JP4607901B2 - マルチアンテナ通信システムにおける空間拡散 - Google Patents
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Description
本特許出願は、2003年12月17日に出願された仮出願第60/531,021号(“Pseudo-Random Transmit Steering in a Multi-Antenna Communication System”)に対して優先権を主張しており、仮出願第60/531,021号は、本発明の譲受人に譲渡され、それによって本明細書において明示的に取り入れられている。
シングルキャリアMIMOシステムでは、送信エンティティにおけるNT本の送信アンテナと受信エンティティにおけるNR本の受信アンテナとによって形成されるMIMOチャネルは、NR×NTのチャネル応答行列Hによって特徴付けられ得る。これは、次のように表現され得る。
ここで、sは、HのNs本の空間チャネル上で送信されるNs個のデータシンボルのNs個のゼロ以外のエントリをもつNT×1のベクトルであり、
rは、NR本の受信アンテナを介して得られるNR個の受信シンボルのエントリをもつNR×1のベクトルであり、
nは、受信エンティティにおいて観察される雑音ベクトルである。
ここで、s(m)は、送信スパンmにおいて送られるNS個のデータシンボルをもつNS×1のベクトルであり、
V(m)は、送信スパンmのためのNT×NSのステアリング行列であり、
x(m)は、送信スパンmにおいてNT本の送信アンテナから送られるNT個の送信シンボルをもつNT×1のベクトルである。
=H eff(m)・s(m)+n(m) 式(4)
ここで、H(m)は、送信スパンmのためのNR×NTのチャネル応答行列であり、
H effは、送信スパンmのためのNR×NSの有効チャネル応答行列であり、H eff=H(m)・V(m)であり、
r(m)は、送信スパンmのためのNR個の受信シンボルをもつNR×1のベクトルであり、
n(m)は、送信スパンmにおける雑音ベクトルである。
既に記載されたように、L個のステアリングの組が生成され、空間拡散に使用され得る。組内のステアリング行列は、種々のやり方で使用に選択され得る。1つの実施形態では、ステアリング行列は、決定論的なやり方で、その組から選択される。例えば、L個のステアリング行列が、第1のステアリング行列V(1)から始めて、その後で、第2のステアリング行列V(2)、等、その後で、最後のステアリング行列V(L)で、順次に、循環され、選択され得る。別の実施形態では、ステアリング行列は、擬似ランダムなやり方で、組から選択される。例えば、各送信スパンmにおいて使用するステアリング行列は、L個のステアリング行列の1つを擬似ランダムに選択する関数f(m)、すなわちステアリング行列V(f(m))に基づいて選択され得る。また別の実施形態では、ステアリング行列は、“置換”方式で、組から選択される。例えば、L個のステアリング行列が、順次に、循環され、使用のために選択され得る。しかしながら、各サイクルの最初のステアリング行列は、常に第1のステアリング行列V(1)ではなく、擬似ランダムに選択され得る。L個のステアリング行列は、種々の他のやり方でも選択されることができ、これは、本発明の範囲内である。
図3は、MIMOシステム300における送信エンティティ310および受信エンティティ350のブロック図を示している。送信エンティティ310において、送信(TX)データプロセッサ320は、ND本のデータストリームのトラヒックデータを受信し、処理し(例えば、符号化し、インターリーブし、変調し)、NS本のデータシンボルストリームを与える(なお、NS≧ND≧1)。TX空間プロセッサ330は、空間拡散のためのNS本のデータシンボルストリームを受信し、空間的に処理し、パイロットシンボルにおいて多重化し、NT本の送信シンボルストリームをNT個の送信機ユニット(TMTR)332aないし332tに与える。TXデータプロセッサ320による処理は、別途記載され、TX空間プロセッサ330による空間処理は、既に記載された通りである。各送信機ユニット332は、各送信シンボルストリームを調整し(例えば、アナログに変換し、フィルタにかけ、増幅し、周波数アップコンバートし)、被変調信号を生成する。NT個の送信機ユニット332aないし332tは、それぞれ、NT本のアンテナ334aないし334tから送信されるNT個の被変調信号を与える。
OFDMを用いると、NF本までの変調シンボルが、NF本のサブバンド上で各OFDMシンボル期間において送信され得る。これらの変調シンボルは、送信前に、NF点の逆高速フーリエ変換(inverse fast Fourier transform, IFFT)を使用して、時間領域に変換され、NF個の時間領域チップを含む“変換された”シンボルを生成する。周波数選択フェージングによって引き起こされるシンボル間干渉(intersymbol interference, ISI)を抑制するために、各変換されたシンボルの一部(または、Ncpチップ)を反復し、対応するOFDMシンボルを形成する。各OFDMシンボルは、NF+Ncpチップ期間である1つのOFDMチップ期間において送信される。なお、Ncpは巡回プレフィクス長である。
空間拡散に使用されるステアリング行列は、ユニタリー行列であり、次の条件を満たすべきである。
ここで、Eは、Rの固有ベクトルのNT×NSのユニタリー行列であり、
Dは、Rの固有値のNS×NSの対角行列である。
図7は、例示的なMIMOシステムにおいて達成される全スペクトル効率の累積分布関数(cumulative distribution function, CDF)のプロットを示している。このMIMOシステムにおいて、送信エンティティは、4本の送信アンテナを備え(NT=4)、受信エンティティは、4本の受信アンテナを備えている(NR=4)。MIMOチャネルは、式(1)について既に記載したように仮定される。受信機空間処理前の受信シンボルのSNRである受信SNRは、20デシベルであると仮定される。受信エンティティは、最小平均二乗誤差(minimum mean square error, MMSE)受信機空間処理技術を使用すると仮定される。
MISOシステムは、データ送信のために、送信エンティティにおける多数(NT)の送信アンテナと、受信エンティティにおける1本の受信アンテナとを使用する。NT本の送信アンテナと1本の受信アンテナとによって形成されるMISOチャネルは、1本の空間チャネルから構成される。MISOチャネルは、1×NTのチャネル応答行ベクトルhによって特徴付けられることができ、
ここで、s(m)は、送信スパンmにおいて送られるデータシンボルであり、
v(m)は、送信スパンmのためのNT×1のステアリングベクトルであり、
x miso(m)は、送信スパンmにおいてNT本の送信アンテナから送られるNT個の送信シンボルをもつNT×1のベクトルである。
=heff(m)・s(m)+n(m) 式(14)
ここで、r(m)は、送信スパンmのための受信シンボルであり、
heff(m)は、送信スパンmのための有効チャネル応答であり、heff(m)=h(m)・v(m)であり、
n(m)は、送信スパンmのための雑音である。
Claims (53)
- 無線多数入力多数出力(multiple-input multiple-output, MIMO)通信システムにおいて送信されるデータを処理する方法であって、
データを処理して、データシンボルの少なくとも1つのブロックを得ることと、
データシンボルの1つのブロックに対して、Lが1よりも大きい整数であるとき、L個のステアリング行列の組の中から受信エンティティによって観察される有効MIMOチャネルをランダム化するように選択された1つのステアリング行列で空間処理を行って、複数の送信アンテナのための複数の送信シンボル系列を得ることとを含む方法。 - 前記データを処理して、前記データシンボルの少なくとも1つのブロックを得ることが、
前記データを符号化して、符号化されたデータの少なくとも1つのブロックを生成することと、
前記符号化されたデータの各ブロックをシンボルマップして、前記データシンボルの対応するブロックを得ることとを含む請求項1記載の方法。 - 前記データシンボルの少なくとも1つのブロックを、前記データシンボルの複数のサブブロックに分割することと、
前記データシンボルの各サブブロックのステアリング行列を選択することとをさらに含み、前記データシンボルの少なくとも1つのブロックに対して空間処理を行うことが、前記データシンボルの各サブブロックに対して、そのサブブロックのために選択されたステアリング行列で空間処理を行うことを含む請求項1記載の方法。 - 前記データシンボルの少なくとも1つのブロックを分割することが、
前記データシンボルの1つのブロックを、前記データシンボルの複数のサブブロックに分割することを含む請求項3記載の方法。 - 前記データシンボルの少なくとも1つのブロックを分割することが、
前記データシンボルの複数のブロックを、前記データシンボルの複数のサブブロックに分割することを含む請求項3記載の方法。 - 前記データシンボルの少なくとも1つのブロックを分割することが、
前記データシンボルの少なくとも1つのブロックを、前記データシンボルの複数のサブブロックに分割することを含み、その結果、各サブブロックが、前記少なくとも1つのブロックの各々からの前記データシンボルを含む請求項3記載の方法。 - 複数の送信スパンにおいて、空間的に処理されたデータシンボルの複数のサブブロックを、各送信スパンにおいて1つのサブブロックずつ送信することをさらに含む請求項3記載の方法。
- 1つのシンボル期間において、前記複数の送信アンテナから、空間的に処理されたデータシンボルの各サブブロックを送信することをさらに含む請求項3記載の方法。
- 少なくとも1本の周波数サブバンドの各グループ上で、前記複数の送信アンテナから、空間的に処理されたデータシンボルの各サブブロックを送信することをさらに含む請求項3記載の方法。
- 前記複数の送信アンテナから、前記複数の送信シンボル系列を送信することをさらに含む請求項1記載の方法。
- 前記L個のステアリング行列の組の中から、前記1つのステアリング行列を順次選択することをさらに含む請求項1記載の方法。
- 前記L個のステアリング行列の組の中から前記1つのステアリング行列を決定論的なやり方で選択することをさらに含む請求項1記載の方法。
- 前記L個のステアリング行列を順次に循環することによって、前記L個のステアリング行列の組の中から前記1つのステアリング行列を選択することをさらに含む請求項1記載の方法。
- 前記L個のステアリング行列の組の中から前記1つのステアリング行列を擬似ランダムなやり方で選択することをさらに含む請求項1記載の方法。
- 前記データシンボルの複数のサブブロックの各々のために、異なるステアリング行列を選択することをさらに含む請求項1記載の方法。
- 前記複数のサブブロックの中のL個のサブブロックの各サブセットのために、前記L個のステアリング行列の異なる順序を選択することをさらに含む請求項3記載の方法。
- 前記L個のステアリング行列が、ユニタリー行列である請求項1記載の方法。
- 前記L個のステアリング行列が、任意の2つのステアリング行列間に低い相関をもつ請求項1記載の方法。
- 前記L個のステアリング行列を、基本行列および複数のスカラーで生成することをさらに含む請求項1記載の方法。
- 最初のユニタリー行列および1のL番目の根の対角行列に基づいて、前記L個のステアリング行列を生成することをさらに含む請求項1記載の方法。
- 独立の等方的に分布したユニタリー行列の組に基づいて、前記L個のステアリング行列を生成することをさらに含む請求項1記載の方法。
- 直交周波数分割多重化(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)のために前記複数の送信シンボル系列を処理することをさらに含む請求項1記載の方法。
- データ送信に使用される複数の周波数サブバンドの各々のために異なるステアリング行列を選択することをさらに含む請求項1記載の方法。
- 前記データシンボルの少なくとも1つのブロックを、前記データシンボルの複数のサブブロックに分割することをさらに含み、前記データシンボルの各サブブロックが、少なくとも1本の周波数サブバンドの各グループ上で、前記複数の送信アンテナから送信されることを指定され、前記空間処理を行うことが、少なくとも1本の周波数サブバンドの各グループのための前記データシンボルのサブブロックに対して、前記L個のステアリング行列の組の各1つで空間処理を行うことをさらに含む請求項1記載の方法。
- 無線多数入力多数出力(MIMO)通信システムにおける装置であって、
データを処理して、データシンボルの少なくとも1つのブロックを得るデータプロセッサと、
データシンボルの1つのブロックに対して、Lが1よりも大きい整数であるとき、L個のステアリング行列の組の中から受信エンティティによって観察される有効MIMOチャネルをランダム化するように選択されたステアリング行列で空間処理を行って、複数の送信アンテナのための複数の送信シンボル系列を得る空間プロセッサとを含む装置。 - 前記データを符号化して、符号化されたデータの少なくとも1つのブロックを生成し、符号化されたデータの各ブロックをマップして、前記データシンボルの対応するブロックを得る請求項25記載の装置。
- 前記L個のステアリング行列が、ユニタリー行列である請求項25記載の装置。
- 前記空間プロセッサが、前記データシンボルの少なくとも1つのブロックを、前記データシンボルの複数のサブブロックに分割し、前記データシンボルの複数のサブブロックの各々に対して、前記L個のステアリング行列の組の1つで空間処理を行う請求項25記載の装置。
- 前記データシンボルの複数のサブブロックの各々のために、前記L個のステアリング行列の組の中から1つのステアリング行列を選択する制御装置をさらに含む請求項28記載の装置。
- 前記制御装置が、前記L個のステアリング行列の組の中から前記1つのステアリング行列を決定論的なやり方で選択する請求項29記載の装置。
- 前記制御装置が、前記L個のステアリング行列の組の中から前記1つのステアリング行列を擬似ランダムなやり方で選択する請求項29記載の装置。
- 前記MIMO通信システムが、直交周波数分割多重化(OFDM)を使用する請求項25記載の装置。
- 無線多数入力多数出力(MIMO)通信システムにおける装置であって、
データを処理して、データシンボルの少なくとも1つのブロックを得る手段と、
データシンボルの1つのブロックに対して、Lが1よりも大きい整数であるとき、L個のステアリング行列の組の中から受信エンティティによって観察される有効MIMOチャネルをランダム化するように選択されたステアリング行列で空間処理を行って、複数の送信アンテナのための複数の送信シンボル系列を得る手段とを含む装置。 - 前記データシンボルの少なくとも1つのブロックを、前記データシンボルの複数のサブブロックに分割する手段と、
前記データシンボルの複数のサブブロックの各々のために前記ステアリング行列を選択する手段とをさらに含み、前記空間処理を行う手段が、前記データシンボルの複数のサブブロックの各々に対して、そのサブブロックのために選択された前記ステアリング行列で空間処理を行う手段を含む請求項33記載の装置。 - 前記1つのステアリング行列が、ユニタリー行列である請求項33記載の装置。
- 前記L個のステアリング行列の組の中から前記1つのステアリング行列を決定論的なやり方で選択する手段をさらに含む請求項33記載の装置。
- 前記L個のステアリング行列の組の中から前記1つのステアリング行列を擬似ランダムなやり方で選択する手段をさらに含む請求項33記載の装置。
- 無線多数入力単一出力(multiple-input single-output, MISO)通信システムにおいて送信されるデータを処理する方法であって、
データを処理して、データシンボルのブロックを得ることと、
前記データシンボルの1つのブロックに対して、Lが1よりも大きい整数であるとき、L個のステアリング行列の組の中から受信エンティティによって観察される有効MISOチャネルをランダム化するように選択したステアリング行列で空間処理を行って、複数の送信アンテナのための複数の送信シンボル系列を得ることとを含む方法。 - 前記データシンボルのブロックを、前記データシンボルの複数のサブブロックに分割することと、
前記データシンボルの複数のサブブロックの各々のためにステアリングベクトルを選択することとをさらに含み、前記データシンボルのブロックに対して空間処理を行うことが、前記データシンボルの複数のサブブロックの各々に対して、そのサブブロックのために選択された前記ステアリングベクトルで空間処理を行うことを含む請求項38記載の方法。 - 前記L個のステアリングベクトルの中のステアリングベクトルの任意の対が、低い相関をもつ請求項38記載の方法。
- 前記L個のステアリングベクトルを、基本行列および少なくとも1つのスカラーで生成することをさらに含む請求項38記載の方法。
- 前記L個のステアリングベクトルの組の中から前記1つのステアリングベクトルを決定論的なやり方で選択することをさらに含む請求項38記載の方法。
- 前記L個のステアリング行列の組の中から前記1つのステアリングベクトルを擬似ランダムなやり方で選択することをさらに含む請求項38記載の方法。
- 無線多数入力多数出力(MIMO)通信システムにおいてデータ送信を受信する方法であって、
MIMOチャネルを介して送信する前に、Lが1よりも大きい整数であるとき、L個のステアリング行列の組の中から選択された1つのステアリング行列で空間的に処理された少なくとも1つのデータシンボルブロックのための受信データシンボルを得ることと、
前記MIMOチャネルおよび1つのステアリング行列によって形成される有効MIMOチャネルのためのチャネル応答推定値を得ることと、
受信データシンボルに対して前記チャネル応答推定値で受信機空間処理を行って、前記少なくとも1つのデータシンボルブロックのためのデータシンボル推定値を得ることとを含む方法。 - 各送信スパンのための1つのステアリング行列を選択することをさらに含み、受信機空間処理を行うことが、各送信スパンのための受信データシンボルに対して、その送信スパンのために選択されたステアリング行列に基づいて、受信機空間処理を行うことを含む請求項44記載の方法。
- 前記少なくとも1つのデータシンボルブロックのためのデータシンボル推定値を処理して、前記少なくとも1つのデータシンボルブロックの復号されたデータを得ることをさらに含む請求項44記載の方法。
- 前記L個のステアリング行列が、ユニタリー行列である請求項44記載の方法。
- 無線多数入力多数出力(MIMO)通信システムにおける装置であって、
MIMOチャネルを介して送信する前に、Lが1よりも大きい整数であるとき、L個のステアリング行列の組の中から選択された1つのステアリング行列で空間的に処理された少なくとも1つのデータシンボルブロックのための受信データシンボルを得る複数の受信機ユニットと、
前記MIMOチャネルおよび前記1つのステアリング行列によって形成された有効MIMOチャネルのためのチャネル応答推定値を得るチャネル推定器と、
前記受信データシンボルに対して前記チャネル応答推定値で受信機空間処理を行って、前記少なくとも1つのデータシンボルブロックのためのデータシンボル推定値を得る空間プロセッサとを含む装置。 - 前記L個のステアリング行列が、ユニタリー行列である請求項48記載の装置。
- 無線多数入力多数出力(MIMO)通信システムにおける装置であって、
MIMOチャネルを介して送信する前に、Lが1よりも大きい整数であるとき、L個のステアリング行列の組の中から選択された1つのステアリング行列で空間的に処理された少なくとも1つのデータシンボルブロックに対する受信データシンボルを得る手段と、
前記MIMOチャネルおよび前記1つのステアリング行列によって形成される有効MIMOチャネルのためのチャネル応答推定値を得る手段と、
前記受信データシンボルに対して前記チャネル応答推定値で受信機空間処理を行って、前記少なくとも1つのデータシンボルブロックのためのデータシンボル推定値を得る手段とを含む装置。 - 各送信スパンのための前記L個のステアリング行列の組の中から1つのステアリング行列を選択する手段をさらに含み、前記受信機空間処理を行う手段が、各送信スパンのための受信データシンボルに対して、その送信スパンのために選択されたステアリング行列に基づいて、受信機空間処理を行う手段を含む請求項50記載の装置。
- 無線多数入力単一出力(MISO)通信システムにおいてデータ送信を受信する方法であって、
MISOチャネルを介して送信する前に、Lが1よりも大きい整数であるとき、L個のステアリング行列の組の中から選択された1つのステアリング行列で空間的に処理されたデータシンボルブロックのための受信データシンボルを得ることと、
前記MISOチャネルおよび前記1つのステアリングベクトルによって形成される有効MISOチャネルのためのチャネル応答推定値を得ることと、
前記受信データシンボルに対して前記チャネル応答推定値で検出を行って、前記データシンボルブロックのためのデータシンボル推定値を得ることとを含む方法。 - 各送信スパンのための前記L個のステアリングベクトルの組の中から前記1つのステアリングベクトルを選択することをさらに含み、各送信スパンのための前記チャネル応答推定値が、その送信スパンのための選択されたステアリングベクトルに基づいて得られる請求項52記載の方法。
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