WO2006075662A1

WO2006075662A1 - マルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法およびマルチアンテナ受信装置

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Publication number: WO2006075662A1
Application number: PCT/JP2006/300294
Authority: WO
Inventors: Xiaoming She; Jifeng Li
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2006-07-20
Also published as: CN1805322A

Description

マルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法およびマルチアンテナ受信装置

技術分野

[0001] 本発明は、マルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法およびマルチアンテナ受信装置に関する。

背景技術

[0002] インターネットとマルチメディアの組み合わせに伴い、次世代無線通信システムにおいて、より高い情報の伝送レートおよび伝送品質が求められている。従来から、無線通信システムにおける情報伝送レートの更なる高速ィ匕の実現に向けて、長い時間を掛けて、盛んに検討されてきた。現在、時間領域および周波数領域の資源に対する利用状況は、ほぼ飽和状態に近づいていて、有限の時間領域および周波数領域の資源において、情報伝送レートの顕著な向上を実現することは難しい。

[0003] ところが、幸いなことに、従来の研究における伝送レートの障壁力マルチアンテナ技術（MIMO :Multi- Input Multi- Output)の開示により突破された。近年、 MIMO技術の開示により、研究者らに新しい情報伝送レートを向上させる考えの道筋が与えられた。 MIMOシステムにおいて、送信側はマルチアンテナを用いて信号の送信を行い、受信側はマルチアンテナを用いて信号の受信を行う。研究によれば、従来のシングルアンテナ伝送方式と比べると、 MIMO技術は、チャネル容量を著しく向上させ、情報の伝送レートを向上させる。また、 MIMOシステムに用いられる送受信アンテナの数が多ければ多!、ほど、それにより提供される情報伝送レートがますます高くなる。周知のように、空間のアンテナ資源は、時間および周波数の資源と比べて、ほぼ無限に利用できるため、 MIMO技術は、従来の研究における障壁を効果的に突破し、次世代無線通信システムの中核技術の 1つになった。

[0004] MIMO技術のほかに、適応伝送技術も、フージングチャネルにおける情報伝送レートを有効に向上させることができる。 AMC (Adaptive Modulation and Coding:適応変調符号化)技術は、重要な適応伝送技術であり、その基本思想は、現在のチヤネル特性に基づいて、送信時に用いられる変調符号ィ匕パラメータを適応的に変えることである。チャネルの状態が良いときに、情報をより多く送信し、チャネルの状態が悪いときに、情報をより少なく送信することにより、システムの平均スループット、つまり

、周波数利用効率を向上させる。

[0005] よって、 MIMOと AMC技術とを組み合わせると、単に 1つの技術を用いるよりも、高、情報送信レートを得ることができる。

[0006] 図 1は、従来の AMC技術を用いた MIMOシステムの構成を示す図である。例えば

、 3GPP (3rd Generation Partnership Project)において提案された PARC (Per- Ante nna Rate control)方式で & 。

[0007] この構成にぉ、て、送信側および受信側は、それぞれ n個の送信アンテナ 103お

T

よび n個の受信アンテナ 104を用いて信号の送受信を行う。

R

[0008] 送信側では、送信されるデータは、まずシリアルパラレル変換 (S/P)部 101によつて、 n個のデータサブストリームに分割される。分割された n個のデータサブストリー

T T

ムは n個の送信アンテナ 103にそれぞれ対応する。

T

[0009] 各データサブストリームは、送信される前に、現在の各送信アンテナに対応するチャネル送信特性に基づいて、適応変調符号化部 102によって適応変調符号化 (以下では、 AMCと言う）を施される。各データサブストリームが AMC時に必要な変調符号化パラメータ M、 M、 · ··、 M は、受信側力もフィードバックチャネル 108を介して

1 2 nT

フィードバックされる。

[0010] AMC後の各データサブストリームは、デジタルアナログ変換およびアップコンパ一トなどを含む所定の無線送信処理を施され、対応する送信アンテナ 103から送信される。

[0011] 受信側では、まず η個の受信アンテナ 104により空間のすべての信号が受信され

R

、受信信号は、ダウンコンバートおよびアナログデジタル変換などを含む所定の無線受信処理を施される。送信側でパイロット信号がデータに付加されている場合は、パィロット信号が受信信号力も抽出される。また、チャネル推定部 105によって、当該受信信号中のパイロット信号に基づいて、または他の方式を用いて、チャネル推定が行われ、現在のチャネル特性マトリクス Ηが得られる（MIMOシステムにとって、そのチャネル特性は 1つのマトリクスで表すことができる）。

[0012] また、 AMCパラメータ選択部 107によって、チャネル特性マトリクス Hに基づいて、送信側の各データサブストリームに用いられる変調符号化パラメータが確定される。確定された各データサブストリームの変調符号化パラメータは、フィードバックチヤネル 108を介して送信側にフィードバックされる（フィードバック量を削減するために、通常は、各変調符号ィ匕パラメータに対応する番号のみをフィードバックする）。

[0013] また、各データサブストリームは、 MIMO検出部 106によって検出される。また、 Ml MO検出部 106によってパラレルシリアル変換などを施され、最終的な受信データが取得され、出力される。この検出は、チャネル特性マトリクス Hおよび AMCパラメータ選択部 107から出力された各データサブストリームの変調符号ィ匕パラメータに基づいて、通常の SIC (Successive Interference Cancellation :逐次干渉キャンセル）の検出方式を用いて行われる。

[0014] 図 1に示す MIMOの構成は、通常 V— BLAST (Vertical Bell Laboratories Layere d Space-Time)システムと呼ばれる。実際の MIMOシステムでは、ある程度の変更が加えられていても良い。各送信データストリームと各送信アンテナとの対応関係を変えることにより、他の構成の MIMOシステム、例えば、 D- BLAST (Diagonal Bell La boratories Layered Space-Time)システム等を得ることができる。また、送信側の適応変調符号化部 102の後段に、 SZP部、 IFFT (Inverse Fast Fourier Transform :逆高速フーリエ変換）部、パラレルシリアル変換（PZS)部、 CP (Cyclic Prefix :サイクリックプレフィクス）付力卩部等をカ卩えることにより、 MIMO - OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing :直交周波数分割多重）—AMCシステムに変えることができる

[0015] 図 1に示す AMCパラメータ選択部 107は MIMO— AMCシステムにおける重要なモジュール 1つであり、その実現ステップについては図 2を参照する。

[0016] 図 2は、従来の MIMO— AMCシステムにおけるパラメータの選択プロセスを示す図である。

[0017] パラメータの選択プロセスの全体を 2つのステップに分けることができる。

[0018] (1)データサブストリーム 1、 2、 · · ·、 nを順次に検出する際に得られた各データサブストリームの検出後の SINR (Signal to Interference and Noise Ratio :信号対干渉雑音比）： SINR(1)、 SINR (2)、 · ··、 SINR (n )が予め算出される。

T

[0019] この検出には通常 SICに基づいた検出方式が用いられる。 SIC検出の基本思想は、まず、検出素子（例えば、 MMSE (Minimum Mean Square Error：最小自乗平均誤差）または ZF (Zero Forcing:ゼロフォーシング））を用いて、あるデータサブストリームを検出する。次いで、このデータサブストリームの作用を受信信号全体から除去する。次いで、次のデータサブストリームを検出する。このように、すべてのデータサブストリームが検出されるまでの、他のデータサブストリームの検出は、同様に類推される。

[0020] したがって、図 2における第一ステップの検出プロセスは次のようである。まず、現在のチャネル特性マトリクス Hに基づいて、また、検出素子 ZFまたは MMSEを用いて、無線受信処理後の信号全体から第 1個目のデータサブストリームが検出される。検出された後に、第 1個目のデータサブストリームの作用が受信信号全体力除去される。次いで、第 1個目のデータサブストリームが除去された受信信号から、検出素子を再び用いて、第 2個目のデータサブストリームが検出される。検出された後に、第 2個目のデータサブストリームの作用が受信信号全体力除去される。このように、第 n

T

個目のデータサブストリームが検出されるまで、他のデータサブストリームの検出が同様に類推される。

[0021] 明確にしなければならな、のは、ここで行われる検出の目的は、送信されたデータサブストリームの最終的な受信データを取得するためではなぐ各データサブストリームがこの方法に基づいて検出された後の SINRを確定するためである。この検出プロセスが終了した後に、チャネル特性マトリクス H、検出ステップ毎に用いられた検出素子およびチャネル雑音の推定値に基づいて、各データサブストリームの検出後の SI

NR: SINR(1)、 SINR (2)、 · ··、 SINR (n )を簡単に算出することができる。

τ

[0022] (2)取得された SINR(1)、 SINR(2)、 · ··、 SINR(n )に基づいて、各データサブ

τ

ストリームのために変調符号化パラメータが選択される。

[0023] SINRにより変調符号ィ匕パラメータを確定するには種々の方法を用いることができ、例えば、次のような方法を用いることができる。まず、種々の変調符号化パラメータの組み合わせが選定されるとともに、 AWGN (白色ガウス雑音)チャネルにおける種々の変調符号ィ匕パラメータの BER (Bit Error Rate :ビット誤り率)特性が推定される。次いで、各データサブストリームの検出後の SINRに基づいて、一定の BERの要求を満たすことができ且つスループットが最大となる変調符号ィ匕パラメータが選択され、当該データサブストリームの変調符号ィ匕パラメータとされる。

[0024] 図 1における AMCパラメータ選択部 107では、図 2の変調符号ィ匕パラメータ選択プ口セスを用いて、各データサブストリームの変調符号化パラメータ M= {M

1、 M

2、 · ··、

M }が取得される。次、で、取得された変調符号化パラメータ Mは、 AMCパラメ一 nT

タ選択部 107により ΜΙΜΟ検出部 106に出力されるとともに、フィードバックチャネル 108を介して送信側にフィードバックされる。図 1における ΜΙΜΟ検出部 106では、チャネル特性マトリクス Ηおよび AMCパラメータ選択部 107により確定された各データサブストリームのパラメータ Μに基づいて、 SIC方法を用いて、各データサブストリームのデータが検出される。

[0025] 注意しなければならないのは、従来の、例えば図 1に示す MIMO— AMCシステムにおける AMCパラメータ選択部 107および MIMO検出部 106では、通常、固定のデータサブストリームの検出順序が用いられる。例えば、送信アンテナの 1から nまで

T

の順序に従う。 AMCパラメータ選択部 107では、サブストリームの固定検出順序 (例えば、送信アンテナの順序： 1、 2、 · ··、 nに従う）に従って、各サブストリームに対して

T

SIC検出が行われ、 SINRが算出されるとともに、変調符号化パラメータが選択される。 MIMO検出部 106では、同様の固定の順序に従って、各データサブストリームに対して順次に検出されるとともに、最終の受信データが取得され、出力される。

[0026] 総じて言えば、従来の MIMO— AMCシステム（例えば、 3GPPにおいて提案された PARC方式）は、通常、以下のような特徴を有する。

[0027] (1)受信側での適応変調符号ィ匕パラメータ選択および SIC検出において、データサブストリームの固定検出順序が用いられる。

[0028] (2)すべての送信アンテナは、同じ電力で送信される。

発明の開示

[0029] 研究によれば、 SIC検出において、異なるデータサブストリームの検出順序が用いられると、異なるシステムスループット性能力あたらされる。例えば、同一のデータサブストリームにとって、それが SICにおける第 a個目または第 b個目の位置において検出 (a≠b)が行われると、異なる検出後の SINRが得られる。 AMCが用いられた場合に、異なる変調符号化パラメータに対応することができる。つまり、適応変調符号化パラメータ選択および SIC検出におけるデータサブストリームの検出順序に対する最適ィ匕により、 MIMO— AMCシステム全体の周波数利用効率の性能を向上させることができる。

[0030] また、従来の MIMO— AMCシステムにおいて、すべての送信アンテナが同じ電力で送信する方法が用いられている。この方法は、システムの実現における複雑さおよびフィードバック量を削減する利点を得ることができる。し力しながら、この方法は、システムのスループット性能の損失をもたらすことがある。これは、 MIMO—AMCシステムにおいて、ある（またはいくつかの）送信アンテナ力チャネル特性が非常に悪いために、 AMC後にデータを送信しないことを求めるという状況が常に生じ得るからである。このときにも、これらのアンテナにおいて他のアンテナと同じ送信電力が割り当てられるため、送信電力の無駄をもたらすことがある。

[0031] 本発明の目的は、 MIMOシステムにおける適応伝送の周波数利用効率を向上させるのに用いられる、マルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法およびマルチアンテナ受信装置を提供することである。当該方法および装置では、適応的にパラメータを選択するとともに、データサブストリームの検出順序に対して最適化を行い、 MIMOにおける適応伝送の周波数利用効率を向上させる。また、各送信ァンテナの送信電力に対してより合理的に割り当てることにより電力の利用効率を向上させ、したがって、 MIMOシステムの周波数利用効率の性能をさらに向上させる。

[0032] 本発明の他の目的は、マルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法およびマルチアンテナ受信装置を提供することである。従来の方法と比べると、本発明に係る方法は、システムの簡単な実現を保証する前提のもとで、マルチアンテナ適応伝送システムの周波数利用効率を有効に向上させることができる。

[0033] 本発明のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法は、マルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法であって、サブストリーム集合中の各サブストリームの検出後の受信品質を取得する取得ステップと、取得された受信品質に基づ、て、前記各サブストリームのために変調符号化パラメータを選択するパラメ一タ選択ステップと、前記サブストリーム集合に、複数の所定の変調符号化パラメータの中で最も高、等級の変調符号ィヒパラメータを割り当てられた最高級パラメータサブストリームが存在するか否かを判断する判断ステップと、前記サブストリーム集合に前記最高級パラメータサブストリームが存在する場合、前記最高級パラメータサブストリームを選択し、前記サブストリーム集合に前記最高級パラメータサブストリームが存在しな、場合、前記サブストリーム集合にぉ、て他のサブストリームよりも低、受信品質を有する低品質サブストリームを選択するサブストリーム選択ステップと、選択されたサブストリームに対して干渉キャンセル検出を行う干渉キャンセル検出ステップと、選択されたサブストリームを前記サブストリーム集合力除去するとともに、除去後の前記サブストリーム集合が空でない場合には前記取得ステップに戻る除去ステップと、を具備するようにした。

[0034] 本発明のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法は、上記構成において、選択されたサブストリームにビットが割り当てられているか否かを、検出するビット割り当て検出ステップと、選択されたサブストリームにビットが割り当てられていな、場合に、総送信電力を前記サブストリーム集合中の残りのサブストリームに対応する送信アンテナに等分する電力等分ステップと、をさらに具備するようにした。

[0035] 本発明のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法は、上記構成において、前記干渉キャンセル検出によって確定されたサブストリーム検出順序に基づいて、マルチアンテナ適応伝送を行うステップをさらに具備する、ようにした。

[0036] 本発明のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法は、上記構成において、選択されたサブストリームの変調符号ィ匕パラメータをフィードバックするフィードバックステップをさらに具備する、ようにした。

[0037] 本発明のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法は、上記構成において、フィードバックされた変調符号化パラメータに基づいて、対応するサブストリームに対して変調符号化を行い、変調符号化信号を送信する送信ステップと、送信された変調符号化信号を受信して、前記変調符号化パラメータ、前記対応するサブストリームの送信アンテナの電力割り当て、および前記干渉キャンセル検出によって確定されたサブストリーム検出順序に基づいて、前記変調符号化信号に対して復調および復号ィ匕を行うことにより、元の信号を取得する受信ステップと、をさらに具備するよつにした。

[0038] 本発明のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法は、上記構成において、前記取得ステップは、総送信電力を、前記各サブストリームに対応する送信アンテナに等分することにより、前記各サブストリームの検出後の受信品質を算出する、よつにした。

[0039] 本発明のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法は、上記構成において、前記最も高い等級の変調符号化パラメータは、前記複数の所定の変調符号ィ匕パラメータの中で最高の周波数利用効率を有する、ようにした。

[0040] 本発明のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法は、上記構成において、前記取得ステップは、前記各サブストリームを送信するのに用いられるチヤネルの特性を推定するステップを含む、ようにした。

[0041] 本発明のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法は、上記構成において、前記取得ステップは、前記各サブストリームの検出に用いられる検出素子が前記各サブストリームに対してもたらす利得の大きさと、受信側での雑音の大きさと、に基づいて、前記各サブストリームの検出後の受信品質を推定する、ようにした。

[0042] 本発明のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法は、上記構成において、前記パラメータ選択ステップは、前記各サブストリームに対して、前記各サブストリームの受信品質のもとで所定の誤り率の要件を満たすとともに前記複数の所定の変調符号化パラメータの中で最大の周波数利用効率を有する変調符号化パラメータを選択する、ようにした。

[0043] 本発明のマルチアンテナ受信装置は、複数の送信アンテナ力送信された複数のサブストリームを含む信号を受信する複数の受信アンテナと、前記複数のサブストリ一ムカもサブストリーム集合を形成し、前記サブストリーム中の各サブストリームの検出後の受信品質を取得し、取得された受信品質に基づいて、前記各サブストリームのために変調符号ィ匕パラメータを選択し、前記サブストリーム集合に、複数の所定の変調符号化パラメータの中で最も高い等級の変調符号ィ匕パラメータを割り当てられた最高級パラメータサブストリームが存在するカゝ否かを判断し、前記サブストリーム集合に前記最高級パラメータサブストリームが存在する場合、前記最高級パラメータサブストリームを選択し、前記サブストリーム集合に前記最高級パラメータサブストリームが存在しな、場合、前記サブストリーム集合にぉ、て他のサブストリームよりも低！ヽ受信品質を有する低品質サブストリームを選択し、選択されたサブストリームに対して干渉キャンセル検出を行、、選択されたサブストリームを前記サブストリーム集合から除去するとともに、除去後の前記サブストリーム集合が空でない場合には、除去後の前記サブストリーム集合中の各サブストリームの前記受信品質の取得に戻るサブストリーム受信手段と、を具備する構成を採る。

[0044] 添付図面と合わせて用いられた最良の実施の形態における詳細な説明を参考することにより、本発明の上述の目的、利点および特徴が明らかになる。

図面の簡単な説明

[0045] [図 1]従来の AMC技術を用いた MIMOシステムの構成を示す図

[図 2]従来の MIMO— AMCシステムにおけるパラメータ選択プロセスを示す図

[図 3]本発明の一実施の形態に係る MIMO— AMCシステムの構成を示す図

[図 4]本発明の一実施の形態に係る検出およびパラメータ選択方法を示すフロー図

[図 5]種々の変調符号ィ匕パラメータのもとでの BER性能を示す図

[図 6]本発明の他の実施の形態に係る検出およびパラメータ選択方法を示すフロー図

[図 7]本発明に用いられる方法と従来の方法における性能の比較を示す図発明を実施するための最良の形態

[0046] 以下、添付図面を参照して本発明の具体的な実施の形態を説明する。

[0047] 図 3は、本発明の実施の形態に係る MIMO— AMCシステムの構成を示す図である。本実施の形態に係る MIMO— AMCシステムは、シリアルパラレル変換（SZP) 部 201、適応変調符号化部 202、送信電力割り当て部 203、送信アンテナ 204、受信アンテナ 205、チャネル推定部 206、ノラメータ選択部 207および MIMO検出部 209を有する。シリアルパラレル変換 (SZP)部 201、適応変調符号化部 202、送信電力割り当て部 203および送信アンテナ 204は、送信装置に含まれ、受信アンテナ 205、チャネル推定部 206、パラメータ選択部 207および MIMO検出部 209は、受信装置に含まれる。チャネル推定部 206、パラメータ選択部 207および MIMO検出部 209は、サブストリーム受信部を構成する。

[0048] この構成にぉ、て、送信側および受信側は、それぞれ n個の送信アンテナ 204お

T

よび n個の受信アンテナ 205を用いて信号の送受信を行う。

R

[0049] 送信側では、送信されるデータは、まずシリアルパラレル変換 (S/P)部 201によつて、 n個のデータサブストリームに分割される。分割された n個のデータサブストリー

T T

ムは n個の送信アンテナ 204にそれぞれ対応する。

T

[0050] 各データサブストリームは、送信される前に、現在の各送信アンテナが対応するチャネル送信特性に基づ!ヽて、適応変調符号化部 202によって適応変調符号化を施される。また、各データサブストリームは、送信される前に、送信電力割り当て部 203 によって送信電力の割り当てを施される。各データサブストリームの AMC時に必要な変調符号化パラメータ M、 M、 · ··、 M および各送信アンテナに割り当てられた送

1 2 nT

信電力 Ρ、 Ρ、 · ··、 Ρ は、受信側力フィードバックチャネル 208を介してフィードバ

1 2 nT

ックされる。

[0051] AMCおよび送信電力割り当て後の各データサブストリームは、デジタルアナログ変換およびアップコンバートなどを含む所定の無線送信処理を施され、対応する送信アンテナ 204から送信される。

[0052] 受信側では、まず η個の受信アンテナ 205により空間のすべての信号が受信され

R

、受信信号は、ダウンコンバートおよびアナログデジタル変換などを含む所定の無線受信処理を施される。送信側でパイロット信号がデータに付加されている場合は、パィロット信号が受信信号力抽出される。

[0053] また、チャネル推定部 206によって、当該受信信号中のパイロット信号に基づいて、または他の方式を用いて、チャネル推定が行われ、現在のチャネル特性マトリクス Ηが得られる（ΜΙΜΟシステムにとって、そのチャネル特性は 1つのマトリクスで表すことができる）。

[0054] また、パラメータ選択部 207により、チャネル特性マトリクス Ηに基づき、送信側の各データサブストリームに対して、 AMCに必要な変調符号ィ匕パラメータの選択および各アンテナの電力割り当てパラメータの選択が行われる。このプロセスには、各サブストリームの検出後の SINRの算出が含まれる。 SINRの算出は、 MIMO検出の検出素子が各サブストリームに対してもたらす利得の大きさと、受信側での雑音の大きさと、に基づいて、推定することができる。また、パラメータ選択部 207によって、データサブストリームの検出順序が確定される。ノメータ選択部 207により選択された変調符号化パラメータおよび電力割り当てパラメータは、フィードバックチャネル 208を介して送信側に送信される。また、パラメータ選択部 207により選択された変調符号ィ匕パラメータ、電力割り当ておよび検出順序は、 MIMO検出部 209に出力される。

[0055] また、各データサブストリームは、 MIMO検出部 209によって検出が行われる。この検出は、チャネル特性マトリクス Hと、パラメータ選択部 207から出力された各データサブストリームの変調符号ィ匕パラメータと、電力割り当てパラメータおよび各データサブストリームの検出順序パラメータと、に基づいて、の SICの検出方式を用いて行われる。検出された各データサブストリームは、対応する変調符号化パラメータに基づいて、復調および復号化を施され、そして、パラレルシリアル変換を施され、これにより最終的な受信データ (元の信号)が取得され、出力される。

[0056] 図 1の従来の MIMO— AMCシステムの構成と比べると、本発明の技術を用いた M IMO—AMCシステムの最も主な相違点は、図 1における AMCパラメータ選択部 10 7が図 3におけるパラメータ選択部 207に置換されたことである。

[0057] ノラメータ選択部 207では、各データサブストリームのための適応変調符号化パラメータが選択されるとともに、各アンテナの送信電力に対する電力割り当てが行われ、データサブストリームの検出順序に対する最適化が行われる。また、パラメータ選択部 207では、適応変調符号化パラメータ M= {M、 M、 · ··、 M }が、データサブスト

1 2 nT

リームの検出順序 C= {C、 C、 · ··、 C }と一緒に MIMO検出部 209に出力される。

1 2 nT

そのうち、 Cは第 j個目の検出のデータサブストリームの記号を示す。

[0058] 本発明の方法において、総送信電力は、データ送信の行われるすべてのアンテナにおいて等分されるため、パラメータ選択部 207は、パラメータ選択において得られた各データサブストリームの変調符号化パラメータ (または対応する番号)および電力割り当てパラメータのみを送信側に送信する必要があり、各送信アンテナにおける具体的な電力割り当て値をフィードバックする必要はない。また、これは本発明の方法の簡単な実現を保証する主な一面である。

[0059] もちろん、本発明の提案方法は、図 3の MIMO— AMCシステムの構成に限定されない。実際の MIMOシステムにおいて、ある程度の変更があっても良い。各データサブストリームと各送信アンテナとの対応関係を変えることにより、他の構成の MIMOシステムを得ることができる。また、 IFFT部および CP付加部等をカ卩えることにより、 Ml MO— OFDMシステムに変えることができる。

[0060] 本発明の提案方法は、主に図 3または他の類似する MIMOシステムにおけるパラメータ選択部 207に用いられる。パラメータ選択部 207は、送信側のために AMCに必要な変調符号化パラメータおよび送信アンテナの電力割り当てパラメータを提供するとともに、 MIMO検出部 209のために変調符号化パラメータ、電力割り当てパラメータおよび検出順序パラメータを提供する。ノラメータ選択部 207は、 MIMOシステムにおける 1つキーポイントであり、その構成の優劣は、システム全体の性能に対する影響が大きい。

[0061] なお、本実施の形態では、受信品質の高さを表す指標として SINRが用いられている力使用可能な指標は SINRのみに限定されず、他の適切な指標を用いることができる。

[0062] 本発明の提案方法は、図 4を用いて説明することができる。

[0063] 図 4は、本発明の一実施の形態に係る検出およびパラメータ選択方法を示すフロ一図である。

[0064] より具体的に、当該方法の実現は 1つの繰り返しのプロセスであり、主に次の三つのステップを有する。

[0065] 初期：初期ステップは、ステップ 401に示される。サブストリーム集合 Sにはすべてのデータサブストリームが含まれる（すなわち、 S = {S、 S、 · ··、 S })。そのうち、 Sは

1 2 nT j 図 3の第 j (j = 1…！！）個目の送信アンテナにお!/、て送信されるデータサブストリーム

T

を示す。また、サブストリーム集合 S 'にすベてのデータサブストリームが含まれ (すなわち、 s ' = {s、s、 -. s })、サブストリーム集合 S'は、総送信電力が集合 S '内

1 2 nT

のすベてのデータサブストリームが対応する送信アンテナにおいて等分されることを示す。初期の場合には、総送信電力がすべての送信アンテナ 204に等分される。

[0066] 第一ステップは、図 4に示すステップ 402を含む。ステップ 402では、サブストリーム集合 S中の各データサブストリームの検出のみがおこなわれる際に、その各データサブストリームにおける検出後の SINRが算出されるとともに、これにより各データサブストリームのために変調符号化パラメータが選択される。このステップは、以下の 2つのサブステップに分けることができる。

[0067] (1)データサブストリーム集合 S中の各データサブストリームの検出後の SINRが算出される。

[0068] 一般的に言うと、まず、仮にこのとき、サブストリーム集合 Sに n個のデータサブストリームが含まれているとし、 S = {S 、S 、 "-、S }と示す。そのうち、 S は第 k個目の

kl k2 kn kj j 送信アンテナにおいて送信されるデータサブストリームを示す。

[0069] このステップでは、通常の検出素子（例えば、 ZFまたは MMSE)を用いて、サブストリーム集合 S中のすべてのデータサブストリームに対してそれぞれ検出が行われ、また、各データサブストリームの検出後の SINR: SINR 、SINR 、 · ··、 SINR が算

kl k2 kn 出される。この検出および算出のプロセスについては、数多い文献を参考することができるため、ここではその説明を省略する。

[0070] (2)算出により取得された SINRに基づいて、サブストリーム集合 S中の各データサブストリームのために変調符号ィ匕パラメータが選択される。

[0071] SINRにより変調符号ィ匕パラメータが確定されるには、種々の方法を用いることができる。例えば、以下のような簡単な方法を用いることができる。

[0072] (a)まず、種々の変調符号ィ匕パラメータの組み合わせを選定するとともに、その各パラメータにおける BERの性能を推定する。例えば、下表 (表 1)に示すような変調符号ィ匕パラメータの組み合わせを選択することができる。これらパラメータの組み合わせのもとでのシステムスループット（または周波数利用効率という）はそれぞれ異なる。ほ力に、種々の変調符号化パラメータのもとでの BERまたは FER (Frame Error Rate : フレーム誤り率)の性能を予め推定する必要があり、方式においては、理論分析または数値模擬等を用いることができる。

[0073] 図 5は、表 1中の種々の変調符号化パラメータの組み合わせの、 AWGN (白色ガウス雑音）チャネルにおける BER性能を示す図である。

[表 1]

[0074] 表 1は、変調符号ィ匕パラメータの集合およびシステムスループットを示す表である。

[0075] (b)サブストリーム集合 S中の各データサブストリーム i (j =k、 k、 · ··、 k )に対し、

1 2 n 図 5中の BER曲線に基づいて、データサブストリーム jにおける変調符号ィ匕パラメータが選択され、 Mと示される。このパラメータは、当該データサブストリームの SINRが S INRである場合に、一定の BERの要求を満たすことができるとともに、スループットが最大となる変調符号ィ匕パラメータである。そのうち、 Mの数値については表 1を参照する。 M =0は、当該データサブストリームに変調符号ィ匕パラメータが割り当てられていないことが示され、すなわち、当該データサブストリームにおいてデータを送信しな V、ことを求めることち示される。

[0076] 第二ステップは、図 4〖こ示すステップ 403〜406を含む。ステップ 403では、サブストリーム集合 S中に、最高級のパラメータを割り当てられたデータサブストリームが存在するか否かが判断される。存在する場合 (ステップ 403 : YES)に、ステップ 405で、これら最高級のパラメータを割り当てられたデータサブストリームからいずれか 1つのデータサブストリームが選択される。最高級のパラメータを割り当てられた複数のデータサブストリームが存在する場合、その中力ものサブストリームの選択順序は、例えば、ランダムなものであっても良いし、所定の順序に従うものであっても良い。存在しない場合 (ステップ 403 : NO)に、ステップ 404で、検出後の SINRが最低のデータサブストリームが選択される。次いでステップ 406では、選択されたデータサブストリームに対して、干渉キャンセル検出が行われる。

[0077] ここでいう最高級のパラメータとは、周波数利用効率が最高の変調符号ィ匕パラメ一タである。例えば、表 1におけるパラメータ 2Z3ターボ 64QAMである。

[0078] 表 1における適応変調符号化パラメータに対して、第二ステップでは、まずサブストリーム集合 S中のすべてのデータサブストリーム; j (j =k

1、 k

2、 · ··、 k )〖こ、第一ステップ n

における変調符号ィ匕パラメータの割り当て後の変調符号化パラメータが 2Z3ターボ 64QAMであるデータサブストリームがあるか否かが判断される。ある場合に、これらパラメータが 2Z3ターボ 64QAMであるデータサブストリームから、 V、ずれか 1つが選択され、それがサブストリーム kと示される。サブストリーム集合 S中のすべてのデ

0

ータサブストリーム; j (j =k · ·· ずれも 2

1、 k

2、、 k )における変調符号ィ匕パラメータのい

n

Z3ターボ 64QAMでない場合に、サブストリーム集合 S力検出後の SINR (各デ一タサブストリームの検出後の SINR値については、直前のステップですでに得られた）が最低のデータサブストリームが選択されて、それがデータサブストリーム kと示され

0 る。

[0079] 次いで、先に選択されたデータサブストリーム kに対して、干渉キャンセル検出が

0

行われる。その中の検出が指すのは、通常の検出素子 (ZFまたは MMSE)を用いて、データサブストリーム kに対して検出が行われることである。次いで、 SICを介して、

0

受信信号に対するデータサブストリーム kの作用が除去される。このプロセスは本発

0

明のポイントではなぐ数多い文献を参考することができるため、ここではその説明を省略する。

[0080] 第三ステップは、図 4〖こ示すステップ 407〜410を含む。ステップ 407では、当該キヤンセルされたデータサブストリーム kにビット割り当てがある力否かが判断される。あ

0

る場合 (ステップ 407 : YES)に、ステップ 409で、サブストリーム集合 Sから当該データサブストリームが除去されるとともに、サブストリーム集合 Sが空になっているか否かが判断される。

[0081] ない場合 (ステップ 407 : NO)に、ステップ 408で、対応する送信アンテナが除去されるとともに、総送信電力が残りの送信アンテナにおいて等分される。次いで、ステツプ 409に進む。

[0082] サブストリーム集合 Sが空になっている場合 (ステップ 409 : YES)に、ステップ 410 で、このプロセスが終了する。サブストリーム集合 Sが空になっていない場合 (ステップ 409 : NO)に、第一ステップであるステップ 402に戻る。

[0083] 第三ステップにおいて、まず、第二ステップで選択されたデータサブストリーム kに

0 ビットの割り当てがある力否かが判断される。つまり、第一ステップにおいて、データサブストリーム kに対して適応変調符号化パラメータの割り当てが行われた結果が、

0

データサブストリーム kにおいてデータを送信しないことを求めることであるか否かが

0

判断される。このようである場合に、データサブストリーム kが対応する送信アンテナ

0

に送信電力が割り当てられず、サブストリーム集合 S 'からデータサブストリーム kが

0 除去される。次いで、総送信電力が、サブストリーム集合 S'における残りのすべてのデータサブストリームが対応する全送信アンテナに等分される。

[0084] 次いで、サブストリーム集合 Sが更新される。すなわち、サブストリーム集合 Sからデータサブストリーム kが除去される。サブストリーム集合 Sが空になっていない場合に

0

、第一ステップに戻る。空になっている場合に、すべてのパラメータ選択のプロセスが終了する。

[0085] すなわち、ここで説明したプロセス内でのサブストリームの選択順序、換言すれば、サブストリーム集合 S力ものサブストリームの除去順序力 MIMO検出部 209における SICの検出 j噴序 Cとなる。

[0086] すべてのパラメータ選択のプロセスが終了した後に、送信側では、取得された適応変調符号化パラメータに従って、各データサブストリームに対して、 AMCが行われるとともに、送信電力の電力割り当ての結果に従って、各送信アンテナに対して電力割り当てを行うことができる。また、受信側にでは、取得された適応変調符号化パラメ一タ、電力割り当ておよびデータサブストリームの検出の検出順序に従って、 SIC検出方法を用いて、各データサブストリームに対して検出が行われ、最終的な受信データが得られる。

[0087] 図 4に示す実現方法では、受信側にお!、て、各データサブストリームの適応変調符号化パラメータおよび検出順序が確定されるとともに、各データサブストリームに対する送信電力の新たな割り当てが行われる。実際のシステムにおいては、各データサブストリームに対する送信電力の新たな割り当てが行われなくても良い。すなわち、従来のシステムのように、各アンテナに対する送信電力を同一にする方法が用いられても良い。より具体的に、このときの実施の方法は、例えば図 6に示している。図 4と比べると、その中に、電力割り当てと関連するステップ 407およびステップ 408が除去されている。

[0088] 図 6は、本発明の他の実施の形態に係る検出およびパラメータ選択方式を示すフロー図である。

[0089] そのうち、具体的な実施のステップは図 4で説明したものとほとんど同様であるため、それぞれ図 4と同一の参照番号を付し、その詳細な説明を省略する。図 6と図 4との相違点は、図 6の第三ステップを次のように改めたことである。第三ステップは、図 6に示すステップ 409、 410を含む。ステップ 409では、サブストリーム集合 Sから当該データサブストリームが除去されるとともに、サブストリーム集合 Sが空になっているか否かが判断される。サブストリーム集合 Sが空になってヽな、場合 (ステップ 409： NO) に、第一ステップであるステップ 402に戻り、サブストリーム集合 Sが空になっている場合 (ステップ 409 : YES)に、ステップ 410で、このプロセスが終了する。すなわち、図 4の第三ステップ中のステップ 407およびステップ 408が除去されている。

[0090] 図 7は、本発明に用いられた方法と従来の方法における性能の比較を示す図である。

[0091] ここで、（n = 2、n = 2)および (n =4、 n =4)における周波数利用効率の性能

T R T R

をそれぞれ模擬した。模擬においては、図 3における MIMO—AMCの構成が用いられ、チャネルには、フラットフェージングチャネルが用いられている。 AMCには、符号化がない適応変調が用いられ、変調パラメータは、それぞれ「送信しない」、 BPS K、 QPSK、 8PSKおよび 16QAMである。図 7の結果から見られるように、従来の方法と比べると、本発明の提案方法は、より良い周波数利用効率の性能を得ることができる。

[0092] 以上、すでに本発明の最良の実施の形態を用いて本発明を説明したが、当業者にとっては、本発明の精神および範囲カゝら逸脱せずに、本発明に対して様々な修正、置換および変更を行うことができることは明らかである。よって、本発明は、上述の実施の形態に限定されるべきではなぐ添付した請求の範囲およびその均等物によつて限定されるべきである。

[0093] 本明細書は、 2005年 1月 13日出願の中国特許出願番号 200510004363. 3に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

Claims

請求の範囲

[1] マルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法であって、

サブストリーム集合中の各サブストリームの検出後の受信品質を取得する取得ステップと、

取得された受信品質に基づ、て、前記各サブストリームのために変調符号ィ匕パラメータを選択するパラメータ選択ステップと、

前記サブストリーム集合に、複数の所定の変調符号ィ匕パラメータの中で最も高い等級の変調符号ィ匕パラメータを割り当てられた最高級パラメータサブストリームが存在するカゝ否かを判断する判断ステップと、

前記サブストリーム集合に前記最高級パラメータサブストリームが存在する場合、前記最高級パラメータサブストリームを選択し、前記サブストリーム集合に前記最高級ノラメータサブストリームが存在しない場合、前記サブストリーム集合において他のサブストリームよりも低い受信品質を有する低品質サブストリームを選択するサブストリーム選択ステップと、

選択されたサブストリームに対して干渉キャンセル検出を行う干渉キャンセル検出ステツプと、

選択されたサブストリームを前記サブストリーム集合力除去するとともに、除去後の前記サブストリーム集合が空でない場合には前記取得ステップに戻る除去ステップとを具備するマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法。

[2] 選択されたサブストリームにビットが割り当てられている力否かを、検出するビット割り当て検出ステップと、

選択されたサブストリームにビットが割り当てられていない場合に、総送信電力を前記サブストリーム集合中の残りのサブストリームに対応する送信アンテナに等分する電力等分ステップと、

をさらに具備する請求項 1記載のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法。

[3] 前記干渉キャンセル検出によって確定されたサブストリーム検出順序に基づ!/、て、マルチアンテナ適応伝送を行うステップをさらに具備する請求項 1記載のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法。

[4] 選択されたサブストリームの変調符号ィ匕パラメータをフィードバックするフィードバックステップをさらに具備する請求項 1記載のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法。

[5] フィードバックされた変調符号化パラメータに基づいて、対応するサブストリームに対して変調符号化を行!ヽ、変調符号化信号を送信する送信ステップと、

送信された変調符号化信号を受信して、前記変調符号化パラメータ、前記対応するサブストリームの送信アンテナの電力割り当て、および前記干渉キャンセル検出によって確定されたサブストリーム検出順序に基づいて、前記変調符号化信号に対して復調および復号ィ匕を行うことにより、元の信号を取得する受信ステップと、

[6] 前記取得ステップは、

総送信電力を、前記各サブストリームに対応する送信アンテナに等分することにより、前記各サブストリームの検出後の受信品質を算出する、

請求項 1記載のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法。

[7] 前記最も高!、等級の変調符号化パラメータは、

前記複数の所定の変調符号化パラメータの中で最高の周波数利用効率を有する、請求項 1記載のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法。

[8] 前記取得ステップは、

前記各サブストリームを送信するのに用いられるチャネルの特性を推定するステツプを含む、

[9] 前記取得ステップは、

前記各サブストリームの検出に用いられる検出素子が前記各サブストリームに対してもたらす利得の大きさと、受信側での雑音の大きさと、に基づいて、前記各サブストリームの検出後の受信品質を推定する、請求項 1記載のマルチアンテナ通信システムにおける適応伝送検出方法。

[10] 前記パラメータ選択ステップは、

前記各サブストリームに対して、前記各サブストリームの受信品質のもとで所定の誤り率の要件を満たすとともに前記複数の所定の変調符号化パラメータの中で最大の周波数利用効率を有する変調符号化パラメータを選択する、

[11] 複数の送信アンテナから送信された複数のサブストリームを含む信号を受信する複数の受信アンテナと、

前記複数のサブストリームカゝらサブストリーム集合を形成し、前記サブストリーム中の各サブストリームの検出後の受信品質を取得し、取得された受信品質に基づいて、前記各サブストリームのために変調符号化パラメータを選択し、前記サブストリーム集合に、複数の所定の変調符号ィ匕パラメータの中で最も高、等級の変調符号化パラメータを割り当てられた最高級パラメータサブストリームが存在するカゝ否かを判断し、前記サブストリーム集合に前記最高級パラメータサブストリームが存在する場合、前記最高級パラメータサブストリームを選択し、前記サブストリーム集合に前記最高級パラメータサブストリームが存在しない場合、前記サブストリーム集合において他のサブストリームよりも低い受信品質を有する低品質サブストリームを選択し、選択されたサブストリームに対して干渉キャンセル検出を行い、選択されたサブストリームを前記サブストリーム集合力除去するとともに、除去後の前記サブストリーム集合が空でない場合には、除去後の前記サブストリーム集合中の各サブストリームの前記受信品質の取得に戻るサブストリーム受信手段と、

を具備するマルチアンテナ受信装置。