(57)【要約】  ワイヤレス移動システムにおける性能及び記号レートは、コードがチャンネル統計学的情報に対して健全で且つライシアン及び（相関）レイリーの両チャンネルにおいて良好に動作するように、変換された直交コードを使用して送信コードマトリクスを形成することにより高められる。更に、本発明は、多数の送信アンテナ及び１つ又は多数の受信アンテナを使用して高記号レートの送信を可能にすると同時に、高いダイバーシティ次数及び高い記号又はデータレートを得ることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信マトリクスを使用して複素数記号を送信する方法において、
複素数記号のストリームを、複素数記号の少なくとも２つの少なくとも部分的に異なるストリームに変換し、
複素数記号の前記少なくとも２つのストリームを変調して少なくとも２つのコードマトリクスを形成し、その少なくとも１つは他より次元が大きく、
直線的変換を使用して前記コードマトリクスを変換して、少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを構成し、
少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用して送信コードマトリクスを構成し、そして
実質的に直交するシグナリングリソース及び少なくとも３つの異なる送信アンテナ経路を使用して少なくとも部分的に並列に前記送信コードマトリクスを送信する、
という段階を備えた方法。
【請求項２】
前記直線変換の少なくとも１つは、恒等変換とは異なる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも２つのコードマトリクスは、直交するコードマトリクスである請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記送信コードマトリクスの両マトリクス次元は、変換された送信ダイバーシティコードマトリクスの対応するマトリクス次元より大きい請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記送信コードマトリクスは、低次元マトリクスを高次元マトリクスに埋め込む方法を使用して前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスから構成される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記送信コードマトリクスは、マトリクスの繰返し、否定、共役、置換、乗算の方法の少なくとも１つを使用して、前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスから構成される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
第１の変換されたコードマトリクスは、２つのコードマトリクスを加算することにより構成され、そして少なくとも第２の変換されたコードマトリクスは、前記２つのコードマトリクスを減算することにより構成される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記送信マトリクスの記号レートは、前記直線変換が適用される直交コードマトリクスの平均記号レートと同じである請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記送信コードマトリクスは、Ｔ個の実質的に直交するシグナリングリソースにわたって延び、そしてＴ個より多数の複素数記号を使用して、送信コードマトリクスを構成する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
複素数記号の少なくとも２つのストリームを構成する前記段階は、直列／並列コンバータを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
複素数記号の少なくとも２つのストリームを構成する前記段階は、回転ユニットを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記回転ユニットは、恒等マトリクスとは異なる記号回転マトリクスであり、少なくとも２つのゼロ素子を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記回転ユニットは、２つの単位マトリクスのクロネッカー積として形成された記号回転マトリクスであり、その少なくとも１つは恒等マトリクスとは異なる請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記記号回転マトリクスは対角マトリクスであり、少なくとも１つの対角素子は複素数である請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、並列に送信され、そして２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、少なくとも部分的に異なる記号を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記記号の一部分は、前記送信コードマトリクス内のブロック対角サブマトリクスで送信され、そして少なくとも部分的に異なる記号は、前記送信コードマトリクス内の反ブロック対角サブマトリクスで送信される請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
４つのサブストリームがあり、各サブストリームは、２つの複素数記号を組み込んだ直交する２ｘ２コードマトリクスを形成するように変調され、そして前記送信コードマトリクスは、少なくとも４つの実質的に直交するシグナリングリソースにわたって延びる請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つのコードマトリクスは、別のコードマトリクスとは異なる記号レートを有する請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つのコードマトリクスは、別のコードマトリクスとは異なる次元を有する請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも１つのコードマトリクスは、別のコードマトリクスとは異なる電力で送信される請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記実質的に直交するシグナリングリソースは、非重畳タイムスロット、異なる拡散コード、異なるＯＦＤＭサブキャリア、異なるウェーブレット波形又は異なるＦＤＭＡチャンネルのうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
信号を受信するための方法及び装置において、
各送信アンテナ経路から各受信アンテナへインパルス応答推定を出力するチャンネル推定モジュールと、
送信マトリクスの構造体を使用する検出モジュールと、
を備え、前記マトリクスは、２つの直交する空間−時間コードマトリクス又はチャンネル記号の少なくとも１つの直線的合成と、１つ又は複数の送信信号ストリームに対するビット又は記号推定を計算するためのチャンネルインパルス応答推定とを含む方法及び装置。
【請求項２３】
前記ビット又は記号推定は、変調器に使用される記号アルファベットに対応するハード判断である請求項２２に記載の方法及び装置。
【請求項２４】
前記ビット又は記号判断は、判断の信頼性を反映するソフト判断である請求項２２に記載の方法及び装置。
【請求項２５】
前記信頼性は、ビット又は記号の帰納的確率から導出される請求項２５に記載の方法及び装置。
【請求項２６】
前記送信されるビット又は記号ストリームはチャンネルコード化され、そして前記検出器は、送信コードマトリクス及びチャンネルコードデコーダにわたって共同検出及びデコードを実行する請求項２２に記載の方法及び装置。
【請求項２７】
前記共同検出及びデコード方法は、送信される記号又はビットに対して計算された信頼性推定を使用する請求項２６に記載の方法及び装置。
【請求項２８】
送信マトリクスを使用して複素数記号を送信するための装置において、
複素数記号のストリームを、複素数記号の少なくとも２つの少なくとも部分的に異なるストリームに変換するためのコンバータ手段と、
複素数記号の前記少なくとも２つのストリームを変調して少なくとも２つのコードマトリクスを形成する変調手段であって、その少なくとも１つは他より次元を大きくする変調手段と、
直線的変換を使用して前記コードマトリクスを変換して、少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを構成するトランスフォーム手段と、
少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用して送信コードマトリクスを構成するコード構成手段と、
実質的に直交するシグナリングリソース及び少なくとも３つの異なる送信アンテナ経路を使用して少なくとも部分的に並列に前記送信コードマトリクスを送信する送信手段と、
を備えた装置。
【請求項２９】
前記トランスフォーム手段は、恒等変換とは異なる少なくとも１つの直線変換を適用する請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記変調手段は、直交するコードマトリクスを形成する請求項２８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレコミュニケーションシステムにおいて空間及び時間／周波数の両方で共同高データ送信及びダイバーシティを達成するための方法及びシステムに係る。
本出願は、参考としてここに援用する２００２年１月４日に出願された米国プロビジョナル特許出願第６０／３４６４８２号の優先権を請求する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス通信システムにおける信号送信は、達成可能なスループット及びデータレートや達成可能なサービスクオリティをしばしば低減するフェージングを受ける。障害物を伴う送信環境は、多経路信号伝播を招き、そして合成有効受信信号の電力は、リンクの容量を著しく減少し得る。加えて、送信器と受信器との間の相対的な速度、又は送信器と受信器との間の中間物体のために、フェージングは、時間及び空間的に動的に変化する。
【０００３】
フェージングチャンネルのための典型的な対抗手段は、多数の受信アンテナを伴う受信ダイバーシティを使用することである。多数の受信アンテナは、しばしば実施に経費がかかり、従って、別の解決策が求められている。送信ダイバーシティは、２つ以上の送信アンテナを使用して信号を送信する別の解決策である。これらの技術は、両方とも、人為的な多経路チャンネルを形成し、全てのチャンネルが同時に欠陥となる確率が著しく減少され、従って、受信信号のクオリティを改善する。
【０００４】
１つの送信ダイバーシティ解決策が、参考としてここに援用するアラマティ(Alamouti)氏等の米国特許第６，１８５，２５８号に開示されている。アラマティ氏のマトリクスＣAlaを以下に式（１）で示し、各行は送信アンテナ即ちビームに対応し、そして各列は記号周期に対応する。
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アラマティ氏の構成は、２つの記号周期中に２つの送信アンテナ又はビームを使用するので２ｘ２空間−時間ブロックコードと称される。異なる記号周期中に異なる列を送信する時分割に代わるものとして、使用可能な送信リソースの他の実質的直交分割を使用してもよく、例えば、異なる周波数サブキャリア又はフーリエ／ウェーブレット波形（空間−周波数コード）或いは異なる（拡散）コード（空間−コード−コード）が使用されてもよい。所与のコードマトリクスのこの多数の使い方を強調するために、上述した形式のコードに対して「送信ダイバーシティコード」という語を使用しなければならず、これは、空間的（アンテナ又はビーム）次元が使用できるときに、時間及び帯域巾を含む他の送信リソースの実質的直交分割と共に使用されてもよい。アラマティ氏のコードの送信ダイバーシティは、米国特許第６，１８５，２５８号に教示されたように２である。２つの記号が２つのタイムスロットで送信されるので、記号レートは１である。式（１）により形成されるコードは、ハーミチアン(Hermitian)転置と共に乗算されたときに、スケーリングされた恒等マトリクスを生じるという意味で直交的である。マトリクスＡのハーミチアン転置、ＡHで示される、はＡの複素共役転置である。マトリクスの転置は、マトリクスの行列インデックスを逆転することにより導出される。「Ｉ」で示された恒等マトリクスは、その対角線上の各素子が１に等しく且つ他の全ての素子が各々０に等しいマトリクスである。従って、直交ベースのマトリクスＡでは、ある実数値ｋに対してＡHＡ＝ＡＡH＝ｋＩであることを保持する。アラマティマトリクスの直交性は、記号が互いに干渉しないように２つの記号を別々にデコードすることができる。
【０００５】
アラマティ送信ダイバーシティは、チャンネル上の記号間干渉（ＩＳＩ）がほとんど又は全くないチャンネルに対して最適なものとなる。ＩＳＩは、受信信号を歪ませると共に、受信を悪化させ、信号のクオリティを低下させる。一時的多経路成分としても知られている時間遅延信号も効果的である。ＣＤＭＡシステムでは、例えば、各多経路成分に対して個別の送信ダイバーシティブロックコードデコーダを使用し、そして例えば、等利得合成又は最大比合成を含む適当なダイバーシティ合成方法を使用して出力を合成してもよい。或いは又、イコライザーを使用して、多経路伝播信号を合成し、そしておそらく記号間干渉を同時に除去してもよい。リンズコグ及びパールラブ氏は、Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  ＩＣＣ２０００、２０００年、第１巻、第３０７−３１１ページに掲載された「A Transmit Diversity Scheme for Channels with Intersymbol Interference」において、アラマティコードとは異なり、ＩＳＩチャンネルに有効な直交送信ダイバーシティブロックコードを提案している。この論文は、参考としてここに援用する。
【０００６】
直交送信ダイバーシティコードは、参考としてここに取り上げる２０００年１１月／１２月、米国サンフランシスコ、Ｐｒｏｃ．Ｇｌｏｂｅｃｏｍに掲載されたＯ．チャーコネン及びＡ．ホッチネン著の「Complex space-time block codes for four Tx antennas」に教示されたように、レート制限問題で悩まされている。例えば、４つの送信アンテナ又はビームを伴う直交送信ダイバーシティコードに対する最大記号レートは、３／４である。レートロスが望ましくないときには、コードの直交性を犠牲にしなければならない。実際に、米国ニュージャージー州Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  ＩＳＳＳＴＡ  ２０００、９月に掲載されたＯ．チャーコネン、Ａ．ボーリュー及びＡ．ホッチネン著の「Minimal non-orthogonality space-time code for 3+ transmit antennas」は、１つのこのような方法（例えば、ＡＢＢＡコード）を教示している。このコードでは、信号が次の送信ダイバーシティコードマトリクスを使用して送信される。
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このコードは、アラマティコードをサブマトリクスとして含むことが明らかである。前記論文は参考としてここに援用する。前記コードは、フェージングチャンネルに良好な性能を生じるが、非直交性の構造であるために、既知の直交性送信ダイバーシティコードが良好に作用する相関チャンネル又はライスアン(Ricean)チャンネルに固有の性能ロスが生じる。式（２）で例示される非直交コードの性能は、参考としてここに援用するフィンランドワイヤレスコミュニケーションズワークショップ、２００１年１０月に掲載されたＯ．チャーコネン著の「Optimizing space-time block codes by constellation rotations」に説明されたように、おそらくマトリクス値付きコンステレーション回転を使用することにより改善することができる。この考え方は、式（２）の対ｚ１、ｚ２及びｚ３、ｚ４で例示された異なる直交エンコードブロックにおける記号が異なるコンステレーションから得られた場合に、コードの性能が著しく改善されるというものである。これは、コンステレーションの改善により実現できる。
【０００７】
ＷＣＤＭＡシステムに対するより簡単な限定ダイバーシティ空間−時間コード構造が提案されている。この直交コードは、参考としてここに援用する３ＧＰＰ文書ＴＳＧＲ１＃２０（０１）−０５７８においてＳＴＴＤ−ＯＴＤと称される。これは、記号レートが１（４つの送信アンテナで）であるが、システムは限定ダイバーシティ次数しか享受しないように２つのアラマティコードを合成する。送信コードマトリクスは、次の通りである。
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４つのアンテナでは、達成できる最大が４であるときにダイバーシティ次数は２であるに過ぎない。前記ＳＴＴＤ−ＯＴＤコードは、２つのアラマティブロックを含み、これは、前記アラマティマトリクスを使用し、列インデックス２及び３を変更した後に書き込むことができる。或いは又、ＳＴＴＤ−ＯＴＤと本質的に同じダイバーシティを得るために、アンテナホッピングとアラマティコードとを合成してもよく、この場合、空間−時間マトリクスは、次のようになる。
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このマトリクスは、４つの記号を含むと共に４つのタイムスロットを占有し、ひいては、記号レートが１であるが、全ての記号が全てのアンテナから送信されるのではなく、従って、達成可能なダイバーシティを２に制限することが明らかである。
【０００８】
送信ダイバーシティブロックコードは、フェージングチャンネルを経て並列高レート送信するようにも設計されており、これは、参考としてここに援用する米国テキサス州、サンアントニオ、２００１年１１月／１２月、Ｐｒｏｃ．Ｇｌｏｂｅｃｏｍ２００１に掲載されたＯ．チャーコネン及びＡ．ホッチネン著の「Improved MIMO transmission using non-orthogonal space-time block codes」に教示されている。この方法では、送信／受信ダイバーシティの利益と、高いデータ又は記号レートの両方を得るために、２つの送信アンテナ及び２つの受信アンテナが効果的に使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
高レートの空間−時間送信概念は、将来のＷＣＤＭＡシステムについても考慮されている。実際に、第３世代パートナーシッププログラム（３ＧＰＰ）文書「Improved Double-STTD schemes using asymmetric modulation and antenna shuffling」、テキサスインスツルーメントによるＴＳＧ−ＲＡＮワーキンググループ１（ＴＳＧＲ１＃２０（０１）−０４５９）（参考としてここに援用する）では、４つの送信アンテナ及び２つ又は４つの受信アンテナを使用するアラマティコードの並列送信が提案されている。この方法は、記号レートを２倍に改善するが、制限されたダイバーシティ次数しか得ず、性能及び実現可能なデータレートを制限する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、上述した問題の１つ以上に対処することである。
本発明は、送信マトリクスを使用して複素数記号を送信する方法であって、複素数記号のストリームを、複素数記号の少なくとも２つの少なくとも部分的に異なるストリームに変換し、複素数記号の前記少なくとも２つのストリームを変調して少なくとも２つのコードマトリクスを形成し、その少なくとも１つは他より次元が大きく、更に、直線的変換を使用して前記コードマトリクスを変換して、少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを構成し、少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用して送信コードマトリクスを構成し、そして実質的に直交するシグナリングリソース及び少なくとも３つの異なる送信アンテナ経路を使用して少なくとも部分的に並列に前記送信コードマトリクスを送信するという段階を備えた方法を提供する。
【００１１】
又、本発明の目的は、信号を受信するための方法及び装置であって、各送信アンテナ経路から各受信アンテナへインパルス応答の推定を出力するチャンネル推定モジュールと、送信マトリクスの構造体を使用する検出モジュールとを備え、前記マトリクスは、２つの直交する空間−時間コードマトリクス又はチャンネル記号の少なくとも１つの直線的合成と、１つ又は複数の送信信号ストリームに対するビット又は記号推定を計算するためのチャンネルインパルス応答推定とを含む方法及び装置を提供することである。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、送信マトリクスを使用して複素数記号を送信するための装置であって、複素数記号のストリームを、複素数記号の少なくとも２つの少なくとも部分的に異なるストリームに変換するためのコンバータ手段と、複素数記号の前記少なくとも２つのストリームを変調して少なくとも２つのコードマトリクスを形成する変調手段であって、その少なくとも１つは他より次元を大きくする変調手段と、直線的変換を使用して前記コードマトリクスを変換して、少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを構成するトランスフォーム手段と、少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用して送信コードマトリクスを構成するコード構成手段と、実質的に直交するシグナリングリソース及び少なくとも３つの異なる送信アンテナ経路を使用して少なくとも部分的に並列に前記送信コードマトリクスを送信する送信手段とを備えた装置を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的及び特徴は、添付図面を参照した以下の詳細な説明より明らかとなろう。添付図面は、本発明の概念を単に例示するに過ぎず、本発明の範囲を何ら限定するものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に規定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１を参照すれば、高レート送信器ダイバーシティシステムは、ベースステーションのような送信装置１０１と、移動電話のような受信器１０２とを備えている。送信装置１０１は、直列／並列（Ｓ／Ｐ）モジュール１０３と、直交マトリクスを構成するための複数の送信ダイバーシティ変調モジュール１０４と、少なくとも１つのトランスフォームモジュール１０５と、コード構成モジュール１０６と、シグナリング／拡散モジュール１０７と、信号をアナログ波形に変換する複数のＲＦ（高周波）モジュール１０８と、送信アンテナ１０９とを備えている。受信器１０２は、おそらく２つ以上の受信アンテナを備えている。
【００１５】
Ｓ／Ｐモジュール１０３は、おそらくチャンネルコード化（ＥＮＣ）（例えば、ターボコード化又はコンボリューションコード化）され且つ変調（ＭＯＤ）された複素数値記号ストリームを、複素数記号の少なくとも幾つかが互いに異なるような少なくとも２つの並列複素数値記号ストリームに変換する。モジュール１０４では、２つの記号ストリームが、各々任意の次元及びレートの直交（送信ダイバーシティ）コードマトリクスＣ１及びＣ２を使用して別々に送信ダイバーシティコード化される。（送信ダイバーシティ）コードマトリクスＣ１及びＣ２内の記号又は（送信ダイバーシティ）コードマトリクスそれ自体がモジュール１０５において直線変換Ｕを使用して混合され、変換された送信ダイバーシティコードマトリクスＸ１及びＸ２を発生する。変換されたコードマトリクスＸ１及びＸ２は、コード構成モジュール１０６において送信コードマトリクスＣを構成するのに使用される。送信コードマトリクスは、実質的に直交するシグナリングを用いる少なくとも３つの送信アンテナ又は経路或いはビーム１０９を使用して送信され、例えば、異なる直交コード（例えばアダマールコード）又は異なるタイムスロット又は異なるフーリエ波形（ＯＦＤＭ波形／サブキャリア）或いは異なる周波数帯域を使用することができる。任意の並列送信を使用して記号レートを高める場合には、Ｓ／Ｐモジュールは、２つ以上の記号ストリーム１１０を出力することができ、これは、最終的に、コード構成モジュール１０６において他の並列のストリーム又はコードマトリクスと合成される。
【００１６】
例えば、変換されたコードマトリクスは、トランスフォームモジュール１０５において次のように形成することができる。
Ｘ１＝Ｃ１＋Ｃ２
Ｘ２＝Ｃ１−Ｃ２                            （４）
ここで、Ｃ１及びＣ２は、２つの直交する送信ダイバーシティコード、例えば、２ｘ２アラマティマトリクスである。√２で除算することによりターゲット記号エネルギーを維持するための正規化は、簡単化のために省略されたことを強調しておく。
【００１７】
性能を更に改善するために、各直交送信ダイバーシティコードＣ１、Ｃ２における記号は、例えば、コンステレーション回転により作用される異なる変調アルファベットから取り出されてもよい。これは、直列／並列モジュール（１０３）に組み込まれてもよく、該モジュールは、より一般的には、複素数記号のストリームを複素数記号の多数のストリームに変換するためのコンバータ手段として考えられる。それとは別に又はそれに加えて、変換モジュール１０５は、次のように、単位変換マトリクスＵを使用して送信マトリクスを形成するように一般化されてもよい。
Ｘ＝ＵＣ                                    （５）
但し、（２つのコードマトリクスだけが変換されると仮定すれば）
2005513953.tif 000007
であり、そしてＵは、例えば、次の式で表わされ、
2005513953.tif 000008
ここで、Ｖは単位マトリクスであり、そしてＩは恒等マトリクスである。マトリクスＶは、次のパラメータ化式をとる。
2005513953.tif 000009
【００１８】
クロネッカー積は、恒等マトリクスと合成されたときに、変換マトリクスのゼロ素子の数を最大にし、これは、送信器におけるピーク対平均比を減少すると共に、簡単な実施を与える。更に、次のようにパラメータ化することもできる。
2005513953.tif 000010
但し、αは、直線的合成マトリクス内の相対的電力を決定し、そしてφは、複素数移相器の位相を決定する。α＝１／２、φ＝０とセットすることにより、簡単な変換（４）が得られる。
【００１９】
簡単化のために式（４）で与えられた特殊なケースに戻る。コード構成モジュール１０６は、直線的合成から得られる変換された送信ダイバーシティコードマトリクスＸ１及びＸ２を取り上げ、そして送信コードマトリクスを構成する。このため、コード構成モジュール１０６は、マトリクスＸ１及びＸ２を、次元が２倍の送信コードマトリクスへ埋め込む。変換されたコードマトリクスは、次のような送信ダイバーシティ送信コードマトリクスを使用する４つの送信アンテナを使用して異なるタイムスロット（時間直交シグナリング）で効果的に送信することができる。
2005513953.tif 000011
【００２０】
或いは又、良好な電力バランスを維持するために、例えば、次のような送信ダイバーシティ送信コードマトリクスを使用して、連続的に送信してもよい。
2005513953.tif 000012
【００２１】
これらの送信コードマトリクスは、例えば、コード特性に影響することなく列及び／又は行の置換を受けることができる。又、送信コードマトリクスは、左から及び／又は定数マトリクスでの乗算を受けてもよい。
【００２２】
前記直線的（単位）合成を使用する利益を理解するために、受信信号を（フラットフェージングチャンネルにおいて簡単化のために）ｙ＝Ｃｈ＋ｎとして説明することができ、但し、ｈは、所与の受信アンテナに対するチャンネル係数のベクトルである。等価モデルの信号モデルは、Ｘ１及びＸ２内の記号並びにチャンネルマトリクス／ベクトルが再構成されるときに、ｙ’＝Ｈｂ＋ｎ’に従い、但し、Ｈはコードマトリクス及びチャンネルに依存し、ｂは記号又はビットベクトルであり、ここでは、異なる次元が異なる送信記号又はビットストリームに対応する。記号がグレーラベルでＱＰＳＫ変調されるときには、ｂが各記号のＩ及びＱ成分を構成すると考えてもよく、従って、ベクトルの次元を２倍に増加する。
【００２３】
記号又はビットを検出するときに使用できる受信等価相関マトリクスは、空間−時間整合フィルタ（即ち、Ｈの共役転置）を受信信号ｙ’に適用して、空間−時間整合フィルタの後に等価信号モデルを形成するときに、ｚ＝Ｒｂ＋ｎ”に従い、但し、Ｒは、等価チャンネル相関マトリクスと称される。このモデルは、例えば、おそらくカラーノイズのもとで（ｗｒｔ．ｂ）
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を最小にすることにより記号又はビットを推定することで対応受信器に使用することもできるし、或いは又、次の式を直接解いてもよく、
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但し、上述したように、Ｈは、送信マトリクスに依存する等価チャンネルマトリクスである。これらの式を解く検出器は良く知られている。しかしながら、これらのモデルに到達するためには、モデルがチャンネルベクトル／マトリクス及び送信コードマトリクスの特性に一致するよう確保する必要がある。例えば、等価チャンネル相関マトリクスを使用してビット又は記号を推定するときには、前記マトリクスを知る必要がある。例えば、コード（６）及び（７）に対して、α＝１／２、φ＝０で、送信アンテナが４つの状態では、これは、次のような構造のコード相関マトリクスを生じさせる。
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但し、
2005513953.tif 000016
【００２４】
従って、前記コードは、対角から外れた相関値が消えないので、非直交である。対応的に、α＝１、φ＝０のときには（この特殊なケースでは、送信コードマトリクスが、従来技術で知られたＳＴＴＤ−ＯＴＤまで減少される）、次のようになる。
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但し、
2005513953.tif 000018
【００２５】
これは、異なる記号が部分送信ダイバーシティしか得ないことを反映するが、式（８）−（９）では、対角素子が同一であり、従って、全ての記号は、チャンネルの実施に関わらず同じ電力を得る。等価相関マトリクスは、記号又はビットを検出するときに使用できる。ここに提案するコードのコード相関マトリクスは、従来の場合（例えば、ＡＢＢＡ）とは異なり、前者は、チャンネルの電力差に明確に依存し、一方、後者は、チャンネルの複素数位相に依存することに注目するのが重要である。本発明のコードのこの特性は、送信システムの送信クオリティのデータレートを高めるときに効果的に使用することができる。特に、本発明のコードは、チャンネルが完全に相関されたときに直交し、そして一般的に、相関係数は、チャンネル相関度が高まるにつれて減少する。それ故、このコードは、例えば、相関されたレイリー又はライシアンチャンネルとして記述することのできる相関チャンネルについても適している。逆に、従来の非直交コード（ＡＢＢＡ）は、これらチャンネルにおいて非直交のままである。物理的チャンネルの相関特性は、環境に依存するが、送信又は受信アンテナが互いに接近しているときにはアンテナの相関が高まることが一般に知られている。おそらく将来のワイヤレスシステムのように、小さなベースステーション及び特に小さなターミナル（移動ステーション）の場合に、このようになろう。
【００２６】
要約すると、一般的な直線変換マトリクスＵは、前記変換（４）を保持すると共に、従来のコード（４つの送信アンテナを伴うＳＴＴＤ−ＯＴＤとして知られている）を特殊なケースとして保持し、即ち変換（４）は、α＝１／２、φ＝０とセットすることにより得られ、そしてＳＴＴＤ−ＯＴＤコードは、α＝１とセットすることにより得られる。１／２＜α＜１のときには、このコードは、コード相関マトリクスの対角値が式（８）の場合より互いに相違するので、僅かな送信ダイバーシティ利益しか与えない。利点は、コード相関値の大きさが小さいことである。これは、受信ユニットでの検出を簡単にする。極端な場合には、コードは、コード相関値（コード相関マトリクスの対角から外れた値）がゼロであるという意味で直交ＳＴＴＤ−ＯＴＤ状コードへと減少する。又、ここに提案するコードの相関マトリクスは、コードが適切にイコライズされたＩＳＩチャンネルで使用されたときに効果的な特性も招き、即ち多経路成分がコードの非直交性を減衰することに注意されたい。このため、個々の記号は、多数の記号のベクトルとして解釈されてもよい。
【００２７】
成分マトリクスＣ１及びＣ２が両方ともアラマティマトリクスであるときには、得られるコードが、少なくとも１の記号レートを有する（４つのタイムスロットにおいて少なくとも４つの異なる記号を送信できる）ことに注意されたい。又、本発明の送信概念は、送信装置の記号レートを高めるときにも使用できる。この場合、送信器の電力変動を最小にするために（即ち、ＲＦ電力増幅器のピーク対平均比を最小にするために）、多数の変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、並列に、好ましくは連続的に送信される。このため、特に効果的な実施形態は、前記ＴＲ−ＡＨＯＰマトリクスの反対角部分を次のように埋めることである。
2005513953.tif 000019
この場合、マトリクスＸ３及びＸ４は、直線変換を使用して同様に形成される。Ｘ３及びＸ４を構成するのに使用される直線変換は、Ｘ１及びＸ２を構成するのに使用されるものと異なるのが好都合である。例えば、Ｘ３及びＸ４を構成するのに使用される記号の変調アルファベットは、Ｘ１及びＸ２を構成するのに使用される記号の変調アルファベットとは異なってもよい。実際に、４つの並列の複素数記号ストリームが形成され、２つのストリームに変換が別々に適用され、２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスが送信装置から同時に連続的に送信されて、対Ｘ１及びＸ２と、対Ｘ３及びＸ４の両方がダイバーシティの完全な利益を得ると共に、通常、互いに干渉する。
【００２８】
本発明は、アラマティ送信ダイバーシティコードを、変換されたコードのサブマトリクスとして使用することに何ら限定されない。一般に、いかなる数の送信アンテナに対して定義された直交送信ダイバーシティコードも使用できる。参考としてここに援用する特許出願ＷＯ／６３８２６Ａ１号において、考えられる全ての直交送信ダイバーシティコードマトリクスが構成された。例えば、コードＣ１及びＣ２は、４つの送信経路又はアンテナに対して各々定義されたレート３／４の送信ダイバーシティコードでよく、この場合、それにより得られるコードは、全記号レート３／４で、８つの送信経路又はアンテナに対して定義される。従って、直交送信ダイバーシティコードと比較したときにレートが高くされ、ここでは、従来技術から明らかなように、８個のアンテナを使用してレート１／２を越えることはできない。或いは又、コードＣ２は、例えば、レート１／２をもつように定義されてもよく（従来技術で教示されたように）、一方、Ｃ１は、レート３／４を有し、この場合、全体的なレートは５／８である。
【００２９】
従って、空間−時間コードマトリクスＣ１及びＣ２は、同一である必要はなく、非常に多数の異なる記号レートをもつことができる。更に、それらは、同じ次元をもつ必要もない。従って、（コード次元がアンテナの数に依存することを想起すれば）異なるコード次元を使用することで、変換されたコードＸ１及びＸ２に対して送信素子（アンテナ）を非対称的に分割することができる。例えば、Ｃ１が次元２のアラマティコードでありそしてＣ２が次元４のレート３／４のコードである場合には（添付資料１、式（４））、記号レート７／８及び６アンテナの送信を効果的に得ることができ、そしてＣ２は、次のように定義される。
2005513953.tif 000020
但し、Ｃ１’及びＣ２’は、２つの異なる記号で形成された２つのアラマティコードである（本質的にＳＴＴＤ−ＯＴＤ送信ダイバーシティ送信マトリクス）。次元が同じでない場合には、小さな次元のマトリクスが、コードの変換時にゼロで規範的に埋められるか、又は大きなマトリクスがパンク状態になり（例えば、列が削除され）、任意の数、例えば、前記例示的ケースでは６個、の送信アンテナの使用が許されることが理解されよう。
【００３０】
図２に示す対応受信器は、１つ又は複数の受信アンテナと、ＲＦフロントエンドモジュール２０１及び拡散解除即ちチャンネル分割ユニット２０２とを備え、これは、信号を基本帯域へ変換し、空間−時間整合フィルタ及びチャンネル推定が２０３で与えられると共に、送信コードマトリクスに埋め込まれた記号又はビットを検出するための適当な検出装置２０４が設けられている。チャンネル推定ユニット２０３は、各送信アンテナ−受信アンテナ対の複素数チャンネル係数を決定する。好ましい実施形態では、受信ユニットは、チャンネル推定（及びおそらくは信号対雑音費推定も）を使用して、使用変換マトリクスに基づき有効相関マトリクスを構成する。変換（４）に対する明確な例は、前記式（８）及び（９）に示した。判断装置２０４は、例えば、送信記号の最小平均平方エラー（ＭＭＳＥ）推定又は最大見込み推定を例えばビタビアルゴリズムで形成するか、或いはソフト出力（帰納的確率）を最適又は準最適ＭＡＰアルゴリズムで形成する検出器又は共同検出・チャンネル推定ユニットでよい。共同検出は、検出、チャンネル推定、チャンネルデコードユニットにより供給される出力間で２０６を経てフィードバック及びフィードフォワード接続を許すことにより可能となる。最終的に、チャンネルデコーダ（例えば、ターボデコーダ）は、その判断を他の受信ユニット又は特定ソースのターゲットシンクへ転送する。これら受信器の概念は、一般に良く知られているが、本発明に適用されたときには、受信器は、例えば、送信器に使用されるコード構造、及びおそらくは式（８）と同様のコード相関マトリクスも使用することができる。
【００３１】
本発明を好ましい実施形態に適用したときの基本的な新規な特徴を図示して説明したが、当業者であれば、本発明の精神から逸脱せずに、ここに述べた方法及び図示した装置の形式及び細部において種々の省略、置き換え及び変更がなされ得ることが理解されよう。例えば、チャンネルを経て変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを送信するときにこの方法を実質的に直交するシグナリングと共に使用できることも明確に意図される。これは、ＯＦＤＭ波形、ウェーブレット、時間直交波形、ＦＤＭＡ、及び任意の実質的に直交する拡散コードの使用を含む。更に、送信ダイバーシティコードマトリクスのエントリーを変調する複素数記号は、任意の複素数変調アルファベット（ＱＰＳＫ、８−ＰＳＫ、１６−ＱＡＭ、４−ＰＳＫ）又はそれらの（おそらくマトリクス値付き）コンステレーション回転バージョンからのものでよく、そして複素数記号の異なるストリームに対して異なるアルファベットを使用することもできる。又、複素数記号にエンコードされるビットは、チャンネルエンコード及び／又はインターリーブされてもよい。チャンネルコードは、ブロックコード、トレリスコード、コンボリューションコード、ターボコード、低密度パリティチェックコード、又はこれらの組み合わせ、或いは公知の他のコードでよい。インターリーバーは、ビット、記号又は座標インターリーバーでよい。送信ダイバーシティコードマトリクスの列が送信される送信経路は、少なくとも２つの送信素子を使用するビーム、又は例えばバトラーマトリクスを使用する固定ビームにより形成することもできるし、あるフィードバックループを使用して受信した信号で制御されるビームを使用することにより形成することもできるし、或いは送信器から受信器への送信経路又は送信パットを形成する他の公知方法により形成することもできる。更に、本発明の方法は、１つのチャンネル化波形又はコードしか必要としないが、２つ以上が使用できる場合には、マルチコード送信を使用してデータレートを直接上昇できることが明らかである。更に、複素数記号のストリームを検出するのに必要なチャンネル推定は、例えば、共通チャンネルパイロット、又は専用チャンネルパイロット、又は判断フィードバック、或いはその組み合わせを使用することにより得られることが明らかである。又、ＩＳＩチャンネルについては、本発明の範囲から逸脱せずに、複素共役の適切な解釈を伴い、記号に代わって記号−ベクトルを送信することができる。従って、本発明は、特許請求の範囲のみにより限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による送信ダイバーシティシステムを例示する図である。
【図２】ここに提案する高レート送信方法に対する受信システムを例示する図である。
【図３】本発明によるマルチアンテナ送信器−受信器対を示す図である。
【図１】
2005513953.tif 000021
【図２】
2005513953.tif 000022
【図３】
2005513953.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月18日(2004.8.18)
【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】
送信コードマトリクスを使用して複素数記号を送信する方法において、
前記送信コードマトリクスを構成し、前記複素数記号の各々は、前記送信コードマトリクスの少なくとも２つの素子の一部分を形成し、そして前記マトリクス素子の少なくとも幾つかは、前記複素数記号の少なくとも２つを直線的に混合することにより形成され、そして
実質的に直交するシグナリングリソース及び少なくとも３つの異なる送信アンテナ経路を使用して少なくとも部分的に並列に前記送信コードマトリクスを送信する、
という段階を備えた方法。
【請求項２】
前記送信コードマトリクスを構成する前記段階は、
複素数記号のストリームを、複素数記号の少なくとも２つの少なくとも部分的に異なるストリームに変換し、
複素数記号の前記少なくとも２つのストリームを変調して少なくとも２つのコードマトリクスを形成し、その少なくとも１つは他より次元の大きいものとし、
直線変換を使用して前記コードマトリクスを変換して、少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを構成し、そして
少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用して送信コードマトリクスを構成する、
という段階を備えた方法。
【請求項３】
前記直線変換の少なくとも１つは、恒等変換とは異なる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも２つのコードマトリクスは、直交するコードマトリクスである請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記送信コードマトリクスの両マトリクス次元は、変換された送信ダイバーシティコードマトリクスの対応するマトリクス次元より大きい請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記送信コードマトリクスは、低次元マトリクスを高次元マトリクスに埋め込む方法を使用して前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスから構成される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記送信コードマトリクスは、マトリクスの繰返し、否定、共役、置換、乗算の方法の少なくとも１つを使用して、前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスから構成される請求項２に記載の方法。
【請求項８】
第１の変換されたコードマトリクスは、２つのコードマトリクスを加算することにより構成され、そして少なくとも第２の変換されたコードマトリクスは、前記２つのコードマトリクスを減算することにより構成される請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記送信マトリクスの記号レートは、前記直線変換が適用される直交コードマトリクスの平均記号レートと同じである請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記送信コードマトリクスは、Ｔ個の実質的に直交するシグナリングリソースにわたって延び、そしてＴ個より多数の複素数記号を使用して、送信コードマトリクスを構成する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
複素数記号の少なくとも２つのストリームを構成する前記段階は、直列／並列変換を含む請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
複素数記号の少なくとも２つのストリームを構成する前記段階は、回転ユニットを含む請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記回転ユニットは、恒等マトリクスとは異なる記号回転マトリクスであり、少なくとも２つのゼロ素子を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記回転ユニットは、２つの単位マトリクスのクロネッカー積として形成された記号回転マトリクスであり、その少なくとも１つは恒等マトリクスとは異なる請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記記号回転マトリクスは対角マトリクスであり、少なくとも１つの対角素子は複素数である請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、並列に送信され、そして２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、少なくとも部分的に異なる記号を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記記号の一部分は、前記送信コードマトリクス内のブロック対角サブマトリクスで送信され、そして少なくとも部分的に異なる記号は、前記送信コードマトリクス内の反ブロック対角サブマトリクスで送信される請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
４つのサブストリームがあり、各サブストリームは、２つの複素数記号を組み込んだ直交する２ｘ２コードマトリクスを形成するように変調され、そして前記送信コードマトリクスは、少なくとも４つの実質的に直交するシグナリングリソースにわたって延びる請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つのコードマトリクスは、別のコードマトリクスとは異なる記号レートを有する請求項２に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも１つのコードマトリクスは、別のコードマトリクスとは異なる次元を有する請求項２に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つのコードマトリクスは、別のコードマトリクスとは異なる電力で送信される請求項２に記載の方法。
【請求項２２】
前記実質的に直交するシグナリングリソースは、非重畳タイムスロット、異なる拡散コード、異なるＯＦＤＭサブキャリア、異なるウェーブレット波形及び異なるＦＤＭＡチャンネルのうちの少なくとも１つを含む請求項２に記載の方法。
【請求項２３】
送信コードマトリクスを使用して複素数記号を送信する装置において、
複素数記号から送信コードマトリクスを構成するための要素を備え、前記複素数記号の各々は、前記送信コードマトリクスの少なくとも２つの素子の一部分を形成し、そして前記マトリクス素子の少なくとも幾つかは、前記複素数記号の少なくとも２つを直線的に混合することにより形成され、更に、
実質的に直交するシグナリングリソース及び少なくとも３つの異なる送信アンテナ経路を使用して少なくとも部分的に並列に前記送信コードマトリクスを送信するための送信手段と、
を備えた装置。
【請求項２４】
送信コードマトリクスを構成するための前記要素は、
複素数記号のストリームを、複素数記号の少なくとも２つの少なくとも部分的に異なるストリームに変換するためのコンバータ手段と、
複素数記号の前記少なくとも２つのストリームを変調して少なくとも２つのコードマトリクスを形成する変調手段であって、その少なくとも１つは他より次元の大きいものとする変調手段と、
直線的換を使用して前記コードマトリクスを変換して、少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを構成するトランスフォーム手段と、
少なくとも２つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用して送信コードマトリクスを構成するコード構成手段と、
を備えた請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記トランスフォーム手段は、恒等変換とは異なる少なくとも１つの直線変換を適用する請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記変調手段は、直交するコードマトリクスを形成する請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
送信コードマトリクスを使用して複素数記号を送信するための送信器と、送信された複素数記号を受信するための受信器とを備えたシステムにおいて、前記送信器は、
複素数記号から送信コードマトリクスを構成するための要素を備え、前記複素数記号の各々は、前記送信コードマトリクスの少なくとも２つの素子の一部分を形成し、そして前記マトリクス素子の少なくとも幾つかは、前記複素数記号の少なくとも２つを直線的に混合することにより形成され、更に、
実質的に直交するシグナリングリソース及び少なくとも３つの異なる送信アンテナ経路を使用して少なくとも部分的に並列に前記送信コードマトリクスを送信するための送信手段と、
を備えたシステム。
【請求項２８】
実質的に直交するシグナリングリソースを使用して少なくとも３つの異なる送信アンテナ経路を経て少なくとも部分的に並列に送信されるべき送信コードマトリクスであって、この送信コードマトリクスは、送信されるべき複素数記号に基づいて構成され、これら複素数記号の各々は、前記送信コードマトリクスの少なくとも２つの素子の一部分を形成し、そして前記送信コードマトリクスの少なくとも幾つかの素子は、前記複素数記号の少なくとも２つの直線混合で構成される送信コードマトリクス。
【請求項２９】
前記複素数記号は、４つの複素数記号であり、そして前記送信コードマトリクスは、４ｘ４個の素子を含む請求項２８に記載の送信コードマトリクス。
【請求項３０】
前記複素数記号は、４つの複素数記号の第１グループと、４つの複素数記号の第２グループとを含み、前記送信コードマトリクスは４ｘ４個の素子を含み、そして前記複素数記号は、前記送信コードマトリクスの各グループ内で直線的に混合される請求項２８に記載の送信コードマトリクス。
【請求項３１】
信号を受信する方法において、
各送信アンテナ経路から各受信アンテナへのインパルス応答推定を推定し、
送信マトリクスの構造を使用して、１つ又は複数の送信された信号ストリームに対してビット又は記号推定を計算し、前記マトリクスは、２つの直交する空間−時間コードマトリクス又はチャンネル記号の少なくとも１つの直線的合成と、前記チャンネルインパルス応答推定とで構成される方法。
【請求項３２】
前記ビット又は記号推定は、変調器に使用される記号アルファベットに対応するハード判断である請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ビット又は記号判断は、判断の信頼性を反映するソフト判断である請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記信頼性は、ビット又は記号の帰納的確率から導出される請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記送信されるビット又は記号ストリームはチャンネルコード化され、そして前記検出器は、送信コードマトリクス及びチャンネルコードデコーダにわたって共同検出及びデコードを実行する請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記共同検出及びデコード方法は、送信される記号又はビットに対して計算された信頼性推定を使用する請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
信号を受信する装置において、
各送信アンテナ経路から各受信アンテナへインパルス応答推定を出力するチャンネル推定モジュールと、
送信マトリクスの構造を使用する検出モジュールと、
を備え、前記マトリクスは、２つの直交する空間−時間コードマトリクス又はチャンネル記号の少なくとも１つの直線的合成と、１つ又は複数の送信信号ストリームに対するビット又は記号推定を計算するためのチャンネルインパルス応答推定とを備えたものである装置。
【請求項３８】
前記ビット又は記号推定は、変調器に使用される記号アルファベットに対応するハード判断である請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記ビット又は記号判断は、判断の信頼性を反映するソフト判断である請求項３７に記載の装置。
【請求項４０】
前記信頼性は、ビット又は記号の帰納的確率から導出される請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記送信されるビット又は記号ストリームはチャンネルコード化され、そして前記検出器は、送信コードマトリクス及びチャンネルコードデコーダにわたって共同検出及びデコードを実行する請求項３７に記載の装置。
【請求項４２】
前記共同検出及びデコード方法は、送信される記号又はビットに対して計算された信頼性推定を使用する請求項４１に記載の装置。
【国際調査報告】
2005513953.tif 000024
2005513953.tif 000025