JP2003069461A - 多重アンテナ送信の方法 - Google Patents
多重アンテナ送信の方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 無線通信システムにおいて、ビームフォーミ
ングおよび直交送信ダイバーシティの両方の技術を用い
て、トラフィック・チャネルを送受信する改善された方
法を提供すること。 【解決手段】 ビームフォーミングでは、通常、送信機
は閉ループで動作し、受信機からのチャネル情報を用い
て順方向リンクにおけるビームを変える。別のアプロー
チは直交コーディングを用いる。直交コーディングは、
送信機にチャネル知識がない開ループシステムで動作で
きるので、実施がより簡単である。それぞれがその利点
および欠点を有する。ここでは、ビームフォーミングま
たは直交コーディングのみを用いることの代替策である
方法を開示する。少なくとも２つのアンテナから送信さ
れる信号は、ビームフォーミングまたは直交コーディン
グによるか、アンテナからの信号の間における相違に関
連する基準値によって求められる比率で直交コーディン
グと結合されたビームフォーミングによる。基準値は振
幅または信号の位相に関連づけることができ、測定また
は推定することができる。
ングおよび直交送信ダイバーシティの両方の技術を用い
て、トラフィック・チャネルを送受信する改善された方
法を提供すること。 【解決手段】 ビームフォーミングでは、通常、送信機
は閉ループで動作し、受信機からのチャネル情報を用い
て順方向リンクにおけるビームを変える。別のアプロー
チは直交コーディングを用いる。直交コーディングは、
送信機にチャネル知識がない開ループシステムで動作で
きるので、実施がより簡単である。それぞれがその利点
および欠点を有する。ここでは、ビームフォーミングま
たは直交コーディングのみを用いることの代替策である
方法を開示する。少なくとも２つのアンテナから送信さ
れる信号は、ビームフォーミングまたは直交コーディン
グによるか、アンテナからの信号の間における相違に関
連する基準値によって求められる比率で直交コーディン
グと結合されたビームフォーミングによる。基準値は振
幅または信号の位相に関連づけることができ、測定また
は推定することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信システム
に関し、より詳細には、フェージングおよび／または他
の劣化がある場合の効果的な無線通信の方法に関する。
に関し、より詳細には、フェージングおよび／または他
の劣化がある場合の効果的な無線通信の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】関連する主題は、本願と同じ譲受人に譲
渡された 年 月 日出願の「Ｍｅｔｈｏｄ Ｆ
ｏｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｔｒａｎｓ
ｍｉｓｓｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｐａｒｔｉａｌ Ｃｈａ
ｎｎｅｌ Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ」という名称の米国特許
出願第 号に開示されている。既存
の符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システムの容量お
よびデータ・レートは、送信機に多重アンテナを用いる
ことにより増やすことができる。非常に多くのユーザに
高いデータ・レートを提供することに対する必要性は、
第三世代（３Ｇ）の広帯域ＣＤＭＡシステムにおけるダ
ウンリンク（基地局から移動局）およびアップリンク
（移動局から基地局）の両方で特に緊急の問題である。
アンテナ・アレイは、ＣＤＭＡシステムの両方のリンク
におけるパフォーマンスを改善する手段としてしばしば
提案されてきた。アップリンクにおいて、アンテナ・ア
レイは、アレイ利得、干渉削減およびダイバーシティ利
得を提供するために、基地局（ＢＳ）で用いることがで
きる。（Ａ．ＰａｕｌｒａｊおよびＣ．Ｐａｐａｄｉａ
ｓ著の「Ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉ
ｏｎｓ」、ＩＥＥＥ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉ
ｎｇ Ｍａｇａｚｉｎｅ、Ｖｏｌ．１４、ｐｐ．４９−
８３、Ｎｏｖ．１９９７を参照。）そしてこのことは、
システムの逆方向リンクにおける改善された範囲、品質
および容量を提供できる。
渡された 年 月 日出願の「Ｍｅｔｈｏｄ Ｆ
ｏｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｔｒａｎｓ
ｍｉｓｓｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｐａｒｔｉａｌ Ｃｈａ
ｎｎｅｌ Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ」という名称の米国特許
出願第 号に開示されている。既存
の符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システムの容量お
よびデータ・レートは、送信機に多重アンテナを用いる
ことにより増やすことができる。非常に多くのユーザに
高いデータ・レートを提供することに対する必要性は、
第三世代（３Ｇ）の広帯域ＣＤＭＡシステムにおけるダ
ウンリンク（基地局から移動局）およびアップリンク
（移動局から基地局）の両方で特に緊急の問題である。
アンテナ・アレイは、ＣＤＭＡシステムの両方のリンク
におけるパフォーマンスを改善する手段としてしばしば
提案されてきた。アップリンクにおいて、アンテナ・ア
レイは、アレイ利得、干渉削減およびダイバーシティ利
得を提供するために、基地局（ＢＳ）で用いることがで
きる。（Ａ．ＰａｕｌｒａｊおよびＣ．Ｐａｐａｄｉａ
ｓ著の「Ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉ
ｏｎｓ」、ＩＥＥＥ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉ
ｎｇ Ｍａｇａｚｉｎｅ、Ｖｏｌ．１４、ｐｐ．４９−
８３、Ｎｏｖ．１９９７を参照。）そしてこのことは、
システムの逆方向リンクにおける改善された範囲、品質
および容量を提供できる。
【０００３】ＢＳは電子機器を収容できるので、電力消
費、アンテナ・アレイのサイズおよび受信ダイバーシテ
ィ技術は容易に実施される。しかし、ダウンリンクで同
様の改善を得ることはより困難であると思われる。アン
テナ・アレイ処理ユニットの物理的需要は、移動局送受
機での多重アンテナの使用を問題の多いものにしてい
る。送受機ユニットのサイズが小さいことは、アレイの
空間分解能を制限し（素子の数が少ないため）かつ、ダ
イバーシティ利得を制限している（素子が互いに近いた
め）。したがって、ＢＳ送信機で順方向リンクの空間処
理を行うことのほうが実現可能であると思われる。
費、アンテナ・アレイのサイズおよび受信ダイバーシテ
ィ技術は容易に実施される。しかし、ダウンリンクで同
様の改善を得ることはより困難であると思われる。アン
テナ・アレイ処理ユニットの物理的需要は、移動局送受
機での多重アンテナの使用を問題の多いものにしてい
る。送受機ユニットのサイズが小さいことは、アレイの
空間分解能を制限し（素子の数が少ないため）かつ、ダ
イバーシティ利得を制限している（素子が互いに近いた
め）。したがって、ＢＳ送信機で順方向リンクの空間処
理を行うことのほうが実現可能であると思われる。
【０００４】アンテナ・アレイ送信処理のための可能な
アプローチの１つは、加入者ユニットでアレイ利得を提
供するビームフォーミングである。これらのスキームで
は、送信機は通常「閉ループ」で動作する。すなわち、
順方向リンク（基地局から移動局）においてビームを形
成するために、逆方向リンクを介して受信機によって供
給されるチャネル情報を用いる。送信ビームフォーミン
グの成功は、チャネル推定の質、フィードバック・チャ
ネル、２つのリンク間のマッピング、信号および干渉の
力学に左右される。閉ループ技術は通常、送信される余
分なチャネル情報のために逆方向リンクの容量が小さく
なることによって損なわれる。
アプローチの１つは、加入者ユニットでアレイ利得を提
供するビームフォーミングである。これらのスキームで
は、送信機は通常「閉ループ」で動作する。すなわち、
順方向リンク（基地局から移動局）においてビームを形
成するために、逆方向リンクを介して受信機によって供
給されるチャネル情報を用いる。送信ビームフォーミン
グの成功は、チャネル推定の質、フィードバック・チャ
ネル、２つのリンク間のマッピング、信号および干渉の
力学に左右される。閉ループ技術は通常、送信される余
分なチャネル情報のために逆方向リンクの容量が小さく
なることによって損なわれる。
【０００５】別のアプローチは、ダイバーシティ利得を
移動局加入者に提供するという目的をもって、基地局で
送信ダイバーシティまたは直交時空コーディング（ＳＴ
Ｃ）を用いる。送信ダイバーシティは、開ループで、す
なわち送信機でのチャネル知識なしに動作できるので、
より簡単に実施できる。チャネル推定やトラッキングが
困難になりすぎるほど移動局速度が速いときに、この動
作モードは特に興味を引く。さらに、開ループ技術は、
閉ループ技術のように逆方向リンク容量を不利にしな
い。これらの論理は、多重アンテナ開ループ送信ダイバ
ーシティが、現在のシステムのパフォーマンスを改善す
る実用的な方法であることを示唆している。
移動局加入者に提供するという目的をもって、基地局で
送信ダイバーシティまたは直交時空コーディング（ＳＴ
Ｃ）を用いる。送信ダイバーシティは、開ループで、す
なわち送信機でのチャネル知識なしに動作できるので、
より簡単に実施できる。チャネル推定やトラッキングが
困難になりすぎるほど移動局速度が速いときに、この動
作モードは特に興味を引く。さらに、開ループ技術は、
閉ループ技術のように逆方向リンク容量を不利にしな
い。これらの論理は、多重アンテナ開ループ送信ダイバ
ーシティが、現在のシステムのパフォーマンスを改善す
る実用的な方法であることを示唆している。
【０００６】ＣＤＭＡ順方向リンク用のいくつかの開ル
ープ送信ダイバーシティ技術は、Ｋ．Ｒｏｈａｎｉ、
Ｍ．ＨａｒｒｉｓｏｎおよびＫ．Ｋｕｃｈｉ著の「Ａ
ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏ
ｎ ｔｒａｎｓｉｔ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｍｅｔｈｏ
ｄｓ ｆｏｒ ｔｈｉｒｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｃ
ｅｌｌｕｌａｒ ｓｔａｎｄａｒｄｓ」、Ｖｅｈｉｃｕ
ｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃ
ｅ、１９９９ ＩＥＥＥ ４９ｔｈ、Ｖｏｌｕｍｅ１，
１９９９、ｐａｇｅｓ ３５１−３５５、Ｌ．Ｍ．Ａ．
Ｊａｌｌｏｕｌ、Ｋ．Ｒｏｈａｎｉ、Ｋ．Ｋｕｃｈｉお
よびＪ．Ｃｈｅｎ著の「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎ
ａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＣＤＭＡ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｄ
ｉｖｅｒｓｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄｓ」、Ｖｅｈｉｃｕｌ
ａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、
１９９９、ＶＴＣ １９９９、Ｆａｌｌ、ＩＥＥＥ Ｖ
ＴＳ５０ｔｈ、Ｖｏｌｕｍｅ ３、ｐａｇｅｓ １３２
６−１３３０および、Ｖ．Ｗｅｅｒａｃｋｏｄｙ著の
「Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ
−ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ
ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｔｒ
ａｎｓｍｉｔ ａｎｔｅｎｎａｓ」、ＡＴ ＆Ｔ Ｔｅ
ｃｈ．Ｍｅｍｏ．、１９９３に開示されている。Ｒｏｈ
ａｎｉ他においては、チャネルに固有の空間ダイバーシ
ティが完全には利用されていない。この欠点は、受信機
がチャネルにおける時間的変動（コーディングおよびイ
ンターリービングを介して利用される）を介してダイバ
ーシティを得るので、移動局が素早く移動するときには
補償することができる。しかし、移動局が低速フェージ
ング・チャネルでディープ・フェードにはまっていると
きには、あらゆる時間的ダイバーシティの利点が失われ
る。多くの３Ｇ無線データのユーザは静止状態か低速
（歩行者）速度で移動している場合があるので、可能な
ときは常に時間的ダイバーシティを必要とする方法への
依存は少なくすべきである。Ｗｅｅｒａｃｋｏｄｙにお
いては、完全な空間ダイバーシティは２つの送信機アン
テナで達成されるが、使用するリソースが２倍になるこ
と（ユーザ当たりの帯域幅または必要な拡散符号の数の
１００％増加）を犠牲としている。これらの余分なリソ
ースは、システムの全体的効率を制限する。
ープ送信ダイバーシティ技術は、Ｋ．Ｒｏｈａｎｉ、
Ｍ．ＨａｒｒｉｓｏｎおよびＫ．Ｋｕｃｈｉ著の「Ａ
ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏ
ｎ ｔｒａｎｓｉｔ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｍｅｔｈｏ
ｄｓ ｆｏｒ ｔｈｉｒｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｃ
ｅｌｌｕｌａｒ ｓｔａｎｄａｒｄｓ」、Ｖｅｈｉｃｕ
ｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃ
ｅ、１９９９ ＩＥＥＥ ４９ｔｈ、Ｖｏｌｕｍｅ１，
１９９９、ｐａｇｅｓ ３５１−３５５、Ｌ．Ｍ．Ａ．
Ｊａｌｌｏｕｌ、Ｋ．Ｒｏｈａｎｉ、Ｋ．Ｋｕｃｈｉお
よびＪ．Ｃｈｅｎ著の「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎ
ａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＣＤＭＡ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｄ
ｉｖｅｒｓｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄｓ」、Ｖｅｈｉｃｕｌ
ａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、
１９９９、ＶＴＣ １９９９、Ｆａｌｌ、ＩＥＥＥ Ｖ
ＴＳ５０ｔｈ、Ｖｏｌｕｍｅ ３、ｐａｇｅｓ １３２
６−１３３０および、Ｖ．Ｗｅｅｒａｃｋｏｄｙ著の
「Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ
−ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ
ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｔｒ
ａｎｓｍｉｔ ａｎｔｅｎｎａｓ」、ＡＴ ＆Ｔ Ｔｅ
ｃｈ．Ｍｅｍｏ．、１９９３に開示されている。Ｒｏｈ
ａｎｉ他においては、チャネルに固有の空間ダイバーシ
ティが完全には利用されていない。この欠点は、受信機
がチャネルにおける時間的変動（コーディングおよびイ
ンターリービングを介して利用される）を介してダイバ
ーシティを得るので、移動局が素早く移動するときには
補償することができる。しかし、移動局が低速フェージ
ング・チャネルでディープ・フェードにはまっていると
きには、あらゆる時間的ダイバーシティの利点が失われ
る。多くの３Ｇ無線データのユーザは静止状態か低速
（歩行者）速度で移動している場合があるので、可能な
ときは常に時間的ダイバーシティを必要とする方法への
依存は少なくすべきである。Ｗｅｅｒａｃｋｏｄｙにお
いては、完全な空間ダイバーシティは２つの送信機アン
テナで達成されるが、使用するリソースが２倍になるこ
と（ユーザ当たりの帯域幅または必要な拡散符号の数の
１００％増加）を犠牲としている。これらの余分なリソ
ースは、システムの全体的効率を制限する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】閉ループ・ビームフォ
ーミングでは、チャネル特性が測定されて、アンテナ・
アレイにおける各素子に適用される信号の利得および位
相が、移動局に届けられる出力を最大化するアンテナ・
パターンを作製するように修正される。この方法の欠点
は、チャネル特性の定期的な測定およびフィードバック
ならびに、それに続く、アンテナ素子毎の信号を修正す
るために用いられる適合アレイ重量の再計算が必要とな
ることである。重量を測定して計算するのに必要な時間
は、変化するチャネルを補償するためにアンテナ・パタ
ーンを修正できる速度を制限する。移動局がより速い速
度で移動するときに、チャネルは、適合アンテナ・アレ
イにおける補償の割合よりも高い割合で変化する。その
ため、適合アレイまたはビームフォーミング技術におけ
るフィードバック・ループは、基地局と高速移動局との
間における、急速に変化するチャネルに追いつけない。
ーミングでは、チャネル特性が測定されて、アンテナ・
アレイにおける各素子に適用される信号の利得および位
相が、移動局に届けられる出力を最大化するアンテナ・
パターンを作製するように修正される。この方法の欠点
は、チャネル特性の定期的な測定およびフィードバック
ならびに、それに続く、アンテナ素子毎の信号を修正す
るために用いられる適合アレイ重量の再計算が必要とな
ることである。重量を測定して計算するのに必要な時間
は、変化するチャネルを補償するためにアンテナ・パタ
ーンを修正できる速度を制限する。移動局がより速い速
度で移動するときに、チャネルは、適合アンテナ・アレ
イにおける補償の割合よりも高い割合で変化する。その
ため、適合アレイまたはビームフォーミング技術におけ
るフィードバック・ループは、基地局と高速移動局との
間における、急速に変化するチャネルに追いつけない。
【０００８】上記から、移動局が低速に移るときにはビ
ームフォーミングが望ましく、移動局が高速で移動して
いるときには、直交または時空送信ダイバーシティ（Ｓ
ＴＴＤ）あるいはその変形が望ましいことが明らかにな
る。
ームフォーミングが望ましく、移動局が高速で移動して
いるときには、直交または時空送信ダイバーシティ（Ｓ
ＴＴＤ）あるいはその変形が望ましいことが明らかにな
る。
【０００９】したがって、ビームフォーミングおよび直
交送信ダイバーシティの両方の技術を用いて、トラフィ
ック・チャネルを送受信する改善された方法が必要とさ
れていることが明らかである。
交送信ダイバーシティの両方の技術を用いて、トラフィ
ック・チャネルを送受信する改善された方法が必要とさ
れていることが明らかである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】順方向リンク送信機に多
重アンテナを有する二重通信システムを開示する。アン
テナから情報符号のストリームを送信する１つの方法が
ビームフォーミングである。ビームフォーミングでは、
通常、送信機は閉ループで動作し、受信機からのチャネ
ル情報を用いて順方向リンクにおけるビームを変える。
別のアプローチは直交コーディングを用いる。直交コー
ディングは、送信機にチャネル知識がない開ループシス
テムで動作できるので、実施がより簡単である。それぞ
れがその利点および欠点を有する。ここでは、ビームフ
ォーミングまたは直交コーディングのみを用いることの
代替策である方法を開示する。少なくとも２つのアンテ
ナから送信される信号は、ビームフォーミングまたは直
交コーディングによるか、アンテナからの信号の間にお
ける相違に関連する基準値によって求められる比率で、
直交コーディングと結合されたビームフォーミングによ
る。基準値は振幅または信号の位相に関連づけることが
でき、測定または推定することができる。
重アンテナを有する二重通信システムを開示する。アン
テナから情報符号のストリームを送信する１つの方法が
ビームフォーミングである。ビームフォーミングでは、
通常、送信機は閉ループで動作し、受信機からのチャネ
ル情報を用いて順方向リンクにおけるビームを変える。
別のアプローチは直交コーディングを用いる。直交コー
ディングは、送信機にチャネル知識がない開ループシス
テムで動作できるので、実施がより簡単である。それぞ
れがその利点および欠点を有する。ここでは、ビームフ
ォーミングまたは直交コーディングのみを用いることの
代替策である方法を開示する。少なくとも２つのアンテ
ナから送信される信号は、ビームフォーミングまたは直
交コーディングによるか、アンテナからの信号の間にお
ける相違に関連する基準値によって求められる比率で、
直交コーディングと結合されたビームフォーミングによ
る。基準値は振幅または信号の位相に関連づけることが
でき、測定または推定することができる。
【００１１】本発明の特徴、態様および利点は、以下の
説明、特許請求の範囲および付属の図面に関してさらに
よく理解されるようになるであろう。
説明、特許請求の範囲および付属の図面に関してさらに
よく理解されるようになるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】ビームフォーミングおよび直交時
空コーディング（時空送信ダイバーシティ（ＳＴＴＤ）
またはＳＴＴＤの変形など）は、得ることができるダイ
バーシティおよび／またはアレイ利得が潜在的に大きい
ため、多重アンテナを用いた送信について研究されてい
る２つの方法である。ビームフォーミングでは、異なっ
たアンテナによって送信される信号は複合的なスケーリ
ング係数分だけ異なり、意図された受信機で信号が発展
的に加わる。直交時空コーディングでは、異なったアン
テナによって送信される信号は、それらの独立した復調
を可能にするために直交ししている。
空コーディング（時空送信ダイバーシティ（ＳＴＴＤ）
またはＳＴＴＤの変形など）は、得ることができるダイ
バーシティおよび／またはアレイ利得が潜在的に大きい
ため、多重アンテナを用いた送信について研究されてい
る２つの方法である。ビームフォーミングでは、異なっ
たアンテナによって送信される信号は複合的なスケーリ
ング係数分だけ異なり、意図された受信機で信号が発展
的に加わる。直交時空コーディングでは、異なったアン
テナによって送信される信号は、それらの独立した復調
を可能にするために直交ししている。
【００１３】ビームフォーミングおよび直交コーディン
グは、多重アンテナ送信に用いられる２つの非常に異な
った方法を表している。ビームフォーミングは送信機で
の正確なチャネル知識に完全に依拠しており、一方、直
交コーディングは送信機が有し得る如何なるチャネル情
報をも無視する。実際には、送信機はチャネルに関する
何らかの瞬間的また平均的な知識を有することが多く、
その場合に、これら両方の方策は次善のものである。よ
りよい送信方策は、ここで初めて開示するように、特定
の送信シナリオに最も適する比率で、直交コーディング
およびビームフォーミングの両方を結合することであ
る。
グは、多重アンテナ送信に用いられる２つの非常に異な
った方法を表している。ビームフォーミングは送信機で
の正確なチャネル知識に完全に依拠しており、一方、直
交コーディングは送信機が有し得る如何なるチャネル情
報をも無視する。実際には、送信機はチャネルに関する
何らかの瞬間的また平均的な知識を有することが多く、
その場合に、これら両方の方策は次善のものである。よ
りよい送信方策は、ここで初めて開示するように、特定
の送信シナリオに最も適する比率で、直交コーディング
およびビームフォーミングの両方を結合することであ
る。
【００１４】ビームフォーミングまたは直交コーディン
グのみを用いることの代替策である、ここで開示する新
しい方法は、送信機での正確なチャネル知識の量に依存
する比率で、ビームフォーミングを直交コーディングと
結合することである。この所望の結果を達成するため
に、異なった送信アンテナによって送信される信号間の
相関の変動を作り出す、２つ以上の送信アンテナとの送
信のための、一群の時空ブロック・コードをここで開示
する。ここで開示するのは、信号を符号化し復号する方
法および、信号間の適切な相関を選択する方法である。
グのみを用いることの代替策である、ここで開示する新
しい方法は、送信機での正確なチャネル知識の量に依存
する比率で、ビームフォーミングを直交コーディングと
結合することである。この所望の結果を達成するため
に、異なった送信アンテナによって送信される信号間の
相関の変動を作り出す、２つ以上の送信アンテナとの送
信のための、一群の時空ブロック・コードをここで開示
する。ここで開示するのは、信号を符号化し復号する方
法および、信号間の適切な相関を選択する方法である。
【００１５】ビームフォーミングには２種類があり得
る。すなわち、開ループと閉ループである。閉ループ送
信ダイバーシティまたは最大速度送信とも呼ばれる閉ル
ープでは、受信機から瞬間的なチャネル情報を多重アン
テナ送信機に提供する送信機への、フィードバック・チ
ャネルがある。送信機に利用可能なチャネル情報は、チ
ャネル推定誤差、量子化誤差、フィードバック誤差およ
びフィードバック遅延（ドップラー）のために損なわれ
る場合がある。チャネル情報が正確でないときに閉ルー
プ・システムで純粋なビームフォーミングを用いること
は（通常行われるように）、パフォーマンスを激しく低
下させる。かかるパフォーマンスの低下は、たとえば、
速い移動局速度での閉ループ・システムにおいて見られ
る。送信機でのチャネル知識を必要としない純粋な直交
コーディングは、利用可能なチャネル情報を無駄にする
ので、閉ループにおいては用いられない。
る。すなわち、開ループと閉ループである。閉ループ送
信ダイバーシティまたは最大速度送信とも呼ばれる閉ル
ープでは、受信機から瞬間的なチャネル情報を多重アン
テナ送信機に提供する送信機への、フィードバック・チ
ャネルがある。送信機に利用可能なチャネル情報は、チ
ャネル推定誤差、量子化誤差、フィードバック誤差およ
びフィードバック遅延（ドップラー）のために損なわれ
る場合がある。チャネル情報が正確でないときに閉ルー
プ・システムで純粋なビームフォーミングを用いること
は（通常行われるように）、パフォーマンスを激しく低
下させる。かかるパフォーマンスの低下は、たとえば、
速い移動局速度での閉ループ・システムにおいて見られ
る。送信機でのチャネル知識を必要としない純粋な直交
コーディングは、利用可能なチャネル情報を無駄にする
ので、閉ループにおいては用いられない。
【００１６】開ループでは、受信機から送信機へのフィ
ードバックはない。純粋なビームフォーミングは、二重
システムにおける逆方向リンクから収集された空間情報
の助けを得て用いることができる（たとえば、ビームフ
ォーミングについては、逆方向リンクからの到来角度測
定またはチャネル相関測定が用いられる）。全ての送信
アンテナからのチャネルが良好に相関している場合に
は、ビームフォーミングは直交コーディング全体にわた
ってほとんど利得を提供しない。低いチャネル相関につ
いては、直交コーディングは開ループ・ビームフォーミ
ングを凌ぐことさえできる。
ードバックはない。純粋なビームフォーミングは、二重
システムにおける逆方向リンクから収集された空間情報
の助けを得て用いることができる（たとえば、ビームフ
ォーミングについては、逆方向リンクからの到来角度測
定またはチャネル相関測定が用いられる）。全ての送信
アンテナからのチャネルが良好に相関している場合に
は、ビームフォーミングは直交コーディング全体にわた
ってほとんど利得を提供しない。低いチャネル相関につ
いては、直交コーディングは開ループ・ビームフォーミ
ングを凌ぐことさえできる。
【００１７】ビームフォーミングおよび直交コーディン
グの両方が、時空コーディングの一般的技術の例であ
る。上記の場合のそれぞれにおいて、適切な比率でビー
ムフォーミングと直交コーディングとを結合する時空コ
ードがそれぞれを凌ぐことは明らかである。これを達成
するために、異なったアンテナによって送信される信号
間の相関からなる、信号相関行列の変動を可能にする新
しい時空ブロック・コードをここで開示する。異なった
アンテナから送信される信号間の相関がゼロになるよう
に選択されると、それは直交に相当する。信号間の正規
化された相関の大きさが１になるように選択されると、
それは純粋なビームフォーミングに相当する。このこと
は、送信機がいつでも有する信頼できるチャネル知識の
量に基づいて、所望の相関行列を変化させることによ
り、送信がビームフォーミングと直交コーディングとの
間で緩やかに移行することを可能にする。ここで開示す
る符号器と復号器の実施形態は、それぞれＳＴＴＤ符号
器および復号器の変形である。
グの両方が、時空コーディングの一般的技術の例であ
る。上記の場合のそれぞれにおいて、適切な比率でビー
ムフォーミングと直交コーディングとを結合する時空コ
ードがそれぞれを凌ぐことは明らかである。これを達成
するために、異なったアンテナによって送信される信号
間の相関からなる、信号相関行列の変動を可能にする新
しい時空ブロック・コードをここで開示する。異なった
アンテナから送信される信号間の相関がゼロになるよう
に選択されると、それは直交に相当する。信号間の正規
化された相関の大きさが１になるように選択されると、
それは純粋なビームフォーミングに相当する。このこと
は、送信機がいつでも有する信頼できるチャネル知識の
量に基づいて、所望の相関行列を変化させることによ
り、送信がビームフォーミングと直交コーディングとの
間で緩やかに移行することを可能にする。ここで開示す
る符号器と復号器の実施形態は、それぞれＳＴＴＤ符号
器および復号器の変形である。
【００１８】参考文献である、Ｇ．Ｊｏｎｇｒｅｎ ｅ
ｔ ａｌ．著の「Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉ
ｔ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｇｏ
ｎａｌ ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｃｏｄｉｎｇ ｂｙ
ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｓｉｄｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏ
ｎ」、ＩＥＥＥ Ｓｅｎｓｏｒ Ａｒｒａｙ ａｎｄＭ
ｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓ
ｓｉｎｇ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ、ｐｐ．１５３−１５７、
２０００においては、本発明において開示するアプロー
チとは異なったアプローチを用いて、ビームフォーミン
グと直交時空ブロック・コードとを結合するスキームが
提案されている。Ｊｏｎｇｒｅｎ他の参考文献におい
て、コードは、コードのペアワイズ誤差の確率を最小化
する複合行列によってパラメータ化され、内部点方法を
介して計算集約的な凸最適化を用いて計算される。対照
的に、本発明においては、ブロック・コーディング・ス
キームは、下記で説明しているように、チャネル上で行
われる簡単な測定からルックアップ・テーブルを用いて
求められる、１つまたは複数の相関係数によってパラメ
ータ化される。また、Ｊｏｎｇｒｅｎ他は、複合的な行
列が受信機に知らされることを要求しているが、これ
は、ここで提案するスキームによっては要求されていな
い。
ｔ ａｌ．著の「Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉ
ｔ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｇｏ
ｎａｌ ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｃｏｄｉｎｇ ｂｙ
ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｓｉｄｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏ
ｎ」、ＩＥＥＥ Ｓｅｎｓｏｒ Ａｒｒａｙ ａｎｄＭ
ｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓ
ｓｉｎｇ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ、ｐｐ．１５３−１５７、
２０００においては、本発明において開示するアプロー
チとは異なったアプローチを用いて、ビームフォーミン
グと直交時空ブロック・コードとを結合するスキームが
提案されている。Ｊｏｎｇｒｅｎ他の参考文献におい
て、コードは、コードのペアワイズ誤差の確率を最小化
する複合行列によってパラメータ化され、内部点方法を
介して計算集約的な凸最適化を用いて計算される。対照
的に、本発明においては、ブロック・コーディング・ス
キームは、下記で説明しているように、チャネル上で行
われる簡単な測定からルックアップ・テーブルを用いて
求められる、１つまたは複数の相関係数によってパラメ
ータ化される。また、Ｊｏｎｇｒｅｎ他は、複合的な行
列が受信機に知らされることを要求しているが、これ
は、ここで提案するスキームによっては要求されていな
い。
【００１９】以下の説明は、送信機がＮ個の送信アンテ
ナを介して、一連の複合値を持つ情報符号を送信する、
無線デジタル通信システムに適用される。情報符号は、
無線受信機に伝達されることが求められる、音声、デー
タまたは他の任意の形態の情報を表す。Ｎ個のアンテナ
から送信される信号は、送信アンテナと受信機との間に
存在する送信チャネルによって変換される。本発明の送
信方策は、送信される情報符号のストリームを符号化し
て、個々のアンテナ素子によって送信されるＮストリー
ムの符号化された符号にすることである。かかる符号化
は一般的に時空コーディングとして知られており、本発
明は、送信機が送信チャネルの不完全な知識を有すると
きに効果的な通信が行われることを可能にする、特定の
符号化および復号方法を指定している。
ナを介して、一連の複合値を持つ情報符号を送信する、
無線デジタル通信システムに適用される。情報符号は、
無線受信機に伝達されることが求められる、音声、デー
タまたは他の任意の形態の情報を表す。Ｎ個のアンテナ
から送信される信号は、送信アンテナと受信機との間に
存在する送信チャネルによって変換される。本発明の送
信方策は、送信される情報符号のストリームを符号化し
て、個々のアンテナ素子によって送信されるＮストリー
ムの符号化された符号にすることである。かかる符号化
は一般的に時空コーディングとして知られており、本発
明は、送信機が送信チャネルの不完全な知識を有すると
きに効果的な通信が行われることを可能にする、特定の
符号化および復号方法を指定している。
【００２０】図１を参照すると、２つの送信アンテナを
有する（Ｎ＝２）本発明の方法の実施形態を実施するた
めに用いることができる、無線通信システム８が示され
ている。無線通信システム８は、アンテナ１５、１８を
介して加入者ユニット２０に信号を送信する基地局送信
機１０を備えている。図１において、通信システムの順
方向リンクも示されており、ここで、二重動作があると
きに、システムは逆方向リンクも含むことができること
に留意されたい。逆方向リンクは、データ用のフィード
バック・ループおよび順方向リンクを適合アレイ・モー
ドで動作させるコマンドを提供するように求められる場
合もある。
有する（Ｎ＝２）本発明の方法の実施形態を実施するた
めに用いることができる、無線通信システム８が示され
ている。無線通信システム８は、アンテナ１５、１８を
介して加入者ユニット２０に信号を送信する基地局送信
機１０を備えている。図１において、通信システムの順
方向リンクも示されており、ここで、二重動作があると
きに、システムは逆方向リンクも含むことができること
に留意されたい。逆方向リンクは、データ用のフィード
バック・ループおよび順方向リンクを適合アレイ・モー
ドで動作させるコマンドを提供するように求められる場
合もある。
【００２１】図２を参照すると、ステップ８０で、入力
線９上におけるシリアル・データのストリームの別個の
記号を、時空符号器１２の前端でｎ個の記号のブロック
に形成する。その後、ステップ８２で、記号の各ブロッ
クを直交コードで符号化して、コード・行列Ｂ０を形成
する（関係式（９）参照）。ステップ８４で、相関係数
λを用いて変換行列Ｌを計算する。３個以上のアンテナ
があるときに、通常は単一の相関係数λを用いることに
留意されたい。ステップ８６で、直交コード・行列Ｂ０
に変換行列Ｌを掛けてＢを得る。Ｌは関係式Φ＝ＬＨ・
Ｌを満足する任意の行列である。
線９上におけるシリアル・データのストリームの別個の
記号を、時空符号器１２の前端でｎ個の記号のブロック
に形成する。その後、ステップ８２で、記号の各ブロッ
クを直交コードで符号化して、コード・行列Ｂ０を形成
する（関係式（９）参照）。ステップ８４で、相関係数
λを用いて変換行列Ｌを計算する。３個以上のアンテナ
があるときに、通常は単一の相関係数λを用いることに
留意されたい。ステップ８６で、直交コード・行列Ｂ０
に変換行列Ｌを掛けてＢを得る。Ｌは関係式Φ＝ＬＨ・
Ｌを満足する任意の行列である。
【００２２】言葉で述べると、Φは所望の相関行列であ
り、Ｌ倍されたＬの共役転置行列に等しい。ステップ８
８で、Ｂの信号を空間および時間が異なるアンテナに適
用する。
り、Ｌ倍されたＬの共役転置行列に等しい。ステップ８
８で、Ｂの信号を空間および時間が異なるアンテナに適
用する。
【００２３】基地局送信機１０は、通常は、たとえば、
音声信号やファクシミリ・データなどのデータ信号、文
書、ソフトウエアなどの２つの記号をそれぞれ含む、記
号のブロックに分類されたユーザ・データのシリアル・
データ・ストリーム・ソースである、トラフィック・チ
ャネル９を含む。
音声信号やファクシミリ・データなどのデータ信号、文
書、ソフトウエアなどの２つの記号をそれぞれ含む、記
号のブロックに分類されたユーザ・データのシリアル・
データ・ストリーム・ソースである、トラフィック・チ
ャネル９を含む。
【００２４】トラフィック・チャネル８は時空符号器１
２に連結されている。時空符号器はｗ１およびｗ２とし
てのＮ＝２について図１に示した、複合値を持つ重みｗ
１、ｗ２、．．．、ｗＮを受けるように連結されてい
る。ビームフォーマーの重みは次の等式を満足するよう
に正規化される。 ｜ｗ１｜２＋｜ｗ２｜２＋・・・｜ｗＮ｜２＝１ （１）
２に連結されている。時空符号器はｗ１およびｗ２とし
てのＮ＝２について図１に示した、複合値を持つ重みｗ
１、ｗ２、．．．、ｗＮを受けるように連結されてい
る。ビームフォーマーの重みは次の等式を満足するよう
に正規化される。 ｜ｗ１｜２＋｜ｗ２｜２＋・・・｜ｗＮ｜２＝１ （１）
【００２５】１つまたは複数の相関係数が時空符号器１
２に与えられる。図１に示した２つの送信アンテナ（Ｎ
＝２）を備えた実施形態において、時空符号器１２に与
えられる単一の相関係数（λ）がある。時空符号器はト
ラフィック・チャネル９を修正して、２２によって増幅
されＮ個の送信アンテナによって送信されるＮ個の並行
なトラフィック・チャネルに変換する。図１は、Ｎ＝２
のときの、符号器１８および２０の２つの出力チャネル
を示している。
２に与えられる。図１に示した２つの送信アンテナ（Ｎ
＝２）を備えた実施形態において、時空符号器１２に与
えられる単一の相関係数（λ）がある。時空符号器はト
ラフィック・チャネル９を修正して、２２によって増幅
されＮ個の送信アンテナによって送信されるＮ個の並行
なトラフィック・チャネルに変換する。図１は、Ｎ＝２
のときの、符号器１８および２０の２つの出力チャネル
を示している。
【００２６】ここで、時空符号器１２の動作を説明す
る。符号器はＭ個の記号のブロックを符号化して直交コ
ード・行列Ｂ０を生成し、その列ベクトルは互いに直交
している。変換行列Ｌも生成され、Ｌは等式ＬＨＬ＝Φ
の任意の解である。ここで、Φは、Ｎ行およびＮ列の、
多重アンテナ信号の所望の相関行列である。換言すれ
ば、変換行列Ｌは、Ｌの共役転置行列がＬ倍されたとき
に、所望の相関係数行列Φが生成されるような行列であ
る。相関行列Φのｉ番目の行およびｊ番目の列における
要素は、ｉ番目のアンテナによって送信される信号とｊ
番目のアンテナによって送信される信号との所望の相関
である。行列Ｂ０の変換行列Ｌとの乗算は、コード行列
Ｂ＝Ｂ０Ｌを生成し、その列は異なったアンテナによっ
て送信される信号である。行列Ｂのｉ番目の行およびｊ
番目の列における要素は、ｉ番目の時間間隔においてｉ
番目のアンテナによって送信される信号である。
る。符号器はＭ個の記号のブロックを符号化して直交コ
ード・行列Ｂ０を生成し、その列ベクトルは互いに直交
している。変換行列Ｌも生成され、Ｌは等式ＬＨＬ＝Φ
の任意の解である。ここで、Φは、Ｎ行およびＮ列の、
多重アンテナ信号の所望の相関行列である。換言すれ
ば、変換行列Ｌは、Ｌの共役転置行列がＬ倍されたとき
に、所望の相関係数行列Φが生成されるような行列であ
る。相関行列Φのｉ番目の行およびｊ番目の列における
要素は、ｉ番目のアンテナによって送信される信号とｊ
番目のアンテナによって送信される信号との所望の相関
である。行列Ｂ０の変換行列Ｌとの乗算は、コード行列
Ｂ＝Ｂ０Ｌを生成し、その列は異なったアンテナによっ
て送信される信号である。行列Ｂのｉ番目の行およびｊ
番目の列における要素は、ｉ番目の時間間隔においてｉ
番目のアンテナによって送信される信号である。
【００２７】Ｎ＝２の送信アンテナについて図１に示し
た実施形態を説明することにより、この手順をより分か
り易く説明する。この実施形態において、ブロック長Ｍ
も２に等しく、直交コードＢ０は既知のＳＴＴＤコード
によって与えられ、これはＡｌａｍｏｕｔｉコードの均
等な変形である。Ｍ＝２情報記号のブロックは、ｓ１お
よびｓ２で表し、ＳＴＴＤコードは次の行列によって与
えられる。
た実施形態を説明することにより、この手順をより分か
り易く説明する。この実施形態において、ブロック長Ｍ
も２に等しく、直交コードＢ０は既知のＳＴＴＤコード
によって与えられ、これはＡｌａｍｏｕｔｉコードの均
等な変形である。Ｍ＝２情報記号のブロックは、ｓ１お
よびｓ２で表し、ＳＴＴＤコードは次の行列によって与
えられる。
【数１】
【００２８】信号相関行列Φは、相関係数λおよびビー
ムフォーマーの重みｗ１およびｗ２に換算して次のよう
に定義される。
ムフォーマーの重みｗ１およびｗ２に換算して次のよう
に定義される。
【数２】
最後のコード行列は次のように指定される。
【数３】
ここで、Ｌは変換行列であり、等式ＬＨＬ＝Φに対する
いくつかの可能な解の何れかである。これらの解の何れ
も、変換行列Ｌを設計する際に用いることができる。
いくつかの可能な解の何れかである。これらの解の何れ
も、変換行列Ｌを設計する際に用いることができる。
【数４】
【００２９】変換行列Ｌのこの実施形態に関して、時空
符号器１２は、表１による２つの時間間隔で信号を２つ
のアンテナに適用する。同じ符号化手順は、２つの記号
の次のブロックなどにも適用される。
符号器１２は、表１による２つの時間間隔で信号を２つ
のアンテナに適用する。同じ符号化手順は、２つの記号
の次のブロックなどにも適用される。
【表１】
【００３０】等式ＬＨＬ＝Φの異なった解は、Ｌに関す
る異なった関係を生じさせ、その結果、上記の実施形態
とは異なった時空コードを生じさせる。かかるコードの
例は、Ｌが行列平方根の解であるときであり、これはＬ
Ｈ＝Ｌとなるような行列Ｌを生じさせ、次のように与え
られる。
る異なった関係を生じさせ、その結果、上記の実施形態
とは異なった時空コードを生じさせる。かかるコードの
例は、Ｌが行列平方根の解であるときであり、これはＬ
Ｈ＝Ｌとなるような行列Ｌを生じさせ、次のように与え
られる。
【数５】
このＬの選択は、結果的に、表２に与えられた信号を適
用する符号器になる。Ｌ ＨＬ＝Φのこれらの解または他
の解は、符号器を設計するために用いることができる。
用する符号器になる。Ｌ ＨＬ＝Φのこれらの解または他
の解は、符号器を設計するために用いることができる。
【表２】
【００３１】上記の送信スキームは、ビームフォーミン
グおよび直交コーディングの方策を結合する。コード相
関係数λは、適用されるビームフォーミングおよび直交
コーディングの相対的な量を制御するために、送信機に
よって用いることができる係数である。λ＝０のとき
に、ｎ＝２である送信スキームの上記実施形態は、修正
されたＡｌａｍｏｕｔｉコードを用いた直交コーディン
グと類似である（Ｓ．Ａｌａｍｏｕｔｉ著の「Ａ ｓｉ
ｍｐｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｔ
ｙ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍ
ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓｉｎ Ｃｏｍｍ
ｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、ｐｐ．１４５１−１４５８、Ｏ
ｃｔｏｂｅｒ １９９８および、Ｓ．Ａｌａｍｏｕｔｉ
およびＴａｒｏｋｈによる米国特許第６，１８５，２５
８Ｂ１号「Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｔ
ｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃ
ｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」を参照。）λ＝１のとき
には、送信スキームはビームフォーミングに類似であ
る。コード相関係数λの値が小さいことは、送信スキー
ムがビームフォーミングおよび直交コーディングの両方
を含むが、直交コーディングの方に偏っていることを意
味し、λの値が大きいことは、送信スキームがビームフ
ォーミングおよび直交コーディングの両方を含むが、ビ
ームフォーミングの方に偏っていることを意味する。送
信機でビームフォーマーの重み（上記の実施形態におけ
るＷ１およびＷ２）の正確さに関する確信が高いときに
は、大きいλの値を選択すべきである。そして、ビーム
フォーマーの重みは、チャネルに関して送信機が有する
知識に左右される。送信機でビームフォーマーの重みの
正確さに関する確信がほとんどないときには、小さいλ
の値を選択すべきである。たとえば、移動体通信におけ
る閉ループ送信ダイバーシティ・システムにおいて、移
動体速度が遅く、移動体受信機から送信機への信頼でき
るビームフォーミングの重みのフィードバックがあると
きに、λは１に近くすることができる。フィードバック
情報が信頼できないときに移動体速度が速いと、フィー
ドバック情報に依拠しない直交コーディングが実施され
るように、λは０に近くすることができる。コード相関
係数は、如何なる所与の通信シナリオについても最適に
選択できる。λの最適な設計の例は、送信出力に対する
制約の影響を受ける、受信機での記号誤差またはビット
誤差の確率を最小にすることである。最適なλを選択す
る別の可能な方法は、受信機での誤差の確率に対する制
約の影響を受ける送信出力を最小にすることである。
グおよび直交コーディングの方策を結合する。コード相
関係数λは、適用されるビームフォーミングおよび直交
コーディングの相対的な量を制御するために、送信機に
よって用いることができる係数である。λ＝０のとき
に、ｎ＝２である送信スキームの上記実施形態は、修正
されたＡｌａｍｏｕｔｉコードを用いた直交コーディン
グと類似である（Ｓ．Ａｌａｍｏｕｔｉ著の「Ａ ｓｉ
ｍｐｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｔ
ｙ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍ
ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓｉｎ Ｃｏｍｍ
ｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、ｐｐ．１４５１−１４５８、Ｏ
ｃｔｏｂｅｒ １９９８および、Ｓ．Ａｌａｍｏｕｔｉ
およびＴａｒｏｋｈによる米国特許第６，１８５，２５
８Ｂ１号「Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｔ
ｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃ
ｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」を参照。）λ＝１のとき
には、送信スキームはビームフォーミングに類似であ
る。コード相関係数λの値が小さいことは、送信スキー
ムがビームフォーミングおよび直交コーディングの両方
を含むが、直交コーディングの方に偏っていることを意
味し、λの値が大きいことは、送信スキームがビームフ
ォーミングおよび直交コーディングの両方を含むが、ビ
ームフォーミングの方に偏っていることを意味する。送
信機でビームフォーマーの重み（上記の実施形態におけ
るＷ１およびＷ２）の正確さに関する確信が高いときに
は、大きいλの値を選択すべきである。そして、ビーム
フォーマーの重みは、チャネルに関して送信機が有する
知識に左右される。送信機でビームフォーマーの重みの
正確さに関する確信がほとんどないときには、小さいλ
の値を選択すべきである。たとえば、移動体通信におけ
る閉ループ送信ダイバーシティ・システムにおいて、移
動体速度が遅く、移動体受信機から送信機への信頼でき
るビームフォーミングの重みのフィードバックがあると
きに、λは１に近くすることができる。フィードバック
情報が信頼できないときに移動体速度が速いと、フィー
ドバック情報に依拠しない直交コーディングが実施され
るように、λは０に近くすることができる。コード相関
係数は、如何なる所与の通信シナリオについても最適に
選択できる。λの最適な設計の例は、送信出力に対する
制約の影響を受ける、受信機での記号誤差またはビット
誤差の確率を最小にすることである。最適なλを選択す
る別の可能な方法は、受信機での誤差の確率に対する制
約の影響を受ける送信出力を最小にすることである。
【００３２】図１の相関パラメータ選別器１４は、少な
くとも２つのアンテナを有する開ループ・ダウンリンク
・システムにおけるλの値を判定する。最初に、アップ
リンク・チャネルの測定は、たとえばアップリンク上の
パイロット信号などの、既知のチャネル推定スキームの
１つを用いて、ダウンリンク多重アンテナ送信機で行
う。得られた測定値を用いて、２つのアンテナによって
受信されたチャネル間の相関係数ρを求める。そして、
送信機はルックアップ・テーブルからλの値を選択す
る。ルックアップ・テーブルは、チャネル相関係数ρの
各値に対する最適なλの値のリストを含み、意図された
通信の前に送信機で作成され記憶される。ルックアップ
・テーブルは、所与の出力制約に関するビット誤り率ま
たはフレーム誤り率を最小化するか、送信出力を最小化
してビット誤り率またはフレーム誤り率の要件を達成す
るように設計することができる。
くとも２つのアンテナを有する開ループ・ダウンリンク
・システムにおけるλの値を判定する。最初に、アップ
リンク・チャネルの測定は、たとえばアップリンク上の
パイロット信号などの、既知のチャネル推定スキームの
１つを用いて、ダウンリンク多重アンテナ送信機で行
う。得られた測定値を用いて、２つのアンテナによって
受信されたチャネル間の相関係数ρを求める。そして、
送信機はルックアップ・テーブルからλの値を選択す
る。ルックアップ・テーブルは、チャネル相関係数ρの
各値に対する最適なλの値のリストを含み、意図された
通信の前に送信機で作成され記憶される。ルックアップ
・テーブルは、所与の出力制約に関するビット誤り率ま
たはフレーム誤り率を最小化するか、送信出力を最小化
してビット誤り率またはフレーム誤り率の要件を達成す
るように設計することができる。
【００３３】符号化された記号は、２２における拡散コ
ード（もしあれば）との乗算および、キャリア信号によ
る周波数アップシフティングの後に、送信アンテナ上で
送信される。送信アンテナ２４、２６と受信アンテナ２
８との間の周波数非選択フェージング・チャネルを仮定
すると、特定の送信機アンテナから受信された信号は、
複合チャネル利得によって乗算されたアンテナによって
信号送信される。たとえば、Ｎ＝２の場合に、第１およ
び第２の送信機アンテナからのチャネル利得をｈ１およ
びｈ２でそれぞれ示す。上記のように、時間１および２
での符号化された記号のブロックは、ベースバンド信号
ベクトルｒとして逆拡散を行った後に受信される。ここ
で、
ード（もしあれば）との乗算および、キャリア信号によ
る周波数アップシフティングの後に、送信アンテナ上で
送信される。送信アンテナ２４、２６と受信アンテナ２
８との間の周波数非選択フェージング・チャネルを仮定
すると、特定の送信機アンテナから受信された信号は、
複合チャネル利得によって乗算されたアンテナによって
信号送信される。たとえば、Ｎ＝２の場合に、第１およ
び第２の送信機アンテナからのチャネル利得をｈ１およ
びｈ２でそれぞれ示す。上記のように、時間１および２
での符号化された記号のブロックは、ベースバンド信号
ベクトルｒとして逆拡散を行った後に受信される。ここ
で、
【数６】
【００３４】上記の関係式において、ｈ＝［ｈ１ｈ２］
ｒで、ｈはチャネル利得ベクトル（送信された信号振幅
を含む）である。ｎ＝［ｎ１ｎ２］ｒで、ｎは雑音ベク
トルであり、Ｂ０は上記の直交コード行列である。受信
信号に関する等式（７）は、次の式として再調整して書
くことができる。 ｒ＝Ｂ０ｈλ＋ｎ （８） ここで、ｈλは、次の関係式によって与えられる「仮
想」チャネル利得ベクトルである。
ｒで、ｈはチャネル利得ベクトル（送信された信号振幅
を含む）である。ｎ＝［ｎ１ｎ２］ｒで、ｎは雑音ベク
トルであり、Ｂ０は上記の直交コード行列である。受信
信号に関する等式（７）は、次の式として再調整して書
くことができる。 ｒ＝Ｂ０ｈλ＋ｎ （８） ここで、ｈλは、次の関係式によって与えられる「仮
想」チャネル利得ベクトルである。
【数７】
ここで、Ｌは、上記のように送信機で適用される変換行
列である。受信信号に関する上記モデルから、受信機に
とっては、受信信号は、直交ｈλを用いて直交信号を送
信する多重アンテナ送信機から来ているように見えるこ
とは明らかである。したがって、直交コードＢ０を用い
て送信された信号を復調するために用いられる受信機
は、真のチャネル推定を仮想チャネルの推定と置き換え
ることにより、提案する時空コードを用いて送信される
信号を復調するために用いることもできる。図１に示し
た実施形態はＳＴＴＤ直交コードを用いるので、受信機
３０は、受信信号から仮想チャネルｈλの推定を計算す
る仮想チャネル推定器２３と共に、ＳＴＴＤ復号器２４
から構成さる。
列である。受信信号に関する上記モデルから、受信機に
とっては、受信信号は、直交ｈλを用いて直交信号を送
信する多重アンテナ送信機から来ているように見えるこ
とは明らかである。したがって、直交コードＢ０を用い
て送信された信号を復調するために用いられる受信機
は、真のチャネル推定を仮想チャネルの推定と置き換え
ることにより、提案する時空コードを用いて送信される
信号を復調するために用いることもできる。図１に示し
た実施形態はＳＴＴＤ直交コードを用いるので、受信機
３０は、受信信号から仮想チャネルｈλの推定を計算す
る仮想チャネル推定器２３と共に、ＳＴＴＤ復号器２４
から構成さる。
【００３５】仮想チャネル推定器２３の一実施形態にお
いて、送信情報記号に埋め込まれ、同じコードを用いて
符号化される、受信機で知られた記号である専用パイロ
ット記号が用いられる。専用パイロット信号がこのよう
に符号化される場合には、ＳＴＴＤコードに関するパイ
ロットを用いてチャネルを推定する既知の方法は、仮想
チャネル・ベクトルの必要な推定を直接的に生じさせ
る。
いて、送信情報記号に埋め込まれ、同じコードを用いて
符号化される、受信機で知られた記号である専用パイロ
ット記号が用いられる。専用パイロット信号がこのよう
に符号化される場合には、ＳＴＴＤコードに関するパイ
ロットを用いてチャネルを推定する既知の方法は、仮想
チャネル・ベクトルの必要な推定を直接的に生じさせ
る。
【００３６】仮想チャネルを推定する２３の別の実施形
態は、チャネル推定に一般的に用いられる方法の何れか
を用いて真のチャネルｈを推定し、コード係数λを推定
し、これら２つの推定を用いて、関係式ｈλ＝Ｌｈを用
いることにより、仮想チャネルの推定を計算することで
ある。この実施形態において、真のチャネルの推定は、
提案するコードで符号化されていない一般的なパイロッ
ト記号を用いて容易に行うことができる。λの値は、順
方向データ・リンクを介して送信機によって受信機に信
号で明確に送ることができるか、たとえばダウンリンク
上の専用パイロットを用いることにより、受信機で推定
することができる。受信機でのλの推定は、開ループお
よび閉ループの両方において、受信機でのチャネル係数
の推定と共に、相関係数選別器１４において用いられる
同じルックアップ・テーブル方法を用いて行うことがで
きる。したがって、この実施形態におけるλの計算は、
閉ループにおいて受信機で時間遅延の調節を行う必要が
ないことを除いて、１４による送信機でのλの選択と同
一の方法で行う。
態は、チャネル推定に一般的に用いられる方法の何れか
を用いて真のチャネルｈを推定し、コード係数λを推定
し、これら２つの推定を用いて、関係式ｈλ＝Ｌｈを用
いることにより、仮想チャネルの推定を計算することで
ある。この実施形態において、真のチャネルの推定は、
提案するコードで符号化されていない一般的なパイロッ
ト記号を用いて容易に行うことができる。λの値は、順
方向データ・リンクを介して送信機によって受信機に信
号で明確に送ることができるか、たとえばダウンリンク
上の専用パイロットを用いることにより、受信機で推定
することができる。受信機でのλの推定は、開ループお
よび閉ループの両方において、受信機でのチャネル係数
の推定と共に、相関係数選別器１４において用いられる
同じルックアップ・テーブル方法を用いて行うことがで
きる。したがって、この実施形態におけるλの計算は、
閉ループにおいて受信機で時間遅延の調節を行う必要が
ないことを除いて、１４による送信機でのλの選択と同
一の方法で行う。
【００３７】提案する送信技術は、直交コード化信号の
多重アンテナ受信に類似の方法で、受信機で多重アンテ
ナと共に用いることもできる。
多重アンテナ受信に類似の方法で、受信機で多重アンテ
ナと共に用いることもできる。
【００３８】ビームフォーミングおよび直交コーディン
グの量に関する制御を行うことは、高速データ用のスケ
ジューリングされた送信の特別な場合において有用であ
る。スケジューリングされた送信において、送信機は、
チャネル利得が大きいと推定する時間中は、高データ・
レートでデータのバーストを送信する。この場合に、直
交コーディングよりもビームフォーミングを行う方が有
益である。したがって、スケジューリングされた送信を
改善する１つの方法は、高データ・レート送信のこれら
のバースト中に、スケジューリングされていない送信用
に選択されるλよりも大きいλの値を選択することであ
る。
グの量に関する制御を行うことは、高速データ用のスケ
ジューリングされた送信の特別な場合において有用であ
る。スケジューリングされた送信において、送信機は、
チャネル利得が大きいと推定する時間中は、高データ・
レートでデータのバーストを送信する。この場合に、直
交コーディングよりもビームフォーミングを行う方が有
益である。したがって、スケジューリングされた送信を
改善する１つの方法は、高データ・レート送信のこれら
のバースト中に、スケジューリングされていない送信用
に選択されるλよりも大きいλの値を選択することであ
る。
【００３９】本発明の様々な実施形態を説明してきた
が、本発明によれば、変形や代替的実施形態を実施でき
ることが明らかである。したがって、特許請求の範囲お
よびその均等物の趣旨に従う以外は、本発明は何ら限定
されないことを理解されたい。
が、本発明によれば、変形や代替的実施形態を実施でき
ることが明らかである。したがって、特許請求の範囲お
よびその均等物の趣旨に従う以外は、本発明は何ら限定
されないことを理解されたい。
【図１】本発明の原理による構造のブロック図である。
【図２】本発明の原理による、アンテナ素子信号を生成
する工程を示したフローチャートである。
する工程を示したフローチャートである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5K022 DD01 DD21 DD31 EE01 EE21
EE31
5K059 AA03 BB01 CC02 DD31 EE02
5K067 AA01 BB04 BB21 CC01 CC24
DD01 DD11 DD41 EE02 EE10
KK03
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくとも２つのアンテナからの受信信
号間の差の程度を判定するステップと、 前記差の程度を用いて、前記少なくも２つのアンテナを
用いて信号を送信するために直交コーディングおよびビ
ームフォーミングの何れかを選択するステップとを含
む、少なくとも２つのアンテナから信号を送信する方
法。 - 【請求項２】 前記受信信号間の差の程度を判定する前
記ステップは、振幅差の程度を判定することを含む、請
求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記受信信号間の差の程度を判定する前
記ステップは、位相差の程度を判定することを含む、請
求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 差の程度を判定する前記ステップは、受
信信号間の相関の程度を判定することを含む、請求項１
に記載の方法。 - 【請求項５】 前記差の程度を用いる前記ステップは、
前記差の程度を用いて、前記送信信号の比率に対する直
交コーディングの比率を選択することを含む、請求項１
に記載の方法。 - 【請求項６】 前記差の程度が第１のレベルと第２のレ
ベルとの間で変動し、前記第１のレベルであれば送信の
ためにビームフォーミングを選択することになり、前記
第２のレベルであれば送信のために直交コーディングを
選択することになる、請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記差の程度が第１のレベルと第２のレ
ベルとの間で変動し、前記第１および第２のレベルの間
の前記差の程度であれば、送信のためにビームフォーミ
ングと直交コーディングの両方を選択することになる、
請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 前記差の程度が第１のレベルと第２のレ
ベルとの間で変動し、前記差の程度が前記第１のレベル
の方に近ければ、直交コーディングよりもビームフォー
ミングを多く送信することになる、請求項１に記載の方
法。 - 【請求項９】 前記差の程度が第１のレベルと第２のレ
ベルとの間で変動し、前記差の程度が前記第２のレベル
の方に近ければ、ビームフォーミングよりも直交コーデ
ィングを多く送信することになる、請求項１に記載の方
法。 - 【請求項１０】 前記差の程度が第１のレベルと第２の
レベルとの間で変動し、前記第１および第２のレベルに
対する前記差の程度が、送信に用いられる直交コーディ
ングに対するビームフォーミングの量を決定する、請求
項１に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/873,706 US7499499B2 (en) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | Method for multiple antenna transmission |
| US09/873706 | 2001-06-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003069461A true JP2003069461A (ja) | 2003-03-07 |
Family
ID=25362168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002162231A Pending JP2003069461A (ja) | 2001-06-04 | 2002-06-04 | 多重アンテナ送信の方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7499499B2 (ja) |
| EP (1) | EP1265376B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003069461A (ja) |
| DE (1) | DE60108481T2 (ja) |
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| JP2009527184A (ja) * | 2006-02-16 | 2009-07-23 | アルカテル−ルーセント ユーエスエー インコーポレーテッド | チャネル相関の利用が改善されたマルチアンテナ通信の方法 |
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| GB0212165D0 (en) | 2002-05-27 | 2002-07-03 | Nokia Corp | A wireless system |
| EP1367760B1 (en) * | 2002-05-27 | 2009-11-18 | Nokia Corporation | Transmit/receive diversity wireless communication |
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| BRPI0515389B1 (pt) * | 2004-09-17 | 2018-09-25 | Ntt Docomo Inc | método de comunicação móvel, estação móvel e estação base |
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| EP1265376B1 (en) | 2005-01-19 |
| EP1265376A2 (en) | 2002-12-11 |
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