JP5053297B2 - マルチアンテナシステムにおける信号送受信装置及びその方法 - Google Patents
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Description
多重経路フェージングは、地形的な構造物による反射又はユーザーの移動に密接に関係する。また、フェージングチャネルを介して送信された信号の歪曲されたバージョンが受信器に到達し、したがって、システム全体の性能を劣化させる。
フェージング現象は、無線環境において高速データ通信を妨害する重要な要素のうちの1つである。したがって、フェージング及びユーザー間の干渉による無線チャネルの損失は、無線環境での高速データ通信を実現するために解決しなければならない課題である。
空間ダイバーシティ技術は、多重送信(以下、Tx)アンテナを使用する送信アンテナダイバーシティ及び多重受信(以下、Rx)アンテナを使用する受信アンテナダイバーシティを含む。多重Tx/Rxアンテナを用いて空間ダイバーシティを得るシステムをMIMOシステムと称する。
時空間符号化方式に比べて、空間ダイバーシティ方式は、異なるデータストリームを異なるTxアンテナを介して送信することにより、高速のデータ送信を可能にするだけでなく、多重利得を得ることもできる。
ML復号化は、Txアンテナの数に関係なく、Rxアンテナの数と同一のダイバーシティ次数を提供する。
ML復号化は、信号対雑音比(signal−to−noise ratio:SNR)の観点から、最小平均2乗誤差(minimum mean square error:MMSE)又はゼロ−フォーシング(zero−forcing:ZF)のような他の復号化工程より性能が優れている。SNR利得は、Txアンテナの数に比例して増加する。
本発明のさらに他の態様は、送信器により設定された遅延時間を考慮して受信されたデータストリームを復号化する受信装置及びその方法を提供する。
式(2)で表現される前記コードシンボルシークエンスが前記プリコーダから出力されると、前記遅延部から出力される前記コードシンボルシーケンスは、下記の式(3)で表現される
ことを特徴とする。
また、本発明の一態様によれば、多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する装置であって、複数の送信アンテナと、複数のデータストリームを受信し、該複数のデータストリームをプリコーディング(precoding)することにより複数のコードシンボルシークエンスを生成し、該コードシンボルシークエンスにマッピングされた前記送信アンテナに関するコードシンボルシークエンスを出力するプリコーダと、前記マッピングされた送信アンテナに対する遅延時間量だけ前記コードシンボルシークエンスを遅延させ、前記マッピングされた送信アンテナを介して前記遅延したコードシンボルシークエンスを送信する遅延部と、を有し、
前記遅延時間量は、Z −(m−1) により決定され、ここで、m(1≦m≦M T )は、送信アンテナのインデックスであり、M T は、送信アンテナの総数であり、Zは、遅延係数である。
前記遅延させるステップは前記マッピングするステップの後に実行され、
式(2)で表現される前記コードシンボルシークエンスが前記マッピングされるステップから出力されると、前記遅延させるステップから出力される前記コードシンボルシーケンスは、下記の式(3)で表現される
ことを特徴とする。
また、本発明の他の態様によれば、多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する方法であって、複数のデータストリームを受信するステップと、前記複数のデータストリームをプリコーディングすることにより複数のコードシンボルシークエンスを生成し、該コードシンボルシークエンスは、複数の送信アンテナに1対1にマッピングするステップと、前記マッピングされた複数の送信アンテナに対する遅延時間量だけ前記コードシンボルシークエンスを遅延させるステップと、前記遅延したコードシンボルシークエンスを前記マッピングされた送信アンテナを介して送信するステップと、を有し、
前記遅延時間量は、Z −(m−1) により決定され、ここで、m(1≦m≦M T )は、送信アンテナのインデックスであり、M T は、送信アンテナの総数であり、Zは、遅延係数である。
このために、異なる時間により複数のデータストリームを遅延するための送信装置及びその送信方法について説明する。また、遅延時間を考慮して受信されたデータストリームを復元する受信装置及びその受信方法について説明する。
例えば、同一の送信時点で転送されるべきシンボルのうちの1つのシンボルは、上記送信時点で送信され、他のシンボルは、その後の送信時点で順次に送信される。すなわち、1つのデータストリームを除いた他のデータストリームは、シンボル送信インターバルの整数倍により遅延する。
複数のデータストリーム又はベクトルは、プリコーダ110に提供される。データストリームの中で、所定の時点でプリコーダ110に提供されるビットのセットは、D=[d1,d2,…,dM]で表される。図1において、入力データストリームの数は、送信アンテナの数と同一である。
このプリコーディング(precoding)は、各入力シンボルのエネルギーをすべての送信アンテナに展開させる。プリコーディングされたシンボルの数も送信アンテナの数と同一である。すなわち、各コードシンボルシークエンスは、1つの送信アンテナにマッピングされる。プリコーディングは、送信時間間隔で送信のための各データストリームのビットを再配列することにより、新たなデータストリームを生成する工程である。したがって、異なるデータストリームのビットは、各コードシンボルシークエンス内に配置される。
J送信時間間隔について、プリコーダ110からのコードシンボル行列Xは、次の式(1)で表現される。
図1において、複数のコードシンボルシークエンスの第1のデータシンボルシークエンスX1は、第1の送信アンテナ(ANT#1)に提供され、他の複数のコードシンボルシークエンスは、遅延器(120−1)〜(120−M−1)に提供される。特に、第2のデータシンボルシーケンスX2は、第1の遅延器(遅延器#1)(120−1)に提供され、第Mのデータシンボル列XMは、第(M−1)の遅延器(遅延器#M−1)(120−M−1)に提供される。
遅延時間量は、Z−(m−1)により計算される。
ここで、m(1≦m≦MT)は、送信アンテナのインデックスであり、Zは、入力信号の遅延程度を決定する遅延係数である。
例えば、遅延係数は、シンボル送信インターバルに従って決定することができる。シンボル送信インターバルは、1つのコードシンボルシークエンスで1つのシンボルの送信と次のシンボルの送信との間の時間間隔として定義される。
時間遅延により送信するシンボルが存在しない位置では、シンボル送信が行われない。シンボルが送信されない位置の数は、1x(1,...+MT−1)である。式(3)のシンボルシークエンスは、マッピングされた送信アンテナを介して送信される。
少なくとも1つの受信アンテナを介して受信された信号は、干渉除去部210に提供される。
具体的には、受信信号は、信号xを構成する送信シンボルの個数と同数の送信シンボルシークエンスに分離され、干渉除去部210は、減算器212、214を用いて送信シンボルシークエンスから干渉成分を減算する。干渉成分は、復元信号である。
復元部260は、送信シンボルの形態でコードシンボルを復元する。シンボル復元は、受信信号から除去されるであろう干渉成分を生成するために実行される。
120 遅延部
120−1、120−2 (第1及び第2の)遅延器
210 干渉除去部
212、214 減算器
220 チャネル行列変換部
222、224 チャネル行列変換器
230 遅延部
232、234 遅延器
240 デコーダ
250 エンコーダ
260 復元部
262、264 復元器
Claims (22)
- 多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する装置であって、
複数の送信アンテナと、
複数のデータストリームを受信し、該複数のデータストリームをプリコーディング(precoding)することにより複数のコードシンボルシークエンスを生成し、該コードシンボルシークエンスにマッピングされた前記送信アンテナに関するコードシンボルシークエンスを出力するプリコーダと、
前記マッピングされた送信アンテナに対する遅延時間量だけ前記コードシンボルシークエンスを遅延させ、前記マッピングされた送信アンテナを介して前記遅延したコードシンボルシークエンスを送信する遅延部と、を有し、
前記遅延部は前記プリコーダの後段に接続されており、
式(2)で表現される前記コードシンボルシークエンスが前記プリコーダから出力されると、前記遅延部から出力される前記コードシンボルシーケンスは、下記の式(3)で表現される
ことを特徴とする多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する装置。 - 前記複数のデータストリームは、1ユーザーに対するものであることを特徴とする請求項1に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する装置。
- 前記遅延部は、前記複数の送信アンテナのうちの1つにマッピングされるコードシンボルシークエンスを遅延なしに出力することを特徴とする請求項1に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する装置。
- 前記遅延時間量は、Z−(m−1)により決定され、
ここで、m(1≦m≦MT)は、送信アンテナのインデックスであり、MTは、送信アンテナの総数であり、Zは、遅延係数であることを特徴とする請求項1に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する装置。 - 前記遅延係数Zは、シンボル送信インターバルに従って決定されることを特徴とする請求項4に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する装置。
- 前記プリコーダは、前記送信アンテナの数と同数のデータストリームを受信することを特徴とする請求項1に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する装置。
- 多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する方法であって、
複数のデータストリームを受信するステップと、
前記複数のデータストリームをプリコーディングすることにより複数のコードシンボルシークエンスを生成し、該コードシンボルシークエンスは、複数の送信アンテナに1対1にマッピングするステップと、
前記マッピングされた複数の送信アンテナに対する遅延時間量だけ前記コードシンボルシークエンスを遅延させるステップと、
前記遅延したコードシンボルシークエンスを前記マッピングされた送信アンテナを介して送信するステップと、を有し、
前記遅延させるステップは前記マッピングするステップの後に実行され、
式(2)で表現される前記コードシンボルシークエンスが前記マッピングされるステップから出力されると、前記遅延させるステップから出力される前記コードシンボルシーケンスは、下記の式(3)で表現される
ことを特徴とする多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する方法。 - 前記複数のデータストリームは、1ユーザーに対するものであることを特徴とする請求項7に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する方法。
- 前記コードシンボルシークエンスを遅延させるステップは、前記複数の送信アンテナのうちの1つにマッピングされるコードシンボルシークエンスを遅延なしに出力する段階を含むことを特徴とする請求項7に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する方法。
- 前記遅延時間量は、Z−(m−1)により決定され、
ここで、m(1≦m≦MT)は、送信アンテナのインデックスであり、MTは、送信アンテナの総数であり、Zは、遅延係数であることを特徴とする請求項7に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する方法。 - 前記遅延係数Zは、シンボル送信インターバルにより決定されることを特徴とする請求項10に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する方法。
- 前記受信されたデータストリームの数は、前記送信アンテナの個数と同一であることを特徴とする請求項7に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する方法。
- 多重アンテナシステムにおけるデータストリームを受信する装置であって、
受信信号を送信シンボルシークエンスの数が送信シンボルの数と同等であるような複数のシンボルシークエンスに分離し、前記シンボルシークエンスのために受信された復元信号を用いてシンボルシークエンスから干渉成分を除去する干渉除去部と、
チャネル行列変換(channel matrix transformation)により前記干渉成分が除去されたシンボルシークエンスから時間的に遅れた信号によって引き起こされる干渉成分を除去するチャネル行列変換部と、
前記チャネル行列変換部から受信されたチャネル行列変換されたシンボルシークエンスを遅延時間量だけ遅延させる遅延部と、
チャネル推定行列(channel matrix estimate)を用いて前記遅延したシンボルシークエンスを復号することにより、推定送信シンボルを生成するデコーダと、
前記推定送信シンボルをプリコーダにより符号化するエンコーダと、
前記コードシンボルに対応するチャネル行列により前記エンコーダから受信されたコードシンボルにより復元された信号を生成し、該復元された信号を前記干渉除去部に提供する復元部とを有することを特徴とする多重アンテナシステムにおけるデータストリームを受信する装置。 - 前記干渉除去部は、時間遅延を有しない1つのシンボルシークエンスを除いた残りのシンボルシークエンスに1対1に対応してマッピングされる減算器を具備し、
該減算器の各々は、受信されたシンボルシークエンスから前記復元された信号を減算することを特徴とする請求項13に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを受信する装置。 - 前記チャネル行列変換部は、時間遅延を有しない干渉成分が除去されたシンボルシークエンスを除いた残りの干渉成分が除去されたシンボルシークエンスに1対1に対応してマッピングされるチャネル行列変換器を具備し、
該チャネル行列変換器の各々は、受信された干渉成分が除去されたシンボルシークエンスから時間的に遅れた信号による干渉成分を除去することを特徴とする請求項14に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを受信する装置。 - 前記遅延部は、時間遅延を有しないチャネル行列変換されたシンボルシークエンスを除いた残りのチャネル行列変換されたシンボルシークエンスに1対1に対応してマッピングされる遅延器を具備し、
前記遅延器の各々は、送信装置から受信されたチャネル行列変換されたシンボルシークエンスに対して使用された遅延を補償するための遅延時間量だけ前記受信されたチャネル行列変換されたシンボルシークエンスを遅延させることを特徴とする請求項15に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを受信する装置。 - 多重アンテナシステムにおけるデータストリームを受信する方法であって、
受信信号を送信シンボルシークエンスの数が送信シンボルの数と同等であるような複数のシンボルシークエンスに分離するステップと、
前記シンボルシークエンスのために受信された復元信号を用いて前記シンボルシークエンスの干渉成分を除去するステップと、
チャネル行列変換により前記干渉成分が除去されたシンボルシークエンスから時間的に遅れた信号によって引き起こされる干渉成分を除去するステップと、
前記チャネル行列変換されたシンボルシークエンスを遅延時間により遅延させるステップと、
チャネル推定行列を用いて前記遅延したシンボルシークエンスを復号することにより、推定送信シンボルを生成するステップと、
前記推定送信シンボルをプリコーダにより符号化するステップと、
コードシンボルに対応するチャネル行列により前記コードシンボルで復元信号を生成するステップとを有することを特徴とする多重アンテナシステムにおけるデータストリームを受信する方法。 - 前記復元信号を用いて前記シンボルシークエンスの干渉成分を除去するステップは、時間遅延を有しない1つのシンボルシークエンスを除いた残りのシンボルシークエンスに1対1に対応してマッピングされる減算器によって受信されたシンボルシークエンスから前記復元信号を減算することを特徴とする請求項17に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを受信する方法。
- 前記チャネル行列変換により前記干渉成分が除去されたシンボルシークエンスから時間的に遅れた信号によって引き起こされる干渉成分を除去するステップは、時間遅延を有しない干渉成分が除去されたシンボルシークエンスを除いた残りの干渉成分が除去されたシンボルシークエンスに1対1に対応してマッピングされたチャネル行列変換器によって受信された干渉成分が除去されたシンボルシークエンスから時間的に遅れた信号によって引き起こされる干渉成分を除去することを特徴とする請求項18に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを受信する方法。
- 前記チャネル行列変換されたシンボルシークエンスを遅延時間により遅延させるステップは、時間遅延を有しない変換されたシンボルシークエンスを除いた残りの変換されたシンボルシークエンスに1対1に対応してマッピングされた遅延器によって送信装置で使用された時間遅延に従って前記受信された送信シンボルシークエンスを遅延させることを特徴とする請求項19に記載の多重アンテナシステムにおけるデータストリームを受信する方法。
- 多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する装置であって、
複数の送信アンテナと、
複数のデータストリームを受信し、該複数のデータストリームをプリコーディング(precoding)することにより複数のコードシンボルシークエンスを生成し、該コードシンボルシークエンスにマッピングされた前記送信アンテナに関するコードシンボルシークエンスを出力するプリコーダと、
前記マッピングされた送信アンテナに対する遅延時間量だけ前記コードシンボルシークエンスを遅延させ、前記マッピングされた送信アンテナを介して前記遅延したコードシンボルシークエンスを送信する遅延部と、を有し、
前記遅延時間量は、Z −(m−1) により決定され、
ここで、m(1≦m≦M T )は、送信アンテナのインデックスであり、M T は、送信アンテナの総数であり、Zは、遅延係数であることを特徴とする多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する装置。 - 多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する方法であって、
複数のデータストリームを受信するステップと、
前記複数のデータストリームをプリコーディングすることにより複数のコードシンボルシークエンスを生成し、該コードシンボルシークエンスは、複数の送信アンテナに1対1にマッピングするステップと、
前記マッピングされた複数の送信アンテナに対する遅延時間量だけ前記コードシンボルシークエンスを遅延させるステップと、
前記遅延したコードシンボルシークエンスを前記マッピングされた送信アンテナを介して送信するステップと、を有し、
前記遅延時間量は、Z −(m−1) により決定され、
ここで、m(1≦m≦M T )は、送信アンテナのインデックスであり、M T は、送信アンテナの総数であり、Zは、遅延係数であることを特徴とする多重アンテナシステムにおけるデータストリームを送信する方法。
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