(57)【要約】【課題】ＭＩＭＯ-ＯＦＤＭ通信システムにおける時空間周波数ブロック符号化装置及び方法を提供する。【解決手段】本発明は、複数の送信アンテナをも用いる送信装置であって、入力されるシンボル列を予め定められた時空間符号化行列により符号化するエンコーダと、予め定められた規則に従って予め定められた置換行列のうちの一つを選択し、エンコーダからの時空間符号化されたシンボルを前記選択された置換行列により置換して複数のシンボルベクトルを発生するアンテナ循環器とを含むことを特徴とする。【選択図】図６
2006191645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナをも用いる送信装置であって、
入力されるシンボル列を予め定められた時空間符号化行列により符号化するエンコーダと、
予め定められた規則(ｆｏｒｍｕｌａ)に従って予め定められた置換(ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ)行列のうちの一つを選択し、エンコーダからの時空間符号化されたシンボルを前記選択された置換行列により置換して複数のシンボルベクトルを発生するアンテナ循環器と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記アンテナ循環器からの前記複数のシンボルベクトルの各々を予め定められた時間区間と予め定められた副搬送波にマッピングして対応する送信アンテナを通じて送信するための複数のＯＦＤＭ変調器をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記複数のＯＦＤＭ変調器は、シンボルベクトルを構成する４個のシンボルの中に奇数番目のシンボルを第１の時間区間で該当する２個の副搬送波に割り当ててＯＦＤＭ変調し、残りの偶数番目のシンボルを第２の時間区間で前記２個の副搬送波にマッピングしてＯＦＤＭ変調することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記エンコーダは、
入力されるシンボルを空間多重化(ｓｐａｔｉａｌ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ)して２個のシンボルベクトルを発生する空間マルチプレクサと、
前記空間マルチプレクサからの前記２個のシンボルベクトルの各々をアラモウティ(Ａｌａｍｏｕｔｉ)方式で符号化して出力するための２個のアラモウティエンコーダと、
を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記予め定められた時空間符号化行列Ｂは下記のようであることを特徴とする請求項１記載の装置。
【数１】
2006191645.tif 000017
【請求項６】
前記選択された置換行列は下記の行列Ｂ１〜Ｂ６のうちの一つであることを特徴とする請求項１記載の装置。
【数２】
2006191645.tif 000018
【請求項７】
論理的副搬送波インデックスをＮｃ(＝１，２，３，…：全体副搬送波の個数)とするときに、前記置換行列Ｂｋは下記の規則により選択されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【数３】
2006191645.tif 000019
【請求項８】
４個の送信アンテナを用いる送信器におけるレート２の時空間符号化装置であって、
入力されるシンボルを空間多重化して所定個数のシンボル列を発生する空間マルチプレクサと、
前記空間マルチプレクサからの前記所定個数のシンボル列を各々Ａｌａｍｏｕｔｉ符号化して出力するための複数のエンコーダと、
前記複数のエンコーダからのシンボルで構成される信号行列を副搬送波インデックスにより選択される置換行列に従って置換して複数のアンテナ信号を発生するアンテナ循環器と、
前記アンテナ循環器からの前記複数のアンテナ信号の各々をＯＦＤＭ変調して対応する送信アンテナを通じて送信するための複数のＯＦＤＭ変調器と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
前記複数のエンコーダからのシンボルで構成される信号行列Ｂは次のようであることを特徴とする請求項８記載の装置。
【数４】
2006191645.tif 000020
【請求項１０】
論理的副搬送波インデックスをＮｃ(＝１，２，３，…：全体副搬送波の個数)とするときに、前記置換行列Ｂｋは下記の規則により選択されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【数５】
2006191645.tif 000021
【請求項１１】
複数の送信アンテナを用いる送信器の送信方法であって、
入力されるシンボル列を予め定められた時空間符号化行列に従って符号化する段階と、
予め定められた規則に従って予め定められた置換行列のうちの一つを選択する段階と、
前記時空間符号化されたシンボルを前記選択された置換行列に従って置換して複数のシンボルベクトルを生成する段階と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記複数のシンボルベクトルの各々を予め定められた時間区間と予め定められた副搬送波にマッピングして該当送信アンテナを通じて送信する段階をさらに有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のシンボルベクトルの各々を構成する４個のシンボルの中に、奇数番目のシンボルは第１の時間区間で予め定められた２個の副搬送波にマッピングされてＯＦＤＭ変調され、残りの偶数番目のシンボルを第２の時間区間で前記２個の副搬送波にマッピングされてＯＦＤＭ変調されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記置換行列は副搬送波インデックスにより選択されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記予め定められた時空間符号化行列Ｂは下記のようであることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【数６】
2006191645.tif 000022
【請求項１６】
前記選択された置換行列は下記の行列Ｂ１〜Ｂ６のうちの一つであることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【数７】
2006191645.tif 000023
【請求項１７】
論理的副搬送波インデックスをＮｃ(＝１，２，３，…：全体副搬送波の個数)とするときに、前記置換行列Ｂｋは下記の規則により選択されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【数８】
2006191645.tif 000024
【請求項１８】
４個の送信アンテナを用いる送信器におけるレート２の時空間符号化方法であって、
入力されるシンボルを空間多重化して所定個数のシンボル列を生成する段階と、
前記シンボル列の各々をＡｌａｍｏｕｔｉ符号化して信号行列を生成する段階と、
前記信号行列を副搬送波インデックスにより選択される置換行列に従って置換して複数のアンテナ信号を生成する段階と、
前記複数のアンテナ信号の各々をＯＦＤＭによって対応する送信アンテナを通じて送信する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記複数のアンテナ信号の各々を構成する４個のシンボルの中に、奇数番目のシンボルは第１の時間区間で該当隣接した副搬送波にマッピングされてＯＦＤＭ変調され、残りの偶数番号目のシンボルは第２の時間区間で前記該当隣接した副搬送波にマッピングされてＯＦＤＭ変調されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記信号行列Ｂは下記のようであることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【数９】
2006191645.tif 000025
【請求項２１】
論理的副搬送波インデックスをＮｃ(＝１，２，３，…：全体副搬送波の個数)とするときに、前記置換行列Ｂｋは下記の規則により選択されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【数１０】
2006191645.tif 000026
【請求項２２】
複数の送信アンテナを用いる送信器における送信方法であって、
予め定められた規則により予め定められた時空間符号化行列のうちの一つを選択する段階と、
伝送する変調シンボルを前記選択された時空間符号化行列を用いて符号化し、複数のシンボルベクトルを生成する段階と、
前記複数のシンボルベクトルの各々を予め定められた時間区間と予め定められた副搬送波にマッピングして対応する送信アンテナを通じて送信する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記予め定められた時空間符号化行列Ｂ１〜Ｂ６は次のようであることを特徴とする請求項２２記載の方法。
【数１１】
2006191645.tif 000027
【請求項２４】
論理的副搬送波インデックスをＮｃ(＝１，２，３，…：全体副搬送波個数)とするときに、前記時空間符号化行列Ｂｋは下記の規則により選択されることを特徴とする請求項２３記載の方法。
【数１２】
2006191645.tif 000028
【請求項２５】
前記複数のシンボルベクトルの各々を構成する４個のシンボルの中に、奇数番目のシンボルは第１の時間区間で予め定められた２個の副搬送波にマッピングされてＯＦＤＭ変調され、残りの偶数番目のシンボルを２番目の時間区間で前記２個の副搬送波にマッピングされてＯＦＤＭ変調されることを特徴とする請求項２３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ(Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ)方式を用いる無線通信システムに関するもので、特に、ＭＩＭＯ-ＯＦＤＭ(Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ)通信システムにおける時空間周波数ブロック符号化装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通信において、最も根本的な問題は、チャンネルを通じてより効率的で、信頼性の良くデータの伝送を遂行することである。最近で活発に研究されている次世代マルチメディア移動通信システムでは、初期の音声中心のサービスから外れ、映像、無線データなどの多様な情報を処理して伝送できる高速通信システムが要求されている。それによって、システムに適切なチャンネル符号化方式を用いてシステムの効率を高めることが必須である。
【０００３】
一般的に、無線通信システムに存在する無線チャンネル環境は、有線チャンネル環境と異なり、多重経路干渉(ｍｕｌｔｉｐａｔｈ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ)、シャドウイング(ｓｈａｄｏｗｉｎｇ)、電波減衰、時変雑音(ｔｉｍｅ  ｖａｒｙｉｎｇ  ｎｏｉｓｅ)、及びフェージング(ｆａｄｉｎｇ)のような多様な要因によって、不回避な誤りが発生して情報の損失が生じる。
【０００４】
情報損失は、実際の送信信号に激しい歪を発生させて移動通信システムの全体性能を低下させる要因として作用する。一般的に、このような情報の損失を減少させるために、チャンネルの性格に従って多様な誤り制御技法(ｅｒｒｏｒ-ｃｏｎｔｒｏｌ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いてシステムの信頼度を高める。このような 誤り制御技法の中に最も基本的な方法は、誤り訂正符号(ｅｒｒｏｒ-ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ  ｃｏｄｅ)を用いるものである。
【０００５】
また、無線通信システムで、多重経路フェージングを緩和させるために、ダイバシティ技術を使用するが、例えば、時間ダイバシティ(ｔｉｍｅ  ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ)、周波数ダイバシティ(ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ)、及びアンテナダイバシティ(ａｎｔｅｎｎａ  ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ)などがある。
【０００６】
アンテナダイバシティ方式は、多重アンテナ(ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ａｎｔｅｎｎａ)を用いる方式である。このアンテナダイバシティ方式は、複数の受信アンテナを用いる受信アンテナダイバシティ方式、複数の送信アンテナを用いる送信アンテナダイバシティ方式、及び複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いる多重入力多重出力(ＭＩＭＯ)方式に分けられる。
【０００７】
ここで、ＭＩＭＯ方式は、一種の時空間符号化(Ｓｐａｃｅ-Ｔｉｍｅ  Ｃｏｄｉｎｇ：ＳＴＣ)方式である。この時空間符号化方式は、予め定められた符号化方式で符号化された信号を複数の送信アンテナを用いて送信することによって、時間領域(ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ)での符号化方式を空間領域(ｓｐａｃｅ  ｄｏｍａｉｎ)に拡張してより低い誤り率を達成する方式である。
【０００８】
一方、アンテナダイバシティ方式を效率的に適用するために提案された方式のうちの一つである時空間ブロック符号化(Ｓｐａｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｂｌｏｃｋ  Ｃｏｄｉｎｇ：ＳＴＢＣ) 方式は、“Ｖａｈｉｄ  Ｔａｒｏｋｈ”らにより、“Ｓｐａｃｅ  ｔｉｍｅ  ｂｌｏｃｋ  ｃｏｄｉｎｇ  ｆｒｏｍ  ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｄｅｓｉｇｎ”(ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ｏｎ  Ｉｎｆｏ．，Ｔｈｅｏｒｙ，Ｖｏｌ．４５，ｐｐ．１４５６-１４６７，Ｊｕｌｙ  １９９９)に開示されている。この時空間ブロック符号化方式は、Ｓ．Ｍ．Ａｌａｍｏｕｔｉが提案した送信アンテナダイバシティ方式(“Ａ  ｓｉｍｐｌｅ  ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｓｃｈｅｍｅ  ｆｏｒ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ａｒｅａ  ｉｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．１６，ｐｐ．１４５１-１４５８，Ｏｃｔ．１９９８）を２個以上の送信アンテナに適用できるように拡張した方式である。ここで、Ａｌａｍｏｕｔｉの時空間ブロック符号化技術は、２個の送信アンテナを通じて複素シンボル(ｃｏｍｐｌｅｘ  ｓｙｍｂｏｌ）を送信しても、伝送率(ｄａｔａ  ｒａｔｅ）を損失することなく、送信アンテナの個数と同一の、すなわち最大のダイバシティ次数(ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｒｄｅｒ)が得られる利点がある。
【０００９】
図１は、従来技術による時空間ブロック符号化方式を用いる無線通信システムにおける送信器のブロック構成図である。この送信器は、Ｔａｒｏｋｈにより提案されたもので、図示のように、変調器１００と、直列/並列変換器(Ｓｅｒｉａｌ  ｔｏ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ)１０２と、時空間ブロックエンコーダ１０４と、４個の送信アンテナ１０６，１０８，１１０，１１２で構成される。
【００１０】
図１を参照すると、まず、変調器１００は、入力される情報データ(又は、符号化データ)を予め定められた変調方式で変調して変調シンボルを出力する。ここで、予め定められた変調方式は、ＢＰＳＫ(Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ)、ＱＰＳＫ(Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ)、ＱＡＭ(Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)、ＰＡＭ(Ｐｕｌｓｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)、及びＰＳＫ(Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ)のような変調方式のうちのいずれか一つの方式となりうる。
【００１１】
直列/並列変換器１０２は、変調器１００からの直列変調シンボルを並列変調シンボルに変換して時空間ブロックエンコーダ１０４に出力する。ここで、変調器１００から出力される直列変調シンボルをｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４であると仮定する。時空間ブロックエンコーダ１０４は、直列/並列変換器１０２から入力された４個のシンボルを時空間ブロック符号化(ＳＴＢＣ)して８個の組合せを生成し、これら８個の組合せを順次に４個の送信アンテナを通じて送信する。８個の組合せを生成するための符号化行列は、下記の<式１>のようである。
【００１２】
【数１】
2006191645.tif 000003
【００１３】
ここで、Ｇ４は、４個の送信アンテナを通じて送信されるシンボルの符号化行列(ｍａｔｒｉｘ）を示し、ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４は伝送しようとする４個の入力シンボルを示す。符号化行列で、列(ｃｏｌｕｍｎ）の個数は送信アンテナ個数に対応し、行(ｒｏｗ）の個数は４個のシンボルを伝送するのにかかる時間を示す。すなわち、４個のシンボルが8個の時間区間で４個のアンテナを通じて送信されることがわかる。
【００１４】
すなわち、第１の時間区間では第１の送信アンテナ１０６を通じてシンボルｓ１が送信され、第２の送信アンテナ１０８を通じてシンボルｓ２が送信され、第３の送信アンテナ１１０を通じてシンボルｓ３が送信され、第４の送信アンテナ１１２を通じてシンボルｓ４が送信される。このように、第８の時間区間では第１の送信アンテナ１０６を通じてシンボル−S*4が送信され、第２の送信アンテナ１０８を通じてシンボル−S*3が送信され、第３の送信アンテナ１１０を通じてシンボルS*2が送信され、第４の送信アンテナ１１２を通じてシンボルS*1が送信される。すなわち、時空間ブロックエンコーダ１０４は、ｉ番目のアンテナに符号化行列のｉ番目の列のシンボルを順次に伝送する。
【００１５】
以上に説明したように、時空間ブロックエンコーダ１０４は、入力される４個のシンボルに反転(ｎｅｇａｔｉｖｅ）と共役(ｃｏｎｊｕｇａｔｅ）を適用して８個のシンボル列を生成し、これら８個のシンボル列を８個の時間区間で４個のアンテナ１０６，１０８，１１０，１１２を通じて送信する。ここで、それぞれのアンテナに出力されるシンボルシーケンス、すなわち、符号化行列の列は相互に直交性を有するため、ダイバシティ次数だけのダイバシティ利得(ｇａｉｎ）が得られる。
【００１６】
図２は、従来技術による時空間ブロック符号化方式を用いる無線通信システムにおける受信器のブロック構成図である。特に、図２は、図１に示した送信器の構造に対応する受信器の構造を示すものである。
【００１７】
図２に示すように、受信器は、複数の受信アンテナ２００〜２０２と、チャンネル推定器(ｃｈａｎｎｅｌ  ｅｓｔｉｍａｔｏｒ)２０４と、信号結合器２０６と、検出器２０８と、並列/直列変換器２１０と、復調器２１２とを含む。
【００１８】
図２を参照すると、図１の送信器で４個の送信アンテナを通じて送信された信号は、第１の受信アンテナ２００〜第Ｐの受信アンテナ２０２の各々を通じて受信される。第１の受信アンテナ２００〜第Ｐの受信アンテナ２０２は、それぞれ受信された信号をチャンネル推定器２０４と信号結合器２０６に出力する。
【００１９】
チャンネル推定器２０４は、第１の受信アンテナ２００〜第Ｐの受信アンテナ２０２の各々を通じて受信された信号を入力し、チャンネル利得を示すチャンネル係数(ｃｈａｎｎｅｌ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を推定して検出器２０８と信号結合器２０６に出力する。すなわち、チャンネル推定器２０４は、送信器の送信アンテナ１０６，１０８，１１０，１１２から受信アンテナ２００〜２０２へのチャンネル利得を示すチャンネル係数を推定する。
【００２０】
信号結合器２０６は、第１の受信アンテナ２００〜第Ｐの受信アンテナ２０２の各々を通じて受信された信号と、チャンネル推定器２０４から出力されるチャンネル係数を所定の規則により結合して受信シンボルを出力する。
【００２１】
検出器２０８は、信号結合器２０６からの受信シンボルにチャンネル推定器２０４からのチャンネル係数を乗算して推定(ｈｙｐｏｔｈｅｓｅｓ)シンボルを生成し、この推定シンボルによって送信器で送信可能なすべてのシンボルに対する決定統計量(ｄｅｃｉｓｉｏｎ  ｓｔａｔｉｓｔｉｃ）を計算した後に、しきい値検出(ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ)を通じて送信器で送信したシンボルを検出して出力する。
【００２２】
並列/直列変換器２１０は、検出器２０８からの並列データを直列データに変換して出力する。復調器２１２は、並列/直列変換器２１０からのシンボルを予め定められた復調方式で復調して送信した元来の情報データビットに復元する。
【００２３】
上記のように、Ａｌａｍｏｕｔｉの時空間ブロック符号化技術を拡張したＴａｒｏｋｈの方式は、図１と図２に説明したように、相互に直交的な(orthogonal)列を有する行列形態の時空間ブロック符号を用いて最大ダイバシティ次数を求める。しかしながら、Ｔａｒｏｋｈ方式は、４個の複素シンボルを８個の時間区間で伝送するため、伝送率が１/２に減少するようになる。また、一つのブロック(４個のシンボル）を全く伝送するのに８個の時間区間が必要となるため、高速フェージングの場合に、ブロック内のチャンネル変化によって受信性能が劣化するという問題を有する。言い換えれば、４個以上のアンテナを用いて複素シンボルを伝送する場合に、Ｎ個のシンボルを送信するために２個の時間区間が必要なので、待ち時間(ｌａｔｅｎｃｙ）が長くなって伝送率が低下するという問題点があった。
【００２４】
一方、３個以上の送信アンテナを通じて複素信号を伝送する多重アンテナシステムで、最大伝送率を有する方式を設計するために、Ｇｉａｎｎａｋｉｓグループが複素フィールドにおける星座回転(ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ  ｒｏｔａｔｉｏｎ)を通じて４個の送信アンテナで、最大ダイバシティ最大伝送率(Ｆｕｌｌ  Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｆｕｌｌ  Ｒａｔｅ：ＦＤＦＲ)ＳＴＢＣを提案した。
【００２５】
図３は、Ｇｉａｎｎａｋｉｓグループが提案した従来技術による時空間ブロック符号化方式を用いる無線通信システムにおける送信器のブロック構成図である。図３に示すように、送信器は、変調器３００と、プリエンコーダ３０２と、時空間マッパー３０４と、複数の送信アンテナ３０６，３０８，３１０，３１２とを含む。
【００２６】
図３を参照すると、まず、変調器３００は、入力される情報データ(又は符号化データ)を予め定められた変調方式で変調して変調シンボルを出力する。ここで、予め定められた変調方式は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ、ＰＡＭ、ＰＳＫ方式のような変調方式のうちの一つの方式が用いられる。
【００２７】
プリエンコーダ３０２は、変調器３００からのＮｔの変調シンボルｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４を信号空間上で信号の回転が発生するように符号化してＮｔ個のシンボルを出力する。説明の便宜のために、送信アンテナが４個である場合について説明する。ここで、変調器３００から出力される４個の変調シンボルで構成されるシンボル列をｄであると仮定する。プリエンコーダ３０２は、変調シンボル列ｄを下記の＜式２＞のような演算動作を通じて複素ベクトルｒを生成する。
【００２８】
【数２】
2006191645.tif 000004
【００２９】
ここで、Θは先符号化行列を示し、Ｇｉａｎｎａｋｉｓグループではこの先符号化行列として単一行列(ｕｎｉｔａｒｙ  ｍａｔｒｉｘ)であるＶａｎｄｅｒｍｏｎｄｅ行列を使用する。また、先符号化行列でａｉは下記の＜式３＞のように示す。
【００３０】
【数３】
2006191645.tif 000005
【００３１】
上述したように、Ｇｉａｎｎａｋｉｓグループで提案した時空間符号化方式は、４個の送信アンテナを使用する場合だけでなく、４個を超える個数の送信アンテナに拡張が容易な方式である。時空間マッパー３０４は、プリエンコーダ３０２からのシンボルを下記の＜式４＞のように、時空間ブロック符号化して出力する。
【００３２】
【数４】
2006191645.tif 000006
【００３３】
＜式４＞で、Ｓは４個の送信アンテナを通じて送信されるシンボルの符号化行列を示す。符号化行列で、列の個数は送信アンテナ個数に対応し、行の個数は４個のシンボルを伝送するのに必要とする時間に対応する。すなわち、４個のシンボルが４個の時間区間で４個のアンテナを通じて送信されることがわかる。
【００３４】
すなわち、第１の時間区間では第１の送信アンテナ３０６を通じて信号ｒ１を送信し、第１の送信アンテナ３０６を除いた残りの送信アンテナ３０８，３１０，３１２には何らの信号も送信しない。第２の時間区間では第２の送信アンテナ３０８を通じてｒ２を送信し、第２の送信アンテナ３０８を除いた残りの送信アンテナ３０６，３１０，３１２には何らの信号も伝送しない。第３の時間区間では第３の送信アンテナ３１０を通じてｒ３を送信し、第３の送信アンテナ３１０を除いた残りの送信アンテナ３０６，３０８，３１２には何らの信号も送信しない。第４の時間区間では第４の送信アンテナ３１２を通じてｒ４を送信し、第４の送信アンテナを除いた残りの送信アンテナ３０６，３０８，３１０には何らの信号も伝送しない。
【００３５】
このように、４個のシンボルが４個の時間区間で無線チャンネルを通じて受信器(図示せず)に受信されると、この受信器は、ＭＬ(Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ)復号化方式で変調シンボル列ｄを復元するようになる。
【００３６】
上記のように、空間ダイバシティ(Ｓｐａｔｉａｌ  Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ：ＳＤ)方式は、多重送信アンテナを通じて同一のデータを伝送して送信ダイバシティを獲得する。しかしながら、送信アンテナ数が増加するほどダイバシティ次数は増加するが、それによる利得の増加率は減少するという問題点を有する。すなわち、アンテナ数が増加するほどダイバシティ次数は線形的に継続して増加することなく飽和される。
【００３７】
一方、空間多重化(Ｓｐａｔｉａｌ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＳＭ)方式は、送信端と受信端に多重のアンテナを用いて相互に異なるデータを同時に伝送することによって、システムの帯域幅を増加させることなく、より高速にデータを伝送することができるという利点がある。
【００３８】
図４は、従来技術による空間多重化方式を用いる無線通信システムの構成を示す図である。図４に示すように、送信器は、変調器４００と、直列/並列変換器４０２と、４個の送信アンテナ４０４，４０６，４０８，４１０とを含む。また、受信器は、４個の受信アンテナ４１４，４１６，４１８，４２０と、受信部４１２とを含む。
【００３９】
図４を参照すると、まず、変調器４００は、入力される情報データ(又は符号化データ)を予め定められた変調方式で変調して変調シンボルを出力する。ここで、変調器４００から出力される４個の変調シンボルは、ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４であると仮定する。
【００４０】
直列/並列変換器４０２は、変調器４００からのシンボル列を下記の＜式５＞のように空間多重化して出力する。
【００４１】
【数５】
2006191645.tif 000007
【００４２】
ここで、行の個数は送信アンテナの個数に対応し、列の個数は４個のシンボルを伝送するのにかかる時間を示す。すなわち、１時間区間で４個のシンボルを伝送するため、伝送率は４である。
【００４３】
一方、受信器の受信部４１２は、４個の受信アンテナ４１４，４１６，４１８，４２０を通じて受信される信号を用いて送信器が送信した４個のシンボルｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４を推定して出力する。
【００４４】
空間多重化を用いるためには、受信アンテナの個数が送信アンテナの個数より多く、或いは同一でなければならない。したがって、図４のシステムでは、送信アンテナの個数が４個であるため、受信アンテナの個数は４個以上でなければならない。
【００４５】
例えば、Ｖ-ＢＬＡＳＴ(Ｖｅｒｔｉｃａｌ-Ｂｅｌｌ  ＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓＬａｙｅｒｅｄ  Ｓｐａｃｅ  Ｔｉｍｅ)などの空間多重化方式は、データレートが送信アンテナの個数に比例して増加するようになる。しかしながら、この多重化方式は、ダイバシティ利得がなくて性能の低下をもたらし、受信アンテナの個数が送信アンテナの個数より多く、或いは同一でなければならないという制約条件が存在する。
【００４６】
上述した空間ダイバシティ(ＳＤ)方式と空間多重化(ＳＭ)方式の短所を補完するために、上記の２種類の方式を同時に用いることもある。そのうちの一つが、ダブルＳＴＴＤ(Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓｐａｃｅ-Ｔｉｍｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｔ  Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ)方式(又は、伝送率２の時空間符号化方式)であって、伝送データを２個のＡｌａｍｏｕｔｉのエンコーダを用いて時空間マッピングし、４個の送信アンテナを通じて送信する方式である。このように、伝送率２の時空間符号化方式は、空間ダイバシティ(ＳＤ)方式と空間多重化(ＳＭ)方式を結合することで、ダイバシティ利得とデータ伝送率の面で、それぞれの２つの方式より改善された効果を有する。一方、ダブルＳＴＴＤ方式は、性能向上のためにフィードバックされるチャンネル情報を用いる。
【００４７】
図５は、従来技術によるチャンネル情報を用いる伝送率２の時空間符号化方式を用いる無線通信システムの構成を示すものである。
【００４８】
図５に示すように、送信器は、変調器５００と、直列/並列変換器５０２と、２個のＳＴＢＣエンコーダ５０４，５０６と、加重値行列乗算器５０８と、４個の送信アンテナ５１０，５１２，５１４，５１６とを含み、受信器は、２個の受信アンテナ５１８，５２０と、受信部５２２とを含む。
【００４９】
図５を参照すると、まず、変調器５００は、入力される情報データ(又は、符号化データ)を予め定められた変調方式で変調して変調シンボルを出力する。ここで、変調器５００から出力される４個の変調シンボルは、ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４であると仮定する。直列/並列変換器５０２は、変調器５００からの４個のシンボルを並列に変換して出力する。このとき、最初の２個のシンボルはＳＴＢＣエンコーダ５０４に出力され、残りの２個のシンボルはＳＴＢＣエンコーダ５０６に出力される。
【００５０】
ＳＴＢＣエンコーダ５０４は、直列/並列変換器５０２からの２個のシンボルをＳ．Ｍ．Ａｌａｍｏｕｔｉが提案した時空間ブロック符号化方式で符号化して出力する。また、ＳＴＢＣエンコーダ５０６は、直列/並列変換器５０２からの２個のシンボルをＳ．Ｍ．Ａｌａｍｏｕｔｉが提案した時空間ブロック符号化方式で符号化して出力する。ＳＴＢＣエンコーダ５０４，５０６から出力される信号行列は、下記の＜式６＞のように示す。すなわち、空間多重化及び空間ダイバシティを遂行した後の信号行列は、下記の＜数式６＞のようである。
【００５１】
【数６】
2006191645.tif 000008
【００５２】
ここで、行の個数は、送信アンテナの個数に対応し、４個のシンボルを伝送するのにかかる時間を示す。すなわち、２個の時間区間で４個のシンボルが伝送されるため、伝送率は２となる。
【００５３】
加重値行列乗算器５０８は、＜式６＞のような信号行列に受信器からフィードバックされたチャンネル情報(加重値行列)を乗算して４個のアンテナ信号を生成し、これら４個のアンテナ信号の各々を対応する送信アンテナを通じて送信する。すなわち、加重値行列乗算器５０８は、相関チャンネル(ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ)に強くするために、ＳＴＢＣ符号化された信号に受信器からフィードバックなった加重値行列(Ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ  Ｍａｔｒｉｘ）を乗算して送信する。
【００５４】
一方、受信器の受信部５２２は、２個の受信アンテナ５１８，５２０を通じて受信される信号を用いて送信器が送信した４個のシンボルｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４を推定して出力する。また、受信部５２２は、チャンネル情報(加重値行列)を計算して送信器に伝送する。
【００５５】
上述したように、伝送率２の時空間符号化方式は、空間ダイバシティ(ＳＤ)方式と空間多重化(ＳＭ)方式に比べて、ダイバシティ利得とデータ伝送率の面で改善された効果を有するが、性能改善のためにチャンネル情報(加重値行列)を利用しなくてはならないという問題点があった。このような加重値行列を求めるためには、相当な計算量が必要であり、チャンネル情報を誤りなしに送信器に伝送すべき負担と、それによるオーバーヘッドが発生するという問題点があった。さらに、チャンネル状態が急変する環境では性能の向上を期待しにくいという問題点もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５６】
したがって、本発明の目的は、無線通信システムにおいて、伝送率２の時空間ブロック符号の性能を向上するための装置及び方法を提供することにある。
【００５７】
本発明の他の目的は、無線通信システムにおいて、チャンネル情報を用いることなく、伝送率２の時空間ブロック符号の性能を向上するための装置及び方法を提供することにある。
【００５８】
また、本発明の目的は、ＯＦＤＭ無線通信システムに適用可能な時空間周波数ブロック符号化装置及び方法を提供することにある。
【００５９】
さらに、本発明の他の目的は、ＯＦＤＭ通信システムにおいて、チャンネル情報を用いることなく、伝送率２の時空間周波数ブロック符号の性能を向上するための装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００６０】
上記のような目的を達成するために、本発明は、複数の送信アンテナをも用いる送信装置であって、入力されるシンボル列を予め定められた時空間符号化行列により符号化するエンコーダと、予め定められた規則(ｆｏｒｍｕｌａ)に従って予め定められた置換(ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ)行列のうちの一つを選択し、エンコーダからの時空間符号化されたシンボルを前記選択された置換行列により置換して複数のシンボルベクトルを発生するアンテナ循環器とを含むことを特徴とする。
【００６１】
また、本発明は、４個の送信アンテナを用いる送信器におけるレート２の時空間符号化装置であって、入力されるシンボルを空間多重化して所定個数のシンボル列を発生する空間マルチプレクサと、前記空間マルチプレクサからの前記所定個数のシンボル列を各々Ａｌａｍｏｕｔｉ符号化して出力するための複数のエンコーダと、前記複数のエンコーダからのシンボルで構成される信号行列を副搬送波インデックスにより選択される置換行列に従って置換して複数のアンテナ信号を発生するアンテナ循環器と、前記アンテナ循環器からの前記複数のアンテナ信号の各々をＯＦＤＭ変調して対応する送信アンテナを通じて送信するための複数のＯＦＤＭ変調器と、を含むことを特徴とする。
【００６２】
また、本発明は、複数の送信アンテナを用いる送信器の送信方法であって、入力されるシンボル列を予め定められた時空間符号化行列に従って符号化する段階と、予め定められた規則に従って予め定められた置換行列のうちの一つを選択する段階と、前記時空間符号化されたシンボルを前記選択された置換行列に従って置換して複数のシンボルベクトルを生成する段階とを有することを特徴とする。
【００６３】
なお、本発明は、４個の送信アンテナを用いる送信器におけるレート２の時空間符号化方法であって、入力されるシンボルを空間多重化して所定個数のシンボル列を生成する段階と、前記シンボル列の各々をＡｌａｍｏｕｔｉ符号化して信号行列を生成する段階と、前記信号行列を副搬送波インデックスにより選択される置換行列に従って置換して複数のアンテナ信号を生成する段階と、前記複数のアンテナ信号の各々をＯＦＤＭによって対応する送信アンテナを通じて送信する段階とを含むことを特徴とする。
【００６４】
本発明は、複数の送信アンテナを用いる送信器における送信方法であって、予め定められた規則により予め定められた時空間符号化行列のうちの一つを選択する段階と、伝送する変調シンボルを前記選択された時空間符号化行列を用いて符号化し、複数のシンボルベクトルを生成する段階と、前記複数のシンボルベクトルの各々を予め定められた時間区間と予め定められた副搬送波にマッピングして対応する送信アンテナを通じて送信する段階とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００６５】
本発明は、受信器からのフィードバック情報(又は、チャンネル情報)を用いることなく、簡単なアンテナ循環(ａｎｔｅｎｎａ  ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ)方式を用いて時空間周波数ブロック符号の性能を向上させることができる利点がある。特に、単位時間当り送信アンテナ個数の半分に該当する空間多重化利得と、各シンボルを２個の送信アンテナを通じて送信して２次送信ダイバシティ利得を得る伝送率２の時空間ブロック符号で別途のチャンネル情報なしに性能を向上させることができる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
以下に、本発明に関連した公知の機能或いは構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断された場合に、その詳細な説明を省略する。
【００６７】
本発明は、無線通信システムにおいて、チャンネル情報を用いることなく、性能(例えば、ＢＥＲ性能）を向上させることができる伝送率２の時空間ブロック符号化方式を提案する。特に、本発明は、ＯＦＤＭ(Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ)無線通信システムにおける伝送率２の時空間周波数ブロック符号化方式について詳細に説明する。
【００６８】
以下、本発明の実施形態では、４世代(４ｔｈ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ)通信システムで主要に適用されると判断される４個の送信アンテナを有する送信器と、２個の受信アンテナを有する受信器とから構成される通信システムを例として説明する。
【００６９】
また、本発明は、周波数分割多重接続(Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ：ＦＤＭＡ)方式、又は時分割多重接続(Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ：ＴＤＭＡ)方式、又は符号分割多重接続(Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ：ＣＤＭＡ)方式、又は直交周波数分割多重(Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ)方式を用いる通信システムにすべて適用可能である。以下に、ＯＦＤＭ方式を用いる通信システムについて説明する。
【００７０】
図６は、本発明の実施形態による伝送率２の時空間周波数ブロック符号化方式を用いるＯＦＤＭ無線通信システムにおける送信器の構成を示す図である。
【００７１】
図６に示すように、送信器は、変調器６０２と、空間マルチプレクサ６０４と、２個のＳＴＢＣエンコーダ６０６，６０８と、アンテナ循環器６１０と、４個のＯＦＤＭ変調器６１２，６１４，６１６，６１８と、４個の送信アンテナ６２０，６２２，６２４，６２６とを含む。
【００７２】
図６を参照すると、まず、変調器６０２は、入力される情報データ(又は、符号化データ)を予め定められた変調方式で変調して変調シンボルを出力する。ここで、変調方式は、ＢＰＳＫ(Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ)、ＱＰＳＫ(Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ)、ＱＡＭ(Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)、ＰＡＭ(Ｐｕｌｓｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)、ＰＳＫ(Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ)のような変調方式のうちのいずれか一つの方式である。ここで、変調器６０２から出力される８個の変調シンボルを{ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４，ｓ５，ｓ６，ｓ７，ｓ８}であると仮定する。
【００７３】
空間マルチプレクサ６０４は、変調器６０２からの８個のシンボルを２個のグループに分類し、４個の成分(ｅｌｅｍｅｎｔ)で構成された２個のベクトル{ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４}と{ｓ５，ｓ６，ｓ７，ｓ８}を出力する。すなわち、空間マルチプレクサ６０４は、変調器６０２からの８個のシンボルを{ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４}と{ｓ５，ｓ６，ｓ７，ｓ８}に空間多重化して出力する。このとき、第１のベクトル{ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４}は第１のＳＴＢＣエンコーダ６０６に出力され、第２のベクトル{ｓ５，ｓ６，ｓ７，ｓ８}は第２のＳＴＢＣエンコーダ６０８に出力される。
【００７４】
第１のＳＴＢＣエンコーダ６０６は、空間マルチプレクサ６０４からのシンボルをＳ．Ｍ．Ａｌａｍｏｕｔｉが提案した時空間ブロック符号化方式で符号化して出力する。第２のＳＴＢＣエンコーダ６０８は、空間マルチプレクサ６０４からのシンボルをＳ．Ｍ．Ａｌａｍｏｕｔｉが提案した時空間ブロック符号化方式で符号化して出力する。ＳＴＢＣエンコーダ６０６，６０８から出力される信号を行列で示すと、下記の＜式７＞のようである。
【００７５】
【数７】
2006191645.tif 000009
【００７６】
上記の＜式７＞の行列で、最初の２行は第１のＳＴＢＣエンコーダ６０６から出力され、残りの２行は第２のＳＴＢＣエンコーダ６０６から出力される。行列で、行は送信アンテナに対応し、列は時間と周波数に対応する。最初の２列は第１の副搬送波ｆ１を通じて伝送され、残りの２列は第２の副搬送波ｆ２を通じて伝送される。また、１番目及び３番目の列は、第１の時間区間(ｔ＝ｔ１)で伝送され、２番目及び４番目の列は第２の時間区間(ｔ＝ｔ２)で伝送される。例えば、第２の時間区間で第１の副搬送波ｆ１にマッピングされて第１のアンテナを通じて伝送されるシンボルは、−S*2である。また、第１の時間区間で第２の副搬送波ｆ２にマッピングされて第３のアンテナを通じて伝送されるシンボルは、Ｓ７である。
【００７７】
＜式７＞は、第１の副搬送波ｆ１に対して第１のアンテナと第２のアンテナがグループをなし、第３のアンテナと第４のアンテナがグループをなす。同一に、第２の副搬送波ｆ２に対しても第１のアンテナと第２のアンテナがグループをなし、第３のアンテナと第４のアンテナがグループをなす。しかしながら、行列Ｂは、アンテナグルーピングパターンによって多様な形態を有する。
【００７８】
他の例として、第１の副搬送波ｆ１に対して第１のアンテナと第２のアンテナがグループをなし、第３のアンテナと第４のアンテナがグループをなす。そして、第２の副搬送波ｆ２に対して第１のアンテナと第３のアンテナがグループをなし、第２のアンテナと第４のアンテナがグループをなす方法も可能である。この場合に、行列Ｂは、下記の＜式８＞のように示す。
【００７９】
【数８】
2006191645.tif 000010
【００８０】
その他の例として、＜式８＞のような行列Ｂに対して第２の副搬送波ｆ２に対する部分のみ置換して行列Ｂを構成することもできる。この場合に、行列Ｂは下記の＜式９＞のようである。
【００８１】
【数９】
2006191645.tif 000011
【００８２】
アンテナ循環器６１０は、８個のシンボルを２個のグループに空間多重化し、それぞれのグループを時空間ブロック符号化して得られた＜式７＞のような信号行列を副搬送波インデックスに従って定められるアンテナ循環パターンにより置換する。また、アンテナ循環器６１０は、この置換された行列に基づいた４個のアンテナ信号を各々対応するＯＦＤＭ変調器に出力する。このように、ＳＴＢＣエンコーダ６０６，６０８を通じて生成される信号行列を行単位で置換する作業を“アンテナ循環”と称する。このようにアンテナ循環を行うようになると、チャンネル情報を用いることなく、付加的な性能改善を獲得することができる。
【００８３】
例えば、置換された行列が＜式７＞と同一であると仮定するときに、アンテナ循環器６１０は、第１のアンテナ信号{Ｓ１，−S*2，Ｓ５，−S*6｝を第１のＯＦＤＭ変調器６１２に出力し、第２のアンテナ信号{Ｓ２，S*1，Ｓ６，S*5｝を第２のＯＦＤＭ変調器６１４に出力し、第３のアンテナ信号{Ｓ３，−S*4，Ｓ７，−S*8｝を第３のＯＦＤＭ変調器６１６に出力し、第４のアンテナ信号{Ｓ４，S*3，Ｓ８，S*7｝を第４のＯＦＤＭ変調器６１８に出力する。
【００８４】
第１のＯＦＤＭ変調器６１２は、アンテナ循環器６１０からのシンボルを定められた規則に従って該当副搬送波に割り当てて逆高速フーリエ変換(Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＩＦＦＴ)し、この逆高速フーリエ変換された信号をＲＦ(Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ)信号に変換して第１の送信アンテナ６２０を通じて送信する。例えば、アンテナ循環器６１０からのシンボルが{Ｓ１，−S*2，Ｓ５，−S*6｝であるときに、第１の時間区間ではシンボルｓ１とｓ５が第１の副搬送波ｆ１と第２の副搬送波ｆ２に割り当てられ、第２の時間区間ではシンボル−S*2，−S*6が第１の副搬送波ｆ１と第２の副搬送波ｆ２に割り当てられることで、逆高速フーリエ変換される。
【００８５】
第２のＯＦＤＭ変調器６１４は、アンテナ循環器６１０からのシンボルを定められた規則に従って該当副搬送波に割り当てて逆高速フーリエ変換(ＩＦＦＴ)し、この逆高速フーリエ変換された信号をＲＦ(Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ)信号に変換して第２の送信アンテナ６２２を通じて送信する。例えば、アンテナ循環器６１０からのシンボルが{Ｓ２，S*1，Ｓ６，S*5｝であるときに、第１の時間区間ではシンボルｓ２とｓ６が第１の副搬送波ｆ１と第２の副搬送波ｆ２に割り当てられ、第２の時間区間ではシンボルS*1とS*5が第１の副搬送波ｆ１と第２の副搬送波ｆ２に割り当てられることで、逆高速フーリエ変換される。
【００８６】
同様に、第３のＯＦＤＭ変調器６１６及び第４のＯＦＤＭ変調器６１８もアンテナ循環器６１０からのシンボルを定められた規則に従って該当副搬送波に割り当てて逆高速フーリエ変換(ＩＦＦＴ)し、逆高速フーリエ変換された信号をＲＦ信号に変換して対応する送信アンテナを通じて送信する。
【００８７】
図６で、(ａ)、(ｂ)、(ｃ)、及び(ｄ）は、第１〜第４の送信アンテナ６２０，６２２，６２４，６２６を通じて送信されるシンボルを時間-周波数の平面上に示すものである。
【００８８】
上記のように、本発明は、所定の個数単位(８個単位）でシンボルを２個のグループに空間多重化し、それぞれのグループを時空間ブロック符号化して得られた信号行列を該当副搬送波インデックスによって定められるパターン(アンテナ循環パターン)により置換し、この置換された行列に基づいてそれぞれのシンボルを該当時空間周波数領域で送信することを特徴とする。
【００８９】
一方、上述した本発明の実施形態によると、アンテナ循環器６１０は、２個のＳＴＢＣエンコーダ６０６，６０８で生成された信号の行列を該当副搬送波インデックスによって置換し、この置換された行列の各行に該当するアンテナ信号を対応するＯＦＤＭ変調器に出力する。
【００９０】
他の実施形態として、アンテナ循環器６１０は、この置換された行列に基づいてそれぞれのシンボルを該当時間区間で出力するように実現することもできる。例えば、置換された行列が、＜式７＞と同一であると仮定するときに、アンテナ循環器６１０は、第１の時間区間でシンボルｓ１とｓ５を第１のＯＦＤＭ変調器６１２に出力し、シンボルｓ２とｓ６を第２のＯＦＤＭ変調器６１４に出力し、シンボルｓ３とｓ７を第３のＯＦＤＭ変調器６１６に出力し、シンボルｓ４とｓ８を第４のＯＦＤＭ変調器６１８に出力する。そして、第２の時間区間で、シンボル−S*2と−S*6を第１のＯＦＤＭ変調器６１８に出力し、シンボルS*1とS*5を第２のＯＦＤＭ変調器６１４に出力し、シンボル−S*4と−S*8を第３のＯＦＤＭ変調器６１６に出力し、シンボルS*3とS*7を第４のＯＦＤＭ変調器６１８に出力する。すると、これら第１〜第４のＯＦＤＭ変調器６１２，６１４，６１６，６１８は、それぞれアンテナ循環器６１０から出力される２個のシンボルを該当する２個の隣接副搬送波に割り当てて逆高速フーリエ変換し、この逆高速フーリエ変換された信号をＲＦ信号に変換して対応するアンテナを通じて送信する。
【００９１】
他の実施形態として、アンテナ循環器６１０は、２個のＳＴＢＣエンコーダ６０６，６０８で生成された信号行列の各行(又は、アンテナ信号）を決定されたアンテナ循環パターンにより該当ＯＦＤＭ変調器に出力することができる。例えば、２個のＳＴＢＣエンコーダ６０６，６０８を通じて生成された信号行列が＜式７＞と同様であり、決定されたアンテナ循環パターンがＢ２(下記の＜表１＞を参照)であると仮定するときに、信号行列の第１の行を第１のＯＦＤＭ変調器６１２に出力し、第２の行は第２のＯＦＤＭ変調器６１４に出力し、第３の行を第４のＯＦＤＭ変調器６１８に出力し、第４の行を第３のＯＦＤＭ変調器６１６に出力する。
【００９２】
ここで、本発明の核心と言える“アンテナ循環”について、より詳細に説明する。
【００９３】
まず、４個の送信アンテナを仮定する場合に、アンテナ循環による置換の数を計算すると、次のようである。＜式７＞のように、４×４の行列で行置換によって得られる置換の個数は、[１  ２  ３  ４]から[４  ３  ２  １]まで４！が存在する。しかしながら、次の性質から使用可能な置換の個数は６個に減少する。ここで、括弧内の数字は、行の番号を示す。すなわち、[４  ３  ２  １]は、元の信号行列で第１の行と第４の行を交換し、第２の行と第３の行を交換する置換を示す。
【００９４】
第１に、ＳＴＢＣブロックの位置に関係なく、ＭＳＥ(Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ
Ｅｒｒｏｒ)の値は同一である。一例として、[１  ２  ３  ４]を２個のグループに分類すると、[(１  ２)(３  ４)]となる。このとき、ＭＳＥは[(３  ４)(１  ２)]の場合と同じ値を有する。
【００９５】
第２に、すべてのＳＴＢＣの対の位置を変えるときに、ＭＳＥの値は同一である。一例として、[１  ２  ３  ４]を２個のグループに分類すると、[(１  ２)(３  ４)]となり、このときのＭＳＥは[(２  １)(４  ３)]の場合と同じ値を有する。
【００９６】
上述した２つの特性によって、４個の送信アンテナと２個の受信アンテナを使用するシステムで、アンテナの循環による置換の個数(アンテナ循環パターンの個数）は、下記の＜表１＞のように６個となる。
【００９７】
【表１】
2006191645.tif 000012
【００９８】
一方、＜式７＞のような信号行列Ｂを仮定する場合に、上記の＜表１＞のアンテナ循環パターン(ａｎｔｅｎｎａ  ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ｐａｔｔｅｒｎ)Ｂ１〜Ｂ６に該当する置換行列は、下記の＜式１０＞のようである。
【００９９】
【数１０】
2006191645.tif 000013
【０１００】
上記の＜表１＞及び＜数１０＞からわかるように、パターンＢ１は２個のＳＴＢＣエンコーダ６０６を通じて生成される信号行列をそのまま使用することを意味し、パターンＢ２は２個のＳＴＢＣエンコーダ６０６を通じて生成された信号行列で第３の行と第４の行を交換することを意味し、パターンＢ３は２個のＳＴＢＣエンコーダ６０６を通じて生成された信号行列で第２の行と第３の行を交換することを意味する。
【０１０１】
＜式８＞のような信号行列Ｂを仮定する場合に、＜表１＞のアンテナ循環パターンＢ１〜Ｂ６に該当する置換行列は、下記の＜式１１＞のようである。
【０１０２】
【数１１】
2006191645.tif 000014
【０１０３】
一方、本発明は、副搬送波インデックスを用いてアンテナ循環パターンを決定するが、これを数式で示すと、下記の＜式１２＞のようになる。
【０１０４】
【数１２】
2006191645.tif 000015
【０１０５】
ここで、Ｎｃ(＝｛１，２，３，・・・，Ｎ｝)は論理的なデータ副搬送波のインデックスである。上記の＜式９＞からわかるように、２個の副搬送波当り一つのアンテナ循環パターンが決定される。すなわち、副搬送波ｆ１及びｆ２はパターンＢ１と対応し、副搬送波ｆ３及びｆ４はパターンＢ２と対応し、副搬送波ｆ５及びｆ６はパターンＢ３と対応する。
【０１０６】
図７は、本発明の実施形態による伝送率２の時空間周波数ブロック符号化方式を用いるＯＦＤＭ無線通信システムにおける送信器の送信手順を示すフローチャートである。
図７を参照すると、送信器は、ステップＳ７００で、伝送しようとするシンボルを受信する。送信器は、ステップＳ７０２で、受信されたシンボルを８個の単位{Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８}に空間多重化(ＳＭ)して２個のベクトル｛Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４｝及び｛Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８｝を生成する。
【０１０７】
そして、送信器は、ステップＳ７０４で、２個のベクトルを各々Ａｌａｍｏｕｔｉ方式で符号化して時空間周波数のマッピングを遂行する。このとき、４個のアンテナ信号が生成される。一方、時空間周波数のマッピングによって生成された信号の行列は、例えば、上記の＜式７＞のようである。
【０１０８】
その後、送信器は、ステップＳ７０６で、シンボルがマッピングされる副搬送波を確認し、この確認された副搬送波のインデックスを＜式１２＞に適用してアンテナ循環パターンを決定し、決定されたアンテナ循環パターンにより信号行列を置換してアンテナ循環を遂行する。ここで、８個のシンボルが副搬送波ｆ１及びｆ２にマッピングされると仮定するときに、アンテナ循環パターンは、上記の＜表１＞におけるＢ１となる。
【０１０９】
上記のような置換を遂行した後に、送信器は、ステップＳ７０８で、置換された行列に基づいた４個のアンテナ信号各々を定められた規則に従って該当副搬送波に割り当てて逆高速フーリエ変換(ＩＦＦＴ)し、ＲＦ信号に変換してＯＦＤＭ変調を遂行する。ここで、４個のアンテナ信号の各々は４個のシンボルで構成され、これら４個のシンボルのうち、第１及び第３のシンボルは第１の時間区間で副搬送波ｆ１とｆ２に割り当てられ、第２及び第４のシンボルは、第２の時間区間で副搬送波ｆ１とｆ２に割り当てられることで、逆高速フーリエ変換される。
【０１１０】
以後、送信器は、ステップＳ７１０で、４個のＯＦＤＭ変調された信号の各々を対応する送信アンテナを通じて送信する。一方、上記のように送信される信号は、チャンネルを通じて受信器に受信される。受信器では、送信器で使用したアンテナ循環パターンを予め知っているため、受信された信号を復元することができる。
【０１１１】
上述したアルゴリズムを用いて信号を伝送する場合に、入力信号別副搬送波及びアンテナ循環パターンのマッピング関係を説明すると、下記の＜表２＞のようである。
【０１１２】
【表２】
2006191645.tif 000016
【０１１３】
上記の＜表２＞に示すように、本発明は、副搬送波別に相互に異なるアンテナ循環パターンを使用することを特徴とする。したがって、本発明は、特定送信アンテナ(或いは、特定チャンネル）の障害などによって発生できる深いフェージング(ｄｅｅｐ  ｆａｄｉｎｇ）を分散させることができる。
【０１１４】
以上、本発明の具体的な実施形態に関して詳細に説明したが、本発明の範囲を外れない限り、様々な変形が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には自明なことであろう。したがって、本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲及びこの特許請求の範囲と均等なものに基づいて定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】従来技術による時空間ブロック符号化方式を用いる無線通信システムにおける送信器のブロック構成図である。
【図２】従来技術による時空間ブロック符号化方式を用いる無線通信システムにおける受信器のブロック構成図である。
【図３】Ｇｉａｎｎａｋｉｓグループが提案した従来技術による時空間ブロック符号化方式を用いる無線通信システムにおける送信器のブロック構成図である。
【図４】従来技術による空間多重化方式を用いる無線通信システムのブロック構成図である。
【図５】従来技術によるダブルＳＴＴＤ方式を用いる無線通信システムのブロック構成図である。
【図６】本発明の実施形態による伝送率２を有する時空間周波数ブロック符号化方式を用いるＯＦＤＭ無線通信システムにおける送信器のブロック構成図である。
【図７】本発明の実施形態による伝送率２を有する時空間周波数ブロック符号化方式を用いるＯＦＤＭ無線通信システムにおける送信器の送信手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１６】
６０２  変調器
６０４  空間マルチプレクサ
６０６，６０８  ＳＴＢＣエンコーダ
６１０  アンテナ循環器
６１２，６１４，６１６，６１８  ＯＦＤＭ変調器
６２０，６２２，６２４，６２６  送信アンテナ
【図１】
2006191645.tif 000029
【図２】
2006191645.tif 000030
【図３】
2006191645.tif 000031
【図４】
2006191645.tif 000032
【図５】
2006191645.tif 000033
【図６】
2006191645.tif 000034
【図７】
2006191645.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月23日(2006.1.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナをも用いる送信装置であって、
入力されるシンボル列を予め定められた時空間符号化行列により符号化するエンコーダと、
予め定められた規則(ｆｏｒｍｕｌａ)に従って予め定められた置換(ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ)行列のうちの一つを選択し、エンコーダからの時空間符号化されたシンボルを前記選択された置換行列により置換して複数のシンボルベクトルを発生するアンテナ循環器と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記アンテナ循環器からの前記複数のシンボルベクトルの各々を予め定められた時間区間と予め定められた副搬送波にマッピングして対応する送信アンテナを通じて送信するための複数のＯＦＤＭ変調器をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記複数のＯＦＤＭ変調器は、シンボルベクトルを構成する４個のシンボルの中に奇数番目のシンボルを第１の時間区間で該当する２個の副搬送波に割り当ててＯＦＤＭ変調し、残りの偶数番目のシンボルを第２の時間区間で前記２個の副搬送波にマッピングしてＯＦＤＭ変調することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記エンコーダは、
入力されるシンボルを空間多重化(ｓｐａｔｉａｌ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ)して２個のシンボルベクトルを発生する空間マルチプレクサと、
前記空間マルチプレクサからの前記２個のシンボルベクトルの各々をアラモウティ(Ａｌａｍｏｕｔｉ)方式で符号化して出力するための２個のアラモウティエンコーダと、
を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記予め定められた時空間符号化行列Ｂは下記のようであることを特徴とする請求項１記載の装置。
【数１】
2006191645.tif 000036
【請求項６】
前記選択された置換行列は下記の行列Ｂ１〜Ｂ６のうちの一つであることを特徴とする請求項１記載の装置。
【数２】
2006191645.tif 000037
【請求項７】
論理的副搬送波インデックスをＮｃ(＝１，２，３，…：全体副搬送波の個数)とするときに、前記置換行列Ｂｋは下記の規則により選択されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【数３】
2006191645.tif 000038
【請求項８】
４個の送信アンテナを用いる送信器におけるレート２の時空間符号化装置であって、
入力されるシンボルを空間多重化して所定個数のシンボル列を発生する空間マルチプレクサと、
前記空間マルチプレクサからの前記所定個数のシンボル列を各々Ａｌａｍｏｕｔｉ符号化して出力するための複数のエンコーダと、
前記複数のエンコーダからのシンボルで構成される信号行列を副搬送波インデックスにより選択される置換行列に従って置換して複数のアンテナ信号を発生するアンテナ循環器と、
前記アンテナ循環器からの前記複数のアンテナ信号の各々をＯＦＤＭ変調して対応する送信アンテナを通じて送信するための複数のＯＦＤＭ変調器と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
前記複数のエンコーダからのシンボルで構成される信号行列Ｂは次のようであることを特徴とする請求項８記載の装置。
【数４】
2006191645.tif 000039
【請求項１０】
論理的副搬送波インデックスをＮｃ(＝１，２，３，…：全体副搬送波の個数)とするときに、前記置換行列Ｂｋは下記の規則により選択されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【数５】
2006191645.tif 000040
【請求項１１】
複数の送信アンテナを用いる送信器の送信方法であって、
入力されるシンボル列を予め定められた時空間符号化行列に従って符号化する段階と、
予め定められた規則に従って予め定められた置換行列のうちの一つを選択する段階と、
前記時空間符号化されたシンボルを前記選択された置換行列に従って置換して複数のシンボルベクトルを生成する段階と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記複数のシンボルベクトルの各々を予め定められた時間区間と予め定められた副搬送波にマッピングして該当送信アンテナを通じて送信する段階をさらに有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のシンボルベクトルの各々を構成する４個のシンボルの中に、奇数番目のシンボルは第１の時間区間で予め定められた２個の副搬送波にマッピングされてＯＦＤＭ変調され、残りの偶数番目のシンボルを第２の時間区間で前記２個の副搬送波にマッピングされてＯＦＤＭ変調されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記置換行列は副搬送波インデックスにより選択されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記予め定められた時空間符号化行列Ｂは下記のようであることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【数６】
2006191645.tif 000041
【請求項１６】
前記選択された置換行列は下記の行列Ｂ１〜Ｂ６のうちの一つであることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【数７】
2006191645.tif 000042
【請求項１７】
論理的副搬送波インデックスをＮｃ(＝１，２，３，…：全体副搬送波の個数)とするときに、前記置換行列Ｂｋは下記の規則により選択されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【数８】
2006191645.tif 000043
【請求項１８】
４個の送信アンテナを用いる送信器におけるレート２の時空間符号化方法であって、
入力されるシンボルを空間多重化して所定個数のシンボル列を生成する段階と、
前記シンボル列の各々をＡｌａｍｏｕｔｉ符号化して信号行列を生成する段階と、
前記信号行列を副搬送波インデックスにより選択される置換行列に従って置換して複数のアンテナ信号を生成する段階と、
前記複数のアンテナ信号の各々をＯＦＤＭによって対応する送信アンテナを通じて送信する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記複数のアンテナ信号の各々を構成する４個のシンボルの中に、奇数番目のシンボルは第１の時間区間で該当隣接した副搬送波にマッピングされてＯＦＤＭ変調され、残りの偶数番号目のシンボルは第２の時間区間で前記該当隣接した副搬送波にマッピングされてＯＦＤＭ変調されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記信号行列Ｂは下記のようであることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【数９】
2006191645.tif 000044
【請求項２１】
論理的副搬送波インデックスをＮｃ(＝１，２，３，…：全体副搬送波の個数)とするときに、前記置換行列Ｂｋは下記の規則により選択されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【数１０】
2006191645.tif 000045
【請求項２２】
複数の送信アンテナを用いる送信器における送信方法であって、
予め定められた規則により予め定められた時空間符号化行列のうちの一つを選択する段階と、
伝送する変調シンボルを前記選択された時空間符号化行列を用いて符号化し、複数のシンボルベクトルを生成する段階と、
前記複数のシンボルベクトルの各々を予め定められた時間区間と予め定められた副搬送波にマッピングして対応する送信アンテナを通じて送信する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記予め定められた時空間符号化行列Ｂ１〜Ｂ６は次のようであることを特徴とする請求項２２記載の方法。
【数１１】
2006191645.tif 000046
【請求項２４】
論理的副搬送波インデックスをＮｃ(＝１，２，３，…：全体副搬送波個数)とするときに、前記時空間符号化行列Ｂｋは下記の規則により選択されることを特徴とする請求項２３記載の方法。
【数１２】
2006191645.tif 000047
【請求項２５】
前記複数のシンボルベクトルの各々を構成する４個のシンボルの中に、奇数番目のシンボルは第１の時間区間で予め定められた２個の副搬送波にマッピングされてＯＦＤＭ変調され、残りの偶数番目のシンボルを２番目の時間区間で前記２個の副搬送波にマッピングされてＯＦＤＭ変調されることを特徴とする請求項２３記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
【表１】
2006191645.tif 000048
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
【数１０】
2006191645.tif 000049
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
【数１１】
2006191645.tif 000050