JP4773461B2 - 時分割デュプレックス通信システムのためのチャネルキャリブレーション - Google Patents

Description

この発明は一般に通信に関し、特に時分割デュプレックス（ＴＤＤ）通信システムにおけるダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答をキャリブレーションするための技術に関する。

無線通信システムにおいて、アクセスポイントとユーザー端末との間のデータ送信は無線チャネルを介して生じる。システム設計に応じて、同じまたは異なる周波数バンドをダウンリンクおよびアップリンクのために使用されてもよい。ダウンリンク（またはフォワードリンク）は、アクセスポイントからユーザー端末への通信リンクを指し、アップリンク（またはリバースリンク）はユーザー端末からアクセスポイントへの通信リンクを指す。２つの周波数バンドが利用可能なら、ダウンリンクとアップリンクには周波数分割デュプレクシング（ＦＤＤ）を用いて別個の周波数バンドを割り当ててもよい。１つの周波数バンドのみが利用可能なら、ダウンリンクとアップリンクは時分割デュプレクシング（ＴＤＤ）を用いて同じ周波数バンドを共有してもよい。

高性能を達成するために、無線チャネルの周波数応答を知ることがしばしば必要である。

例えば、ダウンリンクチャネルの応答は、ユーザー端末に対するダウンリンクデータ送信のための空間処理（以下に記載する）を実行するために、アクセスポイントにより必要とされるかもしれない。ダウンリンクチャネル応答はアクセスポイントにより送信されるパイロットに基いてユーザー端末により推定されてもよい。次に、ユーザー端末はダウンリンクチャネル応答推定値をその使用のためにアクセスポイントに返送してもよい。このチャネル推定スキームの場合、パイロットはダウンリンク上に送信される必要があり、チャネル推定値をアクセスポイントに返送するためにさらなる遅延およびリソースを被る。

共有周波数バンドを有したＴＤＤシステムの場合、ダウンリンクチャネル応答とアップリンクチャネル応答は、互いに相互関係を表すと考えられている。すなわち、ＨがアンテナアレイＡからアンテナアレイＢまでチャネル応答マトリクスを表すなら、相互チャネルはアレイＢからアレイＡへのカップリングはＨ ^Tにより与えられ、但しＨ ^TはマトリクスＨの転置を示す。従って、ＴＤＤシステムの場合、一方のリンクのためのチャネル応答は、他方のリンク上に送信されたパイロットに基いて推定されてもよい。例えば、アップリンクチャネル応答は、アップリンクを介して受信されたパイロットに基いて推定されてもよく、アップリンクチャネル応答推定値の転置は、ダウンリンクチャネル応答の推定値として使用されてもよい。

しかしながら、アクセスポイントにおける送信チェーンおよび受信チェーンの周波数応答は、ユーザー端末における送信チェーンおよび受信チェーンの周波数応答とは典型的に異なる。特に、アップリンク送信のために使用される送信および受信チェーンの周波数応答はダウンリンク送信のために使用される送信および受信チェーンの周波数応答と異なっていてもよい。次に、「有効な」ダウンリンクチャネル応答（これは適用できる送信および受信チェーンの応答を含む）は、送信チェーンおよび受信チェーンにおける差分により有効なアップリンクチャネル応答の逆数とは異なるであろう（すなわち、有効なチャネル応答は逆数ではない）。一方のリンクに対して取得されたチャネル応答推定値の逆数が他方のリンクの空間処理に使用されるなら、送信チェーンと受信チェーンの周波数応答の任意の差は、決定され、補償されるのでないなら、性能を劣化させるかもしれないエラーを表すであろう。

それゆえ、ＴＤＤ通信システムにおいてダウンリンクチャネルとアップリンクチャネルをキャリブレートするための技術的必要性がある。

無線通信システムにおいて、アクセスポイントとユーザー端末との間のデータ送信は無線チャネルを介して生じる。システム設計に応じて、同じまたは異なる周波数バンドをダウンリンクおよびアップリンクのために使用されてもよい。ダウンリンク（またはフォワードリンク）は、アクセスポイントからユーザー端末への通信リンクを指し、アップリンク（またはリバースリンク）はユーザー端末からアクセスポイントへの通信リンクを指す。２つの周波数バンドが利用可能なら、ダウンリンクとアップリンクには周波数分割デュプレクシング（ＦＤＤ）を用いて別個の周波数バンドを割り当ててもよい。１つの周波数バンドのみが利用可能なら、ダウンリンクとアップリンクは時分割デュプレクシング（ＴＤＤ）を用いて同じ周波数バンドを共有してもよい。

高性能を達成するために、無線チャネルの周波数応答を知ることがしばしば必要である。例えば、ダウンリンクチャネルの応答は、ユーザー端末に対するダウンリンクデータ送信のための空間処理（以下に記載する）を実行するために、アクセスポイントにより必要とされるかもしれない。ダウンリンクチャネル応答はアクセスポイントにより送信されるパイロットに基いてユーザー端末により推定されてもよい。次に、ユーザー端末はダウンリンクチャネル応答推定値をその使用のためにアクセスポイントに返送してもよい。このチャネル推定スキームの場合、パイロットはダウンリンク上に送信される必要があり、チャネル推定値をアクセスポイントに返送するためにさらなる遅延およびリソースを被る。

共有周波数バンドを有したＴＤＤシステムの場合、ダウンリンクチャネル応答とアップリンクチャネル応答は、互いに相互関係を表すと考えられている。すなわち、ＨがアンテナアレイＡからアンテナアレイＢまでチャネル応答マトリクスを表すなら、相互チャネルはアレイＢからアレイＡへのカップリングはＨTにより与えられ、但しＨTはマトリクスＨの転置を示す。従って、ＴＤＤシステムの場合、一方のリンクのためのチャネル応答は、他方のリンク上に送信されたパイロットに基いて推定されてもよい。例えば、アップリンクチャネル応答は、アップリンクを介して受信されたパイロットに基いて推定されてもよく、アップリンクチャネル応答推定値の転置は、ダウンリンクチャネル応答の推定値として使用されてもよい。

しかしながら、アクセスポイントにおける送信チェーンおよび受信チェーンの周波数応答は、ユーザー端末における送信チェーンおよび受信チェーンの周波数応答とは典型的に異なる。特に、アップリンク送信のために使用される送信および受信チェーンの周波数応答はダウンリンク送信のために使用される送信および受信チェーンの周波数応答と異なっていてもよい。次に、「有効な」ダウンリンクチャネル応答（これは適用できる送信および受信チェーンの応答を含む）は、送信チェーンおよび受信チェーンにおける差分により有効なアップリンクチャネル応答の逆数とは異なるであろう（すなわち、有効なチャネル応答は逆数ではない）。一方のリンクに対して取得されたチャネル応答推定値の逆数が他方のリンクの空間処理に使用されるなら、送信チェーンと受信チェーンの周波数応答の任意の差は、決定され、補償されるのでないなら、性能を劣化させるかもしれないエラーを表すであろう。

それゆえ、ＴＤＤ通信システムにおいてダウンリンクチャネルとアップリンクチャネルをキャリブレートするための技術的必要性がある。

本発明の特徴、性質及び利点は、類似による参照文字が相応して、全体で特定する図面と関連して解釈されるときに後述される詳細な説明からさらに明らかになるであろう。

ここに記載されたキャリブレーション技術は種々の無線通信システムに使用されてもよい。さらに、これらの技術は、単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）システム、複数入力単一出力（ＭＩＳＯ）システム、単一入力複数出力（ＳＩＭＯ）システム、および複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）システムに使用されてもよい。

ＭＩＭＯシステムは、データ送信のために複数（ＮＴ）の送信アンテナと複数（ＮＲ）の受信アンテナを採用する。ＮＴ送信アンテナおよびＮＲ受信アンテナにより形成されたＭＩＭＯチャネルはＮSの独立チャネルに分解されてもよい。但し、ＮS≦min{Ｎ_T,Ｎ_R}である。Ｎ_Sの独立したチャネルの各々はＭＩＭＯチャネルの空間チャネルとも呼ばれ一次元に相当する。複数の送信および受信アンテナによって作成されたさらなる次元が利用されるなら、ＭＩＭＯシステムは、改良された性能（例えば、増大された送信キャパシティ）を提供することができる。これは、典型的には、送信機と受信機との間のチャネル応答の正確な推定値を必要とする。

図１はＭＩＭＯシステムにおけるアクセスポイント１０２とユーザー端末１０４における送信チェーンおよび受信チェーンのブロック図である。このシステムの場合、ダウンリンクとアップリンクは、時分割デュプレックスの方法で同じ周波数バンドを共有する。

ダウンリンクの場合、アクセスポイント１０２において、（「送信」ベクトルｘ _dnにより示される）シンボルは送信チェーン１１４により処理され、無線チャネルを介してＮ_apのアンテナから送信される。ユーザー端末１０４において、ダウンリンク信号はＮ_utアンテナ１５２により受信され、受信チェーンにより処理され、（「受信」ベクトルｒ _dnにより示される）受信されたシンボルを取得する。送信チェーン１１４による処理は典型的にデジタルーアナログ変換、増幅、フィルタリング、周波数アップコンバージョン等を含む。受信チェーン１５４による処理は典型的に周波数ダウンコンバージョン、増幅、フィルタリング、アナログ−デジタル変換等を含む。

アップリンクの場合、ユーザー端末１０４において、（送信ベクトルｘ _upにより示される）シンボルは送信チェーンにより処理され無線チャネルを介してＮ_utのアンテナ１５２から送信される。アクセスポイント１０２において、アップリンク信号はＮ_apのアンテナ１１６により受信され、受信チェーンにより処理され、（受信ベクトルｒ _upにより示される）受信されたシンボルを取得する。

ダウンリンクの場合、ユーザー端末における受信ベクトルは以下のように表してもよい。

但し、ｘ _dnはアクセスポイントにおいてＮ_apのアンテナから送信されたシンボルに対するＮ_apエントリを有する送信ベクトルである。ｒ _dnはユーザー端末においてＮ_utアンテナで受信されたシンボルのためのＮ_utエントリを有する受信ベクトルである。Ｔ _apはアクセスポイントにおいてＮ_apアンテナのための送信チェーンに関連する複素利得のためのエントリを有したＮ_ap×Ｎ_apの対角マトリクスである。Ｒ _utは、ユーザー端末においてＮ_utアンテナのための受信チェーンに関連する複素利得のためのエントリを有するＮ_ut×Ｎ_utの対角マトリクスである。ＨはダウンリンクのためのＮ_ut×Ｎ_utのチャネル応答マトリクスである。送信チェーンと受信チェーンの応答および無線チャネルの応答は典型的に周波数の関数である。簡単にするために、応答はフラットフェージング（すなわち、フラット周波数応答）であると仮定される。

アップリンクの場合、アクセスポイントにおける受信ベクトルは以下のように表してもよい。

但し、ｘ _upは、ユーザー端末におけるＮ_utアンテナから送信されたシンボルのための送信ベクトルである。ｒ _upは、アクセスポイントにおけるＮ_apアンテナで受信されたシンボルのための受信ベクトルである。Ｔ _utはユーザー端末におけるＮ_utのアンテナのための送信チェーンに関連する複素利得のためのエントリを有するＮ_ut×Ｎ_utの対角マトリクスである。Ｒ _apはアクセスポイントにおけるＮ_apのアンテナのための受信チェーンに関連する複素利得のためのエントリを有するＮ_ap×Ｎ_apの対角マトリクスである。Ｈ ^TはアップリンクのためのＮ_ap×Ｎ_apのチャネル応答マトリクスである。

ＴＤＤシステムの場合、ダウンリンクとアップリンクは同じ周波数バンドを共有するので、ダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答の間に高度の相関が通常存在する。従って、ダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答マトリクスは、互いに相互関係がある（または転置）と仮定してもよく、方程式（１）および（２）に示すように、それぞれＨおよびＨ ^Tとして示される。しかしながら、アクセスポイントにおける送信チェーンおよび受信チェーンは、ユーザー端末における送信チェーンおよび受信チェーンの応答とは等しくない。従ってこの差は以下の不等式を生じる。

方程式（１）および（２）から、「有効な」ダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答、Ｈ _dnおよびＨ _up、これは適用可能な送信チェーンおよび受信チェーンの応答を含むが、以下のように表されてもよい。

方程式セット（３）において２つの方程式を結合すると以下の関係を取得してもよい。

方程式（４）をリアレンジすると以下が得られる。

方程式（５）は以下のように表してもよい。

方程式（６）の左辺は、キャリブレートされたアップリンクチャネル応答の一形態を表し、右辺は、キャリブレートされたダウンリンクチャネル応答の一形態の転置を表す。方程式（６）に示されるように、有効なダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答への対角マトリクス、Ｋ _utおよびＫ _apの適用は、ダウンリンクおよびアップリンクのためのキャリブレートされたチャネル応答が互いの転置として表されることを可能にする。アクセスポイントのためのＮ_ap×Ｎ_apの対角マトリクスＫ _apは送信応チェーン応答Ｔ _apに対する受信チェーン応答Ｒ _apの比（または

）であり、但し、この比はエレメント毎に取られる。同様に、ユーザー端末のためのＮ_ut×Ｎ_utの対角マトリクスＫ _utは送信チェーン応答Ｔ _utに対する受信チェーン応答Ｒ _utの比である。

図２Ａはアクセスポイントとユーザー端末における送信チェーンと受信チェーンにおける差を補償するためにアクセスポイントとユーザー端末における送信側と受信側の両方における訂正マトリクスの適用を図解する。ダウンリンクにおいて、送信ベクトルｘ _dnは最初にユニット１１２によりマトリクスＫ _tapと乗算される。ダウンリンクのための送信チェーン１１４と受信チェーン１５４による処理は図１に示されるものと同じである。受信チェーン１５４の出力は、ユニット１５６によりマトリクスＫ _rutと乗算される。これは、ダウンリンクのための受信されたベクトルｒ _dnを供給する。アップリンクでは、送信ベクトルｘ _upは最初にユニット１６２によりマトリクスＫ _tutと乗算される。アップリンクのための送信チェーン１６４と受信チェーン１２４による処理は図１に示されるものと同じである。受信チェーン１２４の出力はユニット１２６によりマトリクスＫ _rapと乗算される。これはアップリンクのための受信されたベクトルｒ _upを供給する。

図２Ａに示されるアクセスポイントとユーザー端末において適用される訂正マトリクスを有するキャリブレートされたダウンリンクチャネル応答およびアップリンクチャネル応答は以下のように表してもよい。

なら、方程式セット（７）における２つの方程式は以下のように結合してもよい。

方程式（８）内の項をリアレンジすると、以下が得られる。

対角マトリクスＡおよびＢに対して性質ＡＢ＝ＢＡを用いて対角マトリクスが方程式（９）において入れ替えられた。

方程式（９）は、ダウンリンクチャネル応答とアップリンクチャネル応答が以下の条件を満足することにより取得されてもよいことを示す。

但しａは任意に複素比例定数である。

一般にアクセスポイントのための補正率は、アクセスポイントにおける送信側および／または受信側に適用されてもよい。同様に、ユーザー端末のための補正率は、ユーザー端末における送信側および／または受信側に適用されてもよい。アクセスポイントまたはユーザー端末であってよい所定のステーションの場合、そのステーションのための訂正マトリクスは、送信側の訂正マトリクスと受信側の訂正マトリクスに分割されてもよい。（送信側または受信側であってよい）一方側のための訂正マトリクスは、単位マトリクスＩまたは任意の選択されたマトリクスであってよい。次に、他方側のための訂正マトリクスが固有に指定されるであろう。訂正マトリクスは、送信チェーンエラーおよび／または受信チェーンエラーに直接対処する必要はない。送信チェーンエラーおよび／または受信チェーンエラーは、典型的に測定することができない。

表１は、アクセスポイントおよびユーザー端末において補正率を適用するための９つの可能な構成をリストアップする。構成１の場合、補正率は、アクセスポイントにおける送信側と受信側の両方に適用され、また、ユーザー端末における送信側と受信側の両方に適用される。構成２の場合、補正率は、アクセスポイントとユーザー端末の両方において送信側にのみ適用される。但し、

である。構成３の場合、補正率は、アクセスポイントとユーザー端末の両方において受信側のみに適用される。ただし、

である。他の構成は表１に示される。

図２Ｂはアクセスポイントとユーザー端末における送信チェーンと受信チェーンの差を補償するために構成２のための送信側への訂正マトリクスＫ _apとＫ _utの適用を図解する。

ダウンリンクにおいて、送信ベクトルは最初にユニット１１２により訂正マトリクスＫ _apと乗算される。ダウンリンクのための送信チェーン１１４と受信チェーン１５４による次の処理は、図１に示されるものと同じである。アップリンクの場合、送信ベクトルｘ _upは最初にユニット１６２により訂正マトリクスＫ _utと乗算される。アップリンクのための送信チェーン１６４と受信チェーン１２４により次の処理は図１に示されるものと同じである。次に、それぞれユーザー端末とアクセスポイントにより観察されるキャリブレートされたダウンリンクチャネル応答とアップリンクチャネル応答は、以下のように表してもよい。

図２Ｃはアクセスポイントとユーザー端末における送信チェーンと受信チェーンにおける差を補償するために構成３のための受信側への訂正マトリクス

の適用を図解する。ダウンリンクにおいて、送信ベクトルｘ _dnはアクセスポイントにおける送信チェーン１１４により処理される。ダウンリンク信号は受信チェーン１５４により処理され、さらにユーザー端末におけるユニットにより訂正マトリクス

さらに乗算され、受信されたベクトルｒ _dnを取得する。アップリンクにおいて、送信ベクトルｘ _upはユーザー端末において送信チェーン１６４により処理される。アップリンク信号は受信チェーン１２４により処理され、アクセスポイントにおけるユニット１２６により訂正マトリクス

とさらに乗算され、受信されたベクトルｒ _upを取得する。それぞれ、ユーザー端末とアクセスポイントにより観察されるキャリブレートされたダウンリンクチャネル応答とアップリンクチャネル応答は以下のように表されてもよい。

表１において示されるように、訂正マトリクスはアクセスポイントとユーザー端末における送信チェーンと受信チェーンにおける差を補償することができる値を含む。従って、これは、一方のリンクのチャネル応答が他方のリンクのチャネル応答により現されることを可能にするであろう。キャリブレートされたダウンリンクチャネル応答とアップリンクチャネル応答は、補正率がアクセスポイントとユーザー端末に適用されるかどうかに応じて種々の形態を持つことができる。例えば、キャリブレートされたダウンリンクチャネル応答とアップリンクチャネル応答は方程式（７）、（１１）および（１２）で示されるように表してもよい。

マトリクスＫ _apおよびＫ _utを決定するためにキャリブレーションを実行してもよい。典型的には、真のチャネル応答Ｈと送信チェーン応答および受信チェーン応答は知られておらず、また正確にまたは容易に確かめることができない。代わりに、以下に記載するように、有効なダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答Ｈ _dnおよびＨ _upは、ダウンリンクとアップリンクに送信されたパイロットに基いて推定してもよい。以下に記載するように、「真」のマトリクスＫ _apとＫ _utの推定値である、訂正マトリクス

は、ダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答推定値

に基いて導き出してもよい。マトリクス

は、アクセスポイントとユーザー端末における送信チェーンと受信チェーンにおける差を補償することができる補正率を含む。送信チェーンと受信チェーンがキャリブレートされると、一方のリンクに対して取得したキャリブレートされたチャネル応答推定値（例えば、

）は、他方のリンクのためのキャリブレートされたチャネル応答の推定値（例えば、

）を決定するために使用されてもよい。

ここに記載されるキャリブレーション技術はまたＯＦＤＭを採用する無線通信システムに使用してもよい。ＯＦＤＭは全体のシステム帯域幅を効率的に多数（ＮF）の直交サブバンドに分割する。これは、また、トーン、サブキャリア、周波数ビン、またはサブチャネルとも呼ばれる。ＯＦＤＭの場合、各サブバンドは、データで変調してもよいそれぞれのサブキャリアに関連する。ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステム（すなわち、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム）の場合、各空間チャネルの各サブバンドは、独立した送信チャネルとして見てもよい。

キャリブレーションは種々の方法で実行されてもよい。明確にするために、ＴＤＤ ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムについて特定のキャリブレーションスキームが以下に記載される。

図３は、ＴＤＤ ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるダウンリンクチャネル応答とアップリンクチャネル応答をキャリブレートするためのプロセス３００の一実施形態のフロー図を示す。最初に、ユーザー端末は、システムのために定義された獲得手続を用いてアクセスポイントのタイミングと周波数を獲得する。次に、ユーザー端末は、アクセスポイントを用いてキャリブレーションを開始するためにメッセージを送信してもよいし、またはキャリブレーションはアクセスポイントにより開始されてもよい。キャリブレーションは、（例えば、呼セットアップの期間に）アクセスポイントによりユーザー端末の登録／認証を用いて並列に実行されてもよく、また、保証されるときはいつでも実行されてもよい。

キャリブレーションは（「データ」サブバンドと呼ばれる）データ送信のために使用されてもよい全てのサブバンドに対してキャリブレーションが実行されてもよい。データ送信のために使用されないサブバンド（例えば、ガードサブバンド）は典型的にキャリブレートされる必要はない。しかしながら、アクセスポイントとユーザー端末における送信チェーンと受信チェーンの周波数応答は典型的に関心のあるサブバンドのほとんどに対してフラットであるので、そして隣接するサブバンドは相互に関連する可能性があるので、キャリブレーションはデータサブバンドのサブセットのみに対して実行されてもよい。すべてのデータサブバンドより少ないデータサブバンドがキャリブレートされるなら、（「指定された」サブバンドと呼ばれる）キャリブレートされるサブバンドは、（例えば、キャリブレーションを開始するために送信されたメッセージにおいて）アクセスポイントに知らされてもよい。

キャリブレーションの場合、ユーザー端末は指定されたサブバンド上のＭＩＭＯパイロットをアクセスポイントに送信する（ブロック３１２）。ＭＩＭＯパイロットの発生は以下に詳細に記載される。アップリンクＭＩＭＯパイロット送信の期間は、指定されたサブバンドの数に依存していてもよい。例えば、キャリブレーションが４つのサブバンドに対して実行されるなら８つのＯＦＤＭシンボルは十分であるかもしれない。そしてより多くのサブバンドに対してより多くの（例えば、２０の）ＯＦＤＭシンボルが必要になるかもしれない。合計送信電力は典型的に固定される。ＭＩＭＯパイロットが小さな数のサブバンドで送信されるなら、送信電力のより高い量をこれらのサブバンドの各々に対して使用してもよく、各サブバンドのためのＳＮＲはより高い。反対に、ＭＩＭＯパイロットが大きな数のサブバンドで送信されるなら、送信電力のより小さな量を各サブバンドに対して使用してもよく、各サブバンドのためのＳＮＲは、より悪い。各サブバンドのＳＮＲが十分に高くないなら、より多くのＯＦＤＭシンボルをＭＩＭＯパイロットに対して送信してもよく、受信機において積分されて、サブバンドのためのより高い全体のＳＮＲを取得してもよい。

アクセスポイントはアップリンクＭＩＭＯパイロットを受信し、指定されたサブバンドの各々に対して、アップリンクチャネル応答の推定値

を導き出す。但しｋはサブバンドインデックスを表す。ＭＩＭＯパイロットに基いたチャネル推定は以下に記載される。アップリンクチャネル応答推定値は量子化され、ユーザー端末に送信される（ブロック３１４）。各マトリクス

内のエントリは、サブバンドｋのためのアップリンクのためのＮ_ut送信アンテナおよびＮ_ap受信アンテナとの間の複素チャネル利得である。すべてのマトリクスのためのチャネル利得は、特定のスケーリングファクターによりスケールされてもよい。これは、すべての指定されたサブバンドにわたって共通であり、所望のダイナミックレンジを取得する。例えば、各マトリクス

内のチャネル利得は、指定されたサブバンドのための全てのマトリクス

に対する最大のチャネル利得により逆にスケールされてもよく、従って、最大チャネル利得は１の大きさを有する。キャリブレーションの目的は、ダウンリンクチャネルとアップリンクチャネルとの間の利得／位相差を正規化することであるので、絶対チャネル利得は重要ではない。チャネル利得のために１２ビットの複素値が使用されるなら（すなわち、１２ビット同相（Ｉ）成分および１２ビット直交（Ｑ）成分の場合）、ダウンリンクチャネル応答推定値は３・Ｎ_ut・Ｎ_ap・Ｎ_sbバイトでユーザー端末に送信されてもよい。

また、ユーザー端末はアクセスポイントにより送信されたダウンリンクＭＩＭＯパイロット送信を受信し（ブロック３１６）、受信されたパイロットに基いて指定されたサブバンドの各々に対するダウンリンクチャネル応答の推定値

を導き出す（ブロック３１８）。次に、ユーザー端末は、アップリンクチャネル応答推定値およびダウンリンクチャネル応答推定値

に基いて指定されたサブバンドの各々に対して、相関ファクター

を決定する。

相関ファクターの導出の場合、各サブバンドのためのダウンリンクチャネル応答とアップリンクチャネル応答は、以下のようにアクセスポイントとユーザー端末における送信チェーンと受信チェーンにおける差を補償するために利得／位相訂正を有した逆数であると仮定される。

但し、Ｋはすべてのデータサブバンドのセットを表す。実効的なダウンリンクチャネル応答とアップリンクチャネル応答の推定値のみが、キャリブレーションの期間指定されたサブバンドに対して利用可能であるので、式（１３）は以下のように書き換えてもよい。

但し、Ｋ’は、すべての指定されたサブバンドのセットを表す。訂正ベクトル

は、

のＮ_utの対角エレメントを含むように定義されてもよい。従って、

は等価である。同様に、相関ベクトル

は、

のＮ_apの対角エレメントを含むように定義されてもよい。

も等価である。

相関ファクター

は、マトリクス比計算およびＭＭＳＥ計算による場合を含めて種々の方法でチャネル推定値

から導き出してもよい。これらの計算方法は両方とも以下にさらに詳細に記載される。また、他の計算方法を使用してもよく、これはこの発明の範囲内である。

マトリクス比計算
図４は、マトリクス比計算を用いてアップリンクおよびダウンリンクチャネル応答推定値

から相関ベクトル

を導き出すためのプロセス３２０ａの一実施形態のフロー図を示す。プロセス３２０ａは図３のブロック３２０のために使用されてもよい。

最初に、Ｎ_ut×Ｎ_apマトリクスＣ（ｋ）は、以下のように各指定されたサブバンドに対して計算される。

但し、比はエレメント毎に取られる。従って、Ｃ（ｋ）の各エレメントは以下のように計算されてもよい。

但し、

はそれぞれ

の（ｉ、ｊ）番目の（行、列）のエレメントであり、ｃ_i,j（ｋ）はＣ（ｋ）の（ｉ，ｊ）番目のエレメントである。

一実施形態において、アクセスポイント

の訂正ベクトルは、Ｃ（ｋ）の正規化された行の平均値に等しくなるように定義され、ブロック４２０により導き出される。Ｃ（ｋ）の各行は、行内の第１のエレメントを用いて行内のＮ_apのエレメントの各々をスケーリングすることにより最初に正規化される。従って、

がＣ（ｋ）のｉ番目の行であるなら、正規化された

は、以下のように表してもよい。

従って、正規化された行の平均値はＮ_utにより乗算されてＮ_utの正規化された行の和として決定される（ブロック４２４）。

訂正ベクトル

はこの平均値に等しく設定され、これは以下のように表してもよい。

正規化のために、

の第１のエレメントは１である。

一実施形態において、ユーザー端末のための訂正ベクトル

はＣ（ｋ）の正規化された列の逆数の平均値に等しくなるように定義され、ブロック４３０により定義される。Ｃ（ｋ）のｊ番目の列は、ベクトル

のｊ番目のエレメントを用いて列内の各エレメントをスケーリングすることにより最初に正規化される。これはＫ_ap,j,j（ｋ）として示される（ブロック４３２）。

従って、

がＣ（ｋ）のｊ番目の列であるなら、正規化された列

は以下のように表してもよい。

従って、正規化された列の逆数の平均値は、Ｎ_apにより分割されるＮ_apの正規化された列の逆数の和として決定される（ブロック４３４）。

訂正ベクトル

は、この平均値に等しくなるように設定される。これは以下のように表してもよい。

但し、正規化された列の逆数

は、エレメント回りに実行される。

Ｂ．ＭＭＳＥ計算
ＭＭＳＥ計算の場合、補正率

は、キャリブレートされたダウンリンクチャネル応答とキャリブレートされたアップリンクチャネル応答との間の平均２乗誤差（ＭＳＥ）が最小となるように、ダウンリンクとアップリンクチャネル応答推定値

から導き出される。この条件は以下のように表してもよい。

また、これは以下のように書いてもよい。

但し、

は対角マトリクスなので

である。

方程式（２１）は、

の先頭エレメントは１に等しい、すなわちＫ_ap,0,0（ｋ）＝１という制約に従う。この制約なしでは、自明な解は、マトリクス

のすべての解がゼロに等しく設定されて得られるであろう。方程式（２１）において、マトリクスＹ（ｋ）は最初に

として得られる。次にマトリクスＹ（ｋ）のＮ_ap・Ｎ_utエントリの各々のために絶対値の２乗が得られる。従って、平均２乗誤差（または、Ｎ_ap・Ｎ_utによる除算は省略されるので２乗誤差）はすべてのＮ_ap・Ｎ_utの２乗値の和に等しい。

ＭＭＳＥ計算は指定されたサブバンド毎に実行され、そのサブバンドのための補正率

を得る。１つのサブバンドのためのＭＭＳＥ計算は以下に記載される。簡単にするために、サブバンドインデックスｋは以下の記述において省略される。また、簡単にするために、ダウンリンクチャネル応答推定値

のエレメントは｛ａ_ij｝として示され、アップリンクチャネル応答推定値のエレメント

は、｛ｂ_ij｝として示され、マトリクス

の対角エレメントは｛ｕ_i｝として示され、マトリクス

の対角エレメントは｛ｖ_j｝として示される。但し、ｉ＝１，．．．，Ｎ_apおよびｊ＝１，．．．，Ｎ_utである。

平均２乗誤差は、以下のように方程式（２１）から書き直してもよい。

この場合も先と同様にｕ1＝１の制約を受ける。最小平均２乗誤差は、ｕとｖに関して方程式（２２）の偏導関数を取り、偏導関数をゼロに設定することにより得てもよい。これらの演算の結果は以下の方程式セットである。

方程式（２３ａ）において、ｕ1＝１である。従って、この場合偏導関数は無く、インデックスｉは、２からＮ_apまで実行される。

方程式セット（２３ａ）および（２３ｂ）における（Ｎ_ap＋Ｎ_ut−１）の方程式のセットは以下のようにマトリクスフォームでより便宜的に表してもよい。

但し、

マトリクスＡは、（Ｎ_ap＋Ｎ_ut−１）の行を含み、最初のＮ_ap−１の行は、方程式セット（２３ａ）からのＮ_ap−１の方程式に相当し、最後のＮ_ut行は方程式セット（２３ｂ）からのＮ_utの方程式に対応する。特に、マトリクスＡの第１の行は、ｉ＝２を有して方程式セット（２３ａ）から発生され、第２の行はｉ＝３を有して発生され、以下同様である。マトリクスＡのＮ_ap番目の行は、ｊ＝１を有して方程式セット（２３ｂ）から発生され、以下同様であり、最後の行は、ｊ＝Ｎ_utを有して発生される。上に示すように、マトリクスＡのエントリと、ベクトルｚのエントリは、マトリクス

におけるエントリに基いて得てもよい。

補正率はベクトルｙに含まれ、以下のように得てもよい。

ＭＭＳＥ計算の結果は、方程式（２１）に示すように、キャリブレートされたダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答における平均２乗誤差を最小にする訂正マトリクス

である。マトリクス

はダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答推定値

に基いて得られ、従って、訂正マトリクス

の品質は、チャネル推定値

の品質に依存する。

のためのより正確な推定値を得るために受信機においてＭＩＭＯパイロットは平均化されてもよい。

ＭＭＳＥ計算に基いて得られた訂正マトリクス

は、マトリクス比計算に基いて得られた訂正マトリクスよりも一般的によい。特に、チャネル利得のいくつかが小さく測定雑音がチャネル利得を大幅に悪化させる可能性があるときはそうである。

Ｃ．ポスト計算
訂正マトリクスの計算の完了後に、使用のために選択された特定の計算方法にも関わらず、ユーザー端末は、アクセスポイントに、すべての指定されたサブバンドのためのアクセスポイントのための訂正ベクトル

を送信する。１２ビット複素値が

における各補正率に対して使用されるなら、すべての指定されたサブバンドのための訂正ベクトル

は、３・（Ｎ_ap-１）・Ｎ_sbバイトでアクセスポイントに送信されてもよい。但し、「３」は、Ｉ成分およびＱ成分に使用される２４合計ビットのためのものである。（Ｎ_ap−１）は、１に等しく従って送信する必要の無い各ベクトル

における最初のエレメントから生じる。Ｎ_sbは指定されたサブバンドの数である。最初のエレメントが２⁹−１＝＋５１１に設定されるなら、ヘッドルームの１２ｄＢが得られる（最大整数の１２ビットの符号付きの値は２¹¹−１＝＋２０４７なので）。従って、これは、ダウンリンクとアップリンクの間の１２ｄＢまでの利得不一致を１２ビットにより調整可能にするであろう。ダウンリンクとアップリンクが１２ｄＢ内で一致し、最初のエレメントが５１１の値に正規化されるなら、他のエレメントは、絶対値において、５１１・４＝２０４４と同じくらいの大きさでなければならず、１２ビットで表すことができる。

訂正ベクトル

のペアが指定されたサブバンド毎に得られる。キャリブレーションはすべてのデータサブバンドより少ないデータサブバンドに対して実行されてもよい。例えば、キャリブレーションはｎ番目のサブバンド毎に実行されてもよい。但し、ｎは送信チェーンおよび受信チェーンの期待される応答により決定されてもよい（例えば、ｎは２、４、８、１６、等であってもよい）。また、キャリブレーションは非均一に分配されたサブバンドに対して実行されてもよい。例えば、送信チェーンおよび受信チェーンにおいてより多くの不一致を作るかもしれないパスバンドのエッジにおいてより多くのフィルターロールオフがあってもよいので、バンドエッジ付近のより多くのサブバンドがキャリブレートされてもよい。一般に、任意の数のサブバンドおよびサブバンドの任意の分配はキャリブレートされてもよく、これはこの発明の範囲内である。

キャリブレーションがデータサブバンドのすべてより少ないデータサブバンドに対して実行されるなら、「キャリブレートされない」サブバンドのための補正率を、指定されたサブバンドに対して得られた補正率を補間することにより得てもよい。アクセスポイントは、

に対して補間を実行し、訂正ベクトル

を得てもよい。同様にユーザー端末は、

に対して補間を実行し、訂正ベクトル

を得てもよい。

その後、アクセスポイントとユーザー端末は、それぞれの訂正ベクトル

を使用するかまたは対応する訂正マトリクス

を使用する。アクセスポイントは、訂正マトリクス

に基いておよび方程式（１０ａ）に示される制約に従って、送信側に対して訂正マトリクス

を、受信側に対して訂正マトリクス

を導き出してもよい。同様に、ユーザー端末は、訂正マトリクス

に基いて、および方程式（１０ｂ）に示される制約に従って、送信側に対して訂正マトリクス

を、および受信側に対して訂正マトリクス

を導き出してもよい。

訂正マトリクス

と訂正マトリクス

は、各々２つのマトリクスに分割してダイナミックレンジを改良し、量子化エラーを低減し、送信および受信チェーンの制限を補償する等をしてもよい。送信側に既知のインバランスがあるなら、送信側訂正マトリクスは、このインバランスを除去しようと試みることができる。例えば、１つのアンテナがより小さな電力増幅器を有しているなら、より強い電力増幅器を有するアンテナの送信側は、適切な訂正マトリクスを送信側に適用することにより低減されてもよい。しかしながら、より低い電力レベルで送信側を動作させることは性能の損失を生じる。従って、調節は、既知の送信インバランスを補償するために受信側で行われてもよい。例えば、より小さなアンテナ利得により、送信チェーンと受信チェーンの両方が所定のアンテナに対してより小さな利得を有するなら、送信側と受信側は一致しているので、キャリブレーションはこのアンテナに対して調節を行わない。

それによって補正率のベクトルがアクセスポイントとユーザー端末の各々に対して得られる、上述のキャリブレーションスキームは、キャリブレーションが異なるユーザー端末により実行されるとき、」「互換性のある」訂正ベクトルがアクセスポイントに対して導き出されるのを可能にする。（例えば、１つ以上の他のユーザー端末によって）アクセスポイントがすでにキャリブレートされたなら、現在の訂正ベクトルは新しく導き出された訂正ベクトルで更新されてもよい。

例えば、２つのユーザー端末が同時にキャリブレーション手続を実行するなら、これらのユーザー端末からのキャリブレーション結果は、性能を改良するために平均化されてもよい。しかしながら、キャリブレーションは典型的に一度に１つのユーザー端末に対して実行される。次に、第２のユーザー端末は、すでに適用された第１のユーザー端末のための訂正ベクトルを有したダウンリンクを観察するであろう。この場合、第２の訂正ベクトルと古い訂正ベクトルとの積は、新しい訂正ベクトルとして使用されてもよく、または「重み付け平均化」（以下に記載する）が使用されてもよい。アクセスポイントは典型的に全てのユーザー端末に対して単一の訂正ベクトルを使用し、（これを実施しても良いけれども）異なるユーザー端末に対して異なる訂正ベクトルではない。複数のユーザー端末からの更新または１つのユーザー端末からのシーケンシャル更新は同じ方法で処理されてもよい。更新されたベクトルは（積演算により）直接適用されてもよい。あるいは、測定雑音を低減するためにある平均化が所望であれば、以下に記載するように重み付け平均化を使用することができる。

ユーザー端末が新しい訂正ベクトル

を決定するＭＩＭＯパイロットを送信するためにアクセスポイントが訂正ベクトル

を使用するなら、更新された訂正ベクトル

訂正ベクトル

は同じまたは異なるユーザー端末により導き出されてもよい。一実施形態において、更新された訂正ベクトルは

として定義される。この場合、乗算はエレメント毎である。他の実施形態において、更新された訂正ベクトルは、

として定義される。ただし、αは重み付け平均化を供給するために使用されるファクターである（例えば、０＜α<１）。キャリブレーション更新がめったに起こらないなら、αのための１に近い値は最も良く実行するかもしれない。キャリブレーション更新が煩雑であり、雑音があるなら、アルファのためのより小さな値がより良い。従って、更新された訂正ベクトル

は再び更新されるまで、アクセスポイントにより使用されてもよい。

方程式（１０ａ）および（１０ｂ）で示されるように、所定のステーション（これはアクセスポイントまたはユーザー端末であってもよい）のための補正率はそのステーションにおける送信チェーンおよび受信チェーンの応答を補償する。アクセスポイントは第１のユーザー端末を用いてキャリブレーションを実行し、その補正率アを導き出してもよく、その後、第２のユーザー端末を用いてキャリブレーションを実行する必要なく第２のユーザー端末と通信するためにこれらの補正率を使用する。同様に、ユーザー端末は第１のアクセスポイントを用いてキャリブレーションを実行し、その補正率を導き出してもよく、その後、第２のアクセスポイントを用いてキャリブレーションを実行する必要なしに、第２のアクセスポイントと通信するためにこれらのファクターを使用する。これは、キャリブレーションはステーションの各通信ペアに対して必要ないので、複数のユーザー端末と通信するアクセスポイントおよび複数のアクセスポイントと通信するユーザー端末のためのキャリブレーションに対するオーバーヘッドを低減することができる。

上記記載において、訂正ベクトル

はユーザー端末により導きだされ、ベクトル

は、アクセスポイントに返送される。このスキームは多重アクセスシステムのためのユーザー端末の中でキャリブレーション処理を有利に分配する。しかしながら、訂正ベクトル

は、アクセスポイントによっても導き出してもよい。つぎに、アクセスポイントはベクトル

をユーザー端末に返送する。これはこの発明の範囲内である。

上述されたキャリブレーションスキームは各ユーザー端末が無線送信を介してリアルタイムで送信チェーンおよび受信チェーンをキャリブレート可能にする。これは、異なる周波数応答を有したユーザー端末が、厳しい周波数応答仕様の必要性を伴わずにまたは工場でキャリブレーションを実行する必要性を伴わずに高性能を達成することを可能にする。アクセスポイントは複数のユーザー端末によりキャリブレートされ改良された精度を提供してもよい。

Ｄ．利得考察
キャリブレーションは、受信機においてノイズフロアーに対して与えられた利得である、ダウンリンクチャネルおよびアップリンクチャネルのための「正規化された」利得に基いて実行されてもよい。正規化された利得を使用することは、ダウンリンクとアップリンクがキャリブレートされた後で、他方のリンクのための利得測定に基いて、一方のリンクの特性（例えば、チャネル利得および空間チャネルあたりのＳＮＲ）を取得することを可能にする。

アクセスポイントとユーザー端末のための受信パス上の雑音レベルがほぼ等しくなるように、アクセスポイントとユーザー端末は最初に受信入力レベルをバランスしてもよい。バランシングは、例えば特定の時間期間（例えば、１つまたは２つのシンボル期間）に対して最小の平均電力を有する受信されたＴＤＤフレーム（これはダウンリンク／アップリンク送信の単位である）のセクションを見つけることによりノイズフロアーを推定することにより行ってもよい。一般に、任意のアップリンクデータはアクセスポイントにより受信されなければならず、その上アクセスポイントがダウンリンク上に送信する前に受信／送信ターンアラウンドタイムが必要なので、各ＴＤＤフレームの開始直前の時間は送信が無い。干渉環境に応じて、ノイズフロアーは、ＴＤＤフレームの数に基いて決定されてもよい。次に、ダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答がこのノイズフロアーに対して測定される。特に、所定の送信および受信アンテナペアの所定のサブバンドのためのチャネル利得は、例えば、その送信および受信アンテナペアのそのサブバンドのための送信されたパイロットシンボルに対する受信されたパイロットシンボルの比として最初に取得されてもよい。従って、正規化された利得は、ノイズフロアーにより除算された測定された利得に等しい。

アクセスポイントのための正規化された利得とユーザー端末のための正規化された利得における大きな差は、１とは大きく異なるユーザー端末のための補正率を生じることができる。マトリクス

の最初のエレメントは１に設定されているので、アクセスポイントのための補正率は１に近い。

ユーザー端末のための補正率が１と大きく異なるなら、ユーザー端末は、計算された補正率を適用することができないかもしれない。これは、ユーザー端末がその最大送信電力に対して制約を有し、大きな補正率に対してその送信電力を増加することができないかもしれないからである。さらに、小さな補正率のための送信電力における減少は一般的に望ましくない。これは、達成できるデータレートを低減するかもしれないからである。

従って、ユーザー端末は、計算された補正率のスケールされたバージョンを用いて送信することができる。スケールされたキャリブレーションファクターは、特定のスケーリング値により計算された補正率をスケーリングすることにより得てもよい。特定のスケーリング値は、ダウンリンクチャネル応答とアップリンクチャネル応答との間の利得デルタ（差または比）に等しく設定してもよい。この利得デルタは、ダウンリンクとアップリンクのための正規化された利得間の差（またはデルタ）の平均値として計算することができる。ユーザー端末のための補正率に使用されるスケーリング値（または利得デルタ）は、アクセスポイントのための計算された補正率とともにアクセスポイントに送信することができる。

補正率およびスケーリング値または利得デルタを用いて、ダウンリンクチャネル特性は、測定されたアップリンクチャネル応答から決定してもよいし、逆もまた同様である。アクセスポイントまたはユーザー端末におけるノイズフロアーが変化するなら、利得デルタを更新することができ、更新された利得デルタは、メッセージとして他のエンティティに送信してもよい。

上記記載において、キャリブレーションは補正率の２つのセット（またはベクトルまたはマトリクス）をサブバンド毎に生じる。一方のセット

はアクセスポイントにより使用され、他方のセット

はユーザー端末により使用される。上述したように、アクセスポイントは補正率

を送信側および／または受信側に適用してもよい。また、ユーザー端末はその補正率

を送信側および／または受信側に適用してもよい。一般に、補正率がどこに適用されるかに関わらず、キャリブレートされたダウンリンクチャネル応答およびアップリンクチャネル応答が逆数であるようにキャリブレーションが実行される。

２．ＭＩＭＯパイロット
キャリブレーションの場合、ＭＩＭＯパイロットはユーザー端末によってアップリンクに送信され、アクセスポイントがアップリンクチャネル応答を推定することを可能にし、ＭＩＭＯパイロットはアクセスポイントによりダウンリンクに送信されユーザー端末がダウンリンクチャネル応答を推定することを可能にする。ＭＩＭＯパイロットはＮＴの送信アンテナから送信されたＮＴのパイロット送信から構成されるパイロットである。この場合、各送信アンテナからのパイロット送信は受信ステーションにより識別可能である。ＭＩＭＯパイロットはさまざまな方法で発生され送信されてもよい。同じかまたは異なるＭＩＭＯパイロットがダウンリンクおよびアップリンクに使用されてもよい。いずれの場合も、ダウンリンクとアップリンクに使用されるＭＩＭＯパイロットはアクセスポイントとユーザー端末の両方で知られる。

一実施形態において、ＭＩＭＯパイロットは、ＮＴの送信アンテナの各々から送信される（「Ｐ」として知られる）特定のＯＦＤＭシンボルを含む。この場合、ダウンリンクに対してＮ_T＝Ｎ_apであり、アップリンクに対してＮ_T＝Ｎ_utである。送信アンテナ毎に、同じＰ ＯＦＤＭシンボルはＭＩＭＯパイロット送信のために指定された各シンボル期間に送信する。しかしながら、各アンテナのためのＰ ＯＦＤＭシンボルはそのアンテナに割り当てられた異なるＮチップウォルシュシーケンスでカバーされる。この場合ダウンリンクの場合Ｎ≧Ｎapであり、アップリンクの場合Ｎ≧Ｎutである。ウォルシュカバリングはＮＴの送信アンテナ間の直交性を維持し、受信機が個々の送信アンテナを区別することを可能にする。

Ｐ ＯＦＤＭシンボルはＮ_sbの指定されたサブバンドの各々に対して１つの変調シンボルを含む。従って、Ｐ ＯＦＤＭシンボルは受信機によるチャネル推定を容易にするために選択してもよいＮ_sbの変調シンボルの特定の「ワード」を構成する。また、このワードは、送信されたＭＩＭＯパイロットにおいてピーク対平均変化を最小にするように定義されてもよい。次に、これは送信チェーンと受信チェーンにより発生された歪みと非線形性の量を低減するかもしれない。送信および受信チェーンは、チャネル推定のための改良された精度を生じるかもしれない。

明確にするために、特定のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムに対して特定のＭＩＭＯパイロットが以下に記載される。このシステムの場合、アクセスポイントとユーザー端末各々は４つの送信／受信アンテナを有する。システム帯域幅は６４の直交サブバンドに分割され、すんわち、ＮF＝６４であり、６４の直交サブバンドには、＋３１から−３２のインデックスが割り当てられる。６４のサブバンドのうち（例えば、±｛１，．．．，６，８，．．．，２０，２２，．．．，２６｝のインデックスを有した）４８のサブバンドはデータのために使用され、（例えば、±｛７，２１｝のインデックスを有した）４つのサブバンドはパイロットおよび恐らくシグナリングのために使用され、（０のインデックスを有した）ＤＣサブバンドは使用されず、残りのサブバンドも使用されず、ガードサブバンドとして機能する。このＯＦＤＭサブバンド構造は、公に入手可能な、１９９９年９月に発行の「パート１１：無線ＬＡＮ媒体アクセス制御（ＭＡＣ）および物理層（ＰＨＹ）仕様書：５ＧＨｚバンドにおける高速物理層」というタイトルのＩＥＥＥ標準８０２．１１ａのための文献にさらに詳細に記載される。

Ｐ ＯＦＤＭシンボルは、４８のデータサブバンドと４のパイロットサブバンドのための５２のＱＰＳＫ変調シンボルのセットを含む。このＰ ＯＦＤＭシンボルは以下のように与えられてもよい。

Ｐ（ｒｅａｌ）＝ｇ・｛０，０，０，０，０，０，−１，−１，−１，−１，１，１，１，−１，−１，１，−１，１，１，１，１，−１，−１，１，−１，１，−１，−１，−１，−１，１，−１，０，１，−１，−１，−１，−１，１，−１，−１，−１，−１，１，１，−１，−１，１，−１，−１，１，１，−１，１，−１，１，−１，１，−，０，０，０，０，０｝
Ｐ（ｉｍａｇ）＝ｇ・｛０，０，０，０，０，０，−１，１，１，１，−１，−１，１，−１，１，１，１，−１，１，−１，−１，−１，−１，−１、−１，１，１，−１，１，１，−１，１，０，−１，−１，−１，−１，１，１，−１，１，−１，−１，１，−１，１，−１，１，１，１，−１，１，１，１，１，１，１，−１，−１，０，０，０，０，０，０｝
但し、ｇはパイロットのための利得である。｛｝内の値は（第１のラインのための）−３２乃至−１および（第２のラインのための）０乃至＋３１に対して与えられる。従って、Ｐ（ｒｅａｌ）とＰ（ｉｍａｇ）のための第１のラインは、シンボル（−１−ｊ）がサブバンド−２６で送信され、シンボル（−１＋ｊ）がサブバンド−２５で送信されるなどであることを示す。Ｐ（ｒｅａｌ）とＰ（ｉｍａｇ）のための第２のラインは、シンボル（１−ｊ）がサブバンド１で送信され、シンボル（−１−ｊ）はサブバンド２で送信されるなどであることを示す。また、他のＯＦＤＭシンボルはＭＩＭＯパイロットに使用されてもよい。

一実施形態において、４つの送信アンテナにはＭＩＭＯパイロットのためのＷ₁＝１１１１、Ｗ₂＝１０１０、Ｗ₃＝１１００、Ｗ₄＝１００１のウォルシュシーケンスが割り当てられる。所定のウォルシュシーケンスの場合、”１”の値はＰ ＯＦＤＭシンボルが送信されることを示し、”０”の値は、−Ｐ ＯＦＤＭシンボルが送信されることを示す（すなわち、Ｐにおける５２変調シンボルの各々は反転される）。

表２は４つのシンボル期間にわたる、すなわちＮ_ps＝４であるＭＩＭＯパイロット送信のための４つの送信アンテナの各々から送信されたＯＦＤＭシンボルをリストアップする。

より長いＭＩＭＯパイロット送信の場合、各送信アンテナのためのウォルシュシーケンスは単に反復される。ウォルシュシーケンスのこのセットの場合、ＭＩＭＯパイロット送信は、４つの送信アンテナ間の直交性を保証するために４つのシンボル期間の整数の倍数を生じる。

受信機は補足的な処理を実行することにより受信されたＭＩＭＯパイロットに基いてチャネル応答の推定値を導き出してもよい。特に、送信アンテナｉから送信され、受信アンテナｊにより受信されるパイロットをリカバーするために、受信アンテナｊにより受信されるパイロットは、送信機において実行されるウォルシュカバリングに相補的な方法で送信アンテナｉに割り当てられたウォルシュシーケンスを用いて最初に処理される。次に、ＭＩＭＯパイロットのためのすべてのＮ_psのシンボル期間にデカバーされたＯＦＤＭシンボルが累算される。累算は、ＭＩＭＯパイロットを運ぶために使用される５２のサブバンドの各々に対して個々に実行される。累算の結果は、

である。これは、５２のデータおよびパイロットサブバンドに対する送信チェーンおよび受信チェーンのための応答を含む、送信アンテナｉから受信アンテナｊへｎ効率的なチャネル応答の推定値である。

各受信アンテナにおいて各送信アンテナからのパイロットをリカバーするために同じ処理が実行されてもよい。パイロット処理は、５２のサブバンドの各々に対して実効チャネル応答推定値

のエレメントであるＮ_ap・Ｎ_utの値を供給する。

他の実施形態において、フーリエマトリクスＦはＭＩＭＯパイロットのために使用される。フーリエマトリクスは任意の２乗次元、例えば３×３、４×４、５×５などを有していてもよい。Ｎ×Ｎのフーリエマトリクスのエレメントは以下のように表してもよい。

各送信アンテナには、Ｆの一列が割り当てられる。割り当てられた列のエレメントは、ウォルシュシーケンスｎエレメントと同様の方法で、異なる時間間隔でパイロットシンボルを乗算するために使用される。一般にエレメントが１の大きさを有する任意の正規直交マトリクスを用いてＭＩＭＯパイロットのためのパイロットシンボルを乗算してもよい。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムに適用可能なさらに他の実施形態において、送信のために利用可能なサブバンドはＮTの非オーバーラッピングまたは互いに素なサブセットに分割される。送信アンテナごとに、パイロットシンボルは、各時間間隔におけるサブバンドの１つのサブセットに送信される。各送信アンテナは、ＮTの時間間隔においてＮTのサブセットを周期的に繰り返すことができる。これは、ＭＩＭＯパイロットの期間に相当する。

また、ＭＩＭＯパイロットは他の方法で送信されてもよい。

ＭＩＭＯパイロットがどのように送信されるかに関わらず、チャネル推定は、キャリブレーションの期間にアクセスポイントとユーザー端末の両方により実行され、それぞれ実効アップリンクチャネル応答推定値

および実効ダウンリンクチャネル応答推定値

を得てもよい。これらは以下に記載するように、補正率を導き出すために使用される。

３． 空間処理
ダウンリンクチャネル応答とアップリンクチャネル応答との間の相関は、ＴＤＤ ＭＩＭＯシステムおよびＴＤＤ ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのためのアクセスポイントとユーザー端末におけるチャネル推定と空間処理を簡単にするために利用されてもよい。

送信チェーンと受信チェーンとの間の差を補償するためにキャリブレーションが実行された後に簡単化が可能である。上述したように、キャリブレートされたチャネル応答は次の通りである。

方程式（２６ｂ）における最後の等式のための近似値は実際の補正率の推定値の使用による。

各サブバンドのためのチャネル応答マトリクスＨ（ｋ）は「対角行列化」され、そのサブバンドのためのＮ_sの固有モードを得てもよい。固有モードは直交空間チャネルとして見てもよい。この対角化は、チャネル応答マトリクスＨ（ｋ）の特異値分解またはＨ（ｋ）の相関マトリクスの固有値分解を実行することにより得てもよい。これはＲ（ｋ）＝Ｈ ^H（ｋ）Ｈ（ｋ）である。

キャリブレートされたアップリンクチャネル応答マトリクスＨ_cup（ｋ）の特異値分解は以下のように表してもよい。

但し、Ｕ _ap（ｋ）はＨ _cup（ｋ）の左固有ベクトルのＮ_ut×Ｎ_utのユニタリマトリクスである。Σ（ｋ）はＨ_cup（ｋ）の特異値のＮ_ut×Ｎ_apの対角マトリクスである。Ｖ_ut（ｋ）はＨ_cup（ｋ）の右固有ベクトルのＮ_ap×Ｎ_apのユニタリマトリクスである。

ユニタリマトリクスＭは、特性ＭHＭ＝Ｉにより特徴づけられる。同様に、キャリブレートされたダウンリンクチャネル応答マトリクスＨ_cdn（ｋ）の特異値分解は以下のように表してもよい。

従って、マトリクス

は、それぞれＨ_cdn（ｋ）の左固有ベクトルおよび右固有ベクトルのマトリクスでもある。但し、”＊”は、複素共役を示す。マトリクス

は、マトリクスＶ_ut（ｋ）の異なるフォームであり、マトリクス

もマトリクスＵ_ap（ｋ）の異なるフォームである。簡単にするために、以下の記載におけるマトリクスＵ _ap（ｋ）およびＶ _ut（ｋ）への言及は種々の他のフォームへも言及してもよい。マトリクスＵ _ap（ｋ）およびＶ _ut（ｋ）は、空間処理のために、それぞれアクセスポイントとユーザー端末により使用され、添え字によりそのようなものとして示される。

特異値分解は、ギルバートストラング著「線形代数とその応用」(Linear Algebra and Its Applications)第２版、アカデミックプレス社、１９８０年に詳細に記載されており、この内容は、参照することにより本明細書に組み込まれる。

ユーザー端末は、アクセスポイントにより送信されたＭＩＭＯパイロットに基いてキャリブレートされたダウンリンクチャネル応答を推定することができる。次に、ユーザー端末は、キャリブレートされたダウンリンクチャネル応答推定値

の特異値分解を実行し、

の左固有ベクトルの対角マトリクス

とマトリクス

を得てもよい。この特異値分解は、

として与えられてもよい。各マトリクスの上のハット（「＾」）は、それが実際のマトリクスの推定値であることを示す。

同様に、アクセスポイントは、ユーザー端末により送信されたＭＩＭＯパイロットに基いてキャリブレートされたアップリンクチャネル応答を推定することができる。次に、アクセスポイントは、キャリブレートされたアップリンクチャネル応答推定値

の特異値分解を実行し、

の左固有ベクトルの対角マトリクス

とマトリクス

を得てもよい。この特異値分解は

として与えられてもよい。

相互チャネルとキャリブレーションのために、特異値分解は両方のマトリクス

を得るためにユーザー端末またはアクセスポイントにより実行される必要があるのみである。ユーザー端末により実行されるなら、マトリクス

は、ユーザー端末における空間処理のために使用され、マトリクス

はアクセスポイントに返送してもよい。

また、アクセスポイントは、ユーザー端末により送信されたステアドリファレンス(steered reference)に基いてマトリクス

を得ることができるかもしれない。同様に、ユーザー端末もアクセスポイントにより送信されたステアドリファレンスに基いてマトリクス

を得ることができるかもしれない。ステアドリファレンスは、２００３年１０月２３日に出願された「ＭＩＭＯ ＷＬＡＮ Ｓｙｓｔｅｍ」というタイトルの同一出願人による米国特許出願シリアル番号第１０／６９３，４１９に詳細に記載されている。

マトリクス

は、ＭＩＭＯチャネルのＮ_sの固有モード上に独立したデータストリームを送信するために使用されてもよい。但し、Ｎ_s≦ｍｉｎ｛Ｎ_ap，Ｎ_ut｝である。ダウンリンクおよびアップリンク上に複数のデータストリームを送信するための空間処理は以下に記載される。

Ａ．アップリンク空間処理
アップリンク送信のためのユーザー端末による空間処理は以下のように表してもよい。

但し、ｘ _up（ｋ）はサブバンドｋに対するアップリンクのための送信ベクトルである。ｓ _up（ｋ）はサブバンドｋのＮ_sの固有モード上に送信される変調シンボルのためのＮ_sまでのノンゼロエントリを有するデータベクトルである。

また、さらなる処理が送信前に変調シンボルに実行されてもよい。例えば、受信したＳＮＲがすべえてのデータサブバンドに対してほぼ等しくなるように、データサブバンドにわたって（例えば、固有モード毎に）チャネル反転が適用されてもよい。次に、空間処理は以下のように表してもよい。

但し、Ｗup（ｋ）は、（オプションの）アップリンクチャネル反転のための重みを有したマトリクスである。

また、チャネル反転は、変調が起こる前に書くサブバンドに送信電力を割り当てることにより実行されてもよい。その場合、ベクトルｓ _up（ｋ）はチャネル反転係数を含み、マトリクスＷ _up（ｋ）は方程式（３０）から省略することができる。以下の記載において、方程式におけるマトリクスＷ _up（ｋ）の使用は、チャネル反転係数がベクトルｓ _up（ｋ）に組み込まれないことを示す。方程式におけるマトリクスの欠落は、（１）チャネル反転が行われない又は（２）チャネル反転が行われ、ベクトルｓ _up（ｋ）に組み込まれることを示すことができる。

チャネル反転は、上述した米国特許出願シリアル番号第１０／６９３，４１９および２００２年８月２７日に出願された「固有モードあたり適用される選択的チャネル反転を有したコード化されたＭＩＭＯシステム」(Coded MIMO Systems with Selective Channel Inversion Applied Eigenmode)というタイトルの同一出願人による米国特許シリアル番号第１０／２２９，２０９に記載されているように実行されてもよい。

アクセスポイントにおける受信アップリンク送信は以下のように表してもよい。

但し、ｒ _up（ｋ）はサブバンドｋに対するアップリンクのための受信ベクトルである。ｎ（ｋ）はサブバンドｋのための加法的白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）である。ｘ _up（ｋ）は方程式（２９）に示されるようである。

受信アップリンク送信のためのアクセスポイントにおける受信空間処理（または空間整合フィルタリング）は以下のように表してもよい。

但し

は、アップリンク上にユーザー端末により送信されるデータベクトルｓup（ｋ）の推定値である。

はポスト処理された雑音である。方程式（３２）は、チャネル反転がユーザー端末で行われなかったと仮定する。送信ベクトルｘ _up（ｋ）は方程式（２９）に示されるようである。受信ベクトルｒ _up（ｋ）は方程式（３１）に示されるようである。

Ｂ．ダウンリンク空間処理
ダウンリンク送信のためのアクセスポイントによる空間処理は以下のように表してもよい。

但し、ｘ _dn（ｋ）は送信ベクトルであり、ｓ _dn（ｋ）はダウンリンクのためのデータベクトルである。

この場合も先と同様に、さらなる処理（例えば、チャネル反転）が送信前に変調シンボルに対して実行されてもよい。次に、空間処理は以下のように表されてもよい。

但し、Ｗ _dn（ｋ）は（オプションの）ダウンリンクチャネル反転のための重みを有したマトリクスである。

ユーザー端末における受信したダウンリンク送信は以下のように表してもよい。

受信ダウンリンク送信のためのユーザー端末における受信機空間処理（または空間整合フィルタリング）は以下のように表してもよい。

方程式（３６）は、チャネル反転がアクセスポイントで行われなかったと仮定する。送信ベクトルｘ _dn（ｋ）は方程式（３３）に示すようであり、受信ベクトルｒ _dn（ｋ）は方程式（３５）に示すようである。

表３はデータ送信および受信のためのアクセスポイントおよびユーザー端末における空間処理を要約する。表３は、Ｗ（ｋ）によるさらなる処理が送信機において実行されると仮定する。しかしながら、このさらなる処理が行われないなら、Ｗ（ｋ）は単に単位マトリクスに等しい。

上記記載において、および表３に示されるように、訂正マトリクス

は、アクセスポイントにおいてそれぞれ送信側と受信側のために使用される。

これら２つの訂正マトリクスの１つは単位マトリクスに等しく設定されてもよい。訂正マトリクス

は、ユーザー端末において、それぞれ送信側および受信側のために使用される。これら２つの訂正マトリクスの１つも単位マトリクスに等しく設定されてもよい。訂正マトリクス

は重みマトリクスＷ _dn（ｋ）およびＷ _up（ｋ）と結合して利得マトリクスＧ _dn（ｋ）およびＧ _up（ｋ）を得てもよい。但し

である。

Ｃ．１つのリンク上のデータ送信
また、所定のリンク上のデータ送信は、送信ステーションにおいて訂正マトリクスを適用し、受信ステーションにおいてＭＭＳＥ受信機を用いることにより得てもよい。例えば、ダウンリンク上のデータ送信は、補正率をアクセスポイントにおける送信側にのみ適用し、ユーザー端末においてＭＭＳＥ受信機を用いることにより得てもよい。簡単にするために、記述は単一サブバンドのためのものであり、サブバンドインデックスｋは方程式において省略される。キャリブレートされたダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答は以下のように与えられてもよい。

ユーザー端末はアップリンク上にパイロットを送信する。パイロットは、アップリンクチャネル応答の推定値を導きだすためにアクセスポイントにより使用される。アクセスポイントは、方程式（２７）に示されるように、アップリンクチャネル応答推定値

の単一値分解を実行し、マトリクス

を導き出す。

次に、アクセスポイントは、空間処理のために

を使用し、方程式（３３）に示すようにＭＩＭＯチャネルの固有モードにデータを送信する。

ユーザー端末において受信されたダウンリンク送信は以下のように表してもよい。

方程式（３９）は、補正率がユーザー端末において適用されないことを示す。ユーザー端末は、以下のようにしてＭＭＳＥ空間フィルターマトリクスＭを導き出す。

但し、

である。

は雑音の自己共分散マトリクスである。雑音がＡＷＧＮなら、

である。但し、

は雑音の分散である。ユーザー端末は、アクセスポイントによりデータと共に送信されたパイロットに基いてＨ _ednを導き出してもよい。

次に、ユーザー端末は、以下のようにＭＭＳＥ空間処理を実行する。

但し、ｎ _mmseはＭＭＳＥのフィルター化された雑音および残留クロストークを含む。

はデータベクトルｓ _dnの推定値である。ＭＭＳＥ空間フィルターマトリクスＭからのシンボル推定値は、データシンボルの非正規化の推定値である。ユーザー端末は、

をスケーリングマトリクスＤと乗算し、データシンボルの正規化された推定値を得てもよい。Ｄ＝［ｄｉａｇ［ＭＨ _edn］］-1である。

ユーザー端末が受信側で訂正マトリクス

を適用するなら、全体のダウンリンクチャネル応答はＨ _odn＝Ｋ _rut Ｈ _ednになるであろう。ユーザー端末において受信側に適用された訂正マトリクスＫrutを有したＭＭＳＥ空間フィルターマトリクス

は、以下のように表してもよい。

方程式（４２）内の逆の量は以下のように再整理されてもよい。

方程式（４３）を方程式（４２）に代入すると、以下が得られる。

ユーザー端末における受信されたダウンリンク送信は、ユーザー端末において受信側で適用される訂正マトリクスＫrutを用いて、以下のように表してもよい。

次に、ユーザー端末は、以下のようにＭＭＳＥ空間処理を実行する。

方程式（４５）および（４６）は、補正率がユーザー端末において適用されるかどうかに関わらず、ユーザー端末は、ＭＭＳＥ受信機を用いて同じ性能を得ることができることを示している。ＭＭＳＥ処理は、ユーザー端末において送信チェーンと受信チェーンとの間の任意のミスマッチを暗黙のうちに補償する。ＭＭＳＥ空間整合フィルターは、補正率が、ユーザー端末における受信側で適用されないならＨ _ednを用いて導き出され、補正率が適用されるなら、Ｈ _odnを用いて導き出される。

同様に、アップリンク上のデータ送信は、ユーザー端末において送信側および／または受信側に訂正マトリクスを適用し、アクセスポイントにおいてＭＭＳＥ受信機を使用することにより得てもよい。

４．ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム
図５は、ＴＤＤ ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム内のアクセスポイント５０２およびユーザー端末５０４の一実施形態のブロック図を示す。簡単にするために、以下の記載は、アクセスポイントとユーザー端末が各々データ送信およびデータ受信に使用してもよい４つのアンテナを装備していると仮定する。

ダウンリンク上では、アクセスポイント５０２において、送信（ＴＸ）データプロセッサー５１０は、データソース５０８からトラヒックデータ（すなわち、情報ビット）と、コントローラー５３０からシグナリングおよび他の情報を受信する。ＴＸデータプロセッサー５１０は、受信したデータをフォーマットし、エンコードし、インターリーブし、変調し、（すなわち、シンボルマップする）、データ送信に使用される空間チャネル毎に変調シンボルのストリームを発生する。ＴＸ空間プロセッサー５２０は、ＴＸデータプロセッサー５１０から変調シンボルストリームを受信し、空間処理を実行し、アンテナ毎に１つのストリームの割合で送信シンボルの４つのストリームを供給する。また、ＴＸ空間プロセッサー５２０は必要に応じて（例えば、キャリブレーションのために）パイロットシンボルにおいて多重化する。

各変調器（ＭＯＤ）５２２はそれぞれの送信シンボルストリームを受信して処理し、ＯＦＤＭシンボルの対応するストリームを発生する。各ＯＦＤＭシンボルストリームはさらに変調器５２２内の送信チェーンによりさらに処理され、対応するダウンリンク変調された信号を発生する。次に、変調器５２２ａ乃至５２２ｄからの４つのダウンリンク変調された信号はそれぞれ４つのアンテナ５２４ａ乃至５２４ｄから送信される。

ユーザー端末５０４において、アンテナ５５２は、送信されたダウンリンク変調された信号を受信し、各アンテナは受信した信号をそれぞれの復調器（ＤＥＭＯＤ）５５４に供給する。（受信チェーンを含む）各復調器５５４は、変調器５２２において実行される処理と相補的な処理を実行し、受信されたシンボルを供給する。受信（ＲＸ）空間プロセッサー５６０は、すべての復調器５５４からの受信されたシンボルに対して空間処理を実行し、アクセスポイントにより送信された変調シンボルの推定値であるリカバーされたシンボルを供給する。ＲＸデータプロセッサー５７０はリカバーされたシンボルを処理（シンボルデマップし、デインターリーブし、デコードする）し、デコードされたデータを供給する。デコードされたデータは、リカバーされたトラヒックデータ、シグナリングなどを含んでいてもよい。これらは記憶のためにデータシンクに供給されおよび／またはさらなる処理のためにコントローラー５８０に供給される。

コントローラー５３０および５８０は、それぞれアクセスポイントとユーザー端末における種々の処理装置の動作を制御する。メモリユニット５３２および５８２はそれぞれ、コントローラー５３０および５８０により使用されるデータおよびプログラムコードを記憶する。

キャリブレーションの期間中に、ＲＸ空間プロセッサー５６０は、ダウンリンクチャネル応答推定値

を供給する。これはアクセスポイントにより送信されたＭＩＭＯパイロットに基いて導き出される。ＲＸデータプロセッサー５７０はアップリンクチャネル応答推定値

を供給する。これはアクセスポイントにより導き出されダウンリンクに送信される。コントローラー５８０はチャネル応答推定値

を受信し、訂正マトリクス

を導き出し、アクセスポイントに返送するためにマトリクス

をＴＸデータプロセッサー５９０に供給する。コントローラー５８０はさらに、訂正マトリクス

に基いて訂正マトリクス

を導き出す。

は単位マトリクスであってよい。さらにコントローラー５８０は、訂正マトリクス

をＴＸ空間プロセッサー５９２に供給し、訂正マトリクス

をＲＸ空間プロセッサー５６０に供給する。

アップリンクのための処理はダウンリンクのための処理と同じかまたは異なっていてもよい。データおよびシグナリングはＴＸデータプロセッサー５９０により処理され（例えば、エンコードされ、インターリーブされ、および変調される）、さらにＴＸ空間プロセッサー５９２により空間的に処理される。ＴＸ空間プロセッサー５９２はまた、パイロットシンボルにおいて多重化する。パイロットと変調シンボルは変調器５５４によりさらに処理され、アップリンク変調された信号を発生する。アップリンク変調された信号は次にアンテナ５５２を介してアクセスポイントに送信される。

アクセスポイント１１０において、アップリンク変調された信号はアンテナ５２４により受信され、復調器５２２により復調され、ユーザー端末により実行される処理と相補的な方法で、ＲＸ空間プロセッサー５４０とＲＸデータプロセッサー５４２により処理される。キャリブレーションの期間中、ＲＸ空間プロセッサー５６０は、アップリンクチャネル推定値

を供給する。これはユーザー端末により送信されたＭＩＭＯパイロットに基いて導き出される。マトリクス

はコントローラー５３０により受信され、ユーザー端末への送信のために、ＴＸデータプロセッサー５１０に供給される。

図６は図５におけるＴＸ空間プロセッサー５２０および５９２に使用されてもよい、ＴＸ空間プロセッサー５２０ａのブロック図を示す。簡単にするために、以下の記述は、すべての４つの固有モードが使用のために選択されていると仮定する。

プロセッサー５２０ａ内において、デマルチプレクサー６３２は、４つの固有モードに送信される４つの変調シンボルストリーム（これはｓ₁（ｎ）乃至ｓ₄（ｎ）として示される）を受信し、各ストリームをＮDのデータサブバンドのためのＮ_Dのサブストリームにデマルチプレックスし、各データサブバンドのための４つの変調シンボルサブストリームをそれぞれのＴＸサブバンド空間プロセッサー６４０に供給する。各プロセッサー６４０は１つのサブバンドに対して方程式（２９）、（３０）、（３３）、または（３４）に示されるような処理を実行する。

各ＴＸサブバンド空間プロセッサー６４０内において、４つの変調シンボルサブストリーム（これはｓ₁（ｋ）乃至ｓ₄（ｋ）として示される）は、関連するサブバンドの４つの固有モードに対して４つのビーム形成器６５０ａ乃至６５０ｄに供給される。各ビーム形成器６５０はビーム形成を実行し、１つのサブバンドの１つの固有モードに１つのシンボルサブストリームを送信する。各ビーム形成器６５０は、１つのシンボルサブストリームｓ_m（ｋ）を受信し、関連する固有モードのための固有ベクトルｖ _m（ｋ）を用いてビーム形成を実行する。各ビーム形成器６５０内において、変調シンボルは４つの乗算器６５２ａ乃至６５２ｄに供給される。４つの乗算器はまた関連する固有モードのための固有ベクトルｖ _m（ｋ）の４つのエレメントｖ_m,1（ｋ）、ｖ_m,2（ｋ）、ｖ_m,3（ｋ）、ｖ_m,4（ｋ）を受信する。固有ベクトルｖ _m（ｋ）は、ダウンリンクのためのマトリクス

のｍ番目の列であり、アップリンクのためのマトリクス

のｍ番目の列である。各乗算器６５２はスケールされた変調シンボルをその固有ベクトル値ｖ_m,j（ｋ）と乗算し、「ビーム形成された」シンボルを供給する。乗算器６５２ａ乃至６５２ｄは、４つのビーム形成シンボルサブストリーム（これは４つのアンテナから送信される）をそれぞれ加算器６６０ａ乃至６６０ｄに供給する。

各加算器６６０は、シンボル期間毎に４つの固有モードに対して４つのビーム形成されたシンボルを加算し、関連する送信アンテナのためのあらかじめ条件付けされたシンボルを供給する。加算器６６０ａ乃至６６０ｄは、４つの送信アンテナのためのあらかじめ条件づけされたシンボルの４つのサブストリームをそれぞれ、バッファー／マルチプレクサー６７０ａ乃至６７０ｄに供給する。各バッファー／マルチプレクサー６７０は、ＮDのデータサブバンドのためのＴＸサブバンド空間プロセッサー６４０からパイロットシンボルとあらかじめ条件付けられたシンボルを受信する。次に、各バッファー／マルチプレクサー６７０は、それぞれパイロットサブバンド、データサブバンド、および未使用サブバンドのためのパイロットシンボル、あらかじめ条件付けられたシンボル、およびゼロシンボルを多重化し、そのシンボル期間のためのＮFシンボルのシーケンスを形成する。キャリブレーションの期間に、パイロットシンボルは、指定されたサブバンドに送信される。乗算器６６８ａ乃至６６８ｄは、上述したようにおよび表２に示されるようにそれぞれ４つのアンテナに割り当てられたウオルシュシーケンスＷ₁乃至Ｗ₄で４つのアンテナのためのパイロットシンボルをカバーする。各バッファー／マルチプレクサー６７０はシンボルのストリームをそれぞれの乗算器６７２に供給する。

また、乗算器６７２ａ乃至６７２ｄは、それぞれ補正率Ｋ₁（ｋ）、Ｋ₂（ｋ）、Ｋ₃（ｋ）、Ｋ₄（ｋ）を受信する。各データサブバンドｋのための補正率は、ダウンリンクのための

の対角エレメントであり、アップリンクのための

の対角エレメントである。各乗算器６７２は、その補正率Ｋ_m（ｋ）で入力シンボルをスケールし、送信シンボルを供給する。乗算器６７２ａ乃至６７２ｄは４つの送信アンテナのための４つの送信シンボルストリームを供給する。

空間処理およびＯＦＤＭ変調は、上述した米国特許出願シリアル番号第１０／６９３、４１９にさらに詳細に記載される。

ここに記載されたキャリブレーション技術は種々の手段により実施されてもよい。例えば、これらの技術は、ハードウエア、ソフトウエア、またはそれらの組み合わせにおいて実施されてもよい。ハードウエア実施の場合、キャリブレーション技術は、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）、デジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰｓ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤｓ）、プログラマブルロジック装置（ＰＬＤｓ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）、プロセッサー、コントローラー、マイクロコントローラー、マイクロプロセッサー、ここに記載された機能を実行するように設計された他の電子装置またはそれらの組み合わせ内でアクセスポイントおよびユーザー端末において実施されてもよい。

ソフトウエア実施の場合、キャリブレーション技術はここに記載された機能を実行するモジュール（例えば、手続、機能等）を用いて実施してもよい。ソフトウエアコードは、メモリユニット（例えば、図５のメモリユニット５３２および５８２）に記憶してもよく、プロセッサー（例えば、必要に応じてコントローラー５３０および５８０）により実行されてもよい。メモリユニットはプロセッサー内部で実施してもよいしプロセッサー外部で実施してもよい。プロセッサー外部で実施する場合、メモリユニットは、技術的に知られた種々の手段を介してプロセッサーに通信可能に接続することができる。

見出しは参照のためにおよびあるセクションを見つけるのを補助するためにここに含まれる。これらの見出しはその下に記載された概念の範囲を制限することを意図したものではなく、これらの概念は、明細書全体を通して他のセクションにおける適用性を有していてもよい。

開示された実施形態の上述の記載は、当業者がこの発明を製作または使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態に対する種々の変更は当業者に容易に明白であろう。そしてここに定義される包括的原理は、この発明の精神または範囲を逸脱することなく他の実施形態に適用されてもよい。従って、この発明は、ここに示される実施形態に限定されることを意図したものではなく、ここに開示された原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲が許容されるべきである。

図１はＭＩＭＯシステムにおけるアクセスポイントとユーザー端末における送信チェーンと受信チェーンを示す。 図２Ａはアクセスポイントとユーザー端末における送信側と受信側の両方における補正率の適用を図解する。 図２Ｂは、アクセスポイントとユーザー端末の両方における送信側における補正率の適用を図解する。 図２Ｃはアクセスポイントとユーザー端末の両方における受信側における補正率の適用２を図解する。 図３はＴＤＤＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるダウンリンクチャネル応答とアップリンクチャネル応答をキャリブレートするためのプロセスを示す。 図４はダウンリンクチャネル応答推定値およびアップリンクチャネル応答推定値から訂正ベクトルの推定値を導き出すためのプロセスを示す。 図５はアクセスポイントとユーザー端末のブロック図である。 図６は送信（ＴＸ）空間プロセッサーのブロック図である。

Claims (16)

1. 無線時分割デュプレックス（ＴＤＤ）通信システムにおける通信リンクをキャリブレートする方法であって、
   アクセスポイントの複数の送信アンテナから送信されそしてユーザー端末の複数の受信アンテナによって受信される多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）パイロットに基づいて、ダウンリンクチャネルのためのダウンリンクチャネル応答推定値を得ること、
   アクセスポイントによって導き出されそして前記ダウンリンクチャネル上でユーザー端末に送信される、アップリンクチャネルのためのアップリンクチャネル応答推定値を受信すること、
   前記アクセスポイントのための補正率の第１のマトリクスおよび前記ユーザー端末のための補正率の第２のマトリクスを、前記ダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答推定値に基づいて、決定すること、
   前記補正率の第１のマトリクスを前記アクセスポイントに送信すること、
   前記ユーザー端末からの送信を補正することにおける使用のための補正率の第３のマトリクスおよび前記アクセスポイントから受信される送信を補正するための補正率の第４のマトリクスを、前記補正率の第２のマトリクスに基づいて、導き出すこと、
   を備えた方法。
2. 前記アップリンクチャネル上で送信される送信を空間的に処理するために前記補正率の第３のマトリクスを適用すること、
   前記ダウンリンクチャネル上で受信される送信を空間的に処理するために前記補正率の第４のマトリクスを適用すること、
   をさらに備えた、請求項１の方法。
3. 前記補正率の第１および第２のマトリクスは、下記の方程式
   

   

   に基づいて決定される、
   ただし、
   

   

   は、前記ダウンリンクチャネル応答推定値のためのマトリクスであり、
   

   

   は、前記アップリンクチャネル応答推定値のためのマトリクスであり、
   

   

   は、前記補正率の第１のマトリクスであり、
   

   

   は、前記補正率の第２のマトリクスであり、
   “T”は、転置である、
   請求項１の方法。
4. 前記補正率の第３および第４のマトリクスは、下記の方程式
   

   

   に基づいて導き出される、
   ただし、
   

   

   は、前記補正率の第４のマトリクスであり、
   

   

   は、前記補正率の第３のマトリクスである、
   請求項３の方法。
5. 前記補正率の第１および第２のマトリクスを決定することは、
   マトリクス
   

   

   に対するマトリクス
   

   

   のエレメント回り比としてマトリクスＣを計算することと、
   前記マトリクスＣに基づいてマトリクス
   

   

   を導き出すことと、
   を備えた、請求項３の方法。
6. 最小平均２乗誤差（ＭＭＳＥ）計算に基いてマトリクス
   

   

   を導き出し、下記の方程式
   

   

   により与えられる平均２乗誤差を最小にすることをさらに備えた、請求項３の方法。
7. 無線時分割デュプレックス（ＴＤＤ）通信システムにおける通信リンクをキャリブレートするための装置であって、
   アクセスポイントの複数の送信アンテナによって送信されそしてユーザー端末の複数の受信アンテナによって受信される多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）パイロットに基づいて、ダウンリンクチャネルのためのダウンリンクチャネル応答推定値を得るための手段と、
   前記アクセスポイントによって導きだされそして前記ダウンリンクチャネル上で前記ユーザー端末に送信される、アップリンクチャネルのためのアップリンクチャネル応答推定値を受信するための手段と、
   前記アクセスポイントのための補正率の第１のマトリクスおよび前記ユーザー端末のための補正率の第２のマトリクスを、前記ダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答推定値に基づいて、決定するための手段と、
   前記補正率の第１のマトリクスを前記アクセスポイントに送信するための手段と、
   前記ユーザー端末からの送信を補正することにおける使用のための補正率の第３のマトリクスおよび前記アクセスポイントから受信される送信を補正するための補正率の第４のマトリクスを、前記補正率の第２のマトリクスに基づいて、導き出すための手段と、
   を備えた装置。
8. ソフトウエアコードを記憶したメモリユニットを含み無線時分割デュプレックス（ＴＤＤ）通信システムにおける通信リンクをキャリブレートするためのコンピュータ読取り可能プログラムであって、前記ソフトウエアコードは、
   アクセスポイントの複数の送信アンテナから送信されそしてユーザー端末の複数の受信アンテナによって受信される多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）パイロットに基づいて、ダウンリンクチャネルのためのダウンリンクチャネル応答推定値を得ること、
   前記アクセスポイントによって導き出されそして前記ダウンリンクチャネル上で前記ユーザー端末に送信される、アップリンクチャネルのためのアップリンクチャネル応答推定値を受信すること、
   前記アクセスポイントのための補正率の第１のマトリクスおよび前記ユーザー端末のための補正率の第２のマトリクスを、前記ダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答推定値に基づいて、決定すること、
   前記補正率の第１のマトリクスを前記アクッセスポイントに送信することと、
   前記ユーザー端末からの送信を補正することにおける使用のための補正率の第３のマトリクスおよび前記アクセスポイントから受信される送信を補正するための補正率の第４のマトリクスを、前記補正率の第２のマトリクスに基づいて、導き出すこと、
   のためにプロセッサによって実行可能である、コンピュータ読取り可能プログラム。
9. 無線時分割デュプレックス（ＴＤＤ）通信システムにおける通信リンクをキャリブレートする方法であって、
   ユーザー端末の複数の送信アンテナから送信されそしてアクセスポイントの複数の受信アンテナによって受信される多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）パイロットに基づいて、アップリンクチャネルのためのアップリンクチャネル応答推定値を得ること、
   前記アップリンクチャネル応答推定値をダウンリンクチャネル上で前記ユーザー端末に送信すること、
   前記ダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答推定値に基づいて前記ユーザー端末において導き出されるアクセスポイントのための補正率のマトリクスを、前記アップリンクチャネル上で、受信すること、
   前記ユーザー端末への送信を補正することにおける使用のための送信補正率のマトリクスおよび前記ユーザー端末から受信される送信を補正するための受信補正率のマトリクスを、前記補正率のマトリクスに基づいて、導き出すこと、
   を備えた方法。
10. 前記ダウンリンクチャネル上で送信される送信を空間的に処理するために前記送信補正率のマトリクスを適用すること、
    前記アップリンクチャネル上で受信される送信を空間的に処理するために前記受信補正率のマトリクスを適用すること、
    をさらに備えた、請求項９の方法。
11. 前記ユーザー端末は、下記の方程式
    

    

    に基づいて、前記補正率のマトリクスを導き出す、
    ただし、
    

    

    は、前記ダウンリンクチャネル応答推定値のためのマトリクスであり、
    

    

    は、前記アップリンクチャネル応答推定値のためのマトリクスであり、
    

    

    は、前記アクセスポイントのための前記補正率のマトリクスであり、
    

    

    は、前記ユーザー端末のための補正率の第２のマトリクスであり、
    “T”は、転置を示す、
    請求項９の方法。
12. 前記送信補正率のマトリクスおよび前記受信補正率のマトリクスは、下記の方程式
    

    

    に基づいて導き出される、
    ただし、
    

    

    は、前記送信補正率のマトリクスであり、
    

    

    は、前記受信補正率のマトリクスである、
    請求項１１の方法。
13. 前記アクセスポイントおよびユーザー端末のための前記補正率のマトリクスを決定することは、
    マトリクス
    

    

    に対するマトリクス
    

    

    のエレメント回り比としてマトリクスＣを計算することと、
    前記マトリクスＣに基づいてマトリクス
    

    

    を導き出すことと、
    を備えた、請求項１１の方法。
14. 最小平均２乗誤差（ＭＭＳＥ）計算に基いてマトリクス
    

    

    を導き出し、下記の方程式
    

    

    により与えられる平均２乗誤差を最小にすることをさらに備えた、請求項１２の方法。
15. 無線時分割デュプレックス（ＴＤＤ）通信システムにおける通信リンクをキャリブレートするための装置であって、
    ユーザー端末の複数の送信アンテナから送信されそしてアプセスポイントの複数の受信アンテナによって受信される多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）パイロットに基づいて、アップリンクチャネルのためのアップリンクチャネル応答推定値を得るための手段と、
    前記アップリンクチャネル応答推定値をダウンリンクチャネル上で前記ユーザー端末に送信するための手段と、
    前記ダウンリクおよびアップリンクチャネル応答推定値に基づいて前記ユーザー端末において導き出される前記アクセスポイントのための補正率のマトリクスを、前記アップリンクチャネル上で、受信するための手段と、
    前記ユーザー端末への送信を補正することにおける使用のための送信補正率のマトリクスおよび前記ユーザー端末から受信される送信を補正するための受信補正率のマトリクスを、前記補正率マトリクスに基づいて、導き出すための手段と、
    を備えた装置。
16. ソフトウエアコードを記憶したメモリユニットを含み無線時分割デュプレックス（ＴＤＤ）通信システムにおける通信リンクをキャリブレートするためのコンピュータ読取り可能プログラムであって、前記ソフトウエアコードは、
    ユーザー端末の複数の送信アンテナから送信されそしてアクセスポイントの複数の受信アンテナによって受信される多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）パイロットに基づいて、アップリンクチャネルのためのアップリンクチャネル応答推定値を得ること、
    前記アップリンクチャネル応答推定値をダウンリンクチャネル上で前記ユーザー端末に送信すること、
    前記ダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答推定値に基づいて前記ユーザー端末において導き出される前記アクセスポイントのための補正率のマトリクスを、前記アップリンクチャネル上で、受信すること、
    前記ユーザー端末への送信を補正することにおける使用のための送信補正率のマトリクスおよび前記ユーザー端末から受信される送信を補正するための受信補正率のマトリクスを、前記補正率のマトリクスに基づいて、導き出すこと、
    のためにプロセッサによって実行可能である、コンピュータ読取り可能プログラム。

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