JP2005506754A - 無線通信システムの動作方法 - Google Patents

Abstract

近接する並列信号ストリームからの最良の絶縁をなすようＭＩＭＯアンテナシステムにおいて送信アンテナ（ＴＡ１ないしＴＡ４）と受信アンテナ（ＲＡ１ないしＲＡ４）との組み合わせを選択する方法。この方法は、送信アンテナのうちの１つから第１の信号を送信することと、受信アンテナの各々において受信信号の信号強度などの品質を測定することを含む。この処理は、残りの送信アンテナの各々によって順に送信される信号を用いて繰り返される。チャネルマトリクスは、送信アンテナ対受信アンテナについてコンパイルされ、許容されるものとして第１信号を、許容されないものとして第２信号を（この逆も同様）受信する送信及び受信アンテナの組み合わせにつき選択がなされる。選択された組み合わせは、ＭＩＭＯ信号を送信し受信するために用いられる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムを動作する方法、特に（但し限定はしないが）、近隣の並列信号ストリームからの良好な分離（アイソレーション）がなされるよう当該無線通信システムを適応させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多入力多出力（ＭＩＭＯ：multiple input multiple output）アンテナシステムは、「ｍ個」のラジオ送信機の組から同じラジオ周波数にて個別のデータストリームの組を送信すること、及び「ｎ個」のラジオ受信機の組によりこれらデータストリームを受信すること、並びにこれらラジオ送信機及び受信機の各々は各自アンテナを有するものとしていることによって成り立っている。このＭＩＭＯアンテナシステムは、各受信アンテナが当該送信機から実質的に異なる組の信号を得るような散乱物質が多いという伝般環境を持つことによるものである。受信信号を分離する処理をさらに助けるために、ｎ≧ｍとされる。この技術は、ラジオ接続の強固さを向上させたり、或いはラジオチャネルの容量を増大させたりするのに用いることができる。理想的な状況においては、ｍについての容量増加は可能である。
【０００３】
簡単な要件が記述されているにもかかわらず、ＭＩＭＯアンテナシステムは、複雑な信号処理を必要としている。２つの処理すなわちチャネルの拡散マトリクスの決定と個々のデータストリームの分離が行われる必要がある。さらに、それほど理想的ではない状況で動作している場合、当該ｎ個の受信機の幾つかは、その検出処理に大きく貢献するものではない場合があり、コスト高となりうる冗長性のレベルを呈する可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、より効果的に無線通信システムを動作させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、ＭＩＭＯアンテナシステムにおいて送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせを選択する方法であって、ｍ個の送信アンテナの第１のものから第１の信号を送信することと、複数のｎ個の受信アンテナの各々において受信されるような前記第１の信号の品質を測定することと、残りのｍ−１個の送信アンテナを用いてそれぞれ信号を送信する処理を繰り返すことと、第１の信号を許容可能なものとして第２の信号を許容不可能なものとして又は第２の信号を許容可能なものとして第１の信号を許容不可能なものとして受信する送信及び受信アンテナの組み合わせを判定することと、を有する方法が提供される。
【０００６】
本発明の第２の態様によれば、少なくとも２つの送信機及び複数の送信アンテナを有する送信局と少なくとも２つの受信機及び複数の受信アンテナを有する少なくとも１つの受信局とを有するＭＩＭＯアンテナシステムを動作する方法であって、前記複数の送信アンテナのうちの第１のものから信号を送信し前記複数の受信アンテナの各々により受信される信号の品質メトリックを判定することと、この動作を残りの送信アンテナの各々を用いてそれぞれ繰り返すことと、前記複数の送信アンテナ対前記複数の受信アンテナの特性のチャネルマトリクスを形成することと、前記チャネルマトリクスから、前記送信アンテナの少なくとも１つからの信号が前記受信アンテナの少なくとも１つにおいて許容可能となり前記受信アンテナの残りのものにおいて許容不可能となるとともに前記送信アンテナの残りのものからの信号に関してはこれの反対となる前記送信アンテナの少なくとも２つと前記受信アンテナの少なくとも２つとの組み合わせを選択することと、を有する、方法が提供される。
【０００７】
本発明の第３の態様によれば、少なくとも２つの送信機及び複数の送信アンテナを具備する送信局と、少なくとも２つの受信機及び複数の受信アンテナを具備する少なくとも１つの受信局とを有するＭＩＭＯアンテナシステムであって、前記送信局は、前記送信アンテナの１つを順次選択しその選択された送信アンテナから信号を送信する手段を備え、前記受信局は、前記複数の受信アンテナの１つを順次選択する手段と、前記複数の受信アンテナの各々により受信される信号の品質メトリックを判定する手段とを有し、当該システムは、前記送信アンテナ対前記受信アンテナの特性のチャネルマトリクスを形成するとともに、前記チャネルマトリクスから、当該選択送信アンテナの少なくとも１つからの信号が当該選択受信アンテナの少なくとも１つにおいて許容可能となり当該選択受信アンテナの残りのものにおいて許容不可能となるとともに当該選択送信アンテナの残りのものからの信号に関してはこれの反対となる前記送信アンテナの少なくとも２つと前記受信アンテナの少なくとも２つとの組み合わせを選択する手段をさらに有する、ＭＩＭＯアンテナシステムが提供される。
【０００８】
受信機又は送信機よりも多いアンテナを有することによって、個々の送信データストリームを近隣の並列ストリームから最良の絶縁をなすアンテナにおいて受信することができるような最良のアンテナの組み合わせを選択する高い自由度を当該システムに与えられる。アンテナの冗長性は性能の向上により洗練させることができる。
【０００９】
本発明により上記方法を実施する際には、送信アンテナの各々から受信アンテナの各々により受信される信号の強度は、簡単なアンテナダイバーシティ選択処理を用いて測定され、最も強力な（又は許容しうる）受信をなすアンテナの他、最も弱い（又は許容し得ない）受信をなすアンテナについて測定（判定）がなされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を添付図面に基づいて例を挙げて説明する。
【００１１】
図においては同等の要素を示すのに同一の参照符号を用いている。
【００１２】
図１に示されるＭＩＭＯ無線通信システムは、マルチパス環境１４により分離される送信局１０と受信局１２とを有する。実際には、２つ又はそれより多くの受信局が存在しうる。
【００１３】
送信局１０は、データマルチプレクサ２０の出力１６，１８のそれぞれに結合される入力を有する２つの送信機ＴＸ１，ＴＸ２を有する。コントローラ２２は、デマルチプレクサ２０に供給されるべき制御信号の出力部２４と、デマルチプレクサ２０の入力部２８に供給されるべきトレーニングシーケンスの出力部２６とを備えている。データ信号は、その出力部１６，１８にそれぞれのデータサブストリームを供給するデマルチプレクサ２０の入力部３０に供給される。４つのアンテナＴＡ１，ＴＡ２，ＴＡ３及びＴＡ４は、スイッチングユニットＳＷ１を介して送信機ＴＸ１，ＴＸ２に結合される。スイッチユニットＳＷ１は、それぞれ出力接点３２ａないし３２ｃ，３４ａないし３４ｃを備える２つの３方向単極ＲＦスイッチ３２，３４、又は単一の３方向２極ＲＦスイッチを有する。出力接点３２ａは、アンテナＴＡ１に接続される。出力接点３２ｂ及び３４ａは、まとまってアンテナＴＡ２に接続される。出力接点３２ｃ及び３４ｂは、まとまってアンテナＴＡ３に接続される。最後の出力接点３４ｃは、アンテナＴＡ４に接続される。これらスイッチは、コントローラ２２の出力３６，３８，４０の信号によって制御される。コントローラ２２により供給された制御信号は、デマルチプレクサ２０の入力部２８のトレーニングシーケンスが送信機ＴＸ１又はＴＸ２により送信可能となるようにするか、又は送信機ＴＸ１及びＴＸ２により交互送信するようデータビット、バイト又はパケットとして選択可能となるようにする。
【００１４】
受信局１２は、当該受信信号からそれぞれのデータサブストリームを再生する受信機ＲＸ１，ＲＸ２にスイッチングユニットＳＷ２により結合される４つのアンテナＲＡ１，ＲＡ２，ＲＡ３及びＲＡ４を有する。スイッチングユニットＳＷ２は、それぞれ接点４２ａないし４２ｃ及び４４ａないし４４ｃを備える２つの３方向単極ＲＦスイッチ４２，４４、又は単一の３方向２極ＲＦスイッチを有する。アンテナＲＡ１及びＲＡ４は、それぞれ接点４２ａ及び４４ｃに接続される。接点４２ｂ及び４４ａは、まとまってアンテナＲＡ２に接続される。最後の接点４２ｃ及び４４ｂは、まとまってアンテナＲＡ３に接続される。スイッチ４２，４４の出力部は、それぞれ受信機ＲＸ１，ＲＸ２に結合される。
【００１５】
受信機ＲＸ１，ＲＸ２からのデータサブストリームは、簡単化されたＭＩＭＯ処理及びスイッチ制御段５０の入力部４６，４８にそれぞれ結合される。この処理及び制御段５０は、スイッチングユニットＳＷ２に供給すべきスイッチ制御信号の出力部５２を備えている。この段５０はまた、慣例的ＭＩＭＯ処理も含んでおり、出力５６に単一のデータストリームを供給するデータマルチプレクサ５４の入力部にそれぞれデータサブストリームを供給する。
【００１６】
本発明による方法では、送信局及び受信局１０，１２が、アンテナＴＡ１ないしＴＡ４の各々により送信され、送信局１０、及び／又は移動する受信局１２、及び／又は選ばれた１又は複数ラジオチャネルの伝搬特性に一時的に影響を与える妨害などの要因による変動特性を呈しうるマルチパス環境１４を通じた送信の後のアンテナＲＡ１ないしＲＡ４の各々により受信された信号の品質、例えば受信信号強度を測定することを要する。
【００１７】
図１に示される実施例は、４つの送信アンテナＴＡ１ないしＴＡ４と４つの受信アンテナＲＡ１ないしＲＡ４とを用いている。但し、これ以外の数のものを用いてもよい。概略的指針はとして「ｍ」個の送信アンテナと「ｎ」個の受信アンテナとにおいて、ｍ≧２，ｎ≧ｍとされる。本例においては、２つの送信アンテナと２つの受信アンテナのサブセットが選ばれ、ＭＩＭＯの利点を維持しつつこのサブセットの最良の使用がなされる。スイッチングユニットＳＷ１は、送信機ＴＸ１，ＴＸ２の各々が４つのアンテナＴＡ１ないしＴＡ４のグループのうちの３つのうちの１つに接続されることを可能とし、それらの間でいずれかの対のアンテナが選択可能である。スイッチングユニットＳＷ２は、同様のことが受信局において達成されることを可能とする。なお、３つ以上の送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせを選ぶこともできる。さらに、送信アンテナの数及び受信アンテナの数は、それぞれ送信機の数及び受信機の数を超え、スイッチングユニットＳＷ１，ＳＷ２は、送信機／受信機の入力／出力がより多くのアンテナに供給されることを可能とする。
【００１８】
アンテナ選択処理は、アンテナダイバーシティにおいて用いられる態様により受信信号強度推定処理を含む。かかる信号強度だけ測定が必要とされるので、当該チャネル推定処理は、簡単な信号、例えばデマルチプレクサ２０の入力２８に供給されるトレーニングシーケンス又は同期シーケンスの短い部分を用いることができる。
【００１９】
第１の送信アンテナＴＡ１について、簡単な信号が送信され、受信アンテナＲＡ１ないしＲＡ４の各々により受信される信号の強度が測定される。実際には、信号強度の範囲（レンジ）が検出されることになると考えられる。この処理は、第２の送信アンテナＴＡ２により送信される簡単な信号で繰り返される。再び、信号強度の範囲は、受信アンテナＲＡ１ないしＲＡ４にわたり異なるオーダで検出されるものと考えられる。あるアンテナ間隔（スペーシング）が代表値としてλ／２より大きい場合、受信アンテナの１つにおいて受信された信号強度は、当該受信アンテナの他のものにおいて受信されたものとは著しく異なるものとなり、この同じことが受信機において考えたときに１対の送信アンテナに当てはまる、と仮定される。
【００２０】
この処理は、残りの送信アンテナの各々について繰り返され当該チャネルの全部の測定がなされる。かかる測定処理を実行する際の目的は、当該アンテナのうちのどれが最強の信号と比較して最も弱い信号を受信しているかを確認することである。
【００２１】
２つの送信アンテナと２つの受信アンテナのサブセットを選択することによって、個々の送信信号間について受信機において良好なアイソレーションを得ることのできるような送信及び受信アンテナの組み合わせを選ぶことができると考えられる。代表的チャネルマトリクスの例は下に示される。相対的信号振幅が考察される。
【００２２】
【表１】

【００２３】
このチャネルマトリクスを見ると、アンテナＴＸ２からアンテナＲＸ４に良好な信号が受信され、アンテナＲＸ２において非常に弱い信号が受信されることが分かる。アンテナＴＸ３からは、その反対の状況が分かり、アンテナＲＸ２において良好な信号が受信され、アンテナＲＸ４において弱い信号が受信される。したがって、このサブセットの送信及び受信アンテナは、アンテナＴＸ２から送信された信号がアンテナＲＸ４において明確に受信されるがアンテナＲＸ２においては弱く受信され、アンテナＴＸ３からの信号は、アンテナＲＸ２において明確に受信されるがアンテナＲＸ４においては弱く受信されるような極めて良好な受信及びアイソレーションを呈する。故に、適切なアンテナ対又は組み合わせを選択することによって、ＭＩＭＯ信号を分離するのに追加の処理が不要となる。本例では、ＭＩＭＯは２入力２出力であり、２の容量増加が可能となる。受信局１２により実行される選択の場合、選ばれる送信アンテナの識別情報は、ラジオアップリンク（図示せず）上においてコントローラ２２に送信される。
【００２４】
関係する動作は、図２に示されるフロ−チャートにより概要が示される。ブロック６０は、当該処理の開始を示す。ブロック６２は、当該グループから送信アンテナＴＡ１，ＴＡ２，ＴＡ３又はＴＡ４をランダムに選択するコントローラ２２の動作を示しており、デマルチプレクサ２０，送信機ＴＸ１，ＴＸ２及びスイッチングユニットＳＷ１を用いることによって、トレーニングシーケンスが当該選択送信アンテナを経由して送信される。ブロック６４は、スイッチングユニットＳＷ２，受信機ＲＸ１，ＲＸ２及びスイッチ制御段５０を用いて受信アンテナＲＡ１ないしＲＡ４の信号強度を測定し、送信機のうち選択されたものからこれらアンテナのどれが最も強い信号を受信したか及びどれが最も弱い信号を受信したかを判定する受信局１２の処理を示している。オプションとして、可能であれば、ビットエラーレート（ＢＥＲ）などの受信信号の他の品質メトリクスを測定する。これらもアンテナ選択決定処理に役立つものとなるからである。
【００２５】
ブロック６６は、全ての送信アンテナが測定されたかどうかのチェックを示している。否定（Ｎ）であれば処理はブロック６８に移行し、肯定（Ｙ）であればブロック７０に移行する。ブロック６８は、前に選択されたもの以外の他のアンテナをランダムに選択することに相当する。デマルチプレクサ２０を用いて、送信機ＴＸ１，ＴＸ２及びスイッチングユニットＳＷ１は、選択されたアンテナを経由してトレーニングシーケンスを送信し、ブロック６４により表される処理が繰り返される。ブロック７０は、１の受信アンテナが第１の送信アンテナから強い（又は許容できる）信号を受信することができ第２の送信アンテナから弱い（又は許容できない）信号を受信することができ、第２の受信アンテナが第２の送信アンテナから良好な信号を第１の送信アンテナから弱い信号を受信することができるようなものとなる。どの２対の送信及び受信アンテナが互いに独自に送信することができるかを、当該測定から判定することを示している。
【００２６】
ブロック７２は、所定期間におけるデータの送信を伴う処理に相当する。
【００２７】
ブロック７４は、当該信号品質が悪いかどうかのチェックに相当する。悪くなければ（Ｎ）、両方の受信アンテナにおいて受信信号品質を監視する処理が継続する。信号が悪ければ（Ｙ）、ブロック６２ないし７２により示される処理ステップが続く。前に選択された２つの送信アンテナにより開始すると有利である。
【００２８】
最良のアンテナ対の検索を軽減する図２に示されるフローチャートを参照して説明される処理の変形例において、ブロック６６では、今回測定される送信アンテナ（その少なくとも２つがなければならない）が必要な性能を呈することができるかどうかを見るための初期テストが行われる。この変形例が採用された場合、ブロック７０により示される処理は、ある１つの受信アンテナが第１の送信アンテナから強い（又は許容できる）信号を第２の送信アンテナから強い（又は許容できる）信号を第１の送信アンテナ弱い（又は許容できない）信号を受信することができ、かつ第２の受信アンテナが第２の送信アンテナから強い（又は許容できる）信号を第１の送信アンテナから弱い（又は許容できない）信号を受信するようなものとなる、選択送信アンテナのうちのいずれが当該受信アンテナにより独自に受信可能であるかどうかをチェックすることにより変更される。このチェックが肯定であれば、この送信アンテナ対及び受信アンテナ対が用いられる。これにより、全ての送信アンテナの測定を繰り返す必要性がなくなる。ここでブロック７２にフローチャートは続く。但し、このチェックが否定であれば、全ての送信アンテナが用いられていない限り、他の送信アンテナについて処理ステップ６８及び６４を繰り返し、上述したフローチャートの変形例を繰り返す。送信アンテナの全てが測定された場合は、ブロック７０によって示される処理ステップ、すなわち最良のアンテナ対を判定することにつきフローチャートが継続する。
【００２９】
本発明による方法は、送信及び受信アンテナの対よりも多くの組み合わせをカバーするよう拡張可能である。例えば、３要素の組み合わせ１つにおける強い信号を他の３要素の組み合わせ２つにおける非常に弱い信号のうちの１つとして、１つの強い（又は許容可能な）信号と２つの非常に弱い（又は許容不可能な）信号を有する３要素の組み合わせを持つことが可能である。より多くの数の送信及び受信アンテナの場合、強いものと非常に弱いものとの間に明確な相違が必ずあるとは限らず、許容できる基準と許容できない基準とに基づいて判断がなされなければならないと考えられる。
【００３０】
本明細書及び請求の範囲において、単数表現の要素はその要素の複数の存在を排除するものではない。また、「有する」なる文言及びその活用形は、示されたもの以外の他の要素又はステップの存在を排除するものではない。
【００３１】
この開示内容を読めば、当業者には他の変形例が明らかとなる。かかる変形例は、ＭＩＭＯアンテナシステム及びその構成部（品）の設計、製造及び使用において既に知られ、またここで既に述べた特徴に代え又は加えて用いられる他の特徴を含んでもよい。本出願において、請求項は特定の組み合わせの各特徴について記載されているが、本出願の開示範囲は、ここで明示し又は暗示して開示された新規な特徴若しくは特徴の新規な組み合わせ又はその概念も含むものであり、これは請求項において現に請求されるようなものと同じ発明に関連するかどうか、本発明がなすようなものと同じ技術的問題のいずれか又は全てを軽減するかどうかにかかわらないものである。本出願人は、本願又はこれより派生するさらなる出願の中間処理において、当該特徴及び／又は当該特徴の組み合わせにつき新しい請求項を設定することがあることをここに付言する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】単純化されたＭＩＭＯ無線通信システムの一実施例の概略ブロック図。
【図２】アンテナ選択処理の単純化されたフローチャート。

Claims (14)

1. ＭＩＭＯアンテナシステムにおいて送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせを選択する方法であって、ｍ個の送信アンテナの第１のものから第１の信号を送信することと、複数のｎ個の受信アンテナの各々において受信されるような前記第１の信号の品質を測定することと、残りのｍ−１個の送信アンテナを用いてそれぞれ信号を送信する処理を繰り返すことと、第１の信号を許容可能なものとして第２の信号を許容不可能なものとして又は第２の信号を許容可能なものとして第１の信号を許容不可能なものとして受信する送信及び受信アンテナの組み合わせを判定することと、を有する方法。
2. 少なくとも２つの送信機及び複数の送信アンテナを有する送信局と少なくとも２つの受信機及び複数の受信アンテナを有する少なくとも１つの受信局とを有するＭＩＭＯアンテナシステムを動作する方法であって、前記複数の送信アンテナのうちの第１のものから信号を送信し前記複数の受信アンテナの各々により受信される信号の品質メトリックを判定することと、この動作を残りの送信アンテナの各々を用いてそれぞれ繰り返すことと、前記複数の送信アンテナ対前記複数の受信アンテナの特性のチャネルマトリクスを形成することと、前記チャネルマトリクスから、前記送信アンテナの少なくとも１つからの信号が前記受信アンテナの少なくとも１つにおいて許容可能となり前記受信アンテナの残りのものにおいて許容不可能となるとともに前記送信アンテナの残りのものからの信号に関してはこれの反対となる前記送信アンテナの少なくとも２つと前記受信アンテナの少なくとも２つとの組み合わせを選択することと、を有する、方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、判定される品質は、信号強度である、ことを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、最強及び最弱信号は、それぞれ許容可能及び許容不可能とみなされる、ことを特徴とする方法。
5. 請求項２ないし４のうちいずれか１つに記載の方法であって、送信及び受信アンテナの選択された対の特性を監視し、許容不可能となるこれらの特性に応じて前記送信及び受信アンテナの相対的特性の評価がなされる、ことを特徴とする方法。
6. 請求項２ないし４のうちいずれか１つに記載の方法であって、送信及び受信アンテナの選択された対の特性を監視し、許容不可能となるこれらの特性に応じて前記送信及び受信アンテナの相対的特性の評価を前に選択された送信アンテナとともに開始する、ことを特徴とする方法。
7. 請求項１ないし６のうちいずれか１つに記載の方法であって、前記送信信号は、トレーニング及び／又は同期シーケンスを有する、方法。
8. 少なくとも２つの送信機及び複数の送信アンテナを具備する送信局と、少なくとも２つの受信機及び複数の受信アンテナを具備する少なくとも１つの受信局とを有するＭＩＭＯアンテナシステムであって、前記送信局は、前記送信アンテナの１つを順次選択しその選択された送信アンテナから信号を送信する手段を備え、前記受信局は、前記複数の受信アンテナの１つを順次選択する手段と、前記複数の受信アンテナの各々により受信される信号の品質メトリックを判定する手段とを有し、当該システムは、前記送信アンテナ対前記受信アンテナの特性のチャネルマトリクスを形成するとともに、前記チャネルマトリクスから、当該選択送信アンテナの少なくとも１つからの信号が当該選択受信アンテナの少なくとも１つにおいて許容可能となり当該選択受信アンテナの残りのものにおいて許容不可能となるとともに当該選択送信アンテナの残りのものからの信号に関してはこれの反対となる前記送信アンテナの少なくとも２つと前記受信アンテナの少なくとも２つとの組み合わせを選択する手段をさらに有する、ＭＩＭＯアンテナシステム。
9. 請求項８に記載のシステムであって、送信アンテナの数よりも少ない送信機を有する送信局を有することを特徴とするシステム。
10. 請求項８又は９に記載のシステムであって、受信アンテナの数よりも少ない受信機を有する受信局を有することを特徴とするシステム。
11. 請求項８ないし１０のうちいずれか１つに記載のＭＩＭＯアンテナシステムに用いられる送信局。
12. 請求項８ないし１０のうちいずれか１つに記載のＭＩＭＯアンテナシステムに用いられる受信局。
13. 添付図面を参照した実質的明細書記載のＭＩＭＯシステム動作方法。
14. 添付図面に基づきかつ示されるように実質的に明細書記載の動作をなすよう構成されるＭＩＭＯアンテナシステム。

Images