JP2005522909A - 受信機及び受信機を動作させる方法 - Google Patents

Abstract

受信機は、例えばＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）送信機から、複数の異なる信号として元々送信された信号を受信する複数のアンテナ（１０８）を有する。当該受信機は、各受信した信号に各固有コードを適用する複数のコーダ（３０２）、及び前記コード化した信号を単一の信号に結合する加算器（３０６）を含んでおり、前記単一の信号は、次いで、単一の周波数変換段（２０２）によってダウンコンバートされ、デジタル化される。各受信した信号に対応する出力信号は、前記コーダにおいて使用された前記コードを参照して、複数の検出器（３１２）によって得られる。好適実施例においては、前記固有コードは、Ｗａｌｓｈコードのような直交コードである。当該受信機は、信号周波数変換段が、複数の受信した信号を処理するのに使用されることができるようにするので、ハードウェアを省き、受信機の電力消費量を減少する。

Description

本発明は複数の異なる信号として、元々送信された信号を受信する受信機、及び前記受信機を動作させる方法に関する。

典型的な通信システムにおいて、複数の無線信号は、送信機から受信機まで複数の経路を介して進行し、これら経路のそれぞれは、１つ以上の散乱体による反射を含んでいる。前記経路から受信した信号は、受信機において、建設的又は破壊的に干渉する（結果として位置依存減衰となる）。更に、前記経路の長さが異なり、従って、信号が送信機から受信機へまで伝わるのに掛かる時間の長さが異なるので、シンボル間干渉が生じる。

送信機及び受信機の両方において複数のアンテナを使用することにより、このような状況を活用することが可能であり、複数の異なる信号を、同時に同一の周波数上で送信することができるようになる。このようなシステムは、Multi-Input Multi-Output（ＭＩＭＯ）システムとして知られており、これにより送信用データストリームは、複数のサブストリームに分割され、これらのそれぞれが、多数の異なる経路を介して送信される。このようなシステムの１つの例は、米国特許第ＵＳ６，０６７，２９０号に記載されており、もう１つの例は、ＢＬＡＳＴシステムとして知られており、P W Wolnianskyらによる論文「V-BLAST : an architecture for realising very high data rates over the rich-scattering wireless channel」（URSI International Symposium on Signals, Systems and Electronics, Pisa, Italy, 29 September to 2 October 1998 公開されている論文）に記載されている。

ＢＬＡＳＴシステムにおいて、各サブストリームは、単一のアンテナに送信される。代替的なシステムにおいては、各サブストリームは、アンテナビームフォーミング技術を使用することによって、異なる空間方向に写像されることができる。ビームの方向を動的に変化させるＭＩＭＯシステムの例は、我々の、係属中で未公開の国際特許出願第ＷＯ０２／０６１９６９号（出願人整理番号 ＰＨＧＢ０１００１２）に記載されている。

典型的には、ＭＩＭＯシステムにおいて、元のデータストリームは、Ｎ個のサブストリームに分割され、これらのそれぞれが、ｎ_Ｔ＝Ｎのエレメントを有するアレイの異なるアンテナによって、送信される。ｎ_Ｒ≧Ｎのエレメントを有する類似のアレイが、前記信号を受信するために使用され、該アレイの各アンテナが前記Ｎ個のサブストリームの異なる重ね合わせを受信する。これらの差異を、チャネルの伝達マトリックスの知識と共に利用することで、前記サブストリームを分割及び再結合し、元のデータストリームを得ることができる。幾つかの状況においては、特に、広帯域チャネルにおいて、複数の実質的に相関関係を持たない信号のサンプルが、各受信信号から決定されることができる場合は、ｎ_Ｒは、Ｎよりも少なくて良い。更なる詳細は、我々の係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ０２／０２４３９号（出願人整理番号 ＰＨＧＢ０１０１００）に記載されている。

ＭＩＭＯシステムから達成され得るパフォーマンスゲインは、所与の誤り率での合計のデータレートを上げるために、所与のデータレートでの誤り率を下げるために、又はこれら２つの何らかの組み合わせのために使用されることができる。ＭＩＭＯシステムは、所与のデータレート及び誤り率に関して、送信されるエネルギ又は電力の合計を減少するように制御されることもできる。理論上は、通信チャネルの容量は、送信機又は受信機上のアンテナの数が少ないことに対して、直線的に増加する。しかしながらＭＩＭＯシステムの有用な見方は、前記環境における散乱体によって生じる送信機と受信機との間の、統計的に独立である経路の数によって、チャネルの容量が制限されているということである。

ＭＩＭＯシステムにおいて使用する受信機を設計する場合、受信した信号を、ＲＦからベースバンドに変換するための各アンテナに対する別個のＲＦ（無線周波数）セクションの必要性によって、著しい追加費用が生じる。この要件は、前記アンテナアレイからの空間情報を、サブストリームを抽出する後続処理のために、保持するためのものである。複数のＲＦセクションを要求することを避けることができる１つの方法は、各アンテナからの信号に、異なる周波数オフセットを適用することによるものであり、この後に、信号周波数変換を実行し、デジタル化の後に個々の信号を再生することができるというものである。このような技術は、我々の係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ０２／０２４１０号（出願人整理番号 ＰＨＧＢ０１０１９９）に記載されている。しかしながら、この技術を実施する受信機は、所要の周波数オフセットを発生するために、付加的な局部発振器を更に必要とする。

本発明の目的は、受信信号をベースバンドにダウンコンバートする単一のＲＦセクションを有するＭＩＭＯシステムのための受信機を提供することにある。

本発明の第１の見地によれば、複数の異なる信号として、元々、送信された信号を受信する複数のアンテナと、各アンテナによって受信した信号に各固有コードを適用するコード化手段と、複数のコード化された信号を単一の信号に結合する加算手段と、前記単一の信号の周波数を低い周波数に変換する周波数変換手段と、前記周波数変換された単一の信号から、前記コード化手段によって使用された前記固有コードを参照して複数の信号を抽出する抽出手段とを有する受信機が設けられる。

前記各固有コードを、各受信した信号に適用すると、複数の受信した信号を処理するために、単一の周波数変換段を使用することができるようになり、これによって、ハードウェアを省き、受信機の電力消費量を減少することができる。好適実施例においては、前記固有コードは、Ｗａｌｓｈコードのような直交コードである。前記固有コードのレートは、典型的には、受信した信号のシンボルレートの少なくともＮ倍である必要があり、ここで、Ｎは、アンテナの数に等しい。

本発明の第２の見地によれば、元々複数の異なる信号として送信された信号を受信する複数のアンテナを有する受信機を動作させる方法が提供され、前記方法は、各アンテナによって受信した信号に各固有コードを適用するステップと、複数のコード化された前記信号を単一の信号に結合するステップと、前記単一の信号の周波数を低い周波数に変換するステップと、前記周波数変換された単一の信号から、前記コード化された信号を発生するのに使用された前記固有コードを参照して、複数の信号を抽出するステップとを有する。

単一の信号周波数変換段によって処理するために、直交コード化された信号を結合するステップは、米国特許出願第ＵＳ２００１／００２２８２２号から知られている。しかしながら、この明細書に記載されている受信機は、単一の信号として発生した信号の受信に適用できるのみである。更に、一旦加算されれば、個々の信号は、回復される必要がなく、事実、回復されるべきでないようにするために、前記直交コードが適用されている。これは、前記直交コードの特性が、従来のダイバーシティ受信機における場合とは異なって、加算された信号のエネルギが決してゼロにはならないことを確かにするために必要とされているためである。

本発明によって、ハードウェアのコストを、既知の受信機と比較して、大幅に低減するＭＩＭＯ受信機を構築することが可能である。

本発明の実施例は、添付図面を参照して、例を用いて以下に説明される。

添付図面において、同一の符号は、対応するフィーチャを示すように使用されている。

図１は、既知のＭＩＭＯ無線システムを示している、複数のアプリケーション１０２（ＡＰ１からＡＰ４）は、送信用のデータストリームを発生する。アプリケーション１０２は、複数のデータストリームを発生することもできる。前記データストリームは、多重化装置（ＭＸ）１０４によって結合され、単一のデータストリームとなり、送信機（Ｔｘ）１０６に供給される。送信機１０６は、前記データストリームを、サブストリームに分割し、各サブストリームを、１つ以上の複数の送信アンテナ１０８に割り当てる。

適切なコード化は、典型的には順方向誤り訂正（ＦＥＣ）を含み、多重化の前に、送信機１０６によって適用される。これは、垂直コード化として知られており、該コード化が全てのサブストリームにわたって適用されるという利点を有する。しかしながら、連結デコードが必要であり、各サブストリームを個々に抽出することが困難であるために、前記サブストリームの抽出における問題が生じる。代替的なものとして、各サブストリームは、別々にコード化されることができ、この技術は、受信機の動作を単純化することができる水平コード化として知られている。これらの技術は、例えば、X Liらによる論文「Effects of Iterative Detection and Decoding on the Performance of BLAST」（the IEEE Globecom 2000 Conference, San Francisco, November 27 to December 1 2000議事録）に記載されている。

垂直コード化が使用される場合、適用されるＦＥＣは、複数の経路１１０を有するＭＩＭＯチャネル全体を対処するのに十分な誤り訂正機能を持つべきである。図を簡略化するために、アンテナ１０８の間の直接経路１１０のみが示されているが、前記経路の組は、典型的には、信号が１つ以上の散乱体によって反射される間接的な経路を含むことは、認識されるであろう。

受信機（Ｒｘ）１１２には、同様に、アンテナ１０８が設けられており、前記複数の経路からの信号を受信する。得られた複数の信号のそれぞれは、ベースバンドに変換された周波数を有するので、該信号は、結合、デコード、及び多重分離されることができ、各アプリケーションへの各データストリームを供給する。送信機１１０及び受信機１１２の両方が同じ数のアンテナを有しているように示されているが、実際にはこれは必要ではなく、前記アンテナの数は、空間及び容量の制約に依存する。同様に、送信機１０６は、どのような数のアプリケーション（例えば、音声のみの移動電話上の単一アプリケーション、又はＰＤＡ上の多数のアプリケーション）にも対応することができる。

図２は、受信機１１２の最初の段のブロック図である。各アンテナは、関連付けられたＲＦセクション２０２を有し、前記受信した信号の周波数を、これが処理されることが可能であるベースバンドに変換（ダウンコンバート）する。典型的には、前記ベースバンド信号は、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２０４によって、デジタルドメインに変換され、デジタル化された信号は、前記送信されたサブストリームを抽出する更なる処理のために、出力２０６として供給される。このように各アンテナに１つずつのＲＦセクションという要件は、前記受信した信号の特性を、更なる処理のために維持するためであるが、構成要素が重複することになり、従って、追加のコスト及び電力消費量がかかる。

図３は、この問題に対処する本発明によって形成されるＭＩＭＯ受信機の最初の段のブロック概略図である。図示されている受信機は、４つのアンテナ１０８を有する。各アンテナ１０８から受信した信号は、該信号を、各入力３０４を介して供給される固有コードによってエンコードする各ＢＰＳＫ（バイナリ位相シフトキーイング）位相変調器３０２を介して、通過される。次いで、前記信号は加算ブロック３０６によって単一の信号に結合され、次いで、単一の従来型ＲＦセクション２０２によってベースバンドにダウンコンバートされる。

前記ベースバンド信号は、アナログデジタルコンバータ２０４によって、デジタルドメインに変換される。前記デジタル化された信号は、次いで、４つの検出器（ＤＥＴ）３１２によって処理され、該検出器のそれぞれは、入力３１４において各参照コードを供給されている。これらの参照コードは、変調器３０２に供給される前記固有のコードに関連付けられており、これらの特性は、各検出器３１２が、アンテナ１０８のそれぞれ１つによって受信された信号に対応するベースバンドの信号の抽出をすることができるようする。抽出したベースバンドの信号は、ＭＩＭＯ回路構成によって更に処理をするために、出力２０６として供給される。

図３に示されている単独のアナログデジタルコンバータ２０４の替わりに、再生した信号２０６は、複数のＡＤＣによってデジタル化されることも可能である。これは、幾つかのハードウェアの重複を含むが、幾つかの利点がある。第１に、前記ＡＤＣが、低いサンプリングレート及び狭いダイナミックレンジで動作することができ、従って電力消費量を減少することができる。第２に、図３に示されている受信機で必要なチャネルフィルタは実際のチャネル帯域幅のＮ倍の帯域幅を有する必要があるのに対し、前記ＡＤＣの前に必要であるフィルタは、実際のチャネル帯域幅に対応するので、前記固有コードによって発生される帯域幅を広くすることができる。

上述した順次の動作を、図４に示されているフローチャートにまとめた。ステップ４０２は、複数の信号が受信されるステップ；ステップ４０４は、これらの信号のそれぞれが固有コードによってエンコードされるステップ；ステップ４０６は、エンコードされた前記信号が、加算されて、単一の信号を形成するステップ；ステップ４０８は、前記単一の信号の周波数が変換されるステップ；ステップ４１０は、前記単一の信号から複数の信号を抽出するステップ；ステップ４１２は、複数の信号がＭＩＭＯ回路構成によって処理されるステップに対応している。

前記固有コードとは、例えば、相互相関が小さい擬似乱数の並びであり得る。しかしながら、本発明の好適実施例においては、前記固有コードは、Ｗａｌｓｈ関数の集合のような直交コードである。変調器３０２は、直接変調することによって、これらのコードを、前記アンテナからのアナログ信号に適用する。これは、図３の例におけるように、ＢＰＳＫを使用して実行できるが、他の既知の変調方式の帯域も、同様によく使用されることができるのは明らかであろう。前記直交コードのレートは、検出器３１２によって受信される信号の個々の成分を抽出することができるようにするために、受信した信号のシンボル期間よりも長いものであるべきである。例えば、Ｗａｌｓｈ関数 ｗａｌ（０，θ）（数列１，１によって与えられる）、及びｗａｌ（１，θ）（数列１，−１によって与えられる）を、対のアンテナからの結合された信号に適用することは、基本サンプリングレートの２倍で実行されなければならない。通例として、Ｎ個のアンテナがある場合、前記直交コード化に関するレートは、少なくとも基本サンプリングレートのＮ倍であるべきである。

この最も簡潔である態様における前記抽出処理は、各Ｗａｌｓｈ関数による前記デジタル化された信号の乗算を、単に必要とするが、複数の検出器３１２は、典型的には相関器である。上述で使用した２つのアンテナの例に関しては、元々受信した信号のそれぞれを抽出するために、これは、２つの乗算（Ｗａｌｓｈ関数の各エレメントに対し１つ）を行い、及びこれら２つの得られるサンプルを加算する必要がある。

前記直交コードは、当該受信機内で適用されるので、ＢＰＳＫ変調器３０２と検出器３１２におけるタイミングとの間の同期の問題は、ほとんど無い、又は全く無いはずである。同様に、前記受信した信号の前記固有コードとシンボル期間との間のどのような調整も、前記固有コードのレートが、Ｎ個の信号をシンボル期間内で識別するのに十分である場合は、必要ない。

上述したＭＩＭＯ受信機における１つの問題は、ベースバンド信号の帯域幅が広がると、隣接チャネルの干渉が増加し得ることである。これが問題となる状況において、これは、エンコードすることによって対処することができ、隣接チャネルの干渉は、Ｗａｌｓｈ関数 ｗａｌ（０，θ）（単位元）によってコード化され、次いで、前記アンテナからの信号のコード化にはｗａｌ（０，θ）を使用しない。前記干渉は、所望の前記信号に対して直交し、検出器３１２によって棄却される。この対処法の不利な点は、付加的なＷａｌｓｈ関数が使用される必要があり、これは、最悪の場合、Ｎではなく、２Ｎ倍だけ帯域幅を増大させる。

ＭＩＭＯ受信機にこれを利用するのと同様に、本発明は、元々異なるソースから発生する複数の信号が、同一の周波数変換（又は、リソースをたくさん使用する他の処理）を必要とする、全ての受信機に適用することができる。

本明細書を読むことにより、当業者にとっては、他の変型が明らかになるであろう。このような変型は、受信機及びこれらの構成要素部分の設計、製造及び使用において既知である、及び本明細書に既に記載されたフィーチャの替わりに若しくはこれらに加えて使用され得る他のフィーチャを含み得る。

本明細書及び添付請求項において、単数形の構成要素は、複数のこのような構成要素を排除するものではない。更に、「有する」という語は、請求項に記載されていない構成要素又はステップの存在を排除するものではない。

図１は、既知のＭＩＭＯ無線システムのブロック概略図である。 図２は、既知のＭＩＭＯ受信機の一部のブロック概略図である。 図３は、本発明によって形成されたＭＩＭＯ受信機の一部のブロック概略図である。 図４は、本発明によって形成されたＭＩＭＯ受信機の動作の方法を示しているフローチャートである。

Claims (11)

1. 複数の異なる信号として元々送信された信号を受信する複数のアンテナと、各アンテナによって受信する信号に各固有コードを適用するコード化手段と、前記複数のコード化された信号を単一の信号に結合する加算手段と、前記単一の信号の周波数を、低い周波数に変換する周波数変換手段と、前記コード化手段によって使用された前記固有コードを参照して、前記周波数変換された単一の信号から複数の信号を抽出する抽出手段とを有する受信機。
2. 前記各固有コードが、直交コードであることを特徴とする、請求項１に記載の受信機。
3. 前記各固有コードが、Ｗａｌｓｈコードであることを特徴とする、請求項２に記載の受信機。
4. 前記固有コードのレートが、前記アンテナの数がＮである場合に、前記受信した信号の前記シンボルレートの少なくともＮ倍であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の受信機。
5. 最初のＷａｌｓｈコード Ｗａｌ（０，θ）が使用されないことを特徴とする、請求項３に記載の受信機。
6. 前記抽出手段が、相関器を有することを特徴とする、請求項１ないし５の何れか一項に記載の受信機。
7. 複数の異なる信号として元々送信された信号を受信する複数のアンテナを有する受信機を動作させる方法であって、各アンテナによって受信する前記信号に各固有コードを適用するステップと、前記複数のコード化された信号を単一の信号に結合するステップと、前記単一の信号の周波数を、低い周波数に変換するステップと、前記コード化された信号を発生するために使用された前記固有コードを参照して、前記周波数変換された単一の信号から複数の信号を抽出するステップとを有する方法。
8. 前記各固有コードが直交コードであることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記各固有コードがＷａｌｓｈコードであることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記固有コードのレートが、前記アンテナの数がＮである場合に、前記受信した信号の前記シンボルレートの少なくともＮ倍であることを特徴とする、請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記複数の信号の前記抽出が、相関器を使用して実行されることを特徴とする、請求項７ないし１０の何れか一項に記載の方法。
    

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