JP2008532387A - 高性能空間的シンボル対応付けを使用するｏｆｄｍ−ｍｉｍｏ通信システムおよび関連する方法 - Google Patents

Abstract

ＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ無線通信システムにおける送信機は、それぞれのデータ・ストリームを送信するために複数のアンテナを使用する。チャネル・シンボルに対応付けされる前に、符号化された２進ビットは２つのグループに分割される。１つのグループは、従来のシステムのようにチャネル・シンボルに対応付けされる。２進ビットの別のグループは、空間的マップ指標を発生させるために使用される。空間的マップ指標は、それぞれの副搬送波に対してチャネル・シンボルを送信するためにどのアンテナを使用するべきかを決定する。実際的には、情報ビットがチャネル・シンボルとそのチャネル・シンボルを送信するアンテナの組み合わせにより連帯的に表される。したがって、同一のデータ速度を実現するために、より小さい信号コンスタレーションしか必要としない。さらに、従来の切り換えダイバーシティと同様な空間ダイバーシティの実現が可能である。従来のＯＦＤＭシステムに対して、非ゼロ副搬送波の数は平均的に半減し、ピーク対平均値比の削減をもたらす。

Description

本発明は、無線通信システムに関し、そしてより詳細には、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplex：ＯＦＤＭ）変調を使用し、複数の送受信アンテナを備える無線通信システムに関する。

多入力・多出力（Multiple-Input Multiple-Output：ＭＩＭＯ）無線通信システムは、送信機において複数のアンテナ素子を含み、および受信機において複数のアンテナ素子を含む。個々のアンテナ・アレイは、送信機において及び受信機においてそれらに関連付けられたアンテナ素子群に基づき形成される。このアンテナ素子群は、マルチパスが多い環境で使用されるが、その環境においては様々な物体が散乱しているために、それぞれの信号にマルチパスの伝播が現れる。

ＭＩＭＯ通信システムは、送信機と受信機の間の無線リンクの容量が改善されることを可能とするという利点がある。マルチパスが多い環境では、送信機と受信機の間に複数のチャネルを発生させることが可能である。従って１つのユーザに対するデータを、同時にかつ同一の帯域幅を使用して、これらのチャネル上で並列に、無線により送信することが可能である。

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調はまた、複雑な受信機設計を必要とすることなく、マルチパス環境において有効である。ＯＦＤＭおよびＭＩＭＯ技法の組み合わせは、８０２．ｌｌｎやＥ（Evolved）−ＵＴＲＡなどの様々な規格に適合されており、かつ次世代無線データ通信にとって有望である。

図１において示されるように、ＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ送信機１０においては、リンク信頼性を改善するために、直列のビット情報ストリーム１２がチャネルエンコーダ１４により符号化される。符号化された直列ビット情報ストリーム１６は次に、必要なデータ速度を実現するためにパンクチャ機構（puncturer）１８によりパンクチャ（puncture）される。パンクチャード符号化された直列ビット情報ストリーム２０は次にバースト誤りを回避するために、インタリーブ機構（interleaver）２２によりインタリーブされる。

インタリーブされたビット２４は次に、総データ・スループットを増加させるために、複数の直列ビット情報のサブストリーム（substream）２８、３０に多重化機構２６により分割される。複数の送信機チェーン４０が、多重化機構２６に結合され、それぞれの送信機チェーンが個々の直列ビット情報のサブストリーム２８、３０を受信する。

それぞれの送信機チェーン４０は、個々の直列ビット情報のサブストリームを並列ビット情報ビットサブストリームに変換するための、シリアル−パラレル変換機構４２を含む。例証された例においては、３チャネルのビット、５０（１）〜５０（３）、５１（１）〜５１（３）が、シリアル−パラレル変換機構４２から信号マップ機構（signal mapper）４４に提供される。信号マップ機構４４は、３チャネルのビット、５０（１）〜５０（３）、５１（１）〜５１（３））をチャネル・シンボル５２、５３に対応付け（map）する。

次にチャネル・シンボル５２のブロックは、逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform：ＩＦＦＴ）モジュール４６などの、ＯＦＤＭ変調機構により変調される。ＯＦＤＭ変調機構４６により変調されるチャネル・シンボル・ブロックの長さは、副搬送波（subcarrier）の総数により決定される。ＯＦＤＭ変調機構は、周波数領域の信号を時間領域の信号に変換する。時間領域信号は、送信アンテナ４８（１）、４８（２）により送信される。実際的にはそれぞれのチャネル・シンボル５２、５３は副搬送波上で送信され、チャネル・シンボル・ブロックは全帯域幅を占める。

従来のＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ送信機１０に関連付けられたいくつかの潜在的な問題がある。無線の規格の進化に際して、高いデータ速度を実現するために、１６ＱＡＭや６４ＱＡＭなどの高位変調方式が使用される。しかしながらこれらの高位変調方式は、一定のビット誤り率（Bit Error Rate：ＢＥＲ）を実現するためには、高い信号対雑音比（Signal-to-Noise Ratio：ＳＮＲ）を必要とする。一定のビット誤り率（ＢＥＲ）を実現するために高いＳＮＲを必要とする変調方式は、逆にマルチパスのフェージング環境において悪影響を受け、その結果、その無線リンクが信頼性を欠くことになる。そのうえ、いずれのＯＦＤＭシステムにおいてもピーク対平均値比（Peak-to-Average Ratio：ＰＡＲ）は高くなる。ＰＡＲが高いと、ＲＦ回路設計において、特に電力増幅器において問題を発生させる。

したがって以上の背景を考慮して、信号対雑音比（ＳＮＲ）が減少しても、必要なビット誤り率（ＢＥＲ）を実現する頑強なＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ通信システムを提供することが、本発明の目的である。

直列ビット情報ストリームを複数の直列ビット情報のサブストリームに分割するための多重化機構、および多重化機構に結合された複数の送信機チェーンを具備する送信機を具備するＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ無線通信システムが、本発明による、このおよび他の目的、特徴、および利点を提供する。

それぞれの送信機チェーンは、個々の直列ビット情報のサブストリームを受信し、それぞれの直列ビット情報のサブストリームを並列ビット情報のサブストリームに変換するための、多重化機構に結合されたシリアル−パラレル変換機構を具備することができ、かつ並列ビット情報のサブストリームから第１のビット・グループを入力として受信するために、信号マップ機構がシリアル−パラレル変換機構に結合される。それぞれの信号マップ機構は、特定の副搬送波に対応する。第１の入力を有するアンテナ選択機構は、並列ビット情報のサブストリームから第２のビット・グループを受信するためにシリアル−パラレル変換機構に結合され、そして第２の入力は、信号マップ機構からチャネル・シンボルを受信するために信号マップ機構に結合される。

アンテナ選択機構からの複数の出力に、複数のＯＦＤＭ変調機構を結合することができる。送信アンテナは、それぞれのＯＦＤＭ変調機構に結合される。アンテナ選択機構は、シリアル−パラレル変換機構からの第２のビット・グループに基づき、それぞれの副搬送波に対するチャネル・シンボルを送信するために、送信アンテナの１つを選択する。

それぞれの送信機チェーンにおけるアンテナ選択機構は、選択された送信アンテナに関連付けられたＯＦＤＭ変調機構にチャネル・シンボルを提供し、また一方、選択されなかった送信アンテナに関連付けられたＯＦＤＭ変調機構に代替信号（placeholder）を提供する。それぞれの送信機チェーンにおけるアンテナ選択機構は、チャネル・シンボルを送信するために該アンテナ選択機構に関連付けられた送信アンテナ群のそれぞれの１つの選択を、シリアル−パラレル変換機構からの第２のビット・グループに基づき変更する。

本発明によるＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ通信システムは、送信機と受信機の間のデータ・リンクにおける頑強さ（robustness）を改善する。送信機は、同一のデータ速度に対してより小さいコンスタレーションしか使用せず、したがってある状況下においては、同一のパケット誤り率（Packet Error Rate：ＰＥＲ）を実現するために、より低いＳＮＲしか必要としない。これは、チャネル・シンボルおよびアンテナ選択ビットによって連帯的に表される送信情報ビットに基づく。

符号化されたビットが、複数の送信アンテナの間で効果的に分配されるが故に、空間ダイバーシティが実現されることがもう一つの利点である。さらに、代替信号を受信するそれぞれのＯＦＤＭ変調機構に対して、平均の非ゼロ入力は、従来のＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ通信システムと比較して平均的に半分にまで削減され、結果としてのＯＦＤＭ波形のピーク対平均値比（ＰＡＲ）の低下をもたらす。

それぞれの送信アンテナは、指向性アンテナを具備することができる。あるいはまた、それぞれの送信アンテナは、無指向性アンテナを具備することができる。

送信機はまた、それぞれの送信アンテナからそれぞれの送信機チェーンに対する参照信号を定期的に送信することができる。無線通信システムはさらに、複数の受信アンテナ、複数の受信アンテナに結合された複数のＯＦＤＭ復調機構、および複数のＯＦＤＭ復調機構に結合された複数のチャネル推定機構を含む受信機を具備する。

それぞれのチャネル推定機構は、それぞれの送信アンテナから定期的に送信される参照信号を受信することができ、かつそれぞれの個々の送信アンテナと、チャネル推定機構に関連付けられた個々の受信アンテナの間の無線周波数（ＲＦ）特性を推定することができる。

受信機はさらに、それぞれが個々の副搬送波に対応する信号デマップ機構（signal demapper）であって、それぞれのＯＦＤＭ復調機構に結合された複数の信号デマップ機構を具備することができる。それぞれのデマップ機構は、どのチャネル・シンボルが送信されたか、およびチャネル・シンボルを送信するために、どの送信アンテナが使用されたかを判定することができる。これは、それぞれのデマップ機構が、チャネル・シンボルをそれぞれの送信アンテナから送信された推定されたチャネル・シンボルと比較することにより判定される。必要ならデマップ機構はまた、チャネル復号化を容易にするためにソフト・ビット出力を計算することができる。

本発明のもう一つの態様は、上で定義されたように、無線通信システムにおいて送信機および受信機の間で通信するための方法を対象にする。

本発明はここで、本発明の好適な実施形態が示される添付図面を参照して、以下により完全に記述されることになる。しかしながら本発明は、多くの異なった形態にて具体化することができ、ここに詳しく説明された実施形態に限定されると解釈されるべきでない。これらの実施形態はむしろ、本開示が綿密で完全となり、かつ本発明の範囲を当業者に完全に伝えることになるために提供される。全体を通して同様な番号は同様な要素を参照する。

本発明によるＯＦＤＭ−ＭＩＭＯの無線データ通信システムは、アンテナ・パターン変調を従来のＯＦＤＭ変調の技法と組み合わせる。情報ビットは、チャネル・シンボルおよびアンテナ選択ビットにより連帯的に表される。この組み合わせは、同一のデータ転送速度を実現するために、従来の変調技法のみを使用する場合に比して、事実上、より小さいコンスタレーションしか使用しない。そのうえこの組み合わせは、同一のビット誤り率（ＢＥＲ）を実現するためにより少ない送信電力しか必要としない。

本ＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ通信システムの別の利点は、符号化されたビットが実際的には複数の送信アンテナの間で分配されるため、空間ダイバーシティが実現されることである。さらに、代替信号を受信するＯＦＤＭ変調機構のそれぞれに対して、非ゼロ副搬送波の平均数は、従来のＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ通信システムと比較して平均的に半分にまで減少し、結果としてのＯＦＤＭ波形のピーク対平均値比（ＰＡＲ）の低下をもたらす。

ここで図２において例証される送信機１００を参照すると、直列ビット情報ストリーム１１２が、チャネルエンコーダ１１４によって符号化され、リンクの信頼性を改善する。符号化された直列ビット情報ストリーム１１６は次に、必要なデータ速度を実現するために、パンクチャ機構１１８によってパンクチャされる。パンクチャード符号化された直列ビット情報ストリーム１２０は次に、インタリーブ機構１２２によってインタリーブされ、バースト誤りを回避する。

インタリーブされたビット１２４は次に、多重化機構１２６によって複数の直列ビット情報サブストリーム１２８、１３０に分割され、全体のデータ・スループットを増加させる。複数の送信機チェーン１４０が、多重化機構１２６に結合され、それぞれの送信機チェーンが個々の直列ビット情報サブストリーム１２８、１３０を受信する。

それぞれの送信機チェーン１４０は、個々の直列ビット情報サブストリームを並列ビット情報ビットサブストリームに変換するため、シリアル−パラレル変換機構１４２を含む。例証された例においては、シリアル−パラレル変換機構１４２から３つのチャネル・ビット１５０（１）〜１５０（３）、１５１（１）〜１５１（３）が提供される。

それぞれの送信機チェーン１４０においてはまた、入力として並列ビット情報のサブストリーム１２８、１３０から第１のビット・グループ１５０（１）〜１５０（２）、１５１（１）〜１５１（２）を受信するために、信号マップ機構１４４がシリアル−パラレル変換機構１４２に結合される。アンテナ選択機構１４５は、並列ビット・ストリーム情報のサブストリームから第２のビット・グループ１５０（３）、１５１（３）を受信するために、シリアル−パラレル変換機構１４２に結合された第１の入力を有し、さらに第２の入力は、信号マップ機構からチャネル・シンボル１５２、１５３を受信するために信号マップ機構１４４に結合される。

例証された例においては、１対の、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）モジュール１４６などのＯＦＤＭ変調機構が、アンテナ選択機構１４５からの個々の出力対に結合される。それぞれのＩＦＦＴモジュール１４６（１）、１４６（２）は、受信されたチャネル・シンボル１５２、１５３をバッファリングし、チャネル・シンボルのブロックを形成する。チャネル・シンボル・ブロックの長さは、データ副搬送波の総数によって決定される。チャネル・シンボル・ブロックの中のそれぞれのチャネル・シンボルは、特定の副搬送波上で送信されるべきデータを表す。それぞれのＩＦＦＴモジュール１４６（１）、１４６（２）は次に、受信されたチャネル・シンボル１５２、１５３の１ブロックを変調し、周波数領域信号を送信アンテナ１４８（１）、１４８（２）により送信するべく、時間領域信号に変換する。

副搬送波毎に対して、シリアル−パラレル変換機構１４２からの第２のビット・グループ１５０（３）、１５１（３）（すなわち、アンテナ選択ビット）に基づき、チャネル・シンボル１５２、１５３を送信するための送信アンテナ１４８（１）、１４８（２）の１つを、選択機構１４５が選択する。より詳細には、それぞれの送信機チェーン１４０（１）、１４０（２）におけるアンテナ選択ビット１５０（３）、１５１（３）は、特定の送信アンテナ１４８（１）または１４８（２）を選択するために使用される。

例証された例においては、アンテナ選択ビット１５０（３）、１５１（３）は１ビットであり、その結果、２つの異なったアンテナ１４８（１）または１４８（２）の内の１つを選択するために使用することが可能である。当業者により容易に理解されるように、２つより多くの送信アンテナ１４８（１）、１４８（２）がアンテナ選択機構１４５に結合される場合には、２つより多くの異なった送信アンテナ選択を提供するために、アンテナ選択ビット１５０（３）、１５１（３）は１ビットより多くなることになる。

特定の副搬送波のアンテナ選択ビット１５０（３）、１５１（３）が０の値を取る場合には、この副搬送波に対してチャネル・シンボル１５２、１５３をＯＦＤＭ変調機構１４６（１）に送り、一方、この特定の副搬送波に対してはＯＦＤＭ変調機構１４６（２）に０の代替信号を送るであろう。同様に、特定の副搬送波のアンテナ選択ビット１５０（３）、１５１（３）が１の値を取る場合には、この副搬送波に対してチャネル・シンボル１５２、１５３をＯＦＤＭ変調機構１４６（２）に送り、一方、ＯＦＤＭ変調機構１４６（１）に０の代替信号を送るであろう。それぞれの送信機チェーン１４０（１）、１４０（２）において、これが繰り返される。

代替信号を受信するそれぞれのＯＦＤＭ変調機構１４６（１）、１４６（２）に対して、非ゼロ入力（副搬送波）の数は、従来のＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ送信機に比較して平均的に半分にまで減少し、結果としてのＯＦＤＭ波形のピーク対平均値比（ＰＡＲ）の低下をもたらす。例証されたＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ送信機１００は送信機チェーンを１４０（１）と１４０（２）の２つだけ有するが、当業者によって容易に理解されるように、２つより多くの送信機チェーンを持つＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ送信機にも本発明を適用することができる。

上で述べたように、それぞれの送信機チェーン１４０（１）、１４０（２）において送信アンテナ１４８（１）、１４８（２）により送信される情報ビットは、チャネル・シンボル１５２、１５３、およびアンテナ選択ビット１５０（３）、１５１（３）により一緒に表される。アンテナ選択ビット１５０（３）、１５１（３）が、異なったＯＦＤＭ変調機構１４６（１）、１４６（２）、およびそれらに対応する送信アンテナ１４８（１）、１４８（２）を選択する結果として、より小さい信号コンスタレーションしか必要としない。この組み合わせはまた、同一のビット誤り率（ＢＥＲ）を実現するためにより少ない送信電力しか必要としない。

ちなみに図１における信号マップ機構４４は、チャネル・シンボル５２、５３を発生させるために、３つのチャネル・ビット５０（１）〜５０（３）、５１（１）〜５１（３）を変調する。３つの情報ビットがあるが故に、変調は８ＰＳＫとすることができる。その一方図２における信号マップ機構１４４は、それぞれのシンボルが２つの情報ビット１５０（１）および１５０（２）並びに１５１（１）および１５１（２）から成るため、ＱＰＳＫとなる。

図１における信号マップ機構４４は、ｘ−ｙ面上に８シンボル点が可能な信号コンスタレーションを発生させるが、一方、図２の信号マップ機構１４４は、ｘ−ｙ面上に４シンボル点が可能な信号コンスタレーションを発生させるのみである。

信号マップ機構１４４がｘ−ｙ面において等価な８シンボル点を発生させるためには、アンテナ・パターン変調が使用される。アンテナ選択機構１４５は、２つの送信アンテナ１４８（１）、１４８（２）の内の１つを選択し、チャネル・シンボル１５２、１５３を送信する。それぞれの送信機チェーン１４０における２つの送信アンテナ１４８（１）、１４８（２）は、受信機から２つの異なったアンテナ・パターンが見えることになるように、一意なＲＦの特性を有する。可能な４シンボル点のそれぞれは、２つの異なったアンテナ・パターンの１つを使用して送信することができるため、ＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ受信機は８つの可能なシンボルを検出可能となる。

信号マップ機構１４４により使用されるＱＰＳＫ変調に対する信号コンスタレーションは、信号マップ機構４４によって使用される８ＰＳＫ変調に対する信号コンスタレーションに対してかなり少ない。したがって同一の送信電力に対して、ＱＰＳＫコンスタレーションの異なった２つの信号点の間の最小距離は、８ＰＳＫコンスタレーションの異なった２つの信号点の間の最小の距離よりはるかに大きくなる。その結果、同一のＢＥＲを実現するためには、８ＰＳＫ変調が使用されている時と対照的にＱＰＳＫ変調が使用されるときには、より少ない送信電力を必要とすることになる。

この特定の例においては、信号マップ機構１４４に対する信号コンスタレーションサイズは、信号マップ機構４４に対する信号コンスタレーションのサイズの半分である。それにもかかわらず、それぞれの送信機１０、１００から送信されるデータに対するデータ速度は同一である。一定の状況下で、本発明による送信機１００は、同一のサービス品質を実現するためにより少ない送信電力しか必要とせず、または同一のサービス品質にてより広範囲をカバーする。

送信アンテナ１４８（１）、１４８（２）に対するアンテナ・パターンは、指向性または無指向性である場合がある。複数の無指向性アンテナがあるとき、それぞれの無指向性アンテナは、マルチパスのフェージングにより、受信機によってはやはり異なって見えるであろう。

ここでより詳細に説明されることになるように、受信機がアンテナ選択ビット１５０（３）と１５１（３）の異なる値を区別できるように、送信機１００は、既知の参照ビットを定期的に送信することが必要である。これらの参照ビットは、例えばパイロット・ビットと呼ばれる。アンテナ変調チャネル・シンボルを受信するための受信機２００のブロック図を図３に提供する。

それぞれの送信機チェーン１４０（１）、１４０（２）に対する、それぞれのＯＦＤＭ変調機構１４６（１）、１４６（２）に関連付けられたそれぞれの送信アンテナ１４８（１）、１４８（２）のＲＦ特性を受信機２００が測定するために、既知の参照ビットが送信機１００により定期的に送信される。これらの参照ビットは、例えばパイロット・ビットと呼ばれる。

アンテナ変調チャネル・シンボルを受信するための受信機２００のブロック図を図３に提供する。例証された実施形態において、受信アンテナ２４８（１）、２４８（２）は個々にＯＦＤＭ復調機構２４６（１）、２４６（２）に結合される。ＯＦＤＭ復調機構２４６（１）、２４６（２）は、受信された信号を時間領域から周波数領域に変換するための、例えば高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）モジュールである。それぞれの副搬送波上のＯＦＤＭ−復調信号は、アンテナ変調チャネル・シンボルを含む。

上に述べられたように、受信機２００がアンテナ選択ビット１５０（３）、１５１（３）の異なる値を区別できるように、送信機１００は、既知の参照ビットを定期的に送信する。これらの参照ビットは、例えばパイロット・ビットと呼ばれる。

それぞれの受信アンテナ２４８（１）、２４８（２）により受信された信号に関しては、ＯＦＤＭ復調機構２４６（１）、２４６（２）に入力として適用される。ＯＦＤＭ復調機構２４６（１）、２４６（２）は、受信された信号をバッファリングし、受信信号のブロックを形成する。受信信号ブロックの長さは、データ副搬送波の総数によって決定される。受信された信号ブロックは時間領域信号であり、さらにＯＦＤＭ復調機構２４６（１）、２４６（２）によって周波数領域信号に変換される。ＯＦＤＭ復調機構２４６（１）、２４６（２）の出力は、複数のデマップ機構２４４（１）〜２４４（Ｎ）に渡される。

ＯＦＤＭ復調機構２４６（１）、２４６（２）の出力はまたチャネル推定機構２５０に送られ、そこでチャネル推定機構２５０は受信された信号から既知の参照ビットを抽出する。これらの参照ビット（例えば、パイロット・ビットである場合がある）は、当業者に容易に理解されるように、それぞれの送信および受信アンテナ対に関連付けられた受信された信号の無線周波数（Radio Frequency：ＲＦ）特性を推定するために使用される。チャネル推定機構２５０はＲＦ特性を推定し、さらに推定されたＲＦ特性をデマップ機構２４４（１）〜２４４（Ｎ）に渡す。

それぞれの送信および受信アンテナ対に関連付けられた受信された信号のＲＦ特性には、振幅、位相、遅延拡散、および周波数応答などの属性を含むことができる。デマップ機構２４４（１）〜２４４（Ｎ）は、副搬送波毎にて、それぞれの送信および受信アンテナ対に関連付けられた受信された信号および推定された信号の間のユークリッド距離（Euclidean Distance：ＥＤ）を計算する。デマップ機構２４４（１）〜２４４（Ｎ）は、それぞれの副搬送波に対する最終出力として、最小ユークリッド距離に関連付けられたビット群を選択する。

ここでデマップ機構２４４（１）〜２４４（Ｎ）が、図４ａおよび図４ｂに示されるように重畳されたコンスタレーションを参照し、より詳細に記述されることになる。デマップ機構２４４（１）〜２４４（Ｎ）のそれぞれには、それぞれが受信アンテナ２４８（１）、２４８（２）に関連付けられた、複数の重畳された空間配置が見える。

チャネル・シンボルに対してＢＰＳＫ変調が使用され、かつ２つの送信機チェーン１４０（１）、１４０（２）が送信機１００にて採用されていると仮定すると、それぞれの受信機のデマップ機構２４４（１）〜２４４（Ｎ）におけるそれぞれの重畳されたコンスタレーションには１６の信号点が見えるであろう。１６の信号点のそれぞれは、ビット列ａ₁ｃ₁ａ₂ｂ₂に一意に関連付けられ、ここでｃ１およびｃ２は送信機チェーン１４０（１）および１４０（２）からの個々のチャネル・シンボル１５２、１５３である。ＢＰＳＫが仮定されているため、１つのチャネル・シンボルは１ビットのみから成る。このビット列においては、ａ₁とａ₂は、送信機チェーン１４０（１）および１４０（２）に対する個々のアンテナ選択ビット１５０（３）、１５１（３）である。

受信機２００は、チャネル推定機構２５０からチャネル推定値を受信すると、受信アンテナ２４８（１）、２４８（２）のそれぞれの副搬送波に対する信号コンスタレーションを復元する。図４ａ、図４ｂでは、特定の副搬送波について、受信アンテナ２４８（１）および２４８（２）に対して復元された重畳されたコンスタレーションの例を例証する。ＲＦチャネル特性が周波数選択性であるなら、復元された重畳されたコンスタレーションは副搬送波毎に変化するであろう。

特に図４ａは受信アンテナ２４８（１）に対して復元されたコンスタレーションであり、さらに図４ｂは受信アンテナ２４８（２）に対して復元されたコンスタレーションである。図４ａ、図４ｂにおいてはまた、受信された信号３２４、３２６が示される。それぞれの受信アンテナ２４８（１）、２４８（２）に対して、デマップ機構２４４（１）〜２４４（Ｎ）は受信された信号３２４、３２６と１６の候補のそれぞれの間の距離を計算する。言い換えれば、受信アンテナ２４８（１）、２４８（２）により受信されたそれぞれの副搬送波に対して、それぞれが一意なビット列ａ₁ｃ₁ａ₂ｂ₂に関連付けられた距離を持つ、１６の距離が存在するであろう。

同一のビット列に関連付けられた距離は、次に自乗され、さらにすべての受信アンテナ２４８（１）、２４８（２）に亘って加算される。そして最小の総距離に関連付けられたビット列が、デマップ機構２４４（１）〜２４４（Ｎ）の最終出力として選択される。例証された例においては、ビット列００１０（３３０）が、総距離ｄ＝ｄｌ＋ｄ２がすべての可能なビット列の中で最小であるが故に選択される。

図４ａでは、受信アンテナ２４８（１）に対しては、受信された信号３２４と復元された信号点００００（３３２）の間の距離が最小である。しかしながら、信号ポイント００１０（３３０）と受信された信号３２６の間の総距離が最小である。したがって、ビット列００００（３３２）ではなく、００１０（３３０）が選択される。

同一の空間的ストリーム（例えば、同一の送信機チェーン１４０（１）または１４０（２））からのビットは次にパラレル−シリアル変換機構２４２へ供給され、そこで複数の副搬送波における並列ビットが直列ビット列に変換される。すべての空間的データ・ストリームの直列データは次に、分離機構（demultiplexer）２２６によって単一のストリームに分離される。単一のストリームは次に、デインタリーブ機構（deinterleaver）２２２、デパンクチャ機構（depuncturer）２１８、および復号機構２１４に供給される。

ユークリッド距離の計算はＲＦ特性に依ることができる。図４ａおよび図４ｂの例においては、それぞれの送信および受信アンテナ対の間のＲＦ特性が複素チャネル利得によって表される。

前述の例においては、デマップ機構２４４（１）〜２４４（Ｎ）からハード・ビット値が出力される。チャネル復号を容易にするために、デマップ機構２４４（１）〜２４４（Ｎ）が一定の状況下においてソフト・ビット値を出力することが必要である。さらに図３において例証されたＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ受信機２００を参照すると、受信アンテナ２４８（１）、２４８（２）は異なるが、同一の副搬送波からの信号が、デマップ（demapping）ブロック２４４（１）〜２４４（Ｎ）に供給され、ここでチャネル・ビット（例えば、１５２と１５３）およびアンテナ選択ビット（１５０（３）と１５１（３））の両方を含む、ソフト・ビットが計算される。ソフト・ビットの１つの例には、符号化されたビットの対数尤度比（Log-Likelihood Ratio：ＬＬＲ）がある。興味があるビットがｂ０なら、ｂ０のＬＬＲは次のように定義される：すなわち、

である。

ＬＬＲを計算する前に、受信機２００は最初に、送信機１００から規則的に送信された既知の参照信号を使用してチャネル推定機構２５０を介してチャネル推定を行う。次に、同一の空間的ストリーム（例えば、データ・ストリーム１２８、１３０）に対応するソフト・ビットが、個々のパラレル−シリアル変換機構２４２に供給され、この機構がすべての副搬送波の並列データを直列データに変換する。すべての空間的データ・ストリームの直列データは次に、分離機構２２６により単一のストリームに分離される。上記で議論したように、単一のストリームは次に、デインタリーブ機構２２２、デパンクチャ機構２１８、および復号機構２１４に供給される。

以上の記述および関連図面における便益を享受することにより、本発明の多くの修正および他の実施形態が、当業者の心に浮かぶことであろう。したがって本発明が、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、さらに修正および実施形態も付加された特許請求の範囲の中に含むべく意図されていることは自明である。

先行技術によるＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ送信機のブロック図である。 本発明によるＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ送信機のブロック図である。 本発明による受信機のブロック図である。 図３に示された受信アンテナの１つに対する復元されたコンスタレーションである。 図３に示された他方の受信アンテナに対する復元されたコンスタレーションである。

Claims (31)

1. ＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ送信機を備える無線通信システムであって、
   前記ＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ送信機は、
   直列ビット情報ストリームを複数の直列ビット情報サブストリームに分割する多重化機構と、
   個々の直列ビット情報サブストリームを受信する送信機チェーンであって、前記多重化機構に結合された複数の送信機チェーンと
   を含み、
   該送信機チェーンの各々は、
   該個々の直列ビット情報サブストリームを並列ビット情報サブストリームに変換するための、前記多重化機構に結合されたシリアル−パラレル変換機構と、
   該並列ビット情報サブストリームから第１のビット・グループを入力として受信するための、該シリアル−パラレル変換機構に結合された信号マップ機構であって、それぞれの信号マップ機構が特定の副搬送波に対応する信号マップ機構と、
   該並列ビット情報サブストリームから第２のビット・グループを受信するための、該シリアル−パラレル変換機構に結合された第１の入力、および該信号マップ機構からチャネル・シンボルを受信するための、該信号マップ機構に結合された第２の入力を有するアンテナ選択機構と、
   該アンテナ選択機構からの複数の出力に結合された複数のＯＦＤＭ変調機構と、
   それぞれのＯＦＤＭ変調機構に結合された送信アンテナと
   を含み、
   該アンテナ選択機構が、該シリアル−パラレル変換機構からの該第２のビット・グループに基づき、該対応する副搬送波に対する該チャネル・シンボルを送信する該送信アンテナの１つを選択することを特徴とする無線通信システム。
2. それぞれの送信機チェーンにおける前記アンテナ選択機構が、前記選択された送信アンテナに関連付けられた前記ＯＦＤＭ変調機構へチャネル・シンボルを提供し、前記選択されなかった送信アンテナに関連付けられた該ＯＦＤＭ変調機構へ代替信号を提供することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. それぞれの送信機チェーンにおける前記アンテナ選択機構は、前記シリアル−パラレル変換機構からの前記第２のビット・グループに基づき前記チャネル・シンボルを送信するために、前記アンテナ選択機構と関連付けられた前記送信アンテナの内のそれぞれの１つを選択することを変更することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. それぞれの送信アンテナが指向性アンテナを具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
5. それぞれの送信アンテナが無指向性アンテナを具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記送信機が、それぞれの送信機チェーンに対してそれぞれの送信アンテナから参照信号を定期的に送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
7. 複数の受信アンテナと、
   前記複数の受信アンテナに結合された複数のＯＦＤＭ復調機構と、
   それぞれの送信アンテナから定期的に送信される参照信号を受信し、前記チャネル推定機構に関連付けられた、それぞれの個々の送信アンテナおよび個々の受信アンテナの間の無線周波数（ＲＦ）特性を推定するチャネル推定機構であって、前記複数のＯＦＤＭ復調機構に結合された複数のチャネル推定機構と
   を具備する受信器をさらに具備することを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
8. 前記受信機が、それぞれのＯＦＤＭ復調機構に結合された複数の信号デマップ機構をさらに具備し、それぞれの信号デマップ機構が個々の副搬送波に対応することを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
9. それぞれのデマップ機構が、それぞれの副搬送波に対して、どのチャネル・シンボルが送信されたか、および該チャネル・シンボルを送信するためにどの送信アンテナが使用されたかを判定することを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
10. 前記受信された信号を前記推定されたチャネル推定に従って復元された重畳された信号コンスタレーションと比較することにより、それぞれのデマップ機構が前記判定を実行することを特徴とする請求項９に記載の無線通信システム。
11. それぞれのデマップ機構が、チャネル復号を容易にするためにソフト・ビット値を計算することを特徴とする請求項９に記載の無線通信システム。
12. 前記多重化機構に直列ビット情報ストリームを提供するチャネル符号化機構をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
13. 前記チャネル符号化機構および前記多重化機構の間に結合されたインタリーブ機構をさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
14. 直列ビット情報ストリームを複数の直列ビット情報サブストリームに分割する多重化機構と、
    個々の直列ビット情報サブストリームを受信する送信機チェーンであって、前記多重化機構に結合された複数の送信機チェーンと
    を含み、
    該送信機チェーンの各々は、
    該個々の直列ビット情報サブストリームを並列ビット情報サブストリームに変換するための、前記多重化機構に結合されたシリアル−パラレル変換機構と、
    該並列ビット情報サブストリームから第１のビット・グループを入力として受信するための、該シリアル−パラレル変換機構に結合された信号マップ機構であって、それぞれの信号マップ機構が特定の副搬送波に対応する信号マップ機構と、
    該並列ビット情報サブストリームから第２のビット・グループを受信するための、該シリアル−パラレル変換機構に結合された第１の入力、および該信号マップ機構からチャネル・シンボルを受信するための、該信号マップ機構に結合された第２の入力を有するアンテナ選択機構と、
    該アンテナ選択機構からの複数の出力に結合された複数の逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）モジュールと、
    それぞれのＩＦＦＴモジュールに結合された送信アンテナと
    を含み、
    該アンテナ選択機構が、該シリアル−パラレル変換機構からの該第２のビット・グループに基づき、該対応する副搬送波に対する該チャネル・シンボルを送信する該送信アンテナの１つを選択することを特徴とするＭＩＭＯ送信機。
15. それぞれの送信機チェーンにおける前記アンテナ選択機構が、前記選択された送信アンテナに関連付けられた前記ｌＦＦＴモジュールへチャネル・シンボルを提供し、前記選択されなかった送信アンテナに関連付けられた該ｌＦＦＴモジュールへ代替信号を提供することを特徴とする請求項１４に記載のＭＩＭＯ送信機。
16. それぞれの送信機チェーンにおける前記アンテナ選択機構が、前記シリアル−パラレル変換機構からの前記第２のビット・グループに基づき前記チャネル・シンボルを送信するために、前記アンテナ選択機構と関連付けられた前記送信アンテナの内のそれぞれの１つを選択することを変更することを特徴とする請求項１４に記載のＭＩＭＯ送信機。
17. それぞれの送信アンテナが指向性アンテナを具備することを特徴とする請求項１４に記載のＭＩＭＯ送信機。
18. それぞれの送信アンテナが無指向性アンテナを具備することを特徴とする請求項１４に記載のＭＩＭＯ送信機。
19. 前記送信機が、それぞれの送信機チェーンに対してそれぞれの送信アンテナから参照信号を定期的に送信することを特徴とする請求項１４に記載のＭＩＭＯ送信機。
20. 前記多重化機構に直列ビット情報ストリームを提供するチャネル符号化機構をさらに具備することを特徴とする請求項１４に記載のＭＩＭＯ送信機。
21. 前記チャネル符号化機構および前記多重化機構の間に結合されたインタリーブ機構をさらに具備することを特徴とする請求項１４に記載のＭＩＭＯ送信機。
22. 無線通信システムにおいて、多重化機構および該多重化機構に結合された複数の送信機チェーンを含む送信機と、受信機との間で通信するための方法であって、
    前記方法は、
    該送信機における該多重化機構を使用して直列ビット情報ストリームを複数の直列ビット情報サブストリームに分割するステップと、
    該送信機におけるそれぞれの送信機チェーンにて個々の直列ビット情報サブストリームを受信するステップと、
    該多重化機構に結合されたシリアル−パラレル変換機構を使用して該個々の直列ビット情報サブストリームを並列ビット情報サブストリームに変換することと、
    特定の副搬送波に対応する各信号マップ機構であって、該シリアル−パラレル変換機構に結合された信号マップ機構にて入力として該並列ビット情報サブストリームからの第１のビット・グループを受信することと、
    該シリアル−パラレル変換機構に結合された第１の入力を入力として有するアンテナ選択機構にて、該並列ビット情報サブストリームから第２のビット・グループを入力として受信すること、および該信号マップ機構に結合された第２の入力にて該信号マップ機構からのチャネル・シンボルを受信することと、
    該アンテナ選択機構に接続された複数のＯＦＤＭ変調機構に結合された複数の送信アンテナであって、該シリアル−パラレル変換機構からの該第２のビット・グループに基づき該対応する副搬送波に対する該チャネル・シンボルを送信する送信アンテナの１つを該アンテナ選択機構を介して選択することと
    を実行するステップと
    を具備することを特徴とする方法。
23. それぞれの送信機チェーンにおける前記アンテナ選択機構が、前記選択された送信アンテナに関連付けられた前記ＯＦＤＭ変調機構へチャネル・シンボルを提供すること、および前記選択されなかった送信アンテナに関連付けられた該ＯＦＤＭ変調機構へ代替信号を提供することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. それぞれの送信機チェーンにおける前記アンテナ選択機構が、前記シリアル−パラレル変換機構からの前記第２のビット・グループに基づき前記チャネル・シンボルを送信するために、前記アンテナ選択機構と関連付けられた前記送信アンテナの内のそれぞれの１つを選択することを変更することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
25. それぞれの送信アンテナが指向性アンテナを具備することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
26. それぞれの送信アンテナが無指向性アンテナを具備することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
27. 前記送信機が、それぞれの送信機チェーンに対してそれぞれの送信アンテナから参照信号を定期的に送信することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
28. 前記受信機が複数の受信アンテナ、該複数の受信アンテナに結合された複数のＯＦＤＭ復調機構、および該複数のＯＦＤＭ復調機構に結合された複数のチャネル推定機構を具備し、
    それぞれのチャネル推定機構が、
    それぞれの送信アンテナから前記定期的に送信された参照信号を受信するステップと、
    該チャネル推定機構に関連付けられたそれぞれの個々の送信アンテナおよび個々の受信アンテナの間の無線周波数（ＲＦ）特性を推定するステップと
    を具備することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
29. 前記受信機が、それぞれのＯＦＤＭ復調機構に結合された複数の信号デマップ機構をさらに具備し、
    それぞれの信号デマップ機構が個々の副搬送波に対応することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
30. それぞれのデマップ機構が、それぞれの副搬送波に対して、どのチャネル・シンボルが送信されたか、および該チャネル・シンボルを送信するためにどの送信アンテナが使用されたかを判定することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
31. 前記受信された信号を前記推定されたＲＦ特性に従って復元された重畳された信号コンスタレーションと比較することにより、それぞれのデマップ機構が前記判定を実行することを特徴とする請求項３０に記載の方法。

Images