JP4198716B2 - 多重キャリア通信チャンネルにダイバーシティを導入する装置および関連する方法 - Google Patents

Description

関連出願のクロスリファレンス
本願は、２００３年２月２７日にシャオらによって出願され、かつ本発明の譲受人が所有する米国仮出願であるシリアル番号６０／４５１，１１０「ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのための最大のダイバーシティ・ゲインを備えるレート・ワン空間周波数ブロック・コード」が有する利益を求める。本願の詳細説明はすべての目的のために参考としてここに編入されることを明示する。

本発明の実施例は、ワイヤレス通信システムに関し、さらに詳しくは、多重キャリア・ワイヤレス通信システムにダイバーシティ（diversity）を導入するための装置および関連する方法に関する。

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、ディスクリート多重トーン（ＤＭＴ）およびその同種のような多重キャリア通信システムは、典型的に複数のより小さなサブバンド（ここでは、サブキャリアという。）に分割される通信チャンネルに関連した周波数帯によって特徴づけられる。多重キャリア通信システムにおけるステーション間の情報（例えばデータ、オーディオ、ビデオなど）の通信は、情報内容を複数の部分（例えば、シンボル）に分割し、その後、複数の個別のサブキャリアを介してその断片をパラレルに送信することにより行なわれる。サブキャリアを通して送信されるシンボル期間がそのチャンネルの最大のマルチパス遅延より長いとき、サブキャリア間のシンボル間干渉の影響は著しく弱めることができる。

チャンネル内の複数のサブキャリアを通して同時に内容を送信することによって、多重キャリア通信システムは高スループットのワイヤレス通信アプリケーション、例えばワイヤレスのパーソナル・エリア・ネットワーク、ローカル・エリア・ネットワーク、都市内ネットワーク、固定広帯域無線アクセスおよび同種のアプリケーションに対して多くの可能性を提供する。１つの環境中で動作することを目指したシステムは他の環境に適さないというように、これらの各ネットワーク環境は独自の能力を試している。

広帯域ワイヤレス・アクセス（ＢＷＡ）ネットワーク（例えば、以下引用されるＩＥＥＥ ８０２．１６ａ標準規格に記述されたもの）では、かなりの期間にわたって持続する深いフェードが生じることがある。さらに、このような広域ワイヤレス・チャンネルは、最大の達成速度を制限するマルチパス伝播による激しい散乱に遭遇することがある。ＢＷＡはチャンネルが静的でありかつ非フェージングであるケーブル・モデムやｘＤＳＬと競争するように意図されるので、このようなシステム設計はこれらのキーとなる挑戦に対抗でき、ほぼ有線の品質で高いデータ速度のアクセスを提供する。現在まで、時間−空間ブロック符号化などのような従来の技術は、送信アンテナの数が過去の２つ（２）を増加するにつれダイバーシティ・ゲイン（diversity gain）を提供する一方で、符号化速度を維持することができない。この点に関して、広帯域ワイヤレス・アクセスを提供するこのような従来の技術は、典型的にはデータ速度（あるいはスループット）を犠牲にして受信チャンネル品質を確保している。

本発明の実施例は具体的な例によって図示されるが、添付図面の数字に制限されることはなく、同じ参照番号は類似の要素を参照する。

多重キャリア・ワイヤレス通信チャンネルへダイバーシティを導入する装置の実施例および関連する方法が一般に示される。さらに詳しくは、本実施例によれば、速度低下のない改善された空間マルチパスのダイバーシティを提供する一方で、周波数選択性チャンネルを介してＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるダイバーシティ・ゲインを改善する革新的な符号化体系を利用するダイバーシティ・エージェント（ＤＡ：diversity agent）が導入される。以下により完全に紹介されるように、ダイバーシティ・エージェントは、任意の数の送信アンテナに拡張可能で、チャンネルが複数のＯＦＤＭシンボルに対して一定であることを必要としない革新的なレート・ワン空間周波数符号化メカニズム（rate-one
space-frequency encoding mechanism）を使用する。

この明細書を通して「ある実施例」または「１つの実施例」への参照は、本発明の少なくともある実施例に関して説明された特定の機能、構造または特性を含むことを意味する。このように、「ある実施例において」または「ある実施例中」という言い回しが明細書の全体にわたって様々な場所に現れるが、そのすべては必ずしも同じ実施例を参照するものではない。更に、特定の機能、構造または特性は、１つまたはそれ以上の実施例中で任意の適切な方法で組み合わせられることがある。

ネットワーク環境の例
図１は、本発明の思想が具現化されるワイヤレス通信環境のブロック図を図示する。図示されるように、ネットワーク１００は２つの装置１０２，１０４を含み、それぞれは１以上のワイヤレス送信機、および受信機（まとめて、トランシーバ）１０８，１１６、ベースバンドおよびメディア・アクセス制御（ＭＡＣ）スループット１１２，１１４、およびメモリ１１０，１１８からなり、各々は図示されるように結合される。ここで使用されるように、装置１０２，１０４は、その装置に関連した１つ以上のアンテナを通ってトランシーバ１０８，１１６間で確立された多重キャリア・ワイヤレス通信チャンネル１０６経由で互いに情報を通信する。ある実施例によれば、装置１０２のうちの１つは、別のネットワーク１２０に、例えば１以上のワイヤレス通信および／または有線通信媒体を通って結合されてもよい。これに関して、本発明の実施例は、他の付加価値サービス、例えばボイス・オーバーＩＰ（ＶｏＩＰ）、インターネット・アクセス、請求書支払サービス、伝言ダイアル・サービス、および同種のサービスを提供して、１人以上のエンドユーザへの「最後の接続」となるＢＷＡアクセスを提供するサービス・プロバイダによってうまく実施されるであろう。

ある実施例によれば、装置１０２，１０４の１つ以上は、ここで説明される革新的なレート・ワン空間周波数符号化メカニズムを使用する斬新なダイバーシティ・エージェントを利用することができる。ここで使用されるように、（例えば、ホスト装置、アプリケーション、エージェントなどから受け取られた）内容を１つ以上のアンテナおよび／またはＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信チャンネル１０６を生成するＯＦＤＭトーンに選択的に対応付けするために、ダイバーシティ・エージェントは多重キャリア送信機（内）で動作する。

本発明のある側面によれば、ダイバーシティ・エージェントは、周波数選択的なチャンネルのチャンネル・ダイバーシティを改善するために、Ｍ個の送信アンテナおよびＮ個の受信アンテナを備える多重キャリア通信システム内での使用に適する革新的なレート・ワン空間周波数（ＳＦ）エンコーダを含めてもよい。以下により完全に説明されるように、ダイバーシティ・エージェントによって使用されるレート・ワンＳＦコードは、周波数選択的なチャンネル上で到達可能な最大のダイバーシティ・ゲインを実質的に達成することができる。

本発明のある側面に従えば、ＳＦコードシンボルは１つの多重キャリア通信チャンネルのブロック期間を消費し、それなりに、従来の多重キャリア符号化技術より小さな処理遅延ですむ。このように、例えば、ＳＦコードシンボルは単に１つのＯＦＤＭブロック時間の間継続してもよい。この点に関して、ダイバーシティ・エージェントによって使用されたレート・ワン空間周波数エンコーダは、周波数選択的な多重キャリア・チャンネルのチャンネル処理能力（スループット）を維持する一方で、チャンネル・ダイバーシティを最大限にすることができ、それをＢＷＡネットワーク環境によく適合させることができる。

前述に加えて、ダイバーシティ・エージェントは、上記のように処理された受信ＯＦＤＭチャンネルからの情報をデコードするための革新的な技術を選択的に実行することができるが、本発明の範囲はこの点に制限されるものではない。従って、ここに記述されたコード構造でコード化された受信信号要素の少なくとも１つのサブセットをデコードするために、１つ以上のコンバイナとデコーダを含む受信ダイバーシティ・エージェントが導入される。ある実施例によれば、ダイバーシティ・エージェントは、複数の信号を受信し、かつ信号ベクトルを生成するために最大レシオ・コンバイナ（maximum ratio combiner）を使用してもよい。ダイバーシティ・エージェントは、さらにコンバイナで結合され、そのコンバイナ要素から受信した合成信号ベクトルをデコードするためにスフィア・デコーダ（sphere decoder）を含めてもよい。

ここに使用されるように、ベースバンドおよびＭＡＣ処理要素１１２，１１４は、１以上のプロセッサ（例えば、ベースバンド・プロセッサおよびアプリケーション・プロセッサ）の中で実行されることがあるが、本発明はこの点に制限されるものではない。図示されるように、プロセッサ要素１１２，１１４は、メモリ１１０，１１８にそれぞれ結合され、それはＤＲＡＭのような揮発性メモリ、フラッシュ・メモリのような不揮発性メモリを含むことがあり、またはハードディスク・ドライブのような他のタイプのストレージを二者択一的に含んでいてもよいが、本発明の範囲はこの点に制限されるものではない。メモリ１１０，１１８のある部分またはすべての部分は、プロセッサ要素１１２，１１４と同じパッケージ内に適切に配置され、また集積回路または要素１１２，１１４の外部にあるいくつかの他のミディアに配置されてもよい。ある実施例によれば、ベースバンドおよびＭＡＣ処理要素１１２，１１４は、以下に記述されるダイバーシティ・エージェントの機能の少なくとも１つのサブセットを実行することができ、および／または関連するトランシーバ（１０８，１１６）内で実行されるダイバーシティ・エージェントに対する制御を提供することができるが、本発明はこの点に制限されるものではない。

図１中に特に表示されていないが、ダイバーシティ・エージェントは、ベースバンドおよびＭＡＣ処理要素（１１２，１１４）および／またはトランシーバ要素（１０８，１１６）の１つ以上の中で適切に実行されるが、本発明はこれに制限されるものではない。ここに使用されるダイバーシティ・エージェントの導入のために、以下十分に説明されるように、装置１０２，１０４はワイヤレス通信能力を含むあらゆる広範囲の電子機器、例えばラップトップ、パームトップまたはデスクトップ・コンピュータ、携帯電話（例えば２Ｇ、２．５Ｇ、３Ｇまたは４Ｇ送受器）、個人用デジタル情報処理端末、ＷＬＡＮアクセス・ポイント（ＡＰ）、ＷＬＡＮステーション（ＳＴＡ）および同種の機器のどれにでも働くように意図される。

ある実施例によれば、ネットワーク１００は広帯域ワイヤレス・アクセス（ＢＷＡ）ネットワークを表わすことがあり、装置１０２，１０４の１つ以上はアメリカ電子・電気学会（ＩＥＥＥ）の仕様書である、ローカル・都市内ネットワーク・パート１６のためのＩＥＥＥ Ｓｔｄ．８０２．１６−２００１標準、すなわち固定広帯域ワイヤレス・アクセス・システムのためのエアー・インターフェイスおよびその改定版、例えば、ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１６ａ−２００３ （ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１６−２００１の改正）に従うワイヤレス通信チャンネルを確立することができる。

ここに使用されるように、ネットワーク１２０は、例えば古い従来の電話システム（ＰＯＴＳ）通信ネットワーク、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、都市内ネットワーク（ＭＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、グローバルなエリア・ネットワーク（インターネット）、セルラー・ネットワークおよび同種のネットワークを含むあらゆる広域通信ネットワークを表わすように意図される。ある実際の例によれば、装置１０２はアクセス・ポイント（ＡＰ）を表わす一方で、装置１０４はステーション（ＳＴＡ）を表わし、それらの各々はＩＥＥＥ ８０２．１１ｎのワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）内での使用に適し、かつ各々は上述した革新的な空間周波数インターリービング（space-frequency interleaving）および送信ダイバーシティ技術を利用し、以下により詳細に説明される。

構成例
図２に移って、送信機構成例および受信機構成例のブロック図が、本発明の実施例に従って示される。２つの装置間における通信リンクの状況内でこれらの構成を示すために、一方の装置（例えば１０２）の送信機、および通信リンクに関連した別の装置（例えば１０４）の受信機が図示される。当業者は、いずれかの装置（１０２，１０４）中の送信機が送信機構成をおよび／または図２で詳述されるような受信機構成を含むことを認識するであろうが、本発明の範囲はこの点に制限されるものではない。ここに記述された革新的な送信ダイバーシティおよび／または空間周波数インターリービングを実行する送信機構成および受信機構成がより複雑であろうがなかろうが、請求項に記載された本発明の範囲および精神に含まれることが認識されるべきである。

図２の実施例によれば、送信機２００はシリアルからパラレル（直並列）へのコンバータ２０２、本発明の実施例の要素を含むダイバーシティ・エージェント２０４、逆離散的フーリエ変換要素２０６、周期的なプレフィックスまたはガード・インターバルの挿入要素２０８、無線周波数（ＲＦ）処理要素２１０および２以上のアンテナ２２０Ａ・・・Ｍを含み、それぞれは図示されるように結合される。ある実施例によれば、送信機構成２００はトランシーバ１０８および／または１１６内で実施されてもよい。複数の個別の機能要素として示されているが、当業者は、本発明から逸脱せずに、送信機構成２００の１つ以上の要素が多機能の要素へ組み合わせられ、また反対に、機能要素が複数の機能要素へ分割できることを理解するであろう。

ここに用いられるように、直並列（Ｓ／Ｐ）変換２０２は、通信チャンネルによって処理および後続の送信のために、ホスト装置（あるいはその上に実行するアプリケーション、例えば電子メール、オーディオ、ビデオなど）から情報（例えばビット、バイト、フレーム、シンボルなど）を得ることができる。ある実施例によれば、受信情報は、直交振幅変調された（ＱＡＭ）シンボル（つまり、シンボルはそれぞれ２ビット、ｂ_ｉおよびｂ_ｊを表す）の形をしている。すなわち、ある実施例によれば、受信内容は、シンボル（例えばＱＡＭ、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８−ＰＳＫ、１６−ＰＳＫ、１２８−ＰＳＫ、２５６−ＰＳＫおよび同種のシンボル）へ変調され、１または１／２，２／３，３／４，５／６，７／８，１，４／３以上の率でおよび同じような率で畳み込みエンコードを行なう。別の実施例によれば、ビット・マッピング（割付け）および畳み込みエンコーディングの１つ以上が、送信機２００内で適切に実行され、ダイバーシティ・エージェント２０４によって行なわれてもよい。アンテナ数が増加するにつれコーディング率を減少しなければならない従来のコーディング・システムと異なり、ここに記述されたレート・ワン空間周波数ブロック・コーディング技術は、そのような制限はない。

ある実施例によれば、直並列変換２０２は、複数の並列シンボルのサブストリームを生成し、それはダイバーシティ・エージェント２０４の１つ以上の段階に渡される。個別の機能要素として示されているが、直並列変換２０２は、ダイバーシティ・エージェント２０４の実施例内に、または送信機２００の別の要素内に含めてもよい。

ダイバーシティ・エージェント２０４は、１以上のプリコーダ２１２Ａ・・・Ｚおよび空間周波数エンコーダ２１４を含み、各々は実施例に従って図示のとおりに結合されているが、本発明はこれに制限されるものではない。ある実施例によれば、プリコーダの機能性は、空間周波数エンコーダ２１４内に適切に集積されてもよい。この点に関して、ダイバーシティ・エージェント２０４がより複雑であろうがなかろうが、エンコードされたシンボルの空間周波数行列を生成し、それはここに開示されたことによって予測される。

以下により完全に説明されるように、ダイバーシティ・エージェント２０４はＭ×Ｎｃ空間周波数行列を生成する、ここでＭは送信アンテナの数で、Ｎｃは多重キャリア通信チャンネルのサブキャリアの数であり、図３に関連して以下により詳細に説明されるレート・ワン空間周波数コーディング・メカニズムを使用する。ダイバーシティ・エージェント２０４によって受信された内容に適用されるレート・ワン空間周波数コードは、周波数選択的なチャンネル上で達成可能な最大のダイバーシティを実質的に達成できることを認識するであろう。さらに、そのコードは１つのＯＦＤＭブロック期間に送信されるので、それは従来の符号化メカニズム（例えば時空（space-time）周波数（ＳＴＦ）ブロック・コード）より小さな処理遅延を有する。

空間周波数エンコードの行われた内容は、ダイバーシティ・エージェント２０４から１以上の逆離散的フーリエ変換要素２０６へ渡され、それはその内容を周波数領域から時間領域に変換する。ある実施例によれば、ＩＤＦＴ２０６は逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）要素であってもよいが、本発明はこの点に制限されるものではない。ある実施例によれば、ＩＤＦＴ要素２０６の数は、送信アンテナ（Ｍ）の数、例えば送信無線周波数（ＲＦ）チェーンの数と釣り合うことがある。

ＩＤＦＴ要素２０６からの時間領域の内容はＣＰＩの要素２０８に渡され、そこで周期的なプレフィックスまたは信号中のガード間隔を導入する、その後、無線周波（ＲＦ）フロント・エンド２１０に渡され、例えば、関連する１以上のアンテナ２２０Ａ・・・Ｍを介して後続の送信に先立って増幅および／またはフィルタを行なう。このように、多重キャリア通信チャンネル１０６の実施例は、本発明のある実施例に従って形成される。

遠隔の送信機（例えば２００）によって処理された内容を抽出するために、例として受信機構成２５０が導入される。ある実施例によれば、受信機２５０は、１以上の無線周波（ＲＦ）フロント・エンド２５４、周期的プレフィックス（あるいは、ガード周期）削除要素２５６、離散的フーリエ変換要素２５８、本発明の実施例による受信ダイバーシティ・エージェント２６０、および並列を直列（並直列）に変換する要素２６２を含んで構成され、元の送信情報である表示（Ｉ’）を生成するために図示のとおり結合される。

図示のように、ＲＦフロント・エンド２５４は１以上の受信アンテナ２５２Ａ・・・Ｎに影響を与える複数の信号を受信する。ある実施例によれば、各受信アンテナは、専用の受信チェーンを有し、ここで受信フロント・エンド要素２５４、ＣＰＲ要素２５６およびＦＦＴ要素の数は、受信アンテナ（例えばＮ）の数（Ｎ）と対応する。

ＲＦフロント・エンド２５４は受信信号の少なくとも１つのサブセットを周期的プレフィックス削除要素２５６へ渡すが、本発明はこの点に制限されるものではない。ある実施例によれば、ＣＰＲ２５６は、受信信号の送信処理中に導入されたすべての周期的なプレフィックスまたはガード間隔を削除する。

ＣＰＲ２５６からの内容は、その後関連する１つまたはそれ以上の離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）要素２５８に提供される。ある実施例によれば、ＤＦＴ要素２５８は、受信信号を時間領域から周波数領域に変換するためにその受信信号へ高速フーリエ変換を使用してもよい。このように、受信信号の複数の周波数領域表現がダイバーシティ・エージェント２６０を受け入れるために示される。

本発明のある側面によれば、受信ダイバーシティ・エージェント２６０は、１以上のデコーダ要素２６６Ａ・・・Ｚに結合されたコンバイナ要素２６４を含んで示される。図３中でより完全に説明されるように、ダイバーシティ・エージェント２６０は最大比のコンバイナ（２６４）で１以上の信号ベクトルを受信することができる。最大比のコンバイナ２６４は、様々な信号ベクトルを位相整列させ、適切な重み測定を加え、様々なベクトルの少なくとも１つのサブセットを合計する。出力ベクトルは、その後、１以上のスフィア・デコーダ２６６Ａ・・・Ｙに適用される。

ここに用いられるように、任意の数のスフィア・デコーダがスフィア・デコーダ２６６Ａ・・・Ｙとして適切に使用される。ある実施例によれば、以下により詳細に説明されるように、スフィア・デコーダは、受信ポイントを中心として与えられる半径の球内にある格子点中の最も接近しているポイントをサーチする。例えば、ＱＡＭ配座（ＱＡＭ constellation）において、スフィア・デコーダは、（十分な半径をもつ）球の格子内部の一部を横切って、信号ベクトルを識別する、その後、受信ポイントからあまりにも遠く離れているすべてのベクトルにフィルタを行なうが、本発明の範囲はこの点に制限されるものではない。

一度デコードされると、デコードされたチャンネルの多くの並列サブストリーム（Ｙ）が並直列変換要素２６２に提供され、ここで、元の処理された情報内容（Ｉ）のシリアル表現（Ｉ’）を生成する。

コード構造の例およびダイバーシティ・エージェントの動作
図３に移り、コーディング率およびチャンネル処理能力を維持する一方で、通信チャンネル内のダイバーシティ・ゲインを改善するダイバーシティ・エージェント動作方法のフローチャートが、本発明の実施例に従って、一般に示される。限定するのではなくまた議論を容易にするために、設計基準およびコード構造に対する簡潔な説明が、ダイバーシティ・エージェントの動作への入門として提供される。

コード設計基準
ある実施例に従って、ここに使用されるレート・ワン空間周波数コードは、Ｍ個の送信アンテナおよびＮ個の受信アンテナおよびＮｃ個のサブキャリアを備え、ここで、Ｎｃ＞＞Ｍ，ＮであるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム内での使用を意図するが、本発明の範囲はそのようなシステムに制限されるものではなく、任意の数のサブキャリア、送信アンテナ、および受信アンテナを備えるあらゆる多重キャリア通信システムに拡張可能である。ＣおよびＥをサイズがＭ×Ｎｃの行列によって表わされる２つの異なる空間周波数コード語にする。ＭＩＭＯチャンネルがＬ（行列）タップから成ると仮定して、予測対エラー確率（例えば、一般的なレーリー・フェージング・チャンネル実現上で平均した）の上限が導き出される。空間フェージング相関および一定のパワー遅延プロファイルのない特別のケースに対して、その上限は次のように表現することができる。

ここで、ρは平均信号対雑音比（ＳＮＲ）、λ_ｉ（Ｓ）はＳのｉ番目の非ゼロ固有値である。Ｓ＝Ｇ（Ｃ，Ｅ）Ｇ^Ｈ（Ｃ，Ｅ）は次元Ｎｃ×Ｎｃを有し、ここで、Ｇ（Ｃ，Ｅ）は、Ｎｃ×ＭＬ行列

である。Ｎｃ＞ＭＬに対し、ＭＮＬ−フォールド・ダイバーシティを達成するために、適切なコード設計はＭ×Ｎｃエラー行列（Ｃ−Ｅ）がすべての別個の{Ｃ−Ｅ}対に対する最上級であるだけでなく、スタックト（stacked）行列Ｇ（Ｃ，Ｅ）が同様に最上級であることを保証するのに必要である。このようなコード設計は、ダイバーシティ・エージェントによって使用されるレート・ワン空間周波数エンコーダに以下導入される。

ある実施例によれば、レート・ワン空間周波数ブロック・コードに対して、空間周波数コード行列へ写像された情報シンボルの数は、サブキャリアＮｃの数と等しくてもよい。ある実施例によれば、Ｎｃ＝Ｍ×Ｌ×Ｇであり、Ｇはサブキャリアが分割されるグループの数である（つまりサブキャリアのグループの数）（例えば、図４を参照）。

レート・ワン、空間周波数エンコード
レート・ワン空間周波数ブロック・コードの開発への導入で、図３に移って、空間周波数エンコード３００の方法がブロック３０２から始まり、ダイバーシティ・エージェント２０４は（例えばその上で実行するホスト装置またはアプリケーションからの）入力を受信する、ブロック３０２。ある実施例によれば、ダイバーシティ・エージェントはＱＡＭシンボルを受信するが、本発明はこの点に制限されるものではない。

ある実施例によれば、その内容はダイバーシティ・エージェント２０４の１以上のプリコーダ２１２Ａ・・・Ｚによって受け取られ、それは、受信内容を複数のグループ（Ｇ）に分割することにより、エンコーディング・プロセスを開始することができる、ブロック３０４。ある実施例によれば、入力シンボル

のＮｃ×１ベクトルは、サイズＭＬ×１のベクトル

のＧ個のグループに分割されるが、本発明はこの点に制限されるものではない。

ブロック３０６で、少なくとも入力シンボルｓ_ｇのベクトルのサブセットに配座回転（ＣＲ：constellation-rotation）プリコーダ（例えばプリコーダ２１２内の）Θを掛ける。ある実施例によれば、同じ配座回転Θが、ベクトルに配座回転を左に掛けることにより、入力シンボルＳ_ＧのＮｃ×１ベクトルの各々に適用されるが、本発明はこの点に制限されるものではない。ある実施例によれば、配座回転Θは次元ＭＬ×ＭＬであり、サイズＭＬのベクトル

を生成する、ここで、Θ_ｉ ^Ｔは、Θのｉ番目の行を示す。

ブロック３０８では、ベクトルｖ_ｇの少なくとも１つのサブセットがＬ個のＭ×１サブベクトルに分割され、それらはＭ×Ｍ対角行列

を生成するために使用される。ある実施例によれば、Ｌ個のサブ行列は同じグループにあるものとみなされる。

ブロック３１０では、Ｇ個のグループ（例えばＧ×Ｌ対角行列の合計）からのサブ行列が、Ｍ×Ｎｃ空間周波数行列を生成するためにインターリブされ、

図４に示されるように、

はＮｃ個のサブキャリアを示す。結果として、同じグループ中の連続するシンボルに対応するサブ行列は、コードワードＣ中に一定間隔で配置される。

上記のように設計されたレート・ワン空間周波数は、同じアンテナから送信された同じグループの連続シンボルが周波数「間隔」にあるという特性を有し、その間隔は周波数選択性チャンネルのダイバーシティを高めるためにＭＧサブキャリア間隔の複数であるということを当業者は理解するであろう。従って、既知のチャンネル・オーダーおよび一定のパワー遅延のプロファイルについては、複数のＭＧで一定間隔に配置されたサブキャリア上のチャンネル周波数応答は相関を有しない。それ故、同じアンテナから送信された同じグループからのＬ個のシンボルは、相関のないフェージングを伴う。

ある実施例に従って、上述したレート・ワン空間周波数エンコーダは、次の望ましいΘの特性に影響を与える、すなわち、すべての別個のペア

に対して、その対応するエラー・ベクトル

は、実質的にすべて非ゼロ要素を有する。結果として、１ないしＬのｋに対して

から

を生成し、そのとき、Ｌ個の対角行列

は、すべて非ゼロである対角線成分を有する。従って、全ての別個のペア

は、Ｌ個のフルランクの対角エラー行列を生じさせ、それらはここに提案された空間周波数コードがＭＮＬの最大のダイバーシティ・ゲインを達成することができることを証明するために使用することができる。この証明は以下に示される。

図３に戻って、上記導入されたレート・ワン空間周波数エンコード技術を使用してエンコードされた内容をデコードする方法３５０（図３）が紹介される。ある実施例によれば、ダイバーシティ・エージェント２６０によって使用されるデコーディング技術は、ダイバーシティ・エージェントが（Ｎ個）の受信処理チェーンによって複数の信号ベクトルを受信するブロック３５２から始まる。説明を容易にするために、ｒ^ｊ，ｗ^ｊをｊ番目の受信アンテナにおけるサイズがＮｃ×１の受信信号ベクトルおよびノイズ・ベクトルをそれぞれ示す。ある実施例によれば、ｒ^ｊはｇ、ｋに対してサイズがＭ×１のＬＧ個のサブベクトル｛ｒ^{ｊ，ｋ，ｇ}｝に分割され、ここでｇおよびｋの定義は上記エンコーダのためにものと一致している。同様に、ｗ^ｊは、サイズがＭ×１のＬＧ個のサブベクトル｛ｗ^{ｊ，ｋ，ｇ}｝に分割することができる。

上記のように、Θ_ｉ ^Ｔは、配座回転行列Θのｉ番目の行を表示し、また、Ｈ_ｉ，ｌ ^ｊは、ｌ番目のトーンにおけるｉ番目の送信およびｊ番目の受信アンテナ対のチャンネル周波数応答を表示する。ある実施例によれば、対角行列は次のように定義される。

従って、上記定義されたレート・ワン空間周波数コーディング・メカニズムに対しては、その受信信号ベクトルは、次のように表わされる。

ブロック３５６において、ダイバーシティ・エージェントは、サブベクトルの適切なサブ・ブロックを結合する。ある実施例によれば、ｇ番目グループのサブ・ブロックを結合して、次式を得る。

ある実施例によれば、Ｎ個の受信アンテナ上におけるｇ番目のグループからの情報の結合は最大比率結合要素２６４を使用して行なわれ、それは次のとおりとなる。

ブロック３５８では、ダイバーシティ・エージェントは、ｙ_ｇからｓ_ｇをデコードするためにオーダ２×Ｌ×Ｍの最尤（ＭＬ：maximum likelihood）デコーディング技術を使用することができるが、本発明はこの点に制限されるものではない。上記導入された１つの実施例によれば、１以上のスフィア・デコーダ要素２６６Ａ・・・Ｙがこの点に関して使用される。

従って、ここに導入されたレート・ワン空間周波数コードを実行するエンコーディングおよびデコーディング技術が説明された。ここに提案されたレート・ワン空間周波数ブロック・コードは、ＭＮＬの最大のダイバーシティ・ゲインを達成することができるという証明（以下に提供される）を示すことができる。

支援する証明を徹底的に調べる前に、本発明のある実施例に従って、レート・ワン空間周波数コード行列Ｃの構造を示すグラフ表示が図４に提供される。図４に関して、行列４００は、Ｍ個のアンテナ、Ｇ個のサブキャリア・グループおよびＬ個の行列チャンネル・タップの一般的な場合を示す。行列４２０は、４個の（４）送信アンテナ（Ｍ）、２つのグループへ分割された１６個のサブキャリア（Ｌ）を備えた実施例を示す。図示のように、ブロック（ｓ＿ｉ，ｊ，ｋ）の表記は、ｉ番目のレイヤーのｊ番目のグループにおけるｋ番目のプリコード・シンボルを表す。

図５−図７に移って、様々な特性比較のグラフ表示が、ある実施例に従って、提供され、その各々は順に説明される。ある実施例によれば、これらのシミュレーションの目的のために、８０２．１６．３標準規格に準拠するＯＦＤＭシステムは、２５６サイズのＦＦＴで使用された。使用される変調シンボルはＢＰＳＫ、４ＱＡＭ（あるいは１６ＱＡＭ）であり、ここで、Ｍ個の送信アンテナ上の全平均シンボル・エネルギーはＥ_Ｓ＝１である。

図５において、２つの送信アンテナ、１つの受信アンテナおよび異なるチャンネル・タップ（Ｌ＝２，３，４）を備えた複数のシステム・モデルにおける信号対雑音比（Ｅｓ／Ｎｏ）対スループット品質（例えば、ビット誤り率（ＢＥＲ）として計量化された）のグラフ例が示される。特に、図５は、Ｅｓ／Ｎｏ数値が増加するにつれ、チャンネル・タップがより多いほど、ＢＥＲパフォーマンスが良くなることを示す。

図６において、提案されたレート・ワン空間周波数エンコード技術と複数の従来技術との間の特性比較例のグラフを示す。特に興味を引く点は、ここに導入された空間周波数コード体系が最良の特性を提供するとともに、ＭＮＬダイバーシティ・ゲインを達成するただ唯一の技術を提供するということである。

図７において、空間周波数ブロック・コードと別の従来の技術（時空（space-time）周波数コーディング）との間の特性比較例のグラフを示す。図示されるように、送信機と受信機における複雑さを低減させる一方、ここに記載されたレート・ワン空間周波数コーディング技術はＳＴＦコーディング技術と同等に実行する。

証明：レート・ワン空間周波数メカニズムはＭＮＬダイバーシティ・ゲインを提供する
ＢＷＡ通信環境における予測ペア・エラー確率（expected pairwise error probability）の上限を定義する方程式（１）から、ダイバーシティ・ゲインの証明は、そのｒａｎｋ（Ｓ）＝ＭＬの証明と実質的に等価である。Ｓ＝Ｇ（Ｃ，Ｅ）Ｇ^Ｈ（Ｃ，Ｅ）およびｒａｎｋ（Ｓ）＝ｒａｎｋ（Ｇ（Ｃ，Ｅ））はｒａｎｋ（Ｇ（Ｃ，Ｅ）^Ｔ）に等価であるので、Ｇ（Ｃ，Ｅ）^Ｔ）がＭＬ×Ｎｃ行列である場合、ｒａｎｋ（Ｇ（Ｃ，Ｅ）^Ｔ）＝ＭＬを示せば十分である。

その証明については、タップ（Ｌ）の数が既知であると仮定する。
｛０，・・・，Ｇ−１｝の要素であるいくつかのｇに対し

であるようＮｃ×１のベクトル

を検討すると。普遍性を失わないで、

とする。

ｋ＝１，・・・，Ｌおよびｇ＝０，・・・，Ｇ−１として、Ｍ×Ｍの対角行列

を定義する。

ここで、Ｃ−Ｅ＝［Ａ_１・・・Ａ_ＧＬ］。他方、対角行列

をＧＬのＭ×Ｍの対角サブ行列

に分割することができる。

結果として、Ａ_ｊとＤ_ｊ ^ｉの両方が対角行列であるので、次のように示すことができる。

したがって、次のように示すことができる。

既に示されているように、全ての別個のペア

に亘って、Ｌ個のフルランクの対角エラー行列

をｋ＝１，・・・Ｌに対して有している。このように、Ｇ（Ｃ，Ｅ）^Ｔで、２つの別のＭＬ×ＭＬ行列の積であるＭＬ×ＭＬサブ行列を以下のように見つけることができる。

従って、フルランクのブロックであるバンデルモンド（Vandermonde）と上記フルランクのブロック対角行列との積が、非ゼロの行列式を有しており、このようにフルランクのＭＬであることが示される。ＭＬ×ＮｃのＧ（Ｃ，Ｅ）^Ｔにおいて、フルランクであるＭＬ×ＭＬ次元のサブ行列を見つけることができるので、ｒａｎｋ（Ｓ）＝ｒａｎｋ（Ｇ（Ｃ，Ｅ）^Ｔ）＝ＭＬが保証され、そしてここに提案した空間周波数コードがＭＮＬの最大ダイバーシティ・ゲインを達成することができると結論付けられる。

代替実施例
図８は、起動された時、アクセス・マシンにダイバーシティ・エージェント２０４，２６０および／または関連する方法３００の１以上の側面を実行させる内容を含む記憶媒体例のブロック図を図示する。この点に関して、記憶媒体８００は、実行された時、アクセス機器に上述したダイバーシティ・エージェント２０４，２６０の１つ以上の側面を実行させる内容８０２（例えば命令、データまたはそれらの任意の組合せ）を含む。

機械読み取り可能な（記憶装置）媒体８００は、フロッピー・ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭおよび光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気または光カード、フラッシュ・メモリ、または電子命令を格納するのに適するあらゆるタイプの媒体／機械読み取り可能な媒体を含むが、しかしこれらに制限されることはない。さらに、本発明は、また、計算機プログラム製品としてダウンロードされてもよく、その場合、通信リンク（例えばモデム、無線またはネットワーク接続）を介して搬送波または他の伝播媒体中に埋め込まれたデータ信号によって、遠隔のコンピュータから要求するコンピュータにプログラムを転送することができる。ここに使用されるように、そのような媒体はすべて広く記憶媒体と考えられる。

本発明の実施例が様々なアプリケーションの中で使用されてもよいことが理解される。ここに示された回路は、無線システムの送信機および受信機のような多くの装置の中で使用されてもよいが、本発明はこの点で制限されるものではない。本発明の範囲内に含まれると考えられるワイヤレス・システムは、例で示すと、ワイヤレス・ネットワーク・インターフェイス装置およびネットワーク・インターフェイス・カード（ＮＩＣｓ）を含むワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）装置およびワイヤレス・広域ネットワーク（ＷＷＡＮ）装置、基地局、アクセス・ポイント（ＡＰｓ）、ゲートウエイ、ブリッジ、ハブ、セルラー無線電話通信システム、衛星通信システム、双方向無線通信システム、単方向ページャ、双方向ページャ、パーソナル通信システム（ＰＣＳ）、パーソナル・コンピュータ（ＰＣｓ）、個人用デジタル情報処理端末（ＰＤＡｓ）、センサ・ネットワーク、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮｓ）、および同種のものを含むが、本発明の範囲はこれらに制限されるものではない。

本発明の範囲内であると考えられるワイヤレス通信システムのタイプは、ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）、ワイヤレス・ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＷＡＮ）、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）のセルラー無線電話通信システム、グローバル移動体通信システム（ＧＳＭ）のセルラー無線電話システム、北米デジタル・セルラー（ＮＡＤＣ）のセルラー無線電話システム、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システム、拡張ＴＤＭＡ（Ｅ−ＴＤＭＡ）のセルラー無線電話システム、広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）のような第３世代（３Ｇ）システム、ＣＤＭＡ−２０００および同種のシステムを含むが、本発明の範囲はこれらに制限されるものではない。

本発明の実施例は、マイクロプロセッサによって実行される電子命令を格納するかまたは算術演算で使用されるデータを格納するコアメモリ、キャッシュ・メモリまたは他のタイプのメモリとして集積回路ブロックに含まれる。一般に、請求項に記載された主題に従って多段式のドミノ・ロジックを使用する実施例は、マイクロプロセッサに利点を提供することがあり、メモリ装置のためのアドレス・デコーダに特に組み入れられてもよい。特に装置が低減された電力消費に依存するとき、本実施例はワイヤレス・システムまたは携帯型のポータブル機器へ組み込まれることに注意すること。このように、ラップトップ・コンピュータ、セルラー無線電話通信システム、双方向無線通信システム、単方向ページャ、双方向ページャ、パーソナル通信システム（ＰＣＳ）、個人用デジタル情報処理端末（ＰＤＡ’ｓ）、カメラ、および他の製品は、本発明の範囲内に含まれると考えられる。

本発明は様々な動作を含む。本発明の動作は、図１および／または図２に示されているように、ハードウェア要素によって実行されるか、あるいはマシン実行可能な内容（例えば命令）８０２で実現することができ、それは汎用または専用プロセッサまたは命令がプログラムされた論理回路にその動作を行なわせることができる。あるいは、その動作はハードウェアとソフトウェアの組合せによって行なわせてもよい。さらに、本発明は、コンピューティング機器の形で記述されたが、当業者は、そのような機能性が、例えば通信機器（すなわち、携帯電話）内に統合された多くの代替の実施例中に組み込めることを理解するであろう。

上記記述では、説明のために、多数の特定の詳細事項が本発明の完全な理解を提供するために述べられる。しかしながら、本発明は特定の詳細事項がなくても実施できることは当業者には明らかであろう。他の実施例では、周知の構造および装置は、ブロック図の形で示されている。本発明の概念にあるあらゆる多くの変形が本発明の範囲および精神内で想起される。この点に関して、図示した特定の実施例は、本発明を制限するのではなくそれを単に図示するために提供される。したがって、本発明の範囲は、上記提供される特定の実例によって決定されるのではなく以下の請求項の平易な言語だけによって決定される。

１つの具体的実施例に従って、本発明の思想を包含する多重キャリア・ワイヤレス・ネットワークのブロック図である。 １つの具体的実施例に従って、本発明の思想を包含するトランシーバ・アーキテクチャのブロック図である。 本発明の一実施例に従って、内容を符号化／復号化するための方法を図示するフローチャートである。 本発明の実施例に従う使用に適するレート・ワン、空間周波数ブロック・コード行列を図示する例である。 本発明の実施例に従って、従来のチャンネル符号化技術に対する本発明の実施例における性能上の利点を示す図を提供する。 本発明の実施例に従って、従来のチャンネル符号化技術に対する本発明の実施例における性能上の利点を示す図を提供する。 本発明の実施例に従って、従来のチャンネル符号化技術に対する本発明の実施例における性能上の利点を示す図を提供する。 アクセス・マシンによって実行される際に、マシンが本発明の実施例の１またはそれ以上の側面を実現する内容を含む製造例のブロック図である。

Claims (15)

1. 複数の送信アンテナからの送信用内容を受信する段階であって、受信した前記内容はサイズがＮｃ×１の入力シンボルのベクトルであり、Ｎｃは多重キャリア・ワイヤレス通信チャンネルのサブキャリアの数である、段階と、
   前記入力シンボルのベクトルをＧ個のグループに分割してサブグループを生成し、かつ前記サブグループの少なくとも１つのサブセットに配座回転プリコーダを掛け、予めコード化されたＧ個のベクトル（ｖ _ｇ ）を生成することにより、前記複数の送信アンテナによって受信した前記送信用内容からレート・ワン空間周波数コード行列を生成する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記予めコード化されたベクトルの各々を、複数のＬＭ×１のサブベクトルに分割する段階と、
   ｋが前記サブベクトルからの１からＬであるＭ×Ｍ対角行列
   

   

   を生成する段階と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. Ｍ×Ｎｃ空間周波数行列を生成するために前記Ｇ個のグループから前記Ｌ個のサブ行列をインターリービングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 送信アンテナがＭ個、受信アンテナがＮ個およびチャンネル・タップがＬ個の任意の数に対して、１のコード・レートを保存している間、前記空間周波数行列がＭＮＬのチャンネル・ダイバーシティを提供することを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 送信アンテナがＭ個、受信アンテナがＮ個およびチャンネル・タップがＬ個の任意の数に対して、１のコード・レートを保存している間、前記空間周波数行列がＭＮＬのチャンネル・ダイバーシティを提供することを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 多重キャリア・ワイヤレス通信チャンネルによって送信用内容を受信し、ここでＮｃが前記多重キャリア・ワイヤレス通信チャンネルのサブキャリアの数である場合、受信した前記内容はサイズがＮｃ×１の入力シンボルのベクトルであり、複数の送信アンテナからの前記多重キャリア・ワイヤレス通信チャンネル上で受信した前記送信用内容からレート・ワン空間周波数コード行列を生成するダイバーシティ・エージェントと、
   前記入力シンボルのベクトルをＧ個のグループに分割してサブグループを生成し、かつ前記サブグループの少なくとも１つのサブセットに配座回転プリコーダを掛けて予めコード化されたＧ個のベクトル（ｖ _ｇ ）を生成するプリコーダ要素と、
   を含むことを特徴とする装置。
7. 前記ダイバーシティ・エージェントは、
   前記プリコーダ要素に応答して、前記予めコード化されたベクトルの各々を複数のＬＭ×１のサブベクトルに分割し、ｋが前記サブベクトルからの１からＬであるＭ×Ｍ対角行列
   

   

   を生成するための空間周波数エンコード要素をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 前記空間周波数エンコード要素は、Ｍ×Ｎｃ空間周波数行列を生成するために前記Ｇ個のグループから前記Ｌ個のサブ行列をインターリービングすることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 送信アンテナがＭ個、受信アンテナがＮ個およびチャンネル・タップがＬ個の任意の数に対して、１のコード・レートを保存している間、前記空間周波数行列がＭＮＬのチャンネル・ダイバーシティを提供することを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 送信アンテナがＭ個、受信アンテナがＮ個およびチャンネル・タップがＬ個の任意の数に対して、１のコード・レートを保存している間、前記空間周波数行列がＭＮＬのチャンネル・ダイバーシティを提供することを特徴とする請求項６記載の装置。
11. Ｍ個の全方向性アンテナと、
    多重キャリア・ワイヤレス通信チャンネルによって送信用内容を受信し、ここでＮｃが前記多重キャリア・ワイヤレス通信チャンネルのサブキャリアの数である場合、受信した前記内容はサイズがＮｃ×１の入力シンボルのベクトルであり、複数の送信アンテナからの前記多重キャリア・ワイヤレス通信チャンネル上で受信した前記送信用内容からレート・ワン空間周波数コード行列を生成するダイバーシティ・エージェントと、
    前記入力シンボルのベクトルをＧ個のグループに分割してサブグループを生成し、かつ前記サブグループの少なくとも１つのサブセットに配座回転プリコーダを掛けて予めコード化されたＧ個のベクトル（ｖ _ｇ ）を生成するプリコーダ要素と、
    を含むことを特徴とするシステム。
12. 前記プリコーダ要素に応答して、前記予めコード化されたベクトルの各々を複数のＬＭ×１のサブベクトルに分割し、ｋが前記サブベクトルからの１からＬであるＭ×Ｍ対角行列
    

    

    を生成するための空間周波数エンコード要素をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載のシステム。
13. 前記空間周波数エンコード要素は、Ｍ×Ｎｃ空間周波数行列を生成するために前記Ｇ個のグループから前記Ｌ個のサブ行列をインターリービングすることを特徴とする請求項１２記載のシステム。
14. 送信アンテナがＭ個、受信アンテナがＮ個およびチャンネル・タップがＬ個の任意の数に対して、１のコード・レートを保存している間、前記空間周波数行列がＭＮＬのチャンネル・ダイバーシティを提供することを特徴とする請求項１３記載のシステム。
15. 送信アンテナがＭ個、受信アンテナがＮ個およびチャンネル・タップがＬ個の任意の数に対して、１のコード・レートを保存している間、前記空間周波数行列がＭＮＬのチャンネル・ダイバーシティを提供することを特徴とする請求項１１記載のシステム。

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