(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ（１１２）を有するアンテナアレイ（１１０）を含む複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）送信機（１００）と、ＭＩＭＯ受信機（２００）との間のワイヤレスＭＩＭＯチャネルについて、ワイヤレス通信ネットワークにおいてスループット条件を改善する方法であって、
前記ＭＩＭＯ送信機（１００）及び前記ＭＩＭＯ受信機（２００）のうちの少なくとも一方での信号強度に依存し又は比例する何らかのノイズを含む乗法性ノイズが前記スループット条件を制限するか、を判定することと（３１０）、
前記スループットが乗法性ノイズにより制限されると判定される場合に、前記ＭＩＭＯチャネルの前記送信機（１００）での知識に基づいて、前記ＭＩＭＯ送信機（１００）と前記ＭＩＭＯ受信機（２００）との間で通信される１つ以上のデータストリームをまたいで送信電力を分配することと（３２０）、
を含み、
前記ＭＩＭＯチャネルの品質及びスループット条件のうちの少なくとも１つを高めるように、前記データストリームのうちの支配的な信号パスに関連付けられる１つ以上に割り当てられる前記送信電力は、前記データストリームのうちのより弱い信号パスに関連付けられる１つ以上に割り当てられる前記送信電力に対して相対的に低減され、
Ｎπが乗法性ノイズを表現し、Ｐｓｉｇが信号電力を表現し、σ２が熱ノイズ電力を表現し、Ｉが干渉電力を表現するものとして、次式が成り立つ場合に、乗法性ノイズは前記スループット条件を制限する、
【数１】
0005923221.tif 000018
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記送信電力を分配することは、チャネルキャパシティを最大化するように、前記ＭＩＭＯチャネルの前記送信機（１００）での知識に基づいて前記データストリームをまたいで前記送信電力を分配すること、を含む、請求項１の方法。
【請求項３】
ＭＩＭＯチャネル情報は、前記ＭＩＭＯ受信機により提供される、請求項２の方法。
【請求項４】
前記ＭＩＭＯ受信機（２００）により提供される前記ＭＩＭＯチャネル情報は、前記支配的な信号パスに関連付けられる前記１つ以上のデータストリームに対応する重み情報を含む、請求項３の方法。
【請求項５】
前記ＭＩＭＯ受信機（２００）により提供される前記ＭＩＭＯチャネル情報は、前記ＭＩＭＯ受信機（２００）により前記データストリームについて選択されたアンテナ重みに対応する重み行列インジケータを含む、請求項３の方法。
【請求項６】
前記ＭＩＭＯ受信機（２００）により提供される前記ＭＩＭＯチャネル情報は、チャネル推定結果を含む、請求項３の方法。
【請求項７】
前記ＭＩＭＯ受信機（２００）により提供される前記ＭＩＭＯチャネル情報は、チャネル品質インジケータを含む、請求項３の方法。
【請求項８】
前記ＭＩＭＯ受信機（２００）により提供される前記ＭＩＭＯチャネル情報は、今後の送信のためのデータストリームの好適な数を示す、選択されたアンテナランクを含む、請求項３の方法。
【請求項９】
前記支配的な信号パスは、前記ＭＩＭＯ送信機（１００）と前記ＭＩＭＯ受信機（２００）との間の見通し線信号パス（ＬＯＳ）を含む、請求項１〜８のいずれか一項の方法。
【請求項１０】
遠隔通信ノード及び前記ＭＩＭＯ受信機（２００）のうちの一方から支配的信号パス情報を受信することと、受信された前記支配的信号パス情報に基づいて、前記ＭＩＭＯ送信機（１００）と前記ＭＩＭＯ受信機（２００）との間の前記支配的な信号パスを識別することと、をさらに含む、請求項１〜９のいずれか一項の方法。
【請求項１１】
前記ＭＩＭＯ送信機（１００）において、前記ＭＩＭＯ送信機（１００）と前記ＭＩＭＯ受信機（２００）との間の前記支配的な信号パスを識別すること、をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項の方法。
【請求項１２】
遠隔レポーティングノード（２００）から、前記ＭＩＭＯ送信機（１００）において乗法性ノイズ評価を受信すること、をさらに含み、乗法性ノイズが前記スループット条件を制限すること、を判定することは、受信された前記乗法性ノイズ評価に基づいて、乗法性ノイズが前記スループット条件を制限することを判定すること、を含む、請求項１〜１１のいずれか一項の方法。
【請求項１３】
乗法性ノイズが前記スループット条件を制限すること、を判定することは、
前記ＭＩＭＯ送信機（１００）と前記ＭＩＭＯ受信機（２００）との間で通信される信号に関連付けられるＭＩＭＯ利用パラメータ及び信号品質パラメータのうちの少なくとも一方を評価することと、
前記ＭＩＭＯ利用パラメータ及び前記信号品質パラメータのうちの少なくとも一方に基づいて、乗法性ノイズが前記スループット条件を制限すること、を判定することと、
を含む、請求項１〜１２のいずれか一項の方法。
【請求項１４】
前記ＭＩＭＯチャネルのシャノン相互情報量に基づいて、送信電力割り当てを判定すること、をさらに含み、前記送信電力を分配することは、判定された前記送信電力割り当てに従って、前記データストリームのうちの１つ以上をまたいで前記送信電力を分配することを含む、請求項１〜１３のいずれか一項の方法。
【請求項１５】
前記シャノン相互情報量に基づいて、前記送信電力割り当てを判定することは、前記ＭＩＭＯチャネルの前記シャノン相互情報量を最大化する１つ以上の送信電力を判定すること、を含む、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記シャノン相互情報量を最大化する前記１つ以上の送信電力を判定することは、複数の送信電力候補に及ぶ勾配探索を反復的に実行して、前記ＭＩＭＯチャネルの前記シャノン相互情報量を最大化する前記送信電力を判定すること、を含む、請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記ＭＩＭＯ送信機（１００）、前記ＭＩＭＯ受信機（２００）、及び前記ワイヤレス通信ネットワーク内のセルのうちの少なくとも１つに関連付けられる過去の乗法性ノイズ観測結果を記憶すること、をさらに含み、乗法性ノイズが前記スループット条件を制限すること、を判定することは、前記過去の乗法性ノイズ観測結果に基づいて、乗法性ノイズが前記スループット条件を制限すること、を判定することを含む、請求項１〜１６のいずれか一項の方法。
【請求項１８】
前記送信電力を分配することは、特異値分解に従って判定され、その後前記データストリームに適用される、プリコーダ重みを使用して、前記送信電力を分配することを含む、請求項１〜１７のいずれか一項の方法。
【請求項１９】
複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）チャネルを介してＭＩＭＯ受信機ノード（２００）と通信する、ワイヤレス通信ネットワーク内のＭＩＭＯ送信ノード（１００）であって、
前記ＭＩＭＯ送信ノード（１００）は、複数のアンテナ（１１２）を有するアンテナアレイ（１１０）を含み、
ＭＩＭＯ送信機（１００）及びＭＩＭＯ受信機（２００）のうちの少なくとも一方での信号強度に依存し又は比例する何らかのノイズを含む乗法性ノイズがスループット条件を制限するか、を判定するように構成されるノイズプロセッサ（１２０）と、
前記スループットが乗法性ノイズにより制限されると判定される場合に、データストリームのうちの支配的な信号パスに関連付けられる１つ以上に割り当てられる送信電力を、前記データストリームのうちのより弱い信号パスに関連付けられる１つ以上に割り当てられる前記送信電力に対して相対的に低減するように、前記ＭＩＭＯチャネルの前記送信機（１００）での知識に基づいて、前記アンテナ（１１２）により送信される１つ以上の前記データストリームをまたいで送信電力を分配して、前記ＭＩＭＯチャネルの品質及びスループット条件のうちの少なくとも１つを高める、ように構成される電力分配ユニット（１３０）と、
をさらに含み、
Ｎπが乗法性ノイズを表現し、Ｐｓｉｇが信号電力を表現し、σ２が熱ノイズ電力を表現し、Ｉが干渉電力を表現するものとして、次式が成り立つ場合に、乗法性ノイズは前記スループット条件を制限する、
【数２】
0005923221.tif 000019
ことを特徴とするＭＩＭＯ送信ノード（１００）。
【請求項２０】
前記電力分配ユニット（１３０）は、チャネルキャパシティを最大化するように、前記ＭＩＭＯチャネルの前記送信機（１００）での知識に基づいて前記１つ以上のデータストリームをまたいで前記送信電力を分配することにより、前記送信電力を分配する、ように構成される、請求項１９のＭＩＭＯ送信ノード（１００）。
【請求項２１】
ＭＩＭＯチャネル情報を受信するように構成される送受信機ユニット（１４０）、をさらに含み、前記電力分配ユニット（１３０）は、受信される前記ＭＩＭＯチャネル情報に基づいて、前記データストリームのうちの１つ以上をまたいで前記送信電力を分配することにより、前記送信電力を分配する、ように構成される、請求項１９〜２０のいずれか一項のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項２２】
前記受信されるＭＩＭＯチャネル情報は、前記支配的な信号パスに関連付けられる前記１つ以上のデータストリームに対応する重み情報を含む、請求項２１のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項２３】
前記受信されるＭＩＭＯチャネル情報は、前記ＭＩＭＯ受信機（２００）により前記データストリームについて選択されたアンテナ重みに対応する重み行列インジケータを含む、請求項２１のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項２４】
前記受信されるＭＩＭＯチャネル情報は、チャネル推定結果を含む、請求項２１のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項２５】
前記受信されるＭＩＭＯチャネル情報は、チャネル品質インジケータを含む、請求項２１のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項２６】
前記受信されるＭＩＭＯチャネル情報は、今後の送信のためのアンテナの好適な数を示す、選択されたアンテナランクを含む、請求項２１のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項２７】
前記支配的な信号パスは、前記ＭＩＭＯ送信ノード（１００）と前記ＭＩＭＯ受信機ノード（２００）との間の見通し線信号パス（ＬＯＳ）を含む、請求項１９〜２６のいずれか一項のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項２８】
遠隔通信ノード（２００）から支配的信号パス情報を受信する、ように構成される送受信機ユニット（１４０）と、
受信される前記支配的信号パス情報に基づいて、前記ＭＩＭＯ送信機（１００）と前記ＭＩＭＯ受信機（２００）との間の前記支配的な信号パスを識別する、ように構成されるパスユニット（１５０）と、
をさらに含む、請求項１９〜２０のいずれか一項のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項２９】
前記支配的な信号パスを識別するように構成されるパスユニット（１５０）、をさらに含む、請求項１９のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項３０】
遠隔レポーティングノード（２００）から乗法性ノイズ評価を受信するように構成される送受信機ユニット（１４０）、をさらに含み、前記ノイズプロセッサ（１２０）は、受信された前記乗法性ノイズ評価に基づいて、乗法性ノイズが前記スループット条件を制限することを判定する、ように構成される、請求項１９のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項３１】
前記ノイズプロセッサ（１２０）は、
前記ＭＩＭＯ送信機ノード（１００）と前記ＭＩＭＯ受信機ノード（２００）との間で通信される信号に関連付けられるＭＩＭＯ利用パラメータ及び信号品質パラメータのうちの少なくとも一方を評価するように構成されるパラメータユニット（１２２）と、
前記ＭＩＭＯ利用パラメータ及び前記信号品質パラメータのうちの少なくとも一方に基づいて、乗法性ノイズが前記スループット条件を制限することを判定する、ように構成される特性化ユニット（１２８）と、
を含む、請求項１９〜３０のいずれか一項のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項３２】
前記ＭＩＭＯ送信機ノード（１００）及び前記ワイヤレス通信ネットワーク内のセルのうちの少なくとも一方に関連付けられる過去の乗法性ノイズ観測結果を記憶するように構成されるメモリ（１２９）をさらに含み、前記特性化ユニット（１２８）は、前記過去の乗法性ノイズ観測結果に基づいて、乗法性ノイズが前記スループット条件を制限することを判定する、ように構成される、請求項３１のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項３３】
前記電力分配ユニット（１３０）は、前記ＭＩＭＯチャネルのシャノン相互情報量に基づいて、送信電力割り当てを判定する、ようにさらに構成され、前記電力分配ユニット（１３０）は、判定された前記送信電力割り当てに従って、前記データストリームのうちの１つ以上をまたいで前記送信電力を分配することにより、前記送信電力を分配する、ように構成される、請求項１９〜３２のいずれか一項のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項３４】
前記電力分配ユニット（１３０）は、前記ＭＩＭＯチャネルの前記シャノン相互情報量を最大化する１つ以上の送信電力を判定することにより、前記シャノン相互情報量に基づいて前記送信電力割り当てを判定する、ように構成される、請求項３３のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項３５】
前記電力分配ユニット（１３０）は、前記ＭＩＭＯチャネルの前記シャノン相互情報量を最大化する前記送信電力を判定するように、複数の送信電力候補に及ぶ勾配探索を反復的に実行するように構成されることにより、前記シャノン相互情報量を最大化する前記１つ以上の送信電力を判定するように構成される、請求項３４のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項３６】
前記ＭＩＭＯ送信ノード（１００）は、ピコサイト、無線基地局、アクセスポイント、リレー、ワイヤレスバックホールノード、及びユーザ機器のうちの１つを含む、請求項１９〜３５のいずれか一項のＭＩＭＯ送信ノード。
【請求項３７】
前記電力分配ユニット（１３０）は、特異値分解に従って判定され、その後前記データストリームに適用される、プリコーダ重みを使用して、前記送信電力を分配する、ように構成される、請求項１９〜３０のいずれか一項のＭＩＭＯ送信ノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）送信機とＭＩＭＯ受信機との間のワイヤレスＭＩＭＯチャネルについて、ワイヤレス通信ネットワークにおいてスループット条件を改善するための方法に関する。ＭＩＭＯ送信機は、複数のアンテナを有するアンテナアレイを含む。
【０００２】
本発明は、ＭＩＭＯチャネルを介してＭＩＭＯ受信機ノードと通信する、ワイヤレス通信ネットワーク内のＭＩＭＯ送信ノードにも関する。ＭＩＭＯ送信ノードは、複数のアンテナを有するアンテナアレイを含む。
【背景技術】
【０００３】
複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）通信は、現在の及び今後のワイヤレス通信標準の不可欠な部分となっている。ＭＩＭＯ通信は、複数個の送信アンテナ及び受信アンテナを使用することで、付加的な帯域幅又はその他の無線リソースを消費することなく、複数個のデータストリームが送信機と受信機との間で同時に且つ独立して伝達されることを可能とする。その目的のために、送信機及び／又は受信機は、各々が１つの可変アンテナ重みに関連付けられる複数個のアンテナを有するアンテナアレイを含み、ここで、送信機におけるアンテナ重みは、一般にプリコーダと称される。重み付けされた送信機アンテナ及び／又は受信機アンテナの使用を通じて、様々なデータストリームについて様々なパターンが形成され得る。ワイヤレス無線チャネルが高度な散乱、例えば、低い相関又は小さな特異値拡散を呈する場合、送信機と受信機との間には複数個の伝搬パス候補が存在し、様々なデータストリームが様々なパス上で直交マッピングにより送信されることを可能にする。
【０００４】
受信機は、送信されたデータストリームの各々を分離及び復号するように、受信コンポジット信号を処理しなければならない。その目的のために、従来のシステムは、線形受信機、例えば最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）受信機、又は、非線形受信機、例えば最尤（ＭＬ）受信機を使用する。どちらのタイプの受信機の、受信コンポジット信号内に存在する送信データストリームを分離する能力も、個々のデータストリームのチャネル間の直交性に依存する。一般に、分離は完璧ではなく、ストリーム間干渉を招き、このことは、各信号ストリームについて、達成可能な信号対雑音比（ＳＮＲ）又は信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を制限する。データストリームのチャネルが互いにより類似すればするほど、受信機によるデータストリームの分離はより困難になる。チャネル類似度は、チャネルの相互相関に基づいて、（チャネルに基づいて導出される）特異値拡散として知られている代替的指標を通じて表現され得る。大きな特異値拡散は、極めて類似したチャネルを示し、よって、困難な受信機の問題を示す。従って、ＭＩＭＯ通信にとって最良の条件は、ＳＮＲ又はＳＩＮＲが高く、且つ、ワイヤレスチャネルが、低い相関又は小さな特異値拡散によって示されるような高度な散乱を経験する場合に生じる。
【０００５】
残念ながら、ＭＩＭＯにとって有利なチャネル条件は、ある程度相互排他的であり、最も高いＳＮＲ又はＳＩＮＲの条件がしばしば、最も低く経験されるチャネルのリッチさ（richness）と同時に生じること、及び、その逆が生じることを意味する。この問題は、１つ以上の支配的なデータストリームが、より弱いマルチパスデータストリームを圧倒する場合に悪化しかねない。ここで使用される、支配的なデータストリーム又は支配的な信号パスは、支配的なモード、支配的な固有モード、及び／又は見通し線（ＬＯＳ）パスに関連付けられるデータストリーム又はパスとして定義される。例えば、大きな特異値拡散、又は、受信コンポジット信号内のデータストリーム間の（例えば、支配的なＬＯＳデータストリームに起因する）大きな振幅差は、より弱いデータストリームのうちのいくつかが低いＳＮＲに帰結することを生じ得る。それに応じ、受信機は、スループットがほとんど又は全く予期されないデータストリーム上で電力の浪費を回避するために、より低いランクの送信を要求すること（即ち、データストリームの数を減らすために）により、及び、ＳＮＲゲインがスループット改善につながるデータストリームについては電力の増加を要求することにより、スループットを最適化するよう試み得る。
【０００６】
電力の増加を要求することは、しかしながら、信号強度に比例し又は依存するノイズ条件、即ち乗法性ノイズを悪化させかねず、特にそうしたノイズ条件がスループット条件を制限する場合にはそうである。さらに、より少ないデータストリームの使用は、ワイヤレス接続上のより低いピークデータレートをもたらし、より多くの信号ストリームをハンドリング可能な送信機及び受信機に向けたトレンドを標準及び技術が有する中では一層大きな問題となることが予期される。例えば、ＬＴＥリリース１０及びＩＥＥＥ８０２．１１ａｃの双方は、近年、最大で８×８のＭＩＭＯ送信を標準化した。よって、乗法性ノイズにより制限されるＭＩＭＯスループット条件を改善するためのニーズが残されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで開示される方法及び装置は、ＭＩＭＯ通信ノード間で通信されるＭＩＭＯデータストリームをまたいで送信電力を分配することにより、乗法性ノイズにより制限されるスループット条件を改善する。ここで使用される乗法性ノイズという用語は、ワイヤレス通信ネットワーク内の送信ノード及び／又は受信ノードでの信号強度に依存し又は比例する何らかのノイズを指す。また、ここで使用される支配的な信号パスは、その他のデータストリームを圧倒するデータストリームに関連付けられる何らかのパスを含み、以下のものに限定されないが、支配的なモード、支配的な固有モード、及び／又はＬＯＳ信号パスに関連付けられるパス（又はデータストリーム）を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
例示的な方法は、乗法性ノイズがスループット条件を制限すること、を判定することと、ＭＩＭＯ送信機とＭＩＭＯ受信機との間で通信される１つ以上のデータストリームをまたいで送信電力を分配することと、を含む。特に、送信電力は、ＭＩＭＯチャネルの送信機での知識に基づいて、データストリームのうちの支配的な信号パスに関連付けられる１つ以上に割り当てられる送信電力を、より弱い信号パスに関連付けられる１つ以上のデータストリームに割り当てられる送信電力に対して相対的に低減するように、分配される。このような分配は、ＭＩＭＯチャネルの品質及びスループット条件のうちの少なくとも１つを高めるであろう。
【０００９】
例示的なＭＩＭＯ送信ノードは、アンテナアレイ、ノイズプロセッサ、及び電力分配ユニットを含む。アンテナアレイは、複数のアンテナを含む。ノイズプロセッサは、乗法性ノイズがスループット条件を制限すること、を判定するように構成される。電力分配ユニットは、アンテナにより送信される１つ以上のデータストリームをまたいで送信電力を分配するように構成される。電力分配は、データストリームのうちの支配的な信号パスに関連付けられる１つ以上に割り当てられる送信電力を、データストリームのうちのより弱い信号パスに関連付けられる１つ以上に割り当てられる送信電力に対して相対的に低減するように、ＭＩＭＯチャネルの送信機での知識に基づいて行われる。このような分配は、ＭＩＭＯチャネルの品質及びスループット条件のうちの少なくとも１つを高めるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的なＭＩＭＯ通信システムのブロック図を示す。
【図２】例示的な高度な散乱環境を示す。
【図３】ＭＩＭＯ通信システムにおける乗法性ノイズの作用を示す。
【図４】１つの例示的な実施形態による、スループット条件を改善するための方法を示す。
【図５】ＭＩＭＯ通信システムにおける例示的な送信機ノードのブロック図を示す。
【図６】インテリジェントな電力分配の効果を示す。
【図７】インテリジェントな電力分配の効果を示す。
【図８】１つの例示的な実施形態による、パスユニットのブロック図を示す。
【図９】例示的な一実施形態による、乗法性ノイズがスループット条件を制限するかどうかを判定する方法を示す。
【図１０】例示的な一実施形態による、ノイズプロセッサのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで開示される方法及び装置は、ＭＩＭＯスループットが加法性ノイズ、例えば、熱ノイズ又は干渉によってではなく、乗法性ノイズ、例えば、機器内の位相ノイズ又は量子化誤差によって制限される条件において、達成可能なＭＩＭＯスループットを改善する。その目的のために、乗法性ノイズがスループット条件を制限する場合に、データストリームのうちの支配的な信号パスに関連付けられる１つ以上に割り当てられる送信電力が、より弱い信号パスに関連付けられる１つ以上のデータストリームに割り当てられる送信電力に対して相対的に低減されるように、データストリームをまたいで送信電力が分配される。このような分配は、ＭＩＭＯチャネルの品質及び／又はスループット条件を高めるであろう。この態様で送信電力を分配することは、送信電力が各データストリームをまたいで均等に分配される場合に対して相対的に、実質的改善を提供する。
【００１２】
以下の内容では、見通し線（ＬＯＳ）信号パスの観点でこの発明を説明する。しかしながら、本発明が、以下のものに限定されないが、支配的なモード、支配的な固有モード、及び／又はＬＯＳ信号パスに関連付けられる１つ以上のパス又はデータストリームを含めた、何らかのタイプの支配的な信号パスを有するＭＩＭＯ条件について適用可能であることが認識されるであろう。このことをさらに論じる前に、以下の内容では、まず、ＭＩＭＯ通信システムに関する詳細と、それに纏わる問題とを提供する。
【００１３】
図１は、２つのＭＩＭＯ通信ノード、例えば、送信機ノード１００及び受信機ノード２００を含むＭＩＭＯ通信システムのブロック図を示す。各ＭＩＭＯ通信ノード１００、２００が、ピコサイト、無線基地局（ＮｏｄｅＢ及びｅＮｏｄｅＢを含む）、アクセスポイント、リレー、ワイヤレスバックホールノード、ユーザ機器若しくはその他のワイヤレスデバイス、又は、信号を送信及び受信することの可能なワイヤレスネットワーク内の何らかのノード、のうちのいずれか１つを含み得ることが認識されるであろう。各ＭＩＭＯ通信ノード１００、２００は、複数個のアンテナ１１２、２１２を有するアンテナアレイ１１０、２１０を含む。送信機ノード１００のＮ個のアンテナ１１２の各々は、乗算器１１３及び合成器１１４に関連付けられる。各乗算器１１３は、Ｂ個の入力データストリームｘｂのうちの１つに重み（プリコーダ）を適用し、合成器１１４は、重み付けされたデータストリームを合成して、対応するアンテナ１１２から送信するためにコンポジット信号を生成する。図１の例では、簡潔にするために、Ｂ＝２である。しかしながら、最大でＢ＝Ｎのどのような数のデータストリームが使用されてもよいことが認識されるであろう。
【００１４】
より詳しくは、乗算器１１３は、周波数に依存し得る第１の重み列ベクトルｗ１＝［ｗ１１；ｗ１２；ｗ１３；…；ｗ１Ｎ］を、アンテナアレイ１１０から送信するために第１のデータストリームｘｌに適用する。重みの様々な組み合わせは、アンテナアレイ応答ａ（θ，φ）＝［ａ１；ａ２；ａ３；…；ａＮ］を通じた様々な放射パターンに次のように対応する：
【００１５】
【数１】
0005923221.tif 000002
【００１６】
数式（１）において、ｋは、波数ベクトル２π／λｎを表し、ここでｎは、方向（θ，φ）における単位ベクトルを表し、ｒｎは、アンテナ変位ベクトルを表し、ｇｎ（θ，φ）は、１素子当たりのアンテナゲインベクトルを表す。ここで、ｇｎ（θ，φ）はスカラとして示されているが、ｇｎ（θ，φ）が偏波アンテナ及びチャネルに一般化されてよいことが認識されるであろう。データストリームｘｌを送信するために使用される放射パターンの形状Ｇ１（θ，φ）は、次のようになる：
【００１７】
【数２】
0005923221.tif 000003
【００１８】
第２のデータストリームｘ２は、重みｗ２＝［ｗ２１；ｗ２２；ｗ２３；…；ｗ２Ｎ］を使用して、同じアンテナアレイ１１０を使用して送信され得る。一般に、最大でＮ個のデータストリームが同時に送信されることが可能である。総送信信号は、重畳により次のように表され得る：
【００１９】
【数３】
0005923221.tif 000004
【００２０】
送信機ノード１００における重みＷ（ｗ１，ｗ２）の適用は、一般にプリコーディングと称される。
【００２１】
受信機ノード２００もまた、Ｍ個のアンテナ２１２のアンテナアレイ２１０を含み、ここで、ｎ番目の送信アンテナ１１２とｍ番目の受信アンテナ２１２との間の無線チャネルは、ｈｎｍと表現されてよく、ここで、ｈｎｍは、時間依存性及び／又は周波数依存性であり得る。図示されていないが、受信機ノード２００もまた、様々な受信信号について、アンテナアレイ２１０に様々な重みベクトルを適用し得る。行列記法において、受信信号ｙ＝［ｙ１，ｙ２，ｙ３，…，ｙＭ］は、次のように表現され得る：
【００２２】
【数４】
0005923221.tif 000005
【００２３】
ここで、対角行列Σｒｘ及びΣｔｘは、以下のものに限定されないが、位相ノイズ及び量子化誤差を含めた乗法性ノイズを表し、Ｈは、チャネル推定結果の行列を表し、Σは、以下のものに限定されないが、熱ノイズを含めた加法性ノイズを表し、Ｑは、干渉を表す。
【００２４】
よって、受信機ノード２００は、各データストリームを成功裏に復号するために、受信コンポジット信号ｙを個々のデータストリームｘ１，ｘ２，…，ｘＮに分離する問題を担う。この問題は、一般に複雑であるが、干渉、位相ノイズ、及びダイナミックレンジの制限が無い場合には、ワイヤレスチャネルの特異値分解（ＳＶＤ）により、最適なプリコーダ及び受信重みベクトルが与えられることが示されてきた。特に、受信重みベクトルが、Ｈ＝Ｕ・Ｓ・Ｖにより与えられ得ることが示されており、ここで、Ｕは、ユニタリプリコーディング行列を表し、Ｖは、ユニタリ受信機重み行列を表し、Ｓは、特定のモードの通信が経験するであろう信号振幅を各対角成分が表す、対角行列を表す。よって、Ｍ×ＮのチャネルＨについて、対角行列Ｓは、Ｍ×Ｎのサイズを有するであろう。換言すると、このチャネル上で送信されることが可能な独立チャネルの数は、ｍｉｎ（Ｍ，Ｎ）によって制約される。チャネルＨがランク不足である場合、Ｓの成分のうちのいくつかはゼロであり、データストリームの利用可能な数をさらに制限する。ノイズで制限を受けるシナリオにおいて、チャネルの総キャパシティＲは、次の式により与えられるように、様々な受信機無線チェーンにわたって等しく且つ独立したノイズレベルσ２を仮定すると、各サブストリームについてのシャノンキャパシティの総和であることが知られている：
【００２５】
【数５】
0005923221.tif 000006
【００２６】
ここでｐｎは、ｎ番目のデータストリームに割り当てられる電力を表し、ｆＢＷは、帯域幅を表す。
【００２７】
概して、ＳＶＤを見出して利用することは、送信機ノード１００での完全なチャネルの知識を必要とし、そのうちの或るものを実際の状況において取得するにはコストが嵩む。特に、全てのチャネル係数ｈｎｍの完全なフィードバックは、特に、ｈｎｍが時間的に又は周波数的に変動し、且つ、Ｎ及び／又はＭの数が大きい場合に、法外な量のリバースリンクキャパシティを必要としかねない。従って、複雑度のより低い、様々なスキームが考案されてきた。１つのこのようなスキームは、閉ループプリコーディングとして知られている、予め合意されたコードブックに基づいた、好適なプリコーダの量子化されたフィードバックに依拠する。閉ループプリコーディングは、以下のものに限定されないが、３ＧＰＰ  ＵＭＴＳ及び３ＧＰＰ  ＬＴＥを含めた、標準の一部分である。閉ループコードブックは、各ランクについての（例えば、送信されるべきデータストリームの各数についての）、有限数の利用可能なプリコーディング行列Ｗから成る。受信機ノード２１０は、典型的には、送信アンテナ１１２の各々から送信されるリファレンスシンボル又はパイロットを使用してチャネルＨを推定するだけではなく、何らかの知られている技法を使用して、ノイズ及び干渉レベルをも推定する。次に、受信機ノード２００は、全てのプリコーディング行列候補を評価して、利用可能な無線リソースの最良の利用を結果的に生じるであろうものを探索して求めるが、これは、典型的には、推定されたＳＮＲ又はＳＩＮＲの場合に最高のデータレートスループットを結果的に生じるランク及びプリコーダである。これが一旦見出されると、受信機ノード２００は、リバースリンク上で送信機ノード１００へ所望のランク及びプリコーダをシグナリングし、典型的にはランクインジケータ（ＲＩ）及びプリコーディング行列インジケータ（ＰＭＩ）を使用して、当該受信機ノードの好みを示す。加えて、受信機ノード２００は、選択されたプリコーダを用いるならば当該受信機ノード２００が経験することを予期する、知覚されるチャネル品質を、チャネル品質インジケータ（ＣＱＩ）を使用してシグナリング返信して、リンク適応として知られている処理である、送信機ノード１００による符号化変調方式の最適な調節を可能にし得る。或るケースにおいて、送信機ノード１００は、受信機ノード２００により示される好適なプリコーディングを使用することが必要とされ得る。また或るケースにおいて、送信機ノード１００は、受信機ノード２００にとって未知の状況、例えば、追加的な受信機の存在、スケジューリングの優先順位、不完全なデータバッファなどに例えば起因して、その裁量で推奨をオーバーライドし得る。このようなオーバーライドは、可能ではあるが、ＣＱＩフィードバックを陳腐化させかねず、その理由は、ＣＱＩフィードバックが受信機の好適なプリコーダに基づいて生成されたからであり、このことが、典型的には、リンク適応をより難しくする。
【００２８】
同じワイヤレス通信標準内に含まれる他のＭＩＭＯスキームは、いわゆる開ループプリコーディングである。このスキームでは、ＣＱＩ及びランクのフィードバックが依然として使用されているものの、チャネル又は好適なプリコーダ情報は送信機ノード１００へフィードバックされない。その代りに、送信機ノード１００は、典型的には、固定的プリコーダ、又は、時間及び／若しくは周波数の観点で巡回的に変化するプリコーダを用いて情報を送信する。加えて、複数個のデータストリームが送信される場合、プリコーダは通常、全てのデータストリームについて同じチャネル品質を提供する目的で混合される。開ループプリコーディングは、閉ループプリコーディングに比べ、準最適である。しかしながら、高い信号対雑音比においては、両者間の差が小さくなる。特に、閉ループスキームは、受信機ノード２００において、良好なデータストリームの分離と１ストリーム当たりの高いＳＮＲとを結果的に生じる良好なプリコーダを本質的に見出すであろうし、一方、開ループスキームは、その代りに、充分に良好なプリコーダを使用する高い尤度と、受信機ノード２００の、ストリームを分離する能力とに依拠する。閉ループスキームは、ノイズの多いチャネル推定結果から影響を受け易く、このことは、非最適なプリコーダを結果的に生じかねない。また、レポートされるプリコーダは、送信機ノード１００がそれを実際の送信のために使用する時間までに時期遅れ（outdated）になる恐れがある。その一方で、開ループスキームは、ダイバーシティに依拠し、広範囲の様々なプリコーダを使用する。よって、開ループスキームは、最適ではないものの、ノイズ及びタイミングの問題からはそれほど影響を受けない。システムが閉ループプリコーディングスキームを使用するか、それとも開ループプリコーディングスキームを使用するかに関係なく、受信機ノード２００は、受信コンポジット信号を処理して、データストリームの各々を復号する。数式（４）から明らかであるように、チャネルが典型的にはデータストリームを混合することから、信号処理は、データストリームを分離することが必要とされる。当該技術では、多くの様々なＭＩＭＯ受信機の構造が知られている。大まかには、これらは２つのカテゴリ、即ち、線形受信機及び非線形受信機に分類される。線形受信機の演算は、次式に従って線形演算子が受信信号ベクトルｙに作用することによって表現され得る。
【００２９】
【数６】
0005923221.tif 000007
【００３０】
ここでＰは、受信機重み行列を表す。線形受信機の一例は、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）受信機であり、これは、加法性ノイズ及び干渉が存在する場合に送信シンボルと推定シンボルとの間の平均二乗誤差が最小化されるように重みＰを選択する。ＭＭＳＥ受信機は、ノイズも干渉も存在しないケースにおいては、ゼロフォーシング受信機と等価である。非線形受信機の演算は、より複雑な演算、例えば、多段演算の使用に依拠する。非線形受信機の一例は、最尤（ＭＬ）受信機又は逐次干渉除去（ＳＩＣ）受信機である。
【００３１】
受信機ノード２００の、データストリームを分離する能力は、データストリームチャネル間の直交性に依存する。一般に、分離は完璧ではなく、各ストリームについての達成可能なＳＩＮＲを制限するストリーム間干渉を招く。データストリームチャネルが互いにより類似すればするほど、分離はより困難になり、各サブストリーム上により低い実効ＳＩＮＲを招く。チャネル類似度は、しばしば、相互相関によって表現されるが、代替的指標は特異値拡散である。２つのチャネル係数ｈ１及びｈ２の相互相関係数は、例えば、次の式によって定義され得る：
【００３２】
【数７】
0005923221.tif 000008
【００３３】
当該相互相関係数は、典型的には、次のようなサンプル相互相関によって推定される：
【００３４】
【数８】
0005923221.tif 000009
【００３５】
複数個のストリームが送信されるケースでは、１データストリーム当たりの電力が、それよりも少ないデータストリーム又は単一のデータストリームが送信される場合よりも低くなるであろう。よって、リンク適応の成功には、送信すべきデータストリームの最適数と共に、各データストリームについて使用すべき電力をも見出すことが必要とされる。この最適条件は、ＳＮＲ依存性である。低いＳＮＲでは、典型的には、全ての電力を１つのデータストリームに割り当てる方がより良く、一方、より高いＳＮＲでは、高次の変調及び符号化を可能にするのに充分な１ストリーム当たりの高ＳＮＲを依然として維持したまま、利用可能な送信電力が複数のデータストリームをまたいで均等に共有され得る。干渉、位相ノイズ、及びダイナミックレンジの制限が無い場合には、電力が、１ストリーム当たりのＳＮＲに比例して、しかしながら、或るしきい値を超過するＳＮＲを有するストリームに対してのみ、割り当てられる“注水定理”の解法により、最適な１ストリーム当たりの電力割り当てが与えられることが示されてきた。しかしながら、既存のセルラ標準は、複数のデータストリームをまたいで均等に送信電力を共有する傾向を有する。数式（５）において認められるように、劣悪な条件を有するデータストリーム（より弱いｓｎ）は、ｌｏｇ２表現に起因して、良好な条件を有するデータストリーム（強いｓｎ）ほど総スループットに寄与しない。よって、ＭＩＭＯ通信にとって最良の条件は、ＳＮＲ又はＳＩＮＲが高く、且つ、ワイヤレスチャネルが高度な散乱、例えば、低い相関又は小さな特異値拡散を経験する場合に生じる。
【００３６】
異なるセル（又は、延いては同じセル）内の複数個の送信機及び受信機が同じ無線リソース、例えば、時間スロット及び／又は周波数帯域を再利用する、セルラ通信システムでは、送信信号同士の間に干渉が存在する。加えて、受信機ノード２００が送信機ノード１００から離れているほど、且つ、ダイレクト無線パスをブロックする、中間に存在する障害が多くなるほど、受信信号は、より弱くなる。よって、所望の送信機−受信機のペア間に見通し線（ＬＯＳ）パスが存在し、且つ、干渉する送信機についてのＬＯＳパスが存在しない場合に、信号レベルは最高になる傾向を有する。
【００３７】
しかしながら、図２に示されるように、ＬＯＳパス及びその他を利用するデータストリームのチャネルゲインは、散乱パスが一段とより弱くなるのに伴って実質的に相違する。散乱パスを強いＬＯＳパスと組み合わせて利用するために、受信機ノード２００は非常に大きなダイナミックレンジ（約５０〜６０ｄＢのオーダ）を必要とするが、これは、ほとんどの実際のケースにおいては不可能である。よって、ＭＩＭＯにとって有利なチャネル条件とは、ある程度まで相互排他的ということであり、なぜなら、最も高いＳＮＲ又はＳＩＮＲ条件が最も低く経験されるチャネルのリッチさと同時に生じるからであり、及び、その逆もまたしかりである。支配的なＬＯＳパス信号が存在する場合でさえも、良好なサブチャネル隔離を維持するために、例えば、直交偏波アンテナを用いてストリームを送信及び受信することにより、アンテナ偏波を利用することが可能である。しかしながら、この能力は、平面波について可能な２つの偏波に限られる。
【００３８】
加えて、種々の送信機及び受信機の不備が、チャネルのリッチさの問題及びストリーム間干渉の問題をさらに悪化させる。例えば、送信機ノード１００における非線形性は、送信シンボルの電力依存性エラーフロアを引き起こしかねない。このエラーは、通常、エラーベクトル振幅（ＥＶＭ）により特性化され、ＥＶＭは、複素変調シンボルの振幅での除算後の当該シンボルのエラーとして定義される。ＥＶＭの典型的な発生源は、熱ノイズ及び位相ノイズ、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータのダイナミックレンジ、送信信号のデジタル表現内の量子化誤差、並びに、電力増幅器内の飽和又はクリッピングを含む。同様に、受信機ノード２００もまた、受信機ＥＶＭにより特性化されることの可能な種々の不備を来している恐れがある。送信機ノード１００及び／又は受信機ノード２００におけるＥＶＭは、より高価であって高品質のコンポーネント及び複雑な回路を使用することによって減少させられ得る。しかしながら、商業的な大規模マーケット向け通信機器におけるコスト対便益のトレードオフは、通常、最良の状態でもおよそ３％又は−３０ｄＢのＥＶＭ値を導く。その結果、受信機がそのチャネル推定結果上で経験するＳＮＲの上限は、３０ｄＢまでに制限される。大きな特異値拡散又はデータストリーム振幅拡散は、潜在的ＭＩＭＯデータストリームのうちの、より弱いデータストリームのうちのいくつかが、（ｄＢを単位として）低いか、又は負の推定ＳＮＲに帰結することを生じさせるであろう。受信機ノード２００は、スループットを最適化しようと試みるのに伴い、スループットがほとんど又は全く予期されないストリーム上での電力の浪費を回避するために、より低いランクの送信を要求し、その代りに、ＳＮＲゲインがより大きなスループットゲインにつながる、より強いデータストリームの電力を増加させる可能性が最も高い。より弱いデータストリームについてのチャネル推定結果がノイズをより多く有するという事実もまた、ＭＩＭＯ受信機ノード２００の、ストリーム間干渉を抑制するケイパビリティに影響を及ぼし、このことは、多くのストリームの使用をさらに妨げる。
【００３９】
図３は、全てのデータストリームに等しい電力が割り当てられる場合の、−３０ｄＢのレベルにおける乗法性ノイズ（例えば、信号強度に依存するノイズ、例えば位相ノイズ）の作用を示す。図３Ａは、受信機ノード２００のみが、乗法性ノイズで制限を受ける状態である場合に該当する。図３Ｂは、送信機ノード１００のみが、乗法性ノイズで制限を受ける状態である場合に該当する。図３Ｃは、送信機ノード１００及び受信機ノード２００が等しく、乗法性ノイズで制限を受ける状態である場合に該当する。ライスＫ（Ricean  K）値（即ち、非ＬＯＳパスにおける電力に対する、ＬＯＳパスにおける電力の比）が、ＭＭＳＥ受信機及び理想的な逐次干渉除去（ＳＩＣ）受信機について、それぞれ１０ｄＢ及び２５ｄＢよりも大きい場合に、５０％以上の性能劣化が生じる。このレベルの劣化は、より高次のＭＩＭＯ送信スキームを使用する実ネットワークにおいて生じる可能性を有するが、その理由は、１０ｄＢ以上のオーダのＫ値がＬＯＳ条件に起因して見込まれるためである。このケースにおいて加法性ノイズは乗法性ノイズを大きく下回っており、よって、スループットが乗法性ノイズにより制限されることに留意されるべきである。さらに、乗法性ノイズが送信機ノード１００においてのみ生じるケースについては、理想的なＳＩＣ受信機について劣化は観測されない。
【００４０】
より少ないＭＩＭＯデータストリームの使用は、ワイヤレス接続上のより低いピークデータレートを招くが、その理由は、１データストリーム当たりのデータレートが、典型的には、機器及び標準による対応が準備されている、最高の変調符号化方式により制限されるためである。この作用は、配備されたシステム内において、典型的には、送信機ノード１００と受信機ノード２００との間でＬＯＳ条件が存在する状態において観測されてきた。劣化はかなり大きい恐れがあり、即ち、スループットは、非ＬＯＳ（ＮＬＯＳ）条件に比べ、２分の１に、又は３分の１にさえも下がり得る。複数の例は、端末が街中の曲がり角でＬＯＳパスに入る状態を含み、よって、作用は非常に急速であり得る。ＭＩＭＯリンク内に存在する送信アンテナ及び受信アンテナの数がより多くなるほど、この問題が増大する。ＬＴＥリリース１０及びＩＥＥＥ８０２．１１ａｃの双方が、近年、最大で８×８のＭＩＭＯ構成を標準化したため、この問題は、８アンテナの製品が利用可能になるのに伴い、より一層顕在化することが予期される。
【００４１】
図４は、ＭＩＭＯスループットが乗法性ノイズにより制限される場合に、ＭＩＭＯ送信機ノード１００とＭＩＭＯ受信機ノード２００との間のスループット条件を改善するために使用され得る例示的な方法３００を示す。スループットが乗法性ノイズにより制限される、と判定される場合（ブロック３１０）、送信電力は、１つ以上のデータストリームをまたいで分配される。分配は、非ＬＯＳデータストリームの送信電力に対して相対的にＬＯＳデータストリームの送信電力を低減し、従って、ＭＩＭＯチャネルの品質及び／又はスループット条件を高める（ブロック３２０）、ように構成される。この態様で送信電力を分配することは、より弱いＮＬＯＳデータストリームが支配的なＬＯＳデータストリームによって隠蔽されることを防止し、乗法性ノイズで制限を受けるシナリオにおいて、支配的な信号パスに関連付けられるデータストリームによってそうでなければ引き起こされるであろう、より弱い信号パスに対応するデータストリームにおける障害を回避する。
【００４２】
図５は、図４の方法を実装するように構成される例示的なＭＩＭＯ送信機ノード１００を示す。ＭＩＭＯ送信機ノード１００は、図１に示されるアンテナアレイ１１０に加え、ノイズプロセッサ１２０、電力分配ユニット１３０、送受信機１４０、オプションとしてのパスユニット１５０、及びメモリ１６０を含む。ノイズプロセッサ１２０は、乗法性ノイズがＭＩＭＯスループット条件を制限するかどうかを判定するように構成される。電力分配ユニット１３０は、ＭＩＭＯチャネルの品質及び／又はスループット条件を高めるように、データストリームのうちの１つ以上をまたいで送信電力を分配するように構成される。メモリ１６０は、ノード１００の動作に有用な何らかの情報を記憶するように構成される。
【００４３】
ここで開示される電力分配は、送信機ノード１００での、ＭＩＭＯチャネルの部分的な又は完全な知識に基づいて実装される。このようなチャネル情報は、直接的なチャネル情報を含んでもよく、又は、間接的なチャネル情報、例えば、有意に最強のチャネル固有値に対応するプリコーダベクトルについての情報を含んでもよい。いずれの場合も、送信機ノード１００は、チャネルの知識を使用して、最適な方式又はほぼ最適な方式で、データストリームにわたって送信電力を分配する。その結果、ここで開示される電力分配は、送信機での、ＭＩＭＯチャネルについての正確な知識に依拠する。次のことにより、充分な精度が達成され得る：
１．  受信チャネルサウンディングリファレンス信号を平均化する。
２．  ＭＩＭＯチャネル固有値に対応してデータストリームの各々の送信電力を調節することにより、受信電力を等化する。
【００４４】
ここで開示される電力分配が、知られているあらゆる通信標準について使用されてよいことが認識されるであろう。
【００４５】
加法性ノイズが、乗法性ノイズの代わりにスループット条件を制限する場合、従来の電力分配は、注水定理の技法を使用して、全てのデータストリームをまたいで送信電力を分配し得る。加法性ノイズがスループット条件を制限し、且つ、高いＳＮＲが存在するケースについては、均等な電力分配が最適に近くなる。しかしながら、乗法性ノイズがスループット条件を制限する場合、注水定理による送信電力の分配は、図６及び図７における“等しい電力”の曲線によって示されるように、最適ではない。特に、このような等しい電力のシナリオについての大きなＫ値について、キャパシティの有意な損失が存在する。開示される電力分配の説明を容易にするために、以下の内容においては、まず、対応する無線チャネルＨｉｊを経験する８×８アンテナのＭＩＭＯシステムについて、簡単なチャネルモデルを提供する。このモデルが例示的な目的のために使用されており、限定が意図されていない旨が認識されるであろう。
【００４６】
提案される方法は、乗法性ノイズがスループット条件を制限する場合に、送信電力を、不均等な様式で、データストリームをまたいで分配する。例えば、次の式に従ったワイヤレスチャネルの理想的な特異値分解により、最適なアンテナプリコーディング重みベクトルが与えられる：
【００４７】
【数９】
0005923221.tif 000010
【００４８】
ここで、Ｕ及びＶは、ユニタリ行列を表し、Σは、実数値の半正定値対角行列を表す。対角位相ノイズ（乗法性ノイズの一例）行列ΠＴＸ及びΠＲＸを導入すると、次の式を生じる：
【００４９】
【数１０】
0005923221.tif 000011
【００５０】
ここでＸは、ＭＩＭＯチャネル間のノイズ及びクロストークに対応する項を表す。このモデルは、ライスＫがゼロであるケースについて単位平均電力ＨＧＡＵＳＳを有する独立同一分布の白色ガウスチャネルを想定している。Ｋ＞０については、次の式に従い、対応する定数行列が加算される：
【００５１】
【数１１】
0005923221.tif 000012
【００５２】
ここでＩは、２×２の恒等行列を表す。このチャネルは、送信機ノード１００及び受信機ノード２００においてそれぞれ、４×４のダブル偏波アンテナが＋４５／−４５度の直線偏波及びＶ／Ｈ偏波を有する状態での理想的なＬＯＳ条件に対応する。
【００５３】
位相ノイズは、各端において、独立的かつ同一の分布を有するガウスノイズであるものと想定される。行列Ｍが次式のように定義され：
【００５４】
【数１２】
0005923221.tif 000013
【００５５】
これはシャノンのキャパシティ表現における乗法性ノイズを計上し、以下の式を与える：
【００５６】
【数１３】
0005923221.tif 000014
【００５７】
ここでＣは、ＭＩＭＯチャネルのシャノン相互情報量を表し、Ｐｉは、固有値サブストリームｉ上における送信電力を表し、σ２は、加法性ノイズ電力を表す。次いで、異なる複数のデータストリームへの最適な送信電力割り当ては、以下の式によって与えられる：
【００５８】
【数１４】
0005923221.tif 000015
【００５９】
ここでＰは、シャノン相互情報量を最大化する送信電力割り当てベクトルを表す。数式（１３）については閉形式解が存在しないが、送信電力割り当てベクトルを判定するために、種々の方法論が存在する。例えば、勾配ベースの方法が使用されてよく、効率良く問題を解決することが示されてきた。代替案として、ルックアップテーブルが作成されてよく、ここで、ルックアップテーブルは、予め定義されたプリコーダを含み、ここで、様々なプリコーダ重みは、様々なデータストリームについての様々な電力割り当てを含み得る。このケースでは、最良の解を見出すために、ルックアップテーブルで探索が行われる。このルックアップテーブルの設計は、数式（１３）に基づき得る。
【００６０】
提案される方法は、送信機ノード１００が加法性ノイズσ２並びに乗法性ノイズΠＴＸ及びΠＲＸの知識を有していることに依拠する。いくつかのケースにおいて、これらのパラメータは、例えば、ノイズ指数及び位相ノイズにより、送信機ノード１００及び受信機ノード２００について良好に特定される。当該パラメータは、ここでさらに論じるように、及び、米国特許出願第１３／７１４６１３号において詳細に説明されているように、様々なレベルの受信信号強度についての別個のキャリブレーション測定又はオンラインＳＮＲ推定によっても判定されることが可能である。送信機ノード１００が一旦σ２、ΠＴＸ、及びΠＲＸを取得すると、数式（１１）に従ってＭが判定され、Ｍは転じて、制約なく（freely）又は強い固有値及び弱い固有値のグループ内で、Ｃを最大化して全てのチャネル固有値にわたる電力割り当てｐを判定する、ために使用される。
【００６１】
乗法性ノイズΠＴＸ及びΠＲＸは、例えば、位相ノイズが支配的であるケースにおいては、複素振幅において分布する白色ガウスノイズではないかもしれない。ＳＩＳＯ送信について、数式（１２）により与えられるシャノン相互情報量は、位相ノイズが支配的である場合には有効ではない。しかしながら、ＭＩＭＯのケースにおいて、全てのデータストリームは（数式（１１）により）干渉し、結果的に生じる１データストリーム当たりのノイズは、複素白色ガウス分布したものに近付く。
【００６２】
再度図５を参照すると、電力分配動作を容易にするために、ＭＩＭＯノード１００、２００は、送信機ノード１００と受信機ノード２００との間のＬＯＳパスを識別するように構成されるパスユニット１５０をさらに含み得る。１つの例示的な実施形態において、パスユニット１５０は、遠隔ノード、例えば、受信機ノード２００又はその他の遠隔ネットワークノードから受信された支配的信号パス情報に基づいて、ＬＯＳパスを識別する。その他の実施形態において、例示的なパスユニット１５０は、図８に示されるように、プロセッサ１５２と、オプションとしての到来方向（ＤＯＡ）ユニット１５４とを含む。ＤＯＡユニット１５４は、送受信機１４０により受信される２つ以上の受信信号の各々についてのＤＯＡを、当該受信信号内に含まれるリファレンス信号に基づいて推定するように構成される。例えば、ＤＯＡは、受信されたセル固有のリファレンス信号、又は、チャネル状態情報リファレンス信号を処理することにより、デジタルドメインにおいて判定され得る。プロセッサ１５２は、推定されたＤＯＡに基づいてＬＯＳパスを識別するように構成される。
【００６３】
その他の例示的な実施形態によると、パスユニット１５０は、オプションとしての電力ユニット１５６及びプロセッサ１５２を含み、ここで、電力ユニット１５６は、アンテナ１１２、２１２の各々に関連付けられる電力を判定するように構成される。プロセッサ１５２は、判定された電力間の相対比較に基づいて、ＬＯＳパスを識別するように構成される。例えば、スループット条件が乗法性ノイズにより制限されているワイヤレスリンクについては、Ｂ個のデータストリーム又はプリコーダのうちのいずれが最高受信電力をもたらすのかを知ることが関心の対象となるが、その理由は、このデータストリームに関連付けられる電力及び乗法性ノイズこそが、より弱いデータストリームについての劣化を引き起こすためである。共用偏波アンテナを用いるＬＯＳリンクについてなどの或る状態においては、１つの支配的なプリコーダ及びデータストリームに対応する、単一の支配的であるパスが存在し得る。また或る状態においては、例えば、デュアル偏波アンテナを用いるＬＯＳリンクにおいて、類似した電力の、２つ以上の支配的なパス／データストリームが存在し得る。
【００６４】
電力ユニット１５６は、次の数式に従って、１データストリーム当たりの電力を判定し得る：
【００６５】
【数１５】
0005923221.tif 000016
【００６６】
ここでｗｊは、重みのｊ番目のプリコーダベクトルを表す。この電力は、全てのプリコーダベクトル候補について、又は、好適な若しくは推奨されるプリコーダベクトルに対応するプリコーダベクトル（数は、好適な若しくは推奨されるランクに依存する）のみについて、判定され得る。制限されたチャネル状態情報を有するＭＩＭＯノード１００、２００、例えば、ＦＤＤシステム内の送信機ノード１００は、その代わりに、ＰＭＩ及びＣＱＩフィードバックを利用して、支配的であるプリコーダを判定し得る。或るケースにおいて、ＣＱＩ値は、対応するプリコーダに直接的にカプリングされ、一方、また或るケースにおいて、１つのＣＱＩ値は、複数個のデータストリームにマッピングされたコードワードにカプリングされる。従って、推定されたＳＮＲ（又は電力）を示しているＣＱＩ値は、１つのプリコーダを一意に識別するか、又は、２つ以上のプリコーダの総和を識別することが可能である。いずれの場合も、有利な情報を提供する。最後に、制限されたチャネル状態情報を有するＭＩＭＯノード１００、２００、例えば、ＦＤＤシステム内の送信機ノード１００は、どの方向又はプリコーダが受信機ノード２００内において最高受信電力をもたらすかを判定するために、当該技術で知られている種々の方法を介したアンテナ相関又は方向推定といった、リバースリンク上で測定される二次チャネル統計量も利用し得る。
【００６７】
ここで論じられるように、送信電力は、乗法性ノイズがスループット条件を制限する場合に、即ち、受信機ノード２００により経験される受信（又は送信）信号電力に、例えばそのチャネル推定結果に、比例し又は依存するノイズが支配的である場合に、１つ以上のデータストリームをまたいでインテリジェントに分配される。よって、このような条件下で、より弱い信号パス（例えば、より弱いチャネル固有値）に対応する電力を維持したまま及び／又は増加させつつ、最強の信号パス（例えば、最強のチャネル固有値）に対応する受信／送信信号電力を削減することは、最強の信号パスからのクロストークに起因する、より弱い信号パス内での乗法性ノイズの有意な削減を効果的に生じることになり、このことは、転じて、１データストリーム当たりのＳＮＲ／ＳＩＮＲを改善し、ひいては、ワイヤレスＭＩＭＯチャネル上のスループットを改善する。その一方で、熱ノイズ及び干渉が乗法性ノイズよりも強い場合には、このような改善が可能とはならないが、その理由は、送信信号電力のどのような削減も、全てのデータストリームについてのＳＮＲ又はＳＩＮＲレベルを劣化させるに過ぎないためである。
【００６８】
ここで開示される電力分配が、乗法性ノイズがスループット条件を制限するかどうかの知識に依存することから、乗法性ノイズがスループットをいつ制限するのかを検出する方法及び装置を提供することも有利である。乗法性ノイズＮπは、次の場合にスループット条件を制限する：
【００６９】
【数１６】
0005923221.tif 000017
【００７０】
乗法性ノイズがスループット条件を制限するかどうかの判定は、送信機ノード１００において、又は、定量的若しくは定性的乗法性ノイズ評価を送信機ノード１００へその後送信する、送信機ノード１００から遠隔のネットワークノードにおいて、行われ得る。
【００７１】
図９は、図１０に示されるような、パラメータユニット１２２及び特性化ユニット１２８を含むノイズプロセッサ１２０により実行されるような、乗法性ノイズがスループット条件を制限するかどうかを判定するための例示的な方法４００を示す。ノイズプロセッサ１２０が送信機ノード１００、受信機ノード２００、又は、ワイヤレスネットワーク内の他のノードの一部分であってよいことが認識されるであろう。
【００７２】
パラメータユニット１２２は、信号品質パラメータ及び／又はＭＩＭＯ利用パラメータに基づいてスループット条件を評価する（ブロック４１０）。特性化ユニット１２８は、評価されたスループット条件に基づいて、ＭＩＭＯスループット条件を特性化する乗法性ノイズ評価ＲＮπを生成する（ブロック４２０）。或る実施形態において、乗法性ノイズ評価は、定性的情報、例えば、簡易な“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の標識を含んでもよい。また或る実施形態において、乗法性ノイズ評価は、乗法性ノイズの定性的アセスメントを提供する定量的情報、例えば、乗法性ノイズがどれほど加法性ノイズに対して支配的であるか、を含み得る。
【００７３】
以下の内容は、ここで開示される電力分配の有効性を実証するために使用されるシミュレーションの結果を開示する。より詳しくは、図３に示されるように、乗法性ノイズがＬＯＳ条件（ＬＯＳ条件は、チャネル固有値の大きな拡散を示唆する）において支配的である場合、標準的な受信機（ＭＭＳＥ及びＳＩＣなど）のＭＩＭＯ性能は劣化する。しかしながら、巧みな方式で、データストリームをまたいで（例えば、チャネル固有値に対応するプリコーダ行列をまたいで）送信電力を分配することにより、性能を実質的に改善することが可能である。このアプローチの欠点は、この特定のプリコーダの正確な情報が、送信機において利用可能でなければならないことである。しかしながら、ＴＤＤのケースにおいて、この情報は、チャネル相互性のおかげでフィードバックされる必要がない。さらに、ほぼ最適な解のために完全なＰＭ情報は必要とされず、最強の固有値（例えばＬＯＳ方向）に対応するプリコーダベクトルについての情報のみが必要とされる。
【００７４】
図６は、以下の４つの異なる分配方法について、理想的なＳＩＣ受信機（又は理想的なＳＶＤ送信）についてＭＩＭＯチャネル特異値に対応する送信機プリコーディング重みベクトルにわたり、様々な態様で電力を分配する効果を示す：
１．（例えば、現在の３ＧＰＰ  ＬＴＥリリースに従って）全てのステアリングベクトル上に等しい電力；
２．最強の信号パスに対応する（例えばＬＯＳに対応する）データストリームに割り当てられる電力の削減を基準とした、スループットの最大化；
３．より弱い信号パスに割り当てられる電力を増加させつつ、最強の信号パスに割り当てられる電力を削減するように、全てのデータストリームへの電力の最適な割り当て（例えば、スループットを最大化する電力割り当て）；及び
４．本願と並列的に出願された同時係属中の米国出願第１３／７１４６１３号に記載されているような、ライスＫの減少を結果的に生じるその他の手段、例えばアンテナの再構成、によるチャネル特性の変更。
【００７５】
乗法性ノイズが送信機ノード１００又は受信機ノード２００のいずれかにおいてのみ支配的である場合、最適な電力割り当てを使用することにより、非常に高いＫ値についてさえも、Ｋ＝０のキャパシティを維持することが可能である。実際に、ＬＯＳに対応するデータストリームに割り当てられる電力が調節される場合、ほぼ最大のキャパシティが達成され得る。しかしながら、乗法性ノイズが送信機ノード１００及び受信機ノード２００の双方において支配的である場合、より高いＫ値についてＫ＝０のキャパシティを維持することは不可能である。
【００７６】
図７は、ＭＭＳＥ受信機についてＭＩＭＯチャネル特異値に対応する送信機ノード１００のプリコーディング重みベクトルにわたり、様々な態態様で電力を分配する効果を示す。この例において、最適な電力割り当て（分配方法３）は判定されていないが、理想的なＳＩＣ受信機についての最適な電力割り当てについての曲線が、最大キャパシティの参照ケースとして示されている。
【００７７】
ＭＭＳＥ受信機について、乗法性ノイズが受信機ノード２００においてのみ支配的である場合、非常に高いＫ値についてさえもＫ＝０のキャパシティをほぼ維持することが可能である。このケースでは、分配方法２が適用され、例えば、ＬＯＳパスに対応するデータストリームに割り当てられる電力は、数式（１２）により与えられるシャノン相互情報量を最大化するように調節される。乗法性ノイズが送信機ノード１００において支配的であるか、又は、送信機ノード１００及び受信機ノード２００の双方において支配的である場合、ここで開示される電力分配技法は、より小さな改善ではあるものの、幾ばくかの改善をやはり提供する。
【００７８】
当然ながら、本発明は、この発明の本質的な特性から逸脱することなく、ここに具体的に明記される方式以外の方式において実施されてよい。本実施形態は、全ての点において例示的であって限定的ではないものと考えられるべきであり、添付の特許請求の範囲の意味及び均等範囲内に入る全ての変更が、ここに内包されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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