JP2008245256A - 無線通信システムにおいて信号を送信する方法及び通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】最適な伝送経路を見つけるために、可能な伝送経路それぞれのチャネル品質を評価する。
【解決手段】送信装置から受信装置に信号が送信される。前記信号は、現在の伝送経路のチャネル品質の評価を可能にするビームステアリングフレームを含む。前記信号を送信する方法は、ａ）複数の伝送経路のそれぞれを介して前記信号を送受信することで、複数の伝送経路のそれぞれのチャネル品質を評価するステップと、ｂ）評価されたチャネル品質に基づいて複数の伝送経路の中から通信チャネルの候補として数個の伝送経路を選択するステップと、ｃ）ステップｂ）で選択された数個の伝送経路に対して、異なる送信及び／又は受信条件下で、ステップａ）を少なくとも１回繰り返すステップと、ｄ）前記評価されたチャネル品質に基づいて、前記数個の伝送経路の中から通信チャネルの候補として少数の伝送経路を選択するステップとを含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＮＬＯＳ（non-line of sight：非見通し通信）無線システムのために改良されたビームステアリングアルゴリズム（beam steering algorithm）を可能にするための、無線通信システムにおける信号送信方法及び無線通信システムに関する。

無線通信は、例えば、多種多様の技術分野、例えば、携帯電話、無線ＬＡＮ、無線機（walkie-talkies）、放送無線システム、Ｐ−Ｐ（Point-to-Point）無線システム、その他の既存又は将来の用途に用いられる。各無線通信システムによりカバーされる通信範囲は、基本的に、使用される技術に依存する。ＧＳＭやＵＭＴＳなどの携帯電話用通信システムは、約１０ｋｍ程度（若しくはそれ以上）までの通信範囲に適用され、無線ＬＡＮは、約１００ｍ程度（若しくはそれ以上）までの通信範囲に適用され、Bluetoothシステムは、約数１０ｍ程度（若しくはそれ以上）までの通信範囲に適用される。無線通信システムの通信範囲に影響する主な要因は、使用される無線周波数と出力パワーである。ＧＳＭ、ＵＭＴＳで使用される無線周波数では、大気中への電磁波の吸収はあまり起こらないけれども、低帯域の屋内無線通信に適している６０ＧＨｚ帯では顕著な吸収が起こる。さらに、各無線通信技術に用いられる送信及び／又は受信アンテナの種類は、各適用分野に依存して変わる。例えば、多数の受信機が到達されなければならない場合、又は、受信機の位置が分からない、若しくは、例えば移動のためにしばしば変わる場合には、ワイドビームアンテナ又は全方位アンテナがしばしば用いられる。しかしながら、高データレート・ミリメータ波・無線通信システムにおけるワイドビームアンテナの使用は、マルチパス抑圧効果（multi path fading effect）を原因とする問題が起こる。

先行技術に係る図３に示すように、ワイドビームアンテナ２４、２５が送信機及び受信機の双方の側に使用され、見通し接続（the line of sight link）Ｐ_０は、障害物２２によってブロックされているとき、送信機２０と受信機２１との間に多数の反射経路Ｐ_１、Ｐ_２、即ち、伝送される電磁波が受信機に到達するまでに物体（object）２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄによって少なくとも１回は反射されるような伝送経路が存在する。データレートが、例えば１Ｇｂｐｓ以上に高くなると、大きな周波数選択性フェージング（deep frequency selective
fading）が原因で、深刻なシンボル間干渉（ＩＳＩ：inter-symbol interference）を引き起こすので、チャネル遅延の拡大（channel delay spread）が、１０個のシンボルピリオド（symbol periods）を超えることもある。

ＮＬＯＳ（non-line of sight）ユーザシナリオに対しては、２つの伝統的な解決法が存在するが、双方の解決法とも、高速かつ複雑な信号処理回路を必要とする。１つの解決法は、直線的に配置された、判定フィードバック（linear, decision feedback）又は最大蓋然性シーケンス評価（ＭＬＳＥ：maximum likelihood
sequence estimation）イコライザーを含むチャネルイコライザーを採用する。チャネル遅延の拡大が、シンボル期間（symbol duration）よりも大幅に長くなったとき、上記イコライザーは、複雑になり、大きな処理パワーが必要となる。もう一方の解決法は、無線ＬＡＮシステムで既に採用されている直交波周波数分割多重（ＯＦＤＭ：orthogonal
division multiplexing）技術を採用したものである。しかしながら、それが有する扇形変調（linear modulation）及び高いピーク電力対平均電力比（ＰＡＰＲ：peak to average power ratio）問題のため、かかるシステムにおける電源増幅器（ＰＡ：power amplifier）の電力消費量が非常に高くなる。明らかに、１Ｇｂｐｓ信号を復調するために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：high speed fast Fourier
transformation）及び他の信号処理モジュールが要求される。それ故、高データレート・ミリメータ波帯域の通信システムのために、複雑で高速のベースバンド回路を必要としない他の解決法を見つけることが重要である。

ＥＰ
１６５９８１３ Ａ１文献には、送信機及び受信機側で、一対のシャープな指向性のビームアンテナ（sharp beam steering antennas）を用いることが提案されている。これら狭ビームアンテナは異なる位置に指向させることができ、これによって、送信機及び受信機は、これら狭ビームアンテナを介して最初の伝送経路を確立するように適用される。さらに、ＥＰ
１６５９８１３ Ａ１文献には、上記第１及び第２の狭ビームアンテナを介した無線通信のために、送信機及び受信機が少なくとも１つの択一的な伝送経路を自動的に確立するように適用し、当該択一的な伝送経路は上記最初の伝送経路とは空間的に異なるようにすることが提案されている。

かかる最新技術のビームステアリングアルゴリズム（beam steering algorithm）の不利な点は、最適な指向位置（steering position）を見つけ、これにより最適な伝送経路を見つけるために、可能な伝送経路それぞれのチャネル品質（channel quality）を評価する必要があることである。これは、例えば、ビットエラー率（ＢＥＲ：bit error rate）を測定することによって達成される。チャネル品質の評価の信頼性を高めるためには、精巧で複雑なチャネル品質の測定が必要である。他方で、チャネル品質の測定の複雑さが低減されれば、チャネル品質を誤評価するリスクが増加する。

そこで、本発明の目的は、上述した先行技術の欠点を解決することにある。

これら目的は、請求項１に係る無線通信システムにおける信号送信方法、請求項１１に係る無線通信システムにより達成される。

本発明は、無線通信システムにおいて信号を送信する方法に関する。前記無線通信システムでは送信装置（１）から受信装置（１０）に信号が送信され、前記装置（１，１０）のうち少なくとも１つは、異なる位置に指向できるよう構成された狭ビームアンテナ（２，１１）を有し、前記各異なる位置は、前記送信装置（１）から前記受信装置（１０）への異なる伝送経路の数に対応し、前記信号は、現在の伝送経路のチャネル品質の評価を可能にするビームステアリングフレームを含む。前記方法は、ａ）前記複数の伝送経路のそれぞれを介して順次前記信号を送信及び受信することで、前記複数の伝送経路のそれぞれのチャネル品質を評価するステップと、ｂ）前記評価されたチャネル品質に基づいて、前記複数の伝送経路の中から通信チャネルの候補として数個の伝送経路を選択するステップと、ｃ）ステップｂ）で選択された前記数個の伝送経路に対して、異なる送信及び／又は受信条件下で、ステップａ）を少なくとも１回繰り返すステップと、ｄ）前記評価されたチャネル品質に基づいて、前記数個の伝送経路の中から通信チャネルの候補として少数の伝送経路を選択するステップとを含む。

本発明は、さらに、送信装置から受信装置に信号を送信する通信システムに関する。前記装置のうち少なくとも１つは、異なる位置に指向できるよう構成された狭ビームアンテナを有し、前記各異なる位置は、前記送信装置から前記受信装置への異なる伝送経路の数に対応し、前記信号は、現在の伝送経路のチャネル品質の評価を可能にするビームステアリングフレームを含む。前記送信装置は、前記ビームステアリングフレームを生成するよう構成されたビームステアリングフレーム生成手段（９）と、前記複数の伝送経路のそれぞれを介した前記信号の送信を制御するよう構成された第１制御手段と、を備える。前記受信装置は、前記受信したビームステアリングフレームに基づいて、前記各伝送経路のチャネル品質を評価するよう構成されたチャネル評価手段と、前記評価されたチャネル品質に基づいて、前記複数の伝送経路の中から通信チャネルの候補として数個の伝送経路を選択し、選択した前記数個の伝送経路の情報を送信装置に送信するよう構成された第２制御手段と、を備える。前記第１制御手段は、前記数個の伝送経路のそれぞれを介して、異なる送信条件下で、前記ビームステアリングフレームを含む前記信号の前記送信を少なくとも１回繰り返すよう制御するよう構成される。前記第２制御手段は、前記評価されたチャネル品質に基づいて、前記数個の伝送経路の中から通信チャネルの候補として少数の伝送経路を選択するよう構成される。

既に選択された伝送経路に対し、異なる送信及び／又は受信条件下でビームステアリングフレームの送信を繰り返すことによって、真に優れた信頼性のある伝送経路を通信チャネルの候補として、少ない労力で選択できる。さらに、前記送信と評価の繰り返しは、既に選択された伝送経路の制御機能を提供する。

好ましくは、通信中に送信及び／又は受信条件を一定に維持する。

所定の最小チャネル品質を有する全ての伝送経路を選択するようにしてもよい。

所定数の伝送経路を選択するようにしてもよい。

ビットエラー率（ＢＥＲ）、擬似雑音（ＰＮ）シーケンスの計算に基づいて、前記チャネル品質を評価するようにしてもよい。

フレームエラー率（ＦＥＲ）の計算に基づいて、前記チャネル品質を評価するようにしてもよい。

ビットエラー率（ＢＥＲ）、擬似雑音（ＰＮ）シーケンスの計算と、フレームエラー率（ＦＥＲ）の計算とに基づいて、前記チャネル品質を評価するようにしてもよい。

好ましくは、前記送信信号の受信後に巡回冗長検査（ＣＲＣ）を行うようにしてもよい。

送信パワーを低減することにより、前記送信条件を変えるようにしてもよい。

受信機感度を低減することにより、前記受信条件を変えるようにしてもよい。

有利には、前記通信システムは、マルチキャリアをベースとしたシステム（multiple carrier based
system）であり、好ましくは直交波周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムである。

なお、本発明は、各種の帯域で信号を送受信することが可能な各種の無線通信システムに適用できる。さらに、本発明は、無線通信の変調方式又は技術的実装のいかなる種類にも限定されるものではない。しかしながら、本発明のある実施例及び実装は、例えば、６０ＧＨｚ伝送帯域などのミリメータ波帯域において信号を伝送する短及び／又は中帯域無線通信システムに有効であってよい。さらに、本発明の送信装置及び受信装置は、無線通信システムにおいて信号をそれぞれ送信、受信する各種のデバイスであってよい。用語「送信装置」及び「受信装置」は、あらゆる種類の携帯型及び／又は据置型の通信設備、ユニット、手段、システムなどを含むものである。本発明にかかる送信装置から受信装置に伝送される信号は、任意の種類の理由及び用途のために送信機から受信機に伝送される、任意の種類の情報、データ、シンボルなどを含む。本発明によれば、送信装置又は受信装置の少なくともいずれか１つは、異なる位置に指向する（steer）ように配された狭ビームアンテナを備える。ある実装では、送信装置及び受信装置はそれぞれ、異なる位置に指向するように適用された狭ビームアンテナを備えることが好ましい。用語「狭ビームアンテナ（narrow beam antenna）」は、特定の送信及び／又は受信方向を有さない全方向アンテナとは異なり、アンテナビームの形状に限定されることなく特定の送信及び／又は受信方向を有する全ての種類のアンテナを含むものである。さらに、本発明の狭ビームアンテナは、特定の指向タイプに限定されない、即ち、狭ビームアンテナの送信及び／又は受信方向を変更、切替、変化などできるものであれば、異なる送信及び／又は受信位置に対する狭ビームアンテナの指向又は切替を可能にするための特定の技術的実装に限定されない。例えば、かかる例に限定されるものではないが、本発明のビームアンテナは、ビーム方向が変わるようにアンテナを機械的又は電気的にシフトさせることにより変わる固定狭ビーム放射パターン（fixed narrow beam radiation pattern）を有するアンテナであってもよい。また、狭ビームアンテナは、ビーム方向を変えるために、アンテナの位相及び／又はゲインを変更することにより向きを変えることが可能な任意のアンテナであってもよい。さらにまた、狭ビームアンテナは、アンテナパターンから構成することができ、この場合において、アンテナパターンの各アンテナ要素が特定の狭ビームアンテナ方向を有し、当該要素がアンテナの発信方向を変えられるような方法で制御される。現在知られている、又は、将来開発されるであろう、向きを可変な狭ビームアンテナの多くの他の例があるが、これらも本発明の技術的範囲に含まれる。

以下に、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態についてより詳細に説明する。

図１は、本発明に係る無線通信システムにおいて信号を送信する送信装置を模式的に示すブロック図である。ここで、図１に示す本発明の送信装置１は、本発明の実装及び理解のために必要な要素のみを示している。無線通信システムにおいて送信装置が信号を送信するために必要な他の必要な構成要素の全ては、明瞭性のために図示を省略する。しかしながら、実装装置では、それら全ての構成要素は実装される。

送信装置１は、第１制御手段５によって制御される第１アンテナステアリング手段（antenna steering means）４の制御の下で、異なる位置に指向されるよう設けられた第１狭ビームアンテナ２を備える。制御手段５は、送信装置１のベースバンド処理手段及び／又は制御手段、或いはその他の適当な制御ユニットであってよい。第１制御手段５は、日付、情報、アプリケーション、ソフトウェアコードなどを記憶する第１メモリ６に接続されている。

送信装置１は、連続的なタイムフレーム（consecutive time frame）で信号を送信するよう設けられている。そのフレームの少なくともいくつかは、ビームステアリングフレーム（beam steering frame）を含む。これによって、用語「連続的（consecutive）」が必ずしも、前記フレームが次々に迅速に送信されることを意味する用語ではないことが理解される。ある実装では、連続的なフレームの間にインターバル（時間間隔）があってもよく、例えば、高精細（ＨＤ）テレビジョンなどの長時間で高レートの無線通信をサポートするために、送信装置１と、受信側、例えば、図２に示されて説明される受信装置１０との間のクロック差に対処するために用いられるインターバルがあってもよい。以下の説明では、２つの連続的なフレーム間のインターバルはゼロであると仮定している。本発明に係るビームステアリングフレーム部は、送信装置１のビームステアリングフレーム生成器９により生成される。ここで、ビームステアリングフレーム生成は、周波数領域処理又は時間領域処理のいずれかに置換することができる。さらに、ビームステアリングフレーム生成器９により生成されるビームステアリングフレームは、求められる実装に応じて、異なる長さとサイズを有することができる。フレームは、フレーム生成器７により形成され、フレーム生成器７は、ビームステアリングフレーム生成器９からビームステアリングフレームを取得し、データ手段８からデータを取得する。データ手段は、任意の適当な手法でデータを収集又は生成して、フレーム生成器７に出力する。フレーム生成器７によりフレームが生成された後に、生成されたフレームはさらに、フレーム情報の変調など、一般的な手法で処理され、次いで、アップコンバートされ、高周波数手段３を介して第１狭ビームアンテナ２を通じて送信される。

本発明に係る無線通信システムにおいて信号を受信する受信装置１０の例を、図２のブロック図に模式的に示す。受信装置１０は、第２制御手１４の制御の下で、第２アンテナステアリング手段１３によって、異なる位置に指向されるよう設けられた第２狭ビームアンテナ１１を備える。第２制御手段１４は、受信装置１０のベースバンド処理手段及び／又は制御手段、或いはその他の適当な制御及び／又は処理ユニットなど、任意の制御手段であってよい。第２制御手段１４は、日付、情報、アプリケーション、ソフトウェアコードなど、受信装置１０の動作に必要な情報を記憶する第２メモリ１５に接続されている。受信装置１０は、さらに、第２狭ビームアンテナ１１を介して受信した信号をダウンコンバートするための高周波数部１２を備え、それらの信号はさらぬ、受信装置１０における一般的な手法で処理される。例え江波、チャネル評価器１６は、受信したビームステアリングフレームに基づいてチャネル評価を実行するように設けられる。チャネル評価器１６によって得られたチャネル評価情報は、第２制御手段１４により、第２アンテナステアリング手段１３を介して、第２狭ビームアンテナ１１を適当な位置に指向させるために用いられる。

以下に、チャネル評価とその後の処理とを含む詳細なプロセスについて説明する。なお、図２は、本発明の理解に必要な要素のみを示している。実装では、受信装置１０は、無線通信システムにおいて信号を受信するための受信装置１０の動作を実行するために必要な構成要素を備える。さらに、受信装置１０は、無線通信システムにおいて第２狭ビームアンテナ１１又は別の送信アンテナを介して信号を送信するために必要な全ての要素及び機能を追加的に備えてもよい。同様に、送信装置１は、無線通信システムにおいて第１狭ビームアンテナ２又は別の受信アンテナを介して信号を受信するために必要な全ての要素及び機能を追加的に備えてもよい。さらに、図１に示して説明した送信装置１の要素及び機能、並びに、図２に示して説明した受信装置１１の要素及び機能は、無線通信システムにおいて信号を送信及び受信可能な通信装置において結合されることができる。

図３は、背景技術に係る通信システムを示す。例えば、半電波強度ビーム幅（ＨＰＢＷ：half power beam width）が１００°であるワイドビームアンテナ２４，２５は、送信側の送信機２０及び受信側の受信機２１の双方に使用されている。見通し（ＬＯＳ：line of sight）通信経路Ｐ_０は、障害物２２によりブロックされている。物体２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの複数の反射面によって、送信機２０と受信機２１との間に多数の反射経路Ｐ_１、Ｐ_２が存在している。この場合、データレートが高い（例えば１Ｇｂｐｓ以上）ときには、これにより、大きな周波数選択性フェージング（deep frequency selective
fading）が原因で、深刻なシンボル間干渉（ＩＳＩ：inter-symbol interference）が引き起されるので、チャネル遅延拡大は、１０個のシンボルピリオド（symbol periods）を超えることもある。

そこで、本発明によれば、図４に示す一対の狭ビームアンテナを使用することが提案される。図４は、送信装置の狭ビーム可変指向性アンテナ（narrow beam steerable antenna）２’と、受信装置の狭ビーム可変指向性アンテナ１１’との間の多様な伝送経路を示す模式図である。狭ビーム可変指向性アンテナ２’は、図１に示した送信装置１のアンテナ２であってよく、狭ビーム可変指向性アンテナ１１’は、図２に示した受信装置１０のアンテナ１１であってよい。しかしながら、本発明では、送信装置又は受信装置の一方のみが、可変指向性の狭ビームアンテナ（steerable narrow beam antenna）を備え、他方の装置は、ワイドビームアンテナ又は全方位アンテナを備えるようにしてもよい。図４に示すように、現在の伝送経路Ｐは、直接的な見通し伝送経路ではなく、電磁波が物体で１回反射した伝送経路である。可変指向性アンテナ２’と可変指向性アンテナ１１’との間の直接的な見通し伝送経路Ｐ_０は、障害物３０によりブロックされている。候補伝送経路、即ち、可変指向性アンテナ２’と可変指向性アンテナ１１’との間で択一的に選択可能な伝送経路は、伝送経路Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４で示されている。候補伝送経路Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３は、電磁波信号が物体で１回反射する伝送経路である。候補伝送経路Ｃ_４は、電磁波信号が物体で２回反射する候補伝送経路である。しかしながら、候補伝送経路での全ての反射は、反射した電磁波信号が受信アンテナ１１’に到達する態様となっている。しかし、図３に示す例では、現在使用されている伝送経路Ｐは、ベストのチャネル特性、例えば、最も強いＳＮ比（signal to noise ratio）又は他の任意の適当なパラメータを有する。それ故、伝送経路Ｐは、送信機と受信機の間の現在の信号伝送に用いられている。候補伝送経路Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４は、折れ線で示されており、これらの候補伝送経路のチャネル品質は、現在使用される伝送経路Ｐのチャネル品質程にはよくない。しかし、現在使用される伝送経路Ｐのチャネル品質が変わった場合、例えば、反射物体が移動した場合や、他の物体又は障害物が移動などして伝送経路をブロックした場合に、候補伝送経路Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４のうちの１つが、現在の伝送経路になるかもしれない。

一般的に、図４は、送信機と受信機の間で信号の送受信を可能とする伝送品質を提供する伝送経路の数は通常極めて少ないことを示している。全ての十分に強い伝送経路を派遣及び監視するために、全ての有用で可能な伝送経路を探索及び監視する必要があり、これにより、送信狭ビームアンテナ２’と受信狭ビームアンテナ１１’は、多数の二次元選択肢を有する。例えば、探索範囲が１００°であり、指向性の鋭いビームステアリングアンテナの半電波強度ビーム幅（ＨＰＢＷ）が２０°である場合、各サイドからの選択肢の数は、５×５＝２５となり、送信サイド及び受サイドの双方の選択肢の合計数は、２５×２５＝６２５となる。この結果、計算が非常に複雑になってしまう。

本発明は、現在使用する伝送経路が悪化したときに、異なる伝送経路に切り替えできるようにするために、可能な候補伝送経路を選択する方法として、非常にシンプルであるけれども的確で効果的な方法を新たに提案する。さらに、本発明は、チャネル品質の測定のためのデータ処理量（overhead）を低減し、高速なビームステアリングアルゴリズム（fast beam steering algorithm）の実装を可能にする新たなチャネル品質評価を提案するものである。

上述したように、送信側又は受信側の少なくとも一方に、異なる位置に向けて指向性を可変できるよう構成された狭ビームアンテナが使用される。ここで、各異なる位置は、送信装置１から受信装置１０への異なる可能な伝送経路に対応している。他の実施例ででは、送信装置１及び／又は受信装置１０は、異なる位置に指向できる狭ビームアンテナをさらに備えてもよい。本発明の実施例によれば、ビームアンテナ２、１１は、２５個の異なる位置に指向することができる。本発明は、各ビームアンテナの指向位置が２５個の異なる位置である例に限定されないことを理解すべきであり、アンテナは、より多い又は少ない数の異なる位置を有してよく、その位置の数は、使用されるビームアンテナに応じて異なってもよい。

送信装置１及び受信装置１０のためのこれら２５個の位置は、図５に係るチャネル品質テーブルに模式的に示される。ここで、狭ビームアンテナ２、１１のそれぞれは、第１軸（図５のｘ軸）に沿って５つの異なる位置に指向でき、第２軸（図５のｙ軸）に沿って５つの異なる位置に指向できる。これにより、各アンテナは、二次元平面において５×５＝２５の異なる位置に指向できる。ここで、ビームアンテナの異なる位置それぞれのチャネル品質が、いくつかのパラメータにより測定される。送信装置１と受信装置１０の間の１つの良い伝送経路が発見されたとき、送信装置１のチャネル品質テーブル４０と受信装置１０のチャネル品質テーブル４１にそれが保存される。各四角４２，４３，５２，５３は、異なる位置に対応し、それ故、狭ビームアンテナの異なる伝送経路に対応する。

チャネル品質評価の実施可能例は、本明細書に参照として挿入される文書ＥＰ１６５９８１３Ａ１に開示されている。ここで、送信装置１及び受信装置１０のアンテナは、第１の位置に指向され、次いで、信号が送信装置１から受信装置１０に伝送される。次のステップで、送信装置の狭ビームアンテナの位置が変化され、再び信号が送信装置から受信装置に伝送される。この処理は、送信装置１の狭ビームアンテナが全ての異なる位置に一通り位置づけられるまで繰り返される。受信装置は、受信した信号に基づいて、送信装置の狭ビームアンテナのどの位置が最も優れた伝送特性を提供するかを決定することができる。次いで、送信装置の狭ビームアンテナが当該最も優れた伝送特性を提供する位置に指向され、その後、受信装置の狭ビームアンテナに対し同様の処理がなされる。つまり、受信装置の狭ビームアンテナの位置が変えられ、これにより、受信装置の狭ビームアンテナの最も優れた位置の評価が可能となる。

送信装置１及び受信装置１０が、使用される異なる指向位置（steering position）に対応する現在及び次の伝送経路それぞれについての知識を有しなければならないことを、理解すべきであり、これは、以下に説明する本発明の全ての実施例において正しい。さらに、受信装置から送信装置に伝送チャネルに関するいくつかのフィードバックが提供され、逆もまた同様である。これにより、対応する情報が、例えば、受信装置１０の第２メモリ手段１５及び／又は送信装置１の第１メモリ手段６に保存される。

本発明によれば、チャネル品質を評価するために、送信装置１及び／又は受信装置１０の狭ビームアンテナ２、１１が、第１伝送経路に対応する第１位置に指向（steer）される。次いで、送信装置１のビームステアリングフレーム生成器９は、フレーム生成器７に送られるビームステアリングフレームを生成する。このフレームは、高周波数手段３によりアップコンバートされ、次いで、ビームステアリングフレームを含む信号は、送信装置１から受信装置１０に送信される。その後、チャネル評価器１６は、受信した信号に基づいて、現在の伝送経路のチャネル品質を評価することができる。

第１の実施例に係るチャネル品質の測定は、短い擬似雑音系列（pseudo-noise sequence：PN sequence）に基づき、複雑さが軽減される。より正確なチャネル品質評価のためには、ＰＮシーケンスの自動相関のみの代わりに、フレーム誤り率（ＦＥＲ：frame error rate）計算が実行され、それによって、各ビームステアリングフレームが、同期のためのトレーニング系列（training sequence）とフレームデータとを含むようにする。加えて、ビームステアリングフレームデータ全体が正しく受信されたか否かを検査するために、巡回冗長検査（ＣＲＣ：cyclic redundancy check）が使用される。最先端の無線システムと比較すると、ビームステアリングアルゴリズムの速度を高めるために、ＣＲＣ検査が、誤り訂正復号器（エラーコントロールデコーダ：error control decoder）の前に実行される。従来の無線システムでは、フレーム誤り率計算のためのＣＲＣ検査は、誤り訂正復号器の後に実行されていた。

第１伝送経路のチャネル品質の評価後に、狭ビームアンテナは、全ての可能伝送経路をカバーするように次の位置に指向される。チャネル品質評価に基づいて、最も優れたチャネル品質を有する伝送経路が、現在の伝送経路として選択される。これは、図５に係るチャネル品質テーブルに模式的に示される。図５では、文字Ｐを含む四角が、送信装置１と受信装置１０の狭ビームアンテナ２、１１のそれぞれの位置を表す。さらに、現在の伝送経路Ｐが悪化した場合に伝送経路を変更する可能性があるために、数個の候補伝送経路Ｃ１〜Ｃ６がチャネル品質テーブル４０，４１に保存される。

本発明によれば、複雑さを軽減するために、ショートＰＮシーケンス（short PN sequence）を使用することが提案される。それとともに生じる問題は、チャネル品質の評価の正確性が補償されないことである。例えば、ＰＮシーケンスの長さが８１９２である場合、ビットエラーが無いときには、ＰＮシーケンスの自己相関ピークは８１９２である。他方、１つのビットエラーがあるときには、ＰＮシーケンスの自己相関ピークは８１９２−２＝８１９０である。結果として、ＰＮシーケンスの自己相関のピーク値は、送信装置１及び受信装置１０の狭ビームアンテナ２、１１により位置合わせされた伝送経路のビットエラー率（ＢＥＲ）パフォーマンスを示す。ＰＮシーケンスの長さが長いとき、ビットエラー率又はチャネル品質評価は、より正確になる。しかしながら、ＰＮシーケンスの長さが長くなると、対応する整合フィルター相関器（corresponding matched
filter correlator）、即ち、受信装置１０のチャネル評価器１６は、より複雑になる。実際、例えば、高精細テレビジョン（ＨＤＴＶ）などの高いデータアプリケーションのためには、エラー訂正復号器（例えば、畳み込み符号、ターボ符号、ＬＤＰＣ符号）の前のビットエラー率は、１×１０^３が求められる。送信装置１又は受信装置１０の少なくともいずれかは、狭ビームアンテナを採用しているから、無線チャンネルの特性は、擬似ＡＷＧＮチャンネル（quasi AWGN channel）として仮定でき、信頼できるビットエラー率又はチャネル品質評価を得るためには、ＰＮシーケンスの長さは１０×１０^３＝１０^４よりも長くなる。これに対し、複雑なハードウェア構成のため、自己相関のためのＰＮシーケンスの長さは、通常、１０２４より小さくすることが推奨される。それ故、正確なビットエラー率又はチャネル品質評価は、通常、ショートＰＮシーケンス（短い擬似雑音系列）を用いたビームステアリングアルゴリズムでは、得ることができない。

チャネル品質評価の複雑さを低減するために。本発明にかかるショートＰＮシーケンス
（short PN sequence）は、長いＰＮシーケンスの代わりに用いられる。上述したように、ＰＮシーケンスが短くなれば、十分なサンプルが得られないため、チャネル品質評価の解析度及び正確さは低減する。ＰＮシーケンスに基づき通信チャネルとなるための要求を満たす、例えば、ショートＰＮシーケンスの自己相関が短い相関長内でビットエラーがないことを示しているような、送信装置１と受信装置１０との間の伝送経路が多数存在してもよい。しかし、選択された候補経路は、十分に良くて信頼できるものでなないかもしれない。

この問題は本発明により解決される。

本発明は、以下に説明するように、異なる送信及び／又は受信条件下で、チャネル品質評価を繰り返すことを提案する。上述したように、異なる伝送経路に対応する異なる位置にアンテナ２，１１を指向させた後に、図５に示すチャネル品質テーブル４０及び４１が生成される。これは即ち、可能性のある複数の伝送経路から、通信チャネルＰとして用いられる現在の伝送経路が選択され、複数の伝送経路から、数個の伝送経路が、通信チャネルの候補Ｃ１〜Ｃ６として選択される。本発明は、既に選択された伝送経路Ｃ１〜Ｃ６に対してのみ、送信装置１から受信装置１０に、ビームステアリングフレームを含む信号の伝送を繰り返すことを提案する。２回目の伝送時には、送信及び／又は受信条件は変更される。つまり、送信装置１の送信パワーが減少される、又は、受信装置１０の受信感度が減少される、又は、これらの双方である。既に選択された数個の伝送経路Ｃ１〜Ｃ６を、同一のショートＰＮシーケンスを用いて異なる送信／受信条件下で検査したとき、例えば、チャネルＣ２、Ｃ４及びＣ６のチャネル品質が良い一方で、同時に、他の候補伝送経路Ｃ１、Ｃ３及びＣ５が悪かったとする。この２回目の信号伝送後に、伝送経路Ｃ２、Ｃ４及びＣ６のみが、最適な伝送特性を示すことが明らかになったとき、これら３つの伝送経路Ｃ２、Ｃ４及びＣ６のみが、通信チャネルの可能な候補として採用され、チャネル品質テーブル５０及び５１に保存される。

要するに、まず、複数の伝送経路から、数個の伝送経路が選択され、次いで、既に選択された数個の伝送経路が、依然としてチャネル品質評価の要求を満たすかどうかを検査するために、送信及び／又は受信条件が変更される。もし、少ない数の伝送経路のみが当該要求を満たす場合、チャネル品質テーブル５０，５１は、図６に示すように更新される。一方、１回目の信号伝送で選択された伝送経路の全てが、第２の信号伝送の期間のチャネル品質要求を依然として満たす場合、通信チャネルの候補として、少ない数の伝送経路だけが選択されるまで、さらに送信パワーを減少又は受信感度を変更して、ビームステアリングフレームの送信を実行することができる。

送信パワーを変更する場合、このことは、データ通信のためのデータフレームの送信パワーを固定するけれども、信頼性のあるビームステアリング（beam steering）を可能にし、パフォーマンスを改善するように、データステアリングフレームの送信パワーを調整できることを意味する。ビットエラー率測定では、ビームステアリングのための送信パワーが減少される。それ故、ビットエラー率のパフォーマンスが意図的に低下され、少数の強い伝送経路を発見するために、ショートＰＮシーケンスが使用される。即ち、本当に強い経路と相対的に強い経路とが明確に区別され、これにより、本当に強い経路だけが通信チャネルの候補として選択される。

フレームエラー率測定では、エラー訂正復号器の後段に代えて、エラー訂正復号器の前段で、フレームエラー率が計算される。それ故、短いビームステアリングフレームを用いて少数の強い候補経路を発見し、信頼性のあるビームステアリングを可能にするために、フレームエラー率を意図的に低下させることができる。

上述したように、好ましい実施例では、送信パワーが減少される。さらに別の実施例としては、送信パワーの減少に代えて、或いは、送信パワーの減少に加えて、受信機感度を変更してもよい。ショートＰＮシーケンスの送信パワーが固定されるとき、受信アンテナのフロントエンドでのＳＮ比が固定される。しかしながら、ショートＰＮシーケンスのビットエラー率のパフォーマンスを意図的に変えるように、受信回路を調整することができる。増幅器のゲイン及び／又は減衰器（attenuator）を調整することによって、受信機感度を調整できる。

図７のフローチャートを参照して、本発明のプロセスについて説明する。当該プロセスは、ステップ０で開始し、例えば、必要に応じて通信のセットアップがなされる。ステップＳ１では、一方又は両方の狭ビームアンテナ２、１１が、第１の伝送経路に対応する第１の位置に指向させる（steer）。ここで、用語「一方又は両方（one or both）」は、本発明は、送信装置１のみ又は受信装置１０のみが狭ビームアンテナを備える可能性も含むことを意味する。次にステップＳ２では、ビームステアリングフレームを含む信号が送信装置１から受信装置１０に送信され、受信装置１０により受信される。次にステップＳ３では、チャネル評価器１６は、受信したビームステアリングフレームに基づき、現在の伝送経路のチャネル品質を評価する。

次にステップＳ４では、全ての可能な伝送経路がテストされたかどうかチェックされる。ここで、複数の伝送経路の全てをチェックする場合のみならず、より少ない数の伝送経路だけを、信頼できる通信経路であるかどうかテストする場合であってもよい。全ての又は十分な数の伝送経路がテストされていないと判定された場合、次のステップＳ５で、１方または両方のアンテナ２，１１が、次の伝送経路に対応する次の位置に指向される。次いで、プロセスはステップＳ２に戻り、ビームステアリングフレームを含む信号が、送信装置により、実際に選択された伝送経路を介して受信装置１０に送信される。

一方、ステップＳ４で、全ての又は十分な数の伝送経路がテストされたと判定された場合、次いで、プロセスはステップＳ６に進み、受信装置の第２制御手段１４が、テストされた複数の伝送経路の中から、数個の伝送経路（several transmission
paths）を通信チャネルの候補として選択する。当該選択は、チャネル評価器１６から送信されたデータに基づいて行われる。既に選択された数個の伝送経路の更なるテストを可能にするために、当該選択された数個の伝送経路の情報は受信装置１０から送信装置１に転送される。

ステップＳ７では、送信及び／又は受信条件が変更される。即ち、上述したように、送信装置１の送信パワーが減少されるか、又は、受信装置１０の受信感度が変更される。次にステップＳ８では、一方又は両方のアンテナが、第１の位置に指向される。ここで、当該第１の位置は、第１の選択された伝送経路、即ち、ステップＳ６で選択された第１の伝送経路に対応する。次にステップＳ９では、ビームステアリングフレームを含む信号が、送信装置１から実際伝送経路を介して受信装置１０に送信される。次のステップＳ１０では、チャネル評価器１６は、受信したビームステアリングフレームに基づき、現在の伝送経路のチャネル品質を評価する。

次にステップＳ１１では、変更された送信及び／又は受信条件下で、全ての選択された伝送経路がテストされたか否か、即ち、ステップＳ６で選択された全ての伝送経路がテストされたか否かが判定される。全ての選択された伝送経路が未だ再びテストされていないと判定された場合、次のステップＳ１２で、一方又は両方のアンテナが、次の位置に指向される。ここで、当該次の位置は、上記選択された伝送経路のうち次の伝送経路に対応する。次いで、プロセスはステップＳ９に戻り、ビームステアリングフレームを含む信号が送信される。一方、ステップＳ１１で全ての選択された伝送経路がテストされた判定された場合、次いでステップＳ１３で、受信装置の第２制御手段１４が、選択された複数の伝送経路の中から、少数の伝送経路（a small number of
transmission paths）を通信チャネルの候補として選択する。ステップＳ１４で、例えば、図６に示すチャネル品質テーブル５０，５１を生成して、プロセスは終了する。

本発明の他の実施例では、異なる送信及び／又は受信条件下において、ビームステアリングフレームを含む信号の送信を、複数回繰り返すこともできる。即ち、本発明は、当該信号の送信を１回だけ繰り返す例に限定されない。さらに、可能な伝送経路を選択するためのパラメータは、チャネル品質を表す閾値であってもよい。この場合、当該閾値よりも優れた全てのチャネルが、可能な通信チャネルとして採用されることを意味する。別の可能性として、選択される通信チャネルの数を規定することができる。例えば、いくつかの伝送経路がほとんど同様に優れた伝送特性を有するとしても、最も優れた３個の通信チャネルだけを選択するように規定することができる。

本発明では、ショートＰＮシーケンスをビームステアリングアルゴリズムに採用して、受信器の複雑さを低下させている。通信チャネルの候補となる伝送経路の数を減少させることができ、本当に強くて信頼性のある経路が候補伝送経路として選択される。ショートＰＮシーケンスの導入により、ビームステアリングのオーバーヘッドが減少される。加えて、信頼できるビームステアリング及び優れたパフォーマンスが達成される。

図１は、本発明に係る送信装置を模式的に示す。 図２は、本発明に係る受信装置を模式的に示す。 図３は、最新技術に係るワイドビームアンテナ間での多様な伝送経路を模式的に示す。 図４は、本発明に係る送信装置と受信装置間での多様な伝送経路を模式的に示す。 図５は、本発明の第１ステップに係るチャネル品質テーブルを模式的に示す。 図６は、本発明の第１ステップに係るチャネル品質テーブルを模式的に示す。 図７は、本発明の方法に係るフローチャートを模式的に示す。

Claims (21)

1. 無線通信システムにおいて信号を送信する方法であって、
   前記無線通信システムでは送信装置（１）から受信装置（１０）に信号が送信され、
   前記装置（１，１０）のうち少なくとも１つは、異なる位置に指向できるよう構成された狭ビームアンテナ（２，１１）を有し、前記各異なる位置は、前記送信装置（１）から前記受信装置（１０）への異なる伝送経路の数に対応し、
   前記信号は、現在の伝送経路のチャネル品質の評価を可能にするビームステアリングフレームを含み、
   ａ）前記複数の伝送経路のそれぞれを介して順次前記信号を送信及び受信することで、前記複数の伝送経路のそれぞれのチャネル品質を評価するステップと、
   ｂ）前記評価されたチャネル品質に基づいて、前記複数の伝送経路の中から通信チャネルの候補として数個の伝送経路を選択するステップと、
   ｃ）ステップｂ）で選択された前記数個の伝送経路に対して、異なる送信及び／又は受信条件下で、ステップａ）を少なくとも１回繰り返すステップと、
   ｄ）前記評価されたチャネル品質に基づいて、前記数個の伝送経路の中から通信チャネルの候補として少数の伝送経路を選択するステップと、
   を含む、方法。
2. 通信中に送信及び／又は受信条件を一定に維持するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. ｂ）及び／又はｄ）ステップで、所定の最小チャネル品質を有する全ての伝送経路を選択する、請求項１又は２に記載の方法。
4. ｂ）及び／又はｄ）ステップで、所定数の伝送経路を選択する、請求項１又は２に記載の方法。
5. ビットエラー率（ＢＥＲ）、擬似雑音（ＰＮ）シーケンスの計算に基づいて、前記チャネル品質を評価する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. フレームエラー率（ＦＥＲ）の計算に基づいて、前記チャネル品質を評価する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
7. ビットエラー率（ＢＥＲ）、擬似雑音（ＰＮ）シーケンスの計算と、フレームエラー率（ＦＥＲ）の計算とに基づいて、前記チャネル品質を評価する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
8. 前記送信信号の受信後に巡回冗長検査（ＣＲＣ）を行う、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 送信パワーを低減することにより、ｃ）ステップで前記送信条件を変える、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 受信機感度を低減することにより、ｃ）ステップで前記受信条件を変える、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 送信装置（１）から受信装置（１０）に信号を送信する通信システムにおいて、
    前記装置のうち少なくとも１つは、異なる位置に指向できるよう構成された狭ビームアンテナ（２，１１）を有し、前記各異なる位置は、前記送信装置（１）から前記受信装置（１０）への異なる伝送経路の数に対応し、前記信号は、現在の伝送経路のチャネル品質の評価を可能にするビームステアリングフレームを含み、
    前記送信装置（１）は、
    前記ビームステアリングフレームを生成するよう構成されたビームステアリングフレーム生成手段（９）と、
    前記複数の伝送経路のそれぞれを介した前記信号の送信を制御するよう構成された第１制御手段（５）と、
    を備え、
    前記受信装置（１０）は、
    前記受信したビームステアリングフレームに基づいて、前記各伝送経路のチャネル品質を評価するよう構成されたチャネル評価手段（１６）と、
    前記評価されたチャネル品質に基づいて、前記複数の伝送経路の中から通信チャネルの候補として数個の伝送経路を選択し、選択した前記数個の伝送経路の情報を送信装置（１）に送信するよう構成された第２制御手段（１４）と、
    を備え、
    前記第１制御手段（５）は、前記数個の伝送経路のそれぞれを介して、異なる送信条件下で、前記ビームステアリングフレームを含む前記信号の前記送信を少なくとも１回繰り返すよう制御するよう構成され、
    前記第２制御手段（１４）は、前記評価されたチャネル品質に基づいて、前記数個の伝送経路の中から通信チャネルの候補として少数の伝送経路を選択するよう構成された、通信システム。
12. 前記第１制御手段（５）は、通信中に送信及び／又は受信条件を一定に維持するステップを含む、請求項１１に記載の通信システム。
13. 前記第２制御手段（１４）は、所定の最小チャネル品質を有する全ての伝送経路を選択する、請求項１１又は１２に記載の通信システム。
14. 前記第２制御手段（１４）は、所定数の伝送経路を選択する、請求項１１又は１２に記載の通信システム。
15. 前記チャネル評価手段（１６）は、ビットエラー率（ＢＥＲ）、擬似雑音（ＰＮ）シーケンスの計算に基づいて、前記チャネル品質を評価する、請求項１１〜１４のいずれかに記載の通信システム。
16. 前記チャネル評価手段（１６）は、フレームエラー率（ＦＥＲ）の計算に基づいて、前記チャネル品質を評価する、請求項１１〜１４のいずれかに記載の通信システム。
17. 前記チャネル評価手段（１６）は、ビットエラー率（ＢＥＲ）、擬似雑音（ＰＮ）シーケンスの計算と、フレームエラー率（ＦＥＲ）の計算とに基づいて、前記チャネル品質を評価する、請求項１１〜１４のいずれかに記載の通信システム。
18. 前記受信装置（１０）は、前記送信信号の受信後に巡回冗長検査（ＣＲＣ）を行う、請求項１１〜１７のいずれかに記載の通信システム。
19. 前記送信装置（１）は、送信パワーを低減することにより、前記送信条件を変える、請求項１１〜１８のいずれかに記載の通信システム。
20. 前記受信装置（１０）は、受信機感度を低減することにより、前記受信条件を変える、請求項１１〜１９のいずれかに記載の通信システム。
21. 前記通信システムは、マルチキャリアをベースとしたシステムであり、好ましくは直交波周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムである、請求項１１〜２０のいずれかに記載の通信システム。
    
    
    

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