JP4704667B2 - 多重符号と多重アンテナを用いた無線通信システム用送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム用送信装置に関し、特に、多重符号と多重アンテナを用いる送信装置に関する。

無線通信システムにおいては、システムの他のパラメータ、たとえば誤り率、複雑度、送信信号電力およびコストなどに悪影響を及ぼすことなく、データ通信でのデータ伝送速度を上げることが望まれている。

この目的のために、符号化され且つ変調された送信対象であるデータを、複数のデータサブストリームに分割し、分割したデータサブストリームをウォルシュ関数（または符号系列、略して「ウォルシュ符号」とも呼ばれる）などの直交符号を用いて符号拡散し、ウォルシュ符号化したデータサブストリームを、複素ＰＮ（擬似ランダムまたは擬似雑音）系列を用いて合成およびスクランブルし、これにより、線形電力増幅器（ＬＰＡ）の増幅対象であり且つ信号送信アンテナを介して送信する信号を形成するという無線通信システム送信装置を用いることが知られている。

このような送信装置は、たとえば、データ伝送速度を１０．８Ｍｂｐｓにするために、符号化率３／４でのデータ符号化と、６４ＱＡＭ（直交振幅変調）と、２０個のデータサブストリームと、それに対応するウォルシュ符号とを用いる。６４ＱＡＭでは、１変調シンボル当たりのビット数（６ビット）が比較的大きいので、信号対雑音比が同じであれば、１シンボル当たりそれぞれ４、３、２ビットを与える１６ＱＡＭ、８ＰＳＫ（位相変調）、ＱＰＳＫ（直交位相変調）などのより低速の変調方式よりも実質的に大きな送信電力がＬＰＡで必要となる。ＬＰＡは、送信装置のコストのかなりの部分を占め、送信信号電力が増加するにつれてコストも実質的に増加する。そのため、所望の高いデータ伝送速度を実現しつつ、より低速の変調方式を用いることが望まれている。

この目的のために、さらに、送信対象である符号化され且つ変調されたデータを、そのデータ数より多いサブストリームに分割し、分割したサブストリームをＭ個のグループ（Ｍは１より大きい整数）にグループ分けし、データサブストリームのグループそれぞれを上述のとおり処理してから、それぞれＭ個のＬＰＡを介してＭ本の送信アンテナに供給することも知られている。このような送信装置では、たとえばＭ＝４の場合、符号化率１／２でのデータ符号化と、ＱＰＳＫ変調と、２０個のデータサブストリームと、それに対応するウォルシュ符号とを用いることによって、１０．８Ｍｂｐｓのデータ伝送速度が得られる。より低速の変調方式と、それぞれ総送信信号電力が１／４で済む４つのＬＰＡを用いたことにより、ＬＰＡにおいて必要となる電力を低下させ、その結果、送信装置のコストを下げることができる。

このような無線通信システムの各受信装置では、受信アンテナの各々が、Ｍ本のアンテナすべてから送信された信号を受信する。受信装置でデータサブストリームを分離させるためには、受信装置で決定されるチャネルマトリクスＨに従って受信信号を処理する必要がある。チャネルマトリクスＨは、各送信アンテナから各受信アンテナまでの各チャネルあるいは経路の特性を表し、たとえば同様に送信装置から受信装置に送信されるパイロット信号を用いて決定することができる。

上記のような公知のシステムの性能は、Ｍ本の送信アンテナから受信アンテナまでの別々のチャネルまたは経路の非相関性、つまりこれらのチャネルまたは経路が互いに無関係にフェージングを受ける度合いに依存する。相関性が低ければ低いほど、性能は向上する。しかしながら、これらの経路間には実質的な相関関係があることがわかってきた。このことを踏まえ、このようなシステムでは、受信装置が少なくともＭ本の受信アンテナを有し、チャネルマトリクスＨを少なくともＭ×Ｍ（つまりＭ行Ｍ列）マトリクスに決定する必要があった。

より一般的に言えば、上記のような公知のシステムでは、少なくとも送信アンテナと同数の受信アンテナが必要となる。これに対して、各受信装置が比較的少数の受信アンテナ、たとえば２本の受信アンテナだけを有することが望ましいが、この場合、送信アンテナの数もまたその少数個に制限してしまうことになり、それに応じて上述の送信装置の利点も制限される。

さらに、あるデータ伝送速度に対してＬＰＡで求められる送信信号電力をさらに低下させること、または、逆に、送信信号電力を増加させることなくデータ伝送速度を増加させることが望まれている。

一つの態様によれば、本発明は、送信対象となるデータからそれぞれがＮ個のデータサブストリームからなるＭ個のグループを生成するように配置され、ＮとＭは１より大きな整数であるデマルチプレクサと、各々が、Ｎ個の直交符号系列を用いてＭ個のグループのそれぞれ１つに属するＮ個のデータサブストリームを拡散するように配置されるＭ個の直交符号拡散器と、各々が、Ｍ個のグループのそれぞれ１つに属するＮ個の直交拡散データサブストリームを合成するように配置され、Ｍ本の送信アンテナのそれぞれ１つを介して送信される合成信号を生成するＭ個の信号合成器と、を備える無線通信システム用送信装置であって、Ｍ個のグループのそれぞれについて用いられるＮ個の直交符号系列は、Ｎ_W個の直交符号系列のうちのＮ個の系列のＭ種類の異なる、部分的に一致する組み合わせのそれぞれ１つからなり、Ｎ_W＞Ｎであり、前記Ｎ個の直交符号系列のうち少なくとも１つが前記Ｍ個のグループのうちの複数のグループに対して用いられることを特徴とする送信装置を提供する。

前記直交符号系列は、長さＬのウォルシュ関数を有し、Ｌ＝２^kであり、ｋは３より大きい整数であり、典型的にはＮ_W＜Ｎである。

パイロット信号を用いた受信装置でのチャネル推定を容易にするために、各信号合成器をまた、各Ｎ個の直交拡散データサブストリームと、対応するグループに属するデータサブストリームに対して且つ互いのグループのパイロット信号に対して直交拡散するパイロット信号とが合成されるように配置することができる。

本発明の別の態様によれば、合成信号が送信される際に経由するＭ本の送信アンテナを有する上述したような送信装置と、送信アンテナから送信される信号を受信する際に経由するＰ本の受信アンテナを有する受信装置と、を備え、Ｐは１より大きな整数である無線通信システムが提供される。ここで、ＭはＰよりも大きく、本システムの特定の形態においては、送信アンテナはＭ＝４で、受信アンテナはＰ＝２であり得る。

本発明はさらに、無線通信システムにおいてＭ本の送信アンテナから送信される信号の直交性を向上させる方法であって、Ｎ個の直交符号系列により直交化されるＮ個のデータサブストリームを合成することにより、各送信アンテナから送信対象となるデータを生成し、ＭとＮは１より大きな整数であるステップと、Ｍ本の送信アンテナのそれぞれについて用いられるＮ個の直交符号系列を、ＮW個の直行符号系列から、Ｎ個の系列のＭ種類の異なる、部分的に一致する組み合わせのそれぞれ１つとして選択し、Ｎ_W＞Ｎであり、前記Ｎ個の直交符号系列のうち少なくとも１つが前記Ｍ種類の異なる組み合わせのうちの複数の組み合わせに対して用いられるステップとを含んだ方法を提供する。

前記直交符号系列は長さＬのウォルシュ関数を有し、Ｌ＝２^kであって、ｋは１より大きな整数であることが好ましく、たとえばＮ_W＞Ｎである。

本発明の理解を深めるために、添付の図面を参照する。下記の説明において、別の図面内における同じ要素には同じ符号が例示として使用される。

図面を参照すると、図１は、１つの線形電力増幅器（ＬＰＡ）１２の出力に接続された１本の送信アンテナ１０を用いた、無線通信システムにおける公知の多重符号送信装置を示している。

図１の送信装置では、たとえばパケットデータ源１４からのデータが、ターボエンコーダ（並列連結畳み込み符号器）１６によって符号化される。符号化されたデータは公知の速度マッチング部１８とチャネルインタリーブ部２０で処理され、変調器２２に与えられる。この変調器２２は複数の変調方式（たとえばＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなど）のいずれかにしたがって符号化データを変調するため、可変変調器と呼ばれる。

変調器２２によって生成された変調データシンボルは、ゲイン要素２４において所望のチャネルゲインＧが与えられ、デマルチプレクサ２６に供給される。デマルチプレクサ２６はこれらのシンボルを多重符号データサブストリームと呼ばれる複数のＮ個の出力に分割する。

Ｎ個の多重符号データサブストリームは、Ｎ個の乗算器２８のそれぞれ１つに対して、Ｎ個の直交ウォルシュ符号系列または関数Ｗ１〜ＷＮのそれぞれ１つを乗算することにより直交拡散される。たとえば、Ｎ＝２０のとき、ウォルシュ符号系列Ｗ１〜ＷＮは、長さＬ＝３２の３２個の可能なウォルシュ符号系列の集合から選ばれた２０の系列であり、その他の系列はその他の用途、たとえば後述のようなパイロット信号用や、音声／ページング信号とデータ信号との通信用として保留される。通常、ウォルシュ符号系列の長さＬは２^kに等しく(ｋはここでは１より大きい整数)、Ｌの直交ウォルシュ符号系列が存在する。Ｎ個の乗算器２８が、Ｎ個のデータサブストリーム用の直交符号拡散器を構成する。

乗算器２８の出力において生成されたＮ個の直交拡散データサブストリームは、チャネル推定のために公知の方法でパイロット信号ＷＰを加算する信号合成器または加算器３０で合成される。このパイロット信号ＷＰはまた、それらデータサブストリームに直交するように各ウォルシュ符号系列を統合する。その他のウォルシュ符号系列によって直交拡散された音声／ページング信号も同様に信号合成器３０によって合成してもよい。

信号合成器３０の出力で生成された合成直交拡散データサブストリームは、公知の方法で複素ＰＮスクランブリング符号を用いて乗算器３２において乗算され、乗算された信号はＬＰＡ１２で増幅され、送信アンテナ１０に供給され、送信アンテナ１０から送信される。

上述したように、図１の送信装置は比較的高い変調速度を必要とし、したがって比較的高い送信信号電力とコストのかかるＬＰＡを必要とするため、約１０Ｍｂｐｓ以上の高速のデータ伝送速度となる。この不都合を回避するため、図２に示すような多重送信アンテナを有する送信装置を使用することができる。この点において、アンテナの説明のためにここで用いられる「多重」という用語は２本以上のアンテナを意味し、「アンテナ」という用語には単一のアンテナが送受信する異なる偏波の信号が含まれる。

図２を参照すると、図示の送信装置は、複数のＭ本の送信アンテナ１０−１〜１０−Ｍと、それに対応するそれぞれＮ個のウォルシュ符号系列乗算器２８−１〜２８−ＭからなるＭ個のグループと、Ｍ個の信号合成器３０−１〜３０−Ｍと、Ｍ個のＰＮスクランブリング符号乗算器３２−１〜３２−Ｍと、Ｍ個のＬＰＡ１２−１〜１２−Ｍを備える点を除けば、図１の送信装置と同様である。簡略化のために、図２は第１と第Ｍグループの要素のみを示している。

図２の送信装置では、デマルチプレクサ２６が変調器２２によって生成された変調データシンボルをそれぞれＮの出力からなるＭのグループに分割し、これによりＭＮ個のデータサブストリームを生成する。これらのデータサブストリームの最初のＮ個は、デマルチプレクサ２６で１からＮの番号がつけられ、それぞれ乗算器２８−１〜２８−Ｎに供給される。乗算器２８−１〜２８−Ｎにおいて、データサブストリーム１〜Ｎはそれぞれ、ウォルシュ符号系列Ｗ１〜ＷＮで乗算され、乗算の結果得られる直交化信号はそれぞれの直交パイロット信号ＷＰ−１とともに、信号合成器３０−１により合成され、合成信号は乗算器３２−１においてＰＮスクランブリング符号でスクランブルされ、ＬＰＡ１２−１で増幅され、送信アンテナ１０−１によって送信される。

Ｎ個のサブストリームからなるその他のグループについても同様である。よって、図２の送信装置では、図１を参照して上述したものと同様の方法で、Ｎ個のサブストリームからなる各グループが処理され、それぞれ送信アンテナを介して送信される。Ｍ個のグループのいずれにおいても同じウォルシュ符号系列Ｗ１〜ＷＮが用いられる。

受信装置がパイロット信号を用いてチャネルを識別および推定できるようになるには、これらを互いに直交させるとともに、各チャネルのデータサブストリームと直交させる必要がある。この目的のために、送信アンテナ１０−１〜１０−Ｍが送信するパイロット信号Ｗ１−Ｍ〜ＷＰ−Ｍを、それぞれ別のウォルシュ符号系列を用いて互いに対して直交させる。好都合なことに、データサブストリームウォルシュ符号系列Ｗ１〜ＷＮが長さＬ＝３２で、たとえばＮ＝２０であれば、パイロット信号ウォルシュ符号系列の長さを、ウォルシュ符号系列Ｗ１〜ＷＮに直交する長さ３２の別のウォルシュ符号系列から得られる長さ２５６とすることができ、これによりデータサブストリームとパイロット信号間の全体的な符号直交性を保つことができる。

上述したパイロット信号のウォルシュ符号化は、受信装置におけるチャネル推定を容易にする考えうる様々な方法のうちの一例にすぎない。たとえば、パイロット信号をデータ信号と時分割多重して交互に送信させることもできる。

受信装置は、受信信号とパイロット信号系列との相関関係から、公知の方法でチャネルマトリクスＨにおけるチャネル係数を決定（推定）し、受信信号を処理するためにチャネルマトリクスＨを用いて、送信データを決定する。たとえば、この受信信号処理の際、受信装置はまず、最も強力なデータサブストリームのグループを決定し、その後、次に強力なグループを容易に決定できるように、受信信号から、対応する成分を減じ、続いて、データサブストリームの各グループも同様に決定していく。

データサブストリームの決定の信頼性と容易性は、チャネルマトリクスＨを推定する際の精度に依存し、この精度は送信アンテナから受信アンテナへの経路の独立性または非相関性に依存する。しかしながら、実際にはこれらの経路にはかなりの相関関係があることがわかってきており、これがシステムの性能を低下させる。

また、このような相関関係により、実際には、受信装置は少なくとも送信装置が持つ送信アンテナと同じ数だけの受信アンテナ、すなわち、少なくともＭ本の受信アンテナを必要とする。さらに、受信装置において異なる受信アンテナ同士が近接すると、送信アンテナから受信アンテナへの経路の相関関係が強くなる傾向がある。このような要因により、たとえば、Ｍ＝４の送信アンテナを有する、図２に示すような送信装置と、受信装置につきわずか２本の受信アンテナを備えた１０Ｍｂｐｓシステムを与えることは現実的ではない。受信装置について所望されるような比較的小さなサイズと、２本のアンテナを有するＭＭＳＥ（最小平均二乗誤差）受信装置を用いることによって容易に達せられる相対的な簡略性とを両方とも実現するためには、たとえばわずか２本の受信アンテナのみを用いることを可能とするのが望ましい。

図３は、本発明の一実施例にかかる無線通信システムにおける送信装置を示している。図３の送信装置は、乗算器２８−１〜２８−Ｍに供給されるウォルシュ符号系列が異なる点を除けば図２の送信装置と同様であるため、同一の参照符号を用いている。図３に示すように、データサブストリームの第１のグループ用のＮ個の乗算器２８−１には、第１のグループのＮ個のウォルシュ符号系列Ｗ１−１〜ＷＮ−１がそれぞれ与えられ、データサブストリームの第Ｍグループには、第ＭグループのＮ個のウォルシュ符号系列Ｗ１−Ｍ〜ＷＮ−Ｍがそれぞれ与えられる。

一般的に言えば、図３の送信装置では、データサブストリームの第ｍグループ用のＮ個の乗算器２８−ｍに、第ｍグループのＮ個のウォルシュ符号系列Ｗ１−ｍ〜ＷＮ−ｍがそれぞれ与えられる。ｍは１からＭの整数である。

さらに、後述するように、個々のウォルシュ符号系列は、Ｎ個のウォルシュ符号系列からなるＭ個のグループのうち２つ以上のグループで用いてもよく(典型的には２つ以上のグループにおいて用いられる)、Ｎ個のウォルシュ符号系列からなるＭ個のグループのそれぞれは、互いのグループで用いるＮ個のウォルシュ符号系列の組み合わせとは異なる組み合わせのウォルシュ符号系列を含むように選択される。言い換えれば、Ｍ個のグループのそれぞれで用いられるＮ個の直交符号系列は、Ｎ_W個（Ｎ_W＞Ｎ）の直交符号系列のうちＮ個の直交符号系列のＭ個の異なる組み合わせのそれぞれ１つからなる。これについては例を挙げて以下で説明する。

たとえば、Ｍ＝４本の送信アンテナで、且つ拡散符号長がＬ＝３２で、Ｎ＝２０の場合、チャネル推定のためのパイロット系列を直交させるためのウォルシュ符号系列または関数の数をたとえばＮ_P＝Ｍ＝４とするには、Ｎ_W＝Ｌ−Ｎ_P＝２８の可能なウォルシュ関数にかかっている。それらのウォルシュ関数からＮ＝２０個のウォルシュ関数をＭ個のグループのそれぞれ異なる１つについて個々に引き出すことができる。これらＮ_W＝２８の使用可能なウォルシュ関数にたとえば０〜２７の番号をつけると、これら関数は次のようにＭ＝４個のグループに割り当てられる。

グループ１： ０〜１９番のウォルシュ関数
グループ２： ８〜２７番のウォルシュ関数
グループ３： ０〜７番と１６〜２７番のウォルシュ関数
グループＭ＝４： ０〜１５番と２４〜２７番のウォルシュ関数

この例から明らかなように、個々のウォルシュ関数が別々のグループで用いられるとしても、たとえば２０〜２３番のウォルシュ関数の各々がグループ２とグループ３で用いられ、Ｍ個のグループの各々にＮ_W＝２８個の使用可能なウォルシュ関数のうちＮ＝２０個の独自の組み合わせが割り当てられる。

異なるグループに対してウォルシュ関数の別々の組み合わせを用いることにより、実質的に別々の組み合わせにある小さな差異の度合いだけＭ本のアンテナが送信する信号の直交性が向上する。たとえば、上述のＮ＝２０の場合、Ｎ_W＝Ｎ＋１＝２１であっても、送信信号の直交性を向上させることができ、それに対応して、無線通信システムの性能も向上する。

このように性能が向上したことでいくつかの重要な効果が得られる。特に、送信信号の直交性が向上することでチャネル推定が向上し、そのためにチャネルマトリクスＨをより高精度、高信頼性で決定することができる。したがって、このチャネルマトリクスＨをたった２本のアンテナだけを用いた受信装置で決定することが可能となり、これにより受信装置を図２の送信装置では不可能な方法で単純化することができる。

より一般的にいえば、送信信号の直交性が向上したことにより、少なくとも送信アンテナと同数の受信アンテナを有するという制限をシステムから取り除くことができる。そのため、受信装置の複雑度を増すことなく、グループと送信アンテナの数Ｍを増やすことができる。

さらに、性能の向上は、その他のパラメータが等しい場合、通信データの信号対雑音比が向上したことから明らかである。これによって、ＬＰＡ１２−１〜１２−Ｍの送信電力を減少させることができ、上述のようにコストを大きく抑えることができる。

これまでの説明は、使用可能な予備ウォルシュ関数が存在すること、すなわち使用可能なウォルシュ関数の数Ｎ_Wがデータサブストリームの各グループで用いられるウォルシュ関数の数Ｎよりも多いことを前提としている。これに該当しない場合は、数Ｎを減らしてＮ＜Ｎ_Wとし、送信装置のその他のパラメータ、つまり変調方式とターボ符号化率（ならびに送信アンテナの数Ｍ）を変更して所望のデータ伝送速度にすることもできる。この例としては次のようなものがある。

この場合であってもシステムの性能は同様であるとも考えられるが、そうではなく、実際に、下で述べる具体例からわかるように性能を向上させることができる。たとえば、Ｎ＝２０の上記の場合、Ｍ個のグループに対して共通に割り当てられるウォルシュ関数の数をまったく増加させることなく、Ｎ＝１５かつＮ_W＝２０に代えてもよい。この場合、たとえばＭ＝４では、ウォルシュ関数０〜１９番を以下のようにグループに割り当てればよい。

グループ１： ０〜１４番のウォルシュ関数
グループ２： ５〜１９番のウォルシュ関数
グループ３： ０〜４番と１０〜１９番のウォルシュ関数
グループＭ＝４： ０〜９番と１５〜１９番のウォルシュ関数

少なくなった数Ｎを補償するため、符号化率と変調方式のいずれか一方または両方を変更してもよい。後者の場合、たとえば、符号化率９／１６（９個の入力ビットから１６個の符号化ビット）、ＱＰＳＫ変調、およびＮ＝２０を使用する代わりに、送信装置はＮ_W＝２０、Ｎ＝１５、符号化率３／４、およびＱＰＳＫ変調を用いるか、あるいは符号化率１／２で８ＰＳＫ変調を用いることで、同様の全体のデータ伝送速度を得ることができる。いずれの場合であっても、下の表１に示すように、性能を改善することができる。

以下の表には、特殊な場合での本発明の実施例によって得られる改善の具体例を示しているが、これらはすべて一例としてあげているにすぎず、発明を制限するものではない。各表において、１シンボル当たりの送信電力またはエネルギー（Ｅｂ／Ｎｏ）の値は、１０％および１％のフレーム誤り率（ＦＥＲ）に対し、データ伝送速度、符号化率、変調方式（つまり、１変調シンボル当たりのビット）、およびＮとＮ_Wの値を含んだパラメータの組み合わせが異なる場合でのデシベル値である。

表１は、送信アンテナ数Ｍ＝４、受信アンテナ数Ｐ＝４、ウォルシュ符号長Ｌ＝３２、データ伝送速度１０．８Ｍｂｐｓであって、および非相関低速レイリーフェージングでのチャネルの実際のチャネル推定をする場合のシステムに関する。

表１において、ケース１でイタリック体により示された送信電力値は、図２の公知の送信装置においてＮ＝２０かつＮ_W＝２０である場合を示す。ケース１〜５はいずれもデータ伝送速度が同じであり、ターボエンコーダ１６が与える符号化率と、可変変調器２２を用いた際のそれぞれの変調方式が与える１シンボル当たりのビット数（ＱＰＳＫでは２、８ＰＳＫでは３）と、各グループに割り当てられるウォルシュ関数の数Ｎとの積は、表１の第２〜第４の列において特定されているようにケース１〜５のいずれでも同一である。

表１においてボールド体で示された最小送信電力値は、この例では、符号化率１／２のターボ符号化、８ＰＳＫ変調、Ｎ＝１５のケース３で主に与えられる。表１に示すように、これらの値はＮ_Wが（たとえば）２０から２８に増加するにつれて、すなわち、別々のグループで用いられるウォルシュ関数の直交性が増加するにつれて減少する。しかしながら、表１に示すように、ＦＥＲ１０％でＮ_W＝２４または２８の場合、ケース１の性能がわずかに優れている（同一のフレーム誤り率のときの最小送信電力値）。

また、表２は、送信アンテナ数Ｍ＝４、受信アンテナ数Ｐ＝４、ウォルシュ符号長Ｌ＝３２、および非相関低速レイリーフェージングでのチャネルの実際のチャネル推定をする場合のシステムに関する。表２は、ケース６〜９において、表１と同様に送信電力値を表すものであり、Ｎ＝２０で、高めのデータ伝送速度１４．４Ｍｂｐｓと２１．６Ｍｂｐｓの場合を示す。

表２において、Ｎ_W＝２０の場合のイタリック体の値は、図２に示す公知の送信装置に関する。ケース６〜９のいずれにおいても、Ｎ_Wが増加するにつれて性能が向上しているのがわかる。表２のボールド体の値は、最高性能（最小送信電力値）を示し、この例では、データ速度が１４．４Ｍｂｐｓとなるようにターボ符号化率１／２と８ＰＳＫ変調によって与えられ、データ速度が２１．６Ｍｂｐｓとなるようにターボ符号化率９／１６と１６ＱＡＭ変調によって与えられるものである。

表３は、送信アンテナ数Ｍ＝４と受信アンテナ数Ｐ＝２のＭＭＳＥ受信装置とを有するシステムであって、ウォルシュ符号長Ｌ＝３２、データ伝送速度１０．８Ｍｂｐｓで、非相関の低速レイリーフェージングによるチャネルの実際のチャネル推定を行うシステムに関する。表３内のアスタリスクは、３０ｄＢを超える値を示す。表３にはイタリック体の値（従来技術において非現実的な４本の送信アンテナと２本の受信アンテナを有するシステム）はなく、ボールド体の値はここでも最高性能（最小送信電力値）を示す。

表４は、送信アンテナ数Ｍ＝２と、受信アンテナ数Ｐ＝２のＭＭＳＥ受信装置とを有するシステムであって、ウォルシュ符号長Ｌ＝３２、データ伝送速度１０．８Ｍｂｐｓで、非相関の低速レイリーフェージングによるチャネルの実際のチャネル推定を行うシステムに関する。表４において、Ｎ_W＝２０の場合のケース１４と１５におけるイタリック体の値は、２本の送信アンテナと２本の受信アンテナを有する図２に示す公知の送信装置に関するものである。表４のボールド体の値は、最高性能（最小送信電力値）を示す。表４からわかるとおり、Ｎ_W＝２０のとき、最高性能は、符号化率３／４と１６ＱＡＭのケース１６で与えられる。それ以外、変動は比較的小さいが、やはりケース１４〜１６のいずれの場合でも、Ｎ_Wが増加するにつれて性能が向上している。

これらの表は実際のチャネル推定と非相関フェージングチャネルに関するものであるが、完全チャネル推定および／または相関フェージングチャネルの場合に対しても同様な結果と性能効果を決定できる。

たとえば、以下の表５において、非相関フェージングに対するケース１６は、表４のデータの繰り返しであり、それぞれケース１７〜２１として識別される種々の異なる相関フェージングモデルについての（その他のパラメータが同一である場合の）比較値を示すものである。これらは、都市チャネル、室内チャネル、ＡおよびＢで表されるモデルチャネル、および相関フェージングにより示される。やはり表５からわかるとおり、いずれの場合もＮ_Wが増加するにつれ、性能が向上している。

送信アンテナ数（２以上）、受信アンテナ数（２以上）、符号化率、変調方式、およびウォルシュ符号長Ｌに対するＮとＮ_Wの値を含んだシステムのその他のパラメータについても同様に、本発明の実施例の結果と効果が決定できる。

一般的には、β_W＝Ｎ_W／Ｌがチャネル符号リソース使用の係数を表す場合、表１と表２のボールド体の値からわかるように、ＦＥＲ１％では、係数β_Wが２０／３２（６３％）から２８／３２（８８％）に増加すると、データ伝送速度１０．８Ｍｂｐｓでは約２．３ｄＢの電力利得が得られ、データ伝送速度１４．４Ｍｂｐｓでは約７．４ｄＢの電力利得が得られ、データ伝送速度２１．６Ｍｂｐｓでは約１３．９ｄＢの電力利得が得られる。

図４は、図３の送信装置を用いた無線通信システムを示しており、図４では送信装置は参照符号４０で示され、上述のようにＭ本のアンテナ１０−１〜１０−Ｍを有する。図４に示すように、Ｍは２以上であり、送信装置４０において、ウォルシュ符号長Ｌは、データサブストリームのＭ個のグループを拡散させるために共通で用いられるウォルシュ符号の数Ｎ_Wに等しいかそれより大きく、Ｎ_Wは、データサブストリームの個々のグループについて用いられるウォルシュ符号の数Ｎより大きく（上記のようにＭ個のグループの各々についてＮ_W個のうちのＮ個の固有の組み合わせが用いられる）、Ｎは１より大きい。

図４はさらに、Ｐ本のアンテナ４４−１〜４４−Ｐを有する受信装置４２も示しており、図示のようにＰは２以上である。また、図４に示されるように、システムが上記のとおり、ＭをＰよりも大きく、等しく、または小さくすることができ、これにより、システムは、たとえばＭ＝４本の送信アンテナとＰ＝２本の受信アンテナを備えることができる。送信アンテナから受信アンテナまでの矢印付破線は、送信アンテナから受信アンテナまでのチャネルを表し、そのチャネルの特性が上で参照したチャネルマトリクスＨを形成すると推定される。

本発明の特定の実施例についてこれまで詳細に説明したが、特許請求の範囲で定義される発明の範囲内であれば、種々の変更、変形ならびに改良してもよいことが理解されよう。

無線通信システムにおける公知の多重符号送信装置を示している。 無線通信システムにおける公知の多重符号多重アンテナ送信装置を示している。 本発明の一実施例にかかる無線通信システムにおける多重符号多重アンテナ送信装置を示している。 本発明の実施例にかかる、図３の送信装置を用いた無線通信システムを示している。

符号の説明

１０，１０−１〜１０−Ｍ 送信アンテナ
１２，１２−１〜１２−Ｍ ＬＰＡ
１４ パケットデータ源
１６ ターボエンコーダ
１８ 速度マッチング部
２０ チャネルインタリーバ
２２ 可変変調器
２６ デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）
２８，２８−１〜２８−Ｍ，３２，３２−１〜３２−Ｍ 乗算器
３０ 信号合成器
４０ 送信装置
４２ 受信装置
４４−１〜４４−Ｐ アンテナ

Claims (17)

1. 送信対象であるデータから、Ｎ個のデータサブストリームをそれぞれ有したＭ個のグループを生成するように配置され、ＮとＭは１より大きな整数であるデマルチプレクサ（２６）と、
   各々が、Ｎ個の直交符号系列を用いてＭ個のグループのそれぞれ１つに属するＮ個のデータサブストリームを拡散するように配置されるＭ個の直交符号拡散器（２８）と、
   各々が、Ｍ個のグループのそれぞれ１つに属するＮ個の直交拡散データサブストリームを合成するように配置され、Ｍ本の送信アンテナのそれぞれ１つを介して送信される合成信号を生成する、Ｍ個の信号合成器（３０）と、
   を備える無線通信システム用送信装置であって、
   前記Ｍ個のグループのそれぞれについて用いられる前記Ｎ個の直交符号系列は、Ｎ_W個の直交符号系列のうちのＮ個の系列のＭ種類の異なる、部分的に一致する組み合わせのそれぞれ１つからなり、Ｎ_W＞Ｎであり、前記Ｎ個の直交符号系列のうち少なくとも１つが前記Ｍ個のグループのうちの複数のグループに対して用いられることを特徴とする送信装置。
2. 前記直交符号系列は、長さＬのウォルシュ関数を備え、Ｌ＝２^kで、ｋは１より大きい整数である、請求項１に記載の送信装置。
3. Ｎ_W＜Ｌである、請求項２に記載の送信装置。
4. 各信号合成器はまた、Ｎ個の直交拡散データサブストリームのそれぞれと、それぞれのグループに属するデータサブストリームに対して直交拡散されるパイロット信号であって互いのグループのパイロット信号に対して直交拡散されるパイロット信号と、を合成するように配置されることを特徴とする請求項１または３に記載の送信装置。
5. 前記送信対象となるデータは、符号化され且つ変調されたデータからなり、
   前記送信装置は、データ源から符号化データを生成するエンコーダと、該符号化データを変調して前記送信対象となるデータを生成するように配置される変調器と、を含み、前記エンコーダの符号化率と、前記変調器によって生成される１変調シンボルあたりのビット数と、整数ＭとＮは、前記送信装置の所望のデータ伝送速度が得られるように選択される、請求項１〜４のいずれか１つに記載の送信装置。
6. 前記Ｍ個のグループの各々について、ＰＮ符号に応じてそれぞれの合成信号を拡散するように配置される符号拡散器と、それぞれの送信アンテナを介して送信するためにＰＮ符号拡散信号をそれぞれ増幅するように配置される線形電力増幅器と、を含む、請求項１〜５のいずれか１つに記載の送信装置。
7. それぞれにおいて合成信号が送信されるＭ本の送信アンテナを有する、請求項１〜６のいずれか１つに記載の送信装置と、前記送信アンテナから送信される信号を受信するＰ本の受信アンテナを有する受信装置とを備え、Ｐは１より大きな整数である無線通信システム。
8. Ｍ＞Ｐである、請求項７に記載の無線通信システム。
9. Ｍ＝４であり、Ｐ＝２である、請求項７に記載の無線通信システム。
10. 無線通信システムにおいてＭ本の送信アンテナから送信される信号の直交性を向上させる方法であって、
    Ｎ個の直交符号系列により直交化されるＮ個のデータサブストリームを合成することにより、各送信アンテナから送信対象となるデータを生成し、ＭとＮは１より大きな整数であるステップと、
    Ｍ本の送信アンテナのそれぞれについて、Ｎ個の直交符号系列からなるＭ種類の異なる、部分的に一致する組み合わせのそれぞれ１つとして用いられるＮ個の直交符号系列をＮＷ個の直行符号系列から選択し、Ｎ_W＞Ｎであり、前記Ｎ個の直交符号系列のうち少なくとも１つが前記Ｍ種類の異なる組み合わせのうちの複数の組み合わせに対して用いられるステップと、を含んだ方法。
11. 前記直交符号系列は長さＬのウォルシュ関数を有し、Ｌ＝２^kであって、ｋは１より大きな整数である、請求項１０に記載の方法。
12. Ｎ_W＜Ｌである、請求項１１に記載の方法。
13. 各送信アンテナから前記送信対象となる信号と、それぞれの送信アンテナにおけるデータサブストリームに対して、かつ、互いの送信アンテナにおけるパイロット信号に対して直交拡散されるパイロット信号と、を合成するステップをさらに含んだ、請求項１０または１２に記載の方法。
14. 送信対象であるデータから、少なくとも２個のデータサブストリームをそれぞれ有した少なくとも２個のグループを生成するように配置されるデマルチプレクサ（２６）と、
    各々が、複数の直交符号系列を用いて前記グループのそれぞれ１つに属する前記データサブストリームを拡散するように配置される少なくとも２個の直交符号拡散器（２８）と、
    各々が、前記グループのそれぞれ１つに属する、直交拡散データサブストリームを合成するように配置され、複数の送信アンテナのそれぞれ１つを介して送信される合成信号を生成する、少なくとも２個の信号合成器（３０）と、
    を備える無線通信システム用送信装置であって、
    前記複数の直交符号系列のうちの同じ系列セットのＭ種類の異なる、部分的に一致する組み合わせが、前記グループのうちの少なくとも２個に対して用いられることを特徴とする送信装置。
15. 前記グループの各々について、ＰＮ符号に応じてそれぞれの合成信号を拡散するように配置される符号拡散器と、それぞれの送信アンテナを介して送信するためにＰＮ符号拡散信号をそれぞれ増幅するように配置される線形電力増幅器と、を含む、請求項１４に記載の送信装置。
16. 無線通信システムにおいて複数の送信アンテナから送信される信号の直交性を向上させる方法であって、
    それぞれ複数の直交符号系列により直交化される複数のデータサブストリームを合成することにより、各送信アンテナから送信対象となる信号を生成するステップと、
    前記複数の送信アンテナに対して用いられる直交符号系列として、複数の直交符号系列のうちの同じ系列セットの複数の異なる、部分的に一致する組み合わせを選択するステップと、を含んだ方法。
17. 各送信アンテナから前記送信対象となる信号と、それぞれの送信アンテナにおけるデータサブストリームに対して、かつ、互いの送信アンテナにおけるパイロット信号に対して直交拡散されるパイロット信号と、を合成するステップをさらに含んだ、請求項１６に記載の方法。

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