(57)【要約】  本発明は伝送しようとする信号を複数の送信アンテナを通じて時空間符号化して伝送する無線通信システム及び方法を提供する。前記信号は低密度パリティ検査符号を用いて伝送される。低密度パリティ検査行列の各エレメント値を前記送信アンテナの個数に相応するサブマトリックスで拡張してリフティング低密度パリティ検査行列を構成する。前記伝送しようとする信号を前記リフティング低密度パリティ検査行列を用いて符号化する。その後、前記符号化された信号を直列／並列変換して前記送信アンテナを通じて伝送する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送しようとする信号を複数の送信アンテナを通じて時空間符号化して伝送する無線通信システムで、低密度パリティ検査符号を用いて前記信号を伝送する方法であって、
低密度パリティ検査行列の各エレメント値を、前記複数の送信アンテナの個数に相応するサブマトリックスで拡張してリフティング低密度パリティ検査行列を構成するステップと、
前記伝送しようとする信号を前記リフティング低密度パリティ検査行列を用いて符号化するステップと、
前記符号化された信号を直列から並列に変換するステップと、
前記符号化された信号を複数の送信アンテナを通じて伝送するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記複数の送信アンテナの個数がＮＴである場合、前記サブマトリックスはＮＴ×ＮＴのサイズで構成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】
前記サブマトリックスで拡張されたリフティング低密度パリティ検査行列は、低密度パリティ検査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４】
前記低密度検査行列のエレメント値が“０”である場合、前記エレメント値に拡張されるサブマトリックスは、“０”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５】
前記低密度検査行列のエレメント値が“１”である場合、前記エレメント値に拡張されるサブマトリックスは、恒等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６】
前記低密度検査行列のエレメント値が“１”である場合、前記エレメント値に拡張されるサブマトリックスは、恒等行列の行を交換して構成した一つ以上の順列行列から選択された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７】
前記低密度パリティ検査行列の同じ行で“１”の値を有するエレメントのうち、少なくとも一つを順列行列とは相異なるサブマトリックスを用いて拡張することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
伝送しようとする信号を複数の送信アンテナを通じて時空間符号化して伝送する無線通信システムで、低密度パリティ検査符号を用いて受信信号を復号する方法であって、
低密度パリティ検査行列の各エレメント値を、前記複数の送信アンテナの個数に相応するサブマトリックスで拡張してリフティング低密度パリティ検査行列を構成するステップと、
前記受信信号を前記リフティング低密度パリティ検査行列を用いて復号するステップと、
前記復号された信号を判定して受信シンボルを決定するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記複数の送信アンテナの個数がＮＴである場合、前記サブマトリックスは、ＮＴ×ＮＴのサイズで構成されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記サブマトリックスで拡張されたリフティング低密度パリティ検査行列は、低密度パリティ検査行列であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記低密度検査行列のエレメント値が“０”である場合、前記エレメント値に拡張されるサブマトリックスは、“０”行列であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記低密度検査行列のエレメント値が“１”である場合、前記エレメント値に拡張されるサブマトリックスは、恒等行列であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記低密度検査行列のエレメント値が“１”である場合、前記エレメント値に拡張されるサブマトリックスは、恒等行列の行を交換して構成した一つ以上の順列行列から選択された行列であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記低密度パリティ検査行列の同じ行で“１”の値を有するエレメントのうち、少なくとも一つを順列行列とは相異なるサブマトリックスを用いて拡張することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記受信信号を復号するまえに、前記受信信号を複数の送信アンテナによる複数の信号に区分するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記受信信号を復号した後に、検査ノードを復号するステップを繰り返すことにより、低密度パリティ検査符号の復号方法による繰り返し復号を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
前記判定は硬判定であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
伝送しようとする信号を複数の送信アンテナを通じて時空間符号化して伝送する無線通信システムで、低密度パリティ検査符号を用いて前記信号を伝送する装置であって、
低密度パリティ検査行列の各エレメント値を、前記送信アンテナの個数に応じてサブマトリックスで拡張してリフティング低密度パリティ検査行列を構成し、前記伝送しようとする信号を前記リフティング低密度パリティ検査行列を用いて符号化するリフティング低密度パリティ検査符号化器と、
前記符号化された信号を直列／並列変換する直列／並列変換器と
を含むことを特徴とする装置。
【請求項１９】
前記複数の送信アンテナの個数情報に応じて前記リフティング低密度パリティ検査符号化器を制御するリフティング制御器をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記直列／並列変換器を通じて直列／並列変換された信号を前記複数の送信アンテナに応じて区分して伝送するために、前記複数の送信アンテナに応じて伝送される信号をインターリービングする複数のインターリーバーと、
前記各インターリーバーから出力された信号を所定のシンボルでマッピングする複数の信号写像部と
をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記複数の送信アンテナの個数がＮＴである場合、前記サブマトリックスはＮＴ×ＮＴのサイズで構成されることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記サブマトリックスで拡張されたリフティング低密度パリティ検査行列は、低密度パリティ検査行列であることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２３】
前記低密度検査行列のエレメント値が“０”である場合、前記エレメント値に拡張されるサブマトリックスは、“０”行列であることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２４】
前記低密度検査行列のエレメント値が“１”である場合、前記エレメント値に拡張されるサブマトリックスは、恒等行列であることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２５】
前記低密度検査行列のエレメント値が“１”である場合、前記エレメント値に拡張されるサブマトリックスは、恒等行列の行を交換して構成した一つ以上の順列行列から選択された行列であることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２６】
前記低密度パリティ検査行列の同じ行で“１”の値を有するエレメントのうち、少なくとも一つを順列行列とは相異なるサブマトリックスを用いて拡張することを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
伝送しようとする信号を複数の送信アンテナを通じて時空間符号化して伝送する無線通信システムで、低密度パリティ検査符号を用いて受信信号を復号する装置であって、
低密度パリティ検査行列の各エレメント値を、前記送信アンテナの個数に相応するサブマトリックスで拡張してリフティング低密度パリティ検査行列を構成して貯蔵するメモリと、
前記受信信号を前記メモリに貯蔵されたリフティング低密度パリティ検査行列を用いて復号するリフティング低密度パリティ検査復号器と
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２８】
前記リフティング低密度パリティ検査復号器から復号された信号を硬判定して受信シンボルを決定する硬判定器をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記複数の送信アンテナの個数情報に応じて前記リフティング低密度パリティ検査復号器を制御するリフティング制御器をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
受信アンテナを通じて受信された信号を前記複数の送信アンテナに応じて区分して検出するための検波器をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項３１】
前記検波器により前記複数の送信アンテナに応じて区分された信号を、符号化器のインターリービング方法と同じデインターリービング方法を通じてデインターリービングする複数のデインターリーバーをさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記リフティング低密度パリティ検査復号器は、
前記受信信号に対して前記リフティング低密度パリティ行列に応じて低密度パリティ変数ノード復号を行う第１の変数ノード復号器と、
前記第１の変数ノード復号器の出力信号をインターリービングして低密度パリティ検査ノード復号する検査ノード復号器と、
前記検査ノード復号器の出力信号をインターリービングして低密度パリティ変数ノード復号を行う第２の変数ノード復号器と
を含むことを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項３３】
前記リフティング低密度パリティ検査復号器は、
前記インターリービング及びデインターリービングを前記複数の送信アンテナの個数に応じて制御するインターリーバー制御器をさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記第２の変数ノード復号器の出力信号を直列／並列変換及びインターリービングし、前記変換及びインターリービングされた出力信号を前記検波器で検出して繰り返し復号を行うことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記繰り返し復号を所定の数だけ繰り返し行う場合、前記第１の変数ノード復号器の出力信号を最終の復号信号として決定することを特徴とする請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記第１の変数ノード復号器を通じて復号された信号を硬判定して受信シンボルを決定する硬判定器をさらに含むことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記複数の送信アンテナの個数がＮＴである場合、前記サブマトリックスはＮＴ×ＮＴのサイズで構成されることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項３８】
前記サブマトリックスで拡張されたリフティング低密度パリティ検査行列は低密度パリティ検査行列であることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項３９】
前記低密度検査行列のエレメント値が“０”である場合、前記エレメント値に拡張されるサブマトリックスは“０”行列であることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項４０】
前記低密度検査行列のエレメント値が“１”である場合、前記エレメント値に拡張されるサブマトリックスは恒等行列であることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項４１】
前記低密度検査行列のエレメント値が“１”である場合、前記エレメント値に拡張されるサブマトリックスは、恒等行列の行を交換して構成した一つ以上の順列行列から選択された行列であることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項４２】
前記低密度パリティ検査行列の同じ行で“１”の値を有するエレメントのうち、少なくとも一つを順列行列とは相異なるサブマトリックスを用いて拡張することを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に複数のアンテナを使用する無線通信システムの時空間符号化／復号器に係り、低密度パリティ検査符号を用いる時空間符号化／復号方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
時空間符号化技術によれば、符号化方式により出力された信号を複数の送信アンテナを用いて伝送することにより、時間領域における符号化技術を空間領域に拡張してより低いエラー率を達成する。
【０００３】
図１は時空間符号化方法を適用した送受信器を示した図である。図１を参照すれば、前記送受信器は、時空間符号化器１００、時空間復号器１０２、前記時空間符号化器１００から出力された信号を伝送するための複数の送信アンテナ１１０〜１１４及び前記送信アンテナ１１０〜１１４から出力された信号を受信するための複数の受信アンテナ１２０〜１２４で構成される。ここで、前記送信アンテナ１１０〜１１４の個数と前記受信アンテナ１２０〜１２４の個数とは相異なることができる。
【０００４】
前記時空間符号化器１００は入力信号(入力データ)を所定の符号率に応じて符号化する。前記入力データの個数がｋであり、前記時空間符号化器１００から出力されるデータの個数がＮであれば、前記時空間符号化器１００の符号率はｋ／Ｎである。
一方、前記複数の送信アンテナ１１０〜１１４は前記時空間符号化器１００から出力されるシンボルを順次に伝送する。前記シンボルをＮＴ個の送信アンテナを通じて伝送する場合、前記時空間符号化器１００の符号率は、
【数１】
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である。
【０００５】
前記複数の受信アンテナ１２０〜１２４の各々は前記複数の送信アンテナ１１０〜１１４を通じて伝送されたシンボルを受信する。前記第１の受信アンテナ１２０は、前記第１の送信アンテナ１１０乃至第ＮTの送信アンテナ１１４を通じて伝送されるシンボルを受信する。さらに、前記第２の受信アンテナ１２２は、前記第１の送信アンテナ１１０乃至第ＮTの送信アンテナ１１４を通じて伝送されるシンボルを受信する。前記第ＮRの受信アンテナ１２４は、前記第１の送信アンテナ１１０乃至第ＮTの送信アンテナ１１４を通じて伝送されるシンボルを受信する。
【０００６】
前記時空間復号器１０２は、前記複数の受信アンテナ１２０〜１２４を通じて受信されるシンボルを所定の復号率に応じて復号する。前記時空間復号器１０２の復号率は、前記時空間符号化器１００の符号率に応じて決定される。すなわち、前記時空間符号化器１００の符号率がｋ／Ｎであれば、前記時空間復号器１０２の復号率はＮ／ｋとなる。
前記時空間復号器１０２は、前記受信されたシンボルを復号することにより、送信アンテナ１１０〜１１４から送信された信号を検索する。前記時空間符号化器１００に対する具体的な説明を後述する。
【０００７】
図２は、一般的なレイヤード時空間符号化器の構成を示した図である。前記“レイヤード(layered)”とは、チャンネル符号化されたデータが所定の方式に応じて各送信アンテナを通じて伝送されることを示す。
図２を参照すれば、前記レイヤード時空間符号化器で使用されるチャンネル符号化器は所定のチャンネル符号化方法を用いる。前記レイヤード時空間符号化器の符号率はＮT×Ｒであり、ここで、Ｒはチャンネル符号化器の符号率、ＮTはアンテナの個数を示す。前記レイヤード時空間符号化器は、チャンネル符号化器２００、直列信号を並列信号に変換する直列／並列変換器２０２、多数のアンテナインターリーバー２０４〜２０６、信号写像器２０８〜２１０及び多重アンテナ２１２〜２１４で構成される。図２において、Πiはｉ番目のアンテナインターリーバーを示す。一方、前記アンテナインターリーバー２０４〜２０６及び信号写像器２０８〜２１０の個数は前記アンテナ２１２〜２１４の個数に応じて決定される。
【０００８】
まず、入力されたデータは前記チャンネル符号化器２００を通じて信頼性の高い信号を復元するように符号化される。前記チャンネル符号化器２００の出力データは、ＮＴ個のアンテナに伝送されるように直列／並列変換器２０２を通過する。前記直列／並列変換器２０２の出力データは各々のアンテナインターリーバー２０４〜２０６に入力され、前記アンテナインターリーバー２０４〜２０６は入力されたデータを順次にインターリービングする。
【０００９】
さらに、前記インターリーバー２０４〜２０６の出力データは、送信アンテナに伝送されるまえに、信号写像器２０８〜２１０によって所望の信号にマッピングされる。前記信号写像器２０８〜２１０は入力されたビットシンボルをｋ個のビットの集合と対応するコンステレーション図(constellation)に基づき前記送信アンテナを通じて伝送する信号として決定する。
【００１０】
したがって、前記コンステレーション図は、入力ビットのサイズｎに応じて変わる。例えば、前記ｎの値が１である場合、前記コンステレーション図は一定した振幅と周波を有する搬送波を用いてその位相を伝送符号に対応させて変換するＢＰＳＫ(binary phase shift keying)方式を通じて具現される。ｎの値が２である場合、前記コンステレーション図はＱＰＳＫ(quadrature phase-shift keying)方式で具現が可能であり、ｎの値が３である場合は８ＱＡＭ(quadrature amplitude modulation)方式で具現が可能である。
【００１１】
図３は、一般的なレイヤード時空間復号器を示した図である。特に、図３に示した時空間復号器は、図２に示したレイヤード時空間符号化器に対応する“階層化した時空間復号器”である。
図３を参照すれば、複数の送信アンテナを通じて伝送されたフレームデータ列は所定の受信アンテナで受信される。三つの受信アンテナが提供される場合、前記三つの受信アンテナの各々は前記三つの送信アンテナから伝送されたフレームデータ列を受信する。前記レイヤード時空間復号器は、ＮR個の受信アンテナ３００〜３０２、検波器３０４、復号器３１２、ＮR個のアンテナデインターリーバー(de-interleaver)３０６〜３０８、ＮR個のアンテナインターリーバー３１６〜３１８、並列／直列変換器３１０及び直列／並列変換器３１４で構成されている。
【００１２】
前記各々の受信アンテナ３００〜３０２は、各々の送信アンテナから伝送された信号を受信する。前記受信アンテナ３００〜３０２で受信されたデータは、検波器３０４によって各々の送信アンテナに対する送信信号が検波される。検波器３０４の出力データは、前記レイヤード時空間符号化器のアンテナインターリーバー２０４〜２０６に対応するアンテナデインターリーバー３０６〜３０８に入力される。すなわち、前記レイヤード時空間符号化器のアンテナインターリービングされたデータは元のデータを得るためにデインターリービングされる。
【００１３】
前記アンテナデインターリーバーの出力データは、並列データを直列に変換する並列／直列変換器３１０に入力されて、直列データに変換される。前記並列／直列変換器３１０の出力データは復号器３１２に入力される。前記復号器３１２は、上述したレイヤード時空間符号化器の符号化器に対応し、信頼できる信号の復元のために構成される。
前記復号器３１２の出力データは、チャンネル環境などによるエラーが発生しない場合、送信器で復号するまえの信号と同じである。しかしながら、前記チャンネル環境などによるエラーが発生する場合は、より正確な受信信号の復号のために繰り返し復号を行える。
【００１４】
したがって、前記復号器３１２の出力データは直列データを並列に変換する直列／並列変換器３１４を通過して各々のアンテナインターリーバー３１６〜３１８に入力される。アンテナインターリーバーの出力データは再び検波器に入力され、繰り返し復号が行われる。このような繰り返し復号はデータ復元の信頼度を高める。
上述した繰り返し復号を通じて前記復号器３１２で信頼できる信号を復号すれば、前記復号器３１２の出力を受信信号として判定する。
【００１５】
一方 、次世代の無線移動通信システムでは、地上通信網と衛星通信網とを統合して使用するマルチメディアサービスを提供することを目標としている。このようなサービスを提供するためには、高い伝送率と低いエラー率が要求される。したがって、悪い伝送環境でも高品質かつ高信頼性の通信を連続して伝送するために、前記時空間符号化器／復号器に用いられるチャンネル符号化 ／復号技術が必ず要る。
【００１６】
前記チャンネル符号化技術はチャンネルの特性に応じて変わることもできるが、例えば、前記チャネル符号化技術にはエラー訂正符号が用いられる。前記エラー訂正符号の目標は悪いチャンネル状況で信頼できる通信を達成することである。言い換えれば、チャンネルを通じて伝送するまえに、チャンネル符号を用いてデータを符号化した後、受信端でチャンネル出力から元の情報と同じ情報を抽出することである。
【００１７】
このようなシステムの基本的な特性は、 Shannonのチャンネル符号化理論に基づく。Shannonのチャンネル符号化理論によれば、情報に対する最適の符号化がなされる場合、雑音のあるチャンネルで発生するエラーを情報伝送率の損失なしに減らすのには限界が存在する。このような符号化理論は数十年にわたって発展してきた。
最近では、数百Ｋｂｐｓ〜数Ｍｂｐｓの音声及び低速マルチメディアサービスを提供する３世代の無線移動通信であるＩＭＴ -２０００のための高信頼度のチャンネル符号技術分野では、畳込み符号を使用する連接符号のうち、繰り返し復号技法を用いるターボ符号が提供されている。１９９３年に発表されたターボ符号はＲＳＣ (Recursive Systematic Convolutional)符号を並列連接して符号化し、繰り返し復号 (Iterative Decoding)技術を通じて復号を行う。さらに、前記ターボ符号はインターリーバーのサイズが大きく、繰り返し復号が十分に行われたときに、ビットエラー率 (Bit Error Rate;ＢＥＲ )の観点でShannonの限界に近接する優れた性能を示す。
しかしながら、前記ターボ符号を用いる場合、多い演算量による複雑度の増加 、インターリーバーと繰り返し復号動作数の増加による遅延及び実時間処理の難題などの問題点がある。
【００１８】
一方 、第４世代の無線移動通信システムでは、音声及び高速マルチメディアサービスを提供するように開発されている。前記第４世代の無線移動通信におけるエラー訂正符号としてはまだ決められたことはないが、現在よりは低いエラー率(音声及びデータ:１０6〜１０-9 )を要求するので、新たなエラー訂正符号の研究が必要である。
したがって、既存のターボ符号より複雑度や性能面で優れた符号特性を示す低密度パリティ検査 (Low Density Parity Check;ＬＤＰＣ )符号が提案されている。前記ＬＤＰＣ符号はパリティ検査行列Ｈの大部分のエレメントが“０”の線形ブロック符号である。前記ＬＤＰＣ符号は従来では復号の複雑度によって技術的に具現が不可能で、長い間実現されなかった。
【００１９】
M ackayと Nealは前記ＬＤＰＣ符号を再発見して Gallagerの簡単な確率的復号法を用いて性能の優秀性を示した。
より詳しくは、前記ＬＤＰＣ符号は行列内の“１”の個数が希薄なランダムパリティ検査行列Ｈにより定義される。前記パリティ検査行列Ｈは、受信信号に対する正常的な符号化動作を確かめるための行列であり、符号化した前記受信信号と前記パリティ検査行列Ｈとの乗算値が“０”であれば、エラーが発生しない。
したがって、全ての符号化した受信信号と乗算して“０”の値を有する所定のパリティ検査行列を設計した後、前記所定のパリティ検査行列による送信側の符号化器で符号化動作を行う。前記パリティ検査行列Ｈの構造的な特性は次の通りである。
【００２０】
第一に、各行は加重値ｋの“１”の値を有するエレメントで構成し、前記ｋはできるだけ均一に構成する。
第二に、各列は加重値ｊの“１”の値を有するエレメントで構成するが、一般に、前記加重値ｊは３あるいは４である。
第三に、二つの列間の重複(overlap)は“１”より大きくないようにランダムに構成する。ここで、加重値とは、前記パリティ検査行列の各列に存在する“０”でない値を有するエレメントの個数を示し、二つの列間の重複とは、行間の内積を示す。したがって、符号の長さに比べて行と列の加重値は非常に小さい。
【００２１】
前記ＬＤＰＣ符号はファクター(factor)グラフ上で和積(sum-product)アルゴリズムに基づく繰り返し復号アルゴリズムを用いて復号が可能である。前記和積アルゴリズムに基づく繰り返し復号アルゴリズムを使用する復号方法を採用することにより、前記ＬＤＰＣ符号を使用する復号器は前記ターボ符号の復号器に比べて低い複雑度を示すのみならず、並列処理復号器の具現も容易になる。
【００２２】
前記ＬＤＰＣ符号をファクターグラフで表現すれば、前記ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上にサイクルが存在する。よく知られたように、前記サイクルを有する前記ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上の繰り返し復号は準最適(sub-optimal)の復号である。さらに、前記ＬＤＰＣ符号が繰り返し復号を通じて優れた性能を示すことも実験によって証明されている。しかしながら、前記ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上に短い長さを有する多数のサイクルが存在する場合は、前記ＬＤＰＣ符号の性能劣化が発生するので、前記ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上に短い長さのサイクルが存在しないようにするＬＤＰＣ符号を設計するための研究がなされている。
【００２３】
前記ＬＤＰＣ符号の符号化手続きは、高い加重値を有する生成行列の特性により、低い加重値密度を有するパリティ検査行列を用いている。特に、前記パリティ検査行列のパリティに該当する部分行列が規則的な形態を有すると、前記ＬＤＰＣは効率的な符号化が可能になる。
【００２４】
一方、前記ＬＤＰＣ符号は“０”でない値を有する様々な符号を含むので、ＬＤＰＣ符号の実用化において、各種の形態を有するＬＤＰＣ符号の効率的な符号化アルゴリズム及び復号アルゴリズムを開発することが非常に重要である。さらに、ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列はＬＤＰＣ符号の性能を決定するので、優れた性能のパリティ検査行列を設計する方法も重要である。すなわち、優秀な性能の効率的なパリティ検査行列、効率的な符号化アルゴリズム及び復号アルゴリズムは優れた性能を有するＬＤＰＣ符号を生成するために同時に考慮されるべきである。
【００２５】
上述したように、前記ＬＤＰＣ符号は、大部分のエレメントが“０”の値を備え、その他のエレメントが“1”の値を有するパリティ検査行列により定義される。例えば、(Ｎ，ｊ，ｋ)ＬＤＰＣ符号はブロックの長さＮを有する線形ブロック符号であり、各列にｊ個の“１”の値を有するエレメントと、各行にｋ個の“１”の値を有するエレメントとを備える。前記“１”の値を有するエレメント以外のエレメントは“０”の値を有するエレメントで構成される希薄な構造のパリティ検査行列により定義される。
【００２６】
上述したように、前記パリティ検査行列内の各列にｊ個の加重値が一定に形成され、前記パリティ検査行列内の各行にｋ個の加重値が一定に形成される場合、ＬＤＰＣ符号を“均一ＬＤＰＣ符号”と称する。しかしながら、前記パリティ検査行列内の各列及び各行の加重値の個数が一定していないＬＤＰＣ符号を“不均一ＬＤＰＣ符号”と称する。一般に、前記均一ＬＤＰＣ符号の性能に比べて、前記不均一ＬＤＰＣ符号の性能がより優れている。しかしながら、前記不均一ＬＤＰＣ符号の場合、パリティ検査行列内の各列の加重値と各行の加重値とが同じでないため、パリティ検査行列内の各列及び各行の加重値を適宜に調節しなければ、優れた性能を保障できない。
【００２７】
したがって、図１及び図２に示した時空間符号化器／復号器はＬＤＰＣ符号を用いて符号化／復号を行うことにより、優れた性能のチャンネル符号化／復号が可能である。
一方、従来のレイヤード時空間符号は様々なアンテナの個数に対して最適の符号化利得を得るように様々なチャンネル符号化を行うべきなので、アンテナの個数を様々に使用しにくい。すなわち、二つのアンテナを使用する場合と三つのアンテナを使用する場合に対してチャンネル符号化器を相違に使用しなければならない。さらに、レイヤード時空間符号の場合、アンテナに伝送される信号間の相関関係が高い場合、高い符号化利得を得ることができる。しかしながら、任意のチャンネル符号を使用する場合、前記伝送信号間の高い相関関係を達成できない。
【００２８】
すなわち、前記レイヤード時空間符号の場合、各々のアンテナに伝送される信号が独立的なので、優れた性能を保障しない。特に、優れた性能を示す前記ＬＤＰＣ符号を使用する場合、上述した多重アンテナを通じて伝送されるビット間の連関関係が高くなるほど、優れた性能を達成することができる。しかしながら、前記ＬＤＰＣ符号を任意に設計する場合は、アンテナ間の相関関係を高めることが容易でないという短所がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
前記従来の技術の問題点を解決するための本発明の目的は、複数のアンテナを使用する無線通信システムの時空間符号化／復号器で、前記複数のアンテナを通じて伝送されるビット列間の相関関係を高めたリフティング低密度パリティ検査符号を用いるレイヤード時空間符号化／復号方法及び装置を提供することである。
【００３０】
本発明の他の目的は、多重アンテナを通じて伝送されるビット列間の相関関係を高めてエラーなしにデータを伝送する装置及び方法を提供することである。
本発明のまた他の目的は、特定の時点で伝送しようとするビット列の個数よりアンテナの個数が多い場合、ビット列の伝送を効率的に行う装置及び方法を提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、様々な送信アンテナに対してレイヤード時空間符号の拡張を容易にするのみならず、ＬＤＰＣ復号方法で受信したデータを正確に復元することにより、高品質の信頼度を達成する装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
このような目的を達成するために、本発明の第１の特徴によれば、伝送しようとする信号を複数の送信アンテナを通じて時空間符号化して伝送する無線通信システムで、低密度パリティ検査符号を用いて前記信号を伝送する方法を提供する。前記方法は、低密度パリティ検査行列の各エレメント値を前記複数の送信アンテナの個数に相応するサブマトリックスで拡張してリフティング低密度パリティ検査行列を構成するステップと、前記伝送しようとする信号を前記リフティング低密度パリティ検査行列を用いて符号化するステップと、前記符号化された信号を直列から並列に変換するステップと、前記符号化された信号を複数の送信アンテナを通じて伝送するステップとを含むことを特徴とする。
【００３２】
本発明の第２の特徴によれば、伝送しようとする信号を複数の送信アンテナを通じて時空間符号化して伝送する無線通信システムで、低密度パリティ検査符号を用いて受信信号を復号する方法を提供する。前記方法は、低密度パリティ検査行列の各エレメント値を前記複数の送信アンテナの個数に相応するサブマトリックスで拡張してリフティング低密度パリティ検査行列を構成するステップと、前記受信信号を前記リフティング低密度パリティ検査行列を用いて復号するステップと、前記復号された信号を判定して受信シンボルを決定するステップとを含むことを特徴とする。
【００３３】
本発明の第３の特徴によれば、伝送しようとする信号を複数の送信アンテナを通じて時空間符号化して伝送する無線通信システムで、低密度パリティ検査符号を用いて前記信号を伝送する装置を提供する。前記装置は、低密度パリティ検査行列の各エレメント値を前記送信アンテナの個数に応じてサブマトリックスで拡張してリフティング低密度パリティ検査行列を構成し、前記伝送しようとする信号を前記リフティング低密度パリティ検査行列を用いて符号化するリフティング低密度パリティ検査符号化器と、前記符号化された信号を直列／並列変換する直列／並列変換器とを含むことを特徴とする。
【００３４】
本発明の第４の特徴によれば、伝送しようとする信号を複数の送信アンテナを通じて時空間符号化して伝送する無線通信システムで、低密度パリティ検査符号を用いて受信信号を復号する装置を提供する。前記装置は、低密度パリティ検査行列の各エレメント値を前記送信アンテナの個数に相応するサブマトリックスで拡張してリフティング低密度パリティ検査行列を構成して貯蔵するメモリと、前記受信信号を前記メモリに貯蔵されたリフティング低密度パリティ検査行列を用いて復号するリフティング低密度パリティ検査復号器とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は、リフティングＬＤＰＣ符号を時空間符号化に適用することにより、多重アンテナから伝送されるビット列間の相関関係を高めてエラーなしにデータを伝送することができる。したがって、前記アンテナダイバーシティにより受信されたデータを正確に復元し、高品質の信頼度を達成し得る。また、簡単なる符号化復号方法を用いて優れた性能を保障する時空間符号を設定できる。その上、多数の送受信アンテナを備えるシステムへの拡張適用も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知の機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
【００３７】
本発明は、ＬＤＰＣ符号を時空間符号化器／復号器に適用するとき、アンテナの個数変化によるＬＤＰＣ符号の拡張を容易にするリフティング(Lifting)ＬＤＰＣ符号を提案する。また、本発明は、前記時空間符号化器／復号器で、各アンテナに伝送される信号の相関関係が高いリフティングＬＤＰＣ符号を提案して信頼性のある信号の符号化／復号を可能にする。
一方、本発明は後述する内容に限らず、多重アンテナを用いて信号を伝送するシステムで、前記ＬＤＰＣ符号を用いる各種の符号化器／復号器にも適用が可能なのは明らかである。
【００３８】
以下、本発明によるリフティングＬＤＰＣ符号を用いたレイヤード時空間符号化器／復号器の説明に先立って、前記レイヤード時空間符号化器／復号器に適用されるＬＤＰＣ符号及びリフティングＬＤＰＣ符号の構成方法について詳しく説明する。
図４は、(Ｎ，ｊ，ｋ)ＬＤＰＣ符号の例として、(８，２，４)ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列を示した図である。図４を参照すれば、前記(８，２，４)ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列Ｈは８つの列と４つの行を含み、各列の加重値は２として均一である。上述したように、前記パリティ検査行列内の各列の加重値が均一なので、前記(８，２，４)ＬＤＰＣ符号は均一ＬＤＰＣ符号となる。この際、各列の加重値が均一でない場合、不均一ＬＤＰＣ符号となる。
【００３９】
図５は、図４の(８，２，４)ＬＤＰＣ符号のファクターグラフを示した図である。図５を参照すれば、図４の(８，２，４)ＬＤＰＣ符号のファクターグラフは８つの変数ノード(すなわち、Ｖ1５００〜Ｖ8５１４)と、４つの検査ノード５１６，５１８，５１０，５２２とで構成される。前記(８，２，４)ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列のｉ番目の列とｊ番目の行とが交差する地点に加重値、すなわち、“１”の値を有するエレメントが存在する場合、変数ノードＶiとｊ番目の検査ノードとの間にブランチが生成される。
【００４０】
例えば、図４に示したパリティ検査行列の一番目の行で、一、三、五及び七番目の列の値が“１”なので、図５の一番目の検査ノード５１６はＶ1５００、Ｖ3５０４、Ｖ5５０８及びＶ7５１２と連結されている。同様に、二番目の検査ノード５１８は、パリティ検査行列の二番目の行で、一、四、六及び八番目の列の値が“１”なので、Ｖ1５００、Ｖ4５０６、Ｖ6５１０及びＶ8５１４と連結されている。したがって、三番目及び四番目の検査ノード５２０、５２２も同じ方法を適用して示すことができる。
【００４１】
一方、ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列は０でない小さい数のエレメントを有するため、相対的に長い長さのブロック符号でも繰り返し復号を通じて復号が可能である。また、ブロック符号のブロックの長さを連続的に増加させると、ターボ符号のようにShannonのチャンネル容量限界に近接する形態の性能を示す。さらに、MacKayとNealはフロー(Flow)伝送方式を使用するＬＤＰＣ符号の繰り返し復号手続きが、ターボ符号の繰り返し復号手続きに殆ど近接する性能を有することを既に証明した。
【００４２】
以下、前記ＬＤＰＣ符号に基づく、本発明に適用されるリフティングＬＤＰＣ符号について説明する。ここで、前記リフティングとは、任意の“０”と“１”からなる行列に対して副行列(sub-matrix)交替を通じて基本行列のサイズを拡張する方法をいう。すなわち、前記リフティングＬＤＰＣ符号によれば、ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列の各々のエレメントの値をサブマトリックス交替を通じて拡張する。
【００４３】
図６Ａ乃至６Ｃを参照して前記リフティングＬＤＰＣについて詳しく説明する。
上述したように、ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列のｉ番目の列とｊ番目の行とが交差する地点に、加重値、すなわち、“１”の値を有するエレメントが存在する場合、変数ノードＶiとｊ番目の検査ノードＣjとの間にブランチが生成される。前記リフティング技法は、パリティ検査行列の“１”の値を有するエレメントの位置に任意のｋ×ｋ副行列を代替させるので、変数ノードＶiはＶi.1，Ｖi.2，．．，Ｖi.kに拡張され、ｊ番目の検査ノードＣjはＣi.1，Ｃi.2，．．，Ｃi.kに拡張される。
【００４４】
前記拡張されたｋ個の変数ノードとｋ個の検査ノードはｋ×ｋ副行列に応じて、ファクターグラフの形態として表現できる。図６Ａ乃至６Ｃは、ｋが２、３及び４である様々な副行列に対して変数ノードＶiとｊ番目の検査ノードとの間のブランチの変形を示した。
【００４５】
図６Ａは、二つの送信アンテナを使用する場合、リフティングＬＤＰＣ符号を用いるために、前記パリティ検査行列で“１”の値を有するエレメントを二種の２×２副行列で代替したとき、検査ノードと変数ノードとの間のブランチの変形状態を示した。すなわち、所定のパリティ検査行列は“１”の値を有するエレメントに対して、図６Ａに示したように二種の行列に拡張が可能である。したがって、前記エレメントは、Ｃj.1がＶi.1とブランチを形成し、Ｃj.2がＶi.2とブランチを形成するファクターグラフと、Ｃj.1がＶi.2とブランチを形成し、Ｃj.2がＶi.1とブランチを形成するファクターグラフとで表現できる。
【００４６】
図６Ｂは、三つの送信アンテナを使用する場合、リフティングＬＤＰＣ符号を用いるために、“１”の値を有するエレメントを３×３副行列で代替したとき、ブランチの変化状態を示したファクターグラフである。図６Ｂを参照すれば、前記パリティ検査行列で“１”の値を有する各々のエレメントは、三つのファクターグラフを通じて表現することができる。
【００４７】
図６Ｃは、四つの送信アンテナを使用する場合、リフティングＬＤＰＣ符号を用いるために、“１”の値を有するエレメントを４×４副行列で代替したとき、ブランチの変化状態を示したファクターグラフである。図６Ｃを参照すれば、前記パリティ検査行列で“１”の値を有する各々のエレメントは、四つのファクターグラフを通じて表現可能である。
したがって、前記ＬＤＰＣ符号にリフティングを行うために、図６Ａ乃至６Ｃに示した行列の他にも、様々な順列行列を使用できる。
【００４８】
さらに、図６Ａ乃至６Ｃに示したように、パリティ検査行列の“１”を代替する副行列に応じて多様にブランチを変えることもできる。以下、図７Ａ乃至図８Ｂを参照して、二つの送信アンテナを使用する場合、リフティングＬＤＰＣ符号を時空間符号に適用する方法について説明する。
【００４９】
図７Ａは、本発明の第１の実施形態によるリフティングＬＤＰＣ符号の構成方法を示した図であり、図７Ｂは図７Ａをファクターグラフで表現した図である。さらに、図８Ａは本発明の第２の実施形態によるリフティングＬＤＰＣ符号の構成方法を示した図であり、図８Ｂは図８Ａをファクターグラフで表現した図である。
【００５０】
＜第１の実施形態＞
図７Ａは、任意の４×８行列７００の“１”の値を有するエレメントの位置に恒等行列を代入し、“０”の値を有するエレメントの位置に０行列を代置する方式によって、基本４×８行列７０２を８×１６行列７０４にリフティングさせた行列を示した図である。図７Ａを参照すれば、所定のパリティ検査行列Ｈ７００を前記基本４×８行列７０２で構成し、前記パリティ検査行列で“１”の値を有する各エレメントを、図６Ａを参照して説明した方法を通じて、２×２行列で代替させうる。すなわち、前記４×８のパリティ検査行列Ｈ７００で“１”の値を有する１３個の各エレメントを、Ｓ1乃至Ｓ13の２×２副行列で拡張することにより、前記パリティ検査行列Ｈ７００をリフティングする。
【００５１】
前記Ｓ1乃至Ｓ13の２×２副行列の各々は様々な形態で具現し得る。図７Ａでは、前記Ｓ1乃至Ｓ13を恒等行列の形態で具現した。したがって、前記４×８サイズのパリティ検査行列Ｈ７００は２×２行列にリフティングされて８×１６サイズの行列７０４が生成される。
【００５２】
一方、図７Ａに示したリフティングＬＤＰＣ行列は図７Ｂのようなファクターグラフで表現できる。図７Ｂを参照すれば、リフティングパリティ検査行列のファクターグラフ７０８は、前記基本パリティ検査行列７００の“１”の値を有するエレメントに恒等行列を代入したので、前記基本パリティ検査行列のファクターグラフ７０６を二倍に拡張した二つの独立的なファクターグラフとして示すことができる。したがって、リフティングを行うまえの二つのファクターグラフ７０６としてグラフ７０８を表現し得る。
前記ファクターグラフ７０８において、Ｖi，1と関連した部分が第１のアンテナを通じて伝送されるデータであり、Ｖi，2と関連した部分が第２のアンテナを通じて伝送されるデータである。
【００５３】
＜第２の実施形態＞
以下、図８Ａ及び８Ｂを参照して各アンテナに伝送されるビット列間の相関関係を改善するための本発明の第２の実施形態について説明する。
一般に、同じ検査ノードに連結された変数ノードは復号手続きで高い相関関係を有する。したがって、本発明の第２の実施形態による前記リフティングＬＤＰＣ符号を用いるレイヤード時空間符号では、同じ検査ノードに相異なるアンテナに伝送されるデータを連結させることにより、多重アンテナに伝送されるデータ間の相関関係を高めることができる。例えば、図７Ａ及び７Ｂに示した第１の実施形態とは異なり、図８Ａ及び８Ｂの第２の実施形態では、４×８行列の“１”の値を有するエレメントに恒等行列を代入せず、循環行列を代入させることにより、伝送信号の相関関係を向上させる。
【００５４】
一方、下記の式１に示したように、前記循環行列としては二つの２×２サイズの循環行列が用いられる。
【数２】
2007507156.tif 000004
【００５５】
したがって、４×８行列８００で“１”の値を有するエレメントに数１のような循環行列Ｐ1とＰ2を順次に代入すれば、リフティング行列８０２，８０４が得られる。
図８Ａを参照すれば、所定のパリティ検査行列Ｈ８００を４×８の行列で構成し、前記パリティ検査行列で“１”の値を有する各エレメントを、図６Ａを参照して説明した方法を通じて、２×２行列で代替させる。すなわち、前記パリティ検査行列Ｈ８００で“１”の値を有する１３個の各エレメントをＳ1乃至Ｓ13の２×２サブ行列に拡張することにより、前記パリティ検査行列Ｈ８００をリフティングする。
【００５６】
前記Ｓ1乃至Ｓ13の２×２サブ行列は様々な形態で具現が可能である。図８Ａでは、前記Ｓ1乃至Ｓ13を前記循環行列Ｐ1とＰ2の形態で具現した。したがって、前記４×８サイズのパリティ検査行列Ｈ８００は２×２行列にリフティングされて８×１６サイズの行列８０４が生成される。すなわち、本発明の第２の実施形態では、Ｓ2，Ｓ3，Ｓ5，Ｓ8，Ｓ9及びＳ12にはＰ1を、Ｓ1，Ｓ4，Ｓ6，Ｓ7，Ｓ10，Ｓ11，Ｓ13にはＰ2を適用してリフティングを行う。
【００５７】
前記パリティ検査行列の同じ位置に前記循環行列Ｐ1及びＰ2が交互にマッピングされる。前記パリティ検査行列の“１”の位置にサブ行列がマッピングされるとき、一つの行に提供されるエレメントのうち、少なくとも一つは、Ｓ3、Ｓ7、Ｓ12からなる第１の行のＳ7のように、サブ行列の他のエレメントとは異なるべきである。
【００５８】
一方、図８Ａに示したリフティングＬＤＰＣ行列は、図８Ｂのようなファクターグラフで表現が可能である。図８Ｂを参照すれば、リフティングパリティ検査行列のファクターグラフ８０８は、前記リフティングパリティ検査行列で“１”の値を有するエレメントにＰ1あるいはＰ2の循環行列を代入したので、ファクターグラフ８０６を二倍に拡張した二種のファクターグラフで示すことができる。一方、図７Ｂに示した第１の実施形態とは異なり、図８Ｂでは、本発明の第２の実施形態に応じて二倍に拡張されたファクターグラフが互いに連関性を示してブランチを形成する。
【００５９】
より詳しくは、図８Ｂにおいて、実線表示部分は一番目のアンテナに伝送されたデータと連結されたブランチであり、点線表示部分は二番目のアンテナに伝送されたデータと連結されたブランチである。したがって、図７Ｂのファクターグラフ７０８とは異なり、循環行列を用いるリフティング行列のファクターグラフ８０８は各々のアンテナから伝送されるビット列が同じ検査ノードに連結されていることがわかる。すなわち、一番目の検査ノードＣ1,1は、図８ＡのリフティングＬＤＰＣ行列に応じてＶ3,1、Ｖ5,2及びＶ8,1とブランチを形成している。ここで、実線表示のＶ3,1及びＶ8,1と連結されるブランチは一番目のアンテナに伝送されるデータと連結されるブランチであり、点線表示のＶ5,2と連結されるブランチは二番目のアンテナに伝送されるデータと連結されるブランチである。したがって、一つの検査ノードに二つのアンテナから伝送されるビット列が連結されていることがわかる。他の検査ノードＣ1,2乃至Ｃ4,2にも同じ規則が適用される。
【００６０】
すなわち、本発明の第２の実施形態による方法に応じてリフティングＬＤＰＣ行列を構成することにより、各アンテナから伝送されるビット列間の相関関係が向上する。各々のアンテナから伝送されるビット列間の相関関係を向上させる方法としては、上述した方法の他にも多数が存在する。例えば、前記ＬＤＰＣ行列をリフティングするとき、サブマトリックスを多様に構成することにより、上述したビット列間の相関関係を向上させうる。
【００６１】
一方、前記第１の実施形態及び第２の実施形態では二つのアンテナを使用する場合について説明したが、本発明はリフティング行列のサイズを変換させることにより、三つ以上のアンテナを使用する場合についても適用が可能である。例えば、三つのアンテナを使用する場合、前記ＬＤＰＣ行列の各エレメントを３×３サイズのサブマトリックスに拡張する。すなわち、アンテナの個数がｎである場合、前記ＬＤＰＣ行列の各エレメントをｎ×ｎサイズのサブマトリックスに拡張する。したがって、前記各アンテナを通じて伝送されるデータ間の相関関係を向上させるために、様々なサブマトリックスを適用することができる。
【００６２】
図９は、本発明によるリフティング低密度パリティ検査符号を用いる時空間符号化器の符号化手続きを示した順序図である。図９を参照すれば、ステップ９００で、入力されるデータをアンテナの個数に応じてリフティングＬＤＰＣ符号化を行う。前記リフティングＬＤＰＣ符号化方法は、図７Ａ乃至図８Ｂを参照して説明したリフティングＬＤＰＣ符号化方法と同じである。前記ＬＤＰＣ符号化されたデータは、ステップ９０２で直列／並列変換されて各々の多重送信アンテナを通じて伝送されるように分散される。ステップ９０４では、前記分散されたデータが各々の送信アンテナインターリーバーを通過する。しかしながら、前記送信アンテナインターリーバーは前記同じ構造を有する必要はない。ステップ９０４で各々の送信アンテナインターリーバーを通過したデータは、ステップ９０６で信号写像器に入力されるが、前記信号写像器は入力されたデータをシンボルマッピングした後、多重送信アンテナを通じて伝送する。
【００６３】
図１０は、本発明によるリフティング低密度パリティ検査符号を用いる時空間符号化器を示したブロック図である。以下、リフティングＬＤＰＣ符号を用いた時空間符号化器を“リフティングＬＤＰＣ時空間符号化器”という。
図１０を参照すれば、前記リフティングＬＤＰＣ時空間符号化器は、リフティングＬＤＰＣ符号化器１００４、直列／並列変換器１００６、送信アンテナ個数によるインターリーバー１００８〜１０１０、信号写像器１０１２〜１０１４及び複数のアンテナ１０１６〜１０１８で構成される。また、前記リフティングＬＤＰＣ時空間符号化器は、送信アンテナの個数に対する情報を入力する送信 アンテナ情報器１０００と送信アンテナの個数に応じてリフティングを制御する制御器１００２とをさらに含む。
【００６４】
前記インターリーバー１００８〜１０１０及び信号写像器１０１２〜１０１４の個数は前記送信アンテナの個数に応じて決定され、前記インターリーバー１００８〜１０１０及び信号写像器１０１２〜１０１４はそれぞれ同じ構造あるいは相異なる構造を有する。一方、図１０では、送信アンテナの個数がＮTであり、前記インターリーバー及び信号写像器の個数もＮTである。
【００６５】
前記送信アンテナ情報器１０００は、前記送信アンテナ１０１６〜１０１８の個数に相応するリフティングＬＤＰＣ符号を前記リフティングＬＤＰＣ時空間符号化器が生成するように、前記送信アンテナ１０１６〜１０１８の個数情報を前記リフティング制御器１００２に伝送する。
【００６６】
一方、前記送信アンテナ１０１６〜１０１８の個数情報を受信した前記リフティング制御器１００２は、前記送信アンテナの個数情報に応じて前記リフティングＬＤＰＣ符号化器１００４がリフティングＬＤＰＣ符号化を行うように制御する。すなわち、リフティングＬＤＰＣ時空間符号化を行うために、優れた性能を示すＬＤＰＣ符号を、送信アンテナ情報器１０００の情報を用いて得られる、送信アンテナの個数に相応するように、前記リフティング制御器１００２の制御下で、前記リフティングＬＤＰＣ符号化器１００４に入力された信号に対してリフティングＬＤＰＣ符号化を行う。
【００６７】
前記リフティングＬＤＰＣ符号化器１００４の出力データは、直列／並列変換器１００６を通じてＮT個の送信アンテナに分散される。各々のアンテナに分散されたデータは、アンテナインターリーバー１００８〜１０１０を通じてインターリービングされる。前記アンテナインターリーバー１００８〜１０１０を通過したデータは、各々のアンテナ１０１６〜１０１８へ伝送されるまえに、信号写像器１０１２〜１０１４を通じてシンボルマッピングされる。前記信号写像器１０１２〜１０１４は各種の変調方法、例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ及び１２８ＱＡＭなどで、シンボルマッピングを行うことができる。前記シンボルマッピングされた信号写像器１０１２〜１０１４の出力データは、ＮT個の送信アンテナ１０１６〜１０１８を通じて伝送される。
【００６８】
従来の技術によるＬＤＰＣ符号化器は入力信号を上述したリフティング手続きなしに各アンテナに分散して伝送する。その結果、アンテナの個数の変化によるＬＤＰＣ符号の設計が容易でない。
【００６９】
しかしながら、本発明によれば、各アンテナの個数に基づいてＬＤＰＣ符号を所定の規則に応じてリフティングすることにより、ＬＤＰＣ符号化を容易に具現することができる。さらに、様々なリフティング方法でリフティングを行うことにより、各送信アンテナを通じて伝送されるデータ間の相関関係を向上させてチャンネル環境によるエラー率を低めることもできる。
【００７０】
図１１は、本発明によるリフティング低密度パリティ検査符号を用いる時空間復号器の復号手続きを示した順序図である。図１１を参照すれば、ステップ１１００で、ＮT個の送信アンテナから伝送された信号をＮR個の受信アンテナで受信する。前記各々の受信アンテナはＮT個の送信アンテナから伝送された信号を受信する。すなわち、第１の受信アンテナは第１乃至第ＮTの送信アンテナから送信された信号を受信する。同様に、第２乃至第ＮRの受信アンテナは、第１乃至第ＮTの送信アンテナから送信された信号を受信することができる。
【００７１】
ステップ１１０２では、前記各受信アンテナで受信された信号に基づいて検波器を通じて各々の送信アンテナから伝送された信号を検波する。この際、前記信号は多様な方法で検波が可能である。前記検波方法は本発明と直接的な関連がないため、その説明は省略する。
【００７２】
ｊ番目の送信アンテナから伝送された信号を検波する場合、ｋ番目の時間に送信されるデータはＮT個のエレメントからなるベクトルｘkとして表現し、受信データはＮR個のエレメントからなるベクトルｙkとして表現できる。さらに、フェーディング(fading)チャンネルの値がＮR×ＮT行列Ｈkであり、雑音がＮR個のエレメントからなるベクトルＮkであれば、前記受信データｙkは以下の式２のように表現できる。
【数３】
2007507156.tif 000005
【００７３】
この際、ＮT個の信号写像器を通じて、複数のビット(ｂ1j,ｂ2j,…,ｂnj)がｊ番目のアンテナから伝送される信号ｘjを構成すると、ｉ番目のビット(ｂij)に対する検波器のＬＬＲ(log likelihood ratio)値は次の式３のように示すことができる。
【数４】
2007507156.tif 000006
【００７４】
前記ｊ番目のアンテナに伝送されるｉ番目のビット(ｂij)の検波値は、ステップ１１０４で、ｊ番目の送信アンテナで用いられたインターリーバーのデインターリーバーを通じてデインターリービングされる。前記ｊ番目のアンテナに伝送されるｉ番目のビット(ｂij)の検波値のみならず、他の送信アンテナから伝送されたデータの検波値もデインターリービングされる。
【００７５】
前記ＮT個のアンテナデインターリーバーを通過したデータは、ステップ１１０６で、並列／直列変換器を通過して並列データが直列に変換される。ステップ１１０８で、前記並列／直列変換器の出力値は、送信アンテナの個数に応じて変わる所定のリフティング方法に応じて第１の変数ノード復号が行われる。
【００７６】
前記変数ノード符号化を実行した後、ステップ１１１０で、復号中止条件を満足するかどうかを判定する。前記復号中止条件を満足すれば、ステップ１１１４で、変数ノード復号器の出力値を硬判定し、復号を中止する。
【００７７】
一方、前記復号中止条件は繰り返し復号の回数に応じて決定し得る。すなわち、前記復号手続きを所定の回数だけ実行した後に終了することができる。さらに、前記復号中止条件は他の条件による設定が可能である。この場合、前記復号手続きは他の条件で所定の値が出力されるときに中止するように具現される。
【００７８】
前記ステップ１１１０で前記復号中止条件を満足しない場合、ステップ１１１２で、メモリに貯蔵されているパリティ検査行列に基づき、制御器の制御に応じてインターリーバーで前記データをインターリービングする。前記インターリーバーの出力データは、ステップ１１１６で、送信アンテナの個数に応じて変わる所定のリフティング方法に応じて検査ノード復号を行う。
【００７９】
前記検査ノード復号を行ったデータは、ステップ１１１８で、メモリに貯蔵されている前記パリティ検査行列に基づいて制御器の制御下でデインターリーバーを通過する。
前記デインターリービングされたデータはステップ１１２０で前記リフティング方法に応じて第２の変数ノード復号を行う。前記変数ノード復号値は、ステップ１１２２で、直列／並列変換器を通じて並列値に変換され、ステップ１１２４でＮT個のアンテナインターリービングを実行した後に、ステップ１１０２で検波器に入力される。
【００８０】
上述した復号手続きを繰り返して受信信号をより正確に復号することができる。前記第１の変数ノード復号過程の以後に復号中止条件を判断して復号された信号を硬判定することにより、最終的に前記復号された信号を出力するようになる。
【００８１】
前記復号手続きにおいて、前記アンテナデインターリービング、アンテナインターリービング、変数ノード復号及び検査ノード復号過程は、本発明のリフティングＬＤＰＣ符号に応じて行われる。すなわち、送信アンテナの個数に応じてリフティングされたＬＤＰＣ符号に応じて前記アンテナデインターリービング、アンテナインターリービング、変数ノード復号及び検査ノード復号過程が行われる。
【００８２】
この際、前記送信アンテナから伝送されて前記復号器の受信アンテナで受信された信号から検波された信号は高い相関関係を有するため、前記送信アンテナを通じて伝送される信号のチャンネル環境が相異なるとしても、優れた復号を行える。
【００８３】
図１２は、本発明によるリフティング低密度パリティ検査符号を用いる空間復号器のブロック図である。図１２を参照すれば、リフティングＬＤＰＣ時空間復号器は、ＮR個の多重受信アンテナ１２００〜１２０２、検波器１２０４、ＮR個のアンテナデインターリーバー１２０６〜１２０８、並列／直列変換器１２１０、第１の変数ノード復号器１２１２、第２の変数ノード復号器１２２４、検査ノード復号器１２２０、インターリーバー１２１４、デインターリーバー１２２２、直列／並列変換器１２２６及び硬判定器１２３４で構成される。また、本発明に応じてリフティングＬＤＰＣ時空間復号を行うように、メモリ１２１６、インターリーバー制御器１２１８及びリフティング制御器１２３２をさらに含む。
【００８４】
一方、前記アンテナインターリーバー１２２８〜１２３０及びアンテナデインターリーバー１２０６〜１２０８は各送信アンテナの送信信号を処理する。 好ましくは、前記アンテナインターリーバー１２２８〜１２３０及びアンテナデインターリーバー１２０６〜１２０８の数は前記送信アンテナの個数と同じである。
【００８５】
ここで、前記メモリ１２１６は前記リフティングを行うまえのＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列を貯蔵し、前記インターリーバー制御器１２１８は前記メモリ１２１６に貯蔵されたパリティ検査行列を用いてインターリーバー１２１４とデインターリーバー１２２２とを制御する。また、前記リフティング制御器１２３２は、送信アンテナの個数によるリフティング方法に応じて変数ノード復号器１２１２，１２２４と検査ノード復号器１２２０とを制御する。
【００８６】
上述したように、前記多重受信アンテナ１２００〜１２０２の各々は多重送信アンテナから伝送されるすべての信号を受信する。すなわち、前記第１の受信アンテナ１２００は、図１０に示したＮT個の送信アンテナ１０１０〜１０１２から伝送される信号を全部受信し、前記第ＮRの受信アンテナ１２０２も図１０のＮT個の送信アンテナ１０１０〜１０１２から伝送される信号を全部受信する。
【００８７】
前記受信アンテナで受信された信号は検波器１２０４に入力され、前記検波器１２０４は前記受信された信号及びアンテナインターリーバー１２２８〜１２３０の出力データに基づいて各送信アンテナ１０１４〜１０１６から伝送されたデータ信号を、上述した検波方法で検波する。前記検波器１２０４の出力データは、ＮT個の前記アンテナデインターリーバー１２０６〜１２０８に入力される。
【００８８】
前記アンテナデインターリーバー１２０６は、図１０のアンテナインターリーバー１００６に対応し、インターリービングデータを元のデータに復元する。各々のアンテナデインターリーバー１２０６〜１２０８の出力データは、並列／直列変換器１２１０を通過して並列入力データが直列に出力される。さらに、前記並列／直列変換器１２１０の出力データは、第１の変数ノード復号器１２１２に入力される。前記第１の変数ノード復号器１２１２は前記入力された信号の確率値を求め、その確率値を更新及び出力する。
【００８９】
この際、前記リフティング制御器１２３２は、送信アンテナに対する情報に基づき、前記送信アンテナの個数に応じて前記第１の変数ノード復号器１２１２が変数ノード復号を行うように制御する。図７Ａ乃至図８Ｂを参照して説明したように、所定のリフティング方法に応じて一つの変数ノードと一つの検査ノードがＮT個の変数ノードとＮT個の検査ノードにそれぞれ拡張され、前記各々の変数ノードと検査ノードとの間にブランチが生成される。
【００９０】
前記第１の変数ノード復号器１２１２の変数ノード復号は、変数ノードと検査ノードとの間に形成されたブランチを通じて伝えられる信号の確率値に基づいて行われる。前記信号の確率値は所定のリフティング方法に応じてＮTの変数ノードからＮTの検査ノードへ伝えられる。
【００９１】
前記第１の変数ノード復号器１２１２の出力データは、インターリーバー１２１４に入力される。前記インターリーバー１２１４を通過したデータは検査ノード復号器１２２０によって復号される。
【００９２】
前記検査ノード復号器１２２０は、前記入力された信号の確率値を検査ノード更新規則に応じて更新して出力する。同様に、前記検査ノードから変数ノードへ伝えられる信号の確率値も前記送信アンテナの情報に応じてリフティング制御器１２３２で提供するリフティング方法に応じて求めることができる。
【００９３】
その後、前記検査ノード復号器１２２０の出力データは、前記メモリ１２１６に貯蔵されているＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列に基づいてインターリーバー制御器１２１８の制御下で、デインターリーバー１２２２を通過して第２の変数ノード復号器１２２４に入力される。前記第２の変数ノード復号器１２２４は、検査ノードから伝えられた確率値に基づいて変数ノード更新規則に応じて前記検波器１２０４へ伝えられる確率値を求める。
【００９４】
この際、前記第２の変数ノード復号器１２２４でも、前記リフティング制御器１２３２の送信アンテナの個数によるリフティング方法に応じて変数ノード復号を行う。前記第２の変数ノード復号器１２２４の出力データは、直列／並列変換器１２２６を通じて直列入力データが並列に出力されてＮT個のアンテナインターリーバー１２２８〜１２３０に入力される。前記アンテナインターリーバー１２２８〜１２３０は、図１０に示したアンテナインターリーバー１００６〜１００８と同じ機能を行う。
【００９５】
前記アンテナインターリーバー１２２８〜１２３０の出力データは繰り返し復号を行うように再び検波器に入力される。上述した一連の手続きを繰り返して復号することにより、高品質かつ高信頼度のリフティングＬＤＰＣ時空間復号を行える。上述したように、前記繰り返し復号は繰り返して行われる。前記繰り返し復号が完了する場合、硬判定器１２３４は前記変数ノード復号器1２１２の出力データを硬判定して最終の復号信号を出力する。
【００９６】
以上、本発明の詳細について具体的な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及び該記載と同等なものにより定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】一般的な時空間符号化方法を適用した送受信器の構造を示した図である。
【図２】従来の技術によるレイヤード時空間符号化器の構造を示した図である。
【図３】従来の技術によるレイヤード時空間復号器の構造を示した図である。
【図４】従来の技術による均一ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列を示した図である。
【図５】図４のパリティ検査行列に基づくファクターグラフを示した図である。
【図６Ａ】低密度パリティ検査符号で、ｋ＝２の場合、リフティングによるブランチの変化を示した図である。
【図６Ｂ】低密度パリティ検査符号で、ｋ＝３の場合、リフティングによるブランチの変化を示した図である。
【図６Ｃ】低密度パリティ検査符号で、ｋ＝４の場合、リフティングによるブランチの変化を示した図である。
【図７Ａ】本発明の第１の実施形態によるリフティング低密度パリティ検査符号の行列変化を示した図である。
【図７Ｂ】本発明の第１の実施形態によるリフティング低密度パリティ検査行列のファクターグラフを示した図である。
【図８Ａ】本発明の第２の実施形態によるリフティング低密度パリティ検査符号の行列変化を示した図である。
【図８Ｂ】本発明の第２の実施形態によるリフティング低密度パリティ検査行列のファクターグラフを示した図である。
【図９】本発明によるリフティング低密度パリティ検査符号を用いるレイヤード時空間符号化器の符号化手続きを示した順序図である。
【図１０】本発明によるリフティング低密度パリティ検査符号を用いるレイヤード時空間符号化器のブロック図である。
【図１１】本発明によるリフティング低密度パリティ検査符号を用いるレイヤード時空間復号器の復号手続きを示した順序図である。
【図１２】本発明によるリフティング低密度パリティ検査符号を用いるレイヤード時空間復号器のブロック図である。
【符号の説明】
【００９８】
１００：時空間符号化器
１０２：時空間復号器
１１０〜１１４：送信アンテナ
１２０〜１２４：受信アンテナ
２００：チャンネル符号化器
２０２：直列／並列変換器
２０４〜２０６：アンテナインターリーバー
２０８〜２１０：信号写像器
２１２〜２１４：多重アンテナ
３００〜３０２：受信アンテナ
３０４：検波器
３０６〜３０８：アンテナデインターリーバー
３１０：並列／直列変換器
３１２：復号器
３１４：直列／並列変換器
３１６〜３１８：アンテナインターリーバー
５１６〜５２２：検査ノード
５００〜５１４：変数ノード
Ｃj，Ｃj,1，〜Ｃj,4；検査ノード
Ｖｉ，Ｖi,1，〜Ｖi,4：変数ノード
１０００：アンテナ情報器
１００２：制御器
１００４：リフティングＬＤＰＣ符号化器
１００６：直列／並列変換器
１００８〜１０１０：インターリーバー
１０１２〜１０１４：信号写像器
１０１６，１０１８：アンテナ
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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