JP2011523817A - ビームフォーミングトレーニングのための方法とシステム、及び、それを用いた通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビームフォーミングトレーニングの方法とシステム、及び、それを用いた通信装置を提供する。
【解決手段】通信装置を含む通信システムが提供される。通信装置はトレーナー通信装置で、少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスを生成すると共に、少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスを伝送し、残りの複数の通信装置の少なくとも一つから、対応するチャネル特性を記述する一または二以上の応答メッセージを受信する。一または二以上の残りの複数の通信装置はトレーニー通信装置で、それぞれ、少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスを受信し、少なくとも一つの受信された連結トレーニングシーケンスに従って、トレーナーとトレーニー間のチャネル特性を決定し、チャネル特徴特性を組み込んで、少なくとも一つの応答メッセージを生成し、応答メッセージを伝送する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、通信システムにおいて、同時に、一または二以上の通信装置をビームフォーミングトレーニング（beamforming training）するビームフォーミングトレーニング方法（beamforming training method）に関するものである。

通信パフォーマンスを改善するために、伝送側と受信側両方で、マルチアンテナを使用するビームフォーミング技術が、通信システムに応用されている。一般に、データ伝送の前に、最適なTx、及び/或いは、Rxアンテナ配置を得るために、マルチアンテナを使用する通信装置をトレーニングする必要がある。公知のビームフォーミングトレーニング工程中、通信装置は、一または二以上の所定のビームフォーミングトレーニングビットシーケンスをピア通信装置に伝送する。その後、ピア通信装置は、少なくとも一つの所定のビームフォーミングトレーニングビットシーケンスを受信して、受信されたビットシーケンスを用いて、チャネル特性（channel characteristic）を判断し、その後、評価結果を、上述した所定のビットシーケンスの伝送を行なった通信装置に戻す。しかし、公知のビームフォーミングトレーニング工程は一対一のトレーニング工程である。特に、ミリ波通信システム等の高周波数アプリケーションにとって、アンテナ指向性のため、一のトレーニング期間で、一の通信装置だけをトレーニングするのが望ましい。

公知のビームフォーミングトレーニング方法に基づくと、通信システム中に、複数の通信装置がある時、トレーニング工程においては、通信装置の数量の二乗にも達する大量の通信期間とメッセージが必要となり、これは、トレーニング効率に大きく影響する。よって、このような低効率の問題を解決可能な新規のビームフォーミングトレーニング方法が、強く求められている。

本発明は、ビームフォーミングトレーニングのための方法とシステム、及び、それを用いた通信装置を提供し、上述の問題を解決することを目的とする。

通信システムにおいて、トレーナー通信装置により、一または二以上のトレーニー通信装置を、ビームフォーミングトレーニングする通信システムと方法が提供される。具体例による通信システムは、複数の通信装置からなる。通信装置はトレーナー（trainer）で、少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスを生成すると共に、少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスを伝送し、前記複数の通信装置のうち、残りの通信装置の少なくとも一つから、対応するチャネル特性を記述する一または二以上の応答メッセージを受信する。前記複数の通信装置のうち、一または二以上の残りの通信装置はトレーニー（trainee）で、それぞれ、少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスを受信し、少なくとも一つの受信された連結トレーニングシーケンスに従って、トレーナーとトレーニーとの間のチャネル特性を決定し、チャネル特性情報を組み込んで、少なくとも一つの応答メッセージを生成し、応答メッセージを伝送する。

通信システムにおいて、トレーナー通信装置により、一または二以上のトレーニー通信装置をビームフォーミングトレーニングする方法の具体例は、トレーニングシーケンスを得るステップと、複数のスキームを準備するステップと、所定のルールに基づいた複数のスキームにより、トレーニングシーケンスを変調し（modulate）、複数の変調されたトレーニングシーケンスを生成するステップと、複数の変調されたトレーニングシーケンスを連結して、連結トレーニングシーケンス生成するステップと、少なくとも一度、連結トレーニングシーケンスを、一または二以上のトレーニー通信装置に伝送するステップと、からなる。

通信システムにおいて、一または二以上の通信装置をビームフォーミングトレーニングする方法の別の具体例は、少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスを受信するステップと、受信した連結トレーニングシーケンスに従って、チャネル特性を取り出して、トレーニング結果を得るステップと、トレーニング結果に従って、少なくとも一つの応答メッセージを生成するステップと、応答メッセージを伝送するステップと、を備え、連結トレーニングシーケンスは、複数の変調されたトレーニングシーケンスを連結することにより生成され、複数の変調されたトレーニングシーケンスは、所定のルールに従った複数のスキームにより、所定のトレーニングシーケンスを変調することにより生成されるものである。

本発明のビームフォーミングトレーニング方法により、一のトレーニング期間中、トレーナー通信装置は同時に、多くのトレーニー通信装置をトレーニングするので、一対多数のビームフォーミングトレーニングが実現され、低効率の問題が解決される。

本発明の具体例による通信システムを示す図である。 本発明の具体例による通信システム中、トレーナー通信装置により、一または二以上のトレーニー通信装置をビームフォーミングトレーニングする方法のフローチャート図である。 本発明の具体例による連結されたトレーニングシーケンスを示す図である。 本発明の具体例によるトレーニー通信装置側でのビームフォーミングトレーニング方法の別のフローチャート図である。

図 1 は、本発明の具体例による通信システムを示す図である。通信システム１００は、複数の通信装置、例えば、通信装置１０１〜１０４からなる。本発明の具体例によると、複数の通信装置のうちの一つが、一または二以上の他の通信装置の存在を検出する。通信システム１００中の任意の一つの通信装置が、トレーナー通信装置として行動する。伝送信号が到達できる範囲にあり、トレーナー通信装置がトレーニングすることを予定しているターゲット通信装置を含む他の通信装置が、トレーニー通信装置となる。本発明の具体例によると、一のトレーニング期間において、一対多数のビームフォーミングトレーニングが実現する。言い換えると、一のトレーニング期間中において、同時に、一または二以上のトレーニー通信装置がトレーニングされる。

図２は、本発明の具体例による、通信システム中、トレーナー通信装置により、一または二以上のトレーニー通信装置をビームフォーミングトレーニングする方法のフローチャート図である。トレーナー通信装置はトレーニングシーケンスを得て、複数のスキームを用意する(ステップＳ２０１)。次に、トレーナー通信装置は、所定のルールに従った複数のスキームを用いて、トレーニングシーケンスを変調（modulate）し、複数の変調されたトレーニングシーケンスを生成する(ステップＳ２０２)。最後に、トレーナー通信装置は、複数の変調されたトレーニングシーケンスを連結して、一または二以上の連結トレーニングシーケンスを形成し (ステップＳ２０３)、少なくとも一回、連結トレーニングシーケンスを、一または二以上のトレーニー通信装置に伝送する(ステップＳ２０４)。

本発明の具体例によると、異なる情報を伝送するために、所定のルールに従った異なるスキーム（scheme）を用いて、トレーニングシーケンスの変調が行なわれる。例えば、複数の変調されたトレーニングシーケンス中のそれぞれは、一または二以上のトレーニー通信装置とトレーナー通信装置間の対応するチャネル特性（channel characteristic）に関する情報を伝送することができる。チャネル特性は、トレーナー通信装置のアンテナ配置を含む。図３は、本発明の具体例による連結トレーニングシーケンスを示す図である。連結トレーニングシーケンス３００は、プリアンブルと、複数の変調されたトレーニングシーケンスb-seq₁,b-seq₂, ・・・b-seq_nを含む。異なるスキームを用いて、トレーニングシーケンスを変調する方法の詳細は以下で示される。

本発明の具体例によると、トレーナー通信装置 (通信装置１０１等)は、異なる伝送ビームパターンに関連付けられた異なるアンテナ重み付けベクトル(AWV：Antenna Weight Vector)を用いることにより、トレーニングシーケンスを変調する。例えば、トレーナー通信装置は、直交マトリクスに従って、トレーニングシーケンスを変調する。直交マトリクスは、例えば、離散的フーリエマトリクス（discrete Fourier matrix）、アダマールマトリクス（Hadamard matrix）等である。離散的フーリエマトリクスは以下のように定義される。

ω^ｋ＝（ｅ^{−ｊ２π／ｎ}）^ｋ、ｎは、トレーナー通信装置のアンテナ数量、且つ、ω^０＝ω^ｎ＝・・・ω^ｍｎ＝１である。注意すべきことは、離散的フーリエマトリクスとアダマールマトリクスは、一例として紹介するものである。当業者なら分かるように、別の直交マトリクスを使用することも可能であり、本発明は、これに限定されない。

本発明の具体例によると、トレーナー通信装置は、直交マトリクスの一のカラムベクトルを、個々に、トレーニングシーケンスに適用して、複数の変調されたトレーニングシーケンスb-seq₁,b-seq₂, ・・・b-seq_nの一つを得る。伝送前に、トレーニングシーケンスの振幅、及び/又は、位相を調整するために、トレーニングシーケンスは、直交マトリクスのカラムベクトルによりスケーリング（scale）される。異なるカラムベクトルを適用することにより、異なる伝送ビームパターン、例えば、図１で示されるビームパターンP₁,P₂, ・・・P_nとなる。

本発明の他の具体例によると、トレーナー通信装置は、所定のコードブック（Code Book）を用いることにより、トレーニングシーケンスを変調することもできる。所定のコードブックは、一または二以上の伝送ビームの複数の特性、例えば、アンテナ方向、或いは、アンテナゲインパターン等に関係する複数のAWVを含む。トレーナー通信装置は、それぞれ、特定の伝送ビームパターン、例えば、図１で示されるビームパターンP₁,P₂・・・P_nとそれぞれ関連付けられる異なるAWVをトレーニングシーケンスに適用することにより、トレーニングシーケンスを変調させ、複数の変調されたトレーニングシーケンスを得る。本発明の具体例によると、伝送ビームパターンは、少なくとも一つのパラメータに従って決定され、パラメータは、トレーナー通信装置の伝送信号の位相と強度、アンテナ数量、アンテナ配置、及び、各アンテナ素子の個々の伝送ビームパターンを含む。本発明の具体例によると、所定のコードは、更に、トレーナー通信装置 (たとえば、通信装置１０１) とトレーニー通信装置(たとえば、通信装置１０２〜１０４)との間の共有情報である。

本発明の別の具体例によると、トレーナー通信装置は、複数の変調スキームを得て、所定ルールに従って、異なる変調スキームを用いることにより、トレーニングシーケンスを変調する。例えば、トレーナー通信装置は、異なる実体速度（physical rate）、或いは、コードレート（code rate）を用いて、トレーニングシーケンスを変調し、複数の変調されたトレーニングシーケンスを得ることができる。所定ルールは、第一変調トレーニングシーケンスb-seq₁のための第一実体速度、および残りのトレーニングシーケンスb-seq₂〜b-seq_ｎのための第二実体速度を特定することができる。別の例によると、トレーナー通信装置は、実体速度の増加により、トレーニングシーケンスを変調して、複数の変調されたトレーニングシーケンスを得ることができる。

前述のように、複数の変調されたトレーニングシーケンスを得た後、トレーナー通信装置は、複数の変調されたトレーニングシーケンスを連結し、一または二以上の連結トレーニングシーケンス(図３中の連結トレーニングシーケンス３００)を形成し、少なくとも一回、連結トレーニングシーケンスを、一または二以上のトレーニー通信装置に伝送する。本発明の具体例によると、一または二以上の連結トレーニングシーケンスの伝送は、一または二以上の連結トレーニングシーケンスの少なくとも一つが、伝送信号が到達する範囲内にあるトレーニー通信装置により受信可能な方法により実行される。例えば、本方法によれば、全方向（omni-directional）の連結トレーニングシーケンスを送信すること、或いは、一または二以上の連結トレーニングシーケンスを対応する所定の領域に伝送することができる。各領域の角度は、３６０°より小さい。

図４は、本発明の具体例によるトレーニー通信装置側でのビームフォーミングトレーニング方法の別のフローチャート図である。少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスがトレーナー通信装置により伝送された後、一または二以上のトレーニー通信装置(たとえば、通信装置１０２〜１０４) は、ビームフォーミングトレーニングに用いる少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスを受信する (ステップ Ｓ４０１)。次に、一または二以上のトレーニー通信装置は、受信された少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスに従って、一または二以上のトレーニー通信装置とトレーナー通信装置との間のチャネル特性を決定する (ステップＳ４０２)。最後に、一または二以上のトレーニー通信装置は、チャネル特性情報を組み込んで、少なくとも一つの応答メッセージを生成し、応答メッセージを伝送する (ステップＳ４０３)。

本発明の具体例によると、受信された連結トレーニングシーケンスに従って取り出されるチャネル特性（retrieved channel characteristics）は、アンテナ方向、アンテナの位相回転ベクトル、最適なアンテナ配置等を組み合わせたものを含む。例えば、一または二以上のトレーニー通信装置は、受信した少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスに従って、信号対ノイズ比（SNR）を最大化する重み付けベクトルを計算して、これをトレーニング結果とし、該トレーニング結果をトレーナー通信装置に応答することができる。別の具体例によると、一または二以上のトレーニー通信装置は、受信された少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスに従って、最適なアンテナコードを取り出して、これをトレーニング結果とし、該トレーニング結果をトレーナー通信装置に応答する。

本発明の具体例によると、トレーナー通信装置が、複数のトレーニー通信装置の少なくとも一つから、対応するチャネル特性を記述する一または二以上の応答メッセージを受信した後、ビームフォーミングトレーニング期間が完了する。提案されるビームフォーミングトレーニング方法によると、一つのトレーニング期間中において、トレーナー通信装置は同時に、多くのトレーニー通信装置をトレーニングするので、一対多数のビームフォーミングトレーニングが実現される。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１００…通信システム
１０１〜１０４…通信装置
３００…連結トレーニングシーケンス
２０１〜２０４、４０１〜４０３…ステップ

Claims (23)

1. 複数の通信装置からなる通信システムであって、
   トレーナーである一つの通信装置と、
   トレーニーである残りの一または二以上の通信装置と、からなり、
   前記トレーナーは、少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスを生成し、前記連結トレーニングシーケンスを伝送し、前記複数の通信装置のうち、残りの通信装置の少なくとも一つから、対応するチャネル特性を記述する一または二以上の応答メッセージを受信し、
   前記トレーニーは、それぞれ、前記連結トレーニングシーケンスを受信し、前記受信した連結トレーニングシーケンスに従って、前記トレーナーと前記トレーニーとの間のチャネル特性を決定し、チャネル特性情報を組み込んで、前記応答メッセージを生成する
   ことを特徴とする通信システム。
2. 前記トレーニーである前記通信装置は、更に、
   異なる情報を伝送するために、所定のルールに従った異なるスキームにより変調された、少なくとも一つのトレーニングシーケンスを得て、
   前記トレーニングシーケンスを変調し、
   変調された前記トレーニングシーケンスを連結することで、前記連結トレーニングシーケンスを得ることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記トレーナーである前記通信装置は、直交マトリクスのカラムベクトルを用いることにより、前記トレーニングシーケンスを変調し、前記トレーニングシーケンスをスケーリングすることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
4. 前記トレーナーである前記通信装置は、特定の伝送ビームパターンにそれぞれ関連付けられた異なるアンテナ重み付けベクトル(AWV)を、前記トレーニングシーケンスに適用することにより、前記トレーニングシーケンスを変調することを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
5. 前記伝送ビームパターンは、前記複数の通信装置のうちの一つの伝送信号の位相と強度、アンテナ数量、アンテナ配置、及び、各アンテナ素子の個々の伝送ビームパターンを含む、少なくとも一つのパラメータに従って決定されることを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
6. 前記トレーナーである前記通信装置は、異なる変調スキームに従って、或いは、異なるコードレート（code rate）を用いることにより、前記トレーニングシーケンスを変調することを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
7. 前記トレーナーである前記通信装置は、実体速度（physical rate）の増加により、トレーニングシーケンスを変調することを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
8. 前記チャネル特性は、前記受信した連結トレーニングシーケンスに従って取り出される最適なアンテナ配置を含むことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
9. 通信システムにおいて、トレーナー通信装置により、一または二以上のトレーニー通信装置をビームフォーミングトレーニングする方法であって、
   トレーニングシーケンスを得るステップと、
   複数のスキームを準備するステップと、
   所定のルールに基づいた前記複数のスキームにより、前記トレーニングシーケンスを変調し、複数の変調されたトレーニングシーケンスを生成するステップと、
   前記複数の変調されたトレーニングシーケンスを連結して、連結トレーニングシーケンス形成するステップと、
   少なくとも一度、前記連結トレーニングシーケンスを、前記一または二以上のトレーニー通信装置に伝送するステップと、
   からなることを特徴とする方法。
10. 更に、
    前記連結トレーニングシーケンスを受信した前記一または二以上のトレーニー通信装置から、対応するチャネル情報を含む少なくとも一つの応答メッセージを受信するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記複数の変調されたトレーニングシーケンスのそれぞれは、前記一または二以上のトレーニー通信装置と前記トレーナー通信装置との間の対応するチャネル特性に関連する情報を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記トレーニングシーケンスは、直交マトリクスを用いて変調されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
13. 前記変調ステップは、更に、
    前記直交マトリクスの一つのカラムベクトルを、個別に、前記トレーニングシーケンスに適用して、前記複数の変調されたトレーニングシーケンスのうちの一つを得るステップを含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記直交マトリクスは、離散的フーリエマトリクス（discrete Fourier matrix）、またはアダマールマトリクス（Hadamard matrix）であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 前記スキームは、特定の伝送ビームパターンにそれぞれ関連付けられた複数の所定のコードを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
16. 更に、
    前記トレーナー通信装置と前記一または二以上のトレーニー通信装置との間で、前記所定コードを共有するステップを備え、
    前記変調ステップは、更に、
    異なる所定の複数のコードを前記トレーニングシーケンスに適用して、前記複数の変調されたトレーニングシーケンスを得るステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記変調ステップは、更に、
    異なる実体速度（physical rate）により、前記トレーニングシーケンスを変調して、前記複数の変調されたトレーニングシーケンスを得るステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
18. 前記変調ステップは、更に、
    実体速度（physical rate）の増加により、前記トレーニングシーケンスを変調して、前記複数の変調されたトレーニングシーケンスを得るステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
19. 通信システムにおいて、一または二以上の通信装置をビームフォーミングトレーニングする方法であって、
    少なくとも一つの連結トレーニングシーケンスを受信するステップと、
    前記受信した連結トレーニングシーケンスに従って、チャネル特性を取り出して、トレーニング結果を得るステップと、
    前記トレーニング結果に従って、少なくとも一つの応答メッセージを生成するステップと、
    前記応答メッセージを伝送するステップと、を備え、
    前記連結トレーニングシーケンスは、複数の変調されたトレーニングシーケンスを連結することにより生成され、前記複数の変調されたトレーニングシーケンスは、所定のルールに従った複数のスキームにより、所定のトレーニングシーケンスを変調することにより生成されることを特徴とする記載の方法。
20. 前記複数の変調されたトレーニングシーケンスは、異なるアンテナ配置にしたがって生成されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記複数の変調されたトレーニングシーケンスは、特定の伝送ビームパターンにそれぞれ関連付けられた異なるアンテナ重み付けベクトル(AWV)を前記所定のトレーニングシーケンスに適用することにより生成されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
22. 前記複数の変調されたトレーニングシーケンスは、異なる変調スキーム、或いは、異なるコードレート（code rate）を用いることにより生成されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
23. 前記チャネル特性は、前記受信した連結トレーニングシーケンスに従って取り出される最適なアンテナ配置を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。

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