JP2005509355A - ヌルステアリングを使用して符号を再使用し、および容量拡張する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

すでに割り振られた拡散符号を再使用するため、または同じセクタ／セル内ですでに使用されている符号と相関することのできる符号を使用するための、メカニズムを提供することにより、システム内で使用可能な拡散符号（Ｃ_A、Ｃ_B）の数を増やすための装置および方法を使用することによって、無線システムのユーザ数（ユーザＡ、ユーザＢ）およびデータ（ｄ_A、ｄ_B）容量（図１）が増加される。
その代わりに、各セルについて追加された基地局（ＢＳ）アンテナ（１、２、３）の数に比例して、容量が改善される。符号割振りに関するアンテナヌルステアリング技法は、所望のユーザのみに対して符号の相互相関特性を維持し、容量改善における利得の取得を達成するものである。

Description

本発明は、無線通信の分野に関する。より具体的には、本発明は、無線システムのユーザ数ならびにデータ容量およびデータレートの増加に関する。さらに具体的に言えば、本発明は、システムのオペレーション中に、容量を増加させるため同一または相関のあるシグネチャを異なるユーザのために使用することができるシステムに関する。

従来、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）システムの容量、セル内で同時にサポートされるユーザ数、およびユーザに割り振られるデータレートは、ユーザのシグネチャとして機能する拡散符号の可用性、ならびにそれらの相互相関特性（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）に依存する。１つの符号が１人のユーザに割り当てられた場合、その符号を同時に他の用途に使用することはできない。たとえ、干渉低減の手段としてビームステアリング（ビーム形成）を生成する複数の伝送アンテナを備えたシステムであっても、この規則が採用される。

現在のビームステアリング技術は、一定の容量拡張を達成することができるが、干渉を磁場内の特定の場所へ完全に除去することはできないため、（容量拡張の）結果はかなり制限される。さらに実施の観点から見ると、こうした多重アンテナシステムは非常に複雑となる。

したがって、本発明は、すでに割り振られた拡散符号を再使用すること、または同じセクタおよび／またはセル内ですでに使用されている符号と相関することのできる符号を使用することを可能にする機構を提供する。これに代えて、各セルについて追加された基地局アンテナの数に比例して、容量も改善される。本発明は、符号割振りに関するアンテナヌルステアリング技法を使用して、所望のユーザのみに対して符号の相互相関特性を維持し、容量の改善を達成するものである。

本発明は、同じ要素が同じ数字で示されている、添付の説明および図面を読めば理解されるであろう。

本発明は、望ましくない干渉信号のパワーを抑制するための単一アンテナのヌルステアリング技法を使用し、これにより所望の受信機で同一または相関のある拡散符号を使用することができる。拡散符号は同時に再使用することができるため、システム全体の容量を増加させることができる。実装が単純かつ容易であることが、ヌルステアリング方式の１つの利点である。一方、実装が容易であることから、ヌルステアリング技法をビームステアリングと共に補足的な方法として使用して、システム容量をさらに改善することができる。

本概念においては、異なる拡散符合、ユーザ、およびアンテナを使用することができる。ただし本発明は、Ｎ＋１本のアンテナを使用しているＮ人のユーザに対して、同一または相関のある拡散符号を同時に使用して説明する。基地局ＢＳのＮ＋１本のアンテナが空間情報などのチャネル情報を使用して、所望の１つを除き、同一または相関する拡散符号によりすべてのユーザ位置でヌルを作成する。本概念について、Ｎ＝２であるものとして以下に示すが、ここでＮはユーザ数である。

２人のユーザの場合を考えてみる。このシステムが図１に示されており、ｉ＝１，２，３の場合、ｈ_iAおよびｈ_iBはそれぞれ、アンテナｉからユーザＡおよびユーザＢに対するチャネルインパルス応答を表す。ｄ_Aおよびｄ_Bはそれぞれ、ユーザＡおよびＢに伝送されたデータを示す。データｄ_Aおよびｄ_Bは、基地局でのデータ伝送以前に、同じかまたは相関のある符号｛ｃ_A（ｋ），ｋ＝１，２，．．．｝および｛ｃ_B（ｋ），ｋ＝１，２，．．．｝によって拡散されることに留意されたい。本発明者等の目的は、ユーザＢに対するどのような干渉も作らずにユーザＡに関する情報を伝送すると同時に、ユーザＡに対するどのような干渉も作らずにユーザＢに関する情報を伝送することである。この目的は、ＢＳからユーザＡへの複合チャネルインパルス応答を変更することによってユーザＢの位置でヌルを作成すること、ならびにＢＳからユーザＢへの複合チャネルインパルス応答（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｉｍｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を変更することによってユーザＡの位置でヌルを作成することによって達成される。本明細書では、複合チャネルインパルス応答は、ＢＳでのスプレッダ出力からアンテナユーザの受信機ユニットへの転送機能として定義される。

ユーザＢでヌルを作成するために、複素重み（ｃｏｍｐｌｅｘ ｗｅｉｇｈｔ）Ｗ_1A、Ｗ_2A、およびＷ_3Aを選択すると、その結果、基地局からユーザＡへの複合チャネルの利得は最大となり、基地局からユーザＢへの複合チャネルの利得は０となる。数学的に言えば、これは制約最適化（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）問題であり、以下のように表すことができる。

同様に、ユーザＡでヌルを作成するために、複素重みＷ_1B、Ｗ_2B、およびＷ_3Bを選択すると、その結果、基地局からユーザＢへの複合チャネルの利得は最大となり、基地局からユーザＢへの複合チャネルの利得は０となる。数学的に言えば、これも同様の制約最適化問題であり、以下のように表すことができる。

上記の最適化問題は、容易に解決することができる。次に、一例として、数式１からＷ_1A、Ｗ_2A、およびＷ_3Aを決定する方法を示す。第１に、数式１の制約から、以下のようにＷ_3Aを選択する。

Ｗ_3Aを適用すると、ユーザＡでの複合チャネルインパルス応答は以下のようになり、

Ｗ_1Aｇ₁＋Ｗ_2Aｇ₂
数式４
上式では、

である。

一般に、ｇ_iは複素数である。ｉ＝１，２の場合の

を定義するが、上式ではｉ＝１，２の場合にａ_i＞０である。さらに、以下を定義する。

基地局からユーザＡへの複合チャネルインパルス応答のチャネル利得は、

であることが示される。

最大問題利得に達するには、

θ₂−θ₁＋φ₂−φ₁＝０
数式７
としなければならないことが明らかである。

上式を満足させるための方法の１つは、以下を選択することである。

例えば、ｉ＝１，２，３およびｐ＝Ａ，Ｂの場合に、簡略化されたチャネルモデルを以下のように定義し、

上式で、Ｄ_ipはユーザｐからアンテナｉまでの距離であり、λは波長であって、この例では０．１５ｍである。さらに、３本のアンテナはＯＸＹ平面内でＸ軸に沿って分配されており、隣接する２本のアンテナ間のスペースは０．７５ｍであり、アンテナ２はＯＸＹ平面の原点（Ｏ）に配置されているものと想定する。ユーザＡが（ｘＡ，ｙＡ）＝（−７０，２０）、ユーザＢが（ｘＢ，ｙＢ）＝（５０，５０）となる位置を選択する。これら２つの地点付近での複合チャネルパワープロフィル（ｐｏｗｅｒ ｐｒｏｆｉｌｅ）（ｄＢ）は、それぞれ図２および図３に示されている。したがって、複素値Ｗ_1A、Ｗ_2A、およびＷ_3Aを生成することによって、図１の例の所望のユーザＡは最大パワーでの通信を受け取る（図２）が、他のユーザのパワーはヌルとなる（図３）。

本発明の原理を具体化する処理ユニットを示す概略図である。 本発明の数式例に従って計算された、合成チャネルパワープロフィルを示す３次元図である。 本発明の数式例に従って計算された、合成チャネルパワープロフィルを示す３次元図である。

Claims (15)

1. 全員が所与のセルまたはセクタ内で同一または相関のある拡散符号を使用している少なくとも２人の遠隔ユーザのうちの１人のみが、前記少なくとも２人の遠隔ユーザに送信している基地局からの通信を受け取ることが可能である、ヌルビーム技法であって、前記基地局は複数のアンテナを有するアンテナ配列を介して前記遠隔ユーザに送信し、
   ａ）前記基地局が、ｉ＝１，．．．，Ｎの場合に、Ｎ＋１の複素重みｗ_i（ｉ＝１，．．．，Ｎの場合に、それぞれがＮ＋１の複素ベクトルである）を備えたＮ（Ｎ＞１）の遠隔ユーザのうちの１人向けにデータｄ_iを変調することを含み、変調された各信号は前記Ｎ＋１のアンテナのうちの１本に向けて送られ、
   前記ベクトルｗ₁およびｗ₂の各要素は、前記アンテナ配列から前記遠隔ユーザの位置へのチャネルインパルス応答の関数であり、さらに
   ｂ）前記変調されたデータ信号ｄ₁、ｄ₂、．．．ｄ_Nを合計すること、および
   ｃ）前記合計された信号を伝送することを含むことを特徴とする技法。
2. 前記複素重みｗ_iは前記配列内のアンテナ数の関数であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ステップ（ｃ）は、少なくとも２本のアンテナの配列を介して伝送されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. ステップ（ａ）は、前記遠隔ユーザのうちの第１の１人によって前記基地局から受け取られる通信のパワーが最大となるように、前記複素重みを選択することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. ステップ（ａ）は、前記遠隔ユーザのうちの第２の１人によって前記基地局から受け取られる通信のパワーが最小となるように、前記複素重みを選択することを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 全員が所与のセルまたはセクタ内で異なる拡散符号を使用している少なくとも２人の遠隔ユーザのうちの１人のみが、前記少なくとも２人の遠隔ユーザに送信している基地局からの通信を受け取ることが可能である、ヌルビーム技法であって、前記基地局は複数のアンテナを有するアンテナ配列を介して前記遠隔ユーザに送信し、
   ａ）前記基地局が、ｉ＝１，．．．，Ｎの場合に、Ｎ＋１の複素重みｗ_i（ｉ＝１，．．．，Ｎの場合に、それぞれがＮ＋１の複素ベクトルである）を備えたＮ（Ｎ＞１）の遠隔ユーザのうちの１人向けにデータｄ_iを変調することを含み、変調された各信号は前記Ｎ＋１のアンテナのうちの１本に向けて送られ、
   前記ベクトルｗ₁およびｗ₂の各要素は、前記アンテナ配列からすべての遠隔ユーザの位置へのチャネルインパルス応答の関数であり、さらに
   ｂ）前記変調されたデータ信号ｄ₁、ｄ₂、．．．ｄ_Nを合計すること、および
   ｃ）前記合計された信号を伝送することを含むことを特徴とする技法。
7. 前記複素重みｗ_iは前記配列内のアンテナ数の関数であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. ステップ（ｃ）は、少なくとも３本のアンテナの配列を介して伝送されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. ステップ（ａ）は、第１の遠隔ユーザによって前記基地局から受け取られる通信のパワーが最大となるように、前記複素重みを選択することを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
10. ステップ（ａ）は、第２の遠隔ユーザによって前記基地局から受け取られる通信のパワーが最小となるように、前記複素信号を選択することを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 全員が所与のセルまたはセクタ内で同一または相関のある拡散符号を使用している少なくとも２人の遠隔ユーザのうちの１人のみが、前記少なくとも２人の遠隔ユーザに送信している基地局からの通信を受け取ることが可能である、ヌルビーム技法を使用する基地局であって、前記基地局は複数のアンテナを有するアンテナ配列を介して前記遠隔ユーザに送信し、
    前記基地局が、ｉ＝１，．．．，Ｎの場合に、Ｎ＋１の複素重みｗ_i（ｉ＝１，．．．，Ｎの場合に、それぞれがＮ＋１の複素ベクトルである）を備えたＮ（Ｎ＞１）の遠隔ユーザのうちの１人向けにデータｄ_iを変調するための手段を有し、変調された各信号は前記Ｎ＋１のアンテナのうちの１本に向けて送られ、
    前記ベクトルｗ₁およびｗ₂の各要素は、前記アンテナ配列から前記遠隔ユーザの位置へのチャネルインパルス応答の関数であり、さらに、
    前記変調されたデータ信号ｄ₁、ｄ₂、．．．ｄ_Nを合計するための手段と、
    前記合計された信号を伝送のために前記アンテナ配列に転送するための手段を含むことを特徴とする基地局。
12. 前記配列内の前記アンテナ数の関数として、複素重みｗ_iを生成するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の基地局。
13. 前記配列は少なくとも２本のアンテナからなることを特徴とする請求項１１に記載の基地局。
14. 前記遠隔ユーザのうちの第１の１人によって前記基地局から受け取られる通信のパワーが最大となるように、前記複素重みを選択するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の基地局。
15. 前記遠隔ユーザのうちの第２の１人によって前記基地局から受け取られる通信のパワーが最小となるように、前記複素重みを選択するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の基地局。

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