JP2009021980A

JP2009021980A - Ｏｆｄｍａ無線ネットワークにおけるアンテナの選択方法

Info

Publication number: JP2009021980A
Application number: JP2008097036A
Authority: JP
Inventors: Zhifeng Tao; ジフェング・タオ; Chun Nie; チャン・ニー; Neelesh B Mehta; ニーレッシュ・ビー・メータ; Andreas F Molisch; アンドレアス・エフ・モリッシュ; Yinyun Zhang; ジンユン・ジャン
Original assignee: Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc
Current assignee: Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2028-04-03
Also published as: CN101345566A; US7756099B2; US20090016312A1; JP5264251B2; EP2015467A3; CN101345566B; EP2015467A2; KR100976677B1; EP2015467B1; KR20090007208A

Abstract

【課題】ＯＦＤＭＡネットワークにおいてアンテナを選択する。
【解決手段】移動局において基地局から受信されるダウンリンクサブフレームを使用して、ダウンリンクのチャネル状態が測定される。基地局において移動局から受信されるアップリンクサブフレームを使用して、アップリンクのチャネル状態が測定される。次に、本方法は、チャネル状態を比較し、ダウンリンク及びアップリンクが相互的であるか否かを判断する。移動局は、ダウンリンクチャネル状態の品質に基づいて受信アンテナ選択を実行することができる。移動局はまた、基地局によって命令される場合、送信アンテナ選択も実行することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、包括的には無線ネットワークに関し、特に、ＯＦＤＭＡネットワークにおいてアンテナを選択することに関する。

直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）
ＯＦＤＭは、複数の直交サブキャリアを使用して、情報を比較的低いシンボルレートで送信する。利点として、ＯＦＤＭは、単一キャリアを使用して、高周波数減衰、狭帯域干渉、及びマルチパスによる周波数選択性フェージング等の、チャネル状態及び品質における深刻な変化に耐えることができる。ＯＦＤＭは、１つの迅速に変調される広帯域信号ではなく複数の低速に変調される狭帯域信号を使用するため、チャネル等化が簡略化される。シンボルレートが低いことにより、シンボル間干渉（ＩＳＩ）を無くしながら、ガードインターバル及び時間拡散が可能になる。ＯＦＤＭシンボルのいくつかにおけるサブキャリアのいくつかは、チャネル状態を推定し同期を実行するためにパイロット信号を搬送する。

直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）
欠点として、ＯＦＤＭは、チャネルに対しマルチユーザチャネルアクセスを提供しない。ＯＦＤＭＡは、この問題を、複数のユーザの時間、周波数又は符号化による分離によって補正する。すなわち、周波数分割多元接続は、異なるＯＦＤＭサブチャネルを異なるユーザに割り当てることによって達成される。サブチャネルは、物理的に隣接する必要のないサブキャリアのグループである。ＯＦＤＭＡは、一般にＷｉＭＡＸと呼ばれるＩＥＥＥ８０２．１６無線ＭＡＮ標準規格のアップリンクにおいて使用される。

ＷｉＭＡＸ
ＩＥＥＥ８０２．１６標準規格は、エアインタフェースを定義するが、ＷｉＭＡＸは、ＩＥＥＥ８０２．１６エアインタフェースとシステムのネットワーキング態様との両方を含む。ＷｉＭＡＸは、ブロードバンド無線アクセス技術である。これについては、参照により本明細書に援用される、「IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks - Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems」（IEEE Computer Society and the IEEE Microwave Theory and Techniques Society, October 2004）及び「IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks - Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, Amendment 2: Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands」（IEEE Computer Society and the IEEE Microwave Theory and Techniques Society, February 2006）を参照されたい。

アンテナ選択
ＩＥＥＥ８０２．１６標準規格によれば、複数のアンテナ素子及び無線周波数（ＲＦ）チェーンが、基地局（ＢＳ）及び移動局（ＭＳ）においてサポートされる。ＲＦチェーンのコストが高く、アンテナのコストが相対的に低いため、ＲＦチェーンの数（Ｎ）は通常、アンテナの数（Ｍ）より少なく、すなわちＮ≦Ｍである。したがって、信号を送受信するために、ＲＦチェーンが選択されたアンテナに接続される。

各アンテナは、別個のチャネル利得がある異なる伝播経路を提供することが知られている。したがって、ＢＳ及びＭＳにおいて送受信性能が最適化されるように、Ｍ個のうちのＮ個のアンテナをＮ個のＲＦチェーンに選択的に接続することが重要である。この機能は、アンテナ選択（ＡＳ）として知られている。アンテナ選択は、ビット誤り率（ＢＥＲ）、信号対雑音比（ＳＮＲ）及びスループット（ＴＨ）に関してシステム性能を向上させる方法である。

アンテナ選択は、また、３ＧＰＰＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）、すなわち、すべて参照により本明細書に援用される、Ｒ１−０６３０８９、「Low cost training for transmit antenna selection on the uplink」（Mitsubishi Electric, NTT DoCoMo, 3GPP RAN1#47）、Ｒ１−０６３０９０、「Performance comparison of training schemes for uplink transmit antenna selection」（Mitsubishi Electric, NTT DoCoMo, 3GPP RAN1#47）、Ｒ１−０６３６０９１、「Effects of the switching duration on the performance of the within TTI switching scheme for transmit antenna selection in the uplink」（Mitsubishi Electric, NTT DoCoMo, 3GPP RAN1#47）及びＲ１−０５１３９８、「Transmit Antenna Selection Techniques for Uplink E-UTRA」（Institute for Infocomm Research (I2R), Mitsubishi Electric, NTT DoCoMo, 3GPP RAN1#43）、Ｒ１−０７０５２４、「Comparison of closed-loop antenna selection with open-loop transmit diversity (antenna switching between TTIs)」（Mitsubishi Electric, 3GPP RAN1#47bis）等の他の標準規格によっても使用される。

ＷｉＭＡＸネットワーク
図１は、従来のＩＥＥＥ８０２．１６ＷｉＭＡＸネットワークを示す。本ネットワークは、ＢＳとＭＳとの間のポイント・ツー・マルチポイント通信を使用する。ＢＳは、それぞれ接続１０１〜１０３での特定のセルにおけるＭＳ１〜ＭＳ３との通信のすべてを管理及び調整する。各ＭＳは、１つのＢＳと直接通信し、ＢＳは、ネットワークのインフラストラクチャ１１０又は「バックボーン」と通信する。ＭＳへの、又は、ＭＳからのすべての通信は、ＢＳを通過しなければならない。基本の無線通信を実行するために、ＢＳ及びＭＳには、少なくとも１つのＲＦチェーンが装備される。通常、ＢＳにおいて、アンテナ素子及びＲＦチェーンの数は等しく、これはＮ＝Ｍを意味する。しかしながら、コスト、サイズ及びエネルギー消費の制限があるため、実際は、通常、ＭＳではＲＦチェーンよりアンテナの方が多い。したがって、アンテナ選択はＭＳで使用される。

レガシＩＥＥＥ８０２．１６標準規格は、時分割複信（ＴＤＤ）モードと周波数分割複信（ＦＤＤ）モードとをともにサポートする。本明細書では、アンテナ選択の説明を、両モードに適用する。

フレーム構造
図２に示すように、ＴＤＤモードは、ＭＳからＢＳへのアップリンクとＢＳからＭＳへのダウンリンクとにおいてフレーム構造を使用する。標準規格では、プリアンブル、ＦＣＨ、バースト、マップ並びにギャップＴＴＧ及びＲＴＧが完全に定義される。図２において、水平軸は時間を示し、垂直軸はサブチャネルを示す。第１のサブフレームはダウンリンク（ＤＬ）送信のためのものであり、第２のサブフレームはアップリンク（ＵＬ）のためのものである。ＩＥＥＥ８０２．１６のダウンリンクサブフレーム及びアップリンクサブフレームの両方において、マルチユーザチャネルアクセスのためにＯＦＤＭＡが使用される。ＯＦＤＭＡは、周波数領域における直交サブキャリア（サブチャネル）のセットと、時間領域におけるタイムスロットとを分離し、それにより、複数のＭＳが、タイムスロット及び周波数サブキャリア等の帯域幅資源をすべて共有することができる。このため、常に単一のユーザしか対応することができないＯＦＤＭとは対照的に、ＯＦＤＭＡにより、複数のＭＳがＯＦＤＭＡシステムにおいて同時に通信することができる。

図１において、ＢＳとＭＳとの間の１０１、１０２及び１０３等の各接続には、２次元ブロック、すなわち持続時間及び周波数サブキャリアを含む時間−周波数資源が割り当てられる。ＯＦＤＭＡ技術によって、ＢＳは、２次元帯域幅資源を使用することにより接続１０１、１０２、１０３ですべてのＭＳと通信することができる。

ＩＥＥＥ８０２．１６標準規格では、割り当てられる最小資源単位はスロット２００である。スロット２００のサイズは、ＭＳ及びＢＳがアップリンク及びダウンリンクにおいて送信のために使用する置換モードに基づく。置換モードは、時間領域及び周波数領域における資源割当てのタイプを定義する。ＵＬ及びＤＬに対して異なるモードが定義される。特定の置換を使用することにより、各スロットに、所与の数のＯＦＤＭＡシンボル及びサブキャリアが含まれる。

図３は、ＯＦＤＭＡシンボル３００の構造を示し、Ｔ_ｓはシンボル持続時間であり、Ｔ_ｂは情報（データ）持続時間であり、Ｔ_ｇはサイクリックプレフィックスＣＰ３０１である。ＣＰ３０１は、Ｔ_ｂの最後にデータから導出され、シンボルの最初にコピーされる。Ｔ_ｇは、構成可能な期間であり、およそ数マイクロ秒長である。高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって周波数サブキャリアが生成され、完全な周波数スペクトルが構成される。周波数サブキャリアは、ＤＣサブキャリア、データサブキャリア、パイロットサブキャリア及びガードサブキャリア等の異なる用途に従ってグループに分類される。

ダウンリンク及びアップリンク両方の多元接続に対してＯＦＤＭＡを使用する現在のＩＥＥＥ８０２．１６ｅ標準規格は、移動局におけるアンテナ選択をサポートしていない。このため、ＯＦＤＭＡタイプのネットワークにおいてハンドセットのためのアンテナ選択を提供することが望まれる。ＯＦＤＭＡは、ＯＦＤＭと異なり、複数のユーザによるチャネルへの同時アクセスを可能にするため、アンテナ選択は重要である。

本方法は、ＯＦＤＭＡネットワークにおいてアンテナを選択する。移動局において基地局から受信されるダウンリンクサブフレームを使用して、ダウンリンクのダウンリンクチャネル状態が測定される。

基地局において移動局から受信されるアップリンクサブフレームを使用して、アップリンクのアップリンクチャネル状態が測定される。

次に、本方法は、ダウンリンク及びアップリンクのチャネル状態に基づいて、ダウンリンク及びアップリンクが非相互的（unreciprocal）であるか否かを判断する。非相互的である場合、移動局においてアンテナのセットが選択される。移動局は、送信アンテナのセット、受信アンテナのセット又はその両方を選択することができる。通常、基地局は、いずれの送信アンテナを使用するかを決定し、移動局は、受信アンテナを決定する。

本明細書において、以下の用語を定義し使用する。

ＡＡＳゾーン
適応アンテナシステム（ＡＡＳ）は、ＩＥＥＥ８０２．１６ネットワークに対するオプションであり、当該標準規格に定義されている。ＡＡＳは、複数のアンテナ素子を使用して、アンテナ放射を個々のＭＳに向けることによりシステムカバレッジ及び容量を向上させる。ＡＡＳは、放射ビームを空間的に操舵し、高いスペクトル再利用及びダイバーシティ利得の向上を達成することができる。ＡＡＳゾーンは、各フレーム中にＡＡＳサポートＭＳに専用の期間である。

非ＡＡＳゾーン
非ＡＡＳゾーンは、各フレームにおける、非ＡＡＳＭＳに使用される期間である。

スロット
スロットは、ＵＬ及びＤＬにおいてＭＳに割り当てられる最小資源単位である。スロットは２次元であり、持続時間及び周波数サブキャリアで測定される。

アンテナ選択（ＡＳ）
ＡＳは、ＭＳ又はＢＳにおいてシステム性能を最適化するために送受信中に使用される。ＡＳは、送信アンテナ選択（ＴＡＳ）及び受信アンテナ選択（ＲＡＳ）に分類することができ、それらは、それぞれ送信及び受信するためにアンテナを選択するように意図される。

パイロットサブキャリア
ＩＥＥＥ８０２．１６では、サブキャリアは、データサブキャリア、パイロットサブキャリア、ＤＣサブキャリア及びガードサブキャリアを含むいくつかのグループに分割される。受信機は、パイロットサブキャリアにおける受信信号を使用し、チャネルを推定する。サブキャリアのセット全体におけるパイロットの割当ては、置換モードによって決まる。

データサブキャリア
データサブキャリアは、データ送信のために使用されるサブキャリアである。

ガードサブキャリア
ガードサブキャリアは、２つの周波数帯域間のスペクトル間干渉を回避するために使用されるサブキャリアである。

置換ゾーン
置換ゾーンは、ＤＬ又はＵＬにおける隣接した複数のＯＦＤＭＡシンボルである。置換ゾーンは、同じ置換式を使用する複数のユーザを含むことができる。図４に示すように、ＵＬサブフレーム及びＤＬサブフレームはともに、２つ以上の置換ゾーンを含むことができる。使用サブキャリア（used subcarrier）（ＵＳＣ）については後述する。図５に、ＡＡＳ／非ＡＡＳゾーン及びＵＬ／ＤＬにおける置換ゾーンのカテゴリを示す。置換は、主に、それらのスロットサイズ、データ／パイロットサブキャリアの数及び位置、並びにサブキャリアグルーピングが隣接するか又は分散しているかが異なる。

アンテナ切換
アンテナ切換中、移動局は、いずれのアンテナのセットが最適であるかを試験する。恐らくは試験中に受信信号のチャネル利得によって示されるようなチャネル状態に基づいて、システム性能を最適化することができる適当なアンテナのセットが選択される。セットは、すべてのアンテナを含んでもよく、又はアンテナのサブセットを含んでもよい。

ＯＦＤＭＡネットワークの場合、局は、ＯＦＤＭＡシンボルのサイクリックプレフィックス（ＣＰ）期間中にアンテナを切り換え、選択されたアンテナのセットを使用してＯＦＤＭＡシンボルを送受信することができる。アンテナ切換は、通常、数十ナノ秒又は数百ナノ秒で完了するが、ＣＰ期間は数マイクロ秒である。したがって、ＣＰは、いかなるデータの損失もなしにアンテナ切換をサポートするために十分な長さである。

アンテナ選択を、送信機において実行してもよく（送信アンテナ選択）、受信機において選択してもよく（受信アンテナ選択）、又は両方において実行してもよい。たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１６ネットワークでは、アンテナ選択を、ＢＳ又はＭＳ若しくは両方において、ダウンリンク若しくはアップリンクのいずれか又は両方で使用することができる。しかしながら、コスト又は複雑性を考慮すると、通常、アンテナよりＲＦチェーンの方が少ないのはＭＳである。

大部分の環境の下では、アンテナ選択は、アンテナの数がＲＦチェーンの数を上回る場合にのみ使用される。このため、以下の説明は、ＭＳに対するアンテナ選択に焦点を当てており、本質的に、アップリンクの場合の送信機アンテナ選択とダウンリンクの場合の受信機アンテナ選択とを指す。

アップリンクにおける送信機アンテナ選択とダウンリンクにおける受信機アンテナ選択とをともにサポートするために、ＭＳに対する適応アンテナ選択方法を提供する。しかしながら、後述する方法をＢＳに適用することも可能である。

ＭＳは、固定型であっても、ノマディック型であっても、移動型であってもよく、ＢＳのカバレージエリアのいかなる場所に位置してもよい。ＴＤＤシステムでは、ＤＬ送信及びＵＬ送信は、各フレームにおいて同じ周波数帯域を共有する。ＩＥＥＥ８０２．１６ネットワークのフレーム時間は、およそ１０ミリ秒であり、それは通常、チャネルコヒーレンス時間を下回る。このため、ＵＬチャネル及びＤＬチャネルが相互的（reciprocal）であると想定することが妥当である。相互的とは、チャネル状態及び品質が、ダウンリンク及びアップリンクにおいて実質的に同じであることを意味する。非相互的とは、チャネル状態及び品質が実質的に異なることを意味する。

チャネル相互性が想定される場合、移動局によりアップリンク送信及びダウンリンク受信に対し同じアンテナのセットを使用することができる。これにより、ダウンリンクに対して選択されるアンテナサブセットを直接アップリンクに再利用することができ、その逆も可能であるため、ＭＳに対するアンテナ選択が簡略化される。実際のインプリメンテーションでは、装置におけるアップコンバージョン及びダウンコンバージョンのためのＲＦチェーンは非相互的である可能性がある。このような非相互性を、適当な較正により除去することができる。これについては、たとえばH. Zhang、A. F. Molisch及びJ. Zhang著、「Applying antenna selection in WLANs for achieving broadband multimedia communication」（IEEE Transactions on Broadcasting, vol.52, pp.475-482, 2006）を参照されたい。

しかしながら、ＭＳの移動性、セル内干渉又はセル間干渉のために、チャネル相互性を想定することは通常妥当ではない。さらに、ダウンリンク及びアップリンクにおいて異なる周波数資源がＭＳに割り当てられる可能性があるため、これがＯＦＤＭＡネットワークであるために、１つの方向に対して選択されるアンテナセットが、逆方向に対して最良のセットでない場合もある。この場合、ダウンリンク及びアップリンクに対して別々にアンテナ選択を実行することが必要となる。

本発明の実施形態による適応アンテナ選択方法は、上述したように相互的チャネルと非相互的チャネルとの両方に対応することができる。

適応アンテナ選択プロトコル
アップリンクにおいて、ＢＳは、各ＭＳからのパイロット信号を監視することによりチャネル状態を取得する。ＭＳはまた、ダウンリンクのチャネル状態を測定し、チャネル品質情報チャネル（channel quality information channel）（ＣＱＩＣＨ）を使用するか又はアップリンクにおいてチャネル測定報告応答（channel measurement report response）（ＲＥＰ−ＲＳＰ）メッセージを用いて、ダウンリンクのチャネル状態の情報をＢＳに送信する。チャネル状態情報に基づいて、ＢＳは、アップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルが相互的であるか否かのみでなく、アップリンクチャネルが許容可能な品質を有するか否かも判断することができる。ＢＳに、チャネルが非相互的であり、アップリンクチャネル品質が許容不可能であることが分かると、ＭＳに対し、異なるアンテナのセットで送信することにより送信アンテナ選択を開始する指示を通知することができる。これにより、基地局は、送信アンテナの最良のセットを決定することができる。移動局はまた、ダウンリンクチャネル状態及び品質に基づいて受信アンテナのセットを選択することも可能である。

相互的チャネル
チャネルが相互的である場合、ダウンリンクで受信しアップリンクで送信するアンテナの最良のセットは同じである。

ＭＳは、ダウンリンクにおける受信機として、チャネルの状態をほぼ瞬時に測定することができる。このため、ＭＳ自体が、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）、パケット損失率等の局所情報に基づいてアンテナ選択プロセスを開始するべきか及びいつ開始するべきかを判断することができる。たとえば、ＭＳは、受信信号品質がＳＩＮＲに関して一定閾値未満まで劣化することを認識すると、受信アンテナ選択プロセスを開始することができる。

ＢＳは、ダウンリンクでＭＳに送信する時、通常、ＭＳがダウンリンクを推定しダウンリンク信号を一貫して復調するのを容易にするために、ＭＳに割り当てられる周波数資源ブロック全体にパイロットサブキャリアを埋め込む。これらのパイロットサブキャリアを、アンテナ選択の目的に同様に使用することができる。

特に、ＭＳは、アンテナ選択プロセスを開始した後、アンテナの異なるセットを使用して、パイロットサブキャリアを含む異なるＯＦＤＭＡシンボルを受信し、アンテナの異なるセット各々に関連するチャネル状態を推定する。

パイロットサブキャリアが割り当てられた資源ブロックにいかに埋め込まれるかによって、アンテナ切換がいかに発生するかが決定される。パイロットとしても知られるパイロットサブキャリアは、異なる置換方式で異なる位置を有するため、各置換方式を別々に説明する。

以下の置換方式は、ダウンリンクに対するＩＥＥＥ８０２．１６標準規格において定義される。

ＤＬ完全使用サブキャリア（Fully Used Subcarrier）（ＦＵＳＣ）モード
ＤＬＦＵＳＣモードでは、スロットは１つのサブチャネル（周波数領域における）と１つのＯＦＤＭＡシンボル（時間領域における）とから成る。これは、ＯＦＤＭＡネットワークに特有である。ＦＵＳＣスロットは、パイロットサブキャリアを含まない。ＤＬＦＵＳＣモードでは、パイロットサブキャリア位置はすべて事前定義される。残りのサブキャリアは、データを送信するために使用されるスロットにさらに分割される。パイロットサブキャリアは、ＦＵＳＣゾーンのすべてのＯＦＤＭＡシンボルに存在し、すべてのＭＳによりＤＬチャネル推定のために使用される。したがって、ＭＳは、種々のアンテナのセットですべてのＯＦＤＭＡシンボルを受信することができ、そのため、種々のアンテナセットのチャネル応答を推定することができる。これは、ＯＦＤＭネットワークでは不可能である。

ＤＬ任意選択ＦＵＳＣ（optical FUSC）（ｏＦＵＳＣ）モード
ＤＬｏＦＵＳＣモードは、ＢＳによって使用される任意選択のＤＬ置換タイプである。ＦＵＳＣと同様に、ｏＦＵＳＣスロットは、周波数領域における１つのサブチャネルと時間領域における１つのＯＦＤＭＡシンボルとから成り、いかなるパイロットサブキャリアも含まない。ＦＵＳＣと同様に、パイロットサブキャリアは、すべてのＯＦＤＭＡシンボルに存在し、すべてのＭＳによりＤＬチャネル推定のために使用される。このため、アンテナ切換プロセスは、ＤＬＦＵＳＣゾーンにおけるものと類似である。

ＤＬ部分使用サブキャリア（Partial Used Subcarrier）（ＰＵＳＣ）モード
図６に示すように、各スロットは、２つの隣接するＯＦＤＭＡシンボル（時間における）と１つのサブチャネル（周波数における）とから成る。各サブチャネルは、１４のサブキャリアから成る。ＯＦＤＭＡシンボルを、奇数シンボル６０１及び偶数シンボル６０２と呼ぶことができる。パイロットシンボル６１１及びデータ６１２の位置は、奇数ＯＦＤＭＡシンボルと偶数ＯＦＤＭＡシンボルとで異なる。

図７は、ＭＳがアンテナセットｊ７０１を使用してシンボルｋ７００を受信する一例を示す。そして、ＭＳは、たとえばシンボルｋ＋１のサイクリックプレフィックス中に、アンテナセットｊ＋１７０２に切り替わって、シンボルｋ＋１を受信する。このプロセスを、すべての追加のアンテナセットが試験されるまで、シンボルｋ＋２、ｋ＋３等に対して継続してもよい。しかしながら、受信機によって使用される選択アルゴリズムに応じて、数個のアンテナサブセットのみが試験されてもよい。このように受信するアンテナセットのチャネル状態情報に基づき、ＭＳは、性能を最適化するために使用するアンテナセットを決定することができる。

ＤＬタイル使用サブキャリア（Tile Used Subcarrier）（ＴＵＳＣ）１、２モード
ＴＵＳＣ１及びＴＵＳＣ２は、８０２．１６ｅＤＬに対して定義される２つの任意選択の置換モードである。これらの２つのゾーンは、ＡＡＳゾーンにのみ存在する。ＴＵＳＣ１及びＴＵＳＣ２のスロット構造は、それぞれＵＬＰＵＳＣモード及びＵＬｏＰＵＳＣモードに対するものと同じである。ＵＬＰＵＳＣモード及びＵＬｏＰＵＳＣモードの詳細は後述する。

ＤＬ適応変調符号化（Adaptive Modulation Coding）（ＡＭＣ）モード
ＤＬＡＭＣモードは、８０２．１６ｅに対する任意の置換モードである。サブキャリアは、各サブチャネルにグループ化され、物理的に隣接している。図８にスロット構造を示す。各スロット８００は、６つのピンから成る。各ピンは、１つのＯＦＤＭＡシンボル長及び９サブキャリア幅から成る。中間サブキャリア８１１はパイロットサブキャリアであり、他のサブキャリアはデータのために使用される。ＡＭＣモードには、６がいかに因数分解されるかに応じて４つのタイプがある。すなわち、１×６、６×１、２×３及び３×２であり、ここで第１項は時間を示し、第２項は周波数を示す。ＤＬＡＭＣスロットにおけるすべてのシンボルがパイロットを有するため、ＭＳは、種々のシンボルにおいて種々のアンテナセットを試験することができる。

ＭＳは、アンテナ切換を実行する時、最良のアンテナセットを選択する前に、いくつかの又はすべてのあり得るアンテナセットの組合せを試験することができる。そして、チャネル相互性により、ダウンリンクで受信するために選択される同じアンテナセットを、アップリンクで送信するために使用することができる。ダウンリンクに対する受信アンテナ選択は局所的に実行されるため、他の通知は必要ではない。

非相互的チャネル
アップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルが相互的でない場合、ダウンリンクで受信するために選択されたアンテナセットが、アップリンクで送信するために適していない場合がある。したがって、それらのそれぞれの性能を最適化するために、アップリンクに対して１つのセットが選択されてもよく、ダウンリンクに対して別のセットが選択されてもよい。

特に、ＢＳが、アップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルが非相互的であると認識し、送信アンテナ選択が実行されるべきであると判断する場合、アンテナ選択プロセスを開始する要求を送信することによってＭＳに通知する。ＢＳが、送信アンテナ選択が実行されるべきであると判断する時、信号は、ＵＬＭＡＰ２０１におけるアンテナ選択制御（ＡＳＣ）ＵＬ情報要素（ＩＥ）の形式である。そうでない場合、ＵＬＭＡＰにＡＳＣＵＬＩＥが現れない場合、このフレームにおいてＭＳによってＵＬアンテナ選択は不要である。

ＢＳによって通知された後、ＭＳは、現アンテナセットを使用して、パイロットサブキャリア（複数可）を含む、ＭＳに割り当てられた第１のＯＦＤＭＡシンボルを送信し、その後、異なるアンテナセットを使用して、パイロットサブキャリア（複数可）を含む後続するＯＦＤＭＡシンボルを送信する。このため、ＢＳは、ＭＳ送信によって使用される各異なるアンテナセットに関連するチャネル応答を推定することができる。推定されたチャネル状態に基づき、ＢＳは、ＭＳにおいていずれの送信アンテナセットが最良の性能をもたらすかを判断し、ＡＳＣＵＬＩＥを用いて最良のセットに関しＭＳに通知する。そして、ＭＳは、選択された最良のアンテナセットを使用して、アップリンクで後続するフレームを送信する。

表１において定義されるＡＳＣＵＬＩＥは、アンテナ選択信号方式をサポートする拡張ＵＬ−ＭＡＰＩＥである。

本発明の一実施形態として値「０ｘ０Ｂ」を有する、ＡＳＣＵＬＩＥにおける「拡張ＵＩＵＣ」フィールドは、このＩＥが拡張ＵＩＵＣＩＥであることを示す。「長さ」フィールドは、後続する「ＵＬ＿ＡＳ＿指示」及び「ＵＬ＿ＡＳ＿選択」フィールドのバイト長を示す。

「ＵＬ＿ＡＳ＿指示」フィールドは、１にセットされる場合（非相互的な場合）、ＭＳが、現フレームにおいてアップリンク送信アンテナ選択を実行すべきであることを示す。このフィールドが０にセットされる場合、ＭＳは、「ＵＬ＿ＡＳ＿選択」フィールドを使用して、ＢＳによって選択されるアンテナセットを決定する。より詳細には、「ＵＬ＿ＡＳ＿選択」フィールドの値は、後の送信に対していずれのアンテナセットが選択されたかを示す。たとえば、「ＵＬ＿ＡＳ＿指示」フィールドが「０ｘ０１」である場合、これは、元のアンテナセットを使用した直後に切り換えられるアンテナセットが、後続するアップリンク送信に対して選択されるべきであることを意味する。ＭＳに対し同じアンテナセットを使用させるために、ＢＳは「０ｘ００」を送信する。

ダウンリンクの場合と同様に、アンテナ切換及び選択は、アップリンクで使用される特定の置換によって決まる。したがって、以下、各アップリンク置換方式に対するアンテナ切換について説明する。

ＵＬ部分使用サブキャリア（ＰＵＳＣ）モード
ＵＬＰＵＳＣは、強制的な（mandatory）ＵＬ置換モードである。最小資源割当単位はスロット２００であり、これを図９に示す。各スロットは、６つのタイル９００を備え、各タイルは、３つのＯＦＤＭＡシンボル９０１及び４つのサブキャリア９０２から成る。ＯＦＤＭＡシンボルにおけるサブキャリアのうちのいくつかはパイロット６１１であり、残りはデータ６１２である。しかしながら、すべてのＯＦＤＭＡシンボルがパイロットサブキャリアを含むとは限らない。

図１０は、ＵＬＰＵＳＣゾーンにおいてアンテナ切換がいかに発生するかを示す。特に、ＭＳは、ＯＦＤＭＡシンボルｋに対してアンテナセットｊを使用して送信する。シンボルｋはパイロットサブキャリア（複数可）を含むため、従ってＢＳは、ダウンリンクチャネルのダウンリンクチャネル状態を推定することができる。そして、ＭＳは、たとえばシンボルｋ＋２のサイクリックプレフィックスにおいてアンテナセットｊ＋１に切り換わり、それにより、シンボルｋ＋２の持続時間にアンテナセットｊ＋１を使用して送信することができる。同様に、シンボルｋ＋２におけるパイロットサブキャリア（複数可）に基づいて、ＢＳは、アンテナセットｊ＋１が使用される時にアップリンクチャネル状態を推定することができる。

このアンテナ切換プロセスは、ＭＳがすべてのあり得るアンテナセットを試験し終わるか、又は別の方法でプロセスを尚早に終了するまで継続する。そして、ＢＳは、チャネル状態又はＳＩＮＲ又は容量等の選択基準に基づいて最も適当なアンテナセットを選択し、選択したアンテナセットをＭＳにフィードバックすることができる。

ＵＬ任意選択ＰＵＣＳ（ｏＰＵＳＣ）モード
ＵＬｏＰＵＳＣモードは、ＭＳによりＵＬに対して使用される任意選択の置換モードである。図１１に示すように、各スロットは６つのタイル１１００から成り、各タイルは、３つのＯＦＤＭＡシンボル１１０１及び３つのサブキャリア１１０２を含む。パイロットサブキャリアは、中間ＯＦＤＭＡシンボルにのみ存在する。

図１２は、ＵＬｏＰＵＳＣゾーンにおいてアンテナ切換が発生することを示す。それは、ＭＳが、目下、シンボルｋ＋１に対してアップリンクで送信するためにアンテナセットｊを使用している場合を示す。ＭＳは、ＢＳからアンテナ切換通知を受信すると、シンボルｋ＋４のサイクリックプレフィックス期間中に別のアンテナセットｊ＋１に切り換わり、シンボルｋ＋４の間にセットｊ＋１を使用する。このプロセスは、ＭＳがアンテナ選択のプロセスを終了するまで継続する。ＢＳは、このように取得されたチャネル状態結果に基づいて最良のアンテナセットを選択し、選択したアンテナセットをＭＳにフィードバックする。

ＵＬ適応変調符号化（ＡＭＣ）モード
これは、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅにおける任意選択の置換モードである。各サブチャネルにグループ化されるサブキャリアは、物理的に隣接している。図８にスロット構造を示す。各スロットは６つのピンを備える。各ピンは、ＯＦＤＭＡシンボル毎に１つのＯＦＤＭＡシンボルと９つのサブキャリアとから成る。中間サブキャリアはパイロット信号のために使用される。ＡＭＣモードは、時間−周波数でピンがいかに積み重ねられるかに基づいて４つのタイプを含む。すなわち、ｍ×ｎ＝｛１×６，６×１，２×３，３×２｝であり、ここで、第１項は時間を示し、第２項は周波数を示す。

通知
ＭＳは、送信アンテナ選択又は受信アンテナ選択を実行する前に、ＢＳに対し、加入者局基本能力要求（Subscriber Station Basic Capability Request）（ＳＢＣ−ＲＥＱ）メッセージ及びＳＳ基本能力応答（SS Basic Capability Response）（ＳＢＣ−ＲＳＰ）メッセージをＢＳと交換することにより、このような機能をサポートするＭＳの能力について通知する。

特に、ＭＳは、初期化を実行しネットワークに加わる時、ＢＳに対し、そのＭＳがアンテナ選択を実行することができることを示す、ＳＳ基本能力要求（ＳＢＣ−ＲＥＱ）メッセージを送信する。ＳＢＣ−ＲＥＱメッセージのフォーマットを表２に示す。ここで提供するメッセージフォーマット記述はすべて単なる例である。

ＳＢＣ−ＲＥＱは、初期化プロトコルの残りの間にＳＳとの有効な通信のために必要なＳＳ能力符号化を示す。「物理パラメータサポート（physical parameters supported）」符号化は、ＳＢＣ−ＲＥＱに含まれるそれらのパラメータのうちの１つである。

ダウンリンクにおいて、ＯＦＤＭＡＳＳ復調器のＭＩＭＯ能力を示す「ＭＩＭＯのためのＯＦＤＭＡＳＳ復調器サポート（OFDMA SS Demodulator for MIMO Support）」は、表３に示すように、アンテナ選択プロトコルをサポートするものである。より詳細には、「ＭＩＭＯのためのＯＦＤＭＡＳＳ復調器サポート」におけるビット２０は、ダウンリンクに対する受信アンテナ選択能力に対するサポートを示すために使用される。このビットが１にセットされている場合、ダウンリンク受信アンテナ選択がサポートされている。一方、ビットが０である場合、能力はサポートされていない。

同様に、アップリンクにおいて、ＯＦＤＭＡＳＳ変調器のＭＩＭＯ能力を示す「ＭＩＭＯのためのＯＦＤＭＡＳＳ変調器サポート（OFDMA SS Modulator for MIMO Support）」は、表４に示すように、アップリンクに対する送信アンテナ選択能力をサポートするものである。ビット７は、アップリンク送信アンテナ選択がサポートされているか否かを示す。このビットが１にセットされている場合、アップリンク送信アンテナ選択はサポートされている。そうでない場合、サポートされていない。

受信されたＳＢＣ−ＲＥＱに応じて、ＢＳは、ＭＳに対してＳＢＣ−ＲＳＰを送信する。ＳＢＣ−ＲＳＰのフォーマットは、ＳＢＣ−ＲＥＱに類似するが、「管理メッセージタイプ」フィールドの値は２６ではなく２７である。ＢＳは、表３及び表４においてＳＢＣ−ＲＳＰメッセージに示すような「ＭＩＭＯのためのＯＦＤＭＡＳＳ変調器サポート」ＴＬＶ及び「ＯＦＤＭＡＳＳ復調器サポート」ＴＬＶを使用して、ＢＳが対応するアンテナ選択能力をサポートするか否かを示すことができる。ここで、フィールドの他の利用可能な値も使用することができることに留意されたい。

さらに、ＭＳは、ＢＳに対し、ＭＳが試験するあり得るアンテナセットの組合せの数を通知してもよい。したがって、この信号方式をサポートするために、表５及び表６において２つの新たなＴＬＶを定義する。

試験されるセットの数を知ることにより、ＢＳは、セットが最良のセットを示すために試験される順序に対するインデックスを単に通知することができる。

図１３は、ＯＦＤＭＡネットワークにおいてアンテナを選択する概略的な方法のステップを示す。移動局において基地局から受信されるダウンリンクサブフレーム５を使用して、ダウンリンクのＤＬチャネル状態１１が測定される（１０）。基地局において移動局から受信されるアップリンクサブフレーム６を使用して、アップリンクのＵＬチャネル状態２１が測定される（２０）。次に、方法は、チャネル状態を比較する（３０）ことにより、ダウンリンク及びアップリンクが相互的であるか否かを判断する。移動局は、ダウンリンクチャネル状態の品質に基づいて受信アンテナ選択４０を実行することができる。移動局はまた、送信アンテナ選択も実行することができる。

本発明を、好ましい実施形態の例を用いて説明したが、本発明の精神及び範囲内でさまざまな他の適応及び変更を行うことができる、ということが理解されなければならない。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神及び範囲内にあるこのような変形及び変更のすべてを包含することである。

本発明の実施形態によって使用されるＩＥＥＥ８０２．１６ＷｉＭＡＸネットワークの概略図である。本発明の実施形態によって使用されるＴＤＤモードでのＩＥＥＥ８０２．１６フレーム構造のブロック図である。本発明の実施形態によって使用されるＯＦＤＭＡシンボルの概略図である。本発明の実施形態によるＵＬ／ＤＬ置換の分割の概略図である。本発明の実施形態によるＵＬ／ＤＬＡＡＳゾーン及び非ＡＡＳゾーン並びにそれらの置換の分割の概略図である。本発明の実施形態によるＤＬＰＵＳＣゾーンの概略図である。本発明の実施形態によるＤＬＰＵＳＣゾーンに対するアンテナ切換のブロック図である。本発明の実施形態によるＡＡＳゾーンに対するＤＬ／ＵＬＡＭＣ置換の概略図である。本発明の実施形態によるＵＬＰＵＳＣゾーンに対する概略図である。本発明の実施形態によるＵＬＰＵＳＣゾーンに対するアンテナ切換の一例の図である。本発明の実施形態によるＵＬｏＰＵＳＣの概略図である。本発明の実施形態によるＵＬｏＰＵＳＣゾーンに対するアンテナ切換の一例の図である。本発明の一実施形態によるアンテナを選択する方法の流れ図である。

Claims

基地局と複数のアンテナを有する移動局とを含むＯＦＤＭＡ無線ネットワークにおけるアンテナの選択方法であって、
ＯＦＤＭＡ無線ネットワークにおける移動局において基地局から受信されるダウンリンクサブフレームを使用してダウンリンクのチャネル状態を測定すること、
前記基地局において前記移動局から受信されるアップリンクサブフレームを使用してアップリンクのチャネル状態を測定すること、
前記ダウンリンクの前記チャネル状態と前記アップリンクの前記チャネル状態とを比較すること、及び
前記比較に基づいて前記移動局におけるアンテナのセットを選択すること
を含む、ＯＦＤＭＡ無線ネットワークにおけるアンテナの選択方法。
前記アップリンクサブフレームは前記ダウンリンクの前記チャネル状態を含み、前記比較は前記基地局において実行される、請求項１に記載の方法。
前記基地局は、前記ダウンリンク及び前記アップリンクが非相互的であり、且つ該アップリンクの品質が許容不能であるか否かを判断するものであって、
前記方法は、
前記移動局に対し送信アンテナの異なるセットで送信するための要求を送信すること、
及び
前記基地局に対し、前記送信アンテナの異なるセットで送信すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記選択されたアンテナのセットは、前記ダウンリンクにおいて受信するためのものである、請求項１に記載の方法。
前記基地局により、前記送信アンテナの異なるセットのうちの送信アンテナの最良のセットを指示すること、及び
前記移動局において、前記基地局に対し前記アップリンクで送信するために前記送信アンテナの最良のセットを選択すること
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
アンテナの１つのセットが、前記ダウンリンクで受信するために選択され、アンテナの別のセットが、前記アップリンクで送信するために選択される、請求項１に記載の方法。
前記ダウンリンク及び前記アップリンクが相互的である場合、前記ダウンリンクの前記チャネル状態に基づいて前記選択を開始すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記アンテナの異なるセットについて前記ダウンリンクの品質を測定すること
をさらに含む、請求項４に記載の方法。
前記移動局は、前記アンテナの種々のセットで測定される前記ダウンリンクの前記品質に基づいてアンテナの最良のセットを選択する、請求項８に記載の方法。
前記アンテナのセットを選択する必要は、アンテナ選択に使用されるフレームのＵＬＭＡＰにおいて指示される、請求項１に記載の方法。
前記ダウンリンク及び前記アップリンクが相互的である場合、前記移動局においてアンテナのセットを選択すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記基地局において、アンテナの異なるセットについて前記アップリンクの品質を測定すること、及び
前記品質に基づいて前記移動局に対しアンテナの最良のセットを通知すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記移動局は前記アンテナの最良のセットを選択する、請求項１２に記載の方法。
前記異なるセットが前記品質を測定する順序に対するインデックスを通知すること
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
前記移動局は、前記基地局に対し、アンテナを選択することができることを通知する、請求項１に記載の方法。