(57)【要約】【課題】マルチキャリヤMIMOシステムに関する伝送方法【解決手段】マルチキャリヤMIMOシステムに関して空間多重化及び送信ダイバーシティの両方をサポートできる「電力適応型環状」(PAC)伝送方法。ＰＡＣ伝送法はいくつかの望ましい特性を備えており、例えば、可変数の記号流を伝送できること、伝送される各記号流ごとの送信ダイバーシティを確保できること、受信機における符号化干渉推定法の使用をサポートできること、及び、電力を効率的に利用できること等がある。1つの方法において、複数のサブバンドで及び複数のアンテナから伝送するために少なくとも1つの記号流を受け取る。次に、(1) 各記号流内に含まれている記号を該複数のアンテナから(例えば該サブバンドで及び該アンテナから対角線方向に)伝送するようにしさらに該少なくとも1つの記号流が同じサブバンドで出発するようにするために該少なくとも1つの記号流を多重化する。多重化記号流は各アンテナごとに形成して追加処理する。さらに、該多重化記号流は、該アンテナに利用可能な全電力で伝送することができる。
2006518556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチキャリヤ多入力多出力(MIMO)通信システムにおいて記号を処理して伝送するための方法であって、
複数のサブバンドで及び複数のアンテナから伝送するために少なくとも1つの記号流を受け取ることと、
前記少なくとも1つの記号流の各々の中に含まれている記号を前記複数のアンテナから伝送するようにするために及び前記少なくとも1つの記号流が同じサブバンドで出発するようにするために前記少なくとも1つの記号流を多重化することと、
前記複数のアンテナの各々に関する1つの多重化記号流を形成させることと、を具備する方法。
【請求項２】
前記少なくとも1つの記号流の各々の中に含まれている記号は、前記複数のサブバンドで及び前記複数のアンテナから対角線方向に伝送する、請求項 1に記載の方法。
【請求項３】
NTの数の記号流を多重化してNT本のアンテナに関するNTの数の多重化記号流を形成する(ここでNTは1よりも大きい整数である)、請求項 1に記載の方法。
【請求項４】
1つの記号流を多重化してNT本のアンテナに関するNTの数の多重化記号流を形成する(ここでNTは1よりも大きい整数である)、請求項 1に記載の方法。 
【請求項５】
NDの数の記号流を多重化してNT本のアンテナに関するNTの数の多重化記号流を形成する(ここでNTは1よりも大きい整数であり、NDはNTよりも小さいか又は等しい整数である)、請求項 1に記載の方法。 
【請求項６】
各アンテナに関する多重化記号流は、該アンテナに利用可能な全電力で伝送する、請求項 1に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも1つの記号流の各々は、前記複数のアンテナ内の1本のアンテナ用の全電力のNT/ND倍の電力で伝送する(ここでNDは記号流の数及びNTはアンテナの本数である)、請求項 1に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも1つの記号流の各々に関して同じ量の伝送電力を用いる、請求項 1に記載の方法。
【請求項９】
前記複数のサブバンドの各々に関する前記複数のアンテナについて同じ総電力を用いる、請求項 1に記載の方法。
【請求項１０】
チャネル状態に基づいて可変数の記号流を伝送する、請求項 1に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも1つの記号流内の各記号流は、少なくても部分的には該記号流に関する受信信号の品質に基づいて決定される速度に関わっている、請求項 1に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも1つの記号流内の各記号流は、少なくても部分的には該少なくとも1つの記号流が受信機において回復されるときの順序に基づいて決定される速度に関わっている、請求項 1に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも1つの記号流内の1つの記号流に関するコードワードは、前記複数のアンテナをラップアラウンドする、請求項 1に記載の方法。
【請求項１４】
マルチキャリヤ多入力多出力(MIMO)通信システムにおいて記号を伝送する方法であって、
複数のサブバンドで及び複数のアンテナから伝送するために少なくとも1つの記号流を受け取ることと、
前記少なくとも1つの記号流の各々の中に含まれている記号を前記複数のサブバンドで及び前記複数のアンテナから対角線方向に伝送するようにするために及び前記少なくとも1つの記号流が同じサブバンドで出発するようにするために前記少なくとも1つの記号流を多重化することと、
前記複数のアンテナの各々に関して1つの多重化記号流を形成させることと、
各アンテナに関する前記多重化記号流を前記アンテナに利用可能な全電力で伝送することと、を具備する方法。
【請求項１５】
マルチキャリヤ多入力多出力(MIMO)通信システムにおける送信機装置であって、
複数のサブバンドで及び複数のアンテナから伝送するために少なくとも1つの記号流を受け取るための手段と、
前記少なくとも1つの記号流の各々の中に含まれている記号を前記複数のアンテナから伝送するようにするために及び前記少なくとも1つの記号流が同じサブバンドで出発するようにするために前記少なくとも1つの記号流を多重化するための手段と、
前記複数のアンテナの各々に関して1つの多重化記号流を形成させるための手段、とを具備する送信機装置。
【請求項１６】
各アンテナに関する前記多重化記号流を前記アンテナに利用可能な全電力で伝送するための手段をさらに具備する、請求項 15に記載の送信機装置。
【請求項１７】
マルチキャリヤ多入力多出力(MIMO)通信システムにおける送信機ユニットであって、
複数のサブバンドで及び複数のアンテナから伝送するための少なくとも1つの記号流を提供するためにデータを符号化することができる少なくとも1個の記号マッピング要素と、
前記少なくとも1つの記号流の各々の中に含まれている記号を前記複数のアンテナから伝送するようにしさらに前記少なくとも1つの記号流が同じサブバンドで出発するようにするために前記少なくとも1つの記号流を多重化することができ、さらに前記複数のアンテナの各々に関する1つの多重化記号流を形成することができるマルチプレクサ、とを具備する送信機ユニット。
【請求項１８】
前記複数のアンテナに関わる複数の送信機をさらに具備しており、各送信機は、関係するアンテナに利用可能な全電力で各々の多重化記号流を伝送することができる、請求項 17に記載の送信機ユニット。
【請求項１９】
マルチキャリヤ多入力多出力(MIMO)通信システムにおいて受け取った記号を処理する方法であって、
複数の受信アンテナに関する複数の受信記号流を取得し、前記複数の受信記号流の各々は、関係する受信アンテナの複数のサブバンドで受信された記号を含み、前記複数の受信記号流は、少なくとも1つの伝送記号流の各々の中に含まれている全伝送記号を前記複数の送信アンテナから送信するようにするために及び前記少なくとも1つの記号流が同じサブバンドで出発するようにするために多重化されている前記少なくとも1つの伝送記号流を含むことと、
前記複数の受信記号流を処理して前記少なくとも1つの伝送記号流を回復させることと、を具備する方法。
【請求項２０】
前記処理は、
前記受信記号流に関する等化を行って前記少なくとも1つの伝送記号流を検出することと、
各検出伝送記号流を回復させることを含む、請求項 19に記載の方法。
【請求項２１】
前記処理は、逐次型干渉除去(SIC)法に基づいたものである、請求項 19に記載の方法。
【請求項２２】
前記の処理は、
前記複数の受信記号流に関する等化を行って前記少なくとも1つの記号流の中に含まれている最初の伝送記号流を検出することと、
前記検出伝送記号流を回復させることと、
前記回復させた伝送記号流を起因とする干渉を推定することと、
前記推定した干渉を前記複数の受信記号流から除去して複数の修正記号流を得ることを含み、
前記等化を行うこと及び回復させることを前記複数の修正記号流に関して繰り返して前記少なくとも1つの記号流の中に含まれている2番目の伝送記号流を回復させる、請求項 19に記載の方法。
【請求項２３】
干渉は、符号化干渉推定法に基づいて推定する、請求項 22に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも1つの記号流内に含まれている各記号流に関する推定受信信号の品質に基づいて前記記号流に関する速度を決定することをさらに具備する、請求項 19に記載の方法。
【請求項２５】
マルチキャリヤ多入力多出力(MIMO)通信システムにおける受信機装置であって、
複数の受信アンテナに対応する複数の受信記号流を取得する手段であって、前記複数の受信記号流の各々は、関係する受信アンテナの複数のサブバンドで受信した記号を含み、前記複数の受信記号流は、前記少なくとも1つの伝送記号流の各々の中に含まれている全伝送記号を前記複数の送信アンテナから送信するようにするために及び前記少なくとも1つの記号流が同じサブバンドで出発するようにするために多重化されている前記少なくとも1つの伝送記号流を含み、
前記複数の受信記号流を処理して前記少なくとも1つの伝送記号流を回復させる手段、とを具備する受信機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、本出願において参照することによって本出願の中にその全体を組み入れてある米国仮特許出願一連番号60/419,319(出願日: 2002年10月16日)及び米国仮出願一連番号60/456,031(出願日:  2003年3月17日)の便益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、一般的には、データ通信に関するものである。本発明は、より具体的には、マルチキャリヤ多入力多出力(MIMO)通信システムに関する伝送方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
MIMOシステムは、複数の(NT本の)送信アンテナ及び複数の(NR本の)受信アンテナを用いてデータを伝送するシステムである。該NT本の送信アンテナ及び該NR本の受信アンテナによって形成されるMIMOチャネルは、NS個の独立したチャネルに分解することができ、該チャネルは空間チャネルとも呼ばれている(ここで、NS ≦ min {NT, NR})。該NS個の独立したチャネルの各々は1つの次元に対応している。該MIMOシステムは、該複数の送信アンテナ及び該複数の受信アンテナによって創出された追加次元を利用する場合に性能を向上させること(例えば、スループット及び/又は信頼性を向上させること)が可能である。
【０００４】
マルチキャリヤMIMOシステムは複数の搬送波を用いてデータ伝送を行うシステムである。該複数の搬送波は、直交周波数分割多重化(OFDM)又はその他の方式によって確保することができる。OFDMでは、全体的なシステムの帯域幅をいくつかの(NF)の直交サブバンドに分割する。これらのサブバンドはトーン、周波数ビン、及び周波数サブチャネルとも呼ばれている。OFDMでは、各サブバンドは、データ変調が行われる各々の搬送波と関係している。OFDMを利用するMIMOシステム(即ち、MIMO-OFDMシステム)の場合には、NF個のサブバンドの各々に関するMIMOチャネルをNS個の独立したチャネルに分解することができ、その結果、合計NSNF個の独立したチャネルが存在することになる。
【０００５】
無線通信システムでは、伝送すべきデータを最初に処理して(例えば符号化及び変調して)1つの記号の流れにする。次に、該記号の流れを無線周波数(RF)にアップコンバージョンし、無線チャネルによる伝送により適したRF変調信号を生成する。MIMOシステムの場合には、最高でNT個のRF変調信号を生成してNT本の送信アンテナから並行送信することができる。該NT個の送信信号は複数の伝播経路を通じてNR本の受信アンテナに到達することになり、さらに、フェージング及び多経路による影響は各々異なっているため有効チャネルも各々異なることになる。さらに、MIMO-OFDMシステムの場合には、各送信信号のNF個のサブバンドも有効チャネルが異なることになる。以上の結果、該NT個の送信信号は、NF個のサブバンドにおいて変動する可能性がある様々な複素チャネル利得及び受信信号・雑音比(SNR)が関わってくることがある。
【０００６】
空間多重化法を用いることによって、複数の記号流をNT本の送信アンテナから並行して伝送することが可能である。以下では、空間多重化に関するいくつかの伝送方法について詳述する。高いスループットを達成させるためには、可能なかぎり多くの記号流を並行して伝送することが望ましい。しかしながら、並行伝送が可能な記号流の数及び該記号流に関して用いることができる伝送速度は、チャネルの状態に左右されるのが一般的である。
【０００７】
送信ダイバーシティを用いることによって、1つの記号流をNT本の送信アンテナから伝送することができる。送信ダイバーシティは、記号流に関する信頼性を向上させることが望ましい場合又はチャネルの状態が非常に不良であるため利用可能な全伝送電力を1つの記号流のために用いたほうが良い場合に利用する。送信ダイバーシティに関しては様々な伝送方法を利用可能であり、例えば、(1) S.M. Alamoutiが"A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications," IEEE JSAC, Oct. 1998(無線通信用の単純な送信ダイバーシティ手法)という題名の論文において解説している「空間−時間ダイバーシティ」法、及び(2)  B. Raghothaman et al.が"Performance of Closed Loop Transmit Diversity with Feedback Delay," Thirty-Fourth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, 2000 (フィードバック遅延を伴う閉ループ送信ダイバーシティの性能−信号、システムおよびコンピュータに関する第34回アシロマー会議2000)という題名の論文において解説している「遅延ダイバーシティ」などがある。尚、ある1つの記号流に関するダイバーシティは、該記号流に対応するNT本の送信アンテナ(及びNR本の受信アンテナ)を用いることによって確保する。
【０００８】
高い性能を達成させるようにするため、空間多重化に関して1つ以上の伝送方法をサポートしかつ送信ダイバーシティに関して1つ以上の伝送方法をサポートするようにMIMO-OFDMシステムを設計することができる。該MIMO-OFDMシステムの場合には、あらゆる所定の時間的間隔において、チャネル状態及び望まれる結果(例えば、スループット又は信頼性を向上させる等)に応じて1つの特定の伝送方法を選択して用いるようにすることができる。しかしながら、空間多重化に関する従来の伝送方法は、送信ダイバーシティに関する従来の伝送方法とは大幅に異なっている。このため、設計が大幅に異なっている(空間多重化及び送信ダイバーシティに関する)複数の伝送方法をサポートする必要がある場合にはシステム内の送信機と受信機の複雑さが大幅に増すことになるおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、マルチキャリヤMIMOシステム(MIMO-OFDMシステム等)に関する空間多重化及び送信ダイバーシティの両方を「整然と」サポートすることができる伝送方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本出願では、マルチキャリヤMIMOシステムに関して空間多重化及び送信ダイバーシティの両方をサポートできる「電力適応型環状」(PAC)伝送方法を示してある。PAC伝送方法はいくつかの望ましい特性を備えており、例えば、(1)  可変数の記号流を伝送することができるため速度適応型システムにおいて適切な方法である、(2)  伝送される各記号流ごとの送信ダイバーシティを確保できる、(3)   受信機において固有の非効率さを伴わずに符号化干渉推定法を用いることができるようにサポート可能である(後述)、  (4)  伝送される記号流の数にかかわらず各送信アンテナに利用可能な全電力をデータ伝送用に用いることによって電力を効率化できる、及び (5)  SNRが低い環境及び高い環境において動作できる等がある。
【００１１】
一実施形態において、マルチキャリヤMIMOシステムにおいて記号を伝送するための方法が確立されている。該伝送方法に従い、複数のサブバンドにおいて及び複数のアンテナから伝送するために少なくとも1つの記号流を受け取る。次に、(1)  各記号流の中に含まれている記号を該複数のアンテナから(例えばサブバンド及びアンテナにおいて対角線方向に)伝送するようにしさらに該少なくとも1つの記号流が同じサブバンドで出発するようにするために該少なくとも1つの記号流を多重化する。多重化記号流は各アンテナごとに形成して追加処理する。さらに、該多重化記号流は、該アンテナに利用可能な全電力で伝送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下において、本発明に関する様々な側面及び実施形態についてさらに詳細に説明する。
【００１３】
本発明の特長、性質、及び利点は、下記の詳細な説明と図面を併用することでさらに明確になる。同一のものについては図面全体にわたって同一の参照符号を付することとする。
【００１４】
本出願では、マルチキャリヤMIMOシステムに関する空間多重化及び送信ダイバーシティの両方をサポートする伝送方法を示してある。該伝送方法は、複数の搬送波を用いてデータを伝送する様々な型のマルチキャリヤMIMOシステムにおいて採用することができる。ここでは、説明を明確化するために、特にMIMO-OFDMシステムを対象にして本伝送方法について説明する。
【００１５】
MIMO-OFDMシステムにおいては、NFのサブバンドの各々に関してNT本の送信機アンテナ及びNR本の受信アンテナによって形成されるMIMOチャネルをNSの独立したチャネルに分解することができる(ここで、NS ≦ min {NT, NR})。各サブバンドごとの独立したチャネル数は、該サブバンドに関するMIMOチャネルの固有モード数によって決まる。他方、該固有モード数は、該サブバンド用のNT本の送信アンテナとNR本の受信アンテナ間における応答を記述したチャネル応答行列 H(k)に左右される。尚、説明を単純化するため、以下の説明では、NT ≦ NRであり、チャネル応答行列 H(k)がフルランク(即ち、NS = NT ≦ NR)であり、さらに、NFの全サブバンドがデータ伝送に用いられる(即ち、ガードサブバンドが存在していない)と想定している。該想定事項に基づき、各記号時間ごとに、NT本の送信アンテナからNFのサブバンドでNTNF個の記号を伝送することができる。
【００１６】
MIMO-OFDMシステムに関するモデルは次式で表すことができる。
【数１】
2006518556.tif 000003
ここで、
x(k) = NT本の送信アンテナからサブバンド kで伝送されたNT個の記号に関するNTのエントリを有する{NT x 1}「送信」ベクトル
y(k) = NR本の受信アンテナにおいてサブバンド kで受信されたNR個の記号に関するNRのエントリを有する{NR x 1}「送信」ベクトル
H(k) = サブバンドkに関する{NR x NT}チャネル応答行列
n(k) = 加法的白色ガウス雑音(AWGN)のベクトル
K = データ伝送用サブバンドの集合(例えば、K = {1 … NF})
ベクトル n(k)は、ゼロ平均及びΛn = σ2Iの共分散行列であると想定している(ここで、I = 対角線に沿って1が存在してその他のあらゆる箇所にゼロが存在する単位行列。σ2 = 雑音の分散)。
【００１７】
NT本の送信アンテナから伝送されたNTの記号流は、伝播環境における散乱が原因で受信機において互いに干渉し合う。このため、ある1本の所定の送信アンテナから送信された記号流をNR本のすべての受信アンテナが異なった振幅及び位相で受信することがある。各受信信号には、NTの伝送記号流の各々の成分が含まれている。このため、NR個の受信信号には、NR個の受信信号間において分散されたNTのすべての伝送記号流が1つにまとめて含まれることになる。
【００１８】
受信機では、様々な処理法を用いてNR個の受信信号を処理することによってNTの伝送記号流を検出することができる。該受信機処理法は主に以下の2種類に分類することができる。
【００１９】
・  空間受信機処理法及び空間−時間受信機処理法(等化法とも呼ばれる)
・  逐次型無効化/等化・干渉除去受信機処理法(「逐次型干渉除去(SIC)法とも呼ばれている」
一般的には、等化法は、伝送された記号流を受信機において分離することを試みる方法である。伝送された各記号流は、(1)  チャネル応答を推定したチャネル応答に基づき、(NR個の受信信号内に含まれている)該伝送記号流の様々な成分を組み合わせさらに(2)  その他の全伝送記号流を起因とする干渉を除去することによって「検出する」ことができる。等化法では、(1)  個々の伝送記号流の相関関係を無効化してその他の全伝送記号流による干渉が生じないようにするか又は(3)  その他の全記号流による雑音及び干渉が存在する状態で各検出記号流のSNRを最大化するかのいずれかを試みる。各検出記号流は対応する送信記号流を推定した記号流であり、さらなる処理(復調、デインターリービング、及び復号化等)を行って該記号流に関するデータを回復させる。
【００２０】
SIC法では、受け取ったNRの記号流を処理して1度に1つの伝送記号流を逐次的に回復させる。又、各伝送記号流を回復時に、残りの未回復の伝送記号流に対する該伝送記号流の干渉を推定して除去する。次に、「修正した」記号流を処理して別の1つの伝送記号流を回復させる。回復させた各記号流を起因とする干渉を正確に推定して除去することができれば(このためには、誤差のない状態で又は誤差が少ない状態で記号流を回復させる必要がある)、後続して回復される記号流に対する干渉が低下することになりさらにはSNRを高くすることができる。尚、SIC法は、一般的には等化法よりも性能が優れている。
【００２１】
説明を単純化するため、SIC法に関する以下の説明では、各送信アンテナから1つの記号流が伝送されると想定している。さらに、該説明のために以下の用語を用いている(図 6も参照すること)。
【００２２】
・  「伝送」記号流−NT本の送信アンテナから伝送された記号流
・  「受信」記号流−SIC受信機の最初の段階において空間プロセッサに入力される記号流
・  「修正」記号流−SIC受信機の各々の後続段階において空間プロセッサに入力される記号流
・  「検出」記号流−各段階において空間プロセッサから出力された記号流(段階λでは最高でNT − λ + 1の記号流を検出可能である)
・  「回復」記号流−受信機において復号化された記号流(各段階において回復される検出記号流は1つだけである)
図１は、NRの受信記号流に関してSIC法を用いてNTの伝送記号流を回復させるためのプロセス 100を示した流れ図である。第1では(λ= 1)、受信機がNRの記号流に関する等化を行ってNTの伝送記号流を分離することを試みる(ステップ 112)。該等化は線形フィルタに基づいて行うことができ、該線形フィルタは、ゼロフォーシング(ZF)フィルタ、最小二乗平均誤差(MMSE)フィルタ、又はその他の種類の線形フィルタとして実装することができる。該ZFフィルタは、チャネル相関行列反転(CCMI)フィルタとも呼ばれている。代替策として、非線形フィルタに基づいて等化を行うこともでき、該非線形フィルタは、MMSE線形等化器(MMSE-LE)、決定フィードバック等化器(DFE)、又はその他のいずれかの型の非線形フィードバックとして実装することが可能である。ZFフィルタ、MMSEフィルタ、MMSE-LE、及びDFEについては、2001年11月6日に出願され、本出願の譲受人に対して譲渡されさらに本出願において参照することによって本出願明細書に含められている"Multiple-Access Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System"(マルチアクセス多入力多出力通信システム)という題名の米国特許出願一連番号 No. 09/993,087において詳述されている。尚、この場合の等化はNFのサブバンドの各々に関して独立して行われる。
【００２３】
第1段階に関して、等化を行うことで、NTの伝送記号流の推定記号流であるNTの検出記号流を得ることができる。次に、該検出記号流のうちの1つを回復対象として選択する(ステップ 114)。回復対象となる伝送記号流の身元が演繹的に既知である場合には、希望する記号流のみが得られるような形で等化を行うようにすることができる。いずれの場合においても、選択した検出記号流をさらに処理して復号化されたデータを入手する。該復号化されたデータは、回復させたばかりの記号流に関する伝送データを推定したデータである(ステップ 116)。
【００２４】
次に、全伝送記号流の回復が完了しているかどうかを決定する(ステップ 118)。全伝送記号流の回復が完了している場合は、受信機による処理が終了する。全伝送記号流の回復が完了してない場合は、回復させたばかりの記号流がNRの受信記号流の各々に対して及ぼしている干渉を特定の干渉推定法によって推定する(ステップ 120)。
【００２５】
非符号化干渉推定法の場合には、回復させたばかりの記号流を起因とする干渉は、選択した検出記号流を一組のチャネル応答ベクトル hj(k)（kはKに含まれる）によって畳み込み、該回復させたばかりの記号流を起因とするNR個の干渉成分を求めることによって推定する。該畳み込みは、1つのサブバンドごとに行い、k番目のサブバンドに関する検出記号を該サブバンドに関するベクトルhj(k)によって畳み込むようにする。ベクトルhj(k)は、チャネル応答行列H(k)のj番目の列であり、該検出記号を伝送するために用いたj番目の送信アンテナに対応している。尚、ベクトル hj(k)には、k番目のサブバンドに関するj番目の送信アンテナとNr本の受信アンテナの間におけるチャネル応答に関するNR個の要素が含まれている。
【００２６】
符号化干渉推定法の場合には、回復させたばかりの記号流を起因とする干渉は、最初に、(送信機において該記号流に関して用いたのと同じ符号化法、インターリービング法、及び変調法を用いて)復号化データを再符号化し、該再符号化したデータをインターリービングし、該インターリービングしたデータを記号マッピングすることによって推定する。その結果、回復させたばかりの伝送記号流をより正確に推定した記号流である「再変調」記号流を得ることができる。次に、該再変調記号流を該チャネル応答ベクトル hj(k)（kはKに含まれる）の集合で畳み込み、回復させたばかりの記号流を起因とするNR個の干渉成分を求める。
【００２７】
いずれの場合においても、次に該NR個の干渉成分をNRの受信記号流から除去してNRの修正記号流を得る(ステップ 122)。干渉除去が有効に実施されたと想定した場合、該修正記号流は、回復させたばかりの記号流が伝送されなかった場合に受信されていたことになる記号流である。
【００２８】
NRの数の修正記号流に関してステップ 112乃至116を繰り返して別の伝送記号流を回復させる。さらに、回復させるべき別の伝送記号流が存在している場合はステップ 120乃至122を実施する。全伝送記号流の回復が完了するまで該プロセスを繰り返す。後続する各段階において、該段階用の入力記号流は、前段階から送られてきたNRの数の修正記号流である。
【００２９】
SIC法については、上記の米国特許出願一連番号 No. 09/993,087、及び、2002年3月1日に出願され、本出願の譲受人に対して譲渡されさらに本出願において参照することによって本出願に含められている"Data Transmission with Non-Uniform Distribution of Data Rates for a Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) System,"(多入力多出力システムに関する非均一なデータ速度分布を有するデータ伝送)という題名の米国特許出願一連番号 No. 10/087,503においてさらに詳しく説明されている。
【００３０】
NT本の送信アンテナのNFの数のサブバンドで記号を伝送する場合には様々な伝送方法を用いることができる。各伝送方法は、伝送記号流に関する性能が各々異なっている。説明を単純化するため、以下の説明では、4本の送信アンテナ(即ち、NT = 4)及び16のサブバンド(即ち、NF = 16)を用いてデータを伝送すると想定している。
【００３１】
図 2Aは、1つの記号流を各送信アンテナから伝送する「垂直」伝送方法を示した図である。該伝送方法では各コードワードが1本のアンテナに関するサブバンド全体にわたって水平に延びているため、該伝送方法は「水平」伝送方法とも呼ばれている。図 2Aにおいて、xm,nは、m番目の記号流内のn番目の記号であることを表している。垂直伝送方法の場合には、関係する送信アンテナのNFのサブバンドにのせて各記号流内の記号を伝送する。特に、最初の記号流 {x1}に関する記号は送信アンテナ 1のNFのサブバンドで逐次伝送され、2番目の記号流 {x2}に関する記号は送信アンテナ 2のNFのサブバンドで逐次伝送され、以下同様である。尚、該4つの記号流は4本の送信アンテナから並行伝送される。
【００３２】
受信機では、該4つの伝送記号流は、図 1において説明したSIC法によって回復させることができる。最初の伝送記号流を回復させる際には、NRの受信記号流に関して等化を実施して4つの検出記号流を得る。次に、1つの検出記号流を回復させる。次に、回復させた記号流を起因とする干渉を推定してNRの受信記号流から除去し、NRの修正記号流を処理して次の伝送記号流を回復させる。
【００３３】
垂直伝送方法においては、各記号流によって達成される性能は全記号流の回復順序に左右される。最初に回復された記号流はその他の3つの記号流による干渉を受けており、(NR − NT + 1)のダイバーシティ次数を有する。最初の回復記号流を起因とする干渉を正確に推定して除去すれば、2番目の回復記号流は2つの記号流のみによる干渉を受けることになり(最初の回復記号流の干渉は既に除去されている)、ダイバーシティ次数は(NR − NT + 2)になる。従って、後続する各回復記号流は受ける干渉が逐次的に少なくなり、より高いSNRを達成させることができる。さらに、後に回復させた記号流ほどダイバーシティ次数が大きくなることもわかる。
【００３４】
垂直伝送方法は1つの大きな欠点を有している(即ち、送信ダイバーシティがない)。図 2Aに示したように、各記号流は1本の送信アンテナのみから伝送される。この欠点は、フェージング環境においては非常に望ましくないことである。
【００３５】
図 2Bは、各記号流をNT本の全送信アンテナから対角線方向に伝送する「対角」伝送方法を示した図である。従来は、対角伝送方法では、全記号流に関する性能が平均的になるような形でNTの記号流を伝送する。該手法では、各フレームの最初(三角形212内)及び最後(三角形214内)に数個のゼロを詰める必要がある。尚、1つのフレームは、1つの記号時間内にNT本の全送信アンテナのNFの全サブバンドにおいて伝送される1つの記号群に対応している。
【００３６】
図 2Bに示したように、最初の記号流 {x1}において、記号 x1,1は送信アンテナ 1のサブバンド 1、記号 x1,2は送信アンテナ 2のサブバンド 2、記号 x1,3は送信アンテナ 3のサブバンド 3、記号 x1,4は送信アンテナ 4のサブバンド 4、記号 x1,5は送信アンテナ 1のサブバンド 5(ラップアラウンド)で伝送し、以下同様である。 図 2Bに示したように、その他の3つの記号流は同様の方法で対角線方向に伝送する。
【００３７】
受信機では、該4つの伝送記号流をSIC法によって回復させることができる。最初の伝送記号流 {x1}を回復させる際には、サブバンド 1に関するNR個の受信記号について等化を行い、サブバンド 1で伝送された記号 x1,1を推定した記号である1個の検出記号
【数２】
2006518556.tif 000004
【００３８】
を得る。 検出記号x*1,1は該サブバンドで伝送された唯一の記号であるため、ダイバーシティ次数が最大 NRになる。次に、サブバンド 2に対するNR個の受信記号に関して等化を行い、該サブバンドにおいて伝送された記号 x1,2を推定した記号である検出記号 x*1,2を得る。記号 x2,1は、記号x1,2を検出時に除去される干渉である。該検出記号x*1,2のダイバーシティ次数はNR − 1である。次に、サブバンド 3に関して等化を行い、該サブバンドで伝送された記号 x1,3の推定記号である検出記号 x*1,3を得る。記号 x2,2及びx3,1は、記号 x1,3を検出時に除去される干渉である。記号x*1,3のダイバーシティ次数はNR − 2である。さらに、サブバンド 4に対する等化を行うことによって、記号 x1,4の推定記号である検出記号 x*1,4が得られ、この場合のダイバーシティ次数はNR − 3になる。
【００３９】
2番目の伝送記号流 {x2}を回復させる際には、検出記号x*1,2を起因とする干渉を推定してサブバンド 2に対するNR個の受信記号から除去する。次に、サブバンド 2に対するNR個の修正記号に関して等化を行い、該2番目の記号流に関してサブバンド 2で伝送された記号 x2,1の推定記号である1個の検出記号 x*2,1を得る(記号x*1,2は既に除去されている)。このため、最初の記号流に対する検出記号 x*1,1のダイバーシティ次数と同じように検出記号 x*2,1のダイバーシティ次数が最大にNRなる。同様に、検出記号 x*1,3を起因とする干渉を推定し、サブバンド 3に対するNR個の受信記号から除去する。次に、サブバンド 3に対するNR個の修正記号に関する等化を行い、2個の検出記号 x*2,2及びx*3,1を得る(記号x*1,3は既に除去されている)。このため、検出記号 x*2,2はダイバーシティ次数がNR − 1であり、最初の記号流に対する検出記号 x*1,2のダイバーシティ次数と同じである。同様に、サブバンド 4及び5に関して、2番目の記号流に対する検出記号 x*2,3及びx*2,4のダイバーシティ次数はそれぞれNR −2及びNR −3を得る。
【００４０】
対角伝送方法に関する上記の説明に基づき、各フレームの最初及び最後にゼロを詰めることによって、各記号流に関して達成されるダイバーシティ次数がNR、NR − 1、NR − 2、及びNR − 3の間を循環してその後にNRに戻り、以下同様である。対角伝送方法は、主に、(1)  全伝送記号流に関して性能がほぼ同じで平均的であること、及び(2)  NT本の全送信アンテナからの伝送を通じて各記号流ごとに送信ダイバーシティが存在していることの2つの利点を有している。
【００４１】
しかしながら、対角伝送方法には1つの重大な欠点がある。すなわち、意図されている性能を達成させるために各フレームの最初及び最後にゼロを詰める必要があるので非効率的である。後述するように、符号化干渉推定法を用いる場合は該非効率さがさらに悪化することになる。
【００４２】
SIC法において希望する結果が得られるようにするため、回復させた各々の記号流を起因とする干渉を正確に推定して受信記号流から除去することができると想定している。干渉の推定精度は、除去すべき各記号流を正確に検出/回復させることができるかどうかに左右される。従来は、垂直伝送方法及び対角伝送方法の両方とも非符号化干渉推定手法が用いられている。
【００４３】
非符号化干渉推定手法においては、無線チャネル内のノイズ及びその他の人工物が原因で歪みが生じているのが一般的である検出記号に基づいて干渉を推定する。検出記号内に誤りが存在していると干渉の推定において直接的に誤りが生じ、その結果、後続して回復させた各記号流に関するさらなるノイズとして作用することになる。該現象は誤り伝播(EP)と呼ばれている。該誤り伝播が一定レベルを超えて不良になるとSIC法自体が完全に失敗に終わってしまうことになる可能性がある。
【００４４】
符号化干渉推定法では、チャネルコーディングの誤り訂正機能を用いて誤り伝播を制限する。また、チャネルコーディングに基づいて各回復記号流を復号化して復号化データを得る。復号化プロセスでは(限度までの)誤りを訂正することができるため、該復号化データは通常は伝送データを正確に推定したデータである。次に、該復号化データを再符号化して記号マッピングを行うことによって伝送記号をより正確に推定した記号を取得し、該推定記号を用いて干渉推定値を導き出す。符号化及び復号化は、通常はデータブロックごとに行う。各データブロックはコードワードとも呼ばれることも多い。しかしながら、後述するように、チャネルコーディングを用いることで誤り伝播による悪影響が軽減されるが、対角伝送方法の場合にはよりいっそう非効率的になる可能性がある。
【００４５】
図 2Cは、対角伝送方法を用いた記号伝送を示した図であり、さらに、受信機において符号化干渉推定法を用いることを考慮している。説明を単純化するため、以下の説明では1個のコードワードが8個の記号にわたっている。各コードワードは送信アンテナの1つの対角方向にしかわたることができず、さらに、後述する理由によりラップアラウンドすることができない。
【００４６】
最初の記号流の最初のコードワードに関して、記号 x1,1及びx1,2を送信アンテナ 1のサブバンド 1及び2でそれぞれ伝送し、記号 x1,3及びx1,4を送信アンテナ 2のサブバンド 3及び4でそれぞれ伝送し、記号 x1,5及びx1,6を送信アンテナ 3のサブバンド 5及び 6でそれぞれ伝送し、さらに、記号 x1,7及びx1,8を送信アンテナ 4のサブバンド 7及び8でそれぞれ伝送する。その他の3つの記号流の各々に関しては、各コードワードに対する記号を、送信アンテナ 1、2、3、及び4に沿った2つのサブバンドの各々の対角バンドに沿って伝送する(図 2B参照)。説明を単純化するため図 2Cには示していないが、図 2Bに示した最後の対角バンドの後の(すなわち該最後の対角バンドの右側の)別の対角バンドで別のコードワードを伝送することができる。
【００４７】
受信機では、SIC法によって4つの伝送記号流を回復させることができる。特に、最初の伝送記号流の最初のコードワードを回復させるために、サブバンド 1及び2の各々に対するNR個の受信記号に関して等化を行って2個の検出記号 x*1,1及びx*1,2を得る。該検出記号は両方とも最大ダイバーシティ次数NRを達成させている。次に、サブバンド 3及び4の各々に対するNR個の受信記号に関して等化を行って該サブバンドに対する2対の検出記号(x*1,3及びx*2,1)及び(x*1,4及びx*2,2)を得る。検出記号x*1,3及びx*1,4は両方ともダイバーシティ次数はNR − 1である。次に、サブバンド 5及び6の各々に関する等化を行って2個の検出記号 x*1,5及びx*1,6を得る(該検出記号は両方ともダイバーシティ次数はNR − 2である)。次に、サブバンド 7及び8の各々に関する等化を行って2個の検出記号 x*1,7及びx*1,8を得る(該検出記号は両方ともダイバーシティ次数はNR − 3である)。これで、最初の記号流の最初のコードワードに対する8個の検出記号 x*1,1乃至x*1,8を回復させることができる。
【００４８】
2番目の伝送記号流の最初のコードワードを回復させるために、検出記号x*1,3及びx*1,4を起因とする干渉を推定してサブバンド 3及び4に対するNR個の受信記号からそれぞれ除去する。次に、サブバンド 3及び4の各々に対するNR個の修正記号に関して等化を行って検出記号 x*2,1及びx*2,2を得る(記号 x*1,3及びx*1,4は既に除去されている)。尚、2番目の記号流に関するプロセスも上述した方法と同様の方法で進行する。
【００４９】
図 2Cから明らかなように、各コードワードは1本の対角線方向に伝送する必要がありさらにはラップアラウンドすることができない。この理由は、記号がラップアラウンドされると異なった記号流が等しいダイバーシティ次数を達成させることができないためである。更に、図 2Cに示したように、各フレームの開始時にゼロを詰める必要があり、該ゼロの個数はコードワードの長さに左右される。一般的には、長いコードワードのほうが効率が高くさらには符号化性能も優れているためコードコードは長くするのが好ましいことが多い。しかしながら、コードワードが長いほど各フレーム用に詰める必要があるゼロの個数も多くなり、その結果効率が低下することになる。
【００５０】
コードワードの長さ、サブバンド数、及びその他の要因に左右されるが、詰めたゼロを起因とするオーバーヘッドは、受信機において符号化干渉推定法を用いるのをサポートするためにかなり大きくなる可能性がある(例えば50%)。このような大きなオーバーヘッドは対角伝送方法による利点を相殺してしまう以上の悪影響があり、このためいくつかのMIMO-OFDMシステムでは実行不可能である。
【００５１】
本出願では、空間多重化及び送信ダイバーシティの両方をサポートできる電力適応型環状(PAC)伝送方法を提示している。PAC伝送方法は、垂直伝送方法及び対角伝送方法が有する主要な利点の多くを備えている。さらに、後述するように、受信機における符号化干渉推定法の使用もサポートしており、ゼロを詰めるという固有の非効率さを伴わずに符号化干渉推定法を用いることができる。
【００５２】
図 3Aは、NTの記号流をNT本の全送信アンテナから対角線方向に伝送する空間多重化モードに関するPAC伝送方法を示した図である。最初の記号流 {x1}については、最初の4個の記号 x1,1、x1,2、x1,3、及びx1,4をそれぞれの送信アンテナ 1、2、3、及び4のそれぞれのサブバンド 1、2、3、及び4で伝送する。次の4個の記号 x1,5、x1,6、x1,7、及びx1,8はラップアラウンドし、それぞれの送信アンテナ 1、2、3、及び4のそれぞれのサブバンド 5、6、7、及び8で伝送する。2番目の記号流 {x2}については、最初の4個の記号 x2,1、x2,2、x2,3、及びx2,4をそれぞれの送信アンテナ 2、3、4、及び1のそれぞれのサブバンド 1、2、3、及び4で伝送する。次の4個の記号 x2,5、x2,6、x2,7、及びx2,8はラップアラウンドし、それぞれの送信アンテナ 2、3、4、及び1のそれぞれのサブバンド 5、6、7、及び8で伝送する。同様に、その他の2つの記号流の各々をNT本の送信アンテナから伝送し、必要な回数だけラップアラウンドする。図 3Aに示したように、4つの記号流は同じサブバンド(サブバンド 1)で出発し、さらに、フレームの最初及び最後にゼロを詰める必要がない。
【００５３】
受信機では、SIC法によって4つの伝送記号流を回復させることができる。最初に回復させる対象として選択する伝送記号流は、該4つの伝送記号流のうちのいずれでも良い。例えば、最初の伝送記号流 {x1}を、図 2Aに関して上述した方法と同様の方法で検出及び回復させることができる。該最初の記号流を起因とする干渉は、符号化干渉推定法を用いて推定し、NRの受信記号流から除去する。次に、NRの修正記号流を処理して次の伝送記号流を回復させる。
【００５４】
一般的には、4つの伝送記号流はどのような順序でも回復させることができる。例えば、最初の記号流を最初に回復させ、その後に2番目の記号流を回復させ、次に、3番目の記号流、そして最後に4番目の記号流を回復させるようにすることができる。さらに、該4つの記号流はその他の順序で回復させることもできる。
【００５５】
PAC伝送方法では、各記号流によって達成される性能は、垂直伝送方法と同様に、全記号流の回復順序に左右される。即ち、最初の回復記号流は、その他の3つの記号流による干渉を受けており、ダイバーシティ次数は(NR − NT  + 1)である。2番目の伝送記号流は、その他の2つの記号流の干渉を受け、ダイバーシティ次数は(NR − NT + 2)である。以上のように、後続して回復された各記号流は逐次的に干渉が軽減されており、より高いSNRを達成させることができる。
【００５６】
4つの伝送記号流の各々に関して同じ量の伝送電力を用いる。各送信アンテナに利用可能な全電力 Pantを4つの記号流間で配分し、各記号流が各送信アンテナからPant/4の電力を受け取りさらに4本の全送信アンテナ用のPantを受け取るようにすることができる。この場合には、4つの記号流に関して異なった速度を使用することができ、該速度は、(一部ではあるが)記号流の回復順序に基づいて決定する。尚、記号流に関して統一されていない速度を用いることについては、上記の米国特許出願一連番号 10/087,503及び本出願の譲受人に対して譲渡され更に本出願において参照することによって本出願に組み入れられている"Rate Control for Multiple-Channel Communication System"(マルチチャネル通信システムに関する速度制御)という題名の米国特許出願一連番号 No. 10/176,567(出願日: 2002年6月20日)において説明されている。
【００５７】
代替策として、4つの伝送記号流に関して異なった量の伝送電力を用いることができる。例えば、該4つの伝送記号流に対してP1乃至P4の伝送電力を割り当てることができ、さらに、該割り当てる伝送電力は、4つの検出記号流が受信機においてほぼ同じSNRを達成するような形で選択することができる。その結果、全伝送記号流に関して同じ速度を用いることが可能になる。全記号流に関して同じSNRを達成するような形で伝送電力を決定することについても、上記の米国特許出願一連番号10/087,503において説明されている。
【００５８】
従来は、垂直伝送方法及び対角伝送方法のいずれも、速度が固定された記号流を伝送するように設計されている(即ち、全記号流の速度が同じである)。さらに、これらの2つの伝送方法ではシステムを適切に動作させるためにSNRを高くする必要がある。その理由は、該伝送方法は、SNRを高くすることによって誤り伝播による悪影響を抑える必要がある非符号化干渉推定法とともに用いることが意図されていたためである。
【００５９】
ＰＡＣ伝送法は、速度適応型MIMOシステムに非常に適しており、1乃至NTの可変数の記号流の伝送をサポートする。記号流の伝送については、NTの記号流よりも少ない数の記号流を伝送するのが望ましい場合がある(例えば、いくつかのチャネル状態の場合及び/又は信頼性を向上させる場合等)。
【００６０】
図 3Bは、ＰＡＣ伝送法を用いて4本の全送信アンテナから対角線方向に3つの記号流を伝送することに関する図である。該3つの記号流 {x1}、{x2}、及び{x3}は、図 3Aに関する上記の説明と同じ方法で伝送する。又、ゼロの信号値は、4番目の記号流を伝送するために用いていたことになるサブバンド/アンテナで伝送する。図 3Bに示したように、該3つの記号流は同じサブバンド(サブバンド 1)で出発し、該記号流用のフレームの最初及び最後にゼロを詰める必要がない。さらに、各送信アンテナに利用可能な全電力 Pantを完全に利用するため、該3つの記号流の各々のための伝送電力を、図 3Aに示した4つの記号流の各々に関する伝送電力よりも4/3倍分だけ大きくすることができる。
【００６１】
図 3Cは、ＰＡＣ伝送法を用いて4本の全送信アンテナから対角線方向に2つの記号流を伝送することに関する図である。該2つの記号流 {x1}及び{x2}は、図 3Aに関する上記の説明と同じ方法で伝送する。又、ゼロの信号値は、3番目及び4番目の記号流を伝送するために用いていたことになるサブバンド/アンテナで伝送する。図 3Cに示したように、該2つの記号流は同じサブバンド(サブバンド 1)で出発し、該記号流用のフレームの最初及び最後にゼロを詰める必要がない。この場合も同じく、各送信アンテナに利用可能な全電力を完全に利用するため、該2つの記号流の各々のための伝送電力を、図 3Aに示した4つの記号流の各々に関する伝送電力よりも2倍分だけ大きくすることができる。
【００６２】
図 3Dは、ＰＡＣ伝送法を用いて4本の全送信アンテナから対角線方向に1つの記号流を伝送することに関する図である。該記号流 {x1}は、図 3Aに関する上記の説明と同じ方法で伝送する。又、ゼロの信号値は、2番目、3番目、及び4番目の記号流を伝送するために用いていたことになるサブバンド/アンテナで伝送する。さらに、4本の送信アンテナに利用可能な全電力を該1つの記号流のために用いることができ、このため、該記号流の電力を、図 3Aに示した4つの記号流の各々に関する伝送電力よりも4倍分だけ大きくすることができる。
【００６３】
図 3A乃至図 3Dは、NT本の全送信アンテナから及びNFの全サブバンドで対角線方向に記号流を伝送することに関する図である。さらに、該記号流は、(対角線方向ではなく)その他のいくつかの多重化パターンを用いて全送信アンテナから伝送することもでき、該伝送方法は本発明の適用範囲に含まれている。
【００６４】
ＰＡＣ伝送法は主に以下の特長を有している。
【００６５】
・  重要な特性を保持しつつ可変数の記号流(1乃至NT)を伝送することができ、このため速度適応型システムにおいて用いるのに適している
・  各伝送記号流ごとの送信ダイバーシティを確保する
・  受信機において符号化干渉推定法を使用した場合に生じる固有の非効率さを排除した形で該使用をサポートする(ゼロを詰める必要がない)
・  各送信アンテナに利用可能な全電力を伝送記号流の数にかかわらず伝送用に用いることができ、このため電力効率が高い
・  SNRが低い環境及び高い環境において機能することができる
以下では上記の特長の各々について詳細に説明する。
【００６６】
図 3A乃至図 3Dに示したように、ＰＡＣ伝送法では、(複数の記号流を伝送するための)空間多重化及び(単一の記号流を伝送するための)送信ダイバーシティの両方を整然とサポートすることができる。ＰＡＣ伝送法の基本構造は伝送記号流の数に応じて変化することはないため、送信機及び受信機における処理は、本質的には、伝送記号流の数にかかわりなく同じである。伝送記号流の数が増える場合はSIC受信機の段階を追加すること(又はSIC受信機による繰り返しを追加すること)が必要になるが、基本的な処理は本質的には同じである。このため、空間多重化及び送信機ダイバーシティの両方に関して、ＰＡＣ伝送法を用いることによって送信機及び受信機の両方における処理を単純化することが可能である。
【００６７】
ＰＡＣ伝送法では、各伝送記号流ごとの送信機ダイバーシティを確保する。図 3A乃至図 3Dに示したように、伝送記号流の数にかかわらずNT本の全送信アンテナから各記号流を伝送することができる。さらに、各記号流をNRの全サブバンドで伝送することによって周波数ダイバーシティを得ることもできる。
【００６８】
ＰＡＣ伝送法では、受信機においてゼロを詰めるという非効率的な作業を行わずに符号化干渉推定法を用いることができる。例えば、図 3Aに示したように、フレームの最初及び最後にゼロを詰めずに4つの記号流を4本の送信アンテナから伝送することができる。さらに、図 2Cに示したように対角伝送方法の場合はコードワードの長さ又は各コードワードの伝送に関する特定の要件が存在しているが、PAC法の場合はこのような特定の要件は存在していない。PAC法においては、各コードワードを必要な回数だけラップアラウンドすることができ、さらには複数のフレームにまたがることさえも可能である。コードワードの長さは送信機及び受信機におけるメモリ上及び処理上の要件に対して影響を及ぼす可能性があるが、記号伝送の効率に対しては影響を及ぼさない。
【００６９】
ＰＡＣ伝送法は電力効率が良く、伝送記号流の数にかかわらず、各送信アンテナに利用可能な全電力をデータ伝送に用いることができる。チャネルの機能が低下してNT未満の記号流しかサポートしない場合は、各送信アンテナに利用可能な全電力を少ない数の伝送記号流の間で再配分することができる。例えば、図 3Bに示したように3つの記号流しか伝送しない場合は、各記号流用の伝送電力を4/3分だけ増大させてPantから4Pant/3にすることができる。さらに、図 3Dに示したように1つの記号流しか伝送しない場合は、全送信アンテナに利用可能な全電力を該1つの記号流のために用いることができる。全電力を用いて記号を伝送することで受信機におけるSNRが高くなり、その結果信頼性を向上させること及び/又はより速い速度をサポートすることが可能になる。
【００７０】
伝送する記号流がNT未満であるときに伝送電力を再配分してもパワースペクトル密度(PSD)に対しては影響を及ぼさない。その理由は、全送信アンテナに関する1つのサブバンド当たりの総電力は伝送記号流の数にかかわらず同じであるためである。例えば、図 3Bに示したように3つの記号流を伝送する場合は、各サブバンドに関して3本の送信アンテナから3個の記号を伝送する。このため、図 3Aに示したように該3個の記号は伝送電力の4/3倍の電力で伝送されるが、4本の全送信アンテナに関する1つのサブバンド当たりの総電力は図 3Aの場合と同じになる。該特長は、システムが1 MHzごとの制約及び総電力に関する制約が存在する周波数帯域内で動作中である場合に重要な特長である。
【００７１】
ＰＡＣ伝送法は、SNRが高い環境及び低い環境において用いるのにも適している。例えば、一部ではあるが、チャネルの状態に応じて異なった数の記号流を伝送することが可能である。さらに、符号化干渉推定法を用いることでシステムはSNRが低い環境において動作することも可能である(該機能は、非符号化干渉推定法を用いる従来の垂直伝送方法及び対角伝送方法では不可能な機能である)。
【００７２】
図 4は、MIMO-OFDMシステム 400における送信機システム410及び受信機システム 450の1つの実施形態を示したブロック図である。送信機システム 410では、1つ又は複数の記号流に関するデータをデータソース 412によって提供し、伝送(TX)データプロセッサ 414によって符号化し、さらに変調器 420によって変調して変調信号を得る。各記号流に関するデータ速度、符号化、及び変調は、コントローラ 430によって行われる制御によって決定することができる。次に、全記号流に関する変調記号及びパイロット記号を多重化して追加処理することによってNTのOFDM記号流を得る。次に、該NTのOFDM記号流をNT台の送信機(TMTR) 422a乃至422tによってさらに処理してNT個のRF変調信号を得て、該NT個のRF変調信号をNT本のアンテナ 424a乃至424tから送信する。
【００７３】
受信機システム 450では、NR本のアンテナ 452a乃至452rがNT個の送信信号を受信する。各受信機(RCVR) 454は、関係するアンテナ 452から受信した信号を処理して対応する受信記号流を得る。次に、受信(RX)空間/データプロセッサ 460がNR台の受信機 454から受け取ったNRの受信記号流を処理してNRの検出記号流を得る。さらに、各検出記号流を処理して該記号流に関する復号化データを得る。
【００７４】
RX空間/データプロセッサ 460は、データ伝送に用いられた各サブバンドに対するNR本の送信アンテナとNR本の受信アンテナの間における(例えばパイロット記号に基づいた)チャネル応答を推定することもできる。該推定したチャネル応答を用いることによって受信機において等化を行うことができる。更に、RX空間/データプロセッサ 460は、検出記号流のSNRを推定することもできる。コントローラ 470は、MIMOチャネル及び/又は受信記号流に関するチャネル状態情報(CSI)(例えば、記号流に関する受信SNR又は速度等)を提供する。次に、該CSIをTXデータプロセッサ 478によって処理し、変調器 480によって変調し、さらに送信機 454a乃至454rによってコンディショニングを行って送信機システム 410に返送する。
【００７５】
送信機システム 410では、受信機システム 450から送出された変調信号をアンテナ 424によって受信し、受信機 422によってコンディショニングし、復調器 440によって復調し、さらにRXデータプロセッサ 442によって処理することによって、受信機システムによって送出されたCSIを回復させる。次に、該CSIをコントローラ 430に提供する。該CSIは、(1)  伝送すべき記号流の数の決定、(2)  各記号流に関して用いる速度及び符号化・変調法の決定、及び(3)  TXデータプロセッサ 414及び変調器 420に関する様々なコントロールの生成のために用いることができる。
【００７６】
コントローラ 430及び470は、送信機システムおよび受信機システムにおける動作をそれぞれ指示する。メモリ装置 432及び472には、コントローラ 430及び470によって用いられるプログラムコード及びデータを保存する。
【００７７】
図 5は、図 4に示した送信機システム 410の送信機部分の1つの実施形態である送信機ユニット 500のブロック図である。該実施形態においては、TXデータプロセッサ 414aには、1個のデマルチプレクサ 510、NT個のエンコーダ 512a乃至512t、及びNT個のチャネルインターリーバー 514a乃至514tが含まれている(即ち、各記号流ごとに1組のエンコーダとチャネルインターリーバー)。デマルチプレクサ 510は、データをNDの数のデータ流にデマルチプレクスする(ここで、ND = 1乃至NTのいずれかの整数)。各データ流は、各々の一組のエンコーダ 512及びチャネルインターリーバー 514によって符号化及びインターリーブする。次に、NDの数の符号化データ流を変調器 420aに送る。
【００７８】
該実施形態において、変調器 420aには、NT個の記号マッピング要素 522a乃至522t、1個のマルチプレクサ/デマルチプレクサ (Mux/Demux) 524、及びNT個のOFDM変調器が含まれている。各OFDM変調器には、1つの逆高速フーリエ変換(IFFT)装置 526及び1つのサイクリックプレフィックスジェネレータ 528が含まれている。また、NDの符号化データ流を各々の記号マッピング要素 522によって記号マッピングし、各々の変調記号流を得る(該変調記号流は伝送記号流とも呼ばれている)。次に、Mux/Demux 524が多重化を行い、NDの記号流に対する変調記号を適切なサブバンド及び送信アンテナで伝送する。例えば、該多重化は、図 3A乃至3Dに示した方法で又はその他のいずれかの多重化法に基づいて行うことができる。Mux/Dmux 524は、NTの数の多重化された記号流をNT個のOFDM変調器に送る。
【００７９】
各OFDM変調器内において、各記号時間に関して、NFのサブバンドに対するNF個の記号をIFFT装置 526によって変換し、対応する時間領域「変換」記号(NF個のサンプルが含まれている)を得る。又、周波数選択性フェージングに対処するため、サイクリックプリフィックスジェネレータ 518が各変換記号の一部を繰り返して対応するOFDM信号を得る。各送信アンテナごとに1つのOFDM記号流を形成させ、関係する送信機 422によって追加処理してRF変調信号を得る。さらに、NR個の変調信号を生成してNT本の送信アンテナから並行伝送する。
【００８０】
図 6は、SIC法を実行しかつ図 4に示したRX空間/データプロセッサ 460の1つの実施形態であるRX空間/データプロセッサ 460aのブロック図である。RX空間/データプロセッサ 460aにはいくつかの連続した(即ちカスケード型の)受信機処理段階 610a乃至610tが含まれており、1つの段階が回復させるべき伝送記号流の各々に対応している。各受信機処理段階 610(最後の段階610tを除く)には、空間プロセッサ 620、RXデータプロセッサ、及び干渉除去装置 640が含まれている。最後の段階 610tには、空間プロセッサ 620t及びRXデータプロセッサ 630tのみが含まれている。
【００８１】
第1段階 610aでは、空間プロセッサ 620aがNRの受信記号流(ベクトル y1で表す)に関する等化を行い、伝送記号流の推定流である最高NTの数の検出記号流を提供する。又、空間プロセッサ 620aが、Mux/Demux 524によって行われたサブバンド/アンテナ多重化の逆を行う。次に、1つの検出記号流 x*1を回復対象として選択し、RXデータプロセッサ 630aが該検出記号流を処理して該記号流に対する復号化データを提供する。空間プロセッサ 620aはチャネル応答の推定応答を得ることもでき、該推定応答は全段階に関する等化を行うために用いられる。
【００８２】
第1段階 610aにおいて、干渉除去装置 640aが、回復させたばかりの記号流に対する復号化データを受け取って処理し(例えば、符号化、インターリーブ、及び記号マッピングを行い)、再変調された記号流ｘ1を提供する。次に、該再変調記号流を処理し、該回復させたばかりの記号流を起因とする干渉成分を得る。次に、該干渉成分を第1の段階の入力記号流 y1から除去してNRの数の修正記号流(y2で表される)を得て、該修正記号流を次の段階に提供する。
【００８３】
第2段階乃至最後の段階610 b乃至610tの各々において、該段階に関する空間プロセッサが、前段階において干渉除去装置から提供されたNRの修正記号流を受け取って処理し、該段階に関する1つ以上の検出記号流を得る。又、各段階ごとに、1つの検出記号流をRXデータプロセッサによって選択して処理し、該記号流に関する復号化データを得る。さらに、第2段階乃至最後から2番目の段階の各々に関して、該段階の干渉除去装置が、前段階の干渉除去装置から提供されたNRの数の修正記号流及び同じ段階のRXデータプロセッサから提供された復号化データを受け取り、該段階によって回復された記号流を起因とする干渉成分を導き出し、NRの数の修正記号流を次の段階用に提供する。
【００８４】
SIC法は性能を向上させることができるが、ＰＡＣ伝送法はSIC法を用いない(即ち、干渉除去を行わない)受信機と共に用いることもできる。
【００８５】
本出願において説明するＰＡＣ伝送法は、送信機及び受信機において様々な手段で実装することができる。例えば、ＰＡＣ伝送法に関する処理は、ハードウエア、ソフトウエア、又はその組合せ等において実装することができる。ハードウエアに実装する場合は、1つ以上の特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、デジタル信号処理装置(DSPD)、プログラマブルロジックデバイス(PLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、本出願において説明した機能を果たすように設計されたその他の電子装置、又はこれらの組合せ、の中に実装することができる。
【００８６】
本出願において説明するＰＡＣ伝送法に関する処理をソフトウエアに実装する場合は、本出願において説明する機能を果たすモジュール(ステップ、機能等など)とともに実装することができる。又、ソフトウエアコードをメモリ装置(例えば図 11に示したメモリ装置( 図 4に示した432及び472)に保存してプロセッサ(例えば、コントローラ 430及び470)によって実行することができる。各メモリ装置は、該プロセッサ内又は該プロセッサの外部に実装することができる。該プロセッサの外部に実装する場合は、既知である様々な手段によって該プロセッサに通信可能な形で結合させることができる。
【００８７】
開示した実施形態に関する上記の説明は、当業者が本発明を製造又は使用できるようにすることを目的とするものである。又、本実施形態に対する様々な修正及び変更が加えられた場合に当業者は該修正及び該変更を容易に理解することが可能である。更に、本出願明細書において定められている一般原則は、本発明の精神及び適用範囲を逸脱しない形でその他の実施形態に対しても適用することができる。以上のように、本発明は、本出願明細書において示されている実施形態に限定することを意図するものではなく、本出願明細書において開示した原則及び斬新な特長に一致する限りにおいて最も広範な適用範囲が認められることになることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】逐次型干渉除去(SIC)受信機処理法に関する流れ図である。
【図２Ａ】「垂直」伝送方法に基づく記号伝送を示した図である。
【図２Ｂ】「対角」伝送方法に基づく2つの記号伝送を示した図（その１）である。
【図２Ｃ】「対角」伝送方法に基づく2つの記号伝送を示した図（その２）である。
【図３Ａ】ＰＡＣ伝送法に基づく4つの記号伝送を示した図（その１）である。
【図３Ｂ】ＰＡＣ伝送法に基づく4つの記号伝送を示した図（その２）である。
【図３Ｃ】ＰＡＣ伝送法に基づく4つの記号伝送を示した図（その３）である。
【図３Ｄ】ＰＡＣ伝送法に基づく4つの記号伝送を示した図（その４）である。
【図４】送信機システム及び受信機システムを示したブロック図である。
【図５】送信機システム内の送信機ユニットを示したブロック図である。
【図６】受信機システム内に装備されていてSIC法を実行するRX空間/データプロセッサを示したブロック図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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