JP2006081131A - 位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたｍｉｍｏ−ｏｆｄｍ送受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は，無線通信におけるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ伝送方式において，送信アンテナを増やすのに比例して，伝送レートを上げることができ，さらに，ダイバーシチを向上し，伝送特性を改善できる送信機及びその送信機で送信された信号を受信できる受信機を提供することを目的とする．
【解決手段】 複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いて，誤り訂正符号化された直交周波数分割（ＯＦＤＭ）信号を空間多重するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ伝送方式において，各送信信号が受信された際に直交するように各サブキャリア及び送信アンテナにおいて異なった位相回転を施す位相ホッピング送信ダイバーシチを行う送信機と，位相ホッピングが行われた送信信号を受信し，位相ホッピングを考慮して検波を行う受信機とから構成されており，空間多重により送信アンテナを増やすのに比例して伝送レートを上げられ，位相ホッピング送信ダイバーシチにより受信信号の周波数選択性が増すことで，誤り訂正符号による周波数ダイバーシチ利得が向上し，伝送特性を改善できる．
【選択図】 図１

Description

本発明は，位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機に関するものである．

無線通信においてマルチパスフェージング環境において高信頼な高速信号伝送を実現する方式として，直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）が注目されている．さらに，ＯＦＤＭにおいて送信アンテナ及び受信アンテナを複数用いて送信信号を空間多重することで，伝送レートの向上を実現するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ伝送方式が盛んに検討されている（例えば、非特許文献１参照）．

また，複数の送信信号に符号化を行ってダイバーシチ利得を向上する時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ）や時空間トレリス符号（ＳＴＴＣ）に代表される時空間符号を行うＭＩＭＯ−ＯＦＤＭが提案されている（例えば、非特許文献２，非特許文献３参照）．時空間符号は空間多重に対してダイバーシチ利得の向上により伝送特性が改善することができる．しかしながら，各アンテナ間で相関のある信号を送信するため，送信アンテナに比例して伝送レートを上がることができないという問題がある．

一方，ダイバーシチ利得を向上する方法として，送信ダイバーシチ方式が検討されている．送信ダイバーシチ方式は，送信アンテナ間で同じ信号を送信するため，時空間符号と同様に送信アンテナを増やしても伝送レートは上げることはできない．

誤り訂正符号化されたＯＦＤＭ信号における送信ダイバーシチ方式として，サブキャリア毎に各アンテナ間で異なった位相回転を行って送信する位相ホッピング送信ダイバーシチや，逆フーリエ変換後のＯＦＤＭ信号を時間シフトし，その後ガードインターバルを挿入して送信する遅延送信ダイバーシチが提案されている（例えば、非特許文献４参照）．

これらの方式は，各サブキャリアにおけるチャネルの周波数応答の選択性を増やすことで，誤り訂正符号による周波数ダイバーシチ利得を向上させる方式である．ただし，これらの送信ダイバーシチを，空間多重を行うＭＩＭＯ−ＯＦＤＭに拡張した提案は行われていない．

また，送信機で受信機からフィードバックされたチャネル情報を用いて，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭの送信方式及び受信方式の最適化を行う方式の提案が行われている．
Ｓ．Ｋｕｒｏｓａｋｉ他，「ＳＤＭ−ＣＯＦＤＭ ｓｃｈｅｍｅ ｕｓｉｎｇ ｆｅｅｄ−ｆｏｒｗａｒｄ ｉｎｔｅｒ−ｃｈａｎｎｅｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｃａｎｃｅｌｌｅｒ ｆｏｒ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」 Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＶＴＣ２００２ ｓｐｒｉｎｇ，ｐｐ．１０７９−１０８３，Ｍａｙ ２００２． Ｓ．Ｍ．Ａｌａｍｏｕｔｉ，「Ａ ｓｉｍｐｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｅｌｅｃｔ Ａｒｅａｓ Ｃｏｍｍｕｎ．，ｖｏｌ．１６，ｐｐ．１４５１−１４５８，Ｏｃｔ．１９９８． Ｖ．Ｔａｒｏｋｈ他，「Ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｂｌｏｃｋ ｃｏｄｅｓ ｆｒｏｍ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎｓ」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆｏｒｍ，Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．４５，ｐｐ．１４５６−１４６７，Ｊｕｌｙ １９９９． Ｓ．Ｋａｉｓｅｒ，「Ｓｐａｔｉａｌ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＯＦＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ」Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＧＬＯＢＥＣＯＭ２０００，ｖｏｌ．３，ｐｐ．１８２４−１８２８，Ｎｏｖ．２０００．

しかしながら，従来手法には以下のような欠点がある．
（１）時空間符号を用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭでは，送信アンテナ間で相関のある信号を送信するため，送信アンテナを増やしても，それに比例して伝送レートを上げることができない．
（２）送信ダイバーシチでは，送信アンテナ間で同じ信号を送信するため，空間多重を行うＭＩＭＯ−ＯＦＤＭには適用できない，また，送信アンテナを増やしても，それに比例して伝送レートを上げることができない．
（３）空間多重を行うＭＩＭＯ−ＯＦＤＭでは，送信アンテナ間で無相関な信号を送信するため，送信ダイバーシチを適用することはできない．
（４）送信機で受信機からフィードバックされたチャネル情報を用いるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭでは，チャネル情報をフィードバックする制御が必要であり，また，フィードバックされるチャネルの精度が悪い場合には伝送特性が大きく劣化する．
以上の点を考慮すると，送信アンテナを増やすのに比例して，伝送レートを上げることができるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭにおいて，ダイバーシチ利得を向上できる方式は存在しない．

本発明は，このような課題に鑑みてなされたものであり，無線通信におけるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ伝送方式において，送信アンテナを増やすのに比例して，伝送レートを上げることができ，さらに，ダイバーシチを向上し，伝送特性を改善できる送信機及びその送信機で送信された信号を受信できる受信機を提供することを目的とする．

本発明の位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機は，Ｎ_Ｔ（Ｎ_Ｔは正の整数）本の送信アンテナとＮ_Ｒ（Ｎ_Ｒは正の整数）本の受信アンテナを用いて，誤り訂正符号化された直交周波数分割（ＯＦＤＭ）信号を空間多重するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ伝送方式において，各送信信号が受信された際に直交するように各サブキャリア及び送信アンテナにおいて異なった位相回転を施す位相ホッピング送信ダイバーシチを行う送信機と，前記位相ホッピングが行われた送信信号を受信し，前記位相ホッピングを考慮して検波を行う受信機とから構成されており，本発明の前記位相ホッピング送信ダイバーシチにより受信信号の周波数選択性が増すことで，誤り訂正符号による周波数ダイバーシチ利得が向上し，伝送特性を改善できることにより上述目的は達成される．

また，本発明の上述目的は，前記位相ホッピング送信ダイバーシチを行う送信機は，巡回冗長検査（ＣＲＣ）符号器と，ストリーム用シリアル・パラレル変換器と，Ｎ_Ｔ個の誤り訂正符号器と，Ｎ_Ｔ個のインターリーバと，Ｎ_Ｔ個のサブキャリア用シリアル・パラレル変換器と，Ｎ_ＴＮ個のサブキャリア変調器と，Ｎ個の位相ホッピング変調信号生成器と，Ｎ_Ｔ個のマルチプレクサ，Ｎ_Ｔ個の逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）器と，Ｎ_Ｔ個のパラレル・シリアル変換器と，Ｎ_Ｔ個のガードインターバル（ＧＩ）挿入器とから構成されることにより，或いは，前記ＣＲＣ符号器は，情報ビット系列を入力し，ＣＲＣ符号化を行って情報ビット系列にＣＲＣ符号を付加したビット系列を出力するようにし，前記ストリーム用シリアル・パラレル変換器は，前記ＣＲＣ符号を付加したビット系列を入力し，Ｎ_Ｔ個のストリーム・ビット系列をパラレルに出力するようにし，前記誤り訂正符号器は，前記ストリーム・ビット系列を入力し，誤り訂正符号化を行って，符号化されたビット系列を出力するようにし，前記インターリーバは，前記符号化されたビット系列を入力し，インターリーブされたビット系列を出力するようにし，前記サブキャリア用シリアル・パラレル変換器は，前記インターリーブされたビット系列を入力し，サブキャリア数Ｎ（Ｎは正の整数）にパラレル変換して，サブキャリア変調用ビットを出力するようにし，前記サブキャリア変調器は，各サブキャリアにおいて前記サブキャリア変調用ビットを入力し，変調信号にマッピングして出力するようにし，前記位相ホッピング変調信号生成器は，同一サブキャリアにおけるＮ_Ｔ個の前記変調信号に対して位相ホッピングを施し，各アンテナで送信する位相ホッピング変調信号を出力するようにし，前記マルチプレクサは，送受信機間で既知なパイロット信号と前記位相ホッピング変調信号を入力し，パイロット信号区間ではパイロット信号を，データ区間では前記位相ホッピング変調信号を出力するようにし，前記ＩＦＦＴ器は，Ｎ個の前記位相ホッピング変調信号またはパイロット信号を入力し，ＩＦＦＴを行い，Ｎ個の時間信号をパラレルに出力するようにし，前記パラレル・シリアル変換器は，前記時間信号を入力し，シリアルに変換して出力するようにし，前記ＧＩ挿入器は，シリアルに変換された前記時間信号を入力し，後半の一部をコピーし，前半部に挿入して送信ＯＦＤＭ信号を生成することにより，或いは，前記位相ホッピング変調信号生成器は，入力されたＮ_Ｔ個の前記変調信号を要素に持つベクトルに対して，サブキャリア毎に異なった予め定めた直交ランダム位相行列を乗算して生成されるベクトルを，各アンテナで送信する位相ホッピング変調信号として出力することにより，或いは，前記位相ホッピングされた受信信号を検波する受信機は，チャネル推定器と，Ｎ_Ｒ個のＧＩ除去器と，Ｎ_Ｒ個のシリアル・パラレル変換器と，Ｎ_Ｔ個の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）器と，Ｎ個の位相ホッピング用ＭＩＭＯ検波器と，Ｎ_Ｔ個のサブキャリア用パラレル・シリアル変換器と，Ｎ_Ｔ個のデインターリーバと，Ｎ_Ｔ個の誤り訂正復号器と，ストリーム用パラレル・シリアル変換器と，ＣＲＣ復号器とから構成されることにより，或いは，前記チャネル推定器は，前記パイロット信号区間における前記受信信号を入力し，送受信機間のチャネル・インパルス応答を推定し，各サブキャリアにおけるチャネルの周波数応答を出力するようにし，前記ＧＩ除去器は，前記受信信号を入力し，受信信号のＧＩ部分を除去し，ＧＩが除去された受信信号を出力するようにし，前記シリアル・パラレル変換器は，前記ＧＩが除去された受信信号を入力し，Ｎ個のＦＦＴ用パラレル信号に変換して出力するようにし，前記ＦＦＴ器は，前記ＦＦＴ用パラレル信号を入力し，ＦＦＴ後にサブキャリア受信信号を出力し，前記位相ホッピング用ＭＩＭＯ検波器は，同一サブキャリアにおけるＮ_Ｒ個の前記サブキャリア受信信号と前記サブキャリアの周波数応答を入力し，位相ホッピングを考慮してＮ_Ｔ個の送信ストリームに分離するＭＩＭＯ検波を行い，Ｎ_Ｔ個の検波信号を出力するようにし，前記サブキャリア用パラレル・シリアル変換器は，各ストリームにおいてＮ個の前記検波信号をパラレルに入力し，シリアルに変換し出力するようにし，前記デインターリーバは，シリアルに変換された前記検波信号を入力し，デインターリーバして，出力するようにし，前記誤り訂正復号器は，デインターリーバ後の前記検波信号を入力し，誤り訂正復号して受信ビットを出力するようにし，前記ストリーム用パラレル・シリアル変換器はＮ_Ｔ個の前記受信ビットをパラレルに入力し，シリアルに変換して出力するようにし，前記ＣＲＣ復号器は，シリアル変換された前記受信ビットを入力し，ＣＲＣ復号を行ってパケット中の判定誤りを検出して，受信ビットと検出結果を出力することにより，あるいは，前記位相ホッピング用ＭＩＭＯ検波器として，前記チャネルの周波数応答を要素に持つ行列に対して，前記直交ランダム位相行列を乗算して位相ホッピング後の等価周波数応答行列を求め，前記等価周波数応答行列を用いて最尤検波または線形検波を行うことにより，或いは，前記チャネル推定器として，トランスバーサルフィルタに前記パイロット信号区間における送信ＯＦＤＭ信号を入力して生成した受信信号のレプリカと前記パイロット信号区間における前記受信信号との差の絶対値２乗値が最小になるように逐次的な最小２乗法を用いて，前記トランスバーサルフィルタの重み係数として前記チャネル・インパルス応答を推定し，それをＦＦＴまたは離散フーリエ変換してチャネルの周波数応答を推定するか，または，前記パイロット信号区間におけるＦＦＴ後のサブキャリア受信信号に前記パイロット信号を逆変調してチャネルの周波数応答を推定することにより一層効果的に達成される．

本発明は，以下に記載されるような効果を奏する．
請求項１記載の発明である位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機によれば，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ伝送方式において，送信アンテナを増やすのに比例して，伝送レートを上げることができ，さらに，位相ホッピングにより受信信号の周波数選択性が増すことで，誤り訂正符号による周波数ダイバーシチ利得が向上し，伝送特性の改善を図ることができる．

以下，本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する．

まず，位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機に係る第１，第２，第３及び第４の発明を実施するための最良の形態について説明する．位相ホッピング送信ダイバーシチを行う送信機の基本構成を図１に示す．

図１に示されるように，本発明に係る位相ホッピング送信ダイバーシチを行う送信機は，ＣＲＣ符号器２と，ストリーム用シリアル・パラレル変換器３と，Ｎ_Ｔ個の誤り訂正符号器４と，Ｎ_Ｔ個のインターリーバ５と，Ｎ_Ｔ個のサブキャリア用シリアル・パラレル変換器６と，Ｎ_ＴＮ個のサブキャリア変調器７と，Ｎ個の位相ホッピング変調信号生成器８と，Ｎ_Ｔ個のマルチプレクサ９と，Ｎ_Ｔ個のＩＦＦＴ器１１と，Ｎ_Ｔ個のパラレル・シリアル変換器１２と，Ｎ_Ｔ個のガードインターバル（ＧＩ）挿入器１３とから構成される．

位相ホッピング送信ダイバーシチを行う送信機は，送信ビット入力端子から入力された情報ビット系列に対して，ＣＲＣ符号器２を用いてＣＲＣ符号化を行い，情報ビット系列にＣＲＣ符号を付加したビット系列を出力する．そのビット系列は，ストリーム用シリアル・パラレル変換器３によりＮ_Ｔ個のストリームにパラレル変換され，誤り訂正符号器４に入力される．なお，ストリームとは，空間多重を行うＭＩＭＯ−ＯＦＤＭにおいて，送信アンテナで空間多重されるそれぞれのビット系列及び信号系列のことを意味する．誤り訂正符号器４は，ストリーム毎に誤り訂正符号化を行って，符号化されたビット系列を出力する．次に，インターリーバ５は，符号化されたビット系列をインターリーブし出力する．インターリーブされたビット系列はサブキャリア用シリアル・パラレル変換器６に入力され，サブキャリア数Ｎ分にパラレルに変換された後，各サブキャリアにおけるサブキャリア変調器７によって変調信号にマッピングされる．

位相ホッピング変調信号生成器８は，同一サブキャリアにおけるＮ_Ｔ個の変調信号を要素に持つベクトルを生成し，それに対してサブキャリア毎に異なった予め定めた直交ランダム位相行列を乗算して生成されるベクトルの各要素を，各アンテナで送信する位相ホッピング変調信号として出力する．直交ランダム位相行列は，受信機においても既知であるとする．

第ｎ（ｎ＝１，２，…Ｎ）サブキャリア，第ｌ（ｌ＝１，２，…Ｎ_Ｔ）ストリームにおける変調信号をＳ_ｎ，ｌとすると，Ｎ_Ｔ個の変調信号を要素に持つＮ_Ｔ次元変調信号ベクトルＳ_ｎは

となる．ここで，Ｔは転置を表す．また，第ｎサブキャリアにおけるＮ_Ｔ×Ｎ_Ｔランダム位相行列Ｐ_ｎを

Ｎ_ＴのＷａｌｓｈ−Ｈａｄａｍａｒｄ行列である．それぞれは以下のように表せる．

れ，Ｎ_Ｔは２のべき乗の整数である．なお，Ｐ_ｎの各列ベクトルの内積は０となっている．

このとき，Ｎ_Ｔ次元の位相ホッピング変調信号ベクトルＳ_ｅ，ｎは
Ｓ_ｅ，ｎ＝Ｐ_ｎＳ_ｎ （５）
となり，第ｌ送信アンテナからは，Ｓ_ｅ，ｎの第ｌ成分が送信される．
例えば，Ｎ_Ｔ＝２の場合には，Ｐ_ｎは

となり，Ｓ_ｅ，ｎは

となる．

マルチプレクサ９は，パイロット入力端子１０から入力されたパイロット信号と位相ホッピング変調信号生成器８から入力された位相ホッピング変調信号を切り替えて出力する．パイロット信号区間ではパイロット信号を，データ区間では位相ホッピング変調信号を出力する．パイロット信号は図３のように送信アンテナ毎に時間多重され，各アンテナからのパイロット信号は干渉せずに受信される．ＩＦＦＴ器１１は，マルチプレクサ９が出力した位相ホッピング変調信号またはパイロット信号に対してＩＦＦＴを行い，パラレルに時間信号を出力する．パラレル・シリアル変換器１２は時間信号をシリアルに変換する．ＧＩ挿入器１３は，シリアルに変換された時間信号の後半の一部をコピーし，前半部に挿入してストリーム毎に送信ＯＦＤＭ信号を生成する．

受信機においてＦＦＴのためのタイミング再生が良好に行われ，ＦＦＴによって時間領域の受信信号が，周波数領域に変換されたとすると，第ｎサブキャリアにおけるＮ_Ｒ次元の受信信号ベクトルＲ_ｎは

と定義され，Ｎ_Ｒ×Ｎ_Ｔの第ｎサブキャリアにおけるチャネルの周波数応答を要素に持つチャネル行列Ｈ_ｎ

を用いて
Ｒ_ｎ＝Ｈ_ｎＳ_ｅ，ｎ＋Ｎ_ｎ＝Ｈ_ｎＰ_ｎＳ_ｎ＋Ｎ_ｎ＝Ｈ_ｅ，ｎＳ_ｎ＋Ｎ_ｎ （１０）
と表せる．ここで，Ｎ_ｎはＮ_Ｒ次元の雑音ベクトルであり，Ｈ_ｎの各要素の相関は０で，２乗値の平均は１で等しいとする．チャネル行列にランダム位相行列を乗じた行列を，等価チャネル行列Ｈ_ｅ，ｎと定義すると，Ｎ_Ｔ＝Ｎ_Ｒ＝２の場合には，Ｈ_ｅ，ｎは

となる．ここで，Ｈ_ｅ，ｎの各要素の相関は，Ｗａｌｓｈ−Ｈａｄａｍａｒｄ行列およびＨ_ｎの各要素の性質から０となる．すなわち，位相ホッピング送信ダイバーシチを行った受信信号から変調信号ベクトルＳ_ｎを検波する場合に，等価チャネル行列はチャネル行列の性質を保存するため，検波特性は劣化しない．さらに，等価チャネル行列の要素は，サブキャリア毎に異なる位相ホッピングによって変動するため，チャネル本来の周波数選択性以上に選択性が増し，サブキャリア間の相関を低くできるため，誤り訂正符号による周波数ダイバーシチ利得が向上し，伝送特性が改善できる．

以上のことから，本発明を実施するための最良の形態によれば，空間多重を行うＭＩＭＯ−ＯＦＤＭにおいて送信アンテナおよびサブキャリア毎に異なった位相ホッピングを施すことで位相ホッピング送信ダイバーシチを実現できる．また，位相ホッピング送信ダイバーシチを行った場合でも，送信アンテナ数と同じ数の送信信号を同時に送信しているため，高い伝送レートを実現したまま，各サブキャリアにおいて位相ホッピングが導入されているため，誤り訂正符号による周波数ダイバーシチ利得が向上し，伝送特性が改善できる．

次に，位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機に係る第１，第５，第６及び第７の発明を実施するための最良の形態について説明する．位相ホッピングされた受信信号を検波する受信機の基本構成を図２に示す．

図２に示されるように，本発明に係る位相ホッピングされた受信信号を検波する受信機は，チャネル推定器１９と，Ｎ_Ｒ個のＧＩ除去器１６と，Ｎ_Ｒ個のシリアル・パラレル変換器１７と，Ｎ_Ｔ個のＦＦＴ器１８と，Ｎ個の位相ホッピング用ＭＩＭＯ検波器２１と，Ｎ_Ｔ個のサブキャリア用パラレル・シリアル変換器２２と，Ｎ_Ｔ個のデインターリーバ２３と，Ｎ_Ｔ個の誤り訂正復号器２４と，ストリーム用パラレル・シリアル変換器２５と，ＣＲＣ復号器２６とから構成される．

位相ホッピングされた受信信号を検波する受信機は，チャネル推定器１９においてパイロット信号区間における受信信号を入力し，送受信機間のチャネル・インパルス応答を推定し，それをＦＦＴまたは離散フーリエ変換（ＤＦＴ）して各サブキャリアにおけるチャネルの周波数応答を求めて位相ホッピング用ＭＩＭＯ検波器に出力する．ＧＩ除去器１６は，データ区間の受信信号を入力し，受信信号のＧＩ部分を除去する．ＧＩが除去された受信信号はシリアル・パラレル変換器１７に入力され，Ｎ個のＦＦＴ用パラレル信号に変換され，ＦＦＴ器１８により各サブキャリアにおける受信信号に変換される．

位相ホッピング用ＭＩＭＯ検波器は，同一サブキャリアにおけるＮ_Ｒ個の受信信号とチャネル推定器で推定された周波数応答を入力し，位相ホッピングを考慮して各サブキャリアにおいてＮ_Ｔ個の送信信号を分離するＭＩＭＯ検波を行う．ＭＩＭＯ検波として，線形検波や最尤検波が知られている．線形検波には，ＺＦ検波とＭＭＳＥ検波などがある．

具体的には，各サブキャリアの受信信号は，数式（１０）のように書くことができるので，等価チャネル行列Ｈ_ｅ，ｎを用いてＭＩＭＯ検波を行えば，変調信号ベクトルＳ_ｎを求めることができる．ただし，受信機ではＨ_ｅ，ｎを推定する必要がある．チャネル推定器１９で推

となる．ここで，Ｐ_ｎは数式（２）で与えられる受信機において既知なＮ_Ｔ×Ｎ_Ｔランダム位

サブキャリア用パラレル・シリアル変換器２２は，各ストリームにおいて全サブキャリアの検波信号をパラレルに入力し，シリアルに変換して出力する，デインターリーバ２３により検波信号はデインターリーブされ，誤り訂正復号器２４に入力される．誤り訂正復号器２４は，検波信号を誤り訂正復号して受信ビットを出力する．Ｎ_Ｔ個の受信ビットは，ストリーム用パラレル・シリアル変換器に入力され，シリアルに変換される．その後，ＣＲＣ復号器２７によってＣＲＣ復号が行われ，パケット中の判定誤りが検出され，検出結果と受信ビットが出力される．

以上のことから，本発明を実施するための最良の形態によれば，空間多重を行うＭＩＭＯ−ＯＦＤＭにおいて位相ホッピング送信ダイバーシチを行った信号を受信する際に，ランダム位相行列と推定したチャネル行列を用いて等価チャネル行列を導出し，それを従来の検波方式においてチャネル行列として用いることで，ＭＩＭＯ検波を行うことができる．

さらに，位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機に係る第８の発明を実施するための最良の形態について説明する．

チャネル推定器１９は，パイロット信号区間における受信信号を入力し，トランスバーサルフィルタを用いて送受信機間のチャネル・インパルス応答を推定する．チャネル・インパルス応答は，トランスバーサルフィルタの重み係数として推定される．まず，トランスバーサルフィルタに，送受信機間で既知なパイロット信号から生成されるパイロット区間における送信ＯＦＤＭ信号を入力し，受信信号のレプリカを生成する．その際，最初は重み係数を０に設定する．そして，生成した受信信号のレプリカとパイロット信号区間における受信信号との差の絶対値２乗値が最小になるように逐次的な最小２乗法を用いて重み係数の更新を行い，最終更新値を推定値とする．逐次的な最小２乗法として，ＲＬＳアルゴリズムを用いる．ただし，自己相関逆行列の更新は既知信号のため，予め計算して保存しておくことで計算を省略できる．

推定されたチャネル・インパルス応答は，ＦＦＴまたはＤＦＴされ，各サブキャリアにおけるチャネルの周波数応答の推定値として位相ホッピング用ＭＩＭＯ検波器で用いられる．

または，パイロット信号区間におけるＦＦＴ後のサブキャリア受信信号をチャネル推定器１９に入力して，パイロット信号で逆変調して直接的にチャネルの周波数応答を推定する．ただし，直接的にチャネルの周波数応答を推定する方法は，上記トランスバーサルフィルタを用いてチャネル・インパルス応答を推定する方法よりも推定精度が劣化する．しかしながら，簡易な構成で実現できる．

以上のことから，本発明を実施するための最良の形態によれば，チャネル・インパルス応答を直接的に推定し，ＦＦＴすることで各サブキャリアの周波数応答を間接的に推定する方法は，直接的にチャネルの周波数応答を推定するよりも，推定パラメタ数が減るため，高い精度の推定が可能である．直接的にチャネルの周波数応答を推定する方法は，簡易な構成で推定が行える．また，パイロット信号区間においても位相ホッピングダイバーシチを適用し，受信機がランダム位相行列を知らない場合においても，等価チャネル行列を直接推定できる．

なお、上述した各発明を実施するための最良の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本発明による位相ホッピング送信ダイバーシチを行う送信機の基本構成を示す図である． 本発明による位相ホッピングされた受信信号を検波する受信機の基本構成を示す図である． パケットの構成例を示す図である．

符号の説明

１：送信ビット入力端子，２：ＣＲＣ符号器，３：ストリーム用シリアル・パラレル変換器，４：誤り訂正符号器，５：インターリーバ，６：サブキャリア用シリアル・パラレル変換器，７：サブキャリア変調器，８：位相ホッピング変調信号生成器，９：マルチプレクサ，１０：パイロット信号入力端子，１１：ＩＦＦＴ器，１２：パラレル・シリアル変換器，１３：ＧＩ挿入器，１４：送信信号出力端子，１５：受信信号入力端子，１６：ＧＩ除去器，１７：シリアル・パラレル変換器，１８：ＦＦＴ器，１９：チャネル推定器，２０：パイロット信号入力端子，２１：位相ホッピングＭＩＭＯ検波器，２２：サブキャリア用パラレル・シリアル変換器，２３：デインターリーバ，２４：誤り訂正復号器，２５：ストリーム用パラレル・シリアル変換器，２６：ＣＲＣ復号器，２７：受信ビット出力端子

Claims (8)

1. Ｎ_Ｔ（Ｎ_Ｔは正の整数）本の送信アンテナとＮ_Ｒ（Ｎ_Ｒは正の整数）本の受信アンテナを用いて，誤り訂正符号化された直交周波数分割（ＯＦＤＭ）信号を空間多重するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ伝送方式において，各送信信号が受信された際に直交するように各サブキャリア及び送信アンテナにおいて異なった位相回転を施す位相ホッピング送信ダイバーシチを行う送信機と，前記位相ホッピングが行われた送信信号を受信し，前記位相ホッピングを考慮して検波を行う受信機とから構成されており，
   前記位相ホッピング送信ダイバーシチにより受信信号の周波数選択性が増すことで，誤り訂正符号による周波数ダイバーシチ利得が向上し，伝送特性を改善できることを特徴とする位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機．
2. 前記位相ホッピング送信ダイバーシチを行う送信機は，巡回冗長検査（ＣＲＣ）符号器と，ストリーム用シリアル・パラレル変換器と，Ｎ_Ｔ個の誤り訂正符号器と，Ｎ_Ｔ個のインターリーバと，Ｎ_Ｔ個のサブキャリア用シリアル・パラレル変換器と，Ｎ_ＴＮ（Ｎはサブキャリア数で，正の整数）個のサブキャリア変調器と，Ｎ個の位相ホッピング変調信号生成器と，Ｎ_Ｔ個のマルチプレクサと，Ｎ_Ｔ個の逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）器と，Ｎ_Ｔ個のパラレル・シリアル変換器と，Ｎ_Ｔ個のガードインターバル（ＧＩ）挿入器とから構成される請求項１に記載の位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機．
3. 前記ＣＲＣ符号器は，情報ビット系列を入力し，ＣＲＣ符号化を行って情報ビット系列にＣＲＣ符号を付加したビット系列を出力するようにし，
   前記ストリーム用シリアル・パラレル変換器は，前記ＣＲＣ符号を付加したビット系列を入力し，Ｎ_Ｔ個のストリーム・ビット系列をパラレルに出力するようにし，
   前記誤り訂正符号器は，前記ストリーム・ビット系列を入力し，誤り訂正符号化を行って，符号化されたビット系列を出力するようにし，
   前記インターリーバは，前記符号化されたビット系列を入力し，インターリーブされたビット系列を出力するようにし，
   前記サブキャリア用シリアル・パラレル変換器は，前記インターリーブされたビット系列を入力し，サブキャリア数Ｎ（Ｎは正の整数）にパラレル変換して，サブキャリア変調用ビットを出力するようにし，
   前記サブキャリア変調器は，各サブキャリアにおいて前記サブキャリア変調用ビットを入力し，変調信号にマッピングして出力するようにし，
   前記位相ホッピング変調信号生成器は，同一サブキャリアにおけるＮ_Ｔ個の前記変調信号に対して位相ホッピングを施し，各アンテナで送信する位相ホッピング変調信号を出力するようにし，
   前記マルチプレクサは，送受信機間で既知なパイロット信号と前記位相ホッピング変調信号を入力し，パイロット信号区間ではパイロット信号を，データ区間では前記位相ホッピング変調信号を出力するようにし，
   前記ＩＦＦＴ器は，Ｎ個の前記位相ホッピング変調信号またはパイロット信号を入力し，ＩＦＦＴを行い，Ｎ個の時間信号をパラレルに出力するようにし，
   前記パラレル・シリアル変換器は，前記時間信号を入力し，シリアルに変換して出力するようにし，
   前記ＧＩ挿入器は，シリアルに変換された前記時間信号を入力し，後半の一部をコピーし，前半部に挿入して送信ＯＦＤＭ信号を生成する請求項２に記載の位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機．
4. 前記位相ホッピング変調信号生成器は，入力されたＮ_Ｔ個の前記変調信号を要素に持つベクトルに対して，サブキャリア毎に異なった予め定めた直交ランダム位相行列を乗算して生成されるベクトルを，各アンテナで送信する位相ホッピング変調信号として出力する請求項２に記載の位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機．
5. 前記位相ホッピングされた受信信号を検波する受信機は，チャネル推定器と，Ｎ_Ｒ個のＧＩ除去器と，Ｎ_Ｒ個のシリアル・パラレル変換器と，Ｎ_Ｔ個の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）器と，Ｎ個の位相ホッピング用ＭＩＭＯ検波器と，Ｎ_Ｔ個のサブキャリア用パラレル・シリアル変換器と，Ｎ_Ｔ個のデインターリーバと，Ｎ_Ｔ個の誤り訂正復号器と，ストリーム用パラレル・シリアル変換器と，ＣＲＣ復号器とから構成される請求項１に記載の位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機．
6. 前記チャネル推定器は，前記パイロット信号区間における前記受信信号を入力し，送受信機間のチャネル・インパルス応答を推定し，各サブキャリアにおけるチャネルの周波数応答を出力するようにし，
   前記ＧＩ除去器は，前記受信信号を入力し，受信信号のＧＩ部分を除去し，ＧＩが除去された受信信号を出力するようにし，
   前記シリアル・パラレル変換器は，前記ＧＩが除去された受信信号を入力し，Ｎ個のＦＦＴ用パラレル信号に変換して出力するようにし，
   前記ＦＦＴ器は，前記ＦＦＴ用パラレル信号を入力し，ＦＦＴ後にサブキャリア受信信号を出力し，
   前記位相ホッピング用ＭＩＭＯ検波器は，同一サブキャリアにおけるＮ_Ｒ個の前記サブキャリア受信信号と前記サブキャリアの周波数応答を入力し，位相ホッピングを考慮してＮ_Ｔ個の送信ストリームに分離するＭＩＭＯ検波を行い，Ｎ_Ｔ個の検波信号を出力するようにし，
   前記サブキャリア用パラレル・シリアル変換器は，各ストリームにおいてＮ個の前記検波信号をパラレルに入力し，シリアルに変換し出力するようにし，
   前記デインターリーバは，シリアルに変換された前記検波信号を入力し，デインターリーバして，出力するようにし，
   前記誤り訂正復号器は，デインターリーバ後の前記検波信号を入力し，誤り訂正復号して受信ビットを出力するようにし，
   前記ストリーム用パラレル・シリアル変換器は，Ｎ_Ｔ個の前記受信ビットをパラレルに入力し，シリアルに変換して出力するようにし，
   前記ＣＲＣ復号器は，シリアル変換された前記受信ビットを入力し，ＣＲＣ復号を行ってパケット中の判定誤りを検出して，受信ビットと検出結果を出力する請求項５に記載の位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機．
7. 前記位相ホッピング用ＭＩＭＯ検波器として，前記チャネルの周波数応答を要素に持つ行列に対して，前記直交ランダム位相行列を乗算して位相ホッピング後の等価周波数応答行列を求め，前記等価周波数応答行列を用いて最尤検波または線形検波を行う請求項５に記載の位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機．
8. 前記チャネル推定器として，トランスバーサルフィルタに前記パイロット信号区間における送信ＯＦＤＭ信号を入力して生成した受信信号のレプリカと前記パイロット信号区間における前記受信信号との差の絶対値２乗値が最小になるように逐次的な最小２乗法を用いて，前記トランスバーサルフィルタの重み係数として前記チャネル・インパルス応答を推定し，それをＦＦＴまたは離散フーリエ変換してチャネルの周波数応答を推定するか，または，前記パイロット信号区間におけるＦＦＴ後のサブキャリア受信信号に前記パイロット信号を逆変調してチャネルの周波数応答を推定する請求項５に記載の位相ホッピング送信ダイバーシチを用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機．

Images