(57)【要約】  ＭＩＭＯ通信システムは、送信機と、送信機に接続され、Ｍ個のソース信号を送信するＭ個のアンテナ素子を備える送信アンテナアレイとを含む。受信アンテナアレイは、受信機に接続され、Ｍ個のソース信号の少なくともＭ個の異なる和信号を受信するためにＮ個のアンテナ素子を有する。ただし、ＮはＭよりも小さい。信号分離プロセッサは、混合行列が少なくともＭと等しい階数を有するように、Ｍ個のソース信号の少なくともＭ個の異なる和信号を含む混合行列を形成するために受信機に接続される。信号分離プロセッサは、混合行列から所望のソース信号を分離する。
2009510840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と、
前記送信機に接続され、Ｍ個のソース信号を送信するためにＭ個のアンテナ素子を備えた送信アンテナアレイと、
受信機と、
前記受信機に接続され、前記Ｍ個のソース信号の少なくともＭ個の異なる和信号を受信するためにＮ個のアンテナ素子を備え、ＮはＭよりも小さく、受信アンテナアレイと、
混合行列が少なくともＭと等しい階数を有するように、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＭ個の異なる和信号を備えた混合行列を形成するために前記受信機に接続された信号分離プロセッサであって、前記混合行列から所望のソース信号を分離する前記信号分離プロセッサと
を備えたことを特徴とする多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システム。
【請求項２】
Ｌ個のインターフェアラソース信号が存在し、前記混合行列からの前記所望のソース信号の分離を妨げ、Ｌは１よりも大きく、前記混合行列はまた、前記混合行列が少なくともＭ＋Ｌと等しい階数を有するように、前記Ｍ個のソース信号の前記Ｍ個の異なる和信号に加えてＬ個の和だけその階数を増やすことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項３】
前記受信アンテナアレイは、フェーズドアレイを形成するためにＮ個の相関アンテナ素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項４】
前記受信アンテナアレイは、Ｎ個の相関アンテナ素子を備え、前記Ｎ個の相関アンテナ素子は、スイッチドビームアンテナを形成するために少なくとも１つの能動アンテナ素子と、最大Ｎ−１個の受動アンテナ素子とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項５】
前記Ｍ個のソース信号の各和信号は、線形であることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項６】
前記受信アンテナアレイは、Ｎ個の相関アンテナ素子を備え、前記Ｎ個の相関アンテナ素子のうちの少なくとも２つは異なる偏波を有することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項７】
前記異なる偏波は、互いに直交であることを特徴とする請求項６に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項８】
前記受信アンテナアレイは、前記Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためにＮ個の初期アンテナパターンを生成し、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの追加の和信号を受信するために少なくとも１つの追加の異なるアンテナパターンが生成されるように、前記Ｎ個の初期アンテナパターンのうちの少なくとも１つの仰角を選択的に変更するために前記受信アンテナアレイに接続された仰角コントローラをさらに備え、前記混合行列は、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくとも１つの追加の異なる和信号をさらに備え、前記混合行列は、前記追加のアンテナパターンを使用して受信した前記Ｍ個のソース信号の追加の異なる和信号の数にＮを加えたものと等しい階数を有し、結果として得られた階数がＭと少なくとも等しいことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項９】
前記受信アンテナアレイは、前記Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するために少なくともＮ個のアンテナビームを生成し、ＮおよびＭは２よりも大きく、前記少なくともＮ個のアンテナビームを選択的に形成するために前記受信アンテナアレイに接続されたコントローラをさらに備え、前記信号分離プロセッサはまた、
前記Ｍ個のソース信号の前記異なる和信号が相関されるか、または統計的に独立しているかどうかを判別し、否の場合、
前記Ｍ個のソース信号の新しい異なる和信号を受信するための異なるビームを形成するために前記コントローラと連係して、前記階数がＭと少なくとも等しくなるように前記混合行列において相関されるか、または統計的に独立していない前記Ｍ個のソース信号の前記異なる和信号を置き換えることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１０】
前記Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を復号化するために前記Ｎ個のアンテナ素子に接続され、前記Ｎ個の異なる和信号の各々がｋ個の異なる和信号を提供するためにｋ個の符号を含む符号デスプレッダをさらに備え、前記受信機は、前記Ｍ個のソース信号の少なくともｋＮ個の異なる和信号を受信するために前記デスプレッダに接続され、前記信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともｋＮ個の異なる和信号を備えた混合行列を形成し、結果として得られる階数がＭと少なくとも等しいことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１１】
受信された前記Ｍ個のソース信号の前記Ｍ個の異なる和信号の各々を同相および直交成分のセットに分離するために前記受信アンテナアレイの各アンテナ素子の下流に接続されたそれぞれの同相および直交モジュールをさらに備え、前記信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも２Ｎ個の異なる和信号を備えた混合行列を形成し、それぞれの同相および直交成分のセットが前記混合行列への２つの入力を提供し、結果として得られる階数が２Ｎと少なくとも等しく、２ＮはＭと少なくとも等しいことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１２】
前記信号分離プロセッサは、ブラインド信号分離プロセッサを備え、主成分分析（ＰＣＡ）、独立成分分析（ＩＣＡ）、および特異値分解（ＳＶＤ）のうちの少なくとも１つに基づいて前記混合行列から所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１３】
前記信号分離プロセッサは、知識ベースの処理信号抽出プロセスに基づいて前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１４】
前記知識ベースの信号分離プロセスは、ゼロフォーシング（ＺＦ）プロセスおよび最小平均２乗推定（ＭＭＳＥ）プロセスのうちの少なくとも１つに基づいて前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１４に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１５】
前記信号分離プロセッサは、知識ベースの信号抽出プロセスおよびブラインド信号分離プロセスの組み合わせに基づいて前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１６】
多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムを動作させる方法であって、
送信機に接続された送信アンテナアレイからＭ個のソース信号を送信することであって、前記送信アンテナアレイがＭ個のソース信号を送信するためにＭ個のアンテナ素子を備えることと、
Ｎ個のアンテナ素子を備える受信アンテナアレイを使用して、前記Ｍ個のソース信号の少なくともＭ個の異なる和信号を受信することであって、ＮはＭよりも小さいことと、
前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＭ個の異なる和信号を受信機に提供することと、
前記受信機に接続されたブラインド信号分離プロセッサにより前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＭ個の異なる和信号を処理することであって、
混合行列が少なくともＭと等しい階数を有するように前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＭ個の異なる和信号を備える混合行列を形成することと、
前記混合行列から所望のソース信号を分離することと
を備えることと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
Ｌ個のインターフェアラソース信号が存在し、前記混合行列からの前記所望のソース信号の分離を妨げ、Ｌは１よりも大きく、混合行列が少なくともＭ＋Ｌと等しい階数を有するように前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＭ個の異なる和信号に加えてＬ個の追加の和をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１８】
前記受信アンテナアレイは、フェーズドアレイを形成するためにＮ個の相関アンテナ素子を備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記受信アンテナアレイは、Ｎ個の相関アンテナ素子を備え、前記Ｎ個の相関アンテナ素子は、スイッチドビームアンテナを形成するために少なくとも１つの能動アンテナ素子と最大Ｎ−１個の受動アンテナ素子とを備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記受信アンテナアレイは、Ｎ個の相関アンテナ素子を備え、前記Ｎ個の相関アンテナ素子のうちの少なくとも２つは、異なる偏波を有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記受信アンテナアレイは、前記Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためにＮ個の初期アンテナパターンを生成し、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの追加の和信号を受信するために少なくとも１つの追加の異なるアンテナパターンが生成されるように、前記Ｎ個の初期アンテナパターンのうちの少なくとも１つの仰角を選択的に変更するために前記受信アンテナアレイに接続された仰角コントローラをさらに備え、前記混合行列は前記Ｍ個のソース信号の前記少なくとも１つの追加の異なる和信号をさらに備え、前記混合行列が前記追加のアンテナパターンを使用して受信した前記Ｍ個のソース信号の追加の異なる和信号の数にＮを加えたものと等しい階数を有し、結果として得られた階数がＭと少なくとも等しいことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記受信アンテナアレイは前記Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するために少なくともＮ個のアンテナビームを生成し、ＮおよびＭは２よりも大きく、前記少なくともＮ個のアンテナビームを選択的に形成するために前記受信アンテナアレイに接続されたコントローラをさらに備え、前記ブラインド信号分離プロセッサはまた、
前記Ｍ個のソース信号の前記異なる和信号が相関されるか、または統計的に独立しているかどうかを判別し、否の場合、
前記Ｍ個のソース信号の新しい異なる和信号を受信するための異なるビームを形成するために前記コントローラと連係して、前記階数がＭと少なくとも等しくなるように前記混合行列において相関されていないか、または統計的に独立していない前記Ｍ個のソース信号の前記異なる和信号を置き換えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる和信号を復号化するために前記Ｎ個のアンテナ素子に接続され、前記Ｎ個の異なる和信号の各々がｋ個の異なる和信号を提供するためにｋ個の符号を含む符号デスプレッダをさらに備え、前記受信機は、前記Ｍ個のソース信号の少なくともｋＮ個の異なる和信号を受信するために前記デスプレッダに接続され、前記ブラインド信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともｋＮ個の異なる和信号を備える混合行列を形成し、結果として得られる階数がＭと少なくとも等しいことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
受信された前記Ｍ個のソース信号の前記Ｍ個の異なる和信号の各々を同相および直交成分のセットに分離するために前記受信アンテナアレイの各アンテナ素子の下流に接続されたそれぞれの同相および直交モジュールをさらに備え、前記ブラインド信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも２Ｎ個の異なる和信号を備える混合行列を形成し、各同相および直交成分のセットが前記混合行列への２つの入力を提供し、結果として得られる階数が２Ｎと少なくとも等しく、２ＮはＭと少なくとも等しいことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することは、知識ベースの信号抽出プロセスおよびブラインド信号分離プロセスのうちの少なくとも１つに基づくことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムの分野に関し、詳細には、コンパクトアンテナアレイと共に動作する多入力多出力（ＭＩＭＯ：ｍｕｌｔｉ−ｉｎｐｕｔ  ｍｕｌｔｉ−ｏｕｔｐｕｔ）受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線通信システムは、送信機において複数のアンテナ素子を含み、受信機において複数のアンテナ素子を含む。それぞれのアンテナアレイは、送信機および受信機においてそれらに関連付けられたアンテナ素子に基づいて、形成される。
【０００３】
アンテナ素子は、環境内のさまざまな散乱オブジェクトの存在により、各々の信号がマルチパス伝搬に遭遇するような、マルチパスの多い環境において使用される。受信アンテナ素子は送信された信号を捕捉し、次いで、信号処理技法が適用されて、送信信号を分離し、ユーザデータを回復する。
【０００４】
信号処理技法は、ブラインドソース分離（ＢＳＳ：ｂｌｉｎｄ  ｓｏｕｒｃｅ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）プロセスにすることができる。分離は、送信信号、送信信号のソース、および伝搬チャネルが送信信号に及ぼす影響に関する限られた情報で行われることが多いので、「ブラインド」である。３つの一般に使用されるブラインド信号分離技法は、主成分分析（ＰＣＡ：ｐｒｉｎｃｉｐａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ａｎａｌｙｓｉｓ）、独立成分分析（ＩＣＡ：ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ａｎａｌｙｓｉｓ）、および特異値分解（ＳＶＤ：ｓｉｎｇｕｌａｒ  ｖａｌｕｅ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。
【０００５】
ＭＩＭＯ通信システムは、送信機と受信機との間の無線リンクの能力を高めることができるという点において有利である。マルチパスの多い環境により、複数の直交チャネルがその間に生成されるようにすることができる。次いで、単一ユーザのデータは、同時に、そして同じ帯域幅を使用して、それらのチャネル上で並行して無線により送信することができる。
【０００６】
現在のＭＩＭＯ通信システムは、形成することのできる直交チャネルの数が減少しないように、空間的に多様なアンテナ素子を使用する。そのような実装に伴う問題は、ＭＩＭＯ通信システムのパフォーマンスが通常、使用されるアンテナ素子の数に比例することである。
【０００７】
アンテナ素子の数の増加は、ＭＩＭＯ通信システムのアンテナアレイのサイズを増大させる。ＭＩＭＯ受信機が小型のポータブル通信装置内で実装される場合、多数のアンテナ素子に使用可能な容積はわずかしかなく、アンテナ素子を通信装置の外部に取り付けることは、ユーザにとって問題となる。
【０００８】
ＭＩＭＯ受信機のよりコンパクトなアンテナアレイを提供するための１つの手法が特許文献１に開示されている。空間的に多様なアンテナ素子を使用する代わりに、偏波ダイバーシティが使用される。狭い間隔で配置されたアンテナ素子が使用されるので、これにより、コンパクトなアンテナアレイをＭＩＭＯ受信機に提供できるようになる。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，８７０，５１５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
たとえ、よりコンパクトなアンテナアレイが提供されたとしても、ＭＩＭＯ通信システムのパフォーマンスは依然として、送信機のアンテナ素子の数と等しいかまたはそれよりも多い受信機のアンテナ素子の数に基づいている。たとえば、特許文献１は、受信アンテナ素子の数が送信アンテナ素子の数と等しいかまたはそれよりも多いことを開示している。
【００１１】
それゆえに、前述の背景技術に照らして、依然として堅牢なＭＩＭＯ通信システムを提供しつつ、ＭＩＭＯ送信機のアンテナ素子の数と比較してＭＩＭＯ受信機のアンテナ素子の数を低減することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による上記および他の目的、特徴、および利点は、送信機と、送信機に接続され、Ｍ個のソース信号を送信するためにＭ個のアンテナ素子を備えた送信アンテナアレイとを備えるＭＩＭＯ通信システムによって提供される。
【００１３】
受信側において、受信アンテナアレイは、受信機に接続され、Ｍ個のソース信号の少なくともＭ個の異なる和信号を受信するためにＮ個のアンテナ素子を備える（ただし、ＮはＭよりも小さい）。信号分離プロセッサは、混合行列が少なくともＭと等しい階数を有するように、Ｍ個のソース信号の少なくともＭ個の異なる和信号を備えた混合行列を形成するために受信機に接続することができる。信号分離プロセッサは、混合行列から所望のソース信号を分離する。
【００１４】
信号分離プロセッサは、ブラインド信号分離プロセッサとすることができる。ブラインド信号分離プロセッサは、主成分分析（ＰＣＡ）、独立成分分析（ＩＣＡ）、および特異値分解（ＳＶＤ）のうちの少なくとも１つに基づいて、混合行列から所望のソース信号を分離することができる。
【００１５】
代替として、信号分離プロセッサは、知識ベースの処理信号抽出プロセスに基づいて、混合行列から所望のソース信号を分離することができる。知識ベースの信号分離プロセスは、ゼロフォーシング（ＺＦ）プロセスおよび最小平均２乗推定（ＭＭＳＥ）プロセスのうちの少なくとも１つに基づいて、混合行列から所望のソース信号を分離することができる。
【００１６】
受信アンテナアレイは、有利なことに、Ｎ個のアンテナ素子でＭ個のソース信号のＭ個の異なる和信号を受信する（ただし、Ｎ＜Ｍ）。Ｎ個のアンテナ素子は、Ｍ個のソース信号のＭ個の異なる和信号を受信するために、少なくともＭ個の異なるアンテナパターンを生成する。受信アンテナアレイにおいてＮ個のアンテナ素子によって受信されたＭ個のソース信号のＭ個の異なる和信号は、混合行列が少なくともＭと等しい階数を有するように混合行列を満たすために使用される。
【００１７】
混合行列の階数は、実際にいくつの信号を分離することができるかを決定する。階数が大きくなれば、より多くの信号を分離することができる。したがって、依然として堅牢なＭＩＭＯ通信システムを提供しつつ、送信アレイのＭ個のアンテナ素子よりも少ない、Ｎ個のアンテナ素子を有するコンパクトなアンテナアレイがＭＩＭＯ受信機によって使用することができる。
【００１８】
いくつかの様々な実施形態の受信アンテナアレイがある。Ｎ個のアンテナ素子は、フェーズドアレイ（ｐｈａｓｅｄ  ａｒｒａｙ）を形成するために相関させることができる。別の実施形態において、Ｎ個の相関されたアンテナ素子は、スイッチドビームアンテナ（ｓｗｉｔｃｈｅｄ  ｂｅａｍ  ａｎｔｅｎｎａ）を形成するために、少なくとも１つの能動アンテナ素子と、最大Ｎ−１個の受動アンテナ素子とを備えることができる。加えて、Ｎ個の相関アンテナ素子のうちの少なくとも２つは、異なる偏波を有することができる。
【００１９】
受信アンテナアレイの他の実施形態は、Ｍ個のソース信号の受信されたＭ個の異なる和信号に関して乗数効果を有することがある。これにより、有利なことに、受信アンテナアレイのＮ個のアンテナ素子の数を増やす必要なく、混合行列の階数をさらに増加させることができる。混合行列の階数を増加させることにより、より多くの信号をブラインド信号分離プロセッサによって分離することができる。
【００２０】
Ｍ個のソース信号の受信されたＭ個の異なる和信号の数に関する乗数効果は、次の１つまたはその組み合わせを使用して達成することができる。アレイ偏位（ａｒｒａｙ  ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）は、ソース信号の追加の和信号を受信するためにアンテナパターンの仰角を変更することを伴う。パス選択は、混合行列を満たすために使用されるソース信号の和信号のすべてが相関され、そして／または統計的に独立するように行なうことができる。信号分割はまた、混合行列をさらに満たすために使用することができる。異なる和信号は、拡散符号を使用して分割することができるか、または同相（Ｉ）と直交（Ｑ）成分に分割することができる。
【００２１】
Ｍ個の１次独立の和信号は、Ｍ個の送信アンテナ素子の完全なＭＩＭＯ実装をサポートするために必要な最小限であるが、Ｍを上回ることの利点がある。たとえば、受信アンテナアレイのＮ個のアンテナ素子のすべてを、Ｍ個の１次独立和信号を受信するように方向付なくてもよい。同様に、受信されたすべての和信号が十分に１次独立ではない。
【００２２】
加えて、妨害する干渉または雑音源がある場合、これらの信号を分離するために追加の混合行列階数が必要となることがある。干渉または雑音源を分離することの別の利点は、結果としてもたらされる信号対雑音比の低減であるが、それによってさらに高いデータレート、より低いエラーレート、および／または伝送電力の低減が可能になる。
【００２３】
上記の２つの理由により、混合行列の階数を、使用可能なチャネルの数に関連付けられるＭよりも増大することが有利である。通常のＭに加えてＬ個の追加の和というこの増加は、さらに堅牢なＭＩＭＯ実装を提供することができる。混合行列を増加するために利用可能な手段に応じて、受信アンテナ素子の数は、依然として古典的なＭＩＭＯのＭよりも少ないか、またはＭ以上に増加されて混合行列階数をＮ＋Ｌ＞Ｍに増大できるようにすることもできる。
【００２４】
本発明の別の態様は、前述のようにＭＩＭＯ通信システムを動作させるための方法を対象としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の好ましい実施形態が示される添付の図面を参照して、本発明について、これからさらに詳細に説明することにする。しかし、本発明は、多くのさまざまな形態で具現することができ、本明細書に示される実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が綿密かつ完全なものとなるよう、また当業者に本発明の範囲を完全に伝達するものとなるように提供されている。同様の番号は全体を通じて同様の要素を示す。
【００２６】
最初に図１を参照して、これからＭＩＭＯ通信システム２０について説明する。ＭＩＭＯ通信システム２０は、送信機３０、送信アンテナアレイ３２、受信機４０、および受信アンテナアレイ４２を備える。当業者には直ぐに理解されるように、送信機３０および受信機３０は、送受信機で置き換えることもできる。結果として、これらそれぞれのアンテナアレイ３２、４２は、双方向データ交換をサポートする。しかし、本発明を説明する目的で、送信機３０と受信機４０に対して参照することにする。
【００２７】
送信アンテナアレイ３２は、Ｍ個のソース信号３４（１）〜３４（Ｍ）を送信するＭ個のアンテナ素子３３（１）〜３３（Ｍ）を含む。アンテナ素子３３（１）〜３３（Ｍ）は、たとえば、空間的に相関させることができる。ソース信号３４（１）〜３４（Ｍ）は、一般に参照番号３４によって参照されることがあり、アンテナ素子３３（１）〜３３（Ｍ）は、一般に参照番号３３によって参照されることがある。
【００２８】
受信アンテナアレイ４２は、Ｍ個のソース信号の少なくともＭ個の異なる和信号を受信するためのＮ個のアンテナ素子４３（１）〜４３（Ｎ）を含み、ＮはＭよりも小さい。Ｎ＜Ｍであるので、以下で詳細に説明するように、依然として堅牢なＭＩＭＯ通信システム２０を実現しつつ、コンパクトアンテナアレイを受信機４０において使用することができる。アンテナ素子４３（１）〜４３（Ｍ）は、一般に参照番号４３によって参照されることがある。
【００２９】
それぞれのアンテナアレイ３２、４２は、環境内のさまざまな散乱オブジェクト（建造物、車両、丘陵など）の存在により、各信号がマルチパス伝搬を被るような、マルチパスの多い環境において使用される。それぞれのパスは、異なる通信チャネルと考えることができる。このように、図１の参照番号５０は、送信およびアンテナアレイ３２、４２の間に複数チャネルをもたらす散乱環境を表している。データは、当分野において知られているように、時空符号化（ＳＴＣ：ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ  ｃｏｄｉｎｇ）伝送法を使用して、送信アンテナアレイ３２から送信される。
【００３０】
Ｍ個のソース信号に加えて、インターフェアラ３７からのＬ個の干渉ソース信号３５が散乱環境５０内に存在し、所望のソース信号の分離を妨げる場合がある。以下でより詳細に説明するように、混合行列を増大するさまざまな手段を有利に使用して、Ｍの階数を超える混合行列を満たすことができる。
【００３１】
受信アンテナアレイ４２は、Ｍ個のソース信号３４のＭ個の異なる和信号を捕捉し、次いで信号を分離するために信号処理技法が適用される。ブラインド信号分離（ＢＳＳ）プロセッサ４４は、混合行列が少なくともＭと等しい階数を持つように、Ｍ個のソース信号の少なくともＭ個の異なる和信号を備える混合行列４６を形成するために受信機４０に接続される。ブラインド信号分離プロセッサ４４は、混合行列４６から所望のソース信号を分離する。
【００３２】
親特許出願で詳細に説明されるように、ブラインド信号分離に属する３つの一般に使用される技法は、主成分分析（ＰＣＡ）、独立成分分析（ＩＣＡ）、および特異値分解（ＳＶＤ）である。信号が何らかの測定可能な特性において独立している限り、そしてそれらの信号の和が相互に１次独立である場合、これらのブラインド信号分離技法のうちの１つまたは複数を使用して、独立または所望のソース信号をソース信号の混合から分離することができる。測定可能な特性は、多くの場合、信号の１次、２次、３次、または４次モーメントの何らかの組み合わせである。
【００３３】
ＰＣＡは、信号を白色化し、１次および２次モーメントを使用し、相関特性に基づいてデータセットを回転させる。ソース信号の信号対雑音比が高い場合、信号分離プロセスはＰＣＡにより停止することができる。
【００３４】
ソース信号の信号対雑音比が低い場合、ＩＣＡは、ソース信号の３次および４次モーメントを伴う統計的属性に基づいてソース信号を分離する。いくつかのソース信号はガウス的であり、それらの３次および４次モーメントは１次および２次モーメントに依存する。ランダム雑音源はガウス的であってもよく、スペクトル拡散信号は、それらの特定の拡散符号以外による復号器にはガウス的に見えるように設計されている。特定の条件下において、中心極限定理により、信号の集約はガウス的に見えることがある。ＩＣＡの手法は、１つのガウス信号を分離することができる。ＩＣＡおよびＰＣＡの代替として、ＳＶＤは、それらの固有値に基づいてソース信号の混合からソース信号を分離する。
【００３５】
ブラインド信号分離プロセッサの代替として、信号分離プロセッサは、知識ベースの処理信号抽出プロセスに基づいて、混合行列から所望のソース信号を分離するために使用することができる。知識ベースの信号分離プロセスは、たとえば、ゼロフォーシング（ＺＦ）プロセスおよび最小平均２乗推定（ＭＭＳＥ）プロセスのうちの少なくとも１つに基づいて、混合行列から所望のソース信号を分離する。
【００３６】
ＭＩＭＯ通信システム２０の受信側におけるさまざまな要素について、これから図２を参照してより詳細に説明する。受信アンテナアレイ４２は、Ｍ個のソース信号３４の少なくともＭ個の異なる和信号を受信するためにＮ個のアンテナ素子４３（１）〜４３（Ｎ）を含み、ＮおよびＭは１よりも大きく、ＮはＭよりも小さい。受信アンテナアレイ４２は、特定の構成に限定されることはない。受信アンテナアレイ４２は、１つまたは複数のアンテナ素子４３を含むことができる。アンテナ素子４３は、たとえば、アンテナアレイがフェーズドアレイまたはスイッチドビームアンテナを形成するように構成することができる。
【００３７】
混合行列４６を構築する目的で、目標は信号の異なる和を作成することである。対象の信号は、本出願のインターフェアラよりも実際に常に低く、それでも分離することができる。目的のこの重要な相違点により、アンテナ素子４３間の距離は、能動および受動ビーム形成アンテナアレイに通常必要とされる特定の分離のものである必要はない。
【００３８】
受信機４０は、Ｍ個のソース信号３４の少なくともＭ個の異なる和信号を受信するために、受信アンテナアレイ４２の下流に接続される。ブラインド信号分離プロセッサ４４は、受信機４０の下流にある。たとえプロセッサ４４が受信機４０とは別に示されているとしても、プロセッサは受信機内に含めることもできる。受信機４０によって受信されたＭ個のソース信号３４の異なる和信号は、混合行列４６を満たすために使用される。次いで、混合行列４６は、プロセッサ６０内の１つまたは複数のブラインド信号分離処理モジュール６２、６４、および６６によって処理される。
【００３９】
ブラインド信号分離処理モジュールは、ＰＣＡモジュール６２、ＩＣＡモジュール６４、およびＳＶＤモジュール６６を含む。これらのモジュール６２、６４、および６４は、ブラインド信号分離プロセッサ４４の一部として構成することができる。ＰＣＡモジュール６２は、受信したソース信号の異なる和信号の１次および２次モーメントに基づいて動作するが、ＩＣＡモジュール６４は同じ信号の３次および４次モーメントに基づいて動作する。ＳＶＤモジュール６６は、受信したソース信号のさまざまな和信号の固有値に基づいて信号分離を行う。
【００４０】
ＰＣＡモジュール６２によって最初に行われる相関処理は、ソース信号の異なる和信号の初期分離行列６８（１）を決定し、次いで、ＩＣＡモジュール６４は、混合行列４６のソース信号を分離するための拡張分離行列６８（２）を決定する。信号がＳＶＤモジュール６６によって分離される場合、分離行列６８（３）もまた、混合行列４６における受信ソース信号の異なる和信号を分離するために決定される。
【００４１】
それぞれ各分離行列６８（１）〜６８（３）から、分離された信号は参照番号４９によって表される。次いで、分離された信号４９は、どの信号が対象となるか、およびどの信号がインターフェアラであるかを決定するために、信号分析モジュール７０による信号分析を受ける。アプリケーション依存の処理モジュール７２は、信号分析モジュール７０からの信号出力を処理する。
【００４２】
どの信号が対象となるものかに関する決定は、必ずしも復号化される最終信号を伴うわけではない。たとえば、アプリケーションは、インターフェアラを識別し、それらを受信ソース信号の異なる和信号から差し引いて、縮減した信号を波形復号器に供給するよう要求することができる。この場合、対象の信号は、最終的には除去されることになる信号である。
【００４３】
混合行列４６の階数は、どれだけ多くの信号を実際に分離することができるかを決定する。たとえば、４の階数を有する混合行列とは、４つのソース信号を分離できることを意味する。理想的には、混合行列４６の階数は、少なくとも信号源の数Ｍと等しくなるべきである。階数が大きくなれば、分離できる信号の数は多くなる。ソースの数Ｍが増大するにつれ、必要とされるアンテナ素子の数Ｎも増大する。背景技術の欄において説明した特許文献１は、受信機におけるアンテナ素子の数Ｎが、送信機におけるアンテナ素子の数Ｍと等しいかまたはそれよりも大きい、つまりＮ≧Ｍであることを開示している。
【００４４】
受信アンテナアレイ４２は、有利なことに、Ｎ個のアンテナ素子３３でＭ個のソース信号３４のＭ個の異なる和信号を受信する（ただし、Ｎ＜Ｍ）。Ｎ個のアンテナ素子４３は、Ｍ個のソース信号のＭ個の異なる和信号を受信するために、少なくともＭ個の異なるアンテナパターンを生成する。受信アンテナアレイ４２においてＮ個のアンテナ素子４３によって受信されたＭ個のソース信号３４のＭ個の異なる和信号は、混合行列４６が少なくともＭと等しい階数を有するように混合行列を満たすために使用される。
【００４５】
前述のように、混合行列４６の階数は、どれだけ多くの信号を実際に分離することができるかを決定する。階数が大きくなれば、それに応じてより多くの信号を分離することができる。したがって、送信アンテナアレイ３２のＭ個のアンテナ素子３３よりも少ない、Ｎ個のアンテナ素子４３を有するコンパクト受信アンテナアレイ４２は、依然として堅牢なＭＩＭＯ通信システム２０を提供しつつ、ＭＩＭＯ受信機４０によって使用することができる。
【００４６】
Ｍ個の１次独立の和信号は、Ｍ個の送信アンテナ素子３４の完全ＭＩＭＯ実装をサポートするために必要な最小限であるが、Ｍを上回ることの利点がある。たとえば、受信アンテナアレイ４２のＮ個のアンテナ素子４３のすべてが、Ｍ個の１次独立の和信号を受信するように方向付けられなくてもよい。同様に、受信された和信号のすべてが十分に１次独立ではない。また、分離されるＭ個の既知の信号ストリームに加えて、信号対雑音比を低下させるＬ個の他の信号がある可能性もある。
【００４７】
したがって、可能であれば、混合行列の階数をＭ＋Ｌに増大させることを利用することは有利である。干渉または雑音源を分離することの別の利点は、結果としてもたらされる信号対雑音比の低減であるが、それによってさらに高いデータレート、より低いエラーレート、および／または送信電力の低減が可能になる。
【００４８】
たとえば、Ｌ個のインターフェアラソース信号３５が存在し、混合行列からの所望のソース信号３４の分離を妨げる場合がある（ただし、Ｌは１よりも大きい）。追加のアンテナ素子を加える必要なく、混合行列の階数の増大が尽きてしまった場合、少なくとも１つの追加のアンテナ素子を加えることで、混合行列の階数を増大させる追加の手段を提供することになる。追加の素子を加えることで、素子の数を古典的なＭＩＭＯの手法のＭよりも小さくしておくことができるか、または素子の数をＭに戻すか、あるいはＭ以上に増大させることもできる。混合行列の階数を増大させることによって達成されるゲインに応じて、たとえ受信アンテナ素子の数が増大するとしても、依然としてそのようにする価値がある場合もある。たとえば、Ｍ個の素子を必要とする階数Ｍ＋Ｌの混合行列は、古典的な処理のＭＩＭＯ受信機を使用するＭ個の素子の実装に対して、優れた実装となることが多いであろう。しかし、本発明を説明する目的で、以下の説明ではＭ個のソース信号にフォーカスすることにする。
【００４９】
いくつかの様々な受信アンテナアレイ４２の実施形態がある。Ｎ個のアンテナ素子４３は、フェーズドアレイを形成するために相関させることができる。別の実施形態において、Ｎ個の相関アンテナ素子４３は、スイッチドビームアンテナを形成するために、少なくとも１つの能動アンテナ素子と、最大Ｎ−１個の受動アンテナ素子とを備えることができる。加えて、Ｎ個の相関アンテナ素子のうちの少なくとも２つは、異なる偏波を有することができる。
【００５０】
受信アンテナアレイ４２の他の実施形態は、Ｍ個のソース信号の受信されたＭ個の異なる和信号に乗数効果を有する。これにより、有利なことに、受信アンテナアレイ４２においてＮ個のアンテナ素子４３の数を増やす必要なく、混合行列４６の階数をさらに増加させることができる。混合行列４６の階数を増加させることにより、ブラインド信号分離プロセッサ４４によってさらに多くの信号を分離することができる。
【００５１】
Ｍ個のソース信号３４の受信されたＭ個の異なる和信号の数に関する乗数効果は、次の１つまたは組み合わせを使用して達成することができる。アレイ偏位は、ソース信号３４の追加の和信号を受信するためにアンテナパターンの仰角を変更することを伴う。パス選択は、混合行列４６を満たすために使用されるソース信号３４の和信号のすべてが相関され、そして／または統計的に独立するように行なうことができる。信号分割はまた、混合行列４６をさらに満たすために使用することができる。異なる和信号は、拡散符号を使用して分割することができるか、または同相（Ｉ）と直交（Ｑ）成分に分割することができる。
【００５２】
受信アンテナアレイのさまざまな実施形態について、これから図３〜図６を参照してより詳しく説明することにする。図３を参照し、アレイ偏位について説明することにする。受信アンテナアレイ１４２は、Ｍ個のソース信号のＮ個の異なる和信号を受信するためにＮ個の初期アンテナパターンを生成するＮ個のアンテナ素子１４３を備える。受信アンテナアレイ１４２はまた、Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの追加の異なる和信号が受信されるように、少なくとも１つの追加のアンテナパターンを生成するためにＮ個の初期アンテナパターンのうちの少なくとも１つの仰角を選択的に変更するための仰角コントローラ１４１を備える。
【００５３】
受信機１４０は、受信アンテナアレイ１４２に接続され、Ｎ個の初期アンテナパターンを使用してＭ個のソース信号のＮ個の異なる和信号を受信し、さらに少なくとも１つの追加のアンテナパターンを使用してＭ個のソース信号の少なくとも１つの追加の異なる和信号を受信する。
【００５４】
ブラインド信号分離プロセッサ１４４は、Ｍ個のソース信号のＮ個の異なる和信号と、Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの追加の異なる和信号とを備える混合行列１４６を形成するために受信機１４０に接続される。混合行列は、追加のアンテナパターンを使用して受信したＭ個のソース信号の追加の異なる和信号の数にＮを加えたものに等しい階数を有する。結果として得られた混合行列１４６の階数は、Ｍに少なくとも等しい。プロセッサ１４４は、混合行列１４６から所望の信号を分離する。
【００５５】
一般に、混合行列の階数の増大に適した信号の和を提供する任意のアンテナアレイ手段は、偏位メカニズムと共に使用することができる。偏位により、アンテナアレイ手段のそれぞれに２つの区別可能で混合行列に使用可能な信号の和が生成されることになる。それゆえに、この技法を使用することにより２倍の乗数効果がある。
【００５６】
アレイ偏位が、アンテナに関連付けられたＫ個の区別可能な領域に分割される場合、Ｋ個の領域の各々は、２つの独立した偏位領域と混合行列へのエントリを提供することができる。たとえば、アンテナアレイがそれ自体でＮ個の和信号を提供することができ、Ｋ個の区別可能な偏向領域がある場合、混合行列における信号の和の数は２ＮＫとなるかもしれない。
【００５７】
パス選択に基づいてＭ個の信号ソースによって提供されるソース信号を分離することについて、図４を参照して論ずる。受信アンテナアレイ２４２は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するために少なくともＮ個のアンテナビームを形成するＮ個の素子２４３を備え、ＮおよびＭは２よりも大きい。
【００５８】
コントローラ２５０は、少なくともＮ個のアンテナビームを選択的に形成するためにアンテナアレイ２４２に接続される。受信機アセンブリ２４０は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためにアンテナアレイ２４２に接続される。ブラインド信号分離プロセッサ２４４は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個までの異なる和信号を備える混合行列２４６を形成するために受信機アセンブリ２４０に接続される。
【００５９】
ブラインド信号分離プロセッサ２４４はまた、Ｍ個のソース信号の異なる和信号が相関されるか、または統計的に独立しているかどうかを判別し、否の場合は、Ｍ個のソース信号の新しい異なる和信号を受信するために異なるビームを形成するコントローラ２５０と連係して、混合行列２４６において相関されていないか、または統計的に独立していないＭ個のソース信号の異なる和信号を置き換える。その結果、混合行列がＭと少なくとも等しい階数を有するように、ソース信号の少なくともＭ個の異なる和信号が受信される。次いで、所望のソース信号は、混合行列２４６から分離される。
【００６０】
レイク受信機は、マルチパスフェーディングの影響に対処するために設計された無線受信機である。これは、個別のマルチパス成分にチューンするため、各々わずかに遅延したいくつかの独立した受信機を使用することにより、これを行う。レイク受信機は、ほとんどのタイプの無線アクセスネットワークによって使用することができる。これは、拡散符号タイプの変調にとって特に有益であることが明らかとなっている。特定の入射信号パスを選択するその能力により、レイク受信機は、ブラインド信号分離プロセッサ２４４に供給されるパスを変更する手段として適している。
【００６１】
前述のようにＮ個のアンテナビームを選択的に形成することは、当業者には直ちに理解されるように、すべての無線アクセスネットワークに適用することができる。ＣＤＭＡシステムの場合、受信機アセンブリ２４０は、Ｎ個のレイク受信機２５６を備える。各レイク受信機２５６は、接続されたそれぞれのアンテナ素子によって受信されるＭ個のソース信号のＮ個の異なる和信号の各々に対してｋ個の異なるマルチパス成分を選択するためのｋ個のフィンガーを備える。この構成において、ブラインド信号分離プロセッサ２４４は、混合行列２４６を形成するためにＮ個のレイク受信機２５６に接続される。混合行列２４６は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号の少なくともｋＮ個までの異なるマルチパス成分を備え、混合行列は最大ｋＮと等しい階数を有する（ただし、ｋＮは少なくともＭと等しい）。
【００６２】
特に、ＣＤＭＡ波形が伝搬するとき、これらはソースから宛先まで複数のパスに遭遇することが多い。レイク受信機２５６は、いくつかの個別のインスタンスを捕捉し、さらに堅牢な信号復号化のためにそれらを合成するよう特別に設計されている。原信号は各パスに沿って伝搬するが、そのプロパティは、パスの固有の特性によって変更される。場合によっては、受信信号の相関および／または統計的なプロパティに対する変更が、分離可能な信号ストリームとして処理できるほどに、十分に大きくなる。変更されたレイク受信機２５６を使用して、各々が変更されたストリームを抽出し、それを混合行列２４６への固有のエントリとして供給することができる。階数を増大させるこの手段は常に利用可能ではないが、最も必要とされるときの高マルチパスの環境において利用可能になる傾向がある。
【００６３】
レイク受信機２５６はさまざまなパスを利用することができるが、任意の変調技術に適用可能なより一般的な手法はビーム形成である。ビーム形成は、所望の信号の増強ならびに所望の信号の除去に使用されるので、これはレイク受信機２５６とは異なる。しかし、この相違点は、除去された信号が実際は、受信機に向けられた信号の別のバージョンであることがある。しかし、受信機アセンブリ２４０は、混合行列２４６を十分な階数まで構築するために、同じ信号のいくつかのこれら固有の伝搬パスのバージョンを検出する必要がある。
【００６４】
信号分割はまた、混合行列Ａをさらに満たすために使用される。１つの手法では、和信号は、拡散符号を使用して分割される。別の手法では、和信号は、同相（Ｉ）および直交（Ｑ）モジュールを使用して分割される。
【００６５】
拡散符号を使用する信号分割について、これから図５を参照して説明することにする。受信アンテナアレイ３４２は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためにＮ個のアンテナ素子３４３を備える。符号デスプレッダ３５０は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を復号化するためにＮ個のアンテナ素子３４３に接続される。Ｎ個の異なる和信号の各々は、それに関連付けられているＭ個のソース信号のｋ個の異なる和信号を提供するためにｋ個の符号を含む。
【００６６】
受信機アセンブリ３４０は、Ｍ個のソース信号の少なくともｋＮ個の異なる和信号を受信するために符号デスプレッダ３５０に接続される。ブラインド信号分離プロセッサ３４４は、Ｍ個のソース信号の少なくともｋＮ個の異なる和信号を備える混合行列３４６を形成するために受信機アセンブリ３４０に接続される。混合行列３４６は、最大ｋＮと等しい階数を有し、結果として得られた階数はＭと少なくとも等しい。ブラインド信号分離プロセッサ３４４は、混合行列３４６から所望のソース信号を分離する。
【００６７】
受信信号の変調に応じて、前述の信号分割は、アンテナ素子の数Ｎを増大させることなく混合行列の階数を増加させるために使用することができる。ＣＤＭＡ  ＩＳ−９５、ＣＤＭＡ２０００、およびＷＣＤＭＡは、拡散符号が使用されるスペクトル拡散通信システムの例である。共通の特徴は、データをより大きい周波数帯域に拡散させるために、固有の符号が各信号と共に処理される。
【００６８】
同じ拡散符号が受信された信号の和（所望の信号、不要な信号、および不明の雑音ソース）と共に処理される。これにより、インターフェアラを広周波数帯域にわたって拡散させつつ、所望の信号をその元の周波数帯域幅に再構築し戻す。
【００６９】
上記でリストしたＣＤＭＡ実装は実際に、同時に同じ周波数帯域を使用する多くの信号ストリームを有する。各信号ストリームは、他のすべての符号に対して理想的に直交する符号を使用する。この条件が復号器において満たされる場合、対象の信号のみが逆拡散されることを意味する。
【００７０】
多くの場合、ＣＤＭＡ信号の間に何らかの相関があり、そのため干渉信号は所望の信号に沿っていくぶん再構築される。これは、個々の信号が被った遅延によることが多く、また信号のマルチパス発生によることもある。不要な信号のいくつか、特にＣＤＭＡの信号は、値が増大する。この増大は、所望の信号に対してはさほど重大とはならないであろうが、それでも全体の雑音値を増大させ、そのため信号対雑音比を減少させることになる。
【００７１】
逆拡散信号の式の形式およびこれら信号自体は、ブラインド信号分離処理の基準を満たす。実際に、逆拡散符号の１つが、受信機アセンブリ３４０によって受信された既知の各信号に個別に適用される場合、ＩＣＡモデル要件を満たす個別の和信号が得られる。
【００７２】
それゆえに、混合行列に利用可能な行エントリが既知の符号と同じくらいある。この場合、もちろんそれらが１次独立の有効数値を生成することを前提としている。適正な状況の下で、これは、符号の数を上回る値まで混合行列の増大を許容する。たとえば、Ｎ個のアンテナ素子およびＭ個の符号は、ＮＭ個の行列の行を提供することができる。
【００７３】
説明の目的で、３つの符号が既知であると仮定し、この３つの既知の符号信号がそれらの直交性を保持しているものとする。符号デスプレッダ３５０において、混合行列Ａは、各ストリームが３つの既知の符号によって逆拡散された後のアンテナストリームにより各々上部３行および下部３行を有する。非対角の０値は、符号の直交性に起因する。列エントリ４、５および６は、同じインデックスの不明の信号の一般的な場合についてものである。
【００７４】
【数１】
2009510840.tif 000003
【００７５】
列エントリ４、５および６に対応する信号は、既知の符号の他のパスのバージョンであっても、あるいは不明の符号の他のセルの信号であってもよい。また、１つの信号はガウス的であってもよく、他の信号は、たとえばリリース４チャネルの単一ガウス信号として現れるように中心極限定理に従ういずれかのＣＤＭＡ信号グループである。言い換えれば、十分な量の非ランダム信号が加算されてガウス信号になる。インターフェアラは、非ガウス信号ソースであるか、またはネットワークに不明の多くても１つのガウス信号であってもよい。
【００７６】
符号デスプレッダ３５０において既知の符号を逆拡散した後、ブラインド信号分離プロセッサ３４４は階数６の混合行列３４６を受信する。６の階数は、３つの符号が既知なので３の係数によって乗算された２つのアンテナ素子に基づいて導出される。
【００７７】
この６つの信号は、ブラインド信号分離プロセッサ３４４に適用され、６の階数を有する混合行列３４６が形成される。ブラインド信号分離プロセッサ３４４は、チャネルによって変更された受信信号ｘ＝Ａｓのみから分離行列Ｗを決定する。ただし、Ａは混合行列である。示されている例において、６つの信号は分離可能である。
【００７８】
ブラインド信号分離プロセッサ３４４は、復号化される信号を選択する。たとえば、インターフェアラ信号はドロップすることができ、所望の信号のすべてのバージョンが選択される。選択された信号は、復調のために復調器モジュールに適用される。復調器は、同じ信号のマルチパスバージョンを合成する周知の等化技術を使用する。
【００７９】
さらに一般的な場合において、簡単のために上記で非対角値が０として示されているが、実際には非ゼロであってもよい。これは、符号化された信号間の相関プロパティが完全ではない場合のより普通のケースであろう。これは、分離された各信号に対する追加の雑音を表す。しかし、先に示したように、行列の階数はこれらの信号を分離するのに十分であり、そのためそれらの値はブラインド信号分離処理後に大幅に低減されることになる。これは、雑音の低減、信号対雑音比の増大、およびシャノンの法則によって示されるようにチャネル容量の増大につながる。
【００８０】
ここで図６を参照すると、アンテナ素子の数Ｎを増やすことなく、混合行列Ａの階数を増加するその他の手法は、受信した混合信号をその同相（Ｉ）と直交（Ｑ）成分に分割することである。コヒーレントＲＦ信号のＩおよびＱ成分は、振幅が同じであるが、位相が９０度隔てられている成分である。
【００８１】
受信アンテナアレイ４４２は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためにＮ個のアンテナ素子４４３を備える。それぞれの同相および直交モジュール４５０は、受信したＭ個のソース信号のＮ個の異なる和信号の各々を同相および直交成分のセットに分割するために各アンテナ素子４４３の下流にある。
【００８２】
受信機アセンブリ４４０は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号に対する少なくともＮ個の同相および直交成分のセットを受信するためにそれぞれの同相および直交モジュール４５０の下流にある。ブラインド信号分離プロセッサ４４４は、Ｍ個のソース信号の少なくとも２Ｎ個の異なる和信号を備える混合行列４４６を形成するために受信機アセンブリ４４０の下流にある。各同相および直交成分のセットは、混合行列４４６への２つの入力を提供する。混合行列４４６は最大２Ｎと等しい階数を有し、ブラインド信号分離プロセッサ４４４は所望のソース信号５１４を混合行列５１２から分離する。
【００８３】
受信した混合信号をＩおよびＱ成分に分離することにより、混合行列のサイズは２倍にまで増える。ＩおよびＱ成分が異なるデータストリームで符号化されている限り、任意のアンテナ素子で受信した混合信号は２つの異なる混合信号に分割することができる。
【００８４】
差分符号化の場合、ＩおよびＱが線形性の要件を満たすかどうか判別するために、変調の性質が分析される必要がある。たとえば、ＧＳＭについて、適切なフィルタリングと共に使用された場合にＧＭＳＫ符号化は線形であると仮定でき、受信機においてあたかもＢＰＳＫ符号化であるかのように処理することができることが示されている。ＢＰＳＫはブラインド信号分離処理の要件を満たすので、前述のＩおよびＱプロセスを使用することができる。
【００８５】
ＩおよびＱ成分は、前述のアンテナアレイの実施形態のいずれかと共に使用して、混合行列Ａを満たすことができる。ＩおよびＱが使用される場合、混合行列Ａは、あたかも２倍のアンテナ素子数が使用されたかのように満たすことができる。アンテナ素子は、無相関、相関、または偏向など、任意のダイバーシティ形態とすることができる。各素子の信号和がＩおよびＱ成分に分割されたＮ個のアンテナ素子は、２Ｎの独立の混合信号和を提供する。その結果、混合行列の階数は２Ｎであり、ここで２Ｎは少なくともＭと等しいかまたはそれよりも大きい。
【００８６】
この機構はまた、信号のより多くの和を作り出すために、アンテナアレイ偏位技法と共に使用することができる。これらの和のそれぞれは、次にＩおよびＱ成分に分割することもできる。ＩおよびＱからの２の係数、Ｎ個のアンテナ素子、およびアンテナアレイのＫ個の偏位領域は、混合行列について２ＫＮの和をもたらす。
【００８７】
本発明の多くの変更形態および他の実施形態が、前述の説明および関連する図面に提示される教示を利用できる当業者に着想されるであろう。それゆえに、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるべきではなく、また変更形態および実施形態は添付の特許請求の範囲に含まれるべく意図されていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明によるＭＩＭＯ通信システムのブロック図である。
【図２】図１に示すＭＩＭＯ通信システムの受信側の要素のより詳細なブロック図である。
【図３】本発明によるブラインド信号分離処理のために信号の異なる和信号を提供するアレイ偏位に基づいて動作するＭＩＭＯ受信機のブロック図である。
【図４】本発明によるブラインド信号分離処理のために信号の異なる和信号を提供するパス選択に基づいて動作するＭＩＭＯ受信機のブロック図である。
【図５】本発明によるブラインド信号分離処理のために信号の追加の和信号を提供する拡散符号に基づいて動作するＭＩＭＯ受信機のブロック図である。
【図６】本発明によるブラインド信号分離処理のために信号の追加の和信号を提供する同相および直交信号成分に基づいて動作するＭＩＭＯ受信機のブロック図である。
【図１】
2009510840.tif 000004
【図２】
2009510840.tif 000005
【図３】
2009510840.tif 000006
【図４】
2009510840.tif 000007
【図５】
2009510840.tif 000008
【図６】
2009510840.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月10日(2008.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と、
前記送信機に接続され、Ｍ個のソース信号を送信するためにＭ個のアンテナ素子を備えた送信アンテナアレイと、
受信機と、
前記受信機に接続され、前記Ｍ個のソース信号の少なくともＭ個の異なる和信号を受信するためにＮ個のアンテナ素子を備え、ＮはＭよりも小さく、受信アンテナアレイと、
混合行列が少なくともＭと等しい階数を有するように、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＭ個の異なる和信号を備えた混合行列を形成するために前記受信機に接続された信号分離プロセッサであって、前記混合行列から所望のソース信号を分離する前記信号分離プロセッサと
を備えたことを特徴とする多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システム。
【請求項２】
Ｌ個のインターフェアラソース信号が存在し、前記混合行列からの前記所望のソース信号の分離を妨げ、Ｌは１よりも大きく、前記混合行列はまた、前記混合行列が少なくともＭ＋Ｌと等しい階数を有するように、前記Ｍ個のソース信号の前記Ｍ個の異なる和信号に加えてＬ個の和だけその階数を増やすことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項３】
前記受信アンテナアレイは、フェーズドアレイを形成するためにＮ個の相関アンテナ素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項４】
前記受信アンテナアレイは、Ｎ個の相関アンテナ素子を備え、前記Ｎ個の相関アンテナ素子は、スイッチドビームアンテナを形成するために少なくとも１つの能動アンテナ素子と、最大Ｎ−１個の受動アンテナ素子とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項５】
前記Ｍ個のソース信号の各和信号は、線形であることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項６】
前記受信アンテナアレイは、Ｎ個の相関アンテナ素子を備え、前記Ｎ個の相関アンテナ素子のうちの少なくとも２つは異なる偏波を有することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項７】
前記異なる偏波は、互いに直交であることを特徴とする請求項６に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項８】
前記受信アンテナアレイは、前記Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためにＮ個の初期アンテナパターンを生成し、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの追加の和信号を受信するために少なくとも１つの追加の異なるアンテナパターンが生成されるように、前記Ｎ個の初期アンテナパターンのうちの少なくとも１つの仰角を選択的に変更するために前記受信アンテナアレイに接続された仰角コントローラをさらに備え、前記混合行列は、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくとも１つの追加の異なる和信号をさらに備え、前記混合行列は、前記追加のアンテナパターンを使用して受信した前記Ｍ個のソース信号の追加の異なる和信号の数にＮを加えたものと等しい階数を有し、結果として得られた階数がＭと少なくとも等しいことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項９】
前記受信アンテナアレイは、前記Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するために少なくともＮ個のアンテナビームを生成し、ＮおよびＭは２よりも大きく、前記少なくともＮ個のアンテナビームを選択的に形成するために前記受信アンテナアレイに接続されたコントローラをさらに備え、前記信号分離プロセッサはまた、
前記Ｍ個のソース信号の前記異なる和信号が相関されるか、または統計的に独立しているかどうかを判別し、否の場合、
前記Ｍ個のソース信号の新しい異なる和信号を受信するための異なるビームを形成するために前記コントローラと連係して、前記階数がＭと少なくとも等しくなるように前記混合行列において相関されるか、または統計的に独立していない前記Ｍ個のソース信号の前記異なる和信号を置き換えることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１０】
前記Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を復号化するために前記Ｎ個のアンテナ素子に接続され、前記Ｎ個の異なる和信号の各々がｋ個の異なる和信号を提供するためにｋ個の符号を含む符号デスプレッダをさらに備え、前記受信機は、前記Ｍ個のソース信号の少なくともｋＮ個の異なる和信号を受信するために前記デスプレッダに接続され、前記信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともｋＮ個の異なる和信号を備えた混合行列を形成し、結果として得られる階数がＭと少なくとも等しいことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１１】
受信された前記Ｍ個のソース信号の前記Ｍ個の異なる和信号の各々を同相および直交成分のセットに分離するために前記受信アンテナアレイの各アンテナ素子の下流に接続されたそれぞれの同相および直交モジュールをさらに備え、前記信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも２Ｎ個の異なる和信号を備えた混合行列を形成し、それぞれの同相および直交成分のセットが前記混合行列への２つの入力を提供し、結果として得られる階数が２Ｎと少なくとも等しく、２ＮはＭと少なくとも等しいことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１２】
前記信号分離プロセッサは、ブラインド信号分離プロセッサを備え、主成分分析（ＰＣＡ）、独立成分分析（ＩＣＡ）、および特異値分解（ＳＶＤ）のうちの少なくとも１つに基づいて前記混合行列から所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１３】
前記信号分離プロセッサは、知識ベースの処理信号抽出プロセスに基づいて前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１４】
前記知識ベースの信号分離プロセスは、ゼロフォーシング（ＺＦ）プロセスおよび最小平均２乗推定（ＭＭＳＥ）プロセスのうちの少なくとも１つに基づいて前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１３に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１５】
前記信号分離プロセッサは、知識ベースの信号抽出プロセスおよびブラインド信号分離プロセスの組み合わせに基づいて前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１６】
多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムを動作させる方法であって、
送信機に接続された送信アンテナアレイからＭ個のソース信号を送信することであって、前記送信アンテナアレイがＭ個のソース信号を送信するためにＭ個のアンテナ素子を備えることと、
Ｎ個のアンテナ素子を備える受信アンテナアレイを使用して、前記Ｍ個のソース信号の少なくともＭ個の異なる和信号を受信することであって、ＮはＭよりも小さいことと、
前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＭ個の異なる和信号を受信機に提供することと、
前記受信機に接続されたブラインド信号分離プロセッサにより前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＭ個の異なる和信号を処理することであって、
混合行列が少なくともＭと等しい階数を有するように前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＭ個の異なる和信号を備える混合行列を形成することと、
前記混合行列から所望のソース信号を分離することと
を備えることと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
Ｌ個のインターフェアラソース信号が存在し、前記混合行列からの前記所望のソース信号の分離を妨げ、Ｌは１よりも大きく、混合行列が少なくともＭ＋Ｌと等しい階数を有するように前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＭ個の異なる和信号に加えてＬ個の追加の和をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記受信アンテナアレイは、フェーズドアレイを形成するためにＮ個の相関アンテナ素子を備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記受信アンテナアレイは、Ｎ個の相関アンテナ素子を備え、前記Ｎ個の相関アンテナ素子は、スイッチドビームアンテナを形成するために少なくとも１つの能動アンテナ素子と最大Ｎ−１個の受動アンテナ素子とを備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記受信アンテナアレイは、Ｎ個の相関アンテナ素子を備え、前記Ｎ個の相関アンテナ素子のうちの少なくとも２つは、異なる偏波を有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記受信アンテナアレイは、前記Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためにＮ個の初期アンテナパターンを生成し、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの追加の和信号を受信するために少なくとも１つの追加の異なるアンテナパターンが生成されるように、前記Ｎ個の初期アンテナパターンのうちの少なくとも１つの仰角を選択的に変更するために前記受信アンテナアレイに接続された仰角コントローラをさらに備え、前記混合行列は前記Ｍ個のソース信号の前記少なくとも１つの追加の異なる和信号をさらに備え、前記混合行列が前記追加のアンテナパターンを使用して受信した前記Ｍ個のソース信号の追加の異なる和信号の数にＮを加えたものと等しい階数を有し、結果として得られた階数がＭと少なくとも等しいことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記受信アンテナアレイは前記Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するために少なくともＮ個のアンテナビームを生成し、ＮおよびＭは２よりも大きく、前記少なくともＮ個のアンテナビームを選択的に形成するために前記受信アンテナアレイに接続されたコントローラをさらに備え、前記ブラインド信号分離プロセッサはまた、
前記Ｍ個のソース信号の前記異なる和信号が相関されるか、または統計的に独立しているかどうかを判別し、否の場合、
前記Ｍ個のソース信号の新しい異なる和信号を受信するための異なるビームを形成するために前記コントローラと連係して、前記階数がＭと少なくとも等しくなるように前記混合行列において相関されていないか、または統計的に独立していない前記Ｍ個のソース信号の前記異なる和信号を置き換えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる和信号を復号化するために前記Ｎ個のアンテナ素子に接続され、前記Ｎ個の異なる和信号の各々がｋ個の異なる和信号を提供するためにｋ個の符号を含む符号デスプレッダをさらに備え、前記受信機は、前記Ｍ個のソース信号の少なくともｋＮ個の異なる和信号を受信するために前記デスプレッダに接続され、前記ブラインド信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともｋＮ個の異なる和信号を備える混合行列を形成し、結果として得られる階数がＭと少なくとも等しいことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
受信された前記Ｍ個のソース信号の前記Ｍ個の異なる和信号の各々を同相および直交成分のセットに分離するために前記受信アンテナアレイの各アンテナ素子の下流に接続されたそれぞれの同相および直交モジュールをさらに備え、前記ブラインド信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも２Ｎ個の異なる和信号を備える混合行列を形成し、各同相および直交成分のセットが前記混合行列への２つの入力を提供し、結果として得られる階数が２Ｎと少なくとも等しく、２ＮはＭと少なくとも等しいことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することは、知識ベースの信号抽出プロセスおよびブラインド信号分離プロセスのうちの少なくとも１つに基づくことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【国際調査報告】
2009510840.tif 000010