JP2010537577A - 分散入力分散出力無線通信のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3
Description
本出願は、2004年7月30日出願の米国特許出願第10/902、978号の一部継続出願である。
無線技術の比較的新しい発展は、空間多重化及び時空間符号化として公知である。1つの特定の形式の時空間符号化は、「多重入力多重出力」に対してMIMOと呼ばれ、その理由は、いくつかのアンテナが各端部に使用されるからである。送受信に複数のアンテナを使用することにより、複数の独立した電波を同じ周波数範囲内で同時に送信することができる。以下の論文は、MIMOの概要を提供している。
1.物理的制限:所定の装置上のMIMOアンテナは、各々が統計的に独立した信号を受信するようにMIMOアンテナ間で十分な分離がなければならない。MIMOスループット改善は、波長の僅かな部分のアンテナ間隔でさえも認めることができるが、効率は、アンテナ同士が密集する時に急速に悪化し、より低いMIMOスループット乗数をもたらす。
[1]D.S.Shiu、G.J.Foschini、M.J.Gans、J.M.Kahn共著「フェーディング相関関係及びその多素子アンテナシステムの機能に及ぼす影響」、通信に関するIEEE会報、第48巻、第3号、502〜513頁、2000年3月
[2]V.Pohl、V.Jungnickel、T.Haustein、Helmolt共著「MIMO屋内チャネルにおけるアンテナ間隔」、「Veh.Technol.conf.」IEEE講演論文集、第2巻、749〜753頁、2002年5月
[3]M.Stoytchev、H.Safar、A。L.Moustakas、S.Simon共著「MIMO用途のための小型アンテナアレイ」、「Antennas and Prop.Symp.」IEEE講演論文集、第3巻、708〜711頁、2001年7月
[4]A.Forenza及びR.W.Heath.Jr.共著「屋内クラスター化チャネルにおけるMIMO通信に及ぼすアンテナ幾何学形状の影響」、「Antennas and Prop.Symp.」IEEE講演論文集、第2巻、1700〜1703頁、2004年6月
[5]M.J.Fakhereddin、K.R.Dandekar共著「MIMO機能に及ぼす偏波ダイバーシチ及び相互結合の組合せ影響」、「Antennas and Prop.Symp.」IEEE講演論文集、第2巻、495〜498頁、2003年6月
[7]P.N.Fletcher、M.Dean、A.R.Nix共著「多素子アレイアンテナ内の相互結合及びMIMOチャネル機能に及ぼすその影響」、IEEE・エレクトロニクス・レター、第39巻、342〜344頁、2003年2月
[8]V.Jungnickel、V.Pohl、C.Von Helmolt共著「密接アンテナを有するMIMOシステムの機能」、IEEE通信レター.第7巻、361〜363頁、2003年8月
[10]J.W.Wallace、M.A.Jensen共著「結合アンテナの終端依存ダイバーシチ性能:ネットワーク理論解析」、アンテナ伝播に関するIEEE会報、第52巻、98〜105頁、2004年1月
[13]C.Waldschmidt、S.Schulteis、W.Wiesbeck共著「小型MIMOアレイの解析のための完全RFシステムモデル」、「Veh.Technol.」に関するIEEE会報、第53巻、579〜586頁、2004年5月
[14]M.L.モーリス、M.A.Jensen共著「結合アンテナ及びノイズのある増幅器を有するMIMOシステムのためのネットワークモデル」、アンテナ伝播に関するIEEE会報、第53巻、545〜552頁、2005年1月
[15]H.A.Wheeler著「小さいアンテナ」、アンテナ伝播に関するIEEE会報、第AP−23巻、第4号、462〜469頁、1975年7月
[16]J.S.Mclean著「電気的に小型のアンテナの放射Qに対する基本的な限界の再調査」、アンテナ伝播に関するIEEE会報、第44巻、第5号、672〜676頁、1996年5月
2.ノイズ制限。各MIMO受信機/送信機サブシステムは、ある一定のレベルのノイズを生成する。互いに近接して置かれるこれらのサブシステムの数が多くなると、ノイズレベルは増加する。一方、多数アンテナMIMOシステムにおける益々増大する個別の信号を互いに区別することが必要なので、益々低いノイズレベルが必要である。
3.経費及び電力上の制限。経費及び電力消費量が問題にならないMIMO用途も存在するが、典型的な無線製品では、経費及び電力消費量の両方は、製品開発成功の極めて重要な制約である。各MIMOアンテナに対しては、別個のアナログ/デジタル(A/D)変換器及びデジタル/アナログ(D/A)変換器を含む別個のRFサブシステムが必要である。ムーアの法則(最小構成要素のための集積回路上のトランジスタ数は、その費用が24ヵ月毎に倍増するというIntel共同創立者Gordon Mooreによる経験的な観測結果、出典:http://www.intel.com/technology/mooreslaw/)に対応するデジタルシステムの多くの態様と異なり、このようなアナログ集約的サブシステムは、典型的に、ある一定の物理的構造サイズ及び電力要件を有し、経費及び電力において直線的に増大する。したがって、多数アンテナMIMO装置は、単一アンテナ装置と比較すると極端に高価かつ電力消耗的になると考えられる。
MIMO形式の技術の1つの特殊用途は、仮想アンテナアレイである。このようなシステムは、2003年1月15〜17日、スペイン国バルセロナでの科学技術研究分野の欧州協力(EURO−COST)で発表された研究論文:Mischa Dohler、Hamid Aghvami共著「MIMOに向けた歩み:仮想アンテナアレイ」、キングズカレッジ電気通信研究センター、英国ロンドンで提案されている。
y1 = x1 H11 + x2 H12 + x3 H13 + N
y2 = x1 H21 + x2 H22 + x3 H23 + N
y3 = x1 H31 + x2 H32 + x3 H33 + N
x1 = y1H-1 11 + y2H-1 12 + y3H-1 13
x2 = y1H-1 21 + y2H-1 22 + y3H-1 23
x3 = y1H-1 31 + y2H-1 32 + y3H-1 33
[17]L.Dong、H.Ling、及びR.W.Heath.Jr.共著「アンテナパターンダイバーシチを使用した多重入力多重出力無線通信方式」、「Glob.Telecom.Conf.」IEEE講演論文集、第1巻、997〜1001頁、2002年11月
[18]R.Vaughan著「アンテナダイバーシチのための切換非励振素子」、アンテナ伝播IEEE会報、第47巻、399〜405頁、1999年2月
[19]P.Mattheijssen、M.H.A.J.Herben、G.Dolmans、L.Leyten共著「手持ち式使用に対するアンテナパターンダイバーシチ対空間ダイバーシチ」、「Veh.Technol.」に関するIEEE会報、第53巻、1035〜1042頁、2004年7月
[20]C.B.Dietrich Jr、K.Dietze、J.R.Nealy、W.L.Stutzman共著「無線手持ち式端末に対する空間ダイバーシチ、偏波ダイバーシチ、及びパターンダイバーシチ」、アンテナ及び伝播シンポジュームIEEE講演論文集、第49巻、1271〜1281頁、2001年9月
[21]A.Forenza、R.W.Heath、jr.共著「屋内クラスター化MIMOチャネルにおける円形パッチアンテナの2素子アレイによるパターンダイバーシチの恩典」、通信に関するIEEE会報、第54巻、第5号、943〜954頁、2006年5月
偏波を使用して、複数の基地局又はユーザのアンテナを互いに非常に接近させるが、依然として空間相関のないものとすることができる。
v1 = u1H-1 11 + u2H-1 12 + u3H-1 13
v2 = u1H-1 21 + u2H-1 22 + u3H-1 23
v3 = u1H-1 31 + u2H-1 32 + u3H-1 33
1.I/Q不均衡を伴ったDIDO−OFDMプリコーディング
本発明の一実施形態は、直交周波数分割多重(OFDM)を行う分散入力分散出力(DIDO)システムにおいて同相及び直角位相(I/Q)不均衡を補正するシステム及び方法を使用する。簡潔にいうと、この実施形態によれば、ユーザ装置は、チャネルを推定して基地局にこの情報をフィードバックする。基地局は、I/Q不均衡により引き起こされる搬送波間及びユーザ間干渉を相殺するためにプリコーディング行列を計算し、並列データストリームは、DIDOプリコーディングを通じて複数のユーザ装置に送信され、ユーザ装置は、残留干渉を抑制するためにゼロ強制(ZF)、最小平均二乗誤差(MMSE)、又は最大尤度(ML)受信機を通じてデータを復調する。
一般的な無線通信システムの送受信信号は、同相及び直角位相(I/Q)成分から成る。実用システムにおいては、同相及び直角位相成分は、混合及びベースバンド作動における不完全性のために歪みが発生する場合がある。これらの歪みは、I/Q位相、利得、及び遅延の不整合として現れる。位相不均衡は、完全に直交ではない変調器/復調器における正弦及び余弦により引き起こされる。利得不均衡は、同相及び直角位相成分間の異なる増幅により引き起こされる。アナログ回路内のIレールとQレール間の遅延の差異による遅延不均衡という付加的な歪みが存在する場合がある。
xI = sIhI − sQhQ
及び
xQ = sIhQ + sQhI .
1.I/Q不整合に対しては、I/Q不整合の補正なしで、全てのトーン(DC及びエッジトーン以外)で送信する。
2.I/Q補正に対しては、全てのトーンで送信し、かつ上述の「方法1」を使用することによってI/Q不整合を補正する。
3.理想的:I/Q不整合により引き起こされるユーザ間及び搬送波間の干渉(すなわち、ミラートーンによる)を回避するために奇数のトーンでのみ送信する。
分散入力分散出力(DIDO)システムの性能を改善するシステム及び方法の別の実施形態に対してここで説明する。本方法は、ある一定のターゲット誤り率を満たすと同時にスループットを増大させるように変化するチャネル状態を追跡することによって異なるユーザ装置に無線リソースを動的に割り当てる。ユーザ装置は、チャネル品質を推定して基地局にフィードバックし、基地局は、ユーザ装置から得られたチャネル品質を処理して次の送信に向けてユーザ装置、DIDO方式、変調/符号化方式(MCS)、及びアレイ構成の最良の組を選択し、基地局は、プリコーディングを通じて複数ユーザ装置に並列データを送信し、信号は、受信機で復調される。
多重入力多重出力(MIMO)システム内においては、直交時空間ブロックコード(OSTBC)のようなダイバーシチ方式(V.Tarokh、H.Jafarkhani、及びA.R.Calderbank共著「直交配列法による時空間ブロックコード」、情報理論に関するIEEE会報、第45巻、1456〜467頁、1999年7月を参照されたい)、又はアンテナ選択(R.W.Heath.Jr.S.Sandhu、及びA.J.Paulraj共著「線形受信機を有する空間多重化システムのアンテナ選択」、通信に関するIEEE会報、第5巻、pp.142〜144頁、2001年4月を参照されたい)は、チャネルフェーディングに対処して受信範囲の改善になるリンク堅牢性の増大をもたらすと考えられる。一方、空間多重化(SM)により、システムスループットを改善する手段として複数の並列データストリームの送信が可能である。G.J.Foschini、G.D.Golden、R.A.Valenzuela、及びP.W.Wolniansky共著「多素子アレイを使用する高スペクトル効率無線通信の簡素化した処理」、通信の選択分野に関するIEEE学会論文集、第17巻、第11号、1841〜1852頁、1999年11月を参照されたい。これらの恩典は、L.Zheng及びD.N.C.Tse共著「ダイバーシチ及び多重化:多重アンテナチャネルの基本的なトレードオフ」、情報理論に関するIEEE会報、第49巻、第5号、1073〜1096頁、2003年5月において導出された理論的なダイバーシチ/多重化トレードオフに従ってMIMOシステムにおいて同時に達成することができる。1つの実際的な実施例は、変化中のチャネル条件を追跡することによってダイバーシチと多重化送信方式との間で適応的に切り換えることである。
1.チャネル推定の先行出願トレーニング記号を無線クライアント装置により使用して適応DIDO方式でリンク品質測定基準を評価することができる。
2.基地局は、先行出願で説明しているようなクライアント装置から信号特徴付けデータを受信する。この実施形態では、信号特徴付けデータは、適合を可能にするのに使用されるリンク品質測定基準として定められる。
3.先行出願では、送信アンテナ及びユーザの数を選択する機構を説明しており、並びにスループット割り当てを定めている。更に、異なるレベルのスループットは、先行出願の場合と同様に異なるクライアントに動的に割り当てることができる。本発明のこの実施形態では、この選択及びスループット割り当てに関連する新しい基準を定める。
提案する適応DIDO法の目標は、時間、周波数、及び空間内の無線リソースをシステムにおいて異なるユーザに動的に割り当てることによってユーザ当たりの又はダウンリンクのスペクトル効率を改善することである。一般的な適応基準は、ターゲット誤り率を満たすと同時にスループットを増大させることである。伝播条件に基づいてこの適応アルゴリズムを使用し、ダイバーシチ方式によってユーザ(又は、受信範囲)のリンク品質を改善することができる。図21に示す流れ図は、適応DIDO方式の段階を説明するものである。
異なるDIDOシステムの性能は、送信アンテナの本数N=Mの増大で評価され、ここで、Mは、ユーザ数である。以下のシステム、すなわち、SISO、DIDO2x2、DIDO4×4、DIDO6×6、及びDIDO8x8の性能を比較する。DIDONxMは、BSでN本の送信アンテナ及びM人のユーザによるDIDOを指す。
T1及びU1を有するSISO(2301)
T1、2、及びU1、2によるDIDO2x2(2302)
T1、2、3、4、及びU1、2、3、4によるDIDOの4×4(2303)
T1、2、3、4、5、6、及びU1、2、3、4、5、6によるDIDOの6×6(2304)
T1、2、3、4、5、6、7、8、及びU1、2、3、4、5、6、7、8によるDIDOの8x8(2305)
この実験の目標は、空間相関チャネルにおけるシミュレーションを通じて異なるユーザの位置に対してDIDO性能を評価することである。DIDO2x2システムは、4QAM及び1/2のFEC率で考慮する。ユーザ1は、送信アレイからブロードサイド方向にあり、一方、ユーザ2は、図25に示すように、ブロードサイドからエンドファイア方向に位置を変える。送信アンテナは、〜λ/2間隔であり、ユーザから〜2.5λ隔てている。
図24は、8x8DIDOにより、より高いTX電力所要量の代償としてDIDOのより低い次数よるSE増大が得られることを示している。この実験の目標は、DIDO8x8がピークのスペクトル効率(SE)に関してだけでなく、そのピークSEをもたらすTX電力所要量(又はTPT)に関してもDIDO2x2よりも性能が優れている事例があることを示すことである。
これ以降、2005年に信号処理に対するIEEE会報に受諾されたR.Chen、R.W.Heath、及びJ.G.Andrews共著「線形受信機を有する単体プリコーディングマルチユーザ空間多重化システムの送信選択ダイバーシチ」に説明されているアンテナ選択アルゴリズムの利点を評価する。2人のユーザ、4−QAM、及び1/2のFEC率による1つの特定のDIDOシステムの結果を示す。以下のシステムを図27で比較する。
T1、2、及びU1、2によるDIDO2x2、及び
T1、2、3、及びU1、2によるアンテナ選択を用いるDIDO3×2。
「方法2−RX補正」節において、モードの選択は、LUTにより可能にされるように説明した。LUTは、異なる伝播環境内のDIDO送信モードに対してある一定の所定のターゲット誤り率性能をもたらすようにSNR閾値を評価することによって予め計算することができる。これ以降、アンテナ選択の有無及びLUTを構築する指針として使用することができる可変的なユーザ数によるDIDOシステムの性能を示す。図24、図26、図28、図29は、DIDOプロトタイプによる実際的な測定から導出したものであり、以下の図は、シミュレーションを通じて取得したものである。以下のBER結果では、FECなしと仮定している。
a.背景
上述のように、無線通信システムは、搬送波を使用して情報を伝達する。これらの搬送波は、通常、送信すべき情報に応答して振幅変調及び/又は位相変調される正弦曲線である。正弦曲線の公称周波数は、搬送周波数として公知である。この波形を作成ために、送信機は、1つ又はそれよりも多くの正弦曲線を合成して、所定の搬送周波数で正弦曲線に乗る変調信号を作成するようにアップコンバートを提供する。これは、信号が搬送波上で又は複数のアップコンバート段階を通じて直接的に変調される直接的変換を通じて行うことができる。この波形を処理するために、受信機は、受信RF信号を復調して実質的に変調搬送波を相殺すべきである。これには、受信機が、1つ又はそれよりも多くの正弦波信号を合成して、ダウンコンバートとして知られる送信機での変調方式の逆を行うことが必要である。残念ながら、送信機及び受信機で生成される正弦波信号は、異なる基準発振器から導出される。完全な周波数基準を作り出す基準発振器はなく、実際には、常に真の周波数からの何らかの偏差がある。
本発明の一実施形態は、チャネル状態情報に基づくプリコーディングを用いてDIDOシステムにおいて周波数オフセット及び位相オフセットを相殺する。この実施形態の説明に対しては、図11及び以前の関連の説明を参照されたい。
DIDOシステムにおいて周波数/位相オフセット補正のためのアルゴリズムの実施形態に対して以下で説明する。DIDOシステムモデルは、周波数/位相オフセットの有無によって最初に説明する。簡潔さを期すために、DIDO2x2システムの特定的な実施例を示している。しかし、本発明の根本的な原理は、より高次数のDIDOシステム上で実施することができる。
DIDO2x2の受信信号は、以下のように第1のユーザに対して書くことができる。
本発明の一実施形態による方法を図47に示している。本方法は、以下の一般的な段階(図示のように、副段階を含む)、すなわち、周波数オフセット推定4701のトレーニング期間、チャネル推定4702のトレーニング期間、補正4703によるDIDOプリコーディングを通じたデータ送信を含む。これらの段階に対して以下で詳細に説明する。
第1のトレーニング期間中に、基地局は、各送信アンテナからユーザ(4701)の1つに1つ又はそれよりも多くのトレーニングシーケンスを送る。本明細書で説明するように、「ユーザ」は、無線クライアント装置である。DIDO2x2の事例に対しては、第m番目のユーザにより受信した信号は、以下によって示している。
トレーニング期間中に、基地局は、最初に第m番目のユーザから又は複数のユーザから(7)の値の周波数オフセットフィードバックを得る。(7)における値は、送信側での周波数オフセットを事前補正するのに使用される。次に、基地局は、チャネル推定(4702a)に向けて全てのユーザにトレーニングデータを送る。
基地局は、ユーザから(12)におけるチャネル状態情報(CSI)を受信して、ブロック対角化(BD)を通して、以下のようにプリコーディング重みを計算する(4703a)。
この節において、上述の技術は、N本の送信アンテナ及びM人のユーザによるDIDOシステムへ一般化される。
第1のトレーニング期間中に、N本のアンテナから送られたトレーニングシーケンスの結果として第m番目のユーザにより受信される信号は、以下によって与えられる。
トレーニング期間中に、基地局は、最初に第m番目のユーザから又は複数のユーザからの値を有する周波数オフセットフィードバックを得る。(19)における値は、送信側での周波数オフセットを事前補正するのに使用される。次に、基地局は、チャネル推定に向けて全てのユーザにトレーニングデータを送る。DIDOのNxMシステムに対しては、第m番目のユーザにより受信した信号は、以下によって与えられる。
基地局は、ユーザから(12)におけるチャネル状態情報(CSI)を受信し、ブロック対角化(BD)を通して以下のようにプリコーディング重みを計算する。
図48は、周波数オフセットの有無によるDIDO2×2システムのSER結果を示している。提案する方法は、完全に周波数/位相オフセットを相殺し、オフセットのないシステムと同じSERを得ることを認めることができる。
これ以降、時間及び周波数オフセット推定(図47内の4701b)を実施する付加的な実施形態を説明する。考慮する送信信号構造は、H.Minn、V.K.Bhargava、及びK.B.Letaief共著「OFDMシステムの堅牢なタイミング及び周波数同期」、無線通信に関するIEEE会報、第2巻、第4号、822〜839頁、2003年7月において示されており、K.Shi、及びE.Serpedin共著「OFDMシステムの粗フレーム及び搬送波同期:新しい測定基準及び比較」、無線通信に関するIEEE会報、第3巻、第4号、1271〜1284頁、2004年7月においてより詳細に考慮されている。通常、良好な相関性能を有するシーケンスがトレーニングに使用される。例えば、本発明のシステムに対しては、D.Chu著「良好な周期的相関特性(一致)による多相コード」、情報理論に関するIEEE会報、第52巻、第4号、531〜532頁、1972年7月に説明されているように導出されたChuシーケンスを使用する。これらのシーケンスは、完全な円形相関を有するという興味深い特性を有する。Lcpは、循環プレフィックスの長さを示し、Ntは、成分トレーニングシーケンスの長さを示すとする。Nt=Mtとする。ここで、Mtは、トレーニングシーケンスの長さである。これらの仮定では、プリアンブルの送信された記号シーケンスは、以下のようにの書くことができる。
粗いフレーム同期の目的は、未知のフレームオフセットΔを解くことである。以下の定義を定める。
方法1−改良型粗フレーム同期:粗いフレーム同期推定器は、以下の最適化を解く。
分別周波数オフセット補正は、粗フレーム同期ブロックの後に行う。
方法2−改良型分別周波数オフセット補正:分別周波数オフセットは、以下に対する解である。
整数周波数オフセットを補正するために、精密周波数オフセット補正後の受信信号に対して同等のシステムモデルを書くことが必要である。残りのタイミング誤差をチャネルに吸収すると、ノイズがない場合の受信信号は、n=0、1...,4Nt−1に対して以下の構造を有する。
方法3−改良型整数周波数オフセット補正:整数周波数オフセットは、以下に対する解である。
方法4−低複雑性改良型整数周波数オフセット補正:低複雑性整数周波数オフセット推定器は、以下を解く。
この節においては、異なる提案する推定器の性能を比較する。
Claims (65)
- マルチユーザ(MU)送信を有する多重アンテナシステム(MAS)(MU−MAS)において周波数オフセット及び位相オフセットを補正する方法であって、
基地局の各アンテナからトレーニング信号を、各トレーニング信号を解析して周波数オフセット補正データを生成する複数の無線クライアント装置の1つ又は各々に送信し、該基地局で該周波数オフセット補正データを受信する段階と、
前記周波数オフセット補正データに基づいてMU−MASプリコーダ重みを計算し、前記送信機において周波数オフセットを事前相殺する段階と、
前記MU−MASプリコーダ重みを使用してトレーニング信号をプリコーディングし、前記基地局の各アンテナに対してプリコーディングされたトレーニング信号を生成する段階と、
基地局の各アンテナから前記プリコーディングされたトレーニング信号を、各トレーニング信号を解析してチャネル特徴付けデータを生成する複数の無線クライアント装置の各々に送信し、該基地局で該チャネル特徴付けデータを受信する段階と、
前記チャネル特徴付けデータに基づいて、周波数及び位相オフセット及び/又はユーザ間干渉を事前相殺するために計算される複数のMU−MASプリコーダ重みを計算する段階と、
前記MU−MASプリコーダ重みを使用してデータをプリコーディングし、前記基地局の各アンテナに対するプリコーディングされたデータ信号を生成する段階と、
前記プリコーディングされたデータ信号を前記基地局の各アンテナを通じて各それぞれのクライアント装置に送信する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記基地局は、前記無線クライアント装置を広域ネットワークに結合するアクセスポイントである。
- 1つの集中送信機ユニットが、全ての該送信機ユニット間の前記周波数オフセットを推定してそのオフセットを事前補正し、又はDIDO送信アンテナが、有線、光、又は無線のネットワークを通じて周波数基準を共有する(前記周波数オフセット推定段階中のプリコーディングされたトレーニング及びユーザのフィードバックの必要なく)ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- トレーニングプリコーディングが、フィードバックオーバーヘッドを低減するために長期的に1人又は複数のユーザによって行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記送信機又は受信機は、前記周波数オフセットの変化率を推定してトレーニングプリコーダの更新率を決めることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- データプリコーディングが、ブロック対角化(BD)技術を使用して行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記MU−MASシステムは、分散入力分散出力(DIDO)通信システムであり、
前記MU−MASプリコーダ重みは、DIDOプリコーダ重みである、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - MU−MAS通信に向けて周波数オフセット及び位相オフセットを補正するためのシステムであって、
複数の無線クライアント装置の各々に対して情報ビットを符号化及び変調し、符号化及び変調された情報ビットを生成する1つ又はそれよりも多くの符号化変調ユニットと、
前記符号化及び変調された情報ビットを複合記号にマップする1つ又はそれよりも多くのマッピングユニットと、
前記無線クライアント装置からのフィードバックを通じて得られたチャネル状態情報を利用してMU−MAS周波数/位相オフセット認識プリコーディング重みを計算し、該重みを使用して前記マッピングユニットから得られた前記複合記号をプリコーディングして周波数/位相オフセット及び/又はユーザ間干渉を事前相殺するMU−MAS周波数/位相オフセット認識プリコーディングユニットと、
を含むことを特徴とするシステム。 - 前記MU−MAS周波数/位相オフセット認識プリコーディングユニットから前記プリコーディングされた信号を受信し、OFDM規格に従って該プリコーディングされた信号を変調する1つ又はそれよりも多くの直交周波数分割多重化(OFDM)ユニットを更に含むことを特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 前記OFDM規格は、逆高速フーリエ変換(IFFT)を計算する段階及び循環プレフィックスを追加する段階を含むことを特徴とする請求項9に記載のシステム。
- 前記OFDMユニットの出力にデジタルからアナログへの(D/A)変換を行ってアナログベースバンド信号を生成する1つ又はそれよりも多くのD/Aユニットと、該ベースバンド信号を無線周波数にアップコンバートし、対応する1つ又はそれよりも多くの送信アンテナを使用して該信号を送信する1つ又はそれよりも多くの無線周波数(RF)ユニットとを更に含むことを特徴とする請求項9に記載のシステム。
- 前記MU−MAS周波数/位相オフセット認識プリコーディングユニットは、最小平均二乗誤差(MMSE)、重み付けMMSE、ゼロ強制(ZF)、又はブロック対角化(BD)プリコーダとして実施されることを特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 前記MU−MAS通信は、DIDO通信を含み、
前記無線クライアント装置からのフィードバックを通じて得られたチャネル状態情報を利用してDIDO周波数/位相オフセット認識プリコーディング重みを計算し、該重みを使用して前記マッピングユニットから得られた前記複合記号をプリコーディングして周波数/位相オフセット及び/又はユーザ間干渉を事前相殺するDIDO周波数/位相オフセット認識プリコーディングユニット、
を含むことを特徴とする請求項8に記載のシステム。 - MU−MAS通信に向けて周波数オフセット及び位相オフセットを補正するためのシステムに使用される無線クライアント装置であって、
1つ又はそれよりも多くのMU−MAS送信機ユニットから送信された信号を受信し、該信号をベースバンドにダウンコンバートする1つ又はそれよりも多くのRFユニットと、
前記ダウンコンバートされた信号を受信し、該信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する1つ又はそれよりも多くのアナログ/デジタル(A/D)変換ユニットと、
周波数及び/又は位相オフセットを推定し、事前補正に向けて前記送信機にこの情報をフィードバックする周波数/位相オフセット推定/補正ユニットと、
循環プレフィックスを除去し、前記デジタル信号に高速フーリエ変換(FFT)を行って周波数領域で該信号を伝える1つ又はそれよりも多くのOFDMユニットと、
トレーニング期間中に前記1つ又はそれよりも多くのOFDMユニットから信号出力を受信し、チャネル推定データを応答的に計算するチャネル推定ユニットと、
無線クライアント装置への送信の前に信号をプリコーディングする際に使用されるように前記チャネル推定データを基地局に送信するフィードバック発生器ユニットと、
を含むことを特徴とする装置。 - 前記チャネル推定値は、前記OFDMユニットへの入力を使用することによって時間領域で計算されることを特徴とする請求項14に記載のシステム。
- 前記フィードバック発生器ユニットは、前記基地局への送信の前に前記周波数オフセット及びチャネル推定値を量子化する論理を更に含むことを特徴とする請求項14に記載の無線クライアント装置。
- 前記OFDMユニットから出力を受信し、受信機を応答的に計算し、前記信号を復調/復号して前記送信データの推定値を取得する受信機ユニットを更に含むことを特徴とする請求項14に記載の無線クライアント装置。
- 前記受信機ユニットは、最小平均二乗誤差(MMSE)受信機、ゼロ強制(ZF)受信機、最大尤度(ML)受信機、又はMAP受信機であることを特徴とする請求項17に記載の無線クライアント装置。
- 前記MU−MAS通信は、DIDO通信を含み、
前記1つ又はそれよりも多くのRFユニットは、1つ又はそれよりも多くのDIDO送信機ユニットから送信された信号を受信して該信号をベースバンドにダウンコンバートする、
ことを特徴とする請求項14に記載のシステム。 - 前記周波数/位相オフセット推定/補正ユニットは、粗いフレーム同期化のための手段、分別周波数オフセット補正のための手段、整数周波数オフセット補正のための手段、及び/又は整数周波数オフセット補正のための手段を実施することを特徴とする請求項14に記載のシステム。
- マルチユーザ(MU)送信を有する多重アンテナシステム(MAS)(MU−MAS)において同相及び直角位相(I/Q)不均衡を補正する方法であって、
基地局の各アンテナからトレーニング信号を、各トレーニング信号を解析してチャネル特徴付けデータを生成する複数の無線クライアント装置の各々に送信し、該チャネル特徴付けデータを該基地局で受信する段階と、
前記チャネル特徴付けデータに基づいて、I/Q利得不均衡及び位相不均衡による干渉及び/又はユーザ間干渉を事前相殺するために計算される複数のMU−MASプリコーダ重みを計算する段階と、
前記MU−MASプリコーダ重みを使用してデータをプリコーディングし、前記基地局の各アンテナに対するプリコーディングされたデータ信号を生成する段階と、
前記プリコーディングされたデータ信号を前記基地局の各アンテナを通じて各それぞれのクライアント装置に送信する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記基地局は、前記無線クライアント装置を広域ネットワークに結合するアクセスポイントである。
- 残留干渉を抑制するためにゼロ強制(ZF)、最小平均二乗誤差(MMSE)、又は最大尤度(ML)受信機を使用して各ユーザ装置においてデータストリームを復調する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。 - プリコーディングする段階は、ブロック対角化(BD)技術を使用して行われることを特徴とする請求項21に記載の方法。
- 前記MU−MASシステムは、分散入力分散出力(DIDO)通信システムであり、
前記MU−MASプリコーダ重みは、DIDOプリコーダ重みである、
ことを特徴とする請求項21に記載の方法。 - 前記プリコーダ重みは、ICIではなくユーザ間干渉を相殺するために計算され、
前記クライアント無線クライアント装置は、前記ICIを相殺するためのフィルタを有する受信機を含む、
ことを特徴とする請求項25に記載の方法。 - MU−MAS通信に向けて同相及び直角位相(I/Q)不均衡を補正するためのシステムであって、
複数の無線クライアント装置の各々に対して情報ビットを符号化及び変調し、符号化及び変調された情報ビットを生成する1つ又はそれよりも多くの符号化変調ユニットと、
前記符号化及び変調された情報ビットを複合記号にマップする1つ又はそれよりも多くのマッピングユニットと、
前記無線クライアント装置からのフィードバックを通じて得られたチャネル状態情報を利用してMU−MAS−IQ認識プリコーディング重みを計算し、該重みを使用して前記マッピングユニットから得られた前記複合記号をプリコーディングしてI/Q利得不均衡及び位相不均衡による干渉及び/又はユーザ間干渉を事前相殺するMU−MAS−IQ認識プリコーディングユニットと、
を含むことを特徴とするシステム。 - 前記MU−MAS−IQ認識プリコーディングユニットから前記プリコーディングされた信号を受信し、OFDM規格に従って該プリコーディングされた信号を変調する1つ又はそれよりも多くの直交周波数分割多重化(OFDM)ユニット、
を更に含むことを特徴とする請求項27に記載のシステム。 - 前記OFDM規格は、逆高速フーリエ変換(IFFT)を計算する段階及び循環プレフィックスを追加する段階を含むことを特徴とする請求項28に記載のシステム。
- 前記OFDMユニットの出力にデジタル/アナログ変換(D/A)変換を行ってアナログベースバンド信号を生成する1つ又はそれよりも多くのD/Aユニットと、
前記ベースバンド信号を無線周波数にアップコンバートし、対応する1つ又はそれよりも多くの送信アンテナを使用して該信号を送信する1つ又はそれよりも多くの無線周波数(RF)ユニットと、
を更に含むことを特徴とする請求項28に記載のシステム。 - 前記MU−MAS−IQ認識プリコーディングユニットは、最小平均二乗誤差(MMSE)、重み付けMMSE、又はゼロ強制(ZF)プリコーダとして実施されることを特徴とする請求項27に記載のシステム。
- MU−MASプリコーディングユニットが、最小平均二乗誤差(MMSE)、重み付けMMSE、ゼロ強制(ZF)、又はブロック対角化(BD)プリコーダとして実施されることを特徴とする請求項27に記載のシステム。
- 前記MU−MAS通信は、DIDO通信を含み、
前記無線クライアント装置からのフィードバックを通じて得られたチャネル状態情報を利用してDIDO−IQ認識プリコーディング重みを計算し、該重みを使用して前記マッピングユニットから得られた前記複合記号をプリコーディングしてI/Q利得不均衡及び位相不均衡による干渉及び/又はユーザ間干渉を事前相殺するDIDO−IQ認識プリコーディングユニット、
を含むことを特徴とする請求項27に記載のシステム。 - MU−MAS通信に向けて同相及び直角位相(I/Q)不均衡を補正するためのシステムに使用される無線クライアント装置であって、
1つ又はそれよりも多くのMU−MAS送信機ユニットから送信された信号を受信し、該信号をベースバンドにダウンコンバートする1つ又はそれよりも多くのRFユニットと、
前記ダウンコンバートされた信号を受信し、該信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する1つ又はそれよりも多くのアナログ/デジタル(A/D)変換ユニットと、
循環プレフィックスを除去し、前記デジタル信号に高速フーリエ変換(FFT)を行って周波数領域で該信号を伝える1つ又はそれよりも多くのOFDMユニットと、
トレーニング期間中に前記1つ又はそれよりも多くのOFDMユニットから信号出力を受信し、チャネル推定データを応答的に計算するIQ認識チャネル推定ユニットと、
無線クライアント装置への送信の前に信号をプリコーディングする際に使用されるように前記チャネル推定データを基地局に送信するフィードバック発生器ユニットと、
を含むことを特徴とする装置。 - 前記チャネル推定値は、前記OFDMユニットへの入力を使用することによって時間領域で計算されることを特徴とする請求項34に記載のシステム。
- 前記フィードバック発生器ユニットは、前記基地局への送信の前に前記チャネル推定値を量子化するための論理を更に含むことを特徴とする請求項34に記載の無線クライアント装置。
- 前記OFDMユニットから出力を受信し、IQ受信機を応答的に計算し、前記信号を復調/復号して前記送信データの推定値を取得するI/Q認識受信機ユニット、
を更に含むことを特徴とする請求項34に記載の無線クライアント装置。 - 前記I/Q認識受信機ユニットは、最小平均二乗誤差(MMSE)受信機、ゼロ強制(ZF)受信機、最大尤度(ML)受信機、又はMAP受信機であることを特徴とする請求項36に記載の無線クライアント装置。
- 前記I/Q認識受信機ユニットは、ミラートーン上のI/Q不均衡により引き起こされた搬送波間干渉(ICI)を相殺するMMSE又はZFフィルタを含むことを特徴とする請求項36に記載の無線クライアント装置。
- 前記I/Q認識受信機ユニットは、ミラートーン上の記号を共同で検出する非線形検出器(すなわち、ML)を含むことを特徴とする請求項36に記載の無線クライアント装置。
- 前記I/Q認識チャネル推定ユニットは、搬送波間干渉(ICI)を除去するために前記I/Q認識受信機ユニットによって使用可能な係数を計算することを特徴とする請求項36に記載の無線クライアント装置。
- 前記MU−MAS通信は、DIDO通信を含み、
1つ又はそれよりも多くのRFユニットが、1つ又はそれよりも多くのDIDO送信機ユニットから送信された信号を受信して該信号をベースバンドにダウンコンバートする、
ことを特徴とする請求項33に記載のシステム。 - マルチユーザ(MU)送信を有する多重アンテナシステム(MAS)(MU−MAS)の通信特性を動的に適応させる方法であって、
基地局の各アンテナからトレーニング信号を、各トレーニング信号を解析してチャネル特徴付けデータを生成する複数の無線クライアント装置の各々に送信し、該チャネル特徴付けデータを該基地局で受信する段階と、
前記チャネル特徴付けデータを使用して前記無線クライアント装置に対する瞬間的又は統計的チャネル品質(リンク品質測定基準)を判断する段階と、
前記リンク品質測定基準に基づいてユーザの部分集合及びMU−MAS送信モードを判断する段階と、
前記チャネル特徴付けデータに基づいて複数のMU−MASプリコーダ重みを計算する段階と、
前記MU−MASプリコーダ重みを使用してデータをプリコーディングし、前記基地局の各アンテナに対するプリコーディングされたデータ信号を生成する段階と、
前記プリコーディングされたデータ信号を前記基地局の各アンテナを通じて前記選択された部分集合内の各それぞれのクライアント装置に送信する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記MU−MAS送信モードは、アンテナ選択/ダイバーシチ又は多重化、変調/符号化方式(MCS)、及びアレイ構成/幾何学形状の異なる組合せを含むことを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 前記リンク品質測定基準は、時間領域、周波数領域、及び/又は空間領域で推定されることを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 前記リンク品質測定基準は、前記クライアント装置で受信された前記信号の信号対ノイズ比(SNR)を含むことを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 前記MU−MASシステムは、分散入力分散出力(DIDO)通信システムであり、
前記MU−MAS送信モードは、前記リンク品質測定基準に基づくDIDO送信モードであり、
前記MU−MASプリコーダ重みは、DIDOプリコーダ重みである、
ことを特徴とする請求項43に記載の方法。 - MU−MAS通信システムの通信特性を動的に適応させるためのシステムであって、
複数の無線クライアント装置の各々に対して情報ビットを符号化及び変調して符号化及び変調された情報ビットを生成する1つ又はそれよりも多くの符号化変調ユニットと、
前記符号化及び変調された情報ビットを複合記号にマップする1つ又はそれよりも多くのマッピングユニットと、
前記無線クライアント装置からのフィードバックを通じて得られたチャネル特徴付けデータに基づいてユーザの部分集合及びMU−MAS送信モードを判断し、前記符号化変調ユニット及びマッピングユニットを応答的に制御するMU−MAS構成器ユニットと、
を含むことを特徴とするシステム。 - 前記クライアント装置への送信の前にデータ信号をプリコーディングするためのプリコーディング重みを計算するために前記MU−MAS構成器ユニットの制御下で作動するMU−MASプリコーディングユニット、
を更に含むことを特徴とする請求項48に記載のシステム。 - 前記プリコーディングユニットから前記プリコーディングされた信号を受信し、OFDM規格に従って該プリコーディングされた信号を変調する1つ又はそれよりも多くの直交周波数分割多重化(OFDM)ユニット、
を更に含むことを特徴とする請求項49に記載のシステム。 - 前記OFDM規格は、逆高速フーリエ変換(IFFT)を計算する段階及び循環プレフィックスを追加する段階を含むことを特徴とする請求項50に記載のシステム。
- 前記OFDMユニットの出力にデジタル/アナログ変換(D/A)変換を行ってアナログベースバンド信号を生成する1つ又はそれよりも多くのD/Aユニットと、
前記ベースバンド信号を無線周波数にアップコンバートし、対応する1つ又はそれよりも多くの送信アンテナを使用して該信号を送信する1つ又はそれよりも多くの無線周波数(RF)ユニットと、
を更に含むことを特徴とする請求項50に記載のシステム。 - 前記MU−MASプリコーディングユニットは、最小平均二乗誤差(MMSE)、重み付けMMSE、ゼロ強制(ZF)、又はブロック対角化(BD)プリコーダとして実施されることを特徴とする請求項49に記載のシステム。
- 前記MU−MASシステムは、DIDOシステムであり、
前記MU−MAS構成器ユニットは、前記無線クライアント装置からのフィードバックを通じて得られたチャネル特徴付けデータに基づいてユーザの部分集合及びDIDO送信モードを判断して前記符号化変調ユニット及びマッピングユニットを応答的に制御するDIDO構成器ユニットである、
ことを特徴とする請求項48に記載のシステム。 - MU−MAS通信システムの通信特性を動的に適応させるためのシステムに使用される無線クライアント装置であって、
1つ又はそれよりも多くのMU−MAS送信機ユニットから送信された信号を受信し、該信号をベースバンドにダウンコンバートする1つ又はそれよりも多くのRFユニットと、
前記ダウンコンバートされた信号を受信し、該信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する1つ又はそれよりも多くのアナログ/デジタル(A/D)変換ユニットと、
循環プレフィックスを除去し、前記デジタル信号に高速フーリエ変換(FFT)を行って該信号を周波数領域で伝える1つ又はそれよりも多くのOFDMユニットと、
トレーニング期間中に前記1つ又はそれよりも多くのOFDMユニットから信号出力を受信し、リンク品質測定基準を応答的に計算するチャネル推定器と、
前記無線クライアント装置への送信の前に変調/符号化、信号のプリコーディング、及びユーザ選択に使用されるように前記リンク品質測定基準を基地局に送信するフィードバック発生器ユニットと、
を含むことを特徴とする装置。 - チャネル推定値が、前記OFDMユニットへの入力を使用することによって時間領域で計算されることを特徴とする請求項55に記載の無線クライアント装置。
- 前記フィードバック発生器ユニットは、前記基地局への送信の前にチャネル推定値及び/又はリンク品質測定基準を量子化するための論理を更に含むことを特徴とする請求項55に記載の無線クライアント装置。
- 前記OFDMユニットから出力を受信し、前記信号を応答的に復調/復号して送信データの推定値を取得する受信機ユニット、
を更に含むことを特徴とする請求項55に記載の無線クライアント装置。 - 受信機ユニットが、最小平均二乗誤差(MMSE)受信機、ゼロ強制(ZF)受信機、最大尤度(ML)受信機、又はMAP受信機であることを特徴とする請求項57に記載の無線クライアント装置。
- 前記MU−MAS構成器ユニット又はチャネル推定器ユニットは、それぞれ、無線リンク上でダイバーシチを取得しながらアレイサイズを低減する手段として偏波技術及び/又はパターンダイバーシチ技術を使用することを特徴とする請求項48又は請求項56に記載のシステム又は無線クライアント。
- 通信が、ダイバーシチ及びダウンリンクスループットを増大させる手段としてNVIS及び/又は地上波を通じて行われることを特徴とする請求項48又は請求項55に記載のシステム又は無線クライアント。
- パターンダイバーシチが、地上波を通じてある一定のユーザと、及びNVISを通じて他のユーザと通信するために使用されることを特徴とするそれぞれ請求項48又は請求項55に記載のシステム又は無線クライアント。
- 各クライアントが、前記地上波リンク及びNVISリンクの空間分離を該リンクの空間ダイバーシチを増大させる手段として利用することを特徴とする請求項62に記載のシステム又は無線クライアント。
- リンクのダイバーシチ及びダウンリンクスループットを増大させる手段として、クライアントからのチャネル品質フィードバックに基づいて異なるアレイ幾何学形状と異なるアンテナダイバーシチ技術の間で適応的に切り換える基地局を更に含むことを特徴とする請求項48に記載のシステム。
- ユーザの群を定め、相対優先度及び/又はチャネル条件に基づいて送信に向けて異なる組のユーザを予定する基地局を更に含むことを特徴とする請求項48に記載のシステム。
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