(57)【要約】  本発明のシステム、方法および装置によれば、単一アンテナ通信装置においてＭＩＭＯ技術を利用することにより、高速ブロードバンド通信を最大化する。当該装置は、基地局との間でＭＩＭＯエアインターフェイスを介して無線信号を送受信し、アクセス端末との間でＭＩＭＯエアインターフェイスよりも広い帯域幅を有する広帯域エアインターフェイスを介して対応する無線信号の組を送受信するように構成された無線通信インターフェイス（ＷＣＩ）装置を備える。当該システムは、基地局と通信しアクセス端末との間で対応する信号を送受信する複数のＷＣＩ装置を含む。
2009528779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数入力/複数出力（ＭＩＭＯ）エアインターフェイスを介して、基地局と信号を送受信し、
前記ＭＩＭＯエアインターフェイスのＭＩＭＯ周波数帯域よりも広い帯域幅を有する広帯域エアインターフェイスを介して、対応する広帯域信号を送受信する
ように構成された無線通信インターフェイス装置。
【請求項２】
前記ＭＩＭＯエアインターフェイスを介して、ダウンリンクＭＩＭＯ信号を受信するように構成された狭帯域受信部と、
超広帯域の帯域幅を有する前記広帯域エアインターフェイスを介して、前記ダウンリンクＭＩＭＯ信号に対応するダウンリンク広帯域信号を送信するように構成された広帯域送信部と
を備える請求項１に記載の無線通信インターフェイス装置。
【請求項３】
前記広帯域エアインターフェイスを介して、アップリンク広帯域信号を受信する広帯域受信部と、
前記ＭＩＭＯエアインターフェイスを介して、前記アップリンク広帯域信号に対応するアップリンクＭＩＭＯ信号を送信する狭帯域送信部と
を更に備える請求項２に記載の無線通信インターフェイス装置。
【請求項４】
前記無線通信インターフェイス装置と、少なくとも一つの基地局送信アンテナとの間のチャネル特性に対応するチャネル状態情報を前記基地局に送信するように構成される請求項３に記載の無線通信インターフェイス装置。
【請求項５】
前記基地局に送信した前記チャネル状態情報に応じて、前記基地局から受信したプリコードデータを処理するように構成される請求項４に記載の無線通信インターフェイス装置。
【請求項６】
複数の無線通信インターフェイス装置を備え、
前記複数の無線通信インターフェイス装置のそれぞれは、
ＭＩＭＯ帯域を有するＭＩＭＯエアインターフェイスを介して、ダウンリンクＭＩＭＯ信号を受信し、前記ＭＩＭＯ帯域よりも広い帯域幅を有する広帯域エアインターフェイスを介して、前記ダウンリンクＭＩＭＯ信号に対応するダウンリンク広帯域信号を送信するように構成されたダウンリンク送受信機と、
前記広帯域エアインターフェイス帯域を介して、アップリンク広帯域信号を受信し、前記ＭＩＭＯエアインターフェイスを介して、前記アップリンク広帯域信号に対応するアップリンクＭＩＭＯ信号を送信するように構成されたアップリンク送受信機と
を備える無線通信インターフェイスシステム。
【請求項７】
前記ＭＩＭＯ帯域は、狭帯域（ＮＢ）であり、前記広帯域エアインターフェイスは、超広帯域（ＵＷＢ）である請求項６に記載の無線通信インターフェイスシステム。
【請求項８】
前記複数の無線通信インターフェイス装置のそれぞれは、互いに独立して動作する請求項７に記載の無線通信インターフェイスシステム。
【請求項９】
前記複数の無線通信インターフェイス装置のそれぞれは、少なくとも一つの基地局送信アンテナとの間のチャネル特性に対応するチャネル状態情報を基地局へと送信するように構成される請求項６に記載の無線通信インターフェイスシステム。
【請求項１０】
前記複数の無線通信インターフェイス装置のそれぞれは、前記基地局へと送信したチャネル状態情報に応じて、前記基地局から受信したプリコードデータを処理するように構成される請求項９に記載の無線通信インターフェイスシステム。
【請求項１１】
ＭＩＭＯエアインターフェイスを介して信号を送受信するように構成された基地局であって、
ＭＩＭＯプリコーダを備え、
前記ＭＩＭＯプリコーダは、
チャネル状態情報に応答するフィードバック行列部に接続され、出力を行うモジュロ演算部と、
前記モジュロ演算部の出力および前記チャネル状態情報に応答して、前記ＭＩＭＯエアインターフェイスを介して送信されるプリコードデータを提供するフィードフォワード行列部と
を備える基地局。
【請求項１２】
前記ＭＩＭＯプリコーダに接続され、前記プリコードデータを符号化するレートレス符号化部を更に備える請求項１１に記載の基地局。
【請求項１３】
狭帯域の帯域幅において信号を送受信するように構成される請求項１１に記載の基地局。
【請求項１４】
複数のダウンリンク複数入力/複数出力（ＭＩＭＯ）信号を用いて基地局から送信されたデータを、前記複数のダウンリンクＭＩＭＯ信号に対応する複数のダウンリンク広帯域信号を受信することによって復元するように構成されたアクセス端末。
【請求項１５】
送受信機を備え、
前記送受信機は、
前記基地局から送信された前記複数のダウンリンクＭＩＭＯ信号に対応する前記複数のダウンリンク広帯域信号を複数の無線通信インターフェイス装置から受信し、前記受信したダウンリンク広帯域信号に対応するベースバンド信号を生成するように構成された広帯域受信部と、
前記広帯域受信部に接続され、前記基地局から送信されたデータを復元するために前記ベースバンド信号を処理するように構成された狭帯域受信部と
を備える請求項１４に記載のアクセス端末。
【請求項１６】
前記送受信機は、
前記基地局において受信されるアップリンクＭＩＭＯ信号に対応する複数のアップリンク通信信号を生成する狭帯域送信部と、
前記狭帯域送信部に接続され、前記複数のアップリンク通信信号に対応する複数のアップリンク広帯域信号を送信するように構成された広帯域送信部と
を更に備える請求項１５に記載のアクセス端末。
【請求項１７】
前記複数のアップリンク広帯域信号は、同時に送信される請求項１６に記載のアクセス端末。
【請求項１８】
前記複数のアップリンク広帯域信号をＦＤＭＡ、ＯＦＤＭＡおよび直交拡散フォーマットのうちのいずれかによって送信するように構成される請求項１７に記載のアクセス端末。
【請求項１９】
無線通信インターフェイス装置において実行される方法であって、
ＭＩＭＯ帯域を有するＭＩＭＯエアインターフェイスを介して、ダウンリンクＭＩＭＯ信号を受信し、
前記ＭＩＭＯ帯域よりも広い帯域幅を有する広帯域エアインターフェイスを介して、前記ダウンリンクＭＩＭＯ信号に対応するダウンリンク広帯域信号を送信し、
前記広帯域エアインターフェイスを介して、アップリンク広帯域信号を受信し、
前記ＭＩＭＯエアインターフェイスを介して、前記アップリンク広帯域信号に対応するアップリンクＭＩＭＯ信号を送信すること
を含む方法。
【請求項２０】
前記無線通信インターフェイス装置と基地局送信アンテナとの間のチャネル特性に基づいてチャネル状態情報を決定し、
前記チャネル状態情報を前記基地局に送信すること
を更に含む請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して無線通信装置に関し、特にＭＩＭＯチャネルインターフェイスを提供する装置、システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年開発され、高速ブロードバンド通信に貢献する主要技術として複数入力/複数出力（ＭＩＭＯ）が知られている。この技術は、帯域幅や電力の制限された通信チャネルにおいて特に有用である。複数の送受信アンテナの使用により、単一の送受信アンテナシステムに比べ大幅に容量を増加させることを実現している。
【０００３】
通信チャネルが十分な散乱特性を有し、送信側および受信側の両方においてアンテナ間に十分な距離を設けた場合、帯域幅を拡大することなく非常に高いスペクトル効率を実現できる。ＭＩＭＯ技術の特徴は、ＭＩＭＯ処理が、複数の送受信アンテナを使用し伝送媒体の散乱特性を活用することで、同一の周波数帯域上に複数の平行した独立の通信チャネルを効率的に形成できることである。研究および実験の結果、異なる受信アンテナ間のチャネルゲインの相関関係や、それらのゲインを正確に推定する能力によって、ＭＩＭＯ技術による容量の増加が大きく左右されることがわかっている。一般に、チャネルゲインの間に十分な非相関性をもたせる為には、アンテナ素子間に数波長分の距離を設けることが必要とされる。しかし、特に、物理的な寸法により、設けることのできる受信アンテナ素子の数や複数のアンテナ素子間の距離が限られる携帯装置やその他の装置の場合、上記要件を満たすことは困難である。
【０００４】
従って、単一アンテナ通信装置を用いてＭＩＭＯ通信システムを活用できる装置、システムおよび方法が求められている。
【発明の開示】
【０００５】
本発明のシステム、方法および装置はＭＩＭＯ通信システムと単一アンテナ通信装置との間のインターフェイスを提供する。当該装置は、基地局との間でＭＩＭＯエアインターフェイスを介して無線信号を送受信し、複数入力/複数出力（ＭＩＭＯ）エアインターフェイスよりも広い帯域幅を有する広帯域エアインターフェイスを介してアクセス端末との間で対応する無線信号の組を送受信するように構成された無線通信インターフェイス（ＷＣＩ）装置を備える。ダウンリンク送受信機は、ＭＩＭＯエアインターフェイスを介して基地局から受信したＭＩＭＯ信号に対応する広帯域ダウンリンク信号をアクセス端末へと送信するように構成されている。本実施形態における装置は、アクセス端末から受信したアップリンク広帯域信号に対応するアップリンクＭＩＭＯ信号を基地局へと送信するように構成された第２の送受信機を備える。システムは、基地局と通信し、アクセス端末との間で対応する信号を送受信する複数のＷＣＩ装置を含む。それぞれの無線通信インターフェイス装置は、各ＷＣＩ装置と基地局送信アンテナとの間におけるチャネル特性を測定し、該チャネル特性に対応するチャネル状態情報を基地局へと送信するように構成されている。ＭＩＭＯ基地局は、チャネル状態情報に基づいてダウンリンクＭＩＭＯ信号をプリコードし、これによりＷＣＩは個別にダウンリンク信号を受信および処理できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施形態に係る無線通信ネットワークを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る無線通信インターフェイス装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る基地局を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係るアクセス端末を示すブロック図である。
【図５】実施形態に係る無線通信インターフェイス装置において実行される方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本実施形態において、基地局の通信範囲内には、少なくとも二つのＷＣＩ装置が地理的に分散して配置されている。各ＷＣＩ装置は、ＭＩＭＯエアインターフェイスを介して、無線信号を基地局と送受信する。各ＷＣＩ装置は、ＭＩＭＯ周波数帯域を利用して、アクセスノード等の基地局に設けられた複数のアンテナから送信されるダウンリンク無線ＭＩＭＯ信号を受信する。ＷＣＩ装置は、ダウンリンクＭＩＭＯ信号を復調および復号する。復調および復号された信号は、符号化および変調され、ＭＩＭＯ周波数帯域よりも広い周波数帯域幅を有する超広帯域無線（ＵＷＢ）通信チャンネル等の広帯域エアインターフェイスを介して送信される。アクセス端末は、ＷＣＩ装置から送信されたダウンリンク広帯域信号を受信および処理することによって、基地局より送信された情報を復元する。ＷＣＩ装置は、アクセス端末から送信されたアップリンク広帯域信号を復調および復号し、対応するアップリンクＭＩＭＯ信号を基地局へ送信する。
【０００８】
図１は、本発明の実施形態に係る無線通信ネットワーク１００を示すブロック図である。無線通信インターフェイスシステム１０３を構成する無線通信インターフェイス（ＷＣＩ）装置１０２の配置により、少なくとも一つの基地局（ＢＳ）１０４と、少なくとも一つのアクセス端末１０６との通信が可能となっている。本実施形態において基地局１０４は固定装置であるが、状況によっては移動体であってもよい。アクセス端末１０６としては、電磁気信号を固定または携帯通信装置と送受信する携帯電話、無線モデム、パーソナル・デジタル・アシスタンス（ＰＤＡ）、その他等の単一アンテナ装置を使用できる。本実施形態においてアクセス端末１０６は、その機能を円滑化および実行するための図１には示されないハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェアを含む。例えば、アクセス端末１０６は、キーパッド、ディスプレイ、マイクおよびスピーカ等の入出力装置を備える。以下に詳述するように、本実施形態においてＢＳ１０４は、ＷＣＩ装置１０２との間で複数入力/複数出力（ＭＩＭＯ）通信をサポートするためにアンテナ１０８の配列を備える。各ＷＣＩ装置１０２は、信号を基地局１０４と送受信する少なくとも一つのアンテナ１０９と、信号をアクセス端末１０６と送受信する少なくとも一つの他のアンテナ１１９とを備える。状況によっては単一アンテナが使用できる。さらに、ＭＩＭＯエアインターフェイスを介した通信を円滑化するために複数のアンテナを用いてもよい。図１においては二つのＷＣＩ装置１０２が二つのアクセス端末１０６に通信サービスを提供しているが、任意の数のＷＣＩ装置１０２が任意の数のアクセス端末１０６にサービスを提供してもよい。
【０００９】
ＭＩＭＯエアインターフェイス１１０として図示される通信チャネルは、ＢＳ１０４と各ＷＣＩ装置１０２との間でダウンリンクＭＩＭＯ信号１１２とアップリンクＭＩＭＯ信号１１３を送受信する媒体を提供する。当該通信チャネルは、これらの通信信号を屈折させ十分に散乱させるための建物、自動車およびその他の物体を含んでもよい。本実施形態において、ＭＩＭＯ信号１１２，１１３は、ＭＩＭＯエアインターフェイス１１０を介して、狭帯域（ＮＢ）周波数帯域幅等のＭＩＭＯ周波数帯域内で送受信される。ＭＩＭＯ信号は、各種の通信／変調技術のいずれに基づいて送信されてもよい。ＭＩＭＯ処理は、次世代ｃｄｍａ２０００システム（ＥＶ−ＤＯ Ｐｈａｓｅ２等）、次世代ＷＣＤＭＡシステム（ＷＣＤＭＡ  Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）等）、ＩＥＥＥ８０２．１１（８０２．１１ｎにて初めて導入）等の無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、ＷｉＭＡＸ（移動性を向上させたＩＥＥＥ８０２．１１ｅ）、およびモバイルブロードバンドワイヤレスアクセス（ＩＥＥＥ８０２．２０）等を含む、最新無線システムにおいて主要技術として用いられている。
【００１０】
各ＷＣＩ装置１０２によって受信されたダウンリンクＭＩＭＯ信号１１２は、処理され、ダウンリンク広帯域信号１１４として広帯域エアインターフェイス１１８を介してアクセス端末１０６へと再送信される。広帯域エアインターフェイス１１８の帯域幅は、ＭＩＭＯ周波数帯域よりも広い。本実施形態において広帯域エアインターフェイス１１８は、超広帯域（ＵＷＢ）として特徴づけられる任意の通信方式に基づくインターフェイスである。広帯域エアインターフェイス１１８に用いられる好適な変調およびアクセス技術の例としては、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）等のダイレクトシーケンス方式や、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方法が挙げられる。本実施形態において広帯域エアインターフェイス１１８は、単一アンテナのユーザ機器で利用可能な、短距離、低電力、かつ高データレート通信を提供する。従って、広帯域エアインターフェイスを介した通信は、通常、ＭＩＭＯチャネル上での通信よりも低いスペクトル密度を有する。
【００１１】
アップリンク広帯域信号１１５は、アクセス端末１０６により、広帯域エアインターフェイスとは異なるチャネルを介して送信される。ＷＣＩ装置１０２は、アップリンク広帯域信号１１５を受信し、ＭＩＭＯエアインターフェイスを介して、対応するアップリンクＭＩＭＯ信号１１３を基地局１０４へ送信する。
【００１２】
従って、本実施形態によれば、少なくとも一つの単一アンテナ・アクセス端末１０６とＭＩＭＯ  ＢＳ１０４との間の高速ブロードバンド通信を可能にする複数のＷＣＩ装置１０２が実現できる。ＵＷＢ技術における短距離、低電力かつ高データレートという特徴を利用して、アクセス端末１０６との高速ブロードバンド通信が実現できるため、ＷＣＩ装置１０２のシステム１０３をアクセス端末１０６に近接して設置できる場所において、ＭＩＭＯ技術を効果的に利用できる。例えば、ＷＣＩ装置１０２のシステム１０３をユーザの自宅周辺に設置することにより、アクセス端末１０６とＢＳ１０４との間において、ＷＣＩ装置１０２のシステムを介した高速ブロードバンド通信を実現できる。ＷＣＩ装置１０２のシステム１０３を設置する他の好適な場所の例としては、ショッピングモール、空港、駅、バスや車の中、あるいはその他の人が多く集まり、ユーザ機器がＷＣＩ装置１０２の近くに位置する場所等が挙げられる。従って、本実施形態においては、ＮＢ  ＭＩＭＯおよびＵＷＢ通信の長所を組み合わせることにより、単一アンテナを持つアクセス端末１０６と基地局１０４との間でのＭＩＭＯ技術を利用した高速ブロードバンド通信が可能となる。本システム例によれば、ＭＩＭＯチャネルおよびＵＷＢチャネルでは全体的なデータレート（またはチャネル容量）が同じであるため、スペクトル帯域幅と空間とのトレードオフを実現する方法を提供できる。しかしながら、ＭＩＭＯチャネルは複数の従来の単一入力単一出力チャネルを空間的に多重化することで高データレートを実現するため、非常に高いスペクトル効率（ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ）を達成する。ＵＷＢチャネルは、非常に広いスペクトル帯域を用いて高データレートを実現する。本システムは更に、多重アンテナシステムがアクセス端末の一部である場合に比べ、送信部や受信部におけるＭＩＭＯチャネルパラメータの推定が容易であるという利点を有する。これは、ＷＣＩ装置は通常固定の装置であるかあるいは予測可能な経路を辿る（例えば、電車や飛行機への設置等）が、アクセス端末はそうでない場合が多いためである。他の利点としては、ＭＩＭＯチャネルパラメータの推定が、アクセス端末によってではなく、ＢＳおよびＷＣＩ装置によって行われることである。これにより、マルチアクセス構成において、アクセス端末単位でのチャネル推定作業が不要となる。
【００１３】
上述したように、ＭＩＭＯ技術において装置は互いに数波長分離間した複数のアンテナを備えている必要がある。しかし、多くのユーザ機器は単一アンテナ装置であるか、あるいは複数アンテナ装置であってもアンテナが互いに数波長分離間していない。そのようなユーザ機器は、ＭＩＭＯ通信環境において動作および通信が不能である可能性がある。従来のアクセス端末では通常のＭＩＭＯ通信による利点を活かすことができない。本実施形態によれば、これらの利点を実現可能な技術を提供できる。本通信システム例は、分散配置され、アクセス端末１０６に無線接続されたアンテナおよび送受信機ネットワークと見なすことができる。各ＷＣＩ装置１０２は、少なくとも一つのアンテナおよび送受信機を備え、ＭＩＭＯ環境を十分に活かすためにＭＩＭＯ信号が互いに離間したアンテナを利用して処理される。そしてその情報は、単一のアンテナにより容易に処理可能な短距離かつ低電力エアインターフェイスにより、アクセス端末１０６へと転送される。
【００１４】
本実施形態においてＷＣＩ装置１０２は、独立して動作する。従来のＭＩＭＯ受信機においては、複数のアンテナから受信された情報を情報の集合として処理する必要があった。しかし本実施形態においては、送信されたダウンリンクＭＩＭＯ信号１１２は、基地局１０４において、ＷＣＩ装置１０２から得られたチャネル特性に基づいてプリコードされている。送信のプリコードにより、各ＷＣＩ装置は、受信したダウンリンクＭＩＭＯ信号１１２を個別に処理し、あたかも各ＷＣＩ装置１０２が単一のユニットとして動作しているかのようにその情報をアクセス端末１０６へと転送する。基地局１０４でのプリコード処理については以下で詳述する。
【００１５】
図２は、本発明の実施形態に係るＷＣＩ装置１０２を示すブロック図である。図２に示すブロックの機能や動作は、いくつかの装置、回路あるいは要素によって実現される。二つ以上の機能ブロックが一つの装置に搭載されてもよいし、いずれか一つの装置が実行するとされる機能を複数の装置に実装しても良い。例えば、ＷＣＩ装置１０２内のプロセッサが実行するソフトウェアは、復調部２０８，２１８および変調部２１０，２２０の少なくとも一部の機能を実行してもよい。
【００１６】
ＷＣＩ装置１０２はＭＩＭＯおよび広帯域信号を送受信できる少なくとも一つの送受信機２０４，２１４を備える。本実施形態におけるＷＣＩ装置１０２は、ダウンリンク送受信機２０４およびアップリンク送受信機２１４を備える。ダウンリンク送受信機２０４は、ＭＩＭＯ基地局１０４からＭＩＭＯアンテナ１０９を介してダウンリンクＭＩＭＯ信号１１２を受信し、対応するダウンリンク広帯域信号１１４を他方のアンテナ１１９を介してアクセス端末１０６へと送信する。アップリンク送受信機２１４は、アクセス端末１０６から広帯域アンテナ１１９を介してアップリンク広帯域信号１１５を受信し、対応するアップリンクＭＩＭＯ信号１１３をＭＩＭＯアンテナ１０９を介してＭＩＭＯ基地局１０４へと送信する。アンテナ１０９および１１９は、対応するデュプレクサ２２６および２２８を介してダウンリンク送受信機２０４およびアップリンク送受信機２１４に接続されている。ダウンリンク送受信機２０４は、狭帯域受信部２０９および広帯域送信部２１３を備え、アップリンク送受信機２１４は、広帯域受信部２１９および狭帯域送信部２２３を備える。ＮＢ受信部２０９におけるダウンコンバータ２０６は、受信したダウンリンクＭＩＭＯ信号をベースバンドへと周波数シフトする。ＮＢ復調部２０８は、送信されたデータシンボルを復元するためにベースバンド信号を復調する。データは広帯域送信部２１３における広帯域変調部２１０へと転送され、適切な広帯域変調方式に基づいて変調される。アップコンバータ２１２は、変調された信号をアクセス端末１０６へ送信するべく、ＲＦ信号へと周波数シフトを行う。ダウンリンク広帯域信号は、デュプレクサ２２８および広帯域アンテナ１１９を介してアクセス端末１０６へと送信される。状況によっては、広帯域送信部２１３は、ベースバンド信号を直接シーケンス拡散スペクトラム方式等のＰＮコードにより拡散する機能を含んでもよい。
【００１７】
広帯域受信部２１９におけるダウンコンバータ２１６は、アクセス端末１０６から送信されたアップリンク広帯域信号１１５を広帯域アンテナ１１９を介して受信し、ＲＦからベースバンドへと周波数シフトする。広帯域復調部２１８は、データシンボルを得るためにベースバンド信号を復調する。データは狭帯域変調部２２０により変調され、アップコンバータ２２２によりＲＦ信号へ周波数シフトされた後、ＭＩＭＯアンテナ１０９を介して基地局１０４へと送信される。場合によっては、広帯域受信部２１９は、ＰＮコードを適用して、受信したアップリンク広帯域信号を逆拡散する。ＲＦ信号は、例えばデュプレクサ２２６およびＭＩＭＯアンテナ１０９を介して基地局１０４へと送信され、狭帯域の帯域幅を有するアップリンクＭＩＭＯ信号である。
【００１８】
従って、本実施形態においてダウンリンクＭＩＭＯ信号１１２は、基地局１０４から各ＷＣＩ装置１０２により受信され、ダウンリンク広帯域信号１１４へ変換された後に、アクセス端末１０６へと送信される。また、アクセス端末１０６から各ＷＣＩ装置１０２へと送信されたアップリンク広帯域信号１１５は、アップリンクＭＩＭＯ信号１１３へと変換された後に基地局１０４へと送信される。
【００１９】
本実施形態におけるＷＣＩ装置１０２は、ＮＢ受信部２０９に接続され、基地局１０４から送信されるダウンリンクＭＩＭＯ信号１１２をモニタリングするチャネル処理部２２４を備える。チャネル処理部２２４は、ＷＣＩ装置１０２と基地局１０４の送信アンテナ１０８との間のチャネル特性を測定するように構成されている。モニタされるパラメータの例としては、信号強度、信号位相、異なる種類のダウンリンクＭＩＭＯ信号１１２間における遅延等が挙げられる。チャネル処理部２２４は、チャネル特性からチャネル状態情報（ＣＳＩ）を決定し、アップリンク送受信機２１４のＮＢ変調部２２０へＣＳＩを通知する。ＣＳＩは、アップリンク送受信機２１４を介して基地局１０４へと送信される。場合によりＣＳＩは、未加工の測定データを含んでも良い。ＣＳＩを基地局１０４へと送信することにより、通常のＭＩＭＯ受信機によって行われるＭＩＭＯ処理のいくつかを基地局１０４に実行させることができる。基地局１０４は、チャネル特性を補正するために信号のプリコードを行う。これにより、ＷＣＩ装置１０２は、他のＷＣＩ装置１０２から情報を得ることなく信号を受信できる。従って、各ＷＣＩ装置１０２は、他のＷＣＩ装置１０２から独立して動作することができる。
【００２０】
図３は、本発明の実施形態に係る基地局１０４を示すブロック図である。図３に示すブロックの機能や動作は、いくつかの装置、回路あるいは素子によって実現される。二つ以上の機能ブロックが一つの装置に統合されてもよいし、いずれか一つの装置が実行するとされる機能を複数の装置によって実現させてもよい。
【００２１】
基地局１０４におけるＭＩＭＯプリコーダ３０４は、各ＷＣＩ装置１０２に対応するチャネル特性に基づくプリコード方式に従ってデータを処理する。本実施形態において送信データは、ＭＩＭＯプリコーダ３０４におけるプリコード処理の前に、レートレス符号化部３１８において処理される。レートレス符号化部３１８は、より確実な情報送信のためのメカニズムを提供するが、実装によっては用いられなくともよいため、図中では点線ブロックにより示される。レートレス符号化処理は、送信機と受信機との間に複数の信頼性の低いチャネルが存在する場合に非常に効果的であることが知られており、インターネット上での情報の一斉配信やマルチキャスティングへの適用が提案されている。ＭＩＭＯ通信は、ＭＩＭＯチャネルのそれぞれの固有ベクトルに対応した、いくつかの平行した独立の通信チャネルを提供する方法と見なすことができる。レイリーフェージング環境下においては、ＭＩＭＯチャネルは、複素数でゼロ平均を取る、ガウス性の個別のランダムな変数の行列として表すことができ、各固有モードはフェージングの影響を受ける。レートレス符号化処理においては、オーバーヘッドを抑えつつ高い信頼性を得るために、送信機と受信機との間でもともと複数のパスが想定されているため、ＭＩＭＯ通信にとって最適な方式であると言える。
【００２２】
ここでは複数の信号が複数のチャネルを介して複数のＷＣＩ装置１０２へと送信されるため、ＭＩＭＯプリコーダの動作は行列演算となる。プリコード処理は、送信機側における等化技術であり、より一般的な受信機側における判定帰還型等化技術に対応するものである。この処理は判定帰還型等化と同様に、通常、フィードフォワード部とフィードバック部という二つの部分から構成される。フィードフォワード部およびフィードバック部は、様々な基準に従って設計が可能となる。例えば、フィードフォワード、フィードバックおよびチャネル処理による総合的な効果として、ＭＩＭＯチャネルがＭ個の個別のユニットゲインチャネル（ただしＭは受信装置の数を示す）として表されるように、フィードフォワードとフィードバック部を選択してもよい。この場合、フィードフォワード部は、フィードフォワード処理およびＭＩＭＯチャネル行列の組み合わせが下三角行列となるように設計される。これにより判定帰還型等化の場合には、フィードバック部は連続的に残りの干渉を打ち消すことができ、送信側プリコーディングの場合には、連続的に個別の送信アンテナごとに個別の信号を予め等化することができる。他の基準として、ＭＩＭＯチャネルおよび受信機ノイズの総合的な効果を最小化するものが挙げられ、この基準の結果、別のフィードフォワード部およびフィードバック部が選択される。モジュロ演算部を含むプリコード処理は、当業者の間ではＴｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａプリコーディングと呼ばれる。モジュロ演算部は、送信信号の他の特性に影響を与えることなく、全体の送信電力を低減させるために設けられる。送信信号の他の特性とは、例えば、ＭＩＭＯチャネル変換によりＭ個の独立したユニットゲイン通信チャネルが得られたように出力が表わされることである。図３に示す実施形態において、送信対象データには、加算器３１６を通してフィードバック行列部３０８の出力と合成され、データはその後モジュロ演算部３０６へと転送される。モジュロ演算部３０６の出力は、フィードフォワード行列部３１０およびフィードバック行列部３０８へと転送される。行列部３０８、３１０およびベクトルモジュロ演算部３０６、ベクトル加算器３１６は合わせてＴｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａプリコーディングを実現し、各ＷＣＩ装置において個別に受信機側での復調および復号を行うための適切な処理を提供する。チャネル状態情報は、受信した信号をダウンコンバータ３２０および復調部３２２においてダウンコンバートし復調することによって得られる。チャネル状態情報処理部３１７は、ＷＣＩ装置１０２から送信されたチャネル状態情報に基づいて行列部３０８および３１０のための適切なパラメータを決定する。ＣＳＩ処理部３１７は、フィードフォワード行列部３１０から出力される信号が適正に変換され、各ＷＣＩ装置１０２のチャネル状態を補正するように、行列部３０８および３１０へ適切な値を供給し、それに応じて各行列部に含まれる値を変更する。こうして各ＷＣＩ装置１０２は、プリコードが行われたデータを基地局１０４から受信することにより、基地局１０４およびアクセス端末１０６間で個別に信号の送受信が可能となる。プリコードが行われた信号は、アップコンバータ３１４により周波数シフトされた後、送受信機３０２により適切なアンテナ１０８を介して送信される。
【００２３】
図４は、本発明の実施形態に係るアクセス端末１０６を示すブロック図である。広帯域信号は、アンテナ４０１を介して送受信される。送受信機４００は、アンテナ４０１に接続されたデュプレクサ４０２と、広帯域受信部４０４と、ＮＢ受信部４０６と、ＮＢ送信部４１２と、広帯域送信部４１４とを備える。場合によっては、本実施形態のアクセス端末１０６は、レートレス復号部４０８およびレートレス符号化部４１０（点線ブロックにより図示）を備えてもよい。本実施形態においてアクセス端末１０６は、複数のＷＣＩ装置１０２から、広帯域受信部４０４を介して、複数のダウンリンクＭＩＭＯ信号１１２に対応する複数のダウンリンク広帯域信号１１４を受信する。広帯域受信部４０４は、受信したダウンリンク広帯域信号１１４を個別に分離させ、対応するベースバンド（ＢＢ）信号４０５を生成するように構成されている。いくつかのＷＣＩ装置１０２が同時にアクセス端末１０６と通信している可能性があるため、周波数ホッピングや、擬似ノイズＰＮコードによる拡散等の技術を用いて、受信した個別のダウンリンク広帯域信号１１４が判別される。ＮＢ受信部４０６は、広帯域受信部４０４に接続され、ベースバンド信号を受信し、情報を復元するために処理する。なお、ＮＢ受信部４０６は、ＮＢ処理部およびマルチプレクサ（図示せず）を備えてもよく、受信したＢＢ信号を処理し多重化することによりアクセス端末１０６で復号可能な高データレート信号４０７をその結果の信号として生成してもよい。上述したように、基地局１０４がレートレス符号を用いたダウンリンクＭＩＭＯ信号１１２を送信する場合には、本実施形態におけるアクセス端末１０６はレートレス復号部４０８を備えてもよい。その場合、高データレート信号４０７は、レートレス復号部４０８によって復号される。
【００２４】
ＷＣＩ装置１０２とのアップリンク通信において、アクセス端末１０６の送受信機４００は、レートレス符号化部４１０を用いてアップリンク信号を符号化してもよい。ＮＢ送信部４１２は、ＮＢ信号に対応する複数のアップリンク通信信号を生成する。ＮＢ送信部４１２に接続された広帯域送信部４１４は、ＮＢ送信部４１２から受信したアップリンク通信信号に対応した個別のアップリンク広帯域信号１１５を送信するように構成されている。アクセス端末１０６は更に、ＷＣＩ装置１０２それぞれに向けて個別のアップリンク広帯域信号１１５を同時に送信するように構成されている。各ＷＣＩ装置１０２へ個別にアップリンク広帯域信号１１５を送信するためには、例えば周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）や直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）、直交拡散フォーマット等の技術が用いられる。本実施形態において、アクセス端末１０６は、その機能を円滑化し実行するための図４には示されないハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェアを含む。例えば、アクセス端末１０６は、ディスプレイ、マイク、スピーカおよびキーボード等のユーザインターフェイス装置を備えてもよい。
【００２５】
従って、ＭＩＭＯ基地局１０４から送信された情報は、ＷＣＩ装置１０２によって受信され、更に広帯域周波数スペクトルの複数のチャネルを介してアクセス端末１０６へと送信される。広帯域信号１１４は、もとのＭＩＭＯ信号を復元するために復調され、高データレート信号４０７を生成するために狭帯域受信部４０６によって復号および多重化される。例えば広帯域エアインターフェイス１１８がＣＤＭＡエアインターフェイスである場合、ＷＣＩ装置１０２は、受信した狭帯域ＭＩＭＯ信号をスペクトラム拡散により低電力、低スペクトル密度を有する信号として、ＣＤＭＡチャネルを介して送信する。それ以外のＷＣＩ装置１０２は、受信したＭＩＭＯ信号を他のＣＤＭＡチャネルを介して送信する。アクセス端末１０６は、ＣＤＭＡ受信機を用いて複数のＣＤＭＡチャネルを受信し、狭帯域受信部４０６がその結果の狭帯域信号を処理することにより、もとのＭＩＭＯ高データレート信号を受信する。
【００２６】
図１に示す実施形態においては、複数のアクセス端末１０６が一組のＷＣＩ装置１０２を共有する。各ユーザにとって最高のピークスループットを実現するためには、全てのアクセス端末が全てのＷＣＩ装置と通信できることが望ましい。しかしアクセス端末によっては一部のＷＣＩ装置とのみ通信可能なものも存在するため、これは常に可能であるとは限らない。この場合、その時点で同じ周波数で通信しているアクセス端末の組にＭＩＭＯ処理を施すよう、シグナリングによりＢＳに指示を送ってもよい。例えば、基地局１０４は、一部のＷＣＩ装置について信号を符号化するよう選択してもよいし、残りのＷＣＩ装置の組を使って他のアクセス端末と通信するよう選択してもよい。
【００２７】
ＭＩＭＯ技術、およびＵＷＢ等の広帯域通信の利点の活用に加えて、本システム例は、更に以下の動作上の利点を提供する。いずれかのアクセス端末１０６が信号を受信した場合、そのアクセス端末１０６は、信号の一部あるいは全てを復号し、初期のデータストリームが復号可能である。これにより、アクセス端末１０６は、ＢＳ１０４からの自動再送要求（ＡＲＱ）等の追加的な再送を要求することなく、チャネル容量で遅延を相殺する。上記の状況は、例えば一つ以上のＷＣＩ装置１０２においてアクセス端末１０６との間の伝送路状態が悪化した場合に発生する。
【００２８】
図５は、本実施形態に係るＷＣＩ装置によって実行される方法を示すフローチャートである。この方法は、任意のハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェアの組み合わせによって実行される。
【００２９】
ステップ５０２においてＷＣＩ装置１０２は、ＭＩＭＯ周波数帯域を有するＭＩＭＯエアインターフェイス１１０を介して、基地局１０４からのダウンリンクＭＩＭＯ信号１１２を受信する。本実施形態において、ダウンリンク送受信機２０４の狭帯域受信部２０９は、基地局１０４から送信された狭帯域信号をダウンコンバートおよび復調する。ＷＣＩ装置１０２はダウンリンクＭＩＭＯ信号１１２を受信可能な一つのアンテナを備えているため、狭帯域受信部２０９は通常、従来のＭＩＭＯ受信機が実行する機能の一部を実行する。
【００３０】
ステップ５０４において、ダウンリンクＭＩＭＯ信号１１２に対応するダウンリンク広帯域信号１１４が、ＭＩＭＯ周波数帯域よりも広い帯域幅を有する広帯域エアインターフェイス１１８を介して、アクセス端末１０６へと送信される。本実施形態において狭帯域受信部２０９によって復元されたベースバンド信号は、ダウンリンク送受信機２０４の広帯域送信部２１３によって変調およびアップコンバートされる。出力されたダウンリンク広帯域信号１１４は、広帯域エアインターフェイス１１８を介してアクセス端末１０６へと送信される。
【００３１】
ステップ５０６において、アクセス端末１０６から広帯域エアインターフェイス１１８を介してアップリンク広帯域信号１１５が受信される。本実施形態においてアップリンク送受信機２１４の広帯域受信部２１９は、アクセス端末１０６から送信されたアップリンク広帯域信号１１５をダウンコンバートおよび復調する。アップリンク広帯域信号１１５は、複数のチャネルにわたって広帯域エアインターフェイス１１８を介して送信される。広帯域信号１１５は、アクセス端末１０６によりＣＤＭＡ技術に従って送信されてもよい。ＣＤＭＡ技術においては、いくつかの狭帯域信号が異なったダイレクトシーケンスチャネル上で送信され、ＷＣＩ装置１０２の広帯域受信部２１９は、狭帯域信号を受信するために復調を行う。
【００３２】
ステップ５０８において、アップリンク広帯域信号１１５に対応するアップリンクＭＩＭＯ信号１１３が、ＭＩＭＯエアインターフェイス１１０を介して基地局１０４へと送信される。本実施形態において広帯域受信部２１９によって復元された狭帯域のベースバンド信号は、狭帯域送信部２２３によって変調およびアップコンバートされる。出力された信号は、ＭＩＭＯエアインターフェイス１１０を介して基地局１０４へと送信される。複数のＷＣＩ装置それぞれが地理的に異なる位置から狭帯域信号を送信するため、結果的に基地局アンテナ１０８において受信される信号はＭＩＭＯ送信に従って組み合わせられており、ＭＩＭＯ基地局１０４は、個別の広帯域信号に分離されたもとの高データレート信号を復元できる。
【００３３】
以上の教示を考慮すれば本発明の他の態様および修正は当業者にとって容易に想定可能なものであることは明らかである。上記の説明は例示的なものであり、本発明を限定するものではない。本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであり、上記明細書および添付の図面と合わせて考慮した場合、そのような他の態様や修正は全て特許請求の範囲に含まれる。従って本発明の範囲は、上記の説明によってではなく、添付の請求項および同等物の全範囲によって定められるべきである。
【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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【国際調査報告】
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