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JP2005523639A - ワイヤレス通信のための直交化空間多重化 - Google Patents

ワイヤレス通信のための直交化空間多重化 Download PDF

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JP2005523639A JP2003587016A JP2003587016A JP2005523639A JP 2005523639 A JP2005523639 A JP 2005523639A JP 2003587016 A JP2003587016 A JP 2003587016A JP 2003587016 A JP2003587016 A JP 2003587016A JP 2005523639 A JP2005523639 A JP 2005523639A
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Abstract

種々の送信アンテナによる信号の空間多重化における複雑度を低減するために、ワイヤレス通信システムにおける情報データを処理する方法およびシステムであって、１のレゾリューションによる直交化空間多重化において、符号化されたデータがインタリーブされ、複数の並列サブストリームに変換される。次に各サブストリームは、送信のために符号化されたデータを変調する前に、数チップの意図的な遅延オフセットを有するユーザ特定拡散符号によって拡散される。同様に、２のレゾリューションによる直交化空間多重化においては、符号化されたデータがインタリーブされ、複数の並列サブストリームペアに変換される。各サブストリームペアは、数チップの意図的な遅延オフセットによるユーザ特定拡散符号によってペアで拡散される。

Description

本発明は、一般には空間多重化システムに関し、より具体的にはＭＩＭＯ高速ダウンリンクＷＣＤＭＡ ＦＤＤに関する。
ワイヤレス通信サービスの需要および成長は、毎秒数メガビットのデータ転送速度でのデータおよびビデオの信頼性があり高速の伝送を必要とする。信頼性のあるワイヤレス送信を困難にしている根本的な現象は、ユーザの移動性に依存する速度を伴う時間変化マルチパスフェージングである。ことによると独立しているフェージングチャンネルを通して同じ送信された信号の複数のコピーを送ることにより、それら信号の少なくとも１つがひどく損なわれることなく受信機に到達する確率が高まる。この手法は、ダイバーシティと呼ばれる。これは、信頼性のあるワイヤレス通信のためのただ一つの最重要な確立された解決策を提示する。時間、周波数、偏波または空間ダイバーシティのような種々のダイバーシティ方式が、既存のワイヤレス通信システムにおいて用いられて成功している。
広帯域ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）タイプのシステムは、典型的にはチャンネルのコヒーレンス帯域幅よりも数倍大きい帯域幅を占める。受信機でのマルチパス合成は、チャンネルの周波数ダイバーシティをシステムの固有の利点に変える。しかしながら、屋内ワイヤレスチャンネルは、広いコヒーレンス帯域幅を持ち、従って、通常は周波数ダイバーシティを全くもたらさない。このコヒーレントな帯域幅問題を回避するために、送信された信号の同じコピーを種々の無相関の送信アンテナに割り当て、割り当てられたコピーの各々を、同じ拡散符号の別の遅延バージョンで拡散することが可能であり、各バージョンは、数チップだけオフセットされている。ＣＤＭＡ遅延送信ダイバーシティ方式（CDMA Delay Transmit Diversity scheme）として知られるこの方法は、人工的なマルチパス伝播を作り出し、周波数非選択性チャンネルを周波数選択性チャンネルに変換する。
情報理論における最近の理論的結果は、送信機および受信機配列におけるアンテナが無相関であり至る所に存在する（ubiquitous）“キーホールド（key hold）”効果がチャンネルで生じなければ、多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）ワイヤレスチャンネルは、リンク容量の直線的増加を場合によってはもたらすことを示している。対応する信号方式（符号化および変調）を有する多重アンテナシステムは、従って、将来のワイヤレスシステムにおける送信速度および信頼性についての高い要求に対する重要な解決策と考えられる。チャンネル状態情報（ＣＳＩ）が送信機で利用できない場合、空間−時間符号化（ＳＴＣ）は、空間領域および時間領域の全域で同時に符号化することによりＭＩＭＯレイリーフェージングチャンネル容量についての理論限界に到達するように設計された最適な信号方式である。しかしながら、ＳＴＣの複雑度は、送信アンテナの数に伴い指数関数的に増大する。理論上最適なＳＴＣシステムにおいて、その複雑度は、最大尤度復号化（ＭＬＤ）が非実際的または実現不可能にさえなる点に到達するであろう。
従来の単独アンテナチャンネル符号化とＭＩＭＯ信号処理との組合せに基づく複雑度がより低い準最適方式が近年大きな関心を集めている。“3rd Generation Partnership Project, Technical Specification Group Radio Access Network; Physical Layer Aspect of UTRA High Speed Downlink Packet Access”（3G TR25.848, v4.0.0 （2001-03））に開示されるような、高速ダウンリンクＷＣＤＭＡ ＦＤＤのための現行の３ＧＰＰ標準化は主として、多重アンテナ送信についての２つの提案、ＶＢＬＡＳＴ（Vertical Bell Labs Space-Time）ならびに２つを超える送信アンテナのための空間−時間ブロック符号における速度、パンクチヤおよび直交性の間のトレードオフに集中している。
ＶＢＬＡＳＴは、ＭＩＭＯシステムへの単一アンテナチャンネル符号の使用を可能にするため、送信機での空間多重化および受信機での空間フィルタリングに依拠している。検出は、まだ検出されていない層の連続ヌル（successive nulling）を、前もって検出された層の決定指向（decision-directed）干渉抑制と組み合わせて実行される。受信機での空間フィルタリングは、受信アンテナ数を送信アンテナ数以上にする必要があり、このことはダウンリンクタイプのシステムにとっては非実用的かもしれない。干渉信号を抑制するために用いられる線形処理のため、このアーキテクチャにおける主ダイバーシティは１である。繰返しターボ検出（アンテナ間干渉抑制）および復号化を有する強力なチャンネル符号化の適用も性能を向上するための方法として考慮されたが、そのようなアプローチの欠点は、受信機の複雑度をより劇的に増大させてしまうことである。
Tarokh et al.“Combined Array Processing and Space-Time Coding”（IEEE Trans Inf. Th. vol. 45, no, 4, May 1999）において導入されたようなＶＢＬＡＳＴの一般化は、複雑度がより低い２アンテナ空間−時間トレリス符号を３つ以上の送信アンテナへ適用することを提案している。送信機のアンテナはペアに分割され、個々の空間−時間トレリス符号（ＳＴＴＣ）（成分符号）は、送信アンテナの各ペアから情報を送信するために用いられる。２つの送信アンテナのためのより強力な空間−時間符号、すなわち空間−時間ターボ符号化変調（ＳＴＴｕＣＭ）は成分符号として容易に適用できる。受信機において、個々の空間−時間符号は、それらを干渉として扱う他の送信アンテナペアによって送信された信号を抑制する“グループ干渉抑制方法（group interference suppression method）”と呼ばれる線形配列処理（ＬＡＰ）手法を利用して復号される。上記の方法は、ＶＢＬＡＳＴと比較して、受信アンテナの数を半分に低減することを可能にする。ＶＢＬＡＳＴと同様に、性能は、システムの複雑度の増大を伴う繰返しアンテナ間干渉抑制および復号によりさらに改善が可能である。
ＶＢＬＡＳＴに適用される単一アンテナチャンネル符号および空間−時間符号およびその一般化は、水平または垂直符号化システムとして利用でき、違いは、符号化ブロックの前または後それぞれの直並列変換のためのブロックの位置から来ている。水平符号化されたシステムは、改善された復号化ベースの決定指向の干渉抑制を可能にするであろうし、垂直符号化されたシステムは、連続層上での平均されたＳＮＲ（信号対雑音比）、すなわち空間インタリーブの恩恵を受けると期待される。
空間−時間ブロック符号（ＳＴＢＣ）はもともと、送信機において２つのアンテナを使用することによる電力効率改善のための単純な送信ダイバーシティ方式（ＳＴＴＤ）として導入された。ＳＴＴＤは後に、任意数の送信アンテナに一般化された。もっとも、送信アンテナが３つ以上の方式については、単一送信アンテナシステムと比較して速度が減少するという欠点がある。空間−時間ブロック符号の主要な利点は、送信アンテナダイバーシティの単純ながらも効率的な活用であるが、得られた速度についていくらかの最適性がたとえ妥協されても、全体のスループットは、単一送信アンテナシステムにおけるよりも少しも高いものではない。
ＶＢＬＡＳＴにおいて用いられる種々の送信アンテナ上での信号の空間多重化およびその一般化は、受信機だけでの送信信号の分離を想定した。同じ拡散符号で拡散されｎ個の異なる送信アンテナにより同時に送信される時、所定の受信アンテナに到達する信号は、互いに破壊的に干渉する。第１の送信アンテナ、すなわち第１の層から来る信号を検出するため、ｎ−１干渉信号は、受信機において最小ｎ個のアンテナを必要とする線形ＺＦ（ゼロフォーシング）またはＭＭＳＥ（最小平均二乗誤差）ベースの空間フィルタリング方式によってゼロにされる。第１の層が検出された後、種々の受信アンテナ上で受信された信号への第１の層の寄与が差し引かれ、次の層の検出が同じやり方で実行される。上記の方法は、ダウンリンクにおける移動体送受話器の複雑度を増大させ、受信機における最小限必要なアンテナ数により決定されるスループットにおける明らかな制限を有する。受信機での線形処理のため、このシステムにおける主ダイバーシティは１である。
種々の送信アンテナによる信号の空間多重化のための方法およびシステムを提供することは有益かつ望ましく、その方法およびシステムが移動体送受話器において用いられるように、複雑度を低減することができる。
（発明の概要）
ワイヤレス通信システムにおける種々の送信アンテナによる信号の空間多重化における複雑度を低下することが本発明の第１の目的であり、符号化されたデータの送信のための変調に先がけて、符号化されたデータは拡散される。
この目的は、符号化されたデータを拡散する前に、符号化されたデータをデータサブストリームにインタリーブおよび分離することによって達成できる。
従って、本発明の第１の態様に従って、送信のための複数の送信アンテナ（２２1，…，２２n）を有するワイヤレス通信システム（１，５）において情報データ（１１０）を処理するための方法（３００）が提供される。この方法は、
符号化されたデータ（１１２，２１３）を提供するために、情報データを符号化するステップ（３１２）と、
第１の拡散されたデータストリーム（１１８1，２１８1，２１８2）を提供するために、拡散符号（１８０0）で符号化されたデータ（１１２，２１３）を拡散するステップ（３１８）と、
少なくとも１つの第２の拡散されたデータストリーム（１１８2，２１８3２１８4）を提供するために、拡散符号（１８００）の少なくとも１つの遅延されたバージョン（１８０1，…，１８０n-1）で符号化されたデータを拡散するステップ（３１８）と、
変調された信号（１２０1，…，１２０n，２２０1，…，２２０n）を提供するために、第１および第２の拡散符号化されたデータストリームを変調するステップ（３２０）と、
変調された信号（１２０1，…，１２０n，２２０1，…，２２０n）を、送信のために送信アンテナ（２２1，…，２２n）へ送るステップとを有する。この方法はさらに、
前記拡散ステップ（３１８）の前に、符号化されたデータ（１１２，２１３）をデータサブストリーム（１１６1，…，１１６n，２１７1，…，２１７n）に分離するステップ（３１６）を特徴としており、このデータサブストリームは、少なくとも符号化されたデータの第１のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）および符号化されたデータの第２のグループ（１１６2，２１７3，２１７4）を含んでおり、第１の拡散されたデータストリーム（１１８1，２１８1，２１８2）が符号化されたデータの第１のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）を示し前記少なくとも１つの第２の拡散されたデータストリーム（１１８2，２１８3，２１８4）が符号化されたデータの第２のグループ（１１６2，２１７3，２１７4）を示すようになっている。
本発明によると、この方法はさらに、
前記分離ステップ（３１６）の前に、符号化されたデータ（１１２，２１３）をインタリーブするステップ（３１４）を特徴としており、符号化されたデータの第１のグループおよび第２のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）（１１６2，２１７3，２１７4）が前記インタリーブステップ（３１４）に従って分離されるようになっている。
有益には、符号化されたデータ（２１３）は、互いに直交するサブストリームシンボルのペア（２１３1，２１３2）を含み、この方法はさらに、
データサブストリーム（２１７1，…，２１７n）が少なくとも、サブストリームシンボルペア（２１３1，２１３2）の第１のペアのサブストリーム（２１７1，２１７2）および第２のペアのサブストリーム（２１７3，２１７4）を含み、符号化されたデータの第１のグループが、第１のペアのサブストリーム（２１７1，２１７2）を含み、符号化されたデータの第２のグループが、第２のペアのサブストリーム（２１７3，２１７4）を含むようにしたことを特徴とする。
有益には、符号化されたデータ（２１３）は、互いに直交するＮ個のサブストリームシンボルのグループ（２１３1，…，２１３N）を含み、Ｎは２より大きい正の整数であり、この方法はさらに、
データストリーム（２１７1，…，２１７n）が少なくとも、サブストリームシンボルのＮ個のサブストリームの第１のグループおよびＮ個のサブストリームの第２のグループを含み、符号化されたデータの第１のグループが、Ｎ個のサブストリームの第１のグループ（２１７1，２１７2）を含み、符号化されたデータの第２のグループが、Ｎ個のサブストリームの第２のグループ（２１７3，２１７4）を含むようにしたことを特徴とする。
本発明の第２の態様によると、変調された信号（１２０1，…，１２０n，２２０1，…，２２０n）を複数の送信アンテナ（２２1，…，２２n）を介した送信に提供するために情報データ（１１０）を処理するための送信機（１，５）が提供される。送信機（１，５）は、
符号化されたデータ（１１２，２１３）を提供するための、情報データ（１１０）に応答する手段（１２，１３）と、
第１の拡散されたデータストリーム（１１８1，２１８1，２１８2）を提供するために符号化されたデータを拡散符号（１８０0）で拡散するため、および少なくとも１つの第２の拡散されたデータストリーム（１１８2，２１８3，２１８4）を提供するために符号化されたデータを拡散符号（１８０0）の少なくとも１つの遅延されたバージョン（１８０1，…，１８０n-1）で拡散するための手段（１８）と、
変調された信号を提供するために、第１および第２の拡散されたデータストリームを変調するための手段（２０）とを具備する。送信機はさらに、
拡散手段（１８）による符号化されたデータの拡散の前に、符号化されたデータ（１１２，２１３）に応答して、符号化されたデータをデータサブストリーム（１１６1，…，１１６n，２１７1，…，２１７n）に分離するための手段（１６，１７）を特徴とし、データサブストリームは少なくとも、符号化されたデータの第１のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）および符号化されたデータの第２のグループ（１１６2，２１７3，２１７4）を含み、第１の拡散されたデータストリーム（１１８1，２１８1，２１８2）が、符号化されたデータの第１のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）を示し、前記少なくとも１つの第２の拡散されたデータストリーム（１１８2，２１８3，２１８4）が、符号化されたデータの第２のグループ（１１６2，２１７3，２１７4）を示すようになっている。
本発明によると、送信機はさらに、
前記の分離手段（１６，１７）による符号化されたデータ（１１２，２１３）の分離の前に、その符号化されたデータに応答して、該符号化されたデータをインタリーブするための手段（１４，１５）を特徴とし、符号化されたデータの第１および第２のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）（１１６2，２１７3，２１７4）は、インタリーブステップ（３１４）に従って分離されるようになっている。
有益には、符号化されたデータ（２１３）は、互いに直交するサブストリームシンボルのペア（２１３1，２１３2）を含み、送信機はさらに、
データサブストリーム（２１７1，…，２１７n）が少なくとも、サブストリームシンボルペア（２１３1，２１３2）の第１のペアのサブストリーム（２１７1，２１７2）および第２のペアのサブストリーム（２１７3，２１７4）を含み、符号化されたデータの第１グループが、第１のペアのサブストリーム（２１７1，２１７2）を含み、符号化されたデータの第２のグループは、第２のペアのサブストリーム（２１７3，２１７4）を含むようになっている。
本発明の第３の態様によると、送信機（１，５）および受信機（３，７）を具備するワイヤレス通信システム（１，３）（５，７）が提供され、送信機（１，５）は、情報データ（１１０）を示す変調された信号（１２０1，…，１２０n，２２０1，…，２２０n）を送信するための複数の送信アンテナ（２２1，…，２２n）を含み、受信機（３，７）は、変調された信号を受信するための複数の受信アンテナ（３０1，３０m）を含み、送信機（１，５）は、
情報データ（１１０）に応答して、符号化されたデータ（１１２，２１３）を提供するための手段（１２，１３）と、
第１の拡散されたデータストリーム（１１８1，２１８1，２１８2）を提供するために符号化されたデータを拡散符号（１８０0）で拡散するため、および少なくとも１つの第２の拡散されたデータストリーム（１１８2，２１８3，２１８4）を提供するために符号化されたデータを拡散符号（１８０0）の少なくとも１つの遅延されたバージョン（１８０1，…，１８０n-1）で拡散するための手段（１８）と、
変調された信号を提供するために、第１および第２の拡散されたデータを変調するための手段（２０）とを具備する。通信システムは、
拡散手段（１８）による符号化されたデータ（１１２，２１３）の拡散の前に、その符号化されたデータに応答して、該符号化されたデータをデータサブストリーム（１１６1，…，１１６n，２１７1，…，２１７n）に分離するための手段（１６，１７）を特徴とし、データサブストリームは少なくとも、符号化されたデータの第１のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）および符号化されたデータの第２のグループ（１１６2，２１７3，２１７4）を含み、第１の拡散されたデータストリーム（１１８1，２１８1，２１８2）が、符号化されたデータの第１のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）を示し、前記少なくとも１つの第２の拡散されたデータストリーム（１１８2，２１８3，２１８4）が、符号化されたデータの第２のグループ（１１６2，２１７3，２１７4）を示すようになっている。
本発明によると、通信システムはさらに、
送信機（１，５）が、分離手段（１６，１７）による符号化されたデータ（１１２，２１３）の分離の前に、その符号化されたデータに応答して、該符号化されたデータをインタリーブするための手段（１４，１５）をさらに備え、符号化されたデータの第１および第２のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）（１１６2，２１７3，２１７4）は、インタリーブステップ（３１４）に従って分離されるようにしたことを特徴とする。
有益には、符号化されたデータ（２１３）は、互いに直交するサブストリームシンボルのペア（２１３1，２１３2）を含み、通信システムはさらに、
データサブストリーム（２１７1，…，２１７n）が少なくとも、サブストリームシンボルペア（２１３1，２１３2）の第１のペアのサブストリーム（２１７1，２１７2）および第２のペアのサブストリーム（２１７3，２１７4）を含み、符号化されたデータの第１のグループが、第１のペアのサブストリーム（２１７1，２１７2）を含み、符号化されたデータの第２のグループが、第２のペアのサブストリーム（２１７3，２１７4）を含むようにしたことを特徴とする。
本発明は、図１〜５に関連してなされる説明を読めば明らかになるであろう。
本発明は、送信機において、空間多重化された信号を分離または直交化するために、拡散符号の優れた自己相関特性を利用する。直交化空間多重化（ＯＳＭ）方式について１または２のレゾリューション（resolution）に応じて、同じ拡散符号の遅延されたバージョンが種々の個別の送信アンテナまたは送信アンテナのグループに適用される。この方法は、本発明に従って、拡散符号の割り当てられた数を保存し、整合されたフィルタリング、すなわちＲＡＫＥ受信機を単に使用することにより簡単な検出を可能にする。信号が送信機においてすでに分離されているので、受信機アンテナの最小必要数の点に関しての制約は皆無である。システムのダイバーシティレベルは、用いられる受信アンテナ数に等しい。示されるように、受信機におけるアンテナ数は、システムにおける干渉レベルにより決定され、所望のシステム性能は、典型的にはＶＢＬＡＳＴにおけるよりも低い。
（１のレゾリューションによる直交化空間多重化（ＯＳＭ−１））
１のレゾリューションによるＯＳＭのための送信機１および受信機３のブロック図が、図１および図２にそれぞれ図示してある。２のレゾリューションによるＯＳＭのための送信機５および受信機７が、図３および図４にそれぞれ図示してある。図１に示されるように、入力情報データ１１０は、単一アンテナチャンネル符号器１２により符号化される。符号器１２のバイナリ出力１１２は、インタリーバ１４によりインタリーブされる。インタリーブされたデータストリーム１１４は、直並列変換器によりｎ個の並列サブストリーム１１６1，１１６2，…，１１６nに変換される。各サブストリームは、サブストリーム特定の意図的な数チップの遅延オフセットＤkを有するユーザ特定の拡散符号１８０を有するミクサにより拡散される。拡散符号の遅延されたバージョンは１８０0，１８０1，…，１８０n-1により表され、１８０kは、遅延オフセットＤkにより遅延された拡散符号であり、ミクサ１８k+1によってサブストリーム１１６k+1を拡散するために用いられる。拡散後、種々のサブストリームからの信号１１８1，１１８2，…，１１８nが変調器２０1，…，２０nにより変調される。変調された信号１２０1，…，１２０nは、ｎ個の送信アンテナ２２1，…，２２nによって同時に送信される。
図２に示されるように、各受信アンテナ３０mにおいて受信された信号１３０mは、モジュール３２により復調および逆拡散される。各受信アンテナからの受信された信号は、サブストリーム１１６1，１１６2，…，１１６nの全てを示す。従って、各受信アンテナからの受信信号を処理するため、サブストリーム特定の意図的に導入された遅延Ｄ1，…，Ｄn-1に同期されたｎ×ＬのＲＡＫＥフィンガおよびチャネルの推定された電力遅延プロファイルの対応するマルチパスを有するＲＡＫＥ受信機（図示せず）が用いられる。Ｌは、チャンネル内の分解可能なマルチパスの数である。それ自体で、各サブストリームについての必要な検出統計が、種々の受信アンテナおよびマルチパスからのＲＡＫＥフィンガ出力の最大比合成（ＭＲＣ）により収集される。次にサブストリームソフト推定値１３２1，…，１３２nは、並直列変換器３４により変換される。次に合成された信号１３４は、デインタリーバ３６によりデインタリーブされる。次にその結果生じたデータストリーム１３６は、チャンネル復号器３８により復号化される。
（２のレゾリューションによる直交化空間多重化（ＯＳＭ−２））
図１および２に関連して検討されたように、ＯＳＭ−１方式は、ＯＳＭ−２へ一般化できる。図３に示されるように、情報データストリーム１１０は最初に空間−時間符号（ＳＴＣ）符号器１３により２つの送信アンテナについて符号化され、この符号器は、複合変調サブストリームシンボルのペア２１３1，２１３2を生成する。ＳＴＣは、空間−時間トレリス符号（ＳＴＴＣ）か空間−時間ターボ符号化変調（ＳＴＴｕＣＭ）か空間−時間ブロック符号（ＳＴＢＣ）のいずれかとすることができる。次にサブストリームシンボル２１３1，２１３2は、２つのインタリーバ１５1，１５2によってシンボルレベルでペアにインタリーブされ、ペアの直並列変換器１７によってサブストリームのｎ／２のペア（２１７1，２１７2），（２１７3，２１７4），…，（２１７n-1，２１７n）に変換される。次にサブストリームの各ペアは、サブストリーム特定の意図的な数チップの遅延オフセットＤｊを有するユーザ特定の拡散符号１８０を用いてミクサを介して拡散される。拡散符号の遅延されたバージョンは１８０0，１８０1，…，１８０j，…により表され、１８０jは、遅延オフセットＤjにより遅延された拡散符号であり、ミクサ１８２2j+1を介してサブストリーム２１７2j+1をそしてミクサ１８２2j+2を介してサブストリーム２１７2j+2を拡散するために用いられる。拡散後、種々のサブストリームペアからの信号ペア（２１８1，２１８2），…（２１８n-1，２１８n）が変調器２０1，…，２０nにより変調される。変調された信号２２０1，…，２２０nは、ｎ個の送信アンテナ２２1，…，２２nにより同時に送信される。
図４に示されるように、各受信アンテナ３０mにおいて受信された信号２３０mは、モジュール３３により復調および逆拡散される。各受信アンテナから受信された信号は、サブストリームペア（２１７1，２１７2），…（２１７n-1，２１７n）の全てを示す。従って、各受信アンテナからの受信信号を処理するため、サブストリーム特定の意図的に導入された遅延Ｄ1，…，Ｄj（ここで、ｊは、（ｎ−２）／２に等しい）に同期されたｎ／２×ＬのＲＡＫＥフィンガおよびチャンネルの推定された電力遅延プロファイルの対応するマルチパスを有するＲＡＫＥ受信機（図示せず）が用いられる。次に種々の受信アンテナおよびあるサブストリームペアに関連するマルチパスからの逆拡散された出力が、どのような合成もなしで収集される。サブストリームペアのソフト出力２３３1，２３３2，…，２３３n/2は、並直列変換器３５を用いて変換され、デインタリーバ３７によりデインタリーブされ、ＳＴＣ復号器１３９に渡され、そこで、チャンネル状態情報（ＣＳＩ）の知識をもって、合成が復号器のメトリック内で実行される。
図５は、直交化空間多重化方式の概要を示す。フローチャート３００に示されるように、入力情報データ１１０は、ＯＳＭ−１であるかＯＳＭ−２であるかに応じて、ステップ３１２で符号化される。ＯＳＭ−１方式によると、情報データ１１０は、バイナリ出力１１２に符号化され、ステップ３１４においてインタリーブされたデータストリーム１１４にインタリーブされる。ステップ３１６において、インタリーブされたデータは、複数の並列サブストリーム１１６1，…に分離され、そのサブストリームの各々は、ステップ３１８において、同じ拡散符号１８０の遅延されたバージョンによって拡散される。拡散後、信号１１８1，…は、ステップ３２０において、送信のために変調信号１２０1，…に変調される。ＯＳＭ−２方式によると、情報データ１１０は、複合変調されたサブストリームシンボル２１３1，２１３2のペアに符号化され、ステップ３１４において、ペアのインタリーブされたデータストリーム２１５1，２１５2にインタリーブされる。ステップ３１６において、ペアのインタリーブされたデータストリームは、ペアの複数のサブストリーム（２１７1，２１７2）…に分離され、ペアの各々は、ステップ３１８において、同じ拡散符号１８０の遅延されたバージョンによって拡散される。拡散後、信号２１８1，…は、ステップ３２０において、送信のために変調信号２２０1，…に変調される。
（性能比較）
４つの送信および４つの受信アンテナ（４，４）を有する単一（Ｌ＝１）および２つ（Ｌ＝２）のパスの同一電力チャンネルにおける単一ユーザケースについて、畳み込み（ＣＣ）およびターボ（ＴＣ）垂直符号化ＶＬＢＳＴ方式の性能を、本発明に従うＯＳＭ−１の性能と比較した。２つの同一電力マルチパス（Ｌ＝２）のケースについては、曲線の傾斜は同じである。ただし、ＴＣ符号化ＶＢＬＡＳＴと比較して、ＴＣ符号化ＯＳＭ−１は、図６に示されるように、１０-1のＦＥＲにおいて、約２．５ｄＢの利得をもたらす。図７において、ＴＣ垂直符号化ＶＢＬＡＳＴおよびＯＳＭ−１が、単一ユーザケースおよび５０％負荷システムにおいて比較されている。（４，４）のケースでは、ＯＳＭ−１は、ＶＬＢＡＳＴよりも性能的に大きく勝っており、ＶＬＢＡＳＴは、５０％負荷のケースでは、１０-1のＡＲＱについて典型的に必要とされるＦＥＲに到達することさえできなかった。
垂直３２状態ＳＴＴＣおよび２×８状態ＳＴＴｕＣＭ符号化された一般化されたＢＬＡＳＴ（線形配列処理ＬＡＰ）の性能を、図８に示されるように、（４，４）システムにおける単一（Ｌ＝１）および２つ（Ｌ＝２）のパスの同一電力チャンネルにおけるＯＳＭ−２の性能と比較した。ＳＴＣ符号化されたＯＳＭ−２は、ＳＴＣ垂直符号化されたＬＡＰよりも性能的に大きく勝っている。ＦＥＲ＝１０-1においてＬ＝２であるケースでは、ＳＴＴｕＣＭ符号化されたＯＳＭ−２は、ＳＴＴＣ符号化されたＯＳＭ−２、垂直ＳＴＴｕＣＭ符号化されたＬＡＰおよび垂直ＳＴＴＣ符号化されたＬＡＰよりも、それぞれ１．５ｄＢより以上、２．５ｄＢより以上、および約４ｄＢ性能的に勝っている。図９において、ＳＴＴｕＣＭ符号化されたＬＡＰおよびＯＳＭ−２が、単一ユーザおよび５０％負荷システムにおいてＬ＝２で比較されている。マルチユーザケースにおいては、（４，３）を有するＯＳＭ−２は、ＦＥＲ＝１０-1において１ｄＢより以上、ＬＡＰ（４，４）より性能的に勝る。両方の方式が同数のアンテナ（４，４）を用いる場合、ＳＴＴｕＣＭ符号化されたＯＳＭ−２の性能利得は、垂直ＳＴＴｕＣＭ符号化されたＬＡＰと比較して、８ｄＢより以上である。
ＯＳＭ−１方式が既存の３ＧＰＰ標準化コーデックス（codex）（ＣＣおよびＴＣ）と共に容易に用い得るという点で、ＯＳＭ−１はＯＳＭ−２よりも実用的である。しかしながら、ＯＳＭ−２方式を用いたＳＴＴｕＣＭによって、ＷＣＤＭＡシステムの性能をさらに劇的に改善できる。
図１０および１１において、ＯＳＭ−１およびＯＳＭ−２の性能の概要が、単一ユーザおよび５０％負荷のケースで、それぞれ（４，４）およびＬ＝２を用いて示してある。水平ＴＣ符号化されたＶＢＬＡＳＴおよび水平ＳＴＴｕＣＭ符号化されたＬＡＰの性能も、比較のため加えてある。図１０には、２つの同一電力マルチパスを有する（４，４）チャンネルの機能停止容量（outage capacity）も描いてある。ＳＴＴｕＣＭ符号化されたＯＳＭ−２は、１０％機能停止容量から１．５ｄＢ以内で動作して、検討されたすべての方式を性能的に上回る。ＴＣ符号化されたＯＳＭ−１は、単一ユーザケースおよび５０％負荷システム双方において、垂直および水平ＴＣ符号化されたＶＢＬＡＳＴを性能的に上回る。
本発明の主要な利点は、現行の３ＧＰＰ提案と比較して、性能が大きく改善され複雑度がかなり低減されることである。直並列変換と種々の無相関送信アンテナからの直交化送信との組合せは、一意の空間インタリーブとして働き、このインタリーブは、送信層上でＳＮＲを平均化する。ＯＳＭと共に用いられる強力なチャンネル符号化（ＴＣおよびＳＴＴｕＣＭ）は、大きな符号化利得を生み出す低移動性用途における空間インタリーブの恩恵を受ける。層、すなわち送信アンテナの数を増大させると、空間インタリーブの同等の深さが増大される。すなわち、より良好なＳＮＲ平均化が達成される。従って、増大されたスループットと共に、送信アンテナ数が増加するにつれて、電力効率に関するより良好な性能も予想される。しかしながら、送信アンテナ数の増大は、システムにおける干渉を増大させるので、電力効率における結果として起こり得る性能向上は、受信機において増大した干渉を補償するために投じられる。しかしながら、性能結果は、単純な整合フィルタベースの受信機および限定数の受信アンテナを用いて、優れた性能が達成できることを示している。
受信アンテナ数は、ことによると、より高度な受信機に多少の複雑さを用いることによりさらに減少できるかもしれない。
本発明は、将来のＷＣＤＭＡマルチアンテナワイヤレス通信システムのリンクレベルスループットおよびシステム容量を劇的に向上するために容易に実施できる。移動体送受話器における２つのアンテナを将来の傾向が予測しているように、本発明はダウンリンク（基地から移動体への）のために用いることができ、移動体送受話器は、偏波ダイバーシティと併用して、４つの受信アンテナを有する同等の配列を提供できる。この方式は、極めて短いフレームサイズですでに高性能を有しているので、制約の低い遅延サービス（音声伝送）については容易に実施できる。遅延非制約サービス（データ通信）の場合には、より大きなフレームサイズが用いられ、これは、実装された符号器のためにこの新しい方式の性能をさらに改善する。種々の層上での電力制御との組合せは、考えられるさらなる性能改善についての興味深いトピックの１つである。
要約すると、直並列変換と種々の無相関送信アンテナからの直交化送信との組合せは、送信層上でＳＮＲを平均化する一意の空間インタリーブとして働く。直交化空間多重化と共に用いられる強力なチャンネル符号化（ＴＣおよびＳＴＴｕＣＭ）は、大きな符号化利得および高いスループットを生み出す移動性がより低い用途における空間インタリーブの恩恵を受ける。この方法は、本発明に従い、割り当てられた数の拡散符号を保存し、整合フィルタリングを用いる単純な検出、すなわちＲＡＫＥ受信機を可能にする。信号はすでに送信機において分離されているので、受信機アンテナの最小必要数の点に関しての制約は皆無である。システムのダイバーシティレベルは、用いられる受信アンテナ数に等しい。
１のレゾリューション（ＯＳＭ−１）および２のレゾリューション（ＯＳＭ−２）による直交化空間多重化に関して本発明を開示してきた。本発明は、送信機のＮ個のアンテナをグループ化することおよび拡散符号の種々の遅延バージョンをアンテナの種々のグループに適用することによって、Ｎ＞２で、Ｎのレゾリューションによる直交化空間多重化（ＯＳＭ−Ｎ）にも適用できることが留意されなければならない。ｎ個のアンテナを有する送信機においては、ｎ／Ｎのそのようなグループがある。図３に示されるような送信機と同様に、ＯＳＭ−Ｎのための送信機は、情報データストリームをＮ個の複合変調サブストリームシンボルのグループ２１３1，…，２１３Nに符号化するためのＳＴＣ符号器を含んでいる。次にこれらのサブストリームシンボルは、Ｎ個のインタリーバによりインタリーブされ、直並列変換器により拡散のためにｎ／Ｎグループのサブストリームに変換される。
上述のように、本発明を好ましい実施例について説明してきたが、本発明の形態および詳細における上記および様々な他の変更、省略および逸脱が、本発明の範囲から離れることなくなし得ることが当業者により理解されるであろう。
本発明のＯＳＭ−１方式に従う送信機を示すブロック図である。 本発明のＯＳＭ−１方式に従う受信機を示すブロック図である。 本発明のＯＳＭ−２方式に従う送信機を示すブロック図である。 本発明のＯＳＭ−２方式に従う受信機を示すブロック図である。 本発明に従う、送信のために情報データを処理する方法を示すフローチャートである。 本発明に従う、対応するＯＳＭ−１方式と比較したＣＣおよびＴＣ垂直符号化されたＶＢＬＡＳＴ方式の性能を示すグラフであり、比較は、（４，４）システム、単一ユーザケース、層あたり２５０の送信、１および２の同一電力マルチパス、準静的フェージング、無相関アンテナを用いてなされるグラフである。 本発明に従う、ＴＣ符号化されたＯＳＭ−１方式と比較したＴＣ垂直符号化されたＶＢＬＡＳＴ方式の性能を示すグラフであり、比較は、単一ユーザおよび５０％負荷ケース、層あたり２５０の送信、２の同一電力マルチパス、準静的フェージング、無相関アンテナを用いてなされるグラフである。 本発明に従う、対応するＯＳＭ−２方式と比較したＳＳＴＣ及びＳＴＴｕＣＭ垂直符号化されたＬＡＰ方式の性能を示すグラフであり、比較は、単一ユーザケース、層あたり１３０の送信、１および２の同一電力マルチパス、準静的フェージング、無相関アンテナを用いてなされるグラフである。 本発明に従う、対応するＯＳＭ−２方式と比較した別のＳＴＴｕＣＭ垂直符号化されたＬＡＰ方式の性能を示すグラフであり、比較は、単一ユーザおよび５０％負荷ケース、層あたり１３０の送信、２の同一電力マルチパス、準静的フェージング、無相関アンテナを用いてなされるグラフである。 水平および垂直ＴＣ符号化されたＶＢＬＡＳＴ、水平および垂直ＳＴＴｕＣＭ符号化されたＬＡＰ、ならびにＴＣおよびＳＴＴｕＣＭ ＯＳＭ−１およびＯＳＭ−２の性能を示すグラフであり、比較は、単一ユーザ、（４，４）、２パスの同一電力チャンネル、準静的フェージング、無相関アンテナを用いてなされるグラフである。 ＶＢＬＡＳＴ、ＬＡＰ、ＯＳＭ−１およびＯＳＭ−２の性能を示すグラフであり、比較は、５０％負荷、（４，４）、２パスの同一電力チャンネル、準静的フェージング、無相関アンテナを用いてなされるグラフである。

Claims (11)

  1. 送信のための複数の送信アンテナ（２２1，…，２２n）を有するワイヤレス通信システム（１，５）において情報データ（１１０）を処理するための方法（３００）であって、
    符号化されたデータ（１１２，２１３）を提供するために、情報データを符号化するステップ（３１２）と、
    第１の拡散されたデータストリーム（１１８1，２１８1，２１８2）を提供するために、拡散符号（１８０0）で符号化されたデータ（１１２，２１３）を拡散するステップ（３１８）と、
    少なくとも１つの第２の拡散されたデータストリーム（１１８2，２１８3２１８4）を提供するために、拡散符号（１８００）の少なくとも１つの遅延されたバージョン（１８０1，…，１８０n-1）で符号化されたデータを拡散するステップ（３１８）と、
    変調された信号（１２０1，…，１２０n，２２０1，…，２２０n）を提供するために、第１および第２の拡散符号化されたデータストリームを変調するステップ（３２０）と、
    変調された信号（１２０1，…，１２０n，２２０1，…，２２０n）を、送信のために送信アンテナ（２２1，…，２２n）へ送るステップと、を有する前記方法（３００）において、
    前記拡散ステップ（３１８）の前に、符号化されたデータ（１１２，２１３）をデータサブストリーム（１１６1，…，１１６n，２１７1，…，２１７n）に分離するステップ（３１６）を特徴としており、このデータサブストリームは、少なくとも符号化されたデータの第１のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）および符号化されたデータの第２のグループ（１１６2，２１７3，２１７4）を含んでおり、第１の拡散されたデータストリーム（１１８1，２１８1，２１８2）が符号化されたデータの第１のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）を示し前記少なくとも１つの第２の拡散されたデータストリーム（１１８2，２１８3，２１８4）が符号化されたデータの第２のグループ（１１６2，２１７3，２１７4）を示すようにした方法。
  2. 前記分離ステップ（３１６）の前に、前記符号化されたデータ（１１２，２１３）をインタリーブするステップ（３１４）を特徴としており、符号化されたデータの第１のグループおよび第２のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）（１１６2，２１７3，２１７4）が前記インタリーブステップ（３１４）に従って分離されるようにした請求項１に記載の方法。
  3. 前記符号化されたデータ（２１３）は、互いに直交するサブストリームシンボルのペア（２１３1，２１３2）を含み、
    前記データサブストリーム（２１７1，…，２１７n）が少なくとも、前記サブストリームシンボルペア（２１３1，２１３2）の第１のペアのサブストリーム（２１７1，２１７2）および第２のペアのサブストリーム（２１７3，２１７4）を含み、前記符号化されたデータの第１のグループが、前記第１のペアのサブストリーム（２１７1，２１７2）を含み、前記符号化されたデータの第２のグループが、前記第２のペアのサブストリーム（２１７3，２１７4）を含むようにしたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記符号化されたデータ（２１３）は、互いに直交するＮ個のサブストリームシンボルのグループ（２１３1，…，２１３N）を含み、Ｎは２より大きい正の整数であり、
    前記データサブストリーム（２１７1，…，２１７n）が少なくとも、前記サブストリームシンボルのＮ個のサブストリームの第１のグループおよびＮ個のサブストリームの第２のグループを含み、前記符号化されたデータの第１のグループが、該Ｎ個のサブストリームの第１のグループを含み、前記符号化されたデータの第２のグループが、該Ｎ個のサブストリームの第２のグループを含むようにしたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 変調された信号（１２０1，…，１２０n，２２０1，…，２２０n）を複数の送信アンテナ（２２1，…，２２n）を介した送信に提供するために情報データ（１１０）を処理するための送信機（１，５）であって、該送信機（１，５）は、
    符号化されたデータ（１１２，２１３）を提供するための、前記情報データ（１１０）に応答する手段（１２，１３）と、
    第１の拡散されたデータストリーム（１１８1，２１８1，２１８2）を提供するために前記符号化されたデータを拡散符号（１８０0）で拡散するため、および少なくとも１つの第２の拡散されたデータストリーム（１１８2，２１８3，２１８4）を提供するために符号化されたデータを拡散符号（１８０0）の少なくとも１つの遅延されたバージョン（１８０1，…，１８０n-1）で拡散するための手段（１８）と、
    前記変調された信号を提供するために、前記第１および第２の拡散されたデータを変調するための手段（２０）とを具備し、前記送信機はさらに、
    前記拡散手段（１８）による前記符号化されたデータ（１１２，２１３）の拡散の前に、該符号化されたデータに応答して、該符号化されたデータをデータサブストリーム（１１６1，…，１１６n，２１７1，…，２１７n）に分離するための手段（１６，１７）を特徴とし、該データサブストリームは少なくとも、符号化されたデータの第１のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）および符号化されたデータの第２のグループ（１１６2，２１７3，２１７4）を含み、前記第１の拡散されたデータストリーム（１１８1，２１８1，２１８2）が、前記符号化されたデータの第１のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）を示し、前記少なくとも１つの第２の拡散されたデータストリーム（１１８2，２１８3，２１８4）が、前記符号化されたデータの第２のグループ（１１６2，２１７3，２１７4）を示すようにした送信機。
  6. 前記の分離手段（１６，１７）による前記符号化されたデータ（１１２，２１３）の分離の前に、該符号化されたデータに応答して、該符号化されたデータをインタリーブするための手段（１４，１５）をさらに特徴とし、前記符号化されたデータの第１および第２のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）（１１６2，２１７3，２１７4）は、インタリーブステップ（３１４）に従って分離されるようにした請求項５に記載の送信機。
  7. 前記符号化されたデータ（２１３）は、互いに直交するサブストリームシンボルのペア（２１３1，２１３2）を含み、前記送信機はさらに、
    前記データサブストリーム（２１７1，…，２１７n）が少なくとも、前記のサブストリームシンボルペア（２１３1，２１３2）の第１のペアのサブストリーム（２１７1，２１７2）および第２のペアのサブストリーム（２１７3，２１７4）を含み、前記符号化されたデータの第１グループが、該第１のペアのサブストリーム（２１７1，２１７2）を含み、前記符号化されたデータの第２のグループは、該第２のペアのサブストリーム（２１７3，２１７4）を含むようにしたことを特徴とする請求項５に記載の送信機。
  8. 前記符号化されたデータは、互いに直交するＮ個のサブストリームシンボルのグループ（２１３1，…，２１３N）を含み、Ｎは２より大きい正の整数であり、前記送信機はさらに、
    前記データストリーム（２１７1，…，２１７n）が少なくとも、前記のサブストリームシンボルのＮ個のサブストリームの第１のグループおよびＮ個のサブストリームの第２のグループを含み、符号化されたデータの第１のグループが、Ｎ個のサブストリームの第１のグループを含み、および符号化されたデータの第２のグループが、Ｎ個のサブストリームの第２のグループを含むことを特徴とする請求項５に記載の送信機。
  9. 送信機（１，５）および受信機（３，７）を具備するワイヤレス通信システム（１，３）（５，７）であって、該送信機（１，５）は、情報データ（１１０）を示す変調された信号（１２０1，…，１２０n，２２０1，…，２２０n）を送信するための複数の送信アンテナ（２２1，…，２２n）を含み、該受信機（３，７）は、変調された信号を受信するための複数の受信アンテナ（３０1，３０m）を含み、該送信機（１，５）は、
    情報データ（１１０）に応答して、符号化されたデータ（１１２，２１３）を提供するための手段（１２，１３）と、
    第１の拡散されたデータストリーム（１１８1，２１８1，２１８2）を提供するために前記符号化されたデータを拡散符号（１８０0）で拡散するため、および少なくとも１つの第２の拡散されたデータストリーム（１１８2，２１８3，２１８4）を提供するために該符号化されたデータを該拡散符号（１８０0）の少なくとも１つの遅延されたバージョン（１８０1，…，１８０n-1）で拡散するための手段（１８）と、
    前記変調された信号を提供するために、第１および第２の拡散されたデータを変調するための手段（２０）とを具備し、前記通信システムは、
    前記拡散手段（１８）による前記符号化されたデータ（１１２，２１３）の拡散の前に、該符号化されたデータに応答して、該符号化されたデータをデータサブストリーム（１１６1，…，１１６n，２１７1，…，２１７n）に分離するための手段（１６，１７）を特徴とし、該データサブストリームは少なくとも、符号化されたデータの第１のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）および符号化されたデータの第２のグループ（１１６2，２１７3，２１７4）を含み、前記第１の拡散されたデータストリーム（１１８1，２１８1，２１８2）が、該符号化されたデータの第１のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）を示し、前記少なくとも１つの第２の拡散されたデータストリーム（１１８2，２１８3，２１８4）が、該符号化されたデータの第２のグループ（１１６2，２１７3，２１７4）を示すようにした通信システム。
  10. 前記送信機（１，５）が、前記分離手段（１６，１７）による前記符号化されたデータ（１１２，２１３）の分離の前に、該符号化されたデータに応答して、該符号化されたデータをインタリーブするための手段（１４，１５）をさらに備え、前記符号化されたデータの第１および第２のグループ（１１６1，２１７1，２１７2）（１１６2，２１７3，２１７4）は、インタリーブステップ（３１４）に従って分離されるようにしたことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
  11. 互いに直交するサブストリームシンボルのペア（２１３1，２１３2）を前記符号化されたデータ（２１３）が含むことを特徴とする請求項９に記載のシステム（１，３）において、
    前記データサブストリーム（２１７1，…，２１７n）が少なくとも、サブストリームシンボルペア（２１３1，２１３2）の第１のペアのサブストリーム（２１７1，２１７2）および第２のペアのサブストリーム（２１７3，２１７4）を含み、前記符号化されたデータの第１のグループが、該第１のペアのサブストリーム（２１７1，２１７2）を含み、前記符号化されたデータの第２のグループが、該第２のペアのサブストリーム（２１７3，２１７4）を含むようにしたことをさらに特徴とするシステム。
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