JP2004531976A - 選択チャネル反転を使用するマルチチャネル通信システムにおける送信用のデータを処理するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】選択チャネル反転を使用するマルチチャネル通信システムにおいて送信用のデータを処理する。
【解決手段】使用可能な送信チャネルが一以上のグループに分割され、データ送信のため各グループのチャネルが選択される。各グループのデータは特定の符号化／変調スキームに基づいて符号化及び変調されて変調シンボルを提供し、選択チャネル毎の変調シンボルは割り当てられた重みに基づいて重み付けされる。重み付けは、選択チャネルを「反転」するため、同じ受信ＳＮＲを得る。この反転によって、特定閾値以上のＳＮＲを有する各グループの「良好な」チャネルのみが選択され、グループの全使用可能な送信出力はグループの良好なチャネルに分配される。各グループの良好なチャネルのみを使用し、かつ各選択チャネルの受信ＳＮＲを必要ＳＮＲに一致させることにより、性能の向上を得る。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的にデータ通信に関し、より具体的には、選択チャネル反転を使用する無線通信システムにおける送信用のデータを処理するための新規かつ改良された方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチチャネル通信システムがしばしば展開されて、音声やデータなどの種々のタイプの通信のより高い送信能力を提供する。このようなマルチチャネルシステムは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システム、直交周波数分割多重変調（ＯＦＤＭ）システム、ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステム、または他のタイプのシステムであってもよい。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を用いて空間ダイバーシティを展開し、各々がデータを送信するために使用可能な、多数の空間サブチャネルをサポートする。ＯＦＤＭシステムは動作周波数帯域を、各々が、データが変調されるそれぞれのサブキャリアと関連している、多数の周波数サブチャネル（または周波数バイナリ）に効果的に分割する。従って、マルチチャネル通信システムは、各々が、ＭＩＭＯシステムの空間サブチャネル、ＯＦＤＭシステムの周波数サブチャネル、あるいはＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムの周波数サブチャネルの空間サブチャネルに対応していてもよい、多数の「送信」チャネルをサポートする。
【０００３】
マルチチャネル通信システムの送信チャネルは一般的に、（例えば異なるフェージングおよびマルチパス効果による）異なるリンク条件を経験し、異なる信号対雑音／干渉比（ＳＮＲ）を得てもよい。従って、特定のレベルの性能に対する送信チャネルによってサポートされる送信能力（すなわち情報ビットレート）はチャネルによって異なってもよい。さらに、リンク条件は一般的に経時的に変化する。その結果、送信チャネルによってサポートされているビットレートもまた経時的に変化する。
【０００４】
送信チャネルの異なる送信能力およびこれらの能力の経時的変化の性質によって、チャネル上での送信の前にデータを処理することができる効果的な符号化／変調スキームを提供することは興味深いことである。さらに、実際的な事柄として、符号化／変調スキームは、送信および受信システムの双方で実現および利用するために簡素であるべきである。
【０００５】
従って、異なる能力を有する複数の送信チャネル上での送信用のデータを効果的かつ効率的に処理する技術に対するニーズが当業界に存在する。
【特許文献１】
U.S. Patent Application Serial No. 09/776,075 “CODING SCHEME FOR A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM”, 2001年2月1日出願
【特許文献２】
U.S. Patent Application Serial No. 09/532,492 “HIGH EFFICIENCY, HIGH PERFORMANCE COMMUNICATIONS SYSTEM EMPLOYING MULTI-CARRIER MODULATION”, 2000年3月22日出願
【特許文献３】
U.S. Patent Application Serial No. 09/826,481 “METHOD AND APPARATUS FOR UTILIZING CHANNEL STATE INFORMATION IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM”, 2001年3月23日出願
【特許文献４】
U.S. Patent Application Serial No. 09/854,235 “METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING DATA IN A MULTIPLE-INPUT MULTIPLE-OUTPUT (MIMO) COMMUNICATION SYSTEM UTILIZING CHANNEL STATE INFORMATION”, 2001年5月11日出願
【特許文献５】
U.S. Patent No. 5,799,005 “SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING RECEIVED PILOT POWER AND PATH LOSS IN A CDMA COMMUNICATION SYSTEM”, 1998年8月25日登録
【特許文献６】
U.S. Patent No. 5,903,554 “METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING LINK QUALITY IN A SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM”, 1999年5月11日登録
【特許文献７】
U.S. Patent No. 5,056,109 “METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM”, 1991年10月8日登録
【特許文献８】
U.S. Patent No. 5,265,119 “METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM”, 1993年11月23日登録
【特許文献９】
U.S. Patent No. 6,097,972 “METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING POWER CONTROL SIGNALS IN CDMA MOBILE TELEPHONE SYSTEM”, 2000年8月1日登録
【特許文献１０】
U.S. Patent Application Serial No. 08/963,386 “METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE PACKET DATA TRANSMISSION”, 1997年11月3日出願
【非特許文献１】
“Multicarrier Modulation for Data Transmission: An Idea Whose Time Has Come,” by John A.C. Bingham, IEEE Communications Magazine, May 1990
【非特許文献２】
“Optimum Space-Time Processors with Dispersive Interface: Unified Analysis and Required Filter Span,” IEEE Trans. on Communication, Vol.7, No. 7, July 1999
【非特許文献３】
“Optimum Reception, Performance Bound, and Cutoff-Rate Analysis of References-Assisted Coherent CDMA Communication with Applications,” IEEE Transaction on Communication, Oct. 1999
【非特許文献４】
“TIE/EIA/IS-856 cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification”
【発明の開示】
【０００６】
本発明の態様は、全使用可能な送信チャネルの中から選択された複数の送信チャネル上での送信用のデータを処理するための技術を提供する。使用可能な送信チャネル（例えば、ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムにおける空間サブチャネルおよび周波数サブチャネル）が、各グループは任意の数の送信チャネルを含んでいる、一つ以上のグループに分割される。一態様において、データ処理は、そのグループに対して選択された共通の符号化／変調スキームに基づいてグループごとにデータを符号化および変調して変調シンボルを提供することと、チャネルに割り当てられた重みに基づいて選択送信チャネルごとに変調シンボルを重み付けすることとを含んでいる。重み付けは各グループの選択送信チャネルを効果的に「反転」するため、これらのチャネルはほぼ同じ受信信号対雑音／干渉比（ＳＮＲ）を得る。
【０００７】
選択チャネル反転（ＳＣＩ）について言及している一実施形態において、特定の（ＳＮＲまたは出力利得）閾値以上のＳＮＲ（または出力利得）を有する各グループの「良好な」送信チャネルのみがデータ送信のために選択され、「不良」送信チャネルは使用されない。選択チャネル反転によって、各グループの全使用可能な送信出力が良好な送信チャネルに（不均一に）分配され、より一層の効率および性能が達成される。別の実施形態において、各グループの全使用可能な送信チャネルが使用するために選択されて、チャネル反転が該グループの全使用可能なチャネルに対して実行される。
【０００８】
送信チャネルの各グループは、（１）データ送信のための送信チャネルを選択するために使用されるそれぞれの（ＳＮＲまたは出力利得）閾値、および（２）該グループのデータを符号化および変調するために使用されるそれぞれの符号化／変調スキームと関連していてもよい。ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムについては、各グループはそれぞれの送信アンテナに対応していてもよく、また各グループの送信チャネルは対応する送信アンテナに対する周波数サブチャネルであってもよい。
【０００９】
チャネル反転技術は、送信システムでの符号化／変調、および受信システムでの復号化／復調を簡略化する。さらに選択チャネル反転技術はまた、（１）グループ内の全使用可能な送信チャネルの中から選択された、各グループのＮ_Ｓ個の最良送信チャネルのみを使用することと、（２）チャネルが属するグループに対して使用される符号化／変調スキームに必要なＳＮＲに各選択送信チャネルの受信ＳＮＲを一致させることとを組み合わせた利点に起因するより良好な性能を提供することができる。
【００１０】
本発明はさらに、以下により詳細に説明されるように、本発明の種々の態様、実施形態、および特徴を実現する方法、システム、および装置を提供する。
【００１１】
本発明の特徴、性質、および利点は、図面と関連して以下になされる詳細な説明からより明らかになるであろう。図面において同一の参照番号は図面全体において対応部分を表している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の種々の態様、実施形態、および特徴が、複数の送信チャネルがデータ送信に使用可能であるマルチチャネル通信システムに適用されてよい。このようなマルチチャネル通信システムは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）システム、直交周波数分割多重変調（ＯＦＤＭ）システム、ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムなどを含んでいる。マルチチャネル通信システムはまた、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）や、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）や、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）や、他の多重アクセス技術を実現することができる。多重アクセス通信システムは多数の端末（例えばユーザ）との同時通信をサポートすることができる。
【００１３】
図１は、本発明の種々の態様および実施形態を実現するために設計および操作される多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システム１００の図である。ＭＩＭＯシステム１００は、データ送信のために複数の（Ｎ_Ｔ個の）送信アンテナと複数の（Ｎ_Ｒ個の）受信アンテナを用いている。ＭＩＭＯシステム１００は、多数の端末（Ｔ）１０６と同時に通信する基地局（ＢＳ）１０４を有する多重アクセス通信システムにとって効果的に形成されている。この場合、基地局１０４は複数のアンテナを用い、アップリンク送信用の多入力（ＭＩ）とダウンリンク送信用の多出力（ＭＯ）を表している。ダウンリンク（すなわちフォワードリンク）は基地局から端末への送信を表しており、アップリンク（すなわちリバースリンク）は端末から基地局への送信を表している。
【００１４】
ＭＩＭＯシステムは、データ送信のために複数の（Ｎ_Ｔ個の）送信アンテナと複数の（Ｎ_Ｒ個の）受信アンテナを用いている。Ｎ_Ｔ個の送信アンテナとＮ_Ｒ個の受信アンテナによって形成されたＭＩＭＯチャネルはＮ_Ｃ個の独立チャネルに分解される（ここでＮ_Ｃ≦ｍｉｎ｛Ｎ_Ｔ，Ｎ_Ｒ｝である）。Ｎ_Ｃ個の独立チャネルの各々はまたＭＩＭＯチャネルの空間サブチャネルとも称され、ディメンションに対応する。ある共通のＭＩＭＯシステムの実現において、Ｎ_Ｔ個の送信アンテナは単一の送信システムに配置されかつそれに関連しており、Ｎ_Ｒ個の受信アンテナも同様に単一の受信システムに配置されかつそれに関連している。ＭＩＭＯシステムはまた、多数の端末と同時に通信する基地局を有する多重アクセス通信システムにとって効果的に形成される。この場合、基地局には多数のアンテナが具備されており、各端末には一つ以上のアンテナが具備されていてもよい。
【００１５】
ＯＦＤＭシステムは動作周波数帯域を、多数の（Ｎ_Ｆ個の）周波数サブチャネル（すなわち周波数バイナリまたはサブ帯域）に効果的に分割する。各タイムスロットにおいて、変調シンボルはＮ_Ｆ個の周波数サブチャネルの各々上で送信されてもよい。各タイムスロットは、周波数サブチャネルの帯域幅に依拠していてもよい特定の時間間隔に対応している。
【００１６】
マルチチャネル通信システムを操作して、多数の送信チャネルを介してデータを送信することができる。ＯＦＤＭを利用しないＭＩＭＯシステムについては、一般的に一つの周波数サブチャネルのみであり、各空間サブチャネルが送信チャネルと称される。ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムについては、各周波数サブチャネルの各空間サブチャネルが送信チャネルと称される。またＭＩＭＯを利用しないＯＦＤＭシステムについては、周波数サブチャネルごとに一つの空間サブチャネルのみで、各周波数サブチャネルが送信チャネルと称される。
【００１７】
マルチチャネル通信システムにおける送信チャネルは一般的に、（異なるフェージングおよびマルチパス効果による）異なるリンク条件を経験し、異なる信号対雑音／干渉比（ＳＮＲ）を得てもよい。従って、送信チャネルの能力はチャネルごとに異なってもよい。この能力は、特定のレベルの性能（例えば特定のビットエラー率（ＢＥＲ）やパケットエラー率（ＰＥＲ））の送信チャネルで送信されてもよい情報ビットレート（すなわち変調シンボルあたりの情報ビット数）によって定量化されてもよい。リンク条件は一般的に経時的に変化するために、送信チャネルに対するサポート情報ビットレートもまた経時的に変化する。
【００１８】
送信チャネルの能力をより完全に利用するために、リンク条件のチャネル状態情報（ＣＳＩ）の記述が（一般的には受信システムにおいて）決定され、送信システムに提供される。そして送信システムがデータを処理（例えば符号化、変調、および重み付け）すると、送信チャネルごとの送信情報ビットレートがチャネルの送信能力に一致する。ＣＳＩは「完全ＣＳＩ」と「部分的ＣＳＩ」のいずれに分類されてもよい。完全ＣＳＩは、Ｎ_Ｔ×Ｎ_Ｒ ＭＩＭＯマトリクス（すなわち送信チャネルごとの特徴づけ）において、各送受信アンテナ対間の伝搬パスに対するシステムの帯域幅全体にわたって十分な特徴づけ（例えば振幅および位相）を含んでいる。部分的ＣＳＩは、例えば送信チャネルのＳＮＲを含んでいる。
【００１９】
種々の技術を使用して、複数の送信チャネル上での送信の前にデータを処理することができる。一技術において、送信チャネルごとのデータは、チャネルのＣＳＩに基づいてチャネルに対して選択された特定の符号化／変調スキームに基づいて符号化および変調されてもよい。送信チャネルごとに別個に符号化および変調することによって、符号化および変調は、チャネルごとに得られるＳＮＲに対して最適化される。このような技術の実現において、固定のベースコードを使用してデータを符号化し、そして送信チャネルごとの符号化ビットがパンクチャされて（すなわち選択的に除去されて）、そのチャネルにサポートされているコードレートを得る。この実現において、送信チャネルごとの変調スキームはまたチャネルのコードレートおよびＳＮＲに基づいて選択される。この符号化／変調スキームは、本出願の譲受人に譲渡され、参照してここに組み込まれている、２００１年２月１日に出願された、特許文献１にさらに詳細に説明されている。この技術については、根本的な実現の複雑さは一般的に、送信チャネルごとに異なるコードレートおよび変調スキームを有していることに関連している。
【００２０】
本発明の一態様に従って、技術は、（１）共通の符号化／変調スキームに基づいて全選択送信チャネルに対してデータを処理して変調シンボルを提供し、（２）チャネルのＣＳＩに基づいて選択送信チャネルごとの変調シンボルを重み付けするために提供される。重み付けは選択送信チャネルを効果的に「反転」するため、一般的にＳＮＲは、全選択送信チャネルに対して受信システムにおいてはほぼ同じである。選択チャネル反転（ＳＣＩ）に言及している一実施形態において、特定のＳＮＲ（または出力利得）閾値以上のＳＮＲ（または出力利得）を有する「良好な」送信チャネルのみがデータ送信のために選択され、「不良」送信チャネルは使用されない。選択チャネル反転によって、全使用可能な送信出力が良好な送信チャネルに分配され、より一層の効率および性能が得られる。別の実施形態において、全使用可能な送信チャネルが使用するために選択され、チャネル反転が全送信チャネルに対して実行される。
【００２１】
さらに別の実施形態において、使用可能な送信チャネルはグループに分割され、選択チャネル反転がチャネルのグループごとに別個に適用される。例えば、各送信アンテナの周波数サブチャネルは共にグルーピングされ、選択チャネル反転は送信アンテナの各々に対して別個に適用されてもよい。この分割によって、グループごと（例えば送信アンテナごと）の最適化が可能になる。
【００２２】
これらのチャネル反転技術は、完全または部分的ＣＳＩが送信機において使用可能である場合に有利に使用される。これらの技術は、依然として高性能を達成する一方で、上記のチャネル固有の符号化／変調技術に関連する複雑さの大部分を改善ずる。さらに、選択チャネル反転技術はまた、（１）使用可能な送信チャネルのうちのＮ_Ｓ個の最良送信チャネルのみを使用することと、（２）選択された符号化／変調スキームに必要なＳＮＲに各選択送信チャネルの受信ＳＮＲを一致させることとを組み合わせた利点に起因するより良好な性能を、チャネル固有の符号化／変調技術に提供することができる。
【００２３】
ＯＦＤＭを利用しかつ完全ＣＳＩが使用可能なＭＩＭＯシステムについては、送信システムは、各周波数サブチャネルの各送受信アンテナ対間の送信パスの複合利得に関する知識を有することができる。この情報はＭＩＭＯチャネルを直交にするために使用されてもよく、各固有モード（すなわち空間サブチャネル）は個々のデータストリームに対して使用されてもよい。
【００２４】
ＯＦＤＭを利用しかつ部分的ＣＳＩが使用可能なＭＩＭＯシステムについては、送信機は送信チャネルに関する限定的な知識を有することができる。個々のデータストリームが使用可能な送信アンテナ上の対応する送信チャネルにおいて送信され、受信システムは特定の線形（空間）または非線形（時空間）処理技術（すなわち等化）を使用して、データストリームを分離することができる。等化によって、各送信チャネル（例えば各送信アンテナおよび／または各周波数サブチャネル）に対応する個々のデータストリームが提供され、これらのデータストリームの各々は関連ＳＮＲを有している。
【００２５】
送信チャネルのＳＮＲの組が送信システムにおいて使用可能である場合、この情報を使用して、適切な符号化／変調スキームを選択し、各グループの（一つのグループのみでもよい）全使用可能な送信出力を分配することができる。一実施形態において、各グループの使用可能な送信チャネルは受信ＳＮＲが大きい順にランク付けされて、全使用可能な送信出力は、該グループのＮ_Ｓ個の最良送信チャネルに割り当てられ、かつそのために使用される。一実施形態において、特定のＳＮＲ閾値以下の受信ＳＮＲを有する送信チャネルは使用のために選択されない。ＳＮＲ閾値が選択されてスループットや他の基準を最適化することができる。各グループの全使用可能な送信出力が、使用するために選択されたグループ内の全送信チャネルに分配されて、送信データストリームが受信システムにおいてほぼ同じ受信ＳＮＲを有する。チャネル利得が送信システムにおいて使用可能である場合、同様の処理が実行される。一実施形態において、共通の符号化スキーム（例えば特定のコードレートの特定のターボコード）および共通の変調スキーム（例えば特定のＰＳＫやＱＡＭコンステレーション）が各グループの全選択送信チャネルに使用される。
【００２６】
（送信チャネル反転）
単一の（共通の）符号化／変調スキームが送信システムにおいて使用される場合、単一の（例えば畳込みまたはターボ）符号器およびコードレートを使用して、データ送信のために選択された全送信チャネルに対してデータを符号化することができ、またこれに伴う符号化ビットが、単一の（例えばＰＳＫやＱＡＭ）変調スキームを使用して変調シンボルにマッピングされてもよい。そして得られた変調シンボルはすべて、同一の「アルファベット」の見込み変調シンボルから取り出され、同一のコードおよびコードレートで符号化される。これによって、送信機および受信機双方におけるデータ処理が簡略化される。
【００２７】
しかしながら、マルチチャネル通信システムにおける送信チャネルは一般的に異なるリンク条件を経験し、異なるＳＮＲを得る。この場合、同一量の送信出力が選択送信チャネルごとに使用されると、送信された変調シンボルは、変調シンボルが送信される特定のチャネルに従って異なるＳＮＲで受信される。この結果は、選択送信チャネルの組におけるシンボルエラー率と、帯域幅効率の関連損失とにおける大きな変形例であろう。
【００２８】
本発明の一態様に従って、出力コントロールメカニズムを使用して、データ送信のために選択された送信チャネルごとに送信出力レベルを設定または調整し、受信システムにおいて特定のＳＮＲを得る。全選択送信チャネルに対して同じ受信ＳＮＲを得ることによって、単一の符号化／変調スキームが全選択送信チャネルに使用され、これによって送信システムにおける符号化／変調プロセスと、受信システムにおける相補的な復調／復号化プロセスの複雑さを大きく減少させることができる。出力コントロールは、以下により詳細に説明するように、選択送信チャネルを「反転」させ、全使用可能な送信出力を全選択チャネルに適切に分配することによって達成される。
【００２９】
同一量の送信出力が、ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムにおける全使用可能な送信チャネルに使用されると、特定のチャネルの受信出力は以下のように表すことができる。
【数１】

【００３０】
ここで、
Ｐ’_ｒｘ（ｊ，ｋ）は送信チャネル（ｊ，ｋ）（すなわち、ｋ番目の周波数サブチャネルのｊ番目の空間サブチャネル）の受信出力であり、
Ｐ_ｔｘは送信機において使用可能な全送信出力であり、
Ｎ_Ｔは送信アンテナ数であり、
Ｎ_Ｆは周波数サブチャネル数であり、
Ｈ（ｊ，ｋ）は送信機から送信チャネル（ｊ，ｋ）の受信機への複合「有効」チャネル利得である 。
【００３１】
簡潔に言うと、チャネル利得Ｈ（ｊ，ｋ）は送信機および受信機での処理の効果を含んでいる。さらに簡潔に言うと、空間サブチャネル数は送信アンテナ数と等しく、またＮ_Ｔ・Ｎ_Ｆは使用可能な送信チャネルの全数を表しているとする。同一量の出力が使用可能な送信チャネルごとに送信されると、全使用可能な送信チャネルの全受信出力Ｐ_{ｒｘ＿ｔｏｔａｌ}は以下のように表すことができる。
【数２】

【００３２】
式（１）は、各送信チャネルの受信出力がチャネルの出力利得、すなわち｜Ｈ（ｊ，ｋ）｜^２に依拠していることを示している。全使用可能な送信チャネルに等しい受信出力を得るためには、各チャネルの変調シンボルが重みＷ（ｊ，ｋ）によって送信機において重み付けされることが可能であり、以下のように表すことができる。
【数３】

【００３３】
ここでｃは、全送信チャネルの受信出力が受信機においてほぼ等しくなるように選択された係数である。式（３）に示されるように、各送信チャネルの重みはチャネルの利得に反比例する。送信チャネル（ｊ，ｋ）の重み付け送信出力は以下のように表すことができる。
【数４】

【００３４】
ここでｂは、全送信出力を使用可能な送信チャネルに分配するために使用される「正規化」係数である。この正規化係数ｂは以下のように表すことができる。
【数５】

【００３５】
ここでｃ^２＝ｂである。式（５）に示されるように、正規化係数ｂは全使用可能な送信チャネルの相互出力利得の合計として計算される。
【００３６】
Ｗ（ｊ，ｋ）による送信チャネルごとの変調シンボルの重み付けは送信チャネルを効果的に「反転」させる。このチャネル反転は、式（４）に示されるように、チャネルの出力利得に反比例する送信チャネルごとの送信出力量をもたらし、受信機において特定の受信出力を提供する。従って、全使用可能な送信出力は、そのチャネル利得に基づいて全使用可能な送信チャネルに効果的に（不均一に）分配され、全送信チャネルはほぼ等しい受信出力を有し、以下のように表すことができる：
【数６】

【００３７】
雑音分散が全送信チャネルにおいて同じである場合、等しい受信出力によって、全チャネルの変調シンボルが単一の共通の符号化／変調スキームに基づいて生成されることが可能になり、このことは符号化／変調プロセスを大いに簡略化する。
【００３８】
全使用可能な送信チャネルがそのチャネル利得に関係なくデータ送信に使用されると、不良送信チャネルに全送信出力の多くが割り当てられてしまう。事実、全送信チャネルに同じ受信出力を得るためには、送信チャネルが不良になるほど、より多くの送信出力がこのチャネルに割り当てられてしまう。一つ以上の送信チャネルが過度に不良になると、これらのチャネルに必要な送信出力量は良好なチャネルから出力を奪う（または枯渇させる）ことになり、システムスループット全体を大きく低下させることになる。
【００３９】
（チャネル利得に基づく選択チャネル反転）
一態様において、チャネル反転は選択的に適用され、受信出力が全受信出力に対して特定の閾値α以上である送信チャネルのみがデータ送信のために選択される。受信出力がこの閾値以下である送信チャネルは除去される（すなわち使用されない）。選択送信チャネルごとに、変調シンボルが送信機において重み付けされ、全選択送信チャネルがほぼ同じ出力レベルで受信される。閾値はスループットを最大化するために選択されてもよく、または他の基準に基づいていてもよい。選択チャネル反転スキームは、送信チャネルごとの個々の符号化に一般的に関連している高性能を提供しつつ、全送信チャネルに共通の符号化／変調スキームを使用することに固有の簡略さの多くを保持している。
【００４０】
まず、平均出力利得Ｌ_ａｖｅが全使用可能な送信チャネルについて計算され、以下のように表すことができる。
【数７】

【００４１】
各選択送信チャネルの変調シンボルが重み

（ｊ，ｋ）によって送信機において重み付けされ、以下のように表すことができる。
【数８】

【００４２】
各選択送信チャネルの重みはそのチャネルの利得に反比例し、全選択送信チャネルがほぼ等しい出力で受信されるように決定される。各送信チャネルの重み付け送信出力は以下のように表すことができる。
【数９】

【００４３】
ここでαは閾値であり、
【数１０】

【００４４】
は全送信出力を選択送信チャネルに分配するために使用される正規化係数である。式（９）に示されるように、送信チャネルは、その出力利得が出力利得閾値（すなわち｜Ｈ（ｊ，ｋ）｜^２≧αＬ_ａｖｅ）以上の場合の使用のために選択される。正規化係数
【数１１】

【００４５】
は選択送信チャネルのみに基づいて計算され、以下のように表すことができる。
【数１２】

【００４６】
式（７）〜（１０）は全送信出力をその出力利得に基づいて選択送信チャネルに効果的に分配するため、全選択送信チャネルはほぼ等しい受信出力を有することになり、以下のように表すことができる。
【数１３】

【００４７】
（チャネルＳＮＲに基づく選択チャネル反転）
多数の通信システムにおいて、受信システムにおける既知の数量はチャネル利得（すなわちパス損失）ではなく送信チャネルの受信ＳＮＲである。このようなシステムにおいて、選択チャネル反転技術は容易に修正されて、チャネル利得ではなく受信ＳＮＲに基づいて動作することができる。
【００４８】
等しい送信出力が全使用可能な送信チャネルに使用され、かつ雑音分散σ^２が全チャネルに一定の場合、送信チャネル（ｊ，ｋ）の受信ＳＮＲ、γ（ｊ，ｋ）は以下のように表すことができる。
【数１４】

【００４９】
使用可能な送信チャネルごとの平均受信ＳＮＲ、γ_ａｖｅは以下のように表すことができる。
【数１５】

【００５０】
ここではまた、使用可能な送信チャネルには等しい送信出力であるとする。全使用可能な送信チャネルの受信ＳＮＲ、γ_{ｔｏｔａｌ}は以下のように表すことができる。
【数１６】

【００５１】
全受信ＳＮＲ、γ_{ｔｏｔａｌ}は、全使用可能な送信チャネルに等しく分配されている全送信出力に基づいている。
【００５２】
全送信出力を選択送信チャネルに分配するために使用される正規化係数βは以下のように表すことができる。
【数１７】

【００５３】
式（１５）に示されるように、正規化係数βは全選択送信チャネルのＳＮＲに基づき、かつその逆数の合計として計算される。
【００５４】
全選択送信チャネルに同じ受信ＳＮＲを得るためには、選択送信チャネル（ｊ，ｋ）ごとの変調シンボルがチャネルのＳＮＲに関する重みによって重み付けされ、以下のように表すことができる。
【数１８】

【００５５】
ここで
【数１９】

【００５６】
である。また送信チャネルごとの重み付け送信出力は以下のように表すことができる。
【数２０】

【００５７】
式（１７）に示されるように、受信ＳＮＲがＳＮＲ閾値（すなわち、γ（ｊ，ｋ）≧αγ_ａｖｅ）以上の送信チャネルのみが使用するために選択される。
【００５８】
全送信出力が全選択送信チャネルに分配されて、受信ＳＮＲが全選択チャネルにほぼ同じである場合、送信チャネルごとの、これに伴う受信ＳＮＲは以下のように表される。
【数２１】

【００５９】
式（１３）のγ_ａｖｅと式（１４）のγ_{ｔｏｔａｌ}を式（１８）に代入すると、以下の式が得られる。
【数２２】

【００６０】
（送信チャネルの分割されたグループに対するチャネル反転）
上記の説明において、チャネル反転は全使用可能な送信チャネルに、または（特定の閾値に基づいて選択された）使用可能な送信チャネルのサブセットに選択的に適用される。そしてこれによって、共通の符号化／変調スキームが、データ送信に使用される全送信チャネルに対して使用されることになる。
【００６１】
選択チャネル反転はまた送信チャネルのグループに個々にかつ独立して適用されてもよい。この場合、通信システムにおける使用可能な送信チャネルはまず多数のグループに分割される。任意の数のグループが形成され、各グループは任意の数のチャネルを含んでいてもよい（すなわち、各グループのチャネルは同数である必要はない）。
【００６２】
特定量の送信出力はまた、種々のシステムの制約および考慮に基づいてグループごとに使用可能である。完全なチャネル反転技術について、各グループの使用可能な送信出力はグループの全送信チャネルに割り当てられるため、これらのチャネルの受信信号品質はほぼ等しい（すなわち同じ受信ＳＮＲ）。また選択チャネル反転技術については、各グループの使用可能な送信チャネルの全部またはサブセットが、例えばそのグループに対して決定された特定の閾値に基づいて、使用するために選択される。そして各グループの使用可能な送信出力はグループの選択送信チャネルに割り当てられるため、チャネルの受信信号品質はほぼ等しい。
【００６３】
種々の、さらなる柔軟性が、送信チャネルのグループごとに別個にデータを処理することによって提供される。例えば、完全または選択チャネル反転は、チャネルのグループごとに別個に適用されてよい。また選択チャネル反転が適用されるグループについては、一つの閾値が全グループに使用されても、各グループに別個の閾値が割り当てられても、あるいは別個の閾値を割り当てられるグループがある一方で、同一の閾値を共有するグループがあってもよい。異なる符号化／変調スキームがまたグループごとに使用されてもよく、これはグループ内の送信チャネルによって得られる受信ＳＮＲに基づいて選択されてもよい。
【００６４】
ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムについては、ＭＩＭＯ構築は複数の（Ｎ_Ｓ個の）送信チャネルを空間ドメインに作成し、ＯＦＤＭ構築は複数の（Ｎ_Ｆ個の）送信チャネルを周波数ドメインに作成する。そしてデータ送信に使用可能な送信チャネルの全数はＮ＝Ｎ_Ｓ・Ｎ_Ｆである。Ｎ個の送信チャネルは種々の方法で多数のグループに分割される。
【００６５】
一実施形態において、送信チャネルは送信アンテナごとに分割される。空間サブチャネル数が送信アンテナ数に等しい場合（すなわちＮ_Ｔ＝Ｎ_Ｓ）、完全または選択チャネル反転がＮ_Ｔ個の送信アンテナの各々に別個に適用されてもよい。一実施形態において、選択チャネル反転はグループごとに使用され、Ｎ_Ｔ個の送信アンテナに対応するＮ_Ｔ個のグループはＮ_Ｔ個のそれぞれの閾値に関連してもよい（各グループまたは送信アンテナにつき一個の閾値である）。そして選択チャネル反転は、適切な受信ＳＮＲを有する各送信アンテナと関連する送信チャネル（または周波数サブチャネル）のサブセットを決定し、これは、周波数サブチャネルごとの受信ＳＮＲと送信アンテナの閾値とを比較することによって得られる。そして、各送信アンテナの使用可能な全送信出力が送信アンテナの選択周波数サブチャネルに割り当てられるため、これらの周波数サブチャネルの受信ＳＮＲはほぼ同じである。
【００６６】
別の実施形態において、使用可能な送信チャネルが周波数サブチャネルごとに分割される。この実施形態において、完全または選択チャネル反転はＮ_Ｆ個の周波数サブチャネルの各々に別個に適用されてもよい。選択チャネル反転が使用されると、各グループの空間サブチャネルは、周波数サブチャネルに対応するグループの閾値に基づいて、データ送信のために選択されてもよい。
【００６７】
使用可能な送信チャネルのグループ分割によって、グループごと（例えば送信アンテナごと、または周波数サブチャネルごと）の最適化が可能になり、特定の符号化／変調スキームを各グループの全選択送信チャネルに使用することができる。例えば、一つ以上の送信アンテナがデータ送信を予定している各端末に割り当てられてもよい。割り当てられた送信アンテナに関連する送信チャネルがグループに置かれ、また選択チャネル反転がこのグループの送信チャネルに対して実行されてもよいため、単一の符号化／変調スキームをこの端末へのデータ送信に使用することができる。
【００６８】
等しい送信出力がグループｊの全使用可能な送信チャネルに使用され、かつ雑音分散σ_２が全チャネルに一定である場合、グループｊの送信チャネルｋの受信ＳＮＲ、γ_ｊ（ｋ）は以下のように表すことができる。
【数２３】

【００６９】
ここで、
Ｐ_ｒｘ，ｊ（ｋ）はグループｊ送信チャネルｋの受信出力であり、
Ｐ_ｔｘ，ｊはグループｊの全使用可能な送信出力であり、
Ｈ_ｊ（ｋ）はグループはｊの送信チャネルｋに対する、送信機から受信機への有効チャネル利得であり、
Ｎ_ｊはグループｊの送信チャネル数である。グループｊは特定の送信アンテナｊに対応し、この場合Ｎ_ｊ＝Ｎ_Ｆである。
グループｊの使用可能な送信チャネルごとの平均受信ＳＮＲ、γ_{ａｖｅ，ｊ}は以下のように表すことができる。
【数２４】

【００７０】
式（２０）はグループｊのＮ_ｊ個の使用可能な送信チャネルには等しい送信出力とする。グループｊの全使用可能な送信チャネルの受信ＳＮＲ、γ_{ｔｏｔａｌ，ｊ}は以下のように表すことができる。
【数２５】

【００７１】
ここで
【数２６】

【００７２】
である。グループｊごとの全受信ＳＮＲ、γ_{ｔｏｔａｌ，ｊ}は、グループの全使用可能な送信チャネルに等しく分配される、グループｊごとの全送信出力Ｐ_ｔｘ，ｊに基づいている。
【００７３】
グループｊの選択送信チャネルに全送信出力Ｐ_ｔｘ，ｊを分配するために使用される正規化係数β_ｊは以下のように表すことができる。
【数２７】

【００７４】
式（２３）に示されるように、正規化係数β_ｊは、グループｊの全選択送信チャネルのＳＮＲに基づいて計算され、チャネルはグループに対して決定される閾値α_ｊγ_{ａｖｅ，ｊ}に基づいている。
【００７５】
グループ内の全選択送信チャネルに同じ受信ＳＮＲを得るためには、選択送信チャネルごとの変調シンボルが、チャネルのＳＮＲに関する重みによって重み付けされ、以下のように表すことができる。
【数２８】

【００７６】
ここで、
【数２９】

【００７７】
である。送信チャネルごとの重み付け送信出力は以下のように表すことができる。
【数３０】

【００７８】
式（２５）に示されるように、受信ＳＮＲがＳＮＲ閾値（すなわち、γ_ｊ（ｋ）≧α_ｊγ_{ａｖｅ，ｊ}）以上の送信チャネルのみが、使用するために選択される。
【００７９】
全送信出力がグループ内の全選択送信チャネルに分配されて、受信ＳＮＲが全選択チャネルにほぼ同じである場合、送信チャネルごとの、これに伴う受信ＳＮＲは以下のように表すことができる。
【数３１】

【００８０】
上記のプロセスは送信チャネルのグループごとに反復されてもよい。各グループは、グループに所望の性能を提供するために導き出される異なる閾値α_ｊγ_{ａｖｅ，ｊ}と関連している。送信出力をグループごと（例えば送信アンテナごと）に割り当てる能力はより一層の柔軟性を提供することができ、さらに性能を改良することができる。
【００８１】
図２は、本発明の一実施形態に従った、選択チャネル反転に基づいて各選択送信チャネルに割り当てられる送信出力量を決定するためのプロセス２００のフロー図である。プロセス２００は、全使用可能な送信チャネルが考慮されるとする（すなわち通信システムにつき一つのグループの送信チャネル）。プロセス２００は、チャネル利得Ｈ（ｊ，ｋ）、受信ＳＮＲ、γ（ｊ，ｋ）、または他の特徴が送信チャネルに使用可能である場合に使用される。明確には、プロセス２００は、チャネル利得が使用可能である場合について以下に説明され、受信ＳＮＲが使用可能である場合についてはかっこ内に示す。
【００８２】
まず、全使用可能な送信チャネルのチャネル利得Ｈ（ｊ，ｋ）[または受信ＳＮＲ、γ（ｊ，ｋ）]が、ステップ２１２で検索される。データ送信のための送信チャネルを選択するために使用される出力利得閾値αＬ_ａｖｅ[またはＳＮＲ閾値、αγ_ａｖｅ]もまたステップ２１４で決定される。閾値は、以下により詳細に説明されるように計算される。
【００８３】
各使用可能な送信チャネルは評価されて使用可能になる。（まだ評価されていない）使用可能な送信チャネルがステップ２１６で評価のために識別される。識別された送信チャネルについては、チャネルの出力利得[または受信ＳＮＲ]が出力利得閾値（すなわち｜Ｈ（ｊ，ｋ）｜^２≧αＬ_ａｖｅ）[またはＳＮＲ閾値（すなわちγ（ｊ，ｋ）≧αγ_ａｖｅ）]以上であるか否かがステップ２１８で判断される。識別された送信チャネルが基準を満たすと、ステップ２２０で、使用するために選択される。反対に、送信チャネルが基準を満たしていないと、除去されて、データ送信には使用されない。
【００８４】
そして、全使用可能な送信チャネルが評価されたか否かが、ステップ２２２で判断される。評価されていない場合、プロセスはステップ２１６に戻り、別の使用可能な送信チャネルが評価のために識別される。そうでない場合、プロセスはステップ２２４に進む。
【００８５】
ステップ２２４において、選択送信チャネルに全送信出力を分配するために使用される正規化係数
【数３２】

【００８６】
[またはβ]が、選択チャネルのチャネル利得[または受信ＳＮＲ]に基づいて決定される。これは、式（１０）[または式（１５）]に示されるように得られる。次に、ステップ２２６で、重み
【数３３】

【００８７】
が、正規化係数およびチャネル利得[またはＳＮＲ]に基づいて選択送信チャネルごとに計算される。重みは式（８）[または式（１６）]に示されるように計算される。選択送信チャネルごとの重み付け送信出力は式（９）[または式（１７）]に示されるようになる。そしてプロセスは終了する。
【００８８】
上記の説明において、各グループの全使用可能な送信出力が、そのそれぞれの重みに基づいて、グループの選択送信チャネルに（不均一に）割り当てられるため、これらのチャネルの受信ＳＮＲはほぼ同じである。（送信チャネルのグループは一つだけでもよい。）他の実施形態において、全使用可能な送信出力は選択送信チャネルに等しく割り当てられてもよく、この場合、選択送信チャネルの重みは等しい。これは、例えば、グループの共通の符号化／変調スキームが、グループの選択送信チャネルの平均ＳＮＲに基づいて選択されると得られる。所望のレベルの性能は、例えばデータを、グループの全選択送信チャネルにおいて、または他の処理スキームを介してインタリーブすることによって得ることができる。
【００８９】
（閾値選択）
データ送信のための送信チャネルを選択するために使用される閾値αは種々の基準に基づいて設定されてよい。一実施形態において、閾値が設定されてスループットを最適化する。
【００９０】
まず、セットポイント（すなわちＺ＝[ｚ_１，ｚ_２，・・・ｚ_ＮＺ]）のベクトルと、コードレート（すなわちＲ＝[ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_ＮＺ]）のベクトルが定義される。コードレートは符号化／変調スキームの効果を含んでおり、変調シンボルあたりの情報ビット数を表している。各ベクトルは使用可能なコードレート数に対応するＮ_Ｚ個の要素を含んでおり、それらはシステムにおいて使用可能である。あるいはまた、Ｎ_Ｚ個のセットポイントはシステムによってサポートされる動作ポイントに基づいて定義されてもよい。各セットポイントは、特定のレベルの性能を得るのに必要な特定の受信ＳＮＲに対応している。セットポイントは一般的に送信ビットレート（すなわち、変調シンボルあたりの情報ビット数）に依拠しており、それはさらに、データ送信に使用されるコードレートおよび変調スキームに依拠している。上記のとおり、共通の変調スキームが全選択送信チャネルに使用される。この場合、送信ビットレート、従ってセットポイントはコードレートに直接関連している。
【００９１】
各コードレートｒ_ｎ（ここで１≦ｎ≦Ｎ_Ｚである）はそれぞれのセットポイントｚ_ｎに関連しており、それは、所望のレベルの性能のコードレートで動作するのに必要な最小受信ＳＮＲである。必要なセットポイントｚ_ｎは当業界において既知であるように、コンピュータシミュレーション、数学的導出、および／または経験的測定に基づいて決定される。二つのベクトルＲおよびＺの要素はまた、｛ｚ_１＞ｚ_２＞・・・＞ｚ_ＮＺ｝および｛ｒ_１＞ｒ_２＞・・・＞ｒ_ＮＺ｝（ここでｚ_１は最大セットポイントであり、ｒ_１は最高のサポートコードレートである）となるように配列されてもよい。
【００９２】
全使用可能な送信チャネルのチャネル利得を使用して出力利得を計算し、これは出力利得の大きい順にリストＨ（λ）にランク付けされて配置される（ここで１≦λ≦Ｎ_ＴＮ_Ｆであり、Ｈ（１）＝ｍａｘ｛｜Ｈ（ｊ，ｋ）｜^２｝，・・・およびＨ（Ｎ_ＴＮ_Ｆ）＝ｍｉｎ｛｜Ｈ（ｊ，ｋ）｜^２｝となる）。
【００９３】
見込み正規化係数のシーケンス
【数３４】

【００９４】
もまた以下のように定義することができる。
【数３５】

【００９５】
シーケンス
【数３６】

【００９６】
の各要素は、λ個の最良送信チャネルが使用するために選択される場合、正規化係数として使用されてもよい。
【００９７】
コードレートｒ_ｎ（ここで１≦ｎ≦Ｎ_Ｚである）ごとに、λ，λ_{ｎ，ｍａｘ}の最大値が、λ個の最良送信チャネルの各々の受信ＳＮＲがコードレートｒ_ｎと関連するセットポイントｚ_ｎ以上となるように決定される。この条件は以下のように表すことができる。
【数３７】

【００９８】
ここでσ^２は単一の送信チャネルの受信雑音出力である。λ，λ_{ｎ，ｍａｘ}の最大値が、１で始まり、式（２８）がもはや有効でなくなると終了するλの各見込み値を評価することによって識別される。λの値ごとに、λ個の最良送信チャネルの取得可能なＳＮＲが、式（２８）の左の項に示されるように決定される。この取得可能なＳＮＲはコードレートｒ_ｎに必要なＳＮＲ、ｚ_ｎに対して計算される。
【００９９】
従って、全送信出力がλ個の全チャネルに（不均一に）分配されると、コードレートｒ_ｎごとに、λ（λ＝１、２、・・・、λ_{ｎ，ｍａｘ}）の各値が評価されて、λ個の最良送信チャネルの各々の受信ＳＮＲが関連セットポイントｚ_ｎを得ることができるか否かを判断する。この条件を満たすλ，λ_{ｎ，ｍａｘ}の最大値は、必要なセットポイントｚ_ｎを取得しつつ、コードレートｒ_ｎに対して選択される送信チャネルの最大数である。
【０１００】
コードレートｒ_ｎと関連する閾値α_ｎは以下のように表すことができる。
【数３８】

【０１０１】
閾値α_ｎは、セットポイントｚ_ｎを必要とするコードレートｒ_ｎのスループットを最適化する。共通のコードレートが全選択送信チャネルに使用されるため、最大の取得可能なスループットＴ_ｎがチャネルごとのスループットとして、選択チャネルλ_{ｎ，ｍａｘ}の数の回数だけ計算される。セットポイントｚ_ｎの最大の取得可能なスループットＴ_ｎは以下のように表すことができる。
【数３９】

【０１０２】
ここでＴ_ｎの単位は変調シンボルあたりの情報ビットである。
【０１０３】
セットポイントのベクトルの最適スループットは以下の式によって与えられる。
【数４０】

【０１０４】
コードレートが増大すると、より多くの情報ビットが変調シンボルごとに送信される。しかしながら、必要なＳＮＲもまた増大し、これは、所与の雑音分散σ^２の選択送信チャネルごとにより多くの送信出力を必要とする。全送信出力は限られているので、より高い必要ＳＮＲを得ることができる送信チャネルは少ない。従って、ベクトルＲのコードレートごとの最大の取得可能なスループットが計算されて、最大スループットを提供する特定のコードレートが、評価されている特定のチャネル条件の最適コードレートとみなされる。最適閾値α_ｏｐｔは、Ｔ_ｏｐｔとなる特定のコードレートｒ_ｎに対応する閾値α_ｎに等しい。
【０１０５】
上記の説明において、最適閾値α_ｏｐｔは全送信チャネルのチャネル利得に基づいて決定される。チャネル利得ではなく受信ＳＮＲが使用可能である場合、受信ＳＮＲはＳＮＲが大きい順にリストγ（λ）にランク付けされて配置される（ここで１≦λ≦Ｎ_ＴＮ_Ｆであり、リストの最初の要素、λ（１）＝ｍａｘ｛γ（ｊ，ｋ）｝、・・・、およびリストの最後の要素、γ（Ｎ_ＴＮ_Ｒ）＝ｍｉｎ｛γ（ｊ，ｋ）｝となる）。シーケンスβ（λ）は以下のように決定される。
【数４１】

【０１０６】
コードレートｒ_ｎ（ここで１≦ｎ≦Ｎ_Ｚである）ごとに、λ，λ_{ｎ，ｍａｘ}の最大値が決定され、λ個の選択送信チャネルの各々の受信ＳＮＲは関連セットポイントｚ_ｎ以上となる。この条件は以下のように表すことができる。
【数４２】

【０１０７】
λ，λ_{ｎ，ｍａｘ}の最大値がコードレートｒ_ｎごとに決定されると、このコードレートに関連する閾値α_ｎが以下のように決定される。
【数４３】

【０１０８】
最適閾値α_ｏｐｔおよび最適スループットＴ_ｏｐｔもまた上記のように決定される。
【０１０９】
上記の説明について、閾値が選択されて、使用可能な送信チャネルのスループットを最適化する。閾値はまた選択されて、他の性能基準やメトリクスを最適化してもよく、これは本発明の範囲内である。
【０１１０】
図３は、本発明の一実施形態に従った、データ送信のための送信チャネルを選択するために使用される閾値αを決定するためのプロセス２４０のフロー図である。プロセス２４０は、チャネル利得、受信ＳＮＲ、あるいは他の特徴が送信チャネルに使用可能である場合に使用される。明確には、プロセス２４０はチャネル利得が使用可能である場合について以下に説明し、受信ＳＮＲが使用可能である場合についてはかっこ内に示す。
【０１１１】
まず、ステップ２５０で、セットポイント（Ｚ＝[ｚ_１、ｚ_２、・・・、ｚ_ＮＺ]）のベクトルが定義され、関連セットポイントをサポートするコードレート（Ｒ＝[ｒ_１、ｒ_２、・・・、ｒ_ＮＺ]）のベクトルが決定される。ステップ２５２で、全使用可能送信チャネルのチャネル利得Ｈ（ｊ，ｋ）[または受信ＳＮＲ、γ（ｊ，ｋ）]が検索されて、最良から最悪のものにいたるまでランク付けされる。ステップ２５４で、見込み正規化係数のシーケンス
【数４４】

【０１１２】
[またはβ（λ）]が、式（２７）に示されるチャネル利得に基づいて[または式（３２）に示される受信ＳＮＲに基づいて]決定される。
【０１１３】
そして各使用可能なコードレートはループを介して評価される。ループの第一のステップにておいて、（まだ評価されていない）コードレートｒ_ｎが、ステップ２５６で評価のために識別される。ループを介した第一のパスについては、識別されたコードレートはベクトルＲの第一のコードレートｒ_１である。識別されたコードレートｒ_ｎについては、ステップ２５８で、λ，λ_{ｎ，ｍａｘ}の最大値が決定されて、λ個の最良送信チャネルの各々の受信ＳＮＲは評価されているコードレートｒ_ｎと関連するセットポイントｚ_ｎ以上である。これは、式（２８）[または式（３３）]に示される条件を計算し満たすことによって実行される。ステップ２６０で、セットポイントｚ_ｎに関連する閾値α_ｎは式（２９）[または式（３４）]に示されるチャネルλ_{ｎ，ｍａｘ}のチャネル利得[または受信ＳＮＲ]に基づいて決定される。ステップ２６２で、セットポイントｚ_ｎの最大の取得可能なスループットＴ_ｎもまた式（３０）に示されるように決定される。
【０１１４】
次いで、ステップ２６４で、Ｎ_Ｚ個のコードレートの全部が評価されたか否かが判断される。評価されていない場合、プロセスはステップ２５６に戻り、別のコードレートが評価のために識別される。そうでない場合、ステップ２６６で、最適スループットＴ_ｏｐｔと最適閾値α_ｏｐｔが式（３１）に示されるように決定される。そしてプロセスは終了する。
【０１１５】
上記の説明において、選択チャネル反転は全チャネルに対して実行されるので、通信システムにおける全使用可能な送信チャネルに対して一つの閾値が決定される。送信チャネルが多数のグループに分割される実施形態において、グループごとに一つの閾値が決定されて使用されてもよい。グループごとの閾値は、グループに含まれる送信チャネルのスループットを最適化するなどの、種々の基準に基づいて設定されてよい。
【０１１６】
グループごとの閾値を決定するために、上記の導出が使用されてよい。しかしながら、グループごとのリストＨ_ｊ（λ）[またはγ_ｊ（λ）]は、グループに含まれる送信チャネルの出力利得[または受信ＳＮＲ]を含んでいるにすぎない。また、シーケンス
【数４５】

【０１１７】
[またはβ_ｊ（λ）]は、グループの送信チャネルのチャネル利得[または受信ＳＮＲ]に基づいて定義される見込み正規化係数を含んでいる。グループｊのコードレートｒ_ｎと関連する閾値α_ｊ，ｎは以下のように表すことができる。
【数４６】

【０１１８】
グループｊの最適閾値α_{ｏｐｔ，ｊ}は、グループｊの最適スループットＴ_{ｏｐｔ，ｊ}となる特定コードレートｒ_ｎに対応する閾値α_ｊ，ｎに等しい。
【０１１９】
各グループの送信チャネルはそれぞれの閾値に関連している。あるいはまた、多数のグループが同一の閾値を共有していてもよい。これは、例えば同一の符号化／変調スキームが多数の送信アンテナに対して使用され、かつ使用可能な送信出力がこれらの送信アンテナ間で共有される場合に望ましい。
【０１２０】
上記の説明において、閾値は、選択送信チャネルへの全使用可能な送信出力の（不均一な）分配に基づいて導き出され、これらのチャネルに同じ受信ＳＮＲを得る。他の実施形態において、閾値は、他の条件および／またはメトリクスに基づいて導き出されてもよい。例えば、閾値は、選択送信チャネルへの全使用可能な送信出力の等しい割当（すなわち、選択送信チャネルの等しい重み）に基づいて導き出される。この場合、閾値を選択して、この等しい送信出力割当に基づいて得られるスループットを最適化することができる。別の例として、閾値は単に特定の（固定の）目標ＳＮＲであってもよい。
【０１２１】
（マルチチャネル通信システム）
図４は、本発明の種々の態様および実施形態を実現することができるＭＩＭＯ通信システム３００の図である。システム３００は、第二のシステム３５０（例えば端末１０６）と連通している第一のシステム３１０（例えば図１の基地局１０４）を含んでいる。システム３００を操作して、アンテナ、周波数、および時間ダイバーシティの組み合わせを用いて、スペクトル効率を増大させ、性能を向上させ、柔軟性を高めることができる。
【０１２２】
システム３１０において、データソース３１２はデータ（すなわち情報ビット）を送信（ＴＸ）データプロセッサ３１４に提供し、プロセッサ３１４は（１）特定の符号化スキームに従ってデータを符号化し、（２）特定のインタリーブスキームに基づいて符号化データをインタリーブ（すなわち再配列）し、（３）インタリーブされたビットを、データ送信のために選択された一つ以上の送信チャネルの変調シンボルにマッピングし、選択送信チャネルごとに変調シンボルを重み付けする。符号化はデータ送信の信頼性を高める。インタリーブは符号化ビットに時間ダイバーシティを提供し、データが選択送信チャネルの平均ＳＮＲに基づいて送信されることを可能にし、フェージングをコンバットし、そして各変調シンボルを形成するために使用される符号化ビット間の相関をさらに除去する。インタリーブはさらに、符号化ビットが複数の周波数サブチャネルで送信される場合に周波数ダイバーシティを提供する。重み付けは、選択送信チャネルごとの送信出力を効果的にコントロールし、受信システムにおいて所望のＳＮＲを得る。一態様において、符号化、シンボルマッピング、および重み付けは、コントローラ３３４によって提供されるコントロール信号に基づいて実行される。
【０１２３】
ＴＸチャネルプロセッサ３２０はＴＸデータプロセッサ３１４から重み付け変調シンボルを受信して逆多重化し、、選択送信チャネルごとに重み付け変調シンボルのストリームを提供する（タイムスロットあたり一つの重み付け変調シンボル）。ＴＸチャネルプロセッサ３２０はさらに、完全ＣＳＩが使用可能である場合、選択送信チャネルの重み付け変調シンボルを事前調整することができる。
【０１２４】
ＯＦＤＭが用いられていない場合、ＴＸチャネルプロセッサ３２０は、データ送信に使用されるアンテナごとに重み付け変調シンボルのストリームを提供する。またＯＦＤＭが用いられると、ＴＸチャネルプロセッサ３２０はデータ送信に使用されるアンテナごとに重み付け変調シンボルベクトルのストリームを提供する。また完全ＣＳＩ処理が実行されると、ＴＸチャネルプロセッサ３２０は事前調整された変調シンボル、または事前調整された変調シンボルベクトルのストリームを、データ送信に使用されるアンテナごとに提供する。各ストリームはそれぞれの変調器（ＭＯＤ）３２２によって受信および変調され、関連アンテナ３２４を介して送信される。
【０１２５】
受信システム３５０において、多数の受信アンテナ３５２が送信された信号を受信し、受信した信号をそれぞれの復調器（ＤＥＭＯＤ）３５４に提供する。各復調器３５４は変調器３２２で実行された処理に相補的な処理を実行する。全復調器３５４からの変調シンボルは受信（ＲＸ）チャネル／データプロセッサ３５６に提供されて処理され、送信されたデータストリームを回復する。ＲＸチャネル／データプロセッサ３５６は、ＴＸデータプロセッサ３１４とＴＸチャネルプロセッサ３２０によって実行される処理に相補的な処理を実行し、復号されたデータをデータシンク３６０に提供する。受信システム３５０による処理を以下により詳細に説明する。
【０１２６】
（ＭＩＭＯ送信システム）
図５は、本発明の一実施形態に従った、データ処理可能なＭＩＭＯ送信システム３１０ａのブロック図である。送信システム３１０ａは、図４のシステム３１０の送信部分の一実施形態である。システム３１０ａは、（１）情報ビットを受信および処理し、重み付け変調シンボルを提供するＴＸデータプロセッサ３１４ａと、（２）選択送信チャネルの変調シンボルを逆多重化するＴＸチャネルプロセッサ３２０ａとを含んでいる。
【０１２７】
図５に示される実施形態において、ＴＸデータプロセッサ３１４ａは符号器４１２と、チャネルインタリーバ４１４と、パンクチャ器４１６と、シンボルマッピング要素４１８と、シンボル重み付け要素４２０とを含んでいる。符号器４１２は、特定の符号化スキームに従って、送信される全情報ビットを受信して、受信したビットを符号化し、符号化ビットを提供する。チャネルインタリーバ４１４は特定のインタリービングスキームに基づいて符号化ビットをインタリーブして、ダイバーシティを提供する。パンクチャ器４１６はゼロ、またはインタリーブされた符号化ビットの多くをパンクチャ（すなわち除去）して、所望の数の符号化ビットを提供する。シンボルマッピング要素４１８はパンクチャされていないビットを選択送信チャネルの変調シンボルにマッピングする。またシンボル重み付け要素４２０は選択送信チャネルごとに変調シンボルを重み付けし、重み付け変調シンボルを提供する。選択送信チャネルごとに使用される重みは、上記のように、チャネルの取得したＳＮＲに基づいて決定されてよい。
【０１２８】
パイロットデータ（すなわち既知のパターンのデータ）はまた、処理された情報ビットによって符号化および多重化されてもよい。処理されたパイロットデータは、選択送信チャネルのサブセットまたは全部において、あるいは使用可能な送信チャネルのサブセットまたは全部において、（例えば時分割多重（ＴＤＭ）方式によって）送信されてもよい。パイロットデータは、以下のように、受信機において使用されてチャネル推定を実行する。
【０１２９】
図５に示されるように、データの符号化、インタリーブ、およびパンクチャは一つ以上の符号化コントロール信号に基づいて実行され、これは使用する特定の符号化、インタリーブ、およびパンクチャスキームを識別する。シンボルマッピングは、使用する特定の変調スキームを識別する変調コントロール信号に基づいて実行される。またシンボル重み付けは、選択送信チャネルに提供される重みに基づいて実行される。
【０１３０】
一つの符号化／変調スキームにおいて、符号化は、固定のベースコードを使用して、パンクチャを調整し、選択送信チャネルのＳＮＲによってサポートされるような所望のコードレートを得ることによって実行される。ベースコードはターボコード、畳込みコード、連接符号、または他のコードであってもよい。ベースコードはまた、特定のレート（例えば、コードの１／３のレート）であってもよい。このスキームについては、パンクチャは、チャネルがインタリーブして、選択送信チャネルの所望のコードレートを得た後に実行される。
【０１３１】
シンボルマッピング要素４１６は、パンクチャされていないビットの組をグルーピングして非バイナリシンボルを形成し、各非バイナリシンボルを、選択送信チャネルの使用のために選択された変調スキームに対応する信号コンステレーションのポイントにマッピングするように設計されてもよい。変調スキームはＱＰＳＫ、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭ、または他のスキームであってもよい。各マッピングされた信号ポイントは変調シンボルに対応している。
【０１３２】
送信システム３１０ａでの符号化、インタリーブ、パンクチャ、およびシンボルマッピングは多数のスキームに基づいて実行されることが可能である。一つの特定のスキームが、前述の特許文献１に説明されている。
【０１３３】
特定レベルの性能（例えば一つのパーセントパケットエラー率またはＰＥＲ）の変調シンボルごとに送信されてもよい情報ビット数は受信ＳＮＲに依拠している。従って、選択送信チャネルの符号化／変調スキームはチャネルの特徴（例えば、チャネル利得、受信ＳＮＲ、または他の情報）に基づいて決定される。チャネルインタリーブはまた符号化コントロール信号に基づいて調整される。
【０１３４】
表１は多数の受信ＳＮＲ範囲に使用されてもよい符号化レートおよび変調スキームの種々の組み合わせを挙げている。送信チャネルごとのサポートビットレートは、符号化／変調スキームの多数の可能な組み合わせのいずれか一つを使用することによって得られる。例えば、変調シンボルあたりの一つの情報ビットは、（１）１／２の符号化レートおよびＱＰＳＫ変調、（２）１／３の符号化レートおよび８−ＰＳＫ変調、（３）１／４の符号化レートおよび１６−ＱＡＭ、または他の符号化レートおよび変調スキームの組み合わせを使用することによって得られる。表１において、ＱＰＳＫ、１６−ＱＡＭ、および６４−ＱＡＭは挙げられているＳＮＲ範囲に使用される。８−ＰＳＫ、３２−ＱＡＭ、１２８−ＱＡＭなどの他の変調スキームもまた使用されてよく、本発明の範囲内である。
【表１】

【０１３５】
ＴＸデータプロセッサ３１４ａからの重み付け変調シンボルが、図４のＴＸチャネルプロセッサ３２０の一実施形態であるＴＸチャネルプロセッサ３２０ａに提供される。ＴＸチャネルプロセッサ３２０ａ内で、デマルチプレクサ４２４が重み付け変調シンボルを受信し、多数の変調シンボルストリームに逆多重化する（変調シンボルを送信するために選択された各送信チャネルにつき一つのストリーム）。各変調シンボルストリームはそれぞれの変調器３２２に提供される。ＯＦＤＭが用いられている場合、各送信アンテナの全選択周波数サブチャネルの各タイムスロットにおける重み付け変調シンボルは重み付け変調シンボルベクトルに結合される。各変調器３２２は（ＯＦＤＭのないシステムの）重み付け変調シンボル、または（ＯＦＤＭのあるシステムの）重み付け変調シンボルベクトルをアナログ信号に変換し、さらにその信号を増幅、フィルタリング、直交変調、およびアップコンバートし、無線リンクでの送信に適した変調信号を生成する。
【０１３６】
図６は、本発明の別の実施形態に従った、データ処理可能なＭＩＭＯ送信システム３１０ｂのブロック図である。送信システム３１０ｂは図４のシステム３１０の送信部分の別の実施形態であり、ＴＸデータプロセッサ３１４ｂとＴＸチャネルプロセッサ３２０ｂとを含んでいる。
【０１３７】
図６に示される実施形態において、ＴＸデータプロセッサ３１４ｂは符号器４１２と、チャネルインタリーバ４１４と、シンボルマッピング要素４１８と、シンボル重み付け要素４２０とを含んでいる。符号器４１２は、特定の符号化スキームに従って全情報ビットを受信および符号化し、符号化ビットを提供する。符号化は、符号化コントロール信号によって識別されるように、コントローラ３３４によって選択された特定のコードおよびコードレートに基づいて実行される。チャネルインタリーバ４１４は符号化ビットをインタリーブし、シンボルマッピング要素４１８はインタリーブされたビットを選択送信チャネルの変調シンボルにマッピングする。シンボル重み付け要素４２０はそれぞれの重みに基づいて選択送信チャネルごとに変調シンボルを重み付けし、重み付け変調シンボルを提供する。
【０１３８】
図６に示される実施形態において、送信システム３１０ｂは、完全ＣＳＩに基づいて重み付け変調シンボルを事前調整することができる。ＴＸチャネルプロセッサ３２０ｂ内で、チャネルＭＩＭＯプロセッサ４２２が重み付け変調シンボルを多数の（最高Ｎ_Ｃ個の）重み付け変調シンボルストリームに逆多重化する（変調シンボルを送信するために使用される各空間サブチャネル（すなわち固有モード）につき一つのストリーム）。完全ＣＳＩ処理については、チャネルＭＩＭＯプロセッサ４２２が各タイムスロットにおいて（最高Ｎ_Ｃ個の）重み付け変調シンボルを事前調整し、以下のようにＮ_Ｔ個の事前調整された変調シンボルを生成する。
【数４７】

【０１３９】
ここで、ｂ_１、ｂ_２、・・・ｂ_ＮＣはそれぞれ空間サブチャネル１、２、・・Ｎ_Ｃの重み付け変調シンボルであり、
ｅ_ｉｊは、送信アンテナから受信アンテナへの送信特徴に関連する固有ベクトルマトリクスＥの要素であり、
ｘ_１、ｘ_２、・・・、ｘ_ＮＴは事前調整された変調シンボルであり、以下のように表すことができる。
【数４８】

【０１４０】
固有ベクトルマトリクスＥは送信機によって計算することができ、受信機によって送信機に提供される。マトリクスＥの要素はまた有効チャネル利得Ｈ（ｊ，ｋ）を決定する際に考慮される。
【０１４１】
完全ＣＳＩ処理については、特定の送信アンテナの各事前調整された変調シンボルｘ_ｉは、最高Ｎ_Ｃ個の空間サブチャネルの重み付け変調シンボルの線形結合を表している。タイムスロットごとに、チャネルＭＩＭＯプロセッサ４２２によって生成された（最高）Ｎ_Ｔ個の事前調整された変調シンボルがデマルチプレクサ４２４によって逆多重化され、（最高）Ｎ_Ｔ個の変調器３２２に提供される。各変調器３２２は（ＯＦＤＭのないシステムの）事前調整された変調シンボル、または（ＯＦＤＭのあるシステムの）事前調整された変調シンボルベクトルを、無線リンクでの送信に適した変調信号に変換する。
【０１４２】
図７は、本発明のさらに別の実施形態に従った、ＯＦＤＭを利用し、かつデータ処理可能なＭＩＭＯ送信システム３１０ｃのブロック図である。送信システム３１０ｃは図４のシステム３１０の送信部分の別の実施形態であり、ＴＸデータプロセッサ３１４ｃとＴＸチャネルプロセッサ３２０ｃとを含んでいる。ＴＸデータプロセッサ３１４ｃは、グループに対して選択された特定の符号化／変調スキームに基づいて各グループの送信チャネルを別個に符号化および変調するように操作されてもよい。各グループは一つの送信アンテナに対応していてもよく、また各グループの送信チャネルは送信アンテナの周波数サブチャネルに対応していてもよい。
【０１４３】
図７に示される実施形態において、ＴＸデータプロセッサ３１４ｃは多数の空間サブチャネルデータプロセッサ４１０ａ〜４１０ｔを含んでいる（別個に符号化および変調される送信チャネルの各グループにつき一つのデータプロセッサ４１０）。各データプロセッサ４１０は符号器４１２と、チャネルインタリーバ４１４と、シンボルマッピング要素４１８と、シンボル重み付け要素４２０とを含んでいる。データプロセッサ４１０のこれらの要素は、データプロセッサによって処理されるグループの情報ビットを符号化し、符号化ビットをインタリーブし、インタリーブされたビットを生成された変調シンボルにマッピングし、そしてグループ内の選択送信チャネルごとに変調シンボルを重み付けするように動作する。図７に示されるように、符号化／変調コントロールと、重みはグループごとに具体的に提供される。
【０１４４】
各データプロセッサ４１０からの重み付け変調シンボルは、特定の送信アンテナの重み付け変調シンボルを結合する、ＴＸチャネルプロセッサ３２０ｃ内のそれぞれの結合器４３４に提供される。各グループが特定の送信アンテナの選択周波数サブチャネルを含んでいる場合、結合器４３４は選択周波数サブチャネルの重み付け変調シンボルを結合し、送信チャネルごとに変調シンボルベクトルを形成し、そしてこれはそれぞれの変調器３２２に提供される。変調信号を生成する各変調器３２２による処理を以下に説明する。
【０１４５】
図８は、本発明のさらに別の実施形態に従った、ＯＦＤＭを利用し、かつデータ処理可能なＭＩＭＯ送信システム３１０ｄのブロック図である。この実施形態において、周波数サブチャネルごとの送信チャネルは別個に処理されることができる。ＴＸデータプロセッサ３１４ｃ内で、送信される情報ビットがデマルチプレクサ４２８によって多数の（最高Ｎ_Ｌ個の）周波数サブチャネルデータストリームに逆多重化される（データ送信に使用される周波数サブチャネルの各々につき一つのストリーム）。各周波数サブチャネルデータストリームはそれぞれの周波数サブチャネルデータプロセッサ４３０に提供される。
【０１４６】
各データプロセッサ４３０はＯＦＤＭシステムのそれぞれの周波数サブチャネルのデータを処理する。各データプロセッサ４３０は、図５のＴＸデータプロセッサ３１４ａ、図６に示されるＴＸデータプロセッサ３１４ｂ、または他の設計と同様に実現される。一実施形態において、データプロセッサ４３０は周波数サブチャネルデータストリームを多数のデータサブストリームに逆多重化する（周波数サブチャネルの使用のために選択された各空間サブチャネルにつき一つのデータサブストリーム）。各データサブストリームは符号化、インタリーブ、シンボルマッピング、および重み付けされて、データサブストリームの重み付け変調シンボルを生成する。周波数サブチャネルデータストリームごとの、またはデータサブストリームごとの符号化および変調は符号化／変調コントロール信号に基づいて調整されてもよく、重み付けは重みに基づいて実行されてもよい。従って、各データプロセッサ４３０は、周波数サブチャネルの使用のために選択された最高Ｎ_Ｃ個の空間サブチャネルの最高Ｎ_Ｃ個の重み付け変調シンボルストリームを提供する。
【０１４７】
ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムについては、変調シンボルは複数の周波数サブチャネル上で、複数の送信アンテナから送信されることができる。ＭＩＭＯプロセッサ３２０ｄ内で、各データプロセッサ４３０からの最高Ｎ_Ｃ個の変調シンボルストリームがそれぞれのサブチャネル空間プロセッサ４３２に提供され、プロセッサ４３２はチャネルコントロールおよび／または使用可能なＣＳＩに基づいて、受信した変調シンボルを処理する。各空間プロセッサ４３２は、完全ＣＳＩ処理が実行されない場合には単に（図５に示されているような）デマルチプレクサを実現してもよく、あるいは完全ＣＳＩ処理が実行される場合は（図６に示されているような）デマルチプレクサが続くチャネルＭＩＭＯプロセッサを実現してもよい。ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムについては、完全ＣＳＩ処理（すなわち事前調整）が各周波数サブチャネル上で実行されてもよい。
【０１４８】
各サブチャネル空間プロセッサ４３２はタイムスロットあたり最高Ｎ_Ｃ個の変調シンボルを、周波数サブチャネルの使用のために選択された送信アンテナの最高Ｎ_Ｔ個の変調シンボルに逆多重化する。送信アンテナごとに、結合器４３４は送信アンテナの使用のために選択された最高Ｎ_Ｌ個の周波数サブチャネルの変調シンボルを受信し、タイムスロットごとのシンボルを変調シンボルベクトルＶに結合し、変調シンボルベクトルを次の処理ステージ（すなわち、それぞれの変調器３２２）に提供する。
【０１４９】
従って、ＭＩＭＯプロセッサ３２０ｄは変調シンボルを受信および処理し、最高Ｎ_Ｔ個の変調シンボルベクトルＶ_１〜Ｖ_Ｎｔを提供する（データ送信に使用するために選択された各送信アンテナにつき一つの変調シンボルベクトル）。各変調シンボルベクトルＶは単一のタイムスロットをカバーしており、変調シンボルベクトルＶの各要素は、変調シンボルが伝送される一意のサブキャリアを有する特定の周波数サブチャネルに関連している。
【０１５０】
図８はまたＯＦＤＭの変調器３２２の一実施形態を示している。ＭＩＭＯプロセッサ３２０ｃからの変調シンボルベクトルＶ_１〜Ｖ_Ｎｔはそれぞれ、変調器３２２ａ〜３２２ｔに提供される。図８に示される実施形態において、各変調器３２２は逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）４４０と、循環プレフィックス生成器４４２と、アップコンバータ４４４とを含んでいる。
【０１５１】
ＩＦＦＴ４４０は各受信変調シンボルベクトルを、ＩＦＦＴを使用して（ＯＦＤＭシンボルと称される）そのタイムドメイン表示に変換する。ＩＦＦＴ４４０は任意の数（例えば、８個、１６個、３２個など）の周波数サブチャネル上でＩＦＦＴを実行するように設計されることが可能である。一実施形態において、ＯＦＤＭシンボルに変換された変調シンボルベクトルごとに、循環プレフィックス生成器４４２がＯＦＤＭシンボルのタイムドメイン表示の一部を反復し、特定の送信アンテナの「送信シンボル」を形成する。循環プレフィックスは、送信シンボルがその直交特徴をマルチパス遅延拡散下に保持することによって、有害なパス効果に対する性能を向上させることを保証する。ＩＦＦＴ４４０と循環プレフィックス生成器４４２の実現は当業界において既知であるので、ここでは詳細に説明しない。
【０１５２】
各循環プレフィックス生成器４４２からのタイムドメイン表示（すなわちアンテナごとの送信シンボル）はアップコンバータ４４４によって処理（例えば、アナログ信号に変換、変調、増幅、およびフィルタリング）され、変調信号を生成し、次いでこれはそれぞれのアンテナ３２４から送信される。
【０１５３】
ＯＦＤＭ変調は、参照してここに組み込まれる非特許文献１の論文においてより詳細に説明されている。
【０１５４】
図５乃至８は、本発明の種々の態様および実施形態を実現することができるＭＩＭＯ送信機の４つの設計を示している。本発明は、ＭＩＭＯを利用しないＯＦＤＭシステムにおいてもまた実用可能である。この場合、使用可能な送信チャネルはＯＦＤＭシステムの周波数サブチャネルに対応している。多数の他の送信機の設計もまた、ここに説明されている種々の本発明の技術を実現することができ、これらの設計もまた本発明の範囲内である。これらの送信機の設計の一部は、すべてが本出願の譲受人に譲渡され、かつ参照してここに組み込まれる特許出願１乃至４においてより詳細に説明される。これらの特許出願はまたＭＩＭＯ処理とＣＳＩ処理についてさらに詳細に説明している。
【０１５５】
一般的に、送信システム３１０は全選択送信チャネル（または各グループ内の全選択送信チャネル）のデータを、特定の共通の符号化／変調スキームに基づいて符号化および変調する。変調シンボルはさらに、選択送信チャネルに割り当てられた重みによって重み付けされるため、所望のレベルの性能が受信機において得られる。ここで説明されている技術は、ＭＩＭＯ、ＯＦＤＭ、または複数のパラレル送信チャネルをサポートすることができる他の通信スキーム（例えばＣＤＭＡスキーム）によってサポートされている複数のパラレル送信チャネルに適用可能である。
【０１５６】
図７は、送信アンテナごとのデータがその送信アンテナに対して選択された符号化／変調スキームに基づいて別個に符号化および変調されることが可能な実施形態を示している。同様に、図８は、周波数サブチャネルごとのデータがその周波数サブチャネルに対して選択された符号化／変調スキームに基づいて別個に符号化および変調されることが可能な実施形態を示している。一般的に、全使用可能な送信チャネル（例えば全周波数サブチャネルの全空間サブチャネル）はいかなるタイプの、任意の数のグループにも分割されることが可能であり、各グループは任意の数の送信チャネルを含むことができる。例えば、各グループは空間サブチャネル、周波数サブチャネル、または両ドメインにおけるサブチャネルを含むことができる。
【０１５７】
（ＭＩＭＯ受信システム）
図９は、本発明の実施形態に従った、データ受信可能なＭＩＭＯ受信システム３５０ａのブロック図である。受信システム３５０ａは図４の受信システム３５０の具体的な実施形態であり、送信信号を受信および回復するという一連のキャンセル受信処理技術を実現する。（最高）Ｎ_Ｔ個の送信アンテナからの送信信号はＮ_Ｒ個のアンテナ３５２ａ〜３５２ｒの各々によって受信され、（フロントエンドプロセッサとも称される）それぞれの復調器（ＤＥＭＯＤ）３５４にルーティングされる。
【０１５８】
各復調器３５４はそれぞれの受信信号を調整（例えばフィルタリングおよび増幅）し、調整した信号を中間周波数かベースバンドにダウンコンバートし、ダウンコンバートした信号をディジタル化し、サンプルを提供する。各復調器３５４はさらに、サンプルを受信パイロットによって復調し、受信変調シンボルのストリームを生成し、これはＲＸチャネル／データプロセッサ３５６ａに提供される。
【０１５９】
ＯＦＤＭがデータ送信に用いられると、各復調器３５４はさらに、図８に示される変調器３２２によって実行される処理に相補的な処理を実行する。この場合、各復調器３５４はサンプルの変換表示を生成し、かつ変調シンボルベクトルのストリームを提供するＦＦＴプロセッサ（図示せず）を含んでいる。各ベクトルは、使用するために選択された最高Ｎ_Ｌ個の周波数サブチャネルの最高Ｎ_Ｌ個の変調シンボルを含んでおり、一つのベクトルがタイムスロットごとに提供される。（たとえば図８に示されるように）各周波数サブチャネルが別個に処理される送信処理スキームについては、全Ｎ_Ｒ個の復調器のＦＦＴプロセッサからの変調シンボルベクトルストリームは（図９には示されていない）デマルチプレクサに提供され、デマルチプレクサは、各ＦＦＴプロセッサからの変調シンボルベクトルストリームを、データ送信に使用される周波数サブチャネル数に対応する、最高Ｎ_Ｌ個の変調シンボルストリームに「チャネル化」する。そしてデマルチプレクサは最高Ｎ_Ｌ個の変調シンボルストリームの各々をそれぞれのＲＸ ＭＩＭＯ／データプロセッサ３５６ａに提供する。
【０１６０】
ＯＦＤＭを利用しないＭＩＭＯシステムについては、ＲＸ ＭＩＭＯ／データプロセッサ３５６ａを使用して、Ｎ_Ｒ個の受信アンテナからのＮ_Ｒ個の変調シンボルストリームを処理することができる。またＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムについては、ＲＸ ＭＩＭＯ／データプロセッサ３５６ａを使用して、データ送信に使用される最高Ｎ_Ｌ個の周波数サブチャネルの各々のＮ_Ｒ個の受信アンテナからのＮ_Ｒ個の変調シンボルストリームの組を処理することができる。あるいはまた、単一のＲＸチャネル／データプロセッサ３５６ａを使用して、各周波数サブチャネルと関連する変調シンボルストリームの組を別個に処理することができる。
【０１６１】
図９に示される実施形態において、（図４のＲＸチャネル／データプロセッサ３５６の一実施形態である）ＲＸチャネル／データプロセッサ３５６ａは多数の一連の（すなわちカスケード）受信処理ステージ５１０を含んでいる（受信システム３５０ａによって回復される送信データストリームの各々につき一つのステージ）。送信処理スキームにおいて、選択チャネル反転が全使用可能な送信チャネルに適用される。この場合、選択送信チャネルを使用して、各々が共通の符号化スキームによって別個に符号化されてもよい一つ以上のデータストリームを送信することができる。別の送信処理スキームにおいて、選択チャネル反転は各送信アンテナに別個に適用される。この場合、送信アンテナごとの選択送信チャネルを使用して、各々がその送信アンテナに対して選択された符号化スキームによって別個に符号化されてもよい一つ以上のデータストリームを送信することができる。一般的に、データストリームが各空間サブチャネル上で別個に符号化および送信されると、一連のキャンセル受信処理技術を使用して、送信データストリームを回復することができる。明確には、ＲＸチャネル／データプロセッサ３５６ａは、一つのデータストリームが、データプロセッサ３５６ａによって処理される所与の周波数サブチャネルの各空間サブチャネル上で別個に符号化および送信される実施形態について説明されている。
【０１６２】
（最終ステージ５１０ｎを除く）各受信処理ステージ５１０は干渉キャンセラ５３０に結合されているチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０を含んでおり、最終ステージ５１０ｎはチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０ｎのみを含んでいる。最初の受信処理ステージ５１０ａについては、チャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０ａが復調器３５４ａ〜３５４ｒからＮ_Ｒ個の変調シンボルストリームを受信して、処理し、最初の送信チャネル（または最初の送信信号）の復号化データストリームを提供する。第二から最終ステージ５１０ｂ〜５１０ｎの各々については、そのステージのチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０が、次のステージの干渉キャンセラ５２０からＮ_Ｒ個の変形シンボルストリームを受信して、処理し、そのステージによって処理されている送信チャネルの復号化データストリームを引き出す。各チャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０はさらに、関連送信チャネルのＣＳＩ（例えば受信ＳＮＲ）を提供する。
【０１６３】
最初の受信処理ステージ５１０ａについては、干渉キャンセラ５３０ａがＮ_Ｒ個の変調シンボルストリームを全Ｎ_Ｒ個の復調器３５４から受信する。また第二乃至最後から二番目のステージの各々については、干渉キャンセラ５３０は、Ｎ_Ｒ個の変形シンボルストリームを次のステージの干渉キャンセラから受信する。各干渉キャンセラ５３０はまた復号化データストリームを、同一のステージ内のチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０から受信し、処理（例えば、符号化、インタリーブ、変調、チャネル応答など）を実行し、この復号化データストリームに起因する受信変調シンボルストリームの干渉成分の推定である、Ｎ_Ｒ個の再変調シンボルストリームを引き出す。そして最変調されたシンボルストリームは受信変調シンボルストリームから減算されて、減算された（すなわち除去された）干渉成分を除くすべてを含むＮ_Ｒ個の変形シンボルストリームを引き出す。そしてＮ_Ｒ個の変形シンボルストリームは次のステージに提供される。
【０１６４】
図９において、ＲＸチャネル／データプロセッサ３５６ａに結合されているコントローラ５４０が示されており、プロセッサ３５６ａによって実行される一連のキャンセル受信処理における種々のステップを指揮するために使用されることが可能である。
【０１６５】
図９は、各データストリームがそれぞれの送信アンテナ上で送信される（すなわち各送信信号に一つのデータストリームが対応する）場合に直通に使用することができる受信構成を示している。この場合、各受信処理ステージ５１０を操作して、受信システム３５０ａに対する送信信号の一つを回復し、回復された送信信号に対応する復号化データストリームを提供することができる。
【０１６６】
他の送信処理スキームについては、データストリームが複数の送信アンテナ、周波数サブチャネル、および／または時間間隔で送信されて、それぞれ、空間、周波数、および時間ダイバーシティを提供することができる。これらのスキームについては、受信処理はまず、各周波数サブチャネルの各送信アンテナ上で送信された信号の受信変調シンボルストリームを引き出す。そして複数の送信アンテナ、周波数サブチャネル、および／または時間間隔の変調シンボルは、送信システムで実行される逆多重化と相補的に結合される。そして、結合された変調シンボルのストリームを処理して、対応する復号化データストリームを提供する。
【０１６７】
図１０は、図９のチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０の一実施形態であるチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０ｘの実施形態のブロック図である。この実施形態において、チャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０ｘは空間／時空プロセッサ６１０と、ＣＳＩプロセッサ６１２と、セレクタ６１４と、復調要素６１８と、デインタリーバ６１８と、復号器６２０とを含んでいる。
【０１６８】
空間／時空プロセッサ６１０は、非分散ＭＩＭＯチャネル（すなわちフラットフェージング）のＮ_Ｒ個の受信信号に対する線形空間処理、または分散ＭＩＭＯチャネル（すなわち周波数選択フェージング）のＮ_Ｒ個の受信信号に対する時空処理を実行する。空間処理は、チャネル相関マトリクス反転（ＣＣＭＩ）技術および最小２乗平均誤差（ＭＭＳＥ）技術などの線形空間処理技術を使用して実行される。これらの技術を使用して、不要な信号をヌルアウトし、または他の信号からの雑音および干渉下の構成信号の各々の受信ＳＮＲを最大化することができる。時空処理は、ＭＭＳＥ線形等化器（ＭＭＳＥ−ＬＥ）、判定帰還形等化器（ＤＦＥ）、最ゆう系列推定器（ＭＬＳＥ）などの線形時空処理技術を使用して実行される。ＣＣＭＩ、ＭＭＳＥ、ＭＭＳＥ−ＬＥ、およびＤＦＥ技術は前述の米国特許出願第０９／８５４，２３５号により詳細に説明されている。ＤＦＥおよびＭＬＳＥ技術もまた、参照して個々に組み込まれている非特許文献２によってより詳細に説明されている。
【０１６９】
ＣＳＩプロセッサ６１２は、データ送信に使用される送信チャネルの各々のＣＳＩを決定する。例えば、ＣＳＩプロセッサ６１２は、受信パイロット信号に基づいて雑音共分散マトリクスを推定し、次いで復号化するデータストリームに使用されるｋ番目の送信チャネルのＳＮＲを計算することができる。ＳＮＲは、当業界において既知であるように、従来のパイロットアシスト信号およびマルチキャリアシステムと同様に推定されてもよい。データ送信に使用される送信チャネルのすべてに対するＳＮＲは、送信システムに折り返し報告されるＣＳＩを備えている。ＣＳＩプロセッサ６１２はさらに、この受信処理ステージによって回復される特定のデータストリームを識別するコントロール信号をセレクタ６１４に提供することができる。
【０１７０】
セレクタ６１４は、ＣＳＩプロセッサ６１２からのコントロール信号によって示されるように、空間／時空プロセッサ６１０から多数のシンボルストリームを受信し、復号化するデータストリームに対応するシンボルストリームを抽出する。そして、抽出された変調シンボルのストリームは復調要素６１４に提供される。
【０１７１】
送信チャネルごとのデータストリームが共通の符号化／変調スキームに基づいて別個に符号化および変調される、図１０に示される実施形態については、選択送信チャネルの回復変調シンボルが、送信チャネルに使用される共通の変調スキームに相補的な復調スキーム（例えば、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭ）に従って復調される。復調要素６１６からの復調されたデータは、チャネルインタリーバ６１４によって実行されるインタリーブに相補的に、デインタリーバ６１８によってデインタリーブされ、デインタリーブされたデータはさらに、符号器６１２によって実行される符号化に相補的に復号器６２０によって復号化される。例えば、ターボ復号器またはビタビ復号器が、ターボまたは畳込み符号化がそれぞれ送信システムで実行される場合に、復号器６２０に使用されてもよい。復号器６２０からの復号化データストリームは、回復されている送信データストリームの推定を表している。
【０１７２】
図１１は、図９の干渉キャンセラ５３０の一実施形態である干渉キャンセラ５３０ｘのブロック図である。干渉キャンセラ５３０ｘ内で、同一のステージ内のチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０からの復号化データストリームがチャネルデータプロセッサ６２８によって、再符号化、インタリーブ、および再変調されて、ＭＩＭＯ処理およびチャネル歪みの前に送信システムにおける変調シンボルの推定である、再変調シンボルを提供する。チャネルデータプロセッサ６２８は、データストリームに対して送信システムで実行されたのと同一の処理（例えば、符号化、インタリーブ、および変調）を実行する。そして再変調されたシンボルはチャネルシミュレータ６３０に提供され、シミュレータ６３０は推定チャネル応答によってシンボルを処理し、復号化データストリームによる干渉の推定
【数４９】

【０１７３】
を提供する。チャネル応答推定は、送信システムによって送信されるパイロットおよび／またはデータに基づいて、かつ特許文献４に記載されている技術に従って導き出される。
【０１７４】
干渉ベクトル
【数５０】

【０１７５】
のＮ_Ｒ個の要素は、ｋ番目の送信アンテナ上で送信されるシンボルストリームによる、Ｎ_Ｒ個の受信アンテナの各々における受信信号の成分に対応している。ベクトルの各要素は、対応する受信変調シンボルストリームの復号化データストリームによる推定成分を表している。これらの成分は、Ｎ_Ｒ個の受信変調シンボルストリーム（すなわち、ベクトル
【数５１】

【０１７６】
）の残りの（まだ検出されていない）送信信号に対する干渉であり、加算器６３２によって受信信号ベクトル
【数５２】

【０１７７】
から減算（すなわち除去）され、除去された復号化データストリームからの成分を有する変形ベクトル
【数５３】

【０１７８】
を提供する。変形ベクトル
【数５４】

【０１７９】
は、図９に示されるように、入力ベクトルとして次の受信処理ステージに提供される。
【０１８０】
一連のキャンセル受信処理の種々の態様が、前述の特許文献４により詳細に説明されている。
【０１８１】
図１２は、本発明の別の実施形態に従った、データ受信可能なＭＩＭＯ受信システム３５０ｂのブロック図である。（最高）Ｎ_Ｔ個の送信アンテナからの送信信号はＮ_Ｒ個のアンテナ３５２ａ〜３５２ｒの各々によって受信され、それぞれの復調器３５４にルーティングされる。各復調器３５４はそれぞれの受信信号を調整、処理、およびディジタル化してサンプルを提供し、これはＲＸ ＭＩＭＯ／データプロセッサ３５６ｂに提供される。
【０１８２】
ＲＸ ＭＩＭＯ／データプロセッサ３５６ｂ内で、受信アンテナごとのサンプルがそれぞれのＦＦＴプロセッサ７１０に提供されて、プロセッサ７１０は受信サンプルの変換表示を生成し、変調シンボルベクトルのそれぞれのストリームを提供する。そして、ＦＦＴプロセッサ７１０ａ〜７１０ｒからの変調シンボルベクトルのストリームがプロセッサ７２０に提供される。プロセッサ７２０は各ＦＦＴプロセッサ７１０からの変調シンボルベクトルのストリームを、最高Ｎ_Ｌ個の多数のサブチャネルシンボルストリームにチャネル化する。プロセッサ７２０はさらに、サブチャネルシンボルストリーム上で空間処理、または時空処理を実行して、後処理変調シンボルを提供する。
【０１８３】
複数の周波数サブチャネルおよび／または複数の空間サブチャネル上で送信されるデータストリームごとに、プロセッサ７２０はさらに、データストリームを送信するために使用された全周波数および空間サブチャネルの変調シンボルを一つの後処理変調シンボルストリームに結合し、これはその後データストリームプロセッサ７３０に提供される。各データストリームプロセッサ７３０は送信ユニットのデータストリームで実行されるのに相補的な復調、デインタリーブ、および復号化を実行し、それぞれの復号化データストリームを提供する。
【０１８４】
一連のキャンセル受信処理技術を用いる受信システムと、一連のキャンセル受信処理技術を用いない受信システムとを使用して、送信データストリームを受信、処理、および回復することができる。複数の送信チャネル上で受信された信号を処理できる一部の受信システムは、前述の特許文献１および特許文献３と、本発明の譲受人に譲渡され、かつ参照してここに組み込まれている特許文献２に説明されている。
【０１８５】
（送信システムのＣＳＩの取得）
簡潔に言うと、ＣＳＩがＳＮＲを備えている、本発明の種々の態様および実施形態について説明してきた。一般的に、ＣＳＩは通信リンクの特徴を示すいかなるタイプの情報をも備えることができる。種々のタイプの情報をＣＳＩとして提供することができ、その一部を以下に説明する。
【０１８６】
一実施形態において、ＣＳＩは、雑音および干渉指数に対する信号指数の比として導かれるＳＮＲを備えている。全ＳＮＲもまた多数の送信チャネルに対して提供されるが、ＳＮＲは一般的にデータ送信に使用される送信チャネルごと（例えば送信データストリームごと）に推定および提供される。ＳＮＲ推定は特定数のビットを有する値に量子化されてもよい。一実施形態において、ＳＮＲ推定は、例えばルックアップテーブルを使用して、ＳＮＲインデックスにマッピングされる。
【０１８７】
別の実施形態において、ＣＳＩは、各周波数サブチャネルの空間サブチャネルごとに出力コントロール情報を備えている。出力コントロール情報は送信チャネルごとに単一のビットを含み、大出力または小出力のいずれかのリクエストを示していてもよく、あるいは複数のビットを含み、必要な出力レベルの変化の大きさを示していてもよい。この実施形態において、送信システムは受信システムからフィードバックされる出力コントロール情報を利用して、いずれの送信チャネルを選択するか、および各送信チャネルにどの出力を使用するかを決定することができる。
【０１８８】
さらに別の実施形態において、ＣＳＩは信号指数と、干渉および雑音指数を備えている。これら２つの成分は、データ送信に使用される送信チャネルごとに別個に導出および提供されることが可能である。
【０１８９】
さらに別の実施形態において、ＣＳＩは信号出力と、干渉出力と、雑音出力とを備えている。これら３つの成分は、データ送信に使用されている送信チャネルごとに導き出されかつ提供されてもよい。
【０１９０】
さらに別の実施形態において、ＣＳＩは信号対雑音比と干渉出力のリストとを、観察可能な干渉項目ごとに備えている。この情報は、データ送信に使用されている送信チャネルごとに導き出されかつ提供されてもよい。
【０１９１】
さらに別の実施形態において、ＣＳＩはマトリクス形態の信号成分（例えば、全送受信アンテナ対に対してＮ_Ｔ×Ｎ_Ｒ個の複合エントリ）と、マトリクス形態の雑音および干渉成分（例えばＮ_Ｔ×Ｎ_Ｒ個の複合エントリ）とを備えている。そして送信システムは、信号成分と、雑音および干渉成分とを適切な送受信アンテナ対に対して適切に結合し、データ送信に使用されている送信チャネルごとに品質を導き出す（例えば、受信システムで受信されるような、送信データストリームごとの後処理ＳＮＲ）。
【０１９２】
さらに別の実施形態において、ＣＳＩは送信データストリームごとにデータレートインジケータを備えている。データ送信に使用される送信チャネルの品質は、（例えば送信チャネルに対して推定されているＳＮＲに基づいて）最初に決定されてもよく、次いで決定されたチャネル品質に対応するデータレートは、（例えばルックアップテーブルに基づいて）識別されてもよい。識別されたデータレートは、必要レベルの性能の送信チャネル上で送信されてもよい最高データレートを示している。そしてデータレートはデータレートインジケータ（ＤＲＩ）にマッピングされ、またこれによって表され、効率的に符号化されることが可能である。例えば、（最高）７個の可能なデータレートが送信アンテナごとに送信システムによってサポートされている場合、３ビットの値を使用してＤＲＩを表してもよい（ここでゼロはゼロのデータレートを示していてもよく（すなわち送信アンテナを使用せず）、また１〜７を使用して７個の異なるデータレートを示してもよい）。一般的な実現において、品質測定（例えばＳＮＲ推定）は、例えばルックアップテーブルに基づいてＤＲＩに直接マッピングされる。
【０１９３】
さらに別の実施形態において、ＣＳＩは、送信データストリームごとに送信システムにおいて使用される特定の処理スキームの表示を備えている。この実施形態において、インジケータは、所望のレベルの性能が達成されるように、送信データストリームに対して使用される特定の符号化スキームと特定の変調スキームとを識別してもよい。
【０１９４】
さらに別の実施形態において、ＣＳＩは、送信チャネルの特定の品質測定に対する差分インジケータを備えている。まず、送信チャネルに対するＳＮＲ、ＤＲＩ、または他の品質測定が決定されて、基準測定値として報告される。その後、送信チャネルの品質の監視が継続し、最後に報告された測定と現在の測定間の差が決定される。その差は１つ以上のビットに量子化されてもよく、量子化された差は差分インジケータにマッピングされ、かつこれによって表されて、その後報告される。差分インジケータは、特定のステップサイズによって最後に報告された測定の増減（または最後に報告された測定の維持）を示すことができる。例えば、差分インジケータは、（１）特定の送信チャネルの観察ＳＮＲが特定のステップサイズによって増加または減少したこと、あるいは（２）データレートが特定量または他の変化によって調整されるべきであることを示すことができる。基準測定は定期的に送信されて、差分インジケータのエラーおよび／またはこれらのインジケータの誤受信が蓄積されないことを保証することができる。
【０１９５】
さらに別の実施形態において、ＣＳＩは、送信システムによって送信された信号に基づいて受信システムにおいて推定されるように、使用可能な送信チャネルごとにチャネル利得を備えている。
【０１９６】
ＣＳＩの他の形態もまた使用してもよく、本発明の範囲内にある。一般的に、ＣＳＩは、（１）最適またはほぼ最適なスループットをもたらす１セットの送信チャネルを選択し、（２）同等またはほぼ同等の受信ＳＮＲをもたらす各選択送信チャネルの重み係数を決定し、（３）選択送信チャネルの最適またはほぼ最適なコードレートを推定するために使用されてもよいすべての形態において十分な情報を含んでいる。
【０１９７】
ＣＳＩは、送信システムから送信され、かつ受信システムで受信された信号に基づいて導き出されてもよい。実施形態において、ＣＳＩは、送信信号に含まれているパイロット基準に基づいて導き出される。代替的または追加的に、ＣＳＩは送信信号に含まれているデータに基づいて導き出されてもよい。データは選択送信チャネルでのみ送信されてもよいが、パイロットデータは未選択送信チャネルで送信されて、受信システムがチャネル特徴を推定できるようにしてもよい。
【０１９８】
さらに別の実施形態において、ＣＳＩは、受信システムから送信システムに送信された１つ以上の信号を備えている。一部のシステムにおいて、相関度はアップリンクとダウンリンク間（例えば、アップリンクとダウンリンクが時分割多重化方式で同一の周波数帯域を共有する時分割複信（ＴＤＤ）システム）に存在していてもよい。これらのシステムにおいて、アップリンクの品質はダウンリンクの品質に基づいて（必要な程度の正確さまで）推定されてもよく、またこの反対でもよく、これは、受信システムから送信された信号（例えばパイロット信号）に基づいて推定されてもよい。そしてパイロット信号は、送信システムが受信システムにおいて観察されているようにＣＳＩを推定できる手段を表している。このタイプのＣＳＩについては、チャネル特徴の報告は不要である。
【０１９９】
信号品質は種々の技術に基づいて送信システムにおいて推定されることが可能である。これらの技術の一部は、本出願の譲受人に譲渡され、かつ参照してここに組み込まれている以下の特許において説明されている。
【０２００】
・１９９８年８月２５日に発行された、「ＣＤＭＡ通信システムにおいて受信パイロット出力およびパス損失を決定するためのシステムおよび方法（SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING RECEIVED PILOT POWER AND PATH LOSS IN A CDMA COMMUNICATION SYSTEM）」と題された米国特許第５，７９９，００５号（特許文献５）、
・１９９９年５月１１日に発行された、「スペクトル拡散通信システムにおいてリンク品質を測定するための方法および装置（METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING LINK QUALITY IN A SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM）」と題された、米国特許第５，９０３，５５４号（特許文献６）、
・それぞれ１９９１年１０月８日と１９９３年１１月２３日に発行された、「ＣＤＭＡセルラーモバイル電話システムにおいて送信出力を制御するための方法および装置（METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM）」と題された、米国特許第５，０５６，１０９号（特許文献７）と、第５，２６５，１１９号（特許文献８）、および
・２０００年８月１日に発行された、「ＣＤＭＡモバイル電話システムにおいて出力制御信号を処理するための方法および装置（METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING POWER CONTROL SIGNALS IN CDMA MOBILE TELEPHONE SYSTEM）」と題された、米国特許第６，０９７，９７２号（特許文献９）。
【０２０１】
パイロット信号またはデータ送信に基づいて信号送信チャネルを推定するための方法はまた当業界で入手可能な多数の論文に見られる。このようなチャネル推定方法は、１９９９年１０月の、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎの「アプリケーションによる基準支援コヒーレントＣＤＭＡ通信の最適受信、性能拘束、およびカットオフレート解析（Optimal Reception, Performance Bound, and Cutoff-Rate Analysis of References-Assisted Coherent CDMA Communications with Applications）」と題された論文（非特許文献３）において、Ｆ．Ｌｉｎｇによって説明されている。
【０２０２】
種々のタイプのＣＳＩ情報および種々のＣＳＩ報告メカニズムはまた、双方とも参照してここに組み込まれている、本出願の譲受人に譲渡されている、１９９７年１１月３日に出願された、「高レートのパケットデータ送信のための方法および装置（METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE PACKET DATA TRANSMISSION）」と題された米国特許出願第０８／９６３，３８６号（特許文献１０）と、「ＴＩＥ／ＥＩＡ／ＩＳ−８５６ ｃｄｍａ２０００高レートのパケットデータエアインタフェース仕様書（High Rate Packet Data Air Interface Specification）」（非特許文献４）において説明されている。
【０２０３】
ＣＳＩは種々のＣＳＩ送信スキームを使用して送信機に折り返し報告されてもよい。例えば、ＣＳＩは完全に、差動的に、またはこれらの組み合わせで送られてもよい。一実施形態において、ＣＳＩは定期的に報告され、差分更新は前の送信済みＣＳＩに基づいて送られる。別の実施形態において、ＣＳＩは、変化がある場合のみ（例えば変化が特定の閾値を超える場合）に送られ、これはフィードバックチャネルの有効レートを低下させることが可能である。一例として、ＳＮＲは、これらが変化する場合のみ（例えば差分的に）送り返されてもよい。ＯＦＤＭシステム（ＭＩＭＯ有りまたは無し）について、周波数ドメインにおける相関を利用してフィードバックされるＣＳＩ量を減らすことができる。ＯＦＤＭシステムの一例として、Ｍ個の周波数サブチャネルの特定の空間サブチャネルに対応するＳＮＲが同じである場合、ＳＮＲと、この条件が当てはまる最初と最後の周波数サブチャネルとが報告されてもよい。ＣＳＩにフィードバックされるデータ量を減少させる他の圧縮およびフィードバックチャネルエラー回復技術もまた使用されてもよく、本発明の範囲内である。
【０２０４】
図３を再び参照すると、ＲＸチャネル／データプロセッサ３５６によって決定されたＣＳＩ（例えば受信ＳＮＲ）がＴＸデータプロセッサ３６２に提供され、これはＣＳＩを処理して、処理済みデータを１つ以上の変調器３５４に提供する。変調器３５４はさらに、処理済データを調整し、ＣＳＩをリバースチャネルを介して送信システム３１０に折り返し送信する。
【０２０５】
システム３１０において、送信フィードバック信号はアンテナ３２４によって受信され、復調器３２２によって復調され、ＲＸデータプロセッサ３３２に提供される。ＲＸデータプロセッサ３３２は、ＴＸデータプロセッサ３６２によって実行されたのに相補的な処理を実行し、報告済みＣＳＩを復元し、そしてこれはコントローラ３３４に提供される。
【０２０６】
コントローラ３３４は報告済みＣＳＩを使用して、（１）データ送信に対してＮ_Ｓ個の最良の使用可能な送信チャネルのセットを選択することと、（２）選択送信チャネルでのデータ送信に使用される符号化／変調スキームを決定することと、（３）選択送信チャネルに使用される重みを決定することと、を含む多数の機能を実行する。コントローラ３３４は送信チャネルを選択して、他の性能基準またはメトリクスに基づいて高スループットを達成することができ、さらに、上記のように、送信チャネルを選択するのに使用される閾値を決定することができる。
【０２０７】
データ送信に使用可能な送信チャネルの特徴（例えば、チャネル利得や受信ＳＮＲ）は上記の種々の技術に基づいて決定されて、送信システムに提供されてもよい。そして送信システムは情報を使用してＮ_Ｓ個の最良送信チャネルのセットを選択し、データを適切に符号化および変調し、さらに変調シンボルを重み付けすることができる。
【０２０８】
ここに説明されている技術は、基地局から１つ以上の端末へのダウンリンクでのデータ送信に使用されてもよく、また１つ以上の端末の各々から基地局へのアップリンクでのデータ送信に使用されてもよい。ダウンリンクについて、図３および４Ａ〜４Ｄの送信システム３１０は基地局の一部を表してもよく、また図３、５、および６の受信システム３５０は端末の一部を表してもよい。アップリンクについては、図３および４Ａ〜４Ｄの送信システム３１０は端末の一部を表してもよく、また図３、５、および６の受信システム３５０は基地局の一部を表してもよい。
【０２０９】
送信および受信システムの要素は、１つ以上のディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブル論理装置、他の電子ユニット、あるいはこれらの組み合わせによって実現されてもよい。ここに説明されている機能および処理の一部はまた、プロセッサ上で実行されるソフトウェアで実現されてもよい。本発明の特定の態様はまたソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実現されてもよい。例えば、閾値αを決定し、送信チャネルを選択するための計算は、プロセッサ（図３のコントローラ３３４）上で実行されるプログラムコードに基づいて実行されてもよい。
【０２１０】
見出しは参照のためにここに含まれており、特定のセクションを配置するためのものである。これらの見出しはここに説明されている概念の範囲を制限する目的ではなく、またこれらの概念は明細書全体の他のセクションにおいても適用可能である。
【０２１１】
開示されている実施形態の上記の説明によって、当業者は本発明をなし、または使用することができる。これらの実施形態に対する種々の変形は当業者には容易に明らかであり、ここに定義されている一般原理は、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく他の実施形態にも適用可能である。従って、本発明はここに示されている実施形態に制限されることを意図しておらず、ここに開示されている原理および新規の特徴に矛盾しない最大範囲を許容する。
【図面の簡単な説明】
【０２１２】
【図１】本発明の種々の態様および実施形態を実現するように設計および操作される多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムの図。
【図２】本発明の実施形態に従った、選択チャネル反転に基づいて各選択送信チャネルに割り当てられる送信出力量を判断するプロセスのフロー図。
【図３】本発明の実施形態に従った、データ送信用の送信チャネルを選択するために使用される閾値αを決定するプロセスのフロー図。
【図４】本発明の種々の態様および実施形態を実現するとこができるＭＩＭＯ通信システムの図。
【図５】本発明の４つの具体的な実施形態に従った、データ処理可能な４つのＭＩＭＯ送信システムのうちの１つを示すブロック図。
【図６】本発明の４つの具体的な実施形態に従った、データ処理可能な４つのＭＩＭＯ送信システムのうちの１つを示すブロック図。
【図７】本発明の４つの具体的な実施形態に従った、データ処理可能な４つのＭＩＭＯ送信システムのうちの１つを示すブロック図。
【図８】本発明の４つの具体的な実施形態に従った、データ処理可能な４つのＭＩＭＯ送信システムのうちの１つを示すブロック図。
【図９】本発明の実施形態に従った、データ受信可能なＭＩＭＯ受信システムのブロック図。
【図１０】図９に示されているＭＩＭＯ受信システム内のチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサおよび干渉キャンセラの実施形態のブロック図。
【図１１】図９に示されているＭＩＭＯ受信システム内のチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサおよび干渉キャンセラの実施形態のブロック図。
【図１２】本発明の別の実施形態に従った、データ受信可能なＭＩＭＯ受信システムのブロック図。
【符号の説明】
【０２１３】
１００…多入力多出力通信システム、１０４…基地局、１０６…端末、２００…プロセス、２４０…プロセス、３００…ＭＩＭＯ通信システム、３１０…ＭＩＭＯ送信システム、３１２…データソース、３１４…送信データプロセッサ、３２０…ＴＸチャネルプロセッサ、３２２…変調器、復調器、３２４…アンテナ、３３２…ＲＸデータプロセッサ、３３４…コントローラ、３５０…ＭＩＭＯ受信システム、３５２…受信アンテナ、３５４…復調器、変調器、３５６…データプロセッサ、３６０…データシンク、３６２…ＴＸデータプロセッサ、４１０…空間サブチャネルデータプロセッサ、４１２…符号器、４１４…チャネルインタリーバ、４１６…パンクチャ器、４１８…シンボルマッピング要素、４２２…ＭＩＭＯプロセッサ、４２４…デマルチプレクサ、４２８…デマルチプレクサ、４３０…周波数サブチャネルデータプロセッサ、４３２…サブチャネル空間プロセッサ、４３４…結合器、４４０…逆高速フーリエ変換、４４２…循環プレフィックス生成器、４４４…アップコンバータ、５１０…受信処理ステージ、５２０…データプロセッサ、５３０…干渉キャンセラ、５４０…コントローラ、６１０…時空プロセッサ、６１２…ＣＳＩプロセッサ、６１４…セレクタ、６１４…チャネルインタリーバ、６１６…復調要素、６１８…デインタリーバ、６２０…復号器、６２８…チャネルデータプロセッサ、６３０…チャネルシミュレータ、６３０…シミュレータ、６３２…加算器、７１０…ＦＦＴプロセッサ、７２０…プロセッサ、７３０…データストリームプロセッサ

Claims (46)

1. マルチチャネル通信システムにおいて複数の送信チャネルでの送信用データを処理するための方法であって、
   データ送信に使用可能な複数の送信チャネルの特徴を決定することと、
   前記複数の送信チャネルを１つ以上の送信チャネルグループに分割することと、
   送信チャネルグループごとに、
   前記グループ内の１つ以上の使用可能な送信チャネルを前記決定された特徴と閾値とに基づいて選択することと、
   変調シンボルを提供するために、前記グループ内の全ての選択された送信チャネルに対するデータを特定の符号化／変調スキームに基づいて符号化および変調することと
   を備えている方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   送信チャネルグループごとに、
   前記選択された送信チャネルの送信出力レベルを表し、かつ前記選択された送信チャネルの前記決定された特徴に部分的に基づいて導き出されたそれぞれの重みに基づいて、前記グループ内の各選択された送信チャネルごとに変調シンボルを重み付けすることをさらに備えている方法。
3. 請求項１に記載の方法において、
   前記マルチチャネル通信システムは直交周波数分割変調システムであり、前記複数の使用可能な送信チャネルは複数の周波数サブチャネルに対応している方法。
4. 請求項１に記載の方法において、
   前記マルチチャネル通信システムは多入力多出力通信システムであり、前記複数の使用可能な送信チャネルは多入力多出力チャネルの複数の空間サブチャネルに対応している方法。
5. 請求項４に記載の方法において、
   前記多入力多出通信システムは直交周波数分割変調を利用し、前記複数の使用可能な送信チャネルは複数の周波数サブチャネルの複数の空間サブチャネルに対応している方法。
6. 請求項５に記載の方法において、
   各グループがそれぞれの送信アンテナに対応しており、各グループ内の前記複数の送信チャネルが前記対応する送信アンテナに対する複数の周波数サブチャネルに対応している方法。
7. 請求項１に記載の方法において、
   各グループが、前記グループ内の前記使用可能な送信チャネルを使用するために選択するのに用いられるそれぞれの閾値と関連している方法。
8. 請求項１に記載の方法において、
   グループごとの前記データは、前記グループに対して選択されたそれぞれの符号化／変調スキームによって符号化および変調される方法。
9. 請求項２に記載の方法において、
   各グループ内の前記選択された送信チャネルに対する前記重みは、前記グループに使用可能な全送信出力を前記グループ内の全ての選択された送信チャネルに分配して同様の受信信号品質を達成するために導き出される方法。
10. 請求項９に記載の方法において、
    前記受信信号品質は信号対雑音及び干渉比によって推定される方法。
11. 請求項１に記載の方法において、
    前記使用可能な送信チャネルに対する前記決定された特徴はチャネル利得である方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、
    グループごとに、特定の出力利得閾値以上の出力利得を有する送信チャネルが選択され、前記出力利得は前記チャネル利得に基づいて決定される方法。
13. 請求項１に記載の方法において、
    前記使用可能な送信チャネルに対する前記決定された特徴は受信された信号対雑音及び干渉比である方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、
    グループごとに、特定の信号対雑音及び干渉比閾値以上の信号対雑音及び干渉比を有する送信チャネルが選択される方法。
15. 請求項２に記載の方法において、
    各選択された送信チャネルごとの前記重みはさらに、前記送信チャネルが属する前記グループに使用可能な全送信出力に基づいて導き出される方法。
16. 請求項２に記載の方法において、
    各選択された送信チャネルごとの前記重みはさらに、前記選択された送信チャネルの前記特徴に基づいて決定された正規化係数に基づいて導き出される方法。
17. 請求項１に記載の方法において、
    グループごとの前記閾値は、前記グループ内の前記選択された送信チャネルに対して高スループットを提供するように選択される方法。
18. 請求項１に記載の方法において、
    グループごとの前記閾値は、前記グループ内の前記使用可能な送信チャネルに対して可能な限り高いスループットを提供するように選択される方法。
19. 請求項１に記載の方法において、
    グループごとの前記閾値は、前記グループ内の全ての選択された送信チャネルに対する特定の目標受信信号対雑音及び干渉比に基づいて導き出される方法。
20. 請求項２に記載の方法において、
    前記重み付け変調シンボルを前記選択された送信チャネルで送信することをさらに備えている方法。
21. マルチチャネル通信システムにおいて複数の送信チャネルでの送信用データを処理するための方法であって、
    データ送信に使用可能な複数の送信チャネルの特徴を決定することと、
    １つ以上の使用可能な送信チャネルを前記決定された特徴とメトリクスとに基づいて選択することと、
    符号化データを提供するために、全ての選択された送信チャネルに対するデータを特定の符号化スキームに基づいて符号化することと、
    変調シンボルを提供するために、全ての選択された送信チャネルに対する前記符号化データを特定の変調スキームに基づいて変調することと
    を備えている方法。
22. 請求項２１に記載の方法において、
    各選択された送信チャネルごとの変調シンボルを、前記選択された送信チャネルの送信出力レベルを示すそれぞれの重みに基づいて重み付けすることをさらに備えている方法。
23. 請求項２２に記載の方法において、
    前記選択された送信チャネルに対する前記重みは等しい方法。
24. 請求項２２に記載の方法において、
    前記選択された送信チャネルに対する前記重みは等しくない方法。
25. 請求項２２に記載の方法において、
    前記選択された送信チャネルに対する前記重みは、前記選択された送信チャネルの前記決定された特徴に部分的に基づいて導き出される方法。
26. 請求項２５に記載の方法において、
    前記選択された送信に対する前記重みはさらに、全使用可能な送信出力を全ての選択された送信チャネルに分配して、前記選択された送信チャネルを介して送信される変調シンボルに対して同様の受信品質を達成すために導き出される方法。
27. 請求項２１に記載の方法において、
    前記メトリクスはスループットに関し、前記１つ以上の送信チャネルは前記選択された送信チャネルに達成可能な前記スループットに基づいて選択される方法。
28. マルチチャネル通信システムにおいて複数の送信チャネルでデータを送信するための方法であって、
    データ送信に使用可能な複数の送信チャネルの各々の特徴を決定することと、
    前記複数の使用可能な送信チャネルを１つ以上のグループに分割することと、
    変調シンボルを提供するために、各グループ内の前記使用可能な送信チャネルのうちの選択されたチャネルに対するデータを符号化および変調することと、
    各グループ内の各選択された送信チャネルに対する変調シンボルを、前記選択された送信チャネルの送信出力レベルを示し、かつ前記選択された送信チャネルの前記決定された特徴に部分的に基づいて導き出されるそれぞれの重みに基づいて重み付けすることと、
    前記重み付け変調シンボルを前記選択された送信チャネルで送信することと
    を備えている方法。
29. 請求項２８に記載の方法において、
    前記マルチチャネル通信システムは、直交周波数分割変調を利用する多入力多出力である方法。
30. 請求項２９に記載の方法において、
    各グループがそれぞれの送信アンテナに対応しており、各グループ内の前記複数の送信チャネルは、前記対応する送信アンテナに対する複数の周波数サブチャネルに対応している方法。
31. 請求項２８に記載の方法において、
    各グループ内の前記選択された送信チャネルに対する前記データは共通の符号化スキームに基づいて符号化される方法。
32. 請求項３１に記載の方法において、
    前記共通の符号化スキームは複数の可能な符号化スキームの中から選択される方法。
33. 請求項２８に記載の方法において、
    各グループ内の前記選択された送信チャネルの前記変調シンボルは共通の変調スキームに基づいて導き出される方法。
34. 請求項３３に記載の方法において、
    前記共通の変調スキームは複数の可能な変調スキームの中から選択される方法。
35. 請求項２８に記載の方法において、
    各グループ内の前記選択された送信チャネルに対する前記データは、前記グループに対して選択された共通の符号化／変調スキームに基づいて符号化および変調される方法。
36. 請求項２８に記載の方法において、
    データ送信用の、各グループ内の１つ以上の前記使用可能な送信チャネルを、前記送信チャネルの前記決定された特徴と閾値とに基づいて選択することをさらに備えている方法。
37. 各グループがそれぞれの閾値と関連している請求項３６に記載の方法。
38. マルチチャネル通信システムにおいて、データ送信用の送信チャネルを選択するために使用される閾値を決定するための方法であって、
    １セットのコードレートを定義することであって、各コードレートが送信前にデータを符号化するために選択可能であることと、
    １セットのセットポイントを定義することであって、各セットポイントがそれぞれのコードレートに対応しており、かつ前記対応するコードレートにおける特定レベルの性能に必要な目標信号対雑音及び干渉比を示していることと、
    各コードレートによってサポートされ、かつ前記コードレートに対応する前記セットポイントを達成可能な特定数の送信チャネルを決定することと、
    各コードレートに対する性能メトリクスを、サポートされる送信チャネル数に部分的に基づいて決定することと、
    前記閾値を、前記セット内の前記コードレートに対する前記性能メトリクスに基づいて導き出すことであって、送信チャネルが前記閾値に基づいてデータ送信用に選択されることと
    を備えている方法。
39. 請求項３８に記載の方法において、
    各コードレートによってサポートされる送信チャネル数は、前記コードレートに対応する前記セットポイントが、サポートされる送信チャネルごとに達成されるように、全使用可能な送信出力を前記サポートされる送信チャネルに分配することによって決定される方法。
40. コードレートごとの前記性能メトリクスは、前記サポートされる送信チャネルによって達成可能な全スループットである請求項３８に記載の方法。
41. マルチチャネル通信システムにおける送信ユニットであって、
    データ送信に使用可能な複数の送信チャネルの特徴を示すチャネル状態情報を受信し、前記使用可能な送信チャネルを複数のグループに分割し、データ送信用の、各グループ内の１つ以上の使用可能な送信チャネルを前記チャネル特徴と閾値とに基づいて選択するように構成されたコントローラと、
    前記コントローラに接続され、かつグループごとのデータを特定の符号化／変調スキームに基づいて受信、符号化、および変調して変調シンボルを提供し、また選択された送信チャネルごとの変調シンボルをそれぞれの重みに基づいて重み付けするように構成された送信データプロセッサであって、各重みが前記対応する選択された送信チャネルに対する送信出力レベルを示しており、かつ前記選択された送信チャネルの前記特徴に部分的に基づいて導き出される送信データプロセッサと
    を備えている送信ユニット。
42. 請求項４１に記載の送信機において、
    前記コントローラはさらに、グループごとの特定の符号化／変調スキームを前記使用可能な送信チャネルの前記特徴に基づいて選択し、かつ前記グループに対して選択された前記符号化／変調スキームを示す１つ以上のコントロール信号を提供するように構成される送信機。
43. 前記コントローラはさらに、グループごとの特定の閾値を前記使用可能な送信チャネルの前記特徴に基づいて決定するように構成される請求項４１に記載の送信機。
44. 請求項４１に記載の送信機において、
    前記送信データプロセッサに接続され、かつ前記選択された送信チャネルに対する前記重み付け変調シンボルを受信し、各アンテナにつき１つのストリームが前記変調シンボルを送信するために使用される複数のストリームに多重化するように構成された送信チャネルプロセッサをさらに備えている送信機。
45. 前記チャネル状態情報が、前記使用可能な送信チャネルに対して信号対雑音及び干渉比推定を備えている請求項４１に記載の送信機。
46. 前記チャネル状態情報が、前記使用可能な送信チャネルに対してチャネル利得推定を備えている請求項４１に記載の方法。

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