JP2014504068A - 部分的チャンネル状態情報による多層ビーム成形 - Google Patents

Abstract

送信者と受信者との間のビーム成形のためのプレコーディング情報を決定する方法は、送信者と受信者との間のチャンネルの部分的チャンネル状態情報に基づいて第１信号層の第１プレコーディングベクトルを決定することを含む。又、この方法は、送信者と受信者との間のチャンネルの長期特性に基づいて第１推測ベクトルを決定することも含む。送信者のアンテナのグループを定義し、そしてアンテナのグループごとに位相シフト値を指定する。この方法は、更に、第１推測ベクトルの各要素に、第１推測ベクトルの前記要素に関連したアンテナのグループに対して指定された位相シフト値を乗算することにより第２信号層の第２プレコーディングベクトルを送信者において決定することも含む。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ビーム成形に関するもので、より詳細には、部分的チャンネル状態情報による多層ビーム成形に関する。

通信システムは、固定又は移動通信装置、ベースステーション、サーバー、及び／又は他の通信ノードのような２つ以上のエンティティ間で通信セッションを可能にする設備と考えることができる。通信システム及び適合通信エンティティは、典型的に、そのシステムに関連した種々のエンティティが何を行うことが許されそしてそれをどのように達成するか規定する所与の規格又は仕様書に従って動作する。例えば、規格、仕様書及び関連プロトコルは、通信装置がどのように通信システムにアクセスするか及び通信装置間で種々の通信態様をどのように実施するか定義する。通信は、ワイヤード又はワイヤレスキャリアを経て搬送される。ワイヤレス通信システムでは、少なくとも２つのステーション間の通信の少なくとも一部分がワイヤレスリンクを経て行われる。

ワイヤレスシステムは、例えば、セルラーネットワークのような公衆地上移動ネットワーク（ＰＬＭＮ）、衛星ベースの通信システム、及び異なるワイヤレスローカルネットワーク、例えば、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）を含む。ワイヤレスシステムは、セルへと分割され、従って、それらは、セルラーシステムとしばしば称される。セルは、ベースステーションにより形成される。セルは、異なる形状及びサイズを有する。又、セルは、セクタへ分割することもできる。ユーザに対してアクセスを与えるセルの形状及びサイズに関わらず、及びアクセスがセルのセクタを経て与えられるかセルを経て与えられるかに関わらず、そのようなエリアは、無線サービスエリア又はアクセスエリアと称される。隣接する無線サービスエリアは、典型的に、重畳し、従って、あるエリアの通信を２つ以上のベースステーションで聴取することができる。

ユーザは、適当な通信装置により通信システムにアクセスすることができる。ユーザの通信装置は、ユーザ装置（ＵＥ）又はターミナルとしばしば称される。通信装置には、他の当事者との通信を可能にするための適当な信号受信及び送信構成体が設けられる。典型的に、通信装置は、スピーチ及びデータのような通信の受信及び送信を可能にするために使用される。ワイヤレスシステムにおいて、通信装置は、アクセスネットワークのベースステーションのような別の通信装置及び／又は別のユーザ装置と通信できるトランシーバステーションをなす。通信装置は、例えば、ベースステーションのようなステーションに与えられるキャリアにアクセスし、そしてそのキャリアを経て通信を送信及び／又は受信する。

容量について高まる需要を満足するよう試みる通信システムの一例は、第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）により標準化されたアーキテクチャーである。このシステムは、ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションシステム（ＵＭＴＳ）無線アクセス技術の長期進化（ＬＴＥ）としばしば称される。ＬＴＥは、種々の改善、例えば、レイテンシ減少、高いユーザデータレート、システム容量及びカバレージ改善、オペレータに対するコスト減少、等を達成することを目的とする。ＬＥＴの更なる開発は、ＬＴＥ進歩型(LTE-Advanced)としばしば称される。３ＧＰＰ ＬＴＥ仕様の種々の開発段階は、リリースと称される。

ＬＴＥ進歩型リリース９の１つの態様は、異なる偏波間の相関が低い複数のアンテナで二重層ビーム生成を行えるというものである。典型的な無線チャンネル条件のもとでは、複数のアンテナで少なくとも２つの強力なマルチ入力及びマルチ出力（ＭＩＭＯ）サブチャンネルが得られる。このように、二重ストリーム送信を達成することができ、単一層ビーム成形送信に比してセルのスループットを改善する。３ＧＰＰ ＬＴＥリリース９の二重層ビーム成形は、ユーザ装置（ＵＥ）特有のビーム成形及び空間的マルチプレクシングを結合することができる。ＵＥ特有のビーム成形は、時分割デュープレックス（ＴＤＤ）システムに有用である。というのは、この構成は、アップリンク及びダウンリンク相互利益を与え、これを使用して、瞬時無線チャンネル状態情報を得て、ほぼ最適なプレコーディングを発生できるからである。

無線チャンネル状態情報は、ユーザ装置から送信できるサウンド基準信号（ＳＲＳ）のようなチャンネル状態基準信号の測定を通して得ることができる。チャンネル状態基準信号の測定は、送信アンテナと受信アンテナとの間の各個々の経路を測定できるように行われる。

ＬＴＥでは、全ての送信アンテナからのサウンド基準信号（ＳＲＳ）の送信をサポートすることの判断をユーザ装置製造者の裁量に委ねるという合意がなされている。実際に、これは、例えば、２つのアンテナをもつユーザ装置が、２つのアンテナで受信できるが、１つのアンテナでしか送信できないことを意味する。これは、ベースステーションがユーザ装置からのサウンド基準信号のアップリンクチャンネル送信に基づいて完全なダウンリンクチャンネル状態を測定することができないことを意味する。これは、部分的なチャンネル状態情報しかなく、二重層ビーム成形送信の性能に影響を及ぼすことを意味する。

１つの提案は、部分的チャンネル状態情報に基づく情報と共に二重層ビーム成形を使用することである。Ｒ１−０９３５１５ ３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１ ＃５８及びＲ１−０９２６３１ ３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１ ＃５７ｂｉｓは、（チャンネル状態情報の）第１の最大固有値の第２の重み付けベクトルマッピングに基づいて第２層のチャンネル状態情報を与えることを示唆している。これは、サウンド基準信号を送信する単一アンテナと共に６個の物理的リソースブロックのような周波数粒度を使用して得ることができる。これは、第１層ビーム成形器と第２層ビーム成形器との間の直交性しか考慮せず、準最適なビーム成形器が使用されることを招く。

Ozdemir氏等の“Opportunistic Beamforming with Partial Channel State Information”、ＩＣＣ、２００６年６月、第５２１３−５３１８ページ、Ozdemir氏等の“Opportunistic Beamforming over Rayleigh Channels with Partial Side Information”、IEEE Trans. On Wireless Communication、第７巻、第９号、第３４１６−３４２７ページ、２００８年９月、及びToufik氏等の“MIMO OFDMA Opportunistic Beam forming with Partial Channel State Information”、ＩＣＣ、２００６年、第５３８９−５３９４ページにおける他の示唆は、部分的チャンネル状態情報にアドレスするためのスケジューリング又はフィードバックメカニズムの異なる構成を提供する。

上述した問題は、特定の通信環境に限定されず、データ送信のミューティングが与えられる適当な通信システムにおいて生じ得ることに注意されたい。

本発明の実施形態は、前記問題の１つ又は幾つかを対処することに向けられる。

一実施形態によれば、送信者と受信者との間のビーム成形のためのプレコーディング情報を決定する方法において、送信者と受信者との間のチャンネルの部分的チャンネル状態情報に基づいて第１信号層の第１プレコーディングベクトルを決定し；送信者と受信者との間のチャンネルの長期特性に基づいて第１推測ベクトルを決定し；送信者のアンテナのグループを定義し；アンテナのグループごとに位相シフト値を指定し；そして第１推測ベクトルの各要素に、第１推測ベクトルの前記要素に関連したアンテナのグループに対して指定された位相シフト値を乗算することにより第２信号層の第２プレコーディングベクトルを送信者において決定する；ことを含む方法が提供される。

より詳細な実施形態によれば、好ましくは、第１プレコーディングベクトルを決定することは、チャンネル共分散(covariance)マトリクスの第１固有ベクトルを決定し、そして送信者における第１固有ベクトルを第１信号層の第１プレコーディングベクトルとして使用することを含む。

好ましくは、この方法は、受信者からの信号の決定された到着角度に基づいてステアリングベクトルを決定すること；及び送信者と受信者との間のチャンネルの長期特性に基づいてチャンネル共分散マトリクスの第２の固有ベクトルを決定すること；の１つによって第１推測ベクトルを決定する段階を備えている。

好ましくは、１つ以上のアンテナグループが定義される。好ましくは、１つ以上のアンテナグループに対して位相シフト値が指定される。好ましくは、第２信号層について送信者において第２プレコーディングベクトルを決定することは、１つ以上のアンテナグループに対して指定された位相シフト値をもつ第１推定ベクトルの１つ以上の要素に基づく。

好ましくは、アンテナのグループは、アンテナ間の相関に基づくものであり、実質的に相関したアンテナが同じグループに指定される。好ましくは、アンテナのグループは、アンテナ間の間隔、及びアンテナの偏波構成、の少なくとも１つに基づく。

好ましくは、この方法は、第１及び第２のプレコーディングベクトルの内積を最小にするように前記アンテナグループの位相シフト値を決定することを含む。好ましくは、位相シフト値は、位相シフト値の規定セット内で選択される。

好ましくは、この方法は、第１のプレコーディングベクトルに直交する第２のプレコーディングベクトルのコンポーネントを決定すること、及びそのコンポーネントを前記第２の信号層の第２のプレコーディングベクトルとして使用することを含む。好ましくは、全てのアンテナグループに対して同じ位相シフト値が使用される。好ましくは、位相シフト値は、

である。

更に別の実施形態によれば、送信者と受信者との間のビーム成形のためのプレコーディング情報を決定するコントロール装置において、送信者と受信者との間のチャンネルの部分的チャンネル状態情報に基づいて第１信号層の第１プレコーディングベクトルを決定し；送信者と受信者との間のチャンネルの長期特性に基づいて第１推測ベクトルを決定し；送信者のアンテナのグループを定義し；アンテナのグループごとに位相シフト値を指定し；そして第１推測ベクトルの各要素に、第１推測ベクトルの前記要素に関連したアンテナのグループに対して指定された位相シフト値を乗算することにより第２プレコーディングベクトルを決定する；ように構成されたプロセッサを備えたコントロール装置が提供される。

更に別の実施形態によれば、送信者と受信者との間のビーム成形のためのプレコーディング情報を決定する手段を備えたコントロール装置において、送信者と受信者との間のチャンネルの部分的チャンネル状態情報に基づいて第１信号層の第１プレコーディングベクトルを決定する決定手段と；送信者と受信者との間のチャンネルの長期特性に基づいて第１推測ベクトルを決定する決定手段と；送信者のアンテナのグループを定義する定義手段と；アンテナのグループごとに位相シフト値を指定する指定手段と；第１推測ベクトルの各要素に、第１推測ベクトルの前記要素に関連したアンテナのグループに対して指定された位相シフト値を乗算することにより第２プレコーディングベクトルを決定する決定手段と；を備えたコントロール装置が提供される。

更に別の実施形態によれば、第１信号層のプレコーディングデータに対する送信者の第１プレコーディングベクトルの使用、及び第２信号層のプレコーディングデータに対する送信者の第２プレコーディングベクトルの使用が提供される。

前記方法を遂行するためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムも提供される。

種々の他の態様及び更に別の実施形態も、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲において記述される。

以下、添付図面を参照して、本発明を一例として更に詳細に説明する。

ある実施形態によるネットワークの概略図である。 ある実施形態による移動通信装置の概略図である。 ある実施形態によるコントロール装置の概略図である。 ある実施形態による概略フローチャートである。 あり得る異なる位相を例示する。 ある実施形態による送信者を概略的に示す。 ある実施形態による模擬スループットのグラフである。 ある実施形態による模擬スループットの別のグラフである。

以下、移動通信装置にサービスするワイヤレス又は移動通信システムを参照して規範的実施形態を説明する。規範的実施形態を詳細に説明する前に、ここに述べる例の基礎となる技術を理解する助けとして、図１から３を参照して、ワイヤレス通信システムの一般的な原理、そのアクセスシステム、及び移動通信装置を簡単に説明する。

移動通信装置又はユーザ装置１０１、１０２、１０３は、典型的に、アクセスシステムの少なくとも１つのベースステーション、又は同様のワイヤレス送信器及び／又は受信器ノードを経てワイヤレスアクセスするように設けられる。

しかしながら、通信システムには、１つのアクセスシステムではなく、いかなる数のアクセスシステムも設けられることに注意されたい。アクセスシステムは、通信装置が通信システムにアクセスできるようにセルラーシステム又は別のシステムのセルにより設けられる。ベースステーションサイト１０４は、１つ以上のセルを形成することができる。又、ベースステーションは、複数のセクタ、例えば、３つの無線セクタを形成することができ、各セクタは、セル又はセルのサブエリアを形成する。セル内の全てのセクタは、同じベースステーションによりサービスされる。セクタ内の無線リンクは、そのセクタに属する単一の論理的識別により識別することができる。従って、ベースステーションは、１つ以上の無線サービスエリアを形成することができる。各移動通信装置１０１、１０２、１０３、及びベースステーション１０４は、１つ以上の無線チャンネルを同時にオープンさせ、そして２つ以上のソースから信号を受信し及び／又はそこへ信号を送信する。

ベースステーション１０４は、典型的に、その動作、及びベースステーション１０４と通信する移動通信装置１０１、１０２、１０３の管理を行えるようにするために、少なくとも１つの適当なコントローラ装置１０５によりコントロールされる。コントローラ装置１０５は、他のコントロールエンティティと相互接続される。コントローラ装置１０５には、典型的に、メモリ容量３０１及び少なくとも１つのデータプロセッサ３０２が設けられる。コントローラ装置１０５及びその機能は、複数のコントロールユニット間に分散される。

セルの境界又は縁は、図１には、説明上、概略的に示されているに過ぎない。セル又は他の無線サービスエリアのサイズ及び形状は、図１の同様サイズの全方向性形状とは著しく変化し得ることを理解されたい。

特に、図１は、ワイドエリアベースステーション１０６を示し、これは、エンハンストノードＢ（ｅＮＢ）１０４である。ｅＮＢ１０４は、セル１００の全カバレージにわたりデータを送信及び受信する。

移動通信装置１０１、１０２、１０３は、コード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、ＣＤＭＡ２０００、又はワイドバンドＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ（登録商標））のような種々のアクセス技術に基づいて通信システム１００にアクセスする。他の例として、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）、及びその種々のスキーム、例えば、インターリーブ型周波数分割多重アクセス（ＩＦＤＭＡ）、単一キャリア周波数分割多重アクセス（ＳＣ−ＦＤＭＡ）、及び直交型周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）、空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）、等が含まれる。

通信システムにおける近年の開発の非限定例は、第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）によって規格化されたユニバーサルモバイルテレコミュニケーションズシステム（ＵＭＴＳ）の長期進化（ＬＴＥ）である。上述したように、ＬＴＥの更なる開発は、ＬＴＥ進歩型と称される。適当なアクセスノードの非限定例は、例えば、３ＧＰＰ仕様の語彙でＮｏｄｅＢ（ＮＢ）として知られたセルラーシステムのベースステーションである。ＬＴＥは、進化型ユニバーサル地上無線アクセスネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）として知られた移動アーキテクチャーを使用する。そのようなシステムのベースステーションは、進化型ノードＢ（ｅＮＢ）として知られており、ユーザ装置に向けたユーザプレーン無線リンクコントロール／メディアアクセスコントロール／物理的レイヤプロトコル（ＲＬＣ／ＭＡＣ／ＰＨＹ）及びコントロールプレーン無線リソースコントロール（ＲＲＣ）プロトコルターミネーションのようなＥ−ＵＴＲＡＮ特徴を与える。無線アクセスシステムの他の例は、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）及び／又はＷｉＭａｘ（マイクロ波アクセスのための世界的相互運用性）のような技術に基づくシステムのベースステーションにより与えられるものを含む。

図１において、アクセスシステムのベースステーション１０４は、ワイドな通信ネットワーク１０７に接続される。アクセスシステムの動作を整合するためにコントローラ装置１０５が設けられる。ネットワーク１０７を経て別のネットワークに接続するためゲートウェイファンクション１０６も設けられる。ベースステーション１０４は、データを送信及び受信するために通信リンクにより他のベースステーション（図示せず）へ接続することができる。通信リンクは、ベースステーション間でデータを送信及び受信するための適当な手段であり、ある実施形態では、通信リンクは、Ｘ２リンクである。

他のネットワークは、任意の適当なネットワークである。従って、１つ以上の相互接続ネットワーク及びその要素によりワイドな通信システムを設けることができ、そして種々のネットワークを相互接続するために１つ以上のゲートウェイを設けることができる。

図２を参照して、移動通信装置を詳細に説明する。図２は、ユーザが通信に使用できる通信装置１０１の概略部分破断図である。そのような移動通信装置は、しばしば、ユーザ装置（ＵＥ）又はターミナルと称される。無線信号を送信及び受信できる任意の装置により適当な移動通信装置が設けられる。非限定例として、移動電話、又は「スマートホン」として知られているもののような移動ステーション（ＭＳ）、ワイヤレスインターフェイスカード又は他のワイヤレスインターフェイス設備が設けられたポータブルコンピュータ、ワイヤレス通信能力が設けられたパーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）、又はそれらの任意の組み合わせ、等が含まれる。移動通信装置は、例えば、音声、電子メール（ｅ−メール）、テキストメッセージ、マルチメディア、等の通信を搬送するためのデータを通信するものである。従って、ユーザには、自身の通信装置を経てタスのサービスがオファーされ及び提供される。それらサービスの非限定例は、両方向又は多方向コール、データ通信又はマルチメディアサービス、或いは単にインターネットのようなデータ通信ネットワークシステムへのアクセスを含む。又、ユーザには、ブロードキャスト又はマルチキャストデータも与えられる。コンテンツの非限定例は、ダウンロード、テレビジョン及び無線プログラム、ビデオ、広告、種々のアラート及び他の情報を含む。

ユーザ装置１０１は、エアインターフェイス２０７を経、適当な受信装置を経て信号を受信し、そして適当な無線信号送信装置を経て信号を送信する。図２において、トランシーバ装置がブロック２０６で概略的に示されている。トランシーバ装置２０６は、例えば、無線部及び関連アンテナ配列体により形成される。アンテナ配列体は、移動装置の内部に配列されてもよいし外部に配列されてもよい。

ユーザ装置１０１には、マルチ入力／マルチ出力（ＭＩＭＯ）アンテナシステムが設けられる。そのようなＭＩＭＯ配列体は、良く知られている。ＭＩＭＯシステムは、送信器及び受信器に複数のアンテナを使用すると共に、リンクのクオリティ及び容量を改善するため進歩型のデジタル信号処理を行う。実際に、図２に示すように、ユーザ装置は、複数のアンテナ２０９、２１０を有する。又、ベースステーション１０４も、複数のアンテナを備えている（図示せず）。更に、ベースステーション１０４及びユーザ装置１０１は、複数のアンテナポートを備えている。より多くのアンテナ素子がある場合には、より多くのデータを受信及び／又は送信することができる。ステーションは、複数アンテナのアレイを備えてもよい。ＭＩＭＯ配列体のＴｘアンテナ番号又はポート番号に参照シグナリング及びミューティングパターンを関連付けることができる。ある実施形態では、ユーザ装置１０１及びベースステーション１０４は、１つ以上のチャンネルの複数の層を経て通信することができる。例えば、ユーザ装置１０１及びベースステーション１０４は、チャンネルの２つの層において二重層ビーム成形を確立することができる。

又、ユーザ装置１０１には、典型的に、アクセスシステム及び他のユーザ装置へのアクセス及びそれらとの通信のコントロールを含めて、それが遂行するべく設計されたタスクのソフトウェア及びハードウェア支援実行に使用するため、少なくとも１つのデータ処理エンティティ２０１、少なくとも１つのメモリ２０２、及び他の考えられるコンポーネント２０３も設けられる。データ処理、記憶及び他の関連コントロール装置を適当な回路板及び／又はチップセットに設けることができる。この特徴は、参照番号２０４で指示される。本発明の幾つかの実施形態に基づき、移動通信装置を受信のために構成し、送信パターンに関連して情報を処理し、そしてデータ処理設備により信号をミュートすることに関して考えられるコントロールファンクションについて以下に説明する。

ユーザは、キーパッド２０５、音声コマンド、タッチ感知スクリーン又はパッド、その組み合わせ、等の適当なユーザインターフェイスにより、ユーザ装置の動作をコントロールすることができる。ディスプレイ２０８、スピーカ、及びマイクロホンも設けられる。更に、ユーザ装置は、他の装置への、及び／又は例えば、ハンズフリー装置のような外部アクセサリを接続するための、適当なコネクタ（ワイヤード又はワイヤレス）も含む。

図３は、例えば、アクセスシステムのステーションに結合され及び／又はそれをコントロールするための、通信システムのコントロール装置１０５の一例を示す。ある実施形態では、ベースステーション１０４は、個別のコントロール装置１０５を備えている。他の実施形態では、コントロール装置１０５は、別のネットワーク要素である。コントロール装置１０５は、システムのサービスエリアにあるユーザ装置による通信をコントロールするように構成される。コントロール装置１０５は、送信パターン及び他の関連情報の発生及び通信に関連したコントロール機能を与えると共に、以下に述べる幾つかの実施形態に基づいてデータ処理設備により信号をミューティングするように構成される。このため、コントロール装置１０５は、少なくとも１つのメモリ３０１、少なくとも１つのデータ処理ユニット３０２、３０３、及び入力／出力インターフェイス３０４を備えている。このインターフェイスを経て、コントロール装置は、ベースステーション１０４の受信器及び送信器に結合される。又、コントロール装置１０５は、コントロール機能を与えるための適当なソフトウェアコードを実行するように構成される。

ベースステーション装置、ユーザ装置及び他の適当なステーションの必要なデータ処理装置及び機能は、１つ以上のデータプロセッサによって与えられる。ここに述べる各端の機能は、個別のプロセッサ又は一体型プロセッサによって与えられる。データプロセッサは、ローカルの技術的な環境に適した任意の形式でよく、そしてこれに限定されないが、汎用コンピュータ、特殊目的コンピュータ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ゲートレベル回路、及びマルチコアプロセッサアーキテクチャーに基づくプロセッサ、の１つ以上を含む。データ処理は、多数のデータ処理モジュールにわたって分散される。又、データ処理は、例えば、少なくとも１つのチップにより与えられてもよい。適当なメモリ容量も、当該装置において与えられる。メモリ（１つ又は複数）は、ローカルの技術的な環境に適した任意の形式でよく、そして適当なデータ記憶技術、例えば、半導体ベースのメモリ装置、磁気メモリ装置及びシステム、光学的メモリ装置及びシステム、固定メモリ及び取り外し可能なメモリを使用して具現化される。

図４を参照して、ある実施形態を以下に説明する。図４は、ある実施形態の方法の概略的フローチャートである。プロセッサ３０２は、ベースステーション１０４とユーザ装置１０１との間の二重層ビーム成形のための情報の導出を開始する。ある実施形態では、プロセッサ３０２は、ユーザ装置がベースステーション１０４との通信を開始するときに、多層、例えば、二重層ビーム成形のための情報の導出を開始する。他の実施形態では、プロセッサ３０２は、ユーザ装置１０１がベースステーション１０４と通信する間に二重層ビーム成形のための情報の導出を開始する。プロセッサ３０２は、ユーザ装置１０１の二重層ビーム成形能力の決定のような事象に応答して、二重層ビーム成形のための情報の導出を開始するよう決定する。

プロセッサ３０２は、それがベースステーション１０４とユーザ装置１０１との間の二重層ビーム成形のための情報の導出を開始するよう決定した後に、図４のブロック４０２に示すように、第１信号層の第１プレコーディングベクトルの決定を開始する。ある実施形態では、プレコーディングベクトル又はビーム成形器情報は、ベースステーション１０４とユーザ装置１０１との間にビーム成形を開始し与えるためにベースステーション１０４及び／又はユーザ装置１０１により使用される情報である。

ある実施形態では、プロセッサ３０２は、送信者と受信者との間のチャンネルの部分的チャンネル状態情報をプロセッサが導出できるようにする無線測定値を受け取る。送信者及び受信者は、各々、ベースステーション１０４及びユーザ装置１０１であり、又はその逆でもよい。プロセッサ３０２は、この部分的チャンネル状態情報から送信者と受信者との間のチャンネルのチャンネル共分散マトリクスを導出する。プロセッサは、更に、送信者と受信者との間のチャンネルの長期特性を特徴付ける第２チャンネル共分散マトリクスを時間及び周波数ドメインにおいて平均化することにより無線測定値から導出する。プロセッサは、この目的のために、送信者と受信者との間のチャンネルのモデル化仮定(modeling assumption)を使用する。測定値は、予め決定されてメモリに記憶されてもよいし、或いはプレコーディング情報を決定する一部分として測定されてもよい。

ある実施形態では、プロセッサ３０２は、図４のブロック４０２に示すように、送信者と受信者との間のチャンネルの部分的チャンネル状態情報に基づいて第１信号層の第１プレコーディングベクトルを導出する。ある実施形態では、送信者と受信者との間のチャンネルの部分的チャンネル状態情報に基づいて第１信号層の第１プレコーディングベクトルを導出するために任意の適当な手段が使用される。ある実施形態では、プロセッサは、プレコーディングに対してチャンネル共分散マトリクスのメイン固有ベクトルを使用して、第１プレコーディングベクトルＰ１を決定する。このように、プロセッサは、チャンネル共分散マトリクスの固有ベクトルＷ_EBB1を発生し、そして第１信号層の第１プレコーディングベクトルＰ１として送信者においてビーム成形するためにＷ_EBB1を使用する。又、プロセッサ３０２は、チャンネル共分散マトリクスの別の固有ベクトルＷ_EBB2も得、そして第２信号層の第２プレコーディングベクトルＰ２として送信者においてビーム成形するためＷ_EBB2を使用する。しかしながら、プレコーディングベクトルＷ_EBB2は、二重層ビーム成形に使用するには充分でなく、そしてプロセッサ３０２は、第２信号層の第２プレコーディングベクトルを決定するために推定ベクトル又は第１推測ベクトルＰを決定する。

ある実施形態では、図４のブロック４０４に示すように、送信者と受信者との間のチャンネルの長期特性に基づいて第１推測ベクトルＰが決定される。ある実施形態では、送信者と受信者との間のチャンネルの長期特性に基づいて第１推測ベクトルを決定するために任意の適当な手段を使用することができる、ある実施形態では、第１推測ベクトルＰは、送信者において受信者から受信された信号の到着角度により決定されるステアリングベクトルＷ_DoAに基づいて決定される。

ある実施形態では、第１推測ベクトルＰは、送信者と受信者との間のチャンネルの長期特性に基づく第２共分散マトリクスの固有ベクトルに基づいて決定される。チャンネルの長期特性は、次のものの１つ以上を含む：チャンネル方向、ステアリングベクトル、チャンネル散乱情報、チャンネルフェージング情報、及びチャンネルの長期特性を記述する他の適当な情報。

ある実施形態では、プロセッサ３０２は、図４のブロック４０６に示すように、送信者においてアンテナのグループを定義する。ある実施形態では、送信者においてアンテナのグループを定義するために任意の適当な手段を使用することができる。このアンテナグループは、アンテナ間の相関、即ち種々のアンテナから送信される信号の相関に関する情報に基づく。このグループは、特に、アンテナ間の間隔、及び／又はアンテナの偏波構成を考慮するものである。

ある実施形態では、プロセッサ３０２は、図４のブロック４０８に示すように、アンテナのグループごとに位相シフト値

を指定する。ある実施形態では、アンテナのグループごとに位相シフト値を指定するために任意の適当な手段を使用することができる。プロセッサ３０２は、図４のブロック４１０に示すように、第１推測ベクトルＰの各要素に、第１推測ベクトルＰの前記要素に関連したアンテナのグループに対する位相シフト値

を乗算することにより、第２信号層の第２プレコーディングベクトルＰ２を決定することができる。ある実施形態では、第１推測ベクトルの各要素に、第１推測ベクトルの前記要素に関連したアンテナのグループに対する位相シフト値を乗算することにより第２信号層の第２プレコーディングベクトルを決定するのに任意の適当な手段を使用することができる。

ある実施形態において、プロセッサ３０２は、アンテナグループのステアリングベクトルＷ_DoA（ｇ）を第２信号層のプレコーディングベクトルに対する第１推測ベクトルＰとして使用し、そしてアンテナの偏波構成に基づいてアンテナのグループを定義する。

ここで、ｕは、次のように定義される。

但し、ｉは、アンテナ数であり、ｊは、虚数単位であり、θ（ｇ）は、グループｇのアンテナにおいて受信者（例えば、ＵＥ）からの信号の到着方向（ＤｏＡ）の角度であり、ｄは、送信者（例えば、ベースステーション）のアンテナ距離であり、そしてλは、評価されるサブキャリア又はサブキャリアグループの波長である。各偏波グループは、同じＤｏＡ重み付けベクトルを共有し、そして同じ偏波グループの各アンテナは、式（２）に基づく重み値を使用する。しかし、グループは、独立した長期特性を有していて、２つのアンテナグループに対して異なる角度θ（ｇ）を招く。このように、プロセッサ３０２は、例えば、ＵＥ１０１及びベースステーション１０４の位置からの２つのグループに対してステアリングベクトル又はＤｏＡ重み付けベクトルＷ_DoA（ｇ）を決定する。

プロセッサ３０２は、プレコーディングベクトルＷ_EBB2を、Ｗ_DoA及びアンテナの偏波構成に基づく第２信号層の第２プレコーディングベクトルに対して第１推測ベクトルＰに置き換える。このように、プロセッサは、長期チャンネル統計値を、第２信号層に対して新たなプレコーディングベクトルＰ２を発生するための基礎として使用する。例えば、Ｉ_A二重偏波アンテナを使用すると、長さ２Ｉ_Aの第１推測ベクトルＰを招き、要素１・・・Ｉ_Aは、各アンテナｉの第１偏波方向に関連し、そして要素ｉ＋Ｉ_Aは、アンテナｉの第２偏波方向に関連している。

プロセッサ３０２は、アンテナ素子の偏波方向に基づいてアンテナ又はアンテナ素子の２つのグループ１・・・Ｉ_A及びＩ_A＋１・・・２Ｉ_Aを定義する。

プロセッサ３０２は、１組の位相シフト値

を更に定義する。図５を参照すれば、プロセッサ３０２は、Ｎ、即ち位相シフト値の合計サンプル数が、４であって、第２層の考えられる位相の合計数に対応することを決定する。図５は、１組の位相シフト値

が位相シフト値

及び

を含むことを示す。

次いで、プロセッサ３０２は、Ｗ_phaseにおけるアンテナの第２グループに対して位相シフト値をサーチし、第１プレコーディングベクトル及び第２プレコーディングベクトルの内積＜Ｐ１、Ｐ２＞が最小になるようにする。ここで、第２プレコーディングベクトルＰ２は、第２アンテナグループに関連した第１推測ベクトルＰの要素と、第２アンテナグループに対して選択された位相シフト値

との要素ごとの乗算により第１推測ベクトルＰから得られる。

式（３）による第１推測ベクトルＰについては、この要素ごとの乗算は、式（６）のマトリクス乗算と同等である。

他の幾つかの実施形態において、プロセッサ３０２は、第１推測ベクトルＰから、第１信号層のプレコーディングベクトルＰ１に直交するか又は実質的に直交する第２信号層のプレコーディングベクトルＰ２を計算する。第１推測ベクトルＰは、式（３）において第１推測ベクトルＰを招く二重偏波アンテナに対するステアリングベクトルＷ_DoA（ｇ）に基づく。プロセッサ３０２は、第１推測ベクトルＰからプレコーディングベクトルＰ２を計算するためのグラム・シュミット(Gram-Schmidt)方法を使用する。

図６は、ある実施形態による送信者における第２信号層のビーム成形器の概略図である。図６は、４つの二重偏波アンテナ及びＷ_DoA＝Ｗ_DoA(1)＝Ｗ_DoA(2)に対して式（１）から（６）による方法を送信者が遂行する場合の規範的概略図である。プロセッサ３０２は、式（２）において定義された要素６０２ｕ₁、ｕ₂、ｕ₃及びｕ₄を含むステアリングベクトルＷ_DoAを決定する。プロセッサ３０２は、Ｗ_DoA(1)の要素を第１乗算器グループ（６０４）の入力に与えそしてＷ_DoA(2)の要素を第２乗算器グループ（６０６）に与えることにより式（３）に基づいて第１推測ベクトルＰを決定する。値ｘ₁及びｘ₂は、式（５）におけるＷ_phaseの第１及び第２信号層に対する位相シフト値を表わす。式（６）に基づく第１アンテナグループのｘ₁での要素ごとの乗算は、第１乗算器グループ（６０４）において遂行される。式（６）に基づく第２アンテナグループのｘ₂での要素ごとの乗算は、第２乗算器グループ（６０６）において遂行される。それにより得られるプレコーディングベクトルＰ２＝（ｗ₁・・・ｗ₈）^Tは、二重偏波アンテナ（６０８）においてビーム成形するのに使用される。

以下のテーブル１は、ある実施形態により送信者と受信者との間でデータ送信するために第１及び第２信号層に対する決定されたプレコーディングベクトルの使用を模擬するのに使用されるパラメータ及び仮定を示す。

図７及び８は、方位拡散及び各々８°及び１５°の場合の異なるスキームに対する模擬スループット性能のグラフを示す。図７及び８における参照番号は、同じである。模擬スループット性能は、テーブル１に示すパラメータ及び仮定に基づく。

種々の方法は、理想的なデータ点７０８を除き、模擬のための単一アンテナサウンドに基づくものである。模擬のために、４つの物理的リソースブロック（ＰＲＢ）のサウンド帯域巾、及びチャンネル推定エラーも使用される。理想的データ点７０８は、模擬に対して高スループット境界である。

データ点７０４は、グラム・シュミット直交化方法を使用してプレコーディングベクトルＰ２を決定するための実施形態に基づくスループット性能を表わしている。データ点７０２は、プレコーディングベクトルＰ２を決定するために位相サーチ方法を使用する実施形態のスループット性能を表わしている。

「ランダム」と示されたデータ点７０６は、プレコーディング粒度を拡大することを除いて、固有値によって直接発生される第２層プレコーダを推定する方法を表わしている。「ワイドバンド（ランク１）」と示されたデータ点７１０は、単一層送信だけをサポートしそして長期チャンネル共分散マトリクスの固有値分解から重み付けベクトルを得る方法を表わしている。ワイドバンド（ランク１）データ点は、模擬に対する低スループット境界である。

図７は、データ点７０４がランダム方法より１．４％改善され、そしてデータ点７０２がランダム方法より９．２％改善されることを示している。図８は、データ点７０４がランダム方法より２．９％改善され、そしてデータ点７０２がランダム方法より１２．８％改善されることを示している。

以上、二重層ビーム成形及びプレコーディングベクトルＰ１及びＰ２について方法及び実施形態を説明した。しかしながら、当業者であれば、ある実施形態による新たなプレコーディングベクトルＰ２の計算は、繰り返し手順の１ステップと解釈できることが明らかであろう。

ステップ０において、繰り返し手順がスタートしたとき、Ｐ１（０）＝（ｐ₁、ｐ₂、・・・ｐ_n）は、送信者と受信者との間のチャンネルの共分散マトリクスの少なくとも１つの固有ベクトルｐを含む。

繰り返し手順の各ステップｋにおいて、新たなプレコーディングベクトルＰ２は、Ｐ１＝Ｐ１（ｋ）をセットすることにより計算され、そしてＰ１（ｋ）は、繰り返し手順の次のステップについてＰ１（ｋ＋１）＝（Ｐ１（ｋ）、Ｐ２）を形成することにより拡張される。

更に、当業者であれば、二重層ビーム成形に対して第１プレコーディングベクトル及び第２プレコーディングベクトルの内積＜Ｐ１、Ｐ２＞を最小にすることは、繰り返し手順のステップｋにおいて、Ｐ１（ｋ）のベクトルが及ぶ空間内でＰ２の投影長さを最小にすることであると解釈できることが明らかであろう。二重層ビーム成形に対して式（７）に基づくＰ２＿ｏｒｔｈの計算は、繰り返し手順のステップｋにおいて、Ｐ１（ｋ）のベクトルが及ぶ空間に直交するＰのコンポーネントを計算することであると解釈することができる。

更に、当業者であれば、送信者と受信者との間の信号層の数は、好ましくは、形成できるアンテナのグループの数により制限されることが明らかであろう。

以上、ＬＴＥ進歩型に関連して実施形態を説明したが、同様の原理を他の通信システムに適用できることに注意されたい。又、ベースステーションにより与えられるキャリアに代わって、コンポーネントキャリアを含むキャリアが移動ユーザ装置のような通信装置により与えられてもよい。例えば、これは、固定装置は設けられていないが、例えば、アドホックネットワークにおいて、複数のユーザ装置により通信システムが形成される場合である。それ故、幾つかの実施形態は、ワイヤレスネットワーク、技術及び規格に対する幾つかの規範的アーキテクチャーを参照して一例として述べたが、ここに図示して説明した以外の適当な形態の通信システムにも適用することができる。更に、コントロール装置のプロセッサ３０２により実行されるプロセスは、別の適当なプロセッサにより実行することもできる。例えば、別のネットワーク要素でプロセスを実行することもできるし、又は例えば、ユーザ装置のプロセッサで実行することもできる。

又、本発明の規範的実施形態を上述したが、本発明の範囲から逸脱せずに、ここに開示した解決策に多数の変更や修正がなされ得ることに注意されたい。

一般的に、種々の実施形態は、ハードウェア又は特殊目的の回路、ソフトウェア、ロジック又はその組み合わせで具現化することができる。本発明のある態様は、ハードウェアで具現化できる一方、他の態様は、コントローラ、マイクロプロセッサ、又は他のコンピューティング装置により実行されるファームウェア又はソフトウェアで具現化できるが、本発明は、それに限定されない。本発明の種々の態様は、ブロック図、フローチャートとして、又は他の絵画的表現を使用して、図示して説明したが、ここに述べたこれらのブロック、装置、システム、技術又は方法は、これに限定されないが、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、特殊目的回路又はロジック、汎用ハードウェア又はコントローラ、或いは他のコンピューティング装置、又はその何らかの組み合わせで具現化できることも理解されたい。

本発明の実施形態は、プロセッサエンティティにおいて移動装置のデータプロセッサにより実行できるコンピュータソフトウェア、又はハードウェア、或いはソフトウェア及びハードウェアの組み合わせによって具現化することができる。

更に、この点については、図中のロジックフローのブロックは、プログラムステップ、又は相互接続されたロジック回路、ブロック及び機能、或いはそれらプログラムステップ及びロジック回路、ブロック及び機能の組み合わせを表わすことにも注意されたい。ソフトウェアは、メモリチップのような物理的媒体、又はプロセッサ内で具現化されるメモリブロック、ハードディスク又はフロッピー（登録商標）ディスクのような磁気媒体、そして例えば、ＤＶＤ及びそのデータ変形体であるＣＤのような光学媒体に記憶される。

メモリは、ローカルの技術的な環境に適した任意の形式でよく、そして任意のデータ記憶技術、例えば、半導体ベースのメモリ装置、磁気メモリ装置及びシステム、光学的メモリ装置及びシステム、固定メモリ及び取り外し可能なメモリを使用して具現化することができる。

以上の説明は、本発明の規範的実施形態の完全且つ情報的記述を一例として及び非限定例としてなすものである。しかしながら、当業者であれば、以上の説明を添付図面及び特許請求の範囲に関連して読んだときには種々の変更や適応が明らかとなろう。しかしながら、本発明の教示のそのような全ての及び同様の変更は、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲内に依然包含される。実際には、上述した他の実施形態の１つ以上を組み合わせたものより成る更に別の実施形態も考えられる。

１０１：ユーザ装置
１０４：ベースステーション
１０５：コントローラ装置
１０６：ゲートウェイファンクション
１０７：ワイドな通信ネットワーク
２０１：データ処理エンティティ
２０２：メモリ
２０５：キーパッド
２０６：トランシーバ装置
２０７：エアインターフェイス
２０８：ディスプレイ
２０９、２１０：アンテナ
３０１：メモリ
３０２、３０３：データ処理ユニット
３０４：入力／出力インターフェイス

Claims (23)

1. 送信者と受信者との間のビーム成形のためのプレコーディング情報を決定する方法において、
   送信者と受信者との間のチャンネルの部分的チャンネル状態情報に基づいて第１信号層の第１プレコーディングベクトルを決定する段階と、
   送信者と受信者との間のチャンネルの長期特性に基づいて第１推測ベクトルを決定する段階と、
   送信者のアンテナのグループを定める段階と、
   アンテナのグループごとに位相シフト値を指定する段階と、
   第１推測ベクトルの各要素に、第１推測ベクトルの前記要素に関連したアンテナのグループに対して指定された位相シフト値を乗算することにより第２信号層の第２プレコーディングベクトルを送信者において決定する段階と、
   を備えた方法。
2. 第１プレコーディングベクトルを決定する前記段階は、チャンネル共分散マトリクスの第１固有ベクトルを決定し、そして送信者における第１固有ベクトルを第１信号層の第１プレコーディングベクトルとして使用することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、
   受信者からの信号の決定された到着角度に基づきステアリングベクトルを決定すること；及び
   送信者と受信者との間のチャンネルの長期特性に基づきチャンネル共分散マトリクスの第２固有ベクトルを決定すること；
   の１つにより第１推測ベクトルを決定する段階を備えた請求項１又は２に記載の方法。
4. アンテナのグループは、アンテナ間の相関に基づくものであり、実質的に相関したアンテナが同じグループに指定される、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. アンテナのグループは、
   アンテナ間の間隔、及び
   アンテナの偏波構成、
   の少なくとも１つに基づく、請求項４に記載の方法。
6. 前記方法は、第１及び第２のプレコーディングベクトルの内積を最小にするように前記アンテナグループの位相シフト値を決定する段階を備えた、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 前記位相シフト値は、位相シフト値の規定セット内で選択される、請求項６に記載の方法。
8. 前記方法は、第１プレコーディングベクトルに直交する第２プレコーディングベクトルのコンポーネントを決定し、そしてそのコンポーネントを前記第２信号層の第２プレコーディングベクトルとして使用する段階を備えた、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
9. 全てのアンテナグループに対して同じ位相シフト値が使用される、請求項８に記載の方法。
10. 前記位相シフト値は、
    

    

    である請求項９に記載の方法。
11. プロセッサ上でプログラムが実行されるときに請求項１から１０のいずれかに記載の段階を遂行するようにされたコード手段を含むコンピュータプログラム。
12. 送信者と受信者との間のビーム成形のためのプレコーディング情報を決定するコントロール装置において、
    送信者と受信者との間のチャンネルの部分的チャンネル状態情報に基づいて第１信号層の第１プレコーディングベクトルを決定し、
    送信者と受信者との間のチャンネルの長期特性に基づいて第１推測ベクトルを決定し、
    送信者のアンテナのグループを定め、
    アンテナのグループごとに位相シフト値を指定し、そして
    第１推測ベクトルの各要素に、第１推測ベクトルの前記要素に関連したアンテナのグループに対して指定された位相シフト値を乗算することにより第２プレコーディングベクトルを決定する、
    ように構成されたプロセッサを備えたコントロール装置。
13. 前記プロセッサは、チャンネル共分散マトリクスの第１固有ベクトルを決定し、そして送信者における第１固有ベクトルを第１信号層の第１プレコーディングベクトルとして使用することにより第１プレコーディングベクトルを決定するように構成される、請求項１２に記載のコントロール装置。
14. 前記プロセッサは、
    受信者からの信号の決定された到着角度に基づきステアリングベクトルを決定すること；及び
    送信者と受信者との間のチャンネルの長期特性に基づきチャンネル共分散マトリクスの第２固有ベクトルを決定すること；
    の１つにより第１推測ベクトルを決定するように構成された、請求項１２又は１３に記載のコントロール装置。
15. 前記プロセッサは、アンテナ間の相関に基づいてアンテナをグループ編成し、実質的に相関したアンテナが同じグループに指定される、請求項１２から１４のいずれかに記載のコントロール装置。
16. 前記プロセッサは、
    アンテナ間の間隔、及び
    アンテナの偏波構成、
    の少なくとも１つに基づいてアンテナをグループ編成するように構成される、請求項１５に記載のコントロール装置。
17. 前記プロセッサは、第１及び第２のプレコーディングベクトルの内積を最小にするように前記アンテナグループの位相シフト値を決定するよう構成される、請求項１２から１６のいずれかに記載のコントロール装置。
18. 前記プロセッサは、位相シフト値の規定セット内で位相シフト値を決定するように構成される、請求項１７に記載のコントロール装置。
19. 前記プロセッサは、
    第１プレコーディングベクトルに直交する第２プレコーディングベクトルのコンポーネントを決定し、そして
    そのコンポーネントを前記第２信号層の第２プレコーディングベクトルとして送信者に与える、
    ように構成される請求項１２から１６のいずれかに記載のコントロール装置。
20. 前記プロセッサは、全てのアンテナグループに対して同じ位相シフト値を使用するように構成される、請求項１９に記載のコントロール装置。
21. 前記プロセッサは、位相シフト値
    

    

    を使用するように構成される、請求項２０に記載のコントロール装置。
22. 請求項１から７のいずれかに記載の、第１信号層のプレコーディングデータに対する送信者における第１プレコーディングベクトル、及び第２信号層のプレコーディングデータに対する送信者における第２プレコーディングベクトルの使用。
23. 請求項８から１０のいずれかに記載の、第１信号層のプレコーディングデータに対する送信者における第１プレコーディングベクトル、及び第２信号層のプレコーディングデータに対する送信者における第２プレコーディングベクトルの使用。

Images