JP4796122B2 - ダウンリンクｍｉｍｏチャネルデータレートの調整のためにチャネル性能フィードバックを提供するようにアップリンクリソースを低減するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、無線通信システムに関し、より詳細には、データスループットを最大化するために、データストリームを符号化するのに適したデータレートを選択するのに必要とされるフィードバックの量を低減するためのシステムおよび方法に関する。

無線通信システムは、マルチプル(multiple)基地局と、マルチプル移動局とを含むことができる。任意の与えられた時に、特定の基地局は、１つまたは複数の移動局と通信を行うことができる。基地局から移動局への通信は、しばしば、順方向リンクまたはダウンリンクと呼ばれ、移動局から基地局への通信は、逆方向リンクまたはアップリンクと呼ばれる。

基地局と移動局の間で伝達されるデータは、典型的に、符号化され、（基地局または移動局内の）送信機によって送信され、（移動局または基地局のいずれか内の）受信機によって受信され、その後、復号される。データは、通信リンクの品質に基づいて選択されたデータレートで符号化される。リンクが良いほど、使用できるデータレートは高くなる。

基地局は、典型的に、データが送信される電力を増加させ、それによってチャネル品質を高めることのできる能力を有するが、これは常に望ましいとは限らない。例えば、通信リンクの品質が、すでに適切なデータレートをサポートするのに十分である場合、電力の増強は、他の通信との干渉を単に強めるだけかもしれない。したがって、基地局は、典型的に、データが送信されるデータレートと電力とを制御するためのある種のメカニズムを実施する。これは、例えば、移動局において性能（例えば、信号対雑音比、すなわちＳＮＲ）を測定すること、性能に関するフィードバックを基地局に提供すること、ならびに測定された性能に基づいてデータが符号化および送信されるデータレートを変更することを含むことができる。

無線通信におけるより最近の進歩の１つは、ＭＩＭＯ（マルチプル入力マルチプル出力(multiple-input, multiple-output)）システムの開発である。ＭＩＭＯシステムは、互いに空間的に弁別され得るマルチプルチャネルを確立するために、マルチプル送信アンテナとマルチプル受信アンテナを使用する。ＭＩＭＯ技術を使用する通信の開発の際に遭遇している問題の１つは、スループットを最大化するのに必要なフィードバックの量と、各ＭＩＭＯチャネルのスループットの最大化である。

１つのアプローチ（アンテナ別レート制御(Per Antenna Rate Control)またはＰＡＲＣと呼ばれる）は、別々のＳＮＲ値が各ＭＩＭＯチャネルにフィードバックとして提供されることを必要とする。このアプローチは、各チャネルにＳＮＲｓを提供するために必要とされる大量のアップリンクリソースのせいで理想的ではない。別のアプローチ（対角ベル研究所階層化空間時間アーキテクチャ(Diagonal Bell Laboratories Layered Space Time Architecture）またはＤ−ＢＬＡＳＴと呼ばれる）は、フィードバックとして単一のＳＮＲ値しか必要としないが、ＭＩＭＯチャネルの一部について符号化されたデータブロックの系列を送信する前に、ヌル(null)信号の送信を必要とする。これは、チャネルの非効率的な利用をもたらす。第３のアプローチ（符号再利用ベル研究所階層化空間時間アーキテクチャ（Code Reuse Bell Laboratories Layered Space Time Architecture）またはＣＲ−ＢＬＡＳＴと呼ばれる）も、フィードバックとして単一のＳＮＲ値しか必要としないが、しかしそれはすべてのＭＩＭＯストリームを符号化するために単一の共通符号器を使用する。その結果、逐次干渉除去（ＳＩＣ）および個々に最適化されるレート制御を活用することができない。ＣＲ−ＢＬＡＳＴの性能は、それが非常に複雑な反復復調および復号と結合されない限り、ＳＩＣおよび個々に最適化されるレート制御を利用するシステムよりもはるかに低くなる。したがって、量が低減されたフィードバック（例えば、各チャネルに関して別々のＳＮＲｓより少ない）をアップリンク上で移動局から基地局へ送信でき、チャネルの利用がヌル信号の送信によって減らず、個々のレート制御およびＳＩＣを適用できる、システムおよび方法を提供することが望ましい。

サマリー

本明細書で開示される本発明の実施形態は、ダウンリンクＭＩＭＯチャネル上のデータレートの調整のためにチャネル性能フィードバックを提供するのに必要とされるアップリンクリソースの量を低減することにより、ＭＩＭＯ無線通信システムの性能を改善するためのシステムおよび方法を提供することにより上記の１つまたは複数の必要性に対処する。一実施形態では、データストリームは、基地局において、従来通り符号化され、インタリーブされ(interleaved)、変調記号にマップされる。次に、各データストリームのデータがすべてのＭＩＭＯチャネルを介して送信されるように、変調記号は擬似ランダムパターンに従って混合され、１組の送信アンテナによって送信される。一実施形態では、可能な組合せの全置換(full permutation)が使用される。データは、移動局において受信され、逆混合され（逆置換(inversely permuted)）、復号される。ＳＮＲは、各データストリームについて決定される。一実施形態では、データストリームは逐次干渉除去を使用して復号される。次に、圧縮(condensed)ＳＮＲメトリック(metric)（例えば、基準ＳＮＲおよびΔＳＮＲ）が計算され、基地局に送信され戻される。基地局は、圧縮ＳＮＲメトリックに基づいてデータストリームの各々のＳＮＲｓを決定し、これらのＳＮＲｓを使用してそれぞれのデータストリームが符号化されるデータレートを調整する。別の実施形態では、データストリームは、ＳＩＣを行わずに復号される。この場合、圧縮ＳＮＲのΔＳＮＲ部分は、ゼロに設定される。

一実施形態は、１組のデータストリームの各々を、対応するデータレートに従って符号化することと、データストリームを組合せの全置換に従って１組のＭＩＭＯチャネル上で混合することと、置換されたデータストリームを送信することと、置換されたデータストリームを受信することと、データストリームを逆置換することと、データストリームの各々のＳＮＲを復号・決定することと、１組のデータストリームの圧縮ＳＮＲメトリックを計算することと、圧縮メトリックをフィードバックとして提供することと、データストリームの１組の個々のＳＮＲメトリックを、圧縮ＳＮＲメトリックに基づいて決定することと、個々のＳＮＲメトリックに基づいてデータストリームが符号化されるデータレートを調整することとを含む方法を含む。

別の実施形態は、ＭＩＭＯ無線通信システムを含む。このシステムは、複数のＭＩＭＯ送信アンテナを有する基地局と、複数のＭＩＭＯ受信アンテナを有する移動局とを含む。基地局は、複数のデータストリームの各々を、対応するデータレートに従って符号化し、データストリームを置換し、データストリームの各々を、ＭＩＭＯ送信アンテナに対応する複数のＭＩＭＯチャネルを介して送信するように構成される。移動局は、データストリームを逆置換して、符号化されたデータストリームを再生し、、データストリームを復号し、データストリームの各々に対応する品質メトリックを決定するように構成される。次に、移動局は圧縮品質メトリックをデータストリームの各々に対応する品質メトリックに基づいて決定し、その圧縮品質メトリックを基地局に送信して戻す。基地局は、データストリームの各々に関連する個々の品質メトリックを圧縮品質メトリックに基づいて決定し、次に、個々の品質メトリックに基づいてデータストリームの各々が符号化されるデータレートを調整するように構成される。
多くの代替実施形態も可能である。

詳細な説明

本発明の１つまたは複数の実施形態が、以下で説明される。以下で説明されるこれらおよびその他の任意の実施形態は、例示的なものであり、本発明の限定ではなく説明を意図したものであることに留意されたい。

本明細書で説明されるように、本発明の様々な実施形態は、ダウンリンク（順方向リンク）ＭＩＭＯチャネルのデータレート調整のためにＳＮＲ／チャネル性能フィードバックを提供するのに必要とされるアップリンク（逆方向リンク）リソースの量を低減することによって、ＭＩＭＯ無線通信システムの性能を改善するためのシステムおよび方法を含む。

一実施形態では、１組のデータストリームは、基地局において、対応するデータレートを使用して符号化される。符号化されたデータストリームは、その時点で、送信される準備が整う。符号化されたデータストリームの各１つをＭＩＭＯチャネルの単一のチャネルを介して送信するのではなく、各符号化されたデータストリームのフレーム内の連続したブロックは混合され、ＭＩＭＯチャネルの異なるチャネルによって送信される。すなわち、データストリームは、異なるチャネルにわたって置換される。

この実施形態では、各データストリームの第１ブロックは、ＭＩＭＯチャネルの第１の組合せによって送信される。例えば、１〜４の番号が振られた４つのデータストリームと、１〜４の番号が振られた４つのＭＩＭＯチャネルが存在する場合、データストリーム１〜４の第１ブロックはそれぞれＭＩＭＯチャネル１〜４によって送信されることができる。その後、データストリーム１〜４の第２ブロックはそれぞれＭＩＭＯチャネル２、３、４、および１によって送信されることができ、第３ブロックはそれぞれＭＩＭＯチャネル３、４、１、および２によって送信されることができる。この実施形態では、データストリーム１〜４の連続するブロックは、ＭＩＭＯチャネルの２４の可能な置換の各々によって送信される。

基地局によって送信されるＭＩＭＯチャネルは、移動局のＭＩＭＯ受信機によって空間的に弁別される。したがって、移動局は符号化されたデータのブロックを各ＭＩＭＯチャネルからとり、符号化されたデータストリームを再構成することができる（ＭＩＭＯチャネルにわたってデータストリームのブロックを混合（置換）するために基地局によって使用された置換方式を移動局が知っていると仮定される）。受信機は、その後、データストリームを復号し、各データストリームのＳＮＲを決定する。

各データストリームのブロックは、４つのＭＩＭＯチャネルすべてを介して送信されているので、４つのデータストリームの各々は、符号化されたフレーム全体の送信中にチャネルがほとんど変化のないままなら、平均して、同じチャネル状態を経験しているであろう。その結果、（１つのフレームにわたって平均された）ＳＮＲｓが各データストリームについて決定される場合、各データストリームが復号されるときに達成され、その後それ以降に復号されることとなる残りのデータストリームから関連する干渉を除去するためにフィードバックとして使用されることができる干渉除去のせいだけで、ＳＮＲ値は変化する。これは、逐次干渉除去として知られている。

４つのデータストリームのＳＮＲは逐次干渉除去の結果としてのみ変化するので、ＳＮＲ値は激しく変動することがなく、代わりに、比較的ウェルビヘイブ(well behave)される。ＭＩＭＯチャネル状態が大きく異なることがあっても（したがって、対応する単一のＭＩＭＯチャネルを介して別々に送信されるデータストリームのＳＮＲｓを相当大きく変化させる可能性があっても）、これは当てはまる。

異なるデータストリームのＳＮＲｓが比較的ウェルビヘイブド(well-behaved)であることは、ＳＮＲ値が妥当な精度により圧縮形式（すなわち、４つの異なるＳＮＲ値の各々を別々に提供するよりもコンパクトな形式）で表現されることを可能にする。例えば、ＳＮＲｓは、基準ＳＮＲ値とΔＳＮＲ値とによって表現されることができ、ここで基準ＳＮＲ値は、第１の復号されたデータストリームのＳＮＲに対応し、ΔＳＮＲ値は、連続するデータストリームのＳＮＲ値間の差に対応する。

移動局は、圧縮ＳＮＲ表現を、アップリンクを介して基地局に送信する。圧縮ＳＮＲ表現は、４つの個々のＳＮＲ値の表現より小さいので、このフィードバックを基地局に提供するのに、より少ないアップリンクリソースが必要とされる。その後、基地局は、異なるデータストリームがそれ以降符号化されるデータレートを調整するための基礎として、異なるデータストリームのＳＮＲｓの圧縮表現を使用する。言い換えると、１つのデータストリームについて、基地局は、移動局によって測定されたＳＮＲは基準ＳＮＲ値に等しかったと仮定し、基準ＳＮＲによって示されるこのデータストリームに関するデータレートに調整するであろう。データストリームの次のものについては、基地局は、基準ＳＮＲ値とΔＳＮＲ値とを加算した値に等しい測定ＳＮＲ値を仮定するであろう。次のデータストリームについては、基準ＳＮＲとΔＳＮＲ値の２倍とを加算した値に等しい値が使用され、それ以降も同様であり、それに応じて各データストリームのデータレートは調整される。

例示的な実施形態を詳細に説明する前に、典型的な無線通信システムにおける単一の物理チャネルの基本動作を説明することが有益であろう。図１を参照すると、例示的な無線送信機の構造を示す機能ブロック図が示されている。

図１に示されるように、データストリームは、符号器１１０によって受け取られ、処理される。データストリームは、以下でさらに説明するように、選択されたデータレートで符号化される。符号化データストリームは、インタリーバ(interleaver)１２０に転送され、次に、マッパ／変調器１３０に転送される。変調された信号は次にアンテナ１４０に転送され、アンテナ１４０はその変調された信号を送信する。

図２を参照すると、例示的な無線受信機の構造を示す機能ブロック図が示されている。この図では、アンテナ１４０によって送信された信号は、アンテナ２５０によって受信され、その後、復調器／デマッパ２６０に転送される。信号は、復調され、デインタリーバ(deinterleaver)２７０に渡される。信号はデインタリーブされた(deinterleaved)後、元のデータストリームを再生するために復号器２８０によって復号される。送信機および受信機による信号処理の間に何らかの誤りが発生する可能性があり、したがって本明細書で使用されている「元のデータストリーム」とは、それが元の信号の完全に正確な再生であっても、または何らかの誤りを含んでいても、復号された信号のことを指すことに注意しなければならない。

図１および図２は、単一方向に情報を伝達するメカニズムを表す。例えば、情報は、セルラ(cellular)電話システムでは、基地局から移動局に伝達されることができる。典型的に、通信は単方向というよりむしろ双方向であるので、類似した１組の構造を使用して、情報を基地局から移動局に、および移動局から基地局に伝達することができる。このタイプのシステムでは、基地局から移動局への通信は、典型的に、順方向リンクと呼ばれ、移動局から基地局への通信は逆方向リンクと呼ばれる。

上述したように、送信機におけるデータストリームの符号化は、データの送信のために選択されたデータレートに基づく。データレートは、同様に、受信された信号の品質に基づいて選択される。受信された信号の品質がより高い場合、より高いデータレートが受信機によって復号されることができる。したがって、より高いスループットを達成できるように、データレートを高めることが望ましい。受信された信号の品質がより低い場合、より低いデータレートしか、受信機によって復号されることができない。この場合、復号されたデータ中に存在する誤りが少数であるように、データレートを低くすることが望ましい。

データストリームを符号化するために選択されるべきデータレートを決定するために、最初に、受信信号の品質を決定することが必要である。いくつかのシステムでは、信号の品質は、信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を測定することによって決定される。ある定ったＳＮＲレベルでは、対応するデータレートをサポートすることができる。例えば、ＳＮＲ１は、許容可能な誤り率に関して、ｄａｔａ＿ｒａｔｅ１までをサポートすることができ、ＳＮＲ２は、ｄａｔａ＿ｒａｔｅ２までをサポートすることができ、それ以降も同様である。これらのシステムは、したがって、受信信号のＳＮＲを測定し、この情報を送信機に送信して戻し、その後それは送信用データを符号化するために現在使用されているデータレートが許容可能か、高すぎるか、または低すぎるかを決定する。データレートが高すぎるか、または低すぎる場合、それ以降の符号化のために、より適切なデータレートを選択することができる。

データが符号化されるデータレートを調整する際に使用されるフィードバックとして受信信号のＳＮＲを提供することは、この単一チャネルシナリオでは、比較的簡単である。ＳＮＲ情報は、データレートを選択するという目的にとって十分であり、この情報は特に大きなオーバヘッドコストにはならない。オーバヘッドコストが大きいとみなされても、ＳＮＲは単一の値であり、そしてこの情報は適切なデータレートを決定するために必要であるので、この負担を軽減することは困難である。

しかし、いくつかのシステムは、単一のチャネルだけを有するわけではない。例えば、ＭＩＭＯ（マルチプル入力マルチプル出力）システムは、マルチプル物理チャネルを有する。ＭＩＭＯ送信機は、マルチプルアンテナを有し、その各々は、マルチプルＭＩＭＯチャネルの異なる１つを送信するために使用することができる。同様に、ＭＩＭＯ受信機は、送信機のアンテナによって送信された異なる物理チャネルを弁別し、そしてこれら別個の物理チャネルを受信するために使用されるマルチプルアンテナを有する。

典型的なＭＩＭＯシステムでは、各チャネルは、単一チャネルシステムと本質的に同じ方式で処理される。言い換えると、各チャネルについて、データストリームは、選択されたデータレートで符号化され、インタリーブされ、マップ／変調され、ＭＩＭＯアンテナの対応する１つを介して送信され、受信機で受信され、デマップ(demapped)／復調され、デインタリーブされ、元のデータストリームを構成するために復号される。このプロセスは、各ＭＩＭＯチャネルについて並列に進行する。

ＭＩＭＯシステムは、物理チャネルが互いに独立となるように構成される。マルチプルデータストリームは、したがって、異なるチャネルを介して別々に送信することができる。言い換えると、各データストリームは、異なる送信アンテナによって送信されることができ、マルチプルアンテナＭＩＭＯ受信機によって弁別されることができる。これは、図３に示されている。

図３を参照すると、従来技術による対応する１組のＭＩＭＯチャネルを介する１組のデータストリームの各々の送信を示す図が示されている。図３のシステムは、例えば、ＰＡＲＣシステムを表す。このシステムでは、１組の符号化されたデータストリーム３１１〜３１４は１組の送信アンテナ３２１〜３２４によって送信される。送信信号は、受信アンテナ３３１〜３３４によって受信される。空間−時間信号プロセッサ３３５は受信された信号（そのすべては各アンテナ３３１〜３３４によって受信される）を処理して、（本質的にデータストリーム３１１〜３１４と同じ）データストリーム３４１〜３４４を弁別する。

ＭＩＭＯチャネルは互いに独立であるので、異なるチャネルは、異なるフェージング(fading)特性を有することができる。言い換えると、ＭＩＭＯシステムの各チャネルは、異なるＳＮＲを有することができる。その結果、異なるチャネルは、各チャネルのスループットを最大化するために異なるデータレートでそれぞれのデータストリームを符号化する必要があるかもしれない。

このＳＮＲ情報を提供するための簡単な方法は、各ＭＩＭＯチャネルについてＳＮＲｓを別々に測定し、その後これらのＳＮＲ値の各々を送信機に送信し、それによって、各チャネルについてのデータレートをそれぞれの測定ＳＮＲ値に基づいて選択できるというものである。これは、ＰＡＲＣシステムで使用されるアプローチである。このアプローチは簡単であるが、比較的大量の逆方向リンクリソースを必要とする。ｎ個のＭＩＭＯチャネルが存在する場合、このアプローチは単一チャネルの場合よりもｎ倍多いリソースを必要とする。このアプローチに関連する高いリソースコストのため、本発明のシステムおよび方法は、圧縮ＳＮＲメトリックをフィードバックとして送信機に返すことを可能にし、それによって逆方向リンクリソースを保存し、一方でシステムのスループットをほぼ最大化するデータレートの選択を可能にする代りのアプローチを使用する。

異なるＭＩＭＯチャネルは、互いに独立であるので、独立のフェージング特性およびチャネル品質を有する。したがって、これらの各チャネルのＳＮＲｓも独立である。ＳＮＲｓは独立であるので、互いに大きく異なることがある。例えば、４つのチャネルが存在する場合、第１のチャネルは、［＋１５］ｄＢのＳＮＲを有し、第２のチャネルは、［−１５］ｄＢのＳＮＲを有し、第３のチャネルは、０ｄＢのＳＮＲを有し、第４のチャネルは、［＋１５］ｄＢのＳＮＲを有することがあり得る。この状況では、すべてのチャネルのＳＮＲｓを圧縮形式で特徴付けることが非常に難しいことは明らかである。したがって、本発明の実施形態はＳＮＲｓが、それらが妥当な精度により圧縮形式で表されることを可能にするために十分にウェルビヘイブドであることを保証する方法を利用する。

本発明の実施形態で使用される方法は、ＭＩＭＯチャネルのすべてを介した各データストリームのデータの送信を含む。言い換えると、各データストリームについて、データは典型的なＭＩＭＯシステムと本質的に同じ方式により送信機内で処理されるが、データをＭＩＭＯアンテナの１つを介して送信するというよりもむしろ、１つのブロックは第１のアンテナを介して送信され、次のブロックは第２のアンテナを介して送信され、それ以降も同様に送信される。各データストリームのブロックは、それによって、ＭＩＭＯチャネルのすべてにわたって拡散される（各ＭＩＭＯチャネルは、ＭＩＭＯアンテナの対応する１つに関連付けられる）。これは、図４Ａおよび図４Ｂに示されている。

図４Ａを参照すると、本発明の一実施形態による１組のＭＩＭＯチャネルのすべてを介する１組のデータストリームの各々の送信を示す図が示されている。図４Ａの右側には、４つのデータストリーム４１１〜４１４が示されている。データストリーム４１１〜４１４は、送信機によって処理され、受信機に無線リンクを介して送信される準備が整った、符号化され、インタリーブされ、マップ／変調されたデータに対応する。とくに、マルチプルデータストリームは、通常ＭＩＭＯシステムの別々のチャネル（ＭＩＭＯ送信機のアンテナ）を介して送信されたデータを表す。各データストリーム内には、一連のデータブロックが存在する。データブロックは、データストリームに対応する１つの文字と、データストリーム内におけるデータブロックの位置に対応する１つの数字とによって識別される。データブロックは特定の実施にとって便利な任意のサイズのものであることができるが、それらは異なるチャネルにわたってデータストリームを置換する利点が失われるほど大きくてはならない。

データストリームが従来の送信前処理を受けた後、各データストリームのブロックはＭＩＭＯ送信機の異なるアンテナにマップされる。図４Ａに示されるように、第１の組のブロックＡ１、Ｂ１、Ｃ１およびＤ１はそれぞれアンテナ４３１、４３２、４３３、４３４にマップされる。次の組のブロックＡ２、Ｂ２、Ｃ２、およびＤ２は４つのアンテナの異なる組合せにマップされる。具体的には、それらはそれぞれ、アンテナ４３２、４３３、４３４、および４３１にマップされる。言い換えると、異なるデータストリームのブロックはアンテナに関して１つだけ循環されている(rotated)。第３の組のデータブロックも、やはり１つだけ循環され、その結果データブロックＡ３、Ｂ３、Ｃ３、およびＤ３はそれぞれアンテナ４３３、４３４、４３１、および４３２にマップされる。同様に、それ以降のブロックも、可能な限り、アンテナの異なる組合せにマップされる。一実施形態では、ＭＩＭＯチャネルへのデータブロックの一連のマッピング(mapping)は、（図５に関連して示され、説明される）擬似ランダムパターンを含む。

図４Ｂを参照すると、送信され混合されたデータストリームの各々の、受信機での受信を示す図が示されている。受信機アンテナ４４１〜４４４の各々は送信機アンテナ４３１〜４３４によって送信された組合せ信号を受信することが分かる。空間−時間信号プロセッサ４４５は、置換データストリーム４５１〜４５４を弁別するために、受信信号を処理する。受信機は、元のデータストリーム４１１〜４１４を混合データストリーム４２１〜４２４にマップするためのアルゴリズムおよび／またはパターンを知っている。したがって、受信機は元のデータストリーム（４６１〜４６４）を再構成するために、受信されたデータブロック４５１〜４５４）をデマップ、すなわちアンミックスする(unmix)ことができる。再構成されたデータストリーム（４６１〜４６４）はその後、従来の方法を使用して、デマップ／復調され、デインタリーブされ、復号されることができる。

再構成されたデータストリームは、好ましくは擬似ランダムパターンにより、ＭＩＭＯチャネルのすべてを介して送信されたデータブロックから成ることが図４Ａおよび図４Ｂから分かる。例えば、再構成されたデータストリーム４１１は、データブロックＡ１、Ａ２、Ａ３、．．．を含む。これらのデータブロックは、第１、第２、第３などのＭＩＭＯチャネルを介して送信された。その他の再構成されたデータストリームも、同様に、ＭＩＭＯチャネルのすべてを介して送信された。ＭＩＭＯチャネルのすべてを介して各データストリームを送信することによって、各データストリームは、平均して、同じチャネル状態を経験する。言い換えると、各データストリームは各ＭＩＭＯチャネルを介して送信されたそのデータブロックの約１／４を有し、したがって各ＭＩＭＯチャネルのチャネル状態をその時間の１／４のあいだ経験する。

異なるチャネルのＳＮＲｓが［＋１５］ｄＢから［−１５］ｄＢまで変動した上述の例について考察すると、これらのチャネルの４つすべてを介した各データストリームを送信することにより、［＋１５］ｄＢと［−１５］ｄＢとの間のある場所の平均ＳＮＲが得られる。例えば、ＳＮＲは、［＋５］ｄＢになるかもしれない。異なるデータストリームのＳＮＲｓは、おそらく、全く同じにはならないが、それらはおおよそ等しく、典型的なＭＩＭＯシステムにおけるＳＮＲ変動(variations)と比較して確かに非常にウェルビヘイブされている。

異なるデータストリームに関連するＳＮＲｓを等しくする利点を提供することに加えて、ＭＩＭＯ物理チャネルのすべてを介する各データストリームの送信は付加的な利点を有し得ることに留意されたい。例えば、ダイバーシティがより頑健なチャネルを提供するという点で、１つのデータストリームの送信のために異なる信号パス(paths)を使用することに利点が存在する。

各データストリームがマルチプル物理チャネルを介して送信される予定である場合、異なるデータストリームがチャネル上でどのように混合されるかを決定することが必要である。言い換えると、任意の特定の時点でどのアンテナによってどのデータストリームが送信されるかを決定することが必要である。いくつかの実施形態では、異なるアンテナによってデータストリームを単純に循環させることが可能であり得る。例えば、４つのチャネルが存在する場合、１つのデータストリームの連続するブロックは複数のアンテナ１、２、３、４、１、２、３、４、．．．によって送信されることができる。

このような単純な循環を使用することに利点が存在することもあるが、データストリームと物理チャネルの可能な組合せの全置換を含む擬似ランダムパターンが使用される場合、ダイバーシティの利点およびデータストリームに関連するＳＮＲｓの等化の両方に関してさらに良好な性能がおそらく達成されるであろうと考えられる。本明細書で使用される組合せの「全(full)」置換とは、データストリームと物理チャネルの組合せのすべての可能な順序のことを指す。一例が、図５に示されている。

図５を参照すると、４つのＭＩＭＯチャネルを介して送信される４つのデータストリームの可能な置換すべてを示す表が示されている。１つの特定のデータストリームに対応する複数のデータブロックは同じ文字によって識別される。例えば、データストリームの第１のものからのデータブロックはすべて、文字「Ａ」によって識別される。第２、第３、第４のデータストリームのデータブロックは、それぞれ、文字「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」によって識別される。表の各行は、１つの特定のＭＩＭＯチャネルに対応する。表の各列は、ＭＩＭＯチャネル上を送信される連続したデータブロックに対応する。

各時点（すなわち、表の各列）において、４つのデータストリームの各々から、１つのデータブロックが送信されることが分かる。第１（左端）列では、データストリームからのデータブロックＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄはそれぞれ、ＭＩＭＯチャネル１、２、３、４上を送信される。次の列では、データストリームからのデータブロックＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄがそれぞれ、ＭＩＭＯチャネル２、３、４、１上を送信されるように、データストリーム（またはＭＩＭＯチャネル）は循環される。データストリームは、データブロックをこの順序に保ったまま、さらに２回循環される。

第５列では、もともとの順序のデータストリームは、データストリームとＭＩＭＯチャネルの元の組合せ（すなわち、ＭＩＭＯチャネル１、２、３、および４それぞれのデータストリームＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤ）に戻るように循環される。この組合せを繰り返すよりもむしろ、データストリームＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤがそれぞれＭＩＭＯチャネル１、２、４、および３上で送信されるように、データストリームは置換される。データストリームは、その後、各データストリームからのブロックが再び各ＭＩＭＯチャネル上で送信されるまで、この順序で循環させられる。

このプロセスは、データストリームとＭＩＭＯチャネルの組合せの各置換について繰り返される。４つのデータストリームは、６通りの異なる置換Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ；Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｃ；Ａ−Ｃ−Ｂ−Ｄ；Ａ−Ｃ−Ｄ−Ｂ；Ａ−Ｄ−Ｂ−Ｃ；Ａ−Ｄ−Ｃ−Ｂで、順序付けることができる。データストリームのこれらの各順序は、その後、４つの異なるＭＩＭＯチャネルにわたって循環されることができる。例えば、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄは、チャネル１−２−３−４、４−１−２−３、３−４−１−２、または２−３−４−１上で送信することができる。その結果、４つのデータストリームと４つのＭＩＭＯチャネルの異なる組合せが、２４（４の階乗、すなわち４！）通り存在する。これらの異なる組合せすべてを使用するＭＩＭＯチャネルを介したデータストリームの送信は、組合せの全置換として開示の目的をファイルするために参照される。

本明細書で説明されるシステムは例示的であることを意図されており、代替実施形態は異なる数のデータストリームおよび／またはＭＩＭＯチャネルを有してよいことに留意すべきである。データストリームの数がＭＩＭＯチャネルの数に等しい実施形態について、データストリームとＭＩＭＯチャネルの異なる組合せの数は、ｎをデータストリーム／ＭＩＭＯチャネルの数として、ｎ！（ｎの階乗）によって与えられる。したがって、例えば、３つのデータストリームと３つのＭＩＭＯチャネルを有するシステムは、全置換において、３！すなわち６通りの異なる組合せを有する。５つのデータストリームと５つのＭＩＭＯチャネルを有するシステムは、全置換において、５！すなわち１２０通りの異なる組合せを有する。

各データストリームのブロックがすべてのＭＩＭＯチャネルを介して送信され、本質的に同じチャネル状態を経験しているので、異なるデータストリームのＳＮＲｓはウェルビヘイブされる。理想的には、データストリームのＳＮＲｓは等しい。したがって、すべてのデータストリームを表す単一のＳＮＲの形でフィードバックを送信機に提供することが可能になり得る。しかし、これは、最高のスループットをデータストリームに提供しない可能性がある。

一実施形態では、ＭＩＭＯ受信機は、非線形干渉除去を行わない線形受信機である。

受信機において逐次干渉除去動作が行われない場合、最高のデータレートは、上で説明された擬似ランダムアンテナ置換を適用することによりただ１つのＳＮＲフィードバックを用いて達成されることができる。記号時刻ｋにおけるＮ×Ｎ ＭＩＭＯシステムの受信ベクトルが、ｙ（ｋ）によって表され、

である場合、線形最小２乗平均誤差（ＭＭＳＥ）受信機における第ｉのストリームのＳＮＲは、

となり、ここで、第ｉの雑音の共分散行列は、

によって表される。
（１）〜（３）において、

は、チャネル行列を表し、
ｘ_Ｎ×１（ｋ）＝［ｘ⁽¹⁾（ｋ），ｘ⁽²⁾（ｋ），．．．，ｘ^(N)（ｋ）］^Tは、正規化信号ベクトルを表し、
ｎ_Ｎ×１（ｋ）は、分散が次元あたりσ²であるＮ個の受信アンテナによって受信された背景雑音ベクトルを表す。本明細書で考察されるＭＩＭＯシステムはＮ個のデータストリーム、Ｎ個の送信アンテナ、およびＮ個の受信アンテナを有するが、ＭＩＭＯ送信ストリームの数は、送信アンテナの数とも受信アンテナの数とも等しい必要はない。送信アンテナの数と受信アンテナの数も同じである必要はない。

一般に、異なる送信アンテナに関して異なる受信チャネルベクトルが存在するので、異なるストリームは異なるＳＮＲ値を経験する。符号化ブロック内の記号の数およびシステム帯域幅がＫおよびＷによって表される場合、ＰＡＲＣシステムの第ｉのストリームに関して達成可能なデータレート（秒当りのビット）は、

のマッピングを使用することによって（または他の任意の適切に設計されたＳＮＲ-レートマッピング式によって）準静的(quasi-static)チャネルにおいて計算されることができる。

準静的チャネルが仮定されているので、ＳＮＲを表す際に時間インデックスｋが意図的に省略されていることに留意されたい。これらのＮ個の要求データレートはフィードバックされ、次のＮ-ストリームのデータフレームを符号化するために使用される。独立なストリームに関する(stream-wise)符号化によって達成され得る総データレートは、

によって与えられる。

次に、図３〜図４におけるように、擬似ランダムアンテナ置換が適用される場合、Ｎ個のストリームのレートが同じ値を有することが分かる。より具体的には、時刻ｋにおける第ｉのストリームの置換アンテナインデックスがπ（ｉ，ｋ）によって表される場合、第ｉのストリームの達成可能なデータレートは、

であり、すべてのＲ⁽ⁱ⁾は、同じ値を有する。符号化フレームサイズが大きく、ターボ符号化(turbo coding)などのランダム的な(random-like)符号化が使用される場合、達成可能な総データレートは、依然として（５）によって与えられる。ＭＭＳＥ受信機よりもむしろ線形ゼロフォーシング(zero-forcing)（ＺＦ）または整合(matched)フィルタ（ＭＦ）受信機が仮定される場合でも、ＰＡＲＣと擬似ランダムアンテナ置換の間の関係は同様である。線形受信機のケースでは、すべての置換をとる代わりに、アンテナ循環操作と単一ＳＮＲフィードバックだけが、最大データレートを達成するために必要とされることに留意されたい。

一実施形態では、ＭＩＭＯ受信機は、データストリームを復号する際に逐次干渉除去（ＳＩＣ）方法を利用する。ＳＩＣ受信機は、最初にデータストリームの１つを復号し、その後この情報を使用して残りのデータストリームにおける干渉の一部を除去することによりデータストリームのいくつかについて改善されたＳＮＲ値を達成する。より具体的には、最初に復号されたデータストリームは、送信中にそれが生成した干渉を再生成するために使用される。その後、この干渉は受信されたデータストリームの重ね合わせ(superposition)から除去されることができる。第２のデータストリームが、次に、復号される。このデータストリームにおける干渉は、第１のデータストリームの干渉除去の結果として低減されるので、２番目に復号されたデータストリームのＳＮＲは、最初に復号されたデータストリームのＳＮＲよりも大きい。その後、２番目に復号されたデータストリームは第１のデータストリームと同様に、残りのデータストリームにおける干渉の一部を除去するために使用される。このプロセスは、残りのデータストリームの各々について繰り返される。

このＳＩＣ方法が使用される場合、１つの特定のデータストリームに関連するＳＮＲは、そのデータストリームが復号された順序に対応し、最初に復号されるデータストリームが最低のＳＮＲを有し、最後に復号されるデータストリームが最高のＳＮＲを有する。異なるデータストリームのＳＮＲｓは同じではないので、データストリームは、異なるデータレートをサポートする（すなわち、異なるデータレートで符号化される）ことができる。最低のＳＮＲを有するデータストリームは最低のデータレートをサポートし、最高のＳＮＲを有するデータストリームは最高のデータレートをサポートする。単一のＳＮＲ値が受信機によってフィードバックとして提供され、各データストリームを符号化するためのデータレートを選択するための基礎として送信機により使用される場合、より高いＳＮＲｓを有するデータストリームに関する最大可能スループットは達成されない。したがって、この実施形態においては、各データストリームについて適切なデータレートを選択できるように、異なるデータストリームのＳＮＲｓの間の差の何らかの表示を提供することが有益である。

受信機においてＭＭＳＥ−ＳＩＣまたはＺＦ−ＳＩＣ復号器が使用される場合、Ｎ個のＳＮＲ値がフィードバックとして提供されない限り、厳密な意味では、最大データレートを達成することはできない。しかし、その最大データレートのほとんどは、ここに説明されるように、適切な近似式を適用することにより、圧縮ＳＮＲ（または縮小フィードバック）を用いて実際的な意味で達成可能である。

他方、擬似ランダムアンテナ置換と結合されたＭＦ−ＳＩＣ復号器が使用される場合、最初のデータストリームのＳＮＲとストリーム間の平均チャネル相関係数とを使用することによってその他のデータストリームのＳＮＲ値を送信機においてより正確に計算することができる。ＭＦ（またはパイロット加重コンバイナ）の出力における最初のストリームの瞬間ＳＮＲは、

によって表され、ここで、Ｐ、Ｎ、およびσ^２はそれぞれ、信号エネルギー、データストリームの数、および背景雑音の分散を表す。符号化フレームの平均ＳＮＲを計算するための（達成可能なデータレートに関して最適ではないが）簡単な方法は、

のように、平均（算術平均）干渉および雑音電力に対する平均信号電力（またはより具体的には算術平均）の比をとることであり、ここで、平均チャネル相関係数は、

によって計算される。

同様に、最初のｉ−１個のストリームの除去の後で復号される第ｉのストリームの符号化フレームの平均ＳＮＲも計算されることができる。擬似ランダムアンテナ置換の対称的構造のため、第１のストリームのものに類似したＳＮＲ結果は干渉信号の実効数(effective number)の不一致(discrepancy)を用いて達成され、それは、

によって表される。

（８）および（１０）から、第１のストリームと第ｉのストリームの間のＳＮＲの関係は、それが

であるように導かれることができ、あるいは等価的に、最後のストリームのＳＮＲによりＳＮＲ関係を、

と書き換えることができる。したがって、最初に復号されたストリーム（または最後もしくは他の任意の復号ストリーム）のＳＮＲと平均チャネル相関係数とが利用可能である場合、ＭＦ−ＳＩＣ受信機と結合された擬似ランダムアンテナ置換システムの他のストリームのＳＮＲ値は正確に予測されることができる。しかし、式（１１）〜（１２）は、１つのＳＮＲ値と１つの相関パラメータだけが利用可能であるときに、すべてのデータストリームのＳＮＲ値の完全な組がどのように復元され(restored)得るかの一例を提示するに過ぎない。より適切かつ最適化された選択を行うために、（１０）における算術平均ベースのＳＮＲよりむしろ（６）に基づくより精巧な実効ＳＮＲは、フィードバックとして提供されるべきであることに留意しなければならない。したがって、実際の実施においては、与えられたＭＩＭＯシステムにおけるストリームのＳＮＲ関係を実効的に説明する他の任意の式は、基準ＳＮＲおよび１つまたは一連の補助パラメータと共に使用されることができる。補助パラメータは、平均チャネル相関係数、ΔＳＮＲ、またはその他であることができる。

ＭＦ−ＳＩＣ受信機の場合におけるＳＮＲ値の正確なカルキュレータ(calculator)である（１１）または（１２）のＳＮＲ予測式は、ＭＭＳＥ−ＳＩＣ受信機のＳＮＲ下限として使用することができる。実際、最後に復号されたストリームのＳＮＲは、背景雑音が白色であるならば、ＭＦ−ＳＩＣとＭＭＳＥ−ＳＩＣとの間では同じになり、その他のストリーム間のＳＮＲギャップ（例えば、ＭＭＳＥ ＳＮＲ−ＭＦ ＳＮＲ）は平均チャネル相関係数に大きく依存する。平均チャネル相関係数が小さい（または大部分の空間シグナチャ(signatures)が互いにほぼ直交である）場合、そのギャップは他のストリームに関してさえほぼゼロとなる（そして、異なるストリームにわたるＳＮＲ値はほぼ同じになる）。さもなければ、それは大きくなり得る。ＭＳが（９）の平均チャネル相関係数と最後に復号されたストリームのＳＮＲとを返すと仮定すると、基地局は、最初のストリームが復号されると後のストリームがほぼ確実に復号されることができるように、レートを従来通り（１２）に基づいて選択することができる。他方、基地局は、アドバンスト(advanced)受信機（すなわち、ＭＭＳＥ−ＳＩＣ）の能力を考慮して、報告された平均チャネル相関係数を、より小さな値に割り引くことができる。（９）の中の報告された平均チャネル相関係数は、それが大きい場合はより積極的に減少させることができるが、それが小さい場合はほぼそのままに保たれる。

その代り、（１２）の曲線（またはＭＭＳＥ−ＳＩＣもしくはＺＦ−ＳＩＣ用に適当に設計された別の曲線）がそれら生成されたＳＮＲ値に可能な限り近いものとなるように、移動局は復号ステージにおいてＮ個のストリームのすべての平均ＳＮＲ値を実際に生成し、最適実効平均チャネル相関係数を推定することができる。その後、基地局が（１２）に従ってレートを選択できるように、実効平均チャネル相関係数と最終ストリームのＳＮＲはフィードバックされる。

実際に、簡単さ(simplicity)、ＳＮＲ関係の実効記述などに関して、ＭＭＳＥ−ＳＩＣまたはＺＦ−ＳＩＣ受信機の場合の（１２）よりも良好な近似ＳＮＲ関係を導くことが可能であり得る。例えば、適切に選択された補助パラメータρとリカージョン(recursion)関数ｆ⁽ⁱ⁾（・，・）に関して、加法的ＳＮＲ関係

または乗法的ＳＮＲ関係

をとることが可能であり得る。リカージョン関数は、簡単な実施に関しては、例えば、

などの定数値をとることができる。

一実施形態では、受信機によって提供されるフィードバックは、基準ＳＮＲ値およびΔＳＮＲ値から成る。各データストリームによって経験されるチャネル品質は本質的に同じなので、各データストリームのＳＮＲｓおける差は、データストリームの連続するものの復号時の干渉除去から生じる。連続するデータストリームのＳＮＲへのＳＩＣの効果はウェルビヘイブされ、十分に理解されているので、データストリームのＳＮＲｓは基準ＳＮＲ値およびΔＳＮＲ値によって適度に近似されることができ、ここで基準ＳＮＲ値は最初に復号されるチャネル（またはシステム設計に応じて最後に復号されたもしくは他の任意の事前に指定されたチャネル）の実際のＳＮＲであり、ΔＳＮＲ値は、連続して復号される各チャネルのＳＮＲにおける改善（またはシステム設計に応じて、悪化）である。例えば、最初に復号されるチャネルのＳＮＲは基準ＳＮＲに等しく、２番目に復号されるチャネルのＳＮＲは基準ＳＮＲとΔＳＮＲとを加えたものに等しく、３番目に復号されるチャネルのＳＮＲは基準ＳＮＲと２倍のΔＳＮＲとを加えたものに等しく、それ以降も同様である。基地局は、移動局がデータストリームを復号する順序を知っており、したがって、ＳＮＲｓ（基準ＳＮＲとΔＳＮＲの倍数を加えたもの）を適切なデータストリームに適用できることが仮定されていることに留意しなければならない。ΔＳＮＲの加法演算と計算とは、線形目盛またはデシベル（ｄＢ）目盛で行われることができる。ｄＢ目盛での加法演算は線形目盛での乗法演算に対応するので、線形およびｄＢ目盛の加法演算はそれぞれ、

を用いて（１３）および（１４）を使用することに等しい。

図６を参照すると、一実施形態による擬似ランダムアンテナ置換および逐次干渉除去を利用するシステムの構造を示す機能ブロック図が示されている。この実施形態では、システムは送信機６１０と受信機６２０とから成る。一実施形態では、通信ダウンリンクを形成するために、送信機６１０は無線基地局において実施され、受信機６２０は無線移動局において実施される。対応する通信アップリンクを形成するために、移動局はさらに送信機を含み、基地局は受信機を含む。

送信機６１０および受信機６２０は、４つのチャネルを送信および受信するように構成されたＭＩＭＯ装置である。送信機６１０は、４つのデータストリームを処理し、対応する符号化データストリームを、４つの物理ＭＩＭＯチャネルの擬似ランダム組合せを介して送信するように構成される。受信機６２０は、４つのＭＩＭＯチャネル上でデータを受信し、符号化データストリームを再構成し、このデータを処理して元のデータストリームを再生するように構成される。

送信機６１０を参照すると、４つの元のデータストリームは、符号器６３０によって受け取られる。各符号器は、対応するデータストリームを、その特定のデータストリーム用に選択されたデータレートで符号化する。符号化データ記号は、次に、インタリーバ６３５によってインタリーブされ、マッパ６４０によって変調記号にマップされる。変調記号は、次に、置換ユニット６４５によってアンテナ６５０にマップされる。変調記号は、次に、置換ユニット６４５によって実施される置換方式に従って、アンテナ６５０により送信される。

受信機６２０を参照すると、送信記号は、アンテナ６５５によって受信され、第１の等化器６６０に転送される。この第１の等化器は第１のデータストリームのＳＮＲを計算し、その信号を第１のデマッパ６６５に転送する。符号化記号は、次に、第１のデインタリーバ６７０によってデインタリーブされ、第１の復号器６７５によって復号される。復号データは第１の干渉キャンセラ６８０に提供され、それは第１のデータストリームに対応する干渉を再生し、この干渉を受信信号から除去する。同様の処理パスが、残りのデータストリームの各々に対応する信号について提供される。

４つのデータストリームすべてが復号された後、ＳＮＲｓは各データストリームについて決定される。上で説明したように、データストリームのＳＮＲｓは、それらを、すべてのＭＩＭＯチャネルを介して送信することによって等化されるので、各データストリームについて決定されたＳＮＲｓにおける差は、逐次干渉除去から生じる。受信機は、したがって、４つのデータストリームに対応するウェルビヘイブドな１組のＳＮＲｓについて圧縮ＳＮＲメトリックを計算することができる。一実施形態では、この圧縮メトリックは基準ＳＮＲ値とΔＳＮＲ値とから成り、ここでΔＳＮＲ値は線形目盛またはｄＢ目盛のいずれかでの、連続するデータストリームのＳＮＲｓの間の差である。この圧縮メトリックは、その後フィードバックとして送信機に提供され、それは、圧縮ＳＮＲメトリックから決定される対応するＳＮＲｓに基づいて異なるデータストリームが符号化されるデータレートを調整することができる。

このシステムの動作は、図７に示されるように要約することができる。図７は、一実施形態によるＭＩＭＯ通信システムにおけるマルチプルデータストリームの処理および送信ならびにデータストリームの処理時のデータレートの制御のためにフィードバックとして提供される圧縮メトリックの決定を示す流れ図である。

図７に示されるように、１組のｎ個の初期データストリームが、対応する１組の符号化データストリームを生成するために最初に処理される（７００）。この処理は、送信機６１０のコンポーネント(components)６３０、６３５および６４０によって実行されるデータフレーム全体の符号化、インタリーブ、およびマップ／変調に対応する。次に、各符号化データストリームの１つのフレーム内の連続部分（例えば、ブロック）は複数のＭＩＭＯチャネルの互い違いのもので送信される（７０５）。上述したように、ＭＩＭＯチャネルの互い違いのものでの送信は、例えば、擬似ランダムパターンに従うことができる。一実施形態では、擬似ランダムパターンは、データストリームとＭＩＭＯチャネルの組合せのすべての可能な置換を含む。符号化データストリームの混合および送信は、送信機６１０のコンポーネント６４５、６５０に対応する。

送信データは、その後、受信機によって受信される（７１０）。受信機は、異なるＭＩＭＯチャネルを空間的に弁別できるＭＩＭＯ受信機である。データストリームの混合部分がアンミックスされ、符号化データストリームが再構成される（７１５）。符号化データストリームが再構成された後、ＳＮＲは各符号化データストリームについて決定され、符号化データストリームが、初期データストリームに復号される（７２０、７２５）。上で説明されたように、図６の実施形態では、データストリームは順次復号され、復号データストリームに対応する干渉を再生し、その後除去するために使用される。

各データストリームのＳＮＲｓが決定されると、圧縮ＳＮＲメトリックが、これらの値から計算される（７３０）。上で説明されたように、一実施形態の圧縮メトリックは、基準ＳＮＲ値とΔＳＮＲ値とを有している。圧縮ＳＮＲメトリックは、その後、送信機に送り返される（７３５）。前述したように、送信機６１０および受信機６２０は、圧縮ＳＮＲメトリックをフィードバックとして送信するために使用されるアップリンク送信機および受信機（図６には図示されていない）をさらに含む無線通信システムのダウンリンクを形成する。圧縮ＳＮＲメトリックが受信されると、各データストリームのＳＮＲｓが再構成され（７４０）、各データストリームが符号化されるデータレートはこれらのＳＮＲ値に基づいて調整される（７４５）。受信機が逐次干渉除去を使用しない場合、ΔＳＮＲは線形目盛では０に設定され、ｄＢ目盛では０ｄＢに設定される。

一実施形態では、受信機はさらに、送信アンテナのいくつかをオフに切替えることを要求する情報をフィードバックすることができる。その後、与えられる擬似ランダムアンテナ置換および圧縮ＳＮＲフィードバックは、実際にデータストリームを送信しているアクティブ送信アンテナだけに適用されることになる。

別の実施形態では、アクティブデータストリームの数（Ｎ_ｓ）は、送信アンテナの数（Ｎ_ｔ）よりも小さくてよい。そのとき、Ｎ_ｔ−Ｎ_ｓ個の送信アンテナは、与えられた時間にどのような信号も送信しなくてよい。この場合でさえ、さらにＮ_ｔ−Ｎ_ｓ個のデータストリームが存在し、それらすべてがゼロ送信電力を有すると考えることにより擬似ランダムアンテナ置換および圧縮ＳＮＲフィードバックを適用することができる。

上述したように、先に示した実施形態は本発明を限定するものというより、むしろ例示的なものである。代替実施形態は、上で説明されたシステムおよび方法からの多くの変形を有してよい。例えば、代替実施形態は、基準ＳＮＲ値およびΔＳＮＲ値以外の値を有する圧縮フィードバックメトリックを使用してよい。実際、メトリックは、受信されて復号されたデータストリームの誤り率など、ＳＮＲｓ以外の値を有することができる。代替実施形態は異なるタイプの受信機（例えば、非ＳＩＣ）、異なる数のチャネル、およびその他の変形を有することもできる。

上記では詳細に説明されていないが、上で説明された機能は、これらの装置のそれぞれの処理サブシステムで実行される適切なプログラムを提供することにより、無線通信システムの移動局および基地局において実施できることに注意すべである。そのとき、処理サブシステムは移動局および基地局のそれぞれのトランシーバサブシステムによるデータの送信／受信とデータの処理とを制御する。

プログラム命令は、典型的には、それぞれの処理サブシステムによって可読な記憶媒体において実施される。例示的な記憶媒体は、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取外し可能ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または当技術分野で知られた他の任意の形態の記憶媒体を含むことができる。上で説明された機能を実施するためにプログラム命令を実施するそのような記憶媒体は、本発明の代替実施形態を有する。

当業者は、情報および信号が様々な異なる技術および技法の任意のものを使用して表され得ることを認識する。例えば、上記の説明の全体で参照され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、記号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界もしくは磁性粒子、光の場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表すことができる。

当業者はさらに、ここに開示されている実施形態と関連して説明される種々の例示的な方法ステップ、かいろ、モジュールおよび論理ブロックが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、あるいは両者の組合せとして実施され得ることを認識する。ハードウェアとソフトウェアのこの交換可能なことを明らかに示すために、種々の例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路およびステップは、それらの機能によって一般的に上記に説明されてきた。このような機能がハードウェアとして実施されるか、あるいはソフトウェアとして実施されるかは、システム全体に課される設計制約および特定の用途に依存する。さらに、例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路およびステップは、代替実施形態では並べ替えられまたはその他の方法で再構成されることができることにも留意されたい。当業者は、説明された機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実施することができるが、そのような実施の決定は本発明の技術的範囲からの逸脱を引き起こすと解釈されるべきではない。

本明細書で開示された実施形態に関連して説明される様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくはその他のプログラム可能論理デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア構成要素、または本明細書で説明された機能を実行するように設計される、それらの任意の組合せを用いて、実施または実行することができる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサとすることができるが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンとすることもできる。プロセッサは、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサの組合せ、ＤＳＰコアと連携する１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または他の任意のそのような構成など、コンピューティング装置の組合せとしても実施することができる。

開示された実施形態についての先の説明は、当業者が本発明を作成または使用することを可能にするように提供された。これらの実施形態に対する様々な変更は、当業者には容易に明らかとなり、本明細書で定義された汎用的原理は、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、その他の実施形態にも適用することができる。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に限定されるようには意図されておらず、本明細書で開示された原理および新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲と一致する。

例示的な無線送信機の構造を示す機能ブロック図。 例示的な無線受信機の構造を示す機能ブロック図。 従来技術による対応する１組のＭＩＭＯチャネルを介する１組のデータストリームの各々の送信を示す概略図。 一実施形態による１組のＭＩＭＯチャネルの各々すべてを介する１組のデータストリームの各々の送信を示す、図４Ｂと対をなす概略図。 一実施形態による１組のＭＩＭＯチャネルの各々すべてを介する１組のデータストリームの各々の送信を示す、図４Ａと対をなす概略図。 ４つのＭＩＭＯチャネルを介して送信される４つのデータストリームの可能な置換のすべてを示すテーブル。 一実施形態による擬似ランダムアンテナ置換および逐次干渉除去を利用するシステムの構造を示す機能ブロック図。 一実施形態によるＭＩＭＯ通信システムにおけるマルチプルデータストリームの処理および送信ならびにデータストリームの処理におけるデータレートの制御のためにフィードバックとして提供される圧縮メトリックの決定を示す流れ図。

Claims (46)

1. 下記を具備する、マルチプル入力マルチプル出力（ＭＩＭＯ）無線通信システムにおいて実施される方法：
   複数のデータストリームの各々の品質メトリックを、第１の局において決定することと、
   前記複数のデータストリームの各々の前記品質メトリックに基づいて、前記複数のデータストリームの圧縮品質メトリックを前記第１の局において決定することと、
   前記圧縮品質メトリックを、前記第１の局から第２の局に送信することと、
   前記圧縮品質メトリックに基づいて、前記複数のデータの各々のデータレートを前記第２の局において決定することと、
   前記データストリームの前記データレートに従って、前記複数のデータストリームの各々を前記第２の局において符号化することと、
   複数のＭＩＭＯチャネルを介して、前記第２の局から前記第１の局に前記複数のデータストリームを送信することと、ここにおいて各データストリームはすべての前記複数のＭＩＭＯチャネルを介して送信される、
   前記複数のデータストリームを前記第１の局において受信することと、
   前記データストリームの前記データレートに従って、前記複数のデータストリームの各々を前記第１の局において復号すること。
2. 前記複数のＭＩＭＯチャネルは前記第２の局において複数のアンテナに対応する、請求項１に記載の方法。
3. 各データストリームの前記品質メトリックは信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する、ここにおいて前記圧縮品質メトリックは基準ＳＮＲ値およびΔＳＮＲ値を有する、ここにおいて前記複数のデータストリームの各々の前記データレートを前記決定することは、各データストリームの前記データレートを前記基準ＳＮＲ値と前記ΔＳＮＲ値の倍数とを加算した値に基づいて決定することを具備する、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の局は移動局であり、前記第２の局は基地局である、請求項１に記載の方法。
5. 前記複数のデータストリームを前記送信することは、前記複数のデータストリームを擬似ランダムパターンに基づいて前記複数のＭＩＭＯチャネルにマップすることを具備する、請求項１に記載の方法。
6. 前記擬似ランダムパターンが、前記複数のデータストリームと前記複数のＭＩＭＯチャネルの可能な組合せの全置換を具備する、請求項５に記載の方法。
7. 各データストリームの前記品質メトリックは信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する、請求項１に記載の方法。
8. 前記圧縮品質メトリックは基準ＳＮＲ値およびΔＳＮＲ値を有する、請求項７に記載の方法。
9. 前記複数のデータストリームを前記送信することは、前記複数のＭＩＭＯチャネルを通して前記複数のデータストリームを循環させることを具備する、請求項１に記載の方法。
10. 前記複数のデータストリームは、逐次干渉除去を使用して、前記第１の局において復号される、請求項１に記載の方法。
11. 下記を具備する、マルチプル入力マルチプル出力無線通信用の方法：
    第１の局から複数のデータストリームの圧縮品質メトリックを第２の局において受信することと、
    前記圧縮品質メトリックに基づいて、前記複数のデータストリームの各々のデータレートを決定することと、
    前記複数のデータストリームの各々を、前記データストリームの前記対応するデータレートに従って符号化することと、
    前記複数のデータストリームを、複数のＭＩＭＯチャネルを介して、前記第２の局から前記第１の局に送信すること、ここにおいて、各データストリームはすべての前記複数のＭＩＭＯチャネルを介して送信される。
12. 前記複数のデータストリームを前記送信することは、前記複数のデータストリームを擬似ランダムパターンに基づいて前記複数のＭＩＭＯチャネルにマップすることを具備する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記擬似ランダムパターンは、前記複数のデータストリームと前記複数のＭＩＭＯチャネルの可能な組合せの全置換を有する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記圧縮品質メトリックは、前記第１の局において、前記複数のデータストリームの各々の信号対雑音比（ＳＮＲ）に基づいて、前記第１の局によって決定される、請求項１１に記載の方法。
15. 前記圧縮品質メトリックは基準ＳＮＲ値およびΔＳＮＲ値を有する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記複数のデータストリームの各々の前記データレートを前記決定することは、各データストリームの前記データレートを前記基準ＳＮＲ値と前記ΔＳＮＲ値の倍数とを加算した値に基づいて決定することを具備する、請求項１５に記載の方法。
17. 下記を具備する、マルチプル入力マルチプル出力（ＭＩＭＯ）無線通信用の方法：
    第１の局において複数のデータストリームの各々の品質メトリックを決定することと、
    前記複数のデータストリームの各々の前記品質メトリックに基づいて前記複数のデータストリームの圧縮品質メトリックを決定することと、
    前記圧縮品質メトリックを前記第１の局から第２の局に送信することと、
    複数のＭＩＭＯチャネルを介して、前記第２の局から前記複数のデータストリームを受信することと、ここにおいて各データストリームは、前記圧縮品質メトリックに基づいて決定されるデータレートに従って符号化され、すべての前記複数のＭＩＭＯチャネルを介して送信される、
    前記データストリームの前記データレートに従って前記複数のデータストリームの各々を復号すること。
18. 前記複数のデータストリームは、擬似ランダムパターンに基づいて、前記複数のＭＩＭＯチャネルにマップされる、請求項１７に記載の方法。
19. 前記擬似ランダムパターンは、前記複数のデータストリームと前記複数のＭＩＭＯチャネルの可能な組合せの全置換を有する、請求項１８に記載の方法。
20. 各データストリームの前記品質メトリックは信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する、請求項１７に記載の方法。
21. 前記圧縮品質メトリックは基準ＳＮＲ値およびΔＳＮＲ値を有する、請求項２０に記載の方法。
22. 前記複数のＭＩＭＯチャネルは前記第２の局において複数のアンテナに対応する、請求項１７に記載の方法。
23. 前記複数のデータストリームは逐次干渉除去を使用して復号される、請求項１７に記載の方法。
24. 下記を具備する、マルチプル入力マルチプル出力（ＭＩＭＯ）無線通信システム用の基地局：
    処理サブシステムと、
    複数の送信アンテナを有し、前記処理サブシステムに結合されるトランシーバサブシステム、
    ここにおいて、前記処理サブシステムは下記を行うように構成される：
    複数のデータストリームの圧縮品質メトリックを移動局から受信すること、
    前記複数のデータストリームの各々のデータレートを前記圧縮品質メトリックに基づいて決定すること、
    前記複数のデータストリームの各々を、前記データストリームの前記データレートに従って符号化すること、
    前記複数のデータストリームを、前記複数の送信アンテナに対応する複数のＭＩＭＯチャネルを介して送信すること、ここにおいて各データストリームは、すべての前記複数のＭＩＭＯチャネルを介して送信される。
25. 前記処理サブシステムは、前記複数のデータストリームを擬似ランダムパターンに基づいて、前記複数のＭＩＭＯチャネルにマップするように構成される、請求項２４に記載の基地局。
26. 前記擬似ランダムパターンは、前記複数のデータストリームと前記複数のＭＩＭＯチャネルの可能な組合せの全置換を有する、請求項２５に記載の基地局。
27. 前記圧縮品質メトリックは、前記移動局において前記複数のデータストリームの各々の信号対雑音比（ＳＮＲ）に基づいて、前記移動局によって決定される、請求項２４に記載の基地局。
28. 前記圧縮品質メトリックは基準ＳＮＲ値およびΔＳＮＲ値を有する、請求項２７に記載の基地局。
29. 前記処理サブシステムは、 前記基準ＳＮＲ値と前記ΔＳＮＲ値の倍数とを加算した値に基づいて各データストリームの前記データレートを決定するように構成される、請求項２８に記載の基地局。
30. 下記を具備する、マルチプル入力マルチプル出力（ＭＩＭＯ）無線通信システム用の移動局：
    処理サブシステムと、
    複数の受信アンテナを有し、前記処理サブシステムに結合されるトランシーバサブシステム、
    ここにおいて、前記処理サブシステムは下記を行うように構成される：
    複数のデータストリームの各々に対応する個々の品質メトリックを決定すること、
    前記複数のデータストリームの各々に対応する前記個々の品質メトリックに基づいて前記複数のデータストリームの圧縮品質メトリックを決定すること、
    前記圧縮品質メトリックを基地局に送信すること、
    複数のＭＩＭＯチャンルを介して、前記複数のデータストリームを前記基地局から受信すること、ここにおいて各データストリームは前記圧縮品質メトリックに基づいて決定されるデータレートに従って符号化され、すべての前記複数のＭＩＭＯチャネルを介して送信される、
    前記データストリームの前記データレートに従って、前記複数のデータストリームの各々を復号すること。
31. 前記処理サブシステムは、前記複数のデータストリームを擬似ランダムパターンに従って逆にマップするように構成される、請求項３０に記載の移動局。
32. 前記擬似ランダムパターンは、前記複数のデータストリームと前記複数のＭＩＭＯチャネルの可能な組合せの全置換を有する、請求項３１に記載の移動局。
33. 各データストリームの前記個々の品質メトリックは信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する、請求項３０に記載の移動局。
34. 前記圧縮品質メトリックは基準ＳＮＲ値およびΔＳＮＲ値を有する、請求項３３に記載の移動局。
35. 前記複数のＭＩＭＯチャネルは前記基地局において複数のアンテナに対応する、請求項３０に記載の移動局。
36. 前記処理サブシステムは、前記複数のデータストリームを、逐次干渉除去を使用して復号する、請求項３０に記載の移動局。
37. 下記を具備する、マルチプル入力マルチプル出力（ＭＩＭＯ）無線通信システム：
    複数のデータストリームの各々の品質メトリックを第１の局において決定するための手段と、
    前記複数のデータストリームの各々の前記品質メトリックに基づいて、前記第１の局において前記複数のデータストリームの圧縮品質メトリックを決定するための手段と、
    前記圧縮品質メトリックを前記第１の局から第２の局に送信するための手段と、
    前記圧縮品質メトリックに基づいて前記第２の局において前記複数のデータストリームの各々のデータレートを決定するための手段と、
    前記データストリームの前記データレートに従って前記第２の局において前記複数のデータストリームの各々を符号化するための手段と、
    複数のＭＩＭＯチャネルを介して前記第２の局から前記第１の局に前記複数のデータストリームを送信するための手段と、ここにおいて各データストリームはすべての前記複数のＭＩＭＯチャネルを介して送信される、
    前記第１の局において前記複数のデータストリームを受信するための手段と、
    前記データストリームの前記データレートに従って、前記第１の局において前記複数のデータストリームの各々を復号するための手段。
38. 前記複数のＭＩＭＯチャネルは前記第２の局において複数のアンテナに対応する、請求項３７に記載のシステム。
39. 各データストリームの前記品質メトリックは信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する、ここにおいて前記圧縮品質メトリックは基準ＳＮＲ値およびΔＳＮＲ値を有する、ここにおいて前記複数のデータストリームの各々の前記データレートを決定するための前記手段は前記基準ＳＮＲ値と前記ΔＳＮＲ値の倍数とを加算した値に基づいて各データストリームの前記データレートを決定するように構成される、請求項３８に記載のシステム。
40. 前記第１の局は移動局であり、前記第２の局は基地局である、請求項３７に記載のシステム。
41. 前記複数のデータストリームを送信するための前記手段は、前記複数のデータストリームを擬似ランダムパターンに基づいて前記複数のＭＩＭＯチャネルにマップするように構成される、請求項３７に記載のシステム。
42. 前記擬似ランダムパターンは、前記複数のデータストリームと前記複数のＭＩＭＯチャネルの可能な組合せの全置換を有する、請求項４１に記載のシステム。
43. 各データストリームの前記品質メトリックは信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する、請求項３７に記載のシステム。
44. 前記圧縮品質メトリックは、基準ＳＮＲ値およびΔＳＮＲ値を有する、請求項４３に記載のシステム。
45. 前記複数のデータストリームを送信するための前記手段は、前記複数のＭＩＭＯチャネルを通して前記複数のデータストリームを循環させるための手段を具備する、請求項３７に記載のシステム。
46. 前記複数のデータストリームを復号するための前記手段は、逐次干渉除去を使用して、前記複数のデータストリームを復号するように構成される、請求項３７に記載のシステム。

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