(57)【要約】本発明は、いくつかの時空間適応アルゴリズムを最適化するための一般的で包括的なアーキテクチャ、およびＭＩＭＯシステムのためにＣＣＩ並びにＩＳＩ干渉双方を除去するためのその応用を提供する。本発明の基本的な考え方は、空間のみの処理、時間のみの処理、およびそれらの組み合わせを、与えられた環境におけるＣＣＩとＩＳＩの変動の影響を考慮して、最適化することである。これは適応アルゴリズムの効率を最大にする。本発明は同じ周波数帯で動作中の他のシステムとの未知のＣＣＩまたは同一アンテナ干渉を目標としている。【選択図】図２
2007508721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信機の伝送チャネル推定方法であって、
ａ）複数の受信アンテナからの入力信号を受信することであって、前記入力信号が既に前記受信機へ送信されている予め定めたトレーニング信号系列に基づいており、
ｂ）前記入力信号と前記予め定めたトレーニング系列に基づいて、前記伝送チャネルの第１の推定を決定することと、
ｃ）前記第１の伝送チャネル推定を用いて、中間信号を生成するために、前記入力信号に関して同一チャネル干渉除去を実行することと、
ｄ）前記中間信号と前記予め定めたトレーニング系列に基づいて、前記伝送チャネルの第２の推定を決定することと、
ｅ）前記第２の伝送チャネル推定を用いて、出力信号を生成するために、前記中間信号に関してシンボル間干渉除去を実行することと、
ｆ）以下のステップを少なくとも１回実行することとを含み、そのステップが、
i）前記入力信号、前記予め定めたトレーニング系列および前記第２のチャネル推定に基づいて前記第１の伝送チャネル推定を修正するステップと、
ii）前記修正された第１の伝送チャネル推定を用いて、修正された中間信号を生成するために、前記入力信号に関して同一チャネル干渉除去を実行するステップと、
iii）前記修正された中間信号、前記予め定めたトレーニング系列および前記第２のチャネル推定に基づいて前記第２の伝送チャネル推定を修正するステップと、
iv）前記修正された第２の伝送チャネル推定を用いて、修正された出力信号を生成するために、前記修正中間信号に関してシンボル間干渉除去を実行するステップとである方法。
【請求項２】
同一チャネル干渉除去を実行する前記ステップが、前記入力信号をビームフォーミングすることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ビームフォーミングが、前記入力信号に適応重みを適用することを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
重みが、前記中間信号と前記伝送チャネルの前記第１の推定並びに前記予め定めたトレーニング系列から生成した参照信号との比較に基づいて決定される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ｇ）前記同一チャネル干渉除去に先だって前記入力信号に関してシステム間干渉除去を実行することであって、前記システム間干渉除去が前記伝送チャネルの前記第１の推定に基づいていること、をさらに含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記出力データが、参照推定データを生成するために処理され、かつ前記参照推定データがｄ）、iii）およびｅ）の少なくとも１つのステップで用いられる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記出力データが、参照推定データを生成するために処理され、かつ前記参照推定データがｄ）、iii）、ｅ）およびｇ）の少なくとも１つのステップで用いられる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記参照推定データが、前記出力信号のデインターリーブと次に再インターリーブが後続する復号とによって得られる請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法に従って動作するように適合された受信機。
【請求項１０】
ステップｆ）の後に、
修正された第１の伝送チャネルの最終推定および修正された第２の伝送チャネルの最終推定とを求めることと、
シンボル間干渉除去を実行するに先だって、前記送信機内のプレフィルタリングステップと前記中間信号に関して対応するポストフィルタリングステップを実行することと、
前記修正された第１の伝送チャネルの最終推定と前記修正された第２の伝送チャネルの最終推定とに基づき、前記プレフィルタリングステップと前記ポストフィルタリングステップとを最適化することとを含む、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
実行中に、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法を実施するプロセッサ制御コード。
【請求項１２】
実行中に、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法を実施するプロセッサ制御コードを格納したキャリア。
【請求項１３】
予め定めたトレーニング系列に基づく信号が受信機へ送信されている伝送チャネルの推定を最適化するための受信機であって、前記受信機が、
トレーニング系列を発生するためのトレーニング系列発生器と、
前記受信機へ送信された前記信号に基づく入力信号を生成するための複数のアンテナと、
前記入力信号と前記予め定めたトレーニング系列とに基づいて第１の伝送チャネル推定を発生させるための第１の伝送チャネル推定器と、
中間信号を生成するために、前記入力信号における同一チャネル干渉を除去し、かつ前記第１の伝送チャネル推定を用いるための同一チャネル干渉除去器と、
前記中間信号並びに前記予め定めたトレーニング系列に基づく第２の伝送チャネル推定を発生するための、かつ前記中間信号、前記予め定めたトレーニング系列並びに予め計算した第２の伝送チャネル推定に基づき修正された第２の伝送チャネル推定を選択的に発生するようにさらに適合された第２の伝送チャネル推定器と、
出力信号を生成するために、前記第２の伝送チャネル推定を用いて前記中間信号内のシンボル間干渉を除去するためのシンボル間干渉除去器とを含む受信機であって、
前記第２の伝送チャネル推定器が、前記第２の伝送チャネル推定を前記第１の伝送チャネル推定器へフィードバックするように適合されており、かつ
前記第１の伝送チャネル推定器が、修正された第１の伝送チャネル推定を発生させるために、前記入力信号と前記予め定めたトレーニング系列と共に前記第２の伝送チャネル推定を選択的に用いるように適合されている受信機。
【請求項１４】
前記同一チャネル干渉除去器が、前記入力信号をビームフォーミングするためのビームフォーマを含む請求項１３に記載の受信機。
【請求項１５】
前記ビームフォーマが、ビームフォーマを通る経路に可変重みを適用するための適応重み付け器を含む請求項１４に記載の受信機。
【請求項１６】
前記重みが、重み制御器によって制御され、前記重み制御器が、ビームフォーマの出力と第１の伝送チャネル推定並びに前記予め定めたトレーニング系列に基づく参照出力の比較に基づいて前記重みを制御する請求項１５に記載の受信機。
【請求項１７】
前記入力信号に関してシステム間干渉除去を実行し、同一チャネル干渉除去器へシステム間干渉を除去した入力信号を出力するためのシステム間干渉除去器であって、前記システム間干渉除去は前記第１の伝送チャネル推定に基づいているシステム間干渉除去器をさらに含む、請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１８】
参照推定データを生成するために、前記出力信号をデインターリーブし、かつ復号するための出力プロセッサと、
前記第２の伝送チャネル推定器および前記シンボル間干渉除去器の少なくとも１つで用いるために、前記参照推定データを再インターリーブするためのインターリーバとをさらに含む、請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載の受信機。
【請求項１９】
参照推定データを生成するために、前記出力信号をデインターリーブし、かつ復号するための出力プロセッサと、
前記第２の伝送チャネル推定器、前記シンボル間干渉除去器、前記システム間干渉除去器の少なくとも１つで用いるために、前記参照推定データを再インターリーブするためのインターリーバとをさらに含む、請求項１７に記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディジタル通信システムに関する。より詳細には、多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムを用いた複数アンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信に関する要求が増加し続けており、より高いスループット容量に対する要求が増加し続けている。利用できる帯域幅を最大化し、使用できる帯域を可能な限り効率的に利用するための種々の方式が提案されている。
【０００３】
同一チャネル干渉（ＣＣＩ）とシンボル間干渉（ＩＳＩ）は無縁通信における２つの主要干渉源であるが、互いに種々の意味で異なっている。２つの主要な違いは、空間、時間領域においてそれらが有しているエネルギーの不均衡と異なる特性にある。
【０００４】
ビームフォーミングは所望の送信機の方向以外の方向で発生する干渉を除去する効果的方法である。これは、ビームフォーマがＣＣＩとＩＳＩを識別するのが難しいため、狭帯域の用途に通常使用されている。しかしながら、他方では、ビームフォーミングは強いＣＣＩとＩＳＩ干渉の除去に有効である場合がある。ビームフォーマがＣＣＩとＩＳＩとを識別することが困難であると言うことは、従来のビームフォーミングの用途において全体効率を低下させるかもしれない。これらの干渉形態を識別することに失敗することにより、不均衡は受信機の性能に悪影響を及ぼす。
【０００５】
近年、多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムが研究されている。これは帯域幅の比較的小さい犠牲で、スループットをかなりの増加させる。しかし、この形式の通信方法に対する処理オーバーヘッドはかなり大きい。さらに、この形式のシステムは、外部干渉源からの未知の同一チャネル干渉（ＣＣＩ）およびシンボル間干渉（ＩＳＩ）双方からの干渉を除去しようとすると、かなりの処理オーバーヘッドが必要となる。
【０００６】
システム内の未知の干渉を考えた時、アダプティブアンテナ法は、効率的に干渉を排除するための強力な方法であることが分かっている。この種の干渉は同じ周波数帯で動作している他のシステムから来るかもしれない。しかし、ＭＩＭＯシステムにおいて、通常、未知の干渉は付加的雑音（有色雑音）として扱われ、これは予測したシステム容量を顕著に低下させるだろう。
【０００７】
干渉に対処するために種々の技術が提案されている。Ｊ．Ｗ．Ｌｉａｎｇ他による論文“A Two-Stage Hybrid Approach for CCI/ISI Reduction with Space-Time Processing”(「時空間処理によるＣＣＩ／ＩＳＩ抑圧のための２段階ハイブリッド方法」)、ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｍ．  Ｌｅｔｔｅｒｓ、第１巻、第６号、１９９７年１１月に１つの方法が提案されている。そこで述べられているシステムはＣＣＩおよびＩＳＩ抑圧のための簡単な２段階ハイブリッド方法を必要としている。２つの完全に別々の処理が、ＣＣＩおよびＩＳＩに独立にかつ順次作用するように用いられる。しかし、この手順の明らかな弱点は正確なチャネル推定に大きく依存していることである。実際、ＣＣＩにより、この方法はチャネル推定を正確に実行することができない。さらに、この方法は単一入力システムでの使用に対して説明されている。
【０００８】
Ｄ．Ｍｏｔｔｉｅｒ、Ｌ．Ｂｒｕｎｅｌによる論文“A Low Complexity Turbo Adaptive Interference Cancellation Using Antenna Arrays for W-CDMA”(「Ｗ−ＣＤＭＡ用アンテナアレイを用いた低複雑性ターボ適応干渉除去」)、ＩＥＥＥ  ＶＴＣ２００１−ｆａｌｌ、およびＢ．Ｆ．Ｂｅｉｄａｓ他による“Iterative Interference Cancellation for High Spectral Efficiency Satellite Communications”(「高スペクトル効率衛星通信のための反復干渉除去」)、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ｏｎ  Ｃｏｍｍ．、第５０巻、第１号、２００２年１月は反復干渉除去方式を提案しているが、ＣＤＭＡを用いた単一入力、単一出力に用いるためのものである。目標としている干渉はＣＤＭＡシステムの特有のマルチユーザ干渉である。
【０００９】
１つのアルゴリズムを、ＣＣＩとＩＳＩの双方に関して効率的に動作するように用いることはできない。例えば、ＭＬＳＥ型アルゴリズムは、効果的にＩＳＩを等化できるが、ＣＣＩには影響を受けやすい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
それ故、本発明の目的は、ＩＳＩとＣＣＩを効果的に除去するという問題の解を提供することである。より詳細には、本発明の目的は、未知の干渉を除去するためにＭＩＭＯシステムで使用するための反復ビームフォーミング法を提供することである。この干渉は同じ周波数帯で動作中の他のシステムからの干渉である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
それ故、本発明に従って、受信機への伝送チャネル推定を得る方法が提供され、その方法が、
ａ）複数の受信アンテナから入力信号を受信することであって、入力信号が既に受信機に送信されている予め定めたトレーニング信号系列に基づいており、
ｂ）入力信号と予め定めたトレーニング系列に基づいて、伝送チャネルの第１の推定を決定することと、
ｃ）第１の伝送チャネル推定を用いて、中間信号を生成するために、入力信号に関して同一チャネル干渉除去を実行することと、
ｄ）中間信号と予め定めたトレーニング系列に基づいて、伝送チャネルの第２の推定を決定することと、
ｅ）第２の伝送チャネル推定を用いて、出力信号を生成するために、中間信号に関してシンボル間干渉除去を実行することと、
ｆ）以下のステップを少なくとも１回実行することとを含んでおり、そのステップは、
i）入力信号、予め定めたトレーニング系列および第２のチャネル推定に基づいて第１の伝送チャネル推定を修正するステップと、
ii）修正された第１の伝送チャネル推定を用いて、修正中間信号を提供するために、入力信号に関して同一チャネル干渉除去を実行するステップと、
iii）修正中間信号、予め定めたトレーニング系列および第２のチャネル推定に基づいて第２の伝送チャネル推定を修正するステップと、
iv）修正された第２の伝送チャネル推定を用いて、修正出力信号を生成するために、修正中間信号に関してシンボル間干渉除去を実行するステップとである。
【００１２】
本発明は、さらに、予め定めたトレーニング系列に基づく信号が受信機へ送信されている伝送チャネルの推定を最適化するための受信機を提供し、受信機は、
トレーニング系列を発生させるためのトレーニング系列発生器と、
受信機へ送信される信号に基づいて入力信号を生成するための複数のアンテナと、
入力信号および予め定めたトレーニング系列に基づく第１の伝送チャネル推定を発生させるための第１の伝送チャネル推定器と、
中間信号を生成するために、入力信号内の同一チャネル干渉を除去するための、第１の伝送チャネル推定を用いる同一チャネル干渉除去器と、
中間信号と予め定めたトレーニング系列に基づく第２の伝送チャネル推定を発生するための、かつ、中間信号、予め定めたトレーニング系列および予め計算した第２の伝送チャネル推定とに基づく修正された第２の伝送チャネル推定を選択的に発生するためにさらに適合された、第２の伝送チャネル推定器と、
第２の伝送チャネル推定を用いて、出力信号を生成するために、中間信号におけるシンボル間干渉を除去するためのシンボル間干渉除去器とを含む受信機であって、
第２の伝送チャネル推定器が、第２の伝送チャネル推定を第１の伝送チャネル推定器へフィードバックするように適合され、かつ、
第１の伝送チャネル推定器が、修正された第１の伝送チャネル推定を発生させるために、第２の伝送チャネル推定を、入力信号と予め定めたトレーニング系列と共に選択的に用いるように適合される受信機である。
【００１３】
この方式のアーキテクチャは順次動作させられる２個の時空間フィルタを含んでいる。第１のフィルタの主たる目的はＣＣＩ除去であり、他方のフィルタの主たる目的はＩＳＩ除去である。ＩＳＩとＣＣＩをこのように別々に処理することで、統合チャネル推定方式で動作させている限り、従来技術システムに対してかなりの改良ができる。各フィルタは特定の形態の干渉除去に対して最適化することができる。
【００１４】
ＣＣＩ用のフィルタを用意し、これをチャネルの推定並びにＩＳＩフィルタリングを適用する前に信号に適用してＣＣＩ干渉を除去しているため、推定並びにＩＳＩフィルタリングはかなり改善される。
【００１５】
本発明は、好ましくは、ＣＣＩ除去に先だってシステム間干渉除去段階の既知の干渉も利用する。既知の干渉の除去は、それに続くＣＣＩとＩＳＩフィルタの性能をさらに向上させる。
【００１６】
ＣＣＩフィルタは、好ましくは、アンテナからの受信信号に対して動作するビームフォーマである。ビームフォーマは、好ましくは、各送信アンテナに参照される。ビームフォーマは、受信信号に選択的に重みづけすることによって動作する。重みは、好ましくは、重み決定器によって生成される。この決定器は重みの値をビームフォーマからの信号出力とトレーニング系列並びにチャネル推定から導出した参照信号との比較に基づいている。
【００１７】
ＩＳＩ除去段階からの出力は、好ましくは、参照信号推定を生成するために、デインターリーブされ、復号される。この推定は、好ましくは、再インターリーブされ、ＩＳＩフィルタ、第２のチャネル推定器、およびシステム間除去器へのフィードバック信号として使用される。
【００１８】
本提案の発明は、いくつかの時空間適応アルゴリズムを最適化するための一般的で包括的なアーキテクチャ、およびそれらのＭＩＭＯシステム用のＣＣＩ並びにＩＳＩ干渉除去双方への応用を提供することを目的としている。本方法は、特定のＭＩＭＯシステムに制限されておらず、任意の種類の一般的システムで用いることが意図されている。本発明の基本的な考え方は空間だけの処理、時間だけの処理、およびそれらの組み合わせを最適化することである。ＣＣＩと、ＩＳＩ干渉のレベル間の差およびそれらの特性の差によって適応アルゴリズムの効率が異なる必要があることが分かっているからである。また、本提案の出願は未知のＣＣＩ、同一アンテナ干渉（ＣＡＩ）、および周波数選択性フェージング、例えばＩＳＩを対象とするものである。
【００１９】
第一段階の干渉除去は、各送信アンテナに向けてビームを形成することによって（例えば、２×２ＭＩＭＯに対して、２つのビームパターンが形成される）未知の同一チャネル干渉に目標をおいている。したがって、ＭＩＭＯシステム内の他の送信アンテナからの「既知」の干渉は除去されるべきであり、所望のマルチパス信号は生成されるべきである。理想的には、この段階で、すべてのシンボル間干渉を第２段階のＩＳＩ除去とＭＩＭＯ検出へ残したまま、同一チャネル干渉が除去される。
【００２０】
本発明は、ハードウェアかコンピュータ内のソフトウェア上で実施することができる。さらに、本発明は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実施することができる。また、本発明は、単一の処理装置か処理装置の分散ネットワークによって実施することができる。
【００２１】
本発明は、ソフトウェアで実施することができるため、本発明は適当なキャリヤーメディア上の汎用計算機に提供される計算機コードを含む。キャリヤーメディアはフロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気装置もしくはプログラマブルメモリ素子のような記憶媒体、または、例えば、電気、光学もしくはマイクロ波信号のような一時的媒体を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の特定の一実施例を単に例として説明する。
【００２３】
図１はＭＩＭＯシステム１００の基本的な配置を示す。データ信号ｓ（ｔ）は、符号化し、複数ＭＴ個の送信アンテナ１０４の各々に対応する別々のストリームへ分割するために送信機１０２に送られる。各アンテナからの信号は送信され、受信機の複数ＭＲ個の受信アンテナ１０６によって受信される。各送信アンテナ１０４と各受信アンテナ１０６の間の経路は、伝達関数ｈでモデル化でき、システム全体のチャネル伝達関数は上記の伝達関数それぞれの組み合わせから形成でき、マトリクスＨの関数を定義する。受信機１０８において、各アンテナからの信号が取り出され、受信機は原送信信号を取り出すためにチャネル逆伝達関数Ｈ−１を受信信号に適用する。
【００２４】
関数Ｈ−１を適用するために、受信機は最初に、チャネル伝達関数Ｈまたはその推定を決定しなければならない。これは通常、送信機に受信機で分かっているトレーニング信号を送信機に送らせることによってなされる。このようにして、受信機はＨの推定を生成することができる。
【００２５】
ＭＩＭＯシステムは本来散乱の多いチャネルに頼っているものであるが、これは受信機の受信範囲内で動作中の他の送信機からの同一周波数帯の信号を検出しやすいことを意味する。これは所望信号を復元するための全体的な能力が低下したＣＣＩとなる。この低下を抑圧するために、受信機で特定の選択度を得るように、ビームフォーミングが受信機に適用されるかもしれない。このようにして、受信機はアンテナで受信した所望送信機からの送信信号を選択し、不要送信源からの信号を減衰させることができる。これらの技術の組み合わせにより受信信号からＣＣＩとＩＳＩの双方を抽出することができるシステムが得られる。
【００２６】
本発明の一実施例の概観を図２に示す。ＭＩＭＯチャネルを通じて伝送された信号を受信するための受信アンテナアレイが準備される。当然、これらの受信信号は雑音と同様に不要干渉を含む。図２に示す配列は受信信号に固有の干渉を最小にするための２つの段階を含んでいる。
【００２７】
受信信号は、第１のチャネル推定器（ＣＥ−１）によって生成された初期チャネル推定に基づいて受信信号から既知の干渉を除去するために、アンテナから「既知の干渉除去」ブロックへ送られる。既知の干渉は、他の送信アンテナからのマルチパスチャネルを畳み込んだ送信信号である。
【００２８】
既知の干渉について除去がいったん実行されると、処理された信号はデジタルビームフォーマへ送られる。ビームフォーマは所望マルチパス信号を確定するために用いられる初期チャネル推定に基づいて設定される。これに基づいて、ビームフォーマに適用される重みが推定され、受信信号を処理するためにビームフォーマに適用される。
【００２９】
第１のチャネル推定器（ＣＥ−１）は、アンテナで最初に受信された信号およびローカルに発生したトレーニング系列とに基づき初期チャネル推定を生成する。この同じトレーニング系列は、受信信号を発生させるために送信機で用いられた。このようにして、チャネル推定器はチャネルの最初の推定をすることができる。到来角を直接決定することは必ずしも不可欠ではないが、ビームフォーミング処理の精度を向上させるための到来方向（ＤｏＡ）も推定できる。チャネル推定をより高速に最適化することに役立つビームフォーマに対して、重みのより高精度な初期推定を生成するために、ＤｏＡに関する事前の知識を用いることができる。ＤｏＡは事前に知られていることはないかもしれないが、初期チャネル推定以前にＤｏＡを決定するために予備的推定ステップを実行できる。
【００３０】
ＣＣＩ除去はＣＣＩ除去に対して最適化されるため、受信信号がいったんビームフォーミングされると、信号は、大幅に抑圧されたレベルのＣＣＩとなっている。信号は、次にＩＳＩ除去段階に送られる。第２のチャネル推定器（ＣＥ−２）は、ビームフォーミングされた信号を用いてチャネル推定を確定する。信号からＣＣＩを除去することによって、はるかに高精度なチャネル推定を決定することができる。このチャネル推定はＩＳＩ干渉を除去するための等化器に適用される。次に信号はＭＩＭＯ符号化された信号からデータ信号を抽出するために通常の方法で処理される。
【００３１】
この処理は出力データ推定、すなわち、送信機でＭＩＭＯ符号器へ供給されたデータの推定をもたらす。すべての干渉が除去され、チャネル推定が良好であれば、受信データ推定はトレーニング系列に一致している。チャネル推定処理を修正するために、データ推定における誤差を用いることができる。その結果、データ推定は第２のチャネル推定ユニットおよび等化段階へインターリーバを介してフィードバックされる。第２のチャネル推定ユニットによって生成されたチャネル推定は第１のチャネル推定ユニットへ、直接またはマルチパスデータを与えるためのデータ推定と結合された後に、戻される。
【００３２】
上記の処理は、チャネル推定を最適化するために反復的に繰り返される。第１のチャネル推定ユニット（ＣＥ−１）によって実行されるチャネル推定は繰り返される。事前の推定は受信アンテナ信号だけに基づいていた。しかし、ここでは第２のチャネル推定の結果からより多くの情報が得られる。これにより、受信信号中のＣＣＩ干渉をより抑圧しようとするように、推定を改良することができる。同様に、前の推定と第１の反復からのデータ推定を利用することによって、第２のチャネル推定ステップ（ＣＥ−２）を改善することができる。この処理は、ＣＥ−１とＣＥ−２によるチャネル推定が受信信号に存在するＣＣＩおよびＩＳＩ干渉のレベルに対する最適値に近づくまで、反復的に繰り返すことができる。
【００３３】
上述した説明は本発明の一実施例の総合的な動作について説明したものである。本発明に従うＭＩＭＯ受信機の一実施例のアーキテクチャの、より詳細な説明を図３を参照して記述する。
【００３４】
受信機は送信された信号を受信するための複数のアンテナ３０１１−３０１ｎを含む。これらのアンテナによって受信された信号はソフトまたは既知の干渉除去ユニット３０５を経由してビームフォーマに送られる。干渉除去ユニット３０５は、チャネル推定およびトレーニング系列（または、検出された所望信号）、すなわち未知の外部発生源からの干渉信号とは対照的に、既知の干渉から導出できる干渉を除去するように試みる。受信信号からの既知の干渉を除去することにより、改良されたチャネル推定を確立することができる。既知干渉を除去した後ビームフォーミングすることは、第２段階のフィルタに  ＩＳＩ除去のための最適化を残して、ほとんどのＣＣＩを除去するのに役立つ。
【００３５】
干渉除去ブロック３０５は、他のアンテナアレイから所望のアンテナアレイへの「既知」干渉を除去するためのものである。最初に、トレーニング系列と第１のチャネル推定エンジンにより得られた初期チャネル推定とを用いて本除去方式を動作させることができる。次に、反復処理を用いて、ソフトデータ推定情報および更新された推定チャネルを適用して、干渉除去を更新することができる。
【００３６】
ビームフォーマユニット３４０は、各アンテナに対応する複数の適応ビームフォーマ３０２１−３０２ｎを含む。各ビームフォーマ３０２は、適応ビームフォーミング重み更新ユニット３０４からの重み信号を与える重み付けユニットを含む。重みは、特定の送信信号に関連する出力を生成するためにアンテナで受信した信号に適用される。これらは加算ユニット３０３１−３０３ｎで、他のアンテナを介して受信された同じ送信信号成分と加算される。加算ユニット３０３１−３０３ｎからの出力は送信アンテナで送信された信号の推定を表している。これらは次にシンボル間干渉（ＩＳＩ）除去段階３２０へ送られる。
【００３７】
ビームフォーマ３０２１−３０２ｎで用いられる重みづけは、適応的に調整可能であり、適応ビームフォーミング重み制御器３０４によって制御される。重み制御器３０４は同一チャネル干渉（ＣＣＩ）除去ユニット３３０において確定された推定に基づきビームフォーマの中の各分岐に適用された重みを調整する。
【００３８】
ＩＳＩ除去段階３２０はビームフォーマからＭＩＭＯフィルタリングユニット３０９内へＩＳＩ除去を実行するために抽出する信号を取り込む。信号は、また、ＭＩＭＯ検出を実行するために処理される。次に、出力は、元のデータストリームの推定を得るためのデインターリービングと復号のために送られる。これはそれぞれデインターリーバ３１１と復号器３１２内で実行される。デコーダからの出力は最初に送信されたトレーニングデータ系列の推定を与える。
【００３９】
ＣＣＩ除去ユニット３３０はアンテナ３０１１−３０１ｎの各々からの入力を直接受け取る。アンテナで受信された受信入力信号はソフト干渉除去ユニット３０５へ送られるが、第１のチャネル推定エンジン３０６へも送られる。第１のチャネル推定エンジン３０６は、伝送チャネルの伝達特性推定を生成する。次にそれにより得られた推定を用いてアンテナでビームフォーマを調整してＣＣＩ除去を最大にするように所望のマルチパス信号を決定する。アンテナへの信号到来方向を直接計算することは必須ではないかもしれないが、上記で示したように、そのようにすることはビームフォーマを制御するためのパラメータのより精度の高い推定を求めるのに役立つ。
【００４０】
第１のチャネル推定エンジン３０６は、フォーマットユニット３０７へ送られる通信チャネル推定を提供する。このユニットは、トレーニング系列データと共に推定チャネルを用いて、所望のアンテナマルチパス信号、すなわち、受信アンテナにおける所望信号の推定を生成する。チャネル推定が完全であれば、ビームフォーマからの出力はフォーマットユニット３０７から推定に合致する。他の場合、違いは誤差を表す。また、チャネル推定とビームフォーミングの最適化により最小にする必要があるのはこの誤差である。第１のチャネル推定エンジン３０６によって与えられたチャネル推定は、受信信号の既知の干渉成分の除去を支援するために、ソフト干渉除去ユニット３０５へ戻される。
【００４１】
フォーマットユニット３０７は、加算ユニット３０３１−３０３ｎによって生成された送信信号推定との比較のために、マルチパス信号をビームフォーマユニット３４０へ提供する。適応ビームフォーミング重み制御器３０４を制御するために用いられる誤差信号を求めるために、所望マルチパス参照信号を、送信信号推定から引き算する。これらの誤差信号に基づいて、ビームフォーマに適用される重みが更新される。
【００４２】
図３を再び参照し、図７のフローチャートも参照してシステム動作をさらに詳細に説明する。ステップＳ１において、第１のチャネル推定エンジン３０６においておよびそれに続いて第２のチャネル推定エンジン３１０においてチャネルの初期推定を形成することにより、本システムは動作する。次に、これらのチャネル推定は後段の反復で用いられ、チャネルのコヒーレンス時間と処理オーバーヘッドの範囲内で最適解に到達するために、初期チャネル推定を改善する。通常、最適解に達するには５または６回の反復が実行される。
【００４３】
チャネル推定を確定するために、既知のトレーニング信号または系列がＭＩＭＯチャネル上に送信され、これがトレーニング系列発生器３０８によってローカルに生成されたトレーニング信号と比較される。
【００４４】
最初の反復（反復０）に対し、ステップＳ１において、第１のチャネル推定エンジン３０６は、比較的高いレベルの同一チャネル干渉（ＣＣＩ）を持つ所望信号を伝送するチャネルの推定を生成しようとする。この段階で、受信信号のソフト干渉除去とビームフォーミングは実行されておらず、そのため参照のための送信データの識別はできない。信号は直接チャネル推定ユニット３０６に送られる。その結果、最初の推定は、所望信号（この段階ではＩＳＩ干渉を無視している）に対するすべてのマルチパスを含むすべての受信所望信号電力が所望信号の一部であると仮定した時の受信信号に基づいている。この推定はＣＣＩがあることを考慮して実行される。
【００４５】
ステップＳ２において、フォーマットユニット３０７は、所望マルチパス信号の推定を生成するために、初期チャネル推定データとトレーニング系列を畳み込む。これはビームフォーマユニット３４０へ送られる。ここで、これは適応ビームフォーミング重み更新ユニット３０４により、ビームフォーマ３０２に適用する一組の重み基準を生成するために用いられる。
【００４６】
ステップＳ３において、アンテナからの受信信号は、ソフト干渉除去ユニット３０５（システム間干渉または同一アンテナ干渉としても知られている）を通してビームフォーマユニット３４０へ送られる。次に、ステップＳ４において、所望信号の第１の推定を生成するために、受信信号に関してビームフォーミングが実行される。この信号は、ＣＣＩがかなり抑圧されているが、次にＩＳＩ除去のためのＩＳＩ除去ユニット３２０へ送られる。ビームフォーマにおいて、この第１の推定とフォーマットユニット３０７からの所望マルチパス信号との間の誤差を用いて、ビームフォーマをさらに最適化するために、ビームフォーマに適用された重みを修正する。適応ビームフォーミング重み更新ユニット３０４は、その推定を、この誤差に根拠をおいている。しかし、図３の大きな矢印で書かれたフィルタリングデータで示されるように、ビームフォーマユニット３４０における重み係数は、誤りデータや直列遅延ユニットＤからの時間遅延データから抽出したフィルタリングデータによってアップデートされる。
【００４７】
ステップＳ５において、ビームフォーマユニットからの出力ＭＩＭＯ信号は、第２のチャネル推定エンジン３１０がチャネル推定を実行できるように、ＩＳＩ除去ユニットに送られる。第２のチャネル推定エンジン３１０はチャネルの推定を生成する。この推定はアンテナで受信された信号に基づいているが、ＣＣＩの大部分が除去されているため、第１のチャネル推定エンジン３０６によって生成されたものより精度高く推定できる。
【００４８】
ステップＳ６において、ＭＩＭＯ等化フィルタ３０９内におけるＩＳＩ除去を実行するために、ＩＳＩ除去ユニット３２０は新たに推定されたチャネルを用いる。ＩＳＩ等化がいったん実行されると、ステップＳ７で、初期シリアルデータストリームを抽出するためにＭＩＭＯ検出が実行される。次に、これはデインターリーバ３１１と復号器３１２へ送られかもしれない。復号器の出力は元の送信源データの推定を与える。次に、ステップＳ８において、推定送信源データは、ＭＩＭＯ等化フィルタ３０９、第２のチャネル推定エンジン３１０およびソフト干渉除去ユニット３０５へのフィードバックを提供するために、３１３で再インターリーブされる。
【００４９】
第２のチャネル推定ユニット３１０により生成された新たな推定チャネルは、ビームフォーミングの効率向上に用いるために第１のチャネル推定ユニット３０６へフィードバックされる。
【００５０】
次に、上記のステップは、チャネルのより高精度な推定のための漸進的な反復のために多数回繰り返されるかもしれない。それに続く反復が、上述のように実行される。このとき第１のチャネル推定ユニット３０６内で次のチャネル推定の元となるものとして用いられる第２のチャネル推定ユニット３１０からのチャネル推定を用いる。ＩＳＩ除去ユニット３２０の出力において生成されたデータ推定は、チャネル情報を伴うソフト干渉のより良い推定を求めるために、インターリーバ３１３を経由してソフト干渉除去ユニット３０５へ送られる。
【００５１】
第１のチャネル推定ユニット３０６からの新しい推定は、ＣＣＩ除去をさらに改善するためのビームフォーマの重み修正に用いられる。このさらに改良された推定信号は、ＩＳＩ除去ユニット３２０に戻される。次に第２のチャネル推定ユニット３１０はその前のチャネル推定を修正し、ＩＳＩ除去が繰り返される。これは以前より精度の高いデータ推定出力をもたらす。
【００５２】
多くの反復の後、チャネル推定は、実際のデータがいったん受信されれば、改善されたＩＳＩとＣＣＩ除去を与えるように、実際のチャネル状態により近づく。各フィルタリングユニットがそれ自身の干渉形態に対して動作し、それだけに基づいてチャネル推定を最適化する故、各々は、一つの処理でＩＳＩとＣＣＩ性能の両方を改善しようとするのとは対照的に、より効果的に動作する。
【００５３】
ある数の反復が終了されると、推定はチャネルのコヒーレント時間、処理オーバーヘッド、およびトレーニング系列の送信時間の制約の範囲内で達成可能な最適値に近づく。この段階において、推定は決定され、送信機からの情報データを処理できる。アンテナで受信された信号を含む情報は、ソフト除去、それに続いて実行したビームフォーミングと同様にシステム内を送られる。次に、ＩＳＩ除去が実行され、結果として生成されたデータは、送信された情報データに合致している。
【００５４】
決定されたチャネル推定およびビームフォーマ重み付けは、情報データ転送の間に決定されているかもしれないが、システムは、推定ができるだけ最適値に近く、かつその状態を保つことを確実にするために、特にチャネルパラメタが変動する場合は、チャネル推定を最適化し続ける。
【００５５】
図４を参照してビームフォーマの操作を以下でさらに説明する。図４にビームフォーマユニット３０２のｍ段の反復段階を図式的に示す。図３で用いた重みと区別するために、重み記号ｖで識別する。それらは同じ重みを表すが、表記法はわずかに異なっている。
【数１】
2007508721.tif 000003
【００５６】
各段階に対して、前のビームパターンは保持され、新しいセットのビーム重みが適用されている。図４は、前の段階の重みを保持することにより各反復において異なる重みが適用されることを示す。図４は図３で示された１組の重みを示すのみであることに注意すべきである。
【００５７】
図６は、本発明で立証された改善を示すために、本発明の種々の配列におけるシミュレーション結果を示す。動作（１）および（２）は、チャネルとＤｏＡに関する予備知識に基づき１および３回の反復を用いたシステムを示す。動作（３）および（４）は同様であるが、チャネルに関する予備知識に基づかず、それらを推定することに基づいて１および３回の反復を実行した結果を示す。最後に、動作（５）および（６）はビームフォーミング機能を除外して、動作（３）および（４）を繰り返した時の効果を示す。これで分かるように、ビームフォーミングは、それが無ければ非常に劣る性能となるフィルタリング処理の重要な要素を形成している。しかし、ビームフォーミングによって、推定処理は、チャネルとＤｏＡに関する予備知識を持っている場合と比べたとき、そのような予備知識無しで優れた結果を与える。
【００５８】
上で説明した実施例において、すべての適応化が受信機で実行され、また送信機はチャネルに関していかなる知識も持っている必要がない。しかし、本発明の上記実施例は、最終チャネル推定に基づいてプレ−およびポスト−フィルタリングを用意することにより、さらに改善されるかもしれない。図５は、適応ビームフォーミングが受信機と同様に送信機でも実行される変形されたシステムを示す。この配列は、公知の送信機／受信機の適応最適化法と同様であるが、適応ビームフォーミングの追加的特徴を含んでいる。
【００５９】
ユニット３０９におけるＭＩＭＯ検出は任意の公知のＭＩＭＯ検出法であるかもしれない。図３において、いくつかのユニットが、適切な検出のためにチャネル情報も必要としているため、第２のチャネル推定エンジン３１０で推定されたチャネルを、ＭＩＭＯ検出ユニット３０９へ供給しているとして示す。当然、ＭＩＭＯユニットがこの情報を要求しなければ、これは必要ではない。
【００６０】
適応ビームフォーミング重みの更新はＬＭＳ、ＮＬＭＳ、ＲＬＳなどの任意の利用可能な適応フィルタリング／ビームフォーミングアルゴリズムで良い。
【００６１】
第２のチャネル推定エンジン（ＣＥ−２）はＩＳＩのためのフィルタリング／ＯＦＤＭの手順と結合して反復的に推定されるかもしれない。この推定されたチャネルは両方のフィルタへフィードバックされても良い。
【００６２】
ＩＳＩ除去用フィルタは、Ｖｉｔｅｒｂｉ等化器、ターボ等化器または簡単なＬＭＭＳＥ等化器であっても良い。また、それは、等化手順を簡素化するために、多重搬送波（ＯＦＤＭフォーマット）受信機であっても良い。
【００６３】
ＯＦＤＭのフォーマット「ＩＳＩ除去」または、例えばＯＦＤＭシステムに対して、ＭＩＭＯビームフォーミングは、各副搬送波に対するＦＦＴの後に、または副搬送波をグループ化（副搬送波クラスタリング）することによって動作するかもしれない。ある一定の帯域幅中の副搬送波が同じような周波数選択性フェージングを受ける時、副搬送波クラスタリングが適用されるかもしれない。したがって、そのクラスタ内のすべての副搬送波に対して同じアンテナ重みが適用されるかもしれない。
【００６４】
一般に、受信機フロントエンドはハードウェアで実施される。一方、受信機の処理は少なくとも１つのＡＳＩＣおよび／またはＦＰＧＡも使われるかもしれないが、通常少なくとも部分的にはソフトウェアで実施される。当業者は受信機のすべての機能がハードウェアで実行されるかもしれないこと、および信号がソフトウェア無線においてディジタル化される正確なポイントは費用／複雑さ／電力消費量のトレードオフに依存することを理解する。
【００６５】
図８に本発明の一実施例に対する典型的な実用的実施８００を示す。受信機は受信されたアナログＲＦ信号をＲＦフロントエンド８０４に送るアンテナ８０２を含むかもしれない。この段階において、ＡＤＣ８０６内で出力は直交信号からディジタル信号へ変換されるかもしれない。次に、データ８０８ａの処理のためおよびデータ並びに処理パラメータの中間記憶８０８ｂのために、ディジタル信号は、ディジタル信号プロセッサ（または、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなど）８０８に送られるかもしれない。
【００６６】
プログラムメモリ８１４へ転送し、つづいてＤＳＰ等へ転送するために、プログラムコードが永久記録手段８１６から与えられるかもしれない。同様に、コードは他の記憶手段からロードされるか、または直接ダウンロードされるかもしれない。
【００６７】
本発明の応用を時間領域符号化のＭＩＭＯシステムの場合について主に説明してきたが、本発明の実施例はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）システムなどの周波数領域符号化システムにおいても有効である。例えば本発明は５４Ｍｂｐｓ無線ネットワークのためのヨーロッパのＨｉｐｅｒｌａｎ／２規格または米国のＩＥＥＥ  ８０２．１１ａ規格に用いられるかもしれない。本システムは単一搬送波と多重搬送波システムの双方に同じように適用されるかもしれない。多重搬送波システムに対しては、ＩＳＩ除去３０９用等化器はＦＦＴエンジン（ＯＦＤＭ復調器）に置き換えられるかもしれない。言い換えれば、この形式の反復復号は周波数領域でも適用されるかもしれない。
【００６８】
おそらく、当業者は他の多くの効果的な代替手段に気がつく。本発明は説明した実施例に限定されず、ここに付記された請求項の精神と範囲にあって、当業者には明らかな変更を含むことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】基本的なＭＩＭＯ配列の一例。
【図２】本発明の受信機のブロックダイアグラム。
【図３】本発明に従う一般的な受信機の配置を示す図。
【図４】本発明の多段階ビームフォーミングの一例。
【図５】送信機における最適化を含む本発明の変形版。
【図６】本発明の配列の特性グラフ。
【図７】本発明の受信機の動作のブロックダイアグラム。
【図８】本発明の実用的実施に適した一般的受信機。
【符号の説明】
【００７０】
３２０…ＩＳＩ除去ユニット、３３０…ＣＣＩ除去ニット、３４０…ビームフォーマユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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