JP2011229124A - 受信信号を調節する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＶＭ偏差値を送信することで最大尤度ＭＩＭＯレシーバ内の送信信号配置を調節する無線通信デバイス、無線通信システムおよび方法を提供する。
【解決手段】最大尤度ＭＩＭＯレシーバは、トランスミッタエラーベクトルを知らない場合がある。このことによって、これに限定はされないが少なくとも３ｘ３およびこれより高いＭＩＭＯ変調といったＭＬレシーバの性能が低下する可能性がある。ＥＶＭ（受信／送信配置エラー（ＲＣＥ））は、トランスミッタおよび／またはレシーバの性能を定量化する際に利用される計測値である。ＥＶＭ計測値は、ノイズおよび／または歪みがない場合の送信信号を表す理想の位置からトランスミッタ配置点がどのくらい離れているかを示す。ＥＶＭ偏差値は、各送信において、ＭＬ ＭＩＭＯレシーバに送信されて、ノイズを生じた信号のエラーを補正する。
【選択図】図１

Description

ＷＬＡＮ（Wireless local area network）は、ＭＩＭＯ（Multiple-Input-Multiple-Output）トランスミッタ／レシーバシステムを含みうる。最大尤度（ＭＬ）ＭＩＭＯレシーバは、トランスミッタエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）を知らない場合がある。このことによって、これに限定はされないが少なくとも３ｘ３およびこれより高いＭＩＭＯ変調といったＭＬレシーバの性能が低下する可能性がある。

ＭＩＭＯ通信に伴う問題を、以下の簡略化されたモデルで説明する。ＭＩＭＯのトランスミッタが、ベクトルｘを送信する。ベクトルの各エレメントは、例えばＢＰＳＫ（二位相偏移変調）、ＱＰＳＫ（直交位相偏移キーイング）、１６ＱＡＭ（直交振幅変調）、６４−ＱＡＭ等の一式の（リニア）デジタル変調のメンバーである。

ＭＩＭＯのレシーバは、一式の受信チャネルｙを受信することができる。送信ベクトルｘは、チャネルＨを表すマトリックスを通過する。マトリックスＨは、複数の行ｋと複数の列ｌとを含む。行ｋおよび列ｌの各エレメントは、ｌ番目の送信アンテナからｋ番目の受信チェーンへのチャネルを表す。

レシーバでは、ガウスノイズｎを受信信号に追加する。従って数学モデルはｙ＝Ｈｘ+ｎとなる。最大尤度レシーバは、以下のように、受信信号の最大尤度を生成するべく、送信配置点（constellation point）を見つけようと試みる。

これは、

に等しい。

上述したモデルは、位相ノイズおよび電力増幅器の非線形性から生成される可能性の高いトランスミッタノイズを無視している。トランスミッタノイズを無視すると、ＭＬレシーバは、送信配置点を配置図のエラー配置点上に配置してしまう可能性がある。

受信信号は、ｙ＝Ｈ（ｘ＋ｎ_Ｔ）＋ｎ_Ｒとして記述される。レシーバのノイズにはカラー付けがされており、最大尤度検索は

として記述される。Ｒ_ｎはＭＬレシーバにおける合成ノイズ共分散マトリックス（例えばトランスミッタのガウスノイズ）である。つまり、

本式中、

は、レシーバチェーンの各々におけるレシーバで計測されたノイズ分散であり、

は、トランスミッタアンテナポートで計測されたトランスミッタノイズ分散である。Ｈは、ＭＬレシーバでパケットプリアンブル分析中に推定されるが、

および

は、ＭＬレシーバでは未知であり、ＭＬレシーバの性能を損なう可能性がある。従って上述した問題を軽減させる必要がある。

本発明とみなす主題は、明細書の最終部分で特に指摘し、明確に請求する。しかし、本発明の組成および動作方法の両面、および、目的、特徴、および利点に関しては、以下の詳細な記載を添付図面とともに読むことでよりよい理解が見込まれる。

本発明の例示的な実施形態における無線通信システムの概略図である。 本発明の例示的な実施形態におけるパケットの概略図である。 本発明の一部の実施形態における無線通信デバイスにおいてＥＶＭ偏差値を送信する方法のフローチャートである。 本発明の一部の実施形態におけるデータストリームの配置を受信する方法のフローチャートである。

図示の簡略化および明瞭化のために、図面に示すエレメントは必ずしも実際の縮尺で描かれてはいない。例えばエレメントのサイズは他のエレメントよりも誇張して描くことで明瞭化している場合がある。さらに、適当と考える場合には、参照番号を図面間で繰り返して、それが対応する、または類似したエレメントであることを示す場合がある。

以下の詳細な記載では、複数の特定の詳細を述べて、本発明の完全な理解を促す。しかし、当業者であれば本発明をこれらの特定の詳細なしに実行することができることを理解する。または反対に、公知の方法、手順、コンポーネントおよび回路を詳細に示さないことで、本発明を曖昧にしないようにしている箇所もある。

以下の詳細な記載の一部は、コンピュータメモリ内のデータビットまたはバイナリデジタル信号に対する演算のアルゴリズムおよび象徴的表現で表されている。これらアルゴリズムによる記述および表現は、データ処理分野の当業者が、彼等の業績の内容を他の当業者に伝える際に用いられる手段である。

本発明はこの点に限定はされないが、例えば「処理（processing）」「コンピューティング（computing）」「計算（calculating）」「判断／決定（determining）」といった用語を利用する説明は明細書の随所に見られるが、これらは、特にそうではないと明記していない限りにおいて、プロセッサまたは処理回路、あるいはこれに類似した電子処理デバイスを備えるコンピュータまたはコンピューティングシステムの動作および／または処理に係るものであってよく、コンピュータシステムのレジスタおよび／またはメモリの電子量等の物理量で表されるデータを、コンピューティングシステムのメモリ、レジスタ、または他の同様の情報格納、送信、または表示デバイス内の物理量として同様に表される他のデータへと操作および／または変換するもののことであってよい。本明細書では「ａ」「ａｎ」といった不定冠詞の利用は、１、または２以上として定義される。本明細書では、「複数」という用語は、２、または３以上として定義される。本明細書では、別の、という用語は、少なくとも二番目またはそれ以上として定義される。本明細書では、「含む（including）」および／または「有する（having）」という用語は、「含む（comprising）」として定義されるが、これに限定はされない。「動作可能に連結される」という用語は、例えば機械的に、電子的に、デジタルで、直接に、ソフトウェアにより、ハードウェアにより、等の任意の形態で「動作可能に接続される」という意味で定義される。

本発明の実施形態において、ＥＶＭ（受信／送信配置エラー（ＲＣＥ）とも称される）という用語は、トランスミッタおよび／またはレシーバの性能を定量化する際に利用される計測値である。ＥＶＭ計測値は、ノイズおよび／または歪みがない場合の送信信号を表す理想の位置からトランスミッタ配置点がどのくらい離れているかを示す指標を提供することができる。理想のトランスミッタＥＶＭは、工場で計測され、本発明の実施形態で利用されるべくメモリに格納されてよい。

エラーベクトルは、理想の配置点と、レシーバが受信する点との間のＩ−Ｑ（In-phase - Quadrature-phase）平面におけるベクトルのことである。つまり、実際の受信シンボルと理想的なシンボルとの間の差異ということになる。信号電力に正規化されたエラーベクトルの平均電力がＥＶＭである。

さらに、マルチキャリア変調において定義されるＥＶＭは、２つの平均電力の割合であり、配置形状に影響されにくい。この形態では、ＥＶＭは、平均信号電力の平均誤り電力に対する割合である変調誤り率に相関している。

配置図は、例えば直交振幅変調等、位相偏移キーイング等のデジタル変調スキームにより変調される信号の表現である。配置図は、送信信号を、複素平面のシンボルサンプルインスタントにおける２次元散布図として表示することができる。本発明の一部の実施形態では、適宜、送信信号の干渉および歪みの種類を認識するために配置図を利用する場合がある。

例えば、送信信号の受信時に最大尤度検出を利用することができる。例えば、復調器は、チャネルおよび／またはレシーバノイズにより破損している可能性のある受信シンボルを検査することができる。破損は、例えば追加のホワイトガウスノイズ、歪み、位相ノイズ、干渉等により生じることがある。復調器は、受信シンボルのものに最も近い配置図における点を推定して、実際に送信されたものを検出する。従って本発明の一実施形態においては、レシーバが、適宜、トランスミッタＥＶＭ偏差値に従って受信信号を調節することができる。

受信信号の品質を分析する目的からは、配置図から破損の種類の幾つかが明らかである。例えば、ガウスノイズは、ファジーな配置点として現れ、非コヒーレントな信号周波数干渉は、円形の配置点（circular constellation point）として現れ、位相ノイズは、回転して拡散する配置点として現れるが、本発明の範囲はこの点に限定されない。

本発明の実施形態が様々な用途で利用可能であることを理解されたい。本発明はこの点に限定はされないが、ここに開示する回路および技術は、ラジオシステムのステーション等の多くの装置で利用可能である。本発明の範囲に含むことが意図されるステーションには、ＷＬＡＮステーション、ＷＰＡＮ（wireless personal network）等がほんの一例として含まれる。

本発明の範囲に含むことが意図されるＷＬＡＮステーションの種類には、これらに限定はされないが、モバイルステーション、アクセスポイント、ＦＨＳＳ（Frequency Hopping Spread Spectrum）、ＤＳＳＳ（Direct Sequence Spread Spectrum）、ＣＣＫ（Complementary Code Keying）、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）等の送受信拡散スペクトル信号用のステーション等が含まれる。

図１は、本発明の例示的な実施形態における無線通信システム１００の概略図である。１つの例示的な実施形態では、無線通信システム１００はＷＬＡＮを利用する。ＷＬＡＮ１００は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ等が開発する規格に準拠して動作することができる。

本発明の例示的な実施形態では、ＷＬＡＮ１００は、ＭＩＭＯトランスミッタ１１０およびＭＩＭＯレシーバ１５０を含むことができるが、これに限定はされない。ＭＩＭＯトランスミッタ１１０は、ノイズ推定器１１１、ＥＶＭ偏差値生成器１１３、変調器１１５、ＭＩＭＯ１１７、トランスミッタノイズ１３０を受信するアンテナ１２０を含むことができる。ＭＩＭＯレシーバ１５０は、最大尤度（ＭＬ）検出器１５１、復調器１５７、キャリブレーションエラーテーブル１５７、ＭＩＭＯ１５５、ノイズ１７０を受信することのできるアンテナ１６０を含むことができる。

例えば、アンテナ１２０は３つのアンテナを含んでよく、アンテナ１６０は３つのアンテナを含んでよい。これらアンテナはダイポールアンテナ、内部アンテナ、八木アンテナ、アンテナアレイ等であってよい。

本発明の一実施形態においては、ＭＩＭＯトランスミッタ１１０は、遷移ノイズ（ＴＸノイズ１３０等）を、ノイズ推定器１１１により推定することができる。ＥＶＭ偏差値生成器１１３は、例えば予め格納されているノイズ計測値からノイズ推定値を提出することにより、ＥＶＭ偏差値を計算することができる。例えば、予め格納されているノイズ計測値は、適宜、エラーテーブル１５８に類似したテーブルに格納することができる（不図示）。さらに、ＥＶＭ偏差値生成器１１３は、ＥＶＭ偏差値を含むフレームおよび／またはデータパケットを生成することができる。

本発明の例示的な実施形態においては、変調器１１５は、ＯＦＤＭ変調器および／またはＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）変調器等であってよい。変調器１１５は、ベクトルｘの各エレメントが、例えばＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６−ＱＡＭ、６４−ＱＡＭ等の一式の（リニア）デジタル変調のメンバーであるような、送信ベクトルｘにデータパケットを変調することができる。ＭＩＭＯ１１７は、ベクトルｘを、アンテナ１２０によりチャネルＨ１４０を介して送信することができる。送信ベクトルｘは、送信（ＴＸ）ノイズ１３０を含んでよく、ｘ＝ｘ＋ｎ_ｔと記述することができ、ここでｎはノイズを表す。

本発明の範囲はこの例示的な実施形態に限定はされないが、アンテナ１６０は、送信信号を、さらなる受信（ＲＸ）ノイズ１７０とともに受信する場合がある。受信信号は、適宜、ＥＶＭ偏差値を含むデータパケットを少なくとも含むことができる。受信信号は、ｙ＝Ｈｘ＋Ｈｎ_ｔ＋ｎ_ｒと記述することができ、ここでＨはチャネルマトリックスを表し、ｘは送信信号であり、ｎ_ｔはトランスミッタのノイズであり、ｎ_ｒはレシーバのノイズである。ＭＩＭＯレシーバ１５５は、受信信号を受信してよい。復調器１５３は、受信信号を復調して、データパケットのシンボルを提供することができる。

本発明の実施形態においては、ＭＬ検出器１５１は、最大尤度（ＭＬ）検索を受信マトリックスに以下のように行うことができる。

例えば、ノイズはホワイトノイズであってよく、ノイズ共分散マトリックスは

であってよい。従って、ＭＬ検索式にノイズを追加すると、以下の数式が得られるが、本発明の範囲はこの点に限定はされない。

ＭＬ検出器１５１は、以下の例示的なテーブル１を格納することのできるメモリ１５７に動作可能に連結される。この例においては、テーブル１は、例えば工場におけるデバイスキャリブレーション中にメモリ１５７に予め格納されてよい。例示的なテーブル１は、適宜、許容される相対配置エラーと配置サイズおよび符号率との間の関係を示す。

ＭＬ検出器１５１は、ＥＶＭ偏差値を受信して、テーブル１の相対的な配置エラー値に追加することができるが、本発明の範囲はこの例に限定はされない。

Ｒ_ｎを

に従って推定するべく、ＭＬ検出器１５１は、ＥＶＭを利用して

（トランスミッタノイズ等）を推定することができるが、本発明の範囲はこの例に限定はされない。

図２は、本発明の例示的な実施形態におけるフレーム２００の概略図である。この例示的なフレーム２００は、８ビットを含むＭＣＳ（変調符号化スキーム）フィールド２０１、１ビットを含む符号化フィールド２０３、３ビットのＥＶＭ偏差値を含むＥＶＥフィールド２０４、保存フィールド２０６、フレームのエラーをチェックする４ビットの巡回冗長検査（ＣＲＣ）フィールド、および、６ビットの最終フィールド２０９を含んでいるが、このフレームはあくまで例示であって、他のデータを有する他のフレームを本発明の実施形態で利用することも可能である。

図３は、本発明の一部の実施形態における無線通信デバイスにおいてＥＶＭ偏差値を送信する方法のフローチャートである。この例示的な方法では、ＭＩＭＯトランスミッタ（トランスミッタ１１０等）が、ノイズレベルの品質を示すノイズレベル値を計測することができる。トランスミッタは、データストリームの送信配置に必要なノイズレベルに対するノイズレベルの品質を示すノイズレベル値を送信することができる。ＭＩＭＯトランスミッタは、各送信前に、テキストボックス３１０が示すように、送信ノイズ（ＴＸノイズ１３０等）を計測することができる。トランスミッタは、適宜、例えば計測されたノイズを、格納されているノイズ値と比較することで、ＥＶＭ偏差値を計算することができる（テキストボックス３２０）。トランスミッタは、計算されたＥＶＭ偏差値をフレームフィールド（ＥＶＭフィールド２０４等）に入力して、ＭＬ ＭＩＭＯレシーバ（レシーバ１５０）等にフレームを送信してよい（テキストボックス３３０）。

本発明の一部の実施形態におけるＥＶＭ偏差値は、各送信において、ＭＬ ＭＩＭＯレシーバに送信されて、ノイズを生じた信号のエラーを補正する、および／または、ノイズをフィルタリングする。本発明の実施形態においては、ノイズはホワイトノイズ、ガウスノイズ等であってよい。

図４は、本発明の一部の実施形態におけるデータストリームの配置を受信する方法のフローチャートである。方法は、ＬＭ ＭＩＭＯレシーバを利用して信号を受信することから始まる（テキストボックス４１０）。信号はＯＦＤＭ信号であってよく、フレームを含むデータパケットを含んでよい。ＭＬ ＭＩＭＯレシーバ（レシーバ１５０等）は、受信信号から、ＥＶＭ偏差値を含むフレームを復号することができる（テキストボックス４２０）。ＭＬ ＭＩＭＯ復号器は、例えばＭＣＳ（変調符号化スキーム）（フィールド２０１）を受信して、ＭＣＳに従ってＥＶＭ偏差値を予め格納されているＥＶＭ値に追加することで検出したシンボルを所望の配置点に配置することで、トランスミッタＥＶＭに従って受信信号を調節することができる（テキストボックス４３０）。

加えて、ＭＬ ＭＩＭＯレシーバは、受信フレームに対してＭＬ検出および／または検索を行い、データシンボルを検出することができる（テキストボックス４４０）。例えば、配置点の値および／またはエラー値を、上に示すテーブル１等のテーブルに格納することができる。また、方法の結果が、エラーのない検出であれば、受信データパケットのシンボルがトランスミッタに高速なデータ速度で送信を可能とし、および／またはよりロバスト性の低い変調スキームを可能とすることができるので好適であるが、本発明の実施形態からはこの他の利点も得られよう。

本発明の一定の特徴を図示し記載してきたが、当業者にとっては多くの変形例、大体例、変更例、および均等物が明らかである。従って添付請求項は、これら全ての変形例および変更例が本発明の真の精神に含まれるものとして理解されるべきである。

Claims (20)

1. ノイズレベル値を計測する段階と、
   前記ノイズレベルの品質を、データストリームの送信配置に必要なノイズレベルとの関連で示す前記ノイズレベル値を送信する段階と
   を備える方法。
2. 前記ノイズレベル値を送信する段階は、
   フレームのフィールドにおけるエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）偏差値を送信する段階を有する請求項１に記載の方法。
3. 受信信号から推定されたＥＶＭを推定する段階と、
   予め格納されているＥＶＭ値と前記推定されたＥＶＭとからＥＶＭ偏差値を計算する段階と、
   前記フレームの前記フィールドとともに前記偏差値を送信する段階とを備える請求項２に記載の方法。
4. ＭＩＭＯ（multiple-input-multiple-output）レシーバシステムの受信信号を調節する方法であって、
   受信データストリームとともにエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）偏差値を受信する段階と、
   最大尤度検出スキームを利用して、前記受信データストリームからシンボルを検出する段階と、
   前記ＥＶＭ偏差値を予め格納されているＥＶＭ値に追加する段階と、
   前記シンボルを所望の配置点の上に配置する段階と
   を備える方法。
5. 前記受信する段階は、
   前記ＥＶＭ偏差値を含むフレームを受信する段階を有する請求項４に記載の方法。
6. 変調符号化スキームを受信して、前記変調符号化スキームに従って前記ＥＶＭ偏差値を予め格納されているＥＶＭ値に追加する段階を備える請求項４に記載の方法。
7. 前記シンボルを所望の配置点の上に配置するべく前記ＥＶＭ偏差値を予め格納されているＥＶＭ値に追加することで、トランスミッタノイズについて前記受信信号を調節する段階を備える請求項４に記載の方法。
8. 受信データストリームとともにエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）偏差値を受信するＭＩＭＯレシーバシステムと、
   最大尤度検出スキームを利用して前記受信データストリームからシンボルを検出して、前記ＥＶＭ偏差値を予め格納されているＥＶＭ値に追加して、前記シンボルを所望の配置点の上に配置する検出器と
   を備える無線通信デバイス。
9. 前記ＭＩＭＯレシーバシステムは、前記ＥＶＭ偏差値を含むフレームを受信する請求項８に記載の無線通信デバイス。
10. 前記フレームは変調符号化スキームを含み、
    前記検出器は、前記変調符号化スキームに従って前記ＥＶＭ偏差値を予め格納されているＥＶＭ値に追加する請求項９に記載の無線通信デバイス。
11. 予め格納される前記ＥＶＭ値をテーブルに格納するメモリを備え、
    前記検出器は、前記シンボルを所望の配置点の上に配置するべく前記ＥＶＭ偏差値を前記テーブルに予め格納されている前記ＥＶＭ値に追加することで、トランスミッタノイズについて受信信号を調節する請求項８に記載の無線通信デバイス。
12. 前記検出器は最大尤度検出器を有する請求項８に記載の無線通信デバイス。
13. 前記トランスミッタノイズはホワイトノイズを含む請求項１１に記載の無線通信デバイス。
14. ＭＩＭＯレシーバシステムに動作可能に連結され、受信データストリームとともにエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）偏差値を受信するアンテナアレイと、
    最大尤度検出スキームを利用して前記受信データストリームからシンボルを検出して、前記シンボルを所望の配置点の上に配置するべく前記ＥＶＭ偏差値を予め格納されているＥＶＭ値に追加する検出器と
    を備える無線通信システム。
15. 前記ＭＩＭＯレシーバは、前記ＥＶＭ偏差値を含むフレームを受信する請求項１４に記載の無線通信システム。
16. 前記フレームは変調符号化スキームを含み、
    前記検出器は、前記変調符号化スキームに従って前記ＥＶＭ偏差値を予め格納されているＥＶＭ値に追加する請求項１５に記載の無線通信システム。
17. 予め格納される前記ＥＶＭ値をテーブルに格納するメモリを備え、
    前記検出器は、前記シンボルを所望の配置点の上に配置するべく前記ＥＶＭ偏差値を前記テーブルに予め格納されている前記ＥＶＭ値に追加することで、トランスミッタノイズについて受信信号を調節する請求項１４に記載の無線通信システム。
18. 前記検出器は最大尤度検出器を有する請求項１４に記載の無線通信システム。
19. 前記トランスミッタノイズはホワイトノイズを含む請求項１７に記載の無線通信システム。
20. ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）スキームを利用してＷＬＡＮ（wireless local area network）内で動作する請求項１４に記載の無線通信システム。

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