JP2011518516A - 無線通信システムにおけるパイロット送受信装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多重アンテナシステムにおけるパイロット信号によるオーバーヘッドを減らすための装置及び方法を提供すること。
【解決手段】少なくとも二つの受信端に信号を送信するのに用いる各々のストリームに対する先符号（Ｐｒｅｃｏｄｅｒ）と後符号（Ｐｏｓｔｃｏｄｅｒ）を生成する過程と、前記ストリームのうち、少なくとも一つのストリームにパイロット信号を割り当てる過程と、前記ストリームのうち、少なくとも一つのストリームが共有する一つのパイロット信号を追加に割り当てる過程と、前記少なくとも一つのストリームに割り当てたパイロット信号と追加割り当てたパイロット信号及び各々の受信端に送信するデータを各々のストリームに対する先符号で先符号化して送信する過程とを含むことを特徴とし、パイロット信号に対するオーバーヘッドを減らして、スペクトル効率（Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を高めることができるという利点がある。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線通信システムにおけるパイロット信号を送受信するための装置及び方法に関し、特に多重ユーザ環境の多重アンテナシステムにおけるパイロット信号によるオーバーヘッドを減らすための装置及び方法に関する。

移動通信市場の急成長により、無線環境において多様なマルチメディアサービスが求められている。このような背景から、最近では、無線環境で多様なマルチメディアサービスを提供するため、送信データの大容量化及びデータ送信の高速化が進められるにつれて、限定された周波数を效率的に使用できる多重アンテナシステムの研究が進められている。

多重アンテナシステムは、アンテナ毎に互いに独立的なチャネルを利用してデータを送信することによって、追加的な周波数や送信電力の割り当てがなくても単一アンテナシステムに比べて送信信頼度と送信率を増加させることができる。また、多重アンテナシステムは、多重アンテナを介して確保した空間資源を介して、同時に複数のユーザが周波数資源を共有して周波数効率をさらに高めることができる。以下では、複数のユーザが周波数資源を共有する多重アンテナシステムを多重ユーザ環境の多重アンテナシステムと称する。

多重ユーザ環境の多重アンテナシステムは、ユーザ間の干渉を除去するためにビーム形成技法を用いる。例えば、多重アンテナシステムは、空洞ビーム形成（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）技法を利用して、ユーザ間の干渉を除去することができる。

多重アンテナシステムにおいて空洞ビーム形成技法を用いる場合、送信端は、サービス領域に位置するアクティブになった受信端とのダウンリンクチャネル情報を利用して、先符号と後符号とを生成する。ここで、前記先符号と後符号とは、ベクトル又は行列値を有する。

また、送信端は、受信端が後符号を認識できるように直交するように分配した専用パイロット信号を各々の受信端に送信する。例えば、二つの受信端にパイロット信号を送信する場合、送信端は、下記の図１に示すように構成されるタイル構造の副チャネルを用いて、各々の受信端にパイロットトーンを割り当てる。

図１は、一般的な無線通信システムの副チャネル構造を示している。
前記図１に示すように、無線通信システムは、周波数資源と時間資源とが４×３の形態から構成されるタイルで副チャネルを構成する。

送信端は、受信端に割り当てるパイロット信号が互いに直交するように、１番トーンと１２番トーンとを第１番目の受信端のパイロット信号に割り当て、３番トーンと１０番トーンとを第２番目の受信端のパイロット信号に割り当てる。

また、前記送信端は、パイロット信号のために割り当てたトーン以外のトーンをデータ送信のためのトーンとして用いる。

上述したように、送信端は、各々の受信端に互いに直交するパイロット信号を割り当てる。これにより、受信端は、前記送信端から割り当てられたパイロット信号を利用して、各ストリーム毎に有効チャネルを推定する。このとき、前記受信端は、自身が推定した有効チャネルを利用して生成したマッチトフィルタ（Ｍａｔｃｈｅｄ ｆｉｌｔｅｒ）を後符号として使用して、干渉の除去された信号を検出する。ここで、前記マッチトフィルタは、最大信号対干渉及び雑音比を得ることができる後符号を示す。

空洞ビーム形成技法を用いる多重アンテナシステムは、空洞ビーム形成技法の特性上、受信端のアンテナ数が少なくても送信端が備えるアンテナ数分のストリームを送信することができる。したがって、送信端は、各々の受信端を受信アンテナとして認識して、各々の受信端に同時にストリームを送信して送信率を増加させることができる。

しかしながら、送信端でサービスを提供する受信端が増加して送信するストリームの数が増加するほど、各々の受信端に割り当てる専用パイロット信号のための資源の使用が線形的に増加する。この場合、多重アンテナシステムにおいてデータ送信のために使用する無線資源に対してパイロット送信のために使用する無線資源が増加するという問題が発生する。

そこで、本発明は上記従来の無線通信システムにおけるパイロット信号を送受信するための装置及び方法における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、多重アンテナシステムにおけるパイロット信号によるオーバーヘッドを減らすための装置及び方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、空洞ビーム形成技法を用いる多重アンテナシステムにおけるパイロット信号によるオーバーヘッドを減らすための装置及び方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、空洞ビーム形成技法を用いる多重アンテナシステムの送信端から選択した基準先符号ベクトルに対するパイロット信号と多重ユーザの先符号を含むパイロット信号とを割り当てるための装置及び方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、空洞ビーム形成技法を用いる多重アンテナシステムの受信端で基準パイロット信号と多重ユーザの先符号を含むパイロット信号とを利用して信号を検出するための装置及び方法を提供することにある。

上記の目的を達成するためになされた本発明による、多重アンテナシステムの送信端から信号を送信するための方法は、少なくとも二つの受信端に信号を送信するのに用いる各々のストリームに対する先符号（Ｐｒｅｃｏｄｅｒ）と後符号（Ｐｏｓｔｃｏｄｅｒ）を生成する過程と、前記ストリームのうち、少なくとも一つのストリームにパイロット信号を割り当てる過程と、前記ストリームのうち、少なくとも一つのストリームが共有する一つのパイロット信号を追加に割り当てる過程と、前記少なくとも一つのストリームに割り当てたパイロット信号と追加割り当てたパイロット信号及び各々の受信端に送信するデータを各々のストリームに対する先符号で先符号化して送信する過程とを含むことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するためになされた本発明による、多重アンテナシステムの受信端から信号を検出するための方法は、少なくとも二つのストリームを介して受信される第１パイロット信号と前記ストリームが共有する第２パイロット信号とを利用してチャネルを推定する過程と、前記第１パイロット信号が前記受信端のストリームに割り当てられたパイロット信号ではない場合、前記第１パイロット信号を利用して推定したチャネルに直交したベクトルを生成する過程と、前記直交したベクトルを利用して後符号を生成する過程と、前記第２パイロット信号を利用して推定したチャネルと前記後符号とを利用してチャネル利得を推定する過程と、前記後符号と前記チャネル利得とを利用して信号を検出する過程とを含むことを特徴とする。

上記の目的を達成するためになされた本発明による、多重アンテナシステムの送信装置は、少なくとも二つのアンテナと、サービス領域に位置する少なくとも二つの受信端とのダウンリンクチャネル情報を確認するチャネル確認部と、前記チャネル情報を利用して前記受信端に信号を送信するのに用いる各々のストリームに対する先符号（Ｐｒｅｃｏｄｅｒ）と後符号（Ｐｏｓｔｃｏｄｅｒ）とを生成する加重値生成部と、前記ストリームのうち、少なくとも一つのストリームにパイロット信号を割り当て、前記ストリームのうち、少なくとも一つのストリームが共有する一つのパイロット信号を追加に割り当てるパイロット制御部と、前記少なくとも一つのストリームに割り当てたパイロット信号と追加割り当てたパイロット信号及び各々の受信端に送信するデータを各々のストリームに対する先符号で先符号化する先符号器とを備えて構成されることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するためになされた本発明による、多重アンテナシステムの受信装置は、少なくとも二つのストリームを介して受信される第１パイロット信号と第２パイロット信号とを利用してチャネルを推定するチャネル推定部と、前記第１パイロット信号が前記受信装置のストリームに割り当てられたパイロット信号ではない場合、前記第１パイロット信号を利用して推定したチャネルに直交したベクトルを利用して後符号を生成し、前記第１パイロット信号が前記受信装置のストリームに割り当てられたパイロット信号である場合、前記第１パイロット信号を利用して推定したチャネルを利用して後符号を生成する後符号生成部と、前記第１パイロット信号又は前記第２パイロット信号を利用して推定したチャネルと前記後符号とを利用してチャネル利得を推定するチャネル利得推定部と、前記後符号を利用して受信信号を後符号化する後符号器と、前記チャネル利得を利用して前記後符号化された信号を等化する等化器とを備えて構成されることを特徴とする。

本発明によれば、多重アンテナシステムの送信端で基準先符号ベクトルに対するパイロット信号と多重ユーザの先符号を含むパイロット信号とを割り当てて送信することによって、パイロット信号に対するオーバーヘッドを減らして、スペクトル効率（Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を高めることができるという利点がある。

一般的な無線通信システムの副チャネル構造を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無線通信システムの有効チャネルを示す図である。 本発明に係る無線通信システムにおける送信端のブロック構成を示す図である。 本発明に係る無線通信システムにおける受信端のブロック構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無線通信システムの送信端から信号を送信するための手順を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無線通信システムの受信端で有効チャネルを推定するための手順を示す図である。

次に、本発明に係るパイロット送受信装置及び方法を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら説明する。

以下、図面を参照した説明は、請求の範囲及びこれと同等なものにより定義される本発明の実施の形態の包括的な理解を助けるために提供される。以下の説明は、理解を助けるために多様な具体的な細部事項を含むが、但し例示として取り扱われるだけである。したがって、本発明の思想や範囲から逸脱しない限度内で実施の形態の多様な変形及び修正が可能であることはもちろんである。また、周知の機能及び構造の説明は、明確性のために省略されるはずである。

「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」のような単数形式は、文脈で明確に記述しない限り多数の指示対象を含む。例えば、「ａ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ」とは、少なくとも一つの意味を含む。

以下、本発明の、多重ユーザ環境の多重アンテナシステムにおけるパイロット信号によるオーバーヘッドを減らすための技術について説明する。

多重アンテナシステムの送信端は、基準先符号ベクトルを含むパイロット信号と多重ユーザの先符号を含むパイロット信号とを割り当てる。このとき、送信端は、受信端が備えるアンテナの個数より一つ少ない個数のストリームのパイロット信号を、基準先符号ベクトルを含むパイロット信号として決定し、追加的な一つのパイロット信号に多重ユーザの先符号を含むパイロット信号を割り当てる。

以下の説明において受信端は、二つのアンテナを備えると仮定して説明する。したがって、送信端は、基準先符号ベクトルを含む一つのパイロット信号と多重ユーザの先符号を含むパイロット信号とを割り当てる。万一、受信端が二つ以上のアンテナを備える場合にも、送信端は、同様にパイロット信号を割り当てることができる。

以下の説明において多重アンテナシステムのチャネルは、ゆっくり変わり、フェージングがフラット（Ｆｌａｔ Ｆａｄｉｎｇ）であると仮定する。

また、多重アンテナシステムは、受信端間の干渉を除去するために空洞ビーム形成（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）技法を用いると仮定する。このとき、送信端は、一つの受信端に複数のストリームを提供することができる。しかしながら、以下の説明では、受信端のアンテナ間の相関（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）と多重ユーザダイバーシチとを考慮して、一つの受信端に一つのストリームを送信すると仮定して説明する。

空洞ビーム形成技法を用いる場合、送信端は、サービス領域に位置するアクティブになった受信端とのダウンリンクチャネル情報を利用して、先符号（Ｐｒｅｃｏｄｅｒ）と後符号（Ｐｏｓｔｃｏｄｅｒ）とを生成する。このとき、前記送信端は、下記の図２に示すように、受信端が推定した有効チャネルが互いに直交するように、先符号と後符号とを生成する。

図２は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの有効チャネルを示している。

前記図２に示すように、空洞ビーム形成技法を用いる場合、送信端は、先符号を生成する際、単位行列（Ｕｎｉｔａｒｙ Ｍａｔｒｉｘ）を使用しない。したがって、前記送信端で生成した第１番目の受信端の先符号ｍ_１と第２番目の受信端の先符号ｍ_２とは、前記図２の（ａ）に示すように、互いに直交しない。このとき、前記送信端は、受信端が先符号化して送信した信号を受信して推定した有効チャネルが互いに直交するように、各々の受信端に対した先符号を生成する。

したがって、受信端が前記送信端で先符号化して送信したパイロット信号を受信して、推定した有効チャネルは、前記図２の（ｂ）に示すように互いに直交する。

上述したように、空洞ビーム形成技法を用いる場合、送信端で先符号化して送信した信号の有効チャネルは、受信端で互いに直交する性質を有する。したがって、受信端は、有効チャネルが互いに直交する性質を利用して他の受信端の有効チャネルを利用して自身の有効チャネルを推定することができる。

これにより、送信端は、基準ストリームに対する先符号ベクトルを基準パイロット信号に割り当てて送信する。換言すれば、前記送信端は、基準ストリームにのみパイロット信号を割り当て、前記ストリームを先符号化して送信するのでパイロット信号によるオーバーヘッドを減らすことができる。このとき、基準ストリームを介して信号を受信する受信端は、基準ストリームのパイロット信号を利用して推定した有効チャネルを利用して、後符号ベクトルを生成する。

一方、基準ストリーム以外のストリームを介して信号を受信する受信端は、基準ストリームのパイロット信号を利用して推定した有効チャネルを利用して、自身の有効チャネルを推定する。以後、前記受信端は、推定した有効チャネルを利用して、後符号ベクトルを生成する。

上述したように、後符号ベクトルを生成した受信端は、他の受信端との干渉を除去するために、前記推定した後符号ベクトルで受信信号を後符号化する。

この場合、受信端は、他の受信端との干渉を除去できるが、自身の信号に対するチャネル歪みを補償することができない。このとき、受信端は、受信信号のチャネル歪みを補償するために、後符号化した信号のチャネル利得を推定しなければならない。

これにより、送信端は、受信端が後符号化された信号のチャネル利得を推定できるように、追加的なパイロット信号を割り当てなければならない。例えば、送信端は、受信端がサービスを提供するすべてのユーザの先符号ベクトルを含む追加パイロット信号を追加に割り当てる。他の例としては、送信端は、サービスを提供するユーザのうち、基準パイロット信号を割り当てたユーザを除いたユーザの先符号ベクトルを含む追加パイロット信号を追加に割り当てることができる。ここで、多重ユーザの先符号ベクトルは、各々のユーザ毎に一つのストリームを送信するので、各々のストリームに対する先符号ベクトルを表す。

以下、基準パイロット信号と追加パイロット信号とを送信するための送信端の構成について説明する。

図３は、本発明に係る無線通信システムにおける送信端のブロック構成を示している。

前記図３に示すように、送信端は、符号化器３０１−１〜３０１−Ｎ、変調器３０３−１〜３０３−Ｎ、先符号器３０５、ＲＦ処理器３０７−１〜３０７−Ｎ_Ｔ、チャネル確認部３０９、加重値生成部３１１、パイロット選択部３１３及びパイロット制御部３１５を備えて構成される。

前記符号器３０１−１〜３０１−Ｎは、各々の受信端に送信する送信データを各々の受信端とのチャネル状態に適した変調水準（例：ＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）レベル）で符号化して出力する。

前記変調器３０３−１〜３０３−Ｎは、各々の符号器３０１−１、３０１−Ｎから提供された符号化された信号を各々の受信端とのチャネル状態に適した変調水準に応じて変調して出力する。

前記先符号器３０７は、前記加重値生成部３１１から提供された先符号で前記変調器３０３−１〜３０３−Ｎから提供された変調された信号を先符号化して、各々のアンテナに接続したＲＦ処理器３０７−１〜３０７−Ｎ_Ｔに出力する。

前記チャネル確認部３０９は、サービス領域に位置する受信端にデータを送信するためのダウンリンクのチャネル状態を確認する。例えば、前記チャネル確認部３０９は、受信端が送信したサウンディング信号を利用してストリームのチャネル状態を推定する。他の例として、前記チャネル確認部３０９は、受信端から提供されたフィードバック信号に含まれたチャネル状態情報を確認することもできる。

前記加重値生成部３１１は、前記チャネル確認部３０９から提供されたチャネル情報を利用して、各々のストリームを介してデータを送信するための先符号と各々のストリームを介してデータを受信した受信端の後符号を生成する。このとき、前記加重値生成部３１１は、受信端が先符号化された信号を受信して推定した有効チャネルが互いに直交するように、各々の受信端に対した先符号と後符号とを生成する。

前記パイロット選択部３１３は、サービス領域に位置する受信端にデータを送信するためのストリームのうち、基準パイロット信号に先符号ベクトルを割り当てる基準ストリームを選択する。換言すれば、前記パイロット選択部３１３は、受信端が有効チャネルを推定するのに用いる基準パイロット信号を割り当てるための基準ストリームを選択する。このとき、前記基準ストリームに割り当てた基準パイロット信号は、基準ストリームの先符号ベクトルで先符号化されて送信されるので、基準パイロット信号に基準ストリームの先符号ベクトルを割り当てたことと同じ意味を有する。

例えば、前記パイロット選択部３１３は、基準パイロット信号を割り当てるために固定的に予め決定されたストリームを選択する。

他の例としては、前記パイロット選択部３１３は、各々のストリームを介してパイロット信号を送信する際、全体ストリームに対する送信率の合計（Ｓｕｍ ｒａｔｅ）が最も大きなパイロット信号を送信するストリームを選択する。万一、二つのストリームが存在する場合、前記パイロット選択部３１３は、第１番目のストリームを介してパイロット信号を送信したという仮定下で全体ストリームに対する送信率の合計を予測する。また、前記パイロット選択部３１３は、第２番目のストリームを介してパイロット信号を送信したという仮定下で全体ストリームに対する送信率の合計を予測する。以後、前記パイロット選択部３１３は、前記予測した送信率の合計を比較して、送信率の合計が最も大きなパイロット信号を送信したストリームを、基準パイロット信号を割り当てる基準ストリームとして選択する。このとき、前記パイロット選択部３１３は、各々のストリームに対するチャネル情報と受信端の雑音強度とを利用して送信率の合計を予測する。

さらに他の例としては、前記パイロット選択部３１３は、受信端で各々のストリームを介して受信したパイロット信号の強度のうち、最も小さな信号強度が最大になるパイロット信号を送信したストリームを選択する。万一、二つのストリームが存在する場合、前記パイロット選択部３１３は、第１番目の受信端と第２番目の受信端とが第１番目のストリームを介して受信したパイロット信号の強度を予測できる。また、前記パイロット選択部３１３は、第１番目の受信端と第２番目の受信端とが第２番目のストリームを介して受信したパイロット信号の強度を予測できる。以後、前記パイロット選択部３１３は、第１番目のストリームを介して受信したパイロット信号を利用して予測した信号の強度のうちの小さな値と第２番目のストリームを介して受信したパイロット信号を利用して予測した信号の強度のうちの小さな値とを比較する。このとき、前記パイロット選択部３３１は、前記小さな値のうち、信号強度が最も大きなパイロット信号を送信したストリームを基準パイロット信号を割り当てる基準ストリームとして選択する。

さらに他の例としては、前記パイロット選択部３１３は、受信端で各々のストリームを介して受信したパイロット信号の強度の積が最大になるパイロット信号を送信したストリームを選択する。万一、二つのストリームが存在する場合、前記パイロット選択部３１３は、第１番目の受信端と第２番目の受信端とが第１番目のストリームを介して受信したパイロット信号の強度を予測できる。また、前記パイロット選択部３１３は、第１番目の受信端と第２番目の受信端とが第２番目のストリームを介して受信したパイロット信号の強度を予測できる。したがって、前記パイロット選択部３１３は、受信端が各々のストリームを介して受信した受信強度の積を比較して、前記受信信号強度の積が最大になるパイロット信号を送信したストリームを、基準パイロット信号を割り当てる基準ストリームとして選択する。

最後に、前記パイロット選択部３１３は、各々のストリームを介してパイロット信号を送信する際、前記受信端に到達する信号強度が最大になるパイロット信号を送信したストリームを選択する。

前記パイロット制御部３１５は、前記パイロット選択部３１３から選択したストリームの先符号ベクトルを基準パイロット信号に割り当て、多重ユーザの先符号ベクトルを追加パイロット信号に割り当てるように前記先符号器３０５を制御する。換言すれば、前記パイロット制御部３１５は、前記パイロット選択部３１３から選択したストリームのみに基準パイロット信号を割り当て、前記選択したストリームの先符号で先符号化できるように制御する。また、前記パイロット制御部３１５は、サービスを提供する多重ユーザのストリームに追加パイロット信号を割り当て、各々のストリームの先符号で先符号化できるように制御する。

前記ＲＦ処理器３０７−１〜３０７−Ｎ_Ｔは、前記先符号器３０５から提供されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。以後、前記ＲＦ処理器３０７−１〜３０７−Ｎ_Ｔは、前記アナログ信号を高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号に変換して、該当アンテナを介して送信する。

以下、送信端から提供された基準パイロット信号と追加パイロット信号とを利用して信号を検出するための受信端の構成について説明する。

図４は、本発明に係る無線通信システムにおける受信端のブロック構成を示している。

前記図４に示すように、受信端は、ＲＦ処理器４０１−１〜４０１−Ｎ_Ｒ、後符号器４０３、等化器４０５、復調器４０７、復号器４０９、チャネル推定部４１１、後符号生成部４１３及びチャネル利得推定部４１５を備えて構成される。

前記ＲＦ処理器４０１−１〜４０１−Ｎ_Ｒは、各々のアンテナを介して受信される高周波信号を基底帯域信号に変換する。以後、前記ＲＦ処理器４０１−１〜４０１−Ｎ_Ｒは、前記基底帯域信号をデジタル信号に変換して出力する。

前記チャネル推定部４１１は、前記ＲＦ処理器４０１−１〜４０１−Ｎ_Ｒから提供された信号に含まれたパイロット信号を利用して送信端とのチャネルを推定する。このとき、前記チャネル推定部４１１は、基準パイロット信号を利用して推定した有効チャネルを前記後符号生成部４１３に提供し、追加パイロット信号を利用して推定した有効チャネルを前記チャネル利得推定部４１５に提供する。他の例としては、追加パイロット信号に基準ストリームの先符号が含まれない場合、前記チャネル推定部４１１は、基準パイロット信号と追加パイロット信号とを利用して推定した有効チャネルを前記チャネル利得推定部４１５に提供することができる。

前記後符号生成部４１３は、前記チャネル推定部４１１から提供された基準パイロット信号を利用して推定した有効チャネルを利用して後符号を生成する。例えば、前記チャネル推定部４１１で自身のストリームに割り当てられた基準パイロット信号を利用してチャネルを推定した場合、前記後符号生成部４１３は、前記チャネル推定部４１１から提供された有効チャネルを利用してマッチトフィルタを生成する。このとき、前記後符号生成部４１３は、前記マッチトフィルタを最大信号対干渉及び雑音比を得ることのできる後符号として認識する。

一方、前記チャネル推定部４１１で自身のストリームでない他のストリームに割り当てられた基準パイロット信号を利用してチャネルを推定した場合、前記後符号生成部４１３は、前記チャネル推定部４１１から提供された有効チャネルに直交したベクトルを生成する。例えば、前記チャネル推定部４１１から［αβ］^Ｔのチャネルを提供される場合、前記後符号生成部４１３は、［−β^＊α］^Ｔのように前記チャネルに直交したベクトルを生成する。

以後、前記後符号生成部４１３は、前記直交したベクトルを利用してマッチトフィルタを生成する。このとき、前記後符号生成部４１３は、前記マッチトフィルタを最大信号対干渉及び雑音比を得ることができる後符号として認識する。

前記チャネル利得推定部４１５は、前記チャネル推定部４１１から提供された有効チャネルと前記後符号生成部４１３から提供された後符号ベクトルとを利用して、有効チャネル利得を推定する。例えば、前記チャネル推定部４１１で自身のストリームに割り当てられた基準パイロット信号を利用してチャネルを推定した場合、前記チャネル利得推定部４１５は、下記式１のように有効チャネル利得を算出する。ここで、下記式１は、第１番目の受信端に信号を送信するストリームを基準ストリームとして選択すると仮定する。

ここで、前記α_１は、第１番目の受信端で推定した有効チャネル利得を表し、前記ｗ^〜 _１は、第１番目の受信端の後符号ベクトルを表し、前記ｙ_１，Ｄ１は、第１番目の受信端で基準パイロット信号を介して推定した有効チャネルを表す。

前記チャネル利得推定部４１５は、前記式１のように後符号ベクトルと基準パイロット信号を介して推定した有効チャネルとを利用して有効チャネル利得を算出する。このとき、追加パイロット信号で基準ストリームの先符号が含まれる場合、前記チャネル利得推定部４１５は、自身のストリームに割り当てられた基準パイロット信号を利用してチャネルを推定した場合にも、下記式２のように有効チャネル利得を算出することもできる。

一方、前記チャネル推定部４１１で自身のストリームではない他のストリームに割り当てられた基準パイロット信号を利用してチャネルを推定した場合、前記チャネル利得推定部４１５は、下記式２のように有効チャネル利得を算出する。ここで、下記式２は、第１番目の受信端に信号を送信するストリームを基準ストリームとして選択すると仮定する。

ここで、前記α_２は、第２番目の受信端で推定した有効チャネル利得を表し、前記ｙ_２，Ｄ２は、第２番目の受信端で追加パイロット信号を介して推定した有効チャネルを表し、前記ｍ_ｉは、第ｉ番目の受信端の先符号ベクトルを表す。ここで、前記ｉは、２，３，４を含むが、１，２，３，４を含むこともできる。また、前記ｅ^ｊΦ２は、位相エラーを表し、前記ｗ^〜 _２は、第２番目の受信端で第１番目の受信端の基準ストリームに割り当てられた基準パイロット信号を介して推定した有効チャネルに直交したベクトルを利用して生成した後符号ベクトルを表す。したがって、前記ｗ^〜 _２は、下記式３のように位相エラーを含む。

追加パイロット信号は、前記式２のように自身の有効チャネルだけでなく他の受信端の有効チャネルを含む。しかしながら、前記後符号生成部４１３から提供された後符号を利用して他の受信端の有効チャネルを除去することによって、自身のチャネル利得のみを推定することができる。

ここで、前記ｗ^〜 _２は、第２番目の受信端で第１番目の受信端の基準ストリームに割り当てられた基準パイロット信号を介して推定した有効チャネルに直交したベクトルを利用して生成した後符号ベクトルを表し、前記ｗ_２は、第２番目の受信端の後符号ベクトルを表し、前記ｅ^ｊΦ２は位相エラーを表す。

前記式３のように、後符号ベクトルに位相エラーが含まれるので、前記後符号ベクトルを利用して生成したチャネル利得も位相エラーを含む。このとき、前記位相エラーは、前記後符号器４０３と等化器４０５とで後符号とチャネル利得とを利用して信号を検出する際に相殺される。

前記後符号器４０３は、前記後符号生成部４１３から提供された後符号を利用して、前記ＲＦ処理器４０１−１〜４０１−Ｎ_Ｒから提供された受信信号を後符号化して、他の受信端との干渉を除去する。

前記等化器４０５は、前記チャネル利得推定部４１５から提供されたチャネル利得を利用して前記後符号器４０３から提供された信号を等化して、自身の信号に対するチャネル歪みを補償する。

前記復調器４０７は、前記等化器４０５から提供された信号を該当変調水準に応じて復調する。ここで、前記変調水準は、ＭＣＳレベルを含む。

前記復号器４０９は、前記復調器４０７から提供された信号を該当変調水準に応じて復号して原本データを確認する。

以下、基準パイロット信号と追加パイロット信号とを送信するための送信端の動作方法について説明する。

図５は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの送信端から信号を送信するための手順を示している。

前記図５に示すように、まず送信端は、ステップ５０１にてサービス領域に位置するアクティブになった受信端とのダウンリンクチャネル情報を確認する。例えば、前記送信端は、受信端が送信するサウンディング信号を利用して各々のダウンリンクチャネルを推定することができる。他の例としては、前記送信端は、受信端がフィードバックするチャネル状態情報を介して、各々のダウンリンクチャネルを確認することもできる。

前記チャネル情報を確認した後、前記送信端は、ステップ５０３に進んで前記チャネル情報を利用して各々のストリームに対する先符号（Ｐｒｅｃｏｄｅｒ）と後符号（Ｐｏｓｔｃｏｄｅｒ）とを生成する。このとき、前記送信端は、受信端が先符号化して信号を受信して推定した有効チャネルが互いに直交するように、各々の受信端に対した先符号と後符号とを生成する。

前記先符号と後符号とを生成した後、前記送信端は、ステップ５０５に進んで基準パイロット信号に先符号ベクトルを割り当てる基準ストリームを選択する。例えば、前記送信端は、基準パイロット信号に割り当てるために固定的に予め決定されたストリームを選択する。他の例としては、前記送信端は、各々のストリームを介してパイロット信号を送信する際、全体ストリームに対する送信率の合計が最も大きなパイロット信号を送信するストリームを選択する。さらに他の例としては、前記送信端は、受信端で各々のストリームを介して受信したパイロット信号の強度のうち、最も小さな受信信号強度が最大になるパイロット信号を送信したストリームを選択する。さらに他の例としては、前記送信端は、受信端で各々のストリームを介して受信したパイロット信号の強度の積が最大になるパイロット信号を送信したストリームを選択する。最後に、前記送信端は、各々のストリームを介してパイロット信号を送信する際、前記受信端に到達する信号強度が最大になるパイロット信号を送信したストリームを選択する。

前記基準パイロット信号を割り当てるストリームを選択した後、前記送信端は、ステップ５０７に進んで前記選択したストリームの先符号ベクトルを基準パイロット信号に割り当てる。このとき、前記選択したストリームに割り当てた基準パイロット信号は、前記基準ストリームの先符号ベクトルで先符号化して送信されるので、前記基準パイロット信号に前記基準ストリームの先符号ベクトルを割り当てたことと同じ意味を有する。

前記基準パイロット信号に前記選択したストリームの先符号ベクトルを割り当てた後、前記送信端は、ステップ５０９に進んで追加パイロット信号にサービスを提供する多重ユーザの先符号ベクトルを割り当てる。例えば、送信端は、受信端がサービスを提供するすべてのユーザの先符号ベクトルを追加パイロット信号に割り当てる。他の例としては、送信端は、サービスを提供するユーザのうち、基準パイロット信号を割り当てたユーザを除いたユーザの先符号ベクトルを追加パイロット信号に割り当てることもできる。

前記追加パイロット信号に多重ユーザの先符号を割り当てた後、前記送信端は、ステップ５１１に進んで基準パイロット信号、追加パイロット信号及びデータを前記ステップ５０３にて生成した先符号で先符号化して、各々の受信端に送信する。すなわち、前記送信端は、前記ステップ５０３にて生成した先符号を利用して各々の受信端にビームを形成する。

以後、前記送信端は、本アルゴリズムを終了する。

以下、送信端から送信する基準パイロット信号と追加パイロット信号とを利用して信号を検出するための受信端の動作方法について説明する。

図６は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの受信端で有効チャネルを推定するための手順を示している。

前記図６に示すように、まず、受信端は、ステップ６０１にて送信端から信号が受信されているか否かを確認する。

信号が受信される場合、前記受信端は、ステップ６０３に進んで受信信号に含まれたパイロット信号を利用してチャネルを推定する。このとき、前記受信端は、基準ストリームの先符号ベクトルを含む基準パイロット信号を利用して有効チャネルを推定し、多重ユーザの先符号ベクトルを含む追加パイロット信号を利用して有効チャネルを推定する。

前記有効チャネルを推定した後、前記受信端は、ステップ６０５に進んで送信端から基準パイロット信号が割り当てられたストリームを介して自身のデータが提供されているか否かを確認する。

万一、前記基準パイロット信号が割り当てられたストリームを介して自身のデータが提供される場合、前記受信端は、ステップ６０７に進んで前記ステップ６０３にて基準パイロット信号を利用して推定した有効チャネルを利用してマッチトフィルタを生成する。このとき、前記受信端は、前記マッチトフィルタを最大信号対干渉及び雑音比を得ることができる後符号として認識する。

前記マッチトフィルタを生成した後、前記受信端は、ステップ６０９に進んで前記ステップ６０３にて推定した有効チャネルと前記マッチトフィルタとを利用してチャネル利得を推定する。例えば、追加パイロット信号に基準パイロット信号が割り当てられたストリームの先符号が含まれない場合、前記受信端は、基準パイロット信号を利用して推定した有効チャネルと前記マッチトフィルタを利用して前記式１のようにチャネル利得を推定する。他の例としては、追加パイロット信号に基準パイロット信号が割り当てられたストリームの先符号が含まれた場合、前記受信端は、追加パイロット信号を利用して推定した有効チャネルと前記マッチトフィルタを利用してチャネル利得を推定することもできる。

前記チャネル利得を推定した後、前記受信端は、ステップ６１１に進んで前記受信信号にマッチトフィルタと前記チャネル利得とを適用して受信データを検出する。例えば、前記受信端は、前記マッチトフィルタを利用して受信信号を後符号化して、他の受信端との干渉を除去する。以後、前記受信端は、前記チャネル利得を利用した後符号化した受信信号を等化して、自身の信号に対するチャネル歪みを補償して受信データを検出する。

一方、前記ステップ６０５にて基準パイロット信号が割り当てられたストリームを介して自分のデータを提供されない場合、前記受信端は、ステップ６１３に進んで前記ステップ６０３にて基準パイロット信号を利用して推定した有効チャネルに直交したベクトルを生成する。例えば、前記基準パイロット信号を利用して推定したチャネルが［αβ］^Ｔである場合、前記受信端は、前記推定したチャネルに直交した［−β^＊α］^Ｔのようなベクトルを生成する。

前記有効チャネルに直交したベクトルを生成した後、前記受信端は、ステップ６１５に進んで前記有効チャネルに直交したベクトルを利用してマッチトフィルタを生成する。このとき、前記受信端は、前記生成したマッチトフィルタを最大信号対干渉及び雑音比を得ることができる後符号として認識する。

前記マッチトフィルタを生成した後、前記受信端は、ステップ６１７に進んで前記ステップ６０３にて追加パイロット信号を利用して推定した有効チャネルと前記マッチトフィルタを利用してチャネル利得を推定する。このとき、前記追加パイロット信号は、自身の有効チャネルだけでなく他の受信端の有効チャネルを含む。したがって、前記受信端は、前記生成したマッチトフィルタを利用して他の受信端の有効チャネルを除去して、自身のチャネル利得のみを推定する。

前記チャネル利得を推定した後、前記受信端は、前記ステップ６１１に進んで前記受信信号にマッチトフィルタと前記チャネル利得とを適用して受信データを検出する。例えば、前記受信端は、前記マッチトフィルタを利用して受信信号を後符号化して、他の受信端との干渉を除去する。以後、前記受信端は、前記チャネル利得を利用した後符号化した受信信号を等化して自身の信号に対するチャネル歪みを補償することによって、受信データを検出する。

以後、前記受信端は、本アルゴリズムを終了する。

上述した実施の形態において送信端は、受信端のアンテナの個数より一つ少ない個数の基準パイロット信号と多重ユーザの先符号ベクトルを含む一つの追加パイロット信号とを割り当てて、パイロット信号によるオーバーヘッドを減らすことができる。

他の実施の形態において、前記送信端は、共用パイロット信号のみを利用してオーバーヘッドを減らすこともできる。

上述したように、多重アンテナシステムの送信端で基準先符号ベクトルに対するパイロット信号と多重ユーザの先符号を含むパイロット信号とを割り当てて送信することによって、パイロット信号に対するオーバーヘッドを減らして、スペクトル効率（Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を高めることができるという利点がある。

一方、本発明の詳細な説明では、具体的な実施の形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限度内で様々な変形が可能である。

３０１ 符号化器
３０３ 変調器
３０５ 先符号器
３０７ ＲＦ処理器
３０９ チャネル確認部
３１１ 加重値生成部
３１３ パイロット選択部
３１５ パイロット制御部

Claims (21)

1. 多重アンテナシステムの送信端から信号を送信するための方法であって、
   少なくとも二つの受信端に信号を送信するのに用いる各々のストリームに対する先符号（Ｐｒｅｃｏｄｅｒ）と後符号（Ｐｏｓｔｃｏｄｅｒ）を生成する過程と、
   前記ストリームのうち、少なくとも一つのストリームにパイロット信号を割り当てる過程と、
   前記ストリームのうち、少なくとも一つのストリームが共有する一つのパイロット信号を追加に割り当てる過程と、
   前記少なくとも一つのストリームに割り当てたパイロット信号と追加割り当てたパイロット信号及び各々の受信端に送信するデータを各々のストリームに対する先符号で先符号化して送信する過程と
   を含むことを特徴とする無線通信システムにおけるパイロット送信方法。
2. 前記先符号と後符号とを生成する過程は、
   ダウンリンクチャネル情報を確認する過程と、
   前記チャネル情報を利用して前記受信端が先符号化した信号を受信して推定した有効チャネルが互いに直交するように、各々のストリームに対する先符号と後符号とを生成する過程と
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システムにおけるパイロット送信方法。
3. 前記パイロット信号を割り当てる過程は、
   ダウンリンクチャネル情報を利用してパイロット信号を割り当てる少なくとも一つのストリームを選択する過程と、
   前記選択した少なくとも一つのストリームにパイロット信号を割り当てる過程と
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システムにおけるパイロット送信方法。
4. 前記少なくとも一つのストリームを選択する過程は、
   固定されたストリームを選択する方式、全体ストリームの送信率の合計（Ｓｕｍ ｒａｔｅ）が最大になるストリームを選択する方式、ストリームを介して送信する各々のパイロット信号に対して受信端に推定した最小の信号強度のうち、最大値を有するパイロット信号を送信したストリームを選択する方式、ストリームを介して送信する各々のパイロット信号に対して受信端に推定した受信信号強度の積が最大になるパイロット信号を送信したストリームを選択する方式、ストリームを介してパイロット信号を送信する際、受信端に到達する信号強度が最大になるように、ストリームを選択する方式のうち、いずれか一つを利用してパイロット信号を割り当てるストリームを選択する過程を含むことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システムにおけるパイロット送信方法。
5. 前記パイロット信号を割り当てる過程は、
   受信端が備えるアンテナの数より一つ少ない個数のストリームにパイロット信号を割り当てる過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システムにおけるパイロット送信方法。
6. 前記パイロット信号を追加に割り当てる過程は、
   少なくとも二つの受信端に信号を送信するのに用いる少なくとも二つのストリームのうち、前記パイロット信号を割り当てたストリームを除いた残りのストリームが共有する一つのパイロット信号を追加に割り当てる過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システムにおけるパイロット送信方法。
7. 前記パイロット信号を追加に割り当てる過程は、
   少なくとも二つの受信端に信号を送信するのに用いるすべてのストリームが共有する一つのパイロット信号を追加に割り当てる過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システムにおけるパイロット送信方法。
8. 多重アンテナシステムの受信端から信号を検出するための方法であって、
   少なくとも二つのストリームを介して受信される第１パイロット信号と前記ストリームが共有する第２パイロット信号とを利用してチャネルを推定する過程と、
   前記第１パイロット信号が前記受信端のストリームに割り当てられたパイロット信号ではない場合、前記第１パイロット信号を利用して推定したチャネルに直交したベクトルを生成する過程と、
   前記直交したベクトルを利用して後符号を生成する過程と、
   前記第２パイロット信号を利用して推定したチャネルと前記後符号とを利用してチャネル利得を推定する過程と、
   前記後符号と前記チャネル利得とを利用して信号を検出する過程とを含むことを特徴とする無線通信システムにおけるパイロット受信方法。
9. 前記後符号は、前記直交したベクトルを利用して生成したマッチトフィルタ（Ｍａｔｃｈｅｄ ｆｉｌｔｅｒ）であることを特徴とする請求項８に記載の無線通信システムにおけるパイロット受信方法。
10. 前記信号を検出する過程は、
    前記後符号を利用して受信信号を後符号化する過程と、
    前記チャネル利得を利用して前記後符号化された信号を等化する過程と
    を含むことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システムにおけるパイロット受信方法。
11. 前記第１パイロット信号が前記受信端のストリームに割り当てられたパイロット信号である場合、前記第１パイロット信号を利用して推定したチャネルを利用して後符号を生成する過程と、
    前記第１パイロット信号を利用して推定したチャネルと前記後符号とを利用してチャネル利得を推定する過程と、
    前記後符号と前記チャネル利得とを利用して信号を検出する過程と
    を含むことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システムにおけるパイロット受信方法。
12. 前記第１パイロット信号が前記受信端のストリームに割り当てられたパイロット信号である場合、前記第１パイロット信号を利用して推定したチャネルを利用して後符号を生成する過程と、
    前記第２パイロット信号を利用して推定したチャネルと前記後符号とを利用してチャネル利得を推定する過程と、
    前記後符号と前記チャネル利得とを利用して信号を検出する過程と
    を含むことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システムにおけるパイロット受信方法。
13. 多重アンテナシステムの送信装置であって、
    少なくとも二つのアンテナと、
    サービス領域に位置する少なくとも二つの受信端とのダウンリンクチャネル情報を確認するチャネル確認部と、
    前記チャネル情報を利用して前記受信端に信号を送信するのに用いる各々のストリームに対する先符号（Ｐｒｅｃｏｄｅｒ）と後符号（Ｐｏｓｔｃｏｄｅｒ）とを生成する加重値生成部と、
    前記ストリームのうち、少なくとも一つのストリームにパイロット信号を割り当て、前記ストリームのうち、少なくとも一つのストリームが共有する一つのパイロット信号を追加に割り当てるパイロット制御部と、
    前記少なくとも一つのストリームに割り当てたパイロット信号と追加割り当てたパイロット信号及び各々の受信端に送信するデータを各々のストリームに対する先符号で先符号化する先符号器とを備えて構成されることを特徴とする無線通信システムにおけるパイロット送信装置。
14. 前記加重値生成部は、前記チャネル情報を利用して前記受信端が先符号化した信号を受信して推定した有効チャネルが互いに直交するように各々のストリームに対する先符号と後符号とを生成することを特徴とする請求項１３に記載の無線通信システムにおけるパイロット送信装置。
15. 前記チャネル情報を利用してパイロット信号を割り当てる少なくとも一つのストリームを選択する選択部をさらに備え、
    前記パイロット制御部は、前記選択部から選択した少なくとも一つのストリームの各々にパイロット信号を割り当てることを特徴とする請求項１３に記載の無線通信システムにおけるパイロット送信装置。
16. 前記選択部は、固定されたストリームを選択する方式、全体ストリームの送信率の合計が最大になるストリームを選択する方式、ストリームを介して送信する各々のパイロット信号に対して、受信端に推定した最小の信号強度のうち、最大値を有するパイロット信号を送信したストリームを選択する方式、ストリームを介して送信する各々のパイロット信号に対して受信端に推定した受信信号強度の積が最大になるパイロット信号を送信したストリームを選択する方式、ストリームを介してパイロット信号を送信する際、受信端に到達する信号強度が最大になるようにストリームを選択する方式のうちの何れか一つを利用して、パイロット信号を割り当てるストリームを選択することを特徴とする請求項１５に記載の無線通信システムにおけるパイロット送信装置。
17. 前記パイロット制御部は、受信端が備えるアンテナの数より一つ少ない個数のストリームにパイロット信号を割り当てることを特徴とする請求項１３に記載の無線通信システムにおけるパイロット送信装置。
18. 前記パイロット制御部は、少なくとも二つの受信端に信号を送信するのに用いる少なくとも二つのストリームのうち、前記パイロット信号を割り当てたストリームを除いた残りのストリームが共有する一つのパイロット信号を追加割り当てるか、又は少なくとも二つの受信端に信号を送信するのに用いるすべてのストリームが共有する一つのパイロット信号を追加に割り当てることを特徴とする請求項１３に記載の無線通信システムにおけるパイロット送信装置。
19. 多重アンテナシステムの受信装置であって、
    少なくとも二つのストリームを介して受信される第１パイロット信号と第２パイロット信号とを利用してチャネルを推定するチャネル推定部と、
    前記第１パイロット信号が前記受信装置のストリームに割り当てられたパイロット信号ではない場合、前記第１パイロット信号を利用して推定したチャネルに直交したベクトルを利用して後符号を生成し、前記第１パイロット信号が前記受信装置のストリームに割り当てられたパイロット信号である場合、前記第１パイロット信号を利用して推定したチャネルを利用して後符号を生成する後符号生成部と、
    前記第１パイロット信号又は前記第２パイロット信号を利用して推定したチャネルと前記後符号とを利用してチャネル利得を推定するチャネル利得推定部と、
    前記後符号を利用して受信信号を後符号化する後符号器と、
    前記チャネル利得を利用して前記後符号化された信号を等化する等化器と、を備えて構成されることを特徴とする無線通信システムにおけるパイロット受信装置。
20. 前記後符号生成部は、前記直交したベクトルを利用して後符号であるマッチトフィルタを生成することを特徴とする請求項１９に記載の無線通信システムにおけるパイロット受信装置。
21. 前記チャネル利得推定部は、前記第１パイロット信号が前記受信装置のストリームに割り当てられたパイロット信号である場合、前記第２パイロット信号を利用して推定したチャネルと前記後符号とを利用してチャネル利得を推定し、前記第１パイロット信号が前記受信装置のストリームに割り当てられたパイロット信号である場合、前記第１パイロット信号又は前記第２パイロット信号を利用して推定したチャネルと前記後符号を利用してチャネル利得を推定することを特徴とする請求項１９に記載の無線通信システムにおけるパイロット受信装置。

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