JP2013038805A - ダウンリンクｍｉｍｏ送信調節のためのチャンネル品質フィードバックを供給するシステムおよび方法 - Google Patents

ダウンリンクｍｉｍｏ送信調節のためのチャンネル品質フィードバックを供給するシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

【課題】チャンネルパフォーマンスフィードバックの供給に必要なアップリンク資源の量を減らすことにより、MIMO無線通信システムの性能を改善するシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】基地局は、対応するデータレートによってデータストリームの各々のセットを符号化して（７００）、MIMOチャンネルで送信し（７０５）、移動局は、データストリームを受信し（７１０）、復号してデータストリームの各々に対するSNRメトリックを決定し（７２５）、データストリームのセットに対する圧縮されたSNRメトリックを計算して（７３０）、圧縮されたメトリックをフィードバックとして基地局に提供し（７３５）、基地局は、圧縮されたSNRに基づいて、データストリームに対する1セットの個々のSNRメトリックを決定し（７４０）、個々のSNRメトリックに基づいて、符号化されるデータストリームのデータレートを調節する（７４５）。
【選択図】図７

Description

この発明は一般に無線通信システムに関係し、特に、データスループットを最大限にするために、データストリーム符号化のための適切なデータレートの選択に必要なフィードバック量を減らすことができるシステムおよび方法に関する。
無線通信システムは多数の基地局および多数の移動局を含む。任意の所与の時間において、ある特定の基地局は1つ以上の移動局と通信している。基地局から移動局への通信はしばしばフォワードリンクあるいはダウンリンクと呼ばれ、一方、移動局から基地局への通信はリバースリンクあるいはアップリンクと呼ばれる。
基地局と移動局との間で通信されるデータは典型的には符号化され、送信機(基地局もしくは移動局のいずれか中の)によって送信され、受信機(移動局もしくは基地局のいずれか中の)によって受信された後に復号される。データは、通信リンクの品質に基づいて選択されるデータレートで符号化される。リンクがよいほど、使用することができるデータレートは高い。
基地局は、典型的には、データが送信される箇所で電力を増加しそれによってチャンネル品質を高めることができる能力を持っているが、このことが必ずしも常に望ましいとは限らない。例えば、通信リンクの品質が、適切なデータレートをサポートするのに既に十分な場合、電力を高めることは、単に他の通信に対する干渉を増加させることとなりうる。基地局はしたがって、典型的には、データが送信される箇所での電力とデータレートをコントロールする何がしかのメカニズムを実行する。これは例えば、移動局でのパフォーマンス(例えば信号対雑音比、あるいはSNR)の測定、基地局へのパフォーマンスに関するフィードバックの供給、測定されたパフォーマンスに基づく、データが符号化され送信される際のデータレートの変更を含む。
無線通信におけるより最近の進歩の1つは、MIMO(マルチ入力、マルチ出力)システムの開発である。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って、互いに空間的に区別することができる複数のチャンネルを確立する。MIMO技術を使用した通信の開発において遭遇した問題の1つは、それぞれのMIMOチャンネルのスループットの最大化と、スループットを最大化するのに必要なフィードバック量である。
１つのアプローチ(Per Antenna Rate Control、あるいはPARCと引用される)は、個々のSNR値がMIMOチャンネルの各々に対してフィードバックとして提供されることを要求する。このアプローチは、チャンネルの各々に対してSNRを供給するために大量のアップリンク資源が要求されるため、理想的ではない。別のアプローチ(Diagonal Bell Laboratories Layered Space Time Architecture、あるいはD-BLASTと引用される)は、フィードバックとして単一のSNR値を要求するだけあるが、MIMOチャンネルの一部で、符号化されたデータブロックのシーケンスを送信する前に無効信号(null signals)の送信を要求する。これは、結果としてチャンネルの非効率的な利用となる。3番目のアプローチ(Code Reuse Bell Laboratories Layered Space Time Architecture、あるいはCR-BLASTと引用される)もまた、フィードバックとして単一のSNR値を要求するだけであるが、全てのMIMOストリームを符号化するために単一の共通のエンコーダを使用する。その結果、それは、逐次干渉除去(successive interference cancellation)(SIC)や個々に最適化されたレート制御の利点を使うことができない。それが非常に複雑な反復復調および復号に組み入れられない限り、CR-BLASTのパフォーマンスは、SICおよび個々に最適化されたレート制御を使用するシステムより、はるかに貧弱となる。したがって、アップリンク上で移動局から基地局に少ない量のフィードバック(例えば各チャンネル用の個々のSNR未満)を送信することができ、チャンネルの利用が無効信号の送信によって縮減されず、その中で個々のレート制御およびSICを適用することができるシステムおよび方法を提供することが望まれる。
本発明の1つの態様では、複数のチャンネルを通じて複数の置換されたデータストリーム(permuted data streams)を受信すること、データストリームを逆置換すること(inversely permuting)、各データストリームに対して品質メトリックを決定すること、および各データストリームの品質メトリックに基づいて圧縮(condense)された品質メトリックを決定することを備えた方法が開示される。方法はさらに、圧縮された品質メトリックを受信機に送信することを備える。
本発明の別の態様では、複数のチャンネルを通じて複数の置換されたデータストリームを受信する手段と、データストリームを逆置換する手段と、各データストリームに対して品質メトリックを決定する手段と、各データストリームの品質メトリクに基づいて、圧縮された品質メトリックを決定する手段とを備えた装置が開示される。装置はさらに、圧縮された品質メトリックを受信機に送信する手段を備える。
本発明の別の態様では、無線通信システム用の移動局が開示される。移動局は、処理サブシステムと、複数の受信アンテナを有し処理サブシステムに結合されたトランシーバー・サブシステムとを備え、処理サブシステムは、受信アンテナを介して置換されたデータストリームを受信し、データストリームを逆置換し、データストリームを復号し、データストリームのそれぞれに対応する個々の品質メトリックを決定し、データストリームのそれぞれに対応する個々の品質メトリックに基づいて、圧縮された品質メトリックを決定するように構成される。移動局はさらに、圧縮された品質メトリックを基地局に送信するトランシーバー・サブシステムを制御するように構成される。
本発明の別の態様では、複数のチャンネルを通じて複数のデータストリームを受信するための受信機と、受信されたデータストリームの各々に対応する個々の品質メトリックを決定するためのコントローラを備えた装置が開示される。装置はさらに、受信したデータストリームの最初の１つに対応する個々の品質メトリックと、残りのデータストリームのそれぞれに対応する補助パラメータとを送信する送信機を備える。
図1は、典型的な無線送信機の構成を例示する機能ブロック図である。 図2は、典型的な無線受信機の構成を例示する機能ブロック図である。 図3は、従来技術に従って、対応するMIMOチャンネル上での対応する各データストリームセットの送信を例示する図である。 図4Aは、図4Bと対をなして、一実施例に従って全てのMIMOチャンネルセットを通じた各データストリームセットの送信を例示する図である。 図4Bは、図4Aと対をなして、一実施例に従って全てのMIMOチャンネルセットを通じた各データストリームセットの送信を例示する図である。 図5は、4本のMIMOチャンネルを通して送信された4つのデータストリームの可能な全ての置換を例示するテーブルである。 図6は、1つの実施例に従って擬似ランダムアンテナ置換および逐次干渉除去を利用したシステムの構成を例示する機能ブロック図である。 図7は、一実施例に従ってデータストリームの処理におけるデータレートのコントロールのためのフィードバックとして供給される圧縮メトリックの決定を含む、MIMO通信システムにおける複数のデータストリームの処理および送信を例示するフローチャートである。
発明の詳細な説明
本発明の1つ以上の実施例が以下に述べられる。これらおよび以下に述べられる実施例は典型例であり、制限的ではなく本発明の例示となるように意図されるものであることに注意すべきである。
ここに開示される本発明の実施例は、ダウンリンクMIMOチャンネル上のデータレート調節のためのチャンネルパフォーマンスフィードバックを供給するために必要なアップリンク資源の量を減らすことにより、MIMO OFDMA(直交周波数分割多元接続)無線通信システムのパフォーマンスを改善するシステムおよび方法を提供することによって、上述のニーズの1つ以上を扱う。1つの実施例では、基地局においてデータストリームは慣例通りに符号化され、インターリーブされ、変調シンボルにマップされる。その後、変調シンボルは擬似ランダムパターンに従って混合(mix)され、各データストリームのデータが全てのMIMOチャンネルを通して送信されるように、1セットの送信アンテナによって送信される。1つの実施例では、可能なコンビネーションの完全置換(full permutation)が使用される。データは移動局で受信され、分解され(unmixed)(逆置換され)、そして復号される。
SNRがデータストリームごとに決定される。1つの実施例では、データストリームは逐次干渉除去(successive interference cancellation）を使用して復号される。その後、圧縮されたSNRメトリック(例えば、１つの基準SNR(reference SNR)とΔSNR)が計算され、基地局に返信される。基地局は、圧縮されたSNRメトリックに基づいて各データストリームのSNRを決定し、これらのSNRをそれぞれのデータストリームが符号化されるときのデータレートの調節に使用する。別の実施例では、データストリームはSICなしで復号される。
この場合は、圧縮されたSNRのΔSNR部分は0にセットされる。
1つの実施例は、対応するデータレートに従って各々のデータストリームセットを符号化し、完全なコンビネーションの置換によって1セットのMIMOチャンネル上のデータストリームを混合し、置換されたデータストリームを送信し、置換されたデータストリームを受信し、そのデータストリームを逆置換し、復号して各データストリームに対するSNRを決定し、データストリームセットに対する圧縮されたSNRメトリックを計算し、圧縮されたSNRメトリックをフィードバックとして提供し、圧縮されたSNRに基づいてデータストリーム用の個々のSNRメトリックセットを決定し、データストリームが符号化される際のデータレートを個々のSNRメトリックに基づいて調節することを含む方法を備える。
別の実施例はMIMO無線通信システムを含む。システムは、複数のMIMO送信アンテナを有する基地局と、複数のMIMO受信アンテナを有する移動局とを含む。基地局は、対応するデータレートに従って複数のデータストリームのそれぞれを符号化し、データストリームを置換し、各データストリームをMIMO送信アンテナに対応する複数のMIMOチャンネル上で送信するように構成される。移動局は、符号化されたデータストリームを再生するためにデータストリームを逆置換し、データストリームを復号し、各々のデータストリームに対応する品質メトリックを決定するように構成される。移動局はその後、データストリームの各々に対応する品質メトリックに基づいて圧縮された品質メトリックを決定し、そして圧縮された品質メトリックを基地局に返送する。基地局は、圧縮された品質メトリックに基づいてデータストリームの各々に関係する個々の品質メトリックを決定し、その後、個々の品質メトリックに基づいて、データストリームの各々が符号化されるときのデータレートを調節するように構成される。
さらに多数の他の実施例が可能である。
ここに記述されるように、本発明の様々な実施例は、ダウンリンク(フォワードリンク)MIMOチャンネル上のデータレートの調節用のSNR/チャンネルパフォーマンスフィードバックを供給するために必要なアップリンク(リバースリンク)資源の量を減らすことにより、MIMO無線通信システムのパフォーマンスを改善するためのシステムおよび方法を備える。
1つの実施例では、基地局内のデータストリームセットは対応するデータレートを使用して符号化される。符号化されたデータストリームは、そして送信の準備がされる。
しかしながら、符号化されたデータストリームのそれぞれ1つをMIMOチャンネルのうちの単一のチャンネルで送信するのではなく、各符号化されたデータストリームのフレーム中の連続するブロックは混合されて、MIMOチャンネルのうちの異なるチャンネルによって送信される。すなわち、データストリームは複数の異なるチャンネルにわたって置換される。
この実施例では、各データストリームの最初のブロックはMIMOチャンネルの最初のコンビネーションによって送信される。例えば、1-4と番号付けられた4つのデータストリームと1-4と番号付けられた4つのMIMOチャンネルがある場合、データストリーム1-4の最初のブロックが、それぞれ、MIMOチャンネル1-4によって送信される。その後、データストリーム1-4の2番目のブロックは、それぞれ、MIMOチャンネル2、3、4および1によって送信され、また、3番目のブロックは、それぞれ、チャンネル3、4、1および2によって送信されるであろう。この実施例の中で、データストリーム1-4の連続するデータブロックは、MIMOチャンネル1-4の24通りの可能な各置換によって送信される。
基地局によって送信されたMIMOチャンネルは、移動局のMIMO受信機によって空間的に識別可能である。したがって、移動局は、符号化されたデータのブロックをMIMOチャンネルの各々から取得し、符号化されたデータストリームを復元(reconstruct)する(移動局は、複数のMIMOチャンネルにわたってデータストリームのブロックを混合（置換）するために基地局によって使用される置換スキームを知っていると仮定する)。その後、受信機はデータストリームを復号し、各データストリームに対するSNRを決定する。
各データストリームのブロックは4本のMIMOチャンネルすべてで送信されているため、4つのデータストリームの各々は、もしチャンネルが、符号化されたフレーム全体の送信の間にほとんど静的な状態のままであれば、平均して、同じチャンネル条件を経験しているであろう。その結果、SNR(１フレームを通じて平均した)が各データストリームに対して決定されると、そのSNR値は、各データストリームが復号され、そして復号される残りのデータストリームから関連する干渉を取り除くためにフィードバックとして使用される場合に達成されるであろう、干渉除去の理由でのみ変化するはずである。これは逐次干渉除去として知られている。
4つのデータストリームのSNRは逐次干渉除去の結果としてのみ変化するので、SNR値は大きくは変化せず、比較的行儀がよい(well behaved)。これは、たとえMIMOチャンネル条件が大いに異なっても(そしてその結果、対応する単一のMIMOチャンネルを通して別々に送信されるデータストリームのSNRをかなり大きく変化させることとなっても)真実である。
異なるデータストリームのSNRが比較的行儀がよいという事実は、複数のSNR値を圧縮された形式（すなわち、４つの異なるSNR値のそれぞれを別々に提供するよりもコンパクトな形）で表わすことを、合理的な正確性をもって可能とする。例えば、複数のSNRは、１つの基準SNR値(reference SNR value)とΔSNR値とによって表現することができる。ここで、基準SNR値は最初の復号されたデータストリームに対応し、またΔSNR値は、それに続くデータストリームのSNR値間の差に対応する。
移動局は圧縮されたSNR値表示をアップリンクによって基地局へ送信する。圧縮されたSNR値表示は4つの個々のSNR値表示より小さいため、より少ないアップリンク資源で、基地局にこのフィードバックを供給することができる。基地局はその後、異なるデータストリームが続いて符号化されるときのデータレートを調節する根拠として、これらの異なるデータストリームに対してこの圧縮されたSNR値表示を使用する。言いかえれば、1つのデータストリームについては、基地局は、移動局によって測定されたSNRが基準SNR値と等しかったと仮定し、基準SNR値で指示されるようにこのデータストリームのデータレートを調節する。次のデータストリームについては、基地局は、測定されたSNR値は基準SNR値プラスΔSNR値に等しいと仮定する。次のデータストリームについては基準SNR値プラス2倍のΔSNR値に等しい値が使用され、以下同様にして、各データストリームのデータレートが調節される。
典型的な実施例について詳細に議論する前に、典型的な無線通信システムにおいて単一の物理チャンネルの基本動作を記述することは有用であろう。図1を参照すると、典型的な無線送信機の構成を例示する機能ブロックが示されている。
図1に描かれるように、データストリームはエンコーダ110によって受け取られ、処理される。データストリームは、さらに以下で議論されるように、選択されたデータレートで符号化される。符号化されたデータストリームは、インターリーバー120そしてその後マッパー／変調器130へ送られる。変調された信号はその後、変調信号を送信するアンテナ140へ送られる。
図2を参照すると、典型的な無線受信機の構成を例示する機能ブロックが示されている。この図では、アンテナ140によって送信された信号はアンテナ250で受信され、次に、復調器／デマッパー 260に送られる。信号は復調され、デインターリーバー270に渡される。信号がデインターリーブされた後、オリジナルのデータストリームを再生するためにデコーダ280によって復号される。送信機および受信機による信号処理中にいくつかのエラーが発生し得ることに注目する必要がある。したがって、ここで使われる「オリジナルストリーム」は、それがオリジナル信号の完全な再生であっても、あるいは何がしかのエラーを含んでいても、復号された信号を指す。
図1および図2は単一の方向における情報通信のメカニズムを表わしている。例えば携帯電話システムでは、情報は基地局から移動局へ通信される。典型的には、通信は一方向であるというよりむしろ双方向である。したがって、同様の構成のセットが、基地局から移動局と同様に、移動局から基地局への情報通信のために使用される。この種のシステムでは、基地局から移動局への通信は典型的にフォワードリンクと呼ばれ、一方、移動局から基地局への通信はリバースリンクと呼ばれる。
上記のように、送信機でのデータストリームの符号化は、データ送信のために選択されたデータレートに基づく。データレートは、次には、受信信号の品質に基づいて選択される。受信信号の品質がより高い場合、受信機によってより高いデータレートを復号することができる。したがって、データレートを増加させて、より高いスループットを達成できるようにすることが望ましい。受信信号の品質がより低い場合、受信機はより低いデータレートだけを復号することができる。この場合は、データレートを減少させて、復号されたデータ中のエラーをより少なくすることが望ましい。
データストリームの符号化のための選択されるべきデータレートを決定するために、先ず、受信信号の品質を決定する必要がある。いくつかのシステムでは、信号の品質は信号の信号対雑音比(SNR)の測定によって決定される。あるSNRレベルで、対応するデータレートをサポートすることができる。例えば、SNR1は許容可能なエラー率でデータレート１までサポートすることができ、SNR2はデータレート２までサポートすることができる、などである。したがって、これらのシステムは受信信号のSNRを測定し、送信機にこの情報を送信する。そして送信機はその後、送信用データを符号化するために現在使用されているデータレートが許容可能か、高すぎるか、低すぎるかを決定する。データレートが高すぎるか低すぎる場合、後の符号化のために、より適切なデータレートを選ぶことができる。
それは、データ符号化の際のデータレート調節に使用するためのフィードバックとして受信信号のSNRを提供するこの単一チャンネルのシナリオにおいては、比較的簡単な事柄である。SNR情報はデータレートを選択する目的に対して十分であり、また、この情報は特別大きなオーバーヘッドコストは構成しない。仮にオーバーヘッドコストが大きいと考えられても、SNRは単一の値で、この情報が適切なデータレートを決定するのに必要であるため、この負担を減らすのは困難であろう。
しかしながら、いくつかのシステムは、チャンネルが１つだけではない。例えば、MIMO(マルチ入力、マルチ出力)システムは複数の物理チャンネルを有する。MIMO送信機は複数のアンテナを持ち、各々のアンテナは複数のMIMOチャンネルの異なる1つを送信するために使用される。同様に、MIMO受信機は複数のアンテナを有し、これらのアンテナは、送信機の複数のアンテナによって送信される異なる物理チャンネル間を識別し、また、これら別々の物理チャンネルを受信するために使用される。
典型的なMIMOシステムでは、各チャンネルは単一チャンネルシステムと本質的に同じ方法で処理される。言いかえれば、各チャンネルについて、データストリームは、選択されたデータレートで符号化され、インターリーブされ、マップ／変調され、対応するMIMOアンテナの１つで送信され、受信機で受信され、デマップ／復調され、デインターリーブされ、そしてオリジナルデータストリームを構築するために復号される。このプロセスはMIMOチャンネルの各々で平行して進む。
MIMOシステムは、物理チャンネルが互いに独立しているように構成される。したがって、複数のデータストリームは、別々に異なるチャンネルで送信される。言いかえれば、それぞれのデータストリームは異なる送信アンテナによって送信され、複数アンテナのMIMO受信機によって識別することができる。これは図3に例示される。
図3は、従来技術によるシステムに従って、対応するMIMOチャンネルセットによってデータストリームセットの各々を送信する例を示している。図3のシステムは、例えばPARCシステムを代表する。このシステムでは、1セットの符号化されたデータストリーム311-314は、1セットの送信アンテナ321-324によって送信される。送信された信号は、受信アンテナ331-334によって受信される。時空間(space-time)信号プロセッサ335は受信信号(それらのすべては各々のアンテナ331-334によって受信される)を処理し、データストリーム341-344(それらは本質的にはデータストリーム311-314と同じである)を識別する。
MIMOチャンネルは互いに独立しているので、異なるチャンネルは異なるフェージング特性を持ちうる。言いかえれば、MIMOシステムの各チャンネルは異なるSNRを持ちうる。その結果、異なるチャンネルは、各チャンネルのスループットを最大にするために、それぞれのデータストリームを異なるデータレートで符号化する必要がある。
このSNR情報を提供するための簡単な方法は、MIMOチャンネルの各々について別々にSNRを測定し、次に、送信機にこれらのSNR値の各々を送信し、その結果、測定された各SNR値に基づいて、各チャンネルに対するデータレートが選択される。これはPARCシステムにおいて使用されるアプローチである。このアプローチは簡単であるが、それは比較的大量のリバースリンク資源を必要とする。n本のMIMOチャンネルがある場合、このアプローチは単一チャンネルの場合よりもn倍多くの資源を必要とする。このアプローチに関連する高い資源コストの理由から、本発明のシステムおよび方法は、システムのスループットをほぼ最大化するデータレートの選択を可能としながら、圧縮されたSNRメトリックがフィードバックとして送信機に返されることを許容し、それによってリバースリンク資源を節約するという代替アプローチを使用する。
異なるMIMOチャンネルは互いに独立しているため、それらは独立したフェージング特性およびチャンネル品質を持っている。したがって、これらチャンネルの各々のSNRは独立している。SNRが独立しているので、それらは互いに実質的に異なり得る。
例えば、4本のチャンネルがある場合、最初のチャンネルは[+15]dBのSNRを持ち、2番目のチャンネルは[-15]dBのSNRを持ち、3番目のチャンネルは0dBのSNRを、また、4番目のチャンネルは[+15]dBのSNRを持ってもよい。この状況で、すべてのチャンネルのSNRを１つの圧縮された形で特徴づけるのが非常に困難であろうことは明らかである。したがって、本発明の実施例は、SNRが、それらが合理的な正確性をもって圧縮された形で表わされることを許容するために、十分行儀よく振舞うことを保証する方法論を使用する。
本実施例の中で用いられる方法論は、全てのMIMOチャンネル上での各データストリームのデータ送信を含む。言いかえれば、各データストリームについて、データは送信機内で典型的なMIMOシステムと実質的に同じ方法で処理され、しかし、MIMOアンテナのうちの単一のアンテナによってデータを送信するのではなく、1つのブロックが第１のアンテナで送信され、次のブロックが第２のアンテナで送信されるなどである。それによって、各データストリームのブロックはMIMOチャンネル(対応する１つのMIMOアンテナに関連している各MIMOチャンネル)のすべてにわたって広げられる。これは図4Aおよび4Bにおいて例示される。
図4Aを参照すると、1つの実施例に従って各データストリームセットがMIMOチャンネルセットの全てのチャンネル上で送信する例が示されている。図4Aの右側に、4つのデータストリーム411-414が例示される。データストリーム411-414は、送信機によって処理された、符号化され、インターリーブされ、マップ／変調されたデータに相当し、無線リンクを通して受信機への送信が準備できているデータである。特に、複数のデータストリームは、従来ならばMIMOシステム(MIMO送信機のアンテナ)の個別のチャンネルを通して送信されるデータを表わしている。各データストリーム内には、連続するデータブロックがある。データブロックは、データストリームに対応する文字とデータストリーム内のデータブロック位置に対応する番号によって識別される。データブロックは特定のインプリメンテーションに便利な任意のサイズでよいが、異なるチャンネルを通してデータストリームを置換する利点が失われるほどに、非常に大きくあるべきではない。
データストリームが従来の前送信処理を受けた後、各データストリームのブロックはMIMO送信機の異なるアンテナにマップされる。図4Aで示されるように、最初のブロックのセットA1、B1、C1およびD1は、それぞれアンテナ431、432、433および434にマップされる。次のブロックのセットA2、B2、C2およびD2は、4本のアンテナの異なるコンビネーションにマップされる。具体的には、それらは、アンテナ432、433、434および431にそれぞれマップされる。別の言い方をすると、異なるデータストリームのブロックは、アンテナに関して一つだけ回転されている。データブロックの3番目のセットは、再び１つだけ回転される。その結果、データブロックA3、B3、C3およびD3はアンテナ433、434、431および432にそれぞれマップされる。その後のブロックは、同様に、可能な限り、アンテナの異なるコンビネーションにマップされる。1つの実施例では、MIMOチャンネルへのデータブロックのマッピング系列は、擬似ランダムパターン(図5に関して示され、記述されたように)を備える。
図4Bを参照すると、送信され混合(mix)されたデータストリームの各々を受信機で受信する例が示される。各受信機アンテナ441-444は、送信機アンテナ431-434によって送信された、結合された信号(combined signals)を受信することがわかる。時空間信号プロセッサ445は受信信号を処理して、置換されたデータストリーム451-454を識別する。
受信機は、オリジナルのデータストリーム411-414を混合データストリーム421-424にマッピングするためのアルゴリズムおよび／またはパターンを知っている。したがって、受信機は、受信データブロック(451-454) をデマップあるいはアンミックスして、オリジナルデータストリーム(461-464)を復元することができる。その後、再構築されたデータストリーム461-464は、従来方式を使用してデマップ／復調され、デインターリーブされ、そして復調される。
図4Aおよび4Bから、復元されたデータストリームは、好ましくは擬似ランダムパターンで、全てのMIMOチャンネルを通して送信されたデータブロックから成ることが分かる。例えば、復元されたデータストリーム461はデータブロックA1、A2、A3を含んでいる。これらのデータブロックは、1番目、2番目、3番目などのMIMOチャンネルを通して送信されたものである。他の復元されたデータストリームも同様に、MIMOチャンネルのすべてを通して送信されたものである。各データストリームを全てのMIMOチャンネル上で送信することにより、各データストリームは平均して同じチャンネル条件を経験する。言いかえれば、各データストリームは各MIMOチャンネルを通して送信されたそのデータブロックのおよそ１／４を持っており、したがって、各MIMOチャンネルのチャンネル条件を１／４の時間、経験することになる。
異なるチャンネルのSNRが[+15]dBから[-15]dBまで変化する上記の例を考えると、各データストリームを4つのチャンネルのすべてで送信することは、平均SNRを[+15]dBと[-15]dBの間のどこかに帰着するであろう。例えば、SNRは[+5]dBかもしれない。異なるデータストリームのSNRは多分に正確に同じとはならないであろうが、それらはほぼ等価に違いなく、典型的なMIMOシステムにおけるSNR変化と比較すると極めて行儀よく振る舞うであろうことは確かである。
異なるデータストリームに関連するSNRを均等化(equalizing)する利点を提供することに加えて、データストリームの各々をMIMO物理チャンネルのすべての上で送信することは、追加の利点があることに注目すべきである。例えば、データストリームの送信に異なる信号パスを使用することで、多様性(diversity)がより強健(robust)なチャンネルを提供するという利点がある。
データストリームの各々が複数の物理チャンネルを通して送信される場合、異なるデータストリームがチャンネル上でどのように混合されるかを決定することが必要である。言いかえれば、データストリームが任意の特定のタイミングで、どのアンテナによって送信されるかを決定することが必要である。いくつかの実施例では、異なるアンテナの中で単にデータストリームを回転させることが可能である。例えば、4本のチャンネルがある場合、連続するデータストリームのブロックは、アンテナ1、2、3、4、1、2、3、4、などによって送信されてもよい。
このような単純な回転の使用に利点はあるが、データストリームに関連するSNRの均等化(equalization)および多様性(diversity)の利点の両方の点から、もしデータストリームおよび物理チャンネルの可能なコンビネーションの完全な置換(full permutation)を含む擬似ランダムパターンが使用されれば、よりよいパフォーマンスが達成されると考えられる。ここで使用されるように、コンビネーションの「完全な(full)」置換は、データストリームと物理チャンネルのコンビネーションのあらゆる可能な順序を指す。１つの例が図5に示される。
図5を参照すると、4本のMIMOチャンネルを通して送信された4つのデータストリームの可能な変換をすべて例示するテーブルが示される。特定のデータストリームに対応するデータブロックは同じ文字によって識別される。例えば、データストリームの最初の1つからのデータブロックは、すべて、文字「A」によって識別される。2番目、3番目および4番目のデータストリームのデータブロックは、それぞれ、文字「B」、「C」および「D」によって識別される。テーブルの行は、それぞれ特定のMIMOチャンネルに相当する。テーブルの各列は、MIMOチャンネル上で送信される、それに続くデータブロックに相当する。
各時点(すなわち、テーブルの各列)では、1つのデータブロックが4つのデータストリームの各々から送信されることがわかる。最初の(最も左の)列では、データストリームA、B、CおよびDからのデータブロックが、それぞれ、MIMOチャンネル1、2、3および4上で送信される。次の列では、データストリーム(あるいはMIMOチャンネル)は回転され、データストリームA、B、CおよびDからのデータブロックは、それぞれ、MIMOチャンネル2、3、4および1上で送信される。データストリームは、この順序で、データブロックを伴ってより多くの回数、回転される。
5番目の列では、オリジナルの順序でのデータストリームは、データストリームとMIMOチャンネルのオリジナルのコンビネーション(つまり、データストリームA、B、CおよびDが、それぞれ、MIMOチャンネル1、2、3および4上に)に回転するところである。
しかし、このコンビネーションを繰り返すのではなく、データストリームは、データストリームA、B、CおよびDが、それぞれ、MIMOチャンネル1、2、4および3上で送信されるように置換される。その後、データストリームは、各データストリームからのブロックが各MIMOチャンネルの上で再び送信されるまで、この順で回転される。
このプロセスは、データストリームおよびMIMOチャンネルのコンビネーションの各置換に対して繰り返される。4つのデータストリームは、6つの異なる置換の中で順序付けられる：A-B-C-D; A-B-D-C; A-C-B-D; A-C-D-B; A-D-B-C; A-D-C-B。データストリームのこれらの順序の各々は、その後、4本の異なるMIMOチャンネルの中で回転させることができる。例えば、A-B-C-Dはチャンネル1-2-3-4、4-1-2-3、3-4-1-2、あるいは2-3-4-1上で送信することができる。従って、4つのデータストリームと4本のMIMOチャンネルの、24通り(4の階乗、あるいは4!)の異なるコンビネーションがある。これらの異なるコンビネーションをすべて使用したMIMOチャンネル上のデータストリームの送信は、開示の目的を満たすために、コンビネーションの完全な置換と呼ばれる。
ここで記述されたシステムは例示であると意図されており、代替の実施例は異なる数のデータストリームおよび／またはMIMOチャンネルを有することに注意されたい。データストリームの数がMIMOチャンネルの数と等しい実施例については、データストリームおよびMIMOチャンネルの異なるコンビネーションの数は、nの階乗で与えられる。ここで
nはデータストリーム/MIMOチャンネルの数である。したがって、例えば、3つのデータストリームおよび3本のMIMOチャンネルがあるシステムは、完全な置換では３の階乗、つまり6つの異なるコンビネーションとなる。5つのデータストリームおよび5本のMIMOチャンネルがあるシステムでは、完全な置換では5の階乗、つまり120の異なるコンビネーションとなる。
データストリームの各々のブロックがMIMOチャンネルのすべてを通して送信され、実質的に同じチャンネル条件を経験するため、異なるデータストリームのSNRは行儀がよい（差が小さい）。理想的には、各データストリームのSNRは等価である。したがって、データストリームのすべてを代表する単一のSNRの形で送信機にフィードバックを供給することが可能となる。しかしながら、これはデータストリームに最高のパフォーマンスを提供しないかも知れない。
1つの実施例では、MIMO受信機は非線形干渉除去(nonlinear interference cancellation)のない線形受信機である。
受信機に逐次干渉除去動作がない場合、上述の擬似ランダムアンテナ置換(pseudorandom antenna permutation)を適用することによって、単一のSNRフィードバックだけで最高のデータレートを達成することができる。シンボル時間kにおけるN×N MIMOシステムの受信ベクトルが次式のようにy(k)によって表わされる場合、
Figure 2013038805
線形の最小平均二乗誤差(MMSE)受信機におけるi番目のストリームのSNRは、次式のようになる。
Figure 2013038805
ここで、i番目の雑音共分散行列(noise covariance matrix)は次式で表わされる。
Figure 2013038805
式(1)から(3)において、
Figure 2013038805
は、チャンネルマトリックスを表わし、
Figure 2013038805
は正規化された信号ベクトルを表わし、nN×1(k)は、次元あたりσ2の分散(variance)をもったN個の受信アンテナによって受信された、バックグラウンドノイズベクトルを表わす。ここで検討されたMIMOシステムはN個のデータストリーム、N個の送信アンテナおよびN個の受信アンテナを持つが、MIMO送信ストリームの数は、送信アンテナの数と同じでなくてもよく、また、受信アンテナの数と同じでなくてもよい。送信アンテナの数と受信アンテナ数もまた、同じである必要はない。
一般に、異なるストリームは、異なる送信アンテナ毎に異なる受信チャンネルベクターがあるために、異なるSNR値をとるであろう。符号化ブロック中のシンボル数とシステム帯域幅がKとWで表わされる場合、PARCシステムのi番目のストリームのために達成可能なデータレート(ビット／秒)は、準静的チャンネル(quasi-static channel)で次式のマッピングを使用して(あるいは他の適切に設計されたSNR-レートマッピング法によって)計算することができる。
Figure 2013038805
準静的チャンネルが仮定されるので、SNRを表わす際に時間インデックスkが意識的に省略されていることに注意されたい。これらN個の要求データレートはフィードバックされ、次のN-ストリームのデータフレームを符号化するために使用される。独立ストリーム的(independent stream-wise)符号化によって達成されるトータルのデータレートは次式で与えられる。
Figure 2013038805
今、図3-4のように擬似ランダムなアンテナ置換が適用される場合、N個のストリームのレートは同じ値を持つと考えられる。より具体的には、時間kでのi番目のストリームの置換アンテナインデックスをπ(i,k)とすると、i番目のストリームの達成可能なデータレートは、
Figure 2013038805
であり、また、R(i)はすべて同じ値を持つ。符号化されたフレームサイズが大きく、ターボコーディングのようなランダム様式のコーディングが使用される場合、トータルの達成可能なデータレートはまだ(5)式によって与えられる。MMSE受信機ではなく、線形のゼロフォーシング(zero-forcing)(ZF)あるいはマッチドフィルタ(matched-filter)(MF)受信機が仮定される場合であっても、PARCと擬似ランダムアンテナ置換との関係は類似している。
線形の受信機の場合に最大のデータレートを達成するためには、置換を全てとる代わりに、単にアンテナ循環動作と単一のSNRフィードバックだけが必要である。
1つの実施例では、MIMO受信機はデータストリームを復号するのに逐次干渉除去(SIC)法を活用する。SIC受信機は、まずデータストリームのうちの1つを復号し、その次に、この情報を使って残りのデータストリーム中のいくつかの干渉を除去することによって、データストリームのうちのいくつかに対して改良されたSNR値を達成する。より具体的には、最初に復号されたデータストリームは、それが送信の間に引き起こした干渉を再現(regenerate)するために使用される。この干渉はその後、データストリームの受信重ね合せから除去することができる。データストリームの2番目の1つはその後、復号されるであろう。干渉除去の結果、このデータストリーム中の干渉は最初のデータストリームから減少されるので、2番目に復号されたデータストリームのSNRは、最初に復号されたデータストリームのSNRより大きい。2番目の復号データストリームは、その後、残りのデータストリーム中の干渉のいくらかを除去するために、最初のデータストリームと同じように使用される。このプロセスは残りのデータストリームの各々に対して繰り返される。
このSIC法が用いられる場合、特定のデータストリームに関連するSNRはデータストリームが復号された順番に対応し、復号されるべき最初のデータストリームが最低のSNRを有し、復号されるべき最後のデータストリームが最高のSNRを有する。異なるデータストリームのSNRは同じではないので、データストリームは異なるデータレートをサポートすることができる(つまり、異なるデータレートで符号化される)。最も低いSNRを持ったデータストリームは最も低いデータレートをサポートし、最高のSNRを持ったデータストリームは最も高いデータレートをサポートする。もし単一のSNR値がフィードバックとして受信機によって提供され、それが送信機によって各データストリームを符号化するためにデータレートの選択の根拠として使用されるならば、より高いSNRを持ったデータストリームの最大可能パフォーマンスは達成されないであろう。したがって、この実施例において異なるデータストリームのSNR間の相違の表示を提供し、各データストリームに対して適切なデータレートを選ぶことができるようにすることは有用である。
受信機でMMSE-SICあるいはZF-SICデコーダが使用される場合、厳密にはN個のSNR値がフィードバックとして提供されなければ最大のデータレートを達成することができない。しかしながら、ここに記述されるように、実際には、適切な近似式の適用により、圧縮されたSNR（あるいは縮小されたフィードバック)で最大のデータレートのほとんどが達成できる。
他方、擬似ランダムアンテナ置換が組み入れられたMF-SICデコーダが使用される場合、他のデータストリームのSNR値は、送信機で、最初のデータストリームのSNRとストリーム間の平均チャンネル相関係数(average channel correlation factor)とを使用することによって、より正確に計算される。MF(あるいはパイロット加重コンバイナー)の出力における最初のストリームの瞬間のSNRは次式で表わされる。
Figure 2013038805
ここで、P、N、およびσ2は、それぞれ、信号エネルギー、データストリーム数、および背景雑音の分散(variance)を表わす。符号化フレームの平均SNRを計算する単純な方法(それは達成可能なデータレートの点から最適ではないけれども）は、次式のように、平均信号電力(average signal power)(より具体的には算術平均)の比率を平均の干渉および雑音電力(average interference and noise power)(算術平均)に取り入れることである。
Figure 2013038805
ここで、平均チャンネル相関係数は次式によって計算される。
Figure 2013038805
同じ方法で、i番目のストリームの符号化フレームの平均SNR(それは最初のi-1ストリームの除去の後に復号される)を計算することができる。擬似ランダムアンテナ置換の対称構造により、干渉信号の有効数の不一致によって第1のストリームのSNRと類似するSNR結果が達成され、それは次式で表わされる。
Figure 2013038805
式(8)と(10)から、最初のストリームとi番目のストリームの間のSNRの関係を、最後のストリームのSNRまで次式のようにして導きだすことができる。
Figure 2013038805
あるいは、等価的に、SNR関係を次式のように書き直すことができる。
Figure 2013038805
したがって、第1の復号されたストリーム(あるいは最後あるいは他の任意の復号されたストリーム)のSNRおよび平均チャンネル相関係数が利用可能であれば、MF-SIC受信機に組み入れられた擬似ランダムアンテナ置換システムの他のストリームのSNR値を正確に予測することができる。しかしながら、式(11)、(12)は、1つのSNR値および1つの相関パラメータだけが利用可能な場合に、全てのデータストリームのフルセットのSNR値をどのように回復できるかの単に1つの例を示している。より適切で最適化されたレート選択をするためには、式(10)における算術平均に基づいた平均SNRではなく、式(6)に基づく、より洗練され効果的なSNRがフィードバックとして提供されるべきである。このように、実際のインプリメンテーションでは、与えられたMIMOシステムにおいてストリームのSNR関係を有効に説明する他の式を、基準SNR(reference SNR)および１つあるいは一連の補助パラメータ(auxiliary parameters)と共に使用することができる。補助パラメータは、平均チャンネル相関係数(average channel correlation factor)、ΔSNR、あるいはその他のものである。
式(11)あるいは(12)のSNR予測式は、それはMF-SIC受信機の場合はSNR値の正確な計算機であるが、MMSE-SIC受信機のSNR下限として使用することができる。実際に、もし背景雑音が白ければ、最後に復号されたストリームのSNRはMF-SICとMMSE-SICでは同じになるであろう。また、他のストリーム間のSNRギャップ(すなわち、MMSE SNR−MF SNR)は、平均チャンネル相関係数に極めて依存するであろう。平均チャンネル相関係数が小さい場合(あるいは、ほとんどの空間シグネチャが互いに直交している場合)、ギャップは他のストリームについてもほぼゼロで、また、異なるストリームにまたがるSNR値はほとんど同じになるであろう;他の場合は、それは大きくなる。移動局が最後の復号ストリームのSNRと式(9)の平均チャンネル相関係数を返すと仮定すると、基地局は、ひとたび最初のストリームが復号されれば、後のストリームをほとんど確実に復号することができるように、式(12)に基づいて保守的にレートを選ぶことができる。一方、基地局は、高性能受信機(つまりMMSE-SIC)の性能を考慮して、報告された平均チャンネル相関係数をより小さい値に割り引く(discount)ことができる:式(9)中の報告された平均チャンネル相関係数は、もしそれが大きい場合はもっと積極的に縮小され、小さい場合はほとんどそのままにおかれる。
代替として、移動局は、実際に、復号段階でN個のストリームの全ての平均SNR値を生成することができ、また、式(12)の曲線(あるいはMMSE-SICもしくはZF-SICのために別に適切に設計された曲線)が生成されたSNR値にできるだけ接近するように、最適で効果的な平均チャンネル相関係数を推定することができる。そして、最後のストリームのSNRと有効な平均チャンネル相関係数は、基地局が式(12)に従ってレートを選ぶことができるように、フィードバックされる。
実際上、単純性やSNR関係の有効な記述などの点から、MMSE-SICあるいはZF-SICの受信機の場合、式(12)よりもよい、近似のSNR関係を引き出すことが可能である。例えば、適切に選択された補助パラメータρおよび再帰関数(recursion function) f(i)(・,・）に関して、加法的(additive)なSNR関係
Figure 2013038805
あるいは乗法的(multiplicative)なSNR関係
Figure 2013038805
を採用することが可能である。再帰関数は、単純なインプリメンテーションのために、一定値、例えば、
Figure 2013038805
を採用してもよい。
1つの実施例では、受信機によって提供されるフィードバックは、基準SNR値およびΔSNR値から成る。データストリームの各々によって経験されたチャンネル品質が本質的に同じであるので、各データストリーム間のSNRの差は、連続するデータストリームを復号するときの干渉除去に起因する。連続するデータストリームのSNRに関するSICの効果は行儀よく、またよく理解されるので、データストリームのSNRは、基準SNR値とΔSNR値に合理的に近似させることができる。ここで基準SNR値は、最初に復号された(first-decoded)チャンネル(あるいは、システムデザインによっては最後に復号された、あるいは他の予め特定されたチャンネル）に対する実際のSNRで、ΔSNR値は、連続する復号された各チャンネルに対するSNRの改善(あるいは、システムデザインによっては低下)である。例えば、最初に復号されたチャンネルのSNRは基準SNRと等しく、2番目に復号されたチャンネルのSNRは基準SNR＋ΔSNRに等しく、3番目に復号されたチャンネルのSNRは、基準SNR＋2ΔSNRに等しい、などである。移動局がデータストリームを復号する順序を基地局が知ると仮定され、それ故に基地局がSNR（基準SNRプラスΔSNRの倍数）を適切なデータストリームに適用することができることに注目されるべきである。計算とΔSNRの加算動作は、リニアスケールあるいはデシベルスケールのいずれでも行うことができる。デシベルスケールでの加算動作は、リニアスケールでの掛け算動作に相当し、リニアスケールおよびデシベルスケールでの加算動作は、それぞれ、
Figure 2013038805
として、式(13)および式(14)の使用と等価である。
他の実施例では、受信機によって提供されるフィードバックは、1つのデータストリームあるいは層に対して１つの基準SNR（つまり、１つのフル(full)のSNR値)を、そして、他の層に対して増加分(incremental)のSNR値を含む。例えば、受信機によって提供されるフィードバックは、1つの層(例えば、図６を参照すると、最初の層のSNRである 「SNR1」)に対するフルのSNR値を含み、さらに、残る３つの層の各々（つまり、第２層、第３層）に対する増加分のSNR値(SNR2 - SNR1(dB))、(SNR3 - SNR2(dB))、(SNR4 - SNR3(dB))を含む。その結果、送信機は、受信機によって提供される第1層のフルのSNR値と残りの層の増加分のSNR値によって、各層の実際のSNR値を決定することができる。このように、上に提供される例において、送信機は、SNR1にそれぞれの増加分のSNR値を加えることにより、残りの層のフルのSNR値を導き出すことができる。しかしながら、SNRギャップ(つまり増加分のSNR値)を表わすビット幅は、変換効果によってオリジナルのフルのSNR値よりはるかに小さいことが認識されるであろう。また、データストリームまたは層が、前述の例において提供されるように、必ずしも4つに制限される必要がないことも認識されるであろう。
図6を参照すると、１つの実施例に従って、擬似ランダムアンテナ置換および逐次干渉除去を利用するシステム構成を例示する機能ブロック図が示される。この実施例では、システムは送信機610および受信機620から成る。1つの実施例では、通信ダウンリンクを形成するために、送信機610は無線基地局でインプリメントされ、受信機620は無線移動局でインプリメントされる。対応する通信アップリンクを形成するために、移動局はさらに送信機を含み、また、基地局は受信機を含む。
送信機610および受信機620は、4本のチャンネルを送受信するように構成されたMIMO装置である。送信機610は、4つのデータストリームを処理し、4本の物理MIMOチャンネルの擬似ランダムコンビネーションを通して、対応する符号化されたデータストリームを送信するように構成される。受信機620は、4本のMIMOチャンネル上でデータを受信し、符号化されたデータストリームを復元し、このデータを処理してオリジナルデータストリームを再現するように構成される。
送信機610を参照すると、4つのオリジナルデータストリームがエンコーダ630によって受け取られる。エンコーダの各々は、その特定のデータストリームに対して選ばれるデータレートで、対応するデータストリームを符号化する。その後、符号化されたデータシンボルは、インターリーバー635によってインターリーブされ、マッパー640によって変調シンボルにマップされる。その後、変調シンボルは置換ユニット645によってアンテナ650にマップされる。その後、変調シンボルは、置換ユニット645によってインプリメントされた置換スキームに従って、アンテナ650により送信される。
受信機620を参照すると、送信されたシンボルはアンテナ655によって受信され、イコライザー660の最初の1つに送られる。この第１のイコライザーは、データストリームの最初の1つに対するSNRを計算し、その信号をデマッパー 665の最初の1つに送る。符号化されたシンボルはその後、デインターリーバー 670の最初の1つによってデインターリーブされ、デコーダ675の最初の1つによって復号される。復号されたデータは、干渉キャンセラー680の最初の1つに供給され、干渉キャンセラーは、最初のデータストリームに対応する干渉を再現し、受信信号からのこの干渉を除去する。同様の処理のパスが残りのデータストリームの各々に対応する信号に対して用意される。
データストリームの4つがすべて復号されると、各々のデータストリームに対するSNRは決定されている。上述のように、データストリームのSNRは、データストリームをMIMOチャンネルのすべてを通して送信することにより均等化される。したがって、データストリームの各々に対して決定されたSNRの差は、逐次干渉除去から発生する。そのため、受信機は、4つのデータストリームに対応する行儀のよいSNRのセットに対して、１つの圧縮されたSNRメトリックを計算することができる。1つの実施例では、この圧縮されたメトリックは基準SNR値とΔSNR値から成り、ΔSNR値は、リニアスケールあるいはデシベルスケールのいずれであっても、連続するデータストリームのSNR間の差である。この圧縮されたメトリックは、その後、フィードバックとして送信機に提供され、異なるデータストリームが対応するSNRに基づいて符号化される際のデータレートを、圧縮されたSNRから決定されるように調節することができる。
このシステムのオペレーションは図7に示されるように要約することができる。
図7はMIMO通信システムにおける複数のデータストリームの処理および送信を例示するフローチャートで、1つの実施例に従って、データストリームの処理においてデータレートのコントロールのためにフィードバックとして提供されるべき圧縮されたメトリックの決定も示している。
図7に示されるように、n個の最初のデータストリームのセットは、まず、対応する符号化されたデータストリームのセットを生成するために処理される(700)。この処理は、送信機610のコンポーネント630、635および640によって実行される、全体のデータフレームの符号化、インターリーブ、マップ／変調に相当する。符号化された各々のデータストリームのフレーム中のそれに続く部分(例えばブロック)は、その後、複数のMIMOチャンネル上で代わる代わる送信される(705)。上に述べたように、MIMOチャンネルでの交互の送信は、例えば、擬似ランダムパターンに従うことができる。1つの実施例では、擬似ランダムパターンは、データストリームとMIMOチャンネルのコンビネーションの可能な置換のすべてを含む。符号化されたデータストリームの混合および送信は、送信機610のコンポーネント645および650に相当する。
送信されたデータはその後、受信機によって受け取られる(710)。受信機は、異なるMIMOチャンネルを空間的に識別することができるMIMO受信機である。データストリームの混合部分は分解(unmix)され、また、符号化されたデータストリームは復元される(715)。符号化されたデータストリームが復元された後、符号化されたデータストリームの各々に対してSNRが決定され、そして、符号化されたデータストリームは最初のデータストリームに復号される(720、725)。上述のように、図6の実施例では、データストリームは連続して復号され、また、再現され、その後、復号されたデータストリームに対応する干渉を除去するために使用される。
データストリームの各々についてSNRが決定されると、これらの値から圧縮されたSNRメトリックが計算される(730)。上に議論されたように、1つの実施例における圧縮されたメトリックは基準SNR値とΔSNR値を含む。圧縮されたSNRメトリックは、その後、送信機に送られる(735)。以前に示したように、送信機610および受信機620は無線通信システムのダウンリンクを形成するが、システムはまた、アップリンクの送信機および受信機（図6では示されていない）を含み、それらは圧縮されたSNRをフィードバックとして送信するために使用される。圧縮されたSNRメトリックが受信されるとデータストリームの各々に対するSNRが復元され(740)、また、データストリームの各々が符号化される際のデータレートがこれらのSNR値に基づいて調節される(745)。もし受信機が逐次干渉除去を使用しなければ、ΔSNRは、リニアスケールの場合は0に、デシベルスケールの場合は0dBにセットされる。
1つの実施例では、受信機は送信アンテナのいくつかの停止を要求する情報をさらにフィードバックする。そして、提示された擬似ランダムアンテナ置換および圧縮されたSNRフィードバックは、実際にデータストリームを送信している活発な送信アンテナに対してのみ適用される。
別の実施例では、活発なデータストリームの数(Ns)は、送信アンテナの数(Nt)よりも少ない。そして、Nt−Ns個の送信アンテナは、所定の時間に何ら信号を送信しない。
この場合であっても、Nt−Ns個多いデータストリームがあり、その全てが送信電力ゼロであると考えれば、擬似ランダムアンテナ置換および圧縮されたSNRフィードバックを適用することができる。
上述したように、先の実施例は本発明を制限するのではなく、例示である。代替の実施例は、上に記述されたシステムと方法から多くの変化を持つことができる。例えば、代替の実施例は、基準SNR値およびΔSNR値以外の値を備えた圧縮されたフィードバックメトリックを使用してもよい。実際、メトリックは、受信され、復号されたデータストリーム中のエラーレートのような、SNR以外の値を備えることもできる。代替の実施例はまた、異なるタイプの受信機(例えば非SIC)、異なる数のチャンネル、あるいは他の変化を有してもよい。
詳細には議論されなかったが、上で記述された機能性は、無線通信システムの移動局および基地局で、それらの装置のそれぞれの処理サブシステム中で実行される適切なプログラムを提供することによりインプリメントされ得ることに注目されるべきである。
処理サブシステムは、その上、データの処理をコントロールし、また、移動局と基地局それぞれのトランシーバー・サブシステムによるデータの送受信をコントロールする。
プログラム命令は、典型的に、それぞれの処理サブシステムによって読み取り可能な記憶媒体中で具体化される。典型的な記憶媒体は、RAMメモリ、フラッシュメモリ、ROMメモリ、EPROMメモリ、EEPROMメモリ、レジスター、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、あるいはこの分野で既知の記憶媒体の他の形態を含む。上に記述された機能性をインプリメントするためのプログラム命令を具体化するそのような記憶メディアは、本発明の代替の実施例を構成する。
この技術分野における熟練者は、情報および信号は、様々な異なる技術および技法の任意のいずれかを使用して表わし得ると理解するであろう。例えば、上の記述の全体にわたって引用されたであろうデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボルおよびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界またはパーティクル、光学フィールドまたはパーティクル、あるいはそれの任意のコンビネーションによって表わされてもよい。
熟練者はさらに、ここで開示された実施例に関連して記載された様々な例示の論理ブロック、モジュール、回路、および方法ステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェアあるいはその両方のコンビネーションとしてインプリメントされ得ることを認識するであろう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明白に例示するために、様々な例示のコンポーネント、ブロック、モジュール、回路およびステップは、ここでは一般にそれらの機能性の点から説明された。そのような機能性がハードウェアまたはソフトウェアとしてインプリメントされるかどうかは、特定のアプリケーションおよびシステム全体に課された設計制約に依存する。また、例示のコンポーネント、ブロック、モジュール、回路およびステップは、代替の実施例においては、整理し直され、あるいは、さもなければ再構成されてもよいことに注目すべきである。熟練した職人は、各特定のアプリケーション用に方法を変えてここで記述された機能性をインプリメントすることができる。しかし、そのようなインプリメンテーションの決定は、本発明の範囲からの離脱を引き起こすと解釈されるべきではない。
ここに開示された実施例に関係して記述された様々な例示の論理ブロック、モジュール、および回路は、ここに記述された機能の実行のために設計された汎用プロセッサ、デジタル信号プロセサ(DSP)、特定用途向けIC(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のプログラム可能な論理回路、個別のゲートまたはトランジスタロジック、個別のハードウェアコンポーネントあるいはそれの任意のコンビネーションによってインプリメントすることができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであってよい。しかし、代替では、プロセッサは従来の任意のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラあるいはステートマシンであってもよい。プロセッサはまた、計算装置のコンビネーション、例えばDSPとマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと協働する1つ以上のマイクロプロセッサ、あるいは他のそのような構成とのコンビネーションとしてインプリメントすることができる。
開示された実施例の先の記述は、いかなる当業者も本発明を製造しあるいは使用することを可能にするために提供される。これらの実施例への様々な変更は当業者にとって容易に明白であり、また、ここで明らかにされた総括的な本質は、本発明の趣旨あるいは範囲を逸脱することなく、他の実施例に適用することができる。したがって、本発明はここに示された実施例に制限されるようには意図されず、ここに開示された原則および新規の特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。
開示された実施例の先の記述は、いかなる当業者も本発明を製造しあるいは使用することを可能にするために提供される。これらの実施例への様々な変更は当業者にとって容易に明白であり、また、ここで明らかにされた総括的な本質は、本発明の趣旨あるいは範囲を逸脱することなく、他の実施例に適用することができる。したがって、本発明はここに示された実施例に制限されるようには意図されず、ここに開示された原則および新規の特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。
以下に、本願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
複数のチャンネルを通して複数の置換されたデータストリームを受信することと、
前記データストリームを逆置換することと、
前記データストリームの各々に対して品質メトリックを決定することと、
前記データストリームの各々の前記品質メトリックに基づいて、圧縮された品質メトリックを決定することと、
前記圧縮された品質メトリックを受信機に送信することと、
を備える方法。
［２］
前記データストリームは擬似ランダムパターンで置換される、［1］に記載の方法。
［３］
前記擬似ランダムパターンは、前記データストリームと前記チャンネルの可能なコンビネーションの完全な置換を備える、［2］に記載の方法。
［４］
前記品質メトリックは信号対雑音比(SNR)を備える、［1］に記載の方法。
［５］
前記圧縮された品質メトリックは、基準SNR値と少なくとも1つのΔSNR値を備える、［4］に記載の方法。
［６］
符号化されたデータストリームを復号することをさらに備える、［1］に記載の方法。
［７］
前記符号化されたデータストリームは、逐次干渉除去を使用して復号される、［6］に記載の方法。
［８］
複数のチャンネルを通して複数の置換されたデータストリームを受信する手段と、
前記データストリームを逆置換する手段と、
前記データストリームの各々に対して品質メトリックを決定する手段と、
前記データストリームの各々の前記品質メトリックに基づいて、圧縮された品質メトリックを決定する手段と、
前記圧縮された品質メトリックを受信機に送信する手段と、
を備えた装置。
［９］
前記データストリームは擬似ランダムパターンで置換される、［8］に記載の装置。
［１０］
前記擬似ランダムパターンは、前記データストリームと前記チャンネルの可能なコンビネーションの完全な置換を備える、［9］に記載の装置。
［１１］
前記品質メトリックは信号対雑音比(SNR)を備える、［8］に記載の装置。
［１２］
前記圧縮された品質メトリックは、基準SNR値と少なくとも1つのΔSNR値を備える、［11］に記載の装置。
［１３］
符号化されたデータストリームを復号することをさらに備えた、［8］に記載の装置。
［１４］
前記符号化されたデータストリームは、逐次干渉除去を使用して復号される、［13］に記載の装置。
［１５］
処理サブシステムと、
複数の受信アンテナを有し、前記処理サブシステムに結合されているトランシーバー・サブシステムと、
を備え、
前記処理サブシステムは、
前記受信アンテナを介して置換されたデータストリームを受信し、
前記データストリームを逆置換し、
前記データストリームを復号し、
前記データストリームの各々に対応する個々の品質メトリックを決定し、
前記データストリームの各々に対応する前記個々の品質メトリックに基づいて、圧縮された品質メトリックを決定し、
前記圧縮された品質メトリックを基地局に送信するために前記トランシーバー・サブシステムを制御する、
ように構成された、
無線通信システムのための移動局。
［１６］
前記品質メトリックは、信号対雑音比(SNR)を備える、［15］に記載の移動局。
［１７］
前記圧縮された品質メトリックは、基準SNR値と少なくとも1つのΔSNR値を備える、［16］に記載の移動局。
［１８］
複数のチャンネルを通して複数のデータストリームを受信する受信機と、
前記受信されたデータストリームの各々に対応して個々の品質メトリックを決定するためのコントローラと、
前記受信されたデータストリームの最初の１つに対応する前記個々の品質メトリックと、前記受信されたデータストリームの残りの各々に対応する補助パラメータとを送信するための送信機と、
を備えた装置。
［１９］
前記残りの受信データストリームの前記個々の品質メトリックの各々は、前記受信データストリームの前記最初の１つに対応する前記個々の品質メトリックと、前記受信データストリームの残りの各々に対応する前記補助パラメータとから決定可能である、［18］に記載の装置。
［２０］
前記補助パラメータは、前記受信データストリームの前記最初の１つに対応する前記個々の品質メトリックと前記受信データストリームの残りの１つに対応する前記個々の品質メトリックとの間の差を表わす増加値を備える、［18］に記載の装置。

Claims (20)

  1. 複数のチャンネルを通して複数の置換されたデータストリームを受信することと、
    前記データストリームを逆置換することと、
    前記データストリームの各々に対して品質メトリックを決定することと、
    前記データストリームの各々の前記品質メトリックに基づいて、圧縮された品質メトリックを決定することと、
    前記圧縮された品質メトリックを受信機に送信することと、
    を備える方法。
  2. 前記データストリームは擬似ランダムパターンで置換される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記擬似ランダムパターンは、前記データストリームと前記チャンネルの可能なコンビネーションの完全な置換を備える、請求項2に記載の方法。
  4. 前記品質メトリックは信号対雑音比(SNR)を備える、請求項1に記載の方法。
  5. 前記圧縮された品質メトリックは、基準SNR値と少なくとも1つのΔSNR値を備える、請求項4に記載の方法。
  6. 符号化されたデータストリームを復号することをさらに備える、請求項1に記載の方法。
  7. 前記符号化されたデータストリームは、逐次干渉除去を使用して復号される、請求項6に記載の方法。
  8. 複数のチャンネルを通して複数の置換されたデータストリームを受信する手段と、
    前記データストリームを逆置換する手段と、
    前記データストリームの各々に対して品質メトリックを決定する手段と、
    前記データストリームの各々の前記品質メトリックに基づいて、圧縮された品質メトリックを決定する手段と、
    前記圧縮された品質メトリックを受信機に送信する手段と、
    を備えた装置。
  9. 前記データストリームは擬似ランダムパターンで置換される、請求項8に記載の装置。
  10. 前記擬似ランダムパターンは、前記データストリームと前記チャンネルの可能なコンビネーションの完全な置換を備える、請求項9に記載の装置。
  11. 前記品質メトリックは信号対雑音比(SNR)を備える、請求項8に記載の装置。
  12. 前記圧縮された品質メトリックは、基準SNR値と少なくとも1つのΔSNR値を備える、請求項11に記載の装置。
  13. 符号化されたデータストリームを復号することをさらに備えた、請求項8に記載の装置。
  14. 前記符号化されたデータストリームは、逐次干渉除去を使用して復号される、請求項13に記載の装置。
  15. 処理サブシステムと、
    複数の受信アンテナを有し、前記処理サブシステムに結合されているトランシーバー・サブシステムと、
    を備え、
    前記処理サブシステムは、
    前記受信アンテナを介して置換されたデータストリームを受信し、
    前記データストリームを逆置換し、
    前記データストリームを復号し、
    前記データストリームの各々に対応する個々の品質メトリックを決定し、
    前記データストリームの各々に対応する前記個々の品質メトリックに基づいて、圧縮された品質メトリックを決定し、
    前記圧縮された品質メトリックを基地局に送信するために前記トランシーバー・サブシステムを制御する、
    ように構成された、
    無線通信システムのための移動局。
  16. 前記品質メトリックは、信号対雑音比(SNR)を備える、請求項15に記載の移動局。
  17. 前記圧縮された品質メトリックは、基準SNR値と少なくとも1つのΔSNR値を備える、請求項16に記載の移動局。
  18. 複数のチャンネルを通して複数のデータストリームを受信する受信機と、
    前記受信されたデータストリームの各々に対応して個々の品質メトリックを決定するためのコントローラと、
    前記受信されたデータストリームの最初の１つに対応する前記個々の品質メトリックと、前記受信されたデータストリームの残りの各々に対応する補助パラメータとを送信するための送信機と、
    を備えた装置。
  19. 前記残りの受信データストリームの前記個々の品質メトリックの各々は、前記受信データストリームの前記最初の１つに対応する前記個々の品質メトリックと、前記受信データストリームの残りの各々に対応する前記補助パラメータとから決定可能である、請求項18に記載の装置。
  20. 前記補助パラメータは、前記受信データストリームの前記最初の１つに対応する前記個々の品質メトリックと前記受信データストリームの残りの１つに対応する前記個々の品質メトリックとの間の差を表わす増加値を備える、請求項18に記載の装置。
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