JP5068823B2

JP5068823B2 - 複数入力複数出力システムにおいて直交周波数分割多重された信号を時空間エンコードおよびデコードするための準直交時空間ブロック・エンコーダ、デコーダおよび方法

Info

Publication number: JP5068823B2
Application number: JP2009532666A
Authority: JP
Inventors: ジュウ，ウエンウー; ウー，メイ; シア，シアーン−ゲン
Original assignee: インテルコーポレイション
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2026-10-24
Also published as: CN101529836A; JP2010507930A; BRPI0622076A2; EP2078397A4; US8457231B2; WO2008049267A1; US20100086080A1; EP2078397A1

Description

本発明は、無線通信システムに関する。いくつかの実施形態は複数のアンテナを使うマルチキャリア信号の送信および受信に関する。いくつかの実施形態は、複数入力複数出力（MIMO: multiple-input, multiple-output）の直交周波数分割多重（OFDM: orthogonal frequency division multiplexed）システムに関する。

いくつかの無線通信システムは、複数の送信アンテナおよび／または複数の受信アンテナを使って送信されうるデータ量を増やしている。OFDMのようなマルチキャリア信号を用いるいくつかのMIMOシステムでは、各送信アンテナは、同一セットのサブキャリア上で別個にエンコードされた情報ストリームを送信するよう構成されうる。個々のサブキャリアを受信器においてデコードすることは、三つ以上の送信アンテナが使用されるときには、符号化率が高めのときは特に、ますます難しくなる。

"IEEE Standards for Information Technology―Telecommunications and Information Exchange between Systems"‐Local Area Networks‐Specific Requirements‐Part11"Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)、ISO/IEC8802-11:1999およびMetropolitan Area Networks‐Specific Requirements‐Part16"Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems"、2005年5月ならびに関係する修正／版。

このように、マルチキャリア・システムにおいて低下した複雑さをもってエンコードおよびデコードするためのエンコーダ、デコーダおよび方法に対する一般的な必要性がある。

本発明の課題は、請求項に記載の手段によって達成される。

本発明のいくつかの実施形態に基づくマルチキャリア送信機の機能的なブロック図である。本発明のいくつかの実施形態に基づく時空間エンコーダの機能的なブロック図である。本発明のいくつかの実施形態に基づくマルチキャリア受信機の機能的なブロック図である。本発明のいくつかの実施形態に基づく時空間デコーダの機能的なブロック図である。

以下の記述および図面は、本発明の個別的な実施形態を当業者が実施できるよう十分に例解する。他の実施形態は、構造的、論理的、電気的、プロセスのおよびその他の変更を組み込むことがありうる。いくつかの実施形態の部分および特徴は、他の実施形態に含められたり、あるいは他の実施形態の部分および特徴の代わりとされたりしてもよい。請求項に記載される本発明の諸実施形態は、それらの請求項のすべての利用可能な等価物を包含する。本発明の実施形態は、本稿では、個々にまたは集合的に用語「発明」と称されることがあるが、これは単に便宜上のことであり、二つ以上が実際に開示されている場合に本願の範囲をいかなる単一の発明や発明概念にも限定することを意図するものでもない。

図１は、本発明のいくつかの実施形態に基づくマルチキャリア送信機の機能的なブロック図である。マルチキャリア送信機１００は、複数の送信アンテナ１１４を使って、入力ビットストリーム１０１から生成されたマルチキャリア信号を送信する。いくつかの実施形態では、マルチキャリア送信機１００は複数入力複数出力（MIMO）の通信システムの一部であってもよく、送信アンテナ１１４のそれぞれは異なる情報シンボルを送信してもよい。マルチキャリア送信機１００は、入力ビットストリーム１０１をエンコードする誤り訂正エンコーダ１０２、エンコードされたビットストリーム１０３から配位図〔コンステレーション（constellation）〕シンボルを生成し、時空間エンコードされた配位図シンボルを逆フーリエ変換（IFT: inverse Fourier transform）回路１１０に与える時空間エンコーダ１０８を含みうる。配位図シンボルは周波数領域シンボルと見てもよい。IFT回路１１０は逆離散フーリエ変換を実行して、これらの周波数領域信号を時間領域に変換しうる。これらの変換されたブロックは、マルチキャリア・シンボルまたはOFDMシンボルと称されうる。

マルチキャリア送信機１００は、IFT回路１１０によって与えられるデジタル時間領域ベースバンド信号から、送信アンテナ１１４のうちの対応するものによる送信のためのRF信号を生成するための無線周波（RF: radio-frequency）回路１１２をも含みうる。マルチキャリア送信機１００はまた、理解の簡単のために図１には示されていない他の機能的要素をも含んでいてもよい。

いくつかの実施形態によれば、時空間エンコーダ１０８は、初期ビットストリーム１０３から配位図セット（constellation set）を生成することによってマルチキャリア信号を時空間エンコードし、配位図セットのビットをマッピングして送信アンテナ１１４の数に対応する複数の複素シンボルを形成する。時空間エンコーダ１０８はまた、選択された線形変換行列を用いて前記配位図セットのシンボルを線形変換して、線形変換されたシンボルを生成してもよい。時空間エンコーダ１０８はまた、線形変換されたシンボルから送信アンテナ１１４の数に対応する複素シンボルを形成してもよい。時空間エンコーダ１０８はまた、複素シンボルからアラムーチ符号行列（Alamouti code matrices）のような符号行列を形成してもよく、それらの符号行列から、送信アンテナ１１４による送信のためのマルチキャリア信号の生成に使用するための準直交時空間行列（quasi-orthogonal space-time matrix）を生成してもよい。これらの実施形態は、以下でより詳細に論じる。

いくつかの実施形態では、準直交時空間行列の一つの次元（たとえば行（row））によって表現されるシンボルのシーケンスはさらに、前記マルチキャリア信号をなす複数のサブキャリア上での送信アンテナ１１４によるその後の送信のために処理されてもよい。これらの実施形態ものちにより詳細に論じる。

いくつかの実施形態では、各送信アンテナ１１４について、IFT回路１１０によって逆フーリエ変換が準直交時空間行列の一つの次元（たとえば行）内のシンボルのそれぞれに対して実行され、時間領域の波形を生成してもよい。各送信アンテナ１１４について、時間領域の波形は、送信アンテナ１１４のうち関連するものによる送信のためにRF回路１１２によって上方変換〔アップコンバージョン〕されてもよい。各送信アンテナ１１４は、準直交時空間行列の一つの次元（たとえば行）のシンボルのグループによって表される情報を並行して送信してもよい。これらの実施形態も以下でより詳細に論じる。

いくつかの実施形態では、線形変換されたシンボルから生成される符号行列は、アラムーチ符号行列であってもよく、準直交時空間行列はアラムーチ符号行列の行列であってもよい。いくつかの実施形態では、配位図セットはビットストリーム１０３から生成される直交振幅変調（QAM: quadrature amplitude modulation）配位図セットであってもよい。これらの実施形態も以下でより詳細に論じる。

本発明のいくつかの実施形態は四つの送信アンテナ１１４を使って記載されるが、本発明の範囲はこの点に関して限定されるものではなく、他の数の送信アンテナを使ってもよい。送信アンテナ１１４は一つまたは複数の指向性または全方向性アンテナを含んでいてもよく、たとえばダイポール・アンテナ、モノポール・アンテナ、パッチ・アンテナ、ループ・アンテナ、マイクロストリップ・アンテナまたはRF信号の送信に好適な他の型のアンテナを含みうる。いくつかのMIMO実施形態では、二つ以上のアンテナの代わりに、複数の開口（aperture）をもつ単一のアンテナが使用されてもよい。これらの実施形態において、各開口は別個のアンテナと考えられてもよい。いくつかの実施形態では、各アンテナは、空間的ダイバーシチおよび送信アンテナ１１４のそれぞれと別の無線通信装置との間に生じうる異なるチャネル特性を活用するために事実上、分離されていてもよい。いくつかの実施形態では、送信アンテナ１１４は、波長の1/10まで、あるいはそれ以上、分離されてもよい。

図２は、本発明のいくつかの実施形態に基づく時空間エンコーダの機能的な図である。時空間エンコーダ２００は、時空間エンコーダ１０８（図１）としての使用に好適でありうる。ただし、他の時空間エンコーダ構成も好適でありうる。

これらの実施形態において、時空間エンコーダ２００は、ビットストリーム１０３から配位図セット（S）２１１を生成する配位図セット生成器２１０と、配位図セット２１１のビットを複数の複素シンボル（z_i）２２１にマッピングするシンボル・マッピング器２２０を有する。複素シンボルz_iは、r_i＋js_iと表されうる。複素シンボル２２１の数は、送信アンテナ１１４（図１）のような送信アンテナの数に対応しうる。これらの実施形態において、時空間エンコーダ２００は、選択された変換行列２６１（たとえばU₁、U₂またはU₃）を用いて複素シンボル２２１を線形変換して線形変換されたシンボル（p_i、q_i）２３１を生成するための線形変換回路２３０をも有する。時空間エンコーダ２００は、線形変換されたシンボル２３１から送信アンテナのそれぞれについての複素シンボル２４１を形成する複素シンボル形成器２４０をも含んでいてもよい。これらの実施形態において、時空間エンコーダ２００は、複素シンボル２４１から符号行列（A、B）２４３を形成する符号行列形成器２４２と、送信アンテナ上での送信のためのマルチキャリア信号の生成における使用のために符号行列２４３から準直交時空間行列（Q）２４６を生成する準直交時空間行列生成器２４４をも有する。

いくつかの実施形態では、時空間エンコーダ２００はまた、準直交時空間行列２４６の一つの次元（たとえば行）によって表されるシンボルのシーケンスを、さらなる処理およびその後の送信アンテナによる送信のために選択するための選択回路２５０をも有していてもよい。各送信アンテナは、準直交時空間行列２４６のある次元（たとえば行）のシンボルのグループによって表される情報を並行して送信しうる。

いくつかの実施形態では、四つの送信アンテナが使用されるとき、各送信アンテナはOFDM信号を複数のサブキャリア上で送信しうる。いくつかの実施形態では、サブキャリアの数は52であってもよいが、10程度から100以上までの範囲がありうる。各OFDMシンボルは複数のサブキャリアを含む。四つの送信アンテナをもついくつかの実施形態では、四つのOFDMシンボルは時空間エンコーダ２００によって一緒にエンコードされてもよく、率1の最適に変換された４かける４の準直交時空間ブロック符号（すなわち、アンテナごとに一つで４つの独立した情報シンボル）を使って各サブキャリアについて、マルチキャリア受信機３００（図３）のようなマルチキャリア受信機によって一緒にデコードされてもよい。これらの実施形態において、一つの情報シンボルは各送信アンテナによって並行して送信される。

これらの実施形態において、配位図セット生成器２１０はビットストリーム１０３から配位図セット２１１を生成しうる。これらの実施形態において、配位図セット２１１は、合計N1かけるN2の点をもつQAM信号配位図を表しうる。配位図セット２１１は次のように表されうる。

この式で、dは各方向における隣接する点の距離を表し、マルチキャリア送信機１００（図１）によって使用される平均送信電力に基づいて決定されうる。N1およびN2は2,4,8などのような正の整数でありえ、変調レベル（すなわち、シンボル当たりのビット数）および／または送信レートに依存してもよい。

四つの送信アンテナを使ういくつかの実施形態では、シンボル・マッピング器２２０は二進情報ビットを配位図セットS中の四つの複素シンボル（z_i）にマッピングしうる。これらの実施形態において、
z_i∈S i＝1,2,3,4
ここで、z_i＝r_i＋js_i
である。

これらの式において、r_iおよびs_iは複素シンボルz_iの実部および虚部を表す。四つの送信アンテナの場合、添え字iは1から4までの範囲であり、送信アンテナの数に対応している。

後述するように、これらの情報シンボル（すなわち、r_iおよびs_i）は、その後、４かける４の準直交時空間ブロック符号行列内にエンコードされる。準直交時空間ブロック符号行列において、一つの次元（たとえば行）が四つの送信アンテナのそれぞれにマッピングされる。他の次元（すなわち列）は周波数領域におけるシンボルを表しうる。

四つの送信アンテナをもつこれらの実施形態において、線形変換回路２３０は、線形変換行列２６１を適用することによって、シンボル・マッピング器２２０によって生成される８つの実シンボル（すなわち、i＝1,2,3,4についてのr_iおよびs_i）を別の８つの実シンボル（すなわち、i＝1,2,3,4についてのp_iおよびq_i）に線形変換しうる。この線形変換行列は４かける４の実行列であってもよく、のちにより詳細に論じる。線形変換回路２３０によって実行される線形変換の例は次式
(p₁,q₁,p₃,q₃)^T＝U(r₁,s₁,r₃,s₃)^T
(p₂,q₂,p₄,q₄)^T＝U(r₂,s₂,r₄,s₄)^T
によって示される。

これらの式において、Tは転置操作を表し、Uは選択された線形変換行列２６１を表す。線形変換行列２６１の生成について下記で論じる。

いくつかの実施形態において、四つの送信アンテナが使用されるとき、複素シンボル形成器２４０は四つの複素シンボル２４１からなる別のセットを形成しうる。別のセットの四つの複素シンボルは、i＝1,2,3,4について：
x_i＝p_i＋jq_i
と表されうる。

これらの形成された四つの複素シンボルから、符号行列形成器２４２は、

で示されるアラムーチ符号行列のような二つの２かける２の符号行列２４３を形成しうる。

四つの送信アンテナを使用するいくつかの実施形態では、準直交時空間行列生成器２４４は、前記二つのアラムーチ符号行列から４かける４の準直交時空間行列（Q）２４６を生成しうる。準直交時空間行列２４６は

のように示されうる。

これらの実施形態において、準直交時空間行列２４６の各行は、送信アンテナの一つについての時間領域信号を生成するために使用されてもよい。ただし、本発明の範囲は、この点に関して限定されるものではない。いくつかの代替的な実施形態では、準直交時空間行列２４６の各列が送信アンテナの一つについて時間領域信号を生成するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、選択回路２５０は、準直交時空間行列２４６の一つの次元（たとえば行）によって表される時空間エンコードされたシンボルのシーケンスを、送信前のさらなる処理のために選択してもよい。

上で論じた線形変換回路２３０によって使用される線形変換回路２６１は、４かける４の実行列Uとして定義されうる。いくつかの実施形態では、線形変換行列生成器２６０は、次の式

に基づいて一つまたは複数の線形変換行列を生成しうる。

これらの式において、N1およびN2は配位図セット生成器２１０によって使用される整数に対応する。対称行列Σの対角化は：
Σ＝V^TDV
と示されうる。ここで、D＝diag(λ₁,λ₂)、ε₁およびε₂はΣの固有値、Vは２かける２の直交行列である。

これらの実施形態において、

である。

線形変換行列Uは、次の三つの行列U_i

i＝1,2,3、のうちの一つから選択されうる。

ここで、P2およびP3は置換（permutation）行列で、

のように定義されうる。

これらの実施形態において、線形変換行列U₁、U₂およびU₃の一つの使用は、最小限の最尤（ML: maximum-likelihood）復号を用いて準直交時空間ブロック符号の増加したおよび／または最適なダイバーシチ・プロダクト（すなわち、増加した判別距離（determinant distance）および／または符号化利益／利得）を達成する助けとなりうる。

いくつかの実施形態では、配位図セット２１１が正方QAM行列（すなわちN1＝N2）であるとき、線形変換行列U₁は直交となり、

の形になる。

これらの状況においては、線形変換回路２３０によって実行される線形変換も直交でありうる。

図３は、本発明のいくつかの実施形態に基づくマルチキャリア受信機の機能的なブロック図である。マルチキャリア受信機３００は、マルチキャリア送信機１００（図１）のようなマルチキャリア送信機からのマルチキャリア通信信号を受信する受信アンテナ３０２を含んでいてもよい。マルチキャリア受信機３００によって使用される受信アンテナ３０２の数は少なくとも送信アンテナ１１４（図１）の数だけはあってもよい。マルチキャリア受信機３００はまた、受信信号を下方変換〔ダウンコンバート〕し、デジタル・ベースバンド信号を生成するために、各受信アンテナ３０２についてRF回路３０４を含んでいてもよい。マルチキャリア受信機３００は、RF回路３０４によって与えられた信号に対して高速フーリエ変換（FFT: fast Fourier transform）のような離散フーリエ変換（DFT: discrete Fourier transform）を実行し、周波数領域信号を生成するために、各受信アンテナ３０２についてフーリエ変換（FT）回路３０６をも含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、周波数領域信号は、マルチキャリア受信機３００によって受信されるマルチキャリア通信信号の各サブキャリアについて生成されてもよい。マルチキャリア受信機３００はまた、FT回路３０６によって与えられる周波数領域信号をデコードし、デコードされた軟ビット３１５のような決定メトリック（decision metrics）および硬ビット３１７として表されるデコードされたシンボルを生成するための時空間デコーダ３０８を含んでいてもよい。これらについてはのちにより詳細に論じる。軟ビット３１５は、硬ビット３１７の対応するものと関連付けられる確率を表していてもよい。この確率は、のちに論じるように、デコードされたビットストリーム３２１のビットを精確に生成するために誤り訂正デコーダ３１２によって使用されうる。

マルチキャリア受信機３００はまた、なかんづく、時空間デコーダ３０８による使用のためのチャネル推定値（H）を生成するチャネル推定器３２０を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、時空間デコーダ３０８の出力は、QAM配位図点を表す各サブキャリアについてのシンボルの対を含む。ただし、本発明の範囲はこの点に関して限定されるものではない。マルチキャリア受信機３００はまた、硬ビット３１７を逆マッピングして（demap）ビットのグループを生成するシンボル逆マッピング器３１０を含んでいてもよい。マルチキャリア受信機３００はまた、シンボル・マッピング器３１０によって生成されるビットのグループをデコードしてデコードされたビットストリーム３２１を生成する誤り訂正デコーダ３１２をも含んでいてもよい。マルチキャリア受信機３００はまた、理解の簡単のために特に図示されていない他の機能要素をも含んでいてもよい。

いくつかの実施形態では、チャネル推定器３２０によって実行されるチャネル推定はOFDMトレーニング・シンボル（すなわち、プリアンブル（preamble））に基づいていてもよい。これらの実施形態において、プリアンブルから生成されるチャネル推定値は、その後の送信バーストにおいてOFDMシンボルを処理するために使用されてもよい。ただし、本発明の範囲はこの点において限定されるものではない。

いくつかの実施形態では、誤り訂正デコーダ３１２は、ターボ・デコーダのような前方誤り訂正（FEC: forward error-correcting）デコーダであってもよく、エンコードされたビット３１９を軟ビット３１５を使ってデコードしてもよい。いくつかの実施形態では、誤り訂正デコーダ３１２は畳み込み復号もしくはリード・ソロモン復号またはそれらの組み合わせを用いてもよい。ただし、本発明の範囲はこの点において限定されるものではない。いくつかの他の実施形態では、誤り訂正デコーダ３１２はターボ復号または低密度パリティ検査（LDPC: low-density parity check）復号、また軟ビット３１５を使う他のエンコード／デコード技法を用いてもよい。

いくつかの実施形態によれば、各受信アンテナ３０２について、時空間デコーダ３０８は、受信された信号行列（y_n）３１１から目的関数を導出してもよく、目的関数を最小化することにより硬ビット３１７を生成してもよく、目的関数の連立線形方程式を解いて軟ビット３１５を生成してもよい。これらの実施形態において、時空間デコーダ３０８は準直交時空間ブロック復号を受信アンテナ３０２のそれぞれを通じて受信された各サブキャリアについて、線形変換行列２６１（図２）（すなわちU₁、U₂またはU₃のどれか）のような選択された諸線形変換行列のうちの選択されたものを使って、実行しうる。選択された線形変換行列は、送信のためにマルチキャリア信号を時空間エンコードするためにマルチキャリア送信機１００（図１）によって使用される線形変換行列に対応しうる。いくつかの実施形態では、時空間デコーダ３０８はチャネル推定値行列（H）を使ってもよい。チャネル推定値行列は、マルチキャリア送信機１００（図１）の送信アンテナ１１４（図１）のそれぞれとマルチキャリア受信機３００の受信アンテナ３０２のそれぞれとの間の複数の無線チャネルについて推定されうる。これらの実施形態は、のちにより詳細に論じる。

本発明のいくつかの実施形態について少なくとも四つの受信アンテナ３０２を使って記載されるが、本発明の範囲はこの点に関して限定されるものではなく、他の数の送信アンテナを使ってもよい。受信アンテナ３０２は一つまたは複数の指向性または全方向性アンテナを含んでいてもよく、たとえばダイポール・アンテナ、モノポール・アンテナ、パッチ・アンテナ、ループ・アンテナ、マイクロストリップ・アンテナまたはRF信号の送信に好適な他の型のアンテナを含みうる。いくつかのMIMO実施形態では、二つ以上のアンテナの代わりに、複数の開口（aperture）をもつ単一のアンテナが使用されてもよい。これらの実施形態において、各開口は別個のアンテナと考えられてもよい。いくつかの実施形態では、各アンテナは、空間的ダイバーシチおよび受信アンテナ３０２のそれぞれと別の無線通信装置との間に生じうる異なるチャネル特性を活用するために事実上、分離されていてもよい。いくつかの実施形態では、受信アンテナ３０２は、波長の1/10まで、あるいはそれ以上、分離されてもよい。

図４は、本発明のいくつかの実施形態に基づく時空間デコーダの機能的な図である。時空間デコーダ４００は、時空間デコーダ３０８（図３）としての使用に好適でありうる。ただし、時空間デコーダ３０８（図３）のための他の構成も好適でありうる。時空間デコーダ４００は、目的関数を導出する処理回路４０２と、目的関数を最小化する処理回路４０６と、線形方程式を解く処理回路４０４とを含む。これらの実施形態において、処理回路４０２は、受信された信号行列（y_n）４１１から、線形変換行列４１０の一つを使って、目的関数４１３を導出しうる。処理回路４０６は、チャネル推定値行列（H）４１２を使って目的関数４１３を最小化してデコードされた硬ビット４１７を生成しうる。処理回路４０４は、目的関数４１３およびチャネル推定値行列（H）４１２に基づく連立線形方程式を解いてデコードされた軟ビット４１５を生成しうる。いくつかの実施形態では、時空間デコーダ４００は、受信されたマルチキャリア信号の各サブキャリアについてこれらの処理を実行してもよい。これらの実施形態において、受信された信号行列４１１は、すべての受信アンテナ３０２（図３）を通じて各サブキャリアについて生成される受信された信号行列３１１（図３）の一つに対応してもよく、それにより各受信された信号行列４１１が各受信アンテナ３０２（図３）からの入力を含むことが許容される。これらの実施形態において、デコードされた軟ビット４１５は軟ビット３１５（図３）に対応してもよく、デコードされた硬ビット４１７は硬ビット３１７（図３）に対応してもよい。これらの実施形態において、チャネル推定値行列（H）４１２は、チャネル推定器３２０（図３）によって生成されてもよく、線形変換行列４１０の一つが線形変換行列２６１（図２）の一つに対応してもよい。

いくつかの実施形態によれば、受信された信号行列４１１は次の式：
Y_n＝H_nQ₄(x_1,n，x_2,n，x_3,n，x_4,n)＋W_n
によって表されうる。

この式において、Y_nはn番目のサブキャリア上の受信された信号を表し、Hはn番目のサブキャリアについてのチャネル行列を表し、Qは送信機において信号をエンコードするために使用される準直交時空間ブロック符号を表し、xはデコードされた信号を表し、Wは加算的なチャネル・ノイズを表す。

上で論じた線形変換行列の一つを適用することによって、かつサブキャリア添え字nを除去して、時空間デコーダ４００によって最尤復号が、次式

のうちの一つに基づいて達成されうる。

これらの式において、f_i(r_i,s_i)は目的関数を表し、ここでr_iおよびs_iは軟ビット４１５を表す。上の式に示されるように、もとの８個組（eight-tuple）実変数探索は二個組（two-tuple）実変数探索の４倍になる。これは、一つの複素シンボル探索とほぼ同じ複雑さを有しうる。一つの複素シンボル探索の複雑さは、Uについて変換行列U₁が使用されるときのアラムーチ符号化の複雑さと同じである。これらの実施形態において、上の式は

となる。

上記に基づいて、処理回路４０２は以下のように目的関数４１３を導出してもよい。いくつかの実施形態では、上で論じた正方QAM信号配位図についてR1およびU1を使った回転が実行されてもよい。

これらの実施形態において、MIMOシステムにおけるチャネル推定値（H）は
H＝(h_n,i)_{1≦n≦N,1≦i≦M}
と表されてもよく、受信された信号行列（Y）は
Y＝(y_n,i)_{1≦n≦N,1≦i≦T}
と表されてもよい。

これらの式において、Mは送信アンテナの数を表し、Nは受信アンテナの数を表し、Tは時間スロットの数（たとえばT個のOFDMシンボル）を表す。四つの送信アンテナ（M＝4）および四つの受信アンテナ（N＝4）を使ういくつかの実施形態では、四つの時間スロット（T＝4）について、次の式が四つの送信アンテナによって送信された信号を表しうる。

代数的な操作により、目的関数４１３は処理回路４０２によって次のように導出されうる。

処理回路４０６は、これらの目的関数に対して作用してデコードされた硬ビット４１７を生成しうる。該硬ビットが最尤復号の出力を表しうる。いくつかの実施形態では、処理回路４０６は次の式を使って目的関数を最小化することによってデコードされた硬ビット４１７を生成しうる：

これらの実施形態において、r_kおよびr_sが、四つの送信アンテナ上で送信されたシンボルに対応するデコードされた硬ビット４１７を表す。

他方、処理回路４０４は、最尤復号から、目的関数４１３（たとえば上に示したf_i(r_i,s_i)のように表される四つの目的関数）を配位図セットS上ではなく実数線（real line）上での実数値r_iおよびs_iの意味で最小化することによって軟ビット４１５を生成してもよい。目的関数f_i(r_i,s_i)は実変数r_iおよびs_iの二次形式なので、最小値および最尤復号の軟出力の決定は、処理回路４０４によって、次の２かける２の線形方程式

を解くことによってできる。

これらの式を解くことから帰結するデコードされた軟ビット４１５は、誤り訂正デコーダ３１２（図３）のような誤り訂正デコーダによって使用されてもよい。いくつかの実施形態では、上の２かける２の線形方程式の解は、最小平均平方推定（MMSE: minimum mean square estimation）を使うことによって向上されてもよい。ただし、本発明の範囲はこの点に関して限定されるものではない。

上記のいくつかの実施形態では、アラムーチ復号とほぼ同じ複雑さをもつ高速の最尤復号を用いて、四つの送信アンテナをもつMIMO OFDMシステムについての時空間符号化において、符号化利得が最大化されうる。

図１〜図４を参照すると、マルチキャリア送信機１００、時空間エンコーダ２００、マルチキャリア受信機３００および時空間デコーダ４００はいくつかの別個の機能要素を有するものとして図示されているが、該機能要素の一つまたは複数は組み合わされてもよく、デジタル信号プロセッサ（DSP）および／または他のハードウェア要素を含む処理要素のようなソフトウェアで構成された要素の組み合わせによって実装されてもよい。たとえば、いくつかの要素は、一つまたは複数のマイクロプロセッサ、DSP、特定用途向け集積回路（ASIC: application specific integrated circuit）ならびに少なくとも本稿に記載された機能を実行するためのさまざまなハードウェアおよび論理回路の組み合わせであってもよい。いくつかの実施形態では、図示された機能要素は、一つまたは複数の処理要素上で動作する一つまたは複数の処理を指してもよい。

いくつかの実施形態では、マルチキャリア送信機１００および／またはマルチキャリア受信機３００は、マルチキャリア通信チャネルを通じてOFDM通信信号を通信しうる一つまたは複数の無線通信装置の一部であってもよい。マルチキャリア通信チャネルは、所定の周波数スペクトル内であってもよく、複数の直交サブキャリアを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、マルチキャリア信号は、密接な間隔のOFDMサブキャリアによって定義されてもよい。各サブキャリアは、実質的に他のサブキャリアの中心周波数においてヌルを有していてもよく、および／または各サブキャリアは、シンボル周期内に、ある整数個のサイクルを有していてもよい。ただし、本発明はこの点に関して限定されるものではない。いくつかの実施形態では、マルチキャリア送信機１００および／またはマルチキャリア受信機３００は、直交周波数分割多重アクセス（OFDMA: orthogonal frequency division multiple access）のような多重アクセス技法に基づいて通信してもよい。ただし、本発明の範囲はこの点に関して限定されるものではない。

いくつかの実施形態では、マルチキャリア送信機１００および／またはマルチキャリア受信機３００は、無線忠実度（WiFi: Wireless Fidelity）通信ステーション、アクセス・ポイント（AP: access point）またはモバイル・ステーション（MS: mobile station）を含む無線構内ネットワーク（WLAN: wireless local area network）通信ステーションのような通信ステーションの一部であってもよい。いくつかの他の実施形態では、マルチキャリア送信機１００および／またはマルチキャリア受信機３００は、マイクロ波アクセスのための世界規模相互運用性（WiMax: Worldwide Interoperability for Microwave Access）通信ステーションのようなブロードバンド無線アクセス（BWA: broadband wireless access）ネットワーク通信ステーションの一部であってもよい。ただし、マルチキャリア送信機１００および／またはマルチキャリア受信機３００はほとんど任意の無線通信デバイスの一部であってもよく、本発明の範囲はこの点に関して限定されるものではない。

いくつかの実施形態では、マルチキャリア送信機１００および／またはマルチキャリア受信機３００は、携帯情報端末（PDA: personal digital assistant）、無線通信機能をもつラップトップまたはポータブル・コンピュータ、ウェブ・タブレット、無線電話、無線ヘッドセット、ポケベル、インスタント・メッセージ交換デバイス、デジタル・カメラ、アクセス・ポイント、テレビ、医療装置（たとえば心拍モニター、血圧モニターなど）または無線で情報を受信および／または送信しうる他の装置といった、可搬式無線通信装置の一部であってもよい。

いくつかの実施形態では、マルチキャリア送信機１００および／またはマルチキャリア受信機３００によって受信される通信信号についての周波数スペクトルは、5ギガヘルツ（GHz）周波数スペクトルまたは2.4GHz周波数スペクトルのいずれかを含みうる。これらの実施形態において、5ギガヘルツ（GHz）周波数スペクトルは約4.9ないし5.9GHzの範囲の周波数を含みうる。2.4GHzのスペクトルは約2.3ないし2.5GHzの範囲の周波数を含みうる。ただし、本発明の範囲はこの点に関して限定されるものではなく、他の周波数スペクトルも等しく好適である。いくつかのBWAネットワーク実施形態では、通信信号のための周波数スペクトルは2GHzから11GHzまでの間の周波数を含みうる。ただし、本発明の範囲はこの点に関して限定されるものではない。

いくつかの実施形態では、マルチキャリア送信機１００および／またはマルチキャリア受信機３００は、IEEE802.11(a)、802.11(b)、802.11(g)、802.11(h)および／または802.11(n)規格および／または提案されている無線構内ネットワーク用仕様を含む米国電気電子技術者協会（IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers）規格といった、個別的な通信規格に従って信号を通信してもよい。ただし、本発明の範囲はこの点に関して限定されるものではなく、マルチキャリア送信機１００および／またはマルチキャリア受信機３００は他の技術および規格に従って通信を送信および／または受信するためにも好適でありうる。

いくつかのブロードバンド無線アクセス・ネットワーク実施形態では、マルチキャリア送信機１００および／またはマルチキャリア受信機３００は、変形および発展形も含めて無線都市圏ネットワーク（WMAN: wireless metropolitan area network）のためのIEEE802.16-2004およびIEEE802.16(e)規格に従って信号を通信してもよい。ただし、本発明の範囲はこの点に関して限定されるものではなく、マルチキャリア送信機１００および／またはマルチキャリア受信機３００は、他の技術および規格に従って通信を送信および／または受信するのにも好適でありうる。IEEE802.11およびIEEE802.16規格に関するさらなる情報については、非特許文献１を参照されたい。

特に断りのない限り、処理、コンピューティング、計算、決定、表示などといった用語は、処理システムのレジスタおよびメモリ内の物理的な（たとえば電子的な）量として表されるデータを操作して、同様に前記処理システムのレジスタまたはメモリ内または他のそのような情報記憶、伝送もしくは表示装置内の物理的な量として表される他のデータに変換しうる、一つまたは複数の処理またはコンピューティング・システムまたは同様の装置のアクションおよび／またはプロセスを指しうる。さらに、本稿での用法では、コンピューティング装置は、揮発性メモリもしくは不揮発性メモリまたは両者の組み合わせでありうるコンピュータ可読メモリと結合された一つまたは複数の処理要素を含む。

本発明のいくつかの実施形態は、ハードウェア、ファームウェアおよびソフトウェアの一つまたは組み合わせにおいて実装されてもよい。本発明のいくつかの実施形態は、機械可読媒体上に記憶され、少なくとも一つのプロセッサによって読み込まれ、実行されて本稿に記載されている処理を実現しうる命令として実装されてもよい。機械可読媒体は、機械（たとえばコンピュータ）によって読み取り可能な形で情報を記憶または伝送するいかなる機構をも含みうる。たとえば、機械可読媒体は読み出し専用メモリ（ROM）、ランダム・アクセス・メモリ（RAM）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュ・メモリ・デバイス、電気的、光学的、音響的もしくは他の形の伝搬信号（たとえば搬送波、赤外線信号、デジタル信号など）その他を含みうる。

要約は、読者が技術的な開示の性質および概要を見きわめられるようにするために要約を要求する米国法典３７第1.72(b)項に準拠するために提供されている。要約は、請求項の範囲または意味を限定または解釈するために使用されないという理解のもとに提出される。

以上の詳細な説明において、開示の流れをよくする目的で、さまざまな特徴が時折単一の実施形態にまとめられている。この開示方法は、特許請求される主題の実施形態が各請求項において明示的に記載されているよりも多くの特徴を必要とするとの意図を反映すると解釈すべきではない。むしろ、以下の請求項が反映するように、発明は、単一の開示される実施形態のすべての特徴よりも少ないものに存することもありうる。よって、付属の請求項はこの詳細な説明に組み込まれ、各請求項がそれ独自で別個の好ましい実施形態となる。

Claims

マルチキャリア信号を時空間エンコードする方法であって：
初期ビットストリームから直交振幅変調配位図セットを生成する段階と；
前記配位図セットのビットを、いくつかの送信アンテナに対応する複数の複素シンボルにマッピングする段階と；
増大したダイバーシチ・プロダクトのために一組の線形変換行列のうちの一つを選択する段階と；
前記選択された変換行列を使って、マッピングされた前記複数の複素シンボルを線形変換することによって、選択された変換行列を用いて前記配位図セットの入力シンボルを線形変換して、線形変換されたシンボルを生成する段階と；
前記線形変換されたシンボルから複数の送信アンテナのそれぞれについて複素シンボルを形成する段階と；
前記線形変換された複素シンボルからアラムーチ符号行列を形成する段階と；
前記アラムーチ符号行列から、送信アンテナによる送信のためのマルチキャリア信号を生成するのに使う準直交時空間行列を生成する段階とを有しており、
前記準直交時空間行列が、前記アラムーチ符号行列のうちの、部分的直交性を示す行列を含む、
方法。
マルチキャリア信号をなす複数のサブキャリア上での前記送信アンテナのうちの対応するものによるその後の送信のために、前記準直交時空間行列の一つの次元によって表されるシンボルのシーケンスを処理する段階をさらに有する、請求項１記載の方法。
請求項２記載の方法であって、前記処理する段階が、前記複数の送信アンテナのうちの各送信アンテナについて：
前記準直交時空間行列の前記一つの次元のシンボルのそれぞれに対して逆フーリエ変換を実行して時間領域波形を生成する段階と；
前記時間領域波形を前記送信アンテナのうち関連付けられたものによる送信のために上方変換する段階とを有しており、
前記複数の送信アンテナの各送信アンテナが、前記準直交時空間行列の前記一つの次元のシンボルのグループによって表される情報を並行して送信する、
方法。
前記線形変換することが、前記選択された変換行列を使って、マッピングされた前記複数の複素シンボルを線形変換して複数の実シンボルを生成することを含む、
請求項１記載の方法。
時空間エンコーダであって：
初期ビットストリームから配位図セットを生成する配位図セット生成器と；
前記配位図セットのビットを、いくつかの送信アンテナに対応する複数の複素シンボルにマッピングするシンボル・マッピング器と；
選択された変換行列を用いて前記配位図セットの入力シンボルを線形変換して、線形変換されたシンボルを生成する線形変換回路であって、前記線形変換回路は、前記選択された変換行列を使って、マッピングされた前記複数の複素シンボルを線形変換し、前記変換行列は、増大したダイバーシチ・プロダクトを与えるよう一組の変換行列から選択される、線形変換回路と；
前記線形変換されたシンボルから複数の送信アンテナのそれぞれについて複素シンボルを形成する複素シンボル形成器と；
前記線形変換された複素シンボルからアラムーチ符号行列を形成する符号行列形成器と；
前記アラムーチ符号行列から、送信アンテナによる送信のためのマルチキャリア信号を生成するのに使う準直交時空間行列を生成する準直交時空間行列生成器とを有しており、
前記準直交時空間行列が、前記アラムーチ符号行列のうちの、部分的直交性を示す行列を含む、
時空間エンコーダ。
マルチキャリア信号をなす複数のサブキャリア上での前記送信アンテナのうちの対応するものによるその後の送信のために、前記準直交時空間行列の一つの次元によって表されるシンボルのシーケンスが処理される、請求項５記載の時空間エンコーダ。
請求項６記載の時空間エンコーダであって、前記複数の送信アンテナのうちの各送信アンテナについて、前記準直交時空間行列の前記一つの次元のシンボルのそれぞれに対して逆フーリエ変換が実行されて時間領域波形が生成され、
前記時間領域波形が前記送信アンテナのうち関連付けられたものによる送信のために上方変換され、
前記複数の送信アンテナの各送信アンテナが、前記準直交時空間行列の前記一つの次元のシンボルのグループによって表される情報を並行して送信する、
時空間エンコーダ。
前記配位図セットが直交振幅変調配位図セットを含み、
前記線形変換回路が、前記選択された変換行列を使って、マッピングされた前記複数の複素シンボルを線形変換して複数の実シンボルを生成する、
請求項５記載の時空間エンコーダ。