JP4364802B2 - 多入力/多出力ワイヤレス通信システムにおいてデータシンボルストリームを送信する方法及び多入力/多出力ワイヤレス通信システム用の送信機 - Google Patents

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Description

本発明は、包括的にはワイヤレス通信に関し、特に動的な電力割り当てを用いた多入力/多出力ワイヤレス通信システムに関する。
伝送ダイバシティは、第3世代(3G)ワイヤレス通信システムにおいて用いられる重要な技術の1つである。複数の送信アンテナを介して複数の受信アンテナへ信号を送信することによって、空間ダイバシティ利得を得てシステム能力を上げることができる。時空間伝送ダイバシティ(STTD)は、時空間ブロック符号を用いてシンボルを変調する開ループ技法である(Alamouti著「ワイヤレス通信のための簡単な伝送ダイバシティ技法(A simple transmit diversity technique for wireless communications)」(IEEE J. Select. Areas Commun., 16: 1451-1468, 1998)を参照)。
STTD方式は、実施が簡単でダイバシティ利得が最大であることから3GPPによって採用されている。送信適応アレー(TXAA)は、3GPPによって採用されている閉ループ伝送ダイバシティ技法である。移動体受信機は、推定される最適な送信重みを基地局にフィードバックする。基地局は、このフィードバック情報を用いて送信信号の電力レベルを調節し、所望の移動体受信機において受信される電力を最大にする。
シミュレーションの結果は、STTDが高い速度で頑強であるのに対し、TXAAは、低い速度で最大の利益を与えることを示している(Derryberry他著「3G CDMAシステムにおける伝送ダイバシティ(Transmit Diversity in 3G CDMA Systems)」(IEEE Comm. Magazine, vol.40, no.4, pp.68-75, April 2002)を参照)。
開ループおよび閉ループダイバシティ技法を混合して用いると、高速フェージングと低速フェージングの両方に対処することができる。最近では、STTDを適応送信電力割り当てと組み合わせてSTTDシステムの性能を向上させた適応STTD(ASTTD)方式が記載されている(Huawei著「適応送信電力割り当てを用いたSTTD(STTD with Adaptive Transmitted Power Allocation)」(3GPP TSG-R WG1 document, TSGR1#26 R1-02-0711, Gyeongju, Korea May 13-16, 2002)を参照)。
個の送信アンテナを含む多入力/多出力(MIMO)ワイヤレス通信システムにおいてデータシンボルストリームを送信する方法を提供する。
まず、データシンボルストリームをM=N/2であるM個のサブストリームに逆多重化する。次に、各サブストリームに時空間伝送ダイバシティ符号化を施し、送信信号対を生成する。
送信信号の受信機から受信した対応するフィードバック信号に従って、送信信号対の各々に動的に電力を割り当てる。
フィードバック信号は、送信信号に用いられるチャンネルのチャンネル係数の大きさの総和の比を含む。
図1は、本発明を用いることができるMIMOシステム100を示す。単一の入力信号101から、STTDエンコーダ110が、逆多重化103を用いて複数の出力信号102を生成する。各出力信号の電力は、受信機200の受信機アンテナ201(図2を参照)に対して応答hを有するチャンネルを介して複数の送信機アンテナ120に送られる前に電力増幅器によって重み付けされる(120)。
重みwおよびwは、w +w =1であることを制約として受信機200においてSNRが最大となるように選択される正の実数である。STTD符号化110は、入力信号[X101を下式(1)の出力信号102に符号化する時空間ブロック符号である。
Figure 0004364802
ここで、は複素共役を示し、行列の各行は、同一の送信アンテナ120に割り当てられる。
図2は、受信機200を詳細に示したものである。受信機は、コンバイナ220と、STTDデコーダ230と、干渉相殺段240とを備える。
受信機200には、N個の受信機アンテナ201があると仮定する。i番目の受信機アンテナにおける受信信号r(n)210は、次のように表すことができる。
Figure 0004364802
ここで、hijはi番目の送信機アンテナとj番目の受信機アンテナとの間のチャンネルのチャンネル係数であり、v(n)は、時刻nにおける加法性白色ガウス雑音サンプルであり、全ての受信機アンテナ要素において独立していると仮定する。
全てのアンテナ201からの受信信号210は、まず合成(220)された後で、STTDデコーダ230に送られる。したがって、1つの時空間符号化ブロックにおける2つの連続する送信シンボルに対応するSTTDデコーダ230の出力r(〜)は、次式により与えられる。ここで、r(〜)は、rの上に〜があるものを表す。
Figure 0004364802
式(4)の交差干渉項Bを相殺するために、交差干渉相殺段240がSTTD復号化シンボルのSNRを最大にする。出力X(^)250は、次式により与えられる。ここで、X(^)は、Xの上に^があるものを表す。
Figure 0004364802
したがって、出力信号の条件付きSNRは、次式により得ることができる。
Figure 0004364802
ここで、Esは、送信シンボルエネルギーであり、σν は、加法性白色雑音の電力である。
式(4)の項Aの所望の信号エネルギーに対する貢献は、支配的であるため、式(7)のSNRを最大にする代わりにAを最大にすることができる。
したがって、最適な重み関数は、固定された電力制約w +w =1によりdA/dw=0とすることによって求められる。
Figure 0004364802
式(8)は、送信機が最適な送信重みを計算するにはチャンネル係数の大きさの総和の比のみで十分であることを示す。これは、伝搬チャンネルの振幅情報および位相情報を用いて送信重みを計算する従来技術の閉ループ技法(TXAA)よりもはるかに単純である。また、これにより本発明では、ビット数が低減され、フィードバック情報の送信の信頼性が増す。
フィードバックのサイズに制限がない場合、送信重みを計算する代わりに固有モードを用いることができる。送信重みベクトルは、チャンネル相関行列Rの最大固有値に対応する主固有ベクトルとして選択される。
Figure 0004364802
適応STTDの性能により、BER=10−3の場合に0.8dBのSNR利得を、またFER=10−1の場合に1.0dBの利得を得ることができる。本発明は、複数の送信アンテナおよび単数の受信アンテナにも用いることができることに留意すべきである。
本発明を好ましい実施の形態の例として記載してきたが、本発明の精神および範囲内で様々な他の適応形態および変更形態を実施できることが理解されるべきである。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神および範囲に入る変形形態および変更形態をすべて網羅することである。
本発明を用いる多入力/多出力ワイヤレス通信システムのブロック図である。 図1のシステムの受信機のブロック図である。

Claims (2)

  1. 個の送信アンテナを含む多入力/多出力ワイヤレス通信システムにおいてデータシンボルストリームを送信する方法であって、
    前記データシンボルストリームをM=N/2であるM個のサブストリームに逆多重化することと、
    各サブストリームを送信信号対に時空間伝送ダイバシティ符号化することと、
    送信信号に用いられるチャンネルのチャンネル係数の大きさの総和の比を含み、受信機から受信した対応するフィードバック信号に従って、各対の各送信信号に動的に電力を割り当てることと
    を備え、
    i番目の送信機アンテナとj番目の受信機アンテナとの間のチャンネルのチャンネル係数をh ij とし、前記受信機アンテナの数をN としたときに、重みw 及びw は、それぞれ下式
    Figure 0004364802
    で表され、前記送信信号対の電力は、それぞれ正の実数w およびw によって、w +w =1となるように重み付けされ
    データシンボルストリームを送信する方法。
  2. 個の送信アンテナを含む多入力/多出力ワイヤレス通信システム用の送信機であって、
    データシンボルストリームをM=N/2であるM個のサブストリームとして出力するように構成されたデマルチプレクサと、
    各サブストリームを送信信号対に符号化するように構成された時空間伝送ダイバシティエンコーダと、
    送信信号に用いられるチャンネルのチャンネル係数の大きさの総和の比を含み、受信機から受信した対応するフィードバック信号に従って、前記送信信号対の電力がそれぞれ正の実数w およびw によって、w +w =1となるように重み付けすることにより、各対の各送信信号に動的に電力を割り当てるように構成された電力増幅器と
    を備え
    i番目の送信機アンテナとj番目の受信機アンテナとの間のチャンネルのチャンネル係数をh ij とし、jをN としたときに、前記重みw 及びw は、それぞれ下式
    Figure 0004364802
    で表され
    多入力/多出力ワイヤレス通信システム用の送信機。
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