(57)【要約】【解決手段】複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいて、送信器装置から受信器装置にデータを送信するための技術。１つの方法において、受信器装置において、多数の信号が多数の受信アンテナを介して受信される。受信信号は送信器装置から受信される。受信した信号は処理され、データ送信のために使用される多数の送信チャネルの特性を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ）を派生する。ＣＳＩは送信器装置に送信され戻される。送信器装置において、受信器装置からのＣＳＩが受信され、受信器装置への送信のためのデータが受信されたＣＳＩに基づいて処理される。【選択図】図５
2005502223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記を具備する、複数入力−複数出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいて、送信器装置から受信器装置にデータを送信するための方法：
受信器装置において、
複数の受信アンテナを介して複数の信号を受信する、各受信アンテナから前記受信した信号は、前記送信器装置から送信された１つ以上の信号の組合せから構成される；
前記受信した信号を処理し、データ送信のために使用される複数の送信チャネルの特性を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ）を派生する；および
前記ＣＳＩを前記送信器装置に送信し戻す；および
受信器装置において、
前記受信器装置から前記ＣＳＩを受信する、および
前記受信したＣＳＩに基づいて前記受信器装置への送信のためにデータを処理する。
【請求項２】
前記報告されたＣＳＩは、前記複数の送信チャネルの各々に対して信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）から構成される、請求項１の方法。
【請求項３】
前記送信器装置における前記処理は、前記送信チャネルのための前記ＳＮＲ推定値に基づいて各送信チャネルに対してデータを符号化することを含む、請求項２の方法。
【請求項４】
各送信チャネルのための前記データは、前記送信チャネルのための前記ＳＮＲ推定値に基づいて独立して符号化される、請求項３の方法。
【請求項５】
前記符号化は、
前記送信チャネルのためのデータを固定されたベース符号で符号化し、および
前記送信チャネルのための前記ＳＮＲ推定値に基づいて符号化されたビットのパンクチャリングを調節する、
ことを含む、請求項３の方法。
【請求項６】
前記送信器装置における前記処理は、さらに、前記送信チャネルのための前記ＳＮＲ推定値に基づいて選択された変調スキームに従って各送信チャネルに対して符号化されたデータを変調することを含む。請求項３の方法。
【請求項７】
前記報告されたＣＳＩは前記複数の送信チャネルの特徴づけを具備する、請求項１の方法。
【請求項８】
前記報告されたＣＳＩは、前記複数の送信チャネルの固有モードおよび固有値を示す、請求項１の方法。
【請求項９】
前記送信器装置における前記処理は、前記固有値に基づいて前記送信チャネルのためのデータを符号化することを含む、請求項８の方法。
【請求項１０】
各送信チャネルのための前記データは、独立して符号化される、請求項９の方法。
【請求項１１】
前記送信器装置における前記処理は、さらに、前記固有値に基づいて選択された変調スキームに従って前記送信チャネルのための符号化されたデータを変調し、変調記号を供給することを含む、請求項９の方法。
【請求項１２】
前記送信器装置における前記処理は、さらに、送信前に固有モードに基づいて前記変調記号を事前条件づけすることを含む、請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記ＣＳＩは前記受信器装置から完全に送信される、請求項１の方法。
【請求項１４】
前記ＣＳＩは、前記受信器装置から周期的に、完全に送信され、前記ＣＳＩへの更新は、完全送信間で送信される。
【請求項１５】
前記ＣＳＩは、特定のしきい値を超えるチャネル特性の変化が検出されたとき、送信される、請求項１の方法。
【請求項１６】
固有モードおよび固有ベクトルを示す前記ＣＳＩは異なる更新レートで送信される、請求項８の方法。
【請求項１７】
前記ＣＳＩは、相関行列反転（ＣＣＭ）処理に基づいて前記受信器装置において派生される、請求項１の方法。
【請求項１８】
前記受信器装置におけるＣＣＭＩ処理は、
前記受信した信号を処理し、受信した変調記号を派生し；
前記受信した変調記号を第１のマトリクスに従って処理し、濾波された変調記号を供給する、前記第１のマトリクスは前記データ送信のために使用される複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとの間のチャネル特性の推定値を表す；
前記濾波された変調記号を第２のマトリクスと乗算し、送信された変調記号の推定値を供給する；および
前記データ送信のための複数の送信チャネルの特性を推定する。
【請求項１９】
特定の復調スキームに従って、変調記号推定値を復調し、復調された記号を供給する。
【請求項２０】
特定の復調スキームに従って、前記復調された記号を復号することをさらに具備する、請求項１９の方法。
【請求項２１】
冗長送信のために変調記号推定値を結合し、結合された変調記号推定値を供給することをさらに具備する、請求項１８の方法。
【請求項２２】
前記受信した変調記号に基づいてチャネル係数マトリクスを派生させることをさらに具備し、前記第１のマトリクスは、前記チャネル係数マトリクスから派生される、請求項１８の方法。
【請求項２３】
前記チャネル係数マトリクスはパイロットデータに対応する受信した変調記号に基づいて派生される、請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記第２のマトリクスは、前記第１のマトリクスに基づく、逆二乗マトリクスである、請求項１８の方法。
【請求項２５】
前記ＣＳＩは、バイアスされない最小平均二乗誤差（ＵＭＭＳＥ）処理に基づいて前記受信器装置において派生される。
【請求項２６】
前記ＵＭＭＳＥ処理は下記を具備する請求項２５の方法：
前記受信した信号を処理し、受信した変調記号を派生する；
前記受信した変調記号を第１マトリクス
【数１】
2005502223.tif 000183
と乗算し、送信された変調記号の推定値を供給する；および
前記受信した変調記号に基づいて、前記データ送信のために使用された複数の送信チャネルの特性を推定する；および
前記第１のマトリクス
【数２】
2005502223.tif 000184
は変調記号推定値と送信された変調記号との間の平均二乗誤差を最小にするように選択される。
【請求項２７】
前記変調記号推定値を第２のマトリクスと乗算し、送信された変調記号のバイアスされていない推定値を供給する、および
前記送信チャネルの特性は、バイアスされていない変調記号推定値に基づいて推定される、請求項２６の方法。
【請求項２８】
前記バイアスされていない変調記号推定値に基づいて、前記第１のマトリクス
【数３】
2005502223.tif 000185
を派生し、前記バイアスされていない変調記号推定値と前記送信された変調記号との間の平均二乗誤差を最小にすることをさらに具備する、請求項２７の方法。
【請求項２９】
前記ＭＩＭＯシステムは、直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）を実施する、請求項１の方法。
【請求項３０】
前記受信器装置および送信器装置の各々における処理は、複数の周波数サブチャネルの各々に対して実行される。
【請求項３１】
複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいて送信器装置から受信器装置にデータを通信するための方法：
受信器装置において、
複数の受信アンテナを介して、複数の信号を受信する、各受信アンテナからの前記受信信号は前記送信器装置から送信された１つ以上の信号の結合から構成される、
前記複数の受信した信号を処理し、前記送信器装置から送信された変調記号の推定値を供給する、
データ送信のために使用された複数の送信チャネルの信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）を推定する、および
前記送信チャネルのためのＳＮＲ推定値を前記送信器装置に送信し戻す；および
前記送信器装置において、前記受信したＳＮＲ推定値に基づいて前記受信器装置に送信するためのデータを処理する。
【請求項３２】
前記複数の送信チャネルの各々のＳＮＲは推定され、各送信チャネルのためのＳＮＲ推定値は前記送信器装置に送信され戻される、請求項３１の方法。
【請求項３３】
前記受信器装置において、
データ送信のための前記複数の送信チャネルのための特性づけを派生する、および
前記特徴づけを前記送信器装置に送信し戻すことをさらに具備する、請求項３１の方法。
【請求項３４】
送信器装置において、前記複数の送信チャネルの特徴づけに従って、前記受信器装置への送信前に変調記号を事前条件づけすることをさらに具備する、請求項３３の方法。
【請求項３５】
前記受信した変調記号は、チャネル相関行列反転（ＣＣＭＩ）スキームに従って処理される、請求項３１の方法。
【請求項３６】
前記受信した変調記号は、最小のバイアスされない平均二乗誤差（ＵＭＭＳＥ）スキームに従って処理される、請求項３１の方法。
【請求項３７】
前記送信器装置における処理は、送信チャネルのための前記受信したＳＮＲ推定値に従って、各送信チャネルに対しデータを符号化する、請求項３１の方法。
【請求項３８】
前記送信器装置における処理は、
送信チャネルのための前記受信したＳＮＲ推定値に基づいて選択された変調スキームに基づいて各送信チャネルに対して符号化されたデータを変調することをさらに具備する、請求項３７の方法。
【請求項３９】
下記を具備する複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）通信システム：
下記を具備する受信器装置；
複数の受信アンテナを介して、複数の信号を受信し、前記受信した信号を処理し、受信変調記号を供給するように構成された複数のフロントエンドプロセッサ；
前記フロントエンドプロセッサに接続され、前記受信した変調記号を受信して処理し、データ送信のために使用される複数の送信チャネルの特性を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ）を派生するように構成される、少なくとも１つの受信ＭＩＭＯプロセッサ、および
前記ＭＩＭＯプロセッサに動作可能に接続され、前記送信器装置に送信して戻すために前記ＣＳＩを処理するように構成される、送信データプロセッサ；および
下記を具備する、送信器装置；
前記受信器装置からの１つ以上の信号を受信して処理し、前記送信されたＣＳＩを再生するように構成された少なくとも１つの復調器、および
前記再生されたＣＳＩに基づいて前記受信器装置に送信するためにデータを処理するように構成された送信データプロセッサ。
【請求項４０】
下記を具備する、複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおける受信器装置：
複数の受信アンテナを介して、複数の送信された信号を受信し、前記受信した信号を処理し、受信した変調記号を供給するように構成された複数のフロントエンドプロセッサ；
前記複数のフロントエンドプロセッサに動作可能に接続され、第１のマトリクスに従って前記受信した変調記号を濾波し、濾波された変調記号を供給するフィルタ、前記第１のマトリクスは、データ送信のために使用される複数の送信アンテナおよび複数の受信アンテナ間のチャネル特性の推定値を表す；
前記フィルタに接続され、前記濾波された変調記号を第２のマトリクスと乗算し、送信された変調記号の推定値を供給するように構成された乗算器；
前記乗算器と接続され、前記データ送信のために使用される複数の送信チャネルの特性を推定し、前記推定されたチャネル特性を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ）を供給するように構成されるチャネル品質推定器；および
前記受信器装置からの送信のために、前記ＣＳＩを受信し、処理するように構成された送信データプロセッサ。
【請求項４１】
変調記号推定値に基づいてチャネル係数マトリクスを派生するように構成された第２の
推定器を具備し、前記第１のマトリクスは、前記チャネル係数マトリクスに基づいて派生される、請求項４０の受信器装置。
【請求項４２】
前記送信チャネル特性の前記推定値は、信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）推定値から構成される、請求項４０の受信器装置。
【請求項４３】
１つ以上の復調素子をさらに具備し、各変調素子は、特定の復調スキームに従って変調記号推定値のそれぞれのストリームを受信し復調するように構成され、復調された記号のストリームを供給するように構成される、請求項４０の受信器装置。
【請求項４４】
１つ以上の復号器をさらに具備し、各復号器は、特定の復号スキームに従って、復調された記号のストリームを受信し復号し、復号されたデータを供給するように構成される、請求項４３の受信器装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
分野
［１００１］この発明は一般にデータ通信に関し、特に、無線通信システムのための改良された性能を供給するために、（全部または一部の）チャネル状態情報を利用するため新規で改良された方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
［１００２］無線通信システムは、音声、データ、等のような種々のタイプの通信を供給するために幅広く展開されている。これらのシステムは、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）またはその他の変調技術に基づくことができる。ＯＦＤＭシステムは、いくつかのチャネル環境に対して高い性能を供給することができる。
【０００３】
［１００３］地上の通信システム（例えば、セルラシステム、ブロードキャストシステム、マルチチャネルマルチポイントディストリビューションシステム(multi-channel multi-point distribution system)（ＭＭＤＳ）およびその他）において、送信器装置からのＲＦ変調された信号は、多数の送信経路を介して受信器装置に到達する場合がある。送信経路の特性は、一般的に、フェージングおよび多経路のような多数の要因により時間に対して変化する。
【０００４】
［１００４］有害な経路効果に対してダイバーシチを供給し、性能を改良するために、複数の送信および受信アンテナを使用することができる。送信アンテナと受信アンテナとの間の送信経路が線形的に独立であるなら、（すなわち、一方の経路上での送信は、他方の経路上での送信の一次結合として形成されない）、これは、一般的にはある程度真実であるが、アンテナの数が増えるにつれ、送信された信号を正しく受信する可能性が増加する。一般に、送信および受信アンテナの数が増えるにつれ、ダイバーシチが増加し、性能が改良する。
【０００５】
［１００５］複数入力−複数出力（ＭＩＭＯ）通信システムはデータ送信のために複数の（ＮＴ）送信アンテナおよび複数の（ＮＲ）の受信アンテナを採用する。ＭＩＭＯチャネルはＮｃの独立したチャネルに分解することができる。Ｎｃ≦ｍｉｎ｛ＮＴ，ＮＲ｝である。Ｎｃ独立チャネルの各々はＭＩＭＯチャネルの空間サブチャネルとも呼ばれ、ある寸法に対応している。複数の送信および受信アンテナにより作られたさらなる次元が利用されるなら、ＭＩＭＯシステムは改良された性能を供給することができる。
【０００６】
［１００６］それゆえ、改良されたシステム性能を供給するためにＭＩＭＯシステムにより作られたさらなる寸法をうまく利用するために、チャネル状態情報（ＣＳＩ）を利用する技術の必要性がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１００７］この発明の観点は、複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいて、受信した信号を処理し、送信された信号を再生し、ＭＩＭＯチャネルの特性を推定することである。データ送信のために使用される送信チャネルの特性を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ）を派生するために、種々の受信器処理スキームを使用することができる。次に、ＣＳＩは送信器システムに報告され、信号処理（例えば、符号化、変調等）を調節するために使用される。このようにして、決定されたチャネル条件に基づいて高い性能が得られる。
【０００８】
［１００８］この発明の特定の実施の形態は、ＭＩＭＯ通信システムにおいて、送信器装置から受信器装置にデータを送信するための方法を提供する。この方法に従って、受信器装置において、多数の信号が多数の受信アンテナを介して受信され、各受信アンテナからの受信された信号は送信器装置から送信された１つ以上の信号の組合せから構成される。受信した信号は、（例えば、チャネル相関マトリクス反転（ＣＣＭＩ）スキーム、バイアスされない最小平均２乗誤差（ＵＭＭＳＥ）スキーム、またはその他の受信器処理スキームを介して）データ送信のために使用される多数の送信チャネルの特性を示すＣＳＩを派生するために処理される。ＣＳＩは符号化され送信器装置に送信される。送信器装置において、受信器装置からのＣＳＩは受信され、受信器装置への送信のためのデータは受信したＣＳＩに基づいて処理される。
【０００９】
［１００９］報告されたＣＳＩは、完全ＣＳＩまたは部分ＣＳＩを含むことができる。完全ＣＳＩは全ての対の送信および受信アンテナ間の伝搬路の十分な完全帯域幅特性（例えば、使用可能な帯域幅の全域での振幅および位相）を含む。部分ＣＳＩは、例えば、送信チャネルの信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）を含むことができる。送信器装置において、各送信チャネルのためのデータは、送信チャネルのためのＳＮＲ推定値に基づいて符号化することができ、各送信チャネルのために符号化されたデータは、ＳＮＲ推定値に基づいて選択された変調スキームに従って変調することができる。完全ＣＳＩ処理の場合、受信されたＣＳＩに従って送信する前に、変調記号はまた、前処理される。
【００１０】
［１０１０］以下にさらに詳細に記載するように、この発明はさらに、この発明の種々の観点、実施の形態および特徴を実施する方法、システム、および装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［１０１１］この発明の特徴、性質、および利点は、同一部に同符号を付した図面と共に、以下に述べる詳細な説明からより明白になるであろう。
【００１２】
［１０１９］図１は、この発明の種々の観点および実施の形態を実施することができる複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）通信システム１００の図である。システム１００は、第２のシステム１５０と通信する第１のシステム１１０を含む。システム１００は、スペクトル周波数を増加し、性能を改良し、柔軟性を高めるために、アンテナ、周波数および一時的ダイバーシチ（以下に記載する）の組合せを採用するように動作することができる。一つの観点において、システム１５０は、通信リンクの特性を決定し、チャネル状態情報（ＣＳＩ）をシステム１１０に報告するように動作することができ、システム１１０は、報告されたＣＳＩに基づいて送信されるデータの処理（例えば、符号化および変調）を調節するように動作することができる。
【００１３】
［１０２０］システム１１０内において、データソース１１２はデータ（すなわち、情報ビット）を送信（ＴＸ）データプロセッサ１１４に供給する。送信データプロセッサ１１４は、特定の符号化スキームに従って、データを符号化し、特定のインターリービングスキームに従って、符号化されたデータをインターリーブ（すなわち、整理し直す）し、データを送信するために使用される１つ以上の送信チャネルに対して、インターリーブされたビットを変調記号にマップする。符号化は、データ送信の信頼性を増加させる。インターリービングは、符号化されたビットに対して時間ダイバーシチを供給し、そのデータ送信のために使用される送信チャネルのための平均信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）に基づいてデータが送信されるのを可能にし、フェージングと戦い、さらに各変調記号を形成するために使用される符号化されたビット間の相関を除去する。インターリービングはさらに、符号化されたビットが複数の周波数サブチャネルを介して送信されるなら、周波数ダイバーシティを供給することができる。この発明の一つの観点に従って、図１に示すように、システム１１０に利用可能な完全または部分ＣＳＩに基づいて、符号化、インターリービングおよび記号マッピング（またはそれらの組合せ）が実行される。
【００１４】
［１０２１］送信器システム１１０における符号化、インターリービング、および記号マッピングは多くのスキームに基づいて実行することができる。一つの特定のスキームは、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、２００１年２月１日に出願された米国特許出願シリアル番号第０９／７７６，０７３（発明の名称：「無線通信システムのための符号化スキーム」(CODING SCHEME FOR A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM))に記載されている。
【００１５】
［１０２２］ＭＩＭＯシステム１００は通信リンクの送信および受信端部において、複数のアンテナを採用する。これらの送信および受信アンテナは、送信ダイバーシチおよび受信ダイバーシチを含む種々の形態の空間ダイバーシチを供給するために使用することができる。空間ダイバーシチは、複数の送信アンテナおよび１つ以上の受信アンテナの使用により特徴づけられる。送信ダイバーシチは、複数の送信アンテナを介したデータの送信により特徴づけられる。一般に、所望のダイバーシチを得るために送信アンテナから送信されたデータに関してさらなる処理が実行される。例えば、異なる送信アンテナから送信されたデータは時間的に遅延されまたは記録され、利用可能な送信アンテナを横切って符号化され、インターリーブされ、等々である。受信ダイバーシチは、複数の受信アンテナで送信された信号の受信により特徴づけられ、ダイバーシチは異なる信号経路を介して単にその信号を受信するだけで、得られる。
【００１６】
［１０２３］システム１００は多数の異なる通信モデムで動作可能である。各通信モードは、アンテナ、周波数、または一時的ダイバーシチ、またはそれらの組合せを採用する。通信モードは、例えば、「ダイバーシチ」通信モードおよび「ＭＩＭＯ］通信モードを含むことができる。ダイバーシチ通信モードは、通信リンクの信頼性を改良するためにダイバーシチを採用する。「純粋」なダイバーシチ通信モードとも呼ばれるダイバーシチ通信モードの共通のアプリケーションにおいて、データは、すべての利用可能な送信アンテナから受取人受信器システムに送信される。純粋ダイバーシチ通信モードは、データレート要件が低い場合またはＳＮＲが低い場合、または両者が真の場合に使用することができる。ＭＩＭＯ通信モードは、通信リンクの両端でアンテナダイバーシチを採用し（すなわち、複数の送信アンテナおよび複数の受信アンテナ）、一般に通信リンクの改良と通信リンクの容量の増加の両方のために使用される。ＭＩＭＯ通信モードは、アンテナダイバーシチと通信する周波数および／または一時的ダイバーシチをさらに採用することができる。
【００１７】
［１０２４］システム１００はさらに、直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）を利用することができる。ＯＦＤＭは動作周波数帯域を多数（Ｌ）の周波数サブチャネル（すなわち周波数ビン）に効果的に分割する。各タイムスロットにおいて、（すなわち、周波数サブチャネルの帯域幅に依存することができる特定の時間間隔）、変調記号は、Ｌ周波数サブチャネルの各々で送信することができる。
【００１８】
［１０２５］システム１００は、多数の送信チャネルを介してデータを送信するように動作することができる。上述したように、ＭＩＭＯチャネルは、Ｎｃの独立したチャネルに分解することができる。Ｎｃ≦ｍｉｎ｛ＮＴ，ＮＲ｝である。Ｎｃの独立したチャネルの各々はＭＩＭＯチャネルの空間サブチャネルとも呼ばれる。ＯＦＤＭを利用しないＭＩＭＯシステムの場合、１つの周波数サブチャネルのみ存在することができ、各空間サブチャネルは、「送信チャネル」と呼ばれる。ＯＦＤＭを利用したＭＩＭＯシステムの場合、各周波数サブチャネルの各空間サブチャネルは送信チャネルと呼ばれる。そして、ＭＩＭＯ通信システムで動作しないＯＦＤＭシステムの場合、１つの空間サブチャネルしかなく、各周波数サブチャネルは送信チャネルと呼ばれる。
【００１９】
［１０２６］送信および受信アンテナにより作られたさらなる次元が利用されるなら、ＭＩＭＯシステムは改良された性能を供給することができる。これは、必ずしも送信器においてＣＳＩの知識を必要としないけれども、送信器にＣＳＩが装備されるとき、増大したシステム効率と性能は可能である。ＣＳＩは送信アンテナから受信アンテナへの送信特性を記述する。ＣＳＩは「完全ＣＳＩ」または「部分ＣＳＩ」として分類可能である。
【００２０】
［１０２７］完全ＣＳＩは、ＮＴｘＮＲ  ＭＩＭＯマトリクスにおいて、各送信−受信アンテナ対間の伝搬路に対する全体のシステム帯域幅（すなわち各周波数サブチャネル）にわたって十分な特性（例えば振幅と位相）を含む。完全−ＣＳＩ処理は以下を意味する。（１）チャネル特性は、送信器および受信器の両方で利用可能である。（２）送信器は、（以下に記載する）ＭＩＭＯチャネルのための固有モードを計算し、固有モードで送信される変調記号を決定し、変調記号を線形的にあらかじめ条件を整え（濾波する）、およびあらかじめ条件が整えられた変調記号を送信する。および（３）受信器は、チャネル特性に基づいて線形送信処理の相補的な処理（例えば、空間整合フィルタ）を実行し、各送信チャネル（すなわち、各固有モード）に必要なＮｃ空間整合フィルタ係数を計算する。完全−ＣＳＩ処理はさらに変調記号を派生するために（以下に記載する）チャネルの固有値に基づいて各送信チャネルのためのデータを処理すること（例えば、適切な符号化および変調スキームを選択する）ことを伴う。
【００２１】
［１０２８］部分ＣＳＩは、例えば、送信チャネルの信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）を含むかもしれない（すなわち、ＯＦＤＭを伴わないＭＩＭＯシステムのための各空間サブチャネルのためのＳＮＲ、またはＯＦＤＭを伴うＭＩＭＯシステムのための各空間サブチャネルの各周波数サブチャネルのためのＳＮＲ）。部分−ＣＳＩ処理は、チャネルのＳＮＲに基づいて各送信チャネルのためのデータを処理（例えば、適切な符号化および変調スキームを選択する）することを意味することができる。
【００２２】
［１０２９］図１を参照すると、ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０はＴＸデータプロセッサ１１４から変調記号を受信して処理し、ＭＩＭＯチャネルを介した送信に適した記号を供給する。ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０により実行される処理は、完全ＣＳＩ処理または部分ＣＳＩ処理が採用されるかどうかに依存し、以下にさらに詳細に記載される。
【００２３】
［１０３０］完全ーＣＳＩ処理の場合、ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０は変調記号を逆多重化し、あらかじめ条件を整える。そして、部分−ＣＳＩ処理の場合、ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０は単に変調記号を逆多重化することができる。完全および部分ＣＳＩ  ＭＩＭＯ処理は以下にさらに詳細に記載される。完全ーＣＳＩ処理を採用するが、ＯＦＤＭを採用しないＭＩＭＯシステムの場合、ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０は、タイムスロットあたり１つのあらかじめ条件を整えられた変調記号の割合で、各送信アンテナに対して、あらかじめ条件の整えられた変調記号のストリームを供給する。以下にさらに詳細に記載するように、各あらかじめ条件の整えられた変調記号は、Ｎｃの空間サブチャネルのための所定のタイムスロットにおいて、Ｎｃの変調記号の線形（および重み付けされた）組合せである。完全ＣＳＩ処理およびＯＦＤＭを採用するＭＩＭＯシステムの場合、ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０は、各送信アンテナに対して、あらかじめ条件の整えられた変調記号ベクトルのストリームを供給する。各ベクトルは、所定のタイムスロットに対して、Ｌの周波数サブチャネルのためのＬの予め条件の整えられた変調記号ベクトルを含む。部分−ＣＳＩ処理を採用するが、ＯＦＤＭを採用しないＭＩＭＯシステムの場合、ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０は、タイムスロットあたり１つの変調記号の割合で、各送信アンテナのための変調記号のストリームを供給する。そして、部分−ＣＳＩ処理およびＯＦＤＭを採用するＭＩＭＯシステムの場合、ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０は、各送信器アンテナのための変調記号ベクトルのストリームを供給する。各ベクトルは、所定のタイムスロットに対して、Ｌの周波数サブチャネルのためのＬの変調記号を含む。上述したすべての場合、（無条件のまたはあらかじめ条件づけされた）変調記号または変調記号ベクトルの各ストリームはそれぞれの変調器（ＭＯＤ）１２２により受信され、変調され関連するアンテナ１２４を介して送信される。
【００２４】
［１０３１］図１に示す実施の形態において、受信器システム１５０は、送信された信号を受信する多数の受信アンテナ１５２を含み、受信した信号をそれぞれの復調器（ＤＥＭＯＤ）１５４に供給する。各復調器１５４は、変調器１２２において、実行された処理と相補的な処理を実行する。すべての復調器１５４からの復調された記号は、受信（ＲＸ）ＭＩＭＯプロセッサ１５６に供給され、以下に記載する方法で処理される。送信チャネルのための受信した変調記号は次にＲＸデータプロセッサ１５８に供給される。ＲＸデータプロセッサ１５８はＴＸデータプロセッサ１１４により実行された処理と相補的な処理を実行する。特定の設計において、ＲＸデータプロセッサ１５８は受信した変調記号を示すビット値を供給し、そのビット値をデインターリーブし、デインターリーブされた値を復号して、復号されたビットを発生し、次に、データシンク１６０に供給される。受信した記号のデマッピング(demapping)、デインターリービング(deinterleaving)および復号は、送信器システム１１０において、実行された記号マッピング、インターリービングおよび符号化に対して相補的である。受信器システム１５０による処理は、さらに以下に詳細に記載する。
【００２５】
［１０３２］ＭＩＭＯシステムの空間サブチャネル（あるいはさらに一般的には、ＯＦＤＭを伴うあるいは伴わないＭＩＭＯシステム内の送信チャネル）は一般的に異なるリンク条件（例えば異なるフェージングおよびマルチパス効果）を経験し、異なるＳＮＲを得ることができる。従って、送信チャネルの容量は、チャネルからチャネルに異なっていてもよい。この容量は、特定のレベルの性能に対して各送信チャネルで送信することができる情報ビットレート（すなわち、変調記号あたりの情報ビットの数）により定量化することができる。さらに、リンク条件は一般に時間とともに変化する。この結果、送信チャネルのための支持された情報ビットレートも時間とともに変化する。送信チャネルの容量をより完全に利用するために、リンク条件を記述しているＣＳＩを（一般的に受信器装置において）決定することができ、それに応じて処理が調節（または適応）できるように送信器装置に供給される。この発明の観点は、（完全なまたは部分的な）ＣＳＩを決定し、利用し、改良されたシステム性能を供給するための技術を提供する。
【００２６】
部分−ＣＳＩ処理を有したＭＩＭＯ送信器システム
［１０３３］図２Ａは、図１のシステム１１０の送信器部分の一実施の形態である、ＭＩＭＯ送信器システム１１０ａの一実施の形態のブロック図である。（ＯＦＤＭを利用しない）送信器システム１１０ａは、受信システム１５０により報告された部分ＣＳＩに基づいてその処理を調節することができる。システム１１０ａは、（１）情報ビットを受信して処理し、変調記号を供給するＴＸデータプロセッサ１１４ａおよび（２）ＮＴの送信アンテナに対して変調記号を逆多重化するＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０ａを含む。
【００２７】
［１０３４］ＴＸデータプロセッサ１１４ａは図１のＴＸデータプロセッサ１１４の一実施の形態であり、多くのその他の設計もＴＸデータプロセッサ１１４に使用することができ、この発明の範囲内である。図２Ａに示す特定の実施の形態において、ＴＸデータプロセッサ１１４ａはエンコーダ２０２、チャネルインターリーバ２０４、パンクチャラ(puncturer)２０６および記号マッピング素子２０８を含む。エンコーダ２０２は特定の符号化スキームに従って情報ビットを受信し、符号化し、符号化ビットを供給する。チャネルインターリーバ２０４は、特定のインターリービングスキームに基づいて符号化されたビットインターリーブし、ダイバーシチを供給する。パンクチャラ２０６はゼロ以上の符号化されたビットをパンクチャし、所望の数の符号化ビットを供給する。そして記号マッピング素子２０８は、データを送信するために使用される１つ以上の送信チャネルに対して、アンパンクチュアド(unpuncutured)された符号化ビットを変調記号にマップする。
【００２８】
［１０３５］簡単のために図２Ａには示していないけれども、パイロットデータ（例えば既知のパターンのデータ）を符号化し、処理された情報ビットと多重化してもよい。処理されたパイロットデータは、情報ビットを送信するために使用されるすべてのまたはサブセットの送信チャネルに（例えば時分割多重の方法で）送信することができる。パイロットデータは、技術的に知られているように、そして、以下にさらに詳細に記載するように、チャネル推定を実行するために、受信器において使用することができる。
【００２９】
［１０３６］図２Ａに示すように、符号化および変調は、受信器システム１５０により報告された部分−ＣＳＩに基づいて調節可能である。一実施の形態において、適応符号化は、データを送信するために使用される送信チャネルのＳＮＲにより支持されるように、固定ベースコード（例えば、レート１／３ターボコード）を用い、パンクチャリングを調節して、所望のコードレートを得ることにより達成される。もう一つの方法として、（ブロック２０２への破線の矢印で示されるように）報告された部分ーＣＳＩに基づいて異なる符号化スキームを使用することができる。例えば、送信チャネルの各々は、独立したコードで符号化することができる。このコーディングスキームを用いて、送信されたデータストリームのより信頼できる推定を派生するためにデータストリームを検出し、復号するために一連の「ナリング(nulling)／イコライゼーションおよび干渉キャンセレーション」受信器処理スキームを使用することができる。そのような受信器処理スキームの１つは、P.W. Wolniansky他著「Ｖ−ＢＬＡＳＴ：リッチ分散無線チャネルを介して非常に高いデータレートを得るためのアーキテクチャ」(An Architecture for Achieving Very High Data Rate over the Rich-Scattering Wireless Channel)Proc.ISSSE-98, Pisa, Italyの研究論文に記載され、参照することによりここに組み込まれる。
【００３０】
［１０３７］各送信チャネルに対して、シンボルマッピング素子２０８は、非バイナリ記号を形成するためにアンパンクチュアドされた符号化ビットのセットをグループ化し、その送信チャネルのために選択された特定の変調スキーム（例えばＱＰＳＫ、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭまたはその他のスキーム）に対応する信号の一群内の点に非バイナリ記号をマッピングするように設計することができる。各マッピングされた点は変調記号に対応する。特定のレベルの性能（例えば１パーセントパケットエラーレート）のための各変調記号に対して送信することができる情報ビットの数は、送信チャネルのＳＮＲに依存する。従って、各送信チャネルのためのコーディングスキームおよび変調スキームは報告された部分−ＣＳＩに基づいて選択することができる。チャネルインターリービングはまた、（ブロック２０４への破線の矢印により示されるように）報告された部分−ＣＳＩに基づいて調節することができる。
【００３１】
［１０３８］表１は、多数のＳＮＲレンジに対して使用することができるコーディングレートおよび変調スキームの種々の組合せをリストアップする。各送信チャネルのための支持されるビットレートはコーディングレートと変調スキームの多数の可能な組合せのいずれか一つを用いて得ることができる。例えば、記号あたりの１情報ビットは、（１）１／２のコーディングレートとＱＰＳＫ変調を用いて、（２）１／３のコーディングレートと８−ＰＳＫ変調を用いて、（３）１／４のコーディングレートと１６−ＱＡＭ、またはその他のコーディングレートと変調スキームの組合せを用いて得ることができる。表１において、ＱＰＳＫ、１６−ＱＡＭおよび６４−ＱＡＭはリストされたＳＮＲレンジに対して使用される。８−ＰＳＫ、３２−ＱＡＭ、１２８−ＱＡＭ等のような他の変調スキームも使用することができ、この発明の範囲内である。
【表１】
2005502223.tif 000003
［１０３９］ＴＸデータプロセッサ１１４ａからの変調記号は、ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０ａに供給される。ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０ａは図１のＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０の一実施の形態である。ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０ａ内において、デマルチプレクサ２１４は、変調シンボルを送信するために使用される各アンテナに対して１つのストリームの割合で、受信した変調記号を多数（ＮＴ）の変調シンボルのストリームに逆多重化する。変調記号の各ストリームは、それぞれの復調器１２２に供給される。各変調器１２２は変調記号をアナログ信号に変換し、さらに、信号を増幅し、濾波し、直交変調し、アップコンバートし、無線リンクを介して送信するために適した変調信号を発生する。
【００３２】
［１０４０］空間サブチャネルの数が利用可能な送信アンテナの数より少なければ（すなわち、Ｎｃ＜ＮＴ）、データ送信のために種々のスキームを使用することができる。１つのスキームにおいて、Ｎｃ変調記号ストリームが発生され、利用可能な送信アンテナのサブセット（すなわち、Ｎｃ）で送信される。残りの（ＮＴ−Ｎｃ）送信アンテナはデータ送信のために使用されない。他のスキームにおいて、（ＮＴ−Ｎｃ）のさらなる送信アンテナにより供給されるさらなる自由度を用いてデータ送信の信頼性を改良する。このスキームの場合、１つ以上のデータストリームの各々を符号化することができ、たぶんインターリーブすることができ、複数の送信アンテナを介して送信することができる。データストリームのための複数の送信アンテナの使用は、ダイバーシチを増加させ、有害な経路効果に対して信頼性を改良する。
【００３３】
完全ＣＳＩ処理を有したＭＩＭＯ送信器システム
［１０４１］図２Ｂは、受信器システム１５０により報告された完全ＣＳＩに基づいてデータを処理することのできる（ＯＦＤＭを利用しない）ＭＩＭＯ送信器システム１１０ｂの一実施の形態のブロック図である。情報ビットは、ＴＸデータプロセッサ１１４により符号化され、インターリーブされ、記号マッピングされ変調記号を発生する。符号化および変調は、受信器システムにより報告される利用可能な完全ＣＳＩに基づいて調節することができ、ＭＩＭＯ送信システム１１０ａに対して上述のように実行することができる。
【００３４】
［１０４２］ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０ｂ内において、チャネルＭＩＭＯプロセッサ２１２は、変調記号を送信するために使用される各空間サブチャネル（すなわち、固有モード）に対して１つのストリームの割合で、受信した変調記号を、多数（Ｎｃ）の変調記号ストリームに逆多重化する。完全ＣＳＩ処理の場合、チャネルＭＩＭＯプロセッサ２１２は、各タイムスロットにおいて、Ｎｃ変調記号をあらかじめ条件づけし、以下のごとくＮＴのあらかじめ条件づけされた変調記号を発生する。
【数４】
2005502223.tif 000004
但し、ｂ１，ｂ２，．．．およびｂＮｃはそれぞれ空間サブチャネル１，２，．．．ＮＮｃの変調記号であり、Ｎｃ変調記号の各々は、例えばＭ−ＰＳＫ，Ｍ−ＱＡＭ，またはその他の変調スキームを用いて発生することができる。ｅｉｊは送信アンテナから受信アンテナへの送信特性に関係する固有マトリクス
【数５】
2005502223.tif 000005
のエレメントであり、ｘ１，ｘ2，．．．ｘＮＴは、あらかじめ条件づけされた変調記号であり、これは以下のように表すことができる。
【数６】
2005502223.tif 000006
固有マトリクス
【数７】
2005502223.tif 000007
は送信器により計算することができ、または受信器により送信器に供給される。
【００３５】
［１０４３］完全ＣＳＩ処理の場合、特定の送信アンテナに対する各あらかじめ条件づけされた変調記号ｘｉは、Ｎｃまでの空間サブチャネルに対する（重み付けされた）変調記号の線形の組合せを表す。変調記号ｘｉの各々に対して採用される変調スキームは、固有モードの効果的なＳＮＲに基づき、（以下に記載する）固有値λｉに比例する。各あらかじめ条件づけされた変調記号を発生するために使用されるＮｃの変調記号の各々は、異なる信号配列に相関させることができる。各タイムスロットの場合、チャネルＭＩＭＯプロセッサ２１２により発生されるＮＴのあらかじめ条件づけされた変調記号は、デマルチプレクサ２１４により逆多重化され、ＮＴの変調器１２２に供給される。
【００３６】
［１０４４］完全ＣＳＩ処理は、利用可能なＣＳＩに基づいてそして、選択された送信アンテナに基づいて実行することができる。完全ＣＳＩ処理はまた、選択的にかつ動的にイネーブルにしたりディスエーブルにしたりすることができる。例えば、完全ＣＳＩ処理は、特定のデータ送信に対してイネーブルにすることができ、その他のデータ送信に対してディスエーブルにすることができる。完全ＣＳＩ処理は、ある条件下で、例えば、通信リンクが適当なＳＮＲを有したとき、イネーブルにすることができる。
【００３７】
ＯＦＤＭを有したＭＩＭＯ送信器システム
［１０４５］図３は、ＯＦＤＭを利用し、完全または部分ＣＳＩに基づいてその処理を調節することができる、ＭＩＭＯ送信器システムの一実施の形態のブロック図である。情報ビットは、ＴＸデータプロセッサ１１４により、符号化され、インターリーブされ、パンクチュアドされ、および記号マッピングされ、変調記号を発生する。符号化および変調は、受信器システムにより報告された利用可能な完全または部分ＣＳＩに基づいて調節することができる。ＯＦＤＭを有したＭＩＭＯシステムの場合、変調記号は、複数の周波数サブチャネルでおよび複数の送信アンテナから送信することができる。純粋なＭＩＭＯ通信モードで動作するとき、各周波数サブチャネルでかつ各送信アンテナからの送信は、非複製されたデータを表す。
【００３８】
［１０４６］ＭＩＭＯプロセッサ１２０ｃ内において、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）３１０は、記号を送信するために使用される各周波数サブチャネルに対して１つのサブチャネルシンボルストリームの割合で、変調記号を受信し、多数のサブチャネル記号ストリームＳ１ないしＳＬに逆多重化する。
【００３９】
［１０４７］完全ＣＳＩ処理の場合、各サブチャネル記号ストリームは、次に、それぞれのサブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２に供給される。各サブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２は、変調記号を送信するために使用される各空間サブチャネルに対して１つのシンボルサブストリームの割合で、受信したサブチャネル記号ストリームを多数の（Ｎｃまで）記号サブストリームに逆多重化する。ＯＦＤＭシステムにおける完全ＣＳＩ処理の場合、固有モードは周波数サブチャネルベースで派生され、印加される。従って、各サブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２は、式（１）に従って、Ｎｃまでの変調記号をあらかじめ条件づけし、あらかじめ条件づけられた変調記号を発生する。特定の周波数サブチャネルの特定の送信アンテナのための各あらかじめ条件づけられた変調記号は、Ｎｃまでの空間サブチャネルに対する（重み付けされた）変調記号の線形の結合を表す。
【００４０】
［１０４８］完全ＣＳＩ処理の場合、各タイムスロットに対して、各サブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２により発生されるＮＴまでの）あらかじめ条件づけられた変調記号は、それぞれのデマルチプレクサ３１４により、逆多重化され、ＮＴ（までの）記号結合器３１６ａ乃至３１６ｔに供給される。例えば周波数サブチャネル１に割当てられた、サブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２ａは、アンテナ１乃至ＮＴの周波数サブチャネル１に対し、ＮＴまでのあらかじめ条件づけされた変調記号を供給することができる。同様に、周波数サブチャネルＬに割当てられたサブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２ｌは、アンテナ１乃至Ｎｔの周波数サブチャネルＬに対してＮＴまでの記号を供給することができる。
【００４１】
［１０４９］そして、部分ＣＳＩ処理の場合、各サブチャネル記号ストリーム
【数８】
2005502223.tif 000008
はそれぞれのデマルチプレクサ３１４により逆多重化され、ＮＴ（までの）記号結合器３１６ａ乃至３１６ｔに供給される。サブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２による処理は部分ＣＳＩ処理のためにバイパスされる。
【００４２】
［１０５０］各結合器３１６はＬ周波数サブチャネルまでの変調記号を受信し、各タイムスロットに対する記号を変調記号ベクトル
【数９】
2005502223.tif 000009
に結合し、変調記号ベクトルを次の処理段（すなわち、変調器１２２）に供給する。
【００４３】
［１０５１］従ってＭＩＭＯプロセッサ１２０ｃ変調記号を処理し、各送信アンテナに対して１つの変調記号の割合で、ＮＴの変調記号ベクトル
【数１０】
2005502223.tif 000010
を供給する。各変調記号ベクトル
【数１１】
2005502223.tif 000011
は、単一のタイムスロットをカバーし、変調記号ベクトル
【数１２】
2005502223.tif 000012
の各エレメントは、変調記号が運ばれる固有のサブキャリアを持つ特定の周波数サブチャネルと関連する。「純粋」なＭＩＭＯ通信モードで動作していないなら、変調記号ベクトルのいくつかは異なる送信アンテナに対する特定の周波数サブチャネル上に複製または冗長情報を持つようにしてもよい。
【００４４】
［１０５２］図３はまたＯＦＤＭのための変調器１２２の一実施の形態を示す。ＭＩＭＯプロセッサ１２０ｃからの変調記号ベクトル
【数１３】
2005502223.tif 000013
はそれぞれ変調器１２２ａないし１２２ｔに供給される。図３に示す一実施の形態において、各変調器１２２は、高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）３２０、サイクリックプリフィックス発生器３２２、およびアップコンバーター３２４を含む。
【００４５】
［１０５３］ＩＦＦＴ３２０は各受信した変調記号ベクトルを、ＩＦＦＴを用いたタイムドメイン表示（ＯＦＤＭ記号と呼ばれる）に変換する。ＩＦＦＴ３２０は、いかなる数（例えば８、１６、３２、等）の周波数サブチャネル上のＩＦＦＴを実行するように設計することができる。一実施の形態において、ＯＦＤＭ記号に変換された各変調記号ベクトルの場合、サイクリックプリフィックス発生器３２２は、特定の送信アンテナに対する送信記号を形成するために、ＯＦＤＭ記号のタイムドメイン表示の一部を反復する。サイクリックプリフィックスは、送信記号は直交特性をマルチパス遅延拡散の存在に保持することを保証し、それにより、有害な経路効果に対して性能を改良する。ＩＦＦＴ３２０のおよびサイクリックプリフィックス発生器３２２の実施は、技術的に知られており、ここでは、詳細に記載しない。
【００４６】
［１０５４］各サイクルプリフィックス発生器３２２からのタイムドメイン表示（すなわち、各アンテナのための送信記号）がアップコンバータ３２４により次に処理され（例えばアナログ信号に変換され、変調され、増幅され、および濾波される）変調された信号を発生し、それぞれのアンテナから１２４から送信される。
【００４７】
［１０５５］ＯＦＤＭ変調は、参照することによりここに組み込まれる、John A.C. Bingham, IEEE Communications Magazine, １９９０年５月による「データ送信のためのマルチキャリア変調：その時代が到来した考え」(Multicarrier Modulation for Data Transmission:An Idea Whose Time Has Come)の学術論文にさらに詳細に記載される。
【００４８】
［１０５６］多数の異なるタイプの送信（例えば、音声、シグナリング、データ、パイロット、等）は通信システムにより送信してもよい。これらの送信の各々は異なる処理を必要とするかもしれない。
【００４９】
［１０５７］図４は異なる送信タイプに対して、異なる処理を供給することができ、およびＯＦＤＭも採用する、ＭＩＭＯ送信器システム１１０ｄの一部のブロック図である。システム１１０ｄにより送信されるすべての情報ビットを含む、集合入力データはデマルチプレクサ４０８に供給される。デマルチプレクサ４０８は、入力データを多数（Ｋ）のチャネルデータストリームＢ１乃至ＢＫに逆多重化する。各チャネルデータストリームは、例えばシグナリングチャネル、ブロードキャストチャネル、音声呼び出し、パケットデータ送信に対応させることができる。各チャンネルデータストリームはそれぞれのＴＸデータプロセッサ１１４に供給される。ＴＸデータプロセッサ１１４は、そのチャネルデータストリームに対して選択された特定の符号化スキームを用いてデータを符号化し、特定のインターリービングスキームに基づいて符号化されたデータをインターリーブし、そのチャネルデータストリームを送信するために使用される１つ以上の送信チャネルのための変調記号にインターリーブされたビットをマッピングする。
【００５０】
［１０５８］符号化は送信ベースごとに（すなわち、図４に示す各チャネルデータストリームで）実行することができる。しかしながら、符号化（図１に示すように）集合入力データで、多数のチャネルデータストリームで、チャネルデータストリームの一部で、周波数サブチャネルのセットにわたって、空間サブチャネルのセットにわたって、周波数サブチャネルと空間サブチャネルのセットにわたって、各周波数サブチャネルにわたって、各変調記号で、またはその他の時間、空間、周波数の単位でも実行することができる。
【００５１】
［１０５９］各ＴＸデータプロセッサ１１４からの変調記号ストリームは、１つ以上の周波数サブチャネルおよび各周波数サブチャネルの１つ以上の空間サブチャネルを介して送信することができる。ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０ｄはＴＸデータプロセッサからの変調記号ストリームを受信する。各変調記号ストリームに対して使用される通信モードに応じて、ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０ｄは変調記号ストリームを多数のサブチャネル記号ストリームに逆多重化する。図４に示す実施の形態において、変調記号ストリームＳ１は、１つの周波数サブチャネルで送信され、変調記号ストリームＳＫはＬの周波数サブチャネルで送信される。各周波数サブチャネルのための変調ストリームは、（図３に記載した方法と同様の方法で）それぞれのサブチャネルＭＩＭＯプロセッサ４１２により処理され、デマルチプレクサ４１４により逆多重化され、結合器４１６により結合され、各送信アンテナに対する変調記号ベクトルを形成する。
【００５２】
［１０６０］一般に、送信システムは、そのチャネルの送信能力を記述している情報に基づいて各送信チャネルに対してデータを符号化し変調する。この情報は一般に上述した完全ＣＳＩまたは部分ＣＳＩの形態である。データ送信のために使用される送信チャネルのための完全／部分ＣＳＩは一般に受信器システムにおいて決定され、送信器システムに報告される。送信器システムはその情報を用いて、それに応じて符号化および変調を調節する。ここに記載される技術は、ＭＩＭＯ、ＯＦＤＭまたは複数並列送信チャネルをサポートすることのできるその他の通信スキーム（例えばＣＤＭＡスキーム）によりサポートされる複数の並列送信チャネルに対して適用可能である。
【００５３】
［１０６１］ＭＩＭＯ処理は、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、２０００年３月２２日に出願した米国特許出願シリアル番号０９／５３２，４９２（発明の名称：「マルチキャリア変調を採用する高効率、高性能通信システム」(HIGH EFFICIENCY, HIGH PERFORMANCE COMMUNICATIONS SYSTEM EMPLOYING MULTI-CARRIER MODULATION))に記載されている。
【００５４】
ＭＩＭＯ受信システム
［１０６２］この発明の観点は、ＭＩＭＯシステムで受信した信号を処理し、送信されたデータを再生し、ＭＩＭＯチャネルの特性を推定するための技術を供給する。次に、推定されたチャネル特性を送信器システムに報告することができ、信号処理（例えば、符号化、変調、等）を調節するために使用される。このようにして、決定されたチャネル条件に基づいて、高性能が得られる。ここに記載する受信器処理技術は、チャネル相関マトリクス反転（ＣＣＭＩ）技術、バイアスされない最小平均２乗誤差（ＵＭＭＳＥ）技術、および完全ＣＳＩ技術を含む。これらはすべて以下に詳細に記載される。他の受信器処理技術も使用することができ、この発明の範囲内である。
【００５５】
［１０６３］図１は、複数（ＮＲ）の受信アンテナを有し、データ送信を処理することのできる受信システム１５０を示す。ＮＴまでの送信アンテナからの送信された信号ＮＲのアンテナ１５２ａ乃至１５２ｒの各々により受信され、それぞれの復調器（ＤＥＭＯＤ）１５４（フロントエンドプロセッサとも呼ばれる）に送られる。例えば、受信アンテナ１５２ａは多数の送信アンテナから多数の送信された信号を受信することができ、そして受信アンテナ１５２ｒは同様に複数の送信された信号を受信することができる。各復調器１５４は受信した信号を条件づけ（例えば濾波し増幅する）し、条件づけされた信号を中間周波数またはベースバンドにダウンコンバートし、ダウンコンバートされた信号をデジタル化する。各復調器１５４は、受信したパイロットで、デジタル化されたサンプルをさらに復調し、受信した変調記号を発生することができる。受信した変調記号は、ＲＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１５６に供給される。
【００５６】
［１０６４］データ送信に対してＯＦＤＭが採用されるなら、各変調器１５４はさらに、図３に示す変調器１２２により実行される処理と相補的な処理を実行する。この場合、各復調器１５４はＦＦＴプロセッサ（図示せず）を含む。ＦＦＴプロセッサはサンプルの変換された表示を発生し、変調記号ベクトルのストリームを供給する。各ベクトルは、Ｌの周波数サブチャネルに対してＬの変調記号を含む。すべての復調器のＦＦＴプロセッサからの変調記号ベクトルストリームは、デマルチプレクサ／結合器（図５に示されていない）に供給される。デマルチプレクサ／結合器は、最初に、各ＦＦＴプロセッサからの変調記号ベクトルストリームを多数の（Ｌまで）のサブチャネル記号ストリームに「チャネル化」する。Ｌ（までの）サブチャネル記号ストリームの各々が次に、それぞれのＲＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１５６に供給することができる。
【００５７】
［１０６５］ＯＦＤＭを利用しないＭＩＭＯシステムの場合、１つのＲＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１５６は、ＮＲの受信したアンテナからの変調記号に対してＭＩＭＯ処理を実行する。そして、ＯＦＤＭを利用したＭＩＭＯシステムの場合、データ送信のために使用されるＬの周波数サブチャネルの各々に対して、ＮＲの受信したアンテナからの変調記号に対しＭＩＭＯ処理を実行するために使用することができる。
【００５８】
［１０６６］ＮＴの送信アンテナおよびＮＲの受信アンテナを有するＭＩＭＯシステムにおいて、ＮＲの受信アンテナの出力における受信信号は、以下のように表すことができる。
【数１４】
2005502223.tif 000014
ただし、
【数１５】
2005502223.tif 000015
は受信した記号ベクトル（すなわち、受信アンテナにおいて測定された、ＭＩＭＯチャネルからのＮＲ×１ベクトル出力）である。
【数１６】
2005502223.tif 000016
は、特定の時間に、ＮＴ送信アンテナとＮＲ受信アンテナのためのチャネル応答を与えるＮＲ×ＮＴチャネル係数マトリクスである。
【数１７】
2005502223.tif 000017
は送信された記号ベクトル（すなわち、ＭＩＭＯチャネルへのＮＴ×１ベクトル入力）である。
【数１８】
2005502223.tif 000018
は、雑音プラス干渉を表すＮＲ×１ベクトルである。受信した記号ベクトル
【数１９】
2005502223.tif 000019
は特定の時刻にＮＲの受信アンテナを介して受信したＮＲ信号からのＮＲ変調記号を含む。同様に、送信された記号ベクトル
【数２０】
2005502223.tif 000020
は特定の時刻において、ＮＴの送信アンテナを介して送信されたＮＴ信号内にＮＴ変調記号を含む。
【００５９】
ＣＣＭＩ技術を利用したＭＩＭＯ受信器
［１０６７］ＣＣＭＩ技術の場合、受信器システムは最初に受信した記号ベクトル
【数２１】
2005502223.tif 000021
に関してチャネルマッチフィルタ動作を実行し、濾波された出力は、以下のように表すことができる。
【数２２】
2005502223.tif 000022
但し、上付き文字"H"は転置および複素共役を表す。正方行列マトリクス
【数２３】
2005502223.tif 000023
は、共役転置
【数２４】
2005502223.tif 000024
（すなわち、
【数２５】
2005502223.tif 000025
）を有したチャネル係数マトリクス
【数２６】
2005502223.tif 000026
の積を示すために使用することができる。
【００６０】
［１０６８］チャネル係数マトリクス
【数２７】
2005502223.tif 000027
は、例えばデータとともに送信されるパイロット記号から派生することができる。最適の受信を実行し、送信チャネルのＳＮＲを推定するために、幾つかの公知の記号を送信データストリームに挿入し、１つ以上の送信チャネルを介して、その公知の記号を送信することが便利である。そのような公知の記号は、パイロット記号またはパイロット信号とも呼ばれる。パイロット信号またはデータ送信に基づく単一の送信チャネルを推定するための方法は技術的に入手可能な多数の学術論文に見出すことができる。そのようなチャネル推定方法の一つは、「最適受信、性能限度、およびアプリケーションを有した参考補助コヒーレントＣＤＭＡ通信」IEEE Transaction On Communication, １９９９年１０月の論文において、F. Lingにより記載される。このチャネル推定方法またはその他のチャネル推定方法はチャネル係数マトリクス
【数２８】
2005502223.tif 000028
を派生するために、マトリクスに拡張することができる。
【００６１】
［１０６９］送信された記号ベクトル
【数２９】
2005502223.tif 000029
の推定は、信号ベクトル
【数３０】
2005502223.tif 000030
を
【数３１】
2005502223.tif 000031
の逆数（または擬似逆数）と乗算するｋとにより得ることができる。これは、以下のように表すことができる。
【数３２】
2005502223.tif 000032
上の式から、送信された記号ベクトル
【数３３】
2005502223.tif 000033
は受信した記号ベクトル
【数３４】
2005502223.tif 000034
を照合フィルタリングし（すなわち、マトリクス
【数３５】
2005502223.tif 000035
と乗算する）、次にフィルタリングされた結果を逆二乗マトリクス
【数３６】
2005502223.tif 000036
と乗算することにより再生することができる。
【００６２】
［１０７０］送信チャネルのＳＮＲは以下のように決定することができる。雑音ベクトル
【数３７】
2005502223.tif 000037
の自己相関マトリクスφnnが受信された信号から最初に計算される。一般に、φnnはエルミート行列であり、すなわち、複素共役対称である。チャンネル雑音の成分が無相関であり、さらに独立しており、完全に同じように配布されるなら、雑音ベクトル
【数３８】
2005502223.tif 000038
の自己相関マトリクスφnnは以下のように表すことができる。
【数３９】
2005502223.tif 000039
但し、
【数４０】
2005502223.tif 000040
は、単位行列（すなわち、さもなければ対角線およびゼロに沿った行列）であり、
【数４１】
2005502223.tif 000041
は、受信した信号の雑音分散である。後工程された雑音ベクトル
【数４２】
2005502223.tif 000042
（すなわち、
【数４３】
2005502223.tif 000043
との照合フィルタリングおよび事前乗算の後）の自己相関マトリクスφnn
は以下のように表すことができる。
【数４４】
2005502223.tif 000044
式（６）から、後工程された雑音
【数４５】
2005502223.tif 000045
のｉ番目のエレメントの雑音分散
【数４６】
2005502223.tif 000046
は
【数４７】
2005502223.tif 000047
に等しい。
【００６３】
ただし、
【数４８】
2005502223.tif 000048
は
【数４９】
2005502223.tif 000049
のｉ番目の対角線成分である。ＯＦＤＭを利用しないＭＩＭＯシステムの場合、ｉ番目の要素はｉ番目の受信アンテナを表す。そして、ＯＦＤＭが利用されるなら、添え字「ｉ」は、添え字「ｊｋ」に分解することができる。但し、「ｊ」はｊ番目の周波数サブチャネルを表し、「ｋ」はｋ番目の受信アンテナに対応するｋ番目の空間サブチャネルを表す。
【００６４】
［１０７１］ＣＣＭＩ技術の場合、処理後の受信した記号ベクトルのｉ番目の要素（すなわち、
【数５０】
2005502223.tif 000050
のｉ番目の要素）のＳＮＲは以下にように表すことができる。
【数５１】
2005502223.tif 000051
ｉ番目の送信された記号
【数５２】
2005502223.tif 000052
の分散が平均して（１．０）に等しければ、受信記号ベクトルのＳＮＲは以下のように表すことができる。
【数５３】
2005502223.tif 000053
雑音分散は、受信した記号ベクトルのｉ番目の要素を、
【数５４】
2005502223.tif 000054
だけ倍率をかけることにより正規化することができる。
【００６５】
［１０７２］ＮＲ受信アンテナからのスケール信号を一緒に加算し、結合された信号を形成することができる。これは以下のように表すことができる。
【数５５】
2005502223.tif 000055
従って、結合された信号のＳＮＲ、ＳＮＲtotalは、ＮＲ受信アンテナからの信号のＳＮＲの和に等しい最大結合ＳＮＲを持つであろう。結合されたＳＮＲは以下のように表すことができる。
【数５６】
2005502223.tif 000056
［１０７３］図５は、上述したＣＣＭＩ処理を実施することができる、ＲＸＭＩＭＯプロセッサ１５６ａの一実施の形態を示す。ＲＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１５６ａ内において、ＮＲ受信アンテナからの変調記号は乗算器５１２により乗算され、受信した変調記号ベクトル
【数５７】
2005502223.tif 000057
のストリームを形成する。チャネル係数マトリクス
【数５８】
2005502223.tif 000058
は技術的に知られた一般的なパイロット補助単一およびマルチキャリアシステムに類似したパイロット信号に基づいて、推定することができる。従って、マトリクス
【数５９】
2005502223.tif 000059
は上に示すように、
【数６０】
2005502223.tif 000060
に従って、計算される。次に、受信した変調記号ベクトル
【数６１】
2005502223.tif 000061
は次に照合フィルタ５１４により濾波される。照合フィルタ５１４は、上の式（３）に示すように、各ベクトル
【数６２】
2005502223.tif 000062
を共役転置チャネル係数マトリクス
【数６３】
2005502223.tif 000063
と事前乗算する。濾波されたベクトルはさらに、乗算器５１６により逆二乗マトリクス
【数６４】
2005502223.tif 000064
と事前乗算され、上の式（４）に示すように、送信された変調記号ベクトル
【数６５】
2005502223.tif 000065
の推定値
【数６６】
2005502223.tif 000066
を形成する。
【００６６】
［１０７４］ある通信モードの場合、チャネルデータストリームの送信のために使用されるすべてのアンテナからのサブチャネル記号ストリームは結合器５１８に供給される。結合器５１８は、時間、空間、および周波数にわたって、冗長な情報を結合する。結合された変調記号
【数６７】
2005502223.tif 000067
は次に、ＲＸデータプロセッサ１５８に供給される。その他の通信モードの場合、推定された変調記号
【数６８】
2005502223.tif 000068
は、ＲＸデータプロセッサ１５８に直接供給される（図５には示していない）。
【００６７】
［１０７５］従って、ＲＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１５６ａは、送信システムにおいて使用される送信チャネルの数に相当する多数の独立した記号ストリームを発生する。各記号ストリームは、後工程された変調記号を含む。後工程された変調記号は、送信システムにおいて、完全／部分ＣＳＩ処理の前の変調記号に相当する。次に、（後工程された）記号ストリームは、ＲＸデータプロセッサ１５８に供給される。
【００６８】
［１０７６］ＲＸデータプロセッサ１５８内において、変調記号の各後工程された記号ストリームは、処理される送信チャネルのための送信システムにおいて使用される変調スキームに対して相補的である復調スキーム（例えば、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭ）を実施するそれぞれの復調要素に供給される。ＭＩＭＯ通信モードの場合、送信器ユニットにおいて採用される符号化および変調方法に応じて、すべての割当てられた復調器からの復調されたデータが独立して、デコードすることができあるいは、１つのチャネルデータストリームに多重化してデコードすることができる。従って、各チャネルデータストリームは、そのチャネルデータストリームのための送信器ユニットにおいて使用されるでコーディングスキームと相補的なデコーディングスキームを実施するそれぞれのデコーダに供給することができる。各デコーダからのデコードされたデータは、そのチャネルデータストリームのための送信されたデータの推定値を表す。
【００６９】
［１０７７］推定された変調記号
【数６９】
2005502223.tif 000069
および／または結合された変調記号
【数７０】
2005502223.tif 000070
はまたＣＳＩプロセッサ５２０に供給される。ＣＳＩプロセッサ５２０は、送信チャネルに対して完全または部分ＣＳＩを決定し、報告すべき完全／部分ＣＳＩを送信器システム１１０に供給する。例えば、ＣＳＩプロセッサ５２０は、受信したパイロット信号に基づいて、ｉ番目の送信チャネルの雑音共分散マトリクスφnnを推定することができ、次に、式（７）および（９）に基づいて、ＳＮＲを計算することができる。ＳＮＲは技術的に知られるように、一般的なパイロット補助信号およびマルチキャリアシステムと同様に推定することができる。送信チャネルのためのＳＮＲは、送信システムに報告が戻される部分ＣＳＩから構成される。変調記号はさらに、それぞれチャネル係数マトリクス
【数７１】
2005502223.tif 000071
を推定し、二乗マトリクス
【数７２】
2005502223.tif 000072
を派生するチャネル推定器５２２およびマトリクスプロセッサ５２４に供給される。コントローラ５３０は、ＲＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１５６ａおよびＲＸデータプロセッサ１５８に接続し、これらのユニットの動作を指示する。
【００７０】
ＵＭＭＳＥ技術を用いたＭＩＭＯ受信器
［１０７８］ＵＭＭＳＥ技術の場合、受信器システムは、受信した記号ベクトル
【数７３】
2005502223.tif 000073
とマトリクス
【数７４】
2005502223.tif 000074
との乗算を実行し、送信された記号ベクトル
【数７５】
2005502223.tif 000075
の初期ＭＭＳＥ推定値
【数７６】
2005502223.tif 000076
を派生する。これは以下のように表すことができる。
【数７７】
2005502223.tif 000077
マトリクス
【数７８】
2005502223.tif 000078
は、初期ＭＭＳＥ推定値
【数７９】
2005502223.tif 000079
と送信された記号ベクトル
【数８０】
2005502223.tif 000080
（すなわち、
【数８１】
2005502223.tif 000081
）との間の誤差ベクトル
【数８２】
2005502223.tif 000082
との間の平均二乗誤差が最小化されるように選択される。
【００７１】
［１０７９］
【数８３】
2005502223.tif 000083
を決定するために、費用関数εは最初に以下のように表すことができる。
【数８４】
2005502223.tif 000084
費用関数εを最小にするために、費用関数の導関数を
【数８５】
2005502223.tif 000085
に対して取ることができ、その結果を以下のようにゼロに設定することができる。
【数８６】
2005502223.tif 000086
等式
【数８７】
2005502223.tif 000087
を用いて、以下が得られる。
【数８８】
2005502223.tif 000088
従って、マトリクス
【数８９】
2005502223.tif 000089
は、以下のように表すことができる。
【数９０】
2005502223.tif 000090
［１０８０］式（１０）および（１１）に基づいて、送信された記号ベクトル
【数９１】
2005502223.tif 000091
の初期ＭＭＳＥ推定値
【数９２】
2005502223.tif 000092
は以下のように決定することができる。
【数９３】
2005502223.tif 000093
［１０８１］ＵＭＭＳＥ技術に対して送信チャネルのＳＮＲを決定するために、付加的雑音に対して平均化された
【数９４】
2005502223.tif 000094
が与えられた、
【数９５】
2005502223.tif 000095
の平均値に基づいて最初に信号成分を決定することができる。これは以下のように表すことができる。
【数９６】
2005502223.tif 000096
但し、マトリクス
【数９７】
2005502223.tif 000097
は以下のように定義される。
【数９８】
2005502223.tif 000098
アイデンティティを用いて
【数９９】
2005502223.tif 000099
マトリクス
【数１００】
2005502223.tif 000100
は以下のように表すことができる。
【数１０１】
2005502223.tif 000101
［１０８２］初期ＭＭＳＥ推定値
【数１０２】
2005502223.tif 000102
、
【数１０３】
2005502223.tif 000103
のｉ番目のエレメントは以下のように表すことができる。
【数１０４】
2005502223.tif 000104
【数１０５】
2005502223.tif 000105
の要素のすべてが、無相関であり、ゼロ平均値を有するなら、
【数１０６】
2005502223.tif 000106
のｉ番目の要素の期待値は以下のように表すことができる。
【数１０７】
2005502223.tif 000107
［１０８３］式（１４）に示すように、
【数１０８】
2005502223.tif 000108
は、ｘｉのバイアスされた推定値である。このバイアスは、ＵＭＭＳＥ技術に従って、改良された受信器性能を得るために、取り除くことができる。ｘｉのバイアスされない推定値は、
【数１０９】
2005502223.tif 000109
をｖｉｉで割り算することにより得ることができる。従って、
【数１１０】
2005502223.tif 000110
のバイアスされない最小平均二乗誤差推定値は、対角行列
【数１１１】
2005502223.tif 000111
によりバイアスされた推定値
【数１１２】
2005502223.tif 000112
を乗算することにより以下のように得ることができる。
【数１１３】
2005502223.tif 000113
但し、
【数１１４】
2005502223.tif 000114
［１０８４］雑音プラス干渉を決定するために、バイアスされない推定値
【数１１５】
2005502223.tif 000115
と送信された記号ベクトル
【数１１６】
2005502223.tif 000116
との間の誤差
【数１１７】
2005502223.tif 000117
は以下のように表すことができる。
【数１１８】
2005502223.tif 000118
誤差ベクトル
【数１１９】
2005502223.tif 000119
の自己相関マトリクスは以下のように表すことができる。
【数１２０】
2005502223.tif 000120
誤差ベクトル
【数１２１】
2005502223.tif 000121
のｉ番目の要素の分散は、ｕｉｉに等しい。誤差ベクトル
【数１２２】
2005502223.tif 000122
の要素は、相関される。しかしながら、誤差ベクトル
【数１２３】
2005502223.tif 000123
の要素間の相関は無視することができ、分散のみがシステム性能に影響を与えるように十分なインターリービングを使用することができる。
【００７２】
［１０８５］チャネル雑音の成分が無相関であり、ｉｉｄであるなら、チャネル雑音の相関マトリクスは、式（５）に示すように表すことができる。その場合、誤差ベクトル
【数１２４】
2005502223.tif 000124
の自己相関マトリクスは以下のように表すことができる。
【数１２５】
2005502223.tif 000125
そして、チャネル雑音の成分が無相関であるなら、
【数１２６】
2005502223.tif 000126
である。
【００７３】
ｉ番目の送信された記号に対応する復調器出力のＳＮＲは、以下のように表すことができる。
【数１２７】
2005502223.tif 000127
処理され、受信された記号ｘｉの分散
【数１２８】
2005502223.tif 000128
が平均して１つの（１．０）に等しければ、受信記号ベクトルのＳＮＲは以下のように表しても良い。
【数１２９】
2005502223.tif 000129
［１０８６］図６は、上述したＵＭＭＳＥ処理を実施することができる、ＲＸ  ＭＩＭＯプロセッサの一実施の形態を示す。ＣＣＭＩ方法と同様に、マトリクス
【数１３０】
2005502223.tif 000130
およびφnnは受信したパイロット信号および／またはデータ送信に基づいて最初に推定することができる。従って、重み付けする係数マトリクス
【数１３１】
2005502223.tif 000131
は、式（１１）に従って計算される。ＲＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１５６ｂ内で、ＮＲ受信アンテナからの変調記号は乗算器６１２により乗算され、受信された変調記号ベクトル
【数１３２】
2005502223.tif 000132
のストリームを形成する。従って、受信された変調記号ベクトル
【数１３３】
2005502223.tif 000133
は、乗算器６１４により、マトリクス
【数１３４】
2005502223.tif 000134
と事前乗算され、上の式（１０）に示すように送信された記号ベクトル
【数１３５】
2005502223.tif 000135
の推定値
【数１３６】
2005502223.tif 000136
を形成する。推定値
【数１３７】
2005502223.tif 000137
は、さらに、乗算器６１６により対角行列
【数１３８】
2005502223.tif 000138
と事前乗算され、式（１５）に示すように、送信された記号ベクトル
【数１３９】
2005502223.tif 000139
のバイアスされない推定値
【数１４０】
2005502223.tif 000140
を形成する。
【００７４】
［１０８７］この場合もやはり、実施される特定の通信モードに応じて、チャネルデータストリームの送信のために使用されるすべてのアンテナからのサブチャネル記号ストリームを結合器６１８に供給することができる。結合器６１８は、時間、空間、および周波数にわたって、冗長な情報を結合する。次に、結合された変調記号
【数１４１】
2005502223.tif 000141
は、ＲＸ  データプロセッサ１５８に供給される。そして、その他の通信モードの場合、推定された変調記号
【数１４２】
2005502223.tif 000142
は、ＲＸ  データプロセッサ１５８に直接供給することができる。
【００７５】
［１０８８］バイアスされない、推定された変調記号
【数１４３】
2005502223.tif 000143
および／または、結合された変調記号
【数１４４】
2005502223.tif 000144
もＣＳＩプロセッサ６２０に供給される。ＣＳＩプロセッサ６２０は、送信チャネルのための完全または部分ＣＳＩを決定し、報告されるべき完全／部分ＣＳＩを送信器システム１１０に戻す。例えば、ＣＳＩプロセッサ６２０は、式（１６）乃至（１８）に従って、ｉ番目の送信チャネルのＳＮＲを推定することができる。送信チャネルのためのＳＮＲは、送信器システムに報告が戻される部分ＣＳＩから構成される。式（１１）で計算される最適値Ｍは、誤差ベクトルの基準をすでに最小にしなければならない。
【数１４５】
2005502223.tif 000145
は、式（１６）に従って計算される。
【００７６】
完全ＣＳＩ技術を利用したＭＩＭＯ受信器
［１０８９］完全ＣＳＩ技術の場合、ＮＲ受信アンテナの出力において受信された信号は上の式（２）に示すように表すことができる。これは、
【数１４６】
2005502223.tif 000146
である。
【００７７】
チャネルマトリクスと共役転置との積により形成されるエルミート行列の固有ベクトル分解は以下のように表すことができる。
【数１４７】
2005502223.tif 000147
但し、
【数１４８】
2005502223.tif 000148
は固有ベクトルマトリクスであり、
【数１４９】
2005502223.tif 000149
は、固有値の対角行列であり、両方とも、ＮＴｘＮＴの次元である。送信器は、上の式（１）に示すように、固有ベクトルマトリクス
【数１５０】
2005502223.tif 000150
を用いたＮＴ変調記号
【数１５１】
2005502223.tif 000151
のセットを前提条件づけする。ＮＴ送信アンテナからの送信された（前提条件づけされた）変調記号は従って以下のように表すことができる。
【数１５２】
2005502223.tif 000152
【数１５３】
2005502223.tif 000153
は、エルミートなので、固有ベクトルマトリクスは、ユニタリである。従って、
【数１５４】
2005502223.tif 000154
の要素が等しい指数を有するなら、要素
【数１５５】
2005502223.tif 000155
も等しい指数を有する。従って、受信した信号は、以下のように表すことができる。
【数１５６】
2005502223.tif 000156
［１０９０］受信器は、チャネルマッチフィルタ動作を実行し、その後に、右固有ベクトルによる乗算が続く。チャネルマッチフィルタおよび乗算動作の結果は、ベクトル
【数１５７】
2005502223.tif 000157
である。これは以下のように表すことができる。
【数１５８】
2005502223.tif 000158
ただし、新しい雑音期間は以下のように表すことができる共分散を有する。
【数１５９】
2005502223.tif 000159
すなわち、雑音成分は、分散が固有値により与えられる独立である。
【数１６０】
2005502223.tif 000160
のｉ番目の成分のＳＮＲは、λｉ、すなわち、
【数１６１】
2005502223.tif 000161
のｉ番目の対角線成分である。
【００７８】
［１０９１］完全ＣＳＩ処理は、上述した米国出願シリアル番号第０９／５３２，４９２にさらに詳細に記載される。
【００７９】
［１０９２］図５に示す受信器実施の形態は、また完全ＣＳＩ技術を実施するために使用することもできる。受信された変調記号ベクトル
【数１６２】
2005502223.tif 000162
はマッチフィルタ５１４により濾波される。マッチフィルタ５１４は、上の式（２０）に示すように、各ベクトル
【数１６３】
2005502223.tif 000163
を共役転置チャネル係数マトリクス
【数１６４】
2005502223.tif 000164
と事前乗算する。濾波されたベクトルは、上の式（２０）に示すように、乗算器５１６により右固有ベクトル
【数１６５】
2005502223.tif 000165
と事前乗算され、変調記号ベクトル
【数１６６】
2005502223.tif 000166
の推定値
【数１６７】
2005502223.tif 000167
を形成する。完全ＣＳＩ技術の場合、マトリクスプロセッサ５２４は、右固有ベクトル
【数１６８】
2005502223.tif 000168
を供給するように構成される。（例えば結合器５１８およびＲＸ  データプロセッサ１５８による）それに続く処理は、以下に記載されるように達成される。
【００８０】
［１０９３］完全ＣＳＩ技術の場合、送信器ユニットは、固有値により与えられるＳＮＲに基づいて固有ベクトルの各々に対して、コーディングスキームおよび変調スキーム（すなわち、信号配列）を選択することができる。受信器において、ＣＳＩが測定され、報告され、送信器において、送信を事前条件づけするために使用される間の間隔において、チャネル条件が感知できるほどに変化しないなら、通信システムの性能は、公知のＳＮＲを有した独立したＡＷＧＮチャネルのセットの性能と等しくすることができる。
【００８１】
完全ＣＳＩまたは部分ＣＳＩの報告を送信器システムに戻す
［１０９４］ここに記載した、部分ＣＳＩ（例えば、ＣＣＭＩまたはＵＭＭＳＥ）または完全ＣＳＩ技術を用いて、受信信号に対して、各送信チャネルのＳＮＲを得ることができる。送信チャネルのための決定されたＳＮＲは、逆方向チャネルを介して送信器システムに報告を戻すことができる。送信チャネルのための（すなわち、各空間サブチャネルのためのおよびおそらく、ＯＦＤＭが採用されるなら、各周波数サブチャネルのための）送信された変調記号のＳＮＲ値をフィードバックすることにより、ＭＩＭＯチャネルの利用を改良するために適応処理（例えば、適応符号化および変調）を実施することが可能である。部分ＣＳＩフィードバック技術の場合、完全ＣＳＩを伴わずに適応処理を達成することができる。完全ＣＳＩフィードバック技術の場合、十分な情報（必ずしも明白な固有値および固有モードである必要はない）が送信器にフィードバックされ、利用される各周波数サブチャネルのための固有値と固有モードの計算を容易にする。
【００８２】
［１０９５］ＣＣＭＩ技術の場合、受信した変調記号のＳＮＲ値（例えばｉ番目の送信チャネルで受信した記号のための
【数１６９】
2005502223.tif 000169
または
【数１７０】
2005502223.tif 000170
が送信器にフィードバックされる。ＵＭＭＳＥ技術の場合、受信した変調記号のＳＮＲ値（例えば、ｉ番目の送信チャネル上で受信した記号のための
【数１７１】
2005502223.tif 000171
または
【数１７２】
2005502223.tif 000172
、ｕｉｉは、上の式（１６）および（１７）で示すように計算される）は送信器にフィードバックされる。そして、完全ＣＳＩ技術の場合、受信した変調記号（例えば、ｉ番目の送信チャネルで受信した記号のための
【数１７３】
2005502223.tif 000173
または
【数１７４】
2005502223.tif 000174
、但しλｉｉは正方行列
【数１７５】
2005502223.tif 000175
の固有値である）のＳＮＲ値は送信器にフィードバックすることができる。完全ＣＳＩ技術の場合、固有モード
【数１７６】
2005502223.tif 000176
をさらに決定することができ、送信器にフィードバックすることができる。部分および完全ＣＳＩ技術の場合、データの処理を調節するために、送信器システムにおいて、ＳＮＲが使用される。完全ＣＳＩ技術の場合、固有モード
【数１７７】
2005502223.tif 000177
を用いて、送信する前に変調記号を事前条件付けする。
【００８３】
［１０９６］送信器に報告が戻されるＣＳＩは、全部、区別をつけて、またはそれらの組合せで送ることができる。一実施の形態において、完全または部分ＣＳＩは周期的に報告され、区別を示す更新は、以前送信されたＣＳＩに基づいて送られる。完全ＣＳＩの場合の一例として、更新は、報告された固有モードに対する（エラー信号に基づく）訂正で有り得る。固有値は、一般に固有モードのように急速に変化しない。従って、固有値はより低いレートで更新することができる。他の実施の形態において、ＣＳＩは変化があったときのみ（例えば、変化が特定のしきい値を超えたなら）送信される。この変化は、フィードバックチャネルの有効レートを下げることができる。部分ＣＳＩの場合の一例として、ＳＮＲｓは、ＳＭＲｓが変化したときのみ（例えば区別をつけて）送り戻すことができる。（ＭＩＭＯを伴うまたは伴わない）ＯＦＤＭの場合、周波数ドメインの相関を利用して、フィードバックされるＣＳＩの量を低減することができる。部分ＣＳＩを有したＯＦＤＭシステムの一例として、Ｍの周波数サブチャネルのための特定の空間サブチャネルに対応するＳＮＲが同じであれば、この条件が真であるＳＮＲと最初および最後の周波数サブチャネルを報告することができる。ＣＳＩに対してフィードバックされるデータ量を低減するための他の圧縮およびフィードバックチャネルエラー再生技術も使用することができ、この発明の範囲内である。
【００８４】
［１０９７］図１に戻ると、ＲＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１５６により決定される完全または部分ＣＳＩ（例えばチャネルＳＮＲ）はＴＸデータプロセッサ１６２に供給される。ＴＸデータプロセッサ１６２はＣＳＩを処理し、処理したデータを１つ以上の変調器１５４に供給する。変調器１５４はさらに処理したデータを条件づけし、ＣＳＩを逆方向チャネルを介して送信器システム１１０に送信し戻す。
【００８５】
［１０９８］システム１１０において、送信されたフィードバック信号はアンテナ１２４により受信され、復調器１２２により復調され、ＲＸデータプロセッサ１３２に供給される。ＲＸデータプロセッサ１３２は、ＴＸデータプロセッサ１６２により実行される処理と相補的な処理を実行し、報告された完全／部分ＣＳＩを再生する。完全／部分ＣＳＩは、ＴＸデータプロセッサ１１４とＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０に供給され、ＴＸデータプロセッサ１１４とＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ１２０により処理を調節するために使用される。
【００８６】
［１０９９］送信器システム１１０は、受信器システム１５０からの完全／部分ＣＳＩ（例えばＳＮＲ情報）に基づいてその処理を調節（すなわち、適合させる）ことができる。例えば、情報ビットレートが、チャネルＳＮＲによりサポートされる送信能力にマッチするように各送信チャネルのためのコーディングを調節することができる。さらに、送信チャネルのための変調スキームは、チャネルＳＮＲに基づいて選択することができる。他の処理（例えば、インターリービング）も調節することができ、この発明の範囲内である。チャネルに対して決定されたＳＮＲに基づく各送信チャネルのための処理の調節は、ＭＩＭＯシステムが高性能を達成することを可能にする（すなわち、特定のレベルの性能に対して高いスループットまたはビットレート）。適応処理は単一キャリアＭＩＭＯシステムまたは複数キャリアベースＭＩＭＯシステム（例えば、ＯＦＤＭを利用したＭＩＭＯシステム）に適用できる。
【００８７】
［１１００］送信器システムにおける変調スキームのコーディングと選択における調節は多くの技術にもとづいて達成することができる。それらの１つは、米国特許出願シリアル番号第０９／７７６，０７３に記載されている。
【００８８】
［１１０１］部分（例えば、ＣＣＭＩおよびＵＭＭＳＥ）および完全ＣＳＩ技術は、複数の送信アンテナおよび受信アンテナの使用により作られたさらなる次元をＭＩＭＯシステムが利用可能にする受信器処理技術である。これは、ＭＩＭＯを採用する主な利点である。ＭＩＭＯシステムが完全ＣＳＩを利用するについては、ＣＣＭＩ技術およびＵＭＭＳＥ技術は、同じ数の変調記号を送信することができる。しかしながら、他の受信器処理技術も、ここに記載した完全／部分ＣＳＩフィードバック技術とともに使用することができ、この発明の範囲内である。同じように、図５および図６は、ＭＩＭＯ送信を処理することができ、送信チャネル（すなわち、ＳＮＲ）の特性を決定することができ、および完全または部分ＣＳＩを送信器システムに報告することができる受信器システムの２つの実施の形態を表す。ここに提示された技術に基づく他の設計および受信器処理技術を熟考することができ、この発明の範囲内である。
【００８９】
［１１０２］部分ＣＳＩ技術（例えば、ＣＣＭＩ技術およびＵＭＭＳＥ技術）は、そのようなＳＮＲに基づいて推定された全体的に受信された信号ＳＮＲのみまたは達成できる全体スループットがフィードバックされるとき、送信器における適応処理なしに、直接的な方法で使用することもできる。一実施において、変調フォーマットは、受信したＳＮＲ推定値または推定されたスループットに基づいて決定され、同じ変調フォーマットがすべての送信チャネルに対して使用される。この方法は、全体のシステムスループットを低減することができるが、逆方向リンクを介して送信される情報量を大幅に低減することができる。
【００９０】
［１１０３］システム性能の改良は、この発明の完全／部分ＣＳＩフィードバック技術の使用により実現することができる。部分ＣＳＩフィードバックを有するシステムスループットを計算することができ、完全ＣＳＩフィードバックを有するスループットに対して比較することができる。システムスループットは、以下のように定義することができる。
【数１７８】
2005502223.tif 000178
但し、γｉは部分ＣＳＩ技術のための各受信された変調記号のＳＮＲであり、または、完全ＣＳＩ技術のための各送信チャネルのＳＮＲである。種々の処理技術のためのＳＮＲは以下のように要約することができる。
【００９１】
ＣＣＭＩ技術に対して
【数１７９】
2005502223.tif 000179
、ＵＭＭＳＥ技術に対して
【数１８０】
2005502223.tif 000180
および完全ＣＳＩ技術に対して
【数１８１】
2005502223.tif 000181
［１１０４］図７Ａおよび７Ｂは、部分ＣＳＩおよび完全ＣＳＩフィードバック技術を採用する４ｘ４ＭＩＭＯシステムの性能を示す。結果は、コンピュータシミュレーションから得られる。シミュレーションにおいて、各チャネル係数マトリクス
【数１８２】
2005502223.tif 000182
の要素はゼロ平均およびユニティバリアンス(unity variance)を有する独立したガウス確率変数としてモデル化される。各計算に対して、多数のランダムマトリクス実現が発生され、実現のために計算されたスループットは平均化され、平均スループットを発生する。
【００９２】
［１１０５］図７Ａは、異なるＳＮＲ値に対する完全ＣＳＩ、部分ＣＳＩ  ＣＣＭＩ、および部分ＣＳＩ  ＵＭＭＳＥ技術のためのＭＩＭＯシステムのための平均スループットを示す。図７Ａから、部分ＣＳＩ  ＵＭＭＳＥのスループットは、高いＳＮＲ値において、完全ＳＩスループットのほぼ７５％であり、低いＳＮＲ値において、完全ＣＳＩスループットにほぼ等しい。部分ＣＳＩ  ＣＣＭＩ技術のスループットは、高いＳＮＲ値において部分ＣＳＩ  ＵＭＭＳＥ技術のスループットのほぼ７５％−９０％であり、低いＳＮＲ値にいおて、ＵＭＭＳＥスループットのほぼ３０％未満である。
【００９３】
［１１０６］図７Ｂは、データのヒストグラムに基づいて発生された３つの技術に対する累積確率分布関数（ＣＤＦ）を示す。図７Ｂは、送信チャネルあたり、１６ｄＢの平均ＳＮＲにおいて、スループットが、ＣＣＭＩ技術に対して２ｂｐｓ／Ｈｚ未満であるときほぼ５％の場合がある。他方、ＵＭＭＳＥ技術のスループットは、同じＳＮＲにおいてすべてのケースに対して７．５ｂｐｓ／Ｈｚより上にある。従って、ＵＭＭＳＥ技術は、ＣＣＭＩ技術より、より低い機能停止確率を持つ可能性がある。
【００９４】
［１１０７］送信器システムおよび受信器システムの要素は、１つ以上のデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブル論理素子、他の電子装置またはそれらのいずれかの組み合わせで実施することができる。
【００９５】
［１１０８］この発明の観点は、ソフトウエアとハードウエアの組合せで実施することができる。例えば、ＣＣＭＩおよびＵＭＭＳＥ技術のための記号推定値のための計算およびチャネルＳＮＲの派生は、プロセッサ（それぞれ、図５および図６のコントローラ５３０、および６５０）上で実行されるプログラムコードに基づいて実行可能である。
【００９６】
［１１０９］開示した実施の形態の上述の記述は、当業者がこの発明を製作しまたは使用可能にするために提供される。これらの実施の形態に対する種々の変形は、当業者には容易に明白であり、ここに定義される包括的原理は、この発明の精神または範囲を逸脱することなく他の実施の形態に適用可能である。したがって、この発明は、ここに示した実施の形態に限定されることを意図したものではなく、ここに開示された原理および新規な特徴に一致する最も広い範囲が許容されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】［１０１２］図１は、この発明の種々の観点および実施の形態を実施することのできる複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）通信システムの図である。
【図２Ａ】［１０１３］図２Ａはそれぞれ部分ＣＳＩ処理および完全ＣＳＩ処理を実行することができるＭＩＭＯ送信器システムの一実施の形態のブロック図である。
【図２Ｂ】［１０１３］図２Ｂはそれぞれ部分ＣＳＩ処理および完全ＣＳＩ処理を実行することができるＭＩＭＯ送信器システムの一実施の形態のブロック図である。
【図３】［１０１４］図３はは直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）を利用するＭＩＭＯシステムの一実施の形態のブロック図である。
【図４】［１０１５］図４は、異なる送信タイプに対して異なる処理を供給することができ、またＯＦＤＭを採用するＭＩＭＯ送信器システムの一部分のブロック図である。
【図５】［１０１６］図５は、複数（ＮＲ）の受信アンテナを有し、チャネル相関マトリクス反転（ＣＣＭＩ）技術）に基づいてデータ送信を処理することができる受信システムの一実施の形態のブロック図である。
【図６】［１０１６］図６は、複数（ＮＲ）の受信アンテナを有し、バイアスされない平均２乗誤差（ＵＭＭＳＥ）に基づいて、データ送信を処理することができる受信システムの一実施形態のブロック図である。
【図７Ａ】［１０１７］図７Ａは、３つの受信器処理技術および異なるＳＮＲ値に対するＭＩＭＯシステムのための平均スループットを示す。
【図７Ｂ】［１０１８］図７Ｂは、データのヒストグラムに基づいて発生された３つの受信器処理技術のための累積する確立分布関数（ＣＤＦ）を示す。
【図１】
2005502223.tif 000186
【図２Ａ】
2005502223.tif 000187
【図２Ｂ】
2005502223.tif 000188
【図３】
2005502223.tif 000189
【図４】
2005502223.tif 000190
【図５】
2005502223.tif 000191
【図６】
2005502223.tif 000192
【図７Ａ】
2005502223.tif 000193
【図７Ｂ】
2005502223.tif 000194
【国際公開パンフレット】
2005502223.tif 000195
2005502223.tif 000196
2005502223.tif 000197
2005502223.tif 000198
2005502223.tif 000199
2005502223.tif 000200
2005502223.tif 000201
2005502223.tif 000202
2005502223.tif 000203
2005502223.tif 000204
2005502223.tif 000205
2005502223.tif 000206
2005502223.tif 000207
2005502223.tif 000208
2005502223.tif 000209
2005502223.tif 000210
2005502223.tif 000211
2005502223.tif 000212
2005502223.tif 000213
2005502223.tif 000214
2005502223.tif 000215
2005502223.tif 000216
2005502223.tif 000217
2005502223.tif 000218
2005502223.tif 000219
2005502223.tif 000220
2005502223.tif 000221
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2005502223.tif 000233
2005502223.tif 000234
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2005502223.tif 000237
2005502223.tif 000238
2005502223.tif 000239
2005502223.tif 000240
2005502223.tif 000241
2005502223.tif 000242
2005502223.tif 000243
2005502223.tif 000244
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005502223.tif 000245
2005502223.tif 000246
【国際調査報告】
2005502223.tif 000247
2005502223.tif 000248
2005502223.tif 000249