(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間−時間コーディングされた信号を送信する複数の送信アンテナ（１１）を有する送信機と、複数の受信アンテナ（２１）を有する受信機とを含む通信システムであって、
それぞれの伝送チャネルを介して前記送信機から前記受信アンテナの各々によって受信される信号に応答する等化器（２３）と、
前記等化器に応答するマッピング装置（２５）と、
前記マッピング装置に応答する復号化器（２７）とを含み、
前記等化器は前記受信される信号の各々のための分岐を含み、各分岐は、受信アンテナｊごとの分岐距離
【数１】
0004166442.tif 000009
に対して、
【数２】
0004166442.tif 000010
を最小化するトレリス遷移を選択するように構成され、前記選択されたトレリス遷移は選択されたシンボルｓに対応し、前記受信アンテナｊごとの分岐距離は前記選択されたトレリス遷移、前記受信される信号、以前に選択されたシンボル及び前記分岐の伝送チャネルの伝送パラメータ値の推定値の関数であり、
前記受信アンテナｊごとの分岐距離は、
【数３】
0004166442.tif 000011
に等しく、ここで、
【数４】
0004166442.tif 000012
は、空間−時間コーディングの符号化方式と、メモリ長がＬ＋１であり受信アンテナｊで終端する、各送信アンテナから受信アンテナｊへの前記伝送チャネルのチャネルパラメータとに基づいて決定され、Ｌ１は前記Ｌよりも小さい選択された整数であり、
【数５】
0004166442.tif 000013
は選択されたトレリス遷移によって指定される試行シンボルであり、そして、
【数６】
0004166442.tif 000014
は以前に判定されたシンボルであり、又は、
前記受信アンテナｊごとの分岐距離は、
【数７】
0004166442.tif 000015
に等しく、ここで、
【数８】
0004166442.tif 000016
は、空間−時間コーディングの符号化方式と、メモリ長がＬ＋１であり受信アンテナｊで終端する、各送信アンテナから受信アンテナｊへの前記伝送チャネルのチャネルパラメータとに基づいて決定され、
【数９】
0004166442.tif 000017
は選択されたトレリス遷移によって指定される試行シンボルであり、そして、
【数１０】
0004166442.tif 000018
は以前に判定されたシンボルであることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
外部コーダを情報信号に適用し、前記外部コーダの結果をマッピングし、トレリス符号化器を介して前記マッピングの結果を伝送することにより、前記送信機において前記信号を生成する請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
空間−時間コーディングされた信号を送信する複数の送信アンテナ（１１）を有する送信機、及び、Ｍ個の受信アンテナ（２１）と、等化器と復号化器の両方を構成する単一のモジュール（２３）とを有する受信機（２０）を含む通信システムにおいて実行される方法であって、
時刻ｋにおいて、前記受信機が前記受信アンテナ（ｊ＝１、２、・・・Ｍ）ごとに信号ｒｊ（ｋ）を受信するステップと、
受信アンテナｊと関連する各々の分岐距離
【数１１】
0004166442.tif 000019
に関連して、シンボルｓに対応するようにトレリス遷移を選択することにより、
【数１２】
0004166442.tif 000020
を最小化するステップとを含み、前記分岐距離
【数１３】
0004166442.tif 000021
は、前記選択されたトレリス遷移、前記受信された信号、以前に選択されたシンボル及び前記分岐の伝送チャネルの伝送パラメータ値の推定値の関数であり、前記方法はさらに、
前記シンボルｓを前記受信機の後続の回路に適用するステップとを含み、
前記分岐距離
【数１４】
0004166442.tif 000022
は、
【数１５】
0004166442.tif 000023
に等しく、ここで、
【数１６】
0004166442.tif 000024
は、空間−時間コーディングの符号化方式と、メモリ長がＬ＋１であり受信アンテナｊで終端する、各送信アンテナから受信アンテナｊへの前記伝送チャネルのチャネルパラメータとに基づいて決定され、Ｌ１は前記Ｌよりも小さい選択された整数であり、
【数１７】
0004166442.tif 000025
は選択されたトレリス遷移によって指定される試行シンボルであり、
【数１８】
0004166442.tif 000026
は以前に判定されたシンボルであり、又は、
前記分岐距離
【数１９】
0004166442.tif 000027
は、
【数２０】
0004166442.tif 000028
に等しく、ここで、
【数２１】
0004166442.tif 000029
は、空間−時間コーディングの符号化方式と、メモリ長がＬ＋１であり受信アンテナｊで終端する、各送信アンテナから受信アンテナｊへの前記伝送チャネルのチャネルパラメータとに基づいて決定され、
【数２２】
0004166442.tif 000030
は選択されたトレリス遷移によって指定される試行シンボルであり、そして、
【数２３】
0004166442.tif 000031
は以前に判定されたシンボルであることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチアンテナ受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
将来のワイヤレス通信システムは、種々のマルチメディアサービスを提供することを約束している。この約束を果たすには、ワイヤレスチャネル上で、信頼性の高い、高データ速度の伝送を行う必要がある。ワイヤレス通信チャネルを劣化させる主な原因は、マルチパス伝搬および時間分散に起因する、時間変動フェージングである。マルチパスフェージングの問題は、アンテナダイバーシティを用いることにより解決することができる。アンテナダイバーシティは、空間的に離隔したアンテナからの信号を合成することにより、マルチパスフェージングの影響を低減する。時間分散の問題は、線形、判定帰還および最尤系列推定（ＭＬＳＥ）のような等化によって解決することができる。
【０００３】
これまでは、受信機の多数のアンテナを用いて、受信した信号にある種の合成処理、例えば最大比合成を行うことが標準的な実用形態であった。しかしながら、リモートユニット、例えばセルラー電話は典型的には、比較的簡単で、小型で、しかも安価にする必要があるため、リモートユニットにおいて受信アンテナダイバーシティを効率的に用いることは困難である。それゆえ、多数のアンテナを用いる受信アンテナダイバーシティおよびアレイ信号処理は、ほとんど排他的に基地局のために用いられており（あるいは提案されており）、その結果、アップリンクのみの受信品質が、非対称的に改善されるようになる。
【０００４】
最近、上記のワイヤレスチャネルの劣化原因を克服するとともに、ダイバーシティによる負荷の大部分を基地局に負担させつつ、ダウンリンクのためのアンテナダイバーシティを提供するために、送信機に多数のアンテナを用いて適切な信号処理を行う、多数の提案がなされている。実質的な利点は、多数の送信アンテナを考慮するように特に設計されるチャネル符号を用いることにより、達成することができる。最初の帯域幅有効送信ダイバーシティ方式は、Ｗｉｔｔｎｅｂｅｎによって提案され、特殊な場合として、遅延ダイバーシティからなる送信ダイバーシティ方式を含んでいた。N. SeshadriおよびJ. H. Winters「Two Schemes for Improving the Performance of Frequency-Division Duplex (FDD) Transmission Systems Using Transmitter Antenna Diversity （International Journal of Wireless Information Networks, vol. 1, pp. 44-60, Jan. 1994）を参照されたい。V. Tarokh、 N. SeshadriおよびA. R. Calderbank「Space-Time Codes for High Data Rate Wireless Communications: Performance Criterion and Code Construction」（IEEE Trans. Inform. Theory, pp. 744-765, March 1998）では、空間−時間トレリス符号が導入され、送信ダイバーシティのための合成トレリス符号化および変調の設計に対する一般的な理論が提案された。空間−時間符号化器への入力シンボルがＮ個の変調シンボルにマッピングされ、Ｎ個のシンボルが、それぞれＮ個の送信アンテナから同時に送信される。これらの符号は、所与の数の送信アンテナ、変調コンスタレーションサイズ、伝送速度に対して、最大限可能なダイバーシティの利点を達成することがわかった。空間−時間符号化のための別のアプローチは、空間−時間ブロック符号であり、「Space Block Coding: A Simple Transmitter Diversity Technique for Wireless Communications」（IEEE Journal on Selec. Areas. Commun., vol. 16, pp. 1451-1458, October 1998）において、S. Alamoutiによって導入され、後に、「Space Time Block Codes From Orthogonal Designs」（IEEE Trans. Inform. Theory, pp. 1456-1467, July 1999）においてV. Tarokh、 H. JafarkhaniおよびA. R. Calderbankによって一般化された。
【０００５】
空間−時間符号は最近、第３世代セルラー電話標準規格（例えば、ＣＤＭＡ−２０００およびＷ−ＣＤＭＡ）に採用されている。上記論文の空間−時間符号の動作解析は、フラットフェージングチャネルを想定していた。受信機が、そのチャネルに対して最適なマッチトフィルタリングを実行するものと仮定すると、周波数選択性チャネル上で用いるときに、空間−時間トレリス符号の設計判定基準は依然として最適であることが解析によって示される。さらに、A. F. Naguib、V. Tarokh、 N. SeshadriおよびA. R. Calderbank「A Space-Time Coding Based Modem for High Data Rate Wireless Communications」（IEEE Journal on Selec. Areas. Commun., vol. 16, pp. 1459-1478, October 1998に記載される空間−時間符号化モデムは、フラットフェージングチャネルを想定して設計されたが、シンボル周期Ｔsと比べて相対的に小さい遅延スプレッドを有するチャネル上で用いるとき、驚くほど良好に実行された。しかしながら、遅延スプレッドがシンボル周期に対して大きく、例えば、≧Ｔs／４のとき、ある量の性能劣化が現れた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、マルチパス環境下で、高データ速度のデータ伝送の信頼性を高めるためのマルチアンテナ受信機を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【外２】
0004166442.tif 000002
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、２０００年４月１３日出願の仮特許出願第６０／１９６，５９９号からの優先権を主張する。
【０００９】
図１は、周波数選択性レーリフェージング環境における、Ｎ個の送信アンテナ、例えば１１−１〜１１−２を有する送信機１０と、２１−１、２１−２、．．．２１−Ｍの受信アンテナを備える受信機２０との全般的な形態を示す。Ｍ個の受信アンテナは等化器／復号化器２３に接続され、等化器／復号化器２３はシンボル−ビットマッピング装置２５に接続され、マッピング装置２５は、外部コード復号化器２７（送信機１０によって伝送される信号が、送信機１０に示されるように、外部コード符号化器によって符号化される場合）に接続される。この開示の目的は、従来のデジタル信号プロセッサを用いて実装されることができる等化器／復号化器の設計および動作を記載することである。
【００１０】
一般に、ｉ番目の送信アンテナとｊ番目の受信アンテナとの間の伝送チャネルのインパルス応答は、時間変動ＦＩＲインパルス応答でモデル化するとき、以下のようになる。
【数１】
0004166442.tif 000003
この式は、送信機および受信機パルス整形フィルタ、および物理的なマルチパスチャネルの作用を含む。式（１）は、複数の異なる距離の経路のような種々の理由のために、伝送チャネルがメモリを含むという概念を組み込む。一般化による損失を受けることなく、チャネルモデルオーダ（すなわちチャネルのメモリ）はＬ＋１であるものと仮定される。また、チャネルパラメータ｛ｈij（ｋ，ｌ），ｉ＝１…Ｍ｝は、バースト間では変動する場合があるが、データバースト内では不変であるものと仮定される。ＧＳＭのようなセルラーシステムでは、データバーストの長さは約０．５８ｍｓからなり、約１２．５ｍｓである、時速９６．５４（６０ＭＰＨ）の移動速度におけるチャネルの可干渉時間と比べると、バースト長は、ブロック時間不変チャネルモデルを有効にするだけの十分に短い長さである。この仮定は、ＧＳＭ環境の大部分において満足される。
【００１１】
【外３】
0004166442.tif 000004
【００１２】
【外４】
0004166442.tif 000005
【００１３】
【外５】
0004166442.tif 000006
【００１４】
上記の解析について考える場合、マッピング装置１４が８ＰＳＫ、８状態マッピング装置であり、その後に、その出力が空間−時間コーダ１９に加えられるトレリス符号化器１６が続く状況を考えて見ることもできる。コーダ１９への入力は、空間−時間コーダの第１の出力を形成し、アンテナ１１−１に加えられる。この入力は、遅延素子１７と、それにより乗算器１８にも加えられ、乗算器１８は、空間−時間コーダの第２の出力を生成する。その第２の出力はアンテナ１１−２に加えられる。乗算器１８に加えられるシンボルが奇数であるとき、乗算器１８は、マッピングされた信号と、−１とを掛け合わせる（その信号を１８０°だけ回転する）。素子１４内のマッピングは、図３に示されるものが好ましい。すなわち、０で開始して、単位円を反時計方向に移動すると、マッピングの系列は、｛０、７、６，１、５、２、３、４｝である。
【００１５】
符号化器１６のトレリスが、図２に示される。この構成の場合、入力ビットストリームは、３ビットからなるグループにグループ化され、各グループは８個のコンスタレーション点の１つにマッピングされる。８個のコンスタレーション点はトレリス符号化器の状態でもある。トレリスの左側の列は状態ラベルであり、トレリスの右側の各行は、対応する状態から遷移するためのエッジラベルを表す。エッジラベルｃ1ｃ2は、シンボルｃ1が第１のアンテナから送信され、シンボルｃ2が第２のアンテナから送信されることを示す。例示するために、符号化器が状態「０」から開始するものと仮定する。この仮定は従来通りの仮定であり、入力系列が｛０１５７６４｝である場合には、図２のトレリスに準拠する動作によって、第１のアンテナ上で送信される系列｛０１５７６４｝と、第２のアンテナ上で送信される系列｛００５１３６｝とが生成される。
【００１６】
概ねチャネルの可干渉性帯域幅か、あるいはそれより広い帯域幅のデータ速度の場合、「分解可能な」マルチパス受信によって誘発されるシンボル間干渉を補償するために、等化器を用いる必要がある。ワイヤレスチャネル上で等化を行うために用いられる、基本的ではあるが、強力な２つの等化技術が存在する。ＭＡＰアルゴリズムは、シンボル毎の確率に基づいて、各個別のシンボルにＭＡＰ確率を与えるものであり、ビタビアルゴリズム（ＶＡ）は最尤（ＭＬ）チャネル経路を出力する、最尤系列推定器（ＭＬＳＥ）である。いずれの技術も、雑音を増やしたり、誤りを伝搬したりする問題を引き起こすことなく、全てのチャネルタップ利得からエネルギーを収集する（それゆえ、マルチパス伝搬によって与えられるダイバーシティ利得を十分に利用する）という利点を有する。ワイヤレス伝搬環境では、反射が直接的な経路により強い場合があるので、これは非常に重要な特徴である。しかしながら、両アプローチの主な問題は、等化器状態に関する複雑さである。例えば、Ｎ個の送信アンテナによる空間−時間コーディングおよび長さＬ＋１によるチャネル応答の場合、等化器状態の数は（ＨN）Lである。ただしＨはコンスタレーション点の数である。すなわち等化器の複雑さは、送信アンテナおよびチャネルメモリの数に関して指数関数的に増加する。
【００１７】
等化器の複雑さの問題は、「Reduced-State Sequence Estimation with Set Partitioning and Decision Feedback」（IEEE Trans. Commun., vol. COM-36, pp. 12-20, January 1988）の、M. V. EyubogluおよびS. U. Qureshiによる複雑さを低減するアプローチを用いることにより解決することができる。しかしながら、複雑さを低減するアプローチは、チャネル応答が最小位相でないか、あるいは最小位相に近くない場合には、性能の劣化を生じるという問題がある。ワイヤレスチャネルは時間変動し、それゆえ最小位相条件は常に保証されるわけではないので、白色化マッチトフィルタ（whitened matched filter）あるいは前置等化器（pre-curser equalizer）を用いて、常時、チャネル最小位相にしなければならない。従来の等化問題の場合に、白色化マッチトフィルタを設計することは、よく知られているが、送信ダイバーシティによる空間−時間コーディングの場合には知られていない。これは、先に記載したように、受信機で受信された信号が、完全に独立したチャネルを通って伝搬された全ての送信信号が重なり合っているためである。従って、この場合の白色化マッチトフィルタの役割は、これらのチャネルを全て、同時に最小位相にすることであり、これを実現するための方法は知られていない。
【００１８】
この問題を解決するために、以下に、図２に与えられるような、いくつかの空間−時間トレリス符号に存在する構造を用いる、複雑さを低減するアプローチを開示する。
【００１９】
【数１】
0004166442.tif 000007
【数２】
0004166442.tif 000008
【００２０】
要するに、受信機２０内の等化器／ＭＳＥ復号化２３は、従来のように、例えば、送信機によって送信されるトレーニングシーケンスを用いることにより、伝送チャネルパラメータの推定値を得る必要があり、送信される信号として、式（１２）の距離を最小限にする信号を選択することにより、受信されたシンボルを復号化し続ける必要がある。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、マルチパス環境下で、高データ速度のデータ伝送の信頼性を高めるためのマルチアンテナ受信機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数のアンテナを有する送信機と、複数のアンテナを有する受信機とを示し、その間の伝送チャネルがメモリを含むシステム構成の概略図である。
【図２】図１の送信機において示されるトレリス符号化器に対する特定のトレリス構造を示す図である。
【図３】有利なコンスタレーションマッピングを示す図である。
【符号の説明】
１０  送信機
１１−１、１１−２  送信アンテナ
１２  外部コード
１４  マッピング装置
１６  トレリス符号化器
１７  遅延素子
１８  乗算器
２０  受信機
２１−１、２１−２、２１−３  受信アンテナ
【図１】
0004166442.tif 000032
【図２】
0004166442.tif 000033
【図３】
0004166442.tif 000034