(57)【要約】実施形態は、チャンネル上の最適な最大スループットに基づいてＭＩＭＯシステム内での最適な伝送方式及び変調及び符号化信号（ＭＣＳ）レベルを選択するリンク適応方法に関する。方法では、瞬時広帯域ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝達容量に基づいてＭＣＳレベル及び空間速度値が選択される。伝送チャンネルにおける伝送速度は、ダイバーシティ符号化方式及び空間多重化によるＭＩＭＯ伝送方式の下で達成された容量の比較に基づき選択される。特定の受信機のタイプ及び受信機の実装の影響は信号容量に関して考慮することができる。固定の目標エラー確率については、より高い瞬時スループットを有する方式又は空間速度が伝送のために選択される。
2009525694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線多入力／多出力（ＭＩＭＯ）システムにおいて伝送性能を最適化する方法であって、
前記ＭＩＭＯシステムの各可能性のある伝送方式について受信機のタイプを決定すること、
前記ＭＩＭＯシステムにおける少なくとも第１の伝送方式及び第２の伝送方式に基づいて少なくとも２つの伝送速度の選択肢から一つの伝送速度を選択すること、
選択された伝送速度内で、変調及び符号化レベルを選択することを備え、選択された変調及び符号化レベルは選択された伝送速度を用いたシステムにおいてデータ伝送エラーの最小の可能性を示し、前記選択された伝送速度及び選択された変調及び符号化方式は、前記ＭＩＭＯシステムの広帯域信号伝送容量にほぼ等しい速度で前記ＭＩＭＯシステム内でデータを伝送する、方法。
【請求項２】
前記ＭＩＭＯシステムは、直交周波数領域変調（ＯＦＤＭ）システムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の伝送方式はダイバーシティ符号化方式であり、前記第２の伝送方式は空間多重化方式である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも２つの伝送速度の各々に対して任意のチャンネルの信号伝送容量を近似させること、
前記任意のチャンネルの近似された信号伝送容量を加法的白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャンネルの有効な容量に等化すること、
前記任意のチャンネル上で同じ信号容量を提供する、前記ＡＷＧＮチャンネル上の有効な信号対ノイズ比を決定すること、
前記少なくとも２つの伝送速度の各伝送速度に対する有効な信号対ノイズ比を前記少なくとも２つの伝送速度の他の伝送速度を用いて比較すること、
最高の有効な信号対ノイズ比を有する伝送速度を選択することを更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも２つの伝送速度の各伝送速度に対する有効な信号対ノイズ比は１つまたはそれ以上の重み付け係数により重み付けされる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記重み付け係数は他の伝送速度を上回る一つの伝送速度への方向付けを提供し、前記重み付け係数は、前記少なくとも２つの伝送速度の各伝送速度に対する受信機の特性、各伝送速度の関連の消費電力、及び各伝送速度を実行する場合の費用からなるグループから選択された特性を定量化する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記近似容量を提供する有効な信号対ノイズ比は、無線ＯＦＤＭネットワークを介して接続された基地局と受信機との間の伝送バースト毎のフレームの数又はシンボルの数に対して決定される、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
重み付けされた平均の有効なＳＩＮＲが最大となる伝送速度を選択することを更に備える請求項７に記載の方法。
【請求項９】
各伝送方式におけるＭＣＳレベルについてＡＷＧＮチャンネル上の目標のエラー確率に対して要求される信号対ノイズ比を有するテーブルを実装することを更に備え、各ＭＣＳは対応の空間効率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記任意のチャンネル上の各伝送速度に対する有効なＳＩＮＲを決定することを更に備える請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記テーブルからの要求されたＳＩＮＲが伝送方式に対して計算された有効なＳＩＮＲに最も近く、かつ有効なＳＩＮＲを越えないようなＭＣＳであって、受信機のタイプに応じたＭＣＳを選択することを更に備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
多入力／多出力（ＭＩＭＯ）システムの動作特性を選択する方法であって、
前記ＭＩＭＯシステムの少なくとも２つの可能性のある伝送速度に対する任意のチャンネルの信号伝送容量を近似すること、
前記任意のチャンネルの近似された信号伝送容量を加法的白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャンネルの有効な容量に等化すること、
前記任意のチャンネル上で同じ信号容量を提供する、前記ＡＷＧＮチャンネル上の有効な信号対ノイズ比を決定すること、
前記少なくとも２つの可能性のある伝送速度の各伝送速度に対する有効な信号対ノイズ比を前記少なくとも２つの可能性のある伝送速度の他の伝送速度を用いて比較すること、
最高の有効な信号対ノイズ比を有する伝送速度を前記ＭＩＭＯシステムを介した通信に対する伝送方式として選択することを備える方法。
【請求項１３】
可能性のある変調及び符号化レベルの範囲が指標付けされた各伝送方式に対する有効な信号対ノイズ比から得られた空間効率値の範囲を有するテーブルを実装すること、
要求された信号対ノイズ比を各変調及び符号化レベルに関連付けること、
前記システムにおけるデータ伝送エラーの最小の可能性を満たす変調及び符号化レベルを選択することを備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＭＩＭＯシステムは直交周波数領域変調（ＯＦＤＭ）システムを含み、前記第１の伝送方式はダイバーシティ符号化方式であり、前記第２の伝送方式は空間多重化方式である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの伝送速度の各伝送速度に対する有効な信号対ノイズ比は１つまたはそれ以上の重み付け係数により重み付けされ、前記重み付け係数は他の伝送速度を上回る一つの伝送速度への方向付けを提供し、前記重み付け係数は、前記少なくとも２つの伝送速度の各伝送速度に対する受信機の特性、各伝送速度の関連の消費電力、及び各伝送速度を実行する場合の費用からなるグループから選択された特性を定量化する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＭＩＭＯシステムの各可能性のある伝送方式について受信機のタイプを決定すること、決定された受信機のタイプについて伝送速度の選択及び変調及び符号化レベルの選択を行うことを備え、前記選択された伝達速度及び選択された変調及び符号化方式は、受信機のタイプに対して前記ＭＩＭＯシステムの広帯域信号伝送容量にほぼ等しい速度で前記ＭＩＭＯシステム内でデータを伝送する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
システムであって、
多入力／多出力（ＭＩＭＯ）基地局と、
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ無線リンクを介して前記基地局に接続されたＭＩＭＯ受信機であって、
前記ＭＩＭＯシステムにおける少なくとも第１の伝送方式及び第２の伝送方式に基づいて少なくとも２つの伝送速度の選択肢から一つの伝送速度を選択し、
選択された伝送速度内で、変調及び符号化レベルを選択するように構成された処理を実行する受信機を備え、選択された変調及び符号化レベルは選択された伝送速度を用いたシステムにおいてデータ伝送エラーの最小の可能性を示し、前記選択された伝送速度及び選択された変調及び符号化方式は、前記ＭＩＭＯシステムの広帯域信号伝送容量にほぼ等しい速度で前記システム内でデータを伝送する、システム。
【請求項１８】
前記第１の伝送方式はダイバーシティ符号化方式であり、前記第２の伝送方式は空間多重化方式である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記処理は、
前記少なくとも２つの伝送速度の各々に対して任意のチャンネルの信号伝送容量を近似させ、
前記任意のチャンネルの近似された信号伝送容量を加法的白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャンネルの有効な容量に等化し、
前記任意のチャンネル上で同じ信号容量を提供する、前記ＡＷＧＮチャンネル上の有効な信号対ノイズ比を決定し、
前記少なくとも２つの伝送速度の各伝送速度に対する有効な信号対ノイズ比を前記少なくとも２つの伝送速度の他の伝送速度を用いて比較し、
最高の有効な信号対ノイズ比を有する伝送速度を選択するように構成されている、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記処理は、
可能性のある変調及び符号化レベルの範囲が指標付けされた各伝送方式に対する有効な信号対ノイズ比から得られた空間効率値の範囲を有するテーブルを実装し、
要求された信号対ノイズ比を各変調及び符号化レベルに関連付け、
前記システムにおけるデータ伝送エラーの最小の可能性を満たす変調及び符号化レベルを選択するように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に提示された実施形態は、概して通信システムに関し、詳しくは、多入力／多出力無線通信システムのための伝送速度及び変調及び符号化レベルを選択することに関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００６年１月３１日に提出された米国仮出願番号第６０／７６４、２９５号、「ＯＦＤＭシステムにおけるＭＩＭＯ伝送のためのＭＣＳレベル及び空間速度を選択するための方法」の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
多くの広帯域デジタル通信システムは、直交周波数領域多重化（ＯＦＤＭ）を変調手法として利用している。ＯＦＤＭでは、多数の近接離間した直交副搬送波を使用し、各搬送波は低シンボル率で標準的な変調方式で変調される。ＯＦＤＭベースの広域放送では、複数の受信機が信号を空間的に離散した数個の送信機から同時に受信することができる。これらのシステムにおいて、ＯＦＤＭは、アンテナアレイ及び多入力／多出力（ＭＩＭＯ）チャンネル等の空間ダイバーシティの他の方式を典型的には伴う。そのようなシステムの一例としては、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｎ  無線ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）規格がある。
【０００４】
変調及び符号化方式（ＭＣＳ）は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおける変調、符号化及び多数の空間チャンネルを決定する値である。これは、高スループットのチャンネルの信号領域において実行されるものであるというコンパクトな表現である。ＭＣＳレベル及び空間伝送速度の高速かつ正確な選択は、適応無線ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの潜在的な高い空間効率を有効的に利用する上で重要である。ＭＣＳレベル選択及び／又は決定により伝送用の特定の空間速度に切り替えるための測定は、無線リンクの受信端末で通常行われ、低速度フィードバック経路を介して送信機側に帰還する形で伝達される。この処理は、ある既知の搬送波情報に基づいて送信機において行うことができる。
【０００５】
多くの実用的なシステムにおいて、有効な送信機のアンテナの数は２個のみに制限される。これらのシステムについては、空間速度の選択機構は、ダイバーシティ符号化（空間速度１）又は空間多重化（空間速度２）のいずれかをＭＩＭＯ伝送方法として選択することを含む。
【０００６】
ダイバーシティ符号化と空間多重化方法との間で切り替えを行う現在の方法は、ダイバーシティ符号化及び空間多重化に対する最小ユークリッド距離の比較値での空間速度の選択に一般的に基づく。ユークリッド距離又はユークリッド計量は、距離スケールを用いて測定し得る２点間の「通常」の直線間隔である。固定の空間効率に対して、より高い最小のユークリッド距離を有する方式が伝送のために選択される。そのような距離の計算は比較的複雑な処理となる。更に、そのような最適化基準は固定のスループットの仮定の下でエラー確率を最小にするものの、複数のＭＣＳレベルシステム等の、異なる可能性のあるスループット・チャンネルを有するシステムにおいては、そのような方法は、エラー確率を最小化するためのスループット率を低く見積もることがある。この結果、そのようなシステムは、可能な能力よりも低い能力で動作する可能性がある。そのような従来技術のシステムでは、実用的なリンク適応アルゴリズムで使用されるものとは異なる最適化基準を利用している。これらのリンク適応アルゴリズムの目的とするものは、固定の目標エラー確率又は最大の許容予測エラー率下でのスループットを最大化することである。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムに対する現在の速度選択方法では、最大スループットを速度選択処理に考慮に入れることは許容されていない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
添付図面において実施形態が一例として、限定されることなく示されている。図面において同様の構成には同様の参照番号が付されている。
明細書に記載された各文献、特許及び／又は特許出願は、その全体を参照として明細書に組み込まれ、その際、各文献及び／又は特許出願は詳細に及び個々に参照として組み込まれているものとする。
【０００８】
実施形態は、チャンネル上の最適な最大スループットに基づいてＭＩＭＯシステム内での最適な伝送方式及び変調及び符号化信号（ＭＣＳ）レベルを選択するリンク適応方法に関する。方法では、瞬時広帯域ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝達容量に基づいてＭＣＳレベル及び空間速度値が選択される。伝送チャンネルにおける伝送速度は、ダイバーシティ符号化方式及び空間多重化によるＭＩＭＯ伝送方式の下で達成された容量の比較に基づき選択される。特定の受信機のタイプ及び受信機の実装の影響は信号容量に関して考慮することができる。固定の目標エラー確率については、より高い瞬時スループットを有する方式又は空間速度が伝送のために選択される。この処理は、典型的なリンク適応システムの最適化基準にほぼ合致する。更に、この処理は、有効なＳＩＳＯ（単一入力／単一出力）信号対ノイズに干渉比（ＳＩＮＲ）を加えたものの効率的な計算をもたらし、ＳＩＳＯ  ＳＩＮＲは選択された空間速度とともにフィードバックされて、ＭＣＳ方式の選択を選択されたＭＩＭＯ伝達方法に加えて伝送することが可能となる。そのような場合、瞬時の容量を比較する代わりに、より有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲを有するＭＩＭＯ方式を伝送のために選択することができる。ＭＩＭＯ選択方式は、補助的なスケーリング係数に対応可能であり、候補の方式の有効なＳＩＮＲを乗算して、一つ又は他の方式への方向付けを形成する。
【０００９】
一般的に、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）は、無線波で大量のデジタルデータを伝送するための８０２．１１ａ  ＷＬＡＮ，８０２．１６及びＷｉＭＡＸ技術において使用される変調技術である。ＯＦＤＭは、無線信号を多数の小さな副信号に分割して、異なる周波数で受信機に同時に伝送される。ＯＦＤＭは、一般的に信号伝送においてクロストーク量を低減する。明細書に記載された実施形態によるＭＣＳレベル及び空間速度選択システムは、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ無線システムにおける各種受信機アルゴリズムを適用することができる。
【００１０】
図１は、一実施形態においてＭＣＳレベル及び空間速度選択リンク適応システムを実装したＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムを含む無線システムを示す。システム１００において、基地局又は同様の無線送信機１１２は、無線又は同様の無線信号を一つ又は複数のＭＩＭＯ受信機１０２、１０４に伝送する。基地局１１２は、複数の送信／受信アンテナを含む、受信機１０２、１０４も同様に含んでいる。図１の例では、基地局１１２は下り伝送において信号１０５を受信機１０２に伝送し、上り伝送において受信機１０２から信号１０５を受信する。同様に、基地局１１２は下り伝送において信号１０７を受信機１０４に伝送し、上り伝送において受信機１０４から信号１０７を受信する。一実施形態において、基地局１１２及び受信機１０２、１０４個となる伝送速度を有する少なくとも２つの伝送方式を用いて信号を伝送する。一つの伝送方式は、第１の伝送速度（空間速度１）で伝送するダイバーシティ符号化方式であり、別の伝送方式は、第２の伝送速度（空間速度２）で伝送する空間多重化である。
【００１１】
システム１００において、受信機１０２、１０４は伝送方式に対して適切な受信機であればどのようなタイプのものでもよい。例えば、受信機１０２、１０４は最尤（ＭＬ）タイプの受信機又は、線形受信機（ＬＲ）とすることができる。実際に使用される受信機のタイプが、システムの要求によって決定される。
【００１２】
一実施形態では、受信機１０２、１０４は、ＭＣＳレベル及び空間速度選択処理１０６を含むリンク適応処理を含む。リンク適応処理は、チャンネル状況に基づいて伝送リンク内におけるＭＣＳレベル及び空間速度（伝送方式）を選択する。ＭＣＳレベル及び空間速度選択処理１０６では、リンク全体に亘るスループットを最大化し、最大許容エラーに基づいて要求された信号品質を維持する比較処理に基づいてＭＣＳレベル及び空間速度を選択する。ＭＣＳレベル及び空間速度は、システムの広帯域ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝達容量に基づいて選択される。容量は、瞬時（シンボル単位をベースとする）、又はフレーム又は連続フレームに亘るか、又は基地局と受信機との間の上り又は下りリンク伝送の間の時間に亘るものであってもよい。
【００１３】
図１のＭＩＭＯシステムについて、多数の変数がシステム性能を向上させるために制御される。一実施形態では、ＭＣＳレベル及び空間速度は処理１０６により選択されて、許容可能な低エラー確率を維持しつつデータ・スループットが最適化される。図２は、一実施形態においてリンク適応システムに使用するための、ＭＣＳレベル対空間速度値のマトリクスを示すテーブルである。テーブル２００は、図１のシステム１００等のＭＩＭＯシステムに対するＭＣＳレベル及び空間速度の選択を表す。テーブル２００に示すように、２つの空間速度が各伝送方式、空間速度１（ダイバーシティ符号化）及び空間速度２（空間多重化）に対応して設けられている。各空間速度に対して、各種異なるＭＣＳレベルが設定されている。ＭＣＳレベルの数は、ＭＩＭＯシステムの実際の詳細及び基準に依存し、典型的には７〜１０のレベルの範囲をとる。図２の例では、各空間速度に対して１−１０のＭＣＳレベルが表示された１０個のＭＣＳレベルが示されている。テーブル２００を基準として用いて、実施形態によるリンク適応処理は最初に空間伝送率、即ち空間速度１又は空間速度２を選択し、続いて、選択された空間速度内で特定のＭＣＳレベルを選択する。空間伝送速度は空間領域でスループットが最大となるように選択され、ＭＣＳレベルは空間速度内での許容エラー確率が維持されるように選択される。
【００１４】
受信機１０４等の受信機によって実行される処理１０６によってＭＣＳレベル及び空間速度が選択される実施形態について、伝送情報が信号１０９により基地局１１２に帰還する形で伝送される。結果的に、所定の帰還又は多数のフレームに亘る更なる伝送において、選択された伝送速度及びＭＣＳレベルが利用される。
代替例として、ＭＣＳレベルの選択又は推奨が基地局１１２においてＭＣＳレベル及び空間速度選択処理１１４により行うことができる。この実施形態について、基地局はＭＩＭＯシステムに関連する決定されたチャンネル・マトリクス情報や、ノイズ情報等の他の情報を認識する必要がある。
【００１５】
どのエントリー（基地局又は受信機）が選択処理を実行しているかに関係なく、同じ処理ステップが実行される。概略的に、伝送速度は最初にチャンネルの最大瞬時信号伝達容量に基づいて選択される。一実施形態では、信号伝達容量はチャンネルの有効なＳＩＮＲ（信号対ノイズに干渉比が加わる）の近似に等しい。有効なＳＩＮＲは空間ストリーム毎に有効なＳＩＮＲを反映させるために計算される。ＡＷＧＮ（加法的白色ガウス雑音）ＳＩＮＲ（即ち、有効なＳＩＮＲ）の関数としての予測スループット用のテーブルを参照して、有効なＳＩＮＲを用いて予測スループットが計算される。予測スループットは空間速度と乗算されて、方式のための最終の予測スループットが導き出される。より高い予測スループットを有するＭＩＭＯ方式が選択又は推奨されて、対応するＭＣＳレベルが選択又は推奨される。説明の目的のため、用語ＳＩＮＲ及びＳＮＲは、信号対ノイズに干渉レベルが加わっていることを意味するように交換可能に使用してもよい点について注意されたい。
【００１６】
図３は、一実施形態において空間速度及びＭＣＳレベル選択方法を示すフローチャートである。ブロック３０２において、各伝送方式及び受信機のタイプについてＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝送容量が近似される。近似された信号伝送容量は、ブロック３０４においてＡＷＧＮチャンネルの有効な容量に等化される。ブロック３０６において、近似の容量を提供する有効な信号対ノイズ比が決定される。ブロック３０８では、各伝送方式に対するＳＩＮＲ値が各受信機のタイプについて互いに比較される。ブロック３１０において、最高の有効なＳＩＮＲ値を有する伝送手法が選択される。ブロック３１２では、システム要件に応じて、要求されるエラー確率が決定される。ブロック３１４にて選択された空間速度内での目標のエラー確率を満たすＭＣＳレベルが選択される。この処理によって、図２のテーブル２００のようなテーブル内の特定のＭＣＳレベル及び空間速度が生成される。
空間速度の決定
最適なＭＣＳレベルを選択すること及び空間速度選択の方法を含むリンク適応処理は空間速度の選択から開始される。
【００１７】
図４は、一実施形態において空間速度選択方法を示すフローチャートである。ブロック４０２において、受信機のタイプが決定される。上記したように、２個又はそれ以上のタイプの受信機（例えば、ＭＬ又は線形）を使用可能である。異なる受信機を使用することで異なる伝送特性を提供することができるが、受信機のタイプはシステム内で通常固定される。受信機のタイプを変更できるのであれば、図４の処理は各受信機のタイプに対して個々に行うことができ、より伝送特性の良い受信機を選択することができる。図４に示すように、ブロック４０４において、空間多重化伝送方式下での瞬時広帯域ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝送容量が決定される。空間多重化では、最尤タイプの受信機又は線形受信機のいずれかを使用することができる。ＭＬ受信機の場合、空間多重化に対するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝送容量Ｃ（ｄ，ｙ｜Ｈ）（ビット／秒／Ｈｚにおける）が以下の式を用いて近似化される。
【００１８】
【数１】
2009525694.tif 000003
上記式において、ＮＴｘは、伝送アンテナの数を表し、ｋは副搬送波の総数を表し、Ｈｋは副搬送波ｋについてのＭＩＭＯチャンネル・マトリクス（送信機には不知であり、受信機にて予測されるものとする）を表し、Ｒｋ−１はノイズに干渉が加わったものの単位トーン共分散マトリクス（分散σ２Ｎｏ＋１，ｋを有する対角成分として近似される）であり、λｎ，ｋはＨｋＨＨｋのｎ番目の固有値を表す。
【００１９】
２個のアンテナのＭＩＭＯシステム、即ち（２，ＮＴｘ）又は（ＮＲｘ，２）の場合、固有値は閉じた形で以下のようにして計算される。
【００２０】
【数２】
2009525694.tif 000004
一実施形態において、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝送容量をＡＷＧＮチャンネルの有効な容量に等化することで以下のようになる。
【００２１】
【数３】
2009525694.tif 000005
提案された空間速度に対する候補のＭＩＭＯ方式として使用されるべきＭＬ受信機を用いた空間多重化に対する有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲは以下のようになる。
【００２２】
【数４】
2009525694.tif 000006
ｄＢ値として、有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲは以下のｄＢ平均として表される。
【００２３】
【数５】
2009525694.tif 000007
デシベルにおけるこのＳＩＮＲ値は、他の伝送方式及び受信機のタイプから得られた同様の値を用いた比較のための基準を提供する。
【００２４】
ブロック４０２において決定されたように、受信機のタイプが線形受信機である場合、ブロック４０４の処理は以下の方式を用いる。線形受信機を用いた空間多重化の場合、ＭＩＭＯ  ＯＦＤＭ容量（ビット／秒／Ｈｚにおける）は、以下のように記載される。
【００２５】
【数６】
2009525694.tif 000008
ＳＩＮＲｎ，ｋは空間ストリームｎ及び副搬送波位置ｋに対する後処理ＳＩＮＲを表す。線形受信機を用いた空間多重化に対する有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲは以下のようになる。
【００２６】
【数７】
2009525694.tif 000009
デシベル値において、以下のｄＢ平均に基づき、有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲは以下のようになる。
【００２７】
【数８】
2009525694.tif 000010
適切な受信機のタイプに対する空間多重化方式のための信号伝送容量が決定されると、ブロック４０６に示されるように、ダイバーシティ符号化伝送方式での瞬時広帯域ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝送容量が計算される。ダイバーシティ符号化では、一般的には最尤タイプの受信機が使用され、典型的にはこの受信機がこの計算のために考慮される唯一の受信機のタイプである。しかしながら、他の実施形態では、他のタイプの受信機を使用することができる。ＭＬ受信機を用いたダイバーシティ符号化に対するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝送容量（ビット／秒／Ｈｚにおける）は以下のように与えられる。
【００２８】
【数９】
2009525694.tif 000011
一実施形態において、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝送容量をＡＷＧＮチャンネルの有効な容量に等化することで以下のものが生成される。
【００２９】
【数１０】
2009525694.tif 000012
提案された空間速度選択に対する候補のＭＩＭＯ方式として使用されるべきダイバーシティ符号化に対する有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲは、以下のようになる。
【００３０】
【数１１】
2009525694.tif 000013
ｄＢ値として、有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲは以下のｄＢ平均として表される。
【００３１】
【数１２】
2009525694.tif 000014
伝送方式及び受信機の組み合わせの全ての可能性のあるタイプ（例えば、３つのタイプ）について有効なＳＩＮＲが決定されると、伝送速度を選択することができる。これは、図４のブロック４１０にて示される。一実施形態では、最高の有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲを有するＭＩＭＯ伝送方式が伝送のために選択される。この選択方法は、候補の方式の有効なＳＩＮＲにスケーリング係数α及びβを乗算して一つ又は他の方式への方向付けを形成する。以下の式は、スケーリング係数α及びβを用いて重み付けされた有効なＳＩＮＲ値に基づいて適切な伝送方式（ＭＩＭＯ方式）を選択するための式の例を示す。
【００３２】
【数１３】
2009525694.tif 000015
選択された伝送方式は有効的に空間速度、即ち空間速度１又は空間速度２を決定付ける。重み係数は、一つ又は他の方式への方向付けとなるような多数の係数について定義及び定量化され得る。これらは、消費電力、費用等を含む。
【００３３】
上記したように、リンク適応方法は受信機又は基地局のいずれかで実行される。空間速度及びＭＣＳレベルの選択が基地局で行われた場合、計算された有効なＳＩＮＲには、使用されるＭＣＳ方法に対して異なるＭＣＳレベルを得るためのスループット対ＡＷＧＮ  ＳＮＲ（有効なＳＩＮＲ）テーブルを伴う。候補の方式の有効なＳＩＮＲに乗算される補助的なスケーリング係数も付加することができる。空間速度の選択が処理１１４のように基地局にて行われる実施形態では、基地局の処理１１４はλｎ，ｋ固有値を算出する。この場合、基地局は副搬送波の数、ＭＩＭＯチャンネル・マトリクス、単位トーン共分散マトリクス及び他の関連の変数等の適切な係数を認識している必要がある。この情報の少なくともいくつかが一つ又はそれ以上の受信機から基地局に提供されるか、あるいは別の処理により基地局内で生成又は書き込まれる。
【００３４】
別の実施形態では、空間ストリーム毎のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝送容量（ビット／秒／ＨＺにおける）を用いて適切な伝送方式が決定される。この実施形態についての基本計算は、副搬送波の総数とともに空間ストリームの総数に対して付加された係数を用いて図４に関して説明したものとほぼ同じである。本実施形態のＭＬ受信機を用いた空間多重化に対するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝送容量（ビット／秒／Ｈｚにおける）は以下のようにして得られる。
【００３５】
【数１４】
2009525694.tif 000016
上記式において、Ｋは副搬送波の総数であり、Ｍは伝送される空間ストリームの数であり、Ｈｋは副搬送波ｋに対するＭＩＭＩチャンネル・マトリクス（送信機には不知であり、受信機において予測されるものとする）、Ｒｋ−１はノイズに干渉が加わったものの単位トーン共分散マトリクス（分散σ２Ｎｏ＋１，ｋを有する対角成分として近似される）であり、λｎ，ｋはＨｋＨＨｋのｎ番目の固有値を表す。（２，Ｍ）又は（ＮＲｘ，２）ＭＩＭＯシステムの場合、固有値は閉じた形で以下のようにして計算される。
【００３６】
【数１５】
2009525694.tif 000017
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝送容量をＡＷＧＮチャンネルの有効な容量に等化することで以下のものが生成される。
【００３７】
【数１６】
2009525694.tif 000018
提案された空間速度選択に対する候補のＭＩＭＯ方式として使用されるべきＭＬ受信機を用いた空間多重化に対する有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲは、以下のようになる。
【００３８】
【数１７】
2009525694.tif 000019
ｄＢ値として、有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲは以下のｄＢ平均として表される。
【００３９】
【数１８】
2009525694.tif 000020
線形受信機を用いた空間多重化において、ストリーム毎のＭＩＭＯ  ＯＦＤＭ容量（ビット／秒／Ｈｚにおける）は以下のように記載される。
【００４０】
【数１９】
2009525694.tif 000021
ＳＩＮＲｎ，ｋは空間ストリームｎ及び副搬送波位置ｋに対する後処理ＳＩＮＲを表す。
【００４１】
提案された空間速度選択に対する候補のＭＩＭＯ方式として使用されるべき線形受信機を用いた空間多重化に対する有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲは、以下のようになる。
【００４２】
【数２０】
2009525694.tif 000022
デシベル・スケールに基づく場合、有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲは以下のようになる。
【００４３】
【数２１】
2009525694.tif 000023
ダイバーシティ符号化に対するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝送容量（ビット／秒／Ｈｚにおける）は一般的に以下のように与えられる。
【００４４】
【数２２】
2009525694.tif 000024
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ信号伝送容量をＡＷＧＮチャンネルの有効な容量に等化することで以下のものが生成される。
【００４５】
【数２３】
2009525694.tif 000025
提案された空間速度選択に対する候補のＭＩＭＯ方式として使用されるべきダイバーシティ符号化に対する有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲは、以下のようになる。
【００４６】
【数２４】
2009525694.tif 000026
デシベル・スケールでは、有効なＳＩＳＯ  ＳＩＮＲは、以下のｄＢ平均として表される。
【００４７】
【数２５】
2009525694.tif 000027
信号伝送容量が空間ストリーム毎に決定される実施形態について、適切な空間速度及びＭＣＳ方式を選択する処理はテーブルを検索する処理を使用することを含む。これらのテーブルは、各可能性のある空間速度に対する対応するＭＣＳレベルのための空間効率及び要求されたＳＩＮＲ値を含む。図５Ａは、一実施形態において第１の空間速度内で多数の異なるＭＣＳレベルに対する空間効率値及び要求される信号対ノイズ比の例を示し、図５Ｂは、一実施形態において第２の空間速度内で多数の異なるＭＣＳレベルに対する空間効率値及び要求される信号対ノイズ比の例を示すテーブルである。これらのテーブルは、１％のエラー確率等の任意の目標エラー確率に対する値を示す。異なるエラー確率を所望する場合、ＳＩＮＲ形態は変更される。通常、テーブルはシミュレーション、実験室生成データ、又は他の適切な手段によって実装される。一実施形態では、対応する空間効率を有する各伝送方式内の各ＭＣＳレベルに対するＡＷＧＮチャンネル上の目標のエラー確率に対する要求された信号対ノイズ比が決定される。次に、任意のチャンネル上の各伝送方式に対する有効なＳＩＮＲが決定される。空間速度１に対するテーブル５００又は空間速度２に対するテーブル５５０を用いてＭＣＳレベルが決定され、その際、ＭＣＳレベルに対応するテーブルにて要求されるＳＩＮＲが転送方式に対して計算された有効なＳＩＮＲに最も近いが、有効なＳＩＮＲよりも大きくなく、受信機のタイプに対するＭＣＳレベルが決定される。
【００４８】
例として、空間速度１に対する有効なＳＩＮＲは１０であると仮定すると、テーブル５００から、最も近い要求されるＳＩＮＲは９であり、その有効なＳＩＮＲは空間効率５を有するＭＣＳレベルに対応している。同様に、同じ任意のチャンネルに対する空間速度２に対する有効なＳＩＮＲは６であると仮定する。テーブル５５０から、最も近い要求されるＳＩＮＲは５であり、その有効なＳＩＮＲは対応する空間効率６を有するＭＣＳレベル３に対応している。速度２の空間効率は速度１の空間効率よりも高いので、空間速度２及びＭＣＳレベル３は通信用に選択される。両方の伝送方式に対して生成された空間効率間には関連があり、それらの間の関係を選択するために他の重み係数を使用することができる。ＳＩＮＲ値は要求されたＳＩＮＲを用いて整合を行う前に重み付けされる。
【００４９】
第１の実施形態に対して、以下の式を用いる等により空間速度が最初に選択される。
【００５０】
【数２６】
2009525694.tif 000028
最適なＭＣＳレベルは、図５Ａ又は図５Ｂに示すように、適切なテーブル５００又は５５０を用いて選択することができる。選択された伝達方式に基づき、選択された伝達方式に対する有効なＳＩＮＲが、伝送速度に対する対応するテーブルにおいて最も近い要求されたＳＩＮＲに整合される。整合済みの要求されたＳＩＮＲに基づいて、ＭＣＳレベルがテーブルから得られる。上記したように、異なるＭＩＭＯ方式に対する有効なＳＩＮＲは、ＡＷＧＮ  ＳＩＮＲ（又は有効なＳＩＮＲ）に応じて使用されるＭＣＳ方法に対する予測されたスループットを示すテーブルに登録される。テーブル形式となれば、以前に決定された特定の空間速度（ＭＩＭＯ方式又は伝送方式）に対して要求されたＳＩＮＲレベルに対する適切なＭＣＳレベルを選択することができる。
【００５１】
本明細書に記載されたＭＣＳレベル及び空間速度選択方法の特徴は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブル・ロジック・アレイ（ＰＡＬ）デバイス、電気的に書き込み可能な論理及びメモリデバイス及び標準のセルベースのデバイスのみならず、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む各種回路の何れにも機能性を持たせて書き込まれたものとして実施してもよい。ＭＣＳレベル及び空間速度選択方法の特徴を実行する可能性のある他のものは、（電気的に消去及び書き込み可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）等の）メモリを有するマイクロコントローラ、埋め込みマイクロプロセッサ、ファームウェア、ソフトウェア他がある。更に、記載された方法の特徴は、ソフトウェアベースの回路エミュレーション、個別論理（連続及び組み合わせ）、カスタム・デバイス、ファジー（ニューラル）論理、量子デバイス、及び上記デバイスのタイプのうちのいくつかの混成を有するマイクロプロセッサに具体化され得る。基礎デバイス技術が各種部品のタイプ、例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）と同様の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）技術、エミッタ結合論理（ＥＣＬ）と同様のバイポーラ技術、ポリマー技術（例えば、シリコン接合ポリマー及び金属結合ポリマー金属構造）、アナログ及びデジタル混合等において提供されてもよい。
【００５２】
本明細書に開示されたＭＣＳレベル及び空間速度選択を含むリンク適応システムを具体化するシステム及び方法の構成品は、コンピュータ支援設計ツールを用いて記述され、かつ／又は、それらの動作、機能及び／又は他の特性において各種コンピュータ読み取り可能な媒体に具体化されたデータ及び／又は命令として記述されてもよい。そのようなフォーマット化されたデータ及び／又は命令が具体化されたコンピュータ読み取り可能な媒体は、各種形式の不揮発性記憶媒体（例えば、光、磁気、又は半導体記憶媒体）及びそのようなフォーマット化されたデータ及び／又は命令を無線、光、又は有線信号伝送媒体又はそれらのうちのいずれかの組み合わせを介して伝送するのに使用される搬送波を含むが、これらに限定されない。搬送波によりそのようなフォーマット化されたデータ及び／又は命令を伝送する例としては、インターネット及び／又は１つ又はそれ以上のデータ転送プロトコル（例えば、ＨＴＴＰ、ＦＴＰ、ＳＭＴＰ他）を介する他のコンピュータネットワークがあるが、これらに限定されない。一つ又はそれ以上のコンピュータ読み取り可能な媒体を介してコンピュータ・システム内に受信されたとき、本明細書において上記されたシステム及び方法のそのようなデータ及び／又は命令に基づく表現は、コンピュータ・システム内で１つ又はそれ以上のコンピュータプログラムの実行に伴い処理要素（例えば、１つ又はそれ以上のプロセッサ）により処理される。
【００５３】
文脈にて明確に要求されない限り、明細書を通して用語「備える」、「備えている」及び同様の用語は、排他的な又は包括的な意味とは反対の包含的な意味で使用され、いわば、「含んでいるが、それに限定されない」ということを意味する。更に、用語「又は」が２つ又はそれ以上の項目のリストを参照するために使用される場合、この用語は以下の用語の解釈の全てをカバーする。リストにおけるいずれかの項目、リストにおける全ての項目、リストにおける項目のいずれかの組み合わせ。
【００５４】
ＭＣＳレベル及び空間速度選択方法の図示された実施形態の記載は、包括的であることを意図しておらず、又はシステム及び方法を開示された正確な形に制限することを意図していない。ＭＣＳレベル及び空間速度選択方法の具体的な実施形態及び例は、明細書での説明のために記載されており、関連技術の当業者が認識するように他のシステム及び方法の範囲内で各種均等的な変更は可能である。明細書で提供されたノイズ電力測定方法の教示は、上記されたシステム及び方法のみならず、他の処理システム及び方法に適用することができる。
【００５５】
上記した各種実施形態の構成要素及び動作は更なる実施形態を提供するために組み合わせてもとい。これらの及び他の変更は、上記の詳細な説明を考慮してノイズ電力測定方法に対して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】一実施形態においてＭＣＳレベル及び空間速度選択リンク適応システムを実装したＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムを含む無線システムを示す。
【図２】一実施形態においてリンク適応システムに使用するための、ＭＣＳレベル対空間速度値のマトリクスを示すテーブルである。
【図３】一実施形態において空間速度及びＭＣＳレベル選択方法を示すフローチャートである。
【図４】一実施形態において空間速度選択方法を示すフローチャートである。
【図５Ａ】一実施形態において第１の空間速度内で多数の異なるＭＣＳレベルに対する空間効率値及び要求される信号対ノイズ比の例を示すテーブルである。
【図５Ｂ】一実施形態において第２の空間速度内で多数の異なるＭＣＳレベルに対する空間効率値及び要求される信号対ノイズ比の例を示すテーブルである。
【図１】
2009525694.tif 000029
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2009525694.tif 000034
【国際調査報告】
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