(57)【要約】【解決手段】送信器とレシーバーの両方で複雑さを縮小しながら高いスペクトルを効率的に達成するＭＩＭＯシステムでの固有モードあたりの選択的チャネル反転を行なう技術が示される。利用可能な伝送路は、多くのグループへ配列される。そこでは、グループはそれぞれＭＩＭＯチャネルのそれぞれの固有モードのために伝送路（あるいは周波数ビン）をすべて含んでいてもよい。送信電力の合計は特定グループ電力配分スキームを使用して、グループに割り付けられる。次に、選択的なチャネル反転は、データ伝送のための使用に選ばれた各グループのために独立して行なわれる。個々のそのようなグループについては、グループ中の１つ以上の伝送路が使用に選ばれる。また、倍率は、グループのための選択されたチャネルがすべて同様の受信信号品質（例えば、受信ＳＮＲ）を達成するように各選択されたチャネルに対して決定される。
2005537750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記を具備する、マルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおける送信のためにデータを処理する方法：
複数の利用可能な伝送路を複数のグループに配列する；および
データ送信のために使用される伝送路のグループごとに、
使用するために１つ以上の伝送路を選択し、および
各グループ内の前記１つ以上の選択された伝送路が類似した受信信号品質を有するように各選択された伝送路のための倍率を決定する。
【請求項２】
各グループはＭＩＭＯチャネルの特定の固有モードの対応するすべての伝送路を含む、請求項１の方法。
【請求項３】
合計送信電力を前記複数のグループに割り当てることをさらに具備し、各グループ内の前記１つ以上の選択された伝送路のための前記１つ以上の倍率は、前記グループに割り当てられた前記送信電力に一部基づいて決定される、請求項１の方法。
【請求項４】
前記合計送信電力は、前記複数のグループに均一に割り当てられる、請求項３の方法。
【請求項５】
前記合計送信電力は、水充填に基づいて前記複数のグループに割り当てられる、請求項３の方法。
【請求項６】
前記水充填は、前記複数の利用可能な伝送路にわたって実行され、各グループに割り当てられた前記送信電力は、前記グループ内の前記複数の伝送路に割り当てられた送信電力にもとづく、請求項５の方法。
【請求項７】
前記水充填は、前記複数のグループのための平均信号対雑音および干渉比（ＳＮＲｓ）に基づいて実行される請求項５の方法。
【請求項８】
前記水充填は、チャネル反転後の前記複数の平均送信チャネルのための信号対雑音および干渉比（ＳＮＲｓ）に基づいて実行される請求項５の方法。
【請求項９】
グループがデータ送信のために使用されるなら、前記グループ内のすべての伝送路は、使用のために選択される、請求項１の方法。
【請求項１０】
１つ以上のコーディングおよび変調スキームに基づいてデータをコード化し変調し、変調シンボルを供給する；および
前記変調シンボルを送信するために使用される前記伝送路のための前記倍率に基づいて各変調シンボルを計る；
ことをさらに具備する、請求項１の方法。
【請求項１１】
伝送路の各グループのための前記データは、別個のコーディングスキームに基づいてコード化される、請求項１０の方法。
【請求項１２】
伝送路のすべてのグループのための前記データは、共通のコーディングスキームに基づいてコード化され、各グループのコード化されたデータは、前記グループに対して選択されたレートでパンクチャーされる、請求項１０の方法。
【請求項１３】
計られた変調シンボルをあらかじめ条件づけすることをさらに具備する、請求項１０の方法。
【請求項１４】
前記ＭＩＭＯシステムは、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を実施する、請求項１の方法。
【請求項１５】
下記を具備する、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を実施するマルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいて送信のためにデータを処理する方法：
複数の利用可能な伝送路を複数のグループに配列する、各グループは、ＭＩＭＯチャネルの特定の固有モードに対応するすべての伝送路を含む；
合計送信電力を前記複数のグループに割り当てる；および
データ送信のために使用するために伝送路のグループごとに、
使用のために前記グループ内の１つ以上の伝送路を選択する；および
各グループ内の前記１つ以上の選択された伝送路が類似した受信信号品質を有するように、前記グループに割り当てられた前記送信電力に一部基づいて、各選択された伝送路のための倍率を決定する。
【請求項１６】
下記を具備する、マルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおける送信器ユニット：
１つ以上のコーディングおよび変調スキームに基づいてデータをコード化し、変調し、変調シンボルを供給するように動作可能な送信データプロセッサー；および
データ送信のために使用するために伝送路の複数のグループの各々内で１つ以上の伝送路を選択し、
各グループ内の前記１つ以上の選択された伝送路が類似した受信信号品質を有するように、選択された伝送路毎に倍率を決定し、
前記変調シンボルを送信するために使用される前記伝送路のための前記倍率に基づいて各変調シンボルを計る、
ように動作可能な送信データプロセッサー。
【請求項１７】
前記送信ＭＩＭＯプロセッサーは、さらに合計送信電力を前記複数のグループに割り当てるように動作可能であり、各グループ内の前記１つ以上の選択された伝送路のための前記１つ以上の倍率は、前記グループに割り当てられた前記送信電力に一部基づいて決定される、請求項１６の送信器ユニット。
【請求項１８】
下記を具備する、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を実施するマルチ入力、マルチ出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおける送信器ユニット：
１つ以上のコーディングおよび変調スキームに基づいてデータをコード化し変調し、変調シンボルを供給するように動作可能な送信データプロセッサー；および
複数のグループの伝送路への送信電力の合計を割り付け、
各グループは、ＭＩＭＯチャネルの特定の固有モードに対応するすべての伝送路を含み、
データ送信のために使用するために、各グループ内の１つ以上の伝送路を選択し、
各グループ内の１つ以上の選択された伝送路が類似の受信信号品質を有するように選択された伝送路ごとに倍率を決定し、および
前記変調シンボルを送信するために使用される前記伝送路のための前記倍率に基づいて各変調シンボルを計るように動作可能な送信ＭＩＭＯプロセッサー。
【請求項１９】
前記送信ＭＩＭＯプロセッサーはさらに、計られた変調シンボルをあらかじめ条件づけするように動作可能である、請求項１８の送信器ユニット。
【請求項２０】
下記を具備するマルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおける装置：
複数の利用可能な伝送路を複数のグループに配列する手段；
データ送信のために使用するために各グループ内で１つ以上の伝送路を選択する手段；および
各グループ内の前記１つ以上の選択された伝送路が類似した受信信号品質を有するように選択された伝送路ごとに倍率を決定する手段。
【請求項２１】
さらに下記を具備する、請求項２０の装置：
１つ以上のコーディングおよび変調スキームに基づいてデータをコード化し変調し、変調シンボルを供給する手段；および
前記変調シンボルを送信するために使用される前記伝送路のための前記倍率に基づいて各変調シンボルを計る手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にデータ通信に関し、特にＭＩＭＯシステム用の固有モードについて選択的チャネル反転を行なうための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
［１００２］  マルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）通信システムは、複数（ＮＴ）送信アンテナおよび複数（ＮＲ）受信アンテナをデータ送信のために採用する。ＮT送信およびＮR受信によって形成されたＭＩＭＯチャネルを、ＮS≦ｍｉｎ｛ＮT，ＮR｝を条件として、ＮSの独立したチャネルに分解してもよい。ＮSの独立したチャネルの各々は、また、空間サブチャネルまたはＭＩＭＯチャネルの固有モードとも呼ばれる。
【０００３】
広帯域のＭＩＭＯシステムの空間サブチャネルは、フェーディングおよびマルチパスのような種々の因子により異なるチャネル条件に遭遇するかもしれない。従って、各空間サブチャネルは周波数選択フェーディングを経験するかもしれない。周波数選択フェーディングは、全体のシステム帯域の異なる周波数で異なるチャネル利得により特徴づけられる。電力制御をしないと仮定すると、結果として、各空間サブチャネルの異なる周波数で異なる信号対雑音および干渉比（ＳＮＲｓ）を生じる。これは、次に、特定のレベルの性能（例えば、１％のパケットエラーレート）に対して異なるデータレートをサポートすることができるであろう。
【０００４】
広帯域チャネルにおいて周波数選択フェーディングに対抗するために、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いて全体のシステム帯域幅を単数の（ＮＦ）サブバンドに分割してもよい。これは、周波数ビンまたはサブチャネルとも呼ばれる。ＯＦＤＭを用いた場合、各サブバンドは、データを変調してもよいそれぞれのサブキャリアに関連する。ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステム（すなわち、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム）については、各空間サブチャネルの各サブバンドは独立した伝送路として見てもよい。
【０００５】
コード化された通信システムにおける主要な課題は、チャネル条件に基づくデータ伝送のために使用する適切なデータレート、コーディングおよび変調スキームの選択である。システムのための主な目標は、送信器とレシーバーの両方のための複雑さを縮小しながらスペクトル効率を最大限にすることである。
【０００６】
データレートと、コーディングと、変調スキームを選択するための１つの直接的な技術は、その送信能力に応じてシステム内の各伝送路を「ビットロード」(bitload)することである。しかしながら、この技術はいくつかの主な欠点を持っている。第１に、各伝送路に対して個々にコーディングし変調することは、送信器と受信器の両方における処理の複雑性を顕著に増大させる可能性がある。第２に、各伝送路に対して個々にコーディングすることは、コーディングおよびデコーディング遅延を大幅に増大させるかもしれない。
【０００７】
それゆえ、各伝送路に対して個々にコード化する必要なしに、ＭＩＭＯシステムにおいて高いスペクトル効率を達成するための技術の必要性がある。
【発明の概要】
【０００８】
送信器と受信器の両方において複雑性を低減しながら、高いスペクトル効率を達成するためにＭＩＭＯシステムにおいて固有モードあたりの選択的チャネル反転を実行するための技術がここに提供される。利用可能な伝送路は多くのグループへ配列される。そこでは、各グループはＭＩＭＯチャネルの固有モードに対してすべての伝送路（または周波数ビン）を含んでいてもよい。合計送信電力は特別の電力配分計画（例えば、均一な電力配分、水の充填等）を用いてグループに割り当てられる。次に、選択的チャネル反転は、データ伝送のために選択された各グループに対して独立して実行される（すなわち、ノンゼロが割り当てられた伝送電力を用いて）。そのような各グループに対して、グループ内の１つ以上の伝送路が使用のために選択され、グループに対してすべての選択されたチャネルが反転され、類似の受信信号品質（例えば、受信ＳＮＲ）を達成するように、各選択されたチャネルに対して倍率が決定される。
【０００９】
本発明の種々の観点および実施形態は、以下にさらに詳細に記載される。本発明はさらに方法、プログラムコード、デジタルシグナルプロセサ、送信器ユニット、レシーバユニット、および本発明の種々の観点、実施形態および特徴を実施する他の装置およびエレメントを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の特徴、性質および利点は、類似の参照文字が全体にわたって対応して特定する図面とともに以下に述べる詳細な説明からより明白になるであろう。
【００１１】
複合アンテナ無線通信システムのようなＭＩＭＯ通信システムでは、ＮＴ送信アンテナから送信されたデータストリームは、レシーバーで互いに干渉する。この干渉と対抗するための１つの技術は多くの独立したチャネルを得るためにＭＩＭＯチャネルを「対角行列」にすることである。
【００１２】
ＭＩＭＯシステムのためのモデルは次のように表現してもよい。
【数１】
2005537750.tif 000003
【００１３】
但し、ｙは、ＮRの受信アンテナにより受信されるシンボルのために、ｉ∈｛１，・・・、ＮR｝の場合のＮRのエントリ、｛ｙi｝を備えたベクトルである。ＮTの送信アンテナから送信されたシンボルのために、ｊ∈｛１，・・・ＮT｝の場合のＮTエントリ、｛ｘj｝を備えたベクトルである。Ｈは、ＮT送信アンテナからＮR受信アンテナまでの伝達関数（すなわち複素利得）を含む（ＮR×ＮT）チャネル応答マトリクスである。また、ｎは、０の平均ベクトルおよび
【数２】
2005537750.tif 000004
【００１４】
の共分散行列を備えた加法的白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）である。但し、０は、すべてゼロのベクトルであり、Ｉ対角線に沿って１を有し、他のどの場所にもゼロを有した恒等マトリクスである。σ2は、雑音分散である。
【００１５】
簡単にするために、平坦フェーディング、狭帯域チャネルが仮定される。この場合、チャネル応答は、全システムの帯域幅のための一定の複素数値によって表わすことができる。また、チャネル応答マトリックスＨの要素はスカラーである。周波数非選択性の仮定は単純性のためにここで仮定されるが、ここに記述された技術は周波数選別チャネルのために拡張してもよい。
【００１６】
チャネル応答マトリックスＨはＨの相関行列上で固有値分解を行なうことにより対角行列にしてもよい。これは、Ｒ＝ＨHＨである。（ＮＴ  ｘ  ＮＴ）相関行列Ｒの固有値分解は、次のように表現してもよい。
【数３】
2005537750.tif 000005
【００１７】
但し、Ｅは、ｉ∈｛１，・・・，ＮT｝の場合に、列Ｒの固有ベクトルｅiである（ＮT×ＮT）ユニタリ行列である。Ｄは、Ｒの固有値に対応する対角線上にエントリを備えた（ＮT×ＮT）の対角量列である；および任意の行列に対して、Ｍ、ＭHは、Ｍの共役転置を示す。ユニタリ行列は、特性ＥHＥ＝Ｉにより示される。
【００１８】
固有値分解も特異値分解（ＳＶＤ）を使用して、行なってもよい。それは技術的に知られている。
【００１９】
対角行列Ｄは、対角線に沿って負でない実数の値と、ほかのどこかにゼロを含む。これらの対角線のエントリーは行列Ｒの固有値と呼ばれ、ＭＩＭＯチャネルの独立したチャネルのための電力利得を示す。ＮT送信アンテナおよびＮR受信アンテナを備えたＭＩＭＯシステムのための独立したチャネルの数は、Ｒ、ＮS ≦ｍｉｎ｛ＮT，ＮR｝のノンゼロ固有値の数である。これらのノンゼロ固有値はｉ＝｛１，・・・、ＮS｝の場合｛λi｝として示される。
【００２０】
ＮTアンテナのための電力制約を考慮することなく、ＭＩＭＯチャネルは、「データ」ベクトルｓをユニタリ行列Ｅとあらかじめ乗算し（または「あらかじめ条件づけし」）、対角行列に、送信されたベクトルｘを得るようにしてもよい。送信器における事前の条件づけは、以下のように表してもよい：
【数４】
2005537750.tif 000006
【００２１】
レシーバーにおいて、受信ベクトルｙＥHＨHとあらかじめ乗算され（または「条件付け」され）データベクトルｓの推定値を得る。データベクトル推定値ｓを得るための条件づけは以下のように表してもよい。
【数５】
2005537750.tif 000007
【００２２】
但し
【数６】
2005537750.tif 000008
【００２３】
は０の平均ベクトルと、
【数７】
2005537750.tif 000009
【００２４】
の共分散行列を備えたＡＷＧＮである。
【００２５】
方程式（４）に示すように、送信器における事前の条件づけおよびレシーバーの条件づけは、行列Ｄにより表される効率的なチャネル応答、並びに雑音成分のスケーリング(scaling)によってデータベクトルｓが変換されるＤは対角行列であるので、Ｎsの干渉しない、並列のチャネルが効率的にある。これらのチャネルの各々は対応する固有値、λi2およびｉ∈｛１，・・・，Ｎｓ｝に対してσ2λiに等しい雑音電力を有し、λi／σ2の信号対雑音比を生じる。したがって、これらのチャネルの各々の電力利得は、ｉ∈｛１，・・・，Ｎs｝に対して、固有地λiに等しい。パラレルチャネルｉはしばしば固有モード  ｉあるいはモードｉと呼ばれる。送信器に、チャネル応答マトリックスＨあるいは等価な情報が提供されているなら、方程式（３）および（４）に示されるようなＭＩＭＯチャネルの対角行列化は達成することができる。
【００２６】
上に記述された固有値分解も、広帯域の周波数選択チャネルのために行なってもよい。
【００２７】
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムについては、広帯域チャネルは、ＮＦ平坦フェーディング、直交周波数ビンあるいはサブバンドに分割される。次に、その周波数ビン用のＮＳの空間のサブチャネルあるいは固有モードを決定するために、固有値分解は、各周波数ビン（ｋ）のチャネル応答マトリックスＨ（ｋ）のために独立して行なってもよい。各周波数ビンの空間サブチャネルもそれぞれ「送信」チャネルと呼ばれる。
【００２８】
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのためのモデルは次のように表現してもよい：
【数８】
2005537750.tif 000010
【００２９】
但し、「（ｋ）」は、ｋ番目の周波数ビンを示す。
【００３０】
各周波数ビンの相関行列Ｒ（ｋ）の固有値分解は、次のように表現してもよい：
【数９】
2005537750.tif 000011
【００３１】
Ｒ（ｋ）のためのノンゼロ固有値は、ｉ＝｛１，・・・，Ｎs｝およびｋ＝｛１，・・・，ＮF｝に対して｛λi（ｋ）｝として示される。従って、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの場合、ＮF周波数ビンの各々のための固有モード分解を行なうことは、各周波数ビンのためのＮsの空間サブチャネルまたは固有モード、またはＮsＮF伝送路の合計を生じる。
【００３２】
固有値は２つの形態、すなわち「分類」形態および「ランダムオーダー」形態で提供してもよい。分類形態において、各周波数ビンのＮsの固有値は、
【数１０】
2005537750.tif 000012
【００３３】
であるように降べきの順に分類される。ただし、λ1（ｋ）は、周波数ビンｋに対する最大固有値であり、
【数１１】
2005537750.tif 000013
【００３４】
は、周波数ビンｋに対する最小固有値である。ランダムオーダー形態において、固有値の順序は、ランダムであってよく、さらに周波数と無関係であってよい。使用のために選択された特定の形態、分類またはランダムオーダーは、以下に記載するようにデータ送信に使用するための固有モードの選択および各選択された固有モードに対して使用されるコーディングおよび変調スキームに影響を与える。
【００３５】
図１は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのための固有値分解をグラフで図解する。
【００３６】
ｋ＝｛１，・・・，ＮF｝の対角行列のセット、Ｄ（ｋ）は、周波数次元を表す軸１１０に沿って順番に配列されて示される。ｉ＝｛１，・・・，Ｎs｝の場合の固有値｛λi（ｋ）｝は行列の対角線に沿って位置する。従って軸１１２は、空間次元を表すものとして見てもよい。すべての周波数ビン（単に固有モードｉ）用の固有モードｉは、エレメントのセット、ｋ＝｛１，・・・，ＮF｝に対して｛λi（ｋ）｝に関連している。これは、その固有モードのためのすべてのＮFの周波数ビンにわたる周波数応答を示している。各固有モードのためのエレメントのセット｛λi（ｋ）｝は破線１１４に沿って陰影をつけられた箱により示される。図１内の各印影がつけられた箱は、伝送路を表す。周波数選択フェーディングを経験する各固有モードの場合、その固有モードに対するエレメント｛λi（ｋ）｝は、ｋの異なる値に対して異なっていてもよい。
【００３７】
各対角行列Ｄ（ｋ）の中の固有値が降順でソートされるなら、固有モード１（これは、主要固有モードとも呼ばれる）は、各行列において最大固有値λ1（ｋ）を含むであろう。また、固有モードＮsは、各行列において、最小固有値
【数１２】
2005537750.tif 000014
【００３８】
を含むであろう。
【００３９】
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの各周波数ビンの固有値分解は、全体の帯域幅にわたってＮＳＮＦ伝送路用のＮＳＮＦ固有値の合計を生じる。各伝送路は異なるＳＮＲを達成してもよく、異なる送信能力に関係していてもよい。種々の電力割り当てスキーム（あるいは送信スキーム）を用いて合計送信電力をこれらの伝送路に分配し高い全体スペクトル効率を達成してもよい。これは、ヘルツあたりのビット／秒（ｂｐｓ／Ｈｚ）で与えられる。これらのスキームのうちのいくつかは、以下にさらに詳細に記載される。
【００４０】
１．  水充填
「水充填」または「水注入」スキームを用いて、送信器における合計送信電力がＰtotalに制限される制約の下で、全体のスペクトル効率が最大になるように、伝送路にわたって、合計送信電力を最適に分配してもよい。水充満スキームは、ますますより高いＳＮＲを備えたチャネルが送信電力の合計のますますより大きな一部分を受信するように、ＮＳＮＦ伝送路にわたって電力を分配する。所定の伝送路に割り当てられる送信電力は、チャネルのＳＮＲにより決定される。これは、
【数１３】
2005537750.tif 000015
【００４１】
として与えられても良い。ただし、λi（ｋ）はｋ番目の周波数ビンにおけるｉ番目の固有値である。
【００４２】
水充填を実行する技術は周知であり、ここでは、記載しない。水充填の結果は、ＮＳＮＦ伝送路の各々への特定の送信電力割り当てである。これは、ｉ＝｛１，・・・，Ｎs｝およびｋ＝｛１，．．．，ＮF｝の場合にＰi（ｋ）で示される。電力割り当ては、以下の条件が満足されるように実行される。
【数１４】
2005537750.tif 000016
【００４３】
但し、Ｌ＝｛１，・・・Ｎs｝であり、Ｋ＝｛１，・・・，ＮF｝である。
【００４４】
ｉ＝｛１，・・・，Ｎs｝およびｋ＝｛１，・・・，ＮF｝の場合のＰｉ（ｋ）の割り当てられた送信電力に基づいて、各伝送路に対する受信ＳＮＲγi（ｋ）は、以下のように表しても良い。
【数１５】
2005537750.tif 000017
【００４５】
次に、ＮsＮF伝送路のための合計スペクトル効率Ｃは、以下のように、容量のための連続的で単調に増加する対数関数に基づいて計算してもよい。
【００４６】
典型的な通信システムでは、観察されると予想される、受信ＳＮＲの全範囲は多くのサブ範囲に分割してもよい。次に、各サブ範囲は、所定のビットエラーレート（ＢＥＲ）、フレームエラーレート（ＦＥＲ）、またはパケットエラーレート（ＰＥＲ）に対して最高スペクトル効率を生じるように選択された特定のコーディングおよび変調スキームに関連していてもよい。水充填電力割り当て、ＮsＮF伝送路の各々に対して異なる受信ＳＮＲを結果として生じてもよい。次に、これは、伝送路のための多くの異なるコーディング／変調スキームの使用を生じるであろう。伝送路あたりのコーディング／変調は、送信器とレシーバーの両方のためにより大きな複雑性を犠牲にして全体のスペクトル効率を増加する。
【００４７】
２．  すべての伝送路に適用される選択的チャネル反転
「すべてのチャネル用のＳＣＩ」のスキームは、使用のために選択された伝送路がレシーバーにおいてほぼ等しい受信ＳＮＲｓを達成するようにすべての伝送路上で選択的チャネル反転（ＳＣＩ）を実行する。次に、これは、共通のコーディングおよび変調スキームがすべての選択された伝送路に使用されることを可能にするだろう。このスキームは、水充満スキームに比べて送信器とレシーバーの両方用の複雑性を大幅に縮小する。受信されるＳＮＲの等化は、データ伝送のための使用にすべてあるいはＮsＮF利用可能な伝送路部分集合だけを最初に選ぶことにより達成してもよい。チャネル選択は、低いＳＮＲを備えた質の悪いチャネルの消去を生じてもよい。次に、合計送信電力Ｐtotalは、受信ＳＮＲがすべての選択された伝送路に対してほぼ等しくなるように選択された伝送路にわたって分配される。
【００４８】
「十分な」チャネル反転がすべてのＮsＮF利用可能な伝送路に対して行なわれるなら、送信電力７の合計は、ほぼ等しい信号電力がこれらのすべてのチャネルのために受信されるように割り当ててもよい。周波数ビンｋの固有モードｉに割り付けるべき送信電力Ｐｉ（ｋ）の適正量は、次のように表現してもよい：
【数１６】
2005537750.tif 000018
【００４９】
但し、αは、利用可能な伝送路の中で、合計送信電力を分配するために使用される正規化因子である。この正規化因子、αは次のように表現してもよい：
【数１７】
2005537750.tif 000019
【００５０】
正規化因子、αは、すべての伝送路に対してほぼ等しい受信信号電力を補償する、これはαＰtotalとして与えられる。合計送信電力は、チャネル電力利得に基づいてすべての利用可能な伝送路にわたって（不規則に）効率的に分配される。これは、固有値λi（ｋ）として与えられる。
【００５１】
次に、「選択的な」チャネル反転が行なわれるなら、合計受信電力に対して特定の閾値βにあるまたはそれ以上である伝送路のみがデータ伝送の使用のために選択される。その受信電力がこのしきい値以下に下がる伝送路は廃棄され、使用されない。各選択された伝送路については、チャネルに割り付けられる送信電力は上述するように決定される。すなわち、すべての選択された伝送路は、ほぼ等しい電力レベルで受信される。しきい値βは、スペクトル効率を最大にするように、または他のある基準に基づいて選択するようにしてもよい。
【００５２】
使用のための伝送路の選択は、以下のように実行してもよい。最初に、平均電力利得Ｐavgはすべての利用可能な伝送路のために計算され、次のように表現してもよい：
【数１８】
2005537750.tif 000020
【００５３】
次に、各伝送路に割り付けるべき送信電力は次のように表現してもよい：
【数１９】
2005537750.tif 000021
【００５４】
但しβは、閾値であり、
【数２０】
2005537750.tif 000022
【００５５】
は式（１１）のαに類似する正規化因子である。しかしながら、正規化因子
【数２１】
2005537750.tif 000023
【００５６】
は、選択された伝送路のみについて計算され、以下のように表してもよい：
【数２２】
2005537750.tif 000024
【００５７】
しきい値βは、（セクション３．２において）以下に記載されるように派生される。
【００５８】
式（１３）において示されるように、伝送路は、その固有値（またはチャネル電力利得）が電力閾値
【数２３】
2005537750.tif 000025
【００５９】
より以上なら、使用のために選択される。正規化因子
【数２４】
2005537750.tif 000026
【００６０】
は、選択された伝送路のみに基づいて計算されるので、合計送信電力Ｐtotalは、、すべての選択された伝送路がほぼ等しい受信電力を持つように選択された伝送路に分配される。これは、
【数２５】
2005537750.tif 000027
【００６１】
として表してもよい。
【００６２】
すべての選択された伝送路用の受信されるＳＮＲの等化は、このようにこれらのチャネルにわたって、送信電力の合計の非均一の分配によって達成することができる。
【００６３】
次に、ほぼ等しい受信されるＳＮＲは、すべての選択された伝送路の単一データレートおよび共通のコーディング／変調スキームの使用を可能にするだろう。それは複雑さを大幅に縮小するだろう。
【００６４】
３．  固有モードごとに適用される選択的チャネル反転
「固有モードごとのＳＣＩ」のスキームは、各固有モードのために独立して選択的チャネル反転を実行し、改良された性能を提供する。実施形態では、ＮsＮF伝送路はＮsのグループに配列される。すなわち、各グループが与えられた固有モードに対してすべてのＮFの周波数ビンを含むように配列される（すなわち、グループｉは、固有モードｉに対してすべてのＮFの周波数ビンに対する空間サブチャネルを含む）。従って、各固有モードに対して１つのグループがある。
【００６５】
固有モード毎のＳＣＩスキームは２つのステップを含む。第１のステップにおいて、合計の送信電力Ｐtotalは、特定のグループ電力割り当てスキームに基づいて、Ｎsのグループに分配される。第２のステップにおいて、選択的チャネル反転は各グループに対して独立して実行され、そのグループの割り当てられた送信電力をグループ内のＮF
の周波数ビンに分配する。これらのステップの各々は、以下にさらに詳細に記載される。
【００６６】
３．１  グループにまたがる電力割り当て
合計送信電力Ｐtotalは、種々の方法でＮｓのグループに分配してもよい。そのいくつかは以下に記載される。  
第１の実施形態において、合計送信電力は、Ｎsのグループがすべて等しい電力を割り当てられるようにすべてのＮsのグループにわたって、均一に分配される。各グループに割り当てられた送信電力ＰG（ｉ）は以下のように表してもよい。
【数２６】
2005537750.tif 000028
【００６７】
第２の実施形態において、合計送信電力Ｐtotalは、すべての利用可能な伝送路にわたって水充填に基づいてＮsのグループに分配される。この実施形態のために、合計送信電力Ｐtotalは、上述したように水充填を用いたすべてのＮsＮF伝送路に最初に分配される。各伝送路には、ｉ∈｛１，・・・，Ｎs｝およびｋ＝｛１，・・・，ＮF｝の場合のＰi（ｋ）が割り当てられる。次に、各グループに割りあてられた送信電力は、そのグループ中のＮF伝送路に割り当てられた送信電力を加算することにより決定することができる。グループｉに割り当てられた送信電力は、以下のように表してもよい：
【数２７】
2005537750.tif 000029
【００６８】
第３の実施形態において、平均チャネルＳＮＲｓを用いてすべてのグループにわたって水充填に基づいて、ＮSのグループに合計送信電力７が分配される。最初に、各グループに対する平均チャネルＳＮＲ、γavg（ｉ）は以下のように決定される：
【数２８】
2005537750.tif 000030
【００６９】
次に、水充填が実行され、合計送信電力Ｐtotalを、平均チャネルＳＮＲｓに基づいてＮsのグループにわたって分配する。Ｎsのグループの各々に割り当てられた送信電力は、ｉ∈｛１，・・・，Ｎs｝の場合、ＰG（ｉ）として示される。
【００７０】
４番目の実施形態において、合計送信電力Ｐtotalは、チャネル反転のあとの伝送路の受信ＳＮＲｓを用いてすべてのグループにわたって、水充填に基づいて、Ｎsのグループに分配される。この実施形態については、合計送信電力Ｐtotalは、式（１５）で上で示したようにＮSのグループに最初に均一に分配される。すなわち、各グループ
【数２９】
2005537750.tif 000031
【００７１】
の初期送信電力が割り当てられる。次に、選択的チャネル反転は、グループ内の各周波数ビンに対して、初期電力割り当て
【数３０】
2005537750.tif 000032
【００７２】
を決定するために各グループ上で独立して実行される。
【００７３】
各周波数ビンに対する受信ＳＮＲ
【数３１】
2005537750.tif 000033
【００７４】
は次に、式（８）に示すように初期電力割り当て
【数３２】
2005537750.tif 000034
【００７５】
に基づいて決定される。
【００７６】
各グループに対する平均受信ＳＮＲ
【数３３】
2005537750.tif 000035
【００７７】
は、以下のように計算される：
【数３４】
2005537750.tif 000036
【００７８】
次に、合計送信電力Ｐtotalは、平均受信ＳＮＲｓ
【数３５】
2005537750.tif 000037
【００７９】
に基づいて水充填を用いてＮsのグループに分配される。水充填電力割り当ての結果は、Ｎsのグループのための改訂された（すなわち、最終の）の送信電力割り当てｉ∈｛１，・・・，Ｎs｝の場合にＰG（ｉ）である。各グループに対して、選択的チャネル反転が独立して再び実行され、グループの割り当てられた送信電力ＰG（ｉ）をグループ内の周波数ビンに分配する。各周波数ビンは、第２の選択的チャネル反転により割り当てられた送信電力Ｐi（ｋ）であろう。
【００８０】
以下の場合には、第２選択的チャネル反転は所定のグループに対して実行する必要がない。（１）水充填によりグループに割り当てられた修正された送信電力が初期の均一な電力割り当てより大きい場合（すなわち、
【数３６】
2005537750.tif 000038
【００８１】
の場合）。および（２）グループ内のすべての周波数ビンが初期の選択的チャネル反転で使用するために選択された場合。この特定の場合、グループ内の各周波数ビンに対する新しい電力割り当てＰi（ｋ）は、以下のように表してもよい。
【数３７】
2005537750.tif 000039
【００８２】
式（１９）は以下の理由により使用してもよい。（１）グループ内のすべの周波数ビンがすでに使用のために選択され、グループのための修正された電力割り当てＰG（ｉ）が初期電力割り当て
【数３８】
2005537750.tif 000040
【００８３】
より高いとしてもさらなる周波数ビンを選択することができない。および（２）初期の選択的チャネル反転は、これらのチャネルに対してほぼ等しい受信ＳＮＲｓを達成するために、グループ名の周波数ビンに電力の適切な分配をすでに決定している。他のすべての場合に、選択的チャネル反転は、各グループに対して再び実行され、グループ内の周波数ビンに対して、送信電力割り当てｋＥ｛１，・・・、ＮF｝の場合にＰi(（ｋ）が実行される。
【００８４】
３．２  各グループに適用される選択的チャネル反転
一旦、上述したグループ電力割り当てスキームの任意の１つを用いてＮsのグループに合計送信電力Ｐtotalが割り当てられると、選択的チャネル反転は、Ｎsのグループの各々に対して、および各グループ内のＮFの周波数ビン上で独立して実行される。各グループの選択的なチャネル反転は以下のように実行してもよい。
【００８５】
最初に、各グループに対する平均電力利得、Ｐavg（ｉ）は以下のように決定される：
【数３９】
2005537750.tif 000041
【００８６】
従って、グループｉ内の周波数ビンｋに割り当てられる送信電力は、以下のように表してもよい：
【数４０】
2005537750.tif 000042
【００８７】
但しβiは閾値であり、
【数４１】
2005537750.tif 000043
【００８８】
はグループｉのための正規化因子である。各グループのための正規化因子
【数４２】
2005537750.tif 000044
【００８９】
は、そのグループのための選択された伝送路のみについて計算され、以下のように表してもよい。
【数４３】
2005537750.tif 000045
【００９０】
式（２２）におけるチャネル反転電力利得の加算は、グループｉのすべての選択された周波数ビンについてチャネル電力利得を考慮する。
【００９１】
各グループで使用するための周波数ビンを選択するための閾値βiは、種々の基準、例えば、スペクトル効率を最適にすることに基づいて設定してもよい。１つの実施形態において、閾値βiは、以下に記載するように、チャネル電力利得（または固有値）、および各グループ内の周波数ビンにわたる均一な送信電力割り当てに基づいて選択された周波数ビンのスペクトル効率に基づいて設定される。
【００９２】
この実施形態の場合、グループｉのための閾値βiの派生は以下のように進む（この場合は、派生は、各グループに対して独立に実行される）。最初に、グループ中のすべてのＮF周波数ビン用の固有値が順位化され、
【数４４】
2005537750.tif 000046
【００９３】
であるように、降べきの順にリスト
【数４５】
2005537750.tif 000047
【００９４】
に配置される。
【００９５】
λごとに、（但しλ∈｛１，・・・，ＮF｝）λの最良周波数ビンのためのスペクトル効率が計算され、この場合「最良」は、最も高い電力利得Ｇi（λ）を有する周波数ビンに言及する。これは以下のように達成することができる。
【００９６】
最初に、グループＰG（ｉ）に利用可能な合計送信電力は上に記述された電力配分スキームのうちの任意の１つを使用して、λの最良周波数ビンに分配される。簡単にするために、均一の電力割り当てスキームが使用され、λ周波数ビンの各々に対する送信電力はＰG（ｉ）λである。次に、λ周波数ビンの各々に対する受信ＳＮＲは、以下のように計算される：
【数４６】
2005537750.tif 000048
【００９７】
次に、グループｉにおけるλの最良周波数ビンに対するスペクトル効率Ｃi（λ）は、以下のように計算される：
【数４７】
2005537750.tif 000049
【００９８】
但し、ロウは使用のために選択されたコーディングおよび変調スキームにおける非能率を説明するために使用される倍率である。
【００９９】
スペクトル効率Ｃi（λ）は、λの各値に対して計算される。この場合λ∈｛１，・・・，ＮF｝であり、スペクトル効率はアレイに記憶される。Ｃi（λ）のすべてのＮF値が、選択された周波数ビンのＮFの可能な組み合わせに対して計算された後、スペクトル効率のアレイは、否認され、Ｃi（λ）の最大値が決定される。従って、最大のＣi（λ）に相当する、λの値、λmaxは、評価される、および均一な送信電力割り当てを使用するチャネル条件のための最大スペクトル効率を生じる周波数ビンの数である。
【０１００】
グループｉのＮFの周波数ビンのための固有値は、リストＧi（λ）において降べきの順に順位づけされるので、最適なポイントに到達するまで、スペクトル効率は、より多くの周波数ビンが使用のために選択されるにつれ増大する。その後で、スペクトル効率は減少する。なぜならば、より多くのグループの送信電力がより質の悪い周波数ビンに割り当てられるからである。したがって、λのすべての可能な値のためのスペクトル効率Ｃi（λ）を計算する代わりに、λの各新しい値に対するスペクトル効率Ｃi（λ）は、λの以前の値のためのスペクトル効率Ｃi（λ−１）と比較される。次に、最適スペクトル効率に到達したなら、計算を終了してもよい。最適スペクトル効率はＣi（λ）＜Ｃi（λ−１）により示される。
【０１０１】
次に、閾値βiは以下のように表してもよい：
【数４８】
2005537750.tif 000050
【０１０２】
但し、Ｐavg（ｉ）は、式（２０）に示すように決定される。
【０１０３】
閾値βiは、また他のある基準または（均一な割り当ての代わりに）その他の電力割り当てスキームに基づいて設定してもよい。
【０１０４】
選択的なチャネル反転は、２００１年５月１７日に出願された米国出願シリアル番号０９／８６０，２７４、２００１年６月１４日に出願された米国出願シリアル番号、０９／８８１，６１０、２００１年６月２６日に出願された米国出願シリアル番号０９／８９２，３７９にさらに詳細に記載されている。これら３つの出願のタイトルはすべて「選択的チャネル反転を用いたマルチチャネル通信システムにおける送信のためのデータの処理方法および装置」(Method and Apparatus for Processing Data for Transmission in a Multi-Channel Communication System Using Selective Channel Inversion)であり、この出願の譲受人に譲渡され参照することによりここに組み込まれる。
【０１０５】
各グループに対して独立に選択的チャネル反転を実行することは、各グループ内のＮF
周波数ビンに対して送信電力割り当てのセット、ｋ∈｛１，・・・，ＮF｝の場合Ｐi（ｋ）を生じる。選択的なチャネル反転は、所定のグループのための使用に選ばれているＮF周波数ビン未満であってもよい。未選択の周波数ビンは送信電力（すなわち、これらのビンに対してＰi（ｋ）＝０）を割り付けられないだろう。選択された周波数ビンのための電力割り当ては、これらのビンがほぼ等しい受信ＳＮＲを達成するように行われる。次に、これは単一データレートおよび各グループにおいてすべての選択された周波数ビンに使用される共通のコーディング／変調スキームを可能にする。
【０１０６】
ソートされた形態の場合、各対角行列Ｄ（ｋ）に対してｉ∈｛１，・・・，Ｎs｝の場合の固有値λk（ｋ）は、より小さなインデックスを備えた対角線成分は一般的により大きい。次に、固有モード１は、ＮFの対角行列の各々において最大固有値に関連するであろう。固有モード２は、２番目に大きな固有値に関連するであろう。以下同様である。ソートされる形態の場合、たとえチャネル反転が、各固有モードのすべてのＮF周波数ビン上に行なわれても、より低いインデックスを備えた固有モードはあまりにも多くの悪い周波数ビン（もしあれば）を持たないだろう。また、過度の送信電力は悪いビンに使用されない。
【０１０７】
水充填がＮs固有モードに合計送信電力を分配するために使用されるなら、使用のために選択された固有モードの数は、低いＳＮＲｓで縮小されるかもしれない。
【０１０８】
ソートされる形態は、このように低いＳＮＲｓで利点を有する。すなわち、コーディングおよび変調はさらに使用のために選択された固有モードの数の低減を介して簡単化される。
【０１０９】
ランダムに順位づけされる形態の場合、各対角行列Ｄ（ｋ）の固有値はランダムに順位がつけられる。これは、固有モードのすべてに対して、平均受信ＳＮＲｓにより小さな変動を生じる。この場合、Ｎs未満の共通のコーディングおよび変調スキームをＮs固有モードのために使用してもよい。
【０１１０】
１つの送信スキームにおいて、データ送信のために１つのグループが使用されるなら、そのグループ内のすべてのＮFの周波数ビンが選択される（すなわち、任意のアクティブ固有モードは、完全な固有モードである必要がある）。１つ以上の周波数ビンが使用から省略されるなら、固有モードの周波数選択性質は誇張することができる。このより大きな周波数選択フェーディングはより高いレベルの符号間干渉（ＩＳＩ）を引き起こす場合がある。それは、それによって受信される信号中のシンボルがそれぞれ受信される信号中の次のシンボルへのひずみとして作用する現象である。次に、ＩＳＩひずみの有害な影響を緩和するために、等化はレシーバーにおいて必要かもしれない。この等化は、使用のために選択される各固有モードのすべての周波数ビン上で十分なチャネル反転を行なうことにより回避されるかもしれない。この送信計画は、ソートされる形態および水充填電力割り当てと共同して有利に使用してもよい。なぜなら、上述したように、より低いインデックスを備えた固有モードは、あまりにも多くの悪い周波数ビンを持つ可能性が無いからである。
【０１１１】
図２は、Ｐtotal＝４の合計送信電力を備えた例４×４  ＭＩＭＯシステムの３つの送信スキームによって効率的に達成される平均スペクトルのプロットを示す。３つの送信スキームに対して３つのプロットが図２に示される。（１）すべての伝送路にわたる水−充填電力割り当て、（２）すべての伝送路に適用された選択的チャネル反転（すべてのチャネル用のＳＣＩ）、および（３）合計送信電力が平均チャネルＳＮＲｓに基づいて、水−充填を用いた４つのグループの中で分配された状態で、各固有モードに独立して適用される選択的チャネル反転（固有モードあたりのＳＣＩ）。
【０１１２】
平均のスペクトル効率は動作しているＳＮＲに対してプロットされる。これは、
【数４９】
2005537750.tif 000051
【０１１３】
として定義される。図２は、水充填電割り当て（プロット２１０）が予想通りに最も高いスペクトル効率を産出することを示す。すべてのチャネルのためのＳＣＩスキームの性能（プロット２３０）は、１５ｂｐｓ／Ｈｚのスペクトル効率において、最適水充填スキームのそれよりもほぼ２．５ｄＢ悪い。しかしながら、すべてのチャネルのためのＳＣＩスキームは、送信器とレシーバーの両方においてより低い複雑性を生じる。これは、単一のデータレートおよび共通のコーディング／変調スキームがすべての選択された伝送路に使用してもよいからである。固有モードあたりのＳＣＩスキームの性能（プロット２２０）は、１５ｂｐｓ／Ｈｚのスペクトル効率において、水−充填スキームのそれよりも約１．５ｄＢ悪く、すべてのチャネルのためのＳＣＩスキームのそれよりも１．０ｄＢ良い。固有モードあたりのＳＣＩスキームは、水充填を選択的チャネル反転と結合するので、この結果が期待される。固有モードあたりのＳＣＩスキームは、すべてのチャネルのためのＳＣＩスキームよりも複雑であるけれども、水−充填スキームより複雑でなく、同程度の性能を達成する。
【０１１４】
図３は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム３００のアクセスポイント３１０およびユーザー端末３５０の実施形態のブロック図である。
【０１１５】
アクセスポイント３１０では、データソース３１２からのトラフィックデータ（すなわち、情報ビット）は、送信（ＴＸ）データプロセッサー３１４に供給される。送信データプロセッサーは、データをコード化し、変調し、変調シンボルを供給する。ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ３２０は、さらに変調シンボルを処理し、あらかじめ条件づけられたシンボルを供給する。このシンボルは、次にパイロットデータと乗算され、各送信アンテナに対して１つづつ設けられた、ＮT変調器（ＭＯＤ）３２２ａ乃至３２２ｔに供給される。各モジュレータ３２２はあらかじめ条件づけられたシンボルのそれぞれのストリームを処理し、変調された信号を発生する。次に、この変調された信号は、それぞれのアンテナ３２４を経由して送信される。
【０１１６】
ユーザー端末３５０では、ＮTアンテナ３２４ａ乃至から３２４ｔから送信された、変調された信号は、ＮRアンテナ３５２ａ乃至３５２ｒによって受信される。
【０１１７】
各アンテナ３５２からの受信信号は、それぞれの復調器（ＤＥＭＯＤ）３５４に供給される。各復調器３５４は、受信信号を条件づけ（例えば、フィルタする、増幅する、および周波数ダウンコンバートする）し、デジタル化して、サンプルのストリームを供給する。また、さらにサンプルを処理して受信シンボルのストリームを供給する。次に、ＲＸ  ＭＩＭＯプロセッサ３６０は、ＮRシンボルストリームを処理し、リカバーされたシンボルのＮTストリームを供給する。リカバーされたシンボルのストリームは、アクセスポイントにより送信された変調シンボルの推定値である。
【０１１８】
ユーザー端末からアクセスポイントへのリバースパスのための処理は、フォワードパスのための処理と類似していてもよいし、異なっていてもよい。リバースパスを用いて、ユーザー端末からのチャネル状態情報（ＣＳＩ）をアクセスポイントに返送してもよい。ＣＳＩはアクセスポイントにおいて使用され、使用するのに適切なコーディングおよび変調スキームを選択し、選択的チャネル反転を実行する。
【０１１９】
コントローラー３３０および３７０は、アクセスポイントとユーザー端末にオペレーションをそれぞれ指示する。メモリ３３２および３７２は、コントローラー３３０および３７０によって使用されるプログラムコードとデータのための記憶装置をそれぞれ供給する。
【０１２０】
図４は、送信器ユニット４００の実施形態のブロック図である。送信器ユニット４００は、図３のアクセスポイント３１０の送信器部分の一実施形態である。
【０１２１】
送信器ユニット４００もユーザー端末３５０用に使用されてもよい。
【０１２２】
ＴＸデータプロセッサー３１４内では、エンコーダ／パンクチュラー４１２は、１つ以上のコーディングスキームに従ってトラヒックデータ（すなわち、情報ビット）を受信してコード化し、コード化されたビットを提供する。次に、チャネルインタリーバ４１４は、１つ以上のインターリービングスキームに基づいてコード化されたビットをインターリーブし、時間、空間、および／または周波数ダイバーシティの組み合わせを提供する。次に、シンボルマッピングエレメント４１６は、１つ以上の変調スキーム（例えば、ＱＰＳＫ、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭ等）に従って、インターリーブされたデータをマッピングし、変調シンボルを提供する。
【０１２３】
Ｎsグループのためのコーディングおよび変調は種々の方法で実行してもよい。
【０１２４】
１つの実施形態では、個別のコーディングおよび変調スキームは、選択的なチャネル反転が適用される伝送路の各グループに使用される。この実施形態の場合、エンコーダ、インタリーバおよびシンボルマッピングエレメントの個別のセットは各グループに使用されてもよい。別の実施形態では、共通のコーディングスキームは、すべてのグループに対して使用され、その後に可変レートパンクチュラーが続き、各グループのための別個の変調スキームが続く。この実施形態は送信器とレシーバーの両方でハードウェア複雑性を低減する。他の実施形態では、格子(trellis)コーディングおよびターボコーディングも情報ビットをコード化するために使用されてもよい。
【０１２５】
ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサー３２０内では、ＭＩＭＯチャネルのインパルス応答の推定値が、時間領域サンプル
【数５０】
2005537750.tif 000052
【０１２６】
の行列のシーケンスとして、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ユニット４２２に供給される。
【０１２７】
次に、ＦＦＴユニット４２２は、ＮF行列
【数５１】
2005537750.tif 000053
【０１２８】
の各セット上でＦＦＴを実行し、ＮFの推定されたチャネル周波数応答行列
【数５２】
2005537750.tif 000054
【０１２９】
を供給する。
【０１３０】
上述したように、ユニット４２４は、各行列
【数５３】
2005537750.tif 000055
【０１３１】
上で固有値分解を実行し、ユニタリ行列Ｅ（ｋ）および対角行列Ｄ（ｋ）に供給する。
【０１３２】
対角行列Ｄ（ｋ）は、電力割り当てユニット４３０に供給され、ユニタリ行列Ｅ（ｋ）は、空間プロセッサー４５０に供給される。
【０１３３】
電力割り当てユニット４３０は、上に記述されたグループ電力割り当てスキームの任意の１つを用いて、合計送信電力をＮsグループに分配する。これは、Ｎsのグループに対して
【数５４】
2005537750.tif 000056
【０１３４】
の電力割り当てを生じる。次に、ユニット４３０は、そのグループの割り当てられた送信電力ＰG（ｉ）に基づいてグループごとに独立して選択的チャネル反転を実行する。これは、各グループ内のＮFの周波数ビンに対して、ｋ∈｛１，・・・，ＮF｝の場合にＰi（ｋ）の電力割り当てを生じ、この場合Ｐi（ｋ）は（任意のアクティブな固有モードが完全な固有モードである必要が無ければ）グループ内の１つ以上のビンに対してゼロに等しくてもよい。ユニット４３２は、水充填を実行し、合計送信電力を分配する。ユニット４３４は、各グループに対して選択的チャネル反転を実行する。すべての伝送路のための電力割り当てＰi（ｋ）はシグナルスケーリングユニット４４０に供給される。
【０１３５】
ユニット４４０は、電力割り当てに基づいて変調シンボルを受信し、計り、計られた変調シンボルを供給する。各変調シンボルのためのシグナルスケーリングは以下のように表してもよい：
【数５５】
2005537750.tif 000057
【０１３６】
但し、ｓi（ｋ）は、周波数ビンの固有モードｉ上で送信される変調シンボルであり、ｓ’i（ｋ）は、対応する計られた変調シンボルであり、
【数５６】
2005537750.tif 000058
【０１３７】
は、チャネル反転を達成するためにこのシンボルのための倍率である。
【０１３８】
次に、空間プロセッサ４５０は、ユニタリ行列Ｅ（ｋ）に基づいて計られた変調シンボルをあらかじめ条件付けし、以下のようにあらかじめ条件づけられたシンボルを提供する：
【数５７】
2005537750.tif 000059
【０１３９】
但し、
【数５８】
2005537750.tif 000060
【０１４０】
であり、ｘi（ｋ）送信アンテナｉの周波数ビンｋに送信されるあらかじめ条件づけされたシンボルである。Ｎs＜ＮTならば、
【数５９】
2005537750.tif 000061
【０１４１】
は、Ｎsのノンゼロエントリを含むであろう。そして残りのＮT−Ｎsエントリはゼロであろう。
【０１４２】
マルチプレクサー（ＭＵＸ）４５２は、あらかじめ条件づけられたシンボルを備えたパイロットデータを受信し多重化する。パイロットデータは、すべてあるいは伝送路の部分集合の上で送信してもよく、ＭＩＭＯチャネルを評価するためにレシーバーで使用される。マルチプレクサー４５２は、各ＯＦＤＭ変調器３２２にあらかじめ条件付けられたシンボルの１つのストリームを供給する。
【０１４３】
各ＯＦＤＭ変調器３２２内では、ＩＦＦＴユニットはあらかじめ条件つきのシンボルストリームを受信しＯＦＤＭシンボルと呼ばれる対応する時間領域表現を得るためにＮF周波数ビンの各セットのＮFシンボル上で逆ＦＦＴを行なう。ＯＦＤＭシンボルごとに、周期的プレフィックス(prefix)発生器ＯＦＤＭシンボルの一部を反復し、体操する送信シンボルを形成する。周期的なプレフィックスは、送信シンボルが、マルチパス遅延拡散が存在する場合にその直交特性を維持することを保証する。次に、送信器ユニットは、送信シンボルを１つ以上のアナログ信号に変換し、さらにアナログ信号を条件付けし（例えば増幅する、フィルタする、および周波数アップコンバートする）、変調された信号を発生し、関連するアンテナ３２４から送信される。
【０１４４】
図５は、固有モードあたりの選択的チャネル反転を用いてデータを処理するためのプロセス５００の一実施形態のフロー図である。最初に、送信されるデータは、１つ以上のコーディングおよび変調スキーム（ステップ５１２）に基づいて、コード化され変調される。
【０１４５】
利用可能な伝送路は多くのグループへ配列される。そこでは、グループはそれぞれ、与えられた固有モードのための周波数ビンをすべて含んでいてもよい（ステップ５１４）。
【０１４６】
（グループもそれぞれ多数の固有モードのための周波数ビン、あるいは単一の固有モードのための周波数ビンの部分集合だけを含めるために定義してもよい。）次に、送信電力の合計は特定グループ電力割り当てスキームを使用して、グループに割りあてられる（ステップ５１６）。
【０１４７】
次に、選択的なチャネル反転は、各グループのために独立して行なわれる。使用のために選択されたグループごとに（すなわち、ノンゼロが割り当てられた送信電力の場合に）、グループ内の１つ以上の周波数ビンが、グループに割り当てられた送信電力に基づいてデータ送信のために使用するために選択される。あるいは、グループが使用されることになっている場合、グループ中の周波数ビンはすべて選択されるかもしれない。次に、倍率は、各グループの選択された周波数ビンがすべて同様の受信される信号品質を持っているように、各選択された周波数ビンごとに決定される。これは、受信ＳＮＲ、受信電力あるいは他のある手段によって定量化してもよい（ステップ５２０）。
【０１４８】
次に、各変調シンボルは、その変調シンボルを送信するために使用される周波数ビンのための倍率により量られる（ステップ５２２）。計られた変調シンボルは、さらにＭＩＭＯチャネルを対角行列にするためにあらかじめ条件づけされる（ステップ５２４）。あらかじめ条件づけされたシンボルはさらに処理され送信される。
【０１４９】
明瞭にするために、特定の実施形態を上で記載した。これらの実施形態および他の実施形態への変更もここに記載した開示に基づいて派生してもよい。例えば、送信器において、空間処理（すなわち、あらかじめ条件づけされた）を備えた固有モードあたりのＳＣＩスキームを使用する必要は無い。他の技術を用いて、送信器においてあらかじめ条件付けすることなく、ＭＩＭＯチャネルを対角行列化してもよい。いくつかのそのような技術は、この発明の譲受人に譲渡され、参照することによりここに組み込まれる、２００１年１１月６日に出願された「マルチアクセスマルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）通信システム」(Multiple-Access Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System)というタイトルの米国特許出願シリアル番号０９／９９３，０８７に記載されている。空間の処理が送信器で行なわれないなら、選択的チャネル反転は、送信アンテナあるいはその他のグループユニットにつき適用してもよい。
【０１５０】
選択的チャネル反転は、上述するように、評価されたチャネル応答マトリックス
【数６０】
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に基づいて送信器で実行してもよい。選択的チャネル反転はまた、チャネル利得、受信ＳＮＲあるいは受信信号品質の他の測定値に基づいてレシーバーで実行してもよい。いずれにせよ、送信器には、どんな形態であろうとも十分なチャネル状態情報（ＣＳＩ）が提供されている。すなわち、送信器が（１）各固有モードに対して使用するために特別のデータレートおよびコーディング、および変調スキーム、および（２）各グループ内のチャネルがレシーバーにおいて類似した信号品質を持つように（すなわち、選択された伝送路を反転するために）、各選択された伝送路のために使用する送信電力（または倍率）を決定することができるようにＣＳＩが提供されている。
【０１５１】
ここに記述された技術はまた、単一の固有モード以外の何かであると定義されるグループ上で選択的チャネル反転を行なうために使用されてもよい。例えば、グループは多数の固有モードのための周波数ビン、あるいは１以上の固有モードのための周波数ビンのうちのいくつかだけを含める等のために定義してもよい。
【０１５２】
明瞭にするために、固有モードあたりの選択的チャネル反転を行なうための技術は特にＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのために記載した。これらの技術はまた、ＯＦＤＭを使用しないＭＩＭＯシステムに使用されてもよい。さらに、ある実施形態がフォワードリンクのために特に記述されたが、これらの技術はまた、リバースリンクのために適用されてもよい。
【０１５３】
ここに記述された技術は、様々な手段によって実施してもよい。例えば、これらの技術は、ハードウェア、ソフトウェアあるいはそれらの組合せで実施してもよい。ハードウェアで実施する場合、これらの技術の任意の１つまたは組み合わせを実施するために使用されるエレメントは、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）、デジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰｓ）、ディジタルシグナル処理装置（ＤＳＰＤｓ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤｓ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）、プロセッサー、コントローラー、マイクロコントローラー（マイクロプロセッサー）、ここに記載した機能を実行するために設計された他の電子ユニット、またはそれらの組み合わせ内で実施してもよい。
【０１５４】
ソフトウェアで実施する場合、ここに記載した技術は、ここに記載した機能を実行するモジュール（例えば、手続き、機能、等）を用いて実施してもよい。ソフトウェアコードは、メモリユニット（例えば図３のメモリ３３２または３７２）に記憶してもよく、プロセッサー（例えば、コントローラー３３０または３７０）により実行してもよい。メモリユニットは、プロセッサー内で実施してもよいし、プロセッサー外部で実施してもよい。プロセッサー外部で実施する場合、メモリユニットは、技術的に周知な種々の手段により通信可能にプロセッサーに接続することができる。
【０１５５】
見出しは、参考のために、およびあるセクションを見つけることを援助するためにここに含まれている。これらの見出しは、その見出しの下に記述された概念の範囲を制限するようには意図されない。また、これらの概念は明細書全体にわたって他のセクションに適用可能性を持っていてよい。
【０１５６】
開示された実施形態の上述の記載はどんな当業者も本発明を作るか使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態への様々な変更は当業者に容易に明白になる。また、ここに定義された総括的な法則は、発明の精神または範囲から外れずに、他の実施形態に適用してもよい。したがって、本発明は、ここに示された実施形態に制限されたようには意図されないが、ここに示された原理と新規な特徴に一致する最も広い範囲が与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】図１は、グラフ式にＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのための固有値分解を図解する。
【図２】図２は、例４ｘ４  ＭＩＭＯシステムの３つの送信計画によって達成された平均のスペクトルの効率のプロットを示す。
【図３】図３は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのアクセスポイントおよびユーザー端末のブロック図である。
【図４】図４は、アクセスポイントの送信器ユニットのブロック図である。
【図５】図５は固有モードごとに選択的チャネル反転を用いてデータを処理するフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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