JP4972687B2 - 位相遷移基盤プリコーディング方法及びこれを支援する送受信機 - Google Patents

Description

本発明は、複数の副搬送波を用いる多重アンテナシステムにおいて、一般化した位相遷移基盤のプリコーディングまたは拡張された位相遷移基盤のプリコーディングを行う方法及びこれを支援する送受信機に関する。

近年、情報通信サービスの普遍化と様々なマルチメディアサービスの登場、そして高品質サービスの出現などに伴って無線通信サービスに対する要求も急速に増大してきている。これに能動的に対処するためには、何よりも通信システムの容量が増大しなければならないが、無線通信環境で通信容量を増大させる方案としては、可用周波数帯域を新しく見出す方法と、限定された資源に対する効率性を高める方法が考えられる。後者の方法として、送受信機に複数のアンテナを装着し、資源活用のための空間的な領域をさらに確保することによってダイバーシティ利得を取ったり、それぞれのアンテナを通してデータを並列に転送することによって転送容量を高めるいわゆる多重アンテナ送受信技術が、最近大きく注目を受けながら活発に開発されている。

このような多重アンテナ送受信技術の中でも特に直交周波数分割多重化方式（ＯＦＤＭ；Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いる多重入力多重出力（ＭＩＭＯ；Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）システムの一般的な構造を図１に基づいて説明すると、下記の通りである。

送信端において、チャネルエンコーダ１０１は、転送データビットに冗長ビットを付加してチャネルや雑音による影響を減らし、マッパー１０３は、データビット情報をデータシンボル情報に変換し、直列−並列変換器１０５は、データシンボルを複数の副搬送波に載せるために並列化し、多重アンテナエンコーダ１０７は、並列化したデータシンボルを時空間信号に変換する。受信端において、多重アンテナデコーダ１０９、並列−直列変換器１１１、デマッパー１１３及びチャネルデコーダ１１５は、送信端における、多重アンテナエンコーダ１０７、直列−並列変換器１０５、マッパー１０３及びチャネルエンコーダ１０１の逆機能をそれぞれ行う。

多重アンテナＯＦＤＭシステムでは、データの転送信頼度を高めるための様々な技術が要求されるが、なかでも空間ダイバーシティ利得を高める方式（ｓｃｈｅｍｅ）には、時空間符号（Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ Ｃｏｄｅ；ＳＴＣ）、循環遅延ダイバーシティ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｄｅｌａｙ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ；ＣＤＤ）などがあり、信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ；ＳＮＲ）を高めるための方式には、ビームフォーミング（Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ；ＢＦ）、プリコーディング（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）などがある。ここで、時空間符号及び循環遅延ダイバーシティは、主として、送信端でフィードバック情報を利用できない開ループシステムの転送信頼度を高めるために使われ、ビームフォーミング及びプリコーディングは、送信端でフィードバック情報を利用できる閉ループシステムで該当のフィードバック情報を通じて信号対雑音比を最大化するために使われる。

上記の方式のうち、空間ダイバーシティ利得を高めるための方式及び信号対雑音比を高めるための方式、特に循環遅延ダイバーシティとプリコーディングについて説明すると、下記の通りである。

循環遅延ダイバーシティ方式は、多数の送信アンテナを持つシステムにおいて、ＯＦＤＭ信号を転送する際に、全てのアンテナがそれぞれ異なる遅延または異なる大きさで信号を転送することによって、受信端で周波数ダイバーシティ利得を得る方法である。図２には、循環遅延ダイバーシティ方式を用いる多重アンテナシステムの送信端構成が示されている。

ＯＦＤＭシンボルは、直列−並列変換器及び多重アンテナエンコーダを通じて各アンテナ別に分離伝達された後、チャネル間干渉を防止するための循環前処理部（ＣＰ；Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）が加えられて受信端に転送される。この時、１番目のアンテナに伝達されるデータシーケンスはそのまま受信端に転送されるが、その次の順番のアンテナに伝達されるデータシーケンスは直前のアンテナに比べて一定ビットだけ循環遅延されて転送される。

一方、このような循環遅延ダイバーシティ方式を周波数領域で具現すると、上記の循環遅延は位相シーケンスの積で表現されることができる。すなわち、図３に示すように、周波数領域における各データシーケンスにアンテナ別に異なって設定される所定の位相シーケンス（位相シーケンス１〜位相シーケンスＭ）を乗算した後、高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ；Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行って受信端に転送することができるが、これを、位相遷移ダイバーシティ（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）方式という。

位相遷移ダイバーシティ方式を用いると、フラットフェーディングチャネル（ｆｌａｔ ｆａｄｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ）を周波数選択性チャネルに変化させることができ、チャネル符号を通じて周波数ダイバーシティ利得を得たり、周波数選択的スケジューリングを通じて多重使用者ダイバーシティ利得を得ることができる。

一方、プリコーディング方式（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ）には、閉ループシステムでフィードバック情報が有限である場合に用いられるコードブック基盤のプリコーディング（ｃｏｄｅｂｏｏｋ ｂａｓｅｄ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）方式と、チャネル情報を量子化（ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ）してフィードバックする方式とがある。このうち、コードブック基盤のプリコーディングは、送受信端で既に知っているプリコーディング行列のインデックスを送信端にフィードバックすることによって信号対雑音比（ＳＮＲ）利得を得る方式である。

図４は、コードブック基盤のプリコーディングを用いる多重アンテナシステムの送受信端構成を示す図である。ここで、送信端及び受信端はそれぞれ、有限なプリコーディング行列Ｐ_１〜Ｐ_Ｌを持っており、受信端ではチャネル情報を用いて最適のプリコーディング行列インデックスｌを送信端にフィードバックし、送信端ではフィードバックされたインデックスに該当するプリコーディング行列を転送データχ_１〜χ_Ｍｔに適用する。下記の表１に、２個の送信アンテナを有し、空間多重化率２を支援するＩＥＥＥ ８０２．１６ｅシステムで３ビットのフィードバック情報を用いる時に適用できるコードブック（ｃｏｄｅｂｏｏｋ）の一例を示す。

上記の位相遷移ダイバーシティ方式は、前述した長所の他、開ループで周波数選択性ダイバーシティ利得を得ることができ、閉ループでも周波数スケジューリング利得が得られるという長所から、現在大きく注目を浴びているが、空間多重化率が１であるがために高いデータ転送率を期待できないし、資源割当を固定的にする場合には上記した利得が得難いという問題があった。

また、上記のコードブック基盤のプリコーディング方式は、少ない量のフィードバック情報（インデックス情報）を要求しながら高い空間多重化率を利用できるから、効果的なデータ転送が可能であるという長所はあるが、フィードバックのためには安定したチャネルが確保されなければならず、チャネル変化が激しい移動環境には不適であり、特に閉ループシステムにおいてのみ適用可能であるという問題があった。

本発明の目的は、従来の循環遅延ダイバーシティ、位相遷移ダイバーシティ及びプリコーディング方式の短所を補完できる位相遷移基盤のプリコーディング方式を提供し、位相遷移基盤のプリコーディング行列を一般化したり拡張する方式で位相遷移基盤プリコーディング方式を多様に適用できるようにすることにある。

上記の目的を達成するための本発明の一様態は、複数の副搬送波を用いる多重アンテナシステムにおけるデータ転送方法に関するもので、位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として第１コードブックからプリコーディング行列を選択する段階と、位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として位相遷移のための対角行列を決定する段階と、位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として第２コードブックから単位行列を選択する段階と、上記プリコーディング行列、対角行列及び単位行列の積に該当の副搬送波のシンボルを乗算してプリコーディングを行う段階と、を含む。

本発明の他の様態は、複数の副搬送波を用いる多重アンテナシステムでデータ転送を行う送受信機に関するもので、位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として第１コードブックからプリコーディング行列を選択し、位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として位相遷移のための対角行列を決定し、位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として第２コードブックから単位行列を選択した後、これらプリコーディング行列、対角行列及び単位行列を乗算して位相遷移基盤プリコーディング行列を決定するプリコーディング行列決定モジュールと、該決定された位相遷移基盤プリコーディング行列に該当の副搬送波のシンボルを乗算してプリコーディングを行うプリコーディングモジュールと、を含む。

本発明のさらに他の様態は、複数の副搬送波を用いる多重アンテナシステムにおけるデータ転送方法に関するもので、位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として位相遷移のための対角行列を決定する段階と、位相遷移基盤プリコーディング行列の一部としてコードブックから単位行列を選択する段階と、これら単位行列及び対角行列の積に該当の副搬送波のシンボルを乗算してプリコーディングを行う段階と、を含み、上記単位行列及び対角行列の積による位相遷移基盤のプリコーディング行列は、同一位相の行（ｃｏｌｕｍｎｓ）からなる。

本発明のさらに他の様態は、位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として位相遷移のための第１対角行列及び第２対角行列を決定する段階と、コードブックから単位行列を選択する段階と、これら第１対角行列、単位行列及び第２対角行列の積に該当の副搬送波のシンボルを乗算してプリコーディングを行う段階と、を含む。

上記した４つの様態において、単位行列は、該当の副搬送波のインデックスｋをコードブック大きさＮでモジーロ演算して選択されることができる。

また、上記プリコーディング行列、対角行列（第１対角行列及び第２対角行列を含む）及び単位行列のうち少なくとも一つは、時間によって変更されることができる。

また、上記プリコーディング行列及び単位行列のうち少なくとも一つは、受信端からフィードバックされた情報に基づいて選択されることができ、この時、フィードバックされた情報は、第１コードブック及び第２コードブックのうち少なくとも一つに対する行列インデックスを含む。
本発明は、例えば、以下も提供する。
（項目１）
複数の副搬送波（ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ）を用いる多重アンテナシステムで位相遷移基盤プリコーディング（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｂａｓｅｄ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）を用いてデータを転送するデータ転送方法において、
位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として、コードブックからプリコーディング行列を選択する段階と、
前記位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として、位相遷移のための対角行列（ｄｉａｇｏｎａｌ ｍａｔｒｉｘ）決定する段階と、
前記位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として、ユニタリ行列（ｕｎｉｔａｒｙ ｍａｔｒｉｘ）を決定する段階と、
前記プリコーディング行列、前記対角行列及び前記ユニタリ行列の積に該当の副搬送波またはサブバンドのシンボルを乗算してプリコーディングを行う段階と、
を含むことを特徴とする、データ転送方法。
（項目２）
前記ユニタリ行列が、該当の副搬送波のインデックスｋをコードブック大きさＮでモジューロ（ｍｏｄｕｌｏ）演算して選択されることを特徴とする、項目１に記載のデータ転送方法。
（項目３）
前記プリコーディング行列、前記対角行列及び前記ユニタリ行列を乗算した結果が、

で示され、ここで、ｋは副搬送波またはサブバンドのインデックス、θ _ｉ （ｉ＝１，…，Ｒ）は位相角（ｐｈａｓｅ ａｎｇｌｅ）、Ｒは空間多重化率（ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｒａｔｅ）を表すことを特徴とする、項目１に記載のデータ転送方法。
（項目４）
前記プリコーディング行列、前記対角行列及び前記ユニタリ行列のうち少なくとも一つが、時間によって変更されることを特徴とする、項目３に記載のデータ転送方法。
（項目５）
前記プリコーディング行列が、受信端からフィードバックされた情報に基づいて選択されることを特徴とする、項目１に記載のデータ転送方法。
（項目６）
前記フィードバックされた情報が、前記コードブックに対する行列インデックスを含むことを特徴とする、項目５に記載のデータ転送方法。
（項目７）
複数の副搬送波を用いる多重アンテナシステムで位相遷移基盤プリコーディングを行い、データ転送を行う送受信機において、
位相遷移基盤プリコーディング行列の一部としてコードブックからプリコーディング行列を選択し、前記位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として位相遷移のための対角行列を決定し、前記位相遷移基盤プリコーディング行列の一部としてユニタリ行列を選択した後、前記プリコーディング行列、前記対角行列及び前記ユニタリ行列を乗算することによって前記位相遷移基盤プリコーディング行列を決定するプリコーディング行列決定モジュールと、
前記決定された位相遷移基盤プリコーディング行列に該当の副搬送波またはサブバンドのシンボルを乗算してプリコーディングを行うプリコーディングモジュールと、
を含むことを特徴とする、位相遷移基盤プリコーディングを行う送受信機。
（項目８）
前記ユニタリ行列が、該当の副搬送波のインデックスｋをコードブック大きさＮでモジューロ演算して選択されることを特徴とする、項目７に記載の位相遷移基盤プリコーディングを行う送受信機。
（項目９）
前記プリコーディング行列、前記対角行列及び前記ユニタリ行列を乗算した結果が、

で示され、ここで、ｋは副搬送波またはサブバンドのインデックス、θ _ｉ （ｉ＝１，…，Ｒ）は位相角、Ｒは空間多重化率をそれぞれ表すことを特徴とする、項目７に記載の位相遷移基盤プリコーディングを行う送受信機。
（項目１０）
前記プリコーディング行列、前記対角行列及び前記ユニタリ行列のうち少なくとも一つが、時間によって変更されることを特徴とする、項目９に記載の位相遷移基盤プリコーディングを行う送受信機。
（項目１１）
前記プリコーディング行列が、受信端からフィードバックされた情報に基づいて選択されることを特徴とする、項目７に記載の位相遷移基盤プリコーディングを行う送受信機。
（項目１２）
前記フィードバックされた情報が、前記コードブックに対する行列インデックスを含むことを特徴とする、項目１１に記載の位相遷移基盤プリコーディングを行う送受信機。
（項目１３）
複数の副搬送波を用いる多重アンテナシステムにおける位相遷移基盤プリコーディングを用いるデータ転送方法において、
位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として、位相遷移のための対角行列を決定する段階と、
前記位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として、コードブックからユニタリ行列を選択する段階と、
前記ユニタリ行列及び前記対角行列の積に該当の副搬送波またはサブバンドのシンボルを乗算してプリコーディングを行う段階と、を含み、
前記ユニタリ行列及び前記対角行列の積による前記位相遷移基盤のプリコーディング行列は、同一位相を持つ行（ｃｏｌｕｍｎｓ）を含むことを特徴とする、データ転送方法。
（項目１４）
前記対角行列及び前記ユニタリ行列を乗算した結果が、

で示され、ここで、ｋは前記副搬送波または前記サブバンドのインデックス、θ _ｉ （ｉ＝１，…，Ｎ _ｔ ）は位相角、Ｒは空間多重化率をそれぞれ表すことを特徴とする、項目１３に記載のデータ転送方法。
（項目１５）
前記対角行列と前記ユニタリ行列とを乗算した結果が、

で示され、ここで、ｋは前記副搬送波または前記サブバンドのインデックス、θ _ｉ （ｉ＝１，…，Ｒ）は位相角、Ｒは空間多重化率をそれぞれ表すことを特徴とする、項目１３に記載のデータ転送方法。
（項目１６）
複数の副搬送波を用いる多重アンテナシステムにおける位相遷移基盤プリコーディングを用いてデータを転送するデータ転送方法において、
位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として、位相遷移のための第１対角行列及び第２対角行列を決定する段階と、
前記位相遷移基盤プリコーディング行列の一部として、コードブックからユニタリ行列を選択する段階と、
前記第１対角行列、前記ユニタリ行列及び前記第２対角行列の積に該当の副搬送波のシンボルを乗算してプリコーディングを行う段階と、
を含むことを特徴とする、データ転送方法。
（項目１７）
前記第１対角行列、前記ユニタリ行列、及び前記第２対角行列を乗算した結果が、

で示され、ここで、ｋは前記副搬送波または前記サブバンドのインデックス、θ _ｉ （ｉ＝１，…，Ｎ _ｔ ）及び

は位相角、Ｒは空間多重化率をそれぞれ表す、項目１６に記載のデータ転送方法。

（産業上の利用可能性）
本発明によると、従来の循環遅延ダイバーシティ、位相遷移ダイバーシティ及びプリコーディング方式の短所を補完する位相遷移基盤のプリコーディング方式を通じて効率的な通信が可能になり、特に、位相遷移基盤のプリコーディング方式を一般化または拡張させ、送受信機の設計を単純化したり通信効率をより向上させることが可能になる。

多重送受信アンテナを備える直交周波数分割多重化システムを示すブロック構成図である。 従来の循環遅延ダイバーシティ方式を用いる多重アンテナシステムの送信端構成図である。 従来の位相遷移ダイバーシティ方式を用いる多重アンテナシステムの送信端構成図である。 従来のプリコーディング方式を用いる多重アンテナシステムの送受信端構成図である。 位相遷移基盤のプリコーディングを行うための送受信機の主要構成を示すブロック図である。 位相遷移基盤プリコーディングまたは位相遷移ダイバーシティの２つの適用例をグラフで示す図である。 位相遷移基盤プリコーディング方式が適用されたＳＣＷ ＯＦＤＭ送信機の一実施例を示すブロック構成図である。 ＭＣＷ ＯＦＤＭ送信機の一実施例を示すブロック構成図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。

＜実施例１＞
（位相遷移基盤のプリコーディング行列）
図５は、位相遷移基盤のプリコーディングを行うための送受信機の主要構成を示すブロック図である。

位相遷移基盤のプリコーディングとは、転送する全てのストリームを全体アンテナを通じて転送し、かつ、それぞれ異なる位相のシーケンスを乗算して転送することをいう。一般に、小さい循環遅延値を用いて位相シーケンスを生成すると、受信機の観点では、チャネルに周波数選択性が生じながら周波数領域によってチャネルの大きさが大きくなったり小さくなったりすることとなる。

図５に示すように、送信機は、相対的に小さい循環遅延値によって揺らぎ（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）する周波数帯域において、周波数が大きくなってチャネル状態が良好になる部分に使用者端末を割り当ててスケジューリング利得を確保する。この時、各アンテナに一定に増加または減少する循環遅延値を適用する目的で、位相遷移基盤のプリコーディング行列を用いる。

位相遷移基盤のプリコーディング行列Ｐは、下記の式１で示される。

ここで、ｋは、副搬送波のインデックスまたは特定周波数帯域のインデックスを表し、

は、ｋにより決定される複素重み付け値を表す。また、Ｎ_ｔは、送信アンテナの個数を表し、Ｒは空間多重化率を表す。ここで、複素重み付け値は、アンテナに乗算されるＯＦＤＭシンボル及び該当の副搬送波のインデックスによって相異なる値を持つことができる。この複素重み付け値は、チャネル状況及びフィードバック情報の有無のうち少なくとも一つによって決定されることができる。

一方、上記式１のプリコーディング行列Ｐは、多重アンテナシステムにおけるチャネル容量の損失を減らすために単位行列で設計されることが好ましい。ここで、単位行列の構成条件を調べるために多重アンテナ開ループシステムのチャネル容量を式で示すと、下記の通りになる。

ここで、Ｈは、Ｎ_ｒ×Ｎ_ｔ大きさの多重アンテナチャネル行列を表し、Ｎ_ｒは受信アンテナの個数を表す。上記式２に位相遷移基盤プリコーディング行列Ｐを適用すると、下記の式３で示される。

上記の式３に示すように、チャネル容量に損失が無いようにするためには、ＰＰ^Ｈが単一行列（Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｍａｔｒｉｘ）とならなければならず、よって、位相遷移基盤プリコーディング行列Ｐは、下記の式４の条件を満たさなければならない。

位相遷移基盤プリコーディング行列Ｐが単位行列となるためには、次の２つの条件、すなわち、電力制約条件及び直交制約条件を同時に満たさなければならない。電力制約条件は、行列をなす各列（ｃｏｌｕｍｎ）の大きさが１となるようにすることであり、直交制約条件は、行列の各列（ｃｏｌｕｍｎ）間に直交特性を持つようにすることである。これらはそれぞれ、下記の数５及び図６で示されることができる。

次に、２×２大きさの位相遷移基盤プリコーディング行列の一般化した式の一例を提示し、上記の２つの条件を満たすための関係式について説明する。下記の式７は、送信アンテナが２個で、空間多重化率が２である位相遷移基盤プリコーディング行列を一般したものである。

ここで、α_ｉ、β_ｉ（ｉ＝１，２）は実数値を有し、θ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４）は位相値を表し、ｋはＯＦＤＭ信号の副搬送波インデックスを表す。このようなプリコーディング行列を単位行列で具現するためには、下記の式８の電力制約条件と式９の直交制約条件を満たさなければならない。

ここで、＊は、共役複素数を表す。上記式７〜式９をいずれも満たす２×２位相遷移基盤プリコーディング行列の一例は、下記の式１０で示される。

ここで、θ_２とθ_３は、直交制約条件によって下記の式１１のような関係を持つ。

プリコーディング行列は、送信端及び受信端のメモリーにコードブック（ｃｏｄｅｂｏｏｋ）形態で保存されることができるが、このコードブックは、有限個の相異なるθ_２値を通じて生成された様々なプリコーディング行列を含むことができる。ここで、θ_２値は、チャネル状況とフィードバック情報の有無にしたがって適切に設定されることができ、フィードバック情報を用いる場合ではθ_２を小さく設定し、フィードバック情報を用いない場合ではθ_２を大きく設定することによって、高い周波数ダイバーシティ利得を得ることができる。

一方、位相遷移基盤プリコーディングに適用された遅延サンプルの大きさによって周波数ダイバーシティ利得または周波数スケジューリング利得を得ることができる。図６は、遅延サンプルの大きさによる位相遷移基盤プリコーディングの２つの適用例を示すグラフである。

図６に示すように、大きい値の遅延サンプル（または循環遅延）を用いる場合、周波数選択性周期が短くなるので周波数選択性が高くなり、結果としてチャネル符号は周波数ダイバーシティ利得を得ることができる。これは、主に、チャネルの時間的変化が激しいためフィードバック情報の信頼性が落ちる開ループシステムで用いられることが好ましい。

また、小さい値の遅延サンプルを用いる場合には、フラットフェーディングチャネルから変化した周波数選択性チャネルにおいてチャネルの大きさが大きくなった部分と小さくなった部分が存在する。したがって、ＯＦＤＭ信号の一定の副搬送波領域は、チャネル大きさが大きくなり、他の副搬送波領域は、チャネル大きさが小さくなることとなる。

このような場合、複数の使用者を収容するＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）システムで各使用者別にチャネル大きさの大きくなった一定周波数バンドを通じて信号を転送すると、信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ；ＳＮＲ）を高めることができる。また、各使用者別にチャネル大きさの大きくなった周波数帯域が異なる場合が頻繁に発生するので、システムの立場では多重使用者ダイバーシティスケジューリング利得を得ることとなる。一方、受信側ではフィードバック情報として単に各資源割当が可能な副搬送波領域のＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）情報のみを転送すれば良いので、相対的にフィードバック情報が小さくなる長所も有する。

位相遷移基盤のプリコーディングのための遅延サンプル（または循環遅延）は、送受信機にあらかじめ定められた値であっても良く、受信機がフィードバックを通じて送信機に伝達した値であっても良い。また、空間多重化率Ｒもまた、送受信機にあらかじめ定められた値であっても良く、受信機が周期的にチャネル状態を把握して空間多重化率を算出し、送信機にフィードバックしても良いし、受信機がフィードバックしたチャネル情報を用いて送信機が空間多重化率を算出及び変更しても良い。

＜実施例２＞
（一般化した位相遷移ダイバーシティ行列）
以上で説明した位相遷移基盤のプリコーディング行列は、アンテナ数がＮ_ｔ（Ｎ_ｔは２以上の自然数）で、空間多重化率がＲ（Ｒは１以上の自然数）であるシステムに対して下記の式１２のような形態で表現されることができる。これは、従来の位相遷移ダイバーシティ方式を一般化して表現したものと言えるので、以下では、式１２による多重アンテナ方式を“一般化した位相遷移ダイバーシティ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ；ＧＰＳＤ）”と呼ぶ。

ここで、

は、Ｎ_ｔ個の送信アンテナとＲの空間多重化率を持つＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号のｋ番目の副搬送波に対するＧＰＳＤ行列を表し、

は、

を満たす単位行列（第２行列）で、各アンテナに相応する副搬送波シンボル間の干渉を最小化するために用いられる。特に、位相遷移のための対角行列（第１行列）の単位行列特性をそのまま維持させるべく、

自身も単位行列の条件を満たすことが好ましい。上記の式１２で、周波数領域の位相角θ_ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ_ｔ）は時間領域の遅延時間τ_ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ_ｔ）と、下記の式１３で示す関係を持つ。

ここで、Ｎ_ｆｆｔはＯＦＤＭ信号の副搬送波個数を表す。

上記の式１２の変形例として、下記の式１４でＧＰＳＤ行列が得られる。

上記の式１４の方式でＧＰＳＤ行列を構成すると、各データストリーム（またはＯＦＤＭ副搬送波）のシンボルがそれぞれ同一位相だけ遷移されるので、行列の構成が容易になるという長所がある。すなわち、式１２のＧＰＳＤ行列が同一の位相の行（ｒｏｗ）を持つのに対し、式１４のＧＰＳＤ行列は、同一の位相の列（ｃｏｌｕｍｎ）を持つことから、各副搬送波シンボルが同一の位相だけ遷移されるわけである。式１４を拡張すると、下記の式１５の方式でＧＰＳＤ行列が得られる。

式１５によれば、ＧＰＳＤ行列の行（ｒｏｗ）と列（ｃｏｌｕｍｎ）がそれぞれ独立した位相を持つので、より様々な周波数ダイバーシティ利得を得ることが可能になる。

式１２，１４，１５の一例として、２個の転送アンテナを有し、１ビットコードブックを用いるシステムのＧＰＳＤ行列式を示すと、下記のようになる。

式１６で、α値が定められるとβ値は容易に定められるので、α値に関する情報を適切な２つの値と定めておき、これに関する情報をコードブックインデックスとしてフィードバックするように具現できる。一例として、フィードバックインデックスが０であればαは０．２にし、フィードバックインデックスが１であればαは０．８にする、と予め送受信機間に約束しておくことができる。

式１２，１４，１５で、単位行列

の一例として信号対雑音比（ＳＮＲ）利得を得るための所定のプリコーディング行列が用いられることができ、このようなプリコーディング行列としてウォルシュハダマード行列（Ｗａｌｓｈ Ｈａｄａｍａｒｄ ｍａｔｒｉｘ）またはＤＦＴ行列が使われることができる。ウォルシュハダマード行列が使われた場合の式１２によるＧＰＳＤ行列の一例は、下記の式１７で示される。

式１７は、４個の送信アンテナと空間多重化率４を持つシステムを前提としており、ここで上記の第２行列を適切に再構成することによって、特定送信アンテナを選択したり（ａｎｔｅｎｎａ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）、空間多重化率を調節（ｒａｔｅ ｔｕｎｎｉｎｇ）することができる。

一方、式１２，１４，１５の単位行列

は、送信端及び受信端にコードブック形態で備えられることができる。この場合、送信端は、受信端からコードブックのインデックス情報をフィードバック受け、自分の備えているコードブックから該当のインデックスの第２行列を選択した後、上記の式１２，１４，１５のいずれか一つを用いて位相遷移基盤のプリコーディング行列を構成する。

式１２，１４，１５の単位行列

として２×２、４×４ウォルシュコードを使用した場合のＧＰＳＤ行列の一例をまとめると、下記の表２及び表３の通りになる。

＜実施例３＞
（時間可変型の一般化した位相遷移ダイバーシティ）
式１２，１４，１５のＧＰＳＤ行列において対角行列の位相角θ_ｉ及び／または単位行列Ｕは、時間によって変更されることができる。一例として、式１２に対する時間可変型のＧＰＳＤは、下記の式１８で示される。

ここで、

は、特定時間ｔでＮ_ｔ個の送信アンテナとＲの空間多重化率を持つＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号のｋ番目の副搬送波に対するＧＰＳＤ行列を表し、

は、

を満たす単位行列（第４行列）で、各アンテナに相応する副搬送波シンボル間の干渉を最小化するために使われる。特に、位相遷移のための対角行列（第３行列）の単位行列特性をそのまま維持させるべく、

自身も単位行列の条件を満たすことが好ましい。位相角θｉ（ｔ）（ｉ＝１，…，Ｎ_ｔ）と遅延時間τ_ｉ（ｔ）（ｉ＝１，…，Ｎ_ｔ）は、式１８で示される関係を持つ。

ここで、Ｎ_ｆｆｔは、ＯＦＤＭ信号の副搬送波個数を表す。

式１８と式１９からわかるように、時間遅延サンプル値と単位行列は時間の経過によって変わることができ、ここで、時間の単位は、ＯＦＤＭシンボル単位になっても良く、一定単位の時間になっても良い。

時間可変型のＧＰＳＤを得るための単位行列として２×２、４×４ウォルシュコードを使用したＧＰＳＤ行列の一例をまとめると、下記の表４及び表５の通りになる。

実施例３では、式１２に対する時間可変型ＧＰＳＤ行列について説明したが、式１４と式１５における対角行列及び単位行列にも同一に適用できる。したがって、以下の実施例では式１２を一例にして説明するが、式１４と式１５にも同一に拡張適用できることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者にとっては自明である。

＜実施例４＞
（一般化した位相遷移ダイバーシティの拡張）
実施例２で第１行列と第２行列とで構成されたＧＰＳＤ行列に、プリコーディング行列に該当する第３行列を追加し、拡張されたＧＰＳＤ行列を構成することができる。これは、下記の式２０で示される。

拡張されたＧＰＳＤ行列は、式１２と比較すれば、Ｎｔ×Ｒ大きさのプリコーディング行列Ｐが対角行列の前に追加され、よって、対角行列の大きさはＲ×Ｒに変更されるということに特徴がある。この追加されるプリコーディング行列

は、特定周波数帯域または特定副搬送波シンボルに対してそれぞれ異なって設定されることができ、開ループシステムでは固定行列（ｕｎｉｔａｒｙ ｍａｔｒｉ×）と設定されることが好ましい。このようなプリコーディング行列

の追加によって、より最適化した信号対雑音比（ＳＮＲ）利得を得ることができる。

送信端及び受信端には、複数のプリコーディング行列Ｐを含むコードブック（ｃｏｄｅｂｏｏｋ）が備えられることが好ましい。

一方、拡張されたＧＰＳＤ行列においてプリコーディング行列Ｐ、対角行列の位相角θ及び単位行列Ｕのうち少なくとも一つは時間によって変更されることができる。このため、所定の時間単位または所定の副搬送波単位に次の順番のプリコーディング行列Ｐのインデックスがフィードバックされると、このインデックスに相応する特定プリコーディング行列Ｐを所定のコードブックから選択できる。

本実施例による拡張されたＧＰＳＤ行列式は、下記の式２１で示される。

拡張されたＧＰＳＤ行列の一例として、２個及び４個の転送アンテナを持つ多重アンテナシステムに対する行列式について説明すると、次の通りである。ここでは、単位行列ＵをＤＦＴ行列としたが、これに限定されることはなく、ウォルシュハダマードコードなど単位条件を満たす行列であれば、いずれも使用可能である。

＜実施例５＞
（位相遷移基盤のプリコーディングを行う送受信機）
一般に、通信システムは、送信機（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）と受信機（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）を含む。ここで、送信機と受信機は、送信機能と受信機能を両方とも行う送受信機（ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）とすることができる。ただし、フィードバックに関する説明を明確にすべく、一般データの転送を担当する一方を送信機とし、送信機にフィードバックデータを転送する他方を受信機とする。

ダウンリンクにおいて、送信機は基地局の一部分（ｐａｒｔ）で、受信機は端末機の一部分でありうる。アップリンクにおいて、送信機は端末機の一部分で、受信機は基地局の一部分でありうる。基地局は、複数の受信機と複数の送信機を含むことができ、端末機も同様に、複数の受信機と複数の送信機を含むことができる。一般的に受信機の各構成は、それに対応する送信機の各構成の逆機能を行うので、以下では送信機についてのみ詳細に説明するものとする。

図７は、位相遷移基盤プリコーディング方式が適用されたＳＣＷ ＯＦＤＭ（ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｄｅ ｗｏｒｄ ＯＦＤＭ）送信機の一実施例を示すブロック構成図であり、図８は、ＭＣＷ ＯＦＤＭ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｏｄｅ ｗｏｒｄ ＯＦＤＭ）送信機の一実施例を示すブロック構成図である。

チャネルエンコーダ５１０，６１０、インタリーバ５２０，６２０、高速逆フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）５５０，６５０及びアナログ変換器５６０，６６０をはじめとする様々な構成は、図１におけると同様なのでその説明は省略し、ここではプリコーダ５４０，６４０についてのみ詳細に説明する。

プリコーダ５４０，６４０は、プリコーディング行列決定モジュール５４１，６４１と、プリコーディングモジュール５４２，６４２とを含んでなる。

プリコーディング行列決定モジュール５４１，６４１は、式１２，１４，１５，２０及び２１のうちいずれか一つの形態で位相遷移基盤のプリコーディング行列を決定する。具体的なプリコーディング行列決定方法は、実施例２乃至実施例４で詳細に説明したので、その説明は省略する。式１２、１４、１５、２０及び２１のうち一つの形態で決定された位相遷移基盤プリコーディング行列は、式１８で示すように、時間によって副搬送波間干渉排除のためのプリコーディング行列及び／または対角行列の位相角及び／または単位行列を変更することができる。

また、プリコーディング行列決定モジュール５４１，６４１は、プリコーディング行列及び単位行列のうち少なくとも一つは受信端からフィードバックされた情報に基づいて選択でき、この時、フィードバック情報は、所定のコードブックに対する行列インデックスを含むことが好ましい。

プリコーディングモジュール５４２，６４２は、決定された位相遷移基盤のプリコーディング行列に該当の副搬送波に対するＯＦＤＭシンボルを乗算してプリコーディングを行う。

以上の説明から、本発明はその技術的思想や必須特徴を逸脱しない限度内で他の具体的な形態に実施されることができるということが、本発明の属する技術分野における当業者には容易にわかる。したがって、上記の実施例はあくまでも例示的なもので、限定的なものとして理解されてはいけない。本発明の範囲は、上記の詳細な説明ではなく添付の特許請求の範囲によって定められるべきであり、したがって、特許請求の範囲とその等価概念から導出される変更または変形はいずれも本発明の範囲に含まれることができる。

Claims (11)

1. 複数の副搬送波を用いる多重アンテナシステムで受信機にデータを転送する方法であって、
   前記方法は、
   位相遷移基盤プリコーディング行列の第１部分として、コードブックからプリコーディング行列（Ｐ）を選択することと、
   前記位相遷移基盤プリコーディング行列の第２部分として、位相遷移のための対角行列（Ｄ）を決定することと、
   前記位相遷移基盤プリコーディング行列の第３部分として、ユニタリ行列（Ｕ）を決定することと、
   前記位相遷移基盤プリコーディング行列に、対応する資源のシンボルを乗算することにより、プリコーディングを行うことであって、前記位相遷移基盤プリコーディング行列は、Ｐ＊Ｄ＊Ｕとして取得される、ことと、
   Ｎ _ｔ 個の送信アンテナを介して、前記プリコーディングされたシンボルを前記受信機に転送することと
   を含み、
   前記プリコーディングを行うことは、ＰをＤ＊Ｕの乗算されたシンボルに乗算することにより、Ｎ _ｔ 個のシンボルを生成することを含み、Ｄ＊Ｕの乗算されたシンボルの個数は、‘Ｒ’であり、‘Ｒ’は、空間多重化率である、方法。
2. 前記位相遷移基盤プリコーディング行列は、
   

   

   で示され、ここで、ｋは前記資源のインデックスを表し、θ_ｉ（ｉ＝１，…，Ｒ）は、位相角を表す、請求項１に記載の方法。
3. 前記プリコーディング行列、前記対角行列及び前記ユニタリ行列のうち少なくとも一つが、時間によって変更される、請求項１に記載の方法。
4. 複数の副搬送波を用いる多重アンテナシステムで受信機にデータを転送する送受信機であって、
   前記送受信機は、
   位相遷移基盤プリコーディング行列の第１部分としてコードブックからプリコーディング行列（Ｐ）を選択することと、前記位相遷移基盤プリコーディング行列の第２部分として位相遷移のための対角行列（Ｄ）を決定することと、前記位相遷移基盤プリコーディング行列の第３部分としてユニタリ行列（Ｕ）を決定することと、Ｐ＊Ｄ＊Ｕとして前記位相遷移基盤プリコーディング行列を決定することとを行うプリコーディング行列決定モジュールと、
   前記決定された位相遷移基盤プリコーディング行列に、対応する資源のシンボルを乗算するプリコーディングモジュールと
   を備え、前記プリコーディングモジュールは、ＰをＤ＊Ｕの乗算されたシンボルに乗算することにより、Ｎ _ｔ 個のシンボルを生成し、Ｎ _ｔ は、送信アンテナの個数であり、Ｄ＊Ｕの乗算されたシンボルの個数は、‘Ｒ’であり、‘Ｒ’は、空間多重化率である、送受信機。
5. 前記位相遷移基盤プリコーディング行列は、
   

   

   で示され、ここで、ｋは前記資源のインデックスを表し、θ_ｉ（ｉ＝１，…，Ｒ）は位相角を表す、請求項４に記載の送受信機。
6. 前記プリコーディング行列、前記対角行列及び前記ユニタリ行列のうち少なくとも一つが、時間によって変更される、請求項５に記載の送受信機。
7. 前記プリコーディング行列が、前記受信機からのフィードバック情報に基づいて選択される、請求項４に記載の送受信機。
8. 前記フィードバック情報が、前記コードブックに対する行列インデックスを含む、請求項７に記載の送受信機。
9. 複数の副搬送波を用いる多重アンテナシステムで送信機からデータを受信する方法であって、
   前記方法は、
   Ｎ _ｔ 個の送信アンテナを介して前記送信機から転送された信号を受信することと、
   位相遷移基盤プリコーディング行列の第１部分として、コードブックからプリコーディング行列（Ｐ）を選択することと、
   前記位相遷移基盤プリコーディング行列の第２部分として、位相遷移のための対角行列（Ｄ）を決定することと、
   前記位相遷移基盤プリコーディング行列の第３部分として、ユニタリ行列（Ｕ）を決定することと、
   前記位相遷移基盤プリコーディング行列を用いて、前記送信機において実行されるプリコーディングの逆機能を行うことであって、前記位相遷移基盤プリコーディング行列は、Ｐ＊Ｄ＊Ｕとして取得される、ことと、
   を含み、
   前記送信機において行れる前記プリコーディングは、ＰをＤ＊Ｕの乗算されたシンボルに乗算することにより、Ｎ _ｔ 個のシンボルを生成することを含み、Ｄ＊Ｕの乗算されたシンボルの個数は、‘Ｒ’であり、‘Ｒ’は、空間多重化率である、方法。
10. 前記位相遷移基盤プリコーディング行列は、
    

    

    で示され、ここで、ｋは前記資源のインデックスを表し、θ _ｉ （ｉ＝１，…，Ｒ）は、位相角を表す、請求項９に記載の方法。
11. 前記プリコーディング行列、前記対角行列及び前記ユニタリ行列のうち少なくとも一つが、時間によって変更される、請求項９に記載の方法。

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