(57)【要約】      （修正有）【課題】ＯＦＤＭＡセルラネットワークに対して協調通信及び共用ハンドオフを提供する。【解決手段】セルラネットワークにおいて、シンボルが符号化及び変調されることにより変調信号が生成される。変調信号は、空間マッピング行列を使用して副搬送波にマッピングされる。マッピングされた信号に対して逆高速フーリエ変換が適用されることにより、トーンのグループが生成される。トーンのグループは、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）信号として同じチャネルを使用して複数の受信機に同時に送信されている。各受信機に対して１つのトーンのグループがある。【選択図】図１Ａ
2008172753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルラネットワークにおいて通信する方法であって、送信機のセットの各送信機において、
シンボルを符号化するステップと、
前記符号化されたシンボルを変調することにより変調信号を生成するステップと、
空間マッピング行列を使用して前記変調信号を副搬送波にマッピングするステップと、
前記マッピングされた信号に逆高速フーリエ変換を適用することによりトーンのグループを生成するステップと、
信号チャネルを使用して前記送信機のセットから前記トーンのグループを直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）信号として受信機に同時に送信するステップと
を含む、セルラネットワークにおいて通信する方法。
【請求項２】
前記送信機はアクセスポイントであり、前記受信機は移動局である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記セットにおける特定の送信機の前記トーンのグループの周波数は、前記セットにおける他の送信機の前記トーンのグループと共通の要素を持たない、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
異なる送信機から送信されるデータは異なるトーンである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記セットの前記送信機のうちの１つを除くすべてのトーンの前記グループは常にゼロシンボルを表す、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記セットの１つの送信機のみが常に前記トーンのグループを送信している、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記セットの１つの送信機の１つのグループの前記トーンは、前記セットの別の送信機の別のグループの前記トーンによって周波数インタリーブされる、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
各送信機により等しい数のトーンが前記受信機に送信され、前記送信機のセットにおいて前記トーンのすべてに対し共同空間マッピングを使用して前記トーンのすべてにわたって同じデータが送信される、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記空間マッピング行列は空間ダイバーシティ利得を達成する、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記空間マッピング行列は周波数多重化利得を達成する、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記セットの特定の送信機は、複数の受信機に対し前記トーンのグループを送信している、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
各送信機は、複数の受信機に対し前記トーンのグループを送信している、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記トーンのグループは、複数のアンテナを介して送信される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
単一の受信機において関連するＲＦチェーンに接続されている複数のアンテナによってトーンの単一のグループが受信される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記受信機においてＭＩＭＯ検出が適用される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記トーンのグループは、各送信機において単一のアンテナによって送信される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記空間マッピング行列は直交行列である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記空間マッピング行列は各トーンについてのチャネル状態情報に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
１つの送信機の前記トーンのグループの周波数は、別の送信機の前記トーンのグループの前記周波数と同じであり、前記送信機は同じトーンのグループで前記受信機に同じデータを送信する、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記空間マッピング行列は、閉ループ設計を使用して構成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記空間マッピング行列は、開ループ設計を使用して構成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記変調信号は、サイクリックプレフィックス及びＯＦＤＭシンボルを含み、前記方法は、前記セットの異なる送信機の前記サイクリックプレフィックス及び前記ＯＦＤＭシンボルを互いに対して遅延させることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
各送信機においてチャネル状態情報を取得すること、及び
前記チャネル状態情報に従って前記送信機において前記空間マッピング行列を設計すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
ビームフォーミングを使用して前記トーンのグループを複数の受信機に送信することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記受信機は、共用ハンドオーバを実行している、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記トーンのグループのトーンのサブグループは同一である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記空間マッピング行列は、受信機における干渉を低減するように共同で設計される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記送信機から前記受信機へのダウンリンクチャネルに関する前記チャネル状態情報は、前記受信機から前記送信機へのアップリンクチャネルに対するトレーニング信号から求められる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２９】
複数の受信機が特定の送信機にトレーニング信号を連続して送信することにより、前記チャネル状態情報を求める、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記送信機は移動局であり、該移動局は前記トーンのグループを複数の受信機に送信し、各受信機はアクセスポイントであり、該アクセスポイントは受信信号をインフラストラクチャに転送することにより共用ハンドオフを実行する、請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
２つ以上の送信機が同じトーンのグループを使用して前記アクセスポイントに送信している、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記アクセスポイントは、共同信号検出のために前記チャネル状態情報を前記インフラストラクチャに転送する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記送信機のセットは同期される、請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記サイクリックプレフィックスの長さは遅延の量に応じて可変である、請求項２２に記載の方法。
【請求項３５】
２つ以上の送信機が同じトーンのグループを使用して前記アクセスポイントに送信している、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、包括的には、ＯＦＤＭＡ信号方式を使用するマルチユーザ、マルチセル無線ネットワークに関し、特に、協調基地局（ＢＳ）、中継局（ＲＳ）及び移動局（ＭＳ）の間の共用ハンドオフ（shared handoff）（ＳＨ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）は、離散マルチトーン変調を採用する。ＯＦＤＭでは、たとえば何らかのｍ値（m-ary）の直交振幅変調（ＱＡＭ）又は位相偏移変調を使用して、トーンを、多数の均一に間隔が空けられた副搬送波に対して変調する。ＯＦＤＭにより、常に１つのチャネルで１人のユーザ（送受信機局（transceiver station））のみが複数のユーザに対応することができ、ＯＦＤＭシステムは、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）又は周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）を使用しなければならない。
【０００３】
直交周波数分割多元接続（Orthogonal frequency-division multiplexing access）（ＯＦＤＭＡ）は、複数のユーザが同じチャネルに同時にアクセスすることができるようにするＯＦＤＭのマルチユーザバージョンであり、そこでは、チャネルは均一に間隔が空けられた副搬送波のグループを含む。ＯＦＤＭＡは、ユーザ（送受信機）間で副搬送波を分散させ、それにより複数のユーザが複数のサブチャネルの同じ単一のＲＦチャネル（ＴＤＤ）又は異なるＲＦチャネル（ＦＤＤ）内で送受信することができる。サブチャネルはさらに、狭帯域「トーン」のグループに分割される。通常、サブチャネルにおけるトーンの数は、サブチャネルの総帯域幅によって決まる。
【０００４】
ＩＥＥＥ８０２．１６標準規格ファミリは、多数のユーザ（移動局）に対してＯＦＤＭＡを使用してセルラネットワークへのアクセスを提供する。通常、セルの移動局（ＭＳ）は、セルにおける単一のアクセスポイント（ＡＰ）を介してネットワークへのアクセスを取得する。本明細書で定義する「ＡＰ」は、基地局又は中継局とすることができる。中継局は、ＭＳとＢＳとの間の「ブリッジ」を提供する。中継局は、固定（ＦＲＳ）、半固定（nomadic）（ＮＲＳ）、又は移動（ＭＲＳ）とすることができる。ＡＰからＭＳへのチャネルをダウンリンクと呼び、ＭＳからＡＰへのチャネルはアップリンクである。半固定局は通常は固定されており時にその位置を変更し、移動局はほとんど常に移動するように予測することができる。
【０００５】
ＭＳが移動すると、ハンドオフプロセスがＭＳを１つのセルから別のセルに切り換える。通常、局がセル境界に近づくとハンドオフが発生する。ハンドオフは、ハード又はソフトのいずれかとすることができる。ハードハンドオフは、「ブレーク・ビフォア・メイク（break-before-make）」技法を使用し、すなわち、ＭＳは常に１つのＡＰのみに接続される。隣接するセルが異なるＲＦチャネルを使用する場合、ハードハンドオフはＭＳを異なる周波数帯域に切り換える。ハードハンドオフは、サービスの中断がある場合があるため、リアルタイムの適用には適していない。
【０００６】
ソフトハンドオフでは、ＭＳが「メイク・ビフォア・ブレーク（make-before-break）」技法において別のＡＰに関連するまで１つのＡＰとの接続を保持することができる。ソフトハンドオフは２つの段階を含む。第１段階中、ＭＳは物理層において複数のＡＰとの通信を確立する。第２段階中、ＭＳはＭＡＣ層において複数のＡＰのうちの１つに切り換えられる。
【０００７】
ソフトハンドオフは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）ネットワーク、たとえばＩＳ−９５（ＴＩＡ−ＥＩＡ−９５）ネットワーク、ＣＤＭＡ２０００ネットワーク及びＷＣＤＭＡネットワークに対して知られている。ＣＤＭＡネットワークのダウンリンクでは、２つのＢＳが、異なるスクランブリングコードによって変調される同じ周波数信号を送信する。ＭＳは、異なる逆拡散コードを使用して２つの信号を分離し合成する（Ｓ＆Ｃ）ことができる。同様に、複数のＢＳが、それぞれのアップリンクを介してＭＳから送信される信号を受信する。検出された信号は、移動交換局（ＭＳＣ）に送信され、そこでＭＳＣは、最適な信号を選択してそれに従ってＭＳを切り換える。
【０００８】
ＣＤＭＡハンドオフをより有効にするためには、通常、たとえばＩＳ−９５標準規格及びＣＤＭＡ２０００標準規格におけるＢＳ間同期か、又はたとえばＷＣＤＭＡにおける入念なＢＳ間スクランブリングコード割当てが必要である。しかしながら、ＣＤＭＡソフトハンドオフには２つの潜在的な問題がある。両ＢＳがＩＳ−９５ネットワークのダウンリンクにおいて同じ拡散コードを割り当てる場合、資源の無駄がある。さらに、ＢＳ間信号方式は、システムの複雑性を増大させる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＯＦＤＭＡセルラネットワークに対して協調通信及び共用ハンドオフを提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
セルラネットワークにおいて、シンボルが符号化及び変調されることにより変調信号が生成される。変調信号は、空間マッピング行列を使用して副搬送波にマッピングされる。マッピングされた信号に対して逆高速フーリエ変換が適用されることにより、トーンのグループが生成される。トーンのグループは、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）信号として単一のチャネルを使用して複数の受信機に同時に送信されている。各受信機に対して１つのトーンのグループがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１Ａは、本発明の実施の形態による共用ハンドオフ（ＳＨ）を行うことができる無線ネットワーク送受信機ノードを示す。ネットワークは、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）又は無線メトロポリタンエリアネットワーク（ＷＭＡＮ）とすることができる。好ましい実施の形態では、ネットワークは、ＩＥＥＥ８０２．１６標準規格に従って構成され、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）を使用する。本出願人らの知る範囲では、ＯＦＤＭＡネットワークに対して共用ハンドオフは知られていない。
【００１２】
ネットワークは、移動局（ＭＳ）１０１及び１０２のセットと、アクセスポイント（ＡＰ）１０３〜１０５のセットとを含む。この説明の目的で、「アクセスポイント」を、基地局（ＢＳ）又は中継局（ＲＳ）のいずれかであるように定義する。中継局は、固定（ＦＲＳ）、半固定（ＮＲＳ）、又は移動（ＭＲＳ）とすることができる。半固定中継は、時々場所を変更し、その後長時間固定であり続ける。移動中継は、常に移動していると想定される。各ＡＰはセル１０６に関連する。便宜上、セルは六角形として示すが、実際には、セルの形状及びサイズは、ＡＰの伝送パターンによって決まり、たとえば実質的に円形であり、セルがオーバラップする可能性もある。
【００１３】
ＡＰは「バックボーン」又はインフラストラクチャ１１０に接続される。インフラストラクチャにより、ＡＰは互いに、且つ有線接続又は無線接続１１１を使用して他のネットワーク１０９と協調して通信することができる。
【００１４】
一般性を失うことなく、各移動局又はアクセスポイントは、送受信機として動作することができる。送受信機は、送信機部と受信機部とを有する。各部は、対応するアンテナに接続される１つ又は複数の（送信又は受信の）ＲＦチェーンを含むことができる。単一の送受信機における複数のアンテナの場合、ネットワークはＭＩＭＯネットワークである。
【００１５】
図１Ｂに示すように、ネットワークにおける協調通信の方法は、以下のステップを含む。各送信機において、シンボル１２１が符号化される（１２０）。符号化信号は変調信号に変調される（１３０）。マッピング行列１４１を使用して副搬送波マッピングが変調信号に適用される（１４０）。この後に逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）１５０が続き、トーンのグループ１５１が生成される。そして、従来の並直列処理、デジタル・アナログ処理及びＲＦ処理を適用することができる。その後、トーンのグループは、ＲＦ  ＯＦＤＭＡ信号として単一のチャネルを使用して１つ又は複数のアンテナを介して１つ又は複数の受信機に同時に送信される。送信機のセットがアクセスポイントである場合、信号（トーンのグループ）はダウンリンクチャネルで１つ又は複数の移動局に送信される。送信機が移動局である場合、信号はアップリンクチャネルでアクセスポイントに送信される。
【００１６】
送信機（ＭＳ）が複数の受信機（ＡＰ）と通信しているか又はその逆である間、共用ハンドオフを実行することができる。別法として、同時に、複数のＡＰがさらに単一の受信ＭＳに送信する。
【００１７】
ほとんど常に、特定のセルのＭＳはおよそセルの中心において単一のＡＰとのみ通信する。ここでは、この通常の動作を非共用モードと呼ぶ。しかしながら、ＭＳ１０２がＡＰ１０３及び１０４間の境界１０７の近くにある場合、本発明の一実施の形態によるＭＳ１０２は複数のＡＰと同時に通信することができる。この動作を共用モードと呼ぶ。
【００１８】
ＭＳ１０２が境界１０７の近くで動作している間、共用ハンドオフ（ＳＨ）を実行することが望まれる。さらに、共用ハンドオフをシームレスにすることが望まれ、すなわち、ユーザはハンドオフに気付かない。同時に、ＭＳがＡＰから比較的遠くにある間、特に半固定ＭＳ（又はＲＳ）が長期間境界に留まる場合、可能であれば受信信号を合成して信号の強度及び性能を向上させることが望まれる。これらの場合のすべてにおいて、ＭＳ及び対応するＡＰは共用モードで動作する。合成を、ＭＳ及び複数のＡＰにおいて行うことができるということが留意されるべきである。
【００１９】
共用ハンドオフ
【００２０】
従来のソフトハンドオフ中、移動局と複数のアクセスポイントとの間で通信されるデータ及び信号は本質的に同じである。これにはいくつかの利点がある。信号を、ビームフォーミングを用いて合成することにより、受信を向上させ誤りを低減することができる。また、２つのアクセスポイントにおいて同一の信号を有することにより、ソフトハンドオフが簡略化する。いかなるデータも喪失することなく、常に、いずれかのアクセスポイントを、別のアクセスポイントを優先して切り捨てることができる。しかしながら、本明細書で説明するような協調通信では、移動局は、異なるアクセスポイントと異なるデータ及び／又は異なる信号を同時に通信することができる。これによりスループットが向上する。しかしながら、これによってハンドオフが複雑になる。この時、もはやソフトハンドオフを実行することは単純に可能ではなく、アクセスポイントのうちの一方から切断することが適切でない場合もある。代りに、協調するアクセスポイントは、複数のデータストリームに気付く必要があり、移動局と通信し続けるアクセスポイントは、移動局との通信において切断されたアクセスポイントのデータストリームを取り込む必要がある。
【００２１】
図２は、基地局（ＢＳ）１０５と中継局（ＲＳ）１０８とを含む無線ネットワークを示す。この場合ＳＨは、２つのＢＳ間、２つのＲＳ間、又はＲＳとＢＳとの間とすることができる。この説明の目的のために、ＲＳは、ハンドオフしている時、ＭＳとして振る舞い、以下の説明はＭＳと任意のタイプのＲＳとに等しく適用される。
【００２２】
図３は、本発明によるネットワークの簡易バージョンを示す。ＭＳ１０２及びＡＰ１０３及び１０４は、ＳＨを実行することを要求する。ＡＰｂ（１又は２のいずれか）とトーンのグループの第ｎのトーンに対するＭＳｋとの間のチャネルのチャネル状態情報（ＣＳＩ）は、
【数１】
2008172753.tif 000003
がＡＰｂにおけるダウンリンクのための送信アンテナの数であり、
【数２】
2008172753.tif 000004
がＭＳｋにおける受信アンテナの数である場合、次元
【数３】
2008172753.tif 000005
のチャネル行列
【数４】
2008172753.tif 000006
によって示される。
【００２３】
行列
【数５】
2008172753.tif 000007
は、Ｌｋが、複数のアンテナを使用してＭＳｋに送信される信号に対するデータストリームの数である場合、サイズ
【数６】
2008172753.tif 000008
の、第ｎのトーンに対するＡＰｂにおけるＭＳｋのための送信空間マッピング行列である。空間マッピング行列は、ＰＡにおいて送信アンテナを選択する。関連するＡＰのセットは１つ又は複数とすることができる。
【００２４】
図４は、２つの協調ＡＰ１０３及び１０４によって送信され、且つＭＳｋ１０２によって受信される２つの信号４１１及び４１２に対する時間遅延時間オフセット４０１を示す。各信号は、時間間隔４１０の間のサイクリックプレフィックス（ＣＰ）４０２と、シンボル時間ＴＳ４０４を有する（符号化された／変調された／マッピングされた）ＯＦＤＭシンボル４０３とを含む。ＣＰは、マルチパス環境におけるシンボル間干渉を低減する。少なくともＣＰ４０２が送信されている間、２つの信号４１１及び４１２はオーバラップする。
【００２５】
第ｎのトーンにおいて、ＡＰからＭＳｋへのダウンリンクにおける受信された
【数７】
2008172753.tif 000009
信号ベクトルを、以下のように表すことができる。
【数８】
2008172753.tif 000010
ここで、
【数９】
2008172753.tif 000011
は、不正確なタイミング同期によってもたらされる位相シフトを考慮した、等価チャネル状態であり、時間遅延オフセット
【数１０】
2008172753.tif 000012
は受信機におけるサンプリング開始時点とＡＰｂによってＭＳｋに対して送信された信号の実際の到着時間との間の間隔であり、ＴｓはＣＰなしのＯＦＤＭシンボル間隔であり、
【数１１】
2008172753.tif 000013
は、ＭＳｋに対して意図され且つＡＰｂから送信された信号に対する空間マッピング行列であり、Ψｋは、ＭＳｋに対する共用モードに関与するＡＰのセットを表し、Ｌｋ×１ベクトルｓｋ（ｎ）は、ＭＳｋに対する送信シンボルを表し、
【数１２】
2008172753.tif 000014
ベクトルｖｋ（ｎ）は加法雑音である。
【００２６】
図５Ａは、異なるＭＳに対するＯＦＤＭＡ信号のトーン５０１の共通の要素を持たない（disjoint）グループを示す。トーンは、或る範囲の周波数５０２にわたって分散されている。この伝送方式を、アップリンク又はダウンリンクのいずれでも行うことができる。図５Ｂに示すように、トーンのグループを、「周波数インタリーブ」方式で異なるＭＳに割り当てることもでき、その場合、グループのトーンは必ずしも連続した周波数を有していない。
【００２７】
この説明の便宜上、ＡＰ及びＭＳを使用して、異なる共用モードプロセスを説明する。しかしながら、ＲＳへの拡張は簡単である。
【００２８】
ダウンリンクにおける分離及び合成（Ｓ＆Ｃ）共用モード
【００２９】
この場合、図６に示すように、セットΨｋにおける２つの協調ＡＰ（ＡＰ１及びＡＰ２）は、トーンの共通の要素を持たないサブグループで信号６０１をＭＳｋに送信し、セットΨｋの別のＡＰによってＭＳｋに割り当てられた任意のトーンでゼロシンボル６０２を送信する。
【００３０】
このため、ＭＳｋは、異なるＡＰから来る信号を分離することができる。さらに、分離後、信号を合成して全信号強度を増大させることができる。
【００３１】
セットΨｋにおける協調ＡＰは、任意のＡＰに関して空間マッピング行列
【数１３】
2008172753.tif 000015
を別個に指定することができる。したがって、式（１）は、トーンｎがＡＰｂによりＭＳｋに送信される場合、以下のようになる。
【数１４】
2008172753.tif 000016
【００３２】
代替的に、協調ＡＰは、ＭＳｋに同じシンボルｓｋ（ｎ）を送信し、協調ＡＰ及び異なるトーンに対し空間マッピング行列
【数１５】
2008172753.tif 000017
を共同で指定することにより、空間ダイバーシティ又は周波数多重化利得（frequency multiplexing gain）を達成することができる。
【００３３】
図６において例として示すようなトーンの対称割当ての場合、異なるＡＰは、互いに共通の要素を持たない同数（Ｎｋ）のトーンを使用してＭＳｋに送信する。２つのＡＰに割り当てられるトーンの受信信号を、受信機において合成して以下のように
【数１６】
2008172753.tif 000018
ベクトルを形成することができる。
【数１７】
2008172753.tif 000019
【００３４】
したがって、空間マッピング行列
【数１８】
2008172753.tif 000020
を共同で指定することができ、シンボルｓｋ（ｎ）を、任意の既知のＭＩＭＯ検出技法を使用することにより、式（３）に従って共同で検出して合成することができる。
【００３５】
ＭＳに、現動作モードを通知することができない場合、「シームレス」ＳＨと同様に、共用モード中に使用されるトーン割当てが、いかなるシンボルも共用モードで送信される前にＭＳに通知され、式（２）の伝送方式を適用することができる。
【００３６】
したがって、ＭＳｋに対するトーン割当ては、図６に示すように、セットΨｋにおけるＡＰからＭＳｋに送信されるトーンのすべてを含む。この場合、ＡＰ協調は、ＭＳｋに割り当てられる有効な帯域幅を拡張する。すなわち、ＭＳｋに対するデータレートが増大する一方で、すべてのＡＰからのＭＳｋに対する送信されたトーンにわたる符号化及びインタリービングが空間ダイバーシティ及び／又は周波数ダイバーシティを達成する。
【００３７】
無線ネットワークが、たとえば
【数１９】
2008172753.tif 000021
である場合は最大比合成（ＭＲＣ）、Ｌｋ≧２である場合は任意のＭＩＭＯ検出方式によって、式（３）に従って受信信号を処理することができる場合、ＰＳからＭＳへの伝送の対応する信号方式は、トーンを送信するために式（３）を使用する。
【００３８】
ＭＳにモードを通知することができる場合、たとえばＭＲＳ又はＮＲＳに対しＳＨを用いるモバイルマルチホップリレー（mobile multi-hop relay）（ＭＭＲ）ＩＥＥＥ８０２．１６ｊネットワークの場合、受信機は、適切な信号方式を用いて、式（２）又は式（３）のいずれかに従って受信信号を処理することができる。
【００３９】
式（２）及び式（３）において、空間マッピング行列
【数２０】
2008172753.tif 000022
は、それぞれ閉ループ設計及び開ループ設計に応じて、チャネル状態情報（ＣＳＩ）に基づくか、又はＣＳＩなしであることができる。このＳ＆Ｃ共用モードの場合、単一のＭＳに割り当てられるトーンの数が増大する。
【００４０】
ダウンリンクにおける非Ｓ＆Ｃ共用モード−開ループＭＩＭＯ
【００４１】
この場合、図７に示すようなダウンリンクにおける非Ｓ＆Ｃ共用モードに対し、セットΨｋにおけるすべてのＡＰが、非共用モードと同様に、トーン７０１の同じグループを使用して信号をＭＳｋに送信する。これは、特に、シームレスＳＨアプリケーションに対して適している。
【００４２】
ＭＳｋ及びトーンｎにおける受信信号を以下のように表すことができる。
【数２１】
2008172753.tif 000023
ここで、
【数２２】
2008172753.tif 000024
は、セットΨｋにおけるすべてのＡＰによって送信される信号についてのチャネル状態を含む複合チャネル行列であり、行列
【数２３】
2008172753.tif 000025
は、セットΨｋにおけるすべてのＡＰに対する結合空間マッピング行列である。ＭＳｋにおいて行われるチャネル推定は、以下のように等価チャネル状態の推定を導出する。
【数２４】
2008172753.tif 000026
【００４３】
ＭＳｋが常に、非共用モードとは変わらない大きさ
【数２５】
2008172753.tif 000027
の等価チャネルを観測するため、ＭＳに共用モードを通知するためにいかなる特別な信号処理も不要である。このため、この方式を、シームレスＳＭアプリケーションに適用することができる。
【００４４】
Ｌｋ＝１である場合、ダイバーシティが達成される。この場合、ＭＳｋに対する単一のデータ（シンボル）ストリームを、フェージング環境においてより確実に送信することができる。Ｌｋ≧２である場合、協調ＡＰによってもたらされる空間冗長性のために、ダイバーシティ及び空間多重化の両方がＳＨによって達成される。
【００４５】
協調ＡＰにおいてＣＳＩが利用可能でない場合、開ループ空間マッピングの以下の２つの実施例を適用することができる。
【００４６】
空間ダイバーシティの向上
【００４７】
この場合、空間マッピング行列Ｔｋ（ｎ）を事前に求めることができる。行列が直交行列、たとえばウォルシュ・アダマール（Walsh-Hadamard）行列である場合、シンボルｓｋ（ｎ）は、セットΨｋにおけるすべてのＡＰにおいて送信アンテナにわたって一様に分散される。符号化及び／又はインタリービングにより、非共用モードに比較した場合、シンボルに対し、独立した空間チャネルの数が増大する。したがって、空間ダイバーシティを達成することができる。行列
【数２６】
2008172753.tif 000028
におけるチャネル調整は、異なるＡＰからの分離されたマルチパスによって改善される。したがって、送信機側から観測される空間的相関が少なくなる。これは、複数のアンテナを使用する空間多重化ＭＩＭＯ送信にとって好都合である。
【００４８】
共用モードと非共用モードとの間の切換えを、シームレスにすることができる。共用モードから非共用モードに切り換えた後、チャネル調整が劣化する可能性がある。しかしながら、ＭＳにおけるリンク適応を使用して劣化に適応することができる。
【００４９】
巡回遅延ダイバーシティ（Cyclic Delay Diversity）（ＣＣＤ）空間マッピング
【００５０】
本発明では、上述したように空間ダイバーシティを向上させ、ＡＰｂが時間領域における
【数２７】
2008172753.tif 000029
信号ベクトル
【数２８】
2008172753.tif 000030
をＭＳｋに送信すると仮定する。ＣＤＤ空間マッピングは、
【数２９】
2008172753.tif 000031
として示す送信ＯＦＤＭシンボルの各々に対し時間領域巡回シフト
【数３０】
2008172753.tif 000032
を適用する。遅延
【数３１】
2008172753.tif 000033
の値は、ＡＰｂが異なると異なる。しかしながら、最大差は、ＣＰ４０１の持続時間より小さくなければならない。図４を参照されたい。
【００５１】
これを行うことにより、対応するＭＳｋは、周波数選択性がより高い、より遅延分散的であるチャネルを観測する。符号化及びインタリービングを適用することにより、より大きい周波数ダイバーシティを達成することができる。時間の巡回シフトは、周波数領域における位相シフトに変換するため、本発明では以下の空間マッピング行列を有する。
【数３２】
2008172753.tif 000034
ここで、
【数３３】
2008172753.tif 000035
は、上述したような空間ダイバーシティの向上を達成する、すなわち上記空間マッピング行列Ｔｋ（ｎ）として、空間マッピングを表し、ここで
【数３４】
2008172753.tif 000036
は
【数３５】
2008172753.tif 000037
単位行列である。
【００５２】
１つの単純な例では、
【数３６】
2008172753.tif 000038
であり、且つ
【数３７】
2008172753.tif 000039
である。したがって、
【数３８】
2008172753.tif 000040
であり、すなわち、異なるＡＰは、同じ時間領域信号
【数３９】
2008172753.tif 000041
の異なる遅延バージョンを送信する。
【００５３】
共用モードと非共用モードとの間の切換えをシームレスにすることができる。共用モードから非共用モードに切り換えた後、チャネル調整は、チャネル遅延分散と同様に変化する可能性がある。
【００５４】
ダウンリンクにおける非Ｓ＆Ｃ共用モード−マルチユーザ空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）を用いる閉ループＭＩＭＯ
【００５５】
閉ループ方式では、空間マッピング行列｛Ｔｋ（ｎ）｝はダウンリンクのＣＳＩに基づく。ＣＳＩは協調ＡＰにおいて利用可能である。アップリンクもまた行われており、且つダウンリンク及びアップリンク２つのリンク間の相反性を仮定して、ダウンリンク通信とアップリンク通信とを分離する時分割複信（ＴＤＤ）を行う場合、アップリンクチャネル推定中に、ＭＳｋからセットΨｋにおけるすべてのＡＰに対してトレーニング信号を送信することにより、ダウンリンクＣＳＩを取得することができる。
【００５６】
通常、閉ループ設計は、低速フェージング環境において使用される。したがって、現空間マッピングに使用されるＣＳＩを使用することができる。閉ループ設計では、空間マッピング行列｛Ｔｋ（ｎ）｝は送信ビームフォーミング（ＴｘＢＦ）に対応する。
【００５７】
この場合、共用モードで動作している複数のＭＳは、トーンの同じグループを使用することができる。図８に２セル、２ＭＳ共用モードシナリオを示し、そこでは、２つのＭＳが同じトーンのセットで送信する。ＡＰにおいてＣＩＳが利用可能であるため、ＭＳ１及びＭＳ２に対する信号を、空間マッピング行列｛Ｔｋ（ｎ）｝を使用して適切なＴｘＢＦ設計によって分離することができる。ＡＰは、ＭＳ１に対して意図された結合信号がＭＳ１において最大化され、ＭＳ２において最小化され、且つＭＳ２の場合は反対であるように、協調してビームフォーミングする。
【００５８】
この場合、式（４）は以下のようになる。
【数４０】
2008172753.tif 000042
ここで、Γｎは第ｎのトーンで動作する移動局のセットである。任意の移動局ｋ∈Γｎに対してｙｋ（ｎ）を積み重ねてサイズ
【数４１】
2008172753.tif 000043
の拡張ベクトルを形成することにより、以下の式が得られる。
【数４２】
2008172753.tif 000044
ここで、
【数４３】
2008172753.tif 000045
であり、
【数４４】
2008172753.tif 000046
であり、ｋ１，ｋ２∈Γｎである。
【００５９】
したがって、協調ＡＰにおいて
【数４５】
2008172753.tif 000047
が既知である限り、マッピング行列Ｔ（ｎ）の適切な設計により、任意のＭＳｋ∈Γｎの受信機におけるマルチユーザ干渉を有効に低減することができる。
【００６０】
たとえば、行列Ｔ（ｎ）を、無効化基準：
【数４６】
2008172753.tif 000048
（ｊ≠ｋ）に基づいて設計することができる。
【００６１】
非線形設計もまた適用可能である。
【００６２】
送信機において式（８）における拡張ＣＳＩ
【数４７】
2008172753.tif 000049
を取得するために、ＣＳＩに加えて、協調ＡＰはまた、各トーンにおける異なるＡＰからの異なるダウンリンクチャネルにおける位相シフト、又は時間領域における対応する遅延オフセットを知る必要もある。これらを、共用モードにおいてＭＳ（複数可）に対する協調ＡＰの各々からの遅延分散を知ることによって取得することができる。たとえば、従来の無線測距プロセスは、遅延を求めることができる。
【００６３】
協調ＡＰにおいてこうした位相シフト若しくは遅延オフセットが既知でないか、又はこれらパラメータの推定が許容できない誤りを受け易い場合、以下のアップリンクトレーニングプロトコルを適用することができる。
【００６４】
ここでは、協調ＡＰを受信機に同期させることができ、且つ伝送時間及びＣＰの長さを、同一チャネルＭＳのすべてに対する信号のすべてが協調ＡＰによって同時に送信されるように、調整することができるものと仮定する。また、各ＭＳｋは、第１の到達信号から送信されるＯＦＤＭシンボルと整合され、他の任意のＡＰからの非対称信号は、各副搬送波における元の形式の位相シフトされたバージョンのみであるように見える。この場合、信号を結合して等価チャネル推定値にすることができる。
【００６５】
ＴＤＤにおいて、ダウンリンク送信機チャネル情報を、アップリンクにおける結合トレーニングプロセスによって取得することができる。アップリンクにおいて、マルチアクセスのための時分割プロトコルが適用される。いかなる瞬間（time instance）においても、協調ＡＰのすべてが、アップリンクで送信している１つのＭＳのみを観測する。そして、ＡＰは、たとえばパイロットシンボル又はプリアンブルパターンを使用して、既知のトレーニングＯＦＤＭシンボルから対応するアップリンクＣＳＩを共同で推定する。
【００６６】
任意のＭＳをトレーニングするための独立した時間同期の代りに、協調ＡＰのすべてがそれらの受信機を最初の到着に整合させ、それは、ＭＳから最も近いＡＰへの伝播に対応する。したがって、アップリンクとダウンリンクとの間に推定誤り及び厳密なチャネル相反性がないと仮定すると、ＡＰ１がＭＳ１に最も近いＡＰである場合、ＡＰ１における対応する推定ＣＳＩは、
【数４８】
2008172753.tif 000050
であり、ＡＰ２におけるＣＳＩは
【数４９】
2008172753.tif 000051
である。ＭＳ２へのチャネルに対する推定は、同じ手続きに従うことができる。
【００６７】
式（７）及び（８）のチャネルモデルは、共同ＡＰにおいて既知である
【数５０】
2008172753.tif 000052
を保持し、上述したように共同協調ビームフォーミングＴｘＢＦを行うことができ、すなわち、行列Ｔ（ｎ）の結合設計は、同一チャネルＭＳ受信機のすべてにおいて干渉を低減することができる。３つ以上のＡＰ及び３つ以上のＭＳに対する拡張は簡単である。このトレーニング手続きは、タイミング情報推定を必要としない。
【００６８】
アップリンクにおける共用モード
【００６９】
協調ＡＰへのアップリンクにおける共用モードに対し２つの技法を採用することができる。ＡＰは、共用モード下でＭＳから別々に信号を受け取り、結果を、選択が行われるインフラストラクチャ１１０内部の移動交換局（ＭＳＣ）に転送することができる。別法として、協調ＡＰは、処理センタへのチャネル推定とともに受信信号を直接転送し、そこで共同検出を行うことができる。後者の場合、協調ＡＰのセットは、協調ＡＰにわたる拡張アンテナアレイと等価である。
【００７０】
協調中継の場合、たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｊ標準規格に従って設計されたＭＭＲネットワークにおいて、２つのＲＳＳが使用される図９に示すように、同じ２つの技法を適用することができる。
【００７１】
たとえば、アップリンク共用モードの場合、ＭＳｋからの第ｎのトーンにおける送信信号が
【数５１】
2008172753.tif 000053
である場合、２つの協調ＲＳからのフィードバックに基づいて、ＢＳは、第ｎのトーンにおけるチャネルモデルを以下のように推定する。
【数５２】
2008172753.tif 000054
これにより、ｓｋ＿ＵＬ（ｎ）を検出すると、ダイバーシティ利得と空間多重化利得との両方を探索することができる。
【００７２】
他の考慮事項
【００７３】
上述した共用モードは、協調ＡＰから又はそれらへの遅延オフセットがすべてＣＰ間隔４１０内にあるように、協調ＡＰ間の同期を使用する。こうした同期を、インフラストラクチャ１１０又は同じ測距能力によって達成することができる。変化する可能性のある遅延オフセットをカバーするために、適応的ＣＰ長４１０を用いるＯＦＤＭＡを使用することも可能である。
【００７４】
変形
【００７５】
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡシステムでは、１つのアクティブなＭＳがＯＦＤＭシンボルに対して利用可能なトーンのすべてを占有する場合、上述した共用モード方式を引き続き適用することができる。上述した閉ループダウンリンク共用モードは、複数のＭＳが利用可能なトーンのすべてを占有することを可能にする。
【００７６】
本発明を、好ましい実施の形態の例を用いて説明したが、本発明の精神及び範囲内でさまざまな他の適応及び変形を行うことができるということが理解されるべきである。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神及び範囲内にあるこうしたすべての変形及び変更を包含することである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１Ａ】本発明の一実施の形態によって動作しているＯＦＤＭＡ無線セルラネットワークの概略図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施の形態によるＯＦＤＭＡネットワークにおける協調通信の方法の図である。
【図２】本発明の一実施の形態によって動作しているＯＦＤＭＡ無線セルラネットワークの概略図である。
【図３】本発明の一実施の形態によって動作しているＯＦＤＭＡ無線セルラネットワークの概略図である。
【図４】本発明の一実施の形態による受信信号のブロック図である。
【図５】本発明の一実施の形態によるトーンのグループのブロック図である。
【図６】本発明の一実施の形態によるトーンのグループのブロック図である。
【図７】本発明の一実施の形態によるトーンのグループのブロック図である。
【図８】本発明の一実施の形態によって動作しているＯＦＤＭＡ無線セルラネットワークの概略図である。
【図９】本発明の一実施の形態によって動作しているＯＦＤＭＡ無線セルラネットワークの概略図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008172753.tif 000059
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008172753.tif 000063
【図９】
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【外国語明細書】
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