(57)【要約】【課題】周波数帯域を拡張したり変調多値数を増大したりせず、且つ、回路規模を増大させることなしに空間多重通信における伝送容量を増大させる。【解決手段】送信機側では、送信ストリーム毎に振り分けられたビット系列を優先度の異なる複数のグループに振り分け、各送信ストリームにおいて各グループのビット系列に対し優先度に応じた符号化、変調、又は重み付け処理を施す。受信機側では、各受信ストリームにおいて、優先度に応じた復号化又は復調処理を行ない、その結果を入力した受信ストリームからキャンセルする処理を順次繰り返すことで各グループのビット系列を獲得し、元のデータ系列を再現する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ複数のアンテナを備えた送信機と受信機で構成され、前記送信機から前記受信機へパケットを送信する下りのリンクにおいて複数のストリームを空間多重伝送する無線通信システムであって、
前記送信機側では、複数の送信ストリームの各々を復号特性の優先度を付けた複数のビット系列グループに振り分け、各ビット系列グループに対して優先度に応じた符号化又は変調処理を施した後に重み付け合成してから、複数のビット系列が合成された各々の送信ストリームを空間多重伝送する、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記送信機は、ビット系列グループ毎の符号化方式、符号化率、変調方式、重み情報を通知するためのシグナル情報を送信パケットの物理層ヘッダ部に内挿して、前記受信機に通知する手順を備え、
前記受信機は、受信したパケットの物理層ヘッダ部に内挿されたシグナル情報に基づいて受信信号の復号処理を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記送信機と前記受信機間では、あらかじめ取り決められた送信パケットの変調情報であるビット系列グループ毎の符号化方式、符号化率、変調方式、重み情報のうち少なくとも１つを設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記送信機と前記受信機間で既知ビット系列からなるトレーニング情報を交換する手順を備え、
前記送信機は、トレーニング情報に基づいて前記下りのリンクにおける伝搬路状況を把握して、適切なビット系列グルーピング、ビット系列グループ毎の符号化方式割り当て、符号化率割り当て、変調方式割り当て、重み値設定を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記送信機から前記受信機へパケットを送信する下りのリンクと、前記受信機から前記送信機へパケットを送信する上りのリンクの間で伝搬路状況の可逆性が成立する場合において、
前記送信機と前記受信機はそれぞれ独自に伝搬路状況を把握した上で適切なビット系列グルーピング、ビット系列グループ毎の符号化方式割り当て、符号化率割り当て、変調方式割り当て、重み値設定を同期的に決定し、パケットの送信動作及び受信動作を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記受信機側では、各受信アンテナ・ブランチでの受信信号を空間分離して得られる各受信ストリームにおいて、優先度の高いビット系列グループから順に復調並びに復号処理を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記受信機側では、各受信アンテナ・ブランチでの受信信号を空間分離して得られる各受信ストリームにおいて、優先度に応じた復調又は復号化処理を行ない、その結果を入力した受信ストリームからキャンセルする処理を順次繰り返すことで優先度の高い順にグループのビット系列を獲得し、各ビット系列を合成して元のデータ系列を再現する、
ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記受信機では、Ｚｅｒｏ  ｆｏｒｃｉｎｇ、ＭＭＳＥ、ＢＬＡＳＴ、又はＭＬＤのいずれかの手法により各受信アンテナ・ブランチでの受信信号を空間分離して得られる各受信ストリームにおいて、優先度の高いビット系列グループから順に復調並びに復号処理を行なう、
ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記受信機は、ターボ復号器又はＬＤＰＣ復号器などの繰り返し復号器を用いる、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記受信機は、優先度の高いビット系列グループに比べ、優先度の低いビット系列グループに対して前記復号器の繰り返し回数を低減する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記受信機は、優先度の低いビット系列グループに比べ、優先度の高いビット系列グループに対して前記復号器の繰り返し回数を低減する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記受信機では、Ｌａｙｅｒｅｄ  ｃａｎｃｅｌ手法に基づく空間分離処理を行い、ＳＮの高い受信ストリームからの復号処理を順に行なう、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１３】
優先度の高いビット系列グループにはターボ符号、ＬＤＰＣ符号などの復号特性の高い符号化方式を割り当て、優先度の低いビット系列グループにはパリティ・チェック符号又は高符号化率の畳み込み符号による符号化方式を割り当てる、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項１４】
優先度の異なる各ビット系列グループに対して、それぞれの優先度に応じたビット毎の重みとなるような変調方式を割り当てて、無線伝送を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項１５】
優先度の高いビット系列グループには変調度の低い又は振幅レベルの高い重み付けを行ない、優先度の低いビット系列グループには変調度の高い又は振幅レベルの低い重み付けを行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項１６】
優先度の高いビット系列グループにおける雑音レベルを、それよりも下位となる優先度のビット系列グループの符号化及び変調処理が施された信号の電力レベルの合算とさらに雑音レベルを合算した値を基に想定して、前記受信機側で当該ビット系列を復調できる程度の振幅レベルをとるとともに重み付けを行なって送信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項１７】
前記送信機と前記受信機間でデータ・パケットの送信に先立ちＲＴＳ／ＣＴＳ通信手順を実行し、該ＲＴＳ／ＣＴＳ手順を通じて雑音レベルを通知し合う、
ことを特徴とする請求項１６に記載の無線通信システム。
【請求項１８】
優先度の高いビット系列グループには変調度の低いが振幅レベルの高い重み付けを行ない、優先度の低いビット系列グループには変調度の高いが振幅レベルの低い重み付けを行なう、
ことを特徴とする請求項１６に記載の無線通信システム。
【請求項１９】
複数の送信ストリームを空間多重して複数の送信アンテナから送信する無線通信装置であって、
送信ストリーム毎に分配された各送信データ系列を優先度の異なる複数のビット系列グループに分解するビット分解手段と、
各送信ストリームにおいて、各ビット系列グループに対し優先度に応じた符号化、変調、又は重み付け処理を行なう符号化変調手段と、
前記符号化変調手段による処理後の各送信ストリームを空間多重して、送信アンテナ・ブランチ毎の空間多重ストリーム信号を生成する空間多重手段と、
前記空間多重ストリーム信号を各送信アンテナ・ブランチから送出する送信手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２０】
複数の受信アンテナを備え、請求項１９に記載の無線通信装置から空間多重伝送された無線信号を受信する無線通信装置であって、
各受信アンテナ・ブランチでの受信信号を空間分離して複数の受信ストリームを得る空間分離手段と、
各受信ストリームにおいて、優先度に応じた復号化又は復調処理を行ない、その結果を入力した受信ストリームからキャンセルする処理を順次繰り返すことで各グループのビット系列を獲得し、各ビット系列を合成して元のデータ系列を再現する復号化復調手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送受信アンテナの組み合わせ毎のチャネル伝達関数を要素としたチャネル行列を基に複数のストリームを空間多重伝送する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、空間多重通信における伝送容量を増大させる無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、周波数帯域を拡張したり変調多値数を増大したりせず、且つ、回路規模を増大させることなしに空間多重通信における伝送容量を増大させる無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、ＭＩＭＯ伝送のアルゴリズムを利用して伝送容量を増大させる無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
旧来の有線通信方式における配線から解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）に関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１やＩＥＥＥ８０２．１５を挙げることができる。
【０００４】
例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇでは、無線ＬＡＮの標準規格として、マルチキャリア方式の１つであるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）変調方式が採用されている。ＯＦＤＭ変調方式では、ＯＦＤＭ変調方式によれば、送信データを相互に直交する周波数が設定された複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強い。
【０００５】
また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇの規格では最大で５４Ｍｂｐｓの通信速度を達成する変調方式をサポートしているが、さらなる高ビットレートを実現できる次世代の無線ＬＡＮ規格が求められている。
【０００６】
無線通信の高速化を実現する技術の１つとして、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信が注目を集めている。これは、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重したストリームを実現する通信方式である。送信側では、複数の送信データに空間／時間符号を施して多重化し、複数本の送信アンテナに分配してチャネルに送信する。これに対し、受信側では、チャネル経由で複数本の受信アンテナにより受信した受信信号を空間／時間復号して、ストリーム間のクロストークなしに受信データを得ることができる。
【０００７】
ＭＩＭＯ通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。ＭＩＭＯはチャネル特性を利用した通信方式であり、単なる送受信アダプティブ・アレーとは相違する。
【０００８】
ここで、無線通信システムにおける伝送容量をさらに増大させる（言い換えれば、周波数利用効率を向上させる）ためには、例えば以下の３通りの方法が想到される。
【０００９】
（１）周波数帯域を広げる。
（２）変調多値数を上げる。
（３）送受信アンテナ本数を増やし、空間多重するストリーム本数を上げる。
【００１０】
しかしながら、これらを既存のＭＩＭＯ通信システムに適用するには、以下のような技術的課題がある。
【００１１】
（１）周波数割り当て法に従えば、ＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ａｎｄ  Ｍｅｄｉｃａｌ）バンドにおける現行のシステムが使用している帯域以上の利用はできない。例えば、既存の無線ＬＡＮシステムでは、２０ＭＨｚ又は４０ＭＨｚである。
（２）ＲＦ回路の不完全性により、２５６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ）以上の振幅位相変調方式において必要とするＥＶＭ（Ｅｒｒｏｒ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）値は期待できない。このため、実在する無線通信システムでは、既に６４ＱＡＭまで利用しており、これ以上変調多値数を上げることは困難である。
（３）ＭＩＭＯ通信機において空間多重若しくは空間分離処理を行なうための回路規模は、空間多重するストリーム本数Ｎに応じて線形倍（Ｎ倍）以上に増大する。また、屋内のように伝搬距離が短く到来角が狭い伝搬環境では、ＭＩＭＯが期待する独立チャネルの本数はせいぜい４本程度である。
【００１２】
すなわち、（１）〜（３）のいずれの方法においても伝送容量の増大を期待できない。
【００１３】
例えば、伝搬路の状況に応じて、複数のアンテナの各送信周波数および複数のアンテナから送信される情報の個数を制御するため、例えば、複数のアンテナから異なる情報を同一周波数で送信したり（空間多重）、複数のアンテナから異なる情報を異なる周波数で送信したり（周波数多重）、複数のアンテナから同一情報を同一周波数で送信したり（空間ダイバーシチ）、複数のアンテナから同一情報を異なる周波数で送信したり（周波数ダイバーシチ）することを伝搬路の状況に応じて適応的に切り替えることによって、通信品質を維持しながら周波数利用効率と伝送速度をさらに向上する無線伝送装置について提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【００１４】
また、広帯域移動体通信を実現するＭＩＭＯチャネルを用いて複数の異なる情報信号系列同士を同一の周波数上に多重化し、受信機で干渉キャンセルを行うことにより、送信信号の多重数と同数倍の周波数利用効率の増加を図り、高速大容量の無線通信を実現する受信装置について提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。
【００１５】
また、複数のストリームを空間多重伝送するＭＩＭＯ通信システムにおいて、ストリーム毎に最適となる変調方式を１つずつ割り当てて、システム全体でより大きな通信要領を得る方法について提案がなされている（例えば、特許文献３を参照のこと）。
【００１６】
しかしながら、上述したいずれのＭＩＭＯ通信システムにおいても、さらに伝送容量を増大するには、アンテナ本数を増やすか、又は、ストリーム毎の変調度を上げる必要があるため、ＲＦ回路性能の問題やコストの問題のために限界がある。
【００１７】
【特許文献１】特開２００３−２０４３１７号公報
【特許文献２】特開２００５−２５２６０２号公報
【特許文献３】特開２００５−３２３２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、空間多重通信における伝送容量を増大させることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、周波数帯域を拡張したり変調多値数を増大したりせず、且つ、回路規模を増大させることなしに空間多重通信における伝送容量を増大させることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、ＭＩＭＯ伝送のアルゴリズムを利用して伝送容量を増大させることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通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】
【００２１】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、それぞれ複数のアンテナを備えた送信機と受信機で構成され、前記送信機から前記受信機へパケットを送信する下りのリンクにおいて複数のストリームを空間多重伝送する無線通信システムであって、
前記送信機側では、複数の送信ストリームの各々を復号特性の優先度を付けた複数のビット系列グループに振り分け、各ビット系列グループに対して優先度に応じた符号化又は変調処理を施した後に重み付け合成してから、複数のビット系列が合成された各々の送信ストリームを空間多重伝送する、
ことを特徴とする無線通信システムである。
【００２２】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００２３】
ＭＩＭＯ通信システムにおける伝送容量をさらに増大させるには、例えば、周波数帯域を広げる、変調多値数を上げる、送受信アンテナ本数を増やし、空間多重するストリーム本数を上げるといった方法が考えられるが、周波数割り当ての問題や、アナログ回路実装の問題から十分な効果が期待できない。
【００２４】
これに対し、本発明に係る無線通信システムによれば、各送信ストリームを複数のビット系列に優先度毎にグルーピングして優先度に応じたデータ多重を行なう（すなわち、送信ストリーム内で変調信号の多重を行なう）というＭＩＭＯ伝送のアルゴリズムを利用することによって伝送容量を増大させるようにしているので、周波数割り当ての問題や、アナログ回路実装の問題による制約を受けない。
【００２５】
具体的には、送信機側では、複数の送信ストリームの各々を、復号特性の優先度を付けた複数のビット系列グループに一旦振り分け、各ビット系列グループに対して、優先度に応じた符号化又は変調処理を施す。このようにしてグループ毎に独立・並列的に符号化・変調処理が行なわれた複数のビット系列を重み付け合成して再び１つの送信ストリームにまとめると、さらに各送信ストリームを空間多重処理することによって、送信アンテナ・ブランチ毎の空間多重ストリーム信号が生成され、それぞれの送信アンテナから送出される。
【００２６】
一方、受信機側では、各受信アンテナでの受信信号を空間分離して得られる各受信ストリームにおいて、優先度の高いグループから順にビット系列の復調並びに復号処理を行なう。例えば、受信機は、受信アンテナ・ブランチ毎に受信した空間多重ストリーム信号を空間分離処理して複数の受信ストリームに分離すると、各受信ストリームにおいて、優先度に応じた復号化又は復調処理を独立して行なう。そして、復号化・復調処理の結果を入力した受信ストリームからキャンセルしてからさらに優先度に応じた復号化又は復調するという処理を順次繰り返すことで、優先度に応じてグループ分けされたビット系列に振り分けられる。このようにして得られた各ビット系列を合成して受信ストリームのデータ系列を再現することができる。
【００２７】
ここで、前記送信機は、ビット系列グループ毎の符号化方式、符号化率、変調方式、重み情報を通知するためのシグナル情報を送信パケットの物理層ヘッダ部に内挿して、前記受信機に通知する手順を備え、前記受信機は、受信したパケットの物理層ヘッダ部に内挿されたシグナル情報に基づいて受信信号の復号処理を行なうようにしてもよい。
【００２８】
あるいは、前記送信機と前記受信機間では、あらかじめ取り決められた送信パケットの変調情報であるビット系列グループ毎の符号化方式、符号化率、変調方式、重み情報をそれぞれ設定する、あるいはあらかじめ決められた変調情報の組み合わせを選択して設定するようにしてもよい。
【００２９】
あるいは、前記送信機と前記受信機間で既知ビット系列からなるトレーニング情報を交換する手順を備え、前記送信機は、トレーニング情報に基づいて前記下りのリンクにおける伝搬路状況を把握して、適切なビット系列グルーピング、ビット系列グループ毎の符号化方式割り当て、符号化率割り当て、変調方式割り当て、重み値設定を行なうようにしてもよい。
【００３０】
また、前記送信機から前記受信機へパケットを送信する下りのリンクと、前記受信機から前記送信機へパケットを送信する上りのリンクの間で伝搬路状況の可逆性が成立する場合には、前記送信機と前記受信機はそれぞれ独自に伝搬路状況を把握した上で、適切なビット系列グルーピング、ビット系列グループ毎の符号化方式割り当て、符号化率割り当て、変調方式割り当て、重み値設定を同期並行して決定し、パケットの送信動作及び受信動作を行なうことができる。
【００３１】
受信機では、例えば、Ｚｅｒｏ  ｆｏｒｃｉｎｇ、ＭＭＳＥ、ＢＬＡＳＴ、又はＭＬＤのいずれかの手法により各受信アンテナ・ブランチでの受信信号を空間分離して得られる各受信ストリームにおいて、優先度の高いビット系列グループから順に復調並びに復号処理を行なうことができる。
【００３２】
ここで、Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ（ゼロ化規範）は、送信アンテナ数（送信信号数）に対応した行数及び受信アンテナ数に応じた列数を有するチャネル行列の逆行列を受信ベクトルに乗算することにより、他アンテナからの送信信号を抑圧する空間分離方法である。
【００３３】
また、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅｄ  Ｅｒｒｏｒ）は、信号電力と２乗エラー（クロストーク電力と雑音電力の和）の比を最大化する論理に基づいた方法であり、受信機の雑音電力の概念を導入し、クロストークを意図的に発生させて受信重み行列を求める。雑音が大きい環境下ではＺｅｒｏ−ＦｏｒｃｉｎｇよりもＭＭＳＥの方が優れていることが知られている。
【００３４】
また、ＢＬＡＳＴは、送信側で多重化する複数の送信データを空間／時間符号して各送信アンテナに分配してチャネルに送出し、受信側ではチャネル経由で複数のアンテナにより受信した受信信号を空間／時間復号して元の個数の受信データを得る空間／時間多重通信方法である。
【００３５】
また、ＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ：最尤検出）は、受信信号に対して最も大きな尤度に対応する送信信号を推定して信号出力とする方法である。
【００３６】
受信機は、上述したような空間分離方法を適用する場合、ターボ復号器又はＬＤＰＣ復号器などの繰り返し復号器を用いて、受信精度を向上させることができる。
【００３７】
ここで、ターボ符号は、２つの再帰的組織畳み込み（ＲＳＣ：Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ  Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ）符号器をインターリーバで接続することで非常に長い符号語を生成する符号化方式である。ターボ復号器は、それぞれのＲＳＣ符号器に対応した復号器で構成され、対数尤度比をやり取りすることで効率的に復号を行なうことができる。
【００３８】
また、ＬＤＰＣ符号（Ｌｏｗ−Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐａｒｉｔｙ−Ｃｈｅｃｋ  Ｃｏｄｅ：低密度パリティ検出符号）は、検査行列に含まれる「１」の数が少なくなるよう制限された線形符号であり、可変ノードとチェック・ノードとの関係を示す要因グラフとして表現することができる。符号長を大きくし、且つランダム性を持たせることで、シャノンの限界に最も近い性能を発揮する。
【００３９】
受信機側では、優先度の高いビット系列グループに比べ、優先度の低いビット系列グループに対して前記復号器の繰り返し回数を低減して、低消費電力化を図ることができる。あるいは、受信機は、優先度の低いビット系列グループに比べ、優先度の高いビット系列グループに対して前記復号器の繰り返し回数を低減して、復号特性の向上を図ることができる。また、受信機では、Ｌａｙｅｒｅｄ  ｃａｎｃｅｌ手法に基づく空間分離処理を行ない、ＳＮの高い受信ストリームからの復号処理を順に行なうようにしてもよい。
【００４０】
また、本発明に係る無線通信システムでは、優先度の高いビット系列グループにはターボ符号、ＬＤＰＣ符号などの復号特性の高い符号化方式を割り当て、優先度の低いビット系列グループにはパリティ・チェック符号又は高符号化率の畳み込み符号による符号化方式を割り当てるようにしてもよい。
【００４１】
また、本発明に係る無線通信システムでは、例えば、優先度の高いビット系列グループには変調度の低い又は振幅レベルの高い重み付けを行ない、優先度の低いビット系列グループには変調度の高い又は振幅レベルの低い重み付けを行なうことで、優先度の異なる各ビット系列グループに対して、それぞれの優先度に応じたビット毎の重みとなるような変調方式を割り当てて、無線伝送を行なうようにしてもよい。
【００４２】
また、本発明に係る無線通信システムでは、優先度の高いビット系列グループでは、それよりも下位となる優先度のビット系列グループの符号化及び変調処理が施された信号の電力レベルの合算とさらに雑音レベルを合算した値を、雑音レベルとして想定することができる。したがって、送信機は、前記受信機側で当該ビット系列を復調できる程度の振幅レベルをとるとともに重み付けを行なって送信するようにしてもよい。
【００４３】
このとき、前記送信機と前記受信機間でデータ・パケットの送信に先立ちＲＴＳ／ＣＴＳ通信手順を実行し、該ＲＴＳ／ＣＴＳ手順を通じて雑音レベルを通知し合うようにしてもよい。また、優先度の高いビット系列グループには変調度の低いが振幅レベルの高い重み付けを行ない、優先度の低いビット系列グループには変調度の高いが振幅レベルの低い重み付けを行なうようにしてもよい。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、空間多重通信における伝送容量を増大させることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。
【００４５】
また、本発明によれば、周波数帯域を拡張したり変調多値数を増大したりせず、且つ、回路規模を増大させることなしに空間多重通信における伝送容量を増大させることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。
【００４６】
また、本発明によれば、ＭＩＭＯ伝送のアルゴリズムを利用して伝送容量を増大させることができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。
【００４７】
従来の多くのＭＩＭＯ通信システムでは、伝送容量をさらに向上させるには、アンテナ本数を増やす方法とストリーム毎の変調度を上げる方法があるが、ＲＦ回路性能の問題やコストの問題で限界がある。これに対し、本発明に係る無線通信システムによれば、送信ストリーム内で変調信号を多重化するというＭＩＭＯ伝送のアルゴリズムを利用することによって、伝送容量を増大させることができる。
【００４８】
本発明によれば、ＳＮの高い良好なＭＩＭＯ通信リンクを確立することができる。また、送信ストリーム内で多重化された信号を、ターボ復号器やＬＤＰＣ復号器などの繰り返し復号器を用いて分離することができる。
【００４９】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００５１】
図１には、ＭＩＭＯ通信システムの構成を模式的に示している。図示の通信システムは、それぞれ複数のアンテナを備えた送信機と受信機で構成される。
【００５２】
パケット伝送という観点からは、送信機はｉｎｉｔｉａｔｏｒで受信機はｒｅｃｅｉｖｅｒに位置付けられるが、ビーム形成という観点からは、複数のストリームを空間多重させてパケットを送信する送信機（ｉｎｉｔｉａｔｏｒ）はＢｅａｍｆｏｒｍｅｒであり、ビーム形成（若しくは空間多重された）されたパケットを受信する受信機（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）はＢｅａｍｆｏｒｍｅｅである。以下では、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｒからＢｅａｍｆｏｒｍｅｅへの通信を「順方向」若しくは「下り」のリンクとし、ＢｅａｍｆｏｒｍｅｅからＢｅａｍｆｏｒｍｅｒへの通信を「逆方向」若しくは「上り」のリンクとして位置付ける。
【００５３】
送信機では、上位層プロトコル（図示しない）から送信要求された送信データ系列は、複数の送信ストリームに振り分けられた後、空間多重部で空間多重して送信アンテナ・ブランチ毎の空間多重ストリーム信号が生成される。そして、これらの空間多重ストリーム信号は、各送信アンテナ・ブランチから伝搬路に送出される。
【００５４】
一方、受信機では、各受信アンテナ・ブランチでの受信信号を空間分離部で空間分離して複数の受信ストリームを得ると、これらを合成して元のデータ系列を再現し、これを上位層プロトコル（図示しない）へ渡す。受信機では、例えば、Ｚｅｒｏ  ｆｏｒｃｉｎｇ、ＭＭＳＥ、ＢＬＡＳＴ、又はＭＬＤのいずれかの手法により各受信アンテナ・ブランチでの受信信号を空間分離する。
【００５５】
ここで、Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ（ゼロ化規範）は、送信アンテナ数（送信信号数）に対応した行数及び受信アンテナ数に応じた列数を有するチャネル行列の逆行列を受信ベクトルに乗算することにより、他アンテナからの送信信号を抑圧する空間分離方法である。
【００５６】
また、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅｄ  Ｅｒｒｏｒ）は、信号電力と２乗エラー（クロストーク電力と雑音電力の和）の比を最大化する論理に基づいた方法であり、受信機の雑音電力の概念を導入し、クロストークを意図的に発生させて受信重み行列を求める。雑音が大きい環境下ではＺｅｒｏ−ＦｏｒｃｉｎｇよりもＭＭＳＥの方が優れていることが知られている。
【００５７】
また、ＢＬＡＳＴは、送信側で多重化する複数の送信データを空間／時間符号して各送信アンテナに分配してチャネルに送出し、受信側ではチャネル経由で複数のアンテナにより受信した受信信号を空間／時間復号して元の個数の受信データを得る空間／時間多重通信方法である。
【００５８】
また、ＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ：最尤検出）は、受信信号に対して最も大きな尤度に対応する送信信号を推定して信号出力とする方法である。
【００５９】
本発明に係る無線通信システムでは、ストリーム毎に独立・並行して符号化・復調処理が行なわれる。図２には、ストリーム毎に独立・並行して符号化・復調処理を行なうＭＩＭＯ通信システムの構成を示している。同図Ａは送信機であり、同図Ｂは受信機である。
【００６０】
送信機では、上位層プロトコル（図示しない）から送信要求された送信データ系列は、複数の送信ストリームに振り分けられると、送信ストリーム毎に独立・並行して符号化並びに変調処理が施される。続いて、シリアルで送られてきたデータ系列は情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル／パラレル変換され、複数のデータが各サブキャリアに割り当てられたＯＦＤＭシンボルとなる。各サブキャリアは、シンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されている（サブキャリアが互いに直交するとは、任意のサブキャリアのスペクトラムのピーク点が常に他のサブキャリアのスペクトラムのゼロ点と一致し、互いにクロストークがないことを意味する）。それぞれ複数のサブキャリアからなる送信ストリームは、空間多重により送信アンテナ・ブランチ毎の空間多重ストリーム信号に合成された後、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：逆フーリエ変換）により周波数軸での各サブキャリアから時間軸の信号に変換され、ＤＡ変換並びにＲＦ処理により無線信号にアップコンバートされ、各送信アンテナ・ブランチから伝搬路に送出される。
【００６１】
一方、受信機では、各受信アンテナ・ブランチでの受信信号は、ＲＦ処理によりダウンコンバートされＡＤ変換される。そして、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：フーリエ変換）により時間軸の信号が周波数軸上の複数のサブキャリアに変換され、パラレル／シリアル変換により受信アンテナ・ブランチ毎のデータ系列が再生され、さらに空間分離（前述）して複数の受信ストリーム毎のデータ系列を得る。受信ストリーム毎に独立・並行して復調並びに復号化処理し、これらを合成して元のデータ系列を再現し、これを上位層プロトコル（図示しない）へ渡す。
【００６２】
本発明に係る無線通信システムは、各伝送ストリームにおいて、優先度に応じた複数レベルの符号化方式、並びに優先度に応じた複数レベルの変調方式を適用する点に主な特徴があり、伝送容量を増大させることができる。本発明によれば、ＭＩＭＯ伝送のアルゴリズムによって伝送容量を増大（若しくは周波数利用効率を向上）させるために、周波数割り当ての問題や、アナログ回路実装の問題による制約を受けない。
【００６３】
図３には、各伝送ストリームにおいて、優先度に応じた複数レベルの符号化方式、並びに優先度に応じた複数レベルの変調方式を適用した送信機の、主に符号化・変調処理の機能ブロック周辺部分の構成を示している。
【００６４】
図示の送信機では、上位層プロトコル（図示しない）から送信要求された送信データ系列は、ビット分解部１１により複数の送信ストリームに振り分けられると、送信ストリーム毎に独立・並行して、複数レベル符号化器１２によって優先度に応じた複数レベルの符号化処理が行なわれるとともに、複数レベル変調器１３によって優先度に応じた複数レベルの変調処理が施される。
【００６５】
そして、シリアルで送られてきたデータ系列は情報伝送レートより遅いシンボル周期毎にシリアル／パラレル変換され、複数のデータが各サブキャリアに割り当てられる。各サブキャリアは、シンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されている（同上）。
【００６６】
また、図４には、図３に示した送信機から送信される空間多重ストリームを受信する受信機の、主に復調・復号化処理の機能ブロック周辺部分の構成を示している。
【００６７】
受信機では、各受信アンテナ・ブランチでの受信信号は、ＲＦ処理、ＡＤ変換、並びにＦＦＴが行なわれた後、さらに空間分離（前述）により複数の受信ストリームを得る。各受信ストリームのデータ系列は、複数のデータが各サブキャリアに割り当てられたＯＦＤＭシンボルである。受信ストリーム毎に、複数段階復調器２１による復調処理、及び繰り返し復号器２２による復号処理が独立・並行して行なわれる。
【００６８】
ここで言う繰り返し復号器２２として、例えばターボ符号やＬＤＰＣ符号を用いることができる。ターボ符号は、２つの再帰的組織畳み込み（ＲＳＣ：Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ  Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ）符号器をインターリーバで接続することで非常に長い符号語を生成する符号化方式である。ターボ復号器は、それぞれのＲＳＣ符号器に対応した復号器で構成され、対数尤度比をやり取りすることで効率的に復号を行なうことができる。また、ＬＤＰＣ符号（Ｌｏｗ−Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐａｒｉｔｙ−Ｃｈｅｃｋ  Ｃｏｄｅ：低密度パリティ検出符号）は、検査行列に含まれる「１」の数が少なくなるよう制限された線形符号であり、可変ノードとチェック・ノードとの関係を示す要因グラフとして表現することができる。符号長を大きくし、且つランダム性を持たせることでシャノンの限界に最も近い性能を発揮する。
【００６９】
復調及び復号された各受信ストリームのデータ系列は、バッファ２３を介してビット統合部２４に供給される。ビット統合部２４では、各受信ストリームのデータ系列を合成して、元の１本のデータ系列を再現し、これを上位層プロトコル（図示しない）へ渡す。
【００７０】
図５には、図３に示した送信機の、複数レベル符号化器１２及び複数レベル変調器１３の構成をより詳細に示している。但し、同図は第１番目の送信ストリームに着目して描かれているが、他の送信ストリームの符号化・変調処理ブロックも同様の構成であると理解されたい。
【００７１】
ビット分解部１１では、上位層プロトコルから送信要求されたデータ系列を分解して、複数の送信ストリームに分配するが、さらに送信ストリーム毎の送信データ系列を、１〜Ｎレベルの優先度からなるＮ個のビット系列グループに分解する（但し、Ｎは２以上の整数）。
【００７２】
そして、各送信ストリームでは、これら優先度が異なるビット系列グループ毎に、第１優先度符号化器、第２優先度符号化器、…、第Ｎ優先度符号化器をそれぞれ用いて優先度に応じた符号化処理を並列的に行なうとともに、第１優先度変調器、第２優先度変調器、…、第Ｎ優先度変調器をそれぞれ用いて優先度に応じた変調処理を並列的に行なう。各々の優先度変調器は、優先度に応じた符号化方式又は符号化率を持つ。また、各々の優先度変調器は、優先度に応じた変調度又は振幅レベルからなる変調方式を適用する。
【００７３】
このようにして優先度に応じた符号化及び変調処理が並列的に施された第１〜第Ｎ優先度のビット系列には、各ビット系列の優先度に応じた重み因子Ｗ1(i)〜ＷN(i)による重み付け処理が行なわれた後（但し、ｉは送信ストリームの通し番号とする）、これらが１つのストリームに合成される。すなわち、優先度が異なるビット系列を合成することで、各送信ストリームに対してさらにデータ多重が行なわれることになる。
【００７４】
このようにしてさらなるデータ多重が施される各送信ストリームに空間多重処理を施すことによって、送信アンテナ・ブランチ毎の空間多重ストリーム信号が生成され、これらは各送信アンテナ・ブランチから伝搬路に送出される。
【００７５】
図６には、図４に示した受信機の、複数段階復調器２１及び繰り返し復号器２２の構成をより詳細に示している。但し、同図は第１番目の受信ストリームに着目して描かれているが、他の受信ストリームの復調・復号処理ブロックは同様の構成であると理解されたい。
【００７６】
図４に示した複数段階復調器２１は、第１優先度復調器、第２優先度復調器、…、第Ｎ優先度復調器で構成され、各々の優先度復調器は、第１優先度変調器、第２優先度変調器、…、第Ｎ優先度変調器のそれぞれに適用される変調方式に対応した復調処理を行なう。
【００７７】
また、図４に示した繰り返し復号器２２は、第１回復号器、第２回復号器、…、第Ｎ回復号器で構成され、各回の復号器は、第１優先度符号化器、第２優先度符号化器、…、第Ｎ優先度符号化器のそれぞれに適用される符号化方式に対応した復号処理を行なう。
【００７８】
各受信アンテナ・ブランチでの受信信号は、ＲＦ処理、ＡＤ変換、並びにＦＦＴが行なわれた後、さらに空間分離により複数の受信ストリームを得る（前述）。
【００７９】
各受信ストリームにおいて、優先度に応じた復号化又は復調処理を行ない、その結果を入力した受信ストリームからキャンセルする処理を順次繰り返すことで各グループのビット系列を獲得し、各ビット系列を合成して元のデータ系列を再現する。
【００８０】
具体的には、受信ストリームが入力されると、まず第１優先度復調器がこれを復調処理し、次いで第１回復号器が復号処理して、第１優先度のビット系列が得られる。また、入力された受信ストリームは一旦バッファされるが、第１回復号器から出力される初回の復調及び復号処理結果をキャンセルしてから、第２優先度復調器に入力される。第２優先度復調器による復調結果は第２回復号器で復号され、第２優先度のビット系列が得られる。
【００８１】
以降は、第（ｉ−１）番目の入力ストリームから第（ｉ−１）回目の復調及び復調処理結果をキャンセルしたものが第ｉ優先度復調器の入力となり、その復調結果が第ｉ回復号器で復号されて、第ｉ優先度のビット系列が得られ、同様の処理が第Ｎ優先度のビット系列が得られるまで繰り返される（但し、ｉは２〜Ｎの整数）。そして、第１優先度〜第Ｎ優先度のビット系列を合成して当該受信ストリームについての元のデータ系列を再現する。
【００８２】
このように、図５に示した送信機と図６に示した受信機からなる無線通信システムによれば、各送信ストリームを複数のビット系列に優先度毎にグルーピングして優先度に応じたデータ多重を行なう（すなわち、送信ストリーム内で変調信号を多重化する）というＭＩＭＯ伝送のアルゴリズムを利用することによって、伝送容量を増大させるとともに、ＳＮの高い良好なＭＩＭＯ通信リンクを確立することができる。また、送信ストリーム内で多重化された信号を、受信機側では、ターボ復号器やＬＤＰＣ復号器などの繰り返し復号器を用いて分離することができる。
【００８３】
ここで、送信機と受信機間では、ビット系列グループ毎の符号化方式、符号化率、変調方式、重み情報が対応している必要がある。
【００８４】
このため、送信機は、ビット系列グループ毎の符号化方式、符号化率、変調方式、重み情報を通知するためのシグナル情報を送信パケットの物理層ヘッダ部に内挿して、受信機に通知する手順を備えるようにしてもよい。このような場合、受信機は、受信したパケットの物理層ヘッダ部に内挿されたシグナル情報に基づいて受信信号の復号処理を行なうことができる。
【００８５】
あるいは、送信機と受信機間では、あらかじめ取り決められた送信パケットの変調情報（ビット系列グループ毎の符号化方式、符号化率、変調方式、重み情報）を設定するようにしてもよい。
【００８６】
あるいは、送信機と受信機間で既知ビット系列からなるトレーニング情報を交換する手順を備えていてもよい。このような場合、送信機は、トレーニング情報に基づいて前記下りのリンクにおける伝搬路状況を把握して、適切なビット系列グルーピング、ビット系列グループ毎の符号化方式割り当て、符号化率割り当て、変調方式割り当て、重み値設定を行なうことができる。
【００８７】
また、送信機から受信機へパケットを送信する下りのリンクと、受信機から送信機へパケットを送信する上りのリンクの間で伝搬路状況の可逆性が成立する場合には、送信機と受信機はそれぞれ独自に伝搬路状況を把握した上で、適切なビット系列グルーピング、ビット系列グループ毎の符号化方式割り当て、符号化率割り当て、変調方式割り当て、重み値設定を同期並行して決定し、パケットの送信動作及び受信動作を行なうことができる。
【００８８】
既に述べたように、空間多重分離の手法として、Ｚｅｒｏ  ｆｏｒｃｉｎｇ、ＭＭＳＥ、ＢＬＡＳＴ、又はＭＬＤを適用することができ、得られる各受信ストリームにおいて、優先度の高いビット系列グループから順に復調並びに復号処理を行なうことができる。
【００８９】
また、受信機は、上述したような空間分離方法を適用する場合、ターボ復号器又はＬＤＰＣ復号器などの繰り返し復号器を用いて、受信精度を向上させることができる。
【００９０】
受信機側では、優先度の高いビット系列グループに比べ、優先度の低いビット系列グループに対して前記復号器の繰り返し回数を低減して、低消費電力化を図ることができる。あるいは、受信機は、優先度の低いビット系列グループに比べ、優先度の高いビット系列グループに対して前記復号器の繰り返し回数を低減して、復号特性の向上を図ることができる。また、受信機では、Ｌａｙｅｒｅｄ  ｃａｎｃｅｌ手法に基づく空間分離処理を行ない、ＳＮの高い受信ストリームからの復号処理を順に行なうようにしてもよい。
【００９１】
また、本発明に係る無線通信システムでは、優先度の高いビット系列グループにはターボ符号、ＬＤＰＣ符号などの復号特性の高い符号化方式を割り当て、優先度の低いビット系列グループにはパリティ・チェック符号又は高符号化率の畳み込み符号による符号化方式を割り当てるようにしてもよい。
【００９２】
また、本発明に係る無線通信システムでは、例えば、優先度の高いビット系列グループには変調度の低い又は振幅レベルの高い重み付けを行ない、優先度の低いビット系列グループには変調度の高い又は振幅レベルの低い重み付けを行なうことで、優先度の異なる各ビット系列グループに対して、それぞれの優先度に応じたビット毎の重みとなるような変調方式を割り当てて、無線伝送を行なうようにしてもよい。
【００９３】
また、本発明に係る無線通信システムでは、優先度の高いビット系列グループでは、それよりも下位となる優先度のビット系列グループの符号化及び変調処理が施された信号の電力レベルの合算とさらに雑音レベルを合算した値を、雑音レベルとして想定することができる。したがって、送信機は、前記受信機側で当該ビット系列を復調できる程度の振幅レベルをとるとともに重み付けを行なって送信するようにしてもよい。
【００９４】
このとき、送信機と受信機間でデータ・パケットの送信に先立ちＲＴＳ／ＣＴＳ通信手順を実行し、該ＲＴＳ／ＣＴＳ手順を通じて雑音レベルを通知し合うようにしてもよい。ＲＴＳ／ＣＴＳ手順は、キャリア検出に基づいてランダム・アクセスを行なう通信環境において通信品質を保つための１つの方法論である。
【００９５】
また、優先度の高いビット系列グループには変調度の低いが振幅レベルの高い重み付けを行ない、優先度の低いビット系列グループには変調度の高いが振幅レベルの低い重み付けを行なうようにしてもよい。
【００９６】
既に述べたように、空間多重分離の手法として、Ｚｅｒｏ  ｆｏｒｃｉｎｇ、ＭＭＳＥ、ＢＬＡＳＴ、又はＭＬＤを適用することができる。このうちＭＬＤは、受信信号に対して最も大きな尤度に対応する送信信号を推定して信号出力とする方法である。
【００９７】
図５には送信機の構成例を示したが、図７には、受信機において空間分離処理にＭＬＤを適用する場合の送信機構成の変形例を示している。但し、同図は第１番目の送信ストリームに着目して描かれているが、他の送信ストリームの符号化・変調処理ブロックも同様の構成であると理解されたい。
【００９８】
ビット分解部１１では、上位層プロトコルから送信要求されたデータ系列を分解して、複数の送信ストリームに分配するが、さらに送信ストリーム毎の送信データ系列を、１〜Ｎレベルの優先度からなるＮ個のビット系列グループに分解する（但し、Ｎは２以上の整数）。
【００９９】
優先度が異なる各グループからビット系列を１つずつ取り出して、合計Ｎ個からなるビット系列を一組として符号化・変調処理の１単位とする点では、図５及び図７に示した送信機構成は共通する。
【０１００】
図５に示した例では、ビット分解部１１は、優先度が異なる各グループから１つずつ取り出したＮ個からなるビット系列を、送信ストリーム毎に１組ずつ分配している。これに対し、図７に示す送信機では、ビット分解部１１は、優先度が異なる各グループから１つずつ取り出したＮ個からなるビット系列を、送信ストリーム毎にＭ組ずつ分配している（但し、Ｍは２以上の整数）。
【０１０１】
第１組〜第Ｍ組のそれぞれにおいて、優先度が異なる各ビット系列に対し第１優先度符号化器、第２優先度符号化器、…、第Ｎ優先度符号化器をそれぞれ用いて優先度に応じた符号化処理を並列的に行なうとともに、第１優先度変調器、第２優先度変調器、…、第Ｎ優先度変調器をそれぞれ用いて優先度に応じた変調処理を並列的に行なう。
【０１０２】
そして、１〜Ｍの各組では、符号化及び変調処理した後のＮ個のビット系列を各ビット系列の優先度に応じた重み因子Ｗ1(i,j)〜ＷN(i,j)による重み付け処理が行なわれた後（但し、（ｉ，ｊ）はｉ番目の送信ストリームに振り分けられたｊ番目のビット系列の組とする）、さらに各組のビット系列の合成ストリームをさらに合成して、当該送信ストリームとする。この場合も、優先度が異なるビット系列を合成することで、各送信ストリームに対してさらにデータ多重が行なわれることになる。
【０１０３】
このようにしてさらなるデータ多重が施される各送信ストリームに空間多重処理を施すことによって、送信アンテナ・ブランチ毎の空間多重ストリーム信号が生成され、これらは各送信アンテナ・ブランチから伝搬路に送出される（同上）。
【０１０４】
また、図６には受信機の構成例を示したが、図８には、空間分離処理にＭＬＤを適用する場合の受信機構成の変形例を示している。但し、同図は第１番目の受信ストリームに着目して描かれているが、他の受信ストリームの復調・復号処理ブロックは同様の構成であると理解されたい。
【０１０５】
優先度が異なる各グループからビット系列を１つずつ取り出して、合計Ｎ個からなるビット系列を一組として符号化・変調処理の１単位とする点では、図６及び図８に示した受信機構成は共通する。
【０１０６】
図６に示した例では、各受信ストリームにおいて、優先度に応じた復号化又は復調処理を行ない、その結果を入力した受信ストリームからキャンセルする処理を順次繰り返すことで、優先度が異なる各グループから１つずつ再現したＮ個からなるビット系列を、受信ストリーム毎に１組ずつ獲得する。これに対し、図８に示す受信機では、各受信ストリームは、Ｎ個のビット系列を重み付け合成したＭ組のストリームが多重されているので、各組において、優先度に応じた復号化又は復調処理を行ない、その結果を入力した受信ストリームからキャンセルする処理を順次繰り返すことで、受信ストリーム毎にＮ個にグループ化されたビット系列をＭ組だけ獲得する。そして、それぞれＮ個のビット系列からなるＭ組についてビット合成することで、元の１本のストリームを再生することができる。
【０１０７】
第１組〜第Ｍ組のそれぞれにおいて、図４に示した複数段階復調器２１は、第１優先度復調器、第２優先度復調器、…、第Ｎ優先度復調器で構成され、各々の優先度復調器は、第１優先度変調器、第２優先度変調器、…、第Ｎ優先度変調器のそれぞれに適用される変調方式に対応した復調処理を行なう。
【０１０８】
また、第１組〜第Ｍ組のそれぞれにおいて、図４に示した繰り返し復号器２２は、第１回復号器、第２回復号器、…、第Ｎ回復号器で構成され、各回の復号器は、第１優先度符号化器、第２優先度符号化器、…、第Ｎ優先度符号化器のそれぞれに適用される符号化方式に対応した復号処理を行なう。
【０１０９】
各受信アンテナ・ブランチでの受信信号は、ＲＦ処理、ＡＤ変換、並びにＦＦＴが行なわれた後、さらに空間分離により複数の受信ストリームを得る（前述）。
【０１１０】
各受信ストリームにおいて、第１組〜第Ｍ組のそれぞれにおいて、優先度に応じた復号化又は復調処理を行ない、その結果を入力した受信ストリームからキャンセルする処理を順次繰り返すことで各グループのビット系列を獲得し、各ビット系列を合成して元のデータ系列を再現する。
【０１１１】
具体的には、受信ストリームが入力されると、第１組〜第Ｍ組のそれぞれにおいて、まず第１優先度復調器がこれを復調処理し、次いで第１回復号器が復号処理して、第１優先度のビット系列が得られる。また、入力された受信ストリームは一旦バッファされるが、第１回復号器から出力される初回の復調及び復号処理結果をキャンセルしてから、第２優先度復調器に入力される。第２優先度復調器による復調結果は第２回復号器で復号され、第２優先度のビット系列が得られる。
【０１１２】
以降は、第１組〜第Ｍ組のそれぞれにおいて、第（ｉ−１）番目の入力ストリームから第（ｉ−１）回目の復調及び復調処理結果をキャンセルしたものが第ｉ優先度復調器の入力となり、その復調結果が第ｉ回復号器で復号されて、第ｉ優先度のビット系列が得られ、同様の処理が第Ｎ優先度のビット系列が得られるまで繰り返される（但し、ｉは２〜Ｎの整数）。そして、第１組〜第Ｍ組のそれぞれにおいて得られた第１優先度〜第Ｎ優先度のビット系列を合成して、当該受信ストリームについての元のデータ系列を再現する。
【０１１３】
このように、図７に示した送信機と図８に示した受信機からなる無線通信システムによれば、各送信ストリームを複数のビット系列に優先度毎にグルーピングして優先度に応じたデータ多重を行なう（すなわち、送信ストリーム内で変調信号を多重化する）というＭＩＭＯ伝送のアルゴリズムを利用することによって、伝送容量を増大させるとともに、ＳＮの高い良好なＭＩＭＯ通信リンクを確立することができる。また、送信ストリーム内で多重化された信号を、受信機側では、ターボ復号器やＬＤＰＣ復号器などの繰り返し復号器を用いて分離することができる。
【０１１４】
最後に、１つの送信ストリーム内で、復号特性の優先度が相違する複数のビット系列を多重化する、すなわち送信ストリーム内で複数の変調信号を多重化する方法論について説明する。
【０１１５】
図９には、ＱＡＭ型の複数レベル変調を行なったときの位相空間上における信号点のマッピング例を示している。ＱＡＭはキャリアの振幅と位相の双方を利用したデジタル変調方式である。復号特性の優先度の高いビット系列グループに対して振幅レベルの高い重み付けを行なう。したがって、図９に示すように、送信ストリーム内では、位相空間上で外側のラインから順に優先度の高いビット系列グループのマッピングが行なわれる。言い換えると、図９は、異なるビット系列グループに対して、異なる振幅レベルでＱＰＳＫ変調をそれぞれ施し、同一の信号点上に加算した結果を１つのストリームとして伝送する場合の信号マッピング例である。優先度の高いビット系列に対する信号点からすると、復号過程において、小さな振幅にマッピングされた（優先度のより低いビット系列に対する）信号点はノイズ成分あるいは干渉成分に見える。
【０１１６】
また、図１０には、ＰＳＫ型の複数レベル変調を行なったときの位相空間上における信号点のマッピング例を示している。ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）は、変調出力を一定とし位相のみを利用したデジタル変調方式であり、２つの位相でビット表現を行なうＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  ＰＳＫ）や４つの位相でビット表現を行なうＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ＰＳＫ）などが知られている。復号特性の優先度の高いビット系列グループに対して振幅レベルの高い重み付けを行なう。したがって、図１０に示すように、送信ストリーム内では、位相空間上で外側のラインから順に優先度の高いビット系列グループのマッピングが行なわれる。言い換えると、図１０は、異なるビット系列グループに対して、異なる振幅レベルで多相変調をそれぞれ施し、同一の信号点上に加算した結果を１つのストリームとして伝送する場合の信号マッピング例である。優先度の高いビット系列に対する信号点からすると、復号過程において、小さな振幅にマッピングされた（優先度のより低いビット系列に対する）信号点はノイズ成分あるいは干渉成分に見える。
【０１１７】
さらに図１１には、ＰＳＫ型とＱＡＭ型を混在させた複数レベル変調を行なったときの位相空間上における信号点のマッピング例を示している。図示のように、復号特性の優先度の高いビット系列グループに対して振幅レベルの高い重み付けを行なうことによって、送信ストリーム内では、位相空間上で外側のラインから順に優先度の高いビット系列グループのマッピングが行なわれる。言い換えると、図１１は、異なるビット系列グループに対して、異なる振幅レベルで多相変調又はＱＡＭをそれぞれ施し、同一の信号点上に加算した結果を１つのストリームとして伝送する場合の信号マッピング例である。優先度の高いビット系列に対する信号点からすると、復号過程において、小さな振幅にマッピングされた（優先度のより低いビット系列に対する）信号点はノイズ成分あるいは干渉成分に見える。それぞれのビット系列グループに対する変調方式は、同一とする必要はなく、同図はその一例である。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【０１１９】
本発明は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１の拡張規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｎに準拠したＭＩＭＯ通信システム、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅをベースとしたＭｏｂｉｌｅ  ＷｉＭａｘ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）、移動体向けの高速無線通信規格であるＩＥＥＥ８０２．２０、６０ＧＨｚ（ミリ波）帯を使用する高速無線ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）規格であるＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ、６０ＧＨｚ（ミリ波）帯の無線伝送を利用して非圧縮のＨＤ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）映像を伝送可能とするＷｉｒｅｌｅｓｓ  ＨＤ、第４世代（４Ｇ）携帯電話など、ＭＩＭＯ通信方式を採用するさまざまな無線通信システムに対して、同様に適用することができる。
【０１２０】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】図１は、ＭＩＭＯ通信システムの構成を模式的に示した図である。
【図２Ａ】図２Ａは、ストリーム毎に独立・並行して符号化・復調処理ＭＩＭＯ通信システムの送信機構成を示した図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ストリーム毎に独立・並行して符号化・復調処理ＭＩＭＯ通信システムの受信機構成を示した図である。
【図３】図３は、各伝送ストリームにおいて、優先度に応じた複数レベルの符号化方式、並びに優先度に応じた複数レベルの変調方式を適用した送信機の、主に符号化・変調処理の機能ブロック周辺部分の構成を示した図である。
【図４】図４は、図３に示した送信機から送信される空間多重ストリームを受信する受信機の、主に復調・復号化処理の機能ブロック周辺部分の構成を示した図である。
【図５】図５は、図３に示した送信機の、複数レベル符号化器１２及び複数レベル変調器１３の構成をより詳細に示した図である。
【図６】図６は、図４に示した受信機の、複数段階復調器２１及び繰り返し復号器２２の構成をより詳細に示した図である。
【図７】図７は、受信機において空間分離処理にＭＬＤを適用する場合の送信機構成の変形例を示した図である。
【図８】図８は、空間分離処理にＭＬＤを適用する場合の受信機構成の変形例を示した図である。
【図９】図９は、ＱＡＭ型の複数レベル変調を行なったときの位相空間上における信号点のマッピング例を示した図である。
【図１０】図１０は、ＰＳＫ型の複数レベル変調を行なったときの位相空間上における信号点のマッピング例を示した図である。
【図１１】図１１は、ＰＳＫ型とＱＡＭ型を混在させた複数レベル変調を行なったときの位相空間上における信号点のマッピング例を示した図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１１…ビット分解部
１２…複数レベル符号化器
１３…複数レベル変調器
２１…複数段階復調器
２２…繰り返し復号器
２３…バッファ
２４…ビット統合部
【図１】
2009055228.tif 000003
【図２Ａ】
2009055228.tif 000004
【図２Ｂ】
2009055228.tif 000005
【図３】
2009055228.tif 000006
【図４】
2009055228.tif 000007
【図５】
2009055228.tif 000008
【図６】
2009055228.tif 000009
【図７】
2009055228.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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