(57)【要約】無線通信システムは、複数の無線規格に従って動作する部分（２０８，２０９）及び複数のアンテナ（１１０）を有する送信機と、少なくとも１つのアンテナ（１１０）を持つ対応する複数の無線規格に従って動作する部分（２１４，２１５）を有する受信機との間に通信チャネルを有する。このようなシステムにおいて、通信チャネルは、幅広い特性を持つ複数のパス（１１２）を有する。送信用のデータは、１つ以上のアプリケーション（１０２）により製造され、適当な無線規格を用いて送信される。１つの実施例において、データは、それの重要度又は他の要件を示すタッギングブロック（３０４）によるタグを付加することにより、それに割り当てられる１つ以上のカテゴリを持つ。割り当てられたカテゴリ及びパスの特性に依存して、データは、適当な無線エアインタフェース及び送信パスを選択するための１つ以上の送信機のパス及びアンテナにマッピングされる。
2004515176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が複数のアンテナを有する送信機と受信機との間に複数のパスを有する通信チャネルを持った無線通信システムにおいて、前記送信機及び受信機は、少なくとも２つの無線規格に従って同時に動作可能である無線通信システム。
【請求項２】
各々が複数のアンテナを有する送信機と受信機との間に複数のパスを有する通信チャネルを持った無線通信システムに用いられる送信機において、少なくとも２つの無線規格に従って前記送信機を同時に動作する手段を具備する送信機。
【請求項３】
請求項２に記載の送信機において、エアインタフェース手段が各々サポートされる無線規格を具備することを特徴とする送信機。
【請求項４】
請求項２に記載の送信機において、エアインタフェース手段が少なくとも１つのサポートされる無線規格を具備し、第２無線規格のエアインタフェース手段を介して第１無線規格のデータを送信する手段を具備することを特徴とする送信機。
【請求項５】
請求項２、３又は４に記載の送信機において、前記送信機は更に、各パスの少なくとも１つの送信特性を決める特長付け手段、送信用データの組にカテゴリを割り当てるカテゴリ分け手段、並びに前記データの組に与えるための前記送信機のアンテナへの符号化及びマッピングを決める前記カテゴリ及び前記少なくとも１つの送信特性に反応し、前記データの組がどのパスを通り送信されるかを決める手段を有することを特徴とする送信機。
【請求項６】
請求項５に記載の送信機において、前記カテゴリ分け手段は、関連する重要性、サービスの要求される質、データ速度、許容可能な送信遅延及び許容可能な誤り率の少なくとも１つに依存するアプリケーションから、データの個々のセグメントに異なるカテゴリを割り当てることを特徴とする送信機。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の送信機において、前記パス特長付け手段は、各パスに対する遅延及び信号対雑音比の少なくとも一つを決めることを特徴とする送信機。
【請求項８】
請求項２乃至７の何れか一項に記載の送信機において、前記サポートされる無線規格はＵＭＴＳ及びＨＩＰＥＲＬＡＮを含むことを特徴とする送信機。
【請求項９】
各々が複数のアンテナを持つ送信機と受信機との間に複数のパスを有する通信チャネルを持った無線通信システムに使用する受信機において、少なくとも２つの無線規格に従って受信機の動作を同時に行う手段を具備する受信機。
【請求項１０】
請求項９に記載の受信機において、エアインタフェース手段は、各々サポートされた無線規格を供給することを特徴とする受信機。
【請求項１１】
各々が複数のアンテナを持つ送信機と受信機との間に複数のパスを有する通信チャネルを持った無線通信システムを動作する方法において、少なくとも２つの無線規格に従って同時に送信する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアンテナを有する送信機と少なくとも１つのアンテナを有する受信機との間に複数のパスを有する通信チャネルを持つ無線通信システムに関する。本明細書において、パスは全無線システム内において分解可能な個々のサブチャネルを述べるのに使用され、チャネルは送信機と受信機との間のパスからなる結合された全体を述べるのに使用される。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信システムにおいて、無線信号は、典型的に複数のパスを介して送信機から受信機へ進行し、これら信号は、１つ以上の散乱体からの反射を各々含んでいる。これらパスから受信された信号は、受信機において建設的又は破壊的に干渉する可能性がある（位置依存フェージングとなる）。更に、これらパスの長さが異なる、故に信号が送信機から受信機へ進行するのに要する時間が異なることは、シンボル間干渉（ｉｎｔｅｒ−ｓｙｍｂｏｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅ）を引き起こす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
マルチパス伝播により引き起こされる上記問題は、受信機に多数のアンテナを用いることにより軽減可能であり（受信ダイバーシティ）、多数のパスの幾つか又は全てを分解可能にすることは十分知られている。効果的なダイバーシティのために、個々のアンテナにより受信される信号は、低い相互相関を持つことが必要である。典型的には、このことは、出願人の同時係属中の未公開の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＥＰ０１／０２７５０（出願人参照番号ＰＨＧＢ００００３３）に開示された技術を用いることにより近接隔離されたアンテナを採用することもできるが、アンテナを波長のかなりの部分によって分離することで保証される。殆ど相関関係の無い信号の使用を保証することにより、如何なる所与の時にでも２つ以上のアンテナに破壊的な干渉が起こる可能性は最小となる。
【０００４】
同様の改良は、送信機に多数のアンテナを用いることでも達成される（送信ダイバーシティ）。ダイバーシティ技術は、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）システムとして知られる送信機及び受信機の両方における多数のアンテナの使用に一般化され、これは片側だけのダイバーシティ配置よりもシステム利得が更に増大させることが可能である。他の改良として、多数のアンテナの存在が空間的な多重化を可能にし、これによって、送信用のデータストリームが複数のサブストリームに分割され、これらサブストリームの各々は、別々のパス（又はサブチャネル）を介して送られる。このようなシステムの一例は、米国特許公報第６，０６７，２９０号に記載されている。
【０００５】
ＭＩＭＯシステムから達成される性能利得 （ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｇａｉｎ） は、所与の誤り率で全体のデータ速度を増大させる、又は所与のデータ速度に対する誤り率を減少させる、又はこれら２つを何らかの形で組み合わせるように使用されてもよい。ＭＩＭＯシステムは、所与のデータ速度及び誤り率に対する全体の送信エネルギー又は電力を減少させるように制御することも可能である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、改善された性能を持つＭＩＭＯシステムを提供することである。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、各々が複数のアンテナを持つ送信機と受信機との間に複数のパスを有する通信チャネルを持った無線通信システムであって、これら送信機及び受信機が、少なくとも２つの無線規格に従い同時に動作可能であるような無線通信システムが提供される。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、各々が複数のアンテナを持つ送信機と受信機との間に複数のパスを有する通信チャネルを持った無線通信システムに使用する送信機であって、少なくとも２つの無線規格に従い送信機を同時に動作可能にする手段を備えた送信機が提供される。
【０００９】
本発明の第３の態様によれば、各々が複数のアンテナを持つ送信機と受信機との間に複数のパスを有する通信チャネルを持った無線通信システムに使用する受信機であって、少なくとも２つの無線規格に従い受信機を同時に動作可能にする手段を備えた受信機が提供される。
【００１０】
本発明の第４の態様によれば、各々が複数のアンテナを持つ送信機と受信機との間に複数のパスを有する通信チャネルを持った無線通信システムを動作する方法であって、少なくとも２つの無線規格に従い同時に送信することを有する方法が提供される。
【００１１】
本発明は、マルチモードＭＩＭＯシステムは、高められた性能を提供し、無線規格のコンバージェンスを改善するという、先行技術には見られない認識に基づいている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例は、添付する図面を参照し、例として説明される。
【００１３】
図において、同じ参照符号は、一致する特徴を示すために使用される。
【００１４】
図１は、既知のＭＩＭＯ無線システムを説明している。複数のアプリケーション１０２（ＡＰ１からＡＰ４）は、送信用のデータストリームを生成する。１つのアプリケーション１０２が、複数のデータストリームを生成することも可能である。これらデータストリームは、マルチプレクサ（ＭＸ）１０４によって単一のデータストリームに結合され、この単一のデータストリームは更に、符号化及びマッピングブロック（ＣＭ）１０６により処理される。このＣＭブロックは、送信機（Ｔｘ）１０８により送信されるべきデータシンボル及び適当な誤り訂正と、複数の送信アンテナ１１０との間のマッピングを提供するように空間−時間符号化（ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｃｏｄｉｎｇ）を適用することができる。ＭＣブロックにより利用される誤り訂正（ＦＥＣ）は、従って全体のＭＩＭＯチャネルに対処するのに十分な誤り訂正機能を持たなければならない。説明の簡易性のため、アンテナ１１０間の直接パス１１２だけが説明されているが、パスの組は典型的に１つ以上の散乱体によって信号が反射される間接パスを含むことは明らかである。
【００１５】
多数の空間−時間符号化技術は、従来技術において既知であり、前記符号化及びマッピングブロック１０６によって使用されてもよい。これらは更に、受信機への無線パスの選択を助けるためのダイバーシティ及びビーム形成技術を含んでいる。適当な技術の例は、ｖａｎ Ｒｏｏｙｅｎ他著、”Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ ＣＤＭＡ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ”、Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ ２０００の２、５及び８章に記載の技術を含むが、それらに限定はされない。
【００１６】
複数のアンテナ１１０も備える受信機（Ｒｘ）１１４は、各アプリケーションに個々のデータストリームを供給するために、その後、結合、復号、及びデマルチプレクサを行う多数のパスから信号を受信する。送信機１１２及び受信機１１４が共に同じ数のアンテナを持っているように見えたとしても、このことは、実際に必要ではなく、アンテナの数は、空間及び容量制限に依存して最適化される。同様に、送信機１０８は、如何なる数のアプリケーション（例えば、音声のみの移動電話の単一アプリケーション又はＰＤＡの多数のアプリケーション）をサポートしてもよい。
【００１７】
無線システムの進歩の主要なトレンドは、ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ） ＨＩＰＥＲＬＡＮ（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｒａｄｉｏ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のような無線規格の収束へ向かっている。これを提供する可能性の一例として、出願人の同時係属中の未公開の英国特許出願番号００１９５３４．７（当方整理番号ＰＨＧＢ０００１０７）は、結合されたＵＭＴＳ／ＨＩＰＥＲＬＡＮシステムを開示し、このシステムにおいて、アップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルの一方が、これら２つのモードに割り当てられ、これによって、より経済的な端末と、より効果的なシステムとを可能にする。他の作業は、共通のＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）層を許容する適当なインタフェースを発展することに取り組んでいる。
【００１８】
無線規格の収束の結果として、将来の無線システムがマルチモード端末を用いて１つ以上の型式の無線システムをローミングアクセス可能にするのに実用的であり、これにより、より多くのシステム容量を必要とする。本発明に従って行われるシステムにおいて、ＭＩＭＯシステムにより提供される追加容量は、上記ローミングを可能にするのに用いられる。
【００１９】
マルチモードのＭＩＭＯシステムが用いられる範囲のシナリオである。
−多数の規格をサポートする一般的なマルチモードＭＩＭＯシステムは、全てのモードに対し単一の物理的端末の使用を可能にする。ＭＩＭＯの使用は、全てのモードに対し同時に動作するのに十分な容量を提供する。
−チャネル数及びシステム容量を増大させる第１のシステムのＭＩＭＯ実施例は、この第１のシステムのインタフェースを介して動作すべき第２のシステムに対するサービスを可能にする。これら第１及び第２のシステムは、例えばＵＭＴＳ及びＨＩＰＥＲＬＡＮ又はその逆である。このような実施例は、２つの無線システム間にエアインタフェースを割り当てる、出願人の同時係属中の未公開の英国特許出願番号００１９５３４．７（当方整理番号ＰＨＧＢ０００１０７）に開示される技術を利用する。
−システム容量を増大させる複数の分離システムのＭＩＭＯ実施例であり、これにより前記システム間のサービスを分割させることが可能である。
【００２０】
図２は、図１の既知の配置に基づく、最後に述べた配置の１つの実施例を説明する。この実施例において、図１の送信機１０８は、ＨＩＰＥＲＬＡＮ部分（ＨＴｘ）２０８及びＵＭＴＳ部分（ＵＴｘ）２０９を持つ送信機に置き換えられている、これら部分は、互いに通信を行い、適応される符号化及びマッピングブロック２０６と通信する。同様に、単一の受信機１１４は、ＨＩＰＥＲＬＡＮ部分（ＨＲｘ）２１４及びＵＭＴＳ部分（ＵＲｘ）２１５を持つ受信機に置き換えられる。説明されるように、ＵＭＴＳ部分２０９、２１５は、各々２つのアンテナに接続され、ＨＩＰＥＲＬＡＮ部分２０８、２１４は、各々単一のアンテナに接続される。しかしながら、この配置は、このシステムの要件を考慮して容易に変化することが可能であり、これによりパスの数及びシステム容量を変える。符号化及びマッピングブロック２０６は、ＵＭＴＳとＨＩＰＥＲＬＡＮとの間に適切に分割されるべきデータに対し配置される。このような配置は、データストリームを最適なシステムの最適なパスを介して送信可能にすることによって改善されたシステム動作を提供する。同じアンテナが使用され、これにより他の次元を空間−時間ＭＩＭＯ配置に追加したとしても、結合されたＵＭＴＳ／ＨＩＰＥＲＬＡＮシステムの利点は、典型的にＵＭＴＳ部分（２ＧＨｚ）に対するパスの組がＨＩＰＥＲＬＡＮ部分（３ＧＨｚ）に対するパスの組と大きく異なることである。
【００２１】
上述のシステムのようなＭＩＭＯシステムが持つ他の問題は、送信機１０８と受信機１１４との間の様々なパス１１２がそれらのインパルス応答と異なると言う事実を考慮せず、信号対雑音比（ＳＮＲ）及び時間遅延における差となることである。使用可能なパス１１２の数は、利用可能なパスの品質により制限される。
【００２２】
上記システムを強化したものにおいて、データストリームは、データの個々の部分の異なる要件に従って、別々の送信アンテナ１１０にマッピングされる。このようなシステムを実行するために、別々のパス１１２の特性の事前の知識が必要とされる。この知識は、例えばＨＩＰＥＲＬＡＮ／２と規定されるような既知のやり方で受信機１１４がチャネルの概算を実施可能にするように、各アンテナからパイロットビット（ｐｉｌｏｔ ｂｉｔ）を送信することで得られてもよい。チャネルの概算はその後、別々のアンテナ１１０に対するデータを割り当て、符号化する方法を決めることを可能にするために、送信機１０８に戻り送信を行う。代わりに、この概算は、異なる無線パス１１２を介し又は他の適当な技術によって事前に受信されたデータのビット又はブロック誤り率から得ることも可能である。
【００２３】
アップリンク及びダウンリンクチャネルが、例えばクローズドループ帰還遅延よりも大きなコヒーレンス時間を持つＴＤＤシステム（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ ｓｙｓｔｅｍ）において少なくとも略逆数となることが知られている場合、既知のパイロット情報に基づいて送信機１０８により実行されるか、又は同じように受信機１１４から受信されてもよい。
【００２４】
誤り率に関して高いサービスの質（ＱｏＳ： Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）を必要とするデータ、すなわち最も高い利用可能なビット率を単に取得するデータは、最良のＳＮＲを提供する（又は必要とされるＳＮＲが最少の送信電力を必要とする）無線チャネルにおいて１つ以上のパス１１２を利用することに関するやり方で符号化され、送信アンテナ１１０にマッピングされる。誤り率に関する低いＱｏＳを必要とするデータは、ＳＮＲの低い値を提供する無線チャネルにおいてパス１１２にマッピングされてもよい。
【００２５】
異なる要件を持つ別々のデータビット間の識別は、例えば、リアルタイムの高品質ビデオリンクが音声データよりも低い誤り率を必要とする送信すべきデータを製造するような、データが生じるアプリケーションに基づいて行われてもよい。この場合、送信機の物理層又はそれより上の層と一緒に、別々のアプリケーションからのデータストリームを多重化する代わりに、前記ストリームは、送信アンテナにそれらの各々のデータビットをマッピングする処理を行うまで別々にさせておく。
【００２６】
図２のシステムに基づき、この機能を実施する改良されたＭＩＭＯシステムが図３に示されている。マルチプレクサ１０４は、複数のタグ付けブロック（Ｔａｇｇｉｎｇ Ｂｌｏｃｋ）（ＡＴ）３０４に置き換えられ、これらブロックの各々は、アプリケーション１０２に接続され、それのＱｏＳの要件に関する情報を供給する各々のアプリケーション１０２からのデータにタグを加える。これらタグ付けブロック３０４は、ＱｏＳ要件に関する情報とデータとを関連付ける他の手段を代わりに用いてもよく、例えば、異なるＱｏＳ要件を持つデータが異なる瞬間若しくは異なる搬送チャネルで物理層又は異なるポートに送出される。このＱｏＳ情報はその後、ＱｏＳ要件と無線パス１１２の特性とをマッチングすることで可能となるまで、このＱｏＳ要件を満たすように符号化及びマッピングを調節する改良された符号化及びマッピングブロック３０６によって使用される。
【００２７】
図３のシステムは、多数のアプリケーションが同じ又は類似の要件を持つ場合に改善され得る。この場合、これらアプリケーションからのデータは、前記物理層の上で多重化される。
【００２８】
異なるアプリケーションからのデータを別々に扱う代わり又はそれに加えて、特定のアプリケーションからの異なるデータビットは、特定のビットの異なる要件に従う特定の無線パスを用いるようにして、符号化され、送信アンテナ１１０へマッピングされる。典型例として、音声コーデックからのデータの流れは、それらの重要度のレベルに依存するクラスの範囲に割り当てられる符号化ビットを有する。最重要ビットは、最高品質のパス１１２を介して送信されるのに対し、それほど重要ではないビットは、低い品質の無線パス１１２を使用する。
【００２９】
図４は、ＭＩＭＯシステムを動作する方法を説明するフローチャートである。この処理は、ステップ４０２において、アプリケーション１０２が送信用のデータを持つときに始まる。このアプリケーション１０２は、それらの要件に依存するデータのセグメントにタグを付け、ステップ４０４においてこのタグの値が検査される。本実施例において、前記タグが（最重要データを表す）‘Ａ’である場合、データは、ステップ４０６において高品質のＨＩＰＥＲＬＡＮパスである第１パス１１２を介して送信される。同様に、前記タグが（中程度の重要度のデータを表す）‘Ｂ’である場合、データは、ステップ４０８において中程度の品質のＵＭＴＳパスである第２のパス１１２を介して送信される。最後に、前記タグが（低い重要度のデータを表す）‘Ｃ’である場合、データは、ステップ４１０において低品質のＵＭＴＳパスである第３のパス１１２を介して送信される。
【００３０】
他の変形として、前記データに与えられるＦＥＣ符号化のレベルは、各アンテナ１１０からの無線パス１１２の品質に依存して変化される。例えば、低レベルのＦＥＣは、高い品質パス１１２を用いて、データに使用される。その結果、送信する全体の情報量を減少させ、これにより、送信電力を減少可能にする、又は代わりに高いデータ速度をサポート可能にする。
【００３１】
基本スキームに関する他の変化の範囲も可能である。例えば、
−全体の送信電力は、パスの各々から受信されたＳＮＲを均一にするように多数の送信アンテナに分配される。
−データビットは、より短いパスで送信されるより重要又はより緊急なビット（例えば、ループ遅延がクリティカルであるクローズドループ電力制御命令）で、様々な無線パス１１２の別々の遅延に従ってマッピングされる。
−特定のアプリケーションからのデータは、シンボル間干渉を削除するために、等しい又は同様の遅延を持つこれらパス１１２にマッピングされる。
【００３２】
各々の場合において、送信機１０８によって送信するための符号化及びマッピングブロック２０６に送出されるデータビットの各組に必要とされる優先事項、誤り率及び遅延の１つ以上は、例えば上述の手段のような付加的な“タグ”ビット又は如何なる適切な代替手段を用いて前記物理層に示される。
【００３３】
例えば上述したようなシステムの利点は、無線チャネルを送信されるデータの要件によって適することが可能である。その結果、これは全体の送信電力を減少させる又は達成可能なデータ速度を減少させることになる。
【００３４】
本発明に従って形成されるシステムは、複数の空間的に隔てられた受信機又は送信機を用いることで向上されてもよい。これの典型例は、単一の移動局が複数の基地局と通信リンクを維持するものである。ダウンリンクデータストリームは、単一の移動局へのダウンリングデータストリームの一部を各々サポートするような基地局トランシーバ間に、ネットワーク層レベルで分配される。上述のように分配することにより、全体の接続の丈夫さが向上される。前記基地局からの複数のデータストリームは、前記移動局によって受信され、完全なアプリケーションデータを供給するために端末内においてネットワークレベルで再度組み立てられる。アップリンク送信は、最初に単一の基地局に送信されるか、容量及び他の要件に依存する基地局全てに分配される。
【００３５】
全体的に、幾つかの基地局との連続する接続を維持したとしても、例えば基地局間の移動局の移動など、新しい基地局の範囲に継続的に入り、他の基地局の範囲から出る。個々の基地局間の移管は、楽又は厳しいのどちらかであるが、それが常に幾つかの基地局と安定した接続となるために、移動局に対する全体の効果は、非常に楽な移管である。
【図面の簡単な説明】
【図１】既知のＭＩＭＯ無線システムのブロック概略図である。
【図２】本発明に従って作成されたＭＩＭＯ無線システムのブロック概略図である。
【図３】拡張されたＭＩＭＯ無線システムのブロック概略図である。
【図４】本発明に従うＭＩＭＯ無線システムを動作する方法を説明するフローチャート。
【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004515176.tif 000010
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2004515176.tif 000016
2004515176.tif 000017
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515176.tif 000018
【国際調査報告】
2004515176.tif 000019
2004515176.tif 000020
2004515176.tif 000021