JP5221607B2 - Ｍｉｍｏシステムにおける固有モード伝送のための受信機空間処理 - Google Patents

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Description

本発明は、概ね、データ通信、より具体的には、多数入力多数出力（multiple-input multiple-output, MIMO）通信システムにおいて受信機空間処理を行う技術に関する。
ＭＩＭＯシステムは、データ伝送のために多数（ＮＴ）の送信アンテナと多数（ＮＲ）の受信アンテナとを採用し、（ＮＴ，ＮＲ）システムとして示される。ＮＴ本の送信アンテナと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、ＮＳ≦ｍｉｎ｛ＮＴ，ＮＲ｝として、ＮＳ本の空間チャネルへ分解され得る。ＮＳ本の空間チャネルは、ＮＳ本までの独立データストリームを伝送し、より大きい全スループットを達成するのに使用され得る。空間処理は、ＮＳ本の空間チャネル上で多数のデータストリームを伝送するために、送信機によっては行われることも、行われないこともあり、受信機によっては行われる。
ＮＳ本の空間チャネルは、互いに直交していることも、直交していないこともある。（１）送信機が適切なステアリングベクトルを用いて空間処理を行うときと、（２）受信機が適切な空間フィルタを用いて空間処理を行うときの両者においてのみ、直交空間チャネルを得ることができる。したがって、空間チャネルの直交性は、（１）空間処理が送信機において行われたかどうか、および（２）送信機および受信機の両者における空間処理が、空間チャネルを直交させるのに成功したかどうかに依存する。ＮＳ本の空間チャネルが互いに直交しているとき、各空間チャネルは、ＭＩＭＯチャネルの“固有モード”と呼ばれる。この場合に、ＮＳ本のデータストリームは、ＮＳ個の固有モードにおいて直交して伝送され得る。空間チャネルが直交しているとき、性能はより良くなる。
しかしながら、実際のシステムでは、ＮＳ本の空間チャネルは、普通は、種々の理由のために、相互に完全には直交していない。例えば、（１）送信機がＭＩＭＯチャネルの知識をもたないとき、または（２）送信機または受信機、あるいはこの両者が、ＭＩＭＯチャネルの不完全な推定値をもつときは、空間チャネルは直交していないであろう。空間チャネルが直交していないとき、各データストリームは、受信機において、他のデータストリームからの漏話を経験するであろう。漏話は、性能を劣化する付加的な雑音として働く。
したがって、ＭＩＭＯシステムにおいて多数の空間チャネル上でデータを伝送するときに、漏話の悪影響を軽減する技法が、当技術に必要とされている。
漏話を軽減し、かつより良い性能を達成するやり方で、受信機空間処理を行う技術が、本明細書において与えられる。最初に、送信機または受信機、あるいはこの両者は、ＭＩＭＯチャネルの応答を推定し、チャネル応答推定値を分解して、ステアリングベクトル、すなわち、ＭＩＭＯチャネルのＮＳ本の空間チャネルを直交させるのに必要とされる送信機ステアリングベクトルの推定値を得る。ステアリングベクトルが受信機によって求められると、送信機はそれらを与えられる。送信機は、ＮＳ本のデータストリームを処理（例えば、符号化、インターリーブ、変調）して、ＮＳ本の空間チャネル上で伝送されるＮＳ本のデータシンボルストリームを得る。送信機は、ＮＳ本のデータシンボルストリームに対して、ステアリングベクトルを用いて、空間処理を行って、ＮＴ本の送信シンボルストリームを得る。次に、送信機は、ＮＴ本の送信シンボルストリームを調整し、ＮＴ本の送信アンテナから受信機へ伝送する。
受信機は、最小平均平方誤差（minimum mean square error, MMSE）基準に基づいて、チャネル応答推定値およびステアリングベクトルを用いて、空間フィルタを求める。受信機は、基準化行列も求める。受信機は、ＮＳ本の空間チャネル上で伝送されたＮＳ本のデータシンボルストリームに対して、ＮＲ本の受信アンテナからＮＲ本の受信シンボルストリームを得る。受信機は、ＮＲ本の受信シンボルストリームに対して、空間フィルタを用いて、空間処理を行って、ＮＳ本のフィルタにかけられたシンボルストリームを得る。受信機は、さらに、フィルタにかけられたシンボルストリームに対して、基準化行列を用いて、信号の基準化を行って、ＮＳ本の復元されたシンボルストリーム、すなわち、送信機によって送られたＮＳ本のデータシンボルストリームの推定値を得る。次に、受信機は、
ＮＳ本の復元されたシンボルストリームを処理（例えば、復調、デインターリーブ、復号）して、ＮＳ本の復号されたデータストリーム、すなわち、送信機によって送られたＮＳ本のデータストリームの推定値を得る。
本明細書に記載されている受信機空間処理は、１本の搬送波および多数の搬送波のＭＩＭＯシステムに使用され得る。多数の搬送波のＭＩＭＯシステムでは、送信機および受信機における空間処理が、多数のサブバンドの各々に対して行われ得る。
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説明から、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。
ＭＩＭＯシステムにおける送信機および受信機を示す図。 送信機における送信（ＴＸ）データプロセッサを示す図。 送信機におけるＴＸ空間プロセッサおよび送信機ユニットを示す図。 受信機における受信機ユニットおよび受信（ＲＸ）空間プロセッサを示す図。 受信機におけるＲＸデータプロセッサを示す図。 ＭＭＳＥ受信機空間処理を用いた固有モード伝送において、送信機によって行われる処理を示す図。 ＭＭＳＥ受信機空間処理を用いた固有モード伝送において、受信機によって行われる処理を示す図。
“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受信機空間処理技術は、１本の搬送波のＭＩＭＯシステムおよび多数の搬送波のＭＩＭＯシステムにおいて使用され得る。多数の搬送波は、直交周波数分割多重化（orthogonal frequency division multiplexing, OFDM）、他の多数の搬送波の変調技術、または何らかの他の構成によって与えられ得る。ＯＦＤＭは、全システムバンド幅を多数（ＮＦ）の直交するサブバンドに効率的に分割する。これらは、一般に、トーン、ビン、または周波数チャネルとも呼ばれる。ＯＦＤＭを使用して、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、ＯＦＤＭを実施するＭＩＭＯシステム（すなわち、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム）について、受信機空間処理技術が具体的に後述される。
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なお、エントリｈｉ，ｊ（ｋ）（なお、ｉ＝１．．．ＮＲ、ｊ＝１．．．ＮＴ、およびｋ＝１．．．ＮＦ）は、サブバンドｋにおける送信アンテナｊと受信アンテナｉとの結合（すなわち、複素利得）である。
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特異値分解および固有値分解は、Gilbert Strangによって文献（“Linear Algebra and Its Applications”, Second Edition, Academic Press, 1980）に記載されている。この中に記載されている受信機空間処理技術は、特異値分解または固有値分解に関連して使用され得る。分かり易くするために、後述では、特異値分解が使用される。
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固有モード伝送は、ＭＩＭＯチャネルのＮＳ固有モードでのデータ伝送を指す。固有モード伝送は、別途記載するように、送信機および受信機の両者による空間処理を必要とする。
サブバンドｋ上での固有モード伝送のための送信機における空間処理は、式（４）のように表現され得る。
Figure 0005221607
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サブバンドｋにおける受信機によって使用される整合フィルタは、式（７）のように表現され得る。
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式（６）における∧ −１（ｋ）による乗算は、ＮＳ本の空間チャネルの（恐らくは異なる）利得を説明し、整合フィルタの出力を正規化し、適切な大きさをもつ復元されたデータシンボルが、次の処理ユニットに与えられる。正規化（すなわち、信号の基準化）は、次の式（８）に基づく。
Figure 0005221607
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しかしながら、式（６）に示されている結果は、送信機および受信機の両者が、ＭＩＭＯチャネルに関する完全な情報をもつと仮定されている理想である。実際のシステムでは、送信機および受信機の両者は、ＭＩＭＯチャネルの雑音を含む推定値、または固有ベクトルおよび固有値の雑音を含む推定値、あるいはこの両者をもつであろう。この場合に、各ストリームの復元されたデータシンボルは、他のストリームからの漏話によって損なわれるであろう。
サブバンドｋにおける、実際のシステムの送信機における空間処理は、式（９）のように表現され得る。
Figure 0005221607
サブバンドｋにおける、受信機によって得られる受信シンボルは、式（１０）のように表現され得る。
Figure 0005221607
送信機と同様に、実際のシステム内の受信機も、この整合フィルタの推定値のみをもつ。
サブバンドｋにおける、実際のシステム内の受信機における空間処理は、式（１２）のように表現され得る。
Figure 0005221607
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受信機は、ＭＭＳＥ空間処理を使用して、漏話の項を抑制し、推定データベクトルの信号対雑音および干渉比（signal-to-noise-and-interference ratio, SNR）を最大化する。
Figure 0005221607
式（１３）において提起される最適化問題の解決案は、種々のやり方で得られ得る。
Figure 0005221607
次に、サブバンドｋにおけるＭＭＳＥ受信機による空間処理は、式（１５）のように表現され得る。
Figure 0005221607
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式（１５）におけるＭＭＳＥ受信機空間処理は、２ステップで構成される。
Figure 0005221607
ＮＳ本の復元されたシンボルストリームは、ＮＳ本のデータシンボルストリームの正規化された推定値である。
既に記載したように、本明細書に記載されている受信機空間処理技術は、１本の搬送波のＭＩＭＯシステムにも使用され得る。この場合に、上述は、サブバンドの指標ｋがなくても適用される。送信機における空間処理は、式（２２）のように表現されることができる。
Figure 0005221607
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例えば、これらの行列は、再帰最小平方方法、最小平均平方方法、等のような、この技術において知られている時間再帰方法を使用して求められることができる。
図１は、ＭＩＭＯシステム100の送信機110および受信機150のブロック図を示している。送信機110において、ＴＸデータプロセッサ120は、データ源112からＮＳ本のデータストリームを受信する。ＴＸデータプロセッサ120は、各データストリームを、そのデータストリームのために選択されたレートにしたがって処理（例えば、符号化、インターリーブ、および変調）し、対応するデータシンボルストリームを得る。各データストリームのための選択レートは、そのデータストリームのために使用するための、データレート、符号化方式または符号レート、変調方式、等を指示する。その全ては、制御装置140によって与えられる種々の制御によって指示される。ＴＸ空間プロセッサ130は、ＴＸデータプロセッサ120からＮＳ本のデータシンボルストリームを受信し、これらのストリームに対して、行列
Figure 0005221607
（なお、ｋ＝１．．．ＮＦ）を用いて、空間処理を行い、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送信機ユニット（ＴＭＴＲ）132へ与える。パイロットシンボルは、アプリオリとして知られている変調シンボルであり、チャネル推定のために受信機によって使用され得る。
送信機ユニット132は、ＮＴ本の送信シンボルストリームに対してＯＦＤＭ変調を行い、ＮＴ本のＯＦＤＭシンボルストリームを得る。送信機ユニット132は、さらに加えて、ＯＦＤＭシンボルストリームを調整（例えば、アナログへ変換、周波数アップコンバート、フィルタ、増幅）し、ＮＴ本の被変調信号を得る。各被変調信号は、（図１には示されていない）各送信アンテナから順方向ＭＩＭＯチャネルを介して受信機150へ伝送される。ＭＩＭＯチャネルは、ＮＴ本の送信信号をチャネル応答
Figure 0005221607
（なお、ｋ＝１．．．ＮＦ）で歪ませ、さらに加えて、送信信号を、雑音、および恐らくは、他の送信機からの干渉で劣化させる。
受信機150では、ＮＴ本の送信信号は、（図１には示されていない）ＮＲ本の受信アンテナの各々によって受信され、ＮＲ本の受信アンテナからのＮＲ本の受信信号は、受信機ユニット（ＲＣＶＲ）154に与えられる。受信機ユニット154は、各受信信号を調整し、ディジタル化し、前処理して、対応する受信チップストリームを得る。受信機ユニット154は、さらに加えて、各受信されたチップストリームに対してＯＦＤＭ復調を行い、対応する受信シンボルストリームを得る。受信機ユニット154は、（データの）ＮＲ本の受信シンボルストリームをＲＸ空間プロセッサ160に与え、（パイロットの）受信パイロットシンボルをチャネル推定器172に与える。
ＲＸ空間プロセッサ160は、ＮＲ本の受信シンボルストリームに対して空間処理を行い、ＮＳ本の復元されたシンボルストリーム、すなわち送信機110によって送られたＮＳ本のデータシンボルストリームの推定値を得る。さらに加えて、ＲＸデータプロセッサ170は、ＮＳ本の復元されたシンボルストリームを処理（例えば、復調、デインターリーブ、および復号）し、ＮＳ本の復号されたシンボルストリーム、すなわち送信機110によって送られたＮＳ本のデータストリームの推定値を得る。ＲＸデータプロセッサ170は、さらに加えて、パケットが正しく復号されたか、または誤って復号されたかを示す、各復号されたパケットの状態を与える。
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制御装置180は、チャネル推定器172からのチャネル推定値と、ＲＸデータプロセッサ170からのパケット状態とを受信し、ＮＳ本のデータストリームのレートを選択し、送信機110へのフィードバック情報を集める。フィードバック情報は、ＮＳ個の選択レート、復号されたパケットに対する肯定応答（acknowledgement, ACK）および否定応答（negative acknowledgement, NAK）、行列
Figure 0005221607
等を含み得る。フィードバック情報およびパイロットシンボルは、ＴＸデータ／空間プロセッサ190によって処理され、送信機ユニット（ＴＭＴＲ）192によって調整され、逆方向ＭＩＭＯを介して送信機110へ伝送される。
送信機110において、受信機150によって伝送されたＮＲ本の信号が、受信機ユニット（ＲＣＶＲ）146によって受信され、調整され、ＲＸ空間／データプロセッサ148によってさらに処理され、受信機150によって送られたフィードバック情報を得る。制御装置140は、フィードバック情報を受信し、ＡＣＫ／ＮＡＫを使用して、受信機150へのデータパケットの伝送を制御し、ＮＳ個の選択レートを使用して、ＮＳ本のデータストリームのための新しいパケットを処理する。
制御装置140および180は、それぞれ、送信機110および受信機150における動作を指示する。メモリユニット142および182は、それぞれ、制御装置140および180によって使用されるプログラムコードおよびデータのための記憶装置を与える。メモリユニット142および182は、図１に示されているように制御装置140および180の内部にあっても、またはこれらの制御装置の外部にあってもよい。図１に示されている処理ユニットの幾つかは、別途詳しく記載される。
ＭＩＭＯシステムでは、送信機110がアクセスポイントであって、受信機150がユーザ端末であってもよく、この場合は、順方向および逆方向のＭＩＭＯチャネルは、それぞれ、ダウンリンクおよびアップリンクである。その代わりに、送信機110がユーザ端末であって、受信機150がアクセスポイントであってもよく、この場合は、順方向および逆方向のＭＩＭＯチャネルは、それぞれ、アップリンクおよびダウンリンクである。
図２は、送信機110におけるＴＸデータプロセッサ120の実施形態のブロック図を示している。この実施形態において、ＴＸデータプロセッサ120は、ＮＳ本のデータストリームの各々のために、１組の符号器212、チャネルインターリーバ214、およびシンボルマッピングユニット216を含む。各データストリーム｛ｄｌ｝（なお、ｌ＝１．．．ＮＳ）において、符号器212は、符号化制御によって指示される符号化方式に基づいて、データストリームを受信し、符号化し、符号ビットを与える。データストリームは、１つ以上のデータパケットを搬送することができ、各データパケットは、通常、個々に符号化されて、符号化されたデータパケットを得る。符号化は、データ伝送の信頼性を増す。符号化方式は、巡回冗長検査（cyclic redundancy check, CRC）符号化、畳み込み符号化、ターボ符号化、ブロック符号化、等、またはその組み合せを含み得る。チャネルインターリーバ214は、インターリービング方式に基づいて、符号ビットをインターリーブする。インターリービングは、符号ビットのために、時間、周波数、および／または空間ダイバーシティを与える。シンボルマッピングユニット216は、変調制御によって指示される変調方式に基づいて、インターリーブされたビットをマップし、変調シンボル｛ｓｌ｝（または、単に、“データシンボル”）のストリームを与える。ユニット216は、Ｂインターリーブされたビットの各組をグループ化し、Ｂビット値を形成し（なお、Ｂ≧１）、さらに加えて、選択された変調方式（例えば、ＱＰＳＫ、Ｍ−ＰＳＫ、またはＭ−ＱＡＭ、なお、Ｍ＝２Ｂ）に基づいて、各Ｂビット値を特定の変調シンボルへマップする。各変調シンボルは、変調方式によって定められる信号コンスタレーションにおける複素値である。
図３は、送信機110におけるＴＸ空間プロセッサ130および送信機ユニット（ＴＭＴＲ）132の実施形態のブロック図を示している。簡潔化のために、次の記述は、全ＮＦ本のサブバンドがデータ／パイロット伝送に使用されると仮定している。通常は、ＮＦ本の全てか、またはより少ないサブバンドが、データ／パイロット伝送に使用され得る。使用されていないサブバンドは、ゼロの信号値で充填される。
図３に示されている実施形態では、ＴＸ空間プロセッサ130は、ＮＳ本のデータシンボルストリームのためのＮＳ個のデマルチプレクサ（demultiplexer, Demux）310aないし310s、ＮＦ本のサブバンドのためのＮＦ個の行列乗算ユニット320aないし320f、およびＮＴ本のデータアンテナのためのＮＴ個のマルチプレクサ（multiplexer, MUX）330aないし330tを含む。ＴＸ空間プロセッサ130は、ＴＸデータプロセッサ120から、ＮＳ本のデータシンボルストリーム｛ｓｌ｝（なお、ｌ＝１．．．ＮＳ）を受信する。各デマルチプレクサ310は、各データシンボルストリーム｛ｓｌ｝を受信し、ＮＦ本のサブバンドにおいて、ストリームをＮＦ本のデータシンボルサブストリームにデマルチプレックスし、ＮＦ本のサブストリームをＮＦ個の行列乗算ユニット320aないし320fに与える。
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各マルチプレクサ330は、ＮＦ個の行列乗算ユニット320aないし320fから、送信アンテナのためのＮＦ本の送信シンボルサブストリームを受信し、これらのサブストリームおよびパイロットシンボルを多重化し、送信シンボルストリーム｛ｘｊ｝をその送信アンテナに与える。パイロットシンボルは、幾つかのサブバンドにおいて、または幾つかのシンボル期間において、あるいはその両者で多重化され得る。ＮＴ個のマルチプレクサ330aないし330tは、ＮＴ本の送信シンボルストリーム｛ｘｊ｝（なお、ｊ＝１．．．ＮＴ）をＮＴ本の送信アンテナに与える。
パイロットは、種々のやり方で伝送され得る。図３に示されている実施形態において、ＭＩＭＯパイロットは、全ＮＴ本の送信アンテナから伝送され、各送信アンテナのためのパイロットシンボルは、異なる直交系列（例えば、ウオルシュ系列）でカバーされる。カバリングは、伝送される所与の変調シンボル（または、同じ値をもつ１組のＬ変調シンボル）が、Ｌチップ直交系列の全Ｌチップによって乗算され、Ｌ個のカバーされたシンボルを得る処理であり、その後で、これらは伝送される。ＭＩＭＯパイロットのカバリングは、ＮＴ本の送信アンテナからのＮＴ本のパイロット伝送間で直交性を達成し、受信機が各個々の送信アンテナからのパイロット伝送を区別できるようにする。受信機は、ＭＩＭＯパイロットに基づいて、ＭＩＭＯチャネル応答
Figure 0005221607
を推定することができる。
別の実施形態では、ステアード（steered）パイロット（すなわち、ステアード参照）が特定の空間チャネル上で伝送される。この実施形態では、パイロットシンボルは、行列乗算ユニット320の前にデータシンボルと多重化され、一度に、
Figure 0005221607
の一列と乗算され、ステアードパイロットを生成する。受信機は、ステアードパイロットに基づいてＭＩＭＯチャネルの空間チャネルを推定することができる。
図３に示されている実施形態では、送信機ユニット（ＴＭＴＲ）132は、ＮＴ本の送信アンテナのための、ＮＴ個のＯＦＤＭ変調器340aないし340tと、ＮＴ個のＴＸ ＲＦユニット350aないし350tとを含む。各ＯＦＤＭ変調器340は、逆高速フーリエ変換（inverse fast Fourier transform, IFFT）ユニット342と巡回プレフィックス生成器344とを含む。各ＯＦＤＭ変調器340は、ＴＸ空間プロセッサ130から各送信シンボルストリーム｛ｘｊ｝を受信し、ＮＦ本のサブバンドのための、ＮＦ本の送信シンボルの各組をまとめる。ＩＦＦＴユニット342は、ＮＦ点の逆高速フーリエ変換を使用して、ＮＦ本の送信シンボルの各組を時間領域へ変換し、ＮＦ個のチップを含む対応する変換されたシンボルを与える。巡回プレフィックス生成器344は、各変換されたシンボルの一部を反復し、ＮＦ＋Ｎｃｐチップを含む対応するＯＦＤＭシンボルを得る。反復された部分は、巡回プリフィックスと呼ばれ、Ｎｃｐは、反復されたチップ数である。巡回プリフィックスは、周波数選択フェージング（すなわち、一様ではない周波数応答）によって生じるマルチパス遅延拡散がある状態で、ＯＦＤＭシンボルがその直交特性を保持することを保証する。巡回プレフックス生成器344は、ＯＦＤＭシンボルのストリームを送信シンボルのストリームに与える。ＴＸ ＲＦユニット350aないし350tは、ＮＴ本のＯＦＤＭシンボルストリームを受信し、調整し、ＮＴ本の被変調信号を生成し、これらは、それぞれ、ＮＴ本の送信アンテナ360aないし360tから伝送される。
図４は、受信機150における受信機ユニット（ＲＣＶＲ）154およびＲＸ空間プロセッサ160の実施形態のブロック図を示している。受信機150では、ＮＲ本の受信アンテナ410aないし410rが、送信機110によって伝送されたＮＴ本の被変調信号を受信し、ＮＲ本の受信信号を受信機ユニット154へ与える。受信機ユニット154は、ＮＲ本の受信アンテナのための、ＮＲ個のＲＸ ＲＦユニット412aないし412rと、ＮＲ個のＯＦＤＭ復調器420aないし420rとを含む。各ＲＸ ＲＦユニット412は、各受信信号を受信し、調整し、ディジタル化し、チップのストリームを、関係付けられたＯＦＤＭ復調器420へ与え、これは、チップのストリームに対してＯＦＤＭ復調を行う。ＯＦＤＭ復調器420内では、巡回プレフィックス除去ユニット422は、各受信ＯＦＤＭシンボルにおける巡回プレフックスを取り除き、受信された変換されたシンボルを得る。次に、高速フーリエ変換ユニット（fast Fourier transform, FFT）ユニット424は、ＮＦ点の高速フーリエ変換を用いて、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、ＮＦ本のサブバンドのためのＮＦ個の受信シンボルを得る。ＯＦＤＭ復調器420は、受信シンボルのストリームをＲＸ空間プロセッサ160に与え、受信パイロットシンボルをチャネル推定器172（図４には示されていない）に与える。
図４に示されている実施形態では、ＲＸ空間プロセッサ160は、ＮＲ本の受信アンテナのためのＮＲ個のデマルチプレクサ430aないし430r、ＮＦ本のサブバンドのためのＮＦ個のＭＭＳＥ空間フィルタ440aないし440fとＮＦ個の基準化ユニット442aないし442f、およびＮＳ本のデータストリームのためのＮＳ個のマルチプレクサ450aないし450sを含む。ＲＸ空間プロセッサ160は、受信機ユニット154から、ＮＲ本の受信シンボルストリーム｛ｒｉ｝（なお、ｉ＝１．．．ＮＲ）を受信する。各デマルチプレクサ430は、各受信シンボルストリーム｛ｒｉ｝を受信し、そのストリームを、ＮＦ本のサブバンドのためのＮＦ本受信シンボルサブストリームへデマルチプレックスし、ＮＦ本のサブストリームをＮＦ個の空間フィルタ440aないし440fに与える。
Figure 0005221607
Figure 0005221607
図５は、受信機150におけるＲＸデータプロセッサ170の実施形態のブロック図を示している。ＲＸデータプロセッサ170は、ＮＳ本のデータストリームの各々のために、１組のシンボルデマッピングユニット512、チャネルデインターリーバ514、および復号器516を含む。各復元されたシンボルサブストリーム
Figure 0005221607
において、シンボルデマッピングユニット512は、（制御装置180からの復調制御によって示されているように）そのストリームのために使用される変調方式にしたがって、復元されたシンボルを復調し、復調されたデータを、関係付けられたチャネルデインターリーバ514へ与える。チャネルデインターリーバ514は、送信機においてそのストリームに対して行われたインターリービングと相補的なやり方で、復調されたデータをデインターリーブし、デインターリーブされたデータを、関係付けられた復号器516へ与える。復号器516は、制御装置180からの復号制御によって示されているように、送信機において行われた符号化と相補的なやり方で、デインターリーブされたデータを復号する。例えば、送信機において、それぞれ、ターボまたは畳み込み符号化が行われているときは、ターボ復号器またはビタビ復号器が復号器516に使用され得る。復号器516は、復号されたパケットを、各受信データパケットに与える。さらに加えて、復号器516は、各復号されたパケットを検査して、パケットが正しく復号されたか、または誤って復号されたかを判断し、復号されたパケットの状態を与える。
再び図１を参照すると、チャネル推定器172は、受信機ユニット154から、ＮＲ本の受信アンテナのための各受信パイロットシンボルを得る。各送信アンテナのためのパイロットシンボルが、異なる直交系列でカバーされると、チャネル推定器172は、各受信アンテナｉのための受信パイロットシンボルを、ＮＴ本の送信アンテナのための送信機110によって使用されるＮＴ本の直交系列で“デカバー”して、受信アンテナｉとＮＴ本の送信アンテナの各々との間の複素チャネル利得の推定値を得る。（カバリングと相補的役割を果たす）デカバリングは、受信（パイロット）シンボルをＬチップ直交系列のＬチップによって乗算して、Ｌ個のデカバーされたシンボルを得る処理であり、これらは、次に、送信（パイロット）シンボルの推定値を得るために累積される。パイロットシンボルが、ＮＦ本のサブバンドのサブセットのみにおいて伝送されるときは、チャネル推定器172は、パイロット伝送についてサブバンドのためのチャネル応答推定値に対して補間を行って、パイロット伝送なしでサブバンドのためのチャネル応答の推定値を得る。
Figure 0005221607
Figure 0005221607
図６は、ＭＭＳＥ受信機空間処理を用いた固有モード伝送において、送信機110によって行われる処理600のフローチャートを示している。
Figure 0005221607
ステップ612および614は、送信機、受信機、またはこの両者によって行われ得る。
送信機は、ＮＳ本のデータストリームを処理して、ＮＳ本の空間チャネル上で伝送されるＮＳ本のデータシンボルストリームを得る（ステップ616）。
Figure 0005221607
次に、送信機は、ＮＴ本の送信シンボルストリームを、ＮＴ本の送信アンテナから受信機へ伝送する（ステップ620）。
図７は、ＭＭＳＥ受信機空間処理を用いた固有モード伝送において、受信機によって行われる処理700のフローチャートを示している。
Figure 0005221607
受信機は、ＮＳ本の空間チャネル上で伝送されたＮＳ本のデータシンボルストリームにおいて、ＮＲ本の受信アンテナからＮＲ本の受信シンボルストリームを得る（ステップ718）。
Figure 0005221607
受信機は、さらに加えて、ＮＳ本の復元されたシンボルストリームを処理して、ＮＳ本の復号されたデータストリームを得る（ステップ724）。
本明細書に記載されている受信機空間処理技術は、時分割デュープレックス（time division duplex, TDD）システムおよび周波数分割デュープレックス（frequency division duplex, FDD）システムにおいて使用され得る。
Figure 0005221607
ＦＤＤシステムでは、順方向ＭＩＭＯチャネル（ＭＩＭＯチャネルの第１のリンク）および逆方向ＭＩＭＯチャネル（ＭＩＭＯチャネルの第２のリンク）は、異なる周波数バンドを使用し、恐らくは、異なるフェージングおよびマルチパス効果を認める。
Figure 0005221607
ＴＤＤシステムでは、順方向および逆方向ＭＩＭＯチャネルは、同じ周波数バンドを共有し、恐らくは、同様のフェージングおよびマルチパス効果を認める。この場合に、順方向および逆方向ＭＩＭＯチャネルは、互いに相反であると仮定され得る。
Figure 0005221607
ＴＤＤシステムでは、送信機110および受信機150における送信および受信チェーンにおける相違を判断し、明細を明らかにするために、較正が行われ得る。次に、送信機110におけるチャネル推定器134は、受信機150から受信したパイロットシンボルに基づいて、逆方向ＭＩＭＯチャネル応答を推定し得る。受信機150が、ＭＩＭＯパイロットを伝送すると、チャネル推定器134は、ＭＩＭＯパイロットに基づいて、逆方向ＭＩＭＯチャネル応答を推定することができる。
Figure 0005221607
１つの例示的なＴＤＤ ＭＩＭＯシステムでは、送信機は、ＭＩＭＯパイロットをダウンリンク上で伝送する。
Figure 0005221607
しかしながら、この方式は、ステアリングベクトルを得る処理を簡単にする。
本明細書に記載されている受信機空間処理技術は、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、ハードウエア、ソフトウエア、またはこの組み合せで実施され得る。ハードウエアの実施では、送信機および受信機の各々において空間処理を行うため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 device, 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、本明細書に説明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、またはこれらの組み合せの中で実施され得る。
ソフトウエアの実施では、送信機および受信機の各々における空間処理は、本明細書に記載されている機能を実施するモジュール（例えば、手続き、機能、等）で実施され得る。ソフトウエア符号は、メモリユニット（例えば、図１のメモリユニット142または182）に記憶され、プロセッサ（例えば、制御装置140または180）によって実施され得る。メモリユニットは、プロセッサ内に構成されても、またはプロセッサの外部に構成されてもよく、外部の場合は、メモリユニットは、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上記説明は、当業者が本発明を構成または使用することを可能にすべく提供されている。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であり、本明細書に定義されている一般的な原理は、本発明の主旨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るものではなく、本明細書に開示されている原理および新規な特徴と合致する最大の範囲に一致すべきものである。
600・・・送信機によって行われる処理、700・・・受信機によって行われる処理。

Claims (31)

  1. 無線多数入力多数出力（multiple-input multiple-output, MIMO）通信システム内の受信機において空間処理を行う方法であって、
    無線ＭＩＭＯ通信システムにおけるＭＩＭＯチャネルの複数の空間チャネルを介して送られた複数のデータシンボルストリームのための複数の受信シンボルストリームを得ることであって、空間処理が、送信機において、ステアリングベクトル、すなわち複数の空間チャネルを直交させるのに必要とされる送信機ステアリングベクトルの推定値を用いて行われることと、
    送信機における複数のアンテナから直交パイロット伝送を受信することと、
    ＭＩＭＯチャネルのためのチャネル応答行列の推定値を得ることであって、推定チャネル応答行列が受信直交パイロット伝送に基づいて得られることと、
    複数の受信シンボルストリームに対して、空間フィルタを用いて、空間処理を行って、複数のフィルタにかけられたシンボルストリーム、すなわち、複数のデータシンボルストリームの推定値を得ることであって、空間フィルタが、複数のフィルタにかけられたシンボルストリームと複数のデータシンボルストリームとの間の平均平方誤差を最小化する最小平均平方誤差（minimum mean square error, MMSE）基準に基づいて求められる応答をもつこととを含み、空間フィルタ応答が、次の式、すなわち、
    Figure 0005221607
     として与えられる、方法。
  2. 複数のフィルタにかけられたシンボルストリームを基準化して、複数の復元されたシンボルストリーム、すなわち複数のデータシンボルストリームの正規化された推定値を得ることをさらに含む請求項１記載の方法。
  3. 空間処理が、次の式、すなわち、
    Figure 0005221607
     にしたがって行われる請求項１記載の方法。
  4. 複数の空間チャネルを介してステアードパイロットを受信することと、
    受信ステアードパイロットに基づいて、空間フィルタ応答を求めることとをさらに含む請求項１記載の方法。
  5. 複数のデータシンボルストリームが、送信機において、ＭＩＭＯチャネルのチャネル応答行列の推定値を分解することによって得られる複数のステアリングベクトルを用いて、
    空間的に処理される請求項１記載の方法。
  6. ＭＩＭＯシステムが、直交周波数分割多重化（orthogonal frequency division multiplexing, OFDM）を実施し、空間処理が、複数のサブバンドの各々に対して行われる請求項１記載の方法。
  7. 無線多数入力多数出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおける受信機であって、
    送信機における複数のアンテナから直交パイロット伝送を受信するように動作し、さらに、無線ＭＩＭＯ通信システムにおけるＭＩＭＯチャネルの複数の空間チャネルを介して送られる複数のデータシンボルストリームのための複数の受信シンボルストリームを得るように動作する受信機ユニットであって、空間処理が、送信機において、ステアリングベクトル、すなわち複数の空間チャネルを直交させるのに必要とされる送信機ステアリングベクトルの推定値を用いて行われる受信機ユニットと、
    ＭＩＭＯチャネルのためのチャネル応答行列の推定値を得るように動作するチャネル推定器であって、推定チャネル応答行列が受信直交パイロット伝送に基づいて得られる、チャネル推定器と、
    複数の受信シンボルストリームを空間的に処理して、複数のフィルタにかけられたシンボルストリーム、すなわち、複数のデータシンボルストリームの推定値を得るように動作する空間フィルタであって、複数のフィルタにかけられたシンボルストリームと複数のデータシンボルストリームとの間の平均平方誤差を最小化する最小平均平方誤差（ＭＭＳＥ）基準に基づいて求められる応答をもつ空間フィルタとを含み、空間フィルタ応答が、次の式、すなわち、
    Figure 0005221607
     として与えられる、受信機。
  8. 複数のフィルタにかけられたシンボルストリームを基準化して、複数の復元されたシンボルストリーム、すなわち複数のデータシンボルストリームの正規化された推定値を得るように動作する基準化ユニットをさらに含む請求項７記載の受信機。
  9. 無線ＭＩＭＯ通信システムが、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を実施し、空間フィルタが、複数のサブバンドの各々に対して空間処理を行うように動作する請求項７記載の受信機。
  10. 無線多数入力多数出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおける受信機装置であって、
    無線ＭＩＭＯ通信システムにおけるＭＩＭＯチャネルの複数の空間チャネルを介して送られる複数のデータシンボルストリームのための複数の受信シンボルストリームを得る手段であって、空間処理が、送信機において、ステアリングベクトル、すなわち複数の空間チャネルを直交させるのに必要とされる送信機ステアリングベクトルの推定値を用いて行われる手段と、
    送信機における複数のアンテナから直交パイロット伝送を受信する手段と、
    ＭＩＭＯチャネルのためのチャネル応答行列の推定値を得る手段であって、推定チャネル応答行列が受信直交パイロット伝送に基づいて得られる、手段と、
    複数の受信シンボルストリームに対して、空間フィルタを用いて、空間処理を行って、複数のフィルタにかけられたシンボルストリーム、すなわち複数のデータシンボルストリームの推定値を得る手段であって、空間フィルタが、複数のフィルタにかけられたシンボルストリームと複数のデータシンボルストリームとの間の平均平方誤差を最小化する最小平均平方誤差（ＭＭＳＥ）基準に基づいて求められる応答をもつ手段とを含み、空間フィルタ応答が、次の式、すなわち、
    Figure 0005221607
     として与えられる、受信機装置。
  11. 複数のフィルタにかけられたシンボルストリームを基準化して、複数の復元されたシンボルストリーム、すなわち複数のデータシンボルストリームの正規化された推定値を得る手段をさらに含む請求項１０記載の受信機装置。
  12. 無線ＭＩＭＯ通信システムが、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を実施し、空間処理が、複数のサブバンドの各々に対して行われる請求項１０記載の受信機装置。
  13. 無線多数入力多数出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいて空間処理を行う方法であって、
    無線ＭＩＭＯ通信システムにおけるＭＩＭＯチャネルの複数の空間チャネル上で伝送される複数のデータシンボルストリームを得ること、
    複数のステアリングベクトルの推定値を得ることであって、複数のステアリングベクトルが受信直交パイロット伝送に基づくこと、および
    各データシンボルストリームについて１つのステアリングベクトルを、複数のデータシンボルストリームに対して、複数のステアリングベクトルを用いて、空間処理を行って、複数の送信アンテナから伝送される複数の送信シンボルストリームを得ることを含み、複数のステアリングベクトルが、複数の空間チャネルを直交させるのに必要とされる送信機ステアリングベクトルの推定値である、動作を送信機で行うことと、
    無線ＭＩＭＯ通信システムにおけるＭＩＭＯチャネルの複数の空間チャネルを介して送られた複数のデータシンボルストリームのための複数の受信シンボルストリームを得ることであって、空間処理が、送信機において、ステアリングベクトル、すなわち複数の空間チャネルを直交させるのに必要とされる送信機ステアリングベクトルの推定値を用いて行われること、
    送信機における複数のアンテナから直交パイロット伝送を受信すること、
    ＭＩＭＯチャネルのためのチャネル応答行列の推定値を得ることであって、推定チャネル応答行列が受信直交パイロット伝送に基づいて得られること、および
    複数の受信シンボルストリームに対して、空間フィルタを用いて、空間処理を行って、複数のフィルタにかけられたシンボルストリーム、すなわち、複数のデータシンボルストリームの推定値を得ることであって、空間フィルタが、複数のフィルタにかけられたシンボルストリームと複数のデータシンボルストリームとの間の平均平方誤差を最小化する最小平均平方誤差（minimum mean square error, MMSE）基準に基づいて求められる応答をもつことを含み、空間フィルタ応答が、次の式、すなわち、
    Figure 0005221607
     として与えられる、動作を受信機で行うことと、
    を備える方法。
  14. 空間処理が、次の式、すなわち、
    Figure 0005221607
     にしたがって行われる請求項１３記載の方法。
  15. 複数のステアリングベクトルが、ＭＩＭＯチャネルのチャネル応答行列の推定値を分解することによって得られる請求項１３記載の方法。
  16. 無線ＭＩＭＯ通信システムが、時分割デュープレックス（time division duplex, TDD）システムであり、複数のデータシンボルストリームが、ＭＩＭＯチャネルの第１のリンク上で伝送され、複数のステアリングベクトルが、ＭＩＭＯチャネルの第２のリンクの推定値に基づいて求められる請求項１３記載の方法。
  17. 第２のリンクのためのチャネル応答行列の推定値を得ることと、
    第２のリンクのための推定チャネル応答行列を分解して、第１のリンクに使用される複数のステアリングベクトルを得ることとをさらに含む請求項１６記載の方法。
  18. 第２のリンクの複数の空間チャネルを介してステアードパイロットを受信することと、
    受信されたステアードパイロットに基づいて、第１のリンクに使用される複数のステアリングベクトルを求めることとをさらに含む請求項１６記載の方法。
  19. ＭＩＭＯシステムが、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を実施し、空間処理が、複数のサブバンドの各々に対して行われる請求項１３記載の方法。
  20. 無線多数入力多数出力（ＭＩＭＯ）通信システムであって、
    複数のデータストリームを処理して、無線ＭＩＭＯ通信システムにおけるＭＩＭＯチャネルの複数の空間チャネル上で伝送される複数のデータシンボルストリームを与えるように動作する送信データプロセッサ、
    複数のステアリングベクトルの推定値を得るように動作する推定器であって、複数のステアリングベクトルが受信直交パイロット伝送に基づく、推定器、および
    各データシンボルストリームについて１つのステアリングベクトルを、複数のデータシンボルストリームに対して、複数のステアリングベクトルを用いて、空間処理を行って、複数の送信アンテナから伝送される複数の送信シンボルストリームを得るように動作する送信空間プロセッサを含み、複数のステアリングベクトルは、複数の空間チャネルを直交させるのに必要とされる送信機ステアリングベクトルの推定値である、送信機と、
    送信機における複数のアンテナから直交パイロット伝送を受信するように動作し、さらに、無線ＭＩＭＯ通信システムにおけるＭＩＭＯチャネルの複数の空間チャネルを介して送られる複数のデータシンボルストリームのための複数の受信シンボルストリームを得るように動作する受信機ユニットであって、空間処理が、送信機において、ステアリングベクトル、すなわち複数の空間チャネルを直交させるのに必要とされる送信機ステアリングベクトルの推定値を用いて行われる受信機ユニット、
    ＭＩＭＯチャネルのためのチャネル応答行列の推定値を得るように動作するチャネル推定器であって、推定チャネル応答行列が受信直交パイロット伝送に基づいて得られる、チャネル推定器、および
    複数の受信シンボルストリームを空間的に処理して、複数のフィルタにかけられたシンボルストリーム、すなわち、複数のデータシンボルストリームの推定値を得るように動作する空間フィルタであって、複数のフィルタにかけられたシンボルストリームと複数のデータシンボルストリームとの間の平均平方誤差を最小化する最小平均平方誤差（ＭＭＳＥ）基準に基づいて求められる応答をもつ空間フィルタとを含み、空間フィルタ応答が、次の式、すなわち、
    Figure 0005221607
     として与えられる、受信機と、
    を備える、ＭＩＭＯ通信システム。
  21. 無線ＭＩＭＯ通信システムが、時分割デュープレックス（ＴＤＤ）システムであり、複数のデータシンボルストリームが、ＭＩＭＯチャネルの第１のリンク上で伝送され、複数のステアリングベクトルが、ＭＩＭＯチャネルの第２のリンクの推定値に基づいて求められる請求項２０記載のＭＩＭＯ通信システム。
  22. 第２のリンクのためのチャネル応答行列の推定値を得るように動作するチャネル推定器と、
    推定チャネル応答行列を分解して、第１のリンクに使用される複数のステアリングベクトルを得るように動作する行列計算ユニットとをさらに含む請求項２１記載のＭＩＭＯ通信システム。
  23. 第２のリンクの複数の空間チャネルを介して受信されるステアードパイロットに基づいて、第２のリンクの複数の空間チャネルのためのチャネル応答推定値を得るように動作するチャネル推定器をさらに含み、第１のリンクに使用される複数のステアリングベクトルが、第２のリンクの複数の空間チャネルのためのチャネル応答推定値に基づいて求められる請求項２１記載のＭＩＭＯ通信システム。
  24. 無線多数入力多数出力（ＭＩＭＯ）通信システムであって、
    無線ＭＩＭＯ通信システムにおけるＭＩＭＯチャネルの複数の空間チャネル上で伝送される複数のデータシンボルストリームを得る手段、
    複数のステアリングベクトルの推定値を得る手段であって、複数のステアリングベクトルが受信直交パイロット伝送に基づく、手段、および
    各データシンボルストリームについて１つのステアリングベクトルを、複数のデータシンボルストリームに対して、複数のステアリングベクトルを用いて、空間処理を行って、複数の送信アンテナから伝送される複数の送信シンボルストリームを得る手段を含み、複数のステアリングベクトルが、複数の空間チャネルを直交させるのに必要とされる送信機ステアリングベクトルの推定値である、送信機装置と、
    無線ＭＩＭＯ通信システムにおけるＭＩＭＯチャネルの複数の空間チャネルを介して送られる複数のデータシンボルストリームのための複数の受信シンボルストリームを得る手段であって、空間処理が、送信機において、ステアリングベクトル、すなわち複数の空間チャネルを直交させるのに必要とされる送信機ステアリングベクトルの推定値を用いて行われる手段、
    送信機における複数のアンテナから直交パイロット伝送を受信する手段、
    ＭＩＭＯチャネルのためのチャネル応答行列の推定値を得る手段であって、推定チャネル応答行列が受信直交パイロット伝送に基づいて得られる、手段、および
    複数の受信シンボルストリームに対して、空間フィルタを用いて、空間処理を行って、複数のフィルタにかけられたシンボルストリーム、すなわち複数のデータシンボルストリームの推定値を得る手段であって、空間フィルタが、複数のフィルタにかけられたシンボルストリームと複数のデータシンボルストリームとの間の平均平方誤差を最小化する最小平均平方誤差（ＭＭＳＥ）基準に基づいて求められる応答をもつ手段を含み、空間フィルタ応答が、次の式、すなわち、
    Figure 0005221607
     として与えられる、受信機装置とを
    備えるＭＩＭＯ通信システム。
  25. 無線ＭＩＭＯ通信システムが、時分割デュープレックス（ＴＤＤ）システムであり、複数のデータシンボルストリームが、ＭＩＭＯチャネルの第１のリンク上で伝送され、複数のステアリングベクトルが、ＭＩＭＯチャネルの第２のリンクの推定値に基づいて求められる請求項２４記載のＭＩＭＯ通信システム。
  26. 第２のリンクのためのチャネル応答行列の推定値を得る手段と、
    第２のリンクのための推定チャネル応答行列を分解して、第１のリンクに使用される複数のステアリングベクトルを得る手段とをさらに含む請求項２５記載のＭＩＭＯ通信システム。
  27. 第２のリンクの複数の空間チャネルを介してステアードパイロットを受信する手段と、
    受信されたステアードパイロットに基づいて、第１のリンクに使用される複数のステアリングベクトルを求める手段とをさらに含む請求項２５記載のＭＩＭＯ通信システム。
  28. 無線ＭＩＭＯ通信システムが、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を実施し、空間処理が、複数のサブバンドの各々に対して行われる請求項２４記載のＭＩＭＯ通信システム。
  29. 推定チャネル応答行列に基づく空間フィルタ応答を得ることをさらに含む請求項１記載の方法。
  30. 推定チャネル応答行列に基づく空間フィルタ応答を得るように動作する行列計算ユニットをさらに含む請求項７記載の受信機。
  31. 推定チャネル応答行列に基づく空間フィルタ応答を得る手段をさらに含む請求項１０記載の受信機装置。
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