JP4076717B2 - 送信ダイバシティを高める装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信ダイバシティ(transmission diversity)を高める装置および方法に関する。尚、本願は、「ウォルシュ符号(Walsh Codes)を用いた、ＣＤＭＡにおけるダウンリンク・ダイバシティのための方法及び装置(Method And Apparatus For downlink Diversity In CDMA Using Walsh Codes)」と題する米国特許願第09/294661号に関連するものである。
【０００２】
【関連技術の背景】
第３世代の無線通信システムには、ダウンリンク(すなわち、基地局から移動局までの通信リンク)性能の改良技術が含まれる。ダウンリンク性能の改良技術の１つは、基地局において送信ダイバシティ体系(transmission diversity scheme、本明細書においてはダイバシティ利得とも呼ぶ)を用いる、というものである。
【０００３】
送信ダイバシティを用いて、受信信号のフェーディング分布(fading distribution)を改善することができる。送信ダイバシティは通常、互いに遠く離して配置され同一の信号を送信するＭ個のアンテナ要素を有するアンテナアレイ構造を用いて得られる。アンテナ要素同士を互いに遠く離して配置することによって、それぞれの信号の、送信アンテナ要素から移動局まで進む経路が異なり、経験するひずみ、すなわちフェーディングプロセスが異なるので、フェーディングが分配される。従って移動局は、異なるフェーディングプロセス、すなわちひずみの影響を受けた同一の信号を受信することになる。それぞれの信号は異なるひずみ、すなわちフェーディングプロセスを経験するはずなので、すべての信号のフェーディングがひどくなるという可能性が少なくなる。従って、フェーディング分布が改善される。
【０００４】
受信した信号同士を移動局によって適切に組み合わせると、平均のＳＮ比は、あたかも送信ダイバシティを用いていないかのように、ほぼ同じままであるが、フェーディング分布が改善されるので、信号のビット誤り率が改善されるという結果になる。受信した信号同士を組み合わせるためには、移動局は、個々の受信した信号を互いに分離できることが必要である。同じ周波数を用いて信号が送信されている場合には、個々の受信した信号同士を分離するのが困難である。受信した信号同士の分離が容易になるように、異なる周波数を用いて個々の信号を送信することができる。しかしそのような方法は、帯域幅を余分に使ってしまうため、望ましくない。遅延ダイバシティ技術を用いる符号分割多重アクセス(ＣodeＤivision Ｍultiplex Ａccess：ＣＤＭＡ)システムでは、同じ周波数を用いて信号を送信することができ、信号は、長く拡散した符号によって分離することができる。この技術では、余分な帯域幅は使われないが、遅延ダイバシティ技術によって多重通路が意図的に作り出されるために、相互妨害が引き起こされてしまう。
【０００５】
相互妨害の問題を回避する技術の１つに、直交送信ダイバシティ(orthogonal transmit diversity)があるが、これは、符号化システムのみに適用されるものである。直交送信ダイバシティは、異なるウォルシュ符号で変調した１つおきのデータビットを、異なるアンテナ要素から送信することを含む。ヴィタビ復号器(Viterbi decoder)と共に畳み込み符号(convolutional code)を用いると、復号プロセスでダイバシティが得られるが、アンテナ要素が送信するのは１つおきのデータビットのみである(そしてすべてのデータビットすなわち信号全体ではない)ので、これはデータビット自体に対するものではない。弱い畳み込み符号その他誤り訂正符号を有するシステムにおいては、(例えば、破壊されてしまうために)直交送信ダイバシティ技術によって得られる性能が低下してしまう可能性がある。
【０００６】
直交送信ダイバシティの欠点は、本明細書において空間時間拡散(Ｓpace Ｔime Ｓpreading：ＳＴＳ)と呼ぶ技術を用いて克服することができる。ＳＴＳでは、異なるウォルシュ符号を用いて２つのアンテナ要素上にすべてのデータビット(しかし必ずしもこれらのデータビットの同じ代表ではない)を送信することが含まれる。従って、ダイバシティは、データビットに対して得られる。得られたダイバシティに符号化は不要であり(それでも符号化を用いてもよいが)、従って、符号化が弱くてもダイバシティが低下することはない。
【０００７】
図１は、ＳＴＳを用いた無線通信システム１０を示す。無線通信システム１０は少なくとも１つの基地局１２を有する。基地局１２は、２つのアンテナ要素14-1、14-2を有しており、これらのアンテナ要素14-1、14-2は、送信ダイバシティを得るために、互いに遠く離して配置されている。基地局１２は、移動局１６に送信する信号Ｓを受信する。信号Ｓは、１つおきに信号ｓ_e、ｓ_oに分割され、信号ｓ_eは偶数のデータビットを含み、信号ｓ_oは奇数のデータビットを含んでいる。信号ｓ_e、ｓ_oは、処理されて信号Ｓ^14-1、Ｓ^14-2が作成される。すなわち、ｓ_eにウォルシュ符号ｗ₁を掛けて信号ｓ_eｗ₁を作成する。信号ｓ_oの共役複素数にウォルシュ符号ｗ₂を掛けて信号ｓ_o＊ｗ₂を作成する。信号ｓ_oにウォルシュ符号ｗ₁を掛けて信号ｓ_oｗ₁を作成する。そして、信号ｓ_eの共役複素数(conjugate)にウォルシュ符号ｗ₂を掛けて信号ｓ_e＊ｗ₂を作成する。信号ｓ_eｗ₁を信号ｓ_o＊ｗ₂に加えて信号Ｓ^14-1を作成し(すなわち、Ｓ^14-1＝ｓ_eｗ₁＋ｓ_o＊ｗ₂)、信号ｓ_e＊ｗ₂を信号ｓ_oｗ₁から引いて信号Ｓ^14-2を作成する(すなわち、Ｓ^14-2＝ｓ_oｗ₁−ｓ_e＊ｗ₂)。信号Ｓ^14-1、Ｓ^14-2は、それぞれアンテナ要素14-1、14-2を通じて送信される。
【０００８】
移動局１６は、γ₁(Ｓ^14-1)＋γ₂(Ｓ^14-2)を含む信号Ｒを受信する。ただしγ₁、γ₂はそれぞれ、アンテナ要素14-1、14-2から移動局１６への信号Ｓ^14-1、Ｓ^14-2の送信に関連するひずみ率係数である。ひずみ率係数γ₁、γ₂は、当業者には周知のように、パイロット信号を用いて推定することができる。移動局１６は、ウォルシュ符号ｗ₁、ｗ₂で信号Ｒを復号して、それぞれ以下の出力を生じる。
【０００９】
【数１】

【００１０】
【数２】

【００１１】
【外１】

【００１２】
【数３】

【００１３】
【数４】

【００１４】
しかしＳＴＳでは、生来的に、ダイバシティ利得を高めようとアンテナ要素を２つよりも多くにスケールアップすると、データ率が低減せざるを得ない。従って、データ率を低減させることなくダイバシティ利得を高める必要がある。
【００１５】
【発明の概要】
本発明は、受信機におけるＳＮ比を改善するために、アンテナ要素の数を増大することによって、データ率を低減させることなくダイバシティ利得を高める、方法および装置である。一実施例において、本発明は、少なくとも２つのアンテナ要素を有する第１のアンテナグループと、少なくとも１つのアンテナ要素を有する第２のアンテナグループとを有するアンテナアレイを用いて、使用される。第１および第２のアンテナグループは、互いに約１０搬送波長またはそれよりも多く離して配置されており、第１のアンテナグループに属するアンテナ要素同士は、互いに約１／２搬送波長またはそれよりも少なく離して配置されている。
【００１６】
信号は、まずその信号から複数のデータストリームを生成することによって、アンテナアレイを通じて送信されるよう処理される。その複数のデータストリームから第１の複数の代表データストリーム(representative data stream)が導かれ、その複数のデータストリームから第２の複数の代表データストリームが導かれる。第１の複数の代表データストリームのそれぞれは位相がずれており、異なる直交符号を用いて符号化されていて、第２の複数の代表データストリームのそれぞれは異なる直交符号を用いて符号化されており、複数のデータストリームのうちの同じデータストリームから生成される第１および第２の複数の代表データストリームの代表データストリームを符号化するのに、異なる直交符号が用いられており、第１および第２の複数の代表データストリームは、複数のデータストリームを符号化および送信の後に受信機において回復できるようにしている、複数のデータストリームの代表である。符号化され位相のずれた第１の複数の代表データストリームは第１のアンテナグループを通じて送信され、符号化された第２の複数の代表データストリームは第２のアンテナグループを通じて送信される。
【００１７】
本発明の一実施例において、符号化され位相のずれた第１の複数の代表データストリームと共に、第１のアンテナグループに属するそれぞれのアンテナ要素を通じてパイロット信号が送信され、パイロット信号は、符号化された複数の代表データストリームと共に第１のアンテナグループに属するそれぞれのアンテナ要素を通じて送信される。第１および第２のアンテナグループにおけるそれぞれのアンテナ要素を通じて送信されるパイロット信号は、同一であっても異なっていてもよい(それぞれのパイロット信号に適用される直交符号や、それぞれのパイロット信号を含むビットのシーケンスに関して)。
【００１８】
本発明の特徴、態様、および利点は、以下の説明、上記特許請求の範囲、および添付図面に関してよりよく理解されよう。
【００１９】
【発明の詳細な記述】
図２は、本発明による符号分割多重アクセス(Ｃode Ｄivision Ｍultiplex Ａccess：ＣＤＭＡ)技術を用いた無線通信システム２０を示す。無線通信システム２０は、アンテナアレイ２３と送信機２４とを有する少なくとも１つの基地局２２を含む。アンテナアレイ２３は、アンテナグループ24-nを含む。ただしｎ＝１、・・・ＮかつＮ≧２である。それぞれのグループ24-nは、アンテナ要素26-m∈ｎを有する。ただしｍは、関連するグループ24-n、ｍ∈ｎ＝１、・・・、Ｍ∈ｎについてのアンテナ要素インデックスであり、ΣＭ∈ｎ≧Ｎ＋１である(すなわち、Ｍ∈ｎ≧１しかし少なくとも１つのグループ24-nについてはＭ∈ｎ≧２である)。Ｍ∈ｎは異なるアンテナグループ24-nについては異なる値であってもよいということに留意されたい。基地局２２は、アンテナアレイ構造およびそのアンテナアレイ構造をベースにした信号処理技術を用いており、本明細書において説明するように、Ｎ倍のダイバシティ利得を得ながらＳＮ比を平均してＭ倍に増大する。
【００２０】
アンテナアレイ２３は、以下の方法で構成されて、Ｎ倍のダイバシティ利得および平均してＭ倍のＳＮ比の改良ができるようにしている。第１に、グループ24-n同士は十分な距離だけ離して配置され、異なるグループから送信された信号同士が独立したすなわち相関しないフェーディングを経験し、それによってＮ倍のダイバシティ利得が得られるようになっている。第２に、同じグループ24-nに属するアンテナ要素26-m∈ｎ同士は接近して配置され、これらのアンテナ要素26-m∈ｎから送信された信号同士が相関したフェーディングを経験し、それによって、アンテナ要素26-m∈ｎの位相が同じである場合には平均してＭ倍のＳＮ比の改良ができるようになっている。
【００２１】
例示的な一例において、アンテナアレイ２３は２つのグループ24-1、24-2からなっており、グループ24-1はアンテナ要素26-1∈１、26-2∈１を有し、グループ24-2はアンテナ要素26-1∈２、26-2∈２を有する。グループ24-1、24-2は互いに約１０搬送波長(１０λ)またはそれよりも多く離して配置され、アンテナ要素26-1∈１、26-2∈１は互いに約１／２搬送波長(λ／２)離して配置され、アンテナ要素26-1∈２、26-2∈２は互いに約１／２搬送波長(λ／２)離して配置されている。厳密なアンテナ要素間の間隔はきわめて重要であるということはないが、アンテナ要素間の間隔が１／２搬送波長よりも大きいと、回折格子のローブが導入されてしまう可能性があるので、望ましくない。本発明の理解を容易にするために、本明細書において、この例示を移動局２８用に意図した単一の信号Ｓに関して信号処理技術を説明するのにも用いる(他の移動局用に意図した信号は無視する)。
【００２２】
この信号処理技術は、アンテナアレイ構造をベースにしており、送信機２４において実施される。送信機２４は、本発明により信号Ｓを処理する、ASIC、ＤＳＰ、中継器、ミクサ(mixer)、変調器、フィルタ、および加算器等、いかなるソフトウェアおよび／またはハードウェアの組み合わせであってもよい。信号処理技術は、信号Ｓから生成される代表データストリームを、ウォルシュ符号(Walsh Codeまたは何か他の直交)で符号化し、信号Ｓが移動局２８(または他の受信機)において回復されるようにすることと、代表データストリームの位相をずらせて、移動局２８におけるＳＮ比を改善する、ということを含む。信号処理技術の第１の部分では、信号Ｓを、アンテナアレイ２３を通じて送信されるよう処理し、移動局２８において回復できるようにする。第１に、信号ＳからＤ個のデータストリームｓ_dが生成される。ただしｄ−１、・・・、Ｄであり、ＤはＮを２の最も近い累乗(power)まで丸めたものである。例示的な例において、信号Ｓは、１つおき(alternately)に２つのデータストリームｓ₁、ｓ₂に分割されてもよい、すなわちＤ＝２である。データストリームｓ_dは、信号Ｓを１つおきに分割する以外の何らかの方法で信号Ｓから生成してもよい、ということに留意されたい。例えば、それぞれのデータストリームｓ_dは、信号Ｓを構成するすべてのビットを含んでもよく、データストリームｓ_dのうちのいくつかまたはすべてが他のデータストリーム内のビットを含んでもよく、それぞれのデータストリームｓ_dにおけるビットを繰り返すおよび／または逆にするなどしてもよい。
【００２３】
次に、それぞれのデータストリームｓ_dの代表が、それぞれのアンテナ要素26-m∈ｎを通じて送信されるよう、ウォルシュ符号ｗ_rを用いて符号化される。ただしｒ＝１、・・・、ＲかつＲ≧Ｄである。それぞれのデータストリームｓ_dの代表を符号化する方法は、以下の３つの概念をベースにしている。第１に、同じグループ24-nに属するアンテナ要素26-m∈ｎを通じて送信されるデータストリームｓ_dについては、異なるデータストリームｓ_dの代表に異なるウォルシュ符号ｗ_rを掛ける。第２に、異なるグループ24-nに属するアンテナ要素26-m∈ｎを通じて送信されるデータストリームｓ_dについては、同じデータストリームｓ_dの代表に異なるウォルシュ符号ｗ_rを掛ける。第３に、それぞれのアンテナ要素26-m∈ｎを通じて送信されるよう符号化されるデータストリームｓ_dの代表(本明細書においては「代表データストリームｆ_g(ｓ_d)」とも呼ぶ)は、次式から選択され、
【００２４】
【数５】

【００２５】
(ただしアステリスク＊は、その項が移項した共役複素数であるということを示す)、次式のようになるようにする。
【００２６】
【数６】

【００２７】
ただし、上付き文字は、それを通じてデータストリームｓ_dが送信されるアンテナグループ24-nを示し、ｎ’＝１、・・・、Ｎ、ｎ’≠ｎ、ｄ’＝１、・・・、Ｄかつｄ’≠ｄである。第３の符号化概念は、移動局２８における符号化後、データストリームｓ_dが数学的に回復される、すなわち項が約される、ように代表データストリームｆ_g(ｓ_d)を選択することを含む、ということに留意されたい。
【００２８】
上述の３つの符号化概念は、例えば例示的なグループが２つのアンテナアレイ構造および信号Ｓについて、次式のように送信マトリクスＴを用いて交互に説明することができる。
【００２９】
【数７】

【００３０】
送信マトリクスＴは、以下の特性を有する。すなわち、それぞれの列は、アンテナグループ24-nに対応し、対応するアンテナグループ24-nを通じて送信されるそれぞれのデータストリームｓ_dについての代表データストリームｆ_g(ｓ_d)を含む(例えば、ｓ_d ⁿおよびｓ_{d ’} ^n*は、グループ24-nに属するアンテナ要素を通じて送信され、ｓ_{d ’} ^{n ’}および−ｓ_d ^{n ’ *}は、グループ24-nに属するアンテナ要素を通じて送信される)。同じデータストリームｓ_dの１つよりも多い代表を含む行や列はないべきであり、いかなる列も、他の列の移項した共役複素数を掛けると、ゼロの値になる(例えば、ｓ_d ⁿｓ_{d ’} ^{n ’ *}＋ｓ_{d ’} ^n*(−ｓ_d ^{n ’})＝０)、すなわち、移動局２８における符号化後、データストリームｓ_dを数学的に回復することができる。送信マトリクスＴにおける代表データストリームｆ_g(ｓ_d)のそれぞれの行には、異なるウォルシュ符号ｗ_rを掛ける。送信マトリクスＴのそれぞれの行に異なるウォルシュ符号ｗ_rを掛けることによって、上述の３つの符号化概念を満たす。
【００３１】
異なる数のグループ24-nおよび／または異なる数の移動局(または送信する信号Ｓ)については、上述の送信マトリクスの特性は同じままであるが、送信マトリクスＴの大きさが変化する、ということが理解されるべきである。一実施例において、Ｎ個のグループのアンテナ要素とＺ個の移動局について、送信マトリクスはＮ個の列とＤ×Ｚ個の行を有する。例えば、移動局が１つでアンテナグループ24-nが３つ(すなわち、Ｎ＝３)の場合には、それぞれの移動局についてのそれぞれの信号Ｓは、４つのデータストリームに分割される(すなわち、Ｄ＝４)。対応する送信マトリクスは、３つの列と４つの行(すなわち、Ｄ×Ｚ＝４)を有しており、それぞれの移動局についてのそれぞれのデータストリームｓ_dは、それぞれの列にはあるが全部の行にあるわけではない。
【００３２】
例示的例の変数を当てはめると、送信マトリクスＴは次式のようになる。
【００３３】
【数８】

【００３４】
１行目および２行目の代表データストリームｆ_g(ｓ_d)に、それぞれウォルシュ符号ｗ₁、ｗ₂を掛けて、信号ｓ₁ ¹ｗ₁、ｓ₂ ^1*ｗ₂、ｓ₂ ²ｗ₁、および−ｓ₁ ^2*ｗ₂を作成し、信号ｓ₁ ¹ｗ₁、ｓ₂ ^1*ｗ₂はアンテナグループ24-1を通じて送信され、信号ｓ₂ ²ｗ₁、および−ｓ₁ ^2*ｗ₂はアンテナグループ24-2を通じて送信される。または、２列目の代表データストリームｓ₂ ²および／または−ｓ₁ ^2*に、それぞれウォルシュ符号ｗ₁、ｗ₂以外のウォルシュ符号を掛けても、それらのウォルシュ符号がそれぞれ１列目の代表データストリームｓ₂ ^1*および／またはｓ₁ ¹を符号化するのに用いているウォルシュ符号と異なってさえいればよい。
【００３５】
信号処理技術の第２の部分は、データストリームｓ_d(またはそれらの代表)の位相をずらして移動局２８におけるＳＮ比を改善することを含む。この部分は、複素数の重みν_{m ∈ n}を用いてアンテナ要素26-m∈ｎの位相を同じにして、同じグループ24-nから送信される信号が同相で移動局２８に到来するようにする。当業者には周知のように、それぞれのアンテナ要素26-m∈ｎは、同相の成分Ｃ_{m ∈ n} ^Iおよび直角位相の成分Ｃ_{m ∈ n} ^Qからなる関連する複素数の重みν_{m ∈ n}を有する。移動局２８におけるＳＮ比(ＳＮＲ)を最大にするために、複素数の重みν_{m ∈ n}は、ｅ^{-j θ m ∈ n}と等しく設定される。ただしθ_{m ∈ n}は、移動局２８において見られるアンテナ要素26-m∈ｎから送られる信号同士の間の位相差を表す。複素数の重みν_{m ∈ n}を決定する２つの技術を、例示的目的のために本明細書において開示する。これは、いかなる方法でも本発明を限定するものと解釈するべきではない。
【００３６】
第１の技術において、複素数の重みν_{m ∈ n}は、アップリンク情報からのθ_{m ∈ n}の推定値をベースにしている。この技術では、アップリンクについてのθ_{m ∈ n}であるθ_{m ∈ n} ^upを測定するアップリンク整相アンテナアレイが必要である。θ_{m ∈ n} ^upの測定後、次式を用いて、アップリンク信号についての到来角、すなわち、基地局２２から移動局２８に引いた線とアンテナアレイ２３とがなす幾何学的な角度を表すθ₀を推定することができる。
【００３７】
【数９】

【００３８】
ただしｄ_{m ∈ n}はアンテナ要素26-m∈ｎと任意の基準との間の距離であり、λ^upは、そのアップリンク信号についての搬送波長を表す。θ₀を推定すると、複素数の重みν_{m ∈ n}は次式のように設定される。
【００３９】
【数１０】

【００４０】
ただしλ^downはダウンリンク信号についての搬送波長を表す。複素数の重みν_{m ∈ n}を決定するこの技術は、同じグループ24-n内のアンテナ要素26-m∈ｎ同士の間の距離が既知であり、同じグループ24-n内のアンテナ要素26-m∈ｎ同士は位相が整合しており、アップリンクの到来角とダウンリンクの到来角との間に対称性が存在している、と仮定していることに留意されたい。当業者には既知のように、このような仮定は合理的である、または較正によって容易に得ることができる。
【００４１】
複素数の重みν_{m ∈ n}を決定する第２の技術は、信号がアンテナアレイ２３から送信され移動局２８に到来する位相に関する情報を受信することに依存する。このような情報は、本明細書において「フィードバック情報」とも呼び、アップリンクチャネルを通じて移動局２８から基地局２２に送信される。複素数の重みν_{m ∈ n}は基地局２２における到来角θ₀によって決まるので、複素数の重みν_{m ∈ n}は、θ₀が変化する速度で更新すればよい。この速度は、比較的、チャネルのフェーディングの速度よりも遅い。従って、θ₀の変化に関する必要な更新情報が少なくなり、必要な容量(アップリンクチャネルにおける)が少なくなる。
【００４２】
フィードバックの方法をいくつか、例示的な目的のために開示する。他のフィードバック方法も可能であり、従って本発明は、本明細書において開示したものに限定されるべきではない、ということに留意するべきである。第１の方法において、専用パイロット信号(すべての移動局が用いる)が、それぞれのアンテナ要素上に送信される。それぞれのパイロット信号は、そのパイロット信号がそこから送信されるアンテナ要素について一意的である。例えば、それぞれのパイロット信号についてのそれぞれのアンテナ要素に対して用いるウォルシュ符号は異なっている。移動局２８は、パイロット信号を受信すると、位相を記録し、それぞれの受信パイロット信号についてのそのような記録を基地局２２にフィードバックする。移動局２８は、それぞれの受信パイロット信号についての位相をフィードバックしてもよく、１つのグループ内の基準アンテナ要素についてのパイロット信号の位相を、基準アンテナ要素に関するそのグループ内のアンテナ要素についての他のパイロット信号の位相と共にフィードバックしてもよい、ということに留意されたい。
【００４３】
第２の方法において、専用パイロット信号がアンテナアレイ２３内のそれぞれのアンテナ要素からも送信され、基準アンテナ要素からの１つのパイロット信号の位相のみが移動局２８によって基地局２２にフィードバックされる。アンテナ要素間の間隔が１つのグループ内で一定の場合には、それぞれのアンテナ要素の位相同士は一定の位相△θだけ異なっているはずである。これを、次式で表す。
【００４４】
【数１１】

【００４５】
本方法は比較的簡単で必要なフィードバックが少ないが、非理想のアンテナ要素間の間隔にはより敏感である。
【００４６】
第３の方法は、前の位相の測定値をベースにして位相変化をフィードバックすることを含む。本方法では、更新速度、更新ステップの大きさ、および移動局２８における測定のメモリの間の同調がいくらか必要である。メモリが長すぎると、誤りが積み重なり、移動局においてフィードバックの決定に間違った基準が用いられる。初期絶対位相を設定することによって、または適応する大きさのステップを有することによって得ることができる、起点が必要である。
【００４７】
上述の信号処理技術に従ってそれぞれのデータストリームｓ_dを処理し位相をずらせると、結果として得られる関連するパワーレベルのデータストリームからなる信号Ｓ^{m ∈ n}が、パイロット信号と共に、アンテナ要素26-m∈ｎを通じて送信される。アプリケーションの残りについては、本明細書において例示的な例および送信マトリクスＴに関して説明する。簡易にするため、グループ24-1、24-2に属する26-m∈１、26-m∈２をそれぞれ、参照符号ｑ、ｋを用いて表す。例えば、信号Ｓ^q、Ｓ^kはそれぞれ、アンテナ要素26-m∈１、26-m∈２(すなわちアンテナ要素ｑ、ｋ)を通じて送信される信号Ｓを表す。本発明の信号処理技術をベースにして、信号Ｓ^qは次式によって規定される。
【００４８】
【数１２】

【００４９】
【外２】

【００５０】
同様に、信号Ｓ^kは次式によって規定される。
【００５１】
【数１３】

【００５２】
ただしＰ_k、Ｐ_k-pilotはそれぞれ、アンテナ要素ｋを通じての信号Ｓ^kとパイロット信号についての送信パワーを表し、ｗ_k-pilotは、アンテナ要素ｋに対するパイロット信号について用いるウォルシュ符号であり、ｗ_k-pilot、ｗ₁、ｗ₂は、互いに直交している。本明細書において説明するように、すべての移動局が同じパイロット信号を用いてアンテナグループ24-1、24-2についてのひずみ率係数γ₁、γ₂を推定するので、パイロット信号には、複素数の重みν_q、ν_kによる独立した重み付けが与えられない、ということ留意されたい。更に、パイロット信号のウォルシュ符号ｗ_q-pilot、ｗ_k-pilotは、いくつかまたはすべてのアンテナ要素ｑ、ｋについて同一であっても異なっていてもよい、ということに留意されたい。
【００５３】
送信した信号Ｓ^q、Ｓ^kは、信号Ｒとして移動局２８に到来する。送信プロセスを表す図３を参照されたい。信号Ｒは、次式によって表される。
【００５４】
【数１４】

【００５５】
ただしγ₁、γ₂は、それぞれのグループ24-1、24-2から見たひずみ率係数(すなわちレイリーフェーディング(Rayleigh Fading)による時間変化の乗法的ひずみ)を表し、θ_q＝(２π／λ)ｄ_qcosθ₀、θ_k＝(２π／λ)ｄ_kcosθ₀、およびnoiseは、時間的空間的に複素数のガウス・ホワイト・ノイズ(white complex Gaussian noise)である。ひずみ率係数γ₁、γ₂は、当業者には周知のように、パイロット信号を用いて推定することができる。すなわち、γ₁、γ₂は、次式を用いて推定される。
【００５６】
【数１５】

【００５７】
【数１６】

【００５８】
ただしΓ_q、Γ_kは、アンテナ要素ｑ、ｋを通じて送信されるパイロット信号の積分であり、γ_q、γ_kは、アンテナ要素ｑ、ｋに対応するひずみ率係数である。一実施例において、式１１のひずみ率係数γ₁、γ₂は、グループ24-1、24-2における単一の基準アンテナ要素から推定したパイロット信号に対応するひずみ率係数、または、それぞれのグループ24-1、24-2における２つまたはそれよりも多いアンテナ要素に対応する平均ひずみ率係数である。または、γ₁、γ₂は、式１１の適当なγ_q、γ_kに対応してもよい。
【００５９】
積分期間にわたってチャネルのひずみが不変であると仮定すると、受信信号Ｒをウォルシュ符号ｗ₁、ｗ₂(長い擬似ランダム雑音コードを取り除いた後)と相関させることによって、次式のように相関出力Ｗ₁、Ｗ₂がそれぞれ得られる。
【００６０】
【数１７】

【００６１】
【数１８】

【００６２】
ただしnoise₁’、noise₂’は、それぞれウォルシュ符号ｗ₁、ｗ₂と相関後のnoiseを表す。
【００６３】
【外３】

【００６４】
【数１９】

【００６５】
【数２０】

【００６６】
ただしｆ｛●｝は、適当な決定関数であり、Ｗ₁ ^*、Ｗ₂ ^*はＷ₁、Ｗ₂の移項した共役複素数を表す。
【００６７】
【外４】

【００６８】
【数２１】

【００６９】
【外５】

【００７０】
すべての移動局が同じパイロット信号を用いてひずみ率係数γ₁、γ₂を推定したので、アンテナ要素ｑ、ｋを通じて送信されるパイロット信号には、複素数の重みν_q、ν_kによる独立した重み付け(移動局あたりまたはユーザベースで)が与えられなかった、ということを想起されたい。しかし、受信信号Ｒの処理は、パイロット信号が適切に重み付けされているということを仮定している−すなわち、移動局は、複素数の重みν_q＝ｅ^{-j θ q}ν_k＝ｅ^{-j θ k}を用いてひずみ率係数γ₁、γ₂を推定している。パイロット信号は適切に重み付けされていないので、複素数の重みν_q、ν_kは、実際にはｅ^{-j θ q}、ｅ^{-j θ k}と等しくはない、すなわち推定が間違っている、ので、移動局２８における信号処理にいくらか誤りが生じ、性能が低下してしまう。
【００７１】
この問題を正す方法の１つは、一意的なパイロット信号をそれぞれの移動局に割り当てる、すなわちユーザあたりのパイロット信号を割り当てる、というものである。ユーザあたりのパイロット信号を割り当てれば、複素数の重みν_q、ν_kをパイロット信号に与えることができる。従って、移動局すなわちユーザｚに対してアンテナ要素ｑ、ｋを通じて送信される信号は、次式のようになる。
【００７２】
【数２２】

【００７３】
【数２３】

【００７４】
ただしｗ_{q-pilot for user z}およびｗ_{k-pilot for user z}は、アンテナ要素ｑ、ｋを通じて送信されるユーザｚについての割り当てパイロット信号ウォルシュ符号を表す。
【００７５】
移動局２８において、ユーザｚについてのひずみ率係数γ_q-z、γ_k-zは、次式を用いて推定することができる。
【００７６】
【数２４】

【００７７】
【数２５】

【００７８】
信号ｓ₁、ｓ₂は、次式から推定することができる。
【００７９】
【数２６】

【００８０】
【数２７】

【００８１】
図４および図５は、一実施例による、グループが２つ、グループあたりアンテナ要素が２つの、アンテナアレイ構造を有する基地局２２における信号処理用送信機４０、５０の概略図を示す。送信機４０は、グループ24-1におけるアンテナ要素24-1−１、24-1−２についての信号処理用の第１の送信機部４２および第２の送信機部４４を含み、送信機５０は、グループ24-2におけるアンテナ要素24-2−１、24-2−２についての信号処理用の第１の送信機部５２および第２の送信機部５４を含む。
【００８２】
図４に示すように、第１の送信機部４２は、複数の記号繰返器(symbol repeater)４０２、４０４、４０６、４０８、ミクサ４１０、４１２、４１４、４１６、４２２、４２４、４２６、４２８、４３８、４４０、加算器４１８、４２０、４３０、４３２、４４２、およびベースバンドフィルタ４３４、４３６を含む。記号繰返器４０２、４０４、４０６、４０８は、複数の入力信号Ｙ_I1、Ｙ_Q1、Ｙ_I2、Ｙ_Q2を受信し、信号Ｙ_I1、Ｙ_Q1、Ｙ_I2、Ｙ_Q2はそれぞれ、同相信号Ｓ_e、直角位相信号Ｓ_e、同相信号Ｓ₀、直角位相信号Ｓ₀に対応する。信号Ｙ_I1、Ｙ_Q1、Ｙ_I2、Ｙ_Q2は、図４のカッコ内のプラス符号「＋」およびマイナス符号「−」に示すように、記号繰返器４０２、４０４、４０６、４０８によって繰り返される。例えば、信号Ｙ_I1のそれぞれのビットすなわち記号について、記号繰返器４０２は同じビットすなわち記号を２度、すなわち＋＋と出力し、信号Ｙ_I2のそれぞれのビットすなわち記号について、記号繰返器４０６は同じビットの後に同じビットの逆を、すなわち＋−と出力する。記号繰返器４０２、４０４の出力は、ミクサ４１０、４１２においてウォルシュ符号ｗ₁と結び付けられ、記号繰返器４０６、４０８の出力は、ミクサ４１４、４１６においてウォルシュ符号ｗ₂と結び付けられる。ミクサ４１０、４１４の出力は加算器４１８によって加算され、ミクサ４１２、４１６の出力は加算器４２０によって加算される。
【００８３】
加算器４１８の出力は、ミクサ４２２、４２４によってそれぞれ同相および直角位相の擬似ランダム雑音コード（擬似乱数コード）ＰＮ_I、ＰＮ_Qと結び付けられ、加算器４２０の出力は、ミクサ４２８、４２６によってそれぞれ同相および直角位相の擬似ランダム雑音コードＰＮ_I、ＰＮ_Qと結び付けられる。ミクサ４２２、４２６の出力は加算器４３０によって加算され、ミクサ４２４、４２８の出力は加算器４３２によって加算される。加算器４３０、４３２の出力はそれぞれ、ベースバンドフィルタ４３４、４３６によってフィルタリングされた後、ミクサ４３８、４４０によって、関数cos(２πｆ_cｔ)およびsin(２πｆ_cｔ)によって規定される搬送波信号上に変調される。ミクサ４３８、４４０の出力は、加算器４４２を用いて一緒に加算された後、信号Ｓ１における信号Ｓ₁として、アンテナ要素24-1−１を通じて送信される。
【００８４】
送信機４０の第２の送信機部４４は、複数の記号繰返器４４４、４４６、４４８、４５０、ミクサ４５２、４５４、４５６、４５８、４６４、４６６、４６８、４７０、４７６、４７８、４８０、４８２、４９２、４９４、加算器４６０、４６２、４７２、４７４、４８４、４８６、４９６、およびベースバンドフィルタ４８８、４９０を含む。記号繰返器４４４、４４６、４４８、４５０、ミクサ４５２、４５４、４５６、４５８、加算器４６０、４６２は、第１の送信機部４２における同等物、すなわち記号繰返器４０２、４０４、４０６、４０８、ミクサ４１０、４１２、４１４、４１６、加算器４１８、４２０、と略同一の方法で動作する。
【００８５】
次にミクサ４６０、４６２の出力の位相を同じにして、またはずらして、受け手の移動局２８に、関連するアンテナ要素24-1−２を通じて送信される信号が、アンテナ要素24-1−１を通じて送信される信号と同相で到来するようにする。すなわち、ミクサ４６０の出力が、ミクサ４６４、４６８を用いてアンテナ要素24-1−２と関連する複素数の重みνの同相および直角位相の成分ｃ_Iおよびｃ_Qと結び付けられ、ミクサ４６２の出力が、ミクサ４６６、４７０を用いてアンテナ要素24-1−２と関連する複素数の重みνの同相および直角位相の成分ｃ_Iおよびｃ_Qと結び付けられる。ミクサ４６４、４７０の出力は加算器４７２によって加算され、ミクサ４６６、４６８の出力は加算器４７４によって加算される。加算器４７２の出力は、ミクサ４７６、４７８への入力として供給され、加算器４７４の出力は、ミクサ４８０、４８２への入力として供給される。ミクサ４７６、４７８、４８０、４８２、４９２、４９４、加算器４８４、４８６、４９６、ベースバンドフィルタ４８８、４９０は、第１の送信機部４２における同等物、すなわちミクサ４２２、４２４、４２６、４２８、４３８、４４０、加算器４３０、４３２、４４２、ベースバンドフィルタ４３４、４３６、と略同一の方法で動作する。
【００８６】
第１の送信機部４２は、その関連するアンテナ要素24-1−１を通じて送信される信号の位相を同じにする成分を含んでいない、ということに留意されたい。そのような信号は、アンテナ要素24-1−２を通じて送信される信号の位相をそれに対して同じにする、基準信号として用いられるからである。第１の送信機部４２はまた、その関連する信号の位相を同じにする成分も含んでもよい、ということが理解されるべきである。グループ24-1が更なるアンテナ要素を有する場合には、送信機は、複素数の重みを付けることを除いては第２の送信機部４４と同一の更なる送信機部を含んでもよい。
【００８７】
送信機５０の第１および第２の送信機部５２、５４は、送信機４０の第１および第２の送信機部４２、４４と略同一の方法で動作する。特筆すべき相違は、以下のとおりである。記号繰返器５０２、５０４、５０６、５０８、５４４、５４６、５４８、５５０は、その出力が送信機４０におけるそれぞれの同等物の出力と同一にならないよう信号Ｙ_I1、Ｙ_Q1、Ｙ_I2、Ｙ_Q2を繰り返すように構成されている。例えば、記号繰返器５０２は「＋−」の中継器であるのに対し、その同等物の記号繰返器４０２は「＋＋」の中継器である。他の相違は、送信機５０に属する記号繰返器の出力が、送信機４０におけるそれぞれの同等物の出力を結び付けるのに用いるウォルシュ符号と異なるウォルシュ符号で結び付けられる、ということである。例えば、記号繰返器５０４の出力はウォルシュ符号ｗ₂と結び付けられるのに対し、その同等物の記号繰返器４０４の出力はウォルシュ符号ｗ₁と結び付けられる。
【００８８】
本発明を、いくつかの実施例に関してかなり詳細に説明したが、他のバージョンも可能である。従って、本発明の精神および範囲は、本明細書に含まれる実施例の説明に限定されるべきではない。
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術による空間時間拡散技術を用いた無線通信システムを示す図である。
【図２】 本発明による符号分割多重アクセス技術を用いた無線通信システムを示す図である。
【図３】 本発明による送信プロセスを示す図である。
【図４】 一実施例による、２つのグループと、グループあたり２つのアンテナ要素と、アンテナアレイ構造とを備えた基地局における、信号処理用送信機の概略図である。
【図５】 一実施例による、２つのグループと、グループあたり２つのアンテナ要素と、アンテナアレイ構造とを備えた基地局における、信号処理用送信機の概略図である。
【符号の説明】
２０ 無線通信システム
２２ 基地局
２３ アンテナアレイ
２４ 送信機
２８ 移動局
ｑ、ｋ アンテナ要素

Claims (2)

1. 少なくとも２つのアンテナ要素を有する第１のアンテナグループと、少なくとも１つのアンテナ要素を有する第２のアンテナグループとを少なくとも有するアンテナアレイを用いる、無線通信システム用の信号処理方法であって、前記第１および第２のアンテナグループは、互いに約１０搬送波長またはそれよりも多く離して配置されており、前記第１のアンテナグループに属するアンテナ要素同士は、互いに約１／２搬送波長またはそれよりも少なく離して配置されている、方法において、
   信号から複数のデータストリームを生成する段階と、
   前記複数のデータストリームから導かれた少なくとも２つの組の第１の複数の代表データストリームのそれぞれの組を異なる直交符号を用いて符号化して、少なくとも２つの組の符号化された第１の複数の代表データストリームを生成する段階と、
   第１の組の符号化された第１の複数の代表データストリームの位相をずらして、第１の組の符号化され位相のずれた第１の複数の代表データストリームを生成する段階と、
   前記複数のデータストリームから導かれた少なくとも１つの組の第２の複数の代表データストリームのそれぞれの組を異なる直交符号を用いて符号化する段階であって、前記第１および第２の複数の代表データストリームのうち、前記複数のデータストリーム中の同じデータストリームから導かれる代表データストリームが異なる直交符号を用いて符号化され、前記第１および第２の複数の代表データストリームは、前記複数のデータストリームを符号化後に受信機において回復できるようにする、前記複数のデータストリームの代表データストリームである、段階と、
   前記第１の組の符号化され位相のずれた第１の複数の代表データストリームを、前記第１のアンテナグループの第１のアンテナ要素を通じて送信し、第２の組の符号化された第１の複数の代表データストリームを、前記第１のアンテナグループの第２のアンテナ要素を通じて送信する段階と、
   前記符号化された第２の複数の代表データストリームの組を、前記第２のアンテナグループのアンテナ要素を通じて送信する段階とを含み、
   前記第１の組の符号化された第１の複数の代表データストリームの各々は、前記符号化され位相のずれた第１の複数の代表データストリームが、前記第２の組の符号化された第１の複数の代表データストリームと同相で受信機に到来するように位相がずらされる、方法。
2. 少なくとも１つのアンテナ要素を有する第１のアンテナグループと、少なくとも２つのアンテナ要素を有する第２のアンテナグループとを含む、複数のアンテナグループであって、前記第１および第２のアンテナグループは、前記第１のアンテナグループから送信される信号が前記第２のアンテナグループから送信される信号とは別個のフェーディングを経験するように、互いにある距離だけ離して配置されており、前記第２のアンテナグループの前記少なくとも２つのアンテナ要素は、該アンテナ要素から送信される信号同士が相関するフェーディングを経験するように、互いにある距離だけ離して配置されている、複数のアンテナグループと、
   信号から複数のデータストリームを生成し、該複数のデータストリームから導かれ異なる直交符号を用いて符号化された少なくとも１つの組の第１の複数の代表データストリームのそれぞれを、前記第１のアンテナグループを通じて送信し、前記複数のデータストリームから導かれ異なる直交符号を用いて符号化された少なくとも２つの組の第２の複数の代表データストリームのそれぞれを、前記第２のアンテナグループを通じて送信する、送信機であって、前記第１および第２の複数の代表データストリームのうち、前記複数のデータストリーム中の同じデータストリームから導かれる代表データストリームが異なる直交符号を用いて符号化され、前記第１および第２の複数の代表データストリームは、前記複数のデータストリームを符号化後に受信機において回復できるようにする、前記複数のデータストリームの代表データストリームであり、第２の組の前記符号化された第２の複数の代表データストリームは、前記第２のアンテナグループに属する第２のアンテナ要素を通じた送信のために位相がずらされており、第１の組の前記符号化された第２の複数の代表データストリームは、前記第２のアンテナグループに属する第１のアンテナ要素を通じて送信されるものであり、前記第２の組の符号化された第２の複数の代表データストリームは、前記符号化され位相のずれた第２の組の第２の複数の代表データストリームが、前記第１の組の前記符号化された第２の複数の代表データストリームと同相で受信機に到来するように位相がずらされる、送信機とを含む無線通信システム。

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