JP5788180B2 - チャネル状態情報（ｃｓｉ）多入力多出力（ｍｉｍｏ）システムのための余剰電力の再分配 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、データ通信に関し、より具体的には、マルチチャネル通信システム（例えば、多入力、多出力（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ，ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ；ＭＩＭＯ）通信システム）における余剰電力を再分配する技術に関する。

無線通信システムにおいて、送信機からのＲＦ変調信号は、多数の伝搬路を介して受信機に到達する。該伝搬路の特性は、フェージングやマルチパス等の多くの要因により、一般的に、時間の経過と共に変化する。有害なパスの影響に対してダイバーシティを実現するためには、複数の送信アンテナおよび受信アンテナを使用してもよい。該送信アンテナと受信アンテナとの間の伝搬路が一次独立である場合（すなわち、一方のパス上の送信が、他方のパス上の送信の一次結合として形成されている）、これは、一般的に、少なくともある程度事実であるが、アンテナの数が増えると、データ送信を正しく受信する可能性が増す。一般に、送信アンテナおよび受信アンテナの数が増えると、ダイバーシティが強まり、性能が向上する。

多入力、多出力（ＭＩＭＯ）通信システムは、データ送信のために多数（Ｎ_Ｔ）の送信アンテナおよび多数（Ｎ_Ｒ）の受信アンテナを用いる。Ｎ_Ｔの送信アンテナおよびＮ_Ｒの受信アンテナによって形成されたＭＩＭＯチャネルは、Ｎ_Ｓ≦ｍｉｎ｛Ｎ_Ｔ，Ｎ_Ｒ｝の場合、Ｎ_Ｓの独立したチャネルに分解することができる。Ｎ_Ｓの独立したチャネルの各々は、ＭＩＭＯチャネルの空間サブチャネル（ｓｐａｔｉａｌ ｓｕｂｃｈａｎｎｅｌｓ）と呼ばれ、次元に相当する。上記ＭＩＭＯシステムは、上記多数の送信アンテナおよび受信アンテナによって形成された追加的な次元を用いた場合、向上した性能（例えば、増加した送信容量）を実現することができる。例えば、独立したデータストリームは、Ｎ_Ｓの空間サブチャネルの各々で送信してシステムスループットを向上させることができる。

広帯域ＭＩＭＯシステムの空間サブチャネルは、異なるチャネル状態（例えば、異なるフェージングやマルチパスの影響）を経験する可能性があり、また、所定量の送信電力に対して異なるＳＮ比を実現する可能性がある。従って、上記空間サブチャネルによってサポートすることができるデータレートは、サブチャネル毎に異なっていてもよい。また、上記チャネル状態は、一般に、時間と共に変化する。その結果、空間サブチャネルによってサポートされるデータレートも、時間と共に変化する。

符号化通信システムにおける主要な課題は、適切なデータレート、符号化および変調スキーム、およびチャネル状態に基づいた使用可能な送信チャネル上でのデータ送信に使用すべき送信電力の選択である。この選択プロセスの目的は、スペクトル効率を最大化すると共に、特定の目標フレームエラーレート（ｆｒａｍｅ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ；ＦＥＲ）および／または他の判断基準によって定量化することができる目標品質を実現することである。

一般的な通信システムにおいては、所定のデータストリームに対して用いることができるデータレートに対して上限がある。例えば、不連続なデータレートのセットは、上記システムによってサポートすることができ、またそれらのデータレートの中の最大のデータレートは、所定のデータストリームに対する飽和スペクトル効率、ρ_ｓａｔとして考えることができる。このようなシステムにおいて、各データストリームが、それぞれの空間サブチャネル上に送信されると、上記最大のデータレートで目標ＦＥＲを実現するのに必要な送信電力よりも多い送信電力を分配することは、追加的な送信電力の無駄な使用につながる。この余剰な送信電力は低いＦＥＲをもたらすが、このＦＥＲの改善は、目標ＦＥＲがすでに実現されているため、本質的であるとは考えられない。該余剰な送信電力は、他の空間サブチャネルに対するスペクトル効率を増加させるためにより有効に用いることができる。

従って、当技術分野において、少なくとも１つのサブチャネルによって、飽和スペクトル効率に達している場合に、ＭＩＭＯシステムにおける空間サブチャネルの中に送信電力を分配／再分配する方法に対する要求がある。

本発明の態様は、より高いシステム全体のスループットおよび／または他の恩恵を実現できるように、総送信電力を、マルチチャネル通信システムにおける送信チャネルに分配する技術を提供する。該送信チャネルは、ＭＩＭＯシステムの空間サブチャネル、ＯＦＤＭシステムの周波数サブチャネル、またはＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおける周波数サブチャネルの空間サブチャネルに相当してもよい。

上記総送信電力は、最初は、特定の電力分配スキーム（例えば、注水スキーム）に基づいて、該送信チャネルに分配することができる。この最初の分配は、必要とするＳＮ比（例えば、最大許容データレートを実現するのに必要なＳＮ比）を実現するのに要する電力よりも多い電力をいくつかの送信チャネルに対して分配することにつながる可能性があり、このことは、それらの送信チャネルを飽和領域で作動させることにつながる。このような状況において、本願明細書に記載した技術は、該飽和領域で作動する送信チャネルの余剰な送信電力を、該飽和領域以下で作動する他の送信チャネルに有利に再分配する。このようにして、「より良好な」送信チャネルの性能を犠牲にすることなく、より高いスペクトル効率を、「より貧弱な」送信チャネルに対して実現することができる。

特定の実施形態においては、マルチチャネル通信システムにおける多数の送信チャネルに送信電力を分配する方法が提供される。最初に、送信電力を分配すべき１つまたは複数の送信チャネルのセットが定義される。該セットの送信チャネルに分配するのに利用できる総送信電力が決定されて、特定の分配スキーム（例えば、注水スキーム）に基づいて、それらの送信チャネルに分配される。そして、この分配された送信電力の結果として上記飽和領域で作動する送信チャネルが識別される。このような送信チャネルの各々には、修正された量（例えば、必要とするＳＮ比を実現するのに必要な最大量）の送信電力が分配される。そして、修正された送信電力が再分配された全ての送信チャネルの余剰な送信電力の合計が決定される。

上記の工程は、１度にまたはそれ以上実行することができる。第１の繰り返しに対する送信チャネルのセットは、送信電力を分配すべき全ての送信チャネルを含み、また各後続の繰り返しに対しては、上記飽和領域ではない送信チャネルのみを含む。また、各後続の繰り返しに利用できる上記総送信電力は、現在の繰り返しで決定された余剰な送信電力の合計を含む。

本発明の種々の態様および実施形態を、以下にさらに詳細に記載する。また、本発明は、以下に詳細に説明するように、本発明の様々な態様、実施形態および特徴を実施する方法、プロセッサ、送信機ユニット、受信機ユニット、基地局、端末、システム、およびその他の装置および構成要素を提供する。

本発明の特徴、本質および効果は、同様の参照符号が、全体を通して相応じて示す図面と共に解釈すれば、以下に記載した詳細な説明からより明白になるであろう。

電力再分配を用いたＭＩＭＯシステムにおける固有モードで総送信電力を分配するプロセスの実施形態のフロー図である。 電力再分配を用いたマルチチャネル通信システムにおける送信チャネルで総送信電力を分配するプロセスの実施形態のフロー図である。 不連続なデータレートのセットをサポートするＭＩＭＯシステムにおける固有モードで総送信電力を分配するプロセスの実施形態のフロー図である。 スペクトル効率対有効なＳＮ比の２つのグラフを示す。 不連続なデータレートのセットをサポートする通信システムの場合のスペクトル効率対有効なＳＮ比のグラフを示す。 不連続なデータレートのセットをサポートする通信システムの場合のスペクトル効率対有効なＳＮ比のグラフを示す。 総使用可能送信電力を、注水スキームに基づいて、固有モードのセットに分配するプロセスの実施形態のフロー図である。 注水スキームに基づく、総送信電力の固有モードへの分配を示すグラフである。 注水スキームに基づく、総送信電力の固有モードへの分配を示すグラフである。 送信システムおよび受信システムの実施形態のブロック図である。

５００…プロセス、７１０…送信機システム、７１２…データソース、７１４…送信データプロセッサ、７２０…ＭＩＭＯプロセッサ、７２２…送信機、受信機、７２４…アンテナ、７３０…コントローラ、７３２…メモリ、７４０…復調器、７４２…受信データプロセッサ、７５０…受信機システム、７５２…アンテナ、７５４…送信機、受信機、７６０…ＭＩＭＯプロセッサ、７６２…受信データプロセッサ、７７０…コントローラ、７７８…送信データプロセッサ、７８０…変調器

本願明細書に記載した、送信電力を送信チャネルに分配／再分配する技術は、様々なマルチチャネル通信システムに用いることができる。このようなマルチチャネル通信システムは、多入力・多出力（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ，ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ；ＭＩＭＯ）通信システム、直交周波数分割多重（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；ＯＦＤＭ）通信システム、ＯＦＤＭを用いるＭＩＭＯシステム（すなわち、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム）等を含む。該マルチチャネル通信システムは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続、あるいは、他の多元接続技術を実施してもよい。多元接続通信システムは、多数の端末（すなわち、ユーザ）との同時通信をサポートすることができる。明確にするために、特に、マルチアンテナ無線通信システムのようなＭＩＭＯシステムに対して、本発明のいくつかの態様および実施形態を説明する。

ＭＩＭＯシステムは、データ送信のために多数（Ｎ_Ｔ）の送信アンテナおよび多数（Ｎ_Ｒ）の受信アンテナを用いる。Ｎ_Ｔの送信アンテナおよびＮ_Ｒの受信アンテナによって形成されたＭＩＭＯチャネルは、Ｎ_Ｓ≦ｍｉｎ｛Ｎ_Ｔ，Ｎ_Ｒ｝の場合、Ｎ_Ｓの独立したチャネルに分解することができる。Ｎ_Ｓの独立したチャネルの各々は、ＭＩＭＯチャネルの空間サブチャネル（または、送信チャネル）とも呼ばれる。空間サブチャネルの数は、Ｎ_Ｔの送信アンテナとＮ_Ｒの受信アンテナとの間の応答を示すチャネル応答行列Ｈに従属する、ＭＩＭＯチャネルのための固有モードの数によって決まる。

チャネル応答行列Ｈの要素は、以下のように、独立したガウスランダム変数で構成される。

ただし、ｈ_ｉ，ｊは、ｊ番目の送信アンテナとｉ番目の受信アンテナとの間の結合（すなわち、複素ゲイン）である。ＭＩＭＯシステムのためのモデルは、次のように表わすことができる。

ただし、
ｙは、受信ベクトルであり、つまり、ｙ＝［ｙ_１ｙ_２…ｙ_ＮＲ］^Ｔ、ただし｛ｙ_ｉ｝は、ｉ番目の受信アンテナで受信されたエントリであり、ｉ∈｛１，…，Ｎ_Ｒ｝であり、 ｘは、受信ベクトルであり、つまり、ｘ＝［ｘ_１ｘ_２…ｘ_ＮＴ］^Ｔ、ただし｛ｘ_ｊ｝は、ｊ番目の受信アンテナで受信されたエントリであり、ｊ∈｛１，…，Ｎ_Ｔ｝であり、 Ｈは、ＭＩＭＯチャネルのためのチャネル応答行列であり、
ｎは、平均ベクトルが０で、共分散行列Λ_ｎ＝σ^２Ｉである加法的白色ガウス雑音（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｗｈｉｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｎｏｉｓｅ；ＡＷＧＮ）であり、ただし、０は、ゼロベクトルであり、Ｉは、対角要素が１で、他の要素が０である単位行列であり、σ^２は、雑音の平方偏差であり、
［．］^Ｔは、［．］の転置行列である。

簡単にするために、上記ＭＩＭＯチャネルは、フラットフェージング・ナローバンド・チャネルであると仮定する。この場合、チャネル応答行列Ｈの要素はスカラーであり、かつ、各送信・受信アンテナの対の間の結合ｈ_ｉ，ｊは、単一のスカラー値で表わすことができる。しかし、本願明細書に記載した電力分配／再分配技術は、異なる周波数において異なるチャネルゲインを有する周波数選択性チャネルに適用することもできる。このような周波数選択性チャネルにおいて、動作帯域幅は、各帯域をフラットフェージングチャネルとして考えてもよいような、多数の（等しいまたは等しくない）周波数帯域に分割することができる。その不連続な帯域の応答は、総送信電力の分配／再分配において考慮することができる。

伝搬環境における散乱により、Ｎ_Ｔの送信アンテナから送信されたＮ_Ｔのデータストリームは、上記受信機において互いに干渉する。この干渉をなくすまたは低減する１つの方法は、それらのデータストリームが、直交空間サブチャネルで有効に送信されるように、ＭＩＭＯチャネルを「対角化する」ことである。該ＭＩＭＯチャネルを対角化する１つの方法は、チャネル応答行列Ｈに対して特異値分解を行うことであり、これは次のように表わすことができる。

ただし、Ｕは、Ｎ_Ｒ×Ｎ_Ｒのユニタリ行列であり（すなわち、Ｕ^ＨＵ＝Ｉ）、
Ｄは、Ｎ_Ｒ×Ｎ_Ｔの行列であり、
Ｖは、Ｎ_Ｔ×Ｎ_Ｔのユニタリ行列であり、
^“Ｈ”は、複素転置行列を示す。

行列Ｄの対角エントリは、λ_ｉおよびｉ∈｛１，…，Ｎ_Ｓ｝で表わされる、Ｇ＝Ｈ^ＨＨの固有値の平方根であり、ただし、Ｎ_Ｓ≦ｍｉｎ｛Ｎ_Ｔ，Ｎ_Ｒ｝は、分解可能なデータストリームの数である。Ｄの全ての非対角エントリは、０である。

すなわち、対角行列Ｄは、対角線上に負でない実数と、それ以外のところに０を含み、ただし、該負でない実数値は、ｄ_ｉ＝√λ_ｉである。ｄ_ｉは、チャネル応答行列Ｈの特異値と呼ばれる。特異値分解は、公知の行列演算であり、様々な参照文献に記載されている。そのような参照文献の１つは、「線形代数およびその応用（Linear Algebra and Its Applications）」（第２版、アカデミック・プレス（Academic Press）、１９８０年）と題されたＧｉｌｂｅｒｔ Ｓｔｒａｎｇによる著書であり、これは参照によりここに組み込まれる。

特異値分解は、チャネル応答行列Ｈを、２つのユニタリ行列ＵおよびＶと対角行列Ｄとに分解する。行列Ｄは、ＭＩＭＯチャネルの固有モードを説明したものであり、これは空間サブチャネルに相当する。ユニタリ行列ＵおよびＶは、それぞれ、上記受信機および送信機のための「ステアリング」ベクトルを含み、これは、ＭＩＭＯチャネルを対角化するのに用いることができる。具体的には、ＭＩＭＯチャネルを対角化するには、信号ベクトルｓに行列Ｖを左から掛け、その結果生じるベクトルｘ＝Ｖｓが、ＭＩＭＯチャネルで送信される。上記受信機においては、受信されたベクトルｙ＝Ｈｘ＋ｎに、行列Ｕ^Ｈが掛けられて、次のように、復元ベクトルｒを得る。

ただし、

は、単にｎの回転であり、同じ平均ベクトルおよび共分散行列をｎとして有する加法的白色ガウス雑音を結果として生じる。

式（４）に示すように、信号ベクトルｓに行列Ｖを左から掛けること、および受信ベクトルｙに行列Ｕ^Ｈを左から掛けることは、有効な対角チャネルＤをもたらし、これは、信号ベクトルｓと復元ベクトルｒとの間の伝達関数である。その結果として、ＭＩＭＯチャネルは、Ｎ_Ｓの独立した、非干渉性の、対角で平行なチャネルに分解される。これらの独立したチャネルも、ＭＩＭＯチャネルの空間サブチャネルと呼ばれる。空間サブチャネルｉまたは固有モードｉは、固有値λ_ｉに等しいゲインを有し、ただし、ｉ∈Ｉで、セットＩは、Ｉ＝｛１，…，Ｎ_Ｓ｝として定義される。Ｎ_Ｓの対角空間サブチャネルを得るためのＭＩＭＯチャネルの対角化は、上記送信機が、チャネル応答行列Ｈの推定値を備えている場合に実現できる。

典型的なＭＩＭＯシステムにおいては、ピーク送信電力Ｐ_ｍａｘを、Ｎ_Ｔの送信アンテナの各々に課してもよい。この場合、該送信機において、全Ｎ_Ｔの送信アンテナに対して使用可能な総送信電力Ｐ_ｔｏｔは、次のように表わすことができる。

総送信電力Ｐ_ｔｏｔは、様々なスキームに基づいて、Ｎ_Ｓの非ゼロの固有モード（すなわち、空間サブチャネル）に分配してもよい。容量（すなわち、空間効率）を最大化することが目的の場合には、総送信電力Ｐ_ｔｏｔは、「注水」スキームによって空間サブチャネルに分配してもよい。

該注水スキームは、凸凹の底部を有する容器に所定量の水を注ぐことに似ており、この場合、各固有モードは該容器の底部上のポイントに相当し、また、所定のポイントにおける該底部の隆起は、該固有モードに関連するＳＮ比の逆数に相当する。すなわち、低い隆起は、高いＳＮ比に相当し、逆に、高い隆起は、低いＳＮ比に相当する。そして、総送信電力Ｐ_ｔｏｔは、該容器内の低位のポイント（すなわち、より高いＳＮ比）がまず充填されて、高位のポイント（すなわち、より低いＳＮ比）が、その後に充填されるように、該容器内に「注がれる」。この電力分配は、総送信電力Ｐ_ｔｏｔおよび該底部の表面を越える該容器の深さに依存する。全ての総送信電力が注がれた後の該容器に対する水面は、該容器内の全てのポイントに関して一定である。該水面上の、隆起を有するポイントは充填されていない特定のしきい値以下のＳＮ比を有する固有モードは使用されない）。この注水分配は、Ｒｏｂｅｒｔ Ｇ．Ｇａｌｌａｇｅｒにより、「情報理論および信頼性のある通信（Information Theory and Reliable Communication）」（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ，１９６８）において記載されており、これは参照によりここに組み込まれる。

容量は、情報をエラーの任意に低い確率で通信することができるもっとも高いスペクトル効率として定義され、一般に、ビット／秒／ヘルツ（ｂｐｓ／Ｈｚ）の単位で表わされる。γのＳＮ比を有する１つのガウスチャネルの容量は次のように表わすことができる。

Ｐ_ｔｏｔの限定された総送信電力を有するＭＩＭＯの場合、注水スキームは、容量が実現されるように、該総送信電力を、Ｎ_Ｓの空間サブチャネルに最適に分配することができる。注水スキームは、最低のノイズ変動（すなわち、最高のＳＮ比）を伴う固有モードが、該総電力の最高の部分を受けるように、該固有モードに対して総送信電力Ｐ_ｔｏｔを分配する。注水の結果として固有モードｉに分配された電力量は、ｉ∈Ｉの場合、Ｐ_ｉで表わされ、ただし、

である。

ｉ∈Ｉの固有モードの場合の分配された送信電力Ｐ_ｉに基づいて、固有モードｉの場合の有効ＳＮ比γ_ｉは、

で表わすことができ、ただし、λ_ｉは、固有モードｉに対する固有値であり、σ^２は、ＭＩＭＯチャネルの場合のノイズ平方偏差である。その結果、Ｎ_Ｓの空間サブチャネルに対する容量は、

で表わすことができる。

各固有モードのスペクトル効率は、ＳＮ比の特定の単調に増加する関数に基づいて決定してもよい。スペクトル効率に対して用いることができる１つの関数は、式（６）で示す容量関数である。この場合、固有モードｉに対するスペクトル効率ρ_ｉは、

で表わすことができる。

図４は、スペクトル効率対ＳＮ比の２つのグラフを示す。グラフ４１２は、式（１０）に基づいて計算されたＳＮ比を伴って対数的に増加するスペクトル効率を示す。式（１０）は、ＳＮ比の増加が、だんだん高くなるスペクトル効率をもたらすと仮定している。しかし、実際の通信システムにおいては、例えば、所定のデータストリームに対して該システムによってサポートされる最大データレートによって規定することができる、スペクトル効率の上限がある。グラフ４１４は、より低いＳＮ比において対数的に増加し、かつスペクトル効率の上限であるρ_ｓａｔで飽和するスペクトル効率を示す。飽和は、ＳＮ比の増加が、もはやスペクトル効率の増加をもたらさない場合に生じる。スペクトル効率が飽和するＳＮ比は、γ_ｓａｔ（すなわち、γ_ｓａｔ←→ρ_ｓａｔ）として表わされる。

総送信電力Ｐ_ｔｏｔ、固有値λ_ｉ、およびノイズ平方偏差σ^２により、注水スキームによる総送信電力の分配は、飽和領域（すなわち、γ_ｉ＞γ_ｓａｔ）で作動するいくつかの固有モードと、この領域以下（すなわち、γ_ｉ≦γ_ｓａｔ）で作動する残りの固有モードとを生じる。固有モードは、目的が、最大可能スペクトル効率ρ_ｓａｔを実現することである場合にγ_ｓａｔである、要求されたＳＮ比を実現するのに必要な電力よりも多い送信電力が分配された場合に、該飽和領域で作動すると考えられる。余剰な送信電力は、該固有モードに対する有効ＳＮ比を増加させ、これは、フレームエラーレート（ｆｒａｍｅ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ；ＦＥＲ）を低下させる可能性があるが、この種の性能の改良は、上記システムが既に、目標ＦＥＲで、または非常に低いＦＥＲで作動することができるため、一般に本質的ではない。この場合、要求されるＳＮ比を越える有効ＳＮ比をもたらす余剰な送信電力は、有効に用いられない。改良されたシステム性能は、余剰な送信電力を利用して該システム全体のスペクトル効率を増加させることによって実現することができる。

同様に、電力制御されたＭＩＭＯシステムにおいては、各固有モードに対して上記受信機において許容されるＳＮ比に対する上限（すなわち、上述した有効ＳＮ比）があり、これは、γ_ｓａｔとして表わすことができる。この場合、所定の固有モードに分配された送信電力が、γ_ｓａｔよりも大きな有効ＳＮ比をもたらす場合には、γ_ｓａｔを越えるＳＮ比を増加させる余剰な送信電力は、ＳＮ比に対して課された上限のため、該固有モードに対して用いることができない。この余剰な送信電力は、γ_ｓａｔ以下で作動する他の固有モードにより有益に分配することができる。

本発明の態様は、より高いシステム全体のスペクトル効率および／または他の恩恵を実現できるように、総送信電力を固有モードに分配／再分配する技術を提供する。該総送信電力は、最初は、特定の電力分配スキームに基づいて該固有モードに分配してもよい。この最初の分配は、飽和領域で作動する固有モードをもたらすであろう、要求されるＳＮ比（例えば、飽和スペクトル効率ρ_ｓａｔをサポートするのに必要なγ_ｓａｔ）を実現するのに必要な電力よりも多いいくつかの固有モードに分配される電力をもたらす。このような状況において、本願明細書に記載した技術は、該飽和領域で作動する固有モードの余剰な送信電力を、該飽和領域以下で作動する他の固有モードに有利に分配する。このようにして、「より良好な」固有モードのパフォーマンスを犠牲にすることなく、「より貧弱な」固有モードに対して、より高いスペクトル効率を実現することができる。

図１は、総送信電力を、ＭＩＭＯシステムにおける固有モードに分配するプロセス１００の実施形態のフロー図である。このプロセスは、最初は、特定の電力分配スキーム（例えば、注水スキーム）に基づいて、総送信電力Ｐ_ｔｏｔをＮ_Ｓの固有モードに分配する。固有モードのうちのいずれかに、（すなわち、飽和領域で作動する）要求されるＳＮ比を実現するのに必要な送信電力よりも多い送信電力が分配された場合には、これらの固有モードに対する余剰な総送信電力が決定されて、他の固有モードに再分配される。余剰な総送信電力の再分配は、飽和領域で作動する他のいくつかの固有モードを結果として生じる可能性があるので、上記プロセスは、（１）再分配に利用できる余剰な送信電力がなくなるか、あるいは、（２）全ての固有モードが、飽和領域にあるかのいずれかになるまで、１度またはそれ以上の回数実行（または繰り替え）される。

まず、ステップ１１２において、繰り返し数を示すのに用いられる変数ｎが、最初の繰り返しのために１（すなわち、ｎ＝１）に初期化される。次に、ステップ１１４において、この繰り返しに対して送信電力を分配すべき全ての固有モードのセットＩ（ｎ）が定義される。最初の繰り返しの場合、全Ｎ_Ｓの固有モードは、総送信電力の分配、およびＩ（ｎ）＝｛１，…，Ｎ_Ｓ｝において考慮される。また、それぞれの後続の繰り返しに対しては、飽和領域以下で作動する固有モードのみが、残りの総送信電力の分配において考慮され、かつセットＩ（ｎ）は、Ｎ_Ｓ以下の固有モードを含み、あるいは、空のセットになる可能性がある。

ステップ１１６で決定されるように、より多くの送信電力を分配することができる、飽和領域以下で作動する固有モードがないことを示す、セットＩ（ｎ）が空の場合には、上記プロセスは終了する。そうではなく、セットＩ（ｎ）が空でない場合には、ステップ１１８において、この繰り返しに対して分配に利用できる総送信電力Ｐ_ｔｏｔ（ｎ）が決定される。最初の繰り返しの場合、全Ｎ_Ｔの送信アンテナのために利用できる総送信電力Ｐ_ｔｏｔ（ｎ）は、式（５）に示すように決定してもよい。このことは、各送信アンテナが、ピーク送信電力Ｐ_ｍａｘで作動することを仮定する。また、各後の繰り返しの場合、その繰り返しに利用できる総送信電力Ｐ_ｔｏｔ（ｎ）は、以下に説明するように決定することができる。

次いで、ステップ１２０において、総利用可能送信電力Ｐ_ｔｏｔ（ｎ）は、選択された電力分配スキームに基づいて、セットＩ（ｎ）内の固有モードに分配される。電力分配に対しては、例えば、注水スキーム、全ての固有モードに同量の送信電力を分配する均等分配スキーム、および可能な他のスキーム等の様々なスキームを用いることができる。また、送信電力は、例えば、公平、１つまたは複数のシステムおよび／またはターミナルメトリクス等の他の要因を考慮するスキームに基づいて分配してもよい。

一実施形態において、注水スキームは、利用可能な総送信電力Ｐ_ｔｏｔ（ｎ）をセットＩ（ｎ）内の固有モードに分配するために用いられる。注水処理の結果は、ｉ∈Ｉ（ｎ）の場合、セットＩ（ｎ）内の各固有モードに分配された特定の送信電力Ｐ_ｉ（ｎ）である。この電力分配は、利用可能な総送信電力Ｐ_ｔｏｔ（ｎ）、およびセットＩ（ｎ）内の固有モードに対する固有値λ_ｉに依存する。そして、セットＩ（ｎ）内の各固有モードの有効なＳＮ比は、

として決定することができる。

次に、ステップ１２２において、セットＩ（ｎ）内の固有モードのいずれかが、分配された送信電力に与えられた飽和領域内で作動しているか否かの判断が行われる。このことは、各固有モードに対して決定された有効ＳＮ比γ_ｉ（ｎ）を飽和ＳＮ比γ_ｓａｔと比較することによって実施することができる。γ_ｓａｔよりも大きなγ_ｉ（ｎ）を有するＩ（ｎ）内の各固有モードは、飽和領域内で作動し、かつｊ∈Ｊの場合、γ_ｊ（ｎ）＞γ_ｓａｔとなるように、仮のセットＪ内に位置すると考えられる。空のセットＪによって示される、セットＩ（ｎ）内のいずれの固有モードも、飽和領域内にない場合には、再分配する余剰の送信電力はなく、上記プロセスは終了する。そうではなく、セットＪが、少なくとも１つの固有モードを含む場合には、セットＪ内の全ての固有モードに対する余剰な送信電力が決定されて、必要に応じて、飽和領域内にない他の固有モードに再分配される。

余剰な送信電力を再分配する次の繰り返しは、ステップ１２４において、変数ｎを１つインクリメントする（すなわち、ｎ＝ｎ＋１）ことにより始まる。次いで、ステップ１２６において、セットＪに含まれる、飽和領域内の各固有モードに、要求されるＳＮ比（例えば、γ_ｓａｔ）を実現するのに必要な最少量の送信電力が分配される。この送信電力は、

のように決定することができる。

次に、ステップ１２８において、その要求されるＳＮ比を実現するための最小電力を、セットＪ内の各固有モードに分配することによって減ぜられる送信電力が決定される。その結果、余剰な総送信電力は、

で決定することができる。ここで、この余剰な総送信電力ΔＰ（ｎ）は、該飽和領域以下でなお作動している固有モードに再分配することができる。そして、上記プロセスはステップ１１４に戻る。 第２の繰り返しの場合、この繰り返しにおいて送信電力が分配される固有モードのセットＩ（ｎ）がステップ１１４において定義される。セットＩ（ｎ）は、セットＪ内の固有モード（すなわち、飽和領域内にあった固有モード）を、直前の繰り返しに対して定義されたセットＩ（ｎ−１）から除去することによって定義することができる。従って、現在の繰り返しに対するセットＩ（ｎ）は、現在飽和状態にない固有モードを含むのみである。ステップ１１６で決定したように、新たなセットＩ（ｎ）が空の場合、全ての固有モードは飽和領域で作動し、また送信電力の更なる再分配は必要なく、上記プロセスは終了する。そうではなく、新たなセットＩ（ｎ）が空ではない場合、現在の繰り返しに利用できる総送信電力Ｐ_ｔｏｔ（ｎ）は、

のように決定することができる。

次に、ステップ１２０において、選択された電力分配スキームに基づいて、現在の繰り返しに利用できる総送信電力Ｐ_ｔｏｔ（ｎ）が、新たなセットＩ（ｎ）内の固有モードに分配される。

図１に示すプロセスは、（１）（ステップ１２２で決定されたように、これは、低いＳＮ比での動作環境に対して生じる可能性がある）全ての余剰な送信電力が、飽和領域内にない固有モードに再分配されているか、または、（２）（ステップ１１６で決定したように、高いＳＮ比での動作環境に対して生じる可能性がある）全ての固有モードが、飽和領域内にあるようになるまで続けられる。

上記の説明においては、式（１０）で示すように、スペクトル効率が、有効なＳＮ比の厳密に増加する関数であると仮定されている。本願明細書に記載した送信電力分配／再分配技術は、スペクトル効率が、有効ＳＮ比の非線形関数である場合にも用いることができる。このような場合、非線形性は、利用可能な送信電力を固有モードに分配／再分配する際に考慮することができる。

上述したように、本願明細書に記載した送信電力分配／再分配技術は、無線通信システムにおける電力制御に用いることもできる。各固有モードは、所望のパフォーマンスを実現するのに必要な目標ＳＮ比である特定の設定値と関連付けてもよい。同じまたは異なる設定値を、Ｎ_Ｓの固有モードに対して用いてもよい。そして、総送信電力は、それらの固有モードに対して設定値が実現されるように、該固有モードに分配してもよい。図１に示すプロセスは、要求されるＳＮ比が、γ_ｓａｔの代わりに設定値である場合に、送信電力を固有モードに再分配するのに用いることができる。従って、特定の固有モードが、飽和領域で作動しているか否かの判断は、（γ_ｓａｔ等の共通のＳＮ比の代わりに）その固有モードと関連付けられた特定の設定値に依存してもよい。

本願明細書に記載した送信電力分配／再分配技術は、ＯＦＤＭシステム、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム等の他のマルチチャネル通信システムに対して用いることもできる。

ＯＦＤＭシステムは、該システムの帯域幅を多数（Ｎ_Ｆ）の周波数サブチャネルに有効に分割し、これは一般に、周波数ビンまたはサブバンドとも呼ばれる。各周波数サブチャネルは、データをそれに対して変調することができる各サブ搬送波と関連付けられる。周波数サブチャネルの帯域幅に依存してもよい特定の時間間隔である各タイムスロットにおいて、変調シンボルは、Ｎ_Ｆの周波数サブチャネルの各々で送信することができる。ＯＦＤＭシステムの場合、各周波数サブチャネルは、送信チャネルと呼んでもよく、該ＯＦＤＭシステムに対してＮ_Ｃ＝Ｎ_Ｆの送信チャネルがある。

該ＯＦＤＭシステムの周波数サブチャネルは、周波数選択性フェージング（すなわち、異なる周波数サブチャネルに対して異なる量の減衰）にあう可能性がある。該周波数サブチャネルに対する特定の応答は、上記送信アンテナと受信アンテナとの間の伝搬路の特性（例えば、フェージングおよびマルチパス効果）に依存する。従って、異なる有効ＳＮ比は、所定量の送信電力のための異なる周波数サブチャネルに対して実現することができる。この場合、総送信電力は、上記固有モードに対して説明したのと同じような方法で、Ｎ_Ｆの周波数サブチャネルに分配してもよい。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、Ｎ_Ｓの固有モードの各々に対してＮ_Ｆの周波数サブチャネルを含む。各固有モードの各周波数サブチャネルは、送信チャネルと呼んでもよく、該ＯＦＤＭシステムに対してＮ_Ｃ＝Ｎ_Ｆ・Ｎ_Ｓの送信チャネルがある。該ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおける各固有モードの周波数サブチャネルは、同様に、異なるチャネル状態にあう可能性があり、また、所定量の送信電力に対して異なるＳＮ比を実現する可能性がある。この場合、総送信電力は、上記固有モードに対して説明したのと同様に、Ｎ_Ｃの送信チャネルに分配してもよい。

図２は、総送信電力を、マルチチャネル通信システムにおけるＮ_Ｃの送信チャネルに分配するプロセス２００の実施形態のフロー図である。プロセス２００は、ＭＩＭＯシステム、ＯＦＤＭシステム、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム等を含むマルチチャネル通信システムに対して用いることができる。プロセス２００は、最初は、特定の電力分配スキーム（例えば、注水スキーム）に基づいて、総送信電力Ｐ_ｔｏｔをＮ_Ｃの送信チャネルに分配する。該送信チャネルのうちのいずれかに、要求されるＳＮ比を実現するのに必要な送信電力よりも多い送信電力（すなわち、飽和領域で作動している）が分配されている場合、それらの送信チャネルに対する余剰な総送信電力が決定されて、他の送信チャネルに再分配される。ここで、この送信電力分配は、（１）再分配に利用できる余剰な送信電力がなくなるか、あるいは、（２）全ての送信チャネルが飽和領域にあるかになるまで、１度またはそれ以上実行する（または繰り返す）ことができる。

最初に、ステップ２１２において、繰り返し数を示すのに用いられる変数ｎが、最初の繰り返しに対して１（すなわち、ｎ＝１）に初期化される。次に、ステップ２１４において、この繰り返しに対して送信電力が分配されるべき全ての送信チャネルのセットＩ（ｎ）が定義される。最初の繰り返しの場合、全Ｎ_Ｃの送信チャネルは、送信電力の分配、およびＩ（ｎ）＝｛１，…，Ｎ_Ｃ｝において考慮され、ただし、ＭＩＭＯシステムの場合、Ｎ_Ｃ＝Ｎ_Ｓ、ＯＦＤＭシステムの場合、Ｎ_Ｃ＝Ｎ_Ｆ、およびＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの場合、Ｎ_Ｃ＝Ｎ_Ｆ・Ｎ_Ｓである。また、それぞれの後の繰り返しに対しては、飽和領域以下で作動する送信チャネルのみが、残りの総送信電力の分配において考慮される。そして、セットＩ（ｎ）は、Ｎ_Ｃ以下の送信チャネルを含み、あるいは、空のセットになる可能性もある。

ステップ２１６で決定されるように、より多くの送信電力を分配することができる、飽和領域以下で作動する送信チャネルがないことを示す、セットＩ（ｎ）が空の場合には、上記プロセスは終了する。そうでない場合には、ステップ２１８において、この繰り返しに対する分配に利用できる総送信電力Ｐ_ｔｏｔ（ｎ）が決定される。次いで、ステップ２２０において、選択された電力分配スキームに基づいて、利用可能な総送信電力Ｐ_ｔｏｔ（ｎ）が、セットＩ（ｎ）内の送信チャネルに分配される。

次に、ステップ２２２において、セットＩ（ｎ）内の送信チャネルのいずれかが、分配された送信電力に与えられた飽和領域内で作動しているか否かの判断が行われる。このことは、セットＩ（ｎ）内の各送信チャネルに対して決定された有効ＳＮ比γ_ｉ（ｎ）を、該送信チャネルに対して適用可能な設定値と比較することによって実施することができる。該システムの設計により、１つの設定値を、（１）全ての送信チャネル、（２）各送信アンテナまたは各周波数サブチャネル、（３）各送信チャネル、あるいは、（４）送信チャネルの各群に対して用いることができる。上記適用可能な設定値よりも大きな有効ＳＮ比を有する各送信チャネルは、飽和領域で作動し、かつセットＪ内にあると考えられる。空のセットＪで示すように、該飽和領域内に送信チャネルがない場合には、再分配する余剰な送信電力はなく、上記プロセスは終了する。そうではなく、セットＪが少なくとも１つの送信チャネルを含む場合には、セットＪ内の全ての送信チャネルの余剰な送信電力が決定されて、必要に応じて、現在、飽和領域内で作動していない他の送信チャネルに再分配される。

余剰な送信電力を再分配する次の繰り返しは、ステップ２２４において、変数ｎを１つインクリメントする（すなわち、ｎ＝ｎ＋１）ことにより始まる。次いで、ステップ２２６において、飽和領域内の各送信チャネルに、上記適用可能な設定値を実現するのに必要な最少量の送信電力が分配される。次に、ステップ２２８において、その設定値を実現するための最小電力を、セットＪ内の各送信チャネルに分配することによって減ぜられる送信電力が決定される。ここで、余剰な総送信電力を、今でも飽和領域以下で作動している送信チャネルに再分配することができる。そして、上記プロセスはステップ２１４に戻る。

第２の繰り返しの場合、ステップ２１４において、この繰り返しにおいて送信電力が分配される送信チャネルのセットＩ（ｎ）が、現在飽和状態にない送信チャネルのみを含むように定義される。ステップ２１６で決定したように、新たなセットＩ（ｎ）が空の場合、全ての送信チャネルは飽和領域で作動し、また送信電力の更なる再分配は必要なく、上記プロセスは終了する。そうではなく、新たなセットＩ（ｎ）が空ではない場合には、ステップ２１８において、現在の繰り返しに利用できる総送信電力Ｐ_ｔｏｔ（ｎ）が決定された後、ステップ２２０において、選択された電力分配スキームに基づいて、新たなセットＩ（ｎ）内の送信チャネルに分配される。

図２に示すプロセスは、（１）（ステップ２２２で決定されたように）全ての余剰な送信電力が、飽和領域内にない送信チャネルに再分配されているか、または、（２）（ステップ２１６で決定したように）全ての送信チャネルが、飽和領域内にあることになるまで続けられる。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの場合、（すなわち、空間および周波数の両次元に対して）全ての送信チャネルは、各繰り返しにおける電力分配に対して考慮することができる。別法として、該電力分配は、一次元のみに対する送信チャネルを、いつでも考慮することができるように実行することができる。例えば、電力分配は、送信アンテナごとに実行してもよく、それにより、各送信アンテナに対する総送信電力Ｐ_ｍａｘは、該送信アンテナの周波数サブチャネルに分配される。

本願明細書に記載した技術は、送信チャネルからなる群に送信電力を分配／再分配するのに用いることもできる。各群は、どのような数の送信チャネルを含んでもよく、また、それぞれの設定値と関連付けてもよい。各群は、例えば、特定のデータレートや特定の符号化および変調スキームと関連付けてもよい独立したデータストリームに対して用いられる送信チャネルを含んでもよい。マルチアクセス通信システムの場合、各群は、異なる受信機に割り当てられる送信チャネルに関連付けてもよい。

ＭＩＭＯシステムに対する上記の説明においては、ＭＩＭＯチャネルを対角化する特異値分解が用いられる。他の実施形態においては、上記受信機は、データ送信のために用いることができる、各送信チャネルの品質の表示度数を備えてもよい。該受信機によって報知された情報は、推定されるＳＮ比、サポートされるデータレートなどの形態であってもよい。そして、上記送信機は、利用可能な送信電力のより良い利用を実現する報知された情報に基づいて、送信電力を送信チャネルに分配することができる。例えば、所定の送信チャネルに対する推定ＳＮ比が、表示されたデータレートを実現するのに必要なＳＮ比よりも高い場合、または、所定の送信チャネルによってサポートされるように報知されたデータレートが、システムの最大データレートよりも大きい場合には、該送信チャネルに対して、より少ない送信電力を分配してもよい。分配すべき特定量の送信電力は、報知された情報（例えば、推定されたＳＮ比またはサポートされるデータレート）に基づいて決定することができる。

総送信電力を固有モードに分配／再分配する技術を説明するために、特定数の実施例を以下に説明する。この実施例の場合、各送信アンテナに対するピーク送信電力は、Ｐ_ｍａｘ＝１となるように正規化され、ノイズの平方偏差は、各受信機におけるＳＮ比が、他のチャネル劣化がないと仮定した場合、γ_ｒｘ＝１５ｄＢとなるように設定される。そして、このことは、σ^２＝１０^{−１５／１０}＝０．０３１６のノイズ平方偏差を生じる。次のパラメータを以下のように仮定する。

Ｎ_Ｓ＝Ｎ_Ｔ＝Ｎ_Ｒ＝４、
λ_１＝２．４、λ_２＝１．０、λ_３＝０．４、λ_４＝０．２、および
γ_ｓａｔ｜_ｄＢ＝１５ｄＢ → γ_ｓａｔ＝３１．６２
初期化において（すなわち、図１におけるｎ＝１）、送信電力を分配すべき固有モードのセットは、Ｉ（１）＝｛１，２，３，４｝（ステップ１１４）および総送信電力が、Ｐ_ｔｏｔ（ｎ）＝４・１＝４（ステップ１１８）となるように定義される。最初の繰り返しの場合、注水電力分配（ステップ１２０）は、セットＩ（１）の固有モードに割り当てられる次の電力をもたらす。すなわち、
Ｐ_１（１）＝１．０６、Ｐ_２（１）＝１．０４、Ｐ_３（１）＝０．９９、およびＰ_４（１）＝０．９１
式（１１）を用いて計算された、セットＩ（１）内の固有モードに対する有効ＳＮ比は、
γ_１（１）＝８０．２５、γ_２（１）＝３２．８５、γ_３（１）＝１２．５４、およびγ_４（１）＝５．７７
となるように決定される。

γ_ｓａｔ＝３１．６２であるため、固有モード１および２が飽和領域で作動することを観察することができる。従って、該飽和領域における固有モードのセットは、Ｊ＝｛１，２｝のように定義される。

セットＪは空でないため（ステップ１２２）、送信電力再分配が実行される。このことは、最初にインデックスｎをｎ＝２にインクリメントする（ステップ１２４）ことにより実現される。そして、飽和領域内の固有モードには、λ_ｓａｔを実現するための最少量の送信電力が分配される。セットＪ内の固有モード１および２に対する新たな電力分配は、式（１２）（ステップ１２６）を用いて次のように決定することができる。

Ｐ_１（２）＝（３１．６２×０．０３１６）／２．４＝０．４２、および
Ｐ_２（２）＝（３１．６２×０．０３１６）／１．０＝１．００
そして、固有モード１および２に対する余剰な総送信電力は、式（１３）（ステップ１２８）を用いて次のように決定することができる。
ΔＰ＝（１．０６−０．４２）＋（１．０４−１．００）＝０．６８
第２の繰り返し（ｎ＝２）の場合、送信電力を分配すべき固有モードＩ（２）のセットは、Ｉ（２）＝｛３，４｝である、現在飽和領域にないモードのみを含むように再定義される（ステップ１１４）。この繰り返しに対して利用可能な総送信電力は、式（１４）（ステップ１１８）を用いて次のように決定することができる。
Ｐ_ｔｏｔ（２）＝０．９９＋０．９１＋０．６８＝２．５８
そして、利用可能な総送信電力Ｐ_ｔｏｔ（２）は、セットＩ（２）内の固有モードに分配される。第２の繰り返しの場合、注水電力分配（ステップ１２０）は、セットＩ（２）の固有モードに割り当てられる次の電力をもたらす。すなわち、
Ｐ_３（２）＝１．３３、およびＰ_４（２）＝１．２５
そして、固有モード３および４に対する有効ＳＮ比は、
γ_３（２）＝１６．８４、およびγ_４（２）＝７．９２
となるように決定される。

λ_ｓａｔ＝３１．６２であるため、飽和領域で作動する固有モードはなく、上記送信電力分配プロセスが終了することを認識できる。固有モード１〜４に対する最終的な送信電力分配は、次のようになり、すなわち、
Ｐ_１＝０．４２、Ｐ_２＝１．００、Ｐ_３＝１．３３、およびＰ_４＝１．２５
であり、また有効ＳＮ比は、
γ_１＝３１．６２、γ_２＝３１．６２、γ_３＝１６．８４、およびγ_４＝７．９２ である。

総送信電力が上記固有モードに分配された後、セットＩ（１）＝｛１，２，３，４｝内の各固有モードに対するスペクトル効率を、式（１０）を用いて決定することができる。そして、総スペクトル効率ρ_ｔｏｔは、上記固有モードの各々によって実現されたスペクトル効率を合計することによって得ることができる。

飽和領域にある固有モードの余剰な送信電力を、飽和領域内にない他の固有モードに再分配することにより、２〜５ｄＢのゲインを、中間のＳＮ比で実現することができる。低ＳＮ比において、固有モードは飽和領域に入らず、再分配する送信電力は、ほとんどなく、または全くない。高ＳＮ比において、ほとんどの固有モードまたは全ての固有モードは、飽和領域で作動することができ、また送信電力再分配は、干渉の量を低減するのに利用することができ、これは、隣接するセルの性能を向上させる可能性がある。

（不連続なデータレートに対する電力分配／再分配）
上述の説明においては、式（１０）に示すように、スペクトル効率ρは、有効ＳＮ比γの連続関数であることが仮定されている。さらに、上述したシステムは、スペクトル効率を、飽和点ρ_ｓａｔを越えない実数にできるようにする。しかし、一般的な通信システムは、各空間サブチャネルに対する不連続なデータレートからなるセットをサポートするのみであり、該データレートのセットは、該サブチャネルに対して同じでもよく、あるいは同じでなくてもよい。

図５は、各固有モードに対する不連続なデータレートからなるセットをサポートする通信システムにおけるある固有モードの場合の、スペクトル効率対有効ＳＮ比のグラフを示す。データレートの各セットは、不連続なスペクトル効率からなるセットに変換してもよく、またさらに、空間サブチャネル上でのデータ伝送のための目標フレームエラーレート（ＦＥＲ）を実現するのに必要な不連続な有効ＳＮ比からなるセットと関連付けられる。

図５において、不連続なスペクトル効率には、垂直軸上でρ_ｉ（ｄ）の符号が付けられ、対応するＳＮ比γ_ｉ（ｄ）において生じ、ｉ（ｉ∈Ｉ）は固有モードｉを指し、ｄ（１≦ｄ≦Ｄ_ｉ）は、固有モードｉと関連付けられたＤ_ｉの不連続なデータレートを数えるのに使用される。固有モードｉに対する最高のスペクトル効率は、ｄ＝Ｄ_ｉにおいて生じ、飽和ＳＮ比γ_ｓａｔ（ｉ）＝γ_ｉ（Ｄ_ｉ）において生じる飽和スペクトル効率に相当する。このシステムの場合のスペクトル効率関数を、グラフ４２２（太い実線）で示す。一定のスペクトル効率を実現するのに必要な最少ＳＮ比に相当する（（γ_ｉ（ｄ），ρ_ｉ（ｄ））における不連続な動作点を、黒い丸印４２４で示す。図５のスペクトル効率関数から分かるように、ＳＮ比の増加は、スペクトル効率の向上をもたらさない可能性がある。そのため、動作スペクトル効率において目標ＦＥＲを実現するのに必要な送信電力よりも多い送信電力を分配すると、追加的な送信電力の無駄な使用につながる可能性がある。

上述した余剰な電力の分配／再分配技術は、不連続なデータレートおよび設定値を有するシステムに対して用いてもよい。

図３は、不連続なデータレートからなるセットをサポートするＭＩＭＯシステムにおける固有モードに総送信電力を分配するプロセス３００の実施形態のフロー図である。まず、ステップ３１２において、総送信電力Ｐ_ｔｏｔが、特定の電力分配スキーム（例えば、注水スキーム）に基づいて、Ｎ_Ｓの固有モードに分配される。最初の送信電力分配の終了時において、各固有モードには、ｉ∈Ｉの場合、送信電力Ｐ_ｉが分配され、この場合、所定の固有モードに分配された電力は、ゼロになる可能性がある。固有モードの有効ＳＮ比が、不連続な動作点のうちの１つにプロットされない場合、この固有モードに分配された送信電力は無駄に使われて、電力制御を用いることができる。

ステップ３１４において、有効ＳＮ比が、不連続な動作点からなるセット上にプロットされない固有モードは、セットＫ内にある。セットＫが空の場合、ステップ３１６で決定されるように、上記プロセスは終了する。そうではない場合、ステップ３１８において、セットＫ内の各固有モードに、該固有モードの現在のスペクトル効率の寄与を満たすのに必要な最少量の送信電力が分配される。このことは、該固有モードが、不連続な動作点で動作するように、Ｋ内の各固有モードに分配された送信電力を落とす（または低減する）ことによって実現される。

また、図５は、実施例のシステムを示し、点線４２６ａ〜４２６ｃで示す３つの固有モードの最初の動作点は、上記不連続な動作点上にない。それらの固有モードの各々に対する送信電力は、ｋ∈Ｋの場合、落とされた量ＢＯ_ｋだけ低減され、その結果、該固有モードは、スペクトル効率の損失を被ることなく、より低い送信電力で作動する。固有モードｋに対して、不連続な動作点ｄで動作するのに必要な送信電力

は、

のように表わすことができ、ただし、ｋ∈Ｋ⊂Ｉの場合、変数ｋは、セットＫ内の各固有モードを表わし、γ_ｋ（ｄ）は、固有モードｋに関する現在のスペクトル効率ρ_ｋ（ｄ）に対応する不連続な動作点である。

次に、ステップ３２０において、セットＫ内の固有モードに分配された送信電力を減少させることによって得られた余剰な送信電力が、

のように決定され、ただし、Ｐ_ｋは、ステップ３１２において固有モードｋに分配された最初の送信電力を指す。余剰な電力は、それぞれの飽和領域以下で動作する固有モードに再分配することができるため、その新たな（または変化しない）有効ＳＮ比が、ステップ３２２において、それらの飽和点γ_ｓａｔ（ｉ）以下である、固有モードの完全なセットからの固有モードＩは、インデックスｊで示され、セットＪ内に配置される。セットＪが空の場合、ステップ３２４で決定されるように、上記プロセスは終了する。すなわち、セットＪは、新たな電力がセットＫ内の固有モードに適用できるようになると、それぞれの飽和（動作しない）点以下で動作する、セットＩ内の全ての固有モードを含む。

そうでない場合、ステップ３２６において、ステップ３２０で決定された余剰な送信電力

は、様々な異なる組合せで（例えば、可能な全ての組合せで）セットＪ内の固有モードに再分配される。このことは、（例えば、図５にグラフ４２２で示すように）各固有モードに対する有効ＳＮ比の関数としてのスペクトル効率の認識に基づいて実行することができる。ステップ３２６での評価を容易にするために、インクリメンタルＳＮ比Δγ_ｊ（ｄ）のテーブル、およびスペクトル効率における対応するゲインΔρ_ｊ（ｄ）は、セットＪ内の各固有モードの各動作点ｄに対して決定してもよい。

インクリメンタルＳＮ比Δγ_ｊ（ｄ）は、
Δγ_ｊ（ｄ）＝γ_ｊ（ｄ＋１）−γ_ｊ（ｄ） 式（１７）
のように定義され、固有モードｊを、現在の動作点ｄにおけるスペクトル効率から、次のより高いスペクトル効率ｄ＋１の動作点まで移動させるのに必要な最少量のＳＮ比である。スペクトル効率における対応するゲインΔρ_ｊ（ｄ）は、
Δρ_ｊ（ｄ）＝ρ_ｊ（ｄ＋１）−ρ_ｊ（ｄ） 式（１８）
で示され、該ＳＮ比をγ_ｊ（ｄ）からγ_ｊ（ｄ＋１）まで増加させることによって得られる。

図５は、所定のスペクトル効率関数に対するインクリメンタルＳＮ比およびスペクトル効率における結果として得られるゲインを示す。インクリメンタルＳＮ比Δγ_ｊ（ｄ）は、
ΔＰ_ｊ（ｄ）＝（Δγ_ｊ（ｄ）・σ^２）／λ_ｊ 式（１９）
のように、インクリメンタル送信電力ΔＰ_ｊ（ｄ）に変換することができる。ΔＰ_ｊ（ｄ）は、現在の動作点ｄから固有モードｊに関する次のより高いスペクトル効率を実現するのに必要なインクリメンタル電力である。

余剰な送信電力の再分配は、スペクトル効率において可能な最高のゲインが実現されるように実行することができる。このことは、ステップ３２８において、式（１９）および（１８）から得られるインクリメンタル送信電力およびスペクトル効率における対応するゲインを用いて、セットＪ内の全ての固有モードに対して、余剰な送信電力

の可能な全ての再分配の徹底的なサーチ（または評価）を実行することによって実現することができる。最終的に、余剰な送信電力は、ステップ３３０において、スペクトル効率における最高のゲインをもたらす再分配に従って分配される。そして、上記プロセスは終了する。

様々な他のスキームを、余剰な送信電力をセットＪ内の固有モードに再分配するのに用いることもできる。１つのスキームにおいては、余剰な送信電力は、最良の固有モードで始まる時刻に、１つの固有モードに再分配される。例えば、ある余剰な送信電力は、セットＪ内の最高の固有モード（例えば、この固有モードを、次のより高いスペクトル効率レベルに移すのに十分な電力）に再分配してもよい。そして、残りの余剰な送信電力は、セットＪ内の次の最高の固有モードに再分配することができ、上記プロセスは、全ての余剰な送信電力が再分配されるまで、このようにして続けることができる。別のスキームにおいては、セットＪ内の各固有モードに対して次のより高いスペクトル効率へのジャンプを実現する全ての電力再分配が最初に決定されて、最高のスペクトル効率ゲインを実現する（あるいは、スペクトル効率におけるゲインが、全ての固有モードに関して同じ場合に、最少量のインクリメンタル送信電力を用いる）再分配が選択される。その他のスキームも用いることができ、また本発明の範囲内にある。

不連続なデータレートからなるセットをサポートするシステムのための固有モードに総送信電力を分配／再分配する技術を説明するために、以下に特定数の実施例を記載する。この実施例の場合、各送信アンテナのためのピーク送信電力は、Ｐ_ｍａｘ＝１になるように正規化され、ノイズの平方偏差は、各受信機におけるＳＮ比が他のチャネルの劣化がないと仮定して、γ_ｒｘ＝１０ｄＢとなるように設定される。そして、このことは、σ^２＝１０^{−１０／１０}＝０．１０の平方偏差をもたらす。また、次のパラメータも想定されている。
Ｎ_Ｓ＝Ｎ_Ｔ＝Ｎ_Ｒ＝３、および
λ_１＝１．７、λ_２＝０．９、およびλ_３＝０．４
図６は、上記の実施例のシステムの場合のスペクトル効率対有効ＳＮ比を示す。全ての固有モードに適用するために、不連続なデータレートからなる同じセットが想定され、グラフ４３２で示すスペクトル効率関数と関連付けられている。そして、各固有モードに対する飽和ＳＮ比は、γ_ｓａｔ（ｉ）｜_ｄＢ＝１２ｄＢ，∀ｉ∈Ｉである。

上記送信機において利用可能な総送信電力は、Ｐ_ｔｏｔ＝３・１＝３である。注水電力分配（ステップ３１２）は、次のような３つの固有モードに割り当てられる電力を生じる。
Ｐ_１（１）＝１．０８、Ｐ_２（１）＝１．０３、およびＰ_３（１）＝０．８９
式（１１）を用いて計算された固有モードに対する有効ＳＮ比は、
γ_１（１）＝１８．３８、γ_２（１）＝９．２６、およびγ_３（１）＝３．５６
となるように決定される。

スペクトル効率関数上の３つの固有モードの有効ＳＮ比の配置を、図６に菱形４３８ａ〜４３８ｃで示す。３つ全ての固有モードが、黒丸４３４で示す不連続な動作点上にないことが見て分かる。従って、セットＫは、Ｋ＝｛１，２，３｝となるように決定される（ステップ３１４）。セットＫは空であるため、固有モードの現在のスペクトル有効値を今でも生じる各固有モードに対する最少送信電力が決定される（ステップ３１８）。この実施例の場合、該固有モードの送信電力は、有効ＳＮ比が、第１の、第２のおよび第３の固有モードに対して、それぞれ１２ｄＢ、９ｄＢおよび３ｄＢになるように落とされる。

式（１５）を用いて、上記３つの固有モードに対する新たな送信電力が

となるように決定される。

この新たな送信電力分配は、上記３つの固有モードの動作点を、上記不連続な動作点へ動かす。次に、余剰な送信電力が、式（１６）によって、

となるように決定される。

上記第１の固有モードはすでにその飽和点にあるので、この固有モードには、送信電力は再分配されない。該余剰な送信電力は、固有モード２および３に再分配することができ、セットＪはＪ＝｛２，３｝に等しい。

表１は、各動作点に対するインクリメンタルＳＮ比Δγ_ｊ（ｄ）、およびｊ∈Ｊの場合の各固有モードを表にしたものである。この実施例においては、不連続なデータレートは、全ての固有モードに対して同じであるため、下付き文字ｊは落とされ、インクリメンタルＳＮ比は、Δγ（ｄ）として表わされる。固有モードｊに関するインクリメンタル送信電力ΔＰ_ｊ（ｄ）は、固有モードｊ，λｊに関する固有値の関数である。ΔＰ_ｊ（ｄ）は、ｊ∈Ｊの場合、各固有ノードに対して示され、各動作点ｄに対して、式（１９）を用いて計算される。そして、最後の列は、図６に示すように、全ての動作点に対して、０．５ｂｐｓ／Ｈｚにおいて一定のままである、スペクトル効率におけるインクリメンタルゲインΔρ_ｊ（ｄ）を表にしたものである。

そして、次のステップは、余剰な送信電力

の全ての可能な再分配を決めることである。上記第２および第３の固有モードは、それぞれ、ｄ＝５およびｄ＝２で動作しているため、ΔＰ_２（ｄ）＝０．２２の送信電力をさらに該第２の固有モードに再分配し、ΔＰ_３（ｄ）＝０．４０の送信電力をさらに該第３の固有モードに再分配することである、ただ１つの余剰な電力の有効な分配がある。この電力再分配は、スペクトル効率における１ｂｐｓ／Ｈｚの増加をもたらし、未使用の送信電力量は、

である。

上述したように、本願明細書に記載した、送信電力を送信チャネルに分配／再分配する技術は、ＭＩＭＯシステム、ＯＦＤＭシステム、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム等を含む様々なマルチチャネル通信システムに用いることができる。これらの技術は、（図４に示すように）飽和スペクトル効率ρ_ｓａｔを有するシステムに、および（図５に示すように）該送信チャネルのための不連続なデータレートからなる１つまたは複数のセットをサポートするシステムに有利に用いることができる。図３に示すプロセスは、送信電力を（固有モードの代わりに）送信チャネルに分配／再分配するように変更してもよい。

（特定のスペクトル効率に対する電力分配／再分配）
上述した技術は、総送信電力を分配／再分配して、スペクトル効率を最大化するため（例えば、可能な最高の全体のスループットを実現するため、あるいは、該送信チャネルのためのデータレートを統合するため）に用いることができる。いくつかの通信システムの場合、該統合データレートは、限定または特定してもよい。これらのシステムの場合、上述した技術は、変更してもよく、また、特定の統合データレートを実現する最少量の送信電力を分配するのに用いることができる。

特定のスペクトル効率を実現する最少量の送信電力の分配は、種々の方法で実行することができ、それは通信システムの設計および容量に依存する。いくつかの可能なスキームを以下に示す。

不連続なデータレートからなるセットをサポートするシステムの場合、特定のスペクトル効率に対する最少送信電力分配は、次のように実現することができる。

１．例えば、注水スキームに基づいて、総送信電力を送信チャネルに分配する。

２．その動作点が、同じスペクトル効率を実現する不連続な動作点上にくるように、上述した技術を用いて、各送信チャネルに対する新たな送信電力を決定する。

３．新たな送信電力分配によって実現された統合スペクトル効率を決定する。このスペクトル効率が特定のスペクトル効率よりも高い場合、ステップ４に進む。そうでない場合には、送信電力分配は終了する。

４．「過剰な」スペクトル効率を、（新たな送信電力分配を有する）実現可能なスペクトル効率と、特定のスペクトル効率との差として決定する。そして、該システムのスペクトル効率は、この決定された差によって低下される。

５．各送信チャネルに対するインクリメンタル送信電力／インクリメンタルスペクトル効率の表を形成し、この実施例は表１である。

６．ステップ４で決定された過剰なスペクトル効率以下のスペクトル効率低減を実現する、送信電力の種々の可能な低減を捜す。

７．ステップ６から、節約する送信電力量を最大化する送信電力低減を選択する。

連続的に変化するデータレート（例えば、より細かいインクリメントの不連続なデータレート）をサポートするシステムの場合、繰り返しサーチを実行して、特定のスペクトル効率に対する最少送信電力分配を決定することができる。特に、（例えば、注水スキームに基づいて）総送信電力が、最初に分配された後、上記過剰なスペクトル効率は、上述したように決定することができる。該過剰なスペクトル効率が、特定のしきい値（例えば、特定のスペクトル効率に関する特定の割合）を越えた場合、該過剰なスペクトル効率を低減する新たな送信電力分配を決定してもよい。このことは、（例えば、過剰なスペクトル効率の割合に基づいて概算することができるある割合によって）総送信電力を落として、（例えば、再び注水スキームに基づいて）該落とした送信電力を送信チャネルに分配することによって実現することができる。この落とした送信電力によって実現されたスペクトル効率が特定のスペクトル効率よりも小さい場合、その落とす量を低減することができ、そして新たな落とされた送信電力が、再び該送信チャネルに分配される。このプロセスは、特定の落とされた送信電力によって実現されるスペクトル効率が、許容可能なしきい値内にあるまで必要なだけ繰り返すことができる。

特定のスペクトル効率に対する最少送信電力分配を決定する他のスキームも実施することができ、これは、本発明の範囲内にある。

（注水電力分配）
送信機において、ＣＳＩが使用可能な場合には、上述したように、特異値分解を用いて、上記ＭＩＭＯチャネルを、Ｎ_Ｓの直交チャネルに対角化することができる。この技術は、固有モードｉに関する電力を、ｉ∈Ｉ＝｛１，２，…，Ｎ_Ｓ｝の場合の該固有モードλ_ｉと関連付けられた固有値と等しくした状態で、固有モードと呼ばれるＮ_Ｓの非干渉空間サブチャネルを生じる。各空間サブチャネルに関するパフォーマンスは、平方偏差σ^２の加法的白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）によって限定される。

図７は、使用可能な総送信電力を、固有モードからなるセットに分配するプロセス５００の実施形態のフロー図である。プロセス５００は、注水スキームの１つの特定の実施であり、図１、２および３のステップ１２０、２２０および３１２に対してそれぞれ用いることができる。該注水スキームは、上記送信機において使用可能な総送信電力をＰ_ｔｏｔ、固有値をλ_ｉ、およびノイズ平方偏差をσ^２とした場合、ｉ∈Ｉに対してセットＩ内の固有モードに分配されるべき送信電力Ｐ_ｉを決定する。

最初に、ステップ５１２において、繰り返し数を示すのに用いられる変数ｎが１（すなわち、ｎ＝１）に設定される。最初の繰り返しの場合、ステップ５１４において、セットＩ（ｎ）は、全ての固有モード（すなわち、１≦ｉ≦Ｎ_Ｓ）を含むように定義される。次に、ステップ５１６において、現在の繰り返しに対して、セットＩ（ｎ）の濃度（または長さ）Ｌ_Ｉ（ｎ）＝｜Ｉ（ｎ）｜が決定され、これは、最初の繰り返しの場合、Ｌ_Ｉ（ｎ）＝Ｎ_Ｓである。

次に、ステップ５１８において、セットＩ（ｎ）内の固有モードの全てに分配される総「有効」電力Ｐ_{ＴＯＴＡＬ}が決定される。この総有効電力は、

のように、上記送信機において使用可能な総送信電力Ｐ_ｔｏｔに、各固有モードに関する逆ＳＮ比の合計を加えたものになるように定義される。

図８は、３つの固有モードを有する実施例のシステムの場合の総有効電力のグラフを示す。各固有モードは、ｉ＝｛１，２，３｝に対して（正規化した送信電力を１．０と仮定した場合）σ^２／λ_ｉに等しい逆ＳＮ比を有する。上記送信機において使用可能な送信電力の総量は、Ｐ_ｔｏｔ＝Ｐ_１＋Ｐ_２＋Ｐ_３であり、図８の濃淡を付けた領域で表わされる。総有効電力は、図８の濃淡を付けた領域および濃淡が付いていない領域によって表わされる。

次いで、該総送信電力は、セットＩ（ｎ）内の固有モードに分配される。ステップ５２０において、固有モードに対して用いられるインデックスｉは、１（すなわち、ｉ＝１）に初期化される。そして、ステップ５２０において、固有モードｉに分配されるべき送信電力の量が、

に基づいて決定される。

注水の場合、水位の底部は、不規則な面を有するが、上面における水位は、容器全体にわたって一定である。同様に、また図８に示すように、総送信電力Ｐ_ｔｏｔが固有モードに対して分配された後、最終的な電力レベルは、全ての固有モードにわたって一定である。この最終的な電力レベルは、Ｐ_{ＴＯＴＡＬ}をセットＩ（ｎ）内の固有モードの数Ｌ_Ｉ（ｎ）で割ることによって決定される。そして、固有モードｉに分配される電力量は、式（２１）によって与えられるように、および図８に示すように、該固有モードの逆ＳＮ比σ^２／λ_ｉを、最終的な電力レベルＰ_{ＴＯＴＡＬ}／Ｌ_Ｉ（ｎ）から減ずることによって決定される。セットＩ（ｎ）内の各固有モードには、ステップ５２２により、送信電力Ｐ_ｉが分配される。ステップ５２４および５２６は、送信電力をセットＩ（ｎ）内の各固有モードに分配するループの一部である。

図９は、注水スキームによる電力分配が、（Ｐ_{ＴＯＴＡＬ}／Ｌ_Ｉ（ｎ））＜（σ^２／λ_ｉ）であるケースである、負の電力を受ける固有モードを生じる状態を示す。ステップ５２８で決定されたように、該電力分配の終了時において、負の電力を受けた固有モードがある場合、上記プロセスは、ステップ５３０において、負の電力（すなわち、Ｐ_ｉ＜０）を有する全ての固有モードを、セットＩ（ｎ）から取り除き、ステップ５３２において、ｎを１つインクリメントする（すなわち、ｎ＝ｎ＋１）ことによって続けられる。そのため、後の各繰り返しにおいて、総送信電力は、セットＩ（ｎ）内の残りの固有モードに分けられる。該手順は、ステップ５２８で決定されるように、セットＩ（ｎ）内の全ての固有モードに正の電力が分配されるまで続けられる。セットＩ（ｎ）内にない固有モードには、ゼロの電力が分配される。

明確にするために、注水スキームは、特に固有モードに対して説明している。一般に注水スキームは、どのような種類の送信チャネル（例えば、実施されているシステムにより、空間サブチャネル、周波数サブチャネル、または空間サブチャネルの周波数サブチャネル）に対しても実行することができる。従って、図７に示すプロセスは、送信電力を（固有モードの代わりに）送信チャネルに分配するように変更することができる。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムに対して基本的な注水プロセスを実行する特定のアルゴリズムは、２００１年１０月１５日に出願され、本出願の譲受人に譲渡された、「ＭＩＭＯ通信システムにおいて電力分配を決定する方法および装置（Method and Apparatus for Determining Power Allocation in a MIMO Communication System）」というタイトルの米国特許出願第０９／９７８，３３７号明細書に記載されており、これは参照してここに組み込まれる。

（システム）
図１０は、本発明の様々な態様および実施形態を実施可能な、送信機システム７１０および受信機システム７５０の実施形態のブロック図である。

送信機システム７１０において、トラヒックデータは、データソース７１２から送信（ＴＸ）データプロセッサ７１４へ供給され、該プロセッサは、符号化したデータを生成するための１つまたは複数の符号化スキームに基づいて、該トラヒックデータをフォーマット化し、符号化し、インタリーブする。そして、符号化されたトラヒックデータは、データ送信のために使用される送信チャネルの全てまたはサブセットにおいて、例えば、時分割多重化（ＴＤＭ）または符号分割多重化（ＣＤＭ）を用いて、パイロットデータで多重化することができる。パイロットデータは、通常、公知の方法で処理された既知のデータパターンである。そして、多重化されたパイロットトラヒックデータおよび符号化されたトラヒックデータは、変調シンボルを生成するための１つまたは複数の変調スキーム（例えば、ＢＰＳＫ、ＱＳＰＫ、Ｍ−ＰＳＫ、またはＭ−ＱＡＭ）に基づいて変調される（すなわち、シンボルマップされる）。各送信チャネルまたは送信チャネルの各群に対するデータレート、符号化、インタリービング、および変調は、コントローラ７３０によって実現される種々の制御によって決定することができる。

次に、変調シンボルは、ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ７２０へ供給されて、さらに処理される。特定の実施形態においては、ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ７２０による処理は、（１）チャネル応答行列Ｈの推定値を分解して単位行列Ｖ、および対角行列Ｄを得ること、（２）単位行列Ｖを、変調シンボル（すなわち、信号ベクトルｓ）に左から掛けること、および（３）予め調節されたシンボル（すなわち、送信ベクトルｘ）を逆多重化してＮ_Ｔのシンボルストリームにすることを含む。他の実施形態においては、ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ７２０による処理は、変調シンボルを逆多重化してＮ_Ｔのシンボルストリームにすることを単に含む（すなわち、行列Ｖを有するシンボルの前処理はない）。ＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ７２０はさらに、該シンボルに対して使用される送信チャネルに分配された送信電力量に基づいて決定された適切な重みにより、各シンボルをスケールしてもよい。そして、Ｎ_Ｔの（重み付けされた）シンボルストリームは、送信機（ＴＭＴＲ）７２２ａ〜７２２ｔに供給される。

各送信機７２２は、それぞれのシンボルストリームを受けて処理する。ＯＦＤＭシステムの場合、各送信機は、（例えば、ＩＦＦＴを用いて）該シンボルを変換してＯＦＤＭシンボルを形成し、また、各ＯＦＤＭシンボルに巡回プレフィックス（ｃｙｃｌｉｃ ｐｒｅｆｉｘ）をさらに付加して対応する送信シンボルを形成してもよい。また、各送信機も、該シンボルストリームを１つまたは複数のアナログ信号に変換し、またさらに、該アナログ信号を調節（例えば、増幅、フィルタリング、および直交変調）して、ＭＩＭＯチャネルでの送信に適した変調信号を生成する。そして、送信機７２２ａ〜７２２ｔからのＮ_Ｔの変調信号は、Ｎ_Ｔのアンテナ７２４ａ〜７２４ｔからそれぞれ送信される。

受信機システム７５０においては、送信された変調信号が、Ｎ_Ｒのアンテナ７５２ａ〜７５２ｒによって受信され、各アンテナ７５２からの受信された信号は、各受信機（ＲＣＶＲ）７５４に供給される。各受信機７５４は、受信信号を調節（例えば、フィルタリング、増幅、およびダウンコンバート）し、該調節した信号をディジタル化してサンプルの各ストリームを生成する。各サンプルストリームはさらに、受信したシンボル（ｙとして示す）の対応するストリームを得るために処理（例えば、復元されたパイロットを用いて復調）してもよい。そして、ＲＸ ＭＩＭＯプロセッサ７６０は、Ｎ_Ｒの受信したシンボルストリームを受けて処理し、Ｎ_Ｔの復元したシンボルストリームを生成する。特定の実施形態においては、ＲＸ ＭＩＭＯプロセッサ７６０による処理は、（１）推定されたチャネル応答行列を分解して単位行列Ｕを得ること、（２）単位行列ＵＨを受信したシンボル（すなわち、ベクトルｙ）の左から掛けて復元したシンボル（すなわち、ベクトルｒ）を生成すること、および（３）該復元したシンボルを等化して等化されたシンボルを得ることを含む。

次に、受信（ＲＸ）データプロセッサ７６２が、該等化したシンボルを復調し、デインタリーブし、復号して、送信されたトラヒックデータを復元する。ＲＸ ＭＩＭＯプロセッサ７６０およびＲＸデータプロセッサ７６２による処理は、それぞれ、送信機システム７１０におけるＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ７２０およびＴＸデータプロセッサ７１４によって実行される処理と相補的である。

ＲＸ ＭＩＭＯプロセッサ７６０は、さらに、ＭＩＭＯチャネル、送信チャネルのＳＮ比等に対するチャネル応答行列Ｈの推定値を導いて、それらの量をコントローラ７７０に供給してもよい。また、ＲＸデータプロセッサ７６２は、各受信したフレームまたはパケットのステータス、復号結果を示す１つまたは複数の他の性能尺度、および可能なその他の情報を生成してもよい。コントローラ７７０は、通信路状態情報（ｃｈａｎｎｅｌ ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ＣＳＩ）を集め、該ＣＳＩは、ＲＸ ＭＩＭＯプロセッサ７６０およびＲＸデータプロセッサ７６２から受信した情報の全てまたはいくつかを含んでもよい。そして、ＣＳＩは、ＴＸデータプロセッサ７７８によって処理され、変調器７８０によって変調され、送信機７５４ａ〜７５４ｒによって調節されて、送信機システム７１０へ送信される。

送信機システム７１０において、受信機システム７５０からの変調信号は、アンテナ７２４で受信され、受信機７２２により調節され、復調器７４０により復調されて、上記受信機システムにより報知されたＣＳＩを復元するＲＸデータプロセッサ７４２によって処理される。そして、該ＣＳＩは、コントローラ７３０に供給されて、ＴＸデータプロセッサ７１４およびＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ７２０に対する様々な制御を生成するのに使用される。

コントローラ７３０および７７０は、それぞれ、上記送信機および受信機システムにおける動作を指示する。メモリ７３２および７７２は、それぞれ、コントローラ７３０および７７０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格納を可能にする。

上述した送信電力の分配／再分配技術を実施するために、コントローラ７３０は、受信機システム７５０からのＣＳＩを受取り、該ＣＳＩは、チャネル応答行列またはＭＩＭＯチャネルの特性を説明するその他の情報を含んでもよい。そして、コントローラ７３０は、上述したように、飽和領域で作動する送信チャネルの余剰な送信電力が、飽和領域にない他の送信チャネルに再分配されるように、総送信電力を送信チャネルに分配する。各送信チャネルに分配された送信電力Ｐ_ｉは、該送信チャネルに対して用いるデータレートおよび符号化および変調スキームを決定してもよい。

上記送信機システムおよび受信機システムのための様々なＭＩＭＯおよびＯＦＤＭ処理技術が、以下の特許出願に詳細に記載されているが、それらは全て本出願の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれる。

・２００１年１１月６日に出願された「多元接続多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システム（Multiple-Access Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System）」というタイトルの米国特許出願第０９／９９３，０８７号明細書、
・２００１年５月１１日に出願された「通信路状態情報を用いて多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおけるデータを処理する方法および装置（Method and Apparatus for Processing Data in a Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System Utilizing Channel State Information）」というタイトルの米国特許出願第０９／８５４，２３５号明細書）、
・それぞれ２００１年３月２３日および２００１年９月１８日に出願された、共に「無線通信システムにおいて通信路状態情報を用いる方法および装置（Method and Apparatus for Utilizing Channel State Information in a Wireless Communication System）」というタイトルの米国特許出願第０９／８２６，４８１号明細書および同第０９／９５６，４４９号明細書、
・２００１年１２月７日に出願された「ＭＩＭＯシステムのためのチャネル固有モード分解を用いた時間域送信および受信処理（Time-Domain Transmit and Receive Processing with Channel Eigenmode Decomposition for MIMO Systems）」というタイトルの米国特許出願第１０／０１７，３０８号明細書。

本願明細書に記載した送信電力の分配／再分配技術は、様々な手段で実施することができる。例えば、これらの技術は、ハードウェア、ソフトウェア、あるいはそれらの組合せで実施することができる。ハードウェアによる実施の場合、送信電力を送信チャネルに分配／再分配するのに使用する構成要素は、１つまたは複数の特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ディジタル信号処理デバイス（ＤＳＰＤ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、書き替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、本願明細書に記載した機能を実行するように設計された電子装置、またはそれらを組み合わせたもので実施することができる。

ソフトウェアによる実施の場合、上記送信電力の分配／再分配は、本願明細書に記載した機能を実行するモジュール（例えば、手順、機能等）によって実施することができる。ソフトウェアコードは、メモリユニット（例えば、図１０におけるメモリ７３２）に蓄積することができ、プロセッサ（例えば、コントローラ７３０）によって実行することができる。該メモリユニットは、該プロセッサ内あるいは、該プロセッサの外部に実装してもよく、この場合、該メモリユニットは、公知の様々な手段を介して該プロセッサと通信可能に結合することができる。

小見出しは、参照のために本願明細書に含まれ、またある章を配置する際に補助するために含まれる。それらの小見出しは、本願明細書に記載された概念の範囲を限定しようとするものではなく、またそれらの小見出しは、明細書全体にわたって他の章に適用性を有してもよい。

開示した実施形態の上記の説明は、当業者が、本発明を実行または用いることができるように記載されている。それらの実施形態に対する様々な変更例は、当業者には容易に明白であり、また、本願明細書で定義した包括的な原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用することができる。すなわち、本発明は、本願明細書中に示した実施形態を限定しようとするものではなく、本願明細書に開示した原理および新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲を認容すべきである。

Claims (32)

1. 無線通信システムにおいて、送信電力を分配する方法であって、
   総送信電力を、特定の電力分配スキームに基づいて、複数の固有モードに分配することと、
   前記複数の固有モードのうちの各固有モードに、該固有モードの現在のスペクトル効率の寄与を満たすのに必要な最少量の送信電力を分配することと、
   前記各固有モードに分配された送信電力を減少させることによって得られる余剰な送信電力を決定することと、
   前記複数の固有モードのうち、それぞれの飽和点以下で動作しているすべての固有モードからなるセットを決定することと、
   前記セット内の各固有モードに対して、スペクトル効率におけるゲインを実現するのに必要なインクリメンタルＳＮ比およびインクリメンタル送信電力を決定することと、
   前記セット内の固有モードにすべてにわたる、余分な送信電力のさまざまな再配分を決定し、かつ各再配分に関連付けられたスペクトル効率を決定することと、
   前記決定されたスペクトル効率における最高のゲインをもたらす再配分にしたがって、前記セット内の固有モードに対して、前記決定された余分な送信電力を配分することと、
   を備える方法。
2. 前記複数の固有モードのうちの各固有モードに、該固有モードの現在のスペクトル効率の寄与を満たすのに必要な最少量の送信電力を分配することは、
   落とした送信電力を決定することと、
   前記落とした送信電力を、前記セット内の送信チャネルに分配することと、
   をさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 該固有モードが、不連続な動作点で動作するように、前記落とした送信電力を決定することをさらに備える、請求項２に記載の方法。
4. 総送信電力を、特定の電力分配スキームに基づいて、複数の固有モードに分配する手段と、
   前記複数の固有モードのうちの各固有モードに、該固有モードの現在のスペクトル効率の寄与を満たすのに必要な最少量の送信電力を分配する手段と、
   前記各固有モードに分配された送信電力を減少させることによって得られる余剰な送信電力を決定する手段と、
   前記複数の固有モードのうち、それぞれの飽和点以下で動作しているすべての固有モードからなるセットを決定する手段と、
   前記セット内の各固有モードに対して、スペクトル効率におけるゲインを実現するのに必要なインクリメンタルＳＮ比およびインクリメンタル送信電力を決定する手段と、
   前記セット内の固有モードにすべてにわたる、余分な送信電力のさまざまな再配分を決定し、かつ各再配分に関連付けられたスペクトル効率を決定する手段と、
   前記決定されたスペクトル効率における最高のゲインをもたらす再配分にしたがって、前記セット内の固有モードに対して、前記決定された余分な送信電力を配分する手段と、
   を備える無線通信システムにおけるコントローラ。
5. １つまたは複数の符号化および変調スキームに基づいて、複数の送信チャネルのためのデータを符号化して、複数のシンボルストリームを生成するように動作する送信データプロセッサと、
   前記複数のシンボルストリームを処理して、通信チャネル上での送信に適した複数の変調信号を生成するように動作する複数の送信機と、
   送信電力を分配すべき１つまたは複数の送信チャネルからなるセットを定義し、
   前記セット内の送信チャネルに分配するのに利用できる総送信電力を決定し、
   特定の分配スキームに基づいて、前記総送信電力を、前記セット内の送信チャネルに分配し、
   前記分配された送信電力によって生じる、飽和スペクトル効率領域内の送信チャネルを識別し、
   前記飽和スペクトル効率領域内の各送信チャネルに、前記飽和スペクトル効率領域内の固有値を実現するための最少量の送信電力を再分配し、
   前記最少量の送信電力が再分配された全ての送信チャネルについて、余剰な送信電力の総量を決定し、
   前記定義することと、前記決定することと、前記分配することと、前記識別することと、前記再分配することとを１度またはそれ以上繰り返し実行し、ここで、最初の繰り返しに対する送信チャネルのセットが、複数の送信チャネルを含み、各後の繰り返しに対する送信チャネルのセットが、前記飽和スペクトル効率領域内にない送信チャネルを含み、各後の繰り返しに対して使用可能な総送信電力が、現在の繰り返しにおいて決定された余剰な送信電力の総量を含む、
   ことにより、前記複数の送信チャネルに送信電力を分配するように動作するコントローラと、
   前記複数のシンボルストリームを前処理して、ＭＩＭＯチャネルを対角化するように動作する多入力多出力（ＭＩＭＯ）プロセッサと、
   を備える無線通信システムにおける送信機ユニット。
6. 前記送信データプロセッサは、さらに、変調シンボルに使用する送信チャネルに分配された送信電力に基づいて決定した特定の重みで各変調シンボルをスケールするように動作する、請求項５に記載の送信機ユニット。
7. 請求項５の送信機ユニットを備える基地局。
8. 無線通信システムにおいて、送信電力を、複数の送信チャネルに分配する方法であって、
   送信電力を分配すべき１つまたは複数の送信チャネルからなるセットを定義することと、
   前記セット内の送信チャネルに分配するのに利用できる総送信電力を決定することと、
   特定の分配スキームに基づいて、前記総送信電力を、前記セット内の送信チャネルに分配することと、
   分配された送信電力によって生じる、飽和スペクトル効率領域内の送信チャネルを識別することと、
   前記飽和スペクトル効率領域内の各送信チャネルに、前記飽和スペクトル効率領域内の固有値を実現するための最少量の送信電力を再分配することと、
   前記最少量の送信電力が再分配された全ての送信チャネルについて、余剰な送信電力の総量を決定することと、
   前記定義することと、前記決定することと、前記分配することと、前記識別することと、前記再分配することとを１度またはそれ以上繰り返し実行することと、ここで、最初の繰り返しに対する送信チャネルのセットが、複数の送信チャネルを含み、各後の繰り返しに対する送信チャネルのセットが、前記飽和スペクトル効率領域内にない送信チャネルを含み、各後の繰り返しに対して使用可能な総送信電力が、現在の繰り返しにおいて決定された余剰な送信電力の総量を含む、
   複数のシンボルストリームを前処理して、ＭＩＭＯチャネルを対角化することと、
   を備える方法。
9. 各繰り返しに対して使用可能な総送信電力は、注水分配スキームに基づいて、前記セット内の送信チャネルに分配される、請求項８に記載の方法。
10. 前記送信チャネルは、特定の最大データレートを実現するのに必要な送信電力よりも多い送信電力が分配された場合に、前記飽和スペクトル効率領域内にあると考えられる、請求項８に記載の方法。
11. 前記再分配された最少量の送信電力は、前記最大データレートを実現するのに必要な最少量である、請求項１０に記載の方法。
12. 送信チャネルは、特定のＳＮ比を実現するのに必要な送信電力よりも多い送信電力が分配された場合に、前記飽和スペクトル効率領域内にあると考えられる、請求項８に記載の方法。
13. 前記セット内の全ての送信チャネルに対して、単一のＳＮ比が用いられる、請求項１２に記載の方法。
14. 各送信チャネルは、それぞれのしきい値ＳＮ比と対応している、請求項１２に記載の方法。
15. 前記識別することは、
    前記送信チャネルに分配された送信電力に一部基づいて、前記セット内の各送信チャネルに対して、有効ＳＮ比を決定することと、
    前記セット内の各送信チャネルに対する有効ＳＮ比を、該送信チャネルに適用可能なしきい値ＳＮ比と比較することと、
    その有効ＳＮ比が、前記適用可能なしきい値ＳＮ比よりも大きい場合に、送信チャネルが前記飽和スペクトル効率領域内にあると宣言することと、
    を含む、請求項８に記載の方法。
16. 前記しきい値ＳＮ比は、特定の最大データレートを実現するのに必要なＳＮ比に対応する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記無線通信システムは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムである、請求項８に記載の方法。
18. 前記複数の送信チャネルは、前記多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムの多入力多出力（ＭＩＭＯ）チャネルのための複数の固有モードに対応する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記無線通信システムは、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を用いる多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムである、請求項８に記載の方法。
20. 多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいて、送信電力を、複数の空間サブチャネルに分配する方法であって、
    送信電力を分配すべき１つまたは複数の空間サブチャネルからなるセットを定義することと、
    前記セット内の空間サブチャネルに分配するのに利用できる総送信電力を決定することと、
    特定の分配スキームに基づいて、前記総送信電力を前記セット内の空間サブチャネルに分配することと、
    分配された送信電力によって生じる、飽和スペクトル効率領域内の空間サブチャネルを識別することと、
    前記飽和スペクトル効率領域内の各空間サブチャネルに、前記飽和スペクトル効率領域内の固有値を実現するための最少量の送信電力を再分配することと、
    前記最少量の送信電力が再分配された全ての空間サブチャネルに対して、余剰な送信電力の総量を決定することと、
    前記定義することと、前記決定することと、前記分配することと、前記識別することと、前記再分配することとを１度またはそれ以上繰り返し実行することと、ここで、最初の繰り返しに対する空間サブチャネルのセットが、複数の空間サブチャネルを含み、各後の繰り返しに対する空間サブチャネルのセットが、前記飽和スペクトル効率領域内にない空間サブチャネルを含み、各後の繰り返しに対して使用可能な総送信電力が、現在の繰り返しにおいて決定された余剰な送信電力の総量を含む、
    複数のシンボルストリームを前処理して、ＭＩＭＯチャネルを対角化することと、
    を備える方法。
21. 各繰り返しに対して使用可能な総送信電力は、注水分配スキームに基づいて、前記セット内の空間サブチャネルに分配される、請求項２０に記載の方法。
22. 無線通信システムにおいて、送信電力を複数の送信チャネルに分配する方法であって、
    送信電力を分配すべき送信チャネルからなる最初のセットを識別することと、
    前記最初のセット内の送信チャネルに分配するのに使用可能な総送信電力を決定することと、
    特定の分配スキームに基づいて、前記総送信電力を、前記最初のセット内の送信チャネルに分配することと、
    好適な動作点のために余剰な送信電力が分配された１つまたは複数の送信チャネルからなる第２のセットを識別することと、
    前記第２のセット内の各送信チャネルに、前記好適な動作点上に来るようにするための最少量の送信電力を分配することと、
    前記第２のセット内の全ての送信チャネルに対して余剰な電力の総量を決定することと、
    よりスペクトル効率の高い好適な動作点をサポートすることができる送信電力が分配されている１つまたは複数の送信チャネルからなる第３のセットを識別することと、
    さらにスペクトル効率の高い好適な動作点上に来るようにするために、前記余剰な電力の総量を、最高のゲインをもたらすように、前記第３のセット内の１つまたは複数の送信チャネルに再分配することと、
    前記余剰な電力の総量の、最高のゲインをもたらすような、前記第３のセット内の１つまたは複数の送信チャネルへの複数の可能な再分配を評価することと、
    複数のシンボルストリームを前処理して、ＭＩＭＯチャネルを対角化することと
    を備え、
    前記好適な動作点は、特定の不連続なデータレートをサポートするのに必要なＳＮ比と関連付けられている動作点である、方法。
23. 前記余剰な電力の総量は、１度に１つのチャネルに再分配され、前記第３のセット内の１つまたは複数の送信チャネルに再分配される、請求項２２に記載の方法。
24. 前記送信チャネルには、前記さらにスペクトル効率の高い好適な動作点上に来るようにするのに十分な送信電力が再分配される、請求項２２に記載の方法。
25. 前記再分配することは、
    前記さらにスペクトル効率の高い好適な動作点上に来るようにするために、前記第３のセット内の各送信チャネルに必要な送信電力の量を決定することと、
    余剰な電力の総量を、スループットにおける最高のゲインに対応した送信チャネルに再分配することと
    を含む、請求項２２に記載の方法。
26. 前記総送信電力は、注水スキームに基づいて、前記最初のセット内の送信チャネルに分配される、請求項２２に記載の方法。
27. 前記複数の送信チャネルは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムにおける空間サブチャネルに対応している、請求項２２に記載の方法。
28. 前記複数の送信チャネルは、多入力多出力直交周波数分割多重化（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ）システムにおける空間サブチャネルの周波数サブチャネルに対応している、請求項２２に記載の方法。
29. 送信電力を分配すべき送信チャネルからなる第１のセットを識別する手段と、
    前記第１のセット内の送信チャネルに分配するのに使用可能な総送信電力を決定する手段と、
    特定の分配スキームに基づいて、前記総送信電力を、前記第１のセット内の送信チャネルに分配する手段と、
    好適な動作点のために余剰な送信電力が分配された１つまたは複数の送信チャネルからなる第２のセットを識別する手段と、
    前記第２のセット内の各送信チャネルに、好適な動作点上に来るようにするための最少量の送信電力を分配する手段と、
    前記第２のセット内の全ての送信チャネルに対して余剰な電力の総量を決定する手段と、
    よりスペクトル効率の高い好適な動作点をサポートすることができる送信電力が分配されている１つまたは複数の送信チャネルからなる第３のセットを識別する手段と、
    前記余剰な電力の総量を、最高のゲインをもたらすように、前記第３のセット内の１つまたは複数の送信チャネルに再分配する手段と、
    前記余剰な電力の総量の、最高のゲインをもたらすような、前記第３のセット内の１つまたは複数の送信チャネルへの複数の可能な再分配を評価する手段と、
    複数のシンボルストリームを前処理して、ＭＩＭＯチャネルを対角化する手段とを備え、
    前記好適な動作点は、特定の不連続なデータレートをサポートするのに必要なＳＮ比と関連付けられている動作点である、無線通信システムにおけるコントローラ。
30. １つまたは複数の符号化および変調スキームに基づいて、複数の送信チャネルのためのデータを符号化して、複数のシンボルストリームを生成するように動作する送信データプロセッサと、
    前記複数のシンボルストリームを処理して、通信チャネル上での送信に適した複数の変調信号を生成するように動作する複数の送信機と、
    送信電力を分配すべき１つまたは複数の送信チャネルからなるセットを定義し、
    前記セット内の送信チャネルに分配するのに利用できる総送信電力を決定し、
    特定の分配スキームに基づいて、前記総送信電力を、前記セット内の送信チャネルに分配し、
    前記分配された送信電力によって生じる、飽和スペクトル効率領域内の送信チャネルを識別し、
    前記飽和スペクトル効率領域内の各送信チャネルに、前記飽和スペクトル効率領域内の固有値を実現するための最少量の送信電力を再分配し、
    前記最少量の送信電力が再分配された全ての送信チャネルに対して、余剰な送信電力の総量を決定し、
    前記定義することと、決定することと、分配することと、識別することと、再分配することとを１度またはそれ以上繰り返し実行し、ここで、最初の繰り返しに対する送信チャネルのセットが、複数の送信チャネルを含み、各後の繰り返しに対する送信チャネルのセットが、前記飽和スペクトル効率領域内にない送信チャネルを含み、各後の繰り返しに対して使用可能な総送信電力が、現在の繰り返しにおいて決定された余剰な送信電力の総量を含む、
    ことにより、前記複数の送信チャネルに送信電力を分配するように動作するコントローラと、
    前記複数のシンボルストリームを前処理して、ＭＩＭＯチャネルを対角化するように動作する多入力多出力（ＭＩＭＯ）プロセッサと、
    を備える無線通信システムにおける送信機ユニット。
31. 前記送信データプロセッサは、さらに、変調シンボルに使用する送信チャネルに分配された送信電力に基づいて決定した特定の重みで各変調シンボルをスケールするように動作する、請求項３０に記載の送信機ユニット。
32. 請求項３０の送信機ユニットを備える基地局。
    

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