(57)【要約】【課題】移動体通信ネットワークにおいて、２基以上のアンテナを備える送信機から信号を送信する方法を提供すること。【解決手段】この方法は、チャネル状態情報を決定するステップと、そのチャネル状態情報の信頼度を推定するステップと、少なくとも１つのデータ・シーケンスを時空間ブロック符号化するステップとを含むものである。データ・シーケンスを送信する前に、データ・シーケンスに線形変換を施し、少なくとも部分的にチャネル変動を補償する。線形変換は、チャネル状態情報およびそのチャネル状態情報の推定された信頼度に応じて決定される。【選択図】図２
2005039840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体通信ネットワークにおいて２基以上の送信アンテナを有する送信機から信号を送信する方法であって、
チャネル状態情報を決定するステップと、
前記チャネル状態情報の信頼度を推定するステップと、
少なくとも１つのデータ・シーケンスを時空間ブロック符号化するステップと、
前記データ・シーケンスを送信する前に、前記データ・シーケンスに線形変換を施して少なくとも部分的にチャネル変動を補償するステップであって、前記線形変換が前記チャネル状態情報および前記チャネル状態情報の前記推定された信頼度に応じて決まるステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記チャネル状態情報がチャネル推定値である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記チャネル状態情報の前記信頼度が、最新のチャネル状態情報および以前のチャネル状態情報から決定される、請求項１乃至２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記最新のチャネル状態情報に、前記以前の状態情報と関連させて重みがつけられ、前記重みがチャネル状態情報の安定性に応じて決まる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記チャネル状態情報がチャネル係数の形のチャネル推定値であり、時間間隔（ｎ）に対する前記チャネル状態情報が前記以前の時間間隔（ｎ−１）に対しても正確であると仮定され、前記チャネル状態情報の信頼度（ρ）が次式で決定され、
ρ（１）＝０
ρ（ｎ）＝（１−α）ｈｆ＊＋αρ（ｎ−１）
上式でｈがチャネル・ベクトルであり、ｆが最新のチャネル状態情報であり、αが忘却係数である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
αが、前記最新のチャネル状態情報と前記前回のチャネル状態情報との間の変化の大きさに応じて選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記時空間ブロック符号化が、最初の送信時刻に、前記２つのアンテナのうちの第１のアンテナから第１のシンボルが送信され、前記２つのアンテナのうちの第２のアンテナから第２のシンボルが送信され、さらに次の送信時刻に、前記第１のアンテナから前記第２シンボルの負の複素共役が送信され、前記第２のアンテナから前記第１のシンボルの複素共役が送信されるようになっている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも２つの送信アンテナと、時空間ブロック符号器と、時空間ブロック符号器からのまたはそこへのデータ・シーケンスを変換してチャネル変動を少なくとも部分的に補償するように動作する線形変換装置と、チャネル状態情報を受信し前記チャネル状態情報の信頼度を推定するように動作するプロセッサと、前記チャネル状態情報および前記チャネル状態情報の前記推定された信頼度に応じて前記施すべき線形変換を決定するように動作するプロセッサとを備える移動体通信用の送信機。
【請求項９】
時空間ブロック復号器およびチャネル推定器と、前記チャネル推定器によって提供されるチャネル状態情報からチャネル状態情報信頼度を推定するように動作するプロセッサと、前記チャネル状態情報および前記チャネル状態情報の前記推定された信頼度に応じて、受信データに施される前記線形変換を決定するように動作するプロセッサとを備える、移動体通信用の受信機。
【請求項１０】
送信機と受信機を含む移動体通信用ネットワークであって、
前記送信機が、時空間ブロック符号器と、線形変換を施すことによって前記時空間ブロック符号器からのまたはそこへのデータ・シーケンスを変換してチャネル変動を少なくとも部分的に補償するように動作する線形変換装置と、少なくとも２基の送信アンテナとを備え、
前記受信機が、時空間ブロック復号器およびチャネル推定器と、前記チャネル推定器によって提供されるチャネル状態情報からチャネル状態情報信頼度を推定するように動作するプロセッサと、前記チャネル状態情報および前記チャネル状態情報の前記推定された信頼度に応じて、送信用の他のデータ・シーケンスに作用させる他の線形変換行列の係数を決定するように動作するプロセッサとを備え、
前記他の線形変換行列の前記係数が、使用のために前記受信機から前記送信機に送信されるネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信に関し、より詳細には、移動体通信ネットワークにおいて２つ以上のアンテナを備えた送信機から信号を送信することに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信システムにおいて、チャネルに関する情報が送信機にフィードバックされると、送信機はチャネル変動を補償できるようになり、それによって利益が生じるはずである。しかし、チャネルが時間とともに急激に変動するため、チャネルに関する信頼できるフィードバックを得ることは難しい。
【０００３】
移動可能なユーザ端末が高速で移動するとき、チャネル推定、パワー制御、量子化、およびフィードバック遅延の組合せのために、「閉ループ」フィードバック方式、すなわち受信機から送信機へのフィードバックを含む方式は急激なチャネル変動を正確にトラッキングすることができない。その結果、チャネルに関する不完全な情報のせいで、送信機および受信機のどちらにおいても、移動する携帯端末の速度が増加するにつれて性能が悪化する傾向がある。一方、時空間ブロック符号化方式は、受信機からのフィードバックを利用しないという点で「開ループ」であるが、速度の増加とともにだんだんチャネル推定の不完全さによる影響を受けにくくなって、その性能が移動速度の増加とともに向上する傾向がある。
【０００４】
完全なチャネル・フィードバックがあった場合の最適な送信方式は、フィードバックが示す単一の方向への送信であることが示されている。この方式は、ビームフォーミング方式と呼ばれている。逆に、チャネル・フィードバックがまったくない場合の最適な方式は、互いに直交する独立した方向に等電力で送信することであることが示されている。この方式は、ダイバシティ方式と呼ばれている。しかし実際には、フィードバック情報は完全でもゼロでもないことが多い。
【０００５】
当技術分野において、チャネルに関する不完全なフィードバックが考慮されるようになり始めた。ある既知のアプローチでは、所与の伝送方式が、その入力空間の共分散行列のランクにしたがって分類されている。例えば、ビームフォーミング方式はランク１の行列に相当し、フルランクの共分散行列はダイバシティ方式を示す。
【０００６】
【非特許文献１】Ｓ．Ｍ．Ａｌａｍｏｕｔｉ、「Ａ  Ｓｉｍｐｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｔ  Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ａｒｅａｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．８、Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９８、１４５１〜１４５８頁
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６１８５２５８号
【非特許文献２】Ｓ．Ｚｈｏｕ、Ｇ．Ｂ．Ｇｉａｎｎａｋｉｓ「Ｏｐｔｉｍａｌ  ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  ｅｉｇｅｎ−ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ  ａｎｄ  ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ  ｂｌｏｃｋ  ｃｏｄｉｎｇ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｍｅａｎ  ｆｅｅｄｂａｃｋ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、Ｖｏｌ．５０、Ｎｏ．１０、Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００２
【非特許文献３】Ｍ．Ｋ．Ｓｉｍｏｎ、Ｍ．Ｓ．Ａｌｏｕｉｎｉ「Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｏｖｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｌｉｓｅｄ  Ｆａｄｉｎｇ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ：Ａ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ」、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、２０００
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態は、移動体通信ネットワークにおいて、２つ以上のアンテナを備えた送信機から信号を送信する方法である。この方法は、チャネル状態情報の決定、チャネル状態情報の信頼度の推定、および少なくとも１つのデータ・シーケンスの時空間ブロック符号化を含む。データ・シーケンスを送信する前にデータ・シーケンスに線形変換を施して、少なくとも部分的にチャネル変動を補償する。線形変換は、チャネル状態情報およびチャネル状態情報の推定された信頼度に応じて決まる。
【０００９】
好ましくは、線形変換をデータ・シーケンスをブロック符号化する前に行い、あるいは線形変換をデータ・シーケンスをブロック符号化した後で行う。時空間ブロック符号化は、好ましくはＡｌａｍｏｕｔｉの時空間ブロック符号化である。送信機は、好ましくはＣＤＭＡ（符号分割多重接続）方式またはＷ−ＣＤＭＡ（広帯域符号分割多重接続）方式に従って動作する基地局である。基地局は、好ましくはＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）標準に準拠して動作する。
【００１０】
本発明の他の実施形態もやはり、移動体通信用に対応する送信機、受信機、およびネットワークを提供する。
【００１１】
本発明者は、広範囲の移動速度に対して性能を改善するために、時空間符号と併せてチャネル状態情報をどのように使用できるかを考えた。その結果、チャネル状態情報とチャネル状態情報信頼度の両方に関して適合するようになされた線形プリコーディング機能（ｌｉｎｅａｒ  ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を提供する。
【００１２】
本発明の実施形態は、チャネル知識（ｃｈａｎｎｅｌ  ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）の両極端、すなわち発信機に完全なチャネル知識がある場合および受信機にチャネル知識がまったくない場合、ならびにこれら両極端の間にあるあらゆる場合を扱うことができる。この両極端の間で、利用可能なチャネル情報およびチャネル状態情報信頼度を考慮して時空間符号の性能を改善する。性能は、閉ループ・フィードバックを含むネットワークおよび開ループ・フィードバックを含むネットワークのどちらの場合でも改善できる。
【００１３】
本発明の一実施形態はＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）の時空間符号化システムである。このシステムは、チャネル状態情報それ自体およびチャネル状態情報の信頼度に関する知識を併せて使用して、変動するチャネル状態情報およびチャネル状態情報信頼度の条件に送信機を適合させる。したがって、チャネル状態情報信頼度が限定されることによる性能低下が抑制され、ロバスト性が実現される。
【００１４】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照しながら例示として説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
理解を容易にするために、より一般的な説明を行い、続いてＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）タイプの移動体通信ネットワークにおける実施の態様の説明を行う。本発明が、ＵＭＴＳだけでなく、これに限定するものではないが、例としてＣＤＭＡ（符号分割多重接続）やＷＣＤＭＡ（広帯域符号分割多重接続）などの通信システムにおいてもいくつもの応用例を有することに留意されたい。
【００１６】
ＭＩＭＯシステムは、例えばＵＭＴＳにおける使用では、一般に時空間ブロック符号化を含むものである。２つの送信アンテナのための時空間ブロック符号化方式の一例は、Ｓ．Ｍ．Ａｌａｍｏｕｔｉ、「Ａ  Ｓｉｍｐｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｔ  Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ａｒｅａｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．８、Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９８、１４５１〜１４５８頁に示されており、また米国特許第６１８５２５８号にも記載されている。この方式の符号化および送信シーケンスは、次のとおりである。最初の送信時刻ｔ１にシンボルｘ１およびｘ２がそれぞれアンテナ１および２から送信され、次の送信時刻ｔ２にシンボル  −ｘ２＊およびｘ１＊がそれぞれアンテナ１および２から送信される。ただし、＊は共役複素数を示す。この送信シーケンスＺは、行列の形で次のように表される。
【数１】
2005039840.tif 000003
【００１７】
他のバックグラウンドとして、ＭＩＭＯシステムの性能がプリコーディングによって向上できる場合があることが知られている。プリコーディングとは、シンボルに線形変換を施すことを意味する。例えば、チャネル状態情報を考慮する時空間符号化システムに対する線形プリコーダが、Ｓ．ＺｈｏｕおよびＧ．Ｂ．Ｇｉａｎｎａｋｉｓの「Ｏｐｔｉｍａｌ  ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  ｅｉｇｅｎ−ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ  ａｎｄ  ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ  ｂｌｏｃｋ  ｃｏｄｉｎｇ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｍｅａｎ  ｆｅｅｄｂａｃｋ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、Ｖｏｌ．５０、Ｎｏ．１０、Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００２と題する論文中に記載されている。
【００１８】
チャネル状態情報の知識を利用する線形プリコーダが時空間符号化ＭＩＭＯシステムに組み込まれて、そのシステムの性能を向上させる。図１に示した、Ｍ基の送信アンテナとＮ基の受信アンテナからなるＭＩＭＯ（多入力多出力）通信ネットワークについて考える。例えば、送信側は移動体通信の基地局である。
【００１９】
以下の解析では、ネットワークは１台の受信アンテナを備えているものとする（すなわち、Ｎ＝１）。しかし、提示の方法は、任意の台数の受信アンテナに容易に一般化できる。一般性を失うことなく、周波数非選択性のチャネルを考える。Ｍ×１のチャネル・ベクトルｈの各要素ｈｉはチャネルの状態を表し、これらは送信アンテナｉと受信アンテナの間の伝達関数またはチャネル応答とも呼ばれる。送信側および受信側で、チャネル状態に関する一部の情報が知られているものとする。
【００２０】
図１に示したように、時空間符号器は、送信すべき入力データ・シーケンスｘ＝（ｘ１，ｘ２，．．．ｘＱ）を符号語からなるＱ×Ｍの行列Ｚにマッピングする。符号語は、１組Ｍ個の並列のシーケンスに分離されマッピングされる。次に、これらの符号語をＬで示されるＭ×Ｍの線形変換によって変換して、符号を利用可能なチャネル情報に適合させる。結果として得られたシーケンスは、Ｑ×Ｍの行列Ｃ＝Ｚ Ｌの列によって表され、Ｍ台の送信アンテナからある時間間隔でＱ回にわたって送信される。したがって、Ｑ×１のベクトルｙに含まれる受信信号は、σ２ＩＱに等しい共分散行列を有するＱ×１のベクトルｎの特性をもつ加法的なガウス型ホワイトノイズが混入したＭ本の送信シーケンスの重ね合わせとなる。
【００２１】
ｙ＝Ｃｈ＋ｎ        （１）
ブロックフェージング・モデル（ｂｌｏｃｋ−ｆａｄｉｎｇ  ｍｏｄｅｌ）を想定している。すなわちチャネルは、いくつかのシンボル期間（１つの時空間符号語期間）の間一定であり、次いで続く符号語期間については統計的に独立に変化する。
【００２２】
受信機では、シンボルごとの検出が行われる。受信機は、ＭＲＣ（最大比合成）受信機である。すなわち、所与のプリコーダ行列Ｃに対し、信号対雑音比を最大化する受信機である。取り組むべき問題は、送信機で利用できるチャネル状態情報が完全なものか不完全なものかにかかわらず、どのように最適なプリコーダ行列Ｃを選択するかということである。
【００２３】
チャネル状態情報（ＣＳＩ）とはチャネル推定値のことであり、推定値はフィードバック帯域幅制限のために量子化されることもある。チャネル状態情報は、完全には正確でないことがあり、したがって完全には信頼できないものである。この意味で、ＣＳＩは部分的（ｐａｒｔｉａｌ）なものである。
【００２４】
次に、受信機で利用できる（部分的な）チャネル状態情報（ＣＳＩ）ｆ（ｈ）に基づいて、その情報を条件としたチャネルｈ（したがって条件付きチャネルと表す）について考察する。この解析では、ｈおよびｆはガウス分布
【数２】
2005039840.tif 000004
に従うものと仮定する。
【００２５】
条件付きチャネルの期待値は次式で表わされる。
【数３】
2005039840.tif 000005
【００２６】
条件付きチャネルは、部分的なＣＳＩｆの関数として次式で表される。
【数４】
2005039840.tif 000006
上式で、εはチャネル推定誤差であり、εは
【数５】
2005039840.tif 000007
の分散を有する。
【００２７】
最適プリコーダ行列Ｃは、シンボル誤り率（ＳＥＲ）を最小化するように計算される。この解析では、上記のＺｈｏｕとＧｉａｎｎａｋｉｓの論文に記載されたＳＥＲの閉形式表現（ｃｌｏｓｅｄ  ｆｏｒｍ  ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ）を使用し、チェルノフ上界（Ｃｈｅｒｎｏｆｆ  ｂｏｕｎｄ）とよばれるＳＥＲの上界を使用する。チェルノフ上界のバックグラウンドは、Ｍ．Ｋ．ＳｉｍｏｎおよびＭ．Ｓ．Ａｌｏｕｉｎｉ共著の「Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｏｖｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｌｉｓｅｄ  Ｆａｄｉｎｇ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ：Ａ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ」、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、２０００に記載されている。
【００２８】
上界を計算するためには、まず受信機での信号対雑音比を決定しなければならない。
【００２９】
式（１）で定義された上記の信号モデルによれば、ＭＲＣ受信機における信号対雑音比γは次式で表される。
【数６】
2005039840.tif 000008
上式で、Ｅは期待値、ｈはチャネル・ベクトル、Ｓは送信シンボル、Ｈは行列のエルミート形式、σ２は雑音分散、ＥＳは平均シンボル・エネルギーを表す。シンボルは、ｍ−ＰＳＫコンステレーション（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）である。
【００３０】
次式の固有値分解に基づけば、
ＣＨＣ＝ＵＣΔＣＵＣＨ        （５）
（上式で、ＵはＣＨＣの固有ベクトルからなる行列、ＵＣはユニタリ行列、ΔＣ＝ｄｉａｇ（δ１，δ２．．．，δＭ）（言い換えると、ΔＣはＣＨＣの固有値からなる対角行列）であり、δｉはＣＨＣのｉ番目の固有値である。）信号対雑音比γは各サブチャネル（送信アンテナに対応する各サブチャネル）ごとの信号対雑音比（ＳＮＲ）の合計になる。
【数７】
2005039840.tif 000009
【００３１】
前述のＺｈｏｕおよびＧｉａｎｎａｋｉｓの論文によると、各サブチャネル上の平均ＳＮＲは次式で表される。
【００３２】
【数８】
2005039840.tif 000010
上式で
【数９】
2005039840.tif 000011
であり、ρは、実際のチャネルすなわちチャネル・ベクトルｈ、とチャネル状態情報（ＣＳＩ）ｆの間の相関係数である。（このことは以下の式１５で定義される）。
【００３３】
ＳＥＲについてのチェルノフ上界は、前述のＳｉｍｏｎおよびＡｌｏｕｉｎｉの論文中で次式となることが証明されている。
【数１０】
2005039840.tif 000012
＃１  ただし
＃２  なお
最適プリコーダは、ペアごとの誤り確率（和集合上界）の最小化に基づいて決定される。具体的には、最適プリコーダ行列Ｃは、シンボルの誤り率を最小化するための以下の最適問題の解である。
【数１１】
2005039840.tif 000013
【００３４】
この式は、送信パワーを表すＣＨＣの対角要素の合計が１に制約されるという条件の下で、Ｃに関してＳＥＲＢＯＵＮＤを最小化することを意味する。
【００３５】
次に、条件付きチャネルの期待値の相関行列を
【数１２】
2005039840.tif 000014
とする。上式で、Ｕｈは条件付きチャネルの期待値の相関行列の固有ベクトルからなる行列であり、
【数１３】
2005039840.tif 000015
は条件付きチャネルの期待値の相関行列の固有値からなる行列であり、
【数１４】
2005039840.tif 000016
は
【数１５】
2005039840.tif 000017
のノルムである。
【００３６】
前述のＺｈｏｕおよびＧｉａｎｎａｋｉｓの論文では、最適プリコーダＣが
ＵＣ＝Ｕｈ        （１１）
の関係を有することが証明されており、式（５）と式（１１）を組み合わせると、最適プリコーダ行列
【数１６】
2005039840.tif 000018
（ただしユニタリ行列Ｚは時空間符号器である）は、複数のビームが、条件付きチャネルの期待値の相関行列の固有ベクトル方向に沿った互いに直交する方向を向く、一般化されたビームフォーマとなる。固有ベクトルに沿ったパワー・ローディング（ｐｏｗｅｒ  ｌｏａｄｉｎｇ）は行列ΔＣによって決定される。
【００３７】
式（９）におけるパワーの制約は、平均送信シンボル・パワーがＥｓであることと等価であり、この制約を使用して、最適ΔＣ＝ｄｉａｇ（δ１，δ２，．．．，δＭ）を求める。
【００３８】
【数１７】
2005039840.tif 000019
上式で
【数１８】
2005039840.tif 000020
であり、また［・］＋はｍａｘ［・，０］を表す。すなわち括弧内の式は、正の値の場合は実際の計算値を取り、負の値の場合は０に設定される。
【００３９】
２基のアンテナによる送信システムへの応用例
次に、Ａｌａｍｏｕｔｉの時空間ブロック符号化を使用して、提案されたプリコーダ行列Ｃの２×１（２基の送信アンテナ、および１基の受信アンテナ）システムへの応用例について考える。この場合、前述のように
【数１９】
2005039840.tif 000021
である。
【００４０】
式（１２）で与えられたプリコーダＣの計算は、雑音がガウス分布すなわち既知の共分散σ２のｎ〜Ｎ（０，σ２Ｉ）に従い、条件付きチャネルが
【数２０】
2005039840.tif 000022
すなわち平均値がρｆかつ共分散が
【数２１】
2005039840.tif 000023
に従う条件付きチャネルであるとの仮定に基づいたものである。ただし、前述のように、ｆは受信側で利用できる部分的なＣＳＩ情報であり、ρは実際のチャネルｈとＣＳＩ情報ｆの間の相関係数である。ρはチャネル状態情報（ＣＳＩ）の信頼性を表し、
【数２２】
2005039840.tif 000024
および
【数２３】
2005039840.tif 000025
の関係をみたす。式（１６）は誤りの分散であり、
【数２４】
2005039840.tif 000026
は勿論チャネル・ベクトルｈの分散である。
【００４１】
以下で、ρの値に応じて３つの場合を考える。
１）ＣＳＩの信頼度ρが０＜ρ＜１の場合、式（１２）における線形変換Ｌは、２基の送信アンテナ・システムの場合には次式で与えられる。
【００４２】
【数２５】
2005039840.tif 000027
上式で、δ１およびδ２は式（１３）に示されており、また式（１０）においてＵｈは
【数２６】
2005039840.tif 000028
である。
２）ＣＳＩの信頼度がρ＝０の場合、ＳＥＲについてのチェルノフ上界は式（８）で与えられ、
【数２７】
2005039840.tif 000029
となり、この場合の最小化問題（９）の解は
【数２８】
2005039840.tif 000030
となる。２基の送信アンテナ・システムの場合の線形変換Ｌは、
【数２９】
2005039840.tif 000031
となる。この送信方法は、２×１直交時空間符号（Ａｌａｍｏｕｔｉ）と等価である。
３）ＣＳＩ信頼度がρ→１の場合、式（１６）により
【数３０】
2005039840.tif 000032
となり、ξ→０となる。この場合、大括弧の中の式が負の値を取るので
【数３１】
2005039840.tif 000033
となる。ただ１つの固有値だけはゼロではなくδ１＝１であり、２基の送信アンテナ・システムの場合の線形変換Ｌは、
【数３２】
2005039840.tif 000034
となる。したがって、この送信方法はビームフォーマと等価である。
【００４３】
チャネル状態情報（ＣＳＩ）信頼度の計算
チャネル状態情報（ＣＳＩ）信頼度の評価はＣＳＩ情報の特性に応じて決まる。実際のチャネル係数が、ある遅延Ｄ（ＱＴＣ）の後に受信機から送信機にフィードバックされる、すなわち遅延が符号語長Ｑとチップ幅（ｃｈｉｐ  ｄｕｒａｔｉｏｎ）ＴＣの関数であると仮定すると、フィードバック・ベクトルｆ、すなわちチャネル状態情報は次式とみなされる。
【００４４】
ｆ（ｈ（ｉ））＝ｈ（ｉ−Ｄ）        （１７）
要するにこの式は、時刻ｉにおけるＣＳＩのフィードバックが、時刻ｉ−Ｄにおける実際のチャネルの状態であるとみなせることを意味する。
【００４５】
この場合、ＣＳＩ信頼度は次式をみたす相関係数ρである。
【数３３】
2005039840.tif 000035
【００４６】
遅延Ｄはフィードバック間隔、すなわちタイムスロットに等しいと仮定できる。ＣＳＩ信頼度ρの計算は、連続するチャネル・フィードバック・サンプルの間の移動平均に基づいて行われる。この平均化では、忘却係数（ｆｏｒｇｅｔｔｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）αを導入することによって以前のフィードバック・サンプルを考慮に入れる。忘却係数αは、新しい各チャンネル推定値に過去のチャネル推定値と対比させてその寄与分の重みをつけることを目的としている。数学的には、ＣＳＩの信頼度は次式で表せる。
【００４７】
ρ（１）＝０
ρ（ｎ）＝（１−α）ｈｆ＊＋αρ（ｎ−１）        （１９）
αの値は、ＣＳＩが急速に変化するときは小さな値に選択される。それによって過去のサンプル値の効果がより小さくなるからである。逆に、ＣＳＩがより安定しているときには、過去のサンプル値がより多く考慮されることになる。
【００４８】
チャネル状態情報（ＣＳＩ）が、フィードバック遅延以外の要因のために不完全になり得ることに留意されたい。例えばＣＳＩは、帯域幅制限による、チャネルの量子化されたバージョンまたはタイムスロットにわたるチャネル推定値の平均などの場合があり、関連規格に従って少ないフィードバック・ビット数が使用されるＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）ネットワークの場合がそうである。
【００４９】
ＵＭＴＳシステム・アーキテクチャ
次にＦＤＤ（周波数分割多重）ダウンリンクを使用するＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）への応用例について考える。チャネルが周波数選択性のものかそうでないかに関する仮定は行わない。ＦＤＤ（周波数分割多重）においては、アップリンク（すなわち、移動体ユーザ端末から基地局方向の）周波数とダウンリンク（すなわち、基地局から移動体ユーザ端末方向の）周波数は異なっているので、チャネル状態情報またはそれと等価な情報が送信側（基地局）にフィードバックされる。
【００５０】
送信方式およびチャネル状態情報（ＣＳＩ）信頼度について述べると、ＣＳＩ信頼度は、式（１７）、（１８）、および（１９）に示したように、以前のフィードバック期間（例えば、タイムスロット）のチャネル推定値を考慮に入れる。ＣＳＩ信頼度はまた、ドップラ・シフト、フィードバック量子化、チャネル推定誤差の影響を受ける。
【００５１】
線形変換行列Ｌの計算には、以前のタイムスロットのＣＳＩすなわちｆおよびＣＳＩ信頼度ρが必要である。先の式１２を参照すると、符号語からなる行列Ｚは既知であり、ΔＣは式１３から決定され、ＵｈＨはｆおよびρならびに式１０から決定される。ただし、式１０で
【数３４】
2005039840.tif 000036
である。
【００５２】
受信機では、送信に際して使用された線形変換行列Ｌを推定し、それをレイク受信機のタップごとの時空間復号器に提供しなければならない。受信機は、線形変換行列Ｌを考慮することを除けば、時空間ブロック符号（および先に参照したＡｌａｍｏｕｔｉの論文に記載されているもの）で使用される受信機と類似したものである。実際、逆拡散した後の各タップｐにおける受信信号は、次式で与えられる。
【００５３】
【数３５】
2005039840.tif 000037
（上式で、δ１＋δ２＝１，δ１，δ２≧０、すなわち
【数３６】
2005039840.tif 000038
である。またΣｐはタップｐにおける雑音行列であり、信号ｙの下添え字はある間隔で２つの時刻に受信したシンボルを表す。）送信信号ｘ１およびｘ２を復元するために、受信信号Ｙｐに以下の操作を施す。
【００５４】
【数３７】
2005039840.tif 000039
上式で
【数３８】
2005039840.tif 000040
は、タップｐのコンポジット・チャネル（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｃｈａｎｎｅｌ）である。次に合成器ブロックは各タップで検出されたシンボルを合成する。
【００５５】
ＵＭＴＳシステム実装
ＵＭＴＳの送信機２および受信機４を図２に示す。ＵＭＴＳのＦＤＤ（周波数分割多重）ダウンリンク送受信方式は、上で説明した、ＣＳＩ（ｆ）およびＣＳＩ信頼度（ρ）に応じて決まる線形プリコーディングを含む。したがって送信機２は、チャネルに関するフィードバックされたある知識（ｆ，ρ）を有する。ＦＤＤダウンリンク（すなわち、基地局から移動局へのリンク）が動作するＵＭＴＳネットワークにおいて、ＣＳＩは、受信機４（すなわち移動局）が送信するビットの形で提供されるフィードバック・チャネル推定値６として得られる。送信機での関連するモジュールは、線形プリコーダ（Ｌ）８、ＣＳＩを受信してＣＳＩ信頼度を決定するプロセッサ１０、Ｌ決定器（Ｌ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ）１２である。受信機での関連するモジュールは、ＣＳＩ信頼度を決定するプロセッサ１４、Ｌ決定器１６、および時空間復号器２４である。
【００５６】
送信機２では、既知の方式によるチャネル符号化、レート・マッチング、インタリービング、および変調（これらのステップは、機能ブロック２２に示されている）の後、時空間ブロック符号器２０から提供される時空間符号化されたシンボルに対し線形プリコーダ（Ｌ）８を作用させる。線形プリコーダＬの係数は、Ｌ決定器１２においてＣＳＩおよびＣＳＩ信頼度に基づいて計算される。プロセッサ１０におけるＣＳＩ信頼度（ρ）の計算は、ＣＳＩ、すなわち受信機４からフィードバックされたチャネル推定値６に基づいて行われる。これは、時間的に連続するチャネル推定値を、忘却係数を使用して平均化する（移動平均）ことによって実施される。忘却係数は、過去のＣＳＩと対比させて現在のＣＳＩにその寄与分の重みをつけることを目的とする。この情報は、ＵＭＴＳで使用可能な低速フィードバック・リンクを使用して送信機にフィードバックされる。ＵＭＴＳのアップリンク・チャネルでは、受信信号に関する情報を送信機に通信するためにいくつかのビットが使用可能である。線形プリコーダ８の出力は、拡散およびスクランブルされ９、共通パイロット・チャネル（ＣＰＩＣＨ）１１符号化ビットが付加されて送信される。
【００５７】
受信機４では、受信信号を使用してＣＳＩ、すなわちチャネル推定ブロック２６における推定値（ｆ）を提供し、それを使用してプロセッサ１４でＣＳＩ信頼度（ρ）を計算する（送信機におけると同様に）。受信信号はまた、逆拡散２８され時空間ブロック復号器２４に加えられる。受信機４では、時空間ブロック復号器（ＳＴＤ）２４は、本質的に従来のもの（上で引用したＡｌａｍｏｕｔｉの論文および特許に記載されているもの）と同じ構造を有するが、チャネル推定値の代わりに等価チャンネルを考慮する必要がある。等価チャネルとは、チャンネルに対しＬの係数による線形変換を施したもの、すなわちＨｅｑ＝［ｈｅｑ，１  ｈｅｑ，２］＝ＨＬとして定義されるものである。図２に示したように、線形プリコーダＬの係数は、受信機中でＬ決定器１６によって推定される。Ｌ決定器１６は、チャネル推定ブロック２６、およびＣＳＩ信頼度を決定するプロセッサ１４からの入力を有する。時空間復号器２４の出力は、合成器３０に提供され、次いで既知の方法でチャネル復号、逆レート・マッチ、デインタリーブ（ｄｅｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）、および復調される（これらのステップは、図２の機能ブロック３２に記されている）。
【００５８】
代替のＵＭＴＳ実装
次に、代替実装について説明する。この代替実装では、ＣＳＩ、すなわち受信機が提供するチャネル推定値によって送信機側で線形変換行列Ｌを決定する代わりに、受信機が線形変換行列Ｌの係数を提供する。
【００５９】
この代替実施形態においては、図３に示したように、受信機４’が送信機２’にプリコーダＬの係数を与える。ＦＤＤ（周波数分割多重）ダウンリンクで動作するこのＵＭＴＳ送信機２’および受信機４’においては、これらの係数は移動局が送信するフィードバック・ビットである。提案のＵＭＴＳネットワークは図３に描かれており、この図において、ＵＭＴＳのＦＤＤダウンリンク送受信方式は、先に説明した、ＣＳＩおよびＣＳＩ信頼度によって決まる線形プリコーディング機能を含む。送信機での関連するモジュールは線形プリコーダ（Ｌ）８’である。受信機での関連するモジュールは、ＣＳＩ信頼度を決定するプロセッサ１４’、Ｌ決定器１６’、および時空間復号器２４’である。
【００６０】
送信機では、既知の方法でチャネル符号化、レート・マッチング、インタリービング、および変調（これらのステップは、機能ブロック２２’として示されている）を行った後、時空間ブロック符号器２０’から提供される時空間符号化されたシンボルに線形プリコーダ（Ｌ）を作用させる。線形プリコーダ８’からの出力は、拡散され、スクランブルをかけられ（９’）、共通パイロット・チャネル（ＣＰＩＣＨ）１１’ビットを付加された後で送信される。線形プリコーダＬの係数は、以下で説明するように受信機４’によって提供され、無線を介して送信機にフィードバックされる。
【００６１】
受信機では、ＣＳＩ、すなわちチャネル推定ブロック２６’が提供するチャネル推定値に基づいてＣＳＩ信頼度が計算される（機能ブロック１４’）。この計算は、忘却係数を使用して時系列のチャネル推定値を平均化する（移動平均をとる）ことによって行われる。忘却係数は、過去のＣＳＩと対比させて現在のＣＳＩにその寄与分の重みをつけることを目的とする。また、ＣＳＩ信頼度をゆっくり変化させることを考慮するためのものでもある。線形プリコーダ（Ｌ）の係数は、Ｌ決定器１６’で、ＣＳＩおよびＣＳＩ信頼度に基づいて計算される。
【００６２】
受信機４’では、チャネル推定ブロック２６’で、受信信号を使用してチャネル推定値を提供する。また、受信信号は、逆拡散２８’された後、時空間復号器２４’に加えられる。受信機では、時空間ブロック復号器（ＳＴＤ）２４’は、本質的に従来のもの（上で引用したＡｌａｍｏｕｔｉの論文および特許に記載されているもの）と同じ構造を有するが、チャネル推定値の代わりに等価チャンネルを考慮する必要がある。等価チャネルとは、チャンネルに対しＬの係数による線形変換を施したもの、すなわちＨｅｑ＝［ｈｅｑ，１  ｈｅｑ，２］＝ＨＬとして定義されるものである。時空間復号器の出力は、合成器３０’に提供され、次いで既知の方法でチャネル復号、逆レート・マッチ、デインタリーブ、および復調される（これらのステップは、図３に機能ブロック３２’として示されている）。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】ＭＩＭＯ通信システムを示す図である。
【図２】ＵＭＴＳにおける、送信機および受信機の実装を示す図である。
【図３】ＵＭＴＳにおける、代替の送信機および受信機の実装を示す図である。
【図１】
2005039840.tif 000041
【図２】
2005039840.tif 000042
【図３】
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