情報と電力をチャネルのサブチャネルに割当てる装置及び方法
複数のサブチャネルを有するチャネルのサブチャネルに情報及び電力を割当てる装置（１００）であって、前記チャネルはチャネル情報によって表されるものであり、前記チャネル情報の前記複数のサブチャネルと、異なる情報割当て値と、異なる電力割当て値とに対し、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段（１０６）であって、あるシンボルは、前記チャネルの前記複数のサブチャネルに割当てられた複数の情報ユニットを含むものであり、前記複数の情報ユニットは、ある時間枠の間に前記チャネルを介して集合的に送信されるものである、手段を備えている。さらに、サブチャネルに情報及び電力を割当てるための前記装置（１００）は、前記異なる情報割当て値から情報割当て値を選択し、前記異なる電力割当て値から電力割当て値を選択する手段（１０８）であって、ある閾値を下回る、推定されたシンボルエラーレート値（１０６ａ）をもたらす手段も備えている。この開示された装置は、特にチャネルの部分的なチャネル状態情報のみが利用可能な場合に、チャネルのサブチャネルに対し、最適化された情報及び電力の割当てを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワイヤレス通信システムに関し、特にマルチ入力マルチ出力チャネルを有するワイヤレス通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）ワイヤレスシステムは、送信機アレイ及び受信機アレイにおけるフェージングに相関がある場合、著しい性能の劣化に直面する。これは、（最小平均二乗誤差ＭＭＳＥのような）線形受信機を有するシステムに対して特に言える。フェージングの相関は、ＭＩＭＯチャネル行列の固有値（eigenvalue）（ＥＶ）スペクトルに大きな影響を与える。例えば相関を取ると、平均して抜きん出ているＥＶがほんの少し存在するが、多くのＥＶはゼロに近い。チャネル状態情報（ＣＳＩ）を欠いた送信機は、ＭＩＭＯチャネルの様々なフェージング状態に適応化することはできないため、送信電力は小さなＥＶに関連付けられた質の悪い固有モード（eigenmode）にその電力を注ぎ込むことによって浪費される。
【０００３】
ＭＩＭＯチャネル行列のこのような固有値分解（eigenvalue decomposition）は、完全なチャネル状態情報が送信機及び受信機の両方で利用できる場合に特に有用であることに注意しなければならない。その理由は、このような場合、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを有するワイヤレスリンクは、ＭＩＭＯチャネルの可能な対角化（diagonalization）をもたらすからである。ＭＩＭＯチャネルのこのような対角化が生まれることによりＭＩＭＯチャネルを、直交するサブチャネルに分割することができる。ここで、各サブチャネルは、ＭＩＭＯチャネル行列の固有ベクトル（eigenvector）に対応するものである。図７は、このように分割したＭＩＭＯチャネルの概略図である。この図では、Ｌ個のサブチャネル７０２は、分離した（すなわち、直交する）サブチャネルとして示されている。情報ｓ1，ｓ2，．．．，ｓLが各サブチャネル７０２に与えられると、これらのサブチャネルのそれぞれの情報ｓ1，ｓ2，．．．，ｓLは、送信プロセッサ７０４によって処理される。この送信プロセッサ７０４は、処理された情報７０６を有する異なる固有ビーム（eigenbeam）（すなわち、異なるサブチャネル）を供給する。これら固有ビームは異なる送信容量を有しているため、固有ビームの強度は、特定の固有ビーム上で送信できる情報の量を表している。各固有ビームの強度は、固有値λ1，λ2，．．．，λLから認知することができる。これら固有値は、ＭＩＭＯチャネル行列の固有値分解から直接得られる。さらに、処理された情報７０６が異なる固有ビームを介して送信されるときに、ノイズ成分
【数１】
が、処理された情報７０６がサブチャネル７０２を介して送信される間に加えられる。サブチャネルを介して送信された後で、受信信号ｗ1，ｗ2，．．．，ｗLが各サブチャネルから得られる。受信プロセッサ７０８を用いて受信信号ｗ1，ｗ2，．．．，ｗLのそれぞれを処理した後で、受信情報
【数２】
が各サブチャネルから得られる。このような対角化できるＭＩＭＯチャネルを得ることにより、ビット及び電力のローディングは、例えば従来のＯＦＤＭ（ＯＦＤＭ：直交周波数分割多重化）の中で行われるため、結果として生じた直交チャネル（すなわち、サブチャネル）に対して適用できる。このような場合、ビットレートを最大にするため（非特許文献１を参照のこと）、ビットエラーレートを最小にするため（非特許文献２を参照のこと）、又は送信電力を最小にするために（特許文献１〜３を参照のこと）、ビット及び電力のローディングを行うための幾つかの方法が知られている。これに対して、送信機がＭＩＭＯチャネルのフェージング処理の相関に関する情報しか持っていない場合は、チャネルの対角化はもはや可能ではなく、上記の方法は適用されない。言い換えると、唯一の周知の解決策は今のところは、直交するサブチャネルとして固有ビームを処理し、前述した方法をその固有ビームに適用することから成ると言うことができる。これらの方法では、固有ビームを付加的な白色ガウスノイズ（ＡＷＧＮ）の直交チャネルと考え、それらのフェージングの性質を無視している。特に、Fischer 及び Huberは、ローディングアルゴリズムを提供している。このアルゴリズムでは、レート及び送信電力が各サブチャネル内の信号対雑音比を最大にするように割当てられる。閉じた形式の表現を得ることができるため、Fischer 及び Huberのアルゴリズムは複雑さが少なく、前述したようなChowらにより提案されたローディングアルゴリズムよりも更に複雑度が低い。しかしながら、このローディングアルゴリズムは、次善の（suboptimum）ローディングをもたらす単純な近似仮定（simplifying approximative assumption）に基づいている。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，６７９，２２７号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７３１，８１６号明細書
【特許文献３】米国特許第４，８３３，７０６号明細書
【非特許文献１】Ｐ．Ｓ． Ｃｈｏｗ、Ｊ．Ｍ． Ｃｉｏｆｆｉ、Ｊ．Ａ．Ｃ． Ｂｉｎｇｈａｍ、「Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｍｕｌｔｉｔｏｎｅ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ Ｌｏａｄｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ Ｓｈａｐｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、第４３巻、１９９５年、ｐ．７７３−７７５
【非特許文献２】Ｒ．Ｆ．Ｈ． Ｆｉｓｃｈｅｒ、Ｊ．Ｂ． Ｈｕｂｅｒ、「Ａ Ｎｅｗ Ｌｏａｄｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｍｕｌｔｉｔｏｎｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」、ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＧＬＯＢＥＣＯＭ、１９９６年、ｐ．７２４−７２８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、チャネルのサブチャネルに対し、改良された、情報及び電力の割当てを行う可能性を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に係るチャネルのサブチャネルに情報及び電力を割当てる装置、請求項１７に係るチャネルのサブチャネルに情報及び電力を割当てる方法、請求項１９に係る受信信号を検出する検出器、及び請求項２０に係る受信信号を検出する方法によって達成される。
【０００７】
本発明は、複数のサブチャネルを有するチャネルのサブチャネルに情報及び電力を割当てる装置であって、前記チャネルはチャネル情報によって表されるものであり、前記チャネル情報の前記複数のサブチャネルと、異なる情報割当て値と、異なる電力割当て値とに対し、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段であって、あるシンボルは、前記チャネルの前記複数のサブチャネルに割当てられた複数の情報ユニットを含むものであり、前記情報ユニットの数は、ある時間枠の間に前記チャネルを介して集合的に送信されるものである、手段と、前記異なる情報割当て値から情報割当て値を選択し、前記異なる電力割当て値から電力割当て値を選択する手段であって、該選択された情報割当て値と該選択された電力割当て値とは、ある閾値を下回る、推定されたシンボルエラーレート値をもたらす手段とを備える装置を提供する。
【０００８】
さらに、本発明は、複数のサブチャネルを有するチャネルのサブチャネルに情報及び電力を割当てる方法であって、前記チャネルはチャネル情報によって表されるものであり、前記チャネル情報の前記複数のサブチャネルと、異なる情報割当て値と、異なる電力割当て値とに対し、推定されたシンボルエラーレート値を決定するステップであって、あるシンボルは、前記チャネルの前記複数のサブチャネルに割当てられた複数の情報ユニットを含むものであり、前記情報ユニットの数は、ある時間枠の間に前記チャネルを介して集合的に送信されるものである、ステップと、前記異なる情報割当て値から情報割当て値を選択し、前記異なる電力割当て値から電力割当て値を選択するステップであって、該選択された情報割当て値と該選択された電力割当て値とは、ある閾値を下回る、推定されたシンボルエラーレート値をもたらすステップとを含む方法を提供する。
【０００９】
さらに、本発明は、ある受信信号を検出するための検出器であって、前記受信信号は、複数のサブチャネルを有するチャネルによって出力されるものあり、前記受信信号は、該受信信号に関連付けられている、あるサブチャネルに割当てられた情報ユニットを有するものであって、あるサブチャネル受信信号を得る手段と、前記サブチャネルの情報割当て情報を得る手段と、前記サブチャネルの前記割当て情報に基づいて、前記サブチャネル受信信号を復調する手段とを備える検出器を提供する。
【００１０】
さらに、本発明は、ある受信信号を検出する方法であって、前記受信信号は、複数のサブチャネルを有するチャネルによって出力されるものあり、前記受信信号は、該受信信号に関連付けられている、あるサブチャネルに割当てられた情報ユニットを有するものであって、あるサブチャネル受信信号を得るステップと、前記サブチャネルの情報割当て情報を得るステップと、前記サブチャネルの前記割当て情報に基づいて、前記サブチャネル受信信号を復調するステップとを含む方法を提供する。
【００１１】
本発明は、チャネル情報と異なる情報割当て値と異なる電力割当て値とを提供することにより、複数の推定されたシンボルエラーレート値を決定することができ、ここで情報割当て値及び電力割当て値は好ましく選択されて、最小の推定されたシンボルエラーレート値が結果として得られるという知見に基づいている。従って、本発明の方法では、徹底的な検索が好ましく実行される。この方法では、例えば固有ビームのようなサブチャネルへのビット割当てなどの全ての有意義な情報割当てが評価され、特定の情報割当てが選択される。これにより、好ましいことに、最小の推定されたシンボルエラーレート値と考えられる最小の上限値が結果として得られる。このため、本発明のアプローチでは、期待されるシンボルエラーレート（シンボルエラーレート：ＳＥＲ）値の上限を判断基準として用いる、情報ユニット（例えば、ビット）の最適な割当てを決定する装置及び方法が提供される。考えられる制約は、例えば送信すべきビットの総数、または最大送信電力の限度である。この推定されたシンボルエラーレート値を上限の基準として使用すると、情報ユニット（例えば、ビット）の割当て及び最適な電力のローディングを容易に計算することができる。それにしても、この方法は、好ましいことに全ての割当ての可能性、好ましいことにアンテナの数によって定義される、情報ユニットの実際の数及びサブチャネルの実際の数に関する徹底的な検索に基づいている。例えば、固有ビームの異なる強度を考慮すると、潜在的な割当ての数は極めて小さい値に留まる。その上、好ましいことに幾つかの停止条件を提案されたアルゴリズムの中に取り入れて、検索を著しく短縮することができる。
【００１２】
本発明の利点は、従来技術の方法とは異なり、システムの真の性能指数を形成する、推定されたシンボルエラーレート値の上限を基準として使用することであり、このため送信機のシナリオの中で使用するのに適しているということである。このシナリオでは、送信機において部分的なチャネル状態の情報のみを持っている。さらに、本発明の利点は、検索時に前記停止条件が導入され、最適な割当てのために考慮するサブチャネルの数が、例えば最大１０個の送信点、すなわち１０個の送信アンテナによって定義されるように適度に小さい場合は、提案したアルゴリズムの数値的な複雑度を、アルゴリズムの性能を低下させずに低減させることができるということである。これにより、本発明は、チャネルのサブチャネルに対する情報及び電力の割当てを改良する可能性を提供する。ここで、最新の方法とは対照的に、送信機において部分的なＣＳＩのみを持っていればよい。最新の方法では、チャネルのサブチャネルに対して情報及び電力の最適な割当てを行うためには、完全なＣＳＩを持つ必要がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の別の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、チャネルのサブチャネルに情報及び電力を割当てる装置１００のブロック図である。この装置１００は、異なる情報割当て値を提供する手段１０２と、異なる電力割当て値を提供する手段１０４と、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６と、選択する手段１０８とを備えている。異なる情報割当て値を提供する手段１０２は、１つのシンボルにおける全てのサブシステムに対して割当てられる全情報量を受信するための入力部１０２ａを備えている。さらに、この異なる情報割当て値を提供する手段１０２は、異なる情報割当て値を出力するための出力部１０２ｂを備えている。異なる電力割当て値を提供する手段１０４は、１つのシンボルを送信する間のチャネルのサブチャネルに割当てられる最大電力量を受信するための入力部１０４ａを備えている。さらに、異なる電力割当て値を提供する手段１０４は、異なる情報割当て値を提供する手段１０２が出力する情報割当て値を受信するための第２の入力部１０４ａ’と、チャネル情報を受信するための第３の入力部１０４ａ”とを備えている。さらに、異なる電力割当て値を提供する手段１０４は、異なる電力割当て値を出力するための出力部１０４ｂを備えている。
【００１５】
推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６は、異なる情報割当て値を提供する手段１０２の出力部１０２ｂから情報割当て値を受信するための第１の入力部１０６ａを備えている。さらに、この推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６は、異なる電力割当て値を提供する手段１０４の出力部１０４ｂから電力割当て値を受信するための第２の入力部１０６ａ’を備えている。さらに、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６は、チャネル情報を受信するための第３の入力部１０５を備えている。
【００１６】
さらに、この推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６は、推定されたシンボルエラーレート値を出力するための第１の出力部１０６ｂと、情報割当て値を出力するための第２の出力部１１０であって、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６の第１の入力部１０６ａに接続されている第２の出力部１１０と、電力割当て値を出力するための第３の出力部１１２であって、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６の第２の入力部１０６ａ’に接続されている第３の出力部１１２とを備えている。
【００１７】
選択する手段１０８は、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６から推定されたシンボルエラーレート値を受信するための第１の入力部１０８ａと、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６の第２の出力部１１０に接続されている第２の入力部と、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６の第３の出力部１１２に接続されている第３の入力部とを備えている。さらに、この選択する手段１０８は、選択された情報割当て値を出力するための第１の出力部Ｉoutと、選択された電力割当て値を出力するための第２の出力部Ｐoutとを備えている。第１の出力部Ｉoutは、選択する手段１０８の第２の入力部に接続されており、選択する手段１０８の第２の出力部Ｐoutは、選択する手段１０８の第３の入力部に接続されている。
【００１８】
図１に示されている装置１００の機能性は、次のように説明することができる。
【００１９】
全情報量、例えば１つのシンボルにおけるチャネルを介して送信される全ビット数は、入力部１０２ａを介して異なる情報割当て値を提供する手段１０２に入力することができる。この異なる情報割当て値を提供する手段１０２は、異なる情報割当て値を提供し、例えば全情報量を分割して、この全情報量の一部を異なるサブチャネルに割当てることができるように構成されている。例えば、全情報量が５ビットであり、チャネルが３個のサブチャネルを含んでいる場合、異なる情報割当て値を提供する手段１０２は、例えば第１のサブチャネルに３ビット、第２及び第３のサブチャネルに１ビットずつを割当てるという情報値の第１の集合を提供する。ここで、異なる情報割当て値を提供する手段１０２はさらに、情報割当て値の第２の集合を提供する。ここでは、２ビットが第１及び第２のサブチャネルにそれぞれ割当てられ、１ビットが第３のサブチャネルに割当てられる。このため、異なる情報割当て値を提供する手段１０２は、チャネルの利用可能なサブチャネルに異なる情報ユニットの集合体（コンスタレーション）を提供する。
【００２０】
異なる電力割当て値を提供する手段１０４は、入力部１０４ａを介して最大電力量、例えばハードウェアによる制約を受ける最大電力量を受信するように構成されている。すなわち、この最大電力量は、例えば僅か１ワットの電力を送信できる送信機回路によって決まる。第２の入力部１０４ａ’を介して異なる電力割当て値を提供する手段１０４に入力される異なる情報割当て値についての情報と、第３の入力部１０４ａ”を介して手段１０４へ入力されるチャネルについての情報（例えば、チャネルの共分散行列の固有値）とに基づいて、異なる電力割当て値を提供する手段１０４は、異なる情報割当て値に対応する異なる電力割当て値を提供するように構成されている。前述した実施例に戻ると、異なる電力割当て値は、例えば１ワットを３個のサブチャネルに割当てる電力割当て値の第１の集合を含んでおり、例えば３ビットの情報を搬送する第１のサブチャネルに６００ｍＷが割当てられ、それぞれ１ビットの情報を搬送する第２及び第３のサブチャネルにそれぞれ２００ｍＷの電力が割当てられる。情報割当て値の第２の集合については、異なる電力割当て値を提供する手段１０４は、それぞれが２ビットの情報を搬送する第１及び第２のサブチャネルに４００ｍＷずつを割当てるように構成されている。ここで、１ビットの情報を搬送する第３のサブチャネルには、２００ｍＷが割当てられる。従って、異なる電力割当て値を提供する手段は、異なる情報割当て値を提供する手段１０２によって提供される、異なる情報割当て値の集合に対応する異なる電力割当て値の集合を提供するように構成されている。
【００２１】
ここで、異なる情報割当て値及び異なる電力割当て値の前記集合は、第１の入力部１０６ａと第２の入力部１０６ａ’とを介して、決定する手段１０６に送られる。決定する手段１０６は、決定する手段１０６の第３の入力部１０５を通して、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６に提供されたチャネル情報をさらに考慮する。推定されたシンボルエラーレート値を決定するための正確なアルゴリズムについては、後ほど説明する。しかしながら、異なる情報割当て値及び異なる電力割当て値の集合に基づいて、決定する手段１０６は、異なる推定されたシンボルエラーレート値を提供するように構成されている。これらの値は、決定する手段１０６の第１の出力部１０６ｂを通して提供される。さらに、決定する手段１０６の第１の出力部１０６ｂにおける推定されたシンボルエラーレート値の基礎である情報割当て値及び電力割当て値は、決定する手段１０６の第２の出力部１１０及び第３の出力部１１２を通して提供される。同時に、決定された、推定されたシンボルエラーレート値が、決定する手段１０６の第１の出力部１０６ｂを通して提供される。
【００２２】
決定する手段１０６の出力に基づいて、選択する手段１０８は、特定の推定されたシンボルエラーレート値に対応する情報割当て値及び電力割当て値を選択するように構成されている。この特定の推定されたシンボルエラーレート値は、選択する手段１０８が、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６から受信した、最小の推定されたシンボルエラーレート値であることが好ましい。次に、この選択された情報割当て値は、選択する手段１０８の第１の出力部Ｉoutを通して出力され、一方選択された電力割当て値は、選択する手段１０８の第２の出力部Ｐoutを通して出力される。
【００２３】
さらに、装置（１００）は、選択する手段１０８の第１の出力部Ｉoutによって出力される情報割当て情報を用いる適応変調器と、選択する手段１０８の第２の出力部Ｐoutによって出力される電力割当て情報を用いる電力割当器とを備えていてもよい。ここで、これら適応変調器及び電力割当器は、チャネルのサブチャネルが互いに空間的に異なるように、送信点に対する信号を発生させる。
【００２４】
装置１００は、情報及び電力をチャネルのサブチャネルに割当てるように構成されているので、送信機において部分的なＣＩＳしか知られていない場合でも、情報及び電力をサブチャネルに最適に割当てることができる。このように、この部分的なチャネル状態情報を使用して性能の向上をもたらすビット及び電力のローディングを行うことができ、したがて、送信機における部分的なＣＩＳを用いてビット及び電力のローディングを同時にそして効果的に行うことができるということが分かる。
【００２５】
推定されたシンボルエラーレート値を決定するためのアルゴリズムについてであるが、例えば複数のサブチャネルを有するチャネルのようなＭＩＭＯリンクを考慮する必要がある。ここで、送信信号ｘ
【数３】
と受信信号ｙ
【数４】
との間の関係は、式（１）によって与えられる。
ｙ＝Ｈｘ＋ｎ （１）
ここで、
【数５】
はＭＩＭＯチャネルを表し、ｎは白色ガウスノイズを表している。送信機がチャネルに関して有する全ての情報は、
ＲTx＝Ｅ｛ＨHＨ｝
によって与えられる、送信相関行列（transmit correlation matrix）から構成されている。
【００２６】
ここでいう送信相関行列は、チャネルの自己共分散行列（auto-covariance matrix）の一例である。この情報を用いて、送信信号のベクトルｘを送信機におけるＲTxの固有ベクトルの行列に乗算することができる。この線形プレコード化により、いわゆる固有ビームが得られる。この固有ビームのエルゴード容量（ergodic capacity）に関する最適化は、レイリーフェージングチャネルに対して既に示されている（非特許文献３を参照のこと）。しかしながら、送信すべきビット数及び最大送信電力の限度を考えると、性能を最適化するためにはどの程度の電力及びビットを個々の固有ビームに割当てるべきかという疑問が生ずる。この疑問に対する回答が、まさに本発明の目的である。
【非特許文献３】Ｓ．Ａ．Ｊａｆａｒ、Ｓ．Ｖｉｓｈｗａｎａｔｈ、Ａ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ、「Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｔ ａｎｄ Ｒｅｃｅｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ＩＣＣ、２００１年
【００２７】
式（１）で表されているモデルは、送信機で行われるプレコード化及び電力ローディングを考慮するために拡張することができる。
【数６】
がＲTxの固有ベクトルの行列を表し、
【数７】
が、電力を送信信号のそれぞれの構成要素に割当てる対角行列である場合は、下記のように表現することができる。
ｙ＝ＨＵＰ1/2ｘ＋ｎ
【００２８】
このシステムモデルを考慮すると、受信機における信号の最尤検出により式（２）が得られる。
【数８】
【００２９】
式（２）において、
【数９】
が、特定のチャネルを表すもの（channel realisation）に条件付けられた、送信されたｘを有するｘ’に等しくなる確率は、ペアワイズエラー確率（pair wise error probability）（ＰＥＰ）と呼ばれる。現在のシステムモデルに関して、この確率はガウスエラー関数（Gaussian error function）を用いて閉じた形式で表すことができ（非特許文献４を参照されたい）、結果として式（３）が得られる。
【数１０】
ここで、σ2は受信機における複素数値ノイズ処理の分散であり、Ｈは特定のチャネルを表すものであり、ｄ（ｘ，ｘ’，Ｈ）は、式（４）で表される、受信機における２つの送信信号の距離である。
【数１１】
ここで、△＝ｘ’−ｘである。送信機において現在のチャネルを表すものに関しての情報は利用できないため、全ての可能なチャネルを表すものについて、式（３）の期待値を計算することが適している。これは、エルゴードペアワイズエラー確率（ergodic pair wise error probability）をもたらす。しかしながら、この期待に対して、閉じた解決策（close solution）は利用できない。幸いなことに、式（３）は、式（５）のようにガウスエラー関数に対するチェルノフ限度（Chernoff bound）を用いて、しっかりと上限を設けることができる。
【数１２】
この式（５）の平均値は、エルゴードペアワイズエラー確率の上限を与える。この上限の期待値に対する有意義な式を得るために、式（４）に関して幾つかの代数操作が必要になる。
【数１３】
ここで、
【数１４】
は行列Ｈの第ｍ行を表し、ＲTx＝Ｒ1/2Ｒ1/2である。これらの式に対して、ＲTxはフルランク（full-rank）の行列であるという仮定が作られる。これは、代数的な観点からほぼ１の確率である。さらに、Ｈにおけるガウス分布エントリー（Gaussian distributed entry）と、受信機における空間的な非相関性と、ＭＩＭＯチャネルを同じ統計値で示す全てのＭＩＳＯチャネル（ＭＩＳＯ：マルチ入力シングル出力）とを仮定すると、ｚmの構成要素は、以下のようなｉ．ｉ．ｄ．ガウス変数である。
【数１５】
【非特許文献４】Ｇ．Ｇ．Ｒａｌｅｉｇｈ、Ｖ．Ｋ．Ｊｏｎｅｓ、「Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」 ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、第１７巻、１９９９年５月、ｐ．３５７−３６６
【００３０】
これらベクトルｚmの特性を考慮すると、式（５）の上限の期待値は容易に計算することができ、式（６）が得られる。
【数１６】
ここで、λr（Ｍ）は行列Ｍの固有値であり、ρはそのランクである。最後に、式（６）は、以下の式（７）による行列式のような簡潔な形式に書き直すことができる。
【数１７】
【００３１】
例えこうでも、式（７）は電力及びビットのローディングに依存するため、その式はビット及び電力を固有ビームに割当てる基準として極めて有用とは言えない。ビットローディングに対する依存性は明確ではない。さらに、それはｘ及びｘ’の特定の選択に極めて強く依存する。このため、ビットローディングに対する明確な依存性を示し、同時にシンボルの特定のペアに対する依存性を取り除くものである、式（７）の上限を探すことが都合が良い。ｄｅｔ（Ｉ＋ＢＡ）が行列式（Ｉ＋ＡＢ）に等しいという考えを用いて、式（７）を以下のように書き変えることができる。
【数１８】
ここで、Λは、対角成分にＲTxの固有値を持つ行列である。ここで、この式は以下の式（８）に示すように、容易に上限を決めることができる。
【数１９】
【００３２】
式（８）では、ｄnは、固有ビームｎを介して送信するために使用される集合体の任意の２点間の最短距離であり、λnはその関連する固有値であり、Ｐnはその電力ロードである。要素αnを含めることによって、式（８）の上限をさらに洗練することができる。この要素αnは、その各項において発見的要素（heuristic factor）と考えることができる。この発見的要素αnは、任意の要素、又は信号集合体の中の任意の他の点に最も近接している点の平均数を意味する要素である。結果として得られる式は、期待された、又は推定されたシンボルエラーレートの上限である。これは、式（９）に基づいて評価することができる。
【数２０】
【００３３】
式（９）は、アルゴリズムが特定のビット及び電力の割当ての利点を評価するために使用する基準となる。
【００３４】
基本的な組合せの問題を解くことにより、Ｂ個のビットを、
【数２１】
におけるＭt個の固有ビームに異なる方法で割当てることができる。これらの組合せのそれぞれは、強力アルゴリズム、すなわち最初に最適な電力のローディングを計算し、次に式（９）から値を得るために電力及びビットのローディングを使用することによって評価することができる。最小の値が得られるビット及び電力のローディングの割当てを選択する必要がある。所定のビットローディングに対して、最大送信電力の制約を受ける式（９）を最小化にすることにより、最適な電力ローディングが得られる。解は、式（１０）によって与えられる。
【数２２】
ここで、μは下記の制約、
【数２３】
及び
【数２４】
を満たすように選択される。
【００３５】
一例として、Ｍt＝４及びＢ＝６の場合、このようなアルゴリズムが評価する必要がある割当ての数は８４になる。たとえこの数がコンピュータ的に不可能な程大きいようには思われなくても、本願の根底にある問題の幾つかの特性を検討することによって、その数を減らすことに関心がある。固有値が
【数２５】
のように並べられる場合、弱い固有ビームが強い固有ビーム、すなわちｂn個のビットを有する固有ビームｎのビットロードを示す固有ビームよりも大きくロードされるような割当ては破棄することができ、下記の特性、
【数２６】
を有する割当てのみが理に適うように思われる。その特性に反するビットの割当てを行うと、大部分の電力が弱い固有ビームへのオーバーロードを補償するために使用されるといった電力ローディングを行うことになり（式（１０）を参照のこと）、結果として性能が低下する。
【００３６】
ビットロードが増加しない特性が適用される組合せの数は、以下の式のように計算できる。
【数２７】
ここで、
【数２８】
は、次に小さい整数値を返すものである。この式を用いて、ここで前の例に対しビットロードが増加しない組合せの数を計算できる。評価すべき割当て数は９にまで減少する。最適なビット及び電力のローディングを探すアルゴリズムは、明確な順序でそれぞれの可能性のある割当てを評価する一連の入れ子のループを用いて実行することができる。さらに、ＭＩＭＯチャネルの受信アンテナの数以下の数を個数とする固有ビームのみが情報をロードされることを考慮することができる。このため、本アプローチは、このような複数の受信アンテナを考慮することができない最新のアプローチに対して付加的な自由度を有する。
【００３７】
このような電力及びビットローディング検索アルゴリズムは、図２に概略的に示されている。図２に示されているアルゴリズムは、入れ子にされた複数のループ２０２，２０４，及び２０６を含んでおり、それぞれのループは、ビット数をあるサブチャネルに割当てる。最初に、入れ子ループの最も内側のループ２０２の動作をより詳細に説明する。最も内側のループ２０２は、ビットｂ2の数を２番目に強い固有ビームｎ＝２に割当てる。ビット数は、３番目に強い固有ビームｎ＝３に割当てられたビットｂ3の数から、式（Ｂ−ｂMt−ｂMt-1−．．．−ｂ3）／２に相当する値までの範囲にわたる。このため、２番目に強い固有ビームに割当てられた最小のビット数は、少なくとも３番目に強い固有ビームに割当てられたビット数であるため、第２の固有ビームよりも弱い固有ビームに割当てられたビット数は、２番目に強い固有ビームに割当てられたビット数よりも確実に小さくなる。さらに、２番目に強い固有ビームには、最大のビット数が割当てられる。この最大の数は、割当てられる全ビット数Ｂの差分の半分に等しく、また第２の固有ビームよりも弱い固有ビームに割当てられる全てのビットの合計である。このため、２番目に強い固有ビームが第１の固有ビーム以下のビットに割当てられ、これにより２番目に強い固有ビームが最も強い固有ビームに割当てられたビット数よりも少ないか、又は少なくとも等しいビット数に確実に割当てられるようにすることができる。上記の条件は、図２に示されているアルゴリズムの行２０８から理解することができる。さらに、情報割当て値の１つの集合に対応する可変のビットローディングは、図２の行２１０に示されているように計算される。ここで、変数bit#loadingに基づいた電力のローディングは、図２に示されているアルゴリズムの行２１２で計算される。この電力のローディングは、図１に示されている例の場合は、異なる電力割当て値の１つの集合に対応する。変数bit#loading及びpower#loadingに基づいて、限度が図２に示されているアルゴリズムの行２１４で計算される。この限度は、図１に示されている推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６によって決定される推定されたシンボルエラーレート値に対応している。次に、アルゴリズムの行２１６に示されているように、計算された限度は、変数bound#minによって示される最小の限度と比較される。行２１４で計算された限度が最小の限度よりも小さい場合、この最小の限度は行２１４で決定された限度の値が割当てられて、行２１４で決定された限度に対応する最小のビットローディングの集合体及び最小の電力ローディングの集合体が保存される。これらの動作は、図２に示されているアルゴリズムの行２１８で実行される。このようにして、情報割当て値をうまく選択することができる。これらの情報割当て値は、図２に示されているアルゴリズムの行２１０で計算されたビットローディングと、行２１２で計算された電力ローディングに対応する電力割当て値とに対応し、結果としてアルゴリズムの行２１４で計算された、限度に対応する最小の推定されたシンボルエラーレート値を得る。
【００３８】
外側のループ２０４及び２０６を検討する場合、内側ループ２０２に関連する説明が同等に適用されることに注意されたい。より具体的に言うと、固有ビームＭt−１には、最も弱い固有ビームｎ＝Ｍtに割当てられた少なくともビット数ｂMtであるビット数ｂMt-1が割当てられる。この場合、２番目に弱い固有ビームｎ＝Ｍt−１に割当てられるビットの最大数は、送信される全ビット数Ｂから最も弱い固有ビームに割当てられたビットｂMtの数を減じ、その結果を固有ビームから１を引いた数で割ったものである。このように、２番目に弱い固有ビームに割当てられる最大のビット数は、送信される全ビット数から最も弱い固有ビームに割当てられるビットを引いたものが全部でＭt−１個の最も強い固有ビームに等しく割当てられる場合と少なくとも同じぐらい大きいものとすることができる。ビット数ｂMt−１の割当ては、図２に示されているアルゴリズムの行２２０からわかる。
【００３９】
ビット数ｂMtは、図２に示されているアルゴリズムの行２２２から決定することができる。ここで、最も弱い固有ビームＭtに割当てられたビット数は、０ビットとＭtビットによって除算されたＢとの間の範囲にある。
【００４０】
従って、図２に示されているアルゴリズムによれば、最も強い固有ビームは全てのビットが割当てられ、次に第２の固有ビームは続いて、最大の許容値までのより多くのビットが割当てられる。この最大の許容値は、非増加ビットローディング条件によって与えられる。ここで第３の固有ビームのローディングが開始され、次に第４など全ての割当てが評価されるまで続く。この可能なビット割当ての配列を利用して、停止条件をループ内に取り入れることにより計算の数を更に減らすことができる。従って、特定の固有ビームｎに対して、付加的なビットの割当てｂn＝ｂn+1が結果として限度を改善しない場合は、固有ビームｎ及び任意のより弱い固有ビームがｂnよりも多くロードされるような全ての割当てについての検索を行うことができる。結果として得られるアルゴリズムを図３に示す。
【００４１】
図３は、各ループ内の停止条件を考慮していることを除いて図２に示されているアルゴリズムに基づいた、情報及び電力をサブチャネルに割当てるためのアルゴリズムである。従って、図３に示されているアルゴリズムは、特に内側のループ２０２，２０４及び２０６を有する図２に示されているアルゴリズムにほぼ等しい。このアルゴリズムの最初に、最も弱い固有ビームＭtに対して所定の限度値のリセットが行われる行３０２がある。ここで、限度変数に例えば１００のような極めて高い値を割当てることによって、リセットが実行される。続いて、外側ループ２０６が行２２２により開始する。この行２２２は、図２のアルゴリズムに示されている行２２２と同様である。次の行３０４で、２番目に弱い固有ビームｎ＝Ｍt−１に対する最小の限度値のリセットが、図３のアルゴリズムの行３０２に示されている最も弱い固有ビームＭtの限度変数のリセットと同じ方法で実行される。その下の次の行は、図２の行２２０に相当する行であり、２番目に弱い固有ビームＭt−１を割当てるループを示している。この行に続く行３０６では、２番目に強い固有ビームに対する限度値のリセットが、行３０４及び３０２でリセットが実行されるのと同じ方法で行われる。次の行は、２番目に強い固有ビームのビット数ｂ2の割当てを再度示している。これは、図２に示されているアルゴリズムの行２０８に対応している。次の３つの行は、図２の行２１０，２１２及び２１４に相当する。ここで行２１４は、その行で計算される限度が２番目に強い固有ビームに対する限度だけであるように僅かに修正されている。２番目に強い固有ビームに対する限度が、行２０８で始まる行を通して一気に計算された最小の限度よりも小さい場合は、２番目に強い固有ビームに対する最小の限度は、行２１４で計算された限度値に設定される。さらに行３０８において、２番目に強い固有ビームがビット数ｂ2を割当てられる最も内側のループに対して、全てのループに対する最小の限度を行２１４で計算された限度と比較する弁別が実行される。行２１４で計算された２番目に強い固有ビームに対する限度が最小の限度よりも小さい場合は、最小の限度が行２１４で計算された２番目に強い固有ビームの限度値に対して設定され、そしてビットローディング及び電力ローディングが、図２に示されているアルゴリズムの行２１８に基づいて保存される。行２１４で計算された２番目に強い固有ビームに対する限度が２番目に強い固有ビームに対する最小の限度よりも小さくない場合は、else文に続く行３１０の動作が実行される。行３１０の動作は、第２の固有ビームよりも弱い固有ビームの１つに割当てられたビット数が、第２の固有ビームに割当てられたビット数よりも小さいかどうかの確認である。第２の固有ビームに割当てられたビット数よりも小さいビット数が割当てられた、第２の固有ビームよりも弱い固有ビームがない場合は、図３に示されているアルゴリズムは停止する。そうでない場合は、符号３１２で示されている行の中の命令が実行される。ここでは、最初に、最も弱い固有ビームの数ｎ0が計算される。それは、第２の固有ビーム自身が有力候補である２番目に強い固有ビーム−１と同じ数のビットが割当てられる。その後、行３１４において、固有ビームの数ｎ0に対する最小限度が第２の固有ビームに対する最小限度よりも大きいかどうか、又は数ｎ0が２に等しいかどうかを確認する。等しい場合は、固有ビームの数ｎ0に対する最小限度は、２番目に強い固有ビームの最小限度値に等しく設定される。これに続いて、最も内側のループ２０２を抜ける命令、及び固有ビームの数ｎ0＋１が計算されるループへのジャンプが実行される。行３１４内の識別の結果が「偽」である場合、内側ループ２０２を抜けて、固有ビームの数ｎ0のビットの割当てが計算されるループへのジャンプが実行される。
【００４２】
図３に示されているアルゴリズムの符号３１６が示している行の中の命令は、行３０８から始まる前に概要を説明した行と同様の動作を行い、複数の入れ子ループのさらに別のループに対して前述したような機能を提供する。
【００４３】
まとめると、最も外側のループ２０６では、２番目に弱い固有ビームに対する最小の限度値が、最も弱い固有ビームに対する最小の限度値よりも小さいかどうかの識別が実行され、これが小さい場合は、最も弱い固有ビームに対する最小の限度値が２番目に弱い固有ビームの最小の限度値に対して設定される。これとは逆に、２番目に弱い固有ビームに対する最小の限度値が、最も弱い固有ビームに対する最小の限度値よりも小さくない場合は、図３に示されているアルゴリズムは停止する。
【００４４】
そうであったとしても、アルゴリズムに取り入れられた開始条件は、直感的にうまく作られているように思われるが、最適なアルゴリズムに到達する可能性は保証されない。しかしながら、停止条件を用いて得られた解と用いない場合の解との間の差異は、性能の点からするとむしろ重要でないことが分かる。大まかに言うと、いずれかの段階で、特定の固有ビームのビットロードを増加させることは、性能の低下をもたらすと言うことができる。その理由は、電力がその固有ビームの過負荷を補償することができないためであり、その固有ビーム又は同じ負荷を有するより弱い固有ビームを更にローディングすることは性能を更に劣化させる可能性がある。
【００４５】
有効性を検証するために、提案されたアプローチは、Ｍt＝４個の送信アンテナ及びＭr＝４個の受信アンテナを有するチャネルにビット及び電力のローディングを行うように適用される。ビットロードはＢ＝６ビットになるように選択され、固有値の特徴は図４に示されている。このように、図４は固有値λ1、λ2、λ3及びλ4を示している。この図で、第１の固有値λ1は、最も強い固有ビームに対応する固有値である。第２の固有値λ2は第１の固有値よりも小さく、第３の固有値λ3は第２の固有値よりも小さく、また第４の固有値λ4は第３の固有値λ3よりも小さい。チャネルを介して情報を送信するために、ＭＩＭＯチャネル環境の中で使用される受信アンテナの数に相当する数の固有ビームのみが使用されることに注意されたい。
【００４６】
図５Ａ〜図５Ｄは、提案されたアプローチを適用することから得られ、あたかもＡＷＧＮチャネルのように直交する固有ビームを用いた、Fischer 及び Huberによって示されたアルゴリズム（近似方法）を適用することから得られたビット及び電力のローディングの図である。図５Ａは、本発明の方法に基づいた電力ローディングを示している。この図では、（線５０２で示されている）第１の固有ビームに割当てられた電力は、全ての信号対雑音比ＳＮＲに対して、（線５０４で示されている）２番目に強い固有ビームに割当てられた電力よりも常に高いことが分かる。さらに、図５Ｂは、線５０６で示されている、固有値λ1を有する最も強い固有ビームに割当てられたビットを示している。この線５０６は、固有値λ2を有する固有ビームに対応する、２番目に強い固有ビームにロードされたビットよりも大きい。ここで、第１の固有ビームに割当てられたビット数は、第２の固有ビームに割当てられたビット数よりも常に大きい。
【００４７】
図５Ｃは、Fischer 及び Huberによって提案された近似方法による電力ローディングを示している。この図では、電力は最初に３つの固有ビームにロードされ、固有値λ3を有する第３の固有ビームは、固有値λ1を有する第１の固有ビームよりも多くの電力が割当てられていることが分かる。その結果、全て利用可能な大量の電力が弱い固有ビームに割当てられ、３つの固有ビームにビットを割当てることに注意されたい。このことは、図５Ｄから理解できる。
【００４８】
図６Ａは、Fischer 及び Huberによって提案された近似方法とは対照的に、式（９）によって計算された、推定されたシンボルエラーレートが、本発明の部分なＣＳＩベースの方法に基づいて電力及びビットのローディングに対して示されていることを表す図である。図６Ａから分かるように、本発明の部分的なＣＳＩベースの方法は、全ての信号対雑音比ＳＮＲにわたって、Fischer 及び Huberによって提案された近似方法よりも小さい、推定されたシンボルエラーレート値（＝限度値）を提供する。ここでまとめると、ビットエラーレート（＝ＢＥＲ）は、図６Ｂに示されているように得ることができる。従って、図６Ｂに示されているように、本発明の部分的なＣＳＩベースの方法から結果として生じたビットエラーレートは、全ての信号対雑音比ＳＮＲにわたって、Fischer 及び Huberによって提案された近似方法によるビット及び電力のローディングから得られたビットエラーレートよりも常に小さいことに注意されたい。
【００４９】
図６Ａには、両方の方法から得られた限度値の曲線が示されている。この実施例の場合、性能の差異は１ｄＢを超えている。しかし、それよりも一層重要なことは、Fischer 及び Huberによって提供された解決策は、アンテナ数又はＳＮＲなどの本質的なシステムパラメータを意識していない（図５Ｃ及び図５Ｄを参照のこと）のに対し、提案したアプローチは全ての重要なシステムパラメータを考慮に入れ、式（９）を最小化するビット及び電力のローディングを行う（図６Ａを参照のこと）ことが認められるということである。かかるコストは無論、増加した計算の複雑性である。しかしながら、送信アンテナ及びビットロードの実際の数に対しては、この付加的な複雑性は無視できる。例として、下位条件（sub-condition）を有する提案されたアプローチが、図５Ａ〜図５Ｄ及び図６Ａに示されている解決策に到達するには、最悪の場合、６回の計算を必要とする。最後に、シミュレーション曲線が図６Ｂに示されている。この図は、送信機において部分的なＣＳＩを有するＭＩＭＯシステムの送信品質に対する性能指数として、式（９）の選択をバックアップしていることが分かる。
【００５０】
本発明の方法は、ある実施要件に依存して、ハードウェア又はソフトウェアの中で実現できる。この実現は、本発明の方法が実行できるようにプログラム可能なコンピュータシステムと共に動作できるディジタル記憶媒体、特に電子的に読取り可能な制御信号を記憶したディスク又はＣＤを用いて行うことができる。従って、本発明は全体的に、コンピュータが読取り可能な担体上にプログラムコードが記憶されたコンピュータプログラム製品である。このプログラムコードは、コンピュータ上で本発明による方法を実行する。言い換えると、本発明の方法は、コンピュータ上で本発明の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。
【００５１】
最後に、本発明は、受信信号を検出するための検出器及び方法も含んでいると言うことができる。この受信信号は、複数のサブチャネルを有するチャネルにより出力されるものである。さらにこの受信信号は、その受信信号に関連付けられている、あるサブチャネルに割当てられた情報ユニットを有している。ここで、検出器はサブチャネル受信信号を得る手段と、サブチャネルに対する情報割当て情報を得る手段と、サブチャネルに対する割当て情報に基づいてサブチャネル受信信号を復調する手段とを備えている。言い換えると、本発明は受信信号を受信し変調するように構成されている受信機も含んでいると言うことができる。この受信信号は、上記のアルゴリズムに基づいて情報及び電力がロードされる送信信号に対応している。
【００５２】
要約すると、ＭＩＭＯシステム内のビット及び電力双方のローディングは、送信側のフェージング相関についての情報が送信機で利用できる場合に行うことができる。プログラムの制約は、最大送信電力の限度及び送信するビット数である。この方法は全ての有意義なビット割当てを調査して、期待されるシンボルエラーレート値の上限を最小にする方法を見つけ出す。また、停止条件をアルゴリズムに取り入れることができる。この停止条件は検索処理の中で必要な計算量を著しく減少させるが、性能にはほとんど影響しない。この方法は、完全なＣＳＩに基づいており、部分的なＣＳＩの場合に直接的に適用される最新式の方法を凌ぐものである。送信アンテナ及びビットの実際の数については、提案された方法の複雑度が、実際の実施に障害をもたらすことはない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態に基づいて、チャネルのサブチャネルに対して情報及び電力を割当てるための本発明に係る装置のブロック図である。
【図２】本発明の方法を実行するための具体例としてのアルゴリズムを示す図である。
【図３】本発明の方法を実行するための具体例としての別のルーチンである。
【図４】チャネル行列の複数の例示的な固有値の強度を示す図である。
【図５Ａ】図４に示した固有値及び本発明による実施形態を用いた、具体例としての電力ローディング及びビットローディングを示す図である。
【図５Ｂ】図４に示した固有値及び本発明による実施形態を用いた、具体例としての電力ローディング及びビットローディングを示す図である。
【図５Ｃ】図４に示されている固有値の強度を用いた従来の近似方法の電力ローディング及びビットローディングを示す図である。
【図５Ｄ】図４に示されている固有値の強度を用いた従来の近似方法の電力ローディング及びビットローディングを示す図である。
【図６Ａ】本発明の方法を従来の近似方法と比較した、信号対雑音比（ＳＮＲ）に対する推定された限度及び推定されたビットエラーレートを示す図である。
【図６Ｂ】本発明の方法を従来の近似方法と比較した、信号対雑音比（ＳＮＲ）に対する推定された限度及び推定されたビットエラーレートを示す図である。
【図７】Ｌ個のサブチャネルを有する、完全なチャネル状態情報を含んだチャネル行列に基づいて対角化されたチャネルのブロック図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明はワイヤレス通信システムに関し、特にマルチ入力マルチ出力チャネルを有するワイヤレス通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）ワイヤレスシステムは、送信機アレイ及び受信機アレイにおけるフェージングに相関がある場合、著しい性能の劣化に直面する。これは、（最小平均二乗誤差ＭＭＳＥのような）線形受信機を有するシステムに対して特に言える。フェージングの相関は、ＭＩＭＯチャネル行列の固有値（eigenvalue）（ＥＶ）スペクトルに大きな影響を与える。例えば相関を取ると、平均して抜きん出ているＥＶがほんの少し存在するが、多くのＥＶはゼロに近い。チャネル状態情報（ＣＳＩ）を欠いた送信機は、ＭＩＭＯチャネルの様々なフェージング状態に適応化することはできないため、送信電力は小さなＥＶに関連付けられた質の悪い固有モード（eigenmode）にその電力を注ぎ込むことによって浪費される。
【０００３】
ＭＩＭＯチャネル行列のこのような固有値分解（eigenvalue decomposition）は、完全なチャネル状態情報が送信機及び受信機の両方で利用できる場合に特に有用であることに注意しなければならない。その理由は、このような場合、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを有するワイヤレスリンクは、ＭＩＭＯチャネルの可能な対角化（diagonalization）をもたらすからである。ＭＩＭＯチャネルのこのような対角化が生まれることによりＭＩＭＯチャネルを、直交するサブチャネルに分割することができる。ここで、各サブチャネルは、ＭＩＭＯチャネル行列の固有ベクトル（eigenvector）に対応するものである。図７は、このように分割したＭＩＭＯチャネルの概略図である。この図では、Ｌ個のサブチャネル７０２は、分離した（すなわち、直交する）サブチャネルとして示されている。情報ｓ1，ｓ2，．．．，ｓLが各サブチャネル７０２に与えられると、これらのサブチャネルのそれぞれの情報ｓ1，ｓ2，．．．，ｓLは、送信プロセッサ７０４によって処理される。この送信プロセッサ７０４は、処理された情報７０６を有する異なる固有ビーム（eigenbeam）（すなわち、異なるサブチャネル）を供給する。これら固有ビームは異なる送信容量を有しているため、固有ビームの強度は、特定の固有ビーム上で送信できる情報の量を表している。各固有ビームの強度は、固有値λ1，λ2，．．．，λLから認知することができる。これら固有値は、ＭＩＭＯチャネル行列の固有値分解から直接得られる。さらに、処理された情報７０６が異なる固有ビームを介して送信されるときに、ノイズ成分
【数１】
が、処理された情報７０６がサブチャネル７０２を介して送信される間に加えられる。サブチャネルを介して送信された後で、受信信号ｗ1，ｗ2，．．．，ｗLが各サブチャネルから得られる。受信プロセッサ７０８を用いて受信信号ｗ1，ｗ2，．．．，ｗLのそれぞれを処理した後で、受信情報
【数２】
が各サブチャネルから得られる。このような対角化できるＭＩＭＯチャネルを得ることにより、ビット及び電力のローディングは、例えば従来のＯＦＤＭ（ＯＦＤＭ：直交周波数分割多重化）の中で行われるため、結果として生じた直交チャネル（すなわち、サブチャネル）に対して適用できる。このような場合、ビットレートを最大にするため（非特許文献１を参照のこと）、ビットエラーレートを最小にするため（非特許文献２を参照のこと）、又は送信電力を最小にするために（特許文献１〜３を参照のこと）、ビット及び電力のローディングを行うための幾つかの方法が知られている。これに対して、送信機がＭＩＭＯチャネルのフェージング処理の相関に関する情報しか持っていない場合は、チャネルの対角化はもはや可能ではなく、上記の方法は適用されない。言い換えると、唯一の周知の解決策は今のところは、直交するサブチャネルとして固有ビームを処理し、前述した方法をその固有ビームに適用することから成ると言うことができる。これらの方法では、固有ビームを付加的な白色ガウスノイズ（ＡＷＧＮ）の直交チャネルと考え、それらのフェージングの性質を無視している。特に、Fischer 及び Huberは、ローディングアルゴリズムを提供している。このアルゴリズムでは、レート及び送信電力が各サブチャネル内の信号対雑音比を最大にするように割当てられる。閉じた形式の表現を得ることができるため、Fischer 及び Huberのアルゴリズムは複雑さが少なく、前述したようなChowらにより提案されたローディングアルゴリズムよりも更に複雑度が低い。しかしながら、このローディングアルゴリズムは、次善の（suboptimum）ローディングをもたらす単純な近似仮定（simplifying approximative assumption）に基づいている。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，６７９，２２７号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７３１，８１６号明細書
【特許文献３】米国特許第４，８３３，７０６号明細書
【非特許文献１】Ｐ．Ｓ． Ｃｈｏｗ、Ｊ．Ｍ． Ｃｉｏｆｆｉ、Ｊ．Ａ．Ｃ． Ｂｉｎｇｈａｍ、「Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｍｕｌｔｉｔｏｎｅ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ Ｌｏａｄｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ Ｓｈａｐｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、第４３巻、１９９５年、ｐ．７７３−７７５
【非特許文献２】Ｒ．Ｆ．Ｈ． Ｆｉｓｃｈｅｒ、Ｊ．Ｂ． Ｈｕｂｅｒ、「Ａ Ｎｅｗ Ｌｏａｄｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｍｕｌｔｉｔｏｎｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」、ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＧＬＯＢＥＣＯＭ、１９９６年、ｐ．７２４−７２８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、チャネルのサブチャネルに対し、改良された、情報及び電力の割当てを行う可能性を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に係るチャネルのサブチャネルに情報及び電力を割当てる装置、請求項１７に係るチャネルのサブチャネルに情報及び電力を割当てる方法、請求項１９に係る受信信号を検出する検出器、及び請求項２０に係る受信信号を検出する方法によって達成される。
【０００７】
本発明は、複数のサブチャネルを有するチャネルのサブチャネルに情報及び電力を割当てる装置であって、前記チャネルはチャネル情報によって表されるものであり、前記チャネル情報の前記複数のサブチャネルと、異なる情報割当て値と、異なる電力割当て値とに対し、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段であって、あるシンボルは、前記チャネルの前記複数のサブチャネルに割当てられた複数の情報ユニットを含むものであり、前記情報ユニットの数は、ある時間枠の間に前記チャネルを介して集合的に送信されるものである、手段と、前記異なる情報割当て値から情報割当て値を選択し、前記異なる電力割当て値から電力割当て値を選択する手段であって、該選択された情報割当て値と該選択された電力割当て値とは、ある閾値を下回る、推定されたシンボルエラーレート値をもたらす手段とを備える装置を提供する。
【０００８】
さらに、本発明は、複数のサブチャネルを有するチャネルのサブチャネルに情報及び電力を割当てる方法であって、前記チャネルはチャネル情報によって表されるものであり、前記チャネル情報の前記複数のサブチャネルと、異なる情報割当て値と、異なる電力割当て値とに対し、推定されたシンボルエラーレート値を決定するステップであって、あるシンボルは、前記チャネルの前記複数のサブチャネルに割当てられた複数の情報ユニットを含むものであり、前記情報ユニットの数は、ある時間枠の間に前記チャネルを介して集合的に送信されるものである、ステップと、前記異なる情報割当て値から情報割当て値を選択し、前記異なる電力割当て値から電力割当て値を選択するステップであって、該選択された情報割当て値と該選択された電力割当て値とは、ある閾値を下回る、推定されたシンボルエラーレート値をもたらすステップとを含む方法を提供する。
【０００９】
さらに、本発明は、ある受信信号を検出するための検出器であって、前記受信信号は、複数のサブチャネルを有するチャネルによって出力されるものあり、前記受信信号は、該受信信号に関連付けられている、あるサブチャネルに割当てられた情報ユニットを有するものであって、あるサブチャネル受信信号を得る手段と、前記サブチャネルの情報割当て情報を得る手段と、前記サブチャネルの前記割当て情報に基づいて、前記サブチャネル受信信号を復調する手段とを備える検出器を提供する。
【００１０】
さらに、本発明は、ある受信信号を検出する方法であって、前記受信信号は、複数のサブチャネルを有するチャネルによって出力されるものあり、前記受信信号は、該受信信号に関連付けられている、あるサブチャネルに割当てられた情報ユニットを有するものであって、あるサブチャネル受信信号を得るステップと、前記サブチャネルの情報割当て情報を得るステップと、前記サブチャネルの前記割当て情報に基づいて、前記サブチャネル受信信号を復調するステップとを含む方法を提供する。
【００１１】
本発明は、チャネル情報と異なる情報割当て値と異なる電力割当て値とを提供することにより、複数の推定されたシンボルエラーレート値を決定することができ、ここで情報割当て値及び電力割当て値は好ましく選択されて、最小の推定されたシンボルエラーレート値が結果として得られるという知見に基づいている。従って、本発明の方法では、徹底的な検索が好ましく実行される。この方法では、例えば固有ビームのようなサブチャネルへのビット割当てなどの全ての有意義な情報割当てが評価され、特定の情報割当てが選択される。これにより、好ましいことに、最小の推定されたシンボルエラーレート値と考えられる最小の上限値が結果として得られる。このため、本発明のアプローチでは、期待されるシンボルエラーレート（シンボルエラーレート：ＳＥＲ）値の上限を判断基準として用いる、情報ユニット（例えば、ビット）の最適な割当てを決定する装置及び方法が提供される。考えられる制約は、例えば送信すべきビットの総数、または最大送信電力の限度である。この推定されたシンボルエラーレート値を上限の基準として使用すると、情報ユニット（例えば、ビット）の割当て及び最適な電力のローディングを容易に計算することができる。それにしても、この方法は、好ましいことに全ての割当ての可能性、好ましいことにアンテナの数によって定義される、情報ユニットの実際の数及びサブチャネルの実際の数に関する徹底的な検索に基づいている。例えば、固有ビームの異なる強度を考慮すると、潜在的な割当ての数は極めて小さい値に留まる。その上、好ましいことに幾つかの停止条件を提案されたアルゴリズムの中に取り入れて、検索を著しく短縮することができる。
【００１２】
本発明の利点は、従来技術の方法とは異なり、システムの真の性能指数を形成する、推定されたシンボルエラーレート値の上限を基準として使用することであり、このため送信機のシナリオの中で使用するのに適しているということである。このシナリオでは、送信機において部分的なチャネル状態の情報のみを持っている。さらに、本発明の利点は、検索時に前記停止条件が導入され、最適な割当てのために考慮するサブチャネルの数が、例えば最大１０個の送信点、すなわち１０個の送信アンテナによって定義されるように適度に小さい場合は、提案したアルゴリズムの数値的な複雑度を、アルゴリズムの性能を低下させずに低減させることができるということである。これにより、本発明は、チャネルのサブチャネルに対する情報及び電力の割当てを改良する可能性を提供する。ここで、最新の方法とは対照的に、送信機において部分的なＣＳＩのみを持っていればよい。最新の方法では、チャネルのサブチャネルに対して情報及び電力の最適な割当てを行うためには、完全なＣＳＩを持つ必要がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の別の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、チャネルのサブチャネルに情報及び電力を割当てる装置１００のブロック図である。この装置１００は、異なる情報割当て値を提供する手段１０２と、異なる電力割当て値を提供する手段１０４と、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６と、選択する手段１０８とを備えている。異なる情報割当て値を提供する手段１０２は、１つのシンボルにおける全てのサブシステムに対して割当てられる全情報量を受信するための入力部１０２ａを備えている。さらに、この異なる情報割当て値を提供する手段１０２は、異なる情報割当て値を出力するための出力部１０２ｂを備えている。異なる電力割当て値を提供する手段１０４は、１つのシンボルを送信する間のチャネルのサブチャネルに割当てられる最大電力量を受信するための入力部１０４ａを備えている。さらに、異なる電力割当て値を提供する手段１０４は、異なる情報割当て値を提供する手段１０２が出力する情報割当て値を受信するための第２の入力部１０４ａ’と、チャネル情報を受信するための第３の入力部１０４ａ”とを備えている。さらに、異なる電力割当て値を提供する手段１０４は、異なる電力割当て値を出力するための出力部１０４ｂを備えている。
【００１５】
推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６は、異なる情報割当て値を提供する手段１０２の出力部１０２ｂから情報割当て値を受信するための第１の入力部１０６ａを備えている。さらに、この推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６は、異なる電力割当て値を提供する手段１０４の出力部１０４ｂから電力割当て値を受信するための第２の入力部１０６ａ’を備えている。さらに、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６は、チャネル情報を受信するための第３の入力部１０５を備えている。
【００１６】
さらに、この推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６は、推定されたシンボルエラーレート値を出力するための第１の出力部１０６ｂと、情報割当て値を出力するための第２の出力部１１０であって、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６の第１の入力部１０６ａに接続されている第２の出力部１１０と、電力割当て値を出力するための第３の出力部１１２であって、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６の第２の入力部１０６ａ’に接続されている第３の出力部１１２とを備えている。
【００１７】
選択する手段１０８は、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６から推定されたシンボルエラーレート値を受信するための第１の入力部１０８ａと、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６の第２の出力部１１０に接続されている第２の入力部と、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６の第３の出力部１１２に接続されている第３の入力部とを備えている。さらに、この選択する手段１０８は、選択された情報割当て値を出力するための第１の出力部Ｉoutと、選択された電力割当て値を出力するための第２の出力部Ｐoutとを備えている。第１の出力部Ｉoutは、選択する手段１０８の第２の入力部に接続されており、選択する手段１０８の第２の出力部Ｐoutは、選択する手段１０８の第３の入力部に接続されている。
【００１８】
図１に示されている装置１００の機能性は、次のように説明することができる。
【００１９】
全情報量、例えば１つのシンボルにおけるチャネルを介して送信される全ビット数は、入力部１０２ａを介して異なる情報割当て値を提供する手段１０２に入力することができる。この異なる情報割当て値を提供する手段１０２は、異なる情報割当て値を提供し、例えば全情報量を分割して、この全情報量の一部を異なるサブチャネルに割当てることができるように構成されている。例えば、全情報量が５ビットであり、チャネルが３個のサブチャネルを含んでいる場合、異なる情報割当て値を提供する手段１０２は、例えば第１のサブチャネルに３ビット、第２及び第３のサブチャネルに１ビットずつを割当てるという情報値の第１の集合を提供する。ここで、異なる情報割当て値を提供する手段１０２はさらに、情報割当て値の第２の集合を提供する。ここでは、２ビットが第１及び第２のサブチャネルにそれぞれ割当てられ、１ビットが第３のサブチャネルに割当てられる。このため、異なる情報割当て値を提供する手段１０２は、チャネルの利用可能なサブチャネルに異なる情報ユニットの集合体（コンスタレーション）を提供する。
【００２０】
異なる電力割当て値を提供する手段１０４は、入力部１０４ａを介して最大電力量、例えばハードウェアによる制約を受ける最大電力量を受信するように構成されている。すなわち、この最大電力量は、例えば僅か１ワットの電力を送信できる送信機回路によって決まる。第２の入力部１０４ａ’を介して異なる電力割当て値を提供する手段１０４に入力される異なる情報割当て値についての情報と、第３の入力部１０４ａ”を介して手段１０４へ入力されるチャネルについての情報（例えば、チャネルの共分散行列の固有値）とに基づいて、異なる電力割当て値を提供する手段１０４は、異なる情報割当て値に対応する異なる電力割当て値を提供するように構成されている。前述した実施例に戻ると、異なる電力割当て値は、例えば１ワットを３個のサブチャネルに割当てる電力割当て値の第１の集合を含んでおり、例えば３ビットの情報を搬送する第１のサブチャネルに６００ｍＷが割当てられ、それぞれ１ビットの情報を搬送する第２及び第３のサブチャネルにそれぞれ２００ｍＷの電力が割当てられる。情報割当て値の第２の集合については、異なる電力割当て値を提供する手段１０４は、それぞれが２ビットの情報を搬送する第１及び第２のサブチャネルに４００ｍＷずつを割当てるように構成されている。ここで、１ビットの情報を搬送する第３のサブチャネルには、２００ｍＷが割当てられる。従って、異なる電力割当て値を提供する手段は、異なる情報割当て値を提供する手段１０２によって提供される、異なる情報割当て値の集合に対応する異なる電力割当て値の集合を提供するように構成されている。
【００２１】
ここで、異なる情報割当て値及び異なる電力割当て値の前記集合は、第１の入力部１０６ａと第２の入力部１０６ａ’とを介して、決定する手段１０６に送られる。決定する手段１０６は、決定する手段１０６の第３の入力部１０５を通して、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６に提供されたチャネル情報をさらに考慮する。推定されたシンボルエラーレート値を決定するための正確なアルゴリズムについては、後ほど説明する。しかしながら、異なる情報割当て値及び異なる電力割当て値の集合に基づいて、決定する手段１０６は、異なる推定されたシンボルエラーレート値を提供するように構成されている。これらの値は、決定する手段１０６の第１の出力部１０６ｂを通して提供される。さらに、決定する手段１０６の第１の出力部１０６ｂにおける推定されたシンボルエラーレート値の基礎である情報割当て値及び電力割当て値は、決定する手段１０６の第２の出力部１１０及び第３の出力部１１２を通して提供される。同時に、決定された、推定されたシンボルエラーレート値が、決定する手段１０６の第１の出力部１０６ｂを通して提供される。
【００２２】
決定する手段１０６の出力に基づいて、選択する手段１０８は、特定の推定されたシンボルエラーレート値に対応する情報割当て値及び電力割当て値を選択するように構成されている。この特定の推定されたシンボルエラーレート値は、選択する手段１０８が、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６から受信した、最小の推定されたシンボルエラーレート値であることが好ましい。次に、この選択された情報割当て値は、選択する手段１０８の第１の出力部Ｉoutを通して出力され、一方選択された電力割当て値は、選択する手段１０８の第２の出力部Ｐoutを通して出力される。
【００２３】
さらに、装置（１００）は、選択する手段１０８の第１の出力部Ｉoutによって出力される情報割当て情報を用いる適応変調器と、選択する手段１０８の第２の出力部Ｐoutによって出力される電力割当て情報を用いる電力割当器とを備えていてもよい。ここで、これら適応変調器及び電力割当器は、チャネルのサブチャネルが互いに空間的に異なるように、送信点に対する信号を発生させる。
【００２４】
装置１００は、情報及び電力をチャネルのサブチャネルに割当てるように構成されているので、送信機において部分的なＣＩＳしか知られていない場合でも、情報及び電力をサブチャネルに最適に割当てることができる。このように、この部分的なチャネル状態情報を使用して性能の向上をもたらすビット及び電力のローディングを行うことができ、したがて、送信機における部分的なＣＩＳを用いてビット及び電力のローディングを同時にそして効果的に行うことができるということが分かる。
【００２５】
推定されたシンボルエラーレート値を決定するためのアルゴリズムについてであるが、例えば複数のサブチャネルを有するチャネルのようなＭＩＭＯリンクを考慮する必要がある。ここで、送信信号ｘ
【数３】
と受信信号ｙ
【数４】
との間の関係は、式（１）によって与えられる。
ｙ＝Ｈｘ＋ｎ （１）
ここで、
【数５】
はＭＩＭＯチャネルを表し、ｎは白色ガウスノイズを表している。送信機がチャネルに関して有する全ての情報は、
ＲTx＝Ｅ｛ＨHＨ｝
によって与えられる、送信相関行列（transmit correlation matrix）から構成されている。
【００２６】
ここでいう送信相関行列は、チャネルの自己共分散行列（auto-covariance matrix）の一例である。この情報を用いて、送信信号のベクトルｘを送信機におけるＲTxの固有ベクトルの行列に乗算することができる。この線形プレコード化により、いわゆる固有ビームが得られる。この固有ビームのエルゴード容量（ergodic capacity）に関する最適化は、レイリーフェージングチャネルに対して既に示されている（非特許文献３を参照のこと）。しかしながら、送信すべきビット数及び最大送信電力の限度を考えると、性能を最適化するためにはどの程度の電力及びビットを個々の固有ビームに割当てるべきかという疑問が生ずる。この疑問に対する回答が、まさに本発明の目的である。
【非特許文献３】Ｓ．Ａ．Ｊａｆａｒ、Ｓ．Ｖｉｓｈｗａｎａｔｈ、Ａ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ、「Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｔ ａｎｄ Ｒｅｃｅｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ＩＣＣ、２００１年
【００２７】
式（１）で表されているモデルは、送信機で行われるプレコード化及び電力ローディングを考慮するために拡張することができる。
【数６】
がＲTxの固有ベクトルの行列を表し、
【数７】
が、電力を送信信号のそれぞれの構成要素に割当てる対角行列である場合は、下記のように表現することができる。
ｙ＝ＨＵＰ1/2ｘ＋ｎ
【００２８】
このシステムモデルを考慮すると、受信機における信号の最尤検出により式（２）が得られる。
【数８】
【００２９】
式（２）において、
【数９】
が、特定のチャネルを表すもの（channel realisation）に条件付けられた、送信されたｘを有するｘ’に等しくなる確率は、ペアワイズエラー確率（pair wise error probability）（ＰＥＰ）と呼ばれる。現在のシステムモデルに関して、この確率はガウスエラー関数（Gaussian error function）を用いて閉じた形式で表すことができ（非特許文献４を参照されたい）、結果として式（３）が得られる。
【数１０】
ここで、σ2は受信機における複素数値ノイズ処理の分散であり、Ｈは特定のチャネルを表すものであり、ｄ（ｘ，ｘ’，Ｈ）は、式（４）で表される、受信機における２つの送信信号の距離である。
【数１１】
ここで、△＝ｘ’−ｘである。送信機において現在のチャネルを表すものに関しての情報は利用できないため、全ての可能なチャネルを表すものについて、式（３）の期待値を計算することが適している。これは、エルゴードペアワイズエラー確率（ergodic pair wise error probability）をもたらす。しかしながら、この期待に対して、閉じた解決策（close solution）は利用できない。幸いなことに、式（３）は、式（５）のようにガウスエラー関数に対するチェルノフ限度（Chernoff bound）を用いて、しっかりと上限を設けることができる。
【数１２】
この式（５）の平均値は、エルゴードペアワイズエラー確率の上限を与える。この上限の期待値に対する有意義な式を得るために、式（４）に関して幾つかの代数操作が必要になる。
【数１３】
ここで、
【数１４】
は行列Ｈの第ｍ行を表し、ＲTx＝Ｒ1/2Ｒ1/2である。これらの式に対して、ＲTxはフルランク（full-rank）の行列であるという仮定が作られる。これは、代数的な観点からほぼ１の確率である。さらに、Ｈにおけるガウス分布エントリー（Gaussian distributed entry）と、受信機における空間的な非相関性と、ＭＩＭＯチャネルを同じ統計値で示す全てのＭＩＳＯチャネル（ＭＩＳＯ：マルチ入力シングル出力）とを仮定すると、ｚmの構成要素は、以下のようなｉ．ｉ．ｄ．ガウス変数である。
【数１５】
【非特許文献４】Ｇ．Ｇ．Ｒａｌｅｉｇｈ、Ｖ．Ｋ．Ｊｏｎｅｓ、「Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」 ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、第１７巻、１９９９年５月、ｐ．３５７−３６６
【００３０】
これらベクトルｚmの特性を考慮すると、式（５）の上限の期待値は容易に計算することができ、式（６）が得られる。
【数１６】
ここで、λr（Ｍ）は行列Ｍの固有値であり、ρはそのランクである。最後に、式（６）は、以下の式（７）による行列式のような簡潔な形式に書き直すことができる。
【数１７】
【００３１】
例えこうでも、式（７）は電力及びビットのローディングに依存するため、その式はビット及び電力を固有ビームに割当てる基準として極めて有用とは言えない。ビットローディングに対する依存性は明確ではない。さらに、それはｘ及びｘ’の特定の選択に極めて強く依存する。このため、ビットローディングに対する明確な依存性を示し、同時にシンボルの特定のペアに対する依存性を取り除くものである、式（７）の上限を探すことが都合が良い。ｄｅｔ（Ｉ＋ＢＡ）が行列式（Ｉ＋ＡＢ）に等しいという考えを用いて、式（７）を以下のように書き変えることができる。
【数１８】
ここで、Λは、対角成分にＲTxの固有値を持つ行列である。ここで、この式は以下の式（８）に示すように、容易に上限を決めることができる。
【数１９】
【００３２】
式（８）では、ｄnは、固有ビームｎを介して送信するために使用される集合体の任意の２点間の最短距離であり、λnはその関連する固有値であり、Ｐnはその電力ロードである。要素αnを含めることによって、式（８）の上限をさらに洗練することができる。この要素αnは、その各項において発見的要素（heuristic factor）と考えることができる。この発見的要素αnは、任意の要素、又は信号集合体の中の任意の他の点に最も近接している点の平均数を意味する要素である。結果として得られる式は、期待された、又は推定されたシンボルエラーレートの上限である。これは、式（９）に基づいて評価することができる。
【数２０】
【００３３】
式（９）は、アルゴリズムが特定のビット及び電力の割当ての利点を評価するために使用する基準となる。
【００３４】
基本的な組合せの問題を解くことにより、Ｂ個のビットを、
【数２１】
におけるＭt個の固有ビームに異なる方法で割当てることができる。これらの組合せのそれぞれは、強力アルゴリズム、すなわち最初に最適な電力のローディングを計算し、次に式（９）から値を得るために電力及びビットのローディングを使用することによって評価することができる。最小の値が得られるビット及び電力のローディングの割当てを選択する必要がある。所定のビットローディングに対して、最大送信電力の制約を受ける式（９）を最小化にすることにより、最適な電力ローディングが得られる。解は、式（１０）によって与えられる。
【数２２】
ここで、μは下記の制約、
【数２３】
及び
【数２４】
を満たすように選択される。
【００３５】
一例として、Ｍt＝４及びＢ＝６の場合、このようなアルゴリズムが評価する必要がある割当ての数は８４になる。たとえこの数がコンピュータ的に不可能な程大きいようには思われなくても、本願の根底にある問題の幾つかの特性を検討することによって、その数を減らすことに関心がある。固有値が
【数２５】
のように並べられる場合、弱い固有ビームが強い固有ビーム、すなわちｂn個のビットを有する固有ビームｎのビットロードを示す固有ビームよりも大きくロードされるような割当ては破棄することができ、下記の特性、
【数２６】
を有する割当てのみが理に適うように思われる。その特性に反するビットの割当てを行うと、大部分の電力が弱い固有ビームへのオーバーロードを補償するために使用されるといった電力ローディングを行うことになり（式（１０）を参照のこと）、結果として性能が低下する。
【００３６】
ビットロードが増加しない特性が適用される組合せの数は、以下の式のように計算できる。
【数２７】
ここで、
【数２８】
は、次に小さい整数値を返すものである。この式を用いて、ここで前の例に対しビットロードが増加しない組合せの数を計算できる。評価すべき割当て数は９にまで減少する。最適なビット及び電力のローディングを探すアルゴリズムは、明確な順序でそれぞれの可能性のある割当てを評価する一連の入れ子のループを用いて実行することができる。さらに、ＭＩＭＯチャネルの受信アンテナの数以下の数を個数とする固有ビームのみが情報をロードされることを考慮することができる。このため、本アプローチは、このような複数の受信アンテナを考慮することができない最新のアプローチに対して付加的な自由度を有する。
【００３７】
このような電力及びビットローディング検索アルゴリズムは、図２に概略的に示されている。図２に示されているアルゴリズムは、入れ子にされた複数のループ２０２，２０４，及び２０６を含んでおり、それぞれのループは、ビット数をあるサブチャネルに割当てる。最初に、入れ子ループの最も内側のループ２０２の動作をより詳細に説明する。最も内側のループ２０２は、ビットｂ2の数を２番目に強い固有ビームｎ＝２に割当てる。ビット数は、３番目に強い固有ビームｎ＝３に割当てられたビットｂ3の数から、式（Ｂ−ｂMt−ｂMt-1−．．．−ｂ3）／２に相当する値までの範囲にわたる。このため、２番目に強い固有ビームに割当てられた最小のビット数は、少なくとも３番目に強い固有ビームに割当てられたビット数であるため、第２の固有ビームよりも弱い固有ビームに割当てられたビット数は、２番目に強い固有ビームに割当てられたビット数よりも確実に小さくなる。さらに、２番目に強い固有ビームには、最大のビット数が割当てられる。この最大の数は、割当てられる全ビット数Ｂの差分の半分に等しく、また第２の固有ビームよりも弱い固有ビームに割当てられる全てのビットの合計である。このため、２番目に強い固有ビームが第１の固有ビーム以下のビットに割当てられ、これにより２番目に強い固有ビームが最も強い固有ビームに割当てられたビット数よりも少ないか、又は少なくとも等しいビット数に確実に割当てられるようにすることができる。上記の条件は、図２に示されているアルゴリズムの行２０８から理解することができる。さらに、情報割当て値の１つの集合に対応する可変のビットローディングは、図２の行２１０に示されているように計算される。ここで、変数bit#loadingに基づいた電力のローディングは、図２に示されているアルゴリズムの行２１２で計算される。この電力のローディングは、図１に示されている例の場合は、異なる電力割当て値の１つの集合に対応する。変数bit#loading及びpower#loadingに基づいて、限度が図２に示されているアルゴリズムの行２１４で計算される。この限度は、図１に示されている推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段１０６によって決定される推定されたシンボルエラーレート値に対応している。次に、アルゴリズムの行２１６に示されているように、計算された限度は、変数bound#minによって示される最小の限度と比較される。行２１４で計算された限度が最小の限度よりも小さい場合、この最小の限度は行２１４で決定された限度の値が割当てられて、行２１４で決定された限度に対応する最小のビットローディングの集合体及び最小の電力ローディングの集合体が保存される。これらの動作は、図２に示されているアルゴリズムの行２１８で実行される。このようにして、情報割当て値をうまく選択することができる。これらの情報割当て値は、図２に示されているアルゴリズムの行２１０で計算されたビットローディングと、行２１２で計算された電力ローディングに対応する電力割当て値とに対応し、結果としてアルゴリズムの行２１４で計算された、限度に対応する最小の推定されたシンボルエラーレート値を得る。
【００３８】
外側のループ２０４及び２０６を検討する場合、内側ループ２０２に関連する説明が同等に適用されることに注意されたい。より具体的に言うと、固有ビームＭt−１には、最も弱い固有ビームｎ＝Ｍtに割当てられた少なくともビット数ｂMtであるビット数ｂMt-1が割当てられる。この場合、２番目に弱い固有ビームｎ＝Ｍt−１に割当てられるビットの最大数は、送信される全ビット数Ｂから最も弱い固有ビームに割当てられたビットｂMtの数を減じ、その結果を固有ビームから１を引いた数で割ったものである。このように、２番目に弱い固有ビームに割当てられる最大のビット数は、送信される全ビット数から最も弱い固有ビームに割当てられるビットを引いたものが全部でＭt−１個の最も強い固有ビームに等しく割当てられる場合と少なくとも同じぐらい大きいものとすることができる。ビット数ｂMt−１の割当ては、図２に示されているアルゴリズムの行２２０からわかる。
【００３９】
ビット数ｂMtは、図２に示されているアルゴリズムの行２２２から決定することができる。ここで、最も弱い固有ビームＭtに割当てられたビット数は、０ビットとＭtビットによって除算されたＢとの間の範囲にある。
【００４０】
従って、図２に示されているアルゴリズムによれば、最も強い固有ビームは全てのビットが割当てられ、次に第２の固有ビームは続いて、最大の許容値までのより多くのビットが割当てられる。この最大の許容値は、非増加ビットローディング条件によって与えられる。ここで第３の固有ビームのローディングが開始され、次に第４など全ての割当てが評価されるまで続く。この可能なビット割当ての配列を利用して、停止条件をループ内に取り入れることにより計算の数を更に減らすことができる。従って、特定の固有ビームｎに対して、付加的なビットの割当てｂn＝ｂn+1が結果として限度を改善しない場合は、固有ビームｎ及び任意のより弱い固有ビームがｂnよりも多くロードされるような全ての割当てについての検索を行うことができる。結果として得られるアルゴリズムを図３に示す。
【００４１】
図３は、各ループ内の停止条件を考慮していることを除いて図２に示されているアルゴリズムに基づいた、情報及び電力をサブチャネルに割当てるためのアルゴリズムである。従って、図３に示されているアルゴリズムは、特に内側のループ２０２，２０４及び２０６を有する図２に示されているアルゴリズムにほぼ等しい。このアルゴリズムの最初に、最も弱い固有ビームＭtに対して所定の限度値のリセットが行われる行３０２がある。ここで、限度変数に例えば１００のような極めて高い値を割当てることによって、リセットが実行される。続いて、外側ループ２０６が行２２２により開始する。この行２２２は、図２のアルゴリズムに示されている行２２２と同様である。次の行３０４で、２番目に弱い固有ビームｎ＝Ｍt−１に対する最小の限度値のリセットが、図３のアルゴリズムの行３０２に示されている最も弱い固有ビームＭtの限度変数のリセットと同じ方法で実行される。その下の次の行は、図２の行２２０に相当する行であり、２番目に弱い固有ビームＭt−１を割当てるループを示している。この行に続く行３０６では、２番目に強い固有ビームに対する限度値のリセットが、行３０４及び３０２でリセットが実行されるのと同じ方法で行われる。次の行は、２番目に強い固有ビームのビット数ｂ2の割当てを再度示している。これは、図２に示されているアルゴリズムの行２０８に対応している。次の３つの行は、図２の行２１０，２１２及び２１４に相当する。ここで行２１４は、その行で計算される限度が２番目に強い固有ビームに対する限度だけであるように僅かに修正されている。２番目に強い固有ビームに対する限度が、行２０８で始まる行を通して一気に計算された最小の限度よりも小さい場合は、２番目に強い固有ビームに対する最小の限度は、行２１４で計算された限度値に設定される。さらに行３０８において、２番目に強い固有ビームがビット数ｂ2を割当てられる最も内側のループに対して、全てのループに対する最小の限度を行２１４で計算された限度と比較する弁別が実行される。行２１４で計算された２番目に強い固有ビームに対する限度が最小の限度よりも小さい場合は、最小の限度が行２１４で計算された２番目に強い固有ビームの限度値に対して設定され、そしてビットローディング及び電力ローディングが、図２に示されているアルゴリズムの行２１８に基づいて保存される。行２１４で計算された２番目に強い固有ビームに対する限度が２番目に強い固有ビームに対する最小の限度よりも小さくない場合は、else文に続く行３１０の動作が実行される。行３１０の動作は、第２の固有ビームよりも弱い固有ビームの１つに割当てられたビット数が、第２の固有ビームに割当てられたビット数よりも小さいかどうかの確認である。第２の固有ビームに割当てられたビット数よりも小さいビット数が割当てられた、第２の固有ビームよりも弱い固有ビームがない場合は、図３に示されているアルゴリズムは停止する。そうでない場合は、符号３１２で示されている行の中の命令が実行される。ここでは、最初に、最も弱い固有ビームの数ｎ0が計算される。それは、第２の固有ビーム自身が有力候補である２番目に強い固有ビーム−１と同じ数のビットが割当てられる。その後、行３１４において、固有ビームの数ｎ0に対する最小限度が第２の固有ビームに対する最小限度よりも大きいかどうか、又は数ｎ0が２に等しいかどうかを確認する。等しい場合は、固有ビームの数ｎ0に対する最小限度は、２番目に強い固有ビームの最小限度値に等しく設定される。これに続いて、最も内側のループ２０２を抜ける命令、及び固有ビームの数ｎ0＋１が計算されるループへのジャンプが実行される。行３１４内の識別の結果が「偽」である場合、内側ループ２０２を抜けて、固有ビームの数ｎ0のビットの割当てが計算されるループへのジャンプが実行される。
【００４２】
図３に示されているアルゴリズムの符号３１６が示している行の中の命令は、行３０８から始まる前に概要を説明した行と同様の動作を行い、複数の入れ子ループのさらに別のループに対して前述したような機能を提供する。
【００４３】
まとめると、最も外側のループ２０６では、２番目に弱い固有ビームに対する最小の限度値が、最も弱い固有ビームに対する最小の限度値よりも小さいかどうかの識別が実行され、これが小さい場合は、最も弱い固有ビームに対する最小の限度値が２番目に弱い固有ビームの最小の限度値に対して設定される。これとは逆に、２番目に弱い固有ビームに対する最小の限度値が、最も弱い固有ビームに対する最小の限度値よりも小さくない場合は、図３に示されているアルゴリズムは停止する。
【００４４】
そうであったとしても、アルゴリズムに取り入れられた開始条件は、直感的にうまく作られているように思われるが、最適なアルゴリズムに到達する可能性は保証されない。しかしながら、停止条件を用いて得られた解と用いない場合の解との間の差異は、性能の点からするとむしろ重要でないことが分かる。大まかに言うと、いずれかの段階で、特定の固有ビームのビットロードを増加させることは、性能の低下をもたらすと言うことができる。その理由は、電力がその固有ビームの過負荷を補償することができないためであり、その固有ビーム又は同じ負荷を有するより弱い固有ビームを更にローディングすることは性能を更に劣化させる可能性がある。
【００４５】
有効性を検証するために、提案されたアプローチは、Ｍt＝４個の送信アンテナ及びＭr＝４個の受信アンテナを有するチャネルにビット及び電力のローディングを行うように適用される。ビットロードはＢ＝６ビットになるように選択され、固有値の特徴は図４に示されている。このように、図４は固有値λ1、λ2、λ3及びλ4を示している。この図で、第１の固有値λ1は、最も強い固有ビームに対応する固有値である。第２の固有値λ2は第１の固有値よりも小さく、第３の固有値λ3は第２の固有値よりも小さく、また第４の固有値λ4は第３の固有値λ3よりも小さい。チャネルを介して情報を送信するために、ＭＩＭＯチャネル環境の中で使用される受信アンテナの数に相当する数の固有ビームのみが使用されることに注意されたい。
【００４６】
図５Ａ〜図５Ｄは、提案されたアプローチを適用することから得られ、あたかもＡＷＧＮチャネルのように直交する固有ビームを用いた、Fischer 及び Huberによって示されたアルゴリズム（近似方法）を適用することから得られたビット及び電力のローディングの図である。図５Ａは、本発明の方法に基づいた電力ローディングを示している。この図では、（線５０２で示されている）第１の固有ビームに割当てられた電力は、全ての信号対雑音比ＳＮＲに対して、（線５０４で示されている）２番目に強い固有ビームに割当てられた電力よりも常に高いことが分かる。さらに、図５Ｂは、線５０６で示されている、固有値λ1を有する最も強い固有ビームに割当てられたビットを示している。この線５０６は、固有値λ2を有する固有ビームに対応する、２番目に強い固有ビームにロードされたビットよりも大きい。ここで、第１の固有ビームに割当てられたビット数は、第２の固有ビームに割当てられたビット数よりも常に大きい。
【００４７】
図５Ｃは、Fischer 及び Huberによって提案された近似方法による電力ローディングを示している。この図では、電力は最初に３つの固有ビームにロードされ、固有値λ3を有する第３の固有ビームは、固有値λ1を有する第１の固有ビームよりも多くの電力が割当てられていることが分かる。その結果、全て利用可能な大量の電力が弱い固有ビームに割当てられ、３つの固有ビームにビットを割当てることに注意されたい。このことは、図５Ｄから理解できる。
【００４８】
図６Ａは、Fischer 及び Huberによって提案された近似方法とは対照的に、式（９）によって計算された、推定されたシンボルエラーレートが、本発明の部分なＣＳＩベースの方法に基づいて電力及びビットのローディングに対して示されていることを表す図である。図６Ａから分かるように、本発明の部分的なＣＳＩベースの方法は、全ての信号対雑音比ＳＮＲにわたって、Fischer 及び Huberによって提案された近似方法よりも小さい、推定されたシンボルエラーレート値（＝限度値）を提供する。ここでまとめると、ビットエラーレート（＝ＢＥＲ）は、図６Ｂに示されているように得ることができる。従って、図６Ｂに示されているように、本発明の部分的なＣＳＩベースの方法から結果として生じたビットエラーレートは、全ての信号対雑音比ＳＮＲにわたって、Fischer 及び Huberによって提案された近似方法によるビット及び電力のローディングから得られたビットエラーレートよりも常に小さいことに注意されたい。
【００４９】
図６Ａには、両方の方法から得られた限度値の曲線が示されている。この実施例の場合、性能の差異は１ｄＢを超えている。しかし、それよりも一層重要なことは、Fischer 及び Huberによって提供された解決策は、アンテナ数又はＳＮＲなどの本質的なシステムパラメータを意識していない（図５Ｃ及び図５Ｄを参照のこと）のに対し、提案したアプローチは全ての重要なシステムパラメータを考慮に入れ、式（９）を最小化するビット及び電力のローディングを行う（図６Ａを参照のこと）ことが認められるということである。かかるコストは無論、増加した計算の複雑性である。しかしながら、送信アンテナ及びビットロードの実際の数に対しては、この付加的な複雑性は無視できる。例として、下位条件（sub-condition）を有する提案されたアプローチが、図５Ａ〜図５Ｄ及び図６Ａに示されている解決策に到達するには、最悪の場合、６回の計算を必要とする。最後に、シミュレーション曲線が図６Ｂに示されている。この図は、送信機において部分的なＣＳＩを有するＭＩＭＯシステムの送信品質に対する性能指数として、式（９）の選択をバックアップしていることが分かる。
【００５０】
本発明の方法は、ある実施要件に依存して、ハードウェア又はソフトウェアの中で実現できる。この実現は、本発明の方法が実行できるようにプログラム可能なコンピュータシステムと共に動作できるディジタル記憶媒体、特に電子的に読取り可能な制御信号を記憶したディスク又はＣＤを用いて行うことができる。従って、本発明は全体的に、コンピュータが読取り可能な担体上にプログラムコードが記憶されたコンピュータプログラム製品である。このプログラムコードは、コンピュータ上で本発明による方法を実行する。言い換えると、本発明の方法は、コンピュータ上で本発明の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。
【００５１】
最後に、本発明は、受信信号を検出するための検出器及び方法も含んでいると言うことができる。この受信信号は、複数のサブチャネルを有するチャネルにより出力されるものである。さらにこの受信信号は、その受信信号に関連付けられている、あるサブチャネルに割当てられた情報ユニットを有している。ここで、検出器はサブチャネル受信信号を得る手段と、サブチャネルに対する情報割当て情報を得る手段と、サブチャネルに対する割当て情報に基づいてサブチャネル受信信号を復調する手段とを備えている。言い換えると、本発明は受信信号を受信し変調するように構成されている受信機も含んでいると言うことができる。この受信信号は、上記のアルゴリズムに基づいて情報及び電力がロードされる送信信号に対応している。
【００５２】
要約すると、ＭＩＭＯシステム内のビット及び電力双方のローディングは、送信側のフェージング相関についての情報が送信機で利用できる場合に行うことができる。プログラムの制約は、最大送信電力の限度及び送信するビット数である。この方法は全ての有意義なビット割当てを調査して、期待されるシンボルエラーレート値の上限を最小にする方法を見つけ出す。また、停止条件をアルゴリズムに取り入れることができる。この停止条件は検索処理の中で必要な計算量を著しく減少させるが、性能にはほとんど影響しない。この方法は、完全なＣＳＩに基づいており、部分的なＣＳＩの場合に直接的に適用される最新式の方法を凌ぐものである。送信アンテナ及びビットの実際の数については、提案された方法の複雑度が、実際の実施に障害をもたらすことはない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態に基づいて、チャネルのサブチャネルに対して情報及び電力を割当てるための本発明に係る装置のブロック図である。
【図２】本発明の方法を実行するための具体例としてのアルゴリズムを示す図である。
【図３】本発明の方法を実行するための具体例としての別のルーチンである。
【図４】チャネル行列の複数の例示的な固有値の強度を示す図である。
【図５Ａ】図４に示した固有値及び本発明による実施形態を用いた、具体例としての電力ローディング及びビットローディングを示す図である。
【図５Ｂ】図４に示した固有値及び本発明による実施形態を用いた、具体例としての電力ローディング及びビットローディングを示す図である。
【図５Ｃ】図４に示されている固有値の強度を用いた従来の近似方法の電力ローディング及びビットローディングを示す図である。
【図５Ｄ】図４に示されている固有値の強度を用いた従来の近似方法の電力ローディング及びビットローディングを示す図である。
【図６Ａ】本発明の方法を従来の近似方法と比較した、信号対雑音比（ＳＮＲ）に対する推定された限度及び推定されたビットエラーレートを示す図である。
【図６Ｂ】本発明の方法を従来の近似方法と比較した、信号対雑音比（ＳＮＲ）に対する推定された限度及び推定されたビットエラーレートを示す図である。
【図７】Ｌ個のサブチャネルを有する、完全なチャネル状態情報を含んだチャネル行列に基づいて対角化されたチャネルのブロック図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のサブチャネルを有するチャネルのサブチャネルに対して情報及び電力を割当てる装置（１００）であって、前記チャネルはチャネル情報によって表されているものであり、
前記チャネル情報の前記複数のサブチャネルと、異なる情報割当て値と、異なる電力割当て値とに対し、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段（１０６）であって、あるシンボルは、前記チャネルの前記複数のサブチャネルに割当てられた複数の情報ユニットを含むものであり、前記情報ユニットの数は、ある時間枠の間に前記チャネルを介して集合的に送信されるものである、手段と、
前記異なる情報割当て値（１０２ｂ）から情報割当て値を選択し、前記異なる電力割当て値（１０４ｂ）から電力割当て値を選択する手段（１０８）であって、該選択された情報割当て値と該選択された電力割当て値とは、ある閾値を下回る、推定されたシンボルエラーレート値（１０６ａ）をもたらすものである、手段と
を備える装置。
【請求項２】
前記決定する手段（１０６）は、第１の情報割当て値及び第１の電力割当て値に基づいて第１のシンボルエラーレートの値を決定し、第２の情報割当て値及び第２の電力割当て値に基づいて第２の推定されたシンボルエラーレート値を決定するものであり、
前記選択する手段（１０８）は、前記情報割当て値及び前記電力割当て値を選択するものであって、該選択された情報割当て値と該選択された電力割当て値とは、第１及び第２の推定されたシンボルエラーレート値のうち小さいものをもたらすものである、
請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項３】
前記チャネルはマルチ入力チャネルであり、
前記チャネル情報は、前記チャネルの自己共分散行列である、
請求項１又は２に記載の装置（１００）。
【請求項４】
前記サブチャネルは、前記チャネルの前記自己共分散行列の固有ベクトルに対応する固有ビームによって表されるものである、請求項３に記載の装置（１００）。
【請求項５】
前記チャネルのサブチャネルの数は、前記チャネルの入力である送信点の所定の数により定義されるものであり、
前記チャネルは、前記送信点と所定の複数の受信点とを接続しているものであり、
前記装置（１００）は、情報割当て情報を使用する適応変調器と、電力割当て情報を使用する電力割当器とを更に備えるものであり、
前記適応変調器及び前記電力割当器は、前記サブチャネルが互いに空間的に異なるように、前記送信点に対して信号を発生させるものである、
請求項４に記載の装置（１００）。
【請求項６】
前記決定する手段（１０６）は、情報ユニットを、前記受信点の数以下である所定の数の固有ビームに割当てるものである、請求項４又は５に記載の装置（１００）。
【請求項７】
前記異なる情報割当て値を提供する手段（１０２）を更に備えるものであって、前記決定する手段（１０６）により、ある推定されたシンボルエラーレート値の決定において使用される前記情報割当て値は、割当てられた情報ユニットの合計が、前記時間枠の間に前記チャネル上を集合的に送信される情報ユニットの総数に等しくなるように提供されるものである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項８】
前記異なる電力割当て値を提供する手段（１０４）を更に備えるものであって、前記決定する手段（１０６）により、ある推定されたシンボルエラーレート値の決定において使用される前記電力割当て値は、割当てられた電力の合計が、複数の前記サブチャネルに割当てることができる最大電力以下になるように提供されるものである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項９】
前記チャネル情報は、チャネル情報行列（１０５）によって提供されるものであり、
前記決定する手段（１０６）は、
前記チャネル情報行列の第１の固有ベクトルに対応する第１の固有値と、前記チャネル情報行列の第２の固有ベクトルに対応する第２の固有値とを決定する手段であって、前記第１の固有値は、前記第２の固有値に等しいかまたは大きいものである、手段と、
情報ユニットの第１の数を、前記第１の固有ベクトルに対応する第１の固有ビームに割当て、情報ユニットの第２の数を、前記第２の固有ベクトルに対応する第２の固有ビームに割当てる手段であって、前記第１の固有ビームの割当ては、前記第２の固有ビームの割当てよりも高い優先順位を有するものである、手段と
を更に備えるものである、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項１０】
前記割当てる手段は、前記第２の情報ユニットの数以上である前記第１の情報ユニットの数を提供するものである、請求項９に記載の装置（１００）。
【請求項１１】
前記チャネル情報は、固有ベクトルに対応する複数の固有値であって、前記チャネルの送信点の数に等しい数を個数とする固有値を有するチャネル情報行列によって提供されるものであり、
前記推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段（１０６）は、
【数１】
により、前記推定されたシンボルエラーレート値を計算するものであり、ここでｎはナンバリングインデックスであり、Ｍtは前記送信点の数であり、αnは番号がｎである固有ビームに割当てられた任意の要素であり、ｄnはサブチャネルｎに割り当てられる情報ユニットの数を表す指標であり、λnは前記固有ビームｎの固有値であり、Ｐnは前記固有ビームｎに割当てられた電力であり、σ2は受信機におけるノイズ信号の電力であり、Ｍrは受信点の数である、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項１２】
前記決定する手段（１０６）は、固有ビームｎ内の所定の信号集合体の中の最も近接している点の平均数に対応するαnを選択するものである、請求項１１に記載の装置（１００）。
【請求項１３】
情報割当て値を提供する手段（１０２）を更に備えるものであって、前記提供する手段（１０２）は、前記第１の固有ビームに割当てられた前記第１の情報ユニットの数を低減し、前記第２の固有ビームに割当てられた前記第２の情報ユニットの数を増加させるものである、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項１４】
前記チャネル情報は、固有ベクトルに対応する複数の固有値であって、前記チャネルの送信点の数に等しい数を個数とする固有値を有するチャネル情報行列によって提供されるものであり、
前記装置（１００）は、
【数２】
によりサブチャネルに対して電力割当て値を決定する手段（１０４）を更に備えるものであって、ここでｎはナンバリングインデックスであり、Ｍtは前記送信点の数であり、αnは番号がｎである固有ベクトルに対応する固有ビームに割当てられた任意の要素であり、ｄnはサブチャネルｎに割当てられた情報ユニットの数を表す指標であり、λnは固有ビームｎの固有値であり、Ｐnは固有ビームｎに割当てられた電力であり、σ2は受信機におけるノイズ信号の電力であり、Ｍrは受信点の数であり、μは次の制約
【数３】
を満たすように選択される変数であり、ここで、ＰTは最大の利用可能な送信電力である、
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項１５】
前記決定する手段（１０６）は、送信される情報ユニットの総数を、最大の固有値を有する前記固有ベクトルに対応する前記固有ビームに最初に割当てるものである、請求項１４に記載の装置（１００）。
【請求項１６】
前記送信点の数が１０以下である、請求項５に記載の装置（１００）。
【請求項１７】
複数のサブチャネルを有するチャネルのサブチャネルに情報及び電力を割当てる方法であって、前記チャネルはチャネル情報によって表されているものであり、
前記チャネル情報の前記複数のサブチャネルと、異なる情報割当て値と、異なる電力割当て値とに対し、推定されたシンボルエラーレート値を決定するステップであって、あるシンボルは、前記チャネルの前記複数のサブチャネルに割当てられた複数の情報ユニットを含むものであり、前記複数の情報ユニットは、ある時間枠の間に前記チャネルを介して集合的に送信されるものである、ステップと、
前記異なる情報割当て値から情報割当て値を選択し、前記異なる電力割当て値から電力割当て値を選択するステップであって、該選択された情報割当て値と該選択された電力割当て値とは、ある閾値を下回る、推定されたシンボルエラーレート値をもたらすものである、ステップと
を含む方法。
【請求項１８】
送信信号を送信する装置であって、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置（１００）を備える装置。
【請求項１９】
ある受信信号を検出するための検出器であって、
前記受信信号は、複数のサブチャネルを有するチャネルによって出力されるものあり、
前記受信信号は、該受信信号に関連付けられている、あるサブチャネルに割当てられた情報ユニットを有するものであって、
あるサブチャネル受信信号を得る手段と、
前記サブチャネルの情報割当て情報を得る手段と、
前記サブチャネルの前記割当て情報に基づいて、前記サブチャネル受信信号を復調する手段と
を備える検出器。
【請求項２０】
ある受信信号を検出する方法であって、
前記受信信号は、複数のサブチャネルを有するチャネルによって出力されるものあり、
前記受信信号は、該受信信号に関連付けられている、あるサブチャネルに割当てられた情報ユニットを有するものであって、
あるサブチャネル受信信号を得るステップと、
前記サブチャネルの情報割当て情報を得るステップと、
前記サブチャネルの前記割当て情報に基づいて、前記サブチャネル受信信号を復調するステップと
を含む方法。
【請求項２１】
コンピュータ上で、請求項１７又は２０に記載の方法のうちの一つを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【請求項１】
複数のサブチャネルを有するチャネルのサブチャネルに対して情報及び電力を割当てる装置（１００）であって、前記チャネルはチャネル情報によって表されているものであり、
前記チャネル情報の前記複数のサブチャネルと、異なる情報割当て値と、異なる電力割当て値とに対し、推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段（１０６）であって、あるシンボルは、前記チャネルの前記複数のサブチャネルに割当てられた複数の情報ユニットを含むものであり、前記情報ユニットの数は、ある時間枠の間に前記チャネルを介して集合的に送信されるものである、手段と、
前記異なる情報割当て値（１０２ｂ）から情報割当て値を選択し、前記異なる電力割当て値（１０４ｂ）から電力割当て値を選択する手段（１０８）であって、該選択された情報割当て値と該選択された電力割当て値とは、ある閾値を下回る、推定されたシンボルエラーレート値（１０６ａ）をもたらすものである、手段と
を備える装置。
【請求項２】
前記決定する手段（１０６）は、第１の情報割当て値及び第１の電力割当て値に基づいて第１のシンボルエラーレートの値を決定し、第２の情報割当て値及び第２の電力割当て値に基づいて第２の推定されたシンボルエラーレート値を決定するものであり、
前記選択する手段（１０８）は、前記情報割当て値及び前記電力割当て値を選択するものであって、該選択された情報割当て値と該選択された電力割当て値とは、第１及び第２の推定されたシンボルエラーレート値のうち小さいものをもたらすものである、
請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項３】
前記チャネルはマルチ入力チャネルであり、
前記チャネル情報は、前記チャネルの自己共分散行列である、
請求項１又は２に記載の装置（１００）。
【請求項４】
前記サブチャネルは、前記チャネルの前記自己共分散行列の固有ベクトルに対応する固有ビームによって表されるものである、請求項３に記載の装置（１００）。
【請求項５】
前記チャネルのサブチャネルの数は、前記チャネルの入力である送信点の所定の数により定義されるものであり、
前記チャネルは、前記送信点と所定の複数の受信点とを接続しているものであり、
前記装置（１００）は、情報割当て情報を使用する適応変調器と、電力割当て情報を使用する電力割当器とを更に備えるものであり、
前記適応変調器及び前記電力割当器は、前記サブチャネルが互いに空間的に異なるように、前記送信点に対して信号を発生させるものである、
請求項４に記載の装置（１００）。
【請求項６】
前記決定する手段（１０６）は、情報ユニットを、前記受信点の数以下である所定の数の固有ビームに割当てるものである、請求項４又は５に記載の装置（１００）。
【請求項７】
前記異なる情報割当て値を提供する手段（１０２）を更に備えるものであって、前記決定する手段（１０６）により、ある推定されたシンボルエラーレート値の決定において使用される前記情報割当て値は、割当てられた情報ユニットの合計が、前記時間枠の間に前記チャネル上を集合的に送信される情報ユニットの総数に等しくなるように提供されるものである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項８】
前記異なる電力割当て値を提供する手段（１０４）を更に備えるものであって、前記決定する手段（１０６）により、ある推定されたシンボルエラーレート値の決定において使用される前記電力割当て値は、割当てられた電力の合計が、複数の前記サブチャネルに割当てることができる最大電力以下になるように提供されるものである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項９】
前記チャネル情報は、チャネル情報行列（１０５）によって提供されるものであり、
前記決定する手段（１０６）は、
前記チャネル情報行列の第１の固有ベクトルに対応する第１の固有値と、前記チャネル情報行列の第２の固有ベクトルに対応する第２の固有値とを決定する手段であって、前記第１の固有値は、前記第２の固有値に等しいかまたは大きいものである、手段と、
情報ユニットの第１の数を、前記第１の固有ベクトルに対応する第１の固有ビームに割当て、情報ユニットの第２の数を、前記第２の固有ベクトルに対応する第２の固有ビームに割当てる手段であって、前記第１の固有ビームの割当ては、前記第２の固有ビームの割当てよりも高い優先順位を有するものである、手段と
を更に備えるものである、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項１０】
前記割当てる手段は、前記第２の情報ユニットの数以上である前記第１の情報ユニットの数を提供するものである、請求項９に記載の装置（１００）。
【請求項１１】
前記チャネル情報は、固有ベクトルに対応する複数の固有値であって、前記チャネルの送信点の数に等しい数を個数とする固有値を有するチャネル情報行列によって提供されるものであり、
前記推定されたシンボルエラーレート値を決定する手段（１０６）は、
【数１】
により、前記推定されたシンボルエラーレート値を計算するものであり、ここでｎはナンバリングインデックスであり、Ｍtは前記送信点の数であり、αnは番号がｎである固有ビームに割当てられた任意の要素であり、ｄnはサブチャネルｎに割り当てられる情報ユニットの数を表す指標であり、λnは前記固有ビームｎの固有値であり、Ｐnは前記固有ビームｎに割当てられた電力であり、σ2は受信機におけるノイズ信号の電力であり、Ｍrは受信点の数である、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項１２】
前記決定する手段（１０６）は、固有ビームｎ内の所定の信号集合体の中の最も近接している点の平均数に対応するαnを選択するものである、請求項１１に記載の装置（１００）。
【請求項１３】
情報割当て値を提供する手段（１０２）を更に備えるものであって、前記提供する手段（１０２）は、前記第１の固有ビームに割当てられた前記第１の情報ユニットの数を低減し、前記第２の固有ビームに割当てられた前記第２の情報ユニットの数を増加させるものである、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項１４】
前記チャネル情報は、固有ベクトルに対応する複数の固有値であって、前記チャネルの送信点の数に等しい数を個数とする固有値を有するチャネル情報行列によって提供されるものであり、
前記装置（１００）は、
【数２】
によりサブチャネルに対して電力割当て値を決定する手段（１０４）を更に備えるものであって、ここでｎはナンバリングインデックスであり、Ｍtは前記送信点の数であり、αnは番号がｎである固有ベクトルに対応する固有ビームに割当てられた任意の要素であり、ｄnはサブチャネルｎに割当てられた情報ユニットの数を表す指標であり、λnは固有ビームｎの固有値であり、Ｐnは固有ビームｎに割当てられた電力であり、σ2は受信機におけるノイズ信号の電力であり、Ｍrは受信点の数であり、μは次の制約
【数３】
を満たすように選択される変数であり、ここで、ＰTは最大の利用可能な送信電力である、
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置（１００）。
【請求項１５】
前記決定する手段（１０６）は、送信される情報ユニットの総数を、最大の固有値を有する前記固有ベクトルに対応する前記固有ビームに最初に割当てるものである、請求項１４に記載の装置（１００）。
【請求項１６】
前記送信点の数が１０以下である、請求項５に記載の装置（１００）。
【請求項１７】
複数のサブチャネルを有するチャネルのサブチャネルに情報及び電力を割当てる方法であって、前記チャネルはチャネル情報によって表されているものであり、
前記チャネル情報の前記複数のサブチャネルと、異なる情報割当て値と、異なる電力割当て値とに対し、推定されたシンボルエラーレート値を決定するステップであって、あるシンボルは、前記チャネルの前記複数のサブチャネルに割当てられた複数の情報ユニットを含むものであり、前記複数の情報ユニットは、ある時間枠の間に前記チャネルを介して集合的に送信されるものである、ステップと、
前記異なる情報割当て値から情報割当て値を選択し、前記異なる電力割当て値から電力割当て値を選択するステップであって、該選択された情報割当て値と該選択された電力割当て値とは、ある閾値を下回る、推定されたシンボルエラーレート値をもたらすものである、ステップと
を含む方法。
【請求項１８】
送信信号を送信する装置であって、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置（１００）を備える装置。
【請求項１９】
ある受信信号を検出するための検出器であって、
前記受信信号は、複数のサブチャネルを有するチャネルによって出力されるものあり、
前記受信信号は、該受信信号に関連付けられている、あるサブチャネルに割当てられた情報ユニットを有するものであって、
あるサブチャネル受信信号を得る手段と、
前記サブチャネルの情報割当て情報を得る手段と、
前記サブチャネルの前記割当て情報に基づいて、前記サブチャネル受信信号を復調する手段と
を備える検出器。
【請求項２０】
ある受信信号を検出する方法であって、
前記受信信号は、複数のサブチャネルを有するチャネルによって出力されるものあり、
前記受信信号は、該受信信号に関連付けられている、あるサブチャネルに割当てられた情報ユニットを有するものであって、
あるサブチャネル受信信号を得るステップと、
前記サブチャネルの情報割当て情報を得るステップと、
前記サブチャネルの前記割当て情報に基づいて、前記サブチャネル受信信号を復調するステップと
を含む方法。
【請求項２１】
コンピュータ上で、請求項１７又は２０に記載の方法のうちの一つを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【公表番号】特表２００７−５２８１６８（Ｐ２００７−５２８１６８Ａ）
【公表日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５０２１９５（Ｐ２００７−５０２１９５）
【出願日】平成１６年３月１１日（２００４．３．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００２５２５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０９９１２７
【国際公開日】平成１７年１０月２０日（２００５．１０．２０）
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年３月１１日（２００４．３．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００２５２５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０９９１２７
【国際公開日】平成１７年１０月２０日（２００５．１０．２０）
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
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