(57)【要約】  選択的MIMOシステムにおいて、移動機は１つ又は複数の起こりうる送信モードに対するチャネル品質フィードバックを提供する。移動機はチャネル状況にかかわらず第１モードに対するチャネル品質フィードバックを提供し、１つ又は複数のさらなる送信モードに対するフィードバックを提供するかどうかを、現在のチャネル状況に基づいて決定する。
2009513061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体通信ネットワークにおける受信局で実行される、アップリンクチャネル上のフィードバック負荷を制御する方法であって、
多アンテナ送信局へ、第１のアンテナ構成に対応する第１のダウンリンク送信モードについてのチャネル品質フィードバックを提供するステップと、
性能評価基準を生成するステップと、
前記性能評価基準が第１の閾値を超える場合、１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードについてのチャネル品質フィードバックを前記送信局に提供するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記性能評価基準が、前記第１のダウンリンク送信モードにおいて予期される性能を表すことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記性能評価基準が満たされた場合、さらなるダウンリンク送信モードの各々についてのチャネル品質フィードバックが送信されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記性能評価基準が満たされた場合、さらなるダウンリンク送信モードのうち、指定された最大モードまでの各々についてのチャネル品質フィードバックが送信されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードについてのチャネル品質フィードバックを前記送信局に提供するステップが、
１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードについて予期されるレート増加を算出するステップと、
前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードのうち、前記予期されるレート増加がレート増加閾値を超えるものについてのチャネル品質フィードバックを提供するステップとを有することを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記性能評価基準を生成するステップが、前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードについて性能評価基準を生成するステップを有し、前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードについてのチャネル品質フィードバックを提供するステップが、前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードのうち、対応する性能評価基準が前記閾値を満たすものの各々についてのチャネル品質フィードバックを提供するステップを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記性能評価基準を生成するステップが、前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードについて性能評価基準を生成するステップを有し、前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードについてのチャネル品質フィードバックを提供するステップが、前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードのうち、対応する性能評価基準が前記閾値を満たすものについてのチャネル情報を提供するステップを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記性能評価基準がチャネル品質評価基準又はレート評価基準の一方であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記性能評価基準が、信号と干渉及び雑音の合計との比と、チャネル品質表示の一方を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記性能評価基準が、最初のモードから上位モードへの予期されるレート増加を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記受信局が、複数の連続する干渉除去ステージを含み、前記受信局が前記第１のダウンリンク送信モードに構成されている場合、前記性能評価基準が前記受信局の最初のステージについての信号と干渉及び雑音の合計との比を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
移動体通信ネットワークにおける受信局であって、
リモート局から信号を受信する受信器と、
前記リモート局へ信号を送信する送信器と、
前記受信器及び前記送信器と動作可能に接続され、前記受信器及び前記送信器を制御するコントローラとを有し、
前記コントローラが、
多アンテナ送信局へ、第１のアンテナ構成に対応する第１のダウンリンク送信モードについてのチャネル品質フィードバックを提供し、
性能評価基準を生成し、
前記性能評価基準が第１の閾値を超える場合、１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードについてのチャネル品質フィードバックを前記送信局に提供するように動作することを特徴とする受信局。
【請求項１３】
前記性能評価基準が、前記第１のダウンリンク送信モードにおいて予期される性能を表すことを特徴とする請求項１２記載の受信局。
【請求項１４】
前記コントローラが、前記性能評価基準が満たされた場合、さらなるダウンリンク送信モードの各々についてのチャネル品質フィードバックを提供することを特徴とする請求項１３記載の受信局。
【請求項１５】
前記コントローラが、前記性能評価基準が満たされた場合、さらなるダウンリンク送信モードのうち、指定された最大モードまでの各々についてのチャネル品質フィードバックを提供することを特徴とする請求項１３記載の受信局。
【請求項１６】
前記コントローラがさらに、１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードについて予期されるレート増加を算出し、前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードのうち、前記予期されるレート増加がレート増加閾値を超えるものについてのチャネル品質フィードバックを提供することを特徴とする請求項１３記載の受信局。
【請求項１７】
前記性能評価基準を生成するステップが、前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードについて性能評価基準を生成するステップを有し、前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードについてのチャネル品質フィードバックを提供するステップが、前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードのうち、対応する性能評価基準が前記閾値を満たすものについてのチャネル品質フィードバックを提供するステップを有することを特徴とする請求項１２記載の受信局。
【請求項１８】
前記性能評価基準を生成するステップが、前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードについて性能評価基準を生成するステップを有し、前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードについてのチャネル品質フィードバックを提供するステップが、前記１つ又は複数のさらなるダウンリンク送信モードのうち、対応する性能評価基準が前記閾値を満たすものについてのチャネル情報を提供するステップを有することを特徴とする請求項１２記載の受信局。
【請求項１９】
前記性能評価基準がチャネル品質評価基準又はレート評価基準の一方であることを特徴とする請求項１２記載の受信局。
【請求項２０】
前記性能評価基準が、信号と干渉及び雑音の合計との比と、チャネル品質表示の一方を含むことを特徴とする請求項１９記載の受信局。
【請求項２１】
前記性能評価基準が、最初のモードから上位モードへの予期されるレート増加を含むことを特徴とする請求項１９記載の受信局。
【請求項２２】
前記受信局が、複数の連続する干渉除去ステージを含み、前記性能評価基準が前記受信局の最初のステージについての信号と干渉及び雑音の合計との比を含むことを特徴とする請求項１２記載の受信局。
【請求項２３】
移動体通信ネットワークにおける基地局であって、
１つ又は複数のリモート局について、ダウンリンクチャネルに関連する状況に基づくフィードバック閾値を生成するように構成されるコントローラと、
前記リモート局から多アンテナ送信局で受信されるチャネル品質フィードバックの量を制御するため、前記フィードバック閾値を前記リモート局の１つ又は複数に送信するように構成される送信器とを有することを特徴とする基地局。
【請求項２４】
前記コントローラが、前記移動体通信ネットワークのシステム容量及びリソース利用率の少なくとも一方に基づいて前記フィードバック閾値を生成することを特徴とする請求項２３記載の基地局。
【請求項２５】
前記送信器がさらに、前記リモート局から受信されるチャネル品質フィードバックの量を制御するため、前記リモート局の１つ又は複数に最大モードインジケータを送信するように構成されることを特徴とする請求項２３記載の基地局。
【請求項２６】
前記送信器がさらに、前記リモート局から受信されるチャネル品質フィードバックの量を制御するため、前記リモート局の１つ又は複数にレート増加閾値を送信するように構成されることを特徴とする請求項２３記載の基地局。
【請求項２７】
移動体通信ネットワークにおいて、基地局で１つ又は複数のリモート局から受信するチャネル品質フィードバックの量を制御するための方法であって、
基地局と１つ又は複数のリモート局との間のダウンリンクチャネルに関連する状況に基づいてフィードバック閾値を生成するステップと、
前記リモート局から多アンテナ送信局で受信されるチャネル品質フィードバックの量を制御するため、前記フィードバック閾値を前記リモート局の１つ又は複数に送信するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２８】
前記フィードバック閾値を生成するステップが、前記移動体通信ネットワークのシステム容量及びリソース利用率の少なくとも一方に基づいて前記フィードバック閾値を生成するステップを有することを特徴とする請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
前記リモート局から受信されるチャネル品質フィードバックの量を制御するため、前記リモート局の１つ又は複数に最大モードインジケータを送信するステップをさらに有することを特徴とする請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
前記リモート局から受信されるチャネル品質フィードバックの量を制御するため、前記リモート局の１つ又は複数にレート増加閾値を送信するステップをさらに有することを特徴とする請求項２７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多入力、多出力(MIMO)通信システムに関し、特にはMIMOシステムにおけるフィードバックを制限するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、WCDMAシステムの高速ダウンリンクパケット(HSDPA)チャネルにおけるデータレート向上のため、多入力、多出力(MIMO)システムが非常に注目を集めている。MIMOシステムは、送信器及び受信器で多数のアンテナを用いて情報の送信及び受信を行う。受信器は信号の空間的な広がり(spatial dimensions)を有効に利用できるため、帯域を増加させることなくスペクトル効率及びデータレートの向上を達成することができる。多くの注目を集めているMIMOアーキテクチャの１つは、PARC(Par Antenna Rate Control)アーキテクチャである。PARCシステムにおいて、送信される情報は多数のストリームに分割される。各ストリームは独立して符号化及び変調された後、個々の送信アンテナから送信される。符号化レートは信号と干渉及び雑音の合計との比(SINR)に依存する。
受信器では、各ストリームを連続的に復号化するため、連続的干渉除去(SIC)が用いられる。
【０００３】
従来のPARCシステムでは、送信アンテナ数は固定であり、常に全ての送信アンテナを用いて移動機へデータを送信している。しかし、１つの構成がいかなる動作状況においても最良であることはない。全数よりも少ない送信アンテナを用いた方が望ましい状況も存在するだろう。例えば、通信チャネルの信号対雑音比が低い場合、通信チャネルが高度に分散している場合、アンテナ間に大きな相関が存在する場合、受信器のアンテナ数が送信器より少ない場合には、全数よりも少ない送信アンテナを用いることが望ましいであろう。さらに、ユーザの数及び構成もアンテナ選択に影響しうる。一般に、ある特定の送信モードについて、通信チャネルの状況、ユーザの構成(mix)及び／又は受信器構成に基づいて選択的に送信アンテナを選ぶことにより、性能を向上させることができる。このプロセスを本明細書ではアンテナ選択(antenna selection)と呼ぶ。
【０００４】
スケジューリング時点で用いられるであろうリソース割り当ての知見を基地局が有しているため、WCDMAシステムにおけるHSPDAチャネルについては、基地局がアンテナ選択を制御することが好ましい。さらに、各ユーザ向けの待ち行列にあるデータの知見は、アンテナ選択に影響するが、その知見は基地局のみが有している。しかし、基地局でアンテナ選択を行うとすると、移動機から基地局へチャネル状況をフィードバックする必要があり、チャネルフィードバックの量はユーザ数に比例する。多数のユーザが存在する場合、フィードバックの量が増えすぎ、他のアップリンクチャネルの品質及び信頼性に悪影響を与えるかもしれない。そのため、性能を犠牲にすることなく、フィードバックの量を可能な限り最小化することが望ましい。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、アンテナ選択を用いるMIMOシステムを非限定的に含む移動体通信ネットワークにおいて、チャネル品質フィードバックの量を制御するための方法及び装置を提供する。送信局（典型的には基地局）は、送信モード、即ち送信する情報ストリームの数を決定し、受信局（典型的には移動機）は、各モードに対するアンテナ選択を決定する。基地局のスケジューラが１つ又は複数の受信局をスケジュールできるよう、受信局はチャネル品質フィードバックを送信局に提供する。
【０００６】
フィードバック負荷を制御するため、基地局にフィードバック制御機構が実装される。移動機は、チャネル状況とは無関係に、第１の送信モードについてのチャネル品質フィードバックを送信する。より上位のモードについてのチャネル品質フィードバックは、現在のチャネル状況次第である。本発明に係るフィードバック制御は、基地局がフィードバック負荷を制御するために修正可能な閾値を用いて実施することができる。閾値は、全ての移動機が監視している同報チャネル上で移動機に送信されても良い。基地局から受信した閾値に基づいて、移動機は上位送信モードについてのチャネル品質フィードバックを基地局に送信すべきか否かを決定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、第１局１２及び第２局１４を含む多入力／出力(MIMO)無線通信システム１０を示している。第１局１２は、通信チャネル１６上で第２局１４に信号を送信するための送信器１００を含み、一方で第２局１４は、第１局１２から送信された信号を受信するための受信器２００を含んでいる。なお、本技術分野に属する当業者は、双方向通信のために、第１局１２及び第２局１４の各々が、送信器１００と受信器２００の両方を備えうることを理解するであろう。一つの例示的な実施形態において、第１局１２は無線通信ネットワーク内の基地局であり、第２局１４は移動機である。本発明はＷＣＤＭＡシステムにおける高速ダウンリンクパケットアクセス(HSPDA)チャネル上で基地局１２から移動機１４へデータを送信するために特に有用である。
【０００８】
バイナリーデータストリーム形式の情報信号I(t)は、第１局１２の送信器１００に入力される。送信器はコントローラ１０１及び送信信号処理回路１０３を含んでいる。コントローラ１０１は送信器１００の動作を制御すると共に、共用ダウンリンクチャネル上でデータを受信する移動機１４をスケジューリングする。送信信号処理回路１０３は誤り訂正符号化(error coding)を実行し、入力ビットを複素変調シンボルへマッピングし、さらに各送信アンテナ１５０用の送信信号を生成する。送信信号は独立していても、部分的もしくは全体的に重複していても良い。上方周波数変換、フィルタリング及び増幅の後、送信器１００は個々の送信アンテナ１５０から通信チャネル１６を通じて送信信号を移動機１４へ送信する。ここで説明する例示的な実施形態において、利用可能な送信電力は全てのアクティブな送信アンテナ１５０に対して均等に割り当てられる。
【０００９】
第２局１４の受信器２００は、各アンテナ２５０で受信した信号を復調及び復号化する。受信器２００は受信器２００の動作を制御するコントローラ２０１と、受信信号処理回路２０３を含んでいる。受信信号処理回路２０３は第１局１２から送信された信号を復調及び復号化する。ビット誤りがなければ、受信器２００からの出力信号は送信器１００での元の情報信号入力I(t)に等しくなるであろう。受信器２００は、例えば、合成信号に含まれる複数の信号を連続的に復号化する連続的干渉除去(SIC)受信器を備えていても良い。異なる複数のアンテナ１５０から並行して多数のデータストリームが送信されるので、必要な帯域を増やすことなく、システムに追加されたアンテナ１５０，２５０の組毎にスループットが線形的に増加する。高いスペクトル効率、つまりは高いデータレートを実現しうるため、MIMOシステムは無線通信ネットワークでの利用に関して世界中で広く研究活動の対象となっている。
【００１０】
図２は、PARC(Par Antenna Rate Control)アーキテクチャに基づくMIMOシステムのための例示的な送信器１００を示す。PARCは、システム容量を増加するために無線通信システムで用いられている多ストリーム送信技術である。送信器１００は、元の情報ビットストリームＩをＭのビットストリーム{b1(t), b2(t),..bM(t)}に分割するデマルチプレクサ１０２と、各ビットストリーム用の符号化及び変調回路１０４と、複数のアンテナ１５０とを有する。各ビットストリーム{b1(t), b2(t),..bM(t)}用の符号化及び変調回路１０４は、ビットストリーム{b1(t), b2(t),..bM(t)}を符号化する符号化器１０６と、ビットストリーム{b1(t), b2(t),..bM(t)}を複数のサブストリームにさらに分割する複数のデマルチプレクサ１０８と、各サブストリームを信号配置（コンステレーション）上の点にマッピングする複数のシンボルマッパー１１０と、選択された拡散符号を各サブストリームに適用する複数の信号拡散器１１２と、複数のサブストリームを再結合して送信用の送信信号{x1(t), x2(t),..xM(t)}を生成する結合器１１４とを有している。送信信号{x1(t), x2(t),..xM(t)}は、同時に送信される他の１つ又は複数の信号um(t)であって、複数の専用チャネル及び複数の制御チャネルに加え、共通パイロットチャネルを含む信号um(t)と、結合器１１６によってさらに結合されても良い。各ビットストリーム{b1(t), b2(t),..bM(t)}用の複数の符号化器１０６は、元の情報ビットを様々なレートで符号化する。レートは受信器２００からフィードバックされるチャネル品質インジケータ(CQI)に依存する。各符号化器１０６から出力される符号化信号はデマルチプレクサ１０８によってＫのサブストリームに分割される。各サブストリームは、Ｋのシンボルマッパー１１０の１つにより、複数のシンボルにマッピングされ、Ｋの拡散符号の１つを用いて信号拡散器１１２により拡散される。Ｋの拡散符号は異なる複数の変調回路１０４について再利用されても良い。結合器１１４は各信号拡散器１１２からのＫの拡散信号を再結合する。図２に示すPARC手法において、符号化信号の数と送信アンテナ１５０の数は等しい。しかし、用いる送信アンテナ１５０の数はスケジュールのインターバル毎に変わりうる。さらに、使用される送信アンテナ１５０のサブセットは、アンテナ選択により最適化されうる。
【００１１】
図３は、MIMOシステム１０用の例示的なSIC受信器２００を示す。SIC受信器２００は逆拡散回路２０５及び複数の復号化ステージ２１０とを有する。逆拡散回路２０５は各受信アンテナ２５０から受信した合成信号を逆拡散する。図４に示す逆各三部２０５をSIC受信器２００の逆拡散回路２０５として用いることができる。各受信アンテナ２５０で受信した合成信号は、Ｍの送信アンテナ１５０から送信されたＭの対象信号(signal of interest)を含んでいる。各復号化ステージ２１０は、送信アンテナ１５０のそれぞれから送信された１つの対象信号を復号化する。復号化順序の選択は、基地局により通知されても良いし、移動機の直近のフィードバックに基づいて予め定められても良い。マルチプレクサ２４６は、信号復号化ステージ２１０の各々から出力される復号化信号を結合し、元のシリアル情報ストリームI(t)の推定^I(t)を生成する。
【００１２】
逆拡散回路２０５から出力される逆拡散信号は、最初の信号復号化ステージ２１０に入力される。各後段の信号復号化ステージ２１０への入力は、それぞれの前段の信号復号化ステージ２１０によって提供される。各信号復号化ステージは復号化回路２２０及び干渉除去回路２４０を含む。復号化回路２２０は対象信号の１つを復号化する。このように、信号復号化ステージ２１０の数は、使用される送信アンテナ１５０の数に等しい。最終段の復号化ステージを除く各復号化ステージ２１０における干渉除去回路２４０は、自分への入力信号から復号化信号を除去して、後段の信号復号化ステージ２１０への入力信号を生成する。従って、復号化信号は各信号復号化ステージ２１０において連続的に除去され、最終段の信号復号化ステージ２１０には、ただ１つの対象信号が到達する。最初のＭ−１のステージに対する入力信号は合成信号であるのに対し、最終段の復号化ステージ２１０への入力信号は１つの対象信号のみを含む。この最後の入力信号は、干渉除去によって完全には除去されなかった、既に検出された対象信号に起因する残差干渉によって破損しているかもしれない。
【００１３】
図４は、受信器２００用の例示的な逆拡散回路２０５を示す。逆拡散回路２０５は複数の相関器バンク２１２及び複数のサンプリング部２１６を有する。各相関器バンク２１２は、Ｋの拡散符号の１つに同調され、複数の受信アンテナ２５０にまたがる複数の相関器２１４を有する。複数の相関器２１４はRAKEフィンガーとしても知られている。フィンガー配置プロセッサ２１８は、従来の単独アンテナGRAKE受信器と同様の方法で、各相関器バンク２１２を構成するRAKEフィンガーのフィンガー遅延を選択する。例えば、フィンガー配置プロセッサ２１８は、GRAKE結合回路２２２の出力における信号と干渉及び雑音の合計との比(SINR)を最大化するようにRAKEフィンガーを配置することができる。そして、サンプリング部２１６はシンボル間隔でRAKEフィンガー出力をサンプリングし、i番目のシンボル間隔毎にymk(i)で表される複数の逆拡散ベクトルを生成する。添字ｋは符号チャネルを表し、添字ｍはSIC受信器のｍ番目のステージを表す。最初のステージ(m=1)について、逆拡散ベクトルymk(i)は、Ｍの送信アンテナ１５０からｋ番目の符号チャネル上で送信されたＭの符号化信号の合成物(composite)を表す。
【００１４】
図５は、ｍ番目のステージ用の例示的な復号化回路２２０を示す。以下において、ｍ番目のステージは、送信器１００に用いられた特定のアンテナサブセット選択のｍ番目の送信アンテナ１５０と関連付けられていることが分かる。例示的な復号化回路２２０は、符号障害相関(impairment correlation)及び、必要に応じて符号相互相関を考慮するGRAKE結合を用いるが、従来のRAKE結合を用いても良い。復号化回路２２０は、各々がｍ番目のアンテナに適合されたＫのGRAKE結合器２２２と、Ｋのソフト値(soft value)生成器２２４、パラレルシリアル変換器２２６、及び復号化器２２８を有する。Ｋの符号化チャネルの各々に対して、１つのGRAKE結合器２２２及び１つのソフト値生成器２２４が存在する。GRAKE結合器２２２の各々は、結合重みベクトルwmk(i)を用いて逆拡散ベクトルymk(i)を結合し、データサブストリームの１つに対応するGRAKE出力信号zmk(i)を生成する。ソフト値生成器２２４の各々は、符号化ビットに対応するソフト値dmk(t)のストリームを生成する。
【００１５】
結合重みベクトルwmk(i)はRAKEプロセッサ２３０によって算出される。RAKEプロセッサ２３０はチャネル推定器２３２、障害相関推定器２３４、結合重み計算器２３６、及びSINR計算器２３８を有する。チャネル推定器２３２は障害推定器２３４及び結合重み計算器２３６用のチャネル推定を生成する。障害相関推定器２３４は、チャネル推定及び拡散符号に基づいて、結合重み計算器２３６に用いられる障害相関を計算する。結合重み計算器２３６は、障害相関推定器２３４により与えられる障害相関と、チャネル推定器２３２により与えられるチャネル推定に基づいて、結合重みを求める。ｍ番目の送信アンテナ１５０及びｋ番目のマルチコードについての結合重みベクトルwmk(i)は、以下の式によって与えられる。
【００１６】
【数１】
2009513061.tif 000003
【００１７】
ここで、Rym(k,i)はｍ番目のステージについての障害共分散行列であり、hmk(i)はｍ番目の送信アンテナ１５０からのチャネルの純応答(net response)ベクトルである。障害共分散行列Rym(k,i)は、シンボル間干渉(ISI)及び符号再利用に起因するマルチアクセス干渉(MAI)を低減するため、データサブストリームdmk(t)の拡散に用いられる拡散符号間の相互相関を考慮する。図５に示す実施形態では、連続的な干渉除去により、障害共分散行列Rym(k,i)は復号化ステージ２１０の各々に対して異なっている。順応等ベクトルhmk(i)もまた、送信アンテナ１５０毎に変化するであろうから、RAKE結合重みも送信アンテナ１５０毎に異なることになる。SINR計算器２３８は、以下に説明するように、障害共分散行列Rym(k,i)及び純応答ベクトルhmk(i)に基づいて１つ又は複数の送信モードについてＳＩＮＲを推定する。上述の説明において、純応答、障害共分散及び結合重みは全て、所望のシンボルの拡散符号の関数である。所望のシンボルの拡散符号を平均し、符号に依存しない純応答、障害共分散及び結合重みを得ることも可能である。
【００１８】
GRAKE出力信号zmk(i)はソフト値生成器２２４のそれぞれに供給される。ソフト値生成器２２４の各々は対応するGRAKE出力信号zmk(i)を受信し、ソフト値dmk(t)を生成する。ソフト値はパラレルシリアル変換器２２６に入力され、パラレルシリアル変換器２２６は並列のソフト値ストリームを１つのシリアルソフト値ストリーム^dm(t)に変換する。合成ソフト値ストリーム^dm(t)は、ｍ番目の送信アンテナ１５０からの対象信号に対応する復号化ビットストリーム^bm(t)を得るため、復号化器２２８に入力される。２番目のパラレルシリアル変換器２４６はマルチプレクサとして機能する。パラレルシリアル変換器２４６は全ての送信アンテナ１５０に対する復号化ビットストリーム^bm(t)を受信し、元の情報ストリームI(t)の推定^I(t)を出力する。
【００１９】
MIMOシステムにおいては、移動機１４への送信に利用可能な送信アンテナ１５０の全てを用いることがよいとは限らない。全てよりも少ない送信アンテナ１５０を用いて移動機１４に送信した方がよい状況もあるだろう。送信アンテナ１５０の数を選択的に変化させることで、いくらかの改善が実現できるだろう。使用する送信アンテナ１５０の数を決定するプロセスを、ここではモード選択と呼ぶ。本明細書において送信モードとは、移動機１４に情報を送信するために用いられる送信アンテナ１５０又はストリームの数を意味する。PARCの場合、送信アンテナ１５０とストリームの数は一対一で対応する。送信モードはモードｎとして指定され、ｎは送信アンテナ１５０の数である。従って、モード２は２つの送信アンテナ１５０を用いる送信モードを指す。利用可能な送信アンテナ１５０の全数よりも少ない数を用いる送信モードについて、移動機１４にデータを送信するための送信アンテナ１５０の「最良」なサブセットを選択すべきである。ここで、データ送信レートを最大化する送信アンテナ１５０のサブセットは、「最良」の１つの解釈である。使用する送信アンテナ１５０のサブセットを決定するプロセスは、アンテナ選択として知られる。選択的に変更可能な送信モードを有するMIMO送信方法を、選択的MIMOと呼ぶ。
【００２０】
モード選択及びアンテナ選択は基地局１２のコントローラ１０１又は移動機１４のコントローラ２０１で、或いは基地局コントローラ１０１及び移動機コントローラ２０１で分割して実行することができる。モード選択及びアンテナ選択の両方が基地局コントローラ１０１で実行される場合、移動機コントローラ２０１は可能性のある全モードに対し、可能性のある全てのアンテナの組み合わせについてSINRをフィードバックする必要があるだろう。その代わりに、移動機コントローラ２０１は、移動機１４でのSINRを対応するCQI値にマッピングすることで得られる、チャネル品質インジケーション(CQI)をフィードバックしてもよい。CQIは本質的には量子化されたSINRである。フィードバックの量は、使用されている送信アンテナ１５０の数に依存する。例えば送信アンテナ１５０の数が４であれば、移動機１４は、４つのモード１アンテナ組の各々に対して１つのCQI、６つのモード２アンテナ組の各々に対して２つのCQI、４つのモード３アンテナ組の各々に対して３つのCQI、１つのモード４アンテナ組に対して４つのCQIと、合計３２のCQI値をフィードバックする必要があるだろう。
【００２１】
フィードバックの量は、起こりうるモードの各々に対するアンテナ１５０の最良の組み合わせを移動機コントローラ２０１に選択させ、送信モードを基地局コントローラ１０１に選択させることで削減できるだろう。この場合、移動機コントローラ２０１は各送信モードに対し、レートを最大化する送信アンテナ１５０の組み合わせを求め、各モードに対して選択したアンテナ１５０についてのSINR又はCQIをフィードバックする。ここでも送信アンテナ１５０が４つである例を用いると、この方法によれば移動機コントローラ２０１はモード１に対して１つのCQI、モード２に対して２つのCQI、モード３に対して３つのCQI、モード４に対して４つのCQIの、合計１０のCQIをフィードバックする必要がある。加えて、移動機コントローラ２０１は各モードについてのアンテナ選択をフィードバックする必要があるだろう。
【００２２】
フィードバックの量は、低位モードに対するアンテナの組み合わせを、上位モードに対するアンテナの組み合わせのサブセットに制約することによってさらに削減することができる。この制約は、2004年5月7日に出願され、その内容を参照によって本明細書に組み入れる米国特許出願第10/841911号に記載されており、この制約をここではサブセットプロパティと呼ぶ。
ここでも送信アンテナ１５０が４つであるとすると、モード１に対してアンテナ３が選択されていれば、モード２の組み合わせはアンテナ３を必ず含む。従って、モード２に対して取りうる組み合わせは、{1, 3}、{2, 3}、及び{3, 4}を含む。ここで、モード２に対するアンテナ選択が{1, 3}であるとする。移動機コントローラ２０１はモード３に対して考慮するアンテナの組み合わせを、アンテナ１及び３を含む組み合わせ、つまり{2, 1, 3}及び{4, 1, 3}に制限される。より上位のモードについて、移動機コントローラ２０１はアンテナのただ１つの組み合わせを考慮すればよい。モード３に対する最良のアンテナの組み合わせが{2, 1, 3}である場合、移動機１４はモード４に対するアンテナの組み合わせとして、ただ１つの組み合わせ、すなわち{4, 2, 1, 3}を考慮すればよい。移動機コントローラ２０１がモード４に対するアンテナ選択をフィードバックする場合、基地局１２は下位モードに対するアンテナ選択を推定することができる。従って、ただ１つのアンテナ選択インジケータのみを基地局１２へフィードバックすればよい。以下の説明から明らかになるであろう理由により、アンテナ選択は復号化の順序も表す。
【００２３】
アンテナ選択におけるサブセットプロパティの利用が性能に与えるインパクトは小さいが、フィードバックの大幅な削減をもたらす。以下の表１は、上述のアンテナ選択を仮定してサブセットプロパティを用いた場合の、SIC受信器２００における各ステージについてのSINRの汎用形式を示す。
【００２４】
【数２】
2009513061.tif 000004
【００２５】
サブセットプロパティからの直接的な結果であるＳ３≧Ｓ１≧Ｓ２≧Ｓ４という関係から、モード１に対するSINRが最大であること、以下でさらに検討するように、ダウンリンク送信モードに対する第１ステージのSINRが最低位から最上位モードの順で単調減少することが容易に理解できる。モード１については、送信器１２から移動機１４へただ１つのデータサブストリームが送信される。従って、SINRは、アンテナ３からのデータ信号の電力（Ｓ３と表記される）を、雑音電力Ｎで除すこと、すなわちＳ３／Ｎによって得られる。モード２については、送信器１２から移動機１４へ２つのデータストリームが送信される。これらの信号は、強度と逆の順番で復号化される。従って、SIC受信器２００の最初のステージにおいて、アンテナ１からの信号が復号化され、次いでアンテナ３からの信号が復号化される。SIC受信器２００の最初のステージにおいて、アンテナ３からの信号はアンテナ１からの信号への干渉を生成する。従って、モード２について、SIC受信器３０の最初のステージ２１０におけるSINRは、以下の式で与えられる。
【００２６】
【数３】
2009513061.tif 000005
【００２７】
SIC受信器２００の２番目のステージにおいて、アンテナ３からの信号が復号化されるが、アンテナ１からの信号は除去されているので、干渉を与えない。従って、アンテナ３からの信号のSINRは以下の式で与えられる。
【００２８】
【数４】
2009513061.tif 000006
【００２９】
モード２の、受信器２００の２番目のステージにおけるSINRは、モード１の最初のステージにおけるSINRに、モード２においては２つの送信アンテナ１５０で送信電力を等しく分割しているという事実に対応するための倍率を適用したものと等しい。
【００３０】
同様に、モード３では３つのストリームが３つのアンテナ１５０から送信され、モード４では４つのストリームが４つのアンテナ１５０から送信される。同様の推論に従い、任意のモードに対する、最初のステージのSINRを除く全てのSINRは、低位モードについての最初のステージのSINRと関連がある。この特性は、アンテナ選択をサブセット特性に強制的に従わせたことの直接の結果である。従って、移動機１４は各送信モードについての最初のステージのSINRと、復号化順序を示すアンテナ選択インジケータとをフィードバックするだけでよい。そして、基地局１２は、そのモードで用いられるアンテナの数で電力を等分した値となるように、最初のステージのSINRを変倍することにより、各モードの各ステージに対するSINRを構成することができる。その後、基地局１２は、各ステージに対して構成されたSINRを、実際のリソース割り当てに従って調整し、最大のデータレートをサポートする送信モードを決定することができる。
【００３１】
サブセット特性が上述のように用いられるとすると、フィードバックは、４つのSINR又はCQIと、１つのアンテナ選択インジケータとに削減される。復号化順序はＭの整数の順列であり、それぞれの送信アンテナ１５０からの信号を、起こりうるモードの各々について復号化すべき順序を示す。起こりうる復号化順序はＭ！通りなので、復号化順序のフィードバックはceil(log2 (M!))=5ビット（Ｍ＝４の場合）を必要とする。
【００３２】
通常、基地局１２のスケジューラは、最良のチャネル状況を有するユーザを好むであろう。従って、有利なチャネル状況を有するユーザは、不利な状況を有するユーザよりもスケジュールされる可能性がずっと高いであろう。例外は、例えば全ユーザがサービスを受けることを保証するために公平な基準が用いられる場合に起こりうる。スケジュールされる可能性の低いユーザからチャネル品質情報をフィードバックすることの利点は少ない。しかし、ユーザがスケジュールの争いに残っている場合には、そのユーザが不利な状況にあっても、いくらかのチャネル品質フィードバックが必要となるかもしれない。別のシナリオにおいて、チャネル品質情報をフィードバックするコストは、有利な状況を有するユーザについてさえも、利益を上回るかもしれない。例えば、上位送信モードに対して予期されるデータ送信レートの増加が無視できる場合には、上位送信モードについてのチャネル品質情報に利点はないであろう。この場合、低位送信モードについてのみ情報をフィードバックすることにより、性能に目に見える影響をあたえることなく、フィードバック負荷を大幅に削減することができるであろう。
【００３３】
本発明の第１の見地によれば、フィードバック制御機構は、移動局１４からのフィードバック負荷を制御するため、基地局１２におけるコントローラ１０１によって実施することができる。フィードバック負荷を制御するために基地局１２におけるコントローラ１０１によって修正可能な閾値の利用を通じて、フィードバック制御を実行することができる。閾値は移動機１４の全てが監視する同報チャネル上で移動機１４に送信することができる。基地局１２から受信した閾値に基づき、移動機１４は基地局１２へ送信するフィードバックの量を決定する。移動機１４は、チャネル状況に関わらず、モード１についてのチャネル品質フィードバックを送信しても良い。上位モードについてのチャネル品質フィードバックは、性能測定基準と閾値との比較に基づく。従って、上位モードについてのフィードバックは、現在のチャネル状況に依存する。
【００３４】
ある例示的な実施形態において、移動機１４は１つのアンテナを用いる送信モード（すなわち、モード１）に対するチャネル品質フィードバックを常に提供する。移動機１４が上位送信モード（すなわち、送信モード２〜Ｍ）についてのフィードバックを送信するかどうかは、閾値に依存する。例えば、本発明の一実施形態において、基地局１２はSINR閾値を移動機１４へ送信する。HSDPAチャネルを共用する複数の移動機１４は１つのアンテナを用いる送信モードについてのSINRをSINR閾値と比較する。１つのアンテナを用いる送信モードについて算出されたSINRが閾値を超える場合、移動機１４は全ての起こりうる送信モードに対する最初のステージのSINRを算出してフィードバックする。１つのアンテナを用いる送信モードについて算出されたSINRが閾値を超なければ、移動機１４は共用されるダウンリンクチャネルについての競争に残るため、１つのアンテナを用いる送信モードに対する最初のステージのSINRをフィードバックし続ける。
【００３５】
基地局１２は、スケジュールされる可能性が最も高いユーザのみが上位送信モードについてのチャネル品質情報をフィードバックするように閾値を修正して、アップリンク上で送信されるフィードバックの総量を制御することができる。閾値が高く設定されれば、上位送信モードについてのチャネル品質情報をフィードバックするのは２、３のユーザのみであろう。閾値が低くなるにつれて、上位送信モードについてのチャネル品質情報をフィードバックするユーザは増えてゆくであろう。閾値は例えば、リソース利用率及びシステム容量に基づいて設定することができる。システム負荷が軽ければ、閾値を低い値に設定することができる。一方、システム負荷が重い場合、フィードバックの量を削減するため、閾値を増加することができる。
【００３６】
アンテナ選択プロセスにおいてサブセット特性が用いられる場合、１つのアンテナを用いる送信モードについてのSINRは、起こりうる全てのモードについての最大のSINRであるため、フィードバック制御について用いるのに適切な測定基準である。１つのアンテナを用いる送信モードについてのSINRが低ければ、上位モードに対する和データレートが１つのアンテナを用いる送信モードよりいくらかでも高くなる可能性は低い。その結果、上位送信モードについてのチャネル品質情報フィードバックをフィードバックする必要性は小さい。しかし、１つのアンテナを用いる送信モードについてのみチャネル品質情報をフィードバックすることで、チャネル状況の悪いユーザが共用チャネルに対する競争にとどまり続ける。例えば、チャネル状況の悪いユーザは、悪いチャネル状況にかかわらずスケジュールされうるように、ユーザの待ち行列内のデータを１つのみにすることができる。また、スケジューリングアルゴリズムによってPF(proportional fairness)基準が適用されれば、チャネル状況の悪いユーザであってもスケジュールされうる。少なくとも、１つのアンテナを用いる送信モードについてのチャネル品質フィードバックを有することにより、基地局１２はそのような環境下にあるユーザをスケジュールすることが可能になる。
【００３７】
本発明の別の実施形態において、移動機１４はモード１よりも大きな各モードについてSINR閾値を適用することができる。チャネル品質フィードバックは、モード１について基地局１２に与えられる。移動機１４は上位モードについての最初のステージのSINRを閾値とを連続的に比較し、最初のステージのSINRがSINR閾値を超えた場合には各上位モードに対するチェンル情報を送信する。例えば、Ｍ＝４の送信アンテナ１５０の例において、SINR閾値が送信モード２とモード３の最初のステージのSINRの間の値であれば、移動機１４は送信モード１及び２についてのチャネル品質フィードバックを提供するであろう。モード３に対するSINRはSINR閾値を満たさないので、移動機１４はモード４に対するSINRを計算する必要はなく、移動機１４での処理能力を節約することができる。
【００３８】
SINR閾値に加え、基地局１２は、移動機１４に対して、１つのアンテナを用いる送信モードについてのSINRがSINR閾値を超える場合にはインジケータの値までの送信モードの最初のステージのSINRのみをフィードバックするように知らせる最大モードインジケータを同報しても良い。例えば、最大モードインジケータがモード３を示す場合、移動機１４は、ステージ１のSINRがSINR閾値を超えれば、モード１から３までについてのチャネル品質フィードバックを基地局１２に送信するであろう。
【００３９】
また、SINR閾値に加え、あるいはその代わりに、レート増加閾値を用いることもできる。レート増加閾値は移動機１４が上位モードに対するチャネル情報の送信を許される前に満足する必要のある最大のレート増加を指定する。上述したように、全ての移動機１４は、１つのアンテナを用いる送信モードに対するチャネル品質フィードバックを提供する。移動機１４は他の送信モードの各々に対して予期されるレート増加を連続的に求め、それら他の送信モードのうち、レート増加閾値を満たすものについてのみチャネル品質フィードバックを送信することができる。例えば、モード１に対してサポート可能なデータ送信レートがR1、モード２に対してサポート可能なデータ送信レートがR2とすると、予期されるデータレート増加はΔR2=R2-R1又は比R2/R1である。ΔR2がレート増加閾値を満たせば、移動機１４はモード２に対するチャネル品質フィードバックを送信する。同様のプロセスがモード２から始まり、モードＭで終わる各送信モードについて連続的に繰り返される。
【００４０】
図６及び図７は、PARCアーキテクチャに替えて利用可能な２つの送信器アーキテクチャを示している。SINR閾値又はレート増加閾値は、フィードバック削減のため、これらの送信機アーキテクチャとともに用いることもできる。
【００４１】
図６は空間多重(SM)アーキテクチャに基づく第２の実施形態にかかる例示的な送信器３００を示す。本実施形態において、入力データストリームは分割前に符号化され、その後、個々のビットストリームは独立して変調及び送信される。送信器３００は元の情報ストリームI(t)を符号化し、符号化ビットストリームを生成する符号化器３０２と、符号化ビットストリームをＭのビットストリーム{b1(t), b2(t),...bM(t)}に分割するデマルチプレクサ３０４と、各ビットストリームに対する変調回路３０６と、複数の送信アンテナ３２０とを有する。各ビットストリーム用の変調回路３０６は、各符号かビットストリームを複数のサブストリームに分割するデマルチプレクサ３０８と、各サブストリームを信号配置上の点にマッピングする複数のシンボルマッパー３１０と、選択された拡散符号を書くサブストリームに適用する複数の信号拡散器３１２と、サブストリームを再結合して第２局１４への送信する送信信号{x1(t), x2(t),...xM(t)}を生成する結合器３１４とを有する。 送信信号{x1(t), x2(t),...xM(t)}は結合器３１６で、同時に送信される１つ又は複数の他の信号um(t)とさらに結合されてもよい。他の信号um(t)は、複数の専用チャネル、制御チャネル並びに共通パイロットチャネルを含む。ＳＭアーキテクチャを用いることにより、送信器はビットストリーム（モード）の数を、チャネル状況及び無線リソースの利用可能度に応じて適応させることもできる。これをサポートするため、移動機１４は、例えば、起こりうるモードの各々についてサポート可能な送信データレートに対応するチャネル品質を知らせる必要があるだろう。我々の発明によれば、上位モードについてのチャネル品質フィードバックは性能評価基準と閾値との比較に基づく。従って、上位モードについてのフィードバックは、現在のチャネル状況次第である。
【００４２】
図７は、MFTD(matched field transmit diversity)アーキテクチャに基づく、第３の実施形態にかかる例示的な送信器４００を示す。入力データストリームは複数の送信アンテナ４２０から、１つ又は複数の受信アンテナ２５０を有する受信器２００へ送信される。入力ストリームは送信アンテナ４２０と受信アンテナ２５０との間のチャネルに適合するように予めフィルタリングされる。本アーキテクチャにおいて、各ストリームは全ての送信アンテナ４２０から送信される。送信モードは、ストリーム又は送信信号の数に対応する。プリフィルタ４１２は、送信信号の各々を、選択された受信アンテナ２５０にフォーカスさせるために用いられる。
【００４３】
送信器４００は情報ビットストリームを複数のビットストリームに分割するデマルチプレクサ４０２と、各ビットストリームのための符号化及び変調回路４０４と、送信器４００及び受信器２００の間での通信に適合されたプリフィルタ４１２と、複数の送信アンテナ４２０とを含む。符号化及び変調回路４０４の各々は、対応するビットストリームを符号化する符号化器４０６と、符号化ビットを変調シンボルにマッピングするシンボルマッパー４０８と、選択された拡散符号を各サブストリームに適用する信号拡散器４１０を含む。変調及び符号化回路４０４から出力される信号は、受信器２００へ送信される送信信号s1(t),...sN(t)であり、Ｎは受信器２００における受信アンテナ２５０の数以下の数である。送信信号s1(t),...sN(t)はプリフィルタ４１２へ入力される。プリフィルタ４１２は、送信器４００と受信器２００との間の通信チャネルについての知見に基づいて、送信信号をフィルタリングする。プリフィルタ４１２の計算は、2005年1月28日に出願され、同時継続中の米国特許出願第11/045,877号に記載されており、その内容を参照により本明細書に組み込む。プリフィルタ４１２はフィルタ処理された信号x1(t),...xM(t)を、受信器２００への送信のためにアンテナ４２０へ出力する。本例において、Ｎの値を送信モードと呼ぶことができる。送信器は、チャネル状況及び無線リソースの利用可能度に応じて送信モードを適合させることができる。
【００４４】
送信信号のそれぞれについて、移動機１４は、プリフィルタ４１２が送信信号をフォーカスさせるために必要となるチャネル情報に加え、例えばサポート可能な送信データレートに対応するCQIを返信する必要がある。我々の発明によれば、送信データレートを決定するためのチャネル品質フィードバック及び、上位モードについてプリフィルタ４１２が必要とするチャネル情報は、性能評価基準と閾値との比較に基づく。従って、上位モードについてのフィードバックは、現在のチャネル状況次第である。
【００４５】
本発明をアンテナ選択プロセスの一部として説明してきたが、本発明がアンテナ選択なしでも機能することは理解されよう。例えば、最初のステージから最後のステージへSINRが増加するように復号化順序を選択する場合、本発明はアンテナ選択を必要としない。この実施形態によれば、移動機１４は最終ステージからのSINR、すなわち最大レートを有するSINRを比較することができる。最終ステージからのSINRが閾値を超えなければ、移動機１４は基地局に自分をスケジュールしないように通知するため、１つのSINR（又は１ビットのインジケータ）のみをフィードバックする。
【００４６】
本発明は、ここで具体的に説明した方法以外の方法によっても、発明の範囲及び本質的な特性を逸脱することなく実施することが可能である。上述の実施形態はあらゆる点において例示として解釈されるべきであり、限定的なものと解釈すべきではない。また、添付の特許請求の範囲の意味及びその等価範囲に含まれるいかなる変更も、特許請求の範囲に包含されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】多入力、多出力(MIMO)通信システムを示す図である。
【図２】第１の例示的実施形態におけるMIMO通信システム用送信器を示す図である。
【図３】第１の例示的実施形態におけるMIMO通信システム用受信器を示す図である。
【図４】受信器用の例示的な逆拡散回路を示す図である。
【図５】受信器用の例示的な信号復号化回路を示す図である。
【図６】第２の例示的実施形態におけるMIMO通信システム用送信器を示す図である。
【図７】第３の例示的実施形態におけるMIMO通信システム用送信器を示す図である。
【図１】
2009513061.tif 000007
【図２】
2009513061.tif 000008
【図３】
2009513061.tif 000009
【図４】
2009513061.tif 000010
【図５】
2009513061.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2009513061.tif 000015