JP2007535854A - 適応的ｍｉｍｏ無線通信システム - Google Patents

Abstract

受信機によって実行されるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）無線通信システムにおいて使用するＧＭＩＭＯ−ＪＤ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ−Ｊｏｉｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方法であって、送信機から送信される無線信号を受信するステップと、前記無線信号の伝搬チャネルクオリティを推定するステップと、前記送信機がフィードバック情報に従って前記伝搬チャネルに適したＧＭＩＭＯアーキテクチャを選択することが可能となるように、前記推定の結果に従って前記フィードバック情報を前記送信機に送信するステップと、前記推定の結果に従って、前記受信機に適したＧＪＤアーキテクチャを再構成するステップと、前記選択されたＧＪＤアーキテクチャを利用することによって、前記送信機から受信した無線信号を処理するステップとを有することを特徴とする方法。

Description

本発明は、一般に通信方法及び装置に関し、より詳細には、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）無線通信システムにおいて使用されるＧＪＤ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｊｏｉｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方法及び装置に関する。

無線通信プロセス中、信号が複雑な無線チャネルを介し伝搬されると、同じ送信信号が、２以上のパスを介し送信され、ほんのわずかな時間差によって受信機に到達するであろう。これらの信号が複数の伝搬チャネルを通過することにより、互いとの干渉が生じて、いわゆるマルチパスフェーディングである信号フェーディングが発生する。

ＭＩＭＯシステムは、送信機及び受信機においてデータを送受信するため、複数のアンテナ又はアレイアンテナを採用している。複数のアンテナは、異なるフェーディング特徴を有する異なる空間位置に配置され、これにより、隣接するアンテナの受信信号は、ＭＩＭＯシステムにおいて信号を送受信する隣接するアンテナ間の離間が十分大きなものである限り、完全に無相関として近似することが可能である。ＭＩＭＯシステムは、空間ダイバーシチ送受信を実現するため、マルチパスの空間特性を十分に利用する。

図１は、Ｍ個のＴｘアンテナとＪ個のＲｘアンテナによって構成される簡単化されたＭＩＭＯシステムを示す。上述したように、図１のＭＩＭＯシステムのＴｘアンテナとＲｘアンテナとの間のアンテナの間隔は、一般に信号の空間的な無相関を保証するのに十分大きなものとなっている。図１に示されるように、送信機においては、ＭＩＭＯアーキテクチャユニット１０１はまず、データストリームチャネルをＭ個のパラレルサブデータストリームチャネルに変換し、その後、マルチアクセス変換ユニット１０２が多重化処理を実行し、最後に、対応するＭ個のＴｘアンテナ１０３が、信号を無線チャネルに同時に送信する。ここでは、ＭＩＭＯアーキテクチャユニット１０１は、ＳＴＴＣ（Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｔｒｅｌｌｉｓ Ｃｏｄｅ）、スペースタイムブロックコード、スペースタイムターボコード、ＢＬＡＳＴコードなど、ＭＩＭＯ処理方法の何れかを採用することができる。他方、マルチアクセス変換ユニット１０２は、ＴＤＤ、ＦＤＤ又はＣＤＭＡを実現可能である。

送信された信号のＭ個のチャネルがマルチパス（すなわち、ＭＩＭＯフェーディングチャネル）を介し受信機に到達すると、各Ｒｘアンテナ１０４によって受信される信号は、図１の実線矢印によって示されるように、Ｍ個の送信信号のオーバラップアッド（ｏｖｅｒｌａｐ−ａｄｄ）と等しくなる。図１から、Ｔｘアンテナの何れか１つとＲｘアンテナの何れか１つとの間の無線チャネルが存在することを確認することができる。ＴｘアンテナｉからＲｘアンテナｊへのチャネルインパルスレスポンスがｈ_ｊｉ（ｉ＝１，２，．．．，Ｍ、ｊ＝１，２，．．．，Ｊであって、ＭとＪはそれぞれ、Ｔｘアンテナの個数とＲｘアンテナの個数である）として示されると仮定すると、ｊ番目のＲｘアンテナによって受信される離散時間受信信号ｒは、

として表すことができる。ただし、Ｅ_ｉは、ｊ番目のＴｘアンテナにおいて送信されたシンボル毎のエネルギーである。合計送信パワーＥ_０は、Ｍ個すべてのアンテナの送信パワーをオーバラップすることによって取得することが可能である。

式（１）において、ｓ_ｉ，ｔは送信されるシンボルである。Φ（．）はマルチアクセス変換関数であり、例えば、マルチアクセス変換は、ＣＤＭＡシステムに関するスプレッドコードによって送信されるシンボルを乗算することである。ｎ_ｊ，ｔはＮ_０／２としての分散を有する複素ＡＷＧＮである（ただし、Ｎ_０はノイズのパワースペクトル密度である）。式（１）から、すべてのＲｘアンテナにおいて受信される信号は、Ｍ個のＴｘアンテナの信号の単なるオーバラップアッドではなく、Ｍ＊Ｊ個の無線フェーディングチャネルのチャネル特性ｈ_ｊｉを有することが容易に確認することができる。

送信機によって送信されるデータを正確に復元するため、受信機は、受信信号がマルチアクセス逆変換ユニット１０５によって処理された後、無線チャネルの無相関を十分活用することによって、各Ｔｘアンテナから送信されるサブデータストリームを区別しなければならず、これはＭＩＭＯ検出ユニット１０６によって実行されるであろう。他方、ＭＩＭＯ検出ユニット１０６は、元のデータを復元するため、Ｍ個のサブデータストリームチャネルを１つのチャネルに合成する必要がある。

図１に示されるようなＭＩＭＯシステムでは、Ｍ個のサブデータストリームは、同一のマルチアクセス変換実行後、無線チャネルに同時に送信され、これにより、すべての送信信号は同一の周波数帯を共有することとなる。さらに、各Ｔｘアンテナと各Ｒｘアンテナとの間のチャネルは独立しており、これは、複数のパラレルな空間チャネルが受信機と送信機との間で構成されることを意味する。従って、ＭＩＭＯ技術は、システム帯域幅を追加することなく、スペクトル効率を大きく改善することが可能であり、通信キャパシティは、ＴｘアンテナとＲｘアンテナの個数と比例して増加し、それが次世代通信システムのキーとなる技術として認識されることに寄与する。

大きなキャパシティと高速性により、ＭＩＭＯ技術は、各種無線通信システムにおいて広範に適用されてきた。例えば、ＭＩＭＯ技術は、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭなどのマルチアクセスに基づく多数の無線通信システムにおいて利用されている。特定のマルチアクセススキームと組み合わされることによって、ＭＩＭＯ技術は、ＭＩＭＯ ＴＤＭＡ、ＭＩＭＯ ＣＤＭＡ、ＭＩＭＯ ＯＦＤＭなどのＭＩＭＯシステムを構成することができる。

上記ＭＩＭＯ ＣＤＭＡシステムや他のマルチアクセススキームに基づくＭＩＭＯ無線通信システムを問わず、システム干渉は避けることはできない。他のシステムと同様に、ＭＩＭＯシステムのマルチパスフェーディングチャネルを介し無線伝搬によって引き起こされるＭＡＩ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）及びＩＳＩ（Ｉｎｔｅｒ Ｓｙｍｂｏｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が存在する。さらに、ＭＩＭＯ自体のマルチアンテナ構造によって引き起こされるＣＡＩ（Ｃｏ−Ａｎｔｅｎｎａ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が存在する。これらの干渉要因の存在は、ＭＩＭＯシステムの処理能力をやや低減する。

システムパフォーマンスを向上させるため、従来技術においてＭＡＩ、ＩＳＩ及びＣＡＩによって引き起こされる影響を軽減するための多数の方法が採用されている。例えば、ＭＩＭＯ ＴＤＭＡシステムでは、送信機は、ＭＩＭＯアーキテクチャとしてＳＴＴＣを採用し、すなわち、オリジナルのＴＣＭ（Ｔｒｅｌｌｉｓ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を空間次元に拡張し、符号化されたコードを異なるアンテナによりそれぞれ送信する。このようにして、受信機は、空間時間復号化を利用することによって（例えば、最大尤度シーケンスを利用して）、ＣＡＩを抑制することが可能であり、他方、等化を採用することによって（例えば、ＭＬ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）シーケンスやＭＡＰシンボル検出装置を利用して）、ＩＳＩに対抗することができる。しかしながら、大量の冗長な情報がＳＴＴＣに関して送信信号に追加されるため、ＭＩＭＯシステムのキャパシティが拡張可能であるという特性は、チャネル状態が良好なとき十分には示されない。

他の例として、ＭＩＭＯ ＣＤＭＡシステムの送信機は、ＢＬＡＳＴ技術を利用して、複数のパラレルなサブデータストリームを生成する。ＢＬＡＳＴ処理は単に、冗長な情報を追加することなく、空間及び時間次元において信号を再構成し、このため、システムのデータ処理レートは、ＭＩＭＯシステムによって構成されるマルチチャネルパラレル無線チャネルを十分活用することによって改善することができる。受信機は、ＭＩＭＯチャネルの無相関を利用するのみによって、すべてのＴｘアンテナを介し信号を復調することが可能であり、受信機のＲｘアンテナは、Ｔｘアンテナ以上とされる。従来の受信機では、ＣＡＩは、ＢＬＡＳＴ検出を利用することによって通常は抑制され、ＭＡＩ及びＩＳＩは、ＺＦ（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ）、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）、ＳＩＣ（Ｓｅｒｉａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌ）、ＰＩＣ（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌ）、ＤＦＥ（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）などのマルチユーザ検出と対抗される。ＢＬＡＳＴ技術は、高レートデータを処理することが可能であるが、それの完全な強度は、良好なチャネルクオリティに関してのみ示すことができる。

上述した２つの例から、現在のＭＩＭＯアーキテクチャ及び検出方法が干渉に対抗するに際してある結果を達成しているが、それらは特定のマルチアクセスシステムについて構成されたものであり、選ばれた処理方法のみが、チャネルクオリティに関係なく採用可能であり、従って、システムパフォーマンスは大きく変動し、システムの適応化を大きく低減させることが理解できる。さらに、ＣＡＩ、ＭＡＩ及びＩＳＩは、一般に従来は個別にキャンセルされ、独立して処理されるため、システム全体のパフォーマンスを低下させる。

従って、システム全体のパフォーマンスを向上させるため、様々なマルチアクセススキームを備えたＭＩＭＯシステムにおいて使用されるＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法を提案する必要がある。

本発明の課題は、伝搬チャネルクオリティに従って対応するＧＭＩＭＯ−ＪＤアーキテクチャを適応的に選択し、これにより、データ送信レートと通信クオリティを向上させることが可能なＭＩＭＯ無線通信システムにおいて使用されるＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法及び装置を提供することである。

本発明の他の課題は、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの各種マルチアクセススキームに適用可能なＭＩＭＯ無線通信システムにおいて使用されるＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法及び装置を提供することである。

本発明のさらなる他の課題は、ＣＡＩ、ＭＡＩ及びＩＳＩを統合的又は分散的方法により軽減し、これにより、システムパフォーマンスを向上させることが可能なＭＩＭＯ無線通信システムにおいて使用されるＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法及び装置を提供することである。

本発明による受信機により実行されるＭＩＭＯシステムにおいて使用されるＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法であって、送信機から送信される無線信号を受信するステップと、前記無線信号の伝搬チャネルクオリティを推定するステップと、前記送信機がフィードバック情報に従って前記伝搬チャネルに適したＧＭＩＭＯアーキテクチャを選択することが可能となるように、前記推定の結果に従って前記フィードバック情報を前記送信機に送信するステップと、前記推定の結果に従って、前記受信機に適したＧＪＤアーキテクチャを再構成するステップと、前記選択されたＧＪＤアーキテクチャを利用することによって、前記送信機から受信した無線信号を処理するステップとを有することを特徴とする方法。

本発明による送信機によって実行されるＭＩＭＯ無線通信システムにおいて使用するＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法であって、無線信号を送信するステップと、前記無線信号の伝搬チャネルクオリティを推定することにより受信機によって取得されるフィードバック情報を前記受信機から受信するステップと、前記フィードバック情報に従って、前記伝搬チャネルに適したＧＭＩＭＯアーキテクチャを再構成するステップと、前記ＧＭＩＭＯアーキテクチャを利用することによって、送信される前記無線信号を処理するステップと、前記ＧＭＩＭＯアーキテクチャによって処理された無線信号を送信するステップとを有することを特徴とする方法。

本発明のより完全なる理解と共に、他の課題及び効果が、添付した図面と共に以下の説明及び請求項を参照することによって明らかとなるであろう。

本発明により提案されるようなＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法の主要なアイデアは、以下のように要約することができる。すなわち、受信側の受信機が、受信信号の既知の信号に従って送信側から受信側への無線チャネルクオリティを推定し、チャネルクオリティの推定結果を送信側の送信機にフィードバックする。その後、送信側の送信機と受信側の受信機は、チャネルクオリティの推定結果に従って、現在のチャネル状態に最も適したＭＩＭＯアーキテクチャとＪＤ方法によりそれぞれデータを処理し、これにより、送信側から受信側へのデータ送信を最適に実現することができる。

さらにここでは、ＢＳ（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）送信機は、チャネル推定がＴＤＤモードによりアップリンクセットアップ処理中にすでに実行されているため、アップリンクフィードバックなしにダウンリンクチャネル特性情報を知ることが可能であるということに留意すべきである。しかしながら、ＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）の移動速度が比較的小さいときに限って、より良好なパフォーマンスがＴＤＤモードについて実現可能であり、従って、それの適用範囲は、ある程度抑制される。従って、本発明の実施例では、ＭＩＭＯシステムは、より広範な適用エリアを有するＦＤＤモードを採用する。

上記仮定に基づき、詳細な説明は、図２〜４に関して本発明の一般的なアイデアについてまずなされ、その後、本発明において提案されるような３つのＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに対する好適な実施例が説明され、最後に、ＦＤＤ ＭＩＭＯシステムのＢＳ送信機とＵＥ受信機を例示することによって、ＵＭＴＳ ＦＤＤシステムにおける本発明により提案されるようなＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法の通知の実現が説明される。

図２は、提案されるＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法をサポートするＢＳ送信機３００（送信側の）とＵＥ受信機４００（受信側の）を示すブロック図である。図示されるように、ＢＳ送信機３００とＵＥ受信機４００は、それぞれＭ個のＴｘアンテナ３４１とＪ個のＲｘアンテナ４４１の複数のアンテナを有する。

ＢＳ送信機３００では、まずユーザデータストリームが、オリジナルデータストリームを送信するため、ＦＥＣエンコーダ３１１、インタリーブ装置３１２及びシンボルマッピング装置３１３において処理される。これら３つのブロックにおける処理は、一体的にみなされ、すなわち、チャネル符号化ユニット３１０としてみなされる。

チャネル符号化ユニット３１０における処理後、ユーザデータストリームは、ＳＴＴＣ、空間時間ブロックコード、ＢＬＡＳＴなどの選択のための複数のＭＩＭＯ機能ブロックを有することが可能なＧＭＩＭＯアーキテクチャ３２０に供給される。アップリンクを介しＵＥにより送信されるフィードバック情報３５０に従って、ＧＭＩＭＯアーキテクチャ３２０は、フィードバック情報３５０に示されているものに対応したＭＩＭＯアーキテクチャを選択及び再構成し、直列的なデータストリームのチャネルをＳＴＴＣ、空間時間ブロックコード又はＢＬＡＳＴによって処理されるＭ個のパラレルサブデータストリームに変換するため、送信されるオリジナルデータストリームを処理する。

次に、Ｍ個のサブデータストリームが、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの多重化処理などの各ブランチのマルチアクセス変換のため、マルチアクセス処理ユニット３３０に供給される。最後に、それぞれパルス整形装置３４０によってフィルタリングされた後、Ｍ個の信号ブランチが、Ｍ個の対応するＴｘアンテナ３４１を介し無線チャネルに送信される。

Ｍ個の送信信号は、ダウンリンクを介しＵＥ受信機４００に到達し、Ｊ個のＲｘアンテナ４４１により受信される。図１のケースと同様に、ＵＥ受信機４００の各Ｒｘアンテナによって受信された信号は、異なるパスを介し伝搬されるＭ個の送信信号の和に等しい。Ｊ個のアンテナによって受信された信号は、Ｊ個の離散時間信号チャネルを取得するため、対応するマッチフィルタサンプルユニット４４０においてフィルタリング及びサンプリングされる。ここで、ｊ番目のＲｘアンテナ（ｊ＝１，２，．．．，Ｊであり、ＪはＲｘアンテナの総数である）によって受信される信号は、

として表すことができる。

その後、チャネル推定ユニット４３０が、時間離散信号のＪ個のチャネルのパイロット信号に従って各ダウンリンク無線チャネル（チャネルパスは、図１に示される）のそれぞれの特性を推定し、すなわち、式（１）の各チャネルインパルスレスポンス関数ｈ_ｊｉと、パイロット信号に従ってチャネル状態を評価するため、ＳＩＮＲとＳＩＮＲの時間変化ΔＳＩＮＲとを計算する。

チャネル推定ユニット４３０は、チャネル推定結果ＳＩＮＲ及びΔＳＩＮＲをフィードバック情報として基地局に直接送信することが可能であるが、それはフィードバック情報の大きな負荷を課し、ＢＳ送信機の複雑さを増大させるかもしれない。本発明の実施例では、フィードバック情報は、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに関する情報を、特定の実施例について以下で詳細にされるフィードバックモード、パラレルモード及び最適モードとして含む。ここでは、これら３つのＧＭＩＭＯ−ＪＤモードは、特定のチャネルクオリティについて、送信機のＭＩＭＯアーキテクチャと受信機のＪＤ方法との間の対応関係を示すため、基地局及びＵＥによって予め設定される。言い換えると、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードが決定されると、送信機のＭＩＭＯアーキテクチャと受信機のＪＤ方法がこれに対応して決定可能である。

その後、チャネル推定ユニット４３０は、ＳＩＮＲ及びΔＳＩＮＲの値に従って適切なＧＭＩＭＯ−ＪＤモードを選択し、その後、ＵＥと基地局との間のアップリンクを介しフィードバック情報として選択されたＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに関する情報をＢＳ送信機に送信する。これにより、送信機は、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに対応するＭＩＭＯアーキテクチャを選択することが可能となる。受信機では、チャネル推定ユニット４３０はまた、選択されたＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに関する情報を複数のＪＤ処理モジュールを含むＧＪＤユニット４２０に送信する。ＧＪＤユニット４２０は、選択されたモードに対応するＧＪＤアーキテクチャを選択及び再構成し、信号内のＭＡＩ、ＩＳＩ、ＣＡＩ及び他の干渉を軽減するため、受信したＪ個の離散時間信号チャネルを処理する（ＭＬ検出、ＺＦ−ＢＬＥなどを利用することによって）。

これらの信号を処理した後、ＧＪＤユニット４２０は、Ｊ個のパラレル信号チャネルを１以上の直列的なストリームチャネルに変換し、それをチャネル復号化ユニット４１０に出力する。チャネル復号化ユニット４１０では、所望のユーザデータが、ストリームがシンボルマッピング装置４１３とインタリーブ解除装置４１２を通過し、最終的なデータ訂正がＦＥＣデコーダ４１１において実行された後、復元される。

上述したＢＳ送信機及びＵＥ受信機のアーキテクチャは、フィードバック情報３５０を介し合成され、これにより、それらは現在のチャネルクオリティに従って最も適切な通知方法を一体的に選択することができる。従って、フィードバック情報の取得及び送信は、ＧＭＩＭＯ−ＪＤ手段のキーとなる。

図３は、ＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法によりフィードバック情報を送信するための一般的な処理を概略している。図３に示されるように、まずＵＥ受信機４００は、ＢＳ送信機３００から各Ｔｘアンテナ３４１によって送信されるパイロット信号を受信し（ステップＳ３１０）、ＵＥ受信機４００のチャネル推定ユニット４３０は、従来方法を利用することによって受信パイロット信号に対してチャネル推定を実行し、当該チャネルのＳＩＮＲ及びΔＳＩＮＲを計算し、各伝搬チャネルインパルスレスポンスｈ_ｊｉを推定する（ステップＳ３２０）。その後、ＵＥ受信機４００は、例えば、図５のモード選択リストなどに従って、ＳＩＮＲ及びΔＳＩＮＲの値による適切なＧＭＩＭＯ−ＪＤモードを選択し、それをフィードバック情報３５０に構成し、アップリンクを介しＢＳ送信機３００に当該フィードバック情報を送信する（ステップＳ３３０）。ここで、フィードバック情報３５０に対する送信処理におけるメッセージカプセル化フォーマットが、図４に示される。フィードバック情報３５０を搬送するメッセージの主要部分は、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモード表示情報であり、あるＧＭＩＭＯ−ＪＤモードでは、伝搬チャネル情報、すなわち、伝搬チャネルインパルスレスポンスｈ_ｊｉもまた含めることができる。最後に、フィードバック情報３５０の受信後、ＢＳ送信機３００は、選択されたＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに対応するＭＩＭＯアーキテクチャを即座に選択し、このＭＩＭＯアーキテクチャを利用することによって、送信対象となるデータを処理及び送信する（ステップＳ３４０）。基地局がそれのＭＩＭＯアーキテクチャをすでに設定しているということを知った後、ＵＥ受信機は即座にそれ自身のＪＤアーキテクチャを設定する。従って、送信側及び受信側は、現在のチャネル特性に適したデータ処理方法を一体的に構成している。

上記ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードは、ＭＩＭＯアーキテクチャとＪＤ方法との間の対応関係を示す。各種ＭＩＭＯアーキテクチャ及びＭＩＭＯ検出方法の上記説明から、対応関係の選択は異なるチャネルクオリティにより変化するということが確認できる。以下の説明は、フィードバックモード（モードＩ）、最適モード（モードＩＩ）及びパラレルモード（モードＩＩＩ）の特定のチャネル状態に対する３つのＧＭＩＭＯ−ＪＤモードについて与えられる。しかしながら、本発明において提案されるＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法はこれら３つのモードに限定されるものではなく、ＧＭＩＭＯ−ＪＤの他の組み合わせもまた実際のチャネル状態に従って選択することが可能であるということに留意すべきである。

チャネル推定ユニット４３０によって評価されるパイロット信号のＳＩＮＲ及びΔＳＩＮＲに基づき、ＭＩＭＯシステムは、フィードバックモード、最適モード又はパラレルモードを選択することを決定することが可能であり、その対応関係が図５に示される。

１．フィードバックモード（図５を参照）−ＳＩＮＲ及びΔＳＩＮＲが小さいとき、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードについてモードＩを選択
小さなＳＩＮＲは、現在のチャネルクオリティがあまり良好ではなく、このため、信号のＦＥＲ（Ｆｒａｍｅ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）が相対的に高いことを示している。他方、小さなΔＳＩＮＲは、ＵＥがゆっくりと移動し、チャネル状態は、チャネルクオリティが理想的なものではないが、安定していることを示す。従って、ＵＥ受信機では、チャネル推定ユニット４３０によって推定される伝搬チャネルインパルスレスポンスは、ある期間においては有効なものとなるであろう。さらに、サイズ、コスト及び電力消費の厳しい制約により、１つのＲｘアンテナ（Ｊ＝１）しかＵＥに設けることができず、このため、受信側でのダイバーシチゲインを利用することができない。これらの特性に基づき、Ｒｘダイバーシチゲインを向上させるため、ＧＭＩＭＯ−ＩＤモードはフィードバックモードとして選択され、すなわち、ダウンリンクを介し各チャネルインパルスレスポンスをＢＳ送信機にフィードバックする。フィードバックモードの選択は、理想的には、限定的な設備によりアンテナのダイバーシチゲインをやや向上させることが可能である。

フィードバックモードでは、ＵＥ受信機４００によって評価される伝搬チャネルインパルスレスポンスが、フィードバック情報３５０の一部として取得され、図４に示されるフォーマットに従ってフィードバック情報３５０の伝搬チャネル情報部分にカプセル化され、その後、ＢＳ送信機に送信される。図６において、フィードバックモードにおけるＢＳ送信機とＵＥ受信機のアーキテクチャを与えることができる。

図６に示されるように、ＢＳ送信機３００のＳ／Ｐ変換ユニット６１０は、まず送信対象となる情報シンボルストリームＳ_ｉを複数のパラレル信号チャネルに変換し、その後、それらを多重化処理のため、マルチアクセス変換処理ユニット６２０に送信する。次に、各伝搬チャネルインパルスレスポンスｈ_ｉ（このモードでは、受信機は１つのＲｘアンテナしか有さず、このため、異なるＲｘアンテナを区別するためのインパルスレスポンスｈ_ｊｉの添え字ｊは省略することができ、このため、短縮されたｈ_ｉを得る。ここで、添え字ｉは、異なるＴｘアンテナを示す。）に従って、各シンボルブランチに対して、予め重み付けが実行される。すなわち、送信対象となる各パラレルシンボルチャネルが、係数ｈ_ｊｉ ^＊／ρ_ｊ（正規化されたチャネルインパルスレスポンスの共役）と乗算される。ただし、

であり、添え字「＊」は、複素共役として示される。図６から、ＢＳ送信機３００の各Ｔｘアンテナから送信される信号が、対応するチャネル特性の共役要素を有することが確認できる。ここでは、Ｓ／Ｐ変換ユニット６１０と各シンボルブランチを予め重み付けする部分が、フィードバックモードのＧＭＩＭＯアーキテクチャとしてみなすことができる。

送信信号のＭ個のチャネルは、ＭＩＭＯフェーディングチャネルを介しＵＥに到達する。式（１）から、ＵＥ受信機４００のＲｘアンテナによって受信される信号が、送信信号とチャネルインパルスレスポンスとの積であり、複数の送信信号の線形重ね合わせとなることが確認できる。さらに、ＵＥ受信機４００は、１つのＲｘアンテナしか有しておらず、このため、受信信号は自然と直列的な信号チャネルとなり、

として表すことができる。

式（２）から、ｈ_ｉの振幅の平方がチャネルインパルスレスポンスとそれの共役部分とを掛け合わせることによって求めることができ、その後、簡単な計算の後、受信信号ｒ_ｔは実際のρΦ（ｓ_ｉ）となる。このようにして、伝搬チャネルによってもたらされる影響が、受信信号のエネルギーを増大させる結果により、複数のアンテナのダイバーシチゲインに変換されたこととなる。従って、ＵＥ受信機では、ＧＪＤアーキテクチャ６３０は、マルチアクセス逆変換Φ^−１（．）と単一Ｔｘアンテナシステムと同様の干渉キャンセレーション処理を実現することによってのみ、元の情報シンボルを復元することができる。例えば、ＯＦＤＭシステムでは、ＧＪＤアーキテクチャ６３０は、ＦＦＴとシリーズ干渉キャンセレーションなどの必要となる干渉キャンセレーション方法を実現し、ＣＤＭＡシステムでは、ＧＪＤアーキテクチャ６３０は、ＭＡＩ又はＩＳＩを低減するため、ＪＤ又は他のマルチユーザ検出を実行しさえすればよい。

２．パラレルモード（図５を参照）−ＳＩＮＲは大きいが、ΔＳＩＮＲは小さいとき、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードについてモードＩＩＩを選択
この場合、大きなＳＩＮＲは、無線チャネルクオリティが大変良好であることを意味し（例えば、屋内の準静的フェーディングなど）、小さなΔＳＩＮＲは、チャネル特性が大変安定的であり、理想的なＦＥＲを保証することが可能であり、これにより、システムパフォーマンスがチャネルインパルスレスポンスに関するフィードバック情報によることなく向上させることが可能であることを示す。しかしながら、より高いデータレートに対する要求が、ウェブブラウジング、連続的なモバイル映像の再生などのアプリケーションについて限定されず、従って、システムがＧＭＩＭＯ−ＪＤモードを選択する予想される目的は、高レートデータ送信を実現することである。従って、このようなチャネル状態の下、最も適したＧＭＩＭＯ−ＪＤモードはパラレルモードであり、すなわち、ＢＬＡＳＴ技術を利用して、システムのデータ処理レートを向上させる。

図７において、ＢＬＡＳＴ技術に基づくＧＭＩＭＯ−ＪＤアーキテクチャが示され、ＢＳ送信機３００のＢＬＡＳＴ処理ユニット７１０は、パラレルモードのＧＭＩＭＯアーキテクチャとしてみなすことができ、送信対象となる直列的なシンボルが、複数のパラレル信号チャネルに変換され、その後、マルチアクセス変換ユニット７２０により多重化され、最終的に複数のＴｘアンテナを介し送信される。送信信号の複数のチャネルが、ＭＩＭＯフェーディングチャネルを介しＵＥ受信機４００に到達し、複数のＲｘアンテナが、信号決定及び復元のため受信信号をＧＪＤ７３０に供給する。

ＧＪＤ処理プロセスを説明する上で簡単化のため、式（１）に与えられる受信信号は、ベクトル表現により記述することが可能である。

ただし、

であり、Ｅ_０はエネルギーマトリックスであり、Φはマルチアクセス変換マトリックスであり、Ｈは受信したパイロット信号の推定を通じて取得されるＭＩＭＯフェーディングチャネルのチャネルレスポンスマトリックであり、ｓは送信対象のシンボルベクトルであり、ｎは複素ノイズベクトルである。

上述したように、ＭＡＩの低減及びＢＬＡＳＴ復調は、通常は現在の受信機において２つの独立したステップにより実現される。しかしながら、ＭＩＭＯシステムでは、ＭＡＩの低減及びＢＬＡＳＴ復調は理論的に同様のものであり、従って、まず干渉を低減し、その後ＢＬＡＳＴ検出を実行する方法によって、トータルのシステムパフォーマンスが低下することとなる。

本発明では、システムは大きな処理能力を有し、このため、チャネル推定ユニットによって評価されるチャネル特性マトリックに従って、従来のＪＤアルゴリズム（ＺＦ−ＢＬＥ、ＭＭＳＥ−ＢＬＥなど）を直接ＧＪＤ７３０に適用することが可能である。例えば、ＺＦ−ＢＬＥが適用されるとき、ｓの決定ベクトルは

として記述することができる。

ＭＭＳＥ−ＢＬＥが使用される場合、ｓの決定ベクトルは、

として記述することができる。ただし、添え字「’」は、共役転置として示され、「−１」は、準逆変換として示される。

このＪＤ方法の利用は、ＧＪＤ７３０がＢＬＡＳＴ検出とＭＡＩ及びＩＳＩに対する干渉キャンセレーションを同時に実行する、すなわち、ＭＡＩ、ＩＳＩ及びＣＡＩを同時に低減することが可能であり、これにより、システムパフォーマンスが向上する。

３．最適モード（図５を参照）−ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードは、ΔＳＩＮＲが大きなものであり、ＳＩＮＲの大小に関係なくモードＩを選択する。

この場合、大きなΔＳＩＮＲは、チャネル特性が経時的に大きく変化し、無線チャネルがおそらくマルチパスフェーディングの重大な影響を受ける可能性があることを示す。このようなチャネルクオリティにより、評価されたチャネル特性が送信機にフィードバックされた後も依然として有効であることを保証することは大変困難であり、これにより、チャネルインパルスレスポンスフィードバック方法がここでは利用できない。しかしながら、無線チャネルの統計的特性（Ｒａｙｌｅｉｇｈフェーディングチャネル特性など）が、パイロット信号の推定など、必要な評価を通じて予め知ることができる。その後、ＢＳ送信機のＭＩＭＯアーキテクチャからチャネルの統計的特性に適したＭＩＭＯアーキテクチャが選択され、ＵＥ受信機のチャネルの統計的特性について適した検出方法が適用される。このようにして、正確なチャネル特性情報が利用可能ではないが、無線チャネルの統計的特性に基づきＭＩＭＯアーキテクチャとＪＤ方法を構成することが可能であり、これにより、最適なチャネル伝搬を実現することが可能となる。さらに、より良好なパフォーマンスを達成するため、送信側と受信側の双方のアンテナダイバーシチゲインが、可能な限り大きく改善される必要がある。従って、Ｒｘダイバーシチゲインを向上させるため、ＵＥのサイズ、コスト及び電力消費に対する制約を緩和し、信号受信のため多数のＲｘアンテナを採用すべきである。

例えば、チャネルが、統計的特性を予め推定することにより、Ｒａｙｌｅｉｇｈ／Ｒｉｃｉａｎフェーディングチャネルであるとわかると、ＳＴＴＣがＭＩＭＯ ＴＤＭＡシステムのＭＩＭＯアーキテクチャとして採用することが可能である。もちろん、このアーキテクチャはまた、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの他のマルチアクセスシステムに拡張することが可能である。

図８は、ＳＴＴＣを利用したＧＭＩＭＯ−ＪＤアーキテクチャを示す。図８に示されるように、ＢＳ送信機３００はまず、直列的な信号を複数のパラレル信号チャネルに変換するため、ＳＴＣＣ符号化装置８１０において符号化を実行し、その後、マルチアクセス変換ユニット８２０において多重化処理を実行し、最後に、これらの信号を複数のＴｘアンテナを介し送信する。

当該信号は、ＭＩＭＯフェーディングチャネルを介しＵＥ受信機４００に到着する。ＵＥ受信機４００では、複数のＲｘアンテナが、受信信号をＭＩＭＯ ＭＬ検出装置８３０に供給し、信号決定及び復元を実現する。この処理中、Ｒｘアンテナにおいて受信された信号は、式（１）により表すことが可能である。解析を容易にするため、受信信号をベクトル形式により表すため、式（１）は、

として変換することができる。ここで、ｒは受信信号ベクトルであり、Ｅ_ｓは送信シンボル毎のエネルギーであり、Ｃはスプレッド符号マトリックスであり、Ｈは予め推定することにより取得されるチャネルの統計的特性であり、当該チャネルの統計的特性は、共同アンテナ及びマルチパスの効果を考慮したチャネルレスポンスマトリックスとして表すことができ、ｓは送信シンボルベクトルであり、ｎは複素ノイズベクトルである。ＵＥ受信機４００により利用されるＧＪＤ方法は、ＭＡＩ、ＩＳＩ及びＣＡＩに対抗するためのＭＩＭＯ最大尤度検出アルゴリズムである。数名の研究者は、ｓを送信し、符号化のためＭＬデコーダを適用するときを

に有利に決定するペアのエラー確率が、

の上限により抑えられることを示している。ただし、

であり、Ｌはシンボルｓの符号長である。式（７）から、最小となるエラー確率は、

を最小化することにより得られることを確認することが可能であり、ＳＴＴＣの構成は、

を最大化することである。従って、チャネルの統計的特性Ｈに基づき、

の最大化要求を充足し、エラー確率を最小化する、すなわち、効果的にすべてのタイプの干渉に対抗する最適なＳＴＴＣ符号化手段を構成するため、最適なＳＴＴＣ符号化スキームを選択することが可能である。

実現に際し、ＵＥ受信機は、パイロット信号を検出することにより、現在のチャネルクオリティを知ることが可能であり、当該時点におけるチャネルのΔＳＩＮＲが大きいときには、現在のＧＭＩＭＯ−ＪＤモードがモードＩＩであることを基地局にフィードバック情報を介し通知する。ＢＳ送信機は、Ｒａｙｌｅｉｇｈ／Ｒｉｃｉａｎフェーディングチャネルについて予め構成されたＳＴＴＣ方法により送信されるデータを処理し、当該データを送出する。ＵＥ受信機は、受信したデータをＭＬ方法により検出する。

上記セクションは、ＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法の実現を説明し、図５に示されるような３つのチャネル状態についてＧＭＩＭＯ−ＪＤ処理方法を精緻化した。実際的な適用では、他のＭＩＭＯアーキテクチャ及びＭＩＭＯ検出方法もまた、具体的な無線環境に従って利用可能である。さらに上述したように、ＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法は特定のマルチアクセススキームに限定されず、このため、それは様々な無線通信システムにおいて適用可能であるが、その実現形態はある程度異なるかもしれない。例えば、ＦＤＤシステムに関する限り、ＵＥは、パイロットチャネル信号に従ってチャネルクオリティを推定することが可能であるが、ＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムでは、ＵＥは、Ｍｉｄａｍｂｌｅ信号を推定することによって、チャネルクオリティ情報を取得する。さらに、フィードバック情報３５０を搬送するための物理チャネルと上位レイヤの通知のための送信処理もまた、異なるものであってもよい。

以下のセクションは、ＵＭＴＳ ＦＤＤ無線通信システムのプロトコルに基づき、ＧＭＩＭＯ−ＪＤがＵＭＴＳ ＦＤＤシステムにおいてどのように実現されるか説明する。ここでは、物理レイヤにおけるメッセージカプセル化フォーマットと信号送信処理に着目され、再び、ＢＳ送信機とＵＥ受信機が例示される。

図９において、ＵＭＴＳ ＦＤＤシステムにおけるＵＥとＵＴＲＡＮとの間のＧＭＩＭＯ−ＪＤを実現するための信号送信処理を示すことができる。ここでは、ＵｕはノードＢ（基地局）とＵＥとの間の無線インタフェースであり、Ｉ_ｕｂはノードＢとＳＲＮＣ（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ）との間のインタフェースである。以下において、図９に関連してＵＥとＵＴＲＡＮとの間でＧＭＩＭＯ−ＪＤを実現するための完全な処理が詳細に説明される。

１．ＵＥによるＧＭＩＭＯ−ＪＤモードの決定
ＣＰＩＣＨ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｐｉｌｏｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）が、ＵＭＴＳ ＦＤＤシステムにおいて他の共通ダウンリンクチャネルを介し、これらのダウンリンクチャネルの位相リファレンスを提供するため送信されることが当業者に理解されるであろう。ＵＥは常に、システム配信情報の受信時に、それがＵＴＲＡＮとの接続を確立しているか否かに関係なく、ＣＰＩＣＨ信号を受信することによってダウンリンクチャネルクオリティを検出することができる。

この予想に基づき、ＧＭＩＭＯ−ＪＤが適用されるＵＭＴＳ ＦＤＤシステムでは、ＵＥが呼び出しを発信し、又はページングを応答するため、ＲＣＣ接続処理を開始するとき、まず物理レイヤにおいてチャネル推定ユニットを介しＣＰＩＣＨチャネルのクオリティを検出する。ＵＥのチャネル推定ユニットは、ＣＰＩＣＨにおいて信号のＳＩＮＲ及びΔＳＩＮＲを推定するようにしてもよく、それと同時に、上述したＧＭＩＭＯ−ＪＤモードＩであるフィードバックモードによりチャネルインパルスレスポンスをフィードバック情報としてＵＴＲＡＮに送信するため、ダウンリンクチャネルのチャネルインパルスレスポンスを推定することができる。その後、ＵＥの物理レイヤは、ダウンリンクチャネルクオリティに関する推定情報を物理レイヤ評価メッセージにカプセル化し、ＵＥのＲＲＣレイヤに送信する（ステップＳ９００）。物理レイヤ評価メッセージには、ダウンリンク伝搬チャネルの個数と、ダウンリンク伝搬チャネルのＳＩＮＲ及びΔＳＩＮＲと、ダウンリンクチャネルインパルスレスポンスが含まれる。

ＵＥのＲＲＣレイヤ（ＵＥ−ＲＲＣ、ネットワークレイヤとして略される）は、物理チャネル評価メッセージから直近のチャネル評価情報を取得し、図５に示されるようなＧＭＩＭＯ−ＪＤとチャネルクオリティ（すなわち、ＳＩＮＲとΔＳＩＮＲの値）の対応関係に従って、対応するＧＭＩＭＯ−ＪＤモード（フィードバックモード、最適モード及びパラレルモードなど）を選択する。にもかかわらず、実際的な適用では、データはまた、異なるチャネル状態を参照して、ＧＭＩＭＯアーキテクチャとＪＤアーキテクチャの他の組み合わせ又は他のモードを採用することにより処理することが可能である。

ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードが決定された後、ＵＥ−ＲＲＣは、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに関する情報を物理チャネル設定リクエストに含め、それをネットワーク側のＳＲＮＣのＲＲＣレイヤ（ＳＲＮＣ−ＲＲＣと略される）に送信し、ノードＢに適切なＭＩＭＯアーキテクチャを選択するよう指示する（ステップＳ９１０）。物理チャネル設定リクエストは、ＲＲＣレイヤ間でやりとりされるメッセージに属し、物理レイヤにおいてＤＰＣＣＨにより搬送可能である。すなわち、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに関する情報が、ＤＰＣＣＨを介し搬送される。

ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードがフィードバック情報であると決定されると、ＣＩＲ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）をＤＰＣＣＨにカプセル化し、それをＵＴＲＡＮに送信する必要がある。ここで、ＣＩＲのカプセル化フォーマットが、図１０に関して説明される。

２．ＵＴＲＡＮによるＧＭＩＭＯアーキテクチャの設定
ＵＥから物理チャネル設定リクエストを受信した後、ＳＲＮＣ−ＲＲＣは、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに関する情報を物理チャネル設定リクエストから分離する。ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードがフィードバックモードである場合、ＣＩＲ情報もまた分離される必要がある。その後、ＳＲＮＣ−ＲＲＣは、物理チャネルセットアップリクエストメッセージをノードＢの物理レイヤに送信する（ステップＳ９２０）、すなわち、当該メッセージをネットワークレイヤと物理レイヤの間の制御プリミティブＣＰＨＹ−ＲＬ−Ｓｅｔｕｐ−ＲＥＱを介し送信する。物理チャネルセットアップリクエストは、タイムスロット構造、トランスポートフォーマットセット、トランスポートフォーマット合成セット、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに関する情報など、物理チャネルを設定するための通常の情報を有する。さらに、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードがフィードバックモードであるときには、ＣＩＲ情報もまた含まれる。

ＳＲＮＣ−ＲＲＣによって送信される物理チャネルセットアップリクエストを受信すると、ノードＢの物理レイヤは、当該リクエストにおいて設定される無線リソースに従って即座に物理チャネルを設定し、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに関する情報に従って送信機において送信されるデータ（ＤＰＤＣＨデータと同様に）を処理するためＧＭＩＭＯアーキテクチャを設定する。

ここでは、ノードＢの送信機のＧＭＩＭＯアーキテクチャは、異なるＧＭＩＭＯ−ＪＤモードについて異なるデータ処理方法を採用することが可能である。図５に記載される３つのＧＭＩＭＯ−ＪＤモードが、ここでも依然として具体例として採用される。以下において、フィードバックモード、最適モード及びパラレルモードに対応するＧＭＩＭＯアーキテクチャがＵＭＴＳ ＦＤＤシステムに関してＤＰＤＣＨに対するデータ情報をどのように処理するか、図１１〜１３に関連して詳細に説明される。

その後、ノードＢは、上記３つのアーキテクチャに従って送信機におけるＧＭＩＭＯアーキテクチャの設定が成功した後、物理レイヤにおいてデータ送受信を開始する（ステップＳ９３０）。最後に、ノードＢの物理レイヤは、物理チャネルが良好に設定され、現在利用可能であることをＳＲＮＣ−ＲＲＣに通知するため、物理チャネルセットアップ確認メッセージをＳＲＮＣ−ＲＲＣに送信する（ステップＳ９４０）。

物理チャネルセットアップ確認メッセージを受信すると、ＳＲＮＣ−ＲＲＣは、ＵＥから送信された物理チャネル設定リクエストのアクノリッジメントとして、ＲＲＣ接続セットアップリクエストを発信したＵＥのＲＲＣレイヤに物理チャネル設定レスポンスメッセージを即座に送信する（ステップＳ９５０）。

３．ＵＥによるＧＪＤの設定及びＵＴＲＡＮとのＲＲＣ接続の確立
物理チャネル設定レスポンスを受信すると、ＵＥ−ＲＲＣは、物理チャネルセットアップリクエストを物理レイヤに送信し（ステップＳ９６０）、ノードＢによって割り当てられた無線リソースを利用してそれの物理チャネルを設定する。当該リクエストは、物理レイヤとネットワークレイヤとの間の制御プリミティブＣＰＨＹ−ＲＬ−Ｓｅｔｕｐ−ＲＥＱを介しメッセージを送信することが可能である。ＵＴＲＡＮ側におけるケースと同様に、物理チャネルセットアップリクエストのパラメータは、特に、タイムスロット構造、トランスポートフォーマット設定、トランスポートフォーマットグループ設定及びＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに関する情報を含む。物理チャネルを設定する際、ＵＥは、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに従って具体的なＧＪＤアーキテクチャを設定する。例えば、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードがフィードバックモードであるとき、ＵＥは、単独のアンテナのケースと同様に干渉キャンセレーション方法により信号復元及び検出を実現することが可能であり、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードが最適モードであるとき、ＵＥは、受信信号を処理するため、ＭＬ方法を選択することが可能であり、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードがパラレルモードであるとき、ＵＥは、ＺＦ−ＢＬＥ又はＭＭＳＥ−ＢＬＥと同様の方法を使用して、データを復元することができる。

物理チャネルの設定が成功した後、ＵＥの物理レイヤは、物理レイヤにおいて情報の送受信を開始する（ステップＳ９７０）。従って、ＵＥとＵＴＲＡＮとの間の物理レイヤにおける接続が確立される（ステップＳ９８０）。その後、ＵＥの物理レイヤは、物理接続が良好に確立されたことをＵＥ−ＲＲＣに通知するため、物理チャネルセットアップ確認メッセージをＵＥ−ＲＲＣに送信する（ステップＳ９９０）。

最後に、ＵＥ−ＲＲＣは、ＲＲＣ接続が良好に確立されたことをＳＲＮＣ−ＲＲＣに通知するため、物理チャネル設定完了メッセージをＳＲＮＣ−ＲＲＣに送信し（ステップＳ９９５）、通信が現在実行可能となる。

ＵＭＴＳ ＦＤＤシステムにおけるＲＲＣ接続セットアップ処理の上記記載から、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに関する情報が、制御プリミティブＣＰＨＹ−ＲＬ−Ｓｅｔｕｐ−ＲＥＱを介し配信されることは容易に理解できる。さらに、上記処理では、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードを決定するステップは、ＲＲＣレイヤの代わりにＵＥの物理レイヤにおいて実行することも可能である。このようにして、ＵＥの物理レイヤは、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに関する情報を送信しさえすればよく、チャネルクオリティを評価するためのＳＩＮＲ及び他の情報をＲＲＣレイヤに送信する必要はなく、これにより、情報配信ロードを低減することが可能となる。

以下において、図１０に関して上記ステップＳ９１０を参照して、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードがフィードバックモードであるとき、ＵＴＲＡＮに送信すべきＤＰＣＣＨにＣＩＲをカプセル化するためのＣＩＲカプセル化フォーマットが接続される。図１０に示されるように、このカプセル化フォーマットは、閉ループ送信ダイバーシチに対するＦＢＩ（フィードバック情報）のＤフィールドと同様のものであり、ＦＳＭ_ｐｏ部分、すなわち、ＣＩＲの振幅は、パワー設定を送信するためＬＳＢ（最下位ビット）を占有し、ＦＳＭ_ｐｈ部分、すなわち、ＣＩＲの位相情報が、位相設定を送信するためＭＳＢ（最上位ビット）を占有する。ＵＥ−ＲＲＣは、図１０に示されるようなフォーマットに従って、各ダウンリンクチャネルインパルスレスポンスをカプセル化し、それをＵＴＲＡＮに送信する。

図１１〜１３に関して、以下において、ＳＲＮＣ−ＲＲＣが上記ステップＳ９２０においてノードＢの物理レイヤに物理チャネルセットアップリクエストメッセージを送信した後、物理チャネルセットアップリクエストに含まれるＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに関する情報に従って、対応するＧＭＩＭＯアーキテクチャを設定する方法が説明される。

ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードがフィードバックモードであるとき、ＵＭＴＳ ＦＤＤシステムのＭＩＭＯアーキテクチャが図１１に示され、ここで、各アンテナによって送信される信号が、図６に示されるＧＭＩＭＯアーキテクチャと同様の加重係数としてフィードバック情報のＣＩＲを使用することにより予め重み付けされる。その相違は、ＤＰＤＣＨデータがスプレッド及びスクランブル化（又は図６に示されるようなマルチアクセス変換により処理）された後、直列的な信号のチャネルから複数のパラレル信号チャネルへの変換を実現するため、Ｓ／Ｐ変換ユニット５１０に送信されるという点である。それぞれ予め重み付けされた後、複数のパラレル信号チャネルが、ＵＥにおけるダウンリンクチャネルクオリティの変化を推定するため、合成ユニット５２０の各アンテナに対応するＣＰＩＣＨ_ｉと共に追加される。最後に、各信号チャネルが、対応するＴｘアンテナからそれぞれ送信される。

図１２において、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードが最適モードであるとき、ノードＢの送信機におけるＭＩＭＯアーキテクチャが、図８に示されるものと同様のＳＴＴＣ方法を利用して示すことができる。図１２から、ＤＰＤＣＨに関するデータがまず空間時間符号化され、直列的なデータのチャネルが、複数のパラレルデータストリームチャネルに符号化されることが確認できる。スプレッド及びスクランブル化を含むマルチアクセスの処理後、各パラレルデータストリームがＣＰＩＣＨ信号と共に追加され、その後、各信号ブランチが、対応するＴｘアンテナを介し無線空間に送信される。

図１３において、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードがパラレルモードであるとき、ノードＢの送信機のＭＩＭＯアーキテクチャが、図７に示されているものと同様のＢＬＡＳＴ技術を利用して示すことができる。図１３から、マルチアクセス変換が、ＵＭＴＳ ＦＤＤシステムにおけるＤＰＤＣＨデータのスプレッド及びスクランブル化を通じて実行され、当該データが対応するＴｘアンテナを介し無線空間に送信可能であることが確認できる。

好適な実施例では、ＤＰＤＣＨに関するデータが、ＧＭＩＭＯアーキテクチャの処理対象とされているが、実際の適用では、ＧＭＩＭＯアーキテクチャが他のチャネルに関するデータを処理することが可能であり、その処理方法は上記の３つに限定されるものではない。

上記説明は、ＵＭＴＳ ＦＤＤシステムに関して具体的な無線通信システムにおける提案されたＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法の実現形態による処理について行われたが、提案された方法はまた、他のタイプのシステムにおいて適用可能であり、システムパフォーマンスは影響を受けないであろうということは明らかである。

さらに、本発明により提案された方法は、ＢＳ送信機とＵＥ受信機における用途に限定されるものではなく、ＵＥとＢＳとの間のアップリンククオリティを向上させることに利用可能であり、また一般的な送信機及び受信機に拡張可能である。

発明の効果的な結果
上述したように、ＭＩＭＯ無線通信システムにおいて使用するのに提案されたＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法及び装置に関して、ＵＥ受信機は、チャネルクオリティに関する推定結果をＢＳ送信機にフィードバックし（すなわち、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモード）、これにより、適切なＧＭＩＭＯ−ＪＤアーキテクチャが、異なるチャネルクオリティに対するシステム要求を充足するため、受信機及び送信機において適応的に選択及び再設定することが可能となる。提案されたＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法及び装置は、与えられたマルチアクセスシステムに限定されるものではなく、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの各種システムに広範に拡張可能であり、このため、実現が容易かつフレキシブルである。さらに、パラレルモード及び最適モードでは、ＧＭＩＭＯ−ＪＤアーキテクチャは、一体的にＣＡＩ、ＭＡＩ及びＩＳＩをキャンセルすることが可能であり、このため、全体的なシステムパフォーマンスは向上する。ＵＭＴＳ ＦＤＤシステムにおけるそれの実現形態による処理から、本発明において提案されるフィードバック機構は、大きな変更なしに従来のシステムの通知に容易に組み込むことが可能であるということを確認することができる。従って、通信クオリティと送信スピードが向上し、より良好な適応化が実現される。

本発明がそれの実施例に関して図示及び説明されたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、各種変更、省略及び追加が可能であるということは当業者により理解されるべきである。

図１は、典型的なＭＩＭＯ通信システムを示す概略図である。 図２は、本発明の実施例により提案されるＧＭＩＭＯ−ＪＤをサポートする送信機と受信機を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施例により提案されるＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法によるフィードバック情報の送信処理を示す。 図４は、本発明の実施例により提案されるＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法によりフィードバック情報を送信するメッセージカプセル化フォーマットを示す。 図５は、本発明の実施例により提案されるＧＭＩＭＯ−ＪＤモード選択リストを示す。 図６は、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードがフィードバックモードであるとき、送信機のＭＩＭＯアーキテクチャと受信機のＪＤアーキテクチャを示すブロック図である。 図７は、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードがパラレルモードであるとき、送信機のＭＩＭＯアーキテクチャと受信機のＪＤアーキテクチャを示すブロック図である。 図８は、ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードが最適モードであるとき、送信機のＭＩＭＯアーキテクチャと受信機のＪＤアーキテクチャを示すブロック図である。 図９は、提案されたＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法がＵＭＴＳ ＦＤＤシステムにおいて採用された後の通知送信処理を示す。 図１０は、本発明において提案されるＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法によるＵＭＴＳ ＦＤＤシステムにおけるチャネルインパルスレスポンスを送信するメッセージカプセル化フォーマットを示す。 図１１は、ＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法がフィードバックモードであるとき、ＵＭＴＳ ＦＤＤシステムの送信機のＭＩＭＯアーキテクチャを示すブロック図である。 図１２は、ＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法が最適モードであるとき、ＵＭＴＳ ＦＤＤシステムの送信機のＭＩＭＯアーキテクチャを示すブロック図である。 図１３は、ＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法がパラレルモードであるとき、ＵＭＴＳ ＦＤＤシステムの送信機のＭＩＭＯアーキテクチャを示すブロック図である。

Claims (26)

1. 受信機によって実行されるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）無線通信システムにおいて使用するＧＭＩＭＯ−ＪＤ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ−Ｊｏｉｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方法であって、
   （ａ）送信機から送信される無線信号を受信するステップと、
   （ｂ）前記無線信号の伝搬チャネルクオリティを推定するステップと、
   （ｃ）前記送信機がフィードバック情報に従って前記伝搬チャネルに適したＧＭＩＭＯアーキテクチャを選択することが可能となるように、前記推定の結果に従って前記フィードバック情報を前記送信機に送信するステップと、
   （ｄ）前記推定の結果に従って、前記受信機に適したＧＪＤアーキテクチャを再構成するステップと、
   （ｅ）前記選択されたＧＪＤアーキテクチャを利用することによって、前記送信機から受信した無線信号を処理するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法であって、
   前記ステップ（ｃ）は、
   （ｃ１）前記推定の結果に従って、対応するＧＭＩＭＯ−ＪＤモードを決定するステップと、
   （ｃ２）前記決定されたＧＭＩＭＯ−ＪＤモードを前記フィードバック情報として前記送信機に送信するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
3. 請求項２記載の方法であって、
   前記ステップ（ｄ）は、
   前記ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードに従って前記ＧＪＤアーキテクチャを再構成するステップを有することを特徴とする方法。
4. 請求項３記載の方法であって、
   前記推定の結果は、前記受信信号のＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）と該ＳＩＮＲの時間変化ΔＳＩＮＲとを有することを特徴とする方法。
5. 請求項４記載の方法であって、
   前記ステップ（ｂ）は、
   前記無線信号のパイロット信号に従って、前記無線信号の伝搬チャネルクオリティを推定するステップを有することを特徴とする方法。
6. 請求項５記載の方法であって、
   前記ＳＩＮＲ及びΔＳＩＮＲが共に所定の値より小さい場合、前記ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードはフィードバックモードであり、前記フィードバック情報はさらに、前記伝搬チャネルの推定されたチャネルインパルスレスポンスを有することを特徴とする方法。
7. 請求項６記載の方法であって、
   前記受信機のＧＪＤアーキテクチャにおいて、前記送信機から受信した無線信号に対してマルチアクセス逆変換が実行されることを特徴とする方法。
8. 請求項５記載の方法であって、
   前記ＳＩＮＲは所定の値より大きいが、前記ΔＳＩＮＲは所定の値より小さい場合、前記ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードはパラレルモードであることを特徴とする方法。
9. 請求項８記載の方法であって、
   前記受信機のＧＪＤアーキテクチャにおいて、前記送信機から受信される無線信号に対してＺＦ−ＢＬＥとＭＭＳＥ−ＢＬＥの何れかを実行することを特徴とする方法。
10. 請求項５記載の方法であって、
    前記ΔＳＩＮＲが所定の値より大きい場合、前記ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードは最適モードであることを特徴とする方法。
11. 請求項１０記載の方法であって、
    前記受信機のＧＪＤアーキテクチャにおいて、前記送信機から受信した無線信号に対してＭＬ（最大尤度）検出が実行されることを特徴とする方法。
12. 請求項５記載の方法であって、
    前記パイロット信号は、ＵＭＴＳ ＦＤＤシステムにおいてＣＰＩＣＨ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｐｉｌｏｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）を介し送信される信号であることを特徴とする方法。
13. 請求項１２記載の方法であって、
    前記ステップ（ｃ）は、
    前記送信機がアップリンクＤＰＣＣＨ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）を介し前記フィードバック情報を送信するステップを有することを特徴とする方法。
14. 請求項１３記載の方法であって、
    前記ステップ（ｃ）はさらに、
    通信リンクセットアップ処理においてＲＲＣ（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）によって使用されるよう通知する物理チャネル設定リクエストに前記フィードバック情報を埋め込むステップを有することを特徴とする方法。
15. 送信機によって実行されるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）無線通信システムにおいて使用するＧＭＩＭＯ−ＪＤ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ−Ｊｏｉｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方法であって、
    （ａ）無線信号を送信するステップと、
    （ｂ）前記無線信号の伝搬チャネルクオリティを推定することにより受信機によって取得されるフィードバック情報を前記受信機から受信するステップと、
    （ｃ）前記フィードバック情報に従って、前記伝搬チャネルに適したＧＭＩＭＯアーキテクチャを再構成するステップと、
    （ｄ）前記ＧＭＩＭＯアーキテクチャを利用することによって、送信される前記無線信号を処理するステップと、
    （ｅ）前記ＧＭＩＭＯアーキテクチャによって処理された無線信号を送信するステップと、
    を有することを特徴とする方法。
16. 請求項１５記載の方法であって、
    前記フィードバック情報は、少なくともＧＭＩＭＯ−ＪＤモードを有し、
    前記ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードは、前記無線信号の伝搬チャネルを推定することにより、前記受信機によって決定される、
    ことを特徴とする方法。
17. 請求項１６記載の方法であって、
    前記ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードは、フィードバックモードであり、
    前記フィードバック情報はさらに、前記伝搬チャネルのインパルスレスポンスを有し、
    前記ステップ（ｄ）は、
    送信される信号チャネルをパラレル信号マルチチャネルに変換するステップと、
    前記パラレル信号マルチチャネルをそれぞれ前記伝搬チャネルのインパルスレスポンスにより重み付けするステップと、
    を有する、
    ことを特徴とする方法。
18. 請求項１６記載の方法であって、
    前記ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードは、パラレルモードであり、
    前記ステップ（ｄ）は、
    送信される前記無線信号に対してレイヤ空間時間符号化を実行するステップを有する、
    ことを特徴とする方法。
19. 請求項１６記載の方法であって、
    前記ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードは、最適モードであり、
    前記ステップ（ｄ）は、
    送信される前記無線信号に対して空間時間トレリス符号化を実行するステップを有する、
    ことを特徴とする方法。
20. 請求項１６乃至１９何れか一項記載の方法であって、
    送信される前記無線信号はさらに、該無線信号の伝搬クオリティを推定するため、前記受信機に対するパイロット信号を有することを特徴とする方法。
21. ＭＩＭＯ無線通信システムにおいてＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法を実行可能な受信機であって、
    送信機から送信される無線信号を受信する受信ユニットと、
    前記送信機がフィードバック情報に従って、伝搬チャネルに適したＧＭＩＭＯアーキテクチャを選択することが可能となるように、前記無線信号の伝搬チャネルクオリティを推定し、前記推定の結果を前記フィードバック情報として前記送信機に送信するチャネル推定ユニットと、
    前記送信機から受信した無線信号を処理するため、前記推定の結果に従って前記受信機に適したＧＪＤアーキテクチャを再構成するＧＪＤ処理ユニットと、
    を有することを特徴とする受信機。
22. 請求項２１記載の受信機であって、
    前記チャネル推定ユニットは、前記推定の結果に従って対応するＧＭＩＭＯ−ＪＤモードを決定し、該決定したＧＭＩＭＯ−ＪＤモードを前記フィードバック情報として前記送信機に送信し、
    前記推定の結果は、前記受信した信号のＳＩＮＲと、該ＳＩＮＲの時間変化ΔＳＩＮＲとを有する、
    ことを特徴とする受信機。
23. 請求項２２記載の受信機であって、
    前記チャネル推定ユニットは、前記無線信号のパイロット信号に従って、前記無線信号の伝搬チャネルクオリティを推定することを特徴とする受信機。
24. 請求項２３記載の受信機であって、
    前記ＧＪＤ処理ユニットは、前記ＧＭＩＭＯ−ＪＤモードにより再構成される前記ＧＪＤアーキテクチャに従って、前記送信機からの無線信号に対してマルチアクセス逆変換、ＺＦ−ＢＬＥ、ＭＭＳＥ−ＢＬＥ及びＭＬ検出の何れかを実行することを特徴とする受信機。
25. ＭＩＭＯ無線通信システムにおいてＧＭＩＭＯ−ＪＤ方法を実行可能な送信機であって、
    無線信号を送信する送信ユニットと、
    受信機からフィードバック情報を受信し、該フィードバック情報に従って前記無線信号の伝搬チャネルに適したＧＭＩＭＯアーキテクチャを再構成し、該ＧＭＩＭＯアーキテクチャを利用することによって、送信される前記無線信号を処理するＧＭＩＭＯ処理ユニットと、
    を有し、
    前記送信ユニットは、前記ＧＭＩＭＯアーキテクチャにより処理される前記無線信号を送信し、
    前記フィードバック情報は、前記無線信号の伝搬チャネルを推定することにより、前記受信機によって取得される、
    ことを特徴とする送信機。
26. 請求項２５記載の送信機であって、
    前記ＧＭＩＭＯ処理ユニットは、前記選択されたＧＭＩＭＯアーキテクチャを利用することによって、送信される前記無線信号に対して直列／パラレル変換、重み付け、レイヤ空間時間符号化及び空間時間トレリス符号化の何れかを実行することを特徴とする送信機。

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