JP2006060807A - ダウンリンク伝送のための移動無線通信システムおよび複数アンテナ移動無線通信システムの少なくとも２つのダウンリンク経路を介して信号を伝送する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダウンリンク伝送のための移動無線通信システム１、および複数アンテナ（３、４）移動無線通信システム１のダウンリンク経路５、６を介して信号ｓを伝送する方法を提供する。
【解決手段】システム１は、複数のアンテナ３、４を備える基地局２と、移動ユーザ装置８と、信号ｓを基地局２からユーザ装置８まで伝送するためのアンテナ３、４を通り複素チャネル係数ｈ_１、ｈ_２を含むダウンリンク経路５、６と、複素重みｗに関する情報をユーザ装置８から基地局２まで戻すためのフィードバック経路９とを備え、複素重みｗが、ダウンリンク経路６を介して伝送される信号ｓの乗算に使用される。フィードバック経路９のフィードバック伝送エラー１１に対するシステム１の許容度を向上させるため、基地局２のアンテナ３、４が互いに、アンテナ３、４のチャネルが相関するように距離ａをおいて配置されることが示唆される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、基地局から移動ユーザ装置（端末）までのダウンリンク伝送のための移動無線通信システムに関する。本発明は、原理上、ユーザ装置から基地局までのアップリンク伝送に適用することもできる。

本発明は、具体的には、
−複数のアンテナを備える基地局と、
−少なくとも１つの移動ユーザ装置と、
−信号を基地局から少なくとも１つのユーザ装置まで伝送するための少なくとも２つのアンテナを通る、各々が複素チャネル係数を含む少なくとも２つのダウンリンク経路と、
−少なくとも１つの複素重みに関する情報をユーザ装置から基地局まで戻すためのフィードバック経路とを備え、
−少なくとも１つの複素重みが、少なくとも２つのダウンリンク経路を介して伝送される信号の乗算に使用される、移動無線通信システムに関する。

さらに、本発明は、複数アンテナの移動無線通信システムの少なくとも２つのダウンリンク経路を介して信号を伝送する方法であって、
−移動無線通信システムのユーザ装置で信号の伝送に使用すべき複素重みの最適値を計算するステップと、
−複素重みの最適値を移動無線通信システムのユーザ装置から基地局までフィードバック経路を介して伝送するステップと、
−基地局で信号の伝送に複素重みの最適値を使用するステップとを含む方法にも関する。

基地局によって伝送される信号は、ユーザ装置で、ユーザ装置によってダウンリンク経路から受信された信号に従って、また複素重みの最適値に従って検出される。本発明によれば、表現「ダウンリンク経路」は、信号が実際に伝送される無線伝播の複数経路を指すのではなく、送信アンテナと受信アンテナの間の接続を指す。

本発明は、ＵＴＲＡ／ＦＤＤエアインターフェースのダウンリンクシステム容量を拡大することを目的とする。ＵＴＲＡ−ＦＤＤは、ＵＭＴＳ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘの略語であり、対の周波数を使用するＵＭＴＳ規格である。対の周波数パケットは２つの５ＭＨｚ周波数帯域からなり、１つは（移動ユーザが話すための）アップリンク用であり、１つは（聞くための）ダウンリンク用である。これは、ダウンリンクチャネルとアップリンクチャネルの分割が周波数の分割によって行われるため、周波数複信または周波数分割複信（ＦＤＤ）であることを特徴とする。本発明は、同じ出願人の名で２００３年８月１８日に出願された別の欧州特許出願第０３ ２９２ ０３８．１号明細書で示唆されている４Ｔｘ開ループ・閉ループＴｘダイバーシティ方式と組み合わせることができる。

複数アンテナ伝送は、ダウンリンク容量、品質、および／または通達範囲を向上させる一方法である。複数アンテナ伝送では、同じペイロードを幾つかのダウンリンク経路を介し、それに対応する数のアンテナを介して伝送することができる。特に街の中心部および建物内のある種のダウンリンク経路を通って伝送される信号には、様々な伝播方法があり、重畳された場合に、強め合うまたは弱め合う重畳（いわゆるレイリーフェージング）を招く可能性がある。レイリーフェージングに関する更なる情報は、Ｓｋｌａｒ、ＢｅｒｎａｒｄのＲａｙｌｅｉｇｈ Ｆａｄｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ｉｎ Ｍｏｂｉｌｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＩＥＥＥ、Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｍａｇａｚｉｎｅ、１９９７年７月、９０〜１００頁から得ることができる。２つ以上のダウンリンク経路を使用することによって、レイリーフェージングのプロセスを様々なダウンリンク経路の間で補償することができる。それによって、ユーザ装置で受信される信号のスランプを有効に防ぐことができるため、かなりのダイバーシティ利得が得られる。ダイバーシティ利得を得る他の方法は、たとえば時空間符号化（ｓｐａｃｅ ｔｉｍｅ ｃｏｄｉｎｇ）である。この時空間符号化は、フィードバック経路を使用しない代わりに、伝送される信号の特定の符号化と共に行われる。

各ダウンリンク経路は、その複素チャネル係数によって記述される幾つかの物理的特性を有する。複素チャネル係数は、伝送に使用されるチャネルおよび伝送される信号を受信するユーザ装置の位置に依存する。さらに、時間にわたる複素チャネルの変動は、ユーザ装置の速度に依存する。これは、ユーザ装置がより速く移動する場合は、チャネル係数の変更レートもより大きくなることを指す。受信側ユーザ装置では、様々なダウンリンク経路を介して伝送された様々な信号が受信され処理されて、伝送された信号が獲得される。ダウンリンク経路を介して伝送すべき信号は、基地局によって複素重みが乗算されて、ユーザ装置で受信される伝送された信号の電力が最大化される。複素重みは、受信された信号の振幅および位相に影響を与える。最適複素重みは、伝送に使用されるチャネルの特性（すなわち複素チャネル係数）およびユーザ装置の基地局に対する位置に依存する。

基地局は、ダウンリンク経路を介していわゆるパイロット信号を伝送し、それがユーザ装置によって受信される。パイロット信号は、（たとえばＵＭＴＳの「Ｃｏｍｍｏｎ Ｐｉｌｏｔ Ｃｈａｎｎｅｌ」を介して）連続的に、または時々伝送することができる。ユーザ装置は、パイロット信号を認識しており、その知識に基づいて受信されたパイロット信号から様々なダウンリンク経路の複素チャネル係数を決定することができる。複素チャネル係数に従って、ユーザ装置は複素重みの最適値を決定する。最適値は、フィードバック経路を介して基地局に伝送される。この種の方法は、Ｇｅｒｌａｃｈ、Ｄ．他の米国特許第５，６３４，１９９号明細書で知られている。

当技術分野で知られている移動無線通信システムでは、基地局のアンテナは互いに比較的大きく離れて配置されており、その距離は通常、伝送される信号の波長（λ）の倍数であり、たとえば約１０×λから２０×λである。知られているシステムの概念では、基地局のアンテナが、データ経路を介して伝送される信号が相関しないように互いに距離をおいて配置される。それによって、フィードバック経路を使用して、有効性の高いダイバーシティ利得を得ることができるようになる。しかし、知られているシステムには、移動ユーザ装置が基地局に対して速く移動する場合に複素重みの最適値が非常に速く変わるという欠点がある。これは、複素重みの最適値をより頻繁に計算しなければならず、何よりもまず、基地局にフィードバック経路を介してより頻繁に伝送しなければならないことを指す。実際、ユーザ装置の速度がある値、たとえば４０ｋｍ／時から５０ｋｍ／時を超えると、フィードバック経路の帯域幅が過剰に狭くなり、複素重みの実際の最適値を基地局にフィードバック経路を介して提供することが不可能になる。必然的に、基地局はダウンリンク経路を介して伝送すべき信号を古い値で乗算し、それによって実際の伝送が最適状態からかなり遠ざかることになる。その結果、ユーザ装置が基地局に対して比較的速く移動すると、フィードバック経路によって得られるダイバーシティ利得があまり良好でないものになる。特に、ユーザ装置が基地局に対して高速で移動すると、ユーザ装置によって受信される信号は、それだけ低下し、信号の品質はフィードバック経路によるダイバーシティ利得が全く適用されない場合よりも低下することがある。

複素重みの最適値をユーザ装置から基地局に伝送するのに必要とされる帯域幅を低減するには、当技術分野で知られている移動無線通信システムでは通常、固定数の（すなわちユーザ装置の速度に対して調整可能でない）ビットが最適値を基地局にフィードバック経路を介して伝送するために使用される。たとえば、ＵＭＴＳでは、最適値を基地局に伝送するためにスロット当たり１ビット（たとえば６６７μｓ−ｓｌｏｔ）が使用される。フィードバック経路で使用可能な帯域幅が狭いため、フィードバック経路ではエラー検出およびエラー訂正アルゴリズムが実装されない。したがって、複素重みの最適値の伝送中にエラーが生じても、それが検出も訂正もされず、誤った値が様々なダウンリンク経路を介して伝送すべき信号の乗算に使用される可能性がある。

ユーザ装置は、フィードバックエラーを認識せず、受信された信号の復号化に正しい係数を使用する。フィードバックエラーのため、基地局は誤った係数を受信し、そのエラーを認識せず、伝送すべき信号の符号化に誤った係数を使用する。したがって、基地局およびユーザ装置は異なる複素係数を処理するため、当然、ダイバーシティ利得およびユーザ装置で受信される信号の品質のかなりの低下につながる。

要約すれば、当技術分野で知られている移動無線通信システムのフィードバック経路によって得られるダイバーシティ利得は、ユーザ装置が静止し、または非常に低速で移動する場合にのみ満足に機能する。
米国特許第５，６３４，１９９号明細書 欧州特許出願第０３ ２９２ ０３８．１号明細書 Ｓｋｌａｒ、ＢｅｒｎａｒｄのＲａｙｌｅｉｇｈ Ｆａｄｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ｉｎ Ｍｏｂｉｌｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＩＥＥＥ、Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｍａｇａｚｉｎｅ、１９９７年７月、９０〜１００頁 富士通、「Ｃｌｏｓｅｄ Ｌｏｏｐ Ｔｘ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｃｈｅｍｅ ｗｉｔｈ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ Ｆｅａｔｕｒｅ」、３ ＧＰＰ ＴＲ ２５．８６９、Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ：Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ；Ｔｘ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｎｔｅｎｎａｓ ３ ＧＰＰ ＴＳ ２５．２１４

したがって、本発明の目的は、ユーザ装置が基地局に対して速く移動する場合でも満足に機能する、フィードバック経路によるダイバーシティ利得を有する移動無線通信システムを提供することである。

この目的を達成するため、移動無線通信システムは、請求項１の特徴を備えることが示唆される。具体的には、上記に述べた種類の移動無線通信システムでは、基地局のアンテナが、アンテナのチャネルが相関するように距離をおいて配置されることを特徴とすることが示唆される。

換言すれば、上記に記載の方法で互いに配置されたアンテナを備えた、こうしたダウンリンク経路を介して伝送される信号は相関される。これは、第１の近似のダウンリンク経路の複素チャネル係数の間の位相差が、ユーザ装置の基地局に対する位置に依存し、移動速度には依存しないことを指す。実質的には、ダウンリンク経路の複素重みの最適値は、当技術分野で知られている移動無線通信システムよりもかなりゆっくりと変化するが、その場合、アンテナは互いに比較的大きく離れて配置され、したがって、アンテナのチャネルは相関しない。本発明の利点は、十分な利得の組み合わせを得るのに必要とされるフィードバック経路の帯域幅が当技術分野で知られている移動無線通信システムで十分なダイバーシティ利得を得るのに必要とされた帯域幅よりもはるかに狭いことである。伝送される信号は（位相の）有効性を追加する。

したがって、本発明は、フィードバック経路の帯域幅が小さくても、非常に良好に機能し、十分なダイバーシティ利得を提供することができる。さらに、複素重みの最適値を基地局に伝送するために必要とされるよりも広い帯域幅がフィードバック経路に使用可能な場合は、そのスペア帯域幅をフィードバック経路のエラー検出およびエラー訂正アルゴリズムの実装に使用することができる。そうすることによって、フィードバック経路を介したデータ伝送の信頼性を決定的に向上することができる。

要約すれば、本発明による移動無線通信システムは、ユーザ装置が基地局に対して比較的高速で移動する場合に特に有利である。ユーザ装置が高速で移動する場合、システムは、フィードバック経路に狭い帯域幅しか使用可能でない場合でも完全に機能する。フィードバック経路で複素重みの最適値を伝送するのに必要以上の広い帯域幅が使用可能な場合、スペア帯域幅をエラー検出およびエラー訂正アルゴリズムの実装に使用することができる。

本発明の好ましい一実装形態によれば、基地局のアンテナが、ダウンリンク経路を介して伝送される信号の波長の半分（λ／２）の距離をおいて配置されることが示唆される。当然、基地局のアンテナ全てがこの距離をおいて配置される必要はない。第１のグループのアンテナを互いに波長の半分の距離をおいて配置し、第２のグループのアンテナも互いに波長の半分の距離をおいて配置してもよい。各グループのアンテナは２つ以上のアンテナを含む。両方のグループのアンテナは、互いに波長の半分より長い距離をおいて、たとえば波長の１０倍から２０倍の間隔をおいて配置される。各グループのアンテナ内では、アンテナのチャネルが相関される。

さらに、少なくとも１つの複素重みの伝送におけるエラーを検出するためのエラー検出機構がフィードバック経路に組み込まれることが示唆される。こうした機構は、ユーザ装置で決定された複素重みの最適値の符号化、およびフィードバック経路を介して基地局で受信された符号化された値の復号化を含む。この実装形態によれば、基地局は、フィードバック経路を介して受信された値がエラーなしで、具体的にはビットエラーなしで伝送されたかどうかを確実に区別することが可能である。硬および軟判定復号化を基地局での復号化に使用することができる。エラー検出符号化の場合、たとえば硬判定パリティーチェックを有するシングルパリティーチェックコード、または巡回冗長検査（ＣＲＣ）を使用することができる。伝送エラーが検出された場合、受信された複素重みの最適値を廃棄し、代わりに前に受信されたアンテナ重みから計算された重みを伝送に使用することができる（いわゆるエラー調整（ｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ））。

さらに、少なくとも１つの複素重みの伝送におけるエラーを訂正するためのエラー訂正機構がフィードバック経路に組み込まれることが示唆される。こうした機構は、ユーザ装置で決定された複素重みの最適値の符号化、およびフィードバック経路を介して基地局で受信された符号化された値の復号化を含む。この実装形態によれば、伝送エラーが検出された場合、基地局がフィードバック経路を介して受信された値を確実に訂正することが可能である。具体的には、フィードバック経路を介した伝送中に生じたビットエラーが訂正される。畳込み符号化またはブロック符号化をフィードバック経路に組み込んでエラー訂正を転送することが示唆される。

本発明の他の好ましい実装形態によれば、
−ユーザ装置が、信号の伝送に使用すべき少なくとも１つの複素重みの最適値を計算する手段、および
−幾つかの第１のフィルタ特性に従って少なくとも１つの複素重みの最適値をフィルタリングする手段を備え、
−基地局が、ユーザ装置で使用された第１のフィルタ特性と概ね同じである幾つかの第２のフィルタ特性に従って複素重みの最適値をフィルタリングする手段を備えることが示唆される。

好ましくは、最適値のフィルタリングが、ユーザ装置および基地局において概ね同じ条件下で、概ね同じまたは同一のフィルタ係数を有するフィルタを使用して行われる。

さらに、ユーザ装置が、前記手段で最適値をフィルタリングした後に、ユーザ装置でダウンリンク経路から受信された信号によって、また複素重みの最適値によって、伝送された信号を検出する手段を備えることが示唆される。

本発明の目的の他の解決法は、請求項９の特徴を含む方法によって提供される。具体的には、上記で述べた種類の方法は、
−ユーザ装置において、エラー検出および／またはエラー訂正アルゴリズムで複素重みの最適値を符号化してから、それらをフィードバック経路を介して伝送するステップと、
−基地局において、複素重みの最適値を復号化してから、それらを使用して信号を伝送するステップとを含むことが示唆される。

フィードバック経路を介して最適値を伝送する際のエラー検出および／または訂正の好ましい符号化方式は、単に幾つか例を挙げると、たとえばシングルパリティーチェックコード、反復コード、またはハミングコード、重畳コードなど単純なブロックコードを含む。当然、他の符号化方式を使用することもできる。

他の解決法によれば、本発明の目的は、請求項１１の特徴を含む方法によって解決される。具体的には、上記で述べた種類の方法は、
−ユーザ装置において、幾つかの第１のフィルタ特性を使用して複素重みの最適値をフィルタリングするステップと、
−基地局において、信号の伝送に複素重みの最適値を使用する前に、ユーザ装置で使用された幾つかの第２のフィルタ特性を使用して複素重みの最適値をフィルタリングするステップとを含むことが示唆される。

好ましくは、最適値のフィルタリングが、ユーザ装置および基地局において概ね同じ条件下で、概ね同じまたは同一のフィルタ係数を有するフィルタを使用して行われる。本発明の好ましい実装形態によれば、フィルタリングには、アンテナ重みごとに１つの重みフィルタを含む重みフィルタのバンクが使用され、各重みフィルタが幾つかのフィルタ係数を有することが示唆される。

さらに、フィルタ係数は、フィードバック経路にビットエラーが生じた場合、基地局でフィルタリングされた後に受信された複素重みの値がユーザ装置でフィルタリングされた後に得られた複素重みの最適値と概ね等しくなるように選択されることが示唆される。

幾つかの本発明の好ましい実装形態を以下の図面を考慮して以下により詳細に記載する。

図１では、本発明による移動無線通信システムが参照符号１で示されている。通信システム１は、基地局２を備える。基地局２は、ＵＭＴＳ規格に従って機能する移動無線通信システム１内でノードＢと呼ばれる。基地局２は、２つのダウンリンク経路５、６を介したデータの伝送に使用される２つのアンテナ３、４を備える。ダウンリンク経路５、６を介して伝送されるデータは、移動無線通信システム１の一部であるユーザ装置８のアンテナ７から受信される。２つのダウンリンク経路５、６を介して伝送される信号は信号ｓと呼ばれる。信号ｓは、複素重みｗ_ｉ（ｉ＝１、２）が乗算され、次いで２つのダウンリンク経路５、６を介して伝送される。ダウンリンク経路５、６は、データ伝送に使用されるチャネル、およびユーザ装置８の基地局２に対する位置に依存する幾つかの物理的特性を有する。ダウンリンク経路５、６の物理的特性は、複素チャネル係数ｈ_ｉ（ｉ＝１、２）で表される。

信号ｓは、２つ以上のダウンリンク経路５、６を介して伝送されて、データ伝送に使用される２つのチャネルのレイリーフェージングを補償することによってダイバーシティ利得が得られる。ユーザ装置８は、ダウンリンク経路５、６の複素チャネル係数ｈ_ｉに関する情報を有していない。ユーザ装置８がダウンリンク経路５、６の物理的特性および複素チャネル係数ｈ_ｉを決定できるようにするため、基地局２は規定のパイロット信号をユーザ装置８に送信する。これは、（たとえばＵＭＴＳの「Ｃｏｍｍｏｎ Ｐｉｌｏｔ Ｃｈａｎｎｅｌ」を介して）連続的に、または時々行うことができる。ユーザ装置８は、基地局２によって伝送されるパイロット信号がどのようなものであるかを認識する。基地局２によって伝送されたパイロット信号とダウンリンク経路５、６を介して受信されたパイロット信号を比較することによって、ユーザ装置８は複素チャネル係数ｈ_ｉを決定することができる。ユーザ装置８は、複素チャネル係数ｈ_ｉを考慮して、複素重みｗ_ｉの最適値を決定することができる。複素重みｗ_ｉの最適値は、受信信号ｒの絶対値を最大にするように決定される。複素重みｗ_ｉの最適値は、フィードバック経路９を介して基地局２に伝送される。

ダイバーシティ利得を得るための上記の方法は、閉ループダイバーシティ方式と呼ばれる。当然、閉ループダイバーシティ方式は、図１で示した基地局２の２つのアンテナ３、４よりも多いアンテナでもうまく機能する。その場合、信号ｓは３つ以上のダウンリンク経路５、６を介して伝送される。ユーザ装置８は、ダウンリンク経路全てに対する複素チャネル係数ｈ_ｉおよび基地局２のアンテナ全てに対する複素重みｗ_ｉを決定する。本発明の重要な側面は、基地局２の２つのアンテナ３、４が、アンテナ３、４のチャネルが相関するように互いの距離をおいて配置されることである。具体的には、アンテナ３、４が、ダウンリンク経路５、６を介して伝送される信号の波長λの半分（ａ＝λ／２）に相当する距離をおいて配置されることが示唆される。

基地局２からユーザ装置８までのダウンリンク伝送のための移動無線通信システム１について本発明を記載する。当然、本発明は、ユーザの機器８から基地局２までのアップリンクデータ伝送にも適用することができる。

閉ループ伝送ダイバーシティビーム形成の基本概念では、伝送に使用される（すなわち基地局によって様々な送信アンテナ３、４を介して送信される信号に複素値の重みｗ_ｉが乗算されて、信号がユーザ装置８の受信アンテナ７に発展的に追加するようになされた）複素重みｗ_ｉが、ユーザ装置８によって基地局２に伝送されるフィードバック情報によって制御される。

従来技術の閉ループ方式は、主に閉ループ伝送ダイバーシティに焦点を当てているため、通常は、伝送される信号の波長λの約１０から２０倍の距離を互いにおいて配置されたアンテナを有する。アンテナの間隔が大きいため（様々なアンテナの非相関チャネルフェージングのため）、最適アンテナ重みｗ_ｉはユーザ装置８の移動中に速く変化する。変化のレートは、ユーザ装置８の速度の上昇およびアンテナの間隔の広がりに従って上昇する。したがって、当技術分野で知られている閉ループ伝送ダイバーシティ方式では、複素アンテナ重みを頻繁に更新しなければならず、したがって、フィードバック信号経路９は信号の遅延を最小限に抑えるように設計される。従来技術の移動無線通信システムのフィードバック経路９は、伝送エラーを許容するように設計されていない。なぜなら、それによって待ち時間（ｌａｔｅｎｃｙ）が追加されるからである。しかし、待ち時間は誤り率性能を低下させるため、望ましくない。フィードバック経路で使用可能な帯域幅が狭いため、フィードバック経路でエラー検出およびエラー訂正アルゴリズムが実装されない。

本発明は、閉ループビーム形成性能を最適化する方法を示唆する。専用閉ループビーム形成モードをシステム規格に導入することや、またはたとえば、欧州特許出願第０３ ２９２ ０３８．１号明細書に記載されている４ＴｘＯＬ（開ループ）−ＣＬ（閉ループ）方式、あるいは富士通の３ ＧＰＰ ＴＲ ２５．８６９、Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ：Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ；Ｔｘ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｎｔｅｎｎａｓに記載された「Ｃｌｏｓｅｄ Ｌｏｏｐ Ｔｘ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｃｈｅｍｅ ｗｉｔｈ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ Ｆｅａｔｕｒｅ」など、他の複数アンテナ伝送方式のビルディングブロックとして、閉ループビーム形成方式を使用することが想定されている。

フィードバック伝送エラーは、避けることができない。ＵＴＲＡ／ＦＤＤ（ＵＭＴＳ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）では、典型的に４％以上のフィードバックビットエラー率が通常である。フィードバック経路９での伝送エラーの発生によって、基地局２の送信機が、ユーザ装置８の受信機によって最適複素重み値として信号で送られたものよりも遅れた複素重みｗ_ｉを使用するように強制される。その結果、当技術分野で知られている移動無線通信システムでは、エラー率が上がるため、システム容量の損失を招く。

さらに、アンテナ検証と呼ばれる信号処理技法が当技術分野で知られている（たとえば３ ＧＰＰ ＴＳ ２５．２１４を参照）。この知られている技法をユーザ装置８の受信器で使用して、誤って選択された複素重みを部分的に補償することができる。ユーザ装置８の受信器は、この技法で、測定および信号処理によって基地局２の送信機で使用された重みを復元することを試みる。しかし、この方式では、基地局２の送信機が誤った重みベクトルを使用することが阻止されないため、システムの性能全体が制限される。さらに、この技法は、かなり複雑であるため、難しくコスト高である。

本発明の概念は、フィードバック経路９で生じる伝送エラーを能動的に補償する機構を閉ループビーム形成方式に導入することである。一目的は、基地局２による伝送に使用される複素重みｗ_ｉを、ユーザ装置８によって信号検出に使用される重みと高確率で等しく、または概ね等しくすることである。

図２は、移動無線通信システム１を示し、具体的には、基地局２およびユーザ装置８をより詳細に示す。図２で示した実装形態では、複素重みｗ_１＝１であり、複素重みｗ_２＝ｗである。したがって、ユーザ装置８で受信される信号ｒは、方程式ｒ＝（ｈ_１＋ｗ×ｈ_２）Ｓを有する。基地局２は、フィードバック情報受信器１０を備え、フィードバック情報受信器１０はユーザ装置８からフィードバック経路９を介して伝送される複素重みｗの最適値を受信する。フィードバック経路９にフィードバック伝送エラー１１、すなわちビットエラーが存在するため、複素重みの誤った値ｗ’が正しい値ｗの代わりに受信される。信号ｓには、基地局２内の乗算点１２で複素重みの誤った値ｗ’が乗算され、第２のアンテナ４および第２のダウンリンク経路６を介してユーザ装置８のアンテナ７に伝送される。ユーザ装置８は、正しい受信信号ｒではなく、誤った信号ｒ’を受信する。ｒ’＝（ｈ_１＋ｗ’×ｈ_２）Ｓである。ユーザ装置８によって受信された信号ｒ’の品質は、受信すべき信号ｒの品質よりも劣る可能性が最も高い。この品質の低下は、ダウンリンク経路６を介したデータの伝送に使用された誤った複素重みｗ’のために、ダイバーシティ利得が最適値でない可能性が最も高いためである。

ユーザ装置８が正しい信号ｒ＝（ｈ_１＋ｗ×ｈ_２）Ｓを受信したと仮定すると、機能ブロック１３で、ダウンリンク経路５、６のチャネル特性および複素チャネル係数ｈ_ｉが決定される。別の機能ブロック１４で、チャネル係数ｈ_ｉに従って、受信信号ｒがその最大値に到達するように複素重みｗの最適値が決定される。複素重みｗの最適値が、フィードバック情報送信機１５に伝送され、フィードバック情報送信機１５は次いでその最適値を基地局２にフィードバック経路９を介して伝送する。機能ブロック１３で決定された複素チャネル係数ｈ_ｉおよび機能ブロック１４で決定された複素重みｗの最適値は、別の機能ブロック１６に伝送されて、受信信号ｒから信号ｓが検出される。機能ブロック１６は、たとえばＲａｋｅ受信器でもよい。

図３は、図２による移動無線通信システム１の第１の実装形態を示す。この実装形態は、エラー検出符号化またはエラー訂正符号化を使用して、フィードバック経路９上で伝送されるビットを伝送エラー１１から保護する。可能な符号化方式には、たとえばシングルパリティーチェックコード、反復コード、ハミングコード、または重畳コードなど単純なブロックコードが含まれる。

機能ブロック１４で最適重みｗが計算された後、ユーザ装置８は、エンコーダ１７で符号化操作を実装し、符号化した重みＥ（ｗ）をフィードバック経路９を介して基地局２に信号で送る。基地局２は、受信されたフィードバック情報Ｅ（ｗ’）をデコーダ１８で復号化し、ユーザ装置８へのダウンリンク伝送に適用すべき重みｗを得る。フィードバック経路９にフィードバック伝送エラー１１があり、受信されたフィードバック情報Ｅ（ｗ’）はフィードバック伝送エラー１１の影響を受けているが、エンコーダ１７およびデコーダ１８で実装されるエラー訂正符号化および復号化により、受信されたフィードバック情報Ｅ（ｗ’）から正しい複素重みｗを抽出することができることを留意されたい。硬または軟判定復号化を基地局２での復号化に使用することができる。エラー訂正符号化（図３を参照）の場合は、伝送中に生じたビットエラー１１を訂正することができる。エラー検出符号化、たとえば硬判定パリティーチェックを有するシングルパリティーチェックコードまたは巡回冗長検査（ＣＲＣ）の場合は、図３で示していないが、伝送中にビットエラーが生じたかどうかを検出することができ、その場合、受信された（誤った）複素重みｗ’が廃棄され、その代わりに前に受信された複素重みｗから計算された複素重みｗがダウンロード伝送に使用される（いわゆるエラー調整）。図３で示した実装形態は、信号の遅延が追加されるが、フィードバック信号送信の信頼性の向上をもたらすものである。

図４は、図２による移動無線通信システム１の第２の実装形態を示す。この実装形態では、基地局２とユーザ装置８の両方で重みフィルタのバンク、すなわちアンテナの重みｗごとに１つの重みフィルタを使用する。通常、重みフィルタの数は送信アンテナ３、４の数から１を引き算した数に相当する。この実装形態による重みフィルタは、複素数値アンテナ重みｗを処理するものである。フィードバック伝送では、複素重みｗは通常、ｎビットの組で表され、ｎは通常２から４の数である。

機能ブロック１４でユーザ装置によって計算された複素重みｗの最適値は、基地局２にフィードバック経路９を介して信号で送られる。ユーザ装置８では、機能ブロック１４でユーザ装置８で計算された複素重みｗの最適値がフィルタのバンク１９を介して送られ、フィルタリング後に得られた重みＦ（ｗ）は機能ブロック１６の信号検出に使用される。基地局２では、基地局２によって受信されたアンテナの重みｗ’がフィルタのバンク２０を介して送られ、フィルタリング後に得られた重みＦ（ｗ）は、ダウンリンク伝送に使用される。フィードバックビットエラー１１の場合、基地局２でフィルタリング後に得られた重みＦ（ｗ’）は、ユーザ装置８でフィルタリング後に得られた重みＦ（ｗ）と概ね等しい。ただしフィードバックエラー率は過度でないものとする。

この第２の実装形態は、反応性が低下するが、すなわち基地局２の送信機のアンテナの重みｗの速い変化に反応する能力が低下するが、ダウンリンク経路５、６を介した伝送の品質を向上させるものである。

閉ループビーム形成では、信号の遅延が追加され重みの更新に対する反応が低下することは許容可能である。アンテナの間隔が狭いため（様々なアンテナ３、４についての相関したチャネルフェージングのため）、最適アンテナの重みｗは、ユーザ装置８の移動中に比較的ゆっくりと変化する。したがって、提案された実装形態は、システム１全体の全性能の利益をもたらすものである。

フィードバックエラーレートが約４％で、アンテナの重みｗごとに使用されるビットが通常２から４の場合、しばしば、ただ１つのビットエラーを訂正かつ／または補償するだけでよいことを留意されたい。これは、たとえばアンテナの重みｗごとに単に１つの余分なビットが必要とされるシングルパリティーチェックコード、および軟判定パリティーチェック復号化で行うことができる。

こうした方式での追加遅延は、ビーム形成の適用例にとって重要でなく、この場合、数１００ｍｓの大きさの待ち時間が一般的である（たとえば到来方向（ＤＯＡ）に基づくビーム形成）。提案する解決法では、ユーザ装置８は、アンテナ検証アルゴリズムを任意選択で適用することができる。

本発明は、閉ループビーム形成方式のエラー率性能を向上させ、したがって、ダウンリンク容量、リンク品質、および通達範囲を向上させるものである。提案する閉ループビーム形成方式は、単に幾つか例を挙げると、Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ（ＤＣＨ）、Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ（ＨＳ−ＤＳＣＨ）、およびＤｏｗｎｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ （ＤＳＣＨ）の物理チャネルを介したデータ伝送に有利に適用することができる。さらに、一例を挙げると、本発明は、Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ（ＨＳ−ＳＣＣＨ）を介した制御情報の伝送に適用することができる。この方式を欧州特許出願第０３ ２９２ ０３８．１号明細書の４Ｔｘ ＯＬ−ＣＬダイバーシティ方式と組み合わせることも可能であり、これは特に有利な移動無線通信システムになるであろう。本発明は、基地局２およびユーザ装置８の両方における実装があまり複雑ではない。

本発明による移動無線通信システムを示す図である。 図１による移動無線通信システムの基地局およびユーザ装置を詳細に示す図である。 第１の好ましい実装形態による、エラー検出および／またはエラー訂正アルゴリズムを含む図２による移動無線通信システムを示す図である。 第２の好ましい実装形態による幾つかのフィルタ係数を有するフィルタを備えた図２による移動無線通信システムを示す図である。

符号の説明

１ 移動無線通信システム
２ 基地局
３、４、７ アンテナ
５、６ ダウンリンク経路
８ ユーザ装置
９ フィードバック経路
１０ フィードバック情報受信器
１１ フィードバック伝送エラー
１２ 乗算点
１３、１４、１６ 機能ブロック
１５ フィードバック情報送信器
１７ エンコーダ
１８ デコーダ
１９、２０ バンク
ａ 距離
ｗ_ｉ 複素重み
ｈ_ｉ 複素チャネル係数
ｓ 基地局によって伝送すべき信号
ｒ ユーザ装置によって受信される信号

Claims (14)

1. 複数のアンテナ（３、４）を備える基地局（２）と、
   少なくとも１つの移動ユーザ装置（８）と、
   信号（ｓ）を基地局（２）から少なくとも１つのユーザ装置（８）まで伝送する少なくとも２つのアンテナを通る、各々が複素チャネル係数（ｈ_１、ｈ_２）を含む少なくとも２つのダウンリンク経路と、
   少なくとも１つの複素重み（ｗ）に関する情報をユーザ装置（８）から基地局（２）まで戻すフィードバック経路（９）とを備え、
   少なくとも１つの複素重み（ｗ）が、少なくとも２つのダウンリンク経路（５、６）を介して伝送される信号（ｓ）の乗算に使用される、移動無線通信システムであって、
   基地局（２）のアンテナが互いにアンテナ（３、４）のチャネルが相関する距離（ａ）をおいて配置されることを特徴とする移動無線通信システム（１）。
2. 基地局（２）のアンテナ（３、４）がダウンリンク経路（５、６）を介して伝送される信号の波長の半分（λ／２）の距離をおいて配置されることを特徴とする請求項１に記載の移動無線通信システム（１）。
3. 少なくとも１つの複素重み（ｗ）の伝送におけるエラーを検出するエラー検出機構がフィードバック経路（９）に組み込まれることを特徴とする請求項１または２に記載の移動無線通信システム（１）。
4. 少なくとも１つの複素重み（ｗ）の伝送におけるエラーを訂正するエラー訂正機構がフィードバック経路（９）に組み込まれることを特徴とする請求項１から３の少なくとも一項に記載の移動無線通信システム（１）。
5. 具体的にはシングルパリティーチェックコード、反復コード、またはハミングコードを使用する畳込み符号化またはブロック符号化がフィードバック経路（９）に組み込まれることを特徴とする請求項４に記載の移動無線通信システム（１）。
6. ユーザ装置（８）が、信号（ｓ）の伝送に使用すべき少なくとも１つの複素重み（ｗ）の最適値を計算する手段（１４）、および
   幾つかの第１のフィルタ特性に従って少なくとも１つの複素重み（ｗ）の最適値をフィルタリングする手段（１９）を備え、
   基地局（２）が、ユーザ装置（８）で使用された第１のフィルタ特性と概ね同じである幾つかの第２のフィルタ特性に従って複素重み（ｗ）の最適値をフィルタリングする手段（２０）を備えることを特徴とする請求項１に記載の移動無線通信システム（１）。
7. ユーザ装置のフィルタリング手段（１９）および基地局（２）のフィルタリング手段（２０）が概ね同じまたは同一のフィルタ係数を有するフィルタであることを特徴とする請求項６に記載の移動無線通信システム（１）。
8. ユーザ装置（８）が、最適値を前記手段（１９）でフィルタリングした後に、ユーザ装置（８）によってダウンリンク経路（５、６）から受信された信号（ｒ）に従って、また複素重み（ｗ）の最適値に従って、伝送された信号（ｓ）を検出する手段（１６）を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の移動無線通信システム（１）。
9. 複数アンテナ（３、４）移動無線通信システム（１）の少なくとも２つのダウンリンク経路（５、６）を介して信号（ｓ）を伝送する方法であって、
   移動無線通信システム（１）のユーザ装置（８）で信号（ｓ）の伝送に使用すべき複素重み（ｗ）の最適値を計算するステップと、
   複素重み（ｗ）の最適値を移動無線通信システム（１）のユーザ装置（８）から基地局（２）までフィードバック経路（９）を介して伝送するステップと、
   基地局（２）で信号（ｓ）の伝送に複素重み（ｗ）の最適値を使用するステップとを含む方法であって、
   ユーザ装置（８）において、複素重み（ｗ）の最適値をエラー検出および／またはエラー訂正アルゴリズムで符号化してから、フィードバック経路（９）を介して伝送するステップと、
   基地局（２）において、複素重み（ｗ）の最適値を復号化してから、信号（ｓ）の伝送に使用するステップとを含むことを特徴とする方法。
10. エラー検出および／またはエラー訂正のための符号化方式が、単純なブロックコード、具体的にはシングルパリティーチェックコード、反復コード、またはハミングコード、あるいは重畳コードを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 複数アンテナ（３、４）移動無線通信システム（１）の少なくとも２つのダウンリンク経路（５、６）を介して信号（ｓ）を伝送する方法であって、
    移動無線通信システム（１）のユーザ装置（８）で信号（ｓ）の伝送に使用すべき複素重み（ｗ）の最適値を計算するステップと、
    複素重み（ｗ）の最適値を移動無線通信システム（１）のユーザ装置（８）から基地局（２）までフィードバック経路（９）を介して伝送するステップと、
    基地局（２）で複素重み（ｗ）の最適値を信号（ｓ）の伝送に使用するステップとを含む方法であって、
    ユーザ装置（８）で幾つかの第１のフィルタ特性を使用して複素重み（ｗ）の最適値をフィルタリング（１９）するステップと、
    基地局（２）で、信号（ｓ）の伝送に複素重み（ｗ）の最適値を使用する前に、ユーザ装置（８）で使用された幾つかの第２のフィルタ特性を使用して複素重み（ｗ）の最適値をフィルタリング（２０）するステップとを含むことを特徴とする方法。
12. ユーザ装置（８）で、
    伝送された信号（ｓ）が、ユーザ装置（８）によってダウンリンク経路（５、６）から受信された信号（ｒ）および複素重み（ｗ）の最適値に従って検出され（１６）、
    複素重み（ｗ）の最適値がフィルタリング（１９）されてから伝送された信号（ｓ）が検出されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. フィルタリングでは、複素重み（ｗ）ごとに１つの重みフィルタを含む重みフィルタのバンク（１９、２０）が使用され、各重みフィルタが幾つかのフィルタ係数を含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の方法。
14. フィルタ係数が、フィードバック経路（９）にビットエラーが生じた場合、基地局（２）でフィルタリング（２０）された後に受信された複素重み（ｗ）の最適値がユーザ装置（８）でフィルタリング（１９）された後に得られた複素重み（ｗ）の最適値と概ね等しくなるように選択されることを特徴とする請求項１１から１３の少なくとも一項に記載の方法。

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