JP2009510928A - 複合受信アンテナに基づく放送ｏｆｄｍシステムにおける切り替えダイバーシチ - Google Patents

Abstract

【解決手段】実施形態は、無線ネットワーク中のレシーバにおける信号品質を向上させるためのシステムと方法である。一実施形態においては、受信信号電力または信号対雑音比（ＳＮＲ）のような信号品質パラメータに基づいてアンテナサブセットから一つのアンテナが選択される。他の実施形態においては、各アンテナのために独立した信号処理パスに対して複合アンテナが適用され、この信号処理パスからの出力はレシーバにおける信号品質を向上するために結合される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、通信システム及び方法に関し、特にレシーバにおいて複合アンテナを用いることにより無線システム中のレシーバのパフォーマンスを向上させるシステムと方法に関する。

無線システムの技術として、主として符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）デジタル無線技術が用いられている。このＣＤＭＡのほかに、更に、エアーインターフェース仕様がＦＬＯ（フォワードリンク専用）技術を規定しており、これは無線プロバイダの工業化グループによって開発された。一般的に、ＦＬＯは用いられている無線技術のなかで最も効果的な特徴を更に顕著にし、最近の符号化およびシステム設計における最新の利点を用いており、最高の品質パフォーマンスを一貫して達成している。このＦＬＯを世界的な標準とすることが一つの目標となっている。

このＦＬＯ技術はモバイルマルチメディア環境における一つの技術として設計され、携帯電話機に用いて理想的なパフォーマンス特性を示す。この技術は常に最高の受信品質を保つために符号化とインターリーブによる最新の利点を用いており、いずれもリアルタイムでのコンテンツストリーミングと他のデータサービスとを実現できる。ＦＬＯ技術は、電力消費についての妥協なしで、強力なモバイルパフォーマンスと高いキャパシティとを提供することができる。この技術は更に、用いられる送信機数を劇的に減少させることによりマルチメディアコンテンツを提供するネットワークコストを減少させる。更に、ＦＬＯ技術に基づくマルチメディアのマルチキャスト技術は無線オペレータセルラーネットワークデータと音声サービスとを補完し、３Ｇネットワーク上で用いられる同じ携帯電話機にコンテンツを送出する。

ＦＬＯ無線システムは、モバイルユーザに対する非リアルタイムサービスとは異なり、リアルタイムの音声と映像信号とを放送するように設計されている。各ＦＬＯ送信は広い地理的範囲をカバーするために背の高い、高出力の電力のアンテナ送信機を用いて行なわれる。ＦＬＯのような直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムの放送において、各ＯＦＤＭ記号は物理レイヤーパケットを有するフレーム中に組み込まれ、リードソロモン（Ｒ−Ｓ）符号により符号化され、フェージングチャンネルの時間ダイバーシチを表すフレーム間に配分される。複数のチャンネルに現れる時間ダイバーシチは各符号ブロックの期間に現れ、従ってパケットは、幾つかのパケットの期間において深いフェージングが生じたとしても、容易に回復できる。しかしながら、モバイルハンドセットまたはレシーバが非常に低い速度（小さいドップラースプレッド）であると、チャンネルコヒーレンス時間はリードソロモン符号ブロックの時間に比して長くなり、このチャンネルは低速で展開することになる。この結果、リードソロモン符号化ブロック内で小さい時間ダイバーシチが得られることになる。（例えばＦＬＯにおいては、リードソロモン符号化ブロックは４個のフレームに跨ることになり、その結果、このリードソロモン符号化ブロックの期間は約０．７５秒となる。）このような従来の方法ではハンドセット上に単一の受信アンテナが用いられている。しかしながら、モバイルハンドセットの速度（またはドップラースプレッド）が変化し、特に低ドップラースプレッドシナリオの場合には、単一の受信アンテナのＦＬＯレシーバアーキテクチャのパフォーマンスは低下することになる。

本出願は、“複合受信アンテナに基づく放送ＯＦＤＭシステムにおける切り替えダイバーシチ”と題して２００５年９月２７日に出願された米国特許仮出願番号６０/７２１，２７３号の優先権の利益を主張する。

ここで、一態様としてレシーバの信号品質を向上させるためにレシーバにおいて複合アンテナを用いることにより放送無線ネットワークにおけるレシーバのパフォーマンスを実現するための方法と装置が提供される。一つの実施形態において、少なくとも２個のアンテナがレシーバにおいて用いられ、アンテナが監視され、切り替えコンポーネントがアンテナサブセットから一つのアンテナを選択するために用いられる。サブセットから選択されたアンテナはレシーバにおいて通常は最強の信号電力を有し、最高の信号対雑音比（ＳＮＲ）又は他の品質パラメータを有し、これにより、レシーバにおいて処理される信号品質が向上される。他の実施形態において、デュアルトラック（またはマルチトラック）法が適用され、複数のアンテナがレシーバの処理パスを分離するように設けられる。各パスの出力は最大比組み合わせ法により組み合わされ、レシーバにおける全体的な信号品質が向上される。

上述の目的を達成するための複数の実施形態を添付図面を参照して以下に説明する。これらの実施形態は技術範囲を構成する実施可能な種々の形態のうちの一部である。

以下、無線ネットワーク中のレシーバにおける信号品質を向上させるためのシステムと方法とを説明する。一実施形態において、受信信号電力又は信号対雑音比（ＳＮＲ）のような信号品質パラメータに基づいてアンテナサブセットの中から一つのアンテナが選択される。他の実施形態において、複数アンテナが複数の独立した信号処理パスの各アンテナに対して適用され、各パスの出力はレシーバにおける全体的な信号品質の向上のために組み合わされる。複数の受信アンテナを用い、アンテナサブセットから選択し、あるいはアンテナに対する独立した処理パスを設けることにより、無線ネットワークにおいて信号品質およびレシーバのパフォーマンスが向上される。

この明細書において、「コンポーネント」、「ネットワーク」、「システム」のような用語はコンピュータ関連の分野で用いられることを意図しており、ハードウエア、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせ、ソフトウエア、または実行中のソフトウエアのいずれで用いても良い。たとえば、コンポーネントは、プロセッサ上で用いられるプロセス、プロセッサ、オブジェクト、エクゼクタブル、実行スレッド、プログラム、およびコンピュータのいずれかであってよいが、これらに限定されるものではない。たとえば、通信装置上で用いられるアプリケーションと装置とはいずれもコンポーネントである。一つまたはそれ以上のコンポーネントがプロセスまたは実行スレッド内に設けられており、一つのコンポーネントを一つのコンピュータに、あるいは二つまたはそれ以上のコンピュータに割り当てることができる。さらに、これらのコンポーネントは種々のデータ構造を持ちコンピュータにより読み取られる媒体に格納されたデータにより実行される。このコンポーネントは、一つまたはそれ以上のパケットを持つ信号に従って、ローカルまたはリモートプロセスとの通信を行うことができる。（パケットは、例えば、ローカルシステム、分布システム、またはインターネットのような有線または無線ネットワークのような一つのコンポーネントと相互動作を行う他のコンポーネントからのデータである。）
図１は無線ネットワークレシーバシステム１００を示し、レシーバのアンテナサブセット１１０を有し、このアンテナサブセット１１０は二つまたはそれ以上のアンテナを有する。図示したように、第一のレシーバの構成が１２０で示され、監視コンポーネント１３０はアンテナサブセット１１０からの信号を測定し、切り替えコンポーネント１４０は一つのアンテナを選択し、監視コンポーネントからの測定値に基づいて無線信号を受信し処理する。他のレシーバ構成１５０では、分離された信号パス１６０がアンテナサブセット１１０内の各アンテナに対応して設けられ、コンバイナ１７０がサブセットにより供給された信号の組み合わせから最適の信号を生成する。

第一のレシーバ構成１２０において、２個またはそれ以上のダイバーシチアンテナを用いて、より強い受信信号強度指示（ＲＳＳＩ）またはより高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を持つアンテナに切り替えられる。このレシーバ構成はアンテナダイバーシチを用い、レシーバのパフォーマンスを改善する。一つの例として、これは低速のフェージングチャンネルに有効であり、時間ダイバーシチの欠落に対応して補完することができる。フォワードリンク専用（ＦＬＯ）送信のバースト特性により、ＲＳＳＩ測定値、ＳＮＲ計算（または他のパラメータ測定）およびアンテナ選択は、マルチキャストロジカルチャンネル（ＭＬＣ）処理の開始以前に行われる。すなわち、対象となる各ＯＦＤＭ記号の復号化は通常は行われない。また、これらのＲＳＳＩ測定、ＳＮＲ計算、およびアンテナ選択のための追加の電力消費も極めてわずかである。アンテナ差分を行うに際して、切り替えダイバーシチは高ドップラースプレッドにおいてターンオフされ、このシナリオにおけるパフォーマンスは急激な動作を伴わない。ＲＳＳＩはストレートフォワード状態における、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の状態情報と自動利得制御（ＡＧＣ）ループアキュミュレータ値とに基づいて計算することができる。

一つの方法として、レシーバにおける雑音変動を見積もるためのアルゴリズムを用いることができる。また、信号と雑音の双方の電力を含むベースバンド複合受信電力も計算することができる。複合受信電力と見積もられた雑音変動との比が計算され、これが受信ＳＮＲを示す値となる。高い受信ＳＮＲを持つアンテナが選択されて用いられ、現在フレームのデータ受信が行われる。各サブキャリアに対して個々にアンテナを選択するための（または二つの測定値を組み合わせるために）他の切り替え技術を用いることができる。しかしながら、この技術はレシーバの構造を複雑にし、ＲＦチェインの第二のセットを用いるために、ベースバンドにおける二つのＦＦＴブロックと各サブキャリアアンテナ選択ロジックとを用いることになる。

他の方法においては、アンテナ切り替え動作が有効ＳＮＲに基づいて行われる。この有効ＳＮＲは、チャンネル形成がコードワードを越えて変化するときに（時間変動または周波数変動のいずれかまたは双方に原因して）、受信信号の品質を表す指標となっている。この有効ＳＮＲは平均強制キャパシティの一次関数である。ＯＦＤＭ記号については、共通変調度ｍを有するサブキャリアの一群に対する平均強制キャパシティは以下の数式（１）によって計算できる。

ここで、Ｈ_ｉ,ｋはＯＦＤＭ記号iのサブキャリアｋに対するチャンネル見積もりであり、σ^２は付加的な雑音や干渉の変数である。強制キャパシティ関数φ_ｍ(.)は、一般に変調度ｍ、例えばＱＰＳＫや１６ＱＡＭなどによって決まる。平均強制キャパシティは有効ＳＮＲの一次関数であり、より高い有効ＳＮＲはより高い平均強制キャパシティを有する。したがって、アンテナの選択は平均強制キャパシティによって決定される。この方法により、平均強制キャパシティはチャンネル見積もりと数式（１）による雑音変動見積もりとに基づいてアンテナ選択のために用意されたプリ案ぶる記号に対して計算することができる。より高い平均強制キャパシティ（すなわちより高い有効なＳＮＲ）を有するアンテナがデータ受信のために選択され、用いられる。目的とするＯＦＤＭ記号のサブキャリアが異なる変調方式によって変調される場合には、アンテナ選択の一つの方法は、最低変調度のサブキャリアの平均強制キャパシティに基づいて行われるものである。この場合、数式（１）による加算は最低変調度のサブキャリアをオーバーするものとなる。

サブセット１１０内のアンテナ間の構成内に設けられる切り替えダイバーシチに加えて、ＦＬＯ形式の放送ＯＦＤＭシステムのための最大比組み合わせ機構（ＭＲＣ）が構成１６０内に設けられる。レシーバ構成１２０内の各アンテナにおける受信電力全体に基づいて受信と復調のためのより強いＲＳＳＩまたはより高いＳＮＲを有するアンテナを選択する切り替えダイバーシチ構成とは異なり、最大比組み合わせ法は、各サブキャリアポスト高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理において独立的にサブセット１１０内の指定されたアンテナからの受信信号を組み合わせる。ＦＬＯ方式のＯＦＤＭシステム内のＭＲＣの構成の一例を図４に示し、一方、切り替えダイバーシチシステムの構成の一例を図２に示す。

上述したように、信号処理の一つの方法はレシーバハンドセット内に二つのアンテナを設けることである。説明の簡単のために、以下の説明では２個の受信アンテナを用いる場合を例に取っているが、以下のシステムと方法ではサブセット１１０内のアンテナ数は２個以上であることは自明である。さらに、システム１００では低ドップラースプレッドにおけるパフォーマンスを改善することを目的とした構成、方法を示し、リードソロモン（Ｒ−Ｓ）符号化と結合させることはないが、このような符号化が行われなくても高い信号パフォーマンスが与えられる。ＦＬＯ方式のＯＦＤＭ放送システムにおいては、目的とするパケットをレシーバに送信するためにフレーム期間の一部が用いられる。これらのパケットは放送される特定のコンテンツに関連するものでよく、複数のコンテンツチャンネルを各フレーム中に組み込むことができる。これらのパケットの組み合わせは、ＭＬＣ(Multicast Logical Channel)と称される。電力消費量を減らすために、レシーバは目的とするＯＦＤＭ記号と、フレームの少数のプリアンブルとポストアンブル記号との期間内で特に動作するように設定される。

図２はレシーバ切り替えシステム２００の一例を示し、信号品質を向上させるための複数のアンテナを有する。前記したように、システム２００内のアンテナの数は２個以上であってもよい。受信強度は現在のフレームのプリアンブル記号の期間にアンテナ２１０によって測定される。より強い受信電力のアンテナが選択され、フレーム全体のデータ受信のために用いられる。この実施形態では特に、レシーバ内に一つのＲＦチェインが搭載される。このＲＦチェインは、フロントエンドＲＦフィルタと、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２２４と、ミキサ２３０と、アナログベースバンドローパスフィルタ２３４と、Ａ／Ｄコンバータ２４０と、デジタルフィルタ２４４と、ＤＣ補正コンポーネント２５０と、自動利得制御器（ＡＧＣ）２５４とを有する。スイッチ２６０はアンテナ２１０の一つをＲＦチェイン（例えばアナログスイッチ）に接続する。

特に、現在のフレームＭＬＣのスタートに先立って、ＡＧＣ２５４による電力ップが行われ、第一アンテナ２１０がＲＦチェインに接続される。ＡＧＣ動作期間の最後において、現在のＬＮＡの利得状態とＡＧＣループアキュミュレータからの情報に基づいて、第一アンテナの受信信号強度指標（ＲＳＳＩ）が回路２６４において計算される。次いで、スイッチ２６０によって第二アンテナが選択され、ＲＦチェインに接続される。この第二アンテナに対するＡＧＣ期間が終了すると、そのＲＳＳＩが回路２６４において計算され、第一アンテナ２１０のものと比較される。より高いＲＳＳＩのアンテナが選択され、現在フレームのデータ受信のために用いられる。したがって、ＯＦＤＭ記号に対して少なくとも二つのＡＧＣ動作期間が用いられ、後に続くプリアンブルとＭＬＣ記号に先立ってアンテナの選択の決定がなされる。レシーバにおける電力消費の減少のために、ＡＧＣ動作とＲＳＳＩ測定の間に、ＡＧＣの各ブロックは順次ターンオフされる。他の実施形態においては二組のＲＦチェイン、Ａ／Ｄ、ＤＣおよびＤＧＶＡブロックが用意され、ＡＧＣ動作とＲＳＳＩ計算は二つのアンテナに対してそれぞれ同時に用いられる。この動作は後で図４について説明する。この構成によりＲＳＳＩ測定の時間が節約できるが、回路構成は複雑になる。

システム２００において、アンテナの切り替えはフレームのデータ複合化の期間には通常は行われない。すなわち、アンテナの選択は一つのフレームについて一度だけ行われる。他の実施形態においては、アンテナ切り替えはより高速で行われる。例えばアンテナ選択のためにＭＬＣ間に適当な間隙がある場合にはＭＬＣ毎に一度の割合で行うことができる。この動作は、さらにチャンネル見積もりの時間平均化ができないときにもＭＬＣの間に切り替えを行うことができる。アンテナ選択速度が非常に遅い場合には、選択されたアンテナがチャンネル切り替え時の最良のアンテナを保持できないために、フェージングチャンネルに対してより少ないダイバーシチが見られる。アンテナ切り替え速度を非常に早くすると、高速ドップラースプレッドに対するアンテナダイバーシチを提供し続けることができるようになる。しかしながら、ＭＬＣ復調期間内のアンテナの切り替えはＡＧＣやチャンネル見積もり平均化のようなベースバンドレシーバの動作を無効にする。高速の切り替えはレシーバの電力消費を増大させる。システム２００は無線通信装置の一部として用いることができることは勿論である。この装置は無線装置におけるアンテナのサブセットを監視する手段（例えば、ＲＳＳＩコンポーネント２６４）や、アンテナサブセットから一つのアンテナを選択する手段（例えばアンテナアナログスイッチ２６０）や、選択されたアンテナからの信号を処理する手段（例えば、ＲＦフィルタや低雑音増幅器（ＬＮＡ）２２４）や、ミキサ２３０や、アナログベースバンドローパスフィルタ２３４や、Ａ／Ｄコンバータ２４０や、デジタルフィルタ２４４や、ＤＣ補正コンポーネント２５０や、自動利得制御器（ＡＧＣ）２５４などを含むことができる。

切り替えシステム２００中の他のコンポーネントとしてＤＧＶＡ２５４からの入力を受ける自動周波数制御（ＡＦＣ）２７０を含むことができる。ＡＦＣ２７０からの出力はサンプルバッファ２７２に供給され、次いで高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）コンポーネント２７４と逆チャンネル化コンポーネント２７６とに供給される。タイミングコンポーネント２７８とチャンネル見積もりコンポーネント２８０とはフィードバック要素として用いられる。切り替えシステム２００内の他のコンポーネントとしては、復号化数値発生器２８２、逆インターリーブコンポーネント２８４、逆スクランブルコンポーネント２８６、ターボデコーダ２８８などが含まれる。

図３は無線レシーバの切り替えコンポーネント処理３００を示す。図２で説明したアンテナダイバーシチシステムにおいて、図２のアンテナ切り替えブロック２６０の動作について少なくとも二つの選択肢がある。一方の選択肢３１０ではモバイルレシーバが低速（小ドップラースプレッド）で移動中のアンテナ切り替えを行なう。他の選択肢３２０では切り替えが常時行なわれる場合である。選択肢３１０を以下に詳細に説明する。

第一の切り替え処理の選択肢３１０は２個又はそれ以上のアンテナ間に差分があるときに有効である。ＦＬＯシステムにおいては、第一アンテナの利得は約５ｄＢであって第二のアンテナよりも利得が高い。第二アンテナの利得は、このアンテナが異なる周波数バンド（例えばＣＤＭＡ）で動作するように同調されていること、あるいは係数を考慮して、より小さくすることができる。大きなドップラースプレッドのために切り替えブロックを常時オンにしておくことにより、ＲＳＳＩ測定の間に第二のアンテナが選択される可能性があり、一方第一のアンテナは目的とするＭＬＣの大部分の期間においてより強い受信電力を有する。その結果、低速移動時のみ（小ドップラースプレッド）切り替えブロックをオンにするのは有効である。近接するＯＦＤＭ記号のチャンネル見積もりに基づいてドップラースプレッドを見積もる方法がある。即ち、切り替えダイバーシチブロックはチャンネル時間相関が所定の閾値より高いときのみオンにされる。第二アンテナを用いるときには、形状係数を考慮して内部に設けることができることが分かる。

図４は無線レシーバシステムにおける多重パス処理システム４００を示す。この場合、二組のアナログＲＦチェイン４１０、４１４が示されている。各チェイン４１０、４１４は、ＳＡＷフィルタ４２０、４２２と、これらに接続された低雑音増幅器（ＬＮＡ）４２４、４２６を有する。ＬＮＡ４２４、４２６からの出力はミキサ、アナログＬＰＦ、Ａ／Ｄブロック４２８、４３０に接続され、これらは次にデジタルフィルタ／ＤＣオフセットブロック４３２、４３４に出力を与える。ブロック４３２、４３４からの出力はデジタル可変利得増幅器（ＤＧＶＡ）４３６、４３８を駆動し、次にＡＦＣコンポーネント４４０、４４２を夫々駆動する。ＡＦＣコンポーネント４４０、４４２からの出力はサンプルバッファ４５０、４５２、ＦＦＴブロック４５４、４５６、チャンネル見積もりブロック４５８、４６０に順次供給される。フィードバックがタイミングブロック４６２、４６４を介して形成される。システム４００の他のコンポーネントとしては、最大比組み合わせブロック（ＭＲＣ）４６６、逆チャンネル化コンポーネント４６８、復号化数値発生器４７０、逆インターリーブコンポーネント４７２、逆スクランブルコンポーネント４７４、ターボデコーダ４７６などが含まれる。

レシーバチェイン４１０、４１４は目的とするＭＬＣ記号の復調時、ならびにプリアンブルとポストアンブル記号の復調時に同時に動作される。アンテナ４１６、４１８に受信された信号はレシーバチェイン４１０、４１４によってそれぞれ処理され、ＦＦＴおよびチャンネル見積もりブロックの出力４８０、４８２として取り出される。このレシーバのＦＦＴとチャンネル見積もりとの出力は最大比組み合わせ（ＭＲＣ）ブロック４６６においてサブキャリアベースで組み合わされて最大の信号対雑音比となり、復号化のための順次ブロック４６８−４７６に供給される。各レシーバチェインは例えばそれ自体のＬＮＡ利得状態、ＤＶＧＡ利得、ＤＣ補完、周波数と時間トラッキングなどを維持する。

ＦＦＴの出力側４８０、４８２において、i番目のサブキャリアの受信信号をレシーバチェイン＃１、＃２に対してそれぞれｒi,1、ｒi,2とし、サブキャリアiに対する周波数ドメインチャンネル見積もりをレシーバチェイン＃１、＃２に対してそれぞれｃi,1、ｃi,2とする。すると、ＭＲＣブロック４６６はi番目のサブキャリアに対してこれら二つのレシーバチェインの出力を以下の数式（２）のように組み合わせる。

ここで、＊は複素共役数である。もしチャンネル見積もりが正確であれば、各サブキャリアに対して信号対雑音比が最大である場合には、数式（１）による受信信号のサブキャリア当たりの組み合わせは最適化される。この場合、二つの受信アンテナ間に差分が存在したとしても大きなパフォーマンス利得が得られ、例示されたシステム４００は無線通信装置の一部として用いることができることが分かる。この装置は、無線装置において、少なくとも二つの信号源（例えばアンテナサブセットのブロック４１０、４１４）からの信号を受信する手段と、この信号を第一信号チェイン、第二信号チェイン（例えば、ミキサ、フィルタ、増幅器、バッファ、周波数変換コンポーネント、見積もりコンポーネントなど）において信号処理を行なう手段などを含むことができる。この装置はさらに、第一、第二信号チェインを組み合わせる手段（例えば、ＭＲＣ４６６）を含む。

図５は無線システムのネットワークレイヤー５００の例を示す。ここで、受信されたデータは上述の周波数ブロックにおいて使用される。フォワードリンクオンリー（ＦＬＯ）エアインターフェースプロトコル基準モデルが図５に示されている。一般に、ＦＬＯエアインターフェース仕様は、レイヤー１（フィジカルレイヤー）５０２およびレイヤー２（データリンクレイヤー）５０４とを有するオープンシステムインターコネクト（ＯＳＩ）ネットワークモデルに対応するプロトコルとサービスとをカバーする。データリンクレイヤーは更に二つのサブレイヤー、即ちメディアムアクセス（ＭＡＣ）サブレイヤー５０６と、ストリームサブレイヤー５０８とに分割される。アッパーレイヤー５１０はＯＳＩレイヤー３−７を含み、マルチメディアコンテンツの圧縮、マルチメディアへのアクセスコントロール、および制御情報のコンテンツとフォーマットとを含むことができる。ＭＡＣレイヤー５０６は多重およびサービス品質（ＱｏＳ）デリバリー機能５１２を含む。ＭＡＣレイヤー５０６は更に、ロジカルチャンネル５１４を含む。

ＦＬＯエアインターフェース仕様はアッパーレイヤーの指定を行なわず、種々のアプリケーションとサービスに対するサポートの設計の自由度を確保する。これらのレイヤーはその関連性を示すために図示されている。ストリームレイヤーは３個までのアッパーレイヤーフローを一つのロジカルチャンネルにまとめるためのマルチプレクサを含み、アッパーレイヤーパケットを各ロジカルチャンネルのストリームに結合させ、パケット処理と残留エラー処理の機能を与える。メディアムアクセスコントロール（ＭＡＣ）レイヤーの特徴として、フィジカルレイヤーに対するアクセスコントロールと、ロジカルチャンネルとフィジカルチャンネルとの間のマッピング処理と、フィジカルチャンネルを介しての送信のためのロジカルチャンネルの多重化と、モバイル装置におけるロジカルチャンネルの逆多重化と、サービス品質（ＱｏＳ）要求の向上などを含む。フィジカルレイヤーの特徴として、フォワードリンクに対するチャンネル構成の提供、周波数、変調、符号化要求に対する規定などを含む。

一般的に、ＦＬＯ技術は直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いるもので、これは更にデジタルオーディオ放送（ＤＡＢ）、テレストリアルデジタルビデオ放送（ＤＶＢ−Ｔ）、およびテレストリアルインテグレーテッドサービスデジタル放送（ＩＳＤＢ−Ｔ）にも用いられている。一般に、ＯＦＤＭ技術は高いスペクトラル効率を達成するとともに、ラージセルＳＦＮ中のモビリティの要求に対して効率的に適合している。更に、ＯＦＤＭは多重送信からの長い時間遅れを処理することができ、しかも周期的な接頭記号も適当な長さを有することができる。また、記号の先頭に付加されたガードインターバルが（データ記号の最終部分のコピーである）直交性とキャリア間の干渉を緩和するように作用する。このインターバルの長さが最大チャンネル遅れより大きい限り、先行記号の影響は除去され、直交性は保持される。

次に図６を参照してＦＬＯフィジカルレイヤー６００を説明する。一実施形態においては、図示したように、１秒の時間におけるスーパーフレームは１２００個のＯＦＤＭ記号に相当する。ＦＬＯフィジカルレイヤーは４Ｋモード（４０９６個のサブキャリア伝送サイズに相当する）を使用し、８Ｋモードと比べてより良好なモバイルパフォーマンスを提供し、非常に大きい単一周波数ネットワークに用いて好適する長いガード期間を与える。高速チャンネル取得は最適化パイロットとインターリーブ構成の設計により可能である。ＦＬＯエアインターフェース内に取り込まれたインターリーブ構成がタイムダイバーシチを与える。このパイロット構成とインターリーバの設計により長い取得時間でユーザを待たせることなくチャンネル使用を最適化できる。通常、ＦＬＯ送信信号は、図６に示したように、スーパーフレーム６００として構成される。各スーパーフレームは、４個のデータフレームを含み、ＴＤＭパイロット（時間分割多重化された）６０４と、オーバーヘッド情報記号（ＯＩＳ）６０６と、フレーム６０８、６１０、６１２、６１４と、各フレーム内の広域データ６１６とローカルエリアデータ６１８とを含む。ＴＤＭパイロット６０４はＯＩＳの高速取得のために使用される。このＯＩＳはスーパーフレーム中で各メディアサービスのためのデータの位置を示す。

典型的な例として、各スーパーフレームは割り当てられたバンド幅（６ＭＨｚ当たり１２００記号）における各ＭＨＺ当たり２００個のＯＦＤＭ記号を有するように構成され、各記号はアクティブサブキャリアの７個のインターレースを含む。各インターレースは周波数に対して均一に割り当てられており、これにより有効バンド幅内の全域で周波数ダイバーシチを与える。これらのインターレースはロジカルチャンネルに割り当てられ、実際に用いられるインターレース数と期間とに応じて変動する。これにより、与えられたいかなるデータソースによるタイムダイバーシチについて適応性を与えることができる。低いデータ速度のチャンネルに対してはより少ない数のインターレースを与えてタイムダイバーシチを良好に保ち、高いデータ速度のチャンネルに対しては多くのインターレースを与えてラジオのオンタイム時間を短くして電力消費を減少させる。

これらの低速、高速データのチャンネルの取得時間は通常は同じである。従って、周波数とタイムダイバーシチは取得時間に影響を与えることなく維持できる。多くの場合、ＦＬＯロジカルチャンネルはリアルタイムコンテンツ（ライブストリーミング）を可変速度で伝送するために用いられ、可変速度符号（圧縮、伸張）により可能な多重利得を得る。各ロジカルチャンネルは異なる符号速度と変調を用い、異なるアプリケーションに対して多くの信頼とサービス品質とを与える。ＦＬＯ多重構成は、装置のレシーバが電力消費を最小にするために単一ロジカルチャンネルのコンテンツを復調できるようにできる。モバイル装置は複数のロジカルチャンネルを同時に復調でき、ビデオと対応オーディオとを異なるチャンネルに送ることができる。

エラー訂正と符号化の技術を用いることもできる。通常、ＦＬＯはターボインナーコード１３とリードソロモン（ＲＳ）アウターコード１４とを取り込む。代表的には、ターボコードパケットはサイクリックリダンダンシイチェック（ＣＲＣ）を含む。ＲＳコードは正確に受信されたデータについて計算される必要がなく、望ましい信号状態のときは更に電力の削減ができる。他の態様では、ＦＬＯエアインターフェースが周波数のバンド幅の５ＭＨｚ、６ＭＨｚ、７ＭＨｚ、８ＭＨｚに対応するように設計される。非常に望ましいサービス提供が単一ラジオ周波数チャンネルにより達成される。

図７は無線レシーバシステムにおける多重アンテナ処理７００を示す。説明の簡単のために、処理方法は複数の一連の動作として説明されるが、ここで説明されるプロセスはここに示された順番に処理されることに限定されず、ここに示された幾つかのプロセスは異なる順番で、あるいは同時に処理されるようにしても良いことは容易に理解されよう。例えば、当業者であるならばこの方法は一連の相互に関係する状態またはイベントの状態図として表すこともできることは勿論である。更に、この発明によれば、ここに示された動作のすべてがこの方法を実現するために必要ではないということが分る。

ステップ７１０においてアンテナサブセットが選択される。前記したように少なくとも二つのアンテナがアンテナサブセットとして用いられるが、３個以上のアンテナを用いることも可能である。所望のレシーバ構成に基づき、選択されたアンテナサブセットに対して２個の処理パス７１４、７１８が使用される。処理パス７１８が選択されると、アンテナサブセット７１０からの信号が監視され、測定され、種々の信号パラメータ、例えば信号強度、または信号対雑音比を得るためにサンプリングされる。ステップ７３０において、ステップ７２０における測定に基づいて、アンテナが無線信号の受信のためにサブセットから選択される。前記したように、切り替えの決定は異なる時点で異なる状況において行なわれる。例えば、切り替えの決定はレシーバの移動検出時のような特定の時点において行なわれる。または、アンテナの監視と切り替えは一定の間隔、例えばスーパーフレーム相互間、あるいはスーパーフレームのサブセット相互間で行なわれる。ステップ７４０において、選択されたアンテナからの信号は、各レシーバを介して処理される。この処理は、増幅、混合、デジタル、アナログ変換、フィルタ処理、利得制御、ＦＦＴ計算、チャンネル見積もり、バッファ処理、復号化、逆スクランブルなどを含む。

プロセス７００においてパス７１８が選択されると、ステップ７５０において、レシーバにより使用されるアンテナの個々に対して個々の信号処理パスが割り当てられる。各アンテナについての処理パスは、例えば、フィルタ、ミキサ、増幅器、利得制御器、バッファ、タイミングコンポーネント、ＦＦＴコンポーネント、チャンネル見積もりコンポーネントなどを含む。ステップ７６０において、各処理パスの出力が合成される。この合成処理は、例えば、アナログ処理、デジタル処理、またはこれらの組み合わせ、および最大比合成のような処理も含むことができる。ステップ７７０において、各アンテナサブセットおよび信号処理パスからの合成信号は、更に無線レシーバにおいて処理される。このような処理は、逆チャンネル化、復号化、逆インターリーブ、逆スクランブルなどを含むことができる。

図８はこの発明の一態様または他の態様における無線通信環境で用いられるユーザ装置８００の構成を示す。ユーザ装置８００は、レシーバ８０２を有し、例えば図示しない受信アンテナからの信号を受信し、この信号に対して所定の処理（例えば、フィルタ、増幅器、ダウンコンバータなどの動作）を行ない、処理信号をデジタル化してサンプルを得る。レシーバ８０２は非線形レシーバ、例えば最大見込み（ＭＬ）−ＭＭＳＥレシーバなどを用いることができる。復調器８０４は信号を復調し、受信パイロット記号をチャンネル見積もりのためにプロセッサ８０６に供給する。ＦＬＯチャンネルコンポーネント８１０は、前記したように、ＦＬＯ信号を処理するために用いられる。このコンポーネントは、デジタルストリーム処理、および位置の測定あるいは他の処理を含む。プロセッサ８０６は、レシーバ８０２により受信された情報を評価し、あるいはオプション送信機８１６から送信される情報を生成するするように構成されたプロセッサ、あるいはユーザ装置８００の一つ又はそれ以上のコンポーネントを制御するプロセッサ、あるいはレシーバ８０２によって受信された情報を評価し、送信機８１６によって送信される情報を発生し、ユーザ装置８００の一つまたは複数のコンポーネントを制御するプロセッサである。

ユーザ装置８００は、プロセッサ８０６に作動的に結合され、ユーザ装置８００について計算されたランクに関連する情報を記憶するメモリ８０８と、ランク計算プロトコルと、関連する情報および上述した無線通信システム内の非線形レシーバのランクを計算するためのリストー階層復号化を行うための他の適当な情報とを持つルックアップテーブルとを具備する。メモリ８０８はランク計算、マトリクス発生などに関連するプロトコルを保存し、ユーザ装置８００はこの保存されたプロトコル及びアルゴリズムを用いてここで説明されている非線形レシーバにおいてランク決定を行う。

ここで記載されているデータ記憶コンポーネント（例えばメモリなど）は揮発性のものあるいは不揮発性のもののいずれでもよく、またはこれらの双方を用いてもよい。例えば、限定はされないが、不揮発性メモリは、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、電気的に書込み可能なＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去、書き込み可能なＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、あるいはフラッシュメモリなどを含む。揮発性のメモリとしてはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）があり、これは外部キャッシュメモリとして用いられる。ＲＡＭは、限定はされないが、多くの機能を持ち、例えば、同期ＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、ダブルデータレートＳＤＲＡＭ（ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ）、エンハンスドＳＤＲＡＭ（ＥＳＤＲＡＭ）、同期リンクＤＲＡＭ（ＳＬＤＲＡＭ）、ダイレクトラムバスＲＡＭ（ＤＲＲＡＭ）などを含む。この発明のシステムと方法に用いられるメモリ８０８としては、限定はされないが、ここで説明したメモリ以外に多くの適当なタイプのメモリを用いることができる。ユーザ装置８００は更に、ＦＬＯデータを処理するためのバックグラウンドモニタ８１４と、記号変調器８１４と、変調信号を送信するための送信機８１６とを有する。

図９は基地局９０２を含むシステム９００の一例を示し、この基地局は一つ又は複数のユーザ装置９０４から複数の受信アンテナ９０６を介して受信された信号を受信するレシーバ９１０と、送信アンテナ９０８を介して一つ又は複数のユーザ装置９０４に信号を送信する送信機９２２とを有する。レシーバ９１０は受信アンテナ９０６からの情報を受信し、この受信情報を復調する復調器９１２と作動的に結合されている。復調された記号はプロセッサ９１４によって解析される。このプロセッサは図８により説明したプロセッサと同様に構成され、メモリ９１６と結合されている。このメモリはユーザランクに関する情報、これに関連するルックアップテーブル、及び他の適当な情報を格納しており、これらの情報によりここで説明されている多くの動作や機能を実現することができる。プロセッサ９１４は更にＦＬＯチャンネルコンポーネント９１８に結合され、一つ又はそれ以上のユーザ装置９０４と関連するＦＬＯ情報を処理することができる。

変調器９２０は送信アンテナ９０８を介して送信機９２２からユーザ装置９０４に送信される信号を組み合わせることができる。ＦＬＯチャンネルコンポーネント９１８はユーザ装置９０４との通信のために与えられた送信ストリームに対する更新されたデータストリームに関連する信号に情報を付加することができる。この信号はユーザ装置９０４に送信され、新しい最適のチャンネルが決定され、確認されたことを示す指標が与えられる。このようにして、基地局９０２はＦＬＯ情報を提供し、ＭＬ−ＭＩＭＯなどの非線形レシーバに関連する復号化プロトコルを用いてユーザ装置９０４と通信を行う。

図１０のダウンリンク上のアクセスポイント１００５において、送信（Ｔｘ）データプロセッサ１０１０は交通データを受信し、フォーマット化し、符号化し、インターリーブ処理し、変調（または記号マップ化）して、変調記号（データ記号）を形成する。記号変調器１０１５はこのデータ記号とパイロット記号とを受け取って処理し、記号ストリームを形成する。記号変調器１０１５はデータ記号とパイロット記号とを結合させ、送信ユニット（ＴＭＴＲ）１０２０に供給する。各送信記号は、データ記号、パイロット記号、あるいはゼロ値の信号である。パイロット記号は各記号期間内に連続して送信される。パイロット記号は、周波数分割多重（ＦＤＭ）、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、時間分割多重（ＴＤＭ）、周波数分割多重（ＦＤＭ）、符号分割多重（ＣＤＭ）などの形式である。

ＴＭＴＲ１０２０は記号ストリームを受信して一つ又はそれ以上のアナログ信号に変換し、更にこのアナログ信号を処理して（増幅器、フィルタ、周波数アップコンバータなどにより）、無線チャンネルを介する送信に適したダウンリンク信号を生成する。このダウンリンク信号はアンテナ１０２５を介して端末１０３０に送信される。この端末１０３０においてアンテナ１０３５はこのダウンリンク信号を受信し、この受信信号をレシーバユニット（ＲＣＶＲ）１０４０に供給する。レシーバユニット１０４０はこの受信信号を処理し（例えばフィルタ、増幅器、周波数ダウンコンバータなどにより）、この処理信号をデジタル化してサンプルを形成する。記号復調器１０４５はこの信号を復調して受信パイロット記号をプロセッサ１０５０に供給してチャンネル見積もりを行う。記号復調器１０４５は更に、プロセッサ１０５０からダウンリンクの周波数応答見積もりを受け取り、受信データ記号上にデータ復調を行って、データ記号見積もり（送信データ記号の見積もり）を生成する。この得られたデータ記号見積もりはＲｘデータプロセッサ１０５５に供給され、ここで、データ記号見積もりを復調（即ち記号の逆マッピング）し、逆インターリーブ処理し、復号化して、送信された交通データを再生する。記号復調器１０４５とＲｘデータプロセッサ１０５５とによる処理は、アクセスポイント１００５において、それぞれ記号変調器１０１５とＴｘデータプロセッサ１０１０とによる処理と相補関係にある。図１０におけるシステムの他のコンポーネントは、Ｔｘデータプロセッサ１０６０と、記号変調器１０６５と、送信ユニット１０７０と、レシーバユニット１０７５と、記号復調器１０８０と、Ｒｘデータプロセッサ１０８５と、プロセッサ１０９０などがある。

プロセッサ１０９０と１０５０とは夫々アクセスポイント１００５と端末１０３０とにおいて所定の処理（例えば、制御、共働、管理など）を行う。これらのプロセッサ１０９０、１０５０とは夫々プログラムコードとデータとを格納するメモリ（図示せず）とともに用いることができる。プロセッサ１０９０、１０５０は更に、アップリンクとダウンリンクに対してそれぞれ周波数とインパルス応答見積もりを抽出するための演算を行うことができる。

多重アクセス（例えばＦＤＭＡ、ＯＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡなど）のために、複数の端末からアップリンク上に同時に送信することができる。このようなシステムにおいて、パイロットサブバンドが異なる端末相互間で共通に用いられる。このチャンネル見積もり技術は、各端末に対するパイロットサブバンドが動作バンドの全体に亘って広がっている場合（バンドエッジを除いて）に用いることができる。このようなパイロットサブバンド構成は各端末において周波数ダイバーシチを取得する際に有効である。ここで用いられた技術は種々の手段によって実現できる。例えば、この技術はハードウエア、ソフトウエア、又はそれらの組み合わせによって実現可能である。ハードウエアによる方法では、チャンネル見積もりのために用いられる処理ユニットとしては、アプリケーション特化集積回路（ＡＳＩＣｓ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）、デジタル信号プロセス装置（ＤＳＰＤｓ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤｓ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、記載された機能を果たすように設計された電子ユニット、またはこれらの組み合わせによって実現可能である。ソフトウエアによる方法では、記載された機能を果たすモジュール（例えば処理、機能など）により実現可能である。ソフトウエアコードはメモリユニットに格納され、プロセッサ１０９０、１０５０により実行される。

ソフトウエアによる実現方法では、この明細書に記載された技術は記載された機能を果たすモジュール（例えば、処理、機能など）により実現される。ソフトウエアコードはメモリユニットに格納され、プロセッサにより実行される。メモリユニットはプロセッサ内部又は外部に設けられ、この分野で公知の多くの手段によりプロセッサと交信可能に結合される。

以上の説明は幾つかの実施形態を例示している。しかしながら、これらの実施形態においてすべてのコンポーネント又は方法の組み合わせを記載することは不可能であり、当業者にとって、これ以外にも多くの組み合わせや置換が可能であることは自明である。従って、これらの実施形態は、以下に添付された請求の範囲に含まれるそれらのすべての変形、変更などを含むように意図して説明されていることは勿論である。更に、明細書及び請求の範囲に「含む」という用語が記載された限りにおいて、この用語は「具備する」という用語と同様の意味に解釈されるものとして記載されている。

無線ネットワークレシーバシステムの概略的なブロック図を示す。 信号品質を向上させるために複合アンテナを用いるレシーバ切り替えコンポーネントの一例を示す。 無線レシーバのための切り替えコンポーネント処理オプションの一例を示す。 無線レシーバシステムのための多重パス処理コンポーネントの一例を示す図。 無線レシーバシステムのためのネットワークレイヤーの例を示す図。 無線レシーバシステムのためのデータ構造と信号の例を示す図。 無線レシーバシステムのための処理の例を示す図。 無線システムのためのユーザ装置の一例を示す図。 無線システムのための基地局の一例を示す図。 無線システムのためのトランシーバの一例を示す図。

Claims (30)

1. アンテナサブセットからの信号パラメータを監視し、
   この信号パラメータに基づいてアンテナサブセットから少なくとも一つのアンテナを選択し、
   アンテナサブセットに関連する無線レシーバ内の少なくとも一つのアンテナからの少なくとも一つの信号を処理する、
   マルチキャスト無線ネットワークのフォワードリンクにおけるレシーバ処理方法。
2. 前記信号パラメータは少なくとも受信信号強度指示（ＲＳＳＩ）パラメータ、信号対雑音比（ＳＮＲ）パラメータ、或いは実効ＳＮＲの内の少なくとも一つである、請求項１による方法。
3. 前記信号はフォワードリンク専用（ＦＬＯ）送信に関連する、請求項１による方法。
4. 更に、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）記号の復号を有する、請求項１による方法。
5. 更に、高ドップラースプレッドにおけるアンテナ切り替えのターンオフを有する、請求項１による方法。
6. 更に、低雑音増幅（ＬＮＡ）状態または自動利得制御（ＡＧＣ）ループアキュミュレータ値に基づく受信信号強度指示（ＲＳＳＩ）を計算する、請求項１による方法。
7. 更に、現在フレームのプリアンブル記号期間にアンテナサブセットの監視を行なう、請求項１による方法。
8. 更に、コンポーネントのラジオ周波数（ＲＦ）チェインを割り当てる、請求項７による方法。
9. 前記ＲＦチェインは、フロントエンドＲＦフィルタ、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、ミキサ、アナログベースバンドローパスフィルタ、Ａ／Ｄコンバータ、デジタルフィルタ、ＤＣ補正コンポーネント、あるいは自動利得制御器（ＡＧＣ）を含む、請求項８による方法。
10. 更に、現在フレームのデータ受信のために選択され用いられた最強信号強度に基づいてアンテナサブセット用のアンテナを選択する、請求項９による方法。
11. 更に、次のプリアンブルの前にアンテナ選択の決定を行うために、ＯＦＤＭ記号の少なくとも２個のＡＧＣ実行期間を用いる、請求項１０による方法。
12. 更に、電力保持のためにＡＧＣの各ブロックをターンオフする、請求項１１による方法。
13. アンテナサブセットからの信号パラメータを監視し、
    この信号パラメータに基づいてアンテナサブセットから少なくとも一つのアンテナを選択し、
    アンテナサブセットから少なくとも一つのアンテナを選択するための操作期間を決定する、
    無線ネットワークのレシーバ処理方法。
14. 更に、モバイルレシーバが低速で移動中、またはドップラースピードが所定の閾値以下のときにアンテナの切り替えを行なう、請求項１３による方法。
15. 更に、２個またはそれ以上のアンテナからの信号の差分を決定する、請求項１３による方法。
16. 主アンテナの利得を第２アンテナの利得と異ならせて設定する、請求項１５による方法。
17. 更に、第２アンテナの使用周波数を主アンテナとは異ならせて設定する、請求項１６による方法。
18. 更に、チャンネル時間相関が予め決定された閾値より高いときにアンテナ切り替えブロックをオンにする、請求項１７による方法。
19. 更に、無線レシーバにおける雑音変動を見積もる、請求項１３による方法。
20. 更に、アンテナ間の複合受信電力と雑音変動の見積り値との間の比を決定する、請求項１９による方法。
21. 更に、各サブキャリアについてアンテナを独立して選択する、請求項２０による方法。
22. ２個又はそれ以上のアンテナ間の信号の差分を決定し、
    この信号の差分に基づいて１個のアンテナを選択し、
    選択されたアンテナからの信号を無線レシーバコンポーネントに与える、
    マシーンによって実行される命令が格納された、マシーンによる読み取り可能な媒体。
23. 更に、信号強度測定コンポーネントまたは信号対雑音比コンポーネントを用いて信号間の差分を決定する、請求項２２によるマシーンによる読み取り可能な媒体。
24. 更に、少なくとも物理レイヤー、ストリームレイヤー、媒体アクセスレイヤー、上位レイヤーのうちの一つのレイヤーコンポーネントを有する、請求項２２によるマシーンによる読み取り可能な媒体。
25. 前記物理レイヤーは更に、少なくともフレームフィールド、パイロットフィールド、オーバーヘッド情報フィールド、広域フィールド、ローカルエリアフィールドのうちの一つを有する、請求項２４によるマシーンによる読み取り可能な媒体。
26. 更に、エラー訂正フィールドを有する、請求項２５によるマシーンによる読み取り可能な媒体。
27. アンテナサブセットから少なくとも一つのアンテナを選択するための少なくとも一つのラジオ周波数処理チャンネルと、
    アンテナサブセットにおける信号の差分を決定するコンポーネントを含むメモリと、
    アンテナサブセットに関連した少なくとも１個の無線装置における信号処理を行なうプロセッサと、
    を具備する、無線通信装置。
28. 更に、フォワードリンク専用のデータストリームを復号化するための一つ又はそれ以上のコンポーネントを含む、請求項２７による装置。
29. 前記プロセッサはレイヤーグループ中の少なくとも一つの通信レイヤーを処理するために用いられる、請求項２７による装置。
30. 無線装置におけるアンテナサブセットを監視するための手段と、
    このアンテナサブセットから一つのアンテナを選択するための手段と、
    この選択されたアンテナからの信号を処理するための手段と、
    を具備する無線通信装置。

Images