された相関行列から得られた行列との少なくともクロネッカ積を計算することにより得られる行列の固有値分解から復号行列を計算するための手段（１２１）を備えることを特徴とし、Ｎは、符号の時間次元及び／又は周波数次元である、シンボルを復号するためのデバイス。
【請求項２２】
プログラマブルデバイスに直接ロード可能にすることができるコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータプログラムがプログラマブルデバイスで実行される際に、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法の前記ステップを実施するための命令又はコードの一部を含む、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの送信アンテナが設けられた少なくとも１つの送信機と少なくとも１つの受信アンテナが設けられた少なくとも１つの受信機とを含む電気通信システムの少なくとも１つのチャネルを通じてシンボルを送信するための方法に関し、当該方法は、複数のシンボルを含むベクトルに符号化行列が乗算されて、送信機と受信機との間に確立された少なくとも１つの通信チャネルにわたって送信されるシンボルが生成される、符号化ステップを含む。
【０００２】
より正確に言えば、本発明は、送信機が通信チャネルに関する正確な知識を持たない場合、及び、受信機が、通信チャネルに関する非常に良い知識を持つ最小平均２乗誤差（ＭＭＳＥ）受信機である場合に特に適合される。
【０００３】
複数のアンテナが無線リンクの受信機端及び／又は送信機端で使用される電気通信システムは、多入力多出力システムと呼ばれる（以降、ＭＩＭＯシステムと呼ぶ）。ＭＩＭＯシステムは、単一アンテナシステムによって提供される伝送容量と比較して、より大きな伝送容量を提供するものとして示されてきた。詳細には、ＭＩＭＯの容量は、所与の信号対雑音比に対して、好都合な無相関チャネル状態の下では、送信アンテナ数又は受信アンテナ数のいずれか最小のものと共に線形に増加する。このようなＭＩＭＯ技法は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重の略語）に基づくマルチキャリア変調技法と組み合わせることができ、今後の無線システムでのその使用も検討されている。
【０００４】
ＭＩＭＯの可能性を適切に活用するための専用の符号化が、過去何年にもわたって研究されてきた。これらの符号化方式は、一般に、空間次元及び時間次元の双方に及び、したがって、それら符号化方式は、時空間符号（ＳＴ符号）という名前を有する。或いは、それら符号化方式は、周波数次元、たとえばＯＦＤＭシステムのいくつかのサブキャリアにも及ぶ場合があり、したがって、これら符号化方式は、時空間周波数符号（ＳＴＦ符号）と呼ばれる。
【０００５】
本発明によれば、ＳＴＦ符号は、空間次元及び時間次元並びに／又は周波数次元に及ぶ符号化方式である。ＳＴＦ符号は、空間次元及び時間次元に及ぶ符号化方式とすることもできるし、空間次元及び周波数次元に及ぶ符号化方式とすることもできるし、空間次元及び時間次元並びに周波数次元に及ぶ符号化方式とすることもできる。
【０００６】
これらの符号化方式の目的は、ＭＩＭＯの空間的な次元を良好な性能をもって使用することである。この空間的な次元は、所与のエラー率性能においてデータ転送速度を増加させるのに使用することができる。これは、Electronics Letters, Vol. 35, No. 1, Jan. 7, 1999, pp. 14-15に発表されたG. D. Golden、G. J. Foschini、R. A. Valenzuela、P. W. Wolniansky著の「Detection Algorithm and Initial Laboratory Results using the V-BLAST Space-Time Communication Architecture」と題する論文に開示されているような空間多重化を通じて達成される。
【０００７】
空間的な次元は、或る一定のデータ転送速度におけるエラー率性能を改善するのに使用することもできる。一例として、符号は、IEEE J. Selected Areas in Communications, vol. 16, pp.1451-1458, Oct. 1998に発表されたS. M. Alamouti著の「A simple transmitter diversity scheme for wireless communications」と題する論文に開示されるような送信アンテナ及び受信アンテナのダイバーシティを活用する。
【０００８】
一般的な視点から、ＳＴＦ符号は、空間多重化及び空間ダイバーシティを通じた性能の改善というこれら２つの可能性を組み合わせたさまざまな場合に対処するのに使用される。
【０００９】
時空間ブロック符号と呼ばれる最もよく知られているタイプのＳＴＦ符号は、時空間トレリス符号(trellis codes)とは対照的に、簡潔な行列表記で表され、可能な符号語の個数は行列のサイズに依存する。これらの符号は、理想的には、最尤（ＭＬ）復号、又は、事後確率（ＡＰＰ）復号若しくは球内復号やリスト球内復号等の事後確率復号を近似したもののような全探索によって復号される。
【００１０】
特に、符号は、このようなタイプの理想的な受信機を仮定して設計される。主な問題は、復号器の複雑度が、ＭＬ復号又はＡＰＰ復号の場合には入力サイズの指数関数となって非常に大きく、球内復号又はリスト球内復号の場合には入力サイズの多項式となって非常に大きいということである。これによって、それら符号の移動受信機での実装を実現することが、特に高いスペクトル効率では難しくなる。
【００１１】
これに対して、ＭＭＳＥ復号は、一般に既知のタイプの復号であり、かなり低い複雑度を有する。ＭＭＳＥ復号は、実際の実装にとって非常に良い候補である。
【００１２】
その上、既存のＳＴＦブロック符号は、一般に、完全な送信無相関性を仮定して設計される。これもまた、実際には、一方の側の複数の送信アンテナと他方の側の１つ又は複数の受信アンテナとの間に残差相関(residual correlation)が存在する場合には当てはまらない。残差相関は、アンテナの配置及び伝播状態によるものである。
【００１３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０４１７５１号明細書
【非特許文献１】HEMANTH SAMPATH:「Linear Precoding and Decoding for Multiple Input Multiple Output (MIMO) Wireless Channels」 DISSERTATION SUBMITTED TO THE DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING AND THE COMMITTEE ON GRADUATE STUDIES OF STANFORD UNIVERSITY IN PARTIAL FULFILLMENT OF THE REQUIREMENTS FOR THE DEGREE OF DOCTOR OF PHILOSOPHY, April 2001 (2001-04), XP002245817
【００１４】
本発明は、既知の残差送信相関が存在するより現実的な仮定の下において、受信機側でＭＭＳＥ復号器を使用することを仮定して、ＳＴＦ符号設計又はＳＴＦ前置符号化(pre-coding)設計を提案する。
【００１５】
そのために、本発明は、少なくとも２つの送信アンテナが設けられた少なくとも１つの送信機と少なくとも１つの受信アンテナが設けられた少なくとも１つの受信機とを含む電気通信システムの少なくとも１つのチャネルを通じてシンボルを送信するための方法であって、当該方法は、複数のシンボルを含むベクトルに符号化行列が乗算されて、送信機と受信機との間に確立された少なくとも１つの通信チャネルにわたって送信される符号化されたシンボルが生成される、符号化ステップを含み、符号化行列は、サイズＮの単位行列と、チャネルの応答の推定された相関行列から得られた行列との少なくともクロネッカ積を計算することにより得られる行列の固有値分解(eigenvalue decomposition)から計算されることを特徴とし、Ｎは、符号の時間次元及び／又は周波数次元である、方法、に関係する。
【００１６】
さらに別の態様によれば、本発明は、少なくとも２つの送信アンテナが設けられた少なくとも１つの送信機と少なくとも１つの受信アンテナが設けられた少なくとも１つの受信機とを含む電気通信システムの少なくとも１つのチャネルを通じてシンボルを送信するためのデバイスであって、当該デバイスは、複数のシンボルを含むベクトルに符号化行列が乗算されて、送信機と受信機との間に確立された少なくとも１つの通信チャネルにわたって送信される符号化されたシンボルが生成される、符号化手段を備え、当該デバイスは、サイズＮの単位行列と、チャネルの応答の推定された相関行列から得られた行列との少なくともクロネッカ積を計算することにより得られる行列の固有値分解から符号化行列を計算するための手段を備えることを特徴とし、Ｎは、符号の時間次元及び／又は周波数次元である、デバイス、に関係する。
【００１７】
このように、クロネッカ積を通じて、時間次元及び／又は周波数次元がチャネルの記述に含められる。これは、空間次元及び時間次元並びに／又は周波数次元を有し、これによって、これら３つの次元又はこれら次元の一部を共同で考慮した符号を設計することが可能になる。
【００１８】
本発明の第１の態様によれば、符号化行列
【００１９】
【数１】
2006345510.tif 000003
【００２０】
は、サイズＮの単位行列ＩＮと、チャネルの応答の推定された送信相関行列の実数部
【００２１】
【数２】
2006345510.tif 000004
【００２２】
とのクロネッカ積を計算することと、
サイズＮの単位行列ＩＮと、チャネルの応答の推定された送信相関行列の虚数部
【００２３】
【数３】
2006345510.tif 000005
【００２４】
とのクロネッカ積を計算することと
によって得られる行列
【００２５】
【数４】
2006345510.tif 000006
【００２６】
の固有値分解から計算された実行列である。
【００２７】
このように、クロネッカ積を通じて、時間次元及び／又は周波数次元がチャネルの記述に含められ、その結果、符号化の解はＳＴＦ符号となる。
【００２８】
特定の特徴によれば、行列
【００２９】
【数５】
2006345510.tif 000007
【００３０】
は、
【００３１】
【数６】
2006345510.tif 000008
【００３２】
に等しく、ここで、
【００３３】
【数７】
2006345510.tif 000009
【００３４】
は、クロネッカ積である。
【００３５】
特定の特徴によれば、行列
【００３６】
【数８】
2006345510.tif 000010
【００３７】
の固有値分解は、
【００３８】
【数９】
2006345510.tif 000011
【００３９】
に等しく、ここで、
【００４０】
【数１０】
2006345510.tif 000012
【００４１】
は、行列
【００４２】
【数１１】
2006345510.tif 000013
【００４３】
の固有ベクトルの行列であり、
【００４４】
【数１２】
2006345510.tif 000014
【００４５】
は、行列
【００４６】
【数１３】
2006345510.tif 000015
【００４７】
の転置行列であり、
【００４８】
【数１４】
2006345510.tif 000016
【００４９】
は、行列
【００５０】
【数１５】
2006345510.tif 000017
【００５１】
の固有値を含む非負対角行列であり、符号化行列
【００５２】
【数１６】
2006345510.tif 000018
【００５３】
は、行列
【００５４】
【数１７】
2006345510.tif 000019
【００５５】
の列の一部によって形成された行列
【００５６】
【数１８】
2006345510.tif 000020
【００５７】
に、対角行列
【００５８】
【数１９】
2006345510.tif 000021
【００５９】
の一部によって形成された対角行列
【００６０】
【数２０】
2006345510.tif 000022
【００６１】
を乗算することにより得られる。
【００６２】
このように、性能が改善される。
【００６３】
特定の特徴によれば、行列
【００６４】
【数２１】
2006345510.tif 000023
【００６５】
は、行列
【００６６】
【数２２】
2006345510.tif 000024
【００６７】
の２＊Ｑ個の最大の非ゼロの対角値を選択することによって形成され、ここで、Ｑは、複数のシンボルを含むベクトル内に含まれるシンボルの個数であり、行列
【００６８】
【数２３】
2006345510.tif 000025
【００６９】
は、行列
【００７０】
【数２４】
2006345510.tif 000026
【００７１】
について選択された２＊Ｑ個の最大の値に同じ順序で関連付けられた行列
【００７２】
【数２５】
2006345510.tif 000027
【００７３】
の２＊Ｑ個の列を含む。
【００７４】
このように、性能が改善される。
【００７５】
特定の特徴によれば、複数のシンボルを含むベクトル内に含まれるシンボルの個数Ｑは、次元Ｎで割り切れない。
【００７６】
特定の特徴によれば、符号化行列
【００７７】
【数２６】
2006345510.tif 000028
【００７８】
は、第３の行列Ｖ’ｔから計算され、行列Ｖ’ｔは、次元２＊Ｑの正規直交行列Ｖ’の転置行列である。
【００７９】
特定の特徴によれば、行列Ｖ’は、離散フーリエ変換行列から得られるか、又は、行列Ｖ’は、２＊Ｑが２のべき乗である場合に、次元２＊Ｑのアダマール行列である。
【００８０】
ここで、次元Ｑ又は２Ｑの行列は、次元Ｑ×Ｑ又は次元２＊Ｑ×２＊Ｑの正方行列として理解されるべきであることに留意しなければならない。
【００８１】
特定の特徴によれば、符号化行列
【００８２】
【数２７】
2006345510.tif 000029
【００８３】
は、以下の公式
【００８４】
【数２８】
2006345510.tif 000030
【００８５】
を使用して計算され、ここで、Ｐの所定の平均送信電力について
【００８６】
【数２９】
2006345510.tif 000031
【００８７】
である。
【００８８】
本発明の第２の態様によれば、符号化行列は、
【００８９】
【数３０】
2006345510.tif 000032
【００９０】
から得られたＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣであり、この行列は、チャネルの周波数応答の推定された送信相関行列ＲＴＸの共役行列である。
【００９１】
このように、クロネッカ積を通じて、時間次元及び／又は周波数次元が、チャネルの記述に含められる。
【００９２】
特定の特徴によれば、行列
【００９３】
【数３１】
2006345510.tif 000033
【００９４】
の固有値分解は、ＵΛＵＨに等しく、ここで、Ｕは、行列
【００９５】
【数３２】
2006345510.tif 000034
【００９６】
の固有ベクトルの行列であり、ＵＨは、行列Ｕの共役転置行列であり、Λは、行列
【００９７】
【数３３】
2006345510.tif 000035
【００９８】
の固有値を含む非負対角行列であり、ＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣは、行列Ｕの列の一部によって形成された行列Ｕ’に、行列Λの対角要素の一部によって形成された対角行列である行列Λ’を乗算することにより得られる。
【００９９】
このように、クロネッカ積を通じて、時間次元及び／又は周波数次元が、チャネルの記述に含められる。
【０１００】
特定の特徴によれば、行列Λ’は、行列ΛのＱ個の最大の非ゼロの対角値を選択することによって形成され、ここで、Ｑは、複数のシンボルを含むベクトル内に含まれるシンボルの個数であり、行列Ｕ’は、行列Λ’について選択されたＱ個の最大の値に関連付けられた行列ＵのＱ個の列を含む。
【０１０１】
特定の特徴によれば、複数のシンボルを含むベクトル内に含まれるシンボルの個数Ｑは、次元Ｎで割り切れない。
【０１０２】
特定の特徴によれば、ＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣは、第３の行列ＶＨから計算され、行列ＶＨは、次元Ｑのユニタリ行列Ｖの転置共役行列である。
【０１０３】
特定の特徴によれば、行列Ｖは、離散フーリエ変換行列であるか、又は、行列Ｖは、Ｑが２のべき乗である場合に、次元Ｑのアダマール行列である。
【０１０４】
特定の特徴によれば、ＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣは、公式
【０１０５】
【数３４】
2006345510.tif 000036
【０１０６】
を使用して計算され、ここで、
【０１０７】
【数３５】
2006345510.tif 000037
【０１０８】
であり、Ｐは、所定の平均送信電力の値である。
【０１０９】
さらに別の態様によれば、本発明は、少なくとも１つの受信アンテナが設けられた受信機によってシンボルを復号するための方法であって、シンボルは、少なくとも２つの送信アンテナが設けられた送信機により電気通信システムの少なくとも１つのチャネルを通じて送信され、当該方法は、受信された複数のシンボルを含むベクトルに復号行列が乗算されて、復号されたシンボルが生成される、復号ステップを含み、復号行列は、サイズＮの単位行列と、チャネルの応答の推定された相関行列から得られた行列との少なくともクロネッカ積を計算することにより得られる行列の固有値分解から計算されることを特徴とし、Ｎは、符号の時間次元及び／又は周波数次元である、方法に関連する。
【０１１０】
さらに別の態様によれば、本発明は、少なくとも２つの送信アンテナが設けられた１つの送信機により電気通信システムの少なくとも１つのチャネルを通じて送信されているシンボルを復号するためのデバイスであって、当該デバイスは、受信された複数のシンボルを含むベクトルに復号行列が乗算されて、復号されたシンボルが生成される、復号手段を備え、当該デバイスは、サイズＮの単位行列と、チャネルの応答の推定された相関行列から得られた行列との少なくともクロネッカ積を計算することにより得られる行列の固有値分解から復号行列を計算するための手段を備えることを特徴とし、Ｎは、符号の時間次元及び／又は周波数次元である、デバイスに関連する。
【０１１１】
さらに別の態様によれば、本発明は、プログラマブルデバイスに直接ロード可能にすることができるコンピュータプログラムであって、このコンピュータプログラムがプログラマブルデバイスで実行される際に、本発明による方法のステップを実施するための命令又はコードの一部を含む、コンピュータプログラムに関連する。このコンピュータプログラムに関する特徴及び利点は、本発明による方法及びデバイスに関して上述した特徴及び利点と同じであるので、それら特徴及び利点は、ここでは繰り返さないことにする。
【０１１２】
本発明の特徴は、一例の実施の形態の以下の説明を読むことによって、より明確になる。当該説明は、添付図面を参照して作成されている。
【０１１３】
図１は、本発明による電気通信システムを表している。
【０１１４】
図１は、電気通信ネットワーク１５０の無線ＭＩＭＯ通信チャネルを通じて情報を交換する２つの通信デバイス１０及び２０を開示している。
【０１１５】
通信デバイス１０は、好ましくは、電気通信ネットワーク１５０のＭＩＭＯ下りリンク送信チャネルを通じて通信デバイス２０へデータを転送する基地局である。通信デバイス２０は、好ましくは移動端末である。
【０１１６】
簡単にするために、図１には１つの移動端末２０しか示されていない。もちろん、より重要な(important)個数の移動端末が、本発明が使用される電気通信ネットワーク１５０の基地局１０からデータを受信し、又は、当該基地局へデータを送信する。
【０１１７】
基地局１０は、図１ではＡｎｔｔ１、Ａｎｔｔ２、…及びＡｎｔｔＮｔとそれぞれ記された複数のＮｔ個のアンテナを有し、移動端末２０は、少なくとも１つのアンテナを有する。一例として、移動端末は、Ａｎｔｒ１、Ａｎｔｒ２〜ＡｎｔｒＮｒとそれぞれ記された複数のＮｒ個のアンテナを有し、この場合、Ｎｔ個の送信アンテナ及びＮｒ個の受信アンテナによるＭＩＭＯ下りリンク送信チャネルが作成される。
【０１１８】
好ましくは、簡単にするために、データの送信は、Ｎｃ個の変調サブキャリアを有する直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調を使用する。ＯＦＤＭパラメータが、特にチャネル遅延拡散（channel delay spread）の点で適切である場合に、各サブキャリアは、ＭＩＭＯフラットフェージングチャネルを経験する。本発明で説明する方法は、シンボル間干渉を経験する単一キャリアシステムに拡張することができる。その場合、考慮されるフラットフェージングＭＩＭＯチャネルは、遅延領域均一化チャネル（delay domain equalized channel）である。
【０１１９】
変調シンボルは、次元Ｎｔ＊Ｎｔｉｍｅ＊Ｎｆｒｅｑの時空間周波数（ＳＴＦ）ブロック符号又は線形ＳＴＦ前置符号化器(pre-coder)を使用して、空間次元、時間次元、及び周波数次元にわたって送信される。ここで、Ｎｔｉｍｅは、ＯＦＤＭシンボルに関する符号の時間次元であり、Ｎｆｒｅｑは、サブキャリアに関する符号の周波数次元である。したがって、Ｎ＝Ｎｔｉｍｅ＊Ｎｆｒｅｑは、等価的に、時空間（ＳＴ）符号又は線形ＳＴ前置符号化器についての時間次元、空間周波数（ＳＦ）符号又は線形ＳＦ前置符号化器についての周波数次元、及び時空間周波数（ＳＴＦ）符号又は線形ＳＴＦ前置符号化器についての時間次元及び周波数次元の双方を混合したものを表す。すでに述べたように、ＳＴＦ符号、ＳＴ符号、ＳＦ符号は、本発明ではＳＴＦ符号とみなされる。
【０１２０】
ここで、Ｎｆｒｅｑ＝１である場合、Ｎは、時空間符号化の特定の場合を指し、Ｎｔｉｍｅ＝１の場合、Ｎは、空間周波数符号化の特定の場合を指定することに留意しなければならない。
【０１２１】
本発明によれば、移動局２０は、本発明の第１の態様によると、ＳＴＦ符号により符号化された信号を推定する最小平均２乗誤差受信機を実装し、本発明の第２の態様によると、基地局１０で線形ＳＴＦ前置符号化器により前置符号化された信号を推定する最小平均２乗誤差受信機を実装する。
【０１２２】
移動局２０は、ＭＭＳＥ受信機によって使用される瞬時チャネル応答を推定するチャネル推定モジュール１２２を備える。また、移動局２０は、ＭＭＳＥ受信機によって使用される瞬時チャネル応答のいくつかの実現したものから、ＲＴＸと表される、チャネルの応答の相関行列を推定する相関行列推定器１２０も備える。
【０１２３】
より正確に言えば、チャネルの応答の相関行列ＲＴＸは、電気通信ネットワーク１５０のＭＩＭＯチャネルの送信相関行列を推定したものである。
【０１２４】
この電気通信ネットワーク１５０のＭＩＭＯチャネルの送信相関行列ＲＴＸは、移動局２０により、電気通信ネットワーク１５０の上りリンクＭＩＭＯチャネルを通じて基地局１０へ送信される。
【０１２５】
また、移動局２０は、電気通信ネットワーク１５０のＭＩＭＯチャネルの相関行列ＲＴＸに従って、基地局１０により使用された符号を決定する符号決定モジュール１２１も備える。
【０１２６】
また、移動局２０は、復号を行うために、基地局１０により使用されるＳＴＦ符号化器の少なくとも一部又は線形ＳＴＦ前置符号化器の少なくとも一部を知っている必要もある。基地局１０が、推定された相関行列ＲＴＸの知識から、使用される符号化行列を演算するように、移動局２０は、使用される復号行列を演算する。
【０１２７】
演算された行列は、受信シンボルを推定シンボルに復号するために、移動局２０の復号モジュール１２３へ転送される。
【０１２８】
実現の一変形形態では、電気通信ネットワーク１５０のＭＩＭＯチャネルの送信相関行列ＲＴＸを基地局１０へ転送するのではなく、移動局２０が符号化行列の要素を電気通信ネットワーク１５０の上りリンクＭＩＭＯチャネルを通じて基地局１０へ転送する。
【０１２９】
実現の別の変形形態では、基地局１０は、受信された相関行列に従って、基地局１０が使用する符号化行列を決定し、その符号化行列を移動局２０へ転送する。
【０１３０】
基地局１０は、少なくとも符号化モジュール１００及び計算モジュール１１０を備える。符号化モジュール１００は、本発明の第１の態様によれば、ＳＴＦ符号化モジュールであり、本発明の第２の態様によれば、線形ＳＴＦ前置符号化器である。
【０１３１】
ＳＴＦ符号化モジュール１００は、送信される複数のシンボルを含むベクトルを形成し、形成した各ベクトルに符号化行列を乗算して、ＭＩＭＯチャネルにわたって送信される符号化されたシンボルを生成する。
【０１３２】
計算モジュール１１０は、長期的なチャネルの知識を有するか、又は、チャネルの知識を有しない。これは、計算モジュール１１０が推定された相関行列ＲＴＸを移動局２０からその時々に受信し、受信した、推定された相関行列ＲＴＸから、本発明の第１の態様によれば、ＳＴＦ符号化行列
【０１３３】
【数３６】
2006345510.tif 000038
【０１３４】
を決定し、本発明の第２の態様によればＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣを決定することを意味する。これは、高速フェージングプロセスに関して、ＭＭＳＥ復号後の受信機側における残差の平均２乗誤差(residual Mean Square Error)の平均値を最小にする。
【０１３５】
受信された、推定された相関行列ＲＴＸは、基地局の近くの巨視的な環境を表す。受信された、推定された相関行列ＲＴＸは、チャネルの変動が高速フェージングプロセスに制限されている場合に一定である。基地局と移動局との間のリンクを考慮すれば、推定された相関行列ＲＴＸは、したがって、移動の速度に反比例する期間中、一定であり、したがって、推定された相関行列ＲＴＸの更新頻度は、それに応じて設定されるべきである。
【０１３６】
実際には、更新周期は、通常の基本送信継続期間と比較して大きく、推定された相関行列ＲＴＸの更新が、必要とされるフィードバック帯域幅の点並びに送信側及び受信側の仕事負荷の点で安価であるようにされる。
【０１３７】
実現の一変形形態では、計算モジュール１１０は、推定された相関行列ＲＴＸを移動局２０からその時々に受信するのではなく、移動局１０によって演算された符号化行列又は線形前置符号化行列を、電気通信ネットワーク１５０の上りリンクチャネルを通じて受信する。
【０１３８】
計算モジュール１１０は、図２を参照して詳細に説明することにする。
【０１３９】
ＳＴＦ符号化行列
【０１４０】
【数３７】
2006345510.tif 000039
【０１４１】
及びＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣを決定する理論的基礎を次に開示する。
【０１４２】
以下の方程式は、或るユーザの信号がＳＴＦ符号を使用して送信される場合の離散時間下りリンク受信信号を記述する。
【０１４３】
【数３８】
2006345510.tif 000040
【０１４４】
ここで、ｖ’は、分散σ２の独立同一分布の(independently and identically distributed)ＡＷＧＮ複素サンプルのＮｒＮ＊１ベクトルである。
【０１４５】
以下では、実数の全体をＲと記し、複素数の全体をＣと記す。
【０１４６】
ここで、Ｒ’は、互いの上部にスタックされた
【０１４７】
【数３９】
2006345510.tif 000041
【０１４８】
の列ベクトルＲｉから構成されるＮｒＮ＊１複素ベクトルであり、それぞれのサイズはＮｒ＊１であり、Ｈ’のそれぞれは、ブロック対角ＭＩＭＯチャネル行列である。ここで、Ｎ個のブロックのそれぞれは、ＳＴ符号の時間インデックス若しくはＳＦ符号の周波数インデックス、又は、ＳＴＦ符号の時間及び周波数を混合したインデックスに対応する。すなわち、
【０１４９】
【数４０】
2006345510.tif 000042
【０１５０】
ここで、
【０１５１】
【数４１】
2006345510.tif 000043
【０１５２】
は、正規化されたチャネル行列である。すなわち、受信アンテナｉと送信アンテナｊとの間のチャネル係数Ｈｉｊは、Ｅ（｜Ｈｉｊ｜２）＝１に等しい分散を有し、集中化されている(centered)。チャネル行列Ｈｉは、異なるｉについて多少相関する場合があるが、いずれにしても、チャネル行列Ｈｉは、同じ相関行列によって特徴付けられる。
【０１５３】
ここで、Ｓ∈ＣＱ＊ｌは、Ｑ個の変調シンボルを含むベクトルであり、Ｑは、１つのＳＴＦ符号語あたりのシンボル数である。ＳＲは、Ｓの実数部Ｒｅ（Ｓ）であり、ＳＩは、Ｓの虚数部Ｉｍ（Ｓ）である。Ｓの各シンボルは、１に等しい平均エネルギーを有する。
【０１５４】
方程式（ＥＱ１）のＳＴＦ符号は、２つの複素行列ＥＣ及びＦＣで記述され、一方はＳの実数部を符号化し、他方は虚数部を符号化する。同等に、ＳＴＦ符号は、Ｓ及びＳ＊をそれぞれ符号化する他の２つの複素行列ＣＣ及びＤＣで記述することができる。ここで、Ｓ＊は、行列Ｓの共役を示すことに留意しなければならない。
【０１５５】
ここで、
【０１５６】
【数４２】
2006345510.tif 000044
【０１５７】
は、Ｓの実数部及びＳの虚数部をそれぞれ符号化する符号行列である。ＥＣ及びＦＣは、ＳＴＦ符号を完全に記述し、G. D. Golden、G. J. Foschini、R. A. Valenzuela、P. W. Wolniansky著の「Detection Algorithm and Initial Laboratory Results using the V-BLAST Space-Time Communication Architecture」と題する論文に開示されたような空間多重化から、Alamouti著の「A simple transmitter diversity scheme for wireless communications」の論文に開示されたような真のＳＴＦ符号まで、すべてのブロックＳＴＦ符号を最も一般的な方法で記述することに留意しなければならない。
【０１５８】
これは、ＥＱ１と等価な以下の方程式を与える。
【０１５９】
【数４３】
2006345510.tif 000045
【０１６０】
ＤＣが０にされると、その結果、ＳＴＦ符号は線形ＳＴＦ前置符号化となる。線形ＳＴＦ前置符号化は、ＳＴＦ前置符号化プロセスの出力が、入力された複素ベクトルＳに対する線形操作であることを意味する。この場合、方程式（ＥＱ３）は、次のように記述することができる。
【０１６１】
【数４４】
2006345510.tif 000046
【０１６２】
真のＳＴＦ符号化の場合、符号化行列ＥＣ及びＦＣに対して制約は課されない。ＥＱ１を次の線形形式で書き換えると都合がよい。
【０１６３】
【数４５】
2006345510.tif 000047
【０１６４】
ＥＱ４を実数行列で書き換えると、次の等価な方程式が得られる。
【０１６５】
【数４６】
2006345510.tif 000048
【０１６６】
ここで、
【０１６７】
【数４７】
2006345510.tif 000049
【０１６８】
である。
【０１６９】
電気通信ネットワークのＭＩＭＯ送信チャネルは、フラットフェージングであると仮定され、これは、送信アンテナ及び受信アンテナの各対の間の離散時間チャネル応答が、複素係数（Ｈ）ｉｊとしてモデル化されることを意味する。ここで、ｉは受信アンテナのインデックスであり、ｊは送信アンテナのインデックスである。各サブキャリアは確かにフラットフェージングを経験するので、このような仮定は、ＯＦＤＭ変調に良く適している。チャネル係数は、サブキャリアの周波数において、アンテナの対間のチャネルインパルス応答のＦＦＴの対応するサンプルによって与えられるチャネル周波数応答に等しい。
【０１７０】
発明者は、送信機側の相関行列をＲＴＸと表記し、その平方根をＢと表記し、それによって、ＢＨＢ＝ＲＴＸとなり、したがって、チャネル行列は次のようにモデル化される。
【０１７１】
【数４８】
2006345510.tif 000050
【０１７２】
ここで、Ｇ（ｔ，ｆ）は、正規化された独立同一分布の複素集中(complex centered)ガウス行列である。Ｇ（ｔ，ｆ）の各要素の分布は、
【０１７３】
【数４９】
2006345510.tif 000051
【０１７４】
である。
【０１７５】
表記を簡単にするために、Ｈ及びＧのインデックスｔ及びｆは省略されることに留意しなければならない。
【０１７６】
ＥＱ５及びＥＱ２を結合すると、Ｈ’は、次のようになる。
【０１７７】
【数５０】
2006345510.tif 000052
【０１７８】
独立同一分布の複素集中ガウス行列Ｇｉは、異なるインデックスｉについて等しい場合もあるし、多少相関する場合もある。
【０１７９】
ここで、受信機２０は、電気通信ネットワーク１５０のチャネルの完全な瞬時知識を有するものと仮定されることに留意しなければならない。これは一般に、一例として、適切なパイロットシンボルを使用することにより実装される。
【０１８０】
受信機２０が、完全な瞬時チャネル知識を有するＭＭＳＥ  ＳＴＦ検出器を備えることを考慮すると、ＳＴＦ符号化モジュール１００又は線形ＳＴＦ前置符号化モジュール１００は、検出後に受信機側で、高速フェージングプロセスにわたって平均化された残差の平均２乗誤差を最小にするＳＴＦ符号を使用する。これはすなわちＥＱ６のＧｉである。
【０１８１】
次に、本発明の第１の態様に従って、発明者は、ＳＴＦ符号のＳＴＦ符号化行列を特徴付ける基本原理に焦点を当てることにする。
【０１８２】
すでに開示したように、受信された信号は、実数部及び虚数部の処理が別個に行われる場合に、線形方程式で表すことができる。
【０１８３】
【数５１】
2006345510.tif 000053
【０１８４】
ＳＴＦ符号化行列
【０１８５】
【数５２】
2006345510.tif 000054
【０１８６】
は、送信電力制約条件
【０１８７】
【数５３】
2006345510.tif 000055
【０１８８】
の下で、ＭＭＳＥ検出後の平均残差ＭＳＥを最小にするように求められる。高い信号対雑音比では、すなわち、σ２は小さい。
【０１８９】
【数５４】
2006345510.tif 000056
【０１９０】
は、次のように求められる。
【０１９１】
【数５５】
2006345510.tif 000057
【０１９２】
ここで、
【０１９３】
【数５６】
2006345510.tif 000058
【０１９４】
は、
【０１９５】
【数５７】
2006345510.tif 000059
【０１９６】
の２Ｑ個の最も強い固有値から構成される対角行列であり、
【０１９７】
【数５８】
2006345510.tif 000060
【０１９８】
は、関連した２Ｑ個の固有ベクトル及びその後に続く任意の２ＮｔＮ−２Ｑ個の列ベクトルから構成される。
【０１９９】
【数５９】
2006345510.tif 000061
【０２００】
は、
【０２０１】
【数６０】
2006345510.tif 000062
【０２０２】
によって与えられる。
【０２０３】
ここで、Ｂは、送信相関行列ＢＨＢ＝ＲＴＸ、ＢＲ＝Ｒｅ（Ｂ）及びＢＩ＝Ｉｍ（Ｂ）の平方根である。定数βは、送信電力制約条件を満たす働きをする。たとえば、βは、Ｐの電力制約条件について、
【０２０４】
【数６１】
2006345510.tif 000063
【０２０５】
によって与えられる。
【０２０６】
同様に、
【０２０７】
【数６２】
2006345510.tif 000064
【０２０８】
は、次のように記述することができる。
【０２０９】
【数６３】
2006345510.tif 000065
【０２１０】
ここで、
【０２１１】
【数６４】
2006345510.tif 000066
【０２１２】
は、
【０２１３】
【数６５】
2006345510.tif 000067
【０２１４】
の最初の２Ｑ個の列から構成される２ＮｔＮ＊２Ｑ行列である。
【０２１５】
ここで、本明細書で関与するすべての行列は実数行列であり、Ｖ’は、正規直交２Ｑ＊２Ｑ行列であることのみが必要とされることに留意しなければならない。
【０２１６】
実現の好ましいモードによれば、行列Ｖ’ｔは、ＭＭＳＥ等化後の検出された１つの実次元あたりの最小の平均残差ＳＩＮＲを最大にするように改良を受けることができる行列Ｖ’の転置行列である。Ｖ’は、２Ｑが２のべき乗である場合に、次元２Ｑのアダマール行列(Hadamard matrix)として選ぶことができる。
【０２１７】
また、Ｖ’ｔは、以下の公式を使用して、離散フーリエ変換行列Ｆから得ることもできる。
【０２１８】
【数６６】
2006345510.tif 000068
【０２１９】
ここで、ＦＲｔは、行列Ｆの実数部の転置行列であり、ＦＩｔは、行列Ｆの虚数部の転置行列である。
【０２２０】
次に、本発明の第２の態様に従って、発明者は、ＳＴＦ線形前置符号化行列を特徴付ける基本原理に焦点を当てることにする。
【０２２１】
Ｄｃが０に設定される方程式（ＥＱ３）から開始して、発明者は、受信機がＭＭＳＥ  ＳＴＦ検出器を実装することを考慮し、完全な瞬時チャネル知識が受信機側で利用可能であるものと仮定する。
【０２２２】
符号化行列ＣＣは、送信電力制約条件Ｔｒ（ＣＣ  ＣＣｔ）＝Ｐの下で、ＭＭＳＥ検出後の平均残差ＭＳＥを最小にするように求められる。
【０２２３】
発明者は、
【０２２４】
【数６７】
2006345510.tif 000069
【０２２５】
の固有値分解（ＥＶＤ）：
【０２２６】
【数６８】
2006345510.tif 000070
【０２２７】
を使用する。
【０２２８】
次に、
【０２２９】
【数６９】
2006345510.tif 000071
【０２３０】
のＥＶＤは以下によって与えられる。
【０２３１】
【数７０】
2006345510.tif 000072
【０２３２】
高い信号対雑音比では、ＣＣは次のように求められる。
【０２３３】
【数７１】
2006345510.tif 000073
【０２３４】
ここで、
【０２３５】
【数７２】
2006345510.tif 000074
【０２３６】
は、
【０２３７】
【数７３】
2006345510.tif 000075
【０２３８】
のＱ個の最大の固有値から構成される直交Ｑ＊Ｑ行列であり、Ｕ’の最初のＱ個の列ベクトルは、
【０２３９】
【数７４】
2006345510.tif 000076
【０２４０】
の固有値に関連付けられた
【０２４１】
【数７５】
2006345510.tif 000077
【０２４２】
のＱ個の列ベクトルから構成される。Ｕ’の残りのＮｔＮ−Ｑ個の列ベクトルは、使用されないので、重要ではない。したがって、それらは０に設定することもできるし、いずれかの任意の値に設定することもできる。
【０２４３】
αは、送信電力制約条件を満たすのに使用される正規化係数である。たとえば、送信電力Ｐの制約条件について、
【０２４４】
【数７６】
2006345510.tif 000078
【０２４５】
である。
【０２４６】
同様に、ＣＣは、次のように記述することができる。
【０２４７】
【数７７】
2006345510.tif 000079
【０２４８】
ここで、Ｕ’’は、Ｕ’の最小のＱ個の列から構成されるＮｔＮ＊Ｑ行列である。
【０２４９】
ＥＱ７において、Ｕ’、α、及び
【０２５０】
【数７８】
2006345510.tif 000080
【０２５１】
は、完全に定義されており、Ｖは、ユニタリであることのみ必要とされる。しかしながら、どのユニタリ行列Ｖも、高速フェージングプロセスに関してＭＳＥの同じ平均値を与えるのに対して、Ｖの選択は、その結果のビットエラー率（ＢＥＲ）に影響を与える。
【０２５２】
好ましい実施の形態によれば、Ｖは、検出された信号の１つの次元あたりの最小平均の信号対雑音＋干渉比を最大にするように決定することができる。信号対雑音＋干渉比は、ＳＩＮＲと表記される。離散フーリエ行列及びアダマール行列が、この問題の局所的最適解となることが分かる。
【０２５３】
このように、Ｖは、特定の特徴によれば、次元Ｑのアダマール行列又は離散フーリエ変換として選ぶことができる。
【０２５４】
アダマール行列の場合、Ｑは、２のべき乗である必要がある。
【０２５５】
一変形形態によれば、Ｖは、S. Galliou、J. C. Belfiore著の「Une nouvelle famille de codes espace-temps lineaires, de rendement et de diversite maximaux」, Proc. Propagation Electromagnetique dans l'Atmosphere du Decametrique a l'Angstrom, Rennes 13,14, 15 mars 2002, pp. 117-118又はN. Gresset、J. Boutros、L. Brunel著の「Optimal linear precoding for BICM over MIMO channels」, Proc. of the IEEE International Symposium on Information Theory, Chicago, p. 66, Jun. 2004に記載されるようなユニタリ線形前置符号化行列として選ぶことができる。
【０２５６】
図２は、本発明の第１の態様によるＳＴＦ符号又は本発明の第２の態様によるＳＴＦ線形前置符号化行列を計算する計算モジュールを表している。
【０２５７】
この計算モジュール１１０は、バス２０１によって互いに接続されたコンポーネント及び図３に開示されたようなプログラムにより制御されるプロセッサ２０２に基づくアーキテクチャを有する。計算モジュール１１０は、１つ又は数個の集積回路に統合することができる。
【０２５８】
計算モジュール１１０は、少なくとも１つのランダムアクセスメモリ及び不揮発性メモリによって構成されたメモリ手段２０３を備える。
【０２５９】
バス２０１は、メモリ手段２０３、インターフェースＡＮＴ  Ｉ／Ｆ２０６、及びインターフェース  ｃｏｄ  Ｉ／Ｆ２０７にプロセッサ２０２をリンクする。インターフェースＡＮＴ  Ｉ／Ｆ２０６は、推定された相関行列ＲＴＸ又は推定された相関行列の共役
【０２６０】
【数７９】
2006345510.tif 000081
【０２６１】
を移動局２０から受信する。インターフェースｃｏｄ  Ｉ／Ｆ２０７は、得られた相関行列ＲＴＸに従って、計算されたＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣ又はＳＴＦ符号化行列
【０２６２】
【数８０】
2006345510.tif 000082
【０２６３】
のＳＴＦ符号化モジュール１００への転送を可能にする。
【０２６４】
ランダムアクセスメモリは、変数、デジタルデータ、及び中間処理値を収容することを目的としたレジスタを含む。不揮発性メモリは、モジュール、とくにプロセッサ２０２が動作することを可能にするプログラムを記憶する。プロセッサ２０２は、計算モジュール１１０の主なコンポーネントのオペレーションを制御する。
【０２６５】
図３は、本発明の第１の態様による計算モジュールによって実行されるアルゴリズムを表している。
【０２６６】
このフローチャートのコードは、たとえば、計算モジュール１１０のメモリ２０３の不揮発性メモリに記憶される。通常、計算モジュール１１０は、移動局の最大ドップラ周波数に依存した周波数で、図３に記載されたアルゴリズムに関連した命令を実行する。この周波数は、通常、５ＧＨｚの搬送波周波数及び毎秒３メートルの移動局の速度では数百ミリ秒のリフレッシュ周期に対応する。
【０２６７】
ステップＳ３００では、計算モジュール１１０が、推定された相関行列ＲＴＸを得る。推定された相関行列ＲＴＸは、電気通信ネットワーク１５０の上りリンクＭＩＭＯチャネルを通じて、移動局２０の相関行列推定器１２０から受信される。推定された相関行列は、次に、メモリ２０３のランダムアクセスメモリに記憶される。
【０２６８】
ここで、上りリンクチャネルが、下りリンクチャネルの長期統計に等しい長期統計を有するとみなされる場合に、相関行列ＲＴＸは、計算モジュール１１０によって推定することもできることに留意しなければならない。
【０２６９】
次のステップＳ３０１では、プロセッサ２０２が、以下の公式を使用して、行列
【０２７０】
【数８１】
2006345510.tif 000083
【０２７１】
を計算する。
【０２７２】
【数８２】
2006345510.tif 000084
【０２７３】
ここで、
【０２７４】
【数８３】
2006345510.tif 000085
【０２７５】
は、行列ＲＴＸの実数部であり、
【０２７６】
【数８４】
2006345510.tif 000086
【０２７７】
は、行列ＲＴＸの虚数部である。
【０２７８】
クロネッカ積(Kronecker product)を通じて、時間次元及び／又は周波数次元がチャネルの記述に含められ、その結果、符号化の解はＳＴＦ符号となる。これは、空間次元及び時間次元並びに／又は周波数次元を有する。
【０２７９】
次のステップＳ３０２では、プロセッサ２０２は、行列
【０２８０】
【数８５】
2006345510.tif 000087
【０２８１】
の、ＥＶＤと記される固有値分解を実行する。行列
【０２８２】
【数８６】
2006345510.tif 000088
【０２８３】
は、次に、
【０２８４】
【数８７】
2006345510.tif 000089
【０２８５】
に分解される。ここで、
【０２８６】
【数８８】
2006345510.tif 000090
【０２８７】
は、行列
【０２８８】
【数８９】
2006345510.tif 000091
【０２８９】
の固有ベクトルの行列であり、
【０２９０】
【数９０】
2006345510.tif 000092
【０２９１】
は、行列
【０２９２】
【数９１】
2006345510.tif 000093
【０２９３】
の転置行列であり、
【０２９４】
【数９２】
2006345510.tif 000094
【０２９５】
は、行列
【０２９６】
【数９３】
2006345510.tif 000095
【０２９７】
の固有値を含む非負対角行列である。
【０２９８】
次のステップＳ３０３では、プロセッサ２０３は、所定の判定基準に従って、好ましくは最も高い値から最も低い値へ、行列
【０２９９】
【数９４】
2006345510.tif 000096
【０３００】
の固有値を並べ替える。プロセッサ２０２は、それに応じて、
【０３０１】
【数９５】
2006345510.tif 000097
【０３０２】
の列ベクトルを並べ替え、それに応じて、
【０３０３】
【数９６】
2006345510.tif 000098
【０３０４】
の行ベクトルを並べ替える。
【０３０５】
次のステップＳ３０４では、プロセッサ２０２は、
【０３０６】
【数９７】
2006345510.tif 000099
【０３０７】
の２Ｑ個の最も強い固有値から構成される対角行列である行列
【０３０８】
【数９８】
2006345510.tif 000100
【０３０９】
を形成する。
【０３１０】
次のステップＳ３０５では、プロセッサ２０２は、最も強い固有値の関連した２Ｑ個の固有ベクトル及びその後の続く任意の２ＮｔＮ−２Ｑ個の列ベクトルから構成される行列
【０３１１】
【数９９】
2006345510.tif 000101
【０３１２】
を形成する。
【０３１３】
次のステップＳ３０６では、プロセッサ２０２は、上記で定義したような行列Ｖ’を得る。
【０３１４】
次のステップＳ３０７では、プロセッサ２０２は、以下の公式を使用して係数βを計算する。
【０３１５】
【数１００】
2006345510.tif 000102
【０３１６】
ここで、Ｐは、所望の平均送信電力である。
【０３１７】
次のステップＳ３０８では、プロセッサ２０２は、以下の公式を使用して、ＳＴＦ符号化行列
【０３１８】
【数１０１】
2006345510.tif 000103
【０３１９】
を計算する。
【０３２０】
【数１０２】
2006345510.tif 000104
【０３２１】
次のステップＳ３０９では、ＳＴＦ符号化行列
【０３２２】
【数１０３】
2006345510.tif 000105
【０３２３】
が、ＳＴＦ符号化モジュール１００へ転送される。
【０３２４】
次のステップＳ３１０では、２Ｑの次元のベクトルが形成される。各ベクトルは、互いの上部にスタックされた送信されるシンボルの実数部及び虚数部を含む。形成された各ベクトルには、ＳＴＦ符号化行列
【０３２５】
【数１０４】
2006345510.tif 000106
【０３２６】
が乗算されて、転送される符号化されたシンボルが生成される。
【０３２７】
ここで、特定の特徴によれば、移動局２０の符号決定モジュール１２１は、移動局２０の復号モジュール１２３によって使用されるＳＴＦ符号化行列
【０３２８】
【数１０５】
2006345510.tif 000107
【０３２９】
を計算するために、本明細書で開示したアルゴリズムと同様にして本アルゴリズムを実行することに留意しなければならない。このような場合、受信されたシンボルは、次元２Ｑのベクトルにグループ化され、それぞれに、サイズＮの単位行列の少なくともクロネッカ積を計算することにより得られる行列の固有値分解から計算されたＳＴＦ復号行列が乗算されて、推定されたシンボルが生成される。
【０３３０】
ここで、一変形形態によれば、ＳＴＦ符号化行列
【０３３１】
【数１０６】
2006345510.tif 000108
【０３３２】
は、移動局２０の符号決定モジュール１２１へ転送されることに留意しなければならない。
【０３３３】
特定の特徴によれば、
【０３３４】
【数１０７】
2006345510.tif 000109
【０３３５】
は、符号決定モジュール１２１によって演算されて、移動局２０により基地局１０へ転送される。
【０３３６】
図４は、本発明の第２の態様による計算モジュールにより実行されるアルゴリズムを表している。
【０３３７】
このフローチャートのコードは、たとえば、計算モジュール１１０のメモリ２０３の不揮発性メモリに記憶される。通常、計算モジュール１１０は、移動局の最大ドップラ周波数に依存した周波数で、図４に記載されたアルゴリズムに関連した命令を実行する。
【０３３８】
ステップＳ４００では、計算モジュール１１０が、推定された相関行列の共役
【０３３９】
【数１０８】
2006345510.tif 000110
【０３４０】
を得る。推定された相関行列ＲＴＸは、電気通信ネットワーク１５０の上りリンクＭＩＭＯチャネルを通じて、移動局２０の相関行列推定器１２０から受信される。推定された相関行列は、次に、メモリ２０３のランダムアクセスメモリに記憶される。
【０３４１】
ここで、上りリンクチャネルが、下りリンクチャネルの長期統計に等しい長期統計を有するとみなされる場合に、相関行列の共役
【０３４２】
【数１０９】
2006345510.tif 000111
【０３４３】
は、計算モジュール１１０によって推定することもできることに留意しなければならない。
【０３４４】
次のステップＳ４０１では、プロセッサ２０２は、推定された相関行列の共役
【０３４５】
【数１１０】
2006345510.tif 000112
【０３４６】
の、ＥＶＤと記される固有値分解を計算する。
【０３４７】
【数１１１】
2006345510.tif 000113
【０３４８】
は、次に、
【０３４９】
【数１１２】
2006345510.tif 000114
【０３５０】
に分解される。
【０３５１】
ここで、Ｕは、推定された相関行列の共役
【０３５２】
【数１１３】
2006345510.tif 000115
【０３５３】
の固有ベクトルの行列であり、ＵＨは、行列Ｕの共役転置行列であり、Λは、推定された相関行列の共役
【０３５４】
【数１１４】
2006345510.tif 000116
【０３５５】
の固有値の行列である。
【０３５６】
次のステップＳ４０２では、プロセッサ２０２は、次元Ｎの単位行列ＩＮと行列Ｕとのクロネッカ積を計算する。その結果生成された行列を行列Ｕ’と記す。
【０３５７】
次のステップＳ４０３では、プロセッサ２０２は、単位行列ＩＮと行列Λとのクロネッカ積を計算する。その結果生成された行列を行列Λ’と呼ぶ。行列Λ’は、固有値を含む対角行列である。
【０３５８】
次のステップＳ４０４では、プロセッサ２０２は、単位行列ＩＮと行列ＵＨとのクロネッカ積を計算する。その結果生成された行列を行列Ｕ’Ｈと呼ぶ。
【０３５９】
クロネッカ積を通じて、時間次元及び／又は周波数次元がチャネルの記述に含められ、その結果、符号化の解は真の線形ＳＴＦ前置符号化となる。チャネルの記述は、空間次元及び時間次元並びに／又は周波数次元を有する。
【０３６０】
次のステップＳ４０５では、プロセッサ２０２は、所定の判定基準に従って、好ましくは最も高い値から最も低い値へ、行列Λ’の固有値を並べ替える。プロセッサ２０２は、それに応じて、Ｕ’の列ベクトルを並べ替え、それに応じて、Ｕ’Ｈの行ベクトルを並べ替える。
【０３６１】
次のステップＳ４０６では、プロセッサ２０２は、Λ’のＱ個の最も強い固有値から構成される対角行列である行列
【０３６２】
【数１１５】
2006345510.tif 000117
【０３６３】
を形成する。
【０３６４】
次のステップＳ４０７では、プロセッサ２０２は、上記で定義したような行列ＶＨを得る。
【０３６５】
次のステップＳ４０８では、プロセッサ２０２は、以下の公式を使用してＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣを計算する。
【０３６６】
【数１１６】
2006345510.tif 000118
【０３６７】
ここで、
【０３６８】
【数１１７】
2006345510.tif 000119
【０３６９】
であり、Ｐは、所望の電力値である。
【０３７０】
次のステップＳ４０９では、ＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣが、ＳＴＦ前置符号化モジュール１００へ転送される。
【０３７１】
送信されるシンボルは、Ｑ個の複素数の要素のベクトルにグループ化される。次元Ｑの各ベクトルには、ステップＳ４１０でＳＴＦ符号化行列ＣＣが乗算される。
【０３７２】
ここで、移動局２０の符号決定モジュール１２１は、移動局２０の復号モジュール１２３によって使用されるＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣを計算するために、本明細書で開示したアルゴリズムと同様にして本アルゴリズムを実行することに留意しなければならない。このような場合、受信されたシンボルは、次元Ｑのシンボルにグループ化され、それぞれに、サイズＮの単位行列の少なくともクロネッカ積を計算することにより得られる行列の固有値分解から計算されたＳＴＦ線形復号行列が乗算されて、推定されたシンボルが生成される。
【０３７３】
特定の特徴によれば、ＣＣは、符号決定モジュール１２１によって演算されて、移動局２０により基地局１０へ転送される。
【０３７４】
ここで、一変形形態によれば、ＳＴＦ線形前置符号化行列ＣＣは、移動局２０の符号決定モジュール１２１へ転送されることに留意しなければならない。
【０３７５】
もちろん、本発明の範囲から逸脱することなく、上述した本発明の実施の形態に対して、多くの変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０３７６】
【図１】本発明による電気通信システムを示す図である。
【図２】本発明の第１の態様によるＳＴＦ符号又は本発明の第２の態様による線形ＳＴＦ前置符号化行列を計算する計算モジュールを示す図である。
【図３】本発明の第１の態様による計算モジュールによって実行されるアルゴリズムを示す図である。
【図４】本発明の第２の態様による計算モジュールによって実行されるアルゴリズムを示す図である。
【図１】
2006345510.tif 000155
【図２】
2006345510.tif 000156
【図３】
2006345510.tif 000157
【図４】
2006345510.tif 000158
【外国語明細書】
2006345510.tif 000159
2006345510.tif 000160
2006345510.tif 000161
2006345510.tif 000162
2006345510.tif 000163
2006345510.tif 000164
2006345510.tif 000165
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2006345510.tif 000167
2006345510.tif 000168
2006345510.tif 000169
2006345510.tif 000170
2006345510.tif 000171
2006345510.tif 000172
2006345510.tif 000173
2006345510.tif 000174
2006345510.tif 000175
2006345510.tif 000176
2006345510.tif 000177
2006345510.tif 000178
2006345510.tif 000179
2006345510.tif 000180
2006345510.tif 000181
2006345510.tif 000182
2006345510.tif 000183
2006345510.tif 000184
2006345510.tif 000185
2006345510.tif 000186
2006345510.tif 000187
2006345510.tif 000188