(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化部と、直並列変換部と、ユニタリ行列変調部と、スプリット部と、逆フーリエ変換部と、並直列変換部と、送信部と、を備える送信装置であって、
前記符号化部は、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを低密度パリティチェック符号化した符号化済信号を出力し、
前記直並列変換部は、前記出力された符号化済信号を直並列変換して、ｍ（ｍ≧２）個の中間信号を出力し、
前記ユニタリ行列変調部は、前記出力されたｍ個の中間信号を、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力し、
前記スプリット部は、前記出力された行列の対角成分のそれぞれを、前記逆フーリエ変換部の入力チャネルに入力信号として与え、
前記逆フーリエ変換部は、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるｍ個の逆フーリエ変換済み信号を出力し、
前記並直列変換部は、前記出力されたｍ個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して１つの送信信号を出力し、
前記送信部は、前記出力された送信信号を送信し、
前記逆フーリエ変換部のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ことを特徴とするもの。
【請求項２】
受信部と、直並列変換部と、フーリエ変換部と、逆スプリット部と、ユニタリ行列復調部と、並直列変換部と、復号化部と、を備える受信装置であって、
前記受信部は、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力し、
前記直並列変換部は、前記出力された受信信号を直並列変換してｍ（ｍ≧２）個の中間信号を出力し
前記フーリエ変換部は、前記出力されたｍ個の中間信号をフーリエ変換して得られるｍ個のフーリエ変換済み信号を出力し、
前記逆スプリット部は、前記出力されたｍ個のフーリエ変換済み信号を、前記ユニタリ行列復調部に与え、
前記ユニタリ行列復調部は、与えられたｍ個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列から、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に対応付けられた信号を復調して、これを復調済信号として出力し、
前記並直列変換部は、前記復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを直列化済信号として出力し、
前記復号化部は、前記出力された直列化済信号を低密度パリティチェック復号化して、これを伝送された信号として出力し、
前記フーリエ変換部のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ことを特徴とするもの。
【請求項３】
符号化工程と、直並列変換工程と、ユニタリ行列変調工程と、スプリット工程と、逆フーリエ変換工程と、並直列変換工程と、送信工程と、を備える送信方法であって、
前記符号化工程では、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを低密度パリティチェック符号化した符号化済信号を出力し、
前記直並列変換工程では、前記出力された符号化済信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、ｍ（ｍ≧２）個の中間信号を出力し、
前記ユニタリ行列変調工程では、前記出力されたｍ個の中間信号を、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力し、
前記スプリット工程では、前記出力された行列の対角成分のそれぞれを、逆フーリエ変換の入力チャネルに入力信号として与え、
前記逆フーリエ変換工程では、逆フーリエ変換の入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるｍ個の逆フーリエ変換済み信号を出力し、
前記並直列変換工程では、前記出力されたｍ個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して１つの送信信号を出力し、
前記送信工程では、前記出力された送信信号を送信し、
前記逆フーリエ変換工程における逆フーリエ変換のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ことを特徴とするもの。
【請求項４】
受信工程と、直並列変換工程と、フーリエ変換工程と、逆スプリット工程と、ユニタリ行列復調工程と、並直列変換工程と、復号化工程と、を備える受信方法であって、
前記受信工程では、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力し、
前記直並列変換工程では、前記出力された受信信号を直並列変換してｍ（ｍ≧２）個の中間信号を出力し
前記フーリエ変換工程では、前記出力されたｍ個の中間信号をフーリエ変換して得られるｍ個のフーリエ変換済み信号を出力し、
前記逆スプリット工程では、前記出力されたｍ個のフーリエ変換済み信号を、前記ユニタリ行列復調工程に与え、
前記ユニタリ行列復調工程では、与えられたｍ個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列から、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に対応付けられた信号を復調して、これを復調済信号として出力し、
前記並直列変換工程では、前記復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを直列化済信号として出力し、
前記復号化工程では、前記出力された直列化済信号を低密度パリティチェック復号化して、これを伝送された信号として出力し、
前記前記フーリエ変換工程におけるフーリエ変換のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ことを特徴とするもの。
【請求項５】
コンピュータを、符号化部、直並列変換部、ユニタリ行列変調部、スプリット部、逆フーリエ変換部、並直列変換部、および、送信部として機能させるプログラムであって、
前記プログラムは、前記コンピュータにおいて、
前記符号化部が、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを低密度パリティチェック符号化した符号化済信号を出力し、
前記直並列変換部が、前記出力された符号化済信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、ｍ（ｍ≧２）個の中間信号を出力し、
前記ユニタリ行列変調部が、前記出力されたｍ個の中間信号を、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力し、
前記スプリット部が、前記出力された行列の対角成分のそれぞれを、前記逆フーリエ変換部の入力チャネルに入力信号として与え、
前記逆フーリエ変換部が、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるｍ個の逆フーリエ変換済み信号を出力し、
前記並直列変換部が、前記出力されたｍ個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して１つの送信信号を出力し、
前記送信部が、前記出力された送信信号を送信し、
前記逆フーリエ変換部のチャネル同士の周波数の差が、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ように機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項６】
コンピュータを、受信部、直並列変換部、フーリエ変換部、逆スプリット部、ユニタリ行列復調部、並直列変換部、および、復号化部として機能させるプログラムであって、
前記プログラムは、前記コンピュータを、
前記受信部が、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力し、
前記直並列変換部が、前記出力された受信信号を直並列変換してｍ（ｍ≧２）個の中間信号を出力し
前記フーリエ変換部が、前記出力されたｍ個の中間信号をフーリエ変換して得られるｍ個のフーリエ変換済み信号を出力し、
前記逆スプリット部が、前記出力されたｍ個のフーリエ変換済み信号を、前記ユニタリ行列復調部に与え、
前記ユニタリ行列復調部が、与えられたｍ個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列から、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に対応付けられた信号を復調して、これを復調済信号として出力し、
前記並直列変換部が、前記復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを直列化済信号として出力し、
前記復号化部が、前記出力された直列化済信号を低密度パリティチェック復号化して、これを伝送された信号として出力し、
前記フーリエ変換部のチャネル同士の周波数の差が、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ように機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項７】
符号化部と、直並列変換部と、複数のユニタリ行列変調部と、スプリット部と、逆フーリエ変換部と、並直列変換部と、送信部と、を備える送信装置であって、
前記符号化部は、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを低密度パリティチェック符号化した符号化済信号を出力し、
前記直並列変換部は、前記出力された符号化済信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、ｍ×ｎ（ｍ≧２，ｎ≧１）個の中間信号を出力し、
前記複数のユニタリ行列変調部のそれぞれは、前記出力されたｍ×ｎ個の中間信号のうちのいずれかｍ個を重複なく、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力し、
前記スプリット部は、前記出力された行列の対角成分のそれぞれを、前記逆フーリエ変換部の入力チャネルに入力信号として与え、
前記逆フーリエ変換部は、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるｍ個の逆フーリエ変換済み信号を出力し、
前記並直列変換部は、前記出力されたｍ個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して１つの送信信号を出力し、
前記送信部は、前記出力された送信信号を送信し、
前記逆フーリエ変換部のチャネル同士のうち、前記複数のユニタリ行列変調部から出力される行列の対角成分が与えられるチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ことを特徴とするもの。
【請求項８】
請求項７に記載の送信装置であって、
前記複数のユニタリ行列変調部のうち、ｉ番目のものが出力する行列のｊ行ｊ列の対角成分（ただし０≦ｉ＜ｎ，０≦ｊ＜ｍ）は、前記逆フーリエ変換部のｊ×ｍ＋ｉ番目の入力チャネルに与えられる
ことを特徴とするもの。
【請求項９】
受信部と、直並列変換部と、フーリエ変換部と、逆スプリット部と、複数のユニタリ行列復調部と、並直列変換部と、復号化部と、を備える受信装置であって、
前記受信部は、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力し、
前記直並列変換部は、前記出力された受信信号を直並列変換してｍ×ｎ（ｍ≧２，ｎ≧１）個の中間信号を出力し
前記フーリエ変換部は、前記出力されたｍ×ｎ個の中間信号をフーリエ変換して得られるｍ×ｎ個のフーリエ変換済み信号を出力し、
前記逆スプリット部は、前記出力されたｍ×ｎ個のフーリエ変換済み信号を、ｎ個ずつ重複なく前記ユニタリ行列復調部のそれぞれに与え、
前記複数のユニタリ行列復調部のそれぞれは、与えられたｍ個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列から、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に対応付けられた信号を復調して、これを復調済信号として出力し、
前記並直列変換部は、前記復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを伝送された信号として出力し、
前記復号化部は、前記出力された直列化済信号を低密度パリティチェック復号化して、これを伝送された信号として出力し、
前記フーリエ変換部のチャネル同士のうち、前記複数のユニタリ行列復調部のそれぞれに与えられるフーリエ変換済み信号を出力するチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ことを特徴とするもの。
【請求項１０】
請求項９に記載の受信装置であって、
前記複数のユニタリ行列復調部のそれぞれは、
対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列であって、あらかじめ定められた複数のユニタリ行列のそれぞれと、与えられたｍ個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列と、を対比して、当該あらかじめ定められた複数のユニタリ行列のうち、そのユークリッド距離が最小のものを選択し、当該選択されたものを復調の結果とする
ことを特徴とするもの。
【請求項１１】
請求項１０に記載の受信装置であって、
前記複数のユニタリ行列復調部のうち、ｉ番目のものが対比する行列のｊ行ｊ列の対角成分（ただし０≦ｉ＜ｎ，０≦ｊ＜ｍ）は、前記逆フーリエ変換部のｊ×ｍ＋ｉ番目の出力チャネルから出力されたものである
ことを特徴とするもの。
【請求項１２】
コンピュータを、符号化部、直並列変換部、複数のユニタリ行列変調部、スプリット部、逆フーリエ変換部、並直列変換部、および、送信部として機能さるプログラムであって、
前記プログラムは、前記コンピュータにおいて、
前記符号化部は、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを低密度パリティチェック符号化した符号化済信号を出力し、
前記直並列変換部は、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、ｍ×ｎ（ｍ≧２，ｎ≧１）個の中間信号を出力し、
前記複数のユニタリ行列変調部のそれぞれは、前記出力されたｍ×ｎ個の中間信号のうちのいずれかｍ個を重複なく、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力し、
前記スプリット部は、前記出力された行列の対角成分のそれぞれを、前記逆フーリエ変換部の入力チャネルに入力信号として与え、
前記逆フーリエ変換部は、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるｍ個の逆フーリエ変換済み信号を出力し、
前記並直列変換部は、前記出力されたｍ個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して１つの送信信号を出力し、
前記送信部は、前記出力された送信信号を送信し、
前記逆フーリエ変換部のチャネル同士のうち、前記複数のユニタリ行列変調部から出力される行列の対角成分が与えられるチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ように機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプログラムであって、
当該コンピュータを、
前記複数のユニタリ行列変調部のうち、ｉ番目のものが出力する行列のｊ行ｊ列の対角成分（ただし０≦ｉ＜ｎ，０≦ｊ＜ｍ）は、前記逆フーリエ変換部のｊ×ｍ＋ｉ番目の入力チャネルに与えられる
ように機能させることを特徴とするもの。
【請求項１４】
コンピュータを、受信部、直並列変換部、フーリエ変換部、逆スプリット部、複数のユニタリ行列復調部、並直列変換部、および、復号化部として機能させるプログラムであって、
当該プログラムは、当該コンピュータを、
前記受信部は、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力し、
前記直並列変換部は、前記出力された受信信号を直並列変換してｍ×ｎ（ｍ≧２，ｎ≧１）個の中間信号を出力し
前記フーリエ変換部は、前記出力されたｍ×ｎ個の中間信号をフーリエ変換して得られるｍ×ｎ個のフーリエ変換済み信号を出力し、
前記逆スプリット部は、前記出力されたｍ×ｎ個のフーリエ変換済み信号を、ｎ個ずつ重複なく前記ユニタリ行列復調部のそれぞれに与え、
前記複数のユニタリ行列復調部のそれぞれは、与えられたｍ個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列から、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に対応付けられた信号を復調して、これを復調済信号として出力し、
前記並直列変換部は、前記復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを伝送された信号として出力し、
前記復号化部は、前記出力された直列化済信号を低密度パリティチェック復号化して、これを伝送された信号として出力し、
前記フーリエ変換部のチャネル同士のうち、前記複数のユニタリ行列復調部のそれぞれに与えられるフーリエ変換済み信号を出力するチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である
ように機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプログラムであって、
当該コンピュータにおいて、
前記複数のユニタリ行列復調部のそれぞれは、
対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列であって、あらかじめ定められた複数のユニタリ行列のそれぞれと、与えられたｍ個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列と、を対比して、当該あらかじめ定められた複数のユニタリ行列のうち、そのユークリッド距離が最小のものを選択し、当該選択されたものを復調の結果とする
ように機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプログラムであって、
当該コンピュータにおいて、
前記複数のユニタリ行列復調部のうち、ｉ番目のものが対比する行列のｊ行ｊ列の対角成分（ただし０≦ｉ＜ｎ，０≦ｊ＜ｍ）は、前記逆フーリエ変換部のｊ×ｍ＋ｉ番目の出力チャネルから出力されたものである
ように機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、低密度パリティチェック（Ｌｏｗ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐａｒｉｔｙ  Ｃｈｅｃｋ；ＬＤＰＣ）符号を用いて対角成分以外の成分が０であるユニタリ行列による変復調を用いて効率良く通信を行う送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、ならびに、これらをコンピュータ上にて実現するためのプログラムに関する。
【背景技術】  従来から、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）変復調に関連する技術や、ユニタリ行列を用いた変復調に関連する技術について、以下の文献に開示されている。
【特許文献１】  特開２００２−１８５４２８号公報
【特許文献２】  特開２００１−２８５２４２号公報
【特許文献３】  特開平１０−１０７７６１号公報
【非特許文献１】  安  昌俊、笹瀬  巌、Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｄｅｄ  Ｃｏｈｅｒｅｔｎ  ａｎｄ  Ｄｉｆｆｅｒｎｅｔｉａｌ  Ｕｎｉｔａｒｙ  Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  ＯＦＤＭ  ｗｉｔｈ  Ｂｉｔ  Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｎｎｔｅｎａｓ  ｓｙｓｔｅｍ、信学技報、ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ  ＲＥＰＯＲＴ  ＯＦ  ＩＥＩＣＥ、ＳＳＴ２００２−４７、２００２年１０月、７５頁〜８０頁
特許文献１には、ＯＦＤＭ通信システムに係る発明が開示されている。
特に、受信ＯＦＤＭ信号を高速フーリエ変換によって周波数領域成分に変換し、周波数領域成分をタイミング成分に処理し、タイミング成分からタイミング情報を導き出し、タイミング情報を受信ＯＦＤＭ信号に適用して受信機を同期させるシステムが開示されている。
特許文献２には、ＯＦＤＭ変調方式により送信され、位相成分により情報を伝送するようにしたＰＳＫ方式の信号を受信し、これを軟判定復号するＯＦＤＭ復調装置に係る発明が開示されている。
特に、受信信号から帯域外成分を遮断する帯域制限フィルタのフィルタ特性を検出しておき、帯域制限フィルタの出力信号を位相信号に変換した後、フィルタ特性に応じて位相信号を補正してから軟判定復号を行う構成に係る発明が開示されている。
特許文献３には、ＯＦＤＭ方式による符号化伝送システムと送受信装置に係る発明が開示されている。
特に、ＯＦＤＭ受信信号に対してＯＦＤＭ復調およびデマッピングを行い、内側デインターリーブ回路によりＯＦＤＭ復調信号に内側デインターリーブを施し、内側復調回路により内側デインターリーブされたＯＦＤＭ復号信号を内符号復号し、外側デインターリーブ回路により内符号復号化信号をに外側デインターリーブを施し、外符号復号回路により外側デインターリーブされた内符号復号信号を外符号復号して出力する構成に係る発明が開示されている。
非特許文献１は、本出願に係る発明者の１人が参加してなされた過去の研究の論文であり、ユニタリ行列により空間−時間的な変復調を行い、複数のアンテナを用いて、時間差を設けて信号を発する発明が開示されている。
しかしながら、このような技術以外にも、ＯＦＤＭ通信に適用可能な種々の通信技術が強く望まれている。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、ＬＤＰＣ符号および対角成分以外の成分が０であるユニタリ行列による変復調を用いて効率良く通信を行う送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、ならびに、これらをコンピュータ上にて実現するためのプログラムを提供することを目的とする。
【発明の開示】
以上の目的を達成するため、本発明の原理にしたがって、以下の発明を開示する。
本発明の第１の観点に係る送信装置は、符号化部と、直並列変換部と、ユニタリ行列変調部と、スプリット部と、逆フーリエ変換部と、並直列変換部と、送信部と、を備え、以下のように構成する。
すなわち、符号化部は、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを低密度パリティチェック符号化した符号化済信号を出力する。
そして、直並列変換部は、出力された符号化済信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、ｍ（ｍ≧２）個の中間信号を出力する。
一方、ユニタリ行列変調部は、出力されたｍ個の中間信号を、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力する。
さらに、スプリット部は、出力された行列の対角成分のそれぞれを、逆フーリエ変換部の入力チャネルに入力信号として与える。
そして、逆フーリエ変換部は、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるｍ個の逆フーリエ変換済み信号を出力する。
一方、並直列変換部は、出力されたｍ個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して１つの送信信号を出力する。
さらに、送信部は、出力された送信信号を送信する。
逆フーリエ変換部のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である。
本発明のその他の観点に係る受信装置は、受信部と、直並列変換部と、フーリエ変換部と、逆スプリット部と、ユニタリ行列復調部と、並直列変換部と、復号化部と、を備え、以下のように構成する。
すなわち、受信部は、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力する。
一方、直並列変換部は、出力された受信信号を直並列変換してｍ（ｍ≧２）個の中間信号を出力する。
さらに、フーリエ変換部は、出力されたｍ個の中間信号をフーリエ変換して得られるｍ個のフーリエ変換済み信号を出力する。
そして、逆スプリット部は、出力されたｍ個のフーリエ変換済み信号を、ユニタリ行列復調部に与える。
一方、ユニタリ行列復調部は、与えられたｍ個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列から、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列を復調する。
さらに、並直列変換部は、復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを直列化済信号として出力する。
一方、復号化部は、出力された直列化済信号を低密度パリティチェック復号化して、これを伝送された信号として出力する。
そして、フーリエ変換部のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である。
本発明の他の観点に係る送信方法は、符号化工程と、直並列変換工程と、ユニタリ行列変調工程と、スプリット工程と、逆フーリエ変換工程と、並直列変換工程と、送信工程と、を備え、以下のように構成する。
すなわち、符号化工程では、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを低密度パリティチェック符号化した符号化済信号を出力する。
直並列変換工程では、出力された符号化済信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、ｍ（ｍ≧２）個の中間信号を出力する。
一方、ユニタリ行列変調工程では、出力されたｍ個の中間信号を、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力する。
さらに、スプリット工程では、出力された行列の対角成分のそれぞれを、逆フーリエ変換の入力チャネルに入力信号として与える。
そして、逆フーリエ変換工程では、逆フーリエ変換の入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるｍ個の逆フーリエ変換済み信号を出力する。
一方、並直列変換工程では、出力されたｍ個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して１つの送信信号を出力する。
さらに、送信工程では、出力された送信信号を送信する。
そして、逆フーリエ変換工程における逆フーリエ変換のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である。
本発明の他の観点に係る受信方法は、受信工程と、直並列変換工程と、フーリエ変換工程と、逆スプリット工程と、ユニタリ行列復調工程と、並直列変換工程と、復号化工程と、を備え、以下のように構成する。
すなわち、受信工程では、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力する。
一方、直並列変換工程では、出力された受信信号を直並列変換してｍ（ｍ≧２）個の中間信号を出力する。
さらに、フーリエ変換工程では、出力されたｍ個の中間信号をフーリエ変換して得られるｍ個のフーリエ変換済み信号を出力する。
そして、逆スプリット工程では、出力されたｍ個のフーリエ変換済み信号を、ユニタリ行列復調工程に与える。
一方、ユニタリ行列復調工程では、与えられたｍ個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列から、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列を復調する。
さらに、並直列変換工程では、復調された複数の復調済信号を並直列変換して、直列化済信号として出力する。
一方、復号化工程では、出力された直列化済信号を低密度パリティチェック復号化して、これを伝送された信号として出力する。
そして、フーリエ変換工程におけるフーリエ変換のチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である。
本発明の他の観点に係る送信装置は、符号化部と、直並列変換部と、複数のユニタリ行列変調部と、スプリット部と、逆フーリエ変換部と、並直列変換部と、送信部と、を備え、以下のように構成する。
すなわち、符号化部は、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これを低密度パリティチェック符号化した符号化済信号を出力する。
そして、直並列変換部は、出力された符号化済信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、ｍ×ｎ（ｍ≧２，ｎ≧１）個の中間信号を出力する。
一方、複数のユニタリ行列変調部のそれぞれは、出力されたｍ×ｎ個の中間信号のうちのいずれかｍ個を重複なく、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力する。
さらに、スプリット部は、出力された行列の対角成分のそれぞれを、逆フーリエ変換部の入力チャネルに入力信号として与える。
そして、逆フーリエ変換部は、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られるｍ個の逆フーリエ変換済み信号を出力する。
一方、並直列変換部は、出力されたｍ個の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して１つの送信信号を出力する。
さらに、送信部は、出力された送信信号を送信する。
そして、逆フーリエ変換部のチャネル同士のうち、複数のユニタリ行列変調部から出力される行列の対角成分が与えられるチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である。
また、本発明の送信装置において、複数のユニタリ行列変調部のうち、ｉ番目のものが出力する行列のｊ行ｊ列の対角成分（ただし０≦ｉ＜ｎ，０≦ｊ＜ｍ）は、逆フーリエ変換部のｊ×ｍ＋ｉ番目の入力チャネルに与えられるように構成することができる。
本発明の他の観点に係る受信装置は、受信部と、直並列変換部と、フーリエ変換部と、逆スプリット部と、複数のユニタリ行列復調部と、並直列変換部と、復号化部と、を備え、以下のように構成する。
すなわち、受信部は、送信された送信信号を受信して、これを受信信号として出力する。
一方、直並列変換部は、出力された受信信号を直並列変換してｍ×ｎ（ｍ≧２，ｎ≧１）個の中間信号を出力する。
さらに、フーリエ変換部は、出力されたｍ×ｎ個の中間信号をフーリエ変換して得られるｍ×ｎ個のフーリエ変換済み信号を出力する。
そして、逆スプリット部は、出力されたｍ×ｎ個のフーリエ変換済み信号を、ｎ個ずつ重複なくユニタリ行列復調部のそれぞれに与える。
一方、複数のユニタリ行列復調部のそれぞれは、与えられたｍ個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列から、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列を復調する。
さらに、並直列変換部は、復調された複数の復調済信号を並直列変換して、これを直列化済信号として出力する。
一方、復号化部は、出力された直列化済信号を低密度パリティチェック復号化して、これを伝送された信号として出力する。
そして、フーリエ変換部のチャネル同士のうち、複数のユニタリ行列復調部のそれぞれに与えられるフーリエ変換済み信号を出力するチャネル同士の周波数の差は、いずれも所定のコヒーレントバンド幅以上である。
また、本発明の受信装置において、複数のユニタリ行列復調部のそれぞれは、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列であって、あらかじめ定められた複数のユニタリ行列のそれぞれと、与えられたｍ個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列と、を対比して、当該あらかじめ定められた複数のユニタリ行列のうち、そのユークリッド距離が最小のものを選択し、当該選択されたものを復調の結果とするように構成することができる。
また、本発明の受信装置において、複数のユニタリ行列復調部のうち、ｉ番目のものが対比する行列のｊ行ｊ列の対角成分（ただし０≦ｉ＜ｎ，０≦ｊ＜ｍ）は、逆フーリエ変換部のｊ×ｍ＋ｉ番目の出力チャネルから出力されたものであるように構成することができる。
本発明の他の観点に係るプログラムは、コンピュータを、上記の送信装置の各部として機能させるように構成する。
本発明の他の観点に係るプログラムは、コンピュータを、上記の受信装置の各部として機能させるように構成する。
本発明のプログラムを、他の機器と通信可能なコンピュータに実行させることにより、本発明の送信装置、受信装置、送信方法、ならびに、受信方法を実現することができる。
また、当該コンピュータとは独立して、本発明のプログラムを記録した情報記録媒体を配布、販売することができる。また、本発明のプログラムを、インターネット等のコンピュータ通信網を介して伝送し、配布、販売することができる。
特に、当該コンピュータがＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などのプログラム可能な電子回路を有する場合には、本発明の情報記録媒体に記録されたプログラムを当該コンピュータに伝送し、当該コンピュータ内のＤＳＰやＦＰＧＡにこれを実行させて、本発明の送信装置や受信装置を実現するソフトウェアラジオ形式の手法を利用することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、  最も単純なユニタリ行列変調を行う送信装置の模式図である。
図２は、  ＬＤＰＣ符号とＯＦＤＭ技術とユニタリ行列変調とを組み合わせた送信装置の概要構成を示す模式図である。
図３は、  スプリット処理の説明を示す説明図である。
図４は、  図２に示す送信装置と対になる受信装置の概要構成を示す模式図である。
図５は、  他の実施形態に係る送信装置の概要構成を示す模式図である。
図６は、  他の実施形態に係る受信装置の概要構成を示す模式図である。
図７は、  他の実施形態に係るスプリット処理の概要構成を示す模式図である。
図８は、  ＬＤＰＣ符号に対応するグラフの例を表した説明図である。
図９は、  受信装置におけるＬＤＰＣ復号化の処理の制御の流れを示すフローチャートである。
図１０は、  実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下では、本発明を実施するための最良の実施形態について説明するが、当該実施形態は説明のための例示であり、本発明の原理にしたがった他の実施形態もまた、本発明の範囲に含まれる。
まず、本実施形態で用いられるユニタリ行列について述べる。ｍ行ｍ列の正方行列Ｓ（ｉ行ｊ列の要素をｓｉ，ｊと書く。）その随伴行列（共役転置行列）Ｓ＊（ｉ行ｊ列の要素はｓｊ，ｉ＊である。ただし、ｘ＊はｘの共役複素数である。）について、Ｅをｍ行ｍ列の単位行列としたときに、
ＳＳ＊＝Ｓ＊Ｓ＝Ｅ
が成立する場合、Ｓを「ユニタリ行列」と呼ぶ。本実施形態では、ユニタリ行列のうち、対角成分以外がすべて０であるものを用いる。
たとえば、２行２列のユニタリ行列としては、以下のようなものが考えられる。
0004366506.tif 000002
0004366506.tif 000003
ｍ行ｍ列の対角成分以外が０のユニタリ行列として、どのようなものを選択すべきか、については、［非特許文献１］に開示されているものと同様の技術を採用することができる。
さて、以下の説明例では、この４種類のユニタリ行列を変復調に採用することとする。４＝２２であるから、２ビットの情報をこれらのユニタリ行列に１対１に対応付けることができる。
そこで、これらのそれぞれについて、以下のような２ビットの入力を対応付ける。
0004366506.tif 000004
以下では、これらの例に基づき、２行２列のユニタリ行列変復調について説明する。すなわち、ユニタリ行列変調とは、［数５］〜［数８］で示される２個の信号（各要素の値がそれぞれ１個の信号に相当する）入力があった場合に、これに対応付けられた［数１］〜［数４］で示される行列を変調結果として出力するものであり、ユニタリ行列復調とは、その逆の操作を行うものである。
（基本となるユニタリ行列変調）
図１は、最も単純なユニタリ行列変調を行う送信装置の構成図である。以下、本図を参照して説明する。
送信装置１０１においては、伝送すべき信号が、単位時間あたりｆビットのレートで、直並列変換部１０２に入力される。
直並列変換部１０２は、これを２つの中間信号に直並列変換する。したがって、各中間信号の出力レートは、単位時間あたりｆ／２ということになる。
つぎに、これらの中間信号が、ユニタリ行列変調部１０３に与えられる。ユニタリ行列変調部１０３は、２つの中間信号の入力を受け付けて、２つの変調信号を出力する。すると、ユニタリ行列変調部１０３は、入力された２つの中間信号を縦ベクトル（［数５］〜［数８］）と見たときに、これに対応する行列（［数１］〜［数４］）を出力する。
たとえば、２つの中間信号が［数５］で表されるものであり、出力されるべき行列が［数１］で表されるものであるときには、時間順に変調信号の一方には１，０を、他方には０，１を、それぞれ出力する。したがって、各変調信号の出力レートは、単位時間あたりｆということになる。
ついで、各重畳部１０４は、各変調信号を、互いに異なる搬送周波数の搬送波に重畳する。ここで、ユニタリ行列の各要素の値は、一般には複素数であり、重畳結果の位相が変化する。そして、各アンテナ１０５は、それぞれの信号を出力する。
上記のように、ユニタリ行列変調部１０５が出力するユニタリ行列は、対角成分以外は０である。したがって、上記の実施例では、アンテナ１０５のいずれか１つが信号を発している（送信電力が非０である）ときには、他のアンテナ１０５はいずれも信号を発していない（送信電力が０である）ことになる。このようにして、一つの信号を、時間軸、空間軸のそれぞれに展開して送信を行う。
ここでさらに、アンテナ１０５が互いに排他的に信号を発していること、すなわち、ユニタリ行列変調部１０３が出力するユニタリ行列の対角成分がすべて０であること、を利用して、時間軸での圧縮を考える。また、図１に示す実施形態では、アンテナ１０５の数が、ユニタリ行列の次元数と同じだけ必要となるが、アンテナ１０５の数を１つで済むようにすることを考える。このために適用される技術がＯＦＤＭ技術である。
（送信装置の実施形態）
図２は、ＯＦＤＭ技術とユニタリ行列変調とを組み合わせた送信装置の概要構成を示す。
まず、送信装置１０１では、符号化部２０１が伝送すべき信号をＬＤＰＣ符号化して、符号化済信号として出力する点が、図１に示す実施形態と異なる。ＬＤＰＣ符号の詳細については後述する。
次に、直並列変換部１０２、ユニタリ行列変換部１０３の処理は、図１に示す実施形態と同じである。
すなわち、符号化済信号が、直並列変換部１０２に入力されると、直並列変換部１０２は、これを２つの中間信号に直並列変換する。
つぎに、これらの中間信号が、ユニタリ行列変調部１０３に与えられる。ユニタリ行列変調部１０３は、２つの中間信号の入力を受け付けて、２つの変調信号を出力する。すると、ユニタリ行列変調部１０３は、入力された２つの中間信号を縦ベクトル（［数５］〜［数８］）と見たときに、これに対応する行列（［数１］〜［数４］）を出力する。
たとえば、２つの中間信号が［数６］で表されるものであり、出力されるべき行列が［数２］で表されるものであるときには、時間順に変調信号の一方にはｉ，０を、他方には０，ｉを、それぞれ出力する。
そして、ユニタリ行列変調部１０３が出力するこれらの信号の実部と虚部の組み合わせ（行列の次元数と一致）を、スプリット部１１１が、逆フーリエ変換部１１２の実部と虚部の組み合わせ（ＩチャンネルとＱチャンネル）にそれぞれ入力して、逆フーリエ変換を行う。
図３は、スプリット部１１１の処理の説明を示すものである。スプリット部１１１は、ｉ番目の信号については、行列のｉ行ｉ列の要素の値を出力する。すなわち、上記の例では、スプリット部１１１は、［数９］を出力することとなる。
0004366506.tif 000005
ｉ行ｉ列の要素（対角成分）以外の要素は、すべて０であるので、このような処理を行っても情報が失われることはない。なお、スプリット部では、さらに、各出力の入れ替えを行っても良い。スプリット処理が終わったら、これを逆フーリエ変換部１１２に与える。
なお、ユニタリ行列変調部１０３が、ユニタリ行列そのものを出力するのではなく、ユニタリ行列の対角成分だけを出力するような実施態様を採用しても良い。この場合は、スプリット部１１１で信号の入れ替えを行わない場合は、スプリット部１１１は不要となり、ユニタリ行列変調部１０３の出力がそのまま逆フーリエ変換部１１２に与えられることになる。本例では、［数１］〜［数４］の行列にかえて、以下の［数１０］から［数１３］のベクトルを利用する、ということである。
0004366506.tif 000006
0004366506.tif 000007
逆フーリエ変換部１１２では、入力された信号群を、通常のＯＦＤＭ通信と同様に逆フーリエ変換する。逆フーリエ変換部１１２において行われる逆フーリエ変換のチャンネル（ＯＦＤＭ通信のサブキャリア）同士の周波数の差は、所定のコヒーレントバンド幅以上とすることが望ましい。コヒーレントバンド幅は、遅延波によるチャンネル応答が似ているようなチャンネル同士の周波数の差であり、遅延波の遅延時間が長ければ、チャンネルのコヒーレントバンド幅は狭くなり、遅延波の遅延時間が短ければ、チャンネルのコヒーレントバンド幅は広くなる。
ここでたとえば、８０ＭＨｚのバンド幅で１２８個のサブキャリアのＯＦＤＭシステムを考えると、サブキャリアのバンド幅Δｆ＝８０ＭＨｚ／１２８＝６２５ｋＨｚということになる。ここで、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｄ  Ｓｑｕａｒｅｄ）遅延スプレッドτ＝７１４ｎｓと考えると、コヒーレントバンド幅Ｂｃ＝１／（５０τ）＝２８ｋＨｚ≒０．０４８Δｆである。この式中の定数５０はコヒーレントバンド幅の計算係数であり、いわゆる安全係数に類似する定数である。
したがって、このような場合には、隣合うチャンネル（サブキャリア）同士の周波数の差は、コヒーレントバンド幅より十分に大きいことになる。このように、伝播伝搬路の状況や利用される周波数帯などの状況によってＲＭＳ遅延スプレッドの大きさが得られれば、それからコヒーレントバンド幅を求めることができる。
逆フーリエ変換が終了したら、出力された信号を並直列変換部１１３が並直列変換して１つの信号とし、送信部１１４がこれを１つのアンテナ１０５から送信する。この段階は、通常のＯＦＤＭ送信と同様である。
（受信装置の実施形態）
図４は、図２に示す送信装置１０１と対になる受信装置の概要構成を示す模式図である。以下、本図を参照して説明する。
受信装置４０１の受信部４０３は、送信装置１０１から送信された信号をアンテナ４０２を介して受信する。次に、直並列変換部４０４は、この受信信号を直並列変換して、２個の中間信号を出力する。この「２」という値は、送信装置１０１で用いるユニタリ行列変調が２行２列のユニタリ行列を用いることに基づくものであり、ｍ行ｍ列のユニタリ行列を使う場合は、ｍ個の中間信号を出力することとなる。
そして、フーリエ変換部４０５は、通常のＯＦＤＭ通信同様、中間信号をフーリエ変換して、２個のフーリエ変換済み信号を出力する。このフーリエ変換部４０５は、送信装置１０１の逆フーリエ変換部１１１と対になるものであり、各チャンネル（サブキャリア）の周波数の差（各チャンネル（サブキャリア）のバンド幅）は、上記のように、コヒーレントバンド幅以上となっている。
さて、電波伝搬路における種々の影響がなければ、ここで出力される信号は、［数１０］〜［数１３］のいずれか（に比例するもの）となるはずであるが、現実には、電波伝搬路の影響により、これらの信号とはずれが生じている。
そこで、逆スプリット部４０６では、フーリエ変換済み信号が、［数１０］〜［数１３］のいずれに最も近いか、を判定して、最も近いと判定されたベクトルを求める。「近さ」はベクトル同士のユークリッド距離によって定めるのが典型的であるが、ベクトルの各成分の差の絶対値の総和など、種々の「距離」の計算手法を採用することができる。
そして、図３に示すスプリットとは逆の変換「逆スプリット」により、求められたベクトルの各成分を対角成分とするユニタリ行列を得る。
ユニタリ行列復調部４０７は、逆スプリット部が出力したユニタリ行列（上記例の［数５］〜［数８］）にあらかじめ対応付けられたベクトル（上記例の［数１］〜［数４］）を出力する。
さらに、並直列変換部４０８は、ユニタリ行列復調部４０７が出力したベクトルを並直列変換して、出力する。
最後に、復号化部２０２は、並直列変換された信号をＬＤＰＣ復号化して、これを伝送された信号として出力する。ＬＤＰＣ符号の詳細については、後述する。
なお、逆フーリエ変換部１１２やフーリエ変換部４０５としては、既存の高速フーリエ変換用の電子素子回路などを利用することができるが、この場合には、各チャンネル（サブキャリア）のバンド幅は固定となっていることが多い。そこで、上記のように求めたコヒーレントバンド幅よりも、上記のバンド幅が狭い場合には、チャンネルを何個おきかにスキップして利用することによって、各チャンネルの周波数帯の周波数差を広げることができる。
（その他の実施形態）
上記の実施形態では、ユニタリ行列変調部やユニタリ行列復調部やを１つだけ採用して変復調を行っていたが、本実施形態では、ｍ行ｍ列のユニタリ行列変調部、ユニタリ行列復調部をそれぞれｎ個使い、ＯＦＤＭにおいてはｍ×ｎ個のチャネルを利用する。典型的には、上記の実施例においてあげたように、ｍ＝２とする。
図５は、本実施形態に係る送信装置の概要構成を、図６は、本実施形態に係る受信装置の概要構成を、それぞれ示す説明図であり、上記実施形態と同様の要素には、同じ符号を付してある。
送信装置１０１において、符号化部２０１は、伝送すべき信号の入力を受け付けて、これをＬＤＰＣ符号化する。ＬＤＰＣ符号化の詳細については、後述する。
直並列変換部１０２は、ＬＤＰＣ符号化された信号の入力を受け付けて、これを直並列変換して、ｍ×ｎ（ｍ≧２，ｎ≧１）個の中間信号を出力する。この中間信号を、順に、ａ０，ａ１，…，ａｍ×ｎ−１とする。
一方、複数のユニタリ行列変調部１０３のそれぞれは、出力されたｍ×ｎ個の中間信号のうちのいずれかｍ個を重複なく、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列に変調して、得られる行列を出力する。
ユニタリ行列変調部１０３のそれぞれに番号０〜ｎ−１を割り当てるとすると、典型的には、ｉ番目のユニタリ行列変調部１０３には、中間信号ａｉ×ｍ，ａｉ×ｍ＋１，…，ａｉ×ｍ＋ｍ−１が与えられることになる。
以降では、理解を容易にするため、当該ｉ番目のユニタリ行列変調部１０３が出力する行列のｊ行ｊ列の対角成分を、ｒｉ，ｊと書くこととする。
さらに、スプリット部１０４は、出力された行列の対角成分のそれぞれを、逆フーリエ変換部１０５の入力チャネルに入力信号として与える。この際に、同じユニタリ行列変調部１０３から出力される対角成分ｒｉ，０，ｒｉ，１，…，ｒｉ，ｍ−１，…，は、できるだけその周波数が離れた入力チャネルに与えることが望ましい。また、この際に、当該周波数の差は、コヒーレントバンド幅以上であるようにする。
この条件は、上記実施形態よりも、緩い条件である。すなわち、上記実施形態では、入力チャネル同士のすべての組み合わせについて、その周波数の差がコヒーレントバンド幅以上であることが求めらるが、本実施形態では、同じユニタリ行列変調部１０３から出力される対角成分が与えられる入力チャネルについて、その周波数の差がコヒーレントバンド幅以上であれば十分である。
このように設定できるのは、同じユニタリ行列変調部１０３から出力される信号（対角成分）については、チャネル応答が類似していることによるものである。
もちろん、本実施形態においても、すべての入力チャネルの周波数差は大きいことが遅延波対策としては望ましいが、性能とのトレードオフの関係にあるので、これらの数値は、適用分野に応じて適宜設定することができる。
そこで、逆フーリエ変換部１０５の入力チャネルを、その周波数の順に、ｃ０，ｃ１，…，ｃｍ×ｎ−１と名付けることとする。同じユニタリ行列変調部１０３から出力される対角成分ｒｉ，０，ｒｉ，１，…，ｒｉ，ｍ−１，…，をできるだけ遠い周波数の入力チャネルに与えるには、対角成分ｒｉ，ｊは、入力チャネルｃｊ×ｍ＋ｉに与えることとすれば良い。このような信号の与え方を、図７（ａ）に示す。
このほか、所定の１以上の定数ｋに対して、対角成分ｒｉ，ｊをｃｊ×（ｍ＋ｋ）＋ｉに与えることとしても良い。この様子を図７（ｂ）に示す。この場合、逆フーリエ変換部１０５の入力チャネルのうち、一部（ｃｊ×（ｍ＋ｋ）＋ｉ＋１〜ｃｊ×（ｍ＋ｋ）＋ｉ＋ｋ−１に相当するチャネル）には、ユニタリ行列変調部１０５の出力は与えないこととなるので、典型的には値０を与えることとなる。ただし、これらの一部の入力チャネルには、既知信号を与えることとして、当該チャーネルをパイロット信号の伝送用に利用することとしても良い。この場合は、受信装置４０１においても当該パイロット信号により同期をとり、各種の信号補償を行うなどの処理を加えることができる。
そして、逆フーリエ変換部１０５は、その入力チャネルに与えられた入力信号を逆フーリエ変換して得られる複数の逆フーリエ変換済み信号を出力する。
一方、並直列変換部１０６は、出力された複数の逆フーリエ変換済み信号を並直列変換して１つの送信信号を出力する。
さらに、送信部１０７は、出力された送信信号を送信する。
一方、当該送信装置１０１に対応する受信装置４０１は、受信部４０３と、直並列変換部４０４と、フーリエ変換部４０５と、逆スプリット部４０６と、複数のユニタリ行列復調部４０７と、並直列変換部４０８と、復号化部２０２と、を備え、以下のように構成する。
受信部４０３は、送信された送信信号をアンテナ４０２を介して受信して、これを受信信号として出力する。
一方、直並列変換部４０４は、出力された受信信号を直並列変換してｍ×ｎ（ｍ≧２，ｎ≧１）個の中間信号を出力する。
さらに、フーリエ変換部４０５は、出力されたｍ×ｎ個の中間信号をフーリエ変換して得られるｍ×ｎ個のフーリエ変換済み信号を出力する。
そして、逆スプリット部４０６は、出力されたｍ×ｎ個のフーリエ変換済み信号を、ｎ個ずつ重複なくユニタリ行列復調部４０７のそれぞれに与える。この対応関係は、送信装置１０１におけるものと逆の関係となる。図７に示す例でいえば、信号が与えられる向きを表す矢印を逆向きにすれば、逆スプリットの処理になる。
一方、複数のユニタリ行列復調部４０７のそれぞれは、与えられたｍ個のフーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列から、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列のユニタリ行列を復調する。すなわち、上記実施形態と同様に、「所定のユニタリ行列」と、「フーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列」と、のユークリッド距離が最小のもの、すなわち、「所定のユニタリ行列の対角成分からなるベクトル」と、「フーリエ変換済み信号のそれぞれを成分とするベクトル」と、ののユークリッド距離が最小のものを選択し、これに対応付けられた信号を復調済信号として出力する。
たとえば、以下の［数１４］が「フーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列」である場合、［数１］〜［数４］のうち、これにユークリッド距離が最も近いものは、［数１］に表されるユニタリ行列であるから、復調済み信号は、［数５］となる。
0004366506.tif 000008
なお、ユークリッド距離を求める前に、「フーリエ変換済み信号のそれぞれが対角成分であり、対角成分以外が０であるｍ行ｍ列の行列」について、適当な正規化を行っても良い。たとえば、各対角成分を「対角成分の２乗平均」で除算する、などの手法が考えられる。この場合、［数１４］に対応する正規化後の行列を計算すると、対角成分の２乗平均は０．８５１４７であるから、［数１５］のようになる。
0004366506.tif 000009
さらに、並直列変換部４０７は、復調された複数の復調済信号を並直列変換し、復号化部２０２は、これをＬＤＰＣ復号化して、伝送された信号として出力する。
なお、送信装置１０１、受信装置４０１における対角成分以外が０のユニタリ行列の選択、および、信号とユニタリ行列との対応付けは、「ユニタリ行列変調部１０３と対応するユニタリ行列復調部４０７の対」のそれぞれについて、同じものを選択しても良いし、異なるものを選択しても良い。特に、隣り合う「ユニタリ行列変調部１０３と対応するユニタリ行列復調部４０７」について、異なるユニタリ行列の選択や対応付けを採用することとしても良い。
さて、かりにＬＤＰＣ符号化／復号化を用いない場合は、上記のように、同じユニタリ行列変調部から出力される対角成分が与えられる入力チャネルについて、その周波数の差がコヒーレントバンド幅以上であることが求められるが、ＬＤＰＣ符号を用いた場合は、これよりも狭いバンド幅にすることもできる。以下では、ＬＤＰＣ符号の処理について、詳細に説明ナる。
（ＬＤＰＣ符号）
ＬＤＰＣ符号は、その性能がシャノンの限界に大変近いことが知られている符号である。
ＬＤＰＣ符号は、疎な二進グラフ（ｓｐａｒｓｅ  ｂｉｐａｒｔｉｔｅ  ｇｒａｐｈ）から得られる線形符号である。図８は、このようなグラフの例を示す説明図である。
本図に示すように、グラフの左側にはノードがｎ個あり（これらを「メッセージノード」という。）、右側にはノードがｒ個ある（これらを「チェックノード」という。）。
以下の手順により、このグラフから、ブロック長がｎ、次元が少なくともｎ−ｒの線形符号を得ることができる。
すなわち、ｎ個の要素からなる符号語（ｃ１，ｃ２，…，ｃｎ）を考えた場合、このそれぞれを、メッセージノードに割り当てる。なお、ｃ１，ｃ２，…，ｃｎは、いずれも０または１の値をとる。
次に、メッセージノードとチェックノードとを連結するのであるが、あるチェックノードに連結されているメッセージノードに割り当てられた符号語の総和（０＋０＝１＋１＝０，０＋１＝１＋０＝１という加算を用いる。）が、０となるようにする。このような連結のやり方は何通りもあるが、後述するように、連結のやり方を選ぶ。
さて、このようにしてできたグラフは、連結行列（ａｄｊａｃｅｎｃｙ  ｍａｔｒｉｘ）によって表現することができる。すなわち、行列Ｈはｎ行ｒ列の二進行列（各要素の値が０または１である行列。）であり、そのｊ行目ｉ列目の要素は、ｉ番目のチェックノードとｊ番目のメッセージノードとがグラフで連結されている場合に１となり、それ以外の場合は０となる。したがって、この行列Ｈは、［数１６］のように表現することができる。
0004366506.tif 000010
符号語ｃ＝（ｃ１，ｃ２，…，ｃｎ）は、Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘ１０に対応付けられるので、行列の積および転置を考えれば、
ＨｃＴ＝０
が成立することとなる。
この行列Ｈを、符号語ｃに対するパリティチェック行列いう。
ＬＤＰＣ符号とは、このようにして符号語から作られたパリティチェック行列のうち疎なもの（値が０である要素の数の割合が多いもの）をいう。したがって、符号語ｃ＝（ｃ１，ｃ２，…，ｃｎ）から行列Ｈ（の要素を１列に並べたもの）を求めることが、ＬＤＰＣ符号化である、ということとなる。
次に、このようにして得られた行列Ｈから、もとの符号語ｃを得る処理がＬＤＰＣ復号化である。以下では、復号の処理の詳細について説明する。図９は、ＬＤＰＣ復号化の処理の制御の流れを示すフローチャートである。以下、本図を参照して説明する。
ｎ行ｒ列のパリティチェック行列Ｈにおいて、各列に１が出現する数をｔであるとする。このようなパリティチェック行列を「（ｒ，ｎ，ｔ）ＬＤＰＣ符号」と呼ぶ。
ｔ＞２である場合、ＬＤＰＣ符号の最小距離がブロック長ｎに比例して大きくなるような（ｒ，ｎ，ｔ）ＬＤＰＣ符号が少なくとも１つ存在する。
したがって、復号処理に要する時間や復号処理が複雑になってしまうことを実用化の際に考慮すると、符号長を長くするのには限界があるが、符号長を長くすればより高い符号ゲインを得ることができる。
最小距離が大きくなっていく割合は、非０である要素の数によって決まるが、すなわち、ｔをｎで割った値によって決まることになる。
以下では、和積アルゴリズムを用いてＬＤＰＣ符号を復号する処理の詳細について説明する。
まず、１≦ｉ≦ｎに対して以下のように定義されるλｉを考える。
λｉ＝ｌｎ（ω（ｙｉ｜０）ω（ｙｉ｜１）｝
ＬＤＰＣ符号のｉ行目において、０が出現する割合がω（ｙｉ｜０）であり、１が出現する割合がω（ｙｉ｜１）｝である。その自然対数をとっているから、λｉはエントロピーに関係する値である。
このλｉを「ローカルＬＬＲ」と呼ぶ。「ローカル」であると言われる理由は、λｉがｉ番目に受信したシンボルによって定義されるからである。すなわち、行列Ｈは、各行を伝送されるシンボルとして考え、当該シンボルを１行目から順にｎ行目まで直列に並べることによって、符号化されているのである。
以下の処理はコンピュータを用いて行うので、パリティチェック行列Ｈのほか、一時的に用いる行列α，βと、復号結果を格納するｚをＲＡＭなどのメモリに記憶することとなる。そこで、理解を容易にするため、これらの要素のｊ列ｉ行（１≦ｊ≦ｒ，１≦ｉ≦ｎ）の要素を、たとえばＨ［ｊ，ｉ］のように表記するものとする。
また、以下のような集合を考える。
Ａ（ｊ）＝｛ｉ｜Ｈ［ｊ，ｉ］＝１｝
Ｂ（ｉ）＝｛ｊ｜Ｈ［ｊ，ｉ］＝１｝
以下、処理の詳細について述べる。処理が開始されると、まず、Ｈ［ｊ，ｉ］＝１を満たすすべてのｊ，ｉの組み合わせについて、β［ｊ，ｉ］に０を格納する。βのそれ以外の要素には、１や−１等の適当な初期値を格納する（ステップＳ９０１）。
次に、以下のステップＳ９０３〜ステップＳ９０６の処理を、Ｌ回繰り返す（ステップＳ９０２）。
すなわち、Ｈ［ｊ，ｉ］＝１を満たすすべてのｊ，ｉの組み合わせについて、［数１７］を計算し、その値をα［ｊ，ｉ］に格納する（ステップＳ９０３）。
0004366506.tif 000011
ここで、逆スラッシュは、「逆スラッシュの左辺の集合から右辺の要素を除去した集合」を意味する。したがって、［数１７］の場合は、ｉ’≠ｉということとなる。
ただし、ｓｉｇｎ（ｘ）はｘが０以上であれば１、そうでなければ０となる関数であり、ｆ（ｘ）は、数１８のように定義される。
0004366506.tif 000012
さらに、Ｈ［ｊ，ｉ］＝１を満たすすべてのｊ，ｉの組み合わせについて、［数１９］を計算し、その値をβ［ｊ，ｉ］に格納する（ステップＳ９０４）。
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さらに、１≦ｉ≦ｎのそれぞれのｉについて、［数２０］を計算し、計算結果の値が０以上であれば（ｓｉｇｎをとれば１になるのであれば）、ｚ［ｉ］に０を格納し、そうでなければｚ［ｉ］に１を絡納する（ステップＳ９０５）。
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さらに、ｚのパリティをチェックする（ステップＳ９０６）。すなわち、行列Ｈに、ベクトルｚを転置したものＨ  ｚＴを計算し、その結果が０ベクトルになるか否かを調べる。
ｚのパリティが合っている場合（ステップＳ９０６；Ｙｅｓ）、得られたｚを、復号の結果として出力し（ステップＳ９０７）、本処理を終了する。
一方、パリティが合っていない場合は、ステップＳ９０２に戻る（ステップＳ９０６；Ｎｏ）。
Ｌ回の繰り返しが終わったら（ステップＳ９０２；Ｙｅｓ）、そのときに得られているｚを、復号の結果として出力し（ステップＳ９０８）、本処理を終了する。
（実験結果）
図１０は、以下の諸元において本システムの性能を計算機シミュレーションによって調べた結果を表すグラフである。本グラフにおいて、横軸はＥｂ／Ｎｏ、縦軸はＢＥＲ（Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）であり、受信側でのステップＳ９０２〜ステップＳ９０６の繰り返し回数Ｌが１、２、５、１０、５０回の場合と、ＬＤＰＣ符号化を行わなかった場合（Ｕ）の結果が示されている。
本計算機シミュレーションでは、（１２８，６４，７）ＬＤＰＣ符号を使用し、サブキャリア数を１２８とし、対角成分をコヒーレントバンド幅以上にスプリットして、ドップラ周波数１０Ｈｚ環境下における性能を求めた。
本グラフを見れば明らかな通り、繰り返し回数Ｌが１〜２回の場合には、ＬＤＰＣ符号化をしないよりも性能が低下する区間があるが、５回以上の繰り返しを行うと、ほとんどすべての区間でＬＤＰＣ符号化をしないよりも性能が向上する。また、繰り返し回数Ｌを増やせばそれだけＢＥＲは低下し、性能は向上するが、回数を増やした場合の性能向上の度合は、しだいに鈍くなっていくこともわかる。
これらの送信装置、受信装置は、ソフトウェアラジオなどの技術を用いれば、各種のコンピュータ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）にソフトウェアを与えることによって実現することができる。
産業上の利用性
本発明により、対角成分以外の成分が０であるユニタリ行列による変復調を用いて効率良く通信を行う送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、ならびに、これらをコンピュータ上にて実現するためのプログラムを提供することができる。
【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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