(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記を具備する、マルチプル入力−マルチプル出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいて、送信機装置から受信機装置にデータを送信するための方法：
受信機装置へのデータ送信のために使用される複数の送信チャネルの特性を示すチャネル状態情報を受信する、ここにおいて、該得られたチャネル状態情報は、前記複数の送信チャネルの各々に関する信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）の推定を具備する；および
前記送信チャネルに関する前記信号対雑音プラス干渉の推定に基づいて各送信チャネルに関するデータを符号化する、および各送信チャネルの前記データは、前記送信チャネルに関する前記信号対雑音プラス干渉の推定に基づいて独立して符号化される、ここにおいて、前記符号化は、前記送信チャネルに関するデータを固定ベースコードで符号化する、および前記送信チャネルに関する前記信号対雑音プラス干渉の推定に基づいて符号化されたビットのパンクチャリングを調節する。
【請求項２】
前記送信チャネルに関する前記信号対雑音プラス干渉の推定に基づいて選択された変調スキームに従って各送信チャネルに関して符号化されたデータを変調する、を具備する請求項１の方法。
【請求項３】
前記受信されたチャネル状態情報は、全ての対の送信および受信アンテナ間の伝搬路の特徴づけを具備する、請求項１の方法。
【請求項４】
前記受信されたチャネル状態情報は、前記複数の送信チャネルの固有モードおよび固有値を示す、請求項１の方法。
【請求項５】
前記符号化は、前記固有値に基づいて前記送信チャネルに関するデータを符号化する、を具備する請求項４の方法。
【請求項６】
各送信チャネルに関する前記データは独立して符号化される、請求項５の方法。
【請求項７】
前記符号化は、前記固有値に基づいて選択された変調スキームに従って、符号化された前記送信チャネルに関するデータを変調し、変調記号を提供する、を具備する請求項５の方法。
【請求項８】
前記符号化は、該固有モードに基づいて送信の前に前記変調記号を事前調整する、をさらに具備する請求項７の方法。
【請求項９】
前記チャネル状態情報は前記受信機装置から完全に送信される、請求項１の方法。
【請求項１０】
前記チャネル状態情報は前記受信機装置から、周期的に、完全に送信される、ここにおいて、前記チャネル状態情報への更新は完全送信の間に送信される、請求項１の方法。
【請求項１１】
前記チャネル状態情報は、特定のしきい値を超えたチャネル特性の変化が検出されると、送信される、請求項１の方法。
【請求項１２】
該複数の固有モードおよび固有値を示す前記チャネル状態情報は異なる更新レートで送信される、請求項４の方法。
【請求項１３】
前記ＭＩＭＯシステムは、直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）を実施する、請求項１の方法。
【請求項１４】
下記を具備する、マルチプル入力マルチプル出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおける使用のための送信機装置：
前記受信機装置からの１つまたはそれより多くの信号を受信および処理し、前記受信機装置へのデータ送信のために使用される複数の送信チャネルの特性を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ）を再生するように構成された少なくとも１つの復調器、および
前記再生されたチャネル状態情報に基づいて、前記受信機装置への送信のためにデータを処理するように構成された送信データプロセッサ、ここにおいて、前記得られたチャネル状態情報は、前記複数の送信チャネルの各々に関する信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）の推定を具備する、前記送信機装置における前記処理は、前記送信チャネルに関する前記信号対雑音プラス干渉の推定に基づいて各送信チャネルに関するデータを符号化することを含む、および各送信チャネルの前記データは、前記送信チャネルに関する前記信号対雑音プラス干渉の推定に基づいて独立して符号化される、ここにおいて前記符号化は、前記送信チャネルに関するデータを固定ベースコードで符号化することを含み、符号化されたビットのパンクチャリングの調節は、前記送信チャネルに関する前記信号対雑音プラス干渉の推定に基づいている。
【請求項１５】
前記ＭＩＭＯシステムは、直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）を実施する、請求項１４の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は一般にデータ通信に関し、特に、無線通信システムのための改良された性能を提供するために、（全部または一部の）チャネル状態情報を利用するため新規で改良された方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムは、音声、データ、等のような種々のタイプの通信を提供するために幅広く展開されている。これらのシステムは、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）またはその他の変調技術に基づくことができる。ＯＦＤＭシステムは、いくつかのチャネル環境に対して高い性能を提供することができる。
【０００３】
地上の通信システム（例えば、セルラシステム、ブロードキャストシステム、マルチチャネルマルチポイントディストリビューションシステム(multi-channel multi-point distribution system)（ＭＭＤＳ）およびその他）において、送信機装置からのＲＦ変調された信号は、多数の送信経路を介して受信機装置に到達する場合がある。送信経路の特性は、一般的に、フェージングおよび多経路のような多数の要因により時間に対して変化する。
【０００４】
有害な経路効果に対してダイバーシチを提供し、性能を改良するために、複数の送信および受信アンテナを使用することができる。送信アンテナと受信アンテナとの間の送信経路が線形的に独立であるなら、（すなわち、一方の経路上での送信は、他方の経路上での送信の一次結合として形成されない）、これは、一般的にはある程度真実であるが、アンテナの数が増えるにつれ、送信された信号を正しく受信する可能性が増加する。一般に、送信および受信アンテナの数が増えるにつれ、ダイバーシチが増加し、性能が改良する。
【０００５】
マルチプル入力−マルチプル出力(multiple-input multiple-output)（ＭＩＭＯ）通信システムはデータ送信のために複数の（ＮＴ）送信アンテナおよび複数の（ＮＲ）の受信アンテナを採用する。ＭＩＭＯチャネルはＮｃの独立したチャネルに分解することができる。Ｎｃ≦ｍｉｎ｛ＮＴ，ＮＲ｝である。Ｎｃ独立チャネルの各々はＭＩＭＯチャネルの空間サブチャネルとも呼ばれ、ある寸法に対応している。複数の送信および受信アンテナにより作られたさらなる次元が利用されるなら、ＭＩＭＯシステムは改良された性能を提供することができる。
【０００６】
それゆえ、改良されたシステム性能を提供するためにＭＩＭＯシステムにより作られたさらなる寸法をうまく利用するために、チャネル状態情報（ＣＳＩ）を利用する技術的な必要性がある。
【発明の開示】
【０００７】
［発明の概要］
本発明の観点は、マルチプル入力マルチプル出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいて、受信された信号を処理し、送信された信号を再生し、ＭＩＭＯチャネルの特性を推定することである。データ送信のために使用される送信チャネルの特性を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ）を得るために、種々の受信機処理スキームを使用することができる。次に、ＣＳＩは送信機システムに報告され、信号処理（例えば、符号化、変調等）を調節するために使用される。このようにして、決定されたチャネル条件に基づいて高い性能が得られる。
【０００８】
本発明の特定の実施の形態は、ＭＩＭＯ通信システムにおいて、送信機装置から受信機装置にデータを送信するための方法を提供する。この方法に従って、受信機装置において、多数の信号が多数の受信アンテナを介して受信され、各受信アンテナからの受信された信号は送信機装置から送信された１つまたはそれより多くの信号の組合せから構成される。受信された信号は、（例えば、チャネル相関マトリクス反転（ＣＣＭＩ）スキーム、バイアスされない最小平均２乗誤差（ＵＭＭＳＥ）スキーム、またはその他の受信機処理スキームを介して）データ送信のために使用される多数の送信チャネルの特性を示すＣＳＩを得るために処理される。ＣＳＩは符号化され送信機装置に送信される。送信機装置において、受信機装置からのＣＳＩは受信され、受信機装置への送信のためのデータは受信したＣＳＩに基づいて処理される。
【０００９】
報告されたＣＳＩは、完全ＣＳＩまたは部分ＣＳＩを含むことができる。完全ＣＳＩは全ての対の送信および受信アンテナ間の伝搬路の十分な完全帯域幅特性（例えば、使用可能な帯域幅の全域での振幅および位相）を含む。部分ＣＳＩは、例えば、送信チャネルの信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）を含むことができる。送信機装置において、各送信チャネルのためのデータは、送信チャネルのためのＳＮＲの推定に基づいて符号化することができ、各送信チャネルのために符号化されたデータは、ＳＮＲの推定に基づいて選択された変調スキームに従って変調することができる。完全ＣＳＩ処理の場合、受信されたＣＳＩに従って送信する前に、変調記号はまた、前処理される。
【００１０】
以下にさらに詳細に記載するように、この発明はさらに、この発明の種々の観点、実施の形態および特徴を実施する方法、システム、および装置を提供する。
【００１１】
［詳細な説明］
本発明の特徴、性質、および利点は、同一部に同符号を付した図面と共に、以下に述べる詳細な説明からより明白になるであろう。  
図１は、この発明の種々の観点および実施の形態を実施することができるマルチプル入力マルチプル出力（ＭＩＭＯ）通信システム１００の図である。システム１００は、第２のシステム１５０と通信する第１のシステム１１０を含む。システム１００は、スペクトル周波数を増加し、性能を改良し、柔軟性を高めるために、アンテナ、周波数および一時的ダイバーシチ（以下に記載する）の組合せを採用するように動作することができる。一つの観点において、システム１５０は、通信リンクの特性を決定し、チャネル状態情報（ＣＳＩ）をシステム１１０に報告するように動作することができ、システム１１０は、報告されたＣＳＩに基づいて送信されるデータの処理（例えば、符号化および変調）を調節するように動作することができる。
【００１２】
システム１１０内において、データソース１１２はデータ（すなわち、情報ビット）を送信（ＴＸ）データプロセッサ１１４に提供する。送信データプロセッサ１１４は、特定の符号化スキームに従って、データを符号化し、特定のインターリービングスキームに従って、符号化されたデータをインターリーブ（すなわち、整理し直す）し、データを送信するために使用される１つまたはそれより多くの送信チャネルに対して、インターリーブされたビットを変調記号にマップする。符号化は、データ送信の信頼性を増加させる。インターリービングは、符号化されたビットに対して時間ダイバーシチを提供し、そのデータ送信のために使用される送信チャネルのための平均信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）に基づいてデータが送信されるのを可能にし、フェージングと戦い、さらに各変調記号を形成するために使用される符号化されたビット間の相関を除去する。インターリービングはさらに、符号化されたビットが複数の周波数サブチャネルを介して送信されるなら、周波数ダイバーシティを提供することができる。この発明の一つの観点に従って、図１に示すように、システム１１０に利用可能な完全または部分ＣＳＩに基づいて、符号化、インターリービングおよび記号マッピング（またはそれらの組合せ）が実行される。
【００１３】
送信機システム１１０における符号化、インターリービング、および記号マッピングは多くのスキームに基づいて実行することができる。一つの特定のスキームは、この出願の譲受人に譲渡され、参照することにより、ここに組み込まれる、２００１年２月１日に出願された米国特許出願シリアル番号第０９／７７６，０７３（発明の名称：「無線通信システムのための符号化スキーム」(CODING SCHEME FOR A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM))に記載されている。
【００１４】
ＭＩＭＯシステム１００は通信リンクの送信および受信端部において、複数のアンテナを採用する。これらの送信および受信アンテナは、送信ダイバーシチおよび受信ダイバーシチを含む種々の形態の空間ダイバーシチを提供するために使用することができる。空間ダイバーシチは、複数の送信アンテナおよび１つまたはそれより多くの受信アンテナの使用により特徴づけられる。送信ダイバーシチは、複数の送信アンテナを介したデータの送信により特徴づけられる。一般に、所望のダイバーシチを得るために送信アンテナから送信されたデータに関してさらなる処理が実行される。例えば、異なる送信アンテナから送信されたデータは時間的に遅延されまたは記録され、利用可能な送信アンテナを横切って符号化され、インターリーブされ、等々である。受信ダイバーシチは、複数の受信アンテナで送信された信号の受信により特徴づけられ、ダイバーシチは異なる信号経路を介して単にその信号を受信するだけで、得られる。
【００１５】
システム１００は多数の異なる通信モデムで動作可能である。各通信モードは、アンテナ、周波数、または一時的ダイバーシチ、またはそれらの組合せを採用する。通信モードは、例えば、「ダイバーシチ」通信モードおよび「ＭＩＭＯ］通信モードを含むことができる。ダイバーシチ通信モードは、通信リンクの信頼性を改良するためにダイバーシチを採用する。「純粋」なダイバーシチ通信モードとも呼ばれるダイバーシチ通信モードの共通のアプリケーションにおいて、データは、すべての利用可能な送信アンテナから受取人受信機システムに送信される。純粋ダイバーシチ通信モードは、データレート要件が低い場合またはＳＮＲが低い場合、または両者が真の場合に使用することができる。ＭＩＭＯ通信モードは、通信リンクの両端でアンテナダイバーシチを採用し（すなわち、複数の送信アンテナおよび複数の受信アンテナ）、一般に通信リンクの改良と通信リンクの容量の増加の両方のために使用される。ＭＩＭＯ通信モードは、アンテナダイバーシチと通信する周波数および／または一時的ダイバーシチをさらに採用することができる。
【００１６】
システム１００はさらに、直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）を利用することができる。ＯＦＤＭは動作周波数帯域を多数（Ｌ）の周波数サブチャネル（すなわち周波数ビン）に効果的に分割する。各タイムスロットにおいて、（すなわち、周波数サブチャネルの帯域幅に依存することができる特定の時間間隔）、変調記号は、Ｌ周波数サブチャネルの各々で送信することができる。
【００１７】
システム１００は、多数の送信チャネルを介してデータを送信するように動作することができる。上述したように、ＭＩＭＯチャネルは、Ｎｃの独立したチャネルに分解することができる。Ｎｃ≦ｍｉｎ｛ＮＴ，ＮＲ｝である。Ｎｃの独立したチャネルの各々はＭＩＭＯチャネルの空間サブチャネルとも呼ばれる。ＯＦＤＭを利用しないＭＩＭＯシステムの場合、１つの周波数サブチャネルのみ存在することができ、各空間サブチャネルは、「送信チャネル」と呼ばれる。ＯＦＤＭを利用したＭＩＭＯシステムの場合、各周波数サブチャネルの各空間サブチャネルは送信チャネルと呼ばれる。そして、ＭＩＭＯ通信システムで動作しないＯＦＤＭシステムの場合、１つの空間サブチャネルしかなく、各周波数サブチャネルは送信チャネルと呼ばれる。
【００１８】
送信および受信アンテナにより作られたさらなる次元が利用されるなら、ＭＩＭＯシステムは改良された性能を提供することができる。これは、必ずしも送信機においてＣＳＩの知識を必要としないけれども、送信機にＣＳＩが装備されるとき、増大したシステム効率と性能は可能である。ＣＳＩは送信アンテナから受信アンテナへの送信特性を記述する。ＣＳＩは「完全ＣＳＩ」または「部分ＣＳＩ」として分類可能である。
【００１９】
完全ＣＳＩは、ＮＴｘＮＲ ＭＩＭＯマトリクスにおいて、各送信−受信アンテナ対間の伝搬路に対する全体のシステム帯域幅（すなわち各周波数サブチャネル）にわたって十分な特性（例えば振幅と位相）を含む。完全−ＣＳＩ処理は以下を意味する。（１）チャネル特性は、送信機および受信機の両方で利用可能である。（２）送信機は、（以下に記載する）ＭＩＭＯチャネルのための固有モードを計算し、固有モードで送信される変調記号を決定し、変調記号を線形的に事前調整し（フィルタする(filters)）、および事前調整された変調記号を送信する。および（３）受信機は、チャネル特性に基づいて線形送信処理の相補的な処理（例えば、空間整合フィルタ）を実行し、各送信チャネル（すなわち、各固有モード）に必要なＮｃ空間整合フィルタ係数を計算する。完全−ＣＳＩ処理はさらに変調記号を得るために（以下に記載する）チャネルの固有値に基づいて各送信チャネルのためのデータを処理すること（例えば、適切な符号化および変調スキームを選択する）ことを伴う。
【００２０】
部分ＣＳＩは、例えば、送信チャネルの信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）を含むかもしれない（すなわち、ＯＦＤＭを伴わないＭＩＭＯシステムのための各空間サブチャネルのためのＳＮＲ、またはＯＦＤＭを伴うＭＩＭＯシステムのための各空間サブチャネルの各周波数サブチャネルのためのＳＮＲ）。部分−ＣＳＩ処理は、チャネルのＳＮＲに基づいて各送信チャネルのためのデータを処理（例えば、適切な符号化および変調スキームを選択する）することを意味することができる。
【００２１】
図１を参照すると、ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０はＴＸデータプロセッサ１１４から変調記号を受信して処理し、ＭＩＭＯチャネルを介した送信に適した記号を提供する。ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０により実行される処理は、完全ＣＳＩ処理または部分ＣＳＩ処理が採用されるかどうかに依存し、以下にさらに詳細に記載される。
【００２２】
完全−ＣＳＩ処理の場合、ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０は変調記号を逆多重化し、事前調整される。そして、部分−ＣＳＩ処理の場合、ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０は単に変調記号を逆多重化することができる。完全および部分ＣＳＩ ＭＩＭＯ処理は以下にさらに詳細に記載される。完全−ＣＳＩ処理を採用するが、ＯＦＤＭを採用しないＭＩＭＯシステムの場合、ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０は、タイムスロットあたり１つの事前調整された変調記号の割合で、各送信アンテナに対して、事前調整された変調記号のストリームを提供する。以下にさらに詳細に記載するように、各事前調整された変調記号は、Ｎｃの空間サブチャネルのための所定のタイムスロットにおいて、Ｎｃの変調記号の線形（および重み付けされた）組合せである。完全ＣＳＩ処理およびＯＦＤＭを採用するＭＩＭＯシステムの場合、ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０は、各送信アンテナに対して、事前調整された変調記号ベクトルのストリームを提供する。各ベクトルは、所定のタイムスロットに対して、Ｌの周波数サブチャネルのためのＬの事前調整された変調記号ベクトルを含む。部分−ＣＳＩ処理を採用するが、ＯＦＤＭを採用しないＭＩＭＯシステムの場合、ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０は、タイムスロットあたり１つの変調記号の割合で、各送信アンテナのための変調記号のストリームを提供する。そして、部分−ＣＳＩ処理およびＯＦＤＭを採用するＭＩＭＯシステムの場合、ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０は、各送信機アンテナのための変調記号ベクトルのストリームを提供する。各ベクトルは、所定のタイムスロットに対して、Ｌの周波数サブチャネルのためのＬの変調記号を含む。上述したすべての場合、（調整されていない、または事前調整された）変調記号または変調記号ベクトルの各ストリームはそれぞれの変調器（ＭＯＤ）１２２により受信され、変調され関連するアンテナ１２４を介して送信される。
【００２３】
図１に示す実施の形態において、受信機システム１５０は、送信された信号を受信する多数の受信アンテナ１５２を含み、受信された信号をそれぞれの復調器（ＤＥＭＯＤ）１５４に提供する。各復調器１５４は、変調器１２２において、実行された処理と相補的な処理を実行する。すべての復調器１５４からの復調された記号は、受信（ＲＸ）ＭＩＭＯプロセッサ１５６に提供され、以下に記載する方法で処理される。送信チャネルのための受信した変調記号は次にＲＸデータプロセッサ１５８に提供される。ＲＸデータプロセッサ１５８はＴＸデータプロセッサ１１４により実行された処理と相補的な処理を実行する。特定の設計において、ＲＸデータプロセッサ１５８は受信された変調記号を示すビット値を提供し、そのビット値をデインターリーブし、デインターリーブされた値を復号して、復号されたビットを発生し、次に、データシンク１６０に提供される。受信した記号のデマッピング(demapping)、デインターリービング(deinterleaving)および復号は、送信機システム１１０において、実行された記号マッピング、インターリービングおよび符号化に対して相補的である。受信機システム１５０による処理は、さらに以下に詳細に記載する。
【００２４】
ＭＩＭＯシステムの空間サブチャネル（あるいはさらに一般的には、ＯＦＤＭを伴うあるいは伴わないＭＩＭＯシステム内の送信チャネル）は一般的に異なるリンク条件（例えば異なるフェージングおよびマルチパス効果）を経験し、異なるＳＮＲを得ることができる。従って、送信チャネルの容量は、チャネルからチャネルに異なっていてもよい。この容量は、特定のレベルの性能に対して各送信チャネルで送信することができる情報ビットレート（すなわち、変調記号あたりの情報ビットの数）により定量化することができる。さらに、リンク条件は一般に時間とともに変化する。この結果、送信チャネルのための支持された情報ビットレートも時間とともに変化する。送信チャネルの容量をより完全に利用するために、リンク条件を記述しているＣＳＩを（一般的に受信機装置において）決定することができ、それに応じて処理が調節（または適応）できるように送信機装置に提供される。この発明の観点は、（完全なまたは部分的な）ＣＳＩを決定し、利用し、改良されたシステム性能を提供するための技術を提供する。
【００２５】
部分−ＣＳＩ処理を有したＭＩＭＯ送信機システム
図２Ａは、図１のシステム１１０の送信機部分の一実施の形態である、ＭＩＭＯ送信機システム１１０ａの一実施の形態のブロック図である。（ＯＦＤＭを利用しない）送信機システム１１０ａは、受信システム１５０により報告された部分ＣＳＩに基づいてその処理を調節することができる。システム１１０ａは、（１）情報ビットを受信して処理し、変調記号を提供するＴＸデータプロセッサ１１４ａおよび（２）ＮＴの送信アンテナに対して変調記号を逆多重化するＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０ａを含む。
【００２６】
ＴＸデータプロセッサ１１４ａは図１のＴＸデータプロセッサ１１４の一実施の形態であり、多くのその他の設計もＴＸデータプロセッサ１１４に使用することができ、この発明の範囲内である。図２Ａに示す特定の実施の形態において、ＴＸデータプロセッサ１１４ａは符号器２０２、チャネルインターリーバ２０４、パンクチャラ(puncturer)２０６および記号マッピング素子２０８を含む。符号器２０２は特定の符号化スキームに従って情報ビットを受信し、符号化し、符号化ビットを提供する。チャネルインターリーバ２０４は、特定のインターリービングスキームに基づいて符号化されたビットをインターリーブし、ダイバーシチを提供する。パンクチャラ２０６はゼロ以上の符号化されたビットをパンクチャし、所望の数の符号化ビットを提供する。そして記号マッピング素子２０８は、データを送信するために使用される１つまたはそれより多くの送信チャネルに対して、アンパンクチュアド(unpunctured)された符号化ビットを変調記号にマップする。
【００２７】
簡単化のために図２Ａには示していないけれども、パイロットデータ（例えば既知のパターンのデータ）を符号化し、処理された情報ビットと多重化してもよい。処理されたパイロットデータは、情報ビットを送信するために使用されるすべてのまたはサブセットの送信チャネルに（例えば時分割多重の方法で）送信することができる。パイロットデータは、技術的に知られているように、そして、以下にさらに詳細に記載するように、チャネル推定を実行するために、受信機において使用することができる。
【００２８】
図２Ａに示すように、符号化および変調は、受信機システム１５０により報告された部分−ＣＳＩに基づいて調節可能である。一実施の形態において、適応符号化は、データを送信するために使用される送信チャネルのＳＮＲにより支持されるように、固定ベースコード(fixed base code)（例えば、レート１／３ターボコード）を用い、パンクチャリング(puncturing)を調節して、所望のコードレートを得ることにより達成される。もう一つの方法として、（ブロック２０２への破線の矢印で示されるように）報告された部分ーＣＳＩに基づいて異なる符号化スキームを使用することができる。例えば、送信チャネルの各々は、独立したコードで符号化することができる。このコーディングスキームを用いて、送信されたデータストリームのより信頼できる推定を得るためにデータストリームを検出し、復号するために一連の「ナリング(nulling)／イコライゼーションおよび干渉キャンセレーション」受信機処理スキームを使用することができる。そのような受信機処理スキームの１つは、P.W. Wolniansky他著「Ｖ−ＢＬＡＳＴ：リッチ分散無線チャネルを介して非常に高いデータレートを得るためのアーキテクチャ」(An Architecture for Achieving Very High Data Rate over the Rich-Scattering Wireless Channel)Proc.ISSSE-98, Pisa, Italyの研究論文に記載され、参照することによりここに組み込まれる。
【００２９】
各送信チャネルに対して、シンボルマッピング素子２０８は、非バイナリ記号を形成するためにアンパンクチュアドされた符号化ビットのセットをグループ化し、その送信チャネルのために選択された特定の変調スキーム（例えばＱＰＳＫ、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭまたはその他のスキーム）に対応する信号の一群内の点に非バイナリ記号をマッピングするように設計することができる。各マッピングされた点は変調記号に対応する。特定のレベルの性能（例えば１パーセントパケットエラーレート）のための各変調記号に対して送信することができる情報ビットの数は、送信チャネルのＳＮＲに依存する。従って、各送信チャネルのためのコーディングスキームおよび変調スキームは報告された部分−ＣＳＩに基づいて選択することができる。チャネルインターリービングはまた、（ブロック２０４への破線の矢印により示されるように）報告された部分−ＣＳＩに基づいて調節することができる。
【００３０】
表１は、多数のＳＮＲレンジに対して使用することができるコーディングレートおよび変調スキームの種々の組合せをリストアップする。各送信チャネルのための支持されるビットレートはコーディングレートと変調スキームの多数の可能な組合せのいずれか一つを用いて得ることができる。例えば、記号あたりの１情報ビットは、（１）１／２のコーディングレートとＱＰＳＫ変調を用いて、（２）１／３のコーディングレートと８−ＰＳＫ変調を用いて、（３）１／４のコーディングレートと１６−ＱＡＭ、またはその他のコーディングレートと変調スキームの組合せを用いて得ることができる。表１において、ＱＰＳＫ、１６−ＱＡＭおよび６４−ＱＡＭはリストされたＳＮＲレンジに対して使用される。８−ＰＳＫ、３２−ＱＡＭ、１２８−ＱＡＭ等のような他の変調スキームも使用することができ、この発明の範囲内である。
【表１】
0005362274.tif 000002
【００３１】
ＴＸデータプロセッサ１１４ａからの変調記号は、ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０ａに提供される。ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０ａは図１のＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０の一実施の形態である。ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０ａ内において、デマルチプレクサ２１４は、変調シンボルを送信するために使用される各アンテナに対して１つのストリームの割合で、受信された変調記号を多数（ＮＴ）の変調シンボルのストリームに逆多重化する。変調記号の各ストリームは、それぞれの復調器１２２に提供される。各変調器１２２は変調記号をアナログ信号に変換し、さらに、信号を増幅し、フィルタし、直交変調し、アップコンバートし、無線リンクを介して送信するために適した変調信号を発生する。
【００３２】
空間サブチャネルの数が利用可能な送信アンテナの数より少なければ（すなわち、Ｎｃ＜ＮＴ）、データ送信のために種々のスキームを使用することができる。１つのスキームにおいて、Ｎｃ変調記号ストリームが発生され、利用可能な送信アンテナのサブセット（すなわち、Ｎｃ）で送信される。残りの（ＮＴ−Ｎｃ）送信アンテナはデータ送信のために使用されない。他のスキームにおいて、（ＮＴ−Ｎｃ）のさらなる送信アンテナにより提供されるさらなる自由度を用いてデータ送信の信頼性を改良する。このスキームの場合、１つまたはそれより多くのデータストリームの各々を符号化することができ、たぶんインターリーブすることができ、複数の送信アンテナを介して送信することができる。データストリームのための複数の送信アンテナの使用は、ダイバーシチを増加させ、有害な経路効果に対して信頼性を改良する。
【００３３】
完全ＣＳＩ処理を有したＭＩＭＯ送信機システム
図２Ｂは、受信機システム１５０により報告された完全ＣＳＩに基づいてデータを処理することのできる（ＯＦＤＭを利用しない）ＭＩＭＯ送信機システム１１０ｂの一実施の形態のブロック図である。情報ビットは、ＴＸデータプロセッサ１１４により符号化され、インターリーブされ、記号マッピングされ変調記号を発生する。符号化および変調は、受信機システムにより報告される利用可能な完全ＣＳＩに基づいて調節することができ、ＭＩＭＯ送信システム１１０ａに対して上述のように実行することができる。
【００３４】
ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０ｂ内において、チャネルＭＩＭＯプロセッサ２１２は、変調記号を送信するために使用される各空間サブチャネル（すなわち、固有モード）に対して１つのストリームの割合で、受信された変調記号を、多数（Ｎｃ）の変調記号ストリームに逆多重化する。完全ＣＳＩ処理の場合、チャネルＭＩＭＯプロセッサ２１２は、各タイムスロットにおいて、Ｎｃ変調記号を事前調整し、以下のごとくＮＴの事前調整された(preconditioned)変調記号を発生する。
【数１】
0005362274.tif 000003
【００３５】
但し、ｂ１，ｂ２，．．．およびｂＮｃはそれぞれ空間サブチャネル１，２，．．．ＮＮｃの変調記号であり、Ｎｃ変調記号の各々は、例えばＭ−ＰＳＫ，Ｍ−ＱＡＭ，またはその他の変調スキームを用いて発生することができる。ｅｉｊは送信アンテナから受信アンテナへの送信特性に関係する固有マトリクスＥのエレメントであり、ｘ１，ｘ2，．．．ｘＮＴは、事前調整された変調記号であり、これは以下のように表すことができる。
【数２】
0005362274.tif 000004
【００３６】
固有マトリクスＥは送信機により計算することができ、または受信機により送信機に提供される。
【００３７】
完全ＣＳＩ処理の場合、特定の送信アンテナに対する各事前調整された変調記号ｘｉは、Ｎｃまでの空間サブチャネルに対する（重み付けされた）変調記号の線形の組合せを表す。変調記号ｘｉの各々に対して採用される変調スキームは、固有モードの効果的なＳＮＲに基づき、（以下に記載する）固有値λｉに比例する。各事前調整された変調記号を発生するために使用されるＮｃの変調記号の各々は、異なる信号配列に相関させることができる。各タイムスロットの場合、チャネルＭＩＭＯプロセッサ２１２により発生されるＮＴの事前調整された変調記号は、デマルチプレクサ２１４により逆多重化され、ＮＴの変調器１２２に提供される。
【００３８】
完全ＣＳＩ処理は、利用可能なＣＳＩに基づいてそして、選択された送信アンテナに基づいて実行することができる。完全ＣＳＩ処理はまた、選択的にかつ動的にイネーブルにしたりディスエーブルにしたりすることができる。例えば、完全ＣＳＩ処理は、特定のデータ送信に対してイネーブルにすることができ、その他のデータ送信に対してディスエーブルにすることができる。完全ＣＳＩ処理は、ある条件下で、例えば、通信リンクが適当なＳＮＲを有したとき、イネーブルにすることができる。
【００３９】
ＯＦＤＭを有したＭＩＭＯ送信機システム
図３は、ＯＦＤＭを利用し、完全または部分ＣＳＩに基づいてその処理を調節することができる、ＭＩＭＯ送信機システムの一実施の形態のブロック図である。情報ビットは、ＴＸデータプロセッサ１１４により、符号化され、インターリーブされ、パンクチュアドされ、および記号マッピングされ、変調記号を発生する。符号化および変調は、受信機システムにより報告された利用可能な完全または部分ＣＳＩに基づいて調節することができる。ＯＦＤＭを有したＭＩＭＯシステムの場合、変調記号は、複数の周波数サブチャネルでおよび複数の送信アンテナから送信することができる。純粋なＭＩＭＯ通信モードで動作するとき、各周波数サブチャネルでかつ各送信アンテナからの送信は、非複製されたデータを表す。
【００４０】
ＭＩＭＯプロセッサ１２０ｃ内において、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）３１０は、記号を送信するために使用される各周波数サブチャネルに対して１つのサブチャネルシンボルストリームの割合で、変調記号を受信し、多数のサブチャネル記号ストリームＳ１ないしＳＬに逆多重化する。
【００４１】
完全ＣＳＩ処理の場合、各サブチャネル記号ストリームは、次に、それぞれのサブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２に提供される。各サブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２は、変調記号を送信するために使用される各空間サブチャネルに対して１つのシンボルサブストリームの割合で、受信したサブチャネル記号ストリームを多数の（Ｎｃまで）記号サブストリームに逆多重化する。ＯＦＤＭシステムにおける完全ＣＳＩ処理の場合、固有モードは周波数サブチャネルベースで得られ、印加される。従って、各サブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２は、式（１）に従って、Ｎｃまでの変調記号を事前調整し、事前調整された変調記号を発生する。特定の周波数サブチャネルの特定の送信アンテナのための各事前調整された変調記号は、Ｎｃまでの空間サブチャネルに対する（重み付けされた）変調記号の線形の結合を表す。
【００４２】
完全ＣＳＩ処理の場合、各タイムスロットに対して、各サブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２により発生されるＮＴ（までの）事前調整された変調記号は、それぞれのデマルチプレクサ３１４により、逆多重化され、ＮＴ（までの）記号結合器３１６ａ乃至３１６ｔに提供される。例えば周波数サブチャネル１に割当てられた、サブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２ａは、アンテナ１乃至ＮＴの周波数サブチャネル１に対し、ＮＴまでの事前調整された変調記号を提供することができる。同様に、周波数サブチャネルＬに割当てられたサブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２ｌは、アンテナ１乃至Ｎｔの周波数サブチャネルＬに対してＮＴまでの記号を提供することができる。
【００４３】
部分ＣＳＩ処理の場合、各サブチャネル記号ストリームＳはそれぞれのデマルチプレクサ３１４により逆多重化され、ＮＴ（までの）記号結合器３１６ａ乃至３１６ｔに提供される。サブチャネルＭＩＭＯプロセッサ３１２による処理は部分ＣＳＩ処理のためにバイパスされる。
【００４４】
各結合器３１６はＬ周波数サブチャネルまでの変調記号を受信し、各タイムスロットに対する記号を変調記号ベクトルＶに結合し、変調記号ベクトルを次の処理段（すなわち、変調器１２２）に提供する。
【００４５】
したがって、ＭＩＭＯプロセッサ１２０ｃ変調記号を処理し、各送信アンテナに対して１つの変調記号の割合で、ＮＴの変調記号ベクトルＶ1乃至ＶTを提供する。各変調記号ベクトルＶは、単一のタイムスロットをカバーし、変調記号ベクトルＶの各エレメントは、変調記号が運ばれる固有のサブキャリアを持つ特定の周波数サブチャネルと関連する。「純粋」なＭＩＭＯ通信モードで動作していないなら、変調記号ベクトルのいくつかは異なる送信アンテナに対する特定の周波数サブチャネル上に複製または冗長情報を持つようにしてもよい。
【００４６】
図３はまたＯＦＤＭのための変調器１２２の一実施の形態を示す。ＭＩＭＯプロセッサ１２０ｃからの変調記号ベクトルＶ1乃至ＶTはそれぞれ変調器１２２ａないし１２２ｔに提供される。図３に示す一実施の形態において、各変調器１２２は、高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）３２０、サイクリックプリフィックス発生器３２２、およびアップコンバータ３２４を含む。
【００４７】
ＩＦＦＴ３２０は各受信した変調記号ベクトルを、ＩＦＦＴを用いたタイムドメイン表示（ＯＦＤＭ記号と呼ばれる）に変換する。ＩＦＦＴ３２０は、いかなる数（例えば８、１６、３２、等）の周波数サブチャネル上のＩＦＦＴを実行するように設計することができる。一実施の形態において、ＯＦＤＭ記号に変換された各変調記号ベクトルの場合、サイクリックプリフィックス発生器３２２は、特定の送信アンテナに対する送信記号を形成するために、ＯＦＤＭ記号のタイムドメイン表示の一部を反復する。サイクリックプリフィックスは、送信記号は直交特性をマルチパス遅延拡散の存在に保持することを保証し、それにより、有害な経路効果に対して性能を改良する。ＩＦＦＴ３２０のおよびサイクリックプリフィックス発生器３２２の実施は、技術的に知られており、ここでは、詳細に記載しない。
【００４８】
各サイクルプリフィックス発生器３２２からのタイムドメイン表示（すなわち、各アンテナのための送信記号）がアップコンバータ３２４により次に処理され（例えばアナログ信号に変換され、変調され、増幅され、およびフィルタされる）変調された信号を発生し、それぞれのアンテナ１２４から送信される。
【００４９】
ＯＦＤＭ変調は、参照することによりここに組み込まれる、John A.C. Bingham, IEEE Communications Magazine, １９９０年５月による「データ送信のためのマルチキャリア変調：その時代が到来した考え」(Multicarrier Modulation for Data Transmission:An Idea Whose Time Has Come)の学術論文にさらに詳細に記載される。
【００５０】
多数の異なるタイプの送信（例えば、音声、シグナリング、データ、パイロット、等）は通信システムにより送信してもよい。これらの送信の各々は異なる処理を必要とするかもしれない。
【００５１】
図４は異なる送信タイプに対して、異なる処理を提供することができ、およびＯＦＤＭも採用する、ＭＩＭＯ送信機システム１１０ｄの一部のブロック図である。システム１１０ｄにより送信されるすべての情報ビットを含む、集合入力データはデマルチプレクサ４０８に提供される。デマルチプレクサ４０８は、入力データを多数（Ｋ）のチャネルデータストリームＢ１乃至ＢＫに逆多重化する。各チャネルデータストリームは、例えばシグナリングチャネル、ブロードキャストチャネル、音声呼び出し、パケットデータ送信に対応させることができる。各チャンネルデータストリームはそれぞれのＴＸデータプロセッサ１１４に提供される。ＴＸデータプロセッサ１１４は、そのチャネルデータストリームに対して選択された特定の符号化スキームを用いてデータを符号化し、特定のインターリービングスキームに基づいて符号化されたデータをインターリーブし、そのチャネルデータストリームを送信するために使用される１つまたはそれより多くの送信チャネルのための変調記号にインターリーブされたビットをマッピングする。
【００５２】
符号化は送信ベースごとに（すなわち、図４に示す各チャネルデータストリームで）実行することができる。しかしながら、符号化（図１に示すように）集合入力データで、多数のチャネルデータストリームで、チャネルデータストリームの一部で、周波数サブチャネルのセットにわたって、空間サブチャネルのセットにわたって、周波数サブチャネルと空間サブチャネルのセットにわたって、各周波数サブチャネルにわたって、各変調記号で、またはその他の時間、空間、周波数の単位でも実行することができる。
【００５３】
各ＴＸデータプロセッサ１１４からの変調記号ストリームは、１つまたはそれより多くの周波数サブチャネルおよび各周波数サブチャネルの１つまたはそれより多くの空間サブチャネルを介して送信することができる。ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０ｄはＴＸデータプロセッサからの変調記号ストリームを受信する。各変調記号ストリームに対して使用される通信モードに応じて、ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０ｄは変調記号ストリームを多数のサブチャネル記号ストリームに逆多重化する。図４に示す実施の形態において、変調記号ストリームＳ１は、１つの周波数サブチャネルで送信され、変調記号ストリームＳＫはＬの周波数サブチャネルで送信される。各周波数サブチャネルのための変調ストリームは、（図３に記載した方法と同様の方法で）それぞれのサブチャネルＭＩＭＯプロセッサ４１２により処理され、デマルチプレクサ４１４により逆多重化され、結合器４１６により結合され、各送信アンテナに対する変調記号ベクトルを形成する。
【００５４】
一般に、送信システムは、そのチャネルの送信能力を記述している情報に基づいて各送信チャネルに対してデータを符号化し変調する。この情報は一般に上述した完全ＣＳＩまたは部分ＣＳＩの形態である。データ送信のために使用される送信チャネルのための完全／部分ＣＳＩは一般に受信機システムにおいて決定され、送信機システムに報告される。送信機システムはその情報を用いて、それに応じて符号化および変調を調節する。ここに記載される技術は、ＭＩＭＯ、ＯＦＤＭまたは複数並列送信チャネルをサポートすることのできるその他の通信スキーム（例えばＣＤＭＡスキーム）によりサポートされる複数の並列送信チャネルに対して適用可能である。
【００５５】
ＭＩＭＯ処理は、この出願の譲受人に譲渡され、参照することによりここに組み込まれる、２０００年３月２２日に出願した米国特許出願シリアル番号０９／５３２，４９２（発明の名称：「マルチキャリア変調を採用する高効率、高性能通信システム」(HIGH EFFICIENCY, HIGH PERFORMANCE COMMUNICATIONS SYSTEM EMPLOYING MULTI-CARRIER MODULATION))に記載されている。
【００５６】
ＭＩＭＯ受信システム
この発明の観点は、ＭＩＭＯシステムで受信された信号を処理し、送信されたデータを再生し、ＭＩＭＯチャネルの特性を推定するための技術を提供する。次に、推定されたチャネル特性を送信機システムに報告することができ、信号処理（例えば、符号化、変調、等）を調節するために使用される。このようにして、決定されたチャネル条件に基づいて、高性能が得られる。ここに記載する受信機処理技術は、チャネル相関マトリクス反転（ＣＣＭＩ）技術、バイアスされない最小平均２乗誤差（ＵＭＭＳＥ）技術、および完全ＣＳＩ技術を含む。これらはすべて以下に詳細に記載される。他の受信機処理技術も使用することができ、この発明の範囲内である。
【００５７】
図１は、複数（ＮＲ）の受信アンテナを有し、データ送信を処理することのできる受信システム１５０を示す。ＮＴまでの送信アンテナからの送信された信号ＮＲのアンテナ１５２ａ乃至１５２ｒの各々により受信され、それぞれの復調器（ＤＥＭＯＤ）１５４（フロントエンドプロセッサとも呼ばれる）に送られる。例えば、受信アンテナ１５２ａは多数の送信アンテナから多数の送信された信号を受信することができ、そして受信アンテナ１５２ｒは同様に複数の送信された信号を受信することができる。各復調器１５４は受信された信号を調整し（例えばフィルタし増幅し）、調整された信号を中間周波数またはベースバンドにダウンコンバートし、ダウンコンバートされた信号をデジタル化する。各復調器１５４は、受信したパイロットで、デジタル化されたサンプルをさらに復調し、受信された変調記号を発生することができる。受信した変調記号は、ＲＸ ＭＩＭＯプロセッサ１５６に提供される。
【００５８】
データ送信に対してＯＦＤＭが採用されるなら、各変調器１５４はさらに、図３に示す変調器１２２により実行される処理と相補的な処理を実行する。この場合、各復調器１５４はＦＦＴプロセッサ（図示せず）を含む。ＦＦＴプロセッサはサンプルの変換された表示を発生し、変調記号ベクトルのストリームを提供する。各ベクトルは、Ｌの周波数サブチャネルに対してＬの変調記号を含む。すべての復調器のＦＦＴプロセッサからの変調記号ベクトルストリームは、デマルチプレクサ／結合器（図５に示されていない）に提供される。デマルチプレクサ／結合器は、最初に、各ＦＦＴプロセッサからの変調記号ベクトルストリームを多数の（Ｌまで）のサブチャネル記号ストリームに「チャネル化」する。Ｌ（までの）サブチャネル記号ストリームの各々が次に、それぞれのＲＸ ＭＩＭＯプロセッサ１５６に提供することができる。
【００５９】
ＯＦＤＭを利用しないＭＩＭＯシステムの場合、１つのＲＸ ＭＩＭＯプロセッサ１５６は、ＮＲの受信したアンテナからの変調記号に対してＭＩＭＯ処理を実行する。そして、ＯＦＤＭを利用したＭＩＭＯシステムの場合、データ送信のために使用されるＬの周波数サブチャネルの各々に対して、ＮＲの受信したアンテナからの変調記号に対しＭＩＭＯ処理を実行するために使用することができる。
【００６０】
ＮＴの送信アンテナおよびＮＲの受信アンテナを有するＭＩＭＯシステムにおいて、ＮＲの受信アンテナの出力における受信信号は、以下のように表すことができる。
【００６１】
ｒ＝Ｈｘ＋ｎ                  式（２）
ただし、ｒは受信した記号ベクトル（すなわち、受信アンテナにおいて測定された、ＭＩＭＯチャネルからのＮＲ×１ベクトル出力）であり、Ｈは、特定の時間に、ＮＴ送信アンテナとＮＲ受信アンテナのためのチャネル応答を与えるＮＲ×ＮＴチャネル係数マトリクスであり、ｘは送信された記号ベクトル（すなわち、ＭＩＭＯチャネルへのＮＴ×１ベクトル入力）であり、ｎは、雑音プラス干渉を表すＮＲ×１ベクトルである。受信された記号ベクトルｒは特定の時刻にＮＲの受信アンテナを介して受信したＮＲ信号からのＮＲ変調記号を含む。同様に、送信された記号ベクトルｘは、特定の時刻において、ＮＴの送信アンテナを介して送信されたＮＴ信号内にＮＴ変調記号を含む。
【００６２】
ＣＣＭＩ技術を利用したＭＩＭＯ受信機
ＣＣＭＩ技術の場合、受信機システムは最初に受信した記号ベクトルｒに関してチャネル整合(matched)フィルタ動作を実行し、フィルタされた出力は、以下のように表すことができる。
【００６３】
ＨHｒ＝ＨHＨｘ＋ＨHｎ      式（３）
但し、上付き文字"H"は転置および複素共役を表す。正方行列マトリクスＲは、共役転置ＨH  （すなわち、Ｒ＝ＨHＨ）を有したチャネル係数マトリクスＨの積を示すために使用することができる。
【００６４】
チャネル係数マトリクスＨは、例えばデータとともに送信されるパイロット記号から得ることができる。最適の受信を実行し、送信チャネルのＳＮＲを推定するために、幾つかの公知の記号を送信データストリームに挿入し、１つまたはそれより多くの送信チャネルを介して、その公知の記号を送信することが便利である。そのような公知の記号は、パイロット記号またはパイロット信号とも呼ばれる。パイロット信号またはデータ送信に基づく単一の送信チャネルを推定するための方法は技術的に入手可能な多数の学術論文に見出すことができる。そのようなチャネル推定方法の一つは、「最適受信、性能限度、およびアプリケーションを有した参考補助コヒーレントＣＤＭＡ通信」IEEE Transaction On Communication, １９９９年１０月の論文において、F. Lingにより記載される。このチャネル推定方法またはその他のチャネル推定方法はチャネル係数マトリクスＨを得るために、マトリクスに拡張することができる。
【００６５】
送信された記号ベクトル
【数３】
0005362274.tif 000005
【００６６】
の推定は、信号ベクトルＲをＨHｒ
の逆数（または擬似逆数）と乗算するｋとにより得ることができる。これは、以下のように表すことができる。
【数４】
0005362274.tif 000006
【００６７】
上の式から、送信された記号ベクトルｘは受信した記号ベクトルｒを整合フィルタリング(filtering)し（すなわち、マトリクスＨHと乗算する）、次にフィルタリングされた結果を逆二乗マトリクスＲ-1と乗算することにより再生することができる。
【００６８】
送信チャネルのＳＮＲは以下のように決定することができる。雑音ベクトルｎの自己相関マトリクスφnnが受信された信号から最初に計算される。一般に、φnnはエルミート行列であり、すなわち、複素共役対称である。チャンネル雑音の成分が無相関であり、さらに独立しており、完全に同じように配布されるなら、雑音ベクトル
ｎの自己相関マトリクスφnnは以下のように表すことができる。
【数５】
0005362274.tif 000007
【００６９】
但し、Ｉは、単位行列（すなわち、さもなければ対角線およびゼロに沿った行列）であり、σn2は、受信された信号の雑音分散である。後処理された雑音ベクトル
【数６】
0005362274.tif 000008
【００７０】
（すなわち、Ｒ-1との整合フィルタリングおよび事前乗算の後）の自己相関マトリクスφnn
は以下のように表すことができる。
【数７】
0005362274.tif 000009
【００７１】
式（６）から、後処理された雑音
【数８】
0005362274.tif 000010
【００７２】
のｉ番目のエレメントの雑音分散
【数９】
0005362274.tif 000011
【００７３】
はσn2γiiに等しい。
【００７４】
ただし、γiiはＲ-1のｉ番目の対角線成分である。ＯＦＤＭを利用しないＭＩＭＯシステムの場合、ｉ番目の要素はｉ番目の受信アンテナを表す。そして、ＯＦＤＭが利用されるなら、添え字「ｉ」は、添え字「ｊｋ」に分解することができる。但し、「ｊ」はｊ番目の周波数サブチャネルを表し、「ｋ」はｋ番目の受信アンテナに対応するｋ番目の空間サブチャネルを表す。
【００７５】
ＣＣＭＩ技術の場合、処理後の受信した記号ベクトルのｉ番目の要素（すなわち、
【数１０】
0005362274.tif 000012
【００７６】
のｉ番目の要素）のＳＮＲは以下にように表すことができる。
【数１１】
0005362274.tif 000013
【００７７】
ｉ番目の送信された記号
【数１２】
0005362274.tif 000014
【００７８】
の分散が平均して（１．０）に等しければ、受信記号ベクトルのＳＮＲは以下のように表すことができる。
【００７９】
ＳＮＲi＝１／γiiσn2
雑音分散は、受信した記号ベクトルのｉ番目の要素を、１／（γii）1/2倍することにより正規化することができる。
【００８０】
ＮＲの受信アンテナからのスケール信号を一緒に加算し、結合された信号を形成することができる。これは以下のように表すことができる。
【数１３】
0005362274.tif 000015
【００８１】
従って、結合された信号のＳＮＲ、ＳＮＲtotalは、ＮＲ受信アンテナからの信号のＳＮＲの和に等しい最大結合ＳＮＲを持つであろう。結合されたＳＮＲは以下のように表すことができる。
【数１４】
0005362274.tif 000016
【００８２】
図５は、上述したＣＣＭＩ処理を実施することができる、ＲＸＭＩＭＯプロセッサ１５６ａの一実施の形態を示す。ＲＸ ＭＩＭＯプロセッサ１５６ａ内において、ＮＲ受信アンテナからの変調記号は乗算器５１２により乗算され、受信した変調記号ベクトルｒのストリームを形成する。チャネル係数マトリクスＨは技術的に知られた一般的なパイロット補助単一およびマルチキャリアシステムに類似したパイロット信号に基づいて、推定することができる。従って、マトリクスＲは上に示すように、Ｒ＝ＨHＨに従って、計算される。次に、受信した変調記号ベクトルｒは次に整合フィルタ５１４によりフィルタされる。整合フィルタ５１４は、上の式（３）に示すように、各ベクトルｒを共役転置チャネル係数マトリクスＨHと事前乗算する。フィルタされたベクトルはさらに、乗算器５１６により逆二乗マトリクスＲ-1と事前乗算され、上の式（４）に示すように、送信された変調記号ベクトルｘの推定
【数１５】
0005362274.tif 000017
【００８３】
を形成する。
【００８４】
ある通信モードの場合、チャネルデータストリームの送信のために使用されるすべてのアンテナからのサブチャネル記号ストリームは結合器５１８に提供される。結合器５１８は、時間、空間、および周波数にわたって、冗長な情報を結合する。結合された変調記号
【数１６】
0005362274.tif 000018
【００８５】
は次に、ＲＸデータプロセッサ１５８に提供される。その他の通信モードの場合、推定された変調記号
【数１７】
0005362274.tif 000019
【００８６】
は、ＲＸデータプロセッサ１５８に直接提供される（図５には示していない）。
【００８７】
従って、ＲＸ ＭＩＭＯプロセッサ１５６ａは、送信システムにおいて使用される送信チャネルの数に相当する多数の独立した記号ストリームを発生する。各記号ストリームは、後処理された変調記号を含む。後処理された変調記号は、送信システムにおいて、完全／部分ＣＳＩ処理の前の変調記号に相当する。次に、（後処理された）記号ストリームは、ＲＸデータプロセッサ１５８に提供される。
【００８８】
ＲＸデータプロセッサ１５８内において、変調記号の各後処理された記号ストリームは、処理される送信チャネルのための送信システムにおいて使用される変調スキームに対して相補的である復調スキーム（例えば、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭ）を実施するそれぞれの復調要素に提供される。ＭＩＭＯ通信モードの場合、送信機ユニットにおいて採用される符号化および変調方法に応じて、すべての割当てられた復調器からの復調されたデータが独立して、デコードすることができあるいは、１つのチャネルデータストリームに多重化してデコードすることができる。従って、各チャネルデータストリームは、そのチャネルデータストリームのための送信機ユニットにおいて使用されるデコーディングスキームと相補的なデコーディングスキームを実施するそれぞれの復号器に提供することができる。各復号器からのデコードされたデータは、そのチャネルデータストリームのための送信されたデータの推定を表す。
【００８９】
推定された変調記号
【数１８】
0005362274.tif 000020
【００９０】
および／または結合された変調記号
【数１９】
0005362274.tif 000021
【００９１】
はまたＣＳＩプロセッサ５２０に提供される。ＣＳＩプロセッサ５２０は、送信チャネルに対して完全または部分ＣＳＩを決定し、報告すべき完全／部分ＣＳＩを送信機システム１１０に提供する。例えば、ＣＳＩプロセッサ５２０は、受信したパイロット信号に基づいて、ｉ番目の送信チャネルの雑音共分散マトリクスφnnを推定することができ、次に、式（７）および（９）に基づいて、ＳＮＲを計算することができる。ＳＮＲは技術的に知られるように、一般的なパイロット補助信号およびマルチキャリアシステムと同様に推定することができる。送信チャネルのためのＳＮＲは、送信システムに報告が戻される部分ＣＳＩから構成される。変調記号はさらに、それぞれチャネル係数マトリクスＨを推定し、二乗マトリクスＲを得るチャネル推定器(estimator)５２２およびマトリクスプロセッサ５２４に提供される。コントローラ５３０は、ＲＸ ＭＩＭＯプロセッサ１５６ａおよびＲＸデータプロセッサ１５８に接続し、これらのユニットの動作を指示する。
【００９２】
ＵＭＭＳＥ技術を用いたＭＩＭＯ受信機
ＵＭＭＳＥ技術の場合、受信機システムは、受信した記号ベクトルｒとマトリクスＭとの乗算を実行し、送信された記号ベクトルｘの初期ＭＭＳＥの推定
【数２０】
0005362274.tif 000022
【００９３】
を得る。これは以下のように表すことができる。
【数２１】
0005362274.tif 000023
【００９４】
マトリクスＭは、初期ＭＭＳＥの推定
【数２２】
0005362274.tif 000024
【００９５】
と送信された記号ベクトルｘ（すなわち、
【数２３】
0005362274.tif 000025
【００９６】
）との間の誤差ベクトルｅとの間の平均二乗誤差が最小化されるように選択される。
【００９７】
Ｍを決定するために、費用関数εは最初に以下のように表すことができる。
【数２４】
0005362274.tif 000026
【００９８】
費用関数εを最小にするために、費用関数の導関数をＭに対して取ることができ、その結果を以下のようにゼロに設定することができる。
【数２５】
0005362274.tif 000027
【００９９】
等式
【数２６】
0005362274.tif 000028
【０１００】
を用いて、以下が得られる。
【数２７】
0005362274.tif 000029
【０１０１】
従って、マトリクスＭは、以下のように表すことができる。
【数２８】
0005362274.tif 000030
【０１０２】
式（１０）および（１１）に基づいて、送信された記号ベクトルｘの初期ＭＭＳＥの推定
【数２９】
0005362274.tif 000031
【０１０３】
は以下のように決定することができる。
【数３０】
0005362274.tif 000032
【０１０４】
ＵＭＭＳＥ技術に対して送信チャネルのＳＮＲを決定するために、付加的雑音に対して平均化されたｘが与えられた、
【数３１】
0005362274.tif 000033
【０１０５】
の平均値に基づいて最初に信号成分を決定することができる。これは以下のように表すことができる：
【数３２】
0005362274.tif 000034
【０１０６】
但し、マトリクスＶは以下のように定義される：
【数３３】
0005362274.tif 000035
【０１０７】
アイデンティティを用いて
【数３４】
0005362274.tif 000036
【０１０８】
マトリクスＶは以下のように表すことができる：
【数３５】
0005362274.tif 000037
【０１０９】
初期ＭＭＳＥの推定
【数３６】
0005362274.tif 000038
【０１１０】
のｉ番目のエレメントは以下のように表すことができる。
【数３７】
0005362274.tif 000039
【数３８】
0005362274.tif 000040
【０１１１】
の要素のすべてが、無相関であり、ゼロ平均値を有するなら、
【数３９】
0005362274.tif 000041
【０１１２】
のｉ番目の要素の期待値は以下のように表すことができる。
【数４０】
0005362274.tif 000042
【０１１３】
式（１４）に示すように、
【数４１】
0005362274.tif 000043
【０１１４】
は、ｘｉのバイアスされた推定である。このバイアスは、ＵＭＭＳＥ技術に従って、改良された受信機性能を得るために、取り除くことができる。ｘｉのバイアスされない推定は、
【数４２】
0005362274.tif 000044
【０１１５】
をｖｉｉで割り算することにより得ることができる。従って、
【数４３】
0005362274.tif 000045
【０１１６】
のバイアスされない最小平均二乗誤差の推定は、対角行列
【数４４】
0005362274.tif 000046
【０１１７】
によりバイアスされた推定
【数４５】
0005362274.tif 000047
【０１１８】
を乗算することにより以下のように得ることができる。
【数４６】
0005362274.tif 000048
【０１１９】
但し、
【数４７】
0005362274.tif 000049
【０１２０】
雑音プラス干渉を決定するために、バイアスされない推定
【数４８】
0005362274.tif 000050
【０１２１】
と送信された記号ベクトルｘとの間の誤差
【数４９】
0005362274.tif 000051
【０１２２】
は以下のように表すことができる。
【数５０】
0005362274.tif 000052
【０１２３】
誤差ベクトル
【数５１】
0005362274.tif 000053
【０１２４】
の自己相関マトリクスは以下のように表すことができる。
【数５２】
0005362274.tif 000054
【０１２５】
誤差ベクトル
【数５３】
0005362274.tif 000055
【０１２６】
のｉ番目の要素の分散は、ｕｉｉに等しい。誤差ベクトル
【数５４】
0005362274.tif 000056
【０１２７】
の要素は、相関される。しかしながら、誤差ベクトル
【数５５】
0005362274.tif 000057
【０１２８】
の要素間の相関は無視することができ、分散のみがシステム性能に影響を与えるように十分なインターリービングを使用することができる。
【０１２９】
チャネル雑音の成分が無相関であり、ｉｉｄであるなら、チャネル雑音の相関マトリクスは、式（５）に示すように表すことができる。その場合、誤差ベクトル
【数５６】
0005362274.tif 000058
【０１３０】
の自己相関マトリクスは以下のように表すことができる：
【数５７】
0005362274.tif 000059
【０１３１】
そして、チャネル雑音の成分が無相関であるなら、
【数５８】
0005362274.tif 000060
【０１３２】
である。  
ｉ番目の送信された記号に対応する復調器出力のＳＮＲは、以下のように表すことができる：
【数５９】
0005362274.tif 000061
【０１３３】
処理され、受信された記号ｘｉの分散
【数６０】
0005362274.tif 000062
【０１３４】
が平均して１つの（１．０）に等しければ、受信記号ベクトルのＳＮＲは以下のように表わすことができる：
【数６１】
0005362274.tif 000063
【０１３５】
図６は、上述したＵＭＭＳＥ処理を実施することができる、ＲＸ ＭＩＭＯプロセッサの一実施の形態を示す。ＣＣＭＩ方法と同様に、マトリクスＨおよびφnnは受信したパイロット信号および／またはデータ送信に基づいて最初に推定することができる。従って、重み付けする係数マトリクスＭは、式（１１）に従って計算される。ＲＸ ＭＩＭＯプロセッサ１５６ｂ内で、ＮＲ受信アンテナからの変調記号は乗算器６１２により乗算され、受信された変調記号ベクトルｒのストリームを形成する。従って、受信された変調記号ベクトルｒは、乗算器６１４により、マトリクスＭと事前乗算され、上の式（１０）に示すように送信された記号ベクトルｘの推定
【数６２】
0005362274.tif 000064
【０１３６】
を形成する。推定
【数６３】
0005362274.tif 000065
【０１３７】
は、さらに、乗算器６１６により対角行列
【数６４】
0005362274.tif 000066
【０１３８】
と事前乗算され、式（１５）に示すように、送信された記号ベクトルｘのバイアスされない推定
【数６５】
0005362274.tif 000067
【０１３９】
を形成する。
【０１４０】
この場合もやはり、実施される特定の通信モードに応じて、チャネルデータストリームの送信のために使用されるすべてのアンテナからのサブチャネル記号ストリームを結合器６１８に提供することができる。結合器６１８は、時間、空間、および周波数にわたって、冗長な情報を結合する。次に、結合された変調記号
【数６６】
0005362274.tif 000068
【０１４１】
は、ＲＸ データプロセッサ１５８に提供される。そして、その他の通信モードの場合、推定された変調記号
【数６７】
0005362274.tif 000069
【０１４２】
は、ＲＸ データプロセッサ１５８に直接提供することができる。
【０１４３】
バイアスされない、推定された変調記号
【数６８】
0005362274.tif 000070
【０１４４】
および／または、結合された変調記号
【数６９】
0005362274.tif 000071
【０１４５】
もＣＳＩプロセッサ６２０に提供される。ＣＳＩプロセッサ６２０は、送信チャネルのための完全または部分ＣＳＩを決定し、報告されるべき完全／部分ＣＳＩを送信機システム１１０に戻す。例えば、ＣＳＩプロセッサ６２０は、式（１６）乃至（１８）に従って、ｉ番目の送信チャネルのＳＮＲを推定することができる。送信チャネルのためのＳＮＲは、送信機システムに報告が戻される部分ＣＳＩから構成される。式（１１）で計算される最適値Ｍは、誤差ベクトルの基準をすでに最小にしなければならない。
【０１４６】
ＤVは、式（１６）に従って計算される。
【０１４７】
完全ＣＳＩ技術を利用したＭＩＭＯ受信機
完全ＣＳＩ技術の場合、ＮＲ受信アンテナの出力において受信された信号は上の式（２）に示すように表すことができ、これは、
ｒ＝Ｈｘ＋ｎ
である。  
チャネルマトリクスと共役転置との積により形成されるエルミート行列の固有ベクトル分解は以下のように表すことができる：
【数７０】
0005362274.tif 000072
【０１４８】
但し、Ｅは固有ベクトルマトリクスであり、Λは、固有値の対角行列であり、両方とも、ＮＴｘＮＴの次元である。送信機は、上の式（１）に示すように、固有ベクトルマトリクスＥを用いたＮＴ変調記号ｂのセットを事前調整する。ＮＴ送信アンテナからの送信された（事前調整された）変調記号は従って以下のように表すことができる：
ｘ＝Ｅｂ
ＨHＨは、エルミートなので、固有ベクトルマトリクスは、ユニタリである。従って、ｂの要素が等しい指数を有するなら、要素ｘも等しい指数を有する。従って、受信された信号は、以下のように表すことができる：
ｒ＝ＨＥｂ＋ｎ        式（１９）
受信機は、チャネル整合フィルタ動作を実行し、その後に、右固有ベクトルによる乗算が続く。チャネル整合フィルタおよび乗算動作の結果は、ベクトルｚである。これは以下のように表すことができる。
【数７１】
0005362274.tif 000073
【０１４９】
ただし、新しい雑音期間は以下のように表すことができる共分散を有する。
【数７２】
0005362274.tif 000074
【０１５０】
すなわち、雑音成分は、分散が固有値により与えられる独立である。ｚのｉ番目の成分のＳＮＲは、λｉ、すなわち、Λのｉ番目の対角線成分である。
【０１５１】
完全ＣＳＩ処理は、上述した米国出願シリアル番号第０９／５３２，４９２にさらに詳細に記載される。
【０１５２】
図５に示す受信機実施の形態は、また完全ＣＳＩ技術を実施するために使用することもできる。受信された変調記号ベクトルｒは整合フィルタ５１４によりフィルタされる。整合フィルタ５１４は、上の式（２０）に示すように、各ベクトルｒを共役転置チャネル係数マトリクスＨHと事前乗算する。フィルタされたベクトルは、上の式（２０）に示すように、乗算器５１６により右固有ベクトルＥHと事前乗算され、変調記号ベクトルｂの推定ｚを形成する。完全ＣＳＩ技術の場合、マトリクスプロセッサ５２４は、右固有ベクトルＥHを提供するように構成される。（例えば結合器５１８およびＲＸ データプロセッサ１５８による）それに続く処理は、以下に記載されるように達成される。
【０１５３】
完全ＣＳＩ技術の場合、送信機ユニットは、固有値により与えられるＳＮＲに基づいて固有ベクトルの各々に対して、コーディングスキームおよび変調スキーム（すなわち、信号配列）を選択することができる。受信機において、ＣＳＩが測定され、報告され、送信機において、送信を事前調整するために使用される間の間隔において、チャネル条件が感知できるほどに変化しないなら、通信システムの性能は、公知のＳＮＲを有した独立したＡＷＧＮチャネルのセットの性能と等しくすることができる。
【０１５４】
完全ＣＳＩまたは部分ＣＳＩの報告を送信機システムに戻す
ここに記載した、部分ＣＳＩ（例えば、ＣＣＭＩまたはＵＭＭＳＥ）または完全ＣＳＩ技術を用いて、受信信号に対して、各送信チャネルのＳＮＲを得ることができる。送信チャネルのための決定されたＳＮＲは、逆方向チャネルを介して送信機システムに報告を戻すことができる。送信チャネルのための（すなわち、各空間サブチャネルのためのおよびおそらく、ＯＦＤＭが採用されるなら、各周波数サブチャネルのための）送信された変調記号のＳＮＲ値をフィードバックすることにより、ＭＩＭＯチャネルの利用を改良するために適応処理（例えば、適応符号化および変調）を実施することが可能である。部分ＣＳＩフィードバック技術の場合、完全ＣＳＩを伴わずに適応処理を達成することができる。完全ＣＳＩフィードバック技術の場合、十分な情報（必ずしも明白な固有値および固有モードである必要はない）が送信機にフィードバックされ、利用される各周波数サブチャネルのための固有値と固有モードの計算を容易にする。
【０１５５】
ＣＣＭＩ技術の場合、受信した変調記号のＳＮＲ値（例えばｉ番目の送信チャネルで受信した記号のための
【数７３】
0005362274.tif 000075
【０１５６】
またはＳＮＲi＝１／σn2γii
が送信機にフィードバックされる。ＵＭＭＳＥ技術の場合、受信した変調記号のＳＮＲ値（例えば、ｉ番目の送信チャネル上で受信した記号のための
【数７４】
0005362274.tif 000076
【０１５７】
ｕｉｉは、上の式（１６）および（１７）で示すように計算される）は送信機にフィードバックされる。そして、完全ＣＳＩ技術の場合、受信した変調記号（例えば、ｉ番目の送信チャネルで受信した記号のための
【数７５】
0005362274.tif 000077
【０１５８】
但しλｉｉは正方行列Ｒの固有値である）のＳＮＲ値は送信機にフィードバックすることができる。完全ＣＳＩ技術の場合、固有モードＥをさらに決定することができ、送信機にフィードバックすることができる。部分および完全ＣＳＩ技術の場合、データの処理を調節するために、送信機システムにおいて、ＳＮＲが使用される。完全ＣＳＩ技術の場合、固有モードＥを用いて、送信する前に変調記号を事前調整する。
【０１５９】
送信機に報告が戻されるＣＳＩは、全部、区別をつけて、またはそれらの組合せで送ることができる。一実施の形態において、完全または部分ＣＳＩは周期的に報告され、区別を示す更新は、以前送信されたＣＳＩに基づいて送られる。完全ＣＳＩの場合の一例として、更新は、報告された固有モードに対する（エラー信号に基づく）訂正で有り得る。固有値は、一般に固有モードのように急速に変化しない。従って、固有値はより低いレートで更新することができる。他の実施の形態において、ＣＳＩは変化があったときのみ（例えば、変化が特定のしきい値を超えたなら）送信される。この変化は、フィードバックチャネルの有効レートを下げることができる。部分ＣＳＩの場合の一例として、ＳＮＲｓは、ＳＭＲｓが変化したときのみ（例えば区別をつけて）送り戻すことができる。（ＭＩＭＯを伴うまたは伴わない）ＯＦＤＭの場合、周波数ドメインの相関を利用して、フィードバックされるＣＳＩの量を低減することができる。部分ＣＳＩを有したＯＦＤＭシステムの一例として、Ｍの周波数サブチャネルのための特定の空間サブチャネルに対応するＳＮＲが同じであれば、この状態があてはまるＳＮＲと最初および最後の周波数サブチャネルを報告することができる。ＣＳＩに対してフィードバックされるデータ量を低減するための他の圧縮およびフィードバックチャネルエラー再生技術も使用することができ、この発明の範囲内である。
【０１６０】
図１に戻ると、ＲＸ ＭＩＭＯプロセッサ１５６により決定される完全または部分ＣＳＩ（例えばチャネルＳＮＲ）はＴＸデータプロセッサ１６２に提供される。ＴＸデータプロセッサ１６２はＣＳＩを処理し、処理したデータを１つまたはそれより多くの変調器１５４に提供する。変調器１５４はさらに処理したデータを調整し、ＣＳＩを逆方向チャネルを介して送信機システム１１０に送信し戻す。
【０１６１】
システム１１０において、送信されたフィードバック信号はアンテナ１２４により受信され、復調器１２２により復調され、ＲＸデータプロセッサ１３２に提供される。ＲＸデータプロセッサ１３２は、ＴＸデータプロセッサ１６２により実行される処理と相補的な処理を実行し、報告された完全／部分ＣＳＩを再生する。完全／部分ＣＳＩは、ＴＸデータプロセッサ１１４とＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０に提供され、ＴＸデータプロセッサ１１４とＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１２０により処理を調節するために使用される。
【０１６２】
送信機システム１１０は、受信機システム１５０からの完全／部分ＣＳＩ（例えばＳＮＲ情報）に基づいてその処理を調節（すなわち、適合させる）ことができる。例えば、情報ビットレートが、チャネルＳＮＲによりサポートされる送信能力に整合するように各送信チャネルのためのコーディングを調節することができる。さらに、送信チャネルのための変調スキームは、チャネルＳＮＲに基づいて選択することができる。他の処理（例えば、インターリービング）も調節することができ、この発明の範囲内である。チャネルに対して決定されたＳＮＲに基づく各送信チャネルのための処理の調節は、ＭＩＭＯシステムが高性能を達成することを可能にする（すなわち、特定のレベルの性能に対して高いスループットまたはビットレート）。適応処理は単一キャリアＭＩＭＯシステムまたは複数キャリアベースＭＩＭＯシステム（例えば、ＯＦＤＭを利用したＭＩＭＯシステム）に適用できる。
【０１６３】
送信機システムにおける変調スキームのコーディングと選択における調節は多くの技術にもとづいて達成することができる。それらの１つは、米国特許出願シリアル番号第０９／７７６，０７３に記載されている。
【０１６４】
部分（例えば、ＣＣＭＩおよびＵＭＭＳＥ）および完全ＣＳＩ技術は、複数の送信アンテナおよび受信アンテナの使用により作られたさらなる次元をＭＩＭＯシステムが利用可能にする受信機処理技術である。これは、ＭＩＭＯを採用する主な利点である。ＭＩＭＯシステムが完全ＣＳＩを利用するについては、ＣＣＭＩ技術およびＵＭＭＳＥ技術は、同じ数の変調記号を送信することができる。しかしながら、他の受信機処理技術も、ここに記載した完全／部分ＣＳＩフィードバック技術とともに使用することができ、この発明の範囲内である。同じように、図５および図６は、ＭＩＭＯ送信を処理することができ、送信チャネル（すなわち、ＳＮＲ）の特性を決定することができ、および完全または部分ＣＳＩを送信機システムに報告することができる受信機システムの２つの実施の形態を表す。ここに提示された技術に基づく他の設計および受信機処理技術を熟考することができ、この発明の範囲内である。
【０１６５】
部分ＣＳＩ技術（例えば、ＣＣＭＩ技術およびＵＭＭＳＥ技術）は、そのようなＳＮＲに基づいて推定された全体的に受信された信号ＳＮＲのみまたは達成できる全体スループットがフィードバックされるとき、送信機における適応処理なしに、直接的な方法で使用することもできる。一実施において、変調フォーマットは、受信したＳＮＲの推定または推定されたスループットに基づいて決定され、同じ変調フォーマットがすべての送信チャネルに対して使用される。この方法は、全体のシステムスループットを低減することができるが、逆方向リンクを介して送信される情報量を大幅に低減することができる。
【０１６６】
システム性能の改良は、この発明の完全／部分ＣＳＩフィードバック技術の使用により実現することができる。部分ＣＳＩフィードバックを有するシステムスループットを計算することができ、完全ＣＳＩフィードバックを有するスループットに対して比較することができる。システムスループットは、以下のように定義することができる。
【数７６】
0005362274.tif 000078
【０１６７】
但し、γiは部分ＣＳＩ技術のための各受信された変調記号のＳＮＲであり、または、完全ＣＳＩ技術のための各送信チャネルのＳＮＲである。種々の処理技術のためのＳＮＲは以下のように要約することができる：
ＣＣＭＩ技術に関しては、  γi＝１／σn2γii
ＵＭＭＳＥ技術に関しては、  γi＝１／υii
完全ＣＳＩ技術に関しては、  γi＝λii／σn2
【０１６８】
図７Ａおよび７Ｂは、部分ＣＳＩおよび完全ＣＳＩフィードバック技術を採用する４ｘ４ＭＩＭＯシステムの性能を示す。結果は、コンピュータシミュレーションから得られる。シミュレーションにおいて、各チャネル係数マトリクスＨの要素はゼロ平均およびユニティバリアンス(unity variance)を有する独立したガウス確率変数としてモデル化される。各計算に対して、多数のランダムマトリクス実現が発生され、実現のために計算されたスループットは平均化され、平均スループットを発生する。
【０１６９】
図７Ａは、異なるＳＮＲ値に対する完全ＣＳＩ、部分ＣＳＩ ＣＣＭＩ、および部分ＣＳＩ ＵＭＭＳＥ技術のためのＭＩＭＯシステムのための平均スループットを示す。図７Ａから、部分ＣＳＩ ＵＭＭＳＥのスループットは、高いＳＮＲ値において、完全ＳＩスループットのほぼ７５％であり、低いＳＮＲ値において、完全ＣＳＩスループットにほぼ等しい。部分ＣＳＩ ＣＣＭＩ技術のスループットは、高いＳＮＲ値において部分ＣＳＩ ＵＭＭＳＥ技術のスループットのほぼ７５％−９０％であり、低いＳＮＲ値において、ＵＭＭＳＥスループットのほぼ３０％未満である。
【０１７０】
図７Ｂは、データのヒストグラムに基づいて発生された３つの技術に対する累積確率分布関数（ＣＤＦ）を示す。図７Ｂは、送信チャネルあたり、１６ｄＢの平均ＳＮＲにおいて、スループットが、ＣＣＭＩ技術に対して２ｂｐｓ／Ｈｚ未満であるときほぼ５％の場合がある。他方、ＵＭＭＳＥ技術のスループットは、同じＳＮＲにおいてすべてのケースに対して７．５ｂｐｓ／Ｈｚより上にある。従って、ＵＭＭＳＥ技術は、ＣＣＭＩ技術より、より低い機能停止確率を持つ可能性がある。
【０１７１】
送信機システムおよび受信機システムの要素は、１つまたはそれより多くのデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブル論理素子、他の電子装置またはそれらのいずれかの組み合わせで実施することができる。
【０１７２】
この発明の観点は、ソフトウエアとハードウエアの組合せで実施することができる。例えば、ＣＣＭＩおよびＵＭＭＳＥ技術のための記号の推定のための計算およびチャネルＳＮＲの獲得は、プロセッサ（それぞれ、図５および図６のコントローラ５３０、および６５０）上で実行されるプログラムコードに基づいて実行可能である。
【０１７３】
開示した実施の形態の上述の記述は、当業者がこの発明を製作しまたは使用可能にするために提供される。これらの実施の形態に対する種々の変形は、当業者には容易に明白であり、ここに定義される包括的原理は、この発明の精神または範囲を逸脱することなく他の実施の形態に適用可能である。したがって、この発明は、ここに示した実施の形態に限定されることを意図したものではなく、ここに開示された原理および新規な特徴に一致する最も広い範囲が許容されるべきである。  
他の実施形態：
［１］下記を具備する、マルチプル入力−マルチプル出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいて、送信機装置から受信機装置にデータを送信するための方法：
受信機装置において、
複数の受信アンテナを介して複数の信号を受信する、ここにおいて各受信アンテナからの前記受信された信号は前記送信機装置から送信された１つまたはそれより多くの信号の結合を具備する；
前記受信された信号を処理し、データ送信のために使用される複数の送信チャネルの特性を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ）を得る；および
前記チャネル状態情報を前記送信機装置に送信し戻す；および
送信機装置において、
前記受信機装置から前記チャネル状態情報を受信する、および
前記受信したチャネル状態情報に基づいて前記受信機装置への送信のためにデータを処理する。
［２］  前記報告されたチャネル状態情報は、前記複数の送信チャネルの各々に関する信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）の推定を具備する、上記［１］の方法。
［３］  前記送信機装置における前記処理は、
前記送信チャネルに関する前記信号対雑音プラス干渉の推定に基づいて各送信チャネルに関するデータを符号化することを含む、上記［２］の方法。
［４］  各送信チャネルの前記データは、前記送信チャネルに関する前記信号対雑音プラス干渉の推定に基づいて独立して符号化される、上記［３］の方法。
［５］  前記符号化は、
前記送信チャネルに関するデータを固定ベースコートで符号化する、および
前記送信チャネルに関する前記信号対雑音プラス干渉の推定に基づいて符号化されたビットのパンクチャリングを調節する、
を含む、上記［３］の方法。
［６］  前記送信機装置における前記処理は、
前記送信チャネルに関する前記信号対雑音プラス干渉の推定に基づいて選択された変調スキームに従って各送信チャネルに関して符号化されたデータを変調する
をさらに含む上記［３］の方法。
［７］  前記報告されたチャネル状態情報は、前記複数の送信チャネルに関する特徴づけを具備する、上記［１］の方法。
［８］  前記報告されたチャネル状態情報は、前記複数の送信チャネルの固有モードおよび固有値を示す、上記［１］の方法。
［９］  前記送信機装置における前記処理は、
前記固有値に基づいて前記送信チャネルに関するデータを符号化する
を含む上記［８］の方法。
［１０］  各送信チャネルに関する前記データは独立して符号化される、上記［９］の方法。
［１１］  前記送信機装置における前記処理は、
前記固有値に基づいて選択された変調スキームに従って、符号化された前記送信チャネルに関するデータを変調し、変調記号を提供する
をさらに含む上記［９］の方法。
［１２］  前記送信機装置における前記処理は、
該固有モードに基づいて送信の前に前記変調記号を事前調整する
をさらに含む上記［１１］の方法。
［１３］  前記チャネル状態情報は前記受信機装置から完全に送信される、上記［１］の方法。
［１４］  前記チャネル状態情報は前記受信機装置から、周期的に、完全に送信される、ここにおいて、前記チャネル状態情報への更新は完全送信の間に送信される、上記［１３］の方法。
［１５］  前記チャネル状態情報は、特定のしきい値を超えたチャネル特性の変化が検出されると、送信される、上記［１］の方法。
［１６］  該複数の固有モードおよび固有値を示す前記チャネル状態情報は異なる更新レートで送信される、上記［８］の方法。
［１７］  前記チャネル状態情報は、相関行列反転（ＣＣＭ）処理に基づいて前記受信機装置において得られる、上記［１］の方法。
［１８］  前記受信機装置における相関行列反転処理は、
前記受信された信号を処理し、受信された変調記号を得る；
前記受信された変調記号を第１のマトリクスに従ってフィルタし、フィルタされた変調記号を提供する、ここにおいて前記第１のマトリクスは前記データ送信のために使用された前記複数の受信アンテナと複数の送信アンテナとの間のチャネル特性の推定を表す；
前記フィルタされた変調記号を第２のマトリクスと乗算し、送信された変調記号の推定を提供する；および
前記データ送信のために使用された複数の送信チャネルの特性を推定する
を備える、上記［１７］の方法。
［１９］  下記をさらに具備する、上記［１８］の方法：
特定の復調スキームに従って該変調記号の推定を復調し、復調された記号を提供する。
［２０］  下記をさらに具備する、上記［１９］の方法：
特定の復号スキームに従って前記復調された記号を復号する。
［２１］  下記をさらに具備する、上記［１８］の方法：
冗長送信のために変調記号の推定を結合し、結合された変調記号の推定を提供する。
［２２］  下記をさらに具備する、上記［１８］の方法：
前記受信された変調記号に基づいてチャネル係数マトリクスを得る、
ここにおいて、前記第１のマトリクスは前記チャネル係数マトリクスから得られる。
［２３］  前記チャネル係数マトリクスは、パイロットデータに対応する受信された変調記号に基づいて得られる、上記［２２］の方法。
［２４］  前記第２のマトリクスは、前記第１のマトリクスに基づいて得られた逆二乗マトリクスである、上記［１８］の方法。
［２５］  前記チャネル状態情報は、バイアスされない最小平均二乗誤差（ＵＭＭＳＥ）処理に基づいて前記受信機装置において得られる、上記［１］の方法。
［２６］  前記最小平均二乗誤差処理は、
前記受信された信号を処理し、受信された変調記号を得る；
前記受信された変調記号を第１マトリクスＭと乗算し、送信された変調記号の推定を提供する；および
前記受信され変調記号に基づいて前記データ送信のために使用された複数の送信チャネルの特性を推定する、
ここにおいて、前記第１のマトリクスＭは、前記変調記号の推定と送信された変調記号との間の平均二乗誤差を最小にするように選択される
を含む上記［２５］の方法。
［２７］  下記をさらに具備する、上記［２６］の方法：
前記変調記号の推定を第２のマトリクスと乗算し、前記送信された変調記号のバイアスされていない推定を提供する、および
ここにおいて、前記送信チャネルの前記特性は該バイアスされていない変調記号の推定に基づいて推定される。
［２８］  下記をさらに具備する上記［２７］の方法：
前記バイアスされていない変調記号の推定に基づいて、および前記バイアスされていない変調記号の推定と前記送信された変調記号との間の前記平均二乗誤差を最小にするように前記第１のマトリクスＭを導く。
［２９］  前記ＭＩＭＯシステムは、直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）を実施する、上記［１］の方法。
［３０］  前記受信機装置および送信機装置の各々における前記処理は、複数の周波数サブチャネルの各々に関して行われる、上記［２９］の方法。
［３１］  下記を具備する、マルチプル入力マルチプル出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいて送信機装置から受信機装置にデータを送信するための方法：
受信機装置において、
複数の受信アンテナを介して複数の信号を受信する、ここにおいて各受信アンテナからの前記受信された信号は、前記送信機装置から送信された１つまたはそれより多くの信号の結合を具備する、
前記複数の受信された信号を処理し、前記送信機装置から送信された複数の変調記号の複数の推定を提供する、
データ送信のために使用された複数の送信チャネルの信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）を推定する、および
前記送信チャネルに関する信号対雑音プラス干渉の推定を前記送信機装置に送信し戻す；および
前記送信機装置において、前記受信された信号対雑音プラス干渉の推定に従って、前記受信機装置への送信のために、データを処理する。
［３２］  前記複数の送信チャネルの各々の信号対雑音プラス干渉は推定され、各送信チャネルに関する信号対雑音プラス干渉の推定は前記送信機装置に送信されて戻される、上記［３１］の方法。
［３３］  下記をさらに具備する、上記［３１］の方法：
前記受信機装置において、
データ送信のために使用された前記複数の送信チャネルに関する複数の特性づけを得る、および
前記複数の特徴づけを前記送信機装置に送信して戻す。
［３４］  下記をさらに具備する、上記［３３］の方法：
送信機装置において、前記複数の送信チャネルに関する複数の特徴づけに従って、前記受信機装置への送信の前に複数の変調記号を事前調整する。
［３５］  前記受信された変調記号は、チャネル相関行列反転（ＣＣＭＩ）スキームに従って処理される、上記［３１］の方法。
［３６］  前記受信された変調記号は、バイアスされない最小平均二乗誤差（ＵＭＭＳＥ）スキームに従って処理される、上記［３１］の方法。
［３７］  前記送信機装置における前記処理は、
前記受信された前記送信チャネルに関する信号対雑音プラス干渉の推定に従って、各送信チャネルに関するデータを符号化する、
を含む上記［３１］の方法。
［３８］  前記送信機装置における前記処理の前記処理は、
前記受信された前記送信チャネルに関する信号対雑音プラス干渉の推定に基づいて選択された変調スキームに基づいて、各送信チャネルに関する符号化されたデータを変調する、
をさらに具備する上記［３７］の方法。
［３９］  下記を具備する、マルチプル入力マルチプル出力（ＭＩＭＯ）通信システム：
下記を具備する受信機装置；
複数の受信アンテナを介して複数の信号を受信し、前記受信された信号を処理して受信された変調記号を提供するように構成された複数のフロントエンドプロセッサ；
前記フロントエンドプロセッサに結合された、および前記受信された変調記号を受信および処理して、データ送信のために使用された複数の送信チャネルの複数の特性を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ）を得るように構成された、少なくとも１つの受信マルチプル入力マルチプル出力プロセッサ、および
前記マルチプル入力マルチプル出力プロセッサに動作可能に結合された、および前記送信機装置に送信し戻すために前記チャネル状態情報を処理するように構成された、送信データプロセッサ；および
下記を具備する、送信機装置；
前記受信機装置からの１つまたはそれより多くの信号を受信および処理し、前記送信されたチャネル状態情報を再生するように構成された少なくとも１つの復調器、および
前記再生されたチャネル状態情報に基づいて、前記受信機装置への送信のためにデータを処理するように構成された送信データプロセッサ。
［４０］  下記を具備する、マルチプル入力マルチプル出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおける受信機装置：
複数の受信アンテナを介して複数の送信された信号を受信し、前記受信された信号を処理して受信された変調記号を提供するように構成された複数のフロントエンドプロセッサ；
前記複数のフロントエンドプロセッサに動作可能に結合された、および第１のマトリクスに従って前記受信された変調記号をフィルタしてフィルタされた変調記号を提供するように構成されたフィルタ、ここにおいて、前記第１のマトリクスは、前記データ送信のために使用された前記複数の受信アンテナと複数の送信アンテナとの間の複数のチャネル特性の推定を表す；
前記フィルタに結合された、および前記フィルタされた変調記号を第２のマトリクスと乗算して送信された変調記号の推定を提供するように構成された乗算器；
前記乗算器と結合された、および前記データ送信のために使用された複数の送信チャネルの複数の特性を推定して前記推定されたチャネル特性を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ）を提供するように構成されたチャネル品質推定器；および
前記受信機装置からの送信のために前記チャネル状態情報を受信および処理するように構成された送信データプロセッサ。
［４１］  下記をさらに具備する、上記［４０］の受信機装置：
前記変調記号の推定に基づいてチャネル係数マトリクスを得るように構成された第２の推定器、ここにおいて前記第１のマトリクスは前記チャネル係数マトリクスに基づいて得られる。
［４２］  前記送信チャネル特性の前記推定は、信号対雑音プラス干渉（ＳＮＲ）の推定を具備する、上記［４０］の受信機装置。
［４３］  下記をさらに具備する、上記［４０］の受信機装置：
１つまたはそれより多くの復調素子、各復調素子は特定の復調スキームに従って変調記号の推定のそれぞれのストリームを受信および復調して復調された記号のストリームを提供するように構成される。
［４４］  下記をさらに具備する上記［４３］の受信機装置：
１つまたはそれより多くの復号器、各復号器は特定の復号スキームに従って復調された記号のストリームを受信および復号して復号されたデータを提供するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】本発明の種々の観点および実施の形態を実施することのできるマルチプル入力マルチプル出力（ＭＩＭＯ）通信システムの概略図。
【図２Ａ】それぞれ部分ＣＳＩ処理および完全ＣＳＩ処理を実行することができるＭＩＭＯ送信機システムの一実施の形態のブロック図。
【図２Ｂ】それぞれ部分ＣＳＩ処理および完全ＣＳＩ処理を実行することができるＭＩＭＯ送信機システムの一実施の形態のブロック図。
【図３】直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）を利用するＭＩＭＯシステムの一実施の形態のブロック図。
【図４】異なる送信タイプに対して異なる処理を提供することができ、またＯＦＤＭを採用するＭＩＭＯ送信機システムの一部分のブロック図。
【図５】複数（ＮＲ）の受信アンテナを有し、チャネル相関マトリクス反転（ＣＣＭＩ）技術）に基づいてデータ送信を処理することができる受信システムの一実施の形態のブロック図。
【図６】複数（ＮＲ）の受信アンテナを有し、バイアスされない平均２乗誤差（ＵＭＭＳＥ）に基づいて、データ送信を処理することができる受信システムの一実施形態のブロック図。
【図７Ａ】３つの受信機処理技術および異なるＳＮＲ値に対するＭＩＭＯシステムのための平均スループットを示す図。
【図７Ｂ】データのヒストグラムに基づいて発生された３つの受信機処理技術のための累積する確立分布関数（ＣＤＦ）を示す図。
【図１】
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【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】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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