(57)【要約】複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）の送信又は受信ダイバーシティの無線通信システムにおけるコストを削減するために、送信又は受信チェーンの数が減少し得る構成が説明される。容量の改善が見出されるノマディック（ｎｏｍａｄｉｃ）及び高速移動性のＭＩＭＯのユーザ端末で特に有利な点が見出される。更に、空間的減衰の影響に対応する改善された機能が達成される。切り替え式の選択と共に指向性アンテナを使用した実施例もまた説明される。それは、ノマディック（ｎｏｍａｄｉｃ）又は移動での使用を対象とした小型ユーザ装置用に特に有利である。
2005518756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つ以上の別種のアンテナと、複数の送信チェーン又は複数の受信チェーンのいずれかとを有する無線通信装置であって、
アンテナより少ない送信又は受信チェーンが存在する無線通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
複数入力複数出力の通信を提供するように構成された無線通信装置。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
前記アンテナがそれぞれ指向性を有する無線通信装置。
【請求項４】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
前記アンテナのダイバーシティが、空間ダイバーシティと偏波ダイバーシティのうちの何らかを介して達成される無線通信装置。
【請求項５】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
基地局とユーザ端末とから選択された無線通信装置。
【請求項６】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
各受信チェーン又は各送信チェーンについて、前記受信又は送信チェーンと共に使用されるアンテナのうちの何らかの１つを選択するように構成されたセレクタを更に有する無線通信装置。
【請求項７】
請求項６に記載の無線通信装置であって、
前記セレクタが、前記送信チェーン間又は前記受信チェーン間で前記アンテナを切り替えるように構成された切り替え機構を有する無線通信装置。
【請求項８】
請求項６に記載の無線通信装置であって、
前記セレクタが、巡回冗長検査処理に関連するパラメータに基づいて選択するように構成された無線通信装置。
【請求項９】
請求項８に記載の無線通信装置であって、
前記セレクタが、各受信チェーンについて、何らかの受信チェーンと共に使用に現在選択されていないアンテナのうちの何らかの１つを選択するように更に構成された無線通信装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の無線通信装置であって、
前記セレクタが、各送信チェーンについて、何らかの送信チェーンと共に使用に現在選択されていないアンテナのうちの何らかの１つを選択するように更に構成された無線通信装置。
【請求項１１】
請求項６に記載の無線通信装置であって、
前記セレクタが、信号強度インジケータに基づいて選択するように構成された無線通信装置。
【請求項１２】
請求項６に記載の無線通信装置であって、
複数入力複数出力の通信を提供するように構成され、
前記セレクタが、フレーム誤り率とリンク容量と固定値のうちの何らかに関連するパラメータに基づいて選択するように構成された無線通信装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
前記アンテナのそれぞれが、指向性のアンテナビームを提供するように構成され、
前記アンテナビームの少なくともいくつかが、その他のアンテナビームに対して実質的に異なる指示方向である無線通信装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
４対のアンテナを有し、
それぞれの対のアンテナが、持ち運び可能であり、実質的に平面で支持されるような大きさと形の躯体から支持される無線通信装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の無線通信装置であって、
前記躯体が、平行六面体であり、
それぞれの対のアンテナが、前記平行六面体の異なる面から支持される無線通信装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の無線通信装置であって、
前記アンテナが双極子である無線通信装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の無線通信装置であって、
それぞれの対の双極子のうちの１つが、その先端が前記躯体に向けられるように構成された無線通信装置。
【請求項１８】
請求項１４に記載の無線通信装置であって、
送信用に前記アンテナの第１のサブセットを選択し、受信用に前記アンテナの第２のサブセットを選択するように構成されたセレクタを更に有する無線通信装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の無線通信装置であって、
複数入力複数出力の通信システムでの使用に適しており、
前記第１のサブセットが前記アンテナのうちの２つであり、前記第２のサブセットが前記アンテナのうちの４つである無線通信装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の無線通信装置を有する無線通信ネットワーク。
【請求項２１】
それぞれが請求項１に記載の無線通信装置である複数のユーザ端末を有する無線通信ネットワークであって、
前記ユーザ端末の前記アンテナのそれぞれが、指向性のアンテナビームを提供するように構成され、
前記アンテナビームの少なくともいくつかが、その他のアンテナビームに対して実質的に異なる指示方向である無線通信ネットワーク。
【請求項２２】
３つ以上の別種のアンテナと、複数の送信チェーン又は複数の受信チェーンのいずれかとを有する無線通信装置を動作する方法であって、
アンテナより少ない送信又は受信チェーンが存在し、
（ｉ）各受信チェーン又は各送信チェーンについて、前記受信又は送信チェーンと共に使用されるアンテナのうちの何らかの１つを選択するステップを有する方法。
【請求項２３】
請求項２５に記載の方法であって、
前記選択するステップが、信号強度インジケータに基づいて選択することを有する方法。
【請求項２４】
請求項２６に記載の方法であって、
前記アンテナの構成が、複数入力複数出力の通信を提供するように構成され、
セレクタが、フレーム誤り率とリンク容量と巡回冗長検査情報と固定値のうちの何らかに関連するパラメータに基づいて選択するように構成された方法。
【請求項２５】
コンピュータ読み取り可能媒体に保存され、請求項２２に記載の方法を実行するように構成されたコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、無線通信装置に関するものである。本発明は、特に複数入力複数出力の無線通信に関するものであるが、決してそれに限定されるものではない。
【０００２】
近年、無線通信システムの需要が確実に成長してきており、特に携帯電話及び無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）通信システムの分野で、その期間にいくつかの技術的な飛躍が含まれている。アナログ携帯電話は、例えばＧＳＭ及びＣＤＭＡ技術を使用するデジタルのハンドセットに代わり、ＵＴＭＳのような、いわゆる第３世代システムが導入されている。同様に、ＨｙｐｅｒＬａｎ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｂのようなＷＬＡＮ技術もまた導入されている。ユーザの数は増加し続け、現在、データトラヒックが無線ネットワークの重要な部分になっている。その要因の双方は、オペレータが将来の要求を満たすようにネットワークの容量を増加させる方法を探すことが重要であるということを意味する。
【０００３】
容量を増加させる必要性と同様に、良い性能を提供しつつ、コストと消費電力を低く保つための一般的な要件が存在する。例えば、基地局とユーザ端末装置のコストは、十分な無線サービスが提供されることを可能にする一方で、可能な限り減少するべきである。
【０００４】
１つの性能に関連する問題は、マルチパスの減衰に関するものである。一般的な基地局とユーザ端末は、“クラッター（ｃｌｕｔｔｅｒｅｄ）”環境にある。これは、環境におけるビル、家具又はその他の物体からの反射と回折による散乱のため、通信信号が複数のパスを介してそのような基地局又はユーザ端末に到達することを意味する。
【０００５】
入力散乱信号は、異なる成分の相対的な振幅と位相に応じて、発展的又は破壊的に追加され得る。これは、基地局又はユーザ端末での受信信号が、環境における基地局とユーザ端末とその他の物体の相対位置に応じて、大きさで相当に変化することを意味する。この影響は、マルチパスの減衰として知られている。
【０００６】
以前は、マルチパスの減衰に対処する１つの方法は、送信又は受信アンテナのダイバーシティを使用することであった。受信アンテナのダイバーシティは、２つ以上の別種の受信アンテナ（例えば空間又は偏波ダイバーシティ）を提供する一方で、１つの送信アンテナから送信することを含む。別種のアンテナを使用することにより、無相関の信号がそれらのアンテナで受信される。それらの信号のうちの１つが減衰している場合、その他のものは一般的に減衰していない。切り替え式のアンテナのダイバーシティの場合、受信アンテナのうちの１つが如何なる時間にも受信のために選択される。その他に、１つのチャネル出力を作るために、全ての受信アンテナと共に適応的組み合わせが使用される。従って、理想的な状況において、減衰していない信号を取得するために受信アンテナが常に使用され得る。
【０００７】
同様の状況が送信のダイバーシティの場合に生じる。ここでは、２つ以上の別種の送信アンテナが１つの受信アンテナと共に使用される。特定の時間に使用される送信アンテナを選択するため、又は１つのチャネル出力を作る送信アンテナの適応的組み合わせを調整するため、受信性能についてのフィードバックが使用される。本発明は、そのような既知の送信及び受信ダイバーシティ・アンテナの構成と比較して、改善された容量と性能を提供することを追求する。
【０００８】
容量を増加させるその他の既知の方法は、データ転送速度を増加させる複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）の通信システムを使用することを含む。ＭＩＭＯ通信システム（図１参照）は、送信機１１での複数のアンテナ１０と、受信機１３での２つ以上のアンテナ１２とを有するものである。アンテナ１０と１２は、環境における多様な散乱物体（ビル、車、丘等）の存在により、それぞれの信号がマルチパスの伝搬を受けるように、マルチパスの豊富な環境で使用される。従って、雲形の形状１４は、送信及び受信アンテナの間で散乱した信号を表すために、図１に示されている。ユーザデータは、技術的に既知である通り、空間・時間符号化（ＳＴＣ）を使用して送信アンテナから送信される。受信アンテナ１２は、送信信号を取得し、送信信号を分離してユーザデータを回復するために、技術的に既知の信号処理技術が適用される。
【０００９】
ＭＩＭＯ無線通信システムは、より大きいデータ転送速度が得られることができるという点で、送信機と受信機との間の無線リンクの容量が以前のシステムと比較して改善されることを可能にするという点で有利である。マルチパスの豊富な環境は、複数の直交チャネルが送信機と受信機との間に作られることを可能にする。単一のユーザ用のデータは、同時に同じ帯域を使用してそのチャネル上で並行して空間を送信され得る。従って、非ＭＩＭＯシステムより大きいスペクトル効率が達成される。
【００１０】
しかし、既知のＭＩＭＯ構成の１つの問題は、複数の送信及び受信チェーンと共に、複数のアンテナが必要であるという点で相対的に高価であることである。１つの受信アンテナが各ＭＩＭＯチャネルに使用される。従って、受信ＭＩＭＯアンテナ構成は、そのアンテナ毎に１つずつ、４つの受信チェーンと共に４つのアンテナを有し得る。受信チェーンは、相対的に高価で扱いにくく、その受信チェーンのそれぞれに電力が提供されなければならない。これは、小型であることが必要とされるユーザ端末と、目立たないことを必要とされる基地局に特に不利である。同様の問題が送信チェーンの場合に生じる。
【００１１】
本発明の目的は、前述の問題の１つ以上を克服し、又は少なくとも緩和する無線通信装置を提供することである。
【００１２】
本発明の更なる利点と長所が、添付の図面を参照すると共に、以下の詳細な説明の検討から明らかになる。その添付の図面は、本発明の好ましい実施例を特定し、示したものである。
【００１３】
本発明の態様によると、３つ以上の別種のアンテナと、複数の送信チェーン又は複数の受信チェーンのいずれかとを有する無線通信装置が提供され、アンテナより少ない送信又は受信チェーンが存在する。これは、コストが減少し、空間が節約されるという利点を提供する。
【００１４】
好ましくは、無線通信装置は、複数入力複数出力の通信を提供するように構成される。これは、コストと空間の削減に加えて、増加したデータ転送速度が提供されるという利点を提供する。
【００１５】
有利には、アンテナはそれぞれ指向性を有する。これは、通信ネットワークに複数の装置があることを考慮する際に、搬送波対干渉レベルが改善されるという利点を提供する。
【００１６】
前記装置は、基地局又はユーザ端末のいずれかであることがあり、好ましい例において、携帯電話、個人情報端末、ラップトップコンピュータ、パーソナルコンピュータ、又は加入者宅内に設置された加入者局のような、ユーザ端末が提供される。
【００１７】
有利には、前記装置は、各受信チェーン又は各送信チェーンについて、その受信又は送信チェーンと共に使用されるアンテナのうちの何らかの１つを選択するように構成される。例えば、切り替え式のアンテナ選択が使用され得る。これは、異なる時点でアンテナのうちの異なる１つを選択し、容量の増加が達成されることを可能にすることにより、空間的減衰が回避され得るという利点を提供する。これは、空間的減衰が生じるクラッター（ｃｌｕｔｔｅｒｅｄ）環境で使用されるノマディック（ｎｏｍａｄｉｃ）又はモバイルユーザ端末で特に有利である。
【００１８】
いくつかのアンテナの選択基準が、ノマディック（ｎｏｍａｄｉｃ）及び高速移動性の用途の双方のためのＭＩＭＯチャネル予測と共に特定される。
【００１９】
特に好ましい実施例において、セレクタが、巡回冗長検査処理に関連するパラメータに基づいて選択するように構成される。この選択方法は特に効率的であり、特に高速移動性の用途の性能において有意な改善を提供することを見出した。
【００２０】
第１のアンテナ検索の構成が、計算の複雑性を最小にする一方で、最適の選択を行うように特定される。
【００２１】
各受信チェーンについて、使用に現在選択されていないアンテナのうちの何らかの１つを選択するように構成することにより、性能における更なる改善が見出される。これはまた、送信の状況にも適用される。
【００２２】
その他の実施例において、無線通信装置は４対のアンテナを有し、それぞれの対のアンテナが、持ち運びに適切であり、実質的に平面で支持されるような大きさと形の躯体から支持される。この小型の構成は持ち運び可能であり、パーソナルコンピュータのようなユーザ端末に容易に接続され得る。
【００２３】
好ましくは、前記躯体は平行六面体であり、それぞれの対のアンテナが、前記六面体の異なる面から支持される。これは、躯体のその位置によってそれぞれの対のアンテナに指向性を与える。アンテナは好ましくは双極子である。
【００２４】
本発明はまた、前述の無線通信装置を有する無線通信ネットワークを含む。好ましくは、前記ネットワークは、それぞれが前述の無線通信装置である複数のユーザ端末を有し、そのユーザ端末の前記アンテナのそれぞれが、指向性のアンテナビームを提供するように構成される。このように、無指向性アンテナを使用した状況に比べて、搬送波対干渉レベルが改善される。
【００２５】
本発明のその他の態様によると、３つ以上の別種のアンテナと、複数の送信チェーン又は複数の受信チェーンのいずれかとを有する無線通信装置を動作する方法が提供され、アンテナより少ない送信又は受信チェーンが存在し、各受信チェーン又は各送信チェーンについて、その受信又は送信チェーンと共に使用されるアンテナのうちの何らかの１つを選択するステップを有する。
【００２６】
本発明はまた、記述された装置が動作する方法を対象にし、前記装置のそれぞれの機能を実行するための方法のステップを有する。
【００２７】
本発明はまた、デジタル信号処理のためのシステムを提供し、他の更なる装置と共に本発明を具体化する装置の１つ以上のインスタンスを有する。
【００２８】
当業者に明白である通り、好ましい特徴が必要に応じて組み合わされることがあり、本発明の態様の何らかと組み合わされることがある。
【００２９】
本発明を実行に移し得る方法を示すために、本発明の実施例が一例としてのみ、添付の図面を参照して以下に説明される。
【００３０】
本発明の実施例が、一例としてのみ、以下に示される。その例は、出願に現在知られている発明を実行に移すための最善の方法を表すが、それらは達成され得る唯一の方法ではない。
【００３１】
“受信チェーン”という用語は、無線周波数信号をベースバンド周波数にダウンコンバートすることにより、受信機で受信された無線周波数信号を処理する装置の何らかの部分を参照するために使用される。これは、技術的に既知の多段階のフィルタリングと復調とダウンコンバートとを含む。従って、“受信チェーン”という用語は、その変換処理に必要な全ての装置、又はその装置のいくつかのみのいずれかを参照するために、ここで使用される。
【００３２】
“送信チェーン”という用語は、ベースバンド信号を処理し、それを送信機での送信用の無線周波数信号に変換する装置の何らかの部分を参照するために使用される。これは、技術的に既知の多段階のアップコンバートと変調と出力増幅とを含む。従って、“送信チェーン”という用語は、その変換処理に必要な全ての装置、又はその装置のいくつかのみのいずれかを参照するために、ここで使用される。
【００３３】
前述の通り、以前のＭＩＭＯシステムは、アンテナとして多くのＭＩＭＯチャネルを使用している。チャネル毎に１つの受信チェーン（無線周波数受信機とも称される）が必要になり、実際に提供され得る受信チェーンの数が、基地局、ユーザ端末又はその他の通信装置のコストと複雑性と消費電力によって制限されるため、そのことが実用面の制限になる。この同じ制限が送信チェーンの場合に当てはまる。同様の実用面の制限が、送信又は受信ダイバーシティを使用したもののような、非ＭＩＭＯ無線通信装置に当てはまる。
【００３４】
本発明はこの問題を認識し、アンテナの数を増加させる一方で、受信又は送信チェーンの数を減少することを可能にする。すなわち、受信チェーンより多くの受信アンテナが使用される（又は送信チェーンより多くの送信アンテナが使用される）。ＭＩＭＯと非ＭＩＭＯの構成の双方について、容量の増加、改善された搬送波対干渉レベル、減少したコスト、及びマルチパス減衰に対処する改善された機能を含む多くの利点が、この方法で達成される。先行技術の送信又は受信ダイバーシティ・アンテナは、例えば受信チェーンより多い受信アンテナを備えていると知られている。しかし、それは、複数の別種のアンテナを使用することと、切り替え式の選択によりその別種のアンテナから単一のチャネル出力を作ることを含む。本発明は、その別種のアンテナから２つ以上のチャネルの出力を作ることにより、更なる利点が達成され得ることを認識する。その場合、３つ以上の別種のアンテナが使用されなければならない。その利点は、マルチパス減衰に対処する改善された機能と、改善された受信ゲインを含む。
【００３５】
先行技術の受信ダイバーシティ・アンテナ構成が、図２ａに示されている。１つの送信アンテナ２０が、相互にダイバーシティを有するように構成された３つ以上の受信アンテナ２１に送信する。単一の受信チェーン２２が提供され、受信チェーン２２への１つのチャネル入力を作るために、切り替え式のアンテナ選択が使用される。この非ＭＩＭＯ構成において、受信チェーンより多い受信アンテナが使用され、受信アンテナが別種であるため、前述の通り、マルチパス減衰の影響が減少する。
【００３６】
本発明の実施例が図２ｂに示されている。これは、図２ａのものと同様の方法で受信アンテナ・ダイバーシティを使用した非ＭＩＭＯ構成である。１つの送信アンテナ２０が、３つ以上の受信アンテナ２１に送信する。しかし、２つの受信チェーン２２が提供される。受信チェーンより多い受信アンテナが常に存在する限り、２つ以上の受信チェーン２２を使用することも可能である。受信アンテナのサブセットは、受信チェーンの数と一致するように選択される。図２ａの先行技術の状況と比較して、多様な利点が得られる。例えば、より多くの受信チェーンが存在するため、受信ゲインが増加する。また、マルチパス減衰の影響に対処する機能が改善される。例えば、３つの受信アンテナから１つの受信アンテナが使用される先行技術の状況を検討する。マルチパス減衰に対処する機能は、その選択されたアンテナで受信された信号が減衰を受けるか否かに依存する。しかし、図２ｂに示されるこの実施例において、２つの受信アンテナが、３つの潜在的な受信アンテナから効果的に選択される。１つではなく２つのアンテナが選択されるため、詳細に以下に説明される通り、マルチパス減衰に対処する機能が改善される。
【００３７】
図２ａと２ｂは受信ダイバーシティに関するものであるが、同様の状況が送信ダイバーシティにも生じる。
【００３８】
前述の通り、本発明は、図２ｂに示される非ＭＩＭＯ構成と同様に、ＭＩＭＯ通信システムに適用可能である。図１に関して前述した通り、ＭＩＭＯシステムは、空間・時間符号化システムと共に、送信と受信の双方で複数のアンテナを使用する。複数の直交ＭＩＭＯチャネルが（散乱の結果として）発生し、（例えば非ＭＩＭＯマルチビームのアンテナ構成に比較して）容量の増加が結果として達成される。従って、図２ｂがＭＩＭＯシステムで使用され得るが、図２ａは使用され得ないため、図２ｂのシステムは図２ａのシステムに対して更なる利点を有する。
【００３９】
以前は、ＭＩＭＯ構成はＭＩＭＯチャネルと同じ数のアンテナを使用し、そのため受信アンテナと同じ数の受信チェーン（又は送信アンテナと同じ送信チェーン）を使用している。本発明は、ＭＩＭＯ構成で図２ｂに示されている通り、受信アンテナより少ない受信チェーン（又は送信アンテナより少ない送信チェーン）を使用することにより、利点が得られることを認識する。
【００４０】
ＭＩＭＯシステムで受信チェーンより多い受信アンテナを使用することにより、受信チェーンの数に一致するようにアンテナの数を減少させることに比較して、容量の増加が得られる。これは、所々に動かされるが、使用中には一般的に静止しているノマディック（ｎｏｍａｄｉｃ）ユーザ端末と、使用中に移動可能なモバイル端末との双方に当てはまる。ノマディック（ｎｏｍａｄｉｃ）ユーザ端末を含む状況が、次に説明される。
［ノマディック（ｎｏｍａｄｉｃ）ユーザ端末］
ノマディック（ｎｏｍａｄｉｃ）ユーザ端末は、散乱が生じる環境の室内に一般的に配置される。室内環境のマルチパスの空間的減衰は、レイリー分布の包絡線を有しており、これは、ノマディック（ｎｏｍａｄｉｃ）端末の空間位置に依存したＭＩＭＯリンクの容量を生じる。一定のローカル平均の所定の領域について、その端末が空間的減衰を通過して動かされると、ＭＩＭＯリンクの容量分布を得る。従って、容量分布の下限に容量がある“悪い”位置に、何らかの所定のユーザ端末が配置されることが可能である。
【００４１】
ＭＩＭＯリンクの理論上のシャノン容量は、空間平均の搬送波対干渉レベルと、各ＭＩＭＯパスの瞬間受信電圧とに依存する（各パスの平均出力が均一に正規化されている場合）。ＭＩＭＯパスの空間的減衰のため、容量分布が発生する。静止した端末の場合、環境における物体の移動により引き起こされるパスのある程度の減衰が依然として存在する。その結果、一時的な減衰は、高いＫ因子を備えたライス（Ｒｉｃｅ）になる傾向になる。したがって、ユーザ端末が‘悪い’地点に配置されると、それはリンクの持続時間中に悪いままになる傾向になる。時間ドメインで１つのみの解決可能なタップ（ＣＤＭＡシステムで時間ダイバーシティがない）と、周波数ドメインで均一のチャネル（ＯＦＤＭシステムで周波数ダイバーシティがない）が存在する程に遅延速度が遅い場合、このことは特に不利である。これは、例えば郊外住宅環境（例えば小規模事業所・個人事務所ＳＯＨＯの用途）にそのようになる傾向がある。
【００４２】
この問題を回避するために、受信チェーンより多いアンテナを有するユーザ端末を備えた。ＭＯＭＯシャノン容量分布の下限を約２０％改善する一種の固定値選択ダイバーシティが使用され得ることを示す。これは同様に全体のスループットを増加させる。その方法が次に説明される。
【００４３】
好ましい実施例において、ＭＩＭＯ構成が提供され、それにより基地局（ノードＢとしても称される）に２つのアンテナと、ユーザ端末（ユーザ装置ＵＥとしても称される）に４つのアンテナが存在するが、ＵＥに２つのみの受信チェーンが存在する。この状況が図３に示されており、図３は２つの送信アンテナ３０と、４つの受信アンテナ３１と、そのエンティティ間の接続ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２、ｈ３１、ｈ３２、ｈ４１、ｈ４２とを示す。
【００４４】
図３に示される実施例において、ＵＥに２つのみの受信チェーンが存在するため、実際のＭＩＭＯ構成は２：２である。しかし、ＵＥが選択できる６個の潜在的な２：２のＭＩＭＯマトリクスが存在する。それは以下の通りである。
【００４５】
【数１】
2005518756.tif 000003
一例として、それぞれのＭＩＭＯパスは、均一の平均出力を有するランダムなガウス処理として表されることができる。パスは独立（無相関）であり、パス間の出力不均衡は考慮されない。それぞれのパスは以下の等式で表される。
【００４６】
【数２】
2005518756.tif 000004
ここで、
【００４７】
【数３】
2005518756.tif 000005
は、平均０で標準偏差
【００４８】
【数４】
2005518756.tif 000006
の正規分布を有するランダムな数である。従って、それぞれのマトリクスの要素は、Ｉ及びＱ成分が正規分布である複雑な電圧で構成される。それは、２σ２＝１の平均出力を有するレイリーである包絡線を生じる。
【００４９】
各ＭＩＭＯパスについて（確率変数の異なるサンプルで）この式を使用して、６個の２：２のチャネルのマトリクスが構成され得る。次に、インスタンス毎にチャネル生成物のマトリクスの固定値が定められ得る。ここで、チャネル生成物のマトリクスは、以下により得られる。
【００５０】
【数５】
2005518756.tif 000007
このマトリクスの固定値は、２つ存在する固定モードの出力ゲインを表す。独立のレイリー減衰チャネルを備えた２：２のＭＩＭＯ構成の容量のシャノン上限は、以下の式を使用して決定され得る。
【００５１】
【数６】
2005518756.tif 000008
ここで、
Ｎ＝送信アンテナの数
λ１＝第ｉの固定値
ρ＝信号対雑音比
容量は、Ｎ個の直交チャネルのシャノン容量の合計であり、チャネルの出力ゲインは、チャネル生成物のマトリクスの固定値によって得られる。この合計において、利用可能な送信出力は、２つのチャネルに均等に割り当てられる。
【００５２】
固定値選択ダイバーシティ機構を実施するために、６個の潜在的なＵＥアンテナの組み合わせの間で選択を可能にする基準が必要である。２つの異なる基準が考えられる。
・固定値の合計
・シャノン容量
最初の場合、各ＵＥアンテナの対の固定値の合計が計算され、最大の合計との組み合わせが選択された。それは１万インスタンスの確率変数で行われた。ＵＥ要素ＵＥ１とＵＥ２の２：２の基準が、基準マトリクスとしてみなされ、この場合にシャノン容量分布が計算された。これは、正規の２：２のＭＩＭＯ容量分布を表す。選択基準として最大の‘固定値の合計‘を使用して、確率変数のインスタンス毎に固定値選択ダイバーシティが実施された場合についても、容量分布が計算された。参照の場合とダイバーシティの場合の固定値分布が、図４に示されている。これは、固定値ダイバーシティが使用される際に、固定値分布の明らかな増加を示す。
【００５３】
選択基準が最大瞬間リンク容量である場合について、容量分布を調査した。固定値選択ダイバーシティは容量分布の下限を改善したが、この場合に、改善は最大の固定値の合計が選択基準として使用された場合より大きい。固定値選択ダイバーシティの２つの形式の容量分布が比較された。２つの機構の違いは、高いＳＮＲでのみ有意である。
【００５４】
‘固定値の合計’の機構について、６個の２：２のチャネルのマトリクスが評価され、固定値が計算される。これは、好ましくは一時的な減衰の何らかの影響を平均した平均に基づいて行われる。最大の容量の機構の場合、信号対雑音比（ＳＮＲ）又は搬送波対干渉レベル（Ｃ／Ｉ）と同様に、固定値が評価される。次に、６個の潜在的なチャネルのマトリクスについて瞬間容量の評価が行われる。一時的な減衰の何らかの影響を除去するために、いくつかの平均化が使用される。
【００５５】
また、正規の２：４のＭＩＭＯ構成の容量分布と‘最大の容量’の固定値選択ダイバーシティ機構の容量分布とを比較した。２：４のＭＩＭＯシステムはより大きい容量を達成したが、これはＵＥで２つではなく４つの受信チェーンを必要とする。‘最大の容量’の固定値選択ダイバーシティの曲線はまた、２：２と２：４のＭＩＭＯ構成の容量の曲線と比較された。固定値選択ダイバーシティ機構が、４つの受信チェーンを備えた２：４のＭＩＭＯシステムから得られ得る有意な部分の付加的な容量ゲインを達成したことを見出した。
【００５６】
ノマディック（ｎｏｍａｄｉｃ）端末に関して直前に説明した例において、２つの選択基準が検討され、その１つは固定値の合計であり、他方は瞬間リンク容量である。これらの特定の選択基準を使用することは不可欠ではなく、以下に説明される通り、他の形式の基準が使用され得る。更に、ノマディック（ｎｏｍａｄｉｃ）端末に関して前述した結果は、少なくともある程度はモバイル端末にも当てはまる。
［切り替え機構］
図５に示されるようなＭＩＭＯ切り替え式の受信機の構成の例について検討する。２つのみの受信チェーン１００５と１００６（受信機フロントエンドとも称される）を備えた４つの受信アンテナ１００１から１００４が示されている。４つの利用可能なものから２つのアンテナの６個の潜在的な選択が存在する。所定の時点に、受信機は２つのアンテナの受信状況のみを監視し、測定することができる。従って、最善のアンテナの対の選択を可能にするインテリジェントな切り替え基準を確立する。実装コストを最小にするために、２つのアンテナを選択するために必要な処理１００７は、受信機の処理のうちのベースバンド処理領域に実装される。しかし、これは不可欠ではない。また、アンテナ間を切り替えるための機構は、アンテナ出力に直接実装される。例えば、ＧａＡｓ  ＭＥＳＦＥＴ高速スイッチを使用して、ベースバンドモデムから生じた３ビットの切り替え命令で、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）に統合される。そのようなＧａＡｓ  ＭＥＳＦＥＴスイッチの平均挿入損失は低く（例えば約０．１ｄＢ）、コストも低い。
［モバイル端末−高速移動性］
受信アンテナより少ない受信チェーンが存在するＭＩＭＯ構成が、高速移動の用途に有利に使用され得ることを見出した。その用途では、ユーザ端末は約１００ｋｍ／時までの速度で移動している。２つの送信アンテナを使用し、２つの受信チェーンで使用するために４つの受信アンテナから２つを選択するそのような１つの実施例において、正規の２：２のＭＩＭＯに比較して３ｄＢのゲインを見出した。
［選択基準］
２つの選択基準が前述された。その１つはリンク容量に関するものであり、他方は固定値の合計である。その他の選択基準又は方法が使用されることがあり、いくつかの例が以下に示される。
・受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）（すなわち最高のＲＳＳＩを示す選択を行う）
・デコーダの出力のビット誤り率（ＢＥＲ）（すなわち最小のＢＥＲを示す選択を行う）
・ラウンドロビン法（すなわち潜在的な選択を順に試み、最善のものを選択する）
・シャノン容量（すなわち最高のシャノン容量又は最高の瞬間リンク容量を示す選択を行う）
・固定値（すなわち最高の固定値の合計を示す選択を行う）
・ＣＲＣトリガーの切り替え（すなわちＦＥＣデコードに続いて、ＣＲＣ検出が誤りである場合、所定のルールに従って、又は最善のアンテナ選択を検索することにより、一方又は双方の受信機が他のアンテナに切り替える）
受信チェーンの数Ｌが受信アンテナの数Ｍより少ない場合を検討する。その場合、合計でＫ＝Ｍ！／Ｌ！（Ｍ−Ｌ）！の潜在的な切り替え構成が存在し、記号！は“階乗”を示す。大きい計算上の複雑を犠牲にして、全ての潜在的な切り替え構成の全検索を実行することが有利である。しかし、後述の通り、それは不可欠ではない。図６に、２つの状況（すなわち（４つのアンテナと２つの受信チェーン）と（６つのアンテナと２つの受信チェーン））の潜在的な切り替え構成を示している。アンテナの所定のセットが選択されると、選択されるアンテナの次のセットは、最初のセットと同一のアンテナを含まないことが好ましい。そのようなセットのことを互いに素であると称する。例えば、４つのアンテナと２つの受信機の場合、現在の選択が（１，２）である場合に、切り替えの潜在的な選択は（１，３）と（１，４）と（２，３）と（２，４）と（３，４）である。しかし、最善の切り替え方法は、互いに素のセット（３，４）を選択することであることを見出した。６つのアンテナと２つの受信機の場合、それぞれの始めの選択について６個の互いに素の切り替えの選択を有する。図３において、（１，２）（１，３）（１，４）（１，５）（１，６）の切り替えの遷移のみを示しているが、互いに素の切り替え方法のうちで、最も簡単な切り替えルール：（１，２）⇔（３，４）⇔（５，６）を示している。
【００５７】
図３に表される最善の切り替えルール：（１，２）⇔（３，４）と（１，２）⇔（３，４）⇔（５，６）は、極性受信アンテナ構成に適しているため、アンテナ構成の点でその他の意義を有する。
【００５８】
その他に、２つの受信チェーンの場合、１つの現在選択されたアンテナを維持し、他方の現在選択されたアンテナを切り替えることができる。図３において、構成（１，２）を備えた４つのアンテナの場合、アンテナ１が維持されると、潜在的な切り替えの遷移は（１，３）と（１，４）である。構成（１，２）を備えた６つのアンテナの場合、アンテナ１が維持されると、潜在的な切り替えの遷移は（１，３）と（１，４）と（１，５）と（１，６）である。そのようなセットのことを部分重複であると称する。すなわち、部分重複のセットは少なくとも１つの共通のアンテナを有する。
【００５９】
図７は、ＭＩＭＯチャネルが受信されたときにＭＩＭＯシステムで生じる処理の説明図である。それはまた、アンテナ間の切り替えを実施するために、前述の選択基準のうちのいくつかがどのように使用され得るかを示している。図７に示される特定の例において、４つの受信アンテナ１００と２つの受信チェーン１０１が存在する。切り替え機構１０２はアンテナ間を切り替えるために使用される。受信チェーン１０１は、技術的に既知の通り、チャネル推定器１０３に出力を提供する。それはＭＩＭＯチャネルを評価し、空間・時間符号化信号をデコードするＭＩＭＯデコーダ１０４に出力を提供する。次に、デコードされた信号は、転送誤り訂正（ＦＥＣ）デコーダで処理され、最後に巡回冗長検査ユニット（ＣＲＣ）１０６で処理される。図７に示される通り、ＣＲＣユニット１０６の結果１０７は、ＣＲＣに基づくスイッチ１０７を介して、切り替え機構１０２への入力として提供され得る。その他に、チャネル推定器１０３からの結果は、図示の通り、固定値に基づくスイッチ１０８又はＲＳＳＩに基づくスイッチ１０９を介して、切り替え機構に提供され得る。
【００６０】
（前述の）ＲＳＳＩとシャノン容量と固定値を有する切り替え基準は、ＭＩＭＯチャネルの推定出力１０３のベースバンド信号処理で実施され得る（図７参照）。ＣＲＣに基づく基準は、図示の通り、ＦＥＣデコーダで実施される。全ての潜在的なアンテナの組み合わせの測定がない場合に最善のアンテナを選択するために、ＲＳＳＩ、シャノン容量及び固定値に基づく基準と共に、予測アルゴリズム１０９が使用されることがある。例えば、そのアンテナ選択の過去の性能が予測を行うために使用されることがある。
【００６１】
シミュレーションを使用して、前述の多様な選択方法及び基準の性能を比較し、その結果が図８に示されている。図８は、信号対雑音比（ＳＮＲ）に対するビット誤り率（ＢＥＲ）のグラフである。１００ｋｍ／ｈの速度で移動するユーザ装置に４つの受信アンテナと２つの受信チェーンを有する状況について、物理レイヤの信号としてＯＦＤＭ波形を使用してシミュレーションが行われた。
【００６２】
選択基準として最小のＢＥＲを使用したときに、最善の性能が見出された（図８の線１１２を参照）。しかし、この基準は相対的に計算が複雑である。次に良い性能は、完全な推定のＭＩＭＯチャネルの認識又は完全なチャネル予測を仮定して計算されたＲＳＳＩ基準を使用したときに見出された（線１１３を参照）。完全な推定のＭＩＭＯチャネルの認識又は完全なチャネル予測が仮定される事実のことを参照するために、“ジニー支援（ｇｅｎｉｅ  ａｉｄｅｄ）”という用語を用いる。その次に良い性能は、ジニー支援（ｇｅｎｉｅ  ａｉｄｅｄ）の固定値の合計の最大の場合に見出された（線１１４を参照）。その次に良い性能は、ジニー支援（ｇｅｎｉｅ  ａｉｄｅｄ）のチャネル容量の最大の場合に見出され（線１１５を参照）、それは例えば固定値の合計と比較して、相対的に計算が複雑である。その次に良い性能は、ＭＩＭＯチャネルの認識のないＣＲＣトリガーの切り替えの場合に見出された。ＭＩＭＯシステムが一般的に何らかの方法でＣＲＣを監視しているため、この方法は計算が相対的に簡単になるという利点を有する。従って、ＣＲＣに基づく基準を使用した切り替え式の選択方法を実装することは、相対的に簡単である。また、ジニー支援（ｇｅｎｉｅ  ａｉｄｅｄ）の基準の性能は、ＣＲＣトリガーの機械的な切り替えと近いことが見出された。
【００６３】
従って、本発明の好ましい実施例において、選択基準はＣＲＣに関するものである。また、ＣＲＣに基づく基準を使用することにより、切り替えが必要であると判断される回数は、固定値に基づく基準を使用したときよりかなり小さい。従って、固定値に基づく基準が使用されると、アンテナ間の過度に頻繁の切り替えを回避するために、いくつかの形式の閾値のような更なる基準が必要になることがある。
【００６４】
更なるシミュレーションの結果が図９に示されている。この場合も同様に２×４のＭＩＭＯがシミュレーションされ、ユーザ装置は４つの受信アンテナと２つの受信チェーンで構成される。２つのアンテナの６個の潜在的な選択が可能であり、
【００６５】
【数７】
2005518756.tif 000009
として示される。ここでｉ，ｊ＝１，２，３，４である。選択の性能の上限を得るために、完全な推定のチャネルの認識又は完全なチャネル予測を仮定するジニー支援（ｇｅｎｉｅ  ａｉｄｅｄ）の計算を使用した３つの選択基準（ＲＳＳＩとシャノン容量と固定値）を用いて、シミュレーションを行った。全ての６個の潜在的な選択が選択され得る。ＣＲＣに基づく基準が、現実の受信機の動作でシミュレーションされた。シミュレーションで使用される切り替え基準は、更に詳細に以下に記載される。ここで、λ１とλ２はマトリクスＨｉ，ｊの固定値である。
【００６６】
【表１】
2005518756.tif 000010
図９は、真の２×２のＭＩＭＯ及び２×４のＭＩＭＯと比較した４つのアンテナと２つの受信チェーンの選択構成のゲインを有するシミュレーション結果を示したものである。４つ、６つ及び７つのアンテナの理論上のゲイン（上限）もまた点線で示されており、その数学的な導出が付録Ａの等式５０に示される。明らかにわかる通り、全ての選択方法は、同じ受信機フロントエンドのハードウェアの複雑性を備えた静止した２×２のＭＩＭＯより有意なゲインを提供する。特に、ＣＲＣに基づく選択方法が、ジニー支援（ｇｅｎｉｅ  ａｉｄｅｄ）の切り替え基準に近いゲインを達成することができる。
【００６７】
前述の選択基準は、受信アンテナからの選択に関連して説明されたが、その基準はまた、受診装置から送信装置への何らかの形式のフィードバック機構を使用することにより、送信アンテナの間の選択に使用され得る。
［指向性アンテナの使用］
複数のユーザ端末を含む状況を検討すると、１つの端末からの信号が他の端末に到達する結果、及び基地局からその端末への信号との干渉の結果として、干渉が生じ得る。ユーザ端末で指向性アンテナを使用することにより、例えば固定した無線アクセス構成で以前に実施されている通り、ユーザ端末で無指向性アンテナを使用した干渉状況と比較して、そのような干渉を減少させることが可能である。しかし、ＭＩＭＯシステムにおいてユーザ端末で指向性アンテナを使用し、更にユーザ端末で切り替え式のアンテナ選択を使用することにより、有意な利点が見出される。切り替え式の選択は、結果のＭＩＭＯの性能を減少させると見込まれるアンテナ要素の数を効果的に減少させるが、利点が達成され得ることを見出した。
【００６８】
パーソナルコンピュータのようなユーザ端末で使用するためのスタンドアローン・ユニットでのＭＩＭＯアンテナ構成に関するいくつかの実施例について、そのことが以下に詳細に説明される。その実施例において、ユーザ端末が高いデータ転送速度のＭＩＭＯ無線リンクを使用し得るように、ユーザ端末用のアンテナ構成が提供される。好ましくは、ＭＩＭＯリンクは、ＭＩＭＯの通信の使用の結果として容量の増加を促進するために、類似の信号レベルを備えた４つの直交チャネルを有する。
【００６９】
アンテナ構成は、ボックス構成、立方体構成、又はその他のスタンドアローン構成で支持されており、それはパーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、個人情報端末、又はその他の形式のユーザ端末に接続することができる。このことは、アンテナ構成が机、テーブル又はその他の表面に容易に取り付けられ、１つのユーザ端末に不変に統合されるのではなく、何らかの適切な形式のユーザ端末と共に使用され得るという利点を提供する。スタンドアローン・ユニットが小型で持ち運び可能であるように、アンテナ構成の大きさは最小化される。
【００７０】
図１０と１１は、２つの潜在的なアンテナ構成を示したものであり、それぞれ９ｃｍ×９ｃｍ×１３ｃｍの大きさ又は手で持つことができるその他の適切な大きさのスタンドアローン・ユニット１２８により支持されている。図１０は、８個の双極子１３１−１３８を使用した構成を示しており、１つの垂直の双極子が前記ユニットの４つの面のそれぞれから支持される。アンテナは、フィード・ピン（ｆｅｅｄ  ｐｉｎ）及びグラウンド・ピン（ｇｒｏｕｎｄ  ｐｉｎ）によりアンテナが接続されたユニットの表面から離れて位置する。ユニットが１つの面に位置されると、反対の面（上）が双極子を有さないように、４つの面が選択される。垂直の双極子は前記ユニットから２．５ｃｍの支持であり、水平の双極子は前記ユニットから３．５ｃｍの支持である。双極子を使用して達成される信号レベルが、板状逆Ｆアンテナ（ｐｌａｎａｒ  ｉｎｖｅｒｔｅｄ  Ｆ  ａｎｔｅｎｎａ）（ＰＩＦＡ）を使用したものより高い（改善された）ことを見出した。更に、双極子の構成の場合にアジマス（ａｚｉｍｕｔｈ）指向性が更に有意であった。
【００７１】
図１１は、４つの垂直双極子１４５−１４８と、４つの水平双極子１４１−１４４が同様に使用されるその他の実施例である。この場合、図１０の構成と比較して、アジマス（ａｚｉｍｕｔｈ）パターンを広げるために、双極子が前記ユニットの角に支持されている。水平の双極子の先端は、双極子の先端で生じることがあるアジマス（ａｚｉｍｕｔｈ）パターンの何らかの減少を最小化するために、前記ユニットに向かって曲げられ、又は折られている。前述の通り、双極子は前記ユニットの表面から離れて支持され、又は空間を空けられる。この実施例において、導電板１４０が前記ユニットの１つの面（上面）に設置され、それによりその面を覆い、その面のそれぞれの縁を越えて広がる。その他の導電板１４１が前記ユニットの反対の面（底面）を覆うように設置される。その板は、水平の双極子の前後電界比を改善するために加えられる。水平の双極子の前後電界比を垂直の双極子のものと一致させるために、その板は、前述の通り、及び図１１に示される通り、前記ユニットを越えて広がる。１つの特定の実施例において、１５ｃｍ×１５ｃｍ×１３ｃｍであるユニットの大きさに対して、板が３ｃｍだけユニットを越えて広がる。
【００７２】
図１０と１１に示される実施例の性能を比較し、その結果が図１２に示される。図１０の実施例は、構成１と称される。この場合、双極子はユニットの面に設置され、図１１の構成（構成２）のものより指向性が大きい。それぞれの構成が十分に機能するシステムを提供することが、その結果が示している。
【００７３】
図１２は、スタンドアローン構成の比較に使用される基準を示したものである。構成１と２は、９０°と１８０°で平均した基準を有する。それらの構成は指向性アンテナを有しており、２つの平均は２：２（アップリンク用に仮定されたもの）及び２：４のＭＩＭＯ（ダウンリンク用に仮定されたもの）について検討する。ダイバーシティのゲインが、２つのユニットの方位（０°と４５°）について提供される。スタンドアローン・ユニットが如何なる方向の表面にも設置され得るため、このことは興味深い。
【００７４】
最高の平均のゲインを提供するという点で、構成１（図１０）が有利であることを見出した。これは、例えば出力増幅の負担を緩和し、次にコストを削減する。
【００７５】
図１０と１１を参照する前述の例において、スタンドアローン・ユニットが、アップリンクでの２：２のＭＩＭＯ構成及びダウンリンクでの２：４のＭＩＭＯ構成の一部として動作することが仮定される。すなわち、基地局の２つの入力に送信するために、アップリンクの２つのアンテナが（８個の利用可能なものから）選択される。ダウンリンクでは、基地局の２つの出力から信号を受信するために、ユーザ端末で４つのアンテナが（８個の利用可能なものから）選択される。しかし、それは不可欠ではなく、何らかのｎ：ｍのＭＩＭＭＯ構成が、アップリンク又はダウンリンクのいずれかについて使用されることがあり、ｎとｍは１より大きい整数である。
【００７６】
コンピュータシミュレーションを使用して、図１０の構成について、８個のアンテナから何らかの４個の組み合わせを使用することに対して、８個の利用可能なものから４つのアンテナの最善の組み合わせを選択する“切り替え”機構を使用した場合に、搬送波対干渉で２ｄＢの改善が得られることを見出した。
【００７７】
それぞれのノマディック（ｎｏｍａｄｉｃ）ユーザ端末（図１０のようなもの）が、高いデータ転送速度のその他のユーザを含む密集した都市圏の室内環境に設置されることを、シミュレーションが仮定した。状況は、それぞれ３つのセクタを備えた１９個の基地局のネットワークと、ネットワークのランダムな位置でそれぞれの基地局により供給される１０００の加入者を含む。
【００７８】
また、８個のアンテナのうちから何らかの２つの組み合わせを使用することに対して、２つのアンテナ要素の最善の組み合わせが８個の利用可能なものから選択される場合に、搬送波対干渉で３ｄＢの改善を見出した。
【００７９】
従って、ＭＩＭＯ構成のユーザ端末での指向性アンテナの間の切り替え式の選択を使用することにより、搬送波対干渉レベルの改善が見出され、更に空間的減衰を含む環境がより効率的に対処され得ることを見出した。
【００８０】
ＭＩＭＯのユーザ装置の指向性アンテナの間の切り替え式の選択はまた、小型のユーザ装置に特に有利である。そのような場合、ユーザ装置自体の構成が、ユーザ装置に備え付けられたアンテナの特定の方向におけるアンテナパターンをしばしば遮断する。名目上の無指向性のアジマス（ａｚｉｍｕｔｈ）パターンは、実現が困難である。例えば、特定の実施例において、個人情報端末（ＰＤＡ）のＭＩＭＯ通信に４つのアンテナを提供する。図１３は、そのアンテナ構成を示したものである。４つのアンテナ２３１−２３４のうち、３つ２３１−２３３が、フラップ（ｆｌａｐ）のような支持構造に統合されるように構成される。好ましくは、フラップ（ｆｌａｐ）は使用しないときにＰＤＡの表示スクリーン面を覆うように、移動可能なようにＰＤＡに接続される。フラップ（ｆｌａｐ）はＰＤＡの側面又は上部の周りで折り曲げるように構成され得る。好ましくは、フラップ（ｆｌａｐ）とＰＤＡの角度が約９０°になるように、フラップ（ｆｌａｐ）が使用中に伸ばされる。しかし、このことは不可欠でなく、偏波ダイバーシティが提供されるように、フラップ（ｆｌａｐ）とＰＤＡの間の何らかの適切な角度が使用され得る。基平面２３５は、フラップ（ｆｌａｐ）に一体化され、フラップ（ｆｌａｐ）の３つのアンテナ２３１−２３３と共面である。第２の基平面２３６は、ＰＤＡ自体に一体化される（例えば、これは、ＰＤＡ機能を提供するＰＤＡの躯体に既に存在する回路基板により提供されることがある）。この第２の基平面に関連するアンテナ２３４は、好ましくは図１３に示される通り、それが突き出るようにＰＤＡに備え付けられる。
【００８１】
アンテナ２３１と２３４は、好ましくは共面の包括的な単極である。アンテナ２３２は、好ましくはフラップ（ｆｌａｐ）に備え付けられたスロットの形式で提供され、アンテナ２３４は、好ましくはＰＤＡの躯体に備え付けられた単極である。遮断のため、ＰＤＡの外形がアンテナパターンの単指向性の量を制限することを見出した。これは、検討中のＰＤＡの躯体で設計された相補的な指向性パターンを使用することにより対処される。好ましい例において、４つのアンテナは、図１４の指向性のアンテナパターンを提供するように構成される。図１４の線を検討すると、如何なる角度においても、２つのアンテナパターンが良い信号強度を提供することがわかる。例えば、相補的なパターン３９１と３９２が（ＰＤＡで４個から２個の切り替え式のアンテナ選択を備えた２：２のＭＩＭＯシステムにおいて）最初に選択され得る。信号強度が弱いことが検出されると、その他のパターン３９３と３９４が選択される。その他に、双方の選択肢がテストされ、最良の対のアンテナが選択され得る。端末位置又は環境の変化を考慮に入れて、選択処理が長い間繰り返される。
【００８２】
前述の通り、相補的な指向性パターンを達成するために、技術的に既知の何らかの適切な方法が使用される。
【００８３】
一般的にアンテナ切り替えシステムによりポインティング損失を受けることに留意すべきである。そのようなポインティング損失は、切り替え式選択を備えた指向性アンテナシステムで見出される搬送波対干渉レベルにおける改善を制限する。これを克服する１つの方法は、機械的なビームステアリング又は適応的組み合わせ技術のいずれかを備えたステアリングのビームシステムを使用することである。
【００８４】
前述の例において、送信又は受信チェーンの数が減少され得るために、アンテナ選択が使用される。指向性のアンテナビームを作る複数のアンテナ要素の効果を組み合わせることを含む適応的組み合わせ技術を使用することにより、関連する利点が達成される。先願の米国特許出願第０９／９７５，６５３号に例が記載されており、それもまたＮｏｒｔｅｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓに譲渡されている。その文献において、二重に偏波されたアンテナ要素の６個のカラムを備えた基地局のアンテナ配列を記載している。６個のカラムは、アジマス（ａｉｍｕｔｈ）に半分の波長の空間を有する。ビームステアリングを可能にしない２つの固定の複数のビームフォーマ（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）がこの配列と共に使用され、２つの偏波のそれぞれで３つの指向性のアンテナビームを形成する。この基地局のアンテナ配列は、限られたセクタで機能し、それ故に、ノマディック（ｎｏｍａｄｉｃ）又は移動体であり、使用中に基地局に関して何らかの方向に設置されることがあるユーザ端末に適していない。
【００８５】
本発明のその他の態様によると、ＭＩＭＯのアンテナ構成と組み合わせて、適応的組み合わせ技術を使用する。指向性のアンテナビームを作る適応的組み合わせ技術を使用することにより、搬送波対干渉レベルが改善され、容量が増加する。有利には、作られるアンテナビームの方向を変えるために、適応的組み合わせ方法が電子的に制御され得る。
【００８６】
例えば、図１５の実施例において、３つのアンテナ要素４０４の配列が提供される。アンテナ要素は実質的に無指向性であり、近くにあり（すなわち空間的に多様化していない）、偏波ダイバーシティを有する。アンテナ要素４０４は、適応的に組み合わされ４０３、実質的に同じ方向とアンテナパターンを有するが、実質的に直交の偏波である一対の指向性のアンテナビーム４０１と４０２を作る。２つの受信チェーン４０５が提供される。この構成は、例えばｎ：２のＭＩＭＯシステムで使用されるユーザ端末に有利に提供され、ｎは２以上の整数値である。アンテナ要素の何らかの適切な数と構成が、適応的組み合わせを使用して２つ以上の指向性のアンテナビームを提供するために使用され得る。
【００８７】
ＭＩＭＯシステムが提供され得るために、アンテナビームは別種であるように構成される。例えば、図１５の実施例において、アンテナビーム４０１と４０２は偏波の別種である。しかし、その他に空間的に別種であり、又は角度的に別種であることがある。
【００８８】
何らかの適切な形式の適応的組み合わせが使用されることがある。例えば、ビームフォーマ（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）を使用すること、又は位相の組み合わせを使用することである。
【００８９】
ここで示された何らかの範囲又は装置は、この教示の理解で当業者に明らかな通り、追求される効果を失うことなく、拡張又は変更されることがある。
［付録Ａ］
全ての受信アンテナが独立であることを仮定すると、何らかの２つの受信アンテナを選定することにより、その２つのチャネルのマルチパス成分が無相関になり、静止した処理の場合に、固定のアンテナの場合に比べて、周波数ダイバーシティのゲインが不変であることを意味する。この付録は、一時的な減衰を利用することにより、アンテナ切り替えを分析する。これは達成できる最小のものであることに留意すべきであり、一時的な減衰と周波数ダイバーシティの双方に基づくアンテナ切り替えは、この付録に関係しない。しかし、システムにおける最も有意な要因は、周波数選択の減衰ではなく、一時的な減衰であることに留意すべきである。その理由は、チャネル・インターリーブで周波数選択の減衰の影響を効果的に緩和することができるが、空間ダイバーシティ（例えばアンテナ切り替え）で一時的な減衰を効果的に緩和することができるに過ぎないからである。このことは、例えば３０ｋｍｐｈの速度で移動する乗物の場合のドップラーが小さい時に特に当てはまる。
【００９０】
Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４が４つの受信アンテナからの受信出力であるとすると、アンテナ切り替えでは、２つの動作中のアンテナからの平均出力は、
【００９１】
【数８】
2005518756.tif 000011
である。
【００９２】
固定のアンテナでは、２つのアンテナにより受信される平均出力は、
【００９３】
【数９】
2005518756.tif 000012
である。
【００９４】
従って、アンテナ切り替えから得られるゲインは、
【００９５】
【数１０】
2005518756.tif 000013
である。
【００９６】
このことは、アンテナ切り替えから得られる最大のゲインが３ｄＢであり、２つの強度の強いアンテナから受信された信号に比較して、２つの強度の弱いアンテナから受信された信号が無視し得る場合に、そのことが生じることを意味する。
【００９７】
Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ３＝Ｐ４の場合に、等式（３０）から計算されるゲインは０ｄＢであり、同じ強度のアンテナ集合からアンテナを選択することにより、全くゲインが達成され得ないことを意味することに留意すべきである。
【００９８】
レイリー減衰では、
【００９９】
【数１１】
2005518756.tif 000014
は、かなり小さくなり得る。
【０１００】
【数１２】
2005518756.tif 000015
と仮定すると、ゲインは２．２ｄＢである。
【０１０１】
前記の結果はＮ＞４の受信アンテナに拡張され得る。Ｐ１＞Ｐ２＞・・・＞ＰＮでは、アンテナ切り替えから得られるゲインは、以下のようになる。
【０１０２】
【数１３】
2005518756.tif 000016
これは、ゲインが以下により限界があることを意味する。
【０１０３】
【数１４】
2005518756.tif 000017
Ｎ＝６の場合、ゲインの上限は４．７７ｄＢである。この限界は、
【０１０４】
【数１５】
2005518756.tif 000018
で得られることに留意すべきである。Ｎが増加すると、上限１０ｌｏｇ（Ｎ／２）（ｄＢ）が不正確になるため、
【０１０５】
【数１６】
2005518756.tif 000019
の条件が正しい可能性が低くなる。
【０１０６】
【数１７】
2005518756.tif 000020
且つ
【０１０７】
【数１８】
2005518756.tif 000021
の場合、
【０１０８】
【数１９】
2005518756.tif 000022
である。
【０１０９】
【数２０】
2005518756.tif 000023
の場合に、２つの選択されたアンテナは常に減衰を捕らえ、それ故にアンテナ切り替えからのゲインが、減衰のピーク対平均比と等しくなり、それはチャネルに独立であることを等式（０）が表す。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】先行技術のＭＩＭＯ無線通信システムの説明図である。
【図２ａ】先行技術の受信ダイバーシティ・アンテナ構成の説明図である。
【図２ｂ】ＭＩＭＯ又は非ＭＩＭＯシステムのいずれかで送信又は受信ダイバーシティを使用した本発明の実施例の説明図である。
【図３】本発明の実施例によるＭＩＭＯ構成の説明図である。
【図４】選択基準として固定値の最大の合計を使用した正規の２：２のＭＩＭＯの固定値分布と、固定値選択ダイバーシティのグラフである。
【図５】ＭＩＭＯ切り替え式の受信機の構成の説明図である。
【図６】２つの状況（すなわち、（４つのアンテナと２つの受信チェーン）と（６つのアンテナと２つの受信チェーン））の潜在的な切り替え構成を示したものである。
【図７】ＭＩＭＯシステムでの処理と、アンテナ切り替え式選択に使用される選択基準を示したものである。
【図８】多様なアンテナ切り替え式選択方法についての信号対雑音比に対するビット誤り率のグラフである。
【図９】真の２×２のＭＩＭＯ及び２×４のＭＩＭＯ構成と比較した４つのアンテナと２つの受信チェーンの選択構成のゲインを有するシミュレーション結果のグラフである。４つ、６つ及び８つのアンテナからの選択のゲインの上限は、等式５０に基づいて計算される。３０ｋｍ／ｈ（それぞれの対のうちの最も左の列）と１００ｋｍ／ｈ（それぞれの対のうちの最も右の列）で移動するユーザ装置の結果が示されている。
【図１０】スタンドアローンのユーザ装置で使用するためのアンテナ構成を示したものである。
【図１１】スタンドアローンのユーザ装置で使用するためのアンテナ構成を示したものである。
【図１２】図１０と１１のアンテナ構成の性能測定の表である。
【図１３】個人情報端末で使用するためのアンテナ構成を示したものである。
【図１４】図１６のアンテナ構成で使用するための指向性のアンテナパターンを示したものである。
【図１５】適応的組み合わせを有するＭＩＭＯユーザ装置の説明図である。
【図１】
2005518756.tif 000024
【図２ａ】
2005518756.tif 000025
【図２ｂ】
2005518756.tif 000026
【図３】
2005518756.tif 000027
【図４】
2005518756.tif 000028
【図５】
2005518756.tif 000029
【図６】
2005518756.tif 000030
【図７】
2005518756.tif 000031
【図８】
2005518756.tif 000032
【図９】
2005518756.tif 000033
【図１０】
2005518756.tif 000034
【図１１】
2005518756.tif 000035
【図１２】
2005518756.tif 000036
【図１３】
2005518756.tif 000037
【図１４】
2005518756.tif 000038
【図１５】
2005518756.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月14日(2004.1.14)
【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】
３つ以上の別種のアンテナと、複数の受信チェーンとを有する無線通信装置であって、
アンテナより少ない受信チェーンが存在し、
各受信チェーンについて、前記受信チェーンと共に使用されるアンテナのうちの１つを選択するように構成されたセレクタを更に有する無線通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
複数入力複数出力の通信を提供するように構成された無線通信装置。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
前記アンテナがそれぞれ指向性を有する無線通信装置。
【請求項４】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
前記アンテナのダイバーシティが、空間ダイバーシティと偏波ダイバーシティのうちの何らかを介して達成される無線通信装置。
【請求項５】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
基地局とユーザ端末とから選択された無線通信装置。
【請求項６】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
前記セレクタが、前記受信チェーン間で前記アンテナを切り替えるように構成された切り替え機構を有する無線通信装置。
【請求項７】
請求項６に記載の無線通信装置であって、
前記セレクタが、巡回冗長検査処理に関連するパラメータに基づいて選択するように構成された無線通信装置。
【請求項８】
請求項７に記載の無線通信装置であって、
前記セレクタが、各受信チェーンについて、何らかの受信チェーンと共に使用に現在選択されていないアンテナのうちの何らかの１つを選択するように更に構成された無線通信装置。
【請求項９】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
前記セレクタが、信号強度インジケータに基づいて選択するように構成された無線通信装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
複数入力複数出力の通信を提供するように構成され、
前記セレクタが、フレーム誤り率とリンク容量とチャネル生成物のマトリクスの固定値のうちの何らかに関連するパラメータに基づいて選択するように構成された無線通信装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
前記アンテナのそれぞれが、指向性のアンテナビームを提供するように構成され、
前記アンテナビームの少なくともいくつかが、その他のアンテナビームに対して実質的に異なる指示方向である無線通信装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
４対のアンテナを有し、
それぞれの対のアンテナが、持ち運び可能であり、実質的に平面で支持されるような大きさと形の躯体から支持される無線通信装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の無線通信装置であって、
前記躯体が、平行六面体であり、
それぞれの対のアンテナが、前記平行六面体の異なる面から支持される無線通信装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の無線通信装置であって、
前記アンテナが双極子である無線通信装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の無線通信装置であって、
それぞれの対の双極子のうちの１つが、その先端が前記躯体に向けられるように構成された無線通信装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の無線通信装置であって、
送信用に前記アンテナの第１のサブセットを選択し、受信用に前記アンテナの第２のサブセットを選択するように構成されたセレクタを更に有する無線通信装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の無線通信装置であって、
複数入力複数出力の通信システムでの使用に適しており、
前記第１のサブセットが前記アンテナのうちの２つであり、前記第２のサブセットが前記アンテナのうちの４つである無線通信装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の無線通信装置を有する無線通信ネットワーク。
【請求項１９】
それぞれが請求項１に記載の無線通信装置である複数のユーザ端末を有する無線通信ネットワークであって、
前記ユーザ端末の前記アンテナのそれぞれが、指向性のアンテナビームを提供するように構成され、
前記アンテナビームの少なくともいくつかが、その他のアンテナビームに対して実質的に異なる指示方向である無線通信ネットワーク。
【請求項２０】
３つ以上の別種のアンテナと、複数の受信チェーンとを有する無線通信装置を動作する方法であって、
アンテナより少ない受信チェーンが存在し、
（ｉ）各受信チェーンについて、前記受信チェーンと共に使用されるアンテナのうちの１つを選択するステップを有する方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、
前記選択するステップが、信号強度インジケータに基づいて選択することを有する方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法であって、
前記アンテナの構成が、複数入力複数出力の通信を提供するように構成され、
セレクタが、フレーム誤り率とリンク容量と巡回冗長検査情報と固定値のうちの何らかに関連するパラメータに基づいて選択するように構成された方法。
【請求項２３】
コンピュータ読み取り可能媒体に保存されるコンピュータプログラムであって、
請求項２０に記載の方法を実行するように構成されたコンピュータプログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
しかし、既知のＭＩＭＯ構成の１つの問題は、複数の送信及び受信チェーンと共に、複数のアンテナが必要であるという点で相対的に高価であることである。１つの受信アンテナが各ＭＩＭＯチャネルに使用される。従って、受信ＭＩＭＯアンテナ構成は、そのアンテナ毎に１つずつ、４つの受信チェーンと共に４つのアンテナを有し得る。受信チェーンは、相対的に高価で扱いにくく、その受信チェーンのそれぞれに電力が提供されなければならない。これは、小型であることが必要とされるユーザ端末と、目立たないことを必要とされる基地局に特に不利である。同様の問題が送信チェーンの場合に生じる。
ＷＯ９７２８６１５Ａは、セルラー方式無線電話用の装置と方法について記載する。それは、複数の個別に備え付けられたアンテナを有することがあるアンテナ配列、又は間隔の空いたサブ配列を使用し、空間ダイバーシティの受信を通じて、拡張した通信品質を達成する。信号処理手段は、アンテナ配列で受信されたエネルギーから少なくとも３つの信号を作る。信号選択手段は、少なくとも３つの処理された信号のうちの全てより少ないが、少なくとも２つを選択する。
ＵＳ５９９１６４３は、複数の切り替え可能アンテナを収容する無線トランシーバについて記載する。その装置は、筐体に少なくとも１つの臨時アンテナを備えた筐体を有する。それぞれの臨時アンテナは、異なるアンテナスイッチに接続される。アンテナスイッチは、異なるアンテナの組合せを達成するように、オン及びオフされる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2005518756.tif 000040
2005518756.tif 000041
2005518756.tif 000042