JP2008503180A - 多重アンテナ通信システムにおけるプリアンブル・トレーニングのための方法および装置 - Google Patents

Abstract

Ｎ個の送信アンテナを備えた多重アンテナ通信システムにおいてデータを通信するための方法および装置が提供される。本発明の一態様によると、ヘッダ・フォーマットはＮ個の送信アンテナのそれぞれの上に、少なくとも１つのレガシー・ロング・トレーニング・フィールドを有するレガシー・プリアンブルと少なくともＮ個の追加ロング・トレーニング・フィールドを有する拡張部分を含む。Ｎ個の追加ロング・トレーニング・フィールドはＮ個の送信アンテナを通してトーン・インターリーブされてもよく、かつＭＩＭＯチャンネル推定に用いられる。拡張部分は電力推定のためのショート・トレーニング・フィールドを含んでもよい。ショート・トレーニング・フィールドはＮ個の送信アンテナを通してトーン・インターリーブされてもよく、かつビーム・ステアリングを支持するための拡張期間を有する。

Description

本発明は、参照により本明細書に組み込まれている、２００４年６月１０日に出願した米国仮特許出願第６０／５７８７７６号の優先権を主張するものである。
本発明は、一般に多重アンテナ無線通信システム、さらに具体的には多重アンテナ通信システムのためのプリアンブル・トレーニング技術に関する。

次世代の無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）システムにおいて、高ロバスト性および高容量の両方を提供するために多重送受信アンテナが提案されている。高ロバスト性は多重アンテナを備えたシステムに導入された空間ダイバシティおよび追加利得を利用する技術を介して実現することができる。高容量は帯域幅の効率的な多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術を用いてマルチパス・フェージング環境において実現することができる。多重アンテナ通信システムは、多重送信アンテナ上で個別のデータ・ストリームを送信することにより所与のチャンネル帯域幅におけるデータ転送速度を高める。それぞれの受信機は多重受信アンテナ上でこれらのデータ・ストリームの組合せを受信する。

異なるデータ・ストリームを適切に受信するには、多重アンテナ通信システムの受信機はトレーニングを介してチャンネル行列を取得しなければならない。これは一般に特定のトレーニング・シンボル、すなわちプリアンブルを用いて同期化およびチャンネル推定を実行することで実現される。多重アンテナ通信システムはレガシー単一アンテナ通信システム（一般に、単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）システムと呼ばれる）と共存することが望ましい。したがって、レガシー（単一アンテナ）通信システムは多重アンテナ通信システムにより送信されるプリアンブルを解釈することが可能でなければならない。ＯＦＤＭ変調に基づくレガシー無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）システムの大部分は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格またはＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格（以下、「ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ」という）のいずれかに準拠する。一般に、レガシー・デバイスにより判断されるプリアンブル信号はレガシー・デバイスが理解する必要のあるパケット部分に対して正確な同期化およびチャンネル推定を可能にすべきである。これまでのＭＩＭＯプリアンブル・フォーマットはレガシー・トレーニング・プリアンブルを再使用してオーバヘッドを低減し、かつ効率性を高めていた。一般に、ＭＩＭＯプリアンブル・フォーマット案は、拡張されたＭＩＭＯプリアンブル・フォーマットがそれぞれの送信アンテナまたは空間ストリーム（ｓｐａｔｉａｌ ｓｔｒｅａｍ）に対して少なくとも１つのロング・トレーニング・シンボルを含むように、レガシー・トレーニング・プリアンブルおよび追加ロング・トレーニング・シンボルを含む。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムなど、発展的な多重アンテナ通信システムのためのいくつかのフレーム・フォーマットが提案されている。既存のフレーム・フォーマットは、不正確な電力計測または時代遅れの周波数オフセット情報およびタイミング・オフセット情報など、ＭＩＭＯシステムに関する不正確な推定を提供するか、または一部のベンダーのレガシー・デバイスに十分な下位互換性を提供することができない。１つのＭＩＭＯフレーム・フォーマット案では、一度に１本の送信アンテナだけが活動状態になるように、それぞれの送信アンテナは連続して１つまたは複数のロング・トレーニング・シンボルを送信する。しかし、送信アンテナのスイッチが切り替わるにつれて、対応する電力増幅器の温度はそれぞれ増減する。一般に、電力増幅器のこのような加熱および冷却は、所望の信号と相対的な位相または振幅のオフセットを送信信号に生じさせる「ブリージング」効果をもたらす。

したがって、温度関連の信号「ブリージング」を回避できるよう、すべての送信アンテナからの連続的伝送があることが望ましい。したがって、さらなるＭＩＭＯフレーム・フォーマット案では、異なる送信アンテナを通して周期的遅延ダイバシティ（ＣＤＤ）またはトーン・インターリービングを用いて直交性が維持される。しかし、ＣＤＤショート・トレーニング・シンボルは十分正確に受信信号電源を計測することができない。したがって、ＲＦチェーンにおいて追加バックオフが求められ、かつデジタル化処理において追加ダイナミック・レンジが求められる。同様に、トーン・インターリーブされた構成は、タイミング同期化のためのショート・トレーニングを使用するか、または時間領域チャンネル推定を使用するいくつかの既存の８０２．１１ａ／ｇデバイスと十分な下位互換性を有さない。
米国仮特許出願第６０／５７８７７６号

したがって、既存のＩＥＥＥ８０２．１ａ／ｇ規格（ＳＩＳＯ）システムと互換性を有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいてチャンネル推定およびトレーニングを行い、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭを基盤とするＷＬＡＮシステムが効率的にＳＩＳＯシステムと共存することを可能にするための方法およびシステムの必要性が存在する。さらに、改善された自動利得制御を提供するＭＩＭＯプリアンブル・フォーマットおよびトレーニング技術の必要性が存在する。

一般に、Ｎ個の送信アンテナを備えた多重アンテナ通信システムにおいてデータを通信するための方法および装置が提供される。本発明の一態様によると、開示されたヘッダ・フォーマットはＮ個の送信アンテナのそれぞれの上に、少なくとも１つのレガシー・ロング・トレーニング・フィールドを有するレガシー・プリアンブルと少なくともＮ個の追加ロング・トレーニング・フィールド（Ｎ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｌｏｎｇ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｆｉｅｌｄｓ）を有する拡張部分とを含む。Ｎ個の追加ロング・トレーニング・フィールドはＮ個の送信アンテナを通してトーン・インターリーブされてもよく、かつＭＩＭＯチャンネル推定に用いられる。拡張部分は電力推定のためのショート・トレーニング・フィールドを含んでもよい。ショート・トレーニング・フィールドはＮ個の送信アンテナを通してトーン・インターリーブされてもよく、かつビーム・ステアリングを支援するための拡張期間を有する。
以下の詳細な説明および図面を参照することにより、本発明のさらに完全な理解ならびに本発明のさらなる特徴および利点を得られよう。

本発明はＭＩＭＯシステムのためのプリアンブル・フォーマットおよびプリアンブル・トレーニング用技術を提供する。ＭＩＭＯ伝送のトレーニング段階は２つの段階を含むことになる。第１トレーニング段階は、例えばＷＬＡＮ ＯＦＤＭレガシー・システムに特に適したレガシー・トレーニング段階であり、第２段階はＭＩＭＯシステムなどの多重アンテナ・システムに特に適している。先行システムにおける問題を克服するために、受信機の自動利得制御（ＡＧＣ）は第１トレーニング段階の間に１つのトレーニングを実行することになり、かつ受信機のＡＧＣは第２トレーニング段階の間に再トレーニングを行うことになる。これにより受信機は正確さを確保するためにＭＩＭＯ段階の間にその電力計測を再トレーニングすることが可能になるとともに、受信機はＭＩＭＯを基盤としないＷＬＡＮシステムとの下位互換性を有することも可能になる。

図１はＭＩＭＯ送信機１００の概略ブロック図である。図１に示すように、例示的な２本のアンテナ送信機１００は媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層から受信される情報ビットを符号化し、かつ符号化されたビットを段階１０５で異なる周波数トーン（サブキャリア）をマップする。それぞれの送信分岐に対して、信号は次いでＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）１１５によって時間領域波形に変換される。例示的な実施態様では、段階１２０によりすべてのＯＦＤＭシンボルの前に８００ナノ秒（ｎｓ）のガード・インターバルが加えられ、かつ段階１２５により３２μｓのプリアンブルが加えられてパケットが完成する。次いで、デジタル信号が段階１２８で処理されて変換装置１３０によりアナログ信号に変換された後で、ＲＦ段階１３５は対応するアンテナ１４０上で当該信号を送信する。

図２はＭＩＭＯ受信機２００の概略ブロック図である。図２に示すように、例示的な２本のアンテナ受信機２００は２本の受信アンテナ２２５−１および２５５−２上で受信された信号を対応するＲＦ段階２６０−１、２６０−２で処理する。アナログ信号は次いで対応する変換装置２６５によりデジタル信号に変換される。受信機２００はプリアンブルを処理してパケットを検出し、次いで両方の分岐に関して同期化段階２７０で周波数およびタイミングの同期化情報を抽出する。ガード・インターバルは段階２７５で除去される。次いで、信号は段階２８０でＦＦＴにより変換されて周波数領域に戻される。チャンネル推定はロング・トレーニング・シンボルを用いて段階２８５で得られる。チャンネル推定はデマッパー（ｄｅｍａｐｐｅｒ）／復号器２９０に適用され、情報ビットが回復される。

図３はＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格による従来のフレーム・フォーマット３００を示す。図３に示すように、フレーム・フォーマット３００は集合的に短いプリアンブルと呼ばれる１０個のショート・トレーニング・シンボル（ｔ１からｔ１０）を含む。その後に、保護ガード・インターバル（ＧＩ２）および２つのロング・トレーニング・シンボル（Ｔ１およびＴ２）からなる長いプリアンブルが存在する。信号フィールドは第１の実ＯＦＤＭシンボルに含まれ、かつ信号フィールド内の情報はパケット長およびデータ転送速度など、一般パラメータの送信に必要である。短いプリアンブル、長いプリアンブルおよび信号フィールドはレガシー・ヘッダ３１０を含む。データを運ぶＯＦＤＭシンボルは信号フィールドの後に続く。

プリアンブルは２つの部分、すなわちトレーニング部分と信号フィールドを含む。トレーニング部分は受信機２００がパケット検出、自動利得制御（ＡＧＣ）のための電力計測、周波数同期化、タイミング同期化およびチャンネル推定を実行することを可能にする。信号フィールドは最低速度で送信されることになり、例えば、データ転送速度およびパケット長などに関する情報を伝える。ＭＩＭＯシステムでは、信号フィールドは空間ストリームの数および送信アンテナ１４０の数も表示すべきである。

受信機２００はプリアンブルを使用してプリアンブル内の上記の情報のすべてを得る。この情報に基づき、データが到着すると、受信機２００はＧＩを除去し、ＦＦＴを用いてデータを周波数領域に変換し、データを非インターリーブ化（ｄｅｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｓ）し、かつ復号化する。

前述のように、ＭＩＭＯシステムでは、これらの機能に加えて、プリアンブルはレガシー８０２．１１ａ／ｇデバイスと下位互換性を有することも好ましい。すなわち、レガシー・デバイスは正確にバックオフすることができ、かつＭＩＭＯ ＨＴ伝送を中断しないように、パケットの期間に関する正確な情報を得ることが可能であるべきである。

多重アンテナ・システムでは直交性を得るための３つの技術が存在することに留意されたい。具体的には、直交性は（ｉ）時間ダイバシティ、（ｉｉ）周期遅延ダイバシティ（ＣＤＤ）、および（ｉｉｉ）トーン・インターリービング（周波数の全域で）を用いて実現することができる。図４はＣＤＤに基づく下位互換性を有する例示的なプリアンブル構成を示す。図４に示すように、レガシー・ショート・トレーニング、レガシー・ロング・トレーニング、レガシー信号フィールドおよび高速処理（ＨＴ）信号フィールドはすべて、図５と併せて以下で議論されるように、ＣＤＤ様式で送信される。

図５はＯＦＤＭシンボルの最後のΔサンプルを始めに置くことによるＣＤＤ信号の発生を示す。異なるアンテナは異なる周期的遅延を有する。その場合、信号フィールドの後に続くのはＭＩＭＯトレーニング・フィールドである。この構成では、レガシー・トレーニング・フィールドはＭＩＭＯ目的で再使用され、その場合、ＭＩＭＯロング・トレーニングだけが必要となる。異なる送信アンテナが信号に異なる位相シフトを加えるように、ＭＩＭＯロング・トレーニング・フィールドもＣＤＤ構築される。

図５の実施形態では、第２送信分岐上のサンプルは周期的にシフトし、対応するガード・インターバル（ＧＩ）が送信分岐ＴＸ−１およびＴＸ−２に加えられる。図５に示すように、例えば、（やはりガード・インターバル（ＧＩ）を伴わない）１つのＯＦＤＭシンボルの期間Ｄの最後のサンプルを当該シンボルの残部の前に置くことにより、そのような周期的回転を実現することができる。次いで、（図５においてＡ’として示された）新たに生み出されたシンボルから最後のＧサンプル（８０２．１１ａ ＯＦＤＭでは０．８マイクロセカンド）を再使用して、ガード・インターバルが加えられる。この周期的回転はＯＦＤＭシンボルごとにパケット全体を通してプリアンブルを含むＯＦＤＭシンボルすべてに行われる。

ＩＥＥＥ８０２．１１ａ ＯＦＤＭにおける短いプリアンブルは明示的なガード・インターバルを有さず、そのため、周期的回転は短いプリアンブルを形成する１０個の短いプリアンブル・シンボルすべてを通して取られ、ＧＩのその後の追加工程は不要となることに留意されたい。あるいは、周期的回転は１０個のショート・トレーニング区分それぞれ（周期性により、差異は存在しない）に個別に行ってもよい。長いプリアンブルに関しては、当該回転は２つのロング・トレーニング・シーケンスそれぞれに、またはこれら両方を通して同時に行われるべきであり、この場合も差異は存在しない。その場合、（長い）ＧＩは新たに構築されたロング・トレーニング・シーケンスに基づくべきである。

図４の構成４００に関する問題は、レガシー・ショート・トレーニングのＡＧＣ電力計測がＭＩＭＯトレーニングおよびデータ受信電力と比較して正確でないことである。典型的に、Ａ／Ｄ２６５のダイナミック・レンジを１ビットだけ増加する必要のある６ｄＢ計測誤差が存在する。これはＡ／Ｄ費用を増加するだけでなく、アナログおよびデジタル回路すべてのダイナミック・レンジも増加する。図４のプリアンブル・フォーマット４００はＭＩＭＯチャンネル推定のためにレガシー・ヘッダにおいて第１の長いプリアンブルを使用することに留意されたい。

図６はトーン・インターリービングに基づきレガシー・プリアンブルを再使用する代替プリアンブル構成６００を示す。この構成では、（図４にあるように）プリアンブルは複数のアンテナを通してＣＤＤ様式で送信されず、むしろトーン・インターリービングを用いて送信される。サブキャリア（トーン）が一度に１つの送信分岐上でのみ活動状態になるように、レガシー・プリアンブルならびにレガシー信号フィールドおよびＨＴ信号フィールドの異なるトーンは異なる送信アンテナ上で送信される。ＭＩＭＯロング・トレーニング部分では、トーンすべてがＭＩＭＯロング・トレーニングおよびレガシー・ロング・トレーニングでトレーニングされるように、トーンは複数のアンテナを通して交互に並ぶ。構成６００は電力計測の正確さの問題を解決する。しかし、この構成はある種の受信機アルゴリズムを用いる一部の既存のベンダーと十分な下位互換性を有さない。図６のプリアンブル・フォーマット６００はＭＩＭＯチャンネル推定のためにレガシー・ヘッダにおいて第１の長いプリアンブルを使用することに留意されたい。

しかし、ＭＩＭＯプリアンブルが下位互換性を有さない場合、送信要求／送信クリア（ＲＴＳ／ＣＴＳ）などのＭＡＣ層保護機構を用いなければならない。この場合、ＭＩＭＯシステム性能を最適化するためだけに専用のＭＩＭＯプリアンブルを構成してもよい。本発明は下位互換性を有するプリアンブル構成とＲＴＳ／ＣＴＳを備えたプリアンブル構成の両方を提供する。

ＲＴＳ／ＣＴＳ保護を備えたＭＩＭＯプリアンブル
図７はＲＴＳ／ＣＴＳ保護を備えたＭＩＭＯプリアンブル構成７００を示す。図７に示すように、プリアンブル・フォーマット７００は、パケット検出、ＡＧＣおよび粗い周波数オフセット推定のために１０個のトーン・インターリーブされたショート・トレーニング・シンボルを含み、例示的な実施形態において、当該シンボルはそれぞれ０．８μｓである。その場合、トーン・インターリーブされたロング・トレーニング・シンボルは細かいタイミング同期化、細かい周波数同期化およびチャンネル推定のために用いられる。第１のロング・トレーニング・シンボルの後に続くのは高速処理信号フィールドである。信号フィールドは、例えば、空間ストリームの数およびアンテナの数を信号で知らせる。次いで追加ロング・トレーニング・フィールドは必要に応じて送信される。ロング・トレーニング・フィールドの数は空間ストリームの数または送信アンテナの数に相当する。次いで、データはすべてのロング・トレーニング・フィールドの後で送信される。図７のプリアンブル・フォーマット７００は（レガシー信号フィールドを含んでいないため）下位互換性を有さない。

下位互換性を有するプリアンブル・フォーマット
図８は８０２．１１ａ／ｇレガシー・デバイスと下位互換性を有する本発明の特徴を組み込んだプリアンブル構成８００を示す。プリアンブル構成８００は下位互換性のための信号フィールドを有する専用のレガシー部分８１０とＭＩＭＯシステム性能のための専用のＭＩＭＯトレーニング部分８２０とを提供する。

プリアンブル構成８００では、送信機１００はまずＣＤＤを用いてレガシー８０２．１１ａ／ｇプリアンブル８１０を送信する。レガシー・プリアンブル８１０はパケット検出および粗い周波数オフセット推定を実行する。これら２つの機能の結果はＭＩＭＯ伝送にも用いられることになる。これら２つの機能に加えて、レガシー・プリアンブル８１０はレガシーＡＧＣ、タイミング同期化および周波数同期化ならびにチャンネル推定を実行するためにも用いられる。次いで、受信機２００は後に続くレガシー信号フィールドおよびＨＴ信号フィールドを復号化する。ＨＴ信号フィールドもやはりＣＤＤを用いて送信される。図８に示すように、レガシー信号フィールドおよびＨＴ信号フィールドの後に続くのはＭＩＭＯショート・トレーニング・フィールド８３０、次いでＭＩＭＯロング・トレーニング・フィールドである。ＭＩＭＯショート・トレーニング・フィールド８３０はＡＧＣ設定を調整するためだけに用いられ、その長さはレガシー・ショート・トレーニング・フィールドよりさらに短くてもよい。本明細書で示すように、ＭＩＭＯショート・トレーニング・フィールドは正確な電力計測のために０．８μｓのガード・インターバルと１．６μｓのトレーニング・シンボルとを含む。

図８のプリアンブル・フォーマット８００はＭＩＭＯチャンネル推定のためにレガシー・ヘッダにおいて第１の長いプリアンブルを使用しないことに留意されたい。専用のショート・トレーニング・シンボル８３０は、より高いプリアンブル・オーバヘッド（９．６μｓ余分）を犠牲にして、ＭＩＭＯに対する精密な電力計測を可能にする。したがって、プリアンブル・フォーマット８００は低いダイナミック・レンジ要件（１０ビットＡＤＣ）を実現する。

図８のＭＩＭＯロング・トレーニング・フィールドは、図１１と併せて以下で議論されるように、データと同じ周波数グリッド上で送信される。したがって、周波数領域チャンネル推定（ＦＤＥ）を実行することが可能である。

図８のショート・トレーニング・フィールド８３０は、図９に示すように、トーン・インターリーブされた様式で構築される。図９はショート・トレーニング・シンボル８３０がＭＩＭＯ電力（ＡＧＣ）を計測するための例示的な構成９００を示す。１２個のトーンを有するＯＦＤＭシンボル（すなわち、長さ０．８μｓ）は４本のアンテナを通して正確な電力を提供するには十分であろうが、２４個のトーンを有するＯＦＤＭシンボル（すなわち、長さ１．６μｓ）はわずかに大きいオーバヘッドを犠牲にして、さらにそれ以上の正確さを提供する。生成されたトーンは、２本のアンテナの場合について図９に示すように、複数の送信アンテナを通してインターリーブされる。破線トーンはアンテナ＃１から送信され、実線トーンはアンテナ＃２から送信される。

ショート・トレーニング・シンボル８３０は長さが１．６μｓしかないため、（利用可能な総トーン数６４個のうち）２４個のトーンのみが使用される。これらトーンの指数はすべて４の倍数であり、したがって結果として生じる時間領域信号は１．６μｓの期間を有する。例示的な２本のアンテナの場合、これらトーンの半分のみがそれぞれの送信機アンテナ上で送信される。すなわち、１つおきに使用されるトーンは第１アンテナ上で送信され、当該トーンの残余は第２アンテナ上で送信される。その上、このショート・トレーニング・シンボル８３０は１２個のトーンのみを用いる０．８μｓにさらに短縮してオーバヘッドを低減することができる。

図１０は送信機１００で図８のショート・トレーニング・シンボル８３０を生成するためのアーキテクチャを示す。図１０に示すように、活動状態の破線トーンはアンテナ１（ＴＸ−１）から送信され、かつ実線トーンはアンテナ２（ＴＸ−２）から送信される。それぞれの送信分岐に対して、活動状態のトーンはＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）１０１０によって時間領域波形に変換され、時間領域信号は次いで段階１０２０でシリアル・ストリームに変換され、かつデジタル信号はそれぞれのアンテナ（ＴＸ）からの伝送に先立ち段階１０３０でＲＦ信号にアップコンバートされる。

図８のＭＩＭＯロング・トレーニング・フィールドはショート・トレーニング・シンボル８３０の後に送信される。プリアンブル・フォーマット８００では、ＡＧＣが再調整されるため、レガシー・ロング・トレーニング・フィールドはＭＩＭＯ目的で再使用することはできない。ロング・トレーニング・フィールドの数は空間ストリームの数または送信アンテナの数に相当する。例示的な実施形態では、偶数／奇数トーンを用いた第１のロング・トレーニング・シンボルおよび奇数／偶数トーンを用いた第２のロング・トレーニング・シンボルを用いて、それぞれのロング・トレーニング・フィールドはトーン・インターリーブされた方法で構築される。

図１１は例示的な２本の送信分岐実施態様（または２本の空間ストリーム事例）における、図８の第１のロング・トレーニング・シンボルのための例示的な構成１１００を示す。例示的な構成１１００は４８個のトーンを用いる。第１のロング・トレーニング・フィールドにおいて、偶数トーンは第１送信アンテナ上で送信され、奇数トーンは第２送信アンテナ上で送信される。

図１２は例示的な２本の送信分岐実施態様（または２本の空間ストリーム事例）における、図８の第２のロング・トレーニング・シンボルのための例示的な構成１２００を示す。例示的な構成１２００は４８個のトーンを用いる。第２のロング・トレーニング・フィールドにおいて、奇数トーンは第１送信アンテナ上で送信され、偶数トーンは第２送信アンテナ上で送信される。

このような方法で、すべての送信アンテナまたは空間ストリーム上のすべてのトーンはすべてのロング・トレーニング・フィールドの後でカバーされる。より多くの送信アンテナまたは空間ストリームの場合、同じロング・トレーニング・フィールドにおいて、異なるアンテナは異なるトーンを送信する。すべてのトーンが当該トレーニングによってカバーされるように、トーンは異なるトレーニング・フィールドにおいて複数のアンテナの間で交互に並べられる。ＭＩＭＯロング・トレーニング・フィールドは細かいタイミング同期化、細かい周波数同期化およびチャンネル推定のために用いられる。

図１３および図１４は、それぞれ例示的な３本または４本の送信アンテナ実施態様のために本発明の特徴を組み込んだプリアンブル構成１３００、１４００を示す。一般に、それぞれの追加送信アンテナ（または空間ストリーム）に対して、プリアンブル・フォーマットは拡張されて追加ガード・インターバルおよび（長さ３．２μｓの２つのロングＯＦＤＭシンボルからなる）ロング・トレーニング・シンボルを含む。

さらなる下位互換性を有する構成
図１５は下位互換性を有する別のプリアンブル構成１５００を示す。プリアンブル・フォーマット１５００は２つの部分、すなわちレガシー・プリアンブル１５１０および当該プリアンブルに連結するＭＩＭＯトレーニング部分１５２０を備える。ここでの違いはロング・トレーニング・フィールドは１つのＯＦＤＭシンボルのみを用いるものの、２０ＭＨｚ帯域では１２８個のトーンまたは４０ＭＨｚ帯域では２５６個のトーンを有する（どちらの場合も、シンボル時間はやはり６．４μｓである）。例示的な２本の送信アンテナ実施態様に関しては、（２つのＯＦＤＭシンボルを有する）そのようなロング・トレーニング・フィールド１つだけが必要である（３本または４本の送信アンテナ実施態様に関しては、２つのそのようなロング・トレーニング・フィールドが必要である）。プリアンブル構成１５００では、ＭＩＭＯチャンネルはすべてこの１つのロング・トレーニング・フィールドに基づき推定される。時間領域チャンネル推定またはその他の周波数領域補間チャンネル推定方式（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ）を用いなければならない。この種のチャンネル推定方法の欠点は性能のロバスト性である。チャンネル推定方法はチャンネル遅延プロファイルに敏感である可能性がある。

一般に、プリアンブル構成１５００は２つの６４ポイントＯＦＤＭシンボルを１つの１２８ポイント・シンボルに連結させることによりプリアンブル・オーバヘッドを低減する。２つの１２８ポイントＦＦＴのため、プリアンブル構成１５００は０．８μｓのガード・インターバルを含まない（したがって、周波数領域チャンネル推定（ＦＤＥ）を実行するよりもさらに複雑な時間領域チャンネル推定を必要とする）。データ・シンボルは６４ポイント周波数グリット上に存在することからＦＤＥは実行できず、一方、例示的な実施形態において、ロング・トレーニング・シンボルは１２８ポイント周波数グリッド上に存在する点に留意されたい。データが１２８ポイントＦＦＴグリッド上に存在する場合、０．８μｓのＧＩが必要となる。

４本の送信アンテナを有する実施態様では、１２８ポイントＦＦＴは２５６ポイントＦＦＴに置き換えられ、かつＯＦＤＭシンボル時間は１２．８μｓに増加する。（データが６４ポイントであると仮定すると）これはプリアンブルから２．４μｓ節約することになる。

図１６はプリアンブルの長さを短縮する本発明の特徴を組み込んだ別のプリアンブル構成１６００を示す。プリアンブル構成１６００では、（２つのＯＦＤＭシンボルを有する）１つのロング・トレーニング・フィールドのみが送信される。このように、トーンの一部のみが当該トレーニングによりカバーされ、他のトーンは補間されなければならない。そのような構成１６００の性能はロバストではないが、ボイス・オーバーＩＰ（ＶｏＩＰ）など、性能要件が低いと同時にパケットが短い場合、ある種の適用に役立つ可能性がある。

ＳＶＤプリアンブル構成
図１７はＳＶＤ−ＭＩＭＯ（特異値分解ＭＩＭＯ）のために本発明のプリアンブル・フォーマットを拡張した送信機１７００の概略ブロック図である。ＳＶＤモードでは、図１７に示すように、ステアリング行列（ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ）を適用して空間ストリームを送信アンテナにマップする。空間領域において信号を変える空間ステアリング行列の導入を除いて、図１７は図１と同じように機能する。

図１８はＳＶＤ−ＭＩＭＯのために本発明の特徴を組み込んだプリアンブル・フォーマット１８００を示す。一般に、プリアンブル１８００はシステム性能を維持するためにより多くの調整を必要とする。プリアンブル１８００では、ＳＶＤモードにおけるそれぞれのトーンは異なるパワー・スケーリング（ｐｏｗｅｒ ｓｃａｌｉｎｇ）を有するため、ＭＩＭＯショート・トレーニングはさらに長くする必要がある。図１８に示される例示的フォーマット１８００では、５２個のトーンすべてを使用するＡＧＣ計測のために３．２μｓのプリアンブルが用いられる。５２個のトーンは空間ストリームすべてを通じてインターリーブされ、かつ（図１７から）対応するステアリング行列をそれぞれのトーンに適用して送信アンテナ上で送られるトレーニング・シンボルを形成する。性能要件およびチャンネル遅延プロファイルに応じて、１つを超えるそのようなショート・トレーニング・シンボルが必要となる可能性がある。図１３および図１４と併せて以下で議論されるように、ロング・トレーニング・フィールド内のトーンはまず空間ストリームを通してインターリーブされることになり、次いでステアリング行列を適用して送信アンテナにマップする。

ハイブリッド・プリアンブル構成
図１９は本発明の特徴を組み込んだハイブリッド・プリアンブル構成１９００を示す。ハイブリッド・プリアンブル構成１９００は、図４、図１３〜図１６、および図１８と併せて上で議論されたプリアンブル構成はすべてその後にレガシー信号フィールドおよびＨＴ信号フィールドが続く共通レガシー・プリアンブル部分を有することを認識している。これらの違いは後に続くＭＩＭＯトレーニング部分にある。したがって、図１９に示すように、ＨＴ信号フィールドを用いてＭＩＭＯトレーニング・フォーマットを信号で知らせてもよい。ビデオ伝送に関連するなど、さらに長いパケットに関しては、さらに長いプリアンブルを有するもののより良い性能を示す、図１３および図１４のプリアンブル構成を用いてもよい。ＶｏＩＰに関連するなど、さらに短いパケットに関しては、さらに短いプリアンブルおよびオーバヘッドを有する、図１６のプリアンブル構成を用いてもよい。そのような構成に関しては、図１９で示すように、プリアンブル・トレーニング・フォーマットを信号で知らせるには、ＨＴ信号フィールドにおいて１ビットまたは２ビットのみが必要である。

本明細書に示されかつ説明される実施形態および変更形態は本発明の原理を単に例示するものであり、当業者は本発明の範囲および精神から逸脱することなく様々な修正形態を実施することが可能であることを理解されたい。

例示的なＭＩＭＯ送信機の概略ブロック図である。 例示的なＭＩＭＯ受信機の概略ブロック図である。 ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格による従来のフレーム・フォーマットの図である。 ＣＤＤを用いた、下位互換性を有する例示的なプリアンブル構成の図である。 ＣＤＤ信号の発生を示す図である。 トーン・インターリービングに基づく代替プリアンブル構成の図である。 ＲＴＳ／ＣＴＳ保護を備えたＭＩＭＯプリアンブル構成の図である。 ８０２．１１ａ／ｇレガシー・デバイスと下位互換性を有する本発明の特徴を組み込んだプリアンブル構成の図である。 図８のショート・トレーニング・シンボルがＭＩＭＯ電力（ＡＧＣ）を計測するための例示的な構成の図である。 図１の送信機で図８のショート・トレーニング・シンボルを発生させるための例示的なアーキテクチャの図である。 例示的な２本の送信分岐実施態様（または２本の空間ストリーム事例）における、図８の第１のロング・トレーニング・シンボルのための例示的な構成の図である。 例示的な２本の送信分岐実施態様（または２本の空間ストリーム事例）における、図８の第２のロング・トレーニング・シンボルのための例示的な構成の図である。 それぞれ例示的な３本または４本の送信アンテナ実施態様のために本発明の特徴を組み込んだプリアンブル構成の図である。 それぞれ例示的な３本または４本の送信アンテナ実施態様のために本発明の特徴を組み込んだプリアンブル構成の図である。 下位互換性を有する代替プリアンブル構成の図である。 プリアンブルの長さを短縮する、本発明の特徴を組み込んだ代替プリアンブル構成の図である。 ＳＶＤ−ＭＩＭＯのために本発明のプリアンブル・フォーマットを拡張する送信機の概略ブロック図である。 ＳＶＤ−ＭＩＭＯのためのプリアンブル・フォーマットの図である。 ハイブリッド・プリアンブル構成の図である。

Claims (10)

1. Ｎ個の送信アンテナを備えた多重アンテナ通信システムにおいてデータを送信するための方法であって、
   前記Ｎ個の送信アンテナのそれぞれの上で、少なくとも１つのレガシー・ロング・トレーニング・フィールドを有するレガシー・プリアンブルと、少なくともＮ個の追加ロング・トレーニング・フィールドを有する拡張部分とを送信するステップを含む方法。
2. 前記レガシー・プリアンブルは、少なくとも１つのショート・トレーニング・シンボルと１つの信号フィールドとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記Ｎ個の追加ロング・トレーニング・フィールドは、前記Ｎ個の送信アンテナを通してトーン・インターリーブされる、請求項１に記載の方法。
4. 前記拡張部分は電力推定のためにショート・トレーニング・フィールドをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記拡張部分はプリアンブル・フォーマットを特定する信号フィールドをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 多重アンテナ通信システムにおける送信機であって、
   Ｎ個の送信アンテナのそれぞれの上で、少なくとも１つのレガシー・ロング・トレーニング・フィールドを有するレガシー・プリアンブルと、少なくともＮ個の追加ロング・トレーニング・フィールドを有する拡張部分とを送信するための前記Ｎ個の送信アンテナを含む送信機。
7. 前記レガシー・プリアンブルは、少なくとも１つのショート・トレーニング・シンボルと１つの信号フィールドとをさらに含む、請求項６に記載の送信機。
8. 多重アンテナ通信システムにおいて、Ｎ個の送信アンテナを備えた送信機によって送信されたデータを少なくとも１つの受信アンテナ上で受信する方法であって、
   前記Ｎ個の送信アンテナのそれぞれの上で、少なくとも１つのレガシー・ロング・トレーニング・フィールドを有するレガシー・プリアンブルと、少なくともＮ個の追加ロング・トレーニング・フィールドを有する拡張部分とを受信するステップを含む方法。
9. 前記Ｎ個の追加ロング・トレーニング・フィールドは前記Ｎ個の送信アンテナを通してトーン・インターリーブされる、請求項８に記載の方法。
10. Ｎ個の送信アンテナを有する少なくとも１つの送信機を含む多重アンテナ通信システムにおける受信機であって、
    前記Ｎ個の送信アンテナのそれぞれの上で、少なくとも１つのレガシー・ロング・トレーニング・フィールドを有するレガシー・プリアンブルと、少なくともＮ個の追加ロング・トレーニング・フィールドを有する拡張部分とを受信するために少なくとも１つの受信アンテナを含む受信機。
    

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