JP5925890B2 - Ｍｉｍｏ−ｏｆｄｍおよびｓｃ−ｆｄｍａを用いる移動体通信 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、概して移動体通信システムに関し、より特定的には空間多重化および周波数多重化を用いる移動体通信システムに関する。

背景
移動体通信システムは、移動体装置間での音声および他のメッセージの通信を可能にする。移動体装置の利用可能な通信帯域幅を増大させ、移動体通信システムの設備投資および運用費用を低減する一般的な必要性が存在する。バッテリの電力を節約するため、移動体装置の電力需要を低減する一般的な必要性が存在する。

本発明は以上の課題のうち１つ以上に対処し得る。

概要
１つの実施形態では、移動体通信装置は、第１の複数のアンテナと、当該第１の複数のアンテナに結合され、送信器および受信器を含むトランシーバとを含む。トランシーバは、受信モードならびに第１および第２の送信モードで動作可能である。受信モードでは、送信器は送信しないように構成され、受信器は、受信モードの多重入出力直交周波数分割多重（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ）変調を有する第１のパケットを受信しかつ復号するように構成される。第２のパケットについて要求される帯域幅が第１の送信モードの帯域幅よりも大きくないことに応答して、送信器は、第２のパケットを符号化し、これを第１のアンテナから送信するように構成され、第２のパケットは、第１の送信モードのシングルキャリア周波数分割多重接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）変調を有する。第３のパケットについて要求される帯域幅が第１の送信モードの帯域幅よりも大きいことに応答して、送信器は、第３のパケットを符号化し、これを第１のアンテナから送信するように構成され、第３のパケットは第２の送信モードのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調を有する。

いくつかの実施形態では、トランシーバは、トランシーバの通信動作の間、常に、受信モードまたは第１もしくは第２の送信モードのうち１つにある。

いくつかの実施形態では、トランシーバは、受信モードと、第１の送信モードと、第２の送信モードとの間で時分割多重動作するように構成される。

いくつかの実施形態では、移動体通信装置は、トランシーバに結合される制御部を含む。ペンディング（pending）の送出パケットの要求される帯域幅が第１の送信モードの帯域幅よりも大きいことに応答して、制御部は、第１の送信モードのＳＣ−ＦＤＭＡ変調で要求パケットを基地局に送信するように送信器に命令するように構成可能である。要求パケットに応答して、トランシーバは、受信モードのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調で基地局から管理パケットを受信するように構成可能であり、管理パケット中に複数の直交周波数のサブセットが特定される。管理パケットに応答して、制御部は、第２の送信モードのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調でペンディングの送出パケットを符号化して送信するように送信器に命令するように構成可能であり、ペンディングの送出パケットのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調は、アンテナを介して空間的に多重化可能であり、かつ直交周波数のサブセットにわたって周波数多重化される。

いくつかの実施形態では、移動体通信装置はさらに、トランシーバに結合されるバッテリを含む。送信器はさらに、ペンディングの送出パケットの要求される帯域幅が第１の送信モードの帯域幅よりも大きくないことに応答して、第１の送信モードでペンディングの送出パケットを送信し、バッテリの充電レベルが充電レベルしきい値以下であり、かつ要求される帯域幅が第１の送信モードの帯域幅よりも大きいことに応答して、第１の送信モードでペンディングの送出パケットを送信し、かつバッテリの充電レベルが充電レベルしきい値よりも高く、かつ要求される帯域幅が第１の送信モードの帯域幅よりも大きいことに応答して、第２の送信モードでペンディングの送出パケットを送信する、ように構成可能である。

いくつかの実施形態では、第１の送信モードで動作することに応答して、送信器は、第１のアンテナのうちたった１つから、ＳＣ−ＦＤＭＡ変調で符号化された第１のパケットを送信するように構成される。

いくつかの実施形態では、送信器は、第１の送信モードのＳＣ−ＦＤＭＡ変調で複数の音声パケットの各々を送信し、第２の送信モードのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調で複数の画像パケットの各々を送信するように構成される。

別の実施形態は、移動体通信のためのシステムを提供する。システムは、本明細書中に記載のもののうち任意のものなどの移動体通信装置と、移動体通信装置の第１のアンテナに電磁的に結合される第２の複数のアンテナを含む基地局とを含む。基地局は、ＳＣ−ＦＤＭＡ変調を有する第１のパケットと、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調を有する第２のパケットとを受信しかつ復号するように構成される。

いくつかの実施形態では、基地局は、第２のアンテナに結合される第１の検出器および第２の検出器を含む。第１の検出器は、第２のアンテナで受信される第１のパケットのＳＣ−ＦＤＭＡ変調を復号するように構成される。第２の検出器は、第２のアンテナで受信される第２のパケットのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調を復号するように構成されるスフィア検出器（sphere detector）である。

いくつかの実施形態では、基地局は、複数の直交周波数の第１、第２、および第３のサブセットの割当てを生成するように構成され、かつ受信モードならびに第１および第２の送信モードのための複数の時間間隔のスケジュールを生成するようにさらに構成される管理部を含む。移動体通信装置は、受信器に結合される制御部をさらに含み、制御部は、割当ておよびスケジュールに従って、受信モードで受信するように受信器に命令し、第１および第２の送信モードで送信するように送信器に命令するように構成される。

いくつかの実施形態では、受信モードのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調は、第１の複数のアンテナと第２の複数のアンテナとの間で空間的に多重化されかつ直交周波数の第１のサブセットにわたって周波数多重化される。第１の送信モードのＳＣ−ＦＤＭＡ変調は、直交周波数の第２のサブセットにわたって周波数多重化可能である。第２の送信モードのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調は、第１の複数のアンテナと第２の複数のアンテナとの間で空間的に多重化可能であり、かつ直交周波数の第３のサブセットにわたって周波数多重化可能である。

いくつかの実施形態では、管理部は、移動体通信装置に管理パケットを送信するように基地局に命令するように構成される。管理パケットは、特定された割当ておよびスケジュールを特定することができる。受信器は、受信モードのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調で基地局から管理パケットを受信し、かつ、管理パケットから移動体通信装置の制御部に割当ておよびスケジュールを転送するように構成可能である。

いくつかの実施形態では、制御部は、パケットの要求される帯域幅が第１の送信モードの帯域幅よりも大きいことに応答して、第１の送信モードのＳＣ−ＦＤＭＡ変調で要求パケットを基地局に送信するように移動体通信装置の送信器に命令するようにさらに構成される。管理部は、要求パケットに応答して管理パケットを送信するように基地局に命令するようにさらに構成可能である。管理パケットに応答して、制御部は、第２の送信モードのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調でパケットを符号化して送信するように送信器に命令するように構成可能である。

いくつかの実施形態では、基地局はスフィア検出器をさらに含む。スフィア検出器は、パケットのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調を復号するように構成可能である。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調は、第１の複数のアンテナと第２の複数のアンテナとの間で空間的に多重化可能であり、かつ直交周波数の第３のサブセットにわたって周波数多重化可能である。

いくつかの実施形態では、パケットの要求される帯域幅が第１の送信モードの帯域幅よりも大きくないことに応答して、移動体通信装置の制御部は、第１の送信モードのＳＣ−ＦＤＭＡ変調でパケットを符号化して送信するように移動体通信装置の送信器に命令するように構成される。

別の実施形態では、移動体通信のためのシステムが提供される。システムは、第１の複数のアンテナと第１の複数のアンテナから送信するように結合される送信器とを含む移動体通信装置を含む。第１のパケットについて要求される帯域幅が第１の送信モードの帯域幅よりも大きくないことに応答して、送信器は、第１のパケットを符号化し、これを第１の複数のアンテナから送信するように構成される。第１のパケットは、第１の送信モードのシングルキャリア周波数分割多重接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）変調を有する。第２のパケットについて要求される帯域幅が第１の送信モードの帯域幅よりも大きいことに応答して、送信器は、第２のパケットを符号化し、これを第１の複数のアンテナから送信するように構成される。第２のパケットは、第２の送信モードの多重入出力直交周波数分割多重（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ）変調を有する。基地局は、移動体通信装置の第１のアンテナに電磁的に結合される第２の複数のアンテナを含む。基地局は、ＳＣ−ＦＤＭＡ変調を有する第１のパケットと、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調を有する第２のパケットとを受信しかつ復号するように構成される。

別の実施形態では、移動体通信装置は、複数のアンテナと、当該アンテナに結合されるトランシーバとを含む。トランシーバは送信器および受信器を含み、受信モードならびに第１および第２の送信モードで動作可能である。受信モードでは、送信器は送信しないように構成され、受信器は、受信モードの多重入出力直交周波数分割多重（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ）変調を有する第１のパケットを受信しかつ復号するように構成される。第２のパケットについて要求される帯域幅が第１の送信モードの帯域幅よりも大きくないことに応答して、送信器は、第２のパケットを符号化し、これをアンテナから送信するように構成される。第２のパケットは、第１の送信モードのシングルキャリア周波数分割多重接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）変調を有する。第３のパケットについて要求される帯域幅が第１の送信モードの帯域幅よりも大きいことに応答して、送信器は、第３のパケットを符号化し、これをアンテナから送信するように構成される。第３のパケットは第２の送信モードのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調を有する。

以下の詳細な説明および請求項にさまざまな他の実施形態を述べることが認められる。
発明のさまざまな局面および利点は、以下の詳細な説明を検討しかつ図面を参照すると明らかになるであろう。

移動体通信のためのシステムのブロック図である。 移動体装置と基地局との間で音声およびデータ通信を転送するためのプロセスのフローチャートである。

詳細な説明
図１は、移動体通信のためのシステムのブロック図である。システムは、電磁的に通信する、基地局１０２と、移動体通信装置１０４および１０６〜１０８とを含む。システムは、各々の移動体通信装置から基地局１０２へのパケットについて要求される帯域幅を提供するいくつかの動作モードを有する一方で、移動体通信装置１０４および１０６〜１０８中の電力消費を節約するとともに基地局１０２を簡略化する。

基地局１０２は、移動体通信装置１０４および１０６〜１０８へおよびそれらからデータシンボルを転送するトランシーバ１１０とアンテナ１１２および１１４〜１１６とを含む。同様に、移動体通信装置１０４は、基地局１０２へおよびそれからデータシンボルを転送するトランシーバ１１８と、アンテナ１２０および１２２〜１２４とを含む。

電磁スペクトルを直交周波数のセットに区分することができる。１つの実施形態では、周波数は直交である。なぜなら、周波数間の分離は、データシンボルを用いた周波数の変調からの帯域幅に等しいかまたはこれを超えるからである。これは、時を同じくして変調される直交周波数同士の間の干渉を制限する。

１つの実施形態では、直交周波数のサブセットは、基地局１０２から移動体通信装置１０４へなどの通信リンクに割当てられる。時を同じくして送信可能なデータシンボルの数は割当てられる直交周波数の数に等しいので、特定の通信リンクについての帯域幅は、サブセット中の割当てられる直交周波数を増やすことによって大きくすることができる。

さらに、基地局１０２から移動体通信装置１０４への通信に直交周波数の１つのサブセットを割当て、基地局１０２から移動体通信装置１０６への通信に直交周波数の別のサブセットを割当てるなど、直交周波数の異なるサブセットをさまざまな通信リンクに割当てることができる。そして、基地局１０２のトランシーバ１１０は、複数のデータシンボルを移動体通信装置１０４に、かつ複数のデータシンボルを移動体通信装置１０６に、同時に送信する。これが１つの実施形態での直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）である。

１つの実施形態では、ＯＦＤＭは時分割多重をさらに含む。時分割多重の単純な例では、直交周波数のサブセットが基地局１０２と移動体通信装置１０８との間の通信リンクに割当てられ、このサブセットは、基地局１０２から移動体通信装置１０８への通信のためにリザーブされる期間と、移動体通信装置１０８から基地局１０２への反対方向への通信のためにリザーブされる期間とに時分割多重化される。

１つの実施形態では、ＯＦＤＭは多重入出力ＯＦＤＭ（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ）にさらに拡張される。ＭＩＭＯのために、通信されるデータシンボルは、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間で空間的に多重化される。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭの実施形態の例では、直交周波数のサブセットは、特定の期間の間、基地局１０２から移動体通信装置１０４への通信に割当てられ、割当てられた直交周波数の各々に対して、トランシーバ１１０は、アンテナ１１２および１１４〜１１６の各々からの独立したデータシンボルを時を同じくして送信する。移動体通信装置１０４のアンテナ１２０および１２２〜１２４の各々は、各直交周波数で送信されるデータシンボルの混合を受信するが、移動体通信装置１０４は、受信した混合から、送信されたデータシンボルを復元することができる。

一般的に、Ｎ個の送信アンテナとＭ個の受信アンテナとの間で空間的に多重化可能なデータシンボルの数は、ＮおよびＭのうち小さい方である。このように、ＭＩＭＯシステムはしばしば、さまざまな装置において、４本のアンテナなどの等しい数のアンテナを有する。しかしながら、ＮとＭとが等しくないと、ＭＩＭＯ通信の強靭さが増す。なぜなら、特定のデータシンボルを送信している各々の送信アンテナと各々の受信アンテナとのすべてのペアリングについて相殺的なマルチパス干渉（destructive multi-path interference）が受信アンテナで起こる可能性が低いからである。

ＯＦＤＭには多くの利点がある一方で、ＯＦＤＭの１つの欠点は、ピーク送信電力が平均送信電力よりも大幅に高いことである。このように、ＯＦＤＭはピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）が高い。送信されたＯＦＤＭの歪みを防止するため、送信ＲＦ電力増幅器は、送信される電力範囲を通して高い線形性を有する必要がある。特定される平均送信電力について、ＯＦＤＭは、ＰＡＰＲがより低い別の変調方式よりも、送信電力の広い範囲にわたって高い線形性を有するＲＦ電力増幅器を要件とする。このことは、ＯＦＤＭのためのＲＦ電力増幅器に、ＰＡＰＲがより低い別の変調方式を用いて同じ平均送信電力を提供するＲＦ電力増幅器よりも多くの電力をその電源から消費させてしまう。

シングルキャリア周波数分割多重接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）は、ＯＦＤＭよりもＰＡＰＲが低い。１つの実施形態では、ＳＣ−ＦＤＭＡは、ＯＦＤＭと同じ直交周波数を用いるが、異なる変調方式を用いる。ＯＦＤＭと同じようにシンボル期間の間にそれぞれの直交周波数で各データブロック中のデータシンボルを送信する代わりに、ＳＣ−ＦＤＭＡは、Ｎ個のシンボルの各データブロックに対してＮ点（N-point）離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行ない、結果的に得られた周波数領域表示を、利用可能なＭ個の直交周波数の各データブロックの割当てられたＮ個にマッピングし、Ｍ個の直交周波数のすべてにわたってＭ点（M-point）逆ＤＦＴから生じる波形を送信する。局在化されたＳＣ−ＦＤＭＡのための１つの実施形態では、データブロック毎のＮ個のマッピングされた直交周波数は、利用可能なＭ個の直交周波数の隣接するサブセットである。分散されたＳＣ−ＦＤＭＡの別の実施形態では、Ｎ個のマッピングされた直交周波数は、利用可能なＭ個の直交周波数の範囲を通して均等に分散される。ＳＣ−ＦＤＭＡ受信器は、各データブロック中のＮ個のシンボルを復元するように、プロセスを逆にする。

ＳＣ−ＦＤＭＡ ＭＩＭＯは、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間でのＳＣ−ＦＤＭＡプラス空間多重化である。しかしながら、ＳＣ−ＦＤＭＡ ＭＩＭＯは一般的に、受信器で高い性能を達成するように、複雑な最大尤度検出器（maximum likelihood detector）を用いる。最大尤度検出器は複雑である。なぜなら、これはデータシンボルの多数の可能性のある組合せを網羅的に探索するからである。これに対して、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭは、最大尤度検出器の検出性能をほぼ達成する、劇的により単純なスフィア検出器をサポートする。

１つ以上の実施形態は、移動体通信装置１０４および１０６〜１０８から基地局１０２への上り通信のための２つのモードを有する。１つのモードでの上り通信は、ＭＩＭＯを用いないＳＣ−ＦＤＭＡを用いて、移動体通信装置１０４および１０６〜１０８中のバッテリ電力を節約する。別のモードでの上り通信は、基地局１０２の複雑さおよびコストを劇的に増大させずに、大きくなった通信帯域幅のためにＭＩＭＯ−ＯＦＤＭを用いる。基地局１０２から移動体通信装置１０４および１０６〜１０８への下り通信はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭである。なぜなら、基地局１０２は一般的にバッテリ電力の節約を要件としないからである。

基地局トランシーバ１１０は、アンテナ１１２および１１４〜１１６へデータシンボルのパケット１２８を送信するように構成される送信器１２６を含む。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭエンコーダ１３０は、各シンボル期間の間に、各々の割当てられた周波数ならびにアンテナ１１２および１１４〜１１６の各々毎のデータシンボルを用いて、利用可能な直交周波数の割当てられたサブセットに対してデータシンボルのパケット１２８を符号化する。各シンボル期間の間、送信器１２６は、各々の割当てられた直交周波数で、アンテナ１１２および１１４〜１１６の各々からデータシンボルを送信する。自由空間などの通信媒体は、アンテナ１１２および１１４〜１１６を、移動体通信装置１０４のアンテナ１２０および１２２〜１２４ならびに移動体通信装置１０６〜１０８のアンテナ１３２および１３４に電磁的に結合する。このように、送信器１２６は、アンテナ１１２および１１４〜１１６を介して空間的に多重化され、かつ直交周波数の割当てられたサブセットにわたって周波数多重化されるデータシンボルの符号化パケット１２８を送信する。

移動体通信装置１０４のトランシーバ１１８は、受信モードならびに第１および第２の送信モードで動作するように構成可能である。

受信モードで動作する間、トランシーバ１１８の送信器１３６は送信せず、トランシーバ１１８の受信器１３８は、アンテナ１２０および１２２〜１２４から、データシンボルの符号化パケット１２８を受信する。データシンボルは、アンテナ１２０および１２２〜１２４を介して空間的に多重化され、かつ直交周波数の割当てられたサブセットにわたって周波数多重化される。スフィア検出器１４０は、パケット１４２がパケット１２８に一致すると、データシンボルの受信パケット１４２を成功裏に復元する。

第１の送信モードで動作する間、ＳＣ−ＦＤＭＡエンコーダ１４４は、直交周波数の第２のサブセットにわたって周波数多重化されたシングルキャリアでデータシンボルのパケット１４６を符号化し、送信器１３６は、シングルキャリアでアンテナ１２０および１２２〜１２４から符号化パケット１４６を送信する。

第２の送信モードで動作する間、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭエンコーダ１４８は、アンテナ１２０および１２２〜１２４の各々上で各割当て周波数毎のデータシンボルを用いて、利用可能な直交周波数の割当てられたサブセットに対してデータシンボルのパケット１５０を符号化する。送信器１３６は、アンテナ１２０および１２２〜１２４を介して空間的に多重化され、かつ直交周波数の割当てられたサブセットにわたって周波数多重化されるデータシンボルの第３のパケット１５０を、アンテナ１２０および１２２〜１２４から送信する。

第１および第２の送信モードのための直交周波数の割当てられたサブセットは、１つの実施形態では同じ直交周波数であり、別の実施形態では異なる直交周波数である。受信モードのための直交周波数の割当てられたサブセットは、１つの実施形態では送信モードと同じ直交周波数であり、別の実施形態では異なる直交周波数である。

第１の送信モードのＳＣ−ＦＤＭＡ変調は第２の送信モードのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調よりも優れたＰＡＰＲを有するので、第１の送信モードでは、送信器１３６は、送信器１３６が第２の送信モードで消費するよりも少ないバッテリ１５２からの電力を消費する。第２の送信モードのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調のＭＩＭＯは第１の送信モードのＳＣ−ＦＤＭＡ変調よりも高い帯域幅を提供するので、第２の送信モードでは、ＭＩＭＯは第１の送信モードよりも高い帯域幅を提供する。このように、１つの実施形態では、移動体通信装置１０４から基地局１０２への上り通信は、デフォルトで第１の送信モードを用いるようになり、より高い帯域幅が要求されると、上り通信は第２の送信モードを用いる。

基地局１０２のトランシーバ１１０は、符号化された第２および第３のパケット１４６および１５０をアンテナ１１２および１１４〜１１６から受信するように構成される受信器１５４を含む。１つの実施形態では、予期される変調方式がスケジューリングされる。直交周波数のサブセットにわたって周波数多重化されるシングルキャリア上でのスケジューリングされたＳＣ−ＦＤＭＡ変調のために、基地局トランシーバ１１０のＳＣ−ＦＤＭＡ検出器１５６は、パケット１５８がパケット１４６に一致すると、データシンボルの受信パケット１５８を成功裏に復号する。第１のアンテナと第２のアンテナとの間で空間的に多重化されかつ直交周波数のサブセットにわたって周波数多重化されるスケジューリングされたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調のため、スフィア検出器１６０は、パケット１６２がパケット１５０に一致すると、データシンボルの受信パケット１６２を成功裏に復号する。スフィア検出器１６０はパケット１６２を効率的に復元するので、スフィア検出器１６０は基地局１０２にあまりコストを追加しない。

１つの実施形態では、基地局トランシーバ１１０は、移動体通信装置１０４および１０６〜１０８の各々の受信モードならびに第１および第２の送信モードのための直交周波数のサブセットを割当てるように構成される管理部１６４を含む。管理部１６４は、受信モードならびに第１および第２の送信モードのための時間間隔もスケジューリングする。この割当ておよびスケジュールを広めるため、管理部１６４は、割当ておよびスケジュールを特定する管理パケット１６６を送信するように基地局１０２に命令する。移動体通信装置１０４のトランシーバ１１８は、受信モードを用いて対応の管理パケット１６８を受信しかつ復号し、管理パケット１６８から移動体通信装置１０４の制御部１７０へ割当ておよびスケジュールを転送する。制御部１７０は、割当ておよびスケジュールに従って、受信モードで受信し、第１および第２の送信モードで送信するようにトランシーバ１１８に命令するように構成される。

移動体通信装置１０４の制御部１７０は、第１の送信モードに割当てられる直交周波数にわたって周波数多重化されるシングルキャリアの利用可能な帯域幅よりもデータパケットについて要求される帯域幅が大きい場合に、要求パケット１７２を生成する。オプションで、ほぼ放電したバッテリ１５２は、そのような要求パケット１７２を生成することを妨げる。ほぼ放電したバッテリは、充電レベルしきい値を用いて検出され得る。バッテリの検出される充電が充電レベルしきい値を下回ることに応答して、バッテリはほぼ放電していると判断される。バッテリの検出される充電が充電レベルしきい値を上回っていることに応答して、バッテリは十分に充電されていると考えられる。制御部１７０は、基地局に要求パケット１７２を送信するようにトランシーバ１１８に命令し、第１の送信モードを用いて要求パケット１７２が送信される。対応の要求パケット１７４を受信すると、管理部１６４は、第２の送信モードを用いてデータパケットを送信するためのスケジュールおよび割当てを有する管理パケット１６６を送信するように基地局１０２に命令する。制御部１７０は対応の管理パケット１６８を受信し、割当ておよびスケジュールに従って、第２の送信モードを用いてデータパケットを送信するようにトランシーバ１１８に命令する。

これに対し、データパケットの要求される帯域幅がシングルキャリアの利用可能な帯域幅よりも大きくない場合、制御部１７０は、第１の送信モードを用いてデータパケットを送信するようにトランシーバ１１８に命令する。要求される帯域幅に拘わらず、バッテリ１５２がほぼ放電している場合は、データパケットはオプションで第１の送信モードを用いて送信される。トランシーバ１１８はしばしば、第１の送信モードのための既存の割当ておよびスケジュールに従ってデータパケットを送信する。より多くの直交周波数および／またはより多くの時間間隔を第１の送信モードのシングルキャリアに加えることによって上り通信帯域幅を限界まで大きくすることができ、第２の送信モードのために直交周波数を割当てかつ時間間隔をスケジューリングすることによって通信帯域幅をこの限界を超えて大きくすることができることが認められるであろう。

１つの実施形態では、移動体通信装置１０４の送信器１３６は、直交周波数の割当てられたサブセットにわたって周波数多重化されたシングルキャリアで、たった１つのアンテナ１２０からパケット１４６のデータシンボルを送信する。別の実施形態では、送信器１３６は、すべてのアンテナ１２０および１２２〜１２４からパケット１４６のデータシンボルを送信する。

図２は、移動体装置と基地局との間での音声およびデータ通信を転送するためのプロセス２００のフローチャートである。通信帯域幅は通信の種類に従って割当てられる。

ステップ２０２で、移動体通信装置は通信の要求を発行する。要求は、音声会話のための永続的なチャネルを開くこと、または特定されたサイズを有する画像ファイルなどのデータファイルの１回限りの転送を要求することを含み得る。１つの実施形態では、要求は、移動体通信装置のバッテリの充電状態も含む。ステップ２０４で、基地局は要求を受信する。

決定２０６で、基地局の管理部は、要求される通信の種類を確認する。音声通信のためには、プロセス２００はステップ２０８に進み、そうでない場合は、データ通信のためには、プロセス２００はステップ２１０に進む。ステップ２０８で、基地局は、ＳＣ−ＦＤＭＡを用いて、直交周波数の割当てられたサブセットにわたって周波数多重化されるシングルキャリアの繰返し時間間隔を割当てる。ステップ２１０で、基地局は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭを用いて、直交周波数の割当てられたサブセット上でデータ通信を送信するのに十分な多数の時間間隔を割当てる。１つの実施形態では、移動体通信装置のバッテリがほぼ放電されていると、代わりに、基地局は、ＳＣ−ＦＤＭＡを用いて、データ通信を送信するのに十分な時間間隔および直交周波数を割当てる。

音声およびデータ通信の両方のために、基地局は、ステップ２１２で、変調の種類と時間間隔および直交周波数の割当てとを含む管理パケットを送信する。ステップ２１４で、移動体通信装置は管理パケットを受信する。

ステップ２１６で、移動体通信装置は、音声またはデータ通信をシンボルの１つ以上のパケットに符号化する。

決定２１８は通信の種類を確認する。ＳＣ−ＦＤＭＡのためには、プロセス２００はステップ２２０に進み、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのためには、プロセス２００はステップ２２２に進む。

ステップ２２０で、移動体通信装置は、スケジューリングされた時間に、割当てられた直交周波数にわたって周波数多重化されるシングルキャリアで、データシンボルの次のパケットを送信する。基地局はＳＣ−ＦＤＭＡパケットを受信し、オプションで、ステップ２２４で、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭを用いて音声会話の相手側のための二重パケットを送信し、ステップ２２６で、移動体通信装置はこの二重パケットを受信する。決定２２８は、通信が完了したか否かを確認する。通信が完了していない場合、プロセス２００は、次のパケットのためにステップ２２０に戻る。

ステップ２２２で、移動体通信装置は、スケジューリングされた時間に、割当てられた直交周波数でデータシンボルを送信する。データシンボルのパケットは、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭを用いて空間的にも多重化される。ステップ２３０で、基地局はデータパケットを受信し、スフィア検出器を用いてデータパケットを復号する。決定２３２は、データ通信が完了したか否かを確認する。データ通信が完了していなければ、プロセス２００は、次のデータパケットのためにステップ２２２に戻る。

本発明の実施形態は、さまざまな通信システムに適用可能であると考えられる。当業者には、本明細書中に開示する発明の明細書および実践例の考慮から、本発明の他の局面および実施形態が明らかであろう。明細書および図示する実施形態は、例としてのみ考えられるものであり、発明の真の範囲は以下の請求項によって示されることが意図される。

Claims (13)

1. 移動体通信装置であって、
   第１の複数のアンテナと、
   バッテリと、
   前記第１の複数のアンテナに結合され、送信器および受信器を含むトランシーバとを備え、前記トランシーバは、受信モードならびに第１および第２の送信モードで動作可能であり、
   前記受信モードでは、前記送信器は送信しないように構成され、前記受信器は、前記受信モードの多重入出力直交周波数分割多重（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ）変調を有する第１のパケットを受信しかつ復号するように構成され、
   ペンディングの送出パケットについて要求される帯域幅が前記第１の送信モードの帯域幅よりも大きくないことに応答して、前記送信器は、前記ペンディングの送出パケットを符号化し、これを前記第１のアンテナから送信するように構成され、前記ペンディングの送出パケットは前記第１の送信モードのシングルキャリア周波数分割多重接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）を有し、
   前記バッテリの充電レベルが充電レベルしきい値よりも高く、かつ前記ペンディングの送出パケットについて要求される帯域幅が前記第１の送信モードの前記帯域幅よりも大きいことに応答して、前記送信器は、前記ペンディングの送出パケットを符号化し、これを前記第１のアンテナから送信するように構成され、前記ペンディングの送出パケットは前記第２の送信モードのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調を有し、
   前記バッテリの前記充電レベルが前記充電レベルしきい値以下であり、かつ前記ペンディングの送出パケットについて要求される帯域幅が前記第１の送信モードの前記帯域幅よりも大きいことに応答して、前記送信器は、前記ペンディングの送出パケットを符号化し、これを前記第１の送信モードで送信するように構成される、移動体通信装置。
2. 前記トランシーバは、前記トランシーバの通信動作の間、常に、前記受信モードまたは前記第１もしくは第２の送信モードのうち１つにある、請求項１に記載の移動体通信装置。
3. 前記トランシーバは、前記受信モードと、前記第１の送信モードと、前記第２の送信モードとの間で時分割多重動作するように構成される、請求項１または２に記載の移動体通信装置。
4. 前記トランシーバに結合される制御部をさらに備え、
   前記ペンディングの送出パケットの要求される帯域幅が前記第１の送信モードの前記帯域幅よりも大きいことに応答して、前記制御部は、第１の送信モードのＳＣ−ＦＤＭＡ変調で要求パケットを基地局に送信するように前記送信器に命令するように構成され、
   前記要求パケットに応答して、前記トランシーバは、前記受信モードの前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調で前記基地局から管理パケットを受信するように構成され、前記管理パケット中に複数の直交周波数のサブセットが特定され、
   前記管理パケットに応答して、前記制御部は、前記第２の送信モードの前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調で前記ペンディングの送出パケットを符号化して送信するように前記送信器に命令するように構成され、前記ペンディングの送出パケットの前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調は、アンテナを介して空間的に多重化されかつ前記直交周波数の前記サブセットにわたって周波数多重化される、請求項１から３のいずれかに記載の移動体通信装置。
5. 前記第１の送信モードで動作することに応答して、前記送信器は、前記第１のアンテナのうちたった１つから、前記ＳＣ−ＦＤＭＡ変調で符号化された前記第１のパケットを送信するように構成される、請求項１から４のいずれかに記載の移動体通信装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の移動体通信装置と、
   前記移動体通信装置の前記第１のアンテナに電磁的に結合される第２の複数のアンテナを含む基地局とを備え、
   前記基地局は、前記ＳＣ−ＦＤＭＡ変調を有する少なくとも１つのパケットと、前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調を有する少なくとも１つのパケットとを受信しかつ復号するように構成される、移動体通信のためのシステム。
7. 前記基地局は、前記第２のアンテナに結合される第１の検出器および第２の検出器を含み、
   前記第１の検出器は、前記ＳＣ−ＦＤＭＡ変調を有する前記少なくとも１つのパケットを復号するように構成され、
   前記第２の検出器は、前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調を有する前記少なくとも１つのパケットを復号するように構成されるスフィア検出器である、請求項６に記載のシステム。
8. 前記基地局は、複数の直交周波数の第１、第２、および第３のサブセットの割当てを生成するように構成され、かつ、受信モードならびに前記第１および第２の送信モードのための複数の時間間隔のスケジュールを生成するようにさらに構成される管理部を含み、
   前記移動体通信装置は受信器に結合される制御部をさらに含み、前記制御部は、前記割当ておよび前記スケジュールに従って、前記受信モードで受信するように前記受信器に命令し、前記第１および第２の送信モードで送信するように前記送信器に命令するように構成される、請求項６または７に記載のシステム。
9. 前記受信モードの前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調は、前記第１の複数のアンテナと前記第２の複数のアンテナとの間で空間的に多重化されかつ前記直交周波数の前記第１のサブセットにわたって周波数多重化され、
   前記第１の送信モードの前記ＳＣ−ＦＤＭＡ変調は、前記直交周波数の前記第２のサブセットにわたって周波数多重化され、
   前記第２の送信モードの前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調は、前記第１の複数のアンテナと前記第２の複数のアンテナとの間で空間的に多重化されかつ前記直交周波数の前記第３のサブセットにわたって周波数多重化される、請求項８に記載のシステム。
10. 前記管理部は、前記移動体通信装置に管理パケットを送信するように前記基地局に命令するように構成され、
    前記管理パケットは、特定された前記割当ておよび前記スケジュールを特定し、
    前記受信器は、前記受信モードの前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調で前記基地局から前記管理パケットを受信し、かつ、前記管理パケットから前記移動体通信装置の前記制御部に前記割当ておよび前記スケジュールを転送するように構成される、請求項８または９に記載のシステム。
11. 前記制御部は、パケットの要求される帯域幅が前記第１の送信モードの前記帯域幅よりも大きいことに応答して、前記第１の送信モードの前記ＳＣ−ＦＤＭＡ変調で要求パケットを前記基地局に送信するように前記移動体通信装置の前記送信器に命令するようにさらに構成され、
    前記管理部は、前記要求パケットに応答して前記管理パケットを送信するように前記基地局に命令するようにさらに構成され、
    前記制御部は、前記管理パケットに応答して、前記第２の送信モードの前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調で前記パケットを符号化して、前記パケットを送信するように前記送信器に命令するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記基地局はスフィア検出器をさらに含み、
    前記スフィア検出器は、前記パケットの前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調を復号するように構成され、
    前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ変調は、前記第１の複数のアンテナと前記第２の複数のアンテナとの間で空間的に多重化されかつ前記直交周波数の前記第３のサブセットにわたって周波数多重化される、請求項１１に記載のシステム。
13. パケットの要求される帯域幅が前記第１の送信モードの前記帯域幅よりも大きくないことに応答して、前記移動体通信装置の前記制御部は、前記第１の送信モードの前記ＳＣ−ＦＤＭＡ変調で前記パケットを符号化して、前記パケットを送信するように前記移動体通信装置の前記送信器に命令するように構成される、請求項１０から１２のいずれかに記載のシステム。