(57)【要約】【課題】本発明は、カップリングアダマール符号生成方法と装置、及びそれを利用する通信方法とシステムを提供する。【解決手段】カップリングアダマール符号の生成方法は、Ｎ×Ｎ次元のアダマール行列ＡとＮ2×Ｎ2次元のアダマール行列Ｂとを生成するステップと、生成されたアダマール行列Ａの全ての列を一列に重ねることによって、Ｎ2×１次元の列ベクトルaを形成するステップと、アダマール行列Ｂの各要素に列ベクトルａの対応する行の要素を乗算するアダマール乗算を行うことによって、各列が基本カップリングアダマール符号であるＮ2×Ｎ2次元（Ｎは送信アンテナの数の整数倍であり、かつ2以上である）の基本カップリングアダマール行列を生成するステップとを含む。【選択図】図１
2007049712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
【数１】
2007049712.tif 000233
次元の第1アダマール行列を生成し、さらに
【数２】
2007049712.tif 000234
次元の第2アダマール行列を生成するアダマール行列生成手段と、
生成した第1アダマール行列の全ての列を一列に重ねることによって、
【数３】
2007049712.tif 000235
次元の列ベクトルを形成する列ベクトル形成手段と、
前記第2アダマール行列の各要素に前記列ベクトルの対応する行の要素を乗算するアダマール乗算を行うことによって、各列が基本カップリングアダマール符号である
【数４】
2007049712.tif 000236
次元の基本カップリングアダマール行列を生成するアダマール乗算器と
を含む基本カップリングアダマール符号生成装置。
【請求項２】
【数５】
2007049712.tif 000237
次元のユニタリ行列（Lは正整数）を生成するユニタリ行列生成手段と、
【数６】
2007049712.tif 000238
次元の第1アダマール行列を生成し、さらに
【数７】
2007049712.tif 000239
次元の第2アダマール行列を生成するアダマール行列生成手段と、
生成した第1アダマール行列の全ての列を一列に重ねることによって、
【数８】
2007049712.tif 000240
次元の列ベクトルを形成する列ベクトル形成手段と、
前記第2アダマール行列の各要素に前記列ベクトルの対応する行の要素を乗算するアダマール乗算を行うことによって、 
【数９】
2007049712.tif 000241
次元の基本カップリングアダマール行列を生成するアダマール乗算器と、
生成したユニタリ行列と基本カップリングアダマール行列とに対して、直積を行うことによって、各列が、コードの長さが
【数１０】
2007049712.tif 000242
の拡張カップリングアダマール符号である
【数１１】
2007049712.tif 000243
次元の拡張カップリングアダマール行列を生成する直積乗算器と
を含む拡張カップリングアダマール符号生成装置。
【請求項３】
【数１２】
2007049712.tif 000244
次元の第1アダマール行列と
【数１３】
2007049712.tif 000245
次元の第2アダマール行列とを生成するステップと、
生成された第1アダマール行列の全ての列を一列に重ねることによって、
【数１４】
2007049712.tif 000246
次元の列ベクトルを形成するステップと、
前記第2アダマール行列の各要素に前記列ベクトルの対応する行の要素を乗算するアダマール乗算を行うことによって、各列が基本カップリングアダマール符号である
【数１５】
2007049712.tif 000247
次元（Nは2以上である）の基本カップリングアダマール行列を生成するステップと
を含むことを特徴とする基本カップリングアダマール符号生成方法。
【請求項４】
【数１６】
2007049712.tif 000248
次元のユニタリ行列（Lは正整数）を生成するステップと、
請求項1に記載の基本カップリングアダマール符号生成方法により、
【数１７】
2007049712.tif 000249
次元の基本カップリングアダマール行列を生成するステップと、
生成されたユニタリ行列Cと
【数１８】
2007049712.tif 000250
次元の基本カップリングアダマール行列とに対して、直積を行うことによって、各列が拡張カップリングアダマール符号である
【数１９】
2007049712.tif 000251
次元の拡張カップリングアダマール行列を生成するステップと
を含むことを特徴とする拡張カップリングアダマール符号生成方法。
【請求項５】
請求項3に記載の基本カップリングアダマール符号または請求項4に記載の拡張カップリングアダマール符号を使用する通信方法において、
基本カップリングアダマール符号生成方法または拡張カップリングアダマール符号生成方法により、各列が1つのコードワードとしての基本カップリングアダマール符号または拡張カップリングアダマール符号であって、複数のユーザーに割当てられる拡散符号行列、即ち、基本カップリングアダマール行列または拡張カップリングアダマール行列を生成するステップと、
時間・周波数拡散ブロック内の等価ベース・バンド・チャネル応答行列の要素と前記拡散符号行列の要素との行列対応関係を利用して、各コードワードのサブコードと送信アンテナ、及びサブコードのチップと時間・周波数ユニットとの対応関係を確定することによって、空間、時間、及び周波数の三つの次元にチップを割り当てることで、ユーザー信号を拡散送信するステップと、
チャネル推定を通じて、等価ベース・バンド・チャネル応答行列の推定値を取得するステップと、
受信信号と等価ベース・バンド・チャネル応答行列の推定値とに基づいて、前記拡散符号行列を利用して、ユーザー送信シンボル推定値を計算することによってユーザー信号を復元するステップと
を含むことを特徴とする通信方法。
【請求項６】
請求項3に記載の基本カップリングアダマール行列または請求項4に記載の拡張カップリングアダマール行列である拡散符号行列の各列を、1つのコードワードであるカップリングアダマール符号として使用する送信機と受信機とを含む通信システムにおいて、
送信機は、時間・周波数拡散ブロック内の等価ベース・バンド・チャネル応答行列の要素と前記拡散符号行列の要素との行列対応関係を利用して、各コードワードのサブコードと送信アンテナ、及びサブコードのチップと時間・周波数ユニットとの対応関係を確定することによって、空間、時間、及び周波数の三つの次元にチップを割り当てることで、ユーザー信号を拡散送信し、
受信機は、チャネル推定を通じて、等価ベース・バンド・チャネル応答行列の推定値を取得し、受信信号と等価ベース・バンド・チャネル応答行列の推定値とに基づいて、前記拡散符号行列を利用して、ユーザー送信シンボル推定値を計算することによってユーザー信号を復元することを特徴とする通信システム。
【請求項７】
請求項6に記載の通信システムにおいて、
前記送信機は、
ユーザーが情報を送信するために必要とするデータを生成するデータ元生成ユニットと、
データ元生成ユニットからのデータに対して符号化及びマッピングを行って、直列データを取得する符号化及びマッピングユニットと、
入力された直列データを並列データに変換する直列並列変換ユニットと、
転送された並列データに対して空間・時間・周波数拡散を行い、即ち、チップを空間、時間、及び周波数の三つの次元に割り当て、周波数領域信号を形成する空間・時間・周波数拡散ユニットと、
周波数領域信号に対して逆高速フーリエ変換を行って時間領域信号を取得するIFFTユニットと、
時間領域信号にガードタイムを挿入して、送信信号を形成するガードタイム挿入ユニットと、
送信信号を送信するRFユニットと
を含むことを特徴とする通信システム。
【請求項８】
請求項7に記載の通信システムにおいて、
前記空間・時間・周波数拡散ユニットは、
システムの送信アンテナの数に基づいて、各列がカップリングアダマール符号、即ち一つのコードワードである
【数２０】
2007049712.tif 000252
次元または
【数２１】
2007049712.tif 000253
次元(Nは送信アンテナの数の整数倍であり、かつ2以上である)のカップリングアダマール行列S、即ち拡散符号行列Sを生成するカップリングアダマール符号生成装置と、
拡散符号を利用して、等価ベース・バンド・チャネル応答行列とアクティブユーザーの拡散符号行列の各要素との行列対応関係に基づいて、拡散符号のチップがそれぞれ複数のサブコードを構成することを確定することによって、サブコードのチップを対応する時間・周波数ユニットに割り当て、それによって拡散符号のチップを空間、時間、及び周波数の三つの次元に割り当てる配分装置とを含み、
前記配分装置において、前記サブコードの個数は送信アンテナの数と対応し、当該送信アンテナの配列順番は任意に設置することができ、当該サブコードが占めるすべての時間・周波数ユニットが共同で1つの時間・周波数拡散ブロックを構成することを特徴とする通信システム。
【請求項９】
請求項8に記載の通信システムにおいて、
前記カップリングアダマール符号生成装置は、
【数２２】
2007049712.tif 000254
次元の第1アダマール行列を生成し、さらに
【数２３】
2007049712.tif 000255
次元の第2アダマール行列を生成するアダマール行列生成手段と、
生成した第1アダマール行列の全ての列を一列に重ねることによって、
【数２４】
2007049712.tif 000256
次元の列ベクトルを形成する列ベクトル形成手段と、
前記第2アダマール行列の各要素に前記列ベクトルの対応する行の要素を乗算するアダマール乗算を行うことによって、 
【数２５】
2007049712.tif 000257
次元の基本カップリングアダマール行列を生成するアダマール乗算器と
を含むことを特徴とする通信システム。
【請求項１０】
請求項8に記載の通信システムにおいて、
前記カップリングアダマール符号生成装置は、
【数２６】
2007049712.tif 000258
次元のユニタリ行列（Lは正整数）を生成するユニタリ行列生成手段と、
【数２７】
2007049712.tif 000259
次元の第1アダマール行列を生成し、さらに
【数２８】
2007049712.tif 000260
次元の第2アダマール行列を生成するアダマール行列生成手段と、
生成した第1アダマール行列の全ての列を一列に重ねることによって、
【数２９】
2007049712.tif 000261
次元の列ベクトルを形成する列ベクトル形成手段と、
前記第2アダマール行列の各要素に前記列ベクトルの対応する行の要素を乗算するアダマール乗算を行うことによって、 
【数３０】
2007049712.tif 000262
次元の基本カップリングアダマール行列を生成するアダマール乗算器と、
生成したユニタリ行列と基本カップリングアダマール行列とに対して、直積演算を行うことによって、各列が、コードの長さが
【数３１】
2007049712.tif 000263
のカップリングアダマール符号である
【数３２】
2007049712.tif 000264
次元の拡張カップリングアダマール行列を生成する直積乗算器と
を含むことを特徴とする通信システム。
【請求項１１】
請求項8に記載の通信システムにおいて、
アクティブユーザーに対応する前記基本カップリングアダマール行列または拡張カップリングアダマール行列の列の一部からなる行列である、アクティブユーザーの拡散符号行列を
【数３３】
2007049712.tif 000265
とし、ノイズベクトルを
【数３４】
2007049712.tif 000266
とし、 1つの時間・周波数拡散ブロック内の等価ベース・バンド・チャネル応答行列を
【数３５】
2007049712.tif 000267
とし、STFS-CDMAシステムの1つの時間・周波数拡散ブロック内の出力、即ち受信側の受信ベクトルを
【数３６】
2007049712.tif 000268
とすると、
当該通信システムの前記1つの時間・周波数拡散ブロック内における入出力関係は、
【数３７】
2007049712.tif 000269
であることを特徴とする通信システム。
【請求項１２】
請求項11に記載の通信システムにおいて、
前記受信機は、
受信信号をベース・バンド・信号に変換するRFユニットと、
当該ベース・バンド・信号のガードタイムを削除したあと、時間領域信号として出力するガードタイム削除ユニットと、
受信した当該時間領域信号に対して高速フーリエ変換を行うことによって、周波数領域信号を取得して出力するFFTユニットと、
FFTユニットからの出力に基づいて、チャネル状態情報を利用してユーザーの送信シンボル推定値を取得し、ユーザーデータを復元して、並列データとして出力する検出ユニットと、
並列データとしてのユーザーデータを直列データへ変換する直列並列変換ユニットと、
受信した直列データに対して復号化及びデマッピングを行う復号化及びデマッピングユニットと、
復号化及びデマッピングユニットで取得した結果を出力するデータ出力ユニットと
を含むことを特徴とする通信システム。
【請求項１３】
請求項12に記載の通信システムにおいて、
前記検出ユニットは、
MIMO-OFDMシステムに適応される任意のチャネル推定方法により、チャネル状態情報を取得し、即ち、チャネル推定を通じて等価ベース・バンド・チャネル応答行列
【数３８】
2007049712.tif 000270
の推定値
【数３９】
2007049712.tif 000271
を取得するチャネル状態情報取得ユニットと、
推定値
【数４０】
2007049712.tif 000272
を利用して、ユーザーの送信シンボル推定値を計算する送信シンボル推定値計算ユニットと、
送信シンボル推定値計算ユニットで取得したユーザーの送信シンボル推定値
【数４１】
2007049712.tif 000273
に対して硬判定を行い、ユーザーデータを復元して、結果を出力する硬判定ユニットと
を含むことを特徴とする通信システム。
【請求項１４】
請求項13に記載の通信システムにおいて、
各受信アンテナから導入されたノイズの分散を
【数４２】
2007049712.tif 000274
とし、単位行列を
【数４３】
2007049712.tif 000275
とすると、送信シンボル推定値計算ユニットが最小平均二乗誤差合成アルゴリズムで取得した第
【数４４】
2007049712.tif 000276
個ユーザーの送信シンボル推定値
【数４５】
2007049712.tif 000277
は、
【数４６】
2007049712.tif 000278
であることを特徴とする通信システム。
【請求項１５】
請求項13に記載の通信システムにおいて、
【数４７】
2007049712.tif 000279
のMoore-Penroseの一般化逆行列を
【数４８】
2007049712.tif 000280
とすると、送信シンボル推定値計算ユニットが直交復元合成アルゴリズムで取得した第
【数４９】
2007049712.tif 000281
個ユーザーの送信シンボル推定値
【数５０】
2007049712.tif 000282
は、
【数５１】
2007049712.tif 000283
であることを特徴とする通信システム。
【請求項１６】
請求項13に記載の通信システムにおいて、
各受信アンテナから導入されたノイズの分散を
【数５２】
2007049712.tif 000284
とし、単位行列を
【数５３】
2007049712.tif 000285
とすると、送信シンボル推定値計算ユニットが最小平均二乗誤差検出アルゴリズムで取得した第
【数５４】
2007049712.tif 000286
個ユーザーの送信シンボル推定値
【数５５】
2007049712.tif 000287
は、
【数５６】
2007049712.tif 000288
であることを特徴とする通信システム。 
【請求項１７】
請求項13に記載の通信システムにおいて、 
【数５７】
2007049712.tif 000289
のMoore-Penroseの一般化逆行列を
【数５８】
2007049712.tif 000290
とし、ある行列の
【数５９】
2007049712.tif 000291
行目を
【数６０】
2007049712.tif 000292
とすると、送信シンボル推定値計算ユニットがZF（Zero-Forcing）検出アルゴリズムで取得した第
【数６１】
2007049712.tif 000293
個ユーザーの送信シンボル推定値は、
【数６２】
2007049712.tif 000294
であることを特徴とする通信システム。
【請求項１８】
請求項13に記載の通信システムにおいて、当該送信シンボル推定値計算ユニットは、さらに送信シンボル推定値を軟情報として復号化及びデマッピングユニットに出力して、復号化に用いることを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多入力多出力直交周波数分割多重（MIMO-OFDM）無線通信システムのダウンリンクの符号分割多重接続（CDMA）技術に関し、特に空間・時間・周波数拡散符号分割多重接続（STFS-CDMA）技術を採用するMIMO-OFDMシステムにおけるカップリングアダマール符号の応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、複数の送信アンテナと受信アンテナを採用する無線通信システムは多入力多出力（MIMO）システムと呼ばれる。無線フェージング環境において、MIMOシステムのチャネル容量は、送受信アンテナの数と正比例の関係を持つ。すなわち、アンテナの数を増やすことによって、無線通信システムの周波数利用効率を大幅に向上させることができる。
【０００３】
直交周波数分割多重（OFDM）技術は効率の高いブロード・バンドアクセス技術であり、より低い代価で周波数選択性フェージングを有効的に抑制することができる。複数の送受信アンテナを採用する直交周波数分割多重（OFDM）システムは、いわゆる多入力多出力直交周波数分割多重（MIMO-OFDM）システムである。このシステムは、MIMO技術とOFDM技術の多くの優れた点を有しており、業界では、将来の高速無線通信システムの主な物理層技術の一つといわれている。
【０００４】
従来、MIMO-OFDM技術に関する研究は、主にシングルユーザーシステムに集中していたが、実際のシステムは、マルチユーザーシステムがほとんどである。実際のシステムにMIMO-OFDM技術を応用する場合には、マルチユーザーシステムにおける干渉、マルチユーザー検出などの特殊な問題を考慮する必要があり、従って本発明ではMIMO-OFDMシステムに適応される簡単かつ有効的なマルチアクセス技術を提案した。
【０００５】
従来のマルチアクセス技術は、時間分割多重接続（TDMA）、周波数分割多重接続（FDMA）、及び符号分割多重接続（CDMA）などがある。符号分割多重接続技術は、TDMAとFDMAに比べて、周波数利用率が高く、システム容量が大きくて、フェージングと干渉を抑制する能力が高く、しかも、効率よく、柔軟なユーザーアクセスを実現することができる。
【０００６】
OFDMシステムに適用される符号分割多重接続技術としては、マルチキャリア直接拡散符号分割多重接続（MC-DS-CDMA）、マルチキャリア符号分割多重接続（MC-CDMA）、及び直交周波数・符号分割多重接続（OFCDM）がよく知られている。MIMO-OFDMに基づく符号分割多重接続技術において、各データ情報は空間（アンテナ）、時間、及び周波数（サブキャリア）の三つの次元に拡散されるので、本発明ではこのような技術を空間・時間・周波数拡散（Space-Time-Frequency Spreading）符号分割多重接続技術という。
【０００７】
OFDMシステムに基づく従来のCDMA技術は、追加で他の処理を必要とせず、直接マルチユーザーMIMO-OFDMシステムに応用できる（例えば、非特許文献１乃至非特許文献５を参照）。しかし、これらの技術は、もともと一本の送信アンテナを採用するOFDMシステムに対して開発されるものであり、MIMO-OFDMの特徴に対して最適化を行ったものではない。したがって、複数の送受信アンテナを採用するOFDMシステムのマルチアクセス技術を開発する必要がある。
【非特許文献１】S. Kaiser, “OFDM-CDMA versus DS-CDMA: performance evaluation for fading channels,” in Proc. IEEE International Conference on Communications (ICC’95), vol. 3, pp. 1722-1726, June 1995.
【非特許文献２】N. Yee, J. P. Linnartz, et al, “Multi-Carrier CDMA in Indoor Wireless Radio Networks,” IEICE Trans. Commun., Japan, vol. E77-B, no. 7, pp. 900-904, July 1994.
【非特許文献３】N. Maeda, Y. Kishiyama, et al, "Variable spreading factor-OFCDM with two dimensional spreading that prioritizes time domain spreading for forward link broadband wireless access," in Proc. Vehicular Technology Conference 2003, vol. 1, pp. 127-132, April 2003.
【非特許文献４】Z. H. Hou and V. K. Dubey, “Exact analysis for downlink MC-CDMA in Rayleigh fading channels,” IEEE Communications Letters, vol.8, pp.90 -92, 2004.
【非特許文献５】B. M. Popovic, “Spreading sequences for multi-carrier CDMA systems,” IEE Colloquium on CDMA Techniques and Applications for Third Generation Mobile Systems，pp. 8/1 - 8/6, 1997.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の第1の目的は、基本カップリングアダマール符号(Fundamental  Coupled  Hadamard  Cord)生成装置を提供することである。
【０００９】
本発明の第2の目的は、拡張カップリングアダマール符号（Generalized  Coupled  Hadamard  Cord）生成方法を提供することである。
【００１０】
本発明の第3の目的は、STFS-CDMA技術をMIMO-OFDMシステムに応用する通信方法を提供することである。
【００１１】
本発明の第4の目的は、STFS-CDMA技術を採用するMIMO-OFDMシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第1の特徴によれば、
【数１】
2007049712.tif 000003
【００１３】
次元の第1アダマール行列を生成し、さらに
【数２】
2007049712.tif 000004
【００１４】
次元の第2アダマール行列を生成するアダマール行列生成手段と、生成した第1アダマール行列に対して全ての列を一列に重ねることによって、
【数３】
2007049712.tif 000005
【００１５】
次元の列ベクトルを形成する列ベクトル形成手段と、生成した前記列ベクトルと第2アダマール行列とに対してアダマール乗算（アダマール乗算はあるベクトルの各要素とある行列の対応する行とを乗算することを示し、Nは送信アンテナの数の整数倍であり、かつ2以上である）を行うことによって、各列が基本カップリングアダマール符号となる
【数４】
2007049712.tif 000006
【００１６】
次元の基本カップリングアダマール行列を生成するアダマール乗算器とを含む基本カップリングアダマール符号生成装置を提供することである。
【００１７】
本発明の第1の特徴によれば、
【数５】
2007049712.tif 000007
【００１８】
次元のユニタリ行列（Lは正整数）を生成するユニタリ行列生成手段と、
【数６】
2007049712.tif 000008
【００１９】
次元の第1アダマール行列を生成し、さらに
【数７】
2007049712.tif 000009
【００２０】
次元の第2アダマール行列を生成するアダマール行列生成手段と、生成した第1アダマール行列に対して全ての列を一列重ねることによって、
【数８】
2007049712.tif 000010
【００２１】
次元の列ベクトルを形成する列ベクトル形成手段と、生成した列ベクトルと第2アダマール行列とに対してアダマール乗算を行うことによって、
【数９】
2007049712.tif 000011
【００２２】
次元の基本カップリングアダマール行列を生成するアダマール乗算器と、生成したユニタリ行列と基本カップリングアダマール行列とに対して、直積を行うことによって、各列が、コードの長さが
【数１０】
2007049712.tif 000012
【００２３】
の拡張カップリングアダマール符号である
【数１１】
2007049712.tif 000013
【００２４】
次元の拡張カップリングアダマール行列を生成する直積乗算器とを含む拡張カップリングアダマール符号生成装置をさらに提供することである。
【００２５】
本発明の第2の特徴によれば、
【数１２】
2007049712.tif 000014
【００２６】
次元のアダマール行列
【数１３】
2007049712.tif 000015
【００２７】
と
【数１４】
2007049712.tif 000016
【００２８】
次元のアダマール行列
【数１５】
2007049712.tif 000017
【００２９】
とを生成するステップと、生成されたアダマール行列
【数１６】
2007049712.tif 000018
【００３０】
に対して全ての列を一列に重ねることによって、
【数１７】
2007049712.tif 000019
【００３１】
次元の列ベクトル
【数１８】
2007049712.tif 000020
【００３２】
を形成するステップと、列ベクトル
【数１９】
2007049712.tif 000021
【００３３】
とアダマール行列
【数２０】
2007049712.tif 000022
【００３４】
とに対して、アダマール乗算を行うことによって、各列が基本カップリングアダマール符号である
【数２１】
2007049712.tif 000023
【００３５】
次元の基本カップリングアダマール行列を生成するステップとを含む基本カップリングアダマール符号生成方法を提供することである。
【００３６】
本発明の第2の特徴によれば、
【数２２】
2007049712.tif 000024
【００３７】
次元のユニタリ行列
【数２３】
2007049712.tif 000025
【００３８】
（Lは正整数）を生成するステップと、本発明の第1の特徴に記載の基本カップリングアダマール符号生成方法で
【数２４】
2007049712.tif 000026
【００３９】
次元の基本カップリングアダマール行列
【数２５】
2007049712.tif 000027
【００４０】
を生成するステップと、生成されたユニタリ行列Cと基本カップリングアダマール行列
【数２６】
2007049712.tif 000028
【００４１】
とに対して直積を行うことによって、各列が拡張カップリングアダマール符号である
【数２７】
2007049712.tif 000029
【００４２】
次元の拡張カップリングアダマール行列を生成するステップとを含む拡張カップリングアダマール符号生成方法をさらに提供することである。
【００４３】
本発明の第3の特徴によれば、上記基本カップリングアダマール符号または上記拡張カップリングアダマール符号を使用する通信方法であって、基本カップリングアダマール符号生成方法または拡張カップリングアダマール符号生成方法で、各列が1つのコードワードとしての基本カップリングアダマール符号または拡張カップリングアダマール符号である、複数のユーザーに割当てられる拡散符号行列、即ち、基本カップリングアダマール行列または拡張カップリングアダマール行列を生成するステップaと、時間・周波数拡散ブロック内の等価ベース・バンド・チャネル応答行列の要素と前記拡散符号行列の要素との行列対応関係を利用して、各コードワードのサブコードと送信アンテナ、及びサブコードのチップと時間・周波数ユニットとの対応関係を確定することによって、時間、空間、及び周波数の三つの次元にコードチップを割り当てることで、ユーザー信号を拡散送信するステップbと、チャネル推定を通じて、等価ベース・バンド・チャネル応答行列の推定値を取得するステップcと、受信信号と等価ベース・バンド・チャネル応答行列の推定値に基づいて、拡散符号行列を利用して、ユーザー送信シンボル推定値を計算することによってユーザー信号を復元するステップdとを含む通信方法を提供することである。
【００４４】
本発明の第4の特徴によれば、基本カップリングアダマール行列または拡張カップリングアダマール行列である拡散符号行列の各列を、1つのコードワードであるカップリングアダマール符号として使用する送信機と受信機とを含み、送信機は、時間・周波数拡散ブロック内の等価ベース・バンド・チャネル応答行列の要素と前記拡散符号行列の要素との行列対応関係を利用して、各コードワードのサブコードと送信アンテナ、及びサブコードチップと時間・周波数ユニットとの対応関係を確定することによって、時間、空間、及び周波数の三つの次元にコードチップを割り当てることで、ユーザー信号を送信し、受信機は、チャネル推定を通じて、等価ベース・バンド・チャネル応答行列の推定値を取得し、受信信号と等価ベース・バンド・チャネル応答行列の推定値に基づいて、拡散符号行列を利用して、送信シンボル推定値を計算することによってユーザー信号を復元する通信システムを提供することである。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、発明されたカップリングアダマール符号をSTFS-CDMAシステムに応用することによって、空間ダイバーシティ効果を有効的に利用して無線チャネルのフェージングによる影響を抑制することができ、ユーザー間の干渉を低減させ、リンクにおける各ユーザーの性能のバランスを取り、よってシステム全体の性能を向上させる効果がある。また、本発明は、従来のMC-DS-CDMA、MC-CDMA及びOFCDMと結合して使用することができ、良好なコンパチビリティーがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
次に、実施例と図面を参照して、本発明について詳しく説明する。
【００４７】
STFS-CDMA技術を採用するMIMO-OFDMシステムを説明する前に、まず、本発明によるカップリングアダマール符号及びその生成方法を説明する。本発明が提供するカップリングアダマール符号には、基本カップリングアダマール符号と拡張カップリングアダマール符号の2種類のタイプがある。
【００４８】
<基本カップリングアダマール符号>
本発明による基本カップリングアダマール符号は、アダマール行列に基づいて生成される。図1に示すように、当該基本カップリングアダマール符号の詳しい生成手順は、以下のとおりである。
【００４９】
（1）
【数２８】
2007049712.tif 000030
【００５０】
次元のアダマール行列
【数２９】
2007049712.tif 000031
【００５１】
を生成し、さらに
【数３０】
2007049712.tif 000032
【００５２】
次元のアダマール行列
【数３１】
2007049712.tif 000033
【００５３】
を生成する。
【００５４】
（2）生成されたアダマール行列
【数３２】
2007049712.tif 000034
【００５５】
に対して全ての列を一列に重ねることによって、
【数３３】
2007049712.tif 000035
【００５６】
次元の列ベクトル
【数３４】
2007049712.tif 000036
【００５７】
を形成する。
【００５８】
（3）列ベクトル
【数３５】
2007049712.tif 000037
【００５９】
とアダマール行列
【数３６】
2007049712.tif 000038
【００６０】
とに対して以下のようにアダマール乗算を行う。すなわち、
【数３７】
2007049712.tif 000039
【００６１】
を計算する。ここで、
【数３８】
2007049712.tif 000040
【００６２】
は正規化率であり、アダマール乗算符号
【数３９】
2007049712.tif 000041
【００６３】
は、あるベクトルの各要素と一つの行列の対応する行とを乗算することを示す。すなわち、
【数４０】
2007049712.tif 000042
【００６４】
上記手順に基づいて生成された行列
【数４１】
2007049712.tif 000043
【００６５】
は、
【数４２】
2007049712.tif 000044
【００６６】
次元の基本カップリングアダマール行列である。この行列Sの各列は、コードの長さが
【数４３】
2007049712.tif 000045
【００６７】
である基本カップリングアダマール符号である。ここで、
【数４４】
2007049712.tif 000046
【００６８】
は送信アンテナの数の整数倍である
【数４５】
2007049712.tif 000047
【００６９】
。
【００７０】
上記基本カップリングアダマール符号の生成方法によって、たとえば、以下のような
【数４６】
2007049712.tif 000048
【００７１】
次元（すなわち、
【数４７】
2007049712.tif 000049
【００７２】
）の基本カップリングアダマール行列Sを生成することができる。
【数４８】
2007049712.tif 000050
【００７３】
<拡張カップリングアダマール符号>
図2は、拡張カップリングアダマール符号を生成するフローチャートである。この拡張カップリングアダマール符号は、基本カップリングアダマール符号の生成に基づいて生成されたものである。この拡張カップリングアダマール符号の生成方法は以下のステップを含む。
【００７４】
（1）
【数４９】
2007049712.tif 000051
【００７５】
次元のユニタリ行列
【数５０】
2007049712.tif 000052
【００７６】
を生成する。ここで、Lは正整数である。
【００７７】
（2）
【数５１】
2007049712.tif 000053
【００７８】
次元の基本カップリングアダマール行列
【数５２】
2007049712.tif 000054
【００７９】
を生成する。
【００８０】
（3）生成されたユニタリ行列
【数５３】
2007049712.tif 000055
【００８１】
と基本カップリングアダマール行列とに対して直積を行う。すなわち、
【数５４】
2007049712.tif 000056
【００８２】
を計算する。ここで、
【数５５】
2007049712.tif 000057
【００８３】
は2つの行列間の直積を示す。
【００８４】
上記ステップに基づいて生成された行列
【数５６】
2007049712.tif 000058
【００８５】
は、
【数５７】
2007049712.tif 000059
【００８６】
次元の拡張カップリングアダマール行列である。この行列Sの各列は、コードの長さが
【数５８】
2007049712.tif 000060
【００８７】
である拡張カップリングアダマール符号である。ここで、
【数５９】
2007049712.tif 000061
【００８８】
は送信アンテナの数の整数倍である
【数６０】
2007049712.tif 000062
【００８９】
。
【００９０】
上記拡張カップリングアダマール符号の生成方法によって、たとえば、以下のような
【数６１】
2007049712.tif 000063
【００９１】
次元（すなわち、
【数６２】
2007049712.tif 000064
【００９２】
）の拡張カップリングアダマール行列を生成することができる。 
【数６３】
2007049712.tif 000065
【数６４】
2007049712.tif 000066
【００９３】
上記方法によって生成された基本カップリングアダマール行列は、
【数６５】
2007049712.tif 000067
【００９４】
次元行列であり、この行列の各列は、シングルユーザーに用いられるコードの長さが
【数６６】
2007049712.tif 000068
【００９５】
である基本カップリングアダマール符号である。拡張カップリングアダマール行列は
【数６７】
2007049712.tif 000069
【００９６】
次元行列であり、この行列の各列は、シングルユーザーに用いられるコードの長さが
【数６８】
2007049712.tif 000070
【００９７】
である拡張カップリングアダマール符号である。以上からわかるように、基本カップリングアダマール符号は、実際は
【数６９】
2007049712.tif 000071
【００９８】
の拡張カップリングアダマール符号である。このようにして、拡張カップリングアダマール行列は、同様のN（
【数７０】
2007049712.tif 000072
【００９９】
は送信アンテナの数の整数倍であり、かつ
【数７１】
2007049712.tif 000073
【０１００】
）の条件において、基本カップリングアダマール行列より多くのカップリングアダマール符号を形成することができる。
【０１０１】
生成されたカップリングアダマール行列S（基本カップリングアダマール行列または拡張カップリングアダマール行列）において、すべてのコードワード間は互いに直交している。すなわち、 カップリングアダマール行列の各列間は互いに直交しており、
【数７２】
2007049712.tif 000074
【０１０２】
である。
【０１０３】
カップリングアダマール行列
【数７３】
2007049712.tif 000075
【０１０４】
の第
【数７４】
2007049712.tif 000076
【０１０５】
の列を
【数７５】
2007049712.tif 000077
【０１０６】
とし、さらにそれを
【数７６】
2007049712.tif 000078
【０１０７】
個の
【数７７】
2007049712.tif 000079
【０１０８】
次元の列ベクトルに等分する。
【数７８】
2007049712.tif 000080
【０１０９】
はそのうちの第
【数７９】
2007049712.tif 000081
【０１１０】
個のベクトルを示す。さらに
【数８０】
2007049712.tif 000082
【０１１１】
とする。ここで、関数mat(v)は以下のように定義される。
【数８１】
2007049712.tif 000083
【０１１２】
次元のベクトルとし、ここで、
【数８２】
2007049712.tif 000084
【０１１３】
次元のベクトルとすると、
【数８３】
2007049712.tif 000085
【０１１４】
は行列またはベクトル
【数８４】
2007049712.tif 000086
【０１１５】
の転置を示す。
【０１１６】
等分されたL個の
【数８５】
2007049712.tif 000087
【０１１７】
次元の列ベクトルは以下の特徴を有する。
【数８６】
2007049712.tif 000088
【０１１８】
すなわち、等分された複数の列ベクトルの間も互いに直交している。
【数８７】
2007049712.tif 000089
【０１１９】
の結果において
【数８８】
2007049712.tif 000090
【０１２０】
の係数を示す。
【０１２１】
以上から、
【数８９】
2007049712.tif 000091
【０１２２】
階と
【数９０】
2007049712.tif 000092
【０１２３】
階のアダマール変換を通じて、本発明によるカップリングアダマール行列において、コードワード間は互いに直交しており、従来の技術より、より多くの所望の直交するコードワード（各コードワードは全部カップリングアダマール符号である）を提供することができる。また、各コードワードを等分して得られた複数の列ベクトル間においても互いに直交しているので、カップリングアダマール符号をSTFS-CDMA技術に応用することができ、複数の送受信アンテナを利用することによって、空間ダイバーシティ効果を有効に利用して無線チャネルのフェージングによる影響を抑制し、ユーザー間の干渉を低減させ、リンクにおける各ユーザーの性能のバランスを取り、システム全体の性能を向上させることができる。よって簡単で有効的にMIMO-OFDMシステムに応用することができる。また、このマルチアクセス技術は、従来のMC-DS-CDMA（マルチキャリア直接拡散符号分割多重接続）、MC-CDMA（マルチキャリア符号分割多重接続）及びOFCDM（直交周波数・符号分割多重接続）と結合して使用でき、良好なコンパチビリティーがある。
【０１２４】
<通信方法>
本発明によれば、STFS-CDMA技術を採用するMIMO-OFDMシステムの通信方法は、基本カップリングアダマール符号生成方法または拡張カップリングアダマール符号生成方法を用いて、各列が1つのコードワードとしての基本カップリングアダマール符号または拡張カップリングアダマール符号である、複数のユーザーに割当てられる拡散符号行列、即ち、基本カップリングアダマール行列または拡張カップリングアダマール行列を生成するステップaと、時間・周波数拡散ブロック内の等価ベース・バンド・チャネル応答行列の要素と前記拡散符号行列の要素との行列対応関係を利用して、各コードワードのサブコードと送信アンテナ、及びコードチップと時間・周波数ユニットとの対応関係を確定することによって、時間、空間、及び周波数の三つの次元にコードチップを割り当てることで、ユーザー信号を送信するステップbと、チャネル推定を通じて、等価ベース・バンド・チャネル応答行列の推定値を取得するステップcと、受信信号と等価ベース・バンド・チャネル推定行列の推定値とに基づいて、拡散符号行列を利用して、ユーザー送信シンボル推定値を計算し、ユーザー信号を復元するステップdとを含んでいる。
【０１２５】
<通信システム>
上記通信方法によれば、STFS-CDMA技術を採用するMIMO-OFDMシステムは送信機1と受信機2とを含む。
【０１２６】
<送信機>
図3は、STFS-CDMA技術を採用するMIMO-OFDMシステムの送信機1の構成図である。
【０１２７】
図3に示すように、当該送信機1は、データ元生成ユニット11と、符号化及びマッピングユニット12と、直列並列変換ユニット13と、空間・時間・周波数拡散ユニット14と、IFFTユニット15と、ガードタイム挿入ユニット16と、RFユニット17とを含む。
【０１２８】
データ元生成ユニット11は、ユーザーの送信信号と対応するデータを生成し、そのデータを符号化及びマッピングユニット12へ送信するものである。符号化及びマッピングユニット12は、データ元生成ユニット11からのデータに対して符号化及びマッピングを行うことによって、直列データを取得して直列並列変換ユニット13へ送信する。直列並列変換ユニット13は、入力された直列データを並列データに変換して空間・時間・周波数拡散ユニット14に送信する。
【０１２９】
空間・時間・周波数拡散ユニット14は、受信した並列データに対して空間・時間・周波数拡散を行い、すなわち、コードチップを空間、時間、周波数の三つの次元に割り当て、周波数領域信号を形成してIFFTユニット15へ送信する。IFFTユニット15は、周波数領域信号に対して逆高速フーリエ変換を行い、時間領域信号を取得してガードタイム挿入ユニット16に送信する。
【０１３０】
ガードタイム挿入ユニット16は、時間領域信号にガードタイムを挿入して送信信号を形成し、この送信信号はRFユニット17から送信される。
【０１３１】
STFS-CDMA技術を採用するMIMO-OFDMシステムの送信機1と従来の技術との主な差異は、上記空間・時間・周波数拡散ユニット14が採用するSTFS-CDMA技術は、コードチップを空間、時間、周波数の三つの次元に割り当てることである。
【０１３２】
<空間・時間・周波数拡散ユニット14>
次に、上記空間・時間・周波数拡散ユニット14の機能と構成を詳しく説明する。
【０１３３】
図4は、本発明による空間・時間・周波数拡散ユニット14の具体的構成図である。
【０１３４】
図4に示すように、空間・時間・周波数拡散ユニット14は、カップリングアダマール符号生成装置51と、配分装置52とを含む。
【０１３５】
カップリングアダマール符号生成装置51は、システムの送信アンテナの数
【数９１】
2007049712.tif 000093
【０１３６】
に基づいてカップリングアダマール行列を生成する。このカップリングアダマール行列S(拡散符号行列S)は、
【数９２】
2007049712.tif 000094
【０１３７】
次元または
【数９３】
2007049712.tif 000095
【０１３８】
次元の行列であってもいい。このカップリングアダマール行列の各列はカップリングアダマール符号(拡散符号)である。当該
【数９４】
2007049712.tif 000096
【０１３９】
次元または
【数９５】
2007049712.tif 000097
【０１４０】
次元のカップリングアダマール行列の生成原則として、Nは送信アンテナの数の整数倍であり、かつ、2以上である。
【０１４１】
配分装置52は、カップリングアダマール符号生成装置51により生成されたカップリングアダマール符号(拡散符号)に基づいて、拡散符号のチップを空間、時間、周波数の三つの次元にマッピングする。
【０１４２】
<カップリングアダマール符号生成装置>
図5は、本発明によるカップリングアダマール符号生成装置51の具体的構成図を示し、図6は、本発明の変更実施例によるカップリングアダマール符号生成装置51’の具体的構成図を示す。
【０１４３】
図5に示すように、カップリングアダマール符号生成装置51は、アダマール行列生成手段511と、列ベクトル形成手段512と、アダマール乗算器513とを含む。
【０１４４】
当該アダマール行列生成手段511は、
【数９６】
2007049712.tif 000098
【０１４５】
次元のアダマール行列
【数９７】
2007049712.tif 000099
【０１４６】
を生成して列ベクトル形成手段512に送信し、また、
【数９８】
2007049712.tif 000100
【０１４７】
次元のアダマール行列
【数９９】
2007049712.tif 000101
【０１４８】
を生成してアダマール乗算器513に送信するものである。
【０１４９】
列ベクトル形成手段512は、受信したアダマール行列
【数１００】
2007049712.tif 000102
【０１５０】
に対して全ての列を一列に重ねることによって、
【数１０１】
2007049712.tif 000103
【０１５１】
次元の列ベクトル
【数１０２】
2007049712.tif 000104
【０１５２】
を形成し、列ベクトル
【数１０３】
2007049712.tif 000105
【０１５３】
をアダマール乗算器513に送信する。
【０１５４】
アダマール乗算器513は、受信した列ベクトル
【数１０４】
2007049712.tif 000106
【０１５５】
とアダマール行列
【数１０５】
2007049712.tif 000107
【０１５６】
とに対してアダマール乗算を行い、すなわち、
【数１０６】
2007049712.tif 000108
【０１５７】
を計算することによって、
【数１０７】
2007049712.tif 000109
【０１５８】
次元の基本カップリングアダマール行列を生成する。この行列Sの各列は、コードの長さが
【数１０８】
2007049712.tif 000110
【０１５９】
である基本カップリングアダマール符号であり、
【数１０９】
2007049712.tif 000111
【０１６０】
は送信アンテナの数の整数倍
【数１１０】
2007049712.tif 000112
【０１６１】
である。
【０１６２】
<カップリングアダマール符号生成装置の変更例>
図6に示すように、 カップリングアダマール符号生成装置51’は、ユニタリ行列生成手段521と、アダマール行列生成手段522と、列ベクトル形成手段523と、アダマール乗算器524と、直積乗算器525とを含む。
ユニタリ行列生成手段521は、
【数１１１】
2007049712.tif 000113
【０１６３】
次元のユニタリ行列
【数１１２】
2007049712.tif 000114
【０１６４】
（Lは正整数）を生成して直積乗算器525に送信する。
【０１６５】
アダマール行列生成手段511は、
【数１１３】
2007049712.tif 000115
【０１６６】
次元のアダマール行列
【数１１４】
2007049712.tif 000116
【０１６７】
を生成して列ベクトル形成手段512に送信し、また、
【数１１５】
2007049712.tif 000117
【０１６８】
次元のアダマール行列
【数１１６】
2007049712.tif 000118
【０１６９】
を生成してアダマール乗算器513に送信するものである。
【０１７０】
列ベクトル形成手段512は、受信したアダマール行列
【数１１７】
2007049712.tif 000119
【０１７１】
に対して全ての列を一列に重ねることによって、
【数１１８】
2007049712.tif 000120
【０１７２】
次元の列ベクトル
【数１１９】
2007049712.tif 000121
【０１７３】
を形成し、この列ベクトル
【数１２０】
2007049712.tif 000122
【０１７４】
をアダマール乗算器513に送信する。
【０１７５】
アダマール乗算器513は、受信した列ベクトル
【数１２１】
2007049712.tif 000123
【０１７６】
とアダマール行列
【数１２２】
2007049712.tif 000124
【０１７７】
とに対してアダマール乗算を行い、すなわち、
【数１２３】
2007049712.tif 000125
【０１７８】
を計算することによって、
【数１２４】
2007049712.tif 000126
【０１７９】
次元の基本カップリングアダマール行列
【数１２５】
2007049712.tif 000127
【０１８０】
を生成して直積乗算器525に送信する。この行列
【数１２６】
2007049712.tif 000128
【０１８１】
の各列は、コードの長さが
【数１２７】
2007049712.tif 000129
【０１８２】
である基本カップリングアダマール符号であり、
【数１２８】
2007049712.tif 000130
【０１８３】
は送信アンテナの数の整数倍
【数１２９】
2007049712.tif 000131
【０１８４】
である。
【０１８５】
直積乗算器525は、受信したユニタリ行列
【数１３０】
2007049712.tif 000132
【０１８６】
と基本カップリングアダマール行列
【数１３１】
2007049712.tif 000133
【０１８７】
とに対して直積乗算を行い、すなわち、
【数１３２】
2007049712.tif 000134
【０１８８】
を計算する。ここで、
【数１３３】
2007049712.tif 000135
【０１８９】
は2つの行列間の直積を示す。
【０１９０】
上記ステップで生成された行列
【数１３４】
2007049712.tif 000136
【０１９１】
次元の拡張カップリングアダマール行列である。この行列
【数１３５】
2007049712.tif 000137
【０１９２】
の各列は、コードの長さが
【数１３６】
2007049712.tif 000138
【０１９３】
である拡張カップリングアダマール符号である。
【０１９４】
上記カップリングアダマール符号生成装置51、51’によりそれぞれ生成された基本カップリングアダマール行列と拡張カップリングアダマール行列は、本発明によるカップリングアダマール行列である。このカップリングアダマール行列の各列はカップリングアダマール符号である。注意すべきところとしては、拡張カップリングアダマール行列は、基本カップリングアダマール行列に比べて、より多くの互いに直交するカップリングアダマール符号を有することである。
【０１９５】
<配分装置52>
配分装置は、拡散符号のチップ、すなわちカップリングアダマール符号のチップを空間、時間、周波数の三つの次元にマッピングする。
【０１９６】
ここで、STFS-CDMAのチップマップ関係を以下に示す。
【数１３７】
2007049712.tif 000139
【０１９７】
個目のユーザーを例として、配分装置52は、まず
【数１３８】
2007049712.tif 000140
【０１９８】
個目のユーザーに用いられる拡散符号
【数１３９】
2007049712.tif 000141
【０１９９】
（コードの長さ＝P）を、
【数１４０】
2007049712.tif 000142
【０２００】
（送信アンテナの数）個のコードの長さが
【数１４１】
2007049712.tif 000143
【０２０１】
であるサブコードに等分する。各サブコードは一本の送信アンテナに対応し、そのうちの1つのコードワードである拡散符号
【数１４２】
2007049712.tif 000144
【０２０２】
は拡散符号行列
【数１４３】
2007049712.tif 000145
【０２０３】
の一列である。
【０２０４】
次に、配分装置52は、時間領域拡散率と周波数領域拡散率に基づいて、等価ベース・バンド・チャネル応答行列とアクティブユーザー（拡散符号の割当を受けているユーザー）の拡散符号行列の各要素との行列対応関係によって、各サブコードのチップを対応する時間・周波数ユニットに配分する。
【０２０５】
ここで、各サブコードが時間・周波数領域において占める時間・周波数ユニットの数は
【数１４４】
2007049712.tif 000146
【０２０６】
であり、各サブコードは一本の送信アンテナに対応する。しかし、異なる送信アンテナに対応する異なるサブコードが占めているのは同じ
【数１４５】
2007049712.tif 000147
【０２０７】
個の時間・周波数ユニットであり、かつ、各アンテナが対応する時間と周波数資源が同じであるので、1つのコードワードが時間・周波数領域において占める時間・周波数ユニットの数は
【数１４６】
2007049712.tif 000148
【０２０８】
であり、この
【数１４７】
2007049712.tif 000149
【０２０９】
個の時間・周波数ユニットの集合を1つの時間・周波数拡散ブロックという。
【０２１０】
注意すべきところとしては、時間・周波数ユニットと送信アンテナの配列順番は、任意に設置できることである。また、1つのコードワードを等分して得られたサブコードの数は、送信アンテナの数
【数１４８】
2007049712.tif 000150
【０２１１】
と同じである。
【０２１２】
次に、1つのコードワードのサブコード及びサブコードのチップと送信アンテナ、時間・周波数ユニットとの対応関係について詳しく説明する。まず、STFS-CDMAシステムの1つの空間・時間・周波数拡散ブロックにおける入出力関係を説明する。この入出力関係は以下の公式で示すことができる。
【数１４９】
2007049712.tif 000151
【０２１３】
ここで、
【数１５０】
2007049712.tif 000152
【０２１４】
は、アクティブユーザーの拡散符号行列であり、アクティブユーザーに対応する上記基本カップリングアダマール行列または拡張カップリングアダマール行列の一部の列からなる行列である。
【数１５１】
2007049712.tif 000153
【０２１５】
は、アクティブユーザーの数を示す。
【数１５２】
2007049712.tif 000154
【０２１６】
は、アクティブユーザーの送信シンボルベクトルを示し、
【数１５３】
2007049712.tif 000155
【０２１７】
は、第
【数１５４】
2007049712.tif 000156
【０２１８】
個ユーザーの送信シンボルを示す。
【数１５５】
2007049712.tif 000157
【０２１９】
は、ノイズベクトルであり、
【数１５６】
2007049712.tif 000158
【０２２０】
個目の時間・周波数ユニットと対応する
【数１５７】
2007049712.tif 000159
【０２２１】
次元のノイズベクトルを示し、
【数１５８】
2007049712.tif 000160
【０２２２】
は、受信アンテナの数を示す。
【数１５９】
2007049712.tif 000161
【０２２３】
において、
【数１６０】
2007049712.tif 000162
【０２２４】
個目の時間・周波数ユニットが対応する
【数１６１】
2007049712.tif 000163
【０２２５】
次元の受信ベクトルを示す。
【数１６２】
2007049712.tif 000164
【０２２６】
は、1つの時間・周波数拡散ブロック内の等価ベース・バンド・チャネル応答行列を示し、以下の公式で示される。
【数１６３】
2007049712.tif 000165
【０２２７】
ここで、
【数１６４】
2007049712.tif 000166
【０２２８】
は、k個目の時間・周波数ユニットが対応するチャネル行列
【数１６５】
2007049712.tif 000167
【０２２９】
を示し、
【数１６６】
2007049712.tif 000168
【０２３０】
次元の行列である。この行列のN列目は、n本目の送信アンテナに対応する。
【数１６７】
2007049712.tif 000169
【０２３１】
は、受信アンテナの数であり、
【数１６８】
2007049712.tif 000170
【０２３２】
は、送信アンテナの数である。
【０２３３】
注意すべきところとしては、1つの時間・周波数拡散ブロック内の時間・周波数ユニットは、
【数１６９】
2007049712.tif 000171
【０２３４】
間の関連性をできるだけ向上させるべきであり、時間・周波数ユニットと送信アンテナの配列順番は任意に設置できることである。
【０２３５】
各コードワードのサブコード及びサブコードのチップと送信アンテナ、時間・周波数ユニットとの対応関係は、行列積
【数１７０】
2007049712.tif 000172
【０２３６】
の各要素の行列対応関係により確定される。たとえば、
【数１７１】
2007049712.tif 000173
【０２３７】
のu列目（すなわち、
【数１７２】
2007049712.tif 000174
【０２３８】
）のチップにおいて、
【数１７３】
2007049712.tif 000175
【０２３９】
のn列目と乗算する
【数１７４】
2007049712.tif 000176
【０２４０】
個のチップは、時間・周波数ユニットの順番によって配列されて、第u個ユーザーの第n個サブコードを構成することになる。
【０２４１】
言い換えれば、行列
【数１７５】
2007049712.tif 000177
【０２４２】
の要素と
【数１７６】
2007049712.tif 000178
【０２４３】
の要素を乗算する過程において、各
【数１７７】
2007049712.tif 000179
【０２４４】
の第n列と乗算し、かつ、
【数１７８】
2007049712.tif 000180
【０２４５】
の第u列の要素（すなわち、チップ）である計
【数１７９】
2007049712.tif 000181
【０２４６】
個のチップが当該第u個ユーザーの第n個サブコードを形成する。この第n個サブコードのチップは、時間・周波数ユニットの順番によって、1つの時間・周波数拡散ブロックの時間・周波数ユニットに配列される。この時間・周波数ユニットの時間・周波数拡散ブロックにおける順番は任意に設置することができる。
【０２４７】
たとえば、各
【数１８０】
2007049712.tif 000182
【０２４８】
の1列目と乗算する、
【数１８１】
2007049712.tif 000183
【０２４９】
は、当該u個目のユーザーの1個目のサブコードを形成した。この1個目のサブコードは一本目のアンテナに対応し、かつ、1個目のサブコードの
【数１８２】
2007049712.tif 000184
【０２５０】
個のチップは1つの時間・周波数拡散ブロック内の
【数１８３】
2007049712.tif 000185
【０２５１】
個目の時間・周波数ユニットに順に配列される。この
【数１８４】
2007049712.tif 000186
【０２５２】
のすべてのサブコードは、同じ時間・周波数拡散ブロックを占める。
【０２５３】
上記過程に基づいて、配分装置52は、第
【数１８５】
2007049712.tif 000187
【０２５４】
個ユーザーに用いられる拡散符号
【数１８６】
2007049712.tif 000188
【０２５５】
のチップを空間、時間、周波数の三つの次元にマッピングする。
【０２５６】
図7は、STFS-CDMA技術において、チップが空間、時間、周波数の三つの次元におけるマップ関係の1つの例を示す。
【０２５７】
図7に示すように、送信アンテナの数は
【数１８７】
2007049712.tif 000189
【０２５８】
であり、第
【数１８８】
2007049712.tif 000190
【０２５９】
個ユーザーに用いられる拡散符号
【数１８９】
2007049712.tif 000191
【０２６０】
のコードの長さは
【数１９０】
2007049712.tif 000192
【０２６１】
であり、時間領域拡散率は2、周波数領域拡散率は4である。
【０２６２】
図のなかの各小さい枠は、一本の送信アンテナに対応する1つの時間・周波数ユニットを示し、小さい枠の中の番号（1、2 … 32）は、その対応するチップのコードワードにおける番号を示す。等価ベース・バンド・チャネル応答行列
【数１９１】
2007049712.tif 000193
【０２６３】
とアクティブユーザーの拡散符号行列
【数１９２】
2007049712.tif 000194
【０２６４】
とを乗算するときの2つの行列の各要素の行列対応関係によれば、送信アンテナ1（
【数１９３】
2007049712.tif 000195
【０２６５】
の1列目に対応する）に対応するチップは、拡散符号
【数１９４】
2007049712.tif 000196
【０２６６】
の1、5、9、13、17、21、25、29個目のチップであり、当該8個のチップが拡散符号
【数１９５】
2007049712.tif 000197
【０２６７】
の1つのサブコード（図7の第一個大きい枠）を構成する。同時に、当該8個のチップは8個の時間・周波数ユニットを占める。そのうち、
【数１９６】
2007049712.tif 000198
【数１９７】
2007049712.tif 000199
【０２６８】
個目の時間・周波数ユニットが対応する番号は、
【数１９８】
2007049712.tif 000200
【０２６９】
の4個のチップ
【数１９９】
2007049712.tif 000201
【０２７０】
である。4個のチップは、異なるアンテナに対応し、かつそれぞれ1本目、2本目、3本目と4本目の送信アンテナから送信される。
【数２００】
2007049712.tif 000202
【０２７１】
を例として、
【数２０１】
2007049712.tif 000203
【０２７２】
は、1個目の時間・周波数ユニットに対応する等価ベース・バンド・チャネル応答行列を示し、
【数２０２】
2007049712.tif 000204
【０２７３】
の第1列、第2列、第3列、第4列はそれぞれ1本目、2本目、3本目、4本目のアンテナに対応するとすると、上記2つの行列の各要素の行列対応関係によれば、対応する番号が1、2、3、4である4個のチップは、当該4本のアンテナから送信される。
【０２７４】
同様に、図7の１個目〜4個目の大きい枠の中の8個のチップは、それぞれ拡散符号
【数２０３】
2007049712.tif 000205
【０２７５】
の4個のサブコードを構成した。送信アンテナの配列順番は任意に設置することができるため、サブコードは任意のアンテナに対応できる。同時に、当該4個の大きい枠が対応する時間と周波数資源は同じであるため、当該4個のサブコードは同じ8個の時間・周波数ユニットを占める。当該8個の時間・周波数ユニットの集合は、1つの時間・周波数拡散ブロックである。
【０２７６】
<受信機>
図8は、STFS-CDMA技術を採用するMIMO-OFDMシステムの受信機2の構成図である。
【０２７７】
図8に示すように、当該受信機2は、RFユニット21と、ガードタイム削除ユニット22と、FFTユニット23と、検出ユニット24と、直列並列変換ユニット25と、復号化及びデマッピングユニット26と、データ出力ユニット27とを含む。
当該受信機2は、複数の受信アンテナを利用して信号を受信し、RFユニット21により処理した後、ベース・バンド信号に変換される。このベース・バンド信号は、RFユニット21によってガードタイム削除ユニット22に送信される。
【０２７８】
ガードタイム削除ユニット22は、このベース・バンド信号のガードタイムを削除した後、時間領域信号としてFFTユニット23に送信する。
【０２７９】
FFTユニット23は、受信した当該時間領域信号に対して高速フーリエ変換を行い、周波数領域信号を取得して、検出ユニット24に送信する。
【０２８０】
検出ユニット24は、チャネル状態情報を利用して、ユーザーの送信シンボル推定値を取得し、ユーザーデータを復元して、直列並列変換ユニット25に送信する。
【０２８１】
直列並列変換ユニット25は、並列データとしてのユーザーデータを直列データに変換して、復号化及びデマッピングユニット26に送信する。
【０２８２】
復号化及びデマッピングユニット26は、受信した直列データに対して復号化及びデマッピングを行い、その後データ出力ユニット27から出力する。
【０２８３】
図9は、本発明による検出ユニット24の具体的構成図である。
【０２８４】
図9に示すように、当該検出ユニット24は、チャネル状態情報取得ユニット241と、送信シンボル推定値計算ユニット242と、硬判定ユニット243とを含む。
【０２８５】
チャネル状態情報取得ユニット241は、MIMO-OFDMシステムに適応される任意のチャネル推定方法を用いて、チャネル状態情報を取得することができる。すなわち、チャネル推定によって、等価ベース・バンド・チャネル応答行列
【数２０４】
2007049712.tif 000206
【０２８６】
推定値
【数２０５】
2007049712.tif 000207
【０２８７】
を取得する。
【０２８８】
送信シンボル推定値計算ユニット242は、推定値
【数２０６】
2007049712.tif 000208
【０２８９】
を利用して、ユーザーの送信シンボル推定値を計算する。このときの計算過程には2つのケースがある。
【０２９０】
ケース（1）として、受信側の各ユーザーは、自分の拡散符号
【数２０７】
2007049712.tif 000209
【０２９１】
だけを知り、システムのほかのアクティブユーザーの拡散符号は知らない。
ケース（2）として、受信側の各ユーザーは、自分の拡散符号
【数２０８】
2007049712.tif 000210
【０２９２】
だけではなく、システムのほかのアクティブユーザーの拡散符号も知っている。
ケース（1）の場合、送信シンボル推定値計算ユニット242は、最小平均二乗誤差合成（MMSEC）または直交復元合成（ORC）アルゴリズムで送信シンボル推定値を計算することができる。
【０２９３】
最小平均二乗誤差合成アルゴリズムにより取得した第
【数２０９】
2007049712.tif 000211
【０２９４】
個ユーザーの送信シンボル推定値
【数２１０】
2007049712.tif 000212
【０２９５】
は、
【数２１１】
2007049712.tif 000213
【０２９６】
ここで、
【数２１２】
2007049712.tif 000214
【０２９７】
は、各受信アンテナから導入されたノイズの分散を示す。
【数２１３】
2007049712.tif 000215
【０２９８】
は単位行列である。
【数２１４】
2007049712.tif 000216
【０２９９】
は、上記公式（1）において、STFS-CDMAシステムの1つの時間・周波数拡散ブロック内の入出力関係の出力を示す。すなわち、
【数２１５】
2007049712.tif 000217
【０３００】
は、受信側における受信信号ベクトルである。
【０３０１】
直交復元合成アルゴリズムにより取得した第
【数２１６】
2007049712.tif 000218
【０３０２】
個ユーザーの送信シンボル推定値は、
【数２１７】
2007049712.tif 000219
【０３０３】
ここで、
【数２１８】
2007049712.tif 000220
【０３０４】
のMoore-Penroseの一般化逆を示す。
【０３０５】
ケース（2）の場合、すべてのアクティブユーザーの拡散符号が受信側において知られているので、最小平均二乗誤差合成（MMSEC）またはZF(Zero Forcing)アルゴリズムで送信シンボル推定値を計算することができる。
【０３０６】
最小平均二乗誤差合成アルゴリズムにより取得した第
【数２１９】
2007049712.tif 000221
【０３０７】
個ユーザーの送信シンボル推定値は、
【数２２０】
2007049712.tif 000222
【０３０８】
であり、ZFアルゴリズムにより取得した第
【数２２１】
2007049712.tif 000223
【０３０９】
個ユーザーの送信シンボル推定値は、
【数２２２】
2007049712.tif 000224
【０３１０】
である。ここで、
【数２２３】
2007049712.tif 000225
【０３１１】
は、1つの行列
【数２２４】
2007049712.tif 000226
【０３１２】
の第
【数２２５】
2007049712.tif 000227
【０３１３】
行を示す。
【０３１４】
硬判定ユニット243は、送信シンボル推定値計算ユニット242で取得したユーザーの送信シンボル推定値
【数２２６】
2007049712.tif 000228
【０３１５】
に対して硬判定を行い、ユーザーデータを復元して、結果を出力する。
【０３１６】
注意すべきところとしては、復号化及びデマッピングユニット26が採用する復号化アルゴリズムにおいて、軟判定情報の入力が必要である場合、本発明の検出ユニット24は、送信シンボル推定値
【数２２７】
2007049712.tif 000229
【０３１７】
を軟判定情報として、復号化及びデマッピングユニット26に出力してもいい。
【０３１８】
図10〜図12は、カップリングアダマール符号に基づくSTFS-CDMA技術（単にCHC-STFSと言う）と従来のマルチアクセス技術との性能の比較結果を三組示す。ここで、縦座標はSER（符号誤り率）を示し、横座標はSNR（信号対雑音比）を示す。
【０３１９】
基本的なシミュレーションパラメータを以下に示す。搬送波は3.5GHz、帯域幅は20.3MHz、
【数２２８】
2007049712.tif 000230
【０３２０】
、サブキャリア数は1024、ガードタイムは226個のサンプル間隔、チャネルは典型的な6パス都市チャネルモデル、移動速度は50キロ/時間、QPSK変調、システムの最大ユーザー数は32、時間領域拡散率は1、周波数領域拡散率は8である。また、図10〜図12においてアクティブユーザー数はそれぞれ、
【数２２９】
2007049712.tif 000231
【０３２１】
であり、採用するカップリングアダマール符号は
【数２３０】
2007049712.tif 000232
【０３２２】
の拡張カップリングアダマール符号であり、検出アルゴリズムは最小平均二乗誤差合成アルゴリズムである。
【０３２３】
図面からわかるように、シミュレーションの結果から、本発明のカップリングアダマール符号を採用するSTFS-CDMAシステムの性能は、従来のウォルシュコードを採用するSTFS-CDMAとMC-CDMAシステムより優れている。
【０３２４】
以上から、本発明はカップリングアダマール符号をSTFS-CDMAシステムに応用することによって、空間ダイバーシティ効果を有効的に利用して無線チャネルフェジングを制御し、ユーザー間の干渉を低減させ、リンクにおける各ユーザーの性能のバランスを取り、よってシステム全体の性能を向上させることができる。また、本発明は、従来のMC-DS-CDMA、MC-CDMA及びOFCDMと結合して使用でき、良好なコンパチビリティーがある。
【図面の簡単な説明】
【０３２５】
【図１】基本カップリングアダマール符号を生成するフローチャートである。
【図２】拡張カップリングアダマール符号を生成するフローチャートである。
【図３】STFS-CDMA技術を採用するMIMO-OFDMシステムの送信機1の構成図である。
【図４】本発明による空間・時間・周波数拡散ユニット14の具体的な構成図である。
【図５】本発明によるカップリングアダマール符号生成装置51の具体的な構成図である。
【図６】本発明の変更実施例によるカップリングアダマール符号生成装置51’の具体的な構成図である。
【図７】STFS-CDMA技術において、コードチップが空間、時間、周波数の三つの次元におけるマップ関係の1つの例を示す。
【図８】STFS-CDMA技術を採用するMIMO-OFDMシステムの受信機2の構成図である。
【図９】本発明による検出ユニット24の具体的な構成図である。
【図１０】カップリングアダマール符号に基づくSTFS-CDMA技術と伝統的なマルチアクセス技術との性能の比較結果を示す（Ｕ＝１６）。
【図１１】カップリングアダマール符号に基づくSTFS-CDMA技術と伝統的なマルチアクセス技術との性能の比較結果を示す（Ｕ＝２４）。
【図１２】カップリングアダマール符号に基づくSTFS-CDMA技術と伝統的なマルチアクセス技術との性能の比較結果を示す（Ｕ＝３２）。
【符号の説明】
【０３２６】
1…送信機、2…受信機、11…データ元生成ユニット、12…マッピングユニット
13…直列並列変換ユニット、１4…周波数拡散ユニット、15…IFFTユニット
１6…ガードタイム挿入ユニット、17…RFユニット、21…RFユニット、
22…ガードタイム削除ユニット、23…FFTユニット、24…検出ユニット
25…直列並列変換ユニット、26…デマッピングユニット、27…データ出力ユニット
51…カップリングアダマール符号生成装置、52…配分装置
241…チャネル状態情報取得ユニット、  242…送信シンボル推定値計算ユニット
243…硬判定ユニット、  
511…アダマール行列生成手段、512…列ベクトル形成手段、
513…アダマール乗算器、521…ユニタリ行列生成手段、
522…アダマール行列生成手段、523…列ベクトル形成手段、
524…アダマール乗算器、525…直積乗算器
【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６】
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【図７】
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【図８】
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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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