JP2008529319A - 無線通信装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】MIMOシステムの効率的な動作に重要である電力効率を提供する。
【解決手段】MIMO通信システムは、検出器とアンテナを含み、前記アンテナは、複数のアンテナエレメントを含む。各アンテナエレメントは、当該アンテナエレメントに対し予め定められた方向にほぼ配置されている当該アンテナエレメントに影響を与える電磁放射線により運ばれた信号を受信する。前記複数のアンテナエレメントは、それらの予め定められた受信方向に関し、相対的、角度的に互いに置き換えられるように配置されている。MIMOシステムにおいて通信を行うための対応する方法も開示され、任意のデバイスに対し、当該システム内の他のデバイス群との通信に好ましい方向を決定するステップと、前記検出された好ましい通信の方向に対応する方向にある前記他のデバイス群との通信をスケジューリングするステップとを含む。
【選択図】 図6
【解決手段】MIMO通信システムは、検出器とアンテナを含み、前記アンテナは、複数のアンテナエレメントを含む。各アンテナエレメントは、当該アンテナエレメントに対し予め定められた方向にほぼ配置されている当該アンテナエレメントに影響を与える電磁放射線により運ばれた信号を受信する。前記複数のアンテナエレメントは、それらの予め定められた受信方向に関し、相対的、角度的に互いに置き換えられるように配置されている。MIMOシステムにおいて通信を行うための対応する方法も開示され、任意のデバイスに対し、当該システム内の他のデバイス群との通信に好ましい方向を決定するステップと、前記検出された好ましい通信の方向に対応する方向にある前記他のデバイス群との通信をスケジューリングするステップとを含む。
【選択図】 図6
Description
本発明は、無線通信装置に関し、特に、マルチ入力及び出力(MIMO)で実施可能な無線通信装置に関する。
現在の無線通信システムでは、より高いデータレートの達成が要求され続けている。しかし、電力消費量を制限し、無線通信装置に用いられるデバイスの複雑性を制限するという相対立する必要性があり、そのような規制的な理由から帯域幅も制限されうる。
このような制限を考慮するために、マルチ入力及びマルチ出力(MIMO)通信が着目されてきた。MIMOは、送信機と受信機の間の経路上の障害物、及び/または壁、建物などの環境問題の結果である散乱の効果を有効に利用することにより、高いスペクトル効果をもたらす。充分な散乱環境は、アンテナアレイの各送信アンテナから送信アンテナアレイの各受信アンテナへの独立した送信パスを与える。
MIMOという用語の使用は、一般的なケースの一部であるマルチ入力シングル出力(MISO)通信を除外する意図ではないことは読み手にはいうまでもない。
通常は、MIMOシステムは、直線配列された複数のアンテナをもつデバイスを用いて実施される。図1は、そのようなシステム10を示したもので、MIMO送信機12とMIMO受信機14を備えている。MIMO送信機12は、直線配列された4つの送信アンテナ18からなる送信アンテナアレイ16を備え、マイナー受信機14は、同じく直線配列された4つの受信アンテナからなる受信アンテナアレイ20を備えている。従って、このMIMOシステムは、4×4MIMOシステムと呼ばれる。
従来のMIMO構造では、幾何的単純化のために、容易に解析されるシステムを供給し、従って、シミュレーション・スタディにとって好ましいが、そのようなMIMOシステムを用いる無線通信は、送信アンテナ数と受信アンテナ数よりも少ない数ぐらいの別個のチャネルの収容を達成する。
さらに、そのようなMIMOシステムの制限は、受信アンテナで受信するときの電力を何ら考慮していないことに関係する。電力効率は考慮されておらず、ポイント・ツー・ポイントアプリケーションのみが考慮されている。電力をより効率よく管理できることが望ましい。
図2は、MIMO通信を用いることができる構成を示している。明確のために、図3には、図2の写しに、図2に示したシステムの動作を説明する電力プロファイルと送信線を示している。この構成は部屋30内に配置され、会議テーブル及び椅子32、机34とソファ36を含む各種家具がおかれている。基地局40は壁に付着されている。この基地局はアンテナの直線配列である。
図3では、部屋及び家具のプロファイルとともに、基地局40の送信及び受信プロファイルを示している。基地局40の送信及び受信プロファイルは、図3では、破線で表されており、基地局40の直線配列の中心点について、放射状のグラフである。従って、基地局による信号の送信及び受信は、基地局40の直線配列の方向と充分に垂直な方向での送信及び受信は比較的高くなり、直線配列の方向に対し非常に鋭角な方向での送信及び受信は低いあるいは無視できるほど低くなる、指向性プロファイルをもつことがわかる。
送信/受信アンテナアレイ46を備えたモバイル端末44は、会議テーブル上に配置され、その送信及び受信電力プロファイルは、図3では、破線で表されている。従って、基地局40からモバイル端末44へ向けて直接送信される電波は、モバイル端末44では受信されないことはいうまでもない。この電波は、破線50で表している。
添付の図中に、電磁励起の送信を示す電波線を用いることは単なる例示であり、配電プロファイルを示す意図ではないこと、高い指向性アンテナ配列の場合であっても、確定振幅の電波が有限の角度範囲に渡って送信されることはいうまでもない。
同様に、1つの壁に反射してモバイル端末44へその背後からくる電波を示す電波線52も、モバイル端末により受信されることはない。実際、基地局40からモバイル端末により受信され得る唯一の電波の例は、図2の電波波54により示されている。机の上に他のモバイル局が設置され、従って、基地局と当該モバイル局との間の、52で示す電波線に従って通信する能力を利用することも可能であることはいうまでもない。ダウンリンク・キャパシティは、次のように表される。
従って、モバイル端末44により受信されるエネルギーは、モバイル端末44が、電波線50により表されている主電波パスに沿って送信される直接波を受信することができるのであれば受信するはずのエネルギーの半分よりも極めて小さいことはいうまでもない。これは、直接で最も強いパスであり、図2の配置においてブロックされる。従って、モバイル局が誤った位置に置かれることにより、モバイル局44でのチャネル測定は歪められ、そのため、効率の悪い通信が生じる。
さらに、システム内のMIMOを複数のユーザで使用すること(すなわち、互いにネットワーク接続された2以上のデバイス)は、この問題を生み出す。散乱、障害物やアンテナのずれにより、大量の電力が受信できなくなるので、各受信アンテナでの許容できるチャネル電力レベルを与えるために、かなりの電力を増大させる必要がある。
従って、本発明の一態様は、上記の状況を向上するために、無線ネットワークにおけるMIMO通信を確立する装置及び方法を提供できるようにする。
さらに、本発明の一態様は、マルチユーザMIMOシステムのための総合的に再構成可能なシステムを提供できるようにする。高いシステムパフォーマンスを達成することができるようにするために、このワークは、シングルリンクのMIMOキャパシティよりも、システム全体のキャパシティにだけ考慮している。
本発明の第1の態様は、少なくとも2つのMIMO通信デバイスからなり、そのうちの少なくとも1つは、角度によりセクタ化されたアンテナアレイを含むアンテナ手段からなる。
好ましくは、各通信デバイスは、角度によりセクタ化されたアンテナアレイを含むアンテナ手段からなる。通信デバイスのうちの1つは、基地局であり、一方あるいは他のそれぞれはモバイル局である。この基地局は、各モバイル局に対して、前記システムにおける指向性MIMO通信を決定するように動作可能である。
指向性MIMO通信は、各モバイル局で、信号対雑音及び干渉比を検出し、それを基に基地局がスケジューリングの決定を行うために、検出された信号対雑音及び干渉比情報を基地局へフィードバックすることにより構成される。
そのモバイル局あるいは各モバイル局でのアンテナ手段は、複数の無指向性アンテナを含むことがある。
複数の無指向性アンテナは、アダプティブアレイ無く配列され、従って、モバイル局から基地局への通信ではなく、基地局からモバイル局への通信に関してスケジューリングプロセスが行われる。あるいは、複数の無指向性アンテナはアダプティブアレイが備えられている。この場合、動作の第1モードでは、モバイル局は、基地局のセクタアンテナのそれぞれから受信電力を最初に検出し、信号対雑音及び干渉比を最大にするために、当該基地局のセクタアンテナのそれぞれへ、アダプティブアレイを適用するように動作可能である。そして、システムは、MIMO通信を形成するための、当該基地局のアンテナのうちの最良のセクタを、信号対雑音及び干渉比を基に選択し直すように動作可能である。
動作の第2のモードでは、モバイル局は、当該基地局のセクタ化されたアンテナのアレイのうちの最良のアンテナ群を選択するよう動作可能である。これにより、信号対雑音及び干渉比を基にMIMO通信チャネルを形成し、MIMO信号対雑音及び干渉比を最大にするためにモバイル局のアダプティブアレイを適用する。
基地局は、(各アンテナセクタについての)信号対雑音及び干渉比に関するモバイル局でのフィードバック情報を基に、送信電力を制御するように構成可能である。基地局は、(各アンテナセクタについての)信号対雑音及び干渉比に関するモバイル局でのフィードバック情報を基に、送信スケジューリングを制御する(すなわち、時間あるいはフレーム領域に関してアンテナのセクタの操作の制御)ように構成可能である。
基地局におけるアンテナのセクタは対にされる。これは、MACフレーム割当の効率を向上させ得る。
本発明の利点は、MIMOシステムの効率的な動作に重要である電力効率を提供することにある。
本発明は、MIMOシステムに、従来のMIMOシステムよりも高いキャパシティを提供することもできる。
さらに、MIMOシステムへのマルチユーザアクセスのための単純な構成と、空間的、時間及び周波数を(利用可能であれば)完全に組み合わせるフレキシブルなMIMOシステムを提供する。
本発明の一態様の利点は、MIMOシステムの再構成の提供が可能であることである。モバイル局と基地局との間の個々のリンクのそれぞれに対し、当該リンクの質に応じて、MIMO構成は再構成される。
さらに、上記の電力効率に加えて、本発明の一態様は、通信効率のような他の効率も与える。
従来のMIMOシステムとは対照的に、本発明の一態様を用いることで、システムコントロールは向上する。
本発明の一態様は(セクタ対を用いることにより)、オーバヘッドを削減することができる(さらに、スイッチングガード時間を短縮することができる)。この結果として、データ効率が向上する。
本発明の一態様に従ってMACコントロールを使用することは、従来得られたよりも高い品質の通信リンクの提供を可能にする。
セクタ化されたアンテナを使用する、本発明の一態様は、以前達成し得たものよりも複雑なMIMOシステムを形成するために、基地局及びモバイル局において2つまたは3つのセクタアンテナに適用可能である。
本発明の実施形態を、ほんの一例として、添付の図面を参照しながら、以下説明する。
図4は、無線通信システム100を示したもので、本発明の一実施形態にかかる動作を示している。システム100は、基地局110と8つのモバイル局(それぞれMS−1からMS−8がラベル付けされている)からなる。図4に示したように、基地局110は、各モバイル局115との無線通信が可能であり、各モバイル局への基地局110による送信の送信電力プロファイルは、ほぼ楕円形のグラフプロファイルで示している。各プロファイルの境界に用いられている特定のライン間の通信は、図4の凡例を背景とし、システム100の動作に関連するもので、後述する。
図4に(指向性電力プロファイルを表す楕円形により)示された全てのリンクは、MIMOフォーマットのものである。この説明のために、MIMOフォーマット通信リンクは、SISO、SIMO、MISO、及びMIMOを包含すると意図されている。
図5は、本実施形態にかかる基地局110の構成を示したものである。これはほんの一例であって、特定のデバイスのアプリケーションの使用を含む他のあり得る実施形態も同様に用いられることはいうまでもない。
図5に示した基地局110は、ディスプレイ及びユーザ入力手段(キーボード、ポインティングデバイスなど)が一体化された携帯型コンピュータのような、汎用コンピュータ・デバイスからなる。
詳細には、基地局110は、プログラムにまとめられた機械により実行可能な命令を実行可能なプロセッサ120からなる。これらプログラムは、大容量記憶ユニット122あるいはプロセッサとの通信によりワーキングメモリ124に記憶され得る。図5に示した例では、一連のユーザアプリケーション126と通信コントローラ128とが、ワーキングメモリ124に記憶されているように示されている。使用時には、プロセッサ(あるいは他の関連する手段)は、大容量記憶ユニット122からプログラムの命令を検索するようになっており、利便性と、タイムリーにプログラムの命令を効率よく実行するために、一時的に、当該命令をワーキングメモリ124に記憶するようになっている。これは、総じて、コンピュータにおける情報記憶機器の管理のための周知の技術に従ったものである。
アンテナアレイ134に接続された通信ユニット132は、汎用バス130を用いて通信し、無線通信が他のデバイスを伴う基地局により影響され得る物理手段を与える。この例として、通信ユニット132は、IEEE802.11aスタンダードに従った無線通信を確立する物理コンポーネントを提供するよう動作する。本実施形態のアンテナアレイ134は、後に、さらに詳細に図示及び説明する。
ユーザ入力ユニット136は、基地局の動作中に、ユーザの入力アクションを受信するための手段である。この例では、ユーザ入力ユニットは、キーボードと内蔵されたポインティングデバイスからなり、基地局と一体化されている。ユーザ出力ユニット138は、ディスプレイからなり、基地局の動作に関連して、ユーザに情報を提示する。
使用に際し、基地局110は、一般的な従来からの手法で、ユーザに機能を提示し、通信ユニット132の動作させる通信コントローラ128の使用を通じて他のデバイスとの通信を行うことと、アンテナアレイ134を用いた信号の送信とを含む、ユーザアプリケーション126により構成された基地局110により依頼された機能をユーザは利用することができる。しかし、基地局110は、電力消費制御を維持する間に要求される信号強度を上げるようにする通信マネージメントの機能を提供するという点で、従来の通信デバイスとは異なる。
図6は、アンテナアレイ134をさらに詳細に示している。この図は、中心から遠ざかる方向に放射上に広がる8つの放射アンテナ142を伴う、ほぼ円形のフレーム140からなるアンテナアレイ134を表している。アンテナ142は、指向性アンテナである。これは、各アンテナ142は、図7に示すように、主送信軸をもち、図9に示すように、隣合うアンテナ142の主送信軸間に定義された角度はほぼ45°となるように、これら主送信軸は、等角度に配置されている。アンテナ42の主送信軸は、図8に示すように、ほぼ同一平面上にある。
図10は、基地局110のアンテナアレイ134のアンテナ142の送信プロファイルをより詳細に示したものである。図10は、角方位に対する(名目上デシベルスケールの)送信電力を極座標で示したグラフである。各アンテナ142は、主送信軸で最大となり、主軸からの角度が大きく離れると急激に劣化する、ほぼ指向性のある送信プロファイルをもつ。
例えば、図10に示すように、(0と記されている)角度ゼロの軸と同一直線上にあるアンテナ142について、最大値は、受信可能な電力として20デシベルで示されている。そして、この最大値からほぼ角度30°離れると、受信可能電力はほぼ10デシベルに劣化する。これは、アンテナアレイ134の8つの主軸のうちの1つから離れる方向に移動する、基地局110と通信するデバイスにとって、信号強度の大幅な損失となり、その結果、上記基地局110と通信を行うデバイスでの受信信号において、干渉及び雑音比に対する信号が誘発的に劣化することがある。
アンテナアレイ134の全てのセクタの総電力は、基地局に適用されるオムニ・アンテナの電力と同じであるといえる。例えば、基地局が、100mWのオムニ・アンテナの放射電力と同じものを備えるという特別な場合、各セクタの放射エネルギーは、100mWよりもわずかに低い。
さらに、後述するようにシステムを動作させることにより、セクタ化されたアンテナの総電力消費量は、同時送信するアンテナに全てのセクタが必要とされるわけでないので、オムニ・アンテナのそれよりもかなり低くなり得る。
基地局が、セクタ化されたアンテナアレイの制御の点からみて、本発明の一実施形態を与えるとすると、1つのモバイル局あるいは複数のモバイル局は、電力効率化あるいは制御の単純化の必要に応じて、セクタ化されたアンテナを備え得ること、あるいは無指向性アンテナを備え得ることは言うまでもない。
さらに、アダプティブアレイ処理は、モバイル局で行い得ることは、いうまでもない。各セクタで利用可能な電力は、個々のセクタにて別個に電力を送信することによって検出することができる。
図4に戻り、モバイル局115との無線通信を確立する際の基地局110の動作は、図11乃至13を参照して、以下に説明する。
図11は、ネットワーク上で、モバイル局115との通信のスケジューリングを確立する際に基地局110で実施される方法を示したものである。そのときに使用されているネットワーク通信プロトコルに応じて、にモバイル局をネットワークへ登録するような他のプロセスも実行する必要があることはいうまでもない。
図11に示した方法のイニシャルステップS1−2では、電力検出信号が、基地局110のアンテナ130の全てのセクタ・トランスミッタからブロードキャストで送信される。このメッセージの構成は、予め定められたもので、これは後述する。
次に、ステップS1−4では、スケジューリングプロセスが初期化される。このスケジューリングプロセスは、図12に詳細に示されており、基地局110とネットワークに登録された各種モバイル局115との間の通信のための一連のスケジューリングの決定を目的とするものである。
図12に示すように、ステップS2−2において、フィードバック情報を基に、対応するセクタへモバイル局をスケジューリングすることで、初期化プロセスが開始する。このステップの具体的なプロセスは、図13に示されている。図13のプロセスは、最初のステップS3−2で、任意のセクタIDと電力データとのスケジューリングに最適なものを同定する。そして、ステップS3−4において、フォードバック情報に基づき、モバイル局が、対応するセクタへスケジューリングされる。
次に、ステップS2−2の実行の後、ステップS2−4において、1以上のモバイル局が割り当てられた全てのセクタについて、衝突を避けるために、これらモバイル局が、時間、フレーム、あるいは周波数軸上にスケジューリングされる。
従って、図12に示すプロセスの実行後、ステップS1−6では、異なる複数のスケジューリングの決定が、各モバイル局へ通知される。
この例のようにして行われたスケジューリングの決定は、図4に示されている。モバイル局MS2及びMS8と通信するために、基地局は同じセクタを用いる。従って、これらは時間軸上に多重化される。すなわち、MS2とは、t2というラベルが付された時間フレーム内で通信し、MS8とは、タイムフレームt3で通信する。
本発明の第2の実施形態は、図14に示されており、ここでは、本発明の特徴を、MIMO通信ステムにおける2つの通信デバイス210に利用している。2つのデバイスは、名目上は、基地局(BS)とモバイル局(MS)であり、このデバイス間の3つの反射パスが示されているが、ここで示すことは、アドホックネットワークにおけるような、より分散化された通信方法を排除するものではないことはいうまでもない。
図14に示す配置は、MIMO通信で用いられるMIMOパスを同定するためのスケジューリングプロセスを用いて、適切なパス及びパスレスポンスの確立がひとたび確立されると、各通信デバイス210のアンテナの角度でセクタ化されたアレイは、MIMO通信で利用され得る複数のアンテナの配置であることを利用したものである。
次に、本発明の第3の実施形態を、図15乃至18を参照して説明する。本発明のこの実施形態は、セクタスイッチに必要なガードタイムについて、オーバヘッドを削減するためにセクタ対の検出を用いる。図15は、隣り合うセクタを1組とするセクタ対を1つとして動作させる第1の配置を示し、図16は、基地局で、対抗するセクタを1つとして動作する。
これらは、本発明に基づく可能な動作の単なる2つの例であり、システムデザイン及びアプリケーションに応じて、どの2つのセクタの組合せであっても可能であることはいうまでもない。いずれの場合においても、セクタ対の順序及び配置は予め設定され、モバイル局には既知である。
動作中、基地局は、各セクタ対を介して、MACフレームで信号対をモバイル局へ送信する。この信号対は、モバイル局が認識することができれば、どのようなフォーマットでもよいことはいうまでもない。
一方、本発明に係る電力検出は、個々のセクタ、セクタ対、セクタ対及び個々のセクタの組合せに関して実行される。
この例では、各モバイル局はオムニ・アンテナを備えている。しかし、モバイル局は、セクタ化されたアンテナを備えることも可能であり、この場合、この構成で、モバイル局で、アダプティブアレイ/アレイ最適化の動作が可能である。
このセクタ化されたMIMOシステムでは、当該システムを動作させるために、基地局とモバイル局との間のMACフレームが定義されている。次に、最適なMACフレームの一具体例と、その動作を図18を参照して説明する。その後に、MACフレームをサポートするためのセクタ対検出を紹介する。
図18は、通信プロトコルにおける一連のMACフレームの構成を示している。図18において用いられている用語を次のとおりである。
m−セクタ対の数
n−オブザーブされるユーザ/MSの数
p−サポートされるユーザ/MSの数
ここでは、全てのMSに対し、m個のBCHが送信されていることがわかる。各BCHは、セクタ対を示す。BCHに基づき、各MSは、それに最適なセクタを同定することができる。MSが送信しようとする場合には、RCHにリクエストを送信する必要がある。ここでは、nユーザがMACフレーム上のリクエストを送信できるn個のRCHがある。FCH及びACHは、このMACフレーム内で、サポートされるユーザのためのものである。
n−オブザーブされるユーザ/MSの数
p−サポートされるユーザ/MSの数
ここでは、全てのMSに対し、m個のBCHが送信されていることがわかる。各BCHは、セクタ対を示す。BCHに基づき、各MSは、それに最適なセクタを同定することができる。MSが送信しようとする場合には、RCHにリクエストを送信する必要がある。ここでは、nユーザがMACフレーム上のリクエストを送信できるn個のRCHがある。FCH及びACHは、このMACフレーム内で、サポートされるユーザのためのものである。
このMACフレーム構成は、この複数のセクタをもつシステムをサポートするために必要となる。アンテナ134の各セクタには、セクタIDが割り当てられている。このMACフレームは、一連のブロードキャストチャネル(BCH)を含む。BCHは、複数の基地局による受信を可能にするために、これらセクタに情報をブロードキャストする機能を与える。
この例におけるBCHの数は、BSが用いるセクタの数に等しい。同様に、サポートされるユーザの数に基づく上限値もあり得る。
一連のBCH(各BCHは、固定時間をもつ)の後に、一連のフレームチャネル(FCH)及びアクセスチャネル(ACH)(これらの組合せはプロトコルデータユニット(PDU)とみなされている)が、基地局により伝送される。FCHは、ブロードキャストされるトランスポートチャネルであり、フレームコントロールチャネルを伝送し、ACHは、前回のMACフレームのランダムアクセスフェーズにおいてなされたアクセス試行の結果を伝送する。FCHは、今回のフレームにおいて、当該セクタにトラフィックがスケジューリングされていない場合には送信されない。
次に、アップリンクフェーズの後に、一連のランダムチャネル(RCH)が続く。オブザーブする意図のある各ユーザに、少なくとも1つのRCHが割り当てられる。対応するFCGがあれば、フレームは、1つの特定のセクタについて、少なくとも1つのダウンリンク(DL)フェーズ及び/またはアップリンク(UL)フェーズをも含む。
リンクが設定されている間の各セクタに対し、モバイル局MSに最適な1または複数のセクタを決定する際に、モバイル局により用いられる重要なパラメータは、リンク電力である。基地局とモバイル局との間の従来の通信技術は、各セクタに基づくもので、従って、オーバヘッドを追加する必要があった。この例では、セクタ対の検出プロセスを説明する。
上述したように、図15は、本発明の一実施形態に係る標準的な組合せ配置の例を示したものである。
ブロードキャストチャネル(BCH)はセクタ対に基づき送信する。BCHのプリアンブルは、セクタ対の2つのセクタの電力を検出するために、セクタ対シーケンスが必要となる。電力検出後、個々のモバイル局のそれぞれは、最適なセクタの集合を決定し、この情報をリクエストとして、基地局へフィードバックする。このリクエストは、MACフレームのRCH部分で送信される。
この例では、RCHの数は、基地局におけるセクタの数に等しいことがわかる。しかし、各RCHは1つのモバイル局に対応し、特定のセクタに対応するものではない。
各ユーザ(モバイル局)のRCHへのアクセスは、時分割多重方式により制御されている。基地局は、全てのセクタを最適化し、サポートされるモバイル局にセクタを割当てて、通信リンクを確立する。
シーケンスをトレーニングするMIMOフォーマットは、1つのBCHプリアンブル/ミッドアンブルあるいはDLプリアンブル/ミッドアンブルを介して送信されることが必要となる。トレーニングシーケンスは、多数の無相関のシーケンスからなる。好ましい実施形態において、このシーケンスの数は、基地局のセクタの数に等しいが、これは、本発明の要旨ではない。トレーニングシーケンスに基づき、個々のモバイル局は、その割り当てられたセクタへのアダプティブアレイ/アレイ最適化を実行することができる。このアダプティブアレイ/アレイ最適化は、信号対雑音及び干渉比を最適化するものである。
マルチユーザセクタ化MIMOシステムのキャパシティの比較を図17に示す。このキャパシティはチャネルキャパシティのみに基づく。ここでは、以下のことを仮定している。
(1)基地局は、マルチユーザをサポートするに充分な複数のセクタをもつ。
(2)基地局は常に最大数のユーザをスケジューリングすることができる。
(3)最適電力制御と平均電力の比率は等しい。
(4)最適チャネル構成
(5)キャパシティはbit/s/Hz/cell
ここから、サポートされるユーザが増加するほど、システムキャパシティは増加し、この増加は直線的でないことがわかる。
(5)キャパシティはbit/s/Hz/cell
ここから、サポートされるユーザが増加するほど、システムキャパシティは増加し、この増加は直線的でないことがわかる。
図19は、前述のものと類似する基地局210をさらに利用して、1または複数のモバイル局220との通信を可能にするシステムを示したものである。この場合、基地局は、第1及び第2のモバイル局と通信する。基地局は、アンテナアレイの8つの利用可能なアンテナの適切な制御により、第1に無指向性アンテナの効果(破線A)、第2に指向性アンテナの効果(破線B)、第3にパッチアレイアンテナの効果(破線C)をシミュレートできる。これら送信及び受信電力プロファイルは、グループ化方法で、アレイのいくつかのアンテナを用いる付加効果により生ずる。パッチアレイのシミュレーティンググループの場合には、当該グループには、1から4のラベルが付されているアンテナを含む。
図20乃至22は、本発明に係る、アンテナアレイを使用する、さらなる実施形態を示したものである。ここで図示されたアンテナアレイは、8つのアレイの2つの平面からなるアンテナアレイであり、以前は8つであったものが16のアンテナを形成しているという点においてのみ、図6乃至8で示したものとは異なることは、読み手には明らかなことである。これは、信号の送受信の際に、さらなる自由度とそれによるアンテナの制御を与えるという利点が得られ得る。さらに、空間的に変調された信号を検知するために利用できる空間変位を与える。しかし、これには特定のアンテナをアドレス指定するために1ビット追加する必要がある。この2つのアンテナアレイの間の類似点の理解を助けるために、両者で同じ参照番号が用いられている。図20乃至22に示した例を用いれば、特に指向性MIMOシステムの場合には、3次元(3D)アレイを構築できることはいうまでもない。この場合、側平面アレイ(平面図)を指向性アレイに利用することができ、垂直アレイ(側面図)をマルチアレイ送信機/受信機を形成するための利用することができる。
図23乃至24は、本発明に係る、アンテナアレイを使用する、さらなる実施形態を示したものである。ここで図示されたアンテナアレイは、以前は8つであったものが10のアレイを形成しているという点においてのみ、図6乃至8で示したものとは異なることは、読み手には明らかなことである。これは、システム内での角度変調に対するさらなる制御を可能にするとともに、特定のアンテナをアドレス指定するために1ビット追加する必要がある。
第1に、基地局を動作可能にするめに、ワーキングメモリ124には、オペレーティングシステムやバックグラウンドタスクのパフォーマンスを構成するようデザインされた他のプログラムのような、図12に示したもの以外のさらなるプログラムが記憶され得ることはいうまでもない。第2に、ユーザアプリケーション126及び通信コントローラ128を構成する命令群の全部または一部は、ワーキングメモリの容量と、プロセッサ120により要求されるワーキングメモリへの高速アクセスの程度とに応じて、ときどき、大容量記憶ユニット122に記憶され得る。
通常、ワーキングメモリは高速アクセス可能であるが、容量に限界があり得る。一方、(時期ディスクドライブのような)大容量記憶ユニットは、充分な記憶容量を与えるが、限られたデータアクセス速度しか与えることはできない。しかし、適切に構成されたオペレーティングシステムの制御のもと、大容量記憶ユニットに容量を割当て、増設メモリあるいは仮想めもりとして動作することも可能である。
基地局及びモバイル端末を含む例−すなわち、一元制御されたネットワーク−を用いて、本発明について説明したが、さらに、アドホックネットワークにも、本発明に従って、実装可能である。
Claims (15)
- 角度でセクタ化された、充分な指向性のある複数のアンテナエレメントのアレイを含むアンテナ手段を備えたMIMO通信に用いられる通信デバイス。
- 前記複数のアンテナエレメントは、互いに、前記充分な指向性のある複数のエレメントの初期方向は、単一点から放射状に広がるように配列されている請求項1記載のデバイス。
- 前記複数のアンテナエレメントは、等しい角度間隔で配置されている請求項2記載のデバイス。
- 前記複数のアンテナエレメントで送信信号を生成する手段と、
前記複数のアンテナエレメントで受信信号を検出する手段と、
を含み、
前記複数のアンテナエレメントの送信利得及び受信利得は別々に制御可能である請求項1乃至3のうちのいずれか1つに記載のデバイス。 - 前記デバイスと複数の他のデバイスのうちの1つとの間の通信を分離するために、前記複数のアンテナエレメントの送信利得及び受信利得を制御するスケジューリング手段を含む請求項4記載のデバイス。
- 前記スケジューリング手段は、前記アンテナを介して、スケジューリング信号をブロードキャストし、前記デバイスが通信を行っている他の複数のデバイスからのレスポンス情報に基づき、指向性のある前記複数のアンテナエレメントに利用するための、適切な指向性通信スケジュールを決定する請求項5記載のデバイス。
- 前記複数のアンテナエレメントの動作を制御するコントローラを含み、
前記コントローラは、少なくとも2つのアンテナエレメントをそれぞれ含み、当該少なくとも2つのアンテナエレメントの同時動作のための複数のグループに、前記複数のアンテナエレメントを割り当てる割当手段を含む請求項1乃至6のうちのいずれか1つに記載のデバイス。 - 前記割当手段は、前記複数のアンテナエレメントを、2つのアンテナエレメントをそれぞれ含む複数のグループに割り当てる請求項7記載のデバイス。
- 前記割当手段は、隣り合う2つのエレメントをそれぞれ含む複数のグループに割り当てる請求項8記載のデバイス。
- 前記割当手段は、対角線上の2つのエレメントをそれぞれ含む複数のグループに割り当てる請求項8記載のデバイス。
- 前記アンテナは、第1の複数のアンテナエレメントと第2の複数のアンテナエレメントとを含み、第1及び第2の複数のアンテナエレメントのそれぞれは、当該複数のアンテナエレメントの初期送信/受信ビームは全てほぼ同一平面上にあるように配置され、前記第1及び第2の複数のアンテナエレメントのそれぞれの平面は、ほほ平行である請求項1乃至10のうちのいずれか1つに記載のデバイス。
- 複数の通信デバイスを備え、
当該複数の通信デバイスのうちの少なくとも1つは、請求項1乃至11のうちのいずれか1つの通信デバイスである情報通信のためのシステム。 - MIMOシステムで通信を行うための方法であって、
任意のデバイスに対し、当該システム内の他のデバイス群との通信に好ましい方向を決定するステップと、
前記検出された好ましい通信の方向に対応する方向にある前記他のデバイス群との通信をスケジューリングするステップと、
を含む。 - 前記デバイスが、任意の一方向で通信を行うことが好ましい1以上のデバイスをもつ場合、前記スケジューリングするステップは、前記好ましい方向を、時間及び/又は周波数に関し共有する前記他のデバイス群との通信をスケジューリングする請求項13記載の方法。
- 請求項6あるいは6記載のデバイスを構成するためのコンピュータプログラム記録媒体であって、
請求項13または14の各ステップを行うよう前記デバイスを構成するために前記デバイスで実行させるプロセッサ実行可能な命令群を運ぶ記録媒体。
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