(57)【要約】  開示にしたがって、無線直交周波数分割変調(orthogonal frequency multiplexing, OFDM)通信を推定し、追跡するように適応させられたシステムが開示される。システムは、チャネル条件を受ける散在させられたパイロットシンボルを使用し、複数の受信したパイロットシンボルを使用して、ある期間にわたるチャネル条件の相関性にしたがって、チャネル値を推定する。チャネルを追跡するのに、カルマンフィルタが使用される。【選択図】    図４
2008507216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線直交周波数分割変調(wireless orthogonal frequency division modulation, OFDM)通信システムのチャネルを推定し、追跡する方法であって、
少なくとも１本の送信アンテナを介して送信された複数のデータシンボル間に散在させられた複数のパイロットシンボルを受信することであって、
前記複数のパイロットシンボルは、チャネル条件にしたがい、
前記複数のパイロットシンボルは、時間またはＯＦＤＭ副搬送波の少なくとも一方において任意に散在させられていることと、
複数の受信パイロットシンボルを使用して、ある期間にわたるチャネル条件の相関性にしたがって、チャネル値を推定することとを含む方法。
【請求項２】
複数のパイロットシンボルが、実質的にランダムな時間−周波数パターンで分布させられている請求項１記載の方法。
【請求項３】
チャネル値を使用するフォワードスケジューリングのステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記複数のパイロットシンボルが、ある期間にわたって複数の副搬送波間に均等に散在させられている請求項１記載の方法。
【請求項５】
推定するステップが、カルマンタイプのフィルタを使用して、チャネル値を反復的に判断する請求項１記載の方法。
【請求項６】
推定するステップが、カルマンタイプのフィルタを使用して、行列反転を行うことなく、チャネル値を反復的に判断する請求項１記載の方法。
【請求項７】
チャネル値が、チャネル センシティブ シグナリングの測定値を示す請求項１記載の方法。
【請求項８】
チャネル値が、チャネルに割り当てられた初期値によって定められる請求項１記載の方法。
【請求項９】
チャネル値に割り当てられた初期値が、ゼロである請求項８記載の方法。
【請求項１０】
チャネル推定値が、受信した複数のパイロットシンボルとチャネルの前の推定値との寄与の平衡をとるように適応させられた第１のパラメータによっても定められる請求項９記載の方法。
【請求項１１】
チャネル推定値が、受信した複数のパイロットシンボルと受信雑音レベルとの比によって定められる第２のパラメータによっても定められる請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
第１のパラメータに初期値を割り当てることをさらに含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
チャネルの実際の値と推定値との間の差によって定められる推定誤差の共分散行列においてトレース動作を行うことによって定められる第３のパラメータに、初期値を割り当てることをさらに含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
第３のパラメータの値にしたがって、第１のパラメータの値を修正する第１の修正ステップを行うことと、
第１のパラメータの修正された値にしたがって、チャネル推定値を修正する第２の修正ステップを行うことと、
第１のパラメータの修正された値にしたがって、第３のパラメータの値を修正する第３の修正ステップを行うことと、
第１のパラメータ、チャネル推定値、および第３のパラメータの各々の値が、関係付けられた所定の条件を満足させるレベルに収束するまで、第１、第２、および第３の修正ステップを行い続けることとをさらに含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
第３のパラメータに、１の初期値を割り当てることをさらに含む請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
関係付けられた所定の条件を満たすチャネル推定値が、チャネルの実質的にバイアスをかけられていない推定量である請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
推定誤差の共分散行列が、実質的に最小の分散推定量である請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記複数のパイロットシンボルが、無線通信システムがしたがうように構成された送信プロトコルの一部として送信されるシンボルである請求項１記載の方法。
【請求項１９】
チャネル推定値が、チャネルの周波数応答によっても定められる請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
無線ＯＦＤＭ通信のチャネルを推定し、追跡するように適応させられた装置であって、
少なくとも１本の送信アンテナを介して送信された複数のデータシンボル間に任意に散在させられた複数のパイロットシンボルを受信するように構成された第１のモジュールであって、前記複数のパイロットシンボルがチャネルに沿って種々の時間遅延を受けて受信される第１のモジュールと、
複数の受信パイロットシンボルを使用して、ある期間にわたる時間遅延の反復的な相関性にしたがって、チャネル値を推定し、チャネル値を使用してリンクのスケジューリングを行うように構成された第２のモジュールとを含む装置。
【請求項２１】
無線通信システムが、ＯＦＤＭＡ通信システムである請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
複数のパイロットシンボルが、異なる時間において、種々のタップを受ける請求項２０記載の装置。
【請求項２３】
複数のパイロットシンボルが、変調または符号化の少なくとも一方によって、パイロットシンボルとして認識可能である請求項２０記載の装置。
【請求項２４】
複数のパイロットシンボルが、
特定のＯＦＤＭ副搬送波上で送られる時間か、または、
選択されたＯＦＤＭ副搬送波の少なくとも一方において、ランダムに散在させられている請求項２０記載の装置。
【請求項２５】
第２のモジュールが、カルマンタイプのフィルタを使用して、チャネル値を推定し、チャネル値を反復的に判断するようにも構成されている請求項２０記載の装置。
【請求項２６】
チャネル推定値が、チャネルに割り当てられた初期値によって定められる請求項２０記載の装置。
【請求項２７】
チャネル推定値が、受信した複数のパイロットシンボルとチャネルの前の推定値との寄与の平衡をとるように適応させられた第１のパラメータによっても定められる請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
チャネル推定値が、複数の受信パイロットシンボルと受信雑音レベルとの比によって定められる第２のパラメータによっても定められる請求項２６記載の装置。
【請求項２９】
第１のパラメータに、初期値を割り当てるように構成された第３のモジュールをさらに含む請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
チャネルの実際の値と推定値との間の差によって定められる推定誤差の共分散行列においてトレース動作を行うことによって定められる第３のパラメータに、初期値を割り当てるように構成された第４のモジュールをさらに含む請求項２９の装置。
【請求項３１】
第３のパラメータの値にしたがって、第１のパラメータの値を修正する第１の修正ステップを行うように構成された第５のモジュールと、
第１のパラメータの修正された値にしたがって、チャネル推定値を修正する第２の修正ステップを行うように構成された第６のモジュールと、
第１のパラメータの修正された値にしたがって、第３のパラメータ値を修正する第３の修正ステップを行うように構成された第７のモジュールとをさらに含み、第１のパラメータ、チャネル推定値、および第３のパラメータの各々の値が、関係付けられた所定の条件を満足させるレベルに収束するまで、第５、第６、および第７のモジュールが、第１、第２、および第３の修正ステップを行い続けるようにも構成されている請求項３０記載の装置。
【請求項３２】
第３のパラメータに、１の初期値を割り当てるように構成された第８のモジュールをさらに含む請求項３１記載の装置。
【請求項３３】
推定誤差の共分散行列が、実質的に最小の分散推定量である請求項３０記載の装置。
【請求項３４】
チャネル推定値が、チャネルの周波数応答によっても定められる請求項３２記載の装置。
【請求項３５】
装置が、少なくとも２本のアンテナを含み、第２のモジュールが、複数の少なくとも２本のアンテナの各々に対するチャネル値を個別に推定する請求項２０記載の装置。
【請求項３６】
無線ＯＦＤＭ通信システムのチャネルを推定し、追跡するように適応させられた装置であって、
少なくとも１本の送信アンテナを介して送信された多数のデータシンボル間に任意に散在させられた複数のパイロットシンボルを受信する手段であって、前記複数のパイロットシンボルがチャネルに沿って種々の時間遅延で受信される手段と、
複数の受信パイロットシンボルを使用して、ある期間にわたる時間遅延の反復的な相関性にしたがって、チャネル値を推定する手段とを含み、チャネルが、複数のＯＦＤＭサブチャネルを含む装置。
【請求項３７】
推定ステップが、カルマンタイプのフィルタを使用して、チャネル値を反復的に判断する請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
複数のパイロットシンボルが、時間またはＯＦＤＭ副搬送波の少なくとも一方の間に任意に散在させられている請求項３６記載の装置。
【請求項３９】
チャネル値を使用するリンクスケジューリングのための手段さらに含む請求項３６記載の装置。
【請求項４０】
チャネル推定値が、チャネルに割り当てられた初期値によって定められる請求項３６記載の装置。
【請求項４１】
チャネルに割り当てられる初期値が、ゼロである請求項４０記載の装置。
【請求項４２】
チャネル推定値が、複数の受信パイロットシンボルとチャネルの前の推定値との寄与の平衡をとるように適応させられた第１のパラメータによっても定められる請求項４０記載の装置。
【請求項４３】
チャネル推定値が、複数の受信パイロットシンボルと受信雑音レベルとの比によって定められる第２パラメータによっても定められる請求項４２記載の装置。
【請求項４４】
第１のパラメータに初期値を割り当てる手段をさらに含む請求項４３記載のシステム。
【請求項４５】
チャネルの実際の値と推定値との間の差によって定められる推定誤差の共分散行列においてトレース動作を行うことによって定められる第３のパラメータに、初期値を割り当てる手段をさらに含む請求項４４記載の装置。
【請求項４６】
第３のパラメータの値にしたがって、第１のパラメータの値を修正する第１の修正ステップを行う手段と、
第１のパラメータの修正された値にしたがって、チャネル推定値を修正する第２の修正ステップを行う手段と、
第１のパラメータの修正された値にしたがって、第３のパラメータの値を修正する第３の修正ステップを行う手段と、
第１のパラメータ、チャネル推定値、および第３のパラメータの各々の値が、関係付けられた所定の条件を満足させるレベルに収束するまで、第１、第２、および第３の修正ステップを行い続ける手段とをさらに含む請求項４５記載の装置。
【請求項４７】
１の初期値を、第３のパラメータに割り当てる手段をさらに含む請求項４６記載のシステム。
【請求項４８】
推定誤差の共分散行列が、実質的に最小の分散推定量である請求項３６記載の装置。
【請求項４９】
チャネル推定値が、チャネルの周波数応答によっても定められる請求項３６記載の装置。
【請求項５０】
装置が、少なくとも２本のアンテナを含み、チャネル値を推定する手段が、複数の少なくとも２本のアンテナの各々のチャネル値を個別に推定する手段を含む請求項３６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本出願は、２００４年７月１６日に出願された米国仮出願第６０／５８８，５９９号（“Channel Tracking with Scattered Pilots”）の米国特許法第１１９条のもとでの恩恵を主張し、その内容は、参照によって全体的に本明細書に取り入れられている。
【０００２】
本開示は、無線ディジタル通信システム、とくに、そのようなシステムにおけるチャネル特性および干渉レベルの推定に関する。
【背景技術】
【０００３】
無線ディジタル通信およびデータ処理システムに対する需要は、増加傾向にある。ほとんどのディジタル通信チャネルに内在するものは、データを含んでいるフレーム、パケット、またはセルを転送するときに取り込まれるエラーである。このようなエラーは、電気的干渉または熱雑音によってしばしば引き起こされる。データ送信の誤り率は、部分的に、データを運ぶ媒体に依存する。銅ベースのデータ送信システムの標準ビット誤り率は、１０−６程度である。光ファイバの標準ビット誤り率は、１０−９以下である。他方で、無線送信システムは、１０−３以上の誤り率をもち得る。無線送信システムの比較的に高いビット誤り率は、そのようなシステムを介して送信されたデータの符号化および復号において、ある特定の問題を呈する。一部は、その数学的な取り扱い易さのために、一部は、広範なクラスの物理的通信チャネルへの適用のために、加法的白色ガウス雑音(additive white Gaussian noise, AWGN)モデルが、ほとんどの通信チャネルにおいて雑音を特徴付けるのにしばしば使用される。
【０００４】
データは、しばしば、送信機において、制御されたやり方で、冗長を含んで、符号化される。冗長は、チャネルによって送信されている間にデータに取り込まれる雑音および干渉を克服するために、受信機によって後で使用される。例えば、送信機は、ある符号化方式にしたがって、ｋビットをｎビットで符号化し得る（なお、ｎは、ｋよりも大きい）。データの符号化によって取り込まれる冗長の量は、ｎ／ｋの比率によって判断され、この逆は、符号率と呼ばれる。ｎビットの列を表わす符号語は、符号器によって生成され、通信チャネルとインターフェースしている変調器へ送られる。変調器は、各受信した列をシンボルへマップする。Ｍに関するシグナリング（M-ary signaling）において、変調器は、各ｎビットの列を、Ｍ＝２ｎ個のシンボルの１つへマップする。２進形式以外のデータが符号化されることもあるが、一般に、データは、２進数字の列によって表わすことができる。しばしば、チャネル等化およびチャネル センシティブ シグナリング（channel-sensitive signaling）のような動作を行うことができるようにするために、チャネルを推定し、追跡することが望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
直交周波数分割変調(Orthogonal frequency division modulation, OFDM)は、時間−周波数の同期化にセンシティブである。パイロットトーンの使用は、チャネル推定が、送信経路を特徴付けることを可能にする。送信機が受信機と同期を維持すると、送信の誤り率が低減する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの実施形態において、本開示は、無線直交周波数分割変調(ＯＦＤＭ)通信のチャネルを推定し、追跡するように適応させられたシステムを与える。システムは、第１と第２のモジュールとを含む。第１のモジュールは、少なくとも１本の送信アンテナを介して送信される複数のデータシンボル間に任意に散在させられた多数のパイロットシンボルを受信するように構成されている。多数のパイロットシンボルは、チャネルの遅延およびマルチパスの影響を示す多数のタップを介して受信される。第２のモジュールは、複数の受信パイロットシンボルを使用して、ある期間にわたるチャネルタップの反復的な相関性にしたがって、チャネル値を推定するように構成されている。第２のモジュールは、チャネル値を使用して、リンクのスケジューリングを行う。
【０００７】
別の実施形態において、本開示は、無線ＯＦＤＭ通信システムのチャネルを推定し、追跡する方法を与える。１つのステップにおいて、少なくとも１本の送信アンテナを介して送信されるデータシンボル間に散在させられたパイロットシンボルが受信される。パイロットシンボルは、チャネルの遅延およびマルチパスの影響を示す複数のタップを介して受信される。パイロットシンボルは、時間またはＯＦＤＭ副搬送波の少なくとも一方の間に任意に散在させられている。チャネル値は、複数の受信パイロットシンボルを使用して、ある期間にわたるチャネルタップの相関性にしたがって推定される。
【０００８】
また別の実施形態において、本開示は、無線ＯＦＤＭ通信システムのチャネルを推定し、追跡するように適応させられたシステムを与える。システムは、受信手段および推定手段を含む。受信手段は、少なくとも１本の送信アンテナを介して送信される多数のデータシンボル間に任意に散在させられたパイロットシンボルを受信する。パイロットシンボルは、チャネルの遅延およびマルチパスの影響を示すタップを介して受信される。推定手段は、複数の受信パイロットシンボルを使用して、ある期間にわたるチャネルタップの反復的な相関性にしたがって、チャネルを推定する。チャネルは、複数のＯＦＤＭサブチャネルを含む。
【０００９】
本開示の適用可能性をもつ別の領域は、後で与えられる詳細な記述から明らかになるであろう。詳細な記述および具体的な例は、開示の種々の実施形態を示す一方で、例示することのみを意図しており、必ずしも開示の範囲を制限することを意図しているとは限らないと理解されるはずである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次の記述は、好ましい例示的な実施形態のみを与え、開示の範囲、適用可能性、または構成を制限することを意図していない。むしろ、好ましい例示的な実施形態の次の記述は、当業者に、開示の好ましい例示的な実施形態を実施するための可能にする記述を与えるであろう。本発明の請求項に記載されている開示の意図および範囲から逸脱することなく、素子の機能および配置において種々の変更が行われ得ると理解される。
【００１１】
実施形態を完全に理解させるために、次の記述において、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、当技術において普通の技能をもつ者には、実施形態がこれらの具体的な詳細なしに実行され得ると理解されるであろう。例えば、回路は、不要な詳細で実施形態を不明瞭にしないようにするために、ブロック図で示され得る。他の例では、周知の回路、プロセス、アルゴリズム、構造、および技術は、実施形態を不明瞭にするのを避けるために、不要な詳細なしに示され得る。
【００１２】
さらに加えて、実施形態は、フローチャート、流れ図、データの流れ図、構造図、またはブロック図として示されているプロセスとして記載され得ることに注意すべきである。フローチャートは、動作を連続プロセスとして記載し得るが、動作の多くは、並行して、または同時に行うことができる。さらに加えて、動作の順番は並べ替えられ得る。その動作が完了したときに、プロセスは終了するが、図中に含まれていない追加のステップをもつことがあり得る。プロセスは、方法、機能、手続き、サブルーチン、サブプログラム、等に相当し得る。プロセスが機能に相当するとき、その終了は、機能が呼び出し機能またはメイン機能へ戻ることに相当する。
【００１３】
さらに加えて、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはその任意の組合せによって実施され得る。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、またはマイクロコードで実施されるとき、必要なタスクを行うプログラムコードまたはコードセグメントは、記憶媒体のような、機械読出し可能媒体に記憶され得る。プロセッサは、必要なタスクを行い得る。コードセグメント、またはコンピュータ実行可能命令は、手続き、機能、サブプログラム、プログラム、ルーチン、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、クラス、あるいは命令、データ構造、またはプログラム文の任意の組合せを表わし得る。コードセグメントは、情報、データ、引き数、パラメータ、またはメモリ内容を送るか、または受信するか、あるいはこの両者をすることによって、別のコードセグメントまたはハードウェア回路に結合され得る。情報、引き数、パラメータ、データ、等は、メモリを共有すること、メッセージを送ること、トークンを送ること、ネットワーク送信、等を含む任意の適切な手段によって、送られるか、送付されるか、または送信され得る。
【００１４】
マルチキャリアシステムにおいて時間と共に変化する周波数選択チャネルの推定および追跡は、任意の、ランダムな、擬似ランダムな、および／または実質的にランダムな時間−周波数パターンをもつ散在させられたパイロットトーンを使用するアルゴリズムにしたがって実行される。パイロットトーンは、既知の変調および符号化方式をもち、したがって、それらが送信された時間を判断することができる。アルゴリズムは、チャネルの前の推定値を、パイロットシンボルの受信した値と共に使用して、任意の時間インスタンスにおけるチャネル値を再帰的に推定する線形モデルに基づく。チャネル値は、チャネルの指標、例えば、チャネル品質指標(channel quality indicator, CQI)、信号対雑音比、信号強度、または空間選択チャネルの条件を含むチャネル センシティブ シグナリングの任意の他の測定値である。アルゴリズムは、チャネルの負荷、パイロットシンボルと受信雑音レベルとの比、およびチャネル推定誤差の共分散行列を表す多数のパラメータを使用する。アルゴリズムは、修正されたそのようなパラメータ値およびチャネル推定値が、所定の条件を満たすように収束するまで、パラメータ値およびチャネル推定値を修正する。チャネル値は、１つの実施形態において、リンクのスケジューリングに使用される。
【００１５】
パイロットトーンは既知の変調および符号化方式をもち、したがって、受信機は、それらをパイロットトーンとして認識するために、それらが送信されているときを必ずしも知らなくてもよい。受信機は、地理的に、無線空間全体に分布し、したがって、それらは、送信機からの変化する伝搬遅延およびマルチパスの影響でタップとしての役割を果たす。チャネル推定値は、パイロットトーンのタップの解析に基づいて、反復的に判断することができる。チャネル推定値は、１つの実施形態において、リンクのスケジューリングに使用することができる。
【００１６】
本開示にしたがって、マルチキャリアシステムにおける時間と共に変化する周波数選択チャネルの推定および追跡は、任意の時間−周波数パターンをもつ散在させられたパイロットトーンを使用して実行される。チャネル推定値は、チャネルのバイアスをかけられていない推定値であり、さらに加えて、チャネルの実際の値と推定値との間の差によって定められる推定誤差の共分散行列は、最小分散をもつ。しかしながら、このような推定値の周りにわずかなばらつきがあり得ると理解される。
【００１７】
チャネルを推定し、追跡するために、線形モデルを想定し、これにしたがって、任意の時間インスタンスにおいて、チャネルの前の推定値とパイロットシンボルの受信値とを一緒に使用して、チャネルの新しい値を推定する。パイロットシンボルは、無線通信システムがしたがうように構成された送信プロトコルの一部、したがって、例えば、信号領域の一部であり得る。その代わりに、パイロットシンボルは、チャネルを推定するために、データシンボル間に挿入される特別なシンボルであり得る。
【００１８】
１つの実施形態において、システムは、ＯＦＤＭＡシステムであり、チャネルに割り当てられる初期値は、０の値をもち得る。推定／追跡アルゴリズムは、一部として、チャネルの負荷を表し、受信パイロットシンボルとチャネルの前の推定値との寄与の平衡をとるように適応させられた第１のパラメータ、パイロットシンボル対受信雑音の比を表す第２のパラメータ、および推定誤差の共分散行列においてトレース動作を行うことによって得られる第３のパラメータを使用する。
【００１９】
このアルゴリズムにしたがって、第１のパラメータ値およびチャネルは、新しい推定値に達するように、再帰的に更新される。第３のパラメータ値も、第１のパラメータの修正された値を反映するように更新される。第１のパラメータ、チャネル推定値、および第３のパラメータの値が、所定の条件を満たすように収束するまで、修正は再帰的に続く。
【００２０】
チャネル推定／追跡の基礎となるアルゴリズムは、チャネルの時間領域応答の有限の支援を仮定し、チャネルの変動（variation）またはその近似値の既知のドップラスペクトルに関係するチャネル応答の時間領域の相関性を使用する。アルゴリズムは、使用されるパイロットシンボルの制限された数のために、チャネル推定／追跡の初期段階(initial phase)において現れる特異性も説明する。アルゴリズムは、ＯＦＤＭＡ逆方向リンクの制御チャネル上で得られる制限された数のパイロットシンボルによって、チャネル状態情報の最善の努力の推定（best-effort estimation）をもたらす。アルゴリズムは、順方向リンクのビーム形成のようなチャネル センシティブ スケジューリング（channel sensitive scheduling）、または周波数センシティブ スケジューリング（frequency sensitive scheduling）に使用され得る。
【００２１】
本開示にしたがって、マルチキャリアシステムにおける、時間と共に変化する周波数選択チャネルの推定および追跡は、任意の時間−周波数パターンをもつ散在させられたパイロットトーンを使用して実行される。散在させられたパイロットは、ある期間にわたる異なるトーンにおいて現われ、帯域全体に実質的に散在させられている。チャネル推定値は、実質的にバイアスをかけられていない推定値である。さらに加えて、チャネルの実際の値と推定値との間の差によって定められる推定誤差の共分散行列は、実質的に最小の分散をもつ。
【００２２】
上述のアルゴリズムおよび上述の方法は、アンテナごとに行われ得る。したがって、チャネルは、各アンテナに対して推定され得る。これらの推定値は、チャネルの空間署名（signature）または空間−時間署名を得るために使用され得る。したがって、推定値は、ビーム形成、ビームステアリング、または他の空間の機能性を与えるために使用されることができる。
【００２３】
チャネル推定／追跡の基礎となるアルゴリズムは、チャネルの時間領域応答の有限の支援を仮定し、チャネルの変動またはその近似値の既知のドップラスペクトルに関係するチャネル応答の時間領域の相関性を使用する。アルゴリズムは、使用されるパイロットシンボルの制限された数のために、チャネル推定／追跡の初期段階において現れる特異性も説明する。アルゴリズムは、ＯＦＤＭＡ逆方向リンクの制御チャネル上で得られる制限された数のパイロットシンボルによって、チャネル状態情報の最善の努力の推定をもたらす。アルゴリズムは、順方向リンクのビーム形成のようなチャネル センシティブ スケジューリング、または周波数センシティブ スケジューリングに使用され得る。
【００２４】
図１は、示されているように、送信機／受信機12、14と送信機／受信機16、18との間の通信に使用される無線ネットワーク10の例を示している。送信機／受信機12、14、16、18の各々は、１本または多数本の送信／受信アンテナ(示されていない)をもち得る。別々の送信および受信アンテナが示されているが、アンテナは、信号の送信および受信の両者に使用され得る。信号が送信されるチャネルを形成する自由空間媒体は、しばしば雑音が入り、受信信号に影響を与える。雑音による干渉レベルおよび送信チャネルの特性の推定は、タップを示す受信機においてしばしば行われる。無線空間内の地理的な位置が、タップの異なる遅延をもたらす。
【００２５】
図２は、無線送信システム100の送信端の実施形態の単純化されたブロック図である。無線送信システムは、一部に、符号器110、空間−周波数インターリーバ120、変調器130、160、ＯＦＤＭブロック140、170、または送信アンテナ150、180を含んでいるように示されている。変調器130、ＯＦＤＭブロック140、および送信アンテナ150は、第１の送信経路115に配置されており、変調器160、ＯＦＤＭブロック170、および送信アンテナ180は、第２の送信経路125に配置されている。無線送信システムの例示的な実施形態100は、２本の記載された送信経路のみを含んでいるように示されているが、無線送信システム100は、３本以上の送信経路を含み得ると理解される。送信アンテナ150、180によって送信されたデータは、無線受信システムの１本以上のアンテナによって受信される。例えば、パイロットシンボルおよびデータシンボルは、ＯＦＤＭチャネルの種々の副搬送波上で送信される。
【００２６】
図３は、無線受信システム200の受信端の実施形態の単純化されたブロック図である。無線受信システム200は、一部に、受信アンテナ205、255、フロントエンド（front-end, FE）ブロック210、260、復調器215、265、空間−周波数デインターリーバ220、270、および復号器225、285を含んでいるように示されている。無線受信システム200は、１対の受信送信経路を含んでいるように示されているが、無線受信システム200は、３本以上の送信経路を含み得ると理解される。パイロットシンボルおよびデータシンボルは、無線受信システム200によって受信される。各送信経路は、特定の副搬送波と関係する。ある期間にわたる反復的なパイロットシンボルの解析は、チャネルを特徴付けることを可能にする。
【００２７】
さらに加えて、推定は、各受信機チェーンにおいて反復的に行われ得る。例えば、アンテナ205および255における受信に対して個別の推定が行われる。これは、チャネルが、送信機と受信機との間の各空間チャネルごとに推定されることを可能にする。その推定値を使用し、例えば、結合し、各アンテナの異なるチャネルから、チャネルの空間署名または時間−空間署名を得ることができる。したがって、ビーム形成、ビームステアリング、または他の空間の機能性を与えるために、推定値を使用することができる。
【００２８】
ｆｓ分の間隔が置かれているＮ個の直交トーンを用いたＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡの送信を仮定する。さらに加えて、送信機が、図４に示されているような、受信機に分かっている、ある特定の時間周波数パターンで、パイロットシンボルを送ると仮定する。後述では、その時間−周波数パターンにおける異なるパイロットトーンの総数Ｎは、チャネルのタップ数Ｌ以上である、すなわち、Ｎ≧Ｌであると仮定する。このようなパイロットパターンは、Ｌ個までのタップで、ベースバンドチャネル応答の推定を可能にする。次の解析では、超過遅延の影響は、無視できるものであると仮定する。さらに加えて、ＯＦＤＭＡシンボル期間Ｔｓ＝１／ｆｓにおけるチャネルの変動も無視できるものであり、雑音はＡＷＧＮであると仮定する。チャネルｈｋは、次の式によって表わされると仮定する。
【００２９】
ｈｋ＝〔ｈｋ〔０〕，ｈｋ〔ｌ１〕，．．．，ｈｋ〔ｌＬ−１〕〕Ｔ
したがって、チャネルｈｋは、任意の所与の時間インスタンスｔｋに対して、相対遅延ｌ１，．．．，ｌＬ−１をもつチャネルタップのＬ×１のベクトルである。時間インスタンスは、チャネル更新ステップ、１つのＯＦＤＭＡシンボル期間、スロットまたはフレーム期間、等を表し得る。次に式（１）に示されているように、チャネルは、スカラー複素ガウス一次チャネルプロセス(scalar complex Gaussian first order channel process)をもつ、時間と共に変化するチャネルであると仮定する。
【数１】
2008507216.tif 000003
【００３０】
式（１）において、Ｎｃ（●，●）は、それぞれ、その平均値と共分散行列とによって特定される複素循環ガウスベクトルを表し、Ｉ●は、（●×●）の恒等行列である。さらに加えて、プロセスは、追跡間隔にわたって静止し、したがって、次の式、すなわち、
ｒｋ＝ｒ（ｔｋ−ｔｋ−１）
によって定められるｒｋは、チャネル変動モデル、例えば、そのドップラスペクトルから得られ得ると仮定する。ｒｋは、既知であると仮定する。
【００３１】
したがって、ステップｋにおいて受信される信号ｘｋは、式（２）において次に示されているように定められ得る。
【００３２】
ｘｋ＝ρＨ〔ｍｋ〕＋ηｋ，      ηｋ〜Ｎｃ（０，１）          （２）
ここで、ρ２＝（Ｅρ／Ｎ０）は、パイロット対雑音比を表し、Ｈ〔ｍｋ〕は、指標ｍｘをもつパイロットトーンに対応するチャネル周波数応答を表す。ここで、（０≦ｍｋ＜Ｎ）であり、ηｋは、観測雑音を表す。チャネル周波数応答は、次に示されているように、書き直され得る。
【数２】
2008507216.tif 000004
【００３３】
上述において、１ステップ当たりに１つのトーンがあり、したがって、チャネル推定値が、１ステップ当たりに１つのみのパイロット観測値で更新されることを可能にし、その結果として、これは、チャネル推定／追跡の複雑さを低減する。しかしながら、多数のトーンが一度に観測されるとき、同じ時間インスタンスｔに対応する多数のステップがあり得る(例えば、ｔｋ＝ｔｋ−１＝...)と理解される。
【数３】
2008507216.tif 000005
【数４】
2008507216.tif 000006
【００３４】
開始段階（start-up phase）において、この条件は、チャネル情報が得られない部分空間において、雑音が集められないことを保証する。現在／過去のパイロットがＬ次元空間全体にわたる定常状態において、この条件は、次の式を与える。
【数５】
2008507216.tif 000007
【数６】
2008507216.tif 000008
【００３５】
データトーンの組ΩＤが、トーンの組全体と一致するときに、式（５）の完全な同等が成立する。データトーンがスペクトル全体において均等に分布しているときは必ず、式（５）における漸近同値が成立する。時間−周波数のパイロットパターンの適切な設計をもち、広義の静止チャネルプロセスを仮定すると、推定／追跡は、基準化された恒等行列に等しい定常段階（steady phase）の共分散行列Ｑ∞を与え、それによって定常段階における最小の最悪の場合の分散を保証する。
【数７】
2008507216.tif 000009
【数８】
2008507216.tif 000010
【数９】
2008507216.tif 000011
【００３６】
開始段階中のγｋの値を判断するために、式（１１）において、Ｐｋ−１＜ＩＬであると仮定する。開始段階において、全パイロットトーンは、チャネル推定値に対する新しい方向で寄与することも仮定される。この条件は、次のことを要求する。
【数１０】
2008507216.tif 000012
【００３７】
式（１３）は、負荷パラメータγｋに関して不変である。１つの観測値（例えば、ｘｋ)は、１つの自由度の推定値を与えることができる。包含関係ｓｐａｎ｛Ｐｋ−１｝⊂ｓｐａｎ｛Ｐｋ｝にされるので、開始段階において、特別なパイロットを追加することは、チャネル推定値に特別な方向を加えることになる。言い換えると、ｘｋの値は、全空間に対するＰｋ−１の直交補数である部分空間上へのｗｋの正規化されたバージョンの直交射影に適用される基準化の推定値へ変換される。
【数１１】
2008507216.tif 000013
【数１２】
2008507216.tif 000014
【数１３】
2008507216.tif 000015
【数１４】
2008507216.tif 000016
条件（１８）は、擬似ランダムなパイロットパターンが使用されるときに、統計上で満たされる（すなわち、確率１をもつ）。チャネルプロセスに関して、ｋが増加するのにしたがって、ｒｋは、固定のｒ∞に収束すると仮定する。多くの例において、ｒｋは定数であり、すなわち、ｒｋ＝ｒであると仮定され得る。別の例では、例えば、可変更新時間、ｒｋは、変化し得る。
【数１５】
2008507216.tif 000017
【数１６】
2008507216.tif 000018
【数１７】
2008507216.tif 000019
【数１８】
2008507216.tif 000020
【数１９】
2008507216.tif 000021
【００３８】
式（２４）に対する閉じた形の解が、見付けられ得る。テーブルＩは、擬似コードの形で既に記載されたチャネル推定／追跡手続きの概要を与える。
【表１】
2008507216.tif 000022
【数２０】
2008507216.tif 000023
【数２１】
2008507216.tif 000024
【００３９】
テーブルＩＩは、テーブルＩの擬似コードをさらに単純化している。テーブルＩＩは、共通の初期設定を使用し、開始段階と定常段階とを区別していない。この単純化は、定常段階に影響を与えない。
【表２】
2008507216.tif 000025
【００４０】
式（２４）に示されているチャネルプロセスの適切な特徴付けは、チャネル変動のドップラスペクトルに依存する。具体的には、式（２５）である。
【数２２】
2008507216.tif 000026
【００４１】
ここで、ＳＤ（ｆ）は、チャネル変動の電力スペクトル密度であり、これは、一般に、移動端末の速度と伝搬環境とに依存する。１つの従来モデルは、移動端末の付近における、一様な方位角分布の、たくさんの散在と、固定速度とを仮定している。Ｕ字型スペクトルとして知られている、対応するドップラスペクトルは、次のように定められる。
【数２３】
2008507216.tif 000027
【００４２】
別の従来モデルは、次に定められている一様なスペクトルを仮定している。
【数２４】
2008507216.tif 000028
【００４３】
ここで使用されている時間−周波数のパイロットパターンは、次の式によって定められる。
【数２５】
2008507216.tif 000029
【００４４】
このようなパターンは、任意の制限された時間期間における全帯域幅の一様な収束を保証し、それによって、迅速に変化するチャネルの推定および追跡を可能にする。
【００４５】
チャネル推定および追跡は、プログラムを形成し、例えば、中央処理ユニットによって命令／データとして実行される１つ以上のソフトウェアモジュールの種々のコードを使用して、または、チャネルおよび干渉レベルを判断するために、特別に構成された専用のハードウェアモジュールを使用して実行され得る。その代わりにチャネル推定は、ソフトウェアおよびハードウェアモジュールの組合せを使用して実行され得る。
【００４６】
本開示の上述の実施形態は、例示的であり、制限していない。種々の代わりおよび同等のものが可能である。開示は、行われる符号化、復号、変調、復調、結合、固有ビーム形成（eigenbeamforming）、等のタイプによって制限されない。開示は、送信機または受信機におけるチャネルの数によって制限されない。開示は、本開示が配置され得る集積回路のタイプによって制限されない。開示は、本開示を製造するのに使用され得る任意の特定のタイプの処理技術、例えば、ＣＭＯＳ、バイポーラ、またはＢＩＣＭＯＳにも制限されない。他の追加、削除、または修正は、本開示を考慮して明らかであり、本発明の特許請求項の範囲内に入ることを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】１つ以上の無線ネットワークを介して通信するように適応させられた多数の通信デバイスを示す図。
【図２】無線通信システムの送信端に配置されているブロックの幾つかの高レベルのブロック図。
【図３】無線通信システムの受信端に配置されているブロックの幾つかの高レベルのブロック図。
【図４】本開示にしたがって、チャネル特性の推定／追跡を可能にするデータシンボル間に配置された多数のパイロットシンボルを示す図。
【符号の説明】
【００４８】
10・・・無線ネットワーク、12,14,16,18・・・送信機／受信機、100・・・無線送信システム、115・・・第１の送信経路、125・・・第２の送信経路、150,180・・・送信アンテナ、200・・・無線受信システム、205,255・・・受信アンテナ。
【図１】
2008507216.tif 000030
【図２】
2008507216.tif 000031
【図３】
2008507216.tif 000032
【図４】
2008507216.tif 000033
【国際調査報告】
2008507216.tif 000034
2008507216.tif 000035