JP4836784B2 - Ｆｄｍに基づくプリアンブル構造を使用する複数アンテナ通信システムにおける後方互換性通信のための方法および装置 - Google Patents

Description

本出願は、それぞれ参照によって本明細書に組み込まれている、米国仮出願第６０／４８３７１９号、２００３年６月３０日出願、および米国仮出願第６０／５３８５６７号、２００４年１月２３日出願の利益を主張する。本出願は、それぞれ本明細書と同時に出願され、かつ参照によって本明細書に組み込まれている、米国特許出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ Ｓｙｍｂｏｌｓ ｉｎ ａ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｄｉａｇｏｎａｌ Ｌｏａｄｉｎｇ ｏｆ Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒｓ Ａｃｒｏｓｓ ａ Ｐｌｕｒａｌｉｔｙ ｏｆ Ａｎｔｅｎｎａｓ」、米国特許出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｂａｃｋｗａｒｄｓ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｌｏｗｅｒ Ｏｒｄｅｒ Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ」、および米国特許出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｂａｃｋｗａｒｄｓ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｔｉｍｅ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｓｙｍｂｏｌｓ」にも関係する。

本発明は、一般的には、無線通信システムに関し、より具体的には、複数アンテナ通信システムについてチャネル推定を可能にするフレーム構造に関する。
ＯＦＤＭ変調に基づくほとんどの既存無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）システムは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格またはＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格（これ以後「ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ」）に準拠する。たとえば、参照によって本明細書に組み込まれている、ＩＥＥＥ規格８０２．１１ａ−１９９９、「Ｐａｒｔ１１」：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ：Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ＧＨｚ Ｂａｎｄ］を参照されたい。複数高分解能テレビジョン・チャネルなど、発展する応用分野を支援するために、ＷＬＡＮシステムは、さらに増大しつつあるデータ率を支援することができなければならない。したがって、次世代ＷＬＡＮシステムは、頑強性および容量の増大を提供すべきである。

複数の送信アンテナおよび受信アンテナが、頑強性および容量の両方の増大を提供するために提案された。頑強性の増大は、複数アンテナを有するシステムにおいて導入される空間多様性および追加利得を利用する技法により達成することができる。容量の増大は、帯域幅効率のよい複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）技法で複数経路フェーディング環境において達成することができる。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、複数の送信アンテナ上において別々のデータ・ストリームを送信し、各受信器が、複数受信アンテナ上においてこれらのデータ・ストリームの組合わせを受信する。しかし、受信器において異なるデータ・ストリームを区別して、適切に受信することは、困難である。様々なＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ復号技法が既知であるが、一般に、正確なチャネル推定の利用可能性に依存する。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ復号技法の詳細な議論については、たとえば、参照によって本明細書に組み込まれている、Ｐ．Ｗ．ウォルニアンスキ（Ｗｏｌｎｉａｎｓｋｙ）ら、「Ｖ−Ｂｌａｓｔ：Ａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｒｅａｌｉｚｉｎｇ Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｄａｔａ Ｒａｔｅｓ Ｏｖｅｒ ｔｈｅ Ｒｉｃｈ−Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ」、１９９８ ＵＲＳＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｓｉｇｎａｌｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（１９９８年９月）を参照されたい。

異なるデータ・ストリームを適切に受信するために、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信器は、トレーニングによりチャネル・マトリックスを獲得しなければならない。これは、同期およびチャネル推定技法を実施するために、一般に、特定のトレーニング・シンボルまたはプリアンブルを使用することによって達成される。トレーニング・シンボルは、システムの全オーバーヘッドを増大させる。さらに、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、Ｎ_ｔを送信器の数、Ｎ_ｒを受信器の数として、全体でＮ_ｔＮ_ｒのチャネル要素を推定する必要があり、これにより、長トレーニング長のＮ_ｔが増大することがある。
米国仮出願第６０／４８３７１９号、２００３年６月３０日出願 米国仮出願第６０／５３８５６７号、２００４年１月２３日出願 米国特許出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ Ｓｙｍｂｏｌｓ ｉｎ ａ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｄｉａｇｏｎａｌ Ｌｏａｄｉｎｇ ｏｆ Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒｓ Ａｃｒｏｓｓ ａ Ｐｌｕｒａｌｉｔｙ ｏｆ Ａｎｔｅｎｎａｓ」 米国特許出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｂａｃｋｗａｒｄｓ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｌｏｗｅｒ Ｏｒｄｅｒ Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ」 米国特許出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｂａｃｋｗａｒｄｓ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｔｉｍｅ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｓｙｍｂｏｌｓ」 ＩＥＥＥ規格８０２．１１ａ−１９９９、「Ｐａｒｔ１１」：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ） Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ：Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｉｖｅ ＧＨｚ Ｂａｎｄ］ Ｐ．Ｗ．ウォルニアンスキ（Ｗｏｌｎｉａｎｓｋｙ）ら、「Ｖ−Ｂｌａｓｔ：Ａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｒｅａｌｉｚｉｎｇ Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｄａｔａ Ｒａｔｅｓ Ｏｖｅｒ ｔｈｅ Ｒｉｃｈ−Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ」、１９９８ ＵＲＳＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｓｉｇｎａｌｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（１９９８年９月）

したがって、周波数領域または時間領域において直交する信号を使用してＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいてチャネル推定およびトレーニングを実施する方法およびシステムが必要である。さらに、現行ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格（ＳＩＳＯ）システムと互換性のあるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいてチャネル推定およびトレーニングを実施して、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭベースＷＬＡＮシステムがＳＩＳＯシステムと効率的に共存することを可能にする方法およびシステムが必要である。

一般的に、低次受信器（すなわち、送信器よりアンテナの数が少ない受信器）によってシンボルを解釈することができるように、フレーム構造に従って複数アンテナ通信システムにおいてシンボルを送信する方法および装置が開示される。開示されるフレーム構造は、Ｎ送信アンテナのそれぞれの上において送信される少なくとも１つの長トレーニング・シンボルおよび少なくとも１つの追加の長トレーニング・シンボルを有するレガシ・プリアンブルを備える。レガシ・プリアンブルは、たとえば、少なくとも１つの短トレーニング・シンボル、少なくとも１つの長トレーニング・シンボル、および少なくとも１つのＳＩＧＮＡＬ場を含む８０２．１１ａ／ｇプリアンブルとすることが可能である。

長トレーニング・シンボルのサブキャリアは、複数のサブキャリア・グループにグループ分けされ、各サブキャリア・グループは、所与の時間間隔において異なる送信アンテナ上で送信される。サブキャリアのグループ化は、たとえば、ブロッキングまたはインタリービングの技法に基づくことが可能である。各送信アンテナは、Ｎの長トレーニング・シンボルを送信する。所与の送信アンテナによって送信されたサブキャリア・グループは、各送信アンテナが長トレーニング・シンボルの各サブキャリアを１度だけ送信するように、所与の送信アンテナによって送信されたＮの長トレーニング・シンボルのそれぞれについて変更される。

本発明の一態様によれば、Ｎの送信アンテナのそれぞれの上における長トレーニング・シンボルのそれぞれのシーケンスは、周波数領域では直交する。このようにして、本発明による送信器は、低次受信器と後方互換性であることが可能であり、低次受信器は、送信シンボルを解釈して、適切な持続時間中、遅延させることができる。
本発明のより完全な理解、ならびに本発明の他の特徴および利点が、以下の詳細な記述および図面を参照することによって得られるであろう。

本発明は、後方互換性ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムを対象とする。開示されるフレーム構造は、Ｎの送信アンテナのそれぞれの上において送信される少なくとも１つの長トレーニング・シンボルおよび少なくとも１つの追加の長トレーニング・シンボルを有するレガシ・プリアンブルを備える。ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ実施態様では、各長トレーニング・シンボルは、２つの等価なシンボルを備えることに留意されたい。図１は、源信号Ｓ_１からＳ_Ｎｔ、送信器ＴＲＡＮＳＭＩＴ_１からＴＲＡＮＳＭＩＴ_Ｎｔ、送信アンテナ１１０−１から１１０−Ｎ_ｔ、受信アンテナ１１５−１から１１５−Ｎ_ｒ、および受信器ＲＸ_１からＲＸ_Ｎｒを備える例示的なＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム１００を示す。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム１００は、複数の送信アンテナ１１０上において別々のデータ・ストリームを送信し、各受信器ＲＸは、これらのデータ・ストリームの組合わせを受信する。異なるデータ・ストリームＳ_１からＳ_Ｎｔを抽出および検出するために、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信器ＲＸは、図１に示されるように、トレーニングによりチャネル行列Ｈを得なければならない。

ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格は、短トレーニング・シンボルおよび長トレーニング・シンボルからなるＯＦＤＭベース無線ローカル・エリア・ネットワーク・システムについて、周波数領域においてプリアンブルを規定する。短トレーニング・シンボルは、フレーム検出、自動利得制御（ＡＧＣ）、および粗同期に使用することができる。長トレーニング・シンボルは、微同期およびチャネル推定に使用することができる。ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格による長トレーニング・シンボルは、５２のサブキャリアが実際に使用される６４のサブキャリアからなり、図２に示されるように規定される。図３は、図２のＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ長トレーニング・シンボルの周波数領域表示を示す。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの理想的なトレーニング・シンボルは、周波数領域または時間領域において直交する。本発明の一態様によれば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格の長トレーニング・シンボルは、異なる送信アンテナにわたって長トレーニング・シンボルの様々なサブキャリアを分割することによって、周波数直交とされる。

後方互換性
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、既存システムと共存するように、現行のＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格に対して後方互換性であることが必要であることが好ましいが、その理由は、同じ共有無線媒体において動作するからである。本明細書において開示されるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ長トレーニング・シンボルの使用は、後方互換性であり、かつＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇシステムおよび他の次数（すなわち、異なる数の受信器／送信器を備える）のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムと共存することができるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムを提供する。本明細書において使用される際に、後方互換性は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムが、（ｉ）現行規格を支援する、（ｉｉ）ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信の持続時間中、（選択的に）遅延させる（または待機する）ことができることが必要であることを意味する。ＭＩＭＯフォーマットにおいて送信されたデータを受信することができないＮ_ｒの受信アンテナ、または他の数の受信アンテナを有するあらゆるシステムが、送信持続時間中、遅延させることができるが、その理由は、送信の開始を検出し、長トレーニング・シンボルに続くＳＩＧＮＡＬ場に含まれているこの送信の長さ（持続時間）を取り出すことができるからである。

長トレーニング・シンボルを使用するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム１００が、２つの方式でＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇシステムと後方互換式に通信することができる。第１に、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格に従ってデータを送信するために、１つのアンテナに縮小することが可能である。第２に、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ受信器は、通常のＯＦＤＭフレームとして、すべての活動送信器からのＭＩＭＯ送信を解釈することができる。すなわち、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ受信器は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ受信器が、ＭＩＭＯ送信の持続時間中、遅延させることを可能にする方式で、データのＭＩＭＯ送信を解釈することができる。適切な遅延機構のより詳細な議論については、たとえば、参照によって本明細書に組み込まれている、米国特許出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｂａｃｋｗａｒｄｓ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｌｏｗｅｒ Ｏｒｄｅｒ Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ」を参照されたい。

異なる送信アンテナ上において反復されるＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇプリアンブル構造の少なくとも１つの長トレーニング場を使用するＭＩＭＯシステムは、後方互換性を達成するために、１アンテナ構成に縮小することができる。いくつかの変形形態が、長トレーニング・シンボルを直交させるために可能である。一変形形態では、長トレーニング・シンボルは、上記で記述された方式で、様々な送信アンテナにわたって対角的にロードすることができる。他の変形形態では、８０２．１１ａ長トレーニング・シーケンスは、各アンテナ上において時間について反復される。たとえば、２つのアンテナの実施態様では、信号場が続く長トレーニング・シーケンスが、第１アンテナ上において送信され、これに続いて、長トレーニング・シーケンスが第２アンテナ上で送信される。他の変形形態は、時間領域における直交性に基づくＭＩＭＯ−ＯＦＤＭプリアンブル構造を使用する。

本発明の一態様によれば、長トレーニング・シンボルのサブキャリアは、Ｎ_ｔのグループ（Ｎ_ｔは送信ブランチの数である）に分割され、各サブキャリア・グループは、所与の時間スロットにおいて異なる送信アンテナ上において送信される。長トレーニング・シンボルのサブキャリアは、様々な方式でＮ_ｔの別々のサブキャリアのグループに分割することができる。本明細書において議論される様々な実施形態において、サブキャリアは、ブロッキング技法またはインタリービング技法を使用してグループ化される。Ｎ_ｔのグループのそれぞれのサイズは、等しい必要はないことに留意されたい。

レガシＷＬＡＮシステムと後方互換性である１つの例示的な実施態様では、長トレーニング・シンボルは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ長トレーニング・シンボルの周波数領域内容に基づく。開示されるスキームは、Ｎ_ｔをシステムの送信アンテナ数として、Ｎ_ｔの長トレーニング・シンボルを使用する。周波数領域直交性は、たとえば、８０２．１１ａ／ｇ長トレーニング・シンボル５１０の５２周波数ビンの周波数領域内容をＮ_ｔのグループに分割することによって達成することができる。したがって、受信器によって受信される集団信号は、８０２．１１ａ／ｇ長トレーニング・シンボル５１０、ならびに追加の長トレーニング・シンボル５２０（低次受信器によって理解されない場合、無視することができる）である。

図５は、２つの送信アンテナを有する例示的な実施態様について、本発明の特徴を組み込むＦＤＭベース・プリアンブル構造５００を示す。ＦＤＭベース・プリアンブル構造５００は、周波数領域における直交性に基づく。例示的な２つの送信アンテナの実施態様では、ＦＤＭベース・プリアンブル構造５００は、第１送信器について第１長トレーニング・シンボルのサブキャリアの半分をグループ化することと、第２送信器について第１長トレーニング・シンボルのサブキャリアの半分をグループ化することとを備える。次いで、このプロセスは、第２長トレーニング・シンボルについて反転される。ＳＩＧＮＡＬ場は、後方互換性であるために、第１長トレーニング・シンボルと同じ方式で送信される必要があることに留意されたい。

異なる送信アンテナは、直交性を維持するために、異なるサブキャリアの別個のグループを使用して、各長トレーニング・シンボルを構築する。各送信アンテナは、後続の長トレーニング信号を構築するために、次のサブキャリア・グループに周期的に移行する。これは、最後の長トレーニング・シンボル（番号Ｎ_ｔ）が構築されるまで続行される。このようにして、周波数直交性は、各長トレーニング・シンボルについて維持され、一方、各送信アンテナは、すべての送信器からすべての受信器までの全チャネルのチャネル推定を支援するように、プロセスの終了時に全周波数範囲を網羅する。

図６は、Ｎ_ｔの送信アンテナを有する例示的な実施態様について、本発明の特徴を組み込むＦＤＭベース・プリアンブル構造６００を示す。例示的なプリアンブル構造６００は、２つ以上の送信アンテナが使用されるとき、必要な追加の情報を含む２つのＳＩＧＮＡＬ場を含む。長トレーニング・シンボルの構築は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格において記述されるＩＦＦＴ、周期的接頭辞、およびウィンドウ化を適用することによって実施されることに留意されたい。さらに、ＩＦＦＴ動作が線形であるので、すべてのＮ_ｔの送信器によって送信される複合時間領域長トレーニング信号は、ＳＩＳＯ−ＯＦＤＭシステムの場合に単一アンテナによって送信される時間領域長トレーニング信号に等しいことに留意されたい。

ブロック化サブキャリア・グループ
図７は、本発明のブロック化サブキャリア・グループ化実施態様によるＦＤＭ長トレーニング・シンボルを示す。図７において示されるように、例示的な実施形態の各長トレーニング・シンボルは、Ｎ_ｔのグループに分割される５２の活動サブキャリアを含む。本発明のブロック化サブキャリア・グループ化実施態様では、サブキャリアは、連続または隣接するサブキャリアに基づいてグループ化される。例示的な実施形態では、サブキャリアの各グループは、４に等しいＮ_ｔについて、１３｛５２／Ｎ_ｔ｝の隣接サブキャリアを含む。

図７に示されるように、第１長トレーニング・シンボルは、４つのサブキャリア・グループ７１０−１から７１０−４（それぞれ、１３の隣接サブキャリアを含む）に分割される。本発明の長トレーニング・シンボル・スキームの他の特徴によれば、所与の送信ブランチによって送信されるサブキャリア・グループは、Ｎの長トレーニング・シンボルの送信後、各送信ブランチＴＸ_ｎが、長トレーニング・シンボルの各サブキャリアを１回のみ送信するように、Ｎの長トレーニング・シンボルのそれぞれについて変更される。すなわち、第１送信ブランチについてＴＸ１では、第１サブキャリア・グループは、第１長トレーニング・シンボルにおいて送信され、第２サブキャリア・グループは、第２長トレーニング・シンボルにおいて送信され、第３サブキャリア・グループは、第３長トレーニング・シンボルにおいて送信され、第４サブキャリア・グループは、第４長トレーニング・シンボルにおいて送信される。同様に、第２送信ブランチＴＸ２では、図７に示されるように、第２サブキャリア・グループは、第１長トレーニング・シンボルにおいて送信される、などである。

偶数の送信ブランチでは、すべてのグループが、同数のサブキャリア（５２／Ｎ_ｔに等しい）を有し、奇数の送信ブランチでは、すべてのグループが、同数のサブキャリアを有するわけではなく、５２／Ｎ_ｔに近い数を有するが、依然として周波数領域直交性を維持し、全体ですべての５２のサブキャリアを含む。

６４のサブキャリアのうち５２を使用する周波数領域のレガシ長トレーニング・シンボルが、図２に示されるようなものである場合、４つの送信アンテナのＭＩＭＯシステムの場合、ｎ番目の送信アンテナから送信されたｍ番目の長トレーニング・シンボルの長トレーニング・シンボルは、以下のように表される。

上式で、Ｐｎｍは、以下によって与えられるサブキャリアのグループ数（０からＮ_ｔ−１）である。
Ｐｎｍ＝［（ｎ−１）＋（ｍ−１）］ｍｏｄＮ_ｔ （５）
上式で、ｎは送信アンテナ指標（１・・・Ｎ_ｔ）、ｍは長トレーニング・シンボル番号（１・・・Ｎ_ｔ）である。
インタリーブ化サブキャリア・グループ

図８は、本発明のインタリーブ化サブキャリア・グループ化実施態様によるＦＤＭ長トレーニング・シンボルを示す。図８に示されるように、例示的な実施形態の各長トレーニング・シンボルは、Ｎ_ｔのグループに分割される５２の活動サブキャリアを含む。本発明のインタリーブ化サブキャリア・グループ化実施態様では、サブキャリアは、Ｎ_ｔ番目ごとのサブキャリアを含むパターンに基づいてグループ化される。たとえば、４つの送信ブランチの実施態様では、第１、第５、第９、・・・、第４９のサブキャリアは、第１サブキャリア・グループに含まれる。示される実施形態では、サブキャリアの各グループは、１３｛５２／Ｎ_ｔ｝（４に等しいＮ_ｔについて）のサブキャリアを含み、グループの各サブキャリアは、Ｎ_ｔによって分離される。このようにして、すべてのＮ_ｔのグループのサブキャリアは、インタリーブ化される。

本発明の長トレーニング・シンボル・スキームは、当業者には明らかであるように、任意の数の送信アンテナ、サブキャリア、帯域幅制約、およびグループ化スキームを支援する。

図９は、本発明の特徴を組み込む例示的なＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信器９００のブロック図である。図９に示されるように、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信器９００は、複数の受信アンテナ９１５−１から９１５−Ｎ_ｒ、および受信ブランチＲＸ_１からＲＸ_Ｎｒを含む。時間および周波数の同期が、ステージ９２０において実施され、同期受信信号は、周期的接頭辞を除去するステージ９２５およびチャネル推定ステージ９３５に加えられる。周期的接頭辞がステージ９２５において除去された後、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が、ステージ９３０において実施される。検出および復号ブロック９４５が、チャネル推定９３５を使用して、ＭＩＭＯ検出（Ｎ_ｃのサブキャリアについて）、位相ドリフトおよび振幅ドループ訂正、デマッピング、デインタリービング、デパンチュリング（ｄｅｐｕｎｔｕｒｉｎｇ）、ならびに復号を実施する。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信器９００は、以下のように、ＦＤＭ長トレーニング・シンボルおよびＳＩＧＮＡＬ場の検出を有する後方互換性チャネル推定９３５を実施することができる。
１．ＳＮＲについて３ｄＢを得るために、第１長トレーニング（ＬＴ）の２つの長トレーニング・シンボル（ＬＴＳ）を追加する。
２．結果的な長トレーニング・シンボルを周波数領域に変形する。
３．長トレーニング・シンボルを復調して、部分チャネル推定を得る。
４．ＳＩＧＮＡＬ場を周波数領域に変形する。
５．部分チャネル推定を使用して、ＳＩＧＮＡＬ場を検出および復号する。
６．部分チャネルの他の推定を得るために、ＳＩＧＮＡＬ場を復調する。
７．復調されたＳＩＧＮＡＬ場を合計して、復調トレーニング・シンボルにスケーリングし（不完全なチャネル推定になる）、ＳＮＲについて１．８ｄＢをさらに得る。
８．残りの長トレーニング・シーケンス（ＬＴ）について、ステップ１から３を実施する。
９．追加のＳＩＧＮＡＬ場が続く任意の長トレーニング・シーケンスの場合、ステップ４から７を実施する。
１０．完全チャネルの推定に到達するように、すべての部分チャネルの推定を追加する。

チャネル推定は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信器側において実施され、タイミングおよび周波数の同期後に行われる。受信器において、Ｎ_ｒのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信器のそれぞれは、送信器によって使用されるＦＤＭ長トレーニング・スキームの経験的知識に基づいて、すべてのＮ_ｔ送信アンテナに対して実際のチャネル推定を構成することができる。各受信器は、異なる送信器に属する各チャネルの別個の部分を抽出するために、ＦＦＴおよびサブキャリア復調を使用して、ＳＩＳＯ−ＯＦＤＭの場合と同様の方式で、各長トレーニング・シンボルを処理する。次のステップは、各送信器について完全チャネルを構成するために、同じ送信器に属するチャネル部分を収集することである。４つの送信アンテナのＭＩＭＯシステムの例が、以下において与えられる。

一般に、サブキャリアあたりの周波数領域のＭＩＭＯ受信信号は、以下のように、行列ベクトル表記で表すことができる。
ｒ＝Ｈｓ＋ｎ （６）
４×４ＭＩＭＯシステムでは、行列ベクトル表記は、以下のように表される。

すべての受信ＦＤＭ長トレーニングから各サブキャリアについてチャネル推定行列Ｈを構築するために、各受信器によって行われるプロセスは、第１受信器について図１０Ａおよび１０Ｂに示される。図１０Ａは、受信器によって周波数ブロックを再構成する前のチャネル推定を示す。図１０Ｂは、受信器によって周波数ブロックを再構成した後のチャネル推定を示す。図１０Ａおよび１０Ｂでは、周波数軸は、送信器によって使用される同じＮ_ｔサブキャリア・グループに分割され（図７および８参照）、時間軸は、Ｎ_ｔの長トレーニング・シンボルの送信を支援するように、同じＮ_ｔの時間スロットに分割される。

プリアンブルは、現行８０２．１１ａ／ｇベース・システムと後方互換性にすることができる。後方互換性であるために、８０２．１１ａ／ｇに基づくシステムは、プリアンブルを検出して、パケットのＳＩＧＮＡＬ場を解釈することができることが必要である。これは、第１長トレーニング・シンボルならびに異なる送信アンテナからのＳＩＧＮＡＬ場の送信について使用される同じＦＤＭスキームを使用して達成される。ＭＩＭＯ送信についてＳＩＧＮＡＬ場において規定される長さは、パケットの実際の持続時間に等しくあるはずであり、それにより、８０２．１１ａ／ｇに基づくシステムは、ＭＩＭＯ送信持続時間中、遅延させることができる。ＭＩＭＯシステムは、これをバイトで表されたパケットの実際の長さに変換することができることが必要である。このために、ＭＩＭＯシステムは、追加の情報を有さなければならず、この情報は、ＳＩＧＮＡＬ場において、または後方互換性ＷＬＡＮ ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムでは望ましくない可能性がある別の追加の第２ＳＩＧＮＡＬ場（図６参照）において、予約ビットにおいて含むことができる。

適切な遅延機構のより詳細な議論については、たとえば、参照によって本明細書に組み込まれている、米国特許出願、名称「Ｍｅｈｏｔｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｂａｃｋｗａｒｄｓ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｌｏｗｅｒ Ｏｒｄｅｒ Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ」を参照されたい。

さらに、ＦＤＭ長トレーニング・シンボルおよびＳＩＧＮＡＬ場に基づくＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、異なるＭＩＭＯ構成に対してスケーラブルとすることができる。たとえば、３つの送信アンテナを有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、２つの送信アンテナを有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムに容易に縮小することができる。さらに、わずかに２つの受信アンテナを有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、チャネルをトレーニングして、３つの送信アンテナでのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信のＳＩＧＮＡＬ場を解釈することができ、したがって、パケットの持続時間中、遅延させることができる。したがって、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、８０２．１１ａ／ｇシステムおよび低次ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムと共存する。共存が満たされる場合、送信データを受信することができないＮ_ｒの受信アンテナを有するあらゆるシステムが、送信の持続時間中、遅延させることができるが、その理由は、送信の開始を検出して、ＳＩＧＮＡＬ場からこの送信の長さ（持続時間）を取り出すことができるからである。さらに、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムは、後方互換式に８０２．１１ａ／ｇシステムと２つの方式で通信することができる。第１に、システムを１つのアンテナに縮小することが可能である。第２に、ＦＤＭ方式でも異なるアンテナ上においてデータをロードすることが可能である。

ＦＤＭ ＳＩＧＮＡＬ場は、別の利点を有する。すなわち、第３長トレーニング・シンボルとして作用するように使用することができる。ＳＩＧＮＡＬ場は、常に、良好な受信を容易にする同じ頑強な方式で変調および符号化される。ＭＩＭＯ送信のＳＩＧＮＡＬ場は、さらにより頑強であるが、その理由は、ＳＩＧＮＡＬ場は、複数のアンテナによって受信され、したがって、最適な方式で組み合わせることができるからである。ＳＩＧＮＡＬ場を他の長トレーニング・シンボルとして使用することは、良好に受信する可能性が非常に高いので、実施可能な解決法である。

本明細書において示され、かつ記述された実施形態および変形形態は、本発明の原理の単なる例示であり、また、当業者なら、本発明の範囲および趣旨から逸脱せずに、様々な修正を実施することができることを理解されたい。

Ｎ_ｔの送信器、Ｎ_ｒの受信器からなる従来の複数アンテナ通信システムを示す図である。 逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）の入力において見た、６４のサブキャリアからなるＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格による従来の長トレーニング・シンボルを示す図である。 従来のＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格の長トレーニング・シンボルの周波数領域表示を示す図である。 従来のＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇプリアンブル構造を示す図である。 ２つの送信アンテナを有する例示的な実施態様について、本発明の特徴を組み込むＦＤＭベース・プリアンブル構造を示す図である。 Ｎ_ｔの送信アンテナを有する例示的な実施態様について、本発明の特徴を組み込むＦＤＭベース・プリアンブル構造を示す図である。 本発明のブロック化サブキャリア・グループ化実施態様によるＦＤＭ長トレーニング・シンボルを示す図である。 本発明のインタリーブ化サブキャリア・グループ化実施態様によるＦＤＭ長トレーニング・シンボルを示す図である。 本発明の特徴を組み込む例示的なＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信器のブロック図である。 受信器によって周波数ブロックを再構成する前のチャネル推定を示す図である。 受信器によって周波数ブロックを再構成した後のチャネル推定を示す図である。

Claims (14)

1. Ｎの送信アンテナを有する複数アンテナ通信システムにおいてデータを送信する方法であって、
   該Ｎの送信アンテナのそれぞれの上において、少なくとも１つの長トレーニング・シンボル及び少なくとも１つの追加の長トレーニング・シンボルを有するレガシ・プリアンブルを送信するステップを含み、該Ｎ個の送信アンテナの各々の上で送信される該長トレーニング・シンボルのそれぞれが、２つ又はそれ以上の部分を有し、該Ｎ個の送信アンテナの各々が、１組の複数のサブキャリアを有し、該複数のサブキャリアの複数の組の各々が、複数のサブキャリアのサブグループにグループ化され、該複数のサブキャリアの複数のサブグループの各々が、２つ又はそれ以上の隣接するサブキャリアを含み、各々の長トレーニング・シンボルの各々の部分が、該複数のサブキャリアの該複数のサブグループのうちの１つを使用して、所与の時間間隔において異なる送信アンテナ上において送信されるステップを含む、方法。
2. 該複数のサブキャリアの該複数のサブグループが、１つ又は複数のブロッキング技法及びインタリービング技法に基づく請求項１に記載の方法。
3. 該送信アンテナのそれぞれが、合計でＮ個の長トレーニング・シンボルを送信する、請求項１に記載の方法。
4. 該Ｎの送信アンテナのそれぞれの上における該長トレーニング・シンボルのそれぞれのシーケンスが直交する、請求項１に記載の方法。
5. 該レガシ・プリアンブルが、少なくとも１つの短トレーニング・シンボル及び少なくとも１つのＳＩＧＮＡＬ場の１つ又は複数をさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 該長トレーニング・シンボルのそれぞれが、周波数領域において直交する、請求項１に記載の方法。
7. 低次受信器が、該送信データを解釈することができる、請求項１に記載の方法。
8. 複数アンテナ通信システムにおける送信器であって、
   少なくとも１つの長トレーニング・シンボル及び少なくとも１つの追加の長トレーニング・シンボルを有するレガシ・プリアンブルをＮ個の送信アンテナのそれぞれの上において送信するためのＮ個の送信アンテナを備え、該Ｎ個の送信アンテナの各々の上で送信される該長トレーニング・シンボルのそれぞれが、２つ又はそれ以上の部分を有し、該Ｎ個の送信アンテナの各々が１組の複数のサブキャリアを有し、該複数のサブキャリアの該複数の組の各々が、複数のサブキャリア・サブグループにグループ化され、該複数のサブキャリアの複数のサブグループの各々が、２つ又はそれ以上の隣接するサブキャリアを含み、各々の長トレーニング・シンボルの各々の部分が、該複数のサブキャリアの該複数のサブグループのうちの１つを使用して、所与の時間間隔において異なる送信アンテナ上において送信される、送信器。
9. 該複数のサブキャリアの該複数のサブグループが、ブロッキング技法及びインタリービング技法の１つ又は複数に基づく、請求項８に記載の送信器。
10. 該Ｎの送信アンテナのそれぞれの上における該長トレーニング・シンボルのそれぞれのシーケンスが直交する、請求項８に記載の送信器。
11. 該長トレーニング・シンボルのそれぞれが、周波数領域において直交する、請求項８に記載の送信器。
12. 複数アンテナ通信システムにおいてＮ個の送信アンテナを有する送信器によって送信されたデータを少なくとも１つの受信アンテナ上で受信する方法であって、
    少なくとも１つの長トレーニング・シンボル及び該データの送信の持続時間の表示、ならびに少なくとも１つの追加の長トレーニング・シンボルを有するレガシ・プリアンブルを該Ｎ個の送信アンテナのそれぞれの上において受信し、該Ｎ個の送信アンテナの各々の上において送信される該長トレーニング・シンボルのそれぞれが、２つ又はそれ以上の部分を有し、該Ｎ個の送信アンテナの各々が、１組の複数のサブキャリアを有し、該複数のサブキャリアの複数の組の各々が、複数のサブキャリア・サブグループにグループ化され、該複数のサブキャリアの複数のサブグループの各々が、２つ又はそれ以上の隣接するサブキャリアを含み、各々の長トレーニング・シンボルの各々の部分が、該複数のサブキャリアの該複数のサブグループのうちの１つを使用して、所与の時間間隔において異なる送信アンテナから受信されるステップと、
    該データの送信の該表示持続時間中、遅延させるステップとを含む、方法。
13. 該方法が、ＳＩＳＯ受信器によって実施される、請求項１２に記載の方法。
14. Ｎの送信アンテナを有する少なくとも１つの送信器を有する複数のアンテナ通信システムにおける受信器であって、
    少なくとも１つの長トレーニング・シンボル及び該データの送信の持続時間の表示、ならびにＮ−１の追加の長トレーニング・シンボルを有するレガシ・プリアンブルを該Ｎの送信アンテナのそれぞれの上において受信するための少なくとも１つの受信アンテナであって、該Ｎ個の送信アンテナの各々の上において送信される該長トレーニング・シンボルのそれぞれが、２つ又はそれ以上の部分を有し、該Ｎ個の送信アンテナの各々が、１組の複数のサブキャリアを有し、該複数のサブキャリアの複数の組の各々が、複数のサブキャリア・サブグループにグループ化され、該複数のサブキャリアの複数のサブグループの各々が、２つ又はそれ以上の隣接するサブキャリアを含み、各々の長トレーニング・シンボルの各々の部分が、該複数のサブキャリアの該複数のサブグループのうちの１つを使用して、所与の時間間隔において異なる送信アンテナから受信される、少なくとも１つの受信アンテナと、
    該データの送信の該表示持続時間中、遅延させる手段とを備える、受信器。

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