JP2010527165A - 基地局と移動局のセットとを含む空間分割多元接続（ｓｄｍａ）無線ネットワークにおいてアンテナを選択する方法 - Google Patents

Abstract

方法は、基地局と移動局のセットとを含む空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）無線ネットワークにおいてアンテナを選択し、移動局のセットは１つ又は複数の指定される移動局を含み、各指定される移動局は複数のアンテナから成るセットを有する。移動局のセット内の各移動局と基地局との間のチャネルに関してチャネル状態情報（ＣＳＩ）が取得され、各指定される移動局に関するＣＳＩが、各指定される移動局における複数のアンテナから成るセットの異なる複数のサブセットに関して取得される。指定される移動局毎に、全ての移動局から取得したＣＳＩに基づいて、複数のアンテナから成るセットの大域最適サブセットが選択される。

Description

本発明は、包括的には空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）に関し、より詳細にはＯＦＤＭＡネットワークにおけるＳＤＭＡ伝送のためにアンテナを選択することに関する。

ＯＦＤＭＡ
直交波周波数分割多重（ＯＦＤＭ）は、多数の無線ネットワーク、たとえば既知のＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ標準規格及びＩＥＥＥ８０２．１６／１６ｅ標準規格に従って設計されるネットワークの物理層（ＰＨＹ）において使用される変調技法である。ＯＦＤＭＡはＯＦＤＭに基づく多元接続方式である。ＯＦＤＭＡでは、複数の送受信機（ユーザ又は移動局）に、直交トーン（サブチャネル）及びタイムスロットの別個のセットが割り当てられ、それによってこれらの送受信機が同時に通信することができる。ＩＥＥＥ８０２．１６標準規格は無線インタフェースを規定し、一方でＷｉＭＡＸは、ＩＥＥＥ８０２．１６無線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。本明細書で使用される用語及び定義は付録内に含まれる。

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）チェーンを基地局（ＢＳ）及び移動局（ＭＳ）においてサポートすることができる。ＲＦチェーンコストが高く、アンテナのコストが比較的低いことに起因して、通常、ＭＳにおいて、ＲＦチェーンの数（Ｎ）はアンテナの数（Ｍ）よりも少ない。すなわち、Ｎ≦Ｍである。

各アンテナが互いに異なるチャネル利得を受け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、Ｍ本の利用可能なアンテナから成るサブセットＮを、送受信性能が最適化されるように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）として既知である。アンテナ選択によって、ビット誤り率（ＢＥＲ）、信号対雑音比（ＳＮＲ）、及びスループット（ＴＨ）の観点からシステム性能が向上する。

基地局が一度に１つの移動局と通信する、ＯＦＤＭネットワークにおける非ＳＤＭＡ伝送のための移動局におけるアンテナ選択は、参照により本明細書に援用される、２００７年７月１３日付けでTao他によって出願された特許文献１「Method and system for selecting antennas adaptively in OFDMA networks」において記載されている。しかしながら、特許文献１において、Tao他は、基地局が単一の時間周波数資源を使用して同時に複数の移動局と通信するＳＤＭＡ伝送のための移動局におけるアンテナ選択については記載していない。

米国特許出願第１１／７７７３５６号明細書

ＯＦＤＭＡネットワークにおけるＳＤＭＡ伝送のために移動局においてアンテナ選択を提供することが所望されている。

方法は、ＯＦＤＭＡネットワークにおけるＳＤＭＡ伝送のために移動局においてアンテナサブセットを選択する。さらに、選択されるアンテナサブセットはネットワークに対して大域最適であることが望ましい。移動局は基地局から該移動局へのダウンリンク（ＤＬ）チャネルに関してチャネル状態情報（ＣＳＩ）を測定し、該ＣＳＩを基地局にフィードバックする。基地局は移動局から該基地局へのアップリンク（ＵＬ）チャネルに関してＣＳＩを測定する。

本方法は、ダウンリンクチャネル及びアップリンクチャネルのＣＳＩに基づいて、ＤＬチャネル及びＵＬチャネルが相互的（reciprocal）であるか否かを判断する。本方法はまた、ＳＤＭＡ伝送のために、アンテナが各移動局によって局所的に選択されるべきか、又は基地局によって大域的に選択されるべきかを判断する。

移動局におけるダウンリンク受信アンテナ選択は、チャネル相互性及び選択判断基準に依拠して、移動局又は基地局のいずれかによって行うことができる。移動局におけるアップリンク送信アンテナ選択は、基地局によって決定することができる。

本発明の実施の形態によって使用される無線セルラネットワークの概略図である。 本発明の実施の形態によるアンテナ選択のブロック図である。 本発明の実施の形態によって使用されるフレーム構造のブロック図である。 本発明の実施の形態によって使用されるＯＦＤＭＡシンボルの概略図である。 本発明の実施の形態によるアンテナ選択のための詳細なブロック図である。 本発明の実施の形態によるＤＬ ＴＵＳＣ１（ＵＬ ＰＵＳＣ）ゾーンのブロック図である。 本発明の実施の形態によるＤＬ／ＵＬ ＡＭＣゾーンのブロック図である。 本発明の実施の形態によるＤＬ ＴＵＳＣ１（ＵＬ ＰＵＳＣ）パーミュテーション（permutation）の下でのパイロットパターンのブロック図である。 本発明の実施の形態によるＤＬ／ＵＬ ＡＭＣパーミュテーションの下でのパイロットパターンのブロック図である。 図５ＡのＤＬ ＴＵＳＣ１（ＵＬ ＰＵＳＣ）ゾーンのためのアンテナ切り換えのブロック図である。 図５ＢのＤＬ／ＵＬ ＡＭＣゾーンのためのアンテナ切り換えのブロック図である。 本発明の実施の形態による、ＭＳが開始するダウンリンク受信アンテナ選択のためのチャネル推定、ＣＱＩフィードバック、及びスケジューリングのフローチャート図である。 本発明の実施の形態による、ＢＳが開始するアップリンク送信アンテナ選択のためのチャネル推定、ＣＱＩフィードバック、及びスケジューリングのフロー図である。 本発明の実施の形態による、ＢＳが開始するダウンリンク受信アンテナ選択のためのチャネル推定、ＣＱＩフィードバック、及びスケジューリングのフローチャート図である。 本発明の実施の形態による、ＭＳが開始するダウンリンク受信アンテナ選択のためのチャネル推定、ＣＱＩフィードバック、及びスケジューリングのフローチャート図である。

空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）
図１Ａは、本発明の実施の形態によって使用されるネットワーク１００を示している。ネットワークは、基地局（ＢＳ_１）１０１と、複数の移動局（ＭＳ_１〜ＭＳ_４）から成るセット（２つ以上）１０２とを含む。各局は１つ又は複数の送受信機（ＲＦチェーン）１０５を備える。各ＲＦチェーンは１本のアンテナ１０３に接続する。典型的な基地局は通常複数のアンテナを有し、各移動局は複数本の（１本又は複数本の）アンテナから成るセットを有する。無線チャネル１０４はそれらのアンテナを接続する。各チャネルはアップリンク（ＵＬ）１０６とダウンリンク（ＤＬ）１０７とを含む。

選択された移動局に対して、アンテナ選択が時折実施される。指定される移動局は、セット内の、２本以上のアンテナを有する移動局のうちの１つ又は複数とすることができる。指定される移動局はネットワークに入りつつある局であり得るか、又は移動局は該移動局のロケーションに起因して性能劣化を受けていると共に、該移動局の異なるアンテナサブセットが使用される場合におそらく該移動局のチャネルを改善することができる。基地局又は移動局自身のいずれかが、該移動局がアンテナ選択の目的のために指定される移動局であるべきか否かを判断することができる。さらなる詳細については図４を参照されたい。

空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）は、プレコーディング及びマルチユーザスケジューリングを用いて多入力多出力（ＭＩＭＯ）技法を使用することによって達成することができる。ＳＤＭＡは、セル内のＭＳ１０２のロケーション情報を利用する。ＳＤＭＡを用いて、ＲＦ信号１０４の放射パターンは、ＭＳのロケーションに向かう特定の方向において高利得を得ると共に、干渉物（同じ資源で動作する他のＭＳ）の方向において低利得を得るようになっている。これは、ビーム形成又はビーム偏向と呼ばれることが多い。ＳＤＭＡをサポートするＢＳは、同じ資源（たとえばＯＦＤＭＡシンボル及び周波数サブチャネル）を使用して複数のＭＳに同時に信号を送信するが、それらの信号は、おそらく異なる方向に方向付けされている。ＳＤＭＡはネットワーク容量を増大させることができる。これは、複数の伝送が並行して発生することができるためである。複数のアンテナを有するＭＳもＳＤＭＡを利用することができる。プレコーディングは、ＢＳにおいて、ＭＳからのフィードバックを通じて該ＢＳによって取得されるか又はチャネル相互性に基づいて得られるチャネル状態情報（ＣＳＩ）を使用して、ダウンリンク送信の前に実施される。

ＩＥＥＥ８０２．１６ｅでは、ＳＤＭＡは、様々なパーミュテーションゾーンの下で、ＡＡＳゾーン又はＳＴＣゾーンのいずれにおいても実施することができる。関連する定義は付録において与えられる。

フレーム構造
図２は、ＢＳ及びＭＳによるＯＦＤＭＡチャネルアクセスのために使用されるフレーム構造を示している。図２において、水平軸は時間領域資源を示し、垂直軸はサブチャネル（周波数）領域資源を示す。

ＯＦＤＭＡにおいて割り当てるための資源の基本単位はスロット２００である。スロットのサイズはＭＳ及びＢＳがダウンリンク（ＤＬ）及びアップリンク（ＵＬ）における送信に使用するパーミュテーションモードに基づく。パーミュテーションモードは時間領域及び周波数領域における資源割り当てのタイプを定義する。ダウンリンク及びアップリンクのために異なるモードが定義される。特定のパーミュテーションを使用することによって、所与の数のＯＦＤＭＡシンボル２０１及びサブチャネルが各スロット内に含まれる。

スロットは関連付けられる時間（ｋ）及びサブチャネル（ｓ）を有する。各スロットは１つ又は複数のＯＦＤＭＡシンボルを保有することができる。基地局は時間領域を、ＤＬサブフレーム２５１及びＵＬサブフレーム２５２を含む連続した複数のフレーム２１０に分割する。ＤＬサブフレームの間、全てのトラフィックは基地局から移動局へのものである。ＵＬサブフレームの間、全てのトラフィックは移動局から基地局へのものである。

ＤＬサブフレームは、全てのサブチャネルにおいてプリアンブル２２０から開始する。プリアンブルによって、移動局は同期及びチャネル推定を実施することが可能になる。ダウンリンクにおける第１の２つのＯＦＤＭＡシンボルにおける第１のサブチャネルはフレーム制御ヘッダ（ＦＣＨ）２０２である。ＦＣＨは、ＱＰＳＫレート１／２を使用して４回反復して送信される。ＦＣＨは、すぐ後に続くダウンリンクＭＡＰ（ＤＬ−ＭＡＰ）２６０の長さと、ＤＬ−ＭＡＰのために使用される反復符号化とを指定する。

ＢＳはダウンリンクＭＡＰ（ＤＬ−ＭＡＰ）及びアップリンクＭＡＰ（ＵＬ−ＭＡＰ）２６１を使用して、現在のフレーム内でダウンリンク方向及びアップリンク方向それぞれにおいてデータバースト２０４に割り当てられる資源をＭＳに通知する。バーストは接続識別子（ＣＩＤ）に関連付けられる。ＢＳから受信されるスケジュールに基づいて、各ＭＳは、ＢＳに対して送受信（送信又は受信）を行うべきとき（すなわちＯＦＤＭＡシンボル）及び行うべきところ（すなわちサブチャネル）を求めることができる。ＵＬサブフレーム内の第１の２つのサブチャネル２０３はレンジングのために使用される。

受信／送信ギャップ（ＲＴＧ）は複数のフレームを分離し、伝送遷移ギャップ（ＴＴＧ）はフレーム内の複数のサブフレームを分離する。これによって、送受信機が送信モードと受信モードとの間で切り換えることが可能になる。

データ信号（ＯＦＤＭＡシンボル）は１つ又は複数のスロットを含むバースト２０４において送信される。ＢＳとＭＳとの間の各チャネル又は無線接続１０４は時間領域及び周波数領域資源を割り当てられ、これはスロットの２次元ブロック、すなわち時間期間及び周波数サブチャネルを含む。ＯＦＤＭＡを用いて、複数の局は、割り当てられた２次元資源を使用することによって接続１０４上で互いに通信することができる。

ＯＦＤＭシンボル
図３はＯＦＤＭＡシンボル３００の構造を示す。ここで、Ｔ_ｓはシンボル持続期間であり、Ｔ_ｂは情報（データ）持続期間であり、Ｔ_ｇはサイクリックプレフィックス（ＣＰ）３０１である。ＣＰ３０１はＴ_ｂの末尾のデータから導出され、シンボルの先頭にコピーされる。Ｔ_ｇは設定可能な時間期間であり、およそ数マイクロ秒の長さである。高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって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。サブキャリアは、異なる使途に従って、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のような複数のグループに分類される。

現在のＩＥＥＥ８０２．１６ｅ標準規格は、多元接続のためにダウンリンク及びアップリンクの両方に対してＯＦＤＭＡを使用するが、移動局におけるアンテナ選択をサポートしていない。

アンテナ切り換え
アンテナ選択の間、移動局は、いずれのアンテナサブセットが最適であるか検査する。ＯＦＤＭＡネットワークでは、局はＯＦＤＭＡシンボルのサイクリックプレフィックス（ＣＰ）期間の間にアンテナを切り換えると共に、選択されたアンテナセットを使用してＯＦＤＭＡシンボルを送受信することができる。アンテナ切り換えは通常、数十ナノ秒又は数百ナノ秒で完了するのに対して、ＣＰ持続期間は数マイクロ秒である。したがって、ＣＰプレフィックスはデータを一切損失することなくアンテナ切り換えをサポートするのに十分に長い。

アンテナ選択は、送信、すなわち送信アンテナ選択（ＴＡＳ）、若しくは受信、すなわち受信アンテナ選択（ＲＡＳ）、又は両方のために実施することができる。たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１６ネットワークでは、アンテナ選択は、ＢＳ若しくはＭＳ又は両方において、ダウンリンク若しくはアップリンク又は両方において使用することができる。しかしながら、コスト又は複雑性への配慮に起因して、アンテナより少ないＲＦチェーンを有するのは通常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チェーンの数よりも多いときにのみ使用される。したがって、以下の説明はＭＳのためのアンテナ選択に焦点を当てる。該アンテナ選択は原則として、アップリンクの場合ＴＡＳを指し、ダウンリンクの場合ＲＡＳを指す。それにもかかわらず、後述する方法はＢＳにも適用することができる。

本発明では、ＳＤＭＡ伝送のためのアンテナ選択に注意を集中する。ＳＤＭＡ伝送において、基地局と複数の移動局との間の通信のために同じ割り当て資源が使用される。この状況において、プレコーディング及びスケジューリングは複数のマルチユーザチャネルにわたって実施され、これによって１つのＭＳに対するアンテナ選択が他のＭＳに対するアンテナ選択に相関付けられる。

選択は局所最適又は大域最適とすることができる。局所選択は特定の移動局において利用可能な情報のみに基づく。大域選択はアンテナ選択が発生するＭＳに関連する情報のみでなく、同じＳＤＭＡ伝送に関与する他のＭＳに関連付けられる情報も考慮する。したがって、局所選択は局所最適であると共に、ＭＳにおいて直接実施することができるのに対して、大域選択は大域最適であると共に、ＢＳによってのみ実施することができる。

チャネル相互性
ＭＳは固定式、ノマディック式、移動式とすることができ、ＢＳ１０１のカバレッジ領域内のいかなるロケーションにも位置することができる。時分割複信（ＴＤＤ）システムでは、ＤＬサブフレーム及びＵＬサブフレーム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持続期間は約１０ｍｓであり、これは通常、チャネルコヒーレンス時間より短い。このため、ＵＬチャネル及びＤＬチャネルが相互的であると想定するのが妥当である。本発明では、相互的とは、チャネル状態及びチャネル品質がダウンリンク及びアップリンクにおいてほぼ同じであることを意味する。

チャネル相互性が想定される場合、移動局によるアップリンク送信及びダウンリンク受信の両方に同じアンテナサブセットが使用される。これによって、ダウンリンクのために選択されるアンテナサブセットをアップリンクのために直接再使用することができ、逆も同様であるため、ＭＳのためのアンテナ選択が単純化される。実際の実施態様において、装置内のアップコンバージョンのためのＲＦチェーン及びダウンコンバージョンのためのＲＦチェーンが非相互的である場合がある。そのような非相互性は、適切な較正によって解消することができる。

それにもかかわらず、チャネルが相互的に見える場合であっても、チャネル相互性を推定することが常に有効であるわけではない。これは、セル間干渉が相互的でないためである。さらに、周波数分割複信（ＦＤＤ）を使用するネットワークでは、ダウンリンク及びアップリンクにおいてＭＳに異なる周波数資源を割り当てる場合がある。その場合、１つの方向に対して選択されたアンテナサブセットが逆方向に対して最良のセットでない場合がある。この場合、ダウンリンク及びアップリンクのために別個にアンテナ選択を実施することが必要となる。

本発明の実施の形態による適応アンテナ選択方法は、上述したような相互的チャネル及び非相互的チャネルの両方に対応することができる。

アンテナ選択方法
図１Ｂは、アンテナを選択する概略的な方法を示している。移動局のセット内の各移動局と基地局との間のチャネル１０４に関してチャネル状態情報（ＣＳＩ）１１１を取得する（１１０）。ＣＳＩは、以前に伝送されたフレームから、又は要求に応じて取得することができる。１つ又は複数の指定される移動局に関して、該指定される移動局において利用可能なアンテナセットの異なる複数のサブセットに関してＣＳＩを取得する。コスト因子も取得することができる。コスト因子は、アンテナを切り換えるコストと、異なるサブセットのためにプレコーディングするコストと、他の同様なコスト因子とを含むことができる。

全ての移動局に関する全ての利用可能なＣＳＩ１１１に基づいて、指定される移動局毎にアンテナセットの大域最適サブセット１２２を選択し（１２０）、任意選択でコスト因子１１２を選択する。この選択によって、コスト関数を最小化することができる。指定される移動局毎に１つの大域最適サブセットが存在する。

各指定される移動局に、基地局と各指定される移動局との間の後続の通信に使用される大域最適アンテナサブセット１２２を通知する。

アンテナ選択中の局所最適化及び大域最適化
最適化は局所的又は大域的とすることができる。局所最適化は、最適なアンテナサブセットが選択されている移動局に関する利用可能な情報のみを考慮する。大域最適化は、最適アンテナサブセットを選択するときに全ての移動局に関する利用可能な情報を考慮する。

図４に示すように、基地局は、局所最適選択（ＬＳ）４２０を使用するべきか又は大域最適選択（ＧＳ）４３０を使用するべきかを判断する（４１０）。選択が局所最適である場合、指定される移動局は、ダウンリンクにおいて自身で受信アンテナ選択を開始及び実施することができる（すなわち、ＬＳ ＤＬ ＲＡＳ４２１）。

アップリンクの場合、ＢＳはアップリンクチャネルのＣＳＩを有し、各ＭＳがいずれのアンテナセットを使用するべきか決定することができる。ここでもまた、ＢＳは、ＭＳのためのアンテナサブセットを選択するとき、アップリンクチャネル情報のみを考慮することができるか、又は同じＳＤＭＡ伝送に関与する他のＭＳに関連する情報もアンテナ選択決定の考慮に入れることができる。前者のアップリンク送信アンテナ選択は局所最適である（すなわち、ＬＳ ＵＬ ＴＡＳ４２２）。

ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ標準規格は、ＳＤＭＡのための、プロトコル、ＭＡＣメッセージ、及びＰＨＹサポートを規定する。本発明は、ＳＤＭＡ伝送に携わる移動局におけるアンテナ選択を可能にする。選択判断基準１１１及び１１２に基づいて、様々な状況下でアンテナ選択を実施する方法を説明する。さらに、本発明のアンテナ選択をサポートするＭＡＣシグナリングプロトコルを説明する。

局所選択
指定される移動局（ＭＳ）における局所最適選択４２０の場合、アンテナ選択はこのＭＳのみとＢＳとの間のＣＳＩに基づく。この場合、１つのＭＳに対するアンテナ選択は、他のＭＳに対するアンテナ選択に影響を及ぼさない。すなわち、指定される局（複数可）以外の局はアンテナを切り換える必要がない。手続きは全てのＭＳに関して同じである。したがって、１つのみのＭＳ、たとえば図８のＭＳ_ｋに関して局所アンテナ選択を説明すれば十分である。

ＬＳ ＤＬ ＲＡＳ４２１の場合、ＭＳがアンテナ選択を開始することを決定すると、指定される局は、異なる複数のアンテナサブセットを使用して、パイロットサブキャリア８０１を含む異なる複数のＯＦＤＭＡシンボルを受信し、各異なるアンテナサブセットに関連付けられるチャネルのＣＳＩ１１１を推定する。

図８に示すように、異なるアンテナサブセットの数Ｌ８０１は、ＲＦチェーンの数Ｎ、総アンテナ数Ｍ、及びＭＳによって使用される選択プロセスに依拠する。たとえば、Ｎ＝２且つＭ＝４と仮定すると、可能なアンテナサブセットの総数

である。

Tao他によって記載される方法とは異なり、ＭＳは、ＢＳとＭＳにおいて選択されたアンテナサブセットとの間のチャネルに関連付けられるチャネル品質情報（ＣＱＩ）８０２をＢＳに報告する。次に、後続のフレームにおけるＳＤＭＡ ＤＬデータ８０３のために適切なプレコーディングを選択及び適用することができる。

チャネルが相互的である場合、ダウンリンクチャネルに対して受信のために選択された同じアンテナサブセットをアップリンク上の送信のために使用することができる。そうではなく、チャネルが相互的でないとき、ＢＳは図９に示すように、ＭＳにＡＳＣ ＵＬ ＩＥ９０１を送信してＵＬ ＴＡＳプロセス４２２を開始する。ＡＳＣ＿ＵＬ＿ＩＥは、付録内の表１に示すように、アンテナ選択シグナリングをサポートする拡張ＵＬ−ＭＡＰ ＩＥである。

指定されるＭＳは、パイロット９０２を、異なるＯＦＤＭＡシンボルにおいて異なるアンテナサブセットを使用してＢＳに送信する。ＢＳは、該ＢＳとＭＳにおける様々なアンテナサブセットとの間のチャネルを推定し、１つのサブセットを選択する。次にＢＳは、このアンテナ選択結果９２０をＭＳに知らせる。

割り当てられる資源ブロック内にパイロットサブキャリアが埋め込まれる様式は、選択プロセス中のアンテナ切り換えに対して影響を有する。パイロットサブキャリアは、パイロットとしても既知であるが、異なるパーミュテーション方式、たとえばＦＵＳＣ、 ＰＵＳＣ、ＡＭＣ、ＴＵＳＣ１、ＴＵＳＣ２等において異なるロケーションを有する。

例として、本発明では、ＵＬ送信に必須であるＰＵＳＣパーミュテーションを説明する。ＴＵＳＣ１は８０２．１６ｅ ＤＬに関してＡＡＳゾーンにおいて定義される任意選択のパーミュテーションモードであると共に、ＴＵＳＣ１のスロット構造はＵＬ ＰＵＳＣモードのスロット構造と同じであることに注意されたい。

ＵＬ部分使用サブキャリア（ＰＵＳＣ）モード
図５Ａに示すように、ＵＬ ＰＵＳＣはＩＥＥＥ８０２．１６ｅ標準規格によって規定されるＵＬパーミュテーションモードである。最小資源割り当て単位はスロット２００であり、スロット２００は６つのタイル５００を含む。各タイルは３つのＯＦＤＭＡシンボル５０１と４つのサブキャリア５０２とを含む。ＯＦＤＭＡシンボル内のサブキャリアのうちの幾つかはパイロット５１１であり、残りはデータ５１２である。全てのＯＦＤＭＡシンボルがパイロットサブキャアを含むわけではないことに留意されたい。

付録において定義されるように、ＳＤＭＡシステムは、異なる複数の移動局に同じ時間資源及び周波数資源を割り当てるが、図６Ａに示すように直交するパイロットパターン（Ａ〜Ｄ）６０１〜６０４を割り当てる。したがって、ＢＳは各ＭＳから別個にチャネルを推定することができ、各ＭＳは他のＭＳから独立してＵＬ ＴＡＳ４２２を実施することができる。

図７Ａは、ＳＤＭＡを使用するＵＬ ＰＵＳＣゾーンにおいてアンテナ切り換えがどのように発生するかを示している。具体的には、ＭＳはアンテナサブセットｊを使用してスロットｋを送信する。スロットｋは、他のＭＳのパイロットと直交するこのＭＳのパイロットを含むため、ＢＳはそれに従ってアップリンクチャネルのチャネル状態を推定することができる。次に、ＭＳは、たとえば各シンボルのサイクリックプレフィックスにおいて次のスロット内のアンテナサブセットｊ＋１に切り換える。同様に、スロットｋ＋１におけるパイロットサブキャリア（複数可）に基づいて、ＢＳはアンテナサブセットｊ＋１が使用されるときのアップリンクチャネル状態を推定することができる。

このアンテナ切り換えプロセスは、ＭＳが全ての可能性のあるアンテナセットを検査し終えるか、又は別の態様で終了することを決定するまで継続する。次に、ＢＳは、コスト関数１２１を使用して、ＣＳＩ、ＳＩＮＲ、又は容量のような選択判断基準（ＣＳＩ及びコスト因子）１１１及び１１２に基づいて適切なアンテナサブセットを選択し、ＭＳに対して選択されたアンテナサブセットを該ＭＳに通知する（１３０）ことができる。コスト因子は、アンテナ切り換えコスト、プレコーディングコスト、及び変調コスト等を含むことができる。

ＤＬ／ＵＬ適応変調符号化（ＡＭＣ）モード
ＤＬ／ＵＬ ＡＭＣモードは８０２．１６ｅのための任意選択のパーミュテーションモードである。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５Ｂにスロット構造が示されている。各スロット５５０は６つのビンから成る。各ビン５５１は１つのＯＦＤＭＡシンボルと９つのサブキャリアとを含む。６がどのように因数分解されるか、すなわち１×６、６×１、２×３、及び３×２に応じて４つのタイプのＡＭＣモードが存在する。ここで第１項は時間を表し、第２項は周波数を表す。

ＡＭＣ ＡＡＳゾーン内のパイロットは割り当ての一部分として見なされ、したがって、割り当てられたデータサブキャリアの送信と整合するようにビーム形成される。ＳＤＭＡ領域において、各割り当てのパイロットは、ロケーション及び極性から成る異なるパイロットパターンに対応することができる。３×２のＡＭＣスロット５５０の場合のパイロットパターン６１１〜６１４が図６Ｂに示されている。異なる複数のＭＳは、チャネルを推定すると共にアンテナを選択するための直交パイロットパターンを割り当てられている。

図７Ｂは、ＳＤＭＡを使用するＤＬ ＡＭＣゾーンにおけるアンテナ切り換えを示している。具体的には、ＭＳは、スロットｋの間に自身のパイロットパターンを使用してアンテナサブセットｊを検査し、次にスロットｋ＋１の持続期間においてアンテナサブセットｊ＋１を検査するように切り換え、以下同様である。このアンテナ切り換えプロセスはＭＳが全ての可能性のあるアンテナサブセットを検査し終え、適切なアンテナサブセットを選択するまで継続する。

大域選択
図４に示すような大域最適アンテナ選択（ＧＳ）４３０の場合、複数の移動局が同じ資源を使用して、ＳＤＭＡネットワーク内で同時にアップリンクで送信するか又はダウンリンクで受信する。これによって、ＢＳとＳＤＭＡ通信に携わる全てのＭＳとの間の通信が相関付けられる。大域最適アンテナ選択において、各指定されるＭＳのためのアンテナ選択は、ネットワーク内の全ての送受信機間のチャネル１０４に依拠する。したがって、局所選択と大域選択とは異なる結果をもたらす場合がある。

局所選択がＳＤＭＡにおけるアンテナ選択に最適でない理由を示す一例を説明する。基地局（ＢＳ）と２つの移動局（ＭＳ）との間のアップリンクＳＤＭＡを考察する。各移動局は２本のアンテナと１つのＲＦチェーンを有する。Ｐ_１（Ｐ_２）をＭＳ_１（ＭＳ_２）の送信電力として定義し、ｈ_１（ｈ_２）をＭＳ_１（ＭＳ_２）からＢＳへのチャネルベクトルとして定義し、θ（ｈ_１，ｈ_２）をｈ_１とｈ_２との間の角度として定義し、Ｎ_０をＢＳにおけるノイズ電力として定義する。

各ＭＳから１つの送信アンテナを選択するために、通常このＳＤＭＡシステムの性能は、該ＳＤＭＡの容量領域によって、
Ｒ_１≦Ｃ_１、Ｒ_２≦Ｃ_２、且つ、Ｒ_１＋Ｒ_２≦Ｃ_ｓｕｍ
として測定されるべきであり、
Ｃ_１＝１／２×ｌｏｇ［１＋‖ｈ_１‖^２×Ｐ_１／Ｎ_０］、
Ｃ_２＝１／２×ｌｏｇ［１＋‖ｈ_２‖^２×Ｐ_２／Ｎ_０］、且つ
Ｃ_ｓｕｍ＝１／２×ｌｏｇ［１＋‖ｈ_１‖^２×Ｐ_１／Ｎ_０＋‖ｈ_２‖^２×Ｐ_２／Ｎ_０＋‖ｈ_１‖^２×‖ｈ_２‖^２×Ｐ_１×Ｐ_２／Ｎ_０ ^２×ｓｉｎ^２θ（ｈ_１，ｈ_２）］
であり、ただし、
ｓｉｎ^２θ（ｈ_１，ｈ_２）＝１−｜ｈ_１ ^Ｈ×ｈ_２｜^２／（‖ｈ_１‖^２×‖ｈ_２‖^２）
である。これは、参照により本明細書に援用される、B. Suard、G. Xu, H. Liu、及び T. Kailath著、「Uplink Channel Capacity of Space-Division-Multiple-Access Schemes」（IEEE Transactions on Information Theory, vol. 44, no. 4, pp. 1468-1476, July 1998）からの出典である。上記のものは、アンテナ選択のための最適化中に考慮されるべきコスト因子であり得る。

ここで、ＭＳ_１がチャネルベクトルｈ_１を有するアンテナを選択したと仮定すると共に、ＭＳ_２に対してアンテナを選択する時点であると仮定する。ＭＳ_２において局所選択が使用される場合、より大きなＣ_２、すなわちより大きな‖ｈ_２‖^２を与えるアンテナが選択される。

しかしながら、ＭＳ_２のためのアンテナサブセットを選択するのに大域選択を使用するとき、Ｃ_２のみでなくＣ_ｓｕｍも考慮しなくてはならない。この結果、ベクトルｈ’_２を有する異なるアンテナが選択される場合がある。これは、‖ｈ_２‖^２＞‖ｈ’_２‖^２であっても、ｈ’_２がｓｉｎ^２θ（ｈ_１，ｈ_２）よりも大きなｓｉｎ^２θ（ｈ_１，ｈ’_２）を与える場合があり、この結果、より大きなＣ_ｓｕｍとなり得るためである。

ＳＤＭＡ無線ネットワークにおいて大域選択を使用する場合、選択決定４１０は、全ての関連するチャネル１０４に関する測定されたＣＳＩにアクセスすることができるＢＳにおいて行われる。

アップリンク送信アンテナ選択は、通常ＢＳによって開始（トリガ）される。ＭＳは異なる複数のアンテナサブセットを使用して、ＢＳが各アンテナサブセット及びＢＳに関するＣＳＩを取得するために、パイロットをＢＳに送信する。ＢＳが全てのＭＳからのＣＳＩを集めた後、大域最適判断基準を使用して各ＭＳのためのアンテナセットを選択することができる。

ダウンリンクの場合、ＭＳ及びＢＳの両方がＤＬ受信アンテナ選択を開始することができる。各ＭＳは、ＢＳと異なる複数のアンテナセットとの間のＣＳＩを測定し、該ＣＳＩをＢＳにフィードバックする。ここでもまた、いずれのアンテナサブセットを使用するかの決定は、ＢＳによって、全てのＭＳからのＣＳＩを大域的に考慮した後に行われる。

次に、ＷｉＭＡＸネットワークにおけるＳＤＭＡのための大域アンテナ選択を説明する。

ＷｉＭＡＸ実施態様
アップリンク４３２の場合、基地局は、ＡＳＣ ＵＬ ＩＥ９０１を送信することによって、指定されるＭＳに大域アンテナ選択を実施するように命令する。それに応答して、指定されるＭＳは異なる複数のアンテナサブセット９０２を使用して、パイロットを有するＯＦＤＭＡシンボルを送信する。ＢＳはＭＳからのＣＱＩを推定し、ネットワークに対して大域最適であるアンテナサブセットを決定する。ＢＳはＡＳＣ ＵＬ ＩＥ９２０において選択を示し、該選択は後続のデータ送信９３０のために使用することができる。

図１０は、ＢＳによって開始されるＧＳダウンリンクＲＡＳ手続き４３１を示している。ＣＱＩＣＨ割り当て１０１０は、AAS_SDMA_DL_IEを用いて、又はCQICH_Allocation_IEを通じて、又はCQICH_Control_IEを通じて行うことができる。ダウンリンクパイロット１００５は、異なる複数のパイロットパターンの下でＩＥと共に送信される。

ＣＱＩＣＨ割り当てＩＥ内のパイロットが、ＭＳが自身の全てのアンテナセットの検査を完了するのに十分でない場合に備えて、ＢＳは、ＣＱＩＣＨ割り当てＩＥの前又はＣＱＩＣＨ割り当てＩＥの後に、さらなるパイロット（複数可）１００５を送信することも可能である。

ＭＳから受信したＣＱＩ報告１０２０に基づいて、ＢＳは、ＭＳがダウンリンクにおいて受信１０４０のために使用するアンテナサブセットを選択することができる。ＢＳは、ASC_DL_IE１０３０において、選択されたアンテナセットをＭＳに示す。

図１１は、ＭＳが開始するＧＳ ＤＬ ＲＡＳ４３１のための手続きを示している。ダウンリンクＲＡＳ手続き４３１は、たとえば、ＢＳに送信された最後のＣＱＩ報告がもはや最新でなく、一方で次の周期的ＣＱＩフィードバックの機会が依然としてかなり後である場合に、ＭＳによって開始されるべきであることがある。

この場合、ＭＳ_ｋ１０２はダウンリンク受信アンテナ選択４３１を開始することができ、ＣＱＩＣＨ割り当て要求１１２０を送信することによってＢＳ１０１に帯域幅を要求する（１１１０）。しかしながら、ＣＱＩＣＨ割り当て要求を送信するために、ＭＳはまず適切なアップリンク資源を取得しなくてはならない。ＭＳは、現在のＩＥＥＥ８０２．１６標準規格において規定される様々な帯域幅要求（ＢＲ）方式及び競合解決プロトコルを使用してそのようなアップリンク資源を取得することができる。次に、ＭＳは、ＣＱＩＣＨを有せず、且つ自身の現在使用中のアンテナサブセットが満足のいく性能を与えない場合、割り当てられたアップリンク帯域幅を使用してＣＱＩＣＨ割り当てを要求することができる。ＢＳ１０２はＣＱＩＣＨをＭＳに割り当て（１１３０）、ＤＬにおいてパイロット信号を送信する（１１３５）。ＭＳは異なるアンテナサブセットを使用してそれらのパイロット信号を受信し、それらのパイロットに基づいて各アンテナサブセットに関連付けられるＤＬチャネルを推定する。ＭＳは、各アンテナサブセットに関連付けられるチャネルに関するＣＱＩをＢＳに知らせる（１１４０）。

或る時点では、ＣＱＩＣＨがＭＳに割り当てられているが、ＭＳの最後のＣＱＩ報告が、次の周期的ＣＱＩフィードバックまで残っている持続期間にわたってもはや適切ではない。この場合、ＭＳは、ＲＥＰ−ＲＳＰメッセージを通じて未承諾のＣＱＩ報告１１５０をＢＳに送信することができる。ＭＳは、ＲＥＰ−ＲＳＰメッセージのために十分な帯域幅があることを事前に確実にする。そうでない場合、ＭＳはまず競合ベースのＢＲを実施する。

ＢＳがＣＱＩＣＨ又はＲＥＰ−ＲＳＰのいずれかを通じてＭＳからＣＱＩを得ている限り、ＢＳは、ＭＳのための最適なアンテナサブセットを、ＢＳにおいて記憶されている他のＭＳのＣＱＩを考慮に入れることによって選択することができる。

ＢＳは、ＡＳＣ ＤＬ ＩＥ１１６０をＳＤＭＡダウンリンク送信１１７０の前に各ＭＳに送信することによって、ＭＳに通知する。ASC_DL_IEは、付録内の表２に示すように、アンテナ選択シグナリングをサポートするための拡張ＤＬ−ＭＡＰ ＩＥである。表２において、各フィールドは、付録内の表１における対応するフィールドと同様の意味を有する。

ちなみに、ＭＳから未承諾のＣＱＩ報告１１５０を受信した後、ＢＳはＭＳの要求に従ってＣＱＩＣＨ内の期間（ｐ）を変更することができる。また、ＢＳは、ＭＳが未承諾ＣＱＩ更新を送信することができないように、或る時間期間にわたってCQICH_Allocation_IE内の「トリガされた更新」を無効にすることができる。

さらなる問題
上述したアンテナ選択方法は、本発明がＳＤＭＡネットワークにおいて実施されるとき、幾つかの他の問題に対処するべきである。

第１に、ＳＤＭＡネットワークにおいてプレコーディング及びアンテナ選択を実施するために、ＢＳは全てのＣＱＩの期間更新と、任意のＭＳからの未承諾ＣＱＩ報告に対する応答とを有する必要がある。結果として、ＢＳは各ＭＳに関して最も最近取得したＣＱＩを記憶すると共に、或るＭＳから送信されるパイロット又はＣＱＩフィードバックが存在するとき、及びアンテナ選択において新たな決定が行われるときはいつでも更新する。

第２に、無線ネットワークにおけるＳＤＭＡ通信の間に、ユーザの再グループ化、資源の割り当て、幾つかのユーザの移動性及びハンドオーバ、並びにトラフィック要求の変化に起因して何らかのネットワーク更新が発生する場合がある。任意の更新が移動局におけるアンテナ選択を開始することができる。ＭＳとＢＳとの間の交換（冗長である場合がある）が過度に多くなるのを避けるために、ＢＳは、更新後、記憶されているＣＳＩを使用してプレコーディングを行うと共にＭＳにおけるアンテナを選択することができる。アンテナ切り換えは、後にネットワーク構成が安定したときに実施することができる。

第３に、ＭＳ及びＢＳは、アンテナサブセット毎のＣＱＩフィードバックのタイプに関して合意する。ＣＱＩフィードバックタイプは、チャネルマトリクス、平均搬送波対干渉雑音比（ＣＩＮＲ）、及び最大ＣＩＮＲを含む。ＢＳは、ビーム形成を実施するためにチャネルマトリクス全体を必要とし、アンテナサブセットを選択するために平均ＣＩＮＲを必要とする。ＭＳはアンテナを局所的に選択すると共に、最大ＣＩＮＲをＢＳにフィードバックすることができる。

通知
指定されるＭＳは、送信アンテナ選択又は受信アンテナ選択を実施する前に、加入者局基本能力要求（ＳＢＣ−ＲＥＱ）メッセージ及びＳＳ基本能力応答（ＳＢＣ−ＲＳＰ）メッセージをＢＳと交換することによって、自身のそのような機能をサポートする能力をＢＳに知らせる。

具体的に、指定されるＭＳは、初期化を実施してネットワークに参加すると、ＳＳ基本能力要求（ＳＢＣ−ＲＳＰ）メッセージを送信して、該ＭＳがＳＤＭＡにおいてアンテナ選択を実施することができることを、付録内の表３に示されるＴＬＶ符号化情報を用いてＢＳに示す。

さらに、ＭＳは、該ＭＳが検査する可能なアンテナセットの組み合わせの数をＢＳに知らせることができる。したがって、付録内の表４及び表５において、このシグナリングをサポートするための２つの新たなＴＬＶを定義する。ＢＳは、検査されるセット数を知ることによって、ＡＳＣ ＩＥによって、最良なセットを示すためにセットが検査される順序に対するインデックスをシグナリングすることができる。

ＭＳが未承諾ＣＱＩ報告を送信するとき、対応するアンテナセットの指示がＢＳに通知される必要がある。したがって、付録内の表６において、このシグナリングをサポートするための新たなＴＬＶを定義する。

ＢＳは、ＭＳから未承諾報告を受信した後、この種類のトリガを受信するときに実施する動作を示す。これによって、付録内の表７において示されるトリガＴＬＶのタイプ／機能／動作記述が更新される。

拡張２ ＵＩＵＣコードにおいてAntenna_Selection_Control_UL_IE、及び拡張２ ＤＩＵＣコードにおいてAntenna_Selection_Control_DL_IEを定義したことを想起されたい。したがって、拡張２ ＵＩＵＣコード割り当て及び拡張２ ＤＩＵＣコード割り当ては付録内の表８及び表９において示されるように更新される。

本発明を好ましい実施の形態の例として説明してきたが、本発明の精神及び範囲内で様々な他の適応及び変更を行うことができることは理解されたい。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入るすべての変形及び変更を包含することである。

付録
用語及び定義
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、時間期間及び周波数サブチャネルにおいて測定される。

ゾーン：ゾーンはシンボルの１つ又は複数の（時間的に）連続した列である。

データ領域：ＯＦＤＭＡにおいて、データ領域は、連続サブチャネルのグループを連続ＯＦＤＭＡシンボルのグループで２次元割り当てしたものある。データ領域の２次元割り当ては、サブチャネル及びシンボルの４×３の長方形のような長方形として視覚化することができる。

ＡＡＳゾーン：適応アンテナシステム（ＡＡＳ）は、ＩＥＥＥ８０２．１６標準規格に従って設計されるネットワークのための任意選択の機能である。ＡＡＳは複数のアンテナを使用して、送信信号を特定の受信アンテナに向けることによって、システムの適用範囲及び容量を改善する。ＡＡＳはＲＦビームを空間的に「偏向」することができ、それによって空間再利用及びダイバーシティ利得が増大する。ＡＡＳゾーンは、各フレーム中の、ＡＡＳによってサポートされるＭＳ専用の時間期間である。

ＳＴＣゾーン：時空間符号化（ＳＴＣ）は、ＩＥＥＥ８０２．１６ネットワークのための任意選択の機能であり、該標準規格において規定される。ＳＴＣは複数の送信アンテナを使用して無線通信システムにおけるデータ伝送の信頼性を向上させる。ＳＴＣは、データストリームの複数の冗長なコピーを受信機に送信して、信頼性のある復号の確率を高める。ＳＴＣゾーンは、各フレーム中の、ＳＴＣによってサポートされるＭＳ専用の時間期間である。

パーミュテーションゾーン：パーミュテーションゾーンはＤＬ又はＵＬにおける複数の連続したＯＦＤＭＡシンボルである。パーミュテーションゾーンは同じパーミュテーション式を使用する複数のＭＳを含むことができる。ＵＬサブフレーム及びＤＬサブフレームの両方が２つ以上のパーミュテーションゾーンを含むことができる。

パイロットパターン：パイロットパターンはパイロットサブチャネルの割り当てである。マルチユーザ通信、たとえば、ＳＤＭＡにおけるようなＢＳから複数のＭＳへのダウンリンク送信において、受信機は直交パイロットパターンを使用してチャネルを推定する。

Claims (13)

1. 基地局と移動局のセットとを含む空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）無線ネットワークにおいてアンテナを選択する方法であって、前記移動局のセットは１つ又は複数の指定される移動局を含み、各指定される移動局は複数のアンテナから成るセットを有し、該方法は、
   前記移動局のセット内の各移動局と前記基地局との間のチャネルに関するチャネル状態情報（ＣＳＩ）を取得することであって、各指定される移動局に関する前記ＣＳＩが、各指定される移動局における前記複数のアンテナから成るセットの異なる複数のサブセットに関して取得されること、
   指定される移動局毎に、全ての前記移動局から取得した前記ＣＳＩに基づいて、前記複数のアンテナから成るセットの大域最適サブセットを選択すること、及び
   各指定される移動局に、前記基地局と各指定される移動局との間の後続の通信に使用される、前記複数のアンテナの前記大域最適サブセットを通知すること、
   を含む、方法。
2. 前記選択することは、前記ＣＳＩ及びコスト因子に基づいてコスト関数を最小化する、請求項１に記載の方法。
3. 前記基地局と各指定される移動局との間でメッセージを交換することにより、
   ＳＤＭＡを使用して、前記指定される移動局においてアンテナ選択をサポートする能力と、
   前記複数のアンテナから成るセットの前記異なる複数のサブセットの数と、
   を取り決めることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 各チャネルはダウンリンク及びアップリンクを含み、移動局は、該移動局が前記ダウンリンクにおいて集めた前記ＣＳＩを前記アップリンクにおいて前記基地局に報告し、前記基地局は前記アップリンクに関する前記ＣＳＩを取得する、請求項１に記載の方法。
5. 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相互的であるか否か、並びに前記ダウンリンク及び前記アップリンクの品質が前記後続の通信のために受け入れ可能であるか否かを判定する、請求項４に記載の方法。
6. 前記複数のアンテナの前記大域最適サブセットは前記ダウンリンク上で受信するためのものである、請求項４に記載の方法。
7. 前記複数のアンテナの前記大域最適サブセットは前記アップリンク上で送信するためのものである、請求項４に記載の方法。
8. 前記基地局においてアンテナ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。
9. 前記指定される移動局においてアンテナ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。
10. 各指定される移動局にチャネル品質情報チャネル（ＣＱＩＣＨ）を割り当てること、
    前記基地局によって、各指定される移動局に直交パイロットを送信すること、及び
    各指定される移動局によって、前記ＣＱＩＣＨにおいて、前記複数のアンテナから成るセットの前記異なる複数のサブセットのＣＱＩを送信すること、
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記複数のアンテナから成るセットの前記異なる複数のサブセットに関する未承諾ＣＱＩ報告を送信すること、及び
    前記基地局によって、ＳＤＭＡダウンリンク送信の次のフレームの前に、前記移動局のための最良の受信アンテナセットを示すこと、
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記未承諾ＣＱＩ報告を送信するための大域幅を前記基地局に要求すること、及び
    要求に成功する場合、ＣＱＩＣＨ又は未承諾ＲＥＰ−ＲＳＰメッセージを通じて前記ＣＱＩ報告を送信すること、
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. ＣＱＩＣＨ割り当て要求ヘッダを使用して前記ＣＱＩＣＨを要求することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。

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