JP5341015B2 - Mimo−ofdmシステムのための適応パイロット挿入 - Google Patents

Mimo−ofdmシステムのための適応パイロット挿入 Download PDF

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Description

この発明は一般に通信に関し、特に多重入力多重出力(MIMO)通信システムにおいてパイロットの送信とシグナリングのための技術に関する。
MIMOシステムはデータ送信のために、送信エンティティにおいて複数(T)の送信アンテナを使用し、受信エンティティにおいて複数(R)の受信アンテナを使用する。
Tの送信アンテナとRの受信アンテナで形成されたMIMOチャネルはSの空間チャネルに分解されてもよい。但しS≦min{T,R}である。Sの空間チャネルを用いて並列にデータを送信し、より高いスループットを獲得しおよび/またはより大きな信頼性を重複して獲得してもよい。
直交周波数分割多重化(OFDM)は全体のシステム帯域幅を複数(K)の直交周波数サブバンドに効率的に分割するマルチキャリア変調技術である。また、これらのサブバンドはトーン、サブキャリア、ビン、および周波数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されてもよいそれぞれのサブキャリアに関連している。Kまでの変調シンボルは、各シンボル期間内にKのサブバンド上で送信されてもよい。
MMO−OFDMシステムはOFDMを利用するMMOシステムである。MIMO−OFDMシステムは、Kのサブバンドの各々に対してSの空間チャネルを有する。各サブバンドの各空間チャネルは「送信チャネル」と呼ばれてもよく、各シンボル期間において1つの変調シンボルを送信するために使用されてもよい。各送信チャネルは、例えば、フェージング、マルチパス、および干渉効果のような種々の有害なチャネル条件を経験するかもしれない。また、MIMOチャネルのS・K送信チャネルは、異なるチャネル条件を経験するかもしれないし、複素利得および信号対雑音および干渉比(SNRs)に関連しているかもしれない。
高性能を達成するためにMIMOチャネルを特徴づけることがしばしば必要である。例えば、送信エンティティは、データを受信エンティティに送信するために(以下に記載する)空間処理を実行するためにMIMOチャネル応答の推定値を必要とするかもしれない。受信エンティティは、送信されたデータをリカバーするために送信エンティティから受信された信号に対して受信機空間処理を実行するためにMIMOチャネル応答の推定値を典型的に必要とする。
送信エンティティは、多数の機能を実行する際に受信エンティティを支援するためにパイロットを通常送信する。パイロットは典型的に周知の方法で送信される周知の変調シンボルから構成される。受信エンティティは、チャネル推定、タイミングおよび周波数獲得、データ検出等のためにパイロットを使用してもよい。パイロットはシステム内のオーバーヘッドを表すので、パイロットを送信するために使用されるシステムリソースの量を最小化することが望ましい。従って、システムは通常の(または大部分の)チャネル条件下でほとんどの受信エンティティのためのパイロットの適切な量を供給するパイロット構造を採用してもよい。しかしながら、このパイロット構造は不利なチャネル条件を観察するある受信エンティティに対して不適切かもしれない。
それゆえ種々のチャネル条件に対してパイロットを送信するための技術的必要性がある。
良好な性能を得るために、例えば、チャネル条件および/または他のファクターに基づいて、さらなるパイロットを適応的にかつ柔軟にさらなるパイロットを送信するための技術がここに記載される。送信エンティティは各プロトコルデータユニット(PDU)において「ベース」パイロットを送信する。受信エンティティは、通常の(または大部分の)チャネル条件下でベースパイロットを用いて送信エンティティと受信エンティティとの間のMIMOチャネルの十分に正確なチャネル応答推定値を導き出すことができる。送信エンティティは、必要ならばチャネル条件および/または他のファクターに基づいてさらなるパイロットを選択的に送信する。さらなるパイロットは、他の指定された送信を伴うシンボル期間を除いて、PDUにおいて任意のシンボル期間において適応的に挿入されてもよい。受信エンティティはさらなるパイロットを用いて改良されたチャネル応答推定値を導き出すことができる。ベースパイロットは固定のオーバーヘッドを表し、通常の(または大部分の)チャネル条件下で良好な性能を供給するように選択される。必要なときにさらなるパイロットは送信されてもよく、パイロットのための固定かつ高いオーバーヘッドを被る必要なくして、不利なチャネル条件に対して良好な性能を供給してもよい。
送信エンティティはさらなるパイロットが送信されていることを示すためにシグナリングを送信する。このシグナリングは、PDUの大部分にわたってP(例えば、P=4)のサブバンドの指定されたセットを用いて送信されるキャリアパイロット内に都合よく埋め込まれてもよい。キャリアパイロットが送信される各シンボル期間においてPのサブバンドのセットにPのパイロットシンボルのセットが送信される。Pのパイロットシンボルの異なるセットは、異なるシグナリング値に対して形成されてもよい。例えば、一方のシグナリング値はデータシンボルが残りの使用可能なサブバンドを用いて送信されていることを示し、他方のシグナリングはさらなるパイロットシンボルが送信されていることを示す等である。さらなるパイロットのシグナリングは、Pのパイロットシンボルの適切なセットを選択することによりおよびこれらのPのパイロットシンボルをキャリアパイロットに使用されるPのサブバンドを用いて送信することにより送信されてもよい。従ってさらなるパイロットとそのシグナリングは、PDU内のほとんど任意のシンボル期間において選択的かつ同時に送信されてもよい。さらなるパイロットのためのシグナリングはいくつかの他の方法で送信されてもよい。
この発明の種々の観点と実施形態は以下にさらに記載される。
図1はIEEE802.11aにより使用されるOFDMサブバンド構造を示す。 図2はMIMOシステムに適した例示PDUフォーマットを示す。 図3は、さらなるパイロットを送信するためのプロセッサーを示す。 図4は、さらなるパイロットを受信して利用するためのプロセスを示す。 図5は、送信エンティティと受信エンティティのブロック図を示す。 図6は、送信(TX)空間プロセッサーのブロック図を示す。 図7はTXパイロットシグナリングプロセッサーのブロック図を示す。
「例示」という用語はここでは、例、インスタンス、または例証として機能することを意味するために使用される。「例示」としてここに記載される任意の実施形態は、他の実施形態に対して好適であるまたは利点があると必ずしも解釈されない。
ここに記載されたパイロット送信およびシグナリング技術は、単一入力単一出力(SIS)システム、単一入力多重出力(SIMO)システム、多重入力単一出力(MISO)システムおよびMIMOシステムに使用されてもよい。これらの技術はOFDMベースシステムおよび他のマルチキャリア通信システムのために使用されてもよい。これらの技術はまた、種々のOFDMサブバンド構造とともに使用されてもよい。明確にするために、これらの技術は、IEEE802.11aにより定義されるOFDMサブバンド構造を利用したMMO−OFDMシステムに対して以下に特に記載される。IEEE802.11OFDMサブバンド構造は、全体のシステム帯域を64の直交サブバンドに分割する(すなわち、K=64)。これらのサブバンドには−32乃至+31のインデックスが割り当てられる。これらの64のサブバンドのうち、±{1,・・・,6,8,・・・,20,22,・・・,26}のインデックスを有するサブバンドはデータおよびパイロットの送信のために使用されてもよく「データ」サブバンドと呼ばれる。±{7、21}のインデックスを有するサブバンドは、キャリアパイロットおよびおそらくシグナリングのために使用されてもよく「パイロット」サブバンドと呼ばれる。0のインデックスを有するDCサブバンドは使用されない。また、11の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。従って、64の合計サブバンドは、48のデータサブバンドと4つのパイロットサブバンドから構成される52の「使用可能な]サブバンドと12の「使用されない]サブバンドを含む。このOFDMサブバンド構造は、公に入手可能な、1999年9月に発行された「パート11:無線LAN媒体アクセス制御(MAC)および物理層仕様:5GHzバンドにおける高速物理層](Part 11:Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications:High-speed Physical Layer in the 5 GHz Band)というタイトルのIEEE802.11aのための文献に記載されている。一般にOFDMベースシステムは、任意の数のデータ、パイロット、およびガードバンドを有した任意のOFDMサブバンド構造を利用してもよい。
図1は、IEEE802.11により定義され、種々の通信システムに使用するのに適したPDUフォーマットを示す。IEEE802.11のためのプロトコルスタック内の物理(PHY)層において、データは処理されPHYプロトコルデータ単位(PPDUs)で送信される。これは、ここでは簡単に「PDUs」とも呼ばれる。IEEE802.11のための各PDU110は、プリアンブルセクション120、信号セクション130、およびデータセクション150を含む。プリアンブルセクション120は、以下に記載する短いおよび長いフレーミングシンボルを有する。信号セクション130は、PDUのためのシグナリングのための1つのOFDMシンボルを有する。データセクション150は、PDUのためのトラヒック/パケットデータのためのさまざまな数のOFDMシンボルを有する。データセクション150の長さは、信号セクション130内のシグナリングにより示される。
プリアンブルセクション120は、2つのOFDMシンボル期間に送信された10の短いトレーニングシンボルとそれに続く、2つのOFDMシンボル期間に送信された2つの長いトレーニングシンボルを有する。4つの短いトレーニングシンボルは、{−24、−20、−16、−12、−8、−4、4、8、12、16、20および24}のインデックスを有する12のサブバンドを用いて送信された12のパイロットシンボルの特定のセットに対して離散逆フーリエ変換(IDFT)を実行することにより形成される。「パイロットシンボル」は、パイロットのための変調シンボルであり、典型的に、送信エンティティと受信エンティティの両方により先験的に知られている。12のパイロットシンボルの同じセットがすべての短いトレーニングシンボルのために使用される。各長いトレーニングシンボルは、52の使用可能なサブバンドを使用して送信された52のパイロットシンボルの特定のセットに対してIDFTを実行することにより形成される。52のパイロットシンボルの同じセットはまた、長いトレーニングシンボルの両方に使用される。受信エンティティは、信号検出、粗周波数オフセット推定、タイミング同期化、自動利得制御(AGC)等のために短いトレーニングシンボルを使用してもよい。受信エンティティは、チャネル推定、微細周波数オフセット推定、等のために長いトレーニングシンボルを使用してもよい。
シグナリングとデータは、それぞれ信号セクション130とデータセクション150において48のデータサブバンドを使用して送信される。キャリアパイロットは信号セクションおよびデータセクションにおいて4つのパイロットサブバンドを使用して送信される。キャリアパイロットは信号セクションとデータセクションにわたって4つのパイロットサブバンドを用いて送信される4つのパイロットシンボルから構成される。送信前に、各パイロットサブバンドのためのパイロットシンボルは127チップの環状に延伸された擬似乱数(PN)シーケンスと乗算され、そのパイロットサブバンドのための所定のシンボルシーケンスを発生する。受信エンティティはキャリアパイロットを用いて、信号セクションとデータセクションにわたるキャリア信号の位相を追跡してもよい。
図1に示されるパイロット構造は、10の短いトレーニングシンボルと、2つの長いトレーニングシンボルと、キャリアパイロットとで構成される。このパイロット構造は一般的にSISOシステムに適している。
MIMOシステムは、異なるタイプのパイロットを利用して、タイミングおよび周波数獲得、チャネル推定、較正等のような適切なシステム動作に必要はさまざまな機能をサポートしてもよい。表1は4つのタイプのパイロットとそれらの短い記述をリストアップする。パイロットは「リファレンス」とも呼ばれ、これらの2つの用語はしばしば同義的に使用される。
Figure 0005341015
非ステアド(unsteered)およびステアド(steered)MIMOパイロットは以下に詳細に記載される。
図2はMIMOシステムに適した例示PDUフォーマットを示す。このフォーマットのためのPDU210は、プリアンブルセクション220、信号セクション230、MIMOパイロットセクション240、およびデータセクション250を含む。プリアンブルセクション220はビーコンパイロットを有する。図2に示される実施形態の場合、ビーコンパイロットはしばしば短いトレーニングシンボルと2つの長いトレーニングシンボルから構成される。従って、プリアンブルセクション220は図1のプリアンブルセクション120に類似する。信号セクション230はPDU210のためのシグナリングを有し、(1)PDUがフォーマット200または他のあるフォーマット(例えば、フォーマット100)を有するかどうかを示すフィールドおよび(2)MIMOパイロットセクション240の長さを示すフィールドを含んでいてもよい。MIMOパイロットセクション240は「ベース」MIMOパイロットを有し、これは非ステアドであってもよいしステアドであってもよい。ベースMIMOパイロットは典型的に各PDUで送信され、PDU内のデータと同様の方法で送信されてもよい。データセクション250はPDU210のためのデータを有する。キャリアパイロットは信号セクション230、MIMOパイロットセクション240、およびデータセクション250において4つのパイロットサブバンドを使用して送信される。PDUはパケット、データユニット、フレーム、スロット、ブロック、またはその他の用語で呼ばれてもよい。
PDUフォーマット200はMIMOシステムのための例示パイロット構造を含む。オーバーヘッドを最小限にするために、パイロット構造は、通常のチャネル条件下で適切なシステム動作のための最低限の(またはほんのわずかの)パイロット(ベースパイロット)を含んでいてもよい。例えば、MIMOパイロットセクション240は、Tの送信アンテナに対して、MIMOパイロットのためのT OFDMのシンボルを有していてもよい。改良された性能を達成するために必要であるならばさらなるパイロットを適応的に挿入し送信してもよい。さらなるパイロットは、ドップラー効果、変化する干渉および/またはジャミング特性等による増大されたフェードレートのようなある不利なチャネル条件の下で有益である。また、さらなるパイロットは他のファクターに基づいて送信されてもよい。例えば、PDUの従前の送信に対してアクノレジメント(ACK)が受信されなかったのでPDUが再送信される場合である。さらなるパイロットはPDUのデータセクション内に挿入されてもよい。さらなるパイロットの送信を示すためのシグナリングは以下に記載するようにキャリアパイロット内に効率的に埋め込まれてもよいしまたは信号セクション230で送信されてもよい。
送信エンティティと受信エンティティとの間のMIMOチャネルは、サブバンドk毎にR×Tのチャネル応答マトリクス
Figure 0005341015
により特徴づけられてもよい。これは以下のように表してもよい。
Figure 0005341015
但し、エントリhi,j(k)(iは1...Rおよびjは1...T)はサブバンドkのための送信アンテナjと受信アンテナiとの間の結合または複素チャネル利得を示す。簡単にするために、MIMOチャネルはS=T≦Rの場合に最大階数であると仮定される。
受信エンティティは、送信エンティティにより送信された非ステアドMIMOパイロットに基づいてサブバンドk毎に
Figure 0005341015
の推定値を得てもよい。
非ステアドMIMOパイロットはTの送信アンテナから送信されたTのパイロット送信から構成される。この場合、各送信アンテナからのパイロット送信は受信エンティティにより識別可能である。これは、符号多重化を用いた異なる直交(例えば、ウオルシュ)シーケンスを備えた送信アンテナ毎にパイロット送信を送信することにより達成してもよいし、サブバンド多重化を用いた異なるサブバンドを用いて達成してもよいし、時間多重化を用いて異なるシンボル期間に達成してもよいし、以下同様である。符号多重化を用いて送信された非ステアドMIMOパイロットは以下のように表してもよい。
Figure 0005341015
但し、
Figure 0005341015
は、シンボル期間nにおいてサブバンドkを用いてTの送信アンテナから送信されたTのパイロットシンボルのベクトルである。
Figure 0005341015
はシンボル期間nにおいてTの送信アンテナのための対角ウオルシュマトリクスである。
Figure 0005341015
はシンボル期間nにおいてサブバンドkのための非ステアドMIMOパイロットのための送信シンボルのベクトルである。
KuはMIMOパイロットが送信されるサブバンドのセットである。「送信シンボル」は、送信アンテナから送信されるシンボルである。すべてのサブバンドに対して同じウオルシュマトリクス
Figure 0005341015
が使用されてもよく、従ってサブバンドインデックスkの関数でなくてもよい。
[0030] 一例として、T=4なら、4つの送信アンテナは、W1={1,1,1,1}、W2={1,−1、1,−1}、W3={1,1、−1,−1}およびW4={1,−1,−1,1}の4つのウオルシュシーケンスが割り当てられてもよい。従って、ウオルシュマトリクス
Figure 0005341015
は、対角線に沿った4つのウオルシュシーケンスの第1のエレメントを含み、
Figure 0005341015
は4つのウオルシュシーケンスの第2のエレメントを含み、
Figure 0005341015
は、4つのウオルシュシーケンスの第3のエレメントを含み、
Figure 0005341015
4つのウオルシュマトリクス
Figure 0005341015
を4つのシンボル期間に用いて非ステアドMIMOパイロットを送信してもよい。一般に完全な非ステアドMIMOパイロットは、符号多重化を用いて(連続するまたは非連続する)Tのシンボル期間に送信されてもよく、または直交シーケンスの各チップに対して1つのシンボル期間に送信されてもよい。完全な非ステアドMIMOパイロットを受信すると、受信エンティティは、
Figure 0005341015
を推定するために、補完的な処理を実行してもよい。
送信エンティティは、改良された性能を達成するために各サブバンドkに対してチャネル応答マトリクス
Figure 0005341015
のSの固有モードに関するデータを送信してもよい。各サブバンドkのためのチャネル応答マトリクス
Figure 0005341015
は、「対角マトリクス化」してそのサブバンドのためのMIMOチャネルのSの固有モードを得てもよい。この対角マトリクス化は、
Figure 0005341015
の特異値分解を実行するかまたは
Figure 0005341015
の相関マトリクスの固有値分解を実行することにより達成してもよい。これは
Figure 0005341015
であり、この場合
Figure 0005341015
は、
Figure 0005341015
の共役転置を示す。
Figure 0005341015
の特異値分解は以下のように表してもよい。
Figure 0005341015
但し、
Figure 0005341015
は、
Figure 0005341015
の左固有ベクトルのR×Rユニタリマトリクスである。
Figure 0005341015

Figure 0005341015
の特異値のR×Tの対角マトリクスである。
Figure 0005341015
は、
Figure 0005341015
の右固有ベクトルのT×Tのユニタリマトリクスである。ユニタリマトリクス
Figure 0005341015
は、特性
Figure 0005341015
により特徴づけられる。但し
Figure 0005341015
は、単位マトリクスである。ユニタリマトリクスの列は互いに直交している。
送信エンティティは、空間処理のために
Figure 0005341015
における右の固有ベクトルを使用しデータを
Figure 0005341015
のSの固有モード上に送信してもよい。受信エンティティは受信機空間処理のための
Figure 0005341015
における左の固有ベクトルを使用し
Figure 0005341015
のSの固有モード上に送信されたデータをリカバーしてもよい。対角マトリクス
Figure 0005341015
は対角線に沿って負でない実数値を含み他の場所のゼロを含む。これらの対角線エントリは、
Figure 0005341015
の特異値と呼ばれ
Figure 0005341015
のSの固有モードのためのチャネル利得を表す。特異値分解は、ギルバート・ストラング著の「線形代数とそのアプリケーション](Linear Algebra and Its Applications)、第2版、アカデミックプレス社、1980に記載されている。
送信エンティティは以下のようにステアドMIMOパイロットを送信してもよい。
Figure 0005341015
但し、
Figure 0005341015
は、
Figure 0005341015
のm番目の固有ベクトル/列である。
Figure 0005341015

Figure 0005341015
のm番目の固有コード上に送信されるパイロットシンボルである。
Figure 0005341015
は、
Figure 0005341015
のm番目の固有モードのためのステアドMIMOパイロットのための送信ベクトルである。
KsはステアドMIMOパイロットが送信されるサブバンドのセットである。
受信エンティティにおいて受信されたステアドMIMOパイロットは以下のように表してもよい。
Figure 0005341015
但し、
Figure 0005341015
は、
Figure 0005341015
のm番目の固有モードのためのステアドMIMOパイロットのための受信されたシンボルのベクトルである。σm(k)は、
Figure 0005341015
の対角エレメントである。
Figure 0005341015
は、
Figure 0005341015
のm番目の固有ベクトル/列である。「受信された信号」は、受信アンテナから得られたシンボルである。送信エンティティは、
Figure 0005341015
のシンボル期間における
Figure 0005341015
のすべての
Figure 0005341015
の固有モード上に、例えば、方程式(4)に示すように時間多重化を用いてシンボル期間あたり1つの固有モード上に完全なステアドMIMOパイロットを送信してもよい。
受信エンティティは、方程式(5)に示すように、時間多重化を用いて送信されたステアドMIMOパイロットに基づいて一度に1つの列の割合で
Figure 0005341015
の推定値を得てもよい。
また、送信エンティティは、符号多重化を用いて
Figure 0005341015
のシンボル期間に同時に
Figure 0005341015
のすべての
Figure 0005341015
の固有モード上にステアドMIMOパイロットを送信してもよい。符号多重化を備えたステアドMIMOパイロットは以下のように表してもよい。
Figure 0005341015
但し、
Figure 0005341015
は、シンボル期間nにおけるサブバンドkのための
Figure 0005341015
の右の固有ベクトルのマトリクスである。受信エンティティは完全なステアドMIMOパイロットを受信した後に
Figure 0005341015
の推定値を得てもよい。
また、送信エンティティは、サブバンド多重化を用いて1シンボル期間に
Figure 0005341015
のサブバンドk乃至K+
Figure 0005341015
−1上に
Figure 0005341015
のすべての
Figure 0005341015
の固有モードのための完全なステアドMIMOパイロットを送信してもよい。
また、送信エンティティは
Figure 0005341015
の固有モード未満にステアドMIMOパイロットを送信してもよい。例えば、送信エンティティは、ステアドMIMOパイロットを1つのシンボル期間において最良のまたは主要な固有モードに、2つのシンボル期間において2つの最良の固有モードに、以下同様に送信してもよい。
一般に、送信エンティティは、コード、サブバンド、および/または時間多重化を用いてさまざまな方法で非ステアドおよびステアドMIMOパイロットを送信してもよい。符号多重化は、送信エンティティがパイロット送信のために各送信アンテナに対して利用可能な最大送信電力を使用することを可能にする。これはチャネル推定性能を改良する。
上に記載したように、さらなるパイロットはMIMOパイロットであってもよい。また、さらなるパイロットもその他のタイプのパイロットであってもよい。例えば、送信エンティティは、単一ストリームのパイロットシンボルを単一の固有モードに送信してもよいし、または単一ストリームのパイロットシンボルをその他の方法でビームステアしてもよい。このさらなるパイロットは、例えば、タイミングオフセット、正しい残余周波数オフセット等を駆動するために使用されてもよい。
パイロット構造は公称のチャネル条件下で良好な性能を提供するベースパイロット(例えば、図2のMIMOパイロットセクション240)を含む。これは、パイロットのための低いオーバーヘッドを生じる。さらなるパイロットは必要に応じて送信されてもよい。送信されるさらなるパイロットの量並びにPDU内におけるさらなるパイロットの配置は、チャネル条件および/または他のファクターに基づいて柔軟に選択されてもよい。例えば、より多くの量のさらなるパイロットの量はより厳しいチャネル条件下で送信されてもよい。さらなるパイロットはPDUのスタートでまたはスタートの近くで送信されてもよい。これは、チャネル条件およびデータ検出を簡単にするかもしれない。またはさらにバッファリング要件を低減するかもしれない。また、さらなるパイロットはPDUを介して分散されてもよい。これは時間的に変化するチャネルに対して性能を改良するかもしれない。
図2を参照すると、4つのパイロットシンボルがデータセクション250内の各シンボル期間内の4つのパイロットサブバンドに送信されてもよい。これらのパイロットシンボルは、48のデータサブバンド上に送信されるコンテンツを示す/知らせるために使用されてもよい。各パイロットシンボルがBビットで形成されるなら、24Bの異なるシグナリング値が、4つのパイロットサブバンド上で送信された4つのパイロットシンボルで定義されてもよい。例えば、バイナリ位相シフトキーイング(BPSK)を用いて、各パイロットシンボルは、1ビットで形成され、24=16までの異なるシグナリング値は、4つのパイロットシンボルで定義されてもよい。
一般に、4つのパイロットシンボルに埋め込まれたシグナリングのための検出性能はこれらのパイロットシンボルのために定義されたシグナリング値の数に比例して劣化する。受信エンティティは4つのパイロットシンボルの雑音のあるバージョンを受信し、これらの雑音のある受信されたパイロットシンボルに基づいて送信エンティティにより送信された特定のシグナリング値を確かめる。受信エンティティは、受信されたパイロットシンボルと、各正当なシグナリング値のためのパイロットシンボルのセットとの間の測定基準(例えば、距離)を計算してもよい。次に、受信エンティティは、送信エンティティにより送信された値として最良の測定基準(例えば、最も短い距離)を備えたシグナリング値を選択する。選ぶべきより多くの正当なシグナリング値があるとき検出エラーがよりあり得る。
一実施形態において、4つのパイロットシンボルを使用してデータまたはさらなるパイロットがOFDMシンボルで送信されるかどうかを示すために使用される。表2はBPSKを用いて4つのパイロットシンボルにより運ばれる4つのビットb1、b2、b3、b4を備えたこの実施形態のための例示シグナリングセットを示す。
Figure 0005341015
さらなるMIMOパイロットはステアドされてもよいし非ステアドされてもよい。例えば、PDU内のデータシンボルと同じ方法で送信されてもよい。「データシンボル」はデータのための変調シンボルである。
他の実施形態において、4Bビットは、さらなるパイロットがOFDMシンボルで送信されているかどうかを示し、yesならさらなるパイロットのための特定の情報を示すために使用される。表3は、BPSKを用いて4つのパイロットシンボルにより運ばれる4つのビットb1、b2、b3、b4を備えた、この実施形態のための例示シグナリングセットを示す。
Figure 0005341015
表3に示される実施形態の場合、ビットb1およびb2は、非ステアドMIMOパイロットおよびステアドMIMOパイロットがOFDMシンボルで送られているかどうか、またはさらなるパイロットがOFDMシンボルで送られていないかどうかを示す。ビットb3は、MIMOパイロットが符号/時間多重化またはサブバンド多重化を用いて送信されているかどうかを示す。符号多重化の場合、MIMOパイロットは直交シーケンスを用いて複数のシンボル期間にわたって送信される。例えば、非ステアドMIMOパイロットは、方程式(2)に示されるように、4チップのウオルシュシーケンスを用いて4つのシンボル期間に4つの送信アンテナから送信されてもよい。方程式(6)に示されるように、ステアドMIMOパイロットは、4チップウオルシュシーケンスを用いて4つのシンボル期間に同時に4つの固有モードに送信されてもよい。サブバンド多重化の場合、MIMOパイロットは1つのシンボル期間に複数のサブバンド上に送信される。例えば、非ステアドMIMOパイロットは、1つのシンボル期間に4つの送信アンテナから4つの異なるサブバンドに送信されてもよい(例えば、送信アンテナ1からサブバンドkに、送信アンテナ2からサブバンドk+1に、送信アンテナ3からサブバンドk+2に、および送信アンテナ4からサブバンドk+3に)。ステアドMIMOパイロットは1つのシンボル期間に4つの異なるサブバンドを用いて4つの固有モードに送信されてもよい(例えば、サブバンドkを用いて固有モード1に、サブバンドk+1を用いて固有モード2に、サブバンドk+2を用いて固有モード3に、サブバンドk+3を用いて固有モード4に)。ビットb4はさらなるパイロットに使用されるサブバンドの数を示す。例えば、さらなるパイロットシンボルはすべての48のデータサブバンドに送信されてもよいし、または24のデータサブバンドのみ(例えば、ひとつおきのデータサブバンド)に送信されてもよい。表2および3は、BPSKを用いて4つのパイロットサブバンドに埋め込まれたシグナリングの2つの特定の実施形態を示す。一般に、キャリアパイロットのための4Bビットは、(1)さらなるパイロットが送信されているかどうか、(2)さらなるパイロットのタイプが送信されている(例えば、非ステアドMIMOパイロット、ステアドMIMOパイロット等)、(3)パイロットが送信されている方法(例えば、符号多重化、サブバンド多重化、時間多重化等)、(4)さらなるパイロットのために使用されるサブバンドの数(例えば、すべてのデータサブバンド、1/2のデータサブバンド、1/4のデータサブバンドまたはその他の数のデータサブバンド)、および(5)恐らく他の関連する情報のようなさらなるパイロットのための任意のタイプの情報を伝達するために使用されてもよい。より多くのシグナリング値は、さらなるパイロットの送信においてより柔軟性を提供する。しかしながら、検出性能はまたより多くのシグナリング値の場合より悪い。検出性能とパイロット挿入柔軟性の間でトレードオフが行われてもよい。
与えられたPDU内のさらなるパイロットのためのシグナリングはまたPDUの信号セクション230に送信されてもよい。このシグナリングは、さらなるパイロットのために上で述べられた任意のまたは全ての可能な情報を示していてもよい。さらに、このシグナリングはさらなるパイロットが送信されるであろう特定のシンボル期間を示していてもよい(例えば、データセクション250の真ん中に、データセクションの1/4ごとに、L番目のシンボル期間ごとに、等)。
上に記載したように、キャリアパイロットは、さらなるパイロットのためのシグナリングを送信するために使用されてもよい。また、キャリアパイロットは他のタイプのシグナリングを送信するために使用されてもよい。例えば、送信されるPDUに使用されるレート(例えば、コーディングおよび変調スキーム)、他のリンク(例えば、ダウンリンクまたはアップリンク)に使用されるレート、電力制御情報(例えば、送信電力を調節するために使用されるUPおよびDOWN電力制御コマンド)、送信パラメーター(例えば、割り当てられたトラヒックチャネル、周波数サブバンド等)、他のリンクを介して受信されたアクノレジメント(ACK)または否定アクノレジメント(NAK)、通信に使用する基地局(複数の場合もある)のセット、等である。異なるタイプのシグナリングは、異なる信頼性要件を有していてもよく、異なる符号化スキームおよび/または異なるシグナリングセットを採用してもよい。送信されるシグナリングのタイプに関わらず、送信エンティティは便利にこのシグナリングをパイロットサブバンド上に送信してもよいし、受信エンティティは迅速にこのシグナリングを検出してもよい。
図3は、さらなるパイロットを送信するために送信エンティティにより実行されるプロセス300のフロー図を示す。プロセス300はPDU毎に実行されてもよい。送信エンティティは、PDU内のベースパイロットを多重化し送信する(ブロック310)。また、送信エンティティは、例えばチャネル条件および/または他のファクターに基づいて、PDUにさらなるパイロットを送信するべきか否かを決定する(ブロック312)。ブロック314で決定されたように、さらなるパイロットがPDUに送信されないなら、送信エンティティは、任意のさらなるパイロットを伴わずに通常の方法でPDUを処理し送信する(ブロック316)。さもなければ、さらなるパイロットが送信されるなら、送信エンティティは、例えばチャネル条件および/または他のファクターに基づいてPDUに送信されるさらなるパイロットの量、タイプ、ロケーション等を決定する(ブロック318)。次に、送信エンティティは、例えば、4つのパイロットサブバンドに送信されたパイロットシンボルに埋め込まれたさらなるパイロットのためのシグナリングをPDUに送信する(ブロック320)。また、送信エンティティは、シグナリングにより示されるさらなるパイロットを多重化し送信する(ブロック322)。また、送信エンティティは、さらなるパイロットの観点からPDUを処理し送信する(ブロック324)。例えば、PDUの長さは、PDUに送信されるさらなるパイロットの量により拡張されてもよい。
図4は、さらなるパイロットを受信し利用するために受信エンティティにより実行されるプロセス400のフロー図を示す。また、プロセス400はPDU毎に実行されてもよい。受信エンティティはベースパイロット(例えば、MIMOパイロットセクション240に送信されたMIMOパイロット)を受信し、受信したベースパイロットに基づいてMIMOチャネル応答推定値を導き出す(ブロック410)。受信エンティティは、例えば、4つのパイロットサブバンドに送信されたパイロットシンボルからさらなるパイロットのためのシグナリングを受信する(ブロック412)。受信エンティティは、さらなるパイロットが受信したシグナリングに基づいて送信されているかどうかを決定する(ブロック414)。さらなるパイロットが送信されていなければ、プロセスはブロック420に進む。さもなければ、受信エンティティは、受信したシグナリングにより示されるさらなるパイロットを受信し多重化する(ブロック416)。次に、受信エンティティは、さらなるパイロットを用いて改良されたMIMOチャネル応答推定値を導き出す(ブロック418)。受信エンティティはチャネル応答推定値を用いてPDUのための受信されたデータシンボルに対してデータ検出を実行する(ブロック420)。
図5はMIMOシステム500における送信エンティティ510と受信エンティティ550のブロック図を示す。送信エンティティ510はユーザー端末のアクセスポイントであってもよい。また、受信エンティティ550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。
送信エンティティ510において、TXデータプロセッサー512はトラヒック/パケットデータを処理し(例えば、符号化し、インターリーブし、シンボルマッピングし)、データシンボルを得る。TX空間プロセッサー520は、パイロットとデータシンボルを受信して適切なサブバンドに逆多重化し、必要に応じて空間処理を実行し、Tの送信アンテナのためのTの送信シンボルのストリームをTのOFDM変調器(Mod)530a乃至530tに供給する。各OFDM変調器530はそれぞれの送信シンボルストリーム上でOFDM変調を実行し、サンプルのストリームを相関する送信機ユニット(TMTR)532に供給する。各送信機ユニット532は、そのサンプルストリームを処理し(例えば、アナログに変換し、増幅し、フィルターし、周波数コンバートし)、変調された信号を発生する。送信機ユニット532a乃至532tはそれぞれTのアンテナ534a乃至534tからの送信のためのTの変調された信号を供給する。
受信エンティティ550において、Rのアンテナ552a乃至552rはTの送信された信号を受信し、各アンテナ552は、受信された信号をそれぞれの受信機ユニット(RCVR)554に供給する。各受信機ユニット554は、その受信された信号を処理し、対応するサンプルストリームを関連するOFDM変調器(Demod)560に供給する。各OFDM復調器560はそのサンプルストリームに対してOFDM復調を実行し、受信されたデータシンボルを受信(RX)空間プロセッサー570に供給し、受信されたパイロットシンボルをコントローラー580内のチャネル推定器584に供給する。チャネル推定器584は、データ送信のために使用されるサブバンドのための送信エンティティ510と受信エンティティ550との間のMIMOチャネルのためのチャネル応答推定値を導き出す。チャネル応答推定値は、送信エンティティ510により送信されたベースパイロットおよび/またはさらなるパイロットを用いて導き出してもよい。コントローラー580はまたMIMOチャネル応答推定値に基づいて空間フィルターマトリクスを導き出す。RX空間プロセッサー570は、そのサブバンドのために導き出された空間フィルターマトリクスを用いてサブバンド毎に受信されたデータシンボルに対して受信機空間処理(または空間整合フィルタリング)を実行し、サブバンドのための検出されたデータシンボルを供給する。各検出されたデータシンボルは、送信エンティティ510により送信されたデータシンボルの推定値である。次に、RXデータプロセッサー572は、すべてのサブバンドのための検出されたデータシンボルを処理し、デコードされたデータを供給する。
コントローラー540および580は、それぞれ送信エンティティ510および受信エンティティ550における処理ユニットの動作を制御する。メモリユニット542および582は、それぞれコントローラー540および580により使用されるデータおよび/またはプログラムコードを記憶する。
図6は送信エンティティ510におけるTX空間プロセッサーの一実施形態図のブロック図を示す。プロセッサー520内において、TX空間プロセッサー610は、Tの送信アンテナを介して送信のためのデータシンボルまたは各データサブバンドの
Figure 0005341015
の固有モードを受信して処理する。TXデータ空間プロセッサー610は、Tの送信アンテナのためのTのストリームの空間的に処理されたデータシンボルをTのシンボルマルチプレクサ(Mux)640a乃至640tに供給する。TX空間プロセッサー620は、パイロットシンボルに対して空間処理を実行し、(1)Tの送信アンテナからの送信のための非ステアドMIMOパイロットまたは(2)パイロット送信に使用される各サブバンドの
Figure 0005341015
までの固有モードへの送信のためのステアドMIMOパイロットを供給する。TXパイロット空間プロセッサー620はTの送信アンテナのための空間的に処理されたパイロットシンボルをTのシンボルマルチプレクサ640a乃至640tに供給する。
TXパイロットシグナリングプロセッサー630はもしあれば送信されているさらなるパイロットのためのシグナリングを発生する。図6に示される実施形態の場合、さらなるパイロットのためのシグナリングはキャリアパイロットのために4つのパイロットサブバンドに送信されたパイロットシンボル内に埋め込まれる。TXパイロットシグナリングプロセッサー630は、シグナリングをキャリアパイロットシンボル内に埋め込んで、シンボルマルチプレクサ640tに供給する。各シンボルマルチプレクサ640は、その送信アンテナのための空間的に処理されたデータシンボル、空間的に処理されたパイロットシンボル、およびキャリアパイロットシンボルを受信し適切なサブバンドおよびシンボル期間に多重化する。Tのシンボル多重化640a乃至640tは、Tの送信アンテナのための送信シンボルのためのTのストリームをTのOFDM変調器530a乃至530tに供給する。
各OFDM変調器530はそれぞれの送信シンボルストリームに対してOFDM変調を実行し、対応するOFDMシンボルストリームを供給する。シンボル期間毎に、各OFDM変調器530は、例えば48のデータのためのkの周波数領域値および/または48データサブバンドに送信されるパイロットシンボル、4つのパイロットサブバンドに送信される4つのキャリアパイロットシンボル、および12の未使用のサブバンドのためのゼロの12の信号値を得る。逆高速フーリエ変換(IFFT)ユニット650は、Kの周波数領域値をKポイントIFFTを用いて時間領域に変換し、Kの時間領域チップを含む「変換された」シンボルを供給する。周波数選択フェージングにより生じたシンボル間干渉(ISI)に対抗するために、サイクリックプリフィックス発生器652は、各変換されたシンボルの一部を反復し対応するOFDMシンボルを形成する。反復された部分はしばしばサイクリックプリフィックスまたはガードインターバルと呼ばれる。OFDMシンボル期間(または単にシンボル期間)は1OFDMシンボルの期間である。
図7はTXパイロットシグナリングプロセッサー630の一実施形態のブロック図を示す。コントローラー540はさらなるパイロットのためのシグナリング値をシグナリングルックアップテーブル(LUT)710に供給する。LUT710は次にそのシグナリング値に対応する4つのパイロットシンボルを4つの乗算器712a乃至712dに供給する。また、各乗算器712はシンボル期間毎にPN発生器714からPNシーケンスを受信し、そのシンボル期間のためのパイロットシンボルをそのシンボル期間のためのPN値と乗算し、スクランブルされたパイロットシンボルを発生する。乗算器712a乃至712dは、4つのパイロットサブバンドのための4つのスクランブルされたパイロットシンボルをTのシンボル乗算器640a乃至640tに供給する。各シンボル乗算器640i、但しi=1・・・T、スクランブルされたパイロットシンボルをキャリアパイロットに使用される4つのパイロットサブバンドに多重化し、さらに送信アンテナiのために空間的に処理されたデータとパイロットシンボルをデータサブバンド上に多重化する。
ここに記載されたパイロット送信およびシグナリング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で実施されてもよい。ハードウエア実施の場合、さらなるパイロットとシグナリングを送信する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(ASICs)、デジタルシグナルプロセッサー(DSPs)、デジタルシグナル処理装置(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において実施されてもよい。さらなるパイロットおよびシグナリングを受信するために使用される処理装置もまた1つ以上のASICs、DSPs、等内で実施されてもよい。
ソフトウエア実施の場合、ここに記載された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)を用いて実施されてもよい。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542および/または582)に記憶してもよく、プロセッサー(例えば、図5のコントローラー540および/または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にまたはプロセッサー外部に実施されてもよい。プロセッサー外部に実施される場合、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。
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。これらの実施形態への種々の変更は、当業者に容易に明白であり、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。

Claims (21)

  1. 直交周波数分割多重(OFDM)を利用する多入力多出力(MIMO)通信システムにおいてシグナリングを送信する方法において、
    複数のシグナリング値の中からシグナリング値を選択することであって、前記選択されたシグナリング値はさらなるパイロットシンボルまたはデータシンボルが送信されるか否かを示すことと、
    パイロットシンボルの複数のセットの中からパイロットシンボルの1つのセットを選択することであって、前記パイロットシンボルの複数のセットの各々は前記複数のシグナリング値の異なるシグナリング値に相当し、前記パイロットシンボルの選択されたセットは前記選択されたシグナリング値に相当することと、
    キャリアパイロットに使用される周波数サブバンドの第1のセット上でパイロットシンボルの前記選択されたセットを多重化することと、
    前記さらなるパイロットシンボルまたは前記データシンボルの送信が前記選択されたシグナリング値により示されたとき、前記さらなるパイロットシンボルまたは前記データシンボルを、前記パイロットシンボルの選択されたセットと同時に周波数サブバンドの第2のセット上送信することと
    を備えた方法。
  2. 前記キャリアパイロットは、送信エンティティにより使用される信号の位相を追跡するために受信エンティティにより使用されるのに適している、請求項1の方法。
  3. 前記複数のシグナリング値は、データシンボルが周波数サブバンドの前記第2のセット上送信されていることを示す第2のシグナリング値をさらに含む、請求項1の方法。
  4. 前記選択されたシグナリング値は、さらなるパイロットを送信するために使用される周波数サブバンドのセットを示す、請求項1の方法。
  5. 前記選択されたシグナリング値は、送信されているさらなるパイロットのための送信のモードを示す、請求項1の方法。
  6. 直交周波数分割多重(OFDM)を利用した多入力多出力(MIMO)通信システムにおける装置において、
    複数のシグナリング値の中からシグナリング値を選択するロジックであって、前記選択されたシグナリング値はさらなるパイロットシンボルまたはデータシンボルが送信されるか否かを示す、ロジックと、
    パイロットシンボルの複数のセットの中からパイロットシンボルの1つのセットを選択するロジックであって、パイロットシンボルの前記複数のセットの各々は前記複数のシグナリング値の異なるシグナリング値に相当し、パイロットシンボルの前記選択されたセットは前記選択されたシグナリング値に相当するロジックと、
    キャリアパイロットに使用される周波数サブバンドの第1のセット上パイロットシンボルの前記選択されたセットを多重化するロジックと、
    前記さらなるパイロットシンボルまたは前記データシンボルの送信が前記選択されたシグナリング値により示されたとき、前記さらなるパイロットシンボルまたは前記データシンボルを、前記パイロットシンボルの選択されたセットと同時に周波数サブバンドの第2のセット上送信するロジックと
    を備えた装置。
  7. 前記キャリアパイロットは、送信エンティティにより使用されるキャリア信号の位相を受信エンティティが追跡するのに使用するのに適している、請求項6の装置。
  8. 前記複数のシグナリング値は、データシンボルが、周波数サブバンドの前記第2のセット上送信されていることを示す第2のシグナリング値をさらに含む、請求項6の装置。
  9. 前記選択されたシグナリング値は、さらなるパイロットを送信するために使用される周波数サブバンドのセットを示す、請求項6の装置。
  10. 前記選択されたシグナリング値は、送信されているさらなるパイロットのための送信のモードを示す、請求項6の装置。
  11. 直交周波数分割多重(OFDM)を利用する多入力多出力(MIMO)通信システムにおける装置において、
    複数のシグナリング値の中から1つのシグナリング値を選択する手段であって、前記選択されたシグナリング値はさらなるパイロットシンボルまたはデータシンボルが送信されるか否かを示す、手段と、
    パイロットシンボルの複数のセットの中からパイロットシンボルの1つのセットを選択する手段であって、パイロットシンボルの前記複数のセットの各々は前記複数のシグナリング値の異なるシグナリング値に相当し、パイロットシンボルの前記選択されたセットは前記選択されたシグナリング値に相当する、手段と、
    キャリアパイロットに使用される周波数サブバンドの第1のセット上パイロットシンボルの前記選択されたセットを多重化する手段と、
    前記さらなるパイロットシンボルまたは前記データシンボルの送信が前記選択されたシグナリング値により示されたとき、前記さらなるパイロットシンボルまたは前記データシンボルを、前記パイロットシンボルの選択されたセットと同時に周波数サブバンドの第2のセット上送信する手段と
    を備えた装置。
  12. 前記キャリアパイロットは、受信エンティティが、送信エンティティにより使用されるキャリア信号の位相を追跡するのに使用するのに適している、請求項11の装置。
  13. 前記複数のシグナリング値は、データシンボルが、周波数サブバンドの前記第2のセット上送信されていることを示す第2のシグナリング値をさらに含む、請求項11の装置。
  14. 前記選択されたシグナリング値は、さらなるパイロットを送信するのに使用される周波数サブバンドのセットを示す、請求項11の装置。
  15. 前記選択されたシグナリング値は、送信されているさらなるパイロットのための送信のモードを示す、請求項11の装置。
  16. 直交周波数分割多重(OFDM)を利用する多入力多出力(MIMO)通信システムのための命令を記憶したコンピュータ読み取り可能記録媒体において、前記命令は、1つまたは複数のプロセッサにより実行可能であり、前記命令は、
    複数のシグナリング値の中から1つのシグナリング値を選択する命令であって、前記選択されたシグナリング値はさらなるパイロットシンボルまたはデータシンボルが送信されるか否かを示す、命令と、
    パイロットシンボルの複数のセットの中からパイロットシンボルの1つのセットを選択する命令であって、パイロットシンボルの前記複数のセットの各々は、前記複数のシグナリング値の異なるシグナリング値に相当し、パイロットシンボルの前記選択されたセットは、前記選択されたシグナリング値に相当する、命令と、
    キャリアパイロットに使用される周波数サブバンドの第1のセット上パイロットシンボルの前記選択されたセットを多重化する命令と、
    前記さらなるパイロットシンボルまたは前記データシンボルの送信が前記選択されたシグナリング値により示されたとき、前記さらなるパイロットシンボルまたは前記データシンボルを、前記パイロットシンボルの選択されたセットと同時に周波数サブバンドの第2のセット上送信する命令と
    を備えた、コンピュータ読み取り可能記録媒体。
  17. 前記キャリアパイロットは、受信エンティティが、送信エンティティにより使用されるキャリア信号の位相を追跡するのに使用するのに適している、請求項16のコンピュータ読み取り可能記録媒体。
  18. 前記複数のシグナリング値は、データシンボルが、周波数サブバンドの前記第2のセット上送信されていることを示す第2のシグナリング値をさらに含む、請求項16のコンピュータ読み取り可能記録媒体。
  19. 前記選択されたシグナリング値は、さらなるパイロットを送信するのに使用される周波数サブバンドのセットを示す、請求項16のコンピュータ読み取り可能記録媒体。
  20. 前記選択されたシグナリング値は、送信されているさらなるパイロットの送信のモード示す、請求項16のコンピュータ読み取り可能記録媒体。
  21. コンピュータに対して、請求項1乃至5のうちの1つに記載の方法を実行させるプログラム。
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