JP2008508833A - 多入力多出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ：ＭＩＭＯ）の直交周波数分割多重（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）システムのための品質制御方式 - Google Patents

Abstract

多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output：ＭＩＭＯ）アンテナと共に使用する直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）システムのシステム容量を最適化するための方法および装置を開示する。受信機においては、目標サービス品質（Quality of Service：ＱｏＳ）指標および参照データ速度が設定される。目標ＱｏＳ指標は、予め定められた値に設定することができ、および／または低速の外側のループ（slow outer-loop）制御プロセッサにより、パケット誤り率（Packet Error Rate：ＰＥＲ）に関して動的に調整することができる。受信された信号のＱｏＳが測定され、そして目標ＱｏＳと比較される。その比較に依って、受信機はチャンネル品質表示子（Channel Quality Indicator：ＣＱＩ）を発生させ、送信している送信機に送り返す。ＣＱＩは１または２ビットの表示子であり、特定の副搬送波（複数）、送信アンテナごとの副搬送波のグループ、または全送信アンテナに亘る副搬送波のグループ、のデータ伝送速度を無効にするか、調整するか、または維持するように送信機に指し示す。送信機においては、送信されるデータ信号速度が、無効にされるか、調整されるか、または維持される。受信機においては対応して、目標ＱｏＳ指標および参照データ速度が調整される。この処理はそれぞれの副搬送波グループのそれぞれのデータ・フレームに対して繰り返される。

Description

本発明は無線通信に関する。より詳細には、本発明は多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output：ＭＩＭＯ）アンテナと共に使用する直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）システムのシステム容量を最適化するための方法および装置に関する。

直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）は効率的なデータ伝送方式であり、データがより小さいストリームに細分され、そして利用可能な全伝送帯域幅より小さい帯域幅を有する副搬送波を使用して、それぞれのストリームが送信される。ＯＦＤＭの効率は、互いに数学的に直交した副搬送波の選択に由来する。この直交性により、接近して位置した副搬送波が、それぞれが全ユーザ・データの一部分を伝達しつつ、互いに干渉することを回避する。

実際的な理由により、符号分割多元接続方式（Code Division Multiple Access：ＣＤＭＡ）などの他の伝送方式より以上にＯＦＤＭが好まれる場合がある。異なる副搬送波により伝達されるストリームにユーザ・データが細分化されると、例えばそれぞれの副搬送波の有効データ速度は全送信データ速度より遅くなる。その結果、ＯＦＤＭ方式で送信されるデータのシンボル持続時間は、他の方式で送信されるデータのシンボル持続時間よりはるかに大きい。シンボル持続時間が大きいと言うことは、それらがより大きい遅延の拡がりを許容可能であり、望ましいことである。例えば、大きいシンボル持続時間で送信されるデータは、より短いシンボル持続時間で伝送されるデータほどには多重経路により影響を受けない。従ってＯＦＤＭのシンボルは、そのような多重経路の遅延から再生するための複雑な受信機を使用することなく、無線通信で典型的な遅延の拡がりを克服することが可能である。

多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output：ＭＩＭＯ）とは、送信機および受信機の両方が２つ以上のアンテナを採用する無線送受信方式の一形式を意味する。ＭＩＭＯシステムは、複数のアンテナの存在によって生成された空間的な多様性または空間的な多重化の選択を利用する。ＭＩＭＯシステムはさらに、例えばＳＮ比（Signal-to-Noise ratio：ＳＮＲ）などの信号品質を改良し、かつデータのスループットを増加させる。

多重経路は、かつては無線通信にとって相当の負担であるとみなされていたが、無線通信システムの総合的な性能を向上させるために実際的に利用することが可能となっている。それぞれの多重経路の構成要素は送信される信号に関する情報を伝達するため、適切に分析され、そして収集されるなら、それぞれの多重経路の構成要素は、送信される信号に関するさらなる情報を明らかにし、その結果通信を改善する。

多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output：ＭＩＭＯ）と共に使用される直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）システムは、総合的システム性能を向上させるために、適切に多重経路を処理するために使用される。事実上、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムはＩＥＥＥ ８０２．１１ｎ規格に対する技術的解決策であるとみなされる。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム１００の一例が図１に示される。送信機１０２は、ＯＦＤＭのＴｘ処理ユニット１０２ａにおいてデータストリームのＴｘを処理する。このＯＦＤＭ処理には、副搬送波配分（sub-carrier allocation）およびそれぞれの副搬送波のＯＦＤＭ変調が含まれる。変調された副搬送波（複数）は次に、ＭＩＭＯのＴｘ処理ユニット１０２ｂにおけるＭＩＭＯアルゴリズムに従って、複数のアンテナ１０３_１…１０３_ｍに割り付けられる（mapped）。割り付けられると、副搬送波（複数）は複数のアンテナ１０３_１…１０３_ｍにより同時に受信機１０４に送信される。

受信機１０４においては、複数のアンテナ１０５_１…１０５_ｎ上で変調された副搬送波（複数）を受信する。ＭＩＭＯ処理ユニット１０４ａは、復調するために副搬送波（複数）を準備する。副搬送波（複数）は次に、ＯＦＤＭのＲｘ処理ユニット１０４ｂにおいて復調され、Ｒｘデータを出力する。

しかしながら、８０２．１１ｎのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム設計の課題の１つはシステム容量である。特にシステムが多くの副搬送波（複数）を利用する場合には、現時点ではＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのシステム容量を最適化するための効率的な方法は存在しない。例えば「注水（water-pouring）」法の解決策は、それぞれの副搬送波へ電力またはビットの配分を選択的に実行することによりシステム容量を増加させるための手法である。しかしながらこの手法は、送信機がチャンネル状態の情報を認識していることを必要とする。送信機は、このチャンネル状態情報をシステムにおける受信機からの応答を使用して推定する。しかしながらこの応答の信号方式のためのオーバヘッドは、無視できないものであり、特に多量のデータを送信する、および／または多くの副搬送波（複数）を利用するシステムにおいて、システム性能の増加を制限する可能性がある。

従って、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのシステム容量を最適化するための代替方式を有することが望まれる。

本発明は、多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output：ＭＩＭＯ）アンテナと共に使用する直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）システムのシステム容量を最適化するための方法および装置に関係する。受信機においては、目標サービス品質（Quality of Service：ＱｏＳ）指標および参照データ速度が設定される。目標ＱｏＳ指標は、予め定められた値に設定することができ、および／または低速の外側のループ制御プロセッサ（slow outer-loop control processor）により、パケット誤り率（Packet Error Rate：ＰＥＲ）に関して動的に調整することができる。受信された信号のＱｏＳが測定され、そして目標ＱｏＳと比較される。その比較に依って、受信機はチャンネル品質表示子（Channel Quality Indicator：ＣＱＩ）を発生させ、送信している送信機に送り返す。ＣＱＩは１または２ビットの表示子であり、特定の副搬送波（複数）、送信アンテナごとの副搬送波のグループ、または全送信アンテナに亘る副搬送波のグループ、のデータ伝送速度を無効にするか、調整するか、または維持するように送信機に指し示す。送信機においては、送信されるデータ信号速度が、停止されるか、増加されるか、減少されるか、または維持される。受信機においては対応して、目標ＱｏＳ指標および参照データ速度が調整される。この処理はそれぞれの副搬送波グループのそれぞれのデータフレームに対して繰り返される。

例として与えられ、かつ添付された図面に関連して理解されるべき以下の記述から、本発明のより詳細な理解を得ることができる。

本発明は、ＷＴＲＵまたは基地局において実施することができる。用語「ＷＴＲＵ」は、限定するものではないが、ユーザ機器（user equipment）、移動体端末（mobile station）、固定または移動体の加入者ユニット、ページャ、または無線の環境において動作可能ないかなる他の型のデバイスをも含む。用語「基地局」は、限定するものではないが、ノードＢ（Node-B）、サイト制御装置、アクセス・ポイント、または無線の環境におけるいかなる他の型のインタフェース・デバイスをも含む。

実施形態の要素は、集積回路（Integrated Circuit：ＩＣ）、複数のＩＣ、多数の相互接続部品、または相互接続部品およびＩＣ（複数）の組み合わせに組み込むことができる。

好適な実施形態においては、多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output：ＭＩＭＯ）アンテナと共に使用する直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）システムに対するシステム容量が、品質測定を使用して最適化される。これらの品質測定は、連続的に、定期的、または好適なときに、品質測定観測のスライド窓（sliding window）により採取することができる。最初のまたは目標のサービス品質（Quality of Service：ＱｏＳ）指標、および対応する最初の参照データ速度が、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機において設定される。受信された信号のＱｏＳが測定され、そして目標ＱｏＳと比較される。その比較に依って、受信機は複数のチャンネル品質表示子（Channel Quality Indicator：ＣＱＩ）の１つを発生させ、その信号を送信してきた送信機に送り返す。ＣＱＩは１または２ビットの表示子であり、特定の副搬送波（複数）、送信アンテナごとの副搬送波のグループ、のデータ伝送速度（すなわち、直交振幅変調（Quadrature Amplitude Modulation：ＱＡＭ）の変調次数およびチャンネル符号速度）を無効にするか、調整するか、または維持するように送信している送信機に知らせる。ＣＱＩが送信機に返送されると、送信されるデータ信号速度がＣＱＩに対応して、無効にされるか、調整されるか、または維持されるかし、そして受信機においては対応して、目標ＱｏＳ指標および参照データ速度が調整される。この処理は次に、それぞれの副搬送波グループの受信信号のそれぞれに対して繰り返され、徐々に最適のシステム容量に到達する。この概念はさらに図２を参照して例証される。

図２は本実施形態のシステム最適化のアルゴリズムを代表するフロー図２００を例証する。この例証の目的のために、信号対干渉比（Signal-to-Interference-Ratio：ＳＩＲ）がサンプルのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのＱｏＳ指標を代表するものとする。しかしながら、特定のユーザの必要性に適応するために、例えば信号対雑音比（Signal-to-Noise Ratio：ＳＮＲ）、ビット誤り率（Bit Error Rate：ＢＥＲ）、および同様のものなどの任意のＱｏＳ指標を本実施形態により利用できることが理解されるべきである。

受信機２０１の中で、最初の目標ＳＩＲ（ＳＩＲ_ｔ）が設定される（ステップ２０２）。目標ＳＩＲは、望ましくは、受信機２０１の中の、例えばルックアップテーブルのような、予め定義された記憶装置から獲得されることが望ましい。これとは別に、低速の外側のループ制御プロセッサにより、ＳＩＲ_ｔが獲得されかつパケット誤り率（Packet Error Rate：ＰＥＲ）に関して動的に調整されても良い。

ＳＩＲ_ｔの設定（ステップ２０２）に関連して、最初の参照データ速度（ｑ_ｒ）が予め定められた値に設定される（ステップ２０４）。本実施形態では、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのデータ伝送速度の最適化を記述するが、これとは別に、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムが送信電力に関して最適化される場合があることが理解されるべきである。

ＳＩＲ_ｔおよびｑ_ｒが設定される（各々ステップ２０２および２０４）と、受信機２０１は受信されたｉ番目の副搬送波グループのｊ番目のフレームのＳＩＲを測定する（ＳＩＲ_ｍ）（ステップ２０６）。副搬送波グループは、単一の副搬送波として、所与の送信アンテナからの副搬送波のグループとして、または複数の送信アンテナからの副搬送波のグループとして予め定義される。図３Ａ〜図３Ｃは、これらの様々な副搬送波のグループ分けを図示する。送信アンテナ３０２および３０４は、例えばそれぞれが各々３０２_１、３０２_２、…３０２_８、および３０４_１、３０４_２、…３０４_８の８つの副搬送波（複数）によりデータを送信する。図３Ａにおいては、副搬送波の３０２_１〜３Ｏ２_８、および３Ｏ４_１〜３Ｏ４_８のそれぞれが、単一の副搬送波を含む副搬送波グループ３０６ａ〜３０６ｐとして予め定義される。図３Ｂにおいては、アンテナ３０２からの副搬送波（複数）３０２_１〜３０２_８が、２つの副搬送波のグループ、３０８ａおよび３０８ｂ、にグループ分けされる。同様に、アンテナ３０４からの副搬送波（複数）３０４_１〜３０４_８が、２つの副搬送波のグループ、３０８ｃおよび３０８ｄにグループ分けされる。図３Ｃは、それぞれがアンテナ３０２および３０４の両方からの副搬送波（複数）を含む副搬送波のグループ、３ｌ０ａ〜３１０ｃを図示する。

ｉ番目の副搬送波グループの測定されたＳＩＲ（ＳＩＲ_ｍ）（ステップ２０６）は次にＳＩＲ_ｔと比較され、以下の式（１）によりそれらの差を計算する：すなわち、
△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}＝ＳＩＲ_{ｍ（ｉ、ｊ）}−ＳＩＲ_{ｔ（ｉ、ｊ）}、 式（１）
ここで、ｉは各々の副搬送波グループ番号、そしてｊは各々のフレーム番号である（ステップ２０８）。ＳＩＲ_ｍおよびＳＩＲ_ｔの間の計算された差（△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}）は次に閾値と比較される（ステップ２１０）。閾値は受信機２０１に格納されている予め定義された値であり、目標ＳＩＲからの許容可能な負の差異を表す。閾値により許容された値より大きい負の差異を△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}がもたらす場合、すなわち△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}が（−）閾値より小ならば、例えば「００」などの２ビットのＣＱＩが発生され、送信している送信機（図示せず）に送信される（ステップ２１０ａ）。この「００」のＣＱＩは送信機（図示せず）に対して、その時点のｉ番目の副搬送波グループで送信することを停止することを指し示す。

そうでなく、△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}が予め定義された閾値水準を超えていない場合には、△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}がその時点のデータ速度を増加させるのに十分大きいかを判定するために、△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}は、送信されるデータ速度（ｑ）に関連付けられたＳＩＲ値および該データ速度（ｑ）よりも速い次のデータ速度（ｑ＋１）に関連付けられたＳＩＲ値の間の差（△ＳＩＲｑ_{（ｉ、ｑ）}）と比較される（ステップ２１２）。この判定のために、受信機２０１はデータ速度（ｑ）対△ＳＩＲｑを表すルックアップテーブルを利用する。このルックアップテーブルは、一連の測定またはシミュレーションから作られ、受信機２０１に格納されている。このテーブルにおいては、△ＳＩＲｑは送信されるデータ速度ｑおよびルックアップテーブル中の該データ速度ｑよりも最速側の次のデータ速度ｑ＋１の間のＳＩＲにおける差を表す。したがって、所与の副搬送波グループ（ｉ）における所与のフレーム（ｊ）に対して、△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}が△ＳＩＲｑ_{（ｉ、ｑ）}の１／２より大である（すなわち、△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}＞△ＳＩＲｑ_{（ｉ、ｑ）}／２）なら、△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}は十分大きいとされ、データ速度ルックアップテーブルにおいてデータ速度（ｑ）よりも速い次のデータ速度（ｑ＋ｌ）にデータ速度（ｑ）を増加させる。

よって、例えば「１０」などの２ビットのＣＱＩが発生され、送信している送信機（図示せず）に送信される（ステップ２１２ａ）。この「１０」のＣＱＩは送信機（図示せず）に対して、その時点データ速度（ｑ）を、データ速度対△ＳＩＲｑのルックアップテーブルにおいて速い方へ増加させ、次のデータ速度（ｑ＋１）に増加させる（ステップ２１２ｂ）る。さらに、以下の式（２）により目標ＳＩＲ_{（ｉ、ｊ）}を調整すること（ステップ２１２ｃ）を指し示す：すなわち、
ＳＩＲ_{ｔ（ｉ、ｊ）}＝ＳＩＲ_{ｔ（ｉ、ｊ−１）}＋△ＳＩＲｑ_{（ｉ、ｑ）}／２、
式（２）
ここで、ＳＩＲ_{ｔ（ｉ、ｊ−１）}は以前の目標ＳＩＲを表す。あるいはまた、以下の式（３）に従い、ＳＩＲ_{ｔ（ｉ、ｊ）}を調整可能である（ステップ２１２ｃ）：
ＳｌＲ_{ｔ（ｉ、ｊ）}＝ＳＩＲ_{ｔ（ｉ、ｊ−１）}＋［△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}−△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ−１）}］、 式（３）。

しかしながら、△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}が△ＳＩＲｑ_{（ｉ、ｑ）}／２より大ではないと判定（ステップ２１２）された場合には、△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}がルックアップテーブルにおいてデータ速度（ｑ）よりも遅い次のデータ速度（ｑ−１）にデータ速度（ｑ）を減少させるのに十分小さいかを判定するために、△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}は△ＳＩＲｑ_{（ｉ、ｑ）}と比較される（ステップ２１４）。この判定のために、受信機２０１は上でステップ２１２に関して記述されたのと同一のデータ速度対△ＳＩＲｑルックアップテーブルを利用する。しかしながらこの比較において、△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}が△ＳＩＲｑ_{（ｉ、ｑ）}の負の１／２未満（すなわち、△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}＜−（△ＳＩＲｑ_{（ｉ、ｑ）}／２））である場合には、例えば「０１」などの２ビットのＣＱＩが発生され、送信している送信機（図示せず）に送信される。この「０１」のＣＱＩは送信機（図示せず）に対して、データ速度対△ＳＩＲｑルックアップテーブルにおいてデータ速度（ｑ）よりも遅い次のデータ速度（ｑ−１）にデータ速度（ｑ）を減少させる（ステップ２１４ｂ）。さらに、以下の式（４）によりＳＩＲ_{ｔ（ｉ、ｊ）}を調整する（ステップ２１４ｃ）ことを指し示す：すなわち、
Ｓ１Ｒ_{ｔ（ｉ、ｊ）}＝ＳＩＲ_{ｔ（ｉ、ｊ−１）}−△ＳＩＲｑ_{（ｉ、ｑ）}／２、
式（４）
ここで、ＳＩＲ_{ｔ（ｉ、ｊ−１）}は以前のデータフレームの目標ＳＩＲを表す。あるいはまた、以下の式（５）に従い、ＳＩＲ_{ｔ（ｉ、ｊ）}を調整可能である（ステップ２１４ｃ）：すなわち、
ＳＩＲ_{ｔ（ｉ、ｊ）}＝ＳＩＲ_{ｔ（ｉ、ｊ−１）}−［△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}−△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ−１）}］、 式（５）。

ステップ２１２および２１４のデータ速度テーブルにおいて、連続したデータ速度の間の差（すなわち、ステップ・サイズ）が必ず一定である必要はないことが理解されるべきである。実際に、ユーザの必要性に対応して、それを変えることができる。例えばデータ速度テーブルにおけるステップ・サイズが、最初のｘ番までのフレームに対しては４（過渡状態）であることができ、ｘ番のフレームの後のすべてのフレームに対するステップ・サイズが１（定常状態）であることが可能である。

ＳＩＲ_ｍおよび、所与の副搬送波グループ（ｉ）における所与のフレーム（ｊ）に対するＳＩＲ_ｔの間の差（△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}）を、ステップ２１０において閾値と、そしてステップ２１２〜２１４において△ＳＩＲｑ_{（ｉ、ｑ）}と比較した後に、△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}が閾値以内であり（ステップ２１０）、かつその時点のデータ速度を増加させるのに十分大きくもなく（ステップ２１２）、またその時点のデータ速度を減少させるのに十分小さくもない（ステップ２１４）ことを判定する。△ＳＩＲ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}がその判定基準を満足する場合には、例えば「１１」などの２ビットのＣＱＩが発生され、送信している送信機（図示せず）に送信される（ステップ２１６）。この「１１」のＣＱＩは、その時点のデータ速度で送信し続けるように送信機（図示せず）に指し示す。

この処理２００のステップ２０６〜２１６がすべての副搬送波グループ（ｉ）に対しおよびすべてのフレーム（ｊ）に対して繰り返されるループ・アルゴリズムを含むことに注意するべきである。さらに、所与の副搬送波グループ（ｉ）およびフレーム（ｊ）の目標ＳＩＲ_{（ｉ、ｊ）}および参照データ速度_{（ｉ、ｊ）}は、ｊ番目の副搬送波グループにおける次のフレーム（ｊ＋１）に対して、各々参照ＳＩＲ_ｔおよび参照データ速度（ｑ_ｒ）として機能する。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムがその最適な性能水準に徐々に到達するという効果を生ずるのは、送信されるデータ速度のこの絶え間ない更新のためである。

ここに記述された方法により品質測定ビットを利用してシステム容量を最適化する手段を有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム４００が、図４に示される。送信機４０２は、ＯＦＤＭ処理ユニット４０２ａにおいてデータストリームＴｘを処理する。このＯＦＤＭ処理は副搬送波配分およびそれぞれの副搬送波のＯＦＤＭ変調を含む。変調された副搬送波（複数）は次に、ＭＩＭＯ Ｔｘ処理ユニット４０２ｂにおけるＭＩＭＯアルゴリズムに従い、複数のアンテナ４０３_１…４０３_ｍに割り付けられる。割り付けられると、副搬送波（複数）は複数のアンテナ４０３_１…４０３_ｍにより同時に受信機４０４に送信される。

受信機４０４では、変調された副搬送波（複数）が複数のアンテナ４０５_１…４０５_ｎで受信される。受信された副搬送波（複数）はＭＩＭＯ Ｒｘ処理ユニット４０４ａに送られ、逆ＭＩＭＯアルゴリズムが、副搬送波（複数）を復調するために準備する。ＭＩＭＯ復号化された副搬送波（複数）は次にＯＦＤＭ Ｒｘユニット４０４ｂに送られ、復調される。次に復調されたデータは、フレームごとにチャンネル品質測定ユニット４０４ｃに送られ、そこでそれぞれのデータフレームに対して品質測定が為される。これらの品質測定値のそれぞれは次に、チャンネル品質比較ユニット４０４ｄにおいて順番に目標品質指標と比較される。比較に依り、チャンネル品質表示子（Channel Quality Indicator：ＣＱＩ）信号ユニット４０４ｅが、測定されたデータフレームのそれぞれに対して１または２ビットのＣＱＩを発生させ、そして処理するために多重化ユニット４０４ｆにそのＣＱＩ（複数）を送信する。これらのＣＱＩ（複数）は次に、ＯＦＤＭ Ｔｘユニット４０４ｇにおいて変調され、そしてＭＩＭＯ Ｔｘユニット４０４ｈを介して複数のアンテナ４０５_１…４０５_ｎに割り付けられ、送信機４０２へ送信される。

送信機４０２にて、符号化されたＣＱＩ（複数）が、複数のアンテナ４０３_１…４０３_ｍで受信され、ＭＩＭＯ Ｒｘユニット４０２ｃにおいて復調するべく準備され、そしてＯＦＤＭ Ｒｘユニット４０２ｄにおいて復調される。復調されると、抽出されたデータはＣＱＩ再生ユニット４０２ｅに送られ、そこで１または２ビットのＣＱＩが抽出され、かつ処理される。ＯＦＤＭ処理ユニット４０２ａが次に、処理されたＣＱＩ情報に従って、副搬送波（複数）を次のＴｘデータストリームについて配分し、かつ変調する。この処理全体はこの後、反復的に所与の副搬送波のデータ伝送速度を増加させ（または減少させ）、それによりシステムの容量を最大にするように繰り返される。

別の実施形態においては、ＣＱＩを１ビットの表示子として送ることが可能であり、そこでは２進ビットの片方の状態が、送信機に対しデータ速度をより高い水準へ増加することを指し示すこととなり、そして２進ビットの他方の状態が、送信機に対し送信されるデータ速度を減少することを指し示すように送信される。

本発明の特徴および要素が好適な実施形態において、特定の組み合わせにて記述されたが、それぞれの特徴または要素は、好適な実施形態の他の特徴および要素なしで単独にて、または本発明の他の特徴および要素のあるなしにかかわらず様々な組み合わせにて、使用することが可能である。さらに本発明の特徴および要素は、特定用途向けＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）などの単一のＩＣ、複数のＩＣ、個別部品、または個別部品およびｌＣの組み合わせで実施することができる。さらに本発明は、任意の型の無線通信システムにおいて実施することができる。ある展開においては、ＩＣ／個別部品がこれらの特徴および要素のいくつかを有し、それらが全体として、または部分的に無効化され、または非活性化される場合がある。

本発明が好適な実施形態に関して記述されてきたが、当業者にとっては、特許請求範囲に輪郭を描かれているような本発明の範囲内での他の変更は明らかであろう。

多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output：ＭＩＭＯ）の直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）システムを示す図である。 ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのシステム容量を最適化するための方法に関するフロー図である。 様々な副搬送波のグループ分けを示す図である。 様々な副搬送波のグループ分けを示す図である。 様々な副搬送波のグループ分けを示す図である。 品質測定ビットを利用してそのシステム容量を最適化する手段を有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムを示す図である。

Claims (48)

1. 少なくとも１つのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信機および少なくとも１つのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機を含む多入力多出力の直交周波数分割多重システムのシステム容量を増加させる方法であって、
   （ａ）該受信機において、最初の目標サービス品質（ＱｏＳ_ｔ）指標および対応する参照データ速度（ｑ_ｒ）を設定するステップ、
   （ｂ）受信された信号のＱｏＳ（ＱｏＳ_ｍ）指標を測定しおよび該ＱｏＳ_ｍと前記ＱｏＳ_ｔの差を計算するステップ、
   （ｃ）該ステップ（ｂ）で計算された差に基づき、前記少なくとも１つのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信機へのチャンネル品質表示子（ＣＱＩ）を発生しおよび送信するステップ、および、
   （ｄ）該送信機において、送信されるデータ速度（ｑ）を該ＣＱＩの値に基づき調整するステップ
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記目標サービス品質（ＱｏＳ_ｔ）指標および測定された前記ＱｏＳ（ＱｏＳ_ｍ）指標が、ＳＮ比、信号対干渉比、信号対雑音および干渉比、またはビット誤り率のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ステップ（ａ）の前記最初の目標サービス品質（ＱｏＳ_ｔ）指標が獲得されおよび低速の外側のループ制御プロセッサによりパケット誤り率に関して動的に調整されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記ステップ（ｂ）の受信された信号が副搬送波グループ（ｉ）のデータフレーム（ｊ）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記副搬送波グループ（ｉ）が、単一の副搬送波を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記副搬送波グループ（ｉ）が、所与の１つの送信アンテナからの副搬送波のグループを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 前記副搬送波グループ（ｉ）が、複数の送信アンテナからの副搬送波のグループを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
8. 前記ステップ（ｂ）の前記差は、ｉ番目の副搬送波グループにおけるｊ番目のデータフレームに対して計算された前記差を△ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}が表すときに、次式：
   △ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}＝ＱｏＳ_{ｍ（ｉ、ｊ）}−ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ）}
   に従って計算されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
9. 前記ステップ（ｃ）において発生された前記ＣＱＩが、４つのデータ伝送調整のうちの１つを表す２ビットの表示子であって、該調整が、
   （ｉ）データ送信を停止するステップ、
   （ｉｉ）前記送信されるデータ速度（ｑ）を速い方へ増加させ、次のデータ速度（ｑ＋１）に増加させるステップ、
   （ｉｉｉ）前記送信されるデータ速度（ｑ）を遅い方へ減少させ、次のデータ速度（ｑ−１）に減少させるステップ、および、
   （ｉｖ）その時点の前記送信されるデータ速度（ｑ）で送信を続けるステップ
   を含む、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記ステップ（ｃ）において発生されたＣＱＩが、２つのデータ伝送調整のうちの１つを表す１ビットの表示子であって、該調整が、
    （ｉ）前記送信されるデータ速度（ｑ）を速い方へ増加させ、次のデータ速度（ｑ＋１）に増加させるステップ、および、
    （ｉｉ）前記送信されるデータ速度（ｑ）を遅い方へ減少させ、次のデータ速度（ｑ−１）に減少させるステップ
    を含む、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. （ｃ１）前記ステップ（ｂ）で計算された、所定の閾値未満の差（△ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}）に基づきＣＱＩを発生させるステップであって、該差が副搬送波グループ（ｉ）上でデータを送信することを停止するよう前記送信機に指し示すステップ、
    （ｃ２）該ステップ（ｃ１）の該ＣＱＩを前記送信機に送信するステップ、および、
    （ｄ１）前記副搬送波グループ（ｉ）上のデータの送信を停止するステップ
    をさらに含む、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記所定の閾値が、前記受信機中のルックアップテーブルに格納されていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. （ｃ１）前記送信されるデータ信号速度（ｑ）に関連付けられたＱｏＳ値と次に速いデータ速度（ｑ＋１）に関連付けられたＱｏＳ値との差（△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}）の１／２よりも大きい、前記ステップ（ｂ）の計算された差（△ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}）（但し△ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}＞△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}／２）に基づいてＣＱＩを発生させるステップであって、該ＣＱＩが前記送信機に、前記送信されるデータ速度（ｑ）を速い方へ増加させ、次のデータ速度（ｑ＋１）に増加させるように指し示すステップ、
    （ｃ２）該ステップ（ｃ１）の該ＣＱＩを前記送信機に送信するステップ、
    （ｄ１）前記送信されるデータ速度（ｑ）を速い方へ増加させ、次のデータ速度（ｑ＋１）に増加させるステップ、
    （ｅ１）前記参照データ速度（ｑ_ｒ）を速い方へ増加させ、次の参照データ速度（ｑ_ｒ＋１）に増加させるステップ、および、
    （ｅ２）以前のフレームの目標サービス品質（ＱｏＳ）指標（ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ−１）}）を、
    ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ）}＝ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ−１）}＋△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}／２、
    に従って増加させることにより、前記目標ＱｏＳ（ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ）}）指標を増加させるステップ
    をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
14. 前記ステップ（ｅ２）の前記目標ＱｏＳは、△ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ−１）}が以前のデータフレームの前記測定されたＱｏＳ指標と目標ＱｏＳ（ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ−１）}）の差を表すとき、
    ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ）}＝ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ−１）}＋［△ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}−△ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ−１）}］、
    に従って増加されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. （ｃ１）（△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}）の負の１／２未満である前記ステップ（ｂ）の計算された差（△ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}）（但し△ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}＜（−）△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}／２）に基づきＣＱＩを発生させるステップであって、該ＣＱＩが前記送信機に、前記送信されるデータ速度（ｑ）を遅い方へ減少させ、次のデータ速度（ｑー１）に減少させるように指し示すステップ、
    （ｃ２）該ステップ（ｃ１）の該ＣＱＩを前記送信機に送信するステップ、
    （ｄ１）前記送信されるデータ速度（ｑ）を遅い方へ減少させ、次のデータ速度（ｑー１）に減少させるステップ、
    （ｅ１）前記参照データ速度（ｑ_ｒ）を遅い方へ減少させ、次の参照データ速度（ｑ_ｒ−１）に減少させるステップ、および、
    （ｅ２）以前のフレームの目標ＱｏＳ指標（ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ−１）}）を、
    ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ）}＝ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ−１）}−△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}／２、
    に従って減少させることにより、前記目標ＱｏＳ指標を減少させるステップ
    をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
16. 前記ステップ（ｅ２）の前記目標ＱｏＳが、
    ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ）}＝ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ−１）}−［△ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}−△ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ−１）}］、
    に従って減少されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. （ｃ１）（△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}）の１／２以下で且つ（△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}）の負の１／２以上である、前記ステップ（ｂ）の計算された差（△ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}）（但し（−）△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}／２≦△ＱｏＳ_{ｍｔ（ｉ、ｊ）}≦△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}／２）に基づきＣＱＩを発生させるステップであって、該ＣＱＩが前記送信機に、前記送信されているデータ速度（ｑ）で送信することを続けるよう指し示すステップ、
    （ｃ２）該ステップ（ｃ１）の該ＣＱＩを前記送信機に送信するステップ、
    （ｄ１）前記送信されているデータ速度（ｑ）で送信することを続けるステップ、
    （ｅ１）前記参照データ速度（ｑ_ｒ）を前記参照データ速度（ｑ_ｒ）に維持するステップ、および、
    （ｅ２）前記目標ＱｏＳ指標をその時点の値（ＱｏＳ_{ｔ（ｉ、ｊ）}）に維持するステップ、
    をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
18. 前記△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}値は前記受信機に格納されているデータ速度（ｑ）対△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}ルックアップテーブルに格納され、前記△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}値はシミュレーションから予測されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
19. 前記△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}値は前記受信機に格納されているデータ速度（ｑ）対△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}ルックアップテーブルに格納され、前記△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}値はシミュレーションから予測されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
20. 前記△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}値は前記受信機に格納されているデータ速度（ｑ）対△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}ルックアップテーブルに格納され、前記△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}値はシミュレーションから予測されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
21. 前記データ速度（ｑ）対△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}ルックアップテーブルの値が、一連の測定値から作られることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
22. 前記データ速度（ｑ）対△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}ルックアップテーブルの値が、一連の測定値から作られることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
23. 前記データ速度（ｑ）対△ＱｏＳｑ_{（ｉ、ｑ）}ルックアップテーブルの値が、一連の測定値から作られることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
24. 前記ステップ（ｄ）における送信機が、前記送信されるデータ速度を調整するよりむしろ、前記ＣＱＩに従って前記送信される電力レベルを調整することを特徴とする請求項１に記載の方法。
25. 複数の送信アンテナを介して複数の副搬送波により送信される、直交周波数分割多重送信に対するチャンネル品質を信号伝達するための方法であって、
    複数の副搬送波のそれぞれ、または複数の副搬送波のグループのチャンネル品質を、受信機にて測定するステップ、
    それぞれの副搬送波または副搬送波のグループに対して、データ速度の増加が望まれることを指し示す第１の状態およびデータ速度の減少が望まれることを指し示す第２の状態を少なくとも有するチャンネル品質表示子を作るステップ、および、
    それぞれの副搬送波または副搬送波のグループに対して、該チャンネル品質表示子を送信するステップ
    を含むことを特徴とする方法。
26. 前記チャンネル品質表示子が２つの状態のみを有する単一ビットであることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 前記チャンネル品質表示子が２ビットの表示子であることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
28. 前記チャンネル品質表示子が、データ速度を維持することが望ましいことを指し示す第３の状態、および前記副搬送波または前記副搬送波グループを停止することが望ましいことを指し示す第４の状態を有することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
29. 前記チャンネル品質表示子がそれぞれの副搬送波に対して作られることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
30. 前記チャンネル品質表示子が、それぞれの副搬送波グループに対して作られ、それぞれの副搬送波グループは複数の副搬送波を有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
31. 複数の送信アンテナを介して複数の副搬送波により送信される、直交周波数分割多重送信に対するチャンネル品質を信号伝達するための方法であって、
    副搬送波および送信アンテナのそれぞれの組み合わせを、副搬送波／送信アンテナの複数の組み合わせより成る複数のグループにまとめてグループ分けするステップであって、
    それぞれのグループが、副搬送波／送信アンテナの複数の組み合わせを有するステップ、
    それぞれのグループに対して、チャンネル品質表示子を作るステップ、および、
    それぞれのグループに対して、該チャンネル品質表示子を送信するステップ
    を含むことを特徴とする方法。
32. 少なくとも１つのグループは、該少なくとも１つのグループの複数の組み合わせ内で複数の副搬送波を有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
33. 少なくとも１つのグループが、該少なくとも１つのグループの複数の組み合わせ内で単一の副搬送波に対して前記複数の送信アンテナのすべてを有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
34. 少なくとも１つのグループが、該少なくとも１つのグループの複数の組み合わせ内で単一の副搬送波に対して前記複数の送信アンテナのすべてを有する訳ではないことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
35. 前記チャンネル品質表示子が、データ速度の増加が望まれることを指し示す第１の状態およびデータ速度の減少が望まれることを指し示す第２の状態を少なくとも有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
36. 前記チャンネル品質表示子が、データ速度を維持することが望ましいことを指し示す第３の状態、および前記副搬送波または前記副搬送波グループを停止することが望ましいことを指し示す第４の状態を有することを特徴とする請求項３５に記載の方法。
37. ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムであって、
    ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機およびＭＩＭＯ−ＱＦＤＭ送信機を具備し、
    該ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機が、
    （ａ）最初の目標サービス品質（ＱｏＳ）値および対応する参照データ値（ｑ）を設定し、
    （ｂ）受信された信号のＱｏＳ値を測定し、
    （ｃ）該測定されたＱｏＳ値および前記目標ＱｏＳ値を比較し、
    （ｄ）データ速度の増加が望まれることを指し示す第１の状態およびデータ速度の減少が望まれることを指し示す第２の状態を少なくとも有するチャンネル品質表示子（ＣＱＩ）を発生するように構成された処理コンポーネント、および、
    複数の副搬送波により送信された信号を受信し、かつ多入力多出力（ＭＩＭＯ）の直交周波数分割多重送信機にＣＱＩを送信するように構成された送受信機を具備し、
    前記ＭＩＭＯ−ＱＦＤＭ送信機が、
    複数の送信アンテナを介して副搬送波により信号を送信し、かつ前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機から送信されたＣＱＩを受信するように構成された送受信機、および、
    受信された該ＣＱＩに基づき送信されるデータ速度を調整するように構成された処理コンポーネントを具備する
    ことを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム。
38. 前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機が、それぞれの副搬送波または副搬送波のグループに対してＣＱＩを発生しおよび送信するように構成されることを特徴とする請求項３７に記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム。
39. 前記ＣＱＩは２つの状態のみを有する単一ビットであることを特徴とする請求項３７に記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム。
40. 前記ＣＱＩが４つの状態を有する２ビットの表示子であって、該４つの状態のうち第３の状態がデータ速度を維持することが望ましいことを指し示し、および該４つの状態のうち第４の状態が前記副搬送波または副搬送波グループを停止することが望ましいことを指し示すことを特徴とする請求項３７に記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム。
41. 前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機が、ルックアップテーブルが格納されている記憶装置コンポーネントをさらに具備し、該ルックアップテーブルが前記最初の目標ＱｏＳを含むことを特徴とする請求項３７に記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム。
42. 前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機が、パケット誤り率に関して前記目標ＱｏＳを動的に調整するように構成された低速の外側のループ制御プロセッサをさらに具備することを特徴とする請求項３７に記載のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム。
43. ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて動作するための無線送受信ユニット（Wireless Transmit/Receive Unit：ＷＴＲＵ）であって、
    （ａ）最初の目標サービス品質（ＱｏＳ）値および対応する参照データ値（ｑ）を設定し、
    （ｂ）受信された信号のＱｏＳ値を測定し、
    （ｃ）該測定されたＱｏＳ値および前記目標ＱｏＳ値を比較し、
    （ｄ）データ速度における増加が望まれることを指し示す第１の状態およびデータ速度における減少が望まれることを指し示す第２の状態を有するチャンネル品質表示子を少なくとも発生するように構成された処理コンポーネント、および、
    複数の副搬送波により送信された信号を受信しおよびＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信機にＣＱＩを送信するように構成された送受信機
    を具備することを特徴とする無線送受信ユニット。
44. 前記処理コンポーネントが、それぞれの副搬送波または副搬送波のグループに対してＣＱＩを発生しおよび送信するように構成されることを特徴とする請求項４３に記載のＷＴＲＵ。
45. 前記ＣＱＩが２つの状態のみを有する単一ビットであることを特徴とする請求項４３に記載のＷＴＲＵ。
46. 前記ＣＱＩが４つの状態を有する２ビットの表示子であって、該４つの状態のうち第３の状態がデータ速度を維持することが望ましいことを指し示し、および該４つの状態のうち第４の状態が前記副搬送波または副搬送波グループを停止することが望ましいことを指し示すことを特徴とする請求項４３に記載のＷＴＲＵ。
47. ルックアップテーブルが格納されている記憶装置コンポーネントをさらに具備し、該ルックアップテーブルが前記最初の目標ＱｏＳを含むことを特徴とする請求項４３に記載のＷＴＲＵ。
48. パケット誤り率に関して前記目標ＱｏＳを動的に調整するように構成された低速の外側のループ制御プロセッサをさらに具備することを特徴とする請求項４３に記載のＷＴＲＵ。

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