JP4519907B2 - ワイヤレス通信システムのための送信モードとレートの選択 - Google Patents

Description

優先権の主張

本特許出願は、２００４年５月７日に出願され、その譲受人に対して譲渡され、ここに参照により明示的に組み込まれている、「ワイヤレス通信システムのための送信モード選択およびレート選択」と題する仮出願第６０／５６９，２０１号に対して優先権を主張する。

発明の分野

本発明は一般的に通信に関連する。さらに詳細には、本発明はワイヤレス通信システムのための送信モードとレートとの選択に関連する。

発明の背景

ワイヤレス多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）システムは、データ送信のために、送信エンティティにおいて複数の（Ｎ_T）送信アンテナを使用し、受信エンティティにおいて複数の（Ｎ_R）受信アンテナを使用する。Ｎ_T送信アンテナとＮ_R受信アンテナとにより形成されたＭＩＭＯチャネルは、Ｎ_S空間チャネルに分解され、Ｎ_S≦min｛Ｎ_T，Ｎ_R｝が成立する。Ｎ_S空間チャネルは、より高いスループットを達成するため並列で、および／または、より大きな信頼性を達成するため冗長性を持たせて、データを送信するのに使用される。

各空間チャネルは、例えば、フェージング、マルチパス、および干渉効果のようなさまざまな有害なチャネル状態を経験する。Ｎ_S空間チャネルは、異なるチャネル状態を経験することがあり、異なる信号対雑音干渉比（ＳＮＲｓ）を達成するかもしれない。各空間チャネルのＳＮＲはその送信容量を決定し、送信容量は一般的に、空間チャネルで確実に送信される特定のデータレートにより定量化される。時間変化ＭＩＭＯチャネルに対して、チャネル状態は経時変化し、各空間チャネルのＳＮＲも経時変化する。異なる空間チャネルに対する異なるＳＮＲに加えて、各空間チャネルに対するＳＮＲの時間変化特性は、ＭＩＭＯシステム中でデータを効率的に送信することを難しくしている。

したがって、時間変化ワイヤレスシステム中でデータを効率的に送信するための技術が当業者の間で必要とされている。

発明の概要

（例えば、ＭＩＭＯ）ワイヤレス通信システムにおけるデータ送信のための適切な送信モードと１以上の適切なレートとを選択するための技術をここで説明する。本発明の実施形態にしたがうと、ワイヤレスチャネルによるデータの送信に使用するために利用可能なチャネル情報のエイジを決定する方法が提供される。送信モードは、チャネル情報のエイジに基づいて、複数の送信モードの中から選択される。データは、選択された送信モードにしたがって、ワイヤレスチャネルにより送信される。

他の実施形態にしたがって、制御装置と空間プロセッサを含む装置を説明する。制御装置は、ワイヤレスチャネルによるデータの送信に使用するために利用可能なチャネル情報のエイジを決定し、チャネル情報のエイジに基づいて、複数の送信モードの中から送信モードを選択する。空間プロセッサは、選択された送信モードにしたがって、データを空間的に処理する。

さらに他の実施形態にしたがって、ワイヤレスチャネルによるデータの送信に使用するために利用可能なチャネル情報のエイジを決定する手段と、チャネル情報のエイジに基づいて、複数の送信モードの中から送信モードを選択する手段とを含む装置を説明する。

本発明のさらに他の実施形態にしたがうと、データ送信のために使用されるワイヤレスチャネルに対する受信信号品質を示すチャネル状態情報を取得する方法が提供される。チャネル状態情報のエイジが決定される。チャネル状態情報とチャネル状態情報のエイジとに基づいて、ワイヤレスチャネルによるデータ送信のための少なくとも１つのレートが選択される。

さらに他の実施形態にしたがって、制御装置とデータプロセッサを含む装置を説明する。制御装置は、データ送信のために使用されるワイヤレスチャネルに対する受信信号品質を示すチャネル状態情報を取得し、チャネル状態情報のエイジを決定し、チャネル状態情報とチャネル状態情報のエイジとに基づいて、ワイヤレスチャネルによるデータ送信のための少なくとも１つのレートを選択する。データプロセッサは、制御装置によって選択された少なくとも１つのレートにしたがってデータを処理する。

さらに他の実施形態にしたがって、データ送信のために使用されるワイヤレスチャネルに対する受信信号品質を示すチャネル状態情報を取得する手段と、チャネル状態情報のエイジを決定する手段と、チャネル状態情報およびチャネル状態情報のエイジに基づいて、ワイヤレスチャネルによるデータ送信のための少なくとも１つのレートを選択する手段とを含む装置を説明する。

さらに他の実施形態にしたがうと、ワイヤレスチャネルによるデータの送信に使用するために利用可能なチャネル情報のエイジを決定する方法が提供される。チャネル情報のエイジに基づいて、複数の送信モードの中から送信モードが選択される。ワイヤレスチャネルに対する受信信号品質を示すチャネル状態情報が取得される。チャネル状態情報のエイジが決定される。チャネル状態情報とチャネル状態情報のエイジとに基づいて、データ送信のための少なくとも１つのレートが選択される。データ送信のために選択された送信モードと少なくとも１つのレートにしたがって、ワイヤレスチャネルによりデータが送信される。

本発明のさまざまな観点および実施形態を、以下でさらに詳細に説明する。

実施形態の詳細な説明

本明細書で「例示的な」という語は「模範、事例、図解として働く」ということを意味するのに使用されている。ここで「例示的」として説明する任意の実施形態は、他の実施形態より好ましい、または、有利であるとして解釈するべきではない。

ここで説明する送信モードとレートの選択技術は、さまざまなワイヤレス通信システムに対して使用されてもよい。これらの技術は単一搬送波、同様に多重搬送波システムに対して使用されてもよい。これらの技術は、時分割二重（ＴＤＤ）、同様に周波数分割二重（ＦＤＤ）システムに対して使用されてもよい。ＦＤＤシステムに対して、ダウンリンク（またはフォワードリンク）とアップリンク（またはリバースリンク）は、異なる周波数帯域が割り当てられ、１つのリンクに対するチャネル応答は、他のリンクに対するチャネル応答とよく相関していないかもしれない。ＴＤＤシステムに対して、ダウンリンクとアップリンクは同一の周波数帯域を共有し、通常、ダウンリンクとアップリンクのチャネル応答間に高度な相関が存在する。パイロット送信、チャネル推定、および空間処理は、この相関を利用する方法で実行されてもよい。明確にするために、例示的な単一搬送波ＴＤＤ ＭＩＭＯシステムに対して、送信モードとレートの選択を以下で説明する。また、明確にするために、局Ａから局Ｂへのデータ送信に対して、局Ａは送信エンティティであり、局Ｂは受信エンティティであるとする。各局は、（基地局としても呼ばれる）アクセスポイントまたは（移動局、ユーザ装置、ワイヤレスデバイス等としても呼ばれる）ユーザ端末であってもよい。

例示的なＭＩＭＯシステムは、改善された性能とより大きな柔軟性のために、多重送信モードをサポートする。各送信モードは、（あるならば）異なる方法で空間処理を実行してもよく、空間処理のためにチャネル情報を要求しても、しなくてもよい。表１は、いくつかの例示的な送信モードとそれらの簡単な説明とを列挙している。

操作されているモード（操作モード）は、ＭＩＭＯチャネルの直交空間チャネル（または「固有モード」）でデータを送信するために、チャネル情報（例えば、固有ベクトル）を使用する。操作されていないモード（非操作モード）は、ＭＩＭＯチャネルの空間チャネル上でデータを送信するために、何のチャネル情報も必要としない。

ＭＩＭＯシステムは、性能を強化するため、非操作モードに対して空間拡散を使用してもよい。空間拡散では、長時間の間、データ送信が単一の悪いチャネルの実現に固執せずに、有効チャネルの組み合わせを観察するように、局Ａは異なる操作行列で空間処理を実行する。結果として、性能はチャネル状態の最悪ケースによって規定されない。

各送信モードは、異なる能力と要求を有している。操作モードは、一般的によりよい性能を達成することができ、局Ａが直交空間チャネルでデータを送信するのに十分なチャネル情報を有している場合に使用される。非操作モードは、チャネル情報を要求しないが、性能は操作モードと同程度によくなることはないだろう。利用可能なチャネル情報と、局ＡおよびＢの能力と、システム要求等とによって、適切な送信モードが使用のために選択される。

操作モードに対して、局ＡにおけるＮ_T送信アンテナと局ＢにおけるＮ_R受信アンテナとによって形成されたＭＩＭＯチャネルのＮ_S固有モードでデータが送信される。ＭＩＭＯチャネルは、Ｎ_R×Ｎ_Tチャネル応答行列Ｈによって特徴付けられ、Ｎ_R×Ｎ_Tチャネル応答行列ＨはＭＩＭＯチャネルのＮ_S固有モードを取得するため、「対角行列化」される。この対角化は、Ｈの特異値分解、または、Ｈの相関行列の固有値分解のいずれかを実行することにより達成され、Ｈの相関行列はＲ＝Ｈ ^H Ｈであり、Ｈ ^HはＨの共役転置行列を示す。Ｈの特異値分解は、下記のように表現される。

Ｕは、Ｈの左固有ベクトルのＮ_R×Ｎ_Rユニタリ行列であり、
Σは、Ｈの特異値のＮ_R×Ｎ_T対角行列であり、
Ｖは、Ｈの右固有ベクトルのＮ_T×Ｎ_Tユニタリ行列である。

ユニタリ行列Ｍは、特性Ｍ ^H Ｍ＝Ｉによって特徴付けられ、Ｉは恒等行列である。ユニタリ行列の列は、相互に直交している。Ｖ中の右固有ベクトルは、ＨのＮ_S固有モードでデータを送信するために、局Ａによる空間処理に対して使用される。Ｕ中の左固有ベクトルは、Ｎ_S固有モードで送信されたデータを復元するために、局Ｂによる受信機空間処理に対して使用される。対角行列Σは、対角に沿って負でない実数値を含み、他の場所にゼロを含む。これらの対角エントリは、Ｈの特異値として呼ばれ、Ｎ_S固有モードに対するチャネル利得を表す。Σの対角要素は、最大から最小に順序付けられ、以下に説明するように、ＶとＵの列は、対応して順序付けられる。特異値分解は、「線形代数およびその応用」第２版、アカデミックプレス、１９８０年においてギルバート・ストラングによって説明されている。

局Ａは、下記のように操作モードに対して空間処理を実行する。

ｓはＮ_S固有モードで送られることになる、最大Ｎ_Sデータシンボルを持つベクトルであり、
ｘ ^sはＮ_T送信アンテナから送られることになる、Ｎ_T送信シンボルを持つベクトルである。

ここで使用されるように、「データシンボル」は、データに対する変調シンボルであり、「パイロットシンボル」は、パイロットに対する変調シンボル（局ＡおよびＢの両方により、アプリオリに知られているデータ）であり、「送信シンボル」は、送信アンテナから送られることになるシンボルであり、「受信シンボル」は、受信アンテナから取得されるシンボルである。

局Ｂにおいて受信されたシンボルは、下記のように表現される。

ｒ ^sはＮ_R受信アンテナに対するＮ_Rの受信シンボルを備えるベクトルであり、
Ｈ ^s _eff＝Ｈ・Ｖは、操作モードに対してｓによって観察された、有効ＭＩＭＯチャネル応答行列であり、
ｎは雑音ベクトルである。

簡単にするため、雑音は、ゼロ平均ベクトルと、φ _nn＝σ² _noise・Iの共分散行列とを持つ、加算性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）であると仮定する。ここでσ² _noiseは雑音の偏差である。局Ｂはさまざまな受信機処理技術を使用して、ｓ中のデータシンボルを復元する。

局Ｂは、下記のように、操作モードに対してフルＣＳＩ空間処理を実行してもよい。

は、ｓ中の最大でＮ_Sデータシンボルの推定である、最大でＮ_S「検出」データシンボルを持つベクトルであり、
ｎ _fcsiは、受信機空間処理後の雑音である。

代わりに、局Ｂは下記のように、最小平均自乗誤差（ＭＭＳＥ）空間処理を実行してもよい。

Ｍ ^s _mmse＝[Ｈ ^s _eff ^H・Ｈ ^s _eff＋σ² _noise・Ｉ]^-1・Ｈ ^s _eff ^Hは、ＭＭＳＥ空間フィルタ行列であり、
Ｑ ^s _mmse＝Ｍ ^s _mmse・Ｈ ^s _effであり、
Ｄ ^s _mmse＝[diag[Ｑ ^s _mmse]]^-1は、対角行列であり、
ｎ ^s _mmseは、操作モードに対するＭＭＳＥフィルタされた雑音である。

空間フィルタ行列Ｍ ^s _mmseは、空間フィルタからのシンボル推定と、ｓ中のデータシンボルとの間の平均自乗誤差を最小化する。空間フィルタからのシンボル推定は、データシンボルの非正規化推定である。スケーリング行列Ｄ ^s _mmseによる乗算は、データシンボルの正規化推定を提供する。

空間拡散を伴う非操作モードに対して、局Ａは下記のような空間処理を実行する。

Ｖ _ssは、空間拡散に対するＮ_T×Ｎ_T操作行列であり、
ｘ ^uは、非操作モードに対するＮ_T送信シンボルを持つベクトルである。

空間拡散では、ｓ中の各データシンボルは、Ｖ _ssのそれぞれの列で空間的に拡散される。行列Ｖ _ssは、一般的に時間でおよび／または周波数で変化するが、局ＡおよびＢの両方によって知られている。ｘ ^u中の各送信シンボルは、ｓ中のＮ_Sデータシンボルのそれぞれの構成要素を含む。

非操作モードに対して局Ｂにおいて受信されたシンボルは、以下のように表される。

ｒ ^uは、Ｎ_R受信アンテナに対するＮ_R受信シンボルを持つベクトルであり、
Ｈ ^u _eff＝Ｈ・Ｖ _ssは、空間拡散を伴う非操作モードに対して、ｓによって観察される有効ＭＩＭＯチャネル応答行列である。

局Ｂは下記のように、通常ＺＦ（zero-forcing）としても呼ばれる、チャネル相関行列転置行列（ＣＣＭＩ）空間処理を実行してもよい。

Ｍ ^u _ccmi＝[Ｈ ^u _eff ^H・Ｈ ^u _eff]^-1・Ｈ ^u _eff ^Hは、ＣＣＭＩ空間フィルタ行列であり、
ｎ ^u _ccmiは、非操作モードに対するＣＣＭＩフィルタされた雑音である。

_{代わりに、局Ｂは下記のようにＭＭＳＥ空間処理を実行してもよい。}

Ｍ ^u _mmse＝[Ｈ ^u _eff ^H・Ｈ ^u _eff＋σ² _noise・Ｉ]^-1・Ｈ ^u _eff ^Hは、ＭＭＳＥ空間フィルタ行列であり、
Ｑ ^u _mmse＝Ｍ ^u _mmse・Ｈ ^u _effであり、
Ｄ ^u _mmse＝[diag[Ｑ ^u _mmse]]^-1であり、
ｎ ^u _mmseは、非操作モードに対するＭＭＳＥフィルタされた雑音である。

数式（５）および（８）に示したように、局Ｂは、操作モードと非操作モードとの両方に対して、ＭＭＳＥ空間処理を実行してもよい。しかしながら、異なる行列Ｈ ^s _effとＨ ^u _effが、操作モードと非操作モードとに対してそれぞれ使用される。

空間拡散が非操作モードに対して使用されない場合、送信ベクトルは、ｘ ^u＝ｓとして表現される。局Ｂは、ＣＣＭＩまたはＭＭＳＥ受信機空間処理を使用して、ｓ中のデータシンボルを復元してもよい。しかしながら、空間フィルタ行列は、Ｈ ^u _effの代わりにＨに基づいて導出されるだろう。

局Ａは、操作モードに対してＶで空間処理を実行する。局Ｂは、操作モードに対してＵで（またはＨおよびＶで）、非操作モードに対してＨおよびＶ _ssで、空間整合フィルタリングを実行する。Ｈの推定は、他の局により送られた「操作されていないＭＩＭＯ（非操作ＭＩＭＯ）」パイロットに基づいて、ある局により取得されてもよい。非操作ＭＩＭＯパイロットは、Ｎ送信アンテナから送られたＮパイロット送信を含むパイロットであり、各送信アンテナからのパイロット送信は、受信エンティティにより識別することができ、非操作ＭＩＭＯパイロットが局Ａにより送られた場合、Ｎ＝Ｎ_Tが成立し、非操作ＭＩＭＯパイロットが局Ｂにより送られた場合、Ｎ＝Ｎ_Rが成立する。これは、例えば各送信アンテナからのパイロット送信に対して、異なる直交シーケンスを使用することにより、および／または、異なる周波数副帯域で各送信アンテナに対してパイロット送信を送ることにより達成される。非操作ＭＩＭＯパイロットは、下記のように表現される。

_{ｐ（ｉ）は、シンボル期間ｉ中に送信されることになるパイロットシンボルであり、}
ｗ（ｉ）は、シンボル期間ｉにＮ送信アンテナに対するＮチップを備えるベクトルであり、
ｘ ^u _pilot（ｉ）は、シンボル期間ｉに非操作ＭＩＭＯパイロットに対する送信ベクトルである。

例えば、Ｎ＝４の場合、４つのウォルシュベクトル ｗ（０）＝[１ １ １ １]^T、ｗ（１）＝[１ −１ １ −１]^T、ｗ（２）＝[１ １ −１ −１]^T、ｗ（３）＝[１ −１ −１ １]^Tが４つのシンボル期間に対して使用されてもよく、“^T”は転置を示す。完全な非操作ＭＩＭＯパイロットは、（連続的または非連続的な）Ｎシンボル期間中に、または、１シンボル期間中に直交シーケンスの各チップに対して送られてもよい。完全な非操作ＭＩＭＯパイロットの受信の際、受信エンティティは、Ｈを推定するために、受信されたパイロットで、相補的な処理を実行することができる。簡単にするために、以下の説明では、チャネル推定における誤差はないと仮定する。

ＴＤＤシステムに対して、ダウンリンクおよびアップリンクチャネル応答は、互いの逆であると仮定してもよい。すなわち、Ｈがアンテナ列Ｘからアンテナ列Ｙへのチャネル応答行列を表す場合、逆のチャネルは、アンテナ列Ｙからアンテナ列Ｘへの結合がＨ ^Tによって与えられることを意味する。しかしながら、局Ａにおける送信および受信チェーンの応答は、一般的に局Ｂにおける送信および受信チェーンの応答と異なっている。２つの局における送信および受信チェーンの応答の違いに対処することができる補正行列を導出するために較正が実行されてもよい。これらの２つの局における補正行列の適用は、１つのリンクに対する較正されたチャネル応答が、他のリンクに対する較正されたチャネル応答の転置行列として表現されることを可能にする。簡単にするために、以下の説明では送信および受信チェーンに対して、フラットな周波数応答を仮定して、Ｈ _ab＝Ｈは局Ａから局Ｂへのリンクに対するチャネル応答行列であり、Ｈ _ba＝Ｈ ^Tは局Ｂから局Ａへのリンクに対するチャネル応答行列であるとする。

Ｈ _abおよびＨ _baの特異値分解は、下記のように表現される。

Ｖ ^*は、Ｖの複素共役である。数式（１１）に示されるように、ＵとＶは、Ｈ _abの左および右の固有ベクトルの行列であり、Ｖ ^*とＵ ^*は、Ｈ _baの左および右の固有ベクトルの行列である。局ＡおよびＢは、操作モードでデータを送信するために、空間処理に対してそれぞれ行列ＶとＵ ^*とを使用してもよい。

逆のチャネルであることから、１つの局はＶまたはＵ ^*のいずれかを取得するために、特異値分解を実行してもよい。この局は、「操作されているＭＩＭＯ（操作ＭＩＭＯ）」パイロットを送信してもよく、このパイロットはＭＩＭＯチャネルの固有モードで送られたパイロットである。他の局は、操作ＭＩＭＯパイロットに基づいて、その固有ベクトルの行列を推定する。

局Ａは、操作ＭＩＭＯパイロットを下記のように送信する。

ｖ _mは、Ｖのｍ番目の固有ベクトル／列であり、
ｐ_mは、Ｈ _abのｍ番目の固有モードで送信されることになるパイロットシンボルであり、
ｘ ^s _pilot,mは、ｍ番目の固有モードの操作ＭＩＭＯパイロットに対する送信ベクトルである。

局Ｂにおいて受信された操作ＭＩＭＯパイロットは、以下のように表現される。

ｒ ^s _pilotは、ｍ番目の固有モードの操作ＭＩＭＯパイロットに対する受信ベクトルであり、
σ_mは、Σのｍ番目の対角要素であり、
ｕ _mは、Ｕのｍ番目の固有ベクトル／列である。

数式（１３）は、局Ｂが、局Ａにより送られた操作ＭＩＭＯパイロットに基づいて、一度に１つの列ずつ、Ｕの推定を取得することを示している。局Ａは、（連続的または非連続的な）１以上のシンボル期間中にすべてのＮ_S固有モードで完全な操作ＭＩＭＯパイロットを送る。局Ｂは、Ｕ ^*の列を使用して同様の方法で、局Ａに対して操作ＭＩＭＯパイロットを送信してもよい。

パイロットおよびデータは、ＭＩＭＯシステム中でさまざまな方法で送信される。操作モードに対して、局Ａはチャネル情報（または「固有操作」情報）を使用して、ＭＩＭＯチャネルの固有モードでデータを送信する。チャネル情報は、（局Ｂにより送られた非操作ＭＩＭＯパイロットから取得される）Ｈの形態であってもよく、または、（局Ｂにより送られた操作ＭＩＭＯパイロットから取得される）ＵまたはＶの形態であってもよい。局Ｂは、チャネル情報（例えば、操作モードに対してＨ、ＵまたはＶ、非操作モードに対してＨ）も使用して、局Ａからのデータ送信を復元する。両方のモードに対して、局Ｂは空間チャネルに対する受信ＳＮＲを推定し、受信ＳＮＲによりサポートされるレートを決定し、受信ＳＮＲまたはサポートされているレートのいずれかを局Ａに送る。局Ａは、受信フィードバックと、おそらくは他の情報とに基づいて、局Ｂに対するデータ送信のために適切な送信モードと適切なレートとを選択する。明確にするため、局Ｂによって選択されたレートは初期レートとして呼ばれ、局Ａによって選択されたレートは最終レートとして呼ばれる。また、明確にするため、以下の説明では局Ｂが局Ａに対して（ＳＮＲ情報の代わりに）レート情報を返信すると仮定する。

図１Ａは、ＭＩＭＯシステムに対する、例示的なパイロットとデータの送信スキーム１００を示す。最初に、局Ａは非操作ＭＩＭＯパイロットを送信する（ブロック１１２）。局Ｂは非操作ＭＩＭＯパイロットを受信および処理し、チャネル応答行列Ｈの推定を取得する（ブロック１１４）。局Ｂは受信パイロットに基づいて、ＭＩＭＯチャネルの（直交または非直交の）空間チャネルに対して、受信ＳＮＲも推定する（ブロック１１６）。局Ｂは受信ＳＮＲに基づいて、（操作モードについて）各固有モードに対する初期レート、または、（非操作モードについて）ＭＩＭＯチャネルに対する単一初期レートのいずれかも決定する（同じくブロック１１６）。初期レートは、局Ａから局Ｂへのデータ送信に対して適用可能である。

局Ｂは、Ｈから導出された固有ベクトルを使用して、非操作ＭＩＭＯパイロットまたは操作ＭＩＭＯパイロットのいずれかを送信する（ブロック１１８）。局Ａは操作または非操作ＭＩＭＯパイロットを受信および処理し、局Ａから局Ｂへのリンクに対するチャネル推定を取得する（ブロック１２０）。局Ｂは局Ａに初期レートも送る（ブロック１２２）。局Ａは以下に説明するように、初期レートを受信し、送信モードと最終レートとを決定して、局Ｂへのデータ送信に対して使用する（ブロック１２４）。局Ａは選択された送信モードと最終レートとを使用して、データを局Ｂに送信する（ブロック１２６）。局Ｂは、局Ａからのデータ送信を受信および処理する（ブロック１２８）。

図１Ｂは、ＭＩＭＯシステムに対する、もう１つの例示的なパイロットとデータの送信スキーム１０２を示す。最初に、局Ｂは非操作ＭＩＭＯパイロットを送信する（ブロック１１２）。局Ａは非操作ＭＩＭＯパイロットを受信および処理し、チャネル応答行列Ｈの推定を取得する（ブロック１１４）。局ＡはＨから導出された固有ベクトルを使用して、非操作ＭＩＭＯパイロットまたは操作ＭＩＭＯパイロットのいずれかを送信する（ブロック１１８）。局Ｂは、操作または非操作ＭＩＭＯパイロットを受信および処理して、局Ａから局Ｂへのリンクに対するチャネル推定を取得する（ブロック１２０）。ブロック１１６、１２２、１２４、１２６、および１２８に対する残りの処理は、図１Ａに関して上で説明したものと同様である。

図１Ａと１Ｂとに示されるように、パイロットは、局ＡおよびＢの両方が局Ａから局Ｂへのリンクに対するチャネル推定を取得することを可能にする、さまざまな方法で送信されてもよい。両方の局が非操作ＭＩＭＯパイロットを送信してもよい。代わりに、１つの局が非操作ＭＩＭＯパイロットを送信し、他の局が操作ＭＩＭＯパイロットを送信してもよい。このケースでは、図１Ａと１Ｂに示されるように、局ＡまたはＢのいずれかが非操作ＭＩＭＯパイロットを送信してもよい。

図２は、ＭＩＭＯシステムに対して使用されてもよい、例示的フレーム構造２００を示す。データ送信はフレームの単位で発生し、各フレームは特定の継続時間（例えば２ミリ秒）の間にわたる。各フレームは、（１）その間にデータおよびパイロットがダウンリンクで送られてもよいダウンリンクフェーズと、（２）その間にデータおよびパイロットがアップリンクで送られてもよいアップリンクフェーズとに分割されてもよい。各フレームの間、ＭＩＭＯパイロットはダウンリンクで送られても送られなくてもよく、ＭＩＭＯパイロットはアップリンクで送られても送られなくてもよい。

局Ｂは、局Ａから受信された操作または非操作ＭＩＭＯパイロットに基づいて、空間チャネルに対する受信ＳＮＲを推定してもよい。受信ＳＮＲは、局ＡおよびＢの両方によって実行される空間処理に依存する。

フルＣＳＩ受信機空間処理を伴う、操作モードに対する各固有モードのＳＮＲは下記のように表現される。

Ｐ_m（ｎ）は、フレームｎ中のｍ番目の固有モードに対して使用される送信電力であり、
σ_mは、フレームｎに対するΣ（ｎ）のｍ番目の対角要素であり、
ＳＮＲ_fcsi,m（ｎ）は、フレームｎ中のｍ番目の固有モードのＳＮＲである。

Ｎ_S固有モードは異なるＳＮＲを達成してもよい。結果として、これらの固有モードで送られるデータストリームに対して、異なるレートが使用されてもよい。

ＭＭＳＥ受信機空間処理を伴う、操作および非操作モードに対する各空間チャネルのＳＮＲは、下記のように表現される。

ｑ_m（ｎ）はフレームｎに対するＱ ^s _mmseまたはＱ ^u _mmseのｍ番目の対角要素であり、
ＳＮＲ_mmse,m（ｎ）はフレームｎ中のｍ番目の空間チャネルのＳＮＲである。

ＣＣＭＩ受信機空間処理を伴う非操作モードに対して、各空間チャネルのＳＮＲは下記のように表現される。

ｒ_m（ｎ）はフレームｎに対する[Ｒ ^u _eff]^-1とＲ ^u _eff＝Ｈ ^u _eff ^H・Ｈ ^u _effとのｍ番目の対角要素であり、
ＳＮＲ_ccmi,m（ｎ）はフレームｎ中のｍ番目の空間チャネルのＳＮＲである。

上の数式において、量Ｐ_m（ｎ）／σ² _noiseは、受信機空間処理の前の（線形単位の）ＳＮＲである。量ＳＮＲ_fcsi,m（ｎ）、ＳＮＲ_mmse,m（ｎ）、ＳＮＲ_ccmi,m（ｎ）は、受信機空間処理の後の（デシベル（ｄＢ）単位の）ＳＮＲであり、受信ＳＮＲとしても呼ばれる。以下の説明において、そうではないと記載されない限り、「ＳＮＲ」は受信ＳＮＲを指す。

空間拡散を伴う非操作モードに対して、Ｎ_S空間チャネルは、行列Ｖ _ssによる空間拡散がゆえに、類似のＳＮＲを達成する。結果として、これらの空間チャネルで送られるすべてのデータストリームに対して同一のレートが使用される。空間拡散では、各データシンボルはすべてのＮ_S空間チャネルで送信され、すべての空間チャネルに対する平均ＳＮＲを観察し、それは下記のように表現される。

ＳＮＲ平均化は、数式（１７）と（１８）とに示されるように、線形単位で行われてもよく、または、ｄＢで行われてもよい。

操作モードに対して、局Ｂは、そのＳＮＲ_m（ｎ）に基づいて、各固有モードに対して初期レートを決定し、それは数式（１４）に示されるように計算されたＳＮＲ_fcsi,m（ｎ）、または、数式（１５）に示されるように計算されたＳＮＲ_mmse,m（ｎ）に等しくてもよい。ＭＩＭＯシステムはレートの組をサポートしてもよく、各レートは、（例えば、１％パケットエラーレートのような）ある望ましいレベルの性能を達成するために要求される、特定のデータレート、特定のコーディングスキーム、特定の変調スキーム、および特定の最小ＳＮＲに関係していてもよい。各非ゼロレートに対する要求ＳＮＲは、コンピュータシミュレーション、経験的計測等により取得されてもよい。サポートされるレートの組とそれらの要求ＳＮＲとは、検索テーブルに記憶されてもよい。各固有モードに対するＳＮＲ_m（ｎ）は検索テーブルに提供されてもよく、検索テーブルは、そのＳＮＲによってサポートされるレートＲ_m（ｎ）を返す。レートＲ_m（ｎ）は、最大データレートと要求ＳＮＲとに関係し、要求ＳＮＲはＳＮＲ_m（ｎ）より少ないまたはＳＮＲ_m（ｎ）に等しい、ＳＮＲ_req（Ｒ_m（ｎ））≦ＳＮＲ_m（ｎ）である。

非操作モードに対して、局ＢはＳＮＲ（ｎ）に基づいてＭＩＭＯチャネルに対する初期レートを決定し、それは数式（１７）に示されるように計算されたＳＮＲ_mmse（ｎ）に等しくてもよく、または数式（１８）に示されるように計算されたＳＮＲ_ccmi（ｎ）に等しくてもよい。ＳＮＲ（ｎ）は検索テーブルに提供され、検索テーブルはそのＳＮＲに対する非操作モードのＭＩＭＯチャネルによってサポートされているレートＲ（ｎ）を返す。同一のまたは異なる検索テーブルが、操作または非操作モードに対して使用されてもよい。

局Ｂは、局Ａから局Ｂへのデータ送信に対して使用する送信モードとレートに関して初期決定を行う。局Ａは、局Ｂから受信されたフィードバックと他の適切な情報とに基づいて、このデータ送信に対して使用する送信モードとレートに関して最終決定を行う。

局Ａは、現在のフレーム中で利用可能なチャネル情報のエイジと、おそらくは、ＭＩＭＯチャネルに関する他の情報とに基づいて、どの送信モードがデータ送信のために使用されるか選択する。ＭＩＭＯチャネルの特性は、例えば、フェージング、マルチパス、および干渉のような数々の要因によって、経時変化する。時間変化システムでは、チャネル情報の正確さ／信頼性は、経時劣化する。不正確な／信頼できないチャネル情報をデータ送信に対して使用することにより、悪い性能が取得される。チャネル情報はＭＩＭＯパイロットから導出されるので、チャネル情報のエイジはチャネル情報を導出するのに使用されるＭＩＭＯパイロットのエイジに基づいて決定される。ＭＩＭＯパイロットのエイジは、下記に説明するように決定される。

ＭＩＭＯパイロットは、各フレーム中で、もしくは、数フレーム毎に定期的または散発的に送信される。局Ａは、局Ｂから受信された非操作ＭＩＭＯパイロットに基づいてＨの推定を導出し、Ｈを分解して、ＭＩＭＯチャネルの固有モードでデータを送信するのに使用される固有ベクトルの行列Ｖを取得してもよい。局Ａは、局Ｂから受信された操作ＭＩＭＯパイロットから、直接固有ベクトルを取得してもよい。しかしながら、この操作ＭＩＭＯパイロットは、Ｕ中の固有ベクトルを使用して局Ｂによって送信され、Ｕは、局Ａにより送られた非操作ＭＩＭＯパイロットから局Ｂにより取得されたＨの推定から導出される。したがって、局Ｂにより送られた操作ＭＩＭＯパイロットから局Ａにより取得された、Ｖ中の固有ベクトルは、実際には、局Ａにより送られた非操作ＭＩＭＯパイロットから導出されている。局Ｂから受信された操作ＭＩＭＯパイロットから導出されたＶ中の固有ベクトルの品質は、したがって、局Ａにより送られた非操作ＭＩＭＯパイロットに対応している品質に依存し（およびこれと同程度の品質になるだけであり）、そこからＨおよびＵが導出される。

局Ａは、ＭＩＭＯパイロットがいつ局Ｂに送信され、いつ局Ｂから受信されるかを、常時追跡していてもよい。例えば、局Ａは（１）各非操作ＭＩＭＯパイロットが送信される時間、（２）各操作ＭＩＭＯパイロットが送信される時間、（３）各非操作ＭＩＭＯパイロットが受信される時間、および、（４）各操作ＭＩＭＯパイロットが受信される時間、の記録を取ってもよい。この記録はさまざまなフォーマットで維持されてもよい。例えば、記録は各フレームｎに対して、４つのＭＩＭＯパイロットイベントに対する４回のエントリを含んでいてもよい。所定のフレームｎ中でＭＩＭＯパイロットが送信または受信されない場合、先行フレームｎ−１に対するそのＭＩＭＯパイロットに対する時間エントリがコピーされ、フレームｎに対して記憶されてもよい。この記録フォーマットでは、任意の所定フレームｎ中で、局Ａは、（１）最新の（または最近の）非操作ＭＩＭＯパイロットが送信された時間、これはｔ^u _tx（Ａ→Ｂ，ｎ）として示される、（２）最新の操作ＭＩＭＯパイロットが送信された時間、これはｔ^s _tx（Ａ→Ｂ，ｎ）として示される、（３）最新の非操作ＭＩＭＯパイロットが受信された時間、これはｔ^u _rx（Ａ←Ｂ，ｎ）として示される、（４）最新の操作ＭＩＭＯパイロットが受信された時間、これはｔ^s _rx（Ａ←Ｂ，ｎ）として示される、ということを容易に決定してもよい。局Ａはこの情報を使用して、現在利用可能なチャネル情報のエイジと品質とを決定してもよい。

表２は、以下の説明で使用する変数のリストを示す。

局Ａは現在のフレームｎ中で利用可能なチャネル情報（すなわち「現在のチャネル情報」）のエイジを以下のように決定してもよい。現在のチャネル情報が局Ｂから受信された非操作ＭＩＭＯパイロットから導出されている場合、この情報のエイジは、非操作ＭＩＭＯパイロットのエイジに等しい。しかしながら、チャネル情報を取得する非操作ＭＩＭＯパイロットを処理するためにｄ^u _pilotの遅延が生じ、または、言い換えると、チャネル情報は、非操作ＭＩＭＯパイロットの受信のｄ^u _pilot秒後に利用可能になる。したがって、現在のチャネル情報を導出するのに使用することができる最新の非操作ＭＩＭＯパイロットは、少なくともｄ^u _pilot秒より早く受信され、以下のように識別される。

現在のフレームｎに対する最新の非操作ＭＩＭＯパイロットが少なくともｄ^u _pilot秒より早く受信された場合、この非操作ＭＩＭＯパイロットは、現在のチャネル情報を導出するために使用された。しかしながら、現在のフレームｎに対する最新の非操作ＭＩＭＯパイロットがｄ^u _pilot秒より遅く受信された場合、この非操作ＭＩＭＯパイロットは、現在のチャネル情報を導出するために使用されなかった。数式（１９）は、最近のフレームｉを決定し、そこでは、そのフレームｉに対する最新の非操作ＭＩＭＯパイロットが現在のチャネル情報を導出するのに使用されることができる。非操作ＭＩＭＯパイロットから導出された現在のチャネル情報のエイジは以下のように表現される。

ｉは数式（１９）により決定されたフレームインデックスであり、
非操作ＭＩＭＯパイロットが受信されていない場合、Ａｇｅ^u＝−∞である。

現在のチャネル情報が、局Ｂから受信された操作ＭＩＭＯパイロットから導出される場合、この情報のエイジは、対応する非操作ＭＩＭＯパイロットのエイジに等しく、そこから操作ＭＩＭＯパイロットが導出される。局Ｂから受信された操作ＭＩＭＯパイロットを処理するためにｄ^s _pilotの遅延が局Ａによって生じ、局Ａによって送られた対応している非操作ＭＩＭＯパイロットを処理するためにｄ^u _pilotの遅延が局Ｂによって生じる。したがって、現在のチャネル情報を導出するのに使用することができる最新の非操作ＭＩＭＯパイロットは、少なくともｄ^s _pilot＋ｄ^u _pilot秒より早く受信され、以下のように識別される。

数式（２１）は最近フレームｊを決定し、そこでは、そのフレームｊに対する最新の非操作ＭＩＭＯパイロットが現在のチャネル情報を導出するのに使用することができる。操作ＭＩＭＯパイロットから導出された現在のチャネル情報のエイジは以下のように表現される。

ｊは、数式（２１）により決定されたフレームインデックスであり、
操作ＭＩＭＯパイロットが受信されていない場合、Ａｇｅ^s＝−∞である。

現在のチャネル情報のエイジ、Ａｇｅ_{ch_inf}（ｎ）は、下記のように表現される。

送信モードは、以下のように、現在のチャネル情報のエイジに基づいて選択される。

送信モードは、他の適切な情報に基づいても選択されてもよい。例えば、ＭＩＭＯチャネルの時間変化特性が考慮される。（例えば、固定局ＡおよびＢに対して）ＭＩＭＯチャネルが比較的静的である場合、チャネル情報は比較的正確で、より長い時間の間有効である。逆に、（例えば、移動局Ａおよび／またはＢに対して）ＭＩＭＯチャネルがかなり速く変化する場合、チャネル情報はより短い時間の間しか正確にならないだろう。ＭＩＭＯチャネルの時間変化特性は、チャネル情報のエイジの計算において、および／または、エイジしきい値、Ｔｈ^steer _ageにおいて対処される。例えば、Ａｇｅ^uとＡｇｅ^sとがチャネルタイプ（例えば、早いまたは遅いフェージング）の関数であってもよく、異なるエイジしきい値が、他のチャネルタイプ等に対して使用されてもよい。

局Ａは、初期レートを導出するのに使用される基底ＭＩＭＯパイロットのエイジに基づいて、局Ｂへのデータ送信のための最終レートを選択してもよい。局ＡからＢへのリンクによりサポートされる実際のレートは、局Ｂにおける受信ＳＮＲに依存し、受信ＳＮＲは局Ａから受信された操作ＭＩＭＯパイロットまたは非操作ＭＩＭＯパイロットのいずれかに基づいて、推定されてもよい。受信ＳＮＲは、初期レートに変換され、初期レートは局Ａに返信される。局Ａは、局Ｂから取得された初期レートに基づいて、局Ｂにおける受信ＳＮＲを推定してもよい。例えば、局Ａは逆検索テーブルに対して各初期レートを提供してもよく、逆検索テーブルは初期レートに対する要求ＳＮＲを提供する。現在のフレームｎ中で局Ａに利用可能なＳＮＲの組（すなわち、「現在のＳＮＲ情報」）は、ＳＮＲ（Ａ←Ｂ，ｎ）として示され、時間ｔ_snr（Ａ←Ｂ，ｎ）において取得される。

（１）局Ｂが操作または非操作ＭＩＭＯパイロットを処理して、受信ＳＮＲを推定し、初期レートを導出し、初期レートを局Ａに返信し、（２）局Ａが初期レートを処理して、現在のＳＮＲ情報を取得するために、ｄ_snrの遅延が生じる。したがって、現在のＳＮＲ情報を取得するために使用できる最新のＭＩＭＯパイロットが、局Ａに少なくともｄ_snr秒より早く送られ、以下のように識別される。

数式（２５）は最近のフレームｋを決定し、そこでは、そのフレームｋに対する最新の操作または非操作ＭＩＭＯパイロットが現在のＳＮＲ情報を導出するために使用することができる。現在のＳＮＲ情報のエイジは下記のように表現される。

ｋは、数式（２５）により決定されるフレームインデックスである。

最終レートは、現在のＳＮＲ情報、ＳＮＲ情報のエイジ、および、おそらくは他の情報に基づいて選択されてもよい。例えば、現在のＳＮＲ情報のエイジがＳＮＲエイジしきい値を超える（すなわち、Ａｇｅ_{snr_inf}（ｎ）＞Ｔｈ^snr _age）場合、ＳＮＲ情報は余りにも新鮮でないとみなされ、使用から破棄される。このケースでは、最も強力な送信モードと最も低いレート（例えば非操作モード中で最も低いレート）とが、局Ｂに対するデータ送信に使用されてもよい。現在のＳＮＲ情報のエイジがＳＮＲエイジしきい値より低い場合、局Ａにより取得されたＳＮＲはＳＮＲ情報のエイジに基づいて調整され、調整ＳＮＲは最終レートを選択するために使用される。ＳＮＲ調整はさまざまな方法で実行されてもよい。

操作モードが使用のため選択される場合、局Ａは各固有モードｍに対して初期レートを受信し、その固有モードに対する初期レートに基づいて、各固有モードに対する要求ＳＮＲを決定し、ＳＮＲ情報のエイジに基づいて各固有モードに対する要求ＳＮＲを調整する。例えば、ＳＮＲバックオフ、ＳＮＲ_{age_bo}（ｎ）は、以下のようにエイジの線形関数に基づいて計算される。

ＳＮＲ_{adj_rate}は、ＳＮＲに対する調整レートである（例えば、ＳＮＲ_{adj_rate}＝５０ｄＢ／秒）。各固有モードに対する調整ＳＮＲは、下記のように計算される。

ＳＮＲ_req,m（ｎ）は、（初期レートから取得された）固有モードｍに対する要求ＳＮＲであり、
ＳＮＲ^s _boは、操作モードに対するバックオフであり（例えば、ＳＮＲ^s _bo＝０ｄＢ）、
ＳＮＲ^s _adj,m（ｎ）は、操作モードに対する固有モードｍに対する調整ＳＮＲである。

局Ａは、各固有モードに対する調整ＳＮＲを検索テーブルに提供してもよく、検索テーブルは、その固有モードに対する最終レートを提供する。局Ａは、局Ｂが各固有モードに対する初期レートを取得するのに使用したものと同一の検索テーブル、または、異なる検索テーブルを使用してもよい。

非操作モードが使用のために選択される場合、局Ａは各固有モードに対する初期レートを受信し、非操作モードでのデータ送信のために、単一の最終レートを決定する。調整ＳＮＲは以下のように、各固有モードに対して計算される。

ＳＮＲ^u _boは、非操作モードに対するバックオフであり（例えば、ＳＮＲ^u _bo＝３ｄＢ）、
ＳＮＲ^u _adj,m（ｎ）は、非操作モードに対する固有モードｍに対する調整ＳＮＲである。

ＳＮＲ^u _boは、例えば、すべてのＮ_S空間チャネル（低品質のチャネルでさえも）に分配される合計送信電力や、各データパケットに渡るＳＮＲの変動による性能の損失等のようなさまざまな要因に対処するために使用される。ＳＮＲ^u _bo、ＳＮＲ^s _bo、および、ＳＮＲ_{adj_rate}は、コンピュータシミュレーション、経験的計測等により決定される。

現在のフレームｎ中でデータ送信のために使用される空間チャネルの数、Ｎ_sch（ｎ）は、ＳＮＲしきい値、ＳＮＲ_thよりも大きい調整ＳＮＲを持つ、「よい」固有モードの数を数えることにより決定される。各固有モードｍに対して、ＳＮＲ^u _adj,m（ｎ）≧ＳＮＲ_thの場合、固有モードｍは、Ｎ_sch（ｎ）に対して数えられる。非操作モードに対して使用される空間チャネルの数は、したがって、固有モードの数より少なく、または、固有モードの数と同一であり、すなわち、Ｎ_sch（ｎ）≦Ｎ_Sである。非操作モードに対する平均ＳＮＲ、ＳＮＲ_avg（ｎ）は、以下のように計算される。

すべてのＮ_S固有モードは、データ送信のために使用され、すべての固有モードに対して均一の送信電力が使用されるという仮定に基づいて、局Ｂは、各固有モードに対する初期レートを選択する。非操作モードに対してＮ_Sより少ない空間チャネルが使用される場合、各選択された空間チャネルに対してより高い送信電力が使用される。数式（３０）の右側の最初の項は、使用に対してＮ_Sより少ない空間チャネルが選択される場合に、各空間チャネルに対して、より高い送信電力の使用に対処する。数式（３０）の右側の第２の項は、フレームｎ中での使用に対して選択されたＮ_sch（ｎ）空間チャネルに対する（ｄＢでの）平均ＳＮＲである。

局Ａは、平均ＳＮＲを検索テーブルに提供してもよく、検索テーブルは、非操作モードに対する最終レートを提供する。局Ａは、局Ｂが非操作モードに対する初期レートを取得するのに使用したものと同一の検索テーブル、または、異なる検索テーブルを使用してもよい。

代わりに、局Ａは、局Ｂから非操作モードに対する単一初期レートを受信してもよい。このケースでは、局Ａは初期レートに基づいて、非操作モードに対する要求ＳＮＲを決定してもよく、ＳＮＲ情報のエイジに基づいて、要求ＳＮＲを調整し、調整ＳＮＲに基づいて、非操作モードに対する最終レートを決定する。

操作および非操作モードの両方に対して、最終レートは、ＭＩＭＯチャネルの時間変化特性のような他の適切な情報にも基づいて決定されてもよい。例えば、ＳＮＲバックオフ、ＳＮＲ_{age_bo}（ｎ）、および／または、エイジしきい値、Ｔｈ^rate _ageは、（例えば、早いまたは遅いフェージング）チャネルタイプの関数であってもよい。簡単にするために、数式（２７）に示されるように、ＳＮＲバックオフはエイジの線形関数に基づいて計算された。一般的に、ＳＮＲバックオフは、エイジおよび／または他のパラメータの線形または非線形関数であってもよい。

図３は、ワイヤレスシステムにおけるデータ送信に対して送信モードを選択するためのプロセス３００のフロー図を示す。最初に、ワイヤレスチャネルによってデータを送信するのに使用されるチャネル情報が取得される（ブロック３１２）。ＭＩＭＯシステムに対して、チャネル情報は、ＭＩＭＯチャネルの固有モードでデータを送信するのに使用される固有ベクトルを含んでいてもよく、操作または非操作ＭＩＭＯパイロットから取得されてもよい。チャネル情報のエイジが決定される（ブロック３１４）。これは、そこからチャネル情報が導出される、（例えば、非操作ＭＩＭＯ）パイロットのエイジを決定することにより達成されてもよい。送信モードは、チャネル情報のエイジ、および、おそらくは（例えば、ＭＩＭＯチャネルの時間変化特性、受信エンティティの能力等の）他の情報に基づいて、複数のサポートされている送信モードの中から選択される（ブロック３１６）。データは処理され、選択された送信モードにしたがって、ワイヤレスチャネルによって送信される（ブロック３１８）。

明確にするために、上の説明は２つの送信モード、操作モードおよび非操作モードをサポートする例示的なＭＩＭＯシステムに対するものである。一般的に、システムは任意の送信モードおよび任意の数の送信モードをサポートしてもよい。例えば、システムは、空間拡散を伴う直交空間チャネルでデータが送信される送信モード、空間拡散を伴わない直交空間チャネルでデータが送信される送信モード（操作モード）、空間拡散を伴う空間チャネルでデータが送信される送信モード（非操作モード）、空間拡散を伴わない空間チャネルでデータが送信される送信モード、空間拡散を伴わない単一で最もよい空間チャネルでデータが送信される送信モード、および、単一送信アンテナからデータが送信される送信モード等や、またはこれらの任意の組合せをサポートしてもよい。

図４は、ワイヤレスシステム中でレート選択を実行するためのプロセス４００のフロー図を示す。最初に、データ送信のために使用されるワイヤレスチャネルに対する受信信号品質を示すチャネル状態情報が取得される（ブロック４１２）。チャネル状態情報は、受信ＳＮＲ、初期レート等の形態であってもよく、受信エンティティにより決定されてもよく、送信エンティティに送られてもよい。チャネル状態情報のエイジが決定される（ブロック４１４）。これは、そこからチャネル状態情報が導出される、（例えば、操作または非操作ＭＩＭＯ）パイロットのエイジを決定することにより達成されてもよい。１以上の最終レートがチャネル状態情報、チャネル状態情報のエイジ、および、おそらくは他の情報に基づいて選択される（ブロック４１６）。例えば、最終レートは、使用のために選択された送信モード（例えば、操作または非操作モード）、チャネル状態情報のエイジに依存するバックオフ係数（例えば、ＳＮＲ_{age_bo}（ｎ））、選択された送信モードに依存するバックオフ係数（例えば、ＳＮＲ^s _bo、または、ＳＮＲ^u _bo）、ワイヤレスチャネルの時間変化特性等に基づいて、決定されてもよい。データは処理され、選択された最終レートにしたがって、ワイヤレスチャネルにより送信される（ブロック４１８）。

ここで説明した技術は、送信局Ａにおいて利用可能な最も現在の情報と、この情報のエイジとに基づいて、データ送信のための送信モードと最終レートとを選択する。送信モード選択に使用されるチャネル情報と、レート選択に使用されるチャネル状態情報とは、同一の、または、異なるＭＩＭＯパイロットから導出されてもよい。異なる送信モードとレートが、情報のエイジングによる同一の情報、および、おそらくは他の要因に基づいて、異なるフレームに対して選択されてもよい。

上記のように、送信モードとレートの選択技術は多重搬送波ＭＩＭＯシステムに対して使用されてもよい。多重搬送波は直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、または、他の任意の構成により提供されてもよい。ＯＦＤＭは全体のシステム帯域を複数の（Ｎ_F）直交副帯域に有効に分割し、それはトーン、副搬送波、ビン、および、周波数チャネルとも呼ばれる。ＯＦＤＭでは、各副帯域はデータとともに変調されてもよい、それぞれの副搬送波に関係している。ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯシステムに対して、空間処理は、データ送信のために使用される副帯域のそれぞれで実行されてもよい。

操作モードに対して、チャネル応答行列Ｈ（ｋ，ｉ）が、各副帯域ｋに対してシンボル期間ｉ中で取得され、その副帯域のＮ_S固有モードを取得するために分解されてもよい。ｋ＝１…Ｎ_Fである、各対角行列Σ（ｋ，ｉ）に対する特異値は、第１の列が最大の特異値を含むように、第２の列が次の最大の特異値を含む等のように順序付けられ、すなわち、

が成立するように順序付けられる。ここで、σ_m（ｋ，ｉ）は、順序付けた後のΣ（ｋ，ｉ）のｍ番目の列における特異値である。

各行列Σ（ｋ，ｉ）に対する特異値が順序付けられているとき、その副帯域に対する関係した行列Ｖ（ｋ，ｉ）およびＵ（ｋ，ｉ）の固有ベクトル（すなわち列）も対応して順序付けられる。「広帯域」固有モードは、順序付けられた後のすべてのＮ_F副帯域の同一順序固有モードの組として規定される。ｍ番目の広帯域固有モードはしたがって、すべての副帯域のｍ番目の固有モードを含む。各広帯域固有モードは、Ｎ_F副帯域に対するＮ_F固有ベクトルのそれぞれの組に関係している。送信モードとレートの選択は、例えば、単一搬送波ＭＩＭＯシステムに対して上で説明したものと同様に、Ｎ_S広帯域固有モードに対して、実行されてもよい。

図５は、送信局Ａ５１０と受信局Ｂ５５０のブロック図を示す。局Ａ５１０において、送信（ＴＸ）データプロセッサ５２０は、データ源５１２からトラヒックデータを受信し、トラヒックデータを処理（例えばフォーマット、コード化、インターリーブ、および変調）し、データシンボルを提供する。操作モードに対して、１つのデータストリームが、各固有モードで送られ、各データストリームは、そのストリーム／固有モードに対して選択された最終レートに基づいて、エンコードされ、変調されてもよい。非操作モードに対して、複数のデータストリームが、複数の空間チャネルで送られ、１つの最終レートがすべてのストリームに対して使用されてもよい。ＴＸ空間プロセッサ５３０は、選択された送信モードに対するデータシンボルとパイロットシンボルとで空間処理を実行し、Ｎ_T送信機ユニット（ＴＭＴＲ）５３２ａないし５３２ｔに対してＮ_Tストリームの送信シンボルを提供する。各送信機ユニット５３２は、それぞれの送信シンボルストリームを受信し、調整して、対応する変調信号を発生させる。送信機ユニット５３２ａないし５３２ｔからのＮ_T変調信号は、Ｎ_Tアンテナ５３４ａないし５３４ｔからそれぞれ送信される。

局Ｂ５５０において、Ｎ_Rアンテナ５５２ａないし５５２ｒは、局Ａにより送信された変調信号を受信し、各アンテナは受信信号をそれぞれの受信機ユニット（ＲＣＶＲ）５５４に提供する。各受信機ユニット５５４は、送信機ユニット５３２により実行される処理に相補的な処理を実行し、受信シンボルを提供する。受信（ＲＸ）空間プロセッサ５６０は、空間フィルタ行列Ｍ（ｎ）に基づいて、すべてのＮ_R受信機ユニット５５４から受信されたシンボル上で空間整合フィルタリングを実行し、検出されたデータシンボルを提供する。行列Ｍ（ｎ）は、選択された送信モードと、使用のため選択された受信機処理技術（例えば、フルＣＳＩ、ＭＭＳＥ、またはＣＣＭＩ）とに基づいて導出される。ＲＸデータプロセッサ５７０は、検出されたデータシンボルを処理（例えば、シンボルデマップ、デインターリーブ、および、デコード）し、局Ｂに対してデコードされたデータを提供する。

チャネル推定器５３８と５７８は、局ＡおよびＢそれぞれに対するチャネル推定を実行する。制御装置５４０と５８０は、局ＡおよびＢそれぞれにおいてさまざまな処理ユニットの動作を制御する。メモリユニット５４２と５８２は、それぞれ制御装置５４０と５８０により使用されるデータおよびプログラムコードを記憶する。

送信モードとレートの選択のため、チャネル推定器５７８は、局Ａから局ＢへのＭＩＭＯチャネルに対するチャネル応答と、ＭＩＭＯチャネルの空間チャネルに対する受信ＳＮＲとを推定してもよい。制御装置５８０は、受信されたＳＮＲに基づいて初期レートを決定してもよく、初期レートを含んでいてもよいフィードバックＣＳＩを提供してもよい。フィードバックＣＳＩは、ＴＸデータプロセッサ５９０により処理され、ＴＸ空間プロセッサ５９２により、さらにパイロットシンボルと多重化され、操作または非操作モードに対して空間処理されて、Ｎ_R送信シンボルストリームが発生される。Ｎ_R送信機ユニット５５４ａないし５５４ｒは、Ｎ_R送信シンボルストリームを調整し、Ｎ_R変調信号を発生させ、この信号はＮ_Rアンテナ５５２ａないし５５２ｒを通して送られる。

局Ａ５１０において、局Ｂからの変調信号は、Ｎ_Tアンテナ５３４により受信され、Ｎ_T受信機ユニット５３２により処理され、局Ｂに対する受信シンボルが取得される。受信シンボルは、ＲＸ空間プロセッサ５４４とＲＸデータプロセッサ５４６とによりさらに処理され、局ＢからフィードバックＣＳＩが取得される。制御装置５４０は、フィードバックＣＳＩを受信し、局Ｂへのデータ送信に使用する送信モードと最終レートとを選択し、データ源５１２とＴＸデータプロセッサ５２０に対するレート制御を行い、選択された送信モードとチャネル情報（例えば、固有ベクトル）とをＴＸ空間プロセッサ５３０に提供する。

ここで説明した送信モードとレートの選択技術は、さまざまな手段で実施してもよい。例えば、これらの技術はハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせで実施してもよい。ハードウェアの実施に関して、送信モードとレートの選択を実行するために使用される処理ユニットは、１以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理デバイス（ＤＳＰＤ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、現場プログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、制御装置、マイクロ制御装置、マイクロプロセッサ、ここで説明した機能を実行するように設計されている他の電子ユニット、またはこれらの組み合わせで実施してもよい。

ソフトウェアの実施に関して、ここで説明した送信モードとレートの選択技術は、ここで説明した機能を実行するモジュール（例えば、手続、関数等）で実施してもよい。ソフトウェアコードはメモリユニット（例えば、図５のメモリユニット５４２および／または５８２）中に記憶されてもよく、プロセッサ（例えば、制御装置５４０および／または５８０）によって実行されてもよい。メモリユニットは、プロセッサ内部またはプロセッサ外部で実現されてもよく、外部で実現されるケースでは、メモリユニットは技術的に知られているさまざまな手段によりプロセッサと通信可能に結合することができる。

これまでに開示した実施形態の説明は、当業者が本発明を作成または利用可能にするために提供された。これらの実施形態に対するさまざまな修正は、当業者にとって容易に明らかになり、ここで規定された一般的な原理は、本発明の精神または範囲を逸脱することなく、他の実施形態に適用し得る。したがって、本発明はここに示されている実施形態に制限されることを企図しているものではなく、ここに開示されている原理および新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲にしたがうことを企図している。

図１Ａは、例示的なパイロットとデータとの送信スキームを示す。 図１Ｂは、例示的なパイロットとデータとの送信スキームを示す。 図２は、ＭＩＭＯシステムに対して使用されてもよいフレーム構造を示す。 図３は、データ送信のために送信モードを選択するプロセスを示す。 図４は、データ送信のためにレートを選択するプロセスを示す。 図５は、局ＡおよびＢのブロック図を示す。

Claims (22)

1. 多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）ワイヤレス通信システムにおける、送信モードとレートとを選択する方法において、
   データ送信のために使用されるワイヤレスチャネルに対する受信信号品質を示すチャネル状態情報を取得することと、
   操作ＭＩＭＯパイロットまたは非操作ＭＩＭＯパイロットから、ＭＩＭＯチャネルの固有モードでデータを送信するために使用されるチャネル情報を取得し、前記操作ＭＩＭＯパイロットは、前記ＭＩＭＯチャネルの固有モードで送られるパイロットであり、前記非操作ＭＩＭＯパイロットは、Ｎ送信アンテナから送られるＮパイロット送信で構成されているパイロットであることと、
   前記チャネル情報と前記チャネル状態情報とのエイジを決定することと、
   前記チャネル情報のエイジに基づいて、複数の送信モードの中から送信モードを選択し、前記複数の送信モードは、データが前記ＭＩＭＯチャネルの固有モードで送信される操作モードと、前記ＭＩＭＯチャネルの空間チャネルでデータを送信するために前記チャネル情報が使用されない非操作モードとを含むことと、
   前記チャネル状態情報と、前記チャネル状態情報のエイジとに基づいて、データ送信のための少なくとも１つのレートを選択し、前記選択された送信モードと、前記選択された少なくとも１つのレートとにしたがって、前記ワイヤレスチャネルによりデータが送信されることとを含む方法。
2. 前記チャネル情報を導出するのに使用されるパイロットのエイジを決定し、前記チャネル情報のエイジは、前記チャネル情報を導出するのに使用されるパイロットのエイジに基づいて決定されることと、
   前記チャネル状態情報を導出するのに使用されるパイロットのエイジを決定し、前記チャネル状態情報のエイジは、前記チャネル状態情報を導出するのに使用されるパイロットのエイジに基づいて決定されることとをさらに含む、請求項１記載の方法。
3. 前記複数の送信モードの１つを選択することは、
   しきい値に対して前記チャネル情報のエイジを比較することと、
   前記チャネル情報のエイジが前記しきい値より低い、または、前記しきい値と等しい場合、前記操作モードを選択し、前記チャネル情報は、前記操作モードでデータを送信するための空間処理に使用されることとを含む、請求項１記載の方法。
4. 前記複数の送信モードの１つを選択することは、
   前記チャネル情報のエイジが前記しきい値より高い場合、前記非操作モードを選択することをさらに含む、請求項３記載の方法。
5. 前記ワイヤレスチャネルの時間可変特性の関数に基づいて、前記しきい値を決定することをさらに含む、請求項３記載の方法。
6. 複数のレートが前記システムによってサポートサポートされており、前記システムによってサポートされている複数のレートの中から、前記少なくとも１つのレートのそれぞれが選択される請求項１記載の方法。
7. 前記チャネル状態情報は、各空間チャネルに対して１つの初期レートで、多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）チャネルの複数の空間チャネルに対する複数の初期レートを含む、請求項６記載の方法。
8. 前記データ送信のための少なくとも１つのレートを選択することは、
   前記空間チャネルに対する初期レートに基づいて前記複数の空間チャネルのそれぞれに対する要求された信号対雑音干渉比（ＳＮＲ）を決定することと、
   前記複数の初期レートのエイジに基づいて、ＳＮＲバックオフを決定することと、
   前記空間チャネルと前記ＳＮＲバックオフとに対する前記要求されたＳＮＲに基づいて、前記複数の空間チャネルのそれぞれに対する調整されたＳＮＲを決定することと、
   前記空間チャネルに対する調整されたＳＮＲに基づいて、前記複数の空間チャネルのそれぞれに対する最終レートを決定することとを含み、
   前記複数の空間チャネルに対して決定された複数の最終レートを使用して、ＭＩＭＯチャネルの複数の空間チャネル上でデータが送信され、データ送信に対して選択された前記少なくとも１つのレートは前記複数の最終レートを含む、請求項７記載の方法。
9. 前記データ送信のための少なくとも１つのレートを選択することは、
   前記空間チャネルに対する初期レートに基づいて前記複数の空間チャネルのそれぞれに対する要求された信号対雑音干渉比（ＳＮＲ）を決定することと、
   前記複数の初期レートのエイジに基づいて、ＳＮＲバックオフを決定することと、
   前記空間チャネルと前記ＳＮＲバックオフとに対する前記要求されたＳＮＲに基づいて、前記複数の空間チャネルのそれぞれに対する調整されたＳＮＲを決定することと、
   前記複数の空間チャネルに対して決定された複数の調整されたＳＮＲに対する平均ＳＮＲを決定することと、
   前記平均ＳＮＲに基づいて、前記複数の空間チャネルに対する最終レートを決定することとを含み、
   前記複数の空間チャネルに対して決定された最終レートを使用して、前記複数の空間チャネル上でデータが送信され、データ送信のために選択された前記少なくとも１つのレートは前記最終レートを含む、請求項７記載の方法。
10. 前記複数の空間チャネルのそれぞれに対する調整されたＳＮＲは、１つの最終レートが前記複数の空間チャネルに対して使用されるとき、適用可能な第２のＳＮＲバックオフに基づいてさらに決定される、請求項９記載の方法。
11. 前記チャネル状態情報のエイジに基づいて、バックオフ係数を決定することをさらに含み、前記少なくとも１つのレートは、前記バックオフ係数に基づいてさらに選択される、請求項１記載の方法。
12. 前記バックオフ係数は、前記ワイヤレスチャネルの時間可変特性の関数に基づいて決定される、請求項１１記載の方法。
13. データ送信のための使用に対して選択された送信モードに基づいてバックオフ係数を決定することをさらに含み、複数の送信モードが前記システムによってサポートされており、前記少なくとも１つのレートは、前記バックオフ係数に基づいてさらに選択される、請求項１記載の方法。
14. 多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）ワイヤレス通信システムにおける、送信モードとレートとを選択する装置において、
    データ送信のために使用されるワイヤレスチャネルに対する受信信号品質を示すチャネル状態情報を取得し、操作ＭＩＭＯパイロットまたは非操作ＭＩＭＯパイロットから、ＭＩＭＯチャネルの固有モードでデータを送信するために使用されるチャネル情報を取得し、前記チャネル情報と前記チャネル状態情報とのエイジを決定し、前記チャネル情報のエイジに基づいて、複数の送信モードの中から送信モードを選択し、前記チャネル状態情報と、前記チャネル状態情報のエイジとに基づいて、データ送信のための少なくとも１つのレートを選択する制御装置と、
    前記選択された送信モードと、前記選択された少なくとも１つのレートとにしたがって、データを空間的に処理する空間プロセッサとを具備し、
    前記操作ＭＩＭＯパイロットは、前記ＭＩＭＯチャネルの固有モードで送られるパイロットであり、前記非操作ＭＩＭＯパイロットは、Ｎ送信アンテナから送られるＮパイロット送信で構成されているパイロットであり、
    前記複数の送信モードは、データが前記ＭＩＭＯチャネルの固有モードで送信される操作モードと、前記ＭＩＭＯチャネルの空間チャネルでデータを送信するために前記チャネル情報が使用されない非操作モードとを含む装置。
15. 前記制御装置は、
    前記チャネル情報を導出するのに使用されるパイロットのエイジを決定し、前記チャネル情報を導出するのに使用されるパイロットのエイジに基づいて前記チャネル情報のエイジを決定し、
    前記チャネル状態情報を導出するのに使用されるパイロットのエイジを決定し、前記チャネル状態情報を導出するのに使用されるパイロットのエイジに基づいて前記チャネル状態情報のエイジを決定する、請求項１４記載の装置。
16. 前記制御装置は、しきい値に対して前記チャネル情報のエイジを比較し、前記チャネル情報のエイジが前記しきい値より低い、または、前記しきい値と等しい場合、操作モードを選択し、前記空間プロセッサは前記操作モードでの空間処理に前記チャネル情報を使用する、請求項１４記載の装置。
17. 前記制御装置は、前記チャネル情報のエイジが前記しきい値より高い場合、非操作モードを選択し、前記空間プロセッサは非操作モードでの空間処理のためにチャネル情報を使用しない、請求項１６記載の装置。
18. 多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）ワイヤレス通信システムにおける、送信モードとレートとを選択する装置において、
    データ送信のために使用されるワイヤレスチャネルに対する受信信号品質を示すチャネル状態情報を取得する手段と、
    操作ＭＩＭＯパイロットまたは非操作ＭＩＭＯパイロットから、ＭＩＭＯチャネルの固有モードでデータを送信するために使用されるチャネル情報を取得する手段であって、前記操作ＭＩＭＯパイロットは、前記ＭＩＭＯチャネルの固有モードで送られるパイロットであり、前記非操作ＭＩＭＯパイロットは、Ｎ送信アンテナから送られるＮパイロット送信で構成されているパイロットである手段と、
    前記チャネル情報と前記チャネル状態情報とのエイジを決定する手段と、
    前記チャネル情報のエイジに基づいて、複数の送信モードの中から送信モードを選択する手段であって、前記複数の送信モードは、データが前記ＭＩＭＯチャネルの固有モードで送信される操作モードと、前記ＭＩＭＯチャネルの空間チャネルでデータを送信するために前記チャネル情報が使用されない非操作モードとを含む手段と、
    前記チャネル状態情報と、前記チャネル状態情報のエイジとに基づいて、データ送信のための少なくとも１つのレートを選択する手段であって、前記選択された送信モードと、前記選択された少なくとも１つのレートとにしたがって、前記ワイヤレスチャネルによりデータが送信される手段とを具備する装置。
19. 前記チャネル情報を導出するのに使用されるパイロットのエイジを決定する手段であって、前記チャネル情報のエイジは、前記チャネル情報を導出するのに使用されるパイロットのエイジに基づいて決定される手段と、
    前記チャネル状態情報を導出するのに使用されるパイロットのエイジを決定する手段であって、前記チャネル状態情報のエイジは、前記チャネル状態情報を導出するのに使用されるパイロットのエイジに基づいて決定される手段とをさらに具備する、請求項１８記載の装置。
20. 前記複数の送信モードの１つを選択する手段は、
    しきい値に対して前記チャネル情報のエイジを比較する手段と、
    前記チャネル情報のエイジが前記しきい値より低い、または、前記しきい値と等しい場合、前記操作モードを選択する手段とを具備し、
    前記チャネル情報は、前記操作モードでデータを送信するための空間処理に使用される、請求項１８記載の装置。
21. 前記複数の送信モードの１つを選択する手段は、
    前記チャネル情報のエイジが前記しきい値より高い場合、前記非操作モードを選択する手段をさらに具備し、
    前記チャネル情報は、前記非操作モードでデータを送信するための空間処理に使用されない、請求項２０記載の装置。
22. 多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）ワイヤレス通信システムにおける、送信モードとレートとを選択する集積回路において、
    データ送信のために使用されるワイヤレスチャネルに対する受信信号品質を示すチャネル状態情報を取得し、
    操作ＭＩＭＯパイロットまたは非操作ＭＩＭＯパイロットから、ＭＩＭＯチャネルの固有モードでデータを送信するために使用されるチャネル情報を取得し、
    前記チャネル情報と前記チャネル状態情報とのエイジを決定し、
    前記チャネル情報のエイジに基づいて、複数の送信モードの中から送信モードを選択し、
    前記チャネル状態情報と、前記チャネル状態情報のエイジとに基づいて、データ送信のための少なくとも１つのレートを選択するように動作可能なプロセッサを具備し、
    前記操作ＭＩＭＯパイロットは、前記ＭＩＭＯチャネルの固有モードで送られるパイロットであり、前記非操作ＭＩＭＯパイロットは、Ｎ送信アンテナから送られるＮパイロット送信で構成されているパイロットであり、
    前記複数の送信モードは、データが前記ＭＩＭＯチャネルの固有モードで送信される操作モードと、前記ＭＩＭＯチャネルの空間チャネルでデータを送信するために前記チャネル情報が使用されない非操作モードとを含み、
    前記選択された送信モードと、前記選択された少なくとも１つのレートとにしたがって、前記ワイヤレスチャネルによりデータが送信される集積回路。

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