(57)【要約】  通信システムは、無線信号の波状態が情報を搬送し、かつ、少なくとも３つの偏波状態からなる偏波状態の団から選択された１つ以上の偏波状態に基づく状態時間中に、２つの異なって偏波されたアンテナから送信される無線信号を変調する送信機を含む。通信システムは、状態時間中に２つの異なって偏波されたアンテナにより無線信号を受信し、かつ、復調する受信機を含む。偏波状態によってユーザ・デバイスを識別でき、かつ、ユーザ・デバイスに向けられた情報の一部を量子化できる。
2007506291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データのセットを一連の基準偏波マッパ（ｍａｐｐｅｒ）出力成分（ＲＰ（ｓ））および対応する一連の関連偏波マッパ出力成分（ＡＰ（ｓ））にマッピングし、該基準および関連のマッパ出力成分の各対の結合は、各々が少なくとも２つの非直交状態を含む偏波状態（Ｐｊ、ｊ＝１からＪ）の団（Ｐ）から該マッパにより選択された偏波状態（Ｐｊ）に基づく一連の波状態（ＷＳ（ｓ））の１つを定義するマッパと、
該一連の基準偏波マッパ出力成分（ＲＰ（ｓ））を使用して変調された基準無線信号を送信する第１の偏波アンテナと、
該一連の関連偏波マッパ出力成分（ＡＰ（ｓ））を使用して変調された関連無線信号を送信する、前記第１の偏波アンテナの偏波とは独立した偏波を有する第２の偏波アンテナと、を含む送信機装置。
【請求項２】
前記成分（ＲＰ（ｓ））からのＲＰ変調された信号（ＲＰ（ｔ））を発生するＲＰ変調器と、
前記成分（ＡＰ（ｓ））からのＡＰ変調された信号（ＡＰ（ｔ））を発生するＡＰ変調器と、
各々が前記第１および第２の偏波アンテナの１つに接続されており、該ＲＰ（ｔ）およびＡＰ（ｔ）によりそれぞれ変調された、ＲＰ送信機およびＡＰ送信機と、をさらに含む請求項１に記載の送信機装置。
【請求項３】
偏波状態の前記団（Ｐ）の偏波状態を保存する表をさらに含む請求項１に記載の送信機装置。
【請求項４】
前記マッパは、第１のユーザへの送達に対して識別されたデータのセットのサブセットに基づき、第１のユーザ・デバイスに対応する偏波状態の前記団（Ｐ）のサブセット（Ｐ１）から前記偏波状態Ｐｊを選択する請求項１に記載の送信機装置。
【請求項５】
擬似雑音発生器をさらに含み、前記マッパは第１のユーザ・デバイスに対応する前記擬似雑音発生器により発生された擬似ランダム数に基づき前記偏波状態Ｐｊを選択する請求項１に記載の送信機装置。
【請求項６】
前記マッパは第１のユーザ・デバイスに関連したデータのセットのサブセットに基づき前記偏波状態Ｐｊを選択し、かつ、データの該セットの該サブセットを、該第１のユーザ・デバイスに対応する擬似ランダム発生器により発生された擬似ランダム数から導出された数に結合する、請求項１に記載の送信機装置。
【請求項７】
前記マッパはデータのセットのサブセットを使用して前記偏波状態（Ｐｊ）を選択する請求項１に記載の送信機装置。
【請求項８】
偏波状態の団（Ｐ）における各偏波状態（Ｐｊ）は基準偏波成分（ＲＰｉ）および対応する関連偏波成分（ＡＰｊ）を含む請求項１に記載の送信機装置。
【請求項９】
前記基準偏波マッパ出力成分（ＲＰ（ｓ））の各々は前記団（Ｐ）からの基準偏波成分（ＲＰ）であり、前記関連偏波マッパ出力成分（ＡＰ（ｓ））の各々は前記団（Ｐ）からの対応する関連偏波成分（ＡＰ）である請求項８に記載の送信機装置。
【請求項１０】
前記第１および前記第２のアンテナは直交に偏波されており、前記団（Ｐ）からの基準偏波成分（ＲＰｊ）および対応する関連偏波成分（ＡＰｊ）は、
ＲＰＩｊ＝ｃｏｓγｊ
ＲＰＱｊ＝０
ＡＰＩｊ＝ｓｉｎγｊｃｏｓδｊ
ＡＰＱｊ＝ｓｉｎγｊｓｉｎδｊ
により決定され、ここで、該基準偏波成分（ＲＰｊ）のＲＰＩｊは同相値であり、かつ、ＲＰＱｊは直交値であり、該関連偏波成分（ＡＰｊ）のＡＰＩｊは同相値であり、かつ、ＡＰＱｊは直交値であり、γｊはａｒｃｔａｎ（Ｅ２ｊ／Ｅ１ｊ）により決定され、Ｅ１ｊは該アンテナの１つにおける最大瞬間電圧であり、Ｅ２ｊは該アンテナの他方における最大瞬間電圧であり、ならびに、δｊはＥ２ｊがＥ１ｊに先行する瞬間偏波位相角である請求項８に記載の送信機装置。
【請求項１１】
前記波状態（ＷＳ（ｓ））は偏波状態の前記団（Ｐ）から選択された偏波状態（Ｐｊ）、および、振幅／絶対位相状態（Ψｍ，ｍ＝１からＭ）の団（Ψ）から選択された振幅／絶対位相状態（Ψｍ）から前記マッパにより決定される請求項１に記載の送信機装置。
【請求項１２】
振幅／絶対位相状態の前記団（Ψ）における各振幅／絶対位相状態（Ψｍ）は同相値（ＩΨｍ）および直交値（ＱΨｍ）として保存される請求項１１に記載の送信機装置。
【請求項１３】
前記第１および前記第２のアンテナは実質的に直交に偏波されており、各基準偏波マッパ出力成分（ＲＰ（ｓ））および各対応する関連偏波マッパ出力成分（ＡＰ（ｓ））は、
ＲＰＩ（ｓｓ＝ｉ）＝｜Ｅｉ｜ｃｏｓγｉｃｏｓφｉ
ＲＰＱ（ｓｓ＝ｉ）＝｜Ｅｉ｜ｃｏｓγｉｓｉｎφｉ
ＡＰＩ（ｓｓ＝ｉ）＝｜Ｅｉ｜ｓｉｎγｉｃｏｓ（φｉ＋δｉ）
ＡＰＱ（ｓｓ＝ｉ）＝｜Ｅｉ｜ｓｉｎγｉｓｉｎ（φｉ＋δｉ）
により決定され、ここで、状態時間ｉに対する波状態（ＷＳ（ｓｓ＝ｉ））の前記基準偏波成分のＲＰＩ（ｓｓ＝ｉ）は同相値であり、かつ、ＲＰＱ（ｓｓ＝ｉ）は直交値であり、前記波状態（ＷＳ（ｓｓ＝ｉ））の前記関連偏波成分のＡＰＩ（ｓｓ＝ｉ）は同相値であり、かつ、ＡＰＱ（ｓｓ＝ｉ）は直交値であり、｜Ｅｉ｜は振幅／絶対位相状態の前記団（Ψ）の選択された状態の大きさであり、φｉは振幅／絶対位相状態の前記団（Ψ）の選択された状態の絶対位相であり、γｉは偏波状態の前記団（Ｐ）の選択された状態の振幅関連パラメータであり、ならびに、δｉは偏波状態の前記団（Ｐ）の選択された状態の瞬間偏波位相角である請求項１１に記載の送信機装置。
【請求項１４】
前記偏波状態（Ｐｊ）は、ユーザ・デバイスに対応する発生器により発生された擬似ランダム数に基づき選択され、かつ、振幅／絶対位相状態（Ψｍ）は該ユーザ・デバイスに関連したデータのセットのサブセットに基づき選択される請求項１１に記載の送信機装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの振幅／絶対位相状態（Ψｍ）はユーザ・デバイスに対応する議事ランダム発生器により発生された擬似ランダム数に基づき選択され、かつ、該少なくとも１つの偏波状態（Ｐｊ）は該ユーザ・デバイスに関連したデータのセットのサブセットに基づき選択される請求項１１に記載の送信機装置。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの非直交偏波状態は少なくとも３つの偏波状態を含む請求項１に記載の送信機装置。
【請求項１７】
受信帯域内で異なって偏波されている第１および第２のアンテナと、
該第１のアンテナにより受信された無線エネルギーを基底帯域基準受信偏波信号成分（ＲＰ（ｔ））に変換する基準偏波（ＲＰ）受信機と、
該第２のアンテナにより傍受された無線エネルギーを基底帯域関連受信偏波信号成分（ＡＰ（ｔ））に変換する関連偏波（ＡＰ）受信機と、
該基底帯域基準偏波信号（Ｒ’Ｐ（ｔ））から一連の受信基準偏波成分Ｒ’Ｐ（ｓ）を
発生する基準偏波復調器と、
該基底帯域関連偏波信号（Ａ’Ｐ（ｔ））から対応する一連の受信関連偏波成分Ａ’Ｐ（ｓ）を発生する関連偏波復調器と、
該受信基準偏波成分Ｒ’Ｐ（ｓ）および該対応する受信関連偏波成分Ａ’Ｐ（ｓ）を含む各対に対して、偏波状態の団（Ｐ’）から最も可能性の高い送信された偏波状態（Ｐ’ｊ）を選択することにより、最も可能性の高い送信されたデータのセットを発生するデマッパと、を含む受信機装置。
【請求項１８】
前記デマッパは、
フィルタ・ベクトルと、前記受信された基準偏波成分Ｒ’Ｐ（ｓ）および対応する受信された関連偏波成分Ａ’Ｐ（ｓ）の内積を使用して所望の信号の最善の見積りを発生する偏波分析フィルタと、
該所望の信号の最善の見積りから、最も可能性の高い送信されたデータのセットを決定する状態デマッパと、を含む請求項１７に記載の受信機装置。
【請求項１９】
前記受信機は、受信された基準偏波成分Ｒ’Ｐ（ｓ）および対応する受信された関連偏波成分Ａ’Ｐ（ｓ）を補正するためにチャンネルの特性を測定し、かつ、前記特性を使用する請求項１７に記載の受信機装置。
【請求項２０】
無線信号の波状態が情報を搬送し、かつ、少なくとも３つの偏波状態を含む偏波状態の団から選択された１つ以上の偏波状態に基づく状態時間中に２つの異なって偏波されたアンテナから送信された該無線信号を変調する工程を含む無線通信の方法。
【請求項２１】
前記波状態は、前記１つ以上の偏波状態に基づく結合偏波状態を有する該波状態を生成するために、前記２つの異なって偏波されたアンテナの１つに結合された基準送信信号および該２つの異なって偏波されたアンテナの他方に結合された関連送信信号により発生される請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
複数の周波数チャンネルを発生し、各周波数チャンネルは前記情報の一部に基づく状態時間中に偏波状態を有する工程と、
前記波状態を形成するために周波数多重化により前記複数の周波数チャンネルを結合する工程と、をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
基準波状態同相成分および基準波状態直交成分を使用して複素変調器により基準波状態変調信号を発生する工程と、
関連波状態同相成分および関連波状態直交成分を使用して複素変調器により関連波状態変調信号を発生する工程と、
前記２つの異なって偏波されたアンテナの第１に結合された基準送信信号を変調するための基準波状態変調信号、および、該２つの異なって偏波されたアンテナの第２に結合された基準送信信号を変調するための関連波状態変調信号を使用して該波状態を発生する工程と、をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
偏波状態の団の距離計量値を最大化する工程をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記距離計量値はポアンカレ球座標を使用してマッピングされた前記少なくとも３つの偏波状態の対の間の大円距離に基づく請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記状態時間はパイロット状態時間であり、かつ、前記波状態は前記団から選択された単一の所定の偏波状態からなる請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
１つ以上の結合変調状態の結合により波状態を発生し、各結合変調状態は偏波状態から形成され、かつ、前記情報の一部から少なくとも部分的に決定される工程をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記結合変調状態の各々は振幅変調、絶対位相変調、および、周波数変調からなる変調のグループの１つ以上の組合せにより形成された非偏波変調状態からさらに形成される請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
ユーザに関連した前記情報の一部から非偏波変調状態を形成する工程と、
ユーザ・デバイスに関連した偏波状態を前記偏波状態として選択する工程と、
ユーザが識別可能なデータ記号を形成するために、前記非偏波変調状態を前記選択された偏波状態と結合する工程と、をさらに含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記波状態を決定するために異なったユーザ・デバイスに対するユーザが識別可能なデータ記号を結合する工程をさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
１つ以上の前記ユーザ・デバイスにおける受信パワーのレベル、干渉パワー比に対する必要な搬送波、および、潜在的に干渉しているユーザ・デバイスの数からなるパラメータのグループにある潜在的に干渉しているユーザ・デバイスとして識別されたユーザ・デバイスのセットに関連した１つ以上のパラメータを使用して、偏波状態の前記団からユーザ・デバイスに関連した前記偏波状態を選択する工程をさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
偏波状態の前記団のサブセットから前記ユーザ・デバイスに関連した偏波状態を選択し、該サブセットにおける該偏波状態は前記ユーザ・デバイスに対する枢軸偏波状態の偏波定義パラメータへの漸増的な変化により決定される工程をさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
１つ以上の前記ユーザ・デバイスにおける受信パワーのレベル、干渉パワー比に対する必要な搬送波、および、前記潜在的に干渉しているユーザ・デバイスの数からなるパラメータのグループにある潜在的に干渉しているユーザ・デバイスとして識別されたユーザ・デバイスのセットに関連した１つ以上のパラメータを使用して、前記ユーザ・デバイスに関連した前記偏波状態を選択する工程をさらに含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ユーザ・デバイスの地理的位置および時刻からなるパラメータのグループにあるユーザ・デバイスに関連した１つ以上のパラメータを使用して偏波状態の団から偏波状態を選択する工程をさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記地理的位置は有線または無線、および、手作業の入力、ならびに、前記ユーザ・デバイスに結合された全球測位システム受信機により該ユーザ・デバイスにより受信された位置識別メッセージの１つにより決定される請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
複数のユーザ・デバイスの各々に対する最大Ｎ個のユーザが識別可能なデータ記号を形成するために、前記形成、選択、および、結合を反復する工程と、
Ｎ個の副チャンネル基準波状態成分の１つおよびＮ個の副チャンネル関連波状態成分の１つを形成するために該複数のユーザ・デバイスの各々に対するユーザが識別可能なデータ記号を結合する工程と、
複素基準波状態係数および複素関連波状態係数を発生するために逆高速フーリエ変換を使用して、該複数のユーザ・デバイスの各々に対するユーザが識別可能なデータ記号の前記結合を反復することにより形成されたＮ個の副チャンネル基準波状態係数を結合する工程と、
該複素基準波状態係数および該複素関連波状態係数を使用して変調済み無線信号を発生する工程と、をさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３７】
前記状態時間は、搬送波感知多重アクセス衝突回避通信システムのデータ搬送周期の間であり、複数のユーザ・デバイスに対するユーザが識別可能なデータ記号は前記状態時間中に同時に送信される請求項２９に記載の方法。
【請求項３８】
１つ以上のユーザ・デバイスの各々に関連した所定の偏波状態は、前記搬送波感知多重アクセス衝突回避通信システムのコンテンション周期中に競争しているユーザ・デバイスに対して識別される請求項２９に記載の方法。
【請求項３９】
偏波状態の前記団の偏波状態を偏波チャンネルに割り当てる工程をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項４０】
偏波チャンネルをユーザ・デバイスに割り当てる工程をさらに含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
偏波状態の前記団の他の偏波状態を他の偏波チャンネルに割り当て、かつ、前記ユーザ・デバイスに割り当てられた帯域幅に従って前記他の偏波チャンネルの少なくとも１つを前記ユーザ・デバイスに割り当てる工程をさらに含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記波状態はＮ個のシーケンス状波状態の１つであり、
ユーザ・デバイスに関連した前記情報の一部を量子化する非偏波変調状態を決定し、該非偏波変調状態はＮ個の状態時間の持続時間を有する工程と、
該ユーザ・デバイスに関連したＮ個の擬似ランダム数のシーケンスを発生する工程と、
該Ｎ個の擬似ランダム数のシーケンスを使用して前記団からＮ個の偏波変調状態のシーケンスを選択する工程と、
該Ｎ個の偏波変調状態のシーケンスの１つを非偏波変調状態と結合することによりＮ個の波状態の各々を発生する工程と、をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項４３】
前記波状態は、前記情報の一部であるデータ記号のチップセットを使用して偏波状態の前記団から選択された偏波状態であり、
前記ユーザ・デバイスに関連した擬似ランダム数を発生する工程と、
該擬似ランダム数と該チップセットの論理的結合を使用して該団から偏波状態を選択する工程と、
該偏波状態として該波状態を発生する工程と、をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項４４】
第１のユーザ・デバイスに関連した擬似ランダム数を使用して前記団から第１の偏波状態を選択する工程と、
周波数チャンネルのセットから該第１のユーザ・デバイスに関連した第１の周波数チャンネルを選択する工程と、
振幅変調、絶対位相変調、および、振幅／絶対位相変調の１つを使用して該第１のユーザ・デバイスに関連した前記情報の一部に基づき第１の非偏波状態を形成する工程と、
第１の結合変調状態を形成するために、該第１の偏波状態、該第１の周波数チャンネル、および、該第１の非偏波変調状態を結合する工程と、
該第１の結合変調状態から前記波状態を形成する工程と、をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項４５】
第２のユーザ・デバイスに関連した擬似ランダム数を使用して前記団から第２の偏波状態を選択する工程と、
振幅変調、絶対位相変調、および、振幅／絶対位相変調の１つを使用して該第２のユーザ・デバイスに関連した前記情報の一部に基づき第２の非偏波状態を形成する工程と、
第２の結合変調状態を形成するために、該第２の偏波状態および該第２の非偏波変調状態を前記第１の周波数チャンネルに結合する工程と、
前記第１および該第２の結合変調状態の結合により前記波状態を形成する工程と、をさらに含む請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
第１のユーザ・デバイスに関連した擬似ランダム数を使用して前記団から第１の偏波状態を選択する工程と、
前記波状態を送信するためにタイム・スロットのセットから前記第１のユーザ・デバイスに関連した第１の時間分割多重化タイム・スロットを選択する工程と、
振幅変調、絶対位相変調、および、振幅／絶対位相変調の１つを使用して該第１のユーザ・デバイスに関連した前記情報の一部に基づき第１の非偏波状態変調を形成する工程と、
第１の結合変調状態を形成するために、該第１の偏波状態および該第１の非偏波変調状態を結合する工程と、
該第１のタイム・スロットの間に該第１の結合変調状態を送信する工程と、をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項４７】
第２のユーザ・デバイスに関連した擬似ランダム数を使用して前記団から第２の偏波状態を選択する工程と、
振幅変調、絶対位相変調、および、振幅／絶対位相変調の１つを使用して該第２のユーザ・デバイスに関連した前記情報の一部に基づき第２の非偏波状態変調を形成する工程と、
第１の結合変調状態を形成するために、該第２の偏波状態および該第２の非偏波変調状態を結合する工程と、
前記第１および該第２の結合変調状態を結合する工程と、
前記第１のタイム・スロットの間に該第１および該第２の結合変調状態を送信する工程と、をさらに含む請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
対応するＭ個のユーザ・デバイスに向けられたＭ個のデータ記号の各々からチップを選択する工程と、
各々が、前記Ｍ個のユーザ・デバイスの各々および該対応するユーザ・デバイスからの該チップに関連する直交関数の値の論理的操作であるＭ個の論理的操作を実行する工程と、
該Ｍ個の論理的操作の結果を結合する工程と、
該結合された結果を使用して偏波状態を選択する工程と、をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項４９】
ユーザ・デバイスに関連した第１の擬似ランダム数を使用して偏波状態の前記団から偏波状態を選択する工程と、
該ユーザ・デバイスに関連した第２の擬似ランダム数を使用して周波数チャンネルのセットから周波数チャンネルを選択する工程と、
振幅変調、絶対位相変調、および、振幅／絶対位相変調の１つを使用して該ユーザ・デバイスに関連した前記情報の一部から非偏波変調状態を形成する工程と、
前記波状態を形成するために、該偏波状態、前記周波数状態、および、該非偏波変調状態を結合する工程と、をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項５０】
ユーザ・デバイスに関連した前記情報の一部を量子化する非偏波変調状態を決定し、該非偏波変調状態は、状態時間の倍数である持続時間を有するフレーム内で送信される工程と
、
該ユーザ・デバイスに関連した第１の擬似ランダム数を発生する工程と、
該第１の擬似ランダム数を使用して偏波変調状態を選択する工程と、
該ユーザ・デバイスに関連した第２の擬似ランダム数を発生する工程と、
該選択された偏波変調状態を前記非偏波変調状態と結合することにより前記波状態を決定する工程と、
該第２の擬似ランダム数を使用することにより選択された該フレーム内の状態時間において該波状態を送信する工程と、をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項５１】
結合変調状態の保存されたシーケンスに対して実行された論理的操作に基づき前記波状態を形成し、該操作は、偏波状態を含む少なくとも１つの以前の結合変調状態に基づく工程をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項５２】
情報を搬送する波状態が少なくとも３つの偏波状態の団から選択された１つ以上の偏波状態に基づく状態時間中に、２つの異なって偏波されたアンテナにより傍受された無線信号を変調する工程を含む無線通信の方法。
【請求項５３】
受信された所望の結合変調状態は、符号化された結合変調状態および他の符号化された結合変調状態に基づくメモリ符号化された結合変調状態を含み、
最大可能性見積り工程において結合変調状態を表す最も可能性の高い符号化された結合変調状態を決定するために、既に保存されている受信された最善見積りされたメモリ符号化済み結合変調状態と共に使用される受信された最善見積りされたメモリ符号化済み結合変調状態を保存する工程をさらに含む請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
第２のユーザ・デバイスに関連した不要な結合済み変調済み状態に結合された第１のユーザ・デバイスに関連した所望の結合済み変調済み状態を含む無線信号を傍受することにより、参照受信信号（ＳＨ（ｔ））および関連受信信号（ＳＶ（ｔ））を発生し、該所望の結合済み変調済み信号は該第１のユーザ・デバイスに関連した所望の偏波状態を含み、該不要な変調済み信号は該第２のユーザ・デバイスに関連した不要な偏波状態を含み、かつ、該無線信号はチャンネル特性により修正され、かつ、該傍受は２つの異なって偏波されたアンテナにより実行され、かつ、該所望および該不要の変調状態は少なくとも３つの偏波状態を含む偏波状態の団から選択されている工程を含む無線信号を受信するための方法。
【請求項５５】
チャンネル特性のために、前記参照受信信号（ＳＨ（ｔ））および前記関連受信信号（ＳＶ（ｔ））ならびに複素関連受信状態成分から複素参照受信状態成分を発生する工程と、
前記不要な結合済み変調済み無線信号の偏波状態に直交に偏波された打消し状態の複素成分を発生する工程と、
該複素受信状態成分および該打消し状態の複素成分の複素内積を発生する工程と、
前記所望の結合変調状態の最善見積りを決定するために、前記補正された複素受信状態成分と該打消し状態の複素成分の該複素内積を偏波分析的に処理する工程と、をさらに含む請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
最善見積りされた受信結合変調状態と全ての可能な所望の結合変調状態の団の状態との最小距離を使用して、最も可能性の高い送信された結合変調状態を決定する工程をさらに含む請求項５３に記載の方法。
【請求項５７】
最善見積りされた受信偏波状態と全ての可能な所望の偏波状態の偏波団の状態との最小距離を使用して、最も可能性の高い送信された偏波状態を決定する工程と、
該最も可能性の高い送信された偏波状態を使用して、非偏波変調状態の最善見積りを決
定する工程と、
受信された非偏波変調状態の最善見積りと全ての可能な所望の非偏波状態を含む非偏波団の状態との最小距離を使用して、最も可能性の高い送信された非偏波状態を決定する工程と、をさらに含む請求項５３に記載の方法。
【請求項５８】
前記所望および不要の結合変調信号は、独立した第１および第２のユーザ・デバイスから同時に受信された無線信号から最も可能性の高い送信された状態を決定する受信機において受信される請求項５３に記載の方法。
【請求項５９】
前記所望および不要の結合変調信号は、送信された如くに、該所望および不要の結合変調信号を含む無線信号から最も可能性の高い送信された状態を決定する受信機において受信される請求項５３に記載の方法。
【請求項６０】
前記第２のユーザ・デバイスに関連したパイロット偏波信号において受信された偏波状態を使用することにより、前記不要な結合変調信号の偏波状態を決定する工程をさらに含む請求項５３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エマミ（Ｅｍａｍｉ）他に対する弁護士案件名簿番号第ＣＭＬ００３８３Ｌ号の「Ａｎ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＯＦＤＭ  ｂｙ  ｕｓｅ  ｏｆ  Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｔａｔｅｓ」と題された２００２年１２月３０日に出願の同時係属米国特許出願第１０／３３１６９６号明細書に関連する。
【０００２】
本発明は、一般に多重化および変調の分野に関する。特には、特定の実施形態において、この発明は、無線通信において特に有用である偏波状態技術の使用方式に関する。
【背景技術】
【０００３】
限られた資源という制約（特に、限られた割当て帯域および携帯用電池の限られた電力寿命）内で増大するチャンネル容量およびデータ速度は、様々な技術の進歩を促してきた。このような進歩がなされた１つの技術は、位相、振幅、および周波数での変調およびチャンネル作成に対する技術である。このような先進的な変調技術の１つの例は直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）であり、この多重は８０２．１１ａおよびＨｉｐｅｒＬＡＮ２などの無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）において利用されている。ＯＦＤＭにおいては、データは変調および復調にフーリエ変換技術を使用して等間隔になった各搬送波周波数を介して同時に送信される。フーリエ変換における周波数の適切な選択により、ＯＦＤＭは多数の変調済み搬送波を規定の帯域に押し込む一方、搬送波間の干渉を排除するために直交性を実質的に保全する。結果として得られるＯＦＤＭ伝送は多経路に対して堅牢とされ得る一方、変化するチャンネル条件下でも高いデータ速度を提供する。
【０００４】
チャンネル容量を増強するために提案された他の手法は多入力多出力（ＭＩＭＯ）アンテナ構造の使用である。空間多重において、入力データ・ストリームはいくつかの並列したストリームに分割され、かつ、同時に伝送される。ＭＩＭＯシステムは、その利便性にもかかわらず、自らの本来的な複雑さおよび多数のアンテナが必要な構造のためにまだ普及していない。
【０００５】
結局、２つの直交に偏波されたアンテナが、データ処理量を改善するために採用される２つの対応する直交偏波状態を発生させるために使用される特定の形で、偏波領域が使用されている。この使用例は衛星通信であり、衛星通信では１つのアンテナ（および、偏波状態）がデータの第１のセットを伝送するために使用され、かつ、直交に偏波されたアンテナがデータの第２のセットを伝送するために使用され、したがって、帯域幅を増大させずにデータ処理量が倍増する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
限られた資源を有するシステム内でデータ処理量をさらに増大する技術に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、同じ参照番号は同じ要素を示す添付の図面と実施例とによって限定的でなく示されている。
当業者は、図中の要素を簡略に明確に示すために、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを理解されよう。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は、本発明の実施形態の理解を容易にするために、他の要素に比較して誇張され得る。
本明細書で、詳細な特定の実施形態において説明される本発明には多くの異なった実施形
態が可能である。本開示およびその説明は本発明の原理の実施例として考えられるものであり、本発明を特定の実施形態に限定することは意図されていない。以下の説明において、同じ参照番号はいくつかの図において同様の、類似した、または、対応する要素を記述するために使用されている。
【０００８】
特定の実施形態において、本発明は、チャンネル容量を向上し、いくつかのチャンネル上で多数のユーザを多重化するための無線通信における独特な機構として、偏波状態を使用する。したがって、偏波状態の使用は無線通信において更なる自由度を提供するために使用され得る。
【０００９】
空間における信号波長は少なくとも以下のパラメータを特徴とし得る。すなわち、振幅、時間、周波数、位相、および、偏波、である。これらのパラメータの各々は、データ伝送の際に明瞭な信号特性を実施する目的のために無線通信において使用され得る。最初の４項が電子通信のために十分に研究され、かつ、徹底的に開発されている一方、偏波はほとんどレーダおよび光学的応用例における関心事となっている。本明細書において、我々は、無線通信のための独特な形の偏波の応用例を検討する。
【００１０】
最も簡単に言えば、波の偏波は、空間の固定点における時間に従った瞬間電場ベクトルの先端の動きの記述である。このことは、我々が、空間での波の伝播の薄片を取り、その空間における場の発振を観測していることを意味する。例として、線形的に偏波された波を考える。この波は時間に従って直線に移動する電場ベクトル先端を有する（例えば、ダブリュー  エル  スタッツマン（Ｗ．Ｌ．Ｓｔｕｔｚｍａｎ）、Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、米国マサチューセッツ州ボストン市所在、アーテック・ハウス（Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ）、１９９３を参照）。
【００１１】
偏波の工学的適用はアンテナ偏波の全体像から理解される。アンテナの表面電流は平行電場を生成し、ソース電流の発振する性質はアンテナ構造体から伝播する球面波につながる発振場を生成する。アンテナから長距離においては、電場は伝播の方向とは完全に垂直となり、平面波をもたらす。平面波の電場ベクトル（および、磁場ベクトル）を含む平面は偏波の平面と呼ばれる。
【００１２】
ちょうど送信アンテナの表面電流が電場を発生するように、電場もそのように働き、受信アンテナに表面電流を誘導する。もし２つのアンテナが共偏波されていれば（すなわち、両アンテナが同じ偏波を有すれば）、送信機から受信機までの電場の完全な結合がある。もし両アンテナが交差偏波されていれば（すなわち、両者の偏波が直交であれば）、受信アンテナには電流が誘導されない。このことはいずれの偏波、すなわち、線形、円形などについても同様である。したがって、偏波は、送信または受信された伝播波の電場を基準としてアンテナの向きに依存した信号レベル修正器と考えられる。
【００１３】
偏波の数学的記述を考える。−ｚの方向に進行する平面波に対して、瞬間場は以下のように書かれ得る。
【００１４】
【数１】
2007506291.tif 000003
【００１５】
ここで、ｋ＝２π／λであり、かつ、ＥｘおよびＥｙはそれぞれｘ成分およびｙ成分の最大振幅である。振幅変調の場合、ＥｘおよびＥｙが時間に従って変化可能であるが、記号
周期中は一定であることが理解されよう。この記述の目的のために、一般性を失わずに、（１）が以下の通りになるようにｚ＝０とする。
【００１６】
【数２】
2007506291.tif 000004
【００１７】
特に興味深いのは、位相φｘおよびφｙ、ならびに、大きさの比であり、これらは所望の偏波を発生させるために使用され得る。いくつかの例が以下に与えられる。
Δφｌｐ＝φｙ−φｘ＝ｎπ  ｎ＝０、１、２、．．．  （３）
【００１８】
【数３】
2007506291.tif 000005
【００１９】
｜Ｅｘｃｐ｜＝｜Ｅｙｃｐ｜
ここで、下付け文字ｌｐおよびｃｐはそれぞれ線形偏波および円偏波を示す。これらの関係は、これに続く展開に対して重要である。我々は、φｘ＝０とし、かつ、δを、電場のｙ成分がｘ成分に先行する分の位相とすることにより、（２）をさらに簡単にし得、したがって、以下を得る。
【００２０】
【数４】
2007506291.tif 000006
【００２１】
三角関数の関係を介して、固定位置（例えば、ｚ＝０）におけるＥｚ（ｔ）ベクトル
の先端の移動が図１に示されたように本質的に楕円形であることが示され得る。以下のように定義された軸比Ｒによりある程度の偏波が記述可能である。
【００２２】
【数５】
2007506291.tif 000007
【００２３】
Ｒは偏波楕円の短軸５４に対する長軸５０の比である。楕円率角５６は、従来、以下のように定義されている。
ε＝ｃｏｔ−１（−Ｒ）、  −４５°≦ε≦４５°  （８）
変換はＲ＝＋の符号が右手方向の偏波を示し、かつ、Ｒ＝−は左手方向の偏波を示す。傾斜角τ（図１の５８）は、従来、楕円の向きを記述するために使用されている。この角度は、図２に示されているように、ｘ軸を基準とした長軸５０の角度であり、以下により与えられる。
【００２４】
【数６】
2007506291.tif 000008
【００２５】
ここで、Ｅ２は長軸のｘ軸成分４０であり、Ｅ１は長軸のｙ軸成分４２である。一対の（ε、τ）は楕円偏波の形状を完全に規定する独立した一対の値である。楕円偏波の形状を完全に規定する独立した値の別の対は（γ、δ）である。角度δは電場のｙ成分がｘ成分に先行する分の位相として既に説明されており、本明細書においては簡略化のために偏波位相差と呼ばれる。角度γ（図１の６０）はｘ軸およびｙ軸の振幅成分の関係を与え、かつ、以下に定義される。ストークス・パラメータまたは複素偏波比の使用などの電場の偏波を特徴付ける他の従来の方法もある。これらのパラメータは、既に説明されたパラメータの各対に関係づけられ得るため、以下の説明において使用されているパラメータの代替物として使用され得る。
【００２６】
（等しい振幅を有するが９０度の偏波位相差を持つ）線形偏波および円偏波（信号）は楕円偏波の特別な（限定的な）場合である。偏波楕円の重要性は、変数が一定に留まる記号時間またはチップ時間などの状態時間中の電場の偏波を特徴付ける独立変数の値を指す信号の「偏波状態」の認定において明白になる。上記に説明された振幅の関係および角度は波形の偏波状態を一意に決定する。いくつかの偏波状態がポアンカレ球上にマッピングされると、それらの状態の関係が効果的に視覚化され得る。ポアンカレ球は、この球の「赤道」が全ての線形偏波を取り込み、「両極点」が円偏波を取り込んで図２に示される。変換により、「北」半球は全ての左手方向楕円偏波からなり、南半球は右手方向楕円偏波のためである。この球の表面上で互いに直接に向かい合う点は直交偏波状態を表す。この図において、ＬＰは線形偏波、ＶＰは垂直偏波、ＨＰは水平偏波、ＬＨＣＰは左手円偏波、および、ＲＨＣＰは右手円偏波である。線形偏波（ＬＰ）に対するマークはポアンカレ球の赤道の平面に関して４５度の角度を示すことを意味している。
【００２７】
関数理論における直交性のよく知られている原理から拝借すると、いかなる偏波状態も各直交状態の線形結合により表され得ることが理解されよう。したがって、特定の偏波状態に到達するために、各直交状態は、同状態の重ね合わせが所望の状態をもたらすように、適切に重み付けされ得る。まとめると、いかなる偏波状態も発生させるためには、２つの直交状態のみしか必要としない。
【００２８】
何らかの所望の傾斜角τにおける線形偏波の発生を考える。同じ振幅だが、位相関係δ’を持つ左手円偏波（ＬＨＣＰ）および右手円偏波（ＲＨＣＰ）のみを使用して（式（４）における位相角φｘは等しい必要のないことに注意されたい）、結果的な線形偏波は傾斜角τ＝δ’／２を有する。楕円偏波状態の生成は円および線形偏波状態の線形結合を必要とするが、後者が円偏波から導出されるため、楕円偏波状態を生成するために使用され得る２つの直交偏波状態は２つの直交円状態である。いずれの偏波状態もＬＨＣＰ波およびＲＨＣＰ波の線形結合から生成され得る。
【００２９】
しかし、ＬＨＣＰおよびＲＨＣＰはアンテナ構造には稀にしか採用されない。二連偏波アンテナは、線形水平要素および線形垂直要素から、両者の本来的な単純さのために構築されている。この文書において２つのアンテナが示され、かつ、説明されている場合、二連偏波アンテナは機能的に均等である。すなわち、この討論の目的のために、１つのアンテナが垂直に偏波され、１つのアンテナが水平に偏波されている１対のアンテナが、直交アンテナまたは二連偏波アンテナのいずれかとして、区別なしに呼ばれ得る。二連偏波アンテナは波の間の位相差に基づき円偏波波形も生成可能である。上記に作成された偏角に
続き、線形水平偏波および線形垂直偏波からいかなる偏波も生成することが可能である。事実、いかなる２つの直交偏波状態もいかなる他の偏波状態も生成するために使用され得る。このことは、現在のアンテナ施設においてさえ、偏波状態の生成における柔軟性を提供する。非直交性である２つのアンテナが使用されると、２つのうちの１つが本明細書において基準アンテナと呼ばれる一方、他方は本明細書において関連アンテナと呼ばれる。このような状況において、両アンテナが（例えば、ある程度内で）直交性に十分に近い時、以下に与えられた公式が修正せずに適切となる。２つのアンテナが十分に直交ではない状況において、このような非直交偏波アンテナにより送信または受信されなければならない信号の値は、本明細書で説明されている偏波の公式から導出された関係を使用することにより、本明細書で説明されている直交アンテナに対して決定された信号値から決定され得、全ての偏波状態が十分な大きさを備えては生成され得ない。このような場合、第３のアンテナが必要とされ得るか、または、直交性により近いアンテナを再位置合わせすることが、より実践的となり得る。したがって、直交アンテナが好ましいが、必要ではない。直交アンテナは本発明の実施形態の以下の説明において全般的に使用される。
【００３０】
我々は、楕円率および傾斜角についてこれだけ深く研究している。なぜなら、この両者は楕円およびポアンカレ球上での偏波の表示の原理だからである。別の角度対は、我々が既に検討した信号パラメータ、すなわち、信号の大きさ（この大きさの比は大円角γを決定するために使用される）および偏波位相差δに直接に関係する。γおよびδの値は、好ましくは、所望の偏波状態を確立するためにシステムの送信機（および受信機）により使用されるが、上記に説明されたように、独立パラメータの他のセットが代案として使用され得る。大円角は以下の通りに定義される。
【００３１】
【数７】
2007506291.tif 000009
【００３２】
ここで、Ｅ２ｍａｘは電場の最大ｘ軸値４４（図１）であり、かつ、Ｅ１ｍａｘは電場の最大ｙ軸値４６である。大円角γおよび偏波位相差δは、以下を介して楕円率および傾斜角に関連付けられ得る。
【００３３】
２ε＝ｓｉｎ−１［ｓｉｎ（２γ）ｓｉｎ（δ）］  （１１）
【００３４】
【数８】
2007506291.tif 000010
【００３５】
図３を参照すると、ポアンカレ球の一部の図がポアンカレ球の表面上に偏波状態Ｐ（γ、δ）のマッピングを示している。この偏波状態は、代わりに、偏波状態Ｐ（ε、τ）として特徴付けられ得る。球面角ε、τ、γ、および、δは図３に示され、同図において、角ＣＯＥは９０度未満の角度である。球面角２εおよび２τは、それぞれＰ（ε、τ）の緯度および経度である一方、球面角２γおよびδは、それぞれ水平偏波点からＰ（γ、δ）への大円距離および赤道の平面に関したその大円の平面の角度である。
【００３６】
上記に述べられたように、ポアンカレ球は一般に偏波状態を見るためにも、同じく偏波状態間の「距離」を測定するためにも、効果的である。さらに、移動または環境の変化の
偏波に対する影響はポアンカレ球を使用することにより簡明に取り込まれ得る。本発明の独特さをポアンカレ球上での偏波状態の表示に関連付けるために、従来のシステムに対して典型的な慣行である１つのデータ・ストリームの水平偏波アンテナ上での、および、別のデータ・ストリームの垂直偏波アンテナ上での、送信を先ず考える。これらの直交偏波状態の送信からの結果である平面波の電場の偏波はポアンカレ球上のＨＰ点およびＶＰ点における偏波状態により表され得る。（この時点では、採用されている変調の詳細は考慮されず、単一搬送波システムまたは多重搬送波システムのいずれがモデル化されているかも同じく考慮されない。本発明の特定の実施形態は、これらの場合のいずれにおいても実施され得る。）理論において、もし受信機が水平および垂直の偏波アンテナを採用し、かつ、信号を解像可能であれば、送信のデータ速度は２倍とされ得る。このことは、基本的に追加の帯域幅を使用せずに達成される。この増加された処理量は「自由」ではない。なぜなら、各信号の範囲は送信された信号のパワーにより決定されるが、資源の限られた世界では、より多くの処理量を達成する能力は極端に有益となり得るからである。この改善を達成するために、２つの直交偏波状態のセットが使用されると言い得る。しかし、本発明によれば、システムの処理量をさらに多く増加させるために３つ以上の偏波状態のセットを使用する装置および方法が使用され、これは２つの直交偏波アンテナのみを使用して達成される。
【００３７】
一般に、この独特な技術は、偏波状態の少なくとも１つの非直交性の対を含む偏波状態の団またはセットを先ず確立することにより達成され得る。ポアンカレ球上の直径上で向かい合う各状態のみが互いに直交であるため、この要件は、ポアンカレ球のパラメータを使用した少なくとも３つの異なった偏波状態を含む団を確立することによっても満たされる。偏波状態の団（Ｐ）または偏波団（Ｐ）は（値の表または値を作成する式の表のいずれかとして）システム設計の時点で典型的に確立されるが、いくつかの応用例において、偏波団はシステム設計時に確立された複数の偏波団（Ｐ）ｎから選択され得るか、または、これと同等に、団のサブセット（Ｐ１）（副団（Ｐ１））がシステム動作中に選択され得る。
【００３８】
団（Ｐ）の偏波状態は、好ましくは、団の距離の計量値を最大化するように設計される。好ましくは、計量はポアンカレ球を使用して決定された距離に基づき、特に、近隣の碁盤の目状領域を識別する偏波状態の対の間の大円角または距離が使用されている。例えば、団は、そのような対の距離をほぼ等しくするように設計され得る。実施例として、ポアンカレ球に内接された立方体の点における８つの偏波状態は、大円距離を使用して近隣の状態の距離が測定されると、等しく間隔を空けられた偏波状態を有する。しかし、他の計量法も可能である。例えば、知られている偏波パラメータのセットは、ポアンカレ球状態の三次元（ｘ，ｙ，ｚ）長方形座標系への投影として扱われ得る正規化されたストークスのパラメータｓ１、ｓ２、ｓ３であり、そのため、別の距離測定値はこの「ストークスの」空間内の近隣の碁盤の目状領域間の直交座標上の距離となり得る。このような距離計量法は、与えられた状態に最も近い（最小距離における）状態が求められている時に２つの偏波状態間の距離を測定するためにも使用されている。
【００３９】
情報の送信中、状態時間中に送信される信号を変調するために使用される１つ（Ｐｊ）またはそれ以上（Ｐｊ１、Ｐｊ２、．．．）偏波状態は偏波状態の団から選択され、かつ、任意で、ユーザのデバイスに関連した（すなわち、同デバイスに向けられた、または、同デバイスにより送信された）データのセットを識別する結合変調状態（波の状態）を形成するために、直交非偏波変調状態と結合される。各結合変調状態の２つの成分は２つの信号を変調するために使用され、すなわち、１つの信号は（例えば、水平に偏波された）基準偏波を有する第１のアンテナ（基準アンテナ）から送信され、かつ、他の信号は（例えば、垂直に偏波された）基準偏波とは異なった偏波を有する第２のアンテナ（関連アンテナ）から送信される。結合された変調状態は、偏波状態に加えて、直交非偏波変調状態
を含み得る。これらの例は振幅変調状態、絶対位相変調状態、周波数変調状態、または、これらの変調状態の結合である。このような形で動作するシステムの例は以下に与えられるが、１つ以上の偏波状態に基づき決定された波の状態を有する信号を送信するための装置および方法の全般的な説明が先ず説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図４を参照すると、本発明の好ましい実施形態による、通信システムにおいて使用されている送信機装置４００のブロック図が示されている。送信機装置４００は、データおよびユーザ・デバイス識別機能４０５を含み、同機能４０５は１つ以上のユーザ・デバイスへの、または、ユーザ・デバイスからの情報の一部の送達に関連したデータを準備し、かつ、偏波分析マッパとして本明細書において同じく説明されているマッパ４１０へのデータを、状態時間中の波の状態（ＷＳ（ｓ））を発生させるために各々が使用される一連のデータ・セットとして結合する。１つのデータ・セットにおけるデータは２つ以上のユーザ・デバイスと関連され得る。データは文章、声、画像、ビデオ、または、混合媒体などのいかなる形態の情報も表し得る。データおよびユーザ・デバイス識別機能４０５は、データ・セットが関連しているユーザ・デバイスを識別するか、または、データ・セットが２つ以上のユーザ・デバイスに関連している時にデータおよびユーザ・デバイス識別機能４０５はデータ・セットのサブセットおよび各サブセットを受信することを意図された関連ユーザ・デバイスを識別する。マッパ４１０は、一連の基準偏波マッパ出力成分（ＲＰ（ｓ））および対応する一連のマッパ出力成分（ＡＰ（ｓ））を生成するためにデータ・セットおよび関連ユーザ・デバイスの身元証明を使用する。成分ＲＰ（ｓ）およびＡＰ（ｓ）は、基準波状態変調信号および関連波状態変調信号と代わりに呼ばれる。これらの成分は上記に説明された波状態の成分である。参照および関連のマッパ出力成分の対の各組合せは、少なくとも２つの非直交偏波状態を含む偏波状態（Ｐｊ、ｊ＝１からＪ）の団（Ｐ）からマッパ４１０により選択された偏波状態（Ｐｊ）に基づく波状態（ＷＳ（ｓ））を定義する。送信機装置４００は、成分（ＲＰ）からの狭帯域信号である変調済みＲＰ信号（ＲＰ（ｔ））を発生する基準偏波（ＲＰ）変調器４２０、および、成分（ＡＰ（ｓ））からの狭帯域信号である変調済みＡＰ信号（ＡＰ（ｔ））を発生する関連偏波（ＡＰ）変調器４２５をさらに含む。変調済みＲＰ信号（ＲＰ（ｔ））は、変調済みＲＰ信号を増幅し、第１の偏波アンテナ４４０に結合される基準送信信号を発生する基準信号（Ｒ）送信機４３０に結合される。変調済みＡＰ信号（ＡＰ（ｔ））は、変調済みＡＰ信号を増幅し、第１の偏波アンテナ４４０とは異なって偏波されている第２の偏波アンテナ４４５に結合される関連送信信号を発生する関連信号（Ｏ）送信機４３５に結合される。好ましくは、２つのアンテナ４４０、４４５の偏波は直交である。２つのアンテナ４４０、４４５からの無線信号は、マッパ４１０により決定された如くの結合変調状態に偏波されている実質的に狭帯域平面波無線周波数信号となるように、離れたフィールドにおいて結合する。
【００４１】
各状態時間に対して、マッパ４１０は、偏波状態表４１２に好ましくは保存されている偏波状態のセットまたは団から少なくとも１つの偏波状態を選択する。２つ以上の偏波表が存在し得るか、または、偏波状態は、保存される代わりに必要に応じて算出され得る。同様に、各状態時間に対して、マッパ４１０は、非偏波状態表４１４に好ましくは保存された直交非偏波変調状態を選択可能であるが、同状態は、代わりに同じく算出され得る。１つの直交非偏波変調の状態の変化は、他のいずれの直交非偏波または偏波変調の状態の変化とは独立し、外部から課された関係を遮断している。直交非偏波変調は振幅、絶対位相、周波数、（時間ホッピングにおけるように）時間、または、これらの相互に排他的な組合せ（例えば、振幅／絶対位相変調は周波数および偏波の変調に直交である）を含む、かつ、より簡単に以下に非偏波変調と呼ばれる。非偏波変調の状態は、本明細書では非偏波状態と呼ばれる。非偏波変調の例はよく知られている１６ＱＡＭ（１６の状態を有する４分の１振幅変調）である。１つの偏波状態および１つ以上の非偏波状態が選択されると
、それらの状態は、状態時間に対する基準偏波マッパ出力成分（ＲＰ（ｓ））および対応する関連偏波マッパ出力成分（ＡＰ（ｓ））を発生させるために結合関数４１６により結合される。結合変調状態を発生させるための偏波状態と１つ以上の非偏波状態の組合せは、各状態の直交する性質を保持する形で結合関数４１６により行われる。以下の関係は、このことを振幅／絶対位相に対して示す。この関係は、結合された大きさが１となるように振幅係数を倍率変更すること、および、δをΦｙとΦｘの差に等しく設定することにより式（２）から得られる。
【００４２】
【数９】
2007506291.tif 000011
【００４３】
式１３において、Φｘは今はΦと書かれる。なぜなら、Φが電場のｘおよびｙ成分の双方に共通だからである。明確さのために、本明細書においてΦはδと区別するために電場の絶対位相と呼ばれ、本明細書においてδは偏波位相または偏波位相差と呼ばれる。式（１３）は以下のようにも書かれ得る。
【００４４】
【数１０】
2007506291.tif 000012
【００４５】
または、複素表示で以下のように書かれ得る。
【００４６】
【数１１】
2007506291.tif 000013
【００４７】
狭帯域信号である周波数信号に対して正確である式１４から、｜Ｅ｜、Φ、および、ωｃが状態時間から状態に変化され得る一方、偏波パラメータγおよびδの値は独立に決定され得、したがって、振幅状態、絶対位相状態、および、周波数状態は偏波状態から独立に変化させ得ることが分かり得る。
【００４８】
図５を参照すると、本発明の好ましい実施形態による送信機装置４００のブロック図の一部が示されている。送信機装置４００のこの実施形態において、マッパ４１０の出力は、実際には、基準偏波マッパ出力成分（ＲＰ（ｓ））の同相（ＲＰＩ（ｓ））かつ直交（ＲＰＱ（ｓ））の各係数、および、関連偏波マッパ出力成分（ＲＰ（ｓ））の同相（ＡＰＩ（ｓ））かつ直交の位相（ＡＰＱ（ｓ））の各係数として発生される。偏波状態に対して、マッパ出力成分の同相かつ直交の位相の（波状態）係数は直交偏波アンテナに対して式（１４）または（１５）から以下のように決定され得る。
【００４９】
ＲＰＩ（ｓ）＝ｃｏｓγｓ＝ＩＲＰ  （１６）
ＲＰＱ（ｓ）＝０
ＡＰＩ（ｓ）＝ｓｉｎγｓｃｏｓδｓ＝ＩＡＰ
ＡＰＱ（ｓ）＝ｓｉｎγｓｓｉｎδｓ＝ＱＡＰ
ここで、ＩＲＰ、ＩＡＰ、および、ＱＡＰは偏波状態の複素係数である。すなわち、ＩＲＰは偏波状態の基準偏波成分の同相係数であり、ＩＡＰおよびＱＡＰは偏波状態の関連偏波成分の複素係数である。偏波状態（γｓ，δｓ）が振幅／絶対位相状態（｜Ｅｓ｜，Φｓ）と結合されると、結合された変調（波状態）の同相かつ直交の位相係数は直交偏波アンテナに対して式（１４）または（１５）から以下のように決定され得る。
【００５０】
ＲＰＩ（ｓ）＝｜Ｅｓ｜ｃｏｓγｓｃｏｓφｓ＝ＩＲＰＩΨ  （１７）
ＲＰＱ（ｓ）＝｜Ｅｓ｜ｃｏｓγｓｓｉｎφｓ＝ＩＲＰＱΨ
ＡＰＩ（ｓ）＝｜Ｅｓ｜ｓｉｎγｓｃｏｓ（φｓ＋δｓ）＝ＩＡＰＩΨ＋ＱＡＰＱΨ
ＡＰＱ（ｓ）＝｜Ｅｓ｜ｓｉｎγｓｓｉｎ（φｓ＋δｓ）＝ＩＡＰＱΨ−ＱＡＰＩΨここで、ＩΨ＝｜Ｅ｜ｃｏｓΨ、および、ＱΨ＝｜Ｅ｜ｓｉｎΨは振幅／絶対位相状態の複素係数である。これらの係数は、状態時間中に分散時間波形を発生させるために、同相かつ直交の位相係数を結合するためのデジタル信号プロセッサを好ましくは使用して実施される複素変調器４２２、４２７に結合される。複素変調器により発生されたサンプルは、直交アンテナ４４０、４４５により増幅および送信されるＲＰ（ｔ）およびＡＰ（ｔ）信号を発生する従来のデジタル／アナログ変換器／フィルタ４２４、４２９に結合される。アナログ複素変調器または他の状態装置複素変調器を使用するなどの代案技術も使用され得る。本発明の第１の実施形態によれば、マッパ４１０は偏波団Ｐにおける各状態に対するパラメータ値γｊおよびδｊを保存する偏波表４１２を有し、かつ、振幅／絶対位相状態（Ψｍ，ｍ＝１からＭ）の団Ψにおける各状態に対するパラメータ値｜Ｅｍ｜およびΦｍを保存する非偏波表４１４を有する。続いて、複素ＩおよびＱ波状態係数ＲＰＩ（ｓ）、ＲＰＱ（ｓ）、ＡＰＩ（ｓ）、および、ＡＰＱ（ｓ）を発生させるために、偏波状態が式（１６）を使用して算出され得るか、または、結合変調状態が式（１７）のセットにおける中央係数を使用して算出され得る。本発明の別の実施形態によれば、マッパ４１０は偏波状態Ｐの団における各状態に対する複素係数ＩＲＰ、ＩＡＰ、および、ＩＱＰを保存する偏波表４１２を有し、かつ、振幅／絶対位相状態Ψの団における各状態に対する係数ＩΨおよびＱΨを保存する別の表４１４を有し、ならびに、これらの係数はＩおよびＱの波状態係数ＲＰＩ（ｓ）、ＲＰＱ（ｓ）、ＡＰＩ（Ｓ）、および、ＡＰＱ（ｓ）を発生させるために１組の式（１７）における右側の係数を使用して結合される。いくつかの実施形態において、特定の目的に対しては１つの表に制限されている変調状態の選択肢と共に、複数の偏波表および／または非偏波状態表が存在し得る。例えば、移動体ユニットに対するデータ記号を符号化する偏波状態は、ユーザ・デバイスに割り当てられた偏波の団または副団から基地局により選択され得る。
【００５１】
周波数変調および周波数ホッピングは、ωｃの値を修正することにより達成され得る。時間ホッピングは、信号のないタイム・スロット、および、信号が結合された、または、単一の変調状態と共に存在する別のタイム・スロットを割り当てることにより達成され得る。
【００５２】
この実施形態の１つの実施において、偏波状態（Ｐｊ）はユーザ・デバイスに対応する擬似雑音（ＰＮ）発生器により発生された擬似ランダム数に基づき選択され、振幅／絶対位相状態（Ψｍ）はユーザ・デバイス（に送信され、または、これから受信される）に関連したデータのセットのサブセットに基づき選択される。
【００５３】
この実施形態の別の実施において、振幅／絶対位相状態（Ψｍ）はユーザ・デバイスに対応する擬似雑音（ＰＮ）発生器により発生された擬似ランダム数に基づき選択され、偏波状態（Ｐｊ）はユーザ・デバイスに関連したデータのセットのサブセットに基づき選択される。
【００５４】
図６を参照すると、図４および５を参照して説明された４００の好ましい実施形態に関連した通信システムで使用されている受信機装置６００のブロック図が示されている。無線信号は、直交に偏波され得て、ならびに、信号を必要に応じて下方変換し、かつ、信号を基底帯域信号、すなわち、参照受信偏波信号成分Ｒ’Ｐ（ｔ）および関連受信偏波信号成分Ａ’Ｐ（ｔ）に変換する２つの受信機前端部、基準信号前端（Ｒ  ＦＥ）４６０および関連信号前端（Ｏ  ＦＥ）４６５に結合され得る２つの異なって偏波されたアンテナ４５０、４５５により傍受される。続いて、基底帯域信号は、Ａ／Ｄ機能４７０、４７５においてアナログからデジタルに変換される。送信信号の周波数および位相との同期、ならびに、受信および送信信号の相対振幅の決定、および、受信信号と送信信号の間の回転の角度が、パイロット信号の受信を含むことが可能である技術を使用して得られる。Ａ／Ｄ機能４７０、４７５は参照受信偏波サンプル成分ＲＰ（ｓ）および関連受信偏波サンプル成分Ａ’Ｐ（ｓ）の同相かつ直交の位相でサンプル採取された係数を提供する。これらの係数は偏波分析プロセッサ（または、偏波分析デマッパ）４８０に提供される。偏波分析プロセッサ４８０は（以下により詳細に説明されるように）チャンネルの不完全性を補正し、（以下により詳細に説明されるように）不要な信号を補正し、それにより、所望の信号の最良の見積りを発生するための偏波分析フィルタ４８５、および、送信された最も可能性の高い状態を決定する状態デマッパ４８６を含む。受信機６００が１つのユーザ・デバイスに対してのみ向けられた信号を受信するように設計されている時、最も可能性の高い状態はデータおよびユーザ・デバイスＩＤ機能４９０に結合される。同機能４９０はそのユーザ・デバイスに対して向けられたデータのセットの表示として状態を受け入れることのみを必要とする。受信機６００が固定設備（すなわち、基地制御装置）の処理に対して向けられた信号を受信するように設計されていると、最も可能性の高い状態はデータおよびユーザ・デバイスＩＤ機能４９０に結合され、同機能４９０はユーザ・デバイスＩＤおよびその状態からのデータのセットを決定可能である。状態は、状態デマッパ４８６からデータおよびユーザ・デバイスＩＤ機能に、好ましくは状態番号である二値指数、または、代案として、状態パラメータもしくはデジタルの同相かつ直交の係数として転送され得る。例えば、もし１６個の偏波状態および１６個のＱＡＭ状態があれば、受信された偏波および振幅／絶対位相状態は二値状態数（例えば、０１１０、０１０１）、または、状態パラメータ（例えば、偏波のために二値に変換された弧度法でのγおよびδ、または、εおよびτ、ならびに、振幅／絶対位相に対する＋１０、−１１）、または、二値としての偏波に対するＩＲＰ、ＩＡＰ、および、ＱＡＰ、および、振幅／絶対位相に対するＩΨ、ＱΨとして転送され得る。これらの同じ代案は送信機４００のデータおよびユーザＩＤ機能４０５から偏波分析プロセッサ４１０にこの情報を転送するために使用され得る。
【００５５】
偏波分析フィルタ４８５は、内積機能４８２に結合された偏波ベクトル発生器４８４を含む。受信された信号が２つ以上のユーザ・デバイスに関連している同時情報を含み、かつ、そのユーザ・デバイスが信号の偏波状態により識別されると、偏波ベクトル発生器４８４は、同発生器４８４が内積機能４８２に結合する不要な信号のユーザ・デバイスの偏波状態を決定可能である。内積機能４８２は、所望の信号の最善の見積りを発生させるために、Ａ／Ｄ機能４７０、４７５により発生された結合された不要な偏波ベクトルおよび係数の同相かつ直交の位相係数の内積を実行する。このことは以下により詳細に説明される。所望の信号は状態デマッパ４８６に結合され、同デマッパ４８６において、係数Ｒ’ＰＩ（ｓ）、Ｒ’ＰＱ（ｓ）、Ａ’ＰＩ（ｓ）、および、Ａ’ＰＱ（ｓ）は偏波および振幅／絶対位相状態の最善の見積りを決定するために使用される。状態デマッパ４８６は、好ましくは、受信機６００に関連した少なくとも個々の状態を含む偏波団（Ｐ’）４８７および非偏波団（ＮＰ’）４８８（この実施例においては振幅／絶対位相状態団（Ψ））を含む（すなわち、これらの団は固定ネットワーク・デバイスに含まれているより大きな団のサブセットとすることが可能である）。偏波分析プロセッサ４８０は、本明細書の他の部分に説明されているように、距離の計量値を使用して最善の見積りに最も近い団にお
ける状態を決定するために、表として実施され得る偏波および振幅／絶対位相状態および団の最善の見積りを使用する。これらの状態は、データおよびユーザ・デバイスＩＤ機能４９０に搬送される最も可能性の高い送信された状態（Ｐ’ｊ）である。
【００５６】
この独特な発明の不完全なものにおいては、非偏波状態が使用されず、少なくとも３つの偏波状態が使用され、１つは、データのセットを識別するために各状態時間中に使用されることが理解されよう。例えば、１６個の偏波状態が４ビットのセットを識別するために使用される。送信機４００および受信機６００を含む通信システムは１つのものとして説明され得、その１つにおいて、無線信号は、無線信号の波状態が情報を搬送する状態時間中に変調された２つの異なって偏波されたアンテナから送信され、かつ、少なくとも３つの偏波状態を含む偏波状態の団から選択された１つ以上の偏波状態に基づく。１つの実施形態の要約は、非偏波変調状態が情報の一部から形成され、ユーザ・デバイスに関連した偏波状態が選択され、かつ、非偏波変調状態が、ユーザが識別可能なデータ記号を形成するために、選択された偏波状態と結合される、ということである。続いて、異なったユーザ・デバイスに対するユーザが識別可能なデータ記号が、波状態を決定するために結合される。線形結合はユーザが識別可能な記号を結合するために使用され得る。
【００５７】
今、偏波変調の独特な使用の別の例が説明される。
図７を参照すると、本発明の実施形態による、多重搬送波直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）システムにおけるデータ速度の上昇に対する偏波状態マッピングを採用した例示的な送信機７００のブロック図が示されている。同様の技術は単一搬送波偏重および他の多重搬送波変調にも適用され得る。
【００５８】
入力データは、フェーディングなどの信号経路の劣化を補正可能な冗長を提供するために動作する符号化および挟み込みブロック７０に供給される。ブロック７０の出力は７２において直列から並列のデータ・セットに変換される。この実施例において、４−レベル直交振幅変調（ＱＡＭ）が４つの偏波状態変調と結合され、それにより、各ＯＦＤＭ副チャンネルに対して状態時間当たり２ビットから状態時間当たり４ビットにデータ速度を倍増する。ＱＡＭ記号および偏波状態は偏波分析ブロック７４における複素波状態にマッピングされ、それにより、複素数は参照および関連の偏波チャンネルに対する選択されたＱＡＭおよび偏波状態に関連する。送信機７００により使用され得る４つの偏波状態と結合された４−レベル変調ＱＰＳＫ状態の例示的なマッピングが表１に示されている。偏波状態は水平（Ｈ）、垂直（Ｖ）、４５度線形偏波（ＬＰ＠４５）、および、１３５度線形偏波（ＬＰ＠１３５）である。
【００５９】
誤った偏波状態の検出により引き起こされた誤差の数を低減するために、グレー符号化が、標準的変調技術に類似した方法で採用され得る。
【００６０】
【表１】
2007506291.tif 000014
【００６１】
続いて、各副チャンネルに対して係数ＲＰＩ、ＲＰＱ、ＡＰＩ、および、ＡＰＱにより表された複素状態は、それぞれブロック７８および８０において逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）され、デジタル化された振幅値の並列のセットを発生し、この値はそれぞれブロック８２および８４において直列値に変換される。逆高速フーリエ変換を実行することが、複数の周波数混合器を使用した周波数多重化を実行することと機能的には同等であるが、デジタル信号プロセッサを好ましくは使用してデジタル領域において行われることが理解されよう。
【００６２】
このことを実証するために、直交偏波アンテナが使用される時に、単一のＯＦＤＭ記号が以下のように参照および関連の各チャンネルに対して準備される。
【００６３】
【数１２】
2007506291.tif 000015
【数１３】
2007506291.tif 000016
【００６４】
ここで、ｍは副搬送波周波数であり、Ｎは１つのＯＦＤＭ記号内の副搬送波の数であり、かつ、ｎは分散時間を表す。送信される信号である（２０）および（２１）の実部は以下のようになる。
【００６５】
【数１４】
2007506291.tif 000017
【数１５】
2007506291.tif 000018
振幅は、
【数１６】
2007506291.tif 000019
【００６６】
および、位相は、
θＲｍ＝ｔａｎ−１（ＲＰＩｍ／ＲＰＱｍ）、θＯｍ＝ｔａｎ−１（ＯＰＩｍ／ＯＰＱｍ）  （２３）
ＩＦＦＴ７８、８０の出力は、並列／直列変換器８２、８４により直列セットの値に変換される。デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換はそれぞれＤ／Ａ変換器８６、８８において実行され、その後に、ＲＦ区間９０および９２における増幅、周波数変換、および、濾過、ならびに、２つのアンテナ９４、９６を使用した送信が続く。２つのアンテナが２つの直交偏波特性を示す時、各経路上での送信信号は以下により与えられる。
【００６７】
【数１７】
2007506291.tif 000020
【数１８】
2007506291.tif 000021
【００６８】
ここで、ｔは時刻であり、ｆｃは搬送波周波数であり、かつ、ｆｍはｍ番目の副チャンネルの周波数である。位相および大きさについての式（２４）〜（２５）と（２）の間の類似性は以下のように対応する。すなわち、
ＥＲｍ≒Ｅｘ、  θＲｍ≒φｘ  （２６）
ＥＡｍ≒Ｅｙ、  θＡｍ≒φｙ  （２７）
ことに注意されたい。
【００６９】
したがって、偏波状態マッピングはデータ速度の上昇を、この場合ではデータ速度の倍増をもたらしていることを理解されたい。
図７を参照して説明された送信機において使用された提案された偏波状態マッピングのブロック図は、送信機の参照チャンネルおよび関連チャンネルの各々に対して複製された動作を示す。データ・セットは符号化され、かつ、挟み込まれ、かつ、直列／並列変換器７２に送られる。続いて、各ＱＡＭデータ・セットは偏波マッパ７４により各副チャンネルに対する偏波状態に、データのセットから決定されるようにマッピングされ、続いて、マッパの出力はＩＦＦＴ７８、８０により処理される。記号を（ガード用間隔を加えて）周期的に延長するための選択肢が存在し、これの後、データは並列／直列変換器８２、８４振幅係数により処理される。振幅係数はＤＡＣ８６、８８においてアナログ信号に変換され、かつ、続いて、上方変換、増幅、および、送信を実行するＲＦ区間９０、９２により処理される。
【００７０】
より大きなデータ速度の上昇さえ、より多くの偏波状態を使用することにより達成され得る。例えば、ＯＦＤＭ通信システムにおいて、Ｎ個のユーザ・デバイスに対するＱ個のデータ記号が以下の技術を使用して送られ得る。
【００７１】
１）情報の一部から非偏波変調状態を形成する工程。
２）ユーザ・デバイスに関連した偏波状態を偏波状態として選択する工程。
３）ユーザが識別可能なデータ記号を形成するために、非偏波変調状態を選択された偏波状態と結合する工程。
【００７２】
４）Ｑ個の複数のユーザ・デバイスの各々に対して最大Ｎ個のユーザが識別可能なデータ記号を形成するために工程１）、２）、および、３）を反復する工程。
５）Ｎ個の副チャンネル基準波状態成分の１つおよびＮ個の副チャンネル関連波状態成分の１つを形成するためにＱ個のユーザ・デバイスの各々に対してユーザが識別可能なデータ記号を結合する工程。
【００７３】
６）複素参照および関連波状態係数を発生させるために、逆高速フーリエ変換を使用して、工程５）において形成されたＮ個の副チャンネル基準波状態成分を結合する工程。
７）複素基準波状態係数および複素関連波状態係数を使用して変調済み無線信号を発生させる工程。
【００７４】
図８を参照すると、本発明の実施形態による受信機８００のブロック図が示されている。全般に、復調されたデータを復元するために、送信機７００において実行される動作の逆が受信機８００において行われる。この例示的な実施形態において、２つの異なって偏波されたアンテナ１０２および１０４は受信信号をそれぞれＲＦ区間１０６および１０８に供給する。ＲＦ区間１０６および１０８は受信信号を基底帯域信号に増幅、濾過、および、変換し、続いて、基底帯域信号はそれぞれアナログ／デジタル変換器１１０および１１２によりデジタル・サンプルに変換される。続いて、デジタル・サンプルはそれぞれ直列／並列変換器１１４および１１６により並列データ値に変換される。並列データ値は、（以下により詳細に説明される）チャンネル欠陥および不要な信号を補正し、かつ、ＦＦＴデータが送信機のブロック７２により生成される間にＦＦＴデータを並列データにマッピングし戻す（デマッパとも呼ばれる）偏波分析プロセッサ１２２による処理に先立ち、ＦＦＴブロック１１８および１２０において高速フーリエ変換される。続いて、データは１２８において直列データ・ストリームに変換され、続いて、同ストリームは、本来送信
されたデータを完全に復元するために複合化および挟み込み解除のためにブロック１３０に送られる。
【００７５】
したがって、本発明による特定の実施形態において、以下により詳細に説明されるように、データ速度の上昇を実施するため、または、チャンネル化を提供するために状態時間内でより多くの変調状態を割り当てることが可能である。上記に説明された技術に従うことにより、各ＯＦＤＭ信号に対してより多くの偏波状態マッピング（３ビット、４ビットなど）を実施することが可能である。唯一の重要な問題は、状態を一意に識別する目的のためのポアンカレ球上での偏波状態の密度および偏波状態の近接性である。我々は、このことをＭ−ＱＡＭに幾分か類似していると見ることが可能である。Ｍ−ＱＡＭでは、より大きな信号対雑音比（ＳＮＲ）が必要であり、より多くの偏波状態にマッピングされた多数のビットに対して、より大きな偏波パワー対雑音比（ＰＮＲ）が必要である。
【００７６】
送信機７００および受信機８００を含むＯＦＤＭ通信システムは複数の周波数チャンネルが発生されている１つのものとして説明され得、ここでは、各周波数チャンネルが、搬送されるべき情報の一部に基づく状態時間中に偏波状態を有し、かつ、複数の周波数チャンネルは波状態を形成するために周波数多重化により結合される。上記に説明されたデジタル手法が使用されると、周波数チャンネルはデジタルで表され、デジタル・チャンネルが結合された後にのみリアルタイムの信号が作成される。
【００７７】
ＯＦＤＭの送信機７００および受信機８００を参照して本明細書で説明された非常に類似した技術は、規制団体の要件を満たす帯域を各副搬送波が有し、かつ、副搬送波の総帯域が、最低と最高の副搬送波周波数の間の（中間などの）規定値における搬送波周波数の２５％より大きい超広帯域システムにおいて使用され得ることがさらに理解されよう。
干渉改善への搬送波に対する偏波マッピング
偏波状態は、その状態がポアンカレ球上の特定の領域に該当可能であるか、または、球全体を介して広がるように、何らかの規定量に従ってマッピングされ得る。後者の場合、球上に偏波状態を置くうえでの適切な選択は球の切り嵌め問題、すなわち、球の表面上の点の分布に類似している。伝播チャンネルおよび必要な仕様は、ポアンカレ球上に均一に点を分布させるかどうかを決定する。静止チャンネルまたは準静止チャンネルでさえ、偏波状態の等距離分布は適することがある。しかし、より多くの移動体応用例において、球の特定の領域は他の領域よりも高密度の偏波状態の詰め込みを許容することが可能となり得る。このことは、以下に検討される如くの偏波パイロット部の送信および受信機における適切な補正技術を介して試験され得る。
【００７８】
通信システムの開発において、慎重な考慮をなされるべきパラメータの１つは搬送波対干渉（Ｃ／Ｉ）比である。通信システムにおける適切な動作および信頼可能な通信に対して、このパラメータの値は、全般に、採用されている変調のタイプによっては特定のレベルを超えなければならない。セルラー方式の応用例において、同じ周波数を介して送信している複数の基地局（ＢＳ）はＣ／Ｉ要件によって決定された如くの幾分かの所定の距離により分離されており、何らかの再使用パターンをもたらす。一般にこれらの無線システムに対して、特定の領域における動作に対してスペクトルが割り当てられている。結果として、共チャンネル干渉は予測および制御されるべきである。
【００７９】
これは、多数のシステムの設備が米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）により規定された規則を満たす限り、利用可能なスペクトルが多数のシステムにより使用され得る無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）応用例に対する場合ではない。設備製造業者またはサービス・プロバイダの間で調整は必要ない。そのため、Ｃ／Ｉの要件を確実にするための再使用の従来の方法は適用され得ない。本発明の実施形態は、共チャンネル干渉を改善するため、および、システムの容量を増大するための偏波状態マッピングを実施する。
【００８０】
この実施形態を説明するため、ＯＦＤＭに対する基底偏波状態マッピングの式である式（２４）および（２５）を考える。既に注目したように、（−ｚ方向における）送信信号の偏波状態は参照（例えば、水平）と関連（例えば、垂直）成分の間の振幅の比、および、両者の位相差により決定される。適切な条件下では、受信機の（例えば、水平に偏波された）基準アンテナおよび（例えば、垂直に偏波された）関連アンテナの出力は以下により与えられる。
【００８１】
【数１９】
2007506291.tif 000022
【数２０】
2007506291.tif 000023
【００８２】
ここで、Ｃｍおよびφｍはｍ番目の副搬送波に対するそれぞれ偏波チャンネルタップ利得および位相を表す。式（２８）および（２９）は、ＩＳＩ（記号間干渉）のないこと、ＩＣＩ（搬送波間干渉）のないこと、および、ＴＯＦＤＭ＜＜チャンネルの可干渉時間であることを仮定している。加えて、この手法も、明白な簡略化を使用して、狭帯域単一搬送波システムに適用可能である。
【００８３】
この実施形態において、偏波状態マッピングは、（ユーザ・デバイスとしても知られている）複数の移動体ユニット（ＭＵ）の対応する１つに対して１つの状態時間において送信された情報を識別するために、偏波状態を使用することによりシステム容量を増大させるために利用され得る。偏波状態マッピング／デマッピング動作には特別な注目がなされており、偏波分析濾過はシステムの性能を改善する追加の偏波状態の操作として含まれている。
【００８４】
信号強度は偏波状態の記述においては不要な量であり、そのため、以下のような正規化済みの複素ベクトル表示が導入されている。
【００８５】
【数２１】
2007506291.tif 000024
【００８６】
ここで、
【数２２】
2007506291.tif 000025
【００８７】
振幅／絶対位相変調が含まれていると、式（３０）は拡張して式（１５）になる。
既に注目したように、パラメータ２γは水平偏波（ＨＰ）点からの大円距離の平面の角
度を表し、δは赤道に関した大円角である。これらの角度は信号をポアンカレ球上にマッピングするために必要なものの全てである。
【００８８】
今、表２を参照してマッピングおよびデマッピング動作の実施例が説明される。この実施例において、アクセス・ポイント（ＡＰ）は、図９に描かれたように同じ周波数およびタイム・スロットを使用して多数のユーザ・デバイスと通信する。図４〜６を参照して説明された送信機４００および受信機６００はこの実施例により動作するように実施され得る。この実施例において、基準アンテナおよび関連アンテナはそれぞれ水平に、および、垂直に偏波されたアンテナである。我々は、複数の記号時間を含むフレームの持続時間にわたり、受信信号の偏波状態（ＰＳ）が変化しないように、ＡＰおよび各移動体ユニット（ＭＵ。ユーザ・デバイスとも呼ばれる）が準静止環境において動作するとしてモデル化されていると仮定する。算出を簡略化するために、分析は、同様の動作が他の副搬送波を使用して実行され得ることを理解して、単一の副搬送波に関するものとする。したがって、我々は、第一に、ユーザが識別可能なデータ記号の発生をもたらす、表２に一覧された如くの各ＭＵに割り当てられたＰＳ上の２つのＭＵの各々に対する振幅／絶対位相団のマッピングを検討する。
【００８９】
【表２】
2007506291.tif 000026
【００９０】
表２において、水平および垂直の成分は同じ行に沿っている。結合された変調状態値は、各結合が、各ユーザ・デバイスに対するポアンカレ球上の単一の偏波状態にマッピングするように選択される。今、図９に示されたように、送信された第１のＭＵに向けられた状態のＰＳがポアンカレ球の第１の領域に所在すること、および、送信された別のＭＵに向けられた状態のＰＳが非隣接領域に所在することを仮定する。これらの状態はユニットの各々に対して表２に示された如くの方法で分析され得る。図４〜６を参照して説明された送信機４００および受信機６００はこの実施例により動作するように実施されることも可能である。
【００９１】
簡略さのために、今、双方のＭＵが同じ直交位相シフト・キーイング（ＱＰＳＫ）状態を使用する（が、両者は必ずしも同じ順序で規定される必要はない）ことを仮定する。複素係数は、選択された各ユーザに対して１つの偏波状態を発生するために基準アンテナお
よび関連アンテナに適用された送信信号成分を発生するために追加および使用される。したがって、波状態は異なったユーザ・デバイスに対するユーザが識別可能なデータ記号の線形結合により決定される。ＡＰの送信機アンテナ出力における混成電場は以下のように書かれ得る。
【００９２】
【数２３】
2007506291.tif 000027
【００９３】
ここで、Ｅ（ｎＴ）はｎ番目の記号周期Ｔの間の電場の振幅であり、θ（ｎＴ）は周期Ｔの間のｎ番目の位相であり、Ｈ１はユーザ１の「水平な」（参照）状態を表し、Ｖ２はユーザ２の「垂直な」（直交）状態などであり、ｆｃは搬送波周波数であり、かつ、ｆ１は（我々の説明のために選択された）第１の副搬送波の周波数である。ＩＦＦＴが線形演算子であるため、ＩＦＦＴは異なった偏波状態を同時に持つ多数の記号の発生を可能にする。確かに、１つの干渉発生体のみが検討されるが、もしＣ／Ｉの劣化が許容され得れば、より多くのユーザを支持することが可能となり得る（このことは以下により詳細に説明される）。
【００９４】
第１のＭＵの受信機において、量子化（Ａ／Ｄ）工程の後に、発生された複素電圧は復調が進行するＦＦＴブロックに送られる。今、ＦＦＴの出力は以下のように書かれ得る。
ＳＨ（ｔ）＝ＲＨ１ＣＨ１ｅｘｐ［ｊ（θＨ１＋φＨ１）］＋ＲＨ２ＣＨ２ｅｘｐ［ｊ（θＨ２＋φＨ２）］＝ＫＨ１＋ＫＨ２  （３３）（単一の副搬送波）
ＳＶ（ｔ）＝ＲＶ１ＣＶ１ｅｘｐ［ｊ（θＶ１＋φＶ１）］＋ＲＶ２ＣＶ２ｅｘｐ［ｊ（θＶ２＋φＶ２）］＝ＫＶ１＋ＫＶ２  （３４）（単一の副搬送波）
ここで、Ｈ１はユーザ１の水平偏波所帯を表す、など。これらの複素値は、図８に示されたように偏波分析プロセッサ１２２に送られる。偏波分析プロセッサ１２２は２つのユニット間のＣ／Ｉ比を増大するためであり、かつ、この増大を達成するために内積を利用する。
【００９５】
傍受された電場と受信アンテナ間の偏波損失係数（ＰＬＦ）は以下の如くに定義され得る。
【００９６】
【数２４】
2007506291.tif 000028
【００９７】
ここで、
【数２５】
2007506291.tif 000029
【００９８】
はそれぞれ（反射された成分を典型的に含む）入射場の偏波状態および受信アンテナの偏波を表す単位ベクトルであり、「・」は内積操作を表す。この実施例において、受信機は受信機自体の偏波状態および第２のＭＵの偏波状態を知っている。第１のＭＵが他のＭＵの偏波状態を知るような通信システムにおいて使用され得るいくつかの方法がある。例えば、ビーコン信号の間に、アクセス・ポイントは活性な移動体ユニットに割り当てられた偏波状態を識別可能である。または、例えば、ＭＵは周期的に更新されている別のＭＵの偏波状態の表を有し得る。第１のＭＵの受信機における基底帯域処理ユニットは、不要な信号と第２ＭＵ参照電圧の間の内積がゼロに等しくなるように、参照および関連チャンネルにおいて複素第２ＭＵ参照電圧を発生可能である（これらは水平および垂直として名目上は識別されるが、ＭＵのアンテナ一式は送信アンテナに関して回転され得ること、および、両アンテナが直交偏波アンテナを含む必要がないことに注意されたい）。これらの複素電圧は偏波ベクトルまたは打消しベクトルｔも呼ばれる。
【００９９】
チャンネルの欠陥を決定するために、ビーコン信号は１つ以上のチャンネル補正パイロット信号（すなわち、偏波状態を含み得る単一変調状態の所定の組合せから形成された変調状態からなる波状態））も含むことが可能であり、同パイロット信号は、第１のＭＵの受信アンテナのチャンネルおよび回転により導入された振幅および位相の不均衡を補正するために、ＭＵにより使用される。いくつかの可能なパイロット部の構造が以下に説明される。偏波フィルタは、打消しベクトルを適用する前に、チャンネル欠陥に対して受信信号を補正するためにこの情報を使用する。
【０１００】
不要な信号打消しおよび所望の信号減衰の量の間の条件交換は、打消しベクトルの複素電圧レベルを修正することにより達成され得る。このタイプの処理は、受信機に発生された雑音が所望の信号値に近い時に使用され得る。
【０１０１】
信号を偏波プロセッサ内に送る前に、参照および関連の偏波経路の双方においてチャンネル補正が受信記号に適用される。外出用（ＡＰからＭＵへの）通信において、本明細書で説明されている場合、所望および不要の双方の信号はチャンネルにより同じ形で影響を受ける。したがって、ＣＨ１＝ＣＨ２＝およびφＨ１＝φＣＨ２であり、同じことは垂直に偏波されたチャンネルについても真実である。完全なチャンネルの式を仮定すると、偏波分析プロセッサにより発生された濾過済みの値は以下により与えられる。
【０１０２】
【数２６】
2007506291.tif 000030
【０１０３】
ここで、下付け文字Ｃは記号がチャンネル欠陥に対して補正されていることを示し、上付き文字⊥は（式（３５）により決定される如くの）不要な信号と偏波プロセッサにより発生された複素値の間の直交性を表す。確かに、式（３６）は以下のように書かれ得る。
【０１０４】
【数２７】
2007506291.tif 000031
【数２８】
2007506291.tif 000032
【０１０５】
ＰＰ０は、濾過ベクトルと呼ばれるベクトルまたは打消し状態と、補正された受信信号の内積から決定された、ＡＰにより送信された第１のＭＵに向けられた受信された結合変調状態の最善の見積りである。偏波分析濾過工程の結果が、偏波分析プロセッサにより決定された第２のＭＵに対する直交値により修正された、参照チャンネルおよび関連チャンネルにおける受信記号の総計に等しい複素スカラであることに注意されたい。第１のＭＵが不要な信号に対する打消し状態成分の値を知っているが、受信信号が自身（第１のＭＵ）に向けられているかどうかを知らないため、第１のＭＵは、可能な補正済みの送信された各偏波状態（すなわち、知られているチャンネル補正により修正された、全ての活性なＭＵに割り当てられている偏波状態の各々）との打消しベクトルの内積を実行可能であり、最も可能性の高い送信された偏波状態を決定するために、チャンネルが補正および受信した信号と多重化の結果との最大可能性の比較を実行可能である。２つ以上の不要なＭＵ信号が関与する時、ＭＵは、不要な信号の干渉偏波状態のベクトル加算により混成干渉状態を決定可能であり、混成干渉状態を使用して、偏波分析プロセッサは混成干渉状態に対する打消しベクトルを発生し、かつ、打消しベクトルを、最も可能性の高い送信された偏波状態を決定するために上記に説明されたように使用する。本発明の実施形態によれば、ポアンカレ球上の最小大円距離は、第１のＭＵを使用して識別された結合変調状態の団または副団におけるどの状態が第１のＭＵに向けられた受信された状態のＰＰ０見積りに最も近いかを、かつ、したがって、最も可能性のある送信された状態を決定するために使用され得る。しかし、本明細書に記載の他の距離メートル法も使用できる。したがって、図９において、移動体ユニット（ＭＵ）の偏波状態マッピングは、干渉移動体ユニットを基準としてＣ／Ｉを改善する偏波状態上に実行される。ＭＵは１つの領域において単一の偏波状態上にマッピングされることに注意されたい。代案実施形態によれば、濾過済み信号ＰＰ０の偏波状態が最初に決定される（同状態は受信された所望の偏波状態の最善の見積りである）。同状態は、受信された所望の非偏波変調状態の最善の見積りを決定するために後で使用される最も可能性のある送信された偏波状態を最小距離計量値を使用して決定するための全ての可能な所望の偏波状態を含む偏波団と共に使用され、かつ、同状態は、最小距離計量値により、最も可能性の高い送信された非偏波状態を決定するために、全ての可能な所望の非偏波状態を含む非偏波団と共に使用される。
【０１０６】
上記の説明は、ＡＰが２つのＭＵに対する状態を含む信号を送信しており、かつ、第２のＭＵに対する信号が不要な信号となるように、分析が第１のＭＵにおいて実行される場合に対して詳細にされていることが理解されよう。しかし、同じ手法は、多数のＭＵからの信号が同時に受診された時に、アクセス・ポイントまたは移動体ユニットにおいて受信された信号を分析するために使用され得る。この場合、第２の、または、多数の他のＭＵからの信号は、第１のＭＵからの情報を復元する試みが行われると不要な信号を干渉する。本発明の便益は未だに発生するが、それらの便益は、異なった送信機から受信された信号の不完全な同期により、および、様々なチャンネルにより導入された振幅および位相の不均衡のさほど完全ではない評価から幾分か減じられ得る。
【０１０７】
２つ以上の偏波状態が、第１のＭＵに転送されたデータの帯域幅を増大させるための手段として第１のＭＵに割り当てられ得ることがさらに理解されよう。この距離において、第１のＭＵに割り当てられた複数の偏波状態の各々に対する最も可能性の高い送信された非偏波変調状態は、上記に説明されたように、不要な信号に対するデータ濾過動作を実行
することにより決定され得る。
【０１０８】
本発明のこの実施形態のいくつかの便益は、受信された信号成分を補正せずに、しかし、不要な信号の知られている偏波状態に基づく濾過ベクトルを使用して実現され得ることがさらに理解されよう。
【０１０９】
図１０を参照すると、所望の信号の（式（３５）に定義された如くの）ＰＬＦに対するＣＤＦ（累積分布関数）のプロット結果を有するグラフが、多数のユーザ・デバイス間のＣ／Ｉを改善するための偏波状態マッピングのいくつかのシミュレーションの結果を示している。最悪の場合は、所望および不要の信号の偏波状態がポアンカレ球の同じ領域に制限されている時であることに注意されたい。この場合、不要な信号を除去することは大幅に実行可能ではないことがある。なぜなら、所望の信号も同じ領域を辿るからである。最善の場合は、所望および不要の信号が可能な領域上にある時である。この場合、我々はＰＬＦ＝１０ｄＢに対するほぼ１００％の確率を有する。不要な信号を基本的に完全に拒絶することがこの場合では可能であるために、受信機は受信された信号の偏波状態を利用するかどうかを決定すること、すなわち、不要な信号は完全に打ち消されないが所望の信号の偏波損失係数（および信号対雑音比）は改善することが可能である。
【０１１０】
図１１を参照すると、別のグラフが、所望の、および、多数の不要な信号が向かい合う領域にある最善の場合の条件下における実際のＣ／Ｉの改善対不要信号の数のシミュレーションのプロット結果を示している。明らかなように、Ｃ／Ｉの改善は、４つ以上の干渉発生体が存在する時に幾分か低減される。このことは、このことが最善の場合の条件下で処理され得る不要な信号の数に対する現実的な限界となり得ることを示唆している。しかし、不要な信号を適切に扱うことにより、複数のユーザ・デバイスに対応することがそれでも可能であることに注意されたい。このことは、実際の偏波状態割当てがシステム内のユーザ・デバイスの数およびチャンネル条件に関連して実行される次の段階で扱われる。
【０１１１】
図１０に与えられた結果は、不要な信号が１つだけあり、かつ、同信号のパワーが所望の信号のパワーと等しいという仮定に基づき得られた。ポアンカレ球上へのユーザ・デバイスの偏波状態の設置は、干渉しているＭＵにより発生された所望および不要の信号の双方の必要なＣ／Ｉ比、受信機が発生した雑音レベル、および、受信されたパワーを考慮に入れ得る。このことを達成するための技術は以下を介した干渉のＰＳに直交である第１のＭＵに対する偏波状態を選択することである。
【０１１２】
【数２９】
2007506291.tif 000033
【０１１３】
ここで、
【数３０】
2007506291.tif 000034
【０１１４】
はそれぞれ干渉および所望の信号の偏波状態を表す。（４１）が以下を使用することにより満足され得ることが示され得る。
【０１１５】
【数３１】
2007506291.tif 000035
【０１１６】
ここで、下付きのＨおよびＶはそれぞれ参照および直交の偏波成分を示し、＊は複素共役操作を示す。単一干渉のみが存在する時、Ｃ／Ｉを無限大に近づけることは理論的に可能である。しかし、所望の信号の偏波損失係数も、受信機における信号対雑音比（ＳＮＲ）とＣ／Ｉ比の間で最善の妥協がなされ得るように決定されるべきである。
【０１１７】
図１２を参照すると、１つの移動体ユニットに対する偏波状態の副団（サブセット）がポアンカレ球上の領域にマッピングされている場合を示すために、ポアンカレ球に印が付けられている。この場合、マッピングは、多数のユーザ・デバイスの間のＣ／Ｉ比が高められ、より大きな容量を持つシステムをもたらすように選択され得る（図１２に示されたように、副団の中心となり得る、または副団点の１つになり得る。）枢軸偏波状態に関連して行われる。枢軸偏波状態の周囲の偏波状態の変換は、Ｎ個のオフセット複素電圧のセットの１つにより、ＦＦＴ操作に先立ち、枢軸偏波状態における結合変調状態に対して決定された複素電圧を増倍することにより達成され得、オフセット複素電圧は量Δγｎ、Δδｎにより枢軸偏波状態を変換するために決定されている。別の技術において、副団は枢軸偏波状態のセットおよび変換された偏波状態を含み、かつ、指標付け方式はＣ／Ｉ分析の結果を使用した変換済み偏波状態の選択を可能にする。したがって、図１２は、干渉している移動体ユニットを基準としてＣ／Ｉを改善するポアンカレ球の領域における偏波状態のサブセットまたは副団の１つ上への移動体ユニット（ＭＵ）の偏波状態マッピングを示している。ＭＵの副団がポアンカレ球の領域上にマッピングされていることに注意されたい。この実施例において、枢軸偏波状態は副団の中心にある。この技術は偏波状態の団のサブセットからユーザ・デバイスに関連している偏波状態を選択する工程としても記述され得、サブセット内の偏波状態はユーザ・デバイスに対する枢軸偏波状態のパラメータを規定する偏波に対する漸増的な変化により決定される。漸増的な変化は複数のユーザ・デバイスに対するそのユーザ・デバイスにおけるＣ／Ｉ比に依存し得、かつ、ユーザ・デバイスの１つ以上における受信パワーのレベルおよび干渉しているデバイスの数に依存し得る。
【０１１８】
２つ以上のユーザにデータを同時に送信するために偏波状態を使用する代案手順は表複合化器の使用である。この技術において、各ユーザ・デバイスに対する情報は各ユーザ・デバイスに割り当てられた偏波状態の副団から選択された偏波状態中にマッピングされ、信号が送信される。信号は各ユーザ・デバイスに対して選択された状態の結合として各状態時間においてモデル化され得る。混成信号の偏波状態は各個別の信号のいかなる偏波状態とも異なっている。各ユーザ・デバイスのビット結合はユーザの偏波副団から選択されるべき状態を決定する。全ての可能なユーザ・デバイス・ビットおよび受信された偏波状態の結合を含む表が受信機内に保存されている。続いて、不要な信号の打消しの後、受信された信号の偏波状態は全ての可能な偏波状態と比較される。（例えばポアンカレ球上の状態の最小大円距離を使用した）受信された信号の偏波に最も近い偏波状態が選択される。復号化されたユーザ・ビットは選択された偏波状態に対応するビット結合である。
【０１１９】
従来の変調方式におけるように、パイロット記号はチャンネルにより引き起こされた劣化を補正するために使用され得るが、送信アンテナに関した受信アンテナの誤配向を補正するためにも独特に使用され得る。パイロット部構造はシステムが動作する環境および所望の送信効率に依存する。図１３および１４を参照すると、時間分割フレーム構造が、多重搬送波通信システムの送信されたフレーム内で使用され得るパイロット部構造の２つの例に対する複数の副チャンネルに対して示され、文字Ｄはデータを示し、Ｐはパイロット
部を示している。時間スロットおよび副チャンネルの構造はＯＦＤＭシステムにおいて使用されているタイプのものとし得る。空のスロットは、干渉している信号が存在するかどうかを決定するため、および、受信機の偏波状態を見積もるために受信機により使用され得る。図１３はチャンネルを見積もるために初期に使用される偏波パイロット部を示し、チャンネルは送信の残り部分に対して静止であると仮定されている（８０２．１１ａにおける準静止の仮定と同様）。図１４のパイロット部構造は、時間および周波数の双方に分配された偏波パイロット部を示し、かつ、高移動度の応用例に対して適し得、チャンネルの偏波動力学は時間と共に急速に変化する。したがって、双方に場合において、状態時間（スロット時間）はパイロット部状態時間であり、波状態は偏波団から選択され、かつ、周波数状態と結合された偏波状態を含む。Ｃ／Ｉの改善のための偏波状態マッピング工程は上記に説明された。多数のユーザの偏波状態を決定する工程および割当て工程を含むＭＵとＡＰの間の通信に対する技術が今説明され、この技術はシステムの容量を改善する。この場合、変調またはどのようにして偏波状態がマッピングされるか（すなわち、単一のＰＳに、または、団の選択肢に対する枢軸ＰＳに）に対して、強調はさほどなされない。代わりに、焦点は、多数のＭＵ（移動体ユニット）と単一のＡＰ（アクセス・ポイント）の間の通信、ならびに、ユーザ・デバイスが偏波状態マッピングを使用して増大されたシステム容量に対するユーザ・デバイスの個々の状態にどのようにして割り当てられているか、に主に合わせられている。
【０１２０】
図１５を参照すると、本発明の実施形態による通信処理のフロー・チャートが示されている。（情報の転送が専用の偏波状態を使用してＡＰとＭＵの間で進行する）ブロック１５０を例外として、ＡＰとＭＵの間のいずれの他の通信も、例えば従来の垂直に偏波されたチャンネルを介して進行可能である。ここで説明されているＭＡＣ（媒体アクセス制御）層はＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣに非常に類似している。双方とも、ＣＳＭＡ／ＣＡ（衝突回避を備えた搬送波感知多重アクセス）に基づく。本発明の独特さはこの説明の主な焦点の１つである。
【０１２１】
この通信処理において、１５２において開始して、ユーザ・デバイスは１５６において接続を要求する。ＭＵ（ユーザ・デバイス）は単一の所定の偏波状態を有するチャンネルを介して発見段階を開始する。発見段階における１６４においてＡＰが見出されると、１６８において、ＭＵはＡＰとの認証および関連する手順を実行する。データの転送に対して使用されるＭＵに関連した偏波状態を含めて、１７２において、ＭＵおよびＡＰはタイミングおよび周波数同期の情報を共有し、かつ、物理層パラメータを準備する。続いて、１５０において、ＡＰとＭＵの間のデータ転送が進行し得る。プロセスは、１５４で終了する。
【０１２２】
図１６を参照すると、タイミング図が、図１５を参照して説明された本発明の実施形態による偏波状態を利用する多ユーザ対応のためのフレーム構造およびコンテンション・スロットを示す。示されたように、２０２および２０４において、コンテンション周期２００は、異なった偏波状態のＭＵとＡＰの間の通信に対する隣接した通信周期間で発生する。この例示的な実施形態のデータ転送周期１５０の間、従来の８０２．１１ＭＡＣは１つのユーザのみに対応可能である。偏波状態マッピングの使用を介して、図１６に描かれた一意のＭＡＣフレームは、偏波状態により識別された各ユーザ・デバイスに対する結合変調状態を識別するために、各ユーザ・デバイスに関連した偏波状態を使用して、時間の同じ期間の間に、かつ、同じ周波数を介して多数のユーザに対応可能である。コンテンション周期の長さは、多数のユーザ・デバイスが同時にこのチャンネルにアクセスすることが可能になるように最適化される。この選択肢は現在の８０２．１１ＭＡＣ規格には存在しない。ここに説明されている独特なシステムにおいて、チャンネルは３つのパラメータ、すなわち、タイム・スロット、中心周波数、および、偏波状態により規定されている。コンテンション周期２００の間、および、より詳細には、ステップ１７２におけるＭＵとＡ
Ｐの間のＰＨＹ（物理）層情報の転送中に（図１５を参照）、以下のパラメータがＡＰからの情報の送信によりＭＵに対して利用可能とされ得る。
【０１２３】
・時間同期  ＡＰ→ＭＵ
・周波数割当て  ＡＰ→ＭＵ
・偏波状態（外出／入来）通信  ＡＰ→ＭＵ
・コンテンション周期の長さ  ＡＰ→ＭＵ
・符号化速度  ＡＰ→ＭＵ
・変調フォーマット  ＡＰ→ＭＵ
ＡＰは外出（ＡＰ→ＭＵ）通信および入来（ＡＰ←ＭＵ）通信の双方に対する偏波状態の割当ての担当に設置され得る。偏波状態の選択は受信されたパワーのレベル、システムにおける必要なＣ／Ｉ比およびユーザの数、または、他のパラメータに基づき得る。したがって、ＡＰはコンテンション・スロットと対応されるユーザ・デバイスの数の間の最適な条件交換を設定可能である。コンテンション・スロットの数は（通信量のほとんどない深夜には数がより少ない）時刻に応じた、ならびに、与えられた数の通信フレームに対してＡＰが対応したユーザ・デバイスの数のサンプリングに応じたものとし得る。単一のＭＵが利用可能であれば、ＡＰが大処理量の選択肢を実行可能であり、それにより、通信フレームの長さを低減することに注意されたい。なぜなら、利用可能な偏波状態は増大されたデータ速度の機能性を実施するために使用されるからである。言い換えれば、同時の各偏波スロットは、多数のタイム・スロットの代わりに単一のユーザに割り当てられ得る。
【０１２４】
２０８などのコンテンション周期の間、１つの適したプロトコルは沈黙周期２１２を使用し、ランダム・バック・オフ周期２１４がその後に続く。２１６において、アクセス要求が通信され、認証および関連手順がその後に続く。続いて、上記に説明されたように、２２０において、物理層パラメータがＡＰからＭＵに転送される。
【０１２５】
したがって、搬送波感知多重アクセス衝突回避通信システムの１つの態様は、転送周期２０２の間、複数のデバイスに対する２０４個のユーザが識別可能なデータ記号が状態時間の間に同時に転送され得る。
【０１２６】
この時点において、偏波パイロット部が媒体の偏波効果を補正するために使用され得ることを強調することが有用である。これらの偏波パイロット部はＡＰにＭＵが受信した偏波状態について知らせるためにＭＵにより使用され得、その逆も成り立つ。最も可能性の高い非偏波状態は上記の図９および式（３５）を参照して説明された技術と全く同様に決定される。
【０１２７】
上記に討論された偏波状態技術はいかなる数の通信方式の開発においても別の自由度として使用され得る。いくつかのそのような方式は、以下に討論される特定の実施形態が限定すると考えられないものであるが、むしろ、これらの教示を考慮して当業者に発生し得る多くの可能性の検討例とすべきであるという理解と共に以下に討論される。
偏波状態分割多重アクセス（ＰＳＤＭＡ）に基づく偏波状態ホッピング（ＰＳＨ）
多重アクセス方式は限られたチャンネル資源を多数のユーザの間で共有するために使用される。衝突回避システムにおいて、単一のユーザ・デバイスはチャンネルの全資源を基本的に利用する。本章においては、擬似雑音発生器に基づく（ＰＮ−ＰＳＨ）および直接シーケンス（ＤＳ−ＰＳＨ）と呼ばれる偏波状態ホッピング（ＰＳＨ）の２つの異なった範疇が考えられる。
ＰＮ−ＰＳＨ（擬似雑音偏波状態ホッピング）
図１７を参照すると、本発明の実施形態による例示的なＰＮ−ＰＳＨ送信機１７００のブロック図が描かれている。このＰＮ−ＰＳＨ送信機１７００において、データは適切な符号化を供給するソース符号化器２５２およびチャンネル符号化器２５４に供給される。
ソース符号化器２５２はアナログ信号を取り入れ、かつ、それらの信号を記号またはビットのシーケンスに変換する。チャンネル符号化器２５４はエラー補正の目的のために入力ビットに冗長さを加える。挟み込み器２５６はバースト雑音および干渉の効果に対抗するようにデータを挟み込む。続いて、挟み込み器２５６からのデータは変調器２５８において非偏波変調状態（例えば、振幅／絶対位相状態）を決定するために使用され、参照および関連偏波状態結合器２６０、２７０により非偏波変調状態の変調状態成分が偏波状態の成分と結合される。変調器２５８はマッパ４１０のΨ団４１４からの変調状態の選択に類似した関数を実行すると記述され得（図４を参照）、参照および関連偏波状態結合器２６０、２７０はマッパ４１０の結合関数４１６に類似した関数を実行すると記述され得る。参照および関連偏波状態に一旦マッピングされれば、信号は、複素変調器およびパワー増幅器２６２、２７４を含むＲＦ区間により処理され、アンテナ２６４、２７６を介して送信される。図１７の送信機１７００におけるＰＮシーケンス発生器２５０の状態は信号の偏波状態を決定するために使用される。ＰＮ発生器２５０は擬似ランダム数を偏波状態ホッパ回路２６６に供給し、同回路２６６は偏波状態情報を参照および関連偏波状態結合器２６０、２７０に供給する。所望の波状態を発生するために、２つの経路。すなわち、基準偏波結合器２６０、ＲＦ区間２６２、および、アンテナ２６４を含む参照経路、ならびに、関連偏波結合器２７０、ＲＦ区間２７２、および、アンテナ２７４を含む関連経路が使用される。したがって、各経路の利得および位相は擬似雑音シーケンス（ＰＮ発生器ブロック２５０）および変調器２５８の出力により発生された擬似ランダム数により決定される。アンテナ２６４は、例えば水平に偏波され得る一方、アンテナ２７６は垂直に偏波されているが、他の非直交アンテナ構成も使用され得る。参照および関連偏波結合器２６０、２７０は１つの表または１組の算出として結合され得ることが理解されよう。
【０１２８】
発生された偏波状態の総数は以下により与えられる。
Ｎ＝２（２ｍ−１）  （４１）
ここで、Ｎおよびｍはそれぞれ偏波状態の数、および、ＰＮシーケンスを発生するために使用されるシフト・レジスタ段の数である。ｍの１つの値に対して、異なったシーケンスを発生する複数の擬似雑音発生器が存在し得る。同じ長さｍまたは様々な長さの異なったＰＮシーケンス発生器が、様々なユーザ・デバイスに対するデータを識別する非偏波変調状態の偏波ホッピングを達成するために、送信機において使用され得る。
【０１２９】
各非偏波変調状態時間の間のＮ個のホップ時間の各々において、ＰＮ発生器２５０はチップを規定するビットのシーケンスを偏波状態ホッパ２６６に送る。ホッパ２６６は送られたチップ・シーケンスに対応する偏波状態を選択し、かつ、対応する複素偏波成分を参照および関連偏波状態結合器２６０および２７０に送る。したがって、データ情報は擬似ランダムに選択された偏波状態と共に送信される。受信機での復調に対する１つの手法は多数決原理の論理、すなわち、もし少なくとも（Ｎ＋１）／２個のチップが同じ結合変調状態を有せば、記号が復号化される論理を使用することである。
【０１３０】
偏波ホッピング速度が記号速度より速いタイプのＰＮ−ＰＳＨは高速ホッピングと呼ばれる。他方、緩慢なホッピングのＰＳＨにおいては、偏波状態が記号時間毎に変更されるか、または、より緩慢に変更される（偏波ホッピング速度は記号速度より緩慢である）。
【０１３１】
高速ホッピングの技術は、無線信号のＮ個の波状態が非偏波変調状態と結合された少なくとも３つの偏波状態を含む偏波状態の団から選択されたＮ個の偏波状態のシーケンスに基づく、Ｎ個の状態時間の間に２つの偏波アンテナから送信された無線信号を変調する工程としてさらに記述され得る。非偏波状態は、ユーザ・デバイスに関連した情報の一部であるデータ記号のセットを量子化する。Ｎ個の偏波状態のシーケンスの各々は、ユーザ・デバイスに関連した擬似雑音シーケンス発生器により発生された擬似ランダム数を使用して団から選択される（Ｎ個の偏波状態は必ずしも全てが異なっていない。なぜなら、それ
らの偏波状態は擬似ランダムに選択されているからである）。擬似ランダム数はユーザ・デバイスの受信機において同期して発生され、かつ、偏波状態のシーケンスを複製するために使用され、それにより、非偏波変調状態からデータ記号を復元する。
【０１３２】
緩慢ホッピングの技術は、無線信号のＮ個の波状態が各々Ｎ個の非偏波変調状態の１つと結合された偏波状態の団（Ｐ）から選択された偏波状態に基づく、Ｎ個の状態時間の間に２つの偏波されたアンテナから送信された無線信号を変調するとさらに記述され得る。（Ｎ個の非偏波状態は必ずしも異なる状態ではない。）Ｎ個の必ずしも異ならない非偏波変調状態はユーザ・デバイスに関連したデータ記号のセットから決定される。Ｎ個の必ずしも異ならない非偏波変調状態はユーザ・デバイスに関連したデータ記号のセットから決定される。偏波状態はユーザ・デバイスに関連した擬似雑音シーケンス発生器により発生されるビットのセットを使用して団から選択される。擬似雑音発生器シーケンスはユーザ・デバイスの受信機において同期して発生され、かつ、偏波状態を複製するために使用され、それにより、Ｎ個の非偏波変調状態からデータ記号を復元する。
【０１３３】
図１８を参照すると、図１７に示されたＰＮ−ＰＳＨ送信機１７００の逆動作を実行する例示的なＰＮ−ＰＳＨ受信機１８００のブロック図が示されている。ＲＦ信号は、好ましくは直交に偏波されている（例えば、水平に、および、垂直に偏波されている）アンテナ３０２、３０４において傍受される。ＲＦ信号は、後にＡ／Ｄ変換器３１０および３１２を使用してデジタルに変換される基底帯域信号を生成するために、それぞれＲＦ受信機回路３０６および３８により処理される。Ａ／Ｄ変換器３１０および３１２のデジタル化された出力は適合されたフィルタ３１６および３１８において処理される。適合されたフィルタ３１６および３１８は、平均雑音パワー比に出力ピーク信号を最大化するために入来信号の特性に特性が適合されている特別なフィルタである。
【０１３４】
３１６および３１８からの濾過済み出力はそれぞれサンプリング回路３２２および３２４においてサンプリングされ、サンプリングされた信号は偏波分析プロセッサ３３０により処理される。偏波分析プロセッサ３３０は、送信アンテナと受信アンテナの間の角度オフセットにより、または、送信機から受信機１８００への通過中の波の反射により引き起こされ得る、送信された信号と受信された信号の間の角度回転に対するサンプリングされた信号を補正する。このことは、好ましくは送信機１７００からのパイロット信号の測定により行われる。偏波分析プロセッサ３３０は、傍受されたＲＦ信号を送信しているデバイスのＰＮ発生器２５０のＰＮシーケンスに対応するＰＮシーケンス発生器３３４からＰＮシーケンスを受信し、かつ、出力信号を偏波デマッパ３４０に供給し、同デマッパ３４０は、送信機１７００により使用される１つとしての偏波状態マッピングへの同じＰＮシーケンスを有する団または副団から送信済み偏波状態を選択するためにＰＮシーケンスを使用し、かつ、送信信号と受信信号の間の回転の角度βを含むように修正された式（１７）を使用して、振幅／絶対位相変調状態を復元するために、選択済み偏波状態を使用する。偏波状態デマッピングが偏波デマッパ３４０により一旦完了されれば、出力記号は記号／二値マッパ３４４において二値にマッピングされる。続いて、二値データは、送信されたデータを復元するために挟み込み解除器３４６および復号化器３４８によりそれぞれ挟み込み解除および復号化される。
ＤＳ−ＰＳＨ（直接シーケンス−偏波状態ホッピング）
この偏波状態ホッピング方式において、各データ・ビット間隔はＮ個のチップに分割される。ｃ＝（ｃ１  ｃ２  ．．．ｃＮ）がＰＮシーケンスを示すとし、ここでＮ＝２ｎ−１であり、かつ、ｎはＰＮシーケンスを発生させるために使用されるシフト・レジスタ段の数である。各入力データ・ビットはチップ・シーケンスに到達するためのＰＮシーケンスを使用して操作される。操作の最も単純な形態は排他的ＯＲ操作である。この場合、結果として得られるチップ・シーケンスは以下により与えられる。
【０１３５】
ここで、ａｋ，ｊ、ｄｋ、および、ｃｉはｋ番目のデータ・ビットに対応するｊ番目の出力チップ、および、ＰＮシーケンスのｊ番目のチップを示す。より一般的な場合において、チップセットの偏波状態へのマッピングが定義される（以下の３つの実施例を参照）。したがって、送信された信号の偏波状態は、出力チップ・シーケンスによりマップから決定された擬似ランダムの方法でチップセット毎を基本として変化される。チップセットは（以下の実施例１におけるように）１つのチップの長さと同程度に短くし、または、データ・ビットを形成するチップのセットと同程度に長くし得る。
【０１３６】
この方式において、偏波符号（各ユーザ・デバイスに対する一意のＰＮシーケンス発生器により発生された数により偏波状態の団から選択された偏波状態のシーケンス）は、ユーザ・デバイスに割り当てられている。各ユーザ・デバイスは相関処理を使用して情報を変調するため、および、情報を復調するためにそのユーザの偏波符号を利用する。図１９を参照すると、例示的なＤＳ−ＰＳＨ送信機１９００のブロック図が示されており、データはソース符号化器３５０において受信される。続いて、ソース符号化されたデータはチャンネル符号化器３５４により符号化される。チャンネル符号化器３５４からの符号化されたデータは挟み込み器３５６により処理され、かつ、続いて、ＰＮ発生器３６２からＰＮシーケンスを同じく受信するストリーム操作器３６０に送られる。ストリーム操作器３６０は式（４２）により機能する。その最も単純な形態において、ストリーム操作器３６０はＰＮシーケンス・ビットを備えた入来ビットのモジュロ２追加を実行するが、複素変調状態がＰＮシーケンスにより操作される実施形態を含めて、本発明から逸脱せずに、他の実施形態も可能である。
【０１３７】
ストリーム操作器３６０の出力は偏波マッパ３６６において偏波状態にマッピングされる。偏波マッパ３６６は水平偏波マッピングされた信号を送信機３７０に、および、垂直偏波マッピングされた信号を送信機３７４に供給する。送信機３７０および３７４は自身の個々の入力をＲＦに変換し、かつ、それぞれ水平に偏波されたアンテナ３８０および垂直に偏波されたアンテナ３８６を介した送信のためにそれらの信号をそれぞれＲＦパワー増幅器３７６および３７８に送る。
【０１３８】
図２０を参照すると、図１９の送信機において実行される処理を逆転し得るＤＳ−ＰＳＨ受信機２０００のブロック図。水平に偏波されたＲＦ信号はアンテナ６０２において傍受される一方、垂直に偏波されたＲＦ信号はアンテナ６０４において傍受される。これらの信号は、低雑音増幅器、フィルタ、および、周波数変換回路を含み得るＲＦ区間６０８および６１０によりそれぞれ処理される。これらのＲＦ区間６０８および６１０の基底帯域出力は偏波分析フィルタ６１２に供給され、同フィルタはＲＦ区間からのアナログ信号をデジタル・サンプルに変換し、かつ、上記に説明されたように、チャンネル障害補正および不要信号低減の機能を実行する。結果として得られるフィルタ・デジタル成分は偏波分析デマッパ６１８に結合され、同デマッパ６１８は、送信機１９００のＰＮ発生器３６２により使用される同じＰＮ符号を発生する第１のＰＮ発生器６１４から同じく入力を受け付ける。偏波分析デマッパ６１８は、偏波状態を除去するために、および、送信機１９００のストリーム操作器３６０に結合された本来のデータ記号（以下の実施例においては、ビット）のチップを提示するチップを含む受信されたチップセットのストリームを発生するためだが、受信された無線信号において誘発されている未補正エラーに対して、ＰＮ符号を使用する。偏波分析デマッパ６１８からのチップの出力は、積分または累積の機能を実行する積分器６２６において積分される。積分器６２６の出力は決定デバイスに送られ、同デバイスはアナログ・サンプルを記号に変換し、関心の対象となっている特定の実施形態における使用における記号のアルファベットの一部を形成する。復元されたデータは６３４において挟み込み解除され、かつ、復号化器６３６および６３８において復号化される。
【０１３９】
ＤＳ符号化およびＰＮ−ＰＳＨが双方とも使用されるさらに別の実施形態において、第２のＰＮシーケンス発生器６１４およびストリーム操作器が受信機２０００に含まれている。ＰＮ−ＰＳＨを備えたＤＳのこの組合せにおいては２つのＰＮシーケンスが必要である。この組合せは、例えば、偏波ホッピング状態を発生させるために第２のＰＮ発生器の出力が偏波マッパ３６６に結合されて、送信機１９００内に第２のＰＮ発生器として送信機１７００のＰＮ発生器２５０を含めることにより送信機において達成される。この実施形態において、送信機１９００の第１のＰＮ発生器３６２は従来のＰＮ操作済みＤＳチップを発生させるために使用されるＰＮ符号を発生する。これらのＤＳチップは偏波マッパ３６６に結合され、同マッパ３６６は、図１７を参照して上記に説明されたようにＤＳチップをホッピング偏波状態に結合するために第２のＰＮ発生器シーケンスを使用する。二連ＤＳおよびＰＮ−ＰＳＨはユーザ・デバイスに一意の符号を各々が使用可能であり、追加の干渉保護を提供する。受信機２０００において、ＲＦ区間６０８および６１０の基底帯域出力は偏波分析フィルタ６１２に供給され、同フィルタ６１２は上記に説明されたようにチャンネル障害および干渉を補正する機能を提供する。偏波分析フィルタ６１２は偏波デマッパ６１８に出力を供給し、同デマッパ６１８は偏波ホッピング状態を除去するためにＰＮ状態ホッピング・シーケンスを使用する。結果として得られるＤＳチップは、この実施形態において使用されている任意のストリーム操作器に結合され、第２のＰＮシーケンス発生器６２２からの符号シーケンスは受信された記号チップを復元するために使用され、受信機２０００の残り部分は上記に説明されたように動作する。
【０１４０】
今、２つの段を持つＰＮ符号発生器が利用されているＤＳ−ＰＳＨの第１の実施例が説明される。この２段発生器に関連した例示的な３チップの長さのＰＮシーケンスは１０１である。（一般に、各々が１または０の信号を発生することが可能であるＭ個の偏波状態（または、多レベル記号）が採用され得る。）この実施例において、２つの偏波状態（Ｍ＝２）、すなわち、垂直（γ＝９０°、δ＝０°）および水平（γ＝０°、δ＝０°）の偏波が採用され、ここで、チップ１および０はそれぞれ垂直および水平の偏波を示す。この実施例において、チップおよびデータ・ビットは、後で２つの偏波状態の１つを選択するために使用される操作済みストリームを発生するために排他的ＯＲ関数により先ず操作される。偏波信号マッピングは表３に与えられている。
【０１４１】
【表３】
2007506291.tif 000036
【０１４２】
０１の入力ビット・ストリームおよび高速ＰＳＨ（ビット当たり３ホップ）を条件として、操作済みチップ・シーケンスは０１０１０１となり、水平および垂直の経路を介した送信された信号は、参照（水平）波信号として、
｛ｃｏｓ（ωｔ），０，ｃｏｓ（ωｔ），０，ｃｏｓ（ωｔ），０｝
および、直交（垂直）波信号として以下のようになる。
【０１４３】
｛０，ｃｏｓ（ωｔ），０，ｃｏｓ（ωｔ），０，ｃｏｓ（ωｔ）｝
受信機は送信機とＰＮ同期されている。受信された信号はビット決定に到達するために、ＰＮシーケンスの１サイクル（３チップ）にわたり積分される。ＤＳ−ＰＳＨの第２の実施例において、チップおよびビット値は、４つの波状態の１つを選択するために独立に使
用される（チップ値は偏波状態を選択するために使用され、データ・ビットは振幅／絶対位相状態を選択する）。波状態マッピングは表４に与えられている。
【０１４４】
【表４】
2007506291.tif 000037
【０１４５】
０１の同じ入力ビット・ストリームおよび高速ＰＳＨ（ビット当たり３ホップ）を条件として、水平および垂直の経路を介した送信された信号は、参照（水平）波信号として、
｛０，−ｃｏｓ（ωｔ），０，０，ｃｏｓ（ωｔ），０｝
および、直交（垂直）波信号として以下のようになる。
【０１４６】
｛−ｃｏｓ（ωｔ），０，−ｃｏｓ（ωｔ），ｃｏｓ（ωｔ），０，ｃｏｓ（ωｔ）｝
ＤＳ−ＰＳＨの第３の実施例において、４つの偏波状態、すなわち、水平、垂直、４５°におけるＬＰ（線形偏波）、および、１３５°におけるＬＰ（線形偏波）が使用されている。この場合、例示的なＰＮサイクルは１０１１０１である。ＰＮサイクルが直前に説明された場合に比較して２倍の長さがあることに注意されたい。なぜなら、１つの代わりに２つのチップが各偏波状態を表しているからである。この実施例に対する偏波マッピングが表５に示されている。ビット状態は選択された偏波（Ｅｘ，Ｅｙ）の値を反転することにより振幅／絶対位相状態を選択するために使用される。
【０１４７】
【表５】
2007506291.tif 000038
【０１４８】
１０の入力ビット・ストリームに対して、送信された信号は参照（水平）波状態として、
｛−ｃｏｓ（ωｔ），ｃｏｓ（ωｔ），ｃｏｓ（ωｔ），−ｃｏｓ（ωｔ），ｃｏｓ（ωｔ），−ｃｏｓ（ωｔ）｝
かつ、直交（垂直）波状態として以下のようになる。
【０１４９】
｛−ｃｏｓ（ωｔ），ｃｏｓ（ωｔ），０，ｃｏｓ（ωｔ），−ｃｏｓ（ωｔ），０｝
受信機が全ての３つの実施例において送信機とＰＮ同期されていることに注意されたい。構造の点では、例えば３つ目の受信機がその前の２つの実施例と同一であるが、積分持続時間が２倍の長さとなっている。なぜなら、１ビットがＰＮシーケンスの２サイクル内で送信されるからである。
混成ＰＳＨ多重アクセス方式
当業者は、偏波状態ホッピング、および、通信システムにおける追加の自由度としての偏波状態の使用が多くの改変例において有利に利用され得ることを理解されよう。例の方法により、かつ、限定としてではなく、偏波状態ホッピング（ＰＳＨ）を他のＭＡ法と結合する以下の多重アクセス方式が説明される。すなわち、混成周波数分割多重化ＰＳＨ（ＦＤＭ／ＰＳＨ）、混成時間分割多重化ＰＳＨ（ＴＤＭ／ＰＳＨ）、混成直接シーケンスＰＳＨ（ＤＳ／ＰＳＨ）、混成周波数ホッピングＰＳＨ（ＦＨ／ＰＳＨ）、および、混成時間ホッピングＰＳＨ（ＴＨ／ＰＳＨ）である。
【０１５０】
混成ＦＤＭ／ＰＳＨ（周波数分割多重化ＰＳＨ）および混成ＴＤＭ／ＰＳＨ（時間分割多重化ＰＳＨ）に対して、各ユーザ・デバイスに対する情報はＦＤＭに対しては周波数領域において、および、ＴＤＭに対しては個別のタイム・スロットにおいて重複しないチャンネルを介して送信される。ここで紹介されている混成方式において、偏波状態はＦＤＭに対しては周波数チャンネルに、または、ＴＤＭに対してはタイム・スロットに割り当てられている。より詳細には、各ＦＤＭチャンネル（または、ＴＤＭスロット）の偏波状態はＰＮ発生器により決定される。受信機においては、入力ＰＮ発生器に同期されたＰＮ発生器が採用されている。このＰＮ発生器は各ＦＤＭチャンネル（またはＴＤＭスロット）の偏波状態を追跡し、その後に情報が復号化される。
【０１５１】
ＦＤＭ／ＰＳＨ技術は以下の特徴を含むとしてさらに説明され得る。すなわち、偏波状態が、ユーザ・デバイスに関連したＰＮシーケンスからの擬似ランダム数を使用して偏波団から選択される。ユーザ・デバイスに関連した周波数チャンネルが周波数チャンネルのセットから選択される。データ記号に基づく非偏波状態が振幅変調、絶対位相変調、および、振幅／絶対位相変調の１つを使用して形成される。ユーザ・デバイスに対する結合変調状態を形成するために偏波状態、周波数チャンネル（周波数状態）、および、非偏波状態が結合され、同結合変調状態は波状態を形成するために他のユーザ・デバイスに対する結合変調状態と結合され得、それにより、周波数チャンネルにおいて多数のユーザにデータを送信することによりシステム内のデータ処理量を増大する。
【０１５２】
ＴＤＭ／ＰＳＨ技術は以下の特徴を含むとしてさらに説明され得る。偏波状態がユーザ・デバイスに関連した擬似ランダム数を使用して団から選択される。ユーザ・デバイスに関連した時間分割多重化タイム・スロットが波状態を送信するためのタイム・スロットのセットから選択される。ユーザ・デバイスに関連した情報の一部に基づく非偏波変調状態が振幅変調、絶対位相変調、および、振幅／絶対位相変調の１つを使用して形成される。結合変調状態を形成するために偏波状態と非偏波変調状態が結合され、結合変調状態はタイム・スロット中に送信される波状態を形成するために他のユーザ・デバイスに対する結合変調状態と結合され得、それにより、同じタイム・スロットにおいて多数のユーザにデータを送信することによりシステム内のデータ処理量を増大する。
【０１５３】
図２１を参照すると、本発明の実施形態による、混成ＤＳ／ＰＳＨ（直接シーケンスＰＳＨ）変調波信号を送信するための送信機２１００のブロック図が示されている。この実施例におけるシステムはＭ個のユーザ・デバイス、ユーザ・デバイス１からユーザ・デバイスＭを持つ同期直接シーケンス（ＤＳ）通信システムである。各ユーザ・デバイスに対するデータは機能６５０、６５２から６５４においてウォルシュ符号（Ｗ１からＷＭ）を
使用してチップ化され、値−１および１を持つ一連の記号をもたらし、かつ、もたらされたシーケンスは６５８にあり、かつ、ＲＦ変調される。もたらされたシーケンスのダイナミック・レンジは個別のストリームの内容によって−Ｍから＋Ｍまで変化する。続いて、ストリームは多重分離器６６２において２つのブランチに多重分離される。合計で（２Ｍ＋１）２個の可能な偏波状態が偏波状態の団の中にあり、各チップ対は偏波状態マッパ６６６において偏波状態にマッピングされ、かつ、水平偏波ブランチ送信機６７０および垂直ブランチ送信機６８０を使用してそれぞれ水平および垂直に偏波されたアンテナ６７８および６８０を介して送信される。したがって、信号の送信は偏波ホッピングにより達成された。
【０１５４】
図２２を参照すると、図２１を参照して説明された本発明の実施形態による、混成ＤＳ／ＰＳＨ波信号を受信するための受信機２２００のブロック図が示されている。受信機２２００において、送信された信号はそれぞれ水平に、および、垂直に偏波されたアンテナ５０２および５０４により傍受され、両アンテナは傍受された信号を水平ブランチ受信機５０８および垂直ブランチ受信機５１０に送る。各入来チップの偏波状態は偏波状態デマッパ５１４において全ての可能な状態と比較され、受信された偏波から最小の距離（例えば、ポアンカレ球上の最小大円距離）を持つ状態が選択される。偏波状態は偏波状態デマッパ５１４により電圧に逆マッピングされ、この電圧は直接シーケンスＣＤＭＡ信号を形成するために多重化器５１８により多重化される。続いて、この信号は、ユーザ・デバイス１からユーザ・デバイスＭ（または、もし受信機２２００が単一ユーザ・デバイスの受信機であれば、１つのウォルシュ混合器のみが含まれる）に対して個別のユーザ・ビット・ストリームを復元するために５２０、５２２から５２４においてウォルシュ符号Ｗ１からＷＭと混合される。
【０１５５】
図２３を参照すると、本発明の実施形態による例示的な混成ＦＨ／ＰＳＨシステムに対する偏波状態対時間のプロット結果が示されている。ホッピング周波数を選択するためのＰＮシーケンスの使用に加え、ＦＨ／ＰＳＨ（周波数ホッピングＰＳＨ）はＰＮシーケンス発生器により発生されたＰＮ値（擬似ランダム数）に基づき決定された擬似ランダム偏波状態を利用する。周波数および偏波状態のホッパに対して同じＰＮシーケンス発生器または２つの異なったＰＮ発生器のいずれかを使用可能である。図２３にプロットされた例示的なシステムにおいて、この実施例においてはビットであるデータ記号当たり３つの周波数ホップおよび３つの偏波状態ホップがある。一般に、ビット当たりの周波数ホップの数およびビット当たりの偏波状態ホップの数は必ずしも等しい必要のないことに注意されたい。この技術は、波状態の状態時間がデータ・チップ時間である技術として説明され得る。偏波状態は擬似ランダム数を使用して偏波状態の団から選択される。周波数チャンネルは第２の擬似ランダム数を使用して周波数チャンネルのセットから選択される。非偏波チップ状態は振幅変調、絶対位相変調、および、振幅／絶対位相変調の１つを使用して形成される。波状態は偏波状態、周波数状態、および、チップ状態を結合することにより形成される。
【０１５６】
図２４を参照すると、本発明の実施形態による例示的な混成ＴＨ／ＰＳＨ（時間ホッピングＰＳＨ）に対する偏波状態対タイム・スロットのプロット結果が示されている。ＴＨシステムはフレーム内のタイム・スロットにおいて送信し、選択されたタイム・スロットはＰＮ発生器により決定される。ＴＨとは異なり、ＴＨ／ＰＳＨシステムには、ユーザ・デバイスを使用して識別されるＰＮシーケンスを発生する２つのＰＮ発生器が装備され、１つはフレーム内の擬似ランダムタイム・スロットの選択に責任を負い、別の１つは各送信に対する擬似ランダム偏波状態を選択する。この技術は、状態時間の複数倍である持続時間を有するフレーム内で送信されるべき非偏波状態を決定するとして説明され得る。第１の擬似ランダム数はユーザ・デバイスに関連した第１の擬似雑音シーケンス発生器により発生される。偏波状態は第１の擬似ランダム数を使用して選択される。第２の擬似ラン
ダム数はユーザ・デバイスに関連した第２の擬似雑音シーケンス発生器により発生される。波状態は、選択された偏波状態を、データを符号化する非偏波状態と結合することにより決定される。波状態は第２の擬似ランダム数を使用することにより選択されたフレーム内の状態時間において送信される。
【０１５７】
本発明による別の実施形態において、メモリを有する状態装置は上記に説明された本発明の実施形態により発生された結合変調状態を保存する。（カスタム・シーケンス論理回路または保存されたプログラム制御に基づき動作するプロセッサとし得る）状態装置は、上記に説明された技術の１つにより発生された少なくとも１つの既に選択された偏波状態に基づくＭ個の結合された変調状態のシーケンスを保存し、かつ、波状態を発生させるために使用される参照および関連の複素成分を有するメモリ符号化された結合変調状態を発生させるために、保存されているシーケンスに対して論理的操作を実行する。論理的操作は、偏波状態を含む保存されているシーケンスの少なくとも１つ（すなわち、既に結合された変調状態の１つ）に基づく。このようなメモリ符号化の例は畳み込み符号化およびターボ符号化である。結合された変調状態の保存されているシーケンスは現在選択されている偏波状態または現在決定されている結合された変調状態にも基づき得る。この状態装置は、偏波マッパ４１６に、ならびに、ＲＰおよびＡＰ変調器４２０、４２５に結合され、かつ、本明細書で説明されている他の例示的な送信機内の同等の位置にある（図４には示されていない）状態装置を含むことにより図４を参照して説明された送信機４００に含まれ得る。
【０１５８】
したがって、メモリ符号化された結合済み変調状態を受信するためのデバイスにおける受信機は、受信された最善見積りの符号化された結合済み変調状態を保存するメモリを有する状態装置を含み得、同変調状態は最大可能性見積り工程においてユーザ・デバイスに関連した情報の一部を提示する最も可能性の高い送信された変調状態を決定するために使用される。使用されている最大可能性見積り工程はヴィタビ復号化工程とし得る。この状態装置は偏波フィルタ４８５に、および、状態デマッパ４８６に結合され、かつ、本明細書で説明されている他の例示的な送信機内の同等の位置にある（図６には示されていない）状態装置複合化器を含むことにより図６を参照して説明された実施例に含まれ得る。
【０１５９】
上記のシステム実施例のいくつか、例えば、上記の図４〜６を参照して説明された送信機４００および受信機６００において、送信デバイスは位置機能を含むように拡大され得る。位置は、ＧＰＳ（全球測位システム）受信機からの情報、もしくは、有線または無線によりデバイス・ユーザにより受信されたメッセージ中の情報、または、手作業による入力などのいくつかの位置識別機構の１つから入手され得る。したがって、位置は、例えば受信機に位置情報を搬送するために、位置に基づく偏波状態を選択するために使用され得る。代案として、位置は、信号が伝わる環境によりさほど劣化されていないと知られている状態を例えば使用するために、または、その位置で使用されている別のユーザ・デバイスからの信号とより両立する（より干渉しない）状態を例えば使用するために、偏波状態の副団を選択するために使用され得る。このような実施形態において、移動体デバイスは、どの副団が使用されるべきかに対する決定を行い得るアクセス・ポイントに位置情報を搬送し得る。別の実施形態において、ルック・アップ表に保存された偏波状態値は、信号が伝わる環境によりさほど劣化されていないと知られている状態を例えば使用するために、時刻の機能とし得る。受信しているデバイスは、対応して、すなわち、同じ団および同じ位置または時刻の規則が供給されなければならない。他の改変は、本教示の検討により当業者にもたらされる。
【０１６０】
本明細書で説明されている本発明の実施形態は電気的なブロック図の形態において典型的に説明された。電気的ブロック図のブロックの機能は、費用、サイズ、および、パワー要件などの組立てられた製品の特定のパラメータを最適化するように選択された混合体に
おいて、無線周波数増幅器、混合器、および、アンテナなどのアナログ・ハードウェアの回路および構成部分と、マイクロプロセッサ、コンピューターなどのプログラムされたプロセッサまたは（関連メモリを備えた）デジタル信号プロセッサの混合により好ましくは達成される。各ブロックの機能が、代わりに、ハードウェアにより達成され、かつ、各ブロックの機能を使用して説明される方法の各ステップとして解釈され得ることが理解されよう。しかし、本発明はいずれかのプログラムされた処理を必要とすると限定されるべきではない。なぜなら、本発明は特別な目的のハードウェアおよび／または状態装置などのプログラムされたプロセッサのハードウェア構成部分均等物を使用して実施され得るからである。
【０１６１】
本明細書で説明された送信機および受信機は、先進的なビデオ・セルラ電話、ロボット、および、無線コンピューターから、ヘッドセットなどの安価な個人エリア・ネットワーク・デバイスまでの範囲にわたる民生用および業務用の製品、ならびに、通信衛星および通信制御システムなどの宇宙用および軍用の製品を含む非常に様々な光電子通信組立体（すなわち、電子的または光学的な回路のいずれか、または、双方を含む組立体）のいずれかに含まれ得る。
【０１６２】
前述の明細において、特定の実施形態を参照して本発明および本発明の便益および長所が説明された。しかし、当業者は、以下の特許請求の範囲において述べられている如くの本発明の範囲から逸脱せずに、様々な修正および変更が行われ得ることを理解されよう。したがって、明細および図面は制約的な意味よりも、むしろ例示的な意味に考えられるべきであり、全てのそのような修正は本発明の範囲内に含まれることが意図されている。便益、長所、または、問題への解決策、および、いずれの便益、長所、または、解決策も発生させ、または、よりはっきりさせる可能性のあるいずれの要素も、いずれの、または、全ての特許請求の範囲の不可欠、必要、または、根本的な特徴または要素としては解釈されない。
【０１６３】
本明細書で使用されているように、用語「含む」、「含んでいる」、または、これのいずれの他の変形も、要素の一覧を含む工程、方法、物品、または、装置がそれらの要素のみを含まないが、明示的に掲げられたか、または、そのような工程、方法、物品、または、装置に本来備わっている他の要素も含み得るように、非排他的な含有を網羅することを意図されている。
【０１６４】
本明細書で使用されたように、用語「複数」は２または３以上として定義される。本明細書で使用されたように、用語「別の」は少なくとも第２またはそれ以上として定義される。本明細書で使用されたように、用語「含む」および／または「有する」は含むとして定義される。光電子技術に関して本明細書で使用されたように、用語「結合された」は接続されたとして定義されるが、必ずしも直接にではなく、必ずしも機械的にでもない。本明細書で使用されたように、用語「プログラム」はコンピュータ・システム上での実行のために設計された指示のシーケンスとして定義される。「プログラム」または「コンピュータ・プログラム」はサブルーチン、機能、手順、オブジェクト法、オブジェクト実施、実行可能なアプリケーション、アプレット、サーブレット、ソース符号、オブジェクト符号、共有ライブラリ／ダイナミック・ロード・ライブラリ、および／または、コンピュータ・システム上での実行のために設計された指示の他のシーケンスを含み得る。本明細書で使用されたように、「セット」とは、他に述べられていない限り、非空集合（すなわち、本明細書で定義されたセットに対して、少なくとも１つの要素を含む集合）を意味する。本明細書で使用されたように、「サブセット」とは、集合のいずれの非空部分を意味し、かつ、その集合の全ての要素を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】フィールドの大きさおよび角度を示す偏波の楕円の図。
【図２】編曲状態をマッピングするためのポアンカレ球の図。
【図３】ポアンカレ球上の偏波状態のマッピングを示すポアンカレ球の一部の図。
【図４】本発明の好ましい実施形態による送信機装置のブロック図。
【図５】本発明の好ましい実施形態による図４に示された送信機装置の一部のブロック図。
【図６】本発明の好ましい実施形態による受信機装置の一部のブロック図。
【図７】本発明の実施形態による多重搬送波直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにおけるデータ速度の上昇に対する偏波状態マッピングを採用している実施例送信機のブロック図。
【図８】本発明の実施形態による図７を参照して説明された送信機から信号を受信する受信機のブロック図。
【図９】本発明の特定の実施形態による通信システムにおけるポアンカレ球上の偏波状態マッピングを示す図。
【図１０】偏波損失係数に対する累積分布関数のシミュレーションのプロット結果を有するグラフ。
【図１１】搬送波対干渉比の改善のシミュレーションのプロット結果を有するグラフ。
【図１２】本発明の特定の実施形態による通信システムにおけるポアンカレ球上の偏波状態マッピングを示す図。
【図１３】多重搬送波通信システムの送信されたフレーム内で使用され得るパイロット部の構造の２つの例に対する時分割フレーム構造の図。
【図１４】多重搬送波通信システムの送信されたフレーム内で使用され得るパイロット部の構造の２つの例に対する時分割フレーム構造の図。
【図１５】本発明の特定の実施形態による方法でのＭＵとＡＰの間の通信のための例示的なプロトコルを示すフロー・チャート。
【図１６】本発明の特定の実施形態における使用に適したフレーム構造およびコンテンション・スロットを示すタイミング図。
【図１７】本発明の特定の実施形態による実施例な擬似雑音偏波状態ホッピング（ＰＮ−ＰＳＨ）送信機を示すブロック図。
【図１８】図１７を参照して説明されているＰＮ−ＰＳＨ送信機に従った例示的なＰＮ−ＰＳＨ受信機を示すブロック図。
【図１９】本発明の特定の実施形態による例示的な直接順次偏波状態ホッピング（ＤＳ−ＰＳＨ）送信機のブロック図を示すブロック図。
【図２０】本発明の特定の実施形態による例示的なＤＳ−ＰＳＨ受信機を示すブロック図。
【図２１】本発明の特定の実施形態による例示的な混成ＤＳ／ＰＳＨ送信機を示すブロック図。
【図２２】本発明の特定の実施形態による例示的な混成ＤＳ／ＰＳＨ受信機を示すブロック図。
【図２３】本発明の特定の実施形態による例示的なＦＨ／ＰＳＨ混成ＭＡビット・シーケンスを示す偏波状態対時間のプロット結果。
【図２４】本発明の特定の実施形態による例示的なＴＨ／ＰＳＨ混成ＭＡビット・シーケンスを示す偏波状態対時間のプロット結果。
【図１】
2007506291.tif 000039
【図２】
2007506291.tif 000040
【図３】
2007506291.tif 000041
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2007506291.tif 000051
【図１４】
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【図１５】
2007506291.tif 000053
【図１６】
2007506291.tif 000054
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2007506291.tif 000057
【図２０】
2007506291.tif 000058
【図２１】
2007506291.tif 000059
【図２２】
2007506291.tif 000060
【図２３】
2007506291.tif 000061
【図２４】
2007506291.tif 000062
【国際調査報告】
2007506291.tif 000063