JP2002359585A - 送信ゲイン関数を得る方法および送信／受信デバイス - Google Patents

送信ゲイン関数を得る方法および送信／受信デバイス

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JP2002359585A JP2001311218A JP2001311218A JP2002359585A JP 2002359585 A JP2002359585 A JP 2002359585A JP 2001311218 A JP2001311218 A JP 2001311218A JP 2001311218 A JP2001311218 A JP 2001311218A JP 2002359585 A JP2002359585 A JP 2002359585A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 送信ゲイン関数を得る方法。 【解決手段】第１の重み付けベクトル（ｂuバー）は、
アレイによる受信の際に、端末から受信された信号と、
アップリンクチャネルを妨害するノイズプラス干渉の比
（（Ｃ／Ｉ＋Ｎ）u）を最大化するように決定され、端
末による受信の際に、ネットワークから受信された信号
と、ダウンリンクチャネルを妨害するノイズプラス干渉
の比（Ｃ／Ｉ＋Ｎ）d）を最大化する第２の重み付けベ
クトルｂdバーは、第１の等方性ノイズのパワーおよび
／または第１の指向性ノイズのパワーの関数である第１
のノイズマトリックス（Ｄu）と、第２の等方性ノイズ
のパワーおよび／または第２の指向性ノイズのパワーの
関数である第２のノイズマトリックス（Ｄ d）とを含む
マトリックスの積の形で第１の重み付けベクトルから計
算される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】この発明は一般に、送信モードのゲイン関
数（function）を得る方法に関する。より具体的には、
この発明は移動通信システム内で基地局に関して送信モ
ードでアンテナゲインを得る方法に関する。この発明
は、受信モードのアンテナゲインから送信モードのアン
テナゲインを得ることを可能にする。
【０００２】チャネルの形成または干渉する信号の除去
は、狭帯域アンテナ処理の分野ではよく知られている。
各々は一般には線形で均一な（すなわち、一定のピッチ
をともなう）アンテナのアレイおよび信号重み付けモジ
ュールを使用する。
【０００３】より詳しくは、受信モードでチャネルを形
成したい場合、異なるアンテナによって受信された信号
は複素係数の組によって重み付けられてから加算され
る。逆に、送信モードでチャネルを形成したい場合、送
信される信号は複素係数の組によって重み付けられ、こ
うして得られた信号は異なるアンテナによって送信され
る。
【０００４】図１は、送信および受信におけるアンテナ
ゲインを得るための既知のデバイスを示す。このデバイ
スはアンテナのアレイ（１０0）、（１０1）、・・・、
（１０N-1）、送信重み付けモジュール（１１）および
受信重み付けモジュール（１５）を備える。
【０００５】異なるアンテナによって受信された信号
（ｘi）、ｉ＝０・・・Ｎ−１は、複素係数（ｂui）、
ｉ＝０，・・・，Ｎ−１の組によって、（１３0）、
（１３1）、・・・（１３N-1）において重み付けられて
から、（１４）において加算されて信号Ｒuを与える。
【０００６】逆に、送信される信号Ｓdは、複素係数
（ｂdi）、ｉ＝０，・・・，Ｎ−１の組によって（１２
0）、（１２1）、・・・、（１２N-1）として重み付け
られてから、異なるアンテナによって送信される。受信
される信号のベクトルと重み付け係数のベクトルがそれ
ぞれ、
【０００７】
【数１０】
【０００８】と示される場合、次式のように書くことが
できる。
【０００９】
【数１１】
【００１０】受信モードの複素ゲイン（complex gain）
（またはアンテナの複素ゲイン関数）は、次式のように
書くことができる。
【００１１】
【数１２】
【００１２】は、ピッチｄをともなう均一な線形アレイ
に関する連続するアンテナ間の動作における差であり、
λおよびｆはそれぞれ、問題の平面波の波長と周波数で
あり、
【００１３】
【数１３】
【００１４】は、θiが基準軸とインデックスｉのアン
テナへの垂線との間の角、Ｒはアレイの曲率の半径、Δ
θはアレイ内の２つの連続するアンテナの間の角度の差
であるである円形アレイに関する。
【００１５】同様に、送信における複素ゲイン（または
複素ゲイン関数）は次式のように書くことができる。
【００１６】
【数１４】
【００１７】は方向θで送信される平面波に対応するベ
クトルｘバーである。受信モードにおける重み付けベク
トルおよび送信モードにおける重み付けベクトルはそれ
ぞれ、ｂuバーおよびｂdバーと呼ばれる。
【００１８】アンテナのアレイが所与の周波数で受信モ
ードで機能しているとき、有名な方法はウィーナ濾波方
法であるが、いくつかの異なる既知の方法が、信号ノイ
ズ比を最大にする重み付けベクトルｂuバーを決定する
ことを可能にする。移動通信システムでは、基地局のア
ンテナのアレイは複数の移動端末によって送信された信
号を受信する。
【００１９】ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）モードにお
ける送信のコンテキストでは、異なる移動端末によって
送信された信号は、送信においては直交符号の使用によ
って分離され、受信においてはこれらの符号に適合する
フィルタの使用によって分離される。
【００２０】しかし実際には、受信された異なる信号の
分離は完全ではない。したがって、所与の移動端末とそ
の移動端末にサービスを提供する基地局との間のアップ
リンクに関しては、最大化される基準は、信号と、ノイ
ズプラス干渉の比であり、干渉は他の移動端末によって
送信される信号が原因で生じる。
【００２１】同様に、基地局と所与の移動端末との間の
ダウンリンクは、バックグラウンドノイズによって妨害
されるのみならず、この基地局によって他の移動端末に
送信される信号が原因で生じる干渉によっても妨害され
る。アップリンクチャネルと基地局における干渉の密度
を推定することによって、受信モードにおける重み付け
ベクトルｂuバーを最適化するのは比較的容易であるの
に対し、送信モードの重み付けベクトルｂdバーの最適
化に関しては非常に困難である。
【００２２】これは、ダウンリンクチャネルと干渉の密
度の推定を基地局において直接行うことは不可能であ
り、この情報を移動端末が送信することが必要であるた
めである。しかしこの情報の送信はアップリンク上の伝
達リソースを消費し、このことが欠点になる可能性があ
り、特にたとえば移動端末が高速で移動しているときな
ど、チャネル送信機能に急速な変動がある場合には欠点
である。
【００２３】この発明の目的は、送信重み付けベクトル
ｂdバーを決定し、ダウンリンク上で信号と、ノイズプ
ラス干渉の比を最適化し、アップリンク上で少量の情報
の送信しか必要としない方法を提案することである。
【００２４】この目的のために、この発明は、アンテナ
のアレイと、重み付けベクトルと呼ばれるＮの複素係数
のベクトル（ｂバー）によって受信された信号または送
信される信号を重み付けすることによって送信ゲイン関
数を得る方法によって定義され、Ｎはアレイ内のアンテ
ナの数であり、アレイはダウンリンクチャネルと呼ばれ
る送信チャネル上でダウンリンク送信信号（Ｓd）を通
信端末に送信し、端末はアップリンクチャネルと呼ばれ
る送信チャネル上でアップリンク送信信号（Ｓ u）をア
レイに送信し、アップリンクチャネルはアップリンク干
渉（Ｉu）と呼ばれる第１の等方性ノイズ（isotropic n
oise）（Ｎ）および／または第１の指向性ノイズ（dire
ctional noise）によって妨害され、ダウンリンクチャ
ネルはダウンリンク干渉（Ｉd）と呼ばれる第２の等方
性ノイズ（Ｎ’）および／または第２の指向性ノイズに
よって妨害され、第１の重み付けベクトル（ｂuバー）
は、アレイによる受信のときに、端末から受信された信
号と、アップリンクチャネルを妨害するノイズプラス干
渉の比（（Ｃ／Ｉ＋Ｎ）u）を最大化するように決定さ
れており、端末による受信のときに、ネットワークから
受信された信号と、ダウンリンクチャネルを妨害するノ
イズプラス干渉の比（（Ｃ／Ｉ＋Ｎ）d）を最大化する
第２の重み付けベクトル（ｂdバー）は、第１の等方性
ノイズのパワーおよび／または第１の指向性ノイズのパ
ワーの関数である第１のノイズマトリックス（Ｄu）
と、第２の等方性ノイズのパワーおよび／または第２の
指向性ノイズのパワーの関数である第２のノイズマトリ
ックス（Ｄd）を含むマトリックスの積の形で、第１の
重み付けベクトルから計算される。
【００２５】実施の形態１によれば、第１の重み付けベ
クトル（ｂuバー）は、アレイの第１の動作周波数
（ｆu）に関して得られ、第２の重み付けベクトル（ｂd
バー）は、アレイの第２の動作周波数（ｆd）に関して
得られる。
【００２６】有利には、ゲイン関数はＭの異なる方向
（ｋ）でとったゲイン関数のＭの複素サンプル（comple
x sample）の、ゲインベクトル（Ｇバー）と呼ばれるベ
クトルによって表され、ゲインベクトルは重み付けベク
トル（ｂバー）とアレイの動作周波数に依存する変換マ
トリックスの積として表され、第２の重み付けベクトル
ｂdバーは、次式によって第１の重み付けベクトルｂuバ
ーから得られる。
【００２７】
【数１５】
【００２８】上式で、Ｈuは周波数（ｆu）における変換
マトリックス、Ｈ+ dは周波数（ｆd）における変換マト
リックスであるマトリックスＨdの疑似逆マトリックス
（pseudo inverse matrix）、Ｄuは第１のノイズマトリ
ックス、Ｄdは第２のノイズマトリックスである。
【００２９】第１のノイズマトリックスは大きさがＭｘ
Ｍで成分が
【００３０】
【数１６】
【００３１】の対角マトリックスとして表すことができ
る。上式で、σ2 ukは方向ｋのアップリンク干渉のパワ
ー、Ｉuはアップリンク干渉の合計のパワー、Ｎ0は
【００３２】
【数１７】
【００３３】である。同様に、第２のノイズマトリック
スは大きさがＭｘＭで成分が
【００３４】
【数１８】
【００３５】の対角マトリックスとして表すことができ
る。上式で、σ2 dkは方向ｋのダウンリンク干渉のパワ
ー、Ｎ’0は第２の等方性ノイズ
【００３６】
【数１９】
【００３７】のパワーである。上式で、ＣdバーはＭ方
向でとったダウンリンクチャネルの送信関数の関数のサ
ンプルから成るベクトルであり、Ｉdはダウンリンク干
渉の合計のパワーである。
【００３８】アレイが複数のダウンリンクチャネル上で
複数の送信信号を複数の通信端末に送信し、これらの通
信端末から複数のアップリンクチャネル上を送信される
複数の送信信号を受信し、さらに複数の端末ｊに関連す
る各ダウンリンクチャネルｊが第２の重み付けベクトル
ｂdバー（ｊ）に関連づけられる場合、ダウンリンクチ
ャネルｊに関連する第２のノイズマトリックスは大きさ
がＭｘＭで成分が
【００３９】
【数２０】
【００４０】の対角マトリックスである。上式で、σ2
dk（ｊ）はｋの方向のダウンリンクチャネルｊに関する
ダウンリンク干渉のパワー、γd（ｊ）はダウンリンク
チャネルｊ上のパワー送信を特徴づける係数、Ｎ’0は
第２の等方性ノイズのパワー、Ｉdはダウンリンク干渉
の合計のパワーである。
【００４１】方向ｋのダウンリンク干渉のパワーσ2 dk
（ｊ）は、ｊとは異なるダウンリンクチャネルｊ’上を
送信される信号のパワーＳd（ｊ’）にしたがって次式
によって推定される。
【００４２】
【数２１】
【００４３】上式で、βd（ｊ）はダウンリンクチャネ
ルｊの直交係数であり、ｇdk（ｊ’）はダウンリンクチ
ャネルｊ’に関連する
【００４４】
【数２２】
【００４５】である。有利には、係数βd（ｊ）はアッ
プリンクチャネルｊの直交性を特徴づける係数から推定
される。
【００４６】係数γd（ｊ）は関連するアップリンクチ
ャネル上を端末ｊによってアレイに送信することができ
る。
【００４７】この発明はまた、上記に開示された方法を
実施するように構成されたデバイスによっても定義され
る。
【００４８】この発明の上記の特徴および他の特徴は、
付随する図面に関連して次に与えられる説明を読むこと
によって、さらに明らかになる。
【００４９】この発明の基礎にある第１の一般的な考え
方は、送信ゲイン関数および受信ゲイン関数をサンプリ
ングして、送信ゲインベクトルおよび受信ゲインベクト
ルを構成するということである。次に示すように、信号
と、ノイズプラス干渉の比の点で最適な重み付けベクト
ルは、マトリックス等式にしたがって送信ゲインベクト
ルと受信ゲインベクトルから得ることが可能である。
【００５０】この発明の基礎にある第２の一般的な考え
方は、それ自体が最適であると仮定される受信ゲイン重
み付けベクトルにしたがって得られる信号と、ノイズプ
ラス干渉の比の点で最適な送信重み付けベクトルを得る
ことである。
【００５１】まず、重み付けベクトルは対応するゲイン
関数の一連のサンプルから得られることを示す。
【００５２】まず、ピッチｄの間隔で配置され周波数ｆ
で動作するＮのアンテナによって形成される線形で均一
のアレイを考える。アンテナゲイン関数Ｇ0（θ）は、
【００５３】
【数２３】
【００５４】この関数は、
【００５５】
【数２４】
【００５６】であるようなゼロ以外の整数、すなわち、
ｓｉｎθk＝ｋ．ｃ／Ｎｆｄの等式が方向を有すると
き、この方向では、ψk＝２ｋπ／Ｎの値に関してはゼ
ロを有する。ゲイン図の中の２つの連続するゼロの間の
位相差は一定であり、Δψ＝２π／Ｎに等しい。図の２
つの連続するゼロの間の角度の差は、逆正弦の項（ter
m）で変化し、逆正弦関数の導関数は［−１，１］で増
加するので、第１のゼロと第２のゼロとの間の角度の差
に関して最小である。したがって、Ｎが十分に大きい場
合には、Δθmin＝ｃ／Ｎｆｄによって拘束（bound）さ
れる。使用される周波数はｆ0より小さく、ｆ0はアレイ
の自然周波数であると仮定される。ここから、関数Ｇ0
（θ）のスペクトラムは１／Δθmin＝Ｎ／２によって
拘束されるサポート（support）を有すると結論するこ
とが可能である。
【００５７】より一般的には、Ｇ（θ）を重み付けベク
トルｂバーによって得られるアンテナゲイン関数とす
る。Ｇはアンテナの複合重み付け分布（complex weight
ing distribution）のフーリエ変換（ＦＴ）（受信の場
合）または逆フーリエ変換（送信の場合）として表すこ
とが可能である。すなわち、
【００５８】
【数２５】
【００５９】であり、この式から、
【００６０】
【数２６】
【００６１】が得られる。関数ｂ（ｘ）はＮ．ｄによっ
て拘束され、関数ＢまたはＢ’の２つのゼロの間の差は
最小でλ／Ｎ．ｄであるので、２／Ｎもゼロの間の差で
ある。逆正弦関数の導関数の増加を考えると、関数Ｇの
２つのゼロの間の最小の差は２／Ｎである。したがっ
て、関数Ｇは、Ｎ／２によって拘束されるスペクトラム
を有する。
【００６２】シャノンのサンプリング定理によれば、サ
ンプリングがナイキスト頻度より高い頻度、たとえばＮ
で実行された場合に、上記のことから関数Ｇ（θ）を再
構成することが可能であると結論づけられる。言い換え
れば、角範囲［−π／２，π／２］に関しては、最小で
Ｍ＞π．Ｎサンプルが必要であり、この式でＭは整数で
ある。実際には、Ｋ．Ｎのサンプルがとられ、ＫはＫ≧
４の整数である。
【００６３】円形のアレイの場合では、１／Δθmin＝
Ｎであり角範囲が［−π，π］であることが示され、Ｍ
（Ｍ＞π．ＮでＭは整数）の、角度が等しく配分された
（equidistributed）サンプルもまた関数Ｇ（θ）を十
分に再構成できる。
【００６４】任意のゲイン関数Ｇ（θ）のサンプリング
の一般的な場合では、サンプリングの前にまず、アンチ
エイリアシングフィルタによってＧ（θ）を濾波するこ
とが必要である。すると、濾波された図を再構成するた
めには、全角度範囲に渡って濾波された図のＭのサンプ
ルをとると十分である。
【００６５】必要であればアンチエイリアシング濾波に
よって濾波されている可能性もあるゲイン関数のサンプ
ルはｇk、ｋ＝０，・・・，Ｍ−１と示され、すなわ
ち、ｇk＝Ｇ’（θ）kである。上式で、θkのインスタ
ンスは［−π／２，π／２］または［−π，π］に渡っ
て等しく配分されたＭの角であり、Ｇ’は、基準の複合
図（reference complex diagram）の濾波されたバージ
ョンであると仮定される。
【００６６】次に、ベクトル
【００６７】
【数２７】
【００６８】を作成するＣM内のＣNの線形の応用（line
ar application）ｈf sを定義することが可能である。上
式で、
【００６９】
【数２８】
【００７０】は任意の重み付けベクトルｂバーに対応す
る。ｈf sによるＣNの像は、最大でＮに等しい大きさ
の、ＣMのベクトルサブスペースであり、これはＩｍfと
示される。たとえば正準基底（canonical base）などＣ
Nのベース（base）とＣMのベースが選択されると、最大
でランクＮであり、大きさがＭｘＮのマトリックスＨf
によって線形の応用ｈf sを表すことが可能である。
【００７１】Ｇバーをサンプリングされたゲイン関数に
対応する任意のゲインベクトルと仮定する。所定のメト
リック（metric）の意味で、
【００７２】
【数２９】
【００７３】が可能な限りに近いようなベクトルｂバー
を探す。ＣMに関してユークリッドノルム（norm）、す
なわち、
【００７４】
【数３０】
【００７５】をノルムとしてとる。これが存在する場
合、求めるベクトルｂバーは、
【００７６】
【数３１】
【００７７】である。上式で、ＧpバーはベクトルＧバ
ーのＩｍf上への直交の投影である。マトリックスＨfが
ランクＮである場合、求めるベクトルｂバーは存在し、
次式のように書くことができる。
【００７８】
【数３２】
【００７９】上式で、
【００８０】
【数３３】
【００８１】はマトリックスＨfの疑似逆マトリックス
であり、Ｈf *TはマトリックスＨfの共役転置作用素（co
njugate transpose）である。
【００８２】マトリックスＨfを表すために、開始スペ
ースのベースと到着スペースのベースが一致することが
必要である。ＣMのベースとして正準基底を選択し、ＣN
のベースとして、周波数ｆの平面波の記述に適合するベ
ースを選択することが可能である。
【００８３】
【数３４】
【００８４】であり、θkのインスタンスが間隔［−π
／２，π／２］に属する異なるベクトル
【００８５】
【数３５】
【００８６】を考える。ベクトルｅkバーは、方向θkで
ビームを形成できるアレイの重み付けベクトルである。
ベクトルｅkバーは、ＣNの正準基底のｅkバーのインス
タンスの座標軸の行列式がゼロ以外の場合、ベースを形
成する。この行列式は、
【００８７】
【数３６】
【００８８】に等しく、ψk＝πηｓｉｎθkであるヴァ
ンデルモンドの行列式である。この行列式は、ｓｉｎθ
p−ｓｉｎθq＝２／ηであるような２つの角θpおよび
θqがある場合、そしてその場合のみ、相殺される。
【００８９】言い換えれば、η＜１では、Ｎのベクトル
ｅkバーは常にベースを形成し、η＝１に関しては、θp
＝−θq＝π／２の場合のみが除外される。たとえば方
向は、等しく分布するように、すなわち、θk＝ｋπ／
Ｎ、ｋ＝−（Ｎ−１）／２，・・・，０，・・・，（Ｎ
−１）／２であるように選択される。この場合、マトリ
ックスＨfはその成分として、
【００９０】
【数３７】
【００９１】を有する。別法としては、
【００９２】
【数３８】
【００９３】であるような、周波数ｆに適合し、ベクト
ルｅ’kバーによって形成される別のベースを開始ベー
スとして選択することも可能である。
【００９４】
【数３９】
【００９５】の場合にこれらのベクトルは存在し、この
場合、ベクトルｅ’kバーは、直交であるという利点を
有するベースを形成する。
【００９６】別法としては、開始ベースとしてＣNの正
準基底を選択することも可能であり、これは周波数に依
存しないという利点を有する。この場合、このベースで
表されるマトリックスＨ’fは、次式のように書かれ
る。
【００９７】
【数４０】
【００９８】上式で、Ｔは正準基底内のｅkバーの座標
軸のマトリックスであり、すなわち、Ｔpp ’＝ｅｘｐ
（ｊπｐｓｉｎ（ｐ’／Ｎ））である。上記から、この
マトリックスはゼロではないヴァンデルモンド行列式を
有し、したがって裏返すことはできない（reversible）
ことが分かる。
【００９９】次に、第１の周波数ｆ1、ｆ1≦ｆ0におい
て得られるゲイン関数を概算し、このゲイン関数に関す
るサンプルのベクトルを
【０１００】
【数４１】
【０１０１】と示すと仮定する。第２の動作周波数をｆ
2、ｆ2≦ｆ0とする。マトリックスＨf 2がランクＮであ
る場合、Ｇ1バーはＣMに属し、
【０１０２】
【数４２】
【０１０３】のＩｍｆ2上への投影であるようなベクト
ルｂ2バーを見つけることが可能である。ベクトルｂ2バ
ーは、マトリックス等式
【０１０４】
【数４３】
【０１０５】によって得られる。この等式は特に、第２
の動作周波数において、第１の動作周波数で得られ、基
準と呼ばれるサンプリングされたゲイン図に可能な限り
近いサンプリングされたゲイン図を得ることを可能にす
る。
【０１０６】等式（１０）は、ＦＤＤ（周波数分割二
重）モードで動作する移動通信システムにおける基地局
のアンテナのアレイに有利に適用される。このようなシ
ステムでは、周波数ｆdはダウンリンク上で使用され、
ｆdとは異なる周波数ｆuがアップリンク上で使用され
る。等式（１０）は、ついで、受信時の重み付けベクト
ルｂuバーから、送信時の重み付けベクトルｂdバーを直
接得ることを可能にし、
【０１０７】
【数４４】
【０１０８】である。上式で、Ｈd＝ＨfdおよびＨu＝Ｈ
fuであることがすでに示された。
【０１０９】すでに見たように、等式（１１）は、受信
周波数ｆdで得られた基準図に可能な限り近いサンプリ
ングされたゲイン図を送信周波数ｆuで得ることを可能
にする。しかし、干渉プロファイル、すなわち、干渉の
パワーの角分布が、ダウンリンクチャネル上とアップリ
ンクチャネル上で必ずしも同じであるとは限らない。
【０１１０】これは、干渉するソースの方向は必ずしも
送信と受信とで同一ではないためである。この結果、受
信ゲイン図が受信干渉プロファイルに関して最適であっ
ても、送信干渉プロファイルに関して必ずしも最適であ
るとは限らない。後に示すように、送信干渉プロファイ
ルと受信干渉プロファイルが異なる場合、等式（１１）
を変更してこの差を考慮しなければならない。
【０１１１】図２は、アップリンクチャネル（２０）、
アンテナのアレイ（２２）、および受信重み付けモジュ
ール（２３）からなるアセンブリを描く。ノイズの効果
は干渉する信号による指向性ノイズＩuバーと、（２
４）において等方性中心白色ガウスバックグラウンドノ
イズ（isotropic centred white Gaussian backgroundn
oise）Ｎの追加（２１）によって表されている。
【０１１２】ゲイン関数をゲインベクトルによって表す
ことができるように、チャネルは、方向θk、ｋ＝０，
・・・，Ｍ−１のチャネルの送信関数の角サンプリング
として定義され、
【０１１３】
【数４５】
【０１１４】と示される次元ベクトル（dimension vect
or）に沿って伝播する信号の減衰の係数、ψukは入射信
号の偏光である。基地局によって受信された信号Ｒ
uは、次式のように書くことができる。
【０１１５】
【数４６】
【０１１６】上式で、Ｇuバーは受信ゲインベクトル、
Ｓuは移動端末によって送信された信号である。信号
と、ノイズプラス干渉の比は、
【０１１７】
【数４７】
【０１１８】である。上式で、Ｐuは信号Ｓuのパワー、
Ｎ0はバックグラウンドノイズのパワーである。また、
【０１１９】
【数４８】
【０１２０】は、成分が標準化された中心ガウスランダ
ム変数Ｎ（０，σuk 2）に同化される（assimilate）標
準化されたベクトル、すなわち、
【０１２１】
【数４９】
【０１２２】は、指向性ノイズの合計のパワー（すなわ
ち、アップリンクチャネル上の干渉の合計パワー）であ
る。数式（１３）では、等方性ノイズは指向性ノイズか
らは独立していると仮定されている。等式（１３）はつ
いで、次式のように書くことができる。
【０１２３】
【数５０】
【０１２４】に関しても最大である。受信重み付けベク
トルｂuバーは、チャネル上の信号と、ノイズプラス干
渉の比の最大化という意味で最適であり、次式のように
表すことができる。
【０１２５】
【数５１】
【０１２６】図３は、ダウンリンクチャネル（３０）、
アンテナのアレイ（３２）および送信重み付けモジュー
ル（３３）からなるアセンブリを描く。ノイズの効果は
干渉する信号による指向性ノイズＩdバーの（３１）に
おける追加と、中心化された等方性白色ガウスバックグ
ラウンドノイズＮ’による（３４）における追加によっ
て表されている。
【０１２７】アップリンクチャネルの場合と同様に、ダ
ウンリンクチャネルは方向θk、ｋ＝０，・・・，Ｍ−
１のこのチャネルの送信関数の角サンプリングとして定
義され、
【０１２８】
【数５２】
【０１２９】と示される次元Ｍのベクトルによってモデ
リングすることができる。このベクトルはＭの非ゼロの
係数の中からＰ’を有し、ここでＰ’はチャネルの伝播
パスの数である。これらのＰ’係数ｃdk ’に関して、ｃ
dk ’＝αdk ’．ｅｘｐ−ｊ（２πｆd．Ｌdk ’／ｃ＋ψ
dk ’）である。上式で、Ｌdk ’は関連するパスの長さ、
αdk ’はこのパス上を伝播する信号の減衰の係数、ψdk
’は、入射信号の偏光である。
【０１３０】移動端末によって受信された信号Ｒdは、
次式のように書くことができる。
【０１３１】
【数５３】
【０１３２】上式で、Ｇdバーは送信ゲインベクトル、
Ｓdは基地局によって送信された信号である。また、信
号とノイズプラス干渉の比は、
【０１３３】
【数５４】
【０１３４】である。上式で、Ｐdは信号Ｓd ’のパワ
ー、Ｎ’0はバックグラウンドノイズのパワーである。
また、
【０１３５】
【数５５】
【０１３６】は、成分が標準化された中心ランダムガウ
ス変数Ｎ（０，σdk 2）に同化される標準化されたベク
トルであり、すなわち、
【０１３７】
【数５６】
【０１３８】は、指向性ノイズの合計パワー（すなわ
ち、ダウンリンクチャネル上の干渉の合計パワー）であ
る。等式（１８）の中では、等方性ノイズは指向性ノイ
ズから独立していたものと仮定されていた。等式（１
８）はまた、次式のように書くことも可能である。
【０１３９】
【数５７】
【０１４０】等式（１９）は、
【０１４１】
【数５８】
【０１４２】に関しても最大である。送信重み付けベク
トルｂdバーはダウンリンクチャネル上の信号と、ノイ
ズプラス干渉の比の最大化という意味で最適であり、次
式のように表すことができる。
【０１４３】
【数５９】
【０１４４】ダウンリンクチャネルの送信関数がアップ
リンクチャネルの送信関数と同じである、すなわち、
【０１４５】
【数６０】
【０１４６】と仮定される場合、等式（１６）および
（２１）から、最適重み付けベクトルｂ dバーとｂuバー
との間の関係を導出することが可能である。
【０１４７】
【数６１】
【０１４８】Ｄd＝Ｄu -1のとき、等式（１１）は等式
（２２）の特別なケースであることに注意されたい。こ
れは、アップリンクチャネル上のノイズとダウンリンク
チャネル上のノイズが等方性ノイズのみで成る場合に特
にあてはまる。
【０１４９】マトリックスＤuは、方向θkにおけるノイ
ズのパワーと干渉を測定することにより、基地局におい
て推定することが可能である。他方、マトリックスＤd
はそれほど容易には推定できない。
【０１５０】マトリックスＤuは、たとえば、移動端末
が沈黙している間などに、方向θkにおけるノイズのパ
ワーと干渉を測定することにより、基地局において推定
することが可能である。他方、マトリックスＤdはそれ
ほど容易には推定できない。
【０１５１】
【数６２】
【０１５２】であると考える。γdは、移動端末によっ
て推定され、アップリンクチャネル上で基地局に送信す
ることができる。γdは時間と共にゆっくりとしか変化
しないので、このパラメータに関して送信される情報の
量は少ない。
【０１５３】有利には、パワー送信係数は周波数に依存
せず、ダウンリンクチャネルとアップリンクチャネルに
関して同じであり、すなわち、
【０１５４】
【数６３】
【０１５５】Γの値は、たとえばパワー制御ループにお
いて基地局によって直接推定することが可能である。
【０１５６】また、方向θkの干渉のパワー、すなわ
ち、Ｉd．σ2 dkは、たとえば目的とする移動端末ＴＳj0
とは別の移動端末ＴＳjに向けられた方向kの信号の送信
から生じるという事実を示すことにより、推定すること
も可能である。一方では移動端末ＴＳjに向けられた信
号に関する送信ゲイン図と他方では移動端末ＴＳj0に向
けられた信号に関する送信ゲイン図が重なっており、こ
れらの信号の間に直交性がないことにより、方向θkの
移動端末ＴＳjによる干渉パワーは次式のように書くこ
とが可能である。
【０１５７】
【数６４】
【０１５８】上式で、かっこの間のインデックスは異な
るダウンリンクチャネル（すなわち、異なる移動端末に
向けられたチャネル）に関連する量を区別するために追
加されたものである。上式で、βd（ｊ0）は、ＴＳj0に
向けられたダウンリンクチャネルの直交係数（orthogon
ality coefficient）、Ｓd（ｊ）は、端末ＴＳjに向け
られた送信信号のパワー、ｇdk（ｊ）はＴＳjへ向けら
れた送信に関連するゲインベクトルＧdバー（ｊ）の第
ｋの係数である。
【０１５９】ダウンリンクチャネルの直交係数、β
d（ｊ0）がアップリンクチャネルの直交係数βu（ｊ0）
とほとんど同じと仮定される場合、上記の３つの量は、
移動端末から情報を戻す必要なく基地局において入手可
能である。上記から分かるように、パワー送信係数γd
（ｊ0）はＴＳj0からアップリンクチャネル上で基地局
に送信されるか、またはＴＳj0によって直接推定され
る。したがって、伝送リソースの点では、マトリックス
Ｄdをわずかな追加コストで得ることが可能である。
【０１６０】等式（２４）の中で時間と共に急速に変化
する傾向のある唯一の量は、送信信号のパワーＳ
d（ｊ）である。ＤＳ−ＣＤＭＡモードの送信の場合で
は、たとえば、これらのパワー値を各送信スロットにお
いて更新することが可能である。
【０１６１】等式（２２）は、ダウンリンクチャネルの
送信関数とアップリンクチャネルの送信関数が等しい、
すなわち、
【０１６２】
【数６５】
【０１６３】という最初の仮定の下で得られたことに注
意されたい。この同一性が満足されない場合、等式（２
２）によって与えられるベクトルｂ dバーは最適ではな
い、すなわち、信号とノイズプラス干渉に最良の比を与
えないということである。
【０１６４】得られる比は等式（１８）、（２０）か
ら、次の形式で表される。
【０１６５】
【数６６】
【０１６６】次にアップリンクチャネルの送信関数とダ
ウンリンクチャネルの送信関数はランダム関数であると
仮定すると、次式が与えられる。
【０１６７】
【数６７】
【０１６８】等方性ノイズを無視すると、等式（２６）
の分子は次式のように書くことができる。
【０１６９】
【数６８】
【０１７０】を仮定すると、すなわち、 −ｃdkの位相の分布と振幅の分布は独立しており、ｃuk
’についても同様である。 −異なる方向に関連するアップリンクチャネルのパスと
ダウンリンクチャネルのパスは統計的に相関性のない
（decorrelated）長さＬdkおよび長さＬdk ’を有し、等
式（２６）の分子は次のように書かれる。
【０１７１】
【数６９】
【０１７２】最適の場合では、伝播パスがアップリンク
チャネルとダウンリンクチャネルに関して同一であると
仮定される場合、
【０１７３】
【数７０】
【０１７４】である。この等式は、ついで、次のように
書くことができる。
【０１７５】
【数７１】
【０１７６】これは、最適の場合と比較した場合の性能
の損失を表す。
【０１７７】図４は、この発明の実施の形態１によるデ
バイスの例を示す。簡単にするために、１台の移動端末
との単一の通信の処理が描かれている。基地局に設置さ
れているデバイスは、アンテナのアレイ（４０0）、
（４０1）、・・・、（４０N-1）を備え、このアンテナ
のアレイはデュプレクサによって、第１の重み付けベク
トルｂuバーによって異なるアンテナによって受信され
た信号に重み付けする第１の受信重み付けモジュール
（４５）と、第２の重み付けベクトルｂdバーによって
送信される信号を重み付けする第２の送信重み付けモジ
ュール（４１）に結合されている。
【０１７８】このデバイスが複数の移動端末とのいくつ
かの通信を管理するとき、モジュール（４１）と同一の
他の重み付けモジュール（４５）は、これらと並列に提
供されなければならない。アンテナのＮの出力は、それ
自体既知の方法で最適な重み付けベクトルｂuバーを推
定するモジュール（４６）に向けられている。
【０１７９】ノイズパワーマトリックスのエスティメー
タ（estimator）（４３）および（４４）は、それぞれ
マトリックスＤu 2とＤd 2を推定する。マトリックスＤu 2
とＤ d 2は、等式（２２）にしたがってベクトルｂuバー
からベクトルｂdバーを計算するマトリックス計算モジ
ュール（４２）に供給される。ついでベクトルｂdバー
は、重み付けモジュール（４１）に送信される。
【０１８０】マトリックスＤd 2は等式（２３）によって
（４４）の中で数値を求められる。このために、推定モ
ジュール（４４）は、状況にしたがって結合係数γdま
たはΓの推定値、方向θkの干渉パワーσ2 dkおよび、合
計パワーＩdを受信する。値σ2 dkは、有利には、問題の
移動端末（ｊ0）以外の移動端末に向けられた送信信号
Ｓd（ｊ）、ｊ≠ｊ0の値と、これらに関連するゲインベ
クトルＧdバー（ｊ）、ｊ≠ｊ0の値を使用して、等式
（２４）から計算される。
【０１８１】上記のデバイスは機能モジュールの形態で
概念的に描かれたが、言うまでもなく、この目的のため
にプログラミングされたプロセッサによって、または複
数の専用プロセッサによって、実行された種々の関数を
実行することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 アンテナゲイン関数を得るための既知のデバ
イスを示す概略図である。
【図２】 移動通信システム内のアップリンク送信チャ
ネルを示す概略図である。
【図３】 移動通信システム内のダウンリンク送信チャ
ネルを示す概略図である。
【図４】 この発明の実施の形態による、アンテナゲイ
ン関数を得るためのデバイスを示す概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニコラ・ボワイエ フランス国、35700 レンヌ、アヴニュ ー・デ・ビュット・ド・コエスム 80 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 DB01 EA04 FA32 GA01 HA05 5K059 AA08 AA12 CC02 CC03 CC04 DD31

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アンテナのアレイによって送信ゲイン関
    数を得る方法において、 受信された信号または送信される信号は、重み付けベク
    トルと呼ばれるＮの複素係数のベクトル（ｂバー）によ
    って重み付けられ、Ｎは前記アレイ内のアンテナの数で
    あり、 前記アレイは、ダウンリンクチャネルと呼ばれる送信チ
    ャネル上でダウンリンク送信信号（Ｓd）を通信端末に
    送信し、 前記通信端末は、アップリンクチャネルと呼ばれる送信
    チャネル上でアップリンク送信信号（Ｓu）を前記アレ
    イに送信し、 前記アップリンクチャネルは、アップリンク干渉
    （Ｉu）と呼ばれる第１の等方性ノイズ（Ｎ）および／
    または第１の指向性ノイズによって妨害され、 前記ダウンリンクチャネルは、ダウンリンク干渉
    （Ｉu）と呼ばれる第２の等方性ノイズ（Ｎ’）および
    ／または第２の指向性ノイズによって妨害される方法で
    あって、 第１の重み付けベクトル（ｂuバー）は、前記アレイに
    よる受信の際に、前記端末から受信された信号と、前記
    アップリンクチャネルを妨害するノイズプラス干渉との
    比（（Ｃ／Ｉ＋Ｎ）u）を最大化するように決定されて
    おり、 前記端末による受信の際に、ネットワークから受信され
    た信号と、前記ダウンリンクチャネルを妨害するノイズ
    プラス干渉との比（（Ｃ／Ｉ＋Ｎ）d）を最大化する第
    ２の重み付けベクトル（ｂdバー）は、前記第１の等方
    性ノイズのパワーおよび／または前記第１の指向性ノイ
    ズのパワーの関数である第１のノイズマトリックス（Ｄ
    u）と、前記第２の等方性ノイズのパワーおよび／また
    は前記第２の指向性ノイズのパワーの関数である第２の
    ノイズマトリックス（Ｄd）とを含むマトリックスの積
    の形で前記第１の重み付けベクトルから計算されること
    を特徴とする送信ゲイン関数を得る方法。
  2. 【請求項２】 前記第１の重み付けベクトル（ｂuバ
    ー）は、前記アレイの第１の動作周波数（ｆu）に関し
    て得られ、 前記第２の重み付けベクトル（ｂdバー）は、前記アレ
    イの第２の動作周波数（ｆd）に関して得られることを
    特徴とする請求項１に記載の送信ゲイン関数を得る方
    法。
  3. 【請求項３】 ゲイン関数は、Ｍの異なる方向（ｋ）で
    とった前記ゲイン関数のＭの複素サンプルの、ゲインベ
    クトル（Ｇバー）と呼ばれるベクトルによって表され、 前記ゲインベクトルは、重み付けベクトル（ｂバー）と
    前記アレイの前記動作周波数に依存する変換マトリック
    スの積として表され、 前記第２の重み付けベクトルｂdバーは、次式によって
    前記第１の重み付けベクトルｂuバーから得られ、 【数１】 上式で、Ｈuは周波数（ｆu）における前記変換マトリッ
    クス、Ｈ+ dは前記周波数（ｆu）における前記変換マト
    リックスであるマトリックスＨdの疑似逆マトリック
    ス、Ｄuは前記第１のノイズマトリックス、Ｄdは前記第
    ２のノイズマトリックスであることを特徴とする請求項
    ２に記載の送信ゲイン関数を得る方法。
  4. 【請求項４】 前記第１のノイズマトリックスは、大き
    さがＭｘＭで成分が 【数２】 の対角マトリックスであり、上式で、σ2 ukは前記方向
    ｋの前記アップリンク干渉のパワー、Ｉuは前記アップ
    リンク干渉の合計のパワー、Ｎ0は前記第１の等方性ノ
    イズ 【数３】 のパワーであり、上式で、 【数４】 であることを特徴とする請求項３に記載の送信ゲイン関
    数を得る方法。
  5. 【請求項５】 前記第２のノイズマトリックスは、大き
    さがＭｘＭで成分が 【数５】 の対角マトリックスであり、上式で、σ2 dkは前記方向
    ｋの前記ダウンリンク干渉のパワー、Ｎ’0は前記第２
    の等方性ノイズ 【数６】 のパワーであり、上式で、Ｃdバーは前記Ｍ方向でとっ
    た前記ダウンリンクチャネルの送信関数の関数のサンプ
    ルから成るベクトル、Ｉdは前記ダウンリンク干渉の合
    計のパワーであることを特徴とする請求項３または請求
    項４に記載の送信ゲイン関数を得る方法。
  6. 【請求項６】 前記アレイは、複数のダウンリンクチャ
    ネル上で複数の送信信号を複数の通信端末に送信し、前
    記通信端末から複数のアップリンクチャネル上を送信さ
    れる複数の送信信号を受信し、 前記複数の端末ｊに関連する各ダウンリンクチャネルｊ
    は、第２の重み付けベクトルｂdバー（ｊ）に関連づけ
    られ、 前記ダウンリンクチャネルｊに関連する前記第２のノイ
    ズマトリックスは、大きさがＭｘＭで成分が 【数７】 の対角マトリックスであり、上式で、σ2 dk（ｊ）はｋ
    の方向の前記ダウンリンクチャネルｊに関する前記ダウ
    ンリンク干渉のパワー、γd（ｊ）は前記ダウンリンク
    チャネルｊ上のパワー送信を特徴づける係数、Ｎ’0は
    前記第２の等方性ノイズのパワー、Ｉdは前記ダウンリ
    ンク干渉の合計のパワーであることを特徴とする請求項
    ３または請求項４に記載の送信ゲイン関数を得る方法。
  7. 【請求項７】 前記方向ｋの前記ダウンリンク干渉のパ
    ワーσ2 dk（ｊ）は、ｊとは異なるダウンリンクチャネ
    ルｊ’上を送信される信号のパワーＳd（ｊ’）にした
    がって次式によって推定され、 【数８】 上式で、βd（ｊ）は前記ダウンリンクチャネルｊの直
    交係数、ｇdk（ｊ’）は前記ダウンリンクチャネルｊ’
    に関連するゲインベクトル 【数９】 の第ｋの係数であることを特徴とする請求項６に記載の
    送信ゲイン関数を得る方法。
  8. 【請求項８】 前記係数βd（ｊ）は、前記アップリン
    クチャネルｊの直交性を特徴づける係数から推定される
    ことを特徴とする請求項７に記載の送信ゲイン関数を得
    る方法。
  9. 【請求項９】 前記係数γd（ｊ）は、前記関連するア
    ップリンクチャネル上を前記端末ｊによって前記アレイ
    に送信されることを特徴とする請求項６から請求項８ま
    でのいずれかに記載の送信ゲイン関数を得る方法。
  10. 【請求項１０】 移動通信システム内の基地局のための
    送信／受信デバイスであって、 Ｎのアンテナのアレイ（４０0、４０1、・・・、４０
    N-1）と、 第１の重み付けベクトル（ｂuバー）によって、前記ア
    レイによって受信された信号を重み付けする手段（４
    ５）と、 第２の重み付けベクトル（ｂdバー）によって、前記ア
    レイによって送信される信号を重み付けする手段（４
    １）と、 受信時の信号とノイズおよび／または干渉の比を最大化
    する第１の重み付けベクトルを決定する手段（４６）
    と、 請求項１から請求項９までのいずれかによる方法を実施
    するように構成された送信ゲイン関数を得る手段（４
    ２、４３、４４）とを備え、 前記送信ゲイン関数を得る手段は、前記第２の重み付け
    ベクトル（ｂdバー）を、前記信号を重み付けする前記
    手段（４１）に供給する送信／受信デバイス。
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