JP6199434B2 - 超高スループットのワイヤレスｍｉｍｏ通信システムにおけるチャネル推定の間の、単一のストリーム位相追跡 - Google Patents

Description

分野

本発明は、一般的に、通信システムに関する。特に、本発明は、転送されるフレームのプリアンブル中に埋め込まれているパイロットトーンを使用して位相追跡することによって、ワイヤレス通信システムを通しての、情報のより良い通信を進歩させる。

背景

インターネット使用量の増加が、ネットワークのすべてのセクションにおける帯域幅の需要増加に至っている。その１つの増加は、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）エリアにある。ワイヤレスＬＡＮに対する需要は、驚異的な成長を経験した。この需要は、とりわけ、職場において、または、移動体が集まる場所において、ユーザがノートブックコンピュータをネットワークに接続することによって促進されている。成長は、その上、ＰＣの範囲を越えた。音楽ストリーミング、インターネット電話、ゲーミングおよび屋内ビデオ送信のような消費者アプリケーションも、帯域幅の増加に拍車をかけている。

ワイヤレスＬＡＮに対する、これらの需要増が、技術分野において広範囲にわたった標準規格開発を促している。電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）８０２．１１標準規格のような、いくつかのワイヤレス通信標準規格が出現した。ＩＥＥＥ８０２．１１は、数十メートルから二、三百メートルまでに及ぶ短距離通信用の、１組のワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）エアインターフェース標準規格を示している。その１つのＷＬＡＮ標準規格は、８０２．１１ｂである。この標準規格は、相補コードキー（ＣＣＫ）および/または直接シーケンススペクトラム拡散（ＤＳＳＳ）の変調技術を使用して、１１Ｍｂｐｓまでの生データレートを指定する。８０２．１１ｂと同時期に規定された８０２．１１ａ標準規格は、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）と呼ばれる、より効率的な送信方法を使用している。８０２．１１ａ標準規格は、５４ｍｂｐｓまでデータレートを使用可能にしたものの、５ＧＨｚの互換性がない無線周波数帯域に起因して、８０２．１１ｂの２．４ＧＨと比べ、この標準規格は幅広く配備されなかった。２００３年の中頃に、ＩＥＥＥは、ＯＦＤＭ変調を２．４ＧＨｚ帯域に適用した８０２．１１ｇを批准した。ＷＬＡＮクライアントのハードウェアの多くは、８０２．１１ａおよび８０２．１１ｇの両方をサポートした。

標準規格の開発における後続の世代は、８０２．１１ｎである。８０２．１１ｎ標準規格は、異なる最大レートを規定する、さまざまなオプション的なモードを提供する。標準規格は、製造業者が、異なる価格およびパフォーマンスを提供するように能力を合わせることを可能にする。８０２．１１ｎ標準規格は６００Ｍｂｐｓまで生データレートを提供するとはいえ、３００Ｍｂｐｓの速度のデバイスが、８０２．１１ｎ仕様と矛盾なく構築されることもあり得る。

８０２．１１ｎ標準規格は、より高い最大コードレートと、より高い帯域幅とを使用して、ＯＦＤＭインプリメンテーションを改善する。それは、５４Ｍｂｐｓから６５Ｍｂｐｓまで生レートを改善させる。さらに、幅広く知られている、標準規格のコンポーネントの１つは、複数入力複数出力すなわちＭＩＭＯである。ＭＩＭＯは、マルチパスと呼ばれる無線現象を利用する。マルチパスは、送信された情報が、ドア、壁および他の物体に反射することを伴う。この情報は、異なるパスを通して、かつ、わずかに異なる時間に、複数回、受信アンテナに達する。

マルチパスは、制御されない場合、ワイヤレスパフォーマンスを悪化させる。８０２．１１ｎ標準規格において採用されているＭＩＭＯ技術は、通常、空間分割多重化（ＳＤＭＡ）を通してマルチパスを配備する。ＷＬＡＮ送信機デバイスは、データストリームを、空間ストリームと呼ばれる複数の部分に分ける。各空間ストリームは、別個のアンテナを通して、受信機上の対応するアンテナに送信される。８０２．１１ｎは、空間ストリームを４つまでサポートする。空間ストリームを２倍または４倍にすることが生データレートの増加につながる一方で、アンテナのペアごとに必要とされる増加した処理に起因して、コストおよび電力が増加する傾向にもある。ＭＩＭＯシステムは、送信機アンテナの数×受信機アンテナの数であることを特徴としている。４ｘ４ＭＩＭＯは、例えば、送信機上に４本のアンテナ、受信機上に４本のアンテナを有する。

ＭＩＭＯ性能は、ビームフォーミングおよびダイバーシティによって改善させることができる。ビームフォーミングは、無線信号をターゲットアンテナに向ける。これは、干渉を制限することによって範囲および性能を改善させる。ダイバーシティは、ある数の空間ストリームを受信するのに必要とされるよりも多い数のアンテナの最良サブセットの出力を合成すること、または、この最良サブセットを選択することによって、複数のアンテナを利用する。過多なアンテナを使用して、例えば、複数の受信ストリームを１つのストリームに合成し、より長い距離にわたって動作するかもしれない。生データレートを増加させるために、類似したトレードオフが、固定された距離で行われるかもしれない。

８０２．１１ｎ標準規格は、概要では、より良好なＯＦＤＭ特性、ＭＩＭＯを通しての空間分割多重化、ダイバーシティ、電力セービング方法、２０ＭＨｚから４０ＭＨｚにチャネルを２倍化すること、オーバーヘッドのＭＡＣレベル集約、および減少したフレーム間空間を通してワイヤレスＬＡＮ（ＷＬＡＮ）を向上させる。

５ＧＨｚ帯域における超高スループット（ＶＨＴ）向け８０２．１１と呼ばれる、後続する標準規格では、ターゲットにされるＲＦ帯域幅は、１６０ＭＨｚまでであり、データレートは、６．９３３Ｇｂｐｓまでである。ノイズを減少させ、信号対ノイズ比を改善させるための、より効率的な信号処理スキームが配備されている。従来、データシンボルの間に位相追跡を実行するためには、データシンボルにおけるパイロットトーンが使用されているが、８０２．１１ｎおよび上記の世代では、これは、コストがかかって計算され、ＭＩＭＯチャネル推定の間、実現可能でない。ロングトレーニングフィールド（ＬＴＦ）について８０２．１１中で規定されているようなパイロットトーンは、ストリームによって異なるので、正確な位相追跡のために使用できない。

５ＧＨｚ搬送波周波数では、１００万分の２のずれは、１００ＫＨｚの周波数のずれに達する。この周波数のずれは、４つのシンボルでは、５度の位相回転に達する。８つのシンボルの場合、これは、１０度に倍増する。ＯＦＤＭでは、信号は位相で運ばれるので、位相のずれは、より低い信号対ノイズ比を導く。この現象は、性能およびスループットに関してワイヤレスネットワークを悪化させる。

概要

本発明の実施形態は、ＭＩＭＯワイヤレス通信システムのためのフレームのプリアンブルにおけるパイロットトーンを使用して位相追跡することに関する。

１つの実施形態では、データシンボル中のパイロットトーンに類似し、ＶＨＴ−ＬＴＦにおけるパイロットトーンを、位相追跡のために規定できる。データトーンとは違って、（一般的にＰ行列と呼ばれる）ＭＩＭＯトレーニングマッピングカバーシーケンス行列は、パイロットトーンに基づくチャネル推定の間にはパイロットトーンに適用されない。代わりに、単一のストリームパイロットが、すべての空間時間ストリーム（ＳＴＳ）にマッピングされる。本実施形態では、初期の一次元チャネル推定のために、第１のＶＨＴ−ＬＴＦにおけるパイロットトーンが使用される。パイロットトーンと初期の一次元チャネル推定とに基づいて位相回転を推定するために、他の残りのＶＨＴ−ＬＴＦにおけるパイロットトーンが使用される。導出され強化された情報が、データトーンに対するＭＩＭＯチャネル推定のために使用される。

本発明の１つの実施形態では、送信されたフレームのヘッダ中のトレーニングフィールドを使用して、受信の際にチャネルおよび位相誤差を推定するための、方法および装置を開示する。その後、この情報は、スループットおよび性能を改善させるためにデータトーンに適用される。

添付図面は、本明細書中に組み込まれ、本明細書の一部を形成する。図面は、実施形態を図示している。記述と一緒に、図面は、本実施形態の原理を説明する働きをしている。
図１は、ホームまたは小企業の適用における、典型的なワイヤレスＬＡＮネットワークを示しているブロックダイヤグラムである。 図２は、Ｍ本の送信アンテナとＮ本の受信アンテナとを通して通信している、ワイヤレス送信および受信ノードと、そのコンポーネントとを図示しているブロックダイヤグラムである。 図３は、ワイヤレス通信において使用される、物理レイヤコンバージェンスプロトコル（ＰＬＣＰ）フレームの例示的なフレーム構造である。 図４は、他のノードから送信された情報に基づいて各ノードにおける受信を特徴付けるチャネル推定行列を使用して、ノードワイヤレス通信するための上位ノードのブロックダイヤグラムである。 図５は、本発明の実施形態にしたがった、受信における高速フーリエ変換（ＦＦＴ）コンポーネントに結合されている、位相追跡および補正ブロックのハードウェアブロックダイヤグラムである。 図６は、本発明の実施形態にしたがった、ＯＦＤＭシンボル中の、メッシュド（meshed）パイロットトーンおよびデータトーンの図である。 図７は、本発明の実施形態にしたがった、パイロットトーンから位相誤差情報を抽出し、この情報ｎを使用して、データトーンにおける位相回転を補正する際に伴われる、さまざまなハードウェアブロックにおける信号処理のタイムラインダイヤグラムである。 図８は、本発明の実施形態にしたがった、プリアンブルのＶＨＴ−ＬＴＦ中のパイロットトーンを使用しての位相追跡、位相誤差の推定及びチャネル推定より前にデータトーンを補正する際のその使用のフローチャート表現である。

詳細な説明

後続する詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに関する動作の、手順、論理ブロック、処理および他のシンボル的な表現の観点で示している。これらの記述および表現は、最も効果的に、他の当業者に自己の仕事の内容を伝えるために、データ処理技術の当業者によって使用される手段である。本願では、手順、論理ブロック、プロセス、またはこれらに類するものは、所望の結果を導くステップまたは命令の首尾一貫したシーケンスであると、ここでは考える。ステップは、物理量の物理的操作を必要とするステップである。通常、必ずではないが、これらの量は、記憶したり、転送したり、合成したり、比較したり、そうでなければコンピュータシステム中で操作したりすることができる、電気または磁気信号の形態を取る。

しかしながら、これらの用語のすべておよび類似した用語は、適切な物理量に関係付けられるべきであり、これらの量に適用される便利なラベルであるに過ぎないことを念頭に置くべきである。以下の説明から明らかであると特に明記しない限り、本願全体を通して、“アクセスすること”、“受け取ること”、“送ること”、“使用すること”、“選択すること”、“決定すること”、“正規化すること”、“乗算すること”、“平均化すること”、“モニタリングすること”、“比較すること”、“適用すること”、“更新すること”、“測定すること”、“導出すること”、またはこれらに類するもののような用語を利用しての説明は、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ内の物理的（電子）量として表現されているデータを操作して、コンピュータシステムメモリまたはレジスタまたは他のこのような情報記憶装置、送信または表示デバイス内の物理的量として同様に表現されている他のデータに変形する、コンピュータシステム、または、類似している電気コンピューティングデバイスのアクションおよびプロセスを指すことが正しく認識される。

ここで記述した実施形態は、１つ以上のコンピュータまたは他のデバイスによって実行される、プログラムモジュールのような、コンピュータ使用可能媒体の何らかの形態上で存在しているコンピュータ実行可能な命令の一般的状況において説明されてもよい。一般的に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行する、または、特定の抽象データ型を実現する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構成等を含む。プログラムモジュールの機能性は、さまざまな実施形態で所望されるように、組み合わせてもよいし、または、分散させてもよい。

例として、コンピュータ使用可能な媒体は、コンピュータ記憶媒体および通信媒体を含んでいてもよいが、これらに限定されない。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能な命令、データ構成、プログラムモジュールまたは他のデータのような、情報の記憶のための何らかの方法または技術で実現される、揮発性および不揮発性、取り外し可能および取り外し不可能な媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＭ）、フラッシュメモリまたは他のメモリ技術、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル揮発性ディスク（ＤＶＤ）または他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶または他の磁気記憶デバイス、または所望の情報を記憶するために使用できる他の何らかの媒体を含むが、これらに限定されない。

通信媒体は、コンピュータ読み取り可能命令、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータを、搬送波または他の伝送メカニズムのような変調されたデータ信号に埋め込むことができ、何らかの情報配信媒体を含む。“変調されたデータ信号”という用語は、信号における情報をエンコードするような態様で設定または変更された、その特性のうちの１つ以上を持つ信号を意味する。例として、通信媒体は、ワイヤードネットワークまたはダイレクトワイヤード接続のようなワイヤード媒体と、音響、無線周波数（ＲＦ）、赤外線および他のワイヤレス媒体のようなワイヤレス媒体とを含むが、これらに限定されない。先のもののうちのいずれかを組み合わせたものもまた、コンピュータ読み取り可能媒体の範囲内に含められるべきである。

図１の１００は、ホームまたは企業において配備されている、典型的なワイヤレスＬＡＮネットワーク１０５のブロックダイヤグラムである。何人かのユーザが、数ある中で、局１３０によって表現されている。局は、基地局１２０からデータを受信することができたり、データを基地局１２０にデータを送信することができたりする。ワイヤレスアクセスポイント（ＡＰ）は、基地局の１つの実施形態である。基地局１２０は、ワイヤを通して、または、ワイヤレスに、ルータ１１５と通信する。ルータ１１５は、ネットワークに関するネットワーク接続性情報を持ち、発信元アドレスおよび宛先アドレスに基づいてパケットを受信および転送する。ルータは、接続のための複数のポートを持ち、ケーブルモデム１１０を通して、大まかにはワイヤ１６０を通して、その他のインターネットに接続するための単一のアップリンクポートを持っていてもよい。ケーブルモデムは、サービスプロバイダの中央局に位置付けられているケーブルモデム終端システム（ＣＭＴＳ）を通して、ワールドワイドインターネットに接続する。最初に、本発明は、局１３０と基地局１２０との間のワイヤレス通信１４０を扱う。新しい８０２．１１ＶＨＴ標準規格は、ワイヤレスに、および、確実にエアを通して、６．９３３Ｇｂｐｓまで生データレートを伝送するように提案している。

図２は、ワイヤレス送信および受信ノードの複合体２５０のブロックダイヤグラムである。“送信されることになる”ストリームＳは、ペイロードデータに基づいて準備され、エンコーダおよび変調器ブロック２０５中に送り込まれる前に、プリアンブルおよび他の情報によりエンコードされる。ノードの複合体は、送信方向にＭ本のアンテナ２２０と、受信側でＮ本のアンテナ２６０とからなり、Ｍ×Ｎ ＭＩＭＯシステムを形成する。ノードの複合体は、ＭＩＭＯモードで動作している間、１つの実施形態では、空間分割多重化（ＳＤＭＡ）を使用して、いくつかの受信機と通信してもよい。ＳＤＭＡは、異なる受信機に同時に送信される複数のストリームが、同じ周波数スペクトラムを共有することを可能にする。何らかのストリーム内では、ペイロードデータおよびプリアンブルの両方とも含むデータパケットが存在する。

同時に起こる複数のストリーム送信は、より高い帯域幅につながる。同時性を達成するために、各データストリームは、空間的にプリコード化され、その後、異なる送信アンテナを通して送信される。この空間プリコーディングおよび処理は、ブロック２１０によって実行される。これは、結果として、変調シンボルのシーケンスを生成するための信号グループにマッピングされるコードシンボルのシーケンスとなる。

ＭＩＭＯシステムは、直交周波数分割多重化を含む、多数の変調スキームをサポートしてもよい。ＯＦＤＭは、スペクトル拡散技術である。ＯＦＤＭは、正確な周波数で離れて間隔が空けられた多数の副搬送波にわたってデータを分散させる。間隔は、直交しており、受信機がデータを復元することを可能にする。この変調技術は、８０２．１１ａｃＶＨＴを含む、何らかのワイヤレス標準規格を使用して用いられてもよい。ＯＦＤＭ変調器２０５が、変調シンボルを多数のパラレルストリームに分ける。逆ＦＦＴは、時間領域ＯＦＤＭシンボルを生成するように、副搬送波の各セット上で実行される。ＯＦＤＭシンボルは、複数のデータパケットのペイロード中で分散される。プリアンブルは、各データパケット中のペイロードとともに運ばれる。プリアンブルは、いくつかのシンボルを含み、シンボルは、データに類似したパラレルストリームに分けられる。プリアンブルは、空間処理より前に、データペイロードに添付される。異なる空間ストリームは、ＲＦトランシーバ２２５を使用して、複数のアンテナを通して送信される。

送信された情報は、複数のアンテナ２６０上で受信される。これは、ＲＦ搬送波上で変調された情報を復元させるように、トランシーバ２０６に送り出される。復元される情報は、受信空間プロセッサ２７０に提供される。何らかの空間ストリーム上で運ばれたデータが復元される。プリアンブルプロセッサは、プリアンブルを使用して、同期情報をＯＦＤＭ復調器及び他のダウンストリーム処理に提供する。ＯＦＤＭ復調器２７５が、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して、ストリームを時間領域から周波数領域に変換する。周波数領域は、副搬送波ごとにストリームを含む。チャネル推定器２８５が、ストリームを受け取り、チャネル応答を推定する。プリアンブルの一部として、ワイヤレスチャネルを通しての送信に起因して位相シフトされるパイロットトーンが存在する。これは、受信および送信におけるＰＬＬ間の、相対的な周波数残余オフセットに起因する。シフトは、一般的には、線形シフトである。別の位相シフトは、位相ノイズに起因して生じる。

図３は、局Ａ３００と局Ｂ３５０との間でノード通信するための、双方向ノードを表現している。ＡとＢとの間のワイヤレスチャネルが、数学的に、チャネル応答行列Ｈ_ABによってモデル化されている一方で、他の方向にある同じものは、行列Ｈ_BAによってモデル化されている。信頼性があり、かつ高スループットのワイヤレス送信を達成するために、適切なハンドシェークと、可能性ある較正とによって、両方の局が、補正行列Ｋ_AおよびＫ_Bを計算する。

復調の一部として、プリアンブルにおけるパイロットトーンは、特別な処理を受ける。図４は、可能性ある物理レイヤコンバージェンスプロトコル（ＰＬＣＰ）フレーム４００の例示的な表現である。フレームは、ＯＦＤＭシンボルとともにプリアンブル情報としてパックされたペイロードデータからなる。プリアンブル情報の一部は、レガシーについて「Ｌ」タイプとして分類され、および、新しく開発中の標準規格に特有である新しく規定されているトレーニングシーケンスについて「ＶＨＴ」タイプとして分類されている、トレーニングシーケンスである。この１つのトレーニングフィールドは、ＶＨＴ−ＬＴＦ（超高スループットのロングトレーニングフィールド）４１０である。Ｍ×Ｎ ＭＩＭＯシステムでは、プリアンブルは、Ｎ個のＶＨＴ−ＬＴＦを持つだろう。データシンボルのような、これらのシンボルは、パイロットトーン（予め規定されているデータ）およびデータトーンのポジションにおいて、既知のトレーニングシーケンスの混合を含む。前述したように、ＯＦＤＭ送信プロセッサは、パケットデータの前のプリアンブルを、「変調されることになる」シンボルの形成の一部としてプリペンドする。

８０２．１１ｎまでのワイヤレス標準規格では、ＬＴＦにおけるパイロットトーンは、ＬＴＦストリーム（ＳＴＳ）間で変化するが、多重空間時間について予め規定されている。ＬＴＦストリームは、１、２、等、ないしＬについてＬＴＦにわたって変化する。ここで、Ｌは、ＳＴＳの数である。このような、時間および空間領域を通じての変化は、位相推定および補正のために、ＬＴＦにおいてパイロットトーンを使用する可能性を取り除く。本発明の１つの実施形態として、ＶＨＴ−ＬＴＦ中に埋め込まれているパイロットトーンは、空間時間ストリームに対するものと同じものとすることを提案する。例示的な実施形態として、Ｐ行列（ＭＩＭＯトレーニングカバーシーケンス）は、Ｒ行列（受信信号行列）に取って変わる。ここで、Ｒ行列のすべての列は、Ｐ行列の第１列と同一である。意図的でない送信ビームフォーミングを回避するために、ストリームごとのサイクリックシフト遅延（ＣＳＤ）は、ストリームごとのサイクリックシフト遅延を適用する前に、ＶＨＴ−ＬＴＦのパイロットトーンのＲマッピングの後に、すべてのストリームに依然として適用される。この不変性が、第１のＶＨＴ−ＬＴＦから１次元チャネル推定を予測するための本発明によって活用される。他のＶＨＴ−ＬＴＦは、位相推定を実行するために使用され、導出された情報は、データトーンにおける受信されたＬＴＦの位相を補正するようにすぐに適用される。結局、すべてのＶＨＴ−ＬＴＦが、位相補正される。位相誤差情報は、得るために完全に強化され、補正のためにデータシンボル中のデータトーンに適用される。この情報は、データトーンにおける、行列ＨＡＢ／ＨＢＡのチャネル推定および決定のための１つのセットの情報としても使用される。

図２では、受信側で、これが、ＯＦＤＭ復調器２７５と受信空間プロセッサ２７０との間の追加ブロックによって図示されており、この追加ブロックは、ここでは位相追跡器ブロック２８０と呼ばれる。受信トランシーバ２６５から情報を受信した後、受信空間プロセッサ２７０を通して、復調器２７５とともに位相追跡器ブロック２８０が、チャネル推定２８５を実行し、チャネル推定２８５が、ダウンストリーム受信処理２９５に送り出される。

図５では、位相追跡器ブロック５００のハードウェアコンポーネントが示されている。受信された時間領域ストリーム５５０は、高速フーリエ変換プロセッサ５０２を通して周波数領域に変換される。ポスト処理されるパイロットトーン情報は、位相追跡器５０１に送り出される。位相追跡器は、第１のＶＨＴ−ＬＴＦの間にディセーブルされ、最後のＶＨＴ−ＬＴＦの受信までイネーブルされる。Ｐ行列（トレーニングカバーシーケンス行列）を使用せずにチャネル推定を実行し、ＶＨＴ−ＬＴＦにおけるパイロットトーンを使用して、位相補正情報を発生および強化する。

５５２上で伝えられる推定された位相は、チャネル推定ブロック５０４に送り出されることになるデータトーンストリーム５５２と乗算される５０５。データチャネル推定情報は、５５５上で発生され、ダウンストリーム受信処理に伝えられることになる。データシンボル上での追加位相補正に起因して、チャネル推定は、より正確で、誤差が少ない傾向がある。ハンドシェークおよび較正によって、このノードおよび複数の他のノードにおいて使用されるとき、このような推定情報が、ワイヤレスネットワーク性能全体を改善させる。

図６は、ＯＦＤＭシンボル中で、パイロットトーン６０１とデータトーン６０２とを混ぜることを図示している。位相推定情報は、補正のために、直ぐにすべてのデータトーンに適用される。

ＯＦＤＭシステムはＬ次元であり、ロングトレーニングフィールド１ないしＬを含むと仮定する。第１のＶＨＴ−ＬＴＦの間、一次元（単一のストリーム）的にパイロット通信チャネルを推定するために、埋め込まれているパイロットトーンが使用される。数学的に、高速フーリエ変換の後の、周波数領域における受信信号は、

としてモデル化される。式１では、ｋは、特定のＯＦＤＭシンボルにおけるトーンのインデックスであり、ｌは、ＯＦＤＭシンボルのインデックスである。ＭＩＭＯシステムは、Ｍ×Ｎ次元であり、これは、送信機がＭ本のアンテナを有しており、受信機がＮ本のアンテナを有していることを意味している。ここで、対応するインデックスは、それぞれ、ｍおよびｎである。インデックスｍは、１からＭまでの範囲に及び、インデックスｎは、１からＮまでの範囲に及ぶ。ｍ番目の送信機およびｎ番目の受信機では、チャネル応答が、トーンｋに対してｈ_n,m（ｋ）として、数学的に表現される。ｓ（ｋ）は、ｋ番目のデータトーンにおけるチャネルトレーニングシーケンスである一方で、θ_ιは、ｌ番目のシンボルに対する位相回転である。ｐ_m,lは、ｍ番目の送信アンテナおよびｌ番目のＯＦＤＭシンボルにおける、ＭＩＭＯトレーニングカバーシーケンスである。Ｐ＝［ｐ_m,l］として規定されているＰは、全体的なＭＩＭＯトレーニングカバーシーケンスである。

結果的には、ｒ_n,l（ｋ）は、ｌ番目のＯＦＤＭシンボルのｋ番目のトーンにおける、ｎ番目の受信アンテナの受信サンプルを表現している。したがって、

は、全体的な受信信号ベクトルである。

本発明の１つの実施形態では、ＶＨＴ−ＬＴＦの間に位相を追跡するために、ＭＩＭＯトレーニングカバーシーケンスＰ_m,lは、パイロットトーンでは使用されない。したがって、式１から導出すると、ＦＦＴの後の受信パイロットトーンは、

によってモデル化できる。ここで、インデックスｋは、パイロットトーンのインデックスを意味する。欠落しているＰに起因して、一次元チャネルだけが、パイロットトーンにおいて推定される。

ステップ１：第１のＶＨＴ−ＬＴＦにおいて、各パイロットトーンｋに対して、一次元チャネルＨ（ｋ）は、

として推定される。

ステップ２：ＶＨＴ−ＬＴＦ１ないしlに対して、位相回転は、

として、パイロットトーンのそれぞれに基づいて推定される。

ステップ３：ＶＨＴ−ＬＴＦ１ないしlに対するデータトーンに対して、

として、受信（ＲＸ）データトーンの位相を補正するために、式５が使用される。

本質的に、パイロットトーンからの位相推定を使用して、ｋ番目のデータトーンベクトルが補正される。これらのステップは、ｌ番目のＶＨＴ−ＬＴＦで終了する。

本発明の１つの実施形態では、データトーンのバランスのために、ＭＩＭＯチャネル推定は、式：

にしたがって、１本ないしＭ本の各アンテナ対１本ないしＮ本の各アンテナに対して、Ｐ行列と位相補正行列とを使用して計算される。

本発明の１つの実施形態では、チャネル推定行列は、ＶＨＴ−ＬＴＦにおけるパイロットトーンから導出された情報で適用される、ｋ番目のトーンに対する受信ベクトルと、対応する位相補正との関数である。チャネル推定の、この補正および使用は、このように導出されるので、線形および非線形位相誤差の両方の消去に起因して増加する受信信号対ノイズ比が見られる。

図７は、ＶＨＴ−ＬＴＦに基づく位相追跡および補正に伴われる信号処理のタイムラインを図示している。本発明の１つの実施形態では、第１のＶＨＴ−ＬＴＦ７０１の間、位相追跡ブロック７０４は、チャネルの一次元推定に関与され、位相補正はオフであり、ＭＩＭＯチャネル推定ブロック７０６は、バッファリングフェーズにある７０７。第２の７０２ないしＬ−１ＶＨＴ−ＬＴＦ７０８の間、位相追跡ブロックは、位相を推定し、データトーンに対する位相補正がイネーブルされる。チャネル推定ブロック７０６は、バッファリングモードを保っている。Ｌ番目のＶＨＴ−ＬＴＦ７０３の間に、位相推定は終了し、データトーンに対する位相補正７０５は継続し、ＭＩＭＯチャネル推定は、７０９の終わりにイネーブルされる。

図８は、フローチャート８００の観点から、上記のステップをとらえている。本発明の１つの実施形態では、アンテナからの受信の後、無線周波数トランシーバから得られた受信ストリームは、受信空間プロセッサに送り出される。空間プロセッサからの処理の後、ストリームは位相追跡器およびＯＦＤＭ復調器ブロックに入り、ここで、プリアンブル処理が実行される８０１。決定ブロック８０２が第１のＶＨＴ−ＬＴＦを決定した場合、そのパイロットトーンのそれぞれに対して、パイロットトーンに対するカバレッジシーケンス行列が同一の値を持つので、Ｐ行列を使用せずに一次元受信チャネルが推定される８０４。決定ブロック８０２が、第１のものでないＶＨＴ−ＬＴＦであると決定した場合、ブロック８０３および８０５が、パイロットトーンに対する推定と、データトーンに対する位相補正とを実行し、これは、最後のＶＨＴ−ＬＴＦまで、決定ブロック８０８を通して継続される。

データシンボルに対して、チャネル推定が、決定ブロック８０７を通して、フレーム中の最後のデータシンボルまで実行され８０９、この後に、チャネル推定が、ディセーブルされ８０６、８０１への再エントリーを通して、次のフレームに対してプリアンブル処理が始まる。ステップの最終産物は、ｍ×ｎ次元に対する、より正確なチャネル推定行列であり、このチャネル推定行列は、ダウンストリーム受信処理によって使用され、他のノードとのハンドシェークのために使用される。

上記明細書において、実施形態は、インプリメンテーションごとに異なり得る多数の具体的な詳細を参照して説明された。したがって、本発明とされるもの、および本発明であると出願人によって意図されたものの唯一かつ排他的な指標は、本願に由来する特許請求の範囲であり、この特許請求の範囲は、特許請求の範囲の特定の形式で記載され、後に行われるいずれの補正を含むものとする。したがって、請求項に明記されていない限定、要素、特性、特徴、利点、または属性は、決して、そのような特許請求の範囲を限定するものではない。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなくむしろ例示的な意味でみなされるべきである。
以下に本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[Ｃ１] ワイヤレス通信システムのための位相追跡受信方法において、
前記方法は、
チャネル特性のセットを推定するために、ワイヤレスフレームのヘッダからの情報の第１のセットにアクセスすることと、
前記ワイヤレスフレームのヘッダからの情報の第２のセットにアクセスすることと、
前記チャネル特性のセットと、前記情報の第２のセットとを使用して、位相誤差を推定することと、
ダウンストリーム処理のために複数の補正されたデータトーンを発生させるように、前記位相誤差に基づく補正を前記ワイヤレスフレームの複数のデータトーンに適用することとを含む、ワイヤレス通信システムのための位相追跡受信方法。
[Ｃ２] 前記ダウンストリーム処理は、前記複数の補正されたデータトーンを使用して、複数の受信アンテナおよび送信アンテナに対するチャネル推定を計算することを含むＣ１記載の方法。
[Ｃ３] 前記フレームのヘッダは、前記フレームのプリアンブルをさらに含むＣ１記載の方法。
[Ｃ４] 前記情報の前記第１のセットおよび前記第２のセットは、前記フレームのプリアンブルのトレーニングフィールド中で複数のパイロットトーンを含むＣ１記載の方法。
[Ｃ５] 前記チャネル特性推定のセットは、以下の式：

にしたがった、一次元チャネル推定を含むＣ１記載の方法。
[Ｃ６]
前記位相誤差推定は、以下の式：

にしたがった、前記一次元チャネル推定および複数のパイロットトーンの使用を含むＣ１記載の方法。
[Ｃ７] 前記位相誤差に対する前記データトーンの前記位相補正は、以下の式：

にしたがって、行われるＣ１記載の方法。
[Ｃ８] ワイヤレス通信システムのための位相追跡送信方法において、
前記方法は、
送信データストリームをコンパイルすることと、
前記コンパイルされた送信データストリームからのヘッダおよびペイロードを、複数のパラレルな空間ストリーム中に分散させることと、
複数の無線周波数トランシーバを使用して、前記複数のパラレルな空間ストリームを送信することとを含み、
同一情報のセットは、チャネル特性のセットと、受信の際の位相誤差とを推定するために、前記複数のパラレルな空間ストリーム中のヘッダにマッピングされる方法。
[Ｃ９] 前記ヘッダにマッピングされる同一情報のセットが、前記複数のパラレルな空間ストリームに対するパイロットトーンの単一ストリームをマッピングすることを含むＣ８記載の方法。
[Ｃ１０] ワイヤレス通信装置において、
信号の送受信のために動作可能な複数のアンテナと、
前記アンテナに結合されている送信チェーンと、
前記アンテナに結合されている受信チェーンとを具備し、
前記信号は、周波数ビンに区分され、
前記受信チェーンは、
前記ワイヤレスフレームのヘッダからの情報の第１のセットにアクセスして、チャネル特性のセットを決定するための、および、前記ワイヤレスフレームのヘッダからの情報の第２のセットにアクセスするための回路と、
前記チャネルの特性のセットと、前記情報の第２のセットとを使用して、位相誤差を推定するための回路と、
ダウンストリーム処理のために、複数の補正されたデータトーンを発生させるように、前記位相誤差に基づく補正を前記ワイヤレスフレームの複数のデータトーンに適用するための回路とを備えるワイヤレス通信装置。
[Ｃ１１] 前記ダウンストリーム処理は、前記複数の補正されたデータトーンを使用して、複数の受信アンテナおよび送信アンテナに対するチャネル推定を計算することを含むＣ１０記載の装置。
[Ｃ１２] 前記チャネル特性推定のセットは、以下の式：

にしたがった、一次元チャネル推定を含むＣ１０記載の装置。
[Ｃ１３] 前記位相誤差の推定は、以下の式：

にしたがった、前記一次元チャネル推定と複数のパイロットトーンとの使用を含むＣ１０記載の装置。
[Ｃ１４] 前記位相誤差に対する前記データトーンの前記位相補正は、以下の式：

にしたがって行われるＣ１０記載の装置。
[Ｃ１５] 前記送信チェーンは、
送信データストリームをコンパイルするための回路と、
前記コンパイルされた送信データストリームからのヘッダおよびペイロードを、複数のパラレルな空間ストリーム中に分散させるための回路と、
複数の無線周波数トランシーバを使用して、前記複数のパラレルな空間ストリームを送信するための回路とをさらに備え、
同一情報のセットは、チャネル特性のセットと、受信の際の位相誤差とを推定するために、前記複数のパラレルな空間ストリーム中の前記ヘッダにマッピングされるＣ１０記載の装置。

Claims (22)

1. ワイヤレス通信装置の送信チェーンであって、
   コンパイルされた送信データストリームからのプリアンブルおよびペイロードを、複数のパラレルな空間ストリーム中に分散させるための回路と、ここにおいて、同一情報のセットは、受信の際のチャネル特性のセットおよび位相誤差を推定するために、前記複数のパラレルな空間ストリームの各々における前記プリアンブルにマッピングされる、
   複数の送信機を使用して、前記複数のパラレルな空間ストリームを送信するための回路と、
   を備え、
   前記プリアンブルは、複数のトレーニングフィールドを含み、
   前記同一の情報のセットは前記複数のトレーニングフィールドにマッピングされ、
   前記同一の情報のセットは、前記複数のトレーニングフィールドのパイロットトーンを備え、
   前記複数のトレーニングフィールドは、前記パイロットトーンのそれぞれに対する１次元チャネル応答を推定するための第１のトレーニングフィールドと、前記１次元チャネル応答を用いて、前記パイロットトーンのそれぞれに対する位相回転を推定するための第２のトレーニングフィールドとを備える、送信チェーン。
2. 前記同一情報のセットは、パイロットトーンの単一ストリームを備える、請求項１に記載の送信チェーン。
3. 前記複数のトレーニングフィールドは、複数の超高スループットのロングトレーニングフィールド（ＶＨＴ−ＬＴＦ）を含み、前記同一情報のセットは、前記ＶＨＴ−ＬＴＦにマッピングされる、請求項１に記載の送信チェーン。
4. 前記同一情報のセットは、前記ＶＨＴ−ＬＴＦのパイロットトーンを備える、請求項３に記載の送信チェーン。
5. 前記プリアンブルは、Ｎ個のＶＨＴ−ＬＴＦを含み、ここにおいて、Ｎは、前記複数のパラレルな空間ストリームを受信するように構成された受信機の数である、請求項３に記載の送信チェーン。
6. 前記複数のパラレルな空間ストリームの各々に対して、ストリームごとのサイクリックシフト遅延を適用するための回路をさらに備える、請求項１に記載の送信チェーン。
7. 前記チャネル特性のセットは、１次元チャネル応答を含む、請求項１に記載の送信チェーン。
8. ワイヤレス通信システムのための位相追跡送信方法であって、
   送信データストリームをコンパイルすることと、
   前記コンパイルされた送信データストリームからのプリアンブルおよびペイロードを、複数のパラレルな空間ストリーム中に分散させることと、ここにおいて、前記分散させることは、チャネル特性のセットと、受信の際の位相誤差とを推定するために、前記複数のパラレルな空間ストリームの各々における前記プリアンブルに同一情報のセットをマッピングすることを備える、
   複数の送信機を使用して、前記複数のパラレルな空間ストリームを送信することと、
   を備え、
   前記プリアンブルは、複数のトレーニングフィールドを含み、
   前記同一の情報のセットは前記複数のトレーニングフィールドにマッピングされ、
   前記同一の情報のセットは、前記複数のトレーニングフィールドのパイロットトーンを備え、
   前記複数のトレーニングフィールドは、前記パイロットトーンのそれぞれに対する１次元チャネル応答を推定するための第１のトレーニングフィールドと、前記１次元チャネル応答を用いて、前記パイロットトーンのそれぞれに対する位相回転を推定するための第２のトレーニングフィールドとを備える、方法。
9. 前記同一情報のセットは、パイロットトーンの単一ストリームを備える、請求項８に記載の方法。
10. 前記複数のトレーニングフィールドは、複数の超高スループットのロングトレーニングフィールド（ＶＨＴ−ＬＴＦ）を含み、前記同一情報のセットは、前記ＶＨＴ−ＬＴＦにマッピングされる、請求項８に記載の方法。
11. 前記同一情報のセットは、前記ＶＨＴ−ＬＴＦのパイロットトーンを備える、請求項１０に記載の方法。
12. 前記プリアンブルは、Ｎ個のＶＨＴ−ＬＴＦを含み、ここにおいて、Ｎは、前記複数のパラレルな空間ストリームを受信するように構成された無線周波数受信機の数である、請求項１０に記載の方法。
13. 前記パラレルな空間ストリームの各々に対して、ストリームごとのサイクリックシフト遅延を適用することをさらに備える、請求項８に記載の方法。
14. 前記チャネル特性のセットは、１次元チャネル応答を含む、請求項８に記載の方法。
15. ワイヤレス通信システムであって、
    コンパイルされた送信データストリームからのプリアンブルおよびペイロードを、複数のパラレルな空間ストリーム中に分散させるように構成されており、および、前記複数のパラレルな空間ストリームの各々の複数のトレーニングフィールドにパイロットトーンの同一のセットをマッピングするように構成されている回路と、
    複数の送信機を使用して、前記複数のパラレルな空間ストリームを送信するように構成されている回路と、
    を含む送信チェーン
    を備え、
    前記複数のトレーニングフィールドは、各パイロットトーンに対する１次元チャネル応答を推定するための第１のトレーニングフィールドと、前記１次元チャネル応答を用いて、各パイロットトーンに対する位相回転を推定するための第２のトレーニングフィールドとを備える、ワイヤレス通信システム。
16. 前記トレーニングフィールドは、超高スループットのロングトレーニングフィールド（ＶＨＴ−ＬＴＦ）を備える、請求項１５に記載のワイヤレス通信システム。
17. 前記送信チェーンは、前記パラレルな空間ストリームの各々に対して、ストリームごとのサイクリックシフト遅延を適用するように構成されている回路をさらに備える、
    請求項１５に記載のワイヤレス通信システム。
18. 前記複数のパラレルな空間ストリームの前記第１のトレーニングフィールドにおけるパイロットトーンの前記同一のセットに基づいて、１次元チャネル応答を推定するように構成されている回路と、
    前記推定された１次元チャネル応答に応答して、前記第２のトレーニングフィールドにおけるパイロットトーンの前記同一のセットに基づいて、第１の位相回転を推定するように構成されている回路と、
    を含む受信チェーン
    をさらに備える、請求項１５に記載のワイヤレス通信システム。
19. ワイヤレス通信システムのための位相追跡送信方法であって、
    送信データストリームをコンパイルすることと、
    前記コンパイルされた送信データストリームからのプリアンブルおよびペイロードを、複数のパラレルな空間ストリーム中に分散させることと、
    前記複数のパラレルな空間ストリームの各々の複数のトレーニングフィールドにパイロットトーンの同一のセットをマッピングすることと、
    複数の送信機を使用して、前記複数のパラレルな空間ストリームを送信することと、
    を備え、
    前記複数のトレーニングフィールドは、各パイロットトーンに対する１次元チャネル応答を推定するための第１のトレーニングフィールドと、前記１次元チャネル応答を用いて、各パイロットトーンに対する位相回転を推定するための第２のトレーニングフィールドとを備える、方法。
20. 前記トレーニングフィールドは、超高スループットのロングトレーニングフィールド（ＶＨＴ−ＬＴＦ）を備える、請求項１９に記載の方法。
21. 前記パラレルな空間ストリームの各々に対して、ストリームごとのサイクリックシフト遅延を適用することをさらに備える、請求項１９に記載の方法。
22. 前記複数の送信されたパラレルな空間ストリームを受信することと、
    前記受信された複数のパラレルな空間ストリームの前記第１のトレーニングフィールドにおけるパイロットトーンの前記同一のセットに基づいて、１次元チャネル応答を推定することと、
    前記推定された１次元チャネル応答に応答して、前記第２のトレーニングフィールドにおけるパイロットトーンの前記同一のセットに基づいて、第１の位相回転を推定することと、
    をさらに備える、請求項１９に記載の方法。

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