JP2006507710A

JP2006507710A - ロバスト・マルチプル・チェーン受信機

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Publication number: JP2006507710A
Application number: JP2003581378A
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Inventors: タルウォー，シルパ
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Publication date: 2006-03-02
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Abstract

本発明は受信機で複数の送信信号を受信する方法およびシステムを提供し、その送信信号は各々対応する伝送チャンネルを通って移動する。受信機は複数の受信機チャンネルを含み、受信機チャンネルは各伝送チャンネルに対応する。各受信機チャンネルは対応する送信信号を受信する。受信した送信信号は、受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうか判断するために検出される。受信した送信信号がノイズによって支配されている場合、第１のウエイト・セットが受信機ウエイティングとして選択される。受信した送信信号が干渉によって支配されている場合、第２のウエイト・セットが受信機ウエイティングとして選択される。受信した送信信号は受信機ウエイティングに基づいて推定される。受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかを検出することは、受信した送信信号間の相関のレベルを判断することを含む。受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかを検出することは、空白にされた送信信号の少なくとも１つの時間スロット期間中に判断され得る。送信信号が多重キャリア信号である場合、受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかを検出することは、送信信号の空白にされたキャリアの少なくとも１つの周波数および時間スロット期間中に判断され得る。第１のウエイト・セットは第１共分散行列に基づくことができ、ここで第１共分散行列は受信したノイズおよび干渉の共分散を表わす。第２のウエイト・セットは第２共分散行列に基づくことができ、ここで第２共分散行列は干渉の共分散を表わす。第１のウエイト・セットおよび第２のウエイト・セットは、伝送モード選択および受信機のソフト復号に使用することもできる。

Description

本発明は、一般に無線受信機に関する。さらに詳しくは、本発明は、ウエイティングを含む適応型の複数のチェーン（連鎖）受信機のためのシステムおよび方法に関する。

無線通信システムは、一般に送信源（例えば基地局送受信機）から地域または領域内にある１またはそれ以上の受信機（例えば加入者ユニット）へ無線で送信する情報搬送変調キャリア信号を含む。

無線通信の形式は、多重送信アンテナおよび／または多重受信機アンテナを含む。多重アンテナ通信システムは、通信ダイバーシティおよび空間多重化をサポートすることができる。

無線チャンネル
図１は、多くの異なった（多重）伝送経路に沿って、変調キャリア信号が送信機１１０から受信機１２０へ伝播する状態を示す。

マルチパス（多重経路）は、送信機と受信機との間の物体に反射した信号によって引き起こされた複製または反射された影像が主要な信号にプラスした構成を含む。受信機は送信機によって送られた主要な信号を受信するだけでなく、信号経路にある物体から反射した副次的な信号を受信することがある。反射信号は、主要信号より受信機に遅く到着する。この乱整列により、マルチパス信号は、受信信号にシンボル間干渉または歪みを引き起こす。

実際の受信信号は、主要信号およびいくつかの反射信号の結合を含む。元の信号が伝播した距離は反射信号より短いので、信号は異なる時間に受信される。最初に受信した信号と最後に受信した信号との間の時間差は遅延拡散と呼ばれ、数マイクロ秒の大きさになる。

変調キャリア信号が伝播したマルチパスによって、典型的にはその変調キャリア信号にフェージングを来たす。フェージングによって、マルチパスが減じる方向に結合する場合、変調キャリア信号の振幅が減衰する。

空間多重化
空間多重化(spatial multiplexing)は、基地局送受信機および加入者ユニットの双方において多重アンテナを活用する伝送技術であり、付加的な電力または帯域幅の使用を伴わないで無線リンク中におけるビット速度を増加させる。ある条件の下では、空間多重化は、アンテナ数にともなってスペクトラム効率の線形的な増加をもたらす。例えば、３本のアンテナが、送信機（基地局送受信機）および受信機（加入者ユニット）で使用される場合、符号（コード）化された情報シンボルのストリームは３つの独立したサブストリームへ分割される。これらのサブストリームは、多重接続プロトコルの同じチャンネルを占有する。可能な同じチャンネルの多重接続プロトコルは、時分割多重接続プロトコルでは同じ時間スロットを、周波数分割多重接続プロトコルでは同じ周波数スロットを、符号分割多重接合プロトコルでは同じコード・シーケンスを、または空間分割多重接続プロトコルでは同じ空間ターゲット位置を含む。サブストリームは、送信アンテナに別々に適用され、また無線チャンネルを介して送信される。環境中のいろいろな所に散らばった物体の存在により、信号はそれぞれマルチパスに遭遇する。

送信によって生み出される複合信号は、任意の位相および振幅を伴って受信アンテナ・アレイによって最終的に捕らえられる。受信機アレイでは、各受信信号の空間シグネイチャ（spatial signature）が推定される。空間シグネイチャに基づいて、信号処理技術が元のサブストリームを回復して、信号を分離するために適用される。

図２は、データ・シンボルを受信機アンテナ・アレイ２４０へ送信する３つの送信機アンテナ・アレイ２１０，２２０，２３０を示す。各送信機アンテナ・アレイおよび各受信機アンテナ・アレイは、空間分離アンテナを含む。受信機アンテナ・アレイ２４０に接続された受信機は、受信信号を分離する。

通信ダイバーシティ
アンテナ・ダイバーシティは、多重アンテナに基づいた通信システムで使用される技術であり、マルチパス・フェージングの影響を弱める。アンテナ・ダイバーシティは、少なくとも送信機または受信機に２またはそれ以上のアンテナを提供することにより得ることができる。送信と受信のアンテナ対のそれぞれは、伝送チャンネルを含む。伝送チャンネルは統計的に無関係に減衰する。したがって、１つの伝送チャンネルがマルチパス干渉の破壊的な影響により衰える場合、その伝送チャンネルとは別のチャンネルが同時に衰えることは恐らくまれである。これらの独立した伝送チャンネルによって提供される冗長性によって、受信機はしばしばフェージングによる有害な影響を低減させることができる。

多重チャンネル受信機は、一般に空間多重化または受信機ダイバーシティあるいは干渉キャンセラに関連する。一般に、チャンネル受信機の各々は、受信情報信号から受信データ・ストリームを推定するために用いられるウエイティング（weighting）を含む。典型的には、受信情報信号は、推定された受信データ・ストリームの正確さを制限するノイズおよび干渉を含む。ノイズは、典型的には熱運動および背景ノイズによるノイズ・フロアからなる。干渉は、一般に共通の周波数帯域内で送信する他の送信機による。干渉する送信機は、同じ通信システムに属し、セルラー周波数の再使用により干渉し、さもなければ隣接領域に位置する他の通信システムに属する。

共通の受信機で多重情報信号を受信する方法およびシステムを有することは望ましい。干渉またはノイズによって支配されている情報信号を最良に受信するように受信機が適応することが望ましい。この方法とシステムは、既存の多重チャンネルの重み付け受信機で容易に実行される。

本発明は、多重チャンネル受信機で多重信号を受信する方法およびシステムを含む。本受信機は、干渉またはノイズのいずれかによって支配されている情報信号を最適に受信するように適用可能である。本発明の方法およびシステムは、既存の重み付け多重チャンネル受信機で容易に実行される。

本発明の第１実施例は、受信機で複数の送信信号を受信する方法を含む。各送信信号は対応する伝送チャンネルを通って移動する。受信機は、複数の受信機チャンネルを含み、受信機チャンネルは各伝送チャンネルに対応する。本方法は、各受信機チャンネルが対応する送信信号を受信することを含む。本方法は、さらに受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかを検出することを含む。受信した送信信号がノイズによって支配されている場合、第１のウエイト・セットが受信機ウエイティングとして選択される。受信した送信信号が干渉によって支配されている場合、第２のウエイト・セットが受信機ウエイティングとして選択される。受信した送信信号は、選択された受信機ウエイティングに基づいて推定される。

受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかを検出することは、受信した送信信号間の空間的な相関(special correlation)のレベルを決定することを含む。受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかを検出することは、空白にされた送信信号の少なくとも１つの時間スロット中に決定することができる。受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかを検出することは、多重キャリア送信信号の空白にされたキャリアの少なくとも１つの時間スロット中に決定することができる。受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかを検出することは、周期的に繰り返すことができる。受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかを検出することは、干渉モニタリング情報によって決定されるように繰り返すことができる。

第２実施例は第１実施例に類似する。第２実施例は、さらに受信ノイズおよび干渉の共分散(interference covariance)を表わす第１共分散行列(covariance matrix)を生成すること、および干渉の共分散を表わす第２共分散行列を生成することを含む。第１のウエイト・セットは、第１共分散行列に基づくことができ、また、第２のウエイト・セットは、第２共分散行列に基づくことができる。

第１共分散行列は、少なくとも１つの送信時間スロットにおいて空白にされた受信単一キャリア信号の外積の平均化処理により計算することができる。

第２共分散行列は、少なくとも１つの送信時間スロットにおいて受信単一キャリア信号の空白のトーンの外積をウィンドウ処理および平均化処理により計算することができる。

第１共分散行列は、少なくとも１つの送信時間スロットの空白キャリアで受信した多重キャリア信号の外積を平均化することにより計算することができる。

第２共分散行列は、少なくとも１つの時間スロットの受信した多重キャリア信号の隣接した空白トーンの外積をウィンドウ処理および平均化処理により計算することができる。

選択されたウエイトのセットは、さらに、受信した送信信号のソフト復調に使用することができ、あるいは、伝送モード選択に使用することができる。

受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかを検出することは、第１共分散行列の対角要素（diagonal elements）の平均２乗値（mean-square value）と第１共分散行列の非対角要素（off-diagonal elements）の平均２乗値とのレシオを計算することを含む。

実施例は、１つの情報信号だけが送信される場合に最大のレシオ組合せ（maximum ratio combination：ＭＲＣ）のウエイティングと一致して計算される第１のウエイト・セットを含む。１を超える情報信号が送信される場合、第１のウエイト・セットは、最小平均２乗推定（minimum mean square estimate：ＭＭＳＥ）のウエイティングと一致して計算される。

別の実施例は、１を超える情報信号が送信される場合、最小平均２乗推定（ＭＭＳＥ）のウエイティングと一致して計算される第２のウエイト・セットを含む。

第３実施例は、複数の送信信号を受信するための多重チャンネル受信機を含む。送信信号はそれぞれ対応する伝送チャンネルを通って移動する。受信機チャンネルは各伝送チャンネルに一致する。受信機は、受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出するための手段を含む。受信した送信信号がノイズによって支配されている場合、第１のウエイト・セットが受信機ウエイティングとして選択される。受信した送信信号が干渉によって支配されている場合、第２のウエイト・セットが受信機ウエイティングとして選択される。受信した送信信号は、選択された受信機ウエイティングに基づいて評価される。

本発明の他の側面および利点は、実施例によって本発明の原理を図示し、添付図面と関連させることにより、次の詳細な説明から明らかになるであろう。

発明を実施化するための最良の形態

図示を目的とする図面中で示されるように、本発明は、多重チャンネル受信機で多重信号を受信する方法およびシステムで具体化される。本受信機は、ノイズまたは干渉のいずれかによって支配されている情報信号を最良に受信するのに適応可能である。本発明の方法およびシステムは、既存の多重チャンネル重み付け受信機（multiple channel weighted receiver）で容易に実行される。

本発明の特定の実施例が、図面を参照して詳細に記述される。本発明の技術は、様々な異なるタイプの無線通信システムで実施される。セルラー無線通信システムに特に関連がある。基地局は、多くの加入者に無線チャンネルを介してダウンリンク信号を送信する。さらに、加入者は、基地局へその無線通信チャンネルを介してアップリンク信号を送信する。このように、ダウンリンク通信にとって、基地局は送信機であり、加入者は受信機であり、一方、アップリンク通信については、基地局は受信機であり、加入者は送信機である。加入者は移動してもよく、また固定していてもよい。典型的な加入者は、携帯電話、自動車電話、および固定位置における無線モデムのような静止受信機のような装置を含む。

基地局は、アンテナ・ダイバーシティ技術および／または空間多重化技術を許容する複数のアンテナを提供する。さらに、加入者はそれぞれ、さらに空間多重化および／またはアンテナ・ダイバーシティを許容する複数のアンテナを装備する。シングル入力・マルチ出力（ＳＩＭＯ）またはマルチ入力・マルチ出力（ＭＩＭＯ）構成は、両方とも可能である。これらの構成のどちらかでは、通信技術は単一キャリアまたはマルチ・キャリア通信技術を使用することができる。本発明の技術はポイントツーマルチポイント・システムに適用するけれども、このようなシステムに制限されることはなく、無線通信に少なくとも２つの装置を有するどのよう無線通信システムにも適用できる。従って、単純化するために、以下の記述は、単一の送信機・受信機のペアに適用される発明に焦点を当てるが、どのような数のペアを備えるシステムにも適用できることが理解されるであろう。

本発明のポイントツーマルチポイントのアプリケーションは、様々なタイプの多重アクセス方式を含めることができる。そのような方式は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、符号分割多元接合（ＣＤＭＡ）、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）および空間分割多元接続（spatial division multiple access：ＳＤＭＡ）を含むが、これらに限定されることはない。

その送信は、時分割複信（ＴＤＤ）である。すなわち、ダウンリンク送信は、アップリンク送信と同じチャンネル（同じ送信周波数）を占領するが、異なる時間に割り当てられる。あるいは、その送信は周波数分割複信（ＦＤＤ）であってもよい。すなわち、ダウンリンク送信は、アップリンク送信とは異なる周波数にある。ＦＤＤは、ダウンリンク送信およびアップリンク送信が同時に行われることを可能にする。

典型的には、無線通信チャンネルの変動によって、アップリンクおよびダウンリンクの信号は、減衰、マルチパス・フェージングおよび他の有害な影響を受ける。さらに、所望の送信機以外の送信機からの干渉は、所要の送信信号と同じ送信周波数帯内に存在することがある。送信中に干渉により起こる信号の悪化は、時間とともに変化する。その結果、データ容量、スペクトラム効率、スループットおよび信号品質パラメータ、例えば信号対干渉およびノイズ比（ＳＩＮＲ）および信号対ノイズ比（ＳＮＲ）のようなチャンネル通信パラメータの一時的な変化をもたらす。

情報は、様々な可能な伝送モードのうちの１つを使用して、無線チャンネルを介して送信される。現在のアプリケーションのために、伝送モードは特定の変調形式および速度、特定のコード形式および速度であると定義され、さらにアンテナ・ダイバーシティまたは空間多重化のような他の制御された側面を含んでもよい。特定の伝送モードを使用して、無線チャンネルでの通信のために意図されたデータは、符号化され、変調され、送信される。典型的な符号化モードの例は畳み込みおよびブロック・コードであり、さらに特定すると、ハミングコード、サイクリック符号およびリード・ソロモン符号のような技術で既知のコードである。典型的な変調モードの例は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫおよび他のｍ−ａｒｙＰＳＫのような循環的な配座、４ＱＡＭ、１６ＱＡＭおよび他のｍ−ａｒｙＱＡＭのような二乗配座である。さらに、普及した変調技術はＧＭＳＫおよびｍ−ａｒｙＦＳＫを含む。通信システムでのこれらの様々な伝送モードの実行および使用は、当技術において周知である。

図３は、複数チェーン（連鎖）受信機３００を含む本発明の実施例を示す。受信機３００の複数の受信機チェーンによって、本発明は空間多重化受信、受信ダイバーシティまたは干渉キャンセラに適合することを可能にする。各受信機チェーンは、１またはそれ以上の伝送チャンネルに対応する。情報搬送信号は、一般に伝送チャンネルの各々を通って移動する。後述されるように、チャンネル行列Ｈは、伝送チャンネルの数学的な表現を提供する。

この実施例は、複数の受信機アンテナＲ１，Ｒ２．．．ＲＮを含む。各受信機アンテナＲ１，Ｒ２．．．ＲＮは、個別の受信機チェーンに対応する。各受信機チェーンは、さらに、周波数ダウン変換ブロック３１０，３１２，３１４を含む。周波数ダウン変換ブロック３１０，３１２，３１４は、情報搬送信号の復調および符号化のために受信した情報搬送信号をベースバンド周波数へ周波数のダウン変換を行なう。

複数チェーン受信機３００は、所望信号（Ｓ_{ＤＥＳＩＲＥＤ}）および干渉信号（Ｓ_{ＩＮＴＥＲＦＥＲＥＮＣＥ}）およびノイズの両方を受信する。所望信号は情報データを含む。ノイズは、一般に、送信機と受信機の熱雑音、背景ノイズ、送信機と受信機の非線形効果による歪みを含む。干渉信号は、一般に無線伝送システムにおける他の送信機によって生成される。ノイズおよび干渉信号の両方は、複数チェーン受信機３００の特性を劣化させる。

各受信機チェーンは、復調および空間処理ブロック３３０に接続される。復調および空間処理ブロック３３０はベースバンド信号を復調し、送信シンボルの推定を生成する。

受信情報信号は、ｋ個の空間個別ストリームを含み、送信機から送信することができる。一般に、そのような送信機は、ｋ個のストリームの各々に符号化モードを適用し、送信されるべきデータを符号化する。データは、送信前に、事前コード化およびインターリーブ処理が行なわれる。事前コード化およびインタリービングは通信システムの技術において周知である。データの伝送速度または処理能力は、ｋ個のストリームの各々の中で使用される変調、符号化速度および送信方法（ダイバーシティまたは空間多重化）に依存して変化する。

復調および空間処理ブロック３３０は、ｋ個の符号化ストリームを回復するために受信処理を行なう。回復したｋ個のストリームは、データ回復のために、信号検出、逆インターリーブ、復号、および逆多重化が行なわれる。アンテナ・ダイバーシティ処理の場合には、ｋが１に等しく、それにより単一のストリームだけが回復されることを理解すべきである。

復調および空間処理ブロック３３０は、一般に受信情報信号に基づいて送信シンボルを推定するために使用される１組のウエイトを含む。これは、例えば、最小平均２乗誤差（minimum mean square error：ＭＭＳＥ）受信機を含めることができる。ＭＭＳＥ受信機は１組のウエイトＷを受信情報信号に適用し、その結果推定信号と送信信号との間の平均２乗誤差が最小化される。

ＸをＲＮ受信アンテナで受信した信号のベクトルと表記する。数学的には、Ｘは、
Ｘ＝ＨＳ_{ＤＥＳＩＲＥＤ}＋Ｎ＋Ｉ
として表わすことができる。ここで、Ｈは送信アンテナｔから受信アンテナｒへのチャンネル応答である要素Ｈ［ｒ，ｔ］を備えたチャンネル行列を表わし、Ｎはノイズ・ベクトルを表わし、そして、Ｉは干渉ベクトルを表わす。ＭＭＳＥ受信機はウエイト
Ｓ_ＥＳＴ＝ＷＸ
を適用することにより所望の信号を推定する。ここで、ウエイトＷは、誤差分散Ｒ_Ｅ＝Ｖａｒ［Ｓ_{ＤＥＳＩＲＥＤ}−Ｓ_ＥＳＴ］を最小にするために選択される。ＭＭＳＥウエイトは、ノイズプラス干渉ベクトルＶ＝Ｎ＋Ｉのチャンネル行列および共分散行列（Ｒ_Ｖ）の関数である。ウエイトは、
Ｗ＝Ｈ^＊［ＨＨ^＊＋Ｒ_Ｖ］^−１
であり、ここで、＊は、行列のエルミート共役（hermitian-conjugate of the matrix）を示し、Ｒ_ＶはＶａｒ［Ｖ］として定義される。

ＭＭＳＥ信号推定の精度は、ノイズプラス干渉共分散行列Ｒ_Ｖ＝Ｅ［ＶＶ^＊］の推定精度に強く依存する、ここで、Ｅ［．］は期待値オペレータを表示する。ノイズプラス干渉ベクトルＶは、情報信号がゼロにされた（空白にされた）時間スロット中に、またはそれは多重キャリア情報信号がゼロにされた（空白にされた）時間スロットと周波数中に測定される。ノイズに支配された環境では、Ｖはガウスのベクトルとしてモデル化することができるので、いくつかの空白のスロットに亘って平均することにより、Ｒ_Ｖを非常に正確に推定することが可能である。しかしながら、干渉に支配された環境では、干渉は時間および周波数において変化するので、より小さな平均化ウィンドウが特に必要である。適切なキャンセルを保証するために干渉者のローカルな空間構造を正確に獲得することが重要である。従って、マルチアンテナＭＭＳＥ受信機を使用して、送信されたデータの正確な推定を得るために、最初に送信環境がノイズに支配されているのかまたは干渉に支配されているのかどうか検出し、次に、ＭＭＳＥウエイト中の適切な共分散行列を選択することが望ましい。

本発明の実施例は、受信情報信号がノイズまたは干渉のいずれかによって支配されているかどうかを検出することを含む。一般に、受信情報信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかの検出は、（空白にされた情報信号中に）受信したノイズプラス干渉データにおける空間的な相関のレベルを検討することにより可能である。比較的大きな程度の相関はかなり大きな干渉を受けている信号（干渉環境）の受信を示すが、しかし、比較的小さな程度の相関はより高いレベルのノイズ歪み（ノイズ環境）を有する情報信号の受信を示す。

本発明の別の実施例は、受信情報信号がノイズによって支配されている場合に、受信機ウエイティングとして第１のウエイト・セットを選択すること、および受信情報信号が干渉によって支配されている場合に、受信機ウエイティングとして第２のウエイト・セットを選択することを含む。受信情報信号は、選択された受信機ウエイティングに基づいて推定することができる。第１のウエイト・セットは第１共分散行列に基づくことができ、また、第２のウエイト・セットは第２共分散行列に基づくことができる。第１共分散行列は受信ノイズの共分散を表わすことができ、また、第２共分散行列は干渉の共分散を表わすことができる。

図４は本発明の実施例を示す。この実施例は、一般に上記復調および空間処理ブロック３３０内に含まれ、受信情報信号のノイズおよび干渉のレベルに基づいて受信機ウエイトをセットする。後に説明されるように、受信情報信号のノイズおよび干渉のレベルは、情報信号がゼロ（空白）にされた時間スロット中に、または、多重キャリア情報信号がゼロ（空白）にされた時間スロットと周波数中に決定される。

共分散推定ブロック４１０は、空白にされたデータまたは情報信号を受信する。共分散推定ブロック４１０は、共分散行列Ｒ_Ｖを生成し、それは各受信機チェーンの受信信号間における相関の表現を提供する。

レシオ計算ブロック４２０は、共分散推定ブロック４１０から共分散行列Ｒ_Ｖを受け取り、非対角要素に対するその対角線成分のレシオを計算する。このレシオは、受信機アンテナＲ１，Ｒ２．．．ＲＮ間の相関レベルを決定するために使用することができる。高い相関レベルは干渉によって支配された環境を示し、低レベル相関はノイズによって支配された環境を示す。

受信機ウエイト選択ブロック４３０は、レシオ計算ブロック４２０によって生成されたレシオに基づいて受信機ウエイトを選択する。

受信機ウエイト設定ブロック４４０は、受信機ウエイト選択ブロック４３０の選択された受信機ウエイトに基づいて受信機ウエイトを設定する。

図５は、本発明の別の実施例を示す。この実施例は、多重キャリア伝送方式に適用されるものとして記述されている。しかしながら、本発明は単一キャリア方式に適用できることを理解されたい。

共分散推定器５１０は、時間スロットｎで空白にされた多重キャリア信号トーンを受信する。多重キャリア信号のキャリアｋにおける信号トーンは、ｖ（ｋ，ｎ）として表示される。トーン共分散推定器５１０は、時間スロットｎ中のＫ個の空白トーンに亘ってノイズプラス干渉共分散行列Ｒ_Ｖ（Ｋ，ｎ）を計算する。共分散行列Ｒ_Ｖ（Ｋ，ｎ）は、それ自体で、ｖ（ｋ，ｎ）の外積として計算することができる。

外積は２つのベクトル間の乗算として定義される。それは、もし周囲ノイズおよび干渉環境が複数（例えばＮ）の時間スロットに亘り一定の場合、優先的に決定することができるか、または受信機で決定され、その結果Ｒ_Ｖ（Ｋ，Ｎ）は推定精度を改善するために時間とともに平均化される。

レシオ計算ブロック５２０は、Ｒ_Ｖ（Ｋ，Ｎ）行列を受け取り、一般に対角線の項の平均電力と非対角線の項の平均電力とのレシオを生成する。もし環境がノイズで支配されている場合、Ｒ_Ｖ（Ｋ，Ｎ）はほぼ対角成分を備える対角行列であり、それは受信アンテナ毎のノイズプラス干渉パワーを表わす。この場合、対角線の項と非対角線の項とのレシオは大きくなる。そのレシオが予め定義する閾値を越える場合、その環境はノイズに支配されていると判断される。対照的に、干渉信号は受信アンテナを介して関連させられるので、干渉に支配された環境においてそのレシオは小さくなる。この場合、その環境は干渉に支配されていると判断される。

第２共分散行列は、干渉に支配された信号のために計算することができる。第２共分散は、干渉のローカル空間構造（local spatial structure）を獲得する。個々の空白トーンｋ（および時間スロットｎ）については、第２共分散行列は、ｖ（．）の外積をＬ個の隣接空白トーンに亘ってウィンドウ化処理および平均化処理をすることにより計算することができる。

ここでＬ≦Ｋであり、ｗ（．）は長さＬのウィンドウである。ハミング、指数関数または矩形ウィンドウのような任意のウィンドウ形式が、選択される。ウィンドウの長さＬは、干渉者チャンネルのコヒーレンス帯域幅の関数である。それは、前もって固定値にプリセットすることができ、または受信機で推定することもでき、干渉者特性が時間とともに変化するのに適応して更新することもできる。更に、Ｒ_Ｖ ^（ｋ）（Ｌ，ｎ）の精度は、干渉の空間構造が静止していると判断されるＮ個の時間スロットに亘って平均化することにより改善される。

ここでｕ（．）は長さＮの任意のウィンドウである。

別の実施例は、すべてのトーンのためにＲ_Ｖ ^（ｋ）（Ｌ，Ｎ）を計算する際に要求されるウィンドウ化処理および平均化処理を効率的に行なうためのフィルタを含む。データはこれらのトーン中に送信されてもよいので、ｖ（ｋ，ｎ）がすべてのトーンｋに利用可能でない場合、フィルタを使用することは特に有利である。この場合、フィルタリング動作は、多重キャリア信号中のすべてのトーンのためにＲ_Ｖ ^（ｋ）（Ｌ，Ｎ）の推定を生成するために空白トーン間を補間するために使用することができる。そのフィルタリングは、ｖ（ｋ，ｎ）の外積の要素上で行なわれる。

第１受信機ウエイト選択ブロック５３０または第２受信機ウエイト選択ブロック５３５は、レシオ計算ブロック５２０によって計算されたレシオに依存して受信機ウエイト選択を生成する。

受信した信号が制限のある干渉であると判断される場合、本発明の実施例はＭＭＳＥ受信機ウエイティングを次のように選択する。

Ｗ_ＭＭＳＥ＝Ｈ^＊［ＨＨ^＊＋Ｒ_Ｖ］^−１
ここで、Ｈは以前に記述されたチャンネル行列であり、また、Ｒ_Ｖはノイズプラス干渉共分散行列Ｒ_Ｖ＝Ｒ_Ｖ ^（ｋ）（Ｌ，Ｎ）である。チャンネルが周波数選択的である場合、チャンネル行列Ｈは指標ｋに依存し、Ｈ＝Ｈ（ｋ）である。

受信した信号が制限のあるノイズであると判断される場合、本発明の実施例はＭＭＳＥ受信機ウエイティングを次のように選択する。

Ｗ_ＭＭＳＥ＝Ｈ^＊［ＨＨ^＊＋ｄｉａｇ（Ｒ_Ｖ）］^−１
ここで、Ｒ_Ｖは、ノイズプラス干渉分散行列Ｒ_Ｖ＝Ｒ_Ｖ（Ｋ，Ｎ）であり、また、ｄｉａｇ（Ｒ_Ｖ）は対角線成分がＲ_Ｖの成分である対角行列である。対角線成分は、受信アンテナ毎のノイズ・パワーを表わす。再び、Ｈが周波数選択的である場合、Ｈは指標ｋに依存する。

単一の情報信号が複数のチェーン受信機（ダイバーシティ）によって受信され、その信号が制限のあるノイズであると判断される場合に対して、好適な実施例では、受信機ウエイティングは次のように選択される。

Ｗ_ＭＲＣ［Ｈ^＊Ｈ］^−１Ｈ^＊
本発明のさらに別の実施例では、選択された共分散および受信機ウエイト（最小平均２乗誤差（ＭＭＳＥ）または最大レシオ結合（maximum ratio combination：ＭＲＣ））の選択は、受信機での信号対干渉プラスノイズ比（signal-to-interference-plus-noise ratio：ＳＩＮＲ）を計算する際に使用される。ＳＩＮＲは、チャンネル行列Ｈおよびノイズプラスの干渉行列Ｒ_Ｖの関数である。例えば、Ｐ情報信号が送信される場合、ＭＭＳＥ受信機の信号当たりのＳＩＮＲは、
Ｒ_Ｅ＝［Ｈ^＊Ｒ_ＶＨ＋Ｉ］^−１
の対角線成分の逆数から与えられる。ここで、ＩはＰｘＰ恒等行列（identity matrix）である。ＭＲＣ受信機が選択される場合、ＳＩＮＲは、
Ｒ_Ｅ＝σ^２［Ｈ^＊Ｈ］^−１
の逆数から与えられる。ここで、σ^２は、Ｒ_Ｖの対角線成分の平均により得られた平均ノイズ・パワーである。従って、ＳＩＮＲを正確に推定するために、周囲の環境が制限された干渉または制限されたノイズかどうかを検出し、ＳＩＮＲを計算するためにＲ_Ｖの適切な選択を選ぶことは重要である。

ＳＩＮＲ情報は、受信信号のソフト復号を支援するために使用され得る。典型的には、ソフト・デコーダは、１または０である確率を表わす送信ビット毎のメトリックを受信する。さらにこのメトリックにそのビットに対応するＳＩＮＲを掛ける。ＳＩＮＲはデコーダに付加的な信頼性情報を提供し、その結果より大きいウエイトが高いＳＩＮＲを備えるビットに与えられ、またより小さいウエイトがより低いＳＩＮＲを備えるビットへ与えられる。メトリックとＳＩＮＲの積は、ビタビ（Viterbi）デコーダのようなソフト・デコーダへ入力される。ＳＩＮＲウエイティングは、改善されたデコーダ特性を導く。

ＳＩＮＲ情報は、さらに統計の収集、システム中のエラー検出およびリンク適応のような他の目的に使用することができる。リンク適応によって、受信機は適切な伝送モード（符号化、ＱＡＭ変調、空間多重化またはダイバーシティ）を受信ＳＩＮＲに基づいて送信機に信号を送ることができる。リンクは、伝送チャンネルまたは干渉環境が変化する度に時間とともに適合することができる。チャンネルおよび干渉特性（ＳＩＮＲによって反映されるように）に基づいてリンクを適切に適応させることによって、システム容量に大きな増加を導くことができる。

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調
周波数分割多重化システムは、利用可能な周波数帯域を複数のデータ・キャリアに分割することを含む。ＯＦＤＭシステムは、複数のキャリア（あるいはトーン）を含み、利用可能な周波数スペクトラムに亘って送信データを分割する。ＯＦＤＭシステムでは、各トーンは、隣接するトーンと直交（独立か無関係）であると考えられる。ＯＦＤＭシステムはデータのバーストを使用し、各バーストの時間期間は遅延拡散によって引き起こされるＩＳＩの影響を最小限にする遅延拡散よりはるかに大きい。データはバーストの中で送信され、また、バーストはそれぞれ、データ・シンボルが後続する周期的なプレフィックスおよび／または周期的なサフィクスが後続するデータ・シンボルから成る。

図６は、ＯＦＤＭサブキャリア信号の周波数スペクトラム６１０，６２０，６３０，６４０，６５０，６６０を示す。各サブキャリア６１０，６２０，６３０，６４０，６５０，６６０は、個別のシンボルによって調整される。

６ＭＨｚを占有するＯＦＤＭ信号の例が１０２４の個々のキャリア（あるいはトーン）から構成され、それぞれはバースト当たり単一のＱＡＭシンボルを伝送する。周期的なプレフィックスまたは周期的なサフィクスはマルチパス信号によって引き起こされた前のバーストの遷移を吸収するために使用される。さらに、周期的なプレフィックスまたは周期的なサフィクスはシンボル・ストリームが周期的になるように見せる。追加のシンボル（例えば１００）が周期的なプレフィックスまたは周期的なサフィクスのために送信される。各シンボル期間のために、合計１１２４個のシンボルが、１バースト当たり１０２４個のユニークなＱＡＭシンボルだけによって送信される。一般に、周期的なプレフィックスが終了する時までに、マルチパス信号の結合によって形成された結果としての波形は前のバーストからのいずれのサンプルの関数ではない。したがって、ＩＳＩは生じない。周期的なプレフィックスは、マルチパス信号の遅延拡散より大きくなければならない。

分散行列の生成
図６のＯＦＤＭサブキャリア信号の周波数スペクトラムは、少なくとも１つのサブキャリア、例えば空白にされたサブキャリア６４０を含めることができる。ノイズと干渉のキャリブレーション（較正）は、空白にされたサブキャリア６４０の周波数および時間スロットで作成され得る。サブキャリアがゼロにされたサブキャリアの較正された時間および周波数スロットで送信されないと、受信信号は主としてノイズと干渉から成る。

多重キャリア・システムのサブキャリアをゼロにすることによる信号エラーのキャリブレーションは、単一のキャリア・システムの単一のキャリアをゼロにすることにより得られる信号エラーの推定またはキャリブレーションより実質的によい。単一のキャリア・システムのキャリアをゼロにすることは、ゼロにされたキャリアによって占められる時間スロット中にすべての信号エネルギーを除去する。その結果、受信機チェーン内のコンポーネントは、ゼロにされたキャリア中では歪ませないであろう。したがって、非ゼロのキャリアを受信するとき、ゼロにされた単一のキャリア中の（歪みを含む）ノイズの推定は、（歪みを含む）ノイズの不正確な推定である。しかしながら、ゼロにされたトーンの送信中は、大多数のサブキャリアが全出力にあるので、多重キャリア信号内のゼロにされたサブキャリアを使用する信号エラーの推定は、かなり正確な信号エラーの推定を提供する。したがって、受信機チェーン内のコンポーネントは、そのコンポーネントを通過する信号エネルギーによる歪みを含む。

図７は、本発明の実施例に含まれるステップまたは動作のフローチャートを示す。この実施例は、受信機で複数の送信信号を受信する方法を含む。送信信号はそれぞれ対応する伝送チャンネルを通って移動する。受信機は、複数の受信機チャンネルを含み、各伝送チャンネルは各受信機チャンネルに対応する。

最初の動作７１０は、各受信機チャンネルが対応する送信信号を受信することを含む。

第２の動作７２０は、受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかを検出することを含む。受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかを検出することは、受信した送信信号間の空間的な相関のレベルを判断することを含めることができる。その検出は、空白にされた送信信号の少なくとも１つの時間スロット中に、あるいは多重キャリア送信信号の空白にされたキャリアの少なくとも１つの時間スロット中に判断することができる。

その検出は、周期的に繰り返すことができ、または、干渉モニタリング情報によって決定されるようにその検出を繰り返すことができる。

第３の動作７３０は、受信した送信信号がノイズによって支配されている場合に、受信機ウエイティングとして第１のウエイト・セットを選択することを含む。第１のウエイト・セットは、第１共分散行列に基づくことができ、そこでは、第１共分散行列は受信したノイズおよび干渉の共分散を表わす。

第１共分散行列は、少なくとも１つの送信時間スロットにおける空白キャリアで受信した多重キャリア信号の外積を平均化することにより計算することができる。

１つの情報信号だけが送信される場合、第１のウエイト・セットは最大レシオの組合せ（maximum ratio combination:ＭＲＣ）のウエイティングに一致していると計算される。１を越える情報信号が送信される場合、第１のウエイト・セットは、最小平均２乗推定（ＭＭＳＥ）のウエイティングに一致して計算される。

第４の動作７４０は、受信した送信信号が干渉によって支配されている場合に、受信機ウエイティングとして第２のウエイト・セットを選択することを含む。第２のウエイト・セットは第２共分散行列に基づくことができ、ここで、第２共分散行列は干渉の共分散を表わす。

第２共分散行列は、少なくとも１つの時間スロットにおける受信多重キャリア信号の隣接する空白トーンの外積をウィンドウ化処理および平均化処理することにより計算することができる。

１以上の情報信号が送信される場合、第２のウエイト・セットは、最小平均２乗推定（ＭＭＳＥ）のウエイティングに一致して計算される。

受信した送信信号がノイズまたは干渉によって支配されているかどうかを検出することは、第１共分散行列の対角線成分の平均２乗値と第１共分散行列の非対角要素の平均２乗値とのレシオを計算することを含む。

第５の動作は、選択された受信機ウエイティングに基づいて受信した送信信号を推定することを含む。

本発明の特定の実施例が説明され図示されたが、本発明は説明され図示された特定の形式や配置に制限されるものではない。本発明は請求項によってのみ限定される。

システムの送信機からシステムの受信機へのマルチパスを含む先行技術の無線通信システムを示す。空間的に個別の送信機アンテナおよび空間的に個別の受信機アンテナを含む先行技術の無線通信システムを示す。本発明の実施例を含む複数のチェーン（連鎖）受信機を示す。本発明の実施例を示す。本発明の別の実施例を示す。直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）のサブキャリア信号の周波数スペクトラムを示す。本発明の実施例に含まれるステップまたは動作のフローチャートを示す。

Claims

受信機で複数の送信信号を受信する方法において、前記送信信号は対応する伝送チャンネルを通って各々移動し、前記受信機は複数の受信機チャンネルを含み、受信機チャンネルは各伝送チャンネルに対応し、前記方法は、
各受信機チャンネルが対応する送信信号を受信する段階と、
前記受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出する段階と、
前記受信した送信信号がノイズによって支配されている場合、その後受信機ウエイティングとして第１のウエイト・セットを選択する段階と、
前記受信した送信信号が干渉によって支配されている場合、その後前記受信機ウエイティングとして第２のウエイト・セットを選択する段階と、
前記選択された受信機ウエイティングに基づいて前記受信した送信信号を推定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
前記受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出する段階は、前記受信した送信信号間の空間的な相関のレベルを判断する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
前記受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出する段階は、空白にされた送信信号の少なくとも１つの時間スロット中に判断されることを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
前記送信信号は多重キャリア信号であり、前記受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出する段階は、前記送信信号の空白にされたキャリアの少なくとも１つの時間スロット中に判断されることを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
受信したノイズおよび干渉の共分散を表わす第１共分散行列を生成する段階、および、干渉の共分散を表わす第２共分散行列を生成する段階さらに含むことを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
前記第１のウエイト・セットは前記第１共分散行列に基づき、および、前記第２のウエイト・セットは前記第２共分散行列に基づくことを特徴とする請求項５記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
前記受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出する段階は、周期的に繰り返されることを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
前記受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出する段階は、干渉モニタリング情報によって判断されるように繰り返されることを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
前記第１のウエイト・セットの値は、干渉レベルと雑音レベルのレシオに依存することを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
前記第２のウエイト・セットの値は、干渉レベルと雑音レベルのレシオに依存することを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
前記選択されたウエイト・セットは、前記受信した送信信号のソフト復号のためにさらに使用されることを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
前記選択されたウエイト・セットは、伝送モード選択のためにさらに使用されることを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
前記受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出する段階は、
前記第１共分散行列の対角要素の平均２乗値と前記第１共分散行列の非対角要素の平均２乗値とのレシオを計算する段階、
を含むことを特徴とする請求項５記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
第１共分散行列は、少なくとも１つの送信時間スロットの空白のキャリアで受信した多重キャリア信号の外積を平均化することにより計算されることを特徴とする請求項５記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
第２共分散行列は、少なくとも１つの時間スロットにおいて受信した多重キャリア信号の近隣の空白トーンの外積をウィンドウ化処理および平均化処理をすることにより計算されることを特徴とする請求項５記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
前記第１のウエイト・セットは、１つの情報信号だけが送信される場合、最大のレシオの組合せ（ＭＲＣ）のウエイティングと一致して計算されることを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
前記第１のウエイト・セットは、１を越える情報信号が送信される場合、最小平均２乗推定（ＭＭＳＥ）のウエイティングと一致して計算されることを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
前記第２のウエイト・セットは、少なくとも１つの情報信号が送信される場合、最小平均２乗推定（ＭＭＳＥ）のウエイティングと一致して計算されることを特徴とする請求項１記載の受信機で複数の送信信号を受信する方法。
複数の送信信号を受信するための多重チャンネル受信機において、前記送信信号は対応する伝送チャンネルを通って各々移動し、受信機チャンネルは各伝送チャンネルに対応し、前記受信機は、
前記受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出するための手段と、
前記受信した送信信号がノイズによって支配されている場合、受信機ウエイティングとして第１のウエイト・セットを選択するための手段と、
前記受信した送信信号が干渉によって支配されている場合、前記受信機ウエイティングとして第２のウエイト・セットを選択するための手段と、
前記選択された受信機ウエイティングに基づいて前記受信した送信信号を推定するための手段と、
を含むことを特徴とする複数の送信信号を受信するための多重チャンネル受信機。
前記受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出する手段は、前記受信した送信信号間の空間的な相関のレベルを判断する手段を含むことを特徴とする請求項１９記載の多重チャンネル受信機。
前記受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出する手段は、空白にされた送信信号の少なくとも１つの時間スロット中に判断されることを特徴とする請求項１９記載の多重チャンネル受信機。
前記送信信号は多重キャリア信号であり、前記受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出する手段は、前記送信信号の空白にされたキャリアの少なくとも１つの時間スロット中に判断する手段を含むことを特徴とする請求項１９記載の多重チャンネル受信機。
受信したノイズおよび干渉の共分散を表わす第１共分散行列を生成する手段、および、干渉の共分散を表わす第２共分散行列を生成する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１９記載の多重チャンネル受信機。
前記第１のウエイト・セットは前記第１共分散行列に基づき、および、前記第２のウエイト・セットは前記第２共分散行列に基づくことを特徴とする請求項２３記載の多重チャンネル受信機。
前記受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出する手段は、周期的に繰り返されることを特徴とする請求項１９記載の多重チャンネル受信機。
前記受信した送信信号がノイズおよび干渉のうちの１つによって支配されているかどうかを検出する手段は、干渉モニタリング情報によって判断されるように繰り返されることを特徴とする請求項１９記載の多重チャンネル受信機。