JP2013520043A - 相互関係誤差を校正するデバイスおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ダウンリンク・チャネル応答Ｈ_ＤＬを測定するステップと、アップリンク・チャネル応答Ｈ_ＵＬを測定するステップと、相互関係モデル
【数１】

に従い、Ｈ_ＤＬおよびＨ_ＵＬに基づき、最小二乗ＬＳ判断基準を利用して、ユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍおよび基地局相互関係誤差Ｅ_ｂのうちの１つを計算するステップと、最小平均二乗誤差ＭＭＳＥ判断基準を採用するアルゴリズムを利用して、Ｅ_ｍおよびＥ_ｂのうちの計算された１つに基づいてＥ_ｍおよびＥ_ｂのうちの他方を計算するステップと、計算されたユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍおよび計算された基地局相互関係誤差Ｅ_ｂを利用して相互関係誤差校正動作を実行するステップとを含む、相互関係誤差校正の方法を提供する。さらに、相互関係誤差校正法を実行する相互関係誤差校正デバイスが提供される。本発明による相互関係誤差校正法および相互関係誤差校正デバイスは、よりよい相互関係誤差校正性能を提供することができる。

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に相互関係誤差校正（ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ ｅｒｒｏｒ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）デバイスおよび相互関係誤差校正法に関する。

チャネル相互関係は、時分割多重ＴＤＤシステムの主要な特徴の１つであり、ほとんどのＴＤＤ（たとえば、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、ＷｉＦｉなど）システムで重要な役割を演じ、さまざまな高度な信号処理（ビームフォーミング、ＭＩＭＯ、送信ダイバーシティなど）の実施を可能にする。実際には、トランシーバ不整合、モビリティに起因するドップラ効果、非対称干渉などを含む複数の要因が、アップリンクおよびダウンリンクの相互関係誤差に影響する。アンテナ・アレイ相互関係誤差校正を介して相互関係誤差を減らすことが要求される。

合同処理方法（たとえば、ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｍｕｌｔｉ−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ＣｏＭＰ）の使用に起因して、校正方法の精度に関する要件が、より厳しくなる。たとえば、文献［２］に記載の従来の校正方法は、合同処理の性能要件を満足することができない。

Ｊｉａｎ Ｌｉｕ他、「ＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ ＷＬＡＮ ＡＰ Ｆｒｏｎｔ−ｅｎｄ Ｇａｉｎ ａｎｄ Ｐｈａｓｅ Ｍｉｓｍａｔｃｈ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＲＡＷＣＯＮ、２００４年９月。 Ａ．Ｂｏｕｒｄｏｕｘ、Ｂ．Ｃｏｍｅ、およびＮ．Ｋｈａｌｅｄ、「Ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓ ｉｎ ＯＦＤＭ／ＳＤＭＡ Ｓｙｓｔｅｍｓ：Ｉｍｐａｃｔ ａｎｄ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ Ｒａｄｉｏ ａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、米国マサチューセッツ州ボストン、２００３年８月、１８３〜１８６頁。 ＬＴＥおよびＬＴＥ−Ａに関する３ＧＰＰ ＲＡＮ１技術文書、Ｒ１−０９４６２２、２００９年。 ＬＴＥおよびＬＴＥ−Ａに関する３ＧＰＰ ＲＡＮ１技術文書、Ｒ１−０９３０２６、２００９年。 ＬＴＥおよびＬＴＥ−Ａに関する３ＧＰＰ ＲＡＮ１技術文書、Ｒ１−０８０４９４、２００９年。 ＬＴＥおよびＬＴＥ−Ａに関する３ＧＰＰ ＲＡＮ１技術文書、Ｒ１−０９０５６３、２００９年。 ＬＴＥおよびＬＴＥ−Ａに関する３ＧＰＰ ＲＡＮ１技術文書、Ｒ１−０９３３７８、２００９年。 ＬＴＥおよびＬＴＥ−Ａに関する３ＧＰＰ ＲＡＮ１技術文書、Ｒ１−０９４６２３、２００９年。 ＬＴＥおよびＬＴＥ−Ａに関する３ＧＰＰ ＲＡＮ１技術文書、Ｒ１−１００９３２。 Ｊ．Ｐｒｏａｋｉｓ、「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ、４ ｅｄｉｔｉｏｎ、２０００年８月１５日

したがって、本発明によって解決されなければならない技術的問題は、最適性能を達成できる校正方法を提供することである。この方法は、より高い頑健さおよび高い精度を有し、ＴＤＤシステムの高度な処理、たとえばビームフォーミング、ＭＵ−ＭＩＭＯ、およびＣｏＭＰなどのために適用され得る。

参考文献
１．Ｊｉａｎ Ｌｉｕ他、「ＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ ＷＬＡＮ ＡＰ Ｆｒｏｎｔ−ｅｎｄ Ｇａｉｎ ａｎｄ Ｐｈａｓｅ Ｍｉｓｍａｔｃｈ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＲＡＷＣＯＮ、２００４年９月。
２．Ａ．Ｂｏｕｒｄｏｕｘ、Ｂ．Ｃｏｍｅ、およびＮ．Ｋｈａｌｅｄ、「Ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓ ｉｎ ＯＦＤＭ／ＳＤＭＡ Ｓｙｓｔｅｍｓ：Ｉｍｐａｃｔ ａｎｄ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ Ｒａｄｉｏ ａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、米国マサチューセッツ州ボストン、２００３年８月、１８３〜１８６頁。
３．ＬＴＥおよびＬＴＥ−Ａに関する３ＧＰＰ ＲＡＮ１技術文書、Ｒ１−０９４６２２、Ｒ１−０９３０２６、Ｒ１−０８０４９４、Ｒ１−０９０５６３、Ｒ１−０９３３７８、Ｒ１−０９４６２３、２００９年。
４．ＬＴＥおよびＬＴＥ−Ａに関する３ＧＰＰ ＲＡＮ１技術文書、Ｒ１−１００９３２。

本発明の第１の態様によれば、ダウンリンク・チャネル応答Ｈ_ＤＬを測定するステップと、アップリンク・チャネル応答Ｈ_ＵＬを測定するステップと、相互関係モデル

に従い、Ｈ_ＤＬおよびＨ_ＵＬに基づき、最小二乗ＬＳ判断基準を利用して、ユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍおよび基地局相互関係誤差Ｅ_ｂのうちの１つを計算するステップと、最小平均二乗誤差ＭＭＳＥ判断基準を採用するアルゴリズムを利用して、Ｅ_ｍおよびＥ_ｂのうちの計算された１つに基づいてＥ_ｍおよびＥ_ｂのうちの他方を計算するステップと、計算されたユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍおよび計算された基地局相互関係誤差Ｅ_ｂを利用して相互関係誤差校正動作を実行するステップとを含む、相互関係誤差校正の方法が提供される。

好ましくは、ＬＳ判断基準を採用するアルゴリズムは、初等最小二乗（ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ□ｌｅａｓｔ□ｓｑｕａｒｅ）ＥＬＳアルゴリズムである。

好ましくは、ＭＭＳＥ判断基準を採用するアルゴリズムは、行列最小二乗ＭＬＳアルゴリズムおよび行列ＭＭＳＥアルゴリズムのうちの１つである。

好ましくは、方法は、ＭＭＳＥ判断基準を採用するさらなるアルゴリズムを利用して、Ｅ_ｍおよびＥ_ｂのうちの計算された他方に従って、

に基づいてＥ_ｍおよびＥ_ｂのうちの１つを更新するステップをさらに含む。

好ましくは、ＭＭＳＥ判断基準を採用するさらなるアルゴリズムは、行列最小二乗ＭＬＳアルゴリズムおよび行列ＭＭＳＥアルゴリズムのうちの１つである。

好ましくは、方法は、ユーザ機器または基地局で実行される。

本発明の第２の態様によれば、ダウンリンク・チャネル応答Ｈ_ＤＬを測定するように構成されたダウンリンク測定モジュールと、アップリンク・チャネル応答Ｈ_ＵＬを測定するように構成されたアップリンク測定モジュールと、相互関係モデル

に従い、Ｈ_ＤＬおよびＨ_ＵＬに基づき、最小二乗ＬＳ判断基準を利用して、ユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍおよび基地局相互関係誤差Ｅ_ｂのうちの１つを計算するように構成されたＬＳ計算モジュールと、最小平均二乗誤差ＭＭＳＥ判断基準を採用するアルゴリズムを利用して、Ｅ_ｍおよびＥ_ｂのうちの計算された１つに基づいてＥ_ｍおよびＥ_ｂのうちの他方を計算するように構成されたＭＭＳＥ計算モジュールと、計算されたユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍおよび計算された基地局相互関係誤差Ｅ_ｂを利用して相互関係誤差校正動作を実行するように構成された相互関係誤差校正モジュールとを含む、相互関係誤差校正のデバイスが提供される。

本発明の実施形態によれば、単一セルまたはＣｏＭＰシナリオに適用可能なＴＤＤシステム用のＵＥ／ｅＮＢ相互関係校正解決策が提供される。本発明の実施形態による相互関係誤差校正法および相互関係誤差校正デバイスは、よりよい相互関係誤差校正を提供し、特に正常に動作するＳＮＲ範囲内で、チャネル相互関係ベースのＴＤＤシステムの性能を改善することができる。

本発明の上記および他の目的、特徴、および利益は、添付図面に関連して下で説明される好ましい実施形態を介してより明白になる。

自己校正回路を備える従来のＴＤＤシステムを示す構造図である。 従来の無線校正対応ＴＤＤシステム内の基地局ｅＮＢおよびユーザ機器ＵＥの構造と、その間の校正シグナリングとを示す概略図である。 本発明の実施形態によるシステム・モデルを示す概略ブロック図である。 本発明の実施形態による相互関係誤差校正法を示す流れ図である。 本発明の実施形態による相互関係誤差校正デバイスを示すブロック図である。 本発明の実施形態による相互関係誤差校正法と従来の相互関係誤差校正法とを比較するシミュレーション結果を示す図である。

以下では、本発明の複数の実施形態を説明する。後続の説明は、これらの実施形態を完全に理解するための詳細を提供する。しかし、本発明を詳細の一部なしで実施することもできることが、当業者によって理解されるであろう。さらに、いくつかの既知の構造または機能が、本発明の複数の実施形態に関する関連する描写を不必要に不明瞭にしないように詳細に図示されまたは説明されない場合がある。

アップリンク（ＵＬ）／ダウンリンク（ＤＬ）チャネル相互関係は、ＴＤＤシステムの主要な特徴の１つである。しかし、ＵＥおよびｅＮＢ内の送信（ＴＸ）／受信（ＲＸ）ラジオ周波数（ＲＦ）回路不整合、モビリティに起因するドップラ非対称、およびＵＥとｅＮＢとの間の推定アルゴリズム誤差が、ＵＬとＤＬとの間のチャネル相互関係が必ずしも常に存在しないことを引き起こす可能性がある。したがって、アンテナ・アレイ相互関係誤差校正が、さまざまな状況の下での必要を満足するために要求される。

自己校正（Ｓｅｌｆ Ｃａｌ）は、エアインターフェース・シグナリングを必要とせず、全帯域の正確なＲＦ不整合校正を提供でき、したがって、多くのＴＤＤシステムで展開されてきた。無線校正（ＯＴＡ Ｃａｌ）は、純粋にソフトウェアの校正であり、通常はハードウェア・サポートを全く必要としない。最も重要なことに、無線校正は、分散アンテナ・システムでの絶対相互関係測定を必要とせず、したがって、ＯＴＡ Ｃａｌは、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａコミュニティから大きい関心を引き付けてきた。

本発明をよりよく理解するために、従来技術の自己校正方法および無線校正方法を、まず短く説明する。

図１に、自己校正回路を備える従来のＴＤＤシステムの構造図を示す。図１では、ＴＸおよびＲＸは、それぞれ送信器および受信器を表し、ＣＴＸおよびＲＴＸは、それぞれ校正送信器および校正受信器を表し、ＴＲスイッチは、送信／受信スイッチを表し、ベース・バンドは、ベース・バンド処理回路を表す。図１は、主に、基地局ｅＮＢ側での相互関係校正を示す。次の狭帯域変数を定義することができる。
ｈ_１，ｉ 第ｉアンテナのＴＸ校正ループからの測定された応答
ｈ_２，ｉ 第ｉアンテナのＲＸ校正ループからの測定された応答
ｈ_ｂｔ，ｉ 基地局の第ｉアンテナのＴＸ応答
ｈ_ｂｒ，ｉ 基地局の第ｉアンテナのＲＸ応答
ｈ_ｃｔ 校正されたＴＸ応答
ｈ_ｃｒ 校正されたＲＸ応答

従来の基地局ｅＮＢ側での自己校正プロセスを、次の式を使用して記述することができる。
（Ａ１）チャネル応答の測定
ｈ_１，ｉ＝ｈ_ｂｔ，ｉｈ_ｃｒ、
ｈ_２，ｉ＝ｈ_ｃｔｈ_ｂｒ，ｉ
（Ｂ１）第ｉアンテナの相互関係の計算

ただし、

（Ｃ１）相対相互関係の正規化および入手

ここで、

を、ｅＮＢの基準相互関係として選択することができ、

を、第ｉアンテナの校正重みとして選択することができる。

以下では、従来の無線校正を、図２を参照して説明する。

図２に、従来の無線校正対応ＴＤＤシステム内の基地局ｅＮＢおよびユーザ機器ＵＥの構造と、その間の校正シグナリングとの概略図を示す。ＴＸおよびＲＸは、それぞれ送信器および受信器を表し、ＴＲスイッチは、送信／受信スイッチを表す。次の変数を定義することができる。
ｈ_１，ｉ 第ｉアンテナのＴＸ校正ループからの測定された応答
ｈ_２，ｉ 第ｉアンテナのＲＸ校正ループからの測定された応答
ｈ_ｂｔ，ｉ 基地局の第ｉアンテナのＴＸ応答
ｈ_ｂｒ，ｉ 基地局の第ｉアンテナのＲＸ応答
ｈ_ｍｔ ＵＥのＴＸ応答
ｈ_ｍｔ ＵＥのＴＸ応答
ｈ_ｍｒ ＵＥのＲＸ応答
ｈ_ａｉ，ｉ 第ｉアンテナのエア・インターフェース応答

従来の無線校正プロセスを、次の式を使用して説明する。
（Ａ２）チャネル応答の測定
ｈ_１，ｉ＝ｈ_ｂｔ，ｉｈ_ａｉ，ｉｈ_ｍｒ、
ｈ_２，ｉ＝ｈ_ｍｔｈ_ａｉ，ｉｈ_ｂｒ，ｉ
（Ｂ２）第ｉアンテナの相互的の計算

ただし、

（ｃ２）相対相互関係の正規化および入手

ここで、

を、ｅＮＢの基準相互関係として選択することができ、

を、第ｉアンテナの校正重みとして選択することができる。

ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｍｕｌｔｉ−ｐｏｉｎｔ（ＣｏＭＰ）処理システムなどの分散アンテナ・システムについて、地理的に分離されたアンテナ要素の間でＲＦパイロットを送信することは、通常は実用的ではない。この場合には、従来の自己校正方法が、実現不能になるはずであるが、バックホール・シグナリングの助けを得た改善された自己校正または無線校正を使用することができる（文献［３］を参照されたい）。

ＴＤＤ ＣｏＭＰの従来の校正解決策について、グローバル基準相互関係を送信するために、論理チャネルをｅＮＢでｅＮＢリンク（たとえば、Ｘ．２）に割り当てなければならない。自己校正ベースのＴＤＤシステムについて、グローバル基準を、ある校正されたＴＸ応答／ＲＸ応答の絶対相互関係とすることができる。無線校正ベースのＴＤＤシステムについて、グローバル基準を、校正に参加するｅＮＢの任意のアンテナ分岐の測定された相互関係とすることができる（文献［３］を参照されたい）。

一般性を失わずに、図２に示されているように、無線校正は、位置集中（ｌｏｃａｔｉｏｎ−ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ）アンテナ・アレイを有するシステムに直接的であると仮定される。新技術を、たとえばＵＥとして校正送信器（１つまたは複数）、エア・インターフェース・チャネルとしてハードウェア校正ネットワークをとることと、必要な場合にバックホール・リンクを介してグローバル基準を交換することとによって、集合的に配置されたアンテナ・アレイ・システムまたは分散アンテナ・アレイ・システムのいずれかで分散無線校正システムまたは自己校正シナリオに直接に拡張することができる。

無線相互関係校正について、ＵＥに対するそのハードウェア優位に起因して、アップリンク・チャネルおよびダウンリンク・チャネルの測定値を収集し、相互関係校正重みを計算する責任を負うのは、通常、ｅＮＢである。以下では、校正動作がｅＮＢ内で実行されると仮定するが、これは、ＵＥ内で校正を実行する可能性を除外することを意図するのではない（文献［４］を参照されたい）。本発明は、ＵＥで校正を実行するシナリオに同等に適用可能である。

文献［１］と［２］との両方に、異なるシステムに関する集合的自己校正の技術的解決策が記載されている。文献［３］は、ＬＴＥシステムおよびＬＴＥ−Ａシステムの無線校正の技術的解決策を提案する。異なる実施方法が、異なる文献で異なる応用例について提供されるが、測定されたアップリンク・チャネル相互関係誤差を介してダウンリンク・チャネル相互関係誤差を推定するためまたは測定されたダウンリンク・チャネル相互関係誤差を介してアップリンク・チャネル相互関係誤差を推定するためにそれによって採用される基本的概念。言い替えると、目的は、単純なドット除算（ｄｏｔ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ）に基づいて最小二乗ＬＳ誤差を保証することである。

最小二乗ＬＳ判断基準を採用するアルゴリズムの利益は、計算の単純さに存する。しかし、二乗による誤差の推定は、システム性能の損失を引き起こすので、このアルゴリズムは、最適性能を達成することができない。

性能を最適化するために、ＵＥ側とＢＳ側との両方の相互関係誤差を同時に校正しなければならない。本発明の基本的なアイデアは、既知の校正アルゴリズム（たとえば、ＬＳ判断基準を採用するアルゴリズム）に従ってアップリンク（ダウンリンク）チャネルの相互関係校正されたチャネル応答を計算した後に、相互関係誤差を推定するのにより最適の判断基準を採用するアルゴリズムを使用することに存する。本発明のアイデアを、無線校正と自己校正との両方に適用することができる。

本発明のアイデアでは、より最適の判断基準を、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）判断基準とすることができ、より最適の判断基準を採用するアルゴリズムを、たとえば行列最小二乗（ｍａｔｒｉｘ ｌｅａｓｔ−ｓｑｕａｒｅ、ＭＬＳ）アルゴリズムおよび行列ＭＭＳＥアルゴリズムとすることができる。

新しい校正方法を導出するために、本発明の実施形態によるより実用的で実現可能な相互関係誤差校正プロセスを、［ＬＴＥおよびＬＴＥ−Ａに関する３ＧＰＰ ＲＡＮ１技術文書、Ｒ１−０９４６２２］モデルに基づいて説明する。

図３に、本発明の実施形態によるシステム・モデルの概略ブロック図を示す。

無線送信機は、無線受信器のＲＦ回路とは異なるＲＦ回路を有する。アンテナの間の結合効果が、アンテナ・ユニット自体の応答に対して相対的に弱いと仮定する。ＲＦチャネルの有効チャネル応答Ｈ∈｛Ｈ_ｂｒ，Ｈ_ｂｔ，Ｈ_ｍｒ，Ｈ_ｍｔ｝を、「近似対角」特徴を有する行列、たとえば、

としてモデル化することができ、ここで、任意のｉ≠ｊ、ｉ，ｊ＝１，…，Ｌについて、｜ｈ_ｉｉ｜＞＞｜ｈ_ｉｊ｜かつ｜ｈ_ｉｉ｜＞＞｜ｈ_ｊｉ｜であり、Ｌは、校正に参加するアンテナの個数である。ｅＮＢのアンテナの個数がＮであり、ＵＥのアンテナの個数がＭであると仮定すると、ｅＮＢについて、Ｌ＝Ｎであり、ＵＥについて、Ｌ＝Ｍである。ｅＮＢとＵＥとの両方を含むＲＦ経路を通って進むことによって、信号によって経験されるアップリンクおよびダウンリンクの実際のチャネルは、
Ｈ_ＤＬ＝Ｈ_ｍｒＨ_{ＡＩ，ＤＬ}Ｈ_ｂｔ
Ｈ_ＵＬ＝Ｈ_ｂｒＨ_{ＡＩ，ＵＬ}Ｈ_ｍｔ （２）
である。

仮説１） アップリンク送信およびダウンリンク送信は、チャネル・コヒーレンス時間内、たとえば

である。

仮説２） Ｈ_ｂｒ、Ｈ_ｂｔ、Ｈ_ｍｒ、Ｈ_ｍｔは、すべてが最大階数行列であり、たとえば、Ｈ∈｛Ｈ_ｂｒ，Ｈ_ｂｔ，Ｈ_ｍｒ，Ｈ_ｍｔ｝について、ｒａｎｋ（Ｈ）＝Ｌであり、Ｈ_ｍｒおよびＨ_ｍｔについて、Ｌ＝Ｍであるが、Ｈ_ｂｒおよびＨ_ｂｔについて、Ｌ＝Ｎである。

上の仮説を上の２つの式に適用することによって、

が導出される。

を定義することによって、

が導出される。式（５）は、実際のアップリンクとダウンリンクとの間の相互関係のモデルを提供する。

相互関係誤差校正の目的は、ｅＮＢ側相互関係誤差Ｅ_ｂおよびＵＥ側相互関係誤差Ｅ_ｍを計算し、これらを適用して、Ｈ_ＤＬとＨ_ＵＬとの間の相互関係を保証するためにＨ_ＤＬを予測するのにＨ_ＵＬを使用するためおよびその逆のためにユーザ信号を補償することである。

アップリンク・チャネル測定パイロットおよびダウンリンク・チャネル測定パイロットを有するシステムについて、Ｈ_ＤＬおよびＨ_ＵＬを、基準信号、たとえばＬＴＥ−Ａのダウンリンク・チャネル条件情報基準信号ＣＳＩ−ＲＳおよびアップリンク基準信号ＳＲＳを介して測定することができる。したがって、式

について、その２つの独立行列Ｅ_ｂおよびＥ_ｍが未知なので、明らかにこれを直接に解くことはできない。

文献［４］は、初等ドット除算ベースの解く方法を提供し、ここでは、すべてのトランシーバ応答は、対角線に並んだ数の和がすべて等しい（たとえば、ｈ_{ｕｌ，ｉｊ}＝０、ｈ_{ｄｌ，ｉｊ}＝０、ｉ≠ｊ）という仮説に基づいて、モデル化が行われる。複数の校正されるチャネルに存在したすべての複素相互関係誤差ｃは、アンテナ・アレイ利得に影響しないので、式

は、解くことができ、チャネル応答行列が対角線に並んだ数の和がすべて等しく、Ｅ_ｂおよびＥ_ｍの一方の１つの要素が相互関係基準として取られる時に無限の解を有する。以下では、複数パラメータ推定問題が、数式を介して表され、上の文献のように最小二乗ＬＳ誤差を最小にするのではなく最小平均二乗誤差ＭＭＳＥを最小にするために、Ｅ_ｂとＥ_ｍとの間の関連を除去する。

が、それぞれ、誤差のある係数二乗行列Ａ_ｌ、Ａ_ｒ、Ｂ_ｌ、Ｂ_ｒおよび複素加法性白色ガウス雑音Ｎ_ＤＬおよびＮ_ＵＬを有する推定されたダウンリンクおよびアップリンクのチャネル応答Ｈ_ＤＬおよびＨ_ＵＬを表すものとする。Ａ_ｌ、Ａ_ｒ、Ｂ_ｌ、Ｂ_ｒのすべてが最大階数行列であると仮定し、相互関係モデル（５）を式（６）に適用することによって、

が導出される。

であるものとする。

上の式を

と書くことができ、ここで、Ｎ_Ｅは、その要素が

の独立複素ガウス分布に従う行列である。

右乗算行列Ｅ_ｒまたは左乗算行列Ｅ_ｌを推定するために、次の仮説を導入しなければならない。

仮説３） アンテナ結合効果は、十分に小さく、したがって無視することができる。たとえば、Ｈ_ｂｒ、Ｈ_ｂｔ、Ｈ_ｍｒ、Ｈ_ｍｔは、すべて対角であり、したがって、Ｅ_ｂおよびＥ_ｍは、両方とも対角である。

仮説４） 行列係数タイプのチャネル推定誤差はなく、すべての推定誤差は、雑音タイプであり、たとえば、Ａ_ｌ、Ａ_ｒ、Ｂ_ｌ、Ｂ_ｒは、すべてが単位行列である。

仮説（３）を利用し、相互関係基準、すなわちＵＥの第１アンテナ分岐の相互関係誤差ｅ_ｍ，１を選択することによって、Ｅ_ｍ（仮説（４）を用いるとＥ_ｌの推定値と同一）を、まず、初等最小二乗ＥＬＳ（文献［４］）推定アルゴリズムを介して推定して、Ｅ_ｍとＥ_ｂとの間の関連を除去することができる。

ただし、

であり、ｄｉａｇ［］は、対角変換を表す。

式（８）を式（７）に適用することと、

を右辺に移動することとによって、

を導出することができる。

ここで、よりよい性能を得るために、Ｅ_ｂ（仮説４）を用いるとＥ_ｒの推定値と同一）を、行列最小二乗（ＭＬＳ）推定アルゴリズム、行列最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）推定アルゴリズム、またはこれらの他の変形を利用することによって推定することができる。

文献［４］で採用されたＥＬＳアルゴリズムに対するＭＭＳＥベースの推定アルゴリズムの利益は、仮説（３）の確立を必要とせず、したがって、実際の条件によりよく従い、これによって、よりよい相互関係誤差校正性能を提供できることである。

以下では、通常の行列ＬＳ推定アルゴリズムおよび行列ＭＭＳＥ推定アルゴリズムの実施形態だけを示す。異なる設計要件（複雑さと性能との間のトレードオフ）に従って、他の変形形態を、［Ｊ．Ｐｒｏａｋｉｓ、「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ、４ ｅｄｉｔｉｏｎ、２０００年８月１５日］を参照することによって実施することができる。

行列最小二乗ＬＳ推定法

ただし、（●）^＋は、行列の左反転（ｌｅｆｔ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ａ ｍａｔｒｉｘ）を示す。

行列ＭＭＳＥ推定法

ただし、

は、Ｅ_ｒの二次統計（自己共分散）であり、

は、雑音の出力密度

であり、これは

によって近似することができる。

は、

の以前の推定から計算することができる。

本発明をよりよく理解するために、本発明の好ましい実施形態による相互関係誤差校正法を、次で図４を参照して説明する。

図４に、本発明の実施形態による相互関係誤差校正法の流れ図を示す。

まず、ステップＳ１０１では、ＵＥが、そのアンテナのすべてからダウンリンク・チャネル応答Ｈ_ＤＬを測定し、測定されたＨ_ＤＬをｅＮＢに供給する。たとえば、測定されたＨ_ＤＬを、ｃｈａｎｎｅｌ ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ＣＳＩ）を介してｅＮＢにフィード・バックすることができる。

ステップＳ１０２では、ｅＮＢが、アップリンク基準信号（ｓｏｕｎｄｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ、ＳＲＳ）に基づいてアップリンク・チャネル応答Ｈ_ＵＬを測定する。

ステップＳ１０３では、ｅＮＢが、相互関係モデル

に従い、ＬＳ判断基準を採用するアルゴリズムを利用して、Ｈ_ＤＬおよびＨ_ＵＬに基づいて、ユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍおよび基地局相互関係誤差Ｅ_ｂのうちの１つを計算する。たとえば、ｅＮＢは、上の式（６）〜（８）に従って、ＥＬＳアルゴリズムを利用してユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍを計算することができる。

ステップＳ１０４では、ｅＮＢが、Ｅ_ｍおよびＥ_ｂのうちの計算された１つに基づいて、Ｅ_ｍおよびＥ_ｂのうちの他方を計算するために、ＭＭＳＥ判断基準を採用する別のアルゴリズムを利用する。たとえば、上で述べたように、ｅＮＢは、計算されたユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍに基づいて、行列ＬＳアルゴリズムまたは行列ＭＭＳＥアルゴリズムを利用して、基地局相互関係誤差Ｅ_ｂを計算する。

最後に、ステップＳ１０５では、ｅＮＢが、計算されたユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍおよび基地局相互関係誤差Ｅ_ｂに基づいて、相互関係誤差校正動作を実行する。

具体的に言うと、ステップＳ１０５では、上で述べたように、式

が、チャネル応答行列が対角線に並んだ数の和がすべて等しいという仮説（たとえば、ｈ_{ｕｌ，ｉｊ}＝０、ｈ_{ｄｌ，ｉｊ}＝０、ｉ≠ｊ）に基づき、基準としてｅ_ｍ，１およびｅ_ｂ，１（またはＥ_ｍおよびＥ_ｂ内の任意の要素）のうちの１つをとることによって、解かれる。ステップＳ１０４では、仮説なしに、Ｅ_ｍおよびＥ_ｂのうちの計算された１つに基づいて、ＭＬＳまたは行列ＭＭＳＥを利用して、Ｅ_ｍおよびＥ_ｂのうちの他方が計算される。

図５に、本発明の実施形態による相互関係誤差校正デバイスのブロック図を示す。

図５に示されているように、本発明の実施形態による相互関係誤差校正デバイスは、測定を介してダウンリンク・チャネル応答Ｈ_ＤＬを入手するように構成されたダウンリンク測定モジュール１０１と、測定を介してアップリンク・チャネル応答Ｈ_ＵＬを入手するように構成されたアップリンク測定モジュール１０２と、

に従い、ＬＳ判断基準を採用するアルゴリズムを利用し、Ｈ_ＤＬおよびＨ_ＵＬに基づいて、ユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍおよび基地局相互関係誤差Ｅ_ｂのうちの１つを計算するように構成されたＬＳ計算モジュール１０３と、Ｅ_ｍおよびＥ_ｂのうちの計算された１つに基づき、ＭＭＳＥ判断基準を採用する別のアルゴリズムを利用して、Ｅ_ｍおよびＥ_ｂのうちの他方を計算するように構成されたＭＭＳＥ計算モジュール１０４と、計算された相互関係誤差Ｅ_ｍおよびＥ_ｂを利用して相互関係校正動作を実行するように構成された相互関係誤差校正モジュール１０５とを含む。

図４および図５を参照して説明される本発明の実施形態による相互関係誤差校正法および相互関係誤差校正デバイスは、ｅＮＢで実施されるものとして図示される。しかし、当業者は、本発明がこれに限定されないことを了解するであろう。本発明の実施形態による相互関係誤差校正法および相互関係誤差校正デバイスを、ＵＥで実施することもできる。たとえば、ダウンリンク測定モジュール１０１を、ＵＥに配置することができる。この場合に、本発明の実施形態による相互関係誤差校正デバイスは、さらに、ＵＥによってそのアンテナのすべてから測定されたダウンリンク・チャネル応答Ｈ_ＤＬをｅＮＢに送信するように構成された、ＵＥに配置された送信するモジュールと、ＵＥからダウンリンク・チャネル応答Ｈ_ＤＬを受信するように構成された、ｅＮＢに配置された受信するモジュールとを含む。

以下では、提案される方法を、シミュレーションを介して検証する。シミュレーションによって採用されるパラメータは、下で指定される。ＬＴＡ−Ａリンク、３つのＵＥ、３つのｅＮＢ、各ＵＥは２つのアンテナを備え、各ｅＮＢは４つのアンテナを備え、１６ＱＡＭ、ターボ符号、１ｍｐｓ速度、市街地マイクロ・セル・シナリオ、−５ｄＢセル間干渉、フィード・バックのための６ビット・チャネル量子化。

図６に、本発明の実施形態による相互関係誤差校正法と従来の相互関係誤差校正法の比較からのシミュレーション結果を示す。

結果をすばやく信頼できる形で得るために、復調器入力信号の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）が、性能メトリックとして利用される。１６ＱＡＭ＋ターボ符号の入出力ＳＮＲマッピング・テーブルをルック・アップすることによって、このメトリックをＢＥＲ／ＢＬＥＲにマッピングすることができる。

図６では、「ＳＲＳ ｗ／ｏ ＲＥ」は、相互関係誤差なしのチャネル測定結果を示し、「ＥＬＳ ｅＮＢ ＋ ＵＥ Ｃａｌ」は、ＥＬＳ推定アルゴリズムを利用して基地局と端末との両方に相互関係誤差校正を実行することのチャネル測定結果を示し、「ＬＳ ｅＮＢ Ｃａｌ」は、単にｅＮＢにＬＳ相互関係誤差校正を実行することのチャネル測定結果を示し、「ＲＥ ｗ／ｏ Ｃａｌ」は、相互関係誤差校正を全く適用しないチャネル測定結果を示し、「ＭＬＳ ｅＮＢ ＋ ＵＥ Ｃａｌ」は、ＭＬＳ推定アルゴリズムを利用して基地局と端末との両方に相互関係誤差校正を実行することのチャネル測定結果を示し、「ＭＭＳＥ ｅＮＢ＋ＵＥ Ｃａｌ」は、ＭＭＳＥ推定アルゴリズムを利用して基地局と端末との両方に相互関係誤差校正を実行することのチャネル推定結果を示す。

図６から、ｅＮＢ側のＭＭＳＥ推定アルゴリズムが、特に動作ＳＮＲ範囲（０ｄＢ〜２０ｄＢ）で、ほぼ完璧な性能を実現できることがわかる。行列ＬＳ（ＭＬＳ）推定アルゴリズムも、低いＳＮＲでより大きい利得を提供することができる。ＳＮＲ＝０ｄＢについて、本発明のＭＭＳＥ校正アルゴリズムを介して、約２ｄＢのリンク利得を実現することができる。

ＵＥ側相互関係誤差およびｅＮＢ側相互関係誤差に対する反復推定を、前述のモデルに基づいて実行できることに留意されたい。たとえば、ＥＬＳ推定アルゴリズムを使用して、Ｅ_ｍを推定することができ、その後、ＭＭＳＥ推定アルゴリズムを使用して、Ｅ_ｂを推定し、次に、行列ＭＭＳＥ推定アルゴリズムを使用して、Ｅ_ｍを更新する。このプロセスを、Ｅ_ｂのＥＬＳ推定アルゴリズムから開始する、すなわち、Ｅ_ｂを推定するのにＥＬＳ推定アルゴリズムを使用し、その後、Ｅ_ｍを推定するのにＭＭＳＥ推定アルゴリズムを使用し、次に、Ｅ_ｂを更新するのに行列ＭＭＳＥ推定アルゴリズムを使用することもできる。

本発明は、ＴＤＤシステムのＵＥ／ｅＮＢ相互関係校正解決策を提供し、この解決策は、単一セルまたはＣｏＭＰシナリオに適用可能であり、チャネル相互関係ベースのＴＤＤシステムの性能が、特に正常に動作するＳＮＲ範囲で改善されるようになっている。

本発明の実施形態に従って基地局によって実施される機能を方法ステップの形で説明したが、図４に示された各ステップを、図５に示されているように１つまたは複数の機能モジュールによって実施することができる。複数の機能モジュールを、実際の応用例で１つのチップまたは１つのデバイスに統合することもできる。当業者は、本発明の実施形態の基地局が、他の目的のための任意のユニットまたはモジュールを含むこともできることを理解するに違いない。

当業者は、さまざまな上で説明された方法のステップを、プログラムされたコンピュータによって実行できることを直ちに認めるであろう。本明細書では、いくつかの実施形態が、機械可読またはコンピュータ可読のプログラム記憶媒体、たとえば、ディジタル・データ記憶媒体と、符号化された機械実行可能なまたはコンピュータ実行可能な命令のプログラムとを包含することも意図されており、前記命令は、前記上で説明された方法のステップの一部またはすべてを実行する。プログラム記憶デバイスは、たとえば、ディジタル・ストレージ、磁気ディスクおよび磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハード・ドライブ、または光学的に記録可能なディジタル・データ記憶媒体とすることができる。実施形態は、上で説明された方法の前記ステップを実行するために記憶媒体に記録されたプログラムを実行するようにプログラムされたコンピュータを包含することも意図されている。

上の説明および図面は、単に、本発明の原理を示す。したがって、当業者が、本明細書で明示的に説明されずまたは図示されないが、本発明の原理を実施し、本発明の趣旨および範囲に含まれるさまざまな配置を考案できることを了解されたい。さらに、本明細書で列挙されるすべての例は、特に、技術を促進するために本発明人によって貢献される本発明の原理および概念を読者が理解するのを助ける教育的目的のみのためのものであることを主に意図され、そのような特に列挙された例および条件への限定を伴わないものと解釈されなければならない。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態ならびに本発明の特定の例を列挙する本明細書のすべての言明は、その同等物を包含することが意図されている。

Claims (12)

1. ダウンリンク・チャネル応答Ｈ_ＤＬを測定するステップと、
   アップリンク・チャネル応答Ｈ_ＵＬを測定するステップと、
   相互関係モデル
   

   

   に従い、前記Ｈ_ＤＬおよび前記Ｈ_ＵＬに基づき、最小二乗ＬＳ判断基準を利用して、ユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍおよび基地局相互関係誤差Ｅ_ｂのうちの１つを計算するステップと、
   最小平均二乗誤差ＭＭＳＥ判断基準を採用するアルゴリズムを利用して、Ｅ_ｍおよびＥ_ｂのうちの前記計算された１つに基づいて前記Ｅ_ｍおよび前記Ｅ_ｂのうちの他方を計算するステップと、
   前記計算されたユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍおよび前記計算された基地局相互関係誤差Ｅ_ｂを利用して相互関係誤差校正動作を実行するステップと
   を含む、相互関係誤差校正の方法。
2. ＬＳ判断基準を採用する前記アルゴリズムは、初等最小二乗ＥＬＳアルゴリズムである、請求項１に記載の方法。
3. ＭＭＳＥ判断基準を採用する前記アルゴリズムは、行列最小二乗ＭＬＳアルゴリズムおよび行列ＭＭＳＥアルゴリズムのうちの１つである、請求項１に記載の方法。
4. ＭＭＳＥ判断基準を採用するさらなるアルゴリズムを利用して、前記Ｅ_ｍおよび前記Ｅ_ｂのうちの前記計算された他方に従って、
   

   

   に基づいて前記Ｅ_ｍおよび前記Ｅ_ｂのうちの前記１つを更新するステップ
   をさらに含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. ＭＭＳＥ判断基準を採用する前記さらなるアルゴリズムは、行列最小二乗ＭＬＳアルゴリズムおよび行列ＭＭＳＥアルゴリズムのうちの１つである、請求項４に記載の方法。
6. 前記方法は、ユーザ機器または基地局で実行される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
7. ダウンリンク・チャネル応答Ｈ_ＤＬを測定するように構成されたダウンリンク測定モジュールと、
   アップリンク・チャネル応答Ｈ_ＵＬを測定するように構成されたアップリンク測定モジュールと、
   相互関係モデル
   

   

   に従い、前記Ｈ_ＤＬおよび前記Ｈ_ＵＬに基づき、最小二乗ＬＳ判断基準を利用して、ユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍおよび基地局相互関係誤差Ｅ_ｂのうちの１つを計算するように構成されたＬＳ計算モジュールと、
   最小平均二乗誤差ＭＭＳＥ判断基準を採用するアルゴリズムを利用して、前記Ｅ_ｍおよび前記Ｅ_ｂのうちの前記計算された１つに基づいて前記Ｅ_ｍおよび前記Ｅ_ｂのうちの他方を計算するように構成されたＭＭＳＥ計算モジュールと、
   前記計算されたユーザ機器相互関係誤差Ｅ_ｍおよび前記計算された基地局相互関係誤差Ｅ_ｂを利用して相互関係誤差校正動作を実行するように構成された相互関係誤差校正モジュールと
   を含む、相互関係誤差校正のデバイス。
8. ＬＳ判断基準を採用する前記アルゴリズムは、初等最小二乗ＥＬＳアルゴリズムである、請求項７に記載のデバイス。
9. ＭＭＳＥ判断基準を採用する前記アルゴリズムは、行列最小二乗ＭＬＳアルゴリズムおよび行列ＭＭＳＥアルゴリズムのうちの１つである、請求項７に記載のデバイス。
10. ＭＭＳＥ判断基準を採用するさらなるアルゴリズムを利用して、前記Ｅ_ｍおよび前記Ｅ_ｂのうちの前記計算された他方に従って、
    

    

    に基づいて前記Ｅ_ｍおよび前記Ｅ_ｂのうちの前記１つを更新するように構成された更新モジュール
    をさらに含む、請求項７乃至９のいずれか１項に記載のデバイス。
11. ＭＭＳＥ判断基準を採用する前記さらなるアルゴリズムは、行列最小二乗ＭＬＳアルゴリズムおよび行列ＭＭＳＥアルゴリズムのうちの１つである、請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記デバイスは、ユーザ機器または基地局で実施される、請求項７乃至９のいずれか１項に記載のデバイス。

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