JP2006238143A - 時空間又は周波数空間で符号化又は復号化する送受信装置及び方法 - Google Patents

時空間又は周波数空間で符号化又は復号化する送受信装置及び方法 Download PDF

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貴史 丸山
Hiroyuki Nakamura
宏之 中村
Seiji Nakatsugawa
征士 中津川
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和二 渡邊
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Abstract

【課題】 ある時刻又は周波数における伝搬状態h、hが同時に低下した場合でも、別の時刻又は周波数における伝搬状態h、hを併用して復号を行うことで、受信機の出力における信号電力が低下する確率を低くすることによって、誤り率の低い時空間又は周波数空間で符号化又は復号化する送受信装置及び方法を提供する。
【解決手段】 送信装置の制御部は、2シンボル以上の同数のシンボルで構成される時間軸上の送信信号系列S1と送信信号系列S2とを記憶する送信信号系列記憶部を有する。第1の送信機は、時刻T1から送信信号系列S1を出力し、その直後の時刻T2から送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列を出力する。第2の送信機は、時刻T1から送信信号系列S2を出力し、その直後の時刻T2から送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列を出力する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、時空間又は周波数空間で符号化又は復号化する送受信装置及び方法に関する。送信装置は、同一空間、同一周波数及び同一時刻で、一方の送信アンテナから、時間軸上又は周波数軸上で符号化を施した信号を送信し、他方の送信アンテナから前の信号に時間軸上又は周波数軸上で別の符号化を施した信号を送信する。また、受信装置は、符号の相違を利用して、先に送信された複数の異なる送信信号を分離する。
近年、光アクセス等の普及に伴った様々な大容量サービスに対応するため、無線通信の伝送速度の向上が要求されている。無線通信の伝送速度は、シンボルレートや変調方式等によって決定される。例えば、シンボルレートが40Mbaud、変調方式が64QAMであれば、
40Mbaud×6bit=240Mbit/sec
の伝送速度となる。
無線通信の伝送速度を向上させるために、シンボルレートを上げる方法や、変調多値数の大きい変調方式を用いる方法等が考えられる。
シンボルレートを上げる方法は、例えば40Mbaudから80Mbaudに変更することで、1秒間当たりに送信されるシンボル数を増やすことによって実現される。また、変調多値数の大きい変調方式を用いる方法は例えば1シンボル当たり6bitが伝送可能な64QAMから、1シンボル当たり8bitが伝送可能な256QAMに変更することで1シンボル当たりに伝送可能なビット数を増やすことによって実現される。しかし、信号の伝送に必要となる周波数帯域は、シンボルレートに比例して増加するため、占有帯域の制限上、無線通信でシンボルレートを上げる方法は難しい。
変調多値数の大きい変調方式を用いる方法は、周波数帯域の増加は生じないが、信号点間距離が減少することで、ノイズによる誤りが発生しやすく良好な通信を実現するためには、高い信号対雑音比を確保する必要がある。通信サービス条件を保ちながら、この高い信号対雑音比を確保するには、送信機に更に高出力の増幅器を用いたり、受信機に更に雑音の少ない増幅器を用いたりすることが考えられる。しかし、これらは高価となり現実的ではない。
高い信号対雑音比を確保する手段として、無線通信の伝搬路に注目する。一般に、伝搬路の状態は、時々刻々と変動しており、受信機における受信電力も変動している。そこで、上記の方法を用いずに高い信号対雑音比を確保する方法として、複数の送信機又は受信機を配置することで変動が独立な複数の伝搬路を確保し、受信機では常に高い電力を確保する空間ダイバーシチが考えられている。
図5は、2個の送信機を用いた空間ダイバーシチのシステム構成図である。図5について、経路1は送信機aから受信機への経路であり、経路2は送信機bから受信機への経路である。
図6は、図5に記載の経路毎の電力対時間のグラフである。
図6(a)は、送信機aから経路1を通過した受信電力のグラフである。
図6(b)は、送信機bから経路2を通過した受信電力のグラフである。
図6(c)は、図6(a)及び(b)のいずれか大きい方の出力を、受信機の出力とした受信電力のグラフである。
このように、各経路を通過した信号の変動が独立であれば空間ダイバーシチを用いることにより、受信機の出力における受信電力の落ち込みが減少し、高い電力を確保する確率を高めることができる。
送信アンテナ数が2本、受信アンテナ数が1本である場合に,従来の複数の送信機を用いた空間ダイバーシチを実現する具体的な方法として、例えば非特許文献1の時空間ブロック符号がある。
図7は、従来技術における空間ダイバーシチを用いた動作説明図である。
図7のシステム構成は、送信装置と受信装置とからなる。送信装置は、送信アンテナa103を有する送信機a101と、送信アンテナb104を有する送信機b102と、制御部106とを備える。受信装置は、受信アンテナ202を有する受信機201を備える。受信アンテナ202は、送信アンテナa103から送信された信号と、送信アンテナb104から送信された信号とを、同時に受信する。
入力端子105に入力される送信シンボルとして、s(t)とs(t)の2シンボルを想定する。ここで、直交変調された1つの複素数を「1シンボル」と称す。また、t、t…は、時刻を表す。尚、図7は時空間について説明しているけれども、時間「t」と記載されている部分を周波数「f」と読み替えることで、周波数空間ブロック符号についても構成することができる。
最初のシンボルを送信する時刻に、送信機a101はs(t)を出力し、送信機b102はs(t)を出力する。次のシンボルを送信する時刻に、送信機a101はs(t)の実部の符号を反転した信号を出力し、送信機b102はs(t)の虚部の符号を反転した信号を出力する。図7の下方には、送信機a101及び送信機b102からの時系列の出力信号が表されている。尚、送信機a101及び送信機b102は、制御部106からの制御によって、同一タイミングで動作しているものとする。
送信機a101から出力される送信信号は、送信アンテナa103から送信され、経路1を通過する。送信機b102から出力される送信信号は、送信アンテナb104から送信され、経路2を通過する。これらの両信号は、受信アンテナ202によって合成されて受信され、受信機201に入力される。
経路1の伝搬状態をhとし、経路2の伝搬状態をhとすると、最初のシンボルを送信する時刻における受信機201に入力される信号y(t)は、以下のように表される。
Figure 2006238143
次のシンボルを送信する時刻における受信機201に入力される信号y(t)は、以下のように表される。
Figure 2006238143
ここで、最初のシンボルを送信する時刻と、次のシンボルを送信する時刻とにおける各経路の伝搬状態は等しいものとする。尚、pは各送信機の送信電力を表し、n(t)、n(t)は各時刻に付加される雑音を表す。また、は共役複素数を表す。以下では、議論の本質には影響しないため、p=1、n(t)=n(t)=0として省略する。
ここで、y(t)及びy(t)からなる行列を、以下のように定義する。
Figure 2006238143
yは、h、h、s(t)、s(t)を用いて、以下のように表される。
Figure 2006238143
尚、以下のように定義する。
Figure 2006238143
ここで、仮にHの共役転置行列Hが得られていると仮定し、yに左から乗算すると、以下のようになる。
Figure 2006238143
受信機201において、送信シンボルs(t)、s(t)が復元され、出力端子203に出力される。図7の受信機201の中に、上式に基づいた受信信号の復元の計算例を記載する。尚、行列Hは、トレーニング信号等を用いて伝搬状態h、hを推定して構成することができる。
上式から、この方法は、h又はhの絶対値が小さい、更には0であっても送信信号系列が復元可能であるが、人や車の往来や樹木等により両方の伝搬経路が同時に遮蔽される状況が想定される伝搬環境(以下「シャドウイング環境」という)では、h、hの絶対値が共に小さくなり、十分な信号電力が得られない。以下では、h、hの絶対値の大小関係について、単に「大きい」「小さい」と記載する。元の送信シンボルと受信機201で復元されたシンボルの違いを示す信号の誤り率は、信号電力と雑音電力の比に基づいて決定されるため、雑音電力を一定とすれば、信号電力の低下によって信号の誤り率が増加する。
Siavash M.Alamouti、「A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications」、IEEE Journal on Selected Areas in Communications、vol.16、no.8、pp.1451−1458、Oct.1998.
図7の時空間符号化方法は、伝搬状態h、hの変動の違いを利用したダイバーシチ効果がある一方、シャドウイング環境では受信機201の出力において十分な信号電力が得られず、信号の品質が悪化するという問題がある。
本発明は、ある時刻又は周波数における伝搬状態h、hが同時に低下した場合でも、別の時刻又は周波数における伝搬状態h、hを併用して復号を行うことで、受信機の出力における信号電力が低下する確率を低くすることによって、誤り率の低い時空間又は周波数空間で符号化又は復号化する送受信装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明における時空間で符号化する送信装置は、
第1の送信アンテナを有し、送信シンボルに符号化を時間軸上で施して出力する第1の送信機と、
第2の送信アンテナを有し、第1の送信機と同一周波数かつ同一時刻で送信シンボルに第1の送信機と異なる符号化を時間軸上で施して出力する第2の送信機と、
第1の送信機及び第2の送信機の出力タイミングを合わせる制御部と
を有する送信装置において、
制御部は、2シンボル以上の同数のシンボルで構成される時間軸上の送信信号系列S1と送信信号系列S2とを記憶する送信信号系列記憶部を有し、
第1の送信機は、時刻T1から送信信号系列S1を出力し、その直後の時刻T2から送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列を出力し、
第2の送信機は、時刻T1から送信信号系列S2を出力し、その直後の時刻T2から送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列を出力する
ことを特徴とする。
本発明における時空間で復号化する受信装置は、
1つの受信アンテナを有し、前述の送信装置と通信する受信装置であって、第1の送信アンテナから受信アンテナまでの第1の伝搬状態と、第2の送信アンテナから受信アンテナまでの第2の伝搬状態とを用いて、送信シンボルを復元する受信装置において、
第1の送信機からの送信信号系列S1と第2の送信機からの送信信号系列S2とが合成された時間軸上の受信信号系列Y1と、この間の第1の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H11と、第2の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H21と、第1の送信機からの送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列と第2の送信機からの送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列とが合成された時間軸上の受信信号系列Y2と、この間の第1の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H12と、第2の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H22とを記憶する受信信号系列記憶部を備え、
受信信号系列記憶部に記憶された受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ1つの受信信号と、伝搬状態系列H11、H12、H21及びH22を構成する伝搬状態から受信信号に対応するそれぞれ1つの伝搬状態を用いて送信シンボルを復元し、これを受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ全ての受信信号に対して順に行うことで全ての送信シンボルを復元することを特徴とする。
本発明における周波数空間で符号化する送信装置は、
第1の送信アンテナを有し、送信シンボルに符号化を周波数軸上で施して出力する第1の送信機と、
第2の送信アンテナを有し、第1の送信機と同一周波数かつ同一時刻で送信シンボルに第1の送信機と異なる符号化を周波数軸上で施して出力する第2の送信機と、
第1の送信機及び第2の送信機の出力タイミングを合わせる制御部と
を有する送信装置において、
制御部は、2シンボル以上の同数のシンボルで構成される周波数軸上の送信信号系列S1と送信信号系列S2とを記憶する送信信号系列記憶部を有し、
第1の送信機は、周波数F1から送信信号系列S1を出力し、その直後の周波数F2から送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列を出力し、
第2の送信機は、周波数F1から送信信号系列S2を出力し、その直後の周波数F2から送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列を出力する
ことを特徴とする。
本発明における周波数空間で復号化する受信装置は、
1つの受信アンテナを有し、前述の送信装置と通信する受信装置であって、第1の送信アンテナから受信アンテナまでの第1の伝搬状態と、第2の送信アンテナから受信アンテナまでの第2の伝搬状態とを用いて、送信シンボルを復元する受信装置において、
第1の送信機からの送信信号系列S1と第2の送信機からの送信信号系列S2とが合成された周波数軸上の受信信号系列Y1と、この間の第1の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H11と、第2の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H21と、第1の送信機からの送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列と第2の送信機からの送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列とが合成された周波数軸上の受信信号系列Y2と、この間の第1の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H12と、第2の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H22とを記憶する受信信号系列記憶部を備え、
受信信号系列記憶部に記憶された受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ1つの受信信号と、伝搬状態系列H11、H12、H21及びH22を構成する伝搬状態から受信信号に対応するそれぞれ1つの伝搬状態を用いて送信シンボルを復元し、これを受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ全ての受信信号に対して順に行うことで全ての送信シンボルを復元することを特徴とする。
本発明の送信装置における時空間符号化方法は、
第1の送信アンテナを有し、送信シンボルに符号化を時間軸上で施して出力する第1の送信機と、
第2の送信アンテナを有し、第1の送信機と同一周波数かつ同一時刻で送信シンボルに第1の送信機と異なる符号化を時間軸上で施して出力する第2の送信機と、
第1の送信機及び第2の送信機の出力タイミングを合わせる制御部と
を有する送信装置における時空間符号化方法において、
制御部は、2シンボル以上の同数のシンボルで構成される時間軸上の送信信号系列S1と送信信号系列S2とを記憶する送信信号系列記憶部を有し、
第1の送信機は、時刻T1から送信信号系列S1を出力し、その直後の時刻T2から送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列を出力し、
第2の送信機は、時刻T1から送信信号系列S2を出力し、その直後の時刻T2から送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列を出力する
ことを特徴とする。
本発明の受信装置における時空間復号化方法は、
1つの受信アンテナを有し、前述の送信装置と通信する受信装置であって、第1の送信アンテナから受信アンテナまでの第1の伝搬状態と、第2の送信アンテナから受信アンテナまでの第2の伝搬状態とを用いて、送信シンボルを復元する受信装置における時空間符号化方法において、
第1の送信機からの送信信号系列S1と第2の送信機からの送信信号系列S2とが合成された時間軸上の受信信号系列Y1と、この間の第1の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H11と、第2の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H21と、第1の送信機からの送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列と第2の送信機からの送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列とが合成された時間軸上の受信信号系列Y2と、この間の第1の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H12と、第2の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H22とを記憶し、
記憶された受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ1つの受信信号と、伝搬状態系列H11、H12、H21及びH22を構成する伝搬状態から受信信号に対応するそれぞれ1つの伝搬状態を用いて送信シンボルを復元し、これを受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ全ての受信信号に対して順に行うことで全ての送信シンボルを復元する
ことを特徴とする。
本発明の送信装置における周波数空間符号化方法は、
第1の送信アンテナを有し、送信シンボルに符号化を周波数軸上で施して出力する第1の送信機と、
第2の送信アンテナを有し、第1の送信機と同一周波数かつ同一時刻で送信シンボルに第1の送信機と異なる符号化を周波数軸上で施して出力する第2の送信機と、
第1の送信機及び第2の送信機の出力タイミングを合わせる制御部と
を有する送信装置における周波数空間符号化方法において、
制御部は、2シンボル以上の同数のシンボルで構成される周波数軸上の送信信号系列S1と送信信号系列S2とを記憶する送信信号系列記憶部を有し、
第1の送信機は、周波数F1から送信信号系列S1を出力し、その直後の周波数F2から送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列を出力し、
第2の送信機は、周波数F1から送信信号系列S2を出力し、その直後の周波数F2から送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列を出力する
ことを特徴とする。
本発明の受信装置における周波数空間復号化方法は、
1つの受信アンテナを有し、前述の送信装置と通信する受信装置であって、第1の送信アンテナから受信アンテナまでの第1の伝搬状態と、第2の送信アンテナから受信アンテナまでの第2の伝搬状態とを用いて、送信シンボルを復元する受信装置における周波数空間復号化方法において、
第1の送信機からの送信信号系列S1と第2の送信機からの送信信号系列S2とが合成された周波数軸上の受信信号系列Y1と、この間の第1の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H11と、第2の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H21と、第1の送信機からの送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列と第2の送信機からの送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列とが合成された周波数軸上の受信信号系列Y2と、この間の第1の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H12と、第2の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H22とを記憶し、
記憶された受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ1つの受信信号と、伝搬状態系列H11、H12、H21及びH22を構成する伝搬状態から受信信号に対応するそれぞれ1つの伝搬状態を用いて送信シンボルを復元し、これを受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ全ての受信信号に対して順に行うことで全ての送信シンボルを復元することを特徴とする。
従来技術は、隣接する2つのシンボルを送信する時刻又は周波数で符号化し、隣接する2つのシンボルを送信する時刻又は周波数の伝搬状態は等しいとして復号するのに対し、本発明は、送信信号系列を構成するシンボル数だけ離れた時刻又は周波数で符号化及び復号をする。
時空間で符号化/復号化することにより、ある時刻の伝搬状態が同時に低下したとしても、時間変動のある伝搬路では、ある時刻と離れた時刻との伝搬状態の相関は低くなる。そのことから、もう一方の時刻の伝搬状態が回復している確率が高まり、受信機が異なる2つの時刻の伝搬状態を用いて送信されたシンボルを復元することができる。従って、受信機の出力端子における信号電力の低下する確率が減少し、シャドウイング環境における信号の誤り率を抑えることができる。
周波数空間で符号化/復号化することにより、ある周波数の伝搬状態が同時に低下したとしても、周波数変動のある伝搬路では、ある周波数と離れた時刻との伝搬状態の相関は低くなる。そのことから、もう一方の周波数の伝搬状態が回復している確率が高まり、受信機が異なる2つの周波数の伝搬状態を用いて送信されたシンボルを復元することができる。従って、受信機の出力端子における信号電力の低下する確率が減少し、シャドウイング環境における信号の誤り率を抑えることができる。
以下では、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。第1の実施形態として、時空間で符号化/復号化する方法とその送受信装置とについて説明する。第2の実施形態として、周波数空間で符号化/復号化する方法とその送受信装置とについて説明する。
図1は、本発明の時空間符号化/復号化のための第1の実施形態の説明図である。図1のシステム構成は、前述した従来技術の図7のシステム構成と同様である。
第1の実施形態の特徴は、送信装置の制御部106が送信信号系列記憶部301を備え、受信装置の受信機201が受信信号系列記憶部302を備えることである。これにより、2シンボル以上の系列単位で時空間符号化及び復号化を行うことができる。
時間変動のある伝搬路では、ある時刻と離れた時刻との伝搬状態の相関は低くなるために、一方の時刻の伝搬状態が同時に低下したとしても、もう一方の時刻の伝搬状態が回復している可能性が高まる。これにより、時空間復号後の受信機の出力端子における信号電力の低下する確率が低くなり、信号の誤り率を抑えることができる。
図1によれば、送信装置の制御部106の送信信号系列記憶部301が、入力端子105からのシンボルを蓄え、送信信号系列S1及びS2を生成する。送信信号系列記憶部301は、各送信信号系列が2シンボルで構成される場合の例であり、送信信号系列S1を構成するシンボルをs(t)、s(t)とする。同様に、送信信号系列S2を構成するシンボルをs(t)、s(t)とする。
最初の信号系列を送信する時刻Tに、送信機a101は送信信号系列S1を出力し、送信機b102は送信信号系列S2を出力する。それに続く時刻Tに、送信機a101は送信信号系列S2の実部の符号を反転した信号を出力し、送信機b102は送信信号系列S1の虚部の符号を反転した信号を出力する。図1の下方には、送信機a101及び送信機b102からの時系列の出力信号が表されている。尚、送信機a101及び送信機b102は、制御部106の制御によって、同一タイミングで動作しているものとする。
送信機a101からの信号は、送信アンテナa103から送信され、経路1を通過し、送信機b102からの信号は、送信アンテナb104から送信され、経路2を通過する。これら両信号は、受信アンテナ202によって合成されて受信され、受信機201に入力される。
最初の信号系列を送信する時刻の経路1の伝搬状態系列H11を構成する各時刻の伝搬状態をh(t)、h(t)とし、
経路2の伝搬状態系列H21を構成する各時刻の伝搬状態をh(t)、h(t)とし、
次の信号系列を送信する時刻の経路1の伝搬状態系列H12を構成する各時刻の伝搬状態をh(t)、h(t)とし、
経路2の伝搬状態系列H22を構成する各時刻の伝搬状態をh(t)、h(t)とする。
尚、伝搬状態系列を構成する伝搬状態の数は、伝搬状態の時間変動に対応できる間隔で得れば十分である。但し、ここでは、tとtのように隣接する時刻で伝搬状態が異なるものとして、送信信号系列を構成する信号の数と同じ2とした。
最初の信号系列を送信する時刻t1から受信機201に入力される受信信号系列Y1を構成する受信信号を、y(t)、y(t)とする。そうすると、Y1の最初の信号y(t)は、以下のように表される。
y(t)=(h(t)s(t)+h(t)s(t))
次の信号系列を送信する時刻tから受信機201に入力される受信信号系列Y2を構成する受信信号を、y(t)、y(t)とする。そうすると、Y2の最初の信号y(t)は、以下のように表される。
y(t)=(−h(t)s(t)+h(t)s(t))
伝搬状態系列H11、H21、H12及びH22と、受信信号系列Y1及びY2とは、全て受信機201中の受信信号系列記憶部302に記憶されている。以下では、各系列の最初の信号について受信機201における信号の復元方法を示す。y(t)及びy(t)からなる行列を、以下のように定義する。
Figure 2006238143
そうすると、h(t)、h(t)、h(t)、h(t)、s(t)、s(t)を用いて、以下のように表される。
Figure 2006238143
尚、以下のように定義する。
Figure 2006238143
ここで、行列H'を、以下のように定義する。
Figure 2006238143
この行列が得られていると仮定し、yに左から乗算すると、以下のようになる。
Figure 2006238143
H'Hは、対角成分のみに値を持ち、受信機201において送信シンボルs(t)、s(t)が復元され、出力端子203に出力される。
図2は、上式に基づいた受信機201における信号復元の計算例である。尚、上記行列H'は、トレーニング信号等を用いて伝搬状態h(t)、h(t)、h(t)、h(t)を推定して構成することができる。
上式でh(t)、h (t)、h(t)、h (t)を用いる、即ち、経路1の異なる2時刻の伝搬状態と、経路2の異なる2時刻の伝搬状態とを用いるため、時間変動のある伝搬路では、ある時刻と離れた時刻との伝搬状態の相関は低くなる。従って、これらのうちいずれかが大きい値を持つ確率が高まる。例えばtにおける伝搬状態である、h(t)とh(t)の組が同時に低下した場合でも、これらとtにおける伝搬状態であるh(t)及びh(t)との相関が低ければ、tにおける伝搬状態は回復している確率が高まり、受信機が異なる2つの時刻の伝搬状態を用いて送信されたシンボルを復元することができる。従って、受信機の出力端子における信号電力が低くなる確率が減少し、信号の誤り率の低い時空間符号化及び復号化方法を提供することができる。
ここまで、受信機201における信号の復元方法について、受信信号系列記憶部302に記憶された受信信号系列Y1及びY2の最初の信号について動作を説明したが、受信信号系列Y1のうち2番目の信号であるy(t)と、受信信号系列Y2のうち2番目の信号であるy(t)についても最初の信号と同様に、推定された伝搬状態h(t)、h(t)、h(t)、h(t)からH'行列を構成し、受信機201において送信シンボルs(t)、s(t)を復元することができる。
以上は、各系列が2シンボルで構成された場合の例であるが、各系列が3シンボル以上で構成された場合についても同様に、各系列を構成するシンボルからそれぞれ1シンボルを順に取り出して計算することにより、送信シンボルを復元することができる。これにより、シャドウイング環境においても、信号電力を確保し、信号の誤り率を抑えることができる。
次に、第2の実施形態について説明する。
図3は、本発明の周波数空間符号化/復号化のための第2の実施形態の説明図である。図3のシステム構成は、前述した従来技術の図7のシステム構成と同様である。
第2の実施形態の特徴は、送信装置の制御部106が送信信号系列記憶部301を備え、受信装置の受信機201が受信信号系列記憶部302を備えることである。これにより、2シンボル以上の系列単位で周波数空間符号化及び復号化を行うことができる。
周波数変動のある伝搬路では、ある時刻と離れた時刻との伝搬状態の相関は低くなるために、一方の周波数の伝搬状態が同時に低下したとしても、もう一方の周波数の伝搬状態が回復している可能性が高まる。これにより、周波数空間復号後の受信機の出力端子における信号電力の低下する確率が低くなり、信号の誤り率を抑えることができる。
図3によれば、送信装置の制御部106の送信信号系列記憶部301が、入力端子105からのシンボルを蓄え、送信信号系列S1及びS2を生成する。送信信号系列記憶部301は、各送信信号系列が2シンボルで構成される場合の例であり、送信信号系列S1を構成するシンボルをs(f)、s(f)とする。同様に、送信信号系列S2を構成するシンボルをs(f)、s(f)とする。
最初の信号系列を送信する周波数Fで、送信機a101は送信信号系列S1を出力し、送信機b102は送信信号系列S2を出力する。それに続く周波数Fで、送信機a101は送信信号系列S2の実部の符号を反転した信号を出力し、送信機b102は送信信号系列S1の虚部の符号を反転した信号を出力する。図3の下方には、送信機a101及び送信機b102からの時系列の出力信号が表されている。尚、送信機a101と送信機b102は、制御部106の制御によって、同一タイミングで動作しているものとする。
送信機a101からの信号は、送信アンテナa103から送信され、経路1を通過し、送信機b102からの信号は、送信アンテナb104から送信され、経路2を通過する。これら両信号は、受信アンテナ202によって合成されて受信され、受信機201に入力される。
最初の信号系列を送信する周波数の経路1の伝搬状態系列H11を構成する各周波数の伝搬状態をh(f)、h(f)とし、
経路2の伝搬状態系列H21を構成する各周波数の伝搬状態をh(f)、h(f)とし、
次の信号系列を送信する周波数の経路1の伝搬状態系列H12を構成する各周波数の伝搬状態をh(f)、h(f)とし、
経路2の伝搬状態系列H22を構成する各周波数の伝搬状態をh2(f)、h2(f)とする。
尚、伝搬状態系列を構成する伝搬状態の数は、伝搬状態の周波数変動に対応できる間隔で得れば十分である。但し、ここでは、f及びfのように隣接する周波数で伝搬状態が異なるものとして、送信信号系列を構成する信号の数と同じ2とした。
最初の信号系列を送信する周波数fから受信機201に入力される受信信号系列Y1を構成する受信信号を、y(f)、y(f)とする。そうすると、Y1の最初の信号y(f)は、以下のように表される。
y(f)=(h(f)s(f)+h(f)s(f))
次の信号系列を送信する周波数fから受信機201に入力される受信信号系列Y2を構成する受信信号をy(f)、y(f)とする。そうすると、Y2の最初の信号y(f)は、以下のように表される。
y(f)=(−h(f)s(f)+h(f)s(f))
伝搬状態系列H11、H21、H12及びH22と、受信信号系列Y1及びY2とは、全て受信機201中の受信信号系列記憶部302に記憶されている。以下では、各系列の最初の信号について受信機201における信号の復元方法を示す。y(f)及びy(f)からなる行列を、以下のように定義する。
Figure 2006238143
そうすると、h(f)、h(f)、h(f)、h(f)、s(f)、s(f)を用いて、以下のように表される。
Figure 2006238143
尚、以下のように定義する。
Figure 2006238143
ここで、行列H'を、以下のように定義する。
Figure 2006238143
この行列が得られていると仮定し、yに左から乗算すると、以下のようになる。
Figure 2006238143
H'Hは、対角成分のみに値を持ち、受信機201において送信シンボルs(f)、s(f)が復元され、出力端子203に出力される。
図4は、上式に基づいた受信機201における信号復元の計算例である。
尚、上記行列H'は、トレーニング信号等を用いて伝搬状態h(f)、h(f)、h(f)、h(f)を推定して構成することができる。
上式でh(f)、h (f)、h(f)、h (f)を用いる、即ち、経路1の異なる2周波数の伝搬状態と、経路2の異なる2周波数の伝搬状態とを用いるため、周波数変動のある伝搬路では、ある周波数と離れた周波数との伝搬状態の相関は低くなる。従って、これらのうちいずれかが大きい値を持つ確率が高まる。例えばfにおける伝搬状態であるh(f)及びh(f)の組が同時に低下した場合でも、これらとfにおける伝搬状態であるh(f)及びh(f)の相関が低ければ、fにおける伝搬状態は回復している確率が高まり、受信機が異なる2つの周波数の伝搬状態を用いて送信されたシンボルを復元することができる。従って、受信機の出力端子における信号電力が低くなる確率が減少し、信号の誤り率の低い周波数・空間符号化及び復号化方法を提供することができる。
ここまで、受信機201における信号の復元方法について、受信信号系列記憶部302に記憶された受信信号系列Yl及びY2の最初の信号について動作を説明したが、受信信号系列Y1のうち2番目の信号であるy(f)と、受信信号系列Y2のうち2番目の信号であるy(f)についても最初の信号と同様に、推定された伝搬状態h(f)、h(f)、h(f)、h(f)からH行列を構成し受信機201において送信シンボルs(f)、s(f)を復元することができる。
以上は、各系列が2シンボルで構成された場合の例であるが、各系列が3シンボル以上で構成された場合についても同様に、各系列を構成するシンボルからそれぞれ1シンボルを順に取り出して計算することにより、送信シンボルを復元することができる。これにより、シャドウイング環境においても信号電力を確保し信号の誤り率を抑えることができる。
前述した本発明における種々の実施形態によれば、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略を、当業者は容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
本発明の時空間符号化/復号化のための第1の実施形態の説明図である。 図1に対応する受信機201の信号復元の計算例である。 本発明の周波数空間符号化/復号化のための第2の実施形態の説明図である。 図3に対応する受信機201の信号復元の計算例である。 2個の送信機を用いた空間ダイバーシチのシステム構成図である。 図5に記載の経路毎の電力対時間のグラフである。 従来技術における空間ダイバーシチを用いた動作説明図である。
符号の説明
101 送信機a
102 送信機b
103 送信アンテナa
104 送信アンテナb
105 入力端子
106 制御部
201 受信機
202 受信アンテナ
203 出力端子
301 送信信号系列記憶部
302 受信信号系列記憶部

Claims (8)

  1. 第1の送信アンテナを有し、送信シンボルに符号化を時間軸上で施して出力する第1の送信機と、
    第2の送信アンテナを有し、前記第1の送信機と同一周波数かつ同一時刻で前記送信シンボルに前記第1の送信機と異なる符号化を時間軸上で施して出力する第2の送信機と、
    前記第1の送信機及び前記第2の送信機の出力タイミングを合わせる制御部と
    を有する送信装置において、
    前記制御部は、2シンボル以上の同数のシンボルで構成される時間軸上の送信信号系列S1と送信信号系列S2とを記憶する送信信号系列記憶部を有し、
    前記第1の送信機は、時刻T1から前記送信信号系列S1を出力し、その直後の時刻T2から前記送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列を出力し、
    前記第2の送信機は、時刻T1から前記送信信号系列S2を出力し、その直後の時刻T2から前記送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列を出力する
    ことを特徴とする時空間で符号化する送信装置。
  2. 1つの受信アンテナを有し、請求項1に記載の送信装置と通信する受信装置であって、前記第1の送信アンテナから前記受信アンテナまでの第1の伝搬状態と、前記第2の送信アンテナから前記受信アンテナまでの第2の伝搬状態とを用いて、前記送信シンボルを復元する受信装置において、
    前記第1の送信機からの前記送信信号系列S1と前記第2の送信機からの前記送信信号系列S2とが合成された時間軸上の受信信号系列Y1と、この間の前記第1の送信アンテナから前記受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H11と、前記第2の送信アンテナから前記受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H21と、前記第1の送信機からの前記送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列と前記第2の送信機からの前記送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列とが合成された時間軸上の受信信号系列Y2と、この間の第1の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H12と、前記第2の送信アンテナから前記受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H22とを記憶する受信信号系列記憶部を備え、
    前記受信信号系列記憶部に記憶された前記受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ1つの受信信号と、前記伝搬状態系列H11、H12、H21及びH22を構成する伝搬状態から前記受信信号に対応するそれぞれ1つの伝搬状態を用いて前記送信シンボルを復元し、これを前記受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ全ての受信信号に対して順に行うことで全ての送信シンボルを復元する
    ことを特徴とする時空間で復号化する受信装置。
  3. 第1の送信アンテナを有し、送信シンボルに符号化を周波数軸上で施して出力する第1の送信機と、
    第2の送信アンテナを有し、前記第1の送信機と同一周波数かつ同一時刻で前記送信シンボルに前記第1の送信機と異なる符号化を周波数軸上で施して出力する第2の送信機と、
    前記第1の送信機及び前記第2の送信機の出力タイミングを合わせる制御部と
    を有する送信装置において、
    前記制御部は、2シンボル以上の同数のシンボルで構成される周波数軸上の送信信号系列S1と送信信号系列S2とを記憶する送信信号系列記憶部を有し、
    前記第1の送信機は、周波数F1から前記送信信号系列S1を出力し、その直後の周波数F2から前記送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列を出力し、
    前記第2の送信機は、周波数F1から前記送信信号系列S2を出力し、その直後の周波数F2から前記送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列を出力する
    ことを特徴とする周波数空間で符号化する送信装置。
  4. 1つの受信アンテナを有し、請求項3に記載の送信装置と通信する受信装置であって、前記第1の送信アンテナから前記受信アンテナまでの第1の伝搬状態と、前記第2の送信アンテナから前記受信アンテナまでの第2の伝搬状態とを用いて、前記送信シンボルを復元する受信装置において、
    前記第1の送信機からの前記送信信号系列S1と前記第2の送信機からの前記送信信号系列S2とが合成された周波数軸上の受信信号系列Y1と、この間の前記第1の送信アンテナから前記受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H11と、前記第2の送信アンテナから前記受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H21と、前記第1の送信機からの前記送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列と前記第2の送信機からの前記送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列とが合成された周波数軸上の受信信号系列Y2と、この間の第1の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H12と、前記第2の送信アンテナから前記受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H22とを記憶する受信信号系列記憶部を備え、
    前記受信信号系列記憶部に記憶された前記受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ1つの受信信号と、前記伝搬状態系列H11、H12、H21及びH22を構成する伝搬状態から前記受信信号に対応するそれぞれ1つの伝搬状態を用いて前記送信シンボルを復元し、これを前記受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ全ての受信信号に対して順に行うことで全ての送信シンボルを復元する
    ことを特徴とする周波数空間で復号化する受信装置。
  5. 第1の送信アンテナを有し、送信シンボルに符号化を時間軸上で施して出力する第1の送信機と、
    第2の送信アンテナを有し、前記第1の送信機と同一周波数かつ同一時刻で前記送信シンボルに前記第1の送信機と異なる符号化を時間軸上で施して出力する第2の送信機と、
    前記第1の送信機及び前記第2の送信機の出力タイミングを合わせる制御部と
    を有する送信装置における時空間符号化方法において、
    前記制御部は、2シンボル以上の同数のシンボルで構成される時間軸上の送信信号系列S1と送信信号系列S2とを記憶する送信信号系列記憶部を有し、
    前記第1の送信機は、時刻T1から前記送信信号系列S1を出力し、その直後の時刻T2から前記送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列を出力し、
    前記第2の送信機は、時刻T1から前記送信信号系列S2を出力し、その直後の時刻T2から前記送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列を出力する
    ことを特徴とする送信装置における時空間符号化方法。
  6. 1つの受信アンテナを有し、請求項5に記載の送信装置と通信する受信装置であって、前記第1の送信アンテナから前記受信アンテナまでの第1の伝搬状態と、前記第2の送信アンテナから前記受信アンテナまでの第2の伝搬状態とを用いて、前記送信シンボルを復元する受信装置における時空間符号化方法において、
    前記第1の送信機からの前記送信信号系列S1と前記第2の送信機からの前記送信信号系列S2とが合成された時間軸上の受信信号系列Y1と、この間の前記第1の送信アンテナから前記受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H11と、前記第2の送信アンテナから前記受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H21と、前記第1の送信機からの前記送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列と前記第2の送信機からの前記送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列とが合成された時間軸上の受信信号系列Y2と、この間の第1の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H12と、前記第2の送信アンテナから前記受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H22とを記憶し、
    記憶された前記受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ1つの受信信号と、前記伝搬状態系列H11、H12、H21及びH22を構成する伝搬状態から前記受信信号に対応するそれぞれ1つの伝搬状態を用いて前記送信シンボルを復元し、これを前記受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ全ての受信信号に対して順に行うことで全ての送信シンボルを復元する
    ことを特徴とする受信装置における時空間復号化方法。
  7. 第1の送信アンテナを有し、送信シンボルに符号化を周波数軸上で施して出力する第1の送信機と、
    第2の送信アンテナを有し、前記第1の送信機と同一周波数かつ同一時刻で前記送信シンボルに前記第1の送信機と異なる符号化を周波数軸上で施して出力する第2の送信機と、
    前記第1の送信機及び前記第2の送信機の出力タイミングを合わせる制御部と
    を有する送信装置における周波数空間符号化方法において、
    前記制御部は、2シンボル以上の同数のシンボルで構成される周波数軸上の送信信号系列S1と送信信号系列S2とを記憶する送信信号系列記憶部を有し、
    前記第1の送信機は、周波数F1から前記送信信号系列S1を出力し、その直後の周波数F2から前記送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列を出力し、
    前記第2の送信機は、周波数F1から前記送信信号系列S2を出力し、その直後の周波数F2から前記送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列を出力する
    ことを特徴とする送信装置における周波数空間符号化方法。
  8. 1つの受信アンテナを有し、請求項7に記載の送信装置と通信する受信装置であって、前記第1の送信アンテナから前記受信アンテナまでの第1の伝搬状態と、前記第2の送信アンテナから前記受信アンテナまでの第2の伝搬状態とを用いて、前記送信シンボルを復元する受信装置における周波数空間復号化方法において、
    前記第1の送信機からの前記送信信号系列S1と前記第2の送信機からの前記送信信号系列S2とが合成された周波数軸上の受信信号系列Y1と、この間の前記第1の送信アンテナから前記受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H11と、前記第2の送信アンテナから前記受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H21と、前記第1の送信機からの前記送信信号系列S2の実部の符号を反転した系列と前記第2の送信機からの前記送信信号系列S1の虚部の符号を反転した系列とが合成された周波数軸上の受信信号系列Y2と、この間の第1の送信アンテナから受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H12と、前記第2の送信アンテナから前記受信アンテナまでの推定された伝搬状態系列H22とを記憶し、
    記憶された前記受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ1つの受信信号と、前記伝搬状態系列H11、H12、H21及びH22を構成する伝搬状態から前記受信信号に対応するそれぞれ1つの伝搬状態を用いて前記送信シンボルを復元し、これを前記受信信号系列Y1及びY2を構成するそれぞれ全ての受信信号に対して順に行うことで全ての送信シンボルを復元する
    ことを特徴とする受信装置における周波数空間復号化方法。
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JP2019537286A (ja) * 2016-09-28 2019-12-19 オッポ広東移動通信有限公司 データ伝送方法、受信側装置及び送信側装置

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