JP4364802B2 - 多入力／多出力ワイヤレス通信システムにおいてデータシンボルストリームを送信する方法及び多入力／多出力ワイヤレス通信システム用の送信機 - Google Patents

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Description

本発明は、包括的にはワイヤレス通信に関し、特に動的な電力割り当てを用いた多入力／多出力ワイヤレス通信システムに関する。
伝送ダイバシティは、第３世代（３Ｇ）ワイヤレス通信システムにおいて用いられる重要な技術の１つである。複数の送信アンテナを介して複数の受信アンテナへ信号を送信することによって、空間ダイバシティ利得を得てシステム能力を上げることができる。時空間伝送ダイバシティ（ＳＴＴＤ）は、時空間ブロック符号を用いてシンボルを変調する開ループ技法である（Alamouti著「ワイヤレス通信のための簡単な伝送ダイバシティ技法（A simple transmit diversity technique for wireless communications）」（IEEE J. Select. Areas Commun., 16: 1451-1468, 1998）を参照）。
ＳＴＴＤ方式は、実施が簡単でダイバシティ利得が最大であることから３ＧＰＰによって採用されている。送信適応アレー（ＴＸＡＡ）は、３ＧＰＰによって採用されている閉ループ伝送ダイバシティ技法である。移動体受信機は、推定される最適な送信重みを基地局にフィードバックする。基地局は、このフィードバック情報を用いて送信信号の電力レベルを調節し、所望の移動体受信機において受信される電力を最大にする。
シミュレーションの結果は、ＳＴＴＤが高い速度で頑強であるのに対し、ＴＸＡＡは、低い速度で最大の利益を与えることを示している（Derryberry他著「３Ｇ ＣＤＭＡシステムにおける伝送ダイバシティ（Transmit Diversity in 3G CDMA Systems）」（IEEE Comm. Magazine, vol.40, no.4, pp.68-75, April 2002）を参照）。
開ループおよび閉ループダイバシティ技法を混合して用いると、高速フェージングと低速フェージングの両方に対処することができる。最近では、ＳＴＴＤを適応送信電力割り当てと組み合わせてＳＴＴＤシステムの性能を向上させた適応ＳＴＴＤ（ＡＳＴＴＤ）方式が記載されている（Huawei著「適応送信電力割り当てを用いたＳＴＴＤ（STTD with Adaptive Transmitted Power Allocation）」（3GPP TSG-R WG1 document, TSGR1#26 R1-02-0711, Gyeongju, Korea May 13-16, 2002）を参照）。
Ｎｒ個の送信アンテナを含む多入力／多出力（ＭＩＭＯ）ワイヤレス通信システムにおいてデータシンボルストリームを送信する方法を提供する。
まず、データシンボルストリームをＭ＝Ｎｒ／２であるＭ個のサブストリームに逆多重化する。次に、各サブストリームに時空間伝送ダイバシティ符号化を施し、送信信号対を生成する。
送信信号の受信機から受信した対応するフィードバック信号に従って、送信信号対の各々に動的に電力を割り当てる。
フィードバック信号は、送信信号に用いられるチャンネルのチャンネル係数の大きさの総和の比を含む。
図１は、本発明を用いることができるＭＩＭＯシステム１００を示す。単一の入力信号１０１から、ＳＴＴＤエンコーダ１１０が、逆多重化１０３を用いて複数の出力信号１０２を生成する。各出力信号の電力は、受信機２００の受信機アンテナ２０１（図２を参照）に対して応答ｈを有するチャンネルを介して複数の送信機アンテナ１２０に送られる前に電力増幅器によって重み付けされる（１２０）。
重みｗ１およびｗ２は、ｗ１ ２＋ｗ２ ２＝１であることを制約として受信機２００においてＳＮＲが最大となるように選択される正の実数である。ＳＴＴＤ符号化１１０は、入力信号［Ｘ１ Ｘ２］Ｔ１０１を下式（１）の出力信号１０２に符号化する時空間ブロック符号である。
Figure 0004364802
ここで、＊は複素共役を示し、行列の各行は、同一の送信アンテナ１２０に割り当てられる。
図２は、受信機２００を詳細に示したものである。受信機は、コンバイナ２２０と、ＳＴＴＤデコーダ２３０と、干渉相殺段２４０とを備える。
受信機２００には、Ｎｒ個の受信機アンテナ２０１があると仮定する。ｉ番目の受信機アンテナにおける受信信号ｒｉ（ｎ）２１０は、次のように表すことができる。
Figure 0004364802
ここで、ｈｉｊはｉ番目の送信機アンテナとｊ番目の受信機アンテナとの間のチャンネルのチャンネル係数であり、ｖ（ｎ）は、時刻ｎにおける加法性白色ガウス雑音サンプルであり、全ての受信機アンテナ要素において独立していると仮定する。
全てのアンテナ２０１からの受信信号２１０は、まず合成（２２０）された後で、ＳＴＴＤデコーダ２３０に送られる。したがって、１つの時空間符号化ブロックにおける２つの連続する送信シンボルに対応するＳＴＴＤデコーダ２３０の出力ｒ（〜）は、次式により与えられる。ここで、ｒ（〜）は、ｒの上に〜があるものを表す。
Figure 0004364802
式（４）の交差干渉項Ｂを相殺するために、交差干渉相殺段２４０がＳＴＴＤ復号化シンボルのＳＮＲを最大にする。出力Ｘ（＾）２５０は、次式により与えられる。ここで、Ｘ（＾）は、Ｘの上に＾があるものを表す。
Figure 0004364802
したがって、出力信号の条件付きＳＮＲは、次式により得ることができる。
Figure 0004364802
ここで、Ｅｓは、送信シンボルエネルギーであり、σν ２は、加法性白色雑音の電力である。
式（４）の項Ａの所望の信号エネルギーに対する貢献は、支配的であるため、式（７）のＳＮＲを最大にする代わりにＡを最大にすることができる。
したがって、最適な重み関数は、固定された電力制約ｗ１ ２＋ｗ２ ２＝１によりｄＡ／ｄｗ１＝０とすることによって求められる。
Figure 0004364802
式（８）は、送信機が最適な送信重みを計算するにはチャンネル係数の大きさの総和の比のみで十分であることを示す。これは、伝搬チャンネルの振幅情報および位相情報を用いて送信重みを計算する従来技術の閉ループ技法（ＴＸＡＡ）よりもはるかに単純である。また、これにより本発明では、ビット数が低減され、フィードバック情報の送信の信頼性が増す。
フィードバックのサイズに制限がない場合、送信重みを計算する代わりに固有モードを用いることができる。送信重みベクトルは、チャンネル相関行列Ｒの最大固有値に対応する主固有ベクトルとして選択される。
Figure 0004364802
適応ＳＴＴＤの性能により、ＢＥＲ＝１０−３の場合に０．８ｄＢのＳＮＲ利得を、またＦＥＲ＝１０−１の場合に１．０ｄＢの利得を得ることができる。本発明は、複数の送信アンテナおよび単数の受信アンテナにも用いることができることに留意すべきである。
本発明を好ましい実施の形態の例として記載してきたが、本発明の精神および範囲内で様々な他の適応形態および変更形態を実施できることが理解されるべきである。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神および範囲に入る変形形態および変更形態をすべて網羅することである。
本発明を用いる多入力／多出力ワイヤレス通信システムのブロック図である。 図１のシステムの受信機のブロック図である。

Claims (2)

  1. Ｎｒ個の送信アンテナを含む多入力／多出力ワイヤレス通信システムにおいてデータシンボルストリームを送信する方法であって、
    前記データシンボルストリームをＭ＝Ｎｒ／２であるＭ個のサブストリームに逆多重化することと、
    各サブストリームを送信信号対に時空間伝送ダイバシティ符号化することと、
    送信信号に用いられるチャンネルのチャンネル係数の大きさの総和の比を含み、受信機から受信した対応するフィードバック信号に従って、各対の各送信信号に動的に電力を割り当てることと
    を備え、
    ｉ番目の送信機アンテナとｊ番目の受信機アンテナとの間のチャンネルのチャンネル係数をｈ ｉｊ とし、前記受信機アンテナの数をＮ ｒ としたときに、重みｗ １ 及びｗ ２ は、それぞれ下式
    Figure 0004364802
     で表され、前記送信信号対の電力は、それぞれ正の実数ｗ １ およびｗ ２ によって、ｗ １ ２ ＋ｗ ２ ２ ＝１となるように重み付けされる
    データシンボルストリームを送信する方法。
  2. Ｎｒ個の送信アンテナを含む多入力／多出力ワイヤレス通信システム用の送信機であって、
    データシンボルストリームをＭ＝Ｎｒ／２であるＭ個のサブストリームとして出力するように構成されたデマルチプレクサと、
    各サブストリームを送信信号対に符号化するように構成された時空間伝送ダイバシティエンコーダと、
    送信信号に用いられるチャンネルのチャンネル係数の大きさの総和の比を含み、受信機から受信した対応するフィードバック信号に従って、前記送信信号対の電力がそれぞれ正の実数ｗ １ およびｗ ２ によって、ｗ １ ２ ＋ｗ ２ ２ ＝１となるように重み付けすることにより、各対の各送信信号に動的に電力を割り当てるように構成された電力増幅器と
    を備え、
    ｉ番目の送信機アンテナとｊ番目の受信機アンテナとの間のチャンネルのチャンネル係数をｈ ｉｊ とし、ｊをＮ ｒ としたときに、前記重みｗ １ 及びｗ ２ は、それぞれ下式
    Figure 0004364802
     で表される
    多入力／多出力ワイヤレス通信システム用の送信機。
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