JP2008510386A5 - - Google Patents

Description

ＯＦＤＭシステムは、他の無線通信システムに対して利点がある。ユーザデータが異なるサブキャリアによって搬送されるストリームに分けられるとき、各サブキャリア上の有効なデータ速度（ｄａｔａ ｒａｔｅ）は、かなり小さい。したがって、シンボル持続時間は、かなり大きくなる。大きいシンボル持続時間は、より大きい遅延スプレッドを許容できる。言い換えれば、それは、マルチパス（ｍｕｌｔｉ ｐａｔｈ）で同じくらい厳しく影響を受けない。したがって、ＯＦＤＭシンボルは、複雑な受信機設計をすることなく、遅延スプレッドを許容できる。しかしながら、典型的なワイヤレスシステムは、マルチパスの劣化と戦うために複雑なチャネル等化方式を必要とする。

本発明によれば、堅牢なチャネル推定は、チャネル情報フィードバックの有無にかかわらず、全チャネル状態において提供できる。また、低複雑性が、送信機と受信機の両方において達成される。さらに、スケーラブルな解決策として、どんなアンテナ構成であっても使用することができ、８０２．１ｌａ／ｇの拡張された性能とのバックワードの互換性を備えている。

システムの動作モードには、クローズドループとオープンループの２つのモードがある。クローズドループは、チャネル状態情報（ＣＳＩ）が送信機に対して利用可能であるときに使用される。オープンループは、チャネル状態情報（ＣＳＩ）が利用可能でないときに使用される。ある変形が、ダイバシティの恩恵を与えるレガシー（ｌｅｇａｃｙ）ＳＴＡへの伝送のために使用される。

クローズドループモードにおいて、ＣＳＩは、チャネルマトリクスを分解および対角化して、送信機でプリコーディングすることによって、事実上の独立したチャネルを作るのに使用される。ＴＧｎチャネルの固有値広がり（スプレッド）を考慮して、本発明は、減少したデータ速度という代償を払って堅牢さを増加させるのに、チャネルプリコーダへの入力において送信機内に空間周波数直交ＭＩＭＯコーディングを備える。ＭＩＭＯのどんなコード構成も、多重利得のトレードオフに対するダイバシティに対処しなければならない。特定のチャネル統計に最も適切なトレードオフ方式を有することが望ましい。ＳＦＢＣは、チャネルの低い移動性と長いコヒーレンス時間のために選択される。この方式は、ＭＭＳＥ受信機より簡単な受信機の実現を可能にする。組み合わせた解決策は、より大きい範囲で、より高いスループットを可能にする。本発明の実施形態は、サブキャリアのパワー／ビット単位でのローディングを可能とし、および、チャネル状態フィードバックを伴うクローズドループ動作を通じて、持続した堅牢なリンクを維持する。他の潜在的利点としては、送信機と受信機との両方で、いろいろな数のアンテナに容易にスケーラブルであるということである。

ＣＳＩは、受信機からのフィードバック又はチャネル相互依存関係の利用を通して、送信機で取得できる。チャネル相互依存関係は、主にＴＤＤのベースのシステムに役立つ。この場合、送信機と受信機は、独自にチャネルを推定し、分解することが可能である。ＳＮＲが高いとき、チャネルアップデート率を下げることができ、その結果として減少したフィードバック帯域幅の負荷を得る。遅延要件とフィードバックデータ速度は、通常、固有値の固有な周波数の非選択性に重要なものではない。

クローズドループモードは、推定されたチャネルの振幅と位相差をアップリンクおよびダウンリンク方向において補償するために、送信機の較正を必要とする。このことは、例えば、ＳＴＡアソシエーションの期間またはアプリケーション制御下において、まれに実行され、また、両端末におけるチャネル推定のためにチャネル相互依存関係を使用できる。さらに、固有ビーム単位のＣＱＩ（或いはＳＮＲ）は、適応型の速度制御をサポートするために送信機にフィードバックされる。

ＳＦＢＣエンコーディングユニット１１８は、データストリーム上でのＳＦＢＣエンコーディングを実行する。ＳＦＢＣエンコーディングは、伝送用の各データ速度のために、固有ビームとサブキャリア上で実行される。固有ビームとサブキャリアとの組は、独立したチャネルを確実とするために選択される。ＯＦＤＭシンボルは、Ｋサブキャリアで搬送される。ＳＦＢＣに適用させるために、サブキャリアは、サブキャリヤ（或いはサブキャリアのグループ）のＬ組に分割される。サブキャリアの各グループの帯域幅は、チャネル干渉（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）帯域幅以下とすべきである。しかしながら、固有ビーム形成と組み合わされると、このような制限は固有ビームの周波数無感応性により緩和される。

受信機１３０は、複数の受信用アンテナ（図示せず）と、複数のＦＦＴユニット１３２と、固有ビームフォーマ１３４と、ＳＦＢＣデコーディングユニット１３６と、合成器１３８と、チャネルデコーダ１４４と、チャネル推定器１４０と、ＣＳＩジェネレータ１４２と、ＣＱＩジェネレータ１４６とを備える。

ＦＦＴユニット１３２は、受信したサンプルを周波数領域に変換する。そして、固有ビームフォーマ１３４、ＳＦＢＣデコーディングユニット１３６、およびチャネルデコーダ１４４は、送信機１１０で実行されるのと反対の動作を実行する。合成器１３８は、最大比合成（ＭＲＣ）を使用することでＳＦＢＣデコーディング結果を合成する。

ＵとＶは単一のマトリクスであり、Ｄは対角行列である。U∈Ｃ^nRxnRおよびU∈Ｃ^nRxnR。
送信シンボルベクトルｓに対して、送信プリコーディングは、単に下記のように実行される。
ｘ＝Ｖｓ（送信信号）

固有ビームに対するチャネルゲインを正規化した後、送信シンボルｓの推定は、下記のようになる。

オープンループにおいて、固有ビームフォーマは、ビームフォーマネットワーク（ＢＦＮ）２２２に置き替えられる。ビームフォーマネットワーク（ＢＦＮ）２２２は、空間内にＮビームを形成する。ここで、Ｎは、アンテナ２２６の数である。ビームは、ＢＦＮマトリクス操作によって、擬似−ランダム的に組み立てられる。ＳＦＢＣコード化に使用される独立したサブキャリアグループは、個々のビーム上で送信される。

受信機２３０は、受信アンテナ２３１と、ＦＦＴユニット２３２と、ＢＦＮ２３４と、ＳＦＢＣデコーディングおよび合成ユニット２３６と、チャネルデコーダ２３８とから構成される。ＦＦＴユニット２３２は、時間領域内の受信信号を周波数領域内の信号に変換する。ＳＦＢＣデコーディングおよび合成ユニット２３６は、サブキャリアグループ／固有ビームから受信したシンボルをデコードして合成し、既知のコンスタレーションサイズを使用してパラレルからシリアルに変換する。シンボルは、ＭＲＣを使用して合成される。チャネルデコーダ２３８は、合成したシンボルをデコードして、ＣＱＩを発生させる。

図３は、パワーローディングについて表現するための送信機１１０のブロック図を示す。図３は、１例として４×４のケースを示すものであり、パワーローディングの第１の実施形態は、この４×４のケースを参照して説明される。ただし、この４×４のケースは、他のいかなるケースにも拡張できる。特定のサブキャリア（副搬送波）ｋに関して、４つのデータストリームが２組のパワーローディング／ＡＭＣモードにマッピングされる。言い換えれば、変調次数は、入力の組の各々に対して同じように選択される。これは、後で固有モードの組にマッピングされる。パワーローディングユニット１１６の出力は、２つの２×２のＳＦＢＣエンコーディングユニット１１８に適用され、固有ビームフォーマ１２２に渡される。固有ビームフォーマ１２２は、前処理を通して、チャネルの固有モードに入力をマッピングさせる。

ここで、Ｍは固有モードの数である。言い換えれば、固有モードは、最も大きいチャネルエネルギー（或いはＳＮＩＲ）を有する半分の固有モードが１つのグループ内に存在し、最も弱いチャネルエネルギーを有する半分の固有モードが他のグループ内に存在するように、グループ化される。従って、ハーモニックＳＮＩＲｓは、より強い固有モード、および、より弱い固有モードの総チャネルエネルギーを表す。チャネルエネルギーは、固有モードおよび該固有モード上で搬送される信号がどれくらい堅牢であるかの表示（indication）である。この情報は、さらに詳細に次に説明されるように、異なった適用型変調とコード化（ＡＭＣ）、および／または、各半分用の異なったパワーローディングを適用するのに使用される。結合したＳＮＩＲｓの分離は、以下のように定義される。

閉ループ動作の期間中、送信機１１０は、そこから固有値と前処理マトリクスを抽出する現在のＣＳＩに関する知識を有する。送信機１１０は、リンクＲｂ内で、サポートできるデータ速度をＣＳＩから推察する。そして、所定の、許容できるＣＱＩ用のパワーローディングは、ＯＦＤＭシンボル単位で送ることができるビット数と、各モードに使用されることになる変調タイプとの間の最適化である。

上述したように固有モードｉのために計算されたチャネルエネルギーを使用して、そのチャネル状態をサポートすることができる最大のビット伝送速度が決定される。そして、上記モード分離計算を使用して、ビット伝送速度が、モードの２つ組の間でどのようにして分配される必要があるかが決定される。

図４は、モードの２つの組の間におけるパワーローディング適応型変調およびコード化マッピングの１例を示す。この例では、サポートできるビット伝送速度は、特定のサブキャリアに対するＯＦＤＭシンボルあたり２４ビットである。ビット伝送速度を満たす最も少ない変調次数は、図４中の破線の矢印によって示される。この例では、１番目と２番目のモード（結合モードの第１の組）は１６ＱＡＭを使用することになり、３番目と４番目のモード（結合モードの２番目の組）は２５６ＱＡＭを使用することになる。

第１の実施形態および第２の実施形態に加えて、第３の実施形態として、弱い固有モードのために、別のパワーローディングがサブキャリア若しくはサブキャリアのグループを超えて適用される。言い替えれば、全ての固有モードに適用されているパワーローディングの代わりに、パワーローディングをより弱い固有モードにだけ適用でき、これによりパワーローディングの最良の利益を得ることができる。このような場合、パワーロードしたそれらの固有モードが、例えば同じＡＭＣ設定を共有する一方で、パワーロードされていないそれらの固有モードは、依然としてＳＦＢＣまたは他のコード化を持つことができるか、または、個別に異なったＡＭＣ設定を持つこともできる。チャネルの固有モードもまた、最も強いものから最も弱いものへ、常にパワーで順序付けされる。同様のパワーの固有モードを組み合わせることによって、チャネルのパワーローディングを改善することができる。

Claims (20)

1. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）無線通信システムにおける空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）を実行するための方法であって、
   入力データストリーム上でチャネルコーディングを実行するステップと、
   コード化されたデータストリームを２以上のデータストリームに多重化するステップと、
   チャネル状態情報（ＣＳＩ）を獲得するステップと、
   全サブキャリアについて複数の固有モードの各々に関するチャネルエネルギーを計算するステップと、
   前記計算されたチャネルエネルギーに基づいて前記複数の固有モードについてハーモニックＳＮ比を計算するステップと、
   前記ハーモニックＳＮ比の分離を計算するステップと、
   前記チャネル状態情報（ＣＳＩ）に基づいてサポートされたデータ速度を決定するステップと、
   前記モード間で分配されたビットレートを決定するステップと、
   空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）のエンコーディングのためにサブキャリアを組み合わせるステップと、
   前記データストリーム上で空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）のエンコーディングを実行するステップと、
   前記チャネル状態情報（ＣＳＩ）に基づいて固有ビーム形成を実行し、固有ビームを複数の送信アンテナに分配するステップと、
   前記データストリームを伝送用の時間領域のデータに変換するために、逆フーリエ変換を実行するステップと
   を具えたことを特徴とする方法。
2. 前記サブキャリアは、複数のサブキャリアのグループに分割されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記サブキャリアのグループのバンド幅は、チャネルのコヒーレンスバンド幅未満であることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 弱い固有モードについて、サブキャリア若しくはサブキャリアのグループを介してパワー最適条件を適用するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）無線通信システムにおける空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）を実行するための方法であって、
   入力データストリーム上でチャネルコーディングを実行するステップと、
   コード化されたデータストリームを２以上のデータストリームに多重化するステップと、
   チャネル状態情報（ＣＳＩ）を獲得するステップと、
   サブキャリア毎の固有値を格付けするステップと、
   全サブキャリアについて前記同じ格付けされた固有値をグループ化することによって固有ビームを生成するステップと、
   固有ビーム毎の固有値の平均を計算するステップと、
   固有ビームを組み合わせることによって空間周波数ブロックを生成するステップと、
   データ速度に対する固有ビームの組毎の所要なＳＮ比をマッピングすることによって、固有ビームの各組についてデータ速度を決定するステップと、
   空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）のエンコーディングのためにサブキャリアを組み合わせるステップと、
   前記データストリーム上で空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）のエンコーディングを実行するステップと、
   前記チャネル状態情報（ＣＳＩ）に基づいて固有ビーム形成を実行し、固有ビームを複数の送信アンテナに分配するステップと、
   前記データストリームを伝送用の時間領域のデータに変換するために、逆フーリエ変換を実行するステップと
   を具えたことを特徴とする方法。
6. 固有ビームの全ての組について所要なＳＮ比を調整して、測定誤差を補償し、全送信パワーを一定にするステップをさらに具えたことを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 固有ビームの組毎のウェイトベクトルを適用するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項５記載の方法。
8. 前記チャネル状態情報（ＣＳＩ）は、受信機によって生成され、該受信機に戻されることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記チャネル状態情報（ＣＳＩ）は、チャネル相互依存関係を通じて送信機によって生成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）無線通信システムにおける空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）を実行するための方法であって、
    入力データストリーム上でチャネルコーディングを実行するステップと、
    コード化されたデータストリームを２以上のデータストリームに多重化するステップと、
    空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）のエンコーディングのためにサブキャリアを組み合わせるステップと、
    前記データストリーム上で空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）のエンコーディングを実行するステップと、
    チャネル状態情報を用いることなくビーム形成ネットワークによって複数のビームを生成し、該生成されたビームを交換するステップと、
    前記データストリームを伝送用の時間領域のデータに変換するために、逆フーリエ変換を実行するステップと
    を具えたことを特徴とする方法。
11. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）無線通信システムにおける空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）を実行するための装置であって、
    入力データストリーム上でチャネルコーディングを実行するチャネルコーダと、
    コード化されたデータストリームを２以上のデータストリームに多重化するマルチプレクサと、
    全サブキャリアについて複数の固有モードの各々に関するチャネルエネルギーを計算し、前記チャネルエネルギーから前記複数の固有モードについてハーモニックＳＮ比を計算し、前記チャネル状態情報（ＣＳＩ）に基づいて固有モードについてデータ速度を決定するパワーローディングユニットと、
    前記サブキャリアの各組について前記データストリーム上で空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）のエンコーディングを実行する複数の空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）ユニットと、
    前記チャネル状態情報（ＣＳＩ）に基づいて固有ビーム形成を実行し、固有ビームを複数の送信アンテナに分配する複数の固有ビームフォーマと、
    前記データストリームを伝送用の時間領域のデータに変換するために、逆フーリエ変換を実行する複数の逆フーリエ変換ユニットと、
    複数のアンテナと
    を具えたことを特徴とする装置。
12. 前記サブキャリアは、複数のサブキャリアのグループに分割されることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 前記サブキャリアのグループのバンド幅は、チャネルのコヒーレンスバンド幅未満であることを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. 前記パワーローディングユニットは、弱い固有モードについて、サブキャリア若しくはサブキャリアのグループを介してパワー最適条件を適用するように構成されたことを特徴とする請求項１２記載の装置。
15. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）無線通信システムにおける空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）を実行するための装置であって、
    入力データストリーム上でチャネルコーディングを実行するチャネルコーダと、
    コード化されたデータストリームを２以上のデータストリームに多重化するマルチプレクサと、
    サブキャリア毎の固有値を格付けし、全サブキャリアについて前記同じ格付けされた固有値をグループ化することによって固有ビームを生成し、固有ビーム毎の固有値の平均を計算し、固有ビームの各組についてデータ速度を決定するパワーローディングユニットと、
    前記サブキャリアの各組について前記データストリーム上で空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）のエンコーディングを実行する複数の空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）ユニットと、
    前記チャネル状態情報（ＣＳＩ）に基づいて固有ビーム形成を実行し、固有ビームを複数の送信アンテナに分配する複数の固有ビームフォーマと、
    前記データストリームを伝送用の時間領域のデータに変換するために、逆フーリエ変換を実行する複数の逆フーリエ変換ユニットと、
    複数のアンテナと
    を具えたことを特徴とする装置。
16. 前記パワーローディングユニットは、
    固有ビームの全ての組について所要なＳＮ比を調整して、測定誤差を補償し、全送信パワーを一定にするように構成されたことを特徴とする請求項１５記載の装置。
17. 前記パワーローディングユニットは、
    固有ビームの組毎のウェイトベクトルを適用するように構成されたことを特徴とする請求項１５記載の装置。
18. 前記チャネル状態情報（ＣＳＩ）は、受信機によって生成され、該受信機に戻されることを特徴とする請求項１１記載の装置。
19. 前記チャネル状態情報（ＣＳＩ）は、チャネル相互依存関係を通じて送信機によって生成されることを特徴とする請求項１１記載の装置。
20. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）無線通信システムにおける空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）を実行するための装置であって、
    入力データストリーム上でチャネルコーディングを実行するチャネルコーダと、
    コード化されたデータストリームを２以上のデータストリームに多重化するマルチプレクサと、
    前記多重化されたデータストリームの各々における前記チャネル状態情報（ＣＳＩ）に基づいてパワーローディングを実行するパワーローディングユニットと、
    前記サブキャリアの各組について前記データストリーム上で空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）のエンコーディングを実行する複数の空間周波数ブロックコーディング（ＳＦＢＣ）ユニットと、
    チャネル状態情報を用いることなく複数のビームを生成し、該生成されたビームを交換するビーム形成ネットワークと、
    前記データストリームを伝送用の時間領域のデータに変換するために、逆フーリエ変換を実行する複数の逆フーリエ変換ユニットと、
    複数のアンテナと
    を具えたことを特徴とする装置。