(57)【要約】  ＭＩＭＯ通信システムは、送信機と、その送信機と同期された受信機とを含む。送信機は、タイムスロットベースで各階層化された空間データストリームの電力レベルを変更する。これらのデータストリームは、様々な電力レベルで受信機に到来し、これにより、信号分離処理のために混合行列を充当するための、受信信号における適切な差がもたらされる。
2008538261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの時間区間にＭ個のソース信号を生成するための送信機であって、前記Ｍ個のソース信号がＴ個の時間区間に対して生成され、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの電力レベルが各時間区間において異なっている、送信機と、
前記送信機に接続され、前記Ｍ個のソース信号を送信するためのＭ個のアンテナ素子を備えた送信アンテナアレイと、
前記送信機と同期された受信機と、
前記受信機に接続され、各時間区間についてＭ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる加算を受信するためのＮ個のアンテナ素子を備えた受信アンテナアレイであって、各時間区間について前記Ｎ個の異なる加算が前記Ｔ個の時間区間について少なくともＴ×Ｎ個の異なる加算を提供するために線形独立である、受信アンテナアレイと、
前記受信機に接続され、最大で前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＴ×Ｎ個の異なる加算を備えた混合行列を形成する信号分離プロセッサであって、前記混合行列が少なくともＴ×Ｎと等しい階数を有し、前記混合行列から所望のソース信号を分離するための信号分離プロセッサと
を備えたことを特徴とするＭＩＭＯ（多入力多出力）通信システム。
【請求項２】
各時間区間において異なる電力レベルを有する前記少なくとも１つのＭ個のソース信号は、各時間区間において異なる電力レベルを有する複数の前記Ｍ個のソース信号を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項３】
前記混合行列の階数が少なくともＭと等しくなるようにＮ＜ＭおよびＴ×Ｎ≧Ｍであることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項４】
Ｎ＝１およびＴ＝Ｍであることを特徴とする請求項３に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項５】
前記混合行列の階数が、干渉信号および前記Ｍ個のソース信号を分離できるようにするために、Ｍより大きくなるようにＮ≧ＭおよびＴ＞Ｍであることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項６】
前記ＭＩＭＯ通信システムは、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムとして構成され、各ソース信号が前記Ｔ個の時間区間に複数の副搬送波を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項７】
各ソース信号についての前記副搬送波は、複数のグループに分割され、副搬送波の隣接するグループは、異なる電力レベルを有することを特徴とする請求項６に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項８】
各ソース信号についての前記複数の副搬送波のそれぞれの電力エンベロープは、一定であることを特徴とする請求項６に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項９】
各ソース信号についての前記複数の副搬送波のそれぞれの電力エンベロープは、前記受信機が前副搬送波のグループ化を追跡することができるように、既知の順序で変化することを特徴とする請求項６に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１０】
前記受信アンテナアレイは、フェーズドアレイを形成するためのＮ個の互いに関係付けられたアンテナ素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１１】
前記受信アンテナアレイは、Ｎ個の互いに関係付けられたアンテナ素子を備え、前記Ｎ個の互いに関係付けられたアンテナ素子がビーム切り替えアンテナを形成するために少なくとも１つの能動アンテナ素子と、最大でＮ−１個の受動アンテナ素子とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１２】
前記受信アンテナアレイは、Ｎ個の互いに関係付けられたアンテナ素子を備え、前記Ｎ個の互いに関係付けられたアンテナ素子の少なくとも２つは、異なる偏波を有することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１３】
前記異なる偏波は、互いに直交であることを特徴とする請求項１２に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１４】
前記受信アンテナアレイは、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる加算を受信するために各時間区間にＮ個の初期アンテナパターンを生成し、前記Ｎ個の初期アンテナパターンの少なくとも１つの仰角を選択的に変更して、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも１つのさらなる異なる加算を受信するために、少なくとも１つのさらなる異なるアンテナパターンが各時間区間に生成されるようにするための、前記受信アンテナアレイに接続された仰角コントローラをさらに備え、前記混合行列は、各時間区間について前記Ｍ個のソース信号の前記少なくとも１つのさらなる異なる加算をさらに備え、Ｔ×Ｎに、前記さらなるアンテナパターンを用いて前記Ｔ個の時間区間に受信された前記Ｍ個のソース信号のさらなる異なる加算の数を足したものと等しい階数を有することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１５】
前記受信アンテナアレイは、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる加算を受信するために、各時間区間に少なくともＮ個のアンテナビームを生成し、ＮおよびＭが２より大きく、前記少なくともＮ個のアンテナビームを選択的に形成するための、前記受信アンテナアレイに接続されたコントローラをさらに備え、前記信号分離プロセッサは、
各時間区間の前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる加算が、無相関であるか、統計的に独立しているかを判定し、そうでない場合、
前記混合において相関しているか、統計的に独立ではない前記Ｍ個のソース信号の前記異なる加算を、無相関であるか、統計的に独立したもので置き換えるように、前記Ｍ個のソース信号の新たな異なる加算を受信するための異なるビームを形成するために前記コントローラと協働することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１６】
各時間区間に前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる加算を復号化するために前記Ｎ個のアンテナ素子に接続された符号逆拡散器であって、前記少なくともＮ個の異なる加算のそれぞれが少なくともｋ個の異なる加算を提供するためのｋ個の符号を含む、符号逆拡散器をさらに備え、前記受信機は、前記Ｔ個の時間区間に対して最大で前記Ｍ個のソース信号のｋ×（Ｔ×Ｎ）個の加算を受信するために前記逆拡散器に接続され、前記信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともｋ×（Ｔ×Ｎ）個の異なる加算を備えた混合行列を形成することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１７】
各時間区間に、それぞれの同相−直交モジュールによって受け取られた前記Ｍ個のソース信号の前記Ｎ個の異なる加算のそれぞれを同相成分−直交成分セットに分離するために前記受信アンテナアレイにおける各アンテナ素子の下流に接続されたそれぞれの同相−直交モジュールをさらに備え、前記信号分離プロセッサは、前記Ｔ個の時間区間に対する前記Ｍ個のソース信号の少なくとも２（Ｔ×Ｎ）個の異なる加算を備えた混合行列を形成し、各同相成分−直交成分セットが前記混合行列への２つの入力を提供し、結果として得られる階数が少なくとも２（Ｔ×Ｎ）と等しいことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１８】
前記信号分離プロセッサは、ブラインド信号分離プロセッサを備えたことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項１９】
前記ブラインド信号分離プロセッサは、ＰＣＡ（主成分分析）、ＩＣＡ（独立成分分析）、およびＳＶＤ（特異値分解）の少なくとも１つに基づき、前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１８に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項２０】
前記信号分離プロセッサは、知識ベースの処理による信号抽出プロセスに基づき、前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項２１】
前記知識ベースの信号分離プロセスは、ＺＦプロセスと、およびＭＭＳＥプロセスに基づく前記混合行列からの信号の少なくともいずれかに基づき、前記混合行列から、前記所望されるソース信号を分離することを特徴とする請求項２０に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項２２】
前記信号分離プロセッサは、知識ベースの信号抽出プロセスとブラインド信号分離プロセスの組合せに基づき、前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【請求項２３】
ＭＩＭＯ（多入力多出力）通信システムを動作させるための方法であって、
１つの時間区間にＭ個のソース信号を生成することであって、前記Ｍ個のソース信号がＴ個の時間区間に対して生成され、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの電力レベルが各時間区間において異なっていることと、
Ｍ個のアンテナ素子を備える送信アンテナアレイを用いて前記Ｍ個のソース信号を送信することと、
Ｎ個のアンテナ素子を備え、受信アンテナアレイを用いて各時間区間に前記Ｍ個の信号の少なくともＮ個の異なる加算を受信することであって、各時間区間についての前記少なくともＮ個の異なる加算が前記Ｔ個の時間区間に対して少なくともＴ×Ｎ個の異なる加算を提供するために線形独立であることと、
最大で前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＴ×Ｎ個の異なる加算を備えた混合行列を形成することであって、前記混合行列が少なくともＴ×Ｎと等しい階数を有することと、
前記混合行列から所望のソース信号を分離することと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２４】
各時間区間において異なる電力レベルを有する前記少なくとも１つのＭ個のソース信号は、各時間区間において異なる電力レベルを有する複数の前記Ｍ個のソース信号を備えることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記混合行列の階数が少なくともＭと等しいように、Ｎ＜ＭおよびＴ×Ｎ≧Ｍであることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記混合行列の階数が、干渉信号ならびに前記Ｍ個のソース信号が分離され得るようにＭより大きくなるように、Ｎ≧ＭおよびＴ＞Ｍであることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
ＭＩＭＯ通信システムは、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムとして構成され、各ソース信号が前記Ｔ個の時間区間に複数の副搬送波を備えることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
各ソース信号に対する前記副搬送波は、複数のグループに分割され、副搬送波の隣接するグループは、異なる電力レベルを有することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記受信アンテナアレイは、フェーズドアレイを形成するためのＮ個の互いに関係付けられたアンテナ素子を備えることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記受信アンテナアレイは、Ｎ個の互いに関係付けられたアンテナ素子を備え、前記Ｎ個の互いに関係付けられたアンテナ素子が、ビーム切り替えアンテナを形成するために、少なくとも１つの能動アンテナ素子と、最大でＮ−１個の受動アンテナ素子とを備えることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することは、知識ベースの信号抽出プロセスおよびブラインド信号分離プロセスの少なくともいずれかに基づくことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムの分野に関し、より詳細には、コンパクトなアンテナアレイを使用して動作するＭＩＭＯ（多入力多出力）通信受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩＭＯ（多入力多出力）無線通信システムは、送信機における複数のアンテナ素子と、受信機における複数のアンテナ素子とを含む。それぞれのアンテナアレイが、送信機および受信機においてこれらに関連するアンテナ素子に基づき形成される。
【０００３】
アンテナ素子は、環境における様々な散乱物体の存在により、各信号がマルチパス伝搬を経験するようなマルチパスリッチな環境で使用される。受信アンテナ素子は、送信された信号を捕捉し、次に、信号処理技術が適用されて、送信された信号が分離され、ユーザデータが回復される。
【０００４】
信号処理技術は、ＢＳＳ（ブラインド信号源分離）プロセスとすることができる。分離が「ブラインド」であるのは、多くの場合、送信信号、送信信号の源、ならびに伝搬チャネルが送信信号に及ぼす効果についての限られた情報を使用して分離が行われるからである。一般的に使用される３つのブラインド信号分離技術は、ＰＣＡ（主成分分析）、ＩＣＡ（独立成分分析）、およびＳＶＤ（特異値分解）である。
【０００５】
ＭＩＭＯ通信システムは、送信機と受信機の間の無線リンクの容量を改善できるという点で有利である。マルチパスリッチな環境は、複数の直交チャネルが、送信機と受信機の間で生成されることを可能にする。すると、単一のユーザに関するデータを、それらのチャネルを介して同時に並行して、また同一の帯域幅を使用して、無線で伝送することができる。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６８７０５１５号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１１／２３２５００号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現在のＭＩＭＯ通信システムは、形成することができる直交チャネルの数が低減されないように、空間ダイバーシチアンテナ素子を使用する。そのようなインプリメンテーションでの問題は、ＭＩＭＯ通信システムの性能が、通常、使用されるアンテナ素子の数に比例することである。
【０００８】
アンテナ素子の数を増やすと、ＭＩＭＯ通信システムのアンテナアレイのサイズが大きくなる。ＭＩＭＯ受信機が小型のポータブル通信デバイス内に実装される場合、多数のアンテナ素子のために利用可能な容積はあまりなく、通信デバイスの外側にアンテナ素子を取り付けることはユーザにとって問題である。
【０００９】
ＭＩＭＯ受信機によりコンパクトなアンテナアレイを提供するための１つのアプローチが特許文献１に開示されている。空間ダイバーシチアンテナ素子を使用する代わりに、偏波ダイバーシチが使用される。間隔が密なアンテナ素子が使用されるので、それにより、ＭＩＭＯ受信機にコンパクトなアンテナアレイを提供することが可能になる。
【００１０】
よりコンパクトなアンテナアレイが提供されるものの、ＭＩＭＯ通信システムの性能は、依然として、受信機におけるアンテナ素子の数が送信機におけるアンテナ素子の数以上であることに基づく。例えば、特許文献１は、受信アンテナ素子の数が送信アンテナ素子の数以上であることを開示している。
【００１１】
さらに、受信された２つ以上の信号の角距離が接近している場合、ＭＩＭＯ受信機による異なるアンテナパターンの生成では、それらの受信された信号の違いを特定するのに十分でない場合がある。ビーム形成が使用される場合でも、ビームを十分に狭くすること、またはボアサイトを調整可能にすることは、実際的ではないか、または費用効果がよくない場合がある。したがって、これらの信号を区別するいくつかのアンテナ素子を保有する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
したがって、上記の背景に鑑みて、本発明の目的は、強固なＭＩＭＯ通信システムを依然として提供しながら、ＭＩＭＯ送信機におけるアンテナ素子の数と比べて、ＭＩＭＯ受信機におけるアンテナ素子の数を減らすことである。
【００１３】
本発明による上記およびその他の目的、特徴、および利点は、ある時間区間にＭ個のソース信号を生成するための送信機を備えたＭＩＭＯ通信システムによって提供され、それらＭ個のソース信号は、Ｔ個の時間区間に対して生成され、Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの信号の電力レベルが各時間区間において異なる。送信アンテナアレイが送信機に接続され、Ｍ個のソース信号を送信するためのＭ個のアンテナ素子を備えることが可能である。
【００１４】
受信機が送信機と同期される。受信アンテナアレイが受信機に接続され、各時間区間にＭ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる加算を受信するためのＮ個のアンテナ素子を備えることができ、各時間区間についての少なくともＮ個の異なる加算は、Ｔ個の時間区間に対して少なくともＴ×Ｎ個の異なる加算を提供するために線形独立である。信号分離プロセッサを受信機に接続することができ、Ｍ個のソース信号の少なくともＴ×Ｎ個までの異なる加算を備えた混合行列を形成する。混合行列は、少なくともＴ×Ｎと等しい階数を有する。信号分離プロセッサは、混合行列から所望のソース信号を分離する。
【００１５】
各時間区間において異なる電力レベルを有する少なくとも１つのＭ個のソース信号は、各時間区間において異なる電力レベルを有する複数のＭ個のソース信号を備えることができる。各時間区間についてのＭ個のソース信号の複数の信号における電力レベルを変更することにより、混合行列がＴ個の時間区間に対して充当されやすくなる。また、受信アンテナアレイも、Ｎ個のアンテナ素子を使用して、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる加算を有利に受信し、ここで、Ｎ＜Ｍであるが、Ｔ×Ｎ≧Ｍであり、したがって、混合行列の階数は少なくともＭと等しい。
【００１６】
混合行列の階数により、いくつの信号を実際に分離することができるかが決まる。階数が大きいほど、より多くの信号を分離することが可能である。したがって、送信アレイにおけるＭ個のアンテナ素子より少ないＮ個のアンテナ素子を有するコンパクトなアンテナアレイを、強固なＭＩＭＯ通信システムを依然として提供しながら、ＭＩＭＯ受信機によって使用することができる。
【００１７】
ＭＩＭＯ通信システムは、各ソース信号がＴ個の時間区間に複数の副搬送波を備える、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムとして構成することができる。各ソース信号に対する副搬送波は複数のグループに分割することができ、隣接する副搬送波グループは異なる電力レベルを有する。一実施形態では、各ソース信号に対する複数の副搬送波のそれぞれの電力エンベロープは一定である。別の実施形態では各ソース信号に対する複数の副搬送波のそれぞれの電力エンベロープは、受信機が副搬送波のグループ化を追跡することができるように、既知の順序で変動することが可能である。
【００１８】
受信アンテナアレイの、いくつかの異なる実施形態が存在する。Ｎ個のアンテナ素子が、フェーズドアレイを形成するために互いに関係付けられることが可能である。別の実施形態では、Ｎ個の互いに関係付けられたアンテナ素子は、ビーム切り替えアンテナを形成するために、少なくとも１つの能動アンテナ素子と、Ｎ−１個までの受動アンテナ素子とを備えることができる。さらに、Ｎ個の互いに関係付けられたアンテナ素子の少なくとも２つのアンテナ素子は、異なる偏波を有することができる。
【００１９】
受信アンテナアレイの他の実施形態は、Ｍ個のソース信号の受信されたＭ個の異なる加算に関して乗算効果を有することが可能である。このことにより、有利なこととして、受信アンテナアレイにおけるＮ個のアンテナ素子の数を増やす必要なく、混合行列の階数をさらに増加することができる。混合行列の階数を増やすことにより、より多くの信号をブラインド信号分離プロセッサによって分離することができる。
【００２０】
Ｍ個のソース信号についての受信されたＭ個の異なる加算の数に関する乗算効果は、下記の１つまたは組合せを使用して達することができる。アレイ偏向には、ソース信号のさらなる加算を受信するために、アンテナパターンの仰角を変更することを伴う。混合行列を充当するのに使用されるソース信号の加算のすべてが相関されており、および／または統計的に独立となるように、パス選択を行うことができる。また、混合行列をさらに充当するために、信号分割を使用することもできる。異なる加算信号は、拡散符号を用いて分割することができ、あるいは同相（Ｉ）成分と直交（Ｑ）成分に分割してもよい。
【００２１】
信号分離プロセッサは、ブラインド信号分離プロセッサであることが可能である。ブラインド信号分離プロセッサは、ＰＣＡ（主成分分析）、ＩＣＡ（独立成分分析）、およびＳＶＤ（特異値分解）の少なくとも１つに基づき、混合行列から所望のソース信号を分離することができる。
【００２２】
代替として、信号分離プロセッサは、知識ベースの処理信号抽出プロセスに基づき、混合行列から所望のソース信号を分離することができる。知識ベースの信号分離プロセスは、ＺＦ（ｚｅｒｏ  ｆｏｒｃｉｎｇ）プロセスとＭＭＳＥ（ｍｉｎｉｍｕｍ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅｄ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）プロセスの少なくともいずれかに基づき、混合行列から所望のソース信号を分離することができる。
【００２３】
本発明の別の態様は、前述したとおり、ＭＩＭＯ通信システムを動作させるための方法を対象とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明を、本発明の好ましい諸実施形態が示されている添付の図面を参照して、以下により完全に説明する。しかし、本発明は、異なる多くの形態で実施されることが可能であり、本明細書で説明される実施形態に限定されるものと解釈されてはならない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が詳細かつ完全となり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるよう提供されている。同様の符号は、全体にわたって同様の要素を指す。
【００２５】
図１を最初に参照して、ＭＩＭＯ通信システム２０を以下に詳細に説明する。ＭＩＭＯ通信システム２０は、送信機３０と、送信アンテナアレイ３２と、受信機４０と、受信アンテナアレイ４２とを含む。当業者には直ちに理解されるとおり、送信機３０と受信機３０は、送受信機によって置き換えられてもよい。したがって、それぞれのアンテナアレイ３２、４２は、双方向のデータ交換をサポートする。しかし、本発明を例示する目的では、送信機３０および受信機４０を参照する。
【００２６】
送信アンテナアレイ３２は、Ｍ個のソース信号３４（１）〜３４（Ｍ）を送信するためのＭ個のアンテナ素子３３（１）〜３３（Ｍ）を含む。アンテナ素子３３（１）〜３３（Ｍ）は、例えば、空間的に互いに関係付けられる（相関される）ことが可能である。ソース信号３４（１）〜３４（Ｍ）は、一般に、符号３４によって参照されることがあり、アンテナ素子３３（１）〜３３（Ｍ）は、一般に、符号３３によって参照されることがある。
【００２７】
受信アンテナアレイ４２は、Ｍ個のソース信号の少なくともＭ個の異なる加算を受信するためのＮ個のアンテナ素子４３（１）〜４３（Ｎ）を含み、Ｎは、Ｍより小さい。Ｎ＜Ｍであるので、以下により詳細に説明するとおり、強固なＭＩＭＯ通信システム２０を依然として得ながら、コンパクトなアンテナアレイを、受信機４０において使用することができる。アンテナ素子４３（１）〜４３（Ｎ）は、一般に、符号４３によって参照されることがある。
【００２８】
それぞれのアンテナアレイ３２、４２は、環境における様々な散乱物体（建造物、自動車、丘など）の存在により、各信号がマルチパス伝搬を経験するようなマルチパスリッチな環境で使用される。各パスは、異なる通信チャネルと考えることが可能である。このため、図１の符号５０は、送信アンテナアレイ３２と受信アンテナアレイ４２の間で複数のチャネルをもたらす散乱環境を表す。データは、当技術分野で知られているＳＴＣ（時空間符号化）送信法を用いて、送信アンテナアレイ３２から送信される。
【００２９】
Ｍ個のソース信号に加えて、干渉３７からのＬ個の干渉ソース信号３５が、所望のソース信号の分離に干渉するように、散乱環境５０内に存在することがある。以下により詳細に説明するとおり、混合行列を増大する様々な手段を有利に使用し、Ｍという階数を超えて混合行列を充当することができる。
【００３０】
受信アンテナアレイ４２は、Ｍ個のソース信号３４のＭ個の異なる加算を捕捉し、次に、信号処理技術が適用され、信号が分離される。ＢＳＳ（ブラインド信号分離）プロセッサ４４は、混合行列が少なくともＭと等しい階数を有するように、Ｍ個のソース信号の少なくともＭ個の異なる加算を備えた混合行列４６を形成するために、受信機４０に接続される。ブラインド信号分離プロセッサ４４は、その混合行列４６から所望のソース信号を分離する。
【００３１】
参照により全体が本明細書に組み込まれる特許文献２で非常に詳細に説明されるとおり、ブラインド信号分離に分類され、一般的に使用される３つの技術は、ＰＣＡ（主成分分析）、ＩＣＡ（独立成分分析）、およびＳＶＤ（特異値分解）である。これらの信号が何らかの測定可能な特性において独立である限り、そしてこれらの信号の信号加算が互いに線形独立である場合、これらブラインド信号分離技術の１つまたは複数を使用して、ソース信号の混合から、独立したソース信号または所望のソース信号を分離することができる。測定可能な特性は、これらの信号の１次モーメント、２次モーメント、３次モーメント、または４次モーメントの何らかの組合せであることが多い。
【００３２】
ＰＣＡは、信号を白色化し、１次モーメントおよび２次モーメントを使用し、相関特性に基づき、データセットを回転させる。これらソース信号の信号対雑音比が高い場合、信号分離プロセスは、ＰＣＡで止まることが可能である。
【００３３】
これらソース信号の信号対雑音比が低い場合、ＩＣＡが、これらソース信号の３次モーメントおよび４次モーメントを伴う統計的属性に基づき、これらソース信号を分離する。一部のソース信号はガウス型であり、これらの３次モーメントおよび４次モーメントは１次および２次モーメントに依存する。ランダムな雑音源はガウス型であることがあり、拡散スペクトル信号は、これらの特定の拡散符号以外では、復号器にはガウス型に見えるように設計されている。特定の条件下で、信号の合算は、中心極限定理により、ガウス型に見えることがある。ＩＣＡアプローチは、１つのガウス型信号を分離することができる。ＩＣＡおよびＰＣＡの代替として、ＳＶＤは、固有値に基づき、ソース信号の混合からソース信号を分離する。
【００３４】
ブラインド信号分離プロセッサの代替として、知識ベースの処理による信号抽出プロセスに基づいて混合行列から所望のソース信号を分離するために信号分離プロセッサを使用することができる。知識ベースの信号分離プロセスは、例えば、ＺＦプロセスとＭＭＳＥプロセスの少なくともいずれかに基づき、混合行列から所望のソース信号を分離する。
【００３５】
ＭＩＭＯ通信システム２０の受信側の様々な要素を、図２に関連して、以下により詳細に説明する。受信アンテナアレイ４２が、Ｍ個のソース信号３４の少なくともＭ個の異なる加算を受信するためのＮ個のアンテナ素子４３（１）〜４３（Ｎ）を含み、ＮおよびＭは、１より大きく、Ｎは、Ｍより小さい。受信アンテナアレイ４２は、いずれの特定の構成にも限定されない。受信アンテナアレイ４２は、１つまたは複数のアンテナ素子４３を含むことができる。アンテナ素子４３は、アンテナアレイが、例えば、フェーズドアレイまたはビーム切り替えアンテナを形成するように構成することができる。
【００３６】
混合行列４６を構築する目的で、目標は、信号の様々な加算を作成することである。関心対象の信号は、実際にこの用途において干渉信号よりも常に低いことがあり、それでも分離することができる。このような実質的な目的の違いのため、アンテナ素子４３間の距離は、能動および受動ビーム形成アンテナアレイによって通常要求される、ある特定の離隔でなくてもよい。
【００３７】
受信機４０は、Ｍ個のソース信号３４の少なくともＭ個の異なる加算を受信するために受信アンテナアレイ４２の下流に接続される。ブラインド信号分離プロセッサ４４が受信機４０の下流にある。プロセッサ４４は、受信機４０と別個であるように図示されているが、プロセッサは、受信機内に含まれてもよい。受信機４０によって受信されるＭ個のソース信号３４の異なる加算が、混合行列４６を充当するのに使用される。次に、混合行列４６は、プロセッサ６０内の１つまたは複数のブラインド信号分離処理モジュール６２、６４、および６６によって処理される。
【００３８】
ブラインド信号分離処理モジュールには、ＰＣＡモジュール６２、ＩＣＡモジュール６４、およびＳＶＤモジュール６６が含まれる。これらのモジュール６２、６４および６６は、ブラインド信号分離プロセッサ４４の一部として構成することができる。ＰＣＡモジュール６２は、受信されたソース信号の異なる加算の１次モーメントおよび２次モーメントに基づいて動作するのに対して、ＩＣＡモジュール６４は、同じ信号群の３次モーメントおよび４次モーメントに基づいて動作する。ＳＶＤモジュール６６は、受信されたソース信号の異なる加算の固有値に基づき、信号分離を行う。
【００３９】
ＰＣＡモジュール６２によって最初に行われる相関処理によって、ソース信号の異なる加算についての初期分離行列６８（１）が決定され、ＩＣＡモジュール６４が次に、混合行列４６の中のソース信号を分離するために拡張された分離行列６８（２）を求める。信号がＳＶＤモジュール６６によって分離される場合、分離行列６８（３）も混合行列４６の中の受信されたソース信号の異なる加算を分離するために決定される。
【００４０】
各それぞれの分離行列６８（１）〜６８（３）から、分離された信号が符号４９で表されている。分離された信号４９は、次に、信号分析モジュール７０による信号分析を受けて、いずれの信号が関心対象であり、いずれの信号が干渉信号であるかが判定される。アプリケーション依存の処理モジュール７２が、信号分析モジュール７０からの信号出力を処理する。
【００４１】
いずれの信号が関心対象であるかの判定には、必ずしも、復号化されるべき最終的な信号がかかわるとは限らない場合がある。例えば、アプリケーションが干渉信号を識別し、受信されたソース信号の異なる加算からこれらの干渉信号を引いて、次に、これらの低減された信号を波形復号器にフィードすることを求める場合がある。この場合、関心対象の信号は、最終的に排除されることになる信号である。
【００４２】
混合行列４６の階数により、いくつの信号が実際に分離され得るかが決まる。例えば、４という階数を有する混合行列は、４つのソース信号を分離することができることを意味する。理想的には、混合行列４６の階数は、信号源の数Ｍと少なくとも等しくなければならない。階数が大きいほど、分離できる信号の数が増加する。源の数Ｍが増加するにつれ、要求されるアンテナ素子の数Ｎも増加する。背景セクションで説明した特許文献１は、受信機におけるアンテナ素子の数Ｎが、送信機におけるアンテナ素子の数Ｍ以上である、すなわち、Ｎ≧Ｍであることを開示している。
【００４３】
受信アンテナアレイ４２は、有利には、Ｎ個のアンテナ素子３３を使用して、Ｍ個のソース信号３４のＭ個の異なる加算を受信し、ここで、Ｎ＜Ｍである。Ｎ個のアンテナ素子４３は、Ｍ個のソース信号のＭ個の異なる加算を受信するために少なくともＭ個の異なるアンテナパターンを生成する。受信アンテナアレイ４２におけるＮ個のアンテナ素子４３によって受信されたＭ個のソース信号３４のＭ個の異なる加算は、混合行列が少なくともＭと等しい階数を有するように、混合行列４６を充当するのに使用される。
【００４４】
前述したとおり、混合行列４６の階数により、実際にいくつの信号が分離され得るかが決まる。階数が大きいほど、より多くの信号を分離することができる。したがって、送信アンテナアレイ３２におけるＭ個のアンテナ素子３３より少ないＮ個のアンテナ素子４３を有するコンパクトな受信アンテナアレイ４２を、強固なＭＩＭＯ通信システム２０を依然として提供しながら、ＭＩＭＯ受信機４０によって使用することが可能である。
【００４５】
Ｍ個の線形独立の加算が、Ｍ個の送信アンテナ素子３４の完全なＭＩＭＯインプリメンテーションをサポートするのに必要最小限であるが、Ｍ個を超えることの利点が存在する。例えば、受信アンテナアレイ４２におけるＮ個のアンテナ素子４３のすべてが、Ｍ個の線形独立の加算を受信するように配向されるわけではないかもしれない。同様に、受信される加算のすべてが、十分に線形独立であるわけではない。分離されるＭ個の既知の信号ストリームに加えて、信号対雑音比を低下させる他のＬ個の信号も存在することがある。
【００４６】
したがって、混合行列の階数を、可能な場合、Ｍ＋Ｌにまで増加させる利点を活用することが有利である。干渉源または雑音源を分離することの別の利点は、結果としてもたらされる信号対雑音比の低減であり、これにより、より高いデータ転送速度、より低い誤り率、および／またはより小さい送信電力が可能になる。
【００４７】
例えば、Ｌ個の干渉ソース信号３５が、混合行列から所望のソース信号３４の分離を妨げるように存在する場合があり、Ｌは、１より大きい。さらなるアンテナ素子を追加する必要なく、混合行列の階数を増加させることが尽きた場合、少なくとも１つのさらなるアンテナ素子を追加することにより、混合行列の階数を増加するさらなる手段が提供されることになる。さらなる素子を追加することにより、素子の数を、依然として従来のＭＩＭＯアプローチのＭ個未満のままとするか、素子の数をＭ個に戻すか、または素子の数をＭ個を超えて増やすことさえできる。混合行列の階数を増やすことによって達せられる利得に依存して、たとえ受信機アンテナ素子の数を増やすことになるが、そうすることが、依然として、割に合うことがある。例えば、Ｍ個の素子を要求する階数Ｍ＋Ｌの混合行列は、従来の処理ＭＩＭＯ受信機を使用するＭ個の素子のインプリメンテーションと比べて、より優れたインプリメンテーションとなることが多い。しかし、本発明を例示する目的で、以下の説明は、Ｍ個のソース信号に的を絞ることにする。
【００４８】
受信アンテナアレイ４２のいくつかの異なる実施形態が存在する。Ｎ個のアンテナ素子４３を、フェーズドアレイを形成するために互いに関係付けることができる。別の実施形態では、Ｎ個の互いに関係付けられたアンテナ素子４３は、ビーム切り替えアンテナを形成するために、少なくとも１つの能動アンテナ素子と、最大Ｎ−１個の受動アンテナ素子とを備えることができる。さらに、Ｎ個の互いに関係付けられたアンテナ素子の少なくとも２つのアンテナ素子は、異なる偏波を有することができる。
【００４９】
受信アンテナアレイ４２の他の諸実施形態は、Ｍ個のソース信号の受信されたＭ個の異なる加算に関して乗算効果を有する。このことにより、有利なこととして、受信アンテナアレイ４２におけるＮ個のアンテナ素子４３の数を増やす必要なく、混合行列４６の階数をさらに増加することが可能になる。混合行列４６の階数を増やすことにより、より多くの信号をブラインド信号分離プロセッサ４４によって分離することができる。
【００５０】
Ｍ個のソース信号３４の受信されたＭ個の異なる加算の数に関する乗算効果は、以下の１つまたは組合せを用いて達することが可能である。アレイ偏向は、ソース信号３４のさらなる加算を受信するためにアンテナパターンの仰角を変更することを伴う。混合行列４６を充当するのに使用されるソース信号３４の加算のすべてが相関しており、および／または統計的に独立となるように、パス選択を行うことができる。また、混合行列４６をさらに充当するために信号分割を使用することもできる。異なる加算信号は、拡散符号を用いて分割することができ、あるいは同相（Ｉ）成分と直交（Ｑ）成分に分割されてもよい。
【００５１】
受信アンテナアレイの様々な実施形態を、図３〜図６に関連して、以下により詳細に説明する。ここで図３を参照して、アレイ偏向について説明する。受信アンテナアレイ１４２は、Ｍ個のソース信号のＮ個の異なる加算を受信するために、Ｎ個の初期アンテナパターンを生成するためのＮ個のアンテナ素子１４３を備える。また、受信アンテナアレイ１４２は、少なくとも１つのさらなるアンテナパターンを生成するために、Ｎ個の初期アンテナパターンの少なくとも１つのアンテナパターンの仰角を選択的に変更するための仰角コントローラ１４１も含み、これによって、Ｍ個のソース信号の少なくとも１つのさらなる異なる加算が受信されるようにする。
【００５２】
受信機１４０が、受信アンテナアレイ１４２に接続され、Ｎ個の初期アンテナパターンを用いて、Ｍ個のソース信号のＮ個の異なる加算を受信し、少なくとも１つのさらなるアンテナパターンを用いて、Ｍ個のソース信号の少なくとも１つのさらなる異なる加算も受信する。
【００５３】
ブラインド信号分離プロセッサ１４４が、Ｍ個のソース信号のＮ個の異なる加算と、Ｍ個のソース信号の少なくとも１つのさらなる異なる加算とを備えた混合行列１４６を形成するために受信機１４０に接続される。混合行列は、さらなるアンテナパターンを用いて受信されたＭソース信号のさらなる異なる加算の数をＮに足した数と等しい階数を有する。結果として得られる混合行列１４６の階数は、少なくともＭと等しい。プロセッサ１４４は、混合行列１４６から所望の信号を分離する。
【００５４】
一般に、混合行列の階数を増加するのに適切な信号加算を提供する任意のアンテナアレイ手段を偏向機構とともに利用することができる。偏向により、アンテナアレイ手段のそれぞれについて、２つの区別可能な、混合行列使用可能な信号加算が生成される。したがって、この技術の利用により、２倍の乗算効果がある。
【００５５】
アレイ偏向が、アンテナに関連付けられたＫ個の区別可能な領域にセグメント化される場合、Ｋ個の領域のそれぞれが２つの独立した偏向領域および混合行列へのエントリを提供することができる。例えば、アンテナアレイが、それ自体でＮ個の加算を提供することができ、Ｋ個の区別可能な偏向領域が存在する場合、混合行列における信号加算の数は、２ＮＫであることが可能である。
【００５６】
パス選択に基づき、Ｍ個の信号源によって提供されるソース信号を分離することについて、図４に関連して説明する。受信アンテナアレイ２４２が、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる加算を受信するために、少なくともＮ個のアンテナビームを形成するためのＮ個の素子２４３を備え、ＮおよびＭは、２より大きい。
【００５７】
コントローラ２５０が、少なくともＮ個のアンテナビームを選択的に形成するために、アンテナアレイ２４２に接続される。受信機アセンブリ２４０が、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる加算を受信するために、アンテナアレイ２４２に接続される。ブラインド信号分離プロセッサ２４４が、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個までの異なる加算を備えた混合行列２４６を形成するために、受信機アセンブリ２４０に接続される。
【００５８】
また、ブラインド信号分離プロセッサ２４４は、Ｍ個のソース信号の異なる加算が、相関しているか、または統計的に独立であるかどうかも判定し、そうではない場合、混合行列２４６において相関していないか、または統計的に独立であるＭ個のソース信号の異なる加算に取って代わる、Ｍ個のソース信号の新たな異なる加算を受信するための様々なビームを形成するために、コントローラ２５０と協働する。その結果、ソース信号の少なくともＭ個の異なる加算が、混合行列が少なくともＭと等しい階数を有するように、受信される。次に、所望されるソース信号が混合行列２４６から分離される。
【００５９】
レイク受信機は、マルチパスフェージングの効果に対処するように設計された無線受信機である。これは、個々のマルチパス成分に同調するために、それぞれがわずかに遅延された、いくつかの独立した受信機を使用することによって行われる。レイク受信機は、ほとんどのタイプの無線アクセスネットワークによって使用することができる。レイク受信機は、拡散符号タイプの変調に特に有益であることが分かっている。特定の入射信号パスを選択するレイク受信機の能力が、レイク受信機を、ブラインド信号分離プロセッサ２４４にフィードされるパスを変更する手段として適切にする。
【００６０】
前述したとおり、Ｎ個のアンテナビームを選択的に形成することは、当業者には直ちに理解されるとおり、すべての無線アクセスネットワークに適用することが可能である。ＣＤＭＡシステムの場合、受信機アセンブリ２４０は、Ｎ個のレイク受信機２５６を備える。各レイク受信機２５６は、受信機２５６に接続された、それぞれのアンテナ素子によって受信されるＭ個のソース信号のＮ個の異なる加算のそれぞれについて、ｋ個の異なるマルチパス成分を選択するためのｋ個のフィンガを備える。この構成では、ブラインド信号分離プロセッサ２４４は、混合行列２４６を形成するためにＮ個のレイク受信機２５６に接続される。混合行列２４６は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる加算の少なくともｋＮ個までの異なるマルチパス成分を備え、混合行列は、最大でｋＮと等しい階数を有し、ここで、ｋＮは、少なくともＭと等しい。
【００６１】
特に、ＣＤＭＡ波形が伝搬するとき、ＣＤＭＡ波形は、送信元から宛先に至る複数のパスに出会うことが多い。レイク受信機２５６は、特に、これらの個々のインスタンスのいくつかを捕捉し、より強固な信号復号化のために、これらのインスタンスを合成するように設計される。元の信号は各パスに沿って伝搬するが、そのプロパティはパスの固有の特性によって変形される。いくつかの状況では、受信される信号の相互関係および／または統計的特性に対する変形は、それらが分離可能な信号ストリームとして扱われることができる程に十分大きい。変更されたレイク受信機２５６を使用して、変形された各ストリームを抽出し、そのストリームを固有のエントリとして混合行列２４６にフィードすることができる。階数を増加するこの手段は、常に利用可能であるとは限らないが、この手段が必要とされる可能性が高い、高マルチパス環境において、利用可能である傾向にあろう。
【００６２】
レイク受信機２５６は異なるパスを利用することができるが、任意の変調技術に適用可能な、より一般的なアプローチは、ビーム形成である。これは、レイク受信機２５６とは異なる。というのは、ビーム形成は、所望の信号の強化のため、および所望の信号の排除のために使用されるからである。しかし、違いは、排除される信号が、実際には、受信機向けの信号の別のバージョンであるかもしれないということである。しかし、受信機アセンブリ２４０は、混合行列２４６を十分な階数まで構築するために、同じ信号の、これら固有の伝搬パスバージョンのいくつかを検出する必要がある。
【００６３】
また、信号分割が混合行列Ａをさらに充当するために使用される。１つのアプローチでは、加算信号は、拡散符号を用いて分割される。別のアプローチでは、加算信号は、同相（Ｉ）および直交（Ｑ）モジュールを用いて分割される。
【００６４】
拡散符号を用いる信号分割について、図５に関連して以下に説明する。受信アンテナアレイ３４２がＭ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる加算を受信するためのＮ個のアンテナ素子３４３を備える。符号逆拡散器３５０が、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる加算を復号化するために、Ｎ個のアンテナ素子３４３に接続される。Ｎ個の異なる加算の各加算は、これに関連するＭ個のソース信号のｋ個の異なる加算を提供するために、ｋ個の符号を含む。
【００６５】
受信機アセンブリ３４０が、Ｍ個のソース信号の少なくともｋＮ個の異なる加算を受信するために、符号逆拡散器３５０に接続される。ブラインド信号分離プロセッサ３４４が、Ｍ個のソース信号の少なくともｋＮ個の異なる加算を備えた混合行列３４６を形成するために、受信機アセンブリ３４０に接続される。混合行列３４６は、最大でｋＮと等しい階数を有し、結果として得られる階数は、少なくともＭと等しい。ブラインド信号分離プロセッサ３４４は、混合行列３４６から所望のソース信号を分離する。
【００６６】
受信された信号の変調に依存して、前述した信号分割を、アンテナ素子の数Ｎを増やすことなく、混合行列の階数を増やすために使用することができる。ＣＤＭＡ  ＩＳ−９５、ＣＤＭＡ２０００、およびＷＣＤＭＡは、拡散符号が使用される拡散スペクトル通信システムの例である。共通のテーマは、固有の符号が各信号と一緒に処理されて、より大きい周波数帯域にわたってデータが拡散されることである。
【００６７】
同じ拡散符号が、受信された信号加算（所望の信号、望ましくない信号、および未知の雑音源）とともに処理される。これより、所望の信号が元の周波数帯域幅に戻るように再構成されるようになる一方で、干渉信号が広い周波数帯域にわたって拡散される。
【００６８】
上で列挙したＣＤＭＡインプリメンテーションは、同じ周波数帯域を同時に用いる多くの信号ストリームを実際に有する。各信号ストリームは、理想的には、その他すべてと直交する符号を使用する。そのような条件が復号器において満たされる場合、関心対象の信号だけが逆拡散されることを意味する。
【００６９】
多くの場合、ＣＤＭＡ信号の間で何らかの相互関係が存在し、したがって、干渉信号がいくらか、所望の信号とともに再構成される。このようなことは、しばしば、個々の信号が経験する遅延に起因し、信号のマルチパスの発生にも起因する。望ましくない信号のいくつか、特にＣＤＭＡのものの値が増加する。この増加は、所望の信号に関してそれほど著しくないが、それでも、全体的な雑音値を増加させ、したがって、信号対雑音比を低下させる。
【００７０】
信号逆拡散の数式の形式および信号自体は、ブラインド信号分離処理の基準を満たす。実際、逆拡散符号の１つが、受信機アセンブリ３４０によって受信されたそれぞれの既知の信号に個々に適用された場合、ＩＣＡモデル要件を満たす個々の加算が得られる。
【００７１】
したがって、既知の符号と同じ数だけの混合行列に利用可能な行エントリがあるが、当然、それらのそれぞれが線形独立の有意な値をもたらすと想定している。適正な状況下では、これにより、混合行列を符号の数より大きい値まで増加することができる。例えば、Ｎ個のアンテナ素子、およびＭ個の符号により、ＮＭ個の行列の行が提供されることがある。
【００７２】
例示の目的で、３つの符号が既知であるものと想定され、それら３つの既知の符号信号は、直交性を保つ。符号逆拡散器３５０において、混合行列Ａは、上側の３つの行と、下側の３つの行とを有し、それぞれが、各ストリームがそれら３つの既知の符号によって逆拡散された後のアンテナストリームによる。非対角０値は、符号の直交性による。列エントリ４、５、および６は、同じインデックスの未知の信号の一般的なケースに対するものである。
【００７３】
【数１】
2008538261.tif 000003
【００７４】
列エントリ４、５、および６に対応する信号は、既知の符号の他のパスバージョン、または未知の符号の他のセル信号であることが可能である。また、１つの信号がガウス型であることがあり、その他の信号は、それらの信号が単一のガウス信号に見えるように、例えば、４つのチャネルを解放するように、中心極限定理に従うＣＤＭＡ信号グループである。換言すると、十分な量のランダムではない信号が合わさってガウス信号になる。干渉信号は、非ガウス型の信号源、またはネットワークには未知の、せいぜい１つのガウス信号であることがある。
【００７５】
符号逆拡散器３５０において既知の符号が逆拡散された後、ブラインド信号分離プロセッサ３４４が階数６の混合行列３４６を受け取る。６という階数は、２つのアンテナ素子の３倍に基づいて導き出される。というのは、３つの符号が既知であるからである。
【００７６】
６つの信号が、ブラインド信号分離プロセッサ３４４に適用され、６という階数を有する混合行列３４６が形成される。ブラインド信号分離プロセッサ３４４は、次のように、チャネルによって変形された受信信号だけから分離行列Ｗを求める。すなわち、ｘ＝Ａであり、ここで、Ａは、混合行列である。例示される実施例では、６つの信号が分離可能である。
【００７７】
ブラインド信号分離プロセッサ３４４は、復号化されるべき信号を選択する。例えば、干渉信号をドロップすることができ、所望の信号のすべてのバージョンが選択される。選択された信号は、復調のために復調器モジュールに適用される。復調器は、同じ信号のマルチパスバージョンを合成する周知の等化技術を使用する。
【００７８】
より一般的なケースでは、非対角値は、簡明のために上で０として示されており、実際には、０ではないこともある。符号化された信号間の相関プロパティが完全ではない場合、０ではないことがより普通のケースである。これは、分離された各信号に対するさらなる雑音となる。しかし、先に示したとおり、行列の階数は、それらの信号を分離するのに十分であり、したがって、それらの信号の値は、ブラインド信号分離処理の後、大幅に小さくなる。これは、雑音の低減、信号対雑音比の増大、および、シャノンの法則によって示されるとおり、チャネル容量の増加につながる。
【００７９】
次に図６を参照すると、アンテナ素子の数Ｎを増加させることなく、混合行列Ａの階数を増加する他方のアプローチは、受信された混合信号を、その同相（Ｉ）成分と直交（Ｑ）成分に分離することである。コヒーレントなＲＦ信号のＩ成分とＱ成分は、振幅が同じであるが、位相が９０度離れている成分である。
【００８０】
受信アンテナアレイ４４２がＭ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる加算を受信するためのＮ個のアンテナ素子４４３を備える。それぞれの同相−直交モジュール４５０が、モジュールによって受け取られたＭ個のソース信号のＮ個の異なる加算のそれぞれを同相成分−直交成分セットに分離するために、各アンテナ素子４４３の下流にある。
【００８１】
受信機アセンブリ４４０が、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる加算に対する少なくともＮ個の同相成分−直交成分セットを受け取るために、各同相−直交モジュール４５０の下流にある。ブラインド信号分離プロセッサ４４４が、Ｍ個のソース信号の少なくとも２Ｎ個の異なる加算を含む混合行列４４６を形成するために、受信機アセンブリ４４０の下流にある。各同相成分−直交成分セットは、混合行列４４６に入る２つの入力を提供する。混合行列４４６は、最大で２Ｎまでの階数を有し、ブラインド信号分離プロセッサ４４４が、混合行列５１２から所望のソース信号５１４を分離する。
【００８２】
受信された混合信号をＩ成分とＱ成分に分離することにより、混合行列のサイズは２倍に増大する。Ｉ成分とＱ成分が異なるデータストリームで符号化される限り、いずれのアンテナ素子において受信される混合信号も２つの異なる混合信号に分割することができる。
【００８３】
差分符号化の場合には、変調の性質が分析されて、ＩおよびＱが線形性要件を満たすかどうかを判定する必要がある。例えば、ＧＳＭに関して、ＧＭＳＫ符号化は適切なフィルタリングとともに使用され、その符号化があたかもＢＰＳＫ符号化であるかのように受信機において処理される場合、線形であると想定できることが示されている。ＢＰＳＫは、ブラインド信号分離処理の要件を満たすので、記載したＩ−Ｑプロセスを使用することができる。
【００８４】
Ｉ成分およびＱ成分を前述したアンテナアレイ実施形態のいずれかとともに使用して、混合行列Ａを充当することができる。ＩおよびＱが使用される場合、混合行列Ａは、あたかも２倍の数のアンテナ素子が使用されたかのように充当することができる。アンテナ素子は、無相関、相関、または偏向などの任意のダイバーシチの形態とすることが可能である。Ｉ成分とＱ成分に分割された各素子の信号加算を有するＮ個のアンテナ素子が、２Ｎ個の独立した混合信号加算を提供する。その結果、混合行列の階数は、２Ｎであり、ここで、２Ｎは、少なくともＭ以上である。また、この機構をアンテナアレイ偏向技術とともに使用して、信号のより多くの加算を作成することもできる。また、これらの加算のそれぞれも、Ｉ成分とＱ成分に分離することができる。ＩおよびＱからの２というファクタ、Ｎ個のアンテナ素子、およびアンテナアレイのＫ個の偏向領域により、２ＫＮ個の加算が混合行列に提供される。
【００８５】
次に図７および図８を参照すると、本発明の別の態様は、ＭＩＭＯ送信機５００がタイムスロットベースで各階層化された空間データストリームの電力レベルを変更するＭＩＭＯ通信システムを対象とする。したがって、データストリームは、様々な電力レベルでＭＩＭＯ受信機５０２に到来し、これにより、信号分離処理のために混合行列を充当するための、受信される信号における適切な差がもたらされる。
【００８６】
送信向けのデータストリームは、サブチャネル作成ブロック５１０によって受け取られる。サブチャネル作成ブロック５１０は、データストリームをチャネル１ないしＭ向けに並列データストリームに分解する。
【００８７】
並列データストリームのそれぞれは、ＲＦチェーンを通って、これらに関連するアンテナ素子５２３（１）〜５２３（Ｍ）に進む。各ＲＦチェーンは、そのデータストリームをベースバンドに変換するためのデジタル−アナログ変換器５１２（１）〜５１２（Ｍ）を含む。次に、ベースバンド信号が、ＲＦ変調ブロック５１４（１）〜５１４（Ｍ）において、その搬送波周波数と乗算されて、送信のための所望の周波数を得る。変調の後、データストリームは、電力増幅器５１６（１）〜５１６（Ｍ）によって増幅されてから、増幅器５１６（１）〜５１６（Ｍ）に関連するアンテナ素子５２３（１）〜５２３（Ｍ）によって送信される。これが並列データストリーム１ないしＭの各データストリームについて個々に行われる。
【００８８】
各ＲＦチェーンにおける個々のデータストリームの電力レベルは、時間区間利得制御ブロック５２０によって変更される。各並列データストリームの電力レベルまたは電力利得は、デジタル−アナログ変換器５１２（１）〜５１２（Ｍ）において、またはＲＦ変調ブロック５１４（１）〜５１４（Ｍ）において変更することができる。この変更は、サブチャネル作成ブロック５１０と同期される。集合的に、Ｍ個のデータストリームは、Ｍ個のアンテナ素子５２３（１）〜５２３（Ｍ）によって送信される。
【００８９】
最低限として、Ｍ個のデータストリームの１つの電力レベルが、変更される必要がある。変更されると、ＭＩＭＯ受信機５０２は、それぞれの時間区間に線形独立の加算を受信する。しかし、データストリームのいくつか（Ｍ個まで）のデータストリームの電力レベルを変更して、より強固なＭＩＭＯ受信機５０２を確実にすることが好ましい。データストリームのいくつかの電力レベルが変更されていても、ＭＩＭＯ受信機５０２は、やはり、それぞれの時間区間に対して１つの線形独立の加算信号を受信する。
【００９０】
受信側で、信号は、アンテナ素子５４３（１）〜５４３（Ｎ）によって受信される。Ｎ個までの加算信号が、アンテナ素子５４３（１）〜５４３（Ｎ）によって受信される。前述したとおり、各時間区間について、Ｍ個のソース信号がＭＩＭＯ送信機５００によって送信される。Ｍ個の送信アンテナ素子５２３（１）〜５２３（Ｍ）から送信される信号と、Ｎ個の受信アンテナ素子５４３（１）〜５４３（Ｎ）によって受信される信号の間に、１対１の関係は存在しない。通常、そうであるように、各受信アンテナ素子５４３（１）〜５４３（Ｎ）は、送信信号の複数と、同じ送信信号の複数の出現を受信する。これらのチャネルの理想的な直交性は、現実の通信環境においては、非常に可能性が低い。
【００９１】
各受信アンテナ素子５４３（１）〜５４３（Ｎ）からは、ＲＦチェーンである。受信増幅器５２２（１）〜５２２（Ｎ）が、受信されたデータストリームを増幅する。ＲＦ復調ブロック５２４（１）〜５２４（Ｎ）が、受信されたデータストリームをその搬送波周波数と乗算し、余計な高調波をフィルタして、ベースバンド信号でのシンボルを得る。ベースバンド信号が得られると、その信号は、アナログ−デジタル変換器５２６（１）〜５２６（Ｎ）を通って混合行列モジュール５３０に渡される。
【００９２】
混合行列モジュール５３０は、所望の信号を分離するために使用されるべき混合行列を充当する。混合行列モジュール５３０は、各時間区間について作成された混合行列がＭＩＭＯ送信機５００における対応する時間区間と合うように、時間区間識別モジュール５３２とインタフェースする。
【００９３】
混合行列モジュール５３０の出力は、空間デマルチプレクサモジュール５３４に適用される。混合行列からの、所望の信号の分離は、このモジュールにおいて行われる。この信号分離は、知識ベースの信号抽出プロセス、またはブラインド信号分離に基づくか、またはその両方の組合せに基づくことが可能である。ブラインド信号分離プロセスおよび知識ベースの信号抽出プロセスについては、上で説明した。次に、分離された信号は、復号化のために、受信されたデータストリームを提供するように、サブチャネルコンバイナ５３６に適用される。
【００９４】
要約すると、送信機５００は、ある時間区間にＭ個のソース信号を生成し、Ｍ個のソース信号は、Ｔ個の時間区間に対して生成され、Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの信号の電力レベルは、各時間区間において異なる。送信アンテナアレイが送信機５００に接続され、Ｍ個のソース信号を送信するためのＭ個のアンテナ素子５２３（１）〜５２３（Ｍ）を備える。
【００９５】
受信機５０２は、送信機５００と同期される。受信アンテナアレイが受信器５０２に接続され、各時間区間にＭ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる加算を受信するためのＮ個のアンテナ素子５４３（１）〜５４３（Ｎ）を備え、各時間区間について少なくともＮ個の異なる加算は、Ｔ個の時間区間に対して少なくともＴ×Ｎ個の異なる加算を提供するために、線形独立である。混合行列モジュール５３０は、例えば、信号プロセッサにおいて実施することが可能であり、Ｍ個のソース信号の少なくともＴ×Ｎ個までの異なる加算を備えた混合行列を形成する。混合行列は、少なくともＴ×Ｎと等しい階数を有する。信号分離プロセッサは、混合行列から所望のソース信号を分離する。
【００９６】
また、各階層化された空間データストリームについての電力レベルを変更することが、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信機６００と、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機６０２とを含む、図９および図１０に示されるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムに適用されることも可能である。ＯＦＤＭは、直交周波数分割多重を表す。ＯＦＤＭシステムは、動作周波数帯域をいくつかの周波数サブチャネル（または周波数ビン）に効果的に区分けし、そのそれぞれがデータ変調されることが可能な、それぞれの副搬送波に関連付けられる。通常、送信されるべきデータは、ある特定の符号化スキームを使用して符号化されて、符号化ビットが生成される。
【００９７】
特に、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信機６００によって送信される各ソース信号がＴ個の時間区間に複数の副搬送波を備える。各ソース信号の副搬送波は、複数のグループに分割されることが可能であり、隣接する副搬送波グループは、異なる電力レベルを有する。代替として、各ソース信号に関する複数の副搬送波に関するそれぞれの電力エンベロープは、一定であってもよい。各ソース信号の複数の副搬送波についてのそれぞれの電力エンベロープを、既知の順序で変化して、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機６０２が、副搬送波のグループ化を追跡することができるようにしてもよい。
【００９８】
例示されるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、この場合、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信機６００にＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）ブロック６０８（１）〜６０８（Ｍ）を含み、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機６０２内にＦＦＴ（高速フーリエ変換）ブロック６２５（１）〜６２５（Ｍ）を含むこと以外は、図７〜図８に示した例示のＭＩＭＯシステムと同様である。ＩＦＦＴブロック６０８（１）〜６０８（Ｍ）を使用して、各ＲＦチェーンは、この場合、ＭＩＭＯ通信システムにおける単一のチャネルではなく、サブチャネルグループを送信している。
【００９９】
ＩＦＦＴブロック６０８（１）〜６０８（Ｍ）は、周波数ドメインにおいて並列であるデータストリームを取り込み、それらのデータストリームの合算の単一時間表現をデジタル−アナログ変換器６１２（１）〜６１２（Ｍ）に与える。サブチャネル作成ブロック６１０が、いずれのサブチャネルがいずれのアンテナ素子に送信されるかを決定する。
【０１００】
本発明の多くの変形形態、およびその他の実施形態が、上記の説明および関連する図面で提示される教示を利用する当業者に想起されよう。したがって、本発明は、開示される特定の諸実施形態に限定されず、複数の変形形態および実施形態が添付の特許請求の範囲に含まれるものとされることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明によるＭＩＭＯ通信システムのブロック図である。
【図２】図１に示されるＭＩＭＯ通信システムの受信側の要素についての、より詳細なブロック図である。
【図３】本発明による、ブラインド信号分離処理のための信号の異なる加算を提供するために、アレイ偏向に基づいて動作するＭＩＭＯ受信機のブロック図である。
【図４】本発明による、ブラインド信号分離処理のための信号の異なる加算を提供するために、パス選択に基づいて動作するＭＩＭＯ受信機のブロック図である。
【図５】本発明による、ブラインド信号分離処理のための信号のさらなる加算を提供するために、拡散符号に基づいて動作するＭＩＭＯ受信機のブロック図である。
【図６】本発明による、ブラインド信号分離処理のための信号のさらなる加算を提供するために、同相信号成分および直交信号成分に基づいて動作するＭＩＭＯ受信機のブロック図である。
【図７】本発明によるＭＩＭＯ送信機のブロック図である。
【図８】本発明によるＭＩＭＯ受信機のブロック図である。
【図９】本発明によるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信機のブロック図である。
【図１０】本発明によるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機のブロック図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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