CN1918838B - 发送装置、接收装置及无线通信方法 - Google Patents

Abstract

提高无线通信的数据传输效率。在发送时空块码信号(103、104)时，可根据发送数据而改变时空块码信号(103、104)的图案。由此，除了可以进行通过时空块码信号(103、104)获得的质量良好的数据传输的效果以外，由于还可以通过时空块码信号(103、104)的图案来传输数据，所以可以使数据传输效率提高。

Description

发送装置、接收装置及无线通信方法

技术领域

本发明涉及在无线通信中使频率利用率提高的技术。 

背景技术

以往，作为在无线通信中使频率利用率提高的技术，例如已知如时空块码那样使用多个天线将块单位的码元发送的技术。这种技术例如被公开在文献“Space-Time Block Codes from Orthogonal Designs”IEEE Transactions onInformation Theory，pp.1456-1467，vol.45，no.5，July 1999中。以下，关于在该非专利文献1中公开的内容，使用附图进行说明。 

如图1所示，发送装置有多个天线AN1、AN2，并从各天线AN1、AN2同时发送信号。接收装置用天线AN3接收被同时发送的多个信号。 

图2表示从各天线AN1、AN2发送的信号的帧结构。发送信号A从天线AN1发送，发送信号B与其同时从天线AN2发送。发送信号A及发送信号B由被多次配置的相同码元的码元块构成，以获得编码增益和分集增益。 

下面进行详细说明。在图2中，S1、S2分别表示不同的码元，同时将复数共轭用“*”表示。在时空块编码中，在时刻i，从第1天线AN1发送码元S1，同时从第2天线AN2发送码元S2，在接续的时刻i+1，从第1天线AN1发送码元-S2^*，同时从第2天线AN2发送码元S1^*。 

由接收装置的天线AN3接收将接受了天线AN1和天线AN3间的传输路径变动h1(t)的发送信号A和接受了天线AN2和天线AN3间的传输路径变动h2(t)的发送信号B合成后的信号。 

接收装置通过进行传输路径变动h1(t)和h2(t)的估计，并使用该估计值，从合成的接收信号中分离出原来的发送信号A和发送信号B之后，对各码元进行解调。 

此时，使用图2所示的时空块编码的信号时，在信号分离时，由于无论传输路径变动h1(t)和h2(t)如何都可以进行各码元S1、S2的最大比合成，所以可获得大的编码增益和分集增益。其结果，可以使接收质量提高。 

非专利文献1：“Space-Time Block Codes from Orthogonal Designs”IEEETransactions on Information Theory，pp.1456-1467，vol.45，no.5，July 1999 

发明内容

可是，使用时空块编码的信号时，尽管接收质量确实提高，但有传输效率下降的缺点。即，由于在时刻i+1发送的S1^*或-S2^*在接收装置中被作为S1、S2进行解调，所以实质上与在时刻i发送的S1、S2为相同的信息。因此，变成将相同的信息发送两次，相应地数据的传输效率下降。 

例如，在一般的多天线通信系统中，由于在时刻i+1发送与码元S1、S2不同的码元S3、S4，所以在从时刻i至时刻i+1的期间，可以发送四个码元S1～S4。即，简单地考虑时，在使用了时空块编码技术的情况下，数据传输效率降低到一般的多天线通信的一半。 

本发明的目的在于进一步提高无线通信的数据传输效率。 

本发明的发送装置的一个方式采用以下结构，包括：基带信号形成单元，通过根据发送数据改变时空块码的图案来改变调制信号对多个时隙的分配方式，并根据发送数据形成信道矩阵图案(pattern)不同的基带信号；无线单元，将该基带信号变换为无线信号；以及多个发送天线，发送该无线信号。 

本发明的发送装置的一个方式采用以下结构，包括：多个发送天线，分别发送多个无线信号，形成多个时空块码信号；第1调制单元，由发送数据形成第一发送码元；第2调制单元，由发送数据形成第二发送码元；信号选择单元，输入所述第一发送码元及所述第二发送码元，通过根据所述发送数据改变时空块码的图案来改变对所述第一发送码元及所述第二发送码元的多个时隙的分配方式，并根据所述发送数据形成信道矩阵图案不同的多个码信号，所述时空块码的图案为根据所述第一发送码元及所述第二发送码元，和它们的复数共轭信号的输出顺序而形成的图案；无线单元，将所述多个码信号变换为多个无线信号，并分别输出到所述多个发送天线。 

根据这种结构，由于可根据发送数据而改变信道矩阵图案，所以除了信道矩阵的各元素的调制码元以外，即使信道矩阵的图案也可以传输数据。其结果，可以增加数据传输量而不扩大频带，可以使频率利用率提高。 

本发明的接收装置的一个方式采用以下结构，包括：传输路径估计单元，使用从具有多个天线的发送装置发送的无线信号求出多个传送路径变动；同 步单元，根据无线信号所包含的已知信号调整所述无线信号的同步定时输出同步信号；解调单元，使用所述多个传送路径变动以及所述同步信号，从所述无线信号解调发送数据；所述解调单元还包括：信道矩阵估计单元，使用包含于所述无线信号的多个时隙的数据对信道矩阵进行估计；以及发送数据估计单元，根据所估计的信道矩阵的数据分配图案对发送数据进行估计。 

本发明的无线通信方法的一个方式包括：下述发送方法和接收方法。所述发送方法包括：调制步骤，由发送数据形成第一发送码元，由所述发送数据形成第二发送码元；基带信号形成步骤，通过根据发送数据改变时空块码的图案来改变调制信号对多个时隙的分配方式，并根据发送数据来形成并发送信道矩阵图案不同的基带信号；信号变换步骤，将所述基带信号变换为无线信号；以及发送步骤，从多个发送天线发送所述无线信号。 

所述接收方法包括：传输路径估计步骤，使用从具有多个天线的发送装置发送的无线信号求出多个传送路径变动；同步步骤，根据无线信号所包含的已知信号调整所述无线信号的同步定时输出同步信号；解调步骤，使用所述多个传送路径变动以及所述同步信号，从所述无线信号解调发送数据；所述解调步骤还包括：信道矩阵估计步骤，使用包含于所述无线信号的多个时隙的数据对信道矩阵进行估计；发送数据估计步骤，根据对信道矩阵的数据分配图案对发送数据进行估计。 

本发明的一个方面的发送方法包括：调制步骤，由发送数据形成第一发送码元，由所述发送数据形成第二发送码元；信号选择步骤，输入所述第一发送码元及所述第二发送码元，通过根据所述发送数据改变时空块码的图案来改变对所述第一发送码元及所述第二发送码元的多个时隙的分配方式，并根据所述发送数据形成信道矩阵图案不同的多个码信号，所述时空块码的图案为根据所述第一发送码元及所述第二发送码元，和它们的复数共轭信号的输出顺序而形成的图案；信号变换步骤，将所述多个码信号变换为多个无线信号；以及发送步骤，从多个发送天线将所述多个无线信号分别发送，形成多个时空块码信号。 

根据本发明，由于可用信道矩阵的图案来传输数据，所以可以使数据传输效率提高。 

附图说明

图1表示以往的多天线通信系统的结构的方框图。 

图2表示用于说明时空块码(space-time block code)的图。 

图3表示实施方式的多天线通信系统的结构的方框图。 

图4表示实施方式1的发送装置的结构的方框图。 

图5表示时空块码信号形成单元的结构的方框图。 

图6A是表示在发送数据为‘0’的情况下，供给到天线AN1的信号的状态的图，图6B是表示在发送数据为‘1’的情况下，供给到天线AN1的信号的状态的图。 

图7A是表示在发送数据为‘0’的情况下，供给到天线AN2的信号的状态的图，图7B是表示在发送数据为‘1’的情况下，供给到天线AN2的信号的状态的图。 

图8A是表示发送数据为‘0’的情况下的时空块码的图案的图，图8B是表示发送数据为‘1’的情况下的时空块码的图案的图。 

图9表示实际的帧结构例的图。 

图10表示实施方式1的接收装置的结构的方框图。 

图11表示解调单元的结构的方框图。 

图12表示实施方式2的发送装置的结构的方框图。 

图13表示时空块码信号形成单元的结构的方框图。 

图14A是表示在发送数据为‘0’的情况下，供给到天线AN1的信号的 状态的图，图14B是表示在发送数据为‘1’的情况下，供给到天线AN1的信号的状态的图。 

图15A是表示在发送数据为‘0’的情况下，供给到天线AN2的信号的状态的图，图15B是表示在发送数据为‘1’的情况下，供给到天线AN2的信号的状态的图。 

图16A是表示发送数据为‘0’的情况下的时空块码的图案的图，图16B是表示发送数据为‘1’的情况下的时空块码的图案的图。 

图17表示实际的帧结构例的图。 

图18表示实施方式2的接收装置的结构的方框图。 

图19表示解调单元的结构的方框图。 

图20A是表示将时空块码在时间方向上配置的情况中的发送数据为‘0’的情况下的时空块码的图案的图，图20B是表示将时空块码在时间方向上配置的情况中的发送数据为‘1’的情况下的时空块码的图案的图。 

图21表示将时空块码在时间方向上配置的情况中的实际的帧结构的图。 

图22A是表示以算式(1)的时空块码图案发送的情况下的信号点配置例的图，图22B是表示以算式(2)的时空块码图案发送的情况下的信号点配置例的图。 

图23A是表示发送数据为‘0’的情况下的另一时空块码图案例的图，图23B是表示发送数据为‘1’的情况下的另一时空块码图案例的图。 

图24表示使用了M ary扩频通信方式的发送装置的结构的方框图。 

图25A表示发送了数据‘0’的情况下的M ary的正交码分配例的图，图25B表示发送了数据‘1’的情况下的M ary的正交码分配例的图。 

图26A表示发送了数据‘00’的情况下的信道矩阵的例子的图，图26B表示发送了数据‘01’的情况下的信道矩阵的例子的图，图26C表示发送了数据‘10’的情况下的信道矩阵的例子的图，图26D表示发送了数据‘11’的情况下的信道矩阵的例子的图。 

具体实施方式

以下，关于本发明的实施方式，参照附图来详细地说明。 

(实施方式1) 

图3表示本实施方式的多天线通信系统10的整体结构。在多天线通信系 统10中，发送装置100有多个天线AN1、AN2，从各天线AN1、AN2同时发送信号。接收装置200用天线AN3接收同时发送的多个信号。再有，从天线AN1发送的信号受到传输路径变动h1(t)而由天线AN3接收，从天线AN2发送的信号受到传输路径变动h2(t)而由天线AN3接收。 

图4表示本实施方式的发送装置100的结构。发送装置100将发送数字信号(以下将其简单地称为发送数据)101输入到时空块码信号形成单元102。时空块码信号形成单元102根据由帧结构信号生成单元109生成的帧结构信号110，对发送数据101进行时空块编码处理，将由此获得的时空块码信号103、104分别输出到扩频单元105-A、105-B。 

各扩频单元105-A、105-B通过对时空块码信号103、104乘以扩频码而获得扩频信号106-A、106-B，将它们输出到无线单元107-A、107-B。各无线单元107-A、107-B对扩频信号106-A、106-B施加正交调制或变频等规定的无线处理，并将由此获得的无线发送信号108-A、108-B供给天线AN1、AN2。 

图5表示时空块码信号形成单元102的结构。时空块码信号形成单元102将发送数据101首先输入到数据分流单元120。数据分流单元120将发送数据101分流为发送数据101-A、101-B、101-C，并将发送数据101-A输出到调制单元121，将发送数据101-B输出到调制单元122，将发送数据101-C输出到信号选择单元127。 

调制单元121通过对发送数据101-A施加QPSK(Quadrature Phase ShiftKeying)或16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)等数字调制处理而获得发送码元S1。例如在QPSK的情况下，从2比特的发送数据101-A中获得一个发送码元S1。调制单元121将由此获得的发送码元S1作为调制信号123输出，同时将其复数共轭S1^*作为调制信号124输出。 

同样地，调制单元122通过对发送数据101-B施加QPSK或16QAM等的数字调制处理，获得发送码元S2。调制单元122将由此获得的发送码元S2作为调制信号125输出，同时将其负的复数共轭-S2^*作为调制信号126输出。 

信号选择单元127将来自调制单元121的调制信号123、124及来自调制单元122的调制信号125、126根据来自数据分流单元120的发送数据101-C的顺序，并且根据发送数据101-C分配给输出信号103或输出信号104进行输出。由此，根据发送数据101-C形成图案(pattern)不同的时空块码信号103、 104。再有，信号选择单元127在基于帧结构信号110指示的位置，插入由导频信号生成单元128生成的导频信号129。 

使用图6A、图6B、图7A、图7B、图8A、图8B及图9，说明信号选择单元127的具体的处理。图6A、图6B表示信号103的状态，图7A、图7B表示信号104的状态。如图6A所示，信号选择单元127在发送数据101-C为‘0’的情况下，通过以S1、-S2^*的顺序输出码元而获得信号103。相对于此，如图6B所示，在发送数据101-C为‘1’的情况下，通过以S2、S1^*的顺序输出码元而获得信号103。 

如图7A所示，信号选择单元127在发送数据101-C为‘0’的情况下，通过以S2、S1^*的顺序输出码元而获得信号104。相对于此，如图7B所示，在发送数据101-C为‘1’的情况下，通过以S1、-S2^*的顺序输出码元而获得信号104。 

图8A、图8B表示将图6A、图6B及图7A、图7B汇总的情况。即，信号选择单元127在发送数据101-C为‘0’的情况下，形成图8A所示图案的时空块码信号103、104。相对于此，信号选择单元127在发送数据101-C为‘1’的情况下，形成如图8B所示图案的时空块码信号103、104。 

图9表示实际的帧结构例。图中的网格部分表示导频码元。在时刻i-1从各天线AN1、AN2发送导频码元。在后续的时刻i及i+1，发送与数据‘0’对应的图案的时空块码信号103、104。进而在后续的时刻i+2及i+13，发送与数据‘1’对应的图案的时空块码信号103、104。 

由此，在发送装置100中，由于除了由码元S1、S2传输的数据以外，还可以通过时空块码的图案传输数据，所以这部分就可以相应地增加每时间单位能够发送的数据量。 

例如，考虑由调制单元121、122进行QPSK调制的情况。由于码元S1、S2每一码元能够传输2比特的数据，所以在从时刻i到时刻i+1的期间用调制码元S1、S2可发送的数据为4比特。除此以外，在时刻i到时刻i+1的期间中，由于通过时空块码的图案能够传输1比特，所以能够传输合计5比特。 

然而，在调制单元121、122进行QPSK调制的情况下，通过数据分流单元120，将发送数据101的最初的2比特输出到调制单元121，将下面的2比特输出到调制单元122，并将再下一个的1比特输出到信号选择单元127即可。 

图10表示将从发送装置100发送的时空块码信号接收的接收装置200的结构。接收装置200将由天线AN3接收到的信号201输入到无线单元202。无线单元202施加变频或正交解调等规定的无线接收处理，将由此获得的接收基带信号203输出到解扩单元204。解扩单元204对接收基带信号203进行解扩，并将解扩后的接收基带信号205输出到第1传输路径估计单元206、第2传输路径估计单元207、同步单元210及解调单元212。 

第1传输路径估计单元206根据从天线AN1发送的信号中包含的导频码元，求天线AN1和天线AN3之间的传输路径变动h1，将其作为传输路径估计信号208输出到解调单元212。第2传输路径估计单元207根据从天线AN2发送的信号中包含的导频码元，求天线AN2和天线AN3之间的传输路径变动h2，将其作为传输路径估计信号209输出到解调单元212。 

同步单元210根据从各天线AN1、AN2发送的信号中包含的导频码元，取与从各天线AN1、AN2发送的信号的同步，将用于同步的定时信号211输出到解调单元212。 

图11表示解调单元212的结构。解调单元212有检波单元220和矩阵估计单元221，对它们输出传输路径估计信号208、209、接收基带信号205及定时信号211。矩阵估计单元221通过进行传输路径估计矩阵的矩阵图案的估计，估计接收到的是哪个图案的时空块码。 

下面具体地说明。在天线AN3中，从天线AN1发送的信号和从天线AN2发送的信号被合成接收。假设时刻t的合成接收信号为R(t)。此外，假设时刻t时的传输路径估计值h1、h2分别为h1(t)、h2(t)。于是，在图8A所示的图案的时空块码被发送的情况下，以下算式的关系式成立。 

[算式1] 

$\left(\begin{array}{c}R\left(i\right)\\ R(i+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}h1\left(i\right)& h2\left(i\right)\\ h{2}^{*}(i+1)& -h{1}^{*}(i+1)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}S1\\ S2\end{array}\right)...\left(1\right)$

相对于此，在图8B所示的图案的时空块码被发送的情况下，以下算式的关系式成立。 

[算式2] 

$\left(\begin{array}{c}R\left(i\right)\\ R(i+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}h2\left(i\right)& h1\left(i\right)\\ -h{1}^{*}(i+1)& h{2}^{*}(i+1)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}S1\\ S2\end{array}\right)...\left(2\right)$

因此，矩阵估计单元221估计是算式(1)成立还是算式(2)成立。换 句话说，矩阵估计单元221估计从时刻i到时刻i+1由发送装置100发送了哪个图案的时空块码。例如，可考虑以下方法：使用算式(1)及算式(2)，暂且进行S1、S2的估计，判断作为码元用哪个算式估计的S1、S2确切。然后，矩阵估计单元221在估计为算式(1)比算式(2)确切的情况下，作为接收数据215输出‘0’。相反，矩阵估计单元221在估计为算式(2)比算式(1)确切的情况下，作为接收数据215输出‘1’。 

该接收数据215还被输出到检波单元220。检波单元220在作为接收数据215‘0’被输入的情况下使用算式(1)，在通过进行对于算式(1)的逆矩阵运算而估计出码元S1、S2后，通过对各码元S1、S2进行解调，获得对于码元S1的接收数据213和对于码元S2的接收数据214。相反，检波单元220在作为接收数据215‘1’被输入的情况下使用算式(2)，在通过进行对于算式(2)的逆矩阵运算而估计出码元S1、S2后，通过对各码元S1、S2进行解调，获得对于码元S1的接收数据213和对于码元S2的接收数据214。 

由此，接收装置200可以将由时空块码传输的数据和由时空块码的图案传输的数据所构成的全部发送数据复原。 

因此，根据本实施方式，在使用多个天线发送时空块码信号时，通过根据发送数据改变时空块码的图案，除了可以进行由时空块码获得的质量良好的数据传输的效果以外，由于还可以通过时空块码的图案来传输数据，所以可以实现能够提高数据传输效率的发送装置100。 

此外，通过设置矩阵估计单元221和作为信号分离解调单元的检波单元220，可以实现能够从根据发送数据改变了图案的时空块码信号将传输数据完全复原的接收装置200，其中，矩阵估计单元221通过识别接收到时空块码的图案来估计由时空块码的图案传输的数据，检波单元220使用由矩阵估计单元221估计出的信道估计矩阵来对构成时空块码的各调制信号进行分离并解调。 

再有，在该实施方式中，举例说明了使用扩频通信方式的情况下的结构，但在不使用扩频通信方式时也可以同样地实施。 

(实施方式2) 

在本实施方式，提案对在实施方式1中说明的、根据发送数据改变了图案的时空块码信号进行OFDM调制后发送。 

在与图4对应的部分赋予同一标号表示的图12中，表示本实施方式的发 送装置的结构。发送装置300除了时空块码信号形成单元301的结构有所不同，以及具有作为OFDM调制单元的串并行变换单元(S/P)304-A、304-B及傅立叶逆变换(idft)单元306-A、306-B以外，与图4的发送装置100大致相同的结构。 

发送装置300将由时空块码信号形成单元301形成的时空块码信号302、303分别输出到串并行变换单元304-A、304-B。由各串并行变换单元304-A、304-B获得的并行信号305-A、305-B分别通过傅立叶逆变换单元306-A、306-B而进行傅立叶逆变换，从而形成OFDM信号307-A、307-B。OFDM信号307-A、307-B通过无线单元308-A、308-B施加规定的无线处理并形成了发送OFDM信号309-A、309-B后，供给给天线AN1、AN2。 

图13表示时空块码信号形成单元301的结构。再有，在图13中，对与图5的对应部分赋予相同标号，并在此省略该部分的说明。信号选择单元320根据发送数据101-C改变时空块码的图案。这里，信号选择单元320的选择处理与图5的信号选择单元127的选择处理大致相同，但在本实施方式中由于将时空块码进行OFDM发送，所以选择的图案有所不同。 

使用图14A、图14B、图15A、图15B、图16A、图16B及图17，说明信号选择单元320的具体的处理。图14A、图14B中表示OFDM信号307-A的状态，图15A、图15B中表示OFDM信号307-B的状态。如图14A所示，信号选择单元320在发送数据101-C为‘0’的情况下，作为信号302输出码元S1和码元-S2^*。然后这些码元S1、-S2^*通过串并行变换单元304-A及傅立叶逆变换单元306-A被OFDM调制，码元S1被配置给载波1，码元-S2^*被配置给载波2，从天线AN1发送。相对于此，如图14B所示，在发送数据101-C为‘1’的情况下，作为信号302输出码元S2和码元S1^*。然后这些码元S2、S1^*通过串并行变换单元304-A及傅立叶逆变换单元306-A被OFDM调制，码元S2被配置给载波1，码元S1^*被配置给载波2，从天线AN1发送。 

如图15A所示，信号选择单元320在发送数据101-C为‘0’的情况下，作为信号303输出码元S2和码元S1^*。然后这些码元S2、S1^*通过串并行变换单元304-B及傅立叶逆变换单元306-B被OFDM调制，码元S2被配置给载波1，码元S1^*被配置给载波2，从天线AN2发送。相对于此，如图15B所示，在发送数据101-C为‘1’的情况下，作为信号303输出码元S1和码 元-S2^*。然后这些码元S1、-S2^*通过串并行变换单元304-B及傅立叶逆变换单元306-B被OFDM调制，码元S1被配置给载波1，码元-S2^*被配置给载波2，从天线AN2发送。 

图16A、图16B表示将图14A、图14B及图15A、图15B汇总的情况。即，在发送数据101-C为‘0’的情况下，图16A所示的码元配置的OFDM信号307-A、307-B从各天线AN1、AN2发送。即，OFDM信号307-A从天线AN1发送，同时OFDM信号307-B从天线AN2发送。相对于此，在发送数据为‘1’的情况下，图16B所示的码元配置的OFDM信号307-A、307-B从各天线AN1、AN2发送。 

图17中表示实际的帧结构。图中的网格部分表示导频码元。在时刻i-1从各天线AN1、AN2发送导频码元。在后续的时刻i，从各天线AN1、AN2发送经OFDM调制的时空块码。在图17中，表示使用两个天线AN1、AN2的载波1和载波2来发送与发送数据‘0’对应的图案的时空块码，使用载波3和载波4来发送与发送数据‘1’对应的图案的时空块码的情况。 

另外，在图17，为了使各图的对应关系容易理解，将分配给载波3和载波4的码元S1和S2用与分配给载波1和载波2的码元S1和S2相同的标号来记载，但分配给载波1和载波2的码元S1、S2与分配给载波3、4的码元S1、S2是由不同的数据获得的不同的码元。 

由此，在发送装置300中，除了由副载波1和副载波2的码元S1、S2传输的数据以外，还可以通过该时空块码的图案来传输数据，而且除了可由副载波3和副载波4的码元传输的数据以外，还可以通过该时空块码的图案来传输数据。 

图18中表示将从发送装置300发送的OFDM信号接收的接收装置的结构。接收装置400将天线AN3接收到的OFDM信号401输入到无线单元402。无线单元402施加变频或正交解调等规定的无线接收处理，将由此获得的OFDM接收基带信号403输出到傅立叶变换(dft)单元404。傅立叶变换单元404对OFDM接收基带信号403进行傅立叶变换，将傅立叶变换后的接收基带信号405输出到第1传输路径估计单元406、第2传输路径估计单元407、同步单元410及解调单元412。 

第1传输路径估计单元406根据从天线AN1发送的OFDM信号的各载波中包含的导频码元，求天线AN1和天线AN3之间的每个载波的传输路径 变动，将其作为传输路径估计信号408输出到解调单元412。第2传输路径估计单元407根据从天线AN2发送的OFDM信号的各载波中包含的导频码元，求天线AN2和天线AN3之间的每个载波的传输路径变动，将其作为传输路径估计信号409输出到解调单元412。 

同步单元410根据从各天线AN1、AN2发送的信号中包含的导频码元，取与从各天线AN1、AN2发送的信号的同步，将用于同步的定时信号411输出到解调单元。 

图19表示解调单元412的结构。解调单元412有检波单元420和矩阵估计单元421，对它们输入传输路径估计信号408、409、接收基带信号405及定时信号411。矩阵估计单元421通过估计传输路径估计矩阵的矩阵图案，估计接收了哪个图案的时空块码。 

下面具体地说明。在天线AN3中，从天线AN1发送的信号和从天线AN2发送的信号被合成并被接收。假设时刻t的合成接收信号为R(t)。此外，假设时刻t时的传输路径估计值h1、h2分别为h1(t)、h2(t)。于是，在发送了图16A所示的图案的时空块码的情况下，下面算式的关系式成立。 

[算式3] 

$\left(\begin{array}{c}R1\left(i\right)\\ R2\left(i\right)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}h1\left(i\right)& h2\left(i\right)\\ h{2}^{*}\left(i\right)& -h{1}^{*}\left(i\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}S1\\ S2\end{array}\right)...\left(3\right)$

相对于此，在发送了图16B所示的图案的时空块码的情况下，下面算式的关系式成立。 

[算式4] 

$\left(\begin{array}{c}R1\left(i\right)\\ R2\left(i\right)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}h2\left(i\right)& h1\left(i\right)\\ -h{1}^{*}\left(i\right)& h{2}^{*}\left(i\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}S1\\ S2\end{array}\right)...\left(4\right)$

矩阵估计单元421例如在接收了图17所示的帧结构的信号的情况下，对于载波1和载波2估计为使用了算式(3)的图案的时空块码，作为接收数据415输出‘0’，同时将这种情况通知检波单元420。而对于载波3和载波4估计为使用了算式(4)的图案的时空块码，作为接收数据415输出‘1’，同时将这种情况通知检波单元420。 

此时，检波单元420在通过对于载波1和载波2使用算式(3)，进行算式(3)的逆矩阵运算估计出码元S1、S2后，通过对各码元S1、S2进行解调，获得对于码元S1的接收数据413和对于码元S2的接收数据414。此外， 检波单元420在通过对于载波3和载波4使用算式(4)，进行算式(4)的逆矩阵运算估计出码元S1、S2(实际上该码元S1、S2与载波1、2的码元有所不同)后，通过对各码元S 1、S2进行解调，获得对于码元S1的接收数据413和对于码元S2的接收数据414。 

这样，接收装置400可以复原由时空块码传输的数据和由时空块码的图案传输的数据所构成的全部发送数据。 

因此，根据本实施方式，在对OFDM信号的副载波分配时空块码进行发送时，根据发送数据改变时空块码的图案，从而除了可以进行由时空块码获得的质量良好的数据传输的效果以外，由于还可以通过时空块码的图案传输数据，所以可以使数据传输效率提高。 

特别是对OFDM信号的各副载波分配时空块码时，由于可以增加单位时间内能够传输的时空块码，所以可以增加单位时间的传输数据量。 

再有，在本实施方式，说明了有关对多个载波分配时空块码的情况(即，在频率方向分配时空块的情况)，但如图20A、图20B及图21所示，也可以按单一的载波(图20A、图20B及图21的情况下为载波1)为单位来分配时空块码(即，在时间方向分配时空块)。这种情况下，还可以对其他载波2、3、4分配其他的时空块码。 

下面具体地说明。在发送数据为‘0’的情况下，从各天线AN1、AN2发送图20A所示的OFDM信号307-A、307-B。与此相对，在发送数据为‘1’的情况下，从各天线AN1、AN2发送图20B所示的OFDM信号307-A、307-B。 

图21表示实际的帧结构例。在时刻i发送了导频码元后，在时刻i、i+1将与数据‘0’对应的图案的时空块码配置给载波1并进行发送，在后续的时刻i+2、i+3将与数据‘1’对应的图案的时空块码配置给载波1并进行发送。 

这样，作为时空块码对各载波的配置的方法，可采用如图16A、图16B及图17所示的在频率方向配置的方法，如图20A、图20B及图21所示的在时间方向配置的方法，或在频率和时间的两方向配置的方法中的任意一种方法。 

再有，在本实施方式，举例说明了OFDM方式，但即使应用于OFDM方式以外的多载波方式的情况下，也可以获得同样的效果。 

(实施方式3) 

在本实施方式，详细论述有关在接收装置端对接收到的时空块码的图案 进行识别的具体的方法。 

例如，在实施方式1中，通过在接收端识别是发送了算式(1)的发送信号还是发送了算式(2)的发送信号而获得1比特的数据，但在本实施方式中，详细地说明有关该识别的方法的例子。 

实际上，实施方式1的情况下，由于通过图11的矩阵估计单元221进行时空块码的图案的识别，所以这里详细地说明有关矩阵估计单元221的动作。在本实施方式中，举例说明由发送装置100的调制单元121、122进行QPSK调制的情况。 

矩阵估计单元221从被输入的h1(208)、h2(209)求时刻i的16个点的候选信号点、以及时刻i+1的16个点的候选信号点。图22A、图22B表示了该状态的一例。在图22A、图22B中，○表示候选信号点，×表示接收点。而●是表示与(用发送码元S1发送的2比特、用发送码元S2发送的2比特)＝(00，00)对应的候选信号点。因此，(用发送码元S1发送的2比特，用发送码元S2发送的2比特)以(00，00)～(11，11)的16个点的候选信号点的其中一个来表现。 

图22A表示在接收了使用算式(1)的时空块码图案的信号的情况下的时间i和时间i+1的信号点的状态。图22B表示在接收了使用算式(2)的时空块码图案的信号的情况下的时间i和时间i+1的信号点的状态。 

矩阵估计单元221根据接收点和各候选信号点的欧几里德距离，识别是发送了图22A的图案的信号还是发送了图22B的图案的信号。 

下面具体地说明。首先，关于图22A所示的假设用算式(1)发送的情况下的信号点的状态，矩阵估计单元221求候选信号点和接收信号点的欧几里德距离的平方。例如，设对于(00，00)的时间i的候选信号点和接收信号点的欧几里德距离的平方为Dx0000(i)，设对于(00，00)的时间i+1的候选信号点和接收信号点的欧几里德距离的平方为Dx0000(i+1)，求对于(00，00)的接收信号点的欧几里德距离的平方Dx0000＝Dx0000(i)+Dx0000(i+1)。同样地也对从Dx0001至Dx1111来求。 

同样地，关于图22B所示的假设用算式(2)发送的情况下的信号点的状态，求候选信号点和接收信号点的欧几里德距离的平方。此时，接收信号点存在于与算式(1)时同样的位置，但候选信号点存在于不同的位置。例如，设对于(00，00)的时间i的候选信号点和接收信号点的欧几里德距离的平 方为Dy0000(i)，对于(00，00)的时间i+1的候选信号点和接收信号点的欧几里德距离的平方为Dy0000(i+1)，求对于(00，00)的接收信号点的欧几里德距离的平方Dy0000＝Dy0000(i)+Dy0000(i+1)。同样地也对从Dy0001至Dy1111来求。 

然后，矩阵估计单元221搜索从Dx0000至Dx1111中的最小值Dx，min，同时搜索从Dy0000至Dy1111中的最小值Dy，min。接着，矩阵估计单元221比较Dx，min和Dy，min，判断值较小的一方为正确，识别时空块码图案。 

即，矩阵估计单元221在Dx，min＞Dy，min时，判断为以算式(2)的时空块码图案发送了信号，作为接收数据215获得‘1’的数据。相反，在Dy，min＞Dx，min时，判断为以算式(1)的时空块码图案发送了信号，作为接收数据215获得‘0’的数据。 

这样，矩阵估计单元221可以获得接收数据215。 

再有，在本实施方式，仅根据最小值来判断用算式(1)的时空块码图案发送还是用算式(2)的时空块码图案发送，但并不限于此，例如也可以使用Dx的多个值和Dy的多个值来判断。 

此外，在本实施方式中，举例说明了识别由实施方式1的发送装置发送的信号的时空块码图案的方法，但不限于此，关键是根据接收点和候选信号点的欧几里德距离，只要比较时空块码图案的正确性即可。这样的话，即使使用各种各样的时空块码图案，也可以识别使用了哪个时空块码图案。 

(其他实施方式) 

在上述实施方式1、2中，说明了有关发送天线数为2、接收天线数为1的情况，但本发明不限于此，在发送天线比两个更多的情况下，例如在使用文献“Space-time block codes from orthogonal designs”IEEE Transaction onInformation Theory，pp.1456-1467，vol.45，no.5，July 1999和文献“Aquasi-orthogonal space-time block code”IEEE Transactions on Communications，pp.1-4，vol.49，no.1，January 2001中公开的时空块码时，也可以同样地实施。 

此外，在上述实施方式1中，从算式(1)及算式(2)可知，论述了根据发送数据切换供给码元的天线，从而形成将矩阵的列元素切换的时空块码的图案的情况，但如图23A、图23B所示，也可以根据发送数据而改变输出码元的顺序，从而使用将矩阵的行元素切换的时空块码的图案。而且，如果将实施方式1那样的图案的形成方式和图23A、图23B那样的图案形成方式 复合地使用，则可以形成四个图案，所以除了构成时空块码的码元的信息以外，还可以传输2比特的数据。 

特别是在发送天线数为4以上的情况下，如以上述文献为例那样，提出多个可获得分集增益的时空块编码方式。在本发明中，也可以根据发送数据，通过选择这些时空块编码方式的其中一个来发送，从而传输数据。在接收端，通过用矩阵的图案来识别使用了哪个编码方式，从而获得数据。即，可以用作时空块码的图案不限于实施方式1或实施方式2中说明的图案，也可以采用在接收端可获得分集增益的各种各样的图案。 

而且，可以复合地使用在实施方式1中说明的图案的形成方式或图23A、图23B所示的图案的形成方式，以及使用了不同的编码方式的图案形成方式而形成图案。这样的话，由于可以形成很多时空块码的图案，所以可以进一步增加由时空块码的图案可传输的数据量。 

此外，换句话说，本发明也可以说是形成与发送数据对应的信道矩阵的图案，从而用该信道矩阵的图案传送数据。由此，由于可以在信道矩阵的图案中载运信息，所以可以增加传输数据量。其中，上述实施方式1、2是根据发送数据来选择对各天线供给的码元块的图案。此外，上述实施方式1、2使用时空块码作为码元块。 

根据本发明，作为进一步的应用，还考虑将码元S1、S2的信号点固定，仅用被发送数据调制的信道矩阵来传输数据。 

在上述实施方式1、2中，举例说明了时空块，但本发明的发送装置只要具有基带信号形成单元就可以，该单元通过根据发送数据改变调制信号对多个时隙的分配方式，根据发送数据形成信道矩阵图案不同的基带信号。由此，与上述实施方式1、2中说明的同样，由于可以用信道矩阵的图案传送数据，所以可以使数据传输效率提高。 

此外，本发明的接收装置也可以是包括：信道矩阵估计单元，使用多个时隙的数据对信道矩阵进行估计；以及发送数据估计单元，根据对信道矩阵的数据分配图案对发送数据进行估计。由此，可以用信道矩阵的图案而对发送数据进行估计。 

这里，说明有关本发明的信道矩阵的图案生成的简单一例与以往方式的Mary扩频通信方式的不同。这里，以发送天线为一个、接收天线为一个的情况为例进行说明。 

图24中表示使用了Mary扩频通信方式的发送装置的结构。各序列产生单元(序列1产生单元501-1～序列M产生单元501-M)产生相互正交的扩频码503-1～503-M。选择单元504输入发送数据502及正交扩频码503-1～503-M，根据发送数据502而选择正交扩频码503-1～503-M中的其中一个，将它作为基带信号505输出到无线单元506。无线单元506对基带信号505，通过施加正交调制、频带限制、变频、信号放大等处理而获得发送信号507，将该发送信号输出到天线508。 

作为这种Mary扩频通信方式的特征，可列举以下两个特征。·从序列1至序列M的扩频码503-1～503-M是正交(或互相关小的)的序列。·导致扩频增益部分的数据传输效率的下降。 

作为一例，说明有关在时间轴方向的两时隙中使用了Mary扩频通信方式时的帧结构例。如图25所示，在发送数据为‘0’时，在时间i中发送(I，Q)＝(1，1)，在时间i+1中发送(I，Q)＝(1，1)。另一方面，在发送数据为‘1’时，在时间i中发送(I，Q)＝(1，-1)，在时间i+1中发送(I，Q)＝(1，-1)。于是，假设时间i中的接收信号为R(i)，时间i+1中的接收信号为R(i+1)，传送系数为h(t)时，在发送数据为‘0’时算式(5)成立，而在发送数据为‘1’时算式(6)成立。 

[算式5] 

$\left(\begin{array}{c}R\left(i\right)\\ R(i+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}h\left(i\right)& h\left(i\right)\\ h(i+1)& h(i+1)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right)...\left(5\right)$

[算式6] 

$\left(\begin{array}{c}R\left(i\right)\\ R(i+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}h\left(i\right)& h\left(i\right)\\ -h(i+1)& -h(i+1)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right)...\left(6\right)$

在Mary扩频通信方式中，也如上述算式那样，可用矩阵来表示，但M ary扩频通信方式和本发明在以下方面有所不同。Mary扩频通信方式可以说具有以下特征。·扩频序列成为基础，以正交的(或互相关小的)序列生成矩阵。·是作为获得扩频增益的技术，不是提高数据的传输效率(频率利用率)的技术。即，不是产生QPSK和16QAM关系那样的传输效率的不同的技术。 

相反，在使用本发明的信道矩阵的图案来传输数据的方法中，可以使数据的传输效率(频率利用率)提高。图26中表示使用本发明的信道矩阵的图案来传输数据的方法中的帧结构例。在图26中，着眼于时间方向的两时隙。 再有，这里说明有关时间方向的时隙，但即使是在用频率轴方向的时隙形成信道矩阵的情况下也是同样的。 

在发送数据为‘00’时，在时间i中发送(I，Q)＝(1，3)，在时间i+1中发送(I，Q)＝(3，1)。在发送数据为‘01’时，在时间i中发送(I，Q)＝(-1，3)，在时间i+1中发送(I，Q)＝(3，-1)。在发送数据为‘10’时，在时间i中发送(I，Q)＝(1，3)，在时间i+1中发送(I，Q)＝(-3，1)。而在发送数据为‘11’时，在时间i中发送(I，Q)＝(3，1)，在时间i+1中发送(I，Q)＝(-3，1)。 

因此，假设在时间i中的接收信号为R(i)，在时间i+1中的接收信号为R(i+1)，传送系数为h(t)时，在发送数据为‘00’时算式(7)成立，在发送数据为‘01’时算式(8)成立，在发送数据为‘10’时算式(9)成立，在发送数据为‘11’时算式(10)成立。 

[算式7] 

$\left(\begin{array}{c}R\left(i\right)\\ R(i+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}h\left(i\right)& 3h\left(i\right)\\ 3h(i+1)& h(i+1)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right)...\left(7\right)$

[算式8] 

$\left(\begin{array}{c}R\left(i\right)\\ R(i+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}-h\left(i\right)& 3h\left(i\right)\\ 3h(i+1)& -h(i+1)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right)...\left(8\right)$

[算式9] 

$\left(\begin{array}{c}R\left(i\right)\\ R(i+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}h\left(i\right)& -h\left(i\right)\\ 3h(i+1)& 3h(i+1)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right)...\left(9\right)$

[算式10] 

$\left(\begin{array}{c}R\left(i\right)\\ R(i+1)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}3h\left(i\right)& -3h\left(i\right)\\ h(i+1)& h(i+1)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right)...\left(10\right)$

这样，本发明与扩频通信方式比较时，在不利用正交的(或互相关小的)序列方面、不求扩频增益的方面有所不同。因而，在本发明中，与Mary比较，可以获得使数据的传输效率(频率利用率)提高的显著效果。即，可以产生QPSK和16QAM关系那样的传输效率的不同。 

再有，这里为了简化说明，表示了发送天线为一个、接收天线为一个的例子，但本发明不限于此。例如，在发送天线为两个、接收天线为两个的情况下，上述算式(7)～算式(10)的各算式变为4行×4列的信道矩阵。即， 在发送端，通过根据发送数据改变调制信号对多个时隙的分配方式，形成与4行×4列的信道矩阵等价的基带信号，进行在信道矩阵的图案中装载了数据的发送。然后，在接收端，使用多个时隙的数据来估计4行×4列的信道矩阵，根据对该信道矩阵的数据分配图案对发送数据进行估计。即，本发明也可应用于MIMO通信，在应用于MIMO通信的情况下，由于可以增加信道矩阵的图案，所以可以增加用信道矩阵的图案传输的数据量。 

再有，实施方式1是使用了时空块码时的例子，特别是在此时，可以既可以获得分集增益，又可以提高数据的传输效率。 

如在上述各实施方式中说明的那样，本发明可以采用以下的方式。 

本发明的发送装置的一个方式，采用以下结构，包括：基带信号形成单元，通过根据发送数据改变调制信号对多个时隙的分配方式，根据发送数据形成信道矩阵图案不同的基带信号；无线单元，将该基带信号变换为无线信号；以及发送天线，发送该无线信号。 

根据这种结构，由于可根据发送数据而改变信道矩阵图案，所以除了作为信道矩阵的各元素的调制码元以外，即使是信道矩阵的图案也可以传输数据。其结果，可以增加数据传输量而不扩大频带，可以使频率利用率提高。 

本发明的发送装置的一个方式采用以下结构，发送天线由多个天线构成，基带信号形成单元以多个天线的份数形成信道矩阵图案不同的基带信号。 

根据这种结构，由于可以使用份量相当于多个天线的信道矩阵图案来传输数据，所以可以进一步增加数据传输量。此外，根据这种结构，可以增加MIMO通信中的数据传输量。 

本发明的发送装置的一个方式采用以下结构，发送天线由多个天线构成，基带信号形成单元包括根据发送数据来改变时空块码信号的图案的时空块码信号形成单元。 

根据这种结构，除了可以通过时空块码来进行质量良好的数据传输以外，由于还可以用时空块码的图案传输数据，所以可以增加传输数据量。 

本发明的发送装置的一个方式采用以下结构，时空块码信号形成单元包括：第1调制单元，由所述发送数据形成第1发送码元；第2调制单元，由发送数据形成第2发送码元；以及信号选择单元，通过输入第1发送码元及第2发送码元，根据发送数据改变第1发送码元及第2发送码元和它们的复数共轭信号的输出顺序，并输出到第1天线及第2天线，从而形成时空块码 信号。 

根据这种结构，由于通过信号选择单元可根据发送数据而获得不同图案的时空块码信号，所以除了通过第1及第2调制码元构成的时空块码所传输的数据以外，还可以通过时空块码信号的图案来传输数据。 

本发明的发送装置的一个方式采用以下结构，还包括将由时空块码信号形成单元形成的信号分配给多个副载波的多载波调制单元，从多个天线发送被多载波调制过的时空块码信号。 

根据这种结构，可以增加将时空块码例如通过OFDM方式发送时的传输数据量。 

本发明的接收装置的一个方式采用以下结构，包括：信道矩阵估计单元，使用多个时隙的数据进行信道矩阵的估计；以及发送数据估计单元，根据对该信道矩阵的数据分配图案进行发送数据的估计。 

本发明的接收装置的一个方式采用以下结构，发送数据估计单元通过对接收到的时空块码信号的图案进行识别，估计发送数据。 

本发明的接收装置的一个方式采用以下结构，发送数据估计单元通过识别各发送接收天线间的信道估计矩阵的图案，识别时空块码的图案。 

根据这些结构，除了将通过时空块码传输的数据复原以外，还可以将通过时空块码的图案传输的数据复原。 

本发明的无线通信方法的一个方式包括：发送步骤，通过将调制信号对多个时隙的分配方式根据发送数据而改变，从而根据发送数据来形成并发送信道矩阵图案不同的基带信号；以及接收步骤，使用多个时隙的数据进行信道矩阵的估计，并根据对信道矩阵的数据分配图案进行发送数据的估计。 

本发明不限定于上述实施方式，可以进行各种各样的变更来实施。 

本说明书基于2004年2月13日申请的特愿2004-37088及2004年12月14日申请的特愿2004-361105。其全部内容包含于此。 

工业上的可利用性 

本发明可应用于例如无线LAN(Local Area Network)的基站和其终端、移动通信系统的基站和其终端。 

Claims (9)

1.一种发送装置，包括：

多个发送天线，分别发送多个无线信号，形成多个时空块码信号；

第1调制单元，由发送数据形成第一发送码元；

第2调制单元，由发送数据形成第二发送码元；

信号选择单元，输入所述第一发送码元及所述第二发送码元，通过根据所述发送数据改变时空块码的图案来改变对所述第一发送码元及所述第二发送码元的多个时隙的分配方式，并根据所述发送数据形成信道矩阵图案不同的多个码信号，所述时空块码的图案为根据所述第一发送码元及所述第二发送码元，和它们的复数共轭信号的输出顺序而形成的图案；

无线单元，将所述多个码信号变换为多个无线信号，并分别输出到所述多个发送天线。

2.如权利要求1所述的发送装置，

所述信号选择单元根据所述多个天线的数目选择所述信道矩阵图案不同的多个码信号。

3.如权利要求1所述的发送装置，

还包括将由所述信号选择单元选择的信号分配给多个副载波的多载波调制单元，

从所述多个天线发送经多载波调制的时空块码信号。

4.一种接收装置，包括：

传输路径估计单元，使用从具有多个天线的发送装置发送的无线信号求出多个传送路径变动；

同步单元，根据无线信号所包含的已知信号调整所述无线信号的同步定时输出同步信号；

解调单元，使用所述多个传送路径变动以及所述同步信号，从所述无线信号解调发送数据；所述解调单元还包括：

信道矩阵估计单元，使用包含于所述无线信号的多个时隙的数据对信道矩阵进行估计；以及

发送数据估计单元，根据所估计的信道矩阵的数据分配图案对发送数据进行估计。

5.如权利要求4所述的接收装置，

所述发送数据估计单元通过识别所接收的时空块码的图案，对所述发送数据进行估计。

6.如权利要求4所述的接收装置，

所述发送数据估计单元通过识别各发送接收天线间的信道估计矩阵的图案，识别所述时空块码的图案。

7.一种发送方法，包括：

调制步骤，由发送数据形成第一发送码元，由所述发送数据形成第二发送码元；

信号选择步骤，输入所述第一发送码元及所述第二发送码元，通过根据所述发送数据改变时空块码的图案来改变对所述第一发送码元及所述第二发送码元的多个时隙的分配方式，并根据所述发送数据形成信道矩阵图案不同的多个码信号，所述时空块码的图案为根据所述第一发送码元及所述第二发送码元，和它们的复数共轭信号的输出顺序而形成的图案；

信号变换步骤，将所述多个码信号变换为多个无线信号；以及

发送步骤，从多个发送天线将所述多个无线信号分别发送，形成多个时空块码信号。

8.一种接收方法，包括：

传输路径估计步骤，使用从具有多个天线的发送装置发送的无线信号求出多个传送路径变动；

同步步骤，根据无线信号所包含的已知信号调整所述无线信号的同步定时输出同步信号；

解调步骤，使用所述多个传送路径变动以及所述同步信号，从所述无线信号解调发送数据；所述解调步骤还包括：

信道矩阵估计步骤，使用包含于所述无线信号的多个时隙的数据对信道矩阵进行估计；以及

发送数据估计步骤，根据所估计的信道矩阵的数据分配图案对发送数据进行估计。

9.一种无线通信方法，包括：权利要求7的发送方法以及权利要求8的接收方法。

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