(57)【要約】      （修正有）【課題】ＭＩＭＯ技術を複数のクライアントに適用する。【解決手段】基地局の各アンテナから、チャネル特性データを生成するため各トレーニング信号を解析しチャネル特性データを基地局へ返送する複数台のクライアント装置のそれぞれに、トレーニング信号を送信しチャネル特性データを記憶するステップと、クライアント装置のそれぞれへ送信されるべきデータを受信するステップと、基地局の各アンテナに対するプリコーディングされたデータ信号を生成するため各個のクライアント装置に関連したチャネル特性データを使用してデータをプリコーディングするステップと、基地局の各アンテナを介して各個のクライアント装置へプリコーディングされたデータ信号を送信するステップと、を含む方法が記載される。【選択図】図２
2006081162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局の各アンテナから、チャネル特性データを生成するため各トレーニング信号を解析し前記チャネル特性データを前記基地局へ返送する複数台のクライアント装置のそれぞれへ、前記トレーニング信号を送信するステップと、
前記複数台のクライアント装置のそれぞれに対する前記チャネル特性データを記憶するステップと、
前記クライアント装置のそれぞれへ送信されるべきデータを受信するステップと、
前記基地局の各アンテナに対するプリコーディングされたデータ信号を生成するため各個のクライアント装置に関連した前記チャネル特性データを使用して前記データをプリコーディングするステップと、
前記基地局の各アンテナを介して各個のクライアント装置へ前記プリコーディングされたデータ信号を送信するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記基地局の各アンテナを介して各クライアント装置へトレーニング信号を送信するステップと、
前記基地局の各アンテナからの前記トレーニング信号を独立に処理し特性化した各クライアント装置によって生成された各クライアント装置に対するチャネル特性データを受信するステップと、
各クライアント装置に対する前記チャネル特性データを記憶するステップと、
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記基地局の各アンテナを介して各クライアント装置へ新たなトレーニング信号を周期的に送信するステップと、
前記基地局の各アンテナからの前記新たなトレーニング信号を独立に処理し特性化した各クライアント装置によって生成された各クライアント装置に対する新たなチャネル特性データを受信するステップと、
各クライアント装置に対する前記新たなチャネル特性データを記憶するステップと、
をさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記新たなトレーニング信号がプリコーディングされたデータ信号にインターリーブされる、請求項３記載の方法。
【請求項５】
各クライアント装置から前記基地局の各アンテナを介してトレーニング信号を受信するステップと、
各クライアント装置及び前記基地局の各アンテナに関連した前記チャネル特性データを生成するため前記トレーニング信号を特性化するステップと、
前記チャネル特性データを記憶するステップと、
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
各クライアント装置からの前記トレーニング信号を要求するステップをさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
各クライアント装置から新たなトレーニング信号を継続的に受信するステップをさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項８】
各個の前記プリコーディングさられたデータ信号を送信するステップが、
前記複数台のクライアント装置のうちの第１の選択されたグループへの１回目の送信工程と、
前記複数台のクライアント装置のうちの第２の選択されたグループへの２回目の送信工程と、
を含み、
前記第１の選択されたグループ及び前記第２の選択されたグループが所望の方式で帯域幅を割り付けるように定められる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記所望の方式が、均等に帯域幅を割り付ける方式、優先順位に応じて帯域幅を割り付ける方式、クライアント装置によって要求される現在負荷に基づいて帯域幅を割り付ける方式、及び互いに近接している複数のクライアント装置を避けるように帯域幅を割り付ける方式よりなる群から選択されたいずれかの組み合わせである、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記基地局が多重化技術を使用して２台のクライアント装置と同時に通信する、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
クライアント装置が多重アンテナを有し、各アンテナが別個のクライアント装置として取り扱われる、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
それぞれのクライアント装置へ向けられた別個のビットストリームへの入力データを前記基地局のそれぞれのアンテナへ経路制御するステップと、
前記チャネル特性データをチャネル特性行列として記憶するステップと、
前記プリコーディングされたデータ信号を生成するため、別個のビットストリームのそれぞれに前記チャネル特性行列の逆を乗算するステップと、
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
基地局の複数台のアンテナのそれぞれのアンテナから複数台のクライアント装置のそれぞれへ送信され、入力データと各クライアント装置及び前記基地局の各個のアンテナに関連したチャネル特性データとに基づくプリコーディングされたデータ信号を、クライアント装置で受信するステップを含む方法。
【請求項１４】
前記基地局の前記複数台のアンテナのそれぞれからトレーニング信号を受信するステップと、
前記トレーニング信号を処理するステップと、
前記クライアント装置に対する前記チャネル特性データを生成するため、前記トレーニング信号を特性化するステップと、
前記クライアント装置に対する前記チャネル特性データを記憶するステップと、
前記クライアント装置に対する前記チャネル特性データを、前記装置に対する前記チャネル特性データを使用して前記それぞれのプリコーディングされたデータ信号を生成する前記基地局の各アンテナへ送信するステップと、
をさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記クライアント装置が、それぞれのプリコーディングされたデータ信号及びトレーニング信号を受信する別個のクライアント装置として取り扱われる第２のアンテナを有する、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
トレーニング信号を、前記チャネル特性データを生成するため前記トレーニング信号を処理し特性化する前記基地局へ送信するステップをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
複数台のクライアント装置と、
基地局と、
前記基地局の複数台のアンテナと、
を備え、
前記基地局の各アンテナがそれぞれのプリコーディングされたデータ信号を各クライアント装置へ送信し、
前記プリコーディングされたデータ信号の各々が、各個のクライアント装置及び前記基地局の各個のアンテナに関連したチャネル特性データを使用して入力データをプリコーディングすることにより生成される、システム。
【請求項１８】
前記チャネル特性データが、前記基地局の各アンテナにより各クライアント装置へ送信されたトレーニング信号を独立に処理し特性化した各クライアント装置によって生成される、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記チャネル特性データが、各クライアント装置から前記基地局の各アンテナへ送信されたトレーニング信号を処理し特性化した前記基地局によって生成される、請求項１７記載のシステム。
【請求項２０】
総チャネル帯域幅を超えないように、ある時点での送信及び受信がある特定の回数未満であることを保証するため同期化技術が利用される、請求項１７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
[0001]本発明は、一般に、通信システムの分野に関する。特に、本発明は、時空間符号化技術を使用する分散入力・分散出力型ワイヤレス通信システム及び方法に関する。
【関連技術の説明】
【０００２】
通信信号の時空間符号化
[0002]ワイヤレステクノロジーにおける比較的新しい成果は空間多重化及び時空間符号化として知られている。一つの特有のタイプの時空間符号化は、各端で複数のアンテナが使用されるので「多入力多出力」を表すＭＩＭＯと呼ばれる。送受信のため多数のアンテナを使用することにより、多数の独立した無線波が同一周波数レンジの範囲内で同時に送信される。以下の論文は、ＭＩＭＯの概要を提供する。
ＩＥＥＥ  ＪＯＵＮＲＮＡＬ  ＯＮ  ＳＥＬＥＣＥＤ  ＡＲＥＡＳ  ＩＮ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＶＯＬ．２１，ＮＯ．３，ＡＰＲＩＬ  ２００３：“Ｆｒｏｍ  Ｔｈｅｏｒｙ  ｔｏ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ：Ａｎ  Ｏｖｅｒｖｉｅｗ  ｏｆ  ＭＩＭＯ  Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ  Ｃｏｄｅｄ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”，ｂｙ  Ｄａｖｉｄ  Ｇｅｓｂｅｒｔ，Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，Ｍａｎｓｏｏｒ  Ｓｈａｆｉ，Ｆｅｌｌｏｗ，ＩＥＥＥ，Ｄａ−ｓｈａｎ  Ｓｈｉｕ，Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，Ｐｅｔｅｒ  Ｊ．Ｓｍｉｔｈ，Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，ａｎｄ  Ａｙｍａｎ  Ｎａｇｕｉｂ，Ｓｅｎｉｏｒ  Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ。
ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＶＯＬ．５０，ＮＯ．１２，ＤＥＣＥＭＢＥＲ  ２００２：“Ｏｕｔｄｏｏｒ  ＭＩＭＯ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ：Ｍｏｄｅｌｓ  ａｎｄ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ”，Ｄａｖｉｄ  Ｇｅｓｂｅｒｔ，Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，Ｈｅｌｍｕｔ  Ｂｏｌｃｋｅｉ，Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，Ｄｈａｎａｎｊａｙ  Ａ．Ｇｏｒｅ，ａｎｄ  Ａｒｏｇｙａｓｗａｍｉ  Ｊ．Ｐａｕｌｒａｊ，Ｆｅｌｌｏｗ，ＩＥＥＥ。
【０００３】
[0003]基本的に、ＭＩＭＯテクノロジーは、共通の周波数帯域内に並列空間データストリームを作成するため空間的に分布したアンテナを使用することに基づいている。無線波は、個々の信号が、たとえ、同一周波数帯域内で送信されるとしても、受信機で分離され復調されるように送信され、結果として、多数の統計的に独立した（すなわち、効果的に分離した）通信チャネルを生じる。このようにして、マルチパス信号（すなわち、時間的に遅延し、振幅及び位相が変更された同一周波数の多数の信号）を禁止しようとする標準的なワイヤレス通信システムと比較して、ＭＩＭＯは、所定の周波数帯域内でより高いスループットと改善された信号対雑音比を実現するため、無相関、又は、相関の弱いマルチパス信号に依存する。一例として、８０２．１１ｇシステム内でＭＩＭＯテクノロジーを使用して、Ａｉｒｇｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓは、最近、従来型の８０２．１１ｇシステムでは５４Ｍｂｐｓしか実現できない同じスペクトルで１０８Ｍｂｐｓを実現できるようになった（これは、現在、Ａｉｒｇｏのウェブサイトｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｒｇｏｎｅｔｗｏｒｋｓ．ｃｏｍに記載されている）。
【０００４】
[0004]ＭＩＭＯシステムは、典型的に、複数の理由のため、装置１台当たりのアンテナ台数が１０未満である実際的な制限に直面する（したがって、ネットワーク内のスループット改善は１０倍未満である）。
１．物理的制限．所定の装置上のＭＩＭＯアンテナは、それぞれが統計的に独立した信号を受信するようにアンテナ間に十分な分離が必要である。ＭＩＭＯ帯域幅の改善は均一な６分の１波長（λ／６）のアンテナ間隔で認められるが、効率はアンテナが接近すると共に急速に低下し、結果として、低ＭＩＭＯ帯域幅の乗算器が得られる。同様に、アンテナが一つに集められるとき、アンテナは典型的に小型化する必要があり、これもまた帯域幅効率に影響を与える。最終的に、より低い周波数及びより長い波長では、単一のＭＩＭＯ装置の物理的サイズは制御できなくなる。極端な例はＨＦバンドにあり、ＭＩＭＯ装置アンテナは互いに１０メートル以上離されるべきである。
２．雑音制限．各ＭＩＭＯ受信機／送信器サブシステムはあるレベルのノイズを生成する。互いに近接して設置されるこれらのサブシステムの台数が多くなるのに伴って、ノイズフロアが増加する。その一方で、多重アンテナＭＩＭＯシステム内で互いに区別されるべき別個の信号が多数になると共に、さらに低いノイズフロアが必要とされる。
３．コスト及び電力制限．コスト及び消費電力が問題にならないＭＩＭＯアプリケーションもあるが、典型的なワイヤレス製品では、コスト及び消費電力の両方は、成功する製品を開発する際に重大な制約である。それぞれのＭＩＭＯアンテナに、別個のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器及びデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を含む別個のＲＦサブシステムが必要である。ムーアの法則に従って倍増するデジタルシステムの多数の態様とは異なり、このようなアナログ集約的なサブシステムは、典型的に、ある種の物理的な構造上のサイズ及び電力の要件があり、コスト及び電力に関して線形に倍増する。したがって、多重アンテナＭＩＭＯ装置は、単一アンテナ装置と比べると、非常に高価かつ高電力消費になる。
【０００５】
[0005]上記の結果として、現在考えられている殆どのＭＩＭＯシステムは、およそ２〜４台のアンテナの程度であり、帯域幅が２〜４倍に増加し、多重アンテナシステムのダイバーシティ効果のためにＳＮＲ比がある程度増加する。最大で１０台のアンテナのＭＩＭＯシステムが（特に、より短い波長と、より狭いアンテナ間隔が原因となってより高いマイクロ波周波数で）検討されているが、その台数を超えることは、非常に特定のコスト集約的なアプリケーションを除くと、非現実的である。
【０００６】
仮想アンテナアレイ
[0006]ＭＩＭＯ型テクノロジーの一つの特有のアプリケーションは仮想アンテナアレイである。このようなシステムは、欧州科学技術研究協力機構に提出された研究論文であるＥＵＲＯ−ＣＯＳＴ，Ｂａｒｃｅｌｏｎａ，Ｓｐａｉｎ，Ｊａｎ  １５−１７，２００３：Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｋｉｎｇ’ｓ  Ｃｏｌｌｅｇｅ  Ｌｏｎｄｏｎ，ＵＫ：“Ａ  ｓｔｅｐ  ｔｏｗａｒｄｓ  ＭＩＭＯ：Ｖｉｒｔｕａｌ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｒｒａｙｓ”，Ｍｉｓｃｈａ  Ｄｏｈｌｅｒ  ＆  Ｈａｍｉｄ  Ａｇｈｖａｍｉに提案されている。
【０００７】
[0007]この論文に示されているような仮想アンテナアレイは、（携帯電話機のような）協調ワイヤレス装置のシステムであり、それらは、（互いに十分に近い時には）協働的に動作するようにそれらの基地局への本来の通信チャネルとは別個の通信チャネルで互いの間で通信する（例えば、それらがＵＨＦバンドのＧＳＭ携帯電話機であるならば、これは５ＧＨｚの産業科学医療用（ＩＳＭ）ワイヤレスバンドである）。これにより、単一アンテナ装置は、例えば、（基地局の通信範囲内にある上に）互いの通信範囲内にある複数台の装置の間で情報を中継し、それらが多数のアンテナを備えた物理的に１台の装置であるかのように動作することにより、帯域幅がＭＩＭＯのように増加する可能性がある。
【０００８】
[0008]しかし、実際には、このようなシステムは実施することが非常に困難であり、有用性が制限されている。一例を挙げると、この場合には、スループットを改善するため、１台の装置ごとに最低限の２本の別個の通信パスを保持する必要があり、２番目の中継リンクは使用できるかどうかが不確定であることが多い。さらに、これらの装置は、最小限でも第２の通信サブシステムを有し、より多くの計算の必要性があるので、より高価であり、物理的により大型であり、寄り多くの電力を消費する。その上、このシステムは様々な通信リンクを用いることになるかもしれない全装置の非常に洗練されたリアルタイムの協調に依存する。最後に、同時チャネル利用（例えば、ＭＩＭＯ技術を利用する同時電話呼伝送）が増大するので、各装置の計算負荷が増大し（チャネル利用が線形に増加するときに指数的に増加する可能性があり）、これは電力及びサイズの制約が厳しい携帯型装置の場合には全く非現実的である。
【発明の概要】
【０００９】
[0009]基地局の各アンテナから、チャネル特性データを生成するため各トレーニング信号を解析しチャネル特性データを基地局へ返送する複数台のクライアント装置のそれぞれに、トレーニング信号を送信するステップと、複数台のクライアント装置のそれぞれに対するチャネル特性データを記憶するステップと、クライアント装置のそれぞれへ送信されるべきデータを受信するステップと、基地局の各アンテナに対するプリコーディングされたデータ信号を生成するため各個のクライアント装置に関連したチャネル特性データを使用してデータをプリコーディングするステップと、基地局の各アンテナを介して各個のクライアント装置へプリコーディングされたデータ信号を送信するステップと、を含む方法が開示される。
【００１０】
[0010]本発明は添付図面と併せた以下の詳細な説明からより良く理解されよう。
【好適な実施形態の詳細な説明】
【００１１】
[0021]以下の記述中、説明の目的で、多数の具体的な細部が本発明の完全な理解を与えるため示されている。しかし、当業者に明らかであるように、本発明はこれらの具体的な細部を用いることなく実施される。他の例では、周知の構造及び装置が本発明の基本原理が不明瞭になることを避けるためブロック図形式で表されている。
【００１２】
[0022]図１は、送信アンテナ１０４及び受信アンテナ１０５を備えた従来技術のＭＩＭＯシステムを表す。このようなシステムは、利用可能チャネルで一般に実現できるスループットの３倍までを達成可能である。その主題に関して公開文献にされたこのようなＭＩＭＯシステムの細部を実施するために多数の異なるアプローチが存在し、以下の説明はそのような一つのアプローチを表す。
【００１３】
[0023]図１のＭＩＭＯシステムでデータが伝送される前に、チャネルが「特性化」される。これは、最初に、送信アンテナ１０４のそれぞれから受信機１０５のそれぞれへ「トレーニング信号」を送信することにより実現される。トレーニング信号は、次から次へ、符号化及び変調サブシステム１０２によって生成され、Ｄ／Ａ変換器（図示せず）によってアナログへ変換され、次に、各送信機１０３によってベースバンドからＲＦへ変換される。それぞれのＲＦ受信機１０６に接続された各受信アンテナ１０５は、各トレーニング信号を受信し、それをベースバンドへ変換する。ベースバンド信号はＤ／Ａ変換器（図示せず）によってデジタルへ変換され、信号処理サブシステム１０７はトレーニング信号を特性化する。各信号の特性には、例えば、受信機内部の基準に対する位相及び振幅と、絶対基準と、相対基準と、固有雑音と、その他のファクタとを含む多数のファクタが含まれる。各信号の特性は、典型的に、チャネルを介して伝送されたときの信号の複数の局面の位相変化及び振幅変化を特性化するベクトルとして定義される。例えば、直交振幅変調（ＱＡＭ）で変調された信号では、この特性は、信号の複数のマルチパスイメージの位相オフセット及び振幅オフセットのベクトルである。別の例として、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調信号では、ＯＦＤＭスペクトルにおける個々の副信号の一部又は全部の位相オフセット及び振幅オフセットのベクトルである。
【００１４】
[0024]信号処理サブシステム１０７は、各受信アンテナ１０５及び対応する受信機１０６によって受信されたチャネル特性を記憶する。３台の送信アンテナ１０４のすべてがそれらのトレーニング信号の送信を終了した後、信号処理サブシステム１０７は、３台の受信アンテナ１０５のそれぞれに対する３個のチャネル特性を記憶し、チャネル特性行列「Ｈ］として呼ばれる３×３型行列１０８を生ずる。各個の行列要素Ｈｉ，ｊは、受信アンテナ１０５ｊによって受信されるような送信アンテナ１０４ｉのトレーニング信号送信のチャネル特性（典型的に、上記のようにベクトル）である。
【００１５】
[0025]この時点で、信号処理サブシステム１０７は、Ｈ１を生成するため行列Ｈ１０８を逆転し、送信アンテナ１０４からの実際のデータの送信を待つ。利用可能な文献に記載された種々の従来技術のＭＩＭＯ技術がＨ行列１０８を逆転可能であることを保証するため利用できることに注意すべきである。
【００１６】
[0026]動作中、送信されるべきデータのペイロードはデータ入力サブシステム１００に与えられる。それは次に、符号化及び変調サブシステム１０２へ与えられる前に分離器１０１によって３個の部分に分割される。例えば、ペイロードが「ａｂｃｄｅｆ」に対するＡＳＣIIビットであるならば、それは、分離器１０１によって、「ａｄ」、「ｂｅ」及び「ｃｆ」のＡＳＣIIビットからなる３個のサブペイロードに分割される。その後、これらのサブペイロードのそれぞれは、符号化及び変調サブシステム１０２へ別々に与えられる。
【００１７】
[0027]サブペイロードのそれぞれは、各信号の統計的独立性と誤り訂正能力の両方に適した符号化システムを使用して別々に符号化される。それらには、リード・ソロモン符号化、ビタビ符号化、及びターボ符号が含まれるが、これらに限定されない。最終的に、３個の符号化されたサブペイロードのそれぞれは、チャネルに適切な変調スキームを使用して変調される。変調スキームの実施例は、差動位相偏移（ＤＰＳＫ）変調、６４−ＱＡＭ変調及びＯＦＤＭである。ここで注意すべきことは、ＭＩＭＯによって提供されるダイバーシティ利得は、同じチャネルを利用するＳＩＳＯ（単入力単出力）システムで実現可能であるようなより高次の変調コンスタレーションを可能にさせることである。符号化され変調された各信号は、次に、Ｄ／Ａ変換ユニット（図示せず）によるＤ／Ａ変換と、各送信機によるＲＦ生成の後に続いて、その専用アンテナ１０４を介して送信される。
【００１８】
[0028]適切な空間ダイバーシティが送信アンテナと受信アンテナとの間に存在することを仮定すると、受信アンテナ１０５のそれぞれは、アンテナ１０４から３個の送信信号の様々な組み合わせを受信する。各信号は、受信され、各ＲＦ受信機１０６によってベースバンドへダウンコンバートされ、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）によってデジタル化される。ｙnがｎ番目の受信アンテナ１０５によって受信された信号であり、ｘnがｎ番目の送信アンテナ１０４によって送信された信号であり、Ｎが雑音であるならば、これは以下の３個の式によって記述できる。
【数１】
2006081162.tif 000003
【００１９】
[0029]これは３個の未知数を含む３個の方程式の系であることから、信号処理サブシステム１０７が（Ｎは信号の復号化を可能にするために十分に低いレベルであると仮定して）ｘ１、ｘ２及びｘ３を導き出す線形代数の問題である。
【数２】
2006081162.tif 000004
【００２０】
[0030]３個の送信信号ｘｎがこのようにして導き出されると、それらは次に、分離器１０１によって最初に分離させられた３個のビットストリームを再現するため、信号処理サブシステム１０７によって復調され、復号化され、誤り訂正される。これらのビットストリームは合成ユニット１０８において合成され、データ出力１０９から単一データストリームとして出力される。システムのロバスト性が雑音機能障害に打ち勝つことが可能であるならば、データ出力１０９はデータ入力１００へ導入されたビットストリームと同じビットストリームを生成する。
【００２１】
[0031]上記の従来技術のシステムは、本明細書の背景の欄に記載された理由によって、一般的に、最大で４台のアンテナ、おそらくは最大で１０台程度のアンテナまで実用的であるが、アンテナの台数（例えば、２５、１００又は１０００台）が増加すると共に非現実的になる。
【００２２】
[0032]典型的に、このような従来技術のシステムは双方向であり、リターンパスは全く同様に実施されるが、通信チャネルのそれぞれの側には送信サブシステム及び受信サブシステムの両方が逆順にある。
【００２３】
[0033]図２は、基地局２００が（例えば、Ｔ１又はその他の高速コネクションを介するインターネットへの）ワイド・エリア・ネットワークインタフェース２０１で構成され、多数のアンテナ２０２が設けられた本発明の一実施形態を説明する図である。多数のクライアント装置２０３〜２０７が存在し、それぞれが単一アンテナを備え、基地局２００からワイヤレス方式でサービスを提供される。本実施例の目的のためには、このような基地局はワイヤレスネットワーク機器が設けられたパーソナルコンピュータであるクライアント装置２０３〜２０７にサービスを提供するオフィス環境にある場合を考えることが最も簡単であるが、このアーキテクチャは、基地局がワイヤレスクライアントにサービスを提供する屋内と屋外の両方の多数のアプリケーションに適用される。例えば、基地局は、携帯電話タワーに置かれても、又は、テレビ放送塔に置かれてもよい。一実施形態において、基地局２００は、２００４年４月２０日に出願され、名称がＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＥＮＨＡＮＣＩＮＧ  ＮＥＡＲ  ＶＥＲＴＩＣＡＬ  ＩＮＣＩＤＥＮＣＥ  ＳＫＹＷＡＶＥ（“ＮＶＩＳ”）  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ  ＵＳＩＮＧ  ＳＰＡＣＥ−ＴＩＭＥ  ＣＯＤＩＮＧ，Ｓｅｒｉａｌ  Ｎｏ．１０／８１７，７３１であり、本願の譲受人へ譲渡され、参照として本明細書に組み込まれた同時係属中の出願に記載されているように、地表に設置され、電離層から信号を反射させるためにＨＦ周波数（例えば、２４ＭＨｚまでの周波数）で上方へ送信するように構成される。
【００２４】
[0034]上記の基地局２００及びクライアント装置２０３〜２０７と関連した特定の細部は説明のための例に過ぎず、本発明の基本原理に適合していることは要求されない。例えば、基地局は、ＷＡＮインタフェース２０１を介して、デジタルビデオ配信のため使用されるような特定用途ワイドエリアネットワークを含む多種多様なタイプのワイドエリアネットワークに接続される。さらに、クライアント装置は、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）、受信機及びワイヤレスカメラを含むが、これらに限定されない、どのような種類のワイヤレスデータ処理及び／又は通信装置でもよい。
【００２５】
[0035]一実施形態において、基地局のｎ台のアンテナ２０２は、基地局が従来技術のＭＩＭＯトランシーバであるかのように、それぞれが空間的に相関関係のない信号を送受信するように空間的に分離される。背景の欄に記載したように、λ／６（すなわち、６分の１波長）の範囲内で離れて設置されたアンテナがＭＩＭＯから帯域幅の増大に成功する実験が行われたが、一般的に説明すると、これらの基地局アンテナがより離れて設置されると、システム性能がより向上し、λ／２は望ましい最小値である。当然ながら、本発明の基本原理はアンテナ間の特定の間隔に制限されない。
【００２６】
[0036]単一の基地局２００はそのアンテナが非常に離して設置される方がよいことに注意すべきである。例えば、ＨＦスペクトルにおいて（例えば、上記のＮＶＩＳ実施では）、アンテナは１０メートル以上離れている。１００台のこのようなアンテナが使用されるならば、基地局のアンテナアレイは数平方キロメートルを受け持つことが可能である。
【００２７】
[0037]空間ダイバーシティ技術に加えて、本発明の一実施形態は、システムの実効帯域幅を増加させるため、信号を偏向する。偏向によるチャネル帯域幅の増大は、衛星テレビジョンプロバイダによって長年に亘って利用されている周知の技術である。偏向を使用すると、複数台（例えば、３台）の基地局アンテナを互いに非常に接近させ、それでもなお空間的に相関関係をもたないようにすることができる。従来のＲＦシステムは一般に２次元（例えば、ｘ及びｙ）の偏向のダイバーシティだけによって利益を得るが、本明細書に記載されているアーキテクチャは３次元（ｘ、ｙ及びｚ）の偏向のダイバーシティによる利益を得る。
【００２８】
[0038]図３は、図２に示された基地局２００及びクライアント装置２０３〜２０７の一実施形態のさらなる細部を示す。簡略化の目的のため、基地局３００は３台だけのアンテナ３０５及び３台だけのクライアント装置３０６〜３０８と共に表されている。しかし、本明細書に記載された本発明の実施形態は事実上無制限の（すなわち、利用可能な空間及び雑音だけによって制限される）台数のアンテナ３０５とクライアント装置３０６〜３０８とを用いて実施される。
【００２９】
[0039]図３は、通信チャネルの両側に３台ずつのアンテナを有する点で図１に表された従来技術のＭＩＭＯアーキテクチャに類似している。顕著な相違点は、従来技術のＭＩＭＯシステムでは、図１に右側の３台のアンテナ１０５がすべて互いに一定の距離にあり（例えば、単一装置上に一体化され）、それぞれのアンテナ１０５からの受信信号が信号処理サブシステム１０７において一緒に処理されることである。これに対して、図３では、図面の右側の３台のアンテナ３０９は、それぞれが異なるクライアント装置３０６〜３０８に接続され、それぞれが基地局３０５の通信範囲内のどこかに分散している。このようにして、各クライアント装置が受信する信号は、その符号化・変調・信号処理サブシステム３１１において他の２個の受信信号とは独立に処理される。このようにして、多入力（すなわち、アンテナ１０５）多出力（すなわち、アンテナ１０４）型のＭＩＭＯシステムに対して、図３は、以下では「ＤＩＭＯ」システムと呼ばれる、分散入力（すなわち、アンテナ３０９）多出力（すなわち、アンテナ３０５）型のシステムを説明する。
【００３０】
[0040]図３に表されたＤＩＭＯアーキテクチャは、所定の台数の送信アンテナの場合に、ＳＩＳＯに対してシステムＭＩＭＯと同様の帯域幅増加を実現する。しかし、ＭＩＭＯと図３に示された特有のＤＩＭＯ実施形態との間の一つの相違点は、多数の基地局アンテナによって得られる帯域幅増加を達成するため、各ＤＩＭＯクライアント装置３０６〜３０８が単一受信アンテナだけを必要とし、一方、ＭＩＭＯの場合、各クライアント装置が実現することが望まれる帯域幅の倍数と少なくとも同数の受信アンテナを必要とすることである。一般に、（背景の欄に記載されているように）クライアント装置上に設置できるアンテナ台数に現実的な限界があるとするならば、これは、典型的に、ＭＩＭＯシステムを４〜８台のアンテナ（ならびに、４倍〜１０倍の帯域幅倍数）に制限する。基地局３００は、典型的に、固定した、給電された場所から多数のクライアント装置にサービスを提供するので、基地局を１０台よりも多数のアンテナへ拡張し、空間ダイバーシティを実現するため適当な距離でアンテナを分離させることは現実的である。図に示されるように、各アンテナはトランシーバ３０４を備え、符号化・変調・信号処理部３０３の処理能力の一部分が与えられる。特に、本実施形態では、基地局３００がどんなに拡張されても、各クライアント装置３０６〜３０８は１台のアンテナ３０９しか必要としないので、個別のユーザクライアント装置３０６〜３０８のコストは安く、基地局３００のコストは多数のユーザ間で分担される。
【００３１】
[0041]基地局３００からクライアント装置３０６〜３０８へのＤＩＭＯ伝送を実現する方法の一実施例は図４〜６に示される。
【００３２】
[0042]本発明の一実施形態において、ＤＩＭＯ伝送が開始する前に、チャネルが特性化される。ＭＩＭＯシステムと同様に、トレーニング信号が、（以下に記載する実施形態において）アンテナ４０５のそれぞれによって、一つずつ、送信される。図４は１回目のトレーニング信号送信だけを説明するが、３台のアンテナ４０５が存在するので、全部で３回の別個の送信が行われる。各トレーニング信号は、符号化・変調・信号処理サブシステム４０３によって生成され、Ｄ／Ａ変換器によってアナログへ変換され、各ＲＦトランシーバ４０４を介してＲＦとして送信される。上記の技術（例えば、リード・ソロモン、ビタビ符号化；ＱＡＭ、ＤＰＳＫ、ＱＰＳＫ変調など）を含む多種多様な符号化、復調及び信号処理技術が利用されるが、これらに限定されない。
【００３３】
[0043]各クライアント装置４０６〜４０８は、そのアンテナ４０９を介して、トレーニング信号を受信し、トランシーバ４１０によってそのトレーニング信号をベースバンドへ変換する。Ａ／Ｄ変換器（図示せず）は信号をデジタルへ変換し、そのデジタルで信号は各符号化・変調・信号処理サブシステム４１１によって処理される。信号特性化ロジック３２０は、次に、得られた信号を特性化し（例えば、上記のような位相歪み及び振幅歪みを同定し）、その特性をメモリに記憶する。この特性化プロセスは従来技術のＭＩＭＯシステムの特性化プロセスと類似しているが、顕著な相違点は、各クライアント装置がｎ台のアンテナではなく、その１台のアンテナに対する特徴ベクトルだけを計算することである。例えば、クライアント装置４０６の符号化・変調・信号処理サブシステム４０２は、（製造時に、送信メッセージで受信することにより、又は、別の初期化プロセスを通じて）既知のトレーニング信号のパターンで初期化される。アンテナ４０５がこの既知パターンを使ってトレーニング信号を送信するとき、符号化・変調・信号処理サブシステム４２０は、トレーニング信号の最も強い受信パターンを見つけるため相関法を使用し、位相及び振幅オフセットを記憶し、その後で、このパターンを受信信号から差し引く。次に、それは、トレーニング信号と相関関係のある２番目に強い受信パターンを検出し、位相及び振幅オフセットを記憶し、その後で、この２番目に強い受信パターンを受信信号から差し引く。このプロセスは、一定数（例えば、８個）の位相及び振幅オフセットが記憶されるか、又は、検出可能なトレーニング信号パターンが所定のノイズフロアより低下するまで継続する。この位相／振幅オフセットのベクトルはベクトル４１３の要素Ｈ１１になる。同時に、クライアント装置４０７及び４０８のための符号化・変調・信号処理サブシステムは、それらのベクトル要素Ｈ２１及びＨ３１を生成するため同じ処理を実施する。
【００３４】
[0044]特性が記憶されるメモリは、フラッシュメモリ又はハードディスクドライブのような不揮発性メモリでもよく、及び／又は、ランダムアクセスメモリ（例えば、ＳＤＲＡＭ、ＲＤＡＭ）のような揮発性メモリでもよい。その上、異なるクライアント装置が特性情報を記憶するため異種のメモリを同時に利用してもよい（例えば、ＰＤＡはフラッシュメモリを使用し、一方、ノートブックコンピュータはハードディスクドライブを使用する。）。本発明の基本原理は、種々のクライアント装置又は基地局の特定の記憶メカニズムのタイプに限定されない。
【００３５】
[0045]上記のように、利用されるスキームに依存して、各クライアント装置４０６〜４０８は１台のアンテナだけを有するので、それぞれはＨ行列の１×３列４１３〜４１５だけを記憶する。図４は、１回目のトレーニング信号送信後の段階を説明する図であり、１×３列４１３〜４１５の第１行が３台の基地局アンテナ４０５のうちの１番目のアンテナに対するチャネル特性情報と共に記憶されている。残りの２列は、残りの２台の基地局アンテナからの次の２個のトレーニング信号送信のチャネル特性化の後に続いて記憶される。説明の目的のため、３個のトレーニング信号は別々の時点で送信されることに注意すべきである。３個のトレーニング信号が互いに相関関係の無いように選択されるならば、それらは同時に送信してもよく、それによって、トレーニング時間が短縮される。
【００３６】
[0046]図５に示されるように、３個全部のパイロット送信が終了した後、各クライアント装置５０６〜５０８は、記憶した行列Ｈの１×３列５１３〜５１５を基地局５００へ返送する。簡略化の目的のため、図５には、特性情報を送信する１台のクライアント装置５０６だけ示されている。適切な誤り訂正符号化（例えば、リード・ソロモン、ビタビ、及び／又は、ターボ符号）と組み合わされたチャネルのための適切な変調スキーム（例えば、ＤＰＳＫ、６４ＱＡＭ、ＯＦＤＭ）は、基地局５００が列５１３〜５１５内のデータを正確に受信することを保証するため利用される。
【００３７】
[0047]３台全部のアンテナ５０５は図５では信号を受信することが示されているが、基地局５００の１台のアンテナ及びトランシーバが１×３列伝送情報のそれぞれを受信すれば十分である。しかし、各伝送情報を受信するために多数又は全部のアンテナ５０５及びトランシーバ５０４を利用すること（すなわち、符号化・変調・信号処理サブシステム５０３内の従来技術の多入力単一出力（ＭＩＳＯ）技術）は、ある種の条件下で単一のアンテナ５０５及びトランシーバ５０４を利用するよりも高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を生じる。
【００３８】
[0048]基地局５００の符号化・変調・信号処理サブシステム５０３が、クライアント装置５０７〜５０８から、１×３列５１３〜５１５を受信するとき、それを３×３のＨ行列５１６に記憶する。クライアント装置と同様に、基地局は、行列５１６を記憶するため、不揮発性大容量記憶メモリ（例えば、ハードディスクドライブ）、及び／又は、揮発性メモリ（例えば、ＳＤＲＡＭ）を含み、これらに限定されない多種多様な記憶技術を利用する。図５は、基地局５００がクライアント装置５０９から１×３列５１３を受信し記憶する段階を説明する図である。Ｈ行列５１６全体が記憶されるまで、１×３列５１４及び５１５は、残りのクライアント装置から受信されたときにＨ行列５１６に送信され、記憶される。
【００３９】
[0049]基地局６００からクライアント装置６０６〜６０８へのＤＩＭＯ伝送の一実施形態は次に図６を参照して説明される。各クライアント装置６０６〜６０８は独立した装置であるため、典型的に各装置は様々なデータ送信を受信する。したがって、基地局６００の一実施形態は、ＷＡＮインタフェース６０１と符号化・変調・信号処理サブシステム６０３との間に通信的に配置されたルータ６０２を含み、ルータは、ＷＡＮインタフェース６０１から（ビットストリームにフォーマットされた）多数のデータストリームを取り込み、それらを各クライアント装置６０６〜６０８へ向けられた別個のビットストリームｕ１〜ｕ３としてそれぞれに経路制御する。種々のよく知られたルーティング技術がこの目的のためルータ６０２によって利用される。
【００４０】
[0050]図６に示された３個のビットストリームｕ１〜ｕ３はその後に符号化・変調・信号処理サブシステム６０３へ経路制御され、（例えば、リード・ソロモン、ビタビ、又は、ターボ符号を使用して）統計的に識別可能な誤り訂正ストリームに符号化され、そのチャネルに適切な変調スキーム（ＤＰＳＫ、６４ＱＡＭ又はＯＦＤＭなど）を使用して変調される。その上、図６に示された実施形態は、アンテナ６０５のそれぞれから送信された信号を信号特性行列６１６に基づいて一意に符号化する信号プリコーディングロジック６３０を含む。より詳細には、（図１において行われるように）３個の符号化され変調されたビットストリームのそれぞれを別個のアンテナへ経路制御するのではなく、一実施形態では、プリコーディングロジック６３０は、図６における３個のビットストリームｕ１〜ｕ３にＨ行列６１６の逆行列を乗算し、３個の新しいビットストリームｕ’１〜ｕ’３を生成する。３個のプリコーディングされたビットストリームは次にＤ／Ａ変換器（図示せず）によってアナログに変換され、トランシーバ６０４及びアンテナ６０５によってＲＦとして送信される。
【００４１】
[0051]ビットストリームがクライアント装置６０６〜６０８によってどのように受信されるかを説明する前に、プリコーディングモジュール６３０によって実行される演算を説明する。上記の図１のＭＩＭＯ実施例と同様に、３個のソースビットストリームに対する符号化され変調された信号はｕｎのように表される。図６に示された実施形態では、各ｕｉはルータ６０２によって経路制御された３個のビットストリームのうちの一つからのデータを格納し、このような各ビットストリームは３台のクライアント装置６０６〜６０８のうちの１台へ向けられる。
【００４２】
[0052]しかし、各ｘｉが各アンテナ１０４によって送信される図１のＭＩＭＯ実施例とは異なり、図６に示された本発明の実施形態では、各ｕｉは各クライアント装置アンテナ６０９で（チャネルにどのような雑音Ｎが存在するとしても）受信される。この結果を得るため、３台のアンテナ６０５のそれぞれの出力（それぞれがνｉとして表される）は、ｕｉと、各クライアント装置のチャネルを特性化するＨ行列との関数である。一実施形態では、各νｉは、以下の式：
【数３】
2006081162.tif 000005
を実施することにより、符号化・変調・信号処理サブシステム６０３内のプリコーディングロジック６３０によって計算される。
【００４３】
[0053]このようにして、各信号がチャネルによって変換された後に各ｘｉが受信機で計算されるＭＩＭＯとは異なり、本明細書で説明される本発明の実施形態は、信号がチャネルによって変換される前に送信機で各νｉについて解法する。各アンテナ６０９は、他のアンテナ６０９へ向けられた他のｕｎ−１ビットストリームから既に分離されたｕｉを受信する。各トランシーバ６１０は各受信信号をベースバンドへ変換し、そこでＡ／Ｄ変換器（図示せず）によってデジタル化され、それぞれの符号化・変調・信号処理サブシステム６１１は、そこへ向けられたｘｉビットストリームを復調、復号化し、クライアント装置によって（例えば、クライアント装置上のアプリケーションによって）使用できるようにそのビットストリームをデータインタフェース６１２へ送信する。
【００４４】
[0054]本明細書に記載されている本発明の実施形態は、多種多様の符号化及び変調スキームを使用して実施される。例えば、周波数スペクトルが複数のサブバンドに分離されるＯＦＤＭ実施では、本明細書に記載された技術は各個のサブバンドを特性化するため利用される。しかし、上述のように、本発明の基本原理は特定の変調スキームに限定されない。
【００４５】
[0055]クライアント装置６０６〜６０８が、ＰＤＡ、ノートブックコンピュータ、及び／又は、無線電話機のような携帯型データ処理装置であるならば、チャネル特性は、クライアント装置がある場所から別の場所へ移動すると共に頻繁に変化する。したがって、本発明の一実施形態では、基地局６００のチャネル特性行列６１６は継続的に更新される。一実施形態では、基地局６００は周期的に（例えば、２５０ミリ秒ごとに１回ずつ）新たなトレーニング信号を各クライアント装置へ送出し、各クライアント装置は、（例えば、環境が変化してチャネルに影響を与える場合、又は、クライアント装置が移動する場合に）チャネル特性が依然として正確であることを保証するため、そのチャネル特性ベクトルを基地局６００へ継続的に返送する。一実施形態では、トレーニング信号は各クライアント装置へ送信される実際のデータ信号にインターリーブされる。典型的に、トレーニング信号はデータ信号よりも帯域幅がかなり低いので、これはシステムの全体的なスループットに殆ど影響を与えない。したがって、本実施形態では、チャネル特性行列６１６は、基地局が各クライアント装置と活発に通信するときに継続的に更新され、それによって、クライアント装置がある場所から次の場所へ移動するときに、又は、環境が変化してチャネルに影響を与える場合に、正確なチャネル特性を維持する。
【００４６】
[0056]図７に示された本発明の一実施形態は、アップストリーム通信チャネル（すなわち、クライアント装置７０６〜７０８から基地局７００へのチャネル）を改良するため、ＭＩＭＯ技術を利用する。本実施形態では、クライアント装置のそれぞれからのチャネルは、基地局内のアップストリームチャネル特性化ロジック７４１によって継続的に解析され、特性化される。より詳細には、クライアント装置７０６〜７０８のそれぞれはトレーニング信号を基地局７００へ送信し、（例えば、典型的なＭＩＭＯシステムにおけるように）チャネル特性化ロジック７４１は、Ｎがクライアント装置の台数であり、Ｍが基地局によって利用されるアンテナの台数である場合に、Ｎ×Ｍ型チャネル特性行列７４１を生成するため、そのトレーニング信号を解析する。図７に示された実施形態は、基地局の３台のアンテナ７０５と、３台のクライアント装置７０６〜７０８とを利用し、基地局７００に記憶される３×３型のチャネル特性行列７４１を生ずる。図７に示されたＭＩＭＯアップストリーム伝送は、データを基地局７００へ返送するため、及び図５に示されるようにチャネル特性ベクトルを基地局７００へ返送するための両方の目的のためクライアント装置によって使用される。しかし、各クライアント装置のチャネル特性ベクトルが別々の時点で送信される図５に示された実施形態とは異なり、図７に表された方法は、多数のクライアント装置から基地局７００へのチャネル特性ベクトルの同時返送を可能にさせ、これにより、チャネル特性ベクトルがリターンチャネルに与える影響を著しく低減する。
【００４７】
[0057]上述のように、各信号の特性には、例えば、受信機内部の基準に対する位相及び振幅、絶対基準、相対基準、固有雑音、又は、その他のファクタを含む多数のファクタが含まれる。例えば、直交振幅変調（ＱＡＭ）で変調された信号において、特性は信号の複数のマルチパスイメージの位相オフセット及び振幅オフセットのベクトルである。別の実施例として、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）で変調された信号において、特性はＯＦＤＭスペクトル内の複数又は全部の個別の副信号の位相オフセット及び振幅オフセットのベクトルである。トレーニング信号は、各クライアント装置の符号化及び変調サブシステム７１１によって生成され、Ｄ／Ａ変換器（図示せず）によってアナログへ変換され、その後で、各クライアント装置の送信機７０９によってベースバンドからＲＦへ変換される。一実施形態では、トレーニング信号が同期していることを保証するため、クライアント装置は基地局によって（例えば、ラウンドロビン方式で）要求されたときに限りトレーニング信号を送信する。その上、トレーニング信号は、各クライアント装置から送信される実際のデータ信号にインターリーブされるか、又は、実際のデータ信号と並行して送信される。このようにして、クライアント装置７０６〜７０８が移動可能であるとしても、トレーニング信号は継続的に送信され、アップストリームチャネル特性ロジック７４１によって解析され、それによって、チャネル特性行列７４１が最新の状態を保つことを保証する。
【００４８】
[0058]本発明の上記の実施形態によってサポートされる総チャネル帯域幅は、ｍｉｎ（Ｎ，Ｍ）として定義され、ここで、Ｎはクライアント装置の台数であり、Ｍは基地局アンテナの台数である。すなわち、この能力は基地局側とクライアント側のいずれかのアンテナの台数によって制限される。したがって、本発明の一実施形態は、ｍｉｎ（Ｎ，Ｍ）台に過ぎないアンテナが所定の時点で送信／受信することを保証するため同期化技術を利用する。
【００４９】
[0059]典型的な状況では、基地局７００上のアンテナ７０５の台数はクライアント装置７０６〜７０８の台数よりも少ない。典型的な状況は３台のアンテナ８０２を有する基地局と通信する５台のクライアント装置８０４〜８０８を表す図８に示されている。本実施形態では、クライアント装置８０４〜８０８の総台数を決定し、（例えば、上述されているような）必要なチャネル特性情報を収集した後、基地局８００は、通信すべき第１の３台のクライアントのグループ８１０を選択する（本実施例では、ｍｉｎ（Ｎ，Ｍ）＝３であるため、クライアントは３台である）。指定された時間に亘って第１のクライアントのグループ８１０と通信した後、基地局は次に、通信すべき別の３台のクライアントのグループ８１１を選択する。通信チャネルを均等に分散させるため、基地局８００は、第１のグループに含まれていなかった２台のクライアント装置８０７，８０８を選択する。その上、付加的なアンテナが利用可能であるため、基地局８００は第１のグループに含まれる付加的なクライアント装置８０５を選択する。一実施形態において、基地局８００は、各クライアントに長い時間では同量の帯域幅が均等に割り付けられるように、クライアントのグループの間で巡回する。例えば、帯域幅を均等に割り付けるため、基地局は、続いて、（クライアント装置８０６は最初の２サイクルの間に基地局との通信を行っていたので）クライアント装置８０６を除く３台のクライアント装置の組み合わせを選択する。
【００５０】
[0060]一実施形態では、標準的なデータ通信の他に、基地局は、トレーニング信号をクライアント装置のそれぞれへ送信し、クライアント装置のそれぞれからトレーニング信号及び信号特性データを受信するため、上記の技術を利用する。
【００５１】
[0061]一実施形態では、ある特定のクライアント装置、又は、クライアント装置のグループは、異なるレベルの帯域幅が割り付けられる。例えば、クライアント装置は、相対的に優先順位の高いクライアント装置が相対的に優先順位の低いクライアント装置よりも多数の通信サイクル（すなわち、より多くの帯域幅）を保証されるように、優先順位を付けられる。クライアント装置の「優先順位」は、例えば、ワイヤレスサービスへのユーザの指定された加入レベル（例えば、ユーザは付加的な帯域幅のため進んでより多くの額を支払う）、及び／又は、クライアント装置との間で通信されるデータのタイプ（例えば、音声及びテレビ電話のようなリアルタイム通信は電子メールのような非リアルタイム通信よりも有線する）を含む多数の変数に基づいて選択される。
【００５２】
[0062]一実施形態では、基地局は各クライアント装置によって要求される現在負荷に基づいて帯域幅を動的に割り付ける。例えば、クライアント装置８０４がライブ映像をストリーミングし、他の装置８０５〜８０８が電子メールのような非リアルタイム機能を実行するならば、基地局８００はかなり大量の帯域幅をこのクライアント８０４へ割り付ける。しかし、注意すべきことは、本発明の基本原理が特定の帯域幅割り付け技術に限定されないことである。
【００５３】
[0063]図９に示されるように、２台のクライアント装置９０７，９０８は近接しているので、これらのクライアントのチャネル特性は実質的に同じである。その結果として、基地局は、２台のクライアント装置９０７，９０８の実質的に等しいチャネル特性を受信し記憶するので、クライアント装置ごとに一意の、空間的に分散した信号を作成することが不可能である。したがって、一実施形態では、基地局は、互いに近接している２台以上のクライアント装置が異なるグループに割り付けられることを保証する。図９において、基地局９００は、最初に、第１のクライアント装置９０４、９０５及び９０８のグループ９１０と通信し、次に、第２のクライアント装置９０５、９０６及び９０７のグループ９１１と通信し、クライアント装置９０７と９０８が異なるグループに入ることを保証する。
【００５４】
[0064]或いは、一実施例において、基地局９００は両方のクライアント装置９０７及び９０８と同時に通信するが、既知のチャネル多重化技術を使用して通信チャネルを多重化する。例えば、基地局は、クライアント装置９０７と９０８との間で単一の空間的に相関関係がある信号を分割するため、時分割多重化（ＴＤＭ）、周波数分割多重化（ＦＤＭ）、又は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）技術を利用する。
【００５５】
[0065]上記の各クライアント装置は単一アンテナを備えているが、本発明の原理は、スループットを増加させるため多重アンテナを備えたクライアント装置を使用して利用される。例えば、上記のワイヤレスシステムで使用されるとき、２台のアンテナを備えたクライアントはスループットの２倍の増加を実現し、３台のアンテナを備えたクライアントはスループットの３倍の増加を実現し、以下同様である（すなわち、アンテナの間の空間と角度の分離が十分であると仮定する）。基地局は、多重アンテナを備えたクライアント装置を巡回するとき、同じ一般的な規則を適用する。例えば、基地局は各アンテナを別個のクライアントとして取り扱い、他のクライアントと同じようにその「クライアント」に帯域幅を割り付ける（例えば、各クライアントは、適切な、又は、等しい通信期間を備えていることを保証する）。
【００５６】
[0066]上述のように、本発明の一実施形態は、近垂直放射空間波（ＮＶＩＳ）システム内で信号対雑音比及び伝送帯域幅を改善するため、上記のＤＩＭＯ及び／又はＭＩＭＯ信号伝送技術を利用する。図１０を参照すると、本発明の一実施形態において、Ｎ本のアンテナのマトリックス１００２を備えた第１のＮＶＩＳ局１００１は、Ｍ台のクライアント装置１００４と通信するように構成される。ＮＶＩＳアンテナ１００２及び種々のクライアント装置１００４のアンテナは、所望のＮＶＩＳを実現し、地上波妨害効果を最小限に抑えるため、約１５度の垂直角度範囲内で上方へ信号を送信する。一実施形態において、アンテナ１００２及びクライアント装置１００４は、ＮＶＩＳスペクトルの範囲内の指定された周波数（例えば、２３ＭＨｚ以下、典型的には１０ＭＨｚ未満の搬送周波数）で上記の種々のＤＩＭＯ技術及びＭＩＭＯ技術を使用して、多数の独立したデータストリーム１００６をサポートし、それによって、（すなわち、統計的に独立したデータストリームの数に比例する倍率によって）指定された周波数の帯域幅を著しく増大させる。
【００５７】
[0067]所与の局のために役立つＮＶＩＳアンテナは互いに物理的に非常に離れている。１０ＭＨｚ未満の長い波長と、（往復で３００マイル程度の）信号の長い移動距離を仮定すると、数百ヤード、さらには何マイルものアンテナの物理的な分離はダイバーシティに有利である。このような状況において、個々のアンテナ信号は、従来の有線若しくは無線通信システムを使用して処理できるように集中位置へ戻される。或いは、各アンテナはその信号を処理するための局部的機能を保有し、データを集中位置へ返送するため従来の有線若しくは無線通信システムを使用する。本発明の一実施形態において、ＮＶＩＳ局１００１はインターネット１０１０（又は、その他のワイドエリアネットワーク）へのブロードバンドリンク１０１５を有し、それによって、クライアント装置１００３に遠隔高速ワイヤレスネットワークアクセスを提供する。
【００５８】
[0068]本発明の実施形態は上記の種々のステップを含む。これらのステップは、汎用又は専用プロセッサにある特定のステップを実行させる機械実行可能な命令に具現化される。例えば、上記の基地局及びクライアント装置内の種々のコンポーネントは、汎用又は専用プロセッサで実行されるソフトウェアとして実施される。本発明の適切な態様が不明瞭になることを避けるため、コンピュータメモリ、ハードディスクドライブ、入力装置などのような様々な周知のパーソナルコンピュータコンポーネントは図面から省略されている。
【００５９】
[0069]或いは、一実施形態において、本明細書で説明された種々の機能モジュール及び関連したステップは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のようなステップを実行するハードワイヤードロジックを収容する特定のハードウェアコンポーネント、又は、プログラムされたコンピュータコンポーネントとカスタムハードウェアコンポーネントとの組み合わせによって実行される。
【００６０】
[0070]一実施形態において、上記の符号化・変調・信号処理ロジック９０３のようなある特定のモジュールは、テキサスインスツルメントのＴＭＳ３２０ｘアーキテクチャを使用するＤＳＰ（例えば、ＴＭＳ３２０Ｃ６０００、ＴＭＳ３２０Ｃ５０００、・・・など）のようなプログラマブルデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）（又は、ＤＳＰのグループ）で実施される。本実施形態におけるＤＳＰは、例えば、ＰＣＩカードのようなパーソナルコンピュータへのアドオンカード内に組み込まれる。当然ながら、多種多様のＤＳＰアーキテクチャが使用されると共に、依然として本発明の基本原理と適合する。
【００６１】
[0071]本発明の要素はさらに機械実行可能な命令を記憶する機械読み取り可能な媒体としても提供される。機械読み取り可能な媒体には、フラッシュメモリ、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ  ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、伝搬媒体、又は、電子命令を記憶するため適するその他のタイプの機械読み取り可能な媒体が含まれるが、これらに限定されない。例えば、本発明は、通信リンク（例えば、モデム若しくはネットワークコネクション）を介して、搬送波又はその他の伝搬媒体に埋め込まれたデータ信号を用いて、遠隔コンピュータ（例えば、サーバ）から要求元コンピュータ（例えば、クライアント）へ転送されるコンピュータプログラムとしてダウンロードされる。
【００６２】
[0072]上記の記述の全体を通して、説明の目的のため、多数の具体的な細部が本システム及び方法の完全な理解が得られるように記載されている。しかし、当業者に明らかであるように、システム及び方法はこれらの具体的な細部の一部を用いることなく実施される。したがって、本発明の範囲及び精神は特許請求の範囲に記載された事項によって判断されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】従来技術のＭＩＭＯシステムを説明する図である。
【図２】複数台の単一アンテナクライアント装置と通信するＮアンテナ基地局を説明する図である。
【図３】３台の単一アンテナクライアント装置と通信する３アンテナ基地局を説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態で利用されるトレーニング信号技術を説明する図である。
【図５】本発明の一実施形態によるクライアント装置から基地局へ送信されるチャネル特性データを説明する図である。
【図６】本発明の一実施形態による分散入力多出力（ＤＩＭＯ）ダウンストリーム伝送を説明する図である。
【図７】本発明の一実施例による多入力多出力（ＭＩＭＯ）アップストリーム伝送を説明する図である。
【図８】本発明の一実施例による帯域幅を割り付けるため種々のクライアントグループの中を巡回する基地局を説明する図である。
【図９】本発明の一実施例による近接性に基づくクライアントのグループ化を説明する図である。
【図１０】ＮＶＩＳシステム内で利用される本発明の実施形態を説明する図である。
【図１】
2006081162.tif 000006
【図２】
2006081162.tif 000007
【図３】
2006081162.tif 000008
【図４】
2006081162.tif 000009
【図５】
2006081162.tif 000010
【図６】
2006081162.tif 000011
【図７】
2006081162.tif 000012
【図８】
2006081162.tif 000013
【図９】
2006081162.tif 000014
【図１０】
2006081162.tif 000015
【外国語明細書】
2006081162000001.pdf