(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｌ個の受信機アンテナを有する受信機へ順方向チャネルを介して送信するＮ個の送信アンテナを備えた送信機および前記受信機から前記送信機へ通信するための逆方向チャネルを有する通信システム中で信号を送信するための方法であって、前記Ｌ個の受信アンテナのうちの２つまたは３つ以上により受信される信号中に相関が存在する可能性があるものにおいて、
前記Ｎ個の送信アンテナから前記Ｌ個の受信アンテナへ送信され得る独立の信号の数を決定するステップと、
前記Ｎ個の送信アンテナから前記Ｌ個の受信アンテナへ送信され得る独立の信号の各々に対して送信されるべきデータサブストリームを、データストリームから生成するステップと、
前記送信されるべきデータサブストリームの各々あたりＮ個の重み付けされたサブストリームを生成するために、Ｎ個の重みで前記送信されるべきデータサブストリームの各々を重み付けするステップであって、前記Ｎ個の重みの各々が前記Ｎ個の送信アンテナの各々に対するものであり、前記重みは、前記順方向チャネルについての情報および干渉共分散行列の関数として、前記送信機により決定される、ステップと、
前記送信アンテナのＲ番目の送信アンテナに対する送信信号を生成するために、前記送信されるべきデータサブストリームの各々からの前記Ｎ個の重み付けされたサブストリームのうちのＲ番目の重み付けされたサブストリームどうしを結合するステップとを有することを特徴とする方法。ここで、Ｒは１からＮまでの自然数である。
【請求項２】
前記送信信号を、前記送信アンテナの各々１つから送信するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記重みを前記逆方向チャネルにより受信するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記順方向チャネルについての情報および干渉共分散行列は、前記逆方向チャネルを介して、前記受信機から前記送信機により受信されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記重みは、行列式Ｈ†（ＫＮ）Ｈ＝Ｕ†Λ２Ｕを解くステップと、
連立方程式
【数１】
0005008221.tif 000006
をνについて解くことにより、前記固有値λをウォーターフィリングするステップと、
Φ＝Ｕ†ｄｉａｇ（λ〜１，．．．，λ〜Ｍ）Ｕの行列Φを定義するステップと、
その中の前記重みの各々は、
【数２】
0005008221.tif 000007
であり、ｊは１からＮまでの整数である非正規化された重みベクトルｗｉ＝［ｗｉ１，．．．，ｗｉＮ］を生成するステップとにより決定され、ここで、
Ｈは、チャネル応答行列であり、
Ｈ†は、前記チャネル応答行列Ｈの共役転置行列であり、
ＫＮは、干渉共分散行列であり、
Ｕは、単位行列であり、その各行は、Ｈ†（ＫＮ）Ｈの固有ベクトルであり、
Λは、Λ＝ｄｉａｇ（λ１，．．．，λＭ）として定義される対角行列であり、
λ１，．．．，λＭは、Ｈ†（ＫＮ）Ｈの各固有値であり、
Ｍは、前記独立の信号の数に対応する非ゼロ固有値の最大数であり、
Ｕ†は、行列Ｕの共役転置行列であり、
ｋは、１からＭまでの整数の指数であり、
ｐは、送信される電力であり、
＋は、そのアーギュメントが負であるときゼロに戻り、そのアーギュメントが正であるときアーギュメント自体に戻るオペレータであり、
各λ〜は、各重みベクトルに対する電力を表す中間変数であり、
ｄｉａｇは、様々なλ〜が、行列Φの主対角線のエレメントとして配置されることを示し、
行列Φの各列は、Φ＝［ｚ１，．．．，ｚＮ］により示される正規化された重みベクトルとして使用され、前記正規化された重みベクトルは、個別の正規化された重みｚ，ｚｉ＝［ｚｉ１，．．．，ｚｉＮ］からなり、ｉは１からＮまでの整数であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
Ｌ個の受信機アンテナ（２０１）を有する受信機へ順方向チャネルを介して送信するＮ個の送信アンテナ（１０７）を備えた送信機および前記受信機から前記送信機へ通信するための逆方向チャネルを有する通信システム中で信号を送信するための装置であって、前記Ｌ個の受信アンテナのうちの２つまたは３つ以上により受信される信号中に相関が存在する可能性があるものにおいて、
前記Ｎ個の送信アンテナから前記Ｌ個の受信アンテナへ送信され得る独立の信号の数を決定するための手段（１０５、１０１）と、
前記Ｎ個の送信アンテナから前記Ｌ個の受信アンテナへ送信され得る独立の信号の各々に対して送信されるべきデータサブストリームを、データストリームから生成するための手段（１０１）と、
前記送信されるべきデータサブストリームの各々あたりＮ個の重み付けされたサブストリームを生成するために、Ｎ個の重みで前記送信されるべきデータサブストリームの各々を重み付けするための手段（１１３）であって、前記Ｎ個の重みの各々が前記Ｎ個の送信アンテナの各々に対するものであり、前記重みは、前記順方向チャネルについての情報および干渉共分散行列の関数として、前記信号を送信するための装置により決定される、手段（１１３）と、
前記送信アンテナのＲ番目の送信アンテナに対する送信信号を生成するために、前記送信されるべきデータサブストリームの各々からの前記Ｎ個の重み付けされたサブストリームのうちのＲ番目の重み付けされたサブストリームどうしを結合するための手段（１１１）とを有することを特徴とする装置。ここで、Ｒは１からＮまでの自然数である。
【請求項７】
前記送信機は、前記重みを生成するための手段（１０５）を含むことを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記送信機は、前記重みを記憶するための手段（１０５）を含むことを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項９】
前記受信機は、前記重みを生成するための手段（２０９）を含むことを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項１０】
Ｌ個の受信機アンテナ（２０１）を有する受信機へ順方向チャネルを介して送信するＮ個の送信アンテナ（１０７）を備えた送信機および前記受信機から前記送信機へ通信するための逆方向チャネルを有する通信システム中で信号を送信するための送信機であって、前記Ｌ個の受信アンテナのうちの２つまたは３つ以上により受信される信号中に相関が存在する可能性があるものにおいて、
前記Ｎ個の送信アンテナから前記Ｌ個の受信アンテナへ送信され得る独立の信号の各々に対して送信されるべきデータサブストリームを、データストリームから生成するためのデマルチプレクサ（１０１）と、
前記送信されるべきデータサブストリームの各々あたりＮ個の重み付けされたサブストリームを生成するために、Ｎ個の重みで前記送信されるべきデータサブストリームの各々を重み付けするためのマルチプレクサ（１１３）であって、前記Ｎ個の重みの各々が前記Ｎ個の送信アンテナの各々に対するものであり、前記重みは、干渉共分散行列推定値と前記送信機および受信機間の順方向チャネル応答の推定値とに応じて、前記送信機で決定される、マルチプレクサ（１１３）と、
前記送信アンテナのＲ番目の送信アンテナに対する送信信号を生成するために、前記送信されるべきデータサブストリームの各々からの前記Ｎ個の重み付けされたサブストリームのうちのＲ番目の重み付けされたサブストリームどうしを結合するための加算器（１１１）とを有することを特徴とする送信機。ここで、Ｒは１からＮまでの自然数である。
【請求項１１】
前記結合された重み付けサブストリームの各々を変換するためのデジタル／アナログコンバータ（１１５）をさらに有することを特徴とする請求項１０記載の送信機。
【請求項１２】
前記アナログ変換された結合された重み付けサブストリームの各々を無線周波数に変換するためのアップコンバータ（１１７）をさらに有することを特徴とする請求項１０記載の送信機。
【請求項１３】
前記重みは、前記逆方向チャネルを介して前記受信機から受信された順方向チャネル応答の前記推定値および前記干渉共分散行列推定値に応じて、前記送信機において決定されることを特徴とする請求項１０記載の送信機。
【請求項１４】
前記重みは、前記受信機中で決定され、前記逆方向チャネルを介して前記送信機に送信されることを特徴とする請求項１０記載の送信機。
【請求項１５】
前記重みは、
行列式Ｈ†（ＫＮ）Ｈ＝Ｕ†Λ２Ｕを解くステップと、
連立方程式
【数１】
0005008221.tif 000008
をνについて解くことにより、前記固有値λをウォーターフィリングするステップと、
Φ＝Ｕ†ｄｉａｇ（λ〜１，．．．，λ〜Ｍ）Ｕの行列Φを定義するステップと、
その中の前記重みの各々は、
【数２】
0005008221.tif 000009
であり、ｊは１からＮまでの整数である非正規化された重みベクトルｗｉ＝［ｗｉ１，．．．，ｗｉＮ］を生成するステップとにより決定され、ここで、
Ｈは、チャネル応答行列であり、
Ｈ†は、前記チャネル応答行列Ｈの共役転置行列であり、
ＫＮは、干渉共分散行列であり、
Ｕは、単位行列であり、その各行は、Ｈ†（ＫＮ）Ｈの固有ベクトルであり、
Λは、Λ＝ｄｉａｇ（λ１，．．．，λＭ）として定義される対角行列であり、
λ１，．．．，λＭは、Ｈ†（ＫＮ）Ｈの各固有値であり、
Ｍは、前記独立の信号の数に対応する非ゼロ固有値の最大数であり、
Ｕ†は、行列Ｕの共役転置行列であり、
ｋは、１からＭまでの整数の指数であり、
ｐは、送信される電力であり、
＋は、そのアーギュメントが負であるときゼロに戻り、そのアーギュメントが正であるときアーギュメント自体に戻るオペレータであり、
各λ〜は、各重みベクトルに対する電力を表す中間変数であり、
ｄｉａｇは、様々なλ〜が、行列Φの主対角線のエレメントとして配置されることを示し、
行列Φの各列は、Φ＝［ｚ１，．．．，ｚＮ］により示される正規化された重みベクトルとして使用され、前記正規化された重みベクトルは、個別の正規化された重みｚ，ｚｉ＝［ｚｉ１，．．．，ｚｉＮ］からなり、ｉは１からＮまでの整数であることを特徴とする請求項１０記載の送信機。
【請求項１６】
前記送信機および受信機は時分割多重（ＴＤＤ）を使用して通信し、前記重みは、前記送信機に対して前記逆方向リンクの受信機により決定された順方向チャネル応答の推定値を使用して前記送信機中で決定されることを特徴とする請求項１０記載の送信機。
【請求項１７】
ＭＩＭＯシステム中で使用するための受信機であって、
Ｌ個のアンテナ（２０１）と、
Ｌ個のダウンコンバータ（２０３）と、
前記受信機により受信されている順方向チャネルに対する干渉共分散行列の推定値を決定するためのエスティメータと、
送信機のＮ個の送信アンテナに供給される信号を重み付けする際に前記送信機により使用される情報を送信するための手段（２１１）であって、前記情報は前記干渉共分散行列の関数及び重みである、手段（２１１）と、
前記受信機により受信されている順方向チャネルに対するチャネル応答の推定値を決定するためのエスティメータ（２０７）と、
前記受信機により受信されている順方向チャネルに対するチャネル応答の前記推定値および前記受信機により受信されている順方向チャネルに対する干渉共分散行列の前記推定値の関数として、データサブストリームを前記受信機へ送信するために、前記順方向チャネルの送信機により使用される重みを計算するための重み計算器とを含み、
前記重み計算器において決定される重みは、
行列式Ｈ†（ＫＮ）Ｈ＝Ｕ†Λ２Ｕを解くステップと、
連立方程式
【数１】
0005008221.tif 000010
をνについて解くことにより、前記固有値λをウォーターフィリングするステップと、
Φ＝Ｕ†ｄｉａｇ（λ〜１，．．．，λ〜Ｍ）Ｕの行列Φを定義するステップと、
その中の前記重みの各々は、
【数２】
0005008221.tif 000011
であり、ｊは１からＮまでの整数である非正規化された重みベクトルｗｉ＝［ｗｉ１，．．．，ｗｉＮ］を生成するステップとにより決定され、ここで、
Ｈは、チャネル応答行列であり、
Ｈ†は、前記チャネル応答行列Ｈの共役転置行列であり、
ＫＮは、干渉共分散行列であり、
Ｕは、単位行列であり、その各行は、Ｈ†（ＫＮ）Ｈの固有ベクトルであり、
Λは、Λ＝ｄｉａｇ（λ１，．．．，λＭ）として定義される対角行列であり、
λ１，．．．，λＭは、Ｈ†（ＫＮ）Ｈの各固有値であり、
Ｍは、前記独立の信号の数に対応する非ゼロ固有値の最大数であり、
Ｕ†は、行列Ｕの共役転置行列であり、
ｋは、１からＭまでの整数の指数であり、
ｐは、送信される電力であり、
＋は、そのアーギュメントが負であるときゼロに戻り、そのアーギュメントが正であるときアーギュメント自体に戻るオペレータであり、
各λ〜は、各重みベクトルに対する電力を表す中間変数であり、
ｄｉａｇは、様々なλ〜が、行列Φの主対角線のエレメントとして配置されることを示し、
行列Φの各列は、Φ＝［ｚ１，．．．，ｚＮ］により示される正規化された重みベクトルとして使用され、前記正規化された重みベクトルは、個別の正規化された重みｚ，ｚｉ＝［ｚｉ１，．．．，ｚｉＮ］からなり、ｉは１からＮまでの整数であることを特徴とする受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤレス通信に係り、特に、送信機において複数のアンテナを使用しかつ受信機において複数のアンテナを使用するワイヤレス通信システム、いわゆるマルチプルインプット・マルチプルアウトプット（ＭＩＭＯ）システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マルチプルインプット・マルチプルアウトプット（ＭＩＭＯ）システムは、シングルアンテナ、即ちシングルアンテナ対シングルアンテナまたはマルチプルアンテナ対シングルアンテナのシステムに比べて劇的に容量を増大させることができることがこの技術分野においてよく知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この改良のために、マルチプル受信アンテナに到達する様々な信号が主に相関性がないようなリッチスキャッタリング環境があることが好ましい。これらの信号がある程度の相関を有する場合、そしてそのような相関が無視される場合、パフォーマンスが低下しかつ容量が減少する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
我々は、いくらかの相関にも関わらず、そのレベルの相関のチャネルで達成され得る最高の性能および容量を得るように、ＭＩＭＯシステムにおいて信号を生成する方法を発明した。本発明の原理によれば、様々なアンテナから送信される信号は、受信された信号からそれらを抽出する受信機の能力を改善するように処理される。より具体的には、同時に送信されるビットストリームの数が、相関のレベルに依存して、調節され、例えば低減され、様々に重み付けされた各ビットストリームの複数のバージョンが同時に送信される。様々に重み付けされたバージョンは、結合されて、各アンテナについての１つの結合された重み付け信号、いわゆる「送信ベクトル(transmit vector)」を生成する。受信機は、受信アンテナに到達する全ての信号が相関がないようにされたと同じように受信された信号を処理する。
【０００５】
本発明の実施形態において、重みベクトル（weight vector）は、逆方向リンクの送信機により順方向リンクの受信機から送信されることにより、順方向リンクの送信機に知らせた順方向リンクのチャネル特性を使用して、順方向チャネル送信機により決定される。本発明の別の実施形態において、重みベクトルは、順方向リンクのチャネル特性を使用して順方向チャネル受信機により決定され、決定された重みベクトルは、逆方向リンクの送信機により順方向リンクの受信機から送信されることにより、順方向リンクの送信機に知らされる。
【０００６】
重みベクトルを決定するために使用されるチャネル特性は、送信機から受信機へのチャネル応答および受信機において測定された雑音および干渉の共分散行列(covariance matrix)を含み得る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
機能ブロック「プロセッサ」を含む図面に示された様々なエレメントの機能は、専用ハードウェア並びに適切なソフトウェアとの関連でソフトウェアを実行することができるハードウェアを含む。プロセッサにより提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサにより、単一の共用プロセッサにより、またはそのうちのいくつかが共用されうる複数の個々のプロセッサにより提供され得る。
【０００８】
また、「プロセッサ」または「コントローラ」の用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアのみを排他的に指すものと解釈されるべきではなく、これに限定されるものでないが、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するためのリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および不揮発性記憶装置を暗示的に含み得る。
【０００９】
従来のおよび／またはカスタムの他のハードウェアも、含まれ得る。同様に、図面に示されたスイッチは、単に概念的なものである。それらの機能は、プログラムロジックの動作により、専用ロッジクによりプログラムコントロールの相互作用により、および専用ロジックにより、または指導により実行されることができ、設計者により特定の技法が選択可能である。
【００１０】
図１は、順方向チャネル上をＬ個の受信アンテナを有する受信機へ送信するＮ個の送信アンテナを備えた送信機および受信機から送信機への通信のための逆方向チャネルを有するＭＩＭＯシステムにおいて送信するための信号を生成するための送信機の例示的な一部を示し、いくらかの相関にも関わらず、そのレベルの相関のチャネルで達成され得る最高の性能および容量が、本発明の原理により得られるようになっている。
【００１１】
図１において、ａ）デマルチプレクサ（demux)１０１、ｂ）アンテナ信号ディベロッパ１０３−１ないし１０３−Ｎを含むアンテナ信号ディベロッパ１０３、ｃ）重み供給器１０５、ｄ）アンテナ１０７−１ないし１０７−Ｎを含むＮ個のアンテナ１０７、ｅ）１１５−１ないし１１５−Ｎを含むデジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）１１５、およびｆ）アップコンバータ１１７−１ないし１１７−Ｎを含むアンプコンバータ１１７が示されている。
【００１２】
デマルチプレクサ１０１は、入力としてデータストリームをとり、入力データストリームから様々なビットをデータサブストリームの各々に供給することにより、出力データサブストリームとして供給する。１つのデータストリームが、デマルチプレクサ１０１により、Ｎ個の出力のうちの１つに供給され得る。しかし、送信され得る相関のない信号の数が減少させられる場合、同時に送信されるビットストリームの数は、送信され得る相関のない信号の数に一致するように減少させられる。そのような場合において、使用される特定の出力は、設計者の最良による。例えば、第１のＹ出力のみが使用される。ここで、Ｙは送信され得る相関のない信号の数である。
【００１３】
各データサブストリームは、アンテナ信号ディベロッパ１０３のうちの対応する１つに供給される。アンテナ信号ディベロッパ１０３のうちの各々は、重みブロック１０９−１ないし１０９−Ｎのうちの１つおよび加算器１１１−１ないし１１１−Ｎのうちの１つを含む。アンテナ信号ディベロッパ１０３のうちの各々において、データサブストリームが、重みブロック１０９のうちの１つの中の乗算器１１３の各々に供給される。
【００１４】
重み供給器１０５は、乗算器１１３の各々に重み値を供給する。本発明の一実施形態において、重み供給器１０５は、図示しない受信機から逆方向チャネルを介して受信された情報に応答して、重み値を実際に生成する。本発明の別の実施形態において、重み値は、受信機において生成され、そして、逆方向チャネルを介して送信機に供給され、必要とされる時点まで、重み供給器１０５に格納される。本発明の一側面に従って重みを生成するためのプロセスを、以下に説明する。
【００１５】
乗算器１１３の各々は、それが受信するサブストリームをそれが受信する重みと乗算する。得られる積は、加算器１１１のうちのそれぞれ１つに供給される。特に、各重みブロック１０９のＲ番目の乗算器により供給される積は、加算器１１１のＲ番目のものに供給される。ここで、Ｒは１ないしＮである。サブストリームを供給されない乗算器に対して、それらの出力は、設計者により望まれるいずれかの技法により、ゼロになるよう保証される。
【００１６】
加算器１１１の各々は、それに入力される信号を加算し、得られる和を、ＤＡＣ１１５のうちのその関連するそれぞれ１つに出力として供給する。ＤＡＣ１１５の各々は、加算器１１１のうちの１つからそれが受信するデジタル信号をとり、それをアナログベースバンド信号に変換する。ＤＡＣ１１５の各々により生成されるアナログベースバンド信号は、アップコンバータ１１７のうちのそれぞれ１つに供給され、アップコンバータ１１７は、ベースバンドアナログ信号を無線周波数信号にアップコンバートする。アップコンバータ１１７により作られる無線周波数信号は、受信機へボードキャストのために、アンテナ１０７のそれぞれ１つに供給される。
【００１７】
図２は、本発明の原理に従って構成されたＭＩＭＯシステムのための受信機の例示的な一部を示す。図２は、ａ）アンテナ２０１−１ないし２０１−Ｌを含むＬ個のアンテナ２０１、ｂ）ダウンコンバータ２０３−１ないし２０３−Ｌを含むダウンコンバータ２０３、ｃ）アナログ／デジタルコンバータ２０５−１ないし２０５−Ｌを含むアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２０５、ｄ）推定干渉共分散行列およびチャネル応答ユニット２０７、ｅ）任意的な重み計算器２０９、およびｆ）任意的なスイッチ２１１を示す。
【００１８】
アンテナ２０１の各々は、無線信号を受信し、ダウンコンバータ２０３のそのそれぞれの関連する１つへその電気的バージョンを供給する。ダウンコンバータ２０３の各々は、それが受信する信号をベースバンドにダウンコンバートし、得られるベースバンド信号を、ＡＤＣ２０５のその関連する１つへ供給する。ＡＤＣ２０５の各々は、それが受信したベースバンドアナログ信号を、デジタル表現に変換し、このデジタル表現を、推定干渉共分散行列およびチャネル応答ユニット２０７に供給する。
【００１９】
推定干渉共分散行列およびチャネル応答ユニット２０７は、通常の方法で、干渉共分散行列の推定値および順方向行列チャネル応答の推定値を生成する。行列は、複数の送信アンテナおよび複数の受信アンテナが存在するために必要とされる。
【００２０】
干渉共分散行列の推定値および順方向行列チャネル応答の推定値は、任意的な重み計算器２０９に供給されるか、または逆方向チャネルを介して送信機に供給される（図１）。干渉共分散行列の推定値および順方向行列チャネル応答の推定値が重み計算器２０９に供給される場合、重み計算器は、本発明の一側面に従ってかつ以下に説明するように、使用されるべき重み値を決定し、得られた重み値を、逆方向チャネルを介して送信機（図１）に供給する。
【００２１】
図３は、本発明の原理に従って、いくらかの相関にもかかわらずそのレベルの相関のチャネルで達成され得る最高の性能および容量が得られるように、Ｌ個の受信機アンテナを有する受信機へ順方向チャネルを介して送信するＮ個の送信アンテナを備えた送信機および受信機から送信機へ通信するための逆方向チャネルを有するＭＩＭＯシステムにおいて送信するための信号を生成するための例示的プロセスを、フローチャートの形式で示す。
【００２２】
図３のプロセスは、図１および２のハードウェアを使用する本発明の実施形態において使用され得る。ここで、交換器２１１は、推定干渉共分散行列およびチャネル応答ユニット２０７に接続されており、通信プロトコルは以下のものである。第１に、チャネル特性が安定である間の時間の長さを決定することが必要である。
【００２３】
これは、典型的には、当業者によりよく知られているように、システムが使用されるべき環境の測定を使用して、システムを開発するシステムエンジニアリング段階において実行される。チャネル特性が安定である時間の長さが知られていると、時間はフレームとして考えられ、フレームはタイムスロットに分割される。各フレームは、１つまたは２つ以上のタイムスロットを占める可能性があるプリアンブルを有する。フレーム、したがってタイムスロットは、現実に反復する。
【００２４】
図３のプロセスは、各フレームの始まりにおいて、ステップ３０１において開始される。次に、ステップ３０３において、受信機における干渉共分散行列ＫN およびチャネル応答Ｈが、例えば干渉共分散行列およびチャネル応答ユニット２０７（図２）のような順方向リンクの受信機中で決定される。その後、ステップ３０５において（図３）、干渉共分散行列ＫN およびチャネル応答行列Ｈが、例えば逆方向チャネルを介して順方向リンクの送信機へ、順方向リンクの受信により供給される。
【００２５】
ステップ３０７において、例えば重み供給器１０５（図１）により、重みｗi＝［ｗi1，…，ｗiN］が計算される。ここで、ｉは、１からＮまでの整数である。具体的には、重みは以下のように計算される。最初に、行列式Ｈ†（ＫN）Ｈ＝Ｕ†Λ2Ｕが解かれる。ここで、
ａ）Ｈはチャネル応答行列、
ｂ）Ｈ†は、チャネル応答行列Ｈの共役転置行列であり、†は共役転置行列のためのよく知られたシンボルである。
【００２６】
ｃ）ＫN は、干渉共分散行列、
ｄ）Ｕは単位行列、その各列は、Ｈ†（ＫN）Ｈの固有ベクトルである。
ｅ）Λは、Λ＝diag（λ1，... ，λM）として定義される対角行列であり、λ1，... ，λMは、Ｈ†（ＫN）Ｈの各固有値であり、Ｍは、非ゼロ固有値の最大数であり、実際に使用され得るサブストリームの数に対応する。
ｆ）Ｕ† は、行列Ｕの共役転置行列である。
【００２７】
そして、よく知られたいわゆる「ウォーターフィリング（waterfilling）」が、νに対して連立方程式λ〜k＝（ν−１／（λk）2）+および
【数１】
0005008221.tif 000002
を解くことにより、固有値λについて実行される。ここで、
ｋは、１からＭまでの整数の指数、
Ｐは、送信される電力、
＋は、そのアーギュメントが負であるときゼロに戻り、そのアーギュメントが正であるときアーギュメント自体に戻るオペレータであり、
各λ〜 は、各重みベクトルに対する電力を表す中間変数である。
【００２８】
新しい行列Φは、Φ＝Ｕ†diag（λ〜1，...，λ〜M）Ｕとして定義され、diagは、他の全てのエントリがゼロである行列の主対角のエレメントとして様々なλ〜が配置されることを示す。行列Φの各列は、単位電力に基づいて、Φ＝［ｚ1，... ，ｚN］により示される正規化された重みベクトルとして使用され、重みベクトルは、個別の重みｚ，ｚi＝［ｚi1，...，ｚiN］からなる。そして、重みベクトルｗi＝［ｗi1，...，ｗiN］は、重みベクトルに割り当てられるべき電力に基づいて、非正規化することにより決定される。その中の様々な重みは、
【数２】
0005008221.tif 000003
であり、ｊは１からＮまでの整数である。
【００２９】
ステップ３０９において、入力データストリームＳ（ｔ）（図１）は、例えばデマルチプレクサ１０１により、Ｎ個のサブストリームＳ1...ＳNに分割される。データストリームの各々は、ステップ３１１において（図３）、重みベクトルｗi1，...，ｗiNのそれぞれ１つで乗算される。換言すれば、各特定のデータストリームの各ビットは、そのそれぞれの重みベクトル中の重みの各々と乗算されて、各データストリームに対するＮ個の重み付けビットを生成する。
【００３０】
ステップ３１３において、サブストリームの各々に対する重み付けビットは、各アンテナ加算器、例えば、加算器１１１により結合される。これに関して、第１の重みから各サブストリームに対して生成された重み付けビットは、第１のアンテナの加算器において加算され、第２の重みから各サブストリームに対して生成された重み付けビットは、第２のアンテナの加算器において加算される。図１に示すように以下同様である。以上から明らかであるように、Ｍよりも大きな数のどのサブストリームもゼロとなる。これは、Ｍが、実際に使用され得るサブストリームの数に対応するからである。そのようなゼロサブストリームは、加算器１１１により生成される和に寄与しない。そして、プロセスが、ステップ３１５において終了する。
【００３１】
図４は、本発明の原理に従って、いくらかの相関にも関わらず、そのレベルの相関のチャネルで達成され得る最高の性能および容量が得られるように、Ｌ個の受信機アンテナを有する受信機へ順方向チャネルを介して送信するＮ個の送信アンテナを備えた送信機および受信機から送信機へ通信するための逆方向チャネルを有するＭＩＭＯシステムにおいて送信するための信号を生成するための別の例示的プロセスを、フローチャートの形式で示す。
【００３２】
図４のプロセスは、図１および２のハードウェアを使用する本発明の実施形態において使用され得る。ここで、交換器２１１は、重み計算器２０９に接続されており、通信プロトコルは、図３との関係で説明される。図４のプロセスに対して、図１の重み供給器１０５は、様々な重みを演算しないが、重み計算器２０９から受信された重みを単に記憶し、必要な場合、乗算器１１３のうちの様々なものにそれらを供給する。
【００３３】
図４のプロセスは、各フレームの始まりにおいて、ステップ４０１において開始される。次に、ステップ４０３において、受信機における干渉共分散行列ＫN およびチャネル応答Ｈが、例えば干渉共分散行列およびチャネル応答ユニット２０７（図２）のような順方向リンクの受信機中で決定される。ステップ４０５において、例えば重み供給器１０５（図１）により、重みｗi＝［ｗi1，…，ｗiN］が計算される。具体的には、重みは以下のように計算される。
【００３４】
最初に、行列式Ｈ†（ＫN）Ｈ＝Ｕ†Λ2Ｕが解かれる。ここで、
ａ）Ｈはチャネル応答行列、
ｂ）Ｈ†は、チャネル応答行列Ｈの共役転置行列であり、†は共役転置行列のためのよく知られたシンボルである。
ｃ）ＫN は、干渉共分散行列、
ｄ）Ｕは単位行列、その各列は、Ｈ†（ＫN）Ｈの固有ベクトルである。
ｅ）Λは、Λ＝diag（λ1，... ，λM）として定義される対角行列であり、λ1，... ，λMは、Ｈ†（ＫN）Ｈの各固有値であり、Ｍは、非ゼロ固有値の最大数であり、実際に使用され得るサブストリームの数に対応する。
ｆ）Ｕ† は、行列Ｕの共役転置行列である。
【００３５】
そして、よく知られたいわゆる「ウォーターフィリング（waterfilling）」が、νに対して連立方程式
【数１】
0005008221.tif 000004
を解くことにより、固有値λについて実行される。ここで、
ｋは、１からＭまでの整数の指数、
Ｐは、送信される電力、
＋は、そのアーギュメントが負であるときゼロに戻り、そのアーギュメントが正であるとき、アーギュメント自体に戻るオペレータであり、
各λ〜 は、各重みベクトルに対する電力を表す中間変数である。
【００３６】
新しい行列Φは、Φ＝Ｕ†diag（λ〜1，...，λ〜M）Ｕとして定義され、ｄｉａｇは、他の全てのエントリがゼロである行列の主対角のエレメントとして様々なλ〜 が配置されることを示す。行列Φの各列は、単位電力に基づいて、Φ＝［ｚ1，... ，ｚN］により示される正規化された重みベクトルとして使用され、重みベクトルは、個別の重みｚ，ｚi＝［ｚi1，...，ｚiN］からなる。そして、重みベクトルｗi＝［ｗi1，...，ｗiN］は、重みベクトルに割り当てられるべき電力に基づいて、非正規化することにより決定される。その中の様々な重みは、
【数２】
0005008221.tif 000005
であり、ｊは１からＮまでの整数である。
【００３７】
その後、ステップ４０７において、決定された重み値が、例えば逆方向チャネルを介して、順方向リンクの受信機により、順方向リンクの送信機へ供給される。重みは、重み供給器１０５（図１）中に記憶される。
【００３８】
ステップ４０９（図４）において、入力データストリームＳ（ｔ）（図１）は、例えばデマルチプレクサ１０１により、Ｎ個のサブストリームＳ1...ＳN に分割される。データストリームの各々は、ステップ４１１において（図４）、重みベクトルｗi1，...，ｗiNのそれぞれ１つで乗算される。ここで、ｉは、１からＮまでの整数である。換言すれば、各特定のデータストリームの各ビットは、そのそれぞれの重みベクトル中の重みの各々と乗算されて、各データストリームに対するＮ個の重み付けビットを生成する。
【００３９】
ステップ４１３において、サブストリームの各々に対する重み付けビットは、各アンテナ加算器、例えば、加算器１１１により結合される。これに関して、第１の重みから各サブストリームに対して生成された重み付けビットは、第１のアンテナの加算器において加算され、第２の重みから各サブストリームに対して生成された重み付けビットは、第２のアンテナの加算器において加算される。図１に示すように以下同様である。以上から明らかであるように、Ｍよりも大きな数のどのサブストリームもゼロとなる。これは、Ｍが、実際に使用され得るサブストリームの数に対応するからである。そのようなゼロサブストリームは、加算器１１１により生成される和に寄与しない。そして、プロセスが、ステップ４１５において終了する。
【００４０】
単一のチャネルを順方向チャネルおよび逆方向チャネルの両方に対して共用するいわゆる「時分割二重」（ＴＤＤ）システムと共に使用するための本発明の別の実施形態において、チャネル応答の推定は、ワイヤレスリンクの一方の端部において実行され得る。これは、同じ周波数チャネルを順方向チャネルおよび逆方向チャネルが共用し、いずれかの一時点において交互にそのチャネルを使用し、順方向チャネルと逆方向チャネルとの間の時間スプリットが小さい場合、順方向チャネルおよび逆方向チャネルに対するチャネル応答が同じになるからである。
【００４１】
したがって、逆方向チャネルの受信機が、順方向チャネルの受信機と同じチャネル応答となり、逆方向リンクの受信機は、順方向リンクの受信機により以前に実行された全てのチャネル推定を実行することができる。同様に、順方向チャネルの受信機は逆方向チャネルの受信機と同じチャネル応答となり、順方向リンクの受信機は、逆方向リンクの受信機により以前に実行された全てのチャネル推定を実行することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＭＩＭＯシステムにおいて、様々なアンテナから送信される信号を、いくらかの相関にも関わらず、受信された信号からそれらを抽出する受信機の能力を改善するように処理することを可能にする方法および装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理に従って、いくらかの相関にも関わらず、そのレベルの相関のチャネルで達成され得る最高の性能および容量が得られるように、ＭＩＭＯシステムにおいて送信するための信号を生成するための送信機の例示的な部分を示す図。
【図２】本発明の原理に従って構成されたＭＩＭＯシステムのための受信機の例示的な部分を示す図。
【図３】本発明の原理に従って、いくらかの相関にも関わらず、そのレベルの相関のチャネルで達成され得る最高の性能および容量が得られるように、ＭＩＭＯシステムにおいて送信するための信号を生成するための例示的なプロセスをフローチャートの形式で示す図。
【図４】本発明の原理に従って、いくらかの相関にも関わらず、そのレベルの相関のチャネルで達成され得る最高の性能および容量が得られるように、ＭＩＭＯシステムにおいて送信するための信号を生成するための別の例示的なプロセスをフローチャートの形式で示す図。
【符号の説明】
１０１  デマルチプレクサ
１０５  重み供給器  逆方向から
１１７−１，１１７−Ｎ  アップコンバータ
１０３−１，１０３−Ｎ  アンテナ信号ディベロッパ
１０７  アンテナ
２０１  アンテナ
２０３  ダウンコンバータ
２０７  推定干渉共分散行列およびチャネル応答ユニット
２０９  重み計算器
２１１  逆方向チャネル
【図１】
0005008221.tif 000012
【図２】
0005008221.tif 000013
【図３】
0005008221.tif 000014
【図４】
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