JP2007513584A - Misoおよびmimo受信機を同時支援するマルチアンテナシステム - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1
Description
本特許出願は、2003年12月5日に出願された仮出願第60/527,201号(“Incremental Pilot Insertion for Hybrid MISO/MIMO Systems”)に対して優先権を主張しており、これは、本発明の譲受人に譲渡され、それによって参照によって本明細書に明示的に取り入れられている。
図1は、送信機110と2つの受信機150a、150bとをもつマルチアンテナ通信システム100を示している。単純にするために、送信機110は2本の送信アンテナをもち、MISO受信機150aは1本の受信アンテナをもち、MIMO受信機150bは2本の受信アンテナをもつ。
ここで、エントリhj(なお、j=1,2)は、送信アンテナjと、MISO受信機における1本のアンテナとの間の複素チャネル利得を示す。ベクトルは、通常、列として表現され、行ベクトルは、通常、行として表現される。
ここで、rmiso,mは、MISO受信機の受信シンボルであり、
u m=[u1,m u2,m]Tは、パイロット送信に使用される係数の2×1のベクトルであり、なお、“T”は、転置を示し、
nmisoは、MISO受信機における雑音である。
n=[n1 n2]Tは、MIMO受信機の雑音ベクトルである。
ここで、r aおよびr bは、2シンボル期間における受信シンボルの2個のベクトルである。MIMOチャネルは、2シンボル期間において一定であると仮定される。ここで、MIMO受信機は、2個のベクトルr aおよびr bにおける4つの受信シンボルのための4つの式をもつ。訓練ベクトルu aおよびu bにおける係数が適切に選択されると、MIMO受信機は、ベクトルr a、r b、u a、およびu bに基づいて4つの未知のチャネル利得を解くことができる。
ここで、Rは、Mシンボル期間における受信シンボルのR×Mの行列であり、
Hは、MIMO受信機のR×Tのチャネル応答行列であり、
Uは、Mシンボル期間において使用される係数のT×Mの訓練行列であり、
Nは、Mシンボル期間におけるMIMO受信機における雑音のR×Mの行列である。
ここで、r misoは、Mシンボル期間における受信シンボルの1×Mの行ベクトルであり、
h misoは、MISO受信機における1×Tのチャネル応答行ベクトルであり、
n misoは、Mシンボル期間におけるMISO受信機における雑音の1×Mの行ベクトルである。
マルチアンテナシステムは、データおよびパイロット送信に多数の搬送波を使用し得る。多数の搬送波は、OFDM、何か他のマルチキャリア変調技術、または何か他の構成よって与えられ得る。OFDMは、全システムバンド幅(W)を多数(N)の直交サブバンドへ効率的に分割する。これらのサブバンドは、トーン、サブキャリア、ビン、および周波数チャネルとも呼ばれる。OFDMを用いると、各サブバンドは、データで変調され得る各サブキャリアと関係付けられる。マルチアンテナOFDMシステムは、データおよびパイロット送信にN本の全サブバンドのサブセットのみを使用し、残りのサブバンドを保護サブバンドとして使用して、システムがスペクトルマスクの要件を満たすことを可能にする。単純にするために、次の記載は、全部でN本のサブバンドが、データおよびパイロット送信に使用され得ると仮定する。
r2,a(k)=h2,1(k)+h2,2(k)+ns、 なお、k∈Pset1 式(22)
MIMO受信機は、パイロットサブバンドの第2のグループ、Pset2に対する2本の受信アンテナの2組の受信シンボル、{r1,b(k)}および{r2,b(k)}も得る。これらは、次のように表現され得る。
r2,b(k)=h2,1(k)−h2,2(k)+ns、 なお、k∈Pset2 式(23)
単純にするために、パイロットシンボルは、式(22)および(23)から省かれる。
Claims (52)
- 無線マルチアンテナ通信システムにおいてパイロットを送信する方法であって、
Tが1よりも大きい整数であるとして、T個の基準化されたパイロットシンボルの第1の組を、T個の係数の第1のベクトルで生成することであって、基準化されたパイロットシンボルの第1の組が、1本のアンテナをもつ受信機によるチャネル推定に使用するのに適していることと、
多数のアンテナをもつ少なくとも1つの受信機が、システムによって支援されているとき、T個の基準化されたパイロットシンボルの少なくともT−1個の追加の組を、少なくともT−1個の追加のベクトルで選択的に生成することであって、各追加のベクトルがT個の係数を含み、第1および少なくともT−1個の追加のベクトルが、行列内の異なるベクトルであり、基準化されたパイロットシンボルの第1および少なくともT−1個の追加の組が、多数のアンテナをもつ少なくとも1つの受信機によるチャネル推定に使用するのに適していることと、
T個の基準化されたパイロットシンボルの各組を、各送信アンテナ上で1個の基準化されたパイロットシンボルずつ、T本の送信アンテナを介して送信することとを含む方法。 - 第1および少なくともT−1個の追加のベクトルが、互いに直交している請求項1記載の方法。
- T個の基準化されたパイロットシンボルのT−1個の追加の組が、T−1個の追加のベクトルで生成される請求項1記載の方法。
- 第1のベクトルおよびT−1個の追加のベクトルが、ウォルシュ行列のT個のベクトルである請求項3記載の方法。
- T個の基準化されたパイロットシンボルの各組が、1シンボル期間において送信される請求項1記載の方法。
- マルチアンテナ通信システムが、直交周波数分割多重化(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)を使用し、Pが1よりも大きい整数であるとして、各組内のT個の基準化されたパイロットシンボルの各々が、P本のサブバンドのグループ上でT本の送信アンテナの各1本から送信される請求項1記載の方法。
- P本のサブバンドが、N本の全サブバンド全体で均等に分散されていて、N/P本のサブバンド分、間隔を置かれている請求項6記載の方法。
- 基準化されたパイロットシンボルの第1の組が、サブバンドの第1のグループ上で送信され、基準化されたパイロットシンボルの少なくともT−1個の追加の組が、サブバンドの第1のグループから分離したサブバンドの第2のグループ上で送信される請求項6記載の方法。
- 第1および第2のグループの各々におけるサブバンドが、N本の全サブバンド全体で均等に分散されている請求項8記載の方法。
- 基準化されたパイロットシンボルの第1の組が、サブバンドの第1のグループ上で連続的に送信される請求項8記載の方法。
- 基準化されたパイロットシンボルの少なくともT−1個の追加の組が循環され、基準化されたパイロットシンボルの各追加の組が、各時間間隔においてサブバンドの第2のグループ上で送信される請求項8記載の方法。
- 第1および第2のグループが、同数のサブバンドを含む請求項8記載の方法。
- 無線マルチアンテナ通信システムにおける装置であって、
パイロットプロセッサであって、
Tが1よりも大きい整数であるとして、T個の基準化されたパイロットシンボルの第1の組を、T個の係数の第1のベクトルで生成し、基準化されたパイロットシンボルの第1の組が、1本のアンテナをもつ受信機によるチャネル推定に使用するのに適していて、
多数のアンテナをもつ少なくとも1つの受信機が、システムによって支援されるとき、T個の基準化されたパイロットシンボルの少なくともT−1個の追加の組を、少なくともT−1個の追加のベクトルで選択的に生成し、各追加のベクトルがT個の係数を含み、第1および少なくともT−1個の追加のベクトルが、行列内の異なるベクトルであり、基準化されたパイロットシンボルの第1および少なくともT−1個の追加の組が、多数のアンテナをもつ少なくとも1つの受信機によるチャネル推定に使用するのに適しているように動作するパイロットプロセッサと、
T個の基準化されたパイロットシンボルの各組を調整し、各送信アンテナ上で1つの基準化されたパイロットシンボルずつ、T本の送信アンテナを介して送信するように動作する複数の送信機ユニットとを含む装置。 - パイロットプロセッサが、T個の基準化されたパイロットシンボルのT−1個の追加の組を、T−1個の追加のベクトルで生成するように動作し、第1のベクトルおよびT−1個の追加のベクトルが、ウォルシュ行列のT個のベクトルである請求項13記載の装置。
- マルチアンテナ通信システムが、直交周波数分割多重化(OFDM)を使用する請求項13記載の装置。
- 各組内のT個の基準化されたパイロットシンボルの各々が、T本の送信アンテナの各1本から、Pが1よりも大きい整数であるとして、P本のサブバンドのグループ上で送信され、P本のサブバンドが、N本の全サブバンド全体で均等に分散され、N/P本のサブバンド分、間隔を置かれている請求項15記載の装置。
- 基準化されたパイロットシンボルの第1の組が、サブバンドの第1のグループ上で連続的に送信され、基準化されたパイロットシンボルの少なくともT−1個の追加の組が、サブバンドの第1のグループから分離しているサブバンドの第2のグループ上で送信される請求項15記載の装置。
- 無線マルチアンテナ通信システムにおける装置であって、
Tが1よりも大きい整数であるとして、T個の基準化されたパイロットシンボルの第1の組を、T個の係数の第1のベクトルで生成する手段であって、基準化されたパイロットシンボルの第1の組が、1本のアンテナをもつ受信機によるチャネル推定に使用するのに適している手段と、
多数のアンテナをもつ少なくとも1つの受信機が、システムによって支援されるとき、T個の基準化されたパイロットシンボルの少なくともT−1個の追加の組を、少なくともT−1個の追加のベクトルで選択的に生成する手段であって、各追加のベクトルがT個の係数を含み、第1および少なくともT−1個の追加のベクトルが、行列内の異なるベクトルであり、基準化されたパイロットシンボルの第1および少なくともT−1個の追加の組が、多数のアンテナをもつ少なくとも1つの受信機によるチャネル推定に使用するのに適している手段と、
T個の基準化されたパイロットシンボルの各組を、各送信アンテナ上で1個の基準化されたパイロットシンボルずつ、T本の送信アンテナを介して送信する手段とを含む装置。 - T個の基準化されたパイロットシンボルのT−1個の追加の組が、T−1個の追加のベクトルで生成され、第1のベクトルおよびT−1個の追加のベクトルが、ウォルシュ行列のT個のベクトルである請求項18記載の装置。
- 無線マルチアンテナ通信システムにおいてパイロットを送信する方法であって、
Tが1よりも大きい整数であり、MがT以上の整数であるとして、T個の基準化されたパイロットシンボルのM組を、行列のM個の異なるベクトルで生成することであって、各ベクトルがT個の係数を含むことと、
T個の基準化されたパイロットシンボルのM組の各々をT本の送信アンテナから送信することであって、T個の基準化されたパイロットシンボルのM組が、1本のアンテナをもつ受信機および多数のアンテナをもつ受信機の両者によるチャネル推定に使用にするのに適していることとを含む方法。 - M個のベクトルが互いに直交していない請求項20記載の方法。
- M個のベクトル内のM×T個の係数が、1本のアンテナをもつ受信機および多数のアンテナをもつ受信機の両者によるチャネル推定誤差を最小化するように選択される請求項20記載の方法。
- M個のベクトル内のM×T個の係数が、1本のアンテナをもつ受信機および多数のアンテナをもつ受信機のために、重み付けされた平均二乗チャネル推定誤差の和に基づいて選択される請求項20記載の方法。
- T個の基準化されたパイロットシンボルのM組が循環され、各組が、T本の送信アンテナから、各時間間隔において送信される請求項20記載の方法。
- マルチアンテナ通信システムが、直交周波数分割多重化(OFDM)を使用し、各組内のT個の基準化されたパイロットシンボルの各々が、T本の送信アンテナの各1本から、Pが1よりも大きい整数であるとして、P本のサブバンドのグループ上で送信される請求項20記載の方法。
- P本のサブバンドが、N本の全サブバンド全体で均等に分散され、N/P本のサブバンド分、間隔を置かれている請求項25記載の方法。
- 無線マルチアンテナ通信システムにおける装置であって、
Tが1よりも大きい整数であり、MがT以上の整数であるとして、T個の基準化されたパイロットシンボルのM組を、行列のM個の異なるベクトルで生成するように動作するパイロットプロセッサであって、各ベクトルがT個の係数を含むパイロットプロセッサと、
T個の基準化されたパイロットシンボルのM組の各々を調整し、T本の送信アンテナから送信するように動作する複数の送信機ユニットであって、T個の基準化されたパイロットシンボルのM組が、1本のアンテナをもつ受信機および多数のアンテナをもつ受信機の両者によるチャネル推定に使用するのに適している複数の送信機ユニットとを含む装置。 - M個のベクトルが互いに直交していない請求項27記載の装置。
- 無線マルチアンテナ通信システムにおける装置であって、
Tが1よりも大きい整数であり、MがT以上の整数であるとして、T個の基準化されたパイロットシンボルのM組を、行列のM個の異なるベクトルで生成する手段であって、各ベクトルがT個の係数を含む手段と、
T個の基準化されたパイロットシンボルのM組の各々をT本の送信アンテナから送信する手段であって、T個の基準化されたパイロットシンボルのM組が、1本のアンテナをもつ受信機および多数のアンテナをもつ受信機の両者によるチャネル推定に使用するのに適している手段とを含む装置。 - 直交周波数分割多重化(OFDM)を使用する無線マルチアンテナ通信システムにおいて、受信機においてチャネル推定を行う方法であって、
R、T、およびPが1よりも大きい整数であり、MがT以上の整数であり、R組のMグループが、R×M組において形成され、T組のMグループが、T×M組において形成されるとき、T×Mの行列内のT×M個の係数で生成されたP個の基準化されたパイロットシンボルのT×M組に対するP個の受信パイロットシンボルのR×M組を、R本の受信アンテナを介して得ることであって、T×Mの行列内の1つの係数が、P個の基準化されたパイロットシンボルの各組を生成するのに使用され、P個の基準化されたパイロットシンボルのT組の各グループが、T本の送信アンテナから、P本のサブバンド上で送信されることと、
P個の受信パイロットシンボルの各組に対する初期周波数領域周波数応答推定値を求めることであって、R×Mの初期周波数応答推定値が、P個の受信パイロットシンボルのR×M組に対して求められることと、
各初期周波数応答推定値に対する初期時間領域インパルス応答推定値を求めることであって、R×Mの初期インパルス応答推定値が、R×Mの初期周波数応答推定値に対して求められることと、
R×Mの初期インパルス応答推定値とT×Mの行列とに基づいて、R×Tの最終時間領域インパルス応答推定値を求めることと、
各最終インパルス応答推定値に対する最終周波数領域周波数応答推定値を求めることであって、R×Tの最終周波数応答推定値が、R×Tの最終インパルス応答推定値に対して求められ、T本の送信アンテナとR本の受信アンテナとの間の多数入力多数出力(multiple-input multiple-output, MIMO)チャネルの推定値を表すこととを含む方法。 - MがTに等しく、T×Mの行列がウォルシュ行列である請求項30記載の方法。
- T×Mの行列内のT×M個の係数が、1本のアンテナをもつ受信機および多数のアンテナをもつ受信機の両者によるチャネル推定誤差を最小化するように選択される請求項30記載の方法。
- T個のベクトル内のT×M個の係数が、1本のアンテナをもつ受信機および多数のアンテナをもつ受信機のために、重み付けされた平均二乗チャネル推定誤差の和に基づいて選択される請求項30記載の方法。
- P個の基準化されたパイロットシンボルのT組の1グループが、常に送信され、P個の基準化されたパイロットシンボルのT組の残りのM−1グループが、多数のアンテナをもつ少なくとも1つの受信機がシステムによって支援されるときのみ送信される請求項30記載の方法。
- P個の受信パイロットシンボルのR組の1グループが、P本のサブバンドの第1のグループ上でR本の受信アンテナを介して得られ、P個の受信パイロットシンボルのR組の残りのM−1グループが、P本のサブバンドの第2のグループ上でR本の受信アンテナを介して得られる請求項30記載の方法。
- R×T最終インパルス応答推定値の各々において、特定の閾値よりも低いタップ値をゼロに設定することをさらに含む請求項30記載の方法。
- R×Tの最終インパルス応答推定値の各々において、Lがシステムにおいて拡散された予測遅延であるとして、最後からLないしP番目のタップをゼロに設定することをさらに含む請求項30記載の方法。
- T×Mの行列内のT個の係数の同じベクトルで生成される、基準化されたパイロットシンボルの組に対応する受信パイロットシンボルの組をフィルタにかけることをさらに含む請求項30記載の方法。
- T×Mの行列内のT個の係数の同じベクトルで生成される、基準化されたパイロットシンボルの組に対応する初期周波数応答推定値をフィルタにかけることをさらに含む請求項30記載の方法。
- T×Mの行列内のT個の係数の同じベクトルで生成される、基準化されたパイロットシンボルの組に対応する初期インパルス応答推定値をフィルタにかけることをさらに含む請求項30記載の方法。
- 最終インパルス応答推定値をフィルタにかけることをさらに含む請求項30記載の方法。
- 最終周波数応答推定値をフィルタにかけることをさらに含む請求項30記載の方法。
- 直交周波数分割多重化(OFDM)を使用する無線マルチアンテナ通信システムにおける装置であって、
R、T、およびPが1よりも大きい整数であり、MがT以上の整数であり、R組のMグループが、R×M組において形成され、T組のMグループが、T×M組において形成されるとき、T×Mの行列内のT×M個の係数で生成されるP個の基準化されたパイロットシンボルのT×M組に対するP個の受信パイロットシンボルのR×M組を、R本の受信アンテナを介して得るように動作する複数の受信機ユニットであって、T×Mの行列内の1つの係数が、P個の基準化されたパイロットシンボルの各組を生成するのに使用され、P個の基準化されたパイロットシンボルのT組の各グループが、T本の送信アンテナから、P本のサブバンド上で送信される複数の受信機ユニットと、
チャネル推定器であって、
P個の受信パイロットシンボルの各組に対する初期周波数領域周波数応答推定値を求め、R×M初期周波数応答推定値が、P個の受信パイロットシンボルのR×M組に対して求められ、
各初期周波数応答推定値に対する初期時間領域インパルス応答推定値を求め、R×Mの初期インパルス応答推定値が、R×Mの初期周波数応答推定値に対して求められ、
R×Mの初期インパルス応答推定値とT×Mの行列とに基づいて、R×Tの最終時間領域インパルス応答推定値を求め、
各最終インパルス応答推定値に対する最終周波数領域周波数応答推定値を求め、R×T最終周波数応答推定値が、R×T最終インパルス応答推定値に対して求められ、T本の送信アンテナとR本の受信アンテナとの間の多数入力多数出力(MIMO)チャネルの推定値を表すように動作するチャネル推定器とを含む装置。 - チャネル推定器が、受信パイロットシンボル、初期周波数応答推定値、初期インパルス応答推定値、最終インパルス応答推定値、または最終周波数応答推定値をフィルタにかけるようにも動作する請求項43記載の装置。
- 直交周波数分割多重化(OFDM)を使用する無線マルチアンテナ通信システムにおける装置であって、
R、T、およびPが1よりも大きい整数であり、MがT以上の整数であり、R組のMグループが、R×M組において形成され、T組のMグループが、T×M組において形成されるとき、T×Mの行列内のT×M個の係数で生成されるP個の基準化されたパイロットシンボルのT×M組のP個の受信パイロットシンボルのR×M組を、R本の受信アンテナを介して得る手段であって、T×Mの行列内の1つの係数が、P個の基準化されたパイロットシンボルの各組を生成するのに使用され、P個の基準化されたパイロットシンボルのT組の各グループが、T本の送信アンテナから、P本のサブバンド上で送信される手段と、
P個の受信パイロットシンボルの各組に対して、初期周波数領域周波数応答推定値を求める手段であって、R×Mの初期周波数応答推定値が、P個の受信パイロットシンボルのR×M組に対して求められる手段と、
各初期周波数応答推定値に対する初期時間領域インパルス応答推定値を求める手段であって、R×Mの初期インパルス応答推定値が、R×Mの初期周波数応答推定値に対して求められる手段と、
R×Mの初期インパルス応答推定値とT×Mの行列とに基づいて、R×Tの最終時間領域インパルス応答推定値を求める手段と、
各最終インパルス応答推定値に対する最終周波数領域周波数応答推定値を求める手段であって、R×Tの最終周波数応答推定値が、R×Tの最終インパルス応答推定値に対して求められ、T本の送信アンテナとR本の受信アンテナとの間の多数入力多数出力(MIMO)チャネルの推定値を表す手段とを含む装置。 - 受信パイロットシンボル、初期周波数応答推定値、初期インパルス応答推定値、最終インパルス応答推定値、または最終周波数応答推定値をフィルタにかける手段をさらに含む請求項45記載の装置。
- 無線マルチアンテナ通信システム内の受信機においてチャネル推定を行う方法であって、
RおよびTが1よりも大きい整数であり、MがT以上の整数であるとき、行列のM個の異なるベクトルで生成され、T本の送信アンテナを介して送信されたT個の基準化されたパイロットシンボルのM組に対するR個の受信パイロットシンボルのM組を、R本の受信アンテナを介して得ることであって、各ベクトルがT個の係数を含み、M個のベクトル内の係数が、1本のアンテナをもつ受信機および多数のアンテナをもつ受信機の両者によるチャネル推定を容易にするように選択されることと、
R個の受信パイロットシンボルのM組を逆行列と行列乗算して、T本の送信アンテナとR本の受信アンテナとの間のR×Tチャネル利得を得ることとを含む方法。 - M個のベクトルが互いに直交していない請求項47記載の方法。
- M個のベクトル内の係数が、1本のアンテナをもつ受信機および多数のアンテナをもつ受信機の両者によるチャネル推定誤差を最小化するように選択される請求項47記載の方法。
- M個のベクトル内の係数が、1本のアンテナをもつ受信機および多数のアンテナをもつ受信機のために、重み付けされた平均二乗チャネル推定誤差の和に基づいて選択される請求項47記載の方法。
- 無線マルチアンテナ通信システムにおける装置であって、
RおよびTが1よりも大きい整数であり、MがT以上の整数であるとき、行列のM個の異なるベクトルで生成され、T本の送信アンテナを介して送信されたT個の基準化されたパイロットシンボルのM組に対するR個の受信パイロットシンボルのM組を、R本の受信アンテナを介して得るように動作する複数の受信機ユニットであって、各ベクトルがT個の係数を含み、M個のベクトルにおける係数が、1本のアンテナをもつ受信機および多数のアンテナをもつ受信機の両者によるチャネル推定を容易にするように選択される複数の受信機ユニットと、
R個の受信パイロットシンボルのM組を逆行列と行列乗算して、T本の送信アンテナとR本の受信アンテナとの間のR×Tチャネル利得の推定値を得るように動作するチャネル推定器とを含む装置。 - 無線マルチアンテナ通信システム内の受信機においてチャネル推定を行う方法であって、
Tが1よりも大きい整数であり、MがT以上の整数であるとき、行列のM個の異なるベクトルで生成され、T本の送信アンテナを介して送信されたT個の基準化されたパイロットシンボルのM組に対するM個の受信パイロットシンボルを、1本の受信アンテナを介して得ることであって、各ベクトルがT個の係数を含み、M個のベクトル内の係数が、1本のアンテナをもつ受信機および多数のアンテナをもつ受信機の両者によるチャネル推定を容易にするように選択されることと、
M個の受信パイロットシンボルをフィルタにかけて、T本の送信アンテナと1本の受信アンテナとの間の複合多数入力単一出力(MISO)チャネルの推定値を得ることとを含む方法。
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