JP2010524350A - アップリンク多入力多出力（ｍｉｍｏ）及び協働ｍｉｍｏ送信 - Google Patents

Abstract

ベースステーションと、３つ以上のアンテナをもつワイヤレスステーションとの間でＭＩＭＯアップリンク通信する方法。この方法は、交換されるメッセージが、アップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力を指定するためのフィールドを含むメッセージ交換プロトコルを使用して、ベースステーションとワイヤレスステーションとの間でアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力についてネゴシエーションし；ベースステーションがデータ送信のための要求をワイヤレスステーションから受け取り；ベースステーションが、ワイヤレスステーションに、割り当てられたリソース、及びアップリンク送信のためのアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法を送信し；ワイヤレスステーションがデータ記号を適切なパイロットパターンでその割り当てられたリソースへマッピングし；ベースステーションがチャンネルからデータ記号を検出する。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照

本願は、（ａ）２００７年４月４日に出願された米国仮特許出願第６０／９１０，１５１号、及び２００７年１０月３１日に出願された米国特許出願第１１／９３０，６００号に係るもので、その優先権を主張し、これらの出願は共に、参考によりここに援用される。米国での呼称上、本願は、前記米国特許出願第１１／９３０，６００号の継続である。

本発明は、一般的に、ＩＥＥＥ８０２．１６ワイヤレスメトロポリタンネットワーク（ＷＭＡＮ）及びこのようなネットワークのワイヤレスステーション（例えば、加入者ステーション（ＳＳ）、移動ステーション（ＭＳ）又は中継ステーション（ＲＳ））に関する。より詳細には、本発明は、３つ以上の送信アンテナを各々有するワイヤレスステーションのためのアップリンク多入力多出力（ＭＩＭＯ）送信又は協働ＭＩＭＯ送信に関する。

ＭＩＭＯ及び協働ＭＩＭＯ技術は、空間的ドメイン自由度及び信号処理技術を利用することによりワイヤレス通信システム（例えば、セルラーネットワーク又はＩＥＥＥ８０２．１６ネットワーク）におけるシステム性能を向上させる。ＭＩＭＯ及び協働ＭＩＭＯ技術は、例えば、IEEE J. Select. Areas Commun.、第２１巻、第３号、第２８１−３０２ページ、２００３年４月の、Ｄ．ジェスバード、Ｍ．シャフィー、及びＤ．Ｓ．シューによる論文“From theory to practice: an overview of MIMO space-time codedwireless system”に説明されている。

あるワイヤレスネットワーク規格（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４^１及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ^２）は、システム性能を向上させるためにＭＩＭＯ及び協働ＭＩＭＯ技術を採用した。他の出現するワイヤレスネットワーク規格（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｊ^３及びＩＥＥＥ８０２．１６ｍ^４）も、システム性能（例えば、高いデータレート又は低いＢＥＲ(ビットエラー率)）を改善するためにＭＩＭＯ及び協働ＭＩＭＯ技術を含むと考えられる。

ＭＩＭＯ技術は、１）空間的マルチプレクシング；２）空間−時間−周波数コーディング(ＳＴＦＣ)；３）プレコーディング；及び４)その他(例えば、アンテナ選択及びアンテナグループ化)を含む多数の形式に分類される。ＭＩＭＯ送信スキームでは、異なる時間及び周波数リソースにおいて異なるアンテナにより送信されるべき信号を指定するＭＩＭＯコーディングマトリクスが定義される。協働ＭＩＭＯ技術は、ＭＩＭＯ技術の変形例である。協働ＭＩＭＯ技術においては、複数のワイヤレスステーションが、従来のＭＩＭＯ送信器の異なるアンテナとして働いて、ＢＳへデータを同時に送信するアンテナアレイを形成する。協働ＭＩＭＯ技術は、より高いアップリンクスペクトル効率を与える。

ＭＩＭＯ技術の有効性は、送信アンテナの数に関係している。例えば、所与の規格のもとでのＳＴＦＣにおいて、２つの送信アンテナしかもたないワイヤレスステーションが、その規格のもとで３つ又は４つのアンテナをもつワイヤレスステーションに対して定義されたＳＴＦＣマトリクスを使用できないように、異なる数の送信アンテナに対してＭＩＭＯコード化マトリクスが定義される。異なる規格のもとでは、許容されるアンテナの数が異なる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のもとでは、ワイヤレスステーションのサポートされる送信アンテナの数が１つ又は２つである。図１は、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４規格又はＩＥＥＥ８０２．１６ｅネットワーク規格のもとでのアップリンク送信を例示している。ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のもとでは、アップリンク送信が次のステップで実行される。
（ａ）ワイヤレスステーション(ＷＳ)は、その送信に使用できるアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力に関してベースステーション(ＢＳ)とネゴシエーションする。
（ｂ）ＷＳは、ＷＳが送信すべきデータを有するときにアップリンク送信のための要求をＢＳへ送信する。
（ｃ）ＢＳは、ＷＳにより使用されるべきアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法(例えば、ストリーム数、ＳＴＦＣマトリクス、アンテナグループ化方法、及びプレコーディングマトリクス)を、そのチャンネルについてのＢＳの測定、ワイヤレスステーションの帯域巾要求、及び他のパラメータに基づいて決定する。
（ｄ）「情報エレメント」(ＩＥ)を通して、ＢＳは、アップリンク送信に割り当てられるリソース、及びＷＳにより使用されるべきアップリンク送信のためのＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法をＷＳに通知する。
（ｅ）ＷＳは、予め定義されたデータマッピングルール及びＩＥで指示されたパイロットパターンに基づいて、データ記号及びパイロット記号を割り当てられたリソースへマップさせ、そして割り当てられたリソースを使用してＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ送信を実行する。
（ｆ）ＢＳは、チャンネル推定及び信号検出を遂行して、受信データを検出する。

一般的に、アップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯのためのネゴシエーションは、ＷＳがネットワークに入るときに遂行することができる。ＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力は、サポートされるＳＴＦＣマトリクス、アンテナ選択能力、アンテナグループ化能力、プレコーディング能力、垂直コーディング能力、又は水平コーディング能力、等の能力を指す。ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のもとでは、加入者ステーション基本的能力要求（ＳＢＣ−ＲＥＱ）及び加入者ステーション基本的能力応答（ＳＢＣ−ＲＳＰ）のメッセージがＷＳ及びＢＳにより使用されて、アップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力をネゴシエーションする。

図２は、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のもとでのＳＢＣ−ＲＥＱ及びＳＢＣ−ＲＳＰメッセージの従来形式の長さ値(ＴＬＶ)フィールドを示している。図２は、サポートされるアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力が、１）２つのアンテナを使用する空間時間送信ダイバーシティ(ＳＴＴＤ)、２)２つのアンテナを使用する垂直コーディングを伴う空間的マルチプレクシング(ＳＭ)、及び３)単一アンテナ協働ＳＭである。それ故、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のもとでのＳＢＣ−ＲＥＱ及びＳＢＣ−ＲＳＰメッセージは、３つ以上のアンテナを有するＷＳをサポートしない。

リソース割り当て及びアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法を通信するためにＩＥＥＥ８０２．１６−２００４及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のもとでＢＳとＷＳとの間に使用されるＩＥは、例えば、ＭＩＭＯアップリンク基本的ＩＥ（ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿ｂａｓｉｃ＿ＩＥ）及びＭＩＭＯアップリンク増強ＩＥ（ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｎｈａｎｃｅｄ＿ＩＥ）を含む。ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｎｈａｎｃｅｄ＿ＩＥは、ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿ｂａｓｉｃ＿ＩＥより多数のファンクションを包含するので、次の詳細な説明は、ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｎｈａｎｃｅｄ＿ＩＥを使用して、本発明を例示する。図３は、ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｎｈａｎｃｅｄ＿ＩＥのためのフォーマットを示している。図３に示すように、Ｍａｔｒｉｘ＿Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ（ＭＩ）フィールドは、アップリンク送信に使用すべきＭＩＭＯ方法を指定する。二重アンテナを伴うＷＳステーションの場合、ＭＩフィールドは、ＳＴＴＤマトリクスを指定する。単一アンテナを伴うＷＳの場合、ＭＩフィールドは無視される。パイロットパターンインジケータ(ＰＩ)フィールドは、アップリンク送信においてＷＳにより使用されるべきパイロットパターンを指定する。従って、図３から明らかなように、ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｎｈａｎｃｅｄ＿ＩＥは、２つ以下のアンテナをもつＷＳに対するＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法しかサポートしない。リソース割り当て及びＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法に対して、３つ以上のアンテナをもつＷＳをサポートする新たな方法を開発しなければならない。

上述したステップ（ｅ）において、ＷＳは、ＩＥで指定されたＭＩＭＯコーディングマトリクスを使用して、ＭＩＭＯエンコーディングを実行すると共に、コード化されたデータ記号を適切なパイロットパターンでその割り当てられたリソースへとマップする。アップリンク基本的リソースユニットは、「タイル」と呼ばれ、その一例を図４に示す。図４に示すように、タイルは、１２個のサブキャリアを含み、そのうちの４個は、パイロット記号をエンコードする(即ち、他の８個のサブキャリアは、データ記号をエンコードするのに使用される)。タイルは、時間ドメインでは３つのＯＦＤＭＡの上にあり、周波数ドメインでは４つのサブキャリアの上にある。アップリンク送信の場合に、ＷＳは、コード化されたデータ記号をタイルへとマップする。図５及び６は、各々、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４規格及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のもとで２アンテナＳＴＴＤのためのデータマッピングルールを示している。図５及び６に示すように、周波数軸は、時間軸よりプライオリティが高い(即ち、コード化されたデータ記号は、先ず、タイル内のサブキャリアへとマップされ、次いで、タイル内の異なるＯＦＤＭ記号へとマップされる)。

ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４規格及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格においてＷＳにより使用されるパイロットパターンは、次にことに従って決定される。
（Ｉ）１つのアンテナをもつＷＳの場合に、図５のパイロットパターンＡ又はパイロットパターンＢのいずれかが採用され、ＢＳは、ＷＳにより使用されるパイロットパターンを決定し、
（II）２つのアンテナをもつＷＳの場合に、（ｉ）アンテナ１がパイロットパターンＡを使用し、アンテナ２がパイロットパターンＢを使用し（パイロットパターンＡ及びＢは図５に示されている）又は（ii）アンテナ１がパイロットパターンＣを使用し、アンテナ２がパイロットパターンＤを使用し（パイロットパターンＣ及びＤは図６に示されている）、ＢＳは、ＷＳにより使用されるパイロットパターンを決定する。

それ故、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のもとでのデータマッピングルール及びパイロットマッピングルールは、１つ又は２つのアンテナの場合のＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法のためのデータ及びパイロットマッピングルールをサポートする。３つ以上のアンテナをもつＷＳをサポートするためのデータマッピング及びパイロットマッピングルールは提供されていない。

前記ステップ（ｅ）において、ＢＳは、アップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法に基づいてチャンネル推定及び適切な信号検出を遂行して、割り当てられたリソースにおけるＷＳの信号を検出する。

ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格におけるアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ送信手順の前記説明から明らかなように、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格では、３つ以上のアンテナをもつＷＳに対してアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ送信をサポートすることができない。しかしながら、ＭＩＭＯ技術の急速な開発に伴い、３つ又は４つのアンテナをもつＷＳが一般的になった。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｊネットワークのリレーステーション（ＲＳ）は、典型的に、３つ又は４つのアンテナを有する（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｊ−０６／０１５「８０２．１６ｊ（モバイルマルチホップリレー）使用モデルに対する調和貢献」を参照されたい）。ＩＥＥＥ８０２．１６ｍ規格のもとでは、移動ステーション（ＭＳ）も、３つ又は４つのアンテナを有することがある。従って、一方では、現在のＩＥＥＥ８０２．１６−２００４及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格は、３つ又は４つのアンテナをもつＷＳをサポートせず、且つ３つ又は４つのアンテナをもつＷＳに対してアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ送信のための実施が知られていない。他方、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｊ及び８０２．１６ｍ規格によりこのような実施が要求される。

従って、３つ又は４つのアンテナをもつワイヤレスステーションに対してアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ送信を実施するために次の方法が要望される。
（ａ）３つ又は４つのアンテナをもつＷＳがＢＳとＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力をネゴシエーションする方法；
（ｂ）３つ又は４つのアンテナをもつＷＳのアップリンク送信のための具体的なＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法；
（ｃ）使用すべきアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法及び割り当てられたリソースをＷＳに通知するための方法；及び
（ｄ）異なる送信アンテナをもつＷＳにより使用されるべきパイロットパターン、及びＭＩＭＯエンコーディング後のデータ記号をタイルへとマップするためのデータマッピングルール。

本発明の一実施形態によれば、ベースステーションとワイヤレスステーションとの間でＭＩＭＯアップリンク通信するための方法が提供される。この方法は、（ａ）交換されるメッセージが、アップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力を指定するためのフィールドを含むようなメッセージ交換プロトコルを使用して、ベースステーションとワイヤレスステーションとの間でアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力のネゴシエーションを行い、（ｂ）ベースステーションがデータ送信のための要求をワイヤレスステーションから受け取り、（ｃ）ベースステーションが、ワイヤレスステーションに、割り当てられたリソース、及びアップリンク送信のためのアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法を送信し、（ｅ）ワイヤレスステーションがデータ記号を適切なパイロットパターンでその割り当てられたリソースへマッピングし、（ｆ）ベースステーションがチャンネルからデータ記号を検出する、ことを含む。

本発明の一実施形態によれば、前記能力は、空間的マルチプレクシング、空間−時間−周波数コーディング、プレコーディング、送信アンテナ選択及び送信アンテナグループ化、垂直コーディング及び水平コーディングを含む。更に、２つ以上のアンテナをもつワイヤレスステーションに対してアップリンクプレコーディングベクトル及びマトリクスを設けることができる。

一実施形態によれば、アップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法は、ＳＴＦＣマトリクス、ＳＭマトリクス、及びプレコーディングベクトル又はマトリクスを含む。割り当てられたリソース及びアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法は、３つ以上のアンテナをもつワイヤレスステーションをサポートするように変更されたＩＥＥＥワイヤレスネットワーク規格のもとで、ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｎｈａｎｃｅｄ＿ＩＥの予約されたビットにおいて指定することができる。或いは又、割り当てられたリソース及びアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法は、３つ以上のアンテナをもつワイヤレスステーションをサポートする新規な情報エレメントにおいて指定することができる。

一実施形態において、アップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法は、プレコーディング、アンテナグループ化、及びアンテナ選択マトリクスを含むことができる。

本発明の一実施形態によれば、２つ以上のＭＩＭＯコード化マトリクスは、データ記号をタイルへとマップする。１つの具現化において、タイルにおける記号のサブキャリアが２つの非重畳グループに分割され、そしてＭＩＭＯコード化マトリクスが、各々、２つの非重畳グループの異なる１つに関連付けされる。

本発明は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から良く理解されよう。

ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４規格又はＩＥＥＥ８０２．１６ｅネットワーク規格のもとでのアップリンク送信を例示する。 ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のもとでのＳＢＣ−ＲＥＱ及びＳＢＣ−ＲＳＰメッセージの形式長さ値（ＴＬＶ）フィールドを示す。 ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｎｈａｎｃｅｄ＿ＩＥのフォーマットを示す。 アップリンク基本的リソースユニット「タイル」の一実施例を示す。 ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４規格のもとでの２アンテナＳＴＴＤに対するデータマッピングルールを示す。 ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のもとでの２アンテナＳＴＴＤに対するデータマッピングルールを示す。 本発明の一実施形態により３つ又は４つのアンテナをもつワイヤレスステーション（例えば、リレーステーション）を有するＩＥＥＥ８０２．１６ｊネットワークのアップリンク送信を例示する。 本発明の一実施形態により１ないし４個のアンテナをもつワイヤレスステーションがサポートされるＩＥＥＥ８０２．１６ｍネットワーク（又は別のワイヤレスネットワーク）のアップリンク送信を例示する。 本発明の一実施形態によるアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ送信のための手順を示す。 本発明の一実施形態によりＳＢＣ−ＲＥＱ及びＳＢＣ−ＲＳＰメッセージに対して定義されたＴＬＶフィールドであって、３つ又は４つのアンテナを有するＷＳに対するＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力を指定するＴＬＶフィールドを示す。 本発明の一実施形態による変更型ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｎｈａｎｃｅｄ＿ＩＥの１つの具現化を示す。 ３つのアンテナをもつＷＳに対するＭＩＭＯコーディングマトリクスマッピングテーブルを例示する。 ４つのアンテナをもつＷＳに対するＭＩＭＯコーディングマトリクスマッピングテーブルを例示する。 本発明の一実施形態による１つの例示的なＭＩＭＯアップリンクＩＥを示す。 ４アンテナＷＳのためのＭＩＭＯコーディングマトリクスを、３アンテナＷＳの空間的マルチプレクシングのＭＩＭＯコーディングマトリクスと合併することにより達成されるオーバーヘッド減少を示す。 図１４のＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｘｔｅｎｄｅｄ＿ＩＥにおいてサポートされるアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法の概略を示す。 ＩＥＥＥ８０２．１６ｊネットワークにおいてＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｘｔｅｎｄｅｄ＿ＩＥによりサポートされる協働ＭＩＭＯ送信実施例を示す。 本発明の一実施形態による協働ＭＩＭＯ送信実施例を示す。 本発明の一実施形態による２つのＭＩＭＯコーディングマトリクスを支配する１つの例示的なデータマッピングを示す。

本発明は、ワイヤレスネットワークにおいて、３つ以上のアンテナをもつＷＳのためのサポートを提供する。図７は、本発明の一実施形態により３つ又は４つのアンテナをもつＷＳ（例えば、リレーステーション）を有するＩＥＥＥ８０２．１６ｊネットワークのアップリンク送信を例示する。同様に、図８は、本発明の一実施形態により１ないし４個のアンテナをもつワイヤレスステーションがサポートされるＩＥＥＥ８０２．１６ｍネットワーク（又は別のワイヤレスネットワーク）のアップリンク送信を例示する。３つ以上のアンテナをもつＷＳによるアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ送信をサポートするために、本発明は、次のような新規なファンクションを提供する。
（ａ）３つ又は４つのアンテナをもつワイヤレスステーションがＢＳとＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力をネゴシエーションする方法；
（ｂ）３つ又は４つのアンテナをもつワイヤレスステーションによるアップリンク送信のための具体的なＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法；
（ｃ）使用すべきアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法及び割り当てられたリソースをＷＳに通知するための方法；及び
（ｄ）異なる送信アンテナをもつＷＳにより使用されるべきパイロットパターン、及び
（ｅ）ＭＩＭＯエンコーディング後にデータ記号をタイルへとマップするためのデータマッピングルール。

図９は、本発明の一実施形態によるアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ送信のための手順を示す。図９に示すように、ステップ９０１において、３つ又は４つのアンテナを有するＷＳは、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格について定義されたものと同様であるが図１０に示すＴＬＶフィールドを含むＳＢＣ−ＲＥＱ及びＳＢＣ−ＲＳＰメッセージを使用して、アップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力についてＢＳとネゴシエーションする。図１０は、ＳＢＣ−ＲＥＱ及びＳＢＣ−ＲＳＰメッセージに対して定義されたＴＬＶフィールドであって、３つ又は４つのアンテナを有するＷＳに対するＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力を指定するＴＬＶフィールドを示す。図１０に示すように、ＴＬＶフィールドは、（ａ）垂直コーディング及び水平コーディングのためのＳＴＦＣマトリクス、（ｂ）アンテナ選択、（ｃ）アンテナグループ化、（ｄ）プレコーディング、及び（ｅ）ＭＩＭＯ／協働能力を含むＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力を指定する。この実施形態では、セットビット（即ち、ビット値‘１’）は、それに対応する能力がサポートされることを指示し、一方、リセットビット（即ち、ビット値‘０’）は、それに対応する能力がサポートされないことを指示する。図１０において、ビット＃１１は、ＷＳがアップリンクコードブックベースのプレコーディングをサポートできることをＢＳに通知するためにＷＳによりセットされる。

従来技術は、３つ又は４つのアンテナをもつＷＳに対して定義されたアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ送信のためのＭＩＭＯマトリクスを有していない。それ故、新規なＭＩＭＯコーディングマトリクスが開発されてもよい。或いは又、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のもとでダウンリンク送信のために定義されたＭＩＭＯコーディングマトリクスが使用されてもよい。本発明の一実施形態では、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のもとでダウンリンク送信のために定義されたＭＩＭＯコーディングマトリクスが使用される。例えば、ＳＭに対して、３つ又は４つのアンテナをもつＷＳのためのＭＩＭＯコーディングマトリクスは、次の通りである。

ＳＦＴＣの場合、３つのアンテナをもつＷＳのためのＭＩＭＯコーディングマトリクスは次の通りである。

ＳＦＴＣの場合、４つのアンテナをもつＷＳのためのＭＩＭＯコーディングマトリクスは次の通りである。

プレコーディングにおいて、２つのアンテナをもつＷＳのためのＭＩＭＯコーディングマトリクスは次の通りである。

プレコーディングにおいて、３つのアンテナをもつＷＳのためのＭＩＭＯコーディングマトリクスは次の通りである。

プレコーディングにおいて、４つのアンテナをもつＷＳのためのＭＩＭＯコーディングマトリクスは次の通りである。

ステップ９０２において、ＷＳは、ＷＳが送信すべきデータを有するときにアップリンク送信のための要求をＢＳへ送信する。ステップ９０３において、ＢＳは、ＷＳにより使用されるべきアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法（例えば、ストリーム数、ＳＴＦＣマトリクス、アンテナグループ化方法、及びプレコーディングマトリクス)を、そのチャンネルについてのＢＳの測定、ワイヤレスステーションの帯域巾要求、及び他のパラメータに基づいて決定する。

次いで、ステップ９０４において、ＢＳは、２つの方法のいずれか一方を使用して、３つ以上のアンテナをもつＷＳに、割り当てられたリソース及びアップリンク送信のためのＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法を通知する。第１の方法は、ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｎｈａｎｃｅｄ＿ＩＥメッセージの予約ビットを使用して、１）３つ以上のアンテナをもつＷＳのメッセージアドレス、及び２）３つ又は４つのアンテナに対して定義されたＭＩＭＯコーディングマトリクスを使用するアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法を指定する。図１１は、本発明の一実施形態によるＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｎｈａｎｃｅｄ＿ＩＥの１つの具現化を示している。図１１に示すように、３つ又は４つのアンテナをもつＷＳに対してＭａｔｒｉｘ＿Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ＿ＲＳフィールドが定義される。Ｍａｔｒｉｘ＿Ｉｎｄｉｃａｔｏｒフィールド及びＰｉｌｏｔ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒフィールドと一緒に、Ｍａｔｒｉｘ＿Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ＿ＲＳフィールドは、３つ又は４つのアンテナをもつＷＳのためのＭＩＭＯコーディングマトリクスマッピングテーブルを指定する。図１２及び１３は、各々、３つのアンテナ及び４つのアンテナをもつＷＳに対する例示的なＭＩＭＯコーディングマトリクスマッピングテーブルを示す。

例えば、Ｍａｔｒｉｘ＿Ｉｎｄｉｃａｔｏｒフィールドが０にセットされ、Ｐｉｌｏｔ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒフィールドが１にセットされ、且つＭａｔｒｉｘ＿Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ＿ＲＳフィールドが０にセットされた場合には、３つのアンテナをもつＷＳは、図１２のＭＩＭＯコーディングマトリクスマッピングテーブルを参照して、アップリンクＭＩＭＯ送信のためのＳＴＦＣマトリクスＣが指定されたことを決定する。同様に、これらの同じビット値に対して、４つのアンテナをもつＷＳは、図１３のＭＩＭＯコーディングマトリクスマッピングテーブルを参照して、アップリンクＭＩＭＯ送信のためのＳＴＦＣマトリクスＢ４が指定されたことを決定する。各ＷＳは、異なる接続識別子（ＣＩＤ）により識別されるので、ＢＳは、ＷＳに対して適切なＭＩＭＯコーディングマトリクスマッピングテーブルを選択することができる。例えば、図１２に示すように、仕様“Ｃｎ”もアンテナ選択を示す。“Ｃ１−１ストリーム”は、第１アンテナしか使用されないことを示し、“Ｃ２−１ストリーム”は、第２アンテナしか使用されないことを示し、“Ｃ３−１ストリーム”は、第３アンテナしか使用されないことを示し、“Ｃ１−２ストリーム”は、第２及び第３の両アンテナが使用されることを示し、“Ｃ２−２ストリーム”は、第１及び第３の両アンテナが使用されることを示し、そして“Ｃ３−２ストリーム”は、第１及び第２の両アンテナが使用されることを示す。

ＴＬＶフィールドの予約ビットを使用する効果は、適合性があり且つオーバーヘッドが低いことを含む。このスキームのもとでは、アップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ送信方法は、既存のＷＳによる変更を要求せずに３つ又は４つのアンテナをもつＷＳへと拡張される。又、通信プロトコルには付加的なオーバーヘッドが導入されない。しかしながら、ＴＬＶにおける予約ビットの数に限度があるために、このスキームを使用してサポートされるＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法の数には当然限度がある（即ち、このスキームのもとで全てのＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法をサポートできるのではない）。例えば、図１２及び１３の例示的コーディングマトリクスマッピングテーブルは、プレコーディングをサポートしない。

或いは又、ＢＳは、３つ以上のアンテナを有するＷＳに対する新規なＭＩＭＯアップリンクＩＥを使用する第２の方法を使用してもよい。図１４は、本発明の一実施形態による１つの例示的なＭＩＭＯアップリンクＩＥ（ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｘｔｅｎｄｅｄ＿ＩＥ）を示す。図１４に示すように、ＷＳにおける実際のアンテナ数が大きい場合でも、送信に使用されるアンテナの数に基づいてＷＳが最初に分類される。従って、少数のアンテナしか使用されないときには、アンテナ選択オーバーヘッドが空間的マルチプレクシングマトリクスと合併され、全体的なオーバーヘッドが減少される。図１５は、４アンテナＷＳのためのアンテナ選択のＭＩＭＯコーディングマトリクスと、３アンテナＷＳの空間的マルチプレクシングのＭＩＭＯコーディングマトリクスとを合併する際のオーバーヘッド減少の一実施例を示している。図１５の実施例では、図１４のアップリンクＭＩＭＯ ＩＥにおける４ビットＡｎｔｅｎｎａ＿Ｉｎｄｉｃａｔｏｒフィールドを０ｂ１１０１（４アンテナＷＳの場合）又は０ｂ１１１０（３アンテナＷＳの場合）にセットすることにより、アンテナ選択及び空間的マルチプレクシングマトリクスが１つのインデックスを共有することができる。

図１４のＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｘｔｅｎｄｅｄ＿ＩＥは、３つ又は４つのアンテナをもつＷＳのためのアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ送信をサポートし、高い融通性を発揮し、且つＳＴＦＣ、アンテナ選択及びグループ化、並びにプレコーディングを含む非常に多数のＭＩＭＯコーディングスキームをサポートすることができる。図１６は、図１４のＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｘｔｅｎｄｅｄ＿ＩＥにおけるサポートされたアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法の概略を示す。図１６に示すように、表記“Ｃ（ｍ、ｎ）”は、ｍ個及びｎ個のアンテナを各々使用する２つのＷＳがアップリンク協働ＭＩＭＯ送信に含まれることを示している。同様に、表記“Ｃ（ｍ、ｎ、ｐ、ｑ）”は、ｍ個、ｎ個、ｐ個及びｑ個のアンテナを各々有する４つのＷＳがアップリンク協働ＭＩＭＯ送信に含まれることを示している。図１７は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｊネットワークにおいてＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｘｔｅｎｄｅｄ＿ＩＥによりサポートできる協働ＭＩＭＯ送信実施例を示す。ＷＳ１（即ち、ＲＳ１）及びＷＳ２（即ち、ＲＳ２）が４つの送信アンテナを有するこの実施例では、ＷＳ１のチャンネルが視線（ＬＯＳ）であるが、１つのデータストリームしかサポートできず、又、ＷＳ２のチャンネルは非視線（ＮＬＯＳ）であるが、おそらく、１つ、２つ又は３つのストリームをサポートすることができる。この実施例では、ＢＳは、先ず、ＷＳ２のチャンネルを測定し、そのチャンネルによりサポートされ得るストリームの数を得る。次いで、ＢＳは、Ｃ（１、１）、Ｃ（１、２）及びＣ（１、３）構成のいずれかを使用してＷＳ１及びＷＳ２について協働ＭＩＭＯ送信を指定することができる。このようなチャンネル意識(channel-aware)協働ＭＩＭＯ送信は、アップリンクスペクトル効率を著しく改善する。

ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｘｔｅｎｄｅｄ＿ＩＥメッセージを使用すると、高い融通性が与えられると共に、ＳＭ、ＳＴＦＣ、プレコーディング、アンテナ選択及びアンテナグループ化を含む非常に多数のＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法をサポートすることができる。又、この方法は、３つ又は４つのアンテナをもつＷＳに対するアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法が既存のＷＳによる変更を必要とせずにサポートされるので、優れた適合性も発揮する。ＴＶＬフィールドの予約ビットを使用する場合に比して、この方法は、オーバーヘッドがより大きくなる。

ステップ９０５において、ＭＩＭＯコーディングマトリクスのための新規なデータマッピングルールが３つ又は４つのアンテナに対して定義される。更に、異なる数のアンテナをもつＷＳによるアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ送信に使用するためにパイロットパターンが定義される。アンテナ選択及び協働ＭＩＭＯ送信については、ＷＳは、先ず、ＭＩＭＯ＿ＵＬ＿Ｅｘｔｅｎｄｅｄ＿ＩＥのＡｎｔｅｎｎａ＿Ｉｎｄｉｃａｔｏｒフィールドをチェックして、使用すべきアンテナの指定数を得る。次いで、１つのアンテナを使用するＷＳの場合に、パイロットパターンの１つ（即ち、パイロットパターンＡ、Ｂ、Ｃ又はＤのいずれか）を使用することができる。ＢＳは、ＷＳにより使用されるべきパイロットパターンを決定し、ＩＥにおいてそのパイロットパターンを指定する。２つのアンテナを使用するＷＳの場合には、２つの選択肢がある。アンテナ１がパイロットパターンＡを使用し且つアンテナ２がパイロットパターンＢを使用するか、アンテナ１がパイロットパターンＣを使用し且つアンテナ２がパイロットパターンＤを使用するかである。この場合も、ＢＳは、ＷＳにより使用されるべきパイロットパターンを決定し、ＩＥにおいてパイロットパターンを指示する。３つのアンテナを使用するＷＳの場合には、第１のアンテナがパイロットパターンＡを使用し、第２のアンテナがパイロットパターンＢを使用し、第３のアンテナがパイロットパターンＣを使用することができる。４つのアンテナを使用するＷＳの場合には、第１のアンテナがパイロットパターンＡを使用し、第２のアンテナがパイロットパターンＢを使用し、第３のアンテナがパイロットパターンＣを使用し、第４のアンテナがパイロットパターンＤを使用することができる。

既存の規格に対して、本発明のもとでの協働ＭＩＭＯ送信のためのパイロットパターン指定は、柔軟性がある。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のもとでは、４つの１アンテナＷＳの協働するＭＩＭＯ送信は、サポートされない。というのは、各１アンテナＷＳは、パイロットパターンＡ又はパイロットパターンＢしか使用できないためである。この点に関して、本発明のもとでのパイロットパターン指定には制約がない。図１８は、本発明の一実施形態による協働ＭＩＭＯ送信の実施例を示す。ＩＥＥＥ８０２．１６ｊネットワークでは、固定ＷＳ（例えば、ＲＳ）は、ＬＯＳチャンネルを有してもよい。このようなチャンネルの場合、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅのもとでのパイロットパターン指定は、アップリンクスペクトル効率を制限する。しかしながら、上述したパイロットパターン指定ルールのもとでは、協働ＭＩＭＯ送信がイネーブルされ、従って、アップリンクスペクトルの効率が著しく改善される。

上述したように、データマッピングルールは、コード化データ記号をタイルへとマップする。３つ又は４つのアンテナに対するＭＩＭＯコーディングマトリクスにおいて、コード化データ記号は、３アンテナＭＩＭＯコーディングマトリクス及び４アンテナＭＩＭＯコーディングマトリクスの両方に対して４つのサブキャリアを占有する。タイルには８個までのＭＩＭＯコード化データ記号を含ませることができるので、タイルのコード化データ記号をデータ記号の２つのグループへと分割して、各グループがＭＩＭＯコーディングマトリクスから出力されるデータ記号に対応するようにするマッピングルールを開発することができる。図１９は、本発明の一実施形態により２つのＭＩＭＯコーディングマトリクスを支配するデータマッピングルールの一実施例を示す。図１９に示すように、第１のＭＩＭＯコーディングマトリクスの出力記号は、サブキャリア１、３、７、５へとマップされ、又、第２のＭＩＭＯコーディングマトリクスの出力記号は、サブキャリア２、４、８、６へとマップされる。

図１９に示す方法を使用すると、次のようなマッピングルールが考えられる。

図１９の例示的なマッピングルールは、少なくとも２つの効果を有する。第１に、ＭＩＭＯコード化記号が均一に分布され、高速変化チャンネルにおいて時間ドメイン及び周波数ドメインの両性能に関して空間−時間−周波数ダイバーシティ利得を最大にすることができる。第２に、２つのＭＩＭＯコーディングマトリクスの出力記号が同じマッピングパターンを有するので、各ＭＩＭＯコーディングマトリクスは、同様の性能特性を有することになる。従って、２つのＭＩＭＯコーディングマトリクスのバランス性能を得ることができる。

上述した説明は、本発明の特定の実施形態を例示するためのもので、これに限定されるものではない。本発明の範囲内で多数の変更や修正が考えられる。本発明は、特許請求の範囲において規定される。

注意事項：
^１ ローカル及びメトロポリタンエリアネットワークのためのＩＥＥＥ規格、パート１６：固定ブロードバンドワイヤレスアクセスシステムのためのエアインターフェイス(２００４年１０月)
^２ ローカル及びメトロポリタンエリアネットワークのためのＩＥＥＥ規格、パート１６：固定及び移動ブロードバンドワイヤレスアクセスシステムのためのエアインターフェイス修正版２：認可帯域における固定及び移動の複合動作のための物理的及び中間アクセス制御レイヤー及び正誤表１(２００６年２月)
^３ Ｐ８０２．１６ｊ ＰＡＲ，Ｐ８０２．１６ｊ−ローカル及びメトロポリタンエリアネットワークのためのＩＥＥＥ規格−パート１６：固定及び移動ブロードバンドワイヤレスアクセスシステムのためのエアインターフェイスの修正版−マルチホップリレー仕様(２００６年３月；ｅ．ｈｔｔｐ：／／ｓｔａｎｄａｒｄｓ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｂｏａｒｄ／ｎｅｓ／ｐｒｏｊｅｃｔｓ／８０２−１６ｊ．ｐｄｆを参照)
^４ Ｐ８０２．１６ｍ Ｐ８０２．１６−ローカル及びメトロポリタンエリアネットワークのためのＩＥＥＥ規格−パート１６：固定ブロードバンドワイヤレスアクセスシステムのためのエアインターフェイス−修正版：ローカル及びメトロポリタンエリアネットワークのためのＩＥＥＥ規格−パート１６：固定及び移動ブロードバンドワイヤレスアクセスシステムのためのエアインターフェイス−進歩型エアインターフェイス(例えば、ｈｔｔｐ：／／ｓｔａｎｄａｒｄｓ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｂｏａｒｄ／ｎｅｓ／ｐｒｏｊｅｃｔｓ／８０２−１６ｍ．ｐｄｆを参照)（２００６年１２月）

ＷＳ・・・ワイヤレスステーション、ＢＳ・・・ベースステーション、ＭＳ・・・移動ステーション、ＲＳ・・・リレーステーション、ＭＩＭＯ・・・多入力多出力、ＳＴＦＣ・・・空間−時間−周波数コーディング、ＩＥ・・・情報エレメント、ＳＴＴＤ・・・空間時間送信ダイバーシティ

Claims (2)

1. ３つ以上のアンテナを有するワイヤレスステーションによりＭＩＭＯアップリンク通信を行う方法において、
   交換されるメッセージが、アップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力を指定するためのフィールドを含むようなメッセージ交換プロトコルを使用して、ワイヤレスステーションとベースステーションとの間のアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力についてベースステーションとネゴシエーションするステップと、
   データ送信のための要求を前記ベースステーションへ送信するステップと、
   前記ベースステーションから、割り当てられたリソース及びアップリンク送信のためのアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法を受信するステップと、
   データ記号を適切なパイロットパターンで前記割り当てられたリソースへマップするステップと、
   を備える方法。
2. ベースステーションとワイヤレスステーションとの間でＭＩＭＯアップリンク通信するための方法において、
   交換されるメッセージが、アップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力を指定するためのフィールドを含むようなメッセージ交換プロトコルを使用して、アップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ能力をワイヤレスステーションとネゴシエーションするステップと、
   データ送信のための要求を前記ワイヤレスステーションから受信するステップと、
   割り当てられたリソース、及びアップリンク送信のためのアップリンクＭＩＭＯ／協働ＭＩＭＯ方法を前記ワイヤレスステーションへ送信するステップと、
   前記割り当てられたリソースへ適切なパイロットパターンでマップされたデータ記号をチャンネルから検出するステップと、
   を備える方法。

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