JP2013031176A - マルチ・ユーザーの仮想ｍｉｍｏを実施するための方法、装置、およびシステム - Google Patents

マルチ・ユーザーの仮想ｍｉｍｏを実施するための方法、装置、およびシステム Download PDF

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Abstract

【課題】基地局および複数の無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）を含む無線通信システムにおいてマルチユーザの仮想ＭＩＭＯを実施する方法を提供する。
【解決手段】それぞれのＷＴＲＵとそれぞれの基地局アンテナ群との間のマルチパスチャネルマトリクスを基地局にて生成するステップと、基地局とＷＴＲＵとの間のチャネルについての有効チャネルマトリクスを基地局にて生成するステップと、ＷＴＲＵからの受信信号を、有効チャネルマトリクスを使用して処理するステップを備える。マルチパスチャネルマトリクスは、それぞれのＷＴＲＵに関連付けられるアンテナおよび基地局のそれぞれの基地局アンテナ群に関連付けられるアンテナについてのチャネル係数を含む。有効チャネルマトリクスは、ＷＴＲＵについてのマルチパスチャネルマトリクスを含み、およびマルチユーザの仮想ＭＩＭＯについての有効ＭＩＭＯチャネルである。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信システムに関する。より詳細には、本発明は、１つまたは複数のアンテナを有するＷＴＲＵ（Wireless Transmit/Receive Unit：無線送受信ユニット）に対してマルチ・ユーザーの仮想ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output：多入力多出力）技法を実施するための方法、装置、およびシステムに関する。
従来のＭＩＭＯ通信システムにおいては、送信および受信のために送信機および受信機の両方が複数のアンテナを使用している。複数のアンテナにより、送信機および受信機の間に複数の無線チャネルを確立することができる。一般的に、アンテナの数が増加するのに応じて、システムの容量および性能は向上する。
２つまたはそれ以上のＷＴＲＵを伴う従来のＭＩＭＯシステムにおいて実施されている仮想ＭＩＭＯ技法に対しては、同一のサブ・チャネルまたはサブ・キャリヤ・グループ（ＳＢＧ：SuB-carrier Group）に独立して送信するように、それぞれのＷＴＲＵは単一のアンテナを備えている。ＷＴＲＵの送信のスケジューリングをすることによって、基地局またはスケジューラが、２つまたはそれ以上のＷＴＲＵの連携を組織化し、同一のサブ・チャネルまたはＳＢＧ上で送信させる。しかしながら従来の仮想ＭＩＭＯシステムにおいては、１つより多いアンテナを有するＷＴＲＵに対しては、方式または解決方法は提供されていない。
したがって、２つまたはそれ以上のアンテナを有するＷＴＲＵに対して仮想ＭＩＭＯを実施するための方法を提供することが望まれるであろう。
本発明は１つまたは複数のアンテナを有するＷＴＲＵに対してマルチ・ユーザーの仮想ＭＩＭＯ技法を実施するための方法、基地局、およびシステムに関する。本システムは、基地局、および少なくとも２つのアンテナを有する少なくとも１つのＷＴＲＵを含む。基地局のアンテナの数は、任意のＷＴＲＵのアンテナの数より少なくない。基地局は、ＷＴＲＵに対するチャネル・マトリクスを生成し、かつチャネル・マトリクスの実測（measurement）に基づきＷＴＲＵからの受信信号を処理する。ＷＴＲＵは、チャネル・マトリクス情報を使用して送信前符号化（transmit precoding）または固有ビーム形成（eigen-beamforming）を実行することができる。ＷＴＲＵはまた、送信ダイバーシティ（transmit diversity）を実行することができる。
一例として与えられ、かつ添付図面に関連して理解されるべき好適な実施形態の以下の記述から、本発明のより詳細な理解を得ることができる。
本発明に係る、２つまたはそれ以上のアンテナを有するＷＴＲＵに対して仮想ＭＩＭＯを実施するための無線通信システムを示す図である。 本発明に従って構成された基地局のブロック図である。
以下の説明において言及する場合、用語「ＷＴＲＵ」は、限定的ではなく、ＵＥ（User Equipment：ユーザー装置）、移動局（mobile station）、固定型または移動体の加入者ユニット、ページャー、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant：携帯情報端末）、コンピューター、または無線環境において動作する能力のある他の任意の種類のユーザー装置をも含む。また、用語「基地局（base station）」は、限定的ではなく、ノードＢ（Ｎｏｄｅ−Ｂ）、サイト制御装置、ＡＰ（Access Point：アクセス・ポイント）、または無線環境において動作する能力のある他の任意の種類のインターフェイス装置をも含む。
本発明は、１つより多い空間ストリーム（すなわち、有効空間チャネル（effective spatial channel））をＷＴＲＵが使用することを可能とする任意の無線通信方式にも適応可能である。より詳細には本発明は、その送信方法として周波数ホッピングを使用することができる、ＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access：単一キャリヤ周波数分割多元接続）ＭＩＭＯ送信、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多元接続）ＭＩＭＯ送信、またはマルチ・キャリヤＯＦＤＭＡ ＭＩＭＯ送信に適応可能である。
図１は、本発明に係る２つまたはそれ以上のアンテナを有するＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂに対して仮想ＭＩＭＯを実施するための無線通信システム１００を示す。システム１００は、基地局１１０および複数のＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂを含む。基地局１１０は、複数のアンテナを含む。ＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂの内の少なくとも１つは、複数のアンテナを含む。図１は、それぞれが２つのアンテナを有するＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂ、および４つのアンテナを有する基地局１１０を一例として示していることに注意すべきである。システム１００には任意の数のＷＴＲＵが存在することができ、かつＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂ、および基地局１１０が任意の数のアンテナを有することができることに注意すべきである。
基地局１１０におけるアンテナの数（Ｎrx）は、個々のＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂの任意の１つのアンテナの数（Ｎtx）と等しいかまたはそれより多く、ＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂ、および基地局１１０の間で仮想チャネルを構成する。ＭＩＭＯチャネルの容量がＮtxおよびＮrxの最小値に関して直線的に増加することは、よく知られている。
例えば、図１において点線の円により示されるように、ＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂのそれぞれに対して、基地局１１０は一定の数（ＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂのそれぞれが含むアンテナと少なくとも同一の数）の基地局アンテナを割り当てることができ、そして基地局１１０およびＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂの間のチャネルに対して有効チャネル・マトリクスを生成する。ＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂから基地局１１０への有効チャネル・マトリクス、Ｈeffは、次のように書かれる。
Figure 2013031176
ここでＨijは、ｉ番目のＷＴＲＵおよびｊ番目の基地局アンテナ群の間のマルチ・パス・チャネル・マトリクスであり、そしてｈ11，ｈ12，ｈ21およびｈ22は、それぞれのＷＴＲＵの２つの送信アンテナ、およびそれぞれの基地局アンテナ群の２つの受信アンテナに対するチャネル係数である。式（１）は、マルチ・ユーザーの仮想ＭＩＭＯに対する有効ＭＩＭＯチャネルであり、そして式（２）は特定のＷＴＲＵに対する単独ＭＩＭＯチャネルである。式（１）および式（２）においては、基地局およびＷＴＲＵのそれぞれにて２つのアンテナがある例が使用されたことに注意すべきである。しかしながらＷＴＲＵの内の少なくとも１つおよび基地局が、１つより多いアンテナを有する、送信アンテナおよび受信アンテナの任意の組み合わせも考慮することができる。式（１）および式（２）に対するマトリクスの次元は、使用されているアンテナの数に対応することとなる。
空間ストリームは、式（２）によって与えられたＭＩＭＯチャネルにより伝達されるスカラ・チャネルに対応する。式（３）が満足されるなら、２つの対応する１（Ｔｘ）×２（Ｒｘ）のシステムが確立し、そこではそれぞれのシステムが空間ストリームにより定義されたスカラ・チャネルを形成する。
Figure 2013031176
図２は、本発明に係る基地局１１０のブロック図である。基地局１１０は、複数のアンテナ１２２、チャネル推定機構１２４、および受信機１２６を含む。基地局１１０の他の従来的構成要素は、簡略化のために図２においては図示されない。基地局１１０は、基地局１１０が本仮想ＭＩＭＯ方式によって対応しているＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂの何れか１つのアンテナの数と等しいかまたはそれより多いアンテナの数を含む（すなわち、基地局１１０は少なくとも２つのアンテナを含む）。チャネル推定機構１２４は、ＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂに対するチャネル・マトリクスを生成する。受信機１２６は、ＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂからの信号を、チャネル・マトリクスを使用して処理する。受信機１２６は、ＬＭＭＳＥ（Linear Minimum Mean Square Error：線形最小二乗平均誤差）技法を使用して、ＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂのそれぞれに対するデータを再生することができる。この方式により、１つより多いアンテナを有するＷＴＲＵに仮想ＭＩＭＯ技法を拡張することが可能となる。
ＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂは、送信固有ビーム形成（eigen-bearnforming）、（符号表準拠の、または符号表非準拠の）送信前符号化（transmit precoding）、空間多重化、およびＳＴＢＣ（Space Time Block Coding：時空間ブロック符号化）、ＳＦＢＣ（Space Frequency Block Coding：空間周波数ブロック符号化）、ＣＤＤ（Cyclic Delay Diversity：巡回遅延ダイバーシティ）を含むダイバーシティ技法、またはこれらの技法の組み合わせを実施することができる。固有ビーム形成または送信前符号化に対しては、基地局は分解されたチャネル・マトリクス（すなわち、ＳＶＤ（Singular Value Decomposition：特異値分解）または同様の操作によりチャネル・マトリクスを分解することから得られたＶマトリクス）をＷＴＲＵに送ることができる。ＷＴＲＵにてより少ない数のＭＩＭＯアンテナ（例えば、ＷＴＲＵ１２０ａ、１２０ｂにおいて２つのアンテナ）を使用することにより、システム容量が増大する。
いくつかのＷＴＲＵが１つの空間ストリームのみを支援し（すなわち、１つのアンテナしか有さない）、一方で残りのＷＴＲＵが１つより多い空間ストリームを支援する（すなわち、１つより多いアンテナを有する）場合がある。この方式によると、追加的仮想チャネルの特質に依り、単一アンテナの仮想ＭＩＭＯに比較して、はるかに大きな柔軟性を基地局に与える。ＷＴＲＵにて送信電力要件が減少することに依りセル間干渉が削減される可能性があることは、もう１つの利点である。
実施形態
１．基地局および複数のＷＴＲＵを含む無線通信システムにおいて、マルチ・ユーザーの仮想ＭＩＭＯを実施するための方法であって、前記基地局が複数のアンテナを含み、かつ前記ＷＴＲＵの内の少なくとも１つが少なくとも２つのアンテナを含み、前記基地局のアンテナの数は、前記ＷＴＲＵの任意のアンテナの数より少なくないことを特徴とする方法。
２．前記基地局が、前記ＷＴＲＵに対するチャネル・マトリクスを生成するステップを含むことを特徴とする実施形態１の方法。
３．前記基地局が、前記ＷＴＲＵから受信された信号を前記チャネル・マトリクスを使用して処理するステップを含むことを特徴とする実施形態２の方法。
４．前記ＷＴＲＵが、前記チャネル・マトリクスを使用して送信前符号化を実行することを特徴とする実施形態２〜３の何れかの方法。
５．前記ＷＴＲＵが、前記チャネル・マトリクスを使用して固有ビーム形成を実行することを特徴とする実施形態２〜４の何れかの方法。
６．前記ＷＴＲＵが、送信ダイバーシティを実行することを特徴とする実施形態２〜５の何れかの方法。
７．前記ＷＴＲＵが、ＳＴＢＣ、ＳＦＢＣ、およびＣＤＤの内の少なくとも１つを実行することを特徴とする実施形態６の方法。
８．前記ＷＴＲＵの内の少なくとも１つが１つの空間ストリームのみを支援し、かつ前記ＷＴＲＵの残りが少なくとも２つの空間ストリームを支援することを特徴とする実施形態２〜７の何れかの方法。
９．前記基地局および前記ＷＴＲＵが、ＳＣ−ＦＤＭＡを実施することを特徴とする実施形態２〜７の何れかの方法。
１０．前記基地局および前記ＷＴＲＵが、ＯＦＤＭＡを実施することを特徴とする実施形態２〜７の何れかの方法。
１１．前記基地局および前記ＷＴＲＵが、ＭＣ−ＯＦＤＭＡ（Multi-Carrier Orthogonal Frequency Division Multiple Access：マルチ・キャリヤ直交周波数分割多元接続）を実施することを特徴とする実施形態２〜７の何れかの方法。
１２．マルチ・ユーザーの仮想ＭＩＭＯを実施するための無線通信システム。
１３．少なくとも１つのＷＴＲＵが少なくとも２つのアンテナを有する、複数のＷＴＲＵを具備することを特徴とする実施形態１２のシステム。
１４．複数のアンテナを有する基地局を具備し、前記基地局アンテナの数は前記ＷＴＲＵの任意のアンテナの数より少なくないことを特徴とする具備する実施形態１３のシステム。
１５．前記基地局が、前記ＷＴＲＵに対するチャネル・マトリクスを生成するためのチャネル推定機構を具備することを特徴とする実施形態１４のシステム。
１６．前記基地局が、前記チャネル・マトリクスを使用して前記ＷＴＲＵから送信された信号を処理するための受信機を具備することを特徴とする実施形態１５のシステム。
１７．前記ＷＴＲＵが、前記チャネル・マトリクスを使用して送信前符号化を実行することを特徴とする実施形態１５〜１６の何れかのシステム。
１８．前記ＷＴＲＵが、前記チャネル・マトリクスを使用して固有ビーム形成を実行することを特徴とする実施形態１５〜１７の何れかのシステム。
１９．前記ＷＴＲＵが、送信ダイバーシティを実行することを特徴とする実施形態１５〜１８の何れかのシステム。
２０．前記ＷＴＲＵが、ＳＴＢＣおよびＳＦＢＣの内の少なくとも１つを実行することを特徴とする実施形態１９のシステム。
２１．前記ＷＴＲＵの内の少なくとも１つが１つの空間ストリームのみを支援し、かつ前記ＷＴＲＵの残りが少なくとも２つの空間ストリームを支援することを特徴とする実施形態１３〜２０の何れかのシステム。
２２．前記基地局および前記ＷＴＲＵが、ＳＣ−ＦＤＭＡを実施することを特徴とする実施形態１３〜２１の何れかのシステム。
２３．前記基地局および前記ＷＴＲＵが、ＯＦＤＭＡを実施することを特徴とする実施形態１３〜２１の何れかのシステム。
２４．前記基地局および前記ＷＴＲＵが、ＭＣ−ＯＦＤＭＡを実施することを特徴とする実施形態１３〜２１の何れかのシステム。
２５．前記ＷＴＲＵが、単一ストリームＭＩＭＯおよびマルチ・ストリームＭＩＭＯの内の１つを使用して信号を選択的に送信することを特徴とする実施形態１３〜２４の何れかのシステム。
２６．複数のＷＴＲＵに対してマルチ・ユーザーの仮想ＭＩＭＯを実施するための基地局であって、少なくとも１つのＷＴＲＵが少なくとも２つのアンテナを有することを特徴とする基地局。
２７．複数のアンテナを具備し、前記基地局アンテナの数は少なくとも前記ＷＴＲＵの任意のアンテナの数より少なくないことを特徴とする実施形態２６の基地局。
２８．前記ＷＴＲＵに対するチャネル・マトリクスを生成するためのチャネル推定機構を具備することを特徴とする実施形態２７の基地局。
２９．前記チャネル・マトリクスを使用して前記ＷＴＲＵからの信号を処理するための受信機を具備する実施形態２８の基地局。
３０．前記受信機が、前記ＷＴＲＵにより送信前符号化のために処理された信号を、前記チャネル・マトリクスを使用して処理するように構成されることを特徴とする実施形態２９の基地局。
３１．前記受信機が、前記ＷＴＲＵにより固有ビーム形成のために処理された信号を、前記チャネル・マトリクスを使用して処理するように構成されることを特徴とする実施形態２９〜３０の何れかの基地局。
３２．前記受信機が、前記ＷＴＲＵにより送信ダイバーシティのために処理された信号を処理するように構成されることを特徴とする実施形態２９〜３１の何れかの基地局。
３３．前記受信機が、ＳＴＢＣ、ＳＦＢＣ、およびＣＤＤの内の少なくとも１つのために前記ＷＴＲＵにより処理された信号を処理するように構成されることを特徴とする実施形態３２の基地局。
３４．前記ＷＴＲＵの内の少なくとも１つが１つの空間ストリームのみを支援し、かつ前記ＷＴＲＵの残りが少なくとも２つの空間ストリームを支援することを特徴とする実施形態２７〜３３の何れかの基地局。
３５．前記基地局がＳＣ−ＦＤＭＡを実施することを特徴とする実施形態２７〜３４の何れかの基地局。
３６．前記基地局がＯＦＤＭＡを実施することを特徴とする実施形態２７〜３４の何れかの基地局。
３７．前記基地局がＭＣ−ＯＦＤＭＡを実施することを特徴とする実施形態２７〜３４の何れかの基地局。
本発明の特徴および要素が好適な実施形態において特定の組み合わせにて記述されているが、それぞれの特徴または要素は、好適な実施形態の他の特徴および要素なしで単独にて、または本発明の他の特徴および要素のあるなしにかかわらず、様々な組み合わせにて使用可能である。本発明において提供された方法またはフロー図は、汎用コンピューターまたは処理装置による実行のための、コンピューターにて読み込み可能な記憶媒体にて実体的に具現化されるコンピューター・プログラム、ソフトウェア、またはファームウェアにて実施することができる。コンピューターにて読み込み可能な記憶媒体の例としては、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、レジスタ、キャッシュ・メモリー、半導体メモリー・デバイス、内蔵ハード・ディスクおよび着脱可能ディスクなどの磁気媒体、磁気−光学媒体、ならびにＣＤ−ＲＯＭディスクおよびＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの光学媒体が含まれる。
適切な処理装置の例としては、汎用目的処理装置、専用目的処理装置、従来の処理装置、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、複数のマイクロ処理装置、ＤＳＰコアに関連付けられた１つまたは複数のマイクロ処理装置、制御装置、マイクロ制御装置、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）回路、他の何れかの種別のＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）、および／または状態マシンが含まれる。
ＷＴＲＵ、ＵＥ（ユーザー装置）、端末、基地局、ＲＮＣ（Radio Network Controller：無線ネットワーク制御装置）、または任意のホスト・コンピューターにおいて使用するための無線周波数送受信機を実施するために、ソフトウェアに関連付けられた処理装置を使用することができる。ＷＴＲＵは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアにて実施され、カメラ、ビデオカメラ・モジュール、テレビ電話、スピーカーフォン、振動デバイス、スピーカー、マイクロホン、テレビ送受信機、ハンズフリー受話器、キーボード、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））モジュール、ＦＭ（Frequency Modulated：周波数変調された）無線ユニット、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶）表示装置、ＯＬＥＤ（Organic Light-Emitting Diode：有機発光ダイオード）表示ユニット、デジタル音楽プレーヤー、メディア・プレーヤー、テレビゲーム・プレーヤー・モジュール、インターネット・ブラウザー、および／または任意のＷＬＡＮ（Wireless Local Access Network：無線ＬＡＮ）モジュールなどのモジュールと連動して使用することができる。

Claims (3)

  1. 基地局および複数の無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）を含む無線通信システムにおいてマルチユーザの仮想ＭＩＭＯ（multiple-input multiple-output）を実施する方法であって、前記基地局は基地局アンテナ群にグループ化される複数のアンテナを含み、前記ＷＴＲＵの少なくとも１つは少なくとも２つのアンテナを含み、前記基地局のアンテナの数は少なくとも前記ＷＴＲＵのアンテナの数であり、前記方法は、
    それぞれのＷＴＲＵとそれぞれの基地局アンテナ群との間のマルチパスチャネルマトリクスを前記基地局にて生成するステップであって、前記マルチパスチャネルマトリクスは、それぞれのＷＴＲＵに関連付けられるアンテナおよび前記基地局のそれぞれの基地局アンテナ群に関連付けられるアンテナについてのチャネル係数を含む、ステップと、
    前記基地局と前記ＷＴＲＵとの間のチャネルについての有効チャネルマトリクスを前記基地局にて生成するステップであって、前記有効チャネルマトリクスは、前記ＷＴＲＵについてのマルチパスチャネルマトリクスを含み、および前記マルチユーザの仮想ＭＩＭＯについての有効ＭＩＭＯチャネルである、ステップと、
    前記ＷＴＲＵからの受信信号を、前記有効チャネルマトリクスを使用して処理するステップと
    を備えることを特徴とする方法。
  2. 送信プリコーディングが前記有効チャネルマトリクスを使用して実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 固有ビーム形成が前記有効チャネルマトリクスを使用して実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
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