JP2011526448A - マルチホップシステムにおける中間デバイスによるフィルタ又は増幅器の適応処理 - Google Patents

Abstract

本方法は、無線ネットワークにおける中間デバイスによって実行される。本方法は、第１のデバイスから生じた通信に基づいて、第１のホップのチャネル状態を推定するステップを含む。本方法は、さらに、第２のデバイスに関連する通信に基づいて、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比を推定するステップを含む。本方法は、第１のホップのチャネル状態と、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比とに基づいて、中間デバイスのフィルタ又は増幅器を適応させるステップも含む。

Description

本明細書に記載の実装は、概して通信システムに関するものである。より具体的には、本明細書に記載の実装は、通信システム内の中間デバイスの動作を適応させるための処理方式に関するものである。

無線通信システムのような通信システムにおいて、デバイスは、中間デバイスを介して相互に通信してもよい。例えば、無線局及びユーザ端末（ＵＥ）は、リピータを介して通信してもよい。いくつかの例において、無線局、ＵＥ、及びリピータの少なくとも何れかは、複数のアンテナを含んでいてもよい（例えば、複数入力・複数出力（ＭＩＭＯ）デバイス）。

リピータのような中間デバイスの場合、当該中間デバイスは、受信された通信（transmissions）及び転送された通信の少なくとも何れかについて、種々の動作を実行するであろう。例えば、リピータは、受信された通信を増幅させ、また、当該通信を別のデバイスへ転送させることがある。リピータによっては、当該リピータと別のデバイス（例えば、無線局又はＵＥ）との間に存在するチャネルの状態に基づいて、受信され転送される通信についてのフィルタリング処理又は増幅処理を適応させることがある。しかし、他の例では、リピータは、受信され転送される通信についてのフィルタリング処理又は増幅処理を適応させることがある。例えば、リピータは、種々の動作（例えば、特異値分解（ＳＶＤ：singular value decomposition）ビームフォーミング、又は空間フィルタリング（例えば、線形平均２乗誤差（ＬＭＭＳＥ：linear minimum mean-squared error）又は最小２乗（least square））を実行するために、第１のホップのチャネル状態情報（ＣＳＩ：channel state information）を利用してもよい。これら両タイプのリピータは、かなりの程度の透過性（transparency）を提供する一方で、これらのリピータは、通信システムのレート・カバレッジ（rate-coverage）特性を向上させる点において制限されることがある。

より高度なリピータでは、第１のホップのＣＳＩ及び第２のホップのＣＳＩを利用するであろう。例えば、リピータは、第１及び第２のホップのチャネルについてのＳＶＤを得てもよい。しかし、受信した通信を転送する前に、通信システムにおける透過性を同時に維持しながら第２のホップのＣＳＩを得ることは困難である。例えば、リピータは、第２のＳＣＩを得るために、第２のホップのデバイスに対して付加的なオーバヘッド（例えば、シグナリング）を生成することがある。

上述の欠点のうちの少なくとも一部を除去すること、及び、通信システム内のデバイスの運用性（operability）を向上させることを目的とする。

一態様によれば、第１のデバイスと中間デバイスとの間の第１のホップと、中間デバイスと第２のデバイスとの間の第２のホップと、を含む無線ネットワークにおける中間デバイスによって実行される方法は、第１のデバイスに関連する通信に基づいて、第１のホップのチャネル状態を推定するステップと、第２のデバイスに関連する通信に基づいて、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比を推定するステップと、第１のホップのチャネル状態とエンド・ツー・エンドの信号対雑音比とに基づいて、中間デバイスのフィルタ又は増幅器を適応させるステップとを含んでいてもよい。

別の態様によれば、第１のデバイスと中間デバイスとの間の第１のホップと、中間デバイスと第２のデバイスとの間の第２のホップとを含む無線環境における、中間デバイスは、１つ以上のアンテナと、処理システムとを備えていてもよく、当該処理システムは、第１のデバイスからの通信に基づいて、第１のホップのチャネル状態を推定し、第２のデバイスからの通信に基づいて、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比、又は第２のホップの信号対雑音比を推定し、かつ、第１のホップのチャネル状態と、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比及び第２のホップの信号対雑音比の少なくとも１つと、に基づいて、フィルタ又は増幅器を適応させる。

さらに別の態様によれば、第１のデバイスからの通信に基づいて、第１のホップのチャネル状態を推定し、第２のデバイスからの通信に基づいて、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比、又は第２のホップの信号対雑音比を推定し、第１のホップのチャネル状態と、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比及び第２のホップの信号対雑音比の少なくとも１つと、に基づいて、フィルタ又は増幅器を適応させるための命令を含む、コンピュータ・プログラムが提供される。

中間デバイスを介して別のデバイスと通信するデバイスを示す図である。 図１Ａに示すデバイスの典型的な実装を示す図である。 図１Ｂに示す無線局の典型的な構成要素を示す図である。 、 図１に示すリピータの典型的な構成要素を示す図である。 、 図１に示すユーザ装置（ＵＥ）の典型的な構成要素を示す図である。 、 本明細書に記載の概念と整合するように中間デバイスの動作を適応させるための典型的なプロセスに関するフロー図である。 本明細書に記載のプロセスが実施され得る典型的なシナリオを示す図である。 、 本明細書に記載の概念と調和するように中間デバイスの動作を適応させるための別の典型的なプロセスに関するフロー図である。 、 中間デバイスによって採用される既存の方法と、本明細書に記載のプロセスとのシミュレーション結果を示す図である。

以下の詳細な説明では添付図面を参照する。異なる複数の図面における同一の参照番号は、同一の又は類似の要素を特定しするであろう。また、以下の説明は、本発明を限定するものではない。

本明細書で説明する概念は、通信システムに関連する。当該通信システムは、セルラネットワーク及びモバイルネットワークの少なくとも何れか（例えば、グローバル・システム・フォー・モバイル・コミュニケーションズ（ＧＳＭ：Global System for Mobile Communications）、ロング・ターム・エヴォリューション（ＬＴＥ：Long Term Evolution）、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ：Wideband Code Division Multiple Access）、ウルトラ・モバイル・ブロードバンド（ＵＭＢ：Ultra Mobile Broadband）、ユニバーサル移動通信システム（ＵＭＴＳ：Universal Mobile Telecommunications Systems）、符号分割多元接続２０００（ＣＤＭＡ２０００：Code Division Multiple Access 2000）、アドホックネットワーク、高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ：High-Speed Packet Access）等）、非セルラネットワーク（例えば、ワイヤレス・フィディリティ（Ｗｉ−Ｆｉ：Wireless Fidelity）、マイクロ波アクセスのための世界的な相互運用（ＷｉＭａｘ：Worldwode Interoperability for Microwave Access）等）のような、任意のタイプのワイヤレスネットワークを含むよう、広く解釈されるべきことが意図されている。この点について、本明細書で説明する概念は、プラットフォームに依存することなく、幅広い種類の通信システム内で実施され得ることが、理解されよう。通信システム及び通信ネットワークという用語は、本説明を通して互いに置き換え可能に使用されるであろう。通信システムは、マルチホップネットワークを含んでいてもよい。通信システムは、ＭＩＭＯデバイスに対応する１つ以上のデバイスを含んでいてもよい。

本明細書で説明する実施形態は、通信システムのレート・カバレッジ特性を大幅に向上させるために、当該通信システムの中間デバイスが、第１のホップのＣＳＩと、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比の情報とを利用し得ることを、提供するであろう。当該中間デバイスは、第１のホップのＣＳＩと、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比の情報とを、当該通信システム内の他のデバイスから受信した通信に基づいて、決定してもよい。これにより、当該中間デバイスは、追加的なオーバヘッドを生成することなく、当該通信システム内で透過性を維持するであろう。その点から必然的に導かれる他の利点については、以下で説明する。

図１Ａは、本明細書で説明する概念が実施され得る典型的な通信システム１００を示す図である。同図に示すように、通信システム１００は、デバイス１０５、中間デバイス１１０、及びデバイス１１５を含み得る。デバイスには、例えば、ＵＥ、ゲートウェイ、基地局、中継器、リピータ、それらの組み合わせ、又は別のタイプのデバイス（例えば、衛星）が含まれ得る。当該デバイスは、レイヤ１、レイヤ２、及び、より高いレイヤの少なくとも何れかで動作し得る。図１Ａに示すように、複数のデバイスは、通信可能に（communicatively）接続され得る。例えば、当該複数のデバイスは、無線通信リンク（例えば、無線、マイクロ波等）を介して、通信可能に接続され得る。

本明細書で説明する概念は、通信システム１００内の種々のデバイスに適用可能であるため、図１Ｂに示す典型的なデバイスに基づいて、通信システム１００について説明する。図１Ｂは、デバイス１０５が無線局が無線局を含み、中間デバイス１１０がリピータを含み、デバイス１１５がＵＥを含む、典型的な実装を示している。図１Ｂは、マルチホップネットワークを形成するように通信可能に接続された、無線局１０５、リピータ１１０、及びＵＥ１１５を示している。

無線局１０５には、通信機能（communication capability）を有するデバイスが含まれ得る。無線局という用語は、例えば、リピータ１１０を介してＵＥ１１５と通信し得るデバイスを含むように、広く解釈されるべきことが意図されている。例えば、無線局には、基地局（ＢＳ）、（例えば、ＧＳＭシステムにおける）基地局送受信機（ＢＴＳ）、（例えば、ＬＴＥ通信システムにおける）ｅノードＢ、（例えば、ＵＭＴＳ通信システムにおける）ノードＢ、又は、他の何らかのタイプのデバイスが含まれ得る。

リピータ１１０には、通信機能を有するデバイスが含まれ得る。例えば、リピータ１１０には、オン周波数リピータ（ＯＦＲ：on-frequency repeater）、又は周波数解釈リピータ（ＦＴＲ：frequency translation repeater）が含まれ得る。以下で詳細に説明するように、リピータ１１０は、フィルタを適応させること、又は、受信される通信及び転送される通信の少なくとも何れかを増幅させることが可能なデバイスを含み得る。

ＵＥ１１５には、通信機能を有するデバイスが含まれ得る。例えば、ＵＥ１１５には、電話機、コンピュータ、パーソナル・ディジタル・アシスタント（ＰＤＡ）、ゲームデバイス、音楽再生デバイス、ビデオ再生デバイス、ウェブブラウザ、パーソナル通信システム（ＰＣＳ）端末、パーベイシブ・コンピューティング（pervasive computing）デバイス、及び、他の何らかのタイプのデバイスのうち、少なくとも何れかが含まれ得る。

図２は、無線局１０５の典型的な構成要素を示す図である。同図に示するように、無線局１０５は、処理システム２００、送受信機２０５−１〜２０５−Ｍ、アンテナ２１０−１〜２１０−Ｍ、及び記憶装置２１５を含み得る。送受信機２０５−１〜２０５−Ｍは、送受信機２０５と称されることがある。同様に、同様に、アンテナ２１０−１〜２１０−Ｍは、アンテナ２１０と称されることがある。構成要素という用語は、例えば、ハードウェア、ソフトウェア及びハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は他の何らかのタイプの構成要素を含むよう、広く解釈されるべきことが意図されている。

処理システム２００には、命令を解釈すること及び実行することのうち少なくとも何れかが可能な構成要素が含まれ得る。例えば、処理システム２００には、汎用プロセッサ、マイクロプロセッサ、データプロセッサ、コプロセッサ（co-processor）、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、コントローラ、プログラマブル・ロジック・デバイス、チップセット、及びフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）のうち、少なくとも何れかが含まれ得る。処理システム２００は、無線局１０５における１つ以上の他の構成要素を制御してもよい。処理システム２００は、通信に関連する種々の処理（例えば、信号処理、チャネル推定、ビームフォーミング、電力制御、スケジューリング等）を実行可能であろう。

送受信機２０５は、アンテナ２１０を介した無線チャネル上で、情報の送信及び受信の少なくとも何れかが可能な構成要素を含み得る。例えば、送受信機２０５は、送信機及び受信機を含み得る。送受信機２０５は、通信に関連する種々の処理（例えば、変調／復調、インタリーブ／デインタリーブ、等化、フィルタリング、符号化／復号化等）を実行可能であろう。アンテナ２１０には、無線チャネルを介した情報の受信及び情報の送信が可能な構成要素が含まれ得る。一実装において、アンテナ２１０には、複数アンテナシステム（例えば、ＭＩＭＯアンテナシステム）が含まれ得る。アンテナ２１０は、１つ以上の形態のダイバーシチ（例えば、空間ダイバーシチ、パターン・ダイバーシチ、又は偏波ダイバーシチ等）を提供してもよい。

記憶装置２１５には、情報（データ及び命令の少なくとも何れか）を格納可能な構成要素が含まれ得る。例えば、記憶装置２１５には、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、同期ランダム・アクセス・メモリ（ＳＤＲＡＭ）、強誘電性ランダム・アクセス・メモリ（ＦＲＡＭ：ferroelectric random access memory）、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能なプログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＥＰＲＯＭ：erasable programmable read only memory）、電気的に消去可能なプログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＥＥＰＲＯＭ：electrically erasable programmable read only memory）、及びフラッシュメモリのうち、少なくとも何れかが含まれ得る。

図２は、無線局１０５に含まれる典型的な構成要素を示しているが、他の実装において、無線局１０５は、図２に示す構成要素に対して、より少数の構成要素、付加的な構成要素、及び異なる構成要素のうち、少なくとも何れかを含んでいてもよい。無線局１０５に含まれる１つ以上の構成要素は、無線局１０５に含まれる他の１つ以上の構成要素に関連する、１つ以上の他のタスクを実行可能であってもよい。

図３Ａは、リピータ１１０の典型的な構成要素を示す図である。同図に示すように、リピータ１１０は、処理システム３００、送受信機３０５−１〜３０５−Ｋ、アンテナ３１０−１〜３１０−Ｋ、及び記憶装置３１５を含み得る。送受信機３０５−１〜３０５−Ｋは、送受信機３０５と称されることがある。同様に、アンテナ３１０−１〜３１０−Ｋは、アンテナ３１０と称されることがある。

処理システム３００は、命令を解釈すること及び実行することのうち少なくとも何れかが可能な構成要素が含まれ得る。例えば、処理システム３００には、汎用プロセッサ、マイクロプロセッサ、データプロセッサ、コプロセッサ、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、コントローラ、プログラマブル・ロジック・デバイス、チップセット、及びフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）のうち、少なくとも何れかが含まれ得る。処理システム３００は、リピータ１１０における１つ以上の他の構成要素を制御してもよい。処理システム３００は、通信に関連する種々の処理（例えば、増幅、自己干渉除去（ＳＩＣ：self-interference cancellation）、周波数解釈（frequency translation）等）を実行可能であろう。

送受信機３０５は、アンテナ３１０を介した無線チャネル上で、情報の送信及び受信の少なくとも何れかが可能な構成要素を含み得る。例えば、送受信機３０５は、送信機及び受信機を含み得る。送受信機３０５は、通信に関連する種々の処理（例えば、フィルタリング、符号化／復号化、変調／復調等）を実行可能であろう。アンテナ３１０には、無線チャネルを介した情報の受信及び情報の送信が可能な構成要素が含まれ得る。一実装において、アンテナ３１０には、複数アンテナシステム（例えば、ＭＩＭＯアンテナシステム）が含まれ得る。アンテナ３１０は、１つ以上の形態のダイバーシチ（例えば、空間ダイバーシチ、パターン・ダイバーシチ、又は偏波ダイバーシチ等）を提供してもよい。

記憶装置３１５には、情報（データ及び命令の少なくとも何れか）を格納可能な構成要素が含まれ得る。例えば、記憶装置３１５には、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、同期ランダム・アクセス・メモリ（ＳＤＲＡＭ）、強誘電性ランダム・アクセス・メモリ（ＦＲＡＭ）、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能なプログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、及びフラッシュメモリのうち、少なくとも何れかが含まれ得る。

図３Ａは、リピータ１１０に含まれる典型的な構成要素を示しているが、他の実装において、リピータ１１０は、図３Ａに示す構成要素に対して、より少数の構成要素、付加的な構成要素、及び異なる構成要素のうち、少なくとも何れかを含んでいてもよい。リピータ１１０に含まれる１つ以上の構成要素は、リピータ１１０に含まれる他の１つ以上の構成要素に関連する、１つ以上の他のタスクを実行可能であってもよい。

図３Ｂは、本明細書で説明する概念に関連する１つ以上の動作を実行可能である、典型的な機能構成要素を示す図である。一実装において、当該典型的な機能構成要素は、リピータ１１０のプロセッサ３００に実装され得る。しかし、この機能構成要素は、例えば、リピータ１１０に含まれる他の構成要素（例えば、送受信機３０５）に関連して実装され得ること、リピータ１１０に含まれる２つ以上の構成要素（例えば、送受信機３０５、プロセッサ３００、記憶装置３１５）と組み合わせて実装され得ること、及び、図３Ａで前述した構成要素に対する（複数の）付加的な構成要素として実装され得ること、の少なくとも何れかが、理解されよう。同図に示すように、当該機能構成要素には、フィルタ計算素子３２０が含まれ得る。

フィルタ計算素子３２０は、無線局１０５及びＵＥ１１５から受信した通信に基づいて、フィルタ及び増幅素子の少なくとも何れかを適応させ得る。フィルタリング素子３２０は、例えば、第１のホップのチャネル状態情報（ＣＳＩ）、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比（ＳＮＲ）、及び第２のホップのＳＮＲの少なくとも何れかに基づいて、種々のパラメータを計算し得る。以下で詳細に説明するように、これらのパラメータの１つ以上は、フィルタ行列の計算に利用され得る。

図４Ａは、ＵＥ１１５の典型的な構成要素を示す図である。同図に示すように、ＵＥ１１５は、処理システム４００、送受信機４０５−１〜４０５−Ｎ、アンテナ４１０−１〜４１０−Ｎ、及び記憶装置４１５、入力デバイス４２０、及び出力デバイス４２５を含み得る。送受信機４０５−１〜４０５−Ｎは、送受信機４０５と称されることがある。同様に、アンテナ４１０−１〜４１０−Ｎは、アンテナ３１０と称されることがある。

処理システム４００には、命令を解釈すること及び実行することのうち少なくとも何れかが可能な構成要素が含まれ得る。例えば、処理システム４００には、汎用プロセッサ、マイクロプロセッサ、データプロセッサ、コプロセッサ、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、コントローラ、プログラマブル・ロジック・デバイス、チップセット、及びフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）のうち、少なくとも何れかが含まれ得る。処理システム４００は、ＵＥ１１５における１つ以上の他の構成要素を制御してもよい。処理システム４００は、通信に関連する種々の処理（例えば、信号処理、チャネル推定、電力制御、タイミング制御等）を実行可能であろう。

送受信機４０５は、アンテナ４１０を介した無線チャネル上で、情報の送信及び受信の少なくとも何れかが可能な構成要素を含み得る。例えば、送受信機４０５は、送信機及び受信機を含み得る。送受信機４０５は、通信に関連する種々の処理（例えば、フィルタリング、符号化／復号化、変調／復調等）を実行可能であろう。アンテナ４１０には、無線チャネルを介した情報の受信及び情報の送信が可能な構成要素が含まれ得る。一実装において、アンテナ４１０には、複数アンテナシステム（例えば、ＭＩＭＯアンテナシステム）が含まれ得る。アンテナ４１０は、１つ以上の形態のダイバーシチ（例えば、空間ダイバーシチ、パターン・ダイバーシチ、又は偏波ダイバーシチ等）を提供してもよい。

記憶装置４１５には、情報（データ及び命令の少なくとも何れか）を格納可能な構成要素が含まれ得る。例えば、記憶装置４１５には、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、同期ランダム・アクセス・メモリ（ＳＤＲＡＭ）、強誘電性ランダム・アクセス・メモリ（ＦＲＡＭ）、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能なプログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、及びフラッシュメモリのうち、少なくとも何れかが含まれ得る。

入力デバイス４２０は、ユーザ及び他のデバイスの少なくとも何れかからの入力を受信可能な構成要素を含み得る。例えば、入力デバイス４２０は、キーボード、キーパッド、マウス、ボタン、スイッチ、マイクロホン、ディスプレイ、及び音声認識ロジックのうち少なくとも何れかを含み得る。

出力デバイス４２５は、ユーザ及び他のデバイスの少なくとも何れかへ情報を出力可能な構成要素を含み得る。例えば、出力デバイス４２５は、ディスプレイ、スピーカ、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、バイブレータ、並びに、他の何らかのタイプの視覚出力デバイス、聴覚出力デバイス、及び触覚出力デバイスのうち、少なくとも何れかを含み得る。

図４Ａは、ＵＥ１１５に含まれる典型的な構成要素を示しているが、他の実装において、ＵＥ１１５は、図４Ａに示す構成要素に対して、より少数の構成要素、付加的な構成要素、及び異なる構成要素のうち、少なくとも何れかを含んでいてもよい。例えば、ＵＥ１１５は、ハードディスク、又は、対応するドライブとともに、他の何らかのタイプのコンピュータで読み取り可能な媒体を含んでいてもよい。本明細書で使用する「コンピュータで読み取り可能な媒体」という用語は、例えば、物理的な記憶デバイス、論理的な記憶デバイスを含むよう、広く解釈されるべきことが意図されている。ＵＥ１１５に含まれる１つ以上の構成要素は、ＵＥ１１５に含まれる他の１つ以上の構成要素に関連する、１つ以上の他のタスクを実行可能であってもよいことが、理解されよう。

図４Ｂは、ＵＥ１１５の典型的な実装を示す図であり、ＵＥ１１５には無線電話機が含まれる。同図に示すように、ＵＥ１１５は、音声情報を入力するための（例えば、入力デバイス４２０の）マイクロホン４３０と、音声情報を出力するための（例えば、出力デバイス４２５の）スピーカ４３５と、情報を入力又は機能を選択するための（例えば、入力デバイス４２０の）キーパッド４４０と、視覚情報を出力すること、及び情報を入力すること、機能を選択すること等のうち少なくとも何れかのための（例えば、入力デバイス４２０及び出力デバイス４２５のうち少なくとも何れかの）ディスプレイ４４５とを含み得る。

図４Ｂは、ＵＥ１１５の典型的な実装を示しているが、他の実装において、ＵＥ１１５は、図４Ｂに示す構成要素に対して、より少数の構成要素、付加的な構成要素、又は異なる構成要素を含んでいてもよい。

以下では、図５Ａ乃至図７Ｂに関連して、リピータ１１０が、透過性を維持するとともに、レート・カバレッジ特性を向上させるように、フィルタ又は増幅素子を適応させ得る、典型的なプロセスについて説明する。議論のために、図１Ｂに示す通信システム１００に基づいて、当該典型的なプロセスについて説明する。しかし、当該典型的なプロセスは、異なるデバイスが表されている、図１Ａに示す通信システムにおいても実行され得ることが、理解されよう。

図５Ａ及び図５Ｂは、リピータ１１０によって受信される通信及び転送される通信の少なくとも何れかに関する、フィルタ及び増幅素子の少なくとも何れかを適応させるために、リピータ１１０によって実行される典型的なプロセス５００を示すフロー図である。処理５００について、図５Ａ及び図５Ｂに加えて、これまでの図に関連付けて説明する。さらに、図５Ａ及び図５Ｂについて、図６と関連付けて説明する。図６は、本明細書で説明する概念についての実例となる典型的なシナリオ６００の図である。とりわけ、図６に関連付けて説明する通信の順序及び内容は、例示であることが理解されよう。このため、典型的なプロセス５００及び本明細書で説明する概念は、特殊性が異なり得るシナリオへ適用される。

プロセス５００は、ＣＳＩを含む第１の通信を受信することから開始され得る（ブロック５０５）。例えば、図６に示すように、無線局１０５は、リピータ１１０によって受信される信号を送信し得る。受信信号には、例えば、パイロット信号が含まれ得る。ベクトルｘで表され得る信号は、無線局１０５から送信され、ＵＥ１１５において受信される信号は、次式で表され得る。

ここで、ｎは、平均０の複素ガウス分布ＣＮ（０, σ² _nＩ）を有する雑音ベクトル、Ｐは、エンド・ツー・エンドの等価電力、Ｍは無線局１０５のアンテナ数、Ｇは、トレース(ＧＧ^H)＝１を有する正規化フィルタ行列、Ｈ₁は、第１ホップのチャネル行列、Ｈ₂は、第２のホップのチャネル行列である。一実装において、高い信号対雑音比（ＳＮＲ）の領域（regime）で動作すること、及び熱雑音の影響が重要性を有し得ないことが想定され得るため、リピータ１１０における熱雑音は無視され得る。しかし、他の実装において、熱雑音は考慮されてもよい。さらに、一実装において、増幅されたリンク（即ち、リピータ１１０を介したリンク）と比較して、直接リンクは相対的に弱いために、直接リンクは無視され得る。しかし、他の実装において、当該直接リンクは考慮されてもよい。

第１のホップのチャネル行列Ｈ₁が、ＣＳＩに基づいて推定され得る（ブロック５１０）。例えば、リピータ１１０のフィルタ計算素子３２０が、無線局１０５から受信したＣＳＩに基づいて、第１のホップのチャネル行列Ｈ₁を推定し得る。フィルタ計算素子３２０は、既存の技術を使用して、第１のホップのチャネル行列Ｈ₁を生成し得る。当該ＣＳＩには、信号対雑音比の情報、又は他の何らかのタイプのＣＳＩが含まれ得る。

チャネル品質情報を含む第２の通信が、受信され得る（ブロック５１５）。例えば、図６に示すように、ＵＥ１１５は、チャネル品質情報（ＣＱＩ）を、リピータ１１０を介して無線局１０５に対して送信し得る。

チャネル品質情報とＣＳＩとに基づいて、エンド・ツー・エンドのＳＮＲが推定され得る（ブロック５２０）。例えば、リピータ１１０は、受信したチャネル品質情報と第１のホップのＣＳＩとに基づいて、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比を決定し得る。リピータ１１０は、さらに、又は代替的に、第２のホップの信号対雑音比を測定してもよい。リピータ１１０は、そのような測定値に基づいて、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比を計算してもよい。

第１のホップのチャネル行列Ｈ₁とエンド・ツー・エンドの信号対雑音比とに関連する特性メトリックが、対角行列

を得るために最大化され得る（ブロック５２５）。式（１）に戻ると、第２のホップのチャネル行列Ｈ₂は、リピータ１１０において既知ではない。本明細書で説明する概念によって、システム特性を最適化するために、正規化フィルタ行列Ｇを計算することを提案する。議論のために、チャネル容量は、典型的な式

によって最適化され得る。ここで、Ｃは、チャネル容量を表す。フィルが行列Ｇは、

によって最適化され得る。ここで、トレース(ＧＧ^H)＝１となり、Ｅ()は期待値を示す。

ＧＨ₁Ｈ₁ ^HＧ^Hは、非負定値であるため、ＵＤＵ^Hとして分解され得る。さらに、ユニタリ行列の乗算は第２のホップのチャネル行列Ｈ₂の分散を変化させないため、式（３）は、次式で表され得る。

式ＧＨ₁Ｈ₁ ^HＧ^Hは、対角行列

として設定され得るとともに、フィルタ行列Ｇは、

と表され得る。Ｖは、Ｈ₁Ｈ₁ ^Hの固有値分解を計算することによって得られ、Ｈ₁Ｈ₁ ^H＝ＶΣＶ^Hである（ブロック５３０）。例えば、フィルタ計算素子３２０は、Ｈ₁Ｈ₁ ^Hの固有値分解を計算することによって、Ｖ及びΣを獲得し得る。

上述に基づいて、式（３）は、次式で表現され直され得る。

ここで、Ｋは、リピータ１１０のアンテナ数を表す。

式（３）を直接的に最大化することは困難であるため、

となるように、式（５）の上界が、注水定理（water-filling principle）に基づいて最大化され得る。このように、式（５）を最大化することによって、対角行列

が獲得され得る。

正規化フィルタ行列Ｇは、

に基づいて設定され得る（ブロック５３５）。例えば、リピータ１１０は、フィルタ（例えば、空間フィルタ）又は増幅素子を、正規化フィルタ行列Ｇに基づいて構成し得る。

正規化フィルタ行列Ｇに基づいて、通信が適応され得る（ブロック５４０）。リピータ１１０は、無線局１０５及びＵＥ１１５の少なくとも何れかから受信された通信、又は、無線局１０５及びＵＥ１１５の少なくとも何れかに対して送信される通信を、当該正規化フィルタ行列Ｇに基づいて適応させ得る。

チャネルの相反性が存在する状況（例えば、時分割複信（ＴＤＤ）システム）においては、リピータ１１０は、チャネルの相反性に基づいて、第２のホップのＣＳＩ又は少なくともチャネル統計情報（即ち、第２のホップ・チャネルの統計値）を、獲得し得る。以下で説明するように、他の実施形態においては、中間デバイス１１０は、フィルタ又は増幅素子を、フィルタ行列Ｇに基づいて適応させ得る。しかし、この典型的なプロセスに関しては、第２のホップのチャネル行列Ｈ₂をモデル化するために、共分散行列が計算され得る。

図７Ａ及び図７Ｂは、リピータ１１０によって受信される通信及び転送される通信の少なくとも何れかに関する、フィルタ及び増幅素子の少なくとも何れかを適応させるために、リピータ１１０によって実行される典型的なプロセス７００を示すフロー図である。処理７００について、図７Ａ及び図７Ｂに加えて、これまでの図に関連付けて説明する。とりわけ、本明細書で説明する通信の順序及び内容は、例示であることが理解されよう。このため、典型的なプロセス７００及び本明細書で説明する概念は、特殊性が異なり得るシナリオへ適用される。

プロセス７００は、ＣＳＩを含む第１の通信を受信することから開始され得る（ブロック７０５）。例えば、図６に示すように、無線局１０５は、リピータ１１０によって受信される信号を送信し得る。受信信号には、例えば、パイロット信号が含まれ得る。ベクトルｘで表され得る信号は、無線局１０５から送信され、ＵＥ１１５において受信される信号は、次式で表され得る。

ここで、ｎは、平均０の複素ガウス分布ＣＮ（０, σ_n ²Ｉ）を有する雑音ベクトル、Ｐは、エンド・ツー・エンドの等価電力、Ｍは無線局１０５のアンテナ数、Ｇは、トレース(ＧＧ^H)＝１を有する正規化フィルタ行列、Ｈ₁は、第１ホップのチャネル行列、Ｈ₂は、第２のホップのチャネル行列である。一実装において、高い信号対雑音比（ＳＮＲ）の領域で動作すること、及び熱雑音の影響が重要性を有し得ないことが想定され得るため、リピータ１１０における熱雑音は無視され得る。しかし、他の実装において、熱雑音は考慮されてもよい。さらに、一実装において、増幅されたリンク（即ち、リピータ１１０を介したリンク）と比較して、直接リンクは相対的に弱いために、直接リンクは無視され得る。しかし、他の実装において、当該直接リンクは考慮されてもよい。

第１のホップのチャネル行列Ｈ₁が、ＣＳＩに基づいて推定され得る（ブロック７１０）。例えば、リピータ１１０のフィルタ計算素子３２０が、無線局１０５から受信したＣＳＩに基づいて、第１のホップのチャネル行列Ｈ₁を推定し得る。当該ＣＳＩには、信号対雑音比の情報、又は他の何らかのタイプのＣＳＩが含まれ得る。

チャネル品質情報を含む第２の通信が、受信され得る（ブロック７１５）。例えば、図６に示すように、ＵＥ１１５は、チャネル品質情報を、リピータ１１０を介して無線局１０５に対して送信し得る。

チャネル品質情報とＣＳＩとに基づいて、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比が推定され得る（ブロック７２０）。例えば、リピータ１１０は、受信したチャネル品質情報と第１のホップのＣＳＩとに基づいて、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比を決定し得る。リピータ１１０は、さらに、又は代替的に、第２のホップの信号対雑音比を測定してもよい。リピータ１１０は、そのような測定値に基づいて、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比を計算してもよい。

第２のホップについて、共分散行列Ａが推定され得る（ブロック７２５）。ＵＥ１１５が、リッチ・スキャッタリング（rich scattering）環境にある可能性が高いために、当該第２のホップのチャネルが、送信アンテナ相関のみを有することを想定する。この想定の下に、第２のホップのチャネル行列Ｈ₂は、以下の典型的な式に基づいてモデル化され得る。
Ｈ₂＝Ｈ_WＡ （６）
ここで、Ｈ_Wは、独立かつ同一に分布する、平均０かつ単位分散の、循環的に対称的な複素ガウス分布のエントリを有する行列であり、行列Ａは、送信アンテナ間の相関を表す。

第１のホップのチャネル行列Ｈ₁とエンド・ツー・エンドの信号対雑音比とに関連する特性メトリックが、対角行列

を得るために最大化され得る（ブロック７３０）。行列Ａはリピータ１１０において既知であるために、フィルタ行列Ｇは、

によって最適化され得る。ここで、トレース(ＧＧ^H)＝１となり、Ｅ()は期待値を示す。

ＧＨ₁Ｈ₁ ^HＧ^Hは、非負定値であるため、ＵＤＵ^Hとして分解され得る。さらに、ユニタリ行列の乗算は第２のホップのチャネル行列Ｈ₂の分散を変化させないため、式（３）は、次式で表され得る。

式ＧＨ₁Ｈ₁ ^HＧ^Hは、対角行列

として設定され得るとともに、フィルタ行列Ｇは、

と表され得る。Ｖは、Ｈ₁Ｈ₁ ^Hの固有値分解を計算することによって得られ、Ｈ₁Ｈ₁ ^H＝ＶΣＶ^Hである（ブロック７３５）。例えば、フィルタ計算素子３２０は、Ｈ₁Ｈ₁ ^Hの固有値分解を計算することによって、Ｖ及びΣを獲得し得る。さらに、Ｅは、行列Ａの特異値分解（ＳＶＤ）を計算することによって得られ、Ａ＝ＣＤＥ^H（ブロック７４０）。例えば、フィルタ計算素子３２０は、行列ＡのＳＶＤを計算することによって、Ｃ及びＥを獲得し得る。

上述に基づいて、式（７）は、式（５）と同様の導出を用いて、次式で表現され直され得る。

式（７）を直接的に最大化することは困難であるため、

となるように、式（７）の上界が、注水定理に基づいて最大化され得る。このように、式（８）を最大化することによって、対角行列

が獲得され得る。

正規化フィルタ行列Ｇは、

に基づいて設定され得る（ブロック７４５）。例えば、リピータ１１０は、フィルタ（例えば、空間フィルタ）又は増幅素子を、正規化フィルタ行列Ｇに基づいて構成し得る。

正規化フィルタ行列Ｇに基づいて、通信が適応され得る（ブロック７５０）。リピータ１１０は、無線局１０５及びＵＥ１１５の少なくとも何れかから受信された通信、又は、無線局１０５及びＵＥ１１５の少なくとも何れかに対して送信される通信を、当該正規化フィルタ行列Ｇに基づいて適応させ得る。

本明細書で説明した概念によれば、通信システム１００の特性が向上するであろう。図８Ａ及び図８Ｂは、既存の方式と本明細書で説明した提案方式とを比較するシミュレーション結果を示す図である。

図８Ａを参照すると、ブラインド・リピータ、最小二乗フィルタ、ＳＶＤビームフォーミングを用いるリピータ、及び提案方式の特性比較が行われている。これらの既存の方式は、ＣＳＩが用いられないか、又は第１のホップのＣＳＩのみが用いられることを想定している。提案方式のリピータは、第１のホップのＣＳＩと、エンド・ツー・エンドのＳＮＲとを用いる。さらに、当該シミュレーションは、Ｍ＝Ｋ＝Ｎ＝４を用いて行われており、Ｍ，Ｋ及びＮはアンテナ数を表す。

図８Ａに示すように、提案方式は、他の全ての方式より特性が優れている。例えば、５ｄＢのＳＮＲにおいて、提案方式は、ブラインド・リピータ及びＳＶＤリピータよりも、約１ビット／ｓ／Ｈｚのゲインを生じさせ、最小二乗フィルタを用いるリピータよりも大幅に大きなゲインを生じさせる。

図８を参照すると、リピータ側のアンテナ数を増加させた場合（例えば、Ｍ＝Ｎ＝４、及びＫ＝８）に、提案方式における特性のゲインが増加している。さらに、当該シミュレーション結果から、ＳＶＤビームフォーミング及びブラインド・リピータは同等の特性を有することが、観察できる。ＣＳＩが送信側で利用可能でない場合、簡易な受信側ＳＶＤのみでは特性が向上しないことが推測される。

上述したように、中間デバイス（例えば、ＭＩＭＯリピータ）は、付加的なオーバヘッドを（例えば、シグナリング、フィードバック等）を追加することなく、チャネル状態情報（例えば、受信信号についてのＣＳＩ、及び平均ＳＮＲ）を考慮する。透過性が維持されつつ、当該中間デバイスの特性が向上し得る。シミュレーション結果は、特に、中間デバイスのアンテナ数が多い場合に、提案方式が既存の方式よりも優れた特性を有することを示している。マルチ・キーホール（multi-keyhole）効果を低減するには、中間デバイスにおいて多数のアンテナが必要となり得るため、本明細書で説明した概念は、種々の通信システムにおいて広範な用途を有する。

実装についてのこれまでの説明は、実例を提供するものであるが、包括的であること、又は実装を開示された形態そのものに限定することを、意図したものではない。上述の教示に照らして変更及び変形が可能であり、当該教示についての実施から、変更及び変形が得られるであろう。

また、図５Ａ、図５Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂで示したプロセスに関して一連のブロックを説明してきたが、当該ブロックの順序は、他の実装において変更され得る。さらに、従属性のないブロックは、並列に実行され得る。さらに、１つ以上のブロックが省略され得る。本明細書で説明した１つ以上のプロセスは、コンピュータ・プログラムとして実装され得ることが理解されよう。当該コンピュータ・プログラムは、コンピュータで読み取り可能な媒体に格納され得るか、あるいは、他の何らかのタイプの媒体（例えば、伝送媒体）で表され得る。

本明細書で説明した態様は、図面に示した実装において、ソフトウェア、ファームウェア、及びハードウェアのうちで、多数の異なる形式で実行され得ることが理解されよう。当該態様を実行するために使用される実際のソフトウェア・コード又は専用制御ハードウェアは、本発明を限定することはない。従って、当該態様についての動作及び作用は、特定のソフトウェア・コードを参照することなく説明されており、本明細書の説明に基づいて当該態様を実行するように、ソフトウェア及び制御ハードウェアを設計可能であることが理解される。

特徴の特定の組み合わせについて、特許請求の範囲への記載、及び明細書への開示の少なくとも何れかを行ったが、これらの組み合わせは、本発明を限定することを意図したものではない。実際に、これらの特徴の多くは、特許請求の範囲への記載、及び明細書への開示の少なくとも何れかが特に行われていない手法で、組み合わせられてもよい。

「備える（comprises）」又は「備える（comprising）」という用語は、本明細書で使用された場合、記述した特徴、整数値、ステップ、又は構成要素の存在を特定するために用いられており、１つ以上の他の特徴、整数値、ステップ、構成要素、又はそれらのグループについての存在又は付加を除外するものではないことを、強調すべきである。

明示的な記載がない限り、本出願で使用される要素、動作、又は命令は、本明細書に説明した実装にとって極めて重要、又は絶対不可欠であると解釈されるべきではない。

「〜してもよい（may）」という用語は、本出願を通して使用されており、例えば、「〜する可能性がある」、「〜するように構成される」、又は「〜することが可能である」のように解釈されることを意図したものであり、（例えば、「〜しなければならない」のように）義務的な意味で解釈されることを意図したものではない。「a」及び「an」という用語は、例えば、１つ以上の事項を含むと解釈されることを意図したものである。１つの事項のみを意図している場合には、「１つの（one）」又はそれと同等の言葉遣いが使用される。さらに、「基づいて（based on）」という言い回しは、明示的に別段の記載をした場合を除き、例えば、「少なくとも部分的に基づいて」を意味することを意図したものである。「及び／又は（and/or）」という用語は、列挙された１つ以上の関連する事項の何れか、及びそれらの事項の全ての組み合わせを含むと解釈されることを意図したものである。

Claims (24)

1. 第１のデバイス（１０５）と中間デバイス（１１０）との間の第１のホップと、前記中間デバイスと第２のデバイス（１１５）との間の第２のホップと、を含む無線ネットワーク（１００）における前記中間デバイスによって実行される方法であって、
   前記第１のデバイスに関連する通信に基づいて、第１のホップのチャネル状態を推定するステップ（５１０）と、
   前記第２のデバイスに関連する通信に基づいて、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比を推定するステップ（５２０）と、
   前記第１のホップのチャネル状態と前記エンド・ツー・エンドの信号対雑音比とに基づいて、前記中間デバイスのフィルタ又は増幅器を適応させるステップ（５３５）と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記第１のホップのチャネル状態に基づいて、第１のホップのチャネル行列を推定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のホップのチャネル行列に基づいて、固有値分解を実行するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記第１のホップのチャネル行列と前記エンド・ツー・エンドの信号対雑音比とに関連する特性メトリックを最大化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記特性メトリックはチャネル容量を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記最大化するステップは、注水定理を適用するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 前記中間デバイスは、複数入力・複数出力アンテナシステムを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記無線ネットワークは、前記第１のデバイスと前記第２のデバイスとの間にチャネルの相反性が存在する時分割複信システムを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記チャネルの相反性に基づいて、前記第２のホップのチャネル統計情報を推定するステップと、
   前記チャネル統計情報に基づいて、共分散行列を推定するステップと、
   をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記共分散行列の特異値分解を実行するステップと、
    フィルタ行列を計算するために前記特異値分解の結果を利用するステップと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記第１のデバイスは、基地局を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記第２のデバイスは、ユーザ端末を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記中間デバイスは、ロング・ターム・エヴォリューション標準規格に従って動作することを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 第１のデバイス（１０５）と中間デバイス（１１０）との間の第１のホップと、前記中間デバイスと第２のデバイス（１１５）との間の第２のホップとを含む無線環境（１００）における、中間デバイス（１１０）であって、
    １つ以上のアンテナ（３１０）と、
    処理システム（３００，３２０）であって、
    前記第１のデバイスからの通信に基づいて、第１のホップのチャネル状態を推定し、
    前記第２のデバイスからの通信に基づいて、エンド・ツー・エンドの信号対雑音比、又は第２のホップの信号対雑音比を推定し、
    前記第１のホップのチャネル状態と、前記エンド・ツー・エンドの信号対雑音比及び前記第２のホップの信号対雑音比の少なくとも１つと、に基づいて、フィルタ又は増幅器を適応させる
    前記処理システムと、
    を備えることを特徴とする中間デバイス。
15. 前記中間デバイスは、複数入力・複数出力アンテナシステムを有するリピータを含むことを特徴とする請求項１４に記載の中間デバイス。
16. 前記第１のデバイスと前記第２のデバイスとの間には、チャネルの相反性無線局１０５及びＵＥ１１５の少なくとも何れかが存在し、
    前記処理システムは、さらに、前記チャネルの相反性に基づいて、前記第２のホップのチャネル統計情報を推定すること
    を特徴とする請求項１４に記載の中間デバイス。
17. 前記処理システムは、さらに、前記チャネル統計情報に基づいて、共分散行列を推定することを特徴とする請求項１６に記載の中間デバイス。
18. 前記処理システムは、さらに、
    前記共分散行列の特異値分解を実行し、
    直交行列を決定すること
    を特徴とする請求項１７に記載の中間デバイス。
19. 前記フィルタ又は前記増幅器を適応させる処理は、前記直交行列に基づいていることを特徴とする請求項１８に記載の中間デバイス。
20. 前記処理システムは、さらに、
    前記第１のホップのチャネル状態に基づいて、第１のホップのチャネル行列を推定し、
    前記第１のホップのチャネル行列に基づいて、固有値分解を実行すること
    を特徴とする請求項１４に記載の中間デバイス。
21. 前記処理システムは、さらに、前記固有値分解の結果に基づいて、対角フィルタ行列を計算することを特徴とする請求項２０に記載の中間デバイス。
22. 前記処理システムは、さらに、前記対角フィルタ行列と前記固有値分解の結果とに基づいて、フィルタ行列を計算することを特徴とする請求項２１に記載の中間デバイス。
23. コンピュータ・プログラムであって、
    受信した第１のホップの通信に基づいて、第１のホップのチャネル状態を推定し、
    受信した第２のホップの通信に基づいて、第２のホップの信号対雑音比又はエンド・ツー・エンドの信号対雑音比を推定し、
    前記第１のホップのチャネル状態と、前記第２のホップの信号対雑音比及び前記エンド・ツー・エンドの信号対雑音比の少なくとも１つと、に基づいて、フィルタ及び増幅器パラメータの少なくとも１つを適応させる
    ための命令を含むことを特徴とするコンピュータ・プログラム。
24. マルチホップ無線ネットワークにおいて動作する中間転送デバイスの、コンピュータで読み取り可能な媒体に格納されていることを特徴とする請求項２３に記載のコンピュータ・プログラム。

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