(57)【要約】無線局は様々な伝搬モデルを含む。無線信号は第１の無線局から第２の無線局に送信され、受信信号は複数のモデルに当てはめられる。あるいは、受信信号の相関がモデルに当てはめられる。受信信号は、最良適合モデルと、対応する伝搬効果とに基づいて処理される。ある場合には、伝搬効果を補正するためのモデルを使用することができる。別の場合には、ビーム・ステアリングなど他の技法を使用することができる。
2006523397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
様々な伝送環境に対応する複数の所定伝搬モデルを提供すること、
第１の無線局から送信された１つまたは複数の受信信号を受信すること、
前記１つまたは複数の受信信号のうちの少なくとも１つ、あるいは前記１つまたは複数の受信信号の相関関数を前記複数の所定伝搬モデルに当てはめ、最良適合を示す前記伝搬モデルを識別すること、および
前記識別された伝搬モデルに基づいて前記１つまたは複数の信号を処理することを含む多入力多出力無線信号受信方法。
【請求項２】
信号を受信する前記ステップが、前記第１の無線局からの第１の信号を受信することを含み、
少なくとも１つの受信信号を当てはめる前記ステップが、前記第１の信号を当てはめることを含み、
前記第１の無線局からのさらなる１つまたは複数の信号を受信すること、ならびに前記識別されたモデルに基づいて前記さらなる１つまたは複数の信号を処理することをさらに含む、請求項１に記載の多入力多出力無線信号受信方法。
【請求項３】
前記所定伝搬モデルに対応する信号受信改善方法を提供することをさらに含み、前記１つまたは複数の信号を処理する前記ステップが、最良適合伝搬モデルに対応する１つまたは複数の信号受信改善方法を実施することを含む、請求項１および請求項２の何れかに記載の方法。
【請求項４】
前記信号を当てはめる前記ステップが、
それぞれが少なくとも１つのパラメータを有し、それぞれが別の伝搬モデルに対応する受信信号の時間に対する複数の異なる関数を提供すること、ならびに
前記受信信号を前記複数の関数のそれぞれに当てはめて、前記受信信号への最良適合および前記少なくとも１つの対応する最良適合パラメータを示す前記関数を得ることを含む請求項１ないし請求項３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
前記各モデルが、
次式で表される散漫散乱モデルと、
【数１】
2006523397.tif 000009
（式におけるγ（ｔ）は送信後の時間ｔの関数としての前記受信信号であり、α、Ｂおよびτ０は適合パラメータである）
次式の鏡面反射モデルと、を含む、請求項４に記載の方法。
【数２】
2006523397.tif 000010
（式におけるα０、α１、τ０およびτ１は適合パラメータである）
【請求項６】
前記散漫散乱モデルが最良適合を示す場合に、前記対応する信号伝送改善方法が、次式の形であると想定される前記散漫散乱を補正することによってマルチパスを補正することを含み、
【数３】
2006523397.tif 000011
前記パラメータα、Ｂおよびτ０は前記適合ステップで決定される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記鏡面反射モデルが最良適合を示す場合に、前記信号伝送改善方法がビーム・ステアリングを含む、請求項５および請求項６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
前記第１の信号が既知の形式であり、前記第１の受信信号を当てはめる前記ステップが前記受信信号と前記既知の形式の前記相関を遅延の関数として計算すること、ならびに前記相関を遅延の関数として前記複数の異なるモデルに当てはめることを含む、請求項１、２および請求項３の何れかに記載の方法。
【請求項９】
前記１つまたは複数の信号が測距用信号である、請求項１ないし請求項８の何れかに記載の方法。
【請求項１０】
前記識別されたモデルに基づいて、電力消費を減らすこと、データ・レートを上げること、および／または等化プロセッサ速度を上げることをさらに含む、請求項１ないし９の何れかに記載の方法。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０の何れかに記載の方法を実行するよう無線局を動作させるためのコンピュータプログラム。
【請求項１２】
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナを介して信号を送信および受信する送受信機と、
前記無線局を制御するプロセッサと、
様々な伝送環境に対応する複数の所定伝搬モデルおよび対応する信号受信改善方法を含めたコードならびにデータを記憶するための少なくとも１つのメモリと、を含む無線局であって、
別の無線局からの信号を受信し、
前記受信信号を、前記複数の所定伝搬モデルに当てはめ、前記受信信号への最良適合を示す前記伝搬モデルを識別し、
前記１つまたはさらなる複数の受信信号を最良適合伝搬モデルおよび前記対応する信号受信改善方法に基づいて処理するように構成された無線局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線の多入力多出力（ＭＩＭＯ―Multi-Input Multi-Output―）の通信と測位とに関し、詳細には受信方法、無線局および局所伝搬効果に対処するコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムは複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを備える。複数のアンテナを使用することによって複数の伝送チャネルを使用することができるようになり、それにより性能と伝送能力とを改善することができる。
【０００３】
ＭＩＭＯ通信システムとＭＩＭＯ測位システムとの機能は環境における伝搬効果に大いに依存する。
【０００４】
送信機と受信機との間を進む複数の信号は、直接のライン・オブ・サイト（以下、ＬＯＳ：line of sight―照準線―）経路をとる必要はなく、それぞれわずかに異なる時刻に到達するいくつかの経路のうちのどれでもとることができる。したがって、受信信号は直接のＬＯＳ信号と複数の経路で受信された各信号との合計になる。これらの信号の統計的な特徴は複雑である。
【０００５】
ポウラ［Paulraj］等の米国特許出願公開第２００２／００２７９５７号Ａ１明細書では、第１と第２との送信機から送信し、両方の信号が受信可能範囲［coverage area―カバレージ・エリア］内の特定の点において同期して［coherently］受信されるように一方の送信機からの信号の送信を遅らせる技法を記載している。これによりある地点での干渉効果を減らすことができるが、受信機の場所が知られていないシステムではほとんど使用できない。
【０００６】
別の文献、ウォルトン［Walton］等の米国特許出願公開第２００２／０１７７４４７号Ａ１明細書は、ＭＩＭＯシステムを説明するものであり、最小平均２乗推定法則（ＭＭＳＥ―Minimum Mean Square Estimator―）およびその他を含む様々な時空間処理方法に言及している。この技法はマルチパス軽減のために従来の単一チャネル・システムで使用されている。ＭＭＳＥは、雑音が存在する中で適度に頑強であるという、代替技法に勝る利点を有する。この技法の不利な点は、パラメータを評価するのに多くの繰返しを必要とするので計算処理が多くなることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ＭＩＭＯの通信および／または測位の改善された方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、多入力多出力の無線信号受信方法が提供され、これは
様々な伝送環境に対応する複数の所定伝搬モデルを提供すること、
第１の無線局から送信された１つまたは複数の受信信号を受信すること、
１つまたは複数の受信信号のうちの少なくとも１つ、あるいは１つまたは複数の受信信号の相関関数を複数の所定伝搬モデルに当てはめ、最良適合を示す伝搬モデルを識別すること、ならびに
識別された伝搬モデルに基づいて１つまたは複数の信号を処理することを含む。
【０００９】
好ましい構成では、この方法は、所定伝搬モデルに対応する信号受信改善方法を提供すること、ならびに最良適合する伝搬モデルに対応する１つまたは複数の信号受信改善方法を実施している間に第１の無線局からの信号を受信することを含む。
【００１０】
どんな信号最適化方法でも、それ１つでＭＩＭＯ装置にすべての環境で適する方法はないことを本発明者は理解している。したがって、本発明では、処理方法は異なる環境に適合するように「通信中に［on the fly］」調整される。
【００１１】
これにより、最小電力を使用して信号を送信することが可能になり、特にこの方法では超広帯域（ＵＷＢ―UltraWideBand―）法だけの場合よりも著しく少ない電力を使用することが期待される。
【００１２】
「無線［radio］」という用語は、電磁スペクトラムのどんな具体的な周波数帯に制限することも意図されていない。
【００１３】
複数の実施形態では、信号を受信するステップが第１の無線局からの第１の信号を受信することを含み、少なくとも１つの受信信号を当てはめるステップが第１の信号を当てはめることを含み、この方法はさらに第１の無線局からのさらなる１つまたは複数の信号を受信すること、ならびに識別されたモデルに基づいてさらなる１つまたは複数の信号を処理することを含む。
【００１４】
好ましい一実施形態では、信号を当てはめる方法は、様々な伝搬モデルに対応し、各々が少なくとも１つのパラメータを有する、受信電力の時間に対する複数の異なる関数を提供すること、ならびに受信信号を複数の関数の各々に当てはめて受信信号への最良適合および少なくとも１つの対応する最良適合パラメータを示す関数を得ることを含む。
【００１５】
その代わりにまたはそれに加えて、識別されたモデルに基づいて、電力消費を減らし、データ・レートを上げ、および／または等化プロセッサ速度を上げるために、識別されたモデルを使用してもよい。
【００１６】
これらのモデルには、受信信号が時間の関数として次式で与えられる散漫散乱モデルが含まれ得る。
【数１】
2006523397.tif 000003
式におけるγ（ｔ）は時間ｔの関数としての受信信号であり、α、Ｂおよびτ０は適合パラメータである。
【００１７】
同様に、各モデルには受信信号が時間の関数として次式で与えられる鏡面反射モデルが含まれ得る。
【数２】
2006523397.tif 000004
式におけるα０、α１、τ０およびτ１は適合パラメータであり、θ０とθ１とは信号の位相であり同様に適合パラメータである。
【００１８】
最良適合モデルが散漫散乱モデルであると決定された場合、ビーム・ステアリングは信号処理の適切な方式ではなく、すなわちビーム・ステアリングは電力を削減せず、および／またはデータ・レートも上げない。この場合、式（１）のモデルは、レイク受信機による処理速度を上げるため、または測位において正確にかつ少ない処理で距離が得られるようにマルチパスを軽減するために使用することができる。
【００１９】
対照的に、最良適合モデルが単一鏡面反射モデルであると決定された場合、ビーム・ステアリングを適用してもよい。
【００２０】
諸モデルに当てはめるための代替手法は、既知の形式の第１の信号を送信することを含む。次いで受信信号を当てはめるステップは、既知の形式を有する受信信号の相関を遅延の関数として計算すること、ならびに遅延の関数としての相関を複数の異なるモデルに当てはめることを含み得る。
【００２１】
伝送される信号は、移動電話や、第１の無線局と第２の無線局とに接続されたコンピュータ間でのデータ転送の提供などのデータ伝送用途向けの純粋なデータ信号でよい。
【００２２】
あるいは伝送される信号は測距用信号でもよい。
【００２３】
別の態様では、本発明は無線局に前述の各方法を実施させるコンピュータプログラムに関する。コンピュータプログラムは特にデータ記憶媒体に記録されてよい。
【００２４】
本発明はまた、
複数のアンテナと、
複数のアンテナを介して信号を送信および受信する送受信機と、
無線局を制御するプロセッサと、
様々な伝送環境に対応する複数の所定伝搬モデルおよび対応する信号伝送改善方法を含めたコードならびにデータを記憶するための少なくとも１つのメモリと、を含む無線局であって、
別の無線局からの信号を受信し、
受信信号を、複数の所定伝搬モデルに当てはめ、受信信号への最良適合を示す伝搬モデルを識別し、
１つまたはさらなる複数の受信信号を最良適合伝搬モデルおよび対応する信号受信改善方法に基づいて処理するように構成された無線局にも関する。
【００２５】
本発明をよりよく理解するために、次に添付図面を参照しながら、純粋に例として実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１を参照すると、第１の無線局１０は、送受信機１２、無線局を制御するプロセッサ１４およびメモリ１６を備える。無線周波数伝送用の複数のアンテナ１８も設けられる。同様に第２の無線局２０も、複数のアンテナ２８と共に、送受信機２２、プロセッサ２４およびメモリ２６を備える。
【００２７】
アンテナ１８、２８、プロセッサ１４、２４、メモリ１６、２６および送受信機１２、２２は当業者に良く知られている通り実装することができるので、その詳細についてさらに説明はしない。
【００２８】
各無線局１０、２０のメモリ１６、２６は、様々な伝搬機構についてのデータ３６、３８と共に、後述する動作ステップを実行するために無線局の動作を制御するためのコード３０を含む。
【００２９】
使用の際には、時間が限定された無線信号２が第１の無線局１０から第２の無線局２０に送信される（ステップ４０）。この信号は、直接にまた壁１に反射した後に進む。この信号は受信され（ステップ４２）、いくつかの伝搬モデルに当てはめることによって検査される。
【００３０】
第１の伝搬モデルでは受信信号は散漫散乱モデルに当てはめられる（ステップ４４）。このモデルでは、計算により次式のような散漫散乱受信信号が示される。
【数３】
2006523397.tif 000005
式におけるγ（ｔ）は時間ｔの関数としての受信信号であり、α、Ｂおよびτ０は適合パラメータであり、τ０はライン・オブ・サイトでの遅延である。
【００３１】
第２の伝搬モデルでは、受信信号は鏡面反射モデルに当てはめられ（ステップ４４）、受信信号は１つの鏡面反射器で反射されると想定される。受信信号は次式の曲線に当てはめられる。
【数４】
2006523397.tif 000006
式におけるα０、α１、τ０およびτ１は適合パラメータである。θ０は直接経路に沿って受信される信号の位相を表し、θ１は反射経路に沿って受信される信号の位相を表す。下付数字０がついたパラメータは直接のライン・オブ・サイト信号に対応し、下付数字１がついたパラメータは単一の反射器で反射される信号に対応する。
【００３２】
必要な場合は他のモデルが含まれてもよい。例えば、式（２）はｎ個の鏡面反射器（ｎは少なくとも２の整数）を有するモデルを表すために１つまたは複数の追加項を追加することによって修正することができる。
【数５】
2006523397.tif 000007
または、鏡面と散漫散乱とを両方有する場合は次式となる。
【数６】
2006523397.tif 000008
【００３３】
受信信号は、これらの伝搬モデルに順に当てはめられ（ステップ４６）、含まれ得る他のどんな伝搬モデルにも当てはめられる。最良適合を示すモデルが決定される（ステップ４８）。
【００３４】
最良適合手法を実行するためのパラメータ評価技法が知られている。１つの例としてマルチパス評価用遅延ロック・ループ（ＭＥＤＬＬ―Multi-path Estimating Delay-Lock Loop―）がある（例えば、Ｂ・タウンゼンド［B. Townsend］、Ｄ・Ｊ・Ｒ・ファン・ニー［D.J.R. Van Nee］、Ｐ・フェントン［P. Fenton］およびＫ・ファン・ディレンドンク［K. Van Dierendonck］による「多経路評価遅延固定ループの性能評価［”Performance Evaluation of the Multi-path Estimating Delay Lock Loop”］」、カルフォルニア、アナハイムにおける１９９５年１月１８〜２０日のナビゲーション国内技術会合の学会講演録の第２２７〜２８３頁参照［Proc. Of the Institute of Navigation National Technical Meeting, Anaheim, California, Jan. 18-20, 1995, pp. 227-283］）。他には最小平均２乗推定法則（ＭＭＳＥ）がある（例えば、Ｌ・Ｒ・ウェイルによる「多経路の獲得：ＧＰＳの安定した戦い」ＧＰＳワールド、１９９７年４月［”Conquering Multi-path: The GPS Accuracy Battle”, L. R. Weill, GPS World, April 1997］を参照）。パラメータ評価技法においては、受信信号は数学モデル、例えば可変パラメータを含むモデルで表され、これらのパラメータ値は受信信号と数学モデルとの間で良好なマッチが得られるまで繰り返し調整される。
【００３５】
最良適合を示していると識別された伝搬モデルに応じて、信号最適化への別の手法も選ばれる。したがって、処理は最良適合モデルに応じて別の経路を辿り（ステップ５０）、それによって好ましい信号受信改善機構が実施される。
【００３６】
特に、散漫散乱モデルが最良適合を示すと判定された場合、この信号は散漫散乱に起因するマルチパス効果を評価および補正するために最良適合パラメータを用い式（１）を使用して最適化される。当業者ならどのようにしてこれを実現することができるのか知っており、したがって本明細書ではさらに詳細な説明は行なわない。データ信号は第１の無線局１０によって送信され、第２の無線局２０で受信され、式（１）と最良適合パラメータとを使用して補正される（ステップ５２）。
【００３７】
あるいは、単一鏡面反射モデルが観測データに対して最良適合を示す場合、データ・レートを上げるためにビーム・ステアリング法（ステップ５６）が使用される。
【００３８】
第１の実施形態の発展形態においては、信号の受信方向を決定し、それを使用して、例えばビーム・ステアリングを支援することによりデータ・レートを上げる助けとする。
【００３９】
本発明では、信号の送信と受信とを最適化するために、各無線局の局所環境によって必要とされるいくつかの異なる技法を使用する。このようにして、ＭＩＭＯシステムは高いデータ・レートおよび／または低い電力および／またはより高速な処理を維持することができる。
【００４０】
本発明は、しばしば非常に異なる無線信号伝送特徴を有することがある局所的な屋内環境と屋外とで様々なモデルを使用することができるという点で、特に有益である。ＭＩＭＯは様々な環境に非常に影響されやすく、これらの環境は時間と共に大幅に変化することがある。これは、従来システムでは対応することが非常に難しい。部屋内であっても、移動用ＭＩＭＯシステムは様々な伝搬効果に遭遇する。
【００４１】
代替実施形態において、無線局１０、２０間で送信される各信号はそれ自体データ信号ではなく、無線局１０、２０間の距離を決定するために使用される測距用信号である。この測距は無線局１０、２０間で送信される無線信号の伝搬時間を測定することによって行なってもよいが、この伝搬時間は識別されたパラメータ評価モデルを使用してマルチパス効果に対する補正を必要とする。
【００４２】
使用される伝搬モデルは、受信信号の時間に対する関数である必要はない。その代わりに、送信信号が既知の形式をとることができ、受信信号が遅延の関数として既知の形式の送信信号と相関をとることができる。マルチパス効果がないとき、唯一の信号が直接のライン・オブ・サイト（照準線）信号である場合は、送信信号と受信信号との間の時間遅延を表す遅延の周囲を中心とする三角形のピークを除けば相関関数はゼロであると期待されるはずである。この形状がマルチパス効果によって大幅に不鮮明になる。
【００４３】
したがって、遅延の関数としての相関形状を測定することができ、この相関形状を様々な信号伝搬モデルに当てはめて最良適合を見つけ、したがって通信中の最適化判断ができるように伝搬状態を識別することができる。この相関手法は、とにかく相関を計算する測距用システムに特に適しているが、この相関方法はデータ伝送において使用するためのもっとも有力な伝搬モデルを見つけるために使用することもできる。
【００４４】
本発明による代替構成では、もっとも有力な伝搬機構が与えられている場合、代替のまたは追加の処理判定を自動的に行なうこともできる。例えば、識別された伝搬効果が悪いときシステムを自動的に停止することもできる。別の例として、散漫ケースが識別された場合に処理を減らすことができ、および／または等化処理を使用するのではなく散漫伝搬モデルを使用して受信信号から散漫マルチパスを軽減することによってデータ・レートを上げることもできる。
【００４５】
本発明は、測距、人／物の位置探索、警告装置、ゲームおよびスポーツを含む多くの用途に使用してよい。
【００４６】
局所伝搬モデルについて集められた情報を、局所環境の地図を構築するためにマップすることができる。
【００４７】
受信信号が当てはめられる方式は様々でよい。例えば、モデルは受信信号の信号成分の位相を含んでも、または、無視してもよいし、包絡線のみまたは包絡線と音［phone―単音（母音または子音）―］とをモデル化してもよい。
【００４８】
任意選択として、反射器の反射率μｋをモデル中のパラメータとしてもよく、この場合パラメータ評価によって反射率μｋの値を得ることができる。壁１の材質を決定するために、これらの値を様々な材質に対する反射率の値のデータ・ベースと共に利用することができる。材質についてのこうした知識からターゲット２０の位置の識別を助けるための補足情報を得ることができ、または任意選択でビーム・ステアリングを助けるために入射角θｋの角度をパラメータ評価の中に含めることもできる。
【００４９】
本発明を無線信号に関して説明してきたが、光、赤外線、または超音波などの他のワイアレス信号を使用してもよい。
【００５０】
本明細書と特許請求の範囲において、構成要素に先行する冠詞「ａ」または「ａｎ」はこうした構成要素が複数存在することを排除しない。さらに、「含む［comprising］」という語は、挙げられた以外の構成要素またはステップの存在を排除しない。
【００５１】
本開示を読めば、他の変形形態と変更形態とが当業者には明らかになろう。こうした変形形態と変更形態とは、無線システムの設計、製造および使用においてすでに知られ、本明細書で説明した特徴に加えてまたはそれに代えて使用してもよい、同等なまた他の特徴を含んでいてもよい。添付の特許請求の範囲は諸特徴の特定の組合せに関するが、開示の範囲には、技術問題のいずれかまたはすべてを本発明と同様に軽減するかどうかにかかわらず、本明細書において明示的にまたは暗示的に開示されるどんな新規の特徴またはどんな新規の特徴の組合せあるいはそれらを一般化したどんなものも含まれることを理解されたい。本明細書において、本出願人は、本出願またはそこから導き出されるさらなる出願の手続中に、こうしたどんな特徴および／またはこうした特徴の組合せに対応する新しい請求項が、これにより作成され得ることを通知する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明によるシステムの図である。
【図２】本発明によるシステムの動作の流れ図である。
【図１】
2006523397.tif 000012
【図２】
2006523397.tif 000013
【国際調査報告】
2006523397.tif 000014
2006523397.tif 000015
2006523397.tif 000016