JP2008547275A

JP2008547275A - マルチキャリア通信システムのための空間分割多元接続におけるユーザの分離

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Publication number: JP2008547275A
Application number: JP2008517140A
Authority: JP
Inventors: ドン、ミン; ジ、ティンファン; ゴア、ダナンジャイ・アショク; ゴロコブ、アレクセイ; スティボング、アラク
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2008-12-25
Also published as: TWI327425B; KR20100093139A; BRPI0611780A2; US8363603B2; WO2006138554A3; CN102064869A; RU2387078C2; TW200711347A; US20060285504A1; WO2006138554A2; KR100994657B1; JP2011188491A; KR20080026621A; RU2008101672A; CA2612363A1; SG162799A1; TW201006156A; EP1891820A2

Abstract

多元接続無線通信システムにおけるシステム容量を増加する装置および方法が記載されている。空間次元を使用して、同じチャネルを使用している複数の信号を区別し、それによってシステム容量を増加させ得る。信号は、ユーザデバイスと基地局との対の空間シグネチャに基づいて、ビームフォーミングの重みを加えることによって分けられ得る。同じチャネル上の空間上直交しているか、または異なるユーザデバイスのグループ化は、信号を分けること、ユーザデバイスのスループットの性能の最大化を助ける。ユーザデバイスは、定期的に、またはユーザデバイスと基地局との間における空間関係の変化に基づいて、グループに再割り当てされ得る。
【選択図】図１

Description

発明の分野

米国特許法第１１９条のもとでの優先権の主張
本特許出願は、２００５年６月１６日に出願され、本発明の譲受人に譲渡され、参照によって本明細書に明示的に取り入れられる仮出願第６０／６９１，４３４号（“User Separation In Space Division Multiple Access For A Multi-Carrier Communication System”）に対して優先権を主張している。

次の説明は、概ね、無線通信、とくに、複数の搬送波の多元接続通信システム（multiple-carrier, multiple-access communication system）における通信に関する。

発明の背景

無線ネットワーキングシステムは、普及した手段になり、これによって、世界中の人々の大半が通信するようになった。無線通信デバイスは、消費者のニーズを満たし、携帯性と便利さとを向上するために、より小型で、より強力になった。セルラ電話、パーソナルディタルアシスタント(personal digital assistant, PDA)、等における処理能力が向上したことにより、無線ネットワーク送信システムに対する需要が増加した。

多元接続システムは、複数の移動デバイスまたは端末の通信を同時に支援することができる。複数の端末が、無線ネットワーク送信システムの１つの基地局と同時に通信することができる。この同時通信は、データ送信が時間、周波数、符号、および／または空間領域において相互に直交するように、複数のデータ送信を多重化することによって達成され得る。通常、チャネルの状態、受信機の不備、等のような種々の要因のために、完全な直交性は達成されない。それにも関わらず、実質的に直交して多重化させると、各移動デバイスのデータ送信は、他の移動デバイスのデータ送信に対して、確実に干渉を最小化する。

符号分割多重化に基づく技術では、信号は、直交または半直交符号のタイプで符号化される。符号分割システムは、個々の通信チャネルを固有に識別するのを助ける符号を使用する。符号化された信号は、通常、その信号を復号するのに同じ符号を使用しない受信機によって雑音として見なされる。同時に割り当てることができる符号の数は、一般に、符号の長さによって制限される。

時分割に基づく技術では、帯域が、時間に関して、一連のタイムスライスまたはタイムスロットへ分割される。チャネルに割り当てられた各ユーザデバイスは、ラウンドロビン式に情報を送受信するタイムスライスを与えられる。例えば、所与の時間ｔにおいて、ユーザデバイスは、ショートバーストでチャネルへのアクセスを与えられる。その後で、アクセスは、情報を送受信する時間のショートバーストを与えられた別のユーザデバイスに切り換わる。“交代（take turn）”のサイクルは続き、その結果、各ユーザデバイスは複数の送信および受信バーストを与えられる。

周波数分割に基づく技術は、通常、周波数スペクトルを帯域幅の均等なまとまり（chunk）へ分割することによって、周波数スペクトルを別個のチャネルに分ける。例えば、無線セルラ電話通信に割り振られた周波数スペクトルまたは帯域は、３０チャネルに分割され、その各々は、音声の会話、またはディジタルサービスではディジタルデータを運ぶことができる。各チャネルは、一度に、１つのみのユーザデバイスまたは端末に割り当てられる。１つの一般的に使用されている周波数分割システムは、直交周波数分割多元接続（orthogonal frequency division multiple access, OFDMA）システムであり、これは直交周波数分割多重化（orthogonal frequency division multiplexing, OFDM）を使用する。ＯＦＤＭは、システムの帯域幅全体を、複数の直交周波数チャネルに効率的に分割する。ＯＦＤＭＡシステムは、時分割多重化または周波数分割多重化、あるいはこの両者を使用して、複数の端末に対する複数のデータ送信の直交性を達成し得る。例えば、異なる端末は異なるチャネルを割り振られ、各端末に対するデータ送信は、その端末に割り振られたチャネル上で送られ得る。異なる端末に対してばらばらのまたは重複していないチャネルを使用することによって、複数の端末間の干渉を回避または低減することができ、向上した性能を達成することができる。

データ送信に使用可能なチャネル数は、ＯＦＤＭＡシステムに使用されるＯＦＤＭ構造によって（Ｋ本に）制限される。制限された数のチャネルは、互いに干渉することなく同時に送信および／または受信することができる端末数に対する上限を与える。ある特定の瞬間において、より多くの端末が同時に送信および／または受信し、例えば、使用可能なシステム容量をより良く使用できるようにすることが望ましい。

(例えば、周波数、時間、および符号分割技術を使用する)典型的な無線通信ネットワークは、受信可能範囲領域を与える１つ以上の基地局と、その受信可能範囲領域内でデータを送受信することができる１つ以上の移動(例えば、無線)端末とを含む。典型的な基地局は、同報通信、マルチキャスト、および／またはユニキャストサービスのために複数のデータストリームを同時に送信することができる。データストリームとは、端末にとって受信に対する関心が独立しているデータのストリームである。その基地局の受信可能範囲領域内の端末は、複合ストリームによって運ばれるデータストリームの１本、２本以上、または全てを受信することに関心をもち得る。同様に、端末は、データを基地局または別の端末へ送信することができる。基地局と端末との間、または端末間におけるこのような通信は、チャネルの変動または干渉電力の変動、あるいはこの両者によって劣化し得る。例えば、これらの変動は、１つ以上の端末に対する基地局のスケジューリング、電力制御、および／またはレート予測に影響を与え得る。

従来のネットワークデータ送信プロトコルは、スケジューリングの制限および送信容量の限度の影響を受け易く、このために、ネットワークのスループットが低減する。送信機および受信機における複数のアンテナは、データ送信の空間次元（space dimension）を広げ、システム容量を増加する。使用可能な追加の空間次元を使用し、無線ネットワークシステムにおけるスループットを高め、システム容量を最大化するシステムまたは方法、あるいはこの両者が、技術的に必要とされている。

発明の概要

次に、１つ以上の実施形態の基本的な理解を与えるために、そのような実施形態の単純化された概要を提示する。この概要は、全ての熟考された実施形態の広範な概要ではなく、全ての実施形態の主要または重要な要素を識別することも、任意のまたは全ての実施形態の範囲を定めることも意図していない。その唯一の目的は、後で提示されるより詳細な説明に対する前置きとして、１つ以上の実施形態の一部の概念を単純化された形で提示することである。

１つ以上の実施形態およびその対応する開示にしたがって、種々の態様が、多元接続無線通信システムにおけるシステム容量を増加することに関連して説明される。空間次元を使用し、同じチャネルを使用する複数の信号を区別し、それによって、システム容量を増加し得る。信号は、ユーザデバイスと基地局との対の空間シグネチャ（spatial signature）に基づいて、ビームフォーミング(beamforming)の重みを加えることによって分けられ得る。同じチャネル上の実質的に空間上異なる（disparate）ユーザデバイスをグループ化することは、信号を分けるのを助ける。ユーザデバイスは、定期的に、またはユーザデバイスと基地局との間の空間関係における変化に基づいて、グループに再割り当てされ得る。

関連する態様によると、無線通信環境のシステム容量を増加する方法は、第１のユーザデバイスに対する空間シグネチャを決定することと、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを複数のチャネルに割り当てることであって、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスが複数のチャネルの１つに割り当てられるときに、第１および第２のユーザデバイスが実質的に空間上異なるようにすることと、第１のユーザデバイスの空間シグネチャに少なくとも部分的に基づいて、重みを決定することとを含むことができる。重みは、第１のユーザデバイスと基地局との間の少なくとも１つの送信に加えられる。さらに、方法は、空間グループ化の特徴に基づいて、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを少なくとも１つのサブセットに割り当てることと、少なくとも１つのサブセットからユーザデバイスを選択して、チャネルに割り当てることであって、実質的に空間上異なるユーザデバイスが同じチャネルに割り当てられるようにすることとを含むことができる。さらに、方法は、定期的に、または空間シグネチャの変化に少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスを再割り当てすることを含むことができる。

別の態様によると、無線通信装置は、第１のユーザデバイスに対する空間シグネチャを決定し、第１のユーザデバイスをチャネルに割り当てて、第１のユーザデバイスが、そのチャネルに割り当てられた第２のユーザデバイスと実質的に空間上異なるようにし、第１のユーザデバイスの空間シグネチャに少なくとも部分的に基づいて、重みを決定するプロセッサを含むことができる。装置は、メモリをさらに含むことができ、メモリはプロセッサに連結され、第１のユーザデバイスの重みを記憶する。重みは、第１のユーザデバイスと基地局との間の少なくとも１つの送信に加えられる。プロセッサは、空間グループ化の特徴に基づいて第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを少なくとも１つのサブセットに割り当てて、少なくとも１つのサブセットからユーザデバイスを選択し、チャネルに割り当てて、実質的に空間上異なるユーザデバイスが同じチャネルに割り当てられるようにすることができる。プロセスは、定期的に、あるいは空間シグネチャまたはシステムの性能の変化に少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスを再割り当てすることができる。

また別の態様によると、無線通信環境におけるシステム容量を増加する装置は、第１のユーザデバイスに対する空間シグネチャを決定する手段と、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを複数のチャネルに割り当てる手段であって、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスが複数のチャネルの１つに割り当てられるときに、第１および第２のユーザデバイスが実質的に空間上異なるようにする手段と、第1のユーザデバイスの空間シグネチャに少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスと基地局との間の少なくとも１つの送信に加えられる重みを決定する手段とを含む。さらに、装置は、空間グループ化の特徴に基づいて、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを少なくとも１つのサブセットに割り当てる手段と、少なくとも１つのサブセットからユーザデバイスを選択し、チャネルに割り当てる手段であって、実質的に空間上異なるユーザデバイスが同じチャネルに割り当てられるようにする手段とを含むことができる。

また別の態様は、第１のユーザデバイスに対する空間シグネチャを決定し、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを複数のチャネルに割り当てて、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスが複数のチャネルの１つに割り当てられるときに、第１および第２ユーザデバイスが実質的に空間上異なるようにし、第１のユーザデバイスの空間シグネチャに少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスと基地局との間の少なくとも１つの送信に加えられる重みを決定するコンピュータ実行可能命令を記憶させたコンピュータ読み出し可能媒体に関する。さらに、媒体は、空間グループ化の特徴に基づいて、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを少なくとも１つのサブセットに割り当てて、少なくとも１つのサブセットからユーザデバイスを選択し、チャネルに割り当てて、実質的に空間上異なるユーザデバイスが同じチャネルに割り当てられるようにする命令を含むことができる。

さらに別の態様は、多元接続無線通信環境におけるシステム容量を増加する命令を実行するプロセッサに関し、命令は、第１のユーザデバイスに対する空間シグネチャを決定することと、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを複数のチャネルに割り当てることであって、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスが複数のチャネルの１つに割り当てられるときに、第１および第２のユーザデバイスが、実質的に空間上異なるようにすることと、第１のユーザデバイスの空間シグネチャに少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスと基地局との間の少なくとも１つの送信に加えられる重みを決定することとを含む。

別の態様では、無線ネットワーク上の通信を助けるユーザデバイスであって、ユーザデバイスの空間シグネチャを決定する構成要素と、チャネル割り当てを受信する構成要素であって、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスが複数のチャネルの１つに割り当てられるときに、第１および第２のユーザデバイスが実質的に空間上異なるようにする構成要素と、第１のユーザデバイスの空間シグネチャに少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスと基地局との間の少なくとも１つの送信に加えられる重みを決定する構成要素とを含むユーザデバイスを説明する。

また別の態様では、無線通信環境のチャネル割り当てを更新する方法であって、グループ化の特徴の基準を得ることと、ユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴を決定することと、グループ化の特徴の基準と、ユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴との間に大きい差があるかどうかを決定することと、大きい差があるときは、ユーザデバイスに対するチャネル割り当てを更新することと、更新されたユーザデバイスに対する重みを決定することとを含む方法を説明する。グループ化の特徴の基準は、ユーザデバイスの前のグループ化の特徴の値の平均をとることによって決定することができる。

また別の態様によると、無線通信装置は、グループ化の特徴の基準を得て、ユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴を決定し、グループ化の特徴の基準と、ユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴との間に大きい差があるかどうかを決定し、大きい差があるときは、ユーザデバイスに対するチャネル割り当てを更新し、ユーザデバイスに対する重みを計算するプロセッサを含むことができる。さらに、装置は、プロセッサに連結されていて、ユーザデバイスに対する重みを記憶するメモリを含むことができる。

さらに別の態様によると、無線通信環境におけるチャネル割り当てを更新する装置であって、グループ化の特徴の基準を得る手段と、ユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴を決定する手段と、グループ化の特徴の基準と、ユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴との間に大きい差があるかどうかを決定する手段と、大きい差があるときは、ユーザデバイスに対するチャネル割り当てを更新する手段と、更新されたユーザデバイスに対する重みを決定する手段とを含む。

また別の態様は、グループ化の特徴の基準を得て、ユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴を決定し、グループ化の特徴の基準と、ユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴との間に大きい差があるかどうかを決定し、大きい差があるときは、ユーザデバイスに対するチャネル割り当てを更新し、更新されたユーザデバイスに対する重みを決定するコンピュータ実行可能命令を記憶させたコンピュータ読み出し可能媒体に関する。

さらに別の態様は、無線通信環境においてチャネル割り当て更新する命令を実行するプロセッサに関し、命令は、グループ化の特徴の基準を得ることと、１つ以上のユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴を決定することと、グループ化の特徴の基準と、１つ以上のユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴との間に大きい差があるかどうかを決定することと、大きい差があるときは、１つ以上のユーザデバイスに対するチャネル割り当てを更新することと、更新された１つ以上のユーザデバイスに対する重みを決定することとを含む。

上述の目的および関連する目的を達成するために、１つ以上の実施形態は、後述で十分に説明され、請求項においてとくに示されている特徴を含む。次の説明および添付の図面は、１つ以上の実施形態のある特定の例示的な態様を詳しく示している。しかしながら、これらの態様は、種々の実施形態の原理が使用され得る種々のやり方のほんの幾つかのみを示し、説明されている実施形態は、全てのこのような態様および同等のものを含むように意図されている。

好ましい実施形態の詳細な説明

ここで種々の実施形態を添付の図面を参照して説明する。なお、同じ参照番号は全体を通して同じ要素を全体的に参照するのに使用されている。次の記述では、１つ以上の実施形態を完全に理解させるために、説明の目的で、多数の具体的な詳細が説明されている。しかしながら、このような実施形態がこのような具体的な詳細がなくても実行され得ることは明らかであり得る。他の例において、１つ以上の実施形態の説明を助けるために、周知の構造およびデバイスがブロック図の形で示されている。

本出願で使用されているように、“構成要素”、“システム”、等の用語は、コンピュータに関連するエンティティ、すなわち、ハードウェア、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせ、ソフトウェア、または実行中のソフトウェアを指すことを意図している。例えば、構成要素は、プロセッサ上で実行されるプロセス、プロセッサ、オブジェクト、エグゼキュータブル、実行スレッド、プログラム、および／またはコンピュータであり得るが、これらに限定されない。１つ以上の構成要素は、プロセスまたは実行スレッド、あるいはこの両者の中に存在し、構成要素は、１つのコンピュータ上に場所を限定される（localize）か、または２つ以上のコンピュータに分散されるか、あるいはこの両者であり得る。さらに、これらの構成要素は、種々のデータ構造を記憶させた種々のコンピュータ読み出し可能媒体から実行することができる。構成要素は、ローカルプロセスまたはリモートプロセス、あるいはこの両者によって、例えば、１つ以上のデータパケットをもつ信号にしたがって通信し得る(例えば、ローカルシステムにおいて、分散システムにおいて、および／または信号によって他のシステムと関わるインターネットのようなネットワークをわたって、一方の構成要素からのデータは、他方の構成要素と対話する)。

さらに、種々の実施形態は、本明細書において、ユーザデバイスに関連して説明される。ユーザデバイスは、システム、加入者ユニット、加入者局、移動局、移動デバイス、遠隔局、アクセスポイント、基地局、遠隔端末、アクセス端末、ユーザ端末、端末、ユーザエージェント、またはユーザ装置とも呼ぶことができる。ユーザデバイスは、セルラ電話、コードレス電話、セッション開始プロトコル(Session Initiation Protocol, SIP)電話、無線ローカルループ(wireless local loop, WLL)ステーション、ＰＤＡ、無線接続能力をもつハンドヘルドデバイス、または無線モデムに接続された他の処理デバイスであり得る。

さらに、本明細書に説明されている種々の態様または特徴は、標準的なプログラミングおよび／または工学技術を使用して、方法、装置、または製造物（article of manufacture）として実施され得る。本明細書で使用されている“製造物”という用語は、任意のコンピュータ読み出し可能デバイス、キャリア、または媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムを含むことを意図されている。例えば、コンピュータ読み出し可能媒体は、磁気記憶デバイス(例えば、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ストリップ…)、光ディスク(例えば、コンパクトディスク(compact disk, CD)、ディジタルバーサタイルディスク(digital versatile disk, DVD)…)、スマートカード、およびフラッシュメモリデバイス(例えば、カード、スティック、キードライブ…)を含むことができるが、これらに限定されない。

ここで図１を参照すると、本明細書に提示されている種々の実施形態にしたがう無線通信システム100が示されている。システム100は、１つ以上のセクタ内に１つ以上の基地局102を含み、基地局102は、無線通信信号を相互におよび／または１つ以上の移動デバイス104との間で受信、送信、反復、等をする。当業者に分かるように、各基地局102は、送信機チェーンおよび受信機チェーンを含むことができ、その各々は、信号の送信および受信に関連する複数の構成要素(例えば、プロセッサ、変調器、マルチプレクサ、復調器、デマルチプレクサ、アンテナ、等)を含むことができる。移動デバイス104は、例えば、セルラ電話、スマート電話、ラップトップ、ハンドヘルド型通信デバイス、衛星ラジオ、全地球測位システム、ＰＤＡ、および／または無線システム100上で通信する任意の他の適切なデバイスであり得る。

空間表示（spatial indicia）を使用して、基地局と複数の移動デバイスとの間のデータ送信または通信を区別し、それによってシステム容量を増加し得る。空間表示は、本明細書で使用されているように、ユーザデバイスと基地局との空間関係（spatial relationship）の任意の指標である。空間分割多重化(space division multiplexing, SDM)は、空間次元(spatial dimension)を使用して、データ送信する追加のユーザデバイスを支援する複数アンテナ通信システムにおいて使用される技術である。空間分割多元接続(space division multiple access, SDMA)システムは、各ユーザデバイスに関連付けられた空間シグネチャ（spatial signature）によって、複数のユーザデバイスと基地局との間のデータ送信をスケジュールする。複数アンテナシステムにおいて、基地局とユーザデバイスとの間の空間関係は、基地局のアンテナによって受信される信号に基づいて決定される。空間関係に基づく空間シグネチャは、基地局とユーザデバイスとの対ごとに、基地局における信号の到来方向、信号のマルチパスの数、および信号の減衰を使用して形成することができる。ＳＤＭＡシステムは、基地局とユーザデバイスとの対の空間シグネチャを使用して、互いにほぼ直交しているまたは異なる空間シグネチャをもつ、１本のチャネルまたは搬送波上の複数のデータ送信をスケジュールする。空間シグネチャが完全に空間上で直交している可能性は低いが、空間シグネチャが実質的に直交しているまたは実質的に異なるときは、データ送信を区別することができる。一般に、データ送信の空間シグネチャが整列しなくなるほど、データ送信はより良く分けられる。空間シグネチャ間の“角度”は、空間シグネチャがどれくらい良く分けられるかを示すことができる。この角度は、２つの空間シグネチャベクトルの内積を使用して、量子化的に測定することができる。内積の値は、到来方向、アンテナ配列の長さ、およびアンテナの数に基づいて決定することができる。一般に、アンテナ配列がより長くなると、空間シグネチャの角分解能（angular resolution）がより良くなり、したがって、異なる空間シグネチャおよび空間多重化の結果の分解性（resolvability）がより良くなる。ＳＤＭ技術は、時分割多重化（time division duplex, TDD）および周波数分割多重化（frequency division duplex, FDD）の無線通信環境における順方向リンクおよび逆方向リンクに適用することができる。

ここで図２を参照すると、１つ以上の実施形態にしたがう多元接続無線通信システム200が示されている。３つのセクタの基地局202は、複数のアンテナグループを含み、１つのアンテナグループはアンテナ204および206を含み、別のアンテナグループはアンテナ208および210を含み、第３のアンテナグループはアンテナ212および214を含んでいる。図によると、各アンテナグループに対して、２本のみのアンテナが示されているが、各アンテナグループに対して、より多くの、またはより少ないアンテナが使用され得る。通常、ＳＤＭ技術は複数のアンテナを使用して、移動デバイスの空間次元を決定する。移動デバイス216はアンテナ212および214と通信し、アンテナ212および214は、順方向リンク220上で移動デバイス216に情報を送信し、逆方向リンク218上で移動デバイス216から情報を受信する。順方向リンク(または、ダウンリンク)は、基地局から移動デバイスへの通信リンクを指し、逆方向リンク(または、アップリンク)は、移動デバイスから基地局への通信リンクを指す。移動デバイス222はアンテナ204および206と通信し、アンテナ204および206は、順方向リンク226上で移動デバイス222に情報を送信し、逆方向リンク224上で移動デバイス222から情報を受信する。

それらが通信するように指定されたアンテナの各グループまたは領域、あるいはこの両者は、基地局202のセクタと呼ばれ得る。１つ以上の実施形態では、各アンテナグループは、基地局202によってカバーされている領域のセクタ内の移動デバイスに通信するように設計されている。順方向リンク220および226上での通信において、異なる移動デバイス216および222への順方向リンクの信号対雑音比を向上するために、基地局202の送信アンテナは、ビームフォーミング技術を使用することができる。さらに、ビームフォーミングを使用して、その受信可能範囲領域全体にランダムに分散している移動デバイスへ送信する基地局は、１本のアンテナによってその受信可能範囲領域内の全移動デバイスに送信する基地局よりも、隣接セル／セクタ内の移動デバイスに対して、より少ない干渉を起こす。基地局は、端末と通信するのに使用される固定局であり、アクセスポイント、ノードＢ、または何か他の用語でも呼ばれ得る。移動デバイスは、移動局、ユーザ装置(user equipment, UE)、無線通信デバイス、端末、アクセス端末、ユーザデバイス、または何か他の用語でも呼ばれ得る。

ここで図３を参照すると、１つ以上の実施形態にしたがう無線通信システム300が提示されている。複数のアンテナをもつ基地局302は、第１のユーザデバイス304および第２のユーザデバイス306と通信する。ここでは単純化のために、２つのユーザデバイスが示されている。しかしながら、多数のユーザデバイスが１つの基地局で使用され得る。アップリンク通信中に、第1のユーザデバイス304および第２のユーザデバイス306は信号を基地局302へ送信する。信号が同じチャネルを使用し、実質的に同時に到達するとき、第1のユーザデバイス304からの信号と第２のユーザデバイス306からの信号とは、それでもなお、第１のユーザデバイス304、第２のユーザデバイス306、および基地局302間の空間関係に基づいて区別され得る。図３に示されているように、第１のユーザデバイス304からの信号は、Ａ１として示されている第１の角度Θ_１で基地局302に到達し、第２のユーザデバイス306からの信号は、Ａ２として示されている第２の角度Θ_２で基地局302に到達する。アンテナおよびアンテナの幾何学的配置（geometry）における信号の受信に基づいて、基地局302は、基地局302に到達した信号の到来角を決定することができる。種々のアルゴリズム、方法、および技術を用いて、複数のアンテナを使用して信号の到来方向を計算または推定することができる。図３は、基地局302とユーザデバイスとの間の二次元の空間関係を示しているが、三次元が、ユーザデバイス信号を区別するのに使用されることもある。例えば、高層ビルまたは山岳地帯を有するエリアでは、空間関係に対する垂直成分が、ユーザデバイス信号を分けるのに使用され得る。

アンテナ数は、基地局に対するユーザデバイスの空間関係に基づいて分けることができる信号数を決めることができる。到来方向に少なくとも部分的に基づく空間シグネチャを、ビーム重みベクトルの基準として使用し、空間上直交しているまたは異なるユーザデバイス信号を区別することができる。空間シグネチャは、基地局におけるアンテナ数に基づく次元をもつベクトルであり得る。したがって、空間シグネチャを使用して、相互に区別することができるユーザデバイス信号の最大数は、基地局において使用されているアンテナ数に比例する。例えば、基地局が２本のアンテナを使用して、信号を受信するとき、基地局は、同じトラフィックチャネルを使用する実質的に空間上直交しているまたは異なる２つのユーザデバイスからの信号を区別することができる。同様に、基地局が３本のアンテナを使用しているとき、基地局は、同じトラフィックチャネルを使用する実質的に空間上直交しているまたは異なるユーザデバイスからの３つの信号を区別することができる。重みベクトルを決定する１つの典型的な式を次に示す。

ｈ_１＝Ｇ_１〔ｅ^−ｊ２πｎ_０ｃｏｓΘ_１，・・・，ｅ^―ｊ２πｎ_ｒ−１ΔｒｃｏｓΘ_１〕
ここで、ｈ_１は、第１の信号に対するチャネルであり、Ｇ_１は、第１の信号に対する経路利得であり、ｎは、アンテナであり、ｒは、アンテナの総数であり、Θ_１は、第１の信号の到来角である。基地局は所定の閾値を使用し、空間シグネチャ間の差が、信号を区別するのに十分であるかどうかを決定することができる。

図４ないし８を参照すると、無線通信システムにおける容量を増加することに関係する方法が示されている。例えば、方法は、ＦＤＭＡ環境、ＯＦＤＭＡ環境、インターリーブされた周波数分割多元接続(interleaved frequency division multiple access, IFDMA)環境、局部的な周波数分割多元接続(Localized Frequency Division Multiple Access, LFDMA)環境、ＣＤＭＡ環境、ＷＣＤＭＡ環境、ＴＤＭＡ環境、または任意の他の適切な無線環境において、ＳＤＭを使用することに関係し得る。説明の単純化のために、方法は、一連の行為として示され説明されているが、１つ以上の実施形態によると、幾つかの行為は、本明細書に示され説明されている順序とは異なる順序で、または他の行為と同時に、あるいはこの両者で行われ得るので、方法はこの行為の順序に限定されないと理解され認識される。例えば、当業者は、方法を、代わりに、例えば、状態図で、一連の相互に関係する状態またはイベントとして表わすことができると理解し認識するであろう。さらに、示されている行為の全てが、１つ以上の実施形態にしたがって方法を実施するのに使用されるわけではない。

ここで図４を参照すると、本明細書に提示されている１つ以上の実施形態にしたがう無線通信環境におけるアップリンク送信の方法400が示されている。ユーザデバイスと基地局との間の空間関係を使用して、同じ信号周波数を使用する２つ以上のユーザデバイス信号を区別することができる。参照番号402において、ユーザデバイスによって送信された信号は、基地局において２本以上のアンテナで受信される。参照番号404において、ユーザデバイスと基地局との対に対する空間シグネチャを、受信信号に少なくとも部分的に基づいて決定することができる。空間シグネチャは、信号の到来方向、信号のマルチパスの数、信号の減衰、またはユーザデバイスと基地局との間の空間関係の任意の他の表示（indicia）に基づくことができる。システムは、瞬間の空間シグネチャを使用するか、または、その代わりに、システムは、受信信号の複数のインスタンスに対する空間シグネチャを使用してもよい。例えば、システムは、受信信号の前の５つのインスタンスに対する空間シグネチャに基づいて、平均の空間シグネチャを計算することができる。重み付き平均を含めて、空間シグネチャのインスタンスを組み合わせる別の方法は、当業者には容易に明らかになるであろう。ユーザデバイスの移動性のために、空間シグネチャは、ユーザデバイスと基地局との間の空間関係の関数として、時間と共に変化し得る。しかしながら、一般に長い距離が、ユーザデバイスを基地局から離しているので、空間シグネチャが、音声の会話またはデータ交換中に非常に大きく変化する可能性は低い。

参照番号406において、ビーム重みベクトルが、受信信号と、受信信号の空間シグネチャとに基づいて決定される。ビーム重みベクトルは、信号の平均平方誤差(mean square error, MSE)を最小化するように計算され得る。１つ以上の実施形態において、ビーム重みベクトルは、受信信号の各インスタンスに対して計算され得る。その代わりに、ビーム重みベクトルは、所定の期間または受信信号のインスタンス数に基づいて、定期的に計算してもよい。１つ以上の実施形態において、ビーム重みベクトルは、ユーザデバイスと基地局との間の空間関係における変化に基づいて、再び計算され得る。例えば、空間シグネチャが、所定の閾値よりも大きい量が変わるときである。その代わりに、ビーム重みベクトルは、受信信号を最初に受信したときに計算し、全ての将来の信号インスタンスに使用してもよい。１つ以上の実施形態において、１つ以上のユーザデバイス信号に対するビーム重みベクトルは、ルックアップテーブルに記憶され、ユーザデバイスから信号を受信したときに検索され得る。参照番号408において、ビーム重みベクトルを、基地局の受信アンテナにおいて受信された信号に適用し、信号中に含まれているデータを得る。

ここで図５を参照すると、本明細書に提示されている１つ以上の実施形態にしたがう無線通信環境におけるダウンリンク送信の方法500が示されている。参照番号502において、基地局によって信号を送信する前に、ビームフォーミングの重みが決定される。ビームフォーミングの重みは、ユーザデバイスと基地局との対の空間シグネチャに少なくとも部分的に基づく。ビームフォーミングの重みは、正規化されたチャネル応答に基づく単純なビームフォーミングから得ることができる。その代わりに、ビームフォーミングの重みは、チャネル相関行列の最も大きい固有ベクトルに基づく固有のビームフォーミング（eign-beamforming）によって得ることもできる。さらにその代わりに、空間的に多重化されるユーザデバイスの合計のデータレートが最大化されるように、最も大きい固有ベクトルを選択することもできる。参照番号504において、ビームフォーミングの重みは、ユーザデバイスに送信されるデータに加えられる。参照番号506において、ビームフォーム重み付き信号は、ユーザデバイスに送信される。参照番号508において、１つ以上のユーザデバイスは、ビームフォーム重み付き信号を受信する。参照番号510において、ビームフォーム重み付き信号を受信したユーザデバイスは、空間シグネチャとビームフォーミングの重みとに基づいて、自分が、その信号の意図された受信者であるかどうかを決定する。

同じトラフィックチャネル上でスケジュールされたユーザデバイスの空間シグネチャが、似過ぎているとき、例えば、ユーザデバイスが基地局から同じ方向に沿って整列しているとき、２つのユーザデバイスからの信号は衝突し、データの損失が生じることになる。したがって、複数のユーザデバイスからのデータ送信、またはユーザデバイスへのデータ送信の獲得は、トラフィックチャネルに割り当てられたユーザデバイスの空間構成（spatial configuration）に依存する。したがって、同じトラフィックチャネルを使用するユーザデバイスのグループ化は、スループットを最大化するように調整されるべきである。

ＳＤＭを使用して、複数のユーザデバイスを１本のトラフィックチャネルに割り当てることができる。ユーザデバイスは、トラフィックチャネル上でランダムに分散され得る。しかしながら、ＳＤＭを十分に利用するために、トラフィックチャネルに割り当てられたユーザデバイスは、実質的に空間上直交しているまたは異なるべきである。ユーザデバイスの空間シグネチャが完全に直交する可能性は低いが、空間上相当に異なるユーザデバイスからの信号は、空間表示（spatial indicia）に基づいて区別することができる。ユーザデバイス信号を分けるのを助けるために、ユーザデバイスは、１本のトラフィックチャネルに割り当てられるユーザデバイスの空間上の直交性を最大化するように割り当てられるべきである。

ここで図６を参照すると、本明細書に提示されている１つ以上の実施形態にしたがう無線通信のためのユーザデバイスをグループ化する方法600が示されている。参照番号602において、各ユーザデバイスに対する１つ以上のグループ化の特徴が決定される。グループ化の特徴は、基地局に対するユーザデバイスの空間関係の任意の指標または指標の任意の組合せであり得る。例えば、１つ以上の実施形態において、グループ化の特徴は、基地局における信号の到来方向であり得る。さらに、ユーザデバイスと基地局との間の距離が、グループ化の特徴に取り入れられ得る。とくに、１つ以上のユーザデバイスからの信号の到来方向が区別できないときは、信号は、ユーザデバイスと基地局との間の距離に基づいて分けることができる。距離は、信号の信号対干渉および雑音比(signal to interference and noise ratio, SINR)に反映され得る。その代わりに、異なる空間シグネチャの分解度をグループ化の特徴として使用することができる。例えば、空間シグネチャの任意の対を分ける大きさの程度（order of magnitude）は、２つの空間シグネチャの内積を計算することによって評価することができる。高い分解性をもつ対は、同じグループに置かれ、同じトラフィックチャネル上でスケジュールされるのに十分に異なると見なされる。

ユーザデバイスのグループ化の特徴が決定された後で、参照番号604において、ユーザデバイスは、グループ化の特徴に基づいてサブセットへ分割することができる。１つ以上の実施形態では、似た、または整列したグループ化の特徴をもつユーザデバイスは、サブセット内に一緒にグループ化され得る。ユーザデバイスは、所定の閾値範囲を使用してグループ化され、例えば、第１のユーザデバイスと第２のユーザデバイスのグループ化の特徴における差が、所定の閾値の範囲を超えると、ユーザデバイスは異なるサブセットに割り当てられる。ユーザデバイスは任意の数のサブセットに分割され、似ていないグループ化の特徴をもつユーザデバイスが、別のサブセットへ区分されるようにする。参照番号606において、ユーザデバイスをサブセットから選択し、チャネルに割り当てる。通常は、各サブセットから１つのみのユーザデバイスが、１本のチャネルに割り当てられるべきである。これは、各チャネルに割り当てられるユーザデバイスが異なるグループ化の特徴、したがって、異なる空間シグネチャをもち、それによって、ユーザデバイス信号を分けるのを助けることを保証する。

ここで、図７を参照すると、グループ化の特徴としてＳＩＮＲを使用する方法700が示されている。参照番号702において、ユーザデバイスが、送信するデータをもっているアクティブで割り当てられていないユーザデバイスのセットから選択される。各ユーザデバイスは、それに関連する最小のＳＩＮＲの閾値をもつ。最小のＳＩＮＲの閾値は、ユーザデバイスのパケット誤り要件、並びに符号化および変調方式に少なくとも部分的に基づき得る。参照番号704において、ＳＩＮＲが、選択されたチャネルに現在割り当てられているユーザデバイスの各々に対して決定される。参照番号706において、選択されたユーザデバイスおよび選択されたチャネルに対する最小のＳＩＮＲのマージンが計算される。最小のＳＩＮＲのマージンは、選択されたユーザデバイスの最小のＳＩＮＲの閾値と、選択されたチャネルに現在割り当てられているユーザデバイスのＳＩＮＲとの間の最小の差である。参照番号708において、解析する追加のチャネルがあるかどうかが決定される。チャネルがあるときは、方法は続いて参照番号704に進み、ここで、次の選択されたチャネルのユーザデバイスに対するＳＩＮＲが決定される。チャネルがないときは、参照番号710において、チャネルのＳＩＮＲのマージンが比較され、最大のＳＩＮＲのマージンが決定される。参照番号712において、選択されたユーザデバイスが、最大のＳＩＮＲのマージンをもつチャネルに割り当てられる。

通常、ユーザデバイスと基地局との間の空間関係に基づいて互いに区別することができる１本のトラフィックチャネル上のユーザデバイスの最大数は、基地局においてユーザデバイス信号を受信するのに使用されるアンテナ数に等しい。しかしながら、ユーザデバイスの最大数が、常にチャネルに割り当てられる必要はない。１つ以上の実施形態では、ユーザデバイス数が、システムにおける使用可能チャネル数を超えるまで、ユーザデバイスは異なるチャネルに割り当てられ得る。その時、ユーザデバイスは、グループ化の特徴に基づいてグループ化され、上述の方法の１つを使用して割り当てられ得る。１つ以上の実施形態では、ユーザデバイスの最大数が、各チャネルに割り当てられ得る。これは、とくにビジーなセクタ、すなわち、ユーザデバイス数が最大システム容量に近い可能性が高いところに適している。例えば、ユーザデバイスの最大数、Ｎが、第１のチャネルに割り当てられ得る。その後で、次のＮ個の直交しているまたは異なるユーザデバイスが、第２のチャネルに割り当てられる、等、全ユーザデバイスが割り当てられるか、または全ての使用可能なチャネルが使い尽くされるまで、割り当てられ得る。その代わりに、ユーザデバイスをチャネル間で均等に分散し、任意の１本のチャネル上のユーザデバイス数を最小化してもよい。

通常、音声またはデータ送信中に、ユーザデバイスは動くか、または動かされ、それによって、ユーザデバイスと基地局との空間関係が変わり得る。長い距離が関わるので、ユーザデバイスが動くことは、ユーザデバイスの空間表示または空間シグネチャに大きく影響しないかもしれないが、ユーザデバイスのサブセットは、これらの変化を反映するように更新され得る。１つ以上の実施形態では、ユーザデバイスのサブセットを更新し、同じチャネルに割り当てられるユーザデバイスが、実質的に空間的に直交しているまたは異なり続けることを保証し得る。ユーザデバイスのグループは、所定の時間間隔、所定数のデータ送信、または現在割り当てられているユーザデバイス数の変化に基づいて、定期的に更新することができる。時間間隔は、ユーザデバイスまたはデータトラフィックの量に応じて調整可能であり得る。その代わりに、所定数のデータ送信の送信または受信後、あるいは所定数のユーザデバイスの追加または削除後に、ユーザデバイスのグループを更新してもよい。

ここで図８を参照すると、本明細書に提示されている１つ以上の実施形態にしたがう無線通信のためのユーザデバイスのグループを動的に更新する方法800が示されている。参照番号802において、１つ以上のユーザデバイスに対する空間シグネチャまたはグループ化の特徴が計算される。空間シグネチャまたはグループ化の特徴は、定期的に、または信号の各インスタンスを受信したときに計算され得る。参照番号804において、空間シグネチャまたはグループ化の特徴における変化が決定される。システムは、空間シグネチャまたはグループ化の特徴の１つ以上の前の値を維持することができる。空間シグネチャまたはグループ化の特徴は、グループ化の特徴の基準と比較され得る。グループ化の特徴の基準は、グループ化の特徴の前の値、前の値の平均、または先の値の任意の組合せを含み、ユーザデバイスが動いたかどうかを決定することができる。その代わりに、システムは、空間シグネチャまたはグループ化の特徴の初期値を、グループ化の特徴の基準として使用し、ユーザデバイスの現在の空間シグネチャまたはグループ化の特徴を、その初期値と比較し得るようにしてもよい。参照番号806において、空間シグネチャまたはグループ化の特徴における変化が、もしあるならば、大きいかどうかが決定される。大きくないときは、方法は終了し、ユーザデバイスのサブセットは、変更されないままである。大きいときは、参照番号808において、ユーザデバイスのサブセットは更新され得る。ユーザデバイスのサブセットの更新は、各ユーザデバイスに対するグループ化の特徴を決定することと、ユーザデバイスを１つ以上のサブセットに再割り当てすることとを含み得る。１つ以上の実施形態では、ユーザデバイスの全てが再評価され、サブセットまたはチャネルに再割り当てされ得る。その代わりに、ユーザデバイスの１つのサブセットまたは１つのユーザデバイスが、再割り当てされてもよい。再割り当てされるために選択されるユーザデバイスは、個々のユーザデバイスに対する空間シグネチャまたはグループ化の特徴の変化量、ユーザデバイスのグループ、または全ユーザデバイスにおける全体的な変化に基づいて決定され得る。再割り当てされるユーザデバイスは、さらに、サブセットが最後に決定されたときからの時間量に基づいて、またはサブセットが最後に決定されたときから割り当てられたまたは取り除かれたユーザデバイス数に基づいて決定され得る。参照番号810において、各更新されたユーザデバイスに対するビーム重みベクトルを、現在の空間シグネチャに基づいて、再び計算することができる。再び計算されたビーム重みベクトルは、ルックアップテーブルに記憶することができる。

１つ以上の実施形態では、システムの性能を監視して、ユーザデバイスが再割り当てされるべきであるかどうかを決定し得る。例えば、ユーザデバイスをチャネルに割り当てた後で、ユーザデバイスが割り当てられたチャネルに対するチャネル品質指標(channel quality indicator, CQI)が監視され得る。ＣＱＩが所定の閾値未満であるとき、１つ以上のユーザデバイスを再評価し、再割り当てすることができる。１つ以上の実施形態では、全チャネル、チャネルのサブセット、または１本のチャネルに対するＣＱＩが、定期的に評価され、ユーザデバイスを再割り当てするかどうかを決定することができる。その代わりに、全ユーザデバイス、ユーザデバイスのサブセット、または１つのユーザデバイスに対するＳＩＮＲが監視されることもある。

ここで図９を参照すると、本明細書に提示されている１つ以上の態様にしたがって、無線通信環境のセクタにおけるシステム容量を増加するシステムまたは装置900が示されている。システム900は、ユーザデバイスの空間シグネチャまたは空間グループ化の特徴を決定する空間決定装置902と、１本のチャネルに割り当てられた任意の２つのユーザデバイスが、実質的に空間上直交するか、または空間上異なるように、ユーザデバイスをチャネルに割り当てる割り当て装置904とを含む。システム900は、ユーザデバイスと基地局との間の送信に加えられる重みを決定する重み決定装置906も含むことができる。さらに、システム900は、サブセット割り当て装置908および選択装置910を含むことができる。サブセット割り当て装置908は、ユーザデバイスを１つ以上のサブセットに割り当てるのに使用することができる。選択装置910は、チャネルに割り当てられたサブセットからユーザデバイスを選択し、空間上直交しているまたは異なるユーザデバイスが、同じチャネルに割り当てられるようにする。システム900は、再割り当て装置912をさらに含み、再割り当て装置912は、ユーザデバイスの空間シグネチャの変化に少なくとも部分的に基づいて、または、システムの性能に基づいて、あるいはこの両者に基づいて、ユーザデバイスを定期的に再割り当てすることができる。

ここで図１０を参照すると、本明細書に提示されている１つ以上の態様にしたがう無線通信環境におけるチャネル割り当てを更新するシステムまたは装置1000が示されている。システム1000は、グループ化の特徴の基準に対する値を得るグループ化特徴基準獲得装置1002、ユーザデバイスに対する空間グループ化の特徴の現在の値を決定するグループ化特徴決定装置1004とを含む。システム1000は、グループ化の特徴の基準と、１つ以上のユーザデバイスのグループ化の特徴の値との間に大きい差があるかどうかを決定する差決定装置1006も含んでいる。さらに、システム1000は、大きい差があるときに、ユーザデバイスのチャネル割り当てを更新するチャネル割り当て更新装置1008、および更新されたユーザデバイスに対するビーム重みベクトルを計算する重み決定装置1010も含む。

図１１は、本明細書で説明されている１つ以上の実施形態にしたがう、無線通信環境におけるＳＤＭを助け、システム容量の限界を増加するシステム1100を示している。当業者に分かるように、システム1100は、基地局またはユーザデバイス、あるいはこの両者の中に存在し得る。システム1100は、受信機1102を含み、受信機1102は、例えば、１本以上の受信アンテナから信号を受信し、受信信号に対して典型的な動作(例えば、フィルタリング、増幅、ダウンコンバート、等)を行い、調整された信号をディジタル化し、サンプルを得る。復調器1104は、受信したパイロットシンボルを復調し、チャネル推定のためにプロセッサ1106に与えることができる。

プロセッサ1106は、受信機構成要素1102によって受信された情報を解析するか、または送信機1112によって送信する情報を生成するか、あるいはこの両者のための専用のプロセッサであり得る。プロセッサ1106は、ユーザデバイス1100の１つ以上の構成要素を制御するプロセッサか、または受信機1102によって受信された情報を解析し、送信機1112によって送信される情報を生成し、ユーザデバイス1100の１つ以上の構成要素を制御するプロセッサか、あるいはこの両者であり得る。プロセッサ1106は、チャネル割り当てを調整する最適化構成要素(図示されていない)を含むことができる。最適化構成要素は、ユーザデバイスをチャネルに割り当てることに関連して、ユーティリィティに基づく解析を行う最適化符号を含むことができることが分かる。最適化符号は、ユーザチャネルの割り当てを最適化することに関連して、推論的および／または確率的決定および／または統計に基づく決定を行うことに関連して、人工知能に基づく方法を使用することができる。

ユーザデバイス1100は、メモリ1108をさらに含み、メモリ1108は、プロセッサ1106に動作可能に連結され、空間情報に関係する情報、それに関係する情報を含むルックアップテーブル、および本明細書に記載されているＳＤＭに関係する任意の他の適切な情報を記憶することができる。メモリ1108は、ルックアップテーブル、等を生成することに関連するプロトコルをさらに記憶することができ、ユーザデバイス1100が、記憶されているプロトコルまたはアルゴリズム、あるいはこの両者を使用し、システム容量を増加することができるようにする。本明細書に記載されているデータ記憶装置(例えば、メモリ)の構成要素は、揮発性メモリであっても、不揮発性メモリであってもよく、または揮発性メモリおよび不揮発性メモリの両者を含むことができることが分かるであろう。限定的にではなく、例示的に、不揮発性メモリは、読み出し専用メモリ(read only memory, ROM)、プログラム可能なＲＯＭ(programmable ROM, PROM）、電気的にプログラム可能なＲＯＭ（electrically programmable ROM, EPROM）、電気的に消去可能なＲＯＭ(electrically erasable ROM, EEROM)、またはフラッシュメモリを含むことができる。揮発性メモリは、ランダムアクセスメモリ(random access memory, RAM)を含むことができる。ＲＡＭは、外部キャッシュメモリの役割をする。限定的にではなく、例示的に、ＲＡＭは、同期ＲＡＭ(synchronous RAM, SRAM)、ダイナミックＲＡＭ(dynamic RAM, DRAM)、同期ＤＲＡＭ(synchronous DRAM, SDRAM)、ダブルデータレートＳＤＲＡＭ(double data rate SDRAM, DDR SDRAM)、拡張ＳＤＲＡＭ(enhanced SDRAM, ESDRAM)、同期リンクＤＲＡＭ（Synchlink DRAM, SLDRAM)、および直接ラムバスＲＡＭ(direct Rambus RAM, DRRAM)のような多くの形式で使用可能である。対象のシステムおよび方法のメモリ1108は、これらの、および任意の他の適切なタイプのメモリを含むことを意図されているが、それらに限定されるわけではない。プロセッサ1106は、シンボル変調器1110、さらに、変調された信号を送信する送信機1112に接続される。

図１２は、種々の態様にしたがう通信環境におけるシステム容量を増加するのを助けるシステム1200を示している。システム1200は、１つ以上のユーザデバイス1204から複数の受信アンテナ1206を介して信号を受信する受信機1210と、１つ以上のユーザデバイス1204に送信アンテナ1208を介して送信する送信機1220とをもつ基地局1202を含む。受信機1210は、受信アンテナ1206から情報を受信することができ、受信情報を復調する復調器1212と動作可能に関連付けられている。受信機1210は、例えば、レーキ（Rake）受信機(例えば、複数のベースバンド相関器を使用して、マルチパス信号成分を個別に処理する技術)、ＭＭＳＥベースの受信機、または当業者に分かるような、割り当てられたユーザデバイスを分ける何か他の適切な受信機であり得る。復調されたシンボルは、プロセッサ1214によって解析され、プロセッサ1214は、図１０に関連して既に記載されたプロセッサに似ていて、メモリ1216に連結され、メモリ1216は、ユーザデバイスの割り当てに関係する情報、それに関連するルックアップテーブル、等を記憶する。各アンテナに対する受信機の出力は、受信機1210またはプロセッサ1214、あるいはこの両者によって一緒に処理することができる。変調器1218は、送信機1220によって送信アンテナ1208を介してユーザデバイス1204へ送信される信号を多重化することができる。

基地局1202は、割り当て構成要素1222をさらに含み、割り当て構成要素1222は、プロセッサ1214と別個のプロセッサであっても、一体構成のプロセッサであってもよく、基地局1204によってサービスされるセクタ内の全ユーザデバイスのプールを評価することができ、(例えば、ＳＤＭＡ技術、等を使用して)個々のユーザデバイスの空間シグネチャに少なくとも部分的に基づいて、サブセット(例えば、ユーザデバイス1204のサブセット)へユーザデバイスをグループ化することができる。例えば、ユーザデバイスが、ユーザデバイスのビームフォーミングの重みを示す通信信号のみを認識し、その送信の空間シグネチャが、基地局に対するユーザデバイスを識別するとき、ビームフォーミングの重みを使用して、１つのユーザデバイスを次のユーザデバイスから固有に示す（delineate）ことができる。

割り当て構成要素1222は、受信アンテナ数によって支援することができるユーザデバイス数にしたがって、ユーザデバイスをサブセットへグループ化することができる。例えば、セクタ内の全ユーザデバイスは、相互の地理的な近さに少なくとも部分的に基づいて、サブセットに分割することができる。

上述は、無線通信環境において受信アンテナ数が増加するのにしたがって、逆方向リンクのシステム容量を線形に増加することに関して説明されているが、当業者には分かるように、このような技術は、送信アンテナ数を増加することによって、順方向リンク送信に適用することができると理解される。さらに、種々の態様によると、複数の受信機(例えば、受信アンテナごとに１つの受信機)を使用することができ、このような受信機は相互に通信し、ユーザデータの向上した推定値を与えることができる。

図１３は、例示的な無線通信システム1300を示している。簡潔にするために、無線通信システム1300は、１つの基地局と１つの端末とを示している。しかしながら、システムは２つ以上の基地局または２つ以上の端末、あるいはこの両者を含むことができ、追加の基地局または端末、あるいはこの両者は、後述の例示的な基地局および端末と実質的に似ていても、または異なっていてもよいことが分かるであろう。さらに、基地局または端末、あるいはこの両者は、本明細書に記載されているシステム(図９ないし１２)または方法(図４ないし８)、あるいはこの両者を使用し、それらの間の無線通信を助けることができることが分かるであろう。

ここで図１３を参照すると、ダウンリンク上で、アクセスポイント1305において、送信(ＴＸ)データプロセッサ1310は、トラフィックデータを受信し、フォーマットし、符号化し、インターリーブし、および変調し(または、シンボルマップし)、変調シンボル(“データシンボル”)を与える。シンボル変調器1315は、データシンボルおよびパイロットシンボルを受信し、処理し、シンボルのストリームを与える。シンボル変調器1315は、データおよびパイロットシンボルを多重化し、それらを送信機ユニット(ＴＭＴＲ)1320に与える。各送信シンボルは、データシンボル、パイロットシンボル、またはゼロの信号値であり得る。パイロットシンボルは、各シンボル期間において連続的に送られ得る。パイロットシンボルは、周波数分割多重化（frequency division multiplexed, FDM)、直交周波数分割多重化（orthogonal frequency division multiplexed, OFDM）、時分割多重化（time division multiplexed, TDM)、または符号分割多重化（code division multiplexed, CDM）であり得る。

ＴＭＴＲ1320は、シンボルストリームを受信し、１つ以上のアナログ信号に変換し、アナログ信号をさらに調整し(例えば、増幅し、フィルタにかけ、または周波数アップコンバートし)、無線チャネル上で送信するのに適したダウンリンク信号を生成する。次に、ダウンリンク信号は、アンテナ1325を介して端末に送信される。端末1330において、アンテナ1335は、ダウンリンク信号を受信し、受信信号を受信機ユニット(ＲＣＶＲ)1340に与える。受信機ユニット1340は、受信信号を調整し(例えば、フィルタにかけ、増幅し、また周波数ダウンコンバートし)、調整された信号をディジタル化し、サンプルを得る。シンボル復調器1345は、受信したパイロットシンボルを復調し、プロセッサ1350にチャネル推定のために与える。シンボル復調器1345は、また、プロセッサ1350から、ダウンリンクのための周波数応答推定値をさらに受信し、受信データシンボルに対してデータ復調を行い、データシンボル推定値(送信されたデータシンボルの推定値)を得て、データシンボル推定値をＲＸデータプロセッサ1355に与え、ＲＸデータプロセッサ1355は、データシンボル推定値を復調し(すなわち、シンボルデマップし)、デインターリーブし、復号し、送信されたトラフィックデータを回復する。シンボル復調器1345およびＲＸデータプロセッサ1355による処理は、アクセスポイント1305におけるシンボル変調器1315およびＴＸデータプロセッサ1310による処理とそれぞれ相補的である。

アップリンク上で、ＴＸデータプロセッサ1360は、トラフィックデータを処理し、データシンボルを与える。シンボル変調器1365は、データシンボルを受信し、パイロットシンボルと多重化し、変調を行い、シンボルストリームを与える。次に、送信機ユニット1370（ＴＭＴＲ）は、シンボルストリームを受信し、処理し、アップリンク信号を生成し、アップリンク信号は、アンテナ1335によってアクセスポイント1305に送信される。

アクセスポイント1305において、端末1330からのアップリンク信号は、アンテナ1325によって受信され、受信機ユニット（ＲＣＶＲ）1375によって処理され、サンプルを得る。次に、シンボル復調器1380は、サンプルを処理し、アップリンクの受信パイロットシンボルおよびデータシンボル推定値を与える。ＲＸデータプロセッサ1385は、データシンボル推定値を処理し、端末1330によって送信されたトラフィックデータを回復する。プロセッサ1390は、アップリンク上で送信する各アクティブな端末に対してチャネル推定を行う。パイロット副搬送波のセットがインターレースされ得るとき、複数の端末は、アップリンク上で、パイロット副搬送波のそれぞれの割り当てられたセット上で、パイロットを同時に送信し得る。

プロセッサ1390および1350は、アクセスポイント1305および端末1330における動作を指示する(例えば、制御、調整、管理、等)。それぞれのプロセッサ1390および1350は、プログラムコードおよびデータを記憶するメモリユニット(図示されていない)と関連付けることができる。プロセッサ1390および1350は、アップリンクおよびダウンリンクに対する周波数およびインパルス応答推定値を求める計算をそれぞれ行うこともできる。

多元接続システム(例えば、ＦＤＭＡ、ＯＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＳＤＭＡ、ＩＦＤＭＡ、ＬＦＤＭＡ、等)において、複数の端末は、アップリンク上で同時に送信することができる。このようなシステムにおいて、パイロット副搬送波は異なる端末間で共有され得る。チャネル推定技術は、各端末のパイロット副搬送波が、全動作帯域（場合によっては、バンドエッジを除く）にまたがる場合に使用され得る。このようなパイロット副搬送波構造は、各端末に対する周波数ダイバーシチを得るのに望ましい。本明細書に記載されている技術は、種々の手段によって実施され得る。例えば、これらの技術は、ハードウェア、ソフトウェア、またはその組合せで実施され得る。ハードウェアの実施では、チャネル推定に使用される処理ユニットは、１つ以上の特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit, ASIC）、ディジタル信号プロセッサ（digital signal processor, DSP）、ディジタル信号処理デバイス（digital signal processing device, DSPD）、プログラム可能な論理デバイス（programmable logic devices, PLD）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array, FPGA）、プロセッサ、制御装置、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、本明細書に記載されている機能を実行するように設計された他の電子ユニット、またはその組合せの中で実施され得る。ソフトウェアによって、本明細書に記載されている機能を行うモジュール(例えば、手続き、機能、等)によって実施することができる。ソフトウェアコードは、メモリユニットに記憶され、プロセッサ1390および1350によって実行され得る。

ソフトウェアの実施では、本明細書に記載されている技術は、本明細書に記載されている機能を行うモジュール(例えば、手続き、機能、等)で実施され得る。ソフトウェアコードは、メモリユニットに記憶され、プロセッサによって実行され得る。メモリユニットは、プロセッサ内で実施されても、またはプロセッサの外部で実施されてもよく、その場合は、技術的に知られている種々の手段を介して、プロセッサに通信上で接続されることができる。

上述で記載されたことは、１つ以上の実施形態の例を含んでいる。上述の実施形態を説明するために、構成要素または方法の全ての考えられる組合せについて説明することは、もちろん不可能であるが、当業者には、種々の実施形態の多くの別の組合せおよび置換が可能であることが分かり得る。したがって、記載された実施形態は、請求項の意図および範囲内にある全ての変更、修正、およびバリエーションを含むことを意図されている。さらに、詳細な説明および請求項において使用されている“含む（include）”という用語の範囲について、“含む（comprising）”という用語が請求項において前後を接続させる単語（transitional word）として使用されているときに解釈されるように、“含む（include）”という用語は、含む（comprising）”という用語と同様に包含している（inclusive）ことを意図している。

本明細書に提示されている種々の態様にしたがう無線通信システムを示す図。本明細書に提示されている１つ以上の態様にしたがう無線通信システムを示す図。本明細書に提示されている１つ以上の態様にしたがう無線通信システムを示す図。本明細書に提示されている１つ以上の態様にしたがうアップリンク送信の方法を示すフローチャート。本明細書に提示されている１つ以上の態様にしたがうダウンリンク送信の方法を示すフローチャート。本明細書に提示されている１つ以上の態様にしたがう無線通信のためのユーザデバイスをグループ化する方法を示すフローチャート。本明細書に提示されている１つ以上の態様にしたがう、信号対干渉および雑音比(ＳＩＮＲ)を使用して、ユーザデバイスをグループ化する方法を示すフローチャート。本明細書に提示されている１つ以上の態様にしたがう無線通信のためのユーザデバイスのグループを動的に更新する方法を示すフローチャート。種々の態様にしたがう無線通信環境のセクタにおけるシステム容量を増加する装置を示す図。種々の態様にしたがう無線通信環境におけるチャネル割り当てを更新する装置を示す図。種々の態様にしたがう、空間シグネチャを使用し、無線通信環境におけるシステム容量を増加するのを助けるシステムを示す図。種々の態様にしたがう、空間シグネチャを使用して、ユーザデバイスをグループ化し、無線通信環境におけるシステム容量を増加するシステムを示す図。本明細書で説明されている種々のシステムおよび方法に関連して使用することができる無線通信環境を示す図。

符号の説明

100,300・・・無線通信システム、102,202・・・基地局、104・・・移動局、200・・・多元接続無線通信システム、204,206,208,210,212,214・・・アンテナ、220,226・・・順方向リンク、218,224・・・逆方向リンク、400・・・アップリンク送信の方法、500・・・ダウンリンク送信の方法、600・・・ユーザデバイスをグループ化する方法、700・・・グループ化の特徴としてＳＩＮＲを使用する方法、800・・・ユーザデバイスのグループを動的に更新する方法、900,1200・・・システム容量を増加するシステム、1000・・・チャネル割り当てを更新するシステム。

Claims

無線通信環境のシステム容量を増加する方法であって、
第１のユーザデバイスに対する空間シグネチャを決定することと、
第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを複数のチャネルに割り当てることであって、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスが複数のチャネルの１つに割り当てられるときに、第１および第２のユーザデバイスが実質的に空間上異なるようにすることと、
第１のユーザデバイスの空間シグネチャに少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスと基地局との間の少なくとも１つの送信に加えられる重みを決定することとを含む方法。
空間グループ化の特徴に基づいて、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを少なくとも１つのサブセットに割り当てることと、
少なくとも１つのサブセットからユーザデバイスを選択して、複数のチャネルの１つに割り当てることであって、実質的に空間上異なるユーザデバイスが同じチャネルに割り当てられるようにすることとをさらに含む請求項１記載の方法。
第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスに対する空間グループ化の特徴が所定の閾値範囲を超えるとき、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスは異なるサブセットに割り当てられる請求項２記載の方法。
グループ化の特徴は、基地局における信号の到来方向を含む請求項２記載の方法。
空間シグネチャは、第１のユーザデバイスからの信号の到来方向、信号のマルチパスの数、および信号の減衰の少なくとも１つに基づいて決定される請求項１記載の方法。
チャネルへの第１のユーザデバイスの割り当ては、第１のユーザデバイスからの信号のＳＩＮＲに少なくとも部分的に基づく請求項１記載の方法。
重みは、第１のユーザデバイスと基地局との間の信号の最小平均平方誤差(minimum mean square error, MMSE)に少なくとも部分的に基づく請求項１記載の方法。
重みは、正規化されたチャネル応答に基づく単純なビームフォーミングと、最も大きい固有ベクトルに基づく固有のビームフォーミングとの少なくとも一方に基づいて決定されるビームフォーミングの重みである請求項１記載の方法。
第１のユーザデバイスを定期的に再割り当てすることをさらに含む請求項１記載の方法。
第１のユーザデバイスの空間シグネチャにおける変化に少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスを再割り当てすることをさらに含む請求項１記載の方法。
システムの性能に少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスを再割り当てすることをさらに含む請求項１記載の方法。
システムの性能は、チャネル品質指標および信号対雑音比の少なくとも一方に基づいて評価される請求項１１記載の方法。
第１のユーザデバイスに対する空間シグネチャを決定し、第１のユーザデバイスをチャネルに割り当てて、第１のユーザデバイスが、そのチャネルに割り当てられた第２のユーザデバイスと実質的に空間上異なるようにし、第１のユーザデバイスの空間シグネチャに少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスと基地局との間の少なくとも１つの送信に加えられる重みを決定するプロセッサと、
プロセッサに連結され、第１のユーザデバイスに対する重みを記憶するメモリとを含む無線通信装置。
プロセッサは、空間グループ化の特徴に基づいて第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを少なくとも１つのサブセットに割り当てて、少なくとも１つのサブセットからユーザデバイスを選択し、チャネルに割り当てて、実質的に空間上異なるユーザデバイスが同じチャネルに割り当てられるようにする請求項１３記載の装置。
メモリは、所定の閾値の範囲を記憶し、プロセッサは、第１のユーザデバイスに対する空間グループ化の特徴と、第２のユーザデバイスに対する空間グループ化の特徴との間の差が、所定の閾値の範囲を超えていると決定すると、第１のユーザデバイスと第２のユーザデバイスとを異なるサブセットに割り当てる請求項１４記載の装置。
グループ化の特徴は、基地局における信号の到来方向を含む請求項１４記載の装置。
空間シグネチャは、第１のユーザデバイスからの信号の到来方向、信号のマルチパスの数、および信号の減衰の少なくとも１つに基づいて決定される請求項１３記載の装置。
プロセッサは、第１のユーザデバイスからの信号のＳＩＮＲに基づいて、第１のユーザデバイスをチャネルに割り当てる請求項１３記載の装置。
重みは、第１のユーザデバイスと基地局との間の信号の最小平均平方誤差(ＭＭＳＥ)に少なくとも部分的に基づく請求項１３記載の装置。
重みは、正規化されたチャネル応答に基づく単純なビームフォーミングと、最も大きい固有ベクトルに基づく固有のビームフォーミングとの少なくとも一方に基づいて決定されるビームフォーミングの重みである請求項１３記載の装置。
プロセッサは、第１のユーザデバイスを定期的に再割り当てする請求項１３記載の装置。
プロセッサは、第１のユーザデバイスの空間シグネチャの変化に少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスを再割り当てする請求項１３記載の装置。
プロセッサは、システムの性能に少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスを再割り当てする請求項１３記載の装置。
無線通信環境のセクタにおけるシステム容量を増加する装置であって、
第１のユーザデバイスに対する空間シグネチャを決定する手段と、
第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを複数のチャネルに割り当てる手段であって、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスが複数のチャネルの１つに割り当てられるときに、第１および第２のユーザデバイスが実質的に空間上異なるようにする手段と、
第1のユーザデバイスの空間シグネチャに少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスと基地局との間の少なくとも１つの送信に加えられる重みを決定する手段とを含む装置。
空間グループ化の特徴に基づいて、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを少なくとも１つのサブセットに割り当てる手段と、
少なくとも１つのサブセットからユーザデバイスを選択し、チャネルに割り当てる手段であって、実質的に空間上異なるユーザデバイスが同じチャネルに割り当てられるようにする手段とをさらに含む請求項２４記載の装置。
第１のユーザデバイスを定期的に再割り当てする手段をさらに含む請求項２４記載の装置。
第１のユーザデバイスの空間シグネチャの変化に少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスを再割り当てする手段をさらに含む請求項２４記載の装置。
第１のユーザデバイスの空間シグネチャを決定し、
第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを複数のチャネルに割り当てて、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスが複数のチャネルの１つに割り当てられるときに、第１および第２ユーザデバイスが実質的に空間上異なるようにし、
第１のユーザデバイスの空間シグネチャに少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスと基地局との間の少なくとも１つの送信に加えられる重みを決定するコンピュータ実行可能命令を記憶させたコンピュータ読み出し可能媒体。
空間グループ化の特徴に基づいて、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを少なくとも１つのサブセットに割り当てて、
少なくとも１つのサブセットからユーザデバイスを選択し、複数のチャネルの１つに割り当てて、実質的に空間上異なるユーザデバイスが同じチャネルに割り当てられるようにする命令をさらに含む請求項２８記載のコンピュータ読み出し可能媒体。
空間シグネチャ、システムの性能、および所定の時間間隔における変化の少なくとも１つに基づいて、第１のユーザデバイスを再割り当てする命令をさらに含む請求項２８記載のコンピュータ読み出し可能媒体。
多元接続無線通信環境におけるシステム容量を増加する命令を実行するプロセッサであって、命令は、
第１のユーザデバイスに対する空間シグネチャを決定することと、
第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスを複数のチャネルに割り当てることであって、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスが複数のチャネルの１つに割り当てられるときに、第１および第２のユーザデバイスが、実質的に空間上異なるようにすることと、
第１のユーザデバイスの空間シグネチャに少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスと基地局との間の少なくとも１つの送信に加えられる重みを決定することとを含むプロセッサ。
無線ネットワーク上の通信を助ける第１のユーザデバイスであって、
第１のユーザデバイスに対する空間シグネチャを決定する構成要素と、
チャネル割り当てを受信する構成要素であって、第１のユーザデバイスおよび第２のユーザデバイスが複数のチャネルの１つに割り当てられるときに、第１および第２のユーザデバイスが実質的に空間上異なるようにする構成要素と、
第１のユーザデバイスの空間シグネチャに少なくとも部分的に基づいて、第１のユーザデバイスと基地局との間の少なくとも１つの送信に加えられる重みを決定する構成要素とを含む第１のユーザデバイス。
第１のユーザデバイスは、セルラ電話、スマートフォン、ハンドヘルド型通信デバイス、ハンドヘルド型コンピューティングデバイス、衛星無線、全地球測位システム、ラップトップ、およびＰＤＡの少なくとも１つである請求項３２記載の移動デバイス。
無線通信環境におけるチャネル割り当てを更新する方法であって、
グループ化の特徴の基準を得ることと、
１つ以上のユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴を決定することと、
グループ化の特徴の基準と、１つ以上のユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴との間に大きい差があるかどうかを決定することと、
大きい差があるときは、１つ以上のユーザデバイスに対するチャネル割り当てを更新することと、
更新されたユーザデバイスに対する重みを決定することとを含む方法。
グループ化の特徴の基準は、１つ以上のユーザデバイスに対する前のグループ化の特徴の値の平均である請求項３４記載の方法。
グループ化の特徴の基準と、１つ以上のユーザデバイスのグループ化の特徴との間の差の決定は、定期的である請求項３４記載の方法。
グループ化の特徴の基準を得て、１つ以上のユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴を決定し、グループ化の特徴の基準と、１つ以上のユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴との間に大きい差があるかどうかを決定し、大きい差があるときは、１つ以上のユーザデバイスに対するチャネル割り当てを更新し、更新された１つ以上のユーザデバイスに対する重みを決定するプロセッサと、
プロセッサに連結されていて、第１のユーザデバイスに対する重みを記憶するメモリとを含む無線通信装置。
無線通信環境のチャネル割り当てを更新する装置であって、
グループ化の特徴の基準を得る手段と、
１つ以上のユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴を決定する手段と、
グループ化の特徴の基準と、１つ以上のユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴との間に大きい差があるかどうかを決定する手段と、
大きい差があるときは、１つ以上のユーザデバイスに対するチャネル割り当てを更新する手段と、
更新された１つ以上のユーザデバイスに対する重みを決定する手段とを含む装置。
グループ化の特徴の基準を得て、
１つ以上のユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴を決定し、
グループ化の特徴の基準と、１つ以上のユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴との間に大きい差があるかどうかを決定し、
大きい差があるときは、１つ以上のユーザデバイスに対するチャネル割り当てを更新し、
更新された１つ以上のユーザデバイスに対する重みを決定するコンピュータ実行可能命令を記憶させたコンピュータ読み出し可能媒体。
多元接続無線通信環境においてチャネル割り当て更新する命令を実行するプロセッサであって、命令は、
グループ化の特徴の基準を得ることと、
１つ以上のユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴を決定することと、
グループ化の特徴の基準と、１つ以上のユーザデバイスに対する現在のグループ化の特徴との間に大きい差があるかどうかを決定することと、
大きい差があるときは、１つ以上のユーザデバイスに対するチャネル割り当てを更新することと、
更新された１つ以上のユーザデバイスに対する重みを決定することとを含むプロセッサ。