JP4584969B2 - 複数の送信アンテナを用いた無線通信システムにおけるパイロットオーバヘッドの低減 - Google Patents

Description

本発明は、レシーバにおいてチャネル推定（ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）を可能にするためにパイロットチャネル、すなわちパイロットシンボルが用いられていて、直交周波数分割多重（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）を用いる将来のモバイル通信システムに対して提案されている例としてプリコーディングを実行するためにトランスミッタがチャネル情報（ｃｈａｎｎｎｅｌ ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が利用できるような無線通信システムの分野に関する。

チャネル推定は通常、送信されたデータシンボルとともに、多重化されたトレーニングシンボル又はパイロットシンボルを用いて実行される。これらチャネル推定スキームの概要が、例えば非特許文献１〜５に記載されている。

パイロットシンボルは、オーバヘッドを増加させ、かつ電力を消費する。すなわち、このパイロットシンボルは、貴重な無線リソースを消費する。多くのアプリケーションにおいて、各アンテナ及び／又は各ユーザのためのいわゆる専用パイロットが必要である。専用パイロットは、互いに直交していなければならない。これは、通常、時間領域及び／又は周波数領域及び／又は符号領域において専用パイロットを分離（ｓｅｐａｒａｔｅ）して、それによりかなりのオーバヘッドを生じさせることにより実現される。

直交パイロットシンボルパターンを利用した一例は、送信ダイバーシチを利用した場合にある。ここで、基地局からユーザの機器へある信号を送信するために、いくつかの送信アンテナが用いられる。いくつかのシナリオ、すなわち、いくつかの送信ダイバーシチスキームにおいて、このユーザ機器は、各送信アンテナと各受信アンテナとの間の各送信チャネルに関する情報を必要とする。このため、パイロットシンボルが、送信アンテナの各々からユーザ機器へと送信される必要があり、異なる送信アンテナによって送信されたパイロットシンボルが直交性を維持することを保証することで、ユーザ機器がパイロットシンボルを分離して、無線チャネルの各々に対するチャネル推定を実行できる。

システムの一例が、現在、３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）により標準化されて仕様が決められている。これは、３ＧＰＰ ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）と呼ばれており、非特許文献６に記載されている。

従来のパイロットスキームの例を説明するために、以下において、３ＧＰＰ規格のテクニカルレポート「ＴＲ２５．８１４」で現在検討されていることと同様の基本的なＯＦＤＭについて説明する。

基本的なＯＦＤＭフレームを図８に示している。図８は、時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）が０．５ｍｓであり、３ＧＰＰ規格において、ＴＴＩ（ｔｉｍｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｔｅｒｖａｌ）と呼ばれている基本的なＯＦＤＭフレームを示している。図８のｘ軸は、基本的なＯＦＤＭスキームに基づく直交副搬送波８１１、８１２等を表す周波数領域を示している。図８から分かるように、１つのＯＦＤＭフレームは、７つのＯＦＤＭシンボル８０１〜８０７からなり、データシンボル及び参照シンボル（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｙｍｂｏｌ）又はパイロットシンボルの送信に用いられる。図８において、Ｄは、データの送信を表しており、Ｒ₁とＲ₂はそれぞれ、参照シンボル又はパイロットシンボルを表している。参照シンボル又はパイロットシンボルは、レシーバにおけるチャネル推定のために用いることができる。図８の場合、ＳＩＳＯ（ｓｉｇｌｅ−ｉｎｐｕｔ−ｓｉｎｇｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）通信が想定されており、その結果、非専用パイロット及びチップのオーバヘッドがもたらされる。すなわち、データレートの一部（約５％）がパイロットシンボル又は参照シンボルにより消費される。

ＭＩＳＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ−ｓｉｎｇｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）送信の例について図９から図１２を参照して説明する。図９から図１２は、４つのアンテナ、すなわち、それぞれアンテナ１、アンテナ２、アンテナ３及びアンテナ４の送信フレームのための直交パイロットの例を示しており、４つの送信アンテナを用いた送信を想定している。パイロット間の直交性を変えるために、サブフレーム内のパイロットの位置は、異なるアンテナのために用いられ、そしてヌルシンボルが含まれている。これは、パイロットシンボルを分離する従来のアプローチを示す。パイロットのオーバヘッドが、ＳＩＳＯの場合と比較して増加しており、約１８％であることが図から分かる。

図９は、アンテナ１のためのＯＦＤＭフレームを示している。図８で説明したことと同様に、図９は、０．５ｍｓの時間と、周波数軸に沿って異なる副搬送波９１１、９１２等を有するＯＦＤＭフレームを示している。ＯＦＤＭフレームの左上の部分を見て分かるように、参照シンボルＲ₁は第１の副搬送波で送信される一方、０で示されているヌルシンボルは、第２、第３及び第４の副搬送波で送信される。ＯＦＤＭフレーム内の第１のＯＦＤＭシンボルと呼ばれる、図９の上部における第１のＯＦＤＭシンボル９０１を見て分かるように、このスキームは６つの副搬送波ごとに繰り返される。第５のＯＦＤＭシンボル９０５、すなわち、図９に示すＯＦＤＭフレーム内の第５番目の行について見ると、第２の参照シンボルＲ₂に対して同様のスキームであることがわかる。第５のＯＦＤＭシンボルの間、参照シンボルＲ₂は、第４の副搬送波９１４で送信される一方、ヌルシンボルは、第５の副搬送波９１５、第６の副搬送波９１６及び第７の副搬送波９１７で送信される。第１のＯＦＤＭシンボルの場合に説明したことと同様に、第２の参照シンボルＲ₂の参照シンボルスキームも、６つの副搬送波ごとに周波数軸に沿って繰り返される。

図１０は、図９と同様のスキームを示しているが、第２の送信アンテナに対するものである。図１０に示しているスキームにおける第１のＯＦＤＭシンボル１００１についてみると、第１の参照シンボルＲ₁が第２の副搬送波１０１２で送信され、その間に、図９に示したスキームから分かるように、ヌルシンボルが第１の送信アンテナから送信されることが分かる。従って、直交性を維持するために、ヌルシンボルは第１のＯＦＤＭシンボルの間に第１の副搬送波１０１１を通して第２のアンテナから送信される。そのため、第２の送信アンテナから送信された信号は、図９による同じ時間に第１の送信アンテナから送信されるパイロットシンボルと干渉することはない。

同様の説明は、副搬送波１０１４、１０１５、１０１６及び１０１７を用いて第５のＯＦＤＭシンボル内で送信される第２の参照シンボルＲ₂に対しても適用できる。同様に、第１のアンテナから送信された参照シンボルと干渉しないようにするために、第４の副搬送波１０１４を通してヌルシンボルが第２のアンテナから送信され、第２の参照シンボルＲ₂は副搬送波１０１５を通して送信されることが図から分かる。この場合、図９に示したスキームは、ヌルシンボルがアンテナ１によってその副搬送波で送信されることを示している。

図１１及び図１２は、送信アンテナ３及び４のためのスキームを示している。図１１に対応して、アンテナ３において第３の副搬送波が、第１の参照シンボルＲ₁を送信するために用いられる。ヌルシンボルは、他の送信アンテナから副搬送波で送信される信号と干渉しないようにするために、第１、第２及び第４の副搬送波を通して第１のＯＦＤＭシンボルの間に送信される。その結果、このスキームは、周波数軸に沿って繰り返される。第５のＯＦＤＭシンボルの間に送信される第２の参照シンボルＲ₂についても、同様のスキームであることがわかる。

図１２は、第４の送信アンテナのための同様のＯＦＤＭフレームを示している。この場合、例えば、第１のＯＦＤＭシンボルの間に送信される第１の参照シンボルＲ₁のために第４の送信アンテナから第４の副搬送波が用いられる。ヌルシンボルは、他の送信アンテナからの他の信号と直交させるために、最初の３つの副搬送波で送信されるため、同様のことがわかる。

図９から図１２を用いて説明したパイロットスキームから、パイロットオーバヘッドが、ＳＩＳＯの場合と比較して増加し、約１８％であることが分かる。生じたオーバヘッドは、データスループットを著しく低下させるため、重大な制約となる可能性があると結論付けることができる。上述したような４つの送信アンテナの場合、１つの参照シンボル当たり４つの副搬送波が用いられる。

Ｇ． Ａｕｅｒ ａｎｄ Ｅ． Ｋａｒｉｐｉｄｉｓ． Ｐｉｌｏｔ−Ｓｙｍｂｏｌ Ａｉｄｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＯＦＤＭ： ａ Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ． Ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎ． Ｃｏｎｆ． Ｃｏｍｍｕｎ． （ＩＣＣ’０５）， Ｓｅｏｕｌ， Ｋｏｒｅａ， Ｍａｙ ２００５ ＥＴＳＩ ＥＮ ３００ ７４４， Ｖ １．４．１ （２００１−０１）． Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ （ＤＶＢ） ； Ｆｒａｍｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ． Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｓｔａｎｄａｒｄ （ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｅｒｉｅｓ）， Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ （ＥＴＳＩ）， Ｖａｌｂｏｎｎｅ Ｆｒａｎｃｅ， ２００１ Ｐ． Ｈoｈｅｒ， Ｓ． Ｋａｉｓｅｒ， ａｎｄ Ｐ． Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ． Ｐｉｌｏｔ−Ｓｙｍｂｏｌ Ａｉｄｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｉｍｅ ａｎｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ． Ｉｎ Ｐｒｏｃ． Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ Ｍｉｎｉ−Ｃｏｎｆ． （ＣＴＭＣ） ｗｉｔｈｉｎ ＩＥＥＥ Ｇｌｏｂａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎ． Ｃｏｎｆ． （Ｇｌｏｂｅｃｏｍ’９７）， Ｐｈｏｅｎｉｘ， ＵＳＡ， ｐａｇｅｓ ９０−９６， １９９７ Ｐ． Ｈoｈｅｒ． ＴＣＭ ｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｎｄ−Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｃｈａｎｎｅｌｓ． Ｉｎ Ｐｒｏｃ． ５th Ｔｉｒｒｅｎｉａ Ｉｎｔ． Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｆｉｇ． Ｃｏｍｍｕｎ．， Ｔｉｒｒｅｎｉａ， Ｉｔａｌｙ， ｐａｇｅｓ ３１７−３２８， Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９１ Ｒ． Ｎｉｌｓｓｏｎ， Ｏ． Ｅｄｆｏｒｓ， Ｍ． Ｓａｎｄｅｌｌ， ａｎｄ Ｐ．Ｏ． Ｂoｒｊｅｓｓｏｎ． Ａｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｐｉｌｏｔ−Ｓｙｍｂｏｌ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＯＦＤＭ． Ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎ． Ｃｏｎｆ． Ｐｅｒｓ． Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎ． （ＩＣＰＷＣ’９７）， Ｍｕｍｂａｉ （Ｂｏｍｂａｙ）， Ｉｎｄｉａ， ｐａｇｅｓ ７１−７４， １９９７ ３rd Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ （３ＧＰＰ）， "Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ ａｓｐｅｃｔｓ ｆｏｒ ｅｖｏｌｖｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ （ＵＴＲＡ）"， Ｊｕｎｅ ２００６

本発明の目的は、低減されたオーバヘッドでレシーバにおいて効果的なチャネル推定を可能にするパイロットコンセプトを提供することである。

上記目的は、請求項１に記載のトランスミッタ装置、請求項７に記載の送信方法、請求項８に記載のレシーバ装置、請求項１２に記載の受信方法、及び請求項１３に記載の通信システムによって達成できる。

上記目的は、あるレシーバへ向けてある信号を送信するトランスミッタ装置であって、第１の無線チャネルＨ ₁を通して前記レシーバと通信する第１の送信アンテナと、第２の無線チャネルＨ ₂を通して前記レシーバと通信する第２の送信アンテナとを備え、前記第１の送信アンテナと前記第２の送信アンテナとが、第１のパイロットシンボルと第２のパイロットシンボルとをそれぞれ同じ周波数で同時に送信し、前記第１のパイロットシンボルと前記第２のパイロットシンボルとが、前記第１の無線チャネルＨ ₁と前記第２の無線チャネルＨ ₂とへそれぞれ適合しており、その結果、前記第１のパイロットシンボルと前記第２のパイロットシンボルとが、前記第１の無線チャネルＨ ₁を通して送信された信号と前記第２の無線チャネルＨ ₂を通して送信された信号とを重畳することにより生成される信号に基づいて検出できる、トランスミッタ装置により達成される。

上記目的はさらに、第１の送信アンテナから送信される第１のパイロットシンボルと、第２の送信アンテナから送信される第２のパイロットシンボルとの重畳である受信信号に基づいて第１及び第２のパイロットシンボルを決定し、ここで、第１及び第２のパイロットシンボルが同じ周波数で同時に送信されるものである、レシーバ装置であって、信号を受信する受信アンテナと、受信した信号の複素振幅を評価することにより第１及び第２のパイロットシンボルを決定する信号プロセッサとを備えるレシーバ装置によって達成される。

上記目的はさらに、上述したトランスミッタ装置及びレシーバ装置を備える通信システムによって達成される。

本発明は、トランスミッタが利用可能なチャネル情報（ｃｈａｎｎｅｌ ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ：ＣＳＩ）又は、少なくとも位相を有するＭＩＳＯシステムにおいて、信号の複素振幅の実数部分と虚数部分とを分離することにより、レシーバにおいて分離できるパイロットシンボルを用いることができ、ここで、信号は、２つの送信アンテナからの同時送信によって重畳される（ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ）という発見に基づいている。この発見により、システムにおけるパイロットオーバヘッドを５０％低減することができる。

ＭＩＳＯシステムにおけるパイロットオーバヘッドを低減するための本発明に係る装置及び方法は特に、ＯＦＤＭシステム及びマルチキャリアシステムへ適用することができる。本発明に係る方法は、トランスミッタが利用可能なチャネル情報、又は少なくとも位相を有するＭＩＳＯシステムへ適用できる。これは、重畳信号の複素振幅の実数部分と虚数部分とを用いてパイロットシンボルを直交分離（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）することに基づいている。

パイロットシンボルの直交分離は、レシーバにおいてコヒーレントな検出が行われる無線通信システムにおいて、たいていの場合に必要となる。従来の方法は、時間領域及び周波数領域でパイロットシンボルを分離することによってこれを実現する。しかし、直交パイロットシンボルは、ＯＦＤＭ送信フレームのかなりの部分を占めるため、大きいオーバヘッドをもたらす。本発明の実施形態は、パイロットシンボル及び関連するヌルシンボルによって表されるこのオーバヘッドを、上述した従来の方法と比較して２倍低減する。

本発明に係る装置及び方法は、パイロットシンボルを用いることによりチャネル推定を利用し、かつトランスミッタにおいて利用可能なチャネル情報の全て又は少なくとも一部を有する、２つ以上の送信アンテナを利用する全てのシステムへ適用できる。専用パイロットシンボルによってもたらされる大きいオーバヘッドは、ＭＩＳＯシステムにおいては重要な問題である。各送信アンテナは、他のアンテナによって送信されるパイロットに対して直交するパイロットシンボルの送信を必要とする。この分離は通常、時間又は周波数において行われ、その結果、パイロットシンボルだけでなくヌルシンボルの挿入も生じる。ここで提案する方法は、複素振幅の実数部分及び虚数部分を利用して、アンテナ間のパイロットを分離することにより、パイロットシンボル及びヌルシンボルのためのチップの数を、従来の方法と比較して２倍低減することができる。

本発明の実施形態は、時間領域及び／又は周波数領域及び／又は符号領域でパイロットを分離する従来の方法と比較して、直交パイロットに必要なパイロットオーバヘッドを２倍低減することができる。例えば、あるＯＦＤＭフレームと４つの送信アンテナを想定すると、このオーバヘッドは、１８％から９％へ低減される。この低減は、フェージングチャネルの位相でパイロットシンボルをプリコーディングし、複素平面における実次元及び虚次元を介して直交を実現することにより、あるトランスミッタにおいてチャネル情報又は少なくとも位相を利用するシステムで実現することができる。

本発明の実施形態を、添付図面を用いて詳述する。

図１は、レシーバ２００へ信号を送信するトランスミッタ装置１００を示している。このトランスミッタ装置１００は、第１の無線チャネルＨ ₁を通してレシーバ２００と通信できる第１の送信アンテナ１１０と、第２の無線チャネルＨ ₂を通してレシーバ２００と通信できる第２の送信アンテナ１２０とを備えている。さらに、このトランスミッタ装置１００は、第１の送信アンテナ１１０及び第２の送信アンテナ１２０から第１のパイロットシンボル及び第２のパイロットシンボルをそれぞれ同じ周波数で同時に送信できる。ここで、第１のパイロットシンボル及び第２のパイロットシンボルは、第１の無線チャネルＨ ₁及び第２の無線チャネルＨ ₂へそれぞれ適合している。そして、第１の無線チャネルＨ ₁及び第２の無線チャネルＨ ₂を通して送信された信号を重畳することにより生成される信号に基づいて、第１のパイロットシンボルと第２のパイロットシンボルとが決定できる。

図１はさらにレシーバ装置２００を示している。このレシーバ装置２００は、第１の送信アンテナ１１０から送信された第１のパイロットシンボルと、第２の送信アンテナ１２０から送信された第２のパイロットシンボルとの重畳である受信信号に基づいて、第１のパイロットシンボル及び第２のパイロットシンボルを決定できる。ここで、第１のパイロットシンボル及び第２のパイロットシンボルは、同じ周波数で同時に送信されたものである。さらにレシーバ装置２００は、信号を受信する受信アンテナ２１０と、受信した信号の複素振幅を評価することにより第１のパイロットシンボル及び第２のパイロットシンボルを決定できる信号プロセッサ２２０とを備えている。

以下、少なくとも１つの受信アンテナへ送信するいくつかの送信アンテナを用いたシステムの一般的な場合について説明する。ここでは、全部でＮ個の送信アンテナと、Ｍ個の副搬送波とを有するＭＩＳＯ ＯＦＤＭシステムの一例を示す。ＭＩＳＯ ＯＦＤＭ送信システムのブロック図を図２に示している。この図２は、基地局（ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ：ＢＳ）２５０と、受信アンテナ２６５を有するユーザ機器（ｕｓｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ：ＵＥ）２６０とを示している。

図２はさらに、Ｎ個の送信アンテナ２７１、…、２７Ｎを示している。Ｎ個の送信アンテナから送信されたデータは、Ｎ個のＭ×Ｍ複素行列Ｈ₁、Ｈ₂、…、Ｈ_Nで表されるＮ個のフェージングチャネルを介して伝搬し、ユーザ機器２６０が受信する。ＯＦＤＭシステムについて説明すると、巡回プレフィックスの挿入により、Ｈ₁、Ｈ₂、…、Ｈ_Nは対角化されていると考えることができる。単一のＯＦＤＭシンボルであるとして本発明に係る装置及び方法の実施形態を説明することができるため、異なるＯＦＤＭシンボル（すなわち時間依存性）を表すインデックスは便宜上省略する。

コヒーレント検出の場合、上記ユーザ機器は、フェージングチャネルＨ₁、Ｈ₂、…、Ｈ_Nの推定値（ｅｓｔｉｍａｔｅ）を必要とする。上述したように、一般的な推定は、通常、図８から図１２を用いて説明及び例示したように、時間／周波数直交パイロットシンボルをＯＦＤＭ送信フレームへ挿入することによって実現できる。パイロットの位置に関するチャネル推定の計算、及びＯＦＤＭフレーム全体に関するこれらの初期推定の補間（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）が、これらシステムにおいて実行される。代替的に、トランスミッタ及びレシーバの両方でチャネル情報を利用するシステムにおいて、推定には、レシーバにおいてプリコーディングされたチャネル情報の推定が必要である。このような場合、Ｇ₁Ｈ₁、Ｇ₂Ｈ₂、…、Ｇ_NＨ_Nを推定する必要がある。ここで、行列Ｇ₁、Ｇ₂、…、Ｇ_Nは、適用されたプリコーディングスキームを表している。

例えば、位相プリコーディングを実行した場合、行列Ｇ_i、ｉ＝１、２、…、Ｎ、は、対角行列であり、その対角成分は、Ｇ_i,l＝（Ｈ_i,l）^*／｜Ｈ_i,l｜、ｉ＝１、２、…、Ｎ、ｌ＝１、２、…、Ｍである。ただし、Ｈ_i,lは、行列Ｈ_Nの第ｌ番目の対角成分を表している。プリコーディングされたチャネル情報Ｇ_iＨ_iの直接的な推定は、データシンボルと同じ方法でパイロットシンボルをプリコーディングすることによって可能となる。

既に述べたように、本発明のアプローチの実施形態は、トランスミッタにおいて利用できると想定されるチャネル情報の位相を利用することにより、パイロットオーバヘッドを２倍低減する。トランスミッタがチャネル情報を有するという想定は、例えば、ＷＩＮＮＥＲシステムのコンセプトの時分割複信（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：ＴＤＤ）方式に適している。詳しくは「ＩＤＴ−２００３−５０７５８１ ＷＩＮＮＥＲ， “Ｄ２．１０ Ｆｉｎａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ｏｎ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ ＲＩ Ｋｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｎｃｅｐｔ， ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ”， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００５」を参照されたい。このシステムにおいては、システムのパフォーマンスをさらに向上させることができるように、レシーバにおいてもしばしばチャネル情報が必要となる。本発明の実施形態は、このようなシステムに注目し、関連するパイロットシンボルのオーバヘッドを低減するための方法を利用する。

重要なのは、これらシステムが常に、トランスミッタにおいてフェージングチャネルの位相を既に補正しており、レシーバにその推定を破棄させるようなプリコーディングを適用するということである。チャネルの位相については、トランスミッタが認識しており、レシーバは必要としないため、レシーバにおいては、Ｈ₁、Ｈ₂、…、Ｈ_Nの代わりに、｜Ｈ₁｜、｜Ｈ₂｜、…、｜Ｈ_N｜を推定することで十分である。ここで、|.|は、複素チャネル係数の大きさを示している。別の方法として、既に述べたように、Ｇ₁Ｈ₁、Ｇ₂Ｈ₂、…、Ｇ_NＨ_Nで表されるプリコーディングされたチャネル情報をレシーバにおいて送信できる。ただし、実際のシステムにおいては、Ｇ_iＨ_i＝｜Ｇ_iＨ_i｜である。すなわち、チャネルの位相は、プリコーディングによって補正される。これらの注目点は、プリコーディングされたチャネル情報が実数値であるため、複素平面において直交する実次元及び虚次元を活用する理由となる。このようにすることで、プリコーディングされた２つのパイロットシンボルが、ユーザ機器のレシーバにおいて、一方が実次元を占め、他方が虚次元を占めるように作られていれば、これらプリコーディングされた２つのパイロットシンボルは、直交したやり方で同じ時間／周波数チップを共用することができる。

上述した原理を図３に示している。図３は、実軸３１０と虚軸３２０とを有する複素平面３００を示している。さらに、図３は、上記送信アンテナにおいて利用できるパイロットシンボルｂ₁及びｂ₂をプリコーディングしたバージョンである２つのパイロットシンボルｂ₁Ｇ_1,l及びｊｂ₂Ｇ_2,lを示している。また、図３は、無線チャネルｂ₁Ｇ_1,lＨ_1,l及びｊｂ₂Ｇ_2,lＨ_2,lを通過した後のプリコーディングされたパイロットシンボルを示している。実数値のパイロットシンボルｂ₁は、アンテナ１を介して送信され、実数値のパイロットシンボルｂ₂は、アンテナ２を介して送信される。この場合、図３は、送信アンテナ２によって送信されたプリコーディング済みのパイロットシンボルｂ₂が、虚次元でプリコーディングされることを示している。

パイロットシンボルは、フェージングチャネルへの送信の前後で明らかになっている。ｊ＝（−１）^0.5の場合、Ｈ_1,l及びＨ_2,lは、アンテナ１、アンテナ２の第ｌ番目の副搬送波に関するフェージング係数である。Ｇ_1,l及びＧ_2,lは、それぞれアンテナ１及びアンテナ２の第ｌ番目の副搬送波に関するプリコーディング係数である。

本発明の一実施形態において、プリコーディング係数は、フェージングチャネルの位相のみを補正する。図３に示されているように、２つのパイロットシンボルｂ₁及びｂ₂間の直交性は、ユーザ機器のレシーバにおいて得られるか又は提供される。両アンテナが共用するパイロットを明らかにする第ｌ番目の副搬送波に関する受信信号は、以下のように表される。

ただし、ｎ_lは、加算性ホワイトガウスノイズ（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｗｈｉｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｎｏｉｓｅ：ＡＷＧＮ）の寄与である。

位相プリコーディング、すなわち、

を適用すると仮定すると、上記の式は、

に変形できる。

これは、本発明に係る装置及び方法の場合、パイロットシンボルｂ₁及びｂ₂は、実次元及び虚次元を通して直交して分離され、｜Ｈ_1,l｜の大きさ及び｜Ｈ_2,l｜の大きさを推定できることを示している。この解析から、パイロットシンボル及びヌルシンボルのためのチップの数は、以下のように表される。

Ｎ_pilots,prop及びＮ_pilots,convは、提案したアプローチ及び従来のアプローチの２つの場合で同じ数の送信アンテナを想定したときの、提案したアプローチ及び従来のアプローチに必要なチップの数をそれぞれ表している。

以下、本発明の実施形態によって実現されるパイロットオーバヘッドの低減について、図９から図１２における従来技術のＯＦＤＭパイロットパターンに関する同様の実施例を用いて説明する。図４、図５、図６及び図７は、４つのＯＦＤＭフレームを示している。この場合、第１の参照シンボルＲ₁は、第１のＯＦＤＭシンボル４００の間に送信され、第２の参照シンボルＲ₂は、第５のＯＦＤＭシンボル４１０の間に送信される。図４から図７における４つのＯＦＤＭフレームの各々は、６つの副搬送波ごとに繰り返され、第１のＯＦＤＭシンボル４００で送信される第１の参照シンボルＲ₁を示している。この実施例で説明する４つ全ての送信アンテナから、第２の参照シンボルＲ₂が第５のＯＦＤＭシンボル４１０の間に送信され、６つの副搬送波ごとに繰り返される。

図４及び図５に示されている第１の送信アンテナ及び第２の送信アンテナの場合のパイロットパターンを比較すると、両送信アンテナは、同じＯＦＤＭシンボルの同じ副搬送波を用いて第１の参照シンボルＲ₁を送信できることが分かる。第１及び第２の参照シンボルＲ₁及びＲ₂は、受信信号の複素振幅の実数部分及び虚数部分を用いて、上記レシーバにおいて分離される。送信アンテナ１及び送信アンテナ２が、第１の副搬送波内の第１のＯＦＤＭシンボル４００の間に、その第１の参照シンボルを送信する間において、図６及び図７に示されているパイロットパターンの場合の第３及び第４の送信アンテナは、アンテナ１及びアンテナ２から送信される参照シンボルと干渉しないようにするためにヌルシンボルを送信しなければならない。第３及び第４の送信アンテナから直交パイロットシンボル又は参照シンボルＲ₁を送信できるようにするために、第１及び第２の送信アンテナは、第１のＯＦＤＭシンボル４００の第２の副搬送波でヌルシンボルを送信する。

４つ全ての送信アンテナの第１のＯＦＤＭシンボル４００を比較すると、図６及び図７においては、送信アンテナ３及び４は、第１のＯＦＤＭシンボル４００の第２の副搬送波を用いて、第１の参照シンボルＲ₁を送信することが分かる。また、第３及び第４の送信アンテナは、６つの副搬送波ごとにその参照シンボルを繰り返す。本発明のこの実施形態の場合、４つ全てのアンテナから直交する参照シンボルを送信するには、副搬送波が２つのみ必要とされ、パイロットオーバヘッドは２倍低減される。

第４のＯＦＤＭシンボル４１０の間に送信される第２の参照シンボルＲ₂について、第１のＯＦＤＭシンボル４００の場合と同様に説明できる。送信アンテナ１及び２の場合のパイロットパターンを示す図４及び図５を見ると、第４のＯＦＤＭシンボル４１０の場合、送信アンテナ１及び２は、第２の参照シンボルＲ₂を同時に送信するために第４の副搬送波を共用し、第５の副搬送波の間にヌルシンボルを送信することが分かる。送信アンテナ３及び４の場合のパイロットパターンを示す図６及び図７について説明すると、第４のＯＦＤＭシンボル４１０の間において送信アンテナ３及び４は、第４の副搬送波の間にヌルシンボルを送信する。一方で、送信アンテナ３及び４は、複素平面の実数部分及び虚数部分を用いることにより互いに直交する第５の副搬送波の間において、第２の参照シンボルＲ₂を送信する。第１及び第２のアンテナが、第５の副搬送波を通してヌルシンボルを送信することにより、第５の副搬送波は、第１及び第２のアンテナから送信される信号と直交している。上述した全ての場合、参照シンボルは、周波数領域に沿って６つの副搬送波ごとに繰り返される。

図４から図７を通して説明した例から、図９から図１２に示した従来技術のコンセプトと比較して、パイロットオーバヘッドを１８％から９％へ、すなわち概して２倍低減できることが分かる。

本発明の実施形態から得られる利点又は効果をまとめるために、表１は、送信アンテナの数に対して得られる効果を示している。

本発明に係る方法のいくつかの実施要件により、本発明に係る方法は、ハードウェア又はソフトウェアにより実施することができる。この実施は、ディジタルストレージ媒体、具体的には、本発明に係る方法が実行できるようなプログラマブルコンピュータシステムと協働して、電気的に読み取り可能な制御信号が格納されたディスク、ＤＶＤ又はＣＤを用いて行うことができる。従って、一般的に、本発明は、コンピュータが読み取り可能な担体上にプログラムが格納されたコンピュータプログラムプロダクトである。プログラムコードは、本発明に係る方法を実行するために動作し、コンピュータプログラムプロダクトは、コンピュータ上で実行される。換言すれば、本発明に係る方法は、本発明に係る方法のうちの少なくとも１つをコンピュータに実行させるプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。

本発明に係るトランスミッタ装置及びレシーバ装置のブロック図である。 ＭＩＳＯ ＯＦＤＭ送信システムのブロック図である。 プリコーディングされたパイロットシンボルの複素平面を示す図である。 ４つの送信アンテナを用いるシステム内の第１の送信アンテナのためのＯＦＤＭフレームの実施形態を示す図である。 ４つの送信アンテナを用いるシステム内の第２の送信アンテナのためのＯＦＤＭフレームの実施形態を示す図である。 ４つの送信アンテナを用いるシステム内の第３の送信アンテナのためのＯＦＤＭフレームの実施形態を示す図である。 ４つの送信アンテナを用いるシステム内の第４の送信アンテナのためのＯＦＤＭフレームの実施形態を示す図である。 従来技術のＯＦＤＭフレームを示す図である。 ４つの送信アンテナを用いるシステムにおける第１の送信アンテナの従来技術のＯＦＤＭフレームを示す図である。 ４つの送信アンテナを用いるシステムにおける第２の送信アンテナの従来技術のＯＦＤＭフレームを示す図である。 ４つの送信アンテナを用いるシステムにおける第３の送信アンテナの従来技術のＯＦＤＭフレームを示す図である。 ４つの送信アンテナを用いるシステムにおいて第４の送信アンテナの従来技術のＯＦＤＭフレームを示す図である。

符号の説明

１００ トランスミッタ装置
１１０ 第１の送信アンテナ
１２０ 第２の送信アンテナ
２００ レシーバ装置
２１０ 受信アンテナ
２２０ 信号プロセッサ
２５０ 基地局
２６０ ユーザ機器
２６５ 受信アンテナ
２７１〜２７Ｎ Ｎ個の送信アンテナ
３００ 複素平面
３１０ 実軸
３２０ 虚軸
４００ 参照シンボルＲ₁を有する第１のＯＦＤＭシンボル
４１０ 参照シンボルＲ₂を有する第４のＯＦＤＭシンボル
８０１〜８０７ ＯＦＤＭシンボル
８１１〜８１３ 副搬送波
９０１ フレーム内の第１のＯＦＤＭシンボル
９０５ フレーム内の第５のＯＦＤＭシンボル
９１１〜９１７ 副搬送波
１００１ フレーム内の第１のＯＦＤＭシンボル
１００５ フレーム内の第５のＯＦＤＭシンボル
１０１１〜１０１７ 副搬送波

Claims (6)

1. あるレシーバへ向けてある信号を送信するトランスミッタ装置（１００）であって、
   第１の無線チャネルＨ _１を通して前記レシーバと通信する第１の送信アンテナ（１１０）と、第２の無線チャネルＨ _２を通して前記レシーバと通信する第２の送信アンテナ（１２０）とを含む複数の送信アンテナであって、前記第１の送信アンテナ（１１０）と前記第２の送信アンテナ（１２０）とが、第１のパイロットシンボルと第２のパイロットシンボルとをそれぞれ同じ周波数で同時に送信する一方で、他の送信アンテナがその周波数で送信を行わない、複数の送信アンテナを備え、
   前記第１のパイロットシンボルは前記第１の無線チャネルＨ _１ に対応しており、前記第２のパイロットシンボルは前記第２の無線チャネルＨ _２ に対応しており、
   前記第１のパイロットシンボルと前記第２のパイロットシンボルとが、前記第１の無線チャネルＨ _１を通して送信された信号と前記第２の無線チャネルＨ _２を通して送信された信号とを重畳することにより生成される信号の複素振幅及び位相を評価することにより検出でき、
   前記送信アンテナと前記レシーバとの間の無線チャネルに関するチャネル情報を決定し、ある送信アンテナと前記レシーバとの間の無線チャネルに関するチャネル情報に応じてその送信アンテナから送信信号を送信するトランスミッタ装置（１００）。
2. 複数のパイロットシンボルを含むＯＦＤＭ信号を異なる副搬送波を通して送信し、ここで、ある副搬送波におけるパイロットシンボルが、異なる２つの送信アンテナから同時に送信されるものである、請求項１に記載のトランスミッタ装置（１００）。
3. ＴＤＤモードで動作する請求項１又は２に記載のトランスミッタ装置（１００）。
4. 第１の無線チャネルＨ _１を通してあるレシーバと通信する第１の送信アンテナ（１１０）と、第２の無線チャネルＨ _２を通して前記レシーバと通信する第２の送信アンテナ（１２０）とを含む複数の送信アンテナが前記レシーバに向けてある信号を送信する方法であって、
   第１のパイロットシンボルと第２のパイロットシンボルとを前記第１の無線チャネルＨ _１と前記第２の無線チャネルＨ _２とへそれぞれ対応させるステップであって、その結果、前記第１のパイロットシンボルと前記第２のパイロットシンボルとが、前記第１の無線チャネルＨ _１を通して送信された信号と前記第２の無線チャネルＨ _２を通して送信された信号とを重畳することにより生成される信号に基づいて決定でき、ここで、前記第１のパイロットシンボルと前記第２のパイロットシンボルとは、前記第１の無線チャネルＨ _１を通して送信された信号と前記第２の無線チャネルＨ _２を通して送信された信号とを重畳することにより生成される信号の複素振幅及び位相を評価することにより検出できるものである、ステップと、
   前記第１の送信アンテナ（１１０）と前記第２の送信アンテナ（１２０）とが、前記第１のパイロットシンボルと前記第２のパイロットシンボルとをそれぞれ同じ周波数で同時に送信するステップであって、他の送信アンテナがその周波数で送信を行わない、ステップと、
   前記送信アンテナと前記レシーバとの間の無線チャネルに関するチャネル情報を決定し、ある送信アンテナと前記レシーバとの間の無線チャネルに関するチャネル情報に応じてその送信アンテナから送信信号を送信するステップと
   を含む方法。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のトランスミッタ装置（１００）と、
   第１の送信アンテナから送信される第１のパイロットシンボルと、第２の送信アンテナから送信される第２のパイロットシンボルとの重畳である受信した信号に基づいて、前記第１のパイロットシンボルと前記第２のパイロットシンボルとを受信するレシーバ装置（２００）であって、前記第１のパイロットシンボルと前記第２のパイロットシンボルとは、同じ周波数で同時に送信されるものであり、前記信号を受信する受信アンテナ（２１０）と、前記受信した信号の複素振幅を評価することにより前記第１のパイロットシンボルと前記第２のパイロットシンボルとを決定する信号プロセッサ（２２０）とを備えるレシーバ装置（２００）と
   を備える通信システム。
6. 請求項４に記載の方法をコンピュータに実行させるプログラムコードを含むコンピュータプログラム。

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