JP2006511154A

JP2006511154A - Ｏｆｄｍシステム用の送信機ダイバーシティ方法

Info

Publication number: JP2006511154A
Application number: JP2004561805A
Authority: JP
Inventors: シュメイ、オウヤン; モニシャ、ゴーシュ
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2006-03-30
Also published as: KR20050094816A; WO2004057790A1; AU2003303174A1; CN1729642A; US20060126489A1; EP1576757A1

Abstract

ＯＦＤＭシステム（１０）の送信機（２０）は、データ入力信号を１対のＯＦＤＭサブキャリア・ストリーム（Ｓ０、Ｓ１）に分割する。送信機はさらに、ＯＦＤＭサブキャリア・ストリーム（Ｓ０、Ｓ１）の交差サブキャリア送信機ダイバーシティ符号化を実施する。その結果、１対の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリーム（ＥＳ０、ＥＳ１）が生成される。１対の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリーム（ＥＳ０、ＥＳ１）は、変調送信機信号（ｓ０、ｓ１）にそれぞれ変換され、変調送信機信号（ｓ_０、ｓ_１）は、送信機アンテナ（５０）および送信機アンテナ（５１）をそれぞれ介して、受信機アンテナ（６０）に送信される。

Description

本発明は、一般に、無線通信システムに関する。本発明は、特に直交周波数分割多重化（「ＯＦＤＭ」）送信機に関する。

よく知られているように、無線通信は通常、マルチパス・フェージング・チャネルを経験し、そのことが、加法的白色ガウス雑音チャネルにおいて信頼性のある受信を達成することをより難しくする。この問題に対処するための有効な方法として、送信機ダイバーシティが提案された。歴史的には、送信機ダイバーシティ方式の大部分は、受信機側で実装されており、受信機側では、異なるアンテナから受信する信号は同時にフェージングを経験しないという希望的仮定に基づき、複数のアンテナ素子から受信した信号を合成する。異なるアンテナから取得した信号は、切り換えダイバーシティ、最大比合成などを用いて合成される。

無線システムのコスト削減を考えた場合、無線通信の移動局の受信機に複数のアンテナを設けることは、あまり現実的とは言えない。この意味で、送信機ダイバーシティ符号化は、移動体ユーザのコスト負担を低く抑えながら、マルチパス・フェージング・チャネルに対処するためのより優れた方法である。送信機ダイバーシティ符号化方式は、２つの送信アンテナと１つの受信アンテナの実装を必要とする。送信機からの信号ストリームは、２つのストリームに分割されて符号化され、その後、２つの異なるアンテナによって送信される。この送信機ダイバーシティ符号化方式は、無線通信システムのエラー性能、データ速度、または容量を向上させることができる。

この送信機ダイバーシティ符号化方式は、もともとはシングル・キャリア時間領域空間符号化システムのために開発された。その後、この送信機ダイバーシティ符号化方式を、ＯＦＤＭマルチキャリア・システムにおいて、交差ＯＦＤＭシンボル送信機ダイバーシティ符号化として実施することが提案されたが、その方式では、受信機は、少なくとも２つのＯＦＤＭシンボルを保存してから、送信機ダイバーシティ符号を復号する。その結果、ＭＡＣ層処理に送ることのできるパケットが遅延する。

したがって、ＯＦＤＭマルチキャリア・システムにおいて、送信機ダイバーシティ符号を復号するために、受信機が少なくとも２つのＯＦＤＭシンボルを保存しなくてもよい送信機ダイバーシティ符号化方式を実施することが望まれる。

本発明は、１対のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームを１つのＯＦＤＭシンボルに符号化する送信機ダイバーシティ符号化技法を提供することによって、従来技術がもつ短所に対処する。

本発明の一形態は、ダイバーシティ符号化ステージと、ＯＦＤＭ送信ステージとを備える送信機である。ダイバーシティ符号化ステージは、データ入力信号を１対のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームに分割する。ダイバーシティ符号化ステージはさらに、ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームの交差サブキャリア送信機ダイバーシティ符号化を実施して、それによって１対の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームを生成する。ＯＦＤＭ送信ステージは、各符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームを変調送信機信号に変換する。

本発明の第２の形態は、送信機を動作させる方法である。最初に、データ入力信号が、１対のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームに分割される。第２に、ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームの交差サブキャリア送信機ダイバーシティ符号化が実施されて、それによって１対の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームが生成される。第３に、各符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームが、変調送信機信号に変換される。

本発明の上記の形態、ならびにその他の形態、特徴、および利点は、現在好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を添付の図面と併せて読むことによって、一層明らかとなるであろう。詳細な説明および図面は、本発明を限定するものではなく、単に説明するものであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定められる。

図１は、送信機２０と、１対の送信機アンテナ５０、５１と、受信機アンテナ６０、受信機７０とを利用して、図２に示すフローチャート８０によって示される本発明のＯＦＤＭ送信方法を実施するＯＦＤＭシステム１０を示す。データ入力信号ｄ（ｔ）を受信すると、送信機２０のダイバーシティ符号化ステージ３０は、フローチャート８０のステージＳ８２およびＳ８４を実行し、送信機２０のＯＦＤＭ送信ステージ４０は、フローチャート８０のステージＳ８６を実行する。１対の受信機信号ｒ_０およびｒ_１を受信すると、受信機７０は、フローチャート８０のステージＳ８８を実行する。フローチャート８０の個々のステージＳ８２からＳ８８は、直列で、または好ましくは並列で実行することができる。

図３は、ステージＳ８２およびＳ８４を実行するためのダイバーシティ符号化ステージ３０の一実施形態を示す。ダイバーシティ符号化ステージ３０の例示的な実施形態は、ステージＳ８２の間に、データ入力信号ｄ（ｔ）をＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＳ０とＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＳ１とに分割するために、スクランブラ３１と、ＦＥＤ符号３２と、インターリーバ／マッパ３３とを利用する。本発明の一実施形態では、ステージＳ８２の間に行われるデータ入力信号ｄ（ｔ）の分割は、インデックスに基づいており、例えば、ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＳ０は、図４に例示的に示すように、データ入力信号ｄ（ｔ）の奇数番目のシンボルをもっており、ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＳ１は、図５に例示的に示すように、データ入力信号ｄ（ｔ）の偶数番目のシンボルをもっている。

ダイバーシティ符号化ステージ３０の例示的な実施形態はさらに、ステージＳ８４の間に、ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＳ０とＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＳ１の交差サブキャリア送信機ダイバーシティ符号化を実施して、それによって符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＥＳ０と符号化サブキャリア・ストリームＥＳ１を生成するために、送信機ダイバーシティ符号器３４を利用する。本発明の一実施形態では、符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＥＳ０は、図６に例示的に示すように、複数のシンボル対を含み、各シンボル対は、ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＳ０の複素共役シンボルとＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＳ１の負の複素共役シンボルとを隣接する周波数ビン中に有する。さらに、符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＥＳ１は、図７に例示的に示すように、複数のシンボル対を含み、各シンボル対は、ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＳ０のシンボルとＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＳ１のシンボルとを隣接する周波数ビン中に有する。

図８に、ステージＳ８６を実行するためのＯＦＤＭ送信ステージ４０の一実施形態を示す。送信ステージ４０の例示的な実施形態は、符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＥＳ０を、送信機アンテナ５０を介して受信機アンテナ６０に送信される変調送信機信号ｓ_０に変換するために（図１）、直列／並列変換器４１ａと、逆高速フーリエ変換（「ＩＥＦＴ」）４２ａと、ガード・インターバル（「ＧＩ」）加算器４３ａと、ＳＷＳ４４ａと、ＩＱ変調器４５ａと、ローカル発振器４６ａと、ミキサ４７ａと、ローカル発振器４８ａと、無線周波送信機４９ａとを利用する。送信ステージ４０の例示的な実施形態はさらに、符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームＥＳ１を、送信機アンテナ５１を介して受信機アンテナ６０に送信される変調送信機信号ｓ_１に変換するために、直列／並列変換器４１ｂと、逆高速フーリエ変換４２ｂと、ガード・インターバルと、加算器４３ｂと、ＳＷＳ４４ｂと、ＩＱ変調器４５ｂと、ローカル発振器４６ｂと、ミキサ４７ｂと、ローカル発振器４８ｂと、無線周波送信機４９ｂとを利用する。

図９は受信シンボルｒ_０およびｒ_１を受信したときにステージＳ８８を実行するための受信機７０の一実施形態を示す。受信シンボルｒ_０およびｒ_１から変調送信機信号ｓ_０およびｓ_１を回復するときに、受信機７０の例示的な実施形態は、以下の周知の式［１］〜［４］にそれぞれ従って、送信機アンテナ５０および５１のチャネルの推定を生成するために、チャネル推定器７１を利用する。

ただし、チャネル推定ｈ_００は、第１のサンプルが送信されたときの送信機アンテナ５０のチャネルを表し、チャネル推定ｈ_０１は、第２のサンプルが送信されたときの送信機アンテナ５０のチャネルを表し、チャネル推定ｈ_１０は、第１のサンプルが送信されたときの送信機アンテナ５１のチャネルを表し、チャネル推定ｈ_１１は、第２のサンプルが送信されたときの送信機アンテナ５１のチャネルを表す。

受信機７０の例示的な実施形態は、各サブキャリアはフラット・フェージング・チャネルを経験するという仮定に基づく以下の式［５］〜［８］にそれぞれ従って、推定送信機信号

と推定送信機信号

とを生成するために、合成器７２を利用する。
ｒ_０＝ｒ（ｔ）＝ｈ_０ｊｓ_０＋ｈ_１ｊｓ_１＋ｎ_０［５］
ｒ_１＝ｒ（ｔ＋１）＝−ｈ_０ｊｓ_１ ^＊＋ｈ_１ｊｓ_０ ^＊＋ｎ_１［６］

ただし、ｎ_０は送信機アンテナ５０の雑音および干渉を表し、ｎ_１は送信機アンテナ５１の雑音および干渉を表す。

受信機７０の例示的な実施形態は、推定送信機信号

および

から、変調送信機信号ｓ_０およびｓ_１をそれぞれ取り出すために、ビタビ復号器の形態をとる従来型の最尤検出器７３を利用する。

図１〜図９は、本発明の具体的な応用例および実施形態を示すものであり、本開示または特許請求の範囲を図に示された範囲に限定しようとするものではないことに留意することが重要である。本明細書を読み、添付の図面を検討すれば、本発明の数々の他の実施形態が可能であり、そのような実施形態は現在特許請求されている本発明の範囲に包含されるものと考えられていることが、当業者には直ちに明らかとなるであろう。

本明細書で開示した本発明の実施形態は、現在は好ましいと考えられているが、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正を施すことができる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲で示され、均等物の意味および範囲の中に収まるすべての変更は、特許請求の範囲に含まれるものとされる。

本発明の一実施形態によるＯＦＤＭシステムのブロック図である。本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ送信方法のフローチャートである。本発明の一実施形態による、図１の無線通信システムのダイバーシティ符号化ステージのブロック図である。本発明の第１の実施形態による、１対のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームの図である。本発明の第１の実施形態による、１対のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームの図である。本発明の第１の実施形態による、１対の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームの図である。本発明の第１の実施形態による、１対の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームの図である。本発明の一実施形態による、図１のＯＦＤＭシステムのＯＦＤＭ送信ステージのブロック図である。本発明の一実施形態による、図１のＯＦＤＭシステムの受信機のブロック図である。

Claims

データ入力信号を第１のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームと第２のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームとに分割する手段を含むダイバーシティ符号化ステージであって、さらに前記第１のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームと前記第２のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームの交差サブキャリア送信機ダイバーシティ符号化を実施して、それによって第１の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームと第２の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームとを生成するように動作可能なダイバーシティ符号化ステージと、
前記第１の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームを第１の変調送信機信号に変換する手段を含むＯＦＤＭシンボル・ステージであって、前記第２の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームを第２の変調送信機信号に変換するように動作可能なＯＦＤＭシンボル・ステージとを備えるＯＦＤＭ送信機。
前記第１のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームが、前記データ入力信号の奇数番目のシンボルを含む、請求項１に記載のＯＦＤＭシステム。
前記第２のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームが、前記データ入力信号の偶数番目のシンボルを含む、請求項１に記載のＯＦＤＭ送信機。
前記第１の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームが、複数のシンボル対を含み、各シンボル対は、前記第１のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームの複素共役シンボルと前記第２のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームの負の複素共役シンボルとを隣接する周波数ビン中に有する、請求項１に記載のＯＦＤＭ送信機。
前記第２の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームが、複数のシンボル対を含み、各シンボル対は、前記第２のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームのシンボルと前記第２のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームのシンボルとを隣接する周波数ビン中に有する、請求項１に記載のＯＦＤＭ送信機。
ＯＦＤＭ送信機を動作させる方法であって、
データ入力信号を第１のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームと第２のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームとに分割することと、
前記第１のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームと前記第２のＯＦＤＭサブキャリア・ストリームの交差サブキャリア送信機ダイバーシティ符号化を実施して、それによって第１の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームと第２の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームとを生成することとを含む方法。
前記第１の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームを第１の変調送信機信号に変換することと、
前記第２の符号化ＯＦＤＭサブキャリア・ストリームを第２の変調送信機信号に変換することとをさらに含む、請求項６に記載の方法。