(57)【要約】【解決手段】マルチパスＭＩＭＯチャネルを有するマルチ・キャリアＭＩＭＯシステムにおいてデータ伝送のための速度選択を行うために、各空間チャネルの各副帯域に対する検出後ＳＮＲが最初に決定され、ＳＮＲの制約付き周波数利用効率関数及び変調方式Ｍに基づいて制約付き周波数利用効率を導くのに用いられる。次に、データ伝送に用いられる全ての空間チャネルの全ての副帯域に対する平均制約付き周波数利用効率が、個々の副帯域／空間チャネルに対する制約付き周波数利用効率に基づいて決定される。データ速度をサポートするためにＡＷＧＮチャネルを有する等価システムにより必要とされる等価ＳＮＲは、逆制約付き周波数利用効率関数に基づき決定される。速度が、マルチ・キャリアＭＩＭＯシステムのために等価ＳＮＲに基づいて選択される。選択された速度は、等価ＳＮＲ以下である所要のＳＮＲを有する全てのサポートされた速度の中の最も速い速度である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチ・キャリア多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおけるデータ伝送のために速度を選択する方法であって、
データ伝送に用いられる複数の空間チャネルの複数の副帯域に対して平均制約付き周波数利用効率を決定することであり、前記複数の空間チャネルは前記システムにおいてＭＩＭＯチャネルにより形成されることと、
加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャネルを有する等価システムにより必要とされる等価信号対雑音及び干渉比（ＳＮＲ）を決定し、前記平均制約付き周波数利用効率をサポートすることと、
前記等価ＳＮＲに基づいて前記マルチ・キャリアＭＩＭＯ通信システムにおけるデータ伝送のための速度を選択することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記平均制約付き周波数利用効率、前記等価ＳＮＲ、及び前記速度は、全て特定の変調方式に基づいて決定される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の副帯域は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）で取得される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の空間チャネルは、前記ＭＩＭＯチャネルを形成する複数の一入力一出力（ＳＩＳＯ）チャネルに対応する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
データ伝送に用いられる各空間チャネルの各副帯域に対する検出後ＳＮＲを決定することと、
前記空間チャネルの前記副帯域に対する前記検出後ＳＮＲに基づいて、各空間チャネルの各副帯域に対する制約付き周波数利用効率を決定することと、をさらに含み、
前記平均制約付き周波数利用効率は、前記複数の空間チャネルの前記複数の副帯域に対する制約付き周波数利用効率に基づいて決定される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
各空間チャネルの各副帯域に対する前記検出後ＳＮＲは、前記ＭＩＭＯチャネルの能力を達成できる伝送方式に基づいて決定される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
各空間チャネルの各副帯域に対する前記検出後ＳＮＲは、受信機において最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）検出器を有する逐次干渉キャンセラ（ＳＩＣ）処理に基づいて決定される請求項５に記載の方法。
【請求項８】
各空間チャネルの各副帯域に対する前記制約付き周波数利用効率は、さらに入力としてＳＮＲと変調方式を有し出力として制約付き周波数利用効率を供給する制約付き周波数利用効率関数に基づいて決定される請求項５に記載の方法。
【請求項９】
入力としてＭＩＭＯチャネル応答と変調方式を有し出力として制約付き周波数利用効率を供給する制約付き周波数利用効率関数に基づいて、前記ＭＩＭＯチャネルの各副帯域に対する制約付き周波数利用効率を決定することをさらに含み、
データ伝送に用いられる前記複数の空間チャネルの前記複数の副帯域に対する前記平均制約付き周波数利用効率は、前記ＭＩＭＯチャネルの前記複数の副帯域に対する制約付き周波数利用効率に基づいて決定される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記等価ＳＮＲは、入力として周波数利用効率と変調方式を有し出力としてＳＮＲを供給する逆制約付き周波数利用効率関数に基づいて決定される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
データ伝送のための前記速度は、前記マルチ・キャリアＭＩＭＯシステムによりサポートされる速度のセットとサポートされた前記速度に対する所要のＳＮＲに基づいて選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
選択された前記速度は、前記等価ＳＮＲ以下の所要のＳＮＲを有するサポートされた前記速度の中の最も速い速度である請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
サポートされた前記速度に対する前記所要のＳＮＲは、前記マルチ・キャリアＭＩＭＯシステムにより監視された損失を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
速度予測及びシステム損失における誤りに対処するバックオフ係数を決定することと、
前記バックオフ係数に基づいてデータ伝送のための前記速度を減少させることと、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
選択された前記速度でデータ伝送を受信することをさらに含み、受信された前記データ伝送は、少なくとも１つのデータパケットのための少なくとも１つのデータシンボルのブロックを含み、各ブロック中の前記データシンボルは、データ伝送に用いられる前記複数の空間チャネルの前記複数の副帯域上で同時に送信される請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
選択された前記速度でデータ伝送を受信することと、
反復検出及び復号（ＩＤＤ）を行い、受信された前記データ伝送中のデータを回復することと、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
マルチ・キャリア多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおける装置であって、
前記システムにおいてＭＩＭＯチャネルのためのチャネル推定値を取得するよう機能するチャネル推定器と、
コントローラであり、
前記チャネル推定値に基づいてデータ伝送に用いられる複数の空間チャネルの複数の副帯域に対する平均制約付き周波数利用効率を決定し、前記複数の空間チャネルは前記ＭＩＭＯチャネルにより形成され、
加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャネルを有する等価システムにより必要とされる等価信号対雑音及び干渉比（ＳＮＲ）を決定し、前記平均制約付き周波数利用効率をサポートし、
前記等価ＳＮＲに基づいて前記マルチ・キャリアＭＩＭＯシステムにおけるデータ伝送のための速度を選択するよう機能するコントローラと、
を備えた装置。
【請求項１８】
前記コントローラは、さらに
前記チャネル推定値に基づいてデータ伝送に用いられる各空間チャネルの各副帯域に対する検出後ＳＮＲを決定し、
前記空間チャネルの前記副帯域に対する前記検出後ＳＮＲに基づいて各空間チャネルの各副帯域に対する制約付き周波数利用効率を決定し、前記平均制約付き周波数利用効率が、前記複数の空間チャネルの前記複数の副帯域に対する制約付き周波数利用効率に基づいて決定されるよう機能する請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
各空間チャネルの各副帯域に対する前記検出後ＳＮＲは、さらに前記ＭＩＭＯチャネルの能力を達成できる伝送方式に基づいて決定される請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
速度のセットが前記マルチ・キャリアＭＩＭＯシステムによりサポートされ、サポートされる各速度はそれぞれの所要のＳＮＲに関連し、前記コントローラは、さらに前記等価ＳＮＲ以下の所要のＳＮＲを有するサポートされた前記速度の中の最も速い速度を選択するよう機能する請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記コントローラは、さらに速度予測における誤り及びシステム損失に対処するバックオフ係数を決定し、前記バックオフ係数に基づいてデータ伝送のための前記速度を減少させるよう機能する請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
選択された前記速度でデータ伝送のための受信シンボル上で検出を行い、検出されたシンボルを供給するよう機能する受信空間プロセッサと、
検出された前記シンボルを処理し、復号されたデータを取得するよう機能する受信データプロセッサと、
をさらに備える請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
前記受信空間プロセッサ及び前記受信データプロセッサは、反復検出及び復号（ＩＤＤ）を行い、受信した前記シンボルから復号された前記データを取得するよう機能する請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
マルチ・キャリア多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおける装置であって、
データ伝送に用いられる複数の空間チャネルの複数の副帯域に対する平均制約付き周波数利用効率を決定し、前記複数の空間チャネルは前記システムにおいてＭＩＭＯチャネルで形成される手段と、
加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャネルを有する等価システムにより必要とされる等価信号対雑音及び干渉比（ＳＮＲ）を決定し、前記平均制約付き周波数利用効率をサポートする手段と、
前記等価ＳＮＲに基づいて前記マルチ・キャリアＭＩＭＯシステムにおけるデータ伝送のための速度を選択する手段と、
を備えた装置。
【請求項２５】
データ伝送に用いられる各空間チャネルの各副帯域に対する検出後ＳＮＲを決定する手段と、
前記空間チャネルの前記副帯域に対する前記検出後ＳＮＲに基づいて各空間チャネルの各副帯域に対する制約付き周波数利用効率を決定し、前記平均制約付き周波数利用効率は、前記複数の空間チャネルの前記複数の副帯域に対する制約付き周波数利用効率に基づいて決定される手段と、
をさらに備えた請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
速度予測における誤り及びシステム損失に対処するバックオフ係数を決定する手段と、
前記バックオフ係数に基づいてデータ伝送のための前記速度を減少させる手段と、
をさらに備える請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
選択された前記速度でデータ伝送を受信する手段と、
反復検出及び復号（ＩＤＤ）を行い、受信された前記データ伝送中のデータを回復する手段と、
をさらに備える請求項２４に記載の装置。
【請求項２８】
装置において、
マルチ・キャリア多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおけるデータ伝送に用いられる複数の空間チャネルの複数の副帯域に対する平均制約付き周波数利用効率を決定し、前記複数の空間チャネルは前記システムにおいてＭＩＭＯチャネルにより形成され、
加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャネルを有する等価システムにより必要とされる等価信号対雑音及び干渉比（ＳＮＲ）を決定して、前記平均制約付き周波数利用効率をサポートし、
前記等価ＳＮＲに基づいて前記マルチ・キャリアＭＩＭＯシステムにおけるデータ伝送のための速度を選択するよう動作可能な指示を格納するプロセッサ読み取り可能な媒体。
【請求項２９】
さらに、
データ伝送に用いられる各空間チャネルの各副帯域に対する検出後ＳＮＲを決定し、
前記空間チャネルの前記副帯域に対する前記検出後ＳＮＲに基づいて各空間チャネルの各副帯域に対する制約付き周波数利用効率を決定し、前記平均制約付き周波数利用効率は、前記複数の空間チャネルの前記複数の副帯域に対する制約付き周波数利用効率に基づいて決定されるよう動作可能な指示を格納する請求項２８に記載のプロセッサ読み取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【分野】
【０００１】
本発明は、一般に通信に関し、より詳しくはマルチ・キャリア多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいてデータ伝送のために速度選択を行う技術に関する。
【背景】
【０００２】
ＭＩＭＯシステムは、データ伝送のために、送信機にて複数の（ＮＴ）送信アンテナを用い、受信機にて複数の（ＮＲ）受信アンテナを用いる。ＮＴ送信アンテナとＮＲ受信アンテナにより形成されるＭＩＭＯチャネルは、ＮＳ空間チャネルに分解することができ、この場合、ＮＳ≦ｍｉｎ｛ＮＴ，ＮＲ｝である。ＮＳ空間チャネルは、データを並列に送信するために用い、より高いスループットを達成し、及び／または重ねてより大きな信頼性を達成することができる。
【０００３】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）は、マルチ・キャリア変調方式であり、全システム帯域幅を複数の（ＮＦ）直交副帯域に効果的に分割する。これらの副帯域幅は、トーン、副搬送波、ビン、及び周波数チャネルとも呼ばれる。ＯＦＤＭにて、各副帯域はデータとともに変調されることができる各副搬送波と関連している。
【０００４】
ＯＦＤＭ（すなわち、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム）を利用するＭＩＭＯシステムのために、ＮＦ副帯域は、データ伝送のために各ＮＳ空間チャネル上で利用できる。各空間チャネルのＮＦ副帯域は、異なるチャネルの状態（例えば、異なるフェージング、マルチパス、及び干渉効果）を体験する可能性があり、異なるチャネル利得及び信号対雑音及び干渉比（ＳＮＲ）を達成する可能性がある。ＭＩＭＯチャネルのマルチパスプロファイルにより、チャネル利得とＳＮＲは各空間チャネルのＮＦ副帯域にわたって広く変化する可能性があり、さらにＮＳ空間チャネルの間で広く変化する可能性がある。
【０００５】
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのために、１つの変調シンボルを各空間チャネルの各副帯域上で送信することができ、ＮＦ・ＮＳ変調シンボルまでを各ＯＦＤＭシンボル期間において同時に送信することができる。送信された各変調シンボルは、シンボルが送信される空間チャネルの副帯域に対するチャネル利得により歪み、さらにチャネル雑音と干渉により劣化する。均一でない周波数応答を有するＭＩＭＯチャネルであるマルチパスＭＩＭＯチャネルのために、各空間チャネルの各副帯域上で確実に送信することができる情報ビットの数は、副帯域から副帯域へ、そして空間チャネルから空間チャネルへと変化する可能性がある。異なる副帯域と空間チャネルの異なる伝送能力にＭＩＭＯチャネルの時間変化の性質が加わると、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの真の伝送能力を突きとめることが困難になる。
【０００６】
そのため、効果的なデータ伝送のためにＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの伝送能力を正確に決定する技術の技術的な必要性がある。
【発明の開示】
【０００７】
本出願は、２００３年１０月２４日に出願され本明細書に参照により完全に組み込まれている米国仮特許出願６０／５１４，４０２号の利益を主張する。
【０００８】
マルチパスＭＩＭＯチャネルを有するマルチ・キャリアＭＩＭＯシステム（例えば、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム）において速度選択を行う技術が、本明細書中で述べられる。一実施形態において、データ伝送に用いられる各空間チャネルｌの各副帯域ｋに対する検出後ＳＮＲ、ＳＮＲｌ（ｋ）が、ＭＩＭＯチャネルの能力を達成できる「理論上の」マルチ・キャリアＭＩＭＯシステムのために最初に決定される。検出後ＳＮＲは、受信機での空間処理または検出の後のＳＮＲである。理論上のシステムは、実施損失がない。次に、各空間チャネルの各副帯域に対する制約付き周波数利用効率Ｓｌ（ｋ）が、その検出後ＳＮＲ、変調方式Ｍ，及び制約付き周波数利用効率関数ｆｓｉｓｏ（ＳＮＲｌ（ｋ），Ｍ）に基づいて決定される。次に、データ伝送に用いられる全ての空間チャネルの全ての副帯域に対する平均制約付き周波数利用効率Ｓａｖｇが、空間チャネルの個々の副帯域に対する制約付き周波数利用効率に基づいて決定される。
【０００９】
加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャネルを有する等価システムは、変調方式Ｍを有する制約付き周波数利用効率Ｓａｖｇを達成するためにＳＮＲであるＳＮＲｅｑｕｉｖを必要とする。ＡＷＧＮチャネルは、均一な周波数応答を有するチャネルである。等価システムも実施損失がない。等価ＳＮＲは、逆制約付き周波数利用効率関数
【数１】
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【００１０】
に基づき決定することができる。次に、速度Ｒが等価ＳＮＲに基づきマルチ・キャリアＭＩＭＯシステムにおいてデータ伝送のために選択される。マルチ・キャリアＭＩＭＯシステムは特定の速度のセットをサポートすることができ、これらの速度のための所要のＳＮＲを決定しルックアップテーブルに保存することができる。選択された速度は、等価ＳＮＲ以下である所要のＳＮＲを有するサポートされた速度の中の最も高い速度である。バックオフ係数は、速度予測、システム損失、その他における誤りに対処するよう演算することができる。次に速度Ｒは、以下に述べるようにバックオフ係数に対処する方法で選択することができる。
【００１１】
本発明の様々な観点と実施形態が以下でさらに詳細に述べられる。
【詳細な説明】
【００１２】
本発明の特徴及び性質は、以下に述べる詳細な説明を図面とともに参照することでより明らかになる。図面全体を通じて同じ参照符号により対応付けがなされている。
【００１３】
「例示的な」という言葉は、本明細書中では「例、具体例、または例証として役立つこと」を意味するために用いられる。「例示的な」として本明細書中で述べられるどの実施形態または企図も、他の実施形態または企図に対して好ましいまたは有利であると解釈される必要はない。
【００１４】
本明細書中で述べられる速度選択技術は、様々なタイプのマルチ・キャリアＭＩＭＯシステムに用いることができる。明確にするために、これらの技術はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムに対して具体的に述べられる。
【００１５】
図１は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム１００における送信機１１０及び受信機１５０のブロック図を示す。送信機１１０において、送信（ＴＸ）データプロセッサ１２０は、データソース１１２からデータのパケットを受信する。ＴＸデータプロセッサ１２０は、そのパケットのために選択された速度にしたがって各データパケットを符号化し、インタリーブし、変調して、対応するデータシンボルのブロックを取得する。本明細書中で用いるように、データシンボルはデータに対する変調シンボル、パイロットシンボルはパイロットに対する変調シンボルであり、これは送信機と受信機の両方により推測的に識別されている。各データパケットに対して選択された速度は、そのパケットに対するデータ速度、符号化方式またはコードレート、変調方式、パケットサイズ、その他を示すことができ、これらはコントローラ１４０により提供される様々な制御により示される。
【００１６】
ＴＸ空間プロセッサ１３０は、ＮＴ送信アンテナのＮＦ副帯域上の伝送のための各データシンボルブロックを受信し空間的に処理する。ＴＸ空間プロセッサ１３０は、さらにパイロットシンボルにおいて多重化し、送信シンボルのＮＴストリームを送信機ユニット（ＴＭＴＲ）１３２に供給する。各送信シンボルは、データシンボル用であるかパイロットシンボル用であることができる。送信機ユニット１３２は、ＮＴ送信シンボルストリーム上でＯＦＤＭ変調を行い、ＮＴＯＦＤＭシンボルストリームを取得し、さらにこれらのＯＦＤＭシンボルストリームを処理し、ＮＴ変調信号を生成する。各変調信号は、各送信アンテナ（図１では不図示）からＭＩＭＯチャネルを介して受信機１５０に送信される。ＭＩＭＯチャネルは、ＮＴ送信信号をＭＩＭＯチャネル応答で歪ませ、さらに雑音及び場合によっては他の送信機による干渉を有する送信信号を劣化させる。
【００１７】
受信機１５０において、ＮＴ送信信号は各ＮＲ受信アンテナ（図１では不図示）により受信され、ＮＲ受信アンテナからのＮＲ受信信号は、受信機ユニット（ＲＣＶＲ）１５４に供給される。受信機ユニット１５４は各受信信号を調整しデジタル化して、対応するサンプルのストリームを取得し、さらに各サンプルストリーム上でＯＦＤＭ復調を行い、受信シンボルのストリームを取得する。受信機ユニット１５４は、（データ用の）ＮＲ受信シンボルストリームをＲＸ空間プロセッサ１６０に供給し、（パイロット用の）受信パイロットシンボルをチャネル推定器１７２に供給する。ＲＸ空間プロセッサは、ＮＲ受信シンボルストリームを空間的に処理または検出し、送信機１１０により送信されたデータシンボルの推定値である検出シンボルを取得する。
【００１８】
ＲＸデータプロセッサ１７０は、その選択速度にしたがって検出シンボルの各ブロックを受信し、復調し、デインターリーブし、復号して、送信機１１０により送られるデータパケットの推定値である対応する復号パケットを取得する。またＲＸデータプロセッサ１７０は、パケットが正しく復号されたか誤って復号されたかを示す各復号パケットの状態を供給する。
【００１９】
チャネル推定器１７２は、受信したパイロットシンボル及び／または受信したデータシンボルを処理し、ＭＩＭＯチャネルのためのチャネル推定値を取得する。チャネル推定値は、チャネル利得推定値、ＳＮＲ推定値、その他を含むことができる。速度セレクタ１７４は、チャネル推定値を受信し、受信機１５０へのデータ伝送のために適切な速度を選択する。コントローラ１８０は、速度セレクタ１７４から選択された速度を受信し、ＲＸデータプロセッサ１７０からパケット状態を受信し、送信機１１０のためにフィードバック情報を組み立てる。フィードバック情報は、選択速度、現データパケット及び／または前データパケットに対する肯定応答（ＡＣＫ）または否定応答（ＮＡＫ）、その他を含むことができる。フィードバック情報は処理され、フィードバックチャネルを介して送信機１１０に送信される。
【００２０】
送信機１１０において、受信機１５０により送信された信号が受信されて処理され、受信機１５０により送られたフィードバック情報を回復する。コントローラ１４０は、回復したフィードバック情報を受信し、選択された速度を用い、受信機１５０に送られる次のデータパケットを処理し、ＡＣＫ／ＮＡＫを用い、現データパケット及び／または前データパケットの再伝送を制御する。
【００２１】
コントローラ１４０及び１８０は、送信機１１０及び受信機１５０でそれぞれ動作を指示する。メモリユニット１４２及び１８２は、それぞれコントローラ１４０及び１８０で用いられるプログラムコード及びデータに記憶領域を提供する。メモリユニット１４２及び１８２は、図１に示すようにコントローラ１４０及び１８０の内部にあってもよく、あるいはこれらのコントローラの外部にあってもよい。
【００２２】
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにとっての大きな課題は、チャネルの状況に基づきデータ伝送に適切な速度を選択することである。速度選択の目的は、特定のパケット誤り率（例えば、１％ＰＥＲ）により定量化できるある品質目標を満たしながら、ＮＳ空間チャネル上のスループットを最大にすることである。
【００２３】
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの性能は、速度選択の精度に大いに依存する。データ伝送のための選択速度が弱すぎると、過度のシステムリソースがデータ伝送のために消費され、チャネル容量が十分に使われない。反対に、選択速度が強すぎると、受信機はデータ伝送を誤って復号する可能性があり、システムリソースが再伝送のために消費される可能性がある。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのための速度選択は、マルチパスＭＩＭＯチャネルの真の伝送能力の推定における複雑さのため、困難である。
【００２４】
送信機１１０におけるＮＴ送信アンテナと受信機１５０におけるＮＲ受信アンテナにより形成されるマルチパスＭＩＭＯチャネルは、ＮＦチャネル応答行列
【数２】
2007509576.tif 000004
【００２５】
のセットにより特徴づけることができ、この場合、ｋ＝１…ＮＦであり、これは、
【数３】
2007509576.tif 000005
【００２６】
と表すことができる。ここで、要素ｈｉ，ｊ（ｋ）、ｉ＝１…ＮＲ、ｊ＝１…ＮＴ、及びｋ＝１…ＮＦは、副帯域ｋに対する送信アンテナｊと受信アンテナｉの間の複合チャネル利得を意味する。簡単にするために、以下の説明は、各チャネル応答行列
【数４】
2007509576.tif 000006
【００２７】
が最大階数であり、空間チャネルの数がＮＳ＝ＮＴ≦ＮＲであると仮定する。一般に、空間チャネルは、送信機におけるデータシンボルベクトル
【数５】
2007509576.tif 000007
【００２８】
の要素と、受信機における検出されたシンボルベクトル
【数６】
2007509576.tif 000008
【００２９】
の対応する要素との間の効果的なチャネルである。ベクトル
【数７】
2007509576.tif 000009
【００３０】
及び
【数８】
2007509576.tif 000010
【００３１】
を以下に述べる。ＭＩＭＯチャネルのＮＴ空間チャネルは、送信機で行われる空間処理（もしあれば）と受信機で行われる空間処理に依存する。
【００３２】
マルチパスＭＩＭＯチャネルは、様々な方法で決定されることができる能力を有する。本発明で用いるように、「能力」はチャネルの伝送能力を意味し、「周波数利用効率」は「面積当たりの能力」の一般概念を意味し、ここで面積は周波数及び／または空間であることができる。周波数利用効率は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのために１秒あたりのビット数／ヘルツ／空間チャネル（ｂｐｓ／Ｈｚ／ｃｈ）の単位で与えられることができる。周波数利用効率は、しばしば制約付きまたは制約無しとして特定される。「制約無し」周波数利用効率は、所定のチャネル応答及び雑音分散とともにチャネルのために確実に用いることができる理論上の最大データ速度として一般に定義される。「制約付き」周波数利用効率は、さらにデータ伝送に用いられる特定の変調方式に依存する。制約付き能力は（変調シンボルが信号群上の特定点に制限されるという事実のため）、制約無し能力（どの信号群にも限定されない）よりも低い。
【００３３】
図２は、マルチパスＭＩＭＯチャネルを有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのための速度選択を行う技術を図示する。チャネル応答
【数９】
2007509576.tif 000011
【００３４】
ｋ＝１…ＮＦ、及び雑音分散Ｎ０、により定義される所定のマルチパスＭＩＭＯチャネルのために、理論上のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、変調方式Ｍを有する平均制約付き周波数利用効率Ｓａｖｇを有する。本明細書中で用いられるように、「理論上の」システムは、どんな損失もないものであり、「実際の」システムは、（例えば、ハードウェアの不具合のための）実施損失、実際のコードが能力通りに働かない事実によるコード損失、及び他の任意の損失を有するものである。理論上のシステムと実際のシステムは、共にデータ伝送のための１つ以上の変調方式を使い、制約付き周波数利用効率により定義される。平均制約付き周波数利用効率Ｓａｖｇは、以下に述べるように決定される。一般に、異なる変調方式が、異なる副帯域及び／または空間チャネルに対して用いられる。簡単にするために、以下の説明では、同じ変調方式Ｍが、データ伝送に利用できる全ての空間チャネルの全副帯域に対して用いられる。
【００３５】
ＡＷＧＮチャネルを有する等価のシステムは、ＳＮＲであるＳＮＲｅｑｕｉｖを必要とし、変調方式Ｍを有する制約付き周波数利用効率Ｓａｖｇを達成する。この等価システムも損失がない。等価システムＳＮＲは、以下に述べるように導くことができる。
【００３６】
ＡＷＧＮチャネルを有する実際のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、ＳＮＲであるＳＮＲｒｅｑまたは速度Ｒをサポートするのにより良いものを必要とし、それは変調方式Ｍ、符号化方式Ｃ、及びデータ速度Ｄと関連している。データ速度Ｄは、ｂｐｓ／Ｈｅｒｔｚ／ｃｈの単位で与えられ、これは周波数利用効率に用いられる単位と同じである。速度Ｒは、後述するように、等価ＳＮＲ以下の所要のＳＮＲを有するシステムによりサポートされる最も速い速度として選択することができる。所望のＳＮＲは、変調方式Ｍ、符号化方式Ｃ、及び他のシステム損失に依存する。所要のＳＮＲはサポートされる各速度に対して（例えば、コンピュータシミュレーション、実験による測定、またはいくつかの他の手段に基づいて）決定され、ルックアップテーブルに格納される。
【００３７】
マルチパスＭＩＭＯチャネルを有する実際のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム（例えば、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム１００）は、所要のＳＮＲが等価ＳＮＲ以下である場合、変調方式Ｍ及び符号化方式Ｃとともに速度Ｒをサポートするものと考えられる。チャネル応答
【数１０】
2007509576.tif 000012
【００３８】
と雑音分散Ｎ０により定義されるので、速度が増すと、所要のＳＮＲは実施のシステムに対して大きくなるが、等価ＳＮＲはほぼ一定である。したがって、マルチパスＭＩＭＯチャネルを有する実際のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムによりサポートすることができる最大速度は、チャネルの状態により制限される。速度選択の詳細を以下に述べる。
【００３９】
制約無し周波数利用効率を有する理想的なシステムは、分析されることができ、制約付き周波数利用効率を有する実際のシステムのための速度選択に用いられることができる。マルチパスＭＩＭＯチャネルの各副帯域に対する制約無し周波数利用効率は、以下のような制約無しＭＩＭＯ周波数利用効率関数に基づき決定することができる。
【数１１】
2007509576.tif 000013
【００４０】
ここで
【数１２】
2007509576.tif 000014
【００４１】
は行列式
【数１３】
2007509576.tif 000015
【００４２】
を示し、
【数１４】
2007509576.tif 000016
【００４３】
は単位行列であり、Ｓｕｎｃｏｎｓｔ（ｋ）は制約無し周波数利用効率
【数１５】
2007509576.tif 000017
【００４４】
であり、
【数１６】
2007509576.tif 000018
【００４５】
は送信アンテナに用いられる電力を決定する行列であり、“Ｈ”は共役転置を示す。チャネル応答
【数１７】
2007509576.tif 000019
【００４６】
が受信機にのみ認識される場合、
【数１８】
2007509576.tif 000020
【００４７】
は単位行列に等しい（すなわち、
【数１９】
2007509576.tif 000021
【００４８】
）。
【００４９】
能力達成コードを使用するために入手できると仮定してＭＩＭＯチャネルの能力でデータを送信及び受信できるシステムである能力達成ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのために、ＭＩＭＯチャネルの各副帯域に対する制約無し周波数利用効率は、以下の制約無しＳＩＳＯ周波数利用効率関数を基に決定することができる。
【数２０】
2007509576.tif 000022
【００５０】
ここで、ＳＮＲｌ（ｋ）は、能力達成システムのための空間チャネルｌの副帯域ｋに対する検出後ＳＮＲである。検出後ＳＮＲは、他のシンボルストリームから干渉を除去するための受信機空間処理の後の検出されたシンボルストリームのために達成されたＳＮＲである。式（３）中の検出後ＳＮＲは、以下に述べるように、例えば最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）検出器による逐次干渉キャンセラ（ＳＩＣ）技術を用いる受信機により取得することができる。式（２）及び（３）は、能力達成システムに対して、ＭＩＭＯチャネルの制約無し周波数利用効率が、ＭＩＭＯチャネルを形成するＮＴ一入力一出力（ＳＩＳＯ）チャネルの制約無し周波数利用効率の合計に等しいことを示す。各ＳＩＳＯチャネルはＭＩＭＯチャネルの空間チャネルに対応する。
【００５１】
単一のデータ速度が全てのＮＴ送信アンテナの全てのＮＦ副帯域上でのデータ伝送に用いられると、この単一のデータ速度は、以下のように、ＭＩＭＯチャネルのＮＦ副帯域に対する平均制約無し周波数利用効率に設定することができる。
【数２１】
2007509576.tif 000023
【００５２】
式（３）中の制約無しＳＩＳＯ周波数利用効率関数を式（４）に代入すると、単一のデータ速度は、
【数２２】
2007509576.tif 000024
【００５３】
と表すことができる。
【００５４】
データ速度Ｄｕｎｃｏｎｓｔは、平均制約無し周波数利用効率に基づき取得され、理想的なＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムに適し、これは特定の変調方式に限定されない。実際のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、データ伝送のために１つ以上の特定の変調方式を用い、制約されない能力よりも少ない制約付き周波数利用効率を有する。式（５）に基づいて導かれるデータ速度Ｄｕｎｃｏｎｓｔは、実際のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのための期待されるデータ速度である。より正確なデータ速度は、以下に述べるように、制約無し能力関数の代わりに、制約付き能力関数に基づいて、実際のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのために取得することができる。
【００５５】
図３は、マルチパスＭＩＭＯチャネルを有する実際のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのために速度選択を行うための処理３００を示す。処理３００は、受信機における速度セレクタ１７４またはいずれかの他の処理ユニットにより行われることができる。最初に、ＭＩＭＯチャネルのための平均制約無し周波数利用効率Ｓａｖｇが決定される（ブロック３１０）。これは、いくつかの方法で達成することができる。
【００５６】
制約付きＭＩＭＯ周波数利用効率関数
【数２３】
2007509576.tif 000025
【００５７】
が使用できる場合、ＭＩＭＯチャネルの各副帯域に対する制約付き周波数利用効率は、以下のように、この関数に基づいて演算されることができる（ブロック３１２）。
【数２４】
2007509576.tif 000026
【００５８】
次に、ＭＩＭＯチャネルの全ての副帯域に対する平均制約付き周波数利用効率Ｓａｖｇが、以下のように演算される（ブロック３１４）。
【数２５】
2007509576.tif 000027
【００５９】
制約付きＭＩＭＯ周波数利用効率関数
【数２６】
2007509576.tif 000028
【００６０】
は、閉じた形式の解を持たない複雑な式になりそうであり、あるいは使用することさえできないかもしれない。この場合、ＭＩＭＯチャネルはＮＴＳＩＳＯチャネルに分解することができ、ＭＩＭＯチャネルのための平均制約付き周波数利用効率Ｓａｖｇは、個々のＳＩＳＯチャネルの制約付き周波数利用効率に基づいて決定することができる。ＭＩＭＯチャネルの制約無し周波数利用効率は、上述したように、能力達成システムのためのＮＴＳＩＳＯチャネルの制約無し周波数利用効率の合計に等しいので、ＭＩＭＯチャネルの制約付き周波数利用効率は、能力達成システムのためのＮＴＳＩＳＯチャネルの制約付き周波数利用効率の合計に等しいと仮定することができる。
【００６１】
Ｓａｖｇを計算するために、各空間チャネルｌの各副帯域ｋに対する検出後ＳＮＲであるＳＮＲｌ（ｋ）を、以下に述べるように、能力達成システムのために決定することができる（ブロック３２２）。次に、各空間チャネルの各副帯域に対する制約付き周波数利用効率Ｓｌ（ｋ）は、以下のように、制約付きＳＩＳＯ周波数利用効率関数ｆｓｉｓｏ（ＳＮＲｌ（ｋ），Ｍ）に基づき決定される（ブロック３２４）。
【数２７】
2007509576.tif 000029
【００６２】
制約付きＳＩＳＯ周波数利用効率関数ｆｓｉｓｏ（ＳＮＲｌ（ｋ），Ｍ）は、
【数２８】
2007509576.tif 000030
【００６３】
として定義することができる。ここで、Ｂは変調方式Ｍのための各変調シンボルに対するビット数、ａｉ及びａｊは変調方式Ｍのための２Ｂに関する群における信号点、ηはゼロ平均と１／ＳＮＲｌ（ｋ）の分散を有する複素ガウスランダム変数、Ｅ［・］は式（９）のηに関して得られる期待値演算である。変調方式Ｍは、２Ｂ信号点を含む２Ｂに関する群（例えば、２Ｂに関するＱＡＭ）に関連する。群における各信号点は、異なるＢ−ビット値で分類される。
【００６４】
式（９）に示される制約付きＳＩＳＯ周波数利用効率関数は、閉じた形式の解を有さない。この関数は、各変調方式のための様々なＳＮＲ値に対して数的に解かれることができ、その結果はルックアップテーブルに格納されることができる。その後、制約付きＳＩＳＯ周波数利用効率関数は、変調方式Ｍと検出後ＳＮＲであるＳＮＲｌ（ｋ）でルックアップテーブルにアクセスすることで求めることができる。
【００６５】
次に、全ての空間チャネルの全ての副帯域に対する平均制約付き周波数利用効率Ｓａｖｇを、次のように演算することができる（ブロック３２６）。
【数２９】
2007509576.tif 000031
【００６６】
平均制約付き周波数利用効率Ｓａｖｇは、マルチパスＭＩＭＯチャネルを有する実際のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのために、様々な方法で演算することができる。２つの典型的な方法が上述された。他の方法も用いることができる。
【００６７】
ＡＷＧＮチャネルを有する等価システムは、変調方式Ｍを有する制約付き周波数利用効率Ｓａｖｇを達成するために、ＳＮＲであるＳＮＲｅｑｕｉｖを必要とするであろう。等価ＳＮＲは、逆制約付きＳＩＳＯ周波数利用効率関数
【数３０】
2007509576.tif 000032
【００６８】
に基づいて決定することができる（ブロック３３０）。制約付きＳＩＳＯ周波数利用効率関数ｆｓｉｓｏ（ｘ）は、ＳＮＲｌ（ｋ）及びＭの２つの入力を受け、それらを制約付き周波数利用効率Ｓｌ（ｋ）にマッピングする。ここで、ｘは関数に対する適切な変数のセットを表す。逆制約付きＳＩＳＯ周波数利用効率関数
【数３１】
2007509576.tif 000033
【００６９】
は、Ｓａｖｇ及びＭの２つの入力を受け、以下のようにそれらをＳＮＲ値にマッピングする。
【数３２】
2007509576.tif 000034
【００７０】
逆関数
【数３３】
2007509576.tif 000035
【００７１】
は、サポートされる各変調方式のために一度決定することができ、ルックアップテーブルに格納することができる。
【００７２】
次に、ＡＷＧＮチャネルを有する実際のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるデータ伝送に用いることができる最も速い速度が、等価システムのための等価ＳＮＲに基づいて決定される（ブロック３３２）。実際のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、Ｐ速度のセット、Ｒ＝｛Ｒ（ｍ），ｍ＝１，２，…Ｐ｝をサポートすることができ、ここでｍは速度指標である。セットＲ内のＰ速度だけがデータ伝送に使用できる。セットＲ内の各速度Ｒ（ｍ）は、以下のように、特定の変調方式Ｍ（ｍ）、特定のコードレートまたは符号化方式Ｃ（ｍ）、特定のデータ速度Ｄ（ｍ）、及び特定の所要ＳＮＲであるＳＮＲｒｅｑ（ｍ）に関連することができる。
【数３４】
2007509576.tif 000036
【００７３】
各速度Ｒ（ｍ）のために、データ速度Ｄ（ｍ）が変調方式Ｍ（ｍ）及びコードレートＣ（ｍ）により決定される。例えば、（変調シンボルあたり２ビットを有する）ＱＰＳＫの変調方式に関連する速度と１／２のコードレートは、変調シンボルあたり１．０情報ビットのデータ速度を有するであろう。式（１２）は、データ速度Ｄ（ｍ）が変調方式Ｍ（ｍ）及びコードレートＣ（ｍ）を用いて送信されることができ、さらにＳＮＲであるＳＮＲｒｅｑ（ｍ）、またはＰＥＲであるＰｅを達成するためのより良いものを必要とする。所要ＳＮＲは、実際のシステムにおいてシステム損失に対処し、コンピュータシミュレーション、実験による測定値などにより決定されることができる。サポートされた速度のセットとそれらの所要ＳＮＲは、ルックアップテーブルに格納することができる。等価ＳＮＲであるＳＮＲｅｑｕｉｖは、ルックアップテーブルに供給されることができ、次にこれはＳＮＲｅｑｕｉｖでサポートされる最も高いデータレートと関連する速度Ｒ＝Ｒ（ｍｓ）を戻す。選択された速度Ｒは、以下の条件、（１）変調方式Ｍがデータ伝送のために用いられる、すなわちＭ（ｍｓ）＝Ｍ、（２）所要のＳＮＲが等価ＳＮＲ以下である、すなわちＳＮＲｒｅｑ（ｍｓ）≦ＳＮＲｅｑｕｉｖ、及び（３）最大データ速度が選択される、すなわち
【数３５】
2007509576.tif 000037
【００７４】
を満たすように、他の条件に従う。選択速度Ｒは、選択されたコードレートＣ（ｍｓ）による損失に対処するバックオフ係数を含み、これにより能力を達成できない可能性がある。このバックオフは、上記の条件（２）で生じる。
【００７５】
データ速度Ｄｓは、能力達成システムのための各空間チャネルの各副帯域上で送信することができる最大データ速度であることを表す。全てのＮＴ空間チャネルのための総データ速度は、次のように演算できる。
【数３６】
2007509576.tif 000038
【００７６】
総データ速度は、ｂｐｓ／Ｈzの単位で与えられ、これは周波数に正規化される。したがって、係数ＮＦは、式（１３）に含まれない。総データ速度は、所要のＰＥＲであるＰｅのためのマルチパスＭＩＭＯチャネルを有する実際のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムによりサポートされることができるデータ速度の予測を示す。
【００７７】
上述した速度選択技術は、実際のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムが変調方式Ｍにより能力を達成できることを仮定する。能力を達成できるいくつかの伝送方式が以下に述べられる。選択速度Ｒは、そのようなシステムのための正確な速度であることができ、どんな変調もなしにデータ伝送のために用いられることができる。
【００７８】
しかしながら、どんな速度予測方式とも同様に、速度予測において必ず誤りがあるであろう。さらに、実際のシステムは能力を達成することができず、及び／または選択速度Ｒにより対処されない他の損失を有する可能性がある。この場合、所要のＰＥＲを達成できることを保証するために、速度予測における誤りを推定することができ、付加的なバックオフ係数を導くことができる。次に、ブロック３３２で取得された速度は、マルチパスＭＩＭＯチャネルを介したデータ伝送のための最終速度を取得するために、付加的なバックオフ係数により低減することができる。あるいは、平均制約付き周波数利用効率Ｓａｖｇが付加的なバックオフ係数により低減されることができ、低減された平均制約付き周波数利用効率は、データ伝送のための速度を取得するためにルックアップテーブルに供給されることができる。どんな場合でも、付加的なバックオフ係数は、システムのスループットを低減する。したがって、さらに所要のＰＥＲを達成すると同時に、このバックオフ係数をできるだけ小さく保つことが望ましい。本明細書中で述べられたような正確な速度予測方式は、システム能力を適用しそれによりシステム能力を最大にするために付加的なバックオフ係数の量を最小にすることができる。
【００７９】
上述した速度選択は、任意の継続時間（例えば、一つのＯＦＤＭシンボル期間）であることができる各時間間隔にわたって継続的に行われることができる。速度の選択と速度の使用との間の時間量を最小にするために、データ伝送のために選択速度をできるだけ早く用いることが望ましい。
【００８０】
図４Ａは、マルチパスＭＩＭＯチャネルを有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるＮＴ空間チャネルのための制約付き周波数利用効率を示す。各空間チャネルのために、ＮＦ副帯域に対する制約付き周波数利用効率のパイロット４１０は、式（８）及び（９）に示すように、検出後ＳＮＲ，変調方式Ｍ、及び制約付きＳＩＳＯ周波数利用効率関数ｆｓｉｓｏ（ＳＮＲｌ（ｋ），Ｍ）に基づいて導くことができる。ＮＴ空間チャネルのためのパイロット４１０ａ乃至４１０ｔは、図４Ａに示すように、これら空間チャネルに対する異なるフェージングのため、異なることができる。
【００８１】
図４Ｂは、ＡＷＧＮチャネルを有する等価システムの制約付き周波数利用効率を示す。パイロット４２０は、図４ＡにおけるＮＴ空間チャネルのためのパイロット４１０ａ乃至４１０ｔの連結により形成される。パイロット４２２は、等価システムのための制約付き周波数利用効率を示し、これはパイロット４１０ａ乃至４１０ｔに対する制約付き周波数利用効率の平均である。
【００８２】
上述した速度選択は、コード損失に対するバックオフ係数を含むが、そうでなければＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは能力を達成できると仮定する。能力を達成できる２つの典型的な伝送方式を以下に述べる。
【００８３】
第１の伝送方式において、送信機はデータをＭＩＭＯチャネルの「固有モード」上で送信する。固有モードは、ＭＩＭＯチャネルを分解することにより得られる直交空間チャネルとみなすことができる。各副帯域に対するチャネル応答行列
【数３７】
2007509576.tif 000039
【００８４】
は、以下のように固有値分解を用いて分解することができる。
【数３８】
2007509576.tif 000040
【００８５】
ここで、
【数３９】
2007509576.tif 000041
【００８６】
は、
【数４０】
2007509576.tif 000042
【００８７】
のＮＴ×ＮＴ相関行列
であり、
【数４１】
2007509576.tif 000043
【００８８】
は、列が
【数４２】
2007509576.tif 000044
【００８９】
の固有ベクトルであるＮＴ×ＮＴユニタリ行列であり、
【数４３】
2007509576.tif 000045
【００９０】
は、
【数４４】
2007509576.tif 000046
【００９１】
の固有値のＮＴ×ＮＴ対角行列である。ユニタリ行列
【数４５】
2007509576.tif 000047
【００９２】
は、特性
【数４６】
2007509576.tif 000048
【００９３】
により特徴づけられる。ユニタリ行列の列は、互いに直交する。
【００９４】
送信機は、次のように空間処理を行う。
【数４７】
2007509576.tif 000049
【００９５】
ここで、
【数４８】
2007509576.tif 000050
【００９６】
は、副帯域ｋのＮＴ固有モード上で送られるＮＴデータシンボルを有するＮＴ×１ベクトルであり、
【数４９】
2007509576.tif 000051
【００９７】
は、副帯域ｋ上のＮＴ送信アンテナから送信されるＮＴ送信シンボルを有するＮＴ×１ベクトルである。
【００９８】
受信機で受信されたシンボルは、
【数５０】
2007509576.tif 000052
【００９９】
で表される。ここで、
【数５１】
2007509576.tif 000053
【０１００】
は、副帯域ｋ上のＮＲ受信アンテナを介して取得されたＮＲ受信シンボルを有するＮＲ×１ベクトルであり、
【数５２】
2007509576.tif 000054
【０１０１】
は、副帯域ｋに対する雑音及び干渉のＮＲ×１ベクトルである。雑音ベクトル
【数５３】
2007509576.tif 000055
【０１０２】
は、ゼロ平均と
【数５４】
2007509576.tif 000056
【０１０３】
の共分散行列を有すると仮定され、ここでＮ０は雑音分散である。
【０１０４】
受信機は、以下のように受信機空間処理／検出を行う。
【数５５】
2007509576.tif 000057
【０１０５】
ここで、
【数５６】
2007509576.tif 000058
【０１０６】
は、副帯域ｋに対するＮＴ検出シンボルを有するＮＴ×１ベクトルであり、ＮＴ検出シンボルは
【数５７】
2007509576.tif 000059
【０１０７】
におけるＮＴデータシンボルの推定値であり、
【数５８】
2007509576.tif 000060
【０１０８】
は、受信機における空間処理後の検出後の干渉及び雑音である。各固有モードは、データシンボルベクトル
【数５９】
2007509576.tif 000061
【０１０９】
の成分と検出シンボルベクトル
【数６０】
2007509576.tif 000062
【０１１０】
の対応する成分との間の有効なチャネルである。
【０１１１】
各固有モードの各副帯域に対するＳＮＲは、
【数６１】
2007509576.tif 000063
【０１１２】
と表すことができる。ここで、Ｐｌ（ｋ）は副帯域ｋの固有モードｌに用いられる送信電力であり、λｌ（ｋ）は副帯域ｋの固有モードｌのための固有値であり、これは
【数６２】
2007509576.tif 000064
【０１１３】
のｌ番目の対角成分であり、ＳＮＲｅｍ，ｌ（ｋ）は、副帯域ｋの固有モードｌのための検出後ＳＮＲである。
【０１１４】
第２の伝送方式において、送信機はデータを符号化及び変調してデータシンボルを取得し、データシンボルをＮＴデータシンボルストリームに逆多重化し、ＮＴデータシンボルストリームをＮＴ送信アンテナから同時に送信する。受信機で受信したシンボルは、
【数６３】
2007509576.tif 000065
【０１１５】
と表すことができる。
【０１１６】
受信機は、各副帯域に対するＮＲ受信シンボル上の受信機空間処理／検出を行い、その副帯域上で送信されるＮＴデータシンボルを回復する。受信空間処理は、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）検出器、最大比合成（ＭＲＣ）検出器、線形ゼロフォーシング（ＺＦ）検出器、ＭＭＳＥ線形等化器（ＭＭＳＥ−ＬＥ）、決定フィードバック等化器（ＤＦＥ）、または他のいくつかの検出器／等化器で行うことができる。
【０１１７】
また、受信機は逐次干渉キャンセラ（ＳＩＣ）技術を用いてＮＲ受信シンボルストリームを処理し、ＮＴデータシンボルを回復することができる。ＳＩＣ技術は、受信機が各データシンボルストリームを個々に回復することができるよう、ＮＴデータシンボルストリームを別個に処理するときに用いることができる。受信機は、ＮＴデータシンボルストリームをＮＴ連続段階で回復する。各段階で１つのデータシンボルストリームである。
【０１１８】
第１の段階のために、受信機は、最初に（例えば、ＭＭＳＥ、ＭＲＣ、またはゼロフォーシング検出器を用いて）ＮＲ受信シンボルストリーム上で受信機空間処理／検出を行い，１つの検出シンボルストリームを取得する。さらに受信機は、検出シンボルストリームを復調し、デインタリーブし、及び復号して、復号データストリームを取得する。次に受信機は、この復号データストリームがまだ回復されていない他のＮＴ−１データシンボルストリームにもたらす干渉を推定し、ＮＲ受信シンボルストリームから推定された干渉をキャンセルし、次の段階のためのＮＲ変調シンボルストリームを取得する。次に受信機は、ＮＲ変調シンボルストリーム上で同じ処理を繰り返し、他のデータシンボルストリームを回復する。簡単にするために、以下の説明ではＮＴデータシンボルストリームが連続した順番で回復されるものと仮定する。すなわち、送信アンテナｌから送られたデータシンボルストリーム｛Ｓｌ（ｋ）｝は、ｌ＝１…ＮＴの場合、ｌ番目の段階で回復される。
【０１１９】
ＭＭＳＥ受信機を有するＳＩＣのために、ＭＭＳＥ検出器は、以下のように、ｌ＝１…ＮＴの場合、段階ｌの各副帯域に対して導かれる。
【数６４】
2007509576.tif 000066
【０１２０】
ここで、
【数６５】
2007509576.tif 000067
【０１２１】
は段階ｌでの副帯域ｋに対するＭＭＳＥ検出器のためのＮＲ×（ＮＴ−ｌ＋１）行列であり、
【数６６】
2007509576.tif 000068
【０１２２】
は段階ｌでの副帯域ｋに対するＮＲ×（ＮＴ−ｌ＋１）減少チャネル応答行列である。減少チャネル応答行列
【数６７】
2007509576.tif 000069
【０１２３】
は、ｌ−１前段階ですでに回復されたｌ−１データシンボルストリームに対応する元の行列
【数６８】
2007509576.tif 000070
【０１２４】
におけるｌ−１列を除去することにより取得される。
【０１２５】
受信機は、以下のように段階ｌにおける各副帯域に対して検出を行う。
【数６９】
2007509576.tif 000071
【０１２６】
ここで、
【数７０】
2007509576.tif 000072
【０１２７】
は送信アンテナｌに対応する
【数７１】
2007509576.tif 000073
【０１２８】
の列、
【数７２】
2007509576.tif 000074
【０１２９】
は段階ｌでの副帯域ｋに対するＭＭＳＥ検出シンボル、
【数７３】
2007509576.tif 000075
【０１３０】
は、検出シンボル
【数７４】
2007509576.tif 000076
【０１３１】
に対する検出後雑音である。
【０１３２】
各送信アンテナの各副帯域に対するＳＮＲは、
【数７５】
2007509576.tif 000077
【０１３３】
と表すことができる。ここで、
【数７６】
2007509576.tif 000078
【０１３４】
は検出後雑音の分散である。ＳＮＲｍｍｓｅ，ｌ（ｋ）は、送信アンテナｌの副帯域ｋに対する検出後ＳＮＲである。後の段階のための検出後ＳＮＲは、各段階で式（２２）の
【数７７】
2007509576.tif 000079
【０１３５】
のノルムが減少するため、改善する。
【０１３６】
ＳＩＣ技術は、「マルチアクセス多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システム」と題され２００１年１１月６日に出願された同一出願人による米国出願番号０９／９９３，０８７に、さらに詳細に述べられている。
【０１３７】
第２の送信方式のために、受信機は反復検出及び復号（ＩＤＤ）方式を用いてＮＴデータシンボルストリームを回復することもできる。ＩＤＤ方式のために、データパケットに対する受信シンボルのブロックが取得される場合はいつでも、受信機は、ブロック内の受信シンボル上で複数（Ｎｄｅｃ）回の検出及び復号を反復して行い、復号パケットを取得する。検出器は、受信シンボルブロック上で検出を行い、検出シンボルブロックを供給する。復号器は、検出シンボルブロック上で復号を行い、復号器の推測的な情報を供給し、これはその後の反復において検出器により用いられる。復号されたパケットは、最後の反復のために復号器の出力に基づき生成される。
【０１３８】
ＭＭＳＥ受信機またはＩＤＤ受信機でのＳＩＣを有する第１の伝送方式と第２の伝送方式が最適であり、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのための能力または近い能力を達成できることを示すことができる。また、受信シンボルに対する最大尤度検出器を有する第２の伝送方式は、最適なあるいはほぼ最適な性能を提供することができる。伝送方式を達成する他の能力も、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのために用いることができる。そのような能力達成伝送方式の１つが、「構造化ユニタリ時空自動符号化群」と題された論文、ＩＥＥＥ会報情報理論、Ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．４、２００２年４月において、Ｔ．Ｌ．Ｍａｒｚｅｔｔａその他により開示された自動符号化方式である。
【０１３９】
図５は、送信機１１０のブロック図を示す。ＴＸデータプロセッサ１２０内で、符号器５２０は、選択速度Ｒに対する符号化方式Ｃに従ってデータストリーム｛ｄ｝を受信し符号化して、コードビットを供給する。符号化は、データ伝送の信頼性を大きくする。符号化方式は、畳み込み符号、ターボ符号、ＣＲＣ符号、またはそれらの組み合わせを含むことができる。チャネルインタリーバ５２２は、インタリーブ方式に基づいて、符号器５２０からのコードビットをインタリーブする（すなわち、再配列する）。インタリーブは、コードビットに対して時間及び／または周波数ダイバーシティを提供する。シンボルマッピングユニット５２４は、選択速度Ｒに対する変調方式Ｍに従って、チャネルインタリーバ５２２からのインタリーブされたデータを変調し（すなわち、シンボルマッピングする）、データシンボルを供給する。変調は、（１）Ｂインタリーブビットのセットをグループ化してＢビット２進値を形成する、ここでＢ≧１、（２）各Ｂビット２進値を変調方式のために信号群における特定の信号点にマッピングする、ことにより達成することができる。シンボルマッピングユニット５２４は、データシンボルのストリーム｛ｓ｝を供給する。
【０１４０】
送信機１１０は、パケットに対して選択された速度Ｒに基づいて各データパッケージを別個に符号化及び変調し、対応するデータシンボルブロックを取得する。送信機１１０は、データ伝送に使用できる全ての空間チャネル上で一度に１つのデータシンボルブロックを送信することができる。各データシンボルは、１つあるいは複数のＯＦＤＭシンボル期間において送信することができる。また、送信機１１０は使用できる副帯域及び空間チャネル上で、複数のデータシンボルブロックを同時に送信することができる。１つの速度が、上述したように、各時間間隔に対して選択されると、同じ時間間隔において送信される全てのデータシンボルブロックは同じ選択速度を用いる。
【０１４１】
図５で示した実施形態のために、ＴＸ空間プロセッサ１３０は上述した第２の伝送方式を実施する。ＴＸ空間プロセッサ１３０内で、マルチプレクサ／デマルチプレクサ（Ｍｕｘ／Ｄｅｍｕｘ）５３０はデータシンボルストリーム｛ｓ｝を受信し、ＮＴ送信アンテナのためのＮＴストリームに逆多重化する。また、Ｍｕｘ／Ｄｅｍｕｘ５３０はパイロットシンボルにおいて（例えば、時分割多重（ＴＤＭ）方法で）多重化し、ＮＴ送信アンテナのためにＮＴ送信シンボルストリーム｛ｘ１｝乃至｛ｘＮＴ｝を供給する。各送信シンボルは、データまたはパイロット伝送に用いられない副帯域に対するデータシンボル、パイロットシンボル、またはゼロの信号値とすることができる。
【０１４２】
送信ユニット１３２は、ＮＴ送信アンテナのためのＮＴＯＦＤＭ変調器５３２ａ乃至５３２ｔ及びＮＴＴＸ・ＲＦユニット５３４ａ乃至５３４ｔを含む。各ＯＦＤＭ変調器５３２は、（１）ＮＦ−ポイントＩＦＦＴを用いて、ＮＦ副帯域に対するＮＦ送信シンボルの各セットをグループ化し時間領域に変換して、ＮＦチップを含む対応する変換シンボルを取得し、（２）各変換シンボルの部分（すなわちＮＣＰチップ）を繰り返して、ＮＦ＋ＮＣＰチップを含む対応するＯＦＤＭシンボルを取得する。繰り返し部分は、循環プレフィックスと呼ばれ、これはＯＦＤＭシンボルがマルチパスチャネルにおける遅延拡大の存在下でその直交特性を維持する。各ＯＦＤＭ変調器５３２は、ＯＦＤＭシンボルのストリームを供給し、これはさらに関連するＴＸ・ＲＦユニット５３４により調整され（例えば、アナログに変換、周波数アップコンバート、フィルタリング、及び増幅）、変調信号を生成する。ＴＸ・ＲＦユニット５３４ａ乃至５３４ｔからのＮＴ変調信号は、それぞれＮＴアンテナ５４０ａ乃至５４０ｔから送信される。
【０１４３】
図６は、受信機１５０のブロック図を示す。ＮＲ受信アンテナ６５２ａ乃至６５２ｒは、送信機１１０により送信された変調信号を受信し、ＮＲ受信信号を受信機ユニット１５４に供給する。受信機ユニット１５４は、ＮＲ受信アンテナのためのＮＲＲＸ・ＲＦユニット６５４ａ乃至６５４ｒ及びＮＲＯＦＤＭ復調器６５６ａ乃至６５６ｒを含む。各ＲＸ・ＲＦユニット６５４は、それぞれの受信信号を調整及びデジタル化し、サンプルのストリームを供給する。各ＯＦＤＭ復調器６５６は、（１）各受信ＯＦＤＭシンボルにおける循環プレフィックスを除去して受信変換シンボルを取得し、（２）各受信変換シンボルをＮＦ−ポイントＦＦＴで周波数領域に変換してＮＦ副帯域に対するＮＦ受信シンボルを取得することで、それぞれのサンプルストリーム上でＯＦＤＭ変調を行う。各ＯＦＤＭ変調器６５６は、受信データシンボルをＲＸ空間プロセッサ１６０に供給し、受信パイロットシンボルをチャネル推定器１７２に供給する。
【０１４４】
また、図６はＲＸ空間プロセッサ１６０ａ及びＲＸデータプロセッサ１７０ａを示し、これらはそれぞれ受信機１５０におけるＲＸ空間プロセッサ１６０及びＲＸデータプロセッサ１７０の一実施形態である。ＲＸ空間プロセッサ１６０ａ内で、検出器６６０は、ＮＲ受信シンボルストリーム上で空間処理／検出を行い、ＮＴ検出シンボルストリームを取得する。各検出シンボルは、送信機により送信されたデータシンボルの推定値である。検出器６６０は、ＭＭＳＥ、ＭＲＣ、またはゼロフォーシング検出器を実施することができる。検出は、各副帯域に対して、その副帯域のための整合フィルタ行列（すなわち検出器応答）
【数７８】
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【０１４５】
に基づいて行うことができ、これは副帯域に対するチャネル応答行列
【数７９】
2007509576.tif 000081
【０１４６】
の推定値に基づいて導かれる。例えば、ＭＭＳＥ検出器のための整合フィルタ行列は、
【数８０】
2007509576.tif 000082
【０１４７】
として導かれることができる。マルチプレクサ６６２は、検出シンボルを多重化し、検出シンボルストリーム
【数８１】
2007509576.tif 000083
【０１４８】
をＲＸデータプロセッサ１７０ａに供給する。
【０１４９】
ＲＸデータプロセッサ１７０ａ内で、シンボルデマッピングユニット６７０は、選択速度Ｒに対する変調方式Ｍに従って検出シンボルを復調し、復調データを供給する。チャネルデインタリーバ６７２は、送信機で行われるインタリーブに補足的な方法で変調データをデインタリーブし、デインタリーブされたデータを供給する。復号器６７４は、送信機で行われる符号化に補足的な方法でデインタリーブデータを復号し、復号データストリーム
【数８２】
2007509576.tif 000084
【０１５０】
を供給する。例えば、復号器６７４は、ターボ符号化または畳み込み符号化がそれぞれ送信機で行われる場合、ターボ復号器またはビタビ復号器を実施することができる。また、復号器６７４は各復号パケットの状態を提供し、これはパケットが正しく復号されたか誤って復号されたかを示す。
【０１５１】
図７は、ＲＸ空間プロセッサ１６０ｂ及びＲＸデータプロセッサ１７０ｂを示し、これらはＩＤＤ方式を実施し、それぞれ受信機１５０におけるＲＸ空間プロセッサ１６０及びＲＸデータプロセッサ１７０の他の実施形態である。検出器７６０及び復号器７８０は、各データパケットに対する受信シンボル上での反復検出及び復号を行い、復号パケットを取得する。ＩＤＤ方式は、チャネルコードの誤り訂正能力を活用し、改善された性能を提供する。これは、Ｎｄｅｃ反復のために検出器７６０と復号器７８０との間で推測的な情報を反復して通すことにより達成され、ここでＮｄｅｃ＞１である。推測的な情報は、０または１である各送信データビットの尤度を示す。
【０１５２】
ＲＸ空間プロセッサ１６０ａ内で、バッファ７５８は各データパケットのためにＮＲ受信アンテナからＮＲ受信シンボルシーケンスを受信し格納する。反復検出及び復号処理は、データパケットのための受信シンボルの各ブロック上で行われる。検出器７６０は、各ブロックに対してＮＲ受信シンボルシーケンス上で空間処理を行い、ブロックに対してＮＴ検出シンボルシーケンスを提供する。検出器７６０は、ＭＭＳＥ、ＭＲＣ、またはゼロフォーシング検出器を実施することができる。マルチプレクサ７６２は、ＮＴシーケンスにおいて検出シンボルを多重化し、検出シンボルブロックを供給する。
【０１５３】
ＲＸデータプロセッサ１７０ｂ内で、対数尤度比（ＬＬＲ）演算ユニット７７０は、ＲＸ空間プロセッサ１６０ｂから検出シンボルを受信し、各検出シンボルのＢコードビットに対するＬＬＲを演算する。これらのＬＬＲは、検出器７６０により復号器７８０に供給される推測的な情報を表す。チャネルデインタリーバ７７２は、ＬＬＲ演算ユニット７７０からのＬＬＲの各ブロックをデインタリーブし、ブロックに対するデインタリーブＬＬＲ｛ｘｎ｝を供給する。復号器７８０は、デインタリーブされたＬＬＲを復号し、復号器７８０により検出器７６０に供給される推測的な情報を表す復号器ＬＬＲ｛ｘｎ＋１｝を供給する。復号器ＬＬＲは、チャネルインタリーバ７８２によりインタリーブされ、検出器７６０に供給される。
【０１５４】
次に、検出及び復号処理が他の反復のために繰り返される。検出器７６０は、受信シンボル及び復号器ＬＬＲに基づいて新たな検出シンボルを導く。新たな検出シンボルは、復号器７８０により再び復号される。検出及び復号処理は、Ｎｄｅｃ回反復される。反復検出及び復号処理の間、検出シンボルの信頼性は、各検出／復号の反復とともに改善する。全てのＮｄｅｃ検出／復号の反復が終了すると、復号器７８０は、最後のデータビットＬＬＲを演算し、これらのＬＬＲをスライスし、復号パケットを取得する。
【０１５５】
ＩＤＤ方式は、「無線通信システムにおける複合アンテナでの階層符号化」と題され２００３年９月２５日に出願された同一出願人による米国出願番号６０／５０６，４６６に、さらに詳細に述べられている。
【０１５６】
本明細書中で述べた速度選択技術及びデータ伝送技術は、様々な方法で実施できる。例えば、これらの技術は、ハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせで実施できる。ハードウェア実施のために、速度選択及びデータ伝送を行うのに用いられる処理ユニットは、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、本明細書中で述べた機能を行うよう設計された他の電子ユニット、またはそれらの組み合わせの中で実施できる。
【０１５７】
ソフトウェア実施のために、速度選択技術及びデータ伝送技術は、本明細書中で述べた機能を行うモジュール（例えば、手順、関数、その他）で実施することができる。ソフトウェアコードは、メモリユニット（例えば、図１におけるメモリユニット１８２または１４２）に格納し、プロセッサ（例えば、コントローラ１８０または１４０）により実行することができる。メモリユニットは、プロセッサ内またはプロセッサ外部で実施することができ、この場合、技術的に知られている様々な方法によりプロセッサに通信で結合することができる。
【０１５８】
開示された実施形態の先の説明は、任意の当業者が本発明を行い用いることができるよう提供された。これらの実施形態の様々な変形は、当業者には容易に明らかになり、本明細書中で定義された一般的な原理は、本発明の趣旨や範囲を逸脱することなく他の実施形態に適用できる。したがって、本発明は本明細書中で示された実施形態に限定されることを意図されておらず、本明細書中で開示された原理及び新規な特徴に沿う最も広い範囲に一致する。
【図面の簡単な説明】
【０１５９】
【図１】ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおける送信機及び受信機を示す。
【図２】ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのための速度選択を示す。
【図３】マルチパスＭＩＭＯチャネルを有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのために速度選択を行うための処理を示す。
【図４Ａ】マルチパスＭＩＭＯチャネルを有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるＮＴ空間チャネルに対する制約付き周波数利用効率を示す。
【図４Ｂ】ＡＷＧＮチャネルを有する等価システムのための制約された周波数利用効率を示す。
【図５】送信機のブロック図を示す。
【図６】受信機のブロック図を示す。
【図７】反復検出及び復号（ＩＤＤ）を実施する受信（ＲＸ）空間プロセッサ及びＲＸデータプロセッサを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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