JP4328626B2 - 高レート送信ダイバーシティ送信及び受信 - Google Patents
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Description
本出願は、参考としてここに援用する2002年1月4日に出願された米国プロビジョナル特許出願第60/346482号の優先権を請求する。
アラマティ氏の構成は、2つの記号周期中に2つの送信アンテナ又はビームを使用するので2x2空間−時間ブロックコードと称される。異なる記号周期中に異なる列を送信する時分割に代わるものとして、使用可能な送信リソースの他の実質的直交分割を使用してもよく、例えば、異なる周波数サブキャリア又はフーリエ/ウェーブレット波形(空間−周波数コード)或いは異なる(拡散)コード(空間−コード−コード)が使用されてもよい。所与のコードマトリクスのこの多数の使い方を強調するために、上述した形式のコードに対して「送信ダイバーシティコード」という語を使用しなければならず、これは、空間的(アンテナ又はビーム)次元が使用できるときに、時間及び帯域巾を含む他の送信リソースの実質的直交分割と共に使用されてもよい。アラマティ氏のコードの送信ダイバーシティは、米国特許第6,185,258号に教示されたように2である。2つの記号が2つのタイムスロットで送信されるので、記号レートは1である。式(1)により形成されるコードは、ハーミチアン(Hermitian)転置と共に乗算されたときに、スケーリングされた恒等マトリクスを生じるという意味で直交的である。マトリクスAのハーミチアン転置、AHで示される、はAの複素共役転置である。マトリクスの転置は、マトリクスの行列インデックスを逆転することにより導出される。「I」で示された恒等マトリクスは、その対角線上の各素子が1に等しく且つ他の全ての素子が各々0に等しいマトリクスである。従って、直交ベースのマトリクスAでは、ある実数値kに対してAHA=AAH=kIであることを保持する。アラマティマトリクスの直交性は、記号が互いに干渉しないように2つの記号を別々にデコードすることができる。
このコードは、アラマティコードをサブマトリクスとして含むことが明らかである。前記論文は参考としてここに援用する。前記コードは、フェージングチャンネルに良好な性能を生じるが、非直交性の構造であるために、既知の直交性送信ダイバーシティコードが良好に作用する相関チャンネル又はライスアン(Ricean)チャンネルに固有の性能ロスが生じる。式(2)で例示される非直交コードの性能は、参考としてここに援用するフィンランドワイヤレスコミュニケーションズワークショップ、2001年10月に掲載されたO.チャーコネン著の「Optimizing space-time block codes by constellation rotations」に説明されたように、おそらくマトリクス値付きコンステレーション回転を使用することにより改善することができる。この考え方は、式(2)の対z1、z2及びz3、z4で例示された異なる直交エンコードブロックにおける記号が異なるコンステレーションから得られた場合に、コードの性能が著しく改善されるというものである。これは、コンステレーションの改善により実現できる。
4つのアンテナでは、達成できる最大が4であるときにダイバーシティ次数は2であるに過ぎない。前記STTD−OTDコードは、2つのアラマティブロックを含み、これは、前記アラマティマトリクスを使用し、列インデックス2及び3を変更した後に書き込むことができる。或いは又、STTD−OTDと本質的に同じダイバーシティを得るために、アンテナホッピングとアラマティコードとを合成してもよく、この場合、空間−時間マトリクスは、次のようになる。
このマトリクスは、4つの記号を含むと共に4つのタイムスロットを占有し、ひいては、記号レートが1であるが、全ての記号が全てのアンテナから送信されるのではなく、従って、達成可能なダイバーシティを2に制限することが明らかである。
本発明は、送信マトリクスを使用して複素数記号を送信する方法であって、複素数記号のストリームを、複素数記号の少なくとも2つの少なくとも部分的に異なるストリームに変換し、複素数記号の前記少なくとも2つのストリームを変調して少なくとも2つのコードマトリクスを形成し、その少なくとも1つは他より次元が大きく、更に、直線的変換を使用して前記コードマトリクスを変換して、少なくとも2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを構成し、少なくとも2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用して送信コードマトリクスを構成し、そして実質的に直交するシグナリングリソース及び少なくとも3つの異なる送信アンテナ経路を使用して少なくとも部分的に並列に前記送信コードマトリクスを送信するという段階を備えた方法を提供する。
X1=C1+C2
X2=C1−C2 (4)
ここで、C1及びC2は、2つの直交する送信ダイバーシティコード、例えば、2x2アラマティマトリクスである。√2で除算することによりターゲット記号エネルギーを維持するための正規化は、簡単化のために省略されたことを強調しておく。
X=UC (5)
但し、(2つのコードマトリクスだけが変換されると仮定すれば)
であり、そしてUは、例えば、次の式で表わされ、
ここで、Vは単位マトリクスであり、そしてIは恒等マトリクスである。マトリクスVは、次のパラメータ化式をとる。
但し、αは、直線的合成マトリクス内の相対的電力を決定し、そしてφは、複素数移相器の位相を決定する。α=1/2、φ=0とセットすることにより、簡単な変換(4)が得られる。
を最小にすることにより記号又はビットを推定することで対応受信器に使用することもできるし、或いは又、次の式を直接解いてもよく、
但し、上述したように、Hは、送信マトリクスに依存する等価チャンネルマトリクスである。これらの式を解く検出器は良く知られている。しかしながら、これらのモデルに到達するためには、モデルがチャンネルベクトル/マトリクス及び送信コードマトリクスの特性に一致するよう確保する必要がある。例えば、等価チャンネル相関マトリクスを使用してビット又は記号を推定するときには、前記マトリクスを知る必要がある。例えば、コード(6)及び(7)に対して、α=1/2、φ=0で、送信アンテナが4つの状態では、これは、次のような構造のコード相関マトリクスを生じさせる。
但し、
但し、
この場合、マトリクスX3及びX4は、直線変換を使用して同様に形成される。X3及びX4を構成するのに使用される直線変換は、X1及びX2を構成するのに使用されるものと異なるのが好都合である。例えば、X3及びX4を構成するのに使用される記号の変調アルファベットは、X1及びX2を構成するのに使用される記号の変調アルファベットとは異なってもよい。実際に、4つの並列の複素数記号ストリームが形成され、2つのストリームに変換が別々に適用され、2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスが送信装置から同時に連続的に送信されて、対X1及びX2と、対X3及びX4の両方がダイバーシティの完全な利益を得ると共に、通常、互いに干渉する。
但し、C1’及びC2’は、2つの異なる記号で形成された2つのアラマティコードである(本質的にSTTD−OTD送信ダイバーシティ送信マトリクス)。次元が同じでない場合には、小さな次元のマトリクスが、コードの変換時にゼロで規範的に埋められるか、又は大きなマトリクスがパンク状態になり(例えば、列が削除され)、任意の数、例えば、前記例示的ケースでは6個、の送信アンテナの使用が許されることが理解されよう。
Claims (46)
- 送信コードマトリクスを使用して複素数記号を送信する方法において、
前記送信コードマトリクスを構成し、そして
実質的に直交するシグナリングリソース及び少なくとも3つの異なる送信アンテナ経路を使用して少なくとも部分的に並列に前記送信コードマトリクスを送信する、
という段階を備えた方法であって、
前記送信コードマトリクスは、コード構成モジュールにおいて少なくとも2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用することにより構成され、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、一次変換を使用して少なくとも2つの送信ダイバーシティコードマトリクスを変換することにより構成されるものとして表現可能であり、
前記送信ダイバーシティコードマトリクスは、その少なくとも1つが1より次元の大きいものであり、複素数記号の1つのストリームから変換により得られうる、複素数記号の少なくとも2つの少なくとも部分的に異なるストリームを変調することにより形成されるものとして表現可能であり、
前記送信コードマトリクスの両マトリクス次元は、変換された送信ダイバーシティコードマトリクスの対応するマトリクス次元より大きい、
前記方法。 - 前記送信コードマトリクスを構成する前記段階は、
複素数記号のストリームを、複素数記号の少なくとも2つの少なくとも部分的に異なるストリームに変換し、
複素数記号の前記少なくとも2つのストリームを変調して少なくとも2つの送信ダイバーシティコードマトリクスを形成し、その少なくとも1つは1より次元の大きいものとし、
一次変換を使用して前記送信ダイバーシティコードマトリクスを変換して、少なくとも2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを構成し、そして
少なくとも2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用して送信コードマトリクスを構成する、
という段階を備えた、請求項1に記載の方法。 - 前記一次変換の少なくとも1つは、恒等変換とは異なる請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも2つの送信ダイバーシティコードマトリクスは、直交する送信ダイバーシティコードマトリクスである請求項1に記載の方法。
- 前記送信コードマトリクスは、低次元マトリクスを高次元マトリクスに埋め込む方法を使用して前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスから構成される、請求項1に記載の方法。
- 前記送信コードマトリクスは、マトリクスの繰返し、否定、共役、置換、乗算の方法の少なくとも1つを使用して、前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスから構成される、請求項1に記載の方法。
- 第1の変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、2つの送信ダイバーシティコードマトリクスを加算することにより構成されるものとして表現可能であり、そして少なくとも第2の変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、前記2つの送信ダイバーシティコードマトリクスを減算することにより構成されるものとして表現可能である、請求項1に記載の方法。
- 前記送信コードマトリクスの記号レートは、前記一次変換が適用される直交送信ダイバーシティコードマトリクスの平均記号レートと同じである請求項4に記載の方法。
- 前記送信コードマトリクスは、T個の実質的に直交するシグナリングリソースにわたって延び、そしてT個より多数の複素数記号を使用して、送信コードマトリクスを構成する請求項1に記載の方法。
- 前記変換は、直列/並列変換を含む請求項1に記載の方法。
- 前記変換は、回転ユニットを含む請求項1に記載の方法。
- 前記回転ユニットは、恒等マトリクスとは異なる記号回転マトリクスであり、少なくとも2つのゼロ成分を含む請求項11に記載の方法。
- 前記回転ユニットは、2つの単位マトリクスのクロネッカー積として形成された記号回転マトリクスであり、その少なくとも1つは恒等マトリクスとは異なる請求項11に記載の方法。
- 前記記号回転マトリクスは対角マトリクスであり、少なくとも1つの対角成分は複素数である請求項12に記載の方法。
- 少なくとも2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、並列に送信され、そして2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、少なくとも部分的に異なる記号を含む請求項9に記載の方法。
- 前記記号の一部分は、前記送信コードマトリクス内のブロック対角サブマトリクスで送信され、そして少なくとも部分的に異なる記号は、前記送信コードマトリクス内の反ブロック対角サブマトリクスで送信される請求項9に記載の方法。
- 4つのサブストリームがあり、各サブストリームは、2つの複素数記号を組み込んだ直交する2x2送信ダイバーシティコードマトリクスを形成するように変調され、そして前記送信コードマトリクスは、少なくとも4つの実質的に直交するシグナリングリソースにわたって延びる請求項9に記載の方法。
- 少なくとも1つの送信ダイバーシティコードマトリクスは、別のコードマトリクスとは異なる記号レートを有する請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つの送信ダイバーシティコードマトリクスは、別の送信ダイバーシティコードマトリクスとは異なる次元を有する請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つの送信ダイバーシティコードマトリクスは、別の送信ダイバーシティコードマトリクスとは異なる電力で送信される請求項1に記載の方法。
- 前記実質的に直交するシグナリングリソースは、非重畳タイムスロット、異なる拡散コード、異なるOFDMサブキャリア、異なるウェーブレット波形及び異なるFDMAチャンネルのうちの少なくとも1つを含む請求項1に記載の方法。
- 前記送信コードマトリクスは、前記送信コードマトリクスのブロック対角上にある2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用することにより構成され、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスのうちの1つは、2つの送信ダイバーシティコードマトリクスの和として構成されるものとして表現可能であり、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスのうちの他のものは、前記2つの送信ダイバーシティコードマトリクスの差として構成されるものとして表現可能であり、 前記2つの送信ダイバーシティコードマトリクスは、複素数記号の1つのストリームから得られうる、複素数記号の2つの異なるストリームを変調することにより形成されるものとして表現可能である、
請求項1に記載の方法。 - 送信コードマトリクスを使用して複素数記号を送信する装置において、
複素数記号から送信コードマトリクスを構成するための要素を備え、更に、
実質的に直交するシグナリングリソース及び少なくとも3つの異なる送信アンテナ経路を使用して少なくとも部分的に並列に前記送信コードマトリクスを送信するための送信手段と、
を備え、
前記送信コードマトリクスは、コード構成モジュールにおいて少なくとも2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用することにより構成され、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、一次変換を使用して少なくとも2つの送信ダイバーシティコードマトリクスを変換することにより構成されるものとして表現可能であり、
前記送信ダイバーシティコードマトリクスは、その少なくとも1つが1より次元の大きいものであり、複素数記号の1つのストリームから変換により得られうる、複素数記号の少なくとも2つの少なくとも部分的に異なるストリームを変調することにより形成されるものとして表現可能であり、
前記送信コードマトリクスの両マトリクス次元は、変換された送信ダイバーシティコードマトリクスの対応するマトリクス次元より大きい、
前記装置。 - 送信コードマトリクスを構成するための前記要素は、
複素数記号のストリームを、複素数記号の少なくとも2つの少なくとも部分的に異なるストリームに変換するためのコンバータ手段と、
複素数記号の前記少なくとも2つのストリームを変調して少なくとも2つの送信ダイバーシティコードマトリクスを形成する変調手段であって、その少なくとも1つは他より次元の大きいものとする変調手段と、
直線的換を使用して前記送信ダイバーシティコードマトリクスを変換して、少なくとも2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを構成するトランスフォーム手段と、
少なくとも2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用して送信コードマトリクスを構成するコード構成手段と、
を備えた請求項23に記載の装置。 - 前記トランスフォーム手段のうちの少なくとも1つは、恒等変換とは異なる、請求項24に記載の装置。
- 前記少なくとも2つの送信ダイバーシティコードマトリクスは、直交するコードマトリクスである、請求項24に記載の装置。
- 前記送信コードマトリクスは、前記送信コードマトリクスのブロック対角上にある2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用することにより構成され、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスのうちの1つは、2つの送信ダイバーシティコードマトリクスの和として構成されるものとして表現可能であり、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスのうちの他のものは、前記2つの送信ダイバーシティコードマトリクスの差として構成されるものとして表現可能であり、 前記2つの送信ダイバーシティコードマトリクスは、複素数記号の1つのストリームから得られうる、複素数記号の2つの異なるストリームを変調することにより形成されるものとして表現可能である、
請求項23に記載の装置。 - 送信コードマトリクスを使用して複素数記号を送信するための送信器と、送信された複素数記号を受信するための受信器とを備えたシステムにおいて、前記送信器は、
複素数記号から送信コードマトリクスを構成するための要素を備え、更に、
実質的に直交するシグナリングリソース及び少なくとも3つの異なる送信アンテナ経路を使用して少なくとも部分的に並列に前記送信コードマトリクスを送信するための送信手段と、
を備え、
前記送信コードマトリクスは、コード構成モジュールにおいて少なくとも2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用することにより構成され、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、一次変換を使用して少なくとも2つの送信ダイバーシティコードマトリクスを変換することにより構成されるものとして表現可能であり、
前記送信ダイバーシティコードマトリクスは、その少なくとも1つが1より次元の大きいものであり、複素数記号の1つのストリームから変換により得られうる、複素数記号の少なくとも2つの少なくとも部分的に異なるストリームを変調することにより形成されるものとして表現可能であり、
前記送信コードマトリクスの両マトリクス次元は、変換された送信ダイバーシティコードマトリクスの対応するマトリクス次元より大きい、
前記システム。 - 前記送信コードマトリクスは、前記送信コードマトリクスのブロック対角上にある2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用することにより構成され、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスのうちの1つは、2つの送信ダイバーシティコードマトリクスの和として構成されるものとして表現可能であり、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスのうちの他のものは、前記2つの送信ダイバーシティコードマトリクスの差として構成されるものとして表現可能であり、 前記2つの送信ダイバーシティコードマトリクスは、複素数記号の1つのストリームから得られうる、複素数記号の2つの異なるストリームを変調することにより形成されるものとして表現可能である、
請求項28に記載のシステム。 - 実質的に直交するシグナリングリソースを使用して少なくとも3つの異なる送信アンテナ経路を経て少なくとも部分的に並列に送信されるべき送信コードマトリクスであって、 前記送信コードマトリクスは、コード構成モジュールにおいて少なくとも2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用することにより構成され、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、一次変換を使用して少なくとも2つの送信ダイバーシティコードマトリクスを変換することにより構成されるものとして表現可能であり、
前記送信ダイバーシティコードマトリクスは、その少なくとも1つが1より次元の大きいものであり、複素数記号の1つのストリームから変換により得られうる、複素数記号の少なくとも2つの少なくとも部分的に異なるストリームを変調することにより形成されるものとして表現可能であり、
前記送信コードマトリクスの両マトリクス次元は、変換された送信ダイバーシティコードマトリクスの対応するマトリクス次元より大きい、
前記送信コードマトリクス。 - 前記送信コードマトリクスは、前記送信コードマトリクスのブロック対角上にある2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用することにより構成され、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスのうちの1つは、2つの送信ダイバーシティコードマトリクスの和として構成されるものとして表現可能であり、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスのうちの他のものは、前記2つの送信ダイバーシティコードマトリクスの差として構成されるものとして表現可能であり、 前記2つの送信ダイバーシティコードマトリクスは、複素数記号の1つのストリームから得られうる、複素数記号の2つの異なるストリームを変調することにより形成されるものとして表現可能である、
請求項30に記載の送信コードマトリクス。 - 信号を受信する方法であって、
各送信アンテナ経路から各受信アンテナへのインパルス応答推定を推定し、
送信コードマトリクスの構造及び前記インパルス応答推定を使用して、1つ又は複数の送信された信号ストリームに対してビット又は記号推定を計算する、
という段階を備え、
前記送信コードマトリクスは、コード構成モジュールにおいて少なくとも2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用することにより構成され、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、一次変換を使用して少なくとも2つの送信ダイバーシティコードマトリクスを変換することにより構成されるものとして表現可能であり、
前記送信ダイバーシティコードマトリクスは、その少なくとも1つが1より次元の大きいものであり、複素数記号の1つのストリームから変換により得られうる、複素数記号の少なくとも2つの少なくとも部分的に異なるストリームを変調することにより形成されるものとして表現可能であり、
前記送信コードマトリクスの両マトリクス次元は、変換された送信ダイバーシティコードマトリクスの対応するマトリクス次元より大きい、
前記方法。 - 前記送信コードマトリクスは、2つの直交する空間−時間コードマトリクス又はチャンネル記号の少なくとも1つの直線的合成を含む、請求項32に記載の方法。
- 前記ビット又は記号推定は、変調器に使用される記号アルファベットに対応するハード判断である請求項32に記載の方法。
- 前記ビット又は記号判断は、判断の信頼性を反映するソフト判断である請求項32に記載の方法。
- 前記信頼性は、ビット又は記号の帰納的確率から導出される請求項32に記載の方法。
- 前記送信されるビット又は記号ストリームはチャンネルコード化され、そして前記検出器は、送信コードマトリクス及びチャンネルコードデコーダにわたって共同検出及びデコードを実行する請求項32に記載の方法。
- 前記共同検出及びデコード方法は、送信される記号又はビットに対して計算された信頼性推定を使用する請求項37に記載の方法。
- 前記送信コードマトリクスは、前記送信コードマトリクスのブロック対角上にある2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用することにより構成され、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスのうちの1つは、2つの送信ダイバーシティコードマトリクスの和として構成されるものとして表現可能であり、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスのうちの他のものは、前記2つの送信ダイバーシティコードマトリクスの差として構成されるものとして表現可能であり、 前記2つの送信ダイバーシティコードマトリクスは、複素数記号の1つのストリームから得られうる、複素数記号の2つの異なるストリームを変調することにより形成されるものとして表現可能である、
請求項32に記載の方法。 - 信号を受信する装置であって、
各送信アンテナ経路から各受信アンテナへインパルス応答推定を出力するチャンネル推定モジュールと、
送信コードマトリクスの構造及び1つ又は複数の送信信号ストリームに対するビット又は記号推定を計算するためのチャンネルインパルス応答推定を使用する検出モジュールと、
を備え、
前記送信コードマトリクスは、コード構成モジュールにおいて少なくとも2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用することにより構成され、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスは、一次変換を使用して少なくとも2つの送信ダイバーシティコードマトリクスを変換することにより構成されるものとして表現可能であり、
前記送信ダイバーシティコードマトリクスは、その少なくとも1つが1より次元の大きいものであり、複素数記号の1つのストリームから変換により得られうる、複素数記号の少なくとも2つの少なくとも部分的に異なるストリームを変調することにより形成されるものとして表現可能であり、
前記送信コードマトリクスの両マトリクス次元は、変換された送信ダイバーシティコードマトリクスの対応するマトリクス次元より大きい、
前記装置。 - 前記ビット又は記号推定は、変調器に使用される記号アルファベットに対応するハード判断である請求項40に記載の装置。
- 前記ビット又は記号判断は、判断の信頼性を反映するソフト判断である請求項40に記載の装置。
- 前記信頼性は、ビット又は記号の帰納的確率から導出される請求項42に記載の装置。
- 前記送信されるビット又は記号ストリームはチャンネルコード化され、そして前記検出器は、送信コードマトリクス及びチャンネルコードデコーダにわたって共同検出及びデコードを実行する請求項40に記載の装置。
- 前記共同検出及びデコード方法は、送信される記号又はビットに対して計算された信頼性推定を使用する請求項44に記載の装置。
- 前記送信コードマトリクスは、前記送信コードマトリクスのブロック対角上にある2つの変換された送信ダイバーシティコードマトリクスを使用することにより構成され、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスのうちの1つは、2つの送信ダイバーシティコードマトリクスの和として構成されるものとして表現可能であり、
前記変換された送信ダイバーシティコードマトリクスのうちの他のものは、前記2つの送信ダイバーシティコードマトリクスの差として構成されるものとして表現可能であり、 前記2つの送信ダイバーシティコードマトリクスは、複素数記号の1つのストリームから得られうる、複素数記号の2つの異なるストリームを変調することにより形成されるものとして表現可能である、
請求項40に記載の装置。
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