JP2004515152A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

無線通信システムは複数のアンテナ（１１０）を有する送信器（１０８）と少なくとも一つのアンテナ（１１０）を有する受信器（１１４）との間に通信チャネルを有する。このようなシステムでは、通信チャネルは広範な特徴を有する複数のパス（１１２）を有する。伝送用のデータは一つ以上のアプリケーション（１０２）により生じ、例えば、当該データの重要性又は他の条件を示す、タグ付けブロック（２０４）によるタグの追加により、一つ以上のカテゴリーが当該データに割り当てられている。割り当てられたカテゴリー及びパス（１１２）の特徴に応じて、データは、適切な伝送パス（１１２）を選択するように送信器の一つ以上のアンテナ（１１０）にマッピングされる。

Description

【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器と少なくとも一つのアンテナを有する受信器との間に複数のパスを有する通信チャネルを有する無線通信システムに関する。本明細書では、パスとは全体の無線システム中で分解可能な個々のサブチャネルを指すのに用いられ、チャネルとは、送信器と受信器との間の合成された全体的なパスを指すのに用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信システムでは、無線信号は通常送信器から受信器へ複数の伝播パスを介して伝播し、各無線信号は一つ以上の散乱体からの反射を伴う。伝播パスから受信された信号は、受信器において建設的又は破壊的に干渉するかもしれない（これは位置に依存したフェージングを生む）。更に、伝播パスの異なった長さ、つまり、信号が送信器から受信器へ伝播するのにかかる異なった時間は、シンボル間干渉を引き起こすかもしれない。
【０００３】
多パス伝播により引き起こされる上記の問題は、受信器における複数のアンテナの使用（受信ダイバーシティ）により緩和されることができ、これにより複数の伝播パスの一部又は全てを分解することができるようになる。効果的なダイバーシティのためには、独立したアンテナにより受信された信号が、低い相互相関を有する必要がある。通常これは、波長の大きな割合にあたる長さでアンテナを分離することにより保証されるが、我々の同時係属中の未公開の国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰＯ１／０２７５０号（出願人参照番号：ＰＨＧＢ００００３３）に開示された技術を用いることによって近接したアンテナを採用することもできる。実質的に無相関の信号の使用を保証することにより、任意の時間に二つ以上のアンテナにおいて破壊的干渉が起こる確率は最小にされる。
【０００４】
同様の改良は送信器における複数のアンテナの使用（伝送ダイバーシティ）によっても達成されることができる。多様化技術は、送信器と受信器との両方における複数のアンテナの使用によって一般化することができ、これは多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムとして知られ、一方の側のみのダイバーシティと比してシステムゲインを更に増加することができる。他の開発例として、複数のアンテナの存在は空間的多重化を可能にし、これにより伝送のため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、該サブストリームのそれぞれは異なったパス（又はサブチャネル）を介して送信される。このようなシステムの一つの例は米国特許第６，０６７，２９０号に説明されている。
【０００５】
ＭＩＭＯシステムにより達成され得るパフォーマンスの向上は、任意のエラー率における全データ率を増加させるか、任意のデータ率におけるエラー率を低減させるか、又はこれらの二つの結合に使用することができる。ＭＩＭＯシステムは、任意のデータ率及びエラー率において、伝送されたエネルギー又はパワーの合計を低減させるために制御されることもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、パフォーマンスの改良されたＭＩＭＯ又はＭＩＳＯ（多入力単一出力）システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の側面によれば、複数のアンテナを有する送信器と少なくとも一つのアンテナを有する受信器との間に複数のパスを有する通信チャネルを有する無線通信システムが提供され、当該無線通信システムにおいて前記送信器が、
各パスに対して少なくとも一つの伝送特性を決定するパス特徴づけ手段と、カテゴリーを伝送用データの組に割り当てるカテゴリー化手段と、前記カテゴリーと前記の少なくとも一つの伝送特性とに応答して、データの組を送信器のアンテナに供給するためのマッピングを決定し、これにより、データがどのパス又は複数のパスを通って伝送されるかを決定するマッピング手段と、を有する無線通信システムが提供される。
【０００８】
本発明の第二の側面によれば、複数のアンテナを有する送信器と少なくとも一つのアンテナを有する受信器との間に複数のパスを有する通信チャネルを有する無線通信システムにおいて用いられる送信器が提供され、前記送信器は、各パスに対して少なくとも一つの伝送特性を決定するパス特徴づけ手段が提供され、カテゴリーを伝送用データの組に割り当てるカテゴリー化手段が提供され、前記カテゴリーと前記の少なくとも一つの伝送特性とに応答して、データの組を送信器のアンテナに供給するためのマッピングを決定し、これにより、データがどのパス又は複数のパスを通って伝送されるかを決定するマッピング手段が提供される。
【０００９】
本発明の第三の側面によれば、複数のアンテナを有する送信器と少なくとも一つのアンテナを有する受信器との間に複数のパスを有する通信チャネルを有する無線通信システムを操作する方法が提供され、前期方法は、前記送信器が各パスに対して少なくとも一つの伝送特性を決定するステップと、前記送信器がカテゴリーを伝送用データの組に割り当てるステップと、前記送信器が前記カテゴリーと前記の少なくとも一つの伝送特性とに応答してデータの組を送信器のアンテナに供給するためのマッピングを決定し、これにより、データがどのパス又は複数のパスを通って伝送されるかを決定するステップと、を有する。
【００１０】
本発明は、各サブチャネルの特性を考慮に入れることにより、全体の通信リンクの特性が最適化されることが可能であるという、先行技術には存在しない認識に基づく。
【００１１】
本発明の実施例が、ここで、添付図面を参照し、例示により説明される。
【００１２】
図中では、同一の参照番号は対応する機能を示すのに用いられた。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は既知のＭＩＭＯ無線システムを図示する。複数のアプリケーション１０２（ＡＰ１〜ＡＰ４）が伝送用のデータストリームを発生させる。一つのアプリケーション１０２が複数のデータストリームを発生させることもできる。データストリームは、マルチプレクサ（ＭＸ）１０４により一つのデータストリームに合成され、これは更にコーディング／マッピングブロック（ＣＭ）１０６により処理される。ＣＭブロックは、空間−時間コーディングを適用して、送信器（Ｔｘ）１０８により伝送されるべきデータ記号適切な誤り訂正と複数の伝送アンテナ１１０との間のマッピングを共に提供することができる。従って、ＣＭブロックにより適用される誤り訂正（ＦＥＣ）は、複数のパス１１２を有するＭＩＭＯチャネル全体に対処するのに十分な誤り訂正能力を持たなければならない。図示の簡単のため、アンテナ１１０の間の直接パス１１２のみが図示されるが、パスの組が、信号が一つ以上の散乱体により反射される間接パスを通常含むことが分かる。
【００１４】
多くの空間−時間コーディング技術が先行技術において既知であり、コーディング／マッピングブロック１０６において採用されることができる。これらは更に、受信器への無線パスの選択を助ける、ダイバーシティ及びビーム形成技術を含むことができる。適切な技術の例は、２０００年にＫｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓにより発行の、ｖａｎ Ｒｏｏｙｅｎ他による「ＣＤＭＡ移動通信のための空間−時間処理」の、第２章、第５章、第８章に含まれるが、これらに制限されるものではない。
【００１５】
受信器（Ｒｘ）１１４も複数のアンテナ１１０を備えており、複数のパスから信号を受信し、引き続き、それぞれのデータストリームを各アプリケーションへ提供するため、これらの信号を結合し、復号し、また、非多重化する。送信器１０８と受信器１１４との両方は、同数のアンテナを有するように示されているが、これは実際には必要ではなく、アンテナの数は空間及び容量の制限に応じて最適化されることができる。同様に、送信器１０８はアプリケーションを幾つでもサポートすることができる（例えば、声だけの移動電話には単一のアプリケーション、ＰＤＡには多数のアプリケーション）。
【００１６】
このような既知のＭＩＭＯシステムの問題は、送信器１０８と受信器１１４との間の種々のパス１１２でインパルス応答が異なり、信号／ノイズ比（ＳＮＲ）及び時間ディレイの違いを生むということを全く考慮していないということである。使用することができるパス１１２の数は、使用可能なパスの品質により制限される。
【００１７】
本発明により形成されるシステムでは、データストリームは、データの個別の部分の異なった要件により異なった伝送アンテナ１１０にマッピングされる。
【００１８】
このようなシステムを実施するには、異なったパス１１２の特徴に関する予備知識が必要である。この知識は、受信器１１４が既知の方法でチャネル推定を遂行することができるようにするように、各アンテナからパイロットビットを伝送することにより得られる。このチャネル推定は、次に、送信器１０８が、異なったアンテナ１１０のためにデータをいかに割り当ててコーディングするかを決定することができるようにするように、送信器１０８に返送することができる。他にはこの推定は、異なった無線パス１１２を介して前に受信されたデータのビットエラー率若しくはブロックエラー率から、又は他の適切な技術により導出することができる。
【００１９】
アップリンクチャネルとダウンリンクチャネルとが少なくともほぼ相互的であると知られていれば、例えば、クローズドループフィードバックディレイよりも大きなコヒーレンス時間を有する時分割複信方式においては、チャネル推定は、受信器１１４から受信される、既知のパイロット情報又は類似したものを基にして、送信器１０８により実行されることができる。
【００２０】
エラー率に関して高いサービス品質（ＱｏＳ）を必要とするデータ、又は単純に得られる最高のビット率を必要とするデータは、伝送アンテナ１１０に、最高のＳＮＲを提供する（又は必要とされるＳＮＲに対して最低の伝送パワーを必要とする）無線チャネルの一つ以上のパス１１２を使用するようにマッピングすることができる。エラー率に関してより低いＱｏＳを必要とするデータは、より低いＳＮＲ値を提供する無線チャネルの一つ又は複数のパスにマッピングされることができる。
【００２１】
異なった要件の異なったデータビットの間の区別は、データを生じるアプリケーションに基づいてつけられる。例えば、リアルタイムの高品質ビデオリンクは、送信するデータとして、音声データよりも低いエラー率を必要とするデータを作成するかもしれない。この場合、異なったアプリケーションからのデータストリームを送信器の物理層又は物理層よりも上の層で合わせて多重化する代わりに、ストリームは、それぞれのデータビットを伝送アンテナにマッピングする過程まで別個に維持される。
【００２２】
この機能を実施する、修正されたＭＩＭＯシステムが図２に示される。マルチプレクサ１０４は、ここでは複数のタグ付けブロック（ＡＴ）２０４により交代され、当該タグ付けブロックのそれぞれは、アプリケーション１０２に接続されており、それぞれのアプリケーション１０２からのデータに、データのＱｏＳ条件を提供するタグを付ける。タグ付けブロック２０４は、ＱｏＳ条件に関する情報をデータに関連させるのに、代替的に他の手段を使用することができる。例えば、異なったＱｏＳ条件のデータは、異なった瞬間に若しくは異なった輸送チャネルで物理層に、又は、異なったポートへ、配信されることができる。このＱｏＳ情報は、次に、修正されたコーディング／マッピングブロック２０６により使用され、当該ブロックは、ＱｏＳ条件と無線パス１１２の特性とを突き合わせることにより可能な限り、マッピングをＱｏＳ条件に合致するように調整する。
【００２３】
図２のシステムは、複数のアプリケーションが同一の又は類似した条件を有していれば修正することができる。この場合、これらのアプリケーションからのデータは、物理層よりも上で多重化されることができる。
【００２４】
異なったアプリケーションからのデータによって異なった扱いをする代わりに、又はこれに加えて、特定のアプリケーションからの異なったデータビットが、特定のビットの異なった条件に基づいて特定の無線パスを用いるような方法で、伝送アンテナ１１０にマッピングされることができる。典型的な例として、音声コードからのデータストリームは、重要度に応じて広範な等級に割り当てられた、コーディングされたビットを有することができる。最も重要なビットは最高品質のパス１１２を介して伝送されることができ、それより重要度の落ちるビットは、より低い品質の無線パス１１２を使用することができる。
【００２５】
図３はＭＩＭＯシステムを操作するこの方法を説明するフローチャートである。この過程は、送信器１０８上で動作するアプリケーション１０２が伝送用のデータを有するとき、ステップ３０２で開始する。アプリケーションは、データセグメントをそれぞれの条件に応じてタグ付けし、このタグの値はステップ３０４でチェックされる。この例では、タグが「Ａ」（最重要なデータを表す）であれば、データはステップ３０６で、高品質パスである第一パス１１２を介して伝送される。同様に、タグが「Ｂ」（中程度に重要なデータを表す）であれば、データはステップ３０８で、中程度の品質のパスである第二パス１１２を介して伝送される。最後に、タグが「Ｃ」（重要度の低いデータを表す）であれば、データはステップ３０８で、低品質パスである第二パス１１２を介して伝送される。
【００２６】
他の変形例として、データに適用されるエラー制御コーディングのレベルは、各アンテナ１１０からの無線パス１１２の品質に応じて変化させられることができる。例えば、比較的高品質のパス１１２を用いるデータには、程度の低いエラー制御コーディングを用いることができる（又はエラー制御コーディングを用いなくても良い）。これは、結果として、伝送される情報の全量を低減させることができ、従って、送信器パワーを低減させるか、又は、代わりにより高いデータ率がサポートされるようにする。
【００２７】
同様に、修正されたコーディング／マッピングブロック２０６は、他の伝送パラメータ、例えば変調方式及び／又は伝送パワーなども、データが割り当てられたカテゴリー及び／又は各アンテナからの無線パス１１２の品質に応じて、異なったデータの組によって異なるように設定することができる。例えば、比較的高いオーダーの変調方式及び／又は比較的低い伝送パワーを、比較的高品質のパス１１２にマッピングされたデータに用いることができる。ＣＭブロック１０６は一つのブロックとして示されるが、伝送パラメータを設定する操作（コーディングを含むことも可能）とマッピングとは、一つの機能ブロック又は別個のブロックで実行されることができる。加えて、マッピング操作は、伝送パラメータを設定する操作とは独立に実行されるか、共同最適化過程の一部として実行されることができる。独立に実行される場合、マッピングは依然伝送パラメータの使用可能な組を考慮に入れることができる。
【００２８】
基本的な方式の種々の他の変形例も可能である。例えば、
・　全伝送パワーは、各パスから受信されたＳＮＲを均等化するような方法で複数の伝送アンテナ間で分割されることができる。
・　データビットは、種々の無線パス１１２の異なったディレイによって、より重要な、又はより緊急なビット（例えば、ループディレイが重要なクローズドループパワー制御命令）がより短いパスで伝送されるようにマッピングすることができる。
・　特定のアプリケーションからのデータは、シンボル間干渉を消去するため、等しい又は類似したディレイを有するパス１１２にマッピングされることができる。
【００２９】
それぞれの場合で、送信器１０８による伝送用に、コーディング／マッピングブロック２０６に配信される、データビットの各組に必要なエラー率及びディレイの内優先される方又は両方が、追加の「タグ」ビット、又は上述の手段などのあらゆる適切な代替手段によって、物理層に示されることができる。
【００３０】
本発明により形成されたシステムの、既知のシステムに対する利点は、無線チャネルを、伝送されているデータの条件に、より良く適合させることができるということである。これは結果として、伝送パワーの低減又は達成可能なデータ率の増加につながることができる。
【００３１】
本発明は、複数の無線プロトコルを用いて操作するように設計されたマルチモードトランシーバに特に有利である。このような器具は、広範に異なったアプリケーションからのデータを受信することが多い。本発明によれば、このデータは、器具によりサポートされた一つ以上の無線プロトコルを用いて、適切な品質の無線パスにマッピングされることができる。
【００３２】
本発明により形成されたシステムは、複数の、空間的に分離された受信器又は送信器を用いて高度化することができる。これの典型的な例は、一つの移動局が複数の基地局との通信リンクを保持するということである。ダウンリンクデータストリームは、基地局トランシーバの中で、各基地局トランシーバがダウンリンクデータストリームの一部を一つの移動局へサポートするように、ネットワーク層レベルで分割される。上述の方法で分割を行うことにより、全体的な接続の強固さは向上する。基地局からの複数のデータストリームは移動体により受信され、完全なアプリケーションデータを提供するため、端末中でネットワークレベルで再構成される。アップリンク伝送は、主に単独の基地局に対して行われるか、又は、容量及び他の条件に応じて全基地局間で分割されることができる。
【００３３】
このような移動体は、基地局間で移動すると、全体的には幾つかの基地局との連続した接続を保持するが、連続的に、新しい基地局の範囲に入り他の基地局の範囲から出ることになる。個別の基地局間のハンドオーバはハードであってもソフトであってもよいが、移動体に対する全体的な影響は、移動体は幾つかの基地局と常に安定した通信状態にあるため、極めてソフトなハンドオーバである。
【００３４】
本発明は、上ではＭＩＭＯシステムの状況で説明された。しかしこれは、受信器１１４はただ一つのアンテナ１１０を有するが、送信器１０８は複数のアンテナ１１０を有するという状況にも適用されることができる。このようなシステムでは、データの異なった要素を異なったパス１１２における伝送の対象とすることには依然利点がある。
【００３５】
本開示を読むことにより、他の変形例が当業者には明らかになるであろう。このような変形は、無線通信システム及びその構成要素の、既知の、設計、製造及び使用に関するほかの特徴と関連していることができ、これらの特徴は、ここで説明された特徴に代わって、又は追加して、使用することができる。
【００３６】
本発明や請求項において、要素の前に付した「一つの（ａ又はａｎ）」という単語は、その要素が複数あることを排除するものではない。更に、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、記載された以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】既知のＭＩＭＯ無線システムの模式的ブロック図。
【図２】本発明により作成されるＭＩＭＯ無線システムの模式的ブロック図。
【図３】本発明によりＭＩＭＯ無線システムを操作する方法を説明するフローチャート。

Claims (14)

1. 複数のアンテナを有する送信器と少なくとも一つのアンテナを有する受信器との間に複数のパスを有する通信チャネルを有する無線通信システムであって、前記送信器が、前記パスのそれぞれに対して少なくとも一つの伝送特性を決定するパス特徴づけ手段と、カテゴリーを伝送用データの組に割り当てるカテゴリー化手段と、前記カテゴリーと前記の少なくとも一つの伝送特性とに応答して、前記データの組を前記送信器の前記アンテナに供給するためのマッピングを決定し、これにより、前記データがどのパス又は複数のパスを通って伝送されるかを決定するマッピング手段と、を有する無線通信システム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、前記受信器が、チャネル推定を実行する手段と、前記チャネル推定の出力の詳細を前記パス特徴づけ手段に信号で伝える手段と、を有することを特徴とするシステム。
3. 複数のアンテナを有する送信器と少なくとも一つのアンテナを有する受信器との間に複数のパスを有する通信チャネルを有する無線通信システムにおいて用いられる送信器であって、前記パスのそれぞれに対して少なくとも一つの伝送特性を決定するパス特徴づけ手段が提供され、カテゴリーを伝送用データの組に割り当てるカテゴリー化手段が提供され、前記カテゴリーと前記の少なくとも一つの伝送特性とに応答して、前記データの組を前記送信器の前記アンテナに供給するためのマッピングを決定し、これにより、前記データがどのパス又は複数のパスを通って伝送されるかを決定するマッピング手段が提供される、送信器。
4. 請求項３に記載の送信器であって、伝送用のデータが複数のソースから提供されることができ、前記カテゴリー化手段が、前記データの前記ソースに応じてカテゴリーを割り当てるようにされていることを特徴とする送信器。
5. 請求項３又は４に記載の送信器であって、前記カテゴリー化手段が、アプリケーションからのデータセグメントのそれぞれに、該データの相対的な重要性、必要とされるサービス品質、データ率、許容可能な伝送ディレイ及び許容可能なエラー率の内少なくとも一つに応じて、異なったカテゴリーを割り当てるようにされていることを特徴とする送信器。
6. 請求項３乃至５のいずれか一項に記載の送信器であって、前記パス特徴づけ手段が、ディレイ、信号／ノイズ比、及び、前記のパスのそれぞれに対する任意の信号／ノイズ比又はエラー率に対して必要とされる伝送パワー、の内少なくとも一つを決定するようにされていることを特徴とする送信器。
7. 請求項３乃至６のいずれか一項に記載の送信器であって、パラメータ選択手段が、前記データの伝送のために割り当てられた一つ又は複数の前記パスと前記データに割り当てられた前記カテゴリーとの内少なくとも一つに応じて、前記データに関連する少なくとも一つの伝送パラメータを設定するために、提供されることを特徴とする送信器。
8. 請求項７に記載の送信器であって、伝送パラメータが、前記データに加えられたエラー制御コーディングの種類を特定することを特徴とする送信器。
9. 請求項７又は８に記載の送信器であって、伝送パラメータが前記データの伝送に用いられる変調方式を特定することを特徴とする送信器。
10. 請求項７乃至９のいずれか一項に記載の送信器であって、伝送パラメータが前記アンテナのそれぞれの前記伝送パワーを特定し、これにより、少なくとも一つの信号パスに対して、特定の信号／ノイズ比が達成されることを可能にすることを特徴とする送信器。
11. 請求項３乃至１０のいずれか一項に記載の送信器であって、複数の、空間的に分離された、それぞれが少なくとも一つのアンテナを有するサイトに分配されることを特徴とする送信器。
12. 請求項３乃至１１のいずれか一項に記載の送信器であって、前記パス特徴づけ手段が、前記パスの特性を、少なくとも一部は、前記受信器により行われ、前記送信器に対して信号で伝えられる測定から決定するようにされていることを特徴とする送信器。
13. 複数のアンテナを有する送信器と少なくとも一つのアンテナを有する受信器との間に複数のパスを有する通信チャネルを有する無線通信システムを操作する方法であって、前記送信器が前記パスのそれぞれに対して少なくとも一つの伝送特性を決定するステップと、前記送信器がカテゴリーを伝送用データの組に割り当てるステップと、前記送信器が前記カテゴリーと前記の少なくとも一つの伝送特性とに応答して前記データの組を前記送信器の前記アンテナに供給するためのマッピングを決定し、これにより、前記データがどのパス又は複数のパスを通って伝送されるかを決定するステップと、を有することを特徴とする方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、より高いサービス品質を必要とするデータを、より低いサービス品質を必要とするデータよりも、高品質のサブチャネルでデータを伝送することを特徴とする方法。

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