JP2007518346A - Ｍｉｍｏシステムにおける信号送受信方法 - Google Patents

Abstract

本発明は複数の送受信アンテナを用いる移動通信システムにおける信号伝送方法に関し、本発明の一実施形態による信号伝送方法は、受信端が送信端から伝送可能なＳＴＴＤ対を構成する全てのアンテナ対に対して信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を計算する段階と、最大のＳＩＮＲを有するアンテナ対を示す情報を送信端にフィードバックする段階と、送信端が前記フィードバックされた情報により決定されたアンテナ対を介してＤ‐ＳＴＴＤ伝送を行う段階を含む。

Description

本発明は移動通信システムの信号伝送方法に関し、特に複数の送受信アンテナを用いるＭＩＭＯシステムにおける信号伝送方法に関する。

現在、Ｗ‐ＣＤＭＡ無線規格の３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）に準拠したＩＭＴ‐２０００システムにおいては、開ループ形態の代表的な伝送ダイバーシティ技術として時空間伝送ダイバーシティ（Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ：ＳＴＴＤ）を採択している。前記ＳＴＴＤは時間軸上で主に適用されていたチャネル符号化（Ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ）技術を空間上に拡張させた時空間符号化（Ｓｐａｃｅ‐Ｔｉｍｅ ｃｏｄｉｎｇ）によりダイバーシティ利得を得る方式である。

前記ＳＴＴＤはＷＣＤＭＡの同期チャネル（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ：ＳＣＨ）を除いた全てのダウンリンク物理チャネルに適用が可能であり、特に受信端から送信端に伝送されるフィードバック情報が必要ないため、速度及び無線チャネルの変化によるシステム性能の変化がないという利点を有する。

前記ＳＴＴＤ技術は２つの送信アンテナと１つの受信アンテナを用いて、２つのアンテナで伝送されるシンボル間の時空間上の簡単な符号化により、時間的なダイバーシティ利得に加えて空間的なダイバーシティ利得を得ることを目的とする。このために、従来のＳＴＴＤシステムは２つの送信アンテナが必要であり、また２つの送信アンテナで伝送されるシンボル間の符号化のために時空間符号化ブロック（ＳＴＴＤエンコーダ）を必要とする。ＳＴＴＤの動作原理を表１に示す。

ここで、^＊は共役を意味する。

表１に示すように、送信されるシンボルはＳＴＴＤエンコーダで符号化された時系列によってアンテナ１、２にそれぞれ送信される。それぞれのアンテナに送信された信号は異なる独立したチャネルを介するが、時間ｔでのチャネルと時間ｔ＋Ｔ（Ｔ：シンボル周期）でのチャネルが同一であると仮定した場合、受信端の受信信号ｒ_１、ｒ_２は下記式１のようになる。

ここで、

は各送信アンテナと１つの受信アンテナとの間のチャネルを意味し、ｎ_１及びｎ_２は受信端での白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ：Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｗｈｉｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｎｏｉｓｅ）を示す。ここで、前記各チャネルｈ_１、ｈ_２は各送信アンテナから伝送されたパイロット信号のパターンから推定できる。

従って、受信端で前記受信信号ｒ_１、ｒ_２を下記式２のように組み合わせると、受信ダイバーシティのＭＲＣ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）方式のような値を得ることができ、これに基づいて送信されたシンボルを推定できる。

Ｄｏｕｂｌｅ ＳＴＴＤ
Ｄｏｕｂｌｅ ＳＴＴＤ（Ｄ‐ＳＴＴＤ）は２つの送信アンテナを用いるＳＴＴＤ技術をＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）システムに拡張した技術であり、４つの送信アンテナを用いるＤ‐ＳＴＴＤシステムの場合は２つのＳＴＴＤ対を含む。

前記Ｄ‐ＳＴＴＤシステムはテキサスインスツルメンツ（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）が３ＧＰＰに初めて提案したものであり、その後各ＳＴＴＤ対に他の変調方法（ＱＰＳＫ、ＱＡＭなど）を適用し、かつ送信アンテナ間の相関を受信端で推定してＳＴＴＤアンテナ対を決定するアンテナシャッフリング（ａｎｔｅｎｎａ ｓｈｕｆｆｌｉｎｇ）も共に提案した。また、三菱電機が各ＳＴＴＤ対に異なるＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｅｔ）を適用できるようにするＳｕｂ ｇｒｏｕｐ ｒａｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｄ−ＳＴＴＤシステムを提案した。

図１は従来のＤ‐ＳＴＴＤシステムの構成図である。

図１を参照すると、Ｄ‐ＳＴＴＤシステムにより伝送されるデータはデマルチプレクサ１０で２つのＳＴＴＤ対（各ＳＴＴＤ対は変調器、ＳＴＴＤエンコーダ、アンテナを含む）への信号に分離される。各ＳＴＴＤ対の各変調器１１、１２及びＳＴＴＤエンコーダ１３、１４は受信端からフィードバックされたＭＣＳに基づいて選択された変調率及び符号化率を用いて信号を変調及び符号化する。前記各変調器１１、１２及びＳＴＴＤエンコーダ１３、１４を経た送信信号はそれぞれ送信アンテナ対を介して伝送される。ここで、各ＳＴＴＤエンコーダ１３、１４は各変調器１１、１２から一度に２つのシンボルを受信する。

受信端の各ＳＴＴＤデコーダ１５、１６及び復調器１７、１８はＭＣＳを用いて送信アンテナを介して受信された信号を復号化及び復調し、各復調器１７、１８で復調された受信信号はマルチプレクサ１９で多重化されることによって元の信号に復元される。

一方、受信端のチャネル推定器２０は受信信号を受信してＤ‐ＳＴＴＤチャネル行列を推定する。ＭＣＳ選択部２１は前記推定されたＤ‐ＳＴＴＤチャネル行列に基づいて各データストリームの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を計算し、各データストリームのＳＩＮＲに該当するＭＣＳを選択して送信端にフィードバックする。
ビーム形成が結合されたＳＴＴＤ
図２はビーム形成が結合された従来のＳＴＴＤシステムの構成図である。図２に示すように、Ｄ‐ＳＴＴＤシステムは２つの送信アンテナのみを用いる場合に適用することのできるビーム形成部３５、３６をさらに含む。

図２を参照すると、まず、伝送されるデータ（信号）がデマルチプレクサ３０で逆多重化されて各変調器３１、３２に入力される。各変調器３１、３２及びＳＴＴＤエンコーダ３３、３４は受信端からフィードバックされたＭＣＳを参考に選択された変調率及び符号化率を用いて逆多重化された信号をそれぞれ変調及び符号化する。ここで、各変調器３１、３２からＳＴＴＤエンコーダ３３、３４に２つのシンボルが一度に入力される。

ビーム形成部３５、３６は各ＳＴＴＤエンコーダ３３、３４で時空間符号化された（ＳＴＴＤが行われた）シンボル（例えばｓ１、ｓ２）に固有ベクトルを乗算してビーム形成を行い、各送信アンテナを介して伝送する。ここで、ＳＴＴＤだけでなく、ビーム形成を行うための信号処理演算を下記式３に示す。

ここで、［ｗ_１ｗ_２］^Ｔは送信アンテナ間の相関行列の平方根行列（ｈａｌｆ−ｓｑｕａｒｅ ｍａｔｒｉｘ）

の最大固有値に該当する固有ベクトルを示す。また、βは２つの送信アンテナを用いる場合は

と定義される。ここで、前記λ_１及びλ_２（λ_１＞λ_２）は

の固有値を示し、またＥ_ｓとσ^２はそれぞれシンボルのエネルギーとガウス雑音を示す。

従って、受信端は既にＭＣＳ及び固有ベクトル値（ｗ_１，ｗ_２）を知っているので、各ＳＴＴＤデコーダ３７、３８及び復調器３９、４０は前記ＭＣＳ及び固有ベクトルを参考に受信信号を復号化及び復調し、各復調器３９、４０で復調された受信信号はマルチプレクサ４１でシリアルデータアイテムに変換されることによって元のデータストリームに復元される。

ここで、受信端のチャネル推定器４２は受信信号を受信してＳＴＴＤチャネル行列を推定し、ＭＣＳ選択部４３は前記推定されたＳＴＴＤチャネル行列に基づいて各データストリームの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を計算し、各データストリームのＳＩＮＲに該当するＭＣＳを選択して送信端にフィードバックする。

前記のように、従来のＤ‐ＳＴＴＤシステムにおいて、４つ以上の送信アンテナが存在する場合、送信アンテナを２つのアンテナ対にまとめて複数のデータストリームを該当アンテナ対を介して伝送する。

ところが、送信アンテナ間にはある程度の相関が存在するため、ＳＴＴＤ符号化のために単純に隣接した２つのアンテナを１つの対に設定することは好ましくない。従って、受信端で直接送信アンテナ間の相関を求めて送信アンテナ対を決定する情報を送信端に伝送することもできるが、この方法は受信端で送信アンテナ間の相関を求めることが非常に難しいために現実的には適用が難しい。

また、前述したように、ビーム形成が結合された従来のＳＴＴＤシステムにおいては、２つの送信アンテナが存在する場合、ＳＴＴＤ符号化されたデータに固有ベクトルを乗算してビーム形成を行い、各送信アンテナを介して伝送される。しかし、このような信号伝送方法は２つの送信アンテナを用いる場合に採択される信号処理方法であるため、それより多い送信アンテナを用いる場合にそのまま適用することは難しい。

また、ビーム形成が結合された信号伝送方法においては、相関行列（送信アンテナ間の相関値で構成された行列）の平方根行列の最大固有値に該当する固有ベクトルをビーム形成のためのウェイト値として用いている。しかし、実際に送信端の相関行列値を求めることは非常に難しいため、ビーム形成が結合された従来のＳＴＴＤを現実的に適用することは難しい。

すなわち、従来はＳＴＴＤシステムにおいて２つのアンテナを用いる場合、送信アンテナ間の相関値で構成された相関行列の最大固有値に該当する固有ベクトルを求めることができるという仮定の下に、前記固有ベクトルをビーム形成のために用いるウェイト値として用いていた。

ところが、受信端が推定したチャネル行列は送信アンテナ間の相関値と、受信アンテナ間の相関値と、無線チャネル環境におけるチャネル値とを全て含むので、チャネル行列から送信アンテナ間の相関値のみを分離することは難しい。また、実際の環境で送信アンテナ間の相関値は時間によって変化することがあるため、従来の送信アンテナ間の相関値を用いてウェイト値を求める方法は実際に適用することは難しいと言える。

また、受信端アンテナが１つ以上の場合は受信端アンテナ間の相関値も考慮しなければならないが、従来の信号伝送方法は送信アンテナ間の相関のみを考慮したものであるので、現実的な適用に適した方法とは言えない。

従って、本発明の目的は、Ｄ‐ＳＴＴＤシステム及びビーム形成が結合されたシステムにおいて、データ伝送速度及び受信率を向上させることのできる信号伝送方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、Ｄ‐ＳＴＴＤ伝送時に送信アンテナ対を決定するための情報を受信端から送信端にフィードバックする信号伝送方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、ビーム形成が結合されたＳＴＴＤ方法をより効率的に適用するための信号伝送方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、各アンテナ対別に時空間多重化（ＳＴＴＤ）及びビーム形成を行うための信号伝送方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、２つのアンテナを含む各ＳＴＴＤ対を介してデータストリームを伝送する Ｄｏｕｂｌｅ ＳＴＴＤ（Ｄ‐ＳＴＴＤ）において、信号伝送方法は受信端が送信端から伝送可能なＳＴＴＤ対を構成する全てのアンテナ対に対して信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を計算し、Ｄ‐ＳＴＴＤ伝送のためのアンテナ対決定情報を送信端にフィードバックすることを特徴とする。

好ましくは、前記アンテナ対決定情報は最大のＳＩＮＲを示すアンテナ対を示す。すなわち、前記最大のＳＩＮＲを示すアンテナ対は瞬間最大受信データ量が最大のアンテナ対である。

好ましくは、前記アンテナ対決定情報は送受信端間に指定された別個のフィードバック信号により伝送される。また、前記アンテナ対決定情報は送受信端間に指定された他のフィードバック信号と共に伝送できる。この場合、他のフィードバック信号は前記アンテナ対決定情報により決定されたアンテナ対で用いる変調及び符号化セット（ＭＣＳ）情報を意味する。

本発明の他の実施形態によれば、複数のアンテナを介して時空間多重化されてビーム形成されたシンボルを伝送するＳＴＴＤシステムにおいて、信号伝送方法は各送信アンテナに対するチャネル行列の固有ベクトルを計算して送信端にフィードバックする段階と、前記フィードバックされた固有ベクトルをウェイト値として用いて時空間多重化（ＳＴＴＤ）が行われた送信シンボルに対してビーム形成を行う段階とを含むことを特徴とする。

好ましくは、前記チャネル行列は送信アンテナ間の相関値と、受信アンテナの相関値と、無線チャネル環境におけるチャネル値とを全て含む。

好ましくは、前記固有ベクトルは受信端から送信端にフィードバックされ、受信端で計算した前記チャネル行列の最大固有値に該当する。

本発明のさらに他の実施形態によれば、送信シンボルに対して時空間多重化（ＳＴＴＤ）及びビーム形成を行うシステムにおいて、信号伝送方法は瞬間最大受信データ量が最大の送信アンテナ対のチャネル行列の固有ベクトルを計算して送信端にフィードバックする段階と、送信端が前記フィードバックされた固有ベクトルをウェイトベクトルとして用いてアンテナ対により時空間多重化（ＳＴＴＤ）が行われた送信シンボルに対してビーム形成を行う段階とを含むことを特徴とする。

好ましくは、前記ウェイトベクトルは各アンテナ対に対する実際のチャネル行列の固有ベクトルである。

好ましくは、前記チャネル行列は送信アンテナ間の相関値と、受信アンテナ間の相関値と、無線チャネル環境におけるチャネル値とを全て含む。

好ましくは、前記送信アンテナ対は最大の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を有するアンテナ対である。

本発明の目的、特徴及び利点は添付された図面を参照することにより、下記の本発明の詳細な説明からより明白になるであろう。

本発明によれば、受信端で信号対干渉雑音比を計算することによって、受信端で最大の信号対干渉雑音比を受信することができるように各ＳＴＴＤ対を構成するアンテナ対を選択できる。その結果、既存の方法と比較すると、データ伝送速度を向上させることができるという効果がある。

本発明によれば、ビーム形成が結合されたＳＴＴＤシステムにおいて、複数のアンテナを用いる場合、２つずつのアンテナ対を形成してＳＴＴＤ及びビーム形成を共に行い、複数のデータストリームを伝送することにより、ＳＴＴＤの利点及びビーム形成の利点であるデータ伝送速度及びデータ受信率を向上させることができるという効果がある。また、本発明はビーム形成を行うためのウェイトベクトルとして受信端で推定可能なチャネル行列の固有ベクトルを用いるため、現実的な適用に適すると言える。

添付された図面に示す本発明の好ましい実施形態を説明する。

本発明は、Ｄ‐ＳＴＴＤシステムやビーム形成が結合されたＳＴＴＤシステムなど、複数の送信アンテナ及び受信アンテナを用いる移動通信システムにおける信号伝送方法に関する。このために、複数の送信アンテナを備えた送信端が受信端からＭＣＳ情報、並びにＳＴＴＤ対（アンテナ対）に関する決定情報及び／又はフィードバック信号による固有ベクトルを受信し、Ｄ‐ＳＴＴＤ伝送又はビーム形成を行う。

好ましくは、前記フィードバック信号は送受信端間の合意により予め決定される。また、決定されたアンテナ対で用いられる前記ＭＣＳ情報は別個のフィードバック情報を用いて伝送される。前記ＭＣＳ情報は送信端及び受信端で予め決定し、それぞれの場合の数をテーブル形態で有する必要がある。また、前記決定されたアンテナ対に関するフィードバック情報及び各アンテナに用いられるＭＣＳ情報を用いて指定されたフィードバック情報テーブルを構成することもできる。

まず、本発明の一実施形態によれば、Ｄ‐ＳＴＴＤシステムにおいて、受信端でＳＴＴＤ対（アンテナ対）を決定して送信端にフィードバックし、送信端は前記フィードバックされた情報によってシンボル伝送を行う信号伝送方法を提案する。このような目的のために、前記受信端は各送信アンテナのチャネルを推定して各ＳＴＴＤ対に対する信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を計算する。これにより、前記受信端は最大のＳＩＮＲを有するアンテナ対を決定して前記送信端にフィードバックする。

本発明の他の実施形態によれば、ビーム形成が結合されたＳＴＴＤシステムにおいて、ビーム形成を行うためのウェイト値を計算する信号伝送方法、特に、送信アンテナが２つ以上の場合にビーム形成が結合されたＳＴＴＤ方法を効果的に適用するための信号伝送方法を提案する。このような目的のために、本発明の受信端は送信アンテナ間の相関と、無線環境下のチャネル状態と、受信アンテナ間の相関とを全て含むチャネル行列を推定する。その後、受信端は前記推定されたチャネル行列の最大固有値に該当する固有ベクトルをビーム形成のために要求されたウェイト値として送信端にフィードバックする。

また、本発明によれば、ビーム形成が結合されたＳＴＴＤシステムにおいて、送信アンテナが２つ以上の場合、送信アンテナ対を形成して各送信アンテナ対を介して伝送されるシンボルに対して時空間多重化（ＳＴＴＤ）及びビーム形成を行う。

まず、Ｄ‐ＳＴＴＤシステムにおいてアンテナ対決定情報をフィードバックする方法について説明する。

図３は本発明に適用されたＤ‐ＳＴＴＤシステムを示す構成図であり、図４は送信端で用いられるアンテナ対決定情報を決定してフィードバックする過程を示すフローチャートである。図３に示すＤ‐ＳＴＴＤシステムはアンテナ分離及びＭＣＳ選択部１１１を除けば図１に示す従来のＤ‐ＳＴＴＤシステムの構成と同一であり、同一の部分にも異なる番号を付する。

アンテナ分離及びＭＣＳ選択部１１１は送信端で用いられるＭＣＳとＳＴＴＤ伝送のためのアンテナ対を決定し、フィードバック信号を用いてそれぞれの変調器１０１、１０２及びＳＴＴＤエンコーダ１０３、１０４に前記決定された情報をフィードバックする。

図３及び図４を参照すると、前記Ｄ‐ＳＴＴＤシステムにおいて、受信端は送信端から伝送可能なＳＴＴＤ対を構成する全てのアンテナ対に対して信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を計算する。ＳＩＮＲが計算されると、前記受信端は計算されたＳＩＮＲのうち最大のＳＩＮＲに該当するアンテナ対、すなわち瞬間最大受信データ量が最大となるアンテナ対を選択し、その後、受信端は前記選択されたアンテナ対に関する情報を前記ＭＣＳと共に送信端にフィードバックする（Ｓ１１、Ｓ１２）。従って、送信端は前記ＭＣＳと受信端からフィードバックされた情報とにより決定されたアンテナ対（ＳＴＴＤ対）を介してＤ‐ＳＴＴＤ伝送を行う（Ｓ１３）。

例えば、図３に示すＤ‐ＳＴＴＤシステムにおいて、４つの送信アンテナＴｘ１〜Ｔｘ４と１つの受信アンテナＲｘを用いて、ｈ_１１、ｈ_１２、ｈ_１３、ｈ_１４をそれぞれ送信アンテナＴｘ１〜Ｔｘ４と受信アンテナＲｘとの間のチャネルであると仮定した場合、チャネル推定器１１０で推定可能なチャネル行列

を下記式４に示す。

ここで、４つの送信アンテナＴｘ１〜Ｔｘ４に対して図１及び図２のように２つのＳＴＴＤ対が形成されるため、アンテナ分離及びＭＣＳ選択部１１１は２つのＳＴＴＤ対に対してＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）受信アルゴリズムを用いて下記式５及び式６のように各ＳＴＴＤ対に対してＳＩＮＲを求める。

前記ＳＩＮＲ_１はアンテナＴｘ１、Ｔｘ２を１つのＳＴＴＤ対にまとめたときのデータストリームに対する信号対干渉雑音比を示し、ＳＩＮＲ_２はアンテナＴｘ３、Ｔｘ４を１つのＳＴＴＤ対にまとめたときのデータストリームに対する信号対干渉雑音比を示す。また、前記式において、ｓ^２は受信アンテナにおけるガウス雑音を示し、Ｈは複素数で構成されたベクトルのエルミート（Ｈｅｒｍｉｔｉａｎ）演算を示す。

このように、（１、２）はアンテナＴｘ１、Ｔｘ２に対するＳＴＴＤ対を示し、（３、４）はアンテナＴｘ３、Ｔｘ４に対するＳＴＴＤ対を示すと仮定すると、前記式４のチャネル行列構成は（１、２）（３、４）のＳＴＴＤ対でＤ‐ＳＴＴＤを行う場合、ＳＩＮＲを求めるためのチャネル行列であると言える。

従って、（１、３）（２、４）のＳＴＴＤ対でＤ‐ＳＴＴＤを行う場合には、下記式７のようにチャネル行列を構成し、前記式５及び式６を用いてＳＩＮＲを求める。

すなわち、式７に示すチャネル行列の列の順序は、式４のチャネル行列の列の順序を（１、２、３、４）とすると（１、３、２、４）に該当する。従って、（１、３）（２、４）のＳＴＴＤ対でＤ‐ＳＴＴＤを行う場合に求められたチャネル行列は単に列の順序が変わっただけであるため、前記式５及び式６を用いて各ＳＴＴＤ対に対するＳＩＮＲを求めることができる。

同様に、（１、４）（２、３）／（１、２）（４、３）／（１、３）（４、２）／（１、４）（３、２）のＳＴＴＤ対に対してもチャネル行列の構成を変えて同じＳＩＮＲの式（式５及び式６）を用いて各データストリームのＳＩＮＲを求めることができる。

このように求めたＳＩＮＲを用いて受信端のアンテナ分離及びＭＣＳ選択部１１１は、ＭＣＳ方法とアンテナ対決定情報を送信端にフィードバックするが、この場合、ＭＣＳは現在受信端で受信することができる瞬間最大受信データ量を示す。

ところが、チャネル状態は変化し続けるため、受信端で受信することができる瞬間最大受信データ量も変化する。従って、アンテナ分離及びＭＣＳ選択部１１１は、各アンテナ対（ＳＴＴＤ対）に対するＳＩＮＲを求め、瞬間最大受信データ量が最大となるアンテナ対のみを送信アンテナのためのアンテナ対として選択して送信端にフィードバックする。

従って、前記フィードバックされたＭＣＳ情報は送信端の各変調器１０１、１０２及びＳＴＴＤエンコーダ１０３、１０４で変調及び符号化を行うのに用いられ、アンテナ対決定情報は変調器１０１、１０２及びＳＴＴＤエンコーダ１０３、１０４の出力を各アンテナ対に合わせて分配するのに用いられる。また、受信端ではＳＴＴＤデコーダ１０５、１０６、復調器１０７、１０８及びマルチプレクサ１０９により前記送信端の信号処理の反対となる適した信号処理を行って元のデータを復元する。

図５は本発明によるビーム形成が結合されたＳＴＴＤシステムの一例を示す。図５に示すＳＴＴＤシステムはＭＣＳ選択部２１３の動作を除けば図２に示す従来のＳＴＴＤシステムの構成と同一であり、同一の部分にも異なる番号を付する。

ＭＣＳ選択部２１３はチャネル推定器２１２で推定したチャネル行列の最大固有値に該当する固有ベクトルを計算し、それをフィードバック信号によりＭＣＳと共に送信端にフィードバックする。

図５に示すように、実際にチャネル推定器２１２で推定したチャネル行列は下記式８のように示すことができる。

ここで、

は受信アンテナ間の相関値で構成された受信相関行列の平方根行列を示し、

は送信アンテナ間の相関値で構成された送信相関行列の平方根行列を示し、

は無線チャネルにおけるチャネル値で構成された行列である。

しかし、実際に受信端で推定したチャネル行列

は送信アンテナ間の相関値と、受信アンテナ間の相関値と、無線チャネル環境におけるチャネル値とが全て含まれた値であるので、チャネル行列

から送信アンテナ間の相関値だけを別個に分離することは現実的に非常に難しい。

従って、受信端のＭＣＳ選択部２１３は実際に受信端で推定可能なチャネル行列

の固有値及び固有ベクトルを用いて送信端のＳＴＴＤ及びビーム形成のためのウェイト値を計算する。本発明においては、実際に受信端で推定可能なチャネル行列

の固有ベクトルを送信端のビーム形成のためのウェイト値として用いることができる。

従って、送信端の変調器２０１、２０２とＳＴＴＤエンコーダ２０３、２０４は受信端からフィードバックされたＭＣＳを用いて送信するシンボル（データストリーム）に対して変調及びＳＴＴＤを行い、ビーム形成部２０５、２０６はＳＴＴＤされたシンボルに受信端からフィードバックされた固有ベクトル（ウェイト値）を乗算してビーム形成を行い、各送信アンテナを介して伝送する。

例えば、送信アンテナが２つの場合、送信端は下記式９のようにＳＴＴＤとビーム形成が結合された形態でシンボルを伝送できる。

ここで［α_１α_２］^Ｔは実際に受信端で推定可能なチャネル行列

の最大固有値に該当する固有ベクトルを示し、αは２つの送信アンテナを用いるときに

と定義できる。ここで、ε_１及びε_２（ε_２＞ε_１）は

の固有値であり、Ｅ_ｓはシンボルエネルギーを示し、σ^２はガウス雑音のエネルギーを示す。

また、ビーム形成が結合されたＳＴＴＤシステムにおいて、本発明による信号伝送方法は、４つの送信アンテナに限定されるものではなく、４つあるいはそれ以上のアンテナを用いる場合にも適用することができる。

図６はビーム形成が結合されたＳＴＴＤシステムの他の実施形態を示す。図６に示すＳＴＴＤシステムはアンテナ分離及びＭＣＳ選択部２２０を除けば図５に示すＳＴＴＤシステムの構成と同一である。

前記アンテナ分離及びＭＣＳ選択部２２０はフィードバック信号（ＭＣＳ）、並びに固有ベクトル及びアンテナ対決定情報を送信端の変調器２０１、２０２及びビーム形成部２０５、２０６にフィードバックする機能を行う。

図６に示すように、伝送されるシンボル（信号）はデマルチプレクサ２００で逆多重化されてＳＴＴＤ対（変調器、ＳＴＴＤエンコーダ、ビーム形成部を含む各ＳＴＴＤ対）に入力される。各変調器２０１、２０２及び各ＳＴＴＤエンコーダ２０３、２０４は受信端からフィードバックされたＭＣＳを参考に選択された変調率及び符号化率を用いて送信信号をそれぞれ変調及び符号化する。ビーム形成部２０５、２０６は各ＳＴＴＤエンコーダ２０３、２０４で時空間符号化された（ＳＴＴＤが行われた）シンボルに受信端からフィードバックされた固有ベクトルを乗算してビーム形成を行い、各送信アンテナ対を介して伝送する。

受信端は前記ＭＣＳ及び固有ベクトルを知っているため、各ＳＴＴＤデコーダ２０７、２０８及び復調器２０９、２１０はＭＣＳ及び固有ベクトルを用いて受信信号を復号化及び復調し、各復調器２０９、２１０で復調された受信信号はマルチプレクサ２１１でシリアルデータアイテムに変換されて元のシンボルに復元される。

ここで、受信端のチャネル推定器２１２は受信信号を受信して実際に受信端で推定可能なチャネル行列を推定し、アンテナ分離及びＭＣＳ選択部２２０はフィードバック信号により前記推定されたチャネル行列の最大固有値に該当する固有ベクトルをウェイトベクトルとして送信端にフィードバックする。

図６を参照すると、４つ以上の送信アンテナを用いてシンボル（ストリーム）を伝送する場合、本発明は各送信アンテナ対に対してＳＴＴＤとビーム形成を行う。すなわち、４つの送信アンテナが備えられた場合、各ビーム形成部２０５、２０６は、例えば、各アンテナ対（１、２）（３、４）に対してそれぞれ前記式９及び下記式１０のようにビーム形成を行う。

ここで、［α_３α_４］^Ｔは送信アンテナ（３、４）に対して実際に受信端で推定可能なチャネル行列の最大固有値に該当する固有ベクトルとして受信端からフィードバックされ、γは

と定義できる。ここで、χ_１及びχ_２（χ_２＞χ_１）は送信アンテナ（３、４）に該当する実際に受信端で推定可能なチャネル行列の固有値を示す。

従って、偶数個のアンテナが送信端に備えられる場合、２つずつの対を形成してＳＴＴＤ及びビーム形成を行って信号を伝送するようにすれば、前記２つの送信アンテナを用いる場合の信号伝送方法を同様に適用できる。特に、４つ以上のアンテナを用いる場合、２つずつの対を形成してＳＴＴＤ及びビーム形成を順次行うことにより、受信端（端末）からフィードバックしなければならないウェイト値の量を減らすことができるという利点を有する。

すなわち、４つの送信アンテナを用いる場合、まずＳＴＴＤを行い、その後２つのアンテナ対を介して信号を伝送するため、２つのデータストリームを同時に伝送でき、受信端からフィードバックしなければならないウェイト値も４つ（α_１、α_２、α_３、α_４）にすぎない。ところが、４つのアンテナそれぞれを介して独立したデータストリームを伝送する場合は、伝送される信号に次元が４×１の４つのウェイトベクトルを乗算しなければならないため、受信端は全１６の複素数値（固有値）を送信端にフィードバックしなければならない。それに対して、本発明においては、異なるＳＴＴＤ対に次元が２×１の２つのウェイトベクトルをそれぞれ乗算するため、受信端は次元が２×１の２つのウェイトベクトルを送信端にフィードバックする。

従って、４つ以上の送信アンテナを用いる場合は、本発明のように４つのアンテナを２つずつの対にしてＳＴＴＤを行い、その後各アンテナ対に対してビーム形成を行うと、各アンテナ対に対して２つの複素数値をフィードバックすれば充分なので、フィードバック情報の量が著しく減少する。

また、４つアンテナを用いてＳＴＴＤ及びビーム形成を行う場合は、アンテナを（１、２）（３、４）以外にも様々なアンテナ対に組み合わせることができる。したがって、図４に示すように、受信端のアンテナ分離及びＭＣＳ選択部２２０は全てのアンテナ対（推定可能なチャネル行列）に対して信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を計算し、ＳＩＮＲが最大の、すなわち瞬間最大受信データ量が最大の送信アンテナ対を送信端にフィードバックすることができる。ここで、アンテナ分離及びＭＣＳ選択部２２０は選択されたアンテナ対に該当するチャネル行列を構成し、ビーム形成のためのウェイト値を計算してフィードバックする。

本発明による信号伝送方法はＳＴＴＤとビーム形成の利点を共に生かし、複数のデータストリーム（シンボル）を独立して伝送する場合に非常に効果的な方法であると言える。本発明においては４つの送信アンテナを用いる場合を例に説明したが、４つ以上の送信アンテナを用いる場合においても、２つずつの対を形成して拡張できるので、拡張性には問題がない。

本発明は図面に示す実施形態を参照して説明されたが、これらは例示にすぎず、発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、多様な変形及び様々な実施形態が可能であろう。従って、本発明の技術的保護範囲は添付された特許請求の範囲の技術的思想により決定されるべきである。

従来のＤ‐ＳＴＴＤシステムの構成図である。 従来のビーム形成が結合されたＳＴＴＤシステムの構成図である。 本発明に適用されたＤ‐ＳＴＴＤシステムの構成図である。 本発明によるＤ‐ＳＴＴＤシステムにおける信号伝送方法を示す図である。 本発明に適用されたビーム形成が結合されたＳＴＴＤシステムの一実施形態を示す構成図である。 本発明に適用されたビーム形成が結合されたＳＴＴＤシステムの他の実施形態を示す構成図である。

Claims (20)

1. 複数の送信アンテナ対を介してデータを伝送する時空間伝送ダイバーシティ（ＳＴＴＤ）システムにおいて、
   受信端で全てのアンテナ対に対して信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を計算してＳＴＴＤ伝送に用いるアンテナ対を決定する段階と、
   前記決定されたアンテナ対に関する決定情報を送信端に通知する段階とを含むことを特徴とする信号伝送方法。
2. 前記決定されたアンテナ対が最大のＳＩＮＲを有することを特徴とする請求項１に記載の信号伝送方法。
3. 前記決定されたアンテナ対は瞬間最大受信データ量が最大となるアンテナ対であることを特徴とする請求項２に記載の信号伝送方法。
4. 前記アンテナ対決定情報が送受信端間に指定された別個のフィードバック信号により伝送されることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送方法。
5. 前記アンテナ対決定情報が送受信端間に指定された他の情報と組み合わせて伝送されることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送方法。
6. 前記他の情報が各アンテナ対で用いる変調及び符号化セット（ＭＣＳ）であることを特徴とする請求項５に記載の信号伝送方法。
7. 前記２つの情報がテーブル形態で管理及び伝送されることを特徴とする請求項５に記載の信号伝送方法。
8. 少なくとも２つ以上の送信アンテナ対を介して時空間伝送ダイバーシティ（ＳＴＴＤ）を行う多重アンテナシステムにおいて、
   受信端が全ての送信アンテナ対に対して信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を計算する段階と、
   それぞれのアンテナ対のうち最大のＳＩＮＲを有するアンテナ対を決定して前記決定された情報を第１フィードバック情報により送信端にフィードバックする段階と、
   前記決定されたアンテナ対に用いられる変調及び符号化セット（ＭＣＳ）を第２フィードバック情報により送信端にフィードバックする段階と、
   前記ＭＣＳ並びに第１及び第２フィードバック信号により決定されたアンテナ対を用いて送信端からＳＴＴＤ伝送を行う段階とを含むことを特徴とする信号伝送方法。
9. 前記第１及び第２フィードバック信号が異なることを特徴とする請求項８に記載の信号伝送方法。
10. 前記最大のＳＩＮＲを有するアンテナ対は瞬間最大受信データ量が最大となるアンテナ対であることを特徴とする請求項８に記載の信号伝送方法。
11. 前記アンテナ対とＭＣＳが指定されたテーブル形態で管理及び伝送されることを特徴とする請求項８に記載の信号伝送方法。
12. 複数のアンテナを介して時空間多重化されてビーム形成されるシンボルを伝送するシステムにおいて、
    各送信アンテナに対してチャネル行列の固有ベクトルを計算して前記計算された固有ベクトルを送信端にフィードバックする段階と、
    前記フィードバックされた情報をウェイトベクトルとして用いて送信端で時空間多重化された送信シンボルに対してビーム形成を行う段階とを含むことを特徴とする信号伝送方法。
13. 前記チャネル行列が送信アンテナ間の相関値と、受信アンテナ間の相関値と、無線チャネル環境におけるチャネル値とを全て含むことを特徴とする請求項１２に記載の信号伝送方法。
14. 前記固有ベクトルが受信端から送信端にフィードバックされ、受信端で推定した前記チャネル行列の最大固有値に該当することを特徴とする請求項１２に記載の信号伝送方法。
15. 送信シンボルに対して時空間多重化（ＳＴＴＤ）及びビーム形成を行って前記シンボルを受信端に伝送するシステムにおいて、
    瞬間最大受信データ量が最大の送信アンテナ対に対してチャネル行列の固有ベクトルを計算して前記計算された固有ベクトルを送信端にフィードバックする段階と、
    前記フィードバックされた固有ベクトルをウェイトベクトルとして用いて送信端で各送信アンテナ対にＳＴＴＤが行われた送信シンボルに対してビーム形成を行う段階とを含むことを特徴とする信号伝送方法。
16. 前記ウェイトベクトルが各アンテナ対に対する実際のチャネル行列の固有ベクトルであることを特徴とする請求項１５に記載の信号伝送方法。
17. 前記チャネル行列が送信アンテナ間の相関値と、受信アンテナ間の相関値と、無線チャネル環境におけるチャネル値とを全て含むことを特徴とする請求項１５に記載の信号伝送方法。
18. 前記送信アンテナ対が最大の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を有するアンテナ対であることを特徴とする請求項１５に記載の信号伝送方法。
19. ４つ以上の送信アンテナを介して時空間多重化（ＳＴＴＤ）及びビーム形成が行われたシンボルを伝送するシステムにおいて、
    送信アンテナ対に対して信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を計算する段階と、
    それぞれのアンテナ対のうち最大のＳＩＮＲを有するアンテナ対を決定する段階と、
    前記決定されたアンテナ対に対してチャネル行列の固有ベクトルを計算する段階と、
    前記アンテナ対決定情報と固有ベクトルを送信端にフィードバックする段階と、
    前記フィードバックされたアンテナ対決定情報によってＳＴＴＤを行い、その後前記固有ベクトルをウェイトベクトルとして用いてビーム形成を行う段階とを含むことを特徴とする信号伝送方法。
20. 前記最大のＳＩＮＲを有するアンテナ対は瞬間最大受信データ量が最大のアンテナ対であることを特徴とする請求項１９に記載の信号伝送方法。

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