(57)【要約】多入力多出力（ＭＩＭＯ：multiple-input, multiple-output ）通信システムにおけるマルチ・アンテナ送信のための方法および装置。本発明の好ましい実施形態によれば、低減された数の送信重み行列が、送信器にフィード・バックされる。次に、各送信重み行列が、複数の副搬送波に適用される。各送信重み行列は、複数の副搬送波に適用されるため、送信器にフィード・バックされる重み行列の量は、極めて低減される。
2006522505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチ・アンテナ送信のための方法であって、
送信器から送信された複数の副搬送波を受信器において受信するステップと、
前記複数の副搬送波を複数の副搬送波ブロックにグループ分けするステップであって、該複数の副搬送波ブロックのそれぞれはＫ個の副搬送波を備える、ステップと、
前記複数の副搬送波ブロックのそれぞれに対して、単一の重み行列Ｖ＾ｃを計算するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記複数の副搬送波ブロックに対する重み行列を前記送信器に送信するステップを備える方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記Ｖ＾ｃを計算するステップは、以下の量、
【数１】
2006522505.tif 000023
（ここで、Ｙ＾（ｋ）＝Ｈ＾（ｋ）Ｖ＾ｃｓ（ｋ）＋Ｎ＾（ｋ）であり、Ｈ＾（ｋ）は、前記送信器と前記受信器との間の行列チャネル応答であり、Ｎ＾（ｋ）は受信ノイズであり、Ｅは期待値演算子である）を最大にするようにＶ＾ｃを選択するステップを備える、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
前記Ｖ＾ｃを計算するステップは、以下の量、
【数２】
2006522505.tif 000024
（ここで、Ｈ＾（ｋ）は前記送信器と前記受信器との間の行列チャネル応答であり、Ｙ＾（ｋ）＝Ｈ＾（ｋ）Ｖ＾ｃＳ＾（ｋ）＋Ｎ＾（ｋ）である）の固有ベクトルの関数となるようにＶ＾ｃを選択するステップを備える方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
前記重み行列を前記送信器に送信するステップは、前記重み行列を前記送信器に送信して、前記送信器が、前記副搬送波ブロック内のすべての副搬送波を、前記重み行列を用いて重み付けするようにするステップを備える、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記送信器が前記重み行列を受信するステップと、
前記副搬送波ブロック内のすべての副搬送波を、前記重み行列を用いて重み付けするステップと、
を備える方法。
【請求項７】
装置であって、
複数の副搬送波を入力とし、複数の重み行列Ｖ＾ｃを出力する適応性重み制御器を備え、
Ｋ個の副搬送波を備える副搬送波ブロックに対して、単一の重み行列が計算される、装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、
前記適応性重み制御器は、以下の量、
【数３】
2006522505.tif 000025
（ここで、Ｙ＾（ｋ）＝Ｈ＾（ｋ）Ｖ＾ｃｓ（ｋ）＋Ｎ＾（ｋ）であり、Ｈ＾（ｋ）は、送信器と受信器との間の行列チャネル応答であり、Ｎ＾（ｋ）は受信ノイズであり、Ｅは期待値演算子である）を最大にするようにＶ＾ｃを選択する、装置。
【請求項９】
請求項７に記載の装置において、
前記適応性重み制御器は、Ｖ＾ｃが、以下の量、
【数４】
2006522505.tif 000026
（ここで、Ｈ＾（ｋ）は送信器と受信器との間の行列チャネル応答である）の最大固有値に対応する固有ベクトルとなるようにＶ＾ｃを選択する、装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の装置において、
前記複数の副搬送波のそれぞれは、異なる周波数で送信される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムに関し、より詳細には、通信システムにおけるマルチ・アンテナ送信のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）システムにおいて実施される従来技術の多入力多出力（ＭＩＭＯ：Multiple-Input-Multiple-Output）送信方式を例示する。図１のシステムにおいて、送信器１０２は、複数のアンテナ１０４を用いて、複数のＯＦＤＭ副搬送波に渡る複数のデータ・ストリームを、１つまたは複数の受信器１０１へ送信する。複数のデータ・ストリームを、ｓｉ（ｋ）と示す。ここでインデックスｉは、ストリーム番号（１≦ｉ≦Ｎｓ）を示し、インデックスｋは、副搬送波（１≦ｋ≦Ｎ）を示す。ここでＮは、副搬送波の数であり、Ｎｓ≧１は、副搬送波当たりのデータ・ストリームの数である。Ｍｔｘ個の送信アンテナ１０４のそれぞれに供給される信号は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）１０８、サイクリック・プレフィックス挿入機器（Cyclic Prefix Insertion Device）１０７、およびパラレル−シリアル・コンバータ（Parallel to Serial Converter）１０６によって生成される。ＯＦＤＭ送信技術では、占められた周波数バンド幅を分割して、Ｎ個の直交する副搬送波にする。なおＩＦＦＴへの各入力は副搬送波に対応し、ＩＦＦＴの各入力に供給される信号は、対応する副搬送波を占めると言う。各ＩＦＦＴへのＮ個の入力は、副搬送波と呼ばれる。また従来技術の単一送信アンテナＯＦＤＭシステムでは、符号化変調（すなわち、ＱＡＭまたはＰＳＫ）シンボルが通常、ＩＦＦＴの副搬送波入力に、副搬送波当たり１つのシンボルで、または同様な意味合いで、副搬送波当たり１つのデータ・シンボル・ストリームで、供給される。しかし、図１に示した従来技術のＭＩＭＯ  ＯＦＤＭシステムでは、代わりに、与えられた副搬送波（たとえばｋ番目）上において、複数のストリームに対するＮｓ個のシンボルが、最初に、Ｎｓ個の入力およびＭｔｘ個の出力（ここで、Ｍｔｘは送信アンテナの数）を有するマルチ・ストリーム送信ビームフォーマ１０５に供給される。次に、各ビームフォーマ１０５のＭｔｘ個の出力（ｘｍ（ｋ）と示される（１≦ｍ≦Ｍｔｘ，１≦ｋ≦Ｎ））が、Ｍｔｘ個のＩＦＦＴ１０８上のそれらの個々の副搬送波入力に供給される。従来技術のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信器１０２の一実施形態では、ストリームの数Ｎｓは送信アンテナの数Ｍｔｘに等しく、各副搬送波（たとえばｋ番目）上では、ｋ番目の副搬送波に対するｉ番目のデータ・ストリームが、ｉ番目の送信アンテナのｋ番目の副搬送波入力に供給されており、マルチ・ストリーム送信ビームフォーマ１０５は用いられていない。しかし、ＩＦＦＴ副搬送波入力の前にビームフォーマ１０５を用いた場合には、より良好な性能が得られることが多い。
【０００３】
図２に、送信器１０２のＭｔｘ個のＩＦＦＴ１０８上における各副搬送波の入力の前に用いられる従来技術のマルチ・ストリーム送信ビームフォーマ１０５を、より詳細に例示する。図２に示したように、送信器１０２の各マルチ・ストリーム送信ビームフォーマ１０５では、Ｍｔｘ×Ｎｓの行列Ｖ＾（ｋ）＝（ｖ＾１（ｋ），ｖ＾２（ｋ），…，ｖ＾Ｎｓ（ｋ））によって示される送信アンテナ・アレイ重みを用いている。ここで、Ｍｔｘは、送信アンテナの数であり、Ｎｓは、ｋ番目の副搬送波上で送出されるデータ・ストリームの数である。またＶ＾（ｋ）のｉ番目の列は、ｋ番目の副搬送波上のｉ番目のデータ・ストリームに対するＭｔｘ個の重み係数を含むＭｔｘ×１の列ベクトルｖ＾ｉ（ｋ）によって示される。Ｖ＾（ｋ）に対する適切な値を計算するために、送信器１０２は一般に、送信アンテナ１０４と受信器１０１上の１つまたは複数の受信アンテナとの間のチャネル応答についての何らかの情報を必要とする。
【０００４】
図１に戻って、受信器１０１は、ダウンリンク・チャネル応答を測定する。また受信器１０１は、送信アンテナ・アレイ重み（Ｖ＾（ｋ）＝（ｖ＾１（ｋ），ｖ＾２（ｋ），…，ｖ＾Ｎｓ（ｋ））、ここで、ｋは副搬送波であり、Ｎｓは、各副搬送波データ・ストリームに適用される副搬送波当たりのデータ・ストリームの数である）を計算するために送信器１０２が用いるべき情報を送り返すことを担っている。通常、この送り返される情報は、送信重みベクトルもしくは可能な重みベクトルのコードブックへのインデックス、または同様の技術に基づく他の情報から構成される。次に、Ｎｓ個のデータ・ストリームに重みベクトルＶ＾（ｋ＝１）〜Ｖ＾（ｋ＝Ｎ）を掛けて、複数のストリームを受信器１０１に効果的に送出する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
明らかなように、このようなシステムでは、送信器１０２には、送信アレイと受信アレイとの間の行列周波数応答が分かっている必要がある。このことは、急速に変化する周波数選択性ブロードバンド・チャネルにおいて問題を引き起こす可能性がある。問題はたとえば、ＯＦＤＭを用いるモバイル通信システムにおいて直面するチャネルの形式などである。特に、フィードバック・ベースの送信アレイ・システム、たとえば図１に例示したものにおいては、最適な性能が得られるように、送信重みベクトルを、送信器１０２にフィード・バックするとともに、時間および周波数に渡って起こるチャネル変化を追跡するように更新する必要がある。残念ながら、チャネル応答の完全な追跡を可能にするメカニズムには、受信器と送信器との間の禁止レベルのフィード・バックが必要となる場合がある。したがって、送信器が使用すべきチャネル情報を送り返すときに、禁止レベルのフィード・バックを必要としない通信システムにおけるマルチ・アンテナ送信のための方法および装置が、必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書においては、前述した必要性に対処するために、送信のための方法および装置を提供する。本発明の好ましい実施形態によれば、低減された数の送信重みベクトルが、送信器にフィード・バックされる。次に、各送信重みベクトルを複数の副搬送波に適用する。各送信重みベクトルは、複数の副搬送波に適用されるため、送信器にフィード・バックされる重みベクトルの量は、極めて低減されている。
【０００７】
複数の副搬送波に適用すべき送信重みベクトルを得るために、周波数バンド幅を副搬送波ブロックの組にパーティショニングすることが行なわれる。最適化された送信重みベクトルの組が、送信アレイと受信器上の１つまたは複数のアンテナとの間の行列チャネル周波数応答に対する推定値に基づいて、各副搬送波ブロックに対して計算される。最適化された送信重みベクトルの計算は、フィードバック・チャネルの可用性に依存して、送信器または受信器において行なうことができる。
【０００８】
フィードバック・チャネルが利用できる場合には、受信器は、送信器と受信器との間のチャネル応答を測定することができ、最適化された送信重みベクトルの組を、周波数バンドに渡る各副搬送波に対してではなく、各副搬送波ブロックに対して、計算することができる。次に、各副搬送波ブロックに対するこれらの重みベクトル（周波数バンドに渡るあらゆる副搬送波に対するものではない）を、フィードバック・チャネルを介して送信器へ送り返す。あるいは、各副搬送波ブロックに適用すべき送信重みの組を、送信器が計算または推測することを可能にする情報を、送信器へ送り返すことができる。次にデータを、送信器から受信器に、それらの送信重みまたはそれらの送信重みの何らかの関数を用いる送信アレイによって送信する。
【０００９】
フィードバック・チャネルが利用できない場合には、送信器は、受信器と送信器との間のチャネル（アップリンク・チャネル）のチャネル周波数応答を測定し、受信器と送信器との間の測定されたチャネル応答に基づいて、送信器と受信器との間のチャネル応答を決定する。次に、送信器は、各副搬送波ブロックに対する送信重みベクトル（周波数バンドに渡る各副搬送波に対するものではない）の組を計算する。この結果、周波数バンドに渡る各副搬送波に対して送信重みベクトルの組を計算しなければならない従来技術と比べて、計算が簡略化される。次にデータを、送信器から受信器に、それらの送信重みまたはそれらの送信重みの何らかの関数を用いる送信アレイによって送信する。
【００１０】
前述した方法によって、周波数バンドに渡るあらゆる副搬送波に対する重みベクトルの組を単純に送り返す方法と比較して、必要なフィード・バックにおいて実質的な節約が得られる。
【００１１】
本発明には、マルチ・アンテナ送信のための方法が含まれる。本方法は、送信器から送信された複数の副搬送波を受信器において受信するステップと、副搬送波を複数の副搬送波ブロックにグループ分けするステップであって、各副搬送波ブロックにはＫ個の副搬送波が含まれるステップと、各副搬送波ブロックに対して単一の重みＭｔｘ×Ｎｓの行列Ｖ＾ｃを計算するステップと、を含む。そして、副搬送波ブロックに対する重み付けベクトルを、送信器に送信する。
【００１２】
本発明には、マルチ・アンテナ送信のための方法が、さらに含まれる。本方法は、複数の副搬送波を受信するステップと、副搬送波を複数の副搬送波ブロックにグループ分けするステップであって、複数の副搬送波ブロックのそれぞれはＫ個の副搬送波を備える、ステップと、複数の副搬送波ブロックのそれぞれに対して、単一のＭｔｘ×Ｎｓの重み行列Ｖ＾ｃを計算するステップと、を備える。副搬送波ブロック内のすべての副搬送波は、Ｖ＾ｃを用いて重み付けされる。
【００１３】
本発明にはさらに、複数の副搬送波を入力とし、複数のＭｔｘ×Ｎｓの重み行列Ｖ＾ｃを出力する適応性重み制御器を備える装置であって、Ｋ個の副搬送波を備える副搬送波ブロックに対して単一の重み付けベクトルが計算される、装置が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施形態では、図１で説明したものと同様のＯＦＤＭシステムを用いる。通信システム１００では、ＯＦＤＭ通信システム・プロトコルを用いているが、本発明の代替的な実施形態においては、他のシステム・プロトコルを用いてもよい。このような他のシステム・プロトコルには、以下のものが含まれる（しかしこれらに限定されない）。サイクリック・プレフィックス（ＣＰ：Cyclic Prefix ）を有する周波数ドメイン・イコライズド・シングル・キャリア・システム（サイクリック・プレフィックス・シングル・キャリアと言われる）、サイクリック・プレフィックスを有する符号分割多重接続システム（サイクリック・プレフィックスＣＤＭＡと言われる）、マルチ・キャリアＣＤＭＡシステム、および拡散ＯＦＤＭシステム。その結果、本発明は、ＯＦＤＭシステム、ＣＰシングル・キャリア・システム、ＣＰ−ＣＤＭＡシステム、および他の任意の同様のシステムまたはハイブリッド・システムにおいて、適用可能であり効果的である。
【００１５】
当業者であれば認めるように、ＯＦＤＭシステムでは、利用可能なバンド幅が非常に多くの狭い周波数バンド（副搬送波）に分割され、データは副搬送波上で並行して送信される。各副搬送波では、占められた周波数バンドの異なる部分を用いる。複数の送信アンテナを有するＯＦＤＭシステムでは、副搬送波上で送信すべき信号は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）ブロック１０８の入力に供給される。ブロック１０７では、次に、サイクリック・プレフィックスが、ＩＦＦＴブロック１０８の出力に付加され、結果として生じる信号は次に、ブロック１０６においてパラレルからシリアルに変換される。図１のＭＩＭＯシステムでは、マルチ・ストリーム送信ビームフォーミングを用いている。それによって、１つのＯＦＤＭシンボル間隔（またはボー間隔）内で送出すべきデータが、Ｎ個の副搬送波によってＮｓシンボル・ストリームの行列に分割され、それによって、Ｎｓシンボルは、Ｎ個の副搬送波のそれぞれに送信されることになる。与えられた各副搬送波上で送信すべきＮｓシンボルは、最初にマルチ・ストリーム送信ビームフォーマ１０５に送られる。そこでＮｓシンボルは、重み付けおよび合計された後、複数のアンテナによってその副搬送波上で送信される。
【００１６】
図２に、副搬送波上で送信すべきＮｓ個のシンボルに対して重み付けし合計するマルチ・ストリーム送信ビームフォーマのブロック・ダイアグラムを示す。図２に示したように、ｋ番目の副搬送波（または周波数）上で送信すべきＮｓ≧１個のデータ・ストリームを、ｓ１（ｋ），ｓ２（ｋ），…，ｓＮｓ（ｋ）（１≦ｋ≦Ｎ）と示す。副搬送波ｋ上で複数の送信アンテナに渡って送信すべき重み付けされおよび合計された信号を、ｘ１（ｋ），ｘ２（ｋ），…，ｘＭｔｘ（ｋ）（１≦ｋ≦Ｎ）と示す。特に、各データ・ストリーム／アンテナの組み合わせは、それに付随する特定の重みを有する。ｋ番目の副搬送波に対して、このビームフォーミング・プロセスは、以下のように数学的に表わされる。
【００１７】
【数１】
2006522505.tif 000003
ここで、Ｘ＾（ｋ）＝［ｘ１（ｋ），ｘ２（ｋ），…，ｘＭｔｘ（ｋ）］Ｔ（Ｔは転置演算子）は、ＩＦＦＴのｋ番目の副搬送波入力に供給される信号のＭｔｘ×１のベクトルであり、Ｖ＾（ｋ）は、重み係数のＭｔｘ×Ｎｓの行列であり、Ｖ＾（ｋ）＝（ｖ＾１（ｋ），ｖ＾２（ｋ），…，ｖ＾Ｎｓ（ｋ））によって与えられる。ここで、Ｖ＾（ｋ）のｉ番目の列は、ｋ番目の副搬送波上のｉ番目のデータ・ストリームに対するＭｔｘ重み係数を含むＭｔｘ×１の列ベクトルｖ＾ｉ（ｋ）（すなわち、ｖ＾ｉ（ｋ）＝［ｖ１ｉ（ｋ），…，ｖＭｔｘｉ（ｋ）］Ｔ）によって示される。Ｎｓ×１のベクトルＳ＾（ｋ）は、Ｓ＾（ｋ）＝［ｓ１（ｋ），ｓ２（ｋ），…，ｓＮｓ（ｋ）］Ｔとして与えられる。なおシステムの時間依存性（すなわち、ＯＦＤＭ−シンボル間隔）は、簡単化のために省略した。
【００１８】
図３に、１つまたは複数の受信アンテナ３０４からなる受信器３００のブロック・ダイアグラムを示す。各受信アンテナ上で受信された信号は、最初に、ベース・バンドサンプル値信号ストリームに変換され（ベース・バンドへのこの変換は、図示しないが、当該技術分野において知られている）、次に、シリアルからパラレルへ変換される（３０６）。ブロック３０７では、サイクリック・プレフィックスが除去され、残りのサンプルは、ブロック３０８において、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって周波数ドメインに変換される。ｉ番目の受信アンテナの後ろにあるＦＦＴ３０８のｋ番目の副搬送波出力上の信号を、ｙｉ（ｋ）と示す（１≦ｉ≦Ｍｒｘおよび１≦ｋ≦Ｎ）。ここで、Ｍｒｘは受信アンテナ３０４の数であり、Ｎは副搬送波の数である。次に、ｋ番目の副搬送波（１≦ｋ≦Ｎ）上の信号が、Ｍｒｘ個の入力およびＮｓ個の出力を有するマルチ・ストリーム受信結合器３１０に供給される。ここで、Ｎｓ個の出力、ｚ１（ｋ），…，ｚＮｓ（ｋ）のそれぞれは、ｋ番目の副搬送波上のＮｓ送信データ・ストリームの１つを再生するためのものである。
【００１９】
図４に、各副搬送波ｋに対して用いるマルチ・ストリーム受信結合器３１０のブロック・ダイアグラムを示す。図４に示したように、マルチ・ストリーム受信結合器の各出力は、Ｍｒｘ個の受信アンテナから受信したＭｒｘ個の信号を重み付けし、合計することによって形成される。ｋ番目の副搬送波に対するｉ番目の受信アンテナのｊ番目のストリームに対する重み係数は、ｗｉｊ（ｋ）と示される。副搬送波ｋに対するマルチ・ストリーム結合器の出力は、１≦ｊ≦Ｎｓおよび１≦ｋ≦Ｎに対して、ｚｊ（ｋ）と示される。
【００２０】
数学的に、ｋ番目の副搬送波に対する受信器の動作は、以下のようになる。
【００２１】
【数２】
2006522505.tif 000004
ここで、Ｈは共役転置演算子であり、ｚ＾（ｋ）＝［ｚ１（ｋ），ｚ２（ｋ），…，ｚＮｓ（ｋ）］Ｔは、副搬送波ｋに対する結合器出力のＮｓ×１のベクトルであり、Ｙ＾（ｋ）＝［ｙ１（ｋ），ｙ２（ｋ），…，ｙＭｒｘ（ｋ）］Ｔは、副搬送波ｋ上で受信した信号のＭｒｘ×１のベクトルでり、Ｗ＾（ｋ）は、重み係数のＭｒｘ×Ｎｓの行列である。ここで、Ｗ＾（ｋ）＝［ｗ＾１（ｋ），ｗ＾２（ｋ），…，ｗ＾Ｎｓ（ｋ）］であり、Ｗ＾（ｋ）のｉ番目の列は、ｋ番目の副搬送波上のｉ番目のデータ・ストリームを受信するためのＭｒｘ個の重み係数を含むＭｒｘ×１の列ベクトルｗ＾ｉ（ｋ）によって示される（すなわち、ｗ＾ｉ（ｋ）＝［ｗ１ｉ（ｋ），…，ｗＭｒｘｉ（ｋ）］Ｔ）。受信された信号ベクトルＹ＾（ｋ）は、以下の式を満たす。
【００２２】
【数３】
2006522505.tif 000005
ここで、Ｈ＾（ｋ）は、副搬送波ｋに対するＭｒｘ×Ｍｔｘチャネル行列であり、Ｎ＾（ｋ）は、副搬送波ｋに対する受信器ノイズのＭＲ×１のベクトルであり、Ｘ＾（ｋ）は、副搬送波ｋに対するＭｔｘ×１の送信信号ベクトルである。この解析において、（３）における時間依存性は、簡単化のために省略した。
【００２３】
以下の説明では、Ｍｔｘ×Ｎｓ個の送信重み係数Ｖ＾（ｋ）およびＭｒｘ×Ｎｓ個の受信重み係数Ｗ＾（ｋ）を、前述の送信方式に対して、ＯＦＤＭシステムのダウンリンクで用いたときに、どのように計算できるかについて数学的な説明を行なう。本文では最初に、１つの送信ストリームの場合を扱う（Ｎｓ＝１）。これは、最大比送信（ＭＲＴ：Maximal Ratio Transmission）方式または送信適応性アレイ（ＴＸＡＡ：transmit adaptive array ）方式と言われる。その後で、複数のストリーム（ＮＳ＞１）の場合について説明する。
【００２４】
ＯＦＤＭダウンリンクに対する周波数ドメイン単一ストリームＭＲＴ／ＴＸＡＡ方式では、データ・シンボル・ストリームは、Ｘ＾（ｋ）＝Ｖ＾（ｋ）ｓ（ｋ）に従って各副搬送波上で「ビームフォーム」される。ここで、Ｖ＾（ｋ）は、ｋ番目の副搬送波に対するＭｔｘ×１のビームフォーミング・ベクトルであり、ｓ（ｋ）は、ｋ番目の副搬送波に対する単位平均パワーのデータ・シンボル（すなわち、ＰＳＫ／ＱＡＭ）である。このようなシステムでは、基地局における送信アレイには一般的に、送信アレイと受信アレイとの間のＭｒｘ×Ｍｔｘの行列チャネル応答Ｈ＾（ｋ）が分かっている必要がある。また加入者対基地フィード・バック技術を用いて、基地が、チャネル応答Ｈ＾（ｋ）を推測することを、あるいは他の場合には、Ｍｔｘ×１の送信重みベクトルＶ＾（ｋ）を直接推測することを助ける情報を、基地局に提供することができる。加入者対基地フィード・バック方式では、受信器（加入者）１０１は、ＯＦＤＭバンド幅に渡る行列チャネル応答を測定する。また加入者は、基地局（送信器１０２）に適切な組の情報を戻して、その情報により、基地局が、その周波数ドメイン送信ビームフォーミング重みを計算することができるようにすることを担う。
【００２５】
単一ストリーム・ストラテジの場合、副搬送波ｋ上の受信データは、以下によって与えられる。
【００２６】
【数４】
2006522505.tif 000006
線形の受信アレイ結合の場合、受信器は、各副搬送波に対して以下の信号を計算する。
【００２７】
【数５】
2006522505.tif 000007
送信重みベクトルおよび受信重みベクトルは、以下のように選択することができる。副搬送波ｋに対しては、Ｍｒｘ×Ｍｔｘのチャネル行列の特異値分解は、以下のようになる。
【００２８】
【数６】
2006522505.tif 000008
ここで、Ｕ＾Ｈ（ｋ）はＭｒｘ×Ｍｒｘのユニタリ行列であり、Ｚ＾Ｈ（ｋ）はＭｔｘ×Ｍｔｘのユニタリ行列であり、Ｓ＾Ｈ（ｋ）は、対角線（ＳＨ，１，…，ＳＨ，ｒＨ）によって与えられる左上のｒＨ×ｒＨ部分を除いてすべてゼロのＭｒｘ×Ｍｔｘの行列である。ここで、ｒＨは、Ｈ＾（ｋ）のランクである（ｒＨ≦ｍｉｎ（Ｍｔｘ，Ｍｒｘ））。受信アレイ出力のｋ番目の副搬送波に対するＳＮＲを最大にすることには、以下に従ってＭｔｘ×１の送信重みベクトルＶ＾（ｋ）を選択することが伴う。
【００２９】
【数７】
2006522505.tif 000009
ここで、Ｚ＾Ｈ１（ｋ）は、Ｚ＾Ｈ（ｋ）の第１の列である。次に、受信重みベクトルを、以下に従って選択する。
【００３０】
【数８】
2006522505.tif 000010
ここで、αは、信号対ノイズ比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio ）の受信後の結合に影響しないスカラー定数である。この定数は、受信重みベクトルに対してＭＭＳＥ解を与えるように選択することができ、結果は以下のようになる。
【００３１】
【数９】
2006522505.tif 000011
ここで、σ２は受信器ノイズ変動であり、σｓ２は、送信されたシンボル群（１であると仮定されている）におけるパワーである。前述した説明の意味は、送信および受信重みベクトルは、チャネル行列Ｈ＾（ｋ）における任意の副搬送波依存性の変化を追跡するように選択しなければいけない、ということである。
【００３２】
１つの受信アンテナを用いた場合（Ｈ＾（ｋ）は１×Ｍｔｘ）、ｋ番目の副搬送波上での最大のＳＮＲは、以下のように示すことができる。
【００３３】
【数１０】
2006522505.tif 000012
なお、２つの送信アンテナおよび１つの受信アンテナの場合、この量は（１２）の値の２倍である。その結果、この場合には、ＴＸＡＡは、アラモーチ（Alamouti）法の場合よりも３ｄＢだけ良好である。アラモーチ法は、当該技術分野において知られている（次の段落における参考文献を参照のこと）。一般的に、ＴＸＡＡに対するＳＮＲは、以下のようになる。
【００３４】
【数１１】
2006522505.tif 000013
ここで、λ１は、Ｈ＾Ｈ（ｋ）Ｈ＾（ｋ）の最大固有値である。
【００３５】
上述の送信方式と比較した場合、エス．エム．アラモーチ（S. M. Alamouti）によって説明される送信方式、「無線通信に対する簡単な送信ダイバーシティ技術（A simple transmit diversity technique for wireless communications ）」ＩＥＥＥジャーナル、通信における選り抜きの分野（IEEE Journal on Select Areas in Communications）、第１６巻、第１号（１９９８年１０月）は、２つの周波数ドメイン・シンボルを、２つのＯＦＤＭシンボル間隔および１つの副搬送波に渡ってアラモーチ・エンコーディングすることによって、ＯＦＤＭに容易に拡張される。静的なチャネル、単位パワーの送信シンボル、Ｍｔｘ＝２の送信アンテナ、およびＭｒｘ＝１の受信アンテナを仮定すると、アラモーチ方式の場合のｋ番目の副搬送波に対して予想されるＳＮＲは、以下によって与えられる。
【００３６】
【数１２】
2006522505.tif 000014
ここで、Ｈ＾（ｋ）は、副搬送波ｋに対するＭｒｘ×Ｍｔｘのチャネル行列である。なお、２つの送信アンテナおよび１つの受信アンテナの場合、この量は（１０）の値の半分となり、アラモーチはＴＸＡＡよりも３ｄＢだけ悪くなる。２つ以上の受信アンテナを用いた場合、ＳＮＲ表現は、以下のようになる。
【００３７】
【数１３】
2006522505.tif 000015
ここで、λ１およびλ２は、Ｈ＾Ｈ（ｋ）Ｈ＾（ｋ）の２つの固有値である。
【００３８】
なお、２×ＭｒｘのＴＸＡＡ方式を伴う副搬送波当たりのＳＮＲは、Ｈ＾Ｈ（ｋ）Ｈ＾（ｋ）の最大固有値に比例しているが、一方、（１３）から、２×Ｍｒｘのアラモーチを伴うＳＮＲは、Ｈ＾Ｈ（ｋ）Ｈ＾（ｋ）の２つの固有値の平均値に比例している。その結果、送信器および受信器の両方における完全なチャネル知識を有する２×Ｍｒｘ構成では、アラモーチ方式のＳＮＲは、ＴＸＡＡよりも０〜３ｄＢだけ悪い。実際の差異は、Ｈ＾Ｈ（ｋ）Ｈ＾（ｋ）の固有値によって決定される。
【００３９】
マルチ・ストリームの場合（すなわち、Ｎｓ＞１）（その他の場合には、ＭＩＭＯまたは空間マルチプレキシング・ストラテジとして知られている）には、（１）、（２）、および（３）の関係によって、送信データと受信データとの間の関係が規定される。受信重み行列に対するＭＭＳＥ解は、以下の式により、任意のＭｔｘ×Ｎｓの送信重み行列Ｖ＾（ｋ）の項において見出すことができる。
【００４０】
【数１４】
2006522505.tif 000016
ここで、Ｒ＾ｓは、送信されたストリームの共分散行列であり（Ｒ＾ｓ＝Ｅ［Ｓ＾（ｋ）Ｓ＾Ｈ（ｋ）］）、これは、独立したストリームの場合には、ストリームのパワーが対角線に沿って配置された対角行列である。送信および受信重みを選択する１つの方法は、以下の通りである。
【００４１】
（６）の関係を用いて、Ｍｔｘ×Ｎｓの送信重み行列Ｖ＾（ｋ）を、右側の非正則行列Ｚ＾Ｈ（ｋ）に等しくなるように選択することができる。そして、受信重み行列を、Ｕ＾Ｈ（ｋ）Ｓ＾Ｈ−１（ｋ）に等しくなるように選択することができる。この場合、マルチ・ストリーム受信結合器出力ベクトルＺ＾（ｋ）は、Ｚ＾（ｋ）＝Ｓ＾（ｋ）＋Ｓ＾Ｈ−１（ｋ）Ｕ＾Ｈ（ｋ）Ｎ＾（ｋ）によって与えられる。その結果、チャネルは、送信アレイへの入力と受信アレイへの入力との間のパラレル非干渉空間チャネルに効果的に「対角化」されており、またマルチ・ストリーム受信器結合器出力ベクトルは、Ｎｓ×１の送信マルチ・ストリーム・シンボル・ベクトルＳ＾（ｋ）にノイズを加えたものに等しい。チャネルを対角化するこの基本的な考え方についての他の変形を、たとえば全てのストリームの出力の平均２乗誤差を等しくさせるようにデザインされる他の変形以外に、実施することができる。
【００４２】
前述した解析で示したように、送信および受信重み行列は、副搬送波ｋに渡るチャネル行列Ｈ＾（ｋ）の瞬時値に依存している（ここで、Ｈ＾（ｋ）の時間依存性は、簡単化のために解析から省いていた）。前述したように、送信器適応性重み制御器１０３は、受信器１０１から送り返される情報に基づいて、各副搬送波ｋに対するＭｔｘ×Ｎｓの重み行列Ｖ＾（ｋ）を計算してもよい。通常、この送り返される情報は、送信重み行列もしくは可能な重み行列のコードブックへのインデックス、または同様の技術に基づく他の情報から構成される。
【００４３】
前述したように、チャネル応答の完全な追跡を可能にするフィードバック・メカニズムは、受信器１０１からの禁止レベルのフィード・バックを必要とする場合がある。この問題に対処するために、本発明の好ましい実施形態においては、複数の副搬送波ｋ＝１，２，…，Ｎを、ブロックに分割する。ここで、各ブロックに付随するマルチ・ストリーム送信ビームフォーミング・プロセスでは、ブロック内のあらゆる副搬送波に対して、同じＭｔｘ×Ｎｓの重み行列Ｖ＾ｃを用いることが意図されている。受信器１０１からフィード・バックされる情報には、Ｎ個すべての副搬送波に対する情報ではなくて、副搬送波の各ブロックに対する情報が含まれている。そのため、送信器１０２にフィード・バックすべきデータの量を極めて最小限にすることができる。たとえば、Ｎ個の副搬送波を含む従来技術のシステムでは、各副搬送波／アンテナの組み合わせに対して適切な重みが使用できるように、フィード・バックすべきＮ個すべての副搬送波に対して送信重み行列が必要である。Ｎ個のＯＦＤＭ副搬送波のそれぞれに対して異なるＭｔｘ×Ｎｓの重み行列Ｖ＾（ｋ）をフィード・バックしなければならないことを回避するために、周波数ドメインは、それぞれＫ個の副搬送波からなる多くのブロックに分割される。Ｋ個の副搬送波からなる各ブロックに対して、送信アレイには、ブロックのそれらＫ個の副搬送波に渡って使用するために、１つのＭｔｘ×Ｎｓの送信重み行列Ｖ＾ｃのみが設けられている。フィードバック・チャネルを用いるときには、受信器１０１は、各ブロックに対して１つのＭｔｘ×Ｎｓの送信重み行列のみをフィード・バックするため、フィード・バックの量が大きく低減される。
【００４４】
前述の説明では、副搬送波を副搬送波ブロックにパーティショニングして、送信器１０２にフィード・バックされる情報を大きく減らすことについて詳述した。以下の説明では、副搬送波上で１つのデータ・ストリームのみが送信される（すなわちＮｓ＝１の）周波数選択性チャネル内のＯＦＤＭ副搬送波のブロックに渡って適用すべき単一のＭｔｘ×Ｎｓの送信重み行列（またはベクトル（ＮＳ＝１のとき））を計算する方法について詳述する。その後で、マルチ・ストリームの場合（Ｎｓ＞１）への拡張について説明する。
【００４５】
送信共分散行列に基づく周波数ドメイン固有ビームフォーミング
前述したように、あらゆるＯＦＤＭ副搬送波ｋに対して異なるＶ＾（ｋ）をフィード・バックしなければならないことは、回避することが望ましい。本発明の好ましい実施形態においては、周波数ドメインを、それぞれＫ個の副搬送波からなる多くのブロック（Ｂ個のブロック）に分割する（ここで、Ｂ個のブロックが周波数ドメイン内でオーバーラップしていないならば、Ｂ＝Ｎ／Ｋである。なお他のオーバーラップするブロック割り当ても可能である）。Ｋ個の副搬送波からなる各ブロックに対して、送信アレイには、それらＫ個の副搬送波に渡って用いるために、１つのＭｔｘ×１（すなわちＮｓ＝１）の送信重みベクトルのみが設けられている。したがって当面の問題は、与えられたブロックのＫ個の副搬送波に渡って適用すべき送信重みベクトルを、どの程度最良に計算するか、ということである。この場合、与えられたブロックのｋ＝１，…，Ｋに対する受信アレイにおいて受信されるデータは、以下の通りである。
【００４６】
【数１５】
2006522505.tif 000017
ここで、Ｖ＾ｃは、ブロックの副搬送波１〜Ｋにおいて適用されるＭｔｘ×１の送信重みベクトルである。簡単な方法は、送信重みベクトルが副搬送波ブロックのすべての副搬送波に渡って適用される副搬送波のブロックの中間点におけるチャネル行列に基づいて、送信重みベクトルを計算することである。しかし、本発明の好ましい実施形態においては、送信重みベクトルは、送信重みベクトルに対する単位パワーの制約を受けるＫ個の副搬送波のサブ・ブロックに渡って平均化されるノイズのない受信信号パワーを最大にするように選択される。以下の量を最大にするＶ＾ｃを選択することが目標となる。
【００４７】
【数１６】
2006522505.tif 000018
ここで、Ｙ＾（ｋ）は受信信号であり、Ｅは期待値演算子（信号およびノイズに対する期待値）であり、Ｋは特定の副搬送波ブロック内の副搬送波の数である。期待値は、（１５）におけるＹ＾（ｋ）に対する表現における信号項に対するものであることに注意されたい。（１５）を（１６）に代入して、以下のように期待値の結果を得る。
【００４８】
【数１７】
2006522505.tif 000019
（１７）の表現を最大にする単位ノルムＶ＾ｃを選択することには、Ｍｔｘ×１の送信重みベクトルＶ＾ｃを、制約Ｖ＾ｃＨＶ＾ｃ＝１の下、以下の量の最大固有値に対応する固有ベクトルとして選択することが伴う。
【００４９】
【数１８】
2006522505.tif 000020
Ｍｔｘ×Ｍｔｘの行列Ｒ＾ＨＫは、本質的に、Ｋ個の副搬送波のバンド幅上で平均化される送信チャネル共分散行列であるものの推定値である。なお受信器ノイズ電力は、Ｖ＾ｃに対するこの解の一部とはならないが、この解によって、周波数ブロックに渡って平均化されるＳＮＲの受信後の結合も最大になる。次に受信重みベクトルを、（１４）に従って選択することができる（ただし、特定の副搬送波ブロック内のすべてのｋに対して、Ｖ＾（ｋ）をＶ＾ｃに置換した後で）。受信器には、周波数ブロックの各副搬送波上における、チャネル行列Ｈ＾（ｋ）および送信重みベクトル（または同様な意味合いで、それらの積Ｈ＾（ｋ）Ｖ＾ｃ、またはより一般的にＨ＾（ｋ）Ｖ＾（ｋ）の値）の推定値を与えなければならない。
【００５０】
またこの固有ビームフォーミング・アプローチを、マルチ・ストリーム（ＭＩＭＯ）ストラテジに拡張することが、Ｎｓ個の送信重みベクトル（Ｍｔｘ×Ｎｓの重み行列Ｖ＾ｃによって示される）を、チャネルの送信器共分散行列（たとえば（１８））のＮｓ個の最大固有値に対応するＮｓ個の固有ベクトルとして選択することによって、可能となる。より一般的には、Ｎｓ個の送信重みベクトルを、チャネルの送信器共分散行列（たとえば（１８））のＮｓ個の最大固有値に対応するＮｓ個の固有ベクトルの関数として選択することができる。ここで関数は、線形変換または何らかの他の適切な変換とすることができる。次に、受信重み行列を、（１４）に従って選択することができる。受信器には最終的に、周波数ブロックの各副搬送波上における、チャネル行列Ｈ＾（ｋ）および送信重み行列Ｖ＾（ｋ）（または同様な意味合いで、それらの積Ｈ＾（ｋ）Ｖ＾ｃまたはより一般的にはＨ＾（ｋ）Ｖ＾（ｋ）の値）の推定値を与えなければならない。（１８）の送信共分散行列の推定値に基づく他の送信ストラテジも、用いることができる。
【００５１】
図３は、本発明の好ましい実施形態による図１の受信器１０１のブロック・ダイアグラムである。前述したように、受信器１０１は、Ｍｒｘ個のアンテナが受信したＮ個の副搬送波のそれぞれに適用される受信重みベクトルＷ＾（ｋ）＝（ｗ＾１（ｋ），ｗ＾２（ｋ），…，ｗ＾Ｍｒｘ（ｋ））によって動作する。パイロット・トレーニング・シーケンスの間、適応性重み制御器３０３は、Ｎ個すべての副搬送波Ｙ＾（ｋ＝１），Ｙ＾（ｋ＝２），…，Ｙ＾（ｋ＝Ｎ）の無線送信を受信する。前述したように、各副搬送波ｋに対して、Ｙ＾（ｋ）＝Ｈ＾（ｋ）Ｘ＾（ｋ）＋Ｎ＾（ｋ）である。パイロット・シーケンスは先見的に分かるため、Ｘ＾（ｋ）も分かる。適応性重み制御器３０３は、Ｙ＾（ｋ）およびＸ＾（ｋ）の両方が分かれば、各副搬送波ｋに対してＨ＾（ｋ）を計算する。各副搬送波に対するＨ＾（ｋ）が分かれば、適応性重み制御器３０３は次に、Ｋ個の副搬送波の各ブロックに対する送信共分散行列Ｒ＾ＨＫ（式（１８））を計算する。Ｎ個の副搬送波を、それぞれＫ個の副搬送波を含む複数のブロックに分割することを実施することは、送信器１０２および受信器１０１の両方に分かっている。次に、受信器１０１は、副搬送波ブロックのそれぞれに対するＶ＾ｃの値を、制約Ｖ＾ｃＨＶ＾ｃ＝１の下、以下の量の最大固有値に対応する固有ベクトルとして選択する。
【００５２】
【数１９】
2006522505.tif 000021
Ｍｔｘ×Ｍｔｘの行列Ｒ＾ＨＫは、本質的に、Ｋ個の副搬送波のバンド幅上で平均化される送信チャネル共分散行列であるものの推定値である。なお受信器ノイズ電力は、Ｖ＾ｃに対するこの解の一部とはならないが、この解によって、周波数ブロックに渡って平均化されるＳＮＲの受信後の結合も最大になる。
【００５３】
図５に、フィードバック・モードの動作における本発明の動作を例示するフロー・チャートを示す。このモードでは、送信器１０２は、基地局であり、受信器１０１は、加入者機器またはモバイル機器である（プロセスは、送信器が加入者機器であって受信器が基地局の場合にも適用される）。
【００５４】
プロセスはブロック５０４から始まる。ここでは、基地局が、パイロット信号を、すべての送信アンテナから加入者機器に送信する。ブロック５０６では、加入者は、パイロット信号（チャネルによって壊されている）を受信し、また加入者は、送信されたパイロット信号の先見的な知識を用いて、すべての副搬送波ｋに渡るＭｒｘ×Ｍｔｘのチャネル行列Ｈ＾（ｋ）の行列周波数応答を推定する（他のチャネル推定値技術も可能であり、パイロット信号の使用を伴わない技術であっても可能である）。ブロック５０８では、加入者は、複数の副搬送波ブロックのそれぞれに対して、Ｍｔｘ×Ｍｔｘのダウンリンク空間共分散行列Ｒ＾ＨＫを計算する（各ブロックは、Ｋ個の副搬送波を有し、各副搬送波ブロックに対して１つのＲ＾ＨＫが計算される）。ブロック５１０では、加入者が、各副搬送波ブロックに対する各ダウンリンク空間共分散行列の固有分解を計算して、各副搬送波ブロックに対するＮｓ個の送信重みベクトルの組を生成する。ブロック５１２では、加入者は、Ｂ×Ｎｓ個のＭｔｘ×１の重みベクトルの組（Ｍｔｘ個の送信アンテナを有するＢ個の副搬送波ブロックのそれぞれに対してＮｓ個の重みベクトル）を、フィードバック・チャネル上で基地局に返信する。これらの重みベクトルは、フィードバック・チャネルに渡る送信に対してエンコードされる。エンコードは、その基地局が、各副搬送波ブロック上に適用される実際のＮｓ個の重みベクトルを決定できるように行なわれる。ブロック５１４では、基地局が、フィード・バック送信をデコードし処理する。その結果、加入者が基地局に伝えた各副搬送波ブロックに対するＮｓ個の重みベクトルが得られる。本発明の一実施形態においては、各周波数副搬送波ブロックにおいて、基地は、副搬送波ブロックに対するＮｓ個の重みベクトルを、副搬送波ブロック内のすべての副搬送波に、単純に適用する（フロー・チャートのブロック５１６に示す）。他の実施形態においては、ブロック５１４における基地局は、これらのＢ×Ｎｓ個の重みベクトルをさらに処理する。この処理は、すべての副搬送波に渡って重みベクトルを補間して、利用可能な周波数バンド（副搬送波ブロック当たり１つだけではない）に渡るＮ個の副搬送波のそれぞれに対してＮ×Ｎｓ個の送信重みベクトルを生成することによって行なう。どちらの実施形態の場合も、ブロック５１６において、基地局は、計算された送信重みベクトルに基づいてＮ個の副搬送波のそれぞれ上でＮｓ個のデータ・ストリームを送信する（Ｎ個の副搬送波に渡って副搬送波当たりＮｓ個のデータ・ストリーム）。
【００５５】
代替的なモードの動作では、ブロック５０８が、Ｂ個のブロックのそれぞれに対するダウンリンク空間共分散行列を、前述したものとわずかに異なる仕方で計算する。副搬送波ブロック内の副搬送波の１つ（たとえば副搬送波ｋ）（好ましくはブロックの中央部の副搬送波）におけるチャネル応答、またはブロック上で平均したチャネルの平均値を用いて、ダウンリンク空間共分散行列を計算して、Ｒ＾ＨＫ＝Ｈ＾（ｋ）ＨＨ＾（ｋ）が求まり（より多くの計算を伴う（１８）にはよらない）、およびこの空間共分散行列の固有分解をブロック５１０で計算して、副搬送波ブロックに対するＮｓ個の重みベクトルを生成する。ブロック５１２では、Ｂ×Ｎｓ個の重みベクトルを、前述したようにエンコードされた形態で基地局にフィード・バックする。ブロック５１４では、フィード・バック情報が基地局によってデコードされて、Ｂ×Ｎｓ個の重みベクトルが生成される。前述したように、次に基地は、任意に、これらのＢ×Ｎｓ個の重みベクトルを補間して、利用可能な周波数バンド（副搬送波ブロック当たり１つだけではない）に渡るＮ個の副搬送波のそれぞれに対するＮ×Ｎｓ個の補間された送信重みベクトルを生成する。他の実施形態においては、加入者は、ブロックの中央部の副搬送波におけるチャネル（または代替的にブロック上の平均チャネル）だけを、基地局にフィード・バックする（ブロック５１２）。次に基地局は、固有分解Ｒ＾ＨＫ＝Ｈ＾（ｋ）ＨＨ＾（ｋ）を計算して、送信重みベクトルを決定する（ブロック５１４）。この実施形態においては、基地が重みベクトルを計算するため、加入者における計算の複雑さが低減される（したがってバッテリ・パワーが節約される）。
【００５６】
図６に、フィードバック・チャネルが利用できないか、あるいは単に用いられていない動作モードにおける本発明の動作を例示するフロー・チャートを示す。図６では、送信器１０２は基地局であり、受信器１０１は加入者機器またはモバイル機器であるが、プロセスは、送信器が加入者機器であって受信器が基地局の場合にも適用される。プロセスは、ブロック６０４から始まる。ここでは、基地局が、加入者からパイロット信号（チャネルによって壊されている）を受け取る。またプロセスは、ブロック６０６において、受け取ったパイロット信号に基づいて、アップリンク（加入者対基地）行列チャネル応答を計算する（他のチャネル推定技術も可能であり、パイロット・シンボルを必要としない技術であっても可能である）。次に基地局は、加入者対基地チャネル応答から、基地局から加入者機器へのチャネル・ゲインを決定する（相反性仮定、または送信および受信ハードウェアの知識に基づく他の同様の仮定を介して）。この決定によって、各副搬送波ｋに対するＭｔｘ×Ｍｔｘのチャネル行列Ｈ＾（ｋ）（基地局と加入者との間）の推定値が生成される。次にブロック６０８において、基地局は、複数の副搬送波ブロックのそれぞれに対して式（１８）に従って、送信空間共分散行列を計算する。各副搬送波ブロックには、Ｋ個の副搬送波が含まれる（異なる空間共分散行列は一般に、副搬送波ブロック内の副搬送波ｋに対するチャネル行列Ｈ＾（ｋ）の値に依存して、異なる副搬送波ブロックに対して計算される）。次にブロック６１０において、基地局は、ブロック６０８で計算されたＢ個の空間共分散行列のそれぞれに対して固有分解を計算して、Ｂ×Ｎｓ個の送信重みベクトル（Ｂ個の副搬送波ブロックのそれぞれに対してＮｓ個の送信重みベクトル）を生成する。ブロック６１２では、各副搬送波ブロックに対して、基地局が、副搬送波ブロック内の各副搬送波に対して実際の送信重みベクトルを計算して、そのブロックに対するＮｓ個の送信重みベクトルが求まる。これは、ブロック６１０における固有分解から計算される。（言い換えれば、Ｎｓ個の送信重みベクトルは、副搬送波ブロックの副搬送波に渡って固定されている）。他の実施形態（図５で説明したものと同様である）においては、ブロック６１０における固有分解から生成されるＮｓ個の送信重みベクトルを次に、バンドのすべての副搬送波に渡って補間して、利用可能な周波数バンド（副搬送波ブロック当たり１つだけではない）に渡るＮ個の副搬送波のそれぞれに対して、Ｎ×Ｎｓ個の補間された送信重みベクトルを生成する。
【００５７】
代替的なモードの動作では、ブロック６１０が、Ｂ個のブロックのそれぞれに対するダウンリンク空間共分散行列を、前述したものとわずかに異なる仕方で計算する。副搬送波ブロック内の副搬送波の１つ（たとえば副搬送波ｋ）（好ましくはブロックの中央部の副搬送波）におけるチャネル応答、またはブロック内のすべての副搬送波上で平均したチャネルの平均値を用いて、ダウンリンク空間共分散行列を計算して、Ｒ＾ＨＫ＝Ｈ＾（ｋ）ＨＨ＾（ｋ）が求まり（より多くの計算を伴う（１８）にはよらない）、およびこの空間共分散行列の固有分解を、ブロック５１０で計算して、副搬送波ブロックに対するＮｓ個の重みベクトルを生成する。次に、Ｂ個のブロックのそれぞれに対するこれらのＮｓ個の重みベクトルを、バンド幅に渡って補間して、利用可能な周波数バンド（副搬送波ブロック当たり１つだけではない）に渡るＮ個の副搬送波のそれぞれに対するＮ×Ｎｓ個の送信重みベクトルを生成する。
【００５８】
本発明を、特に、特定の実施形態を参照して図示しおよび説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において、形態および詳細における種々の変化を行なってもよいことが、当業者によって理解される。たとえば、前述の説明では、副搬送波の各ブロックに同じ数の副搬送波ｋが含まれた場合について、詳しく述べた。代替的な実施形態においては、副搬送波の各ブロックは、Ｋｂ（ｂ＝１，…，Ｂ、ここでＢは副搬送波ブロックの総数）と指定される異なる数の副搬送波を含むことができる。なお、Ｋｂ≧１であり、また少なくとも１つのＫｂは厳密に１よりも大きい。さらに、前述の説明では、各副搬送波ブロックに異なる副搬送波が含まれている場合（すなわち、非オーバーラッピング副搬送波ブロック）について詳述した。代替的な実施形態においては、副搬送波のブロックは、互いに部分的にオーバーラップしていてもよい。このような変形は添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【００５９】
尚、国際出願の英文明細書中にＪＩＳコードで表記できない箇所があったため、この翻訳文では代替表記を使用した。具体的には、ベクトル又は行列を表すＸ＾（ｋ），Ｙ＾（ｋ），Ｖ＾（ｋ）等の文字は、国際出願の明細書では、
【００６０】
【数２０】
2006522505.tif 000022
のようにボールド体で表現されていたが、便宜上、翻訳文では＾を付けて表現した。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】適応性フィード・バックおよびマルチ・キャリア送信ビームフォーミングを用いる通信システムのブロック・ダイアグラム。
【図２】図１の通信システムにおいて用いるマルチ・ストリーム送信ビームフォーマのブロック・ダイアグラム。
【図３】本発明の好ましい実施形態による図１の受信器のブロック・ダイアグラム。
【図４】図３の受信器において用いるマルチ・ストリーム受信結合器のブロック・ダイアグラム。
【図５】フィードバック・モードにおいて動作するときの本発明の好ましい実施形態による図１の通信システムの動作を示すフロー・チャート。
【図６】本発明の好ましい実施形態による図１の通信システムの動作を示すフロー・チャート。
【図１】
2006522505.tif 000027
【図２】
2006522505.tif 000028
【図３】
2006522505.tif 000029
【図４】
2006522505.tif 000030
【図５】
2006522505.tif 000031
【図６】
2006522505.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月18日(2005.2.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチ・アンテナ送信を円滑に行うための方法であって、
送信器から送信された複数の副搬送波を受信器において受信するステップと、
前記複数の副搬送波を複数の副搬送波ブロックにグループ分けするステップであって、該複数の副搬送波ブロックのそれぞれは複数個であるＫ個の副搬送波を備える、ステップと、
前記複数の副搬送波ブロックのそれぞれに対して、単一の重み行列Ｖ＾ｃを計算するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記複数の副搬送波ブロックに対する重み行列を前記送信器に送信するステップを備える方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記Ｖ＾ｃを計算するステップは、以下の量、
【数１】
2006522505.tif 000033
（ここで、Ｙ＾（ｋ）＝Ｈ＾（ｋ）Ｖ＾ｃｓ（ｋ）＋Ｎ＾（ｋ）であり、Ｈ＾（ｋ）は、前記送信器と前記受信器との間の行列チャネル応答であり、Ｎ＾（ｋ）は受信ノイズであり、Ｅは期待値演算子である）を最大にするようにＶ＾ｃを選択するステップを備える、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
前記Ｖ＾ｃを計算するステップは、以下の量、
【数２】
2006522505.tif 000034
（ここで、Ｈ＾（ｋ）は前記送信器と前記受信器との間の行列チャネル応答であり、Ｙ＾（ｋ）＝Ｈ＾（ｋ）Ｖ＾ｃＳ＾（ｋ）＋Ｎ＾（ｋ）である）の固有ベクトルの関数となるようにＶ＾ｃを選択するステップを備える方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法において、
前記重み行列を前記送信器に送信するステップは、前記重み行列を前記送信器に送信して、前記送信器が、前記副搬送波ブロック内のすべての副搬送波を、前記重み行列を用いて重み付けするようにするステップを備える、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記送信器が前記重み行列を受信するステップと、
前記副搬送波ブロック内のすべての副搬送波を、前記重み行列を用いて重み付けするステップと、
を備える方法。
【請求項７】
装置であって、
複数の副搬送波を入力とし、複数の重み行列Ｖ＾ｃを出力する適応性重み制御器であって、複数個であるＫ個の副搬送波を備える副搬送波ブロックに対して、単一の重み行列が計算される、適応性重み制御器と、
前記副搬送波ブロックのそれぞれに対する前記単一の重み行列に基づいて形成されたマルチ・アンテナ信号を送信するように構成された送信機と、
を備える装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、
前記適応性重み制御器は、以下の量、
【数３】
2006522505.tif 000035
（ここで、Ｙ＾（ｋ）＝Ｈ＾（ｋ）Ｖ＾ｃｓ（ｋ）＋Ｎ＾（ｋ）であり、Ｈ＾（ｋ）は、送信器と受信器との間の行列チャネル応答であり、Ｎ＾（ｋ）は受信ノイズであり、Ｅは期待値演算子である）を最大にするようにＶ＾ｃを選択する、装置。
【請求項９】
請求項７に記載の装置において、
前記適応性重み制御器は、Ｖ＾ｃが、以下の量、
【数４】
2006522505.tif 000036
（ここで、Ｈ＾（ｋ）は送信器と受信器との間の行列チャネル応答である）の最大固有値に対応する固有ベクトルとなるようにＶ＾ｃを選択する、装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の装置において、
前記複数の副搬送波のそれぞれは、異なる周波数で送信される、装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、
前記単一の重み行列Ｖ＾ｃは、前記副搬送波ブロック上での前記送信機と前記受信機との間の行列チャネル応答に基づいて計算される、方法。
【国際調査報告】
2006522505.tif 000037