JP4889631B2 - マルチアンテナ通信システム及びマルチアンテナ通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、マルチアンテナ通信システム及びマルチアンテナ通信方法に関し、特にＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおける時間−空間−周波数符号化方法に関する。

無線ネットワークとインターネットの融合に伴い、無線通信サービスの種類及び品質に対する要求が高まってきている。無線マルチメディア及び高い伝送レートでデータを伝送する要求を満たすために、新しい無線通信システムを開発する必要がある。特にＭＩＭＯ技術が注目されており、ＭＩＭＯシステムでは、送信側は複数のアンテナを用いて信号を送信し、受信側は複数のアンテナを用いて信号を受信する。

従来のシングルアンテナ伝送方法と比べて、ＭＩＭＯ技術はチャネル容量を著しく向上することができるため、情報伝送レートを高めることができる。また、ＭＩＭＯシステムに使用される送受信アンテナ数が多ければ多いほど、情報伝送レートが高くなることが近年の研究によって明らかになっている。また、時間領域と比べて、空間領域の資源をほぼ際限なく利用できるため、ＭＩＭＯ技術は従来技術では困難であることを実現することができ、次世代の無線通信システムのコア技術となっている。

近年、マルチアンテナのＭＩＭＯシステムにおいて、時空間符号（ＳＴＣ： Space-Time Code）による新しい符号化技術が提案されている。時空間符号による符号化技術を細かく分類すると、ＳＴＢＣ（Space Time Block Code）、ＳＴＴＣ（Space Time Trellis Code）及びＳＴＴＴＣ（Space Time Trellis Turbo Code）等に基づく符号化方法がある。また、上記他の時空間符号と比べて、ＳＴＢＣを使用する符号化装置の構成は簡易であり、対応する復号化方法も簡単であるため、ＳＴＢＣには符号化装置に適用しやすい利点がある。例えば、実際にはＳＴＢＣによるＡｌａｍｏｕｔｉ符号化方法が、３ＧＰＰに採用されている。ＳＴＢＣを使用する符号化器の入出力を図１に示す。

ＳＴＢＣを使用する符号化器（以下ＳＴＢＣ符号化器とする）の入力をベクトルｘ^ｂで示し、出力をベクトルＸ^ｂで示す。ここで、上付きのｂは符号化前／符号化後のデータシーケンスの番号である。ｂ番目の符号化前のデータシーケンスｘ^ｂを次式（１）のベクトルで示し、それぞれの要素が変調後のシンボルを示す。

ｂ番目の符号化後の出力Ｘ^ｂを(ｎ_Ｔ×Ｌ)行列で示し、ｎ_ＴがＭＩＭＯシステムの送信アンテナの総数である。図１に示すように、ＳＴＢＣを使用する符号化器がｘからＸへの線形変換を行い、符号化後に行列Ｘ^ｂが出力され、Ｘ^ｂのうち第１行の全要素（１，：）を１本目のアンテナから送信し、第２行の全要素（２，：）を２本目のアンテナから送信する。

他の時空間符号と比べて、ＳＴＢＣが適用しやすい理由は、ＳＴＢＣで符号化する際、ｘからＸへのマッピング関係を設定することにより、いわゆる直交ＳＴＢＣ（ＯＳＴＢＣ）が得られるからである。Ａｌａｍｏｕｔｉ符号化は最も簡単なＯＳＴＢＣによる符号化方法であり、ＯＳＴＢＣが次式（２）を満たす。

このため、複雑な非線形の最大尤度（ＭＬ）復号化が簡単な線形方法より実現することができる。例えば、次式（３）に示すようなＯＳＴＢＣによる符号化方法が提案されており、送信アンテナ数ｎ_Ｔ＝４、符号化率Ｒ＝１／２（Ｌ＝８）である。

図１では、ＳＴＢＣ符号化器に入力されるデータシーケンスｘ^ｂ（ｂ＝１，２，…）が上記のマッピング方法により符号化され、行列Ｘ^ｂ（ｂ＝１，２，…）になって出力される。式（３）からわかるように、符号化後の出力Ｘ^ｂは、横軸方向が時間領域信号を示し、縦軸方向が空間領域信号を示す二次元の信号である。行列Ｘ^ｂの時間領域信号が時間領域において伝送され、空間領域信号が空間領域において伝送される。すなわち、行列Ｘ^ｂの一行が１本のアンテナと対応し、一列が１つの時刻と対応する。ＯＳＴＢＣを採用することにより、受信側の復号化の複雑度を大幅に低下することができる。

ただし、ＯＳＴＢＣにおける完全直交性を得るために、Ｈ_１ ^ｂ＝Ｈ_２ ^ｂ＝…＝Ｈ_Ｌ ^ｂを満たす必要があり、つまり、行列Ｘ^ｂを伝送する時のチャネル特性を一定に保つ必要がある。Ｈ_ｊ ^ｂは行列Ｘ^ｂ第ｊ列の信号を送信する場合のＭＩＭＯシステムのチャネル特性を示し、ｊ＝１，２，…,Ｌである。Ｈ_ｊ ^ｂはｎ_Ｒ×ｎ_Ｔの行列であり、ｎ_Ｒが受信アンテナ数を示し、ｎ_Ｔが送信アンテナ数を示す。通常、ＭＩＭＯシングルキャリアシステムでは、チャネル変動が緩やかな場合、Ｈ_１ ^ｂ＝Ｈ_２ ^ｂ＝…＝Ｈ_Ｌ ^ｂとすることができる。

上述ＭＩＭＯシステムとＳＴＢＣによる符号化方法は、狭帯域通信又はシングルキャリア通信への適用に限られているが、将来の無線通信システムとして、必ず広帯域の高速通信システムが必要とされるので、ＯＦＤＭ技術が広帯域の高速通信システムを実現する主なる技術となる。ＯＦＤＭの原理は、伝送する高速データを大量の直交サブキャリアを用いて伝送し、それぞれのサブキャリアのデータ伝送レートが比較的低いことである。通常のＦＤＭシステムと比べて、ＯＦＤＭシステムにおけるサブキャリアの直交多重することにより、システムの周波数利用効率を高めることができる。ＯＦＤＭでは、全体の帯域幅を複数の狭いサブキャリア帯域に分割し、それぞれのサブキャリア幅がチャネルの干渉幅より狭いため、サブキャリア内のフェージングはフラットである。よって、シングルキャリアと比べて、ＯＦＤＭは周波数選択性フェージングの影響を受けにくい。

上記の背景を踏まえて、近年のＳＴＢＣによる符号化に関する研究の視野は、ＭＩＭＯシングルキャリアからＭＩＭＯ−ＯＦＤＭにシフトしつつある。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭとＭＩＭＯシングルキャリアとの最大の相違点は、時間領域と空間領域に加えて周波数領域においても符号化することである。すなわち、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭにおけるＳＴＢＣは空間領域、時間領域及び周波数領域を含む三次元的なシステムである。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるＳＴＢＣによる符号化方法は大別して、以下のような２種類がある。

（１）時空間（ＳＴ）符号を利用する符号化方法
この方法は、シングルキャリアシステムにおけるＳＴＢＣによる符号化方法を直接ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムに適用し、それぞれのサブキャリアにおいて単独にＳＴＢＣで符号化する方法である。つまり、符号化後の出力である行列Ｘ^ｂの空間領域信号を空間領域において伝送し、時間領域信号を時間領域において伝送する。

図２はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるＳＴ符号の符号化方法を示す図である。具体的に、時間領域を横軸で示し、周波数領域を縦軸で示す。そして、すべての符号化対象の符号化後の出力である行列Ｘ^ｂの行毎の集合Ｓ_１，…，Ｓｎ_Ｔ、つまり第１行の集合Ｓ_１が、アンテナ１と対応し、第ｎ_Ｔ行の集合Ｓｎ_Ｔがアンテナｎ_Ｔと対応する。図示されている方形（マス）の各々がリソースブロックを表し、楕円で囲まれているリソースブロックが時間領域信号の時間領域におけるマッピング位置を示す。

この方法では、すべてのサブキャリアにおいて、それぞれ単独にＳＴＢＣで符号化を行い、符号化されたデータがそれぞれ時間領域及び空間領域にマッピングされる。すなわち、データの空間領域信号が空間領域において伝送され、時間領域信号が時間領域において伝送される。

（２）空間−周波数（ＳＦ）符号を利用する符号化方法
この符号化方法と上記（１）の符号化方法との相違点は、符号化後の出力Ｘ^ｂの時間領域信号が、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの周波数領域（時間領域ではなく）において伝送されることである。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるＳＦ符号の符号化方法を図３に示す。

図３に示すように、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるＳＦ符号の符号化方法の特徴は、時間領域においてすべてのＯＦＤＭシンボルが単独にＳＴＢＣで符号化を行うことであり、同一符号化対象の行の信号が空間領域、列の信号が周波数領域にマッピングされ伝送される。

しかしながら、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて、ＳＴ符号またはＳＦ符号に基づくＳＴＢＣの符号化方法を使用しても、得られるシステム性能が希望値とある程度の差が存在する。これは、ＭＩＭＯシングルキャリアシステムでは、同一のＳＴＢＣ内のチャネル特性を一定と想定することができるが、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムでは、同一のＳＴＢＣにおいて、チャネル特性が一定であるとは限らないからである。具体的には、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるＳＴ符号の符号化において、１つのＳＴＢＣがＬ個のＯＦＤＭシンボルに亘っており、１つのＯＦＤＭシンボルの時間長は、通常のシングルキャリアシステムにおける１つのシンボルの時間長より遥かに長いため、Ｌ個のＯＦＤＭシンボル内のチャネル特性が一定であるとは言えない。同様に、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるＳＦ符号の符号化においても、１つのＳＴＢＣがＬ個のサブキャリアに亘っているため、最適な周波数チャネル（サブキャリア）の選択をするとしても、Ｌ個のサブキャリア内のチャネル特性が一定であると保証することができない。

すなわち、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムでは、同一のＳＴＢＣにおいて、チャネル特性が変化するため、ＳＴＢＣ間の直交性に悪影響が生じ、それによる符号内干渉がシステムの性能を低下させてしまうという問題がある。

本発明の目的は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて、ＳＴＢＣ間の直交性を高め、システム性能を向上することができるマルチアンテナ通信システム及びマルチアンテナ通信方法を提供することである。

本発明のマルチアンテナ通信システムは、マルチアンテナ送信装置及びマルチアンテナ受信装置を有するマルチアンテナ通信システムであって、前記マルチアンテナ受信装置は、前記マルチアンテナ送信装置から送信された信号を複数のアンテナで受信する受信手段と、前記受信手段により受信した信号に基づいてチャネル特性を推定するチャネル推定手段と、（４）式

を用いて、ＳＴＢＣ（Space Time Block Code）内において、特定のリソースブロックに対する前記特定のリソースブロック以外の他のリソースブロックの前記チャネル特性の相関値を算出し、前記ＳＴＢＣ内において、周波数領域及び時間領域において前記特定のリソースブロックから所定数連続する複数のリソースブロックの前記相関値の最小値が、前記所定数連続する複数のリソースブロック以外の他のリソースブロックの前記相関値の最大値以上となるように前記所定数連続する複数のリソースブロックの組み合わせパターンを確定し、前記組み合わせパターンを前記マルチアンテナ送信装置にフィードバックする確定手段と、前記確定手段により確定された前記組み合わせパターンに従って時間領域、空間領域、周波数領域にマッピングされた前記受信手段により受信した信号から、同一のＳＴＢＣに属す信号を抽出し、データブロックを合成する接続多重手段と、を具備し、前記マルチアンテナ送信装置は、送信データをＳＴＢＣで符号化する符号化手段と、前記確定手段によりフィードバックされた前記組み合わせパターンに従って、前記符号化手段によりＳＴＢＣで符号化された送信データをそれぞれ、時間領域、空間領域、周波数領域にマッピングする接続分配手段と、前記接続分配手段における前記マッピングに基づいて、複数のアンテナでそれぞれのアンテナに対応する信号を送信する送信手段と、を具備する構成を採る。
本発明のマルチアンテナ通信方法は、マルチアンテナ送信装置及びマルチアンテナ受信装置を具備するマルチアンテナ通信システムにおけるマルチアンテナ通信方法であって、前記マルチアンテナ受信装置が、（４）式

を用いて、ＳＴＢＣ（Space Time Block Code）内において、特定のリソースブロックに対する前記特定のリソースブロック以外の他のリソースブロックの前記チャネル特性間の相関値を算出し、前記ＳＴＢＣ内において、周波数領域及び時間領域において前記特定のリソースブロックから所定数連続する複数のリソースブロックの前記相関値の最小値が、前記所定数連続する複数のリソースブロック以外の他のリソースブロックの前記相関値の最大値以上となるように前記所定数連続する複数のリソースブロックの組み合わせパターンを確定し、前記組み合わせパターンを前記マルチアンテナ送信装置にフィードバックする確定ステップと、前記マルチアンテナ送信装置が、送信データをＳＴＢＣで符号化する符号化ステップと、前記マルチアンテナ送信装置が、前記確定ステップによりフィードバックされた前記組み合わせパターンに従って、前記符号化ステップによりＳＴＢＣで符号化された信号をそれぞれ時間領域、空間領域、周波数領域にマッピングする接続分配ステップと、前記マルチアンテナ送信装置が、前記接続分配ステップにおけるマッピングに基づいて、複数のアンテナでそれぞれのアンテナに対応する信号を送信する送信ステップと、前記マルチアンテナ受信装置が、前記送信ステップにより送信された信号を複数のアンテナで受信する受信ステップと、前記マルチアンテナ受信装置が、前記ステップにより確定された組み合わせパターンに従って、時間領域、空間領域、周波数領域にマッピングされた前記受信ステップにより受信した信号から、同一のＳＴＢＣに属す信号を抽出し、データブロックを合成する接続多重ステップと、前記マルチアンテナ受信装置が、前記受信ステップにより受信した信号に基づいてチャネル特性を推定するチャネル推定ステップと、前記マルチアンテナ受信装置が、前記推定ステップにより推定された前記チャネル特性に基づき、前記接続多重ステップにより合成されたデータブロックを復号化する復号化ステップと、を具備するようにした。

本発明によれば、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるＳＴＢＣで符号化された時間領域信号を、互いにチャネル特性において高い相関性を有するリソースブロックの組み合わせにマッピングして伝送することにより、ＳＴＢＣ内のチャネル特性の変動による干渉が抑えられるため、ＳＴＢＣ間の直交性を高め、伝送レート及びスループット量を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施の形態）
図４は、本発明の実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの構成を示すブロック図である。このＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、マルチアンテナ送信装置１００とマルチアンテナ受信装置１５０を有する。

マルチアンテナ送信装置１００は、符号化変調部１０１と、ＳＴＢＣ符号化部１０２と、接続分配部１０３と、ＩＦＦＴ部１０４と、Ｐ／Ｓ変換部１０５と、ＣＰ挿入部１０６と、送信アンテナ１０７と、から構成される。

一方、マルチアンテナ受信装置１５０は、受信アンテナ１０８と、ＣＰ除去部１０９と、Ｓ／Ｐ変換部１１０と、ＦＦＴ部１１１と、チャネル推定部１１２と、接続多重部１１３と、ＳＴＢＣ復号化部１１４と、復調復号化部１１５と、確定部１１６と、から構成される。

なお、ＩＦＦＴ部１０４〜ＣＰ挿入部１０６は、ｎ_Ｔ本の送信アンテナ１０７のそれぞ
れに対応しｎ_Ｔ系統が存在し、またＣＰ除去部１０９〜ＦＦＴ部１１１も、ｎ_Ｒ本の受信アンテナ１０８のそれぞれに対応しｎ_Ｒ系統が存在する。

まず、マルチアンテナ送信装置１００について説明する。

符号化変調部１０１は、送信するデータ（Tx data）に対して符号誤り訂正を施す。されにＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等の変調処理を施し、得られるシンボルシーケンスをＳＴＢＣ符号化部１０２へ出力する。

ＳＴＢＣ符号化部１０２は、入力されたシンボルシーケンスをＳＴＢＣで符号化し、空間領域と時間領域の二次元シンボルからなる行列で表されるデータを接続分配部１０３へ出力する。

接続分配部１０３は、ＳＴＢＣ符号化部１０２で符号化されたデータを、時間領域、空間領域、周波数領域にそれぞれ分配し（つまり時間−空間−周波数領域にマッピングする）、ＩＦＦＴ部１０４へ出力する。具体的には、確定部１１６よりフィードバックされるリソースブロックの組み合わせパターンに基づいて、ＳＴＢＣ符号化部１０２からのデータを、対応する時間領域（各ＯＦＤＭシンボル）と周波数領域（各サブキャリア）と空間領域（各送信アンテナ）とにマッピングする。各送信アンテナに対応するｎ_Ｔ個のデータは、対応する各ＩＦＦＴ部１０４へそれぞれ出力される。例えば、１番目の送信アンテナに対応するデータは、この送信アンテナに対応するＩＦＦＴ部１０４へ出力される。

ＩＦＦＴ部１０４は、接続分配部１０３で各送信アンテナにマッピングされた信号に対して、それぞれ逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を施し、周波数領域から時間領域へ変換し、得られる時間領域信号をＰ／Ｓ変換部１０５へ出力する。

Ｐ／Ｓ変換部１０５は、逆高速フーリエ変換後の信号をパラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換し、得られるシリアル信号をＣＰ挿入部１０６へ出力する。

ＣＰ挿入部１０６は、Ｐ／Ｓ変換された信号の末尾の複製を先頭に挿入することにより、ＣＰを挿入し、ＣＰ挿入後の信号をアンテナ１０７からそれぞれ送信する。

次いで、マルチアンテナ受信装置について説明する。

ＣＰ除去部１０９は、受信アンテナ１０８で受信された各信号について、それぞれ挿入されているＣＰを除去し、ＣＰ除去後の各信号をＳ／Ｐ変換部１１０へ出力する。

Ｓ／Ｐ変換部１１０は、ＣＰが除去された信号をシリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換し、得られる信号をＦＦＴ部１１１へ出力する。

ＦＦＴ部１１１は、Ｓ／Ｐ変換された信号に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を施し、時間領域から周波数領域へ変換し、得られる周波数領域信号をチャネル推定部１１２へ出力する。

チャネル推定部１１２は、受信信号に含まれるパイロット信号に基づき、現在のチャネル特性を示すチャネル転移関数行列Ｈを推定し、確定部１１６へ出力する。なお、チャネル推定は、他の方法により行われても良い。

接続多重部１１３は、確定部１１６から提供される組み合わせパターンに基づき、ＦＦＴ部１１１からの時間−空間−周波数領域にマッピングされた信号から、同一のＳＴＢＣ
符号に属す信号を抽出し、これらの信号をまとめてデータブロックを合成し、ＳＴＢＣ復号化部１１４へ出力する。

ＳＴＢＣ復号化部１１４は、チャネル推定部１１２で得られた行列Ｈを用いて、接続多重部１１３で合成されたデータブロックをＳＴＢＣで復号化し、得られるデータブロックを復調復号化部１１５へ出力する。

復調復号化部１１５は、得られたデータブロックをＱＰＳＫ等で復調し、かつ誤り訂正復号化を施し、元のデータ（Rx data）を得る。

確定部１１６は、ＳＴＢＣ内における各リソースブロックのチャネル特性間の相関値を算出し、算出された相関値に基づき最も相関性の高い組み合わせパターンを確定する。確定部１１６は、その確定された組み合わせパターンを接続多重部１１３へ提供すると共に、本実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのフィードバックチャネルＣＨ１を介して、マルチアンテナ送信装置１００の接続分配部１０３にもフィードバックする。

本実施の形態に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおける時間−空間−周波数符号化方法ついて、具体的に図５〜７を用いて説明する。図５は符号化方法のフロー図である。図６は各リソースブロックの周波数領域でのチャネル特性の相関性データの一例を示す図である。図７は本実施の形態に係る時間−周波数領域二次元空間におけるリソースブロックの組み合わせを示す図である。

確定部１１６での処理がスタートすると、まず、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおける各リソースブロックの周波数領域におけるチャネル特性間の相関性を算出する（Ｓ５０１）。下記の式（４）に示されている計算式で相関性を算出する。

ただし、ｒ_Ｈ［ｎ,ｋ］は時間領域においてｎ個のＯＦＤＭシンボル（それぞれのＯＦＤＭシンボルの時間長はＴである）、周波数領域においてｋ個のサブキャリアの差がある場合、リソースブロックの周波数領域におけるチャネル特性間の相関値を表す。ΔfはＯＦＤＭにおけるサブキャリアそれぞれの帯域幅を示し、σ₁ ²とτ₁はそれぞれマルチパスチャネルモデルにおける一番目のパスの単位時間電力と遅延を示す。また、上記式（４）では、ｒ_ｔ（ｎＴ）＝Ｊ_０（２πｎＴｆ_ｄ）であり、Ｊ_０（ｘ）は第１種０次ベッセル関数を示し、ｆ_ｄは最大ドップラー周波数シフトを示す。一般的には、上記の式（４）によって得られる相関値は複素数であり、最終的に取得する相関性を示す数値としてはその実数部を使用する。

また、チャネル特性間の相関性は長時間の統計データであり、つまり短時間内では変化がないと考えられる。移動局の移動速度が変化する場合、通信環境（例えば、室内と室外、市街地と近郊地区と山岳地帯）が変化する等の場合では、チャネル特性間の相関性が変化する。従って、相関性の計算は一定の時間間隔をおいて、算出を行っても良い。具体的な時間間隔については、システムが実際に使用される環境に応じて予め設定してもよい。

また、チャネル特性の相関性を算出する時に、任意の２つのリソースブロック間のすべての組み合わせの相関値を算出する必要はなく、ある１つの固定のリソースブロック（予め決定すればよい）とのチャネル特性の間の相関値を算出すればよく、例えば、図６において、それぞれのリソースブロックと右上のリソースブロックとの間の相関性数値のみ算
出する。これは、上記相関性の計算式から明らかなように、相関性数値はｎとｋとの値のみに左右され、具体的な位置とは関係なく、２つのリソースブロックの時間領域と周波数領域とにおける間隔だけによって決められるからである。

次いで、相関性が最も高いリソースブロック組み合わせパターンを確定する（Ｓ５０２）。

ＳＴＢＣ符号化部１０２から出力されるすべての符号化後信号の時間領域信号が、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの時間−周波数領域の二次元空間におけるマッピング位置を確定し、つまりどのようなリソースブロックの組み合わせにマッピングして伝送するかを確定する。ステップ５０２は、下記２つのサブステップ（１）、（２）を含む。

（１）チャネル特性間の相関性が最も高いリソースブロックの組み合わせを１つ確定する。
例えば、チャネル特性は、ＩＴＵ Ｍ.１２２５チャネルモデルＢ、チャネル帯域幅Ｂ＝１０ＭＨｚ、サブキャリアの総数Ｎｃ＝１０２４、最大ドップラー周波数シフトｆ_ｄ＝２００Ｈｚである。これで、ステップ５０１の相関値算出より、図６に示すような相関値テーブルが得られる。また、ＭＩＭＯ送信アンテナの総数を４とし、Ｒ＝１/２（すなわち、Ｌ＝８）のＯＳＴＢＣ符号化を利用するとする。このサブステップでの処理は、図６の相関値テーブルから、リソースブロックのチャネル特性間の相関性が最も高いＬ個のリソースブロックを、最良の組み合わせとして選出する。すなわち、他の組み合わせと比べて、選出した組み合わせにおけるＬ個のリソースブロックのチャネル特性間の相関値の最小値が最大である。図６に示すように、実線で囲まれているＬ個のリソースブロックは、上記条件を満たす最良のリソースブロック組み合わせである。

（２）他のリソースブロックの組み合わせパターンを確定する。
前記サブステップ（１）では、Ｌ個のリソースブロックを含む最良のリソースブロックの組み合わせパターンが確定されたため、他のリソースブロックの組み合わせについても、チャネル特性の相関性を利用して組み合わせパターンを確定すればよい。前述のように、リソースブロックのチャネル特性間の相関性がｎとｋの値のみによって決められ、つまり具体的な位置と関係なく、２つのリソースブロックの時間領域と周波数領域における間隔だけに左右される。例えば、サブステップ（１）の例では、図６に示す最良のリソースブロックの組み合わせが、同一サブキャリアの時間領域における隣接する５つのリソースブロックと、隣のサブキャリアの時間領域における隣接する３つのリソースブロックとを含む。相関性の特徴に基づき、時間−周波数領域の二次元空間の全体における最良のリソースブロックの組み合わせパターンが得られる。

図６において、１マスはリソースブロックを表し、横軸が時間領域を示し、縦軸が周波数領域を示す。マス内の数値は当該リソースブロックの一番右上のリソースブロックとのチャネル特性相関値である。この相関値がチャネル特性相関性の統計的データであり、チャネル特性間の近似性を評価することができる。すなわち、相関値が大きければ大きいほど、２つのリソースブロックのチャネル特性が近似していることを意味する。

図６に示すように、Ｌ＝８の場合では、従来のＳＴ符号に基づく符号化方法、つまりＳＴＢＣで符号化された信号の時間領域信号を時間領域における隣接するＬ個のリソースブロックにマッピングする方法と、または従来のＳＦ符号に基づく符号化方法、つまりＳＴＢＣで符号化された信号の時間領域信号を周波数領域における隣接するＬ個のリソースブロックにマッピングする方法とのいずれも同一のＳＴＢＣにおいて、Ｌ個のリソースブロックのチャネル特性を最大近似にすることができない。図６に示すように、従来のＳＴ符号によりマッピングされるＬ個のリソースブロックのチャネル特性間の相関性と、または
ＳＦ符号によりマッピングされるＬ個のリソースブロックのチャネル特性間の相関性とを比べて、実線枠内のＬ個のリソースブロックのチャネル特性間の相関性が高い。

よって、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて、現在のチャネル特性に基づいて、ＳＴＢＣで符号化された信号の時間領域信号がＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの時間−周波数領域におけるマッピング位置を最適化し、チャネル特性の相関性が最も高いＬ個のリソースブロックに、符号化後信号の時間領域信号をマッピングして伝送すれば、チャネル特性の変動による干渉が抑えられるため、ＳＴＢＣ間の直交性を有効に高め、伝送レートとスループット量を向上することができる。また、システムが使用される環境の変化によって、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの時間−周波数領域の各リソースブロックのチャネル特性間の相関性が変化する場合、前記最適化過程は緩やかに適応する過程であるため、システムが適応的にＳＴＢＣで符号化された信号の時間−周波数領域におけるマッピング位置を調整することができる。

ここでは、図７に示すような時間−周波数領域の二次元空間におけるリソースブロックの組み合わせパターンは唯一でない可能性があるが、すべてのリソースブロックの組み合わせが共通の特徴を有する。つまり、同一サブキャリアの時間領域における隣接する５つのリソースブロックと、隣のサブキャリアの時間領域における隣接する３つのリソースブロックとを含む。

最後、ＳＴＢＣ符号化部１０２から出力する時間領域信号をリソースブロックの組み合わせにマッピングして伝送する（Ｓ５０３）。

ステップＳ５０２で確定されたリソースブロックの組み合わせパターンを、システムのフィードバックチャネルＣＨ１を介して接続分配部１０３にフィードバックし、実際の送信に使用する。接続分配部１０３は、フィードバックされたリソースブロックの組み合わせパターンに基づいて、ＳＴＢＣ符号化部１０２から出力する符号化後信号の接続分配処理を行い、すなわち、ＳＴＢＣで符号化された信号の時間領域信号をリソースブロックの組み合わせにマッピングし、空間領域信号を空間領域にマッピングする。そして、マッピングされた信号をアンテナ１０７から送信すると、処理が終了する。

図８は本実施の形態による符号化方法と従来の符号化方法との性能を比較するグラフ図である。

シミュレーションでは、送信アンテナ数は４とし、受信アンテナ数は１とする。チャネル特性は、ＩＴＵ Ｍ.１２２５チャネルモデルＢ、チャネル帯域幅Ｂ＝１０ＭＨｚ、サブキャリア総数Ｎｃ＝１０２４、最大ドップラー周波数シフトｆ_ｄ＝２００Ｈｚである。Ｒ＝１/２（すなわちＬ＝８）のＯＳＴＢＣ符号化とＱＰＳＫ変調を使用する。図８では、それぞれ従来のＳＦとＳＦに基づく符号化方法を使用する場合と、本実施の形態の符号化方法を使用する場合とのＢＥＲ性能を示す。図示のように、従来の符号化方法と比べて、本実施の形態の符号化方法を使用するシステムがより良いＢＥＲ性能が得られる。

上記のように、典型的な実施の形態について説明したが、本発明の主旨と範囲から離れない限り、他の種々の変更、置き換え及び追加をすることができる。例えば、実施の形態ではマルチアンテナ送信装置とマルチアンテナ受信装置とが、別々である構成を例にとって、説明を行ったが、マルチアンテナ通信装置は必ずしもマルチアンテナ送信装置とマルチアンテナ受信装置の双方を搭載する必要はない。

本明細書は、２００５年５月２６日出願の中国特許出願第２００５１００７３８９３.３号に基づくものである。その内容は、すべてここに含めておく。

本発明に係るマルチアンテナ通信装置は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムに適用することができる。

ＳＴＢＣを使用する符号化器の入出力を示す図 ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるＳＴ符号化方法を示す図 ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるＳＴ符号化方法を示す図 本発明の実施の形態のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの構成を示すブロック図 実施の形態の空間−時間−周波数符号化方法のフロー図 実施の形態の各リソースブロックの周波数領域におけるチャネル特性の相関値を示すテーブル 実施の形態に係る時間−周波数領域の二次元空間におけるリソースブロック組み合わせの一例を示す図 本実施の形態の方法と従来方法との性能を比較するグラフ図

Claims (2)

1. マルチアンテナ送信装置及びマルチアンテナ受信装置を有するマルチアンテナ通信システムであって、
   前記マルチアンテナ受信装置は、
   前記マルチアンテナ送信装置から送信された信号を複数のアンテナで受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信した信号に基づいてチャネル特性を推定するチャネル推定手段と、
   （４）式
   

   

   を用いて、ＳＴＢＣ（Space Time Block Code）内において、特定のリソースブロックに対する前記特定のリソースブロック以外の他のリソースブロックの前記チャネル特性の相関値を算出し、前記ＳＴＢＣ内において、周波数領域及び時間領域において前記特定のリソースブロックから所定数連続する複数のリソースブロックの前記相関値の最小値が、前記所定数連続する複数のリソースブロック以外の他のリソースブロックの前記相関値の最大値以上となるように前記所定数連続する複数のリソースブロックの組み合わせパターンを確定し、前記組み合わせパターンを前記マルチアンテナ送信装置にフィードバックする確定手段と、
   前記確定手段により確定された前記組み合わせパターンに従って時間領域、空間領域、周波数領域にマッピングされた前記受信手段により受信した信号から、同一のＳＴＢＣに属す信号を抽出し、データブロックを合成する接続多重手段と、
   を具備し、
   前記マルチアンテナ送信装置は、
   送信データをＳＴＢＣで符号化する符号化手段と、
   前記確定手段によりフィードバックされた前記組み合わせパターンに従って、前記符号化手段によりＳＴＢＣで符号化された送信データをそれぞれ、時間領域、空間領域、周波数領域にマッピングする接続分配手段と、
   前記接続分配手段における前記マッピングに基づいて、複数のアンテナでそれぞれのアンテナに対応する信号を送信する送信手段と、
   を具備するマルチアンテナ通信システム。
2. マルチアンテナ送信装置及びマルチアンテナ受信装置を具備するマルチアンテナ通信システムにおけるマルチアンテナ通信方法であって、
   前記マルチアンテナ受信装置が、（４）式
   

   

   を用いて、ＳＴＢＣ（Space Time Block Code）内において、特定のリソースブロックに対する前記特定のリソースブロック以外の他のリソースブロックの前記チャネル特性間の相関値を算出し、前記ＳＴＢＣ内において、周波数領域及び時間領域において前記特定のリソースブロックから所定数連続する複数のリソースブロックの前記相関値の最小値が、前記所定数連続する複数のリソースブロック以外の他のリソースブロックの前記相関値の最大値以上となるように前記所定数連続する複数のリソースブロックの組み合わせパターンを確定し、前記組み合わせパターンを前記マルチアンテナ送信装置にフィードバックする確定ステップと、
   前記マルチアンテナ送信装置が、送信データをＳＴＢＣで符号化する符号化ステップと、
   前記マルチアンテナ送信装置が、前記確定ステップによりフィードバックされた前記組み合わせパターンに従って、前記符号化ステップによりＳＴＢＣで符号化された信号をそれぞれ時間領域、空間領域、周波数領域にマッピングする接続分配ステップと、
   前記マルチアンテナ送信装置が、前記接続分配ステップにおけるマッピングに基づいて、複数のアンテナでそれぞれのアンテナに対応する信号を送信する送信ステップと、
   前記マルチアンテナ受信装置が、前記送信ステップにより送信された信号を複数のアンテナで受信する受信ステップと、
   前記マルチアンテナ受信装置が、前記ステップにより確定された組み合わせパターンに従って、時間領域、空間領域、周波数領域にマッピングされた前記受信ステップにより受信した信号から、同一のＳＴＢＣに属す信号を抽出し、データブロックを合成する接続多重ステップと、
   前記マルチアンテナ受信装置が、前記受信ステップにより受信した信号に基づいてチャネル特性を推定するチャネル推定ステップと、
   前記マルチアンテナ受信装置が、前記推定ステップにより推定された前記チャネル特性に基づき、前記接続多重ステップにより合成されたデータブロックを復号化する復号化ステップと、
   を具備するマルチアンテナ通信方法。

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