JP2010521919A - 向上信号検出を使用する多重アンテナ空間多重化システム - Google Patents

向上信号検出を使用する多重アンテナ空間多重化システム Download PDF

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Abstract

向上信号検出を使用する多重アンテナ空間多重化システムを提供する。ビット情報の符号化及び変調のための符号化変調モジュールと、上記変調された信号を送信する信号送信モジュールと、上記信号を受信する信号受信モジュールと、チャネルマトリックスＨ及び受信信号ベクトルｒの形態を変換する信号形態変換モジュールと、上記受信された信号を検出する信号検出モジュールと、上記信号検出モジュールの検出結果を復元し、検出された信号
Figure 2010521919

を取得する信号復元モジュールと、上記信号復元モジュールの出力の復調及び復号を行い、ビット情報を出力する復調復号モジュールと、を含む。従来の検出方法に比べて、上記システム性能は、実現複雑度を考慮する際に向上する。

Description

本発明は、多重アンテナ通信システムにおける情報の送信に関し、特に、多重アンテナ信号のための送信及び検出の技術に関する。
制限されたスペクトルリソースで多重アンテナ空間多重化ＢＬＡＳＴ技術を用いてデータ送信率を効率的に改善させることができる。
現存するＢＬＡＳＴ検出アルゴリズムは、線形検出（ゼロフォーシング（Zero-Forcing：以下、“ＺＦ”と称する。）検出と、最小平均二乗誤差（Minimum Mean Square Error：以下、“ＭＭＳＥ”と称する。）検出とを含む）及び非線形検出（ゼロフォーシング及び信号干渉除去（Zero-Forcing and signal Interference Cancellation：以下、“ＺＦ-ＳＩＣ”と称する。）検出と、最小平均二乗誤差及び信号干渉除去（Minimum mean Square Error and signal Interference Cancellation：以下、“ＭＭＳＥ-ＳＩＣ”と称する。）検出とを含む）とに区分することができる。
この線形検出方法は、相対的に実現が容易な一方、性能がよくない。この線形検出方法に比べて、この非線形検出方法は、システムの性能を改善させることができる。しかしながら、反復干渉除去により相当に増加する複雑度は、この非線形検出の実現が難しくなる主な要因となる。
次は、線形及び非線形ＢＬＡＳＴ検出アルゴリズムの簡単な概要について説明する。
線形検出アルゴリズム
受信された信号をｒ＝Ｈｓ＋ｎであると仮定する。
ここで、Ｈは、Ｎ×Ｍチャネルマトリックスであり、ｓは、Ｍ次送信信号ベクトルであり、ｒは、Ｎ次受信信号ベクトルであり、ｎは、Ｎ次独立白色ガウス雑音であり、Ｍ及びＮは、アンテナを送受信するシステムの個数である。
ＺＦ検出アルゴリズムにおいて、
Figure 2010521919
 であり、
ＭＭＳＥアルゴリズムにおいて、
Figure 2010521919
 である。
ここで、
Figure 2010521919
 及び
Figure 2010521919
 は、それぞれ異なるアルゴリズムでの検出された信号のＭ次ベクトルである。
非線形検出アルゴリズム
この線形検出と比較して、この非線形検出技術は、動作複雑度を増加させてもシステム性能を効率的に向上させることができる。
下記では、ＢＬＡＳＴ非線形検出アルゴリズムにおいて、連続干渉除去アルゴリズムの概要を説明する。このようなアルゴリズムの基本原理は、干渉がさらに小さな信号対雑音比（signal-to-noise ratio：ＳＮＲ）を有するデータに及ぼす影響を減少させるために、現在の信号を検出する過程で検出された部分からくる干渉を除去するものである。このような原理は、決定フィードバック均等化（decision feedback equalization）と類似している。
下記では、検出過程について説明する。
ＺＦ-ＳＩＣ検出器について、次のように定義される。
Figure 2010521919
ＭＭＳＥ-ＳＩＣ検出器について、次のように定義される。
Figure 2010521919
過程１の後に、決定信号が得られることができる。
Figure 2010521919
 上記過程において、ｋ１，ｋ２，．．．ｋＭは、検出過程でアンテナを送信するシーケンスを形成する。
次いで、過程２が実行され、この検出された信号の衝撃が受信された信号から除去される。この新たな擬似逆行列（pseudo inverse matrix）が決定され、また、この新たな決定シーケンスが決定される。
Figure 2010521919
その後に、循環過程が形成され、この循環過程は、過程１及び過程２を含み、この循環過程は、ｉ＝Ｍとなるまで信号上で実行される。すべての信号は決定され、この循環過程は、完了する。
ＢＬＡＳＴ線形検出方法は、相対的に容易に実現される一方、性能がよくない。この線形検出方法に比べて、この非線形検出方法は、システムの性能を向上させることができる。しかしながら、反復干渉除去による相当に増加する複雑度がこの非線形検出の実現を難しくする短所があった。
したがって、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、 向上信号検出を使用するＢＬＡＳＴシステムを提供することにある。このようなシステムの複雑度は、伝統的な線形検出器を使用するＢＬＡＳＴシステムに関し、本発明によるシステムの性能は、順次的な干渉除去非線形検出器を使用するＢＬＡＳＴシステムよりよい。
上記のような目的を達成するために、本発明の実施形態の一態様によれば、向上信号検出を使用する多重アンテナ空間多重化システムは、ビット情報の符号化及び変調のための符号化変調モジュールと、上記変調された信号を送信する信号送信モジュールと、上記信号を受信する信号受信モジュールと、チャネルマトリックスＨ及び受信信号ベクトルｒの形態を変換する信号形態変換モジュールと、上記受信された信号を検出する信号検出モジュールと、上記信号検出モジュールの検出結果を復元し、検出された信号
Figure 2010521919
 を取得する信号復元モジュールと、上記信号復元モジュールの出力の復調及び復号を行い、ビット情報を出力する復調復号モジュールと、を含むことを特徴とする。
ＺＦ及びＺＦ ＳＩＣ検出方法に比べて、本発明でのシステムのＢＥＲ性能は、相当に向上する。上述した検出方法に比べて、本発明は、システム性能、向上、及び実現複雑度を考慮する際にさらに長所を有する。
本発明による送信端のシステムアーキテクチャを示す図である。 本発明による受信端及びシグナリングフロー端のシステムアーキテクチャを示す図である。 ビットエラーレート（ＢＥＲ）性能を示す図である。
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知の機能または構成に関する具体的な説明は省略する。そして、後述する用語は、本発明での機能を考慮して定義された用語であり、これは、ユーザ及び運用者の意図又は慣例に従って変わっても良い。従って、これらの定義は、本発明の全体の内容に基づいて定義されなければならない。
本発明によるシステムアーキテクチャ及びシグナリングフローを図１及び２に示す。
このようなシステムアーキテクチャの概要は、下記で説明される。
符号化変調モジュールは、ビット情報の符号化及び変調を行う。
信号送信モジュールは、この変調された信号を送信する。この信号送信モジュールの原理は、次の通りに構成される。送信されることを待機する信号がｓ、準静的フェージングチャネル（quasi-static fading channel）Ｈが隣接した時間ブロックＴ１とＴ２との間に残っていると仮定する。時間ブロックＴ１において、この送信信号は、
Figure 2010521919
 であり、時間ブロックＴ２において、この送信信号は、
Figure 2010521919
 である。Ｒｅ（ｓ）は、複素信号の実数部を示し、Ｉｍ（ｓ）は、複素信号の虚数部を示す。
信号受信モジュールは、信号
Figure 2010521919
 を受信する。
信号形態変換モジュールは、チャネルマトリックスＨ及び受信信号ベクトルｒの形態を変換する。
Figure 2010521919
信号検出モジュールは、受信信号
Figure 2010521919
 及び
Figure 2010521919
 を検出する。
Figure 2010521919
 は、この検出信号の実数部であり、
Figure 2010521919
 は、この検出信号の虚数部である。
信号復元モジュールは、この信号検出結果を復元した後に、この検出された信号
Figure 2010521919

を取得する。この復元原理は、
Figure 2010521919
 である。
復調及び復号モジュールは、この検出信号の復調及び復号を行い、ビット情報を出力する。
上述した過程に従って、このようなシステムの信号検出の過程において、従来の検出アルゴリズムでの擬似逆検出行列
Figure 2010521919
 は、
Figure 2010521919
 及び
Figure 2010521919
 に退化し、
これは、検出過程で雑音増加を確実に減少させるのであろう。同時に、従来の線形検出アルゴリズムと比較すると、このようなシステムの複雑度は、確実に増加されなかった。この複雑度は、順次干渉除去非線形検出アルゴリズムよりはるかに低い。
下記では、本発明によるシステムにおいて、このシグナリング過程の合理性を証明する。
下記の証明過程において、
Figure 2010521919
 は、行列擬似逆を意味し、
Figure 2010521919
 は、行列転置共役を意味する。
受信端で、下記の式（１）を仮定する。
Figure 2010521919
上述した式（１）において均等変換を実行すると、下記の式（２）及び式（３）のようになる。
Figure 2010521919
Figure 2010521919
Figure 2010521919
Figure 2010521919
Figure 2010521919
Figure 2010521919
続いて、下記の式（８）が与えられる。
Figure 2010521919
Figure 2010521919
Figure 2010521919
 式（８）は、式（９）及び式（１０）から証明される。
Figure 2010521919
式（８）及び式（１１）から次の式を得ることができる。
Figure 2010521919
同様に、
Figure 2010521919
この検出信号は、下記の式（１４）のようになる。
Figure 2010521919
このような実施形態は、４本の送信アンテナ及び４本の受信アンテナで構成される多重アンテナＢＬＡＳＴ通信システムを使用する。このチャネルは、準静的フラットレイリーフェージングチャネル（quasi-static flat Rayleigh fading channel）である。連続時間ブロックＴ１とＴ２間でチャネルが同一であると仮定する。この実施形態において、本発明によるシステム及びＺＦ検出及びＺＦ ＳＩＣ検出器を使用するＢＬＡＳＴシステムは、性能シミュレーションのためにすべて実行される。公正な性能比較を確実にするために、送信端で、本発明によるシステムは、１６ＱＡＭ変調を使用し、他方、ＺＦ及びＺＦ ＳＩＣアルゴリズム送信端は、ＱＰＳＫ変調を使用する。
このシミュレーションにおいて、１／３ターボコードがすべてのアルゴリズムで符号化及び復号化のために使用される。
以上、本発明を具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲及び趣旨を逸脱することなく様々な変更が可能であるということは、当業者には明らかであり、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものの範囲内で定められるべきである。

Claims (6)

  1. 向上信号検出を使用する多重アンテナ空間多重化システムであって、
    ビット情報の符号化及び変調のための符号化変調モジュールと、
    前記変調された信号を送信する信号送信モジュールと、
    前記信号を受信する信号受信モジュールと、
    チャネルマトリックスＨ及び受信信号ベクトルｒの形態を変換する信号形態変換モジュールと、
    前記受信された信号を検出する信号検出モジュールと、
    前記信号検出モジュールの検出結果を復元し、検出された信号
    Figure 2010521919
     を取得する信号復元モジュールと、
    前記信号復元モジュールの出力の復調及び復号を行い、ビット情報を出力する復調復号モジュールと、
    を含むことを特徴とする多重アンテナ空間多重化システム。
  2. 前記信号送信モジュールは、次のような原理で信号を送信し、送信されることを待機する信号がｓであり、準静的フェージングチャネルＨが隣接した時間ブロックＴ１とＴ２間で同一であると仮定すると、
    時間ブロックＴ１において、送信信号は、
    Figure 2010521919
     であり、
    時間ブロックＴ２において、送信信号は、
    Figure 2010521919
     であり、ここで、Ｒｅ（ｓ）は、複素信号の実数部を示し、Ｉｍ（ｓ）は、複素信号の虚数部を示すことを特徴とする請求項１に記載の多重アンテナ空間多重化システム。
  3. 前記チャネルマトリックスＨ及び前記受信信号ベクトルｒの形態を変換する原理は、
    Figure 2010521919
     であることを特徴とする請求項１に記載の多重アンテナ空間多重化システム。
  4. 前記受信された信号を検出する信号検出モジュールのための原理は、
    Figure 2010521919
     であり、
    Figure 2010521919
     は、前記検出信号の実数部であり、
    Figure 2010521919
     は、前記検出信号の虚数部であることを特徴とする請求項１に記載の多重アンテナ空間多重化システム。
  5. 前記信号検出結果を復元するための信号復元モジュールの原理は、
    Figure 2010521919
     であることを特徴とする請求項１に記載の多重アンテナ空間多重化システム。
  6. 前記アンテナは、ＭＩＭＯアンテナであることを特徴とする請求項１に記載の多重アンテナ空間多重化システム。
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