(57)【要約】超過遅延スプレッドを有するＯＦＤＭシステムに対するパイロット送信およびチャンネル推定技術が記載されている。超過遅延スプレッドの有害な影響を軽減するために、時間フィルタ処理が使用される。時間フィルタ処理は、チャンネル推定時の超過遅延スプレッドの影響を抑制するために使用される。時間フィルタ処理は、スタガーされたパイロットが存在するときに行われ、超過遅延スプレッドが存在するときにチャンネル推定を改善するのを助ける。【選択図】図２Ａ
2007520162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのセットのパイロットサブバンドに関して受信されたパイロット符号の少なくとも２つのグループを、各パイロットサブバンドセットに対して１グループずつ獲得し、第２のグループは第１のグループに関してスタガーに配列される、
受信されたパイロット符号を偶数符号と奇数符号に分割し、偶数符号は実際の超過な成分を含み、奇数符号は実際の超過な成分を含む、
その偶数符号およびその奇数符号に基づいて偶数の実効推定値および奇数の実効推定値をそれぞれ決定する、
実際のチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第１のセットを選択する、
超過なチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第２のセットを選択する、
少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて実際のチャネルに対して時間フィルタ処理する、
少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて超過なチャネルに対して時間フィルタ処理する、
を含んでいる無線通信システムにおけるチャネルを推定する方法。
【請求項２】
分割することはさらに、第１のグループの受信されたパイロット符号と第２のグループの受信されたパイロット符号との間隔を均一に隔てることを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項３】
分割することはさらに、少なくとも２つのグループの受信されたパイロット符号を２符号スタガリングパターンにしたがってスタガーに配列することを含んでいる請求項２記載の方法。
【請求項４】
分割することはさらに、少なくとも２つのグループの受信されたパイロット符号をｎ符号（ｎ＞）スタガリングパターンにしたがってスタガーに列することを含んでいる請求項２記載の方法。
【請求項５】
少なくとも２つのセットのパイロットサブバンドに関して受信されたパイロット符号の少なくとも２つのグループを、各パイロットサブバンドセットに対して１グループずつ獲得する手段、第２のグループは第１のグループに関してスタガーに配列される、
受信されたパイロット符号を偶数符号と奇数符号に分割する手段、偶数符号は実際の超過な成分を含み、奇数符号は実際の超過な成分を含む、
その偶数符号およびその奇数符号に基づいて偶数の実効推定値および奇数の実効推定値をそれぞれ決定する手段、
実際のチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第１のセットを選択する手段、
超過なチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第２のセットを選択する手段、
少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて実際のチャネルに対して時間フィルタ処理する手段、
少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて超過なチャネルに対して時間フィルタ処理する手段、
を備えている無線通信システムにおける装置。
【請求項６】
少なくとも２つのセットのパイロットサブバンドに関して受信されたパイロット符号の少なくとも２つのグループを、各パイロットサブバンドセットに対して１グループずつ獲得し、第２のグループは第１のグループに関してスタガーに配列される、
受信されたパイロット符号を偶数符号と奇数符号に分割し、偶数符号は実際の超過な成分を含み、奇数符号は実際の超過な成分を含む、
その偶数符号およびその奇数符号に基づいて偶数の実効推定値および奇数の実効推定値をそれぞれ決定する、
実際のチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第１のセットを選択する、
超過なチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第２のセットを選択する、
少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて実際のチャネルに対して時間フィルタ処理する、
少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて超過なチャネルに対して時間フィルタ処理する、
を含んでいる無線通信システムにおけるチャネルを推定する方法を実行するようにプログラムされたプロセッサ。
【請求項７】
少なくとも２つのセットのパイロットサブバンドに関して受信されたパイロット符号の少なくとも２つのグループを、各パイロットサブバンドセットに対して１グループずつ獲得し、第２のグループは第１のグループに関してスタガーに配列される、
受信されたパイロット符号を偶数符号と奇数符号に分割し、偶数符号は実際の超過な成分を含み、奇数符号は実際の超過な成分を含む、
その偶数符号およびその奇数符号に基づいて偶数の実効推定値および奇数の実効推定値をそれぞれ決定する、
実際のチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第１のセットを選択する、
超過なチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第２のセットを選択する、
少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて実際のチャネルに対して時間フィルタ処理する、
少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて超過なチャネルに対して時間フィルタ処理する、
を含んでいる無線通信システムにおけるチャネルを推定する方法を実施するコンピュータ読取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、データ通信に関し、とくに、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）システムにおける超過遅延軽減のための時間フィルタ処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９下における優先権の主張
本特許出願は、2004年1月28日に出願され、本出願人にその権利を譲渡され、この明細書において参考文献とされている仮出願第 60/540,087号（“TIME FILTERING FOR EXCESS DELAY MITIGATION IN OFDM SYSTEM”）に基づいて優先権を主張している。
【０００３】
ＯＦＤＭは、全体的なシステム帯域幅をマルチプル(multiple)（ＮF）の直交サブバンドに実効的に分割するマルチキャリヤ変調技術である。これらのサブバンドはまた、トーン、サブキャリヤ、ビン(bins)および周波数チャネルとも呼ばれる。ＯＦＤＭにより、各サブバンドはデータで変調されることのできる各サブキャリヤと関連づけられる。ＮFまでの変調符号が各ＯＦＤＭ符号周期においてＮFのサブバンドで送信されることができる。送信の前に、ＮF-ポイント逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を使用して、ＮFのチップを含む“変換された”符号を獲得することにより、これらの変調符号が時間ドメインに変換される。
【０００４】
ＯＦＤＭは、システム帯域幅全体の異なった周波数における異なったチャネル利得によって特徴付けられる周波数選択性フェージングを抑制するために使用されることができる。周波数選択性フェージングは符号間干渉（ＩＳＩ）を生じさせることがよく知られており、それは、受信された信号中の各符号が１以上の後続する符号へのひずみとして作用する現象である。ＩＳＩひずみは、受信された符号を正確に検出する能力に影響を与えることにより性能を低下させる。周波数選択性フェージングは、変換された各符号の一部分を反復して対応したＯＦＤＭ符号を形成することにより、都合よくＯＦＤＭによって抑制されることができる。この反復された部分は一般にサイクリックプレフィックス(cyclic prefix)と呼ばれている。
【０００５】
サイクリックプレフィックスの長さ（すなわち、各ＯＦＤＭ符号に対して反復すべき量）は遅延スプレッド(spread)に依存する。無線チャネルの遅延スプレッドは、その無線チャネルに対するインパルス応答のタイムスパンまたは存続期間である。この遅延スプレッドはまた、送信機によりその無線チャネルを介して送信された信号の、受信機に最初に到達した信号インスタンス(instances)（またはマルチパス）と最後に到達した信号インスタンスとの間の差である。ＯＦＤＭシステムの遅延スプレッドは、システム中の全ての送信機および受信機に対する無線チャネルの最大予測遅延スプレッドである。システム中の全ての受信機がＩＳＩを克服することを可能にするために、サイクリックプレフィックス長は最大予測遅延スプレッドに等しいか、あるいはそれより長くなければならない。しかしながら、サイクリックプレフィックスは各ＯＦＤＭ符号に対するオーバーヘッドを表しているため、オーバーヘッドを最小にするためにサイクリックプレフィックス長を可能な限り短くすることが望ましい。妥協案として、サイクリックプレフィックス長は典型的に、そのサイクリックプレフィックスがシステム中の大部分の受信機に対する全てのマルチパスエネルギのかなりの有意部分を含むように選択される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＯＦＤＭシステムは、サイクリックプレフィックス長より小さいか、あるいはそれに等しい遅延スプレッドに耐えることができる。そうである場合、ＮFのサブバンドは互いに直交している。しかしながら、システム中の所定の受信機は、サイクリックプレフィックス長より大きい遅延スプレッドである超過な(excess)遅延スプレッドを観測する可能性がある。超過な遅延スプレッドは、以下説明するように共にシステム性能を低下させることのできるＩＳＩおよびチャネル推定エラーのような種々の有害な影響を生じさせる可能性がある。それ故、ＯＦＤＭシステムにおける超過遅延スプレッドの有害な影響を軽減する技術が技術的に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この明細書には、パイロットを送信し、超過遅延スプレッドを有する無線チャネルの応答を推定する技術が記載されている。
【０００８】
１つの観点において、無線通信システムにおけるチャネルを推定する方法は少なくとも２つのセットのパイロットサブバンドに関して受信されたパイロット符号の少なくとも２つのグループを、各パイロットサブバンドセットに対して１グループずつ獲得し、第２のグループは第１のグループに関してスタガーに配列され、受信されたパイロット符号を偶数符号と奇数符号に分割し、偶数符号は実際の超過な成分を含み、奇数符号は実際の超過な成分を含み、その偶数符号およびその奇数符号に基づいて偶数の実効推定値および奇数の実効推定値をそれぞれ決定し、実際のチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第１のセットを選択し、超過なチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第２のセットを選択し、少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて実際のチャネルに対して時間フィルタ処理し、少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて超過なチャネルに対して時間フィルタ処理することを含んでいる。
【０００９】
別の観点において、無線通信システムにおける装置は少なくとも２つのセットのパイロットサブバンドに関して受信されたパイロット符号の少なくとも２つのグループを、各パイロットサブバンドセットに対して１グループずつ獲得する手段を備え、第２のグループは第１のグループに関してスタガーに配列され、受信されたパイロット符号を偶数符号と奇数符号に分割する手段を備え、偶数符号は実際の超過な成分を含み、奇数符号は実際の超過な成分を含み、その偶数符号およびその奇数符号に基づいて偶数の実効推定値および奇数の実効推定値をそれぞれ決定する手段と、実際のチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第１のセットを選択する手段と、超過なチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第２のセットを選択する手段と、少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて実際のチャネルに対して時間フィルタ処理する手段と、少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて超過なチャネルに対して時間フィルタ処理する手段とを備えている。
【００１０】
さらに別の観点において、無線通信システムにおけるチャネルを推定する方法を実施するコンピュータ読取り可能な媒体は少なくとも２つのセットのパイロットサブバンドに関して受信されたパイロット符号の少なくとも２つのグループを、各パイロットサブバンドセットに対して１グループずつ獲得し、第２のグループは第１のグループに関してスタガーに配列され、受信されたパイロット符号を偶数符号と奇数符号に分割し、偶数符号は実際の超過な成分を含み、奇数符号は実際の超過な成分を含み、その偶数符号およびその奇数符号に基づいて偶数の実効推定値および奇数の実効推定値をそれぞれ決定し、実際のチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第１のセットを選択し、超過なチャネルを推定するための時間フィルタ係数の第２のセットを選択し、少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて実際のチャネルに対して時間フィルタ処理し、少なくとも偶数の実効推定値、奇数の実効推定値、第１のセットの時間フィルタ係数および第２のセットの時間フィルタ係数に基づいて超過なチャネルに対して時間フィルタ処理することを含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の種々の特徴および実施形態をさらに詳細に説明する。  
本発明の特徴および特性は、以下の詳細な説明および添付図面から明らかになるであろう。なお、図面中において同じ参照符号が同一のものを示すために使用されている。  
“例示的な”という単語は、“１つの例または例証イラストとして役立つこと”を意味するために使用されている。この明細書において“例示的なもの”として記載されている実施形態または設計はそのいずれも他の実施形態または設計より好ましいものまたは有効なものとして常に解釈されるわけではない。
【００１２】
ここに記載されている超過遅延の軽減のための時間フィルタ処理技術は、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）ベースのシステム、直交周波数分割多元アクセス（ＯＦＤＭＡ）システム、符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）システム、時分割多元アクセス（ＴＤＭＡ）システム、周波数分割多元アクセス（ＦＤＭＡ）システム、単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）システム、マルチプル入力マルチプル出力（ＭＩＭＯ）システム等のような種々の通信システムに対して使用されることができる。
【００１３】
ＯＦＤＭシステムにおいては、連続した符号にわたって干渉を除去するために各ＯＦＤＭ符号のはじめにサイクリックプレフィックスが挿入される。チャネルの遅延スプレッドがサイクリックプレフィックスより小さく、適切なＦＦＴウインドウを選択するように受信機が同期されているとき、連続したＯＦＤＭ符号間における符号間干渉（ＩＳＩ）は存在しない。さらに、チャネルインパルス応答に関するリニア畳込みは循環畳込みに変換され、キャリヤの直交性が保存される。換言すると、同じＯＦＤＭ符号内の異なるキャリヤ間のキャリヤ間干渉（ＩＣＩ）は存在しない。
【００１４】
チャネルの遅延スプレッドがサイクリックプレフィックスを超えたとき、ＩＣＩおよびＩＳＩが存在し、これがＯＦＤＭシステムの性能を低下させる可能性がある。この低下を避けるためにサイクリックプレフィックスの長さを増加すると、システムにおいて許容不可能なオーバーヘッドが生じる可能性がある。ＩＣＩ／ＩＳＩの導入に加えて、超過遅延スプレッドの存在は、チャネルを推定する必要のあるコヒーレント受信機の性能をさらに低下させる可能性がある。とくに、チャネルタップの数が増加した場合、チャネル推定のために割当てられるパイロットリソースは足りなくなる可能性がある。明らかに、このようなシナリオでの劣化は、割当てられたリソースおよび超過遅延スプレッドの量に依存する。
【００１５】
サイクリックプレフィックスに関するように、チャネル推定のためにリソースを増加すると、オーバーヘッドが許容不可能なほど増加する可能性がある。チャネル推定の劣化は実際面で重要ないくつかのシナリオにおいて非常に重大であり、ＩＣＩおよびＩＳＩによる本質的な劣化より重要である可能性がある。超過遅延スプレッドの存在を説明するチャネル推定技術を使用することにより、このような影響が軽減される。
【００１６】
図５は、ＯＦＤＭシステムに関するＯＦＤＭ変調器100のブロック図を示している。典型的に、送信されるデータはコードビットを生成するように符号化されてインターリーブされ、その後、それらコードビットは変調符号にマップされる。符号マッピングは、（１）コードビットをＢビット２進値にグループ化し、ここで、Ｂ≧１であり、（２）変調方式（たとえば、Ｍ＝２BとするＭ-ＰＳＫまたはＭ-ＱＡＭ）に基づいて各Ｂビット値を特定の変調符号にマップすることにより行われる。各変調符号は、変調方式に対応した信号コンステレーションの中の複素値である。各ＯＦＤＭ符号周期に対して、１つの“送信”符号はＮFのサブバンドのそれぞれで送られる。各送信符号は、パイロット／データに対する変調符号またはゼロの信号値（すなわち、“ゼロ符号”）のいずれかであることができる。ＩＦＦＴ装置110は各ＯＦＤＭ符号周期においてＮFの合計サブバンドに対するＮFの送信符号に関してＮF-ポイントＩＦＦＴを行って、ＮFのチップを含む変換された符号を提供する。ＩＦＦＴは以下のように表されることができる：
【数１】
2007520162.tif 000003
【００１７】
ここで、ＳはＮFのサブバンドに対する送信符号のＮF×１ベクトルであり、
【数２】
2007520162.tif 000004
【００１８】
はＮF×ＮF離散フーリエ変換（ＤＦＴ）マトリックスであり、
ｓは時間ドメインチップのＮF×１ベクトルであり、
“Ｈ”は共役転置を表す。  
そのＤＦＴマトリックス「式ａ」は、（ｎ，ｍ）番目のエントリｗn,mが以下のように与えられるように定義される：
【数３】
2007520162.tif 000005
【００１９】
ここで、ｎは行インデックスであり、ｍは列インデックスである。
【数４】
2007520162.tif 000006
【００２０】
は逆ＤＦＴマトリックスである。
【００２１】
サイクリックプレフィックス発生装置120は変換された符号のそれぞれの一部分を反復して、ＮCのチップを含む対応したＯＦＤＭ符号を獲得し、ここでＮC＝ＮF＋Ｎcpであり、Ｎcpはサイクリックプレフィックス長である。ＯＦＤＭ符号周期とは、ＮCのチップ周期である１つのＯＦＤＭ符号の存続期間である。チップは調整されて無線チャネルによって送信される。
【００２２】
図２Ａは、超過遅延スプレッドを有する無線チャネルの例示的なインパルス応答210を示している。チャネルインパルス応答210は、その無線チャネル中の２つのマルチパスに対する２つのタップ212および214を含んでいる。タップ212はｈ1の複素利得を有し、タップインデックス１に配置されている。タップ214はｈeの複素利得を有し、サイクリックプレフィックス長Ｎcpの範囲外であるタップインデックスＮeに配置されている。ここで使用されているように、“主チャネル”とは、サイクリックプレフィックス長またはその範囲内にあるチャネルインパルス応答の部分のことであり、“超過チャネル”とは、サイクリックプレフィックス長の範囲外にあるチャネルインパルス応答の部分のことであり、“超過”とは、超過チャネルタップのタップインデックスとサイクリックプレフィックス長との差を意味する。チャネルインパルス応答210に対して、主チャネルは１つのタップ212を含み、超過チャネルは１つのタップ214を含み、このタップ214に対する超過はＮex＝Ｎe−Ｎcpである。
【００２３】
図２Ｂは、図２Ａに示されている無線チャネルに対して受信されたチップのシーケンス220を示している。受信されたチップのシーケンス220は、無線チャネルに対するタップ212および214による送信されたチップのシーケンスの畳込みである。受信されたチップのシーケンス220は、（１）送信されたチップのシーケンスにより主チャネルタップ212の畳込みを行うことにより生成されたチップシーケンス222と、（２）送信されたチップのシーケンスにより超過チャネルタップ214の畳込みを行うことにより生成されたチップシーケンス224とから構成されており、ここでｓiは現在のＯＦＤＭ符号に対するｉ番目のチップを表し、ｘiは前のＯＦＤＭ符号に対するｉ番目のチップを表し、ｉ＝１…ＮCである。
【００２４】
図２Ｃは、異なった成分への受信されたチップのシーケンス220の分解を示している。図２Ｂにおけるチップシーケンス224は、（１）現在のＯＦＤＭ符号に関するＮCのチップにより超過チャネルタップ214の循環畳込みによって生成されたチップシーケンス226、（２）前のＯＦＤＭ符号のテールエンドに対するチップシーケンス228、および（３）現在のＯＦＤＭ符号のテールエンドに対するチップシーケンス230により置換される。チップシーケンス222および226は、サイクリックプレフィックス長が十分に長く、タップ214が主チャネルの一部であったならば、タップ212および214に対して受信されていたであろうシーケンスを表している。しかしながら、これはそういうケースではないため、チップシーケンス228および230は共に超過遅延スプレッドに依るものである。チップシーケンス228は現在のＯＦＤＭ符号中への前のＯＦＤＭ符号のリークを表しており、符号間干渉の原因である。チップシーケンス230は循環畳込みへのディスターバンス(disturbance)を表しており、キャリヤ間干渉（ＩＣＩ）およびチャネル減衰の原因である。
【００２５】
各サブバンドにおいて観察される符号間干渉は、以下のように表されることができる：
【数５】
2007520162.tif 000007
【００２６】
ここで、Ｘは前のＯＦＤＭ符号に対する送信符号のＮF×１ベクトルであり、
【数６】
2007520162.tif 000008
【００２７】
は、「式ｂ」の最後のＮexの行を有するＮex×ＮFマトリックスであり、
【数７】
2007520162.tif 000009
【００２８】
は、「式ａ」のｋ番目の行の最初のＮexのエレメントを有する１×Ｎexベクトルである。演算：
【数８】
2007520162.tif 000010
【００２９】
により、前のＯＦＤＭ符号の最後のＮexのチップを含むＮex×１ベクトル：
【数９】
2007520162.tif 000011
【００３０】
が生成される。「式ｃ」による「式ｄ」の乗算から、サブバンドｋ上のこれらの最後のＮexのチップのために生じた干渉が形成される。
【００３１】
符号間干渉による各サブバンド上の雑音パワーは、以下のように表されることができる：
ｋ＝１…ＮFに対して、σ2ISI＝ＥS・｜ｈe｜2・（Ｎex／ＮF）      （式４）
ここで、ＥSは送信符号エネルギであり、｜ｈe｜2は超過チャネルのパワーであり、σ2ISIは各サブバンド上のＩＳＩによる雑音パワーである。式４に示されているように、サブバンド当りのＩＳＩ雑音パワーは（１）超過チャネルエネルギ｜ｈe｜2に比例し、（２）現在のＯＦＤＭ符号上への前のＯＦＤＭ符号のリークの量を示す超過Ｎexに比例し、（３）全ＩＳＩ雑音パワーはＮFのサブバンドにわたって分散されるため、合計サイドバンドの数に反比例する。
【００３２】
キャリヤ間干渉による各サブバンド上の雑音パワーは符号間干渉と同様に計算され、以下のように表されることができる：
ｋ＝１…ＮFに対して、σ2ICI＝ＥS・｜ｈe｜2・[(Ｎex/ＮF)-(Ｎex/ＮF)2]      （式５）
ここで、σ2ICIは各サブバンド上のＩＣＩによる雑音パワーである。
【００３３】
図２Ｄは、図２Ａに示されている無線チャネルに対する実効チャネル240を示している。再び図２Ｃを参照すると、チップシーケンス226は超過チャネルタップ214による影響（サイクリックプレフィックスは十分に長いと仮定して）を表し、チップシーケンス230は超過チャネルによるＩＣＩのソースを表している。チップシーケンス230に対する減算演算の結果、各サブバンドに対して信号パワーを部分的に減少をさせる。この減算は、超過チャネルタップ214を（１−Ｎex／ＮF）のファクタでスケールダウンすることにより説明されることができる。図２Ｄに示されているように、実効チャネル20は、ｈ1の複素利得を有するタップ212と、ｈe・（１−Ｎex／ＮF）の複素利得を有するタップ216とを備えている。タップ214の利得に対するタップ216の利得の減少は“チャネル減衰”と呼ばれ、タップ214に対する超過遅延スプレッドの結果発生する。減衰の量は超過Ｎexに関連している。
【００３４】
受信機は、無線チャネルに対するチャネル推定値を得るためにチャネル推定を行う。チャネル推定は典型的にパイロット符号に基づいて行われ、これらのパイロット符号は受信機により演繹的に(a priori)知られる変調符号である。パイロット符号は以下に説明される種々の方法で送信されてもよい。
【００３５】
図３は、ＯＦＤＭシステムに対して使用されることのできる例示的なサブバンド構造を示している。ＯＦＤＭシステムは、ＯＦＤＭを使用してＮFの直交サブバンドに分割されるＢＷ ＭＨｚの全体的なシステム帯域幅を有している。各サブバンドは、ＢＷ／ＮF ＭＨｚの帯域幅を有している。スペクトル的に成形されたＯＦＤＭシステムに対して、ＮFの合計サブバンドのＮU だけがデータ/パイロット送信のために使用され、ここでＮU＜ＮFであり、残りのＮF−ＮU のサブバンドはデータ/パイロット送信には使用されず、ガードサブバンドとして機能し、それによってそのシステムはスペクトルマスク要求を満足させることが可能となる。簡明化のために、以下の説明ではＮFのサブバンドの全てがＯＦＤＭシステムにおいて使用されてもよいと仮定する。
【００３６】
説明のために、チャネル推定が周波数ドメインにおける均一に間隔を隔てられたパイロットに基づいているＯＦＤＭシステムが考慮される。周波数ドメインにおいてｋ番目に受信されたＯＦＤＭ符号は以下のように書かれることができる：
Ｙ（ｋ）＝Ｈ（ｋ）＋ｗ（ｋ）＝ＷP,Dｈ（ｋ）＋ｗ（ｋ）      （式１）
ここで、
・Ｐはパイロットキャリヤの数であり、Ｄは受信機により仮定されたチャネルタップの数である。  
・ベクトルＹ、Ｈ、ｗは長さＰのものであり、雑音ｗは分散Ｎ0を有する白色複素ガウス雑音である。  
・マトリックスＷP,Dは、非正規化されたＤＦＴマトリックス：
【数１０】
2007520162.tif 000012
【００３７】
のＰ×Ｄサブマトリックスである。  
ここでＮはサブキャリヤの合計数である。
【００３８】
チャネルタップの数Ｄ≦Ｐである。しかしながら、１実施形態では、そのチャネルがサイクリックプレフィックスより大きい遅延スプレッドを有するシナリオに対処するために１つの長いチャネル推定値。１つの長いチャネル推定値を得るために、パイロットは連続したＯＦＤＭ符号を横切ってスタガーに配列される。すなわち、パイロットキャリヤインデックスは、以下説明するように、連続したＯＦＤＭ符号において変更されている。
【００３９】
スタガー配列されたパイロット
簡明化のために、２符号スタガリング(staggering)パターンを仮定する：均一に間隔を隔てられたパイロットキャリヤが偶数符号において形態：
【数１１】
2007520162.tif 000013
【００４０】
のものである場合、それらは奇数符号において
【数１２】
2007520162.tif 000014
【００４１】
となる。このようなスタガリングにより、２つの隣接したＯＦＤＭ符号からのパイロット観測を使用することにより長さ２Ｐまでの推定値を獲得することができる。すなわち、２Ｐの時間ドメインタップを有するチャネルを仮定する。したがって、
【数１３】
2007520162.tif 000015
【００４２】
さらに簡明にするために、スタガリングが位相０とＮ／２Ｐとの間で行われるように、ｎ0＝０と定める。もっとも、上記の式は任意のｎ0に対して成り立つ（can be carried through）。したがって、以下の式が得られる：
【数１４】
2007520162.tif 000016
【００４３】
同様に、奇数符号に対して、
【数１５】
2007520162.tif 000017
【００４４】
したがって、偶数および奇数符号におけるパイロット観測は以下のように書かれる：
Ｙ（２ｋ）＝ＷP,P［ｈa（２ｋ）＋ｈe（２ｋ）］＋ｗ（２ｋ）
Ｙ（２ｋ＋１）＝ＷP,PΛ［ｈa（２ｋ＋１）−ｈe（２ｋ＋１）］＋ｗ（２ｋ＋１）
（式２）
ここで、
【数１６】
2007520162.tif 000018
【００４５】
であり、また、上付き文字“ａ”および“ｅ”は、ｌ＝０，…，Ｐ−１およびｌ＝Ｐ，…，２Ｐ−１にそれぞれ対応した“実際の”タップおよび“超過”タップを表す。
【００４６】
式７における観測からチャネルの推定値を得るための１つの可能性は、最小２乗法を使用して実効時間ドメインチャネルを推定することである。式８は偶数の実効推定値および奇数の実効推定値を示している：
【数１７】
2007520162.tif 000019
【００４７】
上記の実効推定値は、実際の成分および超過成分の両方を含んでいる。全２Ｐタップチャネル推定値を獲得するための簡単な方法は以下のとおりである：
【数１８】
2007520162.tif 000020
【００４８】
式９は、式８における時間ドメイン推定値（ＯＦＤＭ符号ごとに得られた）がマルチプルＯＦＤＭ符号にわたって平均されるさらに一般的な演算の特別な場合である。このような平均化は時間フィルタ処理と呼ばれ、それは各個々の時間ドメインタップに対して別個に行われる。任意のＯＦＤＭ符号ｍ（奇数または偶数）におけるタップｌの結果的に得られた推定値は以下のように書かれる：
【数１９】
2007520162.tif 000021
【００４９】
ここで、ＮfおよびＮbはそれぞれノンコーザル(non-causal)およびコーザル(causal)タップの数である。  
このフレームワークにおいて、式９はＮf＝０，Ｎb＝２ならびに
α0,l＝α1,l＝０．５        ｌ＜Ｐ
α0,l＝０．５およびα1,l＝−０．５        Ｐ≦ｌ＜２Ｐ−１
を選択することに対応する。
【００５０】
したがって、１つの時間フィルタ係数セットは実際のチャネル（ｌ＜Ｐ）を推定するために選択され、また、別のセットが超過チャネルのために選択される。
【００５１】
その２つのハーフ(halves)に対して時間フィルタ係数を選択するためのさらに一般的なストラテジを考慮されたい。簡明にするために、ｌ＜Ｐに対するそのフィルタの係数はαnで表され、ｌ≧Ｐに対するフィルタの係数はβnで表される。
【００５２】
実際のチャネルに対する時間フィルタ処理
実際のチャネルおよび超過チャネルを分離することは別として、時間フィルタ係数の選択はまた別の制約によって支配される。時間フィルタ処理により、付加的なパイロットエネルギの獲得とチャネル推定値の信頼性の改善とが可能になる。しかしながら、長い時間フィルタ処理を使用することにより、チャネルの時間バリエーションによる劣化が導入される可能性がある。
【００５３】
説明のために、偶数のＯＦＤＭ符号において観測されたｌ番目の時間ドメインチャネルタップに焦点を合せ、そのチャネルは、時間フィルタにより使用されるＮf＋Ｎbの符号にわたって直線的に変化すると仮定されたい。式８を使用することにより、以下が得られる：
ｈl（２ｋ−ｎ）＝ｈlactual（２ｋ−ｎ）＋（−１）nｈlexcess（２ｋ）,    ｌ＝０，…，Ｐ−１
および
ｈla（２ｋ−ｎ）＝ｈla（２ｋ）−ｎδa
ｈle（２ｋ−ｎ）＝ｈle（２ｋ）−ｎδe ,    ｎ＝Ｎb−１，…，−Ｎf
ここで、δa およびδeは、タップｌにおける実際のチャネルおよび超過チャネルの傾きである。理想的には、これらの時間バリエーションは超過チャネルと共に取消される。したがって、時間フィルタの係数に関する制約は以下のように要約されることができる：
【数２０】
2007520162.tif 000022
【００５４】
これらの制約は係数の中のスケールファクタに対して不変であるため、たとえば、以下を意味するそのチャネル推定値は不偏である等の非正規化制約が課される可能性がある：
【数２１】
2007520162.tif 000023
【００５５】
たとえば、１つのノンコーザルタップを有する３つのタップフィルタ、すなわち、Ｎf＝１、Ｎb＝２と、式１０および式１１における制約とが与えられると、その解は｛０．２５，０．５，０．２５｝である。超過チャネルタップが存在しないとき、最適な解は｛０．３３，０．３３，０．３３｝である。
【００５６】
係数の数が線形独立制約の数より多いとき、それらの係数は時間フィルタ処理された推定値において雑音分散を最小にするように選択されることができる。すなわち、式１０および式１１の制約の下において
【数２２】
2007520162.tif 000024
【００５７】
を最小にする。制約は１次であり、目標関数は２次式であるため、この最適化は、ラグランジュの乗数法の技術を使用して解かれることができることが当業者に明らかになるであろう。
【００５８】
超過チャネルに対する時間フィルタ処理
ここまでは、フィルタタップの選択は最初のＰのタップに制限されている。ｌ≧Ｐに対して、タップは超過チャネルに対応し、｛βn｝で表される。
【００５９】
｛βn｝を選択するとき、超過タップだけが維持され、また、最初のＰのタップからの影響は除去されるため、その目標はｌ＜Ｐに対するものからリバース(reverse)される。したがって、式１０における制約は、以下のように修正される：
【数２３】
2007520162.tif 000025
【００６０】
最初の制約しか変化しておらず、また、式１１におけるようなスケールファクタ制約が課せられる可能性がある。３タップのノンコーザルフィルタに関して、｛β-1，β0，β1｝に対する解は｛−０．２５，０．５，−０．２５｝である。別のフィルタ長（および別のスタガリングパターン）に対しても類似の解が獲得可能であることが当業者に明らかである。
【００６１】
周波数ドメインの推定値の効率的な生成
最新の構成においては、周波数ドメインのチャネル推定値は最終的にパーインターレース(per-interlace)ベースで得られる。すなわち、ＦＦＴ演算に含まれる計算の数を減少させて周波数ドメインにおいてチャネル推定値を獲得するために、ＰのｐｔのＦＦＴが時間ドメインのチャネル推定値に関して行われ（適切な位相ランプを導入した後で）、それによって結果的にその関心を払われているインターレースに対するチャネル推定値が得られる。チャネルにおける超過遅延に対応したチャネルタップの推定により、時間ドメインにおけるそのチャネル推定値に対して２Ｐのタップが存在する。要求されたインターレースに対するチャネル推定値は、単一のＰのｐｔのＦＦＴ演算により得られることができる。とくに、時間ドメインにおける２Ｐのチャネルタップをｈ＝［ｈa  ｈe］で表されるものとし、ここでｈaおよびｈeはそれぞれＰ長のベクトルである。インターレースｍ（ｍ＝０，１，…７）に対応したＰのサブキャリヤ（ｄ＝０，１，２，…Ｐ−１）に対する周波数推定値が与えられると、ｍ番目のインターレースにおけるｄ番目のキャリヤに対する周波数ドメインのチャネル推定値は以下によって得られる：
【数２４】
2007520162.tif 000026
【００６２】
チャネルの余分のＰのタップは、結果的に若干トリビアル(trivial)なコンプレックス(complex)マルチプリケーション(multiplications)（ｍの８つの値のうちの４つにおいて）およびアディション(additions)を生じさせる。チャネルタップの数がＰであることにかかわらず、ＰのｐｔのＦＦＴ演算により後続される位相ランプ演算が行われていたであろう。しかしながら、チャネルをＰのタップにトランケイト(truncate)せず、それによって余分のＰのタップを考慮に入れることにより、バッファリングのために付加的なメモリが要求される。
【００６３】
上記の説明では例示のためにいくつかの仮定がなされ、制限が課せられた。すなわち、
スタガリングパターン：２つのフェーズ（０および４）を有する最も簡単なスタガリングパターンが仮定された。開示された実施形態は、異なったＯＦＤＭ符号にわたって任意の他のスタガリングパターンに一般化されることが当業者に明らかであろう。各符号において、パイロットは超過チャネルが時間ドメインにおいてエイリアスする(aliases)ように均一に間隔を隔てられている。スタガリングパターンの選択は別のファクタに基づくことが可能であり、また、それは本質的に重要である。
【００６４】
最小２乗基準：周波数ドメインにおけるパイロットからエイリアスされた(aliased)時間ドメインのチャネル推定値に進んだとき、最小２乗法が使用され、それはＩＦＦＴに変換される。たとえば、ＭＭＳＥ法等の、時間ドメインの推定値を得るための別の基準が可能であることが当業者に明らかであろう。
【００６５】
ここでのキーポイントは、スタガリングにより誘発された時間ドメインのチャネルとパイロット観測との間の関係である。式７を参照されたい。
【００６６】
時間フィルタ長：例示のために３タップフィルタが仮定された。明らかに、この方法は３以上の任意の数のタップに適応可能であり、また、該フィルタは可能であり、パイロット観測の合計数が仮定された合計チャネル長より大きく、そうでなければ、完全なチャネルの完全な推定は不可能である。
【００６７】
フィルタ係数の選択：１実施形態にしたがってフィルタ係数を選択するとき、同じセットの係数が実際のチャネルにおける全てのタップに対して使用され、また、異なったセットが超過チャネルにおける全てのタップに対して使用されると仮定される。別の実施形態においては、異なったセットの係数が超過チャネルにおける各タップに対して使用されるだけでなく、実際のチャネルにおける各タップに対しても使用される（その結果、この例では２Ｐのセットのフィルタ係数が生じる）。係数を選択するときにチャネルの時間バリエーションが取消されるか、あるいは抑制されなければならない付加的な制約が課せられている。これらの制約は、時間フィルタ係数の数または他のシステムデザイン要求に応じて解除リリース(release)されることができる。
【００６８】
リニアバリエーションモデル：最後に、式１０等における制約を公式化するとき、関心を払われている持続時間にわたってチャネルが線形的に変化する１つのモデルが使用されている。制約を得るために別の方法が使用可能であり、たとえば、統計モデルは時間にわたるチャネル相関に対して仮定されることができ、時間バリエーションエラーの分散を最小化することに関する問題が提起される可能性がある。
【００６９】
簡明化のために、パイロット送信およびチャネル推定技術がＯＦＤＭシステムに対して記載されている。これらの技術は、ディスクリートマルチトーン（ＤＭＴ）のような別のマルチキャリヤ変調技術に対して使用されてもよい。
【００７０】
図４は、ＯＦＤＭシステムにおけるアクセスポイント1100および端末1150のブロック図を示している。ダウンリンクでは、アクセスポイント1100において送信機（ＴＸ）データプロセッサ1110がトラヒックデータを受信し、フォーマットし、コード化し、インターリーブし、変調して（すなわち、符号マップして）、変調符号（または、単に“データ符号”）を供給する。ＯＦＤＭ変調器1120はそのデータ符号およびパイロット符号を受取って、図５に対して記載されたＯＦＤＭ変調を行い、ＯＦＤＭ符号のストリームを供給する。パイロット符号はスタガーに配列される方式で送信される。送信装置（ＴＭＴＲ）1122はＯＦＤＭ符号のストリームを受取って、これを１以上のアナログ信号に変換し、そのアナログ信号を調整して（たとえば、増幅し、濾波し、周波数アップコンバートして）ダウンリンク信号を発生し、その信号をアンテナ1124によって端末に送信する。
【００７１】
端末1150において、アンテナ1152はダウンリンク信号を受信し、受信された信号を受信装置（ＲＣＶＲ）1154に供給する。受信装置1154はその受信された信号を調整し（たとえば、濾波し、増幅し、周波数ダウンコンバートし）、この調整された信号をデジタル化し、ＯＦＤＭ復調器1156に受信されたチップを供給する。
【００７２】
図５はＯＦＤＭ復調器1156の１実施形態を示している。サイクリックプレフィックス除去装置1212は各ＯＦＤＭ符号に付加されたサイクリックプレフィックスを除去する。その後、ＦＦＴ装置1214はＮF-ポイントＦＦＴを使用して、受信されて変換された各符号を周波数ドメインに変換し、ＮFのサブバンドに対するＮFの受信された符号を獲得する。ＦＦＴ装置1214は受信されたパイロット符号をプロセッサ1170に供給し、また、受信されたデータ符号を検出器1216に供給する。検出器1216はさらにプロセッサ1170からのダウンリンクに対する周波数応答推定値Ｈm,d(k)を受取り、その受信されたデータ符号に関して検出を行って、検出された符号（送信されたデータ符号の推定値である）を獲得し、その検出された符号をＲＸデータプロセッサ1158に供給する。
【００７３】
プロセッサ1170はチャネル推定装置1220を備え、このチャネル推定装置1220は受信されたパイロット符号を獲得して上述のチャネル推定を行う。チャネル推定装置1220内において、パイロット検出器1222は受信されたパイロット符号に対する変調を除去し、また、各ＯＦＤＭ符号周期におけるＮdnの均一に分散されたサブバンドに関するチャネル利得推定値により初期周波数応答推定値：
【数２５】
2007520162.tif 000027
【００７４】
を得るために必要に応じて補外および、または補間を行ってもよい。ＩＦＦＴ装置1224はこの初期周波数応答推定値に関してＩＦＦＴを行って、チャネルインパルス応答推定値：
【数２６】
2007520162.tif 000028
【００７５】
をＮdnのタップにより獲得する。反復装置1226はこのチャネルインパルス応答推定値を必要な回数だけ反復し、必要とされた場合には各インスタンスの位相をさらに調節する。その後、コンバイナ／フィルタ1228は装置1226の出力を結合するか、あるいは濾波して、全チャネルインパルス応答推定値を提供する。しきい値およびゼロパディング装置1230はしきい値化（可能ならば）およびゼロパディングを行って、ＮFのタップによりベクトル：
【数２７】
2007520162.tif 000029
【００７６】
を獲得する。その後、ＦＦＴ装置1232はこのベクトル「式ｅ」に関してＦＦＴを行って、ダウンリンクに対するＮFのサブバンドに対する最終的な周波数応答推定値：
【数２８】
2007520162.tif 000030
【００７７】
を獲得する。
【００７８】
ＲＸデータプロセッサ1158は検出された符号を復調し（すなわち、符号デマップし）、デインターリーブし、復号して、送信されたトラヒックデータを回復する。ＯＦＤＭ復調器1156およびＲＸデータプロセッサ1158による処理は、アクセスポイント1100におけるＯＦＤＭ変調器1120およびＴＸデータプロセッサ1110による処理にそれぞれ相補的である。
【００７９】
アップリンクでは、ＴＸデータプロセッサ1182がトラヒックデータを処理してデータ符号を供給する。ＯＦＤＭ変調器1184はデータ符号を受信して、これらをパイロット符号により多重化し、ＯＦＤＭ変調を行ってＯＦＤＭ符号のストリームを供給する。パイロット符号は、パイロット送信のために端末1150に割当てられたＮupのサブバンドで送信されてもよい。アップリンク用のパイロットサブバンドの数（Ｎup）はダウンリンク用のパイロットサブバンドの数（Ｎdn）と同じであってもよいし、あるいは異なっていてもよい。さらに、ダウンリンクおよびアップリンクに対して、同じまたは異なった（たとえば、スタガリング）パイロット送信方式が使用されてもよい。その後、送信装置1186はＯＦＤＭ符号のストリームを受取ってこれを処理し、アップリンク信号を生成し、このアップリンク信号はアンテナ1152によってアクセスポイントに送信される。
【００８０】
アクセスポイント1100において、端末1150からのアップリンク信号はアンテナ1124により受信され、受信されたチップを獲得するために受信装置1142により処理される。その後、ＯＦＤＭ復調器1144はそれらの受信されたチップを処理し、アップリンクに関して受信されたパイロット符号および検出された符号を供給する。ＲＸデータプロセッサ1146は、端末1150によって送信されたトラヒックデータを回復するためにそれらの検出された符号を処理する。
【００８１】
プロセッサ1130は、上述したようにアップリンクで送信した各端末に対するチャネル推定を行う。マルチプル端末はそれらの割当てられたパイロットサブバンド上においてパイロットを並行してアップリンクで送信してもよい。干渉を減少させるために、各サブバンドは１つの所定のＯＦＤＭ符号周期において１つの端末のみによりパイロットまたはデータ送信のために使用されてもよい。プロセッサ1130は、図５に示されているチャネル推定装置1220を構成してもよい。各端末ｍに対して、プロセッサ1130は、端末から受信されたパイロット符号に基づいてその端末に対するアップリンクに対する初期周波数応答推定値：
【数２９】
2007520162.tif 000031
【００８２】
を獲得し、この初期周波数応答推定値「式ｆ」に基づいてその端末に対するチャネルインパルス応答推定値：
【数３０】
2007520162.tif 000032
【００８３】
を導き、「式ｇ」に基づいてその端末に対する最終的な周波数応答推定値：
【数３１】
2007520162.tif 000033
【００８４】
を得る。各端末に対する周波数応答推定値「式ｈ」はＯＦＤＭ復調器1144に供給され、その端末に対する検出のために使用される。
【００８５】
プロセッサ1130および1170は、アクセスポイント1100および端末1150における動作をそれぞれ指示する。メモリ装置1132および1172は、プロセッサ1130および1170により使用されるプログラムコードおよびデータをそれぞれ記憶する。プロセッサ1130および1170はまた上述のチャネル推定を行う。
【００８６】
簡明化のために、パイロット送信およびチャネル推定技術がＯＦＤＭシステムに対して記載されている。これらの技術は、ディスクリートマルチトーン（ＤＭＴ）のような別のマルチキャリヤ変調技術に対して使用されてもよい。
【００８７】
ソフトウェア構成に対して、パイロット送信およびチャネル推定技術は、ここに記載されている機能を行うモジュール（たとえば、手順、機能等）により実施されてもよい。ソフトウェアコードはメモリ装置（たとえば、図４におけるメモリ装置1132および1172）中に記憶され、プロセッサ（たとえば、プロセッサ1130および1170）により実行されてもよい。メモリ装置は、プロセッサ内に構成されてもよいし、あるいはプロセッサの外部に構成されてもよく、その場合それは技術的に知られている種々の手段を介してプロセッサに通信可能に結合されることができる。
【００８８】
ここに記載されているパイロット送信およびチャネル推定技術は、種々の手段によって実施されてもよい。たとえば、これらの技術はハードウェア、ソフトウェアまたはその組合せで実施されてもよい。ハードウェア構成に対して、チャネル推定のために使用される処理装置は１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）、プログラム可能な論理装置（ＰＬＤ）、フィールドプログラム可能なゲートアレイ（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、ここに記載されている機能を行うように設計された別の電子装置、またはその組合せ内において構成されてもよい。
【００８９】
上記の開示された実施形態の説明は、当業者が本発明を形成し、あるいは使用することを可能にするために与えられている。これらの実施形態に対する種々の修正は、当業者に容易に明らかになるであろう。また、ここに規定されている一般的な原理は本発明の技術的範囲を逸脱することなく別の実施形態に適用されてもよい。したがって、本発明はここに示されている実施形態に制限されるものではなく、ここに開示されている原理および新しい特徴に一致した広い技術的範囲を与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】ＯＦＤＭシステムに対するＯＦＤＭ変調器を示す図。
【図２Ａ】超過遅延スプレッドを有する無線チャンネルおよびその実効チャネルを示す図。
【図２Ｂ】無線チャンネルに対して受信されたチップのシーケンスを示す図。
【図２Ｃ】無線チャンネルに対して受信されたチップのシーケンスを示す図。
【図２Ｄ】超過遅延スプレッドを有する無線チャンネルおよびその実効チャネルを示す図。
【図３】ＯＦＤＭシステムに対して使用されることのできるサブバンド構造を示す図。
【図４】ＯＦＤＭシステムにおけるアクセスポイントおよび端末を示す図。
【図５】チャネル推定装置を示す図。
【図１】
2007520162.tif 000034
【図２Ａ】
2007520162.tif 000035
【図２Ｂ】
2007520162.tif 000036
【図２Ｃ】
2007520162.tif 000037
【図２Ｄ】
2007520162.tif 000038
【図３】
2007520162.tif 000039
【図４】
2007520162.tif 000040
【図５】
2007520162.tif 000041
【国際調査報告】
2007520162.tif 000042
2007520162.tif 000043
2007520162.tif 000044