JP2011097619A - 選択的なチャネル電力制御を使用するマルチチャネル通信システムにおける送信 - Google Patents

Abstract

【課題】選択的なチャネル反転を使用するワイヤレス通信システムにおける送信用データを処理する新規で改良された方法および装置を提供する。
【解決手段】方法は、共通のコーディングおよび変調スキームに基づいてデータをコーディングして変調シンボルを提供し、チャネル特性に基づいて、選択された各チャネルに対する変調シンボルを事前重み付けする。事前重み付けは、受信ＳＮＲが選択されたすべてのチャネルに対してほぼ同様となるように、選択されたチャネルを“反転”することにより達成する。選択的なチャネル反転により、特定のしきい値を越えるＳＮＲを持つチャネルのみが選択され、“悪い”チャネルは使用されず、利用可能な総送信電力は“良好な”チャネルのみに分散する。
【選択図】図２

Description

分野

本発明は一般的にデータ通信に関し、特に、選択的なチャネル反転を使用するワイヤレス通信システムにおける送信用データを処理する新規で改良された方法および装置に関する。

背景

マルチチャネル通信システムは、音声、データなどのさまざまなタイプの通信に対する送信容量を増加させるために配備されることが多い。このようなマルチチャネルシステムは多重入力、多重出力（ＭＩＭＯ）通信システム、直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）システム、ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステム、または他の何らかのタイプのシステムであってもよい。ＭＩＭＯシステムは複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを使用して空間ダイバーシティを活用し、多数の空間サブチャネルをサポートする。多数の空間サブチャネルのそれぞれはデータを送信するために使用される。ＯＦＤＭシステムは動作周波数帯域を多数の周波数サブチャネル（または周波数ビン）に有効に分割する。多数の周波数サブチャネルのそれぞれはデータが変調される各副搬送波に関係する。したがってマルチチャネル通信システムは多数の“送信”チャネルをサポートする。送信チャネルのそれぞれはＭＩＭＯシステム中の空間サブチャネル、ＯＦＤＭシステム中の周波数サブチャネル、あるいはＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステム中の周波数サブチャネルの空間サブチャネルに対応する。

マルチチャネル通信システムの送信チャネルは一般的に（例えば異なるフェーディングおよびマルチパス効果により）異なるリンク状態を経験し、異なる信号対雑音プラス干渉比（ＳＮＲ）を達成する。結果的に、特定レベルの性能に対して送信チャネルによりサポートされる送信容量（すなわち、情報ビットレート）はチャネル毎に異なる。さらに、リンク状態は一般的に時間に対して変化する。結果として、送信チャネルによりサポートされるビットレートも時間で変化する。

送信チャネルの異なる送信容量プラスこれらの容量の時間的変化の性質は、チャネル上で送信する前にデータを処理することができる有効なコーディングおよび変調スキームを提供することを課題にする。さらに、実際的な懸念事項について、このコーディングおよび変調スキームは送信機および受信機システムの両者において実現および利用するためにシンプルでなければならない。

したがって、異なる容量を持つ複数の送信チャネル上の送信用データを効果的かつ効率的に処理する技術的な必要性がある。

概要

本発明の観点はすべての利用可能な送信チャネルの中から選択される１組の送信チャネルに対する送信用データを処理する技術を提供する。ある観点では、データ処理には共通のコーディングおよび変調スキームに基づいてデータをコーディングして、変調シンボルを提供すること、およびチャネル特性に基づいて、選択された送信チャネルのそれぞれに対して変調シンボルを事前重み付けすることが含まれる。事前重み付けは、選択された送信チャネルを“反転”して、信号対雑音プラス干渉比（ＳＮＲ）が、選択されたすべての送信チャネルに対して受信機システムにおいてほぼ同様であるようにすることにより達成される。選択的なチャネル反転（ＳＣＩ）と呼ばれる１つの実施形態では、特定のＳＮＲ（または電力利得）しきい値のまたはこれを越えるＳＮＲ（または電力利得）を有する送信チャネルのみがデータ送信のために選択され、“悪い”送信チャネルは使用されない。選択的なチャネル反転により、利用可能な総送信電力は“良好な”送信チャネルのみにわたって（不均一に）分散され、改良された効率および性能が達成される。他の実施形態では、利用可能なすべての送信チャネルが使用のために選択され、チャネル反転は利用可能なすべてのチャネルに対して実行される。

チャネル反転技術は送信機システムにおけるコーディング／変調および受信機システムにおけるデコーディング／復調を簡単にする。さらに、選択的なチャネル反転技術は、（１）利用可能なすべての送信チャネルの中から選択されたＮ_Sの最高送信チャネルのみを使用することと、選択された送信チャネルのそれぞれの受信ＳＮＲを、使用のために選択されたコーディングおよび変調スキームにより要求されるＳＮＲにマッチングすることとの組み合わされた利点による改良された性能も提供する。

本発明は、以下でさらに詳細に説明するような、本発明のさまざまな観点、実施形態および特徴を実現する方法、システムおよび装置をさらに提供する。

本発明の特徴、性質および効果は同じ参照文字が全体を通して対応するものを識別している図面を考慮に入れたとき、以下に記述する詳細な説明からさらに明らかになるであろう。
図１は本発明のさまざまな観点および実施形態を実現するために設計され、動作する多重入力、多重出力（ＭＩＭＯ）通信システムの図である。 図２は本発明の実施形態にしたがった、選択的なチャネル反転に基づいて、選択された各送信チャネルに割り当てられる送信電力量を決定するプロセスのフロー図である。 図３は本発明の実施形態にしたがった、データ送信のための送信チャネルを選択するのに使用されるしきい値αを決定するプロセスのフロー図である。 図４は本発明のさまざまな観点および実施形態を実現することができるＭＩＭＯ通信システムの図である。 図５は本発明の特定の実施形態にしたがったデータを処理することができるＭＩＭＯ送信機システムのブロック図である。 図６は本発明の特定の実施形態にしたがったデータを処理することができるＭＩＭＯ送信機システムのブロック図である。 図７は本発明の特定の実施形態にしたがったデータを処理することができるＭＩＭＯ送信機システムのブロック図である。 図８は本発明の実施形態にしたがったデータを受信することができるＭＩＭＯ受信機システムのブロック図である。 図９は図８に示されているＭＩＭＯ受信機システム内の、チャネルＭＩＭＯ／データプロセッサの実施形態のブロック図である。 図１０は図８に示されているＭＩＭＯ受信機システム内の、干渉キャンセラの実施形態のブロック図である。 図１１は本発明の他の実施形態にしたがったデータを受信することができるＭＩＭＯ受信機システムのブロック図である。

詳細な説明

本発明のさまざまな観点、実施形態および特徴は、複数の送信チャネルがデータ送信のために利用可能な任意のマルチチャネル通信システムに適用することができる。このようなマルチチャネル通信システムには、多重入力、多重出力（ＭＩＭＯ）システム、直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）システム、ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステム、および他のものが含まれる。マルチチャネル通信システムは、コード分割多元接続（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、他の何らかの多元接続技術も実現することができる。多元接続通信システムは多数の端末（すなわちユーザ）との同時通信をサポートすることができる。

図１は多重入力、多重出力（ＭＩＭＯ）通信システム１００の図であり、ＭＩＭＯ通信システム１００は本発明のさまざまな観点および実施形態を実現するために設計されおよび動作する。ＭＩＭＯシステム１００は、データ送信のために複数（Ｎ_T）の送信アンテナと複数（Ｎ_R）の受信アンテナを使用する。ＭＩＭＯシステム１００は、多数の端末（Ｔ）１０６と同時に通信する基地局（ＢＳ）１０４を有する多元接続通信システムに対して有効に形成されている。このケースでは、基地局１０４は複数のアンテナを使用し、アップリンク送信に対して多重入力（ＭＩ）、ダウンリンク送信に対して多重出力（ＭＯ）を表す。ダウンリンク（すなわちフォワードリンク）は基地局から端末への送信に関係し、アップリンク（すなわちリバースリンク）は端末から基地局への送信に関係する。

ＭＩＭＯシステムはデータ送信のために、複数（Ｎ_T）の送信アンテナと複数（Ｎ_R）の受信アンテナを使用する。Ｎ_T送信アンテナおよびＮ_R受信アンテナにより形成されるＭＩＭＯチャネルはＮ_Cの独立チャネルに分解され、Ｎ_C≦ｍｉｎ｛Ｎ_T，Ｎ_R｝である。Ｎ_Cの独立チャネルのそれぞれはＭＩＭＯチャネルの空間サブチャネルとしても呼ばれ、次元に対応する。１つの共通なＭＩＭＯシステム構成では、Ｎ_T送信アンテナは単一の送信機システムにおいて配置され、これと関係付けられ、Ｎ_R受信アンテナは同様に単一の受信機システムにおいて配置され、これと関係付けられる。ＭＩＭＯシステムは多数の端末と同時に通信する基地局を有する多元接続通信システムに対しても有効に形成される。このケースでは、基地局には多数のアンテナが備えられ、各端末には１つ以上のアンテナが備えられる。

ＯＦＤＭシステムは動作周波数帯域を多数の（Ｎ_F）周波数サブチャネル（すなわち周波数ビン）に有効に分割する。各タイムスロットでは、変調シンボルがＮ_F周波数サブチャネルのそれぞれで送信される。各タイムスロットは周波数サブチャネルの帯域幅に依存する特定の時間間隔に対応する。

マルチチャネル通信システムは多数の送信チャネルを通してデータを送信するように動作する。ＯＦＤＭを利用しないＭＩＭＯシステムに対して、一般的に１つの周波数サブチャネルが存在し、各空間サブチャネルは送信チャネルとして呼ばれる。ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムに対して、各周波数サブチャネルの各空間サブチャネルは送信チャネルとして呼ばれる。ＭＩＭＯを利用しないＯＦＤＭシステムに対して、各周波数サブチャネルに対して１つのみの空間サブチャネルが存在し、各周波数サブチャネルは送信チャネルとして呼ばれる。

マルチチャネル通信システム中の送信チャネルは一般的に（例えば異なるフェーディングおよびマルチパス効果による）異なるリンク状態を経験し、異なる信号対雑音プラス干渉比（ＳＮＲ）を達成する。結果的に、送信チャネルの容量はチャネル毎に異なる。この容量は特定レベルの性能（例えば、特定のビットエラーレート（ＢＥＲ）またはパケットエラーレート（ＰＥＲ））に対して送信チャネル上で送信される情報ビットレート（すなわち変調シンボル当たりの情報ビット数）により量が定められる。リンク状態は一般的に時間で変化し、送信チャネルに対してサポートされている情報ビットレートも時間で変化する。

送信チャネルの容量をさらに十分に利用するために、リンク状態を記述するチャネル状態情報（ＣＳＩ）が（一般的に受信機システムにおいて）決定され、送信機システムに提供される。送信機システムは、各チャネルに対する送信情報ビットレートがチャネルの送信容量とマッチングするようにデータを処理（例えばエンコード、変調および事前重み付け）する。ＣＳＩは“フルＣＳＩ”と“部分ＣＳＩ”のいずれかに分類することができる。フルＣＳＩには、Ｎ_T×Ｎ_RのＭＩＭＯマトリクス（すなわち、各送信チャネルに対する特性）における各送信−受信アンテナ対間の伝搬パスに対する、全システム帯域幅にわたる十分な特性（例えば振幅および位相）が含まれる。部分ＣＳＩには、例えば送信チャネルのＳＮＲが含まれる。

さまざまな技術を使用して複数の送信チャネルに対する送信前にデータを処理することができる。１つの技術では、各送信チャネルに対するデータは、チャネルのＣＳＩに基づいてそのチャネルに対して選択された特定のコーディングおよび変調スキームに基づいてコード化され、変調される。各送信チャネルに対して別々にコーディングおよび変調することにより、コーディングおよび変調は各チャネルにより達成されるＳＮＲに対して最適化される。このような技術の１つの構成では、固定された基本コードを使用してデータをエンコードし、各送信チャネルに対するコード化ビットをパンクチャ（すなわち選択的に削除）して、そのチャネルによりサポートされているコードレートを得る。この構成では、各送信チャネルに対する変調スキームはまたチャネルのコードレートおよびＳＮＲに基づいて選択される。このコーディングおよび変調構成は、２００１年２月１日に出願され、“ワイヤレス通信システムのためのコーディングスキーム”と題する米国特許出願第０９／７７６，０７５号でさらに詳細に説明されている。この米国特許出願は本願の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれている。この最初の技術に対して、実質的な構成の複雑さは一般的に、各送信チャネルに対して異なるコードレートおよび変調スキームを有することに関係する。

本発明の観点にしたがうと、技術は、（１）共通のコーディングおよび変調スキームに基づいて、選択されたすべての送信チャネルに対するデータを処理し、（２）チャネルのＣＳＩに基づいて、選択された各送信チャネルに対する変調シンボルを事前重み付けするために提供される。事前重み付けは、一般的に、選択されたすべての送信チャネルに対してＳＮＲが受信機システムにおいてほぼ同様であるように、選択された送信チャネルを反転することにより達成される。選択的なチャネル反転（ＳＣＩ）として呼ばれる１つの実施形態では、特定のＳＮＲ（または電力利得）しきい値のまたはこれを越えるＳＮＲ（または電力利得）を有する送信チャネルのみがデータ送信のために選択され、“悪い”送信チャネルは使用されない。選択的なチャネル反転により、利用可能な総送信電力は“良好な”送信チャネルのみにわたって分散され、改良された効率および性能が達成される。他の実施形態では、利用可能なすべての送信チャネルが使用のために選択され、チャネル反転は利用可能なすべてのチャネルに対して実行される。

これらのチャネル反転技術はフルまたは部分ＣＳＩが送信機において利用可能なときに有効に使用される。これらの技術は前述したチャネル特定コーディングおよび変調技術に関係する複雑さのほとんどを改善する一方で、高性能を達成する。さらに、選択的なチャネル反転技術は、（１）利用可能な送信チャネルの中からＮ_Sの最高送信チャネルのみを使用することと、選択された送信チャネルのそれぞれの受信ＳＮＲを、選択されたコーディングおよび変調スキームに対して要求されるＳＮＲにマッチングすることとの組み合わされた利点により、チャネル特定コーディングおよび変調技術に対して改良された性能も提供する。

ＯＦＤＭを利用し、利用可能なフルＣＳＩを持つＭＩＭＯシステムに対して、送信機システムは各周波数サブチャネルの各送信−受信アンテナ対間の送信パスの複素値利得に関する情報を持つ。各固有モード（すなわち空間サブチャネル）が独立したデータストリームに対して使用されるように、この情報を使用してＭＩＭＯチャネルを直交させる。

ＯＦＤＭを利用し、利用可能な部分ＣＳＩを持つＭＩＭＯシステムに対して、送信機は送信チャネルの限られた情報を持つ。独立したデータストリームが、利用可能な送信アンテナを通して対応する送信チャネル上で送信され、受信機システムは特定の線形または非線形処理技術（すなわち等化）を使用して、データストリームを分離する。等化は各送信チャネル（すなわち各送信アンテナおよび／または各周波数サブチャネル）に対応する独立したデータストリームを提供し、これらのデータストリームのそれぞれは関係するＳＮＲを持つ。

送信チャネルに対する１組のＳＮＲが送信機システムにおいて利用可能な場合には、この情報を使用して適切なコーディングおよび変調スキームを選択して、利用可能な総送信電力を分散する。ある実施形態では、利用可能な送信チャネルは減少するＳＮＲの順でランク付けされ、利用可能な総送信電力はＮ_Sの最良送信チャネルに対して割り当てられて使用される。ある実施形態では、特定のＳＮＲしきい値より下に落ちるＳＮＲを有する送信チャネルは使用のために選択されない。ＳＮＲしきい値はスループットまたは他の何らかの基準を最適化するために選択される。利用可能な総送信電力は、送信されるデータストリームが受信機システムにおいてほぼ同様なＳＮＲを有するように、使用するために選択されたすべての送信チャネルに対して分散される。同様な処理はチャネル利得が送信機システムにおいて利用可能な場合に実行される。ある実施形態では、共通のコーディングスキーム（例えば特定のコードレートの特定のターボコード）と共通の変調スキーム（例えば特定のＱＡＭ配置）を、選択されたすべての送信チャネルに対して使用する。

送信チャネル反転
簡単な（共通の）コーディングおよび変調スキームを送信機システムにおいて使用できる場合には、単一（例えば畳み込みまたはターボ）コーダおよびコードレートを使用して、データ送信に対して選択されたすべての送信チャネルに対するデータをエンコードし、結果的なコード化ビットを単一（例えばＰＳＫまたはＱＡＭ）変調スキームを使用して変調シンボルにマッピングする。結果的な変調シンボルは可能性ある変調シンボルの同じ“アルファベット”からすべて引き出され、同じコードおよびコードレートでエンコードされる。しかしながら、マルチチャネル通信システムにおける送信チャネルは一般的に異なるリンク状態を経験し、異なるＳＮＲを達成する。このケースでは、同じ量の送信電力が、選択された各送信チャネルに対して使用される場合には、送信される変調シンボルは、変調シンボルが送信される特定のチャネルに依存して異なるＳＮＲで受信される。その結果は１組の選択された送信チャネルに対するシンボルエラー確率が大きく変動することになり、帯域幅効率に関連した損失が生じる。

本発明の観点にしたがうと、電力制御メカニズムを使用して、データ送信に対して選択された各送信チャネルの送信電力レベルをセットまたは調整して、受信機システムにおける特定のＳＮＲを達成する。選択されたすべての送信チャネルに対して同様な受信ＳＮＲを達成することにより、単一のコーディングおよび変調スキームを選択されたすべての送信チャネルに使用する。これは送信機システムにおいてコーディング／変調プロセスの複雑さを大きく減少させ、受信機システムにおける復調／デコーディングプロセスを大きく減少させる。電力制御は、以下でさらに詳細に説明するように、選択された送信チャネルを“反転”し、選択されたすべてのチャネルにわたって、利用可能な総送信電力を適切に分散することにより達成される。

同じ量の送信電力が利用可能なすべての送信チャネルに対して使用される場合には、特定チャネルに対する受信電力は次のように表現することができる。

ここで、Ｐ_rx’は送信チャネル（ｊ，ｋ）（すなわち、ｋ番目の周波数サブチャネルのｊ番目の空間サブチャネル）に対する受信電力でありＰ_txは送信機において利用可能な総送信電力であり、Ｎ_Tは送信アンテナの数であり、Ｎ_Fは周波数サブチャネルの数であり、Ｈ（ｊ，ｋ）は送信チャネル（ｊ，ｋ）に対する送信機システムから受信機システムへの複素値“有効”チャネル利得である。簡単にするために、チャネル利得Ｈ（ｊ，ｋ）には、送信機と受信機における処理の影響が含まれる。また簡単にするために、空間サブチャネル数は送信アンテナ数に等しく、Ｎ_T・Ｎ_Fは利用可能な送信チャネルの総数を表すと仮定する。同じ量の電力が利用可能な各送信チャネルに対して送信される場合には、利用可能なすべての送信チャネルに対する総受信電力Ｐ_rxは次のように表すことができる。

式（１）は、各送信チャネルに対する受信電力がそのチャネルの電力利得、すなわち｜Ｈ（ｊ，ｋ）｜²に依存することを示している。利用可能なすべての送信チャネルにわたって等しい受信電力を達成するために、各チャネルに対する変調シンボルはＷ（ｊ，ｋ）の重みにより送信機において事前重み付けすることができ、重みは次のように表すことができる。

ここで、ｃはすべての送信チャネルに対する受信電力が受信機においてほぼ等しくなるように選択される係数である。式（３）に示されているように、各送信チャネルに対する重みはチャネル利得に反比例する。送信チャネル（ｊ，ｋ）に対する重み付けされた送信電力は次のように表すことができる。

ここで、ｂは利用可能な送信チャネルの中に総送信電力を分散するために使用される“正規化”係数である。この正規化係数ｂは次のように表すことができる。

ここで、ｃ²＝ｂである。式（５）に示されているように、正規化係数ｂは利用可能なすべての送信チャネルに対する逆電力利得の合計として計算される。

Ｗ（ｊ，ｋ）による各送信チャネルに対する変調シンボルの事前重み付けは送信チャネルを有効に“反転”する。このチャネル反転により、式（４）で示されているように、各送信チャネルに対する送信電力量がチャネル電力利得に反比例することになり、チャネル電力利得は受信機における特定の受信電力を提供する。総送信電力は、すべての送信チャネルがほぼ等しい受信電力を持つように、送信チャネルのチャネル利得に基づいて、利用可能なすべての送信チャネルに（不均一に）有効に分散される。これは次のように表すことができる。

雑音分散がすべての送信チャネルにわたって同じ場合には、等しい受信電力は単一の共通コーディングおよび変調スキームに基づいて、すべてのチャネルに対する変調シンボルを発生させることができるようにする。これはコーディングおよびデコーディングプロセスを非常に簡単にする。

利用可能なすべての送信チャネルをそれらのチャネル利得にかかわらずデータ送信に対して使用する場合には、悪い送信チャネルには総送信電力の多くが割り当てられる。実際、すべての送信チャネルに対して同様な受信電力を達成するために、送信チャネルがより悪くなると、このチャネルにさらに多くの送信電力を割り当てる必要がある。１つ以上の送信チャネルがあまりに悪くなると、これらのチャネルに対して必要な送信電力量は良好なチャネルの電力を取り上げる（または奪う）。これは全体的なシステムスループットを劇的に減少させる。

チャネル利得に基づく選択的なチャネル反転
ある観点では、チャネル反転は選択的に適用され、受信電力が、総受信電力に関して特定のしきい値αにあるまたはこれを越える送信チャネルのみがデータ送信に対して選択される。受信電力がこのしきい値より下に落ちる送信チャネルは消去される（すなわち使用されない）。選択された各送信チャネルに対して、選択されたすべての送信チャネルがほぼ同様な電力レベルで受信されるように、送信機において変調シンボルが事前重み付けされる。しきい値はスループットを最大にするように、または他の何らかの基準に基づいて選択することができる。選択的なチャネル反転スキームは、すべての送信チャネルに対して共通のコーディングおよび変調スキームを使用する際に固有な簡単さのほとんど維持する一方、送信チャネル毎に別々にコーディングすることに関係する高性能も提供する。

最初に、平均電力利得Ｌ_aveが利用可能なすべての送信チャネルに対して計算され、次のように表すことができる。

選択された各送信チャネルに対する変調シンボルはＷ（ｊ，ｋ）^〜の重みにより送信機において事前重み付けすることができ、この重みは次のように表すことができる。

選択された各送信チャネルに対する重みはそのチャネルの利得に反比例し、選択されたすべての送信チャネルがほぼ等しい電力で受信されるように決定される。各送信チャネルに対する重み付けされた送信電力は次のように表すことができる。

ここで、αはしきい値であり、ｂ^〜は選択された送信チャネル中に総送信電力を分散するために使用する正規化係数である。式（９）で示されているように、送信チャネルは、その電力利得が電力利得しきい値より大きいかまたは等しい場合（すなわち、｜Ｈ（ｊ，ｋ）｜²≧αＬ_ave）、使用のために選択される。正規化係数ｂ^〜は選択された送信チャネルのみに基づいて計算され、次のように表すことができる。

式（７）ないし（１０）は、選択されたすべての送信チャネルがほぼ等しい受信電力を持つように、それらの電力利得に基づいて、総送信電力を選択された送信チャネルに有効に分散する。これは次のように表すことができる。

チャネルＳＮＲに基づく選択的なチャネル反転
多くのシステムでは、受信機システムにおける既知の量は、チャネル利得（すなわちパス損失）ではなく、送信チャネルに対する受信ＳＮＲである。このようなシステムでは、選択的なチャネル反転技術は、チャネル利得の代わりに受信ＳＮＲに基づいて動作するように容易に修正することができる。

等しい送信電力が利用可能なすべての送信チャネルに対して使用され、雑音分散σ²がすべてのチャネルに対して一定である場合には、送信チャネル（ｊ，ｋ）に対する受信ＳＮＲは次のように表すことができる。

利用可能な各送信チャネルに対する平均受信ＳＮＲ、γ_aveは次のように表すことができる。

これは利用可能な送信チャネルに対して等しい送信電力も仮定する。利用可能なすべての送信チャネルに対する受信ＳＮＲは次のように表すことができる。

受信ＳＮＲ、Ｓは利用可能なすべての送信チャネルにわたって等しく分散されている総送信電力に基づいている。

選択された送信チャネル中に総送信電力を分散するのに使用される正規化係数βは次のように表すことができる。

式（１５）に示されているように、正規化係数βは選択されたすべての送信チャネルのＳＮＲの逆数の合計に基づいて、そしてこの合計として計算される。

選択されたすべての送信チャネルに対して同様な受信ＳＮＲを達成するために、選択された各送信チャネル（ｊ，ｋ）に対する変調シンボルはそのチャネルのＳＮＲに関係する重みにより事前重み付けされ、この重みは次のように表すことができる。

ここで、ｃ^〜2＝βである。各送信チャネルに対する重み付けられた送信電力は次のように表すことができる。

式（１７）に示されているように、受信ＳＮＲがＳＮＲしきい値より大きいかまたは等しい（すなわち、γ（ｊ，ｋ）≧αγ_ave）である送信チャネルのみが使用のために選択される。

選択されたすべてのチャネルに対して受信ＳＮＲがほぼ同様であるように、選択されたすべての送信チャネルにわたって総送信電力が分散される場合には、各送信チャネルに対する結果的な受信ＳＮＲは次のように表すことができる。

式（１３）からのγ_aveと、式（１４）からのＳを式（１８）に代入することにより、以下の式が得られる。

図２は本発明の実施形態にしたがった、選択的なチャネル反転に基づいて、選択された各送信チャネルに割り当てられるべき送信電力量を決定するプロセス２００のフロー図である。プロセス２００は、チャネル利得Ｈ（ｊ，ｋ）、受信ＳＮＲγ（ｊ，ｋ）、または他の何らかの特性が送信チャネルに対して利用可能なである場合に使用される。明瞭にするために、プロセス２００はチャネル利得が利用可能であるケースに対して以下で説明し、受信ＳＮＲが利用可能であるケースは括弧内に示されている。

最初に、ステップ２１２において、利用可能なすべての送信チャネルのチャネル利得Ｈ（ｊ，ｋ）（または受信ＳＮＲγ（ｊ，ｋ））が検索される。ステップ２１４において、データ送信に対する送信チャネルを選択するために使用される電力利得しきい値αＬ_ave（またはＳＮＲしきい値αγ_ave）も決定される。しきい値は以下でさらに詳細に説明するように計算される。

利用可能な各送信チャネルが可能性ある使用に対して評価される。ステップ２１６において、（まだ評価されていない）利用可能な送信チャネルが評価のために識別される。ステップ２１８において、識別された送信チャネルに対して、チャネルに対する電力利得（または受信ＳＮＲ）が電力利得しきい値より大きいまたは等しい（すなわち｜Ｈ（ｊ，ｋ）｜²≧αＬ_ave）（またはＳＮＲしきい値（すなわちγ（ｊ，ｋ）≧αγ_ave））か否かの決定がなされる。ステップ２２０において、識別された送信チャネルが基準を満足している場合に、使用のために選択される。さもなく、送信チャネルが基準を満足していない場合には、破棄され、データ送信に対して使用されない。

ステップ２２２において、利用可能なすべての送信チャネルが評価されたか否かの決定がなされる。評価されていない場合には、プロセスはステップ２１６に戻り、他の利用可能な送信チャネルが評価のために識別される。さもなければ、プロセスはステップ２２４に進む。

ステップ２２４において、選択された送信チャネル中に総送信電力を分散するのに使用される正規化係数ｂ^〜（またはβ）が、選択されたチャネルのチャネル利得（または受信ＳＮＲ）に基づいて決定される。これは式（１０）（または式（１５））に示されているように達成される。ステップ２２６において、次に重みＷ（ｊ，ｋ）^〜が、正規化係数およびそのチャネル利得（またはＳＮＲ）に基づいて、選択された各送信チャネルに対して計算される。重みは式（８）（または式（１６））に示されているように計算することができる。選択された各送信チャネルに対する重み付けられた送信電力は式（９）（または式（１７））で示される。そしてプロセスは終了する。

しきい値選択
しきい値αはさまざまな基準に基づいて選択される。１つの実施形態では、しきい値はスループットを最適化するように選択される。

最初に、セットポイントのベクトル（すなわちＺ＝［ｚ₁、ｚ₂、…、ｚ_N］）およびコードレートのベクトル（すなわちＲ＝［ｒ₁、ｒ₂、…、ｒ_N］）が規定される。各ベクトルには利用可能なコードレートの数に対応するＮ要素が含まれ、これはシステムで使用するために利用可能なものである。代わりに、Ｎセットポイントはシステムによりサポートされる動作ポイントに基づいて規定される。各セットポイントは特定レベルの性能を達成するのに必要とされる特定の受信ＳＮＲに対応する。任意のケースにおいて、各コードレートｒ_nは各セットポイントｚ_Nに対応し、ここで１≦ｎ≦Ｎである。各セットポイントｚ_Nは特定レベルの性能に対してそのコードレートで動作するのに必要な最小受信ＳＮＲである。要求されるセットポイントｚ_Nは、技術的に知られているように、コンピュータシミュレーションまたは数学的導出に基づいて決定される。２つのベクトルＲおよびＺにおける要素は｛ｚ₁＞ｚ₂＞…＞ｚ_N｝および｛ｒ₁＞ｒ₂＞…＞ｒ_N｝のように順序付けられる。

利用可能なすべての送信チャネルに対するチャネル利得はランク付けされ、Ｈ（１）＝ｍａｘ（｜Ｈ（ｊ，ｋ）｜²）、…、Ｈ（Ｎ_TＮ_F）＝ｍｉｎ（｜Ｈ（ｊ，ｋ）｜²）のように、リストＨ（λ）に置かれる。ここで１≦λ≦Ｎ_TＮ_Fである。

可能性ある正規化係数のシーケンスｂ（λ）^〜は次のように規定される。

シーケンスｂ（λ）^〜の各要素は、λ最高送信チャネルが使用のために選択された場合に、正規化係数として使用される。

各コードレートｒ_n（ここで１≦ｎ≦Ｎ）に対して、λの最大値λ_n,maxは、λ最高送信チャネルのそれぞれに対する受信ＳＮＲがコードレートｒ_nに対応するセットポイントＺ_nより大きいかまたは等しいように決定される。この状態は次のように表すことができる。

ここで、σ²は単一送信チャネルにおける受信雑音電力である。λの最大値は１で始まるλの各値を評価することにより識別することができる。λの各値に対して、λ最高送信チャネルに対する達成可能なＳＮＲは、式（２０）の左引数により示されているように決定される。この達成可能なＳＮＲはそのコードレートｒ_nに対して要求されるＳＮＲ、Ｚ_nと比較される。

したがって、各コードレートｒ_nに対して、（λ＝１、２、などに対する）λの各値が評価されて、λ最高送信チャネルのそれぞれに対する受信ＳＮＲが、総送信電力がすべてのλチャネルにわたって（不均一に）分散される場合に、対応するセットポイントＺ_nを達成することができるか決定される。この状態を満足するλの最大値λ_n,maxは、要求されるセットポイントｚ_nを達成する一方で、コードレートｒ_nに対して選択される最大数の送信チャネルである。

コードレートｒ_nに関係するしきい値σ（ｎ）は次のように表すことができる。

しきい値σ（ｎ）はセットポイントＺ_nを必要とするコードレートｒ_nに対するスループットを最適化する。同じコードレートが選択されたすべての送信チャネルに対して使用されることから、利用可能な最大スループットＴ_nは各チャネルに対するスループット（これはｒ_nである）の選択されたチャネル数λ_n,max倍として計算することができる。セットポイントｚ_nに対する利用可能な最大スループットＴ_nは次のように表すことができる。

ここで、Ｔ_nに対する単位は変調シンボル当たりの情報ビットである。

セットポイントのベクトルに対する最適スループットは次にように与えることができる。

コードレートが増加すると、変調シンボル当たりさらに多くの情報ビットが送信される。しかしながら、要求されるＳＮＲも増加し、これは所定雑音分散に対する選択された各送信チャネルの送信電力をさらに要求する。総送信電力は制限されることから、より少ない送信チャネルが、要求されたより高いＳＮＲを達成することができる。したがって、ベクトルにおける各コードレートに対する利用可能な最大スループットが計算され、最高スループットを提供するコードレートは、評価されている特定のチャネル状態に対する最適コードレートとして考えられる。最適しきい値α_aptはＴ_optになるコードレートｒ_nに対応するしきい値α（ｎ）と等しい。

先の説明では、最適しきい値α_aptは、すべての送信チャネルに対するチャネル利得に基づいて決定される。受信ＳＮＲがチャネル利得の代わりに利用可能である場合に、受信ＳＮＲがランク付けされ、γ（１）＝ｍａｘ（γ（ｊ，ｋ））、…、リスト中の最後の要素γ（Ｎ_TＮ_F）＝ｍｉｎ（γ（ｊ，ｋ））のように、リストγ（λ）に置かれる。ここで１≦λ≦Ｎ_TＮ_Fである。シーケンスβ（γ）は次のように決定される。

各コードレートｒ_n（ここで１≦ｎ≦Ｎ）に対して、λの最大値λ_n,maxは、λの選択された送信チャネルのそれぞれに対する受信ＳＮＲが対応するセットポイントＺ_nより大きいかまたは等しいように決定される。この状態は次のように表すことができる。

いったんλの最大値λ_n,maxがコードレートｒ_nに対して決定されると、このコードレートに関係するしきい値α（ｎ）は次のように決定することができる。

最適しきい値α_optと最適スループットＴ_optは先に説明したように決定される。

先の説明に対して、しきい値はスループットを最適化するように選択される。しきい値は他の性能基準またはメトリクスを最適化するように選択することもできる。これは発明の範囲内のことである。

図３は本発明の実施形態にしたがった、データ送信用の送信チャネルを選択するのに使用されるしきい値αを決定するプロセス２５０のフロー図である。プロセス２５０は、チャネル利得、受信ＳＮＲ、または他の特性が送信チャネルに対して利用可能である場合に使用することができる。明確にするために、プロセス２５０はチャネル利得が利用可能であるケースに対して以下で説明され、受信ＳＮＲが利用可能であるケースは括弧内に示されている。

最初に、ステップ２５０において、セットポイントのベクトル（Ｚ＝［ｚ₁、ｚ₂、…、ｚ_N］）が規定され、対応するセットポイントをサポートするコードレートのベクトル（Ｒ＝［ｒ₁、ｒ₂、…、ｒ_N］）が決定される。ステップ２５２において、利用可能なすべての送信チャネルのチャネル利得Ｈ（ｊ，ｋ）（または受信ＳＮＲ、γ（ｊ，ｋ）））が検索され、最高から最低に向けてランク付けされる。ステップ２５４において、可能性ある正規化係数のシーケンスｂ（λ）^〜（またはβ（λ））は、式（１９）で示されているようにチャネル利得に基づいて（式（２４）で示されているように受信ＳＮＲに基づいて）決定される。

利用可能な各コードレートはループを通して評価される。ループの第１のステップ２５６において、（依然として評価されていない）コードレートｒ_nが評価のために識別される。ループを通る第１のパスに対して、識別されたコードレートはベクトルの第１のコードレートｒ₁とすることができる。ステップ２５８において、識別されたコードレートｒ_nに対して、λの最大値λ_n,maxは、λ最高送信チャネルのそれぞれに対する受信ＳＮＲが対応するセットポイントｚ_nより大きいかまたは等しいように決定される。これは式（２０）（または式（２５））で示されている状態を満足するように計算により実行することができる。ステップ２６０において、セットポイントｚ_nに関係するしきい値α（ｎ）は式（２１）に示されているようにチャネルλ_n,maxのチャネル利得（または受信ＳＮＲ）に基づいて決定される。ステップ２６２において、セットポイントｚ_nに対する利用可能な最大スループットＴ_nは式（２２）で示されているように決定することもできる。

ステップ２６４において、すべてのコードレートが評価されたか否かの決定がなされる。評価されていない場合には、プロセスはステップ２５６に戻り、他のコードレートが評価のために識別される。さもなければ、ステップ２６６において、最適スループットＴ_optと最適しきい値α_optが決定される。プロセスは終了する。

マルチチャネル通信システム
図４は本発明のさまざまな観点および実施形態を実現することができるＭＩＭＯ通信システム３００の図である。システム３００には第２のシステム３５０（例えば端末１０６）と通信する第１のシステム３１０（例えば図１の基地局１０４）が含まれる。システム３００はアンテナ、周波数、および空間ダイバーシティの組み合わせを使用して、スペクトル効率を増加させ、性能を向上させ、柔軟性を強化するように動作する。

システム３１０において、データ源３１２はデータ（すなわち情報ビット）を送信（ＴＸ）データプロセッサ３１４に提供する。送信データプロセッサ３１４は、（１）特定のエンコーディングスキームにしたがってデータをエンコードし、（２）特定のインターリーブスキームに基づいてエンコードされたデータをインターリーブ（すなわち再順序付け）し、（３）インターリーブされたビットを、データ送信のために選択された１つ以上の送信チャネル用の変調シンボルにマッピングし、（４）選択された各送信チャネルに対して変調シンボルを事前重み付けする。エンコーディングはデータ送信の信頼性を増加させる。インターリーブはコード化ビットに対する時間ダイバーシティを提供し、選択された送信チャネルに対する平均ＳＮＲに基づいてデータを送信できるようにし、フェーディングを抑制し、さらに各変調シンボルを形成するために使用されるコード化ビット間の相関を除去する。インターリーブは、コード化ビットが複数の周波数サブチャネルに対して送信される場合にはさらに周波数ダイバーシティを提供する。事前重み付けは選択された各送信チャネルに対する送信電力を有効に制御して、受信機システムにおける所望のＳＮＲを達成する。ある観点では、コーディング、シンボルマッピング、事前重み付けは制御装置３３４により提供される制御信号に基づいて実行される。

ＴＸチャネルプロセッサ３２０はＴＸデータプロセッサ３１４から重み付けられた変調シンボルを受け取ってデマルチプレクスし、タイムスロット当たり１つの重み付けられた変調シンボルで、各送信チャネルに対して重み付けられた変調シンボルのストリームを提供する。ＴＸチャネルプロセッサ３２０はさらに、フルＣＳＩが利用可能である場合に、選択された各送信チャネルに対する重み付けられた変調シンボルを予め調整する。

ＯＦＤＭが使用されない場合には、ＴＸデータプロセッサ３１４はデータ送信のために使用される各アンテナに対する重み付けられた変調シンボルのストリームを提供する。ＯＦＤＭが使用される場合には、ＴＸデータプロセッサ３１４はデータ送信のために使用される各アンテナに対する重み付けられた変調シンボルベクトルのストリームを提供する。フルＣＳＩ処理が実行される場合には、ＴＸデータプロセッサ３１４は、データ送信のために使用される各アンテナに対する予め調整された変調シンボルまたは予め調整された変調シンボルベクトルのストリームを提供する。各ストリームは各変調器（ＭＯＤ）３２２により受け取られて変調され、関係するアンテナ３２４を通して送信される。

受信機システム３５０では、多数の受信アンテナ３５２が送信された信号を受信し、受信信号を各復調器（ＤＥＭＯＤ）３５４に提供する。各復調器３５４は変調器３２２において実行されたものと相補的な処理を実行する。すべての復調器３５４からの変調シンボルは受信（ＲＸ）チャネル／データプロセッサ３５６に提供され、送信されたデータストリームを復元するために処理される。ＲＸチャネル／データプロセッサ３５６はＴＸデータプロセッサ３１４とＴＸチャネルプロセッサ３２０により実行されたものと相補的な処理を実行し、デコードされたデータをデータシンク３６０に提供する。受信機システム３５０による処理は以下でさらに詳細に説明する。

ＭＩＭＯ送信機システム
図５はＭＩＭＯ送信機システム３１０ａのブロック図であり、これは本発明の実施形態にしたがってデータを処理することができる。送信機システム３１０ａは図４におけるシステム３１０の送信機部分の１つの実施形態である。システム３１０ａには、（１）情報ビットを受け取って処理し、重み付けられた変調シンボルを提供するＴＸデータプロセッサ３１４ａ、（２）選択された送信チャネルに対する変調シンボルをデマルチプレクスするＴＸチャネルプロセッサ３２０ａが含まれる。

図５に示されている実施形態では、ＴＸデータプロセッサ３１４ａにはエンコーダ４１２、チャネルインターリーバ４１４、パンクチャ４１６、シンボルマッピングエレメント４１８、シンボル重み付けエレメント４２０が含まれる。エンコーダ４１２は送信されるべき集約された情報ビットを受け取り、特定のエンコーディングスキームにしたがって受け取ったビットをエンコードしてコード化ビットを提供する。チャネルインターリーバ４１４は特定のインターリーブスキームに基づいてコード化ビットをインターリーブし、ダイバーシティを提供する。パンクチャ４１６はインターリーブされたコード化ビットのゼロまたはそれよりも多くをパンクチャ（すなわち削除）して所望数のコード化ビットを提供する。シンボルマッピングエレメント４１８はパンクチャされないビットを、選択された送信チャネルに対する変調シンボルにマッピングする。シンボル重み付けエレメント４２０は、そのチャネルに対して選択された各重みに基づいて、選択された各送信チャネルに対する変調シンボルを重み付けして、重み付けられた変調シンボルを提供する。

パイロットデータ（例えば、既知のパターンのデータ）もエンコードされ、処理された情報ビットでマルチプレクスされる。処理されたパイロットデータは、選択された送信チャネルのサブセットまたはすべてで、あるいは利用可能な送信チャネルのサブセットまたはすべてで（例えば時分割多重化（ＴＤＭ）方式により）送信される。パイロットデータを受信機で使用して、以下で説明するようなチャネル推定を実行してもよい。

図５に示されているように、データエンコーディング、インターリーブ、パンクチャは、１つ以上のコーディング制御信号に基づいて達成することができる。コーディング制御信号は使用されるべき特定のコーディング、インターリーブおよびパンクチャスキームを識別する。シンボルマッピングは、使用されるべき特定の変調を識別する変調制御信号に基づいて達成することができる。シンボル重み付けは、選択された送信チャネルに対して提供される重みに基づいて達成することができる。

１つのコーディングおよび変調スキームでは、コーディングは固定された基本コードを使用し、パンクチャを調整して、選択された送信チャネルのＳＮＲによりサポートされている所望コードレートを達成することにより達成される。基本コードはターボコード、畳み込みコード、連結コード、または他の何らかのコードとすることができる。基本コードは特定のレート（例えば、レート１／３コード）のものとすることができる。このスキームに対して、パンクチャはチャネルインターリーブ後に実行されて、選択された送信チャネルに対して所望のコードレートを達成する。

シンボルマッピングエレメント４１６はパンクチャされていないビットの組をグループ化して、非バイナリシンボルを形成し、各非バイナリシンボルを、選択された送信チャネルに対して選択された変調スキームに対応する信号配列でのポイントにマッピングするように設計することができる。変調スキームはＱＰＳＫ、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭ、または他の何らかのスキームとすることができる。マッピングされた各信号ポイントは変調シンボルに対応する。

送信機システム３１０ａにおける、エンコーディング、インターリーブ、パンクチャ、およびシンボルマッピングは、非常に多くのスキームに基づいて実行することができる。１つの特定のスキームは先に言及した米国特許出願第０９／７７６，０７５号で説明されている。

特定レベルの性能（例えば、１パーセントフレームエラーレートすなわちＦＥＲ）について各変調シンボルに対して送信される情報ビット数は受信ＳＮＲに依存する。したがって、選択された送信チャネルに対するコーディングおよび変調スキームは、チャネルの特性（例えばチャネル利得、受信ＳＮＲ、または他の何らかの情報）に基づいて決定される。チャネルインターリーブもコーディング制御信号に基づいて調整することができる。

表１は多数の受信ＳＮＲレンジに対して使用されるべきコーディングレートおよび変調スキームのさまざまな組み合わせをリストアップしている。各送信チャネルに対するサポートされたビットレートは、コーディングレートと変調スキームの多数の可能性ある組み合わせの任意の１つを使用して達成することができる。例えば、変調シンボル当たり１つの情報ビットは、（１）１／２のコーディングレートとＱＰＳＫ変調、（２）１／３のコーディングレートと８−ＰＳＫ変調、（３）１／４のコーディングレートと１６−ＱＡＭ、またはコーディングレートと変調スキームの他の何らかの組み合わせを使用して達成することができる。表１では、リストアップされたＳＮＲレンジに対して、ＱＰＳＫ、１６−ＱＡＭ、および６４−ＱＡＭが使用される。８−ＰＳＫ、３２−ＱＡＭ、１２８−ＱＡＭなどのような他の変調スキームも使用することができ、これも本発明の範囲内のものである。

ＴＸデータプロセッサ３１４ａからの重み付けられた変調シンボルはＴＸチャネルプロセッサ３２０ａに提供される。ＴＸチャネルプロセッサ３２０ａは図４におけるＴＸチャネルプロセッサ３２０の１つの実施形態である。ＴＸチャネルプロセッサ３２０ａ内では、デマルチプレクサ４２４は重み付けられた変調シンボルを受け取って、変調シンボルを送信するために選択された各送信チャネルに対して１つのストリームとなるように、多数の変調シンボルストリームにデマルチプレクスする。各変調シンボルストリームは各変調器３２２に提供される。ＯＦＤＭが使用される場合には、各送信アンテナの選択されたすべての周波数サブチャネルに対する各タイムスロットにおける重み付けられた変調シンボルは重み付けられた変調シンボルベクトルに合成される。各変調器３２２は（ＯＦＤＭを用いないシステムに対する）重み付けられた変調シンボル、または（ＯＦＤＭを用いるシステムに対する）重み付けられた変調シンボルベクトルを、アナログ信号に変換し、信号をさらに増幅し、フィルタし、直角位相変調し、アップコンバートして、ワイヤレスリンクを通して送信するのに適した変調信号を発生させる。

図６はＭＩＭＯ送信機システム３１０ｂのブロック図である。ＭＩＭＯ送信機システム３１０ｂは、本発明の他の実施形態にしたがってデータを処理することができる。送信機システム３１０ｂは、図４におけるシステム３１０の送信機部分の他の実施形態である。システム３１０ｂにはＴＸデータプロセッサ３１４ｂとＴＸチャネルプロセッサ３２０ｂが含まれる。

図６に示されている実施形態では、ＴＸデータプロセッサ３１４ｂには、エンコーダ４１２、チャネルインターリーバ４１４、シンボルマッピングエレメント４１８、およびシンボル重み付けエレメント４２０が含まれる。エンコーダ４１２は集約された情報ビットを受け取って、特定のエンコーディングスキームにしたがってエンコードし、コード化ビットを提供する。コーディングは、コーディング制御信号により識別される、制御装置３３４により選択された特定のコードおよびコードレートに基づいて達成することができる。チャネルインターリーバ４１４はコード化ビットをインターリーブし、シンボルマッピングエレメント４１８はインターリーブされたビットを、選択された送信チャネルに対する変調シンボルにマッピングする。シンボル重み付けエレメント４２０は、各重みに基づいて、選択された各送信チャネルに対する変調シンボルを重み付けして、重み付けられた変調シンボルを提供する。

図６に示されている実施形態では、送信機システム３１０ｂはフルＣＳＩに基づいて、重み付けられた変調シンボルを予め調整することができる。ＴＸチャネルプロセッサ３２０ｂ内では、チャネルＭＩＭＯプロセッサ４２２は重み付けられた変調シンボルを、変調シンボルを送信するのに使用される各空間サブチャネル（すなわち固有モード）に対して１つのストリームとなるように、（Ｎ_Cまでの）多数の重み付けられた変調シンボルストリームにデマルチプレクスする。フルＣＳＩ処理に対して、チャネルＭＩＭＯプロセッサ４２２は各タイムスロットにおいて（Ｎ_Cまでの）重み付けられた変調シンボルを予め調整して、次のように、Ｎ_Tの予め調整された変調シンボルを発生させる。

ここで、ｂ₁、ｂ₂、…、ｂ_NCはそれぞれ空間サブチャネル１、２、…、Ｎ_NCに対する重み付けられた変調シンボルであり；
ｅ_ijは送信アンテナから受信アンテナへの送信特性に関係する固有ベクトルマトリクスＥの要素であり；
ｘ1、ｘ2、…、Ｘ_NTは予め調整された変調シンボルであり、次のように表すことができる。

固有ベクトルマトリクスＥは送信機により計算することができ、または受信機により送信機に提供することができる。マトリクスＥの要素はまた、有効チャネル利得Ｈ（ｊ，ｋ）を決定する際に考慮に入れられる。

フルＣＳＩ処理に対して、特定の送信アンテナに対する予め調整された各変調シンボルｘ_iはＮ_Cまでの空間サブチャネルに対する重み付けられた変調シンボルの線形的な組み合わせを表す。各タイムスロットに対して、チャネルＭＩＭＯプロセッサ４２２により発生されるＮ_T（までの）予め調整された変調シンボルはデマルチプレクサ４２４によりデマルチプレクスされ、Ｎ_T（までの）変調器３２２に提供される。各変調器３２２は（ＯＦＤＭを用いないシステムに対して）予め調整された変調シンボルを、または（ＯＦＤＭを用いるシステムに対して）予め定められた変調シンボルベクトルを、ワイヤレスリンクを通して送信するのに適した変調信号に変換する。

図７はＭＩＭＯ送信機システム３１０ｃのブロック図である。送信機システム３１０ｃはＯＦＤＭを利用し、本発明のさらに別の実施形態にしたがってデータを処理することができる。ＴＸデータプロセッサ３１４ｃ内では、１つのストリームがデータ送信するために使用されるべき周波数サブチャネルのそれぞれに対するものであるように、送信されるべき情報ビットはデマルチプレクサ４２８により（Ｎ_Lまでの）多数の周波数サブチャネルデータストリームにデマルチプレクスされる。各周波数サブチャネルデータストリームは各周波数サブチャネルデータプロセッサ４３０に提供される。

各データプロセッサ４３０はＯＦＤＭシステムの各周波数サブチャネルに対するデータを処理する。各データプロセッサ４３０は図５のＴＸデータプロセッサ３１４ａ、図６のＴＸデータプロセッサ３１４ｂ、または他の何らかの設計と同様に構成することができる。１つの実施形態では、１つのデータサブストリームが周波数サブチャネルに対して使用するために選択された各空間サブチャネルに対するものであるように、データプロセッサ４３０は周波数サブチャネルデータストリームを多数のデータサブストリームにデマルチプレクスする。各データサブストリームはエンコードされ、インターリーブされ、シンボルマッピングされ、重み付けされて、データサブストリームに対する変調シンボルを発生させる。各周波数サブチャネルデータストリームまたは各データサブストリームに対するコーディングおよび変調はコーディングおよび変調制御信号に基づいて調整される。重み付けは重みに基づいて実行される。各データプロセッサ４３０は、周波数サブチャネルに対して使用するために選択されたＮ_Cまでの空間サブチャネルに対するＮ_Cまでの変調シンボルを提供する。

ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムに対して、変調シンボルは複数の周波数サブチャネル上で、複数の送信アンテナから送信される。ＭＩＭＯプロセッサ３２０ｃ内では、各データプロセッサ４３０からのＮ_Cまでの変調シンボルストリームが各サブチャネル空間プロセッサ４３２に提供される。各サブチャネル空間プロセッサ４３２は、チャネル制御および／または利用可能なＣＳＩに基づいて、受信された変調シンボルを処理する。各空間プロセッサ４３２は、フルＣＳＩ処理が実行されない場合には（図５に示されているような）デマルチプレクサを簡単に構成し、またはフルＣＳＩ処理が実行される場合には（図６に示されているような）デマルチプレクサが後続するチャネルＭＩＭＯプロセッサを構成する。ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムに対して、フルＣＳＩ処理（すなわち、予め調整）が各周波数サブチャネルにおいて実行される。

各サブチャネル空間プロセッサ４３２は、各タイムスロットに対するＮ_Cまでの変調シンボルを、その周波数サブチャネルに対して使用するために選択された送信アンテナに対するＮ_Tまでの変調シンボルにデマルチプレクスする。各送信アンテナに対して、合成器４３４はその送信アンテナに対して使用するために選択されたＮ_Lまでの周波数サブチャネルに対する変調シンボルを受け取り、各タイムスロットに対するシンボルを変調シンボルベクトルＶに合成し、変調シンボルベクトルを次の処理ステージ（すなわち各変調器３２２）に提供する。

ＭＩＭＯプロセッサ３２０ｃは変調シンボルを受け取って処理し、１つの変調シンボルベクトルがデータ送信のために使用するために選択された各送信アンテナに対するものであるように、Ｎ_Tまでの変調シンボルベクトルＶ₁ないしＶ_Ntを提供する。各変調シンボルベクトルＶは単一のタイムスロットをカバーし、変調シンボルベクトルＶの各要素は、変調シンボルが搬送される独特な副搬送波を有する特定の周波数サブチャネルに関係する。

図７もＯＦＤＭ用の変調器３２２の実施形態を示している。ＭＩＭＯプロセッサ３２０ｃからの変調シンボルベクトルＶ₁ないしＶ_Ntは変調器３２２ａないし３２２ｔにそれぞれ提供される。図７に示されている実施形態では、各変調器３２２には逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）４４０、巡回プリフィックス発生器４４２、およびアップコンバータ４４４が含まれる。

ＩＦＦＴ４４０は受け取った各変調シンボルベクトルをＩＦＦＴを使用してその時間領域表現（これはＯＦＤＭシンボルと呼ばれる）に変換する。ＩＦＦＴ４４０は任意の数の周波数サブチャネル（例えば、８、１６、３２など）においてＩＦＦＴを実行するように設計することができる。ある実施形態では、ＯＦＤＭシンボルに変換される各変調シンボルベクトルに対して、巡回プリフィックス発生器４４２はＯＦＤＭシンボルの時間領域表現の部分を繰り返して、特定の送信アンテナに対する“送信シンボル”を形成する。巡回プリフィックスは、送信シンボルがマルチパス遅延拡散の存在下でその直交特性を確実に維持するようにし、それにより有害なパス影響に対する性能を向上させる。ＩＦＦＴ４４０と巡回プリフィックス発生器４４２の構成は技術的に知られており、ここでは詳細に説明しない。

各巡回プリフィックス発生器４４２からの時間領域表現（すなわち、各アンテナに対する送信シンボル）は、アップコンバータ４４４により処理され（例えば、アナログ信号に変換され、変調され、増幅され、フィルタされ）、変調信号が発生される。変調信号は各アンテナ３２４から送信される。

ＯＦＤＭ変調は、１９９０年５月、ジョンＡ．Ｃ．ビンガム、ＩＥＥＥ通信雑誌による“データ送信のためのマルチ搬送波変調：その時間がやってきたアイデア”と題する論文でさらに詳細に説明されており、この論文は参照によりここに組み込まれている。

図５ないし図７は、本発明のさまざまな観点および実施形態を実現することができるＭＩＭＯ送信機の３つの設計を示している。発明はＭＩＭＯを利用しないＯＦＤＭシステムにおいても実行することができる。他の非常に多くの送信機設計もここで説明するさまざまな発明的技術を実現することができ、これらの設計も本発明の範囲内のものである。これらの送信機設計のいくつかは、先に言及した米国特許出願第０９／７７６，０７５号；２０００年３月２２日に出願された、“マルチ搬送波変調を使用する高効率、高性能通信システム”と題する米国特許出願第０９／５３２，４９２号；２００１年３月２３日に出願された、“ワイヤレス通信システムにおいてチャネル状態情報を利用する方法および装置”と題する米国特許出願第０９／８２６，４８１号；および２００１年５月１１日に出願された、“チャネル状態情報を利用する多重入力、多重出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいてデータを処理する方法および装置”と題する米国特許出願［代理人文書番号ＰＤ０１０２１０］においてさらに詳細に説明され、これらの米国特許出願は本願の譲受人にすべて譲渡され、参照によりここに組み込まれている。これらの特許出願もＭＩＭＯ処理およびＣＳＩ処理をさらに詳細に説明している。

一般的に、送信機システム３１０は、特定の共通コーディングおよび変調スキームに基づいて、選択されたすべての送信チャネルをコード化して変調する。変調シンボルは、所望レベルの性能が受信機で達成されるように、選択された送信チャネルに割り当てられた重みによりさらに重み付けされる。ここで説明する技術はＭＩＭＯ、ＯＦＤＭ、または複数の並行送信チャネルをサポートすることができる他の任意の通信スキーム（例えば、ＣＤＭＡスキーム）によりサポートされる複数の並列送信チャネルに適用することができる。

ＭＩＭＯ受信機システム
図８は、本発明の実施形態にしたがってデータを受信することができるＭＩＭＯ受信機システム３５０ａのブロック図である。受信機システム３５０ａは、図４における受信機システム３５０の１つの特定の実施形態であり、連続したキャンセル受信機処理技術を実現して、送信信号を受け取って復元する。Ｎ_T（までの）送信アンテナからの送信信号はＮ_Rのアンテナ３５２ａないし３５２ｒのそれぞれにより受信され、各復調器（ＤＥＭＯＤ）３５４（これはフロントエンドプロセッサとしても呼ばれる）にルーティングされる。

各復調器３５４は各受信信号を調整（例えば、フィルタおよび増幅）し、調整された信号を中間周波数またはベースバンドにダウンコンバートし、ダウンコンバートされた信号をデジタル化してサンプルを提供する。各復調器３５４は受信したパイロットでサンプルをさらに復調して、受信変調シンボルのストリームを発生させ、これはＲＸチャネル／データプロセッサ３５６ａに提供される。

ＯＦＤＭがデータ送信に対して使用される場合には、各復調器３５４は図７に示されている変調器３２２により実行されるものと相補的な処理をさらに実行する。このケースでは、各復調器３５４には、サンプルの変形された表現を発生させ、変調シンボルベクトルのストリームを提供する（示されていない）ＦＦＴプロセッサが含まれる。各ベクトルには、使用のために選択されたＮ_Lまでの周波数サブチャネルに対するＮ_Lまでの変調シンボルが含まれる。１つのベクトルは各タイムスロットに対して提供される。Ｎ_Rのすべての復調器におけるＦＦＴプロセッサからの変調シンボルベクトルストリームは（図８に示されていない）デマルチプレクサに提供される。デマルチプレクサは各ＦＦＴプロセッサからの変調シンボルベクトルストリームを、データ送信のために使用される周波数サブチャネル数に対応するＮ_Lまでの変調シンボルストリームに“チャネル化”する。（例えば、図７に示されているように）各周波数サブチャネルが独立に処理される送信処理スキームに対して、デマルチプレクサはＮ_Lまでの変調シンボルストリームのそれぞれをさらに各ＲＸ ＭＩＭＯ／データプロセッサ３５６ａに提供する。

ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムに対して、１つのＲＸ ＭＩＭＯ／データプロセッサ３５６ａを使用して、データ送信のために使用されるＮ_Lまでの周波数サブチャネルのそれぞれに対するＮ_Rの受信アンテナからの１組のＮ_Rの変調シンボルストリームを処理する。代わりに、各周波数サブチャネルに関係する１組の変調シンボルストリームは、単一のＲＸチャネル／データプロセッサ３５６ａにより個々に処理されてもよい。ＯＦＤＭを利用しないＭＩＭＯシステムに対して、１つのＲＸ ＭＩＭＯ／データプロセッサ３５６ａを使用して、Ｎ_Rの受信アンテナからのＮ_Rの変調シンボルストリームを処理してもよい。

図８に示されている実施形態では、ＲＸチャネル／データプロセッサ３５６ａ（これは図４のＲＸチャネル／データプロセッサ３４５の１つの実施形態である）には、多数の連続（すなわちカスケード接続された）受信機処理ステージ５１０が含まれる。１つのステージが、受信機システム３５０ａにより復元されるべき各送信データストリームに対するものである。１つの送信処理スキームでは、１つのデータストリームが、受信機システム３５０ａへのデータ送信のために使用される各送信チャネル上で送信される。各データストリームは独立的に（例えば、その自己のコーディングおよび変調スキームで）処理され、各送信アンテナから送信される。この送信処理スキームに対して、受信機システム３５０ａにより各ＯＦＤＭサブチャネルに対して復元されるべきデータストリームの数は、送信チャネルの数に等しく、これはまた受信機システム３５０ａへのデータ送信のために使用される送信アンテナの数（これは利用可能な送信アンテナのサブセットであってもよい）に等しい。明確にするために、ＲＸチャネル／データプロセッサ３５６ａはこの送信処理スキームに対して説明する。

（最後のステージ５１０ｎを除く）各受信機処理ステージ５１０には、干渉キャンセラ５３０に結合されたチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０が含まれる。最後のステージ５１０ｎには、チャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０ｎのみが含まれる。第１の受信機処理ステージ５１０ａに対して、チャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０ａは復調器３５４ａないし３５４ｒからＮ_Rの変調シンボルストリームを受け取って処理し、第１の送信チャネル（または第１の送信信号）に対するデコードされたデータストリームを提供する。第２ないし最後のステージ５１０ｂないし５１０ｎのそれぞれに対して、そのステージに対するチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０は、先行するステージにおける干渉キャンセラ５２０からＮ_Rの修正されたシンボルストリームを受け取って処理し、そのステージにより処理されている送信チャネルに対するデコードされたデータストリームを導出する。各チャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０は関係する送信チャネルに対するＣＳＩ（例えばＳＮＲ）をさらに提供する。

第１の受信機処理ステージ５１０ａに対して、干渉キャンセラ５３０ａはＮ_Rのすべての復調器３５４からＮ_Rの変調シンボルストリームを受け取る。第２ないし最後のステージのそれぞれに対して、干渉キャンセラ５３０は先行するステージの干渉キャンセラからＮ_Rの修正されたシンボルストリームを受け取る。各干渉キャンセラ５３０は同じステージ内のチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０からデコードされたデータストリームも受け取り、処理（例えば、コーディング、インターリーブ、変調、チャネル応答など）を行って、このデコードされたデータストリームによる受信変調シンボルストリームの干渉成分の評価であるＮ_Rの再変調されたシンボルストリームを導出する。再変調されたシンボルストリームは受信された変調シンボルストリームから減算され、Ｎ_Rの修正されたシンボルストリームが導出される。Ｎ_Rの修正されたシンボルストリームには、すべてのしかしながら減算された（すなわちキャンセルされた）干渉成分が含まれる。Ｎ_Rの修正されたシンボルストリームは次のステージに提供される。

図８では、制御装置５４０はＲＸチャネル／データプロセッサ３５６ａに結合されて示されており、プロセッサ３５６ａにより実行される連続したキャンセル受信機処理におけるさまざまなステップを指示するのに使用される。

図８は、各データストリームが各送信アンテナを通して送信される（すなわち、１つのデータストリームが各送信信号に対応する）ときに、簡単な方法で使用される受信機構造を示している。このケースでは、各受信機処理ステージ５１０は、受信機システム３５０ａに向けられた送信信号の１つを復元し、復元された送信信号に対応するデコードされたデータストリームを提供するように動作する。

他の何らかの送信処理スキームに対して、データストリームは複数の送信アンテナ、周波数サブチャネル、および／または時間間隔を通して送信され、空間、周波数および時間ダイバーシティがそれぞれ提供される。これらのスキームに対して、受信機処理は最初に、各周波数サブチャネルの各送信アンテナ上の送信信号に対する受信変調シンボルストリームを導出する。複数の送信アンテナ、周波数サブチャネル、および／または時間間隔に対する変調シンボルは、送信機システムにおいて実行されたデマルチプレクスと相補的な方法で合成される。合成された変調シンボルのストリームは処理されて、対応するデコードされたデータストリームが提供される。

図９はチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０ｘの実施形態のブロック図である。チャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０ｘは、図８のチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０の１つの実施形態である。この実施形態では、チャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０ｘには、空間／空間−時間プロセッサ６１０、ＣＳＩプロセッサ６１２、セレクタ６１４、復調エレメント６１８、デインターリーバ６１８、およびデコーダ６２０が含まれる。

空間／空間−時間プロセッサ６１０は、非分散（すなわちフラットフェーディング）ＭＩＭＯチャネルに対するＮ_Rの受信信号に線形空間処理を、または分散（すなわち周波数選択性フェーディングを有する）ＭＩＭＯチャネルに対してＮ_Rの受信信号に空間−時間処理を実行する。空間処理は、チャネル相関マトリクス反転（ＣＣＭＩ）技術、最小二乗平均誤差（ＭＭＳＥ）技術、および他のもののような線形空間処理技術を使用して達成される。これらの技術を使用して、不所望信号をヌルアウトし、または、雑音および他の信号からの干渉が存在する構成信号のそれぞれの受信ＳＮＲを最大化する。空間−時間処理は、ＭＭＳＥ線形イコライザ（ＭＭＳＥ−ＬＥ）、判定フィードバックイコライザ（ＤＦＥ）、最大尤度シーケンス推定器（ＭＬＳＥ）および他の技術のような、線形空間−時間処理技術を使用して達成される。ＣＣＭＩ、ＭＭＳＥ、ＭＭＳＥ−ＬＥ、およびＤＦＥ技術は、先に言及した米国特許出願［代理人文書番号ＰＡ０１０２１０］においてさらに詳細に説明されている。ＤＦＥとＭＬＳＥの技術は、１９９９年７月、ＩＥＥＥ通信におけるトランザクション、第７巻、第７号、Ｓ．Ｌ．アリヤビスタクル氏らによる“分散干渉による最適空間−時間プロセッサ：統一解析および要求されたフィルタスパン”と題する論文でもさらに詳細に説明され、この論文は参照によりここに組み込まれている。

ＣＳＩプロセッサ６１２はデータ送信のために使用される送信チャネルのそれぞれに対するＣＳＩを決定する。例えば、ＣＳＩプロセッサ６１２は受信されたパイロット信号に基づいて雑音分散マトリクスを推定し、デコードされるべきデータストリームに対して使用されるｋ番目の送信チャネルのＳＮＲを計算する。ＳＮＲは、技術的に知られているように、従来のパイロットアシストシングルおよびマルチ搬送波システムと同様に推定することができる。データ送信に使用するための送信チャネルのすべてに対するＳＮＲは、この送信チャネルに対して送信機システムに報告が戻されるＣＳＩを構成する。ＣＳＩプロセッサ６１２はセレクタ６１４に対してこの受信機処理ステージにより復元されるべき特定のデータストリームを識別する制御信号をさらに提供する。

セレクタ６１４は空間／空間−時間プロセッサ６１０から多数のシンボルストリームを受け取り、ＣＳＩプロセッサ６１２からの制御信号に示されるように、デコードされるべきデータストリームに対応するシンボルストリームを抽出する。変調シンボルの抽出されたストリームは復調エレメント６１４に提供される。

図９および図１０に示され、各送信チャネルのデータストリームがチャネルのＳＮＲに基づいて独立的にコード化されて、変調されている実施形態に対して、選択された送信チャネルに対する復元された変調シンボルは、復調スキーム（例えば、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭ）にしたがって復調される。この復調スキームは送信チャネルに対して使用される変調スキームと相補的である。復調エレメント６１６からの復調データは、チャネルインターリーバ６１４により実行されるのと相補的な方法でデインターリーバ６１８によりデインターリーブされ、デインターリーブされたデータは、エンコーダ６１２により実行されるのと相補的な方法でデコーダ６２０によりさらにデコードされる。例えば、ターボまたは畳み込みコーディングがそれぞれ送信機システムにおいて実行される場合には、ターボデコーダまたはビタビデコーダを使用する。デコーダ６２０からのデコードされたデータストリームは、復元されている送信データストリームの推定を表す。

図１０は干渉キャンセラ５３０ｘのブロック図であり、これは図８の干渉キャンセラ５３０の１つの実施形態である。干渉キャンセラ５３０ｘ内では、同じステージ内のチャネルＭＩＭＯ／データプロセッサ５２０からのデコードされたデータストリームが、チャネルデータプロセッサ６２８により、再エンコードされ、インターリーブされ、および再変調されて、再変調されたシンボルが提供され、これはＭＩＭＯ処理およびチャネル歪み前の送信機システムにおける変調シンボルの推定である。チャネルデータプロセッサ６２８は、データストリームに対して受信機システムにおいて実行されるのと同じ処理（例えば、エンコーディング、インターリーブ、および変調）を実行する。再変調されたシンボルはチャネルシミュレータ６３０に提供される。チャネルシミュレータは推定されたチャネル応答でシンボルを処理して、デコードされたデータストリームによる干渉の推定ｉ＾^kを提供する。チャネル応答推定は、送信機システムにより送信されるパイロットおよび／またはデータに基づき、先に言及した米国特許出願［代理人文書番号ＰＡ０１０２１０］で説明されている技術にしたがって導出される。

干渉ベクトルｉ＾^kにおけるＮ_Rの要素は、ｋ番目の送信アンテナで送信されるシンボルストリームによるＮ_Rの受信アンテナのそれぞれにおける受信信号の成分に対応する。ベクトルの各要素は、対応する受信変調シンボルストリームにおけるデコードされたデータストリームによる推定された成分を表す。これらの成分はＮ_Rの受信変調シンボルストリーム（すなわち、ベクトルｒ ^k）における（依然として検出されていない）残りの送信信号に対する干渉である。これらの成分は合計器６３２により受信信号ベクトルｒ ^kから減算され（すなわちキャンセルされ）、除去されたデコードデータストリームからの成分を有する修正されたベクトルｒ ^k+1を提供する。図８に示されているように、修正されたベクトルｒ ^k+1は入力ベクトルとして次の受信機処理ステージに提供される。

連続したキャンセル受信機処理のさまざまな観点は、先に言及した米国特許出願［代理人文章番号ＰＡ０１０２１０］でさらに詳細に説明されている。

図１１は本発明の他の実施形態にしたがってデータを受信することができるＭＩＭＯ受信機システム３５０ｂのブロック図である。Ｎ_T（までの）送信アンテナからの送信信号は、Ｎ_Rのアンテナ３５２ａないし３５２ｒのそれぞれにより受信され、各復調器３５４にルーティングされる。各復調器３５４は各受信信号を調整し、処理し、デジタル化して、サンプルを提供し、サンプルはＲＸ ＭＩＭＯ／データプロセッサ３５６ｂに提供される。

ＲＸ ＭＩＭＯ／データプロセッサ３５６ｂ内では、各受信アンテナに対するサンプルは各ＦＦＴプロセッサ７１０に提供される。各ＦＦＴプロセッサ７１０は受信サンプルの変形された表現を発生させ、変調シンボルベクトルの各ストリームを提供する。ＦＦＴプロセッサ７１０ａないし７１０ｒからの変調シンボルベクトルのストリームはプロセッサ７２０に提供される。プロセッサ７２０はＦＦＴプロセッサ７１０からの変調シンボルベクトルのストリームを、Ｎ_Lまでの多数のサブチャネルシンボルストリームにチャネル化する。プロセッサ７２０はサブチャネルシンボルストリーム上で空間処理または空間−時間処理をさらに実行して、後処理された変調シンボルを提供する。

複数の周波数サブチャネルおよび／または複数の空間サブチャネルを通して送信される各データストリームに対して、プロセッサ７２０は、データストリームの送信に対して使用されるすべての周波数および空間サブチャネルに対する変調シンボルを、１つの後処理された変調シンボルストリームに合成し、これはデータストリームプロセッサ７３０に提供される。各データストリームプロセッサ７３０は、送信機ユニットにおいてデータストリーム上で実行されたものと相補的な、復調、デインターリーブ、およびデコーディングを実行して、デコードされた各データストリームを提供する。

連続したキャンセル受信機処理技術を使用する受信機システムと、連続したキャンセル受信機処理技術を使用しない受信機システムを使用して、送信データストリームを受信し、処理し、そして復元してもよい。複数の送信チャネルを通して受信された信号を処理することができるいくつかの受信機システムは、先に言及した米国特許出願第０９／７７６，０７５号および第０９／８２６，４８１号、ならびに、２０００年３月３０日に出願され、“マルチ搬送波変調を使用する高効率、高性能通信システム”と題する米国特許出願第０９／５３２，４９２号に説明されており、これらの米国特許出願は本発明の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれている。

送信機システムに対するＣＳＩの取得
簡単にするために、本発明のさまざまな観点および実施形態はＣＳＩがＳＮＲを構成するもとで説明してきた。一般的に、ＣＳＩは通信リンクの特性を示す何らかのタイプの情報を構成する。さまざまなタイプの情報がＣＳＩとして提供され、そのいくつかのサンプルを以下で説明する。

１つの実施形態では、ＣＳＩは信号対雑音プラス干渉比（ＳＮＲ）を構成し、これは雑音プラス干渉電力に対する信号電力の比として導出される。ＳＮＲは一般的にデータ送信（例えば、各送信データストリーム）に使用される各送信チャネルに対して推定されて提供されるが、統合ＳＮＲも多数の送信チャネルに対して提供される。ＳＮＲ推定は特定ビット数を有する値に量子化される。１つの実施形態では、ＳＮＲ推定は例えばルックアップテーブルを使用してＳＮＲインデックスにマッピングされる。

他の実施形態では、ＣＳＩは各周波数サブチャネルの各空間サブチャネルに対する電力制御情報を構成する。電力制御情報には、より多くの電力またはより少ない電力に対する要求を示すために、各送信チャネルに対する単一ビットが含まれるか、あるいは要求される電力レベルの変化の大きさを示すために複数のビットが含まれる。この実施形態では、送信機システムは受信機システムからフィードバックされる電力制御情報を使用して、どの送信チャネルを選択するか、各送信チャネルに対してどの電力を使用するかを決定する。

さらに別の実施形態では、ＣＳＩは信号電力および干渉プラス雑音電力を構成する。これらの２つの成分はデータ送信に使用される各送信チャネルに対して独立に導出され、提供される。

さらに別の実施形態では、ＣＳＩは信号電力、干渉電力、および雑音電力を構成する。これらの３つの成分はデータ送信に使用される各送信チャネルに対して導出され、提供される。

さらに別の実施形態では、ＣＳＩは信号対雑音比プラス各観察可能な干渉期間に対する干渉電力のリストを構成する。この情報はデータ送信に対して使用される各送信チャネルに対して導出され、提供される。

さらに別の実施形態では、ＣＳＩはマトリクス形態の信号成分（例えば、すべての送−受信アンテナ対に対するＮ_T×Ｎ_R複素エントリ）と、マトリクス形態の雑音プラス干渉成分（例えば、Ｎ_T×Ｎ_R複素エントリ）を構成する。送信機システムは適切な送−受信アンテナ対に対する信号成分と雑音プラス干渉成分を適切に合成して、データ送信のために使用される各送信チャネルに対する品質（例えば、受信機システムにおいて受信される、各送信データストリームに対する後処理されたＳＮＲ）を導出する。

さらに別の実施形態では、ＣＳＩは各送信データストリームに対するデータレートインジケータを構成する。データ送信のために使用されるべき送信チャネルの品質は、（例えば、送信チャネルに対して推定されたＳＮＲに基づいて）最初に決定され、決定されたチャネル品質に対応するデータレートが（例えば、ルックアップテーブルに基づいて）識別される。識別されたデータレートは、要求されるレベルの性能に対して送信チャネル上で送信されるべき最大のデータレートを示す。データレートはマッピングされ、データレートインジケータ（ＤＲＩ）により表される。データレートインジケータは効率的にコード化することができる。例えば、７つ（までの）可能性あるデータレートが各送信アンテナに対する送信機システムによりサポートされる場合には、３ビット値が使用されてＤＲＩを表し、ここでゼロはゼロのデータレート（すなわち、送信アンテナを使用しないこと）を示し、１ないし７を使用して７つの異なるデータレートを示す。典型的な構成では、品質測定（例えば、ＳＮＲ推定）は例えばルックアップテーブルに基づいてＤＲＩに直接マッピングされる。

さらに別の実施形態では、ＣＳＩは各送信データストリームに対して送信機システムにおいて使用されるべき特定の処理スキームの表示を構成する。この実施形態では、インジケータは、所望レベルの性能が達成されるように、送信データストリームに対して使用されるべき、特定のコーディングスキームと特定の変調スキームを識別する。

さらに別の実施形態では、ＣＳＩは送信チャネルに対する品質の特定の測定に対する異なるインジケータを構成する。最初に、ＳＮＲまたはＤＲＩまたは送信チャネルに対する他の何らかの品質測定が決定され、基準測定値として報告される。その後、送信チャネルの品質のモニタが継続し、最後に報告された測定と現在の測定との差が決定される。差は１つ以上のビットに量子化され、量子化された差は差インジケータにマッピングされて表され、これが報告される。差インジケータは、特定のステップサイズだけ、最後に報告された測定を増加または減少させる（あるいは最後に報告された測定を維持する）ことを示す。例えば、差インジケータは、（１）特定の送信チャネル対する観測されたＳＮＲが特定のステップサイズだけ増加または減少したこと、（２）データレートは特定量または他の何らかの変化により調整されるべきであることを示す。基準測定は周期的に送信されて、差インジケータ中のエラーおよび／またはこれらのインジケータのエラーのある受信が蓄積されないことを確実にする。

さらに別の実施形態では、ＣＳＩは、送信機システムにより送信される信号に基づいて受信機システムにおいて推定される、利用可能な各送信チャネルに対するチャネル利得を構成する。

ＣＳＩの他の形態も使用してもよく、これも本発明の範囲内のものである。一般的に、ＣＳＩには、（１）最適なまたはほぼ最適なスループットとなる１組の送信チャネルを選択し、（２）受信ＳＮＲに等しくまたはほぼ等しくなる選択された各送信チャネルに対する重み係数を決定し、（３）選択された各送信チャネルに対する最適なまたはほぼ最適なコードレートを推論するのに使用される何らかの形態の十分な情報が含まれる。

ＣＳＩは送信機システムから送信され、受信機システムにおいて受信される信号に基づいて導出されてもよい。ある実施形態では、ＣＳＩは送信信号に含まれるパイロット基準に基づいて導出される。代わりに、あるいはこれに加えて、ＣＳＩは送信信号に含まれるデータに基づいて導出されてもよい。データは選択された送信チャネルのみにおいて送信されるが、パイロットデータは選択されていない送信チャネルにおいて送信され、受信機システムがチャネル特性を推定できるようにする。

さらに別の実施形態では、ＣＳＩは受信機システムから送信機システムに送信される１つ以上の信号を構成する。いくつかのシステムでは、相関の程度がアップリンクとダウンリンクとの間に存在する（例えば、時分割多重化（ＴＤＤ）システムではアップリンクとダウンリンクは時分割多重化方法で同じ帯域を共有する）。これらのシステムでは、アップリンクの品質はダウンリンクの品質に基づいて（必要な程度の精度に）推定され、逆も同様であり、受信機システムから送信される信号（例えば、パイロット信号）に基づいて推定される。パイロット信号は、受信機システムにおいて観測されるＣＳＩを送信機システムが推定することができる手段を表す。このタイプのＣＳＩに対して、チャネル特性の報告は必要とされない。

信号品質はさまざまな技術に基づいて送信機システムにおいて推定される。これらの技術のいくつかは以下の特許で説明されており、これらの特許は本願の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれている。

・１９９８年８月２５日発行された、“ＣＤＭＡ通信システムにおける受信パイロット電力とパス損失を決定するシステムおよび方法”と題する米国特許第５，７９９，００５号。

・１９９９年５月１１日に発行された、“スペクトル拡散通信システムにおけるリンク品質を測定する方法および装置”と題する米国特許第５，９０３，５５４号。

・それぞれ１９９１年１０月８日および１９９３年１１月２３日に発行された、“ＣＤＭＡセルラ移動電話システムにおいて送信電力を制御する方法および装置”と題する米国特許第５，０５６，１０９号および第５，２６５，１１９号。

・２０００年８月１日に発行された、“ＣＤＭＡ移動電話システムにおいて電力制御信号を処理する方法および装置”と題する米国特許第６，０９７，９７２号。

パイロット信号またはデータ送信に基づいて単一送信チャネルを推定する方法は、技術で利用可能な多くの論文でも見られる。このようなチャネル推定方法の１つは、１９９９年１０月、ＩＥＥＥ通信におけるトランザクション、“アプリケーションによる基準アシストコヒーレントＣＤＭＡ通信の最適受信、性能境界、およびカットオフレート解析”と題する論文で、Ｆ．リングにより説明されている。

ＣＳＩに対するさまざまなタイプの情報とさまざまなＣＳＩ報告メカニズムは、１９９７年１１月３日に出願された、“高レートパケットデータ送信のための方法および装置”と題する、米国特許出願第０８／９６３，３８６号、および“ＴＩＥ／ＥＩＡ／ＩＳ−８５６ ｃｄｍａ２０００高レートパケットデータエアインデックス仕様書”でも説明されており、この米国特許出願は本願の譲受人に譲渡されており、両文献は参照によりここに組み込まれている。

ＣＳＩはさまざまなＣＳＩ送信スキームを使用して送信機に報告が戻される。例えば、ＣＳＩは完全に、差分的に、あるいはその組み合わせで送信される。１つの実施形態では、ＣＳＩは周期的に報告され、差分更新が前に送信されたＣＳＩに基づいて送信される。他の実施形態では、ＣＳＩは変化があったとき（例えば、変化が特定のしきい値を越えた場合）のみ送信される。これはフィードバックチャネルの有効レートをさらに低くする。例として、ＳＮＲは変化したときのみ（例えば差分的に）返信される。（ＭＩＭＯを使用するまたは使用しない）ＯＦＤＭシステムに対して、周波数領域における相関が活用されて、フィードバックされるべきＣＳＩ量の減少を可能にする。ＯＦＤＭシステムに対する例として、Ｍの周波数サブチャネルに対する特定の空間サブチャネルに対応するＳＮＲが同じである場合に、この状態が真である、ＳＮＲならびに最初および最後の周波数サブチャネルが報告される。ＣＳＩのためにフィードバックされるべきデータ量を減少させるために他の圧縮およびフィードバックチャネルエラー復元技術を使用してもよく、これらも本発明の範囲内のものである。

図４に戻ると、ＲＸチャネル／データプロセッサ３５６により決定されるＣＳＩ（例えば、受信ＳＮＲ）はＴＸデータプロセッサ３６２に提供される。ＴＸデータプロセッサ３６２はＣＳＩを処理して、処理されたデータを１つ以上の変調器３５４に提供する。変調器３５４は処理されたデータをさらに調整し、リバースチャネルを通してＣＳＩを送信機システム３１０に返信する。

システム３１０において、送信されたフィードバック信号はアンテナ３２４により受信され、復調器３２２により復調され、ＲＸデータプロセッサ３２３に提供される。ＲＸデータプロセッサ３３２はＴＸデータプロセッサ３６２により実行されるものと相補的な処理を実行し、報告されたＣＳＩを復元し、これは制御装置３３４に提供される。

制御装置３３４は報告されたＣＳＩを使用して、（１）データ送信のために１組のＮ_Sの利用可能な最高送信チャネルを選択し、（２）選択された送信チャネル上でデータ送信するために使用されるべきコーディングおよび変調スキームを決定し、（３）選択された送信チャネルに対して使用されるべき重みを決定することを含む、多数の機能を実行する。制御装置３３４は、高スループットを達成するために、あるいは他の何らかの性能基準またはメトリクスに基づいて、送信チャネルを選択し、先に説明したように、送信チャネルを選択するのに使用されるしきい値をさらに決定する。

データ送信のために利用可能な送信チャネルの特性（例えば、チャネル利得または受信ＳＮＲ）は、先に説明したようにさまざまな技術に基づき決定され、送信機システムに提供される。送信機システムは情報を使用して、１組のＮ_Sの最高送信チャネルを選択し、データを適切にコード化および変調し、変調シンボルをさらに重み付けする。

ここで説明した技術を基地局から１つ以上の端末へのダウンリンク上でのデータ送信に使用し、１つ以上の端末のそれぞれから基地局へのアップリンク上でのデータ送信にも使用してもよい。ダウンリンクに対して、図４、図５および図６における送信機システム３１０は基地局の一部を表し、図４、図８、図９および図１０における受信機システム３５０は端末の一部を表す。アップリンクに対して、図４、図５および図６の送信機システム３１０は端末の一部を表し、図４、図８、図９および図１０における受信機システム３５０は基地局の一部を表す。

送信機システムおよび受信機システムのエレメントは１つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プロセッサ、マイクロプロセッサ、制御装置、マイクロ制御装置、フィールドプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラム可能なロジックデバイス、他の電子ユニット、あるいはこれらの任意の組み合わせで実現することができる。ここで説明する機能および処理のいくつかはプロセッサ上で実行されるソフトウェアで実現してもよい。本発明のある観点はソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせで実現してもよい。例えば、しきい値αを決定し、送信チャネルを選択するための計算は、プロセッサ（図４の制御装置３３４）上で実行されるプログラムコードに基づいて実行してもよい。

見出しは、参照のため、およびあるセクションを位置付けるのを助けるためにここに含まれている。これらの見出しはここで説明されている概念の範囲を制限することを意図しておらず、これらの概念は明細書全体を通して他のセクションで適用性を有している。

開示されている実施形態の先の説明は当業者が本発明を作り、使用できるように提供されている。これらの実施形態に対するさまざまな修正は当業者に容易に明らかであろう。ここで規定されている一般的な原理は本発明の精神および範囲を逸脱することなく、他の実施形態に適用することができる。したがって、本発明はここで示されている実施形態に制限されることを意図しているものではなく、ここで開示されている原理および新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲にしたがうべきである。

Claims (37)

1. マルチチャネル通信システム中で複数の送信チャネルを通して送信するためのデータを処理する方法において、
   データ送信に対して利用可能な複数の送信チャネルの特性を決定し、
   決定された特性としきい値とに基づいて、１つ以上の利用可能な送信チャネルを選択し、
   特定のコーディングスキームに基づいて、選択されたすべての送信チャネルに対するデータをコーディングしてコード化データを提供し、
   特定の変調スキームに基づいて、選択されたすべての送信チャネルに対するコード化データを変調して変調シンボルを提供し、
   選択された送信チャネルに対する送信電力レベルを示し、選択された送信チャネルの決定された特性に一部基づいて導出される各重みに基づいて、選択された各送信チャネルに対する変調シンボルを重み付けすることを含む方法。
2. 選択された送信チャネルに対する重みは、選択されたすべての送信チャネル中に利用可能な総送信電力を分散させて、選択された送信チャネルを通して受信される変調シンボルに対して同様な受信品質が達成されるように導出される請求項１記載の方法。
3. 受信品質が信号対雑音プラス干渉比（ＳＮＲ）により推定される請求項２記載の方法。
4. 利用可能な送信チャネルに対して決定される特性はチャネル利得である請求項１記載の方法。
5. 特定の電力利得しきい値よりも大きいまたは等しい電力利得を持つ送信チャネルが選択され、電力利得はチャネル利得に基づいて決定される請求項４記載の方法。
6. 利用可能な送信チャネルに対して決定される特性は受信信号対雑音プラス干渉比（ＳＮＲ）である請求項１記載の方法。
7. 特定のＳＮＲしきい値よりも大きいまたは等しいＳＮＲを持つ送信チャネルが選択される請求項６記載の方法。
8. 利用可能な送信チャネルに対して決定される特性は電力制御情報により表現される請求項１記載の方法。
9. 電力制御情報は電力レベルの変化に対する要求で示される請求項８記載の方法。
10. 選択された各送信チャネルに対する重みはデータ送信に対して利用可能な総送信電力に基づいてさらに決定される請求項１記載の方法。
11. 選択された各送信チャネルに対する重みは正規化係数に基づいてさらに導出され、正規化係数は選択された送信チャネルの特性に基づいて決定される請求項１記載の方法。
12. しきい値は、選択された送信チャネルに対して高スループットを提供するように選択される請求項１記載の方法。
13. しきい値は、利用可能な送信チャネルに対して最高のスループットを提供するように選択される請求項１記載の方法。
14. しきい値は、選択されたすべての送信チャネルに対する特定の目標ＳＮＲに基づいて導出される請求項１記載の方法。
15. 選択された送信チャネル上で重み付けられた変調シンボルを送信することをさらに含む請求項１記載の方法。
16. マルチチャネル通信システムは直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）システムであり、複数の利用可能な送信チャネルは複数の周波数サブチャネルに対応する請求項１記載の方法。
17. マルチチャネル通信システムは多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）通信システムであり、複数の利用可能な送信チャネルは複数のＭＩＭＯチャネルの空間サブチャネルに対応する請求項１記載の方法。
18. ＭＩＭＯ通信システムはＯＦＤＭを利用し、複数の利用可能な送信チャネルは複数の周波数サブチャネルの空間サブチャネルに対応する請求項１７記載の方法。
19. マルチチャネル通信システム中で複数の送信チャネルを通してデータを送信する方法において、
    データ送信に対して利用可能な複数の送信チャネルのそれぞれの特性を決定し、
    利用可能な送信チャネルの選択されたものに対するデータをコーディングしてコード化データを提供し、
    コード化データを変調して変調シンボルを提供し、
    選択された送信チャネルに対する送信電力レベルを示し、選択された送信チャネルの決定された特性に一部基づいて導出される各重みに基づいて、選択された各送信チャネルに対する変調シンボルを重み付けし、
    選択された送信チャネル上で重み付けられた変調シンボルを送信することを含む方法。
20. 選択された送信チャネルに対するデータは共通のコーディングスキームに基づいてコード化される請求項１９記載の方法。
21. 共通のコーディングスキームは複数の可能性あるコーディングスキームの中から選択される請求項２０記載の方法。
22. 選択された送信チャネルに対する変調シンボルは共通の変調スキームに基づいて導出される請求項１９記載の方法。
23. 共通の変調スキームは複数の可能性ある変調スキームの中から選択される請求項２２記載の方法。
24. 選択された送信チャネルに対するデータは共通のコーディングスキームに基づいてコード化され、選択された送信チャネルに対する変調シンボルは共通の変調スキームに基づいて導出される請求項１９記載の方法。
25. チャネルの決定された特性としきい値とに基づいて、データ送信のための１つ以上の利用可能な送信チャネルを選択することをさらに含む請求項１９記載の方法。
26. マルチチャネル通信システム中で、データ送信のための送信チャネルを選択するために使用されるしきい値を決定する方法において、
    １組のコードレートを規定し、各コードレートは送信前にデータをコーディングするために選択可能であり、
    １組のセットポイントを規定し、各セットポイントは各コードレートに対応し、特定レベルの性能に対する対応したコードレートにおいて要求される目標信号対雑音プラス干渉比（ＳＮＲ）を示し、
    各コードレートによりサポートされ、コードレートに対応するセットポイントを達成することができる特定数の送信チャネルを決定し、
    サポートされている送信チャネルの数に一部基づいて、各コードレートに対する性能基準を決定し、
    １組中のコードレートに対する決定された性能基準に基づいてしきい値を選択することを含み、
    送信チャネルは、しきい値に基づいて、データ送信に対して使用するために選択される方法。
27. 各コードレートによりサポートされる送信チャネルの数は、コードレートに対応するセットポイントが、サポートされている各送信チャネルに対して達成されるように、サポートされている送信チャネルの中に利用可能な総送信電力を分散することにより決定される請求項２６記載の方法。
28. 各コードレートに対する決定された性能基準は、サポートされている送信チャネルに対して計算される全体的なスループットである請求項２６記載の方法。
29. マルチチャネル通信システムにおける送信機ユニットにおいて、
    データ送信に対して利用可能な複数の送信チャネルの特性を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ）を受け取り、チャネル特性としきい値とに基づいて１つ以上の利用可能な送信チャネルを選択するように構成された制御装置と、
    制御装置に結合され、選択されたすべての送信チャネルに対するデータを受け取って、特定のコーディングスキームに基づいてコード化してコード化データを提供し、特定の変調スキームに基づいて、選択されたすべての送信チャネルに対するコード化データを変調して変調シンボルを提供し、各重みに基づいて、選択された各送信チャネルに対する変調シンボルを重み付けするように構成され、各重みは対応する選択された送信チャネルに対する送信電力レベルを示し、選択された送信チャネルの特性に一部基づいて導出される送信データプロセッサとを具備する送信機ユニット。
30. 制御装置は、利用可能な送信チャネルの特性に基づいてコーディングおよび変調スキームを選択し、選択されたコーディングおよび変調スキームを示す１つ以上の信号を提供するようにさらに構成されている請求項２９記載の送信機ユニット。
31. 制御装置は、利用可能な送信チャネルの特性に基づいて、しきい値を決定するようにさらに構成されている請求項２９記載の送信機ユニット。
32. 送信データプロセッサに結合され、選択された送信チャネルに対する重み付けられた変調シンボルを受け取って、１つのストリームがデータを送信するために使用される各アンテナに対するものであるように、複数のストリームにデマルチプレクスするように構成された送信チャネルプロセッサをさらに具備する請求項２９記載の送信機ユニット。
33. ＣＳＩは利用可能な送信チャネルに対する、信号対雑音プラス干渉比（ＳＮＲ）推定を構成する請求項２９記載の送信機ユニット。
34. ＣＳＩは利用可能な送信チャネルに対するチャネル利得推定を構成する請求項２９記載の送信機ユニット。
35. ＣＳＩは利用可能な送信チャネルに対する電力制御情報を構成する請求項２９記載の送信機ユニット。
36. 送信機ユニットは通信システム中のダウンリンク上でデータを送信するように動作する請求項２９記載の送信機ユニット。
37. 送信機ユニットは通信システム中のアップリンク上でデータを送信するように動作する請求項２９記載の送信機ユニット。

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