JP2007533216A

JP2007533216A - 分散送信源を基盤とする多重入出力通信方法

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Publication number: JP2007533216A
Application number: JP2007507643A
Authority: JP
Inventors: リュー、シェン
Original assignee: Ｕｔ斯達康通信有限公司
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2024-04-14
Also published as: CN1926781A; JP4416820B2; EP1739852A4; EP1739852A1; US7809073B2; CN100561884C; US20070280370A1; WO2005101690A1

Abstract

本発明は分散型送信源用の多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）方法を開示しており、これはダウンリンク・ストリームを送信側でのＭ本のアンテナとＰ本の受信アンテナを有する移動端末との間で送信し、此処でＭ，Ｐ＞１であり、この中で送信側の少なくとも２本のアンテナと受信アンテナの１つとの間に多重経路分散が存在する。前記方法は対応するＭ個の副ストリームを移動端末に同じ拡散スペクトル符号を用いて送信し、多重経路チャンネル・マトリクスを推定し、信号を処理して多重経路チャンネル・マトリクスに基づきダウンリンク・データ・ストリームを復元することを含む。前記推定は送信信号の異なる時間遅延の実際の多重経路受信コンポーネントの総数を測定し、多重経路数として使用される数を具備したチャンネル・マトリクスを構築し、送信側アンテナから受信アンテナへの信号が、時間遅延に対応する多重経路コンポーネントを持たない場合、送信側アンテナ、受信アンテナおよび時間遅延に対応するチャンネル・パラメータをゼロに設定することを含む。一方、前記送信はＭ個の副ストリームの利得を、移動端末からＭ個の送信側へのアップリンク平均信号品質に基づいて、各々のダウンリンク・チャンネル対応する平均経路損失が等しくなるように調整することを含む。

Description

本発明は移動体通信システム内の基地局の無線信号用通信方法に関わり、更に詳細には遠隔無線周波数ユニットを基盤とする集中化基地局システム内の多重入出力（MIMO）技術に基づく通信方法に関する。

１．遠隔無線周波数ユニットを基盤とする構造を有する集中化基地局
移動体通信システムにおいて、無線信号の送信、受信および処理は基地局（ＢＴＳ）で実行される。図１に示すように、従来型ＢＴＳ１０は主としてベースバンド処理副システム１１，無線周波数（ＲＦ）副システム１２およびアンテナ１３で構成され、１つのＢＴＳは複数のＲＦアンテナを通して異なるセル（セル１４）をカバーする。図２は分散型送信源を用いた、すなわち無線周波数ユニットを基盤とする集中化基地局のシステム構成を使用した別の種類の基地局を表す。従来型基地局に比べて、無線周波数ユニットを基盤とするこのような集中化基地局は多くの特長を有する：従来型基地局を基盤とする１つのマクロ・セルを、複数のマクロ・セルで置き換えることを可能とし、これにより異なる無線環境に最も適合し、システムの容量、カバー範囲等の無線性能を増加させる；集中化構造は従来型基地局でのソフト・ハンドオフをより緩やかなハンドオフで実行することを可能とし、これにより、より大きなプロセス利得を得る；集中化構造はまた高価なベースバンド信号処理資源を複数のセルで共有される、資源プール（resource pool）として使用することを可能とし、これにより広く共有することおよびシステムコストを削減するという利益が得られる。この技術の更に詳細は、ＰＣＴ特許ＷＯ９００５４３２「通信システム」、米国特許ＵＳ５６５７３７４「集中化基地局並びに分散型アンテナ・ユニットを具備したセルラシステム」、ＵＳ６３２４３９１「集中化制御並びに信号処理を具備したセルラ通信」、中国特許出願ＣＮ１４７１３３１「移動体通信用基地局システム」および米国特許出願ＵＳ２００３０１７１１１８「セルラ無線送信装置並びにセルラ無線送信方法」に開示されている。

図２に示されるように、遠隔無線周波数ユニットを基盤とする集中化基地局システム２０は、集中化して構成された中央チャンネル処理副システム２１と遠隔無線周波数ユニット２４とで構成され、これらは広帯域通信リンクまたはネットワークを通して接続されている。中央チャンネル処理副システムは主としてチャンネル処理資源プール２２，信号ルーティング分配ユニット２３などの機能ユニットを含み、此処でチャンネル処理資源プールは複数のチャンネル処理ユニットを並べて形成され、ベースバンド信号処理のようなタスクを実行し、また信号分配ユニットはチャンネル処理資源を異なるセルのトラヒックに基づいて動的に配分して、複数のセルの中で処理資源の効果的な共有を実現する。図２に示すように集中化基地局の内部に実装する他に、信号ルーティング分配ユニットはまた集中化基地局の外側に分離された機器として実現することも可能である。遠隔アンテナ構成要素は主として、送信チャンネル用周波数電力増幅器、受信チャンネル用低雑音増幅器、アンテナなどの機能ユニットとして構成される。中央チャンネル処理副システムと遠隔アンテナユニットとの間のリンクは光ファイバー、同軸ケーブル、マイクロ波などの通信媒体を採用し；信号送信はサンプリングされた後デジタル信号によって、または変調された後アナログ信号より実行される；これらの信号はベースバンド信号、中間周波数信号または無線周波数信号である。

しかしながら、遠隔無線周波数ユニットを基盤とする集中化基地局システムのマイクロセル構造は、ハンドオフを頻繁に行うという問題を引き起こす。この問題を解決するために、本発明者は「集中化基地局を使用した移動体通信システムにおけるマイクロセル管理方法」という名称の特許出願の中で効果的な解決方法を提案しており、此処で動的セル制御が基地局でカバーされている複数のセルに対して、ＵＥの移動速度、セル負荷条件、集中化基地局の処理資源占有、のようなパラメータに基づいて実施される。このような動的セル制御は同様のパラメータを具備した地理的に近接している複数のセルを１つのセルに動的にグループ化する。この動的に生成されたセルに対して、ダウンリンク・スクランブル符号は同一で、動的に生成されたセルを形成する元のマイクロセルに対応する遠隔無線周波数ユニットが、動的に生成されたセルの分散型無線周波数トランシーバ・システムを構成する。加えて本出願によれば、近隣のマイクロセルを１つのセルに統合するための固定構成手法、すなわちある領域内の地理的に近接しているマイクロセルを１つのセルの中に、あらかじめ定められたシステム構成に基づいて固定的に構成する方法を採用することも可能である。これは主に初期ネットワーク構築時点で、システム設計容量が小さな場合に適している。説明を容易にするために、動的にまたは固定的に地理的に近接したマイクロセルを統合して形成された１つのセルを複合セルと呼ぶ。

上記の改善は既に提案されているが、発明者達は新たな改善を追求している。発明者達はいくつかのマイクロセルが１つの複合セルに統合された際に、コード資源（すなわちチャンネル資源）は増加せずセルのサイズは増すので、チャンネル容量が元のマイクロセルに比較して不十分であることを認識している。

発明者は更に、複合セルは複数のマイクロセルで形成されているので、必ず複数のアンテナが存在しており、従って複合セルの中で多重アンテナ送信／受信（ＭＩＭＯ）技術を使用して通信容量を増やし、これにより弊害を軽減または克服出来ることを発見した。

２．多重アンテナ送信／受信（ＭＩＭＯ）技術
多重アンテナ送信／受信（ＭＩＭＯ）技術はスペクトル効率を効果的に増加させるために最近開発された新たな技術である。現在のＵＭＴＳ（世界共通移動体通信システム：universal mobile communication system）に関する、３ＧＰＰ（第三世代共同プロジェクト：third generation cooperation project）の標準化作業の中で、この技術に関する調査もまた実施されている。ＭＩＭＯ技術並びにそのＵＭＴＳ内での応用に関して、「理論から実践：ＭＩＭＯ空間概論、時間符号化無線システム」、ＩＥＥＥジャーナル通信分野、２００３年４月第２１巻、Ｎｏ．３、３ＧＰＰ作業資料「Ｒ２−０１０５０４、ＨＳＤＰＡ向け多重入力多重出力技術」等の文献を参照されたい。現在主として２種類のＭＩＭＯ技術が存在し、１つはダイバーシティー利得を最大化するための多重アンテナ送信ダイバーシティーおよび受信ダイバーシティーに基づくものであり、もう一つはデータ速度を最大化するためにチャンネル符号再使用技術に基づくものであり、この中でチャンネル符号再使用技術に基づくＭＩＭＯが代表的である。

図３はＨＳＤＰＡ（高速ダウンリンク・パケット・アクセス：high speed downlink packet access）等のような多重符号システム内のチャンネル符号再使用技術に基づくＭＩＭＯシステム送信端末の構造３０を示す。チャンネル符号化の後、高速データ・ストリームは分岐ユニット３１を通ってＭ＊Ｎ個の副ストリームに分岐し、此処でＭは送信端末のアンテナ数、またＮはＨＳＤＰＡ等のような多重符号システム内の並列ダウンリンク符号チャンネルの数である。Ｍ個の副ストリームで構成されている各々のデータ・ストリーム・グループは拡散ユニット３２の中でそれぞれ対応するダウンリンク・チャンネル符号を通して拡散される。続いてＭ個の信号は合成され、互いに直交する専用のパイロット・シーケンスを添付され、それぞれＭ個のアンテナを通して送信される。Ｍ個の副ストリームの各グループは１つのダウンリンク・チャンネル符号を再使用するので、データ速度がＭ倍増加することがわかる。

従来技術において、ＭＩＭＯシステム内の送信端末および受信端末のアンテナは集中化して配置されている。図４に示されるように、アンテナ間の相関を可能な限り低減するために、通常アンテナの間隔を少なくとも半波長以上空けることを保証する必要がある。送信および受信端末のアンテナは、ある指定された間隔分離されているが、基地局と移動端末間の距離が比較的離れているので既存のＭＩＭＯシステムは、ダウンリンク方向での下記の条件に合致する理想的な通信チャンネルに適している：
（１）異なる送信アンテナから任意の受信アンテナへの、多重経路数と多重経路遅延は等しい；
（２）異なる受信アンテナから任意の受信アンテナへの平均経路損失は等しい；
（３）異なる受信アンテナから任意の受信アンテナへの伝搬経路の多重経路チャンネル・フェージングは相互に独立である；
（４）異なる受信アンテナで受信された信号干渉および雑音パワー・スペクトルは等しく互いに独立である。

上記の理想チャンネル条件の下で、受信アンテナ数をＰ（Ｐ≧Ｍ）、またＭＩＭＯチャンネルの多重経路数をＬと仮定すると、第ｍ番目送信アンテナから第ｐ番目受信アンテナへの多重経路チャンネル・ベクトルは：

そのチャンネル・パラメータの推定は専用のパイロット・シーケンスを用いて得られる。符号再使用技術を用いれば、第ｋ番目チャンネル符号で拡散された、Ｍ個の送信アンテナを通して送信されたＭ個の副ストリームの信号ベクトルは：

図５は従来技術による、Ｖ−ＢＬＡＳＴ検出器を基盤とするＭＩＭＯ受信機４０の機能ブロック図である。図５に示されるように、全ての（Ｌ）多重経路コンポーネントに対して、第ｋ番チャンネル符号を用いて、多重経路トラッキングおよび逆拡散ユニット４１を通して多重経路トラッキングおよび逆拡散を実施した後、第ｐ番受信アンテナの受信信号の信号ベクトルは次のようになる：

第ｐ番受信アンテナのＬｘＭ多重経路マトリクスを、

とすると、次のようになる。

此処でＶ_kは雑音ベクトル、Ｆ_kは第ｋ番チャンネル符号に対応するチャンネルの、ダウンリンク・スクランブル後の自己相関特性で決定されたＬｘＬ符号相関マトリクスである。上記の式を用い、図５に示される時間−空間ＲＡＫＥ統合ユニット４３の処理は次のように表現できる：

此処で

は第ｋ番チャンネル符号に対応するチャンネルのＭ個の副ストリームの信号に対応する時間−空間ＲＡＫＥ統合出力、ｎ_kは出力に含まれる雑音コンポーネント、そしてＲ_kは第ｋ番チャンネル符号に対応する符号チャンネル相関マトリクスである：

実際、送信アンテナｊで送信され、シンボルＸ_k,jを含む受信信号の中には更に２種類の経路コンポーネントが存在する可能性がある：１つは同一遅延を有するが異なる受信アンテナで受信された経路コンポーネント、もう一つは同一アンテナで受信されたが異なる遅延を有する多重経路コンポーネントである。これらの経路コンポーネント内でチャンネル符号を再使用することで引き起こされる特別信号干渉と、ダウンリンク・スクランブル符号とそれが遅延されて重複したものとの間の直交性が不完全なため引き起こされる多重経路信号干渉が存在する。容易に分かるように、時間−空間ＲＡＫＥ受信処理の本質は、式（５）に示されるように、各々の送信アンテナで送信されたシンボルＸ_k,jに対応する上記の空間領域および時間領域経路コンポーネントの全てを最大限統合することである。時間−空間ＲＡＫＥ処理後のＶ−ＢＬＡＳＴ検出器４４の処理は、式（５）に基づき、Ｘ_kの最小二乗誤差（ＭＭＳＥ）解ベクトルを解くことである。多重経路間の非直交性を無視し、Ｆ_kを単位行列と近似すると、Ｖ−ＢＬＡＳＴは空間信号干渉のキャンセルを除けば多重使用者検出器と等価である。反対に、それは空間信号干渉と多重経路信号干渉を同時にキャンセルするための多重使用者検出器と等価である。

チャンネル符号再使用技術に基づくＭＩＭＯシステムおよび時間−空間ＲＡＫＥ受信を基盤とする受信機並びにＶ−ＢＬＡＳＴ検出器の詳細は、米国特許ＵＳ６３７０１２９号「多重送信アンテナを用いた高速データ・サービス」、２００２年度３Ｇ移動体通信技術に関する国際会議「フラットな周波数選択的フェージング条件下の３ＧＰＰ−ＨＳＤＰＡサービスに対する空間−時間符号化の性能」等に示されている。

しかしながら下記に詳細に記述されているように、此処に述べる複合セルとの関連では、ＭＩＭＯ技術を使用する場合、チャンネル条件は従来技術のＭＩＭＯシステムの理想的チャンネル条件とは異なっており、それは送信端末の送信アンテナの地理的位置が異なっているため、各々の送信端末の送信アンテナから移動端末への距離および伝搬経路が異なっているためであって、そのため異なる送信端末から移動端末の受信アンテナへの平均経路損失が異なる。送信端末の異なる送信アンテナから移動端末の全ての受信アンテナへの多重経路数および対応する遅延は異なる。従って、既存のＭＩＭＯ技術を複合セルで使用することは不可能である。

従って、複合セル内で複合セルのチャンネル特性に適合したＭＩＭＯ技術を実行することの出来る、遠隔無線周波数ユニットを基盤とする集中化基地局システム並びにその方法を提供することが望まれている。

上記の問題を解決するために、本発明はダウンリンク・データ・ストリームをＭＩＭＯモードで、Ｍ個の送信アンテナとそのカバー範囲内の１台の移動端末に送信するための集中化基地局システム内の分散型送信資源を基盤とする自由入力／多重出力（ＭＩＭＯ）通信方法を提供しており、此処で前記移動端末はＰ個の受信アンテナを有し、Ｍ＞１およびＰ＞１であって、Ｍ個の送信アンテナの少なくとも２つの送信アンテナから前記Ｐ個の受信アンテナの１つへの第１および第２チャンネルが異なる多重経路分散を有し、前記方法は：前記Ｍ個の送信アンテナからの前記ダウンリンク・データ・ストリームを分割して得られたＭ個のサブデータ・ストリームの１つの異なるサブデータ・ストリームをそれぞれ前記移動端末に同一の拡散符号を用いて送信し；移動端末のＰ個の受信アンテナに対応する、前記Ｍ個の送信アンテナから、拡散符号を使用する受信アンテナへのチャンネルの、多重チャンネル・マトリクスを推定し；受信アンテナで受信された前記Ｍ個のサブデータ・ストリームに対応する送信信号を、各々の受信アンテナの前記多重チャンネル・マトリクスに基づいて処理して前記ダウンリンク・データ・ストリームを復元することを含み、此処で拡散符号に対応する各受信アンテナの多重経路チャンネル・マトリクスを推定する前記ステップが：各々が異なる遅延を有する、実際に受信された拡散符号に対応する送信信号の全ての多重経路受信コンポーネントの総数を測定し；遅延の個数をＭＩＭＯシステムの多重経路数とすることにより、送信アンテナの１つから受信アンテナへ送信された信号がこれらの遅延の１つに対応する多重経路コンポーネントを持たない場合、送信アンテナ、受信アンテナおよび遅延に対応するチャンネル・パラメータを０に設定するように、多重経路チャンネル・マトリクスを構成することを含み、前記送信ステップが：前記Ｍ個のサブデータ・ストリームの利得を移動端末から前記Ｍ個の送信アンテナへのアップリンク信号の平均信号品質測定値に基づいて調整して、それぞれのダウンリンク・チャンネルの平均経路損失がほぼ等しくなるようにするステップを含む。

本発明によれば、遠隔無線周波数ユニットを基盤とする集中化基地局システム内の複数の近隣セルを統合して形成された複合セルにおいて、複合セル内の遠隔無線周波数ユニットを用いて分散型送信アンテナ・システムを形成し、これによりＭＩＭＯ技術を用いてダウンリンク速度を大幅に増大させることが可能である。既存の集中化基地局技術に比較して、本技術は下記の長所を有する：
・複合セルは複数のマイクロセルを統合して形成されるので、必ず複数のアンテナを有し、従って単一アンテナ・システムと多重アンテナ・システムのフレキシブルな構成を、既存アンテナ・システムを用いて実現し、これにより高度ＭＩＭＯ機能を基地局アンテナおよび無線周波数副システムを置き換えたり更新することなくサポートすることが可能である；
・チャンネル符号再使用に基づくＭＩＭＯ技術を用いることにより、複合セルを使用する際の、セルが拡大したことによりダウンリンク容量が相対的に低下するという悪影響を解消することが可能であり、ダウンリンク容量の減少を低減または解消する一方で、ハンドオフ性能の改善、資源の柔軟な割り当てなどの、複合セルを使用することによる利益を得られる。；
・この技術を用いてＭＩＭＯ機能を有する移動端末に対する高速ダウンリンク・パケット接続を提供することが可能である。

本発明の上記のそして／またはその他の機能、特徴そして／または特長は添付図を参照した以下の説明を読むことにより、更に理解されよう。

先に述べたように、ＭＩＭＯ技術を複合セルで使用する際、これはそれぞれの特徴を有する。

１．分散型送信アンテナを基盤とするＭＩＭＯシステムのチャンネル特性
図６は、本発明に基づく分散型送信アンテナを用いた２ｘ２ＭＩＭＯシステムを図式的に示す。図に示されるように、遠隔アンテナ・ユニットＲＡＵ１から移動端末へは＃１，＃２，＃３とラベルを付けられた３本の多重経路が存在し、遠隔アンテナ・ユニットから移動端末へは＃４，＃５とラベルを付けられた２本の多重経路が存在する。従来型ＭＩＭＯシステムと同様、ＲＡＵ１と移動端末との間の全ての多重経路では、ＲＡＵ１から２本の受信アンテナへのチャンネルは同一の多重経路遅延を有する。ＲＡＵ２と移動端末との間の全ての多重経路では、ＲＡＵ２から２本の受信アンテナへのチャンネルは同一の多重経路遅延を有する。ＲＡＵ１およびＲＡＵ２から移動端末の２本のアンテナへの多重経路のチャンネル・フェージングは相互に独立である。図７はＭＩＭＯシステム内の時間−空間コンポーネントの瞬時状態を示す。移動端末の２本の受信アンテナで受信された信号の多重経路遅延は同じであるが、それらの信号強度のランダム変動（位相の変動は図示されていない）は関連性が無く、此処でＲＡＵ１の多重経路＃１，＃２とＲＡＵ２の多重経路＃５はそれらの遅延が異なるため空間的な信号干渉は無いが、ＲＡＵ１の多重経路＃３とＲＡＵ２の多重経路＃４はそれらの遅延が同じため互いに重なり合っていることが見て取れよう。

従来技術に基づくＭＩＭＯ無線伝搬チャンネルと比較して、複合セル内で、集中化基地局システムの分散型送信アンテナの構成を基盤とするダウンリンク方向でのＭＩＭＯチャンネルは以下の相違を有する：

地理的位置の違いにより、各々の遠隔無線周波数ユニットの１本のアンテナから移動端末への空間距離および伝搬経路が異なり、従って異なる送信アンテナから移動端末の受信アンテナへの平均経路損失が異なる。すなわち、理想的チャンネル条件（１）は満たされない。

１本の送信アンテナから移動端末の異なる受信アンテナへの多重経路数および対応する遅延は同一であるが、異なる送信アンテナから移動端末の１本の受信アンテナへの多重経路数および対応する遅延は異なる。すなわち、理想的チャンネル条件（２）は満たされない；

しかしながら、以下の特性は従来型ＭＩＭＯ無線チャンネルと同じである：

全ての送信アンテナから全ての受信アンテナへの伝搬経路の多重経路チャンネル・フェージングは相互に独立である。すなわち、理想的チャンネル条件（３）は満たされる。

異なる受信アンテナで受信された信号干渉および雑音パワー・スペクトルは同一で互いに独立である。すなわち理想的チャンネル条件（４）は満たされる。

実際、本発明の送信アンテナの分散型構造により、通常のＭＩＭＯ技術と比べて、多重経路チャンネル・フェージングの理想的な統計的独立性を得ることが可能である。

上記の比較から次のことが理解できる、すなわち本発明に基づく分散型受信アンテナを用いたＭＩＭＯシステムの受信信号において、未だ前記２つ種類の空間、時間干渉が存在するが、従来技術のＭＩＭＯシステムと比較して、複合セルのＭＩＭＯシステム内の時間−空間干渉は以下の特徴を有する：
（１）遅延が異なるため送信信号の一部は分離できるので、チャンネル符号再使用による空間信号干渉はより小さくなる；
（２）従って、時間領域での多重経路コンポーネントが増えるため、多重経路信号干渉もまた増加する。

先に述べた理想的チャンネル条件に基づく従来技術のチャンネル処理モデルは、明らかに複合セルのチャンネル特性には適用出来ない。

言葉を換えると、従来型ＭＩＭＯシステムと比較して、本発明のＭＩＭＯシステムは複合セルチャンネル特性、すなわち理想的チャンネル条件（１）および（２）を満足しないことで生じる問題、を考慮する必要がある。

以下に示すように、チャンネル・マトリクス構成の中で移動端末の受信アンテナで実際に受信された多重経路コンポーネントの差を反映することによって、本発明は受信アンテナの受信信号ベクトルの成分が従来型ＭＩＭＯシステムのそれと同一形式を有するようにすることで、従来型ＭＩＭＯシステムの範囲で利用可能な受信機技術（例えば、時間−空間ＲＡＫＥおよびＶ−ＢＬＡＳＴ検出器など）を受信信号の処理に導入出来るようにして、ＭＩＭＯ技術を前記複合セルに適用する際に直面する問題点、すなわち、異なる送信アンテナから移動端末の受信アンテナへの多重経路数および多重経路遅延が異なることにより従来型ＭＩＭＯシステムで必要とされる理想的チャンネル条件（１）が満たされないという問題、を解決している。

更に、本発明によればＭＩＭＯシステムの送信端末内で、異なる送信アンテナの分岐間の平均経路損失の差を補償することにより、多重経路の平均経路損失がほぼ等しくなり、多重経路の平均経路損失が等しくない場合の条件に積極的に適応することが出来ないという既存ＭＩＭＯシステムの不十分な点を克服し、これによってチャンネル条件がＭＩＭＯシステムの理想的チャンネル条件（２）を満足するように調整する。

２．分散型送信アンテナを基盤とするダウンリンクＭＩＭＯ送信制御技術
本発明によれば、遠隔無線周波数ユニットを基盤とする集中化基地局システム内で複合セル技術を使用する際、ダウンリンクＭＩＭＯ機能が分散型送信アンテナに基づいて実行される。この目的のために、アップリンク平均経路損失の測定値に基づいて、集中化基地局は適応的に移動端末の遠隔無線周波数ユニット・アンテナからＭＩＭＯ送信源として送信されたダウンリンク送信信号の相対強度を調整し、これにより遠隔無線周波数ユニット・アンテナをＭＩＭＯ送信源とする移動端末の受信アンテナへの平均経路損失の差を補償する。更に、１つの好適な実施例によれば、補償を容易にするためにより小さなダウンリンク平均経路損失を具備する遠隔無線周波数ユニットがＭＩＭＯ送信源として選択され、複合セル内でより大きなダウンリンク平均経路損失を具備したその他の遠隔無線周波数ユニットは移動端末のダウンリンク信号を一切送信しない。

時間分割多重（TDD：time division duplexing）システムのアップリンクおよびダウンリンク経路損失も同じように考えることが可能であり、周波数分割多重（FDD：frequency division duplexing）システム内のアップリンクおよびダウンリンクの高速フェージングは、アップリンクとダウンリンク周波数帯域が異なるので無関係である。従って、瞬間ダウンリンク経路損失と瞬間アップリンク経路損失は異なる。しかしながら、ある時間間隔で平均されたアップリンクおよびダウンリンク経路損失は伝搬経路の空間的距離に主として依存するので、それらはほぼ等しい。従って、アップリンク平均経路損失の測定値がダウンリンク平均経路損失の推定値として考えられる。従って本発明によれば、遠隔無線周波数ユニットからＵＥへのダウンリンク平均経路損失の相対強度が、複合セルの遠隔無線周波数ユニットにより受信された、移動端末からアップリンク方向への信号品質（例えば、信号強度または符号チャンネル電力または信号対信号干渉比（ＳＩＲ）、此処で信号強度は信号干渉および雑音成分を含む分岐の総信号レベル、符号チャンネル電力は信号干渉および雑音成分が除去された分岐に対する有用信号電力、ＳＩＲは符号チャンネル電力と信号干渉と雑音成分の電力の比である）に基づいて決定され、ダウンリンクＭＩＭＯ送信制御で使用される。

図８はＭＩＭＯシステムの送信端末内の一部を示すブロック図であり、本発明の１つの実施例に基づく平均経路損失の検出を含む。説明を簡単にするために、図８は集中化基地局の受信機内の１つの移動端末に対応する拡散受信装置５０のみを示している。図に示されるように、複合セルの各々の遠隔無線周波数ユニット５４からのアップリンク受信信号は集中化基地局へ広帯域送信リンク経由で配信され、ベースバンド処理がなされる。アップリンクに関して、複合セルの拡散受信装置は受信ダイバーシティーＲＡＫＥ受信機であり、すなわちこれは相関受信、多重経路検索およびトラッキング処理をそれぞれ全ての受信分岐の信号に対して、相関受信、多重経路検索およびトラッキング・ユニット５１で実施する必要がある。同時にチャンネル推定処理が各々の受信分岐に対してチャンネル推定ユニット５２により実施され、最終的に或る閾値より大きな強度を有する複数の経路が全ての受信分岐の中から、ＲＡＫＥフィンガー選択ユニット５３によって選択され、最大比率統合ユニット５５の中で最大比率統合される。本発明によれば、既存技術に基づいて、遠隔無線周波数ユニット分岐の信号品質（信号強度／符号チャンネル電力／ＳＩＲ）が、分岐信号品質測定ユニット５６によりアップリンク・ダイバーシティーＲＡＫＥ受信ユニットから得られ、平均ユニット５７によって累加平均された後ダウンリンクＭＩＭＯ送信制御ユニットに出力される。

説明を簡単にするために、チャンネル符号再使用技術を基盤とするＭＩＭＯシステムを例としてあげるが、本発明の精神並びに概念は他の形式のＭＩＭＯシステムにも適用可能である。

図９は、本発明に基づく分散型送信アンテナを用いたＭＩＭＯシステムの送信端末構造６０を示す図式図である。チャンネル符号再使用技術に基づくＭＩＭＯシステムのような通常ＭＩＭＯシステムと比較して、ＭＩＭＯ送信制御ユニット６４が追加されている。このユニットはそれぞれの送信分岐利得Ｇ_i（ｉ＝１，２，．．．．，Ｍ）を、図８に示すようにアップリンク・ダイバーシティーＲＡＫＥ受信ユニットで得られたそれぞれの遠隔無線周波数ユニットの平均信号品質（平均信号強度／符号チャンネル電力／ＳＩＲ）を使用して決定する。送信分岐の電力が利得Ｇ_iで調整された後、対応する遠隔無線周波数ユニットは送信を実行するように通知される。

当業者には知られているように、前記補償目的を実現するには種々の方法が存在する。非制約的実施例として、送信分岐利得は下記の式で決定することが出来る：

此処でＳ_i（ｉ＝１，２，．．．，Ｍ）は対応する遠隔無線周波数ユニット分岐の平均信号強度／符号チャンネル電力／ＳＩＲである。好適な実施例において、ＭＩＭＯ送信制御ユニット６４は、より高い平均信号品質（例えば、指定された閾値より大きな）を具備したＭ個の遠隔無線周波数ユニットを、ＭＩＭＯ送信源として選択する。

当業者には知られているように、上記の例以外に、前記補償目的を実現するために多くのその他の代替方法が存在する。例えば、これらには平均値を計算しその平均値に近づける等を含む。

３．分散型送信アンテナを基盤とするダウンリンクＭＩＭＯ受信技術
本発明によるダウンリンクＭＩＭＯ送信技術の改善、および従来技術によるＭＩＭＯシステムの理想的チャンネル条件（１）−（４）によれば、本発明のＭＩＭＯシステムのチャンネルは条件（２）−（４）を満足する。

従来型ＭＩＭＯシステムの理想的チャンネル条件（１）に関する仮定は、本発明のＭＩＭＯシステムでは成り立たないため、異なる送信アンテナから同一の受信アンテナへの多重経路数および多重経路遅延は等しく無い。

このため、本発明によればチャンネル・マトリクスは、移動端末の受信アンテナでＭＩＭＯシステムの受信処理中に、本発明で提案された分散型送信アンテナを用いて実際に受信された全ての多重経路コンポーネントに基づいて構築されるので、前記複合セルにＭＩＭＯ技術を適用した際に直面する問題、すなわち従来型ＭＩＭＯシステムで必要とされる理想的チャンネル条件（１）が、異なる送信アンテナから移動端末の受信アンテナへの平均経路損失が異なるために満足されないと言う問題を解決することが可能である。

従って、本発明によれば、本発明は分散型送信アンテナを用いたＭＩＭＯシステム内での受信が、時間−空間ＲＡＫＥ受信およびＶ−ＢＬＡＳＴ検出器を基盤とする従来型ＭＩＭＯシステム内の受信機構造をそのまま使用することを提案し、同時に本発明は分散型送信アンテナを用いたＭＩＭＯシステムの受信機内の多重経路チャンネル・マトリクスが従来型ＭＩＭＯ技術と同じ形式、すなわち：

を継続して有することを提案している。此処でＭは図９で示されるように本発明に基づく分散型送信アンテナを用いたＭＩＭＯシステム内のＭＩＭＯ送信源としての遠隔無線周波数ユニットの数であり、Ｐは移動端末の受信アンテナの数（Ｐ≧Ｍ）、Ｌは分散型送信アンテナを用いたＭＩＭＯシステム内のチャンネルの多重経路数である。しかしながら本発明によれば、各々の受信アンテナ受信信号が等しい多重経路数を有する従来型ＭＩＭＯシステムと異なり、Ｌは受信端末で受信された全ての送信アンテナ信号内の異なる多重経路遅延を有する多重経路コンポーネントの総数として定義される。

図７を例としてあげると、ＲＡＵ１は３本の多重経路＃１，＃２，＃３に対応し、ＲＡＵ２は２本の多重経路＃４，＃５に対応し、ＲＡＵ１およびＲＡＵ２からの信号は移動端末の受信端で異なる遅延を具備した総数４本の多重経路を有し（此処でＲＡＵ１の多重経路＃３はＲＡＵ２の多重経路は遅延が同じなので重なり合っている）、従って本発明によればＬ＝４となり、これら２つの受信アンテナが対応する多重経路チャンネル・マトリクスは次のように表される：

従って多重経路数Ｌの上記定義によれば、式（８）に示される本発明の多重チャンネル・マトリクス内のいくつかの要素はゼロとなる、すなわちいくつかの要素がｈ_m,p,l＝０（此処でｍ＝１，２，．．Ｍ，ｌ＝１，２，．．．Ｌ）の場合、これは受信端末のＬ個の多重経路コンポーネント内の第ｌ番目多重経路遅延が第ｍ番目送信アンテナから第ｐ番目受信アンテナへの信号を含まないことを表し、すなわち多重経路コンポーネントが或る特定のまたはその他の送信アンテナの信号によりもたらされることを表している。

従来型ＭＩＭＯシステムにおいて、各々の送信アンテナから移動端末の受信アンテナへの多重経路数は等しいが、本発明の分散型送信アンテナを基盤とするＭＩＭＯシステムでは、多重経路チャンネル・マトリクスで記述される多重経路チャンネルの数Ｌは各々の送信アンテナから移動端末の受信アンテナへの多重経路数より大きいか等しい。Ｌが送信アンテナから移動端末の受信アンテナへの多重経路数より大きい場合、送信アンテナからいずれかの受信アンテナへの、チャンネル・ベクトル内で何らかの多重経路遅延を具備した、多重経路信号は送信アンテナから対応する受信アンテナへの信号を確かに含まないはずである。

再び図７を例としてあげると、Ｌ＝４であるから、移動端末の２つの受信アンテナに関して、多重チャンネル・マトリクスの次元数は４ｘ２次元であり、上記のゼロ要素の特徴によれば、多重経路チャンネル・マトリクスは更に次のように表現される：

本発明を好適な実施例に基づいて此処まで説明してきたが、これらの説明は本発明を説明する目的のためのみであり、本発明を制約するものと解釈されるものではない。例えば、送信速度を最大化するためのＭＩＭＯ技術が実施例に図示されているが、ダイバーシティー利得を最大化するＭＩＭＯ技術もまた使用可能である。当業者には知られるように、本発明の概念によれば同一端末への繰り返し送信されるデータはそれぞれ異なる拡散符号を用いる。当業者は種々の変更並びに改善を本発明に実施することが可能であり、これらの変更並びに改善は添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲並びに精神に含まれると意図している。

図１は複数のセルを有する基地局システムの構造を示す模式図である；図２は遠隔無線周波数ユニットを基盤とする集中化基地局システムの構造を示すブロック図である；図３はチャンネル符号再使用技術に基づくＭＩＭＯシステムの送信端末でのデータ流れ図である；図４は従来技術に基づくＭＩＭＯシステムのアンテナ構成を図式的に示す；図５はＶ−ＢＬＡＳＴ検出器を基盤とするＭＩＭＯ受信機の図式的ブロック図である；図６は分散型送信アンテナ・システムを基盤とするＭＩＭＯチャンネルの図式図である；図７は時間−空間経路コンポーネントの図式図である；図８は本発明の１つの実施例に基づく平均経路損失の検出を含む、ＭＩＭＯシステムの送信端末内の１部分を示すブロック図である；図９は本発明の１つの実施例に基づく平均経路損失の補償を含む、ＭＩＭＯシステムの送信端末内の１部分を示すブロック図である。

Claims

ＭＩＭＯモードでダウンリンク・データ・ストリームを、Ｍ本の送信アンテナとそのカバー範囲内の１台の移動端末との間で送信するための集中化基地局システム内の分散型送信源を基盤とする、多重入力／多重出力（ＭＩＭＯ）通信方法において、前記移動端末はＰ本の受信アンテナを有し、Ｍ＞１およびＰ＞１であり、Ｍ本の送信アンテナの少なくとも２本の送信アンテナから前記Ｐ本の受信アンテナの１つへの第１および第２チャンネルが異なる多重経路分散を有する前記通信方法が：
前記ダウンリンク・データ・ストリームを前記Ｍ本の送信アンテナからそれぞれ前記移動端末に、同じ拡散符号を用いて送信された前記ダウンリンク・データ・ストリームを分割して得られたＭ個の副データ・ストリームの異なる副データ・ストリームを送信し；
移動端末のＰ本の受信アンテナに対応する、前記Ｍ本の送信アンテナから受信アンテナへの、拡散符号を用いたチャンネルの多重経路チャンネル・マトリクスを推定し；
各々の受信アンテナの前記多重経路チャンネル・マトリクスを基盤とする受信アンテナで受信された前記Ｍ個の副データ・ストリームに対応する送信信号を処理して前記ダウンリンク・データ・ストリームを復元することを含む前記通信方法において、
拡散符号に対応する各々の受信アンテナの多重経路チャンネル・マトリクスを推定する前記ステップが：
各々が異なる遅延を有し、当該拡散符号に対応する実際に受信された送信信号の全ての多重経路受信コンポーネントの総数を測定し；
遅延の数をＭＩＭＯシステムの多重経路数とすることにより、多重経路チャンネル・マトリクスを、送信アンテナの１つから受信アンテナへ送信された信号が、それらの遅延の１つに対応する多重経路コンポーネントを持たない場合、送信アンテナ、受信アンテナおよび遅延に対応するチャンネル・パラメータを０に設定するように構築することを含み；
前記送信ステップが：
前記Ｍ個の副データ・ストリームの利得を移動端末から前記Ｍ本の送信アンテナへのアップリンク信号の平均信号品質測定値に基づいて、それぞれのダウンリンク・チャンネルの平均経路損失がほぼ等しくなるように調整することを含む、前記通信方法。
請求項１記載の通信方法であって、前記多重経路分散が多重経路数を含むことを特徴とする前記通信方法。
請求項１記載の通信方法であって、前記多重経路分散が多重経路遅延を含むことを特徴とする前記通信方法。
請求項１記載の通信方法であって、前記Ｍ本の送信アンテナが複数のセルをグループ化して形成された複合セルに属することを特徴とする前記通信方法。
請求項１記載の通信方法であって、前記構築するステップが：
各々前記遅延を有する受信されたコンポーネントが、前記Ｍ本の送信アンテナの各々から送信された副データ・ストリームに対応する受信コンポーネントを含むか否かを、前記Ｍ本の送信アンテナの各々に対応するパイロット・シーケンスを測定することを通して決定することを特徴とする、前記通信方法。
請求項１記載の通信方法であって、前記調整するステップが、各々の副データ・ストリームの利得Ｇi，ｉ＝１，２，．．．，Ｍを下記の方法：

此処でＳi，ｉ＝１，２，．．．，Ｍは前記Ｍ本の送信アンテナに対応する前記平均信号品質である、を通して決定することを含むことを特徴とする前記通信方法。
請求項１記載の通信方法であって、前記送信ステップが更に：
前記Ｍ本の送信アンテナである複数の送信アンテナから、前記移動端末に向かうより低い平均経路損失を有するアンテナを選択することを含むことを特徴とする、前記通信方法。
請求項１記載の通信方法であって、前記調整ステップが、アップリンクおよびダウンリンク・チャンネルの平均損失がほぼ等しい時間の間平均信号品質を測定することを含むことを特徴とする、前記通信方法。
請求項１記載の通信方法であって、前記信号品質が信号強度、符号チャンネル電力および信号対信号干渉比率の１つであることを特徴とする前記通信方法。
請求項１記載の通信方法であって、前記送信ステップが、前記移動端末へそれぞれ前記Ｍ本の送信アンテナを通して別の拡散符号を用いて、前記Ｍ個の副データ・ストリームの１つの異なる副データ・ストリームを送信することを含み、前記推定ステップが前記別の拡散符号に対応する各々の受信アンテナの多重経路チャンネル・マトリクスを推定することを含み、前記処理ステップが受信アンテナの受信信号を前記別の拡散符号に対応する多重経路チャンネル・マトリクスに基づいて処理し、前記Ｍ個の副データ・ストリームを復元し、前記異なる拡散符号に対して復元されたＭ個の副データ・ストリームに基づき最終ダウンリンク・データ・ストリームを得ることを含むことを特徴とする、前記通信方法。