JP6612254B2 - スパース順序付け反復群マルチアンテナチャネル推定 - Google Patents

Description

本明細書で説明した要旨は、送信機における１つ又は複数のアンテナと受信機における複数のアンテナとを用いた、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）及び単一搬送周波数領域多重化（ＳＣ−ＦＤＭＡ）に基づく無線インターフェース技術のためのチャネルパラメータ推定に関する。

関連出願への相互参照
本願は、米国特許法１１９条（ｅ）により、２０１４年４月９日に出願された米国特許出願シリアル番号第１４／２４８９５８号に係る優先権を主張する。その開示内容の全体は参照によってここに組み込まれる。

時分割多元接続（ＴＤＭＡ）及び／又は周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）に基づく第２世代のＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）（登録商標）、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）（登録商標）に基づく第３世代システム、及び直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）（ダウンリンクにおける）及び単一搬送波ＦＤＭＡ（アップリンクにおける）に基づく新たな３ＧＰＰ ＬＴＥ（3rd Generation Partnership Program Long Term Evolution）システムのような無線通信標準は、すべて、信号受信品質を向上するために、また、システム通達範囲を拡大するために、複数のアンテナを使用する。リンク品質の向上のために、ＧＳＭシステムは主として複数の受信機アンテナを使用するが、３Ｇ−ＷＣＤＭＡ及びＬＴＥシステムは送信機及び受信機の両方において複数のアンテナを使用する。

大気中を伝搬する電波の強め合う重ねあわせ及び打ち消し合う重ねあわせに起因して、送信機アンテナ及び受信機アンテナの間の無線チャネルは、周波数選択的な、かつ時間的に変化するランダム伝搬媒体として記述することができる。チャネルの周波数選択的な性質により、受信機において、互いに重畳された複数の信号が生成され、ここで、送信された信号の各コピーは、ランダムなチャネル利得によって減衰され、ランダムな時間オフセットで遅延される。チャネルの周波数選択性によって引き起こされるシンボル間干渉を制限するために、サイクリックプレフィックス（ＣＰ）を導入することができる。ＣＰの長さがチャネルの最大遅延拡散より長い場合、シンボル間干渉を回避することができる。さらに、送信機及び受信機の間の相対運動は、送信された信号にドップラー拡散を導入する可能性がある。ＯＦＤＭシステムでは、ドップラー拡散がサブキャリア間隔より小さい場合、キャリア間干渉を回避することができる。

伝統的に、ＯＦＤＭ変調を用いる複数のアンテナのチャネル推定は、２ステップで実行可能である。第１のステップにおいて、パイロットトーンを用いて周波数領域チャネルが評価される。第２のステップにおいて、周波数領域チャネルは関心対象のパイロットトーンにわたって補間される。このアプローチは、パイロット濃度が高い場合に満足な性能をもたらすことが知られている。低いパイロット濃度の場合、このアプローチは、内挿誤差（例えば、与えられた２つの周波数トーン間のトーンの場合）及び外挿誤差（例えば、パイロットトーンの近傍から離れたデータトーンの場合）の影響を受ける。

本発明は、送信機における１つ又は複数のアンテナと受信機における複数のアンテナとを用いた、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）及び単一搬送周波数領域多重化（ＳＣ−ＦＤＭＡ）に基づく無線インターフェース技術のためのチャネルパラメータ推定を提供する。

一態様では、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにおいて、１つ又は複数の送信アンテナを備えた送信機によって無線チャネルを介して送信され、複数の受信アンテナを備えた受信機によって受信される第１の信号であって、複数のパイロットパルスを含む第１の信号を特徴づけるデータを受信することができる。中間チャネルインパルス応答推定値に係る１つ又は複数の有意な遅延タップを見つけることと、上記１つ又は複数の有意な遅延タップを上記中間チャネルインパルス応答推定値の誤差へ加算することとを反復することにより、送信機アンテナ及び受信機アンテナの各ペアについて上記無線チャネルの最終的な推定チャネルインパルス応答を決定することができる。最終的な推定チャネルインパルス応答を特徴づけるデータを提供することができる。

以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことができる。例えば、１つ又は複数の有意な遅延タップは、中間チャネルインパルス応答推定値の非ゼロのエントリであってもよい。複数のサブキャリアについてチャネル周波数応答の推定値を決定することができる。無線チャネルのチャネルインパルス応答の長さの推定値を決定することができる。１つ又は複数の送信アンテナのそれぞれについて、無線チャネルの最大遅延拡散、無線チャネルの最小遅延拡散、無線チャネルの平均遅延拡散、及び無線チャネルの２乗平均平方根遅延のうちの１つ又は複数を決定することができる。１つ又は複数の送信アンテナのそれぞれについて、チャネルコヒーレンス帯域幅の推定値を決定することができる。上記中間チャネルインパルス応答推定値に係る有意な遅延タップを見つけることと、上記１つ又は複数の有意な遅延タップを上記中間チャネルインパルス応答推定値の誤差へ加算することとを反復することは、次式に従って実行可能である。

ここで、Ｍは受信アンテナの個数であり、Ｇ、Ｎ_ｉｔｅｒ、Ｎ_ＣＰ，及びμは予め決められている

実行されたときに、１つ又は複数のマシン（例えばコンピュータなど）に本明細書で説明した動作を実行させる命令を具体化する、有形的に具体化された機械可読媒体を備える物品についても説明される。同様に、プロセッサと、プロセッサに接続されたメモリとを含んでもよいコンピュータシステムも説明される。メモリは、プロセッサに本明細書で説明した動作のうちの１つ又は複数を実行させる１つ又は複数プログラムを含むことができる。さらに、コンピュータシステムは、単一の命令を複数のデータポイントに並列に適用することができる追加の専用処理装置を含んでもよい。そのような装置はいわゆる「グラフィック処理装置」（ＧＰＵ）を含むが、それに限定されない。

本明細書で説明した要旨の１つ又は複数の変形例に係る詳細事項は、添付の図面及び以下の発明の詳細な説明において説明される。本明細書で説明した要旨の他の特徴及び利点は、発明の詳細な説明及び図面、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

基地局に設けられたスパース順序付け反復マルチアンテナチャネル推定（ＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥ）を用いる受信機を備える、例示的なマルチユーザ機器のマルチストリームの空間分割多元接続システムを示すシステム図である。 基地局送信機と、ＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥを用いる受信機を備えるユーザ機器（ＵＥ）とを示すシステム図である。 単一データストリームの場合の、ＵＥ内における例示的なアップリンク送信機信号チェーンの機能ブロック図である。 ＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥを用いる例示的な受信機の構成要素の機能的システム図である。 チャネルインパルス応答を推定するための反復的なＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥ処理を示す機能ブロック図である。 通常サイクリックプレフィックス（ＣＰ）モードを有する３ＧＰＰ ＬＴＥシステムの物理的アップリンク共用チャネルのシンボル及びスロット構造を説明する図である。 拡張サイクリックプレフィックスモードを有する３ＧＰＰ ＬＴＥシステムの物理的アップリンク共用チャネルのシンボル及びスロット構造を説明する図である。 通常サイクリックプレフィックスモードを有する３ＧＰＰ ＬＴＥシステムの物理的アップリンク制御チャネルのシンボル及びスロット構造、フォーマット１、１ａ、及び１ｂを説明する図である。 通常サイクリックプレフィックスモードを有する３ＧＰＰ ＬＴＥシステムの物理的アップリンク制御チャネルのシンボル及びスロット構造、フォーマット１ａ及び１ｂと、サウンディング基準シンボル（sounding reference symbol：ＳＲＳ）とを説明する図である。 拡張サイクリックプレフィックスモードを有する３ＧＰＰ ＬＴＥシステムの物理的アップリンク制御チャネルのシンボル及びスロット構造、フォーマット１、１ａ、及び１ｂを説明する図である。 通常サイクリックプレフィックスモードを有する３ＧＰＰ ＬＴＥシステムの物理的アップリンク制御チャネルのシンボル及びスロット構造、フォーマット２、２ａ、及び２ｂを説明する図である。 拡張サイクリックプレフィックスモードを有する３ＧＰＰ ＬＴＥシステムの物理的アップリンク制御チャネルのシンボル及びスロット構造、フォーマット２を説明する図である。 通常サイクリックプレフィックスモードを有する３ＧＰＰ ＬＴＥシステムの物理的アップリンク共用チャネルのシンボル及びスロット構造と、ＳＲＳとを説明する図である。 拡張サイクリックプレフィックスモードを有する３ＧＰＰ ＬＴＥシステムの物理的アップリンク共用チャネルのシンボル及びスロット構造と、ＳＲＳとを説明する図である。 ３ＧＰＰ ＬＴＥシステムのダウンリンクのための１つのアンテナポートを用いる場合における通常サイクリックプレフィックスのための基準シンボルの配置を説明する図である。 計算システムの例示的な実施例を示すシステム図である。

添付の図面は、ここに組み込まれ、本明細書の一部を構成する。添付の図面は、本明細書に開示した要旨の所定の態様を示し、発明の詳細な説明とともに、開示した実施例に関連付けられた原理のうちの一部についての説明を支援する。

様々な図面における類似の参照記号は類似の構成要素を示す。

１つ又は複数のアンテナを備えた送信機と複数の受信機アンテナを備えた受信機との間のチャネル特性（例えばチャネル応答）を推定するために使用可能である、スパース順序付け反復群マルチアンテナチャネル推定（Sparse Ordered Iterative Group Multi-Antenna Channel Estimation：ＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥ）方式が説明される。ＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥは、例えば、チャネル推定値に係る有意な（例えば非ゼロの）遅延タップを見つけることと、有意な遅延タップをチャネル推定値の誤差測定値へ加算してスパース順序付けチャネル推定値を生成することとを反復することにより、チャネル特性を反復的に推定することができる。ＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥ方式は、予め決められた回数の反復が行われるまで、又は、他の停止基準が満たされるまで、有意な遅延タップを見つけることによりスパース順序付けチャネル推定値を反復的に処理することができる。

ＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥは、基地局に設けられる場合又はユーザ機器（ＵＥ）に設けられる場合を含む、多数のシステムで実装可能である。例えば、図１は、基地局１２０に設けられたＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥを用いる受信機１３０を備える、例示的なマルチＵＥのマルチストリームの空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）システム１００（又はＭＵ−ＭＩＭＯ）を示すシステム図である。システム１００は複数のＵＥ（１０５_１、１０５_２、…、１０５_ｋ）を含み、これらのＵＥのそれぞれは、複数の送信アンテナ（１１０_１，１、１１０_１，２、…、１１０_１，ｖ）を有し、これらのＵＥは、無線チャンネル１４０（Ｈ（ｎ）とも示す）を介して、複数の受信アンテナ（１２５_１、１２５_２、…、１２５_ｋ）を有する基地局１２０と通信する。図１は、各ＵＥ１０５におけるアンテナの個数と基地局１２０におけるアンテナの個数とが等しい場合を示しているが、ＵＥ１０５及び／又は基地局１２０におけるアンテナの個数は変化してもよい。いくつかの例示的な実施例では、ＵＥごとのストリーム数は、そのＵＥにおける送信アンテナの個数を超過せず、また、（すべてのＵＥにわたって合計した）合計のストリーム数は、基地局における受信アンテナの個数を超過しない。

第２の例示として、図２は、基地局１２０送信機と、ＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥを用いる受信機１３０を備えるＵＥ１０５とを示すシステム図である。本明細書で説明するように、ＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥを用いる受信機１３０は、アップリンク及びダウンリンクのいずれかで動作可能である。

図３は、単一データストリーム（例えば、図１に示すように構成されたシステムの単一データストリーム）の場合の、ＵＥ１０５内における例示的なアップリンク送信機信号チェーン３００の機能ブロック図である。情報ビットストリーム３０５はエンコーダブロック３１０を通過することができる。３１５において、エンコーダの出力における符号化されたビットストリームをスクランブル処理することができ、３２０において、スクランブル処理されたシーケンスに対して、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、又は任意のより高次の信号配置位相図のような信号配置位相図を用いて変調マッピングすることができる。ピーク対平均の電力比を低く維持するために、３２５において、変調シンボルをＤＦＴプレコードすることができる。３３０において、プレコードされた複素数値のシンボルをリソース構成要素（ＲＥ）の集合に対してマッピングすることができる。１つのＲＥは、ＯＦＤＭシンボルに関連付けられた周波数トーンであることが可能である（ＤＦＴプレコードが適用される場合、シンボルはＳＣ−ＦＤＭＡシンボルとも呼ばれる）。それとは別に、３３５において、パイロットシーケンスパラメータ３４０を用いてパイロットシーケンスを生成することができる。生成されたパイロットシーケンスのパイロットシンボルは、３４５において逆ＦＦＴ（ＩＦＦＴ）を適用して周波数領域シンボルを時間領域シンボルストリーム３５５に変換する前に、リソースマッパ３３０において変調シンボルと多重化可能である。チャネル周波数選択性によって引き起こされたシンボル間干渉（ＩＳＩ）を最小化するために、３５０において、サイクリックプレフィックスをＯＦＤＭ／ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルに付加することができる。ＣＰの長さを、ＩＳＩを完全に削減又は除去する最大推定チャネル遅延より長くすることができる。時間領域シンボルストリーム３５５をさらに処理し、無線チャネル（Ｈ（ｎ））１４０を介して基地局１２０へ送信することができる。

図４は、チャネル推定及びチャネル等化を含む初期物理的層処理のために（例えば図１に示すように構成されたシステムにおける）ＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥを用いる例示的な受信機１３０の構成要素の機能的システム図４００である。無線チャンネル１４０を介して伝搬した、送信された信号は、１つ又は複数の受信アンテナ（１２５_１、…、１２５_Ｋ）によって受信される。

単一の受信機アンテナ１２５_１を用いる場合、送信機及び受信機の間における時間的に変化し、かつ、周波数選択的なチャネルは、次式によって記述可能である。

ここで、変数ｔは時間変動に対応し、変数τは遅延領域に対応し、実際の遅延はτ_ｌ（ｔ）によって示される。遅延は時間に応じて変化し、従って、τ_ｌはｔの関数である。経路数Ｌ（ｔ）及びチャネル利得ｈ_ｌ（ｔ）もまた時間的に変化する。時間領域におけるチャネルコヒーレンスは、遅延τ_ｌ（ｔ）、経路数Ｌ（ｔ）、及びチャネル利得ｈ_ｌ（ｔ）が時間に応じて変化しない継続時間として定義することができる。Ｔ_ｃがチャネルコヒーレンスを示す場合、すべてのｔ∈Ｔ_Ｃについて次式が成り立つ。

連続的な受信信号が１／Ｔ_Ｓのレートでサンプリングされることを仮定すると、サンプル間隔を有するインパルス応答を次式によって与えることができる。

ここで、Ｎはサンプル数であり、ｈ（ｎ）は、ｎＴ_Ｓの遅延を有するインパルス応答のｎ番目のサンプルである。しかしながら、チャネル長はサイクリックプレフィックスの長さＮ_ＣＰを越えないはずであるので、実際上は、チャネルｈ（ｎ）には最大でＮ_ＣＰ個の非ゼロサンプルが存在する。

ＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥを用いる例示的な受信機１３０において、各受信機アンテナ１２５_ｉ（ここで、ｉ＝１，２，…，Ｋ）について、ダウンコンバージョン処理を実行した後に、４０５_ｉにおいて自動利得制御（ＡＧＣ）を実行することができ、４１０_ｉにおいてＣＰ除去を行ってＯＦＤＭ又はＳＣ−ＦＤＭＡシンボルを残すことができ、４１５_ｉにおいてこれをＦＦＴを用いて処理して周波数領域へ変換することができる。ＣＰ除去４１０_ｉ及びＦＦＴ ４１５_ｉの効果は、時間領域における送信された信号とチャネル応答との線形畳み込みが、送信された信号とチャネル応答との周波数領域の乗算になるということにある。

パイロットシンボルは、図３に示すように、予めリソースマッパ３３０において変調シンボルと多重化されているが、４２０_ｉにおいて、このパイロットシンボルを周波数領域データから多重分離することができる。４２５_ｉにおいて、パイロットパルス及び多重分離されたデータをチャネル推定に提供することができる。チャネル推定はチャネル応答１４０を推定する。いったん４２５_ｉにおけるチャネル推定が完了すると、４３０において、各受信データストリームのチャネル等化を実行することができる。

４２５_ｉにおけるチャネル推定に関して、サンプル間隔を有するインパルス応答の周波数領域バージョンを、Ｈ（ｆ）で示し、次式によって与えることができる。

Ｐがパイロットトーンの個数であり、パイロットシンボルが周波数トーンｆ_１，ｆ_２，…，ｆ_Ｐに挿入される場合、受信された周波数領域信号を次式によって与えることができる。

ここで、Ｓ_ｐはｐ番目のパイロットシンボルであり、Ｗ_ｐはｐ番目のパイロットシンボルに付加された周波数領域ノイズである。

ｐ番目のパイロットシンボルに対する周波数領域最小二乗チャネル推定値（ frequency-domain least-squares channel estimate：ＦＤＬＳＣＥ）を、次式によって与えられることができる。

ここで、次式を用いる。

便宜上、ＦＤＬＳＣＥは、次式のように行列・ベクトルの形式で簡潔に記述することができる。

ここで、Ｆは複素指数関数の行列であり、ｈは未知のチャネルインパルス応答のベクトルであり、Ｖはノイズベクトルである。いくつかの実施例において、パイロットトーンの個数Ｐ、パイロットトーンの位置ｆ_１，ｆ_２，…，ｆ_Ｐ、サンプリングレート１／Ｔ_Ｓ、及びサイクリックプレフィックス長が与えられたとき、行列Ｆを予め計算して格納しておくことができる。

図５は、チャネル応答１４０（Ｈ（ｎ））を推定するための反復的なＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥ処理５００を示す機能ブロック図である。
より具体的には、この例示的な実施例において、時間領域チャネルの推定値は、

によって示される。５０５において処理の初期化を行ってもよい。５０５において、初期チャネル推定値

を提供し、次式により計算可能である。

ここで、Ｈｅｒｍは、エルミート演算子である（すなわち、まず行列の要素の共役をとり、次いで行列の転置を行う）。さらに、５０５において初期誤差εを提供し、次式により計算可能である。

ここで、Ｇは、Ｇ＝Ｆ^ＨｅｒｍＦとして計算可能である。

５１０において、中間チャネル推定値

は、先に計算されたチャネル推定値

を誤差εに加算することで計算することができる。誤差εの大きさは、ファクターμによって変更可能である。いくつかの実施例では、

は次式によって計算可能である。

ここで、μは非負であり、リンクレベル又はシステムレベルのシミュレーションから取得可能である。さらに、Ｋは１に初期化可能である。

５１５において、

から有意な遅延タップを決定することができる。遅延タップは、非ゼロである場合、又は、予め決められたしきい値より高い場合、有意になりえる。例えば、有意な遅延タップを見つけることは、

の非ゼロエントリを見つけることによって実行可能である。有意な遅延タップは、チャネル推定値

を記述するスパースベクトルにおける非ゼロエントリを形成することができる。

５２０において、変数Ｋをインクリメントすることができ（例えば、ｋ＝ｋ＋１）、５２５において、Ｎ_ｉｔｅｒ回の反復が完了したか否かを決定することができる。Ｎ_ｉｔｅｒは、スパース順序付けチャネル推定値

を処理するための予め決められた又は予め定義された反復回数でありえる。

処理が継続する場合（例えば、Ｎ_ｉｔｅｒ回の反復が完了していない場合）、５３０において、初期推定値

及び最新の推定値

の間の誤差εを、次式により計算することができる。

処理は、予め決められた回数の反復が完了するまで（例えば、Ｎ_ｉｔｅｒ）、又は他の停止基準に到達するまで、（例えば、５１０、５１５、５２０、５２５、及び５３０を通って）繰り返すことができる。他の停止基準は、例えば、

が予め決められた個数の非ゼロの遅延タップを含むとき、を含むことができる。

いったん反復が完了すると、５３５において、（

によって示される）最終的なチャネル応答推定値を用いて、チャネル遅延拡散及びチャネルコヒーレンス帯域幅を計算することができる。最大及び最小遅延拡散は、ｍａｘ（Ｉ_１，Ｉ_２，…，Ｉ_Ｑ）及びｍｉｎ（Ｉ_１，Ｉ_２，…，Ｉ_Ｑ）によってそれぞれ決定可能である。ここで、

における非ゼロエントリの位置は（Ｉ_１，Ｉ_２，…，Ｉ_Ｑ）によって示され、Ｑは非ゼロタップの個数である。平均遅延拡散は次式によって与えることができる。

ここで、ｃは、Ｎ_Ｃ個のシンボルのコヒーレンスウィンドウ内におけるチャネル推定値インデックスである。

遅延拡散の二乗平均平方根（ＲＭＳ）は、次式によって与えることができる。

与えられた周波数トーンにおける周波数領域チャネル推定値は、次式により取得することができる。

チャネルコヒーレンスはチャネル遅延拡散に反比例する。ＲＭＳ遅延拡散に基づき、周波数領域において９０％の相関を有する典型的なコヒーレンス帯域幅の尺度は、次式によって与えることができる。

周波数領域における５０％の相関を有する場合、コヒーレンス帯域幅は次式によって与えられる。

以下のものは、ＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥを用いる受信機１３０の例示的な実施例のためのアルゴリズムである。

１．初期チャネル推定値を

として取得する。
２．Ｎ_ｉｔｅｒ回の反復のそれぞれについて、次の計算を実行する。

３．時間領域チャネルの最終的な推定値は、

によって与えられる。上記のベクトルにおける非ゼロ位置の個数は時間的なチャネル応答の長さであり、非ゼロの値の位置はサンプル間隔を有するタップ遅延である。
４．最大、最小、平均、及びＲＭＳの遅延拡散と、チャネルコヒーレンス帯域幅とを計算する。

以下のものは、上述のＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥ方式を複数の受信機アンテナへ拡張する。

Ｍ個の受信機アンテナがある場合、送信機アンテナからｍ番目の受信機アンテナまでのサンプル間隔を有する時間領域チャネルは、次式によって与えられる。

また、ｍ番目の受信機アンテナにおけるＦＤＬＳＣＥは、次式によって記述可能である。

すべての受信機アンテナについてＹ（１），Ｙ（２），…，Ｙ（Ｍ）を一列に並べると、Ｙは次式のように記述することができる。

以下のものは、ＳＯＩ−ＭＡ−ＣＥを用いる複数の受信機アンテナを有する受信機１３０の例示的な実施例のためのアルゴリズムである。

１．初期チャネル推定値を

として取得する。
２．Ｎ_ｉｔｅｒ回の反復のそれぞれについて、次の計算を実行する。

３．時間領域チャネルの最終的な推定値は、

によって与えられる。上記のベクトルにおける非ゼロ位置の個数は時間的なチャネル応答の長さであり、非ゼロの値の位置はサンプル間隔を有するタップ遅延である。
４．最大、最小、平均、及びＲＭＳの遅延拡散と、チャネルコヒーレンス帯域幅とを計算する。

複数の受信アンテナに係る遅延拡散及びチャネルコヒーレンス帯域幅は、以下のように計算可能である。受信アンテナｍに係る最大及び最小遅延拡散は、

及び

によってそれぞれ決定することができる。ここで、

における非ゼロのエントリの位置は、

によって示され、Ｑ_ｍは、非ゼロタップの個数であり、受信機アンテナインデックスの関数である。平均遅延拡散は次式によって与えることができる。

ここで、ｃは、Ｎ_Ｃ個のシンボルのコヒーレンスウィンドウ内におけるチャネル推定値インデックスである。

遅延拡散の二乗平均平方根（ＲＭＳ）は、次式によって与えることができる。

すべての受信機アンテナにわたる集約された遅延統計情報は、受信機アンテナにわたる合計チャネル電力を用いることで決定可能である。与えられた周波数トーン及び与えられた受信機アンテナにおける周波数領域チャネル推定値は、次式により取得することができる。

チャネルコヒーレンスはチャネル遅延拡散に反比例する。ＲＭＳ遅延拡散に基づき、周波数領域において９０％の相関を有する典型的なコヒーレンス帯域幅の尺度は、次式によって与えることができる。

本明細書で説明した要旨は多数の利点を提供する。例えば、本願の要旨はチャネル統計情報を必要としないが、実際には、時間領域及び周波数領域の両方のチャネルを推定するとともに、チャネル統計情報（遅延拡散、タップ数など）を推定する。従来のチャネル推定方式は、多くの場合、時間及び周波数にわたるチャネル変動を平滑化するために時間領域及び周波数領域の両方のフィルタリングを使用する。しかしながら、最適な時間領域及び周波数領域のフィルタを設計することは、チャネルの２次統計情報についての知識を必要とする。

さらに、本願の要旨は、内挿及び外挿のいずれも必要とせず、それによって、推定値チャネルの品質を改善する。従来のチャネル推定アルゴリズムの実施例は、周波数領域の最小二乗法チャネル推定とともに、内挿及び外挿を含む可能性がある。内挿及び外挿の両方のアプローチは追加のノイズを導入し、それはチャネル推定の再構成品質を低下させる。

さらに、本願の要旨は、従来のチャネル推定技術に比較して、周波数領域の信号サンプルをほとんど必要としなくてもよい。いったん時間領域チャネルタップが推定されると、本願の要旨は、利用可能な周波数トーンのうちの選択された部分集合にわたってチャネル応答を推定する柔軟性を可能にすることができる。これは、マルチユーザＯＦＤＭＡ／ＳＣ−ＦＤＭＡシステムにおけるリソース割り当てに該当する可能性がある。複数のユーザが同一集合の周波数リソースにアクセスしようとする場合、本願の要旨は、まず、与えられた割り当てで競合するすべてのユーザについて、この割り当てにおけるトーンにわたる周波数領域チャネルを推定することができる。最良のチャネル品質（例えばチャネル電力の推定による）を有するユーザに、その割り当てへのアクセスを与えることができる。

さらにもう１つの非限定的かつ例示的な利点として、本願の要旨は、チャネルコヒーレンス帯域幅の推定値を提供することができる。チャネルコヒーレンス帯域幅が周波数領域におけるチャネル選択性の指標であるので、チャネルコヒーレンス帯域幅についての知識は、スケジューラ（又はリソース割り当て装置）により、周波数領域のダイバーシティを有する割り当てを可能にすることができる。周波数ダイバーシティリソース割り当ては、マルチユーザの周波数選択的なスケジューリング利得を提供する。

パイロットパルス構成の説明及び一例として、ＬＴＥデータチャネル（ＰＵＳＣＨ）は、図６及び図７に示すように、通常ＣＰのための７シンボルのスロット（又は拡張ＣＰのための６シンボルのスロット）内に単一の復調基準シンボル（demodulation reference symbol：ＤＭＲＳ）を有する。チャネル帯域幅が２０ＭＨｚである場合、かつ、ＰＵＳＣＨ割り当てサイズが、ＤＲＭＳにおける連続した１２個のサブキャリアに対応する１つのリソースブロック（ＲＢ）である場合、チャネル推定タスクは、１２００個の有用なデータトーンにおけるチャネル推定値を取得することである（２０ＭＨｚのチャネル帯域幅を備えたＬＴＥでは、リソースブロックの最大個数は１００であり、又は、データトーンの最大個数は１２００個のサブキャリアである）。これは、１ＲＢの割り当てサイズを有する場合には困難なタスクである。第２の例示として、図８〜図１２において、様々なアップリンク制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）フォーマットのシンボル及びスロット構造を示す。ここで、ＰＵＣＣＨの割り当ては、ＲＢの割り当てのエッジに向かって行われ、従来のアプローチを用いる全周波数領域チャネルの推定は外挿誤差の影響を受けやすい可能性がある。同様に、図１５において、ダウンリンク基準信号の構造が、１つのアンテナポートを用いる通常のＣＰについて詳述される。ここで、７つのＯＦＤＭシンボルの各スロットにおいて、４つの基準信号のみがチャネル推定に利用可能である。４つの基準シンボルを用いる７つのＯＦＤＭシンボルにわたる１２個のサブキャリアにおけるチャネルの推定は、７つのＯＦＤＭシンボルにおける１２個のサブキャリアにわたるチャネル変動に起因した誤差に加えて、内挿誤差及び外挿誤差の両方の影響を受けるので、従来のチャネル推定アルゴリズムでは困難なタスクになりえる。

いくつかの実施例では、図１６に示すように、本願要旨はシステム１６００として実装されるように構成されてもよい。システム１６００は、プロセッサ１６１０、メモリ１６２０、記憶装置１６３０、及び入出力装置１６４０のうちの１つ又は複数を含んでもよい。構成要素１６１０、１６２０、１６３０、及び１６４０のそれぞれは、システムバス１６５０を用いて相互接続されてもよい。プロセッサ１６１０は、システム６００内で実行する命令を処理するように構成されてもよい。いくつかの実施例では、プロセッサ１６１０はシングルスレッドのプロセッサであってもよい。代替の実施例では、プロセッサ１６１０はマルチスレッドのプロセッサであってもよい。プロセッサ１６１０は、入出力装置１６４０を通じて情報を受信又は送信することを含む、メモリ１６２０又は記憶装置１６３０に格納された命令を処理するようにさらに構成されてもよい。メモリ１６２０は、システム１６００内の情報を格納してもよい。いくつかの実施例では、メモリ１６２０はコンピュータ可読媒体であってもよい。代替の実施例において、メモリ１６２０は揮発性メモリ装置であってもよい。さらにいくつかの実施例において、メモリ１６２０は不揮発性メモリ装置であってもよい。記憶装置１６３０は、システム１６００のマスストレージとして機能する能力を有してもよい。いくつかの実施例では、記憶装置１６３０はコンピュータ可読媒体であってもよい。代替の実施例において、記憶装置１６３０は、フロッピーディスク装置、ハードディスク装置、光ディスク装置、テープ装置、不揮発性ソリッドステートメモリ、又は他の任意のタイプの記憶装置であってもよい。入出力装置１６４０は、システム１６００のための入力／出力動作を提供するように構成されてもよい。いくつかの実施例では、入出力装置１６４０は、キーボード及び／又はポインティングデバイスを含んでもよい。代替の実施例において、入出力装置１６４０は、グラフィカルユーザインターフェースを表示するためのディスプレイ装置を含んでもよい。

本明細書に開示されたシステム及び方法は、例えば、データベースも含むコンピュータのようなデータプロセッサ、ディジタル電子回路、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせを含む、様々な形態で具体化することができる。さらに、ここに開示された実施例の上述の特徴及び他の態様及び原理は、様々な環境において実施することができる。そのような環境及び関連のアプリケーションは、特に、開示された実施例に係る様々な処理及び動作を実行するために構成可能であり、又は、それらは、必要な機能を提供するコードによって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータ又は計算プラットフォームを含むことができる。本明細書に開示された処理は、本質的には、いかなる特定のコンピュータ、ネットワーク、アーキテクチャ、環境、又は他の装置にも関連せず、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアの適切な組み合わせによって実装することができる。例えば、様々な汎用マシンは、開示された実施例の開示内容に従って書かれたプログラムとともに使用可能であり、又は、必要な方法及び技術を実行する専用の装置又はシステムを構成するほうが便利である可能性がある。

本明細書に開示されたシステム及び方法は、コンピュータプログラム製品として、すなわち、情報担体、例えば機械可読記憶装置又は伝搬される信号に有形的に具体化されたコンピュータプログラムとして実装することができる。情報担体は、データ処理マシン、例えば、プログラミング可能なプロセッサ、コンピュータ、複数のコンピュータにより実行されるか、又は、これらの動作を制御する。コンピュータプログラムは、コンパイルされた言語又はインタープリタ型言語を含む、任意の形態のプログラミング言語で書かれていてもよく、それは、スタンドアロンプログラム又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン、又は計算環境での使用に適した他の単位を含む、任意の形態で配備されてもよい。コンピュータプログラムは、１つの場所における１つのコンピュータ又は複数コンピュータにおいて実行されるか、又は複数の場所にわたって分散され、通信ネットワークによって相互接続された１つのコンピュータ又は複数コンピュータにおいて実行されるように配備されてもよい。

本明細書で使用されるように、用語「ユーザ」は、人又はコンピュータを含む任意のエンティティを参照する可能性がある。

第１、第２、などのような序数は、ある場合には順序に関連する可能性があるが、本明細書で使用されるように、序数は必ずしも順序を意味しない。例えば、序数は、ある項目と他のものを区別するために単に使用される可能性がある。例えば、第１のイベントと第２のイベントとを区別することを目的とするが、いかなる年代的順序又は固定基準系を意味することも必要としない（本明細書の１つの段落における第１のイベントが、本明細書のもう１つの段落における第１のイベントとは異なる可能性がある）。

先の説明は例示することを意図しているが、本発明の範囲を限定することを意図せず、それは添付した特許請求の範囲によって定義される。添付の特許請求の範囲内に他の実施例が含まれてもよい。

これらのコンピュータプログラムは、プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、アプリケーション、構成要素、あるいはコードと呼ばれてもよく、これらのコンピュータプログラムは、プログラミング可能なプロセッサのための機械命令を含み、高水準の手続き型及び／又はオブジェクト指向型のプログラミング言語、及び／又はアセンブリ／機械語で実装可能である。ここで使用されるように、用語「機械可読媒体」は、機械命令及び／又はデータをプログラミング可能なプロセッサへ提供するために使用される、例えば、磁気ディスク、光ディスク、メモリ、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）のような任意のコンピュータプログラム製品、装置、及び／又は機器を示し、機械命令を機械可読信号として受信する機械可読媒体を含む。用語「機械可読信号」は、機械命令及び／又はデータをプログラミング可能なプロセッサへ提供するために使用される任意の信号を示す。機械可読媒体は、例えば、非一時的なソリッドステートメモリ又は磁気ハードドライブ又は任意の等価な記憶媒体のように、そのような機械命令を非一時的に格納することができる。機械可読媒体は、代替として又は追加として、例えば、１つ又は複数の物理的プロセッサコアに関連付けられたプロセッサキャッシュ又は他のランダムアクセスメモリーのように、そのような機械命令を一時的に格納することができる。

ユーザとの対話を行うために、本明細書で説明した要旨は、ユーザへ情報を表示するためのディスプレイ装置、例えば陰極線管（ＣＲＴ）又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）モニタなどを有し、また、ユーザがコンピュータへ入力するために使用してもよいキーボードとマウス又はトラックボールのようなポインティングデバイスとを有するコンピュータ上で実装可能である。同様にユーザとの対話を行うために、他の種類の装置も使用可能である。例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、又は触覚フィードバックのような、任意の形式の知覚フィードバックであってもよい。ユーザからの入力は、音声、スピーチ、又は触覚の入力を含むが、これらに限定されない任意の形式で受信されてもよい。

本明細書で説明した要旨は、例えば１つ又は複数のデータサーバのようなバックエンド構成要素、又は、例えば１つ又は複数のアプリケーションサーバのようなミドルウェア構成要素、又は、例えばユーザが本明細書で説明した要旨の実装と相互作用することができるグラフィカルユーザインターフェース又はウェブブラウザを有する１つ又は複数のクライアントコンピュータのようなフロントエンド構成要素、又は、そのようなバックエンド、ミドルウェア、又はフロントエンド構成要素の任意の組み合わせを含む計算システムとして実装可能である。システムの構成要素は、例えば通信ネットワークのような、任意の形態又は媒体のディジタルデータ通信によって相互接続することができる。通信ネットワークの例は、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、ワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、及びインターネットを含むが、これらに限定されない。

計算システムはクライアント及びサーバを含むことができる。クライアント及びサーバは、概して、互いから遠隔して設けられ、典型的には通信ネットワークを介して相互に対話するが、それに限定されない。クライアント及びサーバの関係は、各コンピュータにおいて実行され、互いにクライアント・サーバの関係を有するコンピュータプログラムによって発生する。

以上の説明で示した実施例は、本明細書で説明した対処に該当するすべての実施例を表すわけではない。代わりに、それらは、説明した対処に関連する態様に該当するいくつかの例示にすぎない。少数の変形例について詳細に上述したが、他の変更又は追加も可能である。特に、ここに説明されたものに加えて、別の特徴及び／又は変形例も提供することができる。例えば、上述した実施例は、開示された特徴の様々な組み合わせ及び部分的な組み合わせに関してもよく、上に開示されたいくつかの別の特徴の組み合わせ及び部分的な組み合わせに関してもよい。さらに、添付の図面に示され、及び／又はここで説明した、複数の論理フローは、望ましい結果を達成するために、図示した特定の順序又は逐次的順序を必ずしも必要としない。他の実施例が、添付の請求項の範囲内にあってもよい。

Claims (20)

1. 少なくとも１つの計算システムの一部を形成する１つ又は複数のデータプロセッサにより実行される方法であって、上記方法は、
   直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにおいて、１つ又は複数の送信アンテナを備えた送信機によって無線チャネルを介して送信され、複数の受信アンテナを備えた受信機によって受信される第１の信号であって、複数のパイロットパルスを含む第１の信号を特徴づけるデータを、少なくとも１つのデータプロセッサによって受信することと、
   少なくとも１つのデータプロセッサ及び上記第１の信号を用いて、中間チャネルインパルス応答推定値に係る１つ又は複数の有意な遅延タップを見つけることと、上記１つ又は複数の有意な遅延タップを上記中間チャネルインパルス応答推定値の誤差へ加算することとを反復することにより、送信機アンテナ及び受信機アンテナの各ペアについて上記無線チャネルの最終的な推定チャネルインパルス応答を決定することと、
   少なくとも１つのデータプロセッサを用いて、上記最終的な推定チャネルインパルス応答を特徴づけるデータを提供することとを含み、
   上記中間チャネルインパルス応答推定値は、周波数領域における最小二乗推定値の１つ以上の複素指数関数からなる行列の共役転置と、上記周波数領域における最小二乗推定値の１つ以上の複素指数関数からなる行列との積によって推定される方法。
2. 上記１つ又は複数の有意な遅延タップは、上記中間チャネルインパルス応答推定値の非ゼロのエントリである請求項１記載の方法。
3. 複数のサブキャリアについてチャネル周波数応答の推定値を決定することをさらに含む請求項１記載の方法。
4. 上記無線チャネルのチャネルインパルス応答の長さの推定値を決定することをさらに含む請求項１記載の方法。
5. 上記１つ又は複数の送信アンテナのそれぞれについて、上記無線チャネルの最大遅延拡散、上記無線チャネルの最小遅延拡散、上記無線チャネルの平均遅延拡散、及び上記無線チャネルの２乗平均平方根遅延のうちの１つ又は複数を決定することをさらに含む請求項１記載の方法。
6. 上記１つ又は複数の送信アンテナのそれぞれについて、チャネルコヒーレンス帯域幅の推定値を決定することをさらに含む請求項１記載の方法。
7. 上記中間チャネルインパルス応答推定値に係る有意な遅延タップを見つけることと、上記１つ又は複数の有意な遅延タップを上記中間チャネルインパルス応答推定値の誤差へ加算することとを反復することは、次式に従って実行され、
   

   

   ここで、Ｍは受信アンテナの個数であり、Ｇ、Ｎ_ｉｔｅｒ、Ｎ_ＣＰ,及びμは予め決められている請求項１記載の方法。
8. 少なくとも１つの計算システムの少なくとも１つのデータプロセッサによって実行されたときに、以下の方法を実装する命令を格納する機械可読媒体であって、上記方法は、
   直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにおいて、１つ又は複数の送信アンテナを備えた送信機によって無線チャネルを介して送信され、複数の受信アンテナを備えた受信機によって受信される第１の信号であって、複数のパイロットパルスを含む第１の信号を特徴づけるデータを、少なくとも１つのデータプロセッサによって受信することと、
   少なくとも１つのデータプロセッサ及び上記第１の信号を用いて、中間チャネルインパルス応答推定値に係る１つ又は複数の有意な遅延タップを見つけることと、上記１つ又は複数の有意な遅延タップを上記中間チャネルインパルス応答推定値の誤差へ加算することとを反復することにより、送信機アンテナ及び受信機アンテナの各ペアについて上記無線チャネルの最終的な推定チャネルインパルス応答を決定することと、
   少なくとも１つのデータプロセッサを用いて、上記最終的な推定チャネルインパルス応答を特徴づけるデータを提供することとを含み、
   上記中間チャネルインパルス応答推定値は、周波数領域における最小二乗推定値の１つ以上の複素指数関数からなる行列の共役転置と、上記周波数領域における最小二乗推定値の１つ以上の複素指数関数からなる行列との積によって推定される機械可読媒体。
9. 上記１つ又は複数の有意な遅延タップは、上記中間チャネルインパルス応答推定値の非ゼロのエントリである請求項８記載の機械可読媒体。
10. 上記方法は、複数のサブキャリアについてチャネル周波数応答の推定値を決定することをさらに含む請求項８記載の機械可読媒体。
11. 上記方法は、上記無線チャネルのチャネルインパルス応答の長さの推定値を決定することをさらに含む請求項８記載の機械可読媒体。
12. 上記方法は、上記１つ又は複数の送信アンテナのそれぞれについて、上記無線チャネルの最大遅延拡散、上記無線チャネルの最小遅延拡散、上記無線チャネルの平均遅延拡散、及び上記無線チャネルの２乗平均平方根遅延のうちの１つ又は複数を決定することをさらに含む請求項８記載の機械可読媒体。
13. 上記方法は、上記１つ又は複数の送信アンテナのそれぞれについて、チャネルコヒーレンス帯域幅の推定値を決定することをさらに含む請求項８記載の機械可読媒体。
14. 上記中間チャネルインパルス応答推定値に係る有意な遅延タップを見つけることと、上記１つ又は複数の有意な遅延タップを上記中間チャネルインパルス応答推定値の誤差へ加算することとを反復することは、次式に従って実行され、
    

    

    ここで、Ｍは受信アンテナの個数であり、Ｇ、Ｎ_ｉｔｅｒ、Ｎ_ＣＰ，及びμは予め決められている請求項８記載の機械可読媒体。
15. 少なくとも１つのデータプロセッサと、上記少なくとも１つのデータプロセッサによって実行されたときに、上記少なくとも１つのデータプロセッサに以下の動作を実行させる命令を格納するメモリとを備えるシステムであって、上記動作は、
    直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにおいて、１つ又は複数の送信アンテナを備えた送信機によって無線チャネルを介して送信され、複数の受信アンテナを備えた受信機によって受信される第１の信号であって、複数のパイロットパルスを含む第１の信号を特徴づけるデータを受信することと、
    中間チャネルインパルス応答推定値に係る１つ又は複数の有意な遅延タップを見つけることと、上記１つ又は複数の有意な遅延タップを上記中間チャネルインパルス応答推定値の誤差へ加算することとを反復することにより、送信機アンテナ及び受信機アンテナの各ペアについて上記無線チャネルの最終的な推定チャネルインパルス応答を決定することと、
    上記最終的な推定チャネルインパルス応答を特徴づけるデータを提供することとを含み、
    上記中間チャネルインパルス応答推定値は、周波数領域における最小二乗推定値の１つ以上の複素指数関数からなる行列の共役転置と、上記周波数領域における最小二乗推定値の１つ以上の複素指数関数からなる行列との積によって推定されるシステム。
16. 上記１つ又は複数の有意な遅延タップは、上記中間チャネルインパルス応答推定値の非ゼロのエントリである請求項１５記載のシステム。
17. 上記動作は、複数のサブキャリアについてチャネル周波数応答の推定値を決定することをさらに含む請求項１５記載のシステム。
18. 上記動作は、上記無線チャネルのチャネルインパルス応答の長さの推定値を決定することをさらに含む請求項１５記載のシステム。
19. 上記動作は、上記１つ又は複数の送信アンテナのそれぞれについて、上記無線チャネルの最大遅延拡散、上記無線チャネルの最小遅延拡散、上記無線チャネルの平均遅延拡散、及び上記無線チャネルの２乗平均平方根遅延のうちの１つ又は複数を決定することをさらに含む請求項１５記載のシステム。
20. 上記動作は、上記１つ又は複数の送信アンテナのそれぞれについて、チャネルコヒーレンス帯域幅の推定値を決定することをさらに含む請求項１５記載のシステム。

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