(57)【要約】  多数のアンテナの通信システム（例えば、ＳＩＭＯ、ＭＩＳＯ、またはＭＩＭＯシステム）において階層型符号化を行うための技術が与えられる。送信機において、基本ストリームおよび拡張ストリームは、それぞれ、個別に符号化され、変調され、第１および第２のデータシンボルストリームを得る。第１のデータシンボルストリームは、第１の空間処理方式（例えば、送信ダイバーシティまたは空間多重化方式）にしたがって処理され、第１の組のシンボルサブストリームを得る。第２のデータシンボルストリームは、第２の空間処理方式（例えば、送信ダイバーシティまたは空間多重化）にしたがって処理され、第２の組のシンボルサブストリームを得る。第１の組のシンボルサブストリームは、第２の組のシンボルサブストリームと（例えば、時分割多重化または重ね合わせを使用して）結合され、多数の送信アンテナから送信される多数の送信シンボルストリームを得る。受信機は、相補的な処理を行って、基本ストリームおよび拡張ストリームを復元する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムにおいてデータの基本ストリームおよびデータの拡張ストリームを送信する方法であって、
基本ストリームを符号化し、変調し、第１のデータシンボルストリームを得ることであって、基本ストリームが、複数の受信エンティティによって受信されるように指定されていることと、
拡張ストリームを符号化し、変調し、第２のデータシンボルストリームを得ることであって、拡張ストリームが、少なくとも１つの受信エンティティによって受信されるように指定されていて、基本および拡張ストリームの符号化および変調が、基本および拡張ストリームに対する受信エンティティのチャネル認識に依存しないことと、
第１の空間処理方式にしたがって第１のデータシンボルストリームを処理し、第１の複数のシンボルサブストリームを得ることと、
第２の空間処理方式にしたがって第２のデータシンボルストリームを処理し、第２の複数のシンボルサブストリームを得ることであって、第１および第２のデータシンボルストリームの処理が、基本および拡張ストリームに対する受信エンティティのチャネル認識に依存しないことと、
第1の複数のシンボルサブストリームと第２の複数のシンボルサブストリームとを結合し、複数の送信アンテナから送信される複数の送信シンボルストリームを得ることとを含む方法。
【請求項２】
基本ストリームおよび拡張ストリームが、同報通信サービスにおいて送信される請求項１記載の方法。
【請求項３】
基本ストリームが、第１の信号対雑音比（signal-to-noise ratio, SNR）以上に達した受信エンティティによる復元のために、符号化され、変調され、空間的に処理され、拡張ストリームが、第２のＳＮＲ以上に達した受信エンティティによる復元のために、符号化され、変調され、空間的に処理され、第２のＳＮＲが、第１のＳＮＲよりも高い請求項２記載の方法。
【請求項４】
第１の空間処理方式が、送信ダイバーシティ方式または空間多重化方式であり、第２の空間処理方式が、送信ダイバーシティ方式または空間多重化方式である請求項１記載の方法。
【請求項５】
第１および第２の空間処理方式の各々が、送信ダイバーシティ方式である請求項１記載の方法。
【請求項６】
第１および第２の空間処理方式の各々が、空間−時間送信ダイバーシティ（space-time transmit diversity, STTD）方式である請求項１記載の方法。
【請求項７】
第１の空間処理方式が送信ダイバーシティ方式であり、第２の空間処理方式が空間多重化方式である請求項１記載の方法。
【請求項８】
第１および第２の空間処理方式の各々が、空間多重化方式である請求項１記載の方法。
【請求項９】
結合することが、
第１の複数のシンボルサブストリームを第２の複数のシンボルサブストリームと時分割多重化し、複数の送信シンボルストリームを得ることを含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
結合することが、
第１の複数のシンボルサブストリームを第１の基準化因数で基準化し、第１の複数の基準化されたシンボルサブストリームを得ることと、
第２の複数のシンボルサブストリームを第２の基準化因数で基準化し、第２の複数の基準化されたシンボルサブストリームを得ることと、
第１の複数の基準化されたシンボルサブストリームを、第２の複数の基準化されたシンボルサブストリームと加算し、複数の送信シンボルストリームを得ることとを含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】
無線通信システムが、単一搬送波の通信システムである請求項１記載の方法。
【請求項１２】
無線通信システムが、多数の搬送波の通信システムである請求項１記載の方法。
【請求項１３】
無線通信システムが、直交周波数分割多重化（orthogonal frequency division multiplexing, OFDM）を実施する請求項１記載の方法。
【請求項１４】
無線通信システムにおいてデータの基本ストリームおよびデータの拡張ストリームを送信する方法であって、
基本ストリームを符号化し、変調し、第１のデータシンボルストリームを得ることであって、基本ストリームが、複数の受信エンティティによって受信されるように指定されていることと、
拡張ストリームを符号化し、変調し、第２のデータシンボルストリームを得ることであって、拡張ストリームが、少なくとも１つの受信エンティティによって受信されるように指定されていることと、
送信ダイバーシティ方式または空間多重化方式にしたがって第１のデータシンボルストリームを処理し、第１の複数のシンボルサブストリームを得ることと、
送信ダイバーシティ方式または空間多重化方式にしたがって第２のデータシンボルストリームを処理し、第２の複数のシンボルサブストリームを得ることと、
第１の複数のシンボルサブストリームと第２の複数のシンボルサブストリームとを結合し、複数の送信アンテナから送信される複数の送信シンボルストリームを得ることとを含む方法。
【請求項１５】
基本および拡張ストリームの符号化および変調が、基本および拡張ストリームに対する受信エンティティのチャネル認識に依存しない請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
基本および拡張ストリームの符号化および変調が、基本および拡張ストリームに対する受信エンティティのチャネル認識に基づいて選択されるレートにしたがって行われる請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
無線通信システムにおける装置であって、
データの基本ストリームを符号化し、変調し、第１のデータシンボルストリームを得る手段と、
データの拡張ストリームを符号化し、変調し、第２のデータシンボルストリームを得る手段と、
第１の空間処理方式にしたがって第１のデータシンボルストリームを処理し、第１の複数のシンボルサブストリームを得る手段と、
第２の空間処理方式にしたがって第２のデータシンボルストリームを処理し、第２の複数のシンボルサブストリームを得る手段と、
第１の複数のシンボルサブストリームと第２の複数のシンボルサブストリームとを結合し、複数の送信アンテナから送信される複数の送信シンボルストリームを得る手段とを含む装置。
【請求項１８】
無線通信システムにおける装置であって、
データの基本ストリームを符号化し、変調し、第１のデータシンボルストリームを得るように動作する第１のデータプロセッサと、
データの拡張ストリームを符号化し、変調し、第２のデータシンボルストリームを得るように動作する第２のデータプロセッサと、
第１の空間処理方式にしたがって第１のデータシンボルストリームを処理し、第１の複数のシンボルサブストリームを得るように動作する第１の空間プロセッサと、
第２の空間処理方式にしたがって第２のデータシンボルストリームを処理し、第２の複数のシンボルサブストリームを得るように動作する第２の空間処理プロセッサと、
第１の複数のシンボルサブストリームと第２の複数のシンボルサブストリームとを結合し、複数の送信アンテナから送信される複数の送信シンボルストリームを得る結合器とを含む装置。
【請求項１９】
第１の空間プロセッサが、送信ダイバーシティ方式において空間処理を行うように動作し、第２の空間プロセッサが、送信ダイバーシティ方式または空間多重化方式において空間処理を行うように動作する請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
結合器が、第１の複数のシンボルサブストリームを、第２の複数のシンボルサブストリームと時分割多重化し、複数の送信シンボルストリームを得るように動作する請求項１８記載の装置。
【請求項２１】
結合器が、第１の複数のシンボルサブストリームを第１の基準化因数で基準化し、第２の複数のシンボルサブストリームを第２の基準化因数で基準化し、第１の複数の基準化されたシンボルサブストリームを、第２の複数の基準化されたシンボルサブストリームと加算し、複数の送信シンボルストリームを得るように動作する請求項１８記載の装置。
【請求項２２】
無線通信システムにおいて少なくとも２本のデータストリームを送信する方法であって、
少なくとも２本のデータストリームの各々を符号化し、変調し、少なくとも２本のデータシンボルストリームの中の対応する１本を得ることと、
選択された空間処理方式にしたがって少なくとも２本のデータシンボルストリームの各々を空間的に処理し、データシンボルストリームにおける１組のシンボルサブストリームを得ることであって、少なくとも２組のシンボルサブストリームが、少なくとも２本のデータシンボルストリームにおいて得られることと、
少なくとも２本のデータシンボルストリームにおける少なくとも２組のシンボルサブストリームを結合し、複数の送信アンテナから送信される複数の送信シンボルストリームを得ることであって、少なくとも２本のデータストリームの各々が、異なる目標の信号対雑音比（ＳＮＲ）以上に達した受信エンティティによる復元のために、符号化され、変調され、空間的に処理されることとを含む方法。
【請求項２３】
無線通信システムにおける同報通信サービスにおいてデータの基本ストリームおよびデータの拡張ストリームを送信する方法であって、
基本ストリームを符号化し、変調し、第１のデータシンボルストリームを得ることと、
拡張ストリームを符号化し、変調し、第２のデータシンボルストリームを得ることと、
第1の空間処理方式にしたがって第１のデータシンボルストリームを処理し、第１の複数のシンボルサブストリームを得ることと、
第２の空間処理方式にしたがって第２のデータシンボルストリームを処理し、第２の複数のシンボルサブストリームを得ることと、
第１のシンボルサブストリームを第１の基準化因数で基準化し、第１の複数の基準化されたシンボルサブストリームを得ることと、
第２のシンボルサブストリームを第２の基準化因数で基準化し、第２の複数の基準化されたシンボルサブストリームを得ることと、
第１の複数の基準化されたシンボルサブストリームを第２の複数の基準化されたシンボルサブストリームと加算し、複数の送信アンテナから送信される複数の送信シンボルストリームを得ることとを含む方法。
【請求項２４】
基本ストリームが、第１の信号対雑音比（ＳＮＲ）以上に達した受信エンティティによる復元のために、符号化され、変調され、空間的に処理され、拡張ストリームが、第２の信号対雑音比（ＳＮＲ）以上に達した受信エンティティによる復元のために、符号化され、変調され、空間的に処理され、第２のＳＮＲが、第１のＳＮＲよりも高い請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
基本ストリームおよび拡張ストリームが、同報通信サービスにおいて送信される請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
基本ストリームが、複数の受信エンティティによって受信されるように指定されていて、拡張ストリームが、複数の受信エンティティの中の少なくとも１つの受信エンティティによって受信されるように指定されている請求項２３記載の方法。
【請求項２７】
基本ストリームが、第１の受信エンティティによって受信されるように指定されていて、拡張ストリームが、第２の受信エンティティによって受信されるように指定されている請求項２３記載の方法。
【請求項２８】
第１のデータシンボルストリームを処理することが、
空間時間送信ダイバーシティ（ＳＴＴＤ）方式にしたがって、第１のデータシンボルストリームを空間的に処理し、第１の複数のシンボルサブストリームを得ることを含む請求項２３記載の方法。
【請求項２９】
第２のデータシンボルストリームを処理することが、
ＳＴＴＤ方式にしたがって、第２のデータシンボルストリームを空間的に処理し、第２の複数のシンボルサブストリームを得ることを含む請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
第２のデータシンボルストリームを処理することが、
空間多重化方式にしたがって、第２のデータシンボルストリームを空間的に処理し、第２の複数のシンボルサブストリームを得ることを含む請求項２３記載の方法。
【請求項３１】
無線通信システムにおいてデータの基本ストリームおよびデータの拡張ストリームを受信する方法であって、
複数の受信アンテナを介して得られた複数の受信シンボルストリームを、第１の空間処理方式にしたがって処理し、第１の復元されたデータシンボルストリームを与えることと、
第１の復元されたデータシンボルストリームを復調し、復号し、復号された基本ストリームを得ることと、
復号された基本ストリームによる干渉を推定することと、
復号された基本ストリームによる推定干渉を、複数の受信シンボルストリームから消去し、複数の修正されたシンボルストリームを得ることと、
第２の空間処理方式にしたがって、複数の修正されたシンボルストリームを処理し、第２の復元されたデータシンボルストリームを得ることと、
第２の復元されたデータシンボルストリームを復調し、復号し、復号された拡張ストリームを得ることとを含む方法。
【請求項３２】
基本ストリームおよび拡張ストリームが、同報通信サービスにおいて受信され、基本ストリームが、第１の信号対雑音比（ＳＮＲ）以上に達した受信エンティティによる復元のために、符号化され、変調され、空間的に処理され、拡張ストリームが、第２の信号対雑音比（ＳＮＲ）以上に達した受信エンティティによる復元のために、送信エンティティにおいて符号化され、変調され、空間的に処理され、第２のＳＮＲが、第１のＳＮＲよりも高い請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
第１の空間処理方式が、送信ダイバーシティ方式であり、第２の空間処理方式が、送信ダイバーシティ方式または空間多重化方式である請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
複数の反復において、複数の受信シンボルストリームの処理と、第１の復元されたデータシンボルストリームの復調および復号とを繰り返して、復号された基本ストリームを得ることをさらに含む請求項３１記載の方法。
【請求項３５】
無線通信システムにおける装置であって、
複数の受信アンテナを介して得られた複数の受信シンボルストリームを、第１の空間処理方式にしたがって処理し、データの基本ストリームの第１の復元されたデータシンボルストリームを与える手段と、
第１の復元されたデータシンボルストリームを変調し、復号し、復号された基本ストリームを得る手段と、
復号された基本ストリームによる干渉を推定する手段と、
復号された基本ストリームによる推定干渉を、複数の受信シンボルストリームから消去し、複数の修正されたシンボルストリームを得る手段と、
第２の空間処理方式にしたがって複数の修正されたシンボルストリームを処理し、データの拡張ストリームのための第２の復元されたデータシンボルを得る手段と、
第２の復元されたデータシンボルストリームを復調し、復号し、復号された拡張ストリームを得る手段とを含む装置。
【請求項３６】
複数の反復において、複数の受信シンボルストリームの処理と、第１の復元されたデータシンボルストリームの復調および復号とを繰り返して、復号された基本ストリームを得る手段をさらに含む請求項３５記載の装置。
【請求項３７】
無線通信システムにおける装置であって、
複数の受信アンテナを介して得られた複数の受信シンボルストリームを、第１の空間処理方式にしたがって処理し、データの基本ストリームのための第１の復元されたデータシンボルストリームを与えるように動作する第１の空間プロセッサと、
第１の復元されたデータシンボルストリームを復調し、復号し、復号された基本ストリームを得るように動作する第１のデータプロセッサと、
複数の受信シンボルストリームから、復号された基本ストリームによる干渉を推定し、復号された基本ストリームによる推定干渉を消去し、複数の修正されたシンボルストリームを得るように動作する干渉消去器と、
複数の修正されたシンボルストリームを、第２の空間処理方式にしたがって処理し、データの拡張ストリームのための第２の復元されたデータシンボルストリームを得るように動作する第２の空間プロセッサと、
第２の復元されたデータシンボルストリームを復調し、復号し、復号された拡張ストリームを得るように動作する第２のデータプロセッサとを含む装置。
【請求項３８】
無線通信システムにおいて、データの基本ストリームおよびデータの拡張ストリームを受信する方法であって、
複数の受信アンテナを介して得られた複数の受信シンボルストリームを時分割多重化し、基本ストリームのための第１の複数の受信シンボルサブストリームと、拡張ストリームのための第２の複数の受信シンボルサブストリームとを与えることであって、基本ストリームが複数の受信エンティティによって受信されるように指定され、拡張ストリームが複数の受信エンティティの中の少なくとも1つの受信エンティティによって受信されるように指定されることと、
第１の空間処理方式にしたがって、第１の複数の受信シンボルサブストリームを処理し、第１の復元されたデータシンボルストリームを得ることと、
第２の空間処理方式にしたがって、第２の複数の受信シンボルサブストリームを処理し、第２の復元されたデータシンボルストリームを得ることと、
第１の復元されたデータシンボルストリームを復調し、復号し、復号された基本ストリームを得ることと、
第２の復元されたデータシンボルストリームを復調し、復号し、復号された拡張ストリームを得ることを含む方法。
【請求項３９】
基本ストリームおよび拡張ストリームが、同報通信サービスにおいて受信され、基本ストリームが、第１の信号対雑音比（ＳＮＲ）以上に達した受信エンティティによる復元のために、送信エンティティにおいて符号化され、変調され、空間的に処理され、拡張ストリームが、第２の信号対雑音比（ＳＮＲ）以上に達した受信エンティティによる復元のために、送信エンティティにおいて符号化され、変調され、空間的に処理され、第２のＳＮＲが、第１のＳＮＲよりも高い請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
第１の空間処理方式が、送信ダイバーシティ方式であり、第２の空間処理方式が、送信ダイバーシティ方式または空間多重化方式である請求項３８記載の方法。
【請求項４１】
無線通信システムにおける装置であって、
複数の受信アンテナを介して得られた複数の受信シンボルストリームを時分割多重化し、データの基本ストリームのための第１の複数の受信シンボルサブストリームと、データの拡張ストリームのための第２の複数の受信シンボルサブストリームとを与える手段と、
第１の複数の受信シンボルサブストリームを、第１の空間処理方式にしたがって処理し、第１の復元されたデータシンボルストリームを得る手段と、
第２の複数の受信シンボルサブストリームを、第２の空間処理方式にしたがって処理し、第２の復元されたデータシンボルストリームを得る手段と、
第１の復元されたデータシンボルストリームを復調し、復号し、復号された基本ストリームを得る手段と、
第２の復元されたデータシンボルストリームを復調し、復号し、復号された拡張ストリームを得る手段とを含む装置。
【請求項４２】
無線通信システムにおける装置であって、
複数の受信アンテナを介して得られた複数の受信シンボルストリームを時分割多重化し、データの基本ストリームのための第１の複数の受信シンボルサブストリームと、データの拡張ストリームのための第２の複数の受信シンボルサブストリームとを与えるように動作する少なくとも1つのデマルチプレクサと、
第１の復元されたデータシンボルストリームを得るための第１の空間処理方式にしたがって、第１の複数の受信シンボルサブストリームを処理するように動作する第１の空間プロセッサと、
第２の復元されたデータシンボルストリームを得るための第２の空間処理方式にしたがって、第２の複数の受信シンボルサブストリームを処理するように動作する第２の空間プロセッサと、
第１の復元されたデータシンボルストリームを復調し、復号し、復号された基本ストリームを得る第１のデータプロセッサと、
第２の復元されたデータシンボルストリームを復調し、復号し、復号された拡張ストリームを得るように動作する第２のデータプロセッサとを含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２００３年９月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／５０６，４６６号に対して優先権を主張しており、これは、本明細書において参照によって全体的に取り入れられている。
分野
本発明は、概ね、通信、より具体的には、無線通信システムにおいて階層型符号化を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムは、音声、パケットデータ、同報通信、等のような、種々の通信サービスを与えるために、広く展開されている。これらのシステムは、使用可能なシステム資源を共有することによって、多数のユーザに同時に通信を与えることができ得る。このようなシステムの幾つかの例は、符号分割多元接続（code division multiple access, CDMA）システム、時分割多元接続（time division multiple access, TDMA）システム、および周波数分割多元接続（frequency division multiple, FDMA）システムを含む。
【０００３】
無線通信システムは、同報通信サービスを与えることができ、これは、通常、同報通信データを、特定のユーザではなく、指定同報通信区域内のユーザに送信することを伴う。同報通信送信は、同報通信区域内の多数のユーザによって受信されることを意図されているので、同報通信のデータレートは、通常、最悪のチャネル状態のユーザによって判断される。一般に、最悪の場合のユーザは、送信基地局から遠く離れて位置し、低い信号対雑音比（signal-to-noise ratio, SNR）をもつ。
【０００４】
同報通信区域内のユーザは、一般に、異なるチャネル状態を経験し、異なるＳＮＲに達し、異なるデータレートでデータを受信することができる。したがって、同報通信サービスを向上するために、階層型送信が使用され得る。階層型送信では、同報通信データは、“基本ストリーム（basic stream）”と“拡張ストリーム(enhancement stream)”とに分割される。基本ストリームは、同報通信区域内の全ユーザがこのストリームを復元できるようなやり方で送信される。拡張ストリームは、より良いチャネル状態を経験しているユーザがこのストリームを復元できるようなやり方で送信される。階層型送信は、階層型符号化とも呼ばれ、なお、この文脈において“符号化（coding）”という用語は、送信機におけるデータの符号化ではなく、チャネルの符号化を指す。
【０００５】
階層型符号化を実施する１つの従来の方法は、一様でない変調を使用することによる。この方法では、基本ストリームのデータは、第１の変調方式で変調され、拡張ストリームのデータは、第１の変調方式に重ね合わされた第２の変調方式で変調される。第１の変調方式は、一般に、ＱＰＳＫのような、低い次数の変調方式であり、第２の変調方式も、ＱＰＳＫであってもよい。この場合に、両者のストリームにおける結果の被変調データは、１６−ＱＡＭの被変調データに似得る。同報通信区域内の全ユーザは、ＱＰＳＫ復調を使用して、基本ストリームを復元することができる。より良いチャネル状態のユーザも、基本ストリームによる変調を取り去ることによって、拡張ストリームを復元することもできる。一様でない変調を使用する階層型符号化は、直接ビデオ同報通信標準Ｔ（Direct Video Broadcasting standard T, DVB-T）システムのような、幾つかの従来のシステムによって実施される。
【０００６】
階層型符号化は、一般に、単一入力単一出力（single-input single-output, SISO）システムに使用される。ＳＩＳＯシステムは、送信機において１本のアンテナ、受信機において１本のアンテナを用いる。ＳＩＳＯシステムでは、階層型符号化は、例えば、上述のような一様でない変調を使用して、実施され得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
無線通信システムは、送信機または受信機の何れかにおいて、あるいは送信機および受信機の両者において、多数のアンテナを採用し得る。多数のアンテナは、有害な経路の影響に対してダイバーシティを与えるか、または送信容量を向上するか、あるいは、望ましくは、この両者のために使用されることができる。無線通信システムにおいて、多数のアンテナを用いて、階層型符号化を行う技術が、当技術に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書では、多数のアンテナの通信システムにおいて階層型符号化を行う技術が与えられる。このシステムは、送信機に多数のアンテナをもつ多数出力単一入力（multiple-output single-input, MISO）システム、受信機に多数のアンテナをもつ単一入力多数出力（single-input multiple-output, SIMO）システム、または送信機および受信機の両者に多数のアンテナをもつ多数入力多数出力（multiple-input multiple-output, MIMO）システムであり得る。これらの技術は、多数のデータストリーム（例えば、基本ストリームおよび拡張ストリーム）を、異なるＳＮＲに到達することができる異なる受信エンティティへ送信するのに使用され得る。
【０００９】
ＭＩＳＯまたはＭＩＭＯシステムにおける送信機では、基本ストリームおよび拡張ストリームは、個別に符号化され、変調され、第１および第２のデータシンボルストリームを得る。第１のデータシンボルストリームは、第１の空間処理方式（例えば、送信ダイバーシティ方式または空間多重化方式）にしたがって処理され、第１の組のシンボルサブストリームを得る。第２のデータシンボルストリームは、第２の空間処理方式（例えば、送信ダイバーシティ方式または空間多重化方式）にしたがって処理され、第２の組のシンボルサブストリームを得る。種々の送信ダイバーシティおよび空間多重化方式は、別途記載される。第１の組のシンボルサブストリームは、第２の組のシンボルサブストリームと結合され、多数の送信アンテナから送信される多数の送信シンボルストリームを得る。結合は、第１の組のシンボルサブストリームを、第２の組のシンボルサブストリームと時分割多重化（time division multiplexing, TDM）して、多数の送信シンボルストリームを得ることによって達成され得る。その代わりに、結合は、重ね合わせ（superposition）を用いて、（１）第１の組のシンボルサブストリームを第１の基準化因数で基準化し、（２）第２の組のシンボルサブストリームを第２の基準化因数で基準化し、（３）第１の組の基準化されたシンボルサブストリームを、第２の組の基準化されたシンボルサブストリームと加算し、多数の送信シンボルストリームを得ることによって、達成され得る。第１および第２の基準化因数は、それぞれ、基本ストリームおよび拡張ストリームに使用する送信電力量を決定する。
【００１０】
異なる受信機のアーキテクチャは、基本ストリームおよび拡張ストリームが、ＴＤＭを使用して送信されるか、または重ね合わせを使用して送信されるかに依存して、これらのストリームを復元するのに使用され得る。ＴＤＭが使用されたときは、ＳＩＭＯまたはＭＩＭＯシステムにおける受信機は、最初に、多数の受信アンテナを介して得られた多数の受信シンボルストリームを時分割デマルチプレックスして、基本ストリームの第１の組の受信シンボルサブストリームと、拡張ストリームの第２の組の受信シンボルサブストリームとを与える。第１の組の受信シンボルサブストリームは、第１の空間処理方式にしたがって処理され、第１の復元されたデータシンボルストリームを得て、これは、さらに復調され、復号され、復号された基本ストリームを得る。第２の組の受信シンボルサブストリームは、第２の空間処理方式にしたがって処理され、第２の復元されたデータシンボルストリームを得て、これは、さらに復調され、復号され、復号された拡張ストリームを得る。
【００１１】
重ね合わせが使用されたときは、ＳＩＭＯまたはＭＩＭＯシステムにおける受信機は、最初に、第１の空間処理方式にしたがって、多数の受信シンボルストリームを処理し、第１の復元されたデータシンボルストリームを得て、これは、復調され、復号され、復号された基本ストリームを得る。復号された基本ストリームによる干渉は、受信シンボルストリームから推定され、消去され、修正されたシンボルストリームを得る。次に、修正されたシンボルストリームは、第２の空間処理方式にしたがって処理され、第２の復元されたデータシンボルストリームを得て、これは、復調され、復号され、復号された拡張ストリームを得る。拡張ストリームは、多段で復元されてもよく、各段では、送信アンテナの１本において復号された拡張サブストリームを復元する。
【００１２】
本発明の種々の態様および実施形態を、別途より詳しく記載する。
本発明の特徴、性質、および長所は、別途記載される詳細な記述から、同じ参照符号が全体的に対応して同定している図面と共に採用するとき、より明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本明細書において“例示的”という用語は、“例、事例、または実例としての役割を果たす”ことを意味するために使用される。本明細書に記載されている何れの実施形態または設計も、必ずしも、他の実施形態または設計よりも好ましいまたは好都合であると解釈されると限らない。
【００１４】
本明細書に記載されている、階層型符号化を行うための技術は、単一の搬送波および多数の搬送波の通信システムを含む、種々のタイプの通信システムに使用され得る。多数の搬送波のシステムの例は、直交周波数分割多元接続（orthogonal frequency division multiple access, OFDMA）通信システム、直交周波数分割多重化（orthogonal frequency division multiplexing, OFDM）システム、等を含む。分かり易くするために、これらの技術は、単一搬送波のシステムについて具体的に別途記載される。
【００１５】
１．ＳＩＳＯシステムにおける階層型符号化
図１は、１つの送信機110と、２人のユーザＡおよびユーザＢのための２つの受信機120aおよび120bとを含むＳＩＳＯシステム100を示している。一般に、ＳＩＳＯシステムは、任意の数の送信機と、任意の数のユーザのための任意の数の受信機とを含み得る。簡潔化のために、図１には、１つのみの送信機と、２人のユーザのための２つの受信機とが示されており、以下で検討される。ＳＩＳＯシステム100では、送信機110は１本のアンテナを備え、受信機120aおよび120bの各々も１本のアンテナを備えている。送信機110と受信機120aとの間の通信チャネルは、ｈａの複素チャネル利得とσａの雑音分散とをもつ。送信機110と受信機120bとの間の通信チャネルは、ｈbの複素チャネル利得とσbの雑音分散とをもち、σb＞σａである。したがって、ユーザＡは、ユーザＢよりも、より高いＳＮＲに達している。
【００１６】
二層同報通信サービスが実施されることができ、したがって、同報通信データは、基本ストリームと拡張ストリームとに分割される。基本ストリームは、ユーザＡおよびユーザＢの両者が受信できるレートで送られる。拡張ストリームは、より良いＳＮＲをもつユーザＡが受信できるレートで送られる。ユーザＡおよびＢは、２つの異なる範囲のＳＮＲに達することができる２つの異なるグループのユーザを表している。２本のストリームは、時分割多重化（ＴＤＭ）方式または重ね合わせ方式を使用して送られ得る。
【００１７】
時分割多重化方式では、基本ストリームは時間の一部で送られ、拡張ストリームは時間の残りで送られる。ＳＩＳＯシステム100におけるＴＤＭ方式のためのユーザＡおよびＢの信号モデルは、式（１）として表現され得る。
ｙａ＝ｓ＋ｎａ、および、
ｙｂ＝ｓ＋ｎｂ                式（１）
なお、ｓは、送信機によって送られるデータシンボルであり、これは、基本ストリームのものであっても、または拡張ストリームのものであってもよく、
ｙａおよびｙｂは、それぞれ、ユーザＡおよびＢによって受信されるシンボルであり、
ｎａおよびｎｂは、それぞれ、各ユーザＡおよびＢによって認められる雑音における、それぞれ、分散
【００１８】
【数１】
2007507187.tif 000003
をもつ独立ガウスランダム変数である。
式の組（１）は、ユーザＡおよびＢの各々のための加法的白色ガウス雑音（additive white Gaussian noise, AWGN）を仮定している。ＡＷＧＮチャネルの主な特徴は、それが、一定のチャネル利得をもつことであり、式の組（１）において、１に等しい（すなわち、ｈａ＝ｈｂ＝１）と仮定されている。
【００１９】
ユーザＡおよびＢの最大レートは、式（２）のように表現され得る。
【００２０】
【数２】
2007507187.tif 000004
なお、Ｐは、データシンボルに使用される送信電力であり、
ＣａおよびＣｂは、それぞれ、ユーザＡおよびＢの最大レートである。
式の組（２）は、シャノン容量関数に基づいており、これは、所与のチャネル応答および所与の雑音分散をもつ通信チャネルによって確実に送信され得る理論上の最大データレートを与える。シャノン容量は、ＡＷＧＮチャネルモデルおよび非制約のアルファベットを仮定し、したがってデータシンボルは、信号のコンステレーション上の特定の点に限定されない。シャノン容量は、非制約容量とも呼ばれる。容量は、スペクトル効率とも呼ばれ、両者は、ビット秒ヘルツ（bits per second per Hertz, bps/Hz）の単位で与えられる。
【００２１】
式の組（２）から、通信チャネルは、ユーザＢのレートＣｂを支援することができ、これは、ユーザＡによっても受信されることができる。通信チャネルは、ユーザＡのレートＣａも支援することができ、σb＞σａであるので、ユーザＡのレートＣａは、ユーザＢのレートＣｂよりも大きい。レートは、通常、ビット秒（bits per second, bps）の単位で与えられる。簡潔化のために、後述では、レートは、ｂｐｓ／Ｈｚの正規化された単位で与えられる。
【００２２】
ＴＤＭ方式では、基本ストリームは、時間の一部で送られ、ユーザＡおよびＢの両者によって受信される必要があり、σb＞σａであるので、ユーザＢは、より悪いＳＮＲをもつ。拡張ストリームは、時間の残りで送られ、ユーザＡのみによって受信される必要があり、すなわち、ユーザＢは考慮されない。ＴＤＭ方式で、ユーザＡおよびＢにおいて到達され得る全レートは、式（３）として表現され得る。
Ｒｂ＝α・Ｃｂ、および、
Ｒａ＝α・Ｃｂ＋（１−α）・Ｃａ＝Ｒｂ＋Ｒｅ      式（３）
なお、αは、基本ストリームが送信される時間の一部であり、１≧α≧０であり、
（１−α）は、拡張ストリームが送信される時間の一部であり、
ＲｂおよびＲｅは、それぞれ、基本ストリームおよび拡張ストリームのレートであり、
ＲａおよびＲｂは、それぞれ、ユーザＡおよびＢのための全レートである。
式の組（３）は、ユーザＢのレートＲｂが、基本ストリームのレートに等しいことを示す。ユーザＡのレートＲａは、基本ストリームのレートＲｂと、拡張ストリームのレートＲｅとの和に等しい。
【００２３】
重ね合わせ方式では、基本ストリームおよび拡張ストリームは結合され、同じ時間に送られる。送信電力Ｐは、２本のストリーム間で分割される。ＳＩＳＯシステム100における重ね合わせ方式のためのユーザＡおよびＢの信号モデルは、式（４）のように表現され得る。
【００２４】
【数３】
2007507187.tif 000005
なお、ｓｂおよびｓｅは、それぞれ、基本ストリームおよび拡張ストリームのデータシンボルであり、
αは、基本ストリームに使用される送信電力の一部であり、
（１−α）は、拡張ストリームに使用される送信電力の一部である。
受信機では、先ず、受信信号から、拡張ストリームを付加的雑音として扱うことによって、基本ストリームが復元される。基本ストリームが復元されると、基本ストリームによる干渉が推定され、受信信号から取り去られる。次に、取り去られた基本ストリームを用いて、拡張ストリームが復元される。重ね合わせ方式で、ユーザＡおよびＢにおいて到達され得る全レートは、式（５ａ）および（５ｂ）のように表現され得る。
【００２５】
【数４】
2007507187.tif 000006
式の組（５）も、シャノン容量関数に基づき、かつＡＷＧＮチャネルモデルおよび非制約のアルファベットが仮定されている。
式（５ａ）において、基本ストリームのレートＲｂは、基本ストリームのα・Ｐの送信電力と、
【００２６】
【数５】
2007507187.tif 000007
の合計雑音とに基づいて判断され、なお、項（１−α）・Ｐは、拡張ストリームによる干渉である。式（５ｂ）において、拡張ストリームのレートＲｅは、拡張ストリームの送信電力（１−α）・Ｐと、合計雑音
【００２７】
【数６】
2007507187.tif 000008
とに基づいて判断され、なお、基本ストリームによる干渉は完全に消去されると仮定されている。ユーザＢのレートＲｂは、基本ストリームのレートに等しく、ユーザＡのレートＲａは、基本ストリームのレートＲｂと拡張ストリームのレートＲｅとの和に等しい。
【００２８】
図１２は、ＡＷＧＮチャネルを用いた、ＳＩＳＯシステムにおける、ＴＤＭおよび重ね合わせ方式での、レート領域のグラフを示している。垂直軸は、ユーザＢのレートＲｂを表し、これは、基本ストリームのレートである。水平軸は、ユーザＡのレートＲａを表し、これは、基本ストリームおよび拡張ストリームの結合レートである。レートＲａおよびＲｂの両者は、図１２においてｂｐｓ／Ｈｚの単位で与えられる。図１２に与えられている性能は、レイリーフェージングチャネルについてである。本明細書に記載されている階層型符号化技術は、異なるチャネルタイプに使用され得るが、性能は、チャネルタイプの統計に依存し得る。
【００２９】
プロット1210は、ＴＤＭ方式で、αの種々の値における、到達可能なレートＲａおよびＲｂを示している。これらのレートは、式の組（２）および（３）を使用して、
【００３０】
【数７】
2007507187.tif 000009
で計算される。α＝１では、基本ストリームのみが送信され、Ｒａ＝Ｒｂ＝２．０６ｂｐｓ／ＨｚおよびＲｅ＝０である。α＝０では、拡張ストリームのみが送信され、Ｒａ＝Ｒｅ＝６．６６ｂｐｓ／ＨｚおよびＲｂ＝０である。ＴＤＭ方式で、αの他の値における、レートＲａおよびＲｂは、プロット1210によって与えられる。
【００３１】
プロット1220は、重ね合わせ方式で、αの種々の値における、達成可能なレートＲａおよびＲｂを示している。これらのレートは、式の組（５）を使用して、
【００３２】
【数８】
2007507187.tif 000010
で計算される。
ＴＤＭ方式におけるレート領域は、プロット1210の下の範囲である。重ね合わせ方式におけるレート領域は、プロット1220の下の範囲である。より大きいレート領域が、より望ましい。図１２は、重ね合わせ方式が、ＴＤＭ方式よりも、より大きいレート領域をもち、したがって、より良い性能をもつことを示している。
【００３３】
ＴＤＭ方式および重ね合わせ方式についてのこれまでの記述は、ＡＷＧＮチャネルを仮定している。フラットフェージングチャネルでは、送信機から各ユーザへの複素チャネル利得は、図１に示されているように、チャネル変数ｈによって表され得る。このチャネル変数は、平均値０、分散１、および２人のユーザに全く同じに分散されている、複素ガウス確率変数であると仮定されている。
【００３４】
フラットフェージングチャネルを用いて、ＳＩＳＯシステム100において、重ね合わせ方式で、ユーザＡおよびＢにおいて到達され得る全レートは、式（６）のように表現され得る。
【００３５】
【数９】
2007507187.tif 000011
フラットフェージングチャネルを用いて、ＴＤＭ方式で、ユーザＡおよびＢにおいて到達され得るレートも、同様のやり方で得られ得る。
２．ＳＩＭＯシステムにおける階層型符号化
図２Ａは、送信機210aと、２人のユーザＡおよびＢの２つの受信機220aおよび220bとを含むＳＩＭＯシステム200aを示している。（１，ＮＲ）のＳＩＭＯシステムでは、送信機は１本のアンテナを備え、受信機はＮＲ本のアンテナを備え、なお、ＮＲ＞１である。簡潔化のために、図２Ａは、（１，２）のＳＩＭＯシステムを示しており、したがって、受信機220aおよび220bの各々は、２本のアンテナを備えている。
【００３６】
【数１０】
2007507187.tif 000012
ＳＩＭＯシステムでは、受信機における多数のアンテナは、より大きいダイバーシティを達成するのに使用され得る。ＳＩＭＯシステム200aにおけるユーザＡおよびＢの信号モデルは、式（７）のように表現され得る。
【００３７】
【数１１】
2007507187.tif 000013
ユーザｉの受信機は、次の式（８）のように、送信データシンボルｓを復元することができる
【００３８】
【数１２】
2007507187.tif 000014
ＮＲ＝２の（１，２）のＳＩＭＯシステムにおいて、Ｇｓｉｍｏは、自由度２のカイ二乗変数であり、これは、レイリーフェージングチャネルを仮定し、二次ダイバーシティが達成される。本明細書に記載されている階層型符号化技術は、チャネルの特定の統計モデルに依存せず、他のチャネルタイプに適用され得る。式（８）は、Ｍ位相シフトキーイング（M-ary phase shift keying, M-PSK）の信号のコンステレーションにおける受信機の処理を示す。同様の受信機の処理は、Ｍ直角振幅変調（M-ary quadrature amplitude modulation, M-QAM）の信号のコンステレーションに対して行われ得る。基本ストリームおよび拡張ストリームに対する送信機および受信機の処理は、さらに詳しく別途記載される。
【００３９】
フラットフェージングチャネルを用いて、ＳＩＭＯシステムにおいて、ＴＤＭ方式で、ユーザＡおよびＢにおいて到達され得るレートは、式（９）のように表現され得る。
【００４０】
【数１３】
2007507187.tif 000015
フラットフェージングチャネルを用いて、ＳＩＭＯシステムにおいて、重ね合わせ方式で、ユーザＡおよびＢにおいて到達され得るレートは、式（１０）のように表現され得る。
【００４１】
【数１４】
2007507187.tif 000016
３．ＭＩＳＯシステムにおける階層型符号化
図２Ｂは、送信機210bと、２人のユーザＡおよびＢの２つの受信機220cおよび220dとを含むＭＩＳＯシステム200bを示している。（ＮＴ，１）のＭＩＳＯシステムでは、送信機はＮＴ本のアンテナを備え、受信機は１本のアンテナを備え、なお、ＮＴ＞１である。簡潔化のために、図２Ｂは、（２，１）のＭＩＳＯシステムを示し、したがって、送信機210bは、２本のアンテナを備え、受信機220cおよび220dの各々は、１本のアンテナを備えている。
【００４２】
【数１５】
2007507187.tif 000017
ＭＩＳＯシステムでは、送信機の多数のアンテナは、より大きいダイバーシティを達成するのに使用され得る。とくに、基本ストリームおよび拡張ストリームは、別途記載されるように、送信ダイバーシティ方式を使用して、多数の送信アンテナ上で送られ得る。ＭＩＳＯシステム200bにおけるユーザＡおよびＢの信号モデルは、式（１１）のように表現され得る。
【００４３】
【数１６】
2007507187.tif 000018
ＭＩＳＯシステムにおける送信機および受信機での空間処理は、さらに詳しく別途記載される。
４．ＭＩＭＯシステムにおける階層型符号化
図２Ｃは、送信機210cと、２人のユーザＡおよびＢの２つの受信機220eおよび220fとを含むＭＩＭＯシステム220cを示している。（ＮＴ，ＮＲ）のＭＩＭＯシステムにおいて、送信機はＮＴ本のアンテナを備え、受信機はＮＲ本のアンテナを備え、なお、ＮＴ＞１およびＮＲ＞１である。簡潔化のために、図２Ｃは、（２，２）のＭＩＭＯシステムを示し、したがって、送信機210cは２本のアンテナを備え、受信機220eおよび220fの各々も２本のアンテナを備えている。
【００４４】
図３は、送信機210xおよび受信機220xのブロック図を示している。送信機210xは、図２Ｂの送信機210bおよび図２Ｃの送信機210cの実施形態である。受信機220xは、図２Ａの受信機220a、220bおよび図２Ｃの受信機220e、220fの実施形態である。
【００４５】
送信機210xでは、ＴＸデータプロセッサ310は、基本ストリームのデータ{ｄｂ}を受信し、符号化し、インターリーブし、変調し、変調シンボルのストリーム{ｓｂ}を与える。ＴＸデータプロセッサ310は、拡張ストリームのデータ{ｄｅ}も受信し、符号化し、インターリーブし、変調し、変調シンボルのストリーム{ｓｅ}を与える。本明細書では、変調シンボルは、データシンボルとも呼ばれる。ＴＸ空間プロセッサ320は、２本のデータシンボルストリーム{ｓｂ}および{ｓｅ}に対して空間処理を行い、パイロットシンボルにおいて多重化し、２本の送信シンボルのストリーム{ｘ１}および{ｘ２}を与える。送信機ユニット（transmitter unit, TMTR）322aおよび322bは、２本の送信シンボルストリーム{ｘ１}および{ｘ２}をそれぞれ受信し、処理し、２つの被変調信号を得て、次に、これらはアンテナ324aおよび324bから送信される。
【００４６】
受信機220xでは、送信機210xによって送信された２つの被変調信号が、アンテナ352aおよび352bによって受信される。受信機ユニット（receiver unit, RCVR）354aおよび354bは、それぞれ、アンテナ352aおよび352bからの受信信号を調整し、ディジタル化し、処理し、２本の受信シンボルのストリーム{ｙ１}および{ｙ２}を与える。
【００４７】
【数１７】
2007507187.tif 000019
送信機210xおよび受信機220xの処理ユニットは、さらに詳しく別途記載される。
制御装置330および380は、それぞれ、送信機210xおよび受信機220xにおける動作を指示する。メモリ332および382は、それぞれ、制御装置330および380によって使用されるプログラムコードおよびデータのための記憶領域を備える。
【００４８】
図４Ａは、送信機210x内のＴＸデータプロセッサ310およびＴＸ空間プロセッサ320の実施形態のブロック図を示している。ＴＸデータプロセッサ310内では、符号器412aは、基本ストリームのデータ{ｄｂ}を受信し、選択された符号化方式にしたがって符号化し、符号ビットを与える。符号器412aの例示的な設計は、別途記載される。符号化は、データ送信の信頼性を高める。選択される符号化方式は、畳み込み符号、ターボ符号、ＣＲＣ符号、ブロック符号、またはその組み合せを含み得る。チャネルインターリーバ414aは、符号器412aからの符号ビットを、特定のインターリービング方式に基づいてインターリーブ（すなわち、並べ替え）する。インターリービングは、符号ビットに時間、周波数、および／または空間ダイバーシティを与える。次に、変調器416aは、インターリーバ414aからのインターリーブされたデータを、１つ以上の変調方式にしたがって、変調（すなわち、シンボルマップ）し、変調シンボルを与える。変調は、（１）Ｂのインターリーブされたビットの組をグループ化して、Ｂビットの二値の値を形成し（なお、Ｂ≧１）、（２）各Ｂビットの二値の値を、選択された変調方式のための信号のコンステレーションにおける点の複素値にマップすることによって、達成され得る。変調器416aは、変調シンボル（すなわち、データシンボル）のストリームを与える。なお、各データシンボルは複素値である。符号化、チャネルインターリービング、および変調は、基本ストリームの各データパケットに対して行われ得る。
【００４９】
拡張ストリームのデータ{ｄｅ}は、符号器412bによって符号化され、チャネルインターリーバ414bによってインターリーブされ、変調器416bによって変調シンボルにマップされる。拡張ストリームの符号化、インターリービング、および変調方式は、基本ストリームのそれらと同じであっても、または異なっていてもよい。別途記載される、特定の送信方式を容易にするために、拡張ストリームは、２本の送信アンテナのための２本のデータサブストリームへデマルチプレックスされ得る。各データサブストリームは、別々に符号化され、インターリーブされ、変調され、したがって、２本のデータサブストリームは、受信機によって個別に復元される。これは、簡潔化のために、図４Ａに示されていない。
【００５０】
図４Ｂは、並列連接畳み込み符号器412xのブロック図を示しており、これは、図４Ａの符号器412aおよび412bの各々に使用され得る。符号器412xは、２つの構成成分畳み込み符号器452a、452b、符号インターリーバ454、およびマルチプレクサ（multiplexer, MUX）456を含む。符号インターリーバ454は、特定の符号インターリービング方式にしたがって、基本ストリームまたは拡張ストリームのデータビット{ｄ}をインターリーブする。
【００５１】
構成成分符号器452aは、データビット{ｄ}を受信し、第１の構成成分符号で符号化し、第１のパリティビット{ｃｐ１}を与える。同様に、構成成分符号器452bは、符号インターリーバ454からインターリーブされたデータビットを受信し、第２の構成成分符号で符号化し、第２のパリティビット{ｃｐ２}を与える。構成成分符号器452aおよび452bは、それぞれ、２つの再帰的組織構成成分符号（recursive systematic constituent code）を、符号レートＲ１およびＲ２で実施し得る。なお、Ｒ１は、Ｒ２と等しくても、または等しくなくてもよい。マルチプレクサ456は、データビット{ｄ}（{ｃｄａｔａ}とも示される）、符号器452aからの第１のパリティビット{ｃｐ１}、および符号器452bから第２のパリティビット{ｃｐ２}を受信し、多重化し、基本ストリームまたは拡張ストリームの符号ビット{ｃ}を与える。符号化は、通常、一度に、１つのデータパケットに対して行われる。
【００５２】
図４Ｂは、符号器の例示的な設計を示している。他のタイプの符号器が使用されてもよく、これは、本発明の範囲内である。さらに加えて、基本ストリームおよび拡張ストリームに対して、同じタイプの符号器が使用されても、または異なるタイプの符号器が使用されてもよい。
【００５３】
符号器412、チャネルインターリーバ414、および変調器416のための他の例示的な設計は、２００２年１０月２５日に出願された、一緒に譲渡された仮米国特許出願第６０／４２１，３０９号（“MIMO WLAN System”）に記載されている。
【００５４】
ＴＸ空間プロセッサ320内では、ＴＸ送信ダイバーシティ／空間多重化（transmit diversity/spatial multiplexing, Div/SM）プロセッサ420aは、基本ストリームのデータシンボル{ｓｂ}に対して空間処理を行い、２本のシンボルサブストリームを２本の送信アンテナに与える。ＴＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ420bは、拡張ストリームのデータシンボル{ｓｅ}に対して空間処理を行い、２本のシンボルサブストリームを２本の送信アンテナに与える。ＭＩＳＯシステムでは、ＴＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ420aおよび420bは、別途詳しく記載されるように、送信ダイバーシティ方式のための空間処理を行う。ＭＩＭＯシステムでは、ＴＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ420aおよび420bは、送信ダイバーシティ方式、空間多重化方式、または何らかの他の送信方式のための空間処理を行うことができる。ＴＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ420aおよび420bによる空間処理は、別途詳しく記載される。結合器440は、基本ストリームの２本のシンボルサブストリームと、拡張ストリームの２本のシンボルサブストリームとを受信し、結合し、２本の送信シンボルストリーム{ｘ１}および{ｘ２}を得る。結合器440は、ＴＤＭ方式、重ね合わせ方式、または何らかの他の方式を実施することができ、同じく、別途詳しく記載される。送信シンボルストリーム{ｘ１}および{ｘ２}は、それぞれ、送信機ユニット（ＴＭＴＲ）322aおよび322bに与えられる。
【００５５】
再び図２Ｃを参照すると、ＭＩＭＯシステム200cにおけるユーザＡおよびＢの信号モデルは、式（１２）のように表現され得る。
【００５６】
【数１８】
2007507187.tif 000020
各ユーザのチャネル応答行列
【００５７】
【数１９】
2007507187.tif 000021
は、ＮＴ本の送信アンテナの各々と、ユーザのＮＲ本の受信アンテナの各々との間の複素チャネル利得のＮＲ×ＮＴの要素を含む。次の記述は、（１）チャネル応答行列が、受信機に分かっていることと、（２）各受信アンテナにおけるＮＴチャネル利得の分散の和が１に等しくなるように、チャネル利得が正規化されることとを仮定している。
【００５８】
ＭＩＭＯシステムにおいて、ＭＩＭＯチャネルは、各ユーザのために、送信機のＮＴ本の送信アンテナと、ユーザのＮＲ本の受信アンテナとによって形成される。ＭＩＭＯチャネルは、Ｎｓ本の空間チャネルから構成され、なお、Ｎｓ≦ｍｉｎ{ＮＴ，ＮＲ}である。Ｎｓ本の空間チャネルが使用されるとき、ＭＩＭＯシステムは、向上した性能（例えば、増加した送信容量、またはより大きい信頼性、あるいはこの両者）を与えることができる。
【００５９】
ＭＩＭＯシステムにおける多数の送信アンテナと多数の受信アンテナとは、送信ダイバーシティ方式、空間多重化方式、巡回送信方式、およびアンテナごとの送信方式を含む種々の空間処理方式を支援するのに使用され得る。これらの空間処理方式は、別途記載される。
【００６０】
Ａ．送信ダイバーシティ
送信ダイバーシティ方式では、各データシンボルは、多数の送信アンテナから冗長して送られ、より高い信頼性を達成する。送信ダイバーシティ方式は、一般に、他の空間処理方式よりも、誤り率に関して、より強い。
図５Ａは、空間−時間送信ダイバーシティ（space-time transmit diversity, STTD）方式を実施する送信ダイバーシティプロセッサ510のブロック図を示している。送信ダイバーシティプロセッサ510は、図４ＡのＴＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ420aまたはＴＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ420b、あるいはこの両者に使用され得る。送信ダイバーシティプロセッサ510は、ＭＩＳＯおよびＭＩＭＯシステムにも使用され得る。
【００６１】
送信ダイバーシティプロセッサ510内では、デマルチプレクサ（demultiplexer, Demux）512は、データシンボルストリーム{ｓ}を受信し、デマルチプレックスし、これは、基本ストリームまたは拡張ストリームのための、２本のデータシンボルサブストリーム{ｓ１}および{ｓ２}になり得る。
【００６２】
【数２０】
2007507187.tif 000022
ＳＴＴＤ符号化は、幾つかのやり方で行われ得る。図５Ａに示されている実施形態では、データシンボルサブストリーム{ｓ１}および{ｓ２}は、それぞれ、マルチプレクサ（Ｍｕｘ）528aおよび528bの“０”の入力に与えられる。サブストリーム{ｓ１}は、さらに、遅延ユニット522bによって１シンボル期間遅延され、ユニット526によって反転され、共役され、マルチプレクサ528bの“１”の入力に与えられる。サブストリーム{ｓ２}は、さらに、遅延ユニット522aによって１シンボル期間遅延され、ユニット524によって共役され、マルチプレクサ528aの“１”の入力に与えられる。マルチプレクサ528aおよび528bの各々は、シンボルレートで“０”および“１”の入力間をトグルし、各ＳＴＴＤ符号化されたシンボルサブストリームを与える。
【００６３】
【数２１】
2007507187.tif 000023
受信機（例えば、図２ＢのＭＩＳＯシステム200bにおける受信機220cおよび220d）が、１本の受信アンテナを備えるとき、受信シンボルは、式（１３）のように表現され得る。
【００６４】
【数２２】
2007507187.tif 000024
なお、それぞれ、ｙ（１）およびｙ（２）は、２つの連続シンボル期間における２つの受信シンボルであり、
ｈ１およびｈ２は、２本の送信アンテナから受信アンテナへのチャネル利得であり、これは、２シンボル期間において一定であると仮定され、
ｎ（１）およびｎ（２）は、２つの受信シンボルｙ（１）およびｙ（２）における雑音である。
【００６５】
次に、受信機は、２つの送信されたデータシンボルｓ１およびｓ２の推定値を、式（１４）のように求め得る。
【００６６】
【数２３】
2007507187.tif 000025
受信機（例えば、図２ＣのＭＩＭＯシステム200cにおける受信機220eおよび220f）が、多数の受信アンテナを備えているとき、受信シンボルは、式（１５）のように表現され得る。
【００６７】
【数２４】
2007507187.tif 000026
受信機は、式（１６）のように２つの送信されたデータシンボルの推定値、ｓ１およびｓ２を求めることができる。
【００６８】
【数２５】
2007507187.tif 000027
ＳＴＴＤは、Ｓ．Ｍ．Ａｌａｍｏｕｔｉによる文献（“A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 16, No.8, October 1998, pgs. 1451-1458）にさらに詳しく記載されている。ＳＴＴＤは、２００１年１月５日に出願された米国特許出願第０９／７３７，６０２号（“Method and System for Increased Bandwidth Efficiency in Multiple Input - Multiple Output Channels”）、および２００２年１月２４日に出願された米国特許出願第１０／１７９，４３９号(“Diversity Transmission Modes for MIMO OFDM Communication Systems”)、および上述の仮米国特許出願第６０／４２１，３０９号にも記載されており、これらの全ては、本出願の譲受人に譲渡されている。
【００６９】
送信ダイバーシティは、例えば、遅延ダイバーシティのような、他のやり方でも実施され得る。簡潔化のために、次の記述は、送信ダイバーシティが、図５Ａに示されているＳＴＴＤ方式で実施されることを仮定している。
Ｂ．空間多重化
空間多重化方式では、各データシンボルは１回送られ、異なるデータシンボルが、Ｎｓ本の空間チャネルを使用して、多数の送信アンテナから送られ、より大きい容量を達成する。空間多重化方式は、一般に、所与のＳＮＲにおいて、他の空間処理方式よりも、より高いデータレートを達成することができる。
【００７０】
図５Ｂは、空間多重化プロセッサ530のブロック図を示し、これは、空間多重化方式の実施形態を実施している。空間多重化プロセッサ530は、ＭＩＭＯシステムにおいて図４ＡのＴＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ420aまたはＴＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ420b、あるいはこの両者に使用され得る。空間多重化プロセッサ530内では、デマルチプレクサ532は、データシンボルストリーム｛ｓ｝を受信して、２本のデータシンボルサブストリーム｛ｓ１｝および｛ｓ２｝にデマルチプレックスする。シンボルサブストリーム｛ｓ１｝および｛ｓ２｝は、それぞれ、送信アンテナ324aおよび324bから送信されることを指定されている。２本のシンボルサブストリーム｛ｓ１｝および｛ｓ２｝には、同じレートが使用されても、または異なるレートが使用されてもよい。
【００７１】
通信チャネルにおける散乱のために、２本の送信アンテナから送られた２本のデータシンボルサブストリーム｛ｓ１｝および｛ｓ２｝は、受信機220xにおいて、互いに干渉する。各送信データシンボルサブストリームは、異なる振幅および位相ではあるが、両者の受信アンテナ352aおよび352bによって、受信される。２本の受信シンボルストリーム｛ｙ１｝および｛ｙ２｝の各々は、２本の送信データシンボルサブストリーム｛ｓ１｝および｛ｓ２｝の各々の成分を含む。
【００７２】
受信機220xでは、２本の受信シンボルストリーム｛ｙ１｝および｛ｙ２｝を処理して、２本の送信データシンボルサブストリーム｛ｓ１｝および｛ｓ２｝を復元するために、種々の処理技術が使用され得る。これらの受信機の処理技術は、ゼロフォーシング技術（チャネル相関行列反転（channel correlation matrix inversion, CCMI）技術とも呼ばれる）、最小平均平方誤差（minimum mean square error, MMSE）技術、ＭＭＳＥ線形等化器（MMSE linear equalizer, MMSE-LE）技術、決定フィードバック等化器（decision feedback equalizer, DEF）技術、連続等化および干渉消去（successive equalization and interference cancellation, SIC）技術を含む。ゼロフォーシング技術は、個々の送信データシンボルサブストリームの相関を解除し、他のデータシンボルサブストリームから干渉を取り去ることを試みる。ＭＭＳＥ技術は、他のデータシンボルサブストリームからの雑音および干渉がある状態で、各復元されたデータシンボルサブストリームのＳＮＲを最大化することを試みる。これらの受信器処理技術は、２００１年１１月６日に出願された米国特許出願第０９／９９３，０８７号（“Multiple-Access Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System”）、および２００１年９月１８日に出願された米国特許出願第０９／９５６，４４９号（“Method and Apparatus for Utilizing Channel State Information in a Wireless Communication System”）に詳しく記載されており、両文献は、本出願の譲受人に譲渡されている。
【００７３】
空間多重化は、他のやり方でも実施され得る。簡潔化のために、次の記述は、空間多重化が、図５Ｂに示されている実施形態で実施されると仮定している。
Ｃ．他の空間処理方式
巡回送信方式は、送信ダイバーシティおよび空間多重化の結合を与える。
【００７４】
【数２６】
2007507187.tif 000028
これらの対角エントリは、基本ストリームおよび拡張ストリームに使用される送信電力量を判断する。
【００７５】
【数２７】
2007507187.tif 000029
受信機は送信データシンボルを式（１８）のように復元することができる。
【００７６】
【数２８】
2007507187.tif 000030
巡回送信方式は、レート適応送信方式とも呼ばれる。単一搬送波の通信システムの巡回送信方式は、一緒に譲渡された２００３年２月１４日に出願された米国特許出願第１０／３６７，２３４号（“Rate Adaptive Transmission Scheme for MIMO Systems”）に詳しく記載されている。
【００７７】
アンテナごとの送信方式（per-antenna transmission scheme）では、基本ストリームは、１本の送信アンテナから送られ、拡張ストリームは、別の送信アンテナから送られる。アンテナごとの送信方式は、空間多重化方式の一形式として考えられることができ、異なるデータストリームごとに、異なるデータシンボルが、多数の送信アンテナから送られる。
【００７８】
他の空間処理方式も実施されることができ、これは、本発明の範囲内である。
５．階層型符号化構成
多数の送信アンテナまたは多数の受信アンテナ、あるいはこの両者の使用は、基本ストリームおよび拡張ストリームの階層型符号化に種々のオプションを与える。例えば、次のオプションが、多数の送信アンテナおよび多数の受信アンテナを用いた階層型符号化に使用可能である。
１．基本ストリームおよび拡張ストリームは、ＴＤＭまたは重ね合わせを用いて送られ得る。
２．基本ストリームは、送信ダイバーシティまたは空間多重化を用いて送られ得る。
３．拡張ストリームは、送信ダイバーシティまたは空間多重化を用いて送られ得る。
【００７９】
上述で挙げた３つのオプションの各々は、個別に行われ得る。これらの３つのオプションの各々において、少なくとも２つの可能な選択があるので、これらの３つのオプションにおいて、少なくとも８個の異なる構成が可能である。これらの３つのオプションに基づかない他の構成も可能である。次の７つの構成が、さらに詳しく別途記載される。
１．両者のストリームにおけるＴＤＭ−送信ダイバーシティ（diversity, Div）；
２．基本ストリームにおけるＴＤＭ−送信ダイバーシティおよび拡張ストリームにおける空間多重化（spatial multiplexing, SM）；
３．両者のストリームにおける重ね合わせ−送信ダイバーシティ；
４．基本ストリームにおける重ね合わせ−送信ダイバーシティおよび拡張ストリームにおける空間多重化；
５．両者のストリームにおける重ね合わせ−空間多重化；
６．両者のストリームにおける、ＴＤＭも、重ね合わせもない、送信ダイバーシティ；および、
７．両者のストリームにおけるアンテナごと（per antenna）。
【００８０】
構成６および７は、上述の３つのオプションに基づいていない。重ね合わせを用いた構成の各々において、ユーザＢの受信機は、基本ストリームのみを復元する。ユーザＡの受信機は、基本ストリームを復元し、それを推定し、受信信号から取り去り、次に、拡張ストリームを復元する。
【００８１】
Ａ．両者のストリームにおけるＴＤＭ−送信ダイバーシティ
図６Ａは、ＴＸ空間プロセッサ320aのブロック図を示し、これは、基本ストリームおよび拡張ストリームが、時間において多重化され、両者のストリームが、送信ダイバーシティを使用して送信される構成を支援する。ＴＸ空間プロセッサ320aは、送信ダイバーシティプロセッサ510a、510b、および結合器440aを含む。送信ダイバーシティプロセッサ510aおよび510bの各々は、図５Ａの送信ダイバーシティプロセッサ510で実施され得る。
【００８２】
【数２９】
2007507187.tif 000031
【００８３】
【数３０】
2007507187.tif 000032
図７Ａは、ＴＤＭ方式のタイミング図を示している。ＴＸ空間プロセッサ320aからの各送信シンボルストリームは、基本ストリームのデータシンボル｛ｓｂ｝と拡張ストリームのデータシンボル｛ｓｅ｝とを時分割多重化したものから成る。ＴＤＭ制御は、２本のストリームの各々のデータシンボルが、送信シンボル｛ｘ｝として与えられるときを判断する。ＴＤＭ制御は、ＴＰ秒の周期性をもつ。
【００８４】
【数３１】
2007507187.tif 000033
受信機において、２本の受信アンテナの２つの受信信号は、既に記載したように、適切なチャネル応答行列で処理され、両ストリームのデータシンボルを復元する。ユーザＡおよびＢの最大レートは、式（１９）のように表現され得る。
【００８５】
【数３２】
2007507187.tif 000034
なお、Ｇは、ＭＩＭＯチャネルの全利得である。（２，２）のＭＩＭＯシステムでは、Ｇは、自由度４および平均値２のカイ二乗ランダム変数であり、これは、Ｇ＝０．５・（｜ｈ１１｜２＋｜ｈ１２｜２＋｜ｈ２１｜２＋｜ｈ２２｜２）として表現され得る。四次のダイバーシティは、（２，２）のＭＩＭＯシステムにおけるデータ送信で達成される。
【００８６】
ＴＤＭ方式では、基本ストリームは、時間の一部で、レートＣｂ，ｄｉｖで送られ、ユーザＡおよびＢの両者によって受信されることができる。拡張ストリームは、ユーザＡのみによって受信される必要があるので、時間の残りを、レートＣａ，ｄｉｖで送られる。（２，２）のＭＩＭＯシステムにおいてＴＤＭ方式でユーザＡおよびＢにおいて到達され得る全レートは、式の組（３）に示されているように表現でき、なお、レートＣａ，ｄｉｖおよびレートＣｂ，ｄｉｖは、それぞれ、レートＣａおよびレートＣｂと置換される。
【００８７】
Ｂ．基本ストリームにおけるＴＤＭ−Ｄｉｖおよび拡張ストリームにおけるＳＭ
図６Ｂは、ＴＸ空間プロセッサ320bのブロック図を示しており、これは、基本ストリームおよび拡張ストリームが時間において多重化され、基本ストリームが送信ダイバーシティを使用して送られ、拡張ストリームが空間多重化を使用して送られる構成を支援する。ＴＸ空間プロセッサ320bは、送信ダイバーシティプロセッサ510、空間多重化プロセッサ530、および結合器440aを含む。
【００８８】
【数３３】
2007507187.tif 000035
この構成では、基本ストリームは、上述のように送信され得る。拡張ストリームは、より高いＳＮＲをもつユーザＡへ宛てられ、このユーザによって適切に復元されることができる。拡張ストリームが送信される時間中に、このストリームのデータシンボルｓｅ１およびｓｅ２の各対は、１シンボル期間において２本の送信アンテナからシンボルの対（ｓｅ１，ｓｅ２）を送ることによって送信される。
【００８９】
空間多重化を用いてユーザＡへ送られる各データシンボルに対して、等しい送信電力が使用されるとき、拡張ストリームの最大レートは、式（２０）のように表現され得る。
【００９０】
【数３４】
2007507187.tif 000036
ＴＤＭ方式では、基本ストリームは、時間の一部で、レートＣｂ，ｄｉｖで送られる。拡張ストリームは、時間の残りで、レートＣａ，ｓｍで送られる。ＴＤＭ方式で、ユーザＡおよびＢにおいて到達され得る全レートは、式の組（３）に示されているように表現されることができ、なお、Ｃａ，ｓｍおよびレートＣｂ，ｄｉｖは、それぞれ、レートＣａおよびレートＣｂと置換される。
【００９１】
Ｃ．両者のストリームにおける重ね合わせ送信ダイバーシティ
図６Ｃは、ＴＸ空間プロセッサ320cのブロック図を示しており、これは、基本ストリームおよび拡張ストリームが重ね合わされ（すなわち、結合され）、結合されたストリームが送信ダイバーシティを使用して送られる構成を支援する。ＴＸ空間プロセッサ320cは、送信ダイバーシティプロセッサ510a、510b、および結合器440bを含む。
【００９２】
【数３５】
2007507187.tif 000037
【００９３】
【数３６】
2007507187.tif 000038
なお、２本の送信アンテナには、等しい送信電力が使用され、
αは、基本ストリームに使用される送信電力の一部であり、
（１−α）は、拡張ストリームに使用される送信電力の一部である。
送信電力Ｐのより大きい部分は、通常、基本ストリームに割り振られる。しかしながら、各ストリームに割り振る送信電力量は、別途記載するように、種々の因数に基づき得る。加算器550は、乗算器542および546からの出力を受信し、加算し、送信シンボルストリーム｛ｘ１｝を得る。加算器552は、乗算器544および548からの出力を受信し、加算し、送信シンボルストリーム｛ｘ２｝を得る。
【００９４】
この構成の別の実施では、先ず、結合が行われ、次に、ＳＴＴＤ符号化が行われる。各２つのシンボル期間において、基本ストリームの２つのデータシンボルｓｂ１およびｓｂ２と拡張ストリームの２つのデータシンボルｓｅ１およびｓｅ２とが結合され、式（２２）にしたがって、２つの結合されたシンボルｓｃ１およびｓｃ２を得る。
ｓｃ１＝Ｋｂ・ｓｂ１＋Ｋｅ・ｓｅ１、および、
ｓｃ２＝Ｋｂ・ｓｂ２＋Ｋｅ・ｓｅ２                式（２２）
【００９５】
【数３７】
2007507187.tif 000039
この構成の両者の実施では、ユーザＡおよびＢにおいて到達され得る全レートは、式（２３）のように表現され得る。
【００９６】
【数３８】
2007507187.tif 000040
式の組（２３）は、式の組（６）および（１０）に似ているが、異なるチャネル利得Ｇをもつ。とくに、チャネル利得Ｇは、受信アンテナが２本であるときは、２の平均値をもち、受信アンテナが１本のみであるときは、１の平均値をもつ。Ｇは、（２，２）のＭＩＭＯシステムにおいて２の平均値をもつので、平均ＳＮＲは、式の組（６）、（１０）、および（２３）において同じである。四次のダイバーシティは、２本の送信アンテナおよび２本の受信アンテナで達成され、二次のダイバーシティは、（１，２）のＳＩＭＯシステムで達成される。
【００９７】
図７Ｂは、重ね合わせ方式におけるタイミング図を示している。ＴＸ空間プロセッサ320cからの送信シンボルストリームの各々は、基本ストリームのデータシンボル｛ｓｂ｝を、各拡張ストリームのデータシンボル｛ｓｅ｝上に重ね合わせた（すなわち、それに付加した）ものから成る。
【００９８】
Ｄ．基本ストリームにおける重ね合わせ−Ｄｉｖおよび拡張ストリームにおけるＳＭ
図６Ｄは、ＴＸ空間プロセッサ320dのブロック図を示しており、これは、基本ストリームおよび拡張ストリームが重ね合わされ、基本ストリームが送信ダイバーシティを使用して送られ、拡張ストリームが空間多重化を使用して送られる構成を支援する。ＴＸ空間プロセッサ320dは、送信ダイバーシティプロセッサ510、空間多重化プロセッサ530、および結合器440bを含む。
【００９９】
【数３９】
2007507187.tif 000041
【０１００】
【数４０】
2007507187.tif 000042
拡張ストリームでは、２対のデータシンボルが、同じ２つのシンボル間隔中に、２本の送信アンテナから、第１のシンボル期間においてシンボルの対（ｓｅ１，ｓｅ２）、次に、第２のシンボル期間においてシンボルの対（ｓｅ３，ｓｅ４）を送ることによって送信される。基本ストリームの２つのデータシンボルｓｂ１およびｓｂ２および拡張ストリームの４つのデータシンボルｓｅ１ないしｓｅ４は、式（２４）のように結合され得る。
【０１０１】
【数４１】
2007507187.tif 000043
なお、送信シンボルｘ１およびｘ３はストリーム｛ｘ１｝に含まれ、送信シンボルｘ２およびｘ４はストリーム｛ｘ２｝に含まれる。シンボルの対（ｘ１，ｘ２）は、２本の送信アンテナから、第１のシンボル期間において、次に、シンボルの対（ｘ３，ｘ４）は、第２のシンボル期間において送られる。
【０１０２】
この構成で、ユーザＡおよびＢにおいて到達され得る全レートは、式（２５ａ）および（２５ｂ）として表現され得る。
【０１０３】
【数４２】
2007507187.tif 000044
拡張ストリームによって与えられる実際の干渉は、Ｇよりもわずかに小さいので、式（２５ａ）における基本ストリームのレートＲｂの表現は、下界である。正確な表現は、基本ストリームレートにおいて求められることができる。しかしながら、式（２５ａ）における上界は狭く、この構成における容量の内輪の推定値を与える。
【０１０４】
Ｅ．両者のストリームにおける重ね合わせ−ＳＭ
図６Ｅは、ＴＸ空間プロセッサ320eのブロック図を示しており、これは、基本ストリームおよび拡張ストリームが重ね合わされ、両ストリームが、空間多重化を使用して送られる構成を支援する。ＴＸ空間プロセッサ320eは、空間多重化プロセッサ530a、530b、および結合器440bを含む。
【０１０５】
空間多重化プロセッサ530aは、基本ストリームのデータシンボル｛ｓｂ｝を受信し、処理し、２本のデータシンボルサブストリーム｛ｓｂ１｝および｛ｓｂ２｝を得て、これらは、結合器440bへ与えられる。空間多重化プロセッサ530bは、拡張ストリームのデータシンボル｛ｓｅ｝を受信し、処理し、データシンボルサブストリーム｛ｓｅ１｝および｛ｓｅ２｝を得て、これらも、結合器440bへ与えられる。結合器440bは、サブストリーム｛ｓｂ１｝および｛ｓｂ２｝を基準化因数Ｋｂで基準化し、サブストリーム｛ｓｅ１｝および｛ｓｅ２｝を基準化因数Ｋｂで基準化し、基準化されたサブストリーム｛ｓｂ１｝を基準化されたサブストリーム｛ｓｅ１｝と結合し、送信シンボルストリーム｛ｘ１｝を得て、基準化されたサブストリーム｛ｓｂ２｝を基準化されたサブストリーム｛ｓｅ２｝と結合し、送信シンボルストリーム｛ｘ２｝を得る。
【０１０６】
各シンボル期間において、基本ストリームの２つのデータシンボルｓｂ１およびｓｂ２と、拡張ストリームの２つのデータシンボルｓｅ１およびｓｅ２とは、式の組（２２）に示されているように結合され、２つの送信シンボルｘ１＝ｓｃ１およびｘ１＝ｓｃ２を得る。シンボルの対（ｘ１，ｘ２）は、２本の送信アンテナから１シンボル期間において送られる。
【０１０７】
受信機では、２本の送信アンテナから受信されたデータシンボルを別々にするために、ゼロフォーシング、ＭＭＳＥ、または何らかの他の受信処理技術が使用され得る。ユーザＡおよびＢの両者は、拡張ストリームを干渉として扱うことによって、基本ストリームのデータシンボルｓｂ１およびｓｂ２を復元することができる。ユーザＡは、受信シンボルから、データシンボルｓｂ１およびｓｂ２による干渉を推定し、消去し、第１の修正されたシンボルを得て、次に、第１の修正されたシンボルを処理し、拡張ストリームの第１のデータシンボルｓｅ１を復元することができる。次に、ユーザＡは、第１の修正されたシンボルから、データシンボルｓｅ１による干渉を推定し、消去し、第２の修正されたシンボルを得て、次に、第２の修正されたシンボルを処理し、拡張ストリームの第２のデータシンボルｓｅ２を復元することができる。ユーザＢは、基本ストリームのみを復元し、一方で、ユーザＡは、両者のストリームを復元する。
【０１０８】
この構成で、ユーザＡおよびＢにおいて到達され得る全レートは、式（２６）のように表現され得る。
【０１０９】
【数４３】
2007507187.tif 000045
Ｆ．両者のストリームにおける送信ダイバーシティ
図６Ｆは、ＴＸ空間プロセッサ320fのブロック図を示しており、これは、基本ストリームおよび拡張ストリームが、ＴＤＭまたは重ね合わせなしに、送信ダイバーシティを使用して送られる構成を支援する。ＴＸ空間プロセッサ320fは、空間−時間符号器520を含む。
【０１１０】
空間−時間符号器520内では、基本ストリームのデータシンボル{ｓｂ}および拡張ストリームのデータシンボル{ｓｅ}が、それぞれ、マルチプレクサ528aおよび528bの“０”の入力へ与えられる。さらに、データシンボルストリーム{ｓｂ}は、遅延ユニット522bによって１シンボル期間遅延され、ユニット526によって反転され、共役され、マルチプレクサ528bの“１”の入力へ与えられる。データシンボルストリーム{ｓｅ}も、遅延ユニット522aによって１シンボル期間遅延され、ユニット524によって共役され、マルチプレクサ528aの“１”の入力へ与えられる。マルチプレクサ528aおよび528bは、シンボルレートで“０”および“１”の入力間をトグルし、それぞれ、送信シンボルストリーム｛ｘ１｝および｛ｘ２｝を与える。
【０１１１】
【数４４】
2007507187.tif 000046
この構成では、基本ストリームおよび拡張ストリームの両者は、ＳＴＴＤを使用して同時に送られる。次に、両者のストリームを復元するために、受信機ではＳＴＴＤ処理に依存する。しかしながら、各データシンボルは、２シンボル期間にわたって、ＳＴＴＤを用いて送信されるので、各データシンボルストリームのレートは、２の倍数分低減される。この構成のレート領域は、両者のストリームにＴＤＭ方式および送信ダイバーシティを用いた構成におけるレート領域よりも悪くなりがちである。
【０１１２】
Ｇ．両者のストリームにおけるアンテナごと−送信ダイバーシティ
図６Ｇは、ＴＸ空間プロセッサ320gのブロック図を示しており、これは、基本ストリームが、１本の送信アンテナから送られ、拡張ストリームが、別の送信アンテナから送られる構成を支援する。ＴＸ空間プロセッサ320gは、乗算器560aおよび560bを含む。乗算器560aは、基本ストリームのデータシンボル{ｓｂ}を受信し、基準化因数Ｋｂで乗算し、送信シンボルストリーム{ｘ１}を得る。乗算器560bは、拡張ストリームのデータシンボル{ｓｅ}を受信し、基準化因数Ｋｅで乗算し、送信シンボルストリーム{ｘ２}を得る。
【０１１３】
この構成では、基本ストリームに使用される送信電力は、α・Ｐであり、拡張ストリームに使用される送信電力は、（１−α）・Ｐであり、すなわち、２本の送信アンテナにおいて、使用される電力は、等しくなくてもよい。受信機は、ゼロフォーシング、ＭＭＳＥ、または何らかの他の受信機処理技術を使用して、２本のストリームを別々にすることができる。
【０１１４】
この構成で、ユーザＡおよびＢにおいて到達され得る全レートは、式（２７）のように表現され得る。
【０１１５】
【数４５】
2007507187.tif 000047
この構成のレート領域は、ＴＤＭ、基本ストリームにおける送信ダイバーシティ、および拡張ストリームにおける空間多重化の構成のレート制御に相当する。
Ｈ．性能
図１３は、ＡＷＧＮチャネルを用いた（１，２）のＳＩＭＯシステムおよび（２，２）のＭＩＭＯシステムにおける階層型符号化の６つの異なる構成のレート領域のグラフを示している。垂直軸は、ユーザＢのレートＲｂを表し、これは、基本ストリームのレートである。水平軸は、ユーザＡのレートＲａを表し、これは、基本ストリームと拡張ストリームとの結合レートである。レートＲａおよびＲｂの両者は、ｂｐｓ／Ｈｚの単位で与えられる。レートＲａおよびＲｂは、
【０１１６】
【数４６】
2007507187.tif 000048
を用いて、レイリーフェージングチャネルについても計算される。到達可能なレートＲａおよびＲｂの５本のプロットは、図１３において、（２，２）のＭＩＭＯシステムの５つの異なる階層型符号化構成について、次のように示されている。
・プロット1310−両者のストリームにおけるＴＤＭおよび送信ダイバーシティ（Ｄｉｖ）、
・プロット1312−両者のストリームにおける重ね合わせ（superposition, SC）および送信ダイバーシティ、
・プロット1320−基本ストリームにおけるＴＤＭおよび送信ダイバーシティと、拡張チャネルにおける空間多重化（spatial multiplexing, SM）、
・プロット1322−基本ストリームにおける重ね合わせおよび送信ダイバーシティと、拡張ストリームにおける空間多重化、および、
・プロット1324−両者のストリームにおける重ね合わせおよび空間多重化。
【０１１７】
図１３のプロットによって示されているように、基本ストリームおよび拡張ストリームが時分割多重化されるとき、拡張ストリームの空間多重化（プロット1320）は、送信ダイバーシティ（プロット1310）よりも、より大きいレート領域を与える。重ね合わせが使用されるとき、両者のストリームにおける空間多重化（プロット1324）は、拡張ストリームのみにおける空間多重化（プロット1322）よりも、より大きいレート領域を与え、また、両者のストリームにおける送信ダイバーシティ（プロット1312）よりも、より大きいレートを与える。両者のストリームにおける重ね合わせおよび送信ダイバーシティ（プロット1312）は、拡張ストリームのみにおけるＴＤＭおよび空間多重化（プロット1320）よりも、０．５ないし１．０のαの幾つかの値について、より良い。プロット1312がプロット1320よりも、より良いαの特定の値は、ＳＮＲに依存する。
【０１１８】
図１３に示されているように、重ね合わせ方式は、通常、ＴＤＭ方式よりも、性能が優れている。ＴＤＭ方式では、レートＲａおよびＲｂは、αの線形関数である。重ね合わせ方式では、拡張ストリームが優勢であり、基本ストリームを激しく干渉するので、レートＲａは、α＜０．５において、より急に降下する。基本ストリームおよび拡張ストリームの送信に使用される最良の構成は、例えば、これらの２本のストリームの相対レート、ユーザによって到達されるＳＮＲ、基本ストリームおよび拡張ストリームにおける希望の強さ（robustness）、これらのストリームの希望レート、等のような、種々の要因に依存し得る。
【０１１９】
（１，２）のＳＩＭＯシステムにおいて重ね合わせ方式で到達可能なレートＲａおよびＲｂのプロット1330も、図１３に示されている。これらのレートは、式の組（１０）に基づいて計算される。
６．受信機
ＴＤＭおよび重ね合わせ方式において、種々の受信機アーキテクチャが使用され得る。両者の方式の例示的な受信機設計は、別途記載される。
【０１２０】
Ａ．ＴＤＭ方式における受信機
図８Ａは、受信機220hのブロック図を示しており、これは、図３の受信機220xの実施形態であり、ＴＤＭ方式において使用され得る。受信機220hは、ＲＸ空間プロセッサ360aおよびＲＸデータプロセッサ370aを含み、これらは、それぞれ、図３におけるＲＸ空間プロセッサ360およびＲＸデータプロセッサ370の１つの実施形態である。
【０１２１】
ＲＸ空間プロセッサ360a内では、デマルチプレクサ810aは、ＴＤＭ制御に基づいて、アンテナ352aから受信シンボルストリーム｛ｙ１｝を受信し、デマルチプレックスし、基本ストリームおよび拡張ストリームの２本の受信シンボルサブストリーム｛ｙｂ１｝および｛ｙｅ１｝を、それぞれ与える。同様に、デマルチプレクサ810bは、ＴＤＭ制御に基づいて、アンテナ352bから受信シンボルストリーム｛ｙ2｝を受信し、デマルチプレックスし、基本ストリームおよび拡張ストリームの２本の受信シンボルサブストリーム｛ｙｂ2｝および｛ｙｅ2｝を、それぞれ与える。
【０１２２】
ＲＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ820aは、基本ストリームのサブストリーム｛ｙｂ１｝および｛ｙｂ２｝を受信し、処理し、復元されたデータシンボルストリーム
【０１２３】
【数４７】
2007507187.tif 000049
を与える。送信ダイバーシティが、基本ストリームに使用されるときは、ＲＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ820aは、受信機が１本のアンテナを備えている場合は、式の組（１４）に示されている空間処理を行い、受信機が多数のアンテナを備えている場合は、式の組（１６）に示されている空間処理を行う。空間多重化が、基本ストリームに使用されるときは、ＲＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ820aは、ゼロフォーシングまたはＭＭＳＥを用いた連続干渉消去、あるいは何らかの他の受信機処理技術を実施し得る。同様に、ＲＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ820bは、拡張ストリームのサブストリーム｛ｙｅ１｝および｛ｙｅ２｝を受信し、処理し、復元されたデータシンボルストリーム
【０１２４】
【数４８】
2007507187.tif 000050
を与える。また、送信ダイバーシティが、拡張ストリームに使用されるときは、ＲＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ820bは、式の組（１４）または（１６）に示されている処理を行う。空間多重化が、拡張ストリームに使用されるときは、ＲＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ820bは、ゼロフォーシングまたはＭＭＳＥを用いた連続干渉消去、あるいは何らかの他の受信機処理技術を実施し得る。概して、ＲＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ820aおよび820bによる空間処理は、それぞれ、図４ＡのＴＸ Ｄｉｖ／ＳＭプロセッサ420aおよび420bによる空間処理と相補的である。
【０１２５】
【数４９】
2007507187.tif 000051
概して、受信機220xは、送信機210xによって各ストリームに対して行われた変調、インターリービング、および符号化と相補的なやり方で、そのストリームに対して復調、デインターリービング、および復号を行う。
図８Ｂは、受信機220iのブロック図を示しており、これは、図３の受信機220xの別の実施形態であり、同じく、ＴＤＭ方式に使用され得る。受信機220iは、反復検出および復号（iterative detection and decoding, IDD）方式を実施し、基本ストリームおよび拡張ストリームを復元する。ＩＤＤ方式は、図４Ｂに示されている符号化方式と共に使用されることができ、基本ストリームまたは拡張ストリームの各データパケットを、３つの部分、すなわち、データビット｛ｃｄａｔａ｝、第１のパリティビット｛ｃｐ１｝、および第２のパリティビット｛ｃｐ２｝へ符号化する。
【０１２６】
受信機220iは、検出器および復号器を含み、これは、全受信アンテナからの各データストリームの受信シンボルに対して反復検出および復号を行い、そのストリームの復号されたデータを得る。反復検出および復号は、チャネル符号の誤り訂正能力を利用して、向上した性能を与える。これは、さらに詳しく別途記載されるように、検出器と復号器との間でソフト事前情報を反復的に送ることによって達成される。反復検出および復号は、一度に、１つの受信データパケットに対して行われる。
【０１２７】
受信機220iは、ＲＸ空間プロセッサ360aおよびＲＸデータプロセッサ370bを含む。分かり易くするために、以下では、基本ストリームに対する反復検出および復号が、具体的に記載される。ＲＸ空間プロセッサ360b内では、デマルチプレクサ810aおよび810bは、図８Ａにおいて既に記載されたように、受信シンボルストリーム｛ｙ１｝および｛ｙ２｝を受信し、デマルチプレックスする。検出器822aは、基本ストリームの受信シンボルサブストリーム｛ｙｂ１｝および｛ｙｂ２｝を得て、これらのサブストリームに対して空間処理を行う。検出器822aは、既に記載したように、送信ダイバーシティのための処理を行うか、あるいはゼロフォーシング技術、ＭＭＳＥ技術、または空間多重化のための何らかの他の受信機処理技術を実施し得る。
【０１２８】
【数５０】
2007507187.tif 000052
【０１２９】
【数５１】
2007507187.tif 000053
図８Ｃは、ターボ復号器846xのブロック図を示しており、これは、図８Ｂの復号器846aおよび846bの各々に使用され得る。ターボ復号器846xは、図４Ｂに示されているもののような、並列連接畳み込み符号を反復復号する。
【０１３０】
【数５２】
2007507187.tif 000054
ＳＩＳＯ復号器860aおよび860bは、ＢＣＪＲ ＳＩＳＯ最大事後（maximum a posteriori, MAP）アルゴリズム、その複雑さを低減した導関数、またはソフト出力ビタビ（soft-output Viterbi, SOV）アルゴリズム（これらの全ては、当技術において知られている）を実施し得る。
【０１３１】
ＳＩＳＯ復号器860aおよび860bによる復号は、１回行われるか、または現在の検出／復号反復ｉにおいて多数回反復され得る。
【０１３２】
【数５３】
2007507187.tif 000055
【０１３３】
【数５４】
2007507187.tif 000056
検出および復号処理は、多数回反復され得る。反復検出および復号処理中に、データシンボル推定値の信頼性は、各反復で向上する。
反復検出および復号方式は、種々の長所をもつ。例えば、ＩＤＤ方式は、基本ストリームに１つのデータレートおよび拡張ストリームに１つのデータレートの使用を支援する。ＩＤＤ方式は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭの送信技術と組み合わされて、周波数選択フェージングを抑制することができる。さらに加えて、反復検出および復号処理は、図４Ｂに記載されている並列連接畳み込み符号を含む、任意の符号器、および対応するソフト入力ソフト出力復号器を用いて、柔軟に使用され得る。ＭＩＭＯシステムの反復検出および復号は、２００１年１２月３日に出願された、一緒に譲渡された米国特許出願第１０／００５，１０４号（“Iterative Detection and Decoding for a MIMO-OFDM system”）にさらに詳しく記載されている。
【０１３４】
Ｂ．重ね合わせ方式における受信機
図９Ａは、受信機220jのブロック図を示しており、これは、図３の受信機220xのさらに別の実施形態であり、重ね合わせ方式において使用され得る。受信機220jは、ＲＸ空間プロセッサ360cおよびＲＸデータプロセッサ370cを含む。ＲＸ空間プロセッサ360cおよびＲＸデータプロセッサ370cは、図３のＲＸ空間プロセッサ360およびＲＸデータプロセッサ370の別の実施形態であり、連続等化および干渉消去技術を実施する。ＲＸ空間プロセッサ360cおよびＲＸデータプロセッサ370cは、２つの連続する（すなわち、縦続の）受信機処理段を含む。段１は、空間プロセッサ920a、干渉消去器930a、ＲＸデータプロセッサ940a、およびＴＸデータプロセッサ950aを含む。段２は、空間プロセッサ920bおよびＲＸデータプロセッサ940bのみを含む。
【０１３５】
【数５５】
2007507187.tif 000057
【０１３６】
【数５６】
2007507187.tif 000058
【０１３７】
【数５７】
2007507187.tif 000059
連続等化および干渉消去技術は、２００１年５月１１日に出願された、一緒に譲渡された米国特許出願第０９／８５４，２３５号（“Method and Apparatus for Processing Data in a Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System Utilizing Channel State  information”）に詳しく記載されている。
【０１３８】
図９Ｂは、受信機220kのブロック図を示しており、これは、図３の受信機220xのさらに別の実施形態であり、同じく、重ね合わせ方式に使用され得る。受信機220kは、（１）基本ストリームおよび拡張ストリームの各々を復元するために、反復検出および復号を行い、（２）拡張ストリームを復元する前に干渉消去を行う。
【０１３９】
受信機220kは、ＲＸ空間プロセッサ360dおよびＲＸデータプロセッサ370dを含み、これらは、２つの連続の（すなわち、縦続の）受信機処理段を含む。段１は、検出器960a、干渉消去器930a、ＲＸデータプロセッサ970a、およびＴＸデータプロセッサ950aを含む。段２は、検出器960bおよびＲＸデータプロセッサ970bのみを含む。ＲＸデータプロセッサ970aは、図８Ｂに示されているように結合されたＬＬＲ計算ユニット842a、チャネルデインターリーバ844a、復号器846a、およびチャネルインターリーバ848aを含む。ＲＸデータプロセッサ970bは、ＬＬＲ計算ユニット842b、チャネルデインターリーバ844b、復号器846b、およびチャネルインターリーバ848bを含む。
【０１４０】
【数５８】
2007507187.tif 000060
【０１４１】
【数５９】
2007507187.tif 000061
【０１４２】
【数６０】
2007507187.tif 000062
検出器960bおよびＲＸデータプロセッサ970bは、それぞれ、検出器960aおよびＲＸデータプロセッサ970aと同じやり方で動作する。連続等化および干渉消去を用いた反復検出および復号も、上述の米国特許出願第１０／００５，１０４号に記載されている。
【０１４３】
図８Ａ、８Ｂ、９Ａ、および９Ｂは、基本ストリームおよび拡張ストリームを復元するのに使用され得る４つの例示的な受信機の設計を示している。他の受信機の設計も使用でき、これは、本発明の範囲内である。
７．送信機および受信機の処理
図１０は、ＭＩＳＯまたはＭＩＭＯシステムにおいて（例えば、同報通信サービスのための）基本ストリームおよび拡張ストリームの階層符号化のために送信機によって行われる処理1000のフローチャートを示している。
【０１４４】
基本ストリームは、（例えば、図４Ａの符号器412a、チャネルインターリーバ414a、および変調器416aから成る）第１のデータプロセッサによって符号化され、変調され、第１のデータシンボルストリーム｛ｓｂ｝を得る（ステップ1010）。拡張ストリームは、（例えば、符号器412b、チャネルインターリーバ414b、および変調器416bから成る）第２のデータプロセッサによって符号化され、変調され、第２のデータシンボルストリーム｛ｓｅ｝を得る（ステップ1012）。
【０１４５】
第１のデータシンボルストリーム｛ｓｂ｝は、第１の空間プロセッサ（例えば、ＴＸ Ｄｉｖ／ＳＭのプロセッサ420a）によって第1の空間処理方式にしたがって処理され、第１の組のシンボルサブストリームを得る（ステップ1020）。第２のデータシンボルストリーム｛ｓｅ｝は、第２の空間プロセッサ（例えば、ＴＸ Ｄｉｖ／ＳＭのプロセッサ420b）によって第２の空間処理方式にしたがって処理され、第２の組のシンボルサブストリームを得る（ステップ1022）。
【０１４６】
【数６１】
2007507187.tif 000063
第１の組のシンボルサブストリームは、第２の組のシンボルサブストリームと結合されて、多数の送信アンテナから送信されるための多数の送信シンボルストリーム｛ｘ１｝および｛ｘ２｝を得る（ステップ1030）。結合は、第１の組のシンボルサブストリームを第２の組のシンボルサブストリームと時分割多重化して、送信シンボルストリームを得ることによって達成され得る。その代わりに、結合は、（１）第１の組のシンボルサブストリームを第１の基準化因数Ｋｂで基準化し、（２）第２の組のシンボルサブストリームを第２の基準化因数Ｋｅで基準化し、（３）第１の組の基準化されたシンボルサブストリームを第２の組の基準化されたサブストリームと加算して、送信シンボルストリームを得ることによって、重ね合わせで達成され得る。
【０１４７】
基本ストリームは、第１のＳＮＲ以上に達した受信エンティティによって、復元のために、符号化され、変調され、空間処理され得る。拡張ストリームは、第２のＳＮＲ以上に達した受信エンティティによって、復元のために、符号化され、変調され、空間処理され得る。なお、第２のＳＮＲは、第１のＳＮＲよりも高い。
【０１４８】
同報通信サービスにおいて、送信機は、通常、受信機のチャネル認識（すなわち、チャネル応答）が分からない。この場合に、基本ストリームおよび拡張ストリームの符号化および変調は、受信機のチャネル認識に依存しない。符号化および変調は、システム内の受信機における予測チャネル状態（および測定されていないチャネル状態）に基づいて、これらのストリームのために選択されたレートにしたがって行われ得る。同報通信サービスでは、基本ストリームおよび拡張ストリームの空間処理も、受信機のチャネル認識に依存しない。
【０１４９】
幾つかのサービスでは、送信機は、受信機の（瞬間、平均、または予測の）チャネル認識の情報をもち得る。この場合に、基本ストリームおよび拡張ストリームの符号化および変調は、既知のチャネル認識に基づいて、これらのストリームのために選択されたレートにしたがって行われ得る。
【０１５０】
図１１Ａは、ＳＩＭＯまたはＭＩＭＯシステムにおいて階層型符号化を用いて送信された基本ストリームおよび拡張ストリームを受信する受信機によって行われる処理1100のフローチャートを示している。処理1100は、ＴＤＭ方式で使用され得る。
多数の受信アンテナによって得られる、多数の受信シンボルストリーム（例えば、｛ｙ１｝および｛ｙ２｝）は、時分割デマルチプレックスされ、基本ストリームの第１の組の受信シンボルストリーム（例えば、｛ｙｂ１｝および｛ｙｂ２｝）と、拡張ストリームの第２の組の受信シンボルストリーム（例えば、｛ｙｅ１｝および｛ｙｅ２｝）とを与える（ステップ1110）。
【０１５１】
【数６２】
2007507187.tif 000064
図１１Ｂは、ＳＩＭＯまたはＭＩＭＯシステムにおいて階層型符号化を用いて送信された基本ストリームおよび拡張ストリームを受信する受信機によって行われる処理1150のフローチャートを示している。処理1150は、重ね合わせ方式に使用され得る。
【０１５２】
【数６３】
2007507187.tif 000065
【０１５３】
【数６４】
2007507187.tif 000066
分かり易くするために、階層型符号化技術は、上述のほとんどにおいて、（２，２）のＭＩＭＯシステムについて具体的に記載された。概して、これらの技術は、任意の数の受信アンテナをもつＳＩＭＯシステム、任意の数の送信アンテナをもつＭＩＳＯシステム、および任意の数の送信アンテナと任意の数の受信アンテナをもつＭＩＭＯシステムに使用され得る。ＳＴＴＤは、各シンボル期間において、２本の送信アンテナから２つのシンボルを送信する。各シンボル期間において３本以上の送信アンテナから３つ以上のシンボルを送信することができる他の送信ダイバーシティ方式も使用でき、上述の米国特許出願第１０／１７９，４３９号に記載されている。受信機において、ＳＴＴＤの空間処理は、任意の数の受信アンテナに拡張されることができる。空間多重化方式では、ゼロフォーシング、ＭＭＳＥ、または他の受信処理技術も、任意の数の受信アンテナに適応することができる。
【０１５４】
分かり易くするために、階層型符号化技術は、単一搬送波の通信システムについても具体的に記載された。これらの技術は、データ送信に使用され得る多数（ＮＦ）の副搬送波または周波数サブバンドをもつ多数の搬送波の通信システムにも使用され得る。多数の搬送波のシステムは、ＯＦＤＭＡシステム、ＯＦＤＭシステム、等であり得る。多数の搬送波のシステムでは、基本ストリームおよび拡張ストリームは、個別に符号化され、変調され、２本のデータシンボルストリームを得ることができる。各データシンボルストリームは、ＮＦ本の各副搬送波に１本のサブストリームで、多数のデータシンボルサブストリームにデマルチプレックスされ得る。データシンボルサブストリームの対は、基本ストリームおよび拡張ストリームの各搬送波に与えられる。各副搬送波のデータシンボルサブストリームの対は、単一搬送波のシステムが（２本の送信アンテナが使用されるとき）その副搬送波の送信シンボルサブストリームの対を得るために上述されたやり方（例えば、送信ダイバーシティ方式または空間多重化方式）で、空間的に処理され得る。ＮＦ対の送信シンボルサブストリームは、送信アンテナの対のＮＦ本の副搬送波において得られる。次に、各送信アンテナのＮＦ本の送信シンボルサブストリームは、（例えば、ＯＦＤＭまたは何らかの他の多数の搬送波の変調技術に基づいて）処理され、その送信アンテナのための被変調信号を得る。相補的な処理は、基本ストリームおよび拡張ストリームを復元するために受信機において行われる。送信機および受信機におけるＯＦＤＭ処理は、上述の仮米国特許出願第６０／４２１，３０９号に詳しく記載されている。
【０１５５】
階層型符号化技術は、同報通信サービスにおける基本ストリームおよび拡張ストリームの送信および受信についても具体的に記載された。一般に、これらの技術は、任意の数のデータストリームを送信および受信するのに使用され、各データストリームは、指定の目標のＳＮＲ以上に達した受信エンティティがデータストリームを受信できるやり方で、符号化され、変調され、空間的に処理され得る。したがって、これらの技術は、多層（すなわち、２層以上）の同報通信サービスを支援するのに使用され得る。
【０１５６】
階層型符号化技術は、ユニキャストおよびマルチキャストサービスにも使用され得る。ユニキャストサービスでは、異なるシンボルストリームが、多数のユーザの各々に送信され得る。各シンボルストリームは、特定のレートで、特定の送信方式（例えば、送信ダイバーシティまたは空間多重化）を使用して送信され得る。多数のユーザへ同時に送信される多数のシンボルストリームのレートまたは送信方式、あるいはこの両者は、ユーザによって与えられるフィードバックに基づいて判断され得る。多数のシンボルストリームに対して、重ね合わせが使用されるとき、（１）送信機は、各ユーザに使用される送信方式についてユーザに知らせ、（２）より高いＳＮＲのより良いユーザが、より良いユーザへ送られるシンボルストリームを検出し、復号する前に、不利なユーザのシンボルストリームを受信し、検出し、復号し、消去する。マルチキャストサービスでは、異なるシンボルストリームが、各グループのユーザへ送られ得る。各シンボルストリームに使用されるレートまたは送信方式、あるいはこの両者は、グループ内の最悪のユーザのチャネルに依存する。
【０１５７】
本明細書に記載されている技術は、異なるタイプの受信エンティティへのデータ送信を支援するのに使用され得る。例えば、基本ストリームは、１本の受信アンテナを備えた受信エンティティによる受信のために、（例えば、送信ダイバーシティ方式を用いて）符号化され、変調され、空間的に処理され、拡張ストリームは、多数の受信アンテナを備えた受信エンティティによる受信のために、（例えば、送信ダイバーシティまたは空間多重化方式を用いて）符号化され、変調され、空間的に処理され得る。
【０１５８】
本明細書に記載されている階層型符号化技術は、種々の手段によって実施され得る。例えば、これらの技術は、送信機および受信機において、ハードウエア、ソフトウエア、またはその組み合せで実施され得る。ハードウエアの実施では、送信機における階層型符号化に使用される処理ユニット（例えば、ＴＸデータプロセッサ310およびＴＸ空間プロセッサ320）と、受信機における階層型符号化に使用される処理ユニット（例えば、ＲＸ空間プロセッサ360およびＲＸデータプロセッサ370）とは、１つ以上の特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit, ASIC）、ディジタル信号プロセッサ（digital signal processor, DSP）、ディジタル信号処理デバイス（digital signal processing device, DSPD）、プログラマブル論理デバイス（programmable logic device, PLD）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array, FPGA）、プロセッサ、制御装置、マイクロ制御装置、マイクロプロセッサ、本明細書に記載されている機能を実行するように設計された他の電子ユニット、またはその組み合せの中で実施され得る。
【０１５９】
ソフトウエアの実施では、階層型符号化技術は、本明細書に記載されている機能を実行するモジュール（例えば、手続き、機能、等）を用いて実施され得る。ソフトウエア符号は、メモリユニット（例えば、図３のメモリユニット332および382）に記憶され、プロセッサ（例えば、制御装置330および380）によって実行され得る。メモリユニットは、プロセッサ内に構成されていても、プロセッサの外部に構成されていてもよく、その場合は、メモリは、当技術において知られている種々の手段によって、プロセッサに通信上で接続されることができる。
【０１６０】
本明細書において、見出しは、参照のため、およびある特定のセクションの位置を検索するのを助けるために含まれる。これらの見出しは、その中に記載されている概念の範囲を制限することを意図されておらず、これらの概念は、明細書全体の他のセクションにおける適用可能性をもち得る。
【０１６１】
開示されている実施形態の上記説明は、当業者が本発明を構成または使用することを可能にすべく提供されている。これらの実施形態への種々の変更は、当業者には容易に明らかになり、本明細書に定義されている一般的な原理は、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は本明細書に示されている実施形態に制限されることを意図されるものではなく、本明細書に開示されている原理および新規な特徴と合致する最大の範囲に一致すべきものである。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】ＳＩＳＯシステムを示す図。
【図２Ａ】ＳＩＭＯシステムを示す図。
【図２Ｂ】ＭＩＳＯシステムを示す図。
【図２Ｃ】ＭＩＭＯシステムを示す図。
【図３】ＭＩＭＯシステムにおける送信機および受信機を示す図。
【図４Ａ】送信機内の送信（ＴＸ）データプロセッサおよびＴＸ空間プロセッサを示す図。
【図４Ｂ】並列連接畳み込み符号器のブロック図。
【図５Ａ】ＴＸ空間プロセッサにおける送信ダイバーシティプロセッサを示す図。
【図５Ｂ】ＴＸ空間プロセッサにおける空間多重化プロセッサを示す図。
【図６Ａ】基本ストリームおよび拡張ストリームが時間において多重化され、送信ダイバーシティを使用して送信されるＴＸ空間プロセッサのブロック図。
【図６Ｂ】基本ストリームおよび拡張ストリームが時間において多重化され、基本ストリームが送信ダイバーシティを使用して送信され、拡張ストリームが空間多重化を使用する、ＴＸ空間プロセッサのブロック図。
【図６Ｃ】基本ストリームおよび拡張ストリームが結合され、結合されたストリームが、送信ダイバーシティを使用して送信される、ＴＸ空間プロセッサのブロック図。
【図６Ｄ】基本ストリームおよび拡張ストリームが結合され、基本ストリームが送信ダイバーシティを使用して送信され、拡張ストリームが空間多重化を使用する、ＴＸ空間プロセッサのブロック図。
【図６Ｅ】基本ストリームおよび拡張ストリームが結合され、結合されたストリームが、空間多重化を使用して送信される、ＴＸ空間プロセッサのブロック図。
【図６Ｆ】基本ストリームおよび拡張ストリームが、ＴＤＭも、結合もされずに、送信ダイバーシティを使用して送信される、ＴＸ空間プロセッサのブロック図。
【図６Ｇ】基本ストリームが１本の送信アンテナから送信され、拡張ストリームが第２の送信アンテナから送信される、ＴＸ空間プロセッサのブロック図。
【図７Ａ】ＴＤＭ方式のタイミング図。
【図７Ｂ】重ね合わせ方式のタイミング図。
【図８Ａ】ＴＤＭ方式の受信機設計。
【図８Ｂ】ＴＤＭ方式の受信機設計。
【図８Ｃ】ターボ復号器のブロック図。
【図９Ａ】重ね合わせ方式の受信機設計。
【図９Ｂ】重ね合わせ方式の受信機設計。
【図１０】階層型符号化のために送信機によって行われる処理を示すフローチャート。
【図１１Ａ】階層型符号化においてＴＤＭ方式を用いて受信機によって行われる処理を示すフローチャート。
【図１１Ｂ】階層型符号化において重ね合わせ方式を用いて受信機によって行われる処理を示すフローチャート。
【図１２】ＳＩＳＯシステムにおける階層型符号化のレート領域のグラフ。
【図１３】ＳＩＭＯおよびＭＩＭＯシステムにおける階層型符号化のレート領域のグラフ。
【符号の説明】
【０１６３】
100・・・ＳＩＳＯシステム、200a・・・ＳＩＭＯシステム、200b・・・ＭＩＳＯシステム、200c・・・ＭＩＭＯシステム、210・・・送信機、220・・・受信機、542,544,546,548・・・マルチプレクサ、550,552・・・加算器、560・・・乗算器、1000,1100,1150・・・処理。
【図１】
2007507187.tif 000067
【図２Ａ】
2007507187.tif 000068
【図２Ｂ】
2007507187.tif 000069
【図２Ｃ】
2007507187.tif 000070
【図３】
2007507187.tif 000071
【図４Ａ】
2007507187.tif 000072
【図４Ｂ】
2007507187.tif 000073
【図５Ａ】
2007507187.tif 000074
【図５Ｂ】
2007507187.tif 000075
【図６Ａ】
2007507187.tif 000076
【図６Ｂ】
2007507187.tif 000077
【図６Ｃ】
2007507187.tif 000078
【図６Ｄ】
2007507187.tif 000079
【図６Ｅ】
2007507187.tif 000080
【図６Ｆ】
2007507187.tif 000081
【図６Ｇ】
2007507187.tif 000082
【図７Ａ】
2007507187.tif 000083
【図７Ｂ】
2007507187.tif 000084
【図８Ａ】
2007507187.tif 000085
【図８Ｂ】
2007507187.tif 000086
【図８Ｃ】
2007507187.tif 000087
【図９Ａ】
2007507187.tif 000088
【図９Ｂ】
2007507187.tif 000089
【図１０】
2007507187.tif 000090
【図１１Ａ】
2007507187.tif 000091
【図１１Ｂ】
2007507187.tif 000092
【図１２】
2007507187.tif 000093
【図１３】
2007507187.tif 000094
【国際調査報告】
2007507187.tif 000095
2007507187.tif 000096
2007507187.tif 000097
2007507187.tif 000098