JP2011182377A

JP2011182377A - データ送信装置およびデータ受信装置ならびに無線通信システム

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Publication number: JP2011182377A
Application number: JP2010115261A
Authority: JP
Inventors: Wataru Matsumoto; 渉松本; Yuki Iura; 裕貴井浦; Toshiyuki Kuze; 俊之久世
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2030-05-19
Also published as: JP5550445B2

Abstract

【課題】２のべき乗個以外のアンテナ数で送受信アンテナが構成された場合であっても、干渉波成分を抑制して、復号の性能を大きく改善した無線通信システムを得る。
【解決手段】データ送信装置１は、データを誤り訂正符号化して符号語を生成する誤り訂正符号化部１１と、符号語を変調する変調部１２と、変調された符号語を分割し、送信アンテナ１６ａ〜１６ｆを用いて、分割した複数の符号語を同時に送信する符号語送信手段とを備え、送信データの干渉成分を除去する復号が可能な符号化を施す。データ受信装置２は、受信アンテナ２１ａ〜２１ｆを用いて、同時に送信された複数の符号語を受信するＭＩＭＯ処理部２２と、複数の符号語を統合し、統合後の符号語を復調する復調手段とを備え、データ送信装置１から送信された符号語を用いて、データ送信装置１で符号化される前のデータを再生する。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の送信アンテナを用いて複数の符号語を同時に送信するデータ送信装置と、複数の受信アンテナを用いて複数の符号語を同時に受信するデータ受信装置と、データ送信装置およびデータ受信装置からなる無線通信システムとに関するものである。

従来から、データ送信装置およびデータ受信装置を備えた無線通信システムは、種々提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
上記特許文献１に記載の従来の無線通信システムは、データ送信装置およびデータ受信装置として、それぞれ、以下の要素を備えている。

まず、データ送信装置は、誤り訂正符号化部と、変調部と、Ｓ／Ｐ変換部と、逆離散フーリエ変換部と、ＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅＯｕｔｐｕｔ）処理部とを備えている。

誤り訂正符号化部は、送信対象のデータを誤り訂正符号化して符号語を生成し、変調部は、誤り訂正符号化部により生成された符号語を、ＱＰＳＫ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ：４位相偏移変調）などに変調する。
Ｓ／Ｐ変換部は、変調部により変調された符号語を、シリアルパラレル変換して、その符号語を分割する。

逆離散フーリエ変換部は、ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交波周波数分割多重）変調の場合、Ｓ／Ｐ変換部により分割された符号語に対するＩＤＦＴ（逆離散フーリエ変換）を行う。

データ送信装置内のＭＩＭＯ処理部は、ベースバンドから高周波数帯域までのアップコンバートを含み、複数の送信アンテナを用いて、逆離散フーリエ変換部によりＩＤＦＴが行われた符号語を同時に送信する。

一方、データ受信装置は、ＭＩＭＯ処理部と、離散フーリエ変換部と、Ｐ／Ｓ変換部と、復調部と、誤り訂正復号部とを備えている。
データ受信装置内のＭＩＭＯ処理部は、高周波数帯域からベースバンドまでのダウンコンバートを含み、複数の受信アンテナを用いて、データ送信装置から同時に送信された複数の符号語を受信する。

離散フーリエ変換部は、ＯＦＤＭ変調の場合、ＭＩＭＯ処理部により受信された符号語に対するＤＦＴ（離散フーリエ変換）を行う。
Ｐ／Ｓ変換部は、離散フーリエ変換部によりＤＦＴが行われた符号語を、パラレルシリアル変換して、複数の符号語を統合する。
復調部は、Ｐ／Ｓ変換部により統合された符号語を復調し、誤り訂正復号部は、復調部により復調された符号語を誤り訂正復号して、データを再生する。

上記従来システムにおいて、データ送信装置内のＭＩＭＯ処理部が、複数の送信アンテナを用いて複数の符号語を同時に送信する場合に、データの転送速度の向上などを実現しているが、複数の通信路間で干渉が発生する場合がある。
以下、２つの通信路で符号語が送信されて、たとえば２つの通信路間で干渉が発生する場合について説明する。

まず、通信路行列Ｈを、以下のように仮定する。

ここで、ｈ_ｉ，ｊは、ｊ番目の送信アンテナからｉ番目の受信アンテナへの通信路応答である。
また、データ送信装置のＭＩＭＯ処理部から送信される符号語のシンボルＳを、以下のように表現する。

ただし、ここでは、説明を簡単化するために、ＯＦＤＭ変調が行われないものとする。
上記のような符号化を、一般に、Ａｌａｍｏｕｔｉ（アラモチ）符号と呼ぶ。
データ受信装置内のＭＩＭＯ処理部は、データ送信装置内のＭＩＭＯ処理部が２つの送信アンテナを用いて、符号語のシンボルＳを送信すると、２つの受信アンテナを用いて、符号語のシンボルＳを受信するが、その受信信号ｒは、以下のように表される。

ただし、

は、受信アンテナごとのノイズ成分からなる行列である。
受信機側においては、一般に、以下の最大比合成復号法で推定シンボル

を、以下のように導出する。

ただし、

は、最大比合成復号後の各シンボルごとのノイズ成分からなる行列である。
以上のように、Ａｌａｍｏｕｔｉ符号では、直交符号化が実現されており、各２個の送信アンテナおよび受信アンテナにおいては、最大比合成復号により干渉成分は除去され、ノイズ成分のみが劣化要因となる。
しかしながら、２のべき乗個以外（たとえば、各６個）の送受信アンテナを用いた無線通信システムの場合においては、干渉波成分を十分に抑制した直交系列がまだ提案されていない。

特開２００８−２３６４１７号公報

従来の無線通信システムは、Ａｌａｍｏｕｔｉ符号では直交符号化が実現されており、各２個の送信アンテナおよび受信アンテナにおいては、最大比合成復号により干渉成分が除去されてノイズ成分のみが劣化要因となるものの、２のべき乗個以外（たとえば、各６個）の送受信アンテナを用いた場合には、干渉波成分を抑制した直交系列が提案されていないので、干渉成分が残存して復号性能が劣化するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、２のべき乗個以外のアンテナ数を用いて送受信アンテナが構成された場合であっても、干渉波成分を抑制して、復号の性能を大きく改善することのできるデータ送信装置、データ受信装置および無線通信システムを得ることを目的とする。

この発明に係る無線通信システムは、データ送信装置およびデータ受信装置からなり、データ送信装置は、送信対象となるデータを誤り訂正符号化して符号語を生成する誤り訂正符号化手段と、誤り訂正符号化手段により生成された符号語を変調する変調手段と、変調手段により変調された符号語を分割し、複数の送信アンテナを用いて、分割した複数の符号語を同時に送信する符号語送信手段と、を備え、符号語送信手段は、複数の送信アンテナからの送信データの干渉成分を除去する復号が可能な符号化を施し、データ受信装置は、複数の受信アンテナを用いて、データ送信装置から同時に送信された複数の符号語を受信する符号語受信手段と、符号語受信手段により受信された複数の符号語を統合し、統合後の符号語を復調する復調手段と、を備え、復調手段は、データ送信装置から変形された符号語が送信された場合に、変形された符号語を用いて、データ送信装置で符号化される前のデータを再生するものである。

この発明によれば、２のべき乗個以外のアンテナ数で送受信アンテナが構成された場合であっても、干渉波成分を抑制して、復号の性能を大きく改善することができる。

この発明の実施の形態１に係る無線通信システムを示すブロック構成図である。この発明の実施の形態３に係る無線通信システムを示すブロック構成図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る無線通信システムを示すブロック構成図である。
図１において、無線通信システムは、複数の送信アンテナ１６ａ〜１６ｆを用いて複数の符号語を同時に送信するデータ送信装置１（送信機）と、複数の受信アンテナ２１ａ〜２１ｆを用いて複数の符号語を同時に受信するデータ受信装置２（受信機）とを備えている。
なお、データ送信装置１からデータ受信装置２への実線矢印は、正規の送信データを示し、破線矢印は、複数（６個）の通信路間の干渉波を示している。

データ送信装置１は、誤り訂正符号化部１１と、変調部１２と、Ｓ／Ｐ変換部１３と、逆離散フーリエ変換部（ＩＤＦＴ）１４ａ〜１４ｆと、送信アンテナ１６ａ〜１６ｆを駆動するＭＩＭＯ処理部１５とを備えている。
なお、Ｓ／Ｐ変換部１３、逆離散フーリエ変換部１４ａ〜１４ｆおよびＭＩＭＯ処理部１５は、送信アンテナ１６ａ〜１６ｆと協働して、符号語送信手段を構成している。

データ送信装置１において、誤り訂正符号化部１１（誤り訂正符号化手段）は、送信対象のデータを誤り訂正符号化して符号語を生成する。
変調部１２（変調手段）は、誤り訂正符号化部１１により生成された符号語を、ＱＰＳＫなどに変調する。

Ｓ／Ｐ変換部１３は、変調部１２により変調された符号語を、シリアルパラレル変換して、その符号語を分割する。
逆離散フーリエ変換部１４ａ〜１４ｆは、ＯＦＤＭ変調の場合、Ｓ／Ｐ変換部１３により分割された符号語に対するＩＤＦＴ（逆離散フーリエ変換）を行う。

データ送信装置１内のＭＩＭＯ処理部１５は、送信アンテナ１６ａ〜１６ｆを用いて、逆離散フーリエ変換部１４ａ〜１４ｆによりＩＤＦＴが行われた符号語を同時に送信する。ただし、ＭＩＭＯ処理部１５は、ベースバンドから高周波数帯域までのアップコンバートも行う。

データ受信装置２は、受信アンテナ２１ａ〜２１ｆに接続されたＭＩＭＯ処理部２２と
離散フーリエ変換部（ＤＦＴ）２３ａ〜２３ｆと、Ｐ／Ｓ変換部２４と、復調部２５と、誤り訂正復号部２６とを備えている。

なお、ＭＩＭＯ処理部２２は、受信アンテナ２１ａ〜２１ｆと協働して、符号語受信手段を構成している。
また、離散フーリエ変換部２３ａ〜２３ｆ、Ｐ／Ｓ変換部２４および復調部２５は、符号語を復調するための復調手段を構成している。さらに、後述するように、誤り訂正復号部２６は、復調手段に含まれ得る。

データ受信装置２において、ＭＩＭＯ処理部２２は、受信アンテナ２１ａ〜２１ｆを用いて、データ送信装置１から同時に送信された複数の符号語を受信する。ただし、ＭＩＭＯ処理部２２は、高周波数帯域からベースバンドまでのダウンコンバートも行う。

離散フーリエ変換部２３ａ〜２３ｆは、ＯＦＤＭ変調の場合、ＭＩＭＯ処理部２２により受信された符号語に対するＤＦＴ（離散フーリエ変換）を行う。
Ｐ／Ｓ変換部２４は、離散フーリエ変換部２３ａ〜２３ｆによりＤＦＴが行われた符号語を、パラレルシリアル変換して複数の符号語を統合する。

復調部２５は、Ｐ／Ｓ変換部２４により統合された符号語を復調する。
誤り訂正復号部２６（誤り訂正復号手段）は、復調部２５により復調された符号語を、誤り訂正復号して、データを再生する。

次に、図１に示したこの発明の実施の形態１による動作について説明する。
まず、データ送信装置１内の誤り訂正符号化部１１は、送信対象のデータを受けると、そのデータを誤り訂正符号化して符号語を生成する。
データ送信装置１の変調部１２は、誤り訂正符号化部１１が生成した符号語をＱＰＳＫなどに変調する。

続いて、Ｓ／Ｐ変換部１３は、変調部１２が変調した符号語を、シリアルパラレル変換して分割する。
図１の例では、Ｓ／Ｐ変換部１３は、符号語を６つに分割して、６つの分割符号語を逆離散フーリエ変換部１４ａ〜１４ｆに入力する。

逆離散フーリエ変換部１４ａ〜１４ｆは、ＯＦＤＭ変調の場合、Ｓ／Ｐ変換部１３により分割された符号語に対するＩＤＦＴを行う。
ＭＩＭＯ処理部１５は、送信アンテナ１６ａ〜１６ｆを用いて、逆離散フーリエ変換部１４ａ〜１４ｆによりＩＤＦＴが行われた符号語を同時に送信する。

一方、データ受信装置２内のＭＩＭＯ処理部２２は、データ送信装置１からの複数の符号語の同時送信に応答して、受信アンテナ２１ａ〜２１ｆを用いて、データ送信装置１から送信された複数の符号語を同時に受信する。

続いて、離散フーリエ変換部２３ａ〜２３ｆは、ＯＦＤＭ変調の場合、ＭＩＭＯ処理部２２により受信された符号語に対するＤＦＴを行う。
Ｐ／Ｓ変換部２４は、離散フーリエ変換部２３ａ〜２３ｆによりＤＦＴが行われた複数の符号語を、パラレルシリアル変換して統合する。

復調部２５は、Ｐ／Ｓ変換部２４により統合された後の符号語を復調する。
最後に、誤り訂正復号部２６は、復調部２５が復調した符号語を、誤り訂正復号処理して、データ送信装置１で符号化される前のデータを再生する。

以下、２ｋ×２ｋ（ｋ∈自然数）のＭＩＭＯに対する時空間符号を考え、データ送信装置１から６本の送信アンテナ１６ａ〜１６ｆ（６つの通信路）によって変形された符号語が送信され、データ受信装置２の６つ受信アンテナ２１ａ〜２１ｆで受信された場合について詳細に説明する。
まず、通信路行列Ｈを、以下の式（１）のように仮定する。

式（１）において、ｈ_ｉ，ｊは、ｊ番目の送信アンテナ１６ｊ（ｊ＝１、２、・・・、６）からｉ番目の受信アンテナ２１ｉ（ｉ＝１、２、・・・、６）への通信路応答である。
また、データ送信装置１のＭＩＭＯ処理部１５から送信される符号語のシンボル（２元上で表現された誤り訂正符号語を変調したシンボル）を、以下の式（２）のように、Ｓで表現する。

ただし、ここでは、説明を簡単化するために、ＯＦＤＭ変調が行われないものとする。
データ受信装置２のＭＩＭＯ処理部２２は、データ送信装置１のＭＩＭＯ処理部１５が６つの送信アンテナ１６ａ〜１６ｆを用いて符号語のシンボルＳを送信すると、６つの受信アンテナ２１ａ〜２１ｆを用いて、符号語のシンボルＳを受信する。
このとき、データ受信装置２による受信信号ｒは、以下の式（３）のように表される。

式（３）において、ｎは、データ受信装置２における複素のホワイト雑音を表現した行列（６×６）である。
データ受信装置２の誤り訂正復号部２６は、ＭＩＭＯ処理部２２が、６つの受信アンテナ２１ａ〜２１ｆを用いて受信シンボルｒを受信すると、以下で説明するように、符号語の推定シンボル

を取り出す。
ここで、前述の式（１）で示した６×６の通信路行列Ｈにおいて、要素ｈ_ｉ，ｊは、ｊ番目の送信アンテナからｉ番目の受信アンテナへの通信路係数である。

なお、データ受信装置２は、通信路行列Ｈを知っているものと仮定する。
また、表記法を簡易化するために、ｊ（＝１、２、３、４、５、６）に対して、ｈ_ｊ＝［ｈ_１，ｊ，ｈ_２，ｊ，ｈ_３，ｊ，ｈ_４，ｊ，ｈ_５，ｊ，ｈ_６，ｊ］^Ｔと表現する。ここで、「上付き文字Ｔ」は転置を意味し、複素の転置を「上付き文字Ｔ，＊」で表現している。これにより、通信路行列Ｈを、Ｈ＝［ｈ_１，ｈ_２，ｈ_３，ｈ_４，ｈ_５，ｈ_６］とコンパクトに表現することができる。
上記表現を用い、受信行列ｒを、以下の式（４）のように定義する。

式（４）において、ｒ_ｊ＝［ｒ_１，ｊ，ｒ_２，ｊ，ｒ_３，ｊ，ｒ_４，ｊ，ｒ_５，ｊ，ｒ_６，ｊ］^Ｔ，ｊ＝１、２、３、４、５、６である。
また、各通信路応答を、以下の式（５）〜（１０）で表す。

式（５）〜（１０）より、以下の式（１１）〜（１６）を用いて、各推定シンボルを求める。

たとえば、以下の式（１７）が成立することから、既知の通信路応答から計算できる。

上記のように、この符号化によって干渉成分はキャンセルされており、ノイズ成分のみが残るようになっている。
この計算を一般化すると、２ｋ×ｋ（ｋ∈自然数）のＭＩＭＯに対し、２ｋ本の送信アンテナおよび２ｋ本の受信アンテナのＭＩＭＯ通信の時空間符号となる。
また、送信シンボルベクトルＳは、以下のように構成されるものとする。

ここで、

は、クロネッカ積を表し、Ｄ_ｋは、

の要素が

となる離散フーリエ変換行列を構成しており、以下のように表される。

また、

は、２^ｋ×２^ｋのＡｌａｍｏｕｔｉ符号行列で以下のように定義する。

この送信シンボルに対し、データ受信装置２で行う最大比合成復号は、以下の式（１８）、（１９）により表される。

式（１８）、（１９）より、推定シンボルを、以下の式（２０）、（２１）のように求める。

すなわち、データ受信装置２の誤り訂正復号部２６は、干渉波を零とし、希望波Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４、・・・、Ｓ_２ｋを検出し、ノイズ成分の加算平均を得られるようにすることができる。
この場合、劣化成分はノイズのみとなり、検出確率が向上する。また、（１７）式のように、ダイバーシチ（ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）次数４ｋの高いダイバーシチ利得を得ることができる。

以上のように、この発明の実施の形態１に係る無線通信システムは、データ送信装置１およびデータ受信装置２からなり、データ送信装置１は、送信対象となるデータを誤り訂正符号化して符号語を生成する誤り訂正符号化部１１と、誤り訂正符号化部１１により生成された符号語を変調する変調部１２と、変調部１２により変調された符号語を分割し、複数の送信アンテナ１６ａ〜１６ｆを用いて、分割した複数の符号語を同時に送信する符号語送信手段（Ｓ／Ｐ変換部１３、逆離散フーリエ変換部１４ａ〜１４ｆ、ＭＩＭＯ処理部１５）と、を備え、符号語送信手段は、複数の送信アンテナ１６ａ〜１６ｆからの送信データの干渉成分を除去する復号が可能な符号化を施す。

データ受信装置２は、複数の受信アンテナ２１ａ〜２１ｆを用いて、データ送信装置１から同時に送信された複数の符号語を受信する符号語受信手段（ＭＩＭＯ処理部２２）と、ＭＩＭＯ処理部２２により受信された複数の符号語を統合し、統合後の符号語を復調する復調手段（離散フーリエ変換部２３ａ〜２３ｆ、Ｐ／Ｓ変換部２４、復調部２５）と、を備え、復調手段は、データ送信装置１から変形された符号語が送信された場合に、変形された符号語を用いて、データ送信装置１で符号化される前のデータを再生する。

また、データ送信装置１において、符号語送信手段は、複数の送信アンテナ１６ａ〜１６ｆの相互間の送信データの干渉を除去するために、Ａｌａｍｏｕｔｉ符号とフーリエ変換のクロネッカ積との直交系列によって符号語を定義する。
一方、データ受信装置２において、ＭＩＭＯ処理部２２（符号語受信手段）は、データ送信装置１から直交系列を用いて変形された符号語を受信し、最大比合成復号法を用いて復号する。

これにより、２のべき乗個以外（たとえば、６個）のアンテナ数で送受信アンテナが構成された場合であっても、干渉波成分を抑制して、復号の性能を大きく改善することができる。

なお、上記説明では、データ送信装置１内の符号語送信手段によって直交系列で変形された符号語を、ＭＩＭＯ処理部２２（符号語受信手段）において最大比合成復号法を用いて復号したが、最小２乗誤差復号法または最尤推定復号法を用いて復号してもよい。
また、図１で示した無線通信システムについて説明したが、図１内のデータ送信装置１のみ、またはデータ受信装置２のみで構成された送信機または受信機であっても、前述と同様の作用効果を奏することは言うまでもない。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、１回の送信でダイバーシチ利得を得るために、ＳＴＢＣ（ＳｐａｃｅＴｉｍｅＢｌｏｃｋＣｏｄｅ）やＳＦＢＣ（ＳｐａｃｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＢｌｏｃｋＣｏｄｅ）に適用する事例を示したが、受信側での復号失敗時における送信データ再送方式にも適用可能である。
たとえば、Ｓ^（ｉ）をｉ回目の送信シンボルとして用い、受信側でそのシンボルを用いて、以下のように復号することも可能である。

最大比合成復号の場合、前述の式（４）のｒ_ｉをｉ回目の受信シンボルと見立て、前述の式（５）〜（１６）を用いて、同様に計算することができる。
次に、「最小自乗誤差（ＭＭＳＥ）」＋「一般線形結合法」について説明する。
また、線形の最小自乗誤差（ＭＭＳＥ）法による受信機も、シンボルベクトル［Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，Ｓ_５，Ｓ_６］を検出するために用いることができる。この受信機の構造は、受信機のノイズの分散を考慮した上記表現の受信機とは若干異なる。

まず、最初の仮定として、６回の送信間隔の間は通信路係数が変動しないものとする。また、受信行列ｒのｊ番目の列をｒ_ｊ．と定義する。これにより、以下のように書くことができる。
いま、受信ベクトルｒ_ｊを、以下の式（２２）〜（２７）に示すように、通信路行列の列との線形結合により表現する。

式（２２）〜（２７）において、ｈ_ｉは、通信路行列Ｈのｉ番目の列である。
上記表記法は、ＭＭＳＥ処理を用いる際に表現が簡素化できるので有効である。
すなわち、４つの等価ＭＩＭＯ通信路上において、１つの［Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，Ｓ_５，Ｓ_６］^Ｔによるベクトルとして、各受信ベクトルを表現することができるので、分かり易い表現形態とすることができる。この式は、Ｈの列の置換と列に対する適切な複素共役処理、および負の記号を掛けた表現となっている。
この処理結果は、以下の式（２８）〜（３３）のように表される。

このようにして、前述の式（３）の受信ベクトルの行列は、以下の式（３４）のように、単一のベクトルとして表現することができる。

次に、ＭＭＳＥ受信機は、送信ベクトルの推定値を計算する。
受信ベクトルの結合と単一の処理で計算された送信ベクトルの推定値は、以下の式（３５）のように表される。

式（３５）において、σは、加法性ガウス雑音の標準偏差であり、このガウス雑音は、各受信にわたって互いに独立で同一の分布にしたがうものと仮定する。また「（）^Ｈ」は、エルミート転置処理を示す。
ＭＭＳＥ受信機には、４×４行列の逆行列とノイズ分散値σ^２の推定とが必要になる。式（３５）の表記法は、各受信後に送信ベクトルの検出を試みる際に、受信の処理を表現するのに有効である。

６つの受信アンテナ２１ａ〜２１ｆを有するデータ受信装置２が１回目の受信後に復号する際には、以下の式（３６）の計算を行う。

同様に、２回目の受信後の復号計算は、以下の式（３７）により表現される。

また、３回目の受信後の復号計算は、以下の式（３８）により表現される。

４回目の受信後の復号計算は、以下の式（３９）により表現される。

５回目の受信後の復号計算は、以下の式（４０）により表現される。

本質的に、受信機が記憶するのは、受信ベクトル、および

の計算結果（６個の複素数）のみでよい。

次に、上記の復号法よりも簡易で保存記憶量も少ない復号法として、「最小自乗誤差（ＭＭＳＥ）」＋「簡易線形結合法」について説明する。
前述の「最小自乗誤差（ＭＭＳＥ）」＋「一般線形結合法」においては、

の計算結果を記憶して、次の受信時の復号計算に用いる必要があった。
一方、「最小自乗誤差（ＭＭＳＥ）＋簡易線形結合法」においては、以下の式（４１）〜（４６）のように、一般のＭＭＳＥを毎回実行し、その結果の推定シンボル値を単純に線形合成する方法により、復号可能にしている。

まず、１回目の受信時には、以下の式（４１）の計算を行う。

また、２回目の受信時には、以下の式（４２）の計算を行う。

３回目の受信時には、以下の式（４３）の計算を行う。

４回目の受信時には、以下の式（４４）の計算を行う。

５回目の受信時には、以下の式（４５）の計算を行う。

６回目の受信時には、以下の式（４６）の計算を行う。

この復号法の場合、受信機が記憶するのは、受信ベクトルおよび過去の受信シンボル推定値のみでよい。
たとえば、式（４１）〜（４６）の計算において、

に着目した場合、

と同じになるので、結果的に過去の受信シンボル推定値の合算結果を残しておけばよいことになる。ただし、

は、ｉ番目の受信後のシンボルＳ_１の推定値である。

以上のように、この発明の実施の形態２に係る無線通信システムのデータ受信装置２は、復調手段（離散フーリエ変換部２３ａ〜２３ｆ、Ｐ／Ｓ変換部２４、復調部２５）により復調された符号語を誤り訂正復号して、データ送信装置で符号化される前のデータを再生する誤り訂正復号部２６（誤り訂正復号手段）を備えている。

復調手段に含まれる誤り訂正復号部２６は、誤り訂正復号部２６における符号語の誤り訂正復号が失敗した場合に、所定の規則にしたがってデータ送信装置から再度送信された符号語を用いて、データを再生する。
る。

すなわち、データ受信装置２の誤り訂正復号部２６における符号語の誤り訂正復号が失敗である場合に、データ送信装置１のＭＩＭＯ処理部１５は、所定の規則にしたがって送信済みの符号語を変形して送信し、データ受信装置２の誤り訂正復号部２６は、変形された符号語を用いてデータを再生する。
これにより、前述と同様に、ノイズのみでなく、干渉波成分をも抑制して、復調および誤り訂正復号の成功率を大きく改善することができる。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２（図１）では、データ送信装置１に対して１つのデータ受信装置２を設け、１つのデータ受信装置２へのデータ送信する場合を示したが、図２のように、２つのデータ受信装置３、４を設けてもよい。

図２はこの発明の実施の形態３に係る無線システムを示すブロック構成図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
この場合、送信データ間の干渉を除去する機能を用いることにより、複数のデータ受信装置３、４に対して、同時に干渉することなくデータ送信することができる。
このように、同一の無線リソースにおいて、複数のデータ受信装置に対し、同時に干渉することなくデータ送信する方式は、一般に「マルチユーザＭＩＭＯ伝送」と呼ばれている。この発明の実施の形態３は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送方式を実現するための１つの手法である。

図２において、前述と同様の構成および機能を有するデータ送信装置１は、並設された２つのデータ受信装置３、４に対して、合計６つの符号語を送信する。

データ受信装置３は、３つの受信アンテナ３１ａ〜３１ｃと、受信アンテナ３１ａ〜３１ｃに接続されたＭＩＭＯ処理部３２と、離散フーリエ変換部（ＤＦＴ）３３ａ〜３３ｃと、Ｐ／Ｓ変換部３４と、復調部３５と、誤り訂正復号部３６とを備えている。

同様に、データ受信装置４は、３つの受信アンテナ４１ａ〜４１ｃと、受信アンテナ４１ａ〜４１ｃに接続されたＭＩＭＯ処理部４２と、離散フーリエ変換部（ＤＦＴ）４３ａ〜４３ｃと、Ｐ／Ｓ変換部４４と、復調部４５と、誤り訂正復号部４６とを備えている。

各データ受信装置３、４は、受信アンテナおよび離散フーリエ変換部の数が、前述（図１）のデータ受信装置２内の受信アンテナおよび離散フーリエ変換部（ＤＦＴ）の数よりも少ない点を除けば、前述と同様の構成および機能を有する。

なお、データ送信装置１からデータ受信装置３、４への実線矢印は、正規の送信データを示し、破線矢印は、複数の通信路間の干渉波を示している。
つまり、各データ受信装置３、４は、自身宛の正規の送信データ以外に、他方のデータ受信装置宛の送信データをも受信し、これが干渉波となっている。

次に、図２に示したこの発明の実施の形態３の動作について説明する。
データ送信装置１のＭＩＭＯ処理部１５から送信される符号語のシンボルは、データ受信装置３宛のシンボルＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３と、データ受信装置４宛のシンボルＳ_４、Ｓ_５、Ｓ_６であり、各符号語の宛先は異なるが、各送信アンテナ１６ａ〜１６ｆと送信される符号語との関係Ｓは、前述の式（２）と同じである。

図２において、データ送信装置１からデータ受信装置３への通信路行列Ｈ１を、以下の式（４７）のように仮定する。

式（４７）において、データ受信装置３の受信アンテナ３１ａ〜３１ｃの番号を上から「１」〜「３」とする。
同様に、データ送信装置１からデータ受信装置４への通信路行列Ｈ２を、以下の式（４８）のように仮定する。

式（４８）において、データ受信装置４の受信アンテナ４１ａ〜４１ｃの番号を上から「４」〜「６」とする。
データ受信装置３のＭＩＭＯ処理部３４は、３つの受信アンテナ３１ａ〜３１ｃを用いて、符号語のシンボルを受信するが、その受信信号ｒ_（１）は、以下の式（４９）のように表される。

式（４９）において、ｎ_（１）は、データ受信装置３での複素のホワイト雑音を表現した行列である。
同様に、データ受信装置４のＭＩＭＯ処理部４４は、３つの受信アンテナ４１ａ〜４１ｃを用いて、符号語のシンボルを受信するが、その受信信号をｒ_（２）は、以下の式（５０）のように表される。

式（５０）において、ｎ_（２）は、データ受信装置４での複素のホワイト雑音を表現した行列である。
前述の通信路係数の表記と同様に、通信路係数の表記を簡易にするために、ｊ＝１、２、３、４、５、６、に対して、式（４７）、（４８）内の通信路係数ｈを、以下のように表現することとする。

ｈ_（１）ｊ＝［ｈ_１，ｊ，ｈ_２，ｊ，ｈ_３，ｊ］^Ｔ
ｈ_（２）ｊ＝［ｈ_４，ｊ，ｈ_５，ｊ，ｈ_６，ｊ］^Ｔ

これにより、通信路行列Ｈ_（１）、Ｈ_（２）を、以下のようにコンパクトに表現することができる。

Ｈ_（１）＝［ｈ_（１）１，ｈ_（１）２，ｈ_（１）３，ｈ_（１）４，ｈ_（１）５，ｈ_（１）６］
Ｈ_（２）＝［ｈ_（２）１，ｈ_（２）２，ｈ_（２）３，ｈ_（２）４，ｈ_（２）５，ｈ_（２）６］

上記表現を用いて、データ受信行列ｒ_（１）を、以下の式（５１）のように定義する。

式（５１）において、データ受信行列ｒ_（１）のベクトル要素ｒ_（１）ｊは、以下のように表される。

ｒ_（１）ｊ＝［ｒ_１，ｊ，ｒ_２，ｊ，ｒ_３，ｊ］^Ｔ、ｊ＝１、２、３、４、５、６

同様に、データ受信行列ｒ_（２）を、以下の式（５２）のように定義する。

式（５２）において、データ受信行列ｒ_（２）のベクトル要素ｒ_（２）ｊは、以下のように表される。

ｒ_（２）ｊ＝［ｒ_４，ｊ，ｒ_５，ｊ，ｒ_６，ｊ］^Ｔ、ｊ＝１、２、３、４、５、６

以上の定義を用いて、データ受信装置３宛の通信路応答を、以下の式（５３）〜（５５）で表す。

次に、式（５３）〜（５５）を用いて、データ受信装置３宛の推定シンボルを、以下の式（５６）〜（５８）のように求める。

同様に、データ受信装置４宛の通信路応答を、以下の式（５９）〜（６１）で表す。

次に、式（５９）〜（６１）を用いて、データ受信装置４宛の推定シンボルを、以下の式（６２）〜（６４）のように求める。
求める。

これにより、データ受信装置３においては、データ受信装置４宛の符号語のシンボルによる干渉成分がキャンセルされており、また、データ受信装置３宛の符号語のシンボル間の干渉成分もキャンセルされる。
同様に、データ受信装置４においては、データ受信装置３宛の符号語のシンボルによる干渉成分がキャンセルされており、また、データ受信装置４宛の符号語のシンボル間の干渉成分もキャンセルされる。

この計算の一般化方法は、前述の実施の形態１と同様に行うことができる。
また、上記実施の形態２に示した最小自乗誤差（ＭＭＳＥ）と一般線形結合法との両方を用いても、同様の計算方法により異なるデータ受信装置間の干渉成分をキャンセルしつつ、かつ同じデータ受信装置内の異なるシンボル間の干渉成分をキャンセルしつつ、符号語のシンボルを復調可能である。

以上のように、この発明の実施の形態３（図２）に係るデータ受信装置は、それぞれ同一構成を有し、並設されたＮ個（Ｎは２以上の自然数、ここでは、Ｎ＝２）のデータ受信装置３、４からなり、データ送信装置１から同時に送信されたＮ×Ｍ個（Ｍは２以上の自然数、ここでは、Ｍ＝３）の符号語を受信するために、Ｎ個（２個）のデータ受信装置３、４の各々は、Ｍ個（３個）の受信アンテナ３１ａ〜３１ｃ、４１ａ〜４１ｃを用いて、データ送信装置１から同時に送信されたＮ×Ｍ個（６個）のうちのＭ個の符号語を受信するＭＩＭＯ処理部（符号語受信手段）３２、４２を備えている。

また、データ受信装置３、４の各々は、ＭＩＭＯ処理部３２、４２により受信されたＭ個（各３個）の符号語を統合し、統合後の符号語を復調する復調手段（離散フーリエ変換部３３ａ〜３３ｃ、４３ａ〜４３ｃ、Ｐ／Ｓ変換部３４、４４、復調部３５、４５）を備えている。

復調手段は、データ送信装置１から変形された符号語が送信された場合に、変形された符号語を用いて、データ送信装置で符号化される前のデータを再生する。
ＭＩＭＯ処理部３２、４２は、自身が属するデータ受信装置とは異なるデータ受信装置宛の、データ送信装置１からの符号語を含む直交系列を用いて変形された符号語を受信し、最大比合成復号法または最小２乗誤差復号法を用いて復号する。
これにより、ノイズのみでなく、干渉波成分をも抑制して、復調および誤り訂正復号の成功率を大きく改善することができる。

１データ送信装置、２、３、４データ受信装置、１１誤り訂正符号化部（誤り訂正符号化手段）、１２変調部（変調手段）、１３Ｓ／Ｐ変換部（符号語送信手段）、１４ａ〜１４ｆ逆離散フーリエ変換部（符号語送信手段）、１５ＭＩＭＯ処理部（符号語送信手段）、１６ａ〜１６ｆ送信アンテナ、２１ａ〜２１ｆ、３１ａ〜３１ｃ、４１ａ〜４１ｃ受信アンテナ、２２、３２、４２ＭＩＭＯ処理部（符号語受信手段）、２３ａ〜２３ｆ、３３ａ〜３３ｃ、４３ａ〜４３ｃ離散フーリエ変換部（復調手段）、２４、３４、４４Ｐ／Ｓ変換部（復調手段）、２５、３５、４５復調部（復調手段）、２６、３６、４６誤り訂正復号部（誤り訂正復号手段）。

Claims

送信対象となるデータを誤り訂正符号化して符号語を生成する誤り訂正符号化手段と、
前記誤り訂正符号化手段により生成された符号語を変調する変調手段と、
前記変調手段により変調された符号語を分割し、複数のアンテナを用いて、分割した複数の符号語を同時に送信する符号語送信手段と、を備え、
前記符号語送信手段は、前記複数の送信アンテナからの送信データの干渉成分を除去する復号が可能な符号化を施すことを特徴とするデータ送信装置。
前記符号語送信手段は、前記複数の送信アンテナの相互間の送信データの干渉を除去するために、Ａｌａｍｏｕｔｉ符号とフーリエ変換のクロネッカ積との直交系列によって前記符号語を定義することを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
複数の受信アンテナを用いて、データ送信装置から同時に送信された複数の符号語を受信する符号語受信手段と、
前記符号語受信手段により受信された複数の符号語を統合し、統合後の符号語を復調する復調手段と、を備え、
前記復調手段は、前記データ送信装置から変形された符号語が送信された場合に、前記変形された符号語を用いて、前記データ送信装置で符号化される前のデータを再生することを特徴とするデータ受信装置。
前記符号語受信手段は、前記データ送信装置から直交系列を用いて変形された符号語を受信し、最大比合成復号法を用いて復号することを特徴とする請求項３に記載のデータ受信装置。
前記符号語受信手段は、前記データ送信装置から直交系列を用いて変形された符号語を受信し、最小２乗誤差復号法を用いて復号することを特徴とする請求項３に記載のデータ受信装置。
前記符号語受信手段は、前記データ送信装置から直交系列を用いて変形された符号語を受信し、最尤推定復号法を用いて復号することを特徴とする請求項３に記載のデータ受信装置。
前記復調手段により復調された符号語を誤り訂正復号して、前記データ送信装置で符号化される前のデータを再生する誤り訂正復号手段を備え、
前記誤り訂正復号手段は、前記誤り訂正復号手段における符号語の誤り訂正復号が失敗した場合に、所定の規則にしたがって前記データ送信装置から再度送信された符号語を用いて、前記データを再生することを特徴とする請求項３から請求項６までのいずれかに記載のデータ受信装置。
それぞれ同一構成を有し、並設されたＮ個（Ｎは２以上の自然数）のデータ受信装置からなり、データ送信装置から同時に送信されたＮ×Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）の符号語を受信するデータ受信装置であって、
前記Ｎ個のデータ受信装置の各々は、
Ｍ個の受信アンテナを用いて、データ送信装置から同時に送信されたＮ×Ｍ個のうちのＭ個の符号語を受信する符号語受信手段と、
前記符号語受信手段により受信されたＭ個の符号語を統合し、統合後の符号語を復調する復調手段と、を備え、
前記復調手段は、前記データ送信装置から変形された符号語が送信された場合に、前記変形された符号語を用いて、前記データ送信装置で符号化される前のデータを再生することを特徴とするデータ受信装置。
前記符号語受信手段は、自身が属するデータ受信装置とは異なるデータ受信装置宛の、前記データ送信装置からの符号語を含む直交系列を用いて変形された符号語を受信し、最大比合成復号法を用いて復号することを特徴とする請求項８に記載のデータ受信装置。
前記符号語受信手段は、自身が属するデータ受信装置とは異なるデータ受信装置宛の、前記データ送信装置からの符号語を含む直交系列を用いて変形された符号語を受信し、最小２乗誤差復号法を用いて復号することを特徴とする請求項８に記載のデータ受信装置。
請求項１または請求項２に記載のデータ送信装置と、請求項３から請求項１０までのいずれか１項に記載のデータ受信装置と、を備えた無線通信システム。