JP2000151484A - 無線システム用空間―時間ダイバ―シティ - Google Patents

無線システム用空間―時間ダイバ―シティ

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JP2000151484A
JP2000151484A JP11314724A JP31472499A JP2000151484A JP 2000151484 A JP2000151484 A JP 2000151484A JP 11314724 A JP11314724 A JP 11314724A JP 31472499 A JP31472499 A JP 31472499A JP 2000151484 A JP2000151484 A JP 2000151484A
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Farrokh Rashid-Farrokhi
ラシッド−ファロックヒ ファロック
Reinaldo A Valenzuela
エー． ヴァレンズエラ レイナルド
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、無線通信技術に関し、特に無線シ
ステムの容量を増大する空間−時間ダイバーシティに関
する。 【解決手段】 本発明は、代表的には無線基地局で使用
する方法であって、該基地局において、複数の無線ター
ミナルからチャネル情報を受信する段階と、該基地局と
該各無線ターミナルとの間に無線チャネルを該受信チャ
ネル情報の関数として確立するために形成される各送信
ビーム・パターンをほぼ同時に制御するために、該基地
局が使用する動作パラメータを決定する段階とからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、無線通信技術に関し、特に無線
システムの容量を増大するための、空間−時間ダイバー
シティに関する。
【０００２】
【発明の背景】時分割多重アクセス（Ｔime Ｄivisiona
l Ｍultiple Ａccess：ＴＤＭＡ）、または符号分割多
元接続（Ｃode Ｄivisional Ｍultiple Ａccess：ＣＤ
ＭＡ）無線通信システムのような従来技術の無線通信シ
ステムは、基地局と無線ターミナルとの間の通信用に使
用される。通信に対する種々のパラメータを設定する場
合、上記従来技術システムは、無線ターミナルにおける
必要な信号の強度だけを考慮し、基地局と他の無線ター
ミナルとの間の必要な信号の強度を考慮に入れていなか
った。また、いわゆる、例えばＣＤＭＡシステムのよう
な「電力制御」を使用する従来技術の無線通信システム
は、基地局においてビーム形成のために使用する任意の
重みベクトルとは独立して電力制御を行う。さらに、基
地局における上記従来技術の無線通信システムでの電力
制御は、通常、無線ターミナルにおけるパイロット信号
か、または無線ターミナルにおけるビット誤り率（Ｂit
Ｅrror Ｒate：ＢＥＲ）に基づいて行われる。従来技
術の無線システムのこれら設計要因により、信号対混信
／雑音比（Ｓignal to Ｉnterfarence and Ｎoise Ｒat
io：ＳＩＮＲ）は、最適値より低くなり、その結果、シ
ステム容量が低減する。すなわち、システムは、ＳＩＮ
Ｒが高い場合ほど多くの能動無線ターミナルにサービス
を行うことができなくなる。
【０００３】
【発明の概要】無線システムの信号対混信／雑音比（Ｓ
ＩＮＲ）は、それぞれが、基地局と各無線ターミナルと
の間の通信チャネルとを、無線ターミナルの中の少なく
とも２つの無線ターミナルからの受信チャネル情報の関
数として形成される送信ビーム・パターンをほぼ同時に
制御するために、基地局が使用する動作パラメータを決
定することにより、最適化することはできないにせよ、
改善することができることが分かっている。本発明の例
示としての実施形態の場合には、基地局が使用する重み
ベクトルおよび電力割当ては、基地局からサービスを受
ける、少なくとも各無線ターミナルが供給する情報、お
よび基地局からサービスを受けるセルに隣接するセル内
の他の基地局からサービスを受ける無線ターミナルから
潜在的に供給される情報、例えば、無線ライン接続のよ
うな基地局間通信を使用する隣接セルの基地局を通して
供給を受ける他の基地局からの情報を使用して基地局が
決定する。
【０００４】
【発明の詳細な記述】下記の説明は、単に本発明の原理
を説明するためだけのものである。それ故、当業者な
ら、本明細書にはっきりと説明または図示していなくて
も、本発明の原理を実行する種々の装置を考案すること
ができ、それらが本発明の精神および範囲に含まれるこ
とを理解することができるだろう。さらに、本明細書に
記載するすべての例およびを条件付き文言は、主として
読者が本発明の原理およびこの技術を改善するための、
発明者によるコンセプトの理解を助けるためだけのもの
であり、上記の特に記載した例および条件に制限される
ものでないと解釈すべきものである。さらに、本明細書
の本発明の原理、諸機能および実施形態、並びにその特
定の例は、その構造上および機能上の相当物を含むため
のものである。さらに、上記相当物は、現在周知の相当
物、将来開発される相当物、すなわち、構造が何であ
れ、同じ機能を行うために開発された任意の素子を含
む。
【０００５】それ故、例えば、当業者なら、本明細書の
ブロック図は、本発明の原理を実行する例示としての回
路の概念図であることを理解することができるだろう。
同様に、すなわち、フローチャート、流れ図、状態遷移
図、疑似コード等が、コンピュータが読むことができる
媒体で、実質的に表わすことができること、コンピュー
タまたはプロセッサがはっきりと表示されていてもいな
くても、このようなコンピュータまたはプロセッサによ
り実行できる種々のプロセスを表わすことも理解するこ
とができるだろう。
【０００６】「プロセッサ」と表示した機能ブロックを
含めて、図面に示す種々の素子の機能は、専用ハードウ
ェア、および適当なソフトウェアに関連するソフトウェ
アを実行することができるハードウェアを使用すること
により入手することができる。プロセッサを使用する場
合には、上記諸機能は、１台の専用プロセッサ、１台の
共有プロセッサにより、またはその中のいくつかを共有
することができる、複数の個々のプロセッサにより入手
することができる。さらに、「プロセッサ」または「コ
ントローラ」という用語がはっきりと記載されている場
合、この用語がソフトウェアを実行することができるハ
ードウェアだけを指すと解釈すべきではなく、はっきり
と記載されていなくても、デジタル信号プロセッサ（Ｄ
igitalＳignal Ｐrocessor：ＤＳＰ）ハードウェア、ソ
フトウェアを記憶するための読出し専用メモリ（Ｒead-
Ｏnly Ｍemory：ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモ
リ（Ｒandom Ａccess Ｍemory：ＲＡＭ）および不揮発
性記憶装置も暗黙の中に無制限に含むことができると解
釈すべきである。この用語は、また従来の、および／ま
たは特注の他のハードウェアも含むことができる。同様
に、図面に示す任意のスイッチは単に概念上のものであ
る。その機能は、プログラム・ロジック、専用ロジッ
ク、プログラム制御および専用ロジックの相互作用、ま
たは手動でも実行することができ、特定の技術を、本明
細書を読めばもっとはっきり理解することができる実行
装置により選択することができる。
【０００７】特許請求の範囲においては、特定の機能を
実行する手段として表示されている任意の素子は、例え
ば、ａ）その機能を実行する回路素子の組合せ、また
は、ｂ）それ故、その機能を実行するために、そのソフ
トウェアを実行するための適当な回路と組合せて、ファ
ームウェア、マクロコード等を含む任意の形のソフトウ
ェアを含む、その機能を実行する任意の方法を含むこと
を意図している。上記特許請求の範囲内に定義するよう
に、本発明の本質は、種々の上記手段が供給する機能
が、特許請求の範囲が記載する方法で、組合され、結合
されるという点にある。それ故、本出願人は、これらの
機能を供給することができるすべての手段を本明細書に
記載する手段と同じものであると見なす。
【０００８】図１は、例示としての符号分割多元接続
（ＣＤＭＡ）無線通信システム１００の一部である。Ｃ
ＤＭＡシステム１００は、基地局で使用されるあるユー
ザ用の無線送信機１０１と、無線ターミナルで使用され
る無線受信機１０３を含む。無線送信機１０１も無線受
信機１０３も、本発明の原理に従って配置されている。
【０００９】無線送信機１０１は、アンテナ１０５−１
から１０５−Ｋを含むアンテナ１０５を含む。Ｋの数値
は、システム作成者により、無線通信システム１００の
必要な価格、性能および容量の関数として選択される。
各アンテナ１０５は、各関連送信モジュール１０７から
の信号の供給を受ける。各送信モジュール１０７は、
ａ）Ｐ個のダイバーシティ・モジュール１０９、ｂ）結
合装置１１１、ｃ）アップコンバータ１１９を含む。Ｐ
の数値は、通常、必要なチャネル性能の関数として決定
される。通常、必要なチャネル性能は標準設定委員会に
より選択される。
【００１０】各ダイバーシティ・モジュール１０９は、
ビーム形成装置掛け算器１１３、スプレッダ掛け算器１
１５、遅延素子１１７を含む。ビーム形成装置掛け算器
１１３は、送信する信号にビーム形成係数を掛ける。種
々のビーム形成装置掛け算器１１３に供給された各ビー
ム形成係数は、空間−時間ダイバーシティ重みベクトル
Ｗの一部であるといわれる。ビーム形成係数は、以下に
さらに詳細に説明するように、本発明の原理に従って、
ビーム形成および電力制御ユニット１２１が発生する。
【００１１】各ビーム形成装置掛け算器１１３からの出
力は、その各関連掛け算器１１５に入力として供給さ
れ、上記掛け算器は、ビーム形成装置１１３からのその
入力に、無線送信機１０１によりサービスを受けるユー
ザ用の拡散コードを掛ける。ＣＤＭＡシステムではな
く、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）システムで、本発
明を実行したい場合には、掛け算器１１５を除去する必
要がある。拡散コードは、送信中の信号の各ビットに対
する複数のチップからなっているので、各ビットにその
拡散コードを掛けなければならない掛け算器１１５は、
掛け算器１１３より遙かに速い速度で動作する。
【００１２】各掛け算器１１５からの出力は、その各関
連遅延素子１１７に入力として供給される。各遅延素子
１１７は、自分に供給された信号を、ダイバーシティ・
モジュール１０９の一つで発生した各遅延信号がダイバ
ーシティ・モジュール１０９の一つで発生した任意の他
の信号から少なくとも１チップ分遅延するように遅延さ
せる。すなわち、各ダイバーシティ・モジュール１０９
で発生した任意の他の信号の間には、少なくとも１チッ
プ分だけの位相差がある。特定の遅延は、例えば、標準
設定組織が指定するように、システム要件に応じてシス
テム設計者が指定することができる。または、システム
性能の機能として適応できるように調整することができ
る。
【００１３】各ダイバーシティ・モジュール１０９は、
その遅延し拡散した信号をその関連結合装置１１１に供
給する。各結合装置１１１は、遷移モジュール１０７の
同じものに各ダイバーシティ・モジュール１０９により
供給される、遅延し拡散した信号を、それ自身として追
加し、結合した結果を関連アップコンバータ１１９に供
給する。各アップコンバータは、その関連結合装置１１
１により供給された結果を、キャリヤ信号を変調するた
めに使用する。その後で、変調されたキャリヤ信号は、
アンテナ１０５に供給され放送される。
【００１４】基地局によりサービスを受ける各無線ター
ミナルに対しては、類似のＫ個の送信モジュール１０７
が存在することに留意されたい。しかし、各アップコン
バータ１１９は、異なる無線ターミナルの種々の送信モ
ジュール１０７により共有される。すなわち、各アップ
コンバータ１１９は、各送信モジュール１０７から結合
される信号をアップコンバートし、結合された信号は上
記アップコンバータに接続しているアンテナ１０５の一
つに供給される。すなわち、各基地局は、それが送信モ
ジュール１０７をサービスすることができる無線ターミ
ナルの最大数のＫ倍を持つが、アップコンバータ１１９
の数はＫ個だけであり、アンテナ１０５の数はＫ個だけ
である。
【００１５】受信機１０３は、いわゆる、「レーキ」受
信機である。上記１０３は、ａ）アンテナ１５１、ｂ）
ダウンコンバータ１５３、ｃ）受信モジュール１５２、
ｄ）チャネル・レスポンスおよびＳＩＮＲ推定装置１６
７、およびｅ）レーキ結合重み計算装置１６９を含む。
図１のチャネル・レスポンスおよびＳＩＮＲ推定装置１
６７、および受信機１０３のこれらの部分は従来のもの
であるので、簡単に説明する。
【００１６】アンテナ１５１はアンテナが感知した無線
信号を受信する。ダウンコンバータ１５３は、アンテナ
１５１が受信した無線信号をベースバンドにダウンコン
バートする。その後で、ベースバンド信号は、そのすべ
てが結合装置１６５に接続しているＬ個のレーキ受信機
フィンガを含む受信機モジュール１５２に供給される。
より詳細に説明すると、ダウンコンバータ１５３からの
信号は、各レーキ受信機フィンガ１５５に供給される。
各レーキ受信機フィンガ１５５は、遅延素子１５７、デ
スプレッダ１５８、レーキ結合掛け算器１６３を含む。
デスプレッダ１５８は、積分器１６１に接続しているチ
ップ掛け算器１５９を含む。それ故、アンテナ１５１で
受信した信号は、そこから特定の受信ビットが決定され
る決定統計信号を形成するために、ダウンコンバートさ
れ、遅延され、デスプレッドされ、結合される。
【００１７】図１は、ＣＤＭＡレーキ受信機の最も普通
の形式を示していることに留意されたい。しかし、本発
明の他の実施形態は、従来の２次元レーキまたは共存出
願の、共通に譲渡されている同時係属の米国特許出願が
開示している、本発明のレーキ受信機も使用することが
できる。上記出願は引用によって本明細書の記載に援用
する。どちらの受信機を使用しても、プロセスは変わら
ない。追加の寸法を収容するために、レーキ結合ベクト
ルｖが長くなっている。
【００１８】図２は、本発明の原理による、１）送信ビ
ーム形成重みベクトル、２）送信電力割当て、および
３）レーキ受信機結合ベクトルを最適化するための例示
としてのプロセス全体を示す。このプロセスは、例え
ば、無線受信機１０３（図１）を含む無線ターミナル
（図示せず）によりサービスを受けるユーザのような新
しいユーザが、無線送信機１０１を内蔵する基地局（図
示せず）によりサービスを受けようとするとき、このプ
ロセスはステップ２０１からスタートする。図２のプロ
セスに入る前に、基地局がすでに動作している場合があ
る。別の方法としては、図２のプロセスは、例えば、重
みベクトルの更新に必要な量により変化する基地局と無
線ターミナルとの間のチャネルに対する時間の長さに近
い周期で、周期的にステップ２０１からスタートするこ
ともできる。チャネルの上記変化は、大気の状態の変
化、無線ターミナルの位置の変化、基地局と無線ターミ
ナルとの間の経路に沿った、または環境の変化を含む、
種々の要因により発生する場合がある。
【００１９】ステップ２０３においては、基地局は、そ
れ自身と種々の無線ターミナルとの間のチャネルについ
ての情報を集める。上記チャネル情報は、チャネル・レ
スポンスおよびチャネルのＳＩＮＲを含むことができ
る。上記情報の一部は、例えば、アップリンク通信、す
なわち、無線ターミナルから基地局へのリンクに情報を
内蔵させることにより、基地局が、現在能動的にサービ
スを行っている各無線ターミナルにより直接供給するこ
とができる。アップリンクは、フレーム構造体を使用し
て配置することができ、そのため、基地局は、自分がサ
ービスを提供しているすべての無線ターミナルに関する
情報を集合的に入手する。さらに、基地局は、例えば、
基地局によりサービスを受けているセルに隣接するセル
内の他の基地局によりサービスを受けている無線ターミ
ナルに関するチャネル情報を受信することができる。他
のセルからのチャネル情報は、例えば、無線ライン接続
のような基地局間通信を使用して、隣接するセルの基地
局を通して供給される。
【００２０】次に、ステップ２０５においては、基地局
は、本発明の一つの機能により、送信ビーム形成ベクト
ルを計算するために、受信チャネル情報を使用する。本
発明の送信ビーム形成ベクトルの計算に関するこれ以上
の詳細については以下に説明する。その後で、ステップ
２０７においては、基地局は、基地局送信電力制御を行
う。より詳細に説明すると、基地局は、自分がサービス
を提供している各無線ターミナルに対して使用する電力
を更新する。
【００２１】条件付き分岐点２９０においては、指定の
時間ウィンドウですでに使用した送信重みベクトルが収
束したかどうかを決定するために、すなわち、現在の送
信重みベクトルと、前に使用した重みベクトルとの間の
違いのベクトル素子の平方であるエラー・ベクトル標準
(error vector norm)が、しきい値より低いかどうかを
判断するために試験を行う。ステップ２０９における試
験結果が、送信重みベクトルが収束したことを示す「は
い」である場合には、プロセスはステップ２１１におい
て抜け出る。別の方法としては、例えば、ステップ２０
３から２０９までを実行しない場合に、利用することが
できるようになった処理電力を、もう使用することがで
きなくなった場合には、制御はステップ２０３に戻る。
【００２２】ステップ２０９における試験結果が、送信
重みベクトルが収束しなかったことを示す「いいえ」で
ある場合には、制御はステップ２１３に渡され、その場
合、各無線ターミナルは、例えば、本発明の機能によ
り、受信機１０３（図１）のレーキ結合掛け算器１６３
に供給される重みのような、その最適レーキ受信機結合
ベクトルを計算する。上記計算は、以下に詳細に説明す
るように、レーキ結合重み計算装置１６９により行われ
る。
【００２３】ステップ２１５においては、各無線ターミ
ナルは、従来の技術を使用して、チャネル情報、すなわ
ち、チャネルのインパルス・レスポンスであるチャネル
・レスポンスを推定する。さらに、ステップ２１５にお
いては、各無線ターミナルは、従来の技術により、信号
対混信／雑音比（ＳＩＮＲ）を測定する。その後で、ス
テップ２１７においては、各無線ターミナルは、基地局
に推定チャネル・レスポンスおよびＳＩＮＲを送信す
る。この情報は、無線ターミナルのアップリンクに内蔵
され、ステップ２０３において基地局により受信され
る。その後で、制御はステップ２０３に戻され、上記の
ようにプロセスが続行する。
【００２４】図３は、本発明の機能により、図２のステ
ップ２０５のところで説明したように、受信チャネル情
報を使用して、基地局による送信ビーム形成ベクトルを
計算するための例示としてのプロセスのフローチャート
である。制御が図２のステップ２０５に渡される度に、
図３のプロセスは、ステップ３０１からスタートする。
次に、ステップ３０３においては、本発明の機能によ
り、信号と混信との間の相関関係のマトリックスΦs i、
ΦI iが計算される。より詳細に説明すると、本発明の機
能により、基地局から無線ターミナルに延びるチャネル
の実際の一組のダウンリンクの数学的相当物である、仮
想アップリンク・ネットワーク用の信号と混信との間の
相関関係が基地局で作成される。
【００２５】仮想アップリンク・ネットワークを作成す
るために、送信機、すなわち、基地局は受信機であり、
受信機、すなわち、無線ターミナルは、送信機であると
仮定する。さらに、仮想アップリンク・ネットワークに
対するチャネル・レスポンスは、ダウンリンク・チャネ
ルが収集したチャネル・レスポンスと同じものであると
仮定する。仮想アップリンク・ネットワークが決定され
ると、それに対する信号と混信との間の相関関係マトリ
ックスが従来の方法で作成される。
【００２６】その後で、ステップ３０５においては、そ
れぞれ、仮想アップリンク・ネットワークの信号と混信
との間の相関関係マトリックスΦs i、ΦI iを使用して、
ＳＩＮＲ、Γを最大にするために、ステップ２０５の反
復ｎにおける、各無線ターミナルｉに対する重みベクト
ルＷが計算される。この計算は下記の式を計算すること
により行われる。
【数５】 ここで、ＦI jiは、ｊ番目の無線ターミナルから、同じ
基地局に属しているものであってもよいし、他の基地局
に属しているものであってもよい、ｉ番目の無線ターミ
ナルに関連する基地局受信機へのチャネル・レスポンス
である。ＦS jiは、ｉ番目の無線ターミナルからｉ番目
の無線ターミナルに関連する基地局受信機へのチャネル
・レスポンスである。Ｎiは、ｉ番目の無線ターミナル
の追加ノイズ電力である。Ｐは、その各素子が仮想送信
機の電力である電力ベクトルである。Ｖは、各無線ター
ミナルに対する一組のレーキ結合ベクトルｖiである。
Ｈは、ベクトルまたはマトリックスの複素共役交差であ
るエルミートである。
【００２７】特定の無線ターミナルに対応する各ベクト
ルｖiの個々の各成分は、その特定の無線ターミナルの
無線受信機１０３の各レーキ結合掛け算器１６３に供給
されることに留意されたい。また、このステップは、図
２の前の反復からの電力割当てを必要とするので、最初
に、このプロセスを行う場合には、任意の電力割当てを
使用することができることにも留意されたい。このプロ
セスが動作すると、電力割当ては、最終的には、初期値
とは無関係に、必要な解の方向に進む。
【００２８】さらに、各無線ターミナルは、現在サービ
スを行っている基地局の対応する回路に関連し、対応す
る回路は、図１の実施形態を使用する、ダイバーシティ
・モジュール１０９、結合装置１１１およびビーム形成
電力制御ユニット１２１を含む。各無線ターミナルおよ
びその対応する基地局回路は、共通の識別子により識別
される。マトリックスの動作を簡単にするために、識別
子は、通常、１からＭまでの番号を持つ。この場合、Ｍ
は、複数の基地局のネットワークであってもよい、全無
線システムによりサービスを受けているユーザの数であ
る。しかし、例えば、作成者の判断で、無線ターミナル
に対応する電話番号のような他の識別子を使用すること
もできる。さらに、無線ターミナルを表わす種々の識別
子を一緒に関連づけることもでき、必要な場合には、実
行しようとする各機能に適している識別子を選択するこ
とができる。
【００２９】さらに、ステップ３０５においては、
【数６】 を計算して、仮想アップリンク電力ベクトルを計算する
ことができる。ここで、Ｐn iは、仮想アップリンク電力
ベクトルの計算のｎ番目の反復の際の、基地局に送信す
るためにｉ番目の無線ターミナルが使用する仮想アップ
リンク送信電力である。γiは、ｉ番目の基地局に対す
る目標ＳＩＮＲであり、このＳＩＮＲはリンクの品質の
仕様であり、ユーザが選択することができる。Γiは、
ｉ番目の基地局のＳＩＮＲである。
【００３０】その後で、プロセスは、ステップ３０７で
抜け出る。抜け出ると、制御が図２のステップ２０７の
渡ることに留意されたい。
【００３１】図２のステップ２０７のところですでに説
明したように、基地局は、基地局送信電力制御を行う。
より詳細に説明すると、基地局は、自分がサービスを行
っている各無線ターミナルに対して使用する電力を更新
する。自分がサービスを提供している各無線ターミナル
に対して、基地局が使用する更新電力は、
【数７】
【外１】
【００３２】図２のステップ２１３のところですでに説
明したように、各無線ターミナルは、例えば、本発明の
機能により、受信機１０３（図１）のレーキ結合掛け算
器１６３に供給される重みのような、その最適レーキ受
信機結合ベクトルを計算する。上記最適レーキ受信機結
合ベクトルは、下記式を計算することにより決定するこ
とができる。
【数８】
【外２】
【００３３】上記技術を組合せて使用すると、最適電力
割当てベクトルおよびビーム形成ベクトルを実行するこ
とができ、その結果、システムの性能が最高になり、そ
のために所与のＳＩＮＲ当り最大のシステム能力、また
は、例えば、ユーザのような所与の数の無線ターミナル
に対するＳＩＮＲを最大にすることができる。しかし、
一つのシステムに上記技術全部を適用する必要がないこ
とが分かっている。それどころか、上記技術の中のいく
つかを適用すれば、最適なシステム性能にはならなくて
もシステム性能が改善される。同様に、上記技術の代わ
りに、次善の技術を個々に、または一緒に使用すること
ができる。
【００３４】例えば、ステップ３０５のところですでに
説明したように、仮想アップリンク・ネットワークの信
号相関関係マトリックス、Φs iを使用して、ＳＩＮＲ、
Γを最大にするために、ステップ２０５の反復ｎにおけ
る各無線ターミナルｉに対する重みベクトルＷを作成す
る代わりに、下記式のように必要なユーザｉに対する利
得を最大にするためだけに、ステップ２０５の反復ｎに
おける、各無線ターミナルｉに対する重みベクトルＷが
計算される。
【数９】 式中のすべての変数についてはすでに説明した。ＳＩＮ
Ｒ、Γを最大にすることによって、ステップ２０５の反
復ｎにおける、各無線ターミナルｉに対する重みベクト
ルＷを作成するもう一つの方法は、基地局から必要な無
線ターミナルへの利得を最大にすることである。しか
し、この場合、他の無線ターミナルへの全部の送信の混
信が、下記の最大利得を解くことにより制限される。
【数１０】 ここで、ｃはステップ２０７において、基地局送信電力
制御が行われた場合、最終的にはゼロになる任意の定数
である。それ故、ｃに対して特定の数値を選択する必要
はない。
【００３５】図４は、本発明の機能による、システムの
ダウンリンクを表わすために使用される仮想アップリン
ク・ネットワークの最小信号対混信／雑音比（ＳＩＮ
Ｒ）を最大にするための例示としてのプロセスである。
ＳＩＲは、ＳＩＮＲに類似しているが、付加ノイズが考
慮の対象になっていない。一般的にいって、仮想アップ
リンク・ネットワークの、すべてのＳＩＲを共通の数値
に設定し、この共通の数値を最大にするよう努力するこ
とにより、最小ＳＩＲを最大にすることができる。そう
したい場合には、数学的に表わすことができ、
【数１１】 を解くことにより達成することができる。このプロセス
は、図２のステップ２０５および２０７の代わりに使用
することができる。
【００３６】それ故、より詳細に説明すると、図４のプ
ロセスは、ステップ２０３の実行が終了すると、ステッ
プ４０１からスタートする。次に、ステップ４０３にお
いては、下記式により表わされるビーム形成重みベクト
ルを入手するために、仮想アップリンク・ネットワーク
に対してＳＩＲを最大にする。
【数１２】 式中のすべての変数についてはすでに説明した。このス
テップは、図４のプロセスの前の反復からの電力割当て
を必要とするので、最初に、このプロセスを行う場合に
は、任意の電力割当てを使用することができることにも
留意されたい。このプロセスを実行すると、電力割当て
は、最終的には、元の数値とは無関係に、必要な解の方
向に進む。
【００３７】次に、ステップ４０５においては、仮想ア
ップリンク・ネットワークに対して電力制御が行われ
る。すなわち、仮想のものを除いて、仮想アップリンク
・ネットワークの各チャネルに送信電力が割当てられ
る。この電力割当ては、最初に二つのマトリックスＤお
よびＦを作成することにより行うことができる。Ｄは必
要なリンク利得であり、Ｆはその重みベクトルがｗであ
る、必要なリンク上の混信に対する利得である。その後
で、ＤおよびＦの積のスペクトルの半径、すなわち、固
有値が決定される。その後で、ＤおよびＦの積のスペク
トル半径に対応する、固有値を発見することによって、
仮想アップリンクに対する最適な割当てが決定される。
数学的には、上記のプロセスは下記式により表わされ
る。
【数１３】 ここで、ρはスペクトルの半径であり、γmaxは達成可
能な最大ＳＩＲである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理により配置された、例示としての
符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線通信システムの一部
である。
【図２】本発明の原理による、送信ビーム形成ベクト
ル、送信電力割当て、およびレーキ受信機結合ベクトル
を最適化するための例示としてのプロセス全体を示す。
【図３】本発明の一つの態様による、受信チャネル情報
を使用する基地局による送信ビーム形成ベクトルを計算
するための例示としてのプロセスのフローチャートであ
る。
【図４】本発明の一つの態様による、ＣＤＭＡシステム
のダウンリンクを表わすために使用する仮想アップリン
ク・ネットワークの最小信号対干渉雑音比（ＳＩＲ）を
最大にするための例示としてのプロセスである。
フロントページの続き (72)発明者 レイナルド エー． ヴァレンズエラ アメリカ合衆国，07733 ニュージャーシ ィ，ホルムデル，パートリッジ ラン 17

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無線基地局で使用する方法であって、 該基地局において、複数の無線ターミナルからチャネル
    情報を受信する段階と、 該基地局と該各無線ターミナルとの間に無線チャネルを
    該受信チャネル情報の関数として確立するために形成さ
    れる各送信ビーム・パターンをほぼ同時に制御するため
    に、該基地局が使用する動作パラメータを決定する段階
    とからなることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の発明において、該動作
    パラメータは重みベクトルを含むことを特徴とする発
    明。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の発明において、該動作
    パラメータは、該無線ターミナルの各々に対して該基地
    局が使用する送信電力レベルを含むことを特徴とする発
    明。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の発明において、該基地
    局において、該受信チャネル情報を用いて仮想アップリ
    ンク・ネットワークに対する信号対混信相関関係マトリ
    ックスを作成し、該仮想アップリンク・ネットワーク
    は、該基地局から該無線ターミナルに延びるチャネルの
    実際の一組のダウンリンクと数学的に同じものであるこ
    とを特徴とする発明。
  5. 【請求項５】 請求項４項に記載の発明において、該基
    地局が複数の無線ターミナルから受信したチャネル情報
    を、該基地局から該無線ターミナルに延びるチャネルの
    該一組のダウンリンクとして使用することを特徴とする
    発明。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の発明において、該基地
    局において、該受信機チャネル情報を用いて仮想アップ
    リンク・ネットワークに対する信号／混信相関関係マト
    リックスΦs i、ΦI iをそれぞれ作成し、該仮想アップリ
    ンク・ネットワークは、該基地局から該無線ターミナル
    へ延びるチャネルの実際の一組のダウンリンクに数学的
    に等しいものであり、該動作パラメータは重みベクトル
    を含み、 【数１】 （ＦI jiは、ｊ番目の無線ターミナルから、該基地局ま
    たは他の基地局に関連するものであってもよい該無線タ
    ーミナルのｉ番目の無線ターミナルに関連する基地局受
    信機へのチャネル・レスポンス、 ＦS jiは、該無線ターミナルのｉ番目の無線ターミナル
    から、該無線ターミナルのｉ番目の無線ターミナルに関
    連する基地局受信機へのチャネル・レスポンス、 Ｎiは、該ｉ番目の無線ターミナルの付加ノイズ電力、 Ｐは、電力ベクトル、そしてＶは、該無線ターミナルの
    各無線ターミナルに対する一組のレーキ結合ベクトルｖ
    iである。）を計算することによって、信号対混信／雑
    音比（ＳＩＮＲ）、Γを最大にするために、重みベクト
    ル計算の反復ｎにおける各無線ターミナルｉに対する重
    みベクトルＷの計算が行われることを特徴とする発明。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の発明において、情報基
    地局で、該受信チャネル情報を用いて、該基地局から該
    無線ターミナルのｉ番目のものへのダウンリンクに対す
    る信号相関関係マトリックスΦs iを作成し、該動作パラ
    メータは重みベクトルを含み、重みベクトル計算の反復
    ｎにおける、各無線ターミナルｉに対する重みベクトル
    が、 【数２】 （ＦS jiは、該無線ターミナルのｉ番目の無線ターミナ
    ルから、該無線ターミナルのｉ番目の無線ターミナルに
    関連する基地局受信機への、チャネル・レスポンス、 ｖiは、該無線ターミナルの該ｉ番目の無線ターミナル
    に対するレーキ結合ベクトルである。）を計算すること
    により利得を最大にすることを特徴とする発明。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の発明において、該基地
    局において、該受信機チャネル情報を用いて、仮想アッ
    プリンク・ネットワークに対する信号／混信相関関係マ
    トリックスΦs i、ΦI iをそれぞれ作成し、該仮想アップ
    リンク・ネットワークは、該基地局から該無線ターミナ
    ルへ延びるチャネルの実際の一組のダウンリンクに数学
    的に等しく、該動作パラメータは重みベクトルを含み、 【数３】 （ＦI jiは、該無線ターミナルのｊ番目の無線ターミナ
    ルから、該基地局または他の基地局に関連するものであ
    ってもよい、該該無線ターミナルのｉ番目の無線ターミ
    ナルに関連する基地局受信機へのチャネル・レスポン
    ス、 ＦS iiは、該無線ターミナルのｉ番目の無線ターミナル
    から、該無線ターミナルのｉ番目の無線ターミナルに関
    連する基地局受信機への、チャネル・レスポンス、 Ｎiは、該ｉ番目の無線ターミナルの付加ノイズ電力、 Ｐは、電力ベクトルである。Ｖは、該無線ターミナルの
    各無線ターミナルに対する一組のレーキ結合ベクトルｖ
    iである。）を計算することにより、信号対混比（ＳＮ
    Ｒ）を最大にするために、重みベクトル計算の反復ｎに
    おける各無線ターミナルｉに対する重みベクトルＷの計
    算が行われることを特徴とする発明。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の発明において、仮想ア
    ップリンク・ネットワークに対する電力制御が、 二つの利得マトリックスＤおよびＦ（Ｄが必要なリンク
    利得であり、Ｆが、その重みベクトルがｗである必要な
    リンク上の混信に対する利得である）を作成する段階
    と、 Ｄ及びＦの積のスペクトル半径を決定する段階と、 該Ｄ及びＦの積のスペクトル半径をに対応する固有ベク
    トルを発見する段階により実行されることを特徴とする
    発明。
  10. 【請求項１０】 請求項８に記載の発明において、 【数４】 （ＤおよびＦは、利得マトリックスであり、Ｄは必要な
    リンク利得、Ｆがその重みベクトルがｗである必要なリ
    ンク上の混信に対する利得、 Ｐは、電力ベクトル、 ｖiは、該無線ターミナルのｉ番目の無線ターミナルに
    対するレーキ結合ベクトル、 ρは、スペクトル半径、 γmaxは、達成可能な最大信号対混信比（ＳＩＲ）であ
    る。）を解くことにより、該仮想アップリンク・ネット
    ワークに対する電力制御を行うことを特徴とする発明。
  11. 【請求項１１】 無線基地で使用する装置であって、 該無線基地によりサービスの提供を受けている複数の無
    線ターミナルからチャネル情報を受信する多重チャネル
    受信機と、 該基地局と該無線ターミナルの各々との間で、該受信チ
    ャネル情報の関数として、通信チャネルを確立するため
    に形成される送信ビーム・パターンの各々を制御するプ
    ロセッサとからなることを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 無線基地局で使用する方法であって、 該基地局によりサービスを受けている、少なくとも複数
    の無線ターミナルからチャネル情報を受信する段階と、 情報基地局が使用する重みベクトルをすべての該受信チ
    ャネル情報の関数として決定する段階とからなることを
    特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の発明において、さ
    らに情報無線ターミナルに対して、情報基地局が使用す
    る送信電力レベルをすべての該受信チャネル情報の関数
    として決定する段階からなることを特徴とする発明。
  14. 【請求項１４】 複数の無線ターミナルからチャネル情
    報を受信する無線基地局で使用する方法であって、 該基地局と該各無線ターミナルとの間に通信チャネルを
    該受信チャネル情報の関数として確立すべく形成される
    各送信ビーム・パターンをほぼ同時に制御するために、
    該基地局が使用する動作パラメータを決定する段階から
    なり、該動作パラメータが、該基地局において仮想アッ
    プリンク・ネットワークに対して信号／混信相関関係マ
    トリックスを使用して決定され、該仮想アップリンク・
    ネットワークが該基地局から該無線ターミナルに延びる
    チャネルの実際の一組のダウンリンクと数学的に同じも
    のであり、該受信チャネル情報が混信相関関係マトリッ
    クスを作成するために使用されることを特徴とする方
    法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の発明において、情
    報無線ターミナルに関するチャネル情報が、ターミナル
    から情報無線基地局により直接受信されることを特徴と
    する発明。
  16. 【請求項１６】 無線基地局で使用する装置であって、 複数の無線ターミナルからチャネル情報を該基地局のと
    ころで受信する手段と、 該基地局と該各無線ターミナルとの間に通信チャネルを
    該受信チャネル情報の関数として確立するために形成さ
    れる各送信ビーム・パターンをほぼ同時に制御するため
    に、該基地局が使用する動作パラメータを決定する手段
    とからなることを特徴とする装置。
  17. 【請求項１７】 仮想アップリンク・ネットワークに電
    力を割当てる段階と、 該仮想アップリンク・ネットワークに対応する一組の実
    際の世界ダウンリンクに対する重みベクトルを該電力割
    当ての関数として決定する段階とからなることを特徴と
    する方法。
  18. 【請求項１８】 無線基地局で使用する装置であって、 複数の無線ターミナルに関するチャネル情報を受信する
    多重チャネル受信機と、 該基地局と該各無線ターミナルとの間に通信チャネルを
    該受信チャネル情報の関数として確立するために形成さ
    れる各送信ビーム・パターンをほぼ同時に制御するプロ
    セッサとからなることを特徴とする装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の発明において、該
    複数の無線ターミナルが、該無線基地局によるサービス
    を受ける少なくとも一つの無線ターミナルと、他の無線
    基地局によるサービスを受ける少なくとも一つの無線タ
    ーミナルとを含むことを特徴とする発明。
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