JP2009530937A - デュアルアンテナパルス型ｕｗｂ通信システムのための空間−時間符号化／復号化方法 - Google Patents

Abstract

２つの放射素子を備えるＵＷＢ送信システムのための空間−時間符号化方法は３または３より大きい複数の時間位置を有するＰＰＭ変調コンステレーションまたはＰＰＭ−ＰＡＭ複合変調コンステレーションに属する情報シンボルのブロック（Ｓ＝（ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４））をベクトルの系列

に符号化し、ベクトルの成分はシステムの放射素子および所定の送信インターバル（Ｔ_ｆ）についてパルス型ＵＷＢ信号を変調するために使用される。ベクトルのうち１番目および２番目は情報シンボルのうち１番目の組および２番目の組の第１の線形結合によって得られ、ベクトルのうち３番目および４番目は情報シンボルのうち１番目の組および２番目の組の第２の線形結合によって得られ、第１および第２の線形結合はスカラー係数

を使用し、その対応する比率はゴールド数およびその逆数にほぼ等しく、ベクトルのうち１つの成分はパルス型ＵＷＢ信号を変調する前に巡回置換される。

Description

本発明は、超広帯域ＵＷＢ通信およびマルチアンテナ空間−時間符号化（ＳＴＣ）システムの分野に関する。

先行技術においてマルチアンテナ型の無線通信システムがよく知られている。これらのシステムは、複数の放射および／または受信アンテナを使用し、採用される構成の種類に応じて、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）、ＭＩＳＯ（Multiple Input Single Output）、または、ＳＩＭＯ（Single Input Multiple Output）と呼ばれている。以下、用語ＭＩＭＯは、上記ＭＩＭＯおよびＭＩＳＯの変形を含めて使用する。放射および／または受信における空間ダイバーシティの使用は、これらのシステムが、従来の単一アンテナシステム（ＳＩＳＯ（Single Input Single Output））よりずっと良いチャネル容量を提供することを可能とする。この空間ダイバーシティは、通常、空間−時間符号化の方法で時間ダイバーシティによって行われる。そのような符号化において、送信される情報シンボルは、いくつかのアンテナについて、いくつかの送信時点において符号化される。２つの主要なカテゴリの空間−時間符号化を有するＭＩＭＯシステム、空間−時間トレリス符号化（ＳＴＴＣ）システムおよび空間−時間ブロック符号化（ＳＴＢＣ）システムが知られている。トレリス符号化システムにおいて、空間−時間符号化器は、現在の状態と符号化される情報シンボルの関数としてＰ個のアンテナにＰ個の送信シンボルを与える有限状態機械と見ることができる。受信における復号化は、複雑さが状態の数の関数として指数関数的に増加する多次元ビタビアルゴリズムによって行われる。ブロック符号化システムにおいて、送信される情報シンボルのブロックは送信シンボルの行列内に符号化され、行列の一方の次元はアンテナ数に対応し、他方は連続した送信時点に対応する。

図１は、ＳＴＢＣ符号化を用いたＭＩＭＯシステム１００を図式的に表わす。情報シンボルのブロックＳ＝（ａ_１，．．．，ａ_ｂ）、例えば、ｂビット、または、より一般に、ｂ個のＭ−ａｒｙシンボルの２進ワードが空間−時間行列として符号化される。

ここで、符号（code）の係数ｃ_ｔ，ｐ，ｔ＝１，．．．，Ｔ；ｐ＝１，．．．，Ｐは、一般に、情報シンボルに応じた複素係数であり、Ｐは放射のために使用されるアンテナ数、Ｔは符号の時間拡張を示す整数、言い換えると、チャネル使用時点またはＰＣＵ（Per Channel Use）の数である。
情報シンボルのベクトルＳを空間−時間符号ワードＣに対応させる関数ｆは符号化関数と呼ばれる。関数ｆが線形ならば、空間−時間符号は線形であると言われる。係数ｃ_ｔ，ｐが実数ならば、空間−時間符号は実数であると言われる。

図１において、空間−時間符号化器は１１０と示されている。各々のチャネル使用時点ｔにおいて、符号化器はマルチプレクサ１２０に行列Ｃのｔ番目の行ベクトルを与える。マルチプレクサは変調器１３０_１，．．．，１３０_Ｐに行ベクトルの係数を送信し、変調された信号はアンテナ１４０_１，．．．，１４０_Ｐによって送信される。

空間−時間符号はそのレート、言い換えると、チャネル使用ごと（ＰＣＵ）に送信する情報シンボル数によって特徴付けられる。符号は、単一アンテナの使用（ＳＩＳＯ）に関するレートよりＰ倍高いならば、フルレートであると言われる。

また、空間−時間符号は、行列Ｃのランクとして定義することができるそのダイバーシティによって特徴付けられる。２つのベクトルＳ_１およびＳ_２に対応する２つの任意の符号ワードＣ_１およびＣ_２について行列Ｃ_１−Ｃ_２がフルランクであるならば、最大のダイバーシティが存在する。

最後に、空間−時間符号は、異なる符号ワード間の最小距離を与えるその符号化利得によって特徴付けられる。それは次のように定義することができる。

または、線形の符号について等価的に、

ここで、ｄｅｔ（Ｃ）はＣの行列式であり、Ｃ^ＨはＣの共役転置行列である。情報シンボルあたりの所定の送信エネルギーについての符号利得は制限される。
空間−時間符号は、その符号化利得が高いとき、なおさら消失に耐性がある。

２つの送信アンテナを用いたＭＩＭＯシステムについての空間−時間符号化の一例は、非特許文献１において提案された。
提案された符号はゴールド符号（Golden code）と呼ばれ、有理数体Ｑの２次代数拡大Ｋに基づく：Ｋ＝Ｑ（ｉ，θ）であり、ここで、ｉ＝√−１は多項式Ｘ^２＋１の解であり、θはゴールド数（Golden number）θ＝（１＋√５）／２、すなわち、多項式Ｘ^２−Ｘ−１の解である。ゴールド符号は次の行列によって表わすことができる。

ここで、Ｓ＝（ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４）は情報シンボルのベクトルである。ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４は２^ｂ−ＱＡＭ（直交振幅変調）のコンステレーションの複素シンボル、すなわち、Ｚ［ｉ］の部分集合であり、Ｚは整数環である。θ_１＝（１＋√５）／２はθの共役解であり、α＝１＋ｉ（１−θ）およびα_１＝１＋ｉ（１−θ_１）である。
ゴールド符号は最大のダイバーシティおよび上記で定義した意味でフルレートを有する利点がある。また、それまでに得られた最大の符号化利得を有する。

現在、もう１つの通信の領域、すなわち、将来の無線パーソナルネットワーク（ＷＰＡＮ）の発展が特に見込まれているＵＷＢ通信システムにおいて多数の研究が行われている。これらのシステムは、超広帯域信号を用いたベースバンドで直接に動作する点で特有である。ＵＷＢ信号は、一般に、ＦＣＣ（連邦通信委員会）の２００５年３月に改正された２００２年２月１４日の規則に規定されたスペクトルマスクに準拠する信号、言い換えると、基本的に、３．１から１０．６ＧＨｚのスペクトル帯域において−１０ｄＢにおいて少なくとも５００ＭＨｚの帯域幅を有する信号を意味する。実際、２種類のＵＷＢ信号、マルチバンドＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）（ＭＢ−ＯＦＤＭ）信号およびパルス型ＵＷＢ信号が知られている。以下の説明では、パルス型ＵＷＢ信号のみ関心がある。

パルス型ＵＷＢ信号は、典型的に、１フレーム内に分散した数百ピコ秒のオーダーのたいへん短いパルスからなる。多重アクセス干渉（ＭＡＩ）を減少させるために、異なる時間ホッピング（ＴＨ）符号が各ユーザに割り当てられる。ユーザｋからの信号出力またはユーザｋに向けられた信号出力は、次のように表わすことができる。

ここで、ｗは基本パルス形状であり、Ｔ_Ｃはチップ期間、Ｔ_ＳはＴ_Ｓ＝Ｎ_ＣＴ_Ｃである基本インターバルの期間であり、ここで、Ｎ_Ｃは１つのインターバル内のチップ数であり、全フレーム期間はＴ_ｆ＝Ｎ_ＳＴ_Ｓであり、ここで、Ｎ_Ｓはフレーム内のインターバル数である。基本パルスの期間はチップ期間より短く選択され、すなわち、Ｔ_ｗ≦Ｔ_Ｃである。ｎ＝０，．．．，Ｎ_Ｓ−１について系列ｃ_ｋ（ｎ）はユーザｋの時間ホッピング符号を定義する。時間ホッピング系列は、異なるユーザの時間ホッピング系列に属するパルス間の衝突数を最小化するように選択される。

図２Ａは、ユーザｋに関するＴＨ−ＵＷＢ信号を表わす。一般に、ＴＨ−ＵＷＢ信号は、ユーザｋからの、または、ユーザｋへの所定の情報シンボルを送信するようにＰＰＭ（パルス位置変調）によって変調され、すなわち、変調された信号は次のように表わすことができる。

ここで、εはチップ期間Ｔ_Ｃよりかなり小さいディザであり、ｄ_ｋ∈｛０，．．．，Ｍ−１｝はシンボルのＭ−ａｒｙ ＰＰＭ位置である。
その代わりに、振幅変調（ＰＡＭ）を用いて情報シンボルを送信することができる。この場合において、変調された信号は次のように表わすことができる。

ここで、ａ^（ｋ）＝２ｍ’−１−Ｍ’であり、ここで、ｍ’＝１，．．．，Ｍ’であり、ａ^（ｋ）はＰＡＭ変調のＭ−ａｒｙシンボルである。例えば、ＢＰＳＫ変調（Ｍ’＝２）を使用することができる。
また、ＰＰＭおよびＰＡＭ変調は複合Ｍ．Ｍ’−ａｒｙ変調に結合することができる。変調された信号の一般的な表現は次の通りである。

図３に、基数Ｍ．Ｍ’のこの変調のアルファベットが表わされている。Ｍ個の時間位置の各々についてＭ’個の可能な変調振幅が存在する。アルファベットのシンボル（ｄ，ａ）は系列ａ_ｍ，ｍ＝０，．．．，Ｍ−１によって表わすことができ、ここで、ａ_ｍ＝δ（ｍ−ｄ）ａであり、ｄはＰＰＭ変調の位置であり、ａはＰＡＭ変調の振幅であり、δ（・）はディラック分布である。

時間ホッピング符号によって異なるユーザを分離することに代えて、直交符号、例えば、ＤＳ−ＣＤＭＡ（Direct sequence-Code Division Multiple Access）におけるようなアダマール符号によって分離することが可能である。そこで、ＤＳ−ＵＷＢ（直接拡散ＵＷＢ）について説明する。この場合において、数式（５）に対応する変調されない信号についての次の数式を得る。

ここで、ｂ_ｎ ^（ｋ），ｎ＝０，．．．，Ｎ_Ｓ−１はユーザｋについての拡散系列である。数式（９）は従来のＤＳ−ＣＤＭＡ信号の数式に類似していることに留意すべきである。しかし、チップがフレーム全体を占めないという事実において異なるが、期間Ｔ_Ｓにおいて分布する。図２Ｂは、ユーザｋに関するＤＳ−ＵＷＢ信号を表わす。
先述のように情報シンボルはＰＰＭ変調、ＰＡＭ変調、または、複合ＰＰＭ−ＰＡＭ変調を用いて送信されうる。ＴＨ−ＵＷＢ信号（７）に対応する振幅変調されたＤＳ−ＵＷＢ信号（７）は、同じ表記を用いて次のように表わすことが可能である。

最後に、時間ホップおよびスペクトル拡散符号を結合して異なるユーザに多重アクセスを提供できることが知られている。従って、結果は次の一般的な形式を有するＴＨ−ＤＳ−ＵＷＢ パルス型ＵＷＢ信号である。

図２Ｃは、ユーザｋに関するＴＨ−ＤＳ−ＵＷＢ信号を表わす。この信号は、Ｍ．Ｍ’−ａｒｙ ＰＰＭ−ＰＡＭ複合変調によって変調されうる。変調された信号についての結果は次の通りである。

先行技術においてＭＩＭＯシステムにＵＷＢ信号を使用することが知られている。この場合において、各アンテナは、情報シンボルまたはそのようなシンボルのブロック（ＳＴＢＣ）の関数として変調されたＵＷＢ信号を送信する。

最初に狭帯域信号またはＤＳ−ＣＤＭＡについて発展した空間−時間符号化技術は、パルス型ＵＷＢ信号に適していない。実際、ゴールド符号のような知られた空間−時間符号は、一般に、複雑な係数を有し、従って、位相情報を伝送する。パルス型ＵＷＢ信号の帯域と同じくらい広い帯域を有する信号においてこの位相情報を取得することは非常に難しい。たいへん狭いパルス時間のサポートは位置（ＰＰＭ）または振幅（ＰＡＭ）の変調にずっと適している。
ＵＷＢ信号のための空間−時間符号は非特許文献２で提案され、www.tsi.enst.frで入手可能である。

上述した制約によれば、提案された空間−時間符号は実数である。例えば、２つの送信アンテナを用いた構成について、符号は次のように表わすことができる。

ここで、

であり、Ｓ＝（ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４）はＰＡＭ情報シンボルのベクトル、すなわち、ａ_ｉ∈｛−Ｍ’＋１，．．．，Ｍ’−１｝である。

非特許文献２は、ＰＰＭ−ＰＡＭのアルファベットに属する情報シンボルのブロックを符号化するためにこの空間−時間符号がどのように一般化されうるかを示唆している。２つの送信アンテナを用いた構成について、この符号はサイズ２Ｍ×２の行列

によって表わすことができる。ここで、各情報シンボルａ_ｉ＝（ａ_ｉ，０，．．．，ａ_{ｉ，Ｍ−１}）はＰＰＭ−ＰＡＭの記号のアルファベットを表わすベクトルであり、ここで、ａ_ｉ，ｍ＝ａ_ｉδ（ｍ−ｄ_ｉ）であり、ａ_ｉはＰＡＭのアルファベットの要素であり、ｄ_ｉはＰＰＭのアルファベットの要素である。従って、符号Ｃを使用して符号化される情報シンボルのブロックは単にＳ＝（ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４）である。
より詳しくは、情報シンボルＳのブロックは下記でさらに述べる数式に従ってＵＷＢ信号を生成する。表記を簡単にするために、単一ユーザによる使用を仮定した（ｋによるインデックスを付けず、従って、拡散系列はない）。

アンテナ１は第１フレームＴ_ｆの間に下記の信号を送信する。

この信号は、符号（１４）の最初のＭ行の第１列ベクトルに対応する。
アンテナ２は第１フレームＴ_ｆの間に下記の信号を同時に送信する。

この信号は、符号の最初のＭ行の第２列ベクトルに対応する。
そして、アンテナ１は第２フレームの間に下記の信号を送信し、再び、フレームの開始において時間の始点を考慮する。

この信号は、符号の最後のＭ行の第１列ベクトルに対応する。
最後に、アンテナ２は第２フレームの間に下記の信号を同時に送信する。

この信号は、符号の最後のＭ行の第２列ベクトルに対応する。
J-C Belfiore他，"The Golden code: a 2×2 full-rate space-time code with non-vanishing determinants"，IEEE Transactions on Information Theory，（米国），２００５年４月，第５１巻，第４号，p.1432-1436 Chadi Abou-Rjeily他，"Space-Time coding for multi-user Ultra-Wideband communications"，IEEE Transactions on Communications，（米国），２００５年９月

上記で定義した空間−時間符号は、ダイバーシティに関してたいへん良い性能を有する。しかし、その符号化利得は（４）において定義されたゴールド符号の符号化利得より低い。さらに、行列（１４）において見られるスカラー項√２は各フレームにおいてアンテナ間のエネルギーの不均衡を生じる。

本発明の目的は、ＭＩＭＯシステムについて知られた符号、特に、（１４）によって定義される符号より高い利得を有するパルス型ＵＷＢ信号を用いたＭＩＭＯシステムについての空間−実時間符号を提供することである。本発明の第２の目的は、各フレームにおいてアンテナ間で均衡のとれたエネルギー分布を有する空間−時間符号を提供することである。

本発明は、２つの放射素子を備えるＵＷＢ送信システムのための空間−時間符号化方法によって定義され、３または３より大きい複数の時間位置を有するＰＰＭ変調コンステレーションまたはＰＰＭ−ＰＡＭ複合変調コンステレーションに属する情報シンボルのブロック（Ｓ＝（ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４））をベクトルの系列

に符号化する過程を有し、ベクトルの成分が前記ＵＷＢ送信システムの放射素子および所定の送信インターバル（Ｔ_ｆ）についてパルス型ＵＷＢ信号を変調するために使用される。この方法によれば、前記ベクトルのうち１番目および２番目は前記情報シンボルのうち１番目の組および２番目の組の第１の線形結合によって得られ、前記ベクトルのうち３番目および４番目は前記情報シンボルのうち１番目の組および２番目の組の第２の線形結合によって得られ、前記第１および第２の線形結合はスカラー係数

を使用し、その対応する比率はゴールド数およびその逆数にほぼ等しく、前記ベクトルのうち１つの成分は、前記パルス型ＵＷＢ信号が変調される前に巡回置換によって置換される。

また、本発明は、前記方法を実現する空間−時間符号化システムによって定義される。これを行うため、前記システムは、
４つの情報シンボルを記憶する入力メモリ素子を備え、各情報シンボルはＭ≧３であるＭ個の成分からなり、各成分はＭ’≧１であるＭ’個の値をとり、
第１複数個の第１モジュールをさらに備え、各々は１番目の情報シンボルの１つの成分および２番目の情報シンボルの同一列の成分を受信し、各第１モジュールは前記成分の前記第１および第２の線形結合を実行して第１および第２出力値を与え、
第２複数個の第２モジュールをさらに備え、各々は３番目の情報シンボルの１つの成分および４番目の情報シンボルの同一列の成分を受信し、各第２モジュールは前記成分の前記第１および第２の線形結合を実行して第１および第２出力値を与え、
前記第１および第２モジュールそれぞれの前記第１および第２出力値を記憶する出力メモリ素子と、
次数Ｍの巡回置換によって前記出力メモリ素子のうち１つの書き込みまたは読み出しアドレスを置換するための手段と、をさらに備える。
本発明の他の特徴および効果は、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を読んだ後に明らかになる。

本発明の基本的な概念は、上述したように、パルス型ＵＷＢ信号の使用と相容れない、ゴールド符号（４）に現れる複素数値αおよびα_１の使用を必要とせず、アンテナにおけるエネルギーの不均衡な分布の原因である、符号（１３）および（１４）に現れる√２スカラー値のない、空間−時間符号を生成することである。
開示する空間−時間符号は、パルス型ＵＷＢ信号を使用した２つの送信アンテナを有するＭＩＭＯシステムに適用可能であり、ここで、情報シンボルは、Ｍ≧３であるＰＰＭ−ＰＡＭ変調を使用して変調され、上記のように定義されるＭはＰＰＭ変調の基数である。この技術分野の当業者は、このタイプの変調はＭ≧３である特定のＰＰＭ変調を含むことを明瞭に理解する。提案する符号は、サイズ２Ｍ×２の行列によって表わされ、ここで、Ｍは上記のようなＰＰＭ変調の基数である。

ここで

であり、ａ_ｉ＝（ａ_ｉ，０，．．．，ａ_{ｉ，Ｍ−１}）は上記のような情報シンボルであり、ＯはサイズＭ×Ｍの巡回置換行列である。例えば、Ｏは簡単な循環シフト

であり、ここで、Ｉ_{Ｍ−１×Ｍ−１}は大きさＭ−１の単位行列であり、Ｏ_{１×Ｍ−１}は大きさＭ−１のゼロの行ベクトルであり、Ｏ_{Ｍ−１×１}は大きさＭ−１のゼロの列ベクトルである。

見て分かるように、行列Ｃは実数であり、アンテナに応じた非対称の重み付けは存在しない。これはより明示的に次のように表わすことができる。

数式（２１）は、行列Ｏによる乗算を行うことが結果として行列Ｃの最後のＭ行の第１列ベクトルにおける巡回置換となることを表わす。従って、１番目のフレーム（Ｃの最初のＭ行）の間のＰＰＭ位置の時系列順は両方のアンテナについて同一であるが、２番目のフレーム（Ｃの最後のＭ行）についてシンボルａ_３，ａ_４に関するＰＰＭ位置はシンボルａ_１，ａ_２のＰＰＭ位置に関して巡回置換される。例において、巡回置換は単純な循環シフトである。言い換えると、２番目のフレームの間、図３に表わされているシンボルａ_３，ａ_４のＰＰＭ−ＰＡＭコンステレーションが右に向かって１つの位置だけ循環したかのように全てが行われる。
概して、行列Ｏは次数Ｍの巡回置換行列である。Ｍ≧３であるとき、この行列は簡単な転置に単純化することができない。１番目および２番目のフレームの間に２つのアンテナによって生成されるＵＷＢ信号を与える数式（１５）〜（１８）は、下記の数式（２１）〜（２４）に置き換えられるべきである。
１番目のフレーム：

２番目のフレーム：

ここで、σは集合｛０，１，．．．，Ｍ−１｝の巡回置換である。
提案する符号の行列Ｏは、任意の１つまたは複数のその成分の正負符号（sign）の変更と対応付けされた巡回置換とすることが可能である。（２０）の例の場合において、χ_ｉ＝±１である行列：

は、本発明による符号Ｃにおいて使用することが可能である。正負符号の反転と対応付けされた巡回置換は、ＰＰＭ−ＰＡＭコンステレーション（図３を参照）において、本発明に関係する位置について巡回置換させることと等価であり、当該位置についてＰＡＭコンステレーションのゼロの振幅の軸に関して対称であることに留意すべきである。
また、（１９）によって定義される空間−時間符号の代わりとして次の変形を使用することができる。

これらの変形は、（１９）の対角の、および／または、対角でないＭ×１列ベクトルの置換によって得られる。
明らかに、行列（２６）、（２７）、（２８）について、行列Ｏは（１９）について想定されるのと同じ変形、すなわち、１つまたは複数のその成分の正負符号の反転と対応付けされる、または、対応付けされない巡回置換を有しうる。
また、符号（１９）、（２６）、（２７）、（２８）の想定される形式にかかわらず、シンボルａ_ｉのインデックスにおける任意の置換が本発明による空間−時間符号であり、なぜならそのような置換はブロックＳ＝（ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４）内の簡単な時間の再配置に相当することに留意することが重要である。

最後に、行列Ｃの係数

の間の比率はゴールド数に等しく、

である（エネルギー利得は１に等しい）。この比率の値の維持において、

の相似値（homothetic value）は本発明による空間−時間符号に導くことが明らかである。実際、係数

はデジタル形式に量子化され、これはゴールド数からわずかに異なる比率を与える。ゴールド数の近く±１０％に等しいこの比率における差は、空間−時間符号の性能に大きくは影響しないことを示すことができる。以下でゴールド数にほぼ等しい比率に言及するとき、この変形の範囲内の比率を意味する。

符号（１９）、（２６）、（２７）、（２８）の想定される形式にもかかわらず、この符号は、２つのチャネルの使用について２つのアンテナにおいて４つの情報シンボルの送信を可能とする。従って、それは最高速度で動作する。また、符号は、Ｍ≧３，∀Ｍ’≧１について最大のダイバーシティを有し、さらに、符号化利得は次の場合に最大であることを示すことができる。
（ａ）Ｍ’＝１かつＭ≧３、言い換えると３−ＰＰＭ、４−ＰＰＭ変調、等について。
（ｂ）Ｍ≧４，∀Ｍ’≧１

図４は、本発明による空間−時間符号化を使用した送信システムの例を表わす。
システム４００はブロックＳ＝（ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４）ごとに情報シンボルを受信し、ここで、値ａ_ｉはＰＰＭ−ＰＡＭコンステレーションのシンボルである。その代わりに、情報シンボルは、もう１つのＭ．Ｍ’−ａｒｙコンステレーションから生じることが可能であり、それらがＰＰＭ−ＰＡＭコンステレーションのシンボルにマッピングされると仮定する。明らかに、情報シンボルは、ソース符号化、畳み込み型チャネル符号化、ブロック符号化、または、直列または並列のターボ符号化、インターリービング、等のような、この技術分野の当業者によく知られた１つまたは複数の操作から生じることが可能である。

そして、情報シンボルのブロックは、空間−時間符号化器４１０内の符号化操作に従う。より詳しくは、モジュール４１０は、数式（１９）、（２６）、（２７）、（２８）またはそれらの変形のうち１つに従って行列Ｃの係数を計算する。１番目のフレームのためにＣの最初のＭ行からなる２つの列ベクトル

が、そして、２番目のフレームのためにＣの最後のＭ行からなる２つの列ベクトル

が、それぞれ、ＵＷＢ変調器４２０および４２５に送信される。ここで、上側のインデックスはフレームを示し、下側のインデックスは放射素子４３０または４３５を示す。ＵＷＢ変調器４２０はベクトル

から対応する変調されたパルス型ＵＷＢ信号を生成する。同様に、ＵＷＢ変調器４２５はベクトル

から対応する変調されたパルス型ＵＷＢ信号を生成する。例えば、図に表わされているように空間−時間符号化行列（１９）が使用されるならば、ＵＷＢ変調器４２０は順に信号（２１）および（２３）を与え、ＵＷＢ変調器４２５は順に信号（２２）および（２４）を与える。一般に、変調をサポートする役割を果たすパルス型ＵＷＢ信号は、ＴＨ−ＵＷＢ、ＤＳ−ＵＷＢ、または、ＴＨ−ＤＳ−ＵＷＢ型とすることが可能である。従って、変調されたパルス型ＵＷＢ信号は、放射素子４３０および４３５に送られる。これらの放射素子は、ＵＷＢアンテナ、または、例えば、電気−光変調器に結合された赤外線の範囲で動作するレーザーダイオード（ＬＥＤ）とすることが可能である。そして、提案された送信システムは、無線光通信の目的のために使用することができる。

図５は、図４における空間−時間符号化器４１０の効果的な実施形態を表わす。符号化器は、２つの入力および２つの出力を有する基本モジュール５２０または５２５を使用して次の線形操作を実行する。

ここで、全ての値はスカラーであり、ｘ，ｙは入力値、Ｘ，Ｙは出力値である。
モジュール５２０、５２５の例が図６に図式的に表わされている。モジュール５２０、５２５は、示されているように配線された乗算器および加算器からなり、または、マイクロコンピュータの逐次動作を使用して作ることが可能である。
空間−時間符号化器は、並列に動作する２Ｍ個のそのような基本モジュールを備える。図示しない１つの変形の実施形態によれば、空間−時間符号化器は、単に２Ｍ個の約数のこれらのモジュールを含むことが可能であり、入力において提供されるデータおよび出力において与えられるデータはそれぞれ多重化および逆多重化される。
ベクトルの成分ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４は入力バッファ５１０内に記憶される。基本モジュール５２０はベクトルａ_１，ａ_２のＭ個の成分について操作（２９）を実行し、基本モジュール５２５はベクトルａ_３，ａ_４の成分について同じ操作を実行する。
それぞれ１番目および２番目のフレームに関する列ベクトル

は出力バッファ５３０内に記憶される。
図５は、空間−時間符号化が（１９）の形式である場合を表わす。基本モジュール５２０からの出力における値ＸおよびＹは、それぞれ

のバッファ５３０内に書き込まれる。基本モジュール５２５からの出力における値ＸおよびＹは、それぞれ

のバッファ５３０内に書き込まれる。明らかに、（２６）、（２７）、または、（２８）の形式の時間符号化の使用は、置換されたバッファ内への書き込みに導く。図５に表わされている場合において、値Ｘ，Ｙは、ベクトルａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４の成分が書き込まれるのと同一の順序で

の出力バッファ内に書き込まれる。一方、

のバッファ５３０内への書き込みは、巡回置換σによって置換されたアドレスを使用して行われる。図示しない１つの変形の実施形態によれば、

のバッファ内への書き込みは、ベクトルａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４の成分と同一の順序で行われるが、読み出しはσ^−１によって置換されたアドレスを使用して行われる。両方の場合において、アドレス指定手段は、バッファ５３０の入力または出力において書き込みまたは読み出しアドレスを置換するように設計される。
行列Ｏにおいて正負符号の反転が存在するならば、該当する成分に関するモジュール５２５内で

の正負符号を変更することによって考慮することが可能である。

図４に表わされているシステムによって送信されるＵＷＢ信号は、従来、マルチアンテナ受信器によって処理することが可能である。例えば、受信器は、例えば、この技術分野の当業者に知られたスフィア復号化器（sphere decoder）を使用して、レイク型の相関部、続く判定部を備えることが可能である。

先行技術において知られたＳＴＢＣ符号化を用いたＭＩＭＯ送信システムを表わす図である。 ＴＨ−ＵＷＢ信号の波形を表わす。 ＤＳ−ＵＷＢ信号の波形を表わす。 ＴＨ−ＤＳ−ＵＷＢ信号の波形を表わす。 ＰＰＭ−ＰＡＭ変調のコンステレーションの例を表わす。 本発明による空間−時間符号化を使用したＭＩＭＯ送信システムを表わす図である。 本発明の一実施形態による空間−時間符号化器の構成を表わす図である。 図５の空間−時間符号化器を実現するために有効な基本モジュールの構成を表わす図である。

符号の説明

４００ システム
４１０ 空間−時間符号化器
４２０、４２５ ＵＷＢ変調器
４３０、４３５ 放射素子

Claims (10)

1. ２つの放射素子を備えるＵＷＢ送信システムのための空間−時間符号化方法であって、３または３より大きい複数の時間位置を有するＰＰＭ変調コンステレーションまたはＰＰＭ−ＰＡＭ複合変調コンステレーションに属する情報シンボルのブロック（Ｓ＝（ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４））をベクトルの系列
   

   

   に符号化する過程を有し、ベクトルの成分が前記ＵＷＢ送信システムの放射素子および所定の送信インターバル（Ｔ_ｆ）についてパルス型ＵＷＢ信号を変調するために使用される方法において、
   前記ベクトルのうち１番目および２番目は前記情報シンボルのうち１番目の組および２番目の組の第１の線形結合によって得られ、
   前記ベクトルのうち３番目および４番目は前記情報シンボルのうち１番目の組および２番目の組の第２の線形結合によって得られ、
   前記第１および第２の線形結合はスカラー係数
   

   

   を使用し、
   前記スカラー係数の対応する比率はゴールド数およびその逆数にほぼ等しく、
   前記ベクトルのうち１つの成分は、前記パルス型ＵＷＢ信号を変調するに先立って巡回置換によって置換されることを特徴とする空間−時間符号化方法。
2. 前記巡回置換が行われるベクトルは、前記パルス型ＵＷＢ信号を変調するに先立ってその１つまたは複数の成分の正負符号の反転が行われることを特徴とする請求項１に記載の空間−時間符号化方法。
3. 前記ベクトルは、サイズ２Ｍ×２の行列
   

   

   のＭ×１ブロック成分、または、サイズ２Ｍ×２の行列
   

   

   のＭ×１ブロック成分、または、サイズ２Ｍ×２の行列
   

   

   のＭ×１ブロック成分、または、サイズ２Ｍ×２の行列
   

   

   のＭ×１ブロック成分によって定義され、ここで、ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４は前記情報シンボルであり、
   

   

   は前記第１の線形結合のスカラー係数であり、
   

   

   は前記第２の線形結合のスカラー係数であり、ＭはＰＰＭ変調の次数であり、Ｏは、１つまたは複数の係数（χ_ｉ）の正負符号の反転に従い、または、従わないＭ×Ｍの巡回置換行列であることを特徴とする請求項１に記載の空間−時間符号化方法。
4. ３または３より大きい複数の時間位置を有するＰＰＭ変調コンステレーションまたはＰＰＭ−ＰＡＭ複合変調コンステレーションに属する複数の情報シンボルを送信するための方法において、
   前記情報シンボルは、請求項１から３のいずれか１項に記載の空間−時間符号化方法を使用して符号化されて前記第１、第２、第３、および、第４のベクトルを与え、これらのベクトルの各々の成分は、パルス型ＵＷＢ信号を形成するパルスの位置、または、位置および振幅を変調して４つの変調されたパルス型ＵＷＢ信号を取得し、これらの４つの信号は、それぞれ第１および第２の送信インターバルの間に第１および第２の放射素子によって送信されることを特徴とする方法。
5. 前記放射素子はＵＷＢアンテナであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記放射素子はレーザーダイオードまたは発光ダイオードであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 前記パルス型ＵＷＢ信号はＴＨ−ＵＷＢ信号であることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記パルス型ＵＷＢ信号はＤＳ−ＵＷＢ信号であることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記パルス型ＵＷＢ信号はＴＨ−ＤＳ−ＵＷＢ信号であることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の方法。
10. 請求項１から３のいずれか１項に記載の空間−時間符号化方法を実現する空間−時間符号化システムにおいて、
    ４つの情報シンボルを記憶する入力メモリ素子（５１０）を備え、各情報シンボルはＭ≧３であるＭ個の成分からなり、各成分はＭ’≧１であるＭ’個の値をとり、
    第１複数個の第１モジュール（５２０）をさらに備え、各々は１番目の情報シンボルの１つの成分および２番目の情報シンボルの同一列の成分を受信し、各第１モジュールは前記成分の前記第１および第２の線形結合を実行して第１および第２出力値を与え、
    第２複数個の第２モジュール（５２５）をさらに備え、各々は３番目の情報シンボルの１つの成分および４番目の情報シンボルの同一列の成分を受信し、各第２モジュールは前記成分の前記第１および第２の線形結合を実行して第１および第２出力値を与え、
    前記第１および第２モジュールそれぞれの前記第１および第２出力値を記憶する出力メモリ素子（５３０）と、
    次数Ｍの巡回置換によって前記出力メモリ素子のうち１つの書き込みまたは読み出しアドレスを置換するための手段と、
    をさらに備えることを特徴とする空間−時間符号化システム。

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