(57)【要約】  この発明の方法とシステムは、符号を伝送しつつ、直交周波数分割多重化アクセス（ＯＦＤＭＡ）無線通信システムにおいてアンテナを切り換える。各符号はサイクリック・プレフィックスとデータ信号のブロックとを含む。前記符号は、伝送時間間隔（ＴＴＩ）の第１の部分の間、第１のアンテナから伝送される。前記符号を伝送するために、ＲＦチェーンは第２のアンテナに切り換えられ、その切り換えが、実質的に、２つの連続した伝送符号を伝送する間に行われる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交周波数分割多重化アクセス（ＯＦＤＭＡ）無線通信システムにおいて、符号を伝送しつつ、アンテナを切り換えるための方法であって、各符号はサイクリック・プレフィックスとデータ信号のブロックとを含み、
伝送時間間隔（ＴＴＩ）の第１の部分の間、ＲＦチェーンに接続された第１のアンテナから前記符号を伝送し、
前記ＴＴＩの第２の部分の間、前記符号を伝送するためにＲＦチェーンを第２のアンテナに切り換え、その切り換えを、実質的に、２つの連続した符号を伝送する間に行う、
ことを備える方法。
【請求項２】
前記切り換えは前の符号のデータ信号のブロックの終わりで行われる、請求項１の方法。
【請求項３】
前記切り換えは次の符号のサイクリック・プレフィックスの始めで行われる、請求項１の方法。
【請求項４】
前記切り換えは、実質的に、２つの連続したＴＴＩの間で行われる、請求項１の方法。
【請求項５】
前記データ信号のブロックは短い、請求項１の方法。
【請求項６】
前記データ信号のブロックはパイロットトーンを含む、請求項１の方法。
【請求項７】
前記データ信号のブロックは長い、請求項１の方法。
【請求項８】
前記データ信号のブロックはユーザデータを含む、請求項１の方法。
【請求項９】
前記パイロットトーンは周波数領域スケジューリングのためのチャンネル品質評価のために使用される、請求項６の方法。
【請求項１０】
前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナに対してチャンネルを推定し、
その後の符号を伝送するために、前記チャネル推定に基づいて前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナから最良のアンテナを選択する、
ことを更に備える，請求項１の方法。
【請求項１１】
前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナにより前記パイロットトーンを周期的に伝送し、
前記パイロットトーンを使用して、前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナに対するチャンネルを推定する、
ことを更に備える、請求項６の方法。
【請求項１２】
直交周波数分割多重化アクセス（ＯＦＤＭＡ）無線通信システムにおいて、符号を伝送しつつ、アンテナを切り換えるためのシステムであって、各符号はサイクリック・プレフィックスとデータ信号のブロックとを含み、
伝送時間間隔（ＴＴＩ）の第１の部分の間、前記符号を第１のアンテナから伝送する手段と、
前記ＴＴＩの第２の部分の間、前記符号を伝送するためにＲＦチェーンを第２のアンテナに切り換える手段と、を備え、
前記切り換えが、実質的に、２つの連続した伝送符号を伝送する間に行われる、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、メータ（Ｍｅｈｔａ）外により、本願とともに出願され、参照により本明細書中に援用される、「無線（ワイヤレス）ネットワークにおけるアンテナ選択のための方法およびシステム」という名称の米国出願（事件整理番号ＭＥＲＬ−１８８３）に関連する。
この発明は、一般的に、ＯＦＤＭ無線（ワイヤレス）ネットワークに関し、特に、そのようなネットワークにおいてアンテナを切り換えることに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信のグローバルなシステム（ＧＳＭ）に対する第３世代パートナーシップ・プロジェクト（３ＧＰＰ）仕様は、ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、およびＷ−ＣＤＭＡに対する仕様を含む。フィジカル層多重アクセス方式に対する現在の作業仮説は、ダウンリンクに対してはＯＦＤＭＡ、アップリンクに対しては単一搬送波（キャリア）ＦＤＭＡ（ＳＣ−ＦＤＭＡ）である。ＯＦＤＭダウンリンクにおける副搬送波（サブキャリア）間隔は１５ｋＨｚであり、また、最大２０４８の利用可能な副搬送波がある。ダウンリンクデータチャネル上でサポートされた変調フォーマットは、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、および６４ＱＡＭである。
【０００３】
３ＧＰＰの長期的な発展（ＬＴＥ）によると、トランスミッション（伝送）は０．５ミリ秒期間のタイムスロット、および１．０ミリ秒期間のサブフレームに時分割される。無線（ラジオ）フレームは１０ミリ秒の長さである。基本伝送単位はトランスミット（伝送）時間間隔（ＴＴＩ）である。ＴＴＩは一つまたは複数のタイムスロットでありうる。
【０００４】
各タイムスロットの間、複数のＯＦＤＭ符号が伝送される。各タイムスロットはパイロットトーンと利用者データとを含むことができる。パイロットトーンは、データ復調、アンテナ選択、および無線（ラジオ）リソース割当てのために、受信器でのチャネル推定を可能にする。典型的には、受信器はチャンネル推定値を送信器に返送し、そして、送信器は最も良いチャンネルによりアンテナを選択できる。動的環境では、チャネル推定およびアンテナ選択は、変動するチャンネル条件と移動局に対応するために周期的に行われる。
【０００５】
各ＯＦＤＭ符号はサイクリック・プレフィックス（周期的接頭語）（ＣＰ）で始まる。ＣＰは、無線チャネルの多経路干渉があるとき、符号間干渉（ＩＳＩ）を最小にする。受信信号の第１のＣＰ−長さ期間が捨てられるとき、その結果の信号は、そのチャンネルでのデータの巡回畳み込み（ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）であることが判明する。これは、そのチャンネルにおける多重経路バラツキ（ｍｕｌｔｉｐａｔｈ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）がＣＰ期間よりも小さい限り、真実である。したがって、副搬送波間の干渉（混信）、すなわち搬送波間干渉（ｉｎｔｅｒ−ｃａｒｒｉｅｒ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）（ＩＣＩ））、は存在しない。
【０００６】
ＬＴＥにおけるＯＦＤＭＡ構造
基本的なアップリンク伝送方式は、参照により本明細書中に援用される先行技術文献に記載されている（たとえば、非特許文献１）。その方式は、受信器で効率的な周波数領域均等化（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｍａｉｎ  ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）を可能にするために、アップリンクユーザ間直交性（ｕｐｌｉｎｋ  ｉｎｔｅｒ−ｕｓｅｒ  ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ）を実現するサイクリック・プレフィックスを有する単一搬送波伝送（ＳＣ−ＦＤＭＡ）である。これは、ダウンリンクＯＦＤＭ方式で比較的高度の共通性を許容し、また、同じパラメータ、たとえばクロック周波数、を再利用することができる。
【０００７】
アンテナ選択
３ＧＰＰシステムは複数入力、複数出力の通信（ＭＩＭＯ）を使用する。すなわち、送信器と受信器は、空間性を増加するために、アンテナのアレイ（配列）を使用できる。また、ＭＩＭＯシステムは良く機能するが、それらは送信器および受信器においてハードウェアおよび信号処理の複雑さ、消費電力、および構成部品の寸法（サイズ）を増加させる。複雑さの増加の主な理由の１つは、各受信アンテナ素子が低雑音増幅器、周波数ダウンコンバータおよびＡＤコンバータからなる専用無線周波（ＲＦ）チェーンを必要とし、また各送信アンテナ素子がＤＡ変換器、周波数アップコンバータおよび電力増幅器からなるＲＦチェーンを必要とすることである。その上、空間多重化方式または時空トレリス符号（ｔｒｅｌｌｉｓ  ｃｏｄｅｓ）で受信された信号を処理すると、送受信アンテナ要素の数とともに複雑さが、しばしば指数関数的に、増加する高度な受信器が必要とされる。
【０００８】
アンテナ素子は典型的には安く、ＲＦチェーンはそれに比べて非常に高価であるため、アンテナの選択により、ＭＩＭＯシステムに関連する複雑さの欠点のいくつかが解決される。アンテナの選択は、アンテナ素子の数より少ないＲＦチェーンを使用することによって、送信器と受信器のハードウェアの複雑さを減少させる。アンテナの選択では、利用可能なアンテナ素子のサブセット（部分集合）がスイッチによって適応的に選択され、また複数のアンテナの選択された部分集合からの信号だけが、利用可能なＲＦチェーンにより更に処理される（たとえば、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献６参照）。これらの先行技術文献のすべては、参照により本明細書中に援用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】２００６年３月、３ＧＰＰ  ＴＲ  ２５．８１４，ｖ１．２．２「Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ  Ａｓｐｅｃｔｓ  ｆｏｒ  Ｅｖｏｌｖｅｄ  ＵＴＲＡ（発展されたＵＴＲＡに対するフィジカル層アスペクト」、リリース７
【非特許文献２】Ｎ．Ｂ．Ｍｅｈｔａ  ａｎｄ  Ａ．Ｆ．Ｍｏｌｉｓｃｈ，「Ａｎｔｅｎｎａ  ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ＭＩＭＯ  ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＩＭＯシステムにおけるアンテナの選択），」ｉｎ「ＭＩＭＯ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（無線通信のためのＭＩＭＯシステム技術），」（Ｇ．Ｔｓｕｌｏｓ，ｅｄ．），ｃｈ．６，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，２００６，
【非特許文献３】Ａ．Ｆ．Ｍｏｌｉｓｃｈ  ａｎｄ  Ｍ．Ｚ．Ｗｉｎ，「ＭＩＭＯ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｗｉｔｈ  ａｎｔｅｎｎａ  ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ（アンテナの選択を有するＭＩＭＯシステム），」ＩＥＥＥ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｍａｇ．，ｐｐ．４６−５６，Ｍａｒ．２００４，
【非特許文献４】Ｓ．Ｓａｎａｙｅｉ  ａｎｄ  Ａ．Ｎｏｓｒａｔｉｎｉａ，「Ａｎｔｅｎｎａ  ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ＭＩＭＯ  ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＩＭＯシステムにおけるアンテナの選択），」ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｇ．，ｐｐ．６８−７３，Ｏｃｔ．２００４，
【非特許文献５】Ｒ１−０５０９４４，「Ａｎｔｅｎｎａ  ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ（アンテナの選択技術），」Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ，３ＧＰＰ  ＲＡＮ１＃４２，２００５，
【非特許文献６】Ｒ１−０５１３９８，「Ｔｒａｎｓｍｉｔ  ａｎｔｅｎｎａ  ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  ｕｐｌｉｎｋ  Ｅ−ＵＴＲＡ（アップリンクＥ−ＵＴＲＡのための伝送アンテナの選択技術），」Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｃｏｍｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ，ＮＴＴ  ＤｏＣｏＭｏ，
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＴＴＩ内でアンテナを切り換えることができることは、多くのまたはすべての利用可能なアンテナからのパイロットトーンまたはデータの伝送により空間的ダイバシティ（多様性）を増加させることを可能にするので、有利であるかもしれない。すなわち、異なるアンテナから伝送された信号は、いつでも、異なる無線チャネルを介して受信器に届く。これは、すべての無線チャネルがフェージング・ディップ（ｆａｄｉｎｇ  ｄｉｐ）中である可能性が非常に低くなるので、伝送方式のフェージングに対する堅牢性を改良する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る方法およびシステムは、直交周波数分割多重化アクセス（ＯＦＤＭＡ）無線通信システムにおいて、符号を伝送しつつ、アンテナを切り換えるものである。各符号はサイクリック・プレフィックスとデータ信号のブロックとを含む。それらの符号は、伝送時間間隔（ＴＴＩ）の第１の部分の間、第１のアンテナから伝送される。そして、ＲＦチェーンは、それらの符号を伝送するために第２のアンテナに切り換えられ、また、実質的に、２つの連続した伝送符号を伝送する間に、切り換えが行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】この発明の実施の形態１により使用される送信器のブロック図である。
【図１Ｂ】この発明の実施の形態１による切り換えのために使用されるＯＦＤＭＡ符号の基本構成のブロック図である。
【図２Ａ】この発明の実施の形態１によって使用される副搬送波マッピングのブロック図である。
【図２Ｂ】この発明の実施の形態１によって使用される副搬送波マッピングのブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１によって使用される伝送時間間隔のブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１によって使用される伝送時間間隔のブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１によって使用される伝送時間間隔のブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態１によるアンテナの切り換えのブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態１によるアンテナ選択およびアンテナの切り換えのブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態１による４つのアンテナ切り換え方式のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１は、ＯＦＤＭＡ符号を伝送しつつ、伝送時間間隔（ＴＴＩ）の間にアンテナを切り換えるための方法およびシステムを提供する。アンテナを切り換えるために、有限時間が必要とされるので、これは慎重な設計を必要とする。
【００１４】
図１Ａはこの発明で使用できる送信器の基本的な構造を示す。符号ＮＴＸ１００はレートＲでコード化（符号化）される。離散型フーリエ変換（ＤＦＴ）１１０が入力符号１００に適用される。この後に、副搬送波マッピング１２０および逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）１３０が続き、その後に、それらの符号が変調されてチャンネル１４１に伝送される前に、サイクリック・プレフィックス（ＣＰ）の挿入１４０が続く。
【００１５】
図１Ｂはこの発明による切り換えのために使用されるＯＦＤＭＡ符号１００の基本構造を示す。符号１００はサイクリック・プレフィックス１０１とデータ信号１０２のブロックとを含む。サイクリック・プレフィックス１０１は、符号１００の始めに挿入された、該符号の終わり１０３の反復である。ＣＰの目的は、データ信号１０２のブロックが受信器に届く前に、多重経路が整定（ｓｅｔｔｌｅ）するのを許容することである。
【００１６】
典型的には、サイクリック・プレフィックスの長さはガード間隔（ｇｕａｒｄ  ｉｎｔｅｒｖａｌ）と等しい。ブロックは短くても長くてもよい。短いブロックは、データ変調（ＤＭ）信号およびアンテナ選択（ＡＳ）信号に対して使用される。短いブロックの信号は、「基準信号」または「パイロットトーン」として頻繁に言及される。長いブロックは制御およびデータ信号に対して使用される。
【００１７】
アンテナを切り換えるのに必要とされる時間は、ナノ秒で測定でき、たとえば、正確な実行（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）に依存して１０〜１００ナノ秒で測定できる。これは、符号の長さ、たとえば１０ミリ秒、より何桁も少ない。したがって、この発明の実施の形態１では、アンテナは実質的に符号間で切り換え１０４される。すなわち、切り換えは前の符号のブロックの終わり、すなわち次の符号のＣＰの始め、で行うことができる。
【００１８】
副搬送波マッピング１２０は、そのスペクトル（副搬送波）のどの部分が伝送のために使用されるかを判定する。各ＤＦＴ出力のサンプル間で、Ｌ−１ゼロが、図２Ａ−２Ｂに示されるように、挿入される。図２Ａに示されるように、Ｌ＝１でのマッピングが、局部的な伝送、すなわち、ＤＦＴ出力が連続した副搬送波にマップされる伝送、に対応する。図２Ｂに示されるように、Ｌ＞１では、分散された伝送となり、それは追加の周波数ダイバシティのための、局部的な伝送への補完であると考えられる。
【００１９】
図３は、３ＧＰＰ  ＬＴＥに対して考慮された、１つのタイムスロット３００を有するＴＴＩを示す。ＴＴＩは０．５ミリ秒の期間を有する。１つのタイムスロットは、サイクリック・プレフィックス（ＣＰ）３１０、長いブロック（ＬＢ）３２０、短いブロック（ＳＢ）３３０を含む。パイロットトーン３３１を伝送するために、短いブロックにおける符号を使用できる。長いブロック３２０は、情報符号（データ）を伝送するために使用される。このために、ＴＴＩは６つのＬＢと２つのＳＢを含む。
【００２０】
図４は、３ＧＰＰ  ＬＴＥに対して考慮された、別の０．５ミリ秒のＴＴＩ４００を示す。この場合、すべてのＯＦＤＭ符号が同じ長さである。タイムスロットにおける一つまたは複数のＬＢ３２０がパイロットトーン３３１を伝送するのに使用され、また、他のＬＢがデータを伝送するのに使用される。事実、このＴＴＩは７つのＬＢ３２０を有する。
【００２１】
図５は複数のタイムスロットを有するＴＴＩ５００を示す。たとえば、ＴＴＩは、１．０ミリ秒であり、２つのタイムスロットを含む。それらのタイムスロットは図３および４に示されるようなものでよい。
【００２２】
この発明の実施の形態１では、アンテナの切り換えは、パイロットトーンを含むＳＢまたはＬＢにおいて行われる。この場合、チャネル推定の精度は減少されるかもしれない。別の実施の形態では、データを搬送する長いブロックの間に、切り換えが行われる。これはデータの損失を出すかもしれないが、それはＴＴＩに亘るチャネル符号化により部分的に補償される。
【００２３】
ＳＢまたはＬＢに先行する、またはそれに続く、ＣＰの間に、または、ＳＢまたはＬＢ自体の間に、切り換えを行うことができる。いずれの場合にも、ＳＢまたはＬＢの副搬送波の中で直交性が減少されうることがあり、これはＩＣＩを生じさせる。
【００２４】
アップリンクチャンネルにおいて、移動局（ユーザ）からのすべての信号が同時に基地局に到着する。したがって、すべての信号が一緒に処理される。復調の前には、基地局は、どのパケットがどのユーザから来るのかを識別することができない。したがって、１つのユーザからの信号における直交性のどんな損失も、その他のユーザに対するＩＣＩを生じさせる場合がある。切り換えの間に失われたサンプルの数が増加するにつれて、干渉（混信）は増加する。
【００２５】
開ループのアンテナの切り換え
この発明の実施の形態１による開ループのアンテナの切り換えにおいては、送信器でのすべてのアンテナがＴＴＩ内で所定の方法で切り換わる。この切り換えは、瞬時のチャンネル状態に基づいて動的には調整されない。各アンテナに等しい伝送時間量を与えるために、ＴＴＩの間に１回だけアンテナを切り換えることが好ましい。
【００２６】
図６に示されるように、切り換え（ＳＷ）６０１のための時間を、ＬＢのＣＰから、またはＣＰに先行するＬＢのデータ部から、またはそれら両方の部分から、取ることができる。図６は、Ｔｘ伝送アンテナ１およびＴｘアンテナ２に対する切り換えを示す。
【００２７】
閉ループのアンテナ切り換え
閉ループ切り換え方式では、図７において２個のＴｘアンテナＴｘ１とＴｘ２に対して示されるように、ＴＴＩ７０１全体が選択されたアンテナによって伝送され、そのアンテナは、理想的には、利用可能なアンテナの中で最良の瞬時チャンネルゲインを有する。基地局が選択されていないアンテナのチャンネル状態を判別し、そして最良のアンテナを選択７１０するのを許容するために、その選択されていないアンテナは、パイロットトーン７２０を含むＬＢまたはＳＢの１つを、数ＴＴＩ毎に周期的に伝送する。
【００２８】
図７に示されるように、選択されたアンテナ、たとえばＴｘ２、が使用７３０される前に、遅延がある。この例では、Ｔｘ２が再選択される。このために、基地局は、次に、データを伝送しつつ、両方の２個のアンテナに対するチャンネル状態を推定し、その後の伝送のために使用すべき最良のアンテナを判別することができる。
【００２９】
図８は、アンテナを切り換えることができる４つの方法を示す。
パイロットトーンを送るために使用されるＬＢ／ＳＢの中で、完全に切り換える、また、ＣＰおよび切り換え用のＬＢ、またはＳＢデータ部を使用する−８０１。パイロットトーンを送るのに使用されるＬＢ／ＳＢのＣＰ、および隣接するＬＢのＣＰを使用して、切り換える−８０２。パイロットトーンを送るために使用されるＬＢ／ＳＢのＣＰ、および隣接するＬＢのＣＰを使用して、切り換える−８０３。隣接するＬＢのＣＰを使用し、且つパイロットトーンを送るために使用されるＬＢ／ＳＢのＣＰを使用しないで、切り換える−８０４。
【００３０】
上述した４つの方法の中では、データＬＢが影響を受けないため、伝送用のパイロットトーンを含むＬＢ／ＳＢが切り換え時間のために使用される第１の方法が、最小の性能損失に導く。
【００３１】
この発明は、好適な実施の形態を例に挙げて説明したが、この発明の精神および範囲内で種々の他の改変および変更を行うことができることを理解すべきである。したがって、添付クレームの目的はこの発明の真実の精神および範囲に含まれるようなすべての変形例および変更例をカバーすることである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2010503246.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010503246.tif 000010
【図７】
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【図８】
2010503246.tif 000012
【国際調査報告】
2010503246.tif 000013
2010503246.tif 000014
2010503246.tif 000015