JP4181115B2 - 多重送信多重受信アンテナ・アレイを用いた無線通信 - Google Patents

Description

［発明の分野］
本発明は、多重送信多重受信アンテナ・アレイを用いた無線通信に関する、即ち、送信局及び受信局の両方がアンテナ素子のアレイを備える場合の無線通信に関する。所与の局のアンテナ素子を送信及び受信の両方のため用い得る場合、本明細書における「送信機」、「送信アンテナ」、「受信機」、及び「受信アンテナ」に対する言及は、それらがその動作中行使している機能に対する言及と解釈されるべきである。

［発明の背景］
データ伝送に関する無線通信システムの重要性は絶えず増大しつつあると考えられ、その範囲には、最大の意味で、例えば、音声又は他の音及び画像、並びに抽象的なディジタル信号が含まれると理解されるべきである。

無線通信システムのため現在提案されている標準は、３ＧＰＰ（第３世代パートナーシップ・プロジェクト）標準、及び３ＧＰＰ２標準（これらは符号分割多元接続（「ＣＤＭＡ」）及び周波数分割デュープレックス（「ＦＤＤ」）又は時分割デュープレックス（「ＴＤＤ」）を使用する。）、ヨーロッパ電気通信標準協会（「ＥＴＳＩ」）のＨＩＰＥＲＬＡＮ及びＨＩＰＥＲＬＡＮ２ローカル・エリア・ネットワーク標準（これらは時分割デュープレックス（「ＴＤＤ」）を使用する。）、及び国際電気通信連合（「ＩＴＵ」）のＩＭＴ−２０００標準を含む。本発明は、これらの種類のシステム及び他の無線通信システムに適用可能である。

雑音及び干渉に対するシステムの感度を低減し且つ送信電力を制限しながらシステムの通信容量を改善するため、同じデータが異なる送信及び／又は受信アンテナ素子を介して伝送される空間−時間ダイバーシティと、同じデータがそれらの副搬送波周波数により区別された異なるチャネルを介して拡散される直交周波数分割多重（「ＯＦＤＭ」）のような周波数拡散とを含む様々な技術が、別々に又は組み合わせて用いられる。

受信機において、シンボルの検出は、複素チャネル減衰及び位相偏移、即ちチャネル状態情報（「ＣＳＩ」）の知識を利用して実行される。チャネル状態情報は、受信機において、送信機からデータと一緒に送信されたパイロット信号の値を測定することにより獲得される。チャネルの知識は、受信された信号を最大比組み合わせ技術に従って共同で処理するのを可能にし、当該最大比組み合わせ技術においては、受信された信号が、推定されたチャネル転送マトリックスのエルミート転置により乗算される。

送信ダイバーシティを管理する２つの幅広い方法は、「閉ループ」と「開ループ」とに類別されてきた。閉ループ信号送信においては、送信チャネルに関する情報は、通信を改善するため送信機で利用される。例えば、ＥＴＳＩＵＭＴＳ物理層エキスパート・グループに提示されたドキュメントＴｄｏｃ ＳＭＧ２ＵＭＴＳ−Ｌ１ ３１８／９８は、送信適応アレイ（Ｔｘ ＡＡ）ＦＤＤスキームの動作を記述しており、当該スキームにおいては、専用チャネルが、各送信アンテナで同じデータ及び符号と共にであるがしかしアンテナ特有の振幅及び位相重み付けと共にコヒーレントに送信される。受信機は、共通チャネル上を送信されたパイロットを用いて、各アンテナから見られるチャネルを別々に推定する。受信機は、当該受信機で受信された電力を最大にするため送信機で印加されるべきである重みを推定し、当該重みを量子化し、そしてそれらを送信機へフィードバックする。送信機は、それぞれの量子化された重みを、アレイの各送信アンテナから送信された信号の振幅及び位相に適用する。代替として、ＴＤＤシステムにおいては、ダウンリンク送信アンテナに印加された信号を重み付けするためのチャネル状態情報は、チャネル同士が等価であると仮定して、任意の特定のチャネル又は重み付け情報を受信機から送信機へ送信すること無しでアップリンク信号から導出され得る。

本質的に同じ信号が空間−時間ダイバーシティで、送信及び受信アンテナ素子の異なる組み合わせを介して送信される多重送信多重受信（Ｍｕｌｔｉ−Ｔｒａｎｓｍｉｔ−Ｍｕｌｔｉ−Ｒｅｃｅｉｖｅ）（「ＭＴＭＲ」）は、信号対雑音比（「ＳＮＲ」）において著しい利得を与え、従って低ＳＮＲで動作することができ、高次変調の使用によりスペクトル効率の増大を可能にする。代替として、マルチストリーム無線通信スキームにおいては、異なる信号は、送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間で送信されて、高いスペクトル効率を可能にする。しかしながら、提案されてきたこの種類のマルチストリーム・スキームは、高いＳＮＲでのみ実行可能であり、そして送信された異なる信号を受信機で抽出することができるため、複雑な受信機（Ｎ個の送信及びＭ個の受信アンテナ構成について、ＭがＮ以上でなければならない。）を要求する。

開ループ・マルチストリーム単一ユーザ・スキームの一例は、Ｇ．Ｊ．Ｆｏｓｃｈｉｎｉの論文「多重アンテナを用いたときのフェーディング環境での無線通信のためのレイヤー化された空間−時間アーキテクチャ（Ｌａｙｅｒｅｄ Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ Ａｒｃｈｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｆａｄｉｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｍｅｎｔ Ｗｈｅｎ Ｕｓｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｎｔｅｎｎａｓ）」（ベル研究所技術誌（Ｂｅｌｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ）、１巻２号秋、１９９６年、４１−５９頁）に記述されているベルラボ（Ｂｅｌｌ Ｌａｂｓ）のレイヤー化された空間−時間（「ＢＬＡＳＴ」）スキームである。

チャネル知識がマルチストリーム送信のため送信機で用いられる、上記のスキームに対する代替の閉ループ技術は、Ｍａｎｓｏｏｒ Ａｈｍｅｄ、Ｊｏｓｅｐｈ Ｐａｕｌｔｅｒ及びＫａｍｙａｒ Ｒｏｈａｎｉの論文「多重入力多重出力アンテナ・システムに関するＣＤＭＡ受信機性能（ＣＤＭＡ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」（車両技術会議、秋、Ａｔｌａｎｔａ Ｃｉｔｙ、２００１年１０月）に記述されている。この通信システムの原理を説明する概略図が、添付の図１に示されている。

そのようなスキームは、ダイバーシティ利得とスペクトル効率との間の妥協により制限され、従って、動作上のＳＮＲの範囲は、複雑さを増大させない場合、又は高い変調コンステレーション（例えば、６４ＱＡＭより大きい）を用いない場合制限される。本発明は、ダイバーシティ利得とスペクトル効率との間の妥協の実質的改善を提供する。

［発明の概要］
本発明は、添付の特許請求の範囲に記載されているように多重送信多重受信アンテナ・アレイを用いた無線通信のための方法及び装置を提供する。

［好適な実施形態の詳細な説明］
図面の図１は、Ｎ個の送信アンテナ素子の送信アンテナ・アレイ２を備える備える送信機局１とＭ個の受信アンテナ素子の受信アンテナ・アレイ４を備える受信機局３とを備える既知のマルチストリーム無線通信システムを示す。図１に示される例においては、Ｎ＝Ｍ＝２である。複数の別個のデータ・ストリームｘ_１からｘ_Ｆ（図１の例においてはＦ＝２）は、送信アンテナ・アレイ２から受信アンテナ・アレイ４へ送信され、そしてそのデータ・ストリームは、それぞれの複素重み付け係数ｖ_ｎ，ｆにより重み付けされる。なお、ｎはｎ番目の送信アンテナ素子であり、ｆは送信アンテナ・アレイに印加される前のｆ番目のデータ・ストリームである。別個のデータ・ストリームは、受信機局において、線形又は非線形受信機５で分離され且つ推定されて、検出された信号ｓ_１及びｓ_２を生成する。

図１に示されるケースにおいては、Ｎ＝Ｍ＝Ｆ＝２の場合、伝搬チャネルは、マトリックス（行列）

により表すことができる。モトローラにより開発され、そして上記で言及したＭａｎｓｏｏｒ Ａｈｍｅｄ、Ｊｏｓｅｐｈ Ｐａｕｔｌｅｒ及びＫａｍｙａｒ Ｒｏｈａｎｉの論文に記載されている閉ループ・システムにおいては、チャネル知識が、マルチストリーム送信のため送信機で用いられる。このスキームは、送信アンテナで適用される重みマトリックス、即ちＶ＝［Ｖ１ Ｖ２］の知識を必要とし、ここで、Ｖ１＝［ｖ_１，１Ｖ_２，１］^Ｔ及びＶ２＝［ｖ_２，１ ｖ_２，２］^Ｔは、Ｈ ^Ｈ Ｈの２つの固有ベクトルである（Ｔ及びＨは、転置及び共役転置のそれぞれを表す。）。図１に示される入力ｎ_１及びｎ_２は、信号チャネルに追加される雑音を表す。雑音は、以下の解析において、分散σ^２を有する「独立し識別されて分布した（ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ， ｉｄｅｎｔｉｃａｌｌｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）（「ｉ．ｉ．ｄ．」）複素ガウス・ランダム値（ＡＷＧＮ雑音）であると仮定される。最後に、ｙ_１及びｙ_２は、受信アンテナ・アレイ４の２つのアンテナ上でそれぞれ受信された信号を表す。

上記で言及したＧ．Ｊ．Ｆｏｓｃｈｉｎｉの論文に記載されたＢＬＡＳＴ技術はｖ_１，１＝ｖ_２，２＝１及びｖ_１，２＝ｖ_２，１＝０と設定することと等価であり、即ち、各データ・ストリームはそれぞれの単一の送信アンテナ素子上のみに送信され、且つチャネル知識を送信機で用いない（開ループ）ことが認められるであろう。

また、従来のＴｘＡＡ閉ループ送信ダイバーシティ・スキームにおいては、単一のストリームはＨ ^Ｈ Ｈの最大固有値に対応する固有ベクトルに従って送信され、それによりＶ１＝［ｖ_１，１Ｖ_２，１］^Ｔ及びｖ２＝０であることが認められるであろう。これは閉ループ単一ストリーム単一ユーザ・スキームであるのに対し、図１に示されるデュアル・ストリームＴｘＡＡにおいては固有ベクトルＶ１及びＶ２の両方が用いられる。

解析は、高速ダウンリンク共用チャネル（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ）（ＨＳ−ＤＳＣＨ）通信の文脈において、デュアル・ストリームＴｘＡＡについて２つの主要な結論に達した。第１の結論は、低ＳＮＲ（約−５ｄＢ）において、ターボ・コードＨ−ＡＲＱ及び水充填（ｗａｔｅｒ−ｆｉｌｌｉｎｇ）を用いた場合、閉ループ・デュアル・ストリーム・スキームは、開ループ・デュアル・ストリーム・スキームと比較したとき、平均スループット（ビット／チップ間隔）で最高５０％の増大を提供することができることである。第２の結論は、閉ループ・デュアル・ストリーム・スキームに対して、非線形受信機の性能（平均スループット）は、線形受信機の性能と殆ど同じであり、即ち、送信機でのチャネル知識の使用は非線形処理の必要性を無くすことである。

しかしながら、単一ストリーム閉ループ送信ダイバーシティ（ＴｘＡＡ）は中間及び低いＳＮＲ（−５ｄＢから１０ｄＢ）において最良の性能、及び０．５ビット／チップ間隔から３ビット／チップ間隔の平均スループットを提供することが分かった。これは、高いＳＮＲのシナリオ（＞１０ｄＢ）条件がセルラ・システム（特に、例えばＣＤＭＡシステム）において低い確率で生じると仮定すれば非常に重要である。

図２に示される本発明の実施形態は、マルチストリーム化を用いることによりデータ・レートを増大しながら閉ループ送信ダイバーシティを利用する。図１の構成要素と類似の図２の構成要素は同じ参照番号を有する。

本発明のこの実施形態は、一般的に、Ｆ個のデータ・ストリームが送信アンテナ素子の各サブグループから送信され、それらのサブグループのうちの少なくとも１つが複数の送信アンテナ素子を備える場合に適用可能である。本発明の好適な実施形態においては、送信アンテナ素子のサブグループのそれぞれは、同数Ｎ_ｄ個の送信アンテナ素子を有する。本発明の別の実施形態においては、送信アンテナ素子のサブグループは異なる数の送信アンテナ素子を有し、当該サブグループのそれぞれは少なくともＮ_ｄ個の送信アンテナ素子を有する。本発明のこの実施形態におけるように、どのサブグループ内の送信アンテナ素子の最小数Ｎ_ｄは少なくとも２である。サブグループ内の２以上のアンテナ素子を使用することが、そのデータ・ストリームのための通信のダイバーシティを改善する一方、２以上のサブグループを使用することは、異なる信号をそれらサブグループを介して送信することによりスペクトル効率を改善する。各サブグループの送信アンテナ素子の数を含む構成の選定、従って、Ｎ及びＮ_ｄの選定は、所与の応用の文脈において、例えば、チャネル条件及び目標性能の関数として公式化することができる最適化の問題である。

目標性能及び機能するＳＮＲに応じて、必要とされるダイバーシティ及びスペクトル効率を提供するため、Ｎ_ｄ及びグループの数を選定することができる。更にまた、Ｎ個の全てのアンテナを用いるとは限らないようにＮ_ｄ及びグループの数を設定するよう選定することができ、受信機での計算の複雑さを単純化（ｅｃｏｎｏｍｉｚｅ）することができる。この形態を、良好なチャネル品質、従って高いＳＮＲ及び低い目標性能のケースに用いることができる。本発明の一実施形態においては、用いられるアンテナの合計数及び各サブグループのアンテナの数、及びＮ_ｄの値は、現在のチャネル条件及び目標性能に対して選定を適合させるためシステムの動作中に変更される。

受信機側で、本発明のこの実施形態は、一般的に、数Ｍ個の受信アンテナ（但し、Ｍは（Ｎ／Ｎ_ｄ）に等しいかそれより大きい。）に適用可能である。
説明を簡潔にするため、本発明の好適な実施形態が、図２に、２つのデータ・ストリーム、４個の送信アンテナ及び２個の受信アンテナ（即ち、Ｎ＝４、Ｎ_ｄ＝２、Ｍ＝２）のケースに関して示されている。図２に示されるマルチストリーム無線通信システムは、２個の送信アンテナ素子の送信アンテナ・アレイ２を備える送信機局１と、２個の受信アンテナ素子の受信アンテナ・アレイ４を備える受信機局３を備える。線形又は非線形受信機５は、受信アンテナ・アレイ４で受信された信号を分離、復号、そして復調する。

送信アンテナ・アレイ２のアンテナ素子は、２つのサブグループ６及び７に接続されている。２つの別個のデータ・ストリームｘ_１及びｘ_２は、送信アンテナ・サブグループ６から及び送信アンテナ・サブグループ７からそれぞれ受信アンテナ・アレイ４へ送信される。データ・ストリームｘ_１は、サブグループ６の２個のアンテナ素子のそれぞれに印加される前に複素重み付け係数ｖ_１及びｖ_２により重み付けされ、そしてデータ・ストリームｘ_２は、サブグループ７の２個のアンテナ素子のそれぞれに印加される前に複素重み付け係数ｖ_３及びｖ_４により重み付けされる。別個のデータ・ストリームは、受信機局３における線形又は非線形受信機５で、検出された信号ｓ_１及びｓ_２を生成するため、分離され、そして推定される。

Ｎ＝Ｍ＝Ｎ_ｄ＝２である図２に示されるケースにおいては、伝搬チャネルは、２つのマトリックス

及び

により表される。ここで、ｈ_ｉｊはｉ番目の送信アンテナ素子からｊ番目の受信アンテナ素子へのチャネルを表す。

次いで、受信された信号ベクトルは次のように表すことができる。

ここで、

そして、そこでは、データ・ストリームがそれぞれの複素重み付け係数ｖ_ｎ，ｆにより重み付けされ、ｎがｎ番目の送信アンテナ素子であり、ｆがｆ番目のデータ・ストリームであり、ｙ_１及びｙ_２は受信アンテナ・アレイ４の２個のアンテナで受信されたそれぞれの信号を表し、ｎ_１及びｎ_２は、分散σ^２を有する独立し識別されて分布した（「ｉ．ｉ．ｄ．」）複素ガウス・ランダム値（ＡＷＧＮ雑音）であると再度仮定すると、信号チャネルに加えられる雑音を表す。

式１をベクトル形式で書き直すと、次式が得られる。

ここで、

、及びＨ_ｅｑｕの次元は２×２である。

線形最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）受信機の出力での推定されたシンボル（ストリーム）は、次式で与えられる。

ここで、

はＭＭＳＥ受信機の伝達関数であり、Ｉは恒等行列であり、上付き文字Ｈは演算転置共役（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｓｅ ｃｏｎｊｉｇａｔｅ）を表す。

各ストリームに対して、係数Ｖ_１＝［ｖ_１ ｖ_２］^Ｔ及びＶ_２＝［ｖ_３ ｖ_４］^Ｔが、単位ノルム（ｕｎｉｔ ｎｏｒｍ）制約の下で受信電力Ｐを最大にするために選定され、それにより合計の送信電力がまた正規化される。Ｖ_１及びＶ_２に関する解析的解（これは、固有フィルタ解（ｅｉｇｅｎｆｉｌｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）とも呼ばれる（例えば、Ｓｉｍｏｎ Ｈａｙｋｉｎの著書「適応フィルタ理論（Ａｄａｐｔｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ ｔｈｅｏｒｙ）」（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌから発行）の４．４及び４．５章参照）は、マトリックスＨ_１ ^ＨＨ_１及びＨ_２ ^ＨＨ_２の最大固有値に対応する固有ベクトルであり、ここで、

式６を用いて、２つのストリームを、受信機の出力で分離し、そして推定することができ、従って、次数２のスペクトル効率の増大が得られる。その上、コヒーレントな組み合わせ及びダイバーシティの利得に関して、アンテナ係数Ｖ_１及びＶ_２は、各ストリームに対して受信機出力電力を最大にするよう選定される。

マルチストリーム送信適応アンテナ（ｍｕｌｔｉ−ｓｔｒｅａｍ ｔｒａｎｓｍｉｔ ａｄａｐｔｉｖｅ ａｎｔｅｎｎａ）（「Ｍ−ＴｘＡＡ」）と呼ばれる、本発明のこの実施形態の性能は、図３、図４及び図５に、Ｎ、Ｎ_ｄ及びＭ及びスペクトル効率の異なる値に関して、例えば、Ｎ＝４、Ｎ_ｄ＝２及びＭ＝２の場合に関して示されている。性能は、無符号化（ｕｎ−ｃｏｄｅｄ）のビット誤り率（「ＢＥＲ」）に関して、ビット当たりの送信エネルギ対雑音比（「ＴｘＥｂ／Ｎｏ比」）の関数として評価される。

本発明のこの実施形態でもって得られた結果は、図３に、様々な符号化スキーム、即ち、２相位相変調（「ＢＰＳＫ」）、４相位相変調（「ＱＰＳＫ」）、及び１６及び６４シンボル／コンステレーションを有する直交振幅変調（「ＱＡＭ−１６」及び「ＱＡＭ−６４」）により与えられる様々なスペクトル効率に関して示されている。

図４は、本発明のこの実施形態（Ｍ−ＴｘＡＡ）と、同じ数の送信アンテナ素子（即ち、４個）及び本発明の２個の受信アンテナ素子の実施形態の代わりに４個の受信アンテナ素子を有する開ループ・システム（「ＯＬ」）との性能の比較を示す。ＴｘＥｂ／Ｎｏの所与の範囲［６〜２０ｄＢ］に対して、マルチストリーム開ループ・スキーム（ＢＬＡＳＴ）と比較して、Ｍ−ＴｘＡＡを用いたとき、性能が著しく改善されることが分かるであろう。更に、所与のＳＮＲ及び無符号化ＢＥＲ（例えば、３ｅ^−２及び２０ｄＢ）に対して、Ｍ−ＴｘＡＡは、１２ビット／シンボル（Ｒ＝２×６）のビット・レートを達成し、それは開ループ・マルチストリーム・スキームより５０％高い。他方、固定のビット・レート及び所与の無符号化ＢＥＲ（例えば、８ビット／シンボル及び３ｅ^−２）に対して、Ｍ−ＴｘＡＡは、１６．５ｄＢのＳＮＲで動作することができ、それは開ループ・マルチストリーム・スキームより３．５ｄＢ低い。これら図３及び図４に関して、Ｍ＝２個のみのアンテナをＭ−ＴｘＡＡに対する受信機で用い、その結果移動性の複雑さ（ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ）を低減することが得られるに対して、開ループ・マルチストリームは少なくともＭ＝４個の受信アンテナを必要とすることに注目されたい。

図５は、本発明のこの実施形態（Ｍ−ＴｘＡＡ）と、同じ数（４個）の送信アンテナ素子及び同じ数（４個）の受信アンテナ素子を有する開ループ・システム（「ＯＬ」）との性能の比較を示す。所与のスペクトル効率、例えば８ビット／シンボル、及び所与の無符号化ＢＥＲ、例えば３ｅ^−２に対して、Ｍ−ＴｘＡＡは１０．０ｄＢのＳＮＲで動作することができ、それは開ループ・マルチストリーム・スキームより１０ｄＢ低いことが分かるであろう。更に、３ｅ^−２の同じ無符号化ＢＥＲで、開ループより５０％高いビット・レート（８ビット／シンボルよりむしろ１２ビット／シンボル）に対して、Ｍ−ＴｘＡＡは依然１４ｄＢのＳＮＲで、即ち４ｄＢより低い状態で動作することができる。

重みＶ_１＝［ｖ_１，１ Ｖ_２，１］^Ｔ及びＶ_２＝［ｖ_２，１ｖ_２，２］^Ｔの量子化は、現在の３ＧＰＰ Ｒｅｌ’９９閉ループ送信ダイバーシティ・スキームで規定されるように実行することができる。エレメントｖ_１及びｖ_３は、一定の電力に固定することができ、そしてｖ_２及びｖ_４は、（ｖ_１及びｖ_３のそれぞれに対して）相対的な振幅及び位相に設定することができる。従って、２つの係数ｖ_２及びｖ_４のみがフィードバックされる必要があり、それは無視し得る追加のオーバヘッドを表す。

前述の本発明の実施形態においては、送信アンテナ対（６）及び（７）は、単一の送信機の一部を形成する、即ち、それらは、同じセル／セクタの中にある。しかしながら、それらが、移動体（ｍｏｂｉｌｅ）がソフトハンドオーバ／よりソフトなハンドオーバ（ｓｏｆｔ−ｈａｎｄｏｖｅｒ／ｓｏｆｔｅｒ−ｈａｎｄｏｖｅｒ）中に同時通信している２つの異なるセクタ／セルの一部を形成することも可能である。従って、移動体が、２つの別々のストリームを２つの異なるセル／セクタ基地局送信機から受信するであろう。

本発明の実施形態を、各サブグループに２個のアンテナ素子を有する２つの送信アンテナ・サブグループと２つの受信アンテナ素子とがある事例を特に参照して説明した。サブグループＧ_ｉがＮ_ｉ個の送信アンテナ素子（ここで、Ｎ_ｉ≧Ｎ_ｄ）を有する送信アンテナ素子のＧ個のサブグループとＭ個の受信アンテナ素子とのより一般的ケースへ上記の式を適応させることにより次式が与えられる（なお、平坦フェーディングのケースに対して、マトリックスの項に対して対応のベクトルを置くことにより一層一般的なマルチパスのケースへの拡張が得られることが示されている。）。

式１は次式となる。

ｕ_ｉの値は次のとおりになる（式２）。

ｉ＝１，…，Ｇの場合、和は、第１の指標（ｉｎｄｅｘ）のみに対してであり、即ち、我々が

と表す場合、指標１は上記で表したような和である。

式４は次式となる。

ここで、

である。

従って、Ｖ_ｉに対する固有フィルタ解（式６を参照）は、マトリックスＨ_ｉ ^ＨＨ_ｉの最大固有値に対応する固有ベクトルであり、ここで、

である。

図１は、既知の一般的マルチストリーム単一ユーザ通信システムの概略図である。 図２は、一例として与えられる、本発明の一実施形態に従ったマルチストリーム通信システムの概略図である。 図３は、様々なスペクトル効率に関する図２のシステムの性能を示すグラフである。 図４は、同数の送信アンテナ素子を有するが異なる数の受信アンテナ素子を有する開ループ・システムと比較したときの図２のシステムの性能を示すグラフである。 図５は、同数の送信及び受信アンテナ素子を有する開ループ・システムと比較したときの図２のシステムの性能を示すグラフである。

Claims (4)

1. 複数のＮ個の送信アンテナ素子の送信アンテナ・アレイを備える送信機手段（１）と複数のＭ個の受信アンテナ素子の受信アンテナ・アレイ（４）を備える受信機手段（３）との間の閉ループ・マルチストリーム無線通信方法であって、複数の別個のデータ・ストリーム（ｘ_１ 〜ｘ _Ｇ ）が、前記送信アンテナ・アレイから前記受信アンテナ・アレイに送信され、前記データ・ストリームは、前記送信アンテナ・アレイに印加される前にそれぞれの複素重み付けマトリックスにより重み付けされ、前記別個のデータ・ストリームが、前記受信機手段で分離され且つ推定される、前記方法において、
   前記別個のデータ・ストリーム（ｘ_１ 〜ｘ _Ｇ ）を、前記送信アンテナ素子のそれぞれのサブグループ（６，７）に印加するステップを含み、
   前記それぞれのサブグループ（６，７）のうちの少なくとも１つが、複数の前記送信アンテナ素子を備え、
   前記サブグループのそれぞれが、少なくともＮ_ｄ個の送信アンテナ素子を備え、
   ここで、Ｍは（Ｎ／Ｎ_ｄ）に等しいかそれより大きく、
   前記複素重み付けマトリックス（ｖ_１〜ｖ_ｎ）が、送信アンテナ素子の前記それぞれのサブグループを含む、前記複数のＮ個の送信アンテナ素子の各々と前記複数のＭ個の受信アンテナ素子の各々との間で前記別個のデータ・ストリーム（ｘ_１〜ｘ_Ｇ）を送信するためのそれぞれの送信チャネル（ｈ_ｉｊ）から得られ、
   Ｎ _ｄ が２に等しいかそれより大きく、
   前記複素重み付けマトリックスのそれぞれは、マトリックスＨ ^Ｈ Ｈの最大固有値に対応する固有ベクトルに実質的に等しいよう計算され、ここで、Ｈは、対応のデータ・ストリームが見る送信アンテナ素子（６，７）の前記それぞれのサブグループを含む等価送信チャネルのマトリックスであり、Ｈ ^Ｈ が、マトリックスＨのエルミート変換である
   ことを特徴とする方法。
2. 前記サブグループのそれぞれのサブグループにおける前記送信アンテナ素子の数が、動作中に再構成可能である請求項１に記載の方法。
3. 請求項１又は２のいずれか一項に記載の方法を実行する送信機装置。
4. 請求項１又は２のいずれか一項に記載の方法を実行する受信機装置。

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