(57)【要約】  本発明は、複数の放射素子（４３０１，４３０２，…，４３０Ｐ）を含むＵＷＢ送信システムのための空間・時間符号化方法に関する。前記方法は、行列2011514708.tif 000039の要素から得られた一連のベクトルとして、Ｍ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ変調アルファベットに属する情報記号Ｓ＝（σ１，σ２，…，σＰ）のブロックを符号化する。行列の行は、伝送チャネルの使用に対応し、行列の列は、放射素子に対応する。行列Ｃは、その行及び／又は列の順列内で定義され、Ωは、Ｍ−ＰＰＭアルファベットの変調位置の並べ替え（ω）と、変調位置（ｍ±）の内の１つに対するＭ’−ＰＡＭ変調アルファベットの対称操作（π）との組合せとして定義される。
2011514708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数Ｐの放射素子を含むＵＷＢ送信システムのための空間・時間符号化方法において、前記方法は、Ｍ＞＝２であるＭ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ変調アルファベットに属する情報記号のブロックＳ＝（σ１，σ２，…，σＰ）を一連のベクトルとして符号化し、ベクトルの成分は、前記システムの所定の放射素子及び伝送チャネルを使用する場合、パルスＵＷＢ信号を位置及び振幅変調するように意図されており、ベクトルの各成分は、ＰＰＭ変調位置に対応する方法であって、前記ベクトルが、以下の行列の成分から得られ、
【数１】
2011514708.tif 000037
行列の行は、伝送チャネルの使用に対応し、また、行列の列は、放射素子に対応し、行列Ｃは、その行及び／又は列の順列内で定義され、また、Ωは、Ｍ−ＰＰＭアルファベットの変調位置の並べ替え（ω）と、変調位置（ｍ±）の内の１つに対するＭ’−ＰＡＭ変調アルファベットの対称操作（π）との組合せとして定義されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の空間・時間符号化方法であって、前記並べ替え操作（ω）は、前記変調位置の循環的な並べ替えであることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の空間・時間符号化方法であって、前記循環的な並べ替えは、前記変調位置の循環シフトであることを特徴とする方法。
【請求項４】
前述の請求項の内の１つに記載の空間・時間符号化方法であって、放射素子の数Ｐ及び変調位置の数Ｍは、Ｍ−ｄ（Ｍ）＞＝Ｐを満たし、ここで、ｄ（Ｍ）は、Ｍが２の累乗の場合、ｄ（Ｍ）＝０によって定義され、その他の場合、比Ｍ／ｄ（Ｍ）が奇数であるようなＭの最大約数として定義されることを特徴とする方法。
【請求項５】
前述の請求項の内の１つに記載の空間・時間符号化方法であって、Ｍ’＝１であり、記号σ１，σ２，…，σＰは、前記Ｍ−ＰＰＭ変調アルファベットに属し、記号σ２，…，σＰは、全ての変調位置を占め、前記対称操作を適用する位置（ｍ±）をセーブし得ることを特徴とする方法。
【請求項６】
前述の請求項の内の１つに記載の空間・時間符号化方法であって、放射素子がＵＷＢアンテナであることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至５の内の１つに記載の空間・時間符号化方法であって、放射素子がレーザダイオード又は発光ダイオードであることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の空間・時間符号化方法であって、前記パルス信号がＴＨ−ＵＷＢ信号であることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６又は７に記載の空間・時間符号化方法であって、前記パルス信号がＤＳ−ＵＷＢ信号であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項６又は７に記載の空間・時間符号化方法であって、前記パルス信号がＴＨ−ＤＳ−ＵＷＢ信号であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
複数の放射素子（４３０１，４３０２，．．，４３０Ｐ）を含むＵＷＢ送信システムであって、
Ｍ＞＝２であるＭ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ変調アルファベットに属する情報記号のブロックＳ＝（σ１，σ２，…，σＰ）を一連のベクトルとして符号化するための符号化手段（４１０）であって、各ベクトルは、伝送チャネルの所定の使用及び放射素子に対応し、ベクトルの各成分は、ＰＰＭ変調位置に対応しており、前記ベクトルは、以下の行列の要素から得られ、
【数２】
2011514708.tif 000038
行列の行は、伝送チャネルの使用に対応し、行列の列は、放射素子に対応しており、行列Ｃは、その行及び／又は列の順列内で定義され、また、Ωは、Ｍ−ＰＰＭアルファベットの変調位置の並べ替え（ω）と、変調位置（ｍ±）の内の１つに対するＭ’−ＰＡＭ変調アルファベットの対称操作（π）と、の組合せとして定義される前記符号化手段と、
パルスＵＷＢ信号を位置及び振幅変調する複数の変調器（４２０１，４２０２，…，４２０Ｐ）であって、各変調器は、放射素子に対応し、伝送チャネルの使用中、前記放射素子及びチャネルの前記使用に対応するベクトルの成分によって、前記信号を位置及び振幅変調する前記複数の変調器と、
これによって前記対応する変調器によって変調される信号を放射するように適合されている各放射素子と、
が含まれることを特徴とするＵＷＢ送信システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のＵＷＢ送信システムであって、放射素子の数Ｐ及び変調位置の数Ｍは、Ｍ−ｄ（Ｍ）＞＝Ｐを満たし、ここで、ｄ（Ｍ）は、Ｍが２の累乗の場合、ｄ（Ｍ）＝０によって定義され、その他の場合、比Ｍ／ｄ（Ｍ）が奇数となるようなＭの最大約数として定義されることを特徴とするＵＷＢ送信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、超広帯域（ＵＷＢ）電気通信分野及び空間・時間符号化法（ＳＴＣ）を備えた多重アンテナシステム分野の双方に関する。
【背景技術】
【０００２】
多重アンテナタイプの無線電気通信システムは、従来技術において公知である。これらのシステムは、放射及び／又は受信時、複数のアンテナを用い、また、採用した構成の種類によって、ＭＩＭＯ（多入力・多出力）、ＭＩＳＯ（多入力・単一出力）、又はＳＩＭＯ（単一入力・多出力）と呼ばれる。以下、同一の用語ＭＩＭＯを用いて上記のＭＩＭＯ及びＭＩＳＯの異形を網羅する。放射及び／又は受信時、空間ダイバーシティを利用することにより、これらのシステムは、従来の単一アンテナシステム（即ち、単一入力・単一出力のためのＳＩＳＯ）のものより格段に優れたチャネル容量を提供できる。この空間ダイバーシティは、一般的に、空間・時間符号化による時間ダイバーシティによって完成される。そのような符号化では、送信する情報記号は、幾つかのアンテナ上で、また、幾つかの送信時点で符号化される。空間・時間符号化ＭＩＭＯシステムの２つの主要なカテゴリが知られている。空間・時間トレリス符号化すなわちＳＴＴＣシステム、及び空間・時間ブロック符号化すなわちＳＴＢＣシステムである。トレリス符号化システムでは、空間・時間符号化器は、現在の状態及び符号化される情報記号の関数として、Ｐ個の送信記号をＰ本のアンテナに供給する有限状態機械と見なしてよい。受信時の復号は、多次元ビタビアルゴリズムによって実施されるが、その複雑さは、状態数の関数として指数関数的に増加する。ブロック符号化システムでは、送信する情報記号のブロックは、送信記号の行列として符号化される。行列の一方の大きさは、アンテナ数に対応し、他方は、連続送信時点に対応する。
【０００３】
図１は、ＳＴＢＣ符号化を用いるＭＩＭＯ送信システム１００を概略的に表す。情報記号Ｓ＝（σ１，…，σｂ）のブロックは、例えば、ｂビットの２進ワード、又は更に一般的には、ｂ個のＭ−ａｒｙ記号の２進ワードであり、次の空間・時間行列に符号化される。
【数１】
2011514708.tif 000003
上式において、符号の係数ｃｔ，ｐ（ｔ＝１，…，Ｔ、ｐ＝１，…，Ｐ）は、通例、情報記号に依存する複素係数である。Ｐは、放射時用いるアンテナ数である。Ｔは、符号の時間的広がりを示す整数、言い換えると、チャネル当り使用数、即ち、ＰＣＵの数である。
【０００４】
情報記号の任意のベクトルＳにおいて、空間・時間符号Ｃのワードを対応させる関数ｆは、符号化関数として知られている。関数ｆが線形である場合、空間・時間符号は、線形であると分かっている。係数ｃｔ，ｐが実数である場合、空間・時間符号は、実数であると分かっている。
【０００５】
図１において、１１０は、空間・時間符号化器を示す。チャネルｔの各使用時点において、符号化器は、多重化装置１２０に行列Ｃのｔ番目の行ベクトルを供給する。多重化装置は、変調器１３０１，…，１３０ｐに行ベクトルの係数を送信し、被変調信号は、アンテナ１４０１，…，１４０ｐによって送信される。
【０００６】
空間・時間符号は、そのダイバーシティによって特徴付けられるが、これは、行列Ｃの階数として定義し得る。２つのベクトルＳ１及びＳ２に対応する任意の２つの符号語Ｃ１及びＣ２について行列Ｃ１−Ｃ２が最大階数である場合、ダイバーシティは、最大となる。
【０００７】
空間・時間符号は、更に、その符号化利得によって特徴付けられるが、これは、符号の中の異なるワード間の最小距離を反映し、次のように定義し得る。
【数２】
2011514708.tif 000004
又は、等価的に、線形符号の場合、
【数３】
2011514708.tif 000005
上式において、ｄｅｔ（Ｃ）は、Ｃの行列式を表す。また、ＣＨは、Ｃの転置共役行列である。情報記号当りの送信エネルギの場合、符号化利得は、限定される。
【０００８】
空間・時間符号の符号化利得が高くなるほど、フェージングへの耐性は大きくなる。
【０００９】
空間・時間符号は、最後に、そのレートによって、言い換えると、チャネル使用時点当り（ＰＣＵ）に送信する情報記号の数によって、特徴付けられる。符号は、単一アンテナ使用（ＳＩＳＯ）と比べて、そのレートよりＰ倍大きい場合、フルレートであると言われる。符号は、単一アンテナ使用と比べて、レートが同じである場合、シングルレートとして知られる。
【００１０】
任意の数のアンテナを有するＭＩＭＯシステム用であり、ダイバーシティが最大でありシングルレートである空間・時間符号の例が、非特許文献１に提示されている。この符号は、以下の空間・時間行列によって定義される。
【数４】
2011514708.tif 000006
上式において、σ１，…，σＰは、情報記号、例えば、ＰＡＭ記号である。行列（４）によって定義された空間・時間符号が実数であるためには、係数γは、それ自体実数である必要があり、また、更に、単一アンテナシステムと比較して、ピーク対平均電力比すなわちＰＡＰＲを増加させないことが望まれる場合、γ＝±１であることを前提とする。しかしながら、符号の最大ダイバーシティは、γ＝１の場合、失われ、また、アンテナ数Ｐが２の累乗である場合、γ＝−１の時のみ達成される。
【００１１】
電気通信のもう一つ別の分野が、現在、注目すべき研究の対象となっている。それは、ＵＷＢ電気通信システムを含み、特に、将来の無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）の開発のために期待されている。これらのシステムには、極めて広帯域の信号の基底帯域で直接動作するという特殊性がある。ＵＷＢ信号は、一般的に、２００２年２月１４日のＦＣＣ規則に規定され２００５年３月に改定されたスペクトルマスクに準拠する信号を意味すると解釈される。言い換えると、ＵＷＢ信号は、本質的に、スペクトル帯域３．１乃至１０．６ＧＨｚにおいて−１０ｄＢに対して少なくとも５００ＭＨｚの帯域幅を有する信号である。実際、２種類のＵＷＢ信号、即ち、多帯域ＯＦＤＭ信号（ＭＢ−ＯＦＤＭ）及びパルスタイプＵＷＢ信号が、公知である。後者のタイプについてのみ以下に述べる。
【００１２】
パルスＵＷＢ信号は、フレーム内に分布する通常約数百ピコ秒の極めて短いパルスで構成される。多元接続干渉（ＭＡＩ）を低減するためには、別個の時間ホッピング（ＴＨ）符号を各ユーザに割り当てる。ユーザｋが受発信する信号は、次の形式で表すことができる。
【数５】
2011514708.tif 000007
上式において、ｗは、基本パルスの形状、Ｔｃは、チップ時間、Ｔｓは、基本間隔の時間であり、Ｎｃを間隔中のチップ数とすると、Ｎｓ＝ＮｃＴｃであり、Ｎｓをフレーム内の間隔数とすると、フレーム全体は、時間がＴｆ＝ＮｓＴｓである。基本パルスの時間は、チップ時間より短く、即ち、Ｔｗ＜＝Ｔｃとなるように選択する。ｎ＝０，…Ｎｓ−１のとき、シーケンスｃｋ（ｎ）は、ユーザｋの時間ホッピング符号を定義する。時間ホッピングシーケンスは、異なるユーザの時間ホッピングシーケンスに属するパルス間の衝突数を最小にするように選択する。
【００１３】
図２Ａには、ユーザｋに対応するＴＨ−ＵＷＢ信号を表す。ユーザｋが受発信する所定の情報記号を伝送するためには、ＴＨ−ＵＷＢ信号は、一般的に、位置変調によって変調される（パルス位置変調、ＰＰＭ）。即ち、被変調信号は、次のようになる。
【数６】
2011514708.tif 000008
上式において、εは、実質的にチップ時間Ｔｃより短い変調ディザであり、ｄｋ∈｛０，…，Ｍ−１｝は、記号のＭ−ａｒｙＰＰＭ位置である。
【００１４】
他の選択肢として、情報記号は、振幅変調（ＰＡＭ）によって送信してもよい。この場合、被変調信号は、次のように表し得る。
【数７】
2011514708.tif 000009
上式において、ａ（ｋ）＝２ｍ’−１−Ｍ’（ｍ’＝１，…，Ｍ’）は、ＰＡＭ変調のＭ’−ａｒｙ記号である。例えば、ＢＰＳＫ変調（Ｍ’＝２）を用いることができる。
【００１５】
ＰＰＭ及びＰＡＭ変調は、更に、Ｍ．Ｍ’−ａｒｙ複合変調に組み合わせてもよい。被変調信号は、以下の一般的な形式を有する。
【数８】
2011514708.tif 000010
【００１６】
カージナル数Ｑ＝Ｍ．Ｍ’の本Ｍ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ変調のアルファベットを図３に表す。Ｍ個の時間位置の各々に対して、Ｍ’個の変調振幅が可能である。このアルファベットの記号（μ，ａ）は、シーケンスａｍ（ｍ＝０，…，Ｍ−１）によって表すことができ、ａｍ＝δ（ｍ−μ）ａであるが、この場合、μは、ＰＰＭ変調の１つの位置、ａは、Ｍ’−ＰＡＭアルファベットの１つの要素、そして、δ（．）は、ディラック分布である。
【００１７】
時間ホッピング符号によって異なるユーザを分離する代わりに、ＤＳ−ＣＤＭＡでのアダマール符号等の直交符号によって、それらを分離することも可能である。これは、ＤＳ−ＵＷＢ（直接拡散ＵＷＢ）を意味する。この場合、（５）に対応する非変調信号の式を以下のように得る。
【数９】
2011514708.tif 000011
上式において、
【数１０】
2011514708.tif 000012
は、ユーザｋの拡散シーケンスである。式（９）は、従来のＤＳ−ＣＤＭＡ信号のものと類似していることが分かる。しかしながら、それは、チップがフレームの全てを占有せず、期間Ｔｓにおいて拡散するという事実によって、従来のＤＳ−ＣＤＭＡ信号のものとは異なる。図２Ｂには、ユーザｋに対応するＤＳ−ＵＷＢ信号を表す。
【００１８】
前述したように、情報記号は、ＰＰＭ変調、ＰＡＭ変調、又は複合ＰＰＭ−ＰＡＭ変調によって送信し得る。ＴＨ−ＵＷＢ信号（７）に対応する振幅変調したＤＳ−ＵＷＢ信号は、同じ表記を使って、次のように表し得る。
【数１１】
2011514708.tif 000013
【００１９】
最後に、時間ホッピング符号及びスペクトル拡散符号を組み合わせて、異なるユーザへ多元接続を提示することが、知られている。これによって、次の一般的な形式のＴＨ−ＤＳ−ＵＷＢパルスＵＷＢ信号が得られる。
【数１２】
2011514708.tif 000014
【００２０】
図２Ｃには、ユーザｋに対応するＴＨ−ＤＳ−ＵＷＢ信号を表す。この信号は、ＰＰＭ−ＰＡＭ＿Ｍ．Ｍ’−ａｒｙ複合変調によって変調し得る。そして、以下の式が、被変調信号について得られる。
【数１３】
2011514708.tif 000015
【００２１】
ＭＩＭＯシステムにおいてＵＷＢ信号を用いることが、従来技術から公知である。この場合、各アンテナは、情報記号の関数、又はそのような記号のブロック（ＳＴＢＣ）の関数として変調したＵＷＢ信号を送信する。
【００２２】
狭帯域信号又はＤＳ−ＣＤＭＡ用に元来開発された空間・時間符号化技法は、パルスＵＷＢ信号に上手く適用できない。実際、非特許文献１で開示されたもの等、公知の空間・時間符号は、一般的に、複素係数を有し、その結果、位相情報を担持する。しかしながら、パルスＵＷＢ信号の帯域のように広い帯域の信号において、この位相情報を復元することは、非常に困難である。
【００２３】
実数符号を用いると、例えば、（４）で定義した符号に対してγ＝±１を選択すると、既に分かったように、最大ダイバーシティを失うことがある。逆に、最大ダイバーシティの特性を保つと、符号の要素（例えば、｜γ｜≠１である行列の要素σγ）は、情報記号が属する信号点配置と比較して、増幅及び／又は反転した変調信号点配置に属することがあり、ＰＡＰＲ値は、単一アンテナ構成より大きくなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】セズラマン（Ｂ．Ａ．Ｓｅｔｈｕｒａｍａｎ）らの記事、表題「多元体からのフルダイバーシティ高レート空間・時間ブロック符号」、発行２００３年１０月、情報理論に関するＩＥＥＥ議事録、ｖｏｌ．４９、Ｎｏ．１０、頁２５９６−２６１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の目的は、上記の欠点、特に、単一アンテナ構成と比較してＰＡＰＲのレベルが高いという欠点を有さない実数の空間・時間符号を提案することである。本発明の副次的な目的は、更に、アンテナが何本であっても、最大ダイバーシティを有するそのような符号を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、複数Ｐの放射素子を含むＵＷＢ送信システムのための空間・時間符号化方法によって規定される。前記方法は、Ｍ＞＝２であるＭ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ変調アルファベットに属する情報記号のブロックＳ＝（σ１，σ２，…，σＰ）を一連のベクトルとして符号化する。ベクトルの成分は、前記システムの所定の放射素子及び伝送チャネルの使用する場合、パルスＵＷＢ信号を位置及び振幅変調するように意図されている。ベクトルの各成分は、ＰＰＭ変調位置に対応しており、これにより、前記ベクトルが、以下の行列の要素から得られる。
【数１４】
2011514708.tif 000016
行列の行は、伝送チャネルの使用に対応し、行列の列は、放射素子に対応する。行列Ｃは、その行及び／又は列の順列内で定義され、また、Ωは、Ｍ−ＰＰＭアルファベットの変調位置の並べ替え、及び変調位置の内の１つに対するＭ’−ＰＡＭ変調アルファベットの対称操作、の組合せとして定義される。
【００２７】
例えば、前記並べ替え操作は、前記変調位置の循環的な並べ替え、特に、前記変調位置の循環シフトであってよい。
【００２８】
一実施形態によれば、放射素子の数Ｐ及び変調位置の数Ｍは、Ｍ−ｄ（Ｍ）＞＝Ｐを満たし、ここで、ｄ（Ｍ）は、Ｍが２の累乗の場合、ｄ（Ｍ）＝０によって定義され、その他の場合、比Ｍ／ｄ（Ｍ）が偶数でないようなＭの最大約数として定義される。
【００２９】
他の選択肢によれば、Ｍ’＝１であり、記号σ１，σ２，…，σＰは、前記Ｍ−ＰＰＭ変調アルファベットに属する。記号σ２，…，σＰは、全ての変調位置を占め、前記対称操作が適用される位置（ｍ±）をセーブし得る。
【００３０】
放射素子は、ＵＷＢアンテナ、レーザダイオード、又は発光ダイオードであってよい。
【００３１】
前記パルス信号は、ＴＨ−ＵＷＢ信号、ＤＳ−ＵＷＢ信号、又はＴＨ−ＤＳ−ＵＷＢ信号であってよい。
【００３２】
本発明は、更に、複数の放射素子が含まれるＵＷＢ送信システムに関する。ＵＷＢ送信システムには、符号化手段が含まれる。符号化手段は、Ｍ＞＝２であるＭ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ変調アルファベットに属する情報記号のブロックＳ＝（σ１，σ２，…，σＰ）を一連のベクトルとして符号化する。各ベクトルは、伝送チャネルの所定の使用及び放射素子に対応する。ベクトルの各成分は、ＰＰＭ変調位置に対応しており、前記ベクトルは、次の行列の要素から得られる。
【数１５】
2011514708.tif 000017
行列の行は、伝送チャネルの使用に対応し、行列の列は、放射素子に対応している。行列Ｃは、その行及び／又は列の順列内で定義され、また、Ωは、Ｍ−ＰＰＭアルファベットの変調位置の並べ替え、及び変調位置の内の１つに対するＭ’−ＰＡＭ変調アルファベットの対称操作、の組合せとして定義される。ＵＷＢ送信システムには、更に、パルスＵＷＢ信号を位置及び振幅変調する複数の変調器が含まれる。各変調器は、放射素子に対応し、伝送チャネルの使用中、前記放射素子及びチャネルの前記使用に対応するベクトルの成分によって、前記信号を位置及び振幅変調する。ＵＷＢ送信システムには、更に、これによって前記対応する変調器によって変調される信号を放射するように適合されている各放射素子が含まれる。
【００３３】
一実施形態によれば、放射素子の数Ｐ及び変調位置の数Ｍは、Ｍ−ｄ（Ｍ）＞＝Ｐを満たし、ここで、ｄ（Ｍ）は、Ｍが２の累乗の場合、ｄ（Ｍ）＝０によって定義され、その他の場合、比Ｍ／ｄ（Ｍ）が偶数でないようなＭの最大約数として定義される。
【００３４】
本発明の他の特性及び利点は、本発明の好適な実施形態を理解し、以下の添付図を参照することによって明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来技術において公知のＳＴＢＣ符号化法を備えたＭＩＭＯ送信システムを表す概略図。
【図２Ａ】ＴＨ−ＵＷＢ信号の形を表す図。
【図２Ｂ】ＤＳ−ＵＷＢ信号の形を表す図。
【図２Ｃ】ＴＨ−ＤＳ−ＵＷＢ信号の形を表す図。
【図３】Ｍ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ信号点配置の例を表す図。
【図４】本発明の一実施形態による多重アンテナＵＷＢ送信システムを表す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の基本的な考え方は、Ｍ＞＝２及びＭ’＞＝１であるＭ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ変調信号点配置に属する情報記号を使用し、また、Ｍ−ＰＰＭアルファベットの変調位置の並べ替え操作及びＰＡＭアルファベットの対称操作から空間・時間符号を構築することである。
【００３７】
Ｐ本の送信アンテナ、更に一般的には、これから明らかになるように、Ｐ個の放射素子を有するＵＷＢ送信システムについてこれから考察する。システムが用いる空間・時間符号は、同じ表記法により、大きさＰＭ×Ｐの以下の行列によって定義される。
【数１６】
2011514708.tif 000018
上式において、σ１，σ２，…，σＰは、送信されるＭ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ情報記号である。これらは、大きさＭの列ベクトルの形態で表され、その成分は、ただ１つＭ’−ＰＡＭアルファベットに属するものを除き、全てゼロである。
【００３８】
一般的に、Ｃの行（行は、ここで、ベクトルの行を意味すると解釈する）及び／又は列の任意の並べ替えは、本発明による空間・時間符号であり、チャネル使用時点（ＰＣＵ）の並べ替えと等価な行の並べ替え、及び送信アンテナの並べ替えと等価な列の並べ替えである。
【００３９】
大きさＭ×Ｍの行列Ωは、Ｍ−ＰＰＭアルファベットの変調位置の並べ替え操作ωと、変調位置の内の１つに対するＭ’−ＰＡＭアルファベットの対称（又は反転）操作πと、の組合せを表す。反転操作は、並べ替え操作の前又は後に行ってよく、言い換えると、それぞれ、
【数１７】
2011514708.tif 000019
であっても
【数１８】
2011514708.tif 000020
であってもよい。変調位置の並べ替えは、恒等行列を除き、それ自体で全ての変調位置｛０，…，Ｍ−１｝の任意の全単射を示す。Ｍ’−ＰＡＭアルファベットの対称又は反転操作は、π（ａ）＝−ａである操作πを示し、ここで、ａ∈｛２ｍ’−１−Ｍ’｜ｍ’＝１，…Ｍ’｝である。図３では、Ｍ’−ＰＡＭアルファベット対称軸Δを表すが、この軸を中心とした反転は、ＰＰＭ位置の内の１つについてのみ実行されることを理解されたい。
【００４０】
行列Ωがユニタリであることから、送信アンテナ当りの平均エネルギは、全ての送信アンテナで同じである。
【００４１】
情報記号の構成要素σｌが実数であることから、（１３）によって定義された空間・時間符号は、実数である。情報記号に制約条件が存在しないため、Ｐ個の独立した記号が、Ｐ回のＰＣＵ中に送信され、空間・時間符号のレートは、結果的に１になる。
【００４２】
一例として、上記の並べ替え操作ωが単純な循環シフトである場合、行列Ωは、次のように表し得る。
【数１９】
2011514708.tif 000021
上式において、ＩＭ−１×Ｍ−１は、大きさＭ−１の恒等行列であり、０１×Ｍ−１は、サイズＭ−１のゼロ行ベクトルであり、０Ｍ−１×１は、サイズＭ−１のゼロ列ベクトルである。ここで、反転操作は、並べ替えに先行する場合、位置Ｍ−１で実行し、後続する場合、位置１で実行する。
【００４３】
一例として、ωが単純な循環シフト（１４）の場合、空間・時間行列（１３）の形態について説明し得る。
【数２０】
2011514708.tif 000022
上式において、σｌ＝（σｌ，０σｌ，１…σｌ，Ｍ−１）Ｔ、ｌ＝１，…，Ｐ、σｌ，ｍ＝αｌδ（ｍ−μｌ）であり、この場合、ａｌは、Ｍ’−ＰＡＭアルファベットの要素、言い換えると、ａｌ∈｛−Ｍ’＋１，…，Ｍ’−１｝であり、μｌは、記号σｌに対する変調位置であり、また、δは、ディラック記号である。−ａｌは、更に、Ｍ’−ＰＡＭアルファベットの要素であることから、Ωσｌも、Ｍ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ変調アルファベットの要素である。
【００４４】
次に、システムが２重アンテナ（Ｐ＝２）である特定の例を考える。行列Ｃは、このとき、以下の形式を有する。
【数２１】
2011514708.tif 000023
【００４５】
定義によって、符号が最大ダイバーシティとなるのは、符号の別々の行列Ｃ、Ｃ’からなる任意の対について、ΔＣ＝Ｃ−Ｃ’が最大階数である場合、言い換えると、ａ１＝σ１−σ’１及びａ２＝σ２−σ’２とすると、
【数２２】
2011514708.tif 000024
が最大階数の場合である。
【００４６】
行列ΔＣは、次の展開した形で表してもよい。
【数２３】
2011514708.tif 000025
上式において、一般性を損なうことなく、Ωが（１４）で与えられた形式を有し、また、ａｌ，ｍ＝σｌ，ｍ−σ’ｌ，ｍ、ｌ＝１，２、ｍ＝０，…，Ｍ−１であると仮定している。
【００４７】
行列ΔＣは、これらの２つの列ベクトルが共線性である場合、言い換えると、非ゼロスカラーλが次のように存在する場合、最大階数ではない。
【数２４】
2011514708.tif 000026
ここから次のように演繹される。
【数２５】
2011514708.tif 000027
更に一般的には、次のように表わされる。
【数２６】
2011514708.tif 000028
言い換えると、λが実数であるという事実から、ベクトルａ１及びａ２は、必然的にゼロ、即ち、Ｃ＝Ｃ’である。
【００４８】
その結果、空間・時間符号は、Ｐ＝２の場合、Ｍ＞＝２及びＭ’＞＝１の値が何であっても、ダイバーシティが最大となる。
【００４９】
更に一般的には、所定のアンテナ数Ｐについて、Ｍ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭアルファベットの変調位置の数Ｍが充分に多い時、より正確には、
Ｍ−ｄ（Ｍ）＞＝Ｐ・・・（２１）
の時、最大ダイバーシティが得られることを示し得る。上式において、ｄ（Ｍ）は、次のように定義される。
・Ｍが２の累乗である場合、ｄ（Ｍ）＝０であり、
・ｄ（Ｍ）は、比Ｍ／ｄ（Ｍ）が奇数であるようなＭの最大約数（Ｍを除く）である。
【００５０】
例えば、Ｍ＝２Ｋの場合、最大ダイバーシティは、ＰＰＭ位置の数Ｍがアンテナ数Ｐ以上である時、達成される。
【００５１】
第２例によれば、Ｍが素数の場合、ｄ（Ｍ）＝１であり、最大ダイバーシティは、Ｍ＞＝Ｐ＋１の時に得られる。
【００５２】
尚、制約条件（２１）を考慮すると、（１３）によって定義された（その行及び列の順列内で）空間・時間符号は、Ｍ’＞＝１の値が何であっても、ダイバーシティが最大である。
【００５３】
行列Ωが、Ｍ’＞＝２の時からＭ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ変調信号点配置を変化させないことは、極めて重要な留意点である。この特性は、（１３）によって定義された（その行及び列の順列内で）空間・時間符号を用いるＭＩＭＯシステムのＰＡＰＲのレベルが、同じ構成を用いる単一アンテナシステムのものと同じであることを保証する。
【００５４】
特定の例Ｍ’＝１では、Ｍ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ記号は、事実上Ｍ−ＰＰＭアルファベットの要素であり、言い換えると、１に等しいものを除き全てゼロのＭ個の成分を有するベクトルである。行列Ωは、Ｍ個の変調位置の並べ替えだけでなく対称操作も実施することから、或る行列Ｃの要素は、−１に等しい要素を有することがあり、これにより、初期の変調信号点配置が拡張され、単一アンテナ構成と比較して、ＰＡＰＲのレベルが大きくなる。しかしながら、ＰＡＰＲレベルは、システムのレートを僅かに減らすという代償で、同程度に維持し得る。
【００５５】
実際、ｍ±、即ち、反転操作πを適用するＰＰＭ位置に注目する場合、記号σ２，…，σＰが、位置ｍ±において、１に等しい成分を有し得ないということを規定すると充分である。逆に、記号σ１は、行列Ωで乗算されないと、この制約条件に影響されない。例えば、行列Ωが、（１４）で与えられた形式を有する場合、記号σ２，…，σＰは、変調位置ｍ±＝Ｍ−１を占めることができない。
【００５６】
次に、ＰＣＵ当りのビット数で表される符号レートは、
【数２７】
2011514708.tif 000029
になる。分母の項は、Ｐ個の単一アンテナシステムでの相対的な比を表す。分子の項（Ｐ−１）ｌｏｇ２（Ｍ−１）は、記号σ２，…，σＰの寄与に対応し、項ｌｏｇ２（Ｍ）は、記号σ１の寄与に対応する。
【００５７】
Ｒ＜＝１であること、Ｒが、Ｍの増加関数であり、Ｐの減少関数であることに留意されたい。従って、所定数Ｐのアンテナの場合、空間・時間符号ＣがＭ−ＰＰＭ記号を用いると（言い換えれば、Ｍ’＝１であると）、符号レートは、多くの変調位置に対して、実質的に１である。例として、２本のアンテナを備えたＭＩＭＯシステムの場合、符号レートＲ＝０．９７が、８−ＰＰＭ変調アルファベットにおいて達成される。
【００５８】
次に、２本のアンテナを有し、
【数２８】
2011514708.tif 000030
であるような本発明による空間・時間符号を用いるＭＩＭＯ送信システムの場合を考える。更に、本システムは、（８）で定義したようなＴＨ−ＵＷＢ信号を用いると仮定する。空間・時間符号は、この信号を変調し、また、２つの連続したチャネル使用（ＰＣＵ）中に送信される。第１回目の使用時、アンテナ１は、第１フレーム、即ち、（８）及び（１５）の表記では、
【数２９】
2011514708.tif 000031
を送信する。上式において、μ１は、記号σ１に対する変調位置である。また、アンテナ２は、第１フレーム
【数３０】
2011514708.tif 000032
を同時に送信する。上式において、μ２は、記号σ２に対する変調位置である。
【００５９】
第２回目のチャネル使用中、アンテナ１は、第２フレーム
【数３１】
2011514708.tif 000033
を送信する。上式において、ωは、
【数３２】
2011514708.tif 000034
に対応する組｛０，１，…，Ｍ−１｝の並べ替えであり（ここで、
【数３３】
2011514708.tif 000035
は、合成操作）、また、ω’＝ω−１である。また、アンテナ２は、第２フレーム
【数３４】
2011514708.tif 000036
を同時に送信する。
【００６０】
当業者には明らかであるが、同様な式が、式（８）によるＴＨ−ＵＷＢ信号の代わりに、式（９）によるＤＳ−ＴＨ−ＵＷＢ信号を用いることによって得られる。
【００６１】
図４は、本発明による空間・時間符号化を用いる送信システムの例を示す。
【００６２】
システム４００は、ブロックＳ＝（σ１，σ２，…，σＰ）によって情報記号を受信する。この場合、σｌ（ｌ＝１，…，Ｐ、Ｐ＞１）は、Ｍ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ信号点配置の記号である。他の選択肢として、情報記号は、予め前記Ｍ−ＰＰＭ−Ｍ’−ＰＡＭ信号点配置においてコード変換（マッピング）を受けるという条件で、他の信号点配置Ｑ−ａｒｙ（Ｑ＝ＭＭ’）から生成してもよい。情報記号は、また、当業者に公知の１つ又は複数の操作、例えば、ブロック毎のソース符号化、畳み込みタイプのチャネル符号化、又はそうでなければ、直列もしくは並列ターボ符号化、インターレース等で生成してもよい。
【００６３】
情報記号のブロックＳ＝（σ１，σ２，…，σＰ）は、空間・時間符号化器４１０において符号化操作を受ける。もっと正確に言うと、モジュール４１０は、式（１３）や前述したその行及び／又は列の並べ替えによって得られた変形式に従う行列Ｃの係数を計算する。Ｃの第１行のＰ個の列ベクトル（Ｍ個の成分を有するベクトル）は、Ｐ個のＰＰＭ記号を表すが、それぞれ、ＵＷＢ変調器４２０１，…，４２０Ｐに送信されて第１フレームを生成する。そして、Ｃの第２行のＰ個の列ベクトルは、第２フレームを生成し、このようにして最終的に、列ベクトルの最終行は、最終フレームを生成する。ＵＷＢ変調器４２０１は、列ベクトルσ１，ΩσＰ，ΩσＰ−１…，σ２から対応する変調パルスＵＷＢ信号を生成する。同様に、ＵＷＢ変調器４２０２は、ベクトルσ２，σ１，ΩσＰ，…，Ωσ３から対応する変調パルスＵＷＢ信号を生成し、このようにして最終的に、ＵＷＢ変調器４２０Ｐは、ベクトルσＰ，σＰ−１，…，σ１から生成する。
【００６４】
例えば、バイアンテナシステム（Ｐ＝２）において、（１４）で定義した行列Ωを有しＴＨ−ＵＷＢタイプの変調信号をサポートする空間・時間符号化行列（１３）を用いる場合、ＵＷＢ変調器３２０１は、信号（２３）及び（２５）を連続的に提供し、他方、ＵＷＢ変調器３２０２は、信号（２４）及び（２６）を連続的に提供する。変調支援として機能するパルスＵＷＢ信号は、他の選択肢として、ＤＳ−ＵＷＢ又はＴＨ−ＤＳ−ＵＷＢタイプであってよい。いずれにせよ、これによって変調されたパルスＵＷＢ信号は、その後、放射素子４３０１乃至４３０Ｐに送信される。これらの放射素子は、ＵＷＢアンテナ、又はそうでなければ、例えば、赤外線領域で動作し電気光学変調器に対応するレーザダイオードやＬＥＤであってよい。更に、提案した送信システムは、無線光学電気通信の分野に用いることができる。
【００６５】
図４に示すシステムによって送信されるＵＷＢ信号は、多重アンテナ受信機によって従来のように処理し得る。受信機には、例えば、当業者に公知の球面復号器を用いて、例えば、決定段が続くレイク（ＲＡＫＥ）タイプの相関段を含んでよい。
【符号の説明】
【００６６】
４００      システム
４１０      モジュール
４２０１，４２０２，４２０Ｐ      ＵＷＢ変調器
４３０１，４３０２，４３０Ｐ      放射素子
【図１】
2011514708.tif 000040
【図２Ａ】
2011514708.tif 000041
【図２Ｂ】
2011514708.tif 000042
【図２Ｃ】
2011514708.tif 000043
【図３】
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【図４】
2011514708.tif 000045
【国際調査報告】
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2011514708.tif 000047
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