JP4440971B2 - 性能向上のための時空間周波数ブロック符号化装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は3個の送信アンテナを用いる送信器の時空間周波数ブロック符号化装置に関するもので、特に時空間周波数ブロック符号(Space-Time Frequency Block Code:以下、“STFBC”とする)の性能を向上させるために受信器から受信されるフィードバック情報を用いて入力されるシンボル列を3個の送信アンテナを通じて伝送する装置に関するものである。
通信では、チャンネルを通じてどのように効率的で信頼性よくデータを伝送することができるかということが根本的な問題である。次世代のマルチメディア移動通信システムでは、音声中心のサービスを超え、映像及び無線データを含む多様な情報を処理し伝送することができる高速通信システムが要求されることによって、システムに適切なチャンネル符号化方式を使用してシステムの効率を向上させることが必須的である。
移動通信システムに存在する無線チャンネル環境は、有線チャンネル環境と異なり、多重経路干渉(multipath interference)、シャドウイング(shadowing)、電波減衰、時変雑音、及びフェージング(fading)のような多様な要因によって誤りが発生して情報の損失が発生する。このような情報の損失は、送信信号に歪みを発生させて移動通信システムの全体性能を低下させる要因として作用する。一般に、このような情報の損失を減少させるために、多様な誤り制御技術(error-control technique)がシステムの信頼度を高めるために採択され、その一例として誤り訂正符号(error-correcting code)方法がある。
無線通信システムで、多重経路フェージングを緩和させるためにダイバシティ技術が使用される。このダイバシティ技術は、時間ダイバシティ(time diversity)、周波数ダイバシティ(frequency diversity)、アンテナダイバシティ(antenna diversity)などがある。
アンテナダイバシティ方式は、多重アンテナ(multiple antenna)を使用する。この方式は、複数の受信アンテナを使用する受信アンテナダイバシティ方式と複数の送信アンテナを使用する送信アンテナダイバシティ方式及び複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを使用する多重入力多重出力(Multiple Input Multiple Output:以下、“MIMO”とする)方式に分けられる。
MIMO方式は、一種の時空間符号化(Space-Time Coding:STC)方式であり、この時空間符号化方式は、予め定められた符号化方式で符号化された信号を複数の送信アンテナを通じて送信することによって、時間領域(time domain)での符号化方式を空間領域(space domain)に拡張してより低い誤り率を実現する方式である。
V.Tarokhらは、アンテナダイバシティ方式を効率的に適用するための方式の一つとして時空間ブロック符号化(Space Time Block Coding:以下、“STBC”とする)方式を提案した(Vahid Tarokh, “Space Time Block Coding from Orthogonal Design”,IEEE Trans. On Info., Theory, Vol.45, pp.1456-1467, July1999)。このTarokhのSTBC方式は、S.M.Alamouti(A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications”, IEEE Journal on Selected Area in Communications, Vol.16, pp.1451-1458,October 1988)の送信アンテナダイバシティ方式を2個以上の送信アンテナに拡張した方式である。
図1は、従来のTarokhのSTBC方式を使用する移動通信システムで送信器を示すブロック構成図である。この送信器は、変調器100と、直列/並列変換器(Serial to
Parallel Converter:S/P変換器)102と、STBC符号器104と、4個の送信アンテナ106,108,110,112とを含む。
図1を参照すると、変調器100は、入力される情報データ(又は符号化データ)を変調方式により変調する。この変調方式としては、BPSK(Binary Phase Shift Keying)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、PAM(Pulse Amplitude Modulation)、PSK(Phase Shift Keying)のうちの一つの方式が使用されることができる。
S/P変換器102は、変調器100から受信された直列変調シンボルs,s,s,sを並列処理する。STBC符号器104は、S/P変換器102から入力された4個の変調シンボルs,s,s,sを時空間ブロック符号化して8個のシンボル組合を生成し、この8個のシンボル組合を順次に4個の送信アンテナ106,108,110,112を通じて送信する。8個のシンボル組合を生成するための符号化行列は、下記の<数1>のようである。
Figure 0004440971
ここで、Gは4個の送信アンテナ106,108,110,112を通じて送信されるシンボルの符号化行列(matrix)を示し、s,s,s,sは4個の入力シンボルを示す。符号化行列において、列(column)の個数は送信アンテナの個数を示し、行(row)の個数は4個のシンボルを伝送するのにかかる時間を示す。したがって、4個のシンボルが8個の時間区間で4個のアンテナを通じて送信される。
具体的に、第1の時間区間でsは第1の送信アンテナ106を通じて送信され、sは第2の送信アンテナ108を通じて送信され、sは第3の送信アンテナ110を通じて送信され、sは第4の送信アンテナ112を通じて送信される。このように、第8の時間区間の−s ,−s ,s ,−s は、第1〜第4の送信アンテナ106〜112を通じてそれぞれ送信される。すなわち、STBC符号器104は、i番目の送信アンテナに符号化行列のi番目の列のシンボルを順次に提供する。
上述したように、STBC符号器104は、4個の入力シンボルに反転(negative)と共役(conjugate)を適用して8個のシンボル列を生成し、この8個のシンボル列を8個の時間区間で4個のアンテナ106,108,110,112を通じて送信する。ここで、それぞれのアンテナに出力されるシンボルシーケンス、すなわち符号化行列の列は相互に直交性を有するため、ダイバシティ次数(diversity order)だけのダイバシティ利得(gain)を獲得することができる。
図2は、従来のSTBC方式を使用する移動通信システムで受信器を示すブロック構成図である。図2の受信器は、図1に示した送信器に対応する構成である。
図2に示すように、受信器は、複数の受信アンテナ200〜202と、チャンネル推定器(Channel Estimator)204と、信号結合器(Signal Combiner)206と、検出器(Detector)208と、並列/直列変換器210と、復調器212とを含む。
図2を参照すると、第1の受信アンテナ200〜第Pの受信アンテナ202は、図1に示した送信器の4個の送信アンテナから受信された信号をチャンネル推定器204と信号結合器206に提供する。チャンネル推定器204は、第1の受信アンテナ200〜第Pの受信アンテナ202の各々を通じて受信された信号を用いて送信アンテナ106,108,110,112から受信アンテナ200〜202にチャンネル利得を示すチャンネル係数(channel coefficients)を推定する。信号結合器206は、第1の受信アンテナ200〜第Pの受信アンテナ202の各々を通じて受信された信号とチャンネル係数を所定方式によって結合する。検出器208は、この結合されたシンボルにチャンネル係数を乗算して推定(hypothesis)シンボルを生成し、この推定シンボルをもって送信器から送信可能なすべてのシンボルに対する決定統計量(decision statistic)を計算し、しきい値検出(threshold detection)を通じて送信されたシンボルを検出する。並列/直列変換器210は、検出器208から受信された並列シンボルを直列データに変換する。復調器212は、復調方式により直列シンボル列を復調して元の情報ビットに復元する。
上記したAlamoutiのSTBC技術は、2個の送信アンテナを通じて複素シンボル(complex symbols)を送信しても、伝送率(data rate)を損失せずに送信アンテナの個数と同一の、すなわち最大のダイバシティ次数が得られるという利点があった。
このAlamoutiのSTBC技術を拡張したTarokhのSTBC方式は、図1及び図2に示したように、相互に直交列(orthogonal columns)を有する行列形態の時空間ブロック符号を使用して最大ダイバシティ次数を得る。しかしながら、このTarokhのSTBC方式は、4個の複素シンボルを8個の時間区間で伝送するため、伝送率が1/2に減少する。また、一つのブロック(4個の複素シンボル)を全く伝送するのに8個の時間区間がかかるため、高速フェージングチャンネルの場合にブロック内のチャンネル変化によって受信性能が劣化するという問題点があった。言い換えれば、4個以上のアンテナを使用して複素シンボルを伝送する場合に、N個のシンボルを送信するために2N個の時間区間が必要なので、遅延時間(latency)が長くなり、伝送率が低下するという問題点があった。
3個以上の送信アンテナを通じて複素信号を伝送するMIMOシステムで最大伝送率を有するために、Giannakisグループが複素フィールド(Complex Field)での星座回転(constellation rotation)を通じて4個の送信アンテナで最大ダイバシティ、最大伝送率(Full Diversity Full Rate:FDFR)STBCを提案した。
図3は、従来のGiannakisのSTBC方式を使用する移動通信システムで送信器を示すブロック構成図である。図3に示すように、送信器は、変調器300と、プリコーダ302と、時空間マッパ304と、複数の送信アンテナ306,308,310,312とを含む。
図3を参照すると、変調器300は、入力される情報データ(又は符号化データ)をBPSK、QPSK、QAM、PAM、PSK方式のような変調方式により変調する。プリコーダ302は、変調器300から受信されたN個の変調シンボルd,d,d,dを信号空間上で信号の回転が発生するようにプリコーディングしてN個のシンボルを出力する。説明の便宜のために、送信アンテナが4個であると仮定する。ここで、変調器300から出力される4個の変調シンボルで構成されるシンボル列をdであると仮定する。プリコーダ302は、変調シンボル列dを下記の<数2>によって複素ベクトルrを生成する。
Figure 0004440971
ここで、Θはプリコーディング行列を示す。Giannakisグループは、プリコーディング行列として単一のVandermonde行列を使用する。このプリコーディング行列で、αは下記の<数3>のように表される。
Figure 0004440971
GiannakisのSTBC方式は、4個を超える個数の送信アンテナに拡張が容易な方式である。時空間マッパ304は、プリコーディングされたシンボルを下記の<数4>のように時空間ブロック符号化して出力する。
Figure 0004440971
ここで、Sは、4個の送信アンテナ306,308,310,312を通じて送信されるシンボルの符号化行列を示す。符号化行列で、列の個数は送信アンテナの個数に対応し、行の個数は4個のシンボルを伝送するのにかかる時間に対応する。すなわち、4個のシンボルが4個の時間区間で4個の送信アンテナを通じて送信される。
具体的には、第1の時間区間でrは、第1の送信アンテナ306を通じて送信され、残りの送信アンテナ308,310,312を通じてはいかなる信号も送信されない。第2の時間区間でrは、第2の送信アンテナ308を通じて送信され、残りの送信アンテナ306,310,312を通じてはいかなる信号も伝送されない。第3の時間区間でrは、第3の送信アンテナ310を通じて伝送され、残りの送信アンテナ306,308,312を通じてはいかなる信号も伝送されない。第4の時間区間でrは、第4の送信アンテナ312を通じて伝送され、残りの送信アンテナ306,308,310を通じてはいかなる信号も伝送されない。
このように、4個のシンボルが4個の時間区間で無線チャンネルを通じて受信されると、受信器(図示せず)は、ML(Maximum Likelihood)復号化方式で変調シンボル列dを復元する。
Jung Tae-Jin、Cheun Kyung-Whoonは、2003年にGiannakisのSTBC方式に比べて符号化利得(coding gain)が優れたプリコーダ及び連接符号(concatenated code)を提案した。Jung Tae-Jin、Cheun Kyung-Whoonは、Giannakisグループによって提案された対角行列(diagonal matrix)の代わりにAlamoutiが提案した時空間ブロック符号を連接して使用することによって、符号化利得を向上させている。説明の便宜のために、Jung Tae-Jin、Cheun Kyung-Whoonによる時空間ブロック符号は‘Alamouti FDFR STBC’と呼ばれる。
図4は、従来のAlamouti FDFR STBCと4個の送信アンテナを使用する移動通信システムで送信器を示すブロック構成図である。図4に示すように、送信器は、プリコーダ400と、マッパ402と、遅延器404と、2個のAlamouti符号器406,408と、4個の送信アンテナ410,412,414,416とを含む。
図4を参照すると、プリコーダ400は、入力される4個の変調シンボルd,d,d,dを信号空間上で信号の回転が発生するようにプリコーディングする。この4個の変調シンボルで構成されるシンボル列dを入力するために、プリコーダ400は、下記の<数5>のような演算によって複素ベクトル(complex vector)rを生成する。
Figure 0004440971
ここで、α=exp(j2π(i+1/4)/4),i=0,1,2,3である。
マッパ402は、プリコーディングされた4個のシンボルを2個ずつグルーピングして2個の要素(element)で構成された2個のベクトル[r,r]と[r,r]をそれぞれAlamouti符号器406と遅延器404に出力する。遅延器404は、2番目のベクトル[r、r]を1時間区間で遅延する。したがって、1番目のベクトル[r,r]は第1の時間区間でAlamouti符号器406に提供され、2番目のベクトル[r,r]は第2の時間区間でAlamouti符号器408に提供される。Alamouti符号器は、AlamoutiのSTBC方式を使用する符号器を称する。Alamouti符号器406は、[r,r]を第1及び第2の時間区間で第1及び第2の送信アンテナ410,412を通じて送信されるように符号化する。Alamouti符号器408は、[r,r]を第3及び第4の時間区間で第3及び第4の送信アンテナ414,416を通じて送信されるように符号化する。すなわち、マッパ402から4個のシンボルを多重アンテナを通じて送信するための符号化行列は、下記の<数6>のように表される。
Figure 0004440971
この符号化行列は、上記<数4>に示した符号化行列と異なり、対角行列形態でなくAlamoutiのSTBC方式で実現される。すなわち、AlamoutiのSTBC方式を使用することによって符号化利得を増加させる。
しかしながら、上述したAlamoutiのFDFR STBCは、送信器がプリコーディングするためにプリコーディング行列のすべての要素と入力ベクトルとの間の計算が必要なため、符号化の複雑度が増加するという短所を有する。例えば、送信アンテナが4個である場合に、プリコーダの要素に0が含まれていないため、16個の要素に対して演算をすべて遂行しなければならない。やはり、受信器も送信器によって送信された信号dに対してML(Maximum Likelihood)復号を遂行すべきであるため、相当に多くの計算量を必要とする。
このような高い複雑度を低下させるため、韓国の三星電子株式会社のChae Chan-Byoungらによって新たな時空間ブロック符号方式が提案された。
Figure 0004440971
ここで、Θは、任意の偶数個の送信アンテナに対するプリコーディング行列を示す。その次の演算は、Cheun Kyung-Whoonグループと同一である。この方式は、AlamoutiのFDFR STBC方式に比べて、一連の演算過程、すなわち、穿孔及び移動を通じて受信器のML復号による複雑度を格段に低下させる。
しかしながら、このような試みにもかかわらず、既存の線形復号が可能なAlamouti方式に比べて、非常に高い複雑度が要求され、これをさらに低下させるための努力が引き続いている。この状況で、Sundar Rajan教授グループは線形復号が可能な、FDFR STBCを提案した。
以下に、Sundar RajanグループのSTBCは、<数6>に示したそれぞれの値rにeを乗算し(複素平面上の回転)、新たな値x+jyを得た後に、この新たな値の実数部と虚数部を再構成する。このように得られた符号化行列は、下記の<数8>のように表される。
Figure 0004440971
<数8>を利用すれば、受信器で線形復号が可能なため、複雑度を低下させる。ここで、Sundar Rajan教授は、位相回転角θを特定の値に固定して使用する(θ=(1/2)atan2)。
このようなSundar RajanグループのSTBC方式を使用する移動通信システムは、図5に示した構成を有する送信器を採択する。情報シンボルs,s,s,sは、プリコーダ500でexp(jθ)と乗算された後に、マッパ502で再構成される。
より具体的に、マッパ502は、プリコーディングされたシンボルc=x+jyをc’=x+jy,c’=x+jy,c’=x+jy,c’=x+jyに再構成し、この再構成されたシンボルを2個ずつグルーピングしてベクトル[c’c’]と[c’c’]を出力する。これらベクトル[c’c’]と[c’c’]は、各々対応するAlamouti符号器506,508を通じて伝送される。遅延器504は、ベクトル[c’c’]を遅延するために使用される。
Sundar RajanグループのSTBCの性能がさらに向上させることができることを示すために、直交(orthogonal)時空間符号と正規直交(orthonormal)時空間符号の特徴について簡単に説明する。
Tarokhらによって提案された正規直交時空間符号Sを復調するために、Sのエルミート(Hermitian)Sを乗算する。このような場合は、次の<数9>のようである。
Figure 0004440971
ここで、pは定数である。時空間符号が<数9>を満足すれば、伝送可能なフルレート(Full Rate)は、次の<数10>のようになる。
Figure 0004440971
ここで、送信アンテナの個数N=2である。したがって、4個の送信アンテナを使用するシステムでa=2で、Rmax=3/4である。
Sundar Rajanグループは、直交時空間符号もフルダイバシティ(Full Diversity)を満たすことを証明した。この場合には、次の<数11>のように表される。
Figure 0004440971
ここで、p=|h+|hで、p=|h+|hである(hはチャンネル係数)。注目すべき事実は、この直交時空間符号を使用すると、伝送レートは下記の<数12>のように示す。
Figure 0004440971
この式によると、4個の送信アンテナを使用するシステムで最大伝送速度Rmax=1を達成することができることを示す(送信アンテナの個数N=2)。すなわち、直交時空間符号を使用すると、FDFRを実現することがわかる。
3個の送信アンテナを使用するOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)システムの場合に、FDFRを満たすために、Sundar Rajanグループは下記のような<数13>を提案した。
Figure 0004440971
上記の符号化行列Aは、3個の送信アンテナを使用する通信システムで変数として周波数と時間を含む。<数13>で、行は送信アンテナをそれぞれ意味する。第1の行において、最初の2列(sと-s )は第1の周波数にマッピングされ、その次の2列(0と0)は第2の周波数にマッピングされる。各2つの列対のうち、前の列sは第1の時間区間にマッピングされ、後の列−s は第2の時間区間にマッピングされる。したがって、第2のアンテナを通じて第2の周波数に第2の時間区間で伝送されるシンボルはs で、第3のアンテナを通じて第2の周波数に第1の時間区間で伝送されるシンボルはsである。
しかしながら、より正確な通信を遂行するためには、上述した時空間周波数符号化方法の性能を改善することが要求される。
したがって、上記した従来技術の問題点を解決するために、本発明の目的は、3個の送信アンテナを使用する移動通信システムで性能を向上させる時空間周波数ブロック符号化装置及び方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、3個の送信アンテナを使用する移動通信システムで、特にベクトルシンボルを複素平面上で回転して新たなシンボルx+jyを得た後に、この新たな値の実数部と虚数部を再構成したベクトルシンボルを送信する移動通信システムで性能を向上させるための時空間周波数ブロック符号化装置及び方法を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、多重アンテナを使用する移動通信システムで、特にベクトルシンボルを複素平面上で回転して新たなシンボルx+jy を得た後に、この新たな値の実数部と虚数部を再構成したベクトルシンボルを送信する通信システムで性能を向上させるために伝送行列を選択する時空間周波数ブロック符号化装置及び方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、3個の送信アンテナを用いる時空間周波数ブロック符号化方式を使用する通信システムの送信器であって、入力されるシンボル列のシンボルベクトルにe(ここで、θは位相回転角)を乗算してプリコーディングするプリコーダと、受信器から受信されるフィードバックチャンネル品質情報(Channel Quality Indicator:CQI)に基づいて時空間周波数ブロック符号(Space-Time Frequency Block Code:STFBC)を選択し、前記選択されたSTFBCにより前記プリコーディングされたシンボルをマッピングして前記送信アンテナを通じて送信するSTFBCマッパとを含むことを特徴とする。
また、本発明は、3個の送信アンテナを用いる時空間周波数ブロック符号化通信システムの送信器であって、入力されるシンボル列のシンボルベクトルにe(ここで、θは位相回転角)を乗算してプリコーディングするプリコーダと、受信器から受信される時空間周波数ブロック符号(Space-Time Frequency Block Code:STFBC)インデックスを用いてSTFBCを選択し、前記選択されたSTFBCにより前記プリコーディングされたシンボルをマッピングして前記送信アンテナを通じて送信するSTFBCマッパとを含むことを特徴とする。
本発明は、通信システムの送信器で、時空間周波数ブロック符号化装置に関するもので、入力されるシンボル列を所定規則によって複数の送信アンテナを通じて伝送する方式で、受信器から受信されたフィードバックチャンネル情報、又は送信器で得られたSTFBCにより、一連の規則を有する伝送行列が選択され、それによってSTFBCの性能を向上させる効果がある。
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
下記に、本発明に関連した公知の機能或いは構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断された場合に、その詳細な説明を省略する。
本発明では、FDFR(Full Diversity Full Rate)直交(orthogonal)時空間周波数符号を使用するシステムで、性能の向上のための時空間周波数ブロック符号化(Space-Time-Frequency block coding:以下、“STFBC”とする)方式を提供する。
図6は、本発明によるSTFBC方式を使用する移動通信システムで送信器を示すブロック構成図である。この送信器は、3個の送信アンテナを使用すると仮定する。
図6を参照すると、プリコーダ600は、入力される情報シンボルs,s,s,sのそれぞれにejθを乗算し、すなわち複素平面上でθだけ回転してx+jyとして示す新たなシンボルc,c,c,cを得る。STFBCマッパ602は、これらシンボルを受信器からフィードバックされたチャンネル情報、又は受信器で得られたSTFBCインデックスに基づいたSTFBCの選択によってグルーピングする。マッパ604は、送信アンテナ606,608,610にこのグルーピングされたシンボルをマッピングして送信する。STFBCマッパ602とマッパ604は、一つの装置に組み込むことができる。
図7は、本発明によるSTFBC方式を使用する移動通信システムで受信器を示すブロック構成図である。より簡単に説明するために、受信器は一つの受信アンテナを有すると仮定する。
図7を参照すると、チャンネル推定器702は、受信アンテナ700を通じて受信された信号のチャンネル推定を遂行する。このチャンネル推定後、受信信号は、復号化過程を経て復号される。フィードバック送信器710は、チャンネル推定器702から受信されたチャンネル品質情報(Channel Quality Indicators:以下、“CQI”とする)を送信器のSTFBCマッパ602に伝送する。或いは、受信器でSTFBCインデックスを求め、これをフィードバック送信器710を通じて送信器に伝送することもできる。以下に、フィードバック送信器710の動作を説明する。
本発明で、受信器はすべてのチャンネルのCQIを送信器にフィードバックし、或いはSTFBCマッパで用いるSTFBCインデックスを送信器に伝送する。
1)すべてのチャンネル情報のフィードバック
受信器で推定したチャンネル係数を受信すると、STFBCマッパ602は次の<数14>のように演算を遂行する。
Figure 0004440971
ここで、CQI_ant1,CQI_ant2,CQI_ant3は、第1、第2、及び第3の送信アンテナのCQIをそれぞれ示す。
2)STFBCインデックスの伝送
実際に、受信器で受信したすべてのチャンネルのCQIを送信器に伝送することは容易でない。したがって、受信器は、上記の<数14>を演算して得られたSTFBCインデックスを送信器のSTFBCマッパ602にフィードバックする。
以下に、STFBCマッパ602の動作を図8を参照して説明する。図8は、3個の送信アンテナを使用する場合のSTFBCを示す。3個の送信アンテナを使用するため、STFBCは、次の<数15>のように3つの場合が存在する。
Figure 0004440971
ここで、行は該当アンテナのシンボルを示し、列は副搬送波にマッピングされたシンボルを示す。
この場合に、STFBCマッピングは、行列Aのコンテキストで遂行される。プリコーディングされたシンボルc,c,c,cは、行列Aによりマッピングされる。図8において、行列Aでsはcに対応する。STFBCマッパ602は、行列A,B,Cのうちの一つを用いてシンボルを各送信アンテナにマッピングする。本発明では、受信器のフィードバック送信器710から受信されたフィードバック情報に基づいて最適の性能を有することができるように、行列A,B,Cのうちの一つを選択して使用する。第1のアンテナが最良のチャンネル状態である場合に、行列Bは、第1のアンテナを通じてより多くのシンボルを送信するために選択される。第2のアンテナが最良のチャンネル状態である場合に、行列Aは、第2のアンテナを通じてより多くのシンボルを送信するために選択される。第3のアンテナが最良のチャンネル状態である場合に、行列Cは、第3のアンテナより多くのシンボルを送信するために選択される。この行列の選択は、下記の<数16>のように示す。
Figure 0004440971
図9は、本発明によるSTFBC方式を使用する移動通信システムで送信器の動作を示すフローチャートである。
図9を参照すると、データ列(stream)s,s,s,sが受信すると(ステップ902)、プリコーダはこのデータ列をプリコーディングする(ステップ904)。すなわち、プリコーダはデータ列s,s,s,sにexp(jθ)を乗算して再構成し、プリコーディングされたシンボルc,c,c,c(c=x+jy,c=x+jy,c=x+jy,c=x+jy)を出力する。送信器は、受信器から受信されたチャンネル情報であるCQIに基づいて<数16>によりSTFBCを選択し、或いは受信器から受信されたSTFBCインデックスによりSTFBCを選択する(ステップ910)。STFBCマッパは、選択されたSTFBCによりプリコーディングされたシンボルをマッピングし(ステップ906)、このマッピングされたシンボルを対応する送信アンテナを通じて送信する(ステップ908)。
図10は、本発明によるSTFBC方式を使用する移動通信システムで受信器の動作を示すフローチャートである。
図10を参照すると、送信器からデータ列を受信すると(ステップ1002)、このデータ列は、チャンネル推定を遂行し(ステップ1004)、CQIは送信器にチャンネル情報として伝送される(ステップ1014)。この場合に、送信器は、<数16>によって使用するSTFBCを求める。或いは、受信器は、チャンネル係数を送信器に伝送せずに<数16>によってSTFBC符号を求め、そのインデックスを送信器に伝送する。
送信器は、受信器からチャンネル情報が直接フィードバックされる場合に、通信の正確度を高めるために、送信器によって選択されたSTFBCのインデックスを受信器に通報する。この場合に、送信器の選択したSTFBCが受信器の選択と一致しない場合に、送信器で選択したSTFBCを受信器に共通チャンネルを通じて伝送すれば、データの通信がより正確になる。
その後、ステップ1006での検出、ステップ1008での並列/直列変換、ステップ1010での復調が既存システムと同一の方法で遂行される。
本発明をより具体的に説明するために、実際のシステムを例に挙げて説明する。IEEE802.16標準に基づいたOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)システムで、受信器は、フィードバック情報量を減少させるためにN個の副搬送波を含むサブチャンネルの平均チャンネル値を求める。送信器は、このサブチャンネルの平均チャンネル値に基づいてSTFBCを選択する。すると、送信器は、受信器にこの選択されたSTFBCを通報する。この両方向通信は、通信の正確性を向上させる。
他の実施形態として、送信器は、受信器からフィードバックされる情報を利用することなく、一連の規則により送信アンテナをグルーピングすることも可能である。このアンテナグループは、下記の<数17>のように表される。
Figure 0004440971
上記の行列Dは、<数15>に示した行列[A|B|C]の組合せである。
しかしながら、Dはこれら行列の順序よって定義されることができる。したがって、行列Dは次のように示すことが可能である。
D=[A|B|C],D=[A|C|B],D=[B|A|C],D=[B|C|A],D=[C|A|B],D=[C|B|A]
行列Dで、行は、<数13>に示した行列Aのように送信アンテナを意味する。列は、順次的な対でグルーピングされる。したがって、第1及び第2の列は第2の副搬送波にマッピングされ、第3及び第4の列は第2の副搬送波にマッピングされ、残りの列はこのような方式で第3〜第6の副搬送波にマッピングされる。各列の対で第1及び第2のシンボルは、一つの副搬送波にマッピングされ、それぞれ第1及び第2のシンボルタイムを意味する。
行列A,B,Cは、それぞれA,A,Aであると仮定する。OFDMA通信システムで、副搬送波別に順列順序を決定する方法は<数18>のようである。
Figure 0004440971
ここで、Nは論理データ副搬送波のインデックスである。N={1,2,3,…,全体副搬送波の数}である。論理データ副搬送波インデックスは、OFDMでFFT(Fast Fourier Transform)の副搬送波インデックスを示す。上記の<数18>により、論理データ副搬送波のインデックス1,2はAのアンテナグルーピングパターンで送信アンテナにマッピングされ、論理データ副搬送波のインデックス3,4はAのアンテナグルーピングパターンで送信アンテナにマッピングされ、論理データ副搬送波のインデックス5,6はAのアンテナグルーピングパターンを有する。残りの副搬送波に対するアンテナグルーピングパターンも上記の<数18>によって決定される。
以上、本発明の詳細な説明においては具体的な実施形態に関して説明したが、形式や細部についての様々な変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。したがって、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
従来のSTBC方式を使用する移動通信システムで送信器を示すブロック構成図である。 従来のSTBC方式を使用する移動通信システムで受信器を示すブロック構成図である。 従来のGiannakisのSTBC方式を使用する移動通信システムで送信器を示す構成図である。 Jung Tae-JinとCheun Kyung-Whoonによって提案された4個のアンテナを用いて、従来のAlamoutiのFDFR STBC方式を使用する移動通信システムで送信器を示すブロック構成図である。 Sundar RajanグループのSTBC方式を使用する移動通信システムで送信器を示すブロック構成図である。 本発明によるSTFBC方式を使用する移動通信システムで送信器を示すブロック構成図である。 本発明によるSTFBC方式を使用する移動通信システムで受信器を示すブロック構成図である。 図6に示したSTFBCマッパの動作を示す図である。 本発明によるSTFBC方式を使用する移動通信システムで送信器の動作を示すフローチャートである。 本発明によるSTFBC方式を使用する移動通信システムで受信器の動作を示すフローチャートである。
符号の説明
600 プリコーダ
602 STFBCマッパ
604 マッパ
606 送信アンテナ
608 送信アンテナ
610 送信アンテナ
710 フィードバック送信機

Claims (25)

  1. 3個の送信アンテナを用いる時空間周波数ブロック符号化方式を使用する通信システムの送信器であって、
    入力されるシンボル列のシンボルベクトルにej θ(ここで、θは位相回転角)を乗算してプリコーディングするプリコーダと、
    受信器から受信されるフィードバックチャンネル品質情報(Channel Quality Indicator:CQI)に基づいて時空間周波数ブロック符号(Space-Time Frequency Block Code:STFBC)を選択し、前記選択されたSTFBCにより前記プリコーディングされたシンボルをマッピングして前記送信アンテナを通じて送信するSTFBCマッパと、
    を含み、
    前記STFBCマッパは、下記の式により、前記フィードバックされるCQIに基づいてSTFBCを選択する
    ことを特徴とする送信器。
    Figure 0004440971
    ここで、CQI_ant1、CQI_ant2、及びCQI_ant3は、各々第1、第2、及び第3の送信アンテナのCQIを示し、行列A,B,Cは各々次のようである。
    Figure 0004440971
    ここで、行(row)は該当アンテナのシンボルを示し、列(column)は副搬送波にマッピングされたシンボルを示す。
  2. 前記STFBCマッパは、選択したSTFBCにより前記プリコーディングされたシンボルをマッピングして前記送信アンテナを通じて送信するマッパを含むことを特徴とする請求項1記載の送信器。
  3. 前記選択されたSTFBCは前記受信器に伝送されることを特徴とする請求項1記載の送信器。
  4. 前記選択されたSTFBCは前記受信器に伝送されることを特徴とする請求項2記載の送信器。
  5. 前記フィードバックされるCQIは、それぞれ複数の副搬送波の平均チャンネル情報であることを特徴とする請求項1記載の送信器。
  6. 前記フィードバックされるCQIは、それぞれ複数の副搬送波の平均チャンネル情報であることを特徴とする請求項2記載の送信器。
  7. 3個の送信アンテナを用いる時空間周波数ブロック符号化通信システムの送信器であって、
    入力されるシンボル列のシンボルベクトルにej θ(ここで、θは位相回転角)を乗算してプリコーディングするプリコーダと、
    受信器から受信される時空間周波数ブロック符号(Space-Time Frequency Block Code:STFBC)インデックスを用いてSTFBCを選択し、前記選択されたSTFBCにより前記プリコーディングされたシンボルをマッピングして前記送信アンテナを通じて送信するSTFBCマッパと、
    を含み、
    前記STFBCインデックスは前記受信器で下記の式によって得られる
    ことを特徴とする送信器。
    Figure 0004440971
    ここで、CQI_ant1、CQI_ant2、及びCQI_ant3は、各々第1、第2、及び第3の送信アンテナのCQIを示し、行列A,B,Cは各々次のようである。
    Figure 0004440971
    ここで、行は該当アンテナのシンボルを示し、列は副搬送波にマッピングされたシンボルを示す。
  8. 前記STFBCマッパは、選択したSTFBCにより前記プリコーディングされたシンボルをマッピングして前記送信アンテナを通じて送信するマッパを含むことを特徴とする請求項記載の送信器。
  9. 前記選択されたSTFBCは前記受信器に伝送されることを特徴とする請求項記載の送信器。
  10. 前記選択されたSTFBCを前記受信器に伝送することを特徴とする請求項記載の送信器。
  11. 3個の送信アンテナを使用する時空間周波数ブロック符号化通信システムの受信器であって、
    受信アンテナを通じて受信された信号のチャンネル推定を行い、チャンネル品質情報(CQI)を出力するチャンネル推定器と、
    前記チャンネル推定器からのCQIを送信器のSTFBCマッパに伝送するフィードバック送信器と、
    を含み、
    前記STFBCマッパは、下記の式により、前記フィードバックされるCQIに基づいてSTFBCを選択する
    ことを特徴とする受信器。
    Figure 0004440971
    ここで、CQI_ant1、CQI_ant2、及びCQI_ant3は、各々第1、第2、及び第3の送信アンテナのCQIを示し、行列A,B,Cは各々次のようである。
    Figure 0004440971
    ここで、行は該当アンテナのシンボルを示し、列は副搬送波にマッピングされたシンボルを示す。
  12. 前記CQIは複数の副搬送波の平均チャンネル情報であることを特徴とする請求項11記載の信器。
  13. 3個の送信アンテナを使用する時空間周波数ブロック符号化通信システムの受信器であって、
    受信アンテナを通じて受信された信号のチャンネル推定を行い、チャンネル品質情報(CQI)を出力するチャンネル推定器と、
    前記チャンネル推定器からのCQIを用いて獲得されたSTFBCインデックスを送信器のSTFBCマッパに伝送するフィードバック送信器と、
    を含み、
    前記STFBCインデックスは、下記の式によって得られる
    ことを特徴とする受信器。
    Figure 0004440971
    ここで、CQI_ant1、CQI_ant2、及びCQI_ant3は、各々第1、第2、及び第3の送信アンテナのCQIを示し、行列A,B,Cは各々次のようである。
    Figure 0004440971
    ここで、行は該当アンテナのシンボルを示し、列は副搬送波にマッピングされたシンボルを示す。
  14. 3個の送信アンテナを用いる時空間周波数ブロック符号化方式を使用する通信システムの送信器であって、
    入力されるシンボル列のシンボルベクトルをプリコーディングするプリコーダと、
    受信器から受信されるフィードバックCQIに基づいてSTFBCを選択し、前記選択されたSTFBCにより前記プリコーディングされたシンボルを前記送信アンテナにマッピングして前記送信アンテナを通じて送信するSTFBCマッパと、
    を含み、
    前記STFBCマッパは、下記の式により、前記フィードバックされるCQIに基づいてSTFBCを選択する
    ことを特徴とする送信器。
    Figure 0004440971
    ここで、CQI_ant1、CQI_ant2、及びCQI_ant3は、各々第1、第2、及び第3の送信アンテナのCQIを示し、行列A,B,Cは各々次のようである。
    Figure 0004440971
    ここで、行は該当アンテナのシンボルを示し、列は副搬送波にマッピングされたシンボルを示す。
  15. 3個の送信アンテナを用いる時空間周波数ブロック符号化通信システムの送信器であって、
    入力されるシンボル列のシンボルベクトルをプリコーディングするプリコーダと、
    受信器から受信されるSTFBCインデックスに基づいてSTFBCを選択し、前記選択されたSTFBCにより前記プリコーディングされたシンボルを前記送信アンテナにマッピングして前記送信アンテナを通じて送信するSTFBCマッパと、
    を含み、
    前記STFBCインデックスは前記受信器で下記の式によって得られる
    ことを特徴とする送信器。
    Figure 0004440971
    ここで、CQI_ant1、CQI_ant2、及びCQI_ant3は、各々第1、第2、及び第3の送信アンテナのCQIを示し、行列A,B,Cは各々次のようである。
    Figure 0004440971
    ここで、行は該当アンテナのシンボルを示し、列は副搬送波にマッピングされたシンボルを示す。
  16. 3個の送信アンテナを用いる送信器の時空間周波数ブロック符号化方法であって、
    入力されるシンボル列のシンボルベクトルにej θ(ここで、θは位相回転角)を乗算してプリコーディングする段階と、
    受信器から受信されるフィードバックCQIに基づいて前記プリコーディングされたシンボルをマッピングするためにSTFBCを選択する段階と、
    を有し、
    前記STFBCを選択する段階は、下記の式により、前記フィードバックCQIに基づいてSTFBCを選択する段階である
    ことを特徴とする方法。
    Figure 0004440971
    ここで、CQI_ant1、CQI_ant2、及びCQI_ant3は、各々第1、第2、及び第3の送信アンテナのCQIを示し、行列A,B,Cは各々次のようである。
    Figure 0004440971
    ここで、行は該当アンテナのシンボルを示し、列は副搬送波にマッピングされたシンボルを示す。
  17. 前記選択されたSTFBCにより前記プリコーディングされたシンボルをマッピングして前記送信アンテナを通じて送信する段階をさらに有することを特徴とする請求項16記載の方法。
  18. 前記フィードバックされるCQIは、それぞれ複数の副搬送波の平均チャンネル情報であることを特徴とする請求項16記載の方法。
  19. 前記フィードバックされるCQIは、それぞれ複数の副搬送波の平均チャンネル情報であることを特徴とする請求項17記載の方法。
  20. 3個の送信アンテナを用いる送信器における時空間周波数ブロック符号の送信方法であって、
    入力されるシンボル列のシンボルベクトルにej θ(ここで、θは位相回転角)を乗算してプリコーディングする段階と、
    受信器から受信される前記STFBCインデックスに基づいてSTFBCを選択する段階と、
    を有し、
    前記STFBCインデックスは前記受信器で下記の式によって得られる
    ことを特徴とする方法。
    Figure 0004440971
    ここで、CQI_ant1、CQI_ant2、及びCQI_ant3は、各々第1、第2、及び第3の送信アンテナのCQIを示し、行列A,B,Cは各々次のようである。
    Figure 0004440971
    ここで、行は該当アンテナのシンボルを示し、列は副搬送波にマッピングされたシンボルを示す。
  21. 前記選択されたSTFBCにより前記プリコーディングされたシンボルをマッピングして前記送信アンテナを通じて送信する段階をさらに有することを特徴とする請求項20記載の方法。
  22. 3個の送信アンテナを用いる時空間周波数ブロック符号化通信システムにおける時空間周波数ブロック符号化シンボルの受信方法であって、
    受信アンテナを通じて受信された信号のチャンネルを推定し、CQIを出力する段階と、
    前記CQIを送信器のSTFBCマッパに伝送する段階と、
    を有し、
    前記STFBCマッパは、下記の式により、前記CQIに基づいてSTFBCを選択する
    ことを特徴とする方法。
    Figure 0004440971
    ここで、CQI_ant1、CQI_ant2、及びCQI_ant3は、各々第1、第2、及び第3の送信アンテナのCQIを示し、行列A,B,Cは各々次のようである。
    Figure 0004440971
    ここで、行は該当アンテナのシンボルを示し、列は副搬送波にマッピングされたシンボルを示す。
  23. 3個の送信アンテナを用いる時空間周波数ブロック符号化通信システムにおける時空間周波数ブロック符号化シンボルの受信方法であって、
    受信アンテナを通じて受信された信号のチャンネルを推定し、CQIを出力する段階と、
    前記CQIを用いて獲得したSTFBCインデックスを送信器のSTFBCマッパに伝送する段階と、
    を有し、
    前記STFBCインデックスは下記の式によって得られる
    ことを特徴とする方法。
    Figure 0004440971
    ここで、CQI_ant1、CQI_ant2、及びCQI_ant3は、各々第1、第2、及び第3の送信アンテナのCQIを示し、行列A,B,Cは各々次のようである。
    Figure 0004440971
    ここで、行は該当アンテナのシンボルを示し、列は副搬送波にマッピングされたシンボルを示す。
  24. 3個の送信アンテナを用いる送信器のSTFBC送信方法であって、
    入力されるシンボル列のシンボルベクトルをプリコーディングする段階と、
    受信器から受信されるフィードバックCQIに基づいてSTFBCを選択し、前記選択されたSTFBCにより前記プリコーディングされたシンボルをマッピングして前記送信アンテナを通じて送信する段階と、
    を有し、
    前記STFBCは、下記の式により、前記フィードバックされるCQIに基づいて選択される
    ことを特徴とする方法。
    Figure 0004440971
    ここで、CQI_ant1、CQI_ant2、及びCQI_ant3は、各々第1、第2、及び第3の送信アンテナのCQIを示し、行列A,B,Cは各々次のようである。
    Figure 0004440971
    ここで、行は該当アンテナのシンボルを示し、列は副搬送波にマッピングされたシンボルを示す。
  25. 3個の送信アンテナを用いる送信器のSTFBC送信方法であって、
    入力されるシンボル列のシンボルベクトルをプリコーディングする段階と、
    受信器から受信されるSTFBCインデックスに基づいてSTFBCを選択し、前記選択されたSTFBCにより前記プリコーディングされたシンボルをマッピングして前記送信アンテナを通じて送信する段階と、
    を有し、
    前記STFBCインデックスは前記受信器で下記の式によって得られる
    ことを特徴とする方法。
    Figure 0004440971
    ここで、CQI_ant1、CQI_ant2、及びCQI_ant3は、各々第1、第2、及び第3の送信アンテナのCQIを示し、行列A,B,Cは各々次のようである。
    Figure 0004440971
    ここで、行は該当アンテナのシンボルを示し、列は副搬送波にマッピングされたシンボルを示す。
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