(57)【要約】  本発明は、３個の送信アンテナを用いる通信システムにおいて、時空間周波数ブロック符号化のコーディング利得を最大化するための送信機及び送信方法に関する。本発明は、入力されるシンボル列のシンボルベクトルにｅｊθを掛けて、実数部及び虚数部から構成される形態に先符号化する先符号化器と、前記先符号化されたシンボル列のシンボルベクトルを、実数部及び虚数部をインターリーブ方式で２個ずつグループ化して再結合してシンボルベクトルを発生させる再結合器と、前記２個ずつ再結合されたシンボルベクトルのそれぞれをアラモウティ符号化して、対応するアンテナを通じて送信する時空間周波数ブロック符号化器とを備える３個の送信アンテナを使用する送信機を提供する。
2008519543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信機において、入力されるシンボル列にｅｊθ｛ここで、０≦θ≦ｐｉ／２の範囲で、θが、変調方式がＱＰＳＫである場合には、ａｔａｎ（１／３）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）であり、１６ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／４）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／４）であり、６４ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／１８）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／１８）である｝をかけて、実数部及び虚数部から構成される形態に先符号化シンボル列を出力する先符号化器と、
前記先符号化器からの先符号化シンボル列の実数部及び虚数部を、インターリーブ方式で２個ずつグループ化して再結合してシンボルベクトルを発生させる再結合器と、
前記再結合器から前記２個ずつ再結合されたシンボルベクトルのそれぞれをアラモウティ符号化して、対応するアンテナを通じて送信する時空間周波数ブロック符号器または時空間ブロック符号器と、を備える３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信機。
【請求項２】
前記時空間周波数ブロック符号器を通過するシンボルベクトルの行列は、下記数式１のとおりであることを特徴とする請求項１に記載の３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信機。
【数１】
2008519543.tif 000014
【請求項３】
３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信機において、入力されるシンボル列にｅｊθ｛ここで、ｐｉ／２＜θの範囲では、θは、変調方式がＱＰＳＫである場合には、ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２であり、１６ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／４）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／４）＋ｎ＊ｐｉ／２であり、６４ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／１８）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／１８）＋ｎ＊ｐｉ／２である｝をかけて、実数部及び虚数部から構成される形態に先符号化する先符号化器と、
前記先符号化器から前記先符号化されたシンボル列の実数部及び虚数部を、インターリーブ方式で２個ずつグループ化して再結合してシンボルベクトルを発生させる再結合器と、
前記再結合器から前記再結合されたシンボルベクトルのそれぞれをアラモウティ符号化して、対応するアンテナを通じて送信する時空間周波数ブロック符号器または時空間ブロック符号器と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信機。
【請求項４】
前記写像器を通過するシンボルベクトルの行列は、下記数式２のとおりであることを特徴とする請求項３に記載の３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信機。
【数２】
2008519543.tif 000015
【請求項５】
３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信方法において、入力されるシンボル列にｅｊθ｛ここで、０≦θ≦ｐｉ／２の範囲で、θが、変調方式がＱＰＳＫである場合には、ａｔａｎ（１／３）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）であり、１６ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／４）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／４）であり、６４ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／１８）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／１８）である｝をかけて、実数部及び虚数部から構成される形態に先符号化するステップと、
前記先符号化されたシンボル列の実数部及び虚数部を、インターリーブ方式で２個ずつグループ化して再結合してシンボルベクトルを発生させるステップと、
前記再結合されたシンボルベクトルのそれぞれをアラモウティ符号化して、対応するアンテナを通じて送信する過程を含む送信機時空間周波数ブロック符号化または時空間ブロック符号化するステップと、を含む３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信方法。
【請求項６】
３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信方法において、入力されるシンボル列にｅｊθ｛ここで、ｐｉ／２＜θの範囲で、θが、変調方式がＱＰＳＫである場合には、ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２であり、１６ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／４）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／４）＋ｎ＊ｐｉ／２であり、６４ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／１８）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／１８）＋ｎ＊ｐｉ／２である。ｎは、整数である｝をかけて、実数部及び虚数部から構成される形態に先符号化するステップと、
前記先符号化器からの先符号化されたシンボル列の実数部及び虚数部を、インターリーブ方式で２個ずつグループ化して再結合してシンボルベクトルを発生させるステップと、
前記再結合された前記シンボルベクトルのそれぞれをアラモウティ符号化して、対応するアンテナを通じて送信する過程を含む送信機時空間周波数ブロック符号化または時空間ブロック符号化するステップと、を含む３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信方法。
【請求項７】
３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信機において、入力されるシンボル列にｅｊθ｛ここで、０≦θ≦ｐｉ／２の範囲で、θは、変調方式がＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭである場合、何れもａｔａｎ（１／３）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）である｝をかけて、実数部及び虚数部から構成される形態に先符号化シンボル列を出力する先符号化器と、
前記先符号化器からの先符号化シンボル列の実数部及び虚数部を、インターリーブ方式で２個ずつグループ化して再結合してシンボルベクトルを発生させる再結合器と、
前記再結合器から前記２個ずつ再結合されたシンボルベクトルのそれぞれをアラモウティ符号化して、対応するアンテナを通じて送信する時空間周波数ブロック符号器または時空間ブロック符号器と、を備える３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信機。
【請求項８】
前記時空間周波数ブロック符号器を通過するシンボルベクトルの行列は、下記数式３のとおりであることを特徴とする請求項７に記載の３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信機。
【数３】
2008519543.tif 000016
【請求項９】
３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信機において、入力されるシンボル列にｅｊθ｛ここで、ｐｉ／２＜θの範囲で、θが、変調方式がＱＰＳＫ、１６ＱＡＭまたは６４ＱＡＭである場合、何れもａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２である｝をかけて、実数部及び虚数部から構成される形態に先符号化する先符号化器と、
前記先符号化器から前記先符号化されたシンボル列の実数部及び虚数部を、インターリーブ方式で２個ずつグループ化して再結合してシンボルベクトルを発生させる再結合器と、
前記再結合器から前記再結合されたシンボルベクトルのそれぞれをアラモウティ符号化して、対応するアンテナを通じて送信する時空間周波数ブロック符号器または時空間ブロック符号器と、を備える３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信機。
【請求項１０】
前記時空間周波数ブロック符号器を通過するシンボルベクトルの行列は、下記数式４のとおりであることを特徴とする請求項９に記載の３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信機。
【数４】
2008519543.tif 000017
【請求項１１】
３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信方法において、入力されるシンボル列にｅｊθ｛ここで、０≦θ≦ｐｉ／２の範囲で、θが、変調方式がＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭである場合、何れもａｔａｎ（１／３）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）である｝をかけて、実数部及び虚数部から構成される形態に先符号化するステップと、
前記先符号化されたシンボル列の実数部及び虚数部を、インターリーブ方式で２個ずつグループ化して再結合してシンボルベクトルを発生させるステップと、
前記再結合されたシンボルベクトルのそれぞれをアラモウティ符号化して、対応するアンテナを通じて送信する過程を含む送信機時空間周波数ブロック符号化ステップまたは時空間ブロック符号化するステップと、を含む３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信方法。
【請求項１２】
３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信方法において、入力されるシンボル列にｅｊθ｛ここで、ｐｉ／２＜θの範囲で、θが、変調方式がＱＰＳＫ、１６ＱＡＭまたは６４ＱＡＭである場合、何れもａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２である｝をかけて、実数部及び虚数部から構成される形態に先符号化するステップと、
前記先符号化器からの先符号化されたシンボル列の実数部及び虚数部を、インターリーブ方式で２個ずつグループ化して再結合してシンボルベクトルを発生させるステップと、
前記再結合された前記シンボルベクトルのそれぞれをアラモウティ符号化して、対応するアンテナを通じて送信する過程を含む送信機時空間周波数ブロック符号化ステップまたは時空間ブロック符号化するステップと、を含む３個の送信アンテナを使用する通信システムの送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムの送信アンテナダイバーシティ装置及び方法に関し、特に、多重アンテナを使用する移動通信システムにおいて、コーディング利得（ｃｏｄｉｎｇ  ａｄｖａｎｔａｇｅｓ）を最大化するための送信機及び送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信において最も根本的な問題は、チャネルを介してどれくらい効率的にかつ信頼性あるようにデータを送信できるかということである。近年、盛ん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脱皮して、映像、無線データなどの多様な情報を処理し送信できる高速通信システムが求められるにつれて、システムに適切なチャネル符号化方式を使用してシステムの効率を上げるのが必須である。
【０００３】
一般に、移動通信システムに存在する無線チャネル環境は、有線チャネル環境とは異なり、多重経路干渉（ｍｕｌｔｉｐａｔｈ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）、シャドーイング（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）、電波減衰、時変雑音及びフェージング（ｆａｄｉｎｇ）などのような様々な要因により、やむをえずエラーが発生して情報の損失が生じる。
前記情報損失は、実際の送信信号に激しい歪みを発生させて、前記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。一般に、このような情報の損失を減少させるために、チャネルの性格に応じて多様なエラー制御技法を利用してシステムの信頼度を高めるが、このようなエラー制御技法のうち、最も基本的な方法は、エラー訂正符号を使用することである。
【０００４】
また、無線通信システムにおいて、多重経路フェージングを緩和させるために、ダイバーシティ技術を使用するが、例えば、時間ダイバーシティ、周波数ダイバーシティ、アンテナダイバーシティなどがある。
このうち、前記アンテナダイバーシティ方式は、多重アンテナを使用する方式であって、前記アンテナダイバーシティ方式は、受信アンテナを複数使用する受信アンテナダイバーシティ方式、送信アンテナ複数使用する送信アンテナダイバーシティ方式、及び複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを使用する多重入力多重出力（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）方式に分類される。
【０００５】
ここで、前記ＭＩＭＯ方式は、一種の時空間符号化（ＳＴＣ：Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ  Ｃｏｄｉｎｇ）方式であり、前記時空間符号化方式は、予め設定さ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使用して送信することによって、時間領域での符号化方式を空間領域に拡張して、より低いエラー率を達成する方式である。
【０００６】
一方、前記アンテナダイバー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１つである時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ：Ｓｐａｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｂｌｏｃｋ  Ｃｏｄｉｎｇ）方式は、「Ｖａｈｉｄ  Ｔａｒｏｋｈ」などにより提案されており（Ｖａｈｉｄ  Ｔａｒｏｋｈ，「Ｓｐａｃｅ  ｔｉｍｅ  ｂｌｏｃｋ  ｃｏｄｉｎｇ  ｆｒｏｍ  ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｄｅｓｉｇｎ，」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ｏｎ  Ｉｎｆｏ．，Ｔｈｅｏｒｙ，Ｖｏｌ．４５，ｐｐ．１４５６−１４６７，Ｊｕｌｙ  １９９９），前記時空間ブロック符号化方式は、Ｓ．Ｍ．Ａｌａｏｕｔｉが提案した（「Ａ  ｓｉｍｐｌｅ  ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｓｃｈｅｍｅ  ｆｏｒ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，」ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ａｒｅａ  ｉｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．１６，ｐｐ．１４５１−１４５８，Ｏｃｔ．１９９８）送信アンテナダイバーシティ方式を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。
【０００７】
前記アンテナダイバーシティ方式を效率的に適用するためのさらに他の方法として提案されたものは、時空間周波数ブロック符号化方式を使用することである。図１は、このような時空間周波数ブロック符号化方式を使用する移動通信システムにおける送信機の構成を示している。送信機は、図１に示しているように、変調器１００、直／並列変換器（Ｓｅｒｉａｌ  ｔｏ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：Ｓ／Ｐ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１０２、時空間周波数ブロック符号化器１０４及び３個の送信アンテナ１０６で構成される。
【０００８】
図１を参照して、送信機の送信方式で説明すれば、次の通りである。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）を予め設定さ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、前記予め設定された変調方式は、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、ＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）などのような変調方式のうち、何れかの方式になり得る。
【０００９】
直列／並列変換器１０２は、前記変調器１００からの直列データを並列データに変換して、時空間ブロック符号化器１０４に出力する。ここで、前記変調器１００から出力される直列変調シンボルをｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４と仮定する。前記時空間周波数ブロック符号化器１０４は、前記直列／並列変換器１０２から入力された４個のデータは、最大ダイバーシティ（ｆｕｌｌ  ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）を得るために、先符号化器１０４で式１で定義された方式によって先符号化される。
ｓｉ＝ｘｉｅｊθ  ・・・（１）
（ここで、１≦ｉ≦４である）
【００１０】
ここで、ｘｉは、変調されたシンボルの値を表し、ｓｉは、位相回転角（ｐｈａｓｅ  ｒｏｔａｔｏｒ）θだけ回転した値を表す。先符号化されたシンボルｓｉは、再結合器１０６に入力され、再結合器では、前記先符号化されたシンボル列の実数部及び虚数部を、インターリーブ方式で２個ずつグループ化して再結合することによってシンボルベクトルを発生させる。すなわち、数式２のように入力された先符号化シンボルを再結合することによって 
【数１】
2008519543.tif 000003
を生成する。
【００１１】
【数２】
2008519543.tif 000004
【００１２】
ここで、Ｉは、実数部であり、Ｑは、虚数部であり、そして、ｊは、複素数である。
前記再結合器１０６の出力データである４個のシンボルは、時空間周波数ブロック符号化（ＳＴＦＢＣ）して、３個の送信アンテナを通じて送信する。前記組合せを生成するための符号化行列は、下記数式３のとおりである。
【００１３】
【数３】
2008519543.tif 000005
【００１４】
ここで、 
【数４】
2008519543.tif 000006
は、前記先符号化器１０４及び再結合器１０６を経たシンボルである。この方法は、インドのＳｕｎｄａｒ  Ｒａｊａｎ教授のグループによって提案された。しかし、前記数式３のように、時空間周波数符号化器を構成することに限定されるものではないということは明らかである。数式３は、４個の入力データを、２個ずつアラモウティ（Ａｌａｍｏｕｔｉ）方式によって構成し、２個の送信アンテナについてアラモウティ方式で構成された時周波数ブロック符号化器を、３個のアンテナを通じて伝送可能に適切に配列する。
前述の２個の送信アンテナについてのアラモウティ方式は、２個の入力シンボルｓ１、ｓ２について、数式４の行列のうち何れか一つの行列で構成することができる。
【００１５】
【数５】
2008519543.tif 000007
【００１６】
前記符号化行列で、行数は、送信アンテナ数を表し、列数は、前記３個のシンボルの伝送にかかる時間及び周波数を表す。ここで、最初の二列は、周波数ｆ１に伝送され、残りの二列は、周波数ｆ２に伝送される。ｆ１を通じて伝送される二列のうち前の列は、時間ｔ１に伝送され、後の列は、時間ｔ２に伝送される。すなわち、４個のシンボルが、２個の時間区間、２個の周波数区間に３個のアンテナを通じて送信される。
すなわち、第一列のデータは、周波数ｆ１及び時間ｔ１に伝送され、第二列のデータは、周波数ｆ１及び時間ｔ２に伝送され、第三列のデータは、周波数ｆ２及び時間ｔ１に伝送され、第四列のデータは、周波数ｆ２及び時間ｔ２に伝送される。したがって、４個のシンボルが、２個の時間区間、２個の周波数区間に３個のアンテナを通じて送信される。
【００１７】
これにより、最初の二列のデータは、時間ｔ１に伝送され、残りの二列のデータは、時間ｔ２に伝送されてもよい。時間ｔ１を通じて伝送される二列のデータのうち前の列のデータは、周波数ｆ１に伝送され、後の列のデータは、周波数ｆ２に伝送される。すなわち、第一列のデータは、周波数ｆ１及び時間ｔ１に伝送され、第二列のデータは、周波数ｆ２及び時間ｔ１に伝送され、第三列のデータは、周波数ｆ１及び時間ｔ２に伝送され、第四列のデータは、周波数ｆ２及び時間ｔ２に伝送される。
【００１８】
しかし、前述のように、信号を伝送するとき、時間及び周波数を両方とも使用することに限定する必要がないということは明らかである。
４個の列について、各列の成分に同じ周波数を使用し、何れも異なる時間間隔で伝送することができる。すなわち、第一列のデータは、時間ｔ１に伝送され、第二列のデータは、時間ｔ２に伝送され、第三列のデータは、時間ｔ３に伝送され、第四列のデータは、時間ｔ４に伝送される。
また、何れも同じ時間を使用し、異なる周波数領域に伝送してもよい。すなわち、第一列のデータは、周波数ｆ１に伝送され、第二列のデータは、周波数ｆ２に伝送され、第三列のデータは、周波数ｆ３に伝送され、第四列のデータは、周波数ｆ４に伝送される。
【００１９】
前述のように、前記時空間周波数ブロック符号化器１０８は、入力される４個のシンボルに反転及び共役を適用して４個の新たなシンボル列を生成し、前記４個のシンボル列を、２個の時間区間、２個の周波数区間に３個のアンテナ１１０、１１２、１１４を通じて送信する。すなわち、前記時空間周波数ブロック符号化器１０８で構成した時空間周波数符号の第一行は、第一のアンテナ１１０に送信され、第二行は、第二のアンテナ１１２に送信され、第三の行は、第三のアンテナ１１４に送信される。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、互いに直交性を有するので、ダイバーシティ次数だけのダイバーシティ利得を獲得することができる。
【００２０】
前述のアラモウティの時空間周波数ブロック符号化の技術は、２個の送信アンテナを通じて複素シンボルを送信しても、伝送率を損失せず、送信アンテナ数と同じ、すなわち、最大のダイバーシティ次数が得られるという利点がある。
【００２１】
図２は、時空間周波数ブロック符号化方式を使用する移動通信システムにおける受信機の構成を示す図である。特に、図２は、図１の送信機の構造に対応する受信機の構造を示す。
図２に示すように、前記受信機は、複数の受信アンテナ２００〜２０２、チャンネル推定器２０４、信号結合器２０６、検出器２０８、並列／直列変換器２１０及び復調器２１２から構成される。
【００２２】
図２に示すように、まず、図１の送信機において、３個の送信アンテナを通じて送信された信号は、第１受信アンテナ２００〜第Ｐ受信アンテナ２０２のそれぞれを通じて受信される。前記第１受信アンテナ２００〜第Ｐ受信アンテナ２０２のそれぞれは、受信された信号をチャンネル推定器２０４及び信号結合器２０６に出力する。
前記チャンネル推定器２０４は、前記第１受信アンテナ２００〜第Ｐ受信アンテナ２０２のそれぞれを通じて受信された信号を入力し、チャンネル利得を表すチャンネル係数を推定して、検出器２０８及び前記信号結合器２０６に出力する。すなわち、前記チャンネル推定器２０４は、前記送信機の送信アンテナ１０６、１０８、１１０、１１２から前記受信アンテナ２００〜２０２へのチャンネル利得を表すチャンネル係数を推定する。
【００２３】
前記信号結合器２０６は、前記第１受信アンテナ２００〜第Ｐ受信アンテナ２０２のそれぞれを通じて受信された信号と、前記チャンネル推定器２０４から出力されるチャンネル係数とを所定の規則によって結合することによって受信シンボルを出力する。
前記検出器２０８は、前記信号結合器２０６からの前記受信シンボルに、前記チャンネル推定器２０４からの前記チャンネル係数をかけて推定シンボルを生成し、前記推定シンボルを用いて、前記送信機から送信可能な全てのシンボルについての決定統計量を計算した後、しきい値の検出を通じて、前記送信機から送信したシンボルを検出して出力する。
【００２４】
並列／直列変換器２１０は、前記検出器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、前記並列／直列変換器２１０からのシンボルを、予め設定された復調方式によって復調して、本来の情報データビットに復元する。
このような方式で、数式３のように、２個のシンボルを、アラモウティ方式を利用して３個のアンテナについての時周波数空間符号を構成すれば、受信機で線形のデコードが可能であり、複雑度を低下させることができる。ここで、Ｓｕｎｄａｒ  Ｒａｊａｎ教授のグループは、位相回転値θを、変調に関係なく特定の値に固定して使用する。すなわち、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭなどの変調に関係なく、何れもθ＝（１／２）ａｔａｎ２を使用する。
【００２５】
以下では、Ｓｕｎｄａｒ  Ｒａｊａｎ教授のグループの時空間周波数ブロック符号のコーディング利得について説明する。まず、その前提となる時空間周波数ブロックコードの設計方式について説明する。
１９９７年、Ｖａｈｉｄ  Ｔａｒｏｋｈ教授は、論文を通じて、時空間トレリスコードについて２つのデザインルールを提案した。このデザインルールを説明する前に、時空間トレリスコードのエラー確率のバウンドを説明すれば、次のとおりである。
【００２６】
【数６】
2008519543.tif 000008
【００２７】
前記数式５は、対エラー率（ｐａｉｒｗｉｓｅ  ｅｒｒｏｒ  ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ）を表し、ここで、ｒは、ｃ→ｅマトリックスのランク（ｒａｎｋ）を表し、Ｍは、受信アンテナ数を表し、λは、ｃ→ｅマトリックスのｄｉａｇｏｎａｌ  ｔｅｒｍを表す。Ｅｓは、シンボルエネルギーを表し、Ｎ０は、ノイズ値を表す。数式５の右側の部分を構成する２式のうち前部が、コーディング利得を表すコーディング利得基準（Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｎｔ  Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）であり、後部がダイバーシティ利得を表すＲａｎｋ  Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎである。
【００２８】
１）Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｎｔ  Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ：コーディング利得を最大化するデザイン条件で大きいコーディング利得を得るためには、λ１・・・λｒの積の最も大きいコードを設計せねばならない。
２）Ｒａｎｋ  Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ：ダイバーシティ利得を最大化するデザイン条件でｆｕｌｌ  ｒａｎｋを有さねばならない。
【００２９】
コーディング利得に関して、Ｓｕｎｄａｒ  Ｒａｊａｎ教授のグループは、時空間ブロック符号を、Ｔａｒｏｋｈ教授が提案した１）Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｎｔ  Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎの設計ルールで求める。これは、相異なる二つの信号ベクトルの差（ｃ−ｅ）についての
【数７】
2008519543.tif 000009
行列Ａ（ｃ，ｅ）の０ではない固有値（ｅｉｇｅｎ  ｖａｌｕｅ）の積のうち、最小値を最大化したものであって、このようにしてθを求めれば、約５９°である。
【００３０】
図４は、従来の技術であって、Ｔａｒｏｋｈ教授が提案したデザインルールによって求めた最小コーディング利得を多様なθ、すなわち、０〜９０に変化させつつ探した値である。図４に示すように、最小コーディング利得が最大である値を探せば、約５９°の位相値ということが確認することができる。
【００３１】
しかし、この値を使用してシミュレーションすれば、性能がさらに劣化する。このような劣化現象について理解を容易にするために、例に挙げれば、次のとおりである。Ｔａｒｏｋｈ教授のデザインルールを使用してθを求めれば、前述のように５９°である。この場合、最小コーディング利得値は、１．７６５９であり、ＱＰＳＫと仮定する場合、この値を有する場合の数は、２０４８通りとなる。また、２番目に小さなコーディング利得値は、１．８７７９であり、この値を有する場合の数は、１０２４通りとなる。３番目及び４番目に小さな値は、それぞれ３．５３１８、３．７５５８であり、この値を有する場合の数は、３０７２通り、７６８通りとなる。
【００３２】
しかし、もし、θを６３．４３°と仮定すれば、最小コーディング利得は、１．６００２であり、この値を有する場合の数は、２０４８通りとなり、２番目に小さなコーディング利得は、２．３９９４であり、この値を有する場合の数は、１０２４通りとなり、３番目及び４番目に小さなコーディング利得は、３．２００１、４．０００であり、この値を有する場合の数は、それぞれ３０７２通りとなる。二つの場合を比較すると、Ｔａｒｏｋｈ教授のデザインルールによって最小コーディング利得の大きい５９を使用することが、性能面でさらに優秀でなければならない。しかし、実際には、６３．４３である場合に、その性能がさらに優秀であるということが分かる。
【００３３】
したがって、このような結果から、デザインルール１）が完璧ではないということが分かる。すなわち、Ｓｕｄａｒ  Ｒａｊａｎ教授のグループの時空間周波数ブロック符号のコーディング利得をさらに向上させる方法を探すことが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
本発明の目的は、３個のアンテナを使用する移動通信システムにおいて、コーディング利得を向上させる送信機及び送信方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、３個のアンテナを使用する移動通信システムにおいて、特に、ベクトルシンボルを複素平面上で回転させて新たな値ｘｉ＋ｊｙｉを得た後、この新たな値の実数部及び虚数部を再構成して得たベクトルシンボルを送信する通信システムにおいて、コーディング利得を最大化する位相回転値を提供する送信機及び送信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
前記目的を解決するための本発明の実施形態によれば、本発明は、入力されるシンボル列のシンボルベクトルにｅｊθ｛ここで、０≦θ≦ｐｉ／２の範囲で、θは、変調方式がＱＰＳＫである場合には、ａｔａｎ（１／３）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）であり、１６ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（２／７）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（２／７）であり、６４ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／８）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／８）である｝をかけて、実数部及び虚数部から構成される形態に先符号化する先符号化器と、前記先符号化されたシンボル列のシンボルベクトルを、実数部及び虚数部をインターリーブ方式で２個ずつグループ化して再結合してシンボルベクトルを発生させる再結合器と、前記２個ずつ再結合されたシンボルベクトルのそれぞれをアラモウティ符号化して、対応するアンテナを通じて送信する時空間周波数ブロック符号化器と、を備える３個の送信アンテナを使用する送信機を提供する。
また、変調方法によってθ値を変化させない場合には、θ値をａｔａｎ（１／３）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）に固定する。
【００３６】
前記先符号化器で先符号化するとき、ｐｉ／２＜θの範囲では、θは、ＱＰＳＫである場合には、ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２であり、１６ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（２／７）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（２／７）＋ｎ＊ｐｉ／２であり、６４ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／８）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／８）＋ｎ＊ｐｉ／２である。ここで、ｎは、整数である。
また、変調方法によってθ値を変化させない場合には、θ値をａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２に固定する。
その他に、本発明の範囲に属し、かつ本発明の目的を解決する他の実施形態が実現可能である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明は、３個の送信アンテナを使用する送信機の時空間ブロック符号化装置及び方法において、
【数８】
2008519543.tif 000010
により計算されるθ値を使用すれば、入力されるシンボル列を所定の規則によって複数の送信アンテナを通じて伝送する方式で、時空間周波数ブロック符号のコーディング利得を最大化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。本発明を説明するにあたって、関連した公知機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を逸脱すると判断された場合、その詳細な説明を省略する。
以下、本発明は、３個のアンテナを使用する通信システムの送信機において、入力されるシンボル列を所定の規則によって複数の送信アンテナを通じて伝送する方式で時空間周波数ブロック符号のコーディング利得を最大化するための方法を提案し、これに基づいた送信機及び送信方法を提案する。
【００３９】
本発明の構成は、図１の構成とは、外観上は同じである。しかし、本発明は、図１の先符号化器１０４で、シンボルベクトルにｅｊθをかけて（複素平面上でθだけ回転することを意味する）新たな値ｘｉ＋ｊｙｉを求めるとき、時空間周波数ブロック符号を、Ｔａｒｏｋｈ教授が提案した設計ルールによって求める代りに、他の方法を使用して得た値を使用してコーディング利得を向上させる。
【００４０】
本発明の構成を説明すれば、次のとおりである。すなわち、図１の変調器１００では、入力された情報データを変調する。図１の変調器１００の出力データは、図１の直列／並列変換器１０２に入力されて、４個の変調された信号が図１の先符号化器１０４に入力される。図１の先符号化器１０４に入力されるシンボル列のシンボルベクトルにｅｊθ｛ここで、０≦θ≦ｐｉ／２の範囲で、θが、変調方式がＱＰＳＫである場合には、ａｔａｎ（１／３）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）であり、１６ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（２／７）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（２／７）であり、６４ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／８）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／８）である｝をかけて、実数部及び虚数部から構成される形態に先符号化する。
【００４１】
このとき、各変調方式によって異なる値を使用しない場合には、あらゆる変調方式について、θは、ａｔａｎ（１／３）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）とすることが最も望ましい。前記先符号化器１０４の出力信号である先符号化されたシンボル列のシンボルベクトルは、図１の再結合器１０６に入力されて、実数部及び虚数部をインターリーブ方式で２個ずつグループ化して再結合してシンボルベクトルを発生させ、前記２個ずつ再結合されたシンボルベクトルのそれぞれをアラモウティ符号化して、対応するアンテナを通じて送信する。このような時空間周波数ブロック符号化器を備える３個の送信アンテナを使用する送信機が本発明の構成である。
【００４２】
ここで、θは、ｐｉ／２＜θの範囲で、θが、変調方式がＱＰＳＫである場合には、ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２であり、１６ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／４）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／４）＋ｎ＊ｐｉ／２であり、６４ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／１８）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／１８）＋ｎ＊ｐｉ／２である。ここで、ｎは、整数である。
このとき、各変調方式によって異なる値を使用しない場合には、あらゆる変調方式について、θは、ａｔａｎ（１／３）ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）ｎ＊ｐｉ／２とすることが最も望ましい。
【００４３】
以下、図３を参照して本発明の方法について詳細に説明する。図３は、本発明で提案する時空間周波数ブロック符号化方式を使用する移動通信システムにおける送信機の送信過程を示す図である。以下で、図３のフローチャートを参照して本発明を説明する。
【００４４】
まず、伝送すべき情報データを入力される（３００）。その後、情報データを所定の変調方式によって変調する（３０２）。前述のように、変調方法は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＰＡＭ、ＱＡＭなど、多様に使用することができる。変調された信号は、前述のように、変調方式によって先符号化する（３０４）。すなわち、Ｘｉを入力されるとすれば、入力されたＸｉにｅｊθ値をかけてＳｉを求める。このとき、０≦θ≦ｐｉ／２の範囲で、θが、変調方式がＱＰＳＫである場合には、ａｔａｎ（１／３）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）であり、１６ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（２／７）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（２／７）であり、６４ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／８）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／８）である。また、ｐｉ／２＜θの範囲で、θが、変調方式がＱＰＳＫである場合には、ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２であり、１６ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（２／７）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（２／７）であり、６４ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／８）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／８）である。
【００４５】
このとき、各変調方式によって値を決定しない場合には、θ値をそれぞれａｔａｎ（１／３）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）、ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２とする。ここで、ｎは、整数である。前記先符号化されたシンボル列の実数部及び虚数部を、インターリーブ方式で２個ずつグループ化して再結合することによってシンボルベクトルを発生させる。
すなわち、 
【数９】
2008519543.tif 000011
のように再結合する。再結合されたシンボルは、アラモウティ方式を利用して２個のシンボルずつ時周波数符号化して、３個のアンテナについて、前記数式３のように、時周波数空間写像を行う（３０６）。時周波数空間写像を行った信号は、該当するアンテナを通じて伝送される（３０８）。
【００４６】
前述の方法によって時空間ブロック符号化した場合、θは、時空間周波数ブロック符号化器の前にある変調器での変調方式によって値が変化する。このようなθ値を求める方法は、下記のとおりである。
すなわち、可能なかぎりあらゆる場合のコーディング利得を求めて、これについて発生しうる場合の数をチェックした後、全体平均コーディング利得を求めて、下記の数式６によってその値が最大であるθを求める。このような方法によって得た値を適用した結果、コーディング利得の向上を確認することができる。ここで、（Ｃ．Ａ．）は、コーディング利得を意味する。
【００４７】
【数１０】
2008519543.tif 000012
【００４８】
実際的な計算方法は、下記のとおりである。
すなわち、下記の数式７によってθを求めれば、ここで、０≦θ≦ｐｉ／２の範囲で、θが、変調器での変調方式がＱＰＳＫである場合には、ａｔａｎ（１／３）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）であり、１６ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（２／７）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（２／７）であり、６４ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／８）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／８）である。ｐｉ／２＜θの範囲で、θが、ＱＰＳＫである場合には、ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２であり、１６ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（２／７）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（２／７）＋ｎ＊ｐｉ／２であり、６４ＱＡＭである場合には、ａｔａｎ（１／８）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／８）＋ｎ＊ｐｉ／２である。ここで、ｎは、整数である。
【００４９】
ただし、システムの複雑度を低下させるために、あらゆる変調方式について同じ値を使用しようとする場合には、θが、０≦θ≦ｐｉ／２の範囲では、ａｔａｎ（１／３）またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）であり、ｐｉ／２＜θの範囲では、ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２またはｐｉ／２−ａｔａｎ（１／３）＋ｎ＊ｐｉ／２であることが最も望ましい。ここで、ｎは、整数である。
【００５０】
【数１１】
2008519543.tif 000013
【００５１】
ここで求めた値は、Ｓｕｎｄａｒ  Ｒａｊａｎ教授が提示したθ＝（１／２）＊ａｔａｎ（２）とは異なる値である。図５は、本発明で使用した設計方法に基づいたコーディング利得を示すグラフである。すなわち、前記数式７によって得た平均コーディング利得を示すグラフである。図５に示すように、Ｔａｒｏｋｈ教授のデザインルールによって探した値と異なるということが分かる。図５では、ａｔａｎ（１／３）で最高の性能が得られるということが分かる。
【００５２】
図６は、位相回転角を変えつつ求めたＢＥＲ性能を示すグラフである。すなわち、図６は、ＩＥＥＥ８０２．１６環境に合わせて位相回転角θを変えつつ得た符号化されたＢＥＲ（Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）の性能を示すグラフである。図６に示すように、約ａｔａｎ（１／３）で最も優れた性能を表すということが分かる。これは、図５での結果と完全に一致する。
【００５３】
図７は、従来のＴａｒｏｋｈ教授が提案したコードの設計方法に基づいた時空間周波数ブロック符号と、本発明で提案したコードの設計方法に基づいた時空間周波数ブロック符号との性能を比較するグラフである。すなわち、Ｓｕｎｄａｒ  Ｒａｊａｎ教授のグループが、Ｔａｒｏｋｈ教授がデザインルールを使用して求めたθ＝（１／２）ａｔａｎ（２）である場合と、本発明で求めたθ＝ａｔａｎ（１／３）である場合との性能を比較して示すグラフである。本発明の場合が、ＢＥＲ／ＦＥＲ（Ｆｒａｍｅ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）性能がさらに優秀であるということが分かる。
【００５４】
シミュレーションは、ＩＥＥＥ８０２．１６システム環境を利用したものである。具体的なシミュレーションの条件は、Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ  Ａチャンネルで、端末が３ｋｍ／ｈに移動すると仮定し、ＱＰＳＫ、畳み込みターボ符号（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ  ｔｕｒｂｏ  ｃｏｄｅ）１／２の符号化率を有するチャンネルコーディングを使用した。ＩＥＥＥ８０２．１６には、ｂａｎｄ  ＡＭＣ及びＦＵＳＣのサブチャンネル構造があるが、本シミュレーションでは、ｂａｎｄ  ＡＭＣを使用した。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】時空間周波数ブロック符号化方式を使用する移動通信システムにおける送信機の構成を示す図である。
【図２】時空間周波数ブロック符号化方式を使用する移動通信システムにおける受信機の構成を示す図である。
【図３】本発明で提案する時空間周波数ブロック符号化方式を使用する移動通信システムにおける送信機の送信過程を示すフローチャートである。
【図４】従来の技術であって、Ｔａｒｏｋｈ教授が提案したコードの設計方法に基づいたコーディング利得を示すグラフである。
【図５】本発明で使用した設計方法に基づいたコーディング利得を示すグラフである。
【図６】位相回転角を変えつつ求めたＢＥＲ性能を示すグラフである。
【図７】従来のＴａｒｏｋｈ教授が提案したコードの設計方法に基づいた時空間周波数ブロック符号と、本発明で提案したコードの設計方法に基づいた時空間周波数ブロック符号との性能を比較するグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１００  変調器
１０２  直列／並列変換器
１０４  先符号化器
１０６  再結合器
１０８  時空間周波数ブロック符号化器
１１０  第１のアンテナ
１１２  第２のアンテナ
１１４  第３のアンテナ
２００  第１受信アンテナ
２０２  第Ｐ受信アンテナ
２０４  チャンネル推定器
２０６  信号結合器
２０８  検出器
２１０  並列／直列変換器
２１２  復調器
【図１】
2008519543.tif 000018
【図２】
2008519543.tif 000019
【図３】
2008519543.tif 000020
【図４】
2008519543.tif 000021
【図５】
2008519543.tif 000022
【図６】
2008519543.tif 000023
【図７】
2008519543.tif 000024
【国際調査報告】
2008519543.tif 000025
2008519543.tif 000026