JP2008512032A - 最大ダイバーシティと最大多重化利得を求める構造的な時空間符号及びその生成方法と、その時空間符号を使用する多重アンテナシステム - Google Patents

Abstract

本発明は最大ダイバーシティと最大多重化利得を求める構造的な時空間符号及びその生成方法と、その時、空間符号を使用する多重アンテナシステムに関するものである。この時空間符号は１つのブロック区間の間に送信機のアンテナ個数と空間多重化率の積に相当するシンボルを伝送するように送信機のアンテナ個数に相当する大きさの正方行列である符号語行列-ここで符号語行列の行は送信機のアンテナ別に伝送される結合された信号を示し、符号語行列の列は送信機のアンテナ個数に相当するタイムスロットを示す-を有する。この符号語行列はタイムスロットごとに各送信アンテナが伝送するように割り当られるシンボルの個数は空間多重化率に相当する個数であり、各送信アンテナに割り当てられたシンボルは互いに異なる結合係数によって結合されて各送信アンテナによって同時に伝送され、各送信アンテナにはタイムスロットごとに互いに異なるシンボルが割り当てられるように決められる。本発明によると、最少の遅延を有することからチャンネル変化に効果的に対処することができ、タイムスロット別アンテナ別に最少のデータシンボルの組み合わせで信号が生成されるので、信号間のユークリッド距離が大きくて高い符号化利得を得ることができる。

Description

本発明は多重アンテナシステム（ＭＩＭＯ:Ｍｕｌｔｉ-Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ-Ｏｕｔｐｕｔ）に関し、より詳しくは送信機に複数のアンテナを使用して受信機におけるアンテナ数によって最大のダイバーシティ利得（ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｇａｉｎ）と最大の空間多重化利得（ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｇａｉｎ）を同時に得るための構造的な時空間符号（ｓｐａｃｅ-ｔｉｍｅ ｃｏｄｅ）及び、これを生成する方法と、この時空間符号を使用して無線通信環境でシステムの信頼性を向上させたり、伝送容量を増大することができる多重アンテナシステムに関するものである。

最近情報通信サービスの普遍化と多様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よって通信サービスに対する要求が急速に増大している。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。このような要求は有線通信でよりは無線通信でさらに大きな圧迫として近寄っている。無線通信では基本的に可用周波数資源が制限され、これらを共有しなければならず、無線通信が持っている長所のために需要が急激に増えているからである。

このような無線通信環境で通信容量を増やすためには、利用可能な周波数帯域を発掘する方法と与えられた資源の効率性を高める方法がある。この中で無線資源の効率性を高める方法として最近大きく注目されて活発に開発が進められている技術は、送受信機に複数のアンテナを装着して資源活用のための空間的な領域を追加的に確保することによって、帯域幅の増加なくダイバーシティ利得による通信リンクの信頼性を高めたり、空間多重化による並列伝送を通じて伝送容量を高める時空間符号技術である。

このように、無線通信システムの伝送容量はＭＩＭＯ技術を利用して非常に増加させることができる。Ａｌａｍｏｕｔｉによって提案された時空間ブロック符号技法（'Ａ ｓｉｍｐｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ'、ＩＥＥＥ ＪＳＡＣ，ｖｏｌ．１６，ｎｏ．８，Ｏｃｔ．１９９８）は送受信機に複数のアンテナを使用して無線チャンネルでのフェーディングを克服する代表的な送信ダイバーシティ技術である。前記技法は２個の送信アンテナを使用する伝送技法で、ダイバーシティ等級が送信アンテナ個数と受信アンテナ個数の積で最大のダイバーシティ利得を得ることができる技術である。しかし、前記技法は２つの送信アンテナを通じて２つのタイムスロット間の２つのデータシンボルのみを伝送するので、伝送速度が１で受信アンテナの個数に関係なく空間多重化利得を得ることができず、さらに送信アンテナが３個以上である場合に対する伝送方式は提示していない。

これに反し、空間多重化利得を得る方法としてはＢｅｌｌ Ｌａｂで提案したＶ-ＢＬＡＳＴ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｂｅｌｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ｌａｙｅｒｅｄ Ｓｐａｃｅ-Ｔｉｍｅ）システム（'Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｉｎｉｔｉａｌ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ｕｓｉｎｇ Ｖ-ＢＬＡＳＴ ｓｐａｃｅ-ｔｉｍｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ'、ＩＥＥ，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．１，ｐｐ．１４〜１６，１９９９）が代表的である。前記技法は送信機で各伝送アンテナごとに互いに異なる信号を同じ送信電力と伝送率で同時に伝送し、受信機では伝送信号を検出する時、大きくｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒｉｎｇ、ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｎｕｌｌｉｎｇ、ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎ ｃｅｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎの３つの過程に分けて処理し、不要な干渉信号を除去することによって信号対雑音比を高めることができる。この技法は受信アンテナの個数が送信アンテナの個数と同一であるか多いと、送信アンテナの個数に相当する独立的なデータ信号を同時に伝送することができるので、空間多重化利得を最大に維持することができる。しかし、この技法は受信アンテナ数が送信アンテナ数より多いか同一でなければならず、多重化利得を最大にするためにはダイバーシティ利得を得ることができないので、チャンネル環境が悪い場合には１度信号が異なって復原されると、その後伝送信号を検出する際にも影響を与えて深刻な性能劣化を招くことがある。

上述した２つの技法とは異なって、ＹａｏとＷｏｒｎｅｌｌによって提案されたｔｉｌｔｅｄ ＱＡＭ方式（'Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｓｐａｃｅ-ｔｉｍｅ ｂｌｏｃｋ ｃｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｏｐｔｉｍａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ-ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｔｒａｄｅｏｆｆ ａｎｄ ｍｉｎｉｍｕｍ ｄｅｌａｙ'， Ｇｌｏｂｅｃｏｍ，ｐｐ．１９４１-１９４５， ２００３）はＺｈａｎｇとＴｓｅによって提示された最適のｄｉｖｅｒｓｉｔｙ-ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｔｒａｄｅｏｆｆを満足させるＦＤＦＲ（Ｆｕｌｌ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ & Ｆｕｌｌ Ｒａｔｅ）を得る時空間符号である。前記技法は２個の送信アンテナと２個の受信アンテナを有するシステムで最少のコード長さ２を有する短い時空間ブロック符号（ａ ｓｈｏｒｔ ｓｐａｃｅ-ｔｉｍｅ ｂｌｏｃｋ ｃｏｄｅ）であり、ＱＡＭ配置状況（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）を回転させることによって多重化利得を維持すると同時に、最大ダイバーシート利得を得ることができる。しかし、単純な信号の回転のみを使用することによって符号化利得を十分に得ることができず、送受信アンテナの個数がそれぞれ２個ずつである場合にのみ適用できるので、他のアンテナ構成では定義できない問題を持っている。

前記目的を達成するために本発明の特徴による時空間符号は、
送受信機に複数のアンテナを使用する多重アンテナシステムの送信機における複数の情報シンボルを伝送する時空間符号において、
１つのブロック区間の間に前記送信機のアンテナ個数と空間多重化率の積に相当するシンボルを伝送する符号語行列-ここで符号語行列の行は前記送信機のアンテナ別に伝送される結合された信号を示し、前記符号語行列の列は前記送信機のアンテナ個数に相当するタイムスロットを示す-を有し、
前記符号語行列は前記タイムスロットごとに前記各送信アンテナには平均的に前記多重化率に相当する個数のシンボルが伝送されるように割り当てられ、前記各送信アンテナに割り当てられたシンボルが結合して前記各送信アンテナによって同時に伝送され、前記各送信アンテナには前記タイムスロットごとにシンボルの構成が異なって割り当てられるように決められることを特徴とする。

ここで、前記１つのブロック区間の間に前記送信機のアンテナ個数と空間多重化率の積に相当するシンボルの全てが前記送信機のアンテナ全てにそれぞれ一回ずつは割り当てられるように前記符号語行列が決められることを特徴とする。

また、特定のタイムスロットで前記送信機の各アンテナが互いに異なるシンボルを送信するように前記符号語行列が決められることを特徴とする。

また、前記送信機のアンテナ個数と空間多重化率の積に相当するシンボルは前記タイムスロット別に１つの送信機のアンテナにのみ割り当てられ、前記タイムスロット別に割り当てられたシンボルに対しては互いに異なる結合係数が使用されるように前記符号語行列が決められることを特徴とする。

また、前記送信機の各アンテナにシンボルの集合を割り当てる時、前記タイムスロットが進められることによって循環移動して前記送信機の各アンテナに割り当てられるように前記符号語行列が決められることを特徴とする。

本発明の他の特徴による時空間符号生成方法は、
送受信機に複数のアンテナを使用する多重アンテナシステムの送信機で複数の情報シンボルを受信機に送信するのに使用される時空間符号を生成する方法で、
ａ）前記時空間符号を決める符号語行列の行-ここで行は前記送信機のアンテナ別に対応する-と列-ここで列は１つのブロック区間の間に存在するタイムスロットに対応する-の個数を前記送信機のアンテナ個数にそれぞれ設定する段階;ｂ）前記１つのブロック区間の間に伝送されるシンボルの個数を前記送信機のアンテナ個数と空間多重化率の積で決める段階;ｃ）前記符号語行列の特定列を選択し、当該列の各行に前記ｂ）段階で決められたシンボルのうちの前記空間多重化率に相当する個数のシンボルをそれぞれ割り当てる段階;ｄ）前記ｃ）段階で割り当てられたシンボルに対応する結合係数を各シンボルに割り当てて各シンボルが結合されるようにする段階;及びｅ）前記ｃ）及びｄ）段階で選択された列を除く他の列に対して前記ｃ）及びｄ）段階を繰り返すが、前記符号語行列の各行と各列に互いに異なるシンボルが割り当てられるようにすると同時に、前記列ごとに割り当てられた同一なシンボルに対して互いに異なる結合係数を割り当てる段階を含む。

ここで、前記ｅ）段階において、前記特定列に隣接する列の各行にシンボルを割り当てる時、前記特定列の各行に割り当てられたシンボルを列を基準に循環移動させて割り当てることを特徴とする。

また、前記ｅ）段階の後に、前記符号語行列の特定列の各行に割り当てられたシンボルの平均電力または特定列全体の平均電力または各シンボルに割り当てられた平均電力が同一になるように前記各シンボルに割り当てられた結合係数を選定する段階をさらに含む。

本発明の他の特徴による多重アンテナシステムは、
１つのブロック区間の間に送信アンテナの個数と空間多重化率の積に相当するシンボルに対応する時空間符号を生成して、前記複数の送信アンテナを通じて伝送する送信機;及び前記送信機から送信された信号を複数の受信アンテナを使用して受信して、前記時空間符号を復号して対応するシンボルを復元する受信機を含み、前記時空間符号は、前記送信アンテナの個数に相当する大きさの正方行列である符号語行列-ここで符号語行列の行は前記送信アンテナ別に伝送される結合された信号を示し、前記符号語行列の列は前記送信アンテナ個数に相当するタイムスロットを示す-を有し、前記符号語行列は前記タイムスロットごとに前記各送信アンテナが伝送するように割り当てられるシンボルの個数は前記空間多重化率に相当する個数であり、前記各送信アンテナに割り当てられるシンボルは互いに異なる結合係数によって結合して前記各送信アンテナによって同時に伝送され、前記各送信アンテナには前記タイムスロットごとに互いに異なるシンボルが割り当てられるように決められることを特徴とする。

以下では添付した図面を参照して、本発明の実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様で相異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限られない。図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略した。明細書全体にわたって類似の部分については同一図面符号を付けた。

したがって、本発明の技術的目的は前記問題点を解決するためのもので、送受信機に複数のアンテナを使用する、特に送信機で複数のアンテナを使用する多重アンテナシステムで最大のダイバーシティ利得と最大の多重化利得を同時に得ることができ、最少の遅延を有する時空間符号及びこれを生成する方法と、このように生成される時空間符号を使用してデータシンボルを伝送する多重アンテナシステムを提供することにある。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例による最大ダイバーシティと最大多重化利得を求める構造的な時空間符号生成方法について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例による最大ダイバーシティと最大多重化利得を求める構造的な時空間符号を使用する多重アンテナシステムのブロック図である。

図１に示されているように、本発明の実施例による多重アンテナシステムはデータ入力を本発明の実施例による最大ダイバーシティと最大多重化利得を求める構造的な時空間符号を使用して符号化し、複数個（ここではＮ_ｔ）の送信アンテナを通じて送信する送信機１００と、複数個（ここではＮ_ｒ）の受信アンテナを通じて信号を受信して本発明の実施例による時空間符号を使用して復号して情報シンボルを検出する受信機２００を含む。

このような送信機１００は時空間符号器１１０及び複数個の送信アンテナ（１２０_１、…、１２０_Ｎ_ｔ）を含む。

時空間符号器１１０は入力されるデータシンボルブロックから後述する本発明の実施例による時空間符号を生成して、複数個の送信アンテナ（１２０_１、…、１２０_Ｎ_ｔ）を通じて受信機２００に送信する。

一方、受信機２００は複数個の受信アンテナ（２１０_１、…、２１０_Ｎ_ｒ）及び時空間符号復号器２２０を含む。

時空間符号復号器２２０は複数個の受信アンテナ（２１０_１、…、２１０_Ｎ_ｒ）を通じて受信される信号から本発明の実施例による時空間符号によって復号して送信機１００から送信されたデータシンボルを復元する。

ここで、送信機１００の時空間符号器１１０と受信機２００の時空間符号復号器２００は本発明の実施例による時空間符号を使用して符号化して復号するので、本発明の実施例による時空間符号の構造及び符号化についてのみ説明してもこれによる復号方法は本技術分野の当業者によって簡単に理解されるので、説明の便宜上ここでは省略する。

まず、本発明の実施例による時空間符号はブロック符号として送信アンテナの個数に相当する正方行列で定義され、行は送信アンテナ別に伝送される結合された信号を示し、列は送信アンテナの個数に相当するタイムスロットを示す。

ここで、送信アンテナの個数がＮ_ｔで、受信アンテナの個数がＮ_ｒ、空間多重化率がｒである場合、Ｎ_ｔシンボルの間にＮ_ｔ送信アンテナを通じて実際に伝送される結合された信号は次の[数１]のように表現することができる。この時、基本的に空間多重化率ｒを得るためにはｍｉｎ(Ｎ_ｔ，Ｎ_ｒ)＞ｒの条件を満足しなければならず、毎タイムスロットごとに各送信アンテナを通じて伝送される信号はブロック区間の間に伝送される全てのシンボルの加重結合で決められる。

ここで、ｓ_ｎは伝送されるｎ-番目データシンボルを示し、ｙ_ｍは送信アンテナを通じて実際に伝送される結合された信号である。この時、ｃ_ｉ，ｊは複素数値を有する結合係数である。

一方、時空間符号語行列は次の[数２]のように表現することができる。

前記時空間符号語行列が最少の遅延を有するために、列の個数は常に送信アンテナの個数と同一なＮ_ｔ個に定める。

本発明の実施例による時空間符号の構造は１つのブロック区間では送信アンテナ個数（Ｎ_ｔ）と空間多重化率（ｒ）の積に相当するシンボルの集合が同時に伝送され、ブロック区間内の任意のタイムスロットではブロック区間に伝送しなければならない全てのシンボルを各送信アンテナごとに空間多重化率（ｒ）に相当する個数だけ割り当て、各送信アンテナ別にこれらを互いに異なる加重値で結合して同時に伝送する。

一方、ブロック区間内の他のタイムスロットの間にも同一なシンボルの集合が伝送されるが、毎タイムスロットごとに送信アンテナには空間多重化率（ｒ）に相当する個数の新たなシンボルが割り当てられる。

本発明の実施例による時空間符号では各送信アンテナにシンボルを割り当てることにおいて任意のシンボルがブロック区間の間に特定送信アンテナには１度ずつのみ割り当てられ、ブロック区間の間の全ての送信アンテナに必ず一回ずつは割り当てられるように構成される。

また、タイムスロットごとに各送信アンテナに割り当てられるシンボルの集合は多様な形態を有することができ、タイムスロットごとに各送信アンテナに割り当てられたシンボルは互いに異なる加重値を有して結合して伝送される。したがって、各行のシンボルを結合する係数であるｃ_ｉ，ｊは行の全要素の中で各送信アンテナに割り当てられたｒ個を除いた残りは全て‘０'で表現されなければならず、ブロック区間でタイムスロット別アンテナ別シンボル割当においてそれぞれのデータシンボルはブロック区間の間の全ての送信アンテナを通じて一回ずつは、そして１回ずつのみ伝送されなければならないので、結合係数ｃ_ｉ，ｊ値を適切に選定するのが好ましい。

このように結合係数を選定する一例として、概念の単純化と設計の容易性のためにタイムスロットによって各アンテナに割り当てられるシンボルの集合は送信アンテナに沿って循環的に移動し、循環移動して隣接アンテナに割り当てられたシンボルは互いに異なる加重値で結合して伝送するように次の[数３]のように設計する。

[数３]で結合係数

はｔ番目タイムスロットでｉ番目アンテナを通じて伝送されるｊ番目シンボルを結合するための複素加重値を示す。以下では説明を単純化するために必要に応じて加重値の定義する形態を異ならせる。

具体的な実現のための第１例として、送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝２，ｒ＝２である場合、時空間符号の符号語は次の[数４]のようなシンボルの組み合わせで示すことができる。

前記[数４]において、コード行列形態は送信アンテナ別シンボルの組み合わせによって多様に構成できるが、基本的な概念は１つのタイムスロットの間の各アンテナごとに２つのシンボルを加重結合して伝送するということであり、他のタイムスロットでは各アンテナに割り当てられたシンボルが変わるということである。

前記[数４]の時空間符号は次の[数５]のように時空間符号語行列で表現することができ、このような時空間符号語行列を使用する多重アンテナシステムは添付した図２に示されている。

次に、第２例として送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝３，ｒ＝１である場合、時空間符号の符号語は次の[数６]のようなシンボルの組み合わせで示すことができる。

前記[数６]において、コード行列形態はアンテナ別信号の組み合わせによって多様に構成され、前記[数６]の時空間符号は次の[数７]のように時空間符号の符号語行列で示すことができ、このような時空間符号語行列を使用する多重アンテナシステムは添付した図３に示されている。

次に、第３例として送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝３，ｒ＝２である場合の時空間符号の符号語は次の[数８]のようなシンボルの組み合わせで示すことができる。

前記[数８]において、コード行列形態はアンテナ別シンボルの組み合わせによって多様に構成され、前記[数８]の時空間符号は次の[数９]のように時空間符号の符号語行列で示すことができ、このような時空間符号語行列を使用する多重アンテナシステムは添付した図４に示されている。

次に、第４例として送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝４，ｒ＝１である場合に、時空間符号の符号語は次の[数１０]のようなシンボルの組み合わせで示すことができる。

前記[数１０]でコード行列形態はアンテナ別シンボルの組み合わせによって多様に構成され、前記[数１０]の時空間符号は次の[数１１]のように時空間符号の符号語行列で示すことができ、このような時空間符号語行列を使用する多重アンテナシステムは添付した図５に示されている。

次に、第５例として送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝４，ｒ＝２である場合にの１つの例として時空間符号の符号語は次の[数１２]のようなシンボルの組み合わせで示すことができる。

前記[数１２]でコード行列形態はアンテナ別シンボルの組み合わせによって多様に構成され、前記[数１２]の時空間符号は次の[数１３]のように時空間符号の符号語行列で示すことができ、このような時空間符号語行列を使用する多重アンテナシステムは添付した図６に示されている。

一方、本発明の実施例による時空間符号を生成するための結合係数であるｃ_ｉ，ｊを決めるための１つの設計条件として、次の[数１４]のように各タイムスロットごとに各送信アンテナで伝送される信号の平均電力を同一に維持することもできる。

数式１４において、Ｐ^ｔ，(ｔ＝１，２，・・・，Ｔ（＝Ｎ_ｔ））はブロック区間内のｔ-番目タイムスロットに割り当てられる電力を示す。Ｔはブロック区間内の総タイムスロットの個数である。

また、他の設計条件として、次の[数１５]のように各タイムスロットごとに全送信信号の平均電力を同一に維持することもできる。

ここで、Ｐは１つのタイムスロットの間に全アンテナを通じて伝送される全信号電力を示す。

また、他の設計条件として、１つのシンボルがブロック区間内での多様なタイムスロットの間にわたって伝送されるので、１つのコードブロックの間に各データシンボルに割り当てられる平均電力を同一に維持することもできる。これは次の[数１６]のように表現することができる。

前記[数１６]でＰは１つのブロック区間の間にＴ個のタイムスロットの間に送信される全平均電力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ−ｂｌｏｃｋ}）をタイムスロットの個数Ｔで割った値を示す。言い換えると、Ｐ＝Ｐ_{ｔｏｔａｌ−ｂｌｏｃｋ}／Ｔである。

前記[数１４]乃至[数１６]に例示されたように、平均電力を使用して結合係数を選定する具体的な例を前記送信アンテナの個数と空間多重化率の５つの例に適用すると次の通りである。

まず、第１例のように、送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝２，ｒ＝２である場合、結合係数ｃ_ｋ，ｋ＝１，．．．，８は各タイムスロットごとに各送信アンテナから伝送される信号の平均電力を同一に維持できるようにするための[数１４]と１つのコードブロックの間に各データシンボルに割り当てられる平均電力を同一に維持する[数１６]を適用すると、次の[数１７]及び[数１８]によって選定される。

次に、第２例のように、送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝３，ｒ＝１である場合に、結合係数ｃ_ｋ，ｋ＝１，．．．，９は各タイムスロットごとに全送信信号の平均電力を同一に維持するための[数１５]と１つのコードブロックの間に各データシンボルに割り当てられる平均電力を同一に維持する[数１６]を適用すると、次の[数１９]及び[数２０]によって結合係数が選定される。

次に、第３例のように、送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝３，ｒ＝２である場合に、結合係数ｃ_ｋ，ｋ＝１，．．．，１８は各タイムスロットごとに各送信アンテナから伝送される信号の平均電力を同一に維持するための[数１４]と１つのコードブロックの間に各データシンボルに割り当てられる平均電力を同一に維持する[数１６]を適用すると、次の[数２１]及び[数２２]によって選定される。

次に、第４例のように、送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝４，ｒ＝１である場合に、結合係数ｃ_ｋ，ｋ＝１，．．．，１６は各タイムスロットごとに全送信信号の平均電力を同一に維持するための[数１５]と１つのコードブロックの間に各データシンボルに割り当てられる平均電力を同一に維持する[数１６]を適用すると、次の[数２３]及び[数２４]によって結合係数が選定される。

次に、第５例のように、送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝４，ｒ＝２である場合に、結合係数ｃ_ｋ，ｋ＝１，．．．，３２は各タイムスロットごとに各送信アンテナから伝送される信号の平均電力を同一に維持するための[数１４]と、各タイムスロットごとに全送信信号の平均電力を同一に維持するための[数１５]と、１つのコードブロックの間に各データシンボルに割り当てられる。

平均電力を同一に維持する[数１６]を適用すると、次の[数２５]、[数２６]及び[数２７]によって選定することができる。

前記５つの例において、Ｐは各タイムスロットに割り当てられた電力を示す。

前記送信アンテナの個数と空間多重化率の５つの例によって結合係数が選定され、このように選定された結合係数は互いに異なる複素加重値で表現されるが、それらのうちの１つの例を前記５つの例に対して説明する。

まず、第１例のように、送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝２，ｒ＝２である場合に、結合係数ｃ_ｉ，ｉ＝１，．．．，８が次の[数２８]のようにｒ_１，ｒ_２，θ_１，θ_２，θ_３，θ_４，θ_５，θ_６，θ_７，θ_８（ここで、ｒ_１，ｒ_２は０より大きい実数であり、θ_１，θ_２，θ_３，θ_４，θ_５，θ_６，θ_７，θ_８は０から２πの間に特定される値を有する）を使用して表現することができる。

次に、第２例のように、送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝３，ｒ＝１である場合に、結合係数ｃ_ｊ，ｊ＝１，．．．，９が次の[数２９]のようにθ_１，θ_２，θ_３，θ_４，θ_５，θ_６，θ_７，θ_８，θ_９（ここで、θ_９も０から２πの間に特定される値を有する）を使用して表現することができる。

次に、第４例のように、送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝４，ｒ＝１である場合、結合係数ｃ_ｋ，ｋ＝１，．．．，１６が次の[数３０]のようにθ_１，θ_２，θ_３，．．．，θ_１６（ここで、θ_１０，．．．，θ_１６も０から２πの間に特定される値を有する）を使用して表現することができる。

次に、第５例のように、送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝４，ｒ＝２である場合に、結合係数ｃ_ｋ，ｋ＝１，．．．，３２が次の[数３１]のようにｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，θ_ｂ，θ_ｄ，θ_ｆ，θ_ｈ，θ_ｉ，θ_ｊ，θ_ｋ，θ_ｌ，θ_ｍ，θ_ｎ，θ_ｏ，θ_ｐ，θ_ｑ，θ_ｒ，θ_ｓ，θ_ｔ，θ_ｕ，θ_ｖ，θ_ｗ，θ_ｘ，θ_ｙ，θ_α，θ_ｒ，θ_ε（ここで、ｒ_３も０より大きい実数であり、θ_ｂ，θ_ｄ，θ_ｆ，θ_ｈ，θ_ｉ，θ_ｊ，θ_ｋ，θ_ｌ，θ_ｍ，θ_ｎ，θ_ｏ，θ_ｐ，θ_ｑ，θ_ｒ，θ_ｓ，θ_ｔ，θ_ｕ，θ_ｖ，θ_ｗ，θ_ｘ，θ_ｙ，θ_α，θ_ｒ，θ_εも０から２πの間に特定される値を有する）を使用して表現することができる。

一方、本発明の実施例による最大のダイバーシティ利得と最大の空間多重化利得を得る時空間符号のシンボル組み合わせのための結合係数である複素加重値ｃ_ｉ，ｊを求めるために、前記[数１４]、[数１５]及び[数１６]の条件を満足しながら、時空間符号語行列、つまり、[数１]または[数３]の差行列の最小デターミナントの大きさを最大にする加重値ｃ_ｉ，ｊを求めたりまたは時空間符号語行列の差行列の平均デターミナントの大きさが最大になる加重値を探したりして時空間符号を設計する。次の[数３２]は最小デターミナントの大きさを最大にする設計方式であり、次の[数３３]は平均デターミナントの大きさを最大にする設計方式を示す。

前記設計方式の中で最小デターミナントの大きさが最大になるように加重値を探す[数３２]の設計方式を前記第１例、つまり、送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝２，ｒ＝２である場合に、前記[数２８]のようにｒ_１，ｒ_２を使用して結合係数を示す例に適用すると、前記パラメターであるｒ_１，ｒ_２が次の[数３４]のように求められる。

また、前記で最小デターミナントの大きさが最大になるように加重値を探す[数３２]の設計方式を前記第１例、つまり、送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝２，ｒ＝２である場合に、前記[数２８]のようにθ_１，θ_２，θ_３，θ_４，θ_５，θ_６，θ_７，θ_８を使用して結合係数を示す例に適用すると、前記パラメターであるθ_１，θ_２，θ_３，θ_４，θ_５，θ_６，θ_７，θ_８が次の[数３５]のように求められる。

前記設計方式の中で最小デターミナントの大きさが最大になるように加重値を探す[数３２]の設計方式を前記第２例、つまり、送信アンテナの個数と空間多重化率がそれぞれＮ_ｔ＝３，ｒ＝１である場合に、前記[数２９]のようにθ_１，θ_２，θ_３，θ_４，θ_５，θ_６，θ_７，θ_８，θ_９を使用して結合係数を示す例に適用すると、前記パラメターであるθ_１，θ_２，θ_３，θ_４，θ_５，θ_６，θ_７，θ_８，θ_９が次の[数３６]のように求められる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の多様な変更や変形が可能である。

本発明によると、送受信機に複数のアンテナを使用するＭＩＭＯシステム、特に送信機に複数のアンテナを使用するＭＩＭＯシステムで最大ダイバーシティ利得と最大空間多重化利得を同時に得ることができる最少の遅延を有する時空間符号化技法を設計することができて最小の遅延を有するので、チャンネル変化に効果的に対処でき、タイムスロット別、アンテナ別に最小データシンボルの組み合わせで信号が生成されるので、信号間のユークリッド距離が大きくて高い符号化利得を得ることができる。

さらに、送受信アンテナの個数と空間多重化率によって規則的に定義されるためにいかなる多重アンテナシステムでも適用が可能であって、チャンネル状態による構造の変化が容易であることから、空間多重化率が決められると最大のダイバーシティ利得と符号化利得を得ることができる時空間符号を決定できるので、多重アンテナシステムの容量を最大に利用できる。

本発明の実施例による最大ダイバーシティと最大多重化利得を求める構造的な時空間符号を使用する多重アンテナシステムのブロック図である。 図１で２個の送信アンテナと空間多重化率が２である場合の時空間符号語行列の例を示す図面である。 図１で３個の送信アンテナと空間多重化率が１である場合の時空間符号語行列の例を示す図面である。 図１で３個の送信アンテナと空間多重化率が２である場合の時空間符号語行列の例を示す図面である。 図１で４個の送信アンテナと空間多重化率が１である場合の時空間符号語行列の例を示す図面である。 図１で４個の送信アンテナと空間多重化率が２である場合の時空間符号語行列の例を示す図面である。

Claims (14)

1. 送受信機に複数のアンテナを使用する多重アンテナシステムの送信機における複数の情報シンボルを伝送する時空間符号において、
   １つのブロック区間の間に前記送信機のアンテナ個数と空間多重化率の積に相当するシンボルを伝送する符号語行列-ここで符号語行列の行（ｒｏｗ）は前記送信機のアンテナ別に伝送される結合された信号を示し、前記符号語行列の列（ｃｏｌｕｍｎ）は前記送信機のアンテナ個数に相当するタイムスロットを示す-を有し、
   前記符号語行列は前記タイムスロットごとに前記各送信アンテナには平均的に前記多重化率に相当する個数のシンボルが伝送されるように割り当てられ、前記各送信アンテナに割り当てられたシンボルが結合して前記各送信アンテナによって同時に伝送され、前記各送信アンテナには前記タイムスロットごとにシンボルの構成が異ならせて割り当てるように決められることを特徴とする時空間符号。
2. 前記符号語行列の前記タイムスロットごとに前記各送信アンテナに平均的に前記多重化率に相当する個数のシンボルが伝送されるように割り当てることにおいて、
   前記各送信アンテナごとに同一な個数のシンボルが伝送されるように割り当てることを特徴とする、請求項１に記載の時空間符号。
3. 前記符号語行列の前記タイムスロットごとに前記各送信アンテナに平均的に前記多重化率に相当する個数のシンボルが伝送されるように割り当てることにおいて、
   前記各送信アンテナごとに互いに異なる個数のシンボルが伝送されるように割り当てることを特徴とする、請求項１に記載の時空間符号。
4. 前記符号語行列の前記タイムスロットごとに前記各送信アンテナに平均的に前記多重化率に相当する個数のシンボルが伝送されるように割り当てることにおいて、
   前記各送信アンテナごとにシンボルの一部は重複に伝送されるように割り当てることを特徴とする、請求項１に記載の時空間符号。
5. 前記符号語行列の前記タイムスロットごとに前記各送信アンテナに平均的に前記多重化率に相当する個数のシンボルが伝送されるように割り当てることにおいて、
   前記各送信アンテナごとに互いに異なるシンボルが伝送されるように割り当てることを特徴とする、請求項１に記載の時空間符号。
6. 前記各送信アンテナに割り当てられたシンボルが結合して前記各送信アンテナによって同時に伝送されることにおいて、
   前記各送信アンテナに割り当てられたシンボルを各アンテナごとに互いに異なる結合係数を有することを特徴とする、請求項１に記載の時空間符号。
7. 前記各送信アンテナに割り当てられたシンボルを実数係数を使用して結合をすることを特徴とする、請求項６に記載の時空間符号。
8. 前記各送信アンテナに割り当てられたシンボルを複素数係数を使用して結合を行うことを特徴とする、請求項６に記載の時空間符号。
9. 前記各送信アンテナに割り当てられたシンボルを複素数係数を使用して結合することにおいて、
   複素数の大きさを全て同一に選定することを特徴とする、請求項８に記載の時空間符号。
10. 前記各送信アンテナに前記タイムスロットごとにシンボルの構成が異なって割り当てることにおいて、
    前記タイムスロットごとにシンボルの個数が同一に伝送するように割り当てることを特徴とする、請求項１に記載の時空間符号。
11. 前記各送信アンテナに前記タイムスロットごとにシンボルの構成が異なって割り当てることにおいて、
    前記タイムスロットごとに同一な個数のシンボルが伝送されるように割り当てることを特徴とする、請求項１に記載の時空間符号。
12. 前記各送信アンテナに前記タイムスロットごとにシンボルの構成が異なって割り当てることにおいて、
    前記タイムスロットごとに互いに異なる個数のシンボルが伝送されるように割り当てることを特徴とする、請求項１に記載の時空間符号。
13. 前記各送信アンテナに前記タイムスロットごとにシンボルの構成を異なって割り当てて各アンテナによって同時に伝送することにおいて、
    前記各送信アンテナに割り当てられたシンボルを結合する結合係数は前記タイムスロットごとに異ならせて伝送することを特徴とする、請求項６、１１及び１２に記載の時空間符号。
14. 前記１つのブロック区間の間に前記送信機のアンテナ個数と前記多重化率の積に相当する個数のシンボルを伝送するように符号語行列を決めることにおいて、
    伝送される全てのシンボルそれぞれが前記送信機のアンテナそれぞれに少なくとも一度以上伝送されるように割り当てられることを特徴とする、請求項１に記載の時空間符号。

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