JP2004129082A

JP2004129082A - 符号化された直交伝送ダイバーシティ方法を用いた通信システムおよび方法

Info

Publication number: JP2004129082A
Application number: JP2002292952A
Authority: JP
Inventors: Robert Morelos Zaragoza; ロバート　モレロス−ザラゴザ
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】誤り訂正符号化と伝送ダイバーシティの両方を組み合わせた通信方法及び装置を提供する。
【解決手段】通信システムに含まれている送信装置は、シリアルメッセージビットを受信しパラレルに変換するシリアル／パラレル変換器３０１と、シリアル／パラレル変換器３０１から提供されるメッセージビットに対してマルチレベル符号化を適用する複数の符号化器３０３_１−３０３_Ｌと、符号化されたビットに対してビット−信号マッピングを実施するマッパ−３０５と、マップされた信号に対し時空間ブロック符号化を適用するＳＴＢＣ符号化器３０７と、時空間ブロック符号化された信号を送信する２つのアンテナ素子１１０ａ、１１０ｂとを備えている。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号化された直交伝送ダイバーシティ（ｃｏｄｅｄ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｔｒａｎｓｍｉｔ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）方式を用いた通信のための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、時空間符号化が注目されている。時空間符号化（Ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ　ｃｏｄｉｎｇ）方式には、時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ）と時空間トレリス符号化（ＳＴＴＣ）という２つの基本的なクラスがある。建物内等のマルチパス（フラット）レイリーフェーディング環境においては、送信側に複数のアンテナを設け、これらのアンテナから適切に符号化された信号を送信することで、ＳＴＢＣおよびＳＴＴＣのいずれによってもダィバーシティ（分散性）を達成することができる。
【０００３】
複数のアンテナを送信側に設けることは、ベースステーション（アクセスポイント）から携帯端末への通信のような無線ＬＡＮシステムのダウンリンクにとって非常に望ましいことである。これは、送信側のアンテナの数を増加させることで、同じ機能性レベル（ビット誤り率）を達成するために必要となる携帯端末でのアンテナ数を低減できるためである。すなわち、ダイバーシティは積ｎ_Ｔｎ_Ｒに比例して向上するものであり、ｎ_Ｔは送信側のアンテナ数、ｎ_Ｒは受信側のアンテナ数である。ＲＦ及びベースバンド用アナログ部品の必要個数はアンテナの数に比例して線形的に増加する。したがって、アンテナの数を削減することにより、携帯端末でのコストを大きく削減することができる。さらに、変調され時空間符号化された信号の受信側での再生は容易であるため、ＳＴＢＣや直交伝送ダイバーシティ（ＯＴＤ）によるダイバ−シティは特に有効性が高い。
【０００４】
最近では、アラモッティにより提案されたＯＴＤは、外的誤り訂正符号化、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）あるいは両者の組み合わせを適用することで、一般化がなされてきた。さらに、アラモッティのＯＴＤ方式は３ＧＰＰ（Ｔｈｅ　Ｔｈｉｒｄ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ　Ｐｒｏｊｅｃｔ）物理レイヤー仕様に採用されている。一例として、図１に、ビットインターリーブされた符号化変調（ＢＩＣＭ）を用いた符号化ＯＴＤ（ＣＯＴＤ）システムを示す（Ｇ．　Ｃａｉｒｅ，　Ｇ．　Ｔａｒｉｃｃｏ，　ａｎｄ　Ｅ．　Ｂｉｇｌｉｅｒｉ，　”Ｂｉｔ−ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ　ｃｏｄｅｄ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ”，　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　Ｉｎｆｏ．　Ｔｈｅｏｒｙ，　Ｖｏｌ．　４４，　Ｎｏ．　３，　ｐｐ．９２７−９４６，　Ｍａｙ　１９９８）。
【０００５】
図１に示すＣＯＴＤシステムはビットインターリーブされた符号化変調を行うもので、符号化器１０１、符号化されたビットの順列置換を行うインターリーバー１０３、シリアル／パラレル変換を行う変換器１０５、変調器１０７ａ、１０７ｂ、及び時空間ブロック（ＳＴＢＣ）符号化器１０９を備えている。
【０００６】
これら従来の研究結果は符号化（時間ダイバーシティ）、周波数ダイバーシティ（ＯＦＤＭ）およびＯＴＤの組み合わせを扱ったものであり、従来の通信システムと同じように、１対１のベースで各構成変調シンボルをそれぞれ独立して処理している。したがって、単一アンテナシステムに対する従来の符号化と変調方式とが適用されていた。このようなアプローチを大きく変えたのはイオネスク他およびシワモガササム他である（Ｄ．Ｍ．　Ｉｏｎｅｓｃｕ，　Ｋ．Ｋ．　Ｍｕｋｋａｖｉｌｌｉ，　Ｚ．　Ｙａｎ　ａｎｄ　Ｊ．　Ｌｉｌｌｅｒｂｅｒｇ，　”Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　８−　ａｎｄ　１６−ｓｔａｔｅ　Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ　Ｃｏｄｅｓ　ｆｏｒ　４ＰＳＫ　ｗｉｔｈ　Ｔｗｏ　Ｔｒａｎｓｍｉｔ　Ａｎｔｅｎｎａｓ，”　ｓｕｂｍｉｔｔｅｄ　ｔｏ　ＩＥＥＥ　Ｃｏｍｍ．　Ｌｅｔｔｅｒｓ，　２００１；　Ｓ．　Ｓｉｗａｍｏｇｓａｔｈａｍ　ａｎｄ　Ｍ．　Ｐ．　Ｆｉｔｚ，　”Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｈｉｇｈ−Ｒａｔｅ　Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ　Ｔｒｅｌｌｉｓ　Ｃｏｄｅｓ　ｖｉａＯｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ　ａｎｄ　Ｓｅｔ　Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ，”　Ｐｒｏｃ．　ＷＰＭＣ　２００１，　ｐｐ．　１４３９−１４４４，　Ａａｌｂｏｒｇ，　Ｄｅｎｍａｒｋ，　Ｓｅｐ．　９−１２，　２００１）。両論文では、ＯＴＤのための内的ＳＴＢＣのカーディナリティ（Ｃａｒｄｉｎａｒｉｔｙ）を増加させることに着目している。両論文は、ディバサラーとシモン（Ｄ．　Ｄｉｖｓａｌａｒ　ａｎｄ　Ｍ．　Ｋ．　Ｓｉｍｏｎ，　”Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｔｒｅｌｌｉｓ　Ｃｏｄｅｄ　ＭＰＳＫ　ｆｏｒ　Ｆａｄｉｎｇ　Ｃｈａｎｎｅｌｓ：　Ｓｅｔ　Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｏｐｔｉｍｕｍ　Ｃｏｄｅ　Ｄｅｓｉｇｎ，”　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　Ｃｏｍｍ．，　ｖｏｌ．　３６，　ｎｏ．　９，　ｐｐ．　１０１３−１０２１，　Ｓｅｐ．　１９８８；　Ｄ．　Ｄｉｖｓａｌａｒ　ａｎｄ　Ｍ．　Ｋ．　Ｓｉｍｏｎ，　”Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｔｒｅｌｌｉｓ　Ｃｏｄｅｄ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　（ＭＴＣＭ），”ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　Ｃｏｍｍ．，　ｖｏｌ．　３６，　ｎｏ．　４，　ｐｐ．　４１０−４１９，　Ａｐｒｉｌ　１９８８）によって提案された方法を追求し、複数の変調信号集合の集合分割によって与えられるトレリス符号化を用いた結果を発表した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の技術を鑑みてなされたものである。誤り訂正符号化と伝送ダイバーシティ（ｔｒａｎｓｍｉｔ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）とを組み合わせた通信システム、方法あるいは送信装置を提供することが望ましい。さらに、拡張したアラモッティ集合に適用されるマルチレベル符号化方式に必要な冗長ビットを生成可能な通信システム、方法あるいは送信装置を提供することが望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施形態の特徴の一つは、マルチレベル符号化と、内在する変調信号集合とそれ自身の直積（Ｓ×Ｓ）についての集合分割とを適用したことにある。Ａ×Ｂで表される２つの集合Ａと集合Ｂの直積は、すべての順序対の要素（ａ、ｂ）からなる集合と等しい。ここでａ∈Ａ、ｂ∈Ｂである。本実施形態では、マルチレベル符号化方式として、例えばワッツマン他によって提案されたものを採用しても良い（Ｗａｃｈｓｍａｎｎ，　Ｒ．　Ｆ．　Ｈ．　Ｆｉｓｃｈｅｒ　ａｎｄ　Ｊ．　Ｂ．　Ｈｕｂｅｒ，　”Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌｃｏｄｅｓ：　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｃｏｎｃｅｐｔｓ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｕｌｅｓ，”　ＩＥＥＥ　Ｉｎｆｏ．　Ｔｈｅｏｒｙ，　ｖｏｌ．　４５，　ｎｏ．　５，　ｐｐ．　１３６１−１３９１，　Ｊｕｌｙ　１９９９）。
【０００９】
本発明の他の実施形態によれば、送信装置と受信装置とを含む通信システムが提供される。前記送信装置は、伝送されるべきメッセージを受け入れる入力部と、処理部とを備える。本実施形態においては、時空間ブロック（Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ　Ｂｌｏｃｋ）符号化された信号が２つのアンテナ素子から出力される。前記処理部は、前記受け付けたメッセージのメッセージビットに対してマルチレベル符号化を行う第１の符号化器と、前記符号化されたビットに対してビット−信号マッピングを行うマッパー（マッピング部）と、前記マッピングによる信号に対して時空間ブロック符号化を行う第２の符号化器とを備える。前記ビット−信号マッピングは、変調信号集合とそれ自身の直積（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ　ｐｒｏｄｕｃｔ）の集合分割（ｓｅｔ　ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ）を利用したコンスタレーション・ビット−信号マップ（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｂｉｔ−ｔｏ−ｓｉｇｎａｌ　ｍａｐ）を用いる。
【００１０】
本発明のさらに他の実施形態によれば、送信装置が提供される。本送信装置は、伝送されるべきメッセージを受け入れる入力部と、前記受け付けたメッセージのメッセージビットを符号化する第１の複数の符号化器と、前記第１の複数の符号化器へ前記入力部で受け入れたメッセージのメッセージビットを前記第１の複数の符号化器へ分配するシリアル／パラレル変換部と、前記符号化されたメッセージビットを前記第１の複数の符号化器から受け付け、ビット−信号マッピングをおこなうマッピング部と、前記マッピングされた信号を受け付け、符号化する第２の符号化器と、前記第２の符号化器で符号化された信号を送信する２つのアンテナ部とを備える。前記第１の複数の符号化器は、誤り訂正符号を提供するために、前記メッセージビットにマルチレベル符号化を適用し、前記マッピング部は、拡張したアラモッティ集合を用いたコンスタレーション・ビット−信号マップを用い、前記第２の符号化器は、前記マッピングされた信号に時空間ブロック符号化を適用する。
【００１１】
本発明のさらに他の実施形態によれば、送信装置が提供される。本送信装置は、伝送されるべきメッセージを受け入れる入力部と、時空間ブロック符号化信号を出力する処理部とを備える。前記時空間ブロック符号化された信号は２つのアンテナ素子から出力される。前記処理部は、前記受け付けたメッセージのメッセージビットに対してマルチレベル符号化を行う第１の符号化器と、前記符号化されたビットに対してビット−信号マッピングを行うマッパーと、前記マッピングによる信号に対して時空間ブロック符号化を行う第２の符号化器とを備える。前記ビット−信号マッピングは、変調信号集合とそれ自身の直積の集合分割を利用したコンスタレーション・ビット−信号マップを用いる。
【００１２】
上記実施形態においては、前記第１の符号化器は複数の符号化器から構成されていることが好ましい。また、前記変調信号集合は、Ｍ−ＰＳＫおよびＭ−ＱＡＭのいずれか一方であり、Ｍが当該変調信号集合におけるシンボルの数であることが好ましい。
【００１３】
前記ビット−信号マッピングは、拡張したアラモッティ集合（Ａｌａｍｏｕｔｉ　ｓｅｔ）を利用したコンスタレーション・ビット−信号マップを用いても良い。また、前記拡張したアラモッティ集合は、拡張していない元来のアラモッティ集合を対角ユニタリ行列を用いた線形変換による拡張処理によって生成されたものであっても良い。
【００１４】
本発明のさらに他の実施形態によれば、通信方法が提供される。本通信方法では、（１）送信するべきメッセージビットに誤り訂正符号化を行い、（２）前記符号化したメッセージビットに対して、拡張したアラモッティ集合を用いたコンスタレーション・ビット−信号マッピングを行い、（３）前記マッピングされた信号に時空間ブロック符号化を行い、（４）前記時空間ブロック符号化された信号を２つのアンテナ素子から送信する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明の実施の形態の説明に先立ち、アラモッティによる直交伝送ダイバーシティ方式（ＯＴＤ）の概略を説明する。その後、本実施形態における符号化された直交伝送ダイバーシティ（ＣＯＴＤ）システムの例を説明する。
（１）アラモッティによるＯＴＤ方式
アラモッティは、２つのアンテナによる最大比合成受信ダイバーシティと同等のダイバーシティを達成することができる簡便な２伝送アンテナ方式を提案してい（Ｓ．Ｍ．　Ａｌａｍｏｕｔｉ，　”Ａ　Ｓｉｍｐｌｅ　Ｔｒａｎｓｍｉｔ　Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，”　ＩＥＥＥ　ＪＳＡＣ，　ｖｏｌ．　１６，　ｎｏ．　８，　ｐｐ．　１４５　１−１４５８，　Ｏｃｔ．　１９９８）。
【００１６】
図２は２アンテナ伝送ダイバーシティシステムのブロック図である。本例の２アンテナ伝送ダイバーシティシステムは送信装置と受信装置とを備えている。この送信装置は、時空間ブロック符号化器２０１と、アンテナ１１０ａ、１１０ｂとを備えている。また受信装置は、時空間ブロック復号器２０７と１本のアンテナ２１０とを備えている。
【００１７】
Ｘ_１とＸ_２を、送信されるべき２つの情報をそれぞれ含む複素ベースバンドシンボルとする。本実施形態では、Ｍ−ＰＳＫやＭ−ＱＡＭ等の線形変調を仮定している。アラモッティの方式では、対（Ｘ_１、Ｘ_２）は以下の２×２時空間行列へ変換される。
【００１８】
【数１】

【００１９】
ここで、Ｘ^＊は複素数共役である。
【００２０】
Ｔをシンボルの長さとすると、伝送レートは１／Ｔ　ｂａｕｄ（あるいはシンボル／秒）となる。行列Ω（Ｘ_１、Ｘ_２）は信号が送信される場合の時間的・空間的な順序を定義する。一対のシンボル（Ｘ_１、Ｘ_２）が対応する時間間隔が２ｋＴ〜（２ｋ＋１）Ｔで、ｋが整数である場合、シンボルＸ_１、−Ｘ_２ ^＊は第１のアンテナ１１０ａから送信され、シンボルＸ_２、Ｘ_１ ^＊は第２のアンテナ１１０ｂから送信される。
【００２１】
また代わりに、シンボルＸ_１、Ｘ_２を第１のアンテナ１１０ａ、第２のアンテナ１１０ｂからそれぞれ送信し、シンボル−Ｘ_２ ^＊、Ｘ_１ ^＊を第１のアンテナ１１０ａ、第２のアンテナ１１０ｂからそれぞれ送信してもよい。
【００２２】
送信は、２つのシンボルの時間間隔の間は変化しないフラットなレイリーフェ−ディング通信路２２０において行われるものとする。これはブロックフェ−ディング通信路として知られるもので、空間的なフェ−ディングを表す複素フェ−ディングゲインＡ_１とＡ_２の乗法的な通信路としてモデル化されている。これら２つの通信路は第１のアンテナ１１０ａ、第２のアンテナ１１０ｂから受信装置の単一のアンテナ２１０までのそれぞれの通信路に対応する。
【００２３】
時間間隔２ｋＴ〜（２ｋ＋１）Ｔにおいて受信されたシンボルＹ_１、Ｙ_２は以下の数式により与えられる。
【００２４】
【数２】

【００２５】
ここで、Ｎ_１、Ｎ_２は分散σ^２＝Ｎ_０／２を備えるゼロ平均の複素ガウスランダム変数である。ここで、時間的なノイズはＮ_１、Ｎ_２としてモデル化される。
【００２６】
受信側では、複素通信路ゲインＡ_１、Ａ_２が推定され、以下の上２式のように推定された通信路ゲインと受信したシンボルとの線形合成が求められる。
【００２７】
【数３】

【００２８】
受信されたシンボルＳ_１（またはＳ_２）は、上記数式（３）の最後の式で定義される決定ルールに従った最尤検出器へ送られる。すなわち、上記最後の式が満足される場合に限り、_∧Ｘ_１＝Ｓ（又は_∧Ｘ_２＝Ｓ）を満足するシンボルを選択する。ここでＳは、例えばＭ−ＰＳＫやＭ−ＱＡＭなどの変調信号の集合である。
（２）マルチレベルＣＯＴＤ方式
本実施形態において、符号化されたＯＴＤ（ＣＯＴＤ）に使用する拡張された信号集合の構成要素となるのはアラモッティ集合、Ａ＝Ｓ×Ｓである。アラモッティ集合は、上記数式（１）で定義された形式の２×２時空間行列の要素からなる。上述したイオネスク他およびシワモガササム他の文献に開示されているように、要素となるＯＴＤ信号集合Ａのカーディナリティは、外的誤り訂正符号化（ＥＣＣ）方式に必要となる冗長度を提供するために拡張されている。本実施形態によれば、アラモッティ方式のダイバーシティにおける全ての利点が維持できるだけでなく、この外的ＥＣＣ方式により追加的な符号化ゲインが達成できる。
【００２９】
図３は、本実施形態によるマルチレベルＣＯＴＤ符号化器およびそれを含む送信装置の模式的なブロック図である。本実施形態では、Ｌ個の要素符号を用いたマルチレベル符号化変調処理が実施される。
【００３０】
本実施形態によるマルチレベルＣＯＴＤ符号化器／送信装置は、シリアルメッセージビットを受信しパラレルに変換するシリアル／パラレル変換器３０１と、シリアル／パラレル変換器３０１から提供されるメッセージビットに対してマルチレベル符号化を適用する複数の符号化器３０３_１−３０３_Ｌと、符号化されたビットに対してビット−信号マッピングを実施するマッパ−３０５と、マップされた信号に対し時空間ブロック符号化を適用するＳＴＢＣ符号化器３０７と、時空間ブロック符号化された信号を送信する２つのアンテナ素子１１０ａ、１１０ｂとを備えている。本実施形態においては、ビット−信号マッピングとして、同じ変調信号集合同士の直積についての集合分割を利用したコンスタレーションビット−信号マップを用いている。
【００３１】
本実施形態によるマルチレベルＣＯＴＤ符号化器／送信装置は、さらに、アンテナ素子１１０ａ、１１０ｂから送信するために、ＳＴＢＣ符号化器３０７から出力された信号を予め定めた搬送波周波数の送信信号に変換するためのＲＦ部を備えていても良い。
【００３２】
なお、アラモッティ集合の任意の要素であるΩ（Ｓ_１、Ｓ_２）∈Ａは自己直交（ｓｅｌｆ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）である。言い換えれば、以下のような特徴を備えている。
【００３３】
【数４】

【００３４】
ここで、Ａ^Ｈは行列Ａの転置共役（あるいハミルトニアン）であり、Ｉは２×２単位行列である。
【００３５】
以下の線形変換は容易に示すことができる（Ｓ．　Ｓｉｗａｍｏｇｓａｔｈａｍ　ａｎｄ　Ｍ．　Ｐ．　Ｆｉｔｚ，　”Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｈｉｇｈ−Ｒａｔｅ　Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ　Ｔｒｅｌｌｉｓ　Ｃｏｄｅｓ　ｖｉａ　Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ　ａｎｄ　Ｓｅｔ　Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ，”　Ｐｒｏｃ．　ＷＰＭＣ　２００１，　ｐｐ．　１４３９−１４４４，　Ａａｌｂｏｒｇ，　Ｄｅｎｍａｒｋ，　Ｓｅｐ．　９−１２，　２００１）。
【００３６】
【数５】

【００３７】
ここで、ＧおよびＨは２×２対角ユニタリ行列であり、上記式により他のアラモッティ集合を生成する。例えば、行列Ｈとして単位行列を選択し、行列ＧとしてＧ∈Φを満足するものを選択することが出来る。Φは以下の式で定義される。
【００３８】
【数６】

【００３９】
本実施形態をさらに説明するために、Φの最初の４つの要素（上記数式（６）の一番上の行）の選択について考えると、以下のアラモッティ集合が得られる。
【００４０】
【数７】

【００４１】
【数８】

【００４２】
【数９】

【００４３】
【数１０】

【００４４】
ここでΩ_ｉは、Φのｉ番目の要素とΩ（Ｓ_１、Ｓ_２）との乗算の結果を示している。これにより、カーディナリティ｜Ω_ｓ｜＝４×｜Ω｜^２の上位集合（Ｓｕｐｅｒｓｅｔ）Ω_ｓ＝｛Ω_０、Ω_１、Ω_２、Ω_３｝が生成される。この結果、誤り訂正符号化方式によって使用される冗長度のための２ビットが利用可能となる。
【００４５】
図４にマッパ−３０５の一例を示す。本例においてマッパ−３０５は、符号化器３０３_１〜３０３_Ｌ−１からの符号化出力に応じて、上位集合からコセット（Ω_ｊ）の一つを選択するためのセレクタ４０２と、符号化器３０３_Ｌからの２Ｎｍ個の出力を受け付けるシリアル／パラレル変換器４０４と、ＳＴＢＣ符号化器３０７へシンボルを提供するためのＭ−ａｒｙ変調器４０６、４０８とを備える。ここでｍ＝ｌｏｇ_２（Ｍ）である。セレクタ４０２で選択されたコセットに従い、ＳＴＢＣ符号化器３０７で使用されるべきアラモッティ集合が決定される。
【００４６】
図５はΩ_ｓに基づく信号分割の具体例を示す。例えば、ＱＰＳＫ変調が採用された場合には、Ｓ＝｛＋１、−１、ｅ^ｊπ／２、ｅ^{ｊ３π／２}｝となり、｜Ω_ｓ｜＝４×１６＝６４となる。ラベルビットｂ_０、ｂ_１によりサブセットΩ_ｉ⊂Ω_ｓが選択される。ここでｉ＝２ｂ_１＋ｂ_０である。これらのラベルビットはＣ_０およびＣ_１で示されている２つの誤り訂正符号の符号語から取られたものである。この結果、これら２つのレベルにあるサブセット列の間のハミング距離およびユークリッド距離の２乗は両方とも増加する。
【００４７】
選択されたサブセットΩ_ｉ⊂Ω_ｓの中での信号対の選択は、Ｃ_２で示される第３の符号を使用する符号化ビットにより実行される。本実施形態によれば、拡張されていない元来のアラモッティ集合のダイバーシティ特性は維持され、追加的な符号化ゲインが達成される。
【００４８】
図６は、レートｋ_０／Ｎ、ｋ_１／Ｎ、ｋ_２／（２ｌｏｇ_２（Ｍ）Ｎ）のブロック符号を用いた３レベルＣＯＴＤ方式による符号化器構成の一例を示す。図６の符号化器は、シリアル／パラレル変換器３０１ａと、符号化器３０３ａ_１〜３０３ａ_３と、マッパ−３０５ａと、ＳＴＢＣ符号化器３０７ａとを備えている。
【００４９】
一般的に、線形Ｍ−ａｒｙ変調では、図６に示したものと同様な３レベルＣＯＴＤ方式における全体の符号化率Ｒ_ｃは以下のように決められる。
【００５０】
【数１１】

【００５１】
ここでＭは内在する信号集合に含まれているシンボルの個数であり、例えばＱＰＳＫ変調ではＭ＝４である。２Ｎ個のシンボル全体に対しては、マッピングと時空間ブロック符号化により、全体でＮ個のシンボル対が生成される。この結果、シンボル毎のビットの個数ηは以下の式で表される。
【００５２】
【数１２】

【００５３】
また、マルチレベルＣＯＴＤ方式において、元来のアラモッティによるＯＴＤと少なくとも同じＮＢＰＳ（ビット数／シンボル）を持つようにするには、以下の条件を満足することが必要である。
【００５４】
【数１３】

【００５５】
一例としてＱＰＳＫ変調の場合を検討する。本例では、Ｎ＝３、Ｃ_０及びＣ_１を２つの（３、１、３）繰り返し符号とし、Ｃ_２を情報位置のいずれか１つを常に０と等しくすることで単一パリティチェック符号から得られる（１２、１０、２）符号とする。したがって、符号化率Ｒｃ＝１２／１８およびη＝１２／６＝２ビット／シンボルである。本ＣＯＴＤ方式は、４状態トレリス符号と同じダイバーシティ及び符号化ゲインの向上が得られるだけでなく、さらに符号化の複雑性が軽減される。
【００５６】
より密度の高い信号集合（例えば８−ＰＳＫ、１６−ＱＡＭ）に対するマルチレベルＣＯＴＤも、上述した方法と同様な方法により設計することが出来る。４以上の符号化レベルも必要であれば使用することが出来るが、これに対応して符号の設計も複雑になる。
【００５７】
さらに、本実施形態によるマルチレベルＣＯＴＤは元々ブロック指向であるため、例えばターボ符号や低密度パリティチェック符号（ＬＤＰＣ）等、大容量処理が可能な符号化方式の要素部分として適用して、最大限の性能を達成することが出来る。
【００５８】
上述した実施形態によれば、誤り訂正符号化および伝送ダイバーシティとを組み合わせた新規な構成が提供される。アラモッティ集合は対角ユニタリ行列を用いた線形変換によって拡張される。この拡張によって、該拡張されたアラモッティ集合に適用されるマルチレベル符号化方式に必要とされる冗長ビットが生成される。本発明によれば、従来の符号化方式に比べて、誤り訂正性能と復号処理の複雑さとの間の卓越したトレードオフが実現される。さらに、マルチレベル符号化は、付加的白色ガウスノイズ（ＡＷＧＮ）通信路にわたって通信路容量を達成することが知られている。
【００５９】
本発明によるマルチレベルＣＯＴＤ方式は様々な無線通信システムに適用することができる。図７には、本発明の一実施形態により無線通信システムの一例を示す。本例の無線通信システムは、本発明のマルチレベルＣＯＴＤ方式を利用した屋内利用向けのものである。
【００６０】
本通信システムは、電波を介して音声及び画像データを送信する２本のアンテナ７０３、７０４を備えたベースステーション７００と、該電波を受信するためのアンテナ７１３を備えた携帯ユニット７１０とを備えている。ポータブルユニット７１０は、当該携帯ユニット７１０の視聴者へ向けて音声及び画像データを出力する。携帯ユニット７１０のアンテナ７１３は、携帯機器として利点を最大限に生かすために、ビルトインアンテナとすることが望ましい。
【００６１】
ベースステーション７００は、ＴＶ放送信号を受信し、ＴＶチャンネルの１つにチューニングするＴＶ受信／チューナ部７０１と、チューニングしたＴＶチャンネルから再生した音声および画像データを符号化し、該符号化したデータをアンテナ７０３、７０４から送信する符号化／送信部７０２とを備えている。符号化／送信部７０２は、本発明によるマルチレベルＣＯＴＤ方式を用いて、無線通信のために音声および画像データを符号化する。
【００６２】
携帯ユニット７１０は、アンテナ７０３、７０４から送信されてきた電波を受信するアンテナ７１３と、アンテナ７１３からの出力を受信し、該出力を復号して音声および画像データを再生する受信／復号部７１２と、再生された音声および画像データを表示・出力する表示／出力部７１１とを備えている。なお、本実施形態において、ベースステーション７００から送信されてきたデータが携帯ユニット７１０で適切に復号されるよう、受信／復号部７１２に使用されている復号方式が符号化／送信部７０２で使用されたマルチレベルＣＯＴＤ方式に対応しているものであれば、受信／復号部７１２の具体的構成は特に限定されるものではない。
【００６３】
拡張したアラモッティ集合にマルチレベル符号化を適用した本実施形態によれば、誤り訂正符号化および伝送ダイバーシティの両方を組み合わせ、これを無線通信システムに利用することができる。本実施形態によれば、符号化ゲインだけでなくダイバーシティゲインも提供することが出来る。さらに、マルチレベルＣＯＴＤ方式は直交伝送ダイバーシティ方式と同じダイバーシティ・ファクターを生じさせるだけでなく、所定の性能（ビット誤り率）を達成するために必要とされるパワーを削減することを意味する符号化ゲインを提供することができる。さらにまた、本無線通信システムに適用されているマルチレベル符号によれば、受信側の装置構成における複雑さを、結果として低減することができる多段型の復号化が可能になるという利点がある。
【００６４】
本発明の他の実施形態によれば、階層的なソースの符号化を図７に示すような無線通信システムにおいて実施できる。本実施形態の階層的ソース符号化では、要求されるデータ品質に応じて異なるレベルの誤り防止策が実施される。例えば、ある画像データが、視聴者にとって必要最低限で、ノイズ及び／又は誤りに対してもっとも強く防御されるべきベース解像度（ｂａｓｉｃ　ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）と定義された場合、誤りに対して最も強い符号を符号化に使用する。また、前記ベース解像度に比較してあまり本質的ではないが追加的な情報となる高解像度（ｈｉｇｈ　ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）の場合には、誤りに対して保護の度合いがより低い符号を使用することができる。
【００６５】
本実施形態によるマルチレベルＣＯＴＤ方式におけるマルチレベル符号化は、誤りに対して異なる強さの防御方式を用いる情報提供に利用することができる。したがって、現存する無線通信システムにおいて、例えば誤りに対して最も防御されている符号（シンボル過多によるダイバーシティ）をベース解像度の情報に割り当て、比較的誤りに対して弱い防御の符号（ＥＣＣの適用によるダイバーシティ）を高解像度情報へ割り当てることによって、本実施形態による階層的ソース符号化を容易に達成することができる。なお、本実施形態のように誤りに対する異なる度合いの防御を、トレリス符号マッピング方式を用いて実現するのは難しい。
【００６６】
また、図７に示す本実施形態の無線通信システムにおけるベースステーション７００は、さらに、誤りに対して異なる度合いの防御を実施する符号化のための複数の符号化器からなる構成と、携帯ユニット７１０の位置あるいは携帯ユニット７１０で受信される信号の品質を検出する検出器と、該検出結果に応じて符号化方式を切替える切替えスイッチとを備えても良い。例えば、携帯ユニット７１０の位置あるいは携帯ユニット７１０で受信状態に応じて、実施すべき符号化方式を切替えても良い。
【００６７】
上記構成によれば、屋内環境のように、ベースステーション７００と携帯ユニット７１０とがマルチパスフェ−ディング環境において離間配置されている場合でも、最も強く防御されている符号を用いて送信された情報を適切に再生することが可能になる。したがって、非常に悪い送信環境においても、送信されてきた情報の少なくとも一部を再生したり、表示／出力が全く無くなるような状況を避けることが可能となる。
【００６８】
本発明のさらに他の実施形態によれば、本発明によるマルチレベルＣＯＴＤ方式の構成を二重にすることで、ダイバーシティを２倍にすることができる。例えば、上述したＣＯＴＤ方式の構成を独立して２組設け、各組に２つの送信アンテナと単一の受信アンテナを含むようにしても良い。
【００６９】
本発明のさらに他の実施形態によれば、ダイバーシティを増加するために受信側のアンテナ数を増やすことができる。本実施形態の携帯ユニット７１０は、複数の受信アンテナと、これら受信アンテナからの出力を合成する合成器とを備えている。合成器としては、例えば等価ゲイン合成器（ｅｑｕａｌ　ｇａｉｎ　ｃｏｍｂｉｎｅｒ）、最大率合成器（ｍａｘｉｍｕｍ　ｒａｔｉｏ　ｃｏｍｂｉｎｅｒ）、選択合成器（ｓｅｌｅｃｔｏｒ　ｃｏｍｂｉｎｅｒ）など、様々な合成器を用いることができる。
【００７０】
以上、本発明をある程度の独自性を加味して好適な実施形態により説明したが、本発明においては他の修正、変形、組合せ、準組合せなどが可能である。したがって、本発明の範囲から逸脱せずに、上述した特定の説明とは異なった方法で変更が実施できることは云うまでもないことである。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、誤り訂正符号化と伝送ダイバーシティとを組み合わせた通信システム、方法あるいは送信装置を提供することができる。さらに本発明によれば、拡張したアラモッティ集合に適用可能なマルチレベル符号化方式に必要な冗長ビットを生成できる通信システム、方法あるいは送信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ビット−インターリーバーによる符号化直交伝送ダイバーシティを用いた送信装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】２アンテナ伝送ダイバーシティによる通信システムの概略を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＬ要素符号を使用するマルチレベル符号化変調を用いたＣＯＴＤ方式のブロック図である。
【図４】拡張したＳ×Ｓコンスタレーション・ビット−信号マッパ−の一例を示す説明図である。
【図５】アラモッティ集合Ａの線形変換におけるΩ_Ｓの分割を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態におけるＱＰＳＫ変調を用いたマルチレベルＣＯＴＤのブロック図である。
【図７】本発明による通信システムの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１０…アンテナ、３０１…シリアル／パラレル変換器、３０３…符号化器、３０５…ビット−信号マッパー、３０７…ＳＴＢＣ符号化器。

Claims

送信装置と受信装置とを含む通信システムにおいて、
前記送信装置は、伝送されるべきメッセージを受け入れる入力部と、処理部とを備え、
前記処理部は、
前記受け付けたメッセージのメッセージビットに対してマルチレベル符号化を行う第１の符号化器と、
前記符号化されたビットに対してビット−信号マッピングを行うマッパーと、
前記マッピングされた信号に対して時空間ブロック符号化を行う第２の符号化器とを備え、
前記時空間ブロック符号化された信号は２つのアンテナ素子から出力されるものであり、
前記ビット−信号マッピングは、変調信号の集合とそれ自身の直積についての集合分割を利用したコンスタレーション・ビット−信号マップを用いることを特徴とする通信システム。
伝送されるべきメッセージを受け入れる入力部と、
前記受け付けたメッセージのメッセージビットを符号化する第１の複数の符号化器と、
前記第１の複数の符号化器へ前記入力部で受け入れたメッセージのメッセージビットを分配するシリアル／パラレル変換部と、
前記符号化されたメッセージビットを前記第１の複数の符号化器から受け付け、ビット−信号マッピングをおこなうマッピング部と、
前記マッピングされた信号を受け付け、符号化する第２の符号化器と、
前記第２の符号化器で符号化された信号を送信する２つのアンテナ部とを備え、
前記第１の複数の符号化器は、誤り訂正符号を提供するために前記メッセージビットにマルチレベル符号化を適用し、
前記マッピング部は、拡張したアラモッティ集合を用いたコンスタレーション・ビット−信号マップを用い、
前記第２の符号化器は、前記マッピングされた信号に時空間ブロック符号化を適用することを特徴とする送信装置。
伝送されるべきメッセージを受け入れる入力部と、処理部とを備え、
前記処理部は、
前記受け付けたメッセージのメッセージビットに対してマルチレベル符号化を行う第１の符号化器と、
前記符号化されたビットに対してビット−信号マッピングを行うマッパーと、
前記マッピングによる信号に対して時空間ブロック符号化を行う第２の符号化器とを備え、
前記時空間ブロック符号化された信号は２つのアンテナ素子から出力されるものであり、
前記ビット−信号マッピングは、変調信号の集合とそれ自身の直積についての集合分割を利用したコンスタレーション・ビット−信号マップを用いることを特徴とする送信装置。
前記ビット−信号マッピングは、拡張したアラモッティ集合を利用したコンスタレーション・ビット−信号マップを用いることを特徴とする請求項３記載の送信装置。
前記拡張したアラモッティ集合は、拡張していないアラモッティ集合を対角ユニタリ行列を用いた線形変換により拡張生成されることを特徴とする請求項４記載の送信装置。
前記変調信号集合は、Ｍ−ＰＳＫおよびＭ−ＱＡＭのいずれか一方であり、Ｍは当該変調信号集合におけるシンボルの数であることを特徴とする請求項３記載の送信装置。
ベースステーションと、該ベースステーションと無線通信を行う携帯ユニットとを備えるシステムにおいて、
前記ベースステーションは請求項３記載の送信装置を備えていることを特徴とするシステム。
送信するべきメッセージビットに誤り訂正符号化を行い、
前記符号化したメッセージビットに対して、拡張したアラモッティ集合を用いたコンスタレーション・ビット−信号マッピングを行い、
前記マッピングされた信号に時空間ブロック符号化を行い、
前記時空間ブロック符号化された信号を２つのアンテナ素子から送信することを特徴とする通信方法。
前記拡張したアラモッティ集合は、当該拡張したアラモッテイ集合に適用されるマルチレベル符号化方式に必要となる冗長ビットを生成することを特徴とする請求項８記載の通信方法。