JP2013538492A - 無線通信システムおよび無線通信システムのためのビーム形成トレーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 無線通信システムと無線通信システムのためのビーム形成トレーニング方法を提供する。
【解決手段】 無線通信システムは、送信アンテナを含む複数の送信局と、複数の送信局に各々対応し、各々が受信アンテナアレイを含む複数の受信局を備え、複数の送信局は、各々の送信アンテナアレイを介して同時期にトレーニング系列を送信し、複数の受信局は、各々の受信アンテナアレイを介して、複数の送信局から送信される個々のトレーニング系列を受信し、各受信局と複数の送信局の各々との間の各リンクのチャネル状態に関するチャネル情報を取得し、チャネル情報を、複数の送信局の送信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された送信アンテナ重みベクトルと、複数の受信局の受信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された受信アンテナ重みベクトルとを決定するために使用する。
【選択図】 図３

Description

本発明は概して無線通信に関し、特に、無線通信システムおよび無線通信システムのためのビーム形成トレーニング方法に関する。

ビーム形成（Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ：ＢＦ）は、マルチアンテナアレイを最大限に活用するダイバーシティ技術である。６０ＧＨｚ ＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：無線パーソナルエリアネットワーク）システムやＷＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：無線ローカルエリアネットワーク）システム等のミリ波システムの場合は、多大な経路損失が付きものなので、ビーム形成はきわめて重要となる。ビーム形成に対応可能なアンテナ構成は、セクタアンテナ、１Ｄ／２Ｄ位相アンテナアレイを始めとして複数が存在している。６０ＧＨｚの用途の場合、ＣＭＯＳをベースとする低コストな位相アンテナアレイが約３０ｄＢｉのアンテナ利得をサポートすることが予想され、６０ＧＨｚスペクトルにおける多大な経路損失に対する効果的な対策とみなされている。

最近の６０ＧＨｚの物理（ＰＨＹ）層標準（例：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＨＤ、ＷｉＧｉｇ、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄ）はすべて、単一キャリアモードと、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）伝送モードの両方に対応している。ただし、ビーム形成の観点からは、これら２つの伝送モードは実装において差はほとんどない。

ビーム形成トレーニングは、通信中の通信局ペアが最適なＴＸ ＡＷＶ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ａｎｔｅｎｎａ Ｗｅｉｇｈｔ Ｖｅｃｔｏｒ：送信アンテナ重みベクトル、「送信ビーム形成ベクトル」とも呼ばれる）を達成し、ＲＸ ＡＷＶ（Ｒｅｃｅｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｗｅｉｇｈｔ Ｖｅｃｔｏｒ：受信アンテナ重みベクトル、「受信ビーム形成ベクトル」とも呼ばれる）を達成するために必要とされる。

特許文献１(米国特許出願第２００９/０３１８０９１号)では、１対多同時ビーム形成トレーニングのための連結トレーニング系列を使用するシステムが開示されている。このシステムでは、送信局が最初にｎ個のサブトレーニング系列から成る連結トレーニング系列を生成する。各サブトレーニング系列が複数のアンテナ素子を含む送信アンテナアレイから送信される際には、これら複数のアンテナ素子上の位相を区別するために固有のＴＸ ＡＷＶが適用されるので、送信されたサブトレーニング系列は固有のビームパターンを有する。

送信局は、複数の受信局の同時トレーニング用として、この連結トレーニング系列を送信する。各受信局は、容量や信号対雑音比（ＳＮＲ）等の特定の指標に基づいて、当該受信局にとって最適なＴＸ ＡＷＶを決定し、それを送信局にフィードバックする。

送信局が適用する複数のＴＸ ＡＷＶはコードブック（ＣＢ）等の規則に基づいて事前に決定されるため、送信局とトレーニング対象の複数の受信局のいずれにも既知である。そのため、複数の受信局にとって、個々の最適なＴＸ ＡＷＶをフィードバックすることは容易である。

米国特許出願第２００９/０３１８０９１号

ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄを使用した多数のユーザが存在する典型的な会議室環境では、複数の局ペアがデータを同時に送受信する必要がある。そのため、パーソナル基本サービスセット（ＰＢＳＳ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ）制御点（ＰＣＰ：ＰＢＳＳ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）が、全局のネットワーク調整器（ＣＤＮＴ：Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒ）として機能する。これら複数の局ペアはプロアクティブ型とオンデマンド型のビーム形成トレーニングを実行する必要があるため、１対１のトレーニング方法をベースとするＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ａｃｃｅｓｓ：時分割多重アクセス方式）コンテンション方式では時間がかかり過ぎる。換言すれば、従来技術においては、複数の通信ペアは異なる時期にビーム形成トレーニングを実行しなければならないため、多大な時間を必要とし、スペクトル効率に欠けるという問題がある。

上記の問題を解決するため、本発明は無線通信システムと無線通信システムのためのビーム形成トレーニング方法を提供する。

本発明の１つの態様によれば、無線通信システムは、送信アンテナを含む複数の送信局と、複数の送信局に各々対応し、各々が受信アンテナアレイを含む複数の受信局を備え、複数の送信局は、各々の送信アンテナアレイを介して同時期にトレーニング系列を送信し、複数の受信局は、各々の受信アンテナアレイを介して、複数の送信局から送信される個々のトレーニング系列を受信し、各受信局と複数の送信局の各々との間の各リンクのチャネル状態に関するチャネル情報を取得し、チャネル情報を、複数の送信局の送信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された送信アンテナ重みベクトルと、複数の受信局の受信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された受信アンテナ重みベクトルとを決定するために使用する。

本発明の他の態様によれば、複数の送信局と、複数の送信局に対応する複数の受信局を含む無線通信システムにおけるビーム形成トレーニング方法であって、複数の送信局が各々の送信アンテナアレイを介して同時期にトレーニング系列を送信するトレーニング系列送信ステップと、複数の受信局の各々が、個々の受信アンテナアレイを介して複数の送信局から送信されてきた個々のトレーニング系列を受信するトレーニング系列受信ステップと、複数の受信局の各々と複数の送信局の各々との間の各リンクのチャネル状態に関するチャネル情報を取得するチャネル情報取得ステップと、チャネル情報に基づいて、複数の送信局の送信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された送信アンテナ重みベクトルと、複数の受信局の受信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された受信アンテナ重みベクトルとを決定する最適化アンテナ重みベクトル決定ステップとを含む。

本発明によれば、無線通信システムにおいてプロアクティブ型またはオンデマンド型の同時ビーム形成トレーニングを実行することができる無線通信システムとビーム形成トレーニング方法を提供できる。

添付図面内の本発明の実施例は、限定ではなく例示として示している。各図面において、同一または類似の参照記号は同一または類似の要素を示す。

プロアクティブ型ビーム形成トレーニングの場合の無線通信システムの概略図を示す。 図１に示す無線通信システムの調整器、送信局および受信局の例示的な機能ブロック図を示す。 本発明の第１の実施例による、プロアクティブ型同時ビーム形成トレーニング方法のフローチャートを示す。 本発明の第２の実施例による、プロアクティブ型同時ビーム形成トレーニング方法のフローチャートを示す。 オンデマンド型同時ビーム形成トレーニングの場合の無線通信システムの概略図を示す。 本発明の第３の実施例による、同時ビーム形成トレーニング方法のフローチャートを示す。 本発明の第４の実施例による、同時ビーム形成トレーニング方法のフローチャートを示す。 本発明で使用できるトレーニング系列の１つの例を示す。 本発明で使用できるトレーニング系列の他の例を示す。

以下では、添付図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

本発明は、概して、無線通信システムにおいてプロアクティブ（proactive）型またはオンデマンド（on-demand）型同時ビーム形成トレーニングを実行するための無線通信システムと方法を提供する。

図１は、プロアクティブ型ビーム形成トレーニングの場合の無線通信システム１の概略図を示す。

図１に示すように、無線通信システム１は、送信側としてＮ個の通信局（以下、単に「送信局」または「ＴＸ局」）１０_１，１０_２，…，および１０_Ｎを含み、受信側としてＮ個の通信局（以下、単に「受信局」または「ＲＸ局」）２０_１，２０_２，…，および２０_Ｎを含む。ここでＮは１より大きい整数である。

送信局１０_１，１０_２，…，１０_Ｎと受信局２０_１，２０_２，…，２０_Ｎは各々互いに対応しており、計Ｎ個の通信ペアを形成している。すなわち、送信局１０_１，１０_２，…，１０_Ｎと受信局２０_１，２０_２，…，２０Ｎは１対１の無線通信を実行することが意図されている。例えば、送信局１０_１は無線信号を受信局２０_１に送信するため、これらは１番目の通信ペアを構成し、送信局１０_２は無線信号を受信局２０_２に送信するため、これらは２番目の通信ペアを構成し（以下同様）、送信局１０_Ｎは無線信号を受信局２０_Ｎに送信するため、これらはＮ番目の通信ペアを構成する。

加えて、無線通信システム１において、ｉ番目の通信ペアの受信局２０_ｉは、受信局２０_ｉおよび送信局１０_ｉ間の無線リンク（ｉ番目の通信ペアの「自リンク」とも呼ばれ、図１では実線で示される）を介して送信局１０_ｉから送信されてきた無線信号を受信することに加えて、受信局２０_ｉおよび他の送信局１０_ｑ間の無線リンク（ｉ＝１，２，…，Ｎ、ｑ＝１，２，…，Ｎ、およびｑ≠ｉ）（ｉ番目の通信ペアの「クロスリンク」とも呼ばれ、図１では点線で示される）を介して他の送信局１０_ｑから送信されてきた無線信号を受信することもできる。

送信局１０_１，１０_２，…，１０_Ｎの各々は、ワイヤレス信号を送信するための送信アンテナアレイを含み、この送信アンテナアレイは複数のアンテナ素子を含むことができる。以下の説明では、送信局１０_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の送信アンテナアレイは、ｔ_ｉ個のアンテナ素子を備えると想定する。ここで、ｔ_ｉは１より大きい整数である。

受信局２０_１，２０_２，…，２０_Ｎの各々は、無線信号を受信するための受信アンテナアレイを含み、この受信アンテナアレイもやはり、複数のアンテナ素子を含むことができる。以下の説明では、受信局２０_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の受信アンテナアレイは、ｒ_ｉ個のアンテナ素子を含むと想定する。ここで、ｒ_ｉは１より大きい整数である。

ビーム形成を実行するため、送信局において、送信アンテナアレイ内の各アンテナ素子に位相シフトと場合により振幅スケーリングとが適用され、受信局においては、受信アンテナアレイ内の各アンテナ素子に位相シフトと場合により振幅スケーリングとが適用される。

アンテナ重みベクトル（ＡＷＶ：Ａｎｔｅｎｎａ Ｗｅｉｇｈｔ Ｖｅｃｔｏｒ）は「ビーム形成ベクトル」とも呼ばれ、ビーム形成の実行時にアンテナアレイ内の各アンテナ素子に適用される位相シフト（そして場合により、振幅スケーリング）を記述する。以下では、送信局の送信アンテナアレイのアンテナ重みベクトルを単に「ＴＸ ＡＷＶ」、および受信局の受信アンテナアレイのアンテナ重みベクトルを単に「ＲＸ ＡＷＶ」とも呼ぶ。

１つの送信局において、複数の異なる送信アンテナ重みベクトルを使用することができる。各送信局が使用可能なこれらのアンテナ重みベクトルは行列を形成し、行列内の１つの列（または行）は１つのアンテナ重みベクトルを表す。この行列は「送信コードブック」（略して「ＴＸコードブック」）と呼ばれる。一実施例においては、送信局のＴＸコードブックは正方行列である。すなわち、送信局のＴＸ ＡＷＶ数は、送信局の送信アンテナアレイの送信アンテナ素子数と等しい。一実施例においては、ＴＸコードブックはユニタリ行列の形態をとることができる。この行列では、行列の列数は、対応する送信局の送信アンテナアレイに含まれるアンテナ素子数と等しい。例えば、ｉ＝１，２，…，Ｎとすると、送信アンテナアレイがｔ_ｉ個のアンテナ素子を含む送信局１０_ｉのＴＸコードブックＷ_ｉは、下記の式１に示すような離散フーリエ行列の形態をとることができる。

ここで、ｗ_ｉ＝ｅ^{−ｊ２π／ｔｉ}、および

である。Ｗ_ｉのｋ番目の列ｗ_ｉ，ｋはｋ番目の送信アンテナ重みベクトルであり、ここでｋ＝１，２，…，ｔ_ｉである。ただし、ＴＸコードブックは上記の例に限定されず、他の形態をとることもできることは、当業者により理解されるであろう。本明細書では、［．］^Ｔはベクトルまたは行列の転置を表し、［．］^Ｈはベクトルまたは行列のエルミート共役を表わす。

同様に、１つの受信局において、複数の異なる受信アンテナ重みベクトルを使用することができる。各受信局が使用可能なこれらのアンテナ重みベクトルは行列を形成し、行列内の１つの列（または行）は１つのアンテナ重みベクトルを表す。この行列は「受信コードブック」（略して「ＲＸコードブック」）と呼ばれる。一実施例においては、受信局のＲＸコードブックは正方行列である。すなわち、受信局のＲＸ ＡＷＶ数は、受信局の受信アンテナアレイの受信アンテナ素子数と等しい。一実施例においては、ＲＸコードブックはユニタリ行列の形態をとることができる。この行列では、行列の列数は、対応する受信局の受信アンテナアレイに含まれるアンテ素子数と等しい。例えば、ｉ＝１，２，…，Ｎとすると、受信アンテナアレイがｒ_ｉ個のアンテナ素子を含む受信局２０_ｉのＲＸコードブックＤ_ｉは、下記の式２に示すような離散フーリエ行列の形態をとることができる。

ここで、ｄ_ｉ＝ｅ^{−ｊ２π／ｖｉ}、および

である。Ｄ_ｉのｋ番目の列ｄ_ｉ，ｋはｋ番目の受信アンテナ重みベクトルであり、ここでｋ＝１，２，…，ｒ_ｉである。ただし、ＲＸコードブックは上記の例に限定されず、他の形態をとることもできることは、当業者により理解されるであろう。

無線通信システム１は調整器３０をさらに含む。調整器３０は、無線通信システム１内の制御／調整ポイントであり、送信局１０_１，１０_２，…，１０_Ｎと受信局２０_１，２０_２，…，２０_Ｎの全部を制御し調整する役割を担う。

一実施例においては、送信局１０_１，１０_２，…，１０_Ｎと受信局２０_１，２０_２，…，２０Ｎは、ＢＢＳ（Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ：基本サービスセット）／ ＰＢＢＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ：パーソナル基本サービスセット）を構成する。この場合、調整器３０はＢＳＳ内のアクセスポイント（ＡＰ）、およびＰＢＳＳ内の制御および調整ポイント（ＰＣＰ）であり、各局は調整器３０を介して互いに通信する。

無線通信システム１においては、送信局と受信局の複数ペアが無線通信を同時に実行でき、上述したように、各受信局は自局に対応する送信局（すなわち、受信局の本来の通信相手）から送信されてきた無線信号を受信できるだけでなく、他の送信局から送信されてきた無線信号も受信することができる。受信局２０_ｉが送信局１０_ｉから送信されてきた信号（自リンクの信号）を可能な限り高品質な状態で受信し、クロスリンクからの干渉による影響をできるだけ少なくするために、送信局１０_ｉの送信アンテナアレイと受信局２０_ｉの受信アンテナアレイに対してビーム形成トレーニングを実行して、最適化されたＴＸ ＡＷＶと最適化されたＲＸ ＡＷＶを決定することができる。

本発明においては、送信局１０_１，１０_２，…，１０_Ｎは個々の送信アンテナアレイを介して同時期の実質的に同じタイミングでトレーニング系列（ＴＳ：Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を送信し、受信局２０_１，２０_２，…，２０_Ｎは個々の受信アンテナアレイを介して送信局１０_１，１０_２，…，１０_Ｎの各々から送信されてきたトレーニング系列を受信して、各受信局と個々の送信局１０_１，１０_２，…，１０_Ｎの間の各リンク（自リンクとクロスリンクの両方を含む）のチャネル状態に関連する情報（「チャネル情報」とも呼ばれる）を取得する。この情報は、その後、送信局１０_１，１０_２，…，１０_Ｎの送信アンテナアレイの最適化されたＴＸ ＡＷＶと、受信局２０_１，２０_２，…，２０_Ｎの受信アンテナアレイの最適化されたＲＸ ＡＷＶを決定するために使用される。次に、これについて詳細に説明する。

本明細書のトレーニング系列は、システム内で送受信されるフレームに含まれるプリアンブル系列であってもよいことは、当業者には理解されるであろう。

図２は、無線通信システム１の調整器、送信局および受信局の例示的な機能ブロック図を示す。図２では一例として送信局１０_ｉと受信局２０_ｉのペアのみを示しているが、他の送信局と受信局も類似の機能構成とすることができる。

送信局１０_ｉは、調整器インタラクティブユニット１０１_ｉとＡＷＶ設定ユニット１０２_ｉとトレーニング系列送信ユニット１０３_ｉとを含む。調整器インタラクティブユニット１０１_ｉは、調整器３０へリクエストを送信し、調整器３０から通知されたスケジュール済みタイムスロット、トレーニング系列インデックス、最適化されたＴＸ ＡＷＶ、空間多重化指標等を受信するために使用される。ＡＷＶ設定ユニット１０２_ｉは、送信局１０_ｉの送信アンテナアレイ（図２では図示せず）のアンテナ重みベクトルを設定するために使用される。トレーニング系列送信ユニット１０３_ｉは、ＡＷＶ設定ユニット１０２_ｉが行った設定に基づき、送信局１０_ｉの送信アンテナアレイを介してトレーニング系列を送信するために使用される。

受信局２０_ｉは、調整器インタラクティブユニット２０１_ｉと計算ユニット２０２_ｉとＡＷＶ設定ユニット２０３_ｉとトレーニング系列受信ユニット２０４_ｉとを含む。調整器インタラクティブユニット２０１_ｉは、調整器３０へチャネル情報等をフィードバックし、調整器３０から通知されたスケジュール済みタイムスロット、トレーニング系列インデックス、空間多重化指標等を受信するために使用される。ＡＷＶ設定ユニット２０３_ｉは、受信局２０_ｉの受信アンテナアレイ（図２では図示せず）のアンテナ重みベクトルを設定するために使用される。トレーニング系列受信ユニット２０４_ｉは、ＡＷＶ設定ユニット２０３_ｉが行った設定に基づき、受信局２０_ｉの受信アンテナアレイを介して、システム内の送信局から送信されてきたトレーニング系列を受信するために使用される。さらに、計算ユニット２０２_ｉは、トレーニング系列受信ユニット２０４_ｉによって受信されたトレーニング系列に基づいて、受信局と個々の送信局との間の各リンク（自リンクとクロスリンクの両方を含む）のチャネル応答を推定し、自リンクの受信信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）、自受信局の最適化されたＲＸ ＡＷＶ等を計算するために使用される。

調整器３０は、局インタラクティブユニット３０１とスケジューリングユニット３０２と計算ユニット３０３と空間多重化判定ユニット３０４とを含む。局インタラクティブユニット３０１は、各局から送信されてきたリクエストとフィードバック情報の受信、各局への通知の送信等のために使用される。スケジューリングユニット３０２は、ＳＰ（サービス期間）の利用可能性に応じて、空間多重化に基づく同時ビーム形成トレーニングをスケジュールする。計算ユニット３０３は、各局からフィードバックされた情報に基づいて、各送信局の最適化されたＴＸ ＡＷＶ、送信信号対漏洩雑音比（ＳＬＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｌｅａｋａｇｅ ａｎｄ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）等を計算する。空間多重化判定ユニット３０４は、各局からフィードバックされた情報、計算ユニット３０３の計算結果等に基づいて、空間多重化の実施の可否を判定するために使用される。

次に、図１〜４を参照して、無線通信システム１においてプロアクティブ型の同時ビーム形成トレーニングが実行される場合のプロセスフローについて説明する。

図３は、本発明の第１の実施例による、プロアクティブ型同時ビーム形成トレーニング方法のフローチャートを示す。

初期化段階（ステップＳ１０１〜Ｓ１０３で実行される）では、ステップＳ１０１において、図１に示す無線通信システム１のＮ個の通信ペアの送信局１０_１，１０_２，…，１０_Ｎがサービス期間（ＳＰ：Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐｅｒｉｏｄ）リクエストと各送信局のＴＸコードブックとをサービスイニシエータとして調整器３０へ送信する。ここでは、例として、ｉ番目の通信ペア（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の送信局１０_ｉは、その調整器インタラクティブユニット１０１_ｉを介して、サービス期間（ＳＰ）リクエストとそのＴＸコードブックを調整器３０へ送信するとする。送信局１０_ｉのＷ_ｉは上記の式（１）に示すような形式となる。ここで、調整器３０が何らかの方法でシステム内の各送信局のＴＸコードブックを事前に通知されている場合には、送信局がＴＸコードブックを調整器３０へ送信する必要はないことに留意されたい。

ステップＳ１０２において、調整器３０は、個々の通信ペアの送信局１０_１，１０_２，…，１０_Ｎからプロアクティブ方式でＳＰリクエストを受信すると、ＳＰの利用可能性に応じて、空間多重化に基づく同時ビーム形成トレーニングをスケジュールする。調整器３０は、例えば、その局インタラクティブユニット３０１を介してＳＰリクエストとＴＸコードブックとを受信し、そのスケジューリングユニットを使用して空間多重化に基づく同時ビーム形成トレーニングをスケジュールすることができる。

空間多重化の実行が決定されたら、ステップＳ１０３において、調整器３０が各通信ペアに割り当てられたスケジュール済みタイムスロットとトレーニング系列インデックスとを、複数の通信ペアのサービス開始局（送信局１０_１，１０_２，…，および１０_Ｎ）とサービス応答局（受信局２０_１，２０_２，…，および２０_Ｎ）とに通知する。調整器３０は、例えば、その局インタラクティブユニット３０１を介して、前述のタイムスロットとインデックスとを、送信局１０_１，１０_２，…，および１０_Ｎと受信局２０_１，２０_２，…，および２０_Ｎの各々に通知することができる。

一実施例においては、スケジュール済みタイムスロットは、ＴＮ個の送信トレーニングサブスロットを含む送信トレーニングスロットである。ＴＮは無線通信システム１における全Ｎ個の送信局１０_１，１０_２，．．．，および１０_ＮのＴＸコードブック行列の最大列数、すなわち、最大数の送信アンテナ素子を有する送信局の送信アンテナ素子数に等しい。

説明の煩雑化を避けるため、ここではさらに、ｉ^ｔ番目の通信ペアに割り当てられたトレーニング系列インデックスは、図１の同じ通信ペアに割り当てられたインデックスｉと等しいと想定する。ただし、本発明はこれに限定されないことは当業者には理解されるであろう。

送信局１０_ｉと受信局２０_ｉは、ｉ番目の通信ペアに割り当てられたトレーニング系列インデックスを通知されると、当該通信ペアに割り当てられたトレーニング系列を導出できるようになる。したがって、トレーニング系列は送信局と受信局の両方に既知なので、各受信局は、トレーニング系列受信時の自局と各送信局との間のチャネル応答を推定することができる。さらに、本発明においては、通信ペアによって使用されるトレーニング系列は互いに直交なので、各受信局はトレーニング系列受信時に、トレーニング系列が自局に対応する送信局から送信されてきたのか、あるいは他の送信局から送信されてきたのかを区別することが可能である。

ＴＳ_ｉはｉ番目の通信ペアに割り当てられたトレーニング系列を表すために使用される。トレーニング系列はＭ個のシンボルを含むことができる。ここでは、システム内のＮ個の通信ペアのトレーニング系列の長さはすべてＭであると想定する。Ｍは、典型的には１より大きい整数である。以下では、図８および図９を参照して、トレーニング系列の例について詳細に説明する。

次に、送信トレーニングの段階に入る。送信トレーニングの段階は、ステップＳ１０４〜Ｓ１０８を含むのが一般的である。

ステップＳ１０４において、受信局２０_１，２０_２，…，および２０_Ｎは、個々の受信アンテナアレイのアンテナ重みベクトルを特定のＲＸ ＡＷＶに固定する。固定先のＲＸ ＡＷＶは、受信局の間で同じであっても異なっていてもよい。さらに、このＲＸ ＡＷＶとして、最も一般的なＲＸ ＡＷＶを選択しても、あるいは他の選択基準に従って選択してもよい。例えば、受信局２０_ｉはそのＡＷＶ設定ユニット２０３_ｉを使用して、自局の受信アンテナ重みベクトルをＤ_ｉの列に固定することができる。

ステップＳ１０５において、送信局１０_１，１０_２，…，および１０_Ｎは、割り当てられた各送信トレーニングサブスロット中に、個々のＴＸコードブックから１つの異なるＴＸ ＡＷＶ列を抽出し、抽出したＴＸ ＡＷＶを個々の送信アンテナアレイに適用して各アンテナ素子の位相（および振幅）を調節し、個々の送信アンテナアレイを介して個々のトレーニング系列を実質的に同時に送信する。

例えば、送信局１０_ｉは、ｋ番目の送信トレーニングサブスロット中にＡＷＶ設定ユニット１０２_ｉを使用して、ｋ番目（ｋ＝１，２，…，ｔ）のＴＸ ＡＷＶ（例：Ｗ_ｉのｋ番目の列）を送信アンテナアレイに適用し、トレーニング系列送信ユニット１０３_ｉを使用して、送信アンテナアレイの各アンテナ素子を介してトレーニング系列ＴＳ_ｉを送信する。ｋ番目の送信トレーニングサブスロット中には、システム内の他の送信局も同時に類似の動作を実行する。

これに対応して、ステップＳ１０６において、受信局２０_１，２０_２，…，および２０_Ｎの各々は、ＲＸ ＡＷＶが固定されている場合には、送信局１０_１，１０_２，…，および１０_Ｎの各々から送信されてきたトレーニング系列を受信する。受信局２０_ｉは、例えば、そのトレーニング系列受信ユニット２０４_ｉを使用し、受信アンテナアレイを介して、トレーニング系列を受信する。ここでは、受信局２０_ｉは、自局に対応する送信局１０_ｉから送信されてきたトレーニング系列（すなわち、自リンクの信号）を受信することに加えて、システム内の他の送信局から送信されてきたトレーニング系列（すなわち、クロスリンクの信号）も受信する。

ここで、送信トレーニングスロットの開始から終了までの間に、ｑ番目の送信局１０_ｑから送信され、受信アンテナアレイを介して受信局２０_ｉで受信されたトレーニング系列は、以下のような行列ＴＲ_ｉ，ｑ（ｉ＝１，２，…，Ｎ，ｑ＝１，２，…，Ｎ）を構成すると想定する。

ここで、ｓはシンボルインデックスを表し、ｓ＝１，２，…，Ｍである。また、ｋはサブスロットのインデックスを表し、ｋ＝１，２，…，ｔ_ｉである。

ｘ^Ｔ _{ｉ，ｑ，ｓ}が上記行列おける１つの列を表すとすると、ｘ^Ｔ _{ｉ，ｑ，ｓ}は「特定の送信重み付けチャネルインパルス応答（ＣＩＲ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）」と呼ぶことができる。これは、受信局２０_ｉによって測定される一種のチャネル情報であり、以下の式で表現できる。

ｘ^Ｔ _{ｉ，ｑ，ｓ}＝ｄ^Ｔ _ｉｈ_ｓＷ_ｑ
（式４）
ここで、ｄ_ｉは送信トレーニングタイムスロット中に固定されている受信局２０_ｉのＲＸ ＡＷＶであり、ｈ_ｓはｓ番目のシンボルタイミングにおける多入力多出力（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）ＣＩＲを表し、Ｗ_ｑはｑ番目の送信局１０_ｑのＴＸコードブックである。

その後ステップＳ１０７において、受信局２０_１，２０_２，．．．，および２０_Ｎの各々は、自リンクとクロスリンクの両方について、各リンクのチャネル状態に関するチャネル情報を取得（推定）し、取得したチャネル情報とＲＸコードブックのサイズ（例えば、列数）を調整器３０に通知する。例えば、受信局２０_ｉはその計算ユニット２０２_ｉを使用して上記のチャネル情報を取得し，調整器インタラクティブユニット２０１_ｉを使用して、取得したチャネル情報と自局のＲＸコードブックのサイズとを調整器３０にフィードバックすることができる。

上記のチャネル情報としては、チャネルインパルス応答（ＣＩＲ）、すべての副搬送波上の平均周波数領域チャネル応答（ＣＲ）、およびすべての副搬送波上のＣＲ共分散行列のうち、任意のものを使用できる。

具体的には、ｓ番目のシンボルに関連する、ｉ番目の通信ペアの受信局２０_ｉおよびｑ番目の送信局間のリンクのチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）は、前述したようにｘ^Ｔ _{ｉ，ｑ，ｓ}である。

上記のＣＩＲは、ｃ番目の副搬送波の周波数領域チャネル応答Ｘ^Ｔ _{ｉ，ｑ，ｃ}に変換することができる。これは、以下の式で表現される。

Ｘ^Ｔ _{ｉ，ｑ，ｃ}＝ｄ^Ｔ _ｉＨ_ｃＷ_ｑ
（式５）
ここで、ｃは副搬送波のインデックスであり、ｃ＝１，２，…，Ｃであり、Ｃは副搬送波の総数を表す。

全副搬送波における周波数領域チャネル応答（ＣＲ）の平均値ＣＲ_ｉ，ｑは、以下の式で得ることができる。

ＣＲ共分散行列ＣＭ_ｉ，ｑは、以下の式で得ることができる。

受信局２０_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の各々はチャネル情報としてｘ^Ｔ _{ｉ，ｑ，ｓ}（ｑ＝１，２，…，Ｎ，ｓ＝１，２，…，Ｍ）またはＣＲ_ｉ，ｑ（ｑ＝１，２，…，Ｎ）またはＣＭ_ｉ，ｑ（ｑ＝１，２，…，Ｎ）を取得し、それを自局のＲＸコードブックのサイズ（列数）ｒ_ｉと共に調整器３０へフィードバックする。ただし、調整器３０が何らかの方法でシステム内の各受信局のＲＸコードブックを事前に通知されている場合には、受信局がＲＸコードブックのサイズを調整器３０へ通知する必要はないことに留意されたい。加えて、一実施例においては、オーバーヘッドを削減するためにチャネル情報がさらに定量化される。

ステップＳ１０８において、調整器３０は、受信局２０_１，２０_２，．．．，および２０_Ｎの各々からフィードバックされたチャネル情報とＲＸコードブックのサイズとを受信した後に、最適化されたＴＸ ＡＷＶと、各通信ペアに関するリンク漏洩状態の指標となるＳＬＮＲとを計算し、受信トレーニングタイムスロットをスケジュールし、計算した最適化済みＴＸ ＡＷＶを送信局１０_１，１０_２，…，および１０_Ｎに通知し、同時にスケジュール済み受信トレーニングタイムスロットを送信局１０_１，１０_２，…，および１０_Ｎと受信局２０_１，２０_２，．．．，および２０_Ｎとに通知する。調整器３０は、例えば、その局インタラクティブユニット３０１を使用して各受信局からフィードバックを受信し、その計算ユニット３０３を使用して最適化されたＴＸ ＡＷＶとＳＬＮＲを計算し、そのスケジューリングユニット３０２を使用して受信トレーニングタイムスロットをスケジュールし、その局インタラクティブユニット３０１を使用して計算したＴＸ ＡＷＶを送信局へ通知し、スケジュールした受信トレーニングタイムスロットを送信局と受信局へ通知してもよい。

具体的には、ｉ番目の通信ペアの送信局１０_ｉの最適化されたＴＸ ＡＷＶは、以下の式で計算することができる。

ここで、ｅｉｇ（．）は最大固有ベクトルを表し、Ｎ_０は加法性ホワイトガウスノイズ（ＡＷＧＮ：Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｗｈｉｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｎｏｉｓｅ）の片側パワースペクトル密度（ＰＳＤ：Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を表す。

受信局からＣＩＲがフィードバックされる場合には、調整器３０はまず上記の式６または式７を使用して平均周波数領域チャネル応答またはＣＲ共分散行列を計算し、その後以下の式９または式１０を使用して上記の式のＲ_ｉ，ｑを計算することができる。受信局から平均チャネル応答ＣＲ_ｉ，ｑかまたはＣＲ共分散行列ＣＭ_ｉ，ｑがフィードバックされる場合には、調整器３０は、上記の式のＲ_ｉ，ｑを、以下の式９または式１０を使用して直接計算することができる。

Ｒ_ｉ，ｑ＝Ｗ_ｉＣＲ^Ｈ _ｉ，ｑＣＲ_ｉ，ｑＷ^Ｈ _ｉ
（式９）
Ｒ_ｉ，ｑ＝Ｗ_ｉＣＭ_ｉ，ｑＷ^Ｈ _ｉ
（式１０）

その後、調整器３０は以下の式を使用してｉ番目の通信ペアの送信ＳＬＮＲ_ｉを計算することができる。

調整器３０は、加えて、受信局２０_１，２０_２，．．．，および２０_Ｎから通知されたＲＸコードブックのサイズを参照して、次の受信トレーニングタイムスロットをスケジュールすることができる。スケジュール済み受信トレーニングタイムスロットは、ＲＮ個のサブスロットを含む。ＲＮは無線通信システム１における全Ｎ個の受信局２０_１，２０_２，．．．，および２０_ＮのＲＸコードブック行列の最大列数、すなわち、最大数の受信アンテナ素子を有する受信局の受信アンテナ素子数に等しい。

その後、調整器３０は、ｉ番目の通信ペア（すなわち、ｗ’_ｉ）に関する計算した最適化ＴＸ ＡＷＶを送信局１０_ｉに通知し、スケジュール済み受信トレーニングタイムスロットを送信局および受信局に通知する。

次に、受信トレーニングの段階に入る。受信トレーニングの段階は、ステップＳ１０９〜Ｓ１１１を含むのが一般的である。

具体的には、ステップＳ１０９において、送信局１０_１，１０_２，…，および１０_Ｎの各々は、その送信アンテナ重みベクトルを、調整器３０から通知された最適化されたＴＸ ＡＷＶに固定する。すなわち、送信局１０_ｉはその送信アンテナ重みベクトルをｗ’_ｉに固定する。最適化されたＴＸ ＡＷＶに送信アンテナベクトルを固定した後、送信局１０_１，１０_２，…，および１０_Ｎは各受信トレーニングサブスロット中に、対応するトレーニング系列ＴＳ_ｉを実質的に同時に送信する。例えば、各送信局１０_ｉは、ＲＮ個のスケジュール済み受信トレーニングサブスロットの間に、そのＡＷＶ設定ユニット１０２_ｉを使用して送信アンテナアレイにｗ’_ｉを適用し、送信アンテナアレイの各アンテナ素子を介して、トレーニング系列送信ユニット１０３_ｉを使用してトレーニング系列ＴＳ_ｉを送信する。

その後、ステップＳ１１０において、受信局２０_１，２０_２，…，および２０_Ｎの各々は、各受信トレーニングサブスロット中にそのＲＸ ＡＷＶを切り替え、送信局から送信されてきたトレーニング系列を受信する。

例えば、受信局２０_ｉは、ｋ番目（ｋ＝１，２，…，ｒ_ｉ）の受信トレーニングサブスロット（例：Ｄ_ｉのｋ番目の列）中にＡＷＶ設定ユニット２０３_ｉを使用して、ｋ番目のＲＸ ＡＷＶをその受信アンテナアレイに適用し、トレーニング系列受信ユニット２０４_ｉを使用して、受信アンテナアレイを介して送信局から送信されてきたトレーニング系列を受信する。

なお、受信局２０_ｉは、自局に対応する送信局１０_ｉから送信されてきたトレーニング系列（すなわち、自リンクの信号）を受信することに加えて、システム内の他の送信局から送信されてきたトレーニング系列（すなわち、クロスリンクの信号）も受信する。

ここでは、受信トレーニングスロットの開始から終了までの間に、ｑ番目の送信局１０_ｑから送信され、受信アンテナアレイを介して受信局２０_ｉで受信されたトレーニング系列は、以下のような行列ＲＲ_ｉ，ｑ（ｉ＝１，２，…，Ｎ，ｑ＝１，２，…，Ｎ）を構成すると想定する。

ここで、ｓはシンボルインデックスを表し、ｓ＝１，２，…，Ｍである。また、ｋはサブスロットのインデックスを表し、ｋ＝１，２，…，ｒ_ｉである。

ｙ_{ｉ，ｑ，ｓ}が上記行列おける１つの列を表すとすると、ｙ_{ｉ，ｑ，ｓ}は「特定の受信重み付けチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）」と呼ぶことができる。これは、受信局２０_ｉによって測定される一種のチャネル情報であり、以下の式で表現できる。

ｙ_{ｉ，ｑ，ｓ}＝Ｄ^Ｔ _ｉｈ_ｓｗ’_ｑ
（式１３）
ここで、Ｄ_ｉは受信局２０_ｉのＲＸコードブックであり、ｈ_ｓはｓ番目のシンボルタイミングにおける多入力多出力（ＭＩＭＯ）ＣＩＲを表し、ｗ’_ｑは受信トレーニング段階におけるｑ番目の送信局１０_ｑの固定ＴＸ ＡＷＶである。

ステップＳ１１１において、受信局２０_１，２０_２，．．．，および２０_Ｎの各々は、自リンクとクロスリンクの両方について、各リンクのチャネル状態に関するチャネル情報を取得（推定）し、最適化されたＲＸ ＡＷＶと、各リンクのリンク品質の指標となるＳＬＮＲとを計算し、さらに計算したＳＬＮＲを調整器３０にフィードバックする。例えば、受信局２０_ｉはその計算ユニット２０２_ｉを使用して上記のチャネル情報と最適化されたＲＸ ＡＷＶとＳＩＮＲとを導出し，その調整器インタラクティブユニット２０１_ｉを使用して、計算したＳＬＮＲを調整器３０にフィードバックすることができる。

上記のチャネル情報としては、チャネルインパルス応答（ＣＩＲ）、すべての副搬送波上の平均周波数領域チャネル応答（ＣＲ）、およびすべての副搬送波上のＣＲ共分散行列のうち、任意のものを使用できる。

具体的には、ｓ番目のシンボルに関する、ｉ番目の通信ペアの受信局２０_ｉおよびｑ番目の送信局間のチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）は、前述したようにｙ_{ｉ，ｑ，ｓ}である。

ＣＩＲは、ｃ番目の副搬送波の周波数領域チャネル応答Ｙ_{ｉ，ｑ，ｃ}に変換することができる。これは、以下の式で表現される。

Ｙ_{ｉ，ｑ，ｃ}＝Ｄ^Ｔ _ｉＨ_ｃｗ’_ｑ
（式１４）
ここで、ｃは副搬送波のインデックスであり、ｃ＝１，２，…，Ｃであり、Ｃは副搬送波の総数を表す。

全副搬送波における平均周波数領域チャネル応答ＣＲ_ｉ，ｑは、以下の式で得ることができる。

ＣＲ共分散行列ＣＭ_ｉ，ｑは、以下の式で得ることができる。

受信局２０_ｉはさらに、以下の式を使用して、自局および送信局１０_ｉ間の通信に関する最適化されたＲＸ ＡＷＶを計算する。

ここで、ｅｉｇ（．）は最大固有ベクトルを表し、Ｎ_０は加法性ホワイトガウスノイズ（ＡＷＧＮ）の片側パワースペクトル密度（ＰＳＤ）を表す。

上記の式のＲ_ｉ，ｑは、受信局２０_ｉが平均周波数領域チャネル応答ＣＲ_ｉ，ｑまたはＣＲ共分散行列ＣＭ_ｉ，ｑのいずれを計算するかに応じて、以下のように計算される。

その後、受信局２０_ｉは以下の式を使用してｉ番目の通信ペアの受信ＳＬＮＲ_ｉを計算する。

ＳＬＮＲ_ｉは、ｉ番目の通信ペア間リンクにおける、リンク品質の指標として使用することができる。その後、受信局２０_ｉは計算したＳＬＮＲ_ｉを調整器３０にフィードバックする。

最後に、決定の段階（ステップＳ１１２〜Ｓ１１５を含む）に入る。この段階のステップＳ１１２において、調整器３０が、各々の受信局２０_１，２０_２，…，および２０_ＮからフィードバックされたＳＩＮＲと、各通信ペアの所定の対応するしきい値γとを比較することにより、各リンクのリンク品質を評価する。調整器３０は、例えば、局インタラクティブユニット３０１を介して受信局２０_ｉからフィードバックされたＳＩＮＲを受信し、空間多重化判定ユニット３０４を使用して、受信局２０_ｉからフィードバックされたｉ番目の通信ペアのＳＬＮＲ_ｉと、ｉ番目の通信ペアのしきい値γ_ｉとを比較する。

ステップＳ１１３において、調整器３０は、ステップＳ１１２におけるリンク品質の評価結果に基づいて、空間多重化を実行できるかどうか、または再トレーニングを行う必要があるかどうかを判定する。調整器３０は、例えば、空間多重化判定ユニット３０４を使用して空間多重化の実施の可否を判定する。

具体的には、調整器３０は、ステップ１１２において、全通信ペアのＳＩＮＲが対応するしきい値γと同じかそれ以上であることを検出すると、空間多重化を実施できると判定し、方法はステップＳ１１４に進む。また、いずれかの通信ペアのＳＩＮＲが対応するしきい値γを下回る場合には、調整器３０は、空間多重化に基づくビーム形成トレーニングの再実施が必要であると判定し、方法はステップＳ１１５に進む。

ステップＳ１１４において、調整器３０は、送信局１０_１，１０_２，…，および１０_Ｎと受信局２０_１，２０_２，…，および２０_Ｎの各々に対し、空間多重化のために利用可能なサービス期間を通知する。これでビーム形成トレーニングプロセスは終了する。これ以降、送信局１０_ｉと受信局２０_ｉは、ビーム形成トレーニング処理において取得したｗ’_ｉとｄ’_ｉを、両者間のデータ通信を行うためのＴＸ ＡＷＶおよびＲＸ ＡＷＶとして使用することができる。

一方、ステップＳ１１５において、調整器３０は、送信局１０_１，１０_２，…，および１０_Ｎと受信局２０_１，２０_２，…，および２０_Ｎの間の各リンクの漏洩状態に基づく基準に従って、１つ以上の通信ペアを除外する。調整器３０は、例えば、最小のＳＬＮＲを有する通信ペアを破棄してもよい。その後、プロセスはステップＳ１０８に戻り、送信局と受信局の残りのＮ−１個のペアに対して、ステップＳ１０８とそれ以降のステップが繰り返される。このとき、最小のＳＬＮＲを有する通信ペアを除外して再トレーニングが実施され、ステップＳ１１３で期待する結果が得られるまで継続される。

図４は、本発明の第２の実施例による、プロアクティブ型同時ビーム形成トレーニング方法のフローチャートを示す。

第２の実施例による方法と図３に示す第１の実施例による方法の違いは、ステップＳ１０８およびＳ１１５が、それぞれステップＳ２０８およびＳ２１５に置換されていることである。

具体的には、第２の実施例のステップＳ２０８では、ステップＳ１０８とは異なり、調整器３０が各通信ペアのＳＬＮＲを計算する必要はない。

さらに、ステップＳ１１３において調整器３０がステップＳ１１２の比較結果に基づいて空間多重化を実施できない（すなわち、ビーム形成トレーニングを再度実施する必要がある）と判定した場合には、方法はステップＳ２１５に進む。

ステップＳ２１５において、調整器３０は受信局２０_１，２０_２，…，および２０_Ｎの各々にそのＲＸ ＡＷＶを、ステップＳ１１１の計算で得られた最適化されたＲＸ ＡＷＶに固定するよう通知する。調整器３０は、例えば、局インタラクティブユニット３０１を使用して、受信局２０_ｉにそのＲＸ ＡＷＶをｄ’_ｉに固定するよう通知する。その後、プロセスはステップＳ１０５に戻り、各受信局のＲＸ ＡＷＶを最適化されたＲＸ ＡＷＶにリセットしてステップＳ１０５を繰り返し、さらにステップＳ１０５以降のステップを繰り返して再トレーニングを実施し、ステップＳ１１３で期待する結果が得られるまでこれを継続する。

ここで、第１の実施例と第２の実施例は結合できることに留意されたい。すなわち、ステップＳ１１３において調整器３０がビーム形成トレーニングを続行することが必要であると判定した場合には、調整器３０は最小のＳＬＮＲを有する通信ペアを破棄し、残りの通信ペアの受信局に各々のＲＸ ＡＷＶをステップＳ１１１の計算で得られた最適化されたＲＸ ＡＷＶに固定するよう通知することができる。その後、プロセスはステップＳ１０５に戻り、ステップＳ１０５とそれ以降のステップが繰り返される。

上記では、システム内の複数の通信局ペアが、ほぼ同時にサービス期間リクエストをプロアクティブに開始する場合について説明した。しかし、システム内の複数の通信ペアはサービス期間リクエストを同時に開始する必要はなく、必要に応じて随時、サービス期間リクエストを開始することができる。

次に、このような場合について、図５〜７を参照して説明する。図５は、オンデマンド型同時ビーム形成トレーニングの場合の無線通信システム１の概略図を示す。

図５に示すように、システム内の１番目、２番目、．．．、および（Ｎ−１）番目の通信ペアは、ビーム形成トレーニングを完了し、すでにデータ通信を実行中である。この時点で、１つ以上の追加の通信ペア（例：Ｎ番目の通信ペア）がサービス期間（ＳＰ）のリクエストを開始し、そのＴＸコードブックを調整器３０に送信する。調整器３０は、Ｎ番目の通信ペアからリクエストを受信すると、１番目、２番目、．．．、（Ｎ−１）番目、Ｎ番目の通信局ペアを含むシステムの状態を包括的に考慮し、サービス期間の利用可能性に応じて、空間多重化に基づく同時ビーム形成トレーニングをスケジュールする。その後、システム内の全Ｎ個の通信ペアが上述したように同時ビーム形成トレーニングを実行する。

図６は、本発明の第３の実施例による、同時ビーム形成トレーニング方法のフローチャートを示す。

第３の実施例による方法と図３に示す第１の実施例による方法の違いは、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３がステップＳ３０１〜Ｓ３０４に置換されていることである。

具体的には、第３の実施例によれば、ステップＳ３０１において、システム内の１つ以上の通信局ペアがすでにビーム形成トレーニングを完了しており、すでに例えばデ―タ通信を実行中である。

ステップＳ３０２において、少なくとも１つの追加の通信局ペアの送信局がサービス期間リクエストと、対応するＴＸコードブックとを調整器３０に送信する。

ステップＳ３０３において、少なくとも１つの追加の通信局ペアからサービス期間リクエストを受信すると、調整器３０は、システム内の全通信ペアの状態を包括的に考慮し、サービス期間の利用可能性に応じて空間多重化に基づく同時ビーム形成トレーニングをスケジュールし、システム内の全通信ペアにビーム形成トレーニングが再実施されることを通知する。そして、その一方で、スケジュール済みトレーニングタイムスロットと、各通信ペアに割り当てられたトレーニング系列インデックスとを、各通信ペアの送信局と受信局に通知する。

その後、ステップＳ１０４〜Ｓ１１５において、各通信ペアは調整器３０の支援と調整を受けて、第１の実施例と同様の方法で同時ビーム形成トレーニングを実行する。

図７は、本発明の第４の実施例による、同時ビーム形成トレーニング方法のフローチャートを示す。

第４の実施例による方法と図６に示す第３の実施例による方法の違いは、ステップＳ１０８およびＳ１１５が、それぞれステップＳ２０８およびＳ２１５に置換されていることである。ステップＳ２０８およびＳ２１５については上記の第２の実施例の項ですでに説明しているので、ここでは省略する。

同様に、第３の実施例と第４の実施例は結合することが可能である。すなわち、調整器３０がビーム形成トレーニングを続行することが必要であると判定した場合には、調整器３０は最小のＳＬＮＲを有する通信ペアを破棄し、残りの各通信ペアの受信局にそのＲＸ ＡＷＶを計算で得られた最適化されたＲＸ ＡＷＶに固定するよう通知することができる。その後、プロセスはステップＳ１０５に戻り、ステップＳ１０５とそれ以降のステップが繰り返される。

図８は、本発明で使用できるトレーニング系列の一例を示す。図８に示すように、トレーニング系列に補完的なゴーレイ系列（Golay sequence）を含めることができる。基本のゴーレイ系列Ｇ＝［Ｇａ Ｇｂ］^Ｔは、２つの相補的系列Ｇａ＝［Ｇａ_１ Ｇａ_２…Ｇａ_{Ｎ＿ＭＡＸ}］^ＴおよびＧｂ＝［Ｇｂ_１ Ｇｂ_２…Ｇｂ_{Ｎ＿ＭＡＸ}］^Ｔとから成る。ここで、Ｇａ_ｖおよびＧｂ_ｖ（ｖ＝１，…，Ｎ＿ＭＡＸ）自体は各々、Ｓ個のシンボルを含むシンボル系列である。Ｎ＿ＭＡＸは、システム内での同時トレーニングの対象となることのできる通信ペアの最大数を表す。ここで、インデックスを割り当てる際には、調整器３０はｉ番目の通信ペアにトレーニング系列インデックスｉを割り当てると想定する。各通信ペアは、インデックスｉの通知を受けた後には、以下のようにして自通信ペアに関連付けられたトレーニング系列を導出することができる。
１番目の通信ペア：
ＴＳ_１＝［Ｇａ_１Ｇａ_２…Ｇａ_{Ｎ＿ＭＡＸ}Ｇｂ_１Ｇｂ_２…Ｇｂ_{Ｎ＿ＭＡＸ}］^Ｔ
２番目の通信ペア：
ＴＳ_２＝［Ｇａ_{Ｎ＿ＭＡＸ}Ｇａ_１…Ｇａ_{Ｎ＿ＭＡＸ−１}Ｇｂ_{Ｎ＿ＭＡＸ}Ｇｂ_１…Ｇｂ_{Ｎ＿ＭＡＸ−１}］^Ｔ
…
ｉ番目の通信ペア（ｉ＝３，４…．，Ｎ）：
ＴＳ_ｉ＝［Ｇａ_{Ｎ＿ＭＡＸ−ｉ＋２}Ｇａ_{Ｎ＿ＭＡＸ−ｉ＋３}…Ｇａ_{Ｎ＿ＭＡＸ−ｉ＋１}Ｇｂ_{Ｎ＿ＭＡＸ−ｉ＋２}Ｇｂ_{Ｎ＿ＭＡＸ−ｉ＋３…}Ｇｂ_{Ｎ＿ＭＡＸ−ｉ＋１}］^Ｔ

通信ペアによって導出されるトレーニング系列はすべて、互いに直交である。

さらに、図８に示すように、例えばチャネルおよびハードウェアに起因する許容タイミングエラーを調整するために、サイクリックプレフィックス（cyclic prefix）とサイクリックポストフィックス（cyclic postfix）のうち一方または両方を、各通信ペアのトレーニング系列に含められた２つの補完的系列の両端に付加することもできる。

トレーニング系列は、単一搬送波モードを使用して随時送信できることに留意されたい。

また、Ｇａ_ｖおよびＧｂ_ｖの長さＳは、最大チャネル順序Ｌ（チップ長によって正規化される）によって決まる。ここで、チップ長はＧａ_ｖまたはＧｂ_ｖに含まれる各シンボルの時間の長さであり、Ｓ＞＝Ｌである。

図９は、本発明で使用できるトレーニング系列の他の例を示す。図９に示すように、トレーニング系列はザドフ−チュー系列（Zadoff-Chu sequence）を含むことができる。基本のザドフ−チュー系列はＺ＝［Ｚ_１ Ｚ_２…Ｚ_{Ｎ＿ＭＡＸ}］^Ｔとして表現できる。ここで、Ｚ_ｖ（ｖ＝１，…，Ｎ＿ＭＡＸ）自体は、Ｓ個のシンボルを含むシンボル系列である。Ｎ＿ＭＡＸは、システムにおける、同時トレーニングの対象となることのできる通信ペアの最大数を表す。ここで、インデックスを割り当てる際には、調整器３０はｉ番目の通信ペアにトレーニング系列インデックスｉを割り当てると想定する。各通信ペアは、インデックスｉの通知を受けた後には、以下のようにして自通信ペアに関連付けられたトレーニング系列を導出することができる。
１番目の通信ペア：
ＴＳ_１＝［Ｚ_１Ｚ_２…Ｚ_{Ｎ＿ＭＡＸ}］^Ｔ
２番目の通信ペア：
ＴＳ_２＝［Ｚ_{Ｎ＿ＭＡＸ}Ｚ_１…Ｚ_{Ｎ＿ＭＡＸ−１}］^Ｔ
…
ｉ番目の通信ペア（ｉ＝３，４…．，Ｎ）：
ＴＳ_ｉ＝［Ｚ_{Ｎ＿ＭＡＸ−ｉ＋２}Ｚ_{Ｎ＿ＭＡＸ−ｉ＋３}…Ｚ_{Ｎ＿ＭＡＸ−ｉ＋１}］^Ｔ

通信ペアによって導出されるトレーニング系列はすべて、互いに直交である。

さらに、図９に示すように、例えばチャネルおよびハードウェアに起因する許容タイミングエラーを調整するために、サイクリックプレフィックスとサイクリックポストフィックスのうち一方または両方を、各通信ペアのトレーニング系列に含められたザドフ−チュー系列の両端に付加することもできる。

同様に、トレーニング系列としてザドフ−チュー系列を使用する場合には、トレーニング系列はやはり常に単一搬送波モードを使用して送信することができる。

また、Ｚ_ｖの長さＳは、最大チャネル順序Ｌ（チップ長によって正規化される）によって決まる。ここで、チップ長はＺ_ｖに含まれる各シンボルの時間の長さであり、Ｓ＞＝Ｌである。

これまで、本発明の特定の実施例について、限定ではなく例示を目的として説明してきた。本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明に対して様々な変更、結合、置換を行うことが可能であり、本発明は付記した請求項の範囲に含まれるこれらの変更、結合、置換を包含することは、当業者には理解されるであろう。

さらに、上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これに限定されない。

（付記１）
送信アンテナを含む複数の送信局と、
前記複数の送信局に各々対応し、各々が受信アンテナアレイを含む複数の受信局を備え、
前記複数の送信局は、各々の前記送信アンテナアレイを介して同時期にトレーニング系列を送信し、
前記複数の受信局は、各々の前記受信アンテナアレイを介して、前記複数の送信局から送信される個々のトレーニング系列を受信し、各受信局と前記複数の送信局の各々との間の各リンクのチャネル状態に関するチャネル情報を取得し、前記チャネル情報を、前記複数の送信局の送信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された送信アンテナ重みベクトルと、前記複数の受信局の受信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された受信アンテナ重みベクトルとを決定するために使用することを特徴とする無線通信システム。

（付記２）
前記複数の送信局は、各々の前記送信アンテナ重みベクトルを切り替えて各々の前記送信アンテナアレイを介して同時期にトレーニング系列を送信し、
前記複数の受信局の各々は、各々の前記受信アンテナ重みベクトルを固定して、各々の前記受信アンテナアレイを介して、前記複数の送信局から送信される個々のトレーニング系列を受信し、各受信局と前記複数の送信局の各々との間の各リンクのチャネル状態に関するチャネル情報を取得し、前記チャネル情報を、前記複数の送信局の送信アンテナアレイの最適化された送信アンテナ重みベクトルを決定するために使用することを特徴とする付記１に記載の無線通信システム。

（付記３）
前記複数の送信局は、各々の前記送信アンテナ重みベクトルを固定して各々の前記送信アンテナアレイを介して同時期にトレーニング系列を送信し、
前記複数の受信局の各々は、各々の前記受信アンテナ重みベクトルを切り替えて、各々の前記受信アンテナアレイを介して、前記複数の送信局から送信される個々のトレーニング系列を受信し、各受信局と前記複数の送信局の各々との間の各リンクのチャネル状態に関するチャネル情報を取得し、前記チャネル情報を、前記複数の受信局の受信アンテナアレイの最適化された受信アンテナ重みベクトルを決定するために使用することを特徴とする付記１に記載の無線通信システム。

（付記４）
調整器をさらに備え、
前記複数の受信局は、取得した前記チャネル情報を前記調整器へフィードバックし、
前記調整器は、前記複数の受信局からフィードバックされた前記チャネル情報に基づいて、前記複数の送信局と前記複数の受信局との間の各リンクのリンク品質を評価し、再トレーニングを実施する必要があるかどうかを判定することを特徴とする付記１に記載の無線通信システム。

（付記５）
前記調整器が再トレーニングを実施する必要があると判定した場合、前のトレーニングにおいて決定された最適化された送信アンテナ重みベクトルと最適化された受信アンテナ重みベクトルの少なくとも１つに基づいて、再トレーニングを実施することを特徴とする付記４に記載の無線通信システム。

（付記６）
前記調整器が再トレーニングを実施する必要があると判定した場合、前記複数の送信局と前記複数の受信局との間の各リンクの漏洩状態に基づく基準に従って、前記複数の送信局と前記複数の受信局のうちの送信局と受信局のペアを除外し、残りの送信局と受信局に対して、再トレーニングを実施することを特徴とする付記４に記載の無線通信システム。

（付記７）
前記複数の送信局からのリクエストに従って、前記複数の送信局と前記複数の受信局についてトレーニングタイムスロットをスケジュールする調整器をさらに備えることを特徴とする付記１に記載の無線通信システム。

（付記８）
前記複数の送信局の１つからのリクエストに従って、前記複数の送信局と前記複数の受信局についてトレーニングタイムスロットをスケジュールする調整器をさらに備えることを特徴とする付記１に記載の無線通信システム。

（付記９）
各前記トレーニング系列が、補完的なゴーレイ系列あるいはザドフ−チュー系列のうちの1つを含むことを特徴とする付記１に記載の無線通信システム。

（付記１０）
各前記トレーニング系列が、さらにサイクリックプレフィックスとサイクリックポストフィックスの少なくとも1つを含むことを特徴とする付記９に記載の無線通信システム。

（付記１１）
複数の送信局と、前記複数の送信局に対応する複数の受信局を含む無線通信システムにおけるビーム形成トレーニング方法であって、
複数の送信局が各々の送信アンテナアレイを介して同時期にトレーニング系列を送信するトレーニング系列送信ステップと、
複数の受信局の各々が、個々の受信アンテナアレイを介して前記複数の送信局から送信されてきた個々のトレーニング系列を受信するトレーニング系列受信ステップと、
前記複数の受信局の各々と前記複数の送信局の各々との間の各リンクのチャネル状態に関するチャネル情報を取得するチャネル情報取得ステップと、
前記チャネル情報に基づいて、前記複数の送信局の送信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された送信アンテナ重みベクトルと、前記複数の受信局の受信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された受信アンテナ重みベクトルとを決定する最適化アンテナ重みベクトル決定ステップと
を含むことを特徴とするビーム形成トレーニング方法。

（付記１２）
前記トレーニング系列送信ステップは、前記複数の送信局が、各々の前記送信アンテナ重みベクトルを切り替えて各々の前記送信アンテナアレイを介して同時期にトレーニング系列を送信するステップを含み、
前記トレーニング系列受信ステップは、前記複数の受信局の各々がが、各々の前記受信アンテナ重みベクトルを固定して、各々の前記受信アンテナアレイを介して、前記複数の送信局から送信される個々のトレーニング系列を受信するステップを含み、
前記最適化アンテナ重みベクトル決定ステップは、前記チャネル情報に基づいて、前記複数の送信局の送信アンテナアレイの最適化された送信アンテナ重みベクトルを決定するステップを含むことを特徴とする付記１１に記載のビーム形成トレーニング方法。

（付記１３）
前記トレーニング系列送信ステップは、前記複数の送信局が、各々の前記送信アンテナ重みベクトルを固定して各々の前記送信アンテナアレイを介して同時期にトレーニング系列を送信するステップを含み、
前記トレーニング系列受信ステップは、前記複数の受信局の各々が、各々の前記受信アンテナ重みベクトルを切り替えて、各々の前記受信アンテナアレイを介して、前記複数の送信局から送信される個々のトレーニング系列を受信するステップを含み、
前記最適化アンテナ重みベクトル決定ステップは、前記チャネル情報を、前記複数の受信局の受信アンテナアレイの最適化された受信アンテナ重みベクトルを決定するステップを含むことを特徴とする付記１１に記載のビーム形成トレーニング方法。

（付記１４）
取得した前記チャネル情報に基づいて、前記複数の送信局と前記複数の受信局との間の各リンクのリンク品質を評価し、再トレーニングを実施する必要があるかどうかを判定する再トレーニング判定ステップをさらに含むことを特徴とする付記１１に記載のビーム形成トレーニング方法。

（付記１５）
再トレーニングを実施する必要があると判定した場合、前のトレーニングにおいて決定された最適化された送信アンテナ重みベクトルと最適化された受信アンテナ重みベクトルの少なくとも１つに基づいて、再トレーニングを実施することを特徴とする付記１４に記載のビーム形成トレーニング方法。

（付記１６）
再トレーニングを実施する必要があると判定した場合、前記複数の送信局と前記複数の受信局との間の各リンクの漏洩状態に基づく基準に従って、前記複数の送信局と前記複数の受信局のうちの送信局と受信局のペアを除外し、残りの送信局と受信局に対して、再トレーニングを実施することを特徴とする付記１４に記載のビーム形成トレーニング方法。

（付記１７）
前記複数の送信局からのリクエストに従って、前記複数の送信局と前記複数の受信局についてトレーニングタイムスロットをスケジュールするステップをさらに含むことを特徴とする付記１１に記載のビーム形成トレーニング方法。

（付記１８）
前記複数の送信局の１つからのリクエストに従って、前記複数の送信局と前記複数の受信局についてトレーニングタイムスロットをスケジュールするステップをさらに含むことを特徴とする付記１１に記載のビーム形成トレーニング方法。

（付記１９）
各前記トレーニング系列が、補完的なゴーレイ系列あるいはザドフ−チュー系列のうちの1つを含むことを特徴とする付記１１に記載のビーム形成トレーニング方法。

（付記２０）
各前記トレーニング系列が、さらにサイクリックプレフィックスとサイクリックポストフィックスの少なくとも1つを含むことを特徴とする付記１９に記載のビーム形成トレーニング方法。

１０_１〜１０_Ｎ：送信局
２０_１〜２０_Ｎ：受信局
３０：調整器
１０１ｉ：調整器インタラクティブユニット
１０２ｉ：ＡＷＶ設定ユニット
１０３ｉ：トレーニング系列送信ユニット
２０１ｉ：調整器インタラクティブユニット
２０２ｉ：計算ユニット
２０３ｉ：ＡＷＶ設定ユニット
２０４ｉ：トレーニング系列送信ユニット
３０１：局インタラクティブユニット
３０２：計算ユニット
３０３：スケジューリングユニット
３０４：空間多重化判定ユニット

Claims (10)

1. 送信アンテナを含む複数の送信局と、
   前記複数の送信局に各々対応し、各々が受信アンテナアレイを含む複数の受信局を備え、
   前記複数の送信局は、各々の前記送信アンテナアレイを介して同時期にトレーニング系列を送信し、
   前記複数の受信局は、各々の前記受信アンテナアレイを介して、前記複数の送信局から送信される個々のトレーニング系列を受信し、各受信局と前記複数の送信局の各々との間の各リンクのチャネル状態に関するチャネル情報を取得し、前記チャネル情報を、前記複数の送信局の送信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された送信アンテナ重みベクトルと、前記複数の受信局の受信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された受信アンテナ重みベクトルとを決定するために使用することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記複数の送信局は、各々の前記送信アンテナ重みベクトルを切り替えて各々の前記送信アンテナアレイを介して同時期にトレーニング系列を送信し、
   前記複数の受信局の各々は、各々の前記受信アンテナ重みベクトルを固定して、各々の前記受信アンテナアレイを介して、前記複数の送信局から送信される個々のトレーニング系列を受信し、各受信局と前記複数の送信局の各々との間の各リンクのチャネル状態に関するチャネル情報を取得し、前記チャネル情報を、前記複数の送信局の送信アンテナアレイの最適化された送信アンテナ重みベクトルを決定するために使用することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記複数の送信局は、各々の前記送信アンテナ重みベクトルを固定して各々の前記送信アンテナアレイを介して同時期にトレーニング系列を送信し、
   前記複数の受信局の各々は、各々の前記受信アンテナ重みベクトルを切り替えて、各々の前記受信アンテナアレイを介して、前記複数の送信局から送信される個々のトレーニング系列を受信し、各受信局と前記複数の送信局の各々との間の各リンクのチャネル状態に関するチャネル情報を取得し、前記チャネル情報を、前記複数の受信局の受信アンテナアレイの最適化された受信アンテナ重みベクトルを決定するために使用することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 調整器をさらに備え、
   前記複数の受信局は、取得した前記チャネル情報を前記調整器へフィードバックし、
   前記調整器は、前記複数の受信局からフィードバックされた前記チャネル情報に基づいて、前記複数の送信局と前記複数の受信局との間の各リンクのリンク品質を評価し、再トレーニングを実施する必要があるかどうかを判定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
5. 前記調整器が再トレーニングを実施する必要があると判定した場合、前のトレーニングにおいて決定された最適化された送信アンテナ重みベクトルと最適化された受信アンテナ重みベクトルの少なくとも１つに基づいて、再トレーニングを実施することを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
6. 前記調整器が再トレーニングを実施する必要があると判定した場合、前記複数の送信局と前記複数の受信局との間の各リンクの漏洩状態に基づく基準に従って、前記複数の送信局と前記複数の受信局のうちの送信局と受信局のペアを除外し、残りの送信局と受信局に対して、再トレーニングを実施することを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
7. 前記複数の送信局からのリクエストに従って、前記複数の送信局と前記複数の受信局についてトレーニングタイムスロットをスケジュールする調整器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
8. 前記複数の送信局の１つからのリクエストに従って、前記複数の送信局と前記複数の受信局についてトレーニングタイムスロットをスケジュールする調整器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
9. 各前記トレーニング系列が、補完的なゴーレイ系列あるいはザドフ−チュー系列のうちの1つを含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
10. 複数の送信局と、前記複数の送信局に対応する複数の受信局を含む無線通信システムにおけるビーム形成トレーニング方法であって、
    複数の送信局が各々の送信アンテナアレイを介して同時期にトレーニング系列を送信するトレーニング系列送信ステップと、
    複数の受信局の各々が、個々の受信アンテナアレイを介して前記複数の送信局から送信されてきた個々のトレーニング系列を受信するトレーニング系列受信ステップと、
    前記複数の受信局の各々と前記複数の送信局の各々との間の各リンクのチャネル状態に関するチャネル情報を取得するチャネル情報取得ステップと、
    前記チャネル情報に基づいて、前記複数の送信局の送信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された送信アンテナ重みベクトルと、前記複数の受信局の受信アンテナアレイの少なくとも１つの最適化された受信アンテナ重みベクトルとを決定する最適化アンテナ重みベクトル決定ステップと
    を含むことを特徴とするビーム形成トレーニング方法。
    

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