(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信装置において、
送信機から受信した信号に基づいて、送信機とのリンクを表わす共分散行列を推定するように動作する相関器と、
相関器に結合されていて、かつ共分散行列の階数を推定するように動作する階数解析ユニットと、
階数解析ユニットに結合されていて、かつ共分散行列の階数の推定に基づいて低減階数のチャンネルの推定値を生成させるように動作するチャンネル推定ユニットとを具備する無線通信装置。
【請求項２】
共分散行列が、装置と送信機との間の複数のインパルス応答の推定値を表わしている請求項１記載の装置。
【請求項３】
相関器が、少なくとも２本のチャンネルの相関を決定するように動作する請求項１記載の装置。
【請求項４】
階数解析ユニットが、共分散行列に対応する固有値を決定するように動作する請求項３記載の装置。
【請求項５】
階数解析ユニットが、共分散行列の推定された階数を所定の最大値と比較するように動作する請求項４記載の装置。
【請求項６】
相関器が、受信信号の遅延を推定するように動作する請求項１記載の装置。
【請求項７】
階数解析ユニットが、共分散行列の階数を最大階数と比較するように動作する請求項１記載の装置。
【請求項８】
共分散行列の階数が最大階数よりも小さい場合、チャンネル推定手段が、全階数のチャンネルの推定値を生成させるように動作する請求項７記載の装置。
【請求項９】
無線通信装置において、
送信機から受信した信号に基づいて、送信機とのリンクを表わす共分散行列を推定するように動作する相関器手段と、
相関器手段に結合されていて、かつ共分散行列の階数を推定するように動作する階数解析手段と、
階数解析手段に結合されていて、かつ共分散行列の階数の推定に基づいて低減階数のチャンネルの推定値を生成させるように動作するチャンネル推定手段とを具備する無線通信装置。
【請求項１０】
無線通信システムにおけるチャンネル推定方法において、
送信機から受信した信号に基づいて、送信機とのリンクを表わす共分散行列を推定することと、
共分散行列の階数を推定することと、
共分散行列の階数の推定に基づいて、低減階数のチャンネルの推定値を生成させることとを含む方法。
【請求項１１】
共分散行列の階数が最大階数よりも小さいかどうかを判断することと、
共分散行列の階数がＮ×Ｍより小さい場合、行列の部分空間の抽出を実行することとをさらに含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
共分散行列を推定することは、リンクのパラメトリック関係を記述している行列を決定することを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
共分散行列の抽出された部分空間に基づいて、各チャンネルに対するチャンネルインパルス応答を求めることと、
チャンネルインパルス応答を使用して、受信信号を復調することとをさらに含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
無線通信装置において、
送信機から受信した信号に基づいて、送信機とのリンクを表わす共分散行列を推定するための手段と、
共分散行列の階数を推定するための手段と、
共分散行列の階数の推定に基づいて、低減階数のチャンネルの推定値を生成させるための手段とを具備する無線通信装置。
【請求項１５】
共分散行列の階数が最大階数よりも小さいかどうかを判断するための手段と、
共分散行列の階数が最大階数よりも小さい場合、行列の部分空間の抽出を実行するための手段とをさらに具備する請求項１４記載の無線通信装置。
【請求項１６】
共分散行列を推定するための手段が、
リンクのパラメトリック関係を記述している行列を決定するための手段を備える請求項１５記載の無線通信装置。
【請求項１７】
行列の抽出された部分空間に基づいて、各チャンネルに対するチャンネルインパルス応答を求めるための手段と、
チャンネルインパルス応答を使用して、受信信号を復調するための手段とをさらに具備する請求項１６記載の無線通信装置。
【請求項１８】
１つ以上のプロセッサによって実行可能な１組の命令を具体化するコンピュータ読出し可能媒体において、
送信機から受信した信号に基づいて、送信機とのリンクを表わす共分散行列を推定するコードと、
共分散行列の階数を推定するコードと、
共分散行列の階数の推定に基づいて、低減階数のチャンネルの推定値を生成させるコードとを含むコンピュータ読出し可能媒体。
【請求項１９】
共分散行列が、装置と送信機との間の複数のインパルス応答の推定値を表わしている請求項１８記載のコンピュータ読出し可能媒体。
【請求項２０】
少なくとも２本のチャンネルの相関を決定するコードをさらに含む請求項１８記載のコンピュータ読出し可能媒体。
【請求項２１】
共分散行列に対応する固有値を決定するコードをさらに含む請求項２０記載のコンピュータ読出し可能媒体。
【請求項２２】
共分散行列の推定された階数を所定の最大値と比較するコードをさらに含む請求項２１記載のコンピュータ読出し可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
分野
本発明は、無線通信に関する。とくに、本発明は、通信システムにおける低減階数のチャンネル推定のための新規で向上した方法に関する。
【０００２】
背景
無線伝送の品質を向上するために、通信システムでは、しばしば、送信機において多数の放射アンテナ素子を使用して、受信機へ情報を通信する。したがって、受信機は、１本以上の受信機アンテナを有する。無線通信システムは干渉を制限される傾向があり、多数のアンテナ素子を使用すると、無線信号の変調および伝送中に発生する符号間およびチャンネル間の干渉が低減し、通信の品質が向上するので、多数のアンテナが望ましい。このようなシステムのモデリング、したがって設計には、送信機と受信機との間の時空チャンネルまたはリンクの幾つかのパラメータを推定することが含まれる。
【０００３】
１対の送信機−受信機アンテナにおける推定チャンネルパラメータ数は、送信機−受信機アンテナの対の順列の数によって乗算され、計算は益々複雑になり、推定品質は下がる。したがって、より少ない数から成る１組のパラメータを使用するチャンネル推定方法を得ることが望ましい。同様に、多数の送信機アンテナが構成されている無線通信システムにおけるチャンネル推定の向上した方法が必要とされている。
【０００４】
概要
本明細書に開示されている実施形態は、低減階数の推定方法を使用して、多数の送信機アンテナが構成されている無線通信システムの通信リンクのチャンネルパラメータを推定する新規で向上した方法および装置に関する。送信機アンテナから受信機アンテナへの各経路が、リンク内で１チャンネルを構成する。したがって、チャンネル数は、送信機アンテナおよび受信機アンテナの数に応じて増加する。この方法では、重複する知識または事前の知識、あるいはこの両者をシステム内で利用し、推定計算のベースとして使用するチャンネルモデルを単純化し、推定品質を向上する。１つの実施形態では、チャンネル推定のためのチャンネルパラメータ数を低減するかどうかを判断するために、共分散行列を計算して、解析する。チャンネルパラメータ数を低減しないときは、全てのパラメータを推定するか、さもなければチャンネルパラメータの推定値の計算に、低減階数のチャンネルモデルを使用する。
【０００５】
１つの態様では、無線通信システムにおけるリンクをモデル化するための方法であって、システムには、Ｎ本のアンテナを有する送信機と、Ｍ本のアンテナを有する受信機とが構成されていて、Ｎ本の送信機アンテナの中の１本のアンテナから、Ｍ本の受信機アンテナへの各経路が、１本のチャンネルを構成していて、リンクのパラメトリック関係を表わしている行列を判断することと、行列を順位付けることと、階数がＭ×Ｎよりも少ないかどうかを判断することと、階数がＭ×Ｎよりも少ないときは、行列の部分空間を抽出することと、行列の抽出された部分空間に基づいて各チャンネルのチャンネルインパルス応答を求めることと、チャンネルインパルス応答を使用して受信信号を復調することとが含まれる。行列は、リンクを表わす共分散行列であり、共分散行列は、送信機と受信機との間の複数のインパルス応答を表わしている。その代わりに、行列は、リンクを表わすサンプル行列であってもよい。
【０００６】
さらに加えて、行列の判断には、少なくとも１本のチャンネルを表わしている複数のパラメータを推定することが含まれる。パラメータには、送信機アンテナ間の距離が含まれる。１つの実施形態では、パラメータには、送信機アンテナの構成に対する伝送角度（transmittal angle）が含まれる。代わりの実施形態では、行列は、周波数領域におけるリンクのパラメトリック関係を表わしている。
【０００７】
さらに加えて、行列を順位付けることには、行列の固有値を判断することが含まれる。１つの実施形態では、階数が（Ｎ×Ｍ）に等しいときは、１組の相関インパルス応答を復調に適用する。１つの態様では、無線装置は、リンクのパラメトリック関係を表わす行列を判断することと、行列を順位付けることと、階数がＮ×Ｍよりも少ないかどうかを判断することと、階数がＭ×Ｎよりも少ないときは、行列の部分空間を抽出することと、抽出された部分空間の行列に基づいて各チャンネルのチャンネルインパルス応答を求めることと、チャンネルインパルス応答を使用して受信信号を復調することとによって、無線通信システム内のリンクをモデル化するように動作する。
【０００８】
別の実施形態では、無線通信装置には、送信機から受信した信号に基づいて送信機とのリンクを表わす共分散行列を推定するように動作する相関器と、相関器に接続されていて、かつ共分散行列の階数を推定するように動作する階数解析ユニットと、階数解析ユニットに接続されていて、かつ低減階数のチャンネルの推定値を生成するように動作するチャンネル推定ユニットとが構成されている。共分散行列は、装置と送信機との間の複数のインパルス応答を表わしている。１つの実施形態では、階数解析ユニットは、共分散行列に対応する固有値を判断し、かつ共分散行列の推定階数を所定の全ての値と比較するように動作する。
【０００９】
さらに別の実施形態では、無線通信システムにおいてリンクを推定するための方法には、リンクの共分散行列を推定することと、共分散行列の階数を低減できるかどうかを判断することと、共分散行列の階数を低減することと、低減階数の共分散行列を使用して、リンクに対する１組のインパルス応答を推定することとが含まれる。さらに加えて、この方法には、チャンネルの相関性を判断することと、共分散行列を順位付けることと、共分散行列から低減階数の行列を抽出することとが含まれる。
【００１０】
１つの実施形態では、無線通信装置は、Ｎ本のアンテナを有する送信機と、Ｍ本のアンテナを有する受信機とが構成されている無線通信システム内で動作し、Ｎ本の送信機アンテナの中の１本のアンテナから、Ｍ本の受信機アンテナへの各経路が、１本のチャンネルを構成している。装置には、リンクを表わしている共分散行列を判断するように働く第１の組のコンピュータ読み出し命令と、共分散行列を順位付けるように働く第２の組のコンピュータ読み出し命令と、階数がＮ×Ｍよりも少ないかどうかを判断するように働く第３の組のコンピュータ読み出し命令と、階数がＮ×Ｍよりも少ないときは、共分散行列から低減階数の行列を抽出するように働く第４の組のコンピュータ読み出し命令と、低減階数の共分散行列に基づいて、各チャンネルのチャンネルインパルス応答を求めるように働く第５の組のコンピュータ読み出し命令と、チャンネルインパルス応答を使用して、受信信号を復調するように働く第６の組のコンピュータ読み出し命令とが含まれている。装置には、第６の組のコンピュータ読み出し命令に応答して動作する等化器がさらに構成されていて、等化器の構成は、共分散行列の階数によって判断される。１つの実施形態では、装置には、相関するチャンネルインパルス応答を求めるように働く第７の組のコンピュータ読み出し命令が含まれている。
【００１１】
さらに別の態様では、無線通信装置には、送信機から受信した信号に基づいて、送信機とのリンクを表わしている共分散行列を推定するように動作するチャンネル推定手段と、相関器に接続されていて、かつ共分散行列の階数を推定するように動作する階数解析ユニットと、階数解析ユニットに接続されていて、かつ低減階数のチャンネル推定値を生成するように動作するチャンネル推定手段とが構成されている。
【００１２】
さらに加えて、別の態様では、無線通信装置には、送信機から受信した信号に基づいて、送信機とのリンクを表わしている共分散行列を推定するように動作する相関器と、相関器に接続されていて、かつ共分散行列の階数を推定するように動作する階数解析ユニットと、階数解析ユニットに接続されていて、かつ低減階数のチャンネル推定値を生成するように動作するチャンネル推定手段とが構成されている。
【００１３】
また別の態様では、無線通信システムにおいてリンクを推定するための方法には、リンクの共分散行列を推定することと、共分散行列の階数を低減できるかどうかを判断することと、共分散行列の階数を低減することと、低減階数の共分散行列を使用して、リンクに対する１組のインパルス応答を推定することとが含まれる。この方法には、チャンネルの相関性を判断することと、共分散行列を順位付けることと、共分散行列から低減階数の行列を抽出することとがさらに含まれる。
【００１４】
別の実施形態では、無線装置には、有意の遅延を判断し、かつ１組の推定値、すなわち有意の遅延に関係する全次元のチャンネルパラメータから成り、各推定値がインスタンスに時間において対応している１組の推定値を判断するように動作するチャンネル推定手段と；全次元チャンネルパラメータの推定値の組の固有値を判断して、主固有値を検出するように動作する固有値計算手段と；主固有値に応答して、１組の低減階数のチャンネルパラメータの推定値を判断するように動作するチャンネル推定手段とが構成されている。さらに加えて、装置には、１組の推定値の主固有値の１つと関係付けられている少なくとも１つの固有ベクトルを判断するように動作する固有ベクトル計算手段が構成されていて、チャンネル推定手段は、少なくとも１つの固有ベクトルを使用して、全次元チャンネルパラメータの推定値の組を、少なくとも１つの固有ベクトルがまたがる部分空間上へ投影する。
【００１５】
本発明の特徴、目的、および長所は、後述の詳細な説明を添付の図面と共に参照することにより、一致する参照符号によって全体的に対応して同定され、より明らかになるであろう。
【００１６】
好ましい実施形態の詳細な説明
多数の放射アンテナを使用して、無線通信システムにおける伝送品質を向上する。第３世代の移動無線システムの設計には、例えば、種々の送信機アンテナのダイバーシチ技術がある。多数の送信機アンテナを使用して、１本以上の受信機アンテナを使用している受信機へ情報を通信する。多数アンテナのシステムでは、品質が向上する。しかしながら、品質は、送られた情報を復調するのに受信機において使用するチャンネルモデルの精度に依存して向上する。伝送チャンネルは、パラメータ推定値を使用して、そのチャンネルに対する効果的なチャンネルインパルス応答を判断して、モデル化される。多数のアンテナが使用されているときは、モデリングには、全ての送信機−受信機のアンテナの対における各伝送チャンネルを推定することが含まれる。
【００１７】
送信機から受信機への伝送チャンネルは、時空チャンネルであり、少なくとも１つのインパルス応答によってほぼ表わされる。一方のチャンネルと他方のチャンネルとにおいて、チャンネルパラメータが、ほとんど変わらないことは多く、このようなときは、チャンネルインパルス応答は位相のみが異なる。このような場合は、インパルス応答の推定値を各チャンネルごとに個々に求めることは必ずしも必要ではなく、むしろ一部の情報を再使用する。チャンネルが相関するときは、チャンネルの低減階数の表現を使用する。低減階数（reduced rank）とは、送信機と受信機との間のリンクを表わすのに使用するチャンネルにおいて、全く相関のないチャンネル数が低減したことを示す。この低減階数を確かめるには、チャンネルの共分散行列の階数低減を使用して、異なるチャンネルインパルス応答の相互の統計的な依存性を表わすといったやり方がある。低減階数は、他のパラメータの測度によっても求められることに注意すべきである。例えば、１つの実施形態では、サンプル行列には、時間についての、チャンネルのインパルス応答の推定値のサンプルから成る列が含まれていて、このサンプル行列の行の階数は、ここに記載されるように低減される。階数を低減すると、フィルターまたは復調器の複雑さが緩和され、したがって受信機において使用されているフィルターおよび／またはフィルター素子および／または復調ユニットの数が低減する。さらに加えて、チャンネルを特徴付けるのに使用する推定パラメータの数が低減すると、チャンネルモデルの精度が向上する。
【００１８】
図１には、多数の送信機のＴｘアンテナを有する無線通信システムの構成が示されている。２つの形態の経路が示されていて、第１の経路は多数入力、多数出力（multiple input, multiple output, MIMO）で、第２の経路は多数入力、単一出力（multiple input single output, MISO）で構成されている。ＭＩＳＯ構成では、多数のＴｘアンテナは単一のＲｘアンテナと通信する。ＭＩＭＯ構成では、ＭＩＳＯ構成の単一のＲｘアンテナが多数のＲｘアンテナに拡張されている。図２には、１つの実施形態にしたがう、図１のシステムの１つのためのチャンネルモデルが示されていて、システムは、とくに、無線システムであって、コヒーレントな復調を採用し、送信機と受信機とをリンクし、少なくとも１つの送信機が多数のアンテナを使っている無線システムである。無線通信システム10には、送信機12と受信機16とが構成されていて、送信機12と受信機16とは、エアーインターフェイスを介して通信する。チャンネルモデル14は、送信機12のアンテナと受信機16のアンテナとの対から成るチャンネルを表わしている。チャンネルモデル14は、リンク、例えば図１のＭＩＳＯリンク内のチャンネルであると考えられる。
【００１９】
引き続き図２に関して、それぞれ、ＮＴｘを、送信機12において使用されているアンテナ数とし、ＮＲｘを、受信機16において使用されているアンテナ数とする。一般的に、送信機と受信機との間の有意の伝搬遅延の各々において、（ＮＴｘ・ＮＲｘ）の伝送チャンネルは対で存在し、有意の伝搬遅延に対して、受信信号は、既知の送信信号に高い確実性で似る。言い換えると、有意の伝搬遅延はエコーとも呼ばれており、その数をＮＥとする。（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルのインパルス応答のサンプルを推定して、コヒーレント復調を行う。チャンネルが相関していないときは、（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルのインパルス応答のサンプルを、全く相関のないランダムなプロセスとしてモデル化し、これらのチャンネルのインパルス応答のサンプルの推定値を、復調の性能を損うことなく個々に求める。しかしながら、（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルのインパルス応答のサンプルが、相関のないランダムなプロセスでないときは、ＮＣｈの数が（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルのインパルス応答のサンプルよりも少ない線形の組合わせ、すなわちＮＣｈ＜（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）でモデル化される。このような場合には、伝搬条件のために、有効チャンネルの送信機または受信機、あるいはこの両者の角拡散は最小であるが、角拡散は最小でないこともある。ＮＣｈが分かっているか、または推定され、かつＮＣｈのチャンネルのインパルス応答のサンプルから、（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルインパルス応答のサンプルへの線形変換が求められるときは、ＮＣｈのチャンネルのインパルス応答のサンプルの推定値を使用して、モデル化することができる。したがって、推定のパラメータ数は低減し、一方で推定品質は向上し、復調の性能は向上する。ＮＣｈのチャンネルのインパルス応答のサンプルから、対応する（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルのインパルス応答のサンプルへの線形変換の正確な表現が分かっていなくても、この線形変換のベクトルがまたいでいる部分空間が分かっているか、または推定できるときは、それでもなお、ＮＣｈのチャンネルのインパルス応答のサンプルを使用して、モデル化することができる。
【００２０】
この原理は、“低減階数のチャンネル推定（Reduced Rank Channel Estimation）”と呼ばれる。ＮＣｈの相関のないチャンネルのインパルス応答から、（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）の相関のあるチャンネルのインパルス応答への変換は、係数、例えばアンテナ構成、アンテナパターン、極性の特徴、伝搬条件、など（係数はこれらに制限されない）に依存する。変換は、事前に分かっている場合もあるが、例えば到達角度の推定値（angle-of-arrival estimation）によって求める、または推定する場合もある。ＮＣｈのチャンネルのインパルス応答のサンプルから、対応する（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルのインパルス応答のサンプルへの線形変換がまたいでいる部分空間は、（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルのインパルス応答のサンプルの（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）の次元の共分散行列の階数および固有ベクトルを推定することによって判断される。この部分空間は、異なる時間点における、全ての（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルのインパルス応答のサンプルの推定値に関する列が保持されている行列の特異値の分解を使用することによっても判断できる。チャンネルのインパルス応答のサンプルが、既知の相関ノイズによって損われるとき、およびノイズの相関を推定できるときは、（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルのインパルス応答のサンプルを、ノイズ相関解除フィルター（noise de-correlation filter）によって最初にフィルターすることに注意すべきである。
【００２１】
１つの実施形態では、階数低減変換は、事前に分かっているか、または推定される。言い換えると、ＮＣｈのチャンネルから（ＮＴｘ・ＮＲｘ）のチャンネル上へのマッピングを把握することができる。次に、把握された変換を使用して、低減階数のチャンネルを推定する。所望であれば、低減階数の推定値をより大きい次元へ再び変換することによって、低減階数の推定値から、対応する全次元のチャンネルモデルを求めることができる。
【００２２】
代わりの実施形態では、階数低減変換は直接的には分からないが、変換がまたがっている部分空間は、チャンネルの共分散行列の主固有ベクトルから抽出される。部分空間は、信号の部分空間、またはチャンネルの部分空間と呼ばれることに注意すべきである。プロセスには、最初にチャンネルの共分散行列を推定して、主固有値を検出することが含まれる。プロセスでは、チャンネルの部分空間をまたいでいる関係付けられた固有ベクトルを判断することによって、共分散チャンネルの推定値をチャンネルの部分空間へ投影し、低減階数のチャンネルモデルを、より少ない推定誤差で求める。所望であれば、低減階数のモデルを、対応する全次元のチャンネルモデルへ再び変換する。
【００２３】
図３には、連続時間におけるＭＩＭＯチャンネル内のモデル18が示されていて、ＭＩＭＯチャンネルのモデル18には線形のＭＩＭＯフィルター20が構成されいて、ＭＩＭＯフィルター20にはＮＴｘ個の入力とＮＲｘ個の出力とが構成されている。線形のＭＩＭＯフィルター20は、ＮＴｘ×ＮＲｘの行列Ｈ（ｔ）によって定められ、行列Ｈ（ｔ）は線形関数ｈｉｊ（ｔ），ｉ＝１．．．ＮＴｘ，ｊ＝１．．．ＮＲｘから成り立っている。通常は、ｈｉｊ（ｔ），ｉ＝１．．．ＮＴｘ，ｊ＝１．．．ＮＲｘは未知の線形関数である。線形のＭＩＭＯフィルター20は、（ＮＴｘ・ＮＲｘ）の無線チャンネルを表わし、ＮＴｘの送信信号は、線形のＭＩＭＯフィルター20を通ってＮＲｘの受信機アンテナへ送られる。これらの無線チャンネルは、チャンネルのインパルス応答、ｈｉｊ（ｔ），ｉ＝１．．．ＮＴｘ，ｊ＝１．．．ＮＲｘによって特徴付けられる。
【００２４】
【数１】
0004508529.tif 000002
【００２５】
図４には、例示的な実施形態の送信機におけるアンテナの物理的な構成が、図２のようにモデル化して、示されている。チャンネルモデル14によって表わされているリンクを推定するのに、低減階数方法を適用し、チャンネルモデル14の送信機12には、距離“ｄ”の間隔でそれぞれ配置されている４本のアンテナが構成されている。構成およびモデルの詳細については、別途記載する。推定の手続きは、受信機16において行われることに注意すべきである。基準方向は、水平線によって与えられる。伝送角度は、この基準方向を基準にして測定される。角度“α”は、図４に示されている二次元平面内の基準方向を基準とする伝搬路の角度に対応する。図４には、基準方向を基準にした角度の範囲も示されている。システム10の受信機12が、リンクを推定するのに使用する方法を次に示す。
【００２６】
図５には、１つの実施形態にしたがって、受信機ユニットにおいて信号を処理するのに使用される例示的なチャンネル推定方法のフローチャートが示されている。プロセスのフローチャートでは、ステップ40において、チャンネル内の有意の伝搬遅延をサーチする、すなわち有意のエコーをサーチすることから開始する。１つの実施形態では、プロセスにおいて、受信信号と、既知の送信信号または送信信号の既知の成分とをスライディング相関させる。相関とは、受信信号が既知の送信信号と関係している度合いのことを示し、完全な相関は、信号間の関係を高い信頼性で明らかにする。スライディング遅延を使用して、受信信号を時間をずらして、時間のずれた信号を生成し、時間のずれた信号について、結果のスライディング相関により、時間のずれた信号が既知の送信信号に似ている確実性の度合いが得られる。したがって、無線システムの文脈では、スライディング相関は、Ｔｘアンテナによって送られた既知の信号と、時間のずれた受信信号との同期に関係する。
【００２７】
【数２】
0004508529.tif 000003
【００２８】
この方法では、次に、ステップ42において、ＮＴｘ本の送信機アンテナとＮＲｘ本の受信機アンテナとの間の多数の観測可能なチャンネルのパラメータを推定する。チャンネルは無線ネットワーク接続の対であり、ＮＴｘ本の送信機アンテナの少なくとも一部を、ＮＲｘ本の受信機アンテナの少なくとも一部へ接続して生成される。例示的な実施形態では、送信機12の１本のアンテナと受信機16の１本のアンテナとを接続して、（ＮＴｘ・ＮＲｘ）のチャンネルを生成する。多数のチャンネルを表わしているパラメータは、チャンネルのインパルス応答に影響を与える特徴である。送信機と受信機との間には、ＮＥの有意の伝搬遅延（エコー）が存在すると仮定し、（ＮＴｘ・ＮＲｘ）のチャンネルのインパルス応答の（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）の複合のサンプルを、多数のチャンネルを表わしている１組のパラメータとして使用する。
【００２９】
【数３】
0004508529.tif 000004
【００３０】
【数４】
0004508529.tif 000005
【００３１】
【数５】
0004508529.tif 000006
【００３２】
【数６】
0004508529.tif 000007
【００３３】
【数７】
0004508529.tif 000008
【００３４】
【数８】
0004508529.tif 000009
【００３５】
【数９】
0004508529.tif 000010
【００３６】
【数１０】
0004508529.tif 000011
【００３７】
【数１１】
0004508529.tif 000012
【００３８】
【数１２】
0004508529.tif 000013
【００３９】
階数の低減が不可能なときは、ステップ50では、システムの全階数を使用して、チャンネルをモデル化するように、引き続き処理を進める。この場合は、この方法では、（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルのパラメータを個々に推定する。システムがモデル化されると、ステップ58において、続けて信号を復調する。
【００４０】
図１に示されているＭＩＳＯの経路は、例示的な実施形態として与えられている。示されているように、送信機Ｔｘは４本の放射アンテナを有し（すなわち、ＮＴｘ＝４）、受信機Ｒｘは１本のアンテナを有する（すなわち、ＮＲｘ＝１）。簡潔にするために、幾つかの仮定から、図１に示したシステムをモデル化するための例示的な実施形態の応用を示す直接的な解析が可能である。第１の例では、各Ｔｘアンテナは、各アンテナ別のパイロット信号を送り、アンテナ別のパイロット信号は、時間を合わされ、他のＴｘアンテナのパイロット信号に直交すると仮定する。
【００４１】
第２に、チャンネルは周波数非選択性のフェージングチャンネルであり、各チャンネルは、多数、例えばＰ本の無線ネットワーク経路から構成されていると仮定する。各経路のランレングスおよび減衰量は、ほぼ同じである。第２の仮定では、相対的な伝搬遅延は、復路の伝送バンド幅よりも、より小さいことが保証される。２本の無線経路の伝搬遅延は、通常は、ランレングスの差により発生する。
【００４２】
【数１３】
0004508529.tif 000014
【００４３】
第６に、各経路ごとに、特定の位相およびドップラーシフトがあると仮定する。経路別の位相は、０ないし２πにおける均一な分散にしたがって、ランダムに選択される。さらに加えて、経路別の位相は、幾何学的なアンテナの構成、すなわち、基準点を基準とするアンテナの位置にしたがって、各Ｔｘアンテナごとに調節される。位相調節において、ファーフィールドにおける目標の散乱が考えられると仮定する。チャンネル別のドップラーシフトは、Ｒｘにおける到達経路の角度、搬送波周波数、および所定のＲｘの速度の均一な分散にしたがって生成される。例示的な実施形態では、搬送波周波数は１．８ギガヘルツであり、時速６０キロメートルに等しい受信機速度から、１００ヘルツの最大ドップラーシフトが求められる。例示的な実施形態では、各Ｔｘアンテナは１２０度のセクターをカバーし、全てのアンテナパターンはα＝０を指向する。
【００４４】
詳しく説明されている例示的なシステムに、図５のプロセスを応用すると、従来のドップラースペクトラムにしたがう時間分散を有するチャンネルモデルが与えられる。アンテナ別の放射パターンを考えることができる。このチャンネルモデルでは、異なる送信機アンテナを通して見られるチャンネルのチャンネルインパルス応答は、同じ組の無線経路を使用して、したがって異なるチャンネルのフェージングにおける現実の相関を取入れて、生成することができる。
【００４５】
この方法では、エアーインターフェイスの受信側、すなわち単一のＲｘアンテナにおいて、ＴｘアンテナとＲｘアンテナとの間の４本の伝送チャンネル、すなわち４本の無線ネットワーク接続の各々に対する、インパルス応答の推定値を求める。推定値は、各Ｔｘアンテナに関係付けられたアンテナ別のパイロット信号を生成するのに使用される拡散コードの事前の知識に基づく。
【００４６】
再び図４を参照すると、Ｔｘにおけるアンテナの幾何学的配置において、アンテナは、隣り合うアンテナとの間に一定の間隔ｄ（ｄ＝λ）を置いて一直線に置かれていて、すなわち、アンテナ間は、１波長分離れている。Ｒｘは、単一の全方向性アンテナを有することに注意すべきである。有効無線経路の総数は、Ｐ＝５０であると考えられる。チャンネル別の変数のαＰ、ｆＰ、およびΦＰは、基準線から測定した角度、ドップラーシフト、および位相をそれぞれ表わす。
【００４７】
【数１４】
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【００４８】
【数１５】
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【００４９】
【数１６】
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【００５０】
【数１７】
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【００５１】
【数１８】
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【００５２】
【数１９】
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【００５３】
【数２０】
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【００５４】
【数２１】
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【００５５】
【数２２】
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【００５６】
【数２３】
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【００５７】
例示的な実施形態において、図６では、パイロットのＳＮＲの関数として、推定利得をデシベル（dB）で示している。パイロットのＳＮＲは、単一のアンテナ受信機において受信される１つのパイロット信号についての１パイロットチップ当りの平均エネルギーＥＣと、受信したノイズの電力密度ＩＯ（デシベル）との比として定義される。
【００５８】
推定利得の上限は、伝送アンテナ数によって判断され、図６では６デシベルで示されている。図６に示されているように、推定の角拡散がゼロでなく、かつ受信信号がノイズによってひどく損われていても、推定利得は上限に近付いている。角拡散がゼロ以外であるために、推定利得を低減すると、パイロットのＳＮＲは増加する。
【００５９】
【数２４】
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【００６０】
角拡散がより大きくなると、推定利得はより小さくなると予測される。小さい角拡散では、推定利得は相当であると考えられる。通常は、居住および郊外の環境では、１ないし２度の標準偏差が、しばしば観測されることに注意すべきである。独立の相関器を使用する従来のチャンネル推定方法と比較して、モンテカルロシミュレーションを使用する低減階数のチャンネル推定方法の性能の向上を評価して、チャンネルインパルス応答の推定誤差を低減できることにも注意すべきである。
【００６１】
多数の送信機アンテナを使用して、システムの低減階数のチャンネル推定により、相関するフェージングのために、ダイバーシチが制限されている一定の伝搬条件下で、チャンネル推定の品質を向上することができる。無線波伝搬の方向性のような、相関に影響を与える機構は、時間上で比較的に緩慢に変化するので、拡張された時間間隔上で平均をとることによって、相関特徴を推定する。これは、チャンネルの逆フェージングレートと関係付けられた時間間隔とは異なり、相関特徴を推定する際の精度を向上することができる。
【００６２】
多数の送信機アンテナの低減階数のチャンネル推定は、相関特徴の個々の推定を計算するか、または全ての伝搬遅延において相関特徴の推定値を計算することによって、周波数選択チャンネルに応用することができる。
【００６３】
【数２５】
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【００６４】
したがって、低減階数のチャンネル推定は、周波数選択チャンネルのインパルス応答において発生する各遅延を考慮に入れて行う。代わりの実施形態では、送信機におけるアンテナ構成のような追加の情報は、事前に分かっていて、低減された数の非相関チャンネルから、増加した数の相関チャンネルへの線形変換を推定するステップは、より正確になる。さらに加えて、低減階数の推定プロセスを、２本以上の受信機アンテナを使用する場合に拡張してもよい。この場合に、図１に示したように、ＭＩＭＯチャンネルに対して推定を行なう。この例は、コヒーレントな復調を行うシステムに関係するが、本明細書に記載した低減階数のチャンネル推定も、非コヒーレントな復調を採用している通信システムに応用することができる。
【００６５】
図７を参照すると、本発明の１つの実施形態にしたがう受信機100が示されている。受信機100には単一のアンテナ102が構成されていて、アンテナ102は、多数のアンテナが構成されている送信機から信号を受信する。受信信号は、最初に、プリプロセッサ104によって処理される。次に、信号を相関器106へ供給し、相関器106は、探索のためのスライディング相関器、およびチャンネル推定の有意の遅延の相関器として使用される。代わりの実施形態では、相関器を使用せずに、ソフトウエアで遅延を判断する。相関器106の出力を使用して、共分散行列の推定値を求める。１つの実施形態では、相関器106は、フィンガーから構成され、レーキを形成し、送信機アンテナ、受信機アンテナ、および有意の遅延の１つの組み合わせに対して、１つのフィンガーを使用する。推定値は、バス116を介して中央プロセッサ112へ供給される。プロセッサ112は、チャンネルパラメータの推定値をメモリ114内に記憶し、この推定値を使用して、時間上で平均されたチャンネルの共分散行列を求める。
【００６６】
推定の共分散行列を、メモリ114から、階数解析および部分空間推定ユニット108へ供給し、固有値を分解する。一部の固有値が残りの固有値より優位に立つときは、主固有値に対応する固有ベクトルを推定することによって、チャンネルの部分空間を推定する。チャンネルの部分空間をまたいでいる固有ベクトルをこれをメモリに書込み、チャンネル部分空間投影ユニット109においてさらに使用し、チャンネル部分空間投影ユニット109では、推定時間間隔ごとに（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）の元のチャンネル推定値から、チャンネルの部分空間上への投影を計算し、推定時間間隔ごとに、ＮＣｈの低減階数のチャンネルパラメータの推定値を求めることによって、低減階数のチャンネルパラメータの推定値を生成する。チャンネルの部分空間投影ユニット109の結果をメモリに書込み、復調器110において使用する。選択的に、チャンネルの部分空間投影ユニット109は、推定時間間隔ごとに、ＮＣｈの低減階数のチャンネルパラメータの推定値を、（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）の対応する全次元のチャンネルパラメータの推定値へ再び変換することによって、対応する全次元のチャンネルパラメータの推定値を生成することができる。例えば、全階数のチャンネルモデルにおける従来のレーキ受信機（RAKE-receiver）の設計では、全階数の復調器に対するレーキフィンガーの数は（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）である。次に、全階数の復調器では、フィンガー係数に対する（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）の元のチャンネルパラメータの推定値を使用する。したがって、複雑さの緩和された復調器では、係数として、ＮＣｈの低減階数のチャンネル推定値を使用して、ＮＣｈのみのレーキフィンガーを使用する。しかしながら、受信機は、通常は、最悪の場合の状況を予測して設計されており、したがって（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のフィンガーが構成されているので、ＮＣｈの低減階数のチャンネルパラメータの推定値において向上した推定品質の（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）の相関チャンネルのパラメータの推定値を計算することで十分である。
【００６７】
階数解析および部分空間推定ユニット108および部分空間投影ユニット109は、ディジタル信号プロセッサ（Digital Signal Processor, DSP）、専用のハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア、またはその組み合わせで構成される。受信機100内には、モジュールが一緒に構成されていて、分かり易くするために機能に基づいて別々のブロックで示されている。
【００６８】
図８には、４本の送信機アンテナと２本の受信機アンテナとが構成されているシステムの１つの実施形態の例示的な構成が示されている。３本の伝送路は、１、２、および３の番号を付して示されている。経路１および２の反射点は両者とも、同一の楕円上にあり、この楕円は、ＴｘおよびＲｘが焦点であるように形成されている。楕円は、システムの物理的配置を示すために重ね合わされていることに注意すべきである。経路３は、図示されている楕円の外側にくる。経路１および２は、受信機に対して、同量の有意の遅延τ１を有し、経路３は、有意の遅延τ２を有し、有意の遅延τ２はτ１とは異なる。経路遅延は、アンテナ構成およびシステム環境の関数である。既に記載したように、４本の送信機アンテナと２本の受信機アンテナとにより、８本のチャンネルが生成される。経路遅延τ１およびτ２の各々は、エコーを生成し、したがってＮＥ＝２である。共分散行列の次元は、（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）として、または（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルのインパルス応答のサンプルに対応して１６として与えられる。したがって、全階数のチャンネルパラメータのベクトルは、１６次元のベクトルである。本明細書に記載した階数低減方法を使用すると、チャンネル推定の階数は、経路１、２、および３に対応する３次元に低減され、したがってＮＣｈ＝２である。ＮＣｈの伝送路から、（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルのインパルス応答のサンプルへのマッピングが分からないときは、構成情報から部分空間を抽出することに注意すべきである。アンテナの位置および特徴、例えば方向および方向性が分かっているときは、この情報を使用して、アレイ応答またはステアリングベクトルを生成する。ステアリングベクトルおよび経路方向情報は、部分空間アルゴリズムを使用して抽出可能であり、これらを使用して、伝送角度αを推定する。アンテナ構成の配置が固定されているときは、伝送角度を計算することができる。各伝送アンテナごとに、伝送角度を含むベクトルが形成される。同様に、受信機アンテナを考慮して、到達角度ベクトルが形成される。送信機構成および受信機構成の両者からのこの情報を使用して、ＮＣｈの伝送路から、（ＮＴｘ・ＮＲｘ・ＮＥ）のチャンネルのインパルス応答のサンプルへのマッピングのための線形変換を構成する。これから、線形変換を表わしている上述の式（１９）において与えられているように、行列Ｂを求める。ここから、上述の式（２０）のような共分散行列を求める。対応する情報を事前の知識から求める場合に、プロセスは進む。
【００６９】
本明細書では、１つの実施形態は時間領域に関して記載されているが、代わりの実施形態では、周波数領域における共分散行列またはサンプル行列の階数低減を行なう。パラメータおよび式が周波数領域において展開されるときは、チャンネルを推定するプロセスでは、周波数領域の値を取り入れる。
【００７０】
上述の好ましい実施形態の説明は、当業者が本発明を生成または使用できるように与えられている。これらの実施形態の種々の変形は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義されている全体的な原理は、発明の能力を使用せずに他の実施形態に応用できる。したがって、本発明は、本明細書に示した実施形態に制限されることを意図されていないが、本明細書で開示した原理および新規な特徴に一致する最も幅広い技術的範囲に一致することを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  多数の送信機アンテナが構成されている無線通信システムの構成を示す図。
【図２】  １つの実施形態にしたがう無線通信システムのモデルを示す図。
【図３】  無線通信システム内の送信機と受信機との間のチャンネルのモデルを示す図。
【図４】  無線通信システムの送信機内のアンテナの物理的な配置を示す図。
【図５】  １つの実施形態にしたがう無線通信システムの低減階数チャンネル推定方法のフローチャート。
【図６】  １つの実施形態の推定利得のグラフを示す図。
【図７】  １つの実施形態にしたがうシステム構成を示す図。
【図８】  無線通信システムの例示的な実施形態を示す図。
【図１】
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【図２】
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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７】
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【図８】
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