JP4602995B2 - 多数の並列データストリームをもつ無線通信システムのためのチャネル推定 - Google Patents

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Description

本発明は、概ね、通信、より具体的には、多数のデータストリームを同時に送信する無線通信システムのためのチャネル推定に関する。
無線通信システムは、音声、パケットデータ、同報通信、および／または他のサービスを提供し得る。同報通信サービスは、通常、特定のユーザではなく、指定された同報通信領域内の全ユーザへ、同報通信データを送信することを必要とする。同報通信の送信は、同報通信領域内の多数のユーザによって受信されることを意図されているので、同報通信のデータレートは、一般に、最悪のチャネル条件をもつユーザによって決められる。通常、最悪の場合のユーザは、送信基地局から相当に離れて位置し、低い信号対雑音および干渉比(signal-to-noise-and-interference ratio, SINR)をもつ。
同報通信領域内のユーザは、通常、異なるチャネル条件を経験し、異なるＳＩＮＲに達し、異なるデータレートでデータを受信することができる。同報通信サービスを改善するために、階層型送信が使用され得る。階層型送信において、同報通信データは、“ベースストリーム（base stream）”および“エンハンスメントストリーム(enhancement stream)”に分割される。ベースストリームは、同報通信領域内の全ユーザがこのストリームを復元できるように送信される。エンハンスメントストリームは、より良いチャネル条件を経験しているユーザがこのストリームを復元できるように送信される。階層型送信は、階層型符号化とも呼ばれ、ここで、この文脈における“符号化”という用語は、送信機におけるデータ符号化ではなく、チャネル符号化を指す。
階層型符号化を実施する１つの方法では、基地局は、ベースストリームおよびエンハンスメントストリームを別々に処理し（例えば、符号化し、インターリーブし、変調し）、２本のデータシンボルストリームを得る。次に、基地局は、２本のデータシンボルストリームを基準化し、結合し(例えば、加算し)、結合されたシンボルストリームを送信する。高いＳＩＮＲをもつ受信機は、最初に、エンハンスメントストリームを雑音として扱うことによって、ベースストリームを検出し、復元する。次に、受信機は、ベースストリームによる干渉を推定し、消去し、その後で、ベースストリームからの干渉が消去された状態で、エンハンスメントストリームを復元する。受信機は、無線チャネルの応答も推定し、チャネル推定値を３つの処理ステップ、すなわち、ベースストリームを検出するステップ、ベースストリームによる干渉を推定するステップ、エンハンスメントストリームを検出するステップに使用する。チャネル推定値の品質は、システムの性能に直接に影響を与える。したがって、高品質のチャネル推定値を与えることができる技術が、非常に望ましい。
多数のデータストリームを同時に送信する無線通信システムにおいてチャネル推定およびデータ処理を行う技術が、本明細書に記載されている。これらの技術は、種々のタイプのシステム、例えば、２本のデータストリーム、すなわち、ベースストリームおよびエンハンスメントストリームを送信する階層型符号化システム（hierarchical coded system）に使用され得る。
１つの例示的なチャネル推定およびデータ処理方式では、無線チャネルのために、第１の(初期)チャネル推定値が、(例えば、受信パイロットシンボルに基づいて)求められる。パイロットシンボルは、周波数分割多重(frequency division multiplex, FDM)送信方式、時分割多重(time division multiplex, TDM)送信方式、または何か他の方式を使用して送信され得る。第１のチャネル推定値は、（別途記載される）最小二乗チャネル推定技術または何か他の技術を使用して求められ得る。何れの場合においても、受信データシンボルに対して、第１のチャネル推定値を使用して、検出を行い、第１のデータストリーム(例えば、ベースストリーム)のための検出されたシンボルを得る。各検出されたシンボルは、通常、マルチビット値(例えば、“軟判定”)であり、これは、実数であっても、または複素数であってもよく、種々の形式(例えば、対数尤度比(log likelihood ratio, LLR))で表現され得る。
これらの検出されたシンボルを復号して、第１のデータストリームのための復号されたデータを得て、これを再び符号化し、再変調されたシンボルを得る。再変調されたシンボルに基づいて、第２の(データにしたがう、または判定にしたがう)チャネル推定値を求める。次に、第１および第２のチャネル推定値を結合して、より高い品質をもつ第３の(向上した)チャネル推定値を得る。第３のチャネル推定値を使用して、第１のデータストリームによる干渉を推定し、受信データシンボルから消去する。次に、干渉を消去されたシンボルに対して、第３のチャネル推定値を使用して、検出を行い、第２のデータストリーム(例えば、エンハンスメントストリーム)のための検出されたシンボルを得て、これをさらに復号して、第２のデータストリームのための復号されたデータを得る。
第１のデータストリームのための再変調されたシンボルを用いて得られる第３のチャネル推定値は、より高い品質をもち、改善された性能を与えることができる。とくに、第３のチャネル推定値は、（１）第１のデータストリームによる干渉のより正確な推定値、および（２）第２のデータストリームのためのより高品質の検出されたシンボルを与えることができる。
本発明の種々の態様および実施形態は、さらに詳しく別途記載される。
本発明の特徴および性質は、別途記載される詳細な記述から、同じ参照符号が全体的に対応して同定している図面と共に採用されるとき、より明らかになるであろう。
“例示的”という用語は、本明細書において“例、事例、または実例としての役割を果たす”ことを意味するために使用されている。本明細書に記載されている何れの実施形態または設計も、必ずしも、他の実施形態または設計よりも、好ましいまたは好都合であると解釈されると限らない。
本明細書に記載されているチャネル推定およびデータ処理技術は、シングルキャリアおよびマルチキャリア通信システムを含む、種々のタイプの無線通信システムに使用され得る。多数の搬送波は、直交周波数分割多重化(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)または何か他のマルチキャリア変調技術を用いて得られ得る。ＯＦＤＭは、全システムバンド幅を多数（Ｎ）の直交サブバンドへ効果的に分割し、これは、一般に、トーン、副搬送波、ビン、および周波数チャネルとも呼ばれる。ＯＦＤＭを用いると、各サブバンドは、データで変調され得る各搬送波と関係付けられる。分かり易くするために、チャネル推定値およびデータ処理技術は、ＯＦＤＭベースシステムについてとくに後述される。ＯＦＤＭベースシステムは、ＯＦＤＭシステム、直交周波数分割多元接続(orthogonal frequency division multiple access, OFDMA)システム、等であり得る。
チャネル推定およびデータ処理技術は、多数のデータストリームを同時に(すなわち、並行して)送信する種々の無線通信システムにも使用されることができ、これは、干渉消去を使用して、送信されたデータストリームを復元し得る。分かり易くするために、これらの技術は、階層型符号化を使用して、２本のデータストリームを同時に送信するシステムについてとくに記載される。
階層型符号化を用いたＯＦＤＭベースシステムでは、送信機は、ベースストリームのデータシンボルをエンハンスメントストリームのデータシンボルと結合し、結合されたシンボルを得る。本明細書に使用されているように、“データシンボル”は、データのための変調シンボルであり、“パイロットシンボル”は、パイロットのための変調シンボルであり、受信機によって事前に知られている。送信機は、ベースストリームおよびエンハンスメントストリームのためのデータシンボルを、（１）各ＯＦＤＭシンボル期間における２本のストリームのための２つのデータシンボルを加算して、結合されたシンボルを得て、（２）マッピング関数に基づいて、２つのデータシンボルをマップして、結合されたシンボルを得ることによって、結合し得る。分かり易くするために、次の記述は、ベースストリームおよびエンハンスメントストリームが加算される(added)か、重ね合わされる（superimposed）と仮定する。結合後に、送信機は、結合されたシンボルを処理し、無線チャネル上で送信する。
受信機における受信シンボルは、次のように表現され得る。
ｙｄ（ｋ）＝Ｈ（ｋ）・[ｓｂ（ｋ）＋ｓｅ（ｋ）]＋Ｎ（ｋ）、なお、ｋ∈Ｋｄ 式（１）
ここで、ｓｂ（ｋ）は、ベースストリームためのサブバンドｋ上で送信されるデータシンボルであり、
ｓｅ（ｋ）は、エンハンスメントストリームためのサブバンドｋ上で送信されるデータシンボルであり、
Ｈ（ｋ）は、サブバンドｋのための複素チャネル利得であり、
Ｎ（ｋ）は、サブバンドｋ上で観測される雑音および干渉であり、
ｙｄ（ｋ）は、サブバンドｋのための受信データシンボルであり、
Ｋｄは、データ送信(すなわち、“データサブバンド”)に使用される全サブバンドの組である。
簡潔化のために、ＯＦＤＭのための送信機および受信機における処理は、記述から省かれている。
一般に、同じまたは異なる送信電力が、基本およびエンハンスメントストリームに使用され得る。単純にするために、式（１）は、同じ送信電力が２本のストリームに使用されると仮定している。その代わりに、データシンボルｓｂ（ｋ）およびｓｅ（ｋ）は、２本のデータストリームへの電力の割り振りの影響を含むと仮定されてもよい。
図１は、受信機においてベースストリームおよびエンハンスメントストリームを復元するプロセス100のフローチャートを示している。
Figure 0004602995
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ここで、“＊”は、複素共役を示している。式（３）における演算は、一般に、整合フィルタリングと呼ばれ、通常は、符号化システムに使用される。
Figure 0004602995
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ベースストリームが正確に復号されているかどうかは、ＣＲＣ符号のような、誤り検出符号に基づいて判断され得る。ベースストリームが正確に復号されているときは、ベースストリームのための再変調されたシンボルは、誤りがないとみなされ、パイロットシンボルと同様のやり方で、チャネル推定に使用され得る。
Figure 0004602995
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受信機は、より高品質のチャネル推定値を得るために、フィルタリングを行い得る(ブロック124)。フィルタリングは、種々のやり方で、種々のタイプのフィルタを使用して行われ得る（ブロック124）。
Figure 0004602995
受信機は、（１）時間領域または周波数領域において、（２）無限インパルス応答(infinite impulse response, IIR)フィルタ、有限インパルス応答(finite impulse response, FIR)フィルタ、等のような、種々のタイプのフィルタを使用して、フィルタリングを行い得る。ＩＩＲおよびＦＩＲフィルタでのフィルタリングは、別途記載される。
Figure 0004602995
ここで、ｉｂ（ｋ）は、ベースストリームによるサブバンドｋに対する推定干渉である。次に、受信機は、次のように、受信データシンボルから推定干渉を消去する（同じく、ブロック132）。
ｙｅ（ｋ）＝ｙｄ（ｋ）−ｉｂ（ｋ）、なお、ｋ∈Ｋｄ 式（７）
ここで、ｙｅ（ｋ）は、サブバンドｋのための干渉を消去されたシンボルであり、これは、ベースストリームからの推定干渉が取り去られている。受信機は、（１）ベースストリームが正確に復号されたときのみ、（２）１つ以上の復号メトリックによって量子化される、復号されたベースストリームの品質が、所定の閾値を超えるときのみ、または（３）復号の結果にかかわらず、常に、干渉の推定および消去を行い得る。
Figure 0004602995
図１は、２本の重ね合わされたデータストリームが同時に送信されるときに、階層型符号化を用いたＯＦＤＭベースシステムのためのチャネル推定およびデータ処理を示している。一般に、同様の処理は、他のタイプのシステムにおいて、任意の数のデータストリームに対して行われ得る。
図２は、同時に送信された多数のデータストリームに対してチャネル推定およびデータ処理を行うプロセス200のフローチャートを示している。プロセス200は、各段において１本のデータストリームを反復的に復元し、各データストリームが復元されるときに、チャネル推定値を更新する。
段の番号および次に復元されるデータストリームを示すのに使用される指数ｉは、第１の段のために、１（すなわち、ｉ＝１）に初期設定される（ブロック212）。第１のデータストリームのためのチャネル推定値
Figure 0004602995
は、例えば、受信パイロットシンボルに基づいて求められる（ブロック214）。
Figure 0004602995
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復号されたデータストリームからの再変調されたシンボルで得られる向上したチャネル推定値は、改善された全体的な性能を与えることができる。再変調されたシンボルはチャネル推定値によって乗算されるので、式（６）に示されているように、向上したチャネル推定値を使用して、復号されたデータストリームによる干渉のより正確な推定値を得ることができる。受信データシンボルは、検出のためにチャネル推定値によって除算、またはそれと乗算されるので、式（８）および（９）に示されているように、向上したチャネル推定値を使用して、復号される次のデータストリームのためのより高品質の検出されたシンボルを得ることもできる。段ｉのための改善されたチャネル推定値は、（既に記載されたように）段ｉのための干渉消去を行うのに使用され得る。段ｉのための改善されたチャネル推定値は、段ｉまでの全段および段ｉ、すなわち、段１ないしｉのための干渉消去を行うのにも使用され得る（これは、簡潔化のために、図２には示されていない）。
本明細書に記載されているチャネル推定およびデータ処理技術は、種々のパイロット送信方式と共に使用され得る。ＴＤＭパイロット送信方式では、パイロットシンボルは、ＯＦＤＭシンボル期間の幾つかにおいて全サブバンド上で送信され、データシンボルは、残りのＯＦＤＭシンボル期間において送信される。ＦＤＭパイロット送信方式では、パイロットシンボルは、各ＯＦＤＭシンボル期間において、しかしながら、パイロット送信に指定されたサブバンド(すなわち、“パイロットサブバンド”)上でのみ送信される。パイロットシンボルは、他のやり方でも送信されることができ、これは、本発明の範囲内である。
図３Ａは、ＯＦＤＭベースシステムに使用され得る例示的なサブバンド構造を示している。ＯＦＤＭベースシステムは、ＢＷメガヘルツの全システムバンド幅をもち、これは、ＯＦＤＭを使用して、Ｎ本の直交サブバンドへ分割される。各サブバンドは、ＢＷ／Ｎメガヘルツのバンド幅をもつ。スペクトル型ＯＦＤＭシステムでは、Ｎ本の総サブバンド中のＭ本のみが、データ／パイロット送信に使用され（なお、Ｍ＜Ｎ）、残りのＮ−Ｍ本のサブバンドは、データ／パイロット送信に使用されず、保護サブバンドとしての役割を果たし、システムがスペクトルマスク要件を満たすのを可能にする。単純にするために、次の記述は、全Ｎ本のサブバンドが、データ／パイロット送信に使用され得ると仮定する。
図３Ａは、ＯＦＤＭシステムのための例示的なＦＤＭパイロット送信方式300も示している。Ｐ本のサブバンドが、パイロット送信に使用される。チャネル推定値のための計算を単純にするために、Ｐ本のパイロットサブバンドを、Ｎ本の総サブバンド全体で均等に分散し、連続のパイロットサブバンドが、Ｎ／Ｐ本のサブバンドずつ間隔を置かれるようにする。
Figure 0004602995
捕外または補間、あるいはこの両者を、必要に応じて使用して、パイロット送信をもつパイロットサブバンドのための受信パイロットシンボルに基づいて、パイロット送信のないパイロットサブバンドのためのチャネル利得推定値を得ることができる。
Figure 0004602995
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結合および補間は、種々のやり方で行われ得る。分かり易くするために、以下では、ベースストリームおよびエンハンスメントストリームのみの階層型符号化システムについて記載する。
１つの実施形態では、初期および新しいパイロットシンボルで得られるチャネル利得推定値を連結／結合し、次のストリームのためのチャネル推定値を求めるのに使用する。例えば、パイロットがＰ本のパイロットサブバンド上で送信され、データが残りのＮ−Ｐ本のサブバンド上で送信されるとき、Ｎ−Ｐ本のデータサブバンドのための復号されたベースストリームから求められる再変調されたシンボルは、これらのサブバンドのための新しいパイロットシンボルとして使用され得る。
Figure 0004602995
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図３Ｂは、ＯＦＤＭシステムのための例示的なＴＤＭパイロット送信方式310を示している。パイロットシンボルは、パイロット送信に使用されるＯＦＤＭシンボル期間(または、単に“パイロット期間”)において、全サブバンド上で送信される。パイロットシンボルは、データ送信に使用されるＯＦＤＭシンボル期間(または、単に“データ期間”)において送信されない。
Figure 0004602995
分かり易くするために、チャネル推定およびデータ処理は、階層型符号化を用いた例示的なＯＦＤＭベースシステムについて、次に詳しく記載される。
図４は、ＯＦＤＭベースシステム400における送信機410および受信機450のブロック図を示している。送信機410において、送信(ＴＸ)データプロセッサ420は、ベースストリーム{ｄｂ}を受信し、符号化し、インターリーブし、変調し、対応するデータシンボルストリーム{ｓｂ}を与える。ＴＸデータプロセッサ420は、エンハンスメントストリーム{ｄｅ}も受信し、符号化し、インターリーブし、変調し、対応するデータシンボルストリーム{ｓｅ}を与える。結合器430は、２本のデータシンボルストリーム{ｓｂ}および{ｓｅ}を基準化し、結合し、パイロットシンボルにおいて多重化し、送信シンボルストリーム{ｘ}を与える。送信機ユニット(ＴＭＴＲ)440は、送信シンボルストリームを受信し、処理し、変調された信号を生成し、これは、アンテナ442から無線チャネルを介して送信される。
受信機450において、アンテナ458は、送信機410によって送信された変調された信号を受信し、受信信号を受信機ユニット(ＲＣＶＲ)460に与える。受信機ユニット460は、受信信号を調整し、ディジタル化し、処理し、受信シンボルストリーム{ｙ}を与え、これは受信データシンボル{ｙｄ}および受信パイロットシンボル{ｙｐ}を含んでいる。
Figure 0004602995
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制御装置412および452は、それぞれ、送信機410および受信機450における動作を指示する。メモリユニット414および454は、それぞれ、制御装置412および452によって使用される、プログラムコードおよびデータを記憶する。
図５は、送信機410におけるＴＸデータプロセッサ420、結合器430、および送信機ユニット440の実施形態のブロック図を示している。
ＴＸデータプロセッサ420は、それぞれベースストリームおよびエンハンスメントストリームのための２つのＴＸデータストリームプロセッサ520aおよび520bを含んでいる。ＴＸデータストリームプロセッサ520a内では、符号器522aは、符号化方式にしたがってベースストリーム{ｄｅ}を受信し、符号化し、符号ビットを与える。符号化は、データ送信の信頼性を高める。符号化方式は、畳み込み符号、ターボ符号、ブロック符号(例えば、リードソロモン符号)、ＣＲＣ符号、またはその組合せを含み得る。チャネルインターリーバ524aは、インターリービング方式に基づいて、符号器522aからの符号ビットをインターリーブする（すなわち、順序変更する）。インターリービングは、符号ビットのための時間または周波数、あるいはこの両者のダイバーシチを与える。次に、シンボルマッピングユニット526aは、変調方式にしたがって、チャネルインターリーバ524aからのインターリーブされたデータを変調し(すなわち、シンボルマップし)、データシンボルを与える。変調は、（１）Ｂ個（なお、Ｂ≧１）のインターリーブされたビットの組をグループ化し、Ｂビットの二値を形成することと、（２）各Ｂビットの二値を、変調方式のための信号配置図内の点の複素数値にマップすることとによって達成され得る。シンボルマッピングユニット526aは、データシンボルのストリーム｛ｓｂ｝を与える。ここで、各データシンボルは複素数値である。符号化、チャネルインターリービング、およびシンボルマッピングは、ベースストリームにおける各データパケットに対して個別に行われ得る。ＴＸデータストリームプロセッサ520bは、同様に、エンハンスメントストリーム{ｄｅ}を処理し、対応するデータシンボルストリーム｛ｓｅ｝を与える。エンハンスメントストリームのための符号化、インターリービング、および変調方式は、ベースストリームのためのものと同じであっても、異なっていてもよい。
結合器430は、階層型符号化のための結合を行い、パイロットシンボルにおいて多重化する。結合器430内では、乗算器532aは、データシンボルストリーム{ｓｂ}を受信し、基準化因子Ｋｂと乗算し、乗算器532bは、データシンボルストリーム{ｓｅ}を受信し、基準化因子Ｋｅと乗算する。基準化因子ＫｂおよびＫｅは、それぞれ、ベースストリームおよびエンハンスメントストリームのために使用する送信電力量を決め、次のように表現され得る。
Figure 0004602995
ここで、Ｐｔｏｔａｌは、基本およびエンハンスメントストリームに使用可能な総送信電力であり、
αＰは、ベースストリームに使用する総送信電力の一部であり、
（１−αＰ）は、エンハンスメントストリームに使用する総送信電力の一部である。
各ストリームに割り振る送信電力量は、ベースストリームとエンハンスメントストリームとの相対比率、ユーザによって達成されるＳＩＮＲ、２本のストリームの望ましいロバストネス（robustness）、等のような、種々の要因に依存し得る。総送信電力Ｐｔｏｔａｌの大きい方の部分は、通常、ベースストリームに割り振られる。
図５に示されている実施形態において、加算器534は、次のように、乗算器532aおよび532bから基準化されたデータシンボルを受信し、加算し、結合されたシンボルを得る。
ｘｄ（ｋ）＝Ｋｂ・ｓｂ（ｋ）＋Ｋｅ・ｓｅ（ｋ）、なお、ｋ∈Ｋｄ 式（１９）
ここで、ｘｄ（ｋ）は、ベースストリームおよびエンハンスメントストリームのためのサブバンドｋ上で送信される結合されたシンボルである。式（１９）は、データシンボルのための希望の送信電力を得るための各データシンボルの基準化を明示的に示しているが、基準化がデータシンボルに既に反映されていると仮定している。プロセッサ520aおよび520bからのデータシンボルは、他のやり方でも結合され得る。例えば、マッピングユニットは、マッピング関数に基づいて２本のストリームのためのデータシンボル(または、インターリーブされたビット)を受信し、マップし、結合されたシンボルを与え得る。マッピング関数は、例えば、線形関数、非線形関数、(例えば、エンハンスメントストリームのための変調方式がベースストリームのための変調方式に重ね合わされている)非均一の変調方式のための関数、または何か他の関数を実施し得る。
マルチプレクサ(multiplexer, MUX)536は、結合されたシンボルを受信し、パイロットシンボルと多重化する。多重化は、結合されたシンボルがデータサブバンドに与えられ、パイロットシンボルがパイロットサブバンド上に与えられ、ゼロの信号値（または“ゼロのシンボル”）が各使用されていないサブバンドに与えられるようにする。マルチプレクサ536は送信シンボルストリーム{ｘ}を与え、ここで、各送信シンボルは、結合されたシンボルｘｄ（ｋ）、パイロットシンボルｘｐ（ｋ）、またはゼロのシンボルであり得る。
送信機ユニット440は、ＯＦＤＭ変調および信号調整を行って、変調された信号を生成する。送信機ユニット440は、ＯＦＤＭ変調器540およびＴＸ無線周波数(radio frequency, RF)ユニット546を含んでいる。ＯＦＤＭ変調器540内では、逆高速フーリエ変換(inverse fast Fourier transform, IFFT)ユニット542が、結合器430から送信シンボルストリーム{ｘ}を受信し、Ｎ本のサブバンドのためのＮ個の送信シンボルの各組をグループ化する。ＩＦＦＴユニット542は、Ｎ点逆高速フーリエ変換を使用して、Ｎ個の送信シンボルの各組を時間領域へ変換し、Ｎチップを含む対応する変換されたシンボルを与える。次に、巡回プレフィクス生成器544は、各変換されたシンボルの一部を反復し、Ｎ＋Ｎｃｐチップを含んでいる対応するＯＦＤＭシンボルを得る。反復された部分は、巡回プレフィクスと呼ばれ、Ｎｃｐは、反復されるチップ数である。巡回プレフィクスは、周波数選択フェージングによって引き起こされるマルチパス遅延拡散(すなわち、一様でない周波数応答)がある状態で、ＯＦＤＭシンボルがその直交性を保持することを保証する。巡回プレフィクス生成器544は、ＯＦＤＭシンボルのストリームを与える。ＴＸ ＲＦユニット546は、ＯＦＤＭシンボルストリームを受信し、調整し(例えば、アナログに変換し、周波数アップコンバートし、フィルタにかけ、増幅し)、変調された信号を生成し、これはアンテナ442から送信される。
図６は、受信機450における受信機ユニット460、チャネル推定器470、検出器480、およびＲＸデータプロセッサ490の実施形態のブロック図を示している。受信機ユニット460は、ＲＸ ＲＦユニット612およびＯＦＤＭ復調器620を含んでいる。ＲＸ ＲＦユニット612は、アンテナ458から受信信号を受信し、調整し、ディジタル化し、サンプルのストリームをＯＦＤＭ復調器620に与える。ＯＦＤＭ復調器620内では、巡回プレフィクス除去ユニット622は、各受信ＯＦＤＭシンボル内の巡回プレフィクスを除去し、対応する受信された変換されたシンボルを与える。次に、高速フーリエ変換(fast Fourier transform, FFT)ユニット624は、Ｎ点高速フーリエ変換で、各受信された変換されたシンボルを周波数領域へ変換し、Ｎ本のサブバンドのためのＮ個の受信シンボルを得る。ＯＦＤＭ復調器620は、データサブバンドのための受信データシンボル{ｙｄ}をチャネル推定器470および検出器480に与え、さらに加えて、パイロットサブバンドのための受信パイロットシンボル{ｙｐ}をチャネル推定器470に与える。
チャネル推定器470、検出器480、およびＲＸデータプロセッサ490は、復元される２本のデータストリームのための２つのカスケード接続された受信機処理段を構成している。段１は、ベースストリームを復元し、パイロットチャネル推定器670a、ベースストリーム検出器680a、およびＲＸデータストリームプロセッサ690aを含む。段２は、エンハンスメントストリームを復元し、向上したチャネル推定器670b、干渉消去器682、ＴＸデータストリームプロセッサ692、エンハンスメントストリーム検出器680b、およびＲＸデータストリームプロセッサ690bを含む。図６に示されている受信機構造は、任意の数のデータストリームのための任意の数の段に拡張されることができ、各後の段は、段２と同じ処理ユニットを含む。
Figure 0004602995
Figure 0004602995
Figure 0004602995
Figure 0004602995
しかしながら、復調シンボルは、符号化方式の誤り訂正能力からの恩恵を得ず、再変調されたシンボルよりも信頼できない。したがって、復調シンボルで得られるチャネル推定値は、より低い品質をもつ。
送信機は、通常、各データストリーム内の各データパケットを符号化し、各データパケットのためのコードワードを与える。受信機は、通常、コードワードを復号する前に、全コードワードが受信されるまで待つ。処理遅延を最小化するために、コードワードのサイズを、少数のＯＦＤＭシンボルにまたがるように選択することができる。例えば、各コードワードが１つのＯＦＤＭシンボルにまたがるとき、受信機は各コードワードを、それがＦＦＴユニット624によって与えられると直ぐに復号することができ、全コードワードが受信されるまで、多数のＯＦＤＭシンボルを待つ必要はないであろう。
分かり易くするために、チャネル推定およびデータ処理技術は、階層型符号化を用いたＯＦＤＭベースシステムについてとくに記載された。一般に、これらの技術は、多数のデータストリームを同時に送信する種々の無線システムに使用されることができ、これは、干渉消去を行うことができても、またはできなくてもよい。このようなシステムでは、各復号されたデータストリームを使用して、チャネル推定値を改善することができる。システムに依存して、向上したチャネル推定値は、復号されたデータストリームによる干渉の推定および消去に、または別のデータストリームの検出に、あるいはこの両者に使用され得る。
Figure 0004602995
復号されたデータストリームの消去および次のデータストリームの検出は両者とも、より高品質のチャネル推定値を用いて改善され得る。これらの技術は、階層型符号化システムにとって、（１）ベースストリームおよびエンハンスメントストリームが同じ無線チャネルを介して送信され、（２）ベースストリームが、通常は、エンハンスメントストリームよりも、より大きい電力をもち、データにしたがうチャネル推定値
Figure 0004602995
が、エンハンスメントストリームからより小さい干渉を観測するので、とくに有益である。
本明細書に記載されている技術は、ＯＦＤＭを用いないシングルキャリアシステムにも使用され得る。この場合に、チャネル推定は、１本のサブバンドのために行われる。広帯域のシングルキャリアシステムにおいて、当技術における既知の種々の技術は、広帯域チャネルにおける周波数選択性を説明するのに使用され得る。
チャネル推定およびデータ処理技術は、多数入力多数出力(multiple-input multiple-output, MIMO)システムにも使用され得る。ＭＩＭＯシステムにおいて、送信機は、多数（Ｔ）のアンテナから多数（Ｌ）のデータストリームを同時に送信することができ、受信機は、多数（Ｒ）のアンテナで、送信されたストリームを受信することができる（なお、Ｒ≧Ｔ）。
Figure 0004602995
ＭＩＭＯシステムにおいて第１のシンボルストリームを復元するとき、全Ｌ本のシンボルストリームについて検出すること、または復元されていない他のＬ−１本のシンボルストリームのためのチャネル推定値を知ることは、必要ない。チャネル推定およびデータ処理技術は、第１のストリームのためのチャネルと他のストリームのためのチャネルとの間に何らかの関係がある限り使用され得る。
チャネル推定およびデータ処理技術は、ＯＦＤＭを使用するＭＩＭＯシステム(すなわち、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム)にも使用され得る。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムでは、送信機は、多数のアンテナの多数のサブバンド上で多数のデータストリームを同時に送信することができる。
Figure 0004602995
ＭＩＭＯ-ＯＦＤＭシステムにおいて各シンボルストリームを復元するとき、本明細書に記載されているチャネル推定およびデータ処理技術を使用するために、残りのストリームを復号すること、またはこれらのストリームのためのチャネル推定を知ることすら、必要ではない。ＭＩＭＯ-ＯＦＤＭシステムにおいて多数のデータストリームを送信する１つの例示的な方式は、“Transmission Scheme for Multi-Carrier MIMO Systems”という名称の、一緒に譲渡された米国特許出願（Attorney Docket No. 020722）に記載されている。
本明細書に記載されたチャネル推定およびデータ処理技術は、無線通信システムにおけるアップリンクおよびダウンリンクに使用することができる。ダウンリンクは、基地局からユーザ端末への通信リンクを指し、アップリンクは、ユーザ端末から基地局への通信リンクを指す。
ここに記載されたチャネル推定およびデータ処理技術は、種々の手段によって実施され得る。例えば、これらの技術は、ハードウェア、ソフトウェアまたはその組合せにおいて実施され得る。ハードウェアの実施では、チャネル推定およびデータ処理を行うのに使用される処理ユニットは、１つ以上の特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit, ASIC）、ディジタル信号プロセッサ（digital signal processor, DSP）、ディジタル信号処理デバイス（digital signal processing device, DSPD）、プログラマブル論理デバイス（programmable logic devices, PLD）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array, FPGA）、プロセッサ、制御装置、マイクロ制御装置、マイクロプロセッサ、本明細書に記載されている機能を実行するように設計された他の電子ユニット、またはその組合せの中で実施され得る。
ソフトウェアの実施では、チャネル推定およびデータ処理技術は、本明細書に記載されている機能を行うモジュール(例えば、手続き、機能、等)で実施され得る。ソフトウェアコードは、メモリユニット(例えば、図４のメモリユニット454)に記憶され、プロセッサ(例えば、制御装置452)によって実行され得る。メモリユニットは、プロセッサ内で実施されても、またはプロセッサの外部で実施されてもよく、その場合は、当技術において知られている種々の手段を介して、プロセッサに通信上で接続されることができる。
開示されている実施形態のこれまでの記述は、当業者が本発明を作成または使用するのを可能にするために与えられている。これらの実施形態への種々の変更は、当業者には容易に明らかになり、本明細書に定められている一般的な原理は、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示されている実施形態に制限されることを意図されず、本明細書に開示されている原理および新規な特徴に一致する最も幅広い範囲にしたがうことを意図されている。
階層型符号化システム内の受信機においてベースストリームおよびエンハンスメントストリームを復元するプロセスを示す図。 同時に送信された多数のデータストリームに対してチャネル推定およびデータ処理を行うプロセスを示す図。 ＯＦＤＭシステムのための例示的なＦＤＭパイロット送信方式を示す図。 ＯＦＤＭシステムのための例示的なＴＤＭパイロット送信方式を示す図。 ＯＦＤＭベースシステムにおける送信機および受信機を示す図。 送信機における種々の処理ユニットを示す図。 受信機における種々の処理ユニットを示す図。
符号の説明
100,200・・・プロセス、300・・・ＦＤＭパイロット送信方式、310・・・ＴＤＭパイロット送信方式、410・・・送信機、450・・・受信機、532・・・乗算器、534・・・加算器。

Claims (33)

  1. 無線通信システムにおいて無線チャネルを介して同時に送信される第１および第２のデータストリームを復元する方法であって、
    受信シンボルに基づいて、無線チャネルのための第１のチャネル推定値を求めることと、
    第１のチャネル推定値を使用して、第１のデータストリームのための検出を行うことと、
    検出された第１のデータストリームに基づいて、第２のチャネル推定値を求めることと、
    第１および第２のチャネル推定値に基づいて、第３のチャネル推定値を求めることと、
    第３のチャネル推定値を使用して、第２のデータストリームのための検出を行うこととを含み、第２のデータストリームは、第１のデータストリームのエンハンスメントストリームであり、
    第３のチャネル推定値を使用して、第１のデータストリームによる干渉を推定することを含み、第２のデータストリームの検出が、第１のデータストリームによる推定干渉が消去されて行われる方法。
  2. 無線チャネルのための第１のチャネル推定値が、受信パイロットシンボルに基づいて求められる請求項１記載の方法。
  3. 第１および第２のデータストリームが、無線チャネルを介して送信する前に結合される請求項１記載の方法。
  4. 第１のチャネル推定値を求めることが、
    受信パイロットシンボルに基づいて、無線チャネルのための周波数応答推定値を得ることと、
    周波数応答推定値に基づいて、無線チャネルのための時間領域のインパルス応答推定値を求めることと、
    時間領域のインパルス応答推定値に基づいて、第１のチャネル推定値を求めることとを含む請求項１記載の方法。
  5. 時間領域のインパルス応答推定値が、周波数応答推定値に対して逆高速フーリエ変換(inverse fast Fourier transform, IFFT)を行うことによって求められ、第１のチャネル推定値が、時間領域のインパルス応答推定値に対して高速フーリエ変換(fast Fourier transform, FFT)を行うことによって求められる請求項４記載の方法。
  6. 第２のチャネル推定値を求めることが、
    検出された第１のデータストリームに基づいて、無線チャネルのための周波数応答推定値を得ることと、
    周波数応答推定値に基づいて、無線チャネルのための時間領域のインパルス応答推定値を求めることと、
    時間領域のインパルス応答推定値に基づいて、第２のチャネル推定値を求めることとを含む請求項１記載の方法。
  7. 第１および第２のチャネル推定値が、時間領域のインパルス応答推定値であり、第３のチャネル推定値が、第１および第２のチャネル推定値のための時間領域のインパルス応答推定値を結合し、変換することによって求められる周波数応答推定値である請求項１記載の方法。
  8. 第１のチャネル推定値が、第１のグループのサブバンドのためのチャネル利得推定値を含み、第２のチャネル推定値が、第２のグループのサブバンドのためのチャネル利得推定値を含み、第３のチャネル推定値が、第１および第２グループのサブバンドのためのチャネル利得推定値の連結に基づいて求められる請求項１記載の方法。
  9. 第３のチャネル推定値が、第１および第２グループのサブバンドのためのチャネル利得推定値の周波数の補間によって求められる請求項８記載の方法。
  10. 第１のグループのサブバンドが、パイロット送信に使用され、第２のグループのサブバンドが、データ送信に使用される請求項８記載の方法。
  11. 第１のデータストリームのための検出が、受信データシンボルに対して行われ、第１のデータストリームのための検出されたシンボルを与える請求項１記載の方法。
  12. 第１のデータストリームのための検出されたシンボルを復号して、第１のデータストリームのための復号されたデータを得ることと、
    復号されたデータを再び符号化し、第１のデータストリームのための再変調されたシンボルを得ることとをさらに含み、第２のチャネル推定値が、再変調されたシンボルおよび受信データシンボルに基づいて求められる請求項１１記載の方法。
  13. 第１のデータストリームのための検出されたシンボルを、第１のデータストリームに使用された変調方式に基づいて、変調シンボルにマップすることをさらに含み、第２のチャネル推定値が、変調シンボルおよび受信データシンボルに基づいて求められる請求項１１記載の方法。
  14. 第３のチャネル推定値を求めることが、
    第１のチャネル推定値を第１の基準化因子で基準化することと、
    第２のチャネル推定値を第２の基準化因子で基準化することと、
    基準化された第１のチャネル推定値および基準化された第２のチャネル推定値を結合して、第３のチャネル推定値を得ることとを含む請求項１記載の方法。
  15. 第１および第２の基準化因子が、第２のチャネル推定値の信頼性に対する第１のチャネル推定値の信頼性に基づいて選択される請求項１４記載の方法。
  16. 第１のチャネル推定値をフィルタにかけることをさらに含み、第３のチャネル推定値が、フィルタにかけられた第１のチャネル推定値に基づいて求められる請求項１記載の方法。
  17. 第２のチャネル推定値をフィルタにかけることをさらに含み、第３のチャネル推定値が、フィルタにかけられた第２のチャネル推定値に基づいて求められる請求項１記載の方法。
  18. 第３のチャネル推定値をフィルタにかけることをさらに含み、第２のデータストリームのための検出が、フィルタにかけられた第３のチャネル推定値を使用して行われる請求項１記載の方法。
  19. 時間領域または周波数領域において第１、第２、または第３のチャネル推定値をフィルタにかけることをさらに含む請求項１記載の方法。
  20. フィルタにかけることが、無限インパルス応答(ＩＩＲ)フィルタで行われる請求項１９記載の方法。
  21. フィルタにかけることが、有限インパルス応答(ＦＩＲ)フィルタで行われる請求項１９記載の方法。
  22. 無線通信システムが、直交周波数分割多重化(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)を使用する請求項１記載の方法。
  23. 受信パイロットシンボルが、各ＯＦＤＭシンボル期間において、パイロット送信に使用されるサブバンドの組のために得られる請求項２２記載の方法。
  24. 受信パイロットシンボルが、パイロット送信に使用される各ＯＦＤＭシンボル期間において得られ、第１のチャネル推定値が、パイロット送信に使用される各ＯＦＤＭシンボル期間において求められ、第２のチャネル推定値が、データ送信に使用される各ＯＦＤＭシンボル期間において求められる請求項２２記載の方法。
  25. 無線通信システムが、多数入力多数出力(multiple-input multiple-output, MIMO)通信システムであり、第１および第２のデータストリームが、複数のアンテナから同時に送信される請求項１記載の方法。
  26. 無線通信システムにおいて無線チャネルを介して同時に送信される第１および第２のデータストリームを復元するように動作可能な装置であって、
    受信シンボルに基づいて無線チャネルのための第１のチャネル推定値を求め、第１のデータストリームのための検出されたシンボルに基づいて第２のチャネル推定値を求め、第１および第２のチャネル推定値に基づいて第３のチャネル推定値を求めるように動作するチャネル推定器と、
    第１のチャネル推定値を使用して、第１のデータストリームのための検出を行い、第１のデータストリームのための検出されたシンボルを与え、第３のチャネル推定値を使用して、第２のデータストリームのための検出を行い、第２のデータストリームのための検出されたシンボルを与えるように動作する検出器とを具備し、
    第２のデータストリームは、第１のデータストリームのエンハンスメントストリームであり、
    検出器は、第３のチャネル推定値を使用して、第１のデータストリームによる干渉を推定し、第１のデータストリームによる推定干渉が消去されて、第２のデータストリームの検出を行なう装置。
  27. 第１のデータストリームのための検出されたシンボルを復号して、第１のデータストリームのための復号されたデータを得て、復号されたデータを再び符号化して、第１のデータストリームのための再変調されたシンボルを得るように動作する受信データプロセッサをさらに含み、
    チャネル推定器が、再変調されたシンボルおよび受信データシンボルに基づいて第２のチャネル推定値を求めるように動作する請求項２６記載の装置。
  28. 無線通信システムにおいて無線チャネルを介して同時に送信される第１および第２のデータストリームを復元するように動作可能な装置であって、
    受信シンボルに基づいて、無線チャネルのための第１のチャネル推定値を求める手段と、
    第１のチャネル推定値を使用して、第１のデータストリームのための検出を行う手段と、
    検出された第１のデータストリームに基づいて、第２のチャネル推定値を求める手段と、
    第１および第２のチャネル推定値に基づいて、第３のチャネル推定値を求める手段と、
    第３のチャネル推定値を使用して、第２のデータストリームのための検出を行う手段と、前記第２のデータストリームは、第１のデータストリームのエンハンスメントストリームであり、
    第３のチャネル推定値を使用して、第１のデータストリームによる干渉を推定する手段とを含み、第２のデータストリームのための検出が、第１のデータストリームによる推定干渉が消去されて行なわれる装置。
  29. 第１のデータストリームのための検出されたシンボルを復号して、第１のデータストリームのための復号されたデータを得る手段と、
    復号されたデータを再び符号化して、第１のデータストリームのための再変調されたシンボルを得る手段とをさらに含み、第２のチャネル推定値が、再変調されたシンボルおよび受信データシンボルに基づいて求められる請求項２８記載の装置。
  30. 無線通信システムにおいて無線チャネルを介して同時に送信されたベースストリームおよび前記ベースストリームのエンハンスメントストリームを復元する方法であって、
    受信パイロットシンボルに基づいて、無線チャネルのための第１のチャネル推定値を求めることと、
    第１のチャネル推定値を使用して、ベースストリームのための検出を行って、ベースストリームのための検出されたシンボルを得ることと、
    ベースストリームのための検出されたシンボルを復号して、ベースストリームのための復号されたデータを得ることと、
    ベースストリームのための復号されたデータを再び符号化して、ベースストリームのための再変調されたシンボルを得ることと、
    再変調されたシンボルに基づいて、第２のチャネル推定値を求めることと、
    第１および第２のチャネル推定値に基づいて、第３のチャネル推定値を求めることと、
    第３のチャネル推定を使用して、ベースストリームによる干渉を推定することと、
    ベースストリームからの推定干渉が消去されて、第３のチャネル推定値を使用して、エンハンスメントストリームのための検出を行って、エンハンスメントストリームのための検出されたシンボルを得ることと、
    エンハンスメントストリームのための検出されたシンボルを復号して、エンハンスメントストリームのための復号されたデータを得ることとを含む方法。
  31. 第１のチャネル推定値を求めることが、
    受信パイロットシンボルに基づいて、無線チャネルのための周波数応答推定値を得ることと、
    周波数応答推定値に基づいて、無線チャネルのためのインパルス応答推定値を求めることと、
    インパルス応答推定値に基づいて、第１のチャネル推定値を求めることとを含む請求項３０記載の方法。
  32. 無線通信システムにおいて無線チャネルを介して同時に送信される第１および第２のデータストリームを復元する命令が格納されたコンピュータ読み取り可能な媒体において、
    前記媒体は、
    コンピュータに、受信シンボルに基づいて、無線チャネルのための第１のチャネル推定値を求めさせるコードと、
    コンピュータに、第１のチャネル推定値を使用して、第１のデータストリームのための検出を行なわせるコードと、
    コンピュータに、検出された第１のデータストリームに基づいて、第２のチャネル推定値を求めさせるコードと、
    コンピュータに、第１および第２のチャネル推定値に基づいて、第３のチャネル推定値を求めさせるコードと、
    コンピュータに、第３のチャネル推定値を使用して、第２のデータストリームのための検出を行なわせるコードとを含み、第２のデータストリームは、第１のデータストリームのエンハンスメントストリームであり、
    コンピュータに、第３のチャネル推定値を使用して、第１のデータストリームによる干渉を推定させるコードとを含み、第２のデータストリームの検出が、第１のデータストリームによる推定干渉が消去されて行われる媒体。
  33. 無線通信システムにおいて無線チャネルを介して同時に送信される第１および第２のデータストリームを復元する命令を実行するように構成されたプロセッサであって、前記命令を実行するプロセッサは、
    受信シンボルに基づいて、第１の無線チャネルのためのチャネル推定値を求め、
    第１のチャネル推定値を使用して、第１のデータストリームのための検出を行ない、検出された第１のデータストリームに基づいて、第２のチャネル推定値を求める命令を実行し、
    第１および第２のチャネル推定値に基づいて、第３のチャネル推定値を求め、
    第３のチャネル推定値を使用して、第２のデータストリームのための検出を行なうように動作可能であり、第２のデータストリームは、第１のデータストリームのエンハンスメントストリームであり、
    第３のチャネル推定値を使用して、第１のデータストリームによる干渉を推定し、第２のデータストリームの検出が、第１のデータストリームによる推定干渉が消去されて行われるプロセッサ。
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