JP2017507588A

JP2017507588A - ビームフォーミングを用いた通信方法及び装置

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Publication number: JP2017507588A
Application number: JP2016549494A
Authority: JP
Inventors: ワン、ガンジャン; ジャン、ミャオミャオ; チェン、ジンジン
Original assignee: ホアウェイ・テクノロジーズ・カンパニー・リミテッド
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: CN106031068B; WO2015149312A1; CN106031068A; EP3091681A4; US20160353294A1; KR101846832B1; US10069547B2; EP3091681B1; KR20160115973A; JP6202509B2; EP3091681A1

Abstract

本発明の複数の実施形態は通信分野に関し、ビームフォーミングを用いた通信方法及び装置を提供する。ハードウェアの使用を低減させながら、ビーム方向及びビーム幅を制御するのに３段階構成が用いられる。解決手段は、送信器により、受信器からのフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列ＴｒＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列ＴｒＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列ＴｒＲＦを取得する段階と、第１データストリームを取得し、ＴｒＢＢに従って第１データストリームにプリコーディング処理を実行して第１アナログ信号を生成する段階と、ＴｒＩＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する段階と、ＴｒＲＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する段階と、第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を決定し、第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を用いて、第３アナログ信号を受信器に送信する段階とを含む。

Description

本発明は通信分野に関し、特にビームフォーミングを用いた通信方法及び装置に関する。

科学と技術、並びに社会が進歩するにつれて、モバイルサービス及び無線サービスの数が急激に増加している。従来技術では、スペクトル効率を改善することでこのような要求を満足させることは非常に困難であり、高周波数帯域を使用することが必然的な傾向になっている。モバイルデータ速度の高速拡大に対する将来の要求を満たすべく、ミリ波帯域がより多くの人々から注目されてきた。その理由は、ミリ波帯域の短波長・広帯域などの特性による。しかしながら、既存のマイクロ波通信と比較すると、ミリ波は、雨、大気などの影響をより受けやすく、故に大気に吸収されて、伝送損失の増加などの問題を引き起こす。伝送損失を最小化すべく、大型配列を有する位相配列アンテナシステムを使用して伝送利得を改善させ、さらにビーム方向の精度を改善させることが、既に、業界において緊急に解決されるべき問題になっている。

大型配列のビームフォーミング技術は、大型配列を有する位相配列アンテナシステムで用いられる必要がある。現時点で、大型配列のビームフォーミング技術を実装するスキームは、基本的に３種類に分類され得る。つまり、デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキーム、アナログ位相調整器に基づいたビームフォーミングスキーム、及びデジタルとアナログの２段階コントローラに基づいた複合ビームフォーミングスキームである。しかしながら、デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキームは、非常に多数の無線周波数リンクＡＤＣ／ＤＡＣを必要とし、ハードウェア実装に比較的高い費用及び電力消費をもたらす。アナログ位相調整器に基づいたビームフォーミングスキームは、ビーム制御の柔軟性を低減させる原因となる。デジタルとアナログとの２段階コントローラに基づいた複合ビームフォーミングスキームの場合、ビーム方向の精度において特有のずれがスキームに存在する。故に、費用を適切に抑制しても、どのように効率的にビームフォーミング通信を実行するかが、既に、業界において緊急に解決されるべき問題になっている。

本発明の複数の実施形態は、ビームフォーミングを用いた通信方法及び装置を提供し、同時に、３段階構成を用いてビーム方向及びビーム幅を制御する。これにより、ビーム制御に必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減されるだけでなく、中間周波数ポート及び無線周波数ポートの数を調整することで利得の調整も実行され得る。

前述の目的を実現すべく、以下の複数の技術的解決手段が本発明の複数の実施形態に用いられる。

第１態様に従って、本発明の一実施形態が送信器（ｔｒａｎｓｍｉｔｅｎｄ）を提供し、送信器は、送信器プリコーディングモジュールと、送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールと、送信器無線周波数ビームフォーミングモジュールと、アンテナ配列モジュールと、送信器フィードバックモジュールとを含む。送信器フィードバックモジュールは、送信器により、受信器（ｒｅｃｅｉｖｅｅｎｄ）からのフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得するよう構成され、フィードバック情報はチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を含む。送信器プリコーディングモジュールは、送信器により、第１データストリームを取得し、Ｔｒ_ＢＢに従って第１データストリームにプリコーディング処理を実行して第１アナログ信号を生成するよう構成され、第１データストリームは、送信されるビットストリームがスクランブルをかけられ、レイヤマッピングを経た後に生成される。送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、送信器により、Ｔｒ_ＩＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう構成される。送信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは、送信器により、Ｔｒ_ＲＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう構成される。アンテナ配列モジュールは、送信器により、第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を決定し、第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を用いて第３アナログ信号を受信器に送信するよう構成される。

第１態様の第１の可能な実装態様では、送信器プリコーディングモジュールは、送信器により、Ｔｒ_ＢＢに従って第１データストリームにプリコーディングを実行してプリコーディング信号を取得し、送信器により、プリコーディング信号にデジタル／アナログ変換処理を実行して第１アナログ信号を生成するよう特に構成される。

第１態様又は第１態様の第１の可能な実装態様に関連して、第１態様の第２の可能な実装態様では、送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、送信器により、中間周波数エンドアップコンバート処理を第１アナログ信号に実行し、送信器によりＴｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行し、送信器により、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう特に構成される。

第１態様、あるいは第１態様の第１又は第２の可能な実装態様に関連して、第１態様の第３の可能な実装態様では、送信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは、送信器により、無線周波数エンドアップコンバート処理を第２アナログ信号に実行し、送信器によりＴｒ_ＲＦに従って、アップコンバートを経た第２アナログ信号に重み付け処理を実行し、送信器により、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう特に構成される。

第１態様、あるいは第１態様の第１から第３の可能な実装態様の何れか１つに関連して、第１態様の第４の可能な実装態様では、送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、送信器によりＴｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行するよう特に構成され、重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つである。

第１態様、又は第１態様の第１から第４の可能な実装態様の何れか１つに関連して、第１態様の第５の可能な実装態様では、送信器フィードバックモジュールは、送信器により、フィードバック情報に従ってチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を取得し、送信器により、第１既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を処理して、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得するよう特に構成される。

第２態様に従って、本発明の一実施形態は受信器を提供し、受信器は、受信器プリコーディングモジュールと、受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールと、受信器無線周波数ビームフォーミングモジュールと、受信器フィードバックモジュールとを含む。受信器フィードバックモジュールは、受信器により計算を通じて、送信器からのフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦを取得するよう構成される。フィードバック情報は、チャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを含む。受信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは、受信器により、第４アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って第４アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第５アナログ信号を生成するよう構成される。受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第５アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第６アナログ信号を生成するよう構成される。受信器プリコーディングモジュールは、受信器により、Ｒｘ_ＢＢに従って第６アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成するよう構成され、第２データストリームは、レイヤマッピング解除を実行するのに用いられる。

第２態様の第１の可能な実装態様では、受信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは、受信器により、Ｒｘ_ＲＦに従って第４アナログ信号に重み付け処理を実行し、受信器により、重み付け処理を経た第４アナログ信号に電力増幅処理を実行し、受信器により、電力増幅処理を経た第４アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第５アナログ信号を生成するよう特に構成される。

第２態様又は第２態様の第１の可能な実装態様に関連して、第２態様の第２の可能な実装態様では、受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第５アナログ信号に重み付け処理を実行し、受信器により、重み付け処理を経た第５アナログ信号に電力増幅処理を実行し、受信器により、電力増幅処理を経た第５アナログ信号に中間周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第６アナログ信号を生成するよう特に構成される。

第２態様、あるいは第２態様の第１又は第２の可能な実装態様に関連して、第２態様の第３の可能な実装態様では、受信器プリコーディングモジュールは、受信器により、第６アナログ信号をデジタル信号に変換し、受信器によりＲｘ_ＢＢに従って、デジタル信号に変換された第６アナログ信号に重み付け処理を実行して第２データストリームを取得するよう特に構成される。

第２態様、又は第２態様の第１から第３の可能な実装態様の何れか１つに関連して、第２態様の第４の可能な実装態様では、受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第５アナログ信号に重み付け処理を実行するよう特に構成され、重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、及び位相重み付けのうち何れか１つである。

第２態様、又は第２態様の第１から第４の可能な実装態様の何れか１つに関連して、第２態様の第５の可能な実装態様では、受信器フィードバックモジュールは、受信器により、フィードバック情報内にあるチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得し、受信器により、第２既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを処理して、Ｒｘ_ＢＢ、Ｒｘ_ＩＦ、及びＲｘ_ＲＦを取得するよう特に構成される。

第３態様に従って、本発明の一実施形態は送信器を提供し、送信器は、第１プロセッサと、第２プロセッサと、第１送受信器と、第２送受信器と、ＤＡＣコンバータと、第１周波数混合器と、第２周波数混合器と、第１位相調整器と、第２位相調整器と、第１電力増幅器と、第２電力増幅器とを含む。第１送受信器は第１プロセッサに接続され、第１プロセッサはＤＡＣコンバータに接続されて送信器プリコーディング処理ブランチを形成する。第１送受信器は、第１データストリームを受信し、第１データストリームを第１プロセッサに送信するよう構成される。第１プロセッサは、第１データストリームをＴｒ_ＢＢで乗算するよう構成される。ＤＡＣコンバータは、Ｔｒ_ＢＢで乗算された後に取得される第１データストリームにデジタル／アナログ変換処理を実行して第１アナログ信号を生成する。第１データストリームは、送信されるビットストリームがスクランブルをかけられレイヤマッピングを経た後に生成される。第１周波数混合器は第１位相調整器に接続され、第１位相調整器は第１電力増幅器に接続されて送信器中間周波数処理ブランチを形成する。第１周波数混合器は、送信器により、中間周波数アップコンバート処理を第１アナログ信号に実行するよう構成される。第１位相調整器は、Ｔｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成される。第１電力増幅器は、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう構成される。第２周波数混合器は第２位相調整器に接続され、第２位相調整器は第２電力増幅器に接続されて送信器無線周波数処理ブランチを形成する。第２周波数混合器は、無線周波数アップコンバート処理を第２アナログ信号に実行するよう構成される。第２位相調整器は、Ｔｒ_ＲＦに従って、アップコンバートを経た第２アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成される。第２電力増幅器は、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう構成される。第２送受信器は第２プロセッサに接続されて送信器フィードバックブランチを形成する。第２送受信器は、フィードバック情報に従ってチャネル行列Ｈを取得するよう構成される。第２プロセッサは、チャネル行列Ｈ及びフィードバック情報に従って離脱角ベクトル情報を計算し、第１既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を処理して、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得するよう構成される。

第３態様の第１の可能な実装態様では、第１位相調整器は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つを、アップコンバートを経た第２アナログ信号に実行するよう特に構成される。

第４態様に従って、本発明の一実施形態は受信器を提供し、受信器は、第１位相調整器と、第２位相調整器と、第１電力増幅器と、第２電力増幅器と、第１周波数混合器と、第２周波数混合器と、ＤＡＣコンバータと、第１プロセッサと、第２プロセッサと、第１送受信器とを含む。第１位相調整器は第１電力増幅器に接続され、第１電力増幅器は第１周波数混合器に接続されて受信器無線周波数処理ブランチを形成する。第１位相調整器は、Ｒｘ_ＲＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成される。第１電力増幅器は、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行するよう構成される。第１周波数混合器は、電力増幅処理を経た第１アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう構成される。第２位相調整器は第２電力増幅器に接続され、第２電力増幅器は第２周波数混合器に接続されて受信器中間周波数処理ブランチを形成する。第２位相調整器は、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成される。第２電力増幅器は、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理を実行するよう構成される。第２周波数混合器は、電力増幅処理を経た第２アナログ信号に中間周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう構成される。ＤＡＣコンバータは、第１プロセッサに接続されて受信器プリコーディング処理ブランチを形成する。ＤＡＣコンバータは、第３アナログ信号をデジタル信号に変換するよう構成される。第１プロセッサは、Ｒｘ_ＢＢに従って、デジタル信号に変換された第３アナログ信号に重み付け処理を実行して第２データストリームを取得するよう構成される。第２データストリームは、レイヤマッピング解除を実行するのに用いられる。第１送受信器は、第２プロセッサに接続されて受信器フィードバックブランチを形成する。第１送受信器は、フィードバック情報内にあるチャネル行列Ｈ、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得するよう構成される。第２プロセッサは、フィードバック情報及びチャネル行列Ｈに従って出現角ベクトル情報を計算し、第２既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを処理して、Ｒｘ_ＢＢ、Ｒｘ_ＩＦ、及びＲｘ_ＲＦを取得するよう構成される。

第４態様の第１の可能な実装態様では、第４位相調整器は、受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つを第５アナログ信号に実行するよう特に構成される。

第５態様に従って、本発明の一実施形態は、ビームフォーミングを用いた通信方法を提供し、以下の複数の段階を含む。送信器により計算を通じて、受信器からのフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得する段階であり、フィードバック情報は、チャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を含む。送信器により、第１データストリームを取得し、Ｔｒ_ＢＢに従って第１データストリームにプリコーディング処理を実行して第１アナログ信号を生成する段階であり、第１データストリームは、送信されるビットストリームがスクランブルをかけられレイヤマッピングを経た後に生成される。送信器により、Ｔｒ_ＩＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する段階である。送信器により、Ｔｒ_ＲＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する段階である。そして、送信器により、第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を決定し、第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を用いて第３アナログ信号を受信器に送信する段階である。

第５態様の第１の可能な実装態様では、Ｔｒ_ＢＢに従ってプリコーディング処理を実行して第１アナログ信号を生成する段階は、以下の複数の段階を含む。送信器により、Ｔｒ_ＢＢに従って第１データストリームにプリコーディングを実行してプリコーディング信号を取得する段階である。そして、送信器により、プリコーディング信号にデジタル／アナログ変換処理を実行して第１アナログ信号を生成する段階である。

第５態様又は第５態様の第１の可能な実装態様に関連して、第５態様の第２の可能な実装態様では、送信器により、Ｔｒ_ＩＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する段階は、以下の複数の段階を含む。送信器により、第１アナログ信号に中間周波数アップコンバート処理を実行する段階である。送信器によりＴｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行する段階である。そして、送信器により、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する段階である。

第５態様、あるいは第５態様の第１又は第２の可能な実装態様に関連して、第５態様の第３の可能な実装態様では、送信器により、Ｔｒ_ＲＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する段階は、以下の複数の段階を含む。送信器により、無線周波数アップコンバート処理を第２アナログ信号に実行する段階である。送信器によりＴｒ_ＲＦに従って、アップコンバートを経た第２アナログ信号に重み付け処理を実行する段階である。そして、送信器により、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する段階である。

第５態様、又は第５態様の第１から第３の可能な実装態様の何れか１つに関連して、第５態様の第４の可能な実装態様では、送信器は、Ｔｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行し、重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つである。

第５態様、又は第５態様の第１から第４の可能な実装態様の何れか１つに関連して、第５態様の第５の可能な実装態様では、送信器により計算を通じて、受信器からのフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得する段階は、以下の複数の段階を含む。送信器により、フィードバック情報に従ってチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を取得する段階である。そして、送信器により、第１既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を処理して、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得する段階である。

第６態様に従って、本発明の一実施形態はビームフォーミングを用いた通信方法を提供し、以下の複数の段階を含む。受信器により計算を通じて、送信器からのフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦを取得する段階であり、フィードバック情報は、チャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを含む。受信器により、第４アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って第４アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第５アナログ信号を生成する段階である。受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第５アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第６アナログ信号を生成する段階である。そして、受信器により、Ｒｘ_ＢＢに従って第６アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成する段階であり、第２データストリームは、レイヤマッピング解除を実行するのに用いられる。

第６態様の第１の可能な実装態様では、Ｒｘ_ＲＦに従って第４アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第５アナログ信号を生成する段階は、以下の複数の段階を含む。受信器により、Ｒｘ_ＲＦに従って第４アナログ信号に重み付け処理を実行する段階である。受信器により、重み付け処理を経た第４アナログ信号に電力増幅処理を実行する段階である。そして、受信器により、電力増幅処理を経た第４アナログ信号に無線周波数ダウンコンバート処理を実行して第５アナログ信号を生成する段階である。

第６態様又は第６態様の第１の可能な実装態様に関連して、第６態様の第２の可能な実装態様では、受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第５アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第６アナログ信号を生成する段階は、以下の複数の段階を含む。受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第５アナログ信号に重み付け処理を実行する段階である。受信器により、重み付け処理を経た第５アナログ信号に電力増幅処理を実行する段階である。そして、受信器により、電力増幅処理を経た第５アナログ信号に中間周波数ダウンコンバート処理を実行して第６アナログ信号を生成する段階である。

第６態様、あるいは第６態様の第１又は第２の可能な実装態様に関連して、第６態様の第３の可能な実装態様では、受信器により、Ｒｘ_ＢＢに従って第６アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成する段階は、以下の複数の段階を含む。受信器により、第６アナログ信号をデジタル信号に変換する段階である。そして、受信器によりＲｘ_ＢＢに従って、デジタル信号に変換された第６アナログ信号に重み付け処理を実行して第２データストリームを取得する段階である。

第６態様、又は第６態様の第１から第３の可能な実装態様の何れか１つに関連して、第６態様の第４の可能な実装態様では、受信器は、Ｒｘ_ＩＦに従って第５アナログ信号に重み付け処理を実行し、重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つである。

第６態様、又は第６態様の第１から第４の可能な実装態様の何れか１つに関連して、第６態様の第５の可能な実装態様では、受信器により計算を通じて、送信器からのフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦを取得する段階は、以下の複数の段階を含む。受信器により、フィードバック情報内にあるチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得する段階である。そして、受信器により、第２既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを処理して、Ｒｘ_ＢＢ、Ｒｘ_ＩＦ、及びＲｘ_ＲＦを取得する段階である。

本発明の複数の実施形態において提供されるビームフォーミングを用いた通信方法及び装置に従って、３段階構成を有するマルチビームシステムを用い、ハードウェア実装の複雑度を低減させることに基づいて、ビーム方向及びビーム幅が同時に制御され得る。これにより、ビーム制御に必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減されるだけでなく、中間周波数ポート及び無線周波数ポートの数を調整することで利得の調整も実行され得る。

本発明の複数の実施形態又は従来技術において、複数の技術的解決手段をより明確に説明すべく、複数の実施形態又は従来技術を説明するのに必要とされる複数の添付図面を以下に簡潔に説明する。以下の説明において複数の添付図面は、単に本発明のいくつかの実施形態を示すに過ぎず、当業者は、これらの添付図面から創造努力をすることなく他の複数の図面をさらに導き出し得ることは明らかである。

本発明の実施形態に従った、送信器の概略構造図である。

本発明の実施形態に従った、受信器の概略構造図である。

本発明の実施形態に従った、送信器の概略ハードウェア図１である。

本発明の実施形態に従った、受信器の概略ハードウェア図である。

本発明の実施形態に従った、ビームフォーミングを用いた通信方法の概略フローチャート１である。

従来技術におけるビームフォーミング方法の概略構造図１である。

従来技術におけるビームフォーミング方法の概略構造図２である。

従来技術におけるビームフォーミング方法の概略構造図３である。

従来技術におけるビームフォーミング方法の概略構造図４である。

本発明の実施形態に従った、送信器の概略ハードウェア図２である。

本発明の実施形態に従った、ビームフォーミングを用いた通信方法の概略フローチャート２である。

本発明の実施形態に従った、ビームフォーミングを用いた通信方法の概略フローチャート３である。

本発明の実施形態に従った、ビームフォーミングを用いた通信方法の概略フローチャート４である。

本発明の実施形態に従った、ビームフォーミングを用いた通信方法の概略フローチャート５である。

本発明の複数の実施形態における複数の技術的解決手段を、本発明の複数の実施形態における複数の添付図面を参照して、以下に明確且つ完全に説明する。説明される複数の実施形態は、単に本発明の複数の実施形態のうちのいくつかに過ぎず、全てではないことは明らかである。本発明の複数の実施形態に基づいて、当業者によって創造努力をすることなく取得される他の全ての実施形態は、本発明の保護範囲内に含まれるものとする。

位相配列アンテナとは、配列アンテナの放射ユニットの給電位相を制御することで、パターンの形状が変更されるアンテナである。アンテナパターンの最大値に対応する方向は、ビームスキャンの目的を実現するように位相を制御することで変えられ得る。特殊な場合において、マイナーレベル、最小値位置、パターン全体の形状も制御され得て、例えば、コセカント二乗パターンが取得され、このパターンは適応的に制御される。アンテナが機械的な方法を用いて回転させられる場合、慣性が大きく速度は遅い。位相配列アンテナは、そのようなデメリットを克服し、ビームのスキャン速度は速い。位相配列アンテナの給電位相は、通常、電子コンピュータを用いて制御され、位相の変化速度は速い（ミリ秒の単位）。つまり、アンテナパターンの最大値、又は別のパラメータに対応する方向がすぐに変わる。

ビームフォーミングは、アンテナ技術とデジタル信号処理技術とを組み合わせたものであり、信号の有向送信又は有向受信に用いられる。受信器により実行される信号処理の間に、望ましい理想的な信号を形成すべく、複数のアンテナ配列素子により受信された複数の信号に重み付け及び合成が実行され得る。このことは、アンテナパターン（ｐａｔｔｅｒｎ）の観点から見ると、調整された方向にビームが形成されることに相当する。例えば、最初の無指向性の受信パターンが、ヌルポイントと最大値に対応する方向とを有するローブパターンに変換される。同じ原則は送信器にも適用可能であり、送信器はアンテナ配列素子の給電に対して振幅及び位相の調整を実行し、これにより、望ましい形状を有するパターンが形成され得る。ビームフォーミング技術が用いられる必要がある場合、前提条件は、複数のアンテナにより受信される複数の信号を、受信器において特定のアルゴリズムを用いて処理するのにマルチアンテナシステムが用いられる必要があるということであり、これにより、受信器の信号対雑音比が明らかに高められ得る。受信器が比較的遠くにある場合であっても、比較的望ましい信号品質が取得され得る。

本発明の複数の実施形態において、第１アナログ信号、第２アナログ信号、第３アナログ信号などは、単に異なるアナログ信号を区別するのに用いられるに過ぎず、アナログ信号に対する限定とはみなされないことが留意されるべきである。
［実施形態１］

本発明のこの実施形態は送信器を提供する。図１に示されるように、送信器は、送信器プリコーディングモジュール０１、送信器中間周波数ビームフォーミングモジュール０２、送信器無線周波数ビームフォーミングモジュール０３、アンテナ配列モジュール０４、及び送信器フィードバックモジュール０５を含む。

送信器フィードバックモジュール０５は、受信器からのフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得するよう構成され、フィードバック情報はチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を含む。

送信器プリコーディングモジュール０１は、第１データストリームを取得し、Ｔｒ_ＢＢに従って第１データストリームにプリコーディング処理を実行して第１アナログ信号を生成するよう構成され、第１データストリームは、送信されるビットストリームがスクランブルをかけられレイヤマッピングを経た後に生成される。

送信器中間周波数ビームフォーミングモジュール０２は、Ｔｒ_ＩＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう構成される。

送信器無線周波数ビームフォーミングモジュール０３は、Ｔｒ_ＲＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう構成される。

アンテナ配列モジュール０４は、第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を決定し、第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を用いて第３アナログ信号を受信器に送信するよう構成される。

さらに、送信器プリコーディングモジュール０１は、Ｔｒ_ＢＢに従って第１データストリームにプリコーディングを実行してプリコーディング信号を取得し、プリコーディング信号にデジタル／アナログ変換処理を実行して第１アナログ信号を生成するよう特に構成される。

さらに、送信器中間周波数ビームフォーミングモジュール０２は、中間周波数エンドアップコンバート処理を第１アナログ信号に実行し、Ｔｒ_ＩＦに従って、中間周波数エンドアップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行し、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう特に構成される。

さらに、送信器無線周波数ビームフォーミングモジュール０３は、無線周波数エンドアップコンバート処理を第２アナログ信号に実行し、Ｔｒ_ＲＦに従って、無線周波数エンドアップコンバートを経た第２アナログ信号に重み付け処理を実行し、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう特に構成される。

さらに、送信器中間周波数ビームフォーミングモジュール０２は、Ｔｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行するよう特に構成され、重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つであり得る。

さらに、送信器フィードバックモジュール０５は、フィードバック情報に従ってチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を取得し、第１既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を処理して、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得するよう特に構成される。

従って、３つの処理プロセス、つまり、ベースバンドプリコーディング処理、中間周波数ビームフォーミング処理、及び無線周波数ビームフォーミング処理を経た受信済み第１データストリームを、送信器は受信器に送信する。従来技術と比較すると、この解決手段は複数の側面において複数の有益な効果をもたらし得る。第１に、３段階構成を用いるビーム制御に必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減される。ビーム制御は２つの場合において実行されると考えられる。場合１では３段階ビーム制御が用いられ、場合２では２段階ビーム制御が用いられる。２つの場合に対応する無線周波数ビームフォーミング行列は、同一次元を有すると考えられる。場合１では、比較的小さいプリコーディング行列がベースバンド部分に用いられ、重み付け処理が中間周波数エンド分の信号に実行され、これにより、配列の次元はさらに増大し得る。場合２では、ベースバンドプリコーディング行列が処理に直接用いられる。比較から分かるように、場合１で必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数は、場合２で必要とされる数より少ない。第２に、各チャネルについて、複雑な要件に従って必要利得が簡便に調整され得る。前述の方法から分かるように、各データストリームでは、ＩＦ処理及びＲＦ処理によって利得の調整が柔軟に実行され得て、ここでは、ＩＦ出力ポートの数を調整することで利得の調整が実行され得る。第３に、ビーム方向の誤差がより小さく、さらに、３段階ビーム制御が用いられる場合、２段階ビーム制御との違いは、もう１段階のビーム制御が中間周波数エンドに追加されることであり、重み付け方式には以下の形式、つまり（１）振幅重み付け及び位相重み付け、（２）振幅重み付け、及び（３）位相重み付け、のうち１つが選択され得る。比較から分かるように、３段階ビーム制御システムでより正確なビーム方向が取得され、誤差がより小さくなる。第４に、この解決手段では、ユーザの実際の要件に従って段階数が選択され得て、ユーザの実際の要件に従って各段階のスイッチが制御され、ビーム方向を制御すべく段階１／段階２／段階３が別々に選択され得る。

この解決手段では、３段階構成を有するマルチビームシステムを用い、ハードウェア実装の複雑度を低減させることに基づいて、ビーム方向及びビーム精度が同時に制御され得る。これにより、ビーム制御に必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減されるだけでなく、中間周波数ポート及び無線周波数ポートの数を調整することで利得の調整も実行され得る。
［実施形態２］

本発明のこの実施形態は受信器を提供する。図２に示されるように、受信器は、受信器プリコーディングモジュール１１、受信器中間周波数ビームフォーミングモジュール１２、受信器無線周波数ビームフォーミングモジュール１３、及び受信器フィードバックモジュール１４を含む。

受信器フィードバックモジュール１４は、計算を通じて、送信器からのフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦを取得するよう構成され、フィードバック情報は、チャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを含む。

受信器無線周波数ビームフォーミングモジュール１３は、第１アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう構成される。

受信器中間周波数ビームフォーミングモジュール１２は、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう構成される。

受信器プリコーディングモジュール１１は、Ｒｘ_ＢＢに従って第３アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成するよう構成され、第２データストリームはレイヤマッピング解除を実行するのに用いられる。

さらに、受信器無線周波数ビームフォーミングモジュール１１は、受信器により、Ｒｘ_ＲＦに従って第３アナログ信号に重み付け処理を実行し、重み付け処理を経た第３アナログ信号に電力増幅処理を実行し、電力増幅処理を経た第３アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう特に構成される。

さらに、受信器中間周波数ビームフォーミングモジュール１２は、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理を実行し、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理を実行し、電力増幅処理を経た第２アナログ信号に中間周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう特に構成される。

さらに、受信器プリコーディングモジュール１１は、第３アナログ信号をデジタル信号に変換し、Ｒｘ_ＢＢに従って、デジタル信号に変換された第３アナログ信号に重み付け処理を実行して第２データストリームを取得するよう特に構成される。

さらに、受信器中間周波数ビームフォーミングモジュール１２は、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理を実行するよう特に構成され、重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つである。

さらに、受信器フィードバックモジュール１４は、フィードバック情報内にあるチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得し、第２既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを処理して、Ｒｘ_ＢＢ、Ｒｘ_ＩＦ、及びＲｘ_ＲＦを取得するよう特に構成される。

本発明のこの実施形態において提供される受信器に従って、受信器は、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦを送信器からのフィードバック情報に従って取得し、フィードバック情報は、チャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを含む。受信器は第１アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する。受信器は、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する。受信器は、Ｒｘ_ＢＢに従って第３アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成する。第２データストリームはレイヤマッピング解除を実行するのに用いられる。受信器は、３段階構成を有するマルチビームシステムを使用して、ハードウェア実装の複雑度を低減させることに基づいて、ビーム方向及びビーム幅を同時に制御し得る。これにより、ビーム制御に必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減されるだけでなく、中間周波数ポート及び無線周波数ポートの数を調整することで利得の調整も実行され得る。
［実施形態３］

図３及び図４は、本発明に従った、ビームフォーミングを用いた通信装置の概略ハードウェア図である。

大型配列のビームフォーミングを用いた通信装置は、送信器２１及び受信器２２を含む。

図３に示されるように、送信器２１は、第１プロセッサ３２、第２プロセッサ４１、第１送受信器３１、第２送受信器４０、ＤＡＣコンバータ３３、第１周波数混合器３４、第２周波数混合器３７、第１位相調整器３５、第２位相調整器３８、第１電力増幅器３６、及び第２電力増幅器３９を含む。

具体的には、第１送受信器３１は第１プロセッサ３２に接続され、第１プロセッサ３２はＤＡＣコンバータ３３に接続されて送信器プリコーディング処理ブランチを形成し、第１送受信器３１は、第１データストリームを受信し、第１データストリームを第１プロセッサに送信するよう構成される。第１プロセッサ３２は、第１データストリームをＴｒ_ＢＢで乗算するよう構成される。ＤＡＣコンバータ３３は、Ｔｒ_ＢＢで乗算された後に取得される第１データストリームにデジタル／アナログ変換処理を実行して第１アナログ信号を生成し、第１データストリームは、送信されるビットストリームがスクランブルをかけられレイヤマッピングを経た後に生成される。１又は複数のＤＡＣコンバータがあってよく、このことは本発明のこの実施形態において限定されないことが留意されるべきである。

第１周波数混合器３４は第１位相調整器３５に接続され、第１位相調整器３５は第１電力増幅器３６に接続されて送信器中間周波数処理ブランチを形成し、第１周波数混合器３４は、送信器により、中間周波数エンドアップコンバート処理を第１アナログ信号に実行するよう構成される。第１位相調整器３５は、Ｔｒ_ＩＦに従って、中間周波数エンドアップコンバート処理を経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成される。第１電力増幅器３６は、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう構成される。

第２周波数混合器３７は第２位相調整器３８に接続され、第２位相調整器３８は第２電力増幅器３９に接続されて送信器無線周波数処理ブランチを形成し、第２周波数混合器３７は、無線周波数エンドアップコンバート処理を第２アナログ信号に実行するよう構成される。第２位相調整器３８は、Ｔｒ_ＲＦに従って、無線周波数エンドアップコンバート処理を経た第２アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成される。第２電力増幅器３９は、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう構成される。

第２送受信器４０は第２プロセッサ１４に接続されて送信器フィードバックブランチを形成し、第２送受信器４０はフィードバック情報に従ってチャネル行列Ｈを取得するよう構成される。第２プロセッサ４１は、チャネル行列Ｈ及びフィードバック情報に従って離脱角ベクトル情報を計算し、第１既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を処理して、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得するよう構成される。

送信器プリコーディング処理ブランチ、送信器中間周波数処理ブランチ、及び送信器無線周波数処理ブランチは、送信器フィードバックブランチに別々に接続される。

さらに、第１位相調整器３５は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つを、中間周波数エンドアップコンバートを経た第２アナログ信号に実行するよう特に構成される。

図４に示されるように、受信器２２は、第１位相調整器４２、第２位相調整器４５、第１電力増幅器４３、第２電力増幅器４６、第１周波数混合器４４、第２周波数混合器４７、ＤＡＣコンバータ４８、第１プロセッサ４９、第２プロセッサ５１、及び第１送受信器５０を含む。

第１位相調整器４２は第１電力増幅器４３に接続され、第１電力増幅器４３は第１周波数混合器４４に接続されて受信器無線周波数処理ブランチを形成し、第１位相調整器４２は、Ｒｘ_ＲＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成される。第１電力増幅器４３は、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行するよう構成される。第１周波数混合器４４は、電力増幅処理を経た第１アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう構成される。

第２位相調整器４５は第２電力増幅器４６に接続され、第２電力増幅器４６は第２周波数混合器４７に接続されて受信器中間周波数処理ブランチを形成し、第２位相調整器４５は、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成される。第２電力増幅器４６は、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理を実行するよう構成される。第２周波数混合器４７は、電力増幅処理を経た第２アナログ信号に中間周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう構成される。

ＤＡＣコンバータ４８は第１プロセッサ４９に接続されて受信器プリコーディング処理ブランチを形成し、ＤＡＣコンバータ４８は、第３アナログ信号をデジタル信号に変換するよう構成される。第１プロセッサ４９は、Ｒｘ_ＢＢに従って、デジタル信号に変換された第３アナログ信号に重み付け処理を実行して第２データストリームを取得するよう構成され、第２データストリームはレイヤマッピング解除を実行するのに用いられる。

第１送受信器５０は第２プロセッサ５１に接続されて受信器フィードバックブランチを形成し、第１送受信器５０は、フィードバック情報内にあるチャネル行列Ｈ、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得するよう構成される。第２プロセッサ５１は、フィードバック情報及びチャネル行列Ｈに従って出現角ベクトル情報を計算し、第２既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを処理して、Ｒｘ_ＢＢ、Ｒｘ_ＩＦ、及びＲｘ_ＲＦを取得するよう構成される。

受信器プリコーディング処理ブランチ、受信器中間周波数処理ブランチ、及び受信器無線周波数処理ブランチは、受信器フィードバックブランチに別々に接続される。

さらに、第２位相調整器４５は、受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つを第５アナログ信号に実行するよう特に構成される。

本発明のこの実施形態に含まれる第１送受信器及び第２送受信器の機能は、１つの送受信器により実現されてよく、それに応じて、第１プロセッサ及び第２プロセッサの機能は１つのプロセッサにより実現されてよく、第１周波数混合器及び第２周波数混合器の機能は１つの送受信器により実現されてよいことが留意されるべきである。

従って、３つの処理プロセス、つまり、無線周波数ビームフォーミング処理、中間周波数ビームフォーミング処理、及びベースバンドプリコーディング処理を経た受信済み第１データストリームを、受信器は送信器に送信する。従来技術と比較すると、この解決手段は複数の側面において複数の有益な効果をもたらし得る。第１に、３段階構成を用いるビーム制御に必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減される。ビーム制御は２つの場合において実行されると考えられる。場合１では３段階ビーム制御が用いられ、場合２では２段階ビーム制御が用いられる。２つの場合に対応する無線周波数ビームフォーミング行列は、同一次元を有すると考えられる。場合１では、比較的小さいプリコーディング行列がベースバンド部分に用いられ、重み付け処理が中間周波数エンド分の信号に実行され、これにより、配列の次元はさらに増大し得る。場合２では、ベースバンドプリコーディング行列が処理に直接用いられる。比較から分かるように、場合１で必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数は、場合２で必要とされる数より少ない。第２に、各チャネルについて、複雑な要件に従って必要利得が簡便に調整され得る。前述の方法から分かるように、各データストリームでは、ＩＦ処理及びＲＦ処理によって利得の調整が柔軟に実行され得て、ここでは、ＩＦ出力ポートの数を調整することで利得の調整が実行され得る。第３に、ビーム方向の誤差がより小さく、さらに、３段階ビーム制御が用いられる場合、２段階ビーム制御との違いは、もう１段階のビーム制御が中間周波数エンドに追加されることであり、重み付け方式には以下の形式、つまり（１）振幅重み付け及び位相重み付け、（２）振幅重み付け、及び（３）位相重み付け、のうち１つが選択され得る。比較から分かるように、３段階ビーム制御システムでより正確なビーム方向が取得され、誤差がより小さくなる。第４に、この解決手段では、ユーザの実際の要件に従って段階数が選択され得て、ユーザの実際の要件に従って各段階のスイッチが制御され、ビーム方向を制御すべく段階１／段階２／段階３が別々に選択され得る。

本発明のこの実施形態において提供されるビームフォーミングを用いた通信装置に従って、装置は、３段階構成を有するマルチビームシステムを使用して、ハードウェア実装の複雑度を低減させることに基づいて、ビーム方向及びビーム幅を同時に制御し得る。これにより、ビーム制御に必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減されるだけでなく、中間周波数ポート及び無線周波数ポートの数を調整することで利得の調整も実行され得る。
［実施形態４］

本発明のこの実施形態は、ビームフォーミングを用いた通信方法を提供する。図５に示されるように、本方法は以下の複数の段階を含む。

１０１：送信器が、計算を通じ、受信器からのフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得する。

本発明のこの実施形態において提供されるビームフォーミングを用いた通信方法に従って、３段階構成を有するマルチビームシステムを用い、ハードウェア実装の複雑度を低減させることに基づいて、ビーム方向及びビーム幅が同時に制御される。これにより、ビーム制御に必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減されるだけでなく、中間周波数ポート及び無線周波数ポートの数を調整することで利得の調整も実行され得る。フィードバック情報は、チャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を含む。

従来技術では、大型配列のビームフォーミング技術を実装するスキームは、基本的に３種類に分類され得る。つまり、デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキーム、アナログ位相調整器に基づいたビームフォーミングスキーム、及びデジタルとアナログの２段階コントローラに基づいた複合ビームフォーミングスキームである。図６は、デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキームを示す。ここでは、６１５／６２５のデジタルプリコーディング行列の重み値を調整することでビーム方向が制御され、このスキームはビームフォーミングを制御するのに用いられる。しかしながら、デジタルビームフォーミングスキームがビームを制御するのに用いられ、サイドローブレベルの減少がもたらされる場合、メインローブビームが広がり、利得が減少する。さらに、このスキームでは、非常に多数のＡＤＣ／ＤＡＣデバイスが無線周波数リンク上に必要とされ、このことが原因となってハードウェア実装での費用及び電力消費が非常に高くなる。故に、デジタルビームフォーミングスキームの実行可能性は比較的低い。図７は、アナログ位相調整器に基づいたビームフォーミングスキームを示す。ここでは、移相調整器の方向の角度を変えることでビーム方向が制御される。移相調整器の重み値の発生が、デジタルエンドにおいて処理され得る。デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキームと比較すると、このスキームでは、必要とされるＤＡＣ／ＡＤＣの数が低減されるが、移相調整器の重み値はシミュレーションのみに頼って調整されるので、ビーム制御の柔軟性の減少がもたらされ得る。図８ａ及び図８ｂは、デジタルとアナログとの２段階コントローラに基づいた複合ビームフォーミングスキームを示す。図８ａは、デジタル・アナログ複合ビームフォーミングスキームの送信器の概略構造図である。図８ｂは、デジタル・アナログ複合ビームフォーミングスキームの受信器の概略構造図である。このスキームでは、デジタルプリコーディング行列及びアナログビームフォーミング行列が、フィードバック情報を用いて実行される推定により取得されてビーム制御を実行する。このスキームは、ハードウェア実装の複雑度とスキーム性能との間の妥協案を提供する。しかしながら、ビーム方向及びビーム幅の精度の制御、並びに用いられるＡＤＣ／ＤＡＣの数などの側面では、このスキームはまだ改善される必要がある。故に、本発明のこの実施形態はビームフォーミングを用いた通信方法を提供し、複数の段階を組み合わせてビームを制御することで、無線周波数リンク上で必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減され得る。これにより、一方向における低精度誤差及びハードウェア実装における低複雑度が確保されるとともに、大規模なアンテナ配列が実装される。さらに、ビーム制御の段階数が、ユーザに実際の要件に従って適応的に選択され得る。それにより、リソース割り当ての最適化、又は通信品質の改善という目的を実現する。

具体的には、３つの処理プロセス、つまり、ベースバンドプリコーディング処理、中間周波数ビームフォーミング処理、及び無線周波数ビームフォーミング処理が送信器に含まれる。ベースバンドプリコーディング処理、中間周波数ビームフォーミング処理、及び無線周波数ビームフォーミング処理の間に、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦは、信号に重み付け処理を実行するのに用いられる必要がある。故に、送信器は、受信器からのフィードバック情報に従ってチャネル行列Ｈを最初に取得する。送信器はさらに、チャネル行列Ｈ及びフィードバック情報に従って離脱角ベクトル情報を計算し、第１既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を処理して、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得する。

チャネル行列Ｈはチャネル状態情報であり、チャネルを表すあらゆる情報がチャネル状態情報とみなされる。チャネル行列は、ＭＩＭＯシステムにおいて、チャネル状態情報の一種に過ぎない。チャネルプロファイル、多経路遅延、ドップラー周波数シフト、ＭＩＭＯチャネルのランク、及びビームフォーミングベクトルなどの他の情報は全てチャネル状態情報である。

ＳＶＤ分解（ｓｉｎｇｕｌａｒｖａｌｕｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、特異値分解）は、行列分解（ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、ｆａｃｔｏｒｉｚａｔｉｏｎ）の一種である。行列は、複数の行列に分解され、複数の行列の積に等しい。特異値分解（ｓｉｎｇｕｌａｒｖａｌｕｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＳＶＤ）は、別の直交行列分解方法である。ＳＶＤは、非常に信頼できる分解方法である。しかしながら、ＳＶＤは、ＱＲ分解法にかかる計算時間のほぼ１０倍長い計算時間がかかる。［Ｕ、Ｓ、Ｖ］＝ｓｖｄ（Ａ）であり、ここでＵ及びＶは互いに直交する２つの行列を示し、Ｓは対角行列を示す。最初の行列Ａは、必ずしも正方行列ではない。ＳＶＤ分解法を用いることは、最小二乗誤差を計算し、データ圧縮を実行することである。

最小二乗法（最小平方法とも称される）は、数学的な最適化技術である。最小二乗法では、最小誤差の平方和を用いて、データの最適関数適合が見つけられる。最小二乗法を用いて、未知のデータが容易に計算され得る。これにより、計算を通じて取得されたこれらのデータと実際のデータとの間の誤差は、最小平方和を有する。最小二乗法は、曲線適合にも用いられ得る。いくつかの他の最適化問題も、最小二乗法を用いて、エネルギーを最小化する又はエントロピーを最大化することで表現され得る。

さらに、この実施形態は、送信器により計算を通じて、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得する方法を提供し、本方法は実施形態６において詳細に説明される。故に、詳細はここで改めて説明されない。

１０２：送信器は、第１データストリームを取得し、Ｔｒ_ＢＢに従って第１データストリームにプリコーディング処理を実行して第１アナログ信号を生成する。

第１データストリームは、送信されるビットストリームがスクランブルをかけられレイヤマッピングを経た後に生成される。

具体的には、送信器は第１データストリームを取得し、データストリームはＮ個の情報ストリームを含み得て、送信器は第１データストリームをＴｒ_ＢＢでさらに乗算する。次に送信器は、Ｔｒ_ＢＢで乗算された後に取得される第１データストリームにデジタル／アナログ変換処理を実行して第１アナログ信号を生成する。行列Ｔｒ_ＢＢは、フィードバックモジュールにより提供される。

１０３：送信器は、Ｔｒ_ＩＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する。

具体的には、送信器が第１アナログ信号を生成した後に、送信器は、中間周波数エンドアップコンバート処理を第１アナログ信号に実行する。送信器は次に、Ｔｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行する。送信器はさらに、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する。段階１０２と比較すると、中間周波数処理の間に、アンテナ配列素子の数が増加する。配列素子は配列素子とも称され、有向無線電磁波を生成するのに用いられる。アンテナは、異なる方向の配列素子を含み、マルチビーム電磁波を生成し得る。中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦは、フィードバックモジュールにより提供される。

さらに、送信器によりＴｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行する段階は、送信器によりＴｒ_ＩＦに従って、中間周波数エンドアップコンバートを経た第１アナログ信号に振幅重み付けを実行する段階、又は送信器によりＴｒ_ＩＦに従って、中間周波数エンドアップコンバートを経た第１アナログ信号に位相重み付けを実行する段階、又は送信器によりＴｒ_ＩＦに従って、中間周波数エンドアップコンバートを経た第１アナログ信号に振幅重み付け及び位相重み付けを実行する段階を含み得る。

さらに代わりに、図９に示されるように、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を送信器が実行した後に、結合器を用いて第１信号に結合処理がさらに実行され得る。図３と比較すると、中間周波数エンドにおける出力アンテナポートの数は、無線周波数リンクの数を図３の各中間周波数チャネルに対応するアンテナの数で乗算することにより取得される数である。中間周波数エンドにおける出力アンテナポートの数は、図９の無線周波数リンクの数と一致する。

高周波無線通信では、無線周波数エンドはサンプリングレートに非常に高い要件を有し、ハードウェアデバイスに非常に厳しい要件をもたらす。このスキームにおいて、３段階の組み合わせビーム制御を用いることが提案され、中間周波数制御モジュールの一段階が無線周波数モジュールの前に追加されてビームを制御する。これにより、ハードウェアデバイスに対する要件が下げられ得て、ハードウェア実装の複雑度が低減される。もう１つのビーム制御の段階があり、故に、中間周波数エンドにおける出力ポートの数を調整することで、必要利得が柔軟に満たされ得る。

１０４：送信器は、Ｔｒ_ＲＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する。

具体的には、送信器が第２アナログ信号を生成した後に、送信器は、無線周波数エンドアップコンバート処理を第２アナログ信号に実行する。送信器は次に、Ｔｒ_ＲＦに従って、アップコンバートを経た第２アナログ信号に重み付け処理を実行する。送信器はさらに、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する。段階１０４の後に、送信器はさらに、アンテナ配列素子の数を必要とされる数に増加させ、データを送信するアンテナ配列を用いてアンテナを最後に選択する。

１０５：送信器は、第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を決定し、第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を用いて、第３アナログ信号を受信器に送信する。

アンテナ配列は、特定の要件に従って、給電及び空間配置を実行することで形成される。シングルアンテナの指向性が限定されるので、様々な場合の用途を満たすべく、特定の要件に従って、同一周波数で動作する２つ又はそれより多いシングルアンテナに給電及び空間配置が実行され、アンテナ配列、つまり、アンテナ配列を形成する。アンテナ配列の主要な機能は、（１）放射線場の指向性を強化し高めること、（２）放射線場を強化することである。アンテナ配列は、電磁波（電磁場）の重畳とみなされ得る。数列の電磁波では、重ね合わせの原理に従って、電磁波が同一エリアに伝搬する場合、電磁波のベクトル重畳が生じる。重畳結果は電磁波の列の振幅に関連するだけでなく、入射領域内の電磁波間の位相差にも関連する。

具体的には、送信器無線周波数ビームフォーミングモジュールが第３アナログ信号を生成した後に、各無線周波数ＲＦリンクが複数のアンテナ配列素子を有しているので、送信器は、異なる要件に従って、１つのＲＦリンクを使用して空間重み付けを実行し、１つのビームを形成して、電磁波の形態で第３アナログ信号を受信器に送信し得る、又は複数のＲＦリンクを使用して空間重み付けを実行し、１つのビームを形成して、電磁波の形態で第３アナログ信号を受信器に送信し得る。既存の位相配列システムでは、アナログ信号をアンテナ配列素子と組み合わせる技術が既に十分に開示されている。故に、詳細はここで改めて説明されない。

従って、３つの処理プロセス、つまり、ベースバンドプリコーディング処理、中間周波数ビームフォーミング処理、及び無線周波数ビームフォーミング処理を経た受信済み第１データストリームを、送信器は受信器に送信する。これにより、ビーム方向及びビーム幅の精度が、ハードウェア実装の複雑度を低減させることに基づいて、同時に制御される。

本発明のこの実施形態において提供されるビームフォーミングを用いた通信方法に従って、３段階構成を有するマルチビームシステムを用い、ハードウェア実装の複雑度を低減させることに基づいて、ビーム方向及びビーム幅が同時に制御される。これにより、ビーム制御に必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減されるだけでなく、中間周波数ポート及び無線周波数ポートの数を調整することで利得の調整も実行され得る。
［実施形態５］

本発明のこの実施形態は、ビームフォーミングを用いた通信方法を提供する。図１０に示されるように、ビームフォーミングを用いた通信方法は、以下の複数の段階を含む。

２０１：受信器が、計算を通じて、送信器からのフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦを取得する。

フィードバック情報は、チャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを含む。

本発明のこの実施形態において提供されるビームフォーミングを用いた通信方法に従って、３段階構成を有するマルチビームシステムを用い、ハードウェア実装の複雑度を低減させることに基づいて、ビーム方向及びビーム幅が同時に制御される。これにより、ビーム制御に必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減されるだけでなく、中間周波数ポート及び無線周波数ポートの数を調整することで利得の調整も実行され得る。

具体的には、３つの処理プロセス、つまり、ベースバンドプリコーディング処理、中間周波数ビームフォーミング処理、及び無線周波数ビームフォーミング処理が受信器に含まれる。ベースバンドプリコーディング処理、中間周波数ビームフォーミング処理、及び無線周波数ビームフォーミング処理の間に、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦは、信号に重み付け処理を実行するのに用いられる必要がある。故に、受信器は、フィードバック情報内にあるチャネル行列Ｈ、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを最初に取得する。受信器はさらに、フィードバック情報及びチャネル行列Ｈに従って出現角ベクトル情報を計算し、第２既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを処理して、Ｒｘ_ＢＢ、Ｒｘ_ＩＦ、及びＲｘ_ＲＦを取得する。具体的には、Ｒｘ_ＢＢ、Ｒｘ_ＩＦ、及びＲｘ_ＲＦを計算する方法が、実施形態６において詳細に説明されている。故に、詳細はここで改めて説明されない。

２０２：受信器は、第３アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って第３アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する。

具体的には、受信器は、アンテナ配列から第３アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って第３アナログ信号に重み付け処理をさらに実行する。受信器は次に、重み付け処理を経た第３アナログ信号に電力増幅処理を実行する。受信器は最後に、電力増幅処理を経た第３アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第２アナログ信号を生成する。

２０３：受信器は、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する。

具体的には、第２アナログ信号を生成した後に、受信器は、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理を実行する。受信器は、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理をさらに実行する。受信器は最後に、電力増幅処理を経た第２アナログ信号に中間周波数ダウンコンバート処理を実行して第３アナログ信号を生成する。

さらに、受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理を実行する段階は、受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に振幅重み付けを実行する段階、又は受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に位相重み付けを実行する段階、又は受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に振幅重み付け及び位相重み付けを実行する段階を含み得る。

２０４：受信器は、Ｒｘ_ＢＢに従って第３アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成する。

具体的には、第３アナログ信号を生成した後に、受信器は、第３アナログ信号をデジタル信号に変換する。受信器はさらに、Ｒｘ_ＢＢに従って、デジタル信号に変換された第３アナログ信号に重み付け処理を実行して第２データストリームを取得する。第２データストリームは、レイヤマッピング解除を実行するのに用いられる。

従って、３つの処理プロセス、つまり、無線周波数ビームフォーミング処理、中間周波数ビームフォーミング処理、及びベースバンドプリコーディング処理を経た受信済み第１データストリームを、受信器は送信器に送信する。これにより、ビーム方向及びビーム幅の精度が、ハードウェア実装の複雑度を低減させることに基づいて、同時に制御される。

本発明のこの実施形態において提供されるビームフォーミングを用いた通信方法に従って、受信器は、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦを送信器からのフィードバック情報に従って取得し、フィードバック情報は、チャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを含む。受信器は第１アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する。受信器は、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する。受信器は、Ｒｘ_ＢＢに従って第３アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成する。第２データストリームはレイヤマッピング解除を実行するのに用いられる。この解決手段では、３段階構成を有するマルチビームシステムを用い、ハードウェア実装の複雑度を低減させることに基づいて、ビーム方向及びビーム幅が同時に制御され得る。これにより、ビーム制御に必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減されるだけでなく、中間周波数ポート及び無線周波数ポートの数を調整することで利得の調整も実行され得る。
［実施形態６］

本発明のこの実施形態は、ビームフォーミングを用いた通信方法を提供する。図１１に示されるように、ビームフォーミングを用いた通信方法は、以下の複数の段階を含む。

３０１：送信器が、計算を通じ、受信器からのフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得する。

従来技術では、大型配列のビームフォーミング技術を実装するスキームは、基本的に３種類に分類され得る。つまり、デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキーム、アナログ位相調整器に基づいたビームフォーミングスキーム、及びデジタルとアナログの２段階コントローラに基づいた複合ビームフォーミングスキームである。図６は、デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキームを示す。ここでは、６１５／６２５のデジタルプリコーディング行列の重み値を調整することでビーム方向が制御され、このスキームはビームフォーミングを制御するのに用いられる。しかしながら、デジタルビームフォーミングスキームがビームを制御するのに用いられ、サイドローブレベルの減少がもたらされる場合、メインローブビームが広がり、利得が減少する。さらに、このスキームでは、非常に多数のＡＤＣ／ＤＡＣデバイスが無線周波数リンク上に必要とされ、このことが原因となってハードウェア実装での費用及び電力消費が非常に高くなる。故に、デジタルビームフォーミングスキームの実行可能性は比較的低い。図７は、アナログ位相調整器に基づいたビームフォーミングスキームを示す。ここでは、移相調整器の方向の角度を変えることでビーム方向が制御される。移相調整器の重み値の発生が、デジタルエンドにおいて処理され得る。デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキームと比較すると、このスキームでは、必要とされるＤＡＣ／ＡＤＣの数が低減されるが、移相調整器の重み値は手動でしか調整され得ず、ビーム制御の柔軟性の減少がもたらされ得る。図８ａ及び図８ｂは、デジタルとアナログとの２段階コントローラに基づいた複合ビームフォーミングスキームを示す。図８ａは、デジタル・アナログ複合ビームフォーミングスキームの送信器の概略構造図である。図８ｂは、デジタル・アナログ複合ビームフォーミングスキームの受信器の概略構造図である。このスキームでは、デジタルプリコーディング行列及びアナログビームフォーミング行列が、フィードバック情報を用いて実行される推定により取得されてビーム制御を実行する。このスキームは、ハードウェア実装の複雑度とスキーム性能との間の妥協案を提供する。しかしながら、ビーム方向及びビーム幅の精度の制御、並びに用いられるＡＤＣ／ＤＡＣの数などの側面では、このスキームはまだ改善される必要がある。故に、本発明のこの実施形態はビームフォーミングを用いた通信方法を提供し、複数の段階を組み合わせてビームを制御することで、無線周波数リンク上で必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減され得る。これにより、一方向における低精度誤差及びハードウェア実装における低複雑度が確保されるとともに、大規模なアンテナ配列が実装される。さらに、ビーム制御の段階数が、ユーザに実際の要件に従って適応的に選択され得る。それにより、リソース割り当ての最適化、又は通信品質の改善という目的を実現する。

高周波無線通信では、無線周波数エンドはサンプリングレートに非常に高い要件を有し、ハードウェアデバイスに非常に厳しい要件をもたらす。このスキームにおいて、３段階の組み合わせビーム制御を用いることが提案され、中間周波数制御モジュールの一段階が無線周波数モジュールの前に追加されてビームを制御する。これにより、ハードウェアデバイスに対する要件が下げられ得て、ハードウェア実装の複雑度が低減され得る。もう１つのビーム制御の段階があり、故に、中間周波数エンドにおける出力ポートの数を調整することで、必要利得が柔軟に満たされ得る。

例示的に図１２に示されるように、本発明のこの実施形態は、マルチレベル構成においてビームフォーミング行列を構築する方法を提供する。

４０１：送信器は、受信器からのフィードバック情報に従ってチャネル行列Ｈを取得する。

具体的には、ＦＤＤ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘｉｎｇ、周波数分割複信）システムの送信器のフィードバックモジュールが、フィードバックチャネルに従ってチャネル行列Ｈを取得し得る。ＴＤＤ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘｉｎｇ、時分割複信）システムの送信器のフィードバックモジュールが、アップリンクＳＲＳ推定によって、チャネルレシプロシティに基づきチャネル行列Ｈを取得し得る。

ＴＤＤは、フレーム期間内のダウンリンクオペレーションにおいて時間で無線チャネルを区別し、アップリンクオペレーションを続けるための技術であり、モバイル通信技術にも用いられる複信技術の１つであり、ＦＤＤに対応するものである。

４０２：送信器は、フィードバック情報に対してＡＯＤ（Ａｎｇｌｅ−ｏｆ−ｄｅｐａｒｔｅ）推定を実行して、離脱角配列ベクトルセットＡｔを取得する。

ＡＯＤ（Ａｎｇｌｅ−ｏｆ−ｄｅｐａｒｔｅ、離脱角測距）推定は、信号の離脱角に基づいた位置決定アルゴリズムであり、代表的な測距ベースの位置決定アルゴリズムである。送信ノードの信号の離脱角が、いくつかのハードウェアデバイスを用いて検知される。送信ノード及びアンカーノードの相対的な位置又は角度が計算され、次に、未知のノードの位置を計算するのに三角測量法又は別の方式が用いられる。

４０３：送信器は、チャネル行列Ｈに対してＳＶＤ分解を実行して初期値Ｔｒ_ｏｐｔを生成する。

４０４：送信器は、第１既定反復関数式を用いてＴｒ_ｏｐｔを更新する。

具体的には、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ、無線周波数）及びＩＦ（ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ、中間周波数）のセットが巡回反復によって推定される。

最初に、コスト関数ｆ_ｔ（ｘ）＝（Ａ_ｔ）^Ｈ・Ｔｒ_ｏｐｔが構成される。コスト関数ｋ＝ａｒｇｍａｘ（ｆ_ｔ（ｘ）・（ｆ_ｔ（ｘ））^Ｈ）が、適切なベクトルをＡ_ｔから選択するのに用いられ、ＲＦ及びＩＦのセット

を形成する。

最小二乗法がさらに用いられ、ＴＸベースバンドプリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ

を推定する。最小二乗法（最小平方法とも称される）は、数学的な最適化技術である。最小二乗法では、最小誤差の平方和を用いて、データの最適関数適合が見つけられる。最小二乗法を用いて、未知のデータが容易に計算され得る。これにより、計算を通じて取得されたこれらのデータと実際のデータとの間の誤差は、最小平方和を有する。最小二乗法は、曲線適合にも用いられ得る。いくつかの他の最適化問題も、最小二乗法を用いて、エネルギーを最小化する又はエントロピーを最大化することで表現され得る。

さらに、Ｔｒ_ｏｐｔの解が更新され、指示変数ｉｉがＮ_ｔ ^ＲＦより大きいかどうかが決定される。指示変数ｉｉがＮ_ｔ ^ＲＦより大きくない場合、段階４０２に戻り、要件が満たされるまで反復推定を続ける。ここで、

である。

４０５：送信器はＴｒ_ＢＢを固定し、Ｔｒ_ａｎにＳＶＤ分解を実行し、Ｔｒ_ＩＦとして右特異行列を選択し、Ｔｒ_ＲＦとして左特異行列を選択する。

Ｔｒ_ＢＢが固定され、Ｔｒ_ａｎに分解が実行され、Ｔｒ_ＩＦ及びＴｒ_ＲＦを別々に取得する。このスキームでは、ＳＶＤ分解がＴｒ_ａｎに実行され、右特異行列がＴｒ_ＩＦとして選択され、左特異行列がＴｒ_ＲＦとして選択される。

４０６：送信器は、正規化処理を実行してＴｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得する。

従って、送信器は、受信器により送信されるフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得する。

３０２：受信器は、計算を通じて、送信器からのフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦを取得する。

具体的には、３つの処理プロセス、つまり、ベースバンドプリコーディング処理、中間周波数ビームフォーミング処理、及び無線周波数ビームフォーミング処理が受信器に含まれる。ベースバンドプリコーディング処理、中間周波数ビームフォーミング処理、及び無線周波数ビームフォーミング処理の間に、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦは、信号に重み付け処理を実行するのに用いられる必要がある。故に、受信器は、フィードバック情報内にあるチャネル行列Ｈ、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを最初に取得する。受信器はさらに、フィードバック情報及びチャネル行列Ｈに従って出現角ベクトル情報を計算し、第２既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを処理して、Ｒｘ_ＢＢ、Ｒｘ_ＩＦ、及びＲｘ_ＲＦを取得する。

例示的に図１３に示されるように、本発明のこの実施形態は、マルチレベル構成においてビームフォーミング行列を構築する方法を提供する。

５０１：受信器が、フィードバック情報に従って、チャネル行列Ｈ、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得する。

５０２：受信器は、フィードバック情報に対してＡＯＡ（Ａｎｇｌｅ−ｏｆ−Ａｒｒｉｖａｌ、出現角測距）推定を実行して、離脱角配列ベクトルセットＡｒを取得する。

ＡＯＡ推定は、信号の出現角に基づいた位置決定アルゴリズムであり、代表的な測距ベースの位置決定アルゴリズムである。送信ノードの信号の出現角が、いくつかのハードウェアデバイスを用いて検知される。受信ノード及びアンカーノードの相対的な位置又は角度が計算され、次に、未知のノードの位置を計算するのに三角測量法又は別の方式が用いられる。信号の出現角（ＡＯＡ）に基づいた位置決定アルゴリズムは、無線センサネットワークノードの一般的な自己位置決定アルゴリズムであり、このアルゴリズムは、通信オーバーヘッドが少なく、比較的高い位置決定精度を有する。

５０３：受信器は、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを固定し、初期化を実行し、受信器の最適行列セットＲｘ_ＭＭＳＥ＝Ｈ・Ｒｘ_ＢＢ・Ｒｘ_ＩＦ・Ｒｘ_ＲＦを計算する。

さらに、初期化が実行される前に、チャネルを通過した信号ｙ＝Ｈ・Ｔｒ_ＲＦ・Ｔｒ_ＩＦ・Ｔｒ_ＢＢ・ｓ（ｔ）＋ｎ（ｔ）がさらに取得され得る。ここでＨはチャネル行列を示し、ｓ（ｔ）は入力のシングルストリーム信号又はマルチストリーム信号を示し、ｎ（ｔ）はガウス型ホワイトノイズを示す。

５０４：受信器は、第２既定反復関数式を用いて、Ｒｘ_ＭＭＳＥを更新する。

具体的には、受信器は最初に関数ｋｒ＝ｆｒ（ｘ）を構成し、形成する「出現角ベクトルセットＡｒ」から適切なベクトルを選択する。

最初に、コスト関数ｆ_ｒ（ｘ）＝（Ａ_ｔ）^Ｈ・Ｅ［ｙｙ^＊］・Ｒｘ_ＭＭＳＥが構成される。コスト関数数ｋ＝ａｒｇｍａｘ（ｆ_ｒ（ｘ）・（ｆ_ｒ（ｘ））^Ｈ）が、適切なベクトルをＡ_ｔから選択するのに用いられ、ＲＦ及びＩＦのセット

を形成する。

さらに、受信器は、Ｒｘ_ａｎを用い、ＭＭＳＥ基準に基づいて、ベースバンドプリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢを推定する。

ＭＭＳＥ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎＳｑｕａｒｅＥｒｒｏｒ、最小平均二乗誤差基準）が重み値係数を最適化するのに用いられ、最小平均二乗誤差という意味で最適なスペクトル推定を取得する。

さらに、受信器は、

を更新する。

具体的には、受信器はＲｘ_ＭＭＳＥを更新し、指示変数ｋｋがＮ_ｒ ^ＲＦより大きいかどうかを決定する。指示変数ｋｋがＮ_ｒ ^ＲＦより大きくない場合、段階５０３に戻り、要件が満たされるまで反復推定を続ける。

５０５：受信器はＲｘ_ＢＢを固定し、Ｒｘ_ａｎにＳＶＤ分解を実行し、Ｒｘ_ＩＦとして右特異行列を選択し、Ｒｘ_ＲＦとして左特異行列を選択する。

具体的には、Ｒｘ_ＢＢが固定され、Ｒｘ_ａｎに分解が実行され、Ｒｘ_ＩＦ及びＲｘ_ＲＦを別々に取得する。このスキームでは、ＳＶＤ分解がＲｘ_ａｎに実行され、右特異行列がＲｘ_ＩＦとして選択され、左特異行列がＲｘ_ＲＦとして選択される。

５０６：受信器は正規化処理を実行して、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦを取得する。

本発明のこの実施形態において、（・）^Ｈは共役転置を示し、

は、ユニタリ不変ノルムを示すことが留意されるべきである。

従って、受信器は、送信器により送信されたフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦを取得する。

３０３：送信器は、第１データストリームを取得し、Ｔｒ_ＢＢに従って第１データストリームにプリコーディング処理を実行して第１アナログ信号を生成する。

本発明のこの実施形態において、送信器は、送信器プリコーディングユニット、送信器中間周波数ビームフォーミングユニット、送信器無線周波数ビームフォーミングユニット、及び送信器フィードバックユニットを含む。

具体的には、送信器プリコーディングユニットは第１データストリームを取得し、データストリームはＮ個の情報ストリームを含み得て、送信器プリコーディングユニットは第１データストリームをＴｒ_ＢＢでさらに乗算する。次に送信器プリコーディングユニットは、Ｔｒ_ＢＢで乗算された後に取得される第１データストリームにデジタル／アナログ変換処理を実行して第１アナログ信号を生成する。

好ましくは、送信器プリコーディングユニットは、第１送受信器、第１プロセッサ、及び第１ＤＡＣコンバータを含む。第１送受信器は、第１データストリームを受信し、第１データストリームをプロセッサに送信するよう構成される。第１プロセッサは、第１データストリームをＴｒ_ＢＢで乗算するよう構成される。ＤＡＣコンバータは、Ｔｒ_ＢＢで乗算された後に取得される第１データストリームにデジタル／アナログ変換処理を実行して第１アナログ信号を生成する。

３０４：送信器は、Ｔｒ_ＩＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する。

具体的には、送信器プリコーディングユニットが第１アナログ信号を生成した後に、送信器中間周波数ビームフォーミングユニットは、第１アナログ信号に中間周波数エンドアップコンバート処理を実行する。次に送信器中間周波数ビームフォーミングユニットは、Ｔｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行する。送信器中間周波数ビームフォーミングユニットはさらに、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する。

好ましくは、送信器中間周波数ビームフォーミングユニットは、第１周波数混合器、第１位相調整器、及び第１電力増幅器が直列に接続された少なくとも１つのグループを含む。第１周波数混合器は、送信器により、第１アナログ信号にアップコンバート処理を実行するよう構成される。第１位相調整器は、Ｔｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成される。第１電力増幅器は、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう構成される。

さらに、送信器によりＴｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行する段階は、送信器によりＴｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に振幅重み付けを実行する段階、又は送信器によりＴｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に位相重み付けを実行する段階、又は送信器によりＴｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に振幅重み付け及び位相重み付けを実行する段階を含み得る。

３０５：送信器は、Ｔｒ_ＲＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する。

具体的には、送信器中間周波数ビームフォーミングユニットが第２アナログ信号を生成した後に、送信器無線周波数ビームフォーミングユニットは、第２アナログ信号に無線周波数エンドアップコンバート処理を実行する。次に送信器無線周波数ビームフォーミングユニットは、Ｔｒ_ＲＦに従って、アップコンバートを経た第２アナログ信号に重み付け処理を実行する。送信器無線周波数ビームフォーミングユニットはさらに、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する。

好ましくは、送信器無線周波数ビームフォーミングユニットは、第２周波数混合器、第２位相調整器、及び第２電力増幅器が直列に接続された少なくとも１つのグループを含む。第２周波数混合器は、第２アナログ信号にアップコンバート処理を実行するよう構成される。第２位相調整器は、Ｔｒ_ＲＦに従って、アップコンバートを経た第２アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成される。第２電力増幅器は、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう構成される。

３０６：送信器は、第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を決定し、第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を用いて、第３アナログ信号を受信器に送信する。

３０７：受信器は、第１アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する。

本発明のこの実施形態において、受信器は、受信器フィードバックユニット、受信器無線周波数ビームフォーミングユニット、受信器中間周波数ビームフォーミングユニット、及び受信器プリコーディングユニットを含む。

具体的には、受信器無線周波数ビームフォーミングユニットは、アンテナ配列から第１アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理をさらに実行する。次に受信器無線周波数ビームフォーミングユニットは、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行する。最後に受信器無線周波数ビームフォーミングユニットは、電力増幅処理を経た第１アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第２アナログ信号を生成する。

好ましくは、受信器無線周波数ビームフォーミングユニットは、第３位相調整器、第３電力増幅器、及び第３周波数混合器が直列に接続された少なくとも１つのグループを含む。第３位相調整器は、Ｒｘ_ＲＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成される。第３電力増幅器は、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行するよう構成される。第３周波数混合器は、電力増幅処理を経た第１アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう構成される。

３０８：受信器は、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する。

具体的には、受信器無線周波数ビームフォーミングユニットが第２アナログ信号を生成した後に、受信器中間周波数ビームフォーミングユニットは、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理を実行する。受信器中間周波数ビームフォーミングユニットは、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理をさらに実行する。最後に受信器中間周波数ビームフォーミングユニットは、電力増幅処理を経た第２アナログ信号に中間周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第３アナログ信号を生成する。

さらに、受信器中間周波数ビームフォーミングユニットにより、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理を実行する段階は、受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に振幅重み付けを実行する段階、又は受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に位相重み付けを実行する段階、又は受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に振幅重み付け及び位相重み付けを実行する段階を含み得る。

好ましくは、受信器中間周波数ビームフォーミングユニットは、第４位相調整器、第４電力増幅器、及び第４周波数混合器が直列に接続された少なくとも１つのグループを含む。第４位相調整器は、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成される。第４電力増幅器は、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理を実行するよう構成される。第４周波数混合器は、電力増幅処理を経た第２アナログ信号にダウンコンバート処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう構成される。

３０９：受信器は、Ｒｘ_ＢＢに従って第３アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成する。

具体的には、受信器中間周波数ビームフォーミングユニットが第３アナログ信号を生成した後に、受信器プリコーディングユニットは第３アナログ信号をデジタル信号に変換する。受信器プリコーディングユニットは、Ｒｘ_ＢＢに従って、デジタル信号に変換された第３アナログ信号に重み付け処理をさらに実行して第２データストリームを取得する。第２データストリームは、レイヤマッピング解除を実行するのに用いられる。

好ましくは、受信器プリコーディングユニットは、第２ＤＡＣコンバータ及び第３プロセッサを含む。第２ＤＡＣコンバータは、第３アナログ信号をデジタル信号に変換するよう構成される。第３プロセッサは、Ｒｘ_ＢＢに従って、デジタル信号に変換された第３アナログ信号に重み付け処理を実行して第２データストリームを取得するよう構成される。

簡便且つ簡潔な説明という目的のために、前述の複数の機能モジュールの分割が説明の一例と受け取られることが、当業者により明確に理解され得る。実際の応用において、前述の複数の機能は、異なる複数の機能モジュールに割り当てられ、要件に従って実装され得る。つまり、装置の内部構造は異なる複数の機能モジュールに分割され、上述された複数の機能の全て又はいくつかを実装する。前述のシステム、装置、及びユニットの詳細な動作プロセスについては、前述の方法の複数の実施形態において対応するプロセスが参照され得るので、詳細はここで改めて説明されない。

本願において提供されるいくつかの実施形態において、開示されるシステム、装置、及び方法は、他方式で実装され得ることが理解されるべきである。例えば、説明された装置の実施形態は、単に例示に過ぎない。例えば、モジュール又はユニットの分割は、単に論理的な機能の分割であって、実際の実装においてはその他の分割であってもよい。例えば、複数のユニット又は構成要素が、別のシステムに組み合わされても統合されてもよい。又は、いくつかの特徴が無視されても実行されなくてもよい。さらに、表示された又は論じられた複数の相互結合又は直接結合又は通信接続は、いくつかのインタフェースを介して実装され得る。複数の装置間又は複数のユニット間の複数の間接結合又は複数の通信接続は、電子的形態、機械的形態、又は他形態で実装されてよい。

別個の部分として説明された複数のユニットは、物理的に別個であってもなくてもよく、ユニットとして表示される複数の部分は、物理的なユニットであってもなくてもよく、１つの場所に配置されていても、複数のネットワークユニット上に分散していてもよい。複数のユニットのいくつか又は全ては、複数の実施形態の複数の解決手段の目的を実現すべく、実際の要求に従って選択されてよい。

さらに、本発明の複数の実施形態の複数の機能ユニットは、１つの処理ユニットに統合されてよく、又は複数のユニットのそれぞれは物理的に単独で存在してよく、又は２つ又はそれより多いユニットが1つのユニットに統合される。統合ユニットはハードウェアの形態で実装されても、ソフトウェア機能ユニットの形態で実装されてもよい。

統合ユニットがソフトウェア機能ユニットの形態で実装され、別個の製品として販売されるか用いられる場合、統合ユニットはコンピュータ可読記憶媒体に格納され得る。そのような理解に基づいて、本発明の複数の技術的解決手段は、本質的に又は部分的に従来技術に寄与する、あるいは、複数の技術的解決手段に全て又は一部がソフトウェア製品の形態で実装されてよい。ソフトウェア製品は記憶媒体に格納され、コンピュータデバイス（これは、パーソナルコンピュータ、サーバ、又はネットワークデバイスであってよい）、又はプロセッサに、本発明の複数の実施形態において説明される複数の方法の複数の段階の全て又は一部を実行するよう指示するための複数の命令を含む。前述の記憶媒体は、プログラムコードを格納し得るあらゆる媒体を含み、ＵＳＢフラッシュドライブ、リムーバブルハードディスク、リードオンリメモリ（ＲＯＭ、Ｒｅａｄ−ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ、ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、磁気ディスク、又は光ディスクなどがある。

前述の説明は、単に本発明の特定の実装態様に過ぎず、本発明の保護範囲を制限するよう意図されるものではない。本発明において開示される技術的範囲内で、当業者によって容易に考え出される何らかの変形例および置換例は、本発明の保護範囲内に含まれるものとする。故に、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。

５０２：受信器は、フィードバック情報に対してＡＯＡ（Ａｎｇｌｅ−ｏｆ−Ａｒｒｉｖａｌ、出現角測距）推定を実行して、出現角配列ベクトルセットＡｒを取得する。

大型配列のビームフォーミング技術は、大型配列を有する位相配列アンテナシステムで用いられる必要がある。現時点で、大型配列のビームフォーミング技術を実装するスキームは、基本的に３種類に分類され得る。つまり、デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキーム、位相調整器に基づいたビームフォーミングスキーム、及びデジタルとアナログの２段階コントローラに基づいた複合ビームフォーミングスキームである。しかしながら、デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキームは、非常に多数の無線周波数リンクＡＤＣ／ＤＡＣを必要とし、ハードウェア実装に比較的高い費用及び電力消費をもたらす。アナログ位相調整器に基づいたビームフォーミングスキームは、ビーム制御の柔軟性を低減させる原因となる。デジタルとアナログとの２段階コントローラに基づいた複合ビームフォーミングスキームの場合、ビーム方向の精度において特有のずれがスキームに存在する。故に、費用を適切に抑制しても、どのように効率的にビームフォーミング通信を実行するかが、既に、業界において緊急に解決されるべき問題になっている。

第１態様の第１の可能な実装態様では、送信器プリコーディングモジュールは、Ｔｒ_ＢＢに従って第１データストリームにプリコーディングを実行してプリコーディング信号を取得し、プリコーディング信号にデジタル／アナログ変換処理を実行して第１アナログ信号を生成するよう特に構成される。

第１態様又は第１態様の第１の可能な実装態様に関連して、第１態様の第２の可能な実装態様では、送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、中間周波数エンドアップコンバート処理を第１アナログ信号に実行し、Ｔｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行し、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう特に構成される。

第１態様、あるいは第１態様の第１又は第２の可能な実装態様に関連して、第１態様の第３の可能な実装態様では、送信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは、無線周波数エンドアップコンバート処理を第２アナログ信号に実行し、Ｔｒ_ＲＦに従って、アップコンバートを経た第２アナログ信号に重み付け処理を実行し、重み付け処理を経た第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう特に構成される。

第１態様、あるいは第１態様の第１から第３の可能な実装態様の何れか１つに関連して、第１態様の第４の可能な実装態様では、送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、Ｔｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行するよう特に構成され、重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つである。

第１態様、又は第１態様の第１から第４の可能な実装態様の何れか１つに関連して、第１態様の第５の可能な実装態様では、送信器フィードバックモジュールは、フィードバック情報に従ってチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を取得し、第１既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を処理して、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得するよう特に構成される。

第２態様に従って、本発明の一実施形態は受信器を提供し、受信器は、受信器プリコーディングモジュールと、受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールと、受信器無線周波数ビームフォーミングモジュールと、受信器フィードバックモジュールとを含む。受信器フィードバックモジュールは、受信器により計算を通じて、送信器からのフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦを取得するよう構成される。フィードバック情報は、チャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを含む。受信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは、受信器により、第１アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう構成される。受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう構成される。受信器プリコーディングモジュールは、受信器により、Ｒｘ_ＢＢに従って第３アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成するよう構成され、第２データストリームは、レイヤマッピング解除を実行するのに用いられる。

第２態様の第１の可能な実装態様では、受信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは、Ｒｘ_ＲＦに従って第４アナログ信号に重み付け処理を実行し、重み付け処理を経た第４アナログ信号に電力増幅処理を実行し、電力増幅処理を経た第４アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第５アナログ信号を生成するよう特に構成される。

第２態様又は第２態様の第１の可能な実装態様に関連して、第２態様の第２の可能な実装態様では、受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、Ｒｘ_ＩＦに従って第５アナログ信号に重み付け処理を実行し、重み付け処理を経た第５アナログ信号に電力増幅処理を実行し、電力増幅処理を経た第５アナログ信号に中間周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第６アナログ信号を生成するよう特に構成される。

第２態様、あるいは第２態様の第１又は第２の可能な実装態様に関連して、第２態様の第３の可能な実装態様では、受信器プリコーディングモジュールは、第６アナログ信号をデジタル信号に変換し、Ｒｘ_ＢＢに従って、デジタル信号に変換された第６アナログ信号に重み付け処理を実行して第２データストリームを取得するよう特に構成される。

第２態様、又は第２態様の第１から第３の可能な実装態様の何れか１つに関連して、第２態様の第４の可能な実装態様では、受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、Ｒｘ_ＩＦに従って第５アナログ信号に重み付け処理を実行するよう特に構成され、重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、及び位相重み付けのうち何れか１つである。

第２態様、又は第２態様の第１から第４の可能な実装態様の何れか１つに関連して、第２態様の第５の可能な実装態様では、受信器フィードバックモジュールは、フィードバック情報内にあるチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得し、第２既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを処理して、Ｒｘ_ＢＢ、Ｒｘ_ＩＦ、及びＲｘ_ＲＦを取得するよう特に構成される。

第４態様の第１の可能な実装態様では、第２位相調整器は、受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つを第２アナログ信号に実行するよう特に構成される。

第６態様の第１の可能な実装態様では、Ｒｘ_ＲＦに従って第４アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第５アナログ信号を生成する段階は、以下の複数の段階を含む。受信器により、Ｒｘ_ＲＦに従って第４アナログ信号に重み付け処理を実行する段階である。受信器により、重み付け処理を経た第４アナログ信号に電力増幅処理を実行する段階である。そして、受信器により、電力増幅処理を経た第４アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第５アナログ信号を生成する段階である。

従って、３つの処理プロセス、つまり、ベースバンドプリコーディング処理、中間周波数ビームフォーミング処理、及び無線周波数ビームフォーミング処理を経た受信済み第１データストリームを、送信器は受信器に送信する。従来技術と比較すると、この解決手段は複数の側面において複数の有益な効果をもたらし得る。第１に、３段階構成を用いるビーム制御に必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減される。ビーム制御は２つの場合において実行されると考えられる。場合１では３段階ビーム制御が用いられ、場合２では２段階ビーム制御が用いられる。２つの場合に対応する無線周波数ビームフォーミング行列は、同一次元を有すると考えられる。場合１では、比較的小さいプリコーディング行列がベースバンド部分に用いられ、重み付け処理が中間周波数エンド分の信号に実行され、これにより、配列の次元はさらに増大し得る。場合２では、ベースバンドプリコーディング行列が処理に直接用いられる。比較から分かるように、場合１で必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数は、場合２で必要とされる数より少ない。第２に、各チャネルについて、複雑な要件に従って必要利得が簡便に調整され得る。前述の解決手法から分かるように、各データストリームでは、ＩＦ処理及びＲＦ処理によって利得の調整が柔軟に実行され得て、ここでは、ＩＦ出力ポートの数を調整することで利得の調整が実行され得る。第３に、ビーム方向の誤差がより小さく、さらに、３段階ビーム制御が用いられる場合、２段階ビーム制御との違いは、もう１段階のビーム制御が中間周波数エンドに追加されることであり、重み付け方式には以下の方式、つまり（１）振幅重み付け及び位相重み付け、（２）振幅重み付け、及び（３）位相重み付け、のうち１つが選択され得る。比較から分かるように、３段階ビーム制御システムでより正確なビーム方向が取得され、誤差がより小さくなる。第４に、この解決手段では、ユーザの実際の要件に従って段階数が選択され得て、ユーザの実際の要件に従って各段階のスイッチが制御され、ビーム方向を制御すべく段階１／段階２／段階３が別々に選択され得る。

さらに、受信器無線周波数ビームフォーミングモジュール１１は、受信器により、Ｒｘ_ＲＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理を実行し、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行し、電力増幅処理を経た第１アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう特に構成される。

具体的には、第１送受信器３１は第１プロセッサ３２に接続され、第１プロセッサ３２はＤＡＣコンバータ３３に接続されて送信器プリコーディング処理ブランチを形成し、第１送受信器３１は、第１データストリームを受信し、第１データストリームを第１プロセッサ３２に送信するよう構成される。第１プロセッサ３２は、第１データストリームをＴｒ_ＢＢで乗算するよう構成される。ＤＡＣコンバータ３３は、Ｔｒ_ＢＢで乗算された後に取得される第１データストリームにデジタル／アナログ変換処理を実行して第１アナログ信号を生成し、第１データストリームは、送信されるビットストリームがスクランブルをかけられレイヤマッピングを経た後に生成される。１又は複数のＤＡＣコンバータ３３があってよく、このことは本発明のこの実施形態において限定されないことが留意されるべきである。

第２送受信器４０は第２プロセッサ４１に接続されて送信器フィードバックブランチを形成し、第２送受信器４０はフィードバック情報に従ってチャネル行列Ｈを取得するよう構成される。第２プロセッサ４１は、チャネル行列Ｈ及びフィードバック情報に従って離脱角ベクトル情報を計算し、第１既定反復関数を用いてチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を処理して、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得するよう構成される。

さらに、第２位相調整器４５は、受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つを第２アナログ信号に実行するよう特に構成される。

従来技術では、大型配列のビームフォーミング技術を実装するスキームは、基本的に３種類に分類され得る。つまり、デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキーム、アナログ位相調整器に基づいたビームフォーミングスキーム、及びデジタルとアナログの２段階コントローラに基づいた複合ビームフォーミングスキームである。図６は、デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキームを示す。ここでは、６１５／６２５のデジタルプリコーディング行列の重み値を調整することでビーム方向が制御され、このスキームはビームフォーミングを制御するのに用いられる。しかしながら、デジタルビームフォーミングスキームがビームを制御するのに用いられ、サイドローブレベルの減少がもたらされる場合、メインローブビームが広がり、利得が減少する。さらに、このスキームでは、非常に多数のＡＤＣ／ＤＡＣデバイスが無線周波数リンク上に必要とされ、このことが原因となってハードウェア実装での費用及び電力消費が非常に高くなる。故に、デジタルビームフォーミングスキームの実行可能性は比較的低い。図７は、アナログ位相調整器に基づいたビームフォーミングスキームを示す。ここでは、位相調整器の方向の角度を変えることでビーム方向が制御される。位相調整器の重み値の発生が、デジタルエンドにおいて処理され得る。デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキームと比較すると、このスキームでは、必要とされるＤＡＣ／ＡＤＣの数が低減されるが、位相調整器の重み値はシミュレーションのみに頼って調整されるので、ビーム制御の柔軟性の減少がもたらされ得る。図８ａ及び図８ｂは、デジタルとアナログとの２段階コントローラに基づいた複合ビームフォーミングスキームを示す。図８ａは、デジタル・アナログ複合ビームフォーミングスキームの送信器の概略構造図である。図８ｂは、デジタル・アナログ複合ビームフォーミングスキームの受信器の概略構造図である。このスキームでは、デジタルプリコーディング行列及びアナログビームフォーミング行列が、フィードバック情報を用いて実行される推定により取得されてビーム制御を実行する。このスキームは、ハードウェア実装の複雑度とスキーム性能との間の妥協案を提供する。しかしながら、ビーム方向及びビーム幅の精度の制御、並びに用いられるＡＤＣ／ＤＡＣの数などの側面では、このスキームはまだ改善される必要がある。故に、本発明のこの実施形態はビームフォーミングを用いた通信方法を提供し、複数の段階を組み合わせてビームを制御することで、無線周波数リンク上で必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減され得る。これにより、一方向における低精度誤差及びハードウェア実装における低複雑度が確保されるとともに、大規模なアンテナ配列が実装される。さらに、ビーム制御の段階数が、ユーザに実際の要件に従って適応的に選択され得る。それにより、リソース割り当ての最適化、又は通信品質の改善という目的を実現する。

ＳＶＤ分解（ｓｉｎｇｕｌａｒｖａｌｕｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、特異値分解）は、行列分解（ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、ｆａｃｔｏｒｉｚａｔｉｏｎ）の一種である。行列は、複数の行列に分解され、複数の行列の積に等しい。ＳＶＤは、別の直交行列分解方法である。ＳＶＤは、非常に信頼できる分解方法である。しかしながら、ＳＶＤは、ＱＲ分解法にかかる計算時間のほぼ１０倍長い計算時間がかかる。［Ｕ、Ｓ、Ｖ］＝ｓｖｄ（Ａ）であり、ここでＵ及びＶは互いに直交する２つの行列を示し、Ｓは対角行列を示す。最初の行列Ａは、必ずしも正方行列ではない。ＳＶＤ分解法を用いることは、最小二乗誤差を計算し、データ圧縮を実行することである。

最小二乗法は、数学的な最適化技術である。最小二乗法では、最小誤差の平方和を用いて、データの最適関数適合が見つけられる。最小二乗法を用いて、未知のデータが容易に計算され得る。これにより、計算を通じて取得されたこれらのデータと実際のデータとの間の誤差は、最小平方和を有する。最小二乗法は、曲線適合にも用いられ得る。いくつかの他の最適化問題も、最小二乗法を用いて、エネルギーを最小化する又はエントロピーを最大化することで表現され得る。

具体的には、送信器が第１アナログ信号を生成した後に、送信器は、中間周波数エンドアップコンバート処理を第１アナログ信号に実行する。送信器は次に、Ｔｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た第１アナログ信号に重み付け処理を実行する。送信器はさらに、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する。段階１０２と比較すると、中間周波数処理の間に、アンテナ配列素子の数が増加し、有向無線電磁波を生成するのに用いられる。アンテナは、異なる方向の配列素子を含み、マルチビーム電磁波を生成し得る。中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦは、フィードバックモジュールにより提供される。

さらに代わりに、図９に示されるように、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を送信器が実行した後に、結合器を用いて第１アナログ信号に結合処理がさらに実行され得る。図３と比較すると、中間周波数エンドにおける出力アンテナポートの数は、無線周波数リンクの数を図３の各中間周波数チャネルに対応するアンテナの数で乗算することにより取得される数である。中間周波数エンドにおける出力アンテナポートの数は、図９の無線周波数リンクの数と一致する。

アンテナ配列は、特定の要件に従って、給電及び空間配置を実行することで形成される。シングルアンテナの指向性が限定されるので、様々な場合の用途を満たすべく、特定の要件に従って、同一周波数で動作する２つ又はそれより多いシングルアンテナに給電及び空間配置が実行され、アンテナ配列を形成する。アンテナ配列の主要な機能は、（１）放射線場の指向性を強化し高めること、（２）放射線場を強化することである。アンテナ配列は、電磁波（電磁場）の重畳とみなされ得る。数列の電磁波では、重ね合わせの原理に従って、電磁波が同一エリアに伝搬する場合、電磁波のベクトル重畳が生じる。重畳結果は電磁波の列の振幅に関連するだけでなく、入射領域内の電磁波間の位相差にも関連する。

２０２：受信器は、第１アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する。

具体的には、受信器は、アンテナ配列から第１アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理をさらに実行する。受信器は次に、重み付け処理を経た第１アナログ信号に電力増幅処理を実行する。受信器は最後に、電力増幅処理を経た第１アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第２アナログ信号を生成する。

従来技術では、大型配列のビームフォーミング技術を実装するスキームは、基本的に３種類に分類され得る。つまり、デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキーム、アナログ位相調整器に基づいたビームフォーミングスキーム、及びデジタルとアナログの２段階コントローラに基づいた複合ビームフォーミングスキームである。図６は、デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキームを示す。ここでは、６１５／６２５のデジタルプリコーディング行列の重み値を調整することでビーム方向が制御され、このスキームはビームフォーミングを制御するのに用いられる。しかしながら、デジタルビームフォーミングスキームがビームを制御するのに用いられ、サイドローブレベルの減少がもたらされる場合、メインローブビームが広がり、利得が減少する。さらに、このスキームでは、非常に多数のＡＤＣ／ＤＡＣデバイスが無線周波数リンク上に必要とされ、このことが原因となってハードウェア実装での費用及び電力消費が非常に高くなる。故に、デジタルビームフォーミングスキームの実行可能性は比較的低い。図７は、アナログ位相調整器に基づいたビームフォーミングスキームを示す。ここでは、位相調整器の方向の角度を変えることでビーム方向が制御される。位相調整器の重み値の発生が、デジタルエンドにおいて処理され得る。デジタルプリコーディングに基づいたビームフォーミングスキームと比較すると、このスキームでは、必要とされるＤＡＣ／ＡＤＣの数が低減されるが、位相調整器の重み値は手動でしか調整され得ず、ビーム制御の柔軟性の減少がもたらされ得る。図８ａ及び図８ｂは、デジタルとアナログとの２段階コントローラに基づいた複合ビームフォーミングスキームを示す。図８ａは、デジタル・アナログ複合ビームフォーミングスキームの送信器の概略構造図である。図８ｂは、デジタル・アナログ複合ビームフォーミングスキームの受信器の概略構造図である。このスキームでは、デジタルプリコーディング行列及びアナログビームフォーミング行列が、フィードバック情報を用いて実行される推定により取得されてビーム制御を実行する。このスキームは、ハードウェア実装の複雑度とスキーム性能との間の妥協案を提供する。しかしながら、ビーム方向及びビーム幅の精度の制御、並びに用いられるＡＤＣ／ＤＡＣの数などの側面では、このスキームはまだ改善される必要がある。故に、本発明のこの実施形態はビームフォーミングを用いた通信方法を提供し、複数の段階を組み合わせてビームを制御することで、無線周波数リンク上で必要とされるＡＤＣ／ＤＡＣの数が低減され得る。これにより、一方向における低精度誤差及びハードウェア実装における低複雑度が確保されるとともに、大規模なアンテナ配列が実装される。さらに、ビーム制御の段階数が、ユーザに実際の要件に従って適応的に選択され得る。それにより、リソース割り当ての最適化、又は通信品質の改善という目的を実現する。

４０２：送信器は、フィードバック情報に対してＡＯＤ（Ａｎｇｌｅ−ｏｆ−ｄｅｐａｒｔｕｒｅ）推定を実行して、離脱角配列ベクトルセットＡｔを取得する。

ＡＯＤ推定は、信号のＡＯＤに基づいた位置決定アルゴリズムであり、代表的な測距ベースの位置決定アルゴリズムである。送信ノードの信号の離脱角が、いくつかのハードウェアデバイスを用いて検知される。送信ノード及びアンカーノードの相対的な位置又は角度が計算され、次に、未知のノードの位置を計算するのに三角測量法又は別の方式が用いられる。

ＳＶＤ分解は、行列分解（ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、ｆａｃｔｏｒｉｚａｔｉｏｎ）の一種である。行列は、複数の行列に分解され、複数の行列の積に等しい。ＳＶＤは、別の直交行列分解方法である。ＳＶＤは、非常に信頼できる分解方法である。しかしながら、ＳＶＤは、ＱＲ分解法にかかる計算時間のほぼ１０倍長い計算時間がかかる。［Ｕ、Ｓ、Ｖ］＝ｓｖｄ（Ａ）であり、ここでＵ及びＶは互いに直交する２つの行列を示し、Ｓは対角行列を示す。最初の行列Ａは、必ずしも正方行列ではない。ＳＶＤ分解法を用いることは、最小二乗誤差を計算し、データ圧縮を実行することである。

４０４：送信器は、第１既定反復関数を用いてＴｒ_ｏｐｔを更新する。

を推定する。最小二乗法は、数学的な最適化技術である。最小二乗法では、最小誤差の平方和を用いて、データの最適関数適合が見つけられる。最小二乗法を用いて、未知のデータが容易に計算され得る。これにより、計算を通じて取得されたこれらのデータと実際のデータとの間の誤差は、最小平方和を有する。最小二乗法は、曲線適合にも用いられ得る。いくつかの他の最適化問題も、最小二乗法を用いて、エネルギーを最小化する又はエントロピーを最大化することで表現され得る。

５０２：受信器は、フィードバック情報に対してＡＯＡ（Ａｎｇｌｅ−ｏｆ−Ａｒｒｉｖａｌ）推定を実行して、出現角配列ベクトルセットＡｒを取得する。

ＡＯＡ推定は、信号の出現角に基づいた位置決定アルゴリズムであり、代表的な測距ベースの位置決定アルゴリズムである。送信ノードの信号の出現角が、いくつかのハードウェアデバイスを用いて検知される。受信ノード及びアンカーノードの相対的な位置又は角度が計算され、次に、未知のノードの位置を計算するのに三角測量法又は別の方式が用いられる。信号のＡＯＡに基づいた位置決定アルゴリズムは、無線センサネットワークノードの一般的な自己位置決定アルゴリズムであり、このアルゴリズムは、通信オーバーヘッドが少なく、比較的高い位置決定精度を有する。

具体的には、受信器は最初に関数ｋｒ＝ｆｒ（ｘ）を構成し、「出現角ベクトルセットＡｒ」から適切なベクトルを選択する。

ＭＭＳＥ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎＳｑｕａｒｅＥｒｒｏｒ、最小平均二乗誤差）が重み値係数を最適化するのに用いられ、最小平均二乗誤差という意味で最適なスペクトル推定を取得する。

好ましくは、送信器プリコーディングユニットは、第１送受信器、第１プロセッサ、及びＤＡＣコンバータを含む。第１送受信器は、第１データストリームを受信し、第１データストリームを第１プロセッサに送信するよう構成される。第１プロセッサは、第１データストリームをＴｒ_ＢＢで乗算するよう構成される。ＤＡＣコンバータは、Ｔｒ_ＢＢで乗算された後に取得される第１データストリームにデジタル／アナログ変換処理を実行して第１アナログ信号を生成する。

前述の説明は、単に本発明の特定の実装態様に過ぎず、本発明の保護範囲を制限するよう意図されるものではない。本発明において開示される技術的範囲内で、当業者によって容易に考え出される何らかの変形例および置換例は、本発明の保護範囲内に含まれるものとする。故に、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。
（項目１）
送信器プリコーディングモジュールと、送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールと、送信器無線周波数ビームフォーミングモジュールと、アンテナ配列モジュールと、送信器フィードバックモジュールとを備える送信器であって、
上記送信器フィードバックモジュールは、受信器からのフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列Ｔｒ _ＢＢと、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ _ＩＦと、送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ _ＲＦとを取得し、上記フィードバック情報はチャネル行列Ｈと離脱角ベクトル情報とを含み、
上記送信器プリコーディングモジュールは、第１データストリームを取得し、Ｔｒ _ＢＢに従って上記第１データストリームにプリコーディング処理を実行して第１アナログ信号を生成し、上記第１データストリームは、送信されるビットストリームがスクランブルをかけられレイヤマッピングを経た後に生成され、
上記送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、Ｔｒ _ＩＦに従って上記第１アナログ信号に重み付け処理と電力増幅処理とを実行し、第２アナログ信号を生成し、
上記送信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは、Ｔｒ _ＲＦに従って上記第２アナログ信号に重み付け処理と電力増幅処理とを実行し、第３アナログ信号を生成し、
上記アンテナ配列モジュールは、上記第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を決定し、上記第３アナログ信号に一致する上記アンテナ配列を用いることで上記第３アナログ信号を上記受信器に送信する、
送信器。
（項目２）
上記送信器プリコーディングモジュールは特に、
Ｔｒ _ＢＢに従って上記第１データストリームにプリコーディングを実行してプリコーディング信号を取得し、
上記プリコーディング信号にデジタル／アナログ変換処理を実行して上記第１アナログ信号を生成する、
項目１に記載の送信器。
（項目３）
上記送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは特に、
中間周波数エンドアップコンバート処理を上記第１アナログ信号に実行し、
中間周波数エンドアップコンバート処理を経た上記第１アナログ信号に、Ｔｒ _ＩＦに従って重み付け処理を実行し、
重み付け処理を経た上記第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して上記第２アナログ信号を生成する、
項目１又は２に記載の送信器。
（項目４）
上記送信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは特に、
無線周波数エンドアップコンバート処理を上記第２アナログ信号に実行し、
無線周波数エンドアップコンバート処理を経た上記第２アナログ信号に、Ｔｒ _ＲＦに従って重み付け処理を実行し、
重み付け処理を経た上記第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して上記第３アナログ信号を生成する、
項目１から３の何れか一項に記載の送信器。
（項目５）
上記送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは特に、アップコンバート処理を経た上記第１アナログ信号に、Ｔｒ _ＩＦに従って重み付け処理を実行し、
上記重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つである、
項目１から４の何れか一項に記載の送信器。
（項目６）
上記送信器フィードバックモジュールは特に、
上記フィードバック情報に従って、上記チャネル行列Ｈ及び上記離脱角ベクトル情報を取得し、
第１既定反復関数を用いることで、上記チャネル行列Ｈ及び上記離脱角ベクトル情報を処理してＴｒ _ＢＢ、Ｔｒ _ＩＦ、及びＴｒ _ＲＦを取得する、
項目１から５の何れか一項に記載の送信器。
（項目７）
受信器プリコーディングモジュールと、受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールと、受信器無線周波数ビームフォーミングモジュールと、受信器フィードバックモジュールとを備える受信器であって、
上記受信器フィードバックモジュールは、送信器からのフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ _ＢＢと、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ _ＩＦと、受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ _ＲＦとを取得し、
上記フィードバック情報は、チャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、送信器プリコーディング行列Ｔｒ _ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ _ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ _ＲＦを含み、
上記受信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは、第１アナログ信号を取得し、Ｒｘ _ＲＦに従って上記第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成し、
上記受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、上記第２アナログ信号にＲｘ _ＩＦに従って重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成し、
上記受信器プリコーディングモジュールは、Ｒｘ _ＢＢに従って上記第３アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成し、上記第２データストリームはレイヤマッピング解除を実行するのに用いられる、
受信器。
（項目８）
上記受信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは特に、
Ｒｘ _ＲＦに従って上記第１アナログ信号に重み付け処理を実行し、
重み付け処理を経た上記第１アナログ信号に、上記受信器により電力増幅処理を実行し、
電力増幅処理を経た上記第１アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して上記第２アナログ信号を生成する、
項目７に記載の受信器。
（項目９）
上記受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは特に、
Ｒｘ _ＩＦに従って上記第２アナログ信号に重み付け処理を実行し、
重み付け処理を経た上記第２アナログ信号に、上記受信器により電力増幅処理を実行し、
電力増幅処理を経た上記第２アナログ信号に中間周波数エンドダウンコンバート処理を実行して上記第３アナログ信号を生成する、
項目７又は８に記載の受信器。
（項目１０）
上記受信器プリコーディングモジュールは特に、
上記第３アナログ信号をデジタル信号に変換し、
Ｒｘ _ＢＢに従って、上記デジタル信号に変換された上記第３アナログ信号に重み付け処理を実行して、上記第２データストリームを取得する、
項目７から９の何れか一項に記載の受信器。
（項目１１）
上記受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは特に、Ｒｘ _ＩＦに従って上記第２アナログ信号に重み付け処理を実行し、
上記重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つである、
項目７から１０の何れか一項に記載の受信器。
（項目１２）
上記受信器フィードバックモジュールは特に、
上記フィードバック情報内にある上記チャネル行列Ｈ、上記出現角ベクトル情報、Ｔｒ _ＢＢ、Ｔｒ _ＩＦ、及びＴｒ _ＲＦを取得し、
第２既定反復関数を用いて、上記チャネル行列Ｈ、上記出現角ベクトル情報、Ｔｒ _ＢＢ、Ｔｒ _ＩＦ、及びＴｒ _ＲＦを処理し、Ｒｘ _ＢＢ、Ｒｘ _ＩＦ、及びＲｘ _ＲＦを取得する、
項目７から１１の何れか一項に記載の受信器。
（項目１３）
第１プロセッサと、第２プロセッサと、第１送受信器と、第２送受信器と、ＤＡＣコンバータと、第１周波数混合器と、第２周波数混合器と、第１位相調整器と、第２位相調整器と、第１電力増幅器と、第２電力増幅器とを備える送信器であって、
上記第１送受信器は上記第１プロセッサに接続され、上記第１プロセッサは上記ＤＡＣコンバータに接続されて送信器プリコーディング処理ブランチを形成し、上記第１送受信器は、第１データストリームを受信し、上記第１データストリームを上記第１プロセッサに送信し、
上記第１プロセッサは上記第１データストリームをＴｒ _ＢＢで乗算し、
上記ＤＡＣコンバータは、Ｔｒ _ＢＢで乗算された後に取得される上記第１データストリームにデジタル／アナログ変換処理を実行して第１アナログ信号を生成し、上記第１データストリームは、送信されるビットストリームがスクランブルをかけられレイヤマッピングを経た後に生成され、
上記第１周波数混合器は上記第１位相調整器に接続され、上記第１位相調整器は上記第１電力増幅器に接続されて送信器中間周波数処理ブランチを形成し、上記第１周波数混合器は、上記送信器により、中間周波数アップコンバート処理を上記第１アナログ信号に実行し、
上記第１位相調整器は、Ｔｒ _ＩＦに従って、中間周波数アップコンバート処理を経た上記第１アナログ信号に重み付け処理を実行し、
上記第１電力増幅器は、重み付け処理を経た上記第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成し、
上記第２周波数混合器は上記第２位相調整器に接続され、上記第２位相調整器は上記第２電力増幅器に接続されて送信器無線周波数処理ブランチを形成し、上記第２周波数混合器は上記第２アナログ信号に無線周波数アップコンバート処理を実行し、
上記第２位相調整器は、Ｔｒ _ＲＦに従って、無線周波数アップコンバート処理を経た上記第２アナログ信号に重み付け処理を実行し、
上記第２電力増幅器は、重み付け処理を経た上記第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成し、
上記第２送受信器は上記第２プロセッサに接続されて送信器フィードバックブランチを形成し、上記第２送受信器は、フィードバック情報に従ってチャネル行列Ｈを取得し、
上記第２プロセッサは、上記チャネル行列Ｈ及び上記フィードバック情報に従って離脱角ベクトル情報を計算し、第１既定反復関数を使用することで上記チャネル行列Ｈ及び上記離脱角ベクトル情報を処理して、Ｔｒ _ＢＢ、Ｔｒ _ＩＦ、及びＴｒ _ＲＦを取得する、
送信器。
（項目１４）
上記第１位相調整器は特に、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つを、アップコンバート処理を経た上記第２アナログ信号に実行する、
項目１３に記載の送信器。
（項目１５）
第１位相調整器と、第２位相調整器と、第１電力増幅器と、第２電力増幅器と、第１周波数混合器と、第２周波数混合器と、ＤＡＣコンバータと、第１プロセッサと、第２プロセッサと、第１送受信器とを備える受信器であって、
上記第１位相調整器は上記第１電力増幅器に接続され、上記第１電力増幅器は上記第１周波数混合器に接続されて受信器無線周波数処理ブランチを形成し、上記第１位相調整器は、Ｒｘ _ＲＦに従って第１アナログ信号に重み付け処理を実行し、
上記第１電力増幅器は、重み付け処理を経た上記第１アナログ信号に電力増幅処理を実行し、
上記第１周波数混合器は、電力増幅処理を経た上記第１アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第２アナログ信号を生成し、
上記第２位相調整器は上記第２電力増幅器に接続され、上記第２電力増幅器は上記第２周波数混合器に接続されて受信器中間周波数処理ブランチを形成し、上記第２位相調整器は、Ｒｘ _ＩＦに従って上記第２アナログ信号に重み付け処理を実行し、
上記第２電力増幅器は、重み付け処理を経た上記第２アナログ信号に電力増幅処理を実行し、
上記第２周波数混合器は、電力増幅処理を経た上記第２アナログ信号に中間周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第３アナログ信号を生成し、
上記ＤＡＣコンバータは上記第１プロセッサに接続されて受信器プリコーディング処理ブランチを形成し、上記ＤＡＣコンバータは上記第３アナログ信号をデジタル信号に変換し、
上記第１プロセッサは、上記デジタル信号に変換された上記第３アナログ信号に、Ｒｘ _ＢＢに従って重み付け処理を実行して第２データストリームを取得し、上記第２データストリームはレイヤマッピング解除を実行するのに使用され、
上記第１送受信器は上記第２プロセッサに接続されて受信器フィードバックブランチを形成し、上記第１送受信器は、フィードバック情報内にあるチャネル行列Ｈ、送信器プリコーディング行列Ｔｒ _ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ _ＩＦ，及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ _ＲＦを取得し、
上記第２プロセッサは、上記フィードバック情報及び上記チャネル行列Ｈに従って出現角ベクトル情報を計算し、第２既定反復関数を用いて上記チャネル行列Ｈ、上記出現角ベクトル情報、Ｔｒ _ＢＢ、Ｔｒ _ＩＦ、及びＴｒ _ＲＦを処理してＲｘ _ＢＢ、Ｒｘ _ＩＦ、及びＲｘ _ＲＦを取得する、
受信器。
（項目１６）
上記第２位相調整器は特に、Ｒｘ _ＩＦに従って、上記受信器により、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つを上記第２アナログ信号に実行する、
項目１５に記載の受信器。
（項目１７）
ビームフォーミングを用いた通信方法であって、
送信器により、受信器からのフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列Ｔｒ _ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ _ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ _ＲＦを取得する段階であって、上記フィードバック情報はチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を含む、取得する段階と、
上記送信器により、第１データストリームを取得し、Ｔｒ _ＢＢに従って上記第１データストリームにプリコーディング処理を実行して第１アナログ信号を生成する段階であって、上記第１データストリームは、送信されるビットストリームがスクランブルをかけられレイヤマッピングを経た後に生成される、生成する段階と、
上記送信器により、Ｔｒ _ＩＦに従って上記第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する段階と、
上記送信器により、Ｔｒ _ＲＦに従って上記第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する段階と、
上記送信器により、上記第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を決定し、上記第３アナログ信号に一致する上記アンテナ配列を用いて、上記第３アナログ信号を上記受信器に送信する段階と、
を備える、
方法。
（項目１８）
Ｔｒ _ＢＢに従ってプリコーディング処理を実行して第１アナログ信号を生成する上記段階は、
上記送信器により、Ｔｒ _ＢＢに従って上記第１データストリームにプリコーディングを実行してプリコーディング信号を取得する段階と、
上記送信器により、上記プリコーディング信号にデジタル／アナログ変換処理を実行して上記第１アナログ信号を生成する段階と、
を有する、
項目１７に記載の方法。
（項目１９）
上記送信器により、Ｔｒ _ＩＦに従って上記第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する上記段階は、
上記送信器により、中間周波数エンドアップコンバート処理を上記第１アナログ信号に実行する段階と、
上記送信器によりＴｒ _ＩＦに従って、中間周波数エンドアップコンバート処理を経た上記第１アナログ信号に重み付け処理を実行する段階と、
上記送信器により、重み付け処理を経た上記第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して上記第２アナログ信号を生成する段階と、
を有する、
項目１７又は１８に記載の方法。
（項目２０）
上記送信器により、Ｔｒ _ＲＦに従って上記第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する上記段階は、
上記送信器により、無線周波数エンドアップコンバート処理を上記第２アナログ信号に実行する段階と、
上記送信器によりＴｒ _ＲＦに従って、無線周波数エンドアップコンバート処理を経た上記第２アナログ信号に重み付け処理を実行する段階と、
上記送信器により、重み付け処理を経た上記第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して上記第３アナログ信号を生成する段階と、
を有する、
項目１７から１９の何れか一項に記載の方法。
（項目２１）
上記送信器は、Ｔｒ _ＩＦに従って、アップコンバート処理を経た上記第１アナログ信号に重み付け処理を実行し、上記重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つである、
項目１７から２０の何れか一項に記載の方法。
（項目２２）
送信器により計算を通じて、受信器からのフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列Ｔｒ _ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ _ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ _ＲＦを取得する上記段階は、
上記送信器により、上記フィードバック情報に従って上記チャネル行列Ｈ及び上記離脱角ベクトル情報を取得する段階と、
上記送信器により、第１既定反復関数を用いて上記チャネル行列Ｈ及び上記離脱角ベクトル情報を処理して、Ｔｒ _ＢＢ、Ｔｒ _ＩＦ、及びＴｒ _ＲＦを取得する段階と、
を有する、
項目１７から２１の何れか一項に記載の方法。
（項目２３）
ビームフォーミングを用いた通信方法であって、
受信器により、送信器からのフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ _ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ _ＩＦ、受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ _ＲＦを取得する段階であって、上記フィードバック情報はチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、送信器プリコーディング行列Ｔｒ _ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ _ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ _ＲＦを含む、取得する段階と、
上記受信器により第１アナログ信号を取得し、Ｒｘ _ＲＦに従って上記第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する段階と、
上記受信器により、Ｒｘ _ＩＦに従って上記第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する段階と、
上記受信器により、Ｒｘ _ＢＢに従って上記第３アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成する段階であって、上記第２データストリームはレイヤマッピング解除を実行するのに用いられる、生成する段階と、
を備える、
方法。
（項目２４）
Ｒｘ _ＲＦに従って上記第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する上記段階は、
上記受信器により、Ｒｘ _ＲＦに従って上記第１アナログ信号に重み付け処理を実行する段階と、
上記受信器により、重み付け処理を経た上記第１アナログ信号に電力増幅処理を実行する段階と、
上記受信器により、電力増幅処理を経た上記第１アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して上記第２アナログ信号を生成する段階と、
を有する、
項目２３に記載の方法。
（項目２５）
上記受信器により、Ｒｘ _ＩＦに従って上記第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する上記段階は、
上記受信器により、Ｒｘ _ＩＦに従って上記第２アナログ信号に重み付け処理を実行する段階と、
上記受信器により、重み付け処理を経た上記第２アナログ信号に電力増幅処理を実行する段階と、
上記受信器により、電力増幅処理を経た上記第２アナログ信号に中間周波数エンドダウンコンバート処理を実行して上記第３アナログ信号を生成する段階と、
を有する、
項目２３又は２４に記載の方法。
（項目２６）
上記受信器により、Ｒｘ _ＢＢに従って上記第３アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成する上記段階は、
上記受信器により、上記第３アナログ信号をデジタル信号に変換する段階と、
上記受信器によりＲｘ _ＢＢに従って、上記デジタル信号に変換された上記第３アナログ信号に重み付け処理を実行して上記第２データストリームを取得する段階と、
を有する、
項目２３から２５の何れか一項に記載の方法。
（項目２７）
上記受信器は、Ｒｘ _ＩＦに従って上記第２アナログ信号に重み付け処理を実行し、上記重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つである、
項目２３から２６の何れか一項に記載の方法。
（項目２８）
受信器により計算を通じて、送信器からのフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ _ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ _ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ _ＲＦを取得する上記段階は、
上記受信器により、上記フィードバック情報内にある上記チャネル行列Ｈ、上記出現角ベクトル情報、Ｔｒ _ＢＢ，Ｔｒ _ＩＦ，及びＴｒ _ＲＦを取得する段階と、
上記受信器により、第２既定反復関数を用いて上記チャネル行列Ｈ、上記出現角ベクトル情報、Ｔｒ _ＢＢ，Ｔｒ _ＩＦ，及びＴｒ _ＲＦを処理して、Ｒｘ _ＢＢ，Ｒｘ _ＩＦ，及びＲｘ _ＲＦを取得する段階と、
を有する、
項目２３から２７の何れか一項に記載の方法。

Claims

送信器プリコーディングモジュールと、送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールと、送信器無線周波数ビームフォーミングモジュールと、アンテナ配列モジュールと、送信器フィードバックモジュールとを備える送信器であって、
前記送信器フィードバックモジュールは、受信器からのフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢと、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦと、送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦとを取得するよう構成され、前記フィードバック情報はチャネル行列Ｈと離脱角ベクトル情報とを含み、
前記送信器プリコーディングモジュールは、第１データストリームを取得し、Ｔｒ_ＢＢに従って前記第１データストリームにプリコーディング処理を実行して第１アナログ信号を生成するよう構成され、前記第１データストリームは、送信されるビットストリームがスクランブルをかけられレイヤマッピングを経た後に生成され、
前記送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、Ｔｒ_ＩＦに従って前記第１アナログ信号に重み付け処理と電力増幅処理とを実行し、第２アナログ信号を生成するよう構成され、
前記送信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは、Ｔｒ_ＲＦに従って前記第２アナログ信号に重み付け処理と電力増幅処理とを実行し、第３アナログ信号を生成するよう構成され、
前記アンテナ配列モジュールは、前記第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を決定し、前記第３アナログ信号に一致する前記アンテナ配列を用いることで前記第３アナログ信号を前記受信器に送信するよう構成される、
送信器。
前記送信器プリコーディングモジュールは、
Ｔｒ_ＢＢに従って前記第１データストリームにプリコーディングを実行してプリコーディング信号を取得し、
前記プリコーディング信号にデジタル／アナログ変換処理を実行して前記第１アナログ信号を生成するよう特に構成される、
請求項１に記載の送信器。
前記送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、
中間周波数エンドアップコンバート処理を前記第１アナログ信号に実行し、
アップコンバートを経た前記第１アナログ信号に、Ｔｒ_ＩＦに従って重み付け処理を実行し、
重み付け処理を経た前記第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して前記第２アナログ信号を生成するよう特に構成される、
請求項１又は２に記載の送信器。
前記送信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは、
無線周波数エンドアップコンバート処理を前記第２アナログ信号に実行し、
無線周波数エンドアップコンバートを経た前記第２アナログ信号に、Ｔｒ_ＲＦに従って重み付け処理を実行し、
重み付け処理を経た前記第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して前記第３アナログ信号を生成するよう特に構成される、
請求項１から３の何れか一項に記載の送信器。
前記送信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、アップコンバートを経た前記第１アナログ信号に、Ｔｒ_ＩＦに従って重み付け処理を実行するよう特に構成され、
前記重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つである、
請求項１から４の何れか一項に記載の送信器。
前記送信器フィードバックモジュールは、
前記フィードバック情報に従って、前記チャネル行列Ｈ及び前記離脱角ベクトル情報を取得し、
第１既定反復関数を用いることで、前記チャネル行列Ｈ及び前記離脱角ベクトル情報を処理してＴｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得するよう特に構成される、
請求項１から５の何れか一項に記載の送信器。
受信器プリコーディングモジュールと、受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールと、受信器無線周波数ビームフォーミングモジュールと、受信器フィードバックモジュールとを備える受信器であって、
前記受信器フィードバックモジュールは、送信器からのフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢと、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦと、受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦとを取得するよう構成され、
前記フィードバック情報は、チャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを含み、
前記受信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは、第１アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って前記第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう構成され、
前記受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、前記第２アナログ信号にＲｘ_ＩＦに従って重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう構成され、
前記受信器プリコーディングモジュールは、Ｒｘ_ＢＢに従って前記第３アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成するよう構成され、前記第２データストリームはレイヤマッピング解除を実行するのに用いられる、
受信器。
前記受信器無線周波数ビームフォーミングモジュールは、
Ｒｘ_ＲＦに従って前記第１アナログ信号に重み付け処理を実行し、
重み付け処理を経た前記第１アナログ信号に、前記受信器により電力増幅処理を実行し、
電力増幅処理を経た前記第１アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して前記第２アナログ信号を生成するよう特に構成される、
請求項７に記載の受信器。
前記受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、
Ｒｘ_ＩＦに従って前記第２アナログ信号に重み付け処理を実行し、
重み付け処理を経た前記第２アナログ信号に、前記受信器により電力増幅処理を実行し、
電力増幅処理を経た前記第２アナログ信号に中間周波数エンドダウンコンバート処理を実行して前記第３アナログ信号を生成するよう特に構成される、
請求項７又は８に記載の受信器。
前記受信器プリコーディングモジュールは、
前記第３アナログ信号をデジタル信号に変換し、
Ｒｘ_ＢＢに従って、前記デジタル信号に変換された前記第３アナログ信号に重み付け処理を実行して、前記第２データストリームを取得するよう特に構成される、
請求項７から９の何れか一項に記載の受信器。
前記受信器中間周波数ビームフォーミングモジュールは、Ｒｘ_ＩＦに従って前記第２アナログ信号に重み付け処理を実行するよう特に構成され、
前記重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つである、
請求項７から１０の何れか一項に記載の受信器。
前記受信器フィードバックモジュールは、
前記フィードバック情報内にある前記チャネル行列Ｈ、前記出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得し、
第２既定反復関数を用いて、前記チャネル行列Ｈ、前記出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを処理し、Ｒｘ_ＢＢ、Ｒｘ_ＩＦ、及びＲｘ_ＲＦを取得する特に構成される、
請求項７から１１の何れか一項に記載の受信器。
第１プロセッサと、第２プロセッサと、第１送受信器と、第２送受信器と、ＤＡＣコンバータと、第１周波数混合器と、第２周波数混合器と、第１位相調整器と、第２位相調整器と、第１電力増幅器と、第２電力増幅器とを備える送信器であって、
前記第１送受信器は前記第１プロセッサに接続され、前記第１プロセッサは前記ＤＡＣコンバータに接続されて送信器プリコーディング処理ブランチを形成し、前記第１送受信器は、前記第１データストリームを受信し、前記第１データストリームを前記第１プロセッサに送信するよう構成され、
前記第１プロセッサは前記第１データストリームをＴｒ_ＢＢで乗算するよう構成され、
前記ＤＡＣコンバータは、Ｔｒ_ＢＢで乗算された後に取得される前記第１データストリームにデジタル／アナログ変換処理を実行して前記第１アナログ信号を生成し、前記第１データストリームは、送信されるビットストリームがスクランブルをかけられレイヤマッピングを経た後に生成され、
前記第１周波数混合器は前記第１位相調整器に接続され、前記第１位相調整器は前記第１電力増幅器に接続されて送信器中間周波数処理ブランチを形成し、前記第１周波数混合器は、前記送信器により、中間周波数アップコンバート処理を前記第１アナログ信号に実行するよう構成され、
前記第１位相調整器は、Ｔｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た前記第１アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成され、
前記第１電力増幅器は、重み付け処理を経た前記第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して前記第２アナログ信号を生成するよう構成され、
前記第２周波数混合器は前記第２位相調整器に接続され、前記第２位相調整器は前記第２電力増幅器に接続されて送信器無線周波数処理ブランチを形成し、前記第２周波数混合器は前記第２アナログ信号に無線周波数アップコンバート処理を実行するよう構成され、
前記第２位相調整器は、Ｔｒ_ＲＦに従って、アップコンバートを経た前記第２アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成され、
前記第２電力増幅器は、重み付け処理を経た前記第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して前記第３アナログ信号を生成するよう構成され、
前記第２送受信器は前記第２プロセッサに接続されて送信器フィードバックブランチを形成し、前記第２送受信器は、前記フィードバック情報に従ってチャネル行列Ｈを取得するよう構成され、
前記第２プロセッサは、前記チャネル行列Ｈ及び前記フィードバック情報に従って前記離脱角ベクトル情報を計算し、第１既定反復関数を使用することで前記チャネル行列Ｈ及び前記離脱角ベクトル情報を処理して、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得するよう構成される、
送信器。
前記第１位相調整器は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つを、アップコンバートを経た前記第２アナログ信号に実行するよう特に構成される、
請求項１３に記載の送信器。
第１位相調整器と、第２位相調整器と、第１電力増幅器と、第２電力増幅器と、第１周波数混合器と、第２周波数混合器と、ＤＡＣコンバータと、第１プロセッサと、第２プロセッサと、第１送受信器とを備える受信器であって、
前記第１位相調整器は前記第１電力増幅器に接続され、前記第１電力増幅器は前記第１周波数混合器に接続されて受信器無線周波数処理ブランチを形成し、前記第１位相調整器は、Ｒｘ_ＲＦに従って前記第１アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成され、
前記第１電力増幅器は、重み付け処理を経た前記第１アナログ信号に電力増幅処理を実行するよう構成され、
前記第１周波数混合器は、電力増幅処理を経た前記第１アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第２アナログ信号を生成するよう構成され、
前記第２位相調整器は前記第２電力増幅器に接続され、前記第２電力増幅器は前記第２周波数混合器に接続されて受信器中間周波数処理ブランチを形成し、前記第２位相調整器は、Ｒｘ_ＩＦに従って前記第２アナログ信号に重み付け処理を実行するよう構成され、
前記第２電力増幅器は、重み付け処理を経た前記第２アナログ信号に電力増幅処理を実行するよう構成され、
前記第２周波数混合器は、電力増幅処理を経た前記第２アナログ信号に中間周波数エンドダウンコンバート処理を実行して第３アナログ信号を生成するよう構成され、
前記ＤＡＣコンバータは前記第１プロセッサに接続されて受信器プリコーディング処理ブランチを形成し、前記ＤＡＣコンバータは前記第３アナログ信号をデジタル信号に変換するよう構成され、
前記第１プロセッサは、前記デジタル信号に変換された前記第３アナログ信号に、Ｒｘ_ＢＢに従って重み付け処理を実行して前記第２データストリームを取得するよう構成され、前記第２データストリームはレイヤマッピング解除を実行するのに使用され、
前記第１送受信器は前記第２プロセッサに接続されて受信器フィードバックブランチを形成し、前記第１送受信器は、前記フィードバック情報内にあるチャネル行列Ｈ、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ，及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得するよう構成され、
前記第２プロセッサは、前記フィードバック情報及び前記チャネル行列Ｈに従って前記出現角ベクトル情報を計算し、第２既定反復関数を用いて前記チャネル行列Ｈ、前記出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを処理してＲｘ_ＢＢ、Ｒｘ_ＩＦ、及びＲｘ_ＲＦを取得するよう構成される、
受信器。
前記第２位相調整器は、Ｒｘ_ＩＦに従って、前記受信器により、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つを前記第２アナログ信号に実行するよう特に構成される、
請求項１５に記載の受信器。
ビームフォーミングを用いた通信方法であって、
送信器により、受信器からのフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得する段階であって、前記フィードバック情報はチャネル行列Ｈ及び離脱角ベクトル情報を含む、取得する段階と、
前記送信器により、第１データストリームを取得し、Ｔｒ_ＢＢに従って前記第１データストリームにプリコーディング処理を実行して第１アナログ信号を生成する段階であって、前記第１データストリームは、送信されるビットストリームがスクランブルをかけられレイヤマッピングを経た後に生成される、生成する段階と、
前記送信器により、Ｔｒ_ＩＦに従って前記第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する段階と、
前記送信器により、Ｔｒ_ＲＦに従って前記第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する段階と、
前記送信器により、前記第３アナログ信号に一致するアンテナ配列を決定し、前記第３アナログ信号に一致する前記アンテナ配列を用いて、前記第３アナログ信号を前記受信器に送信する段階と、
を備える、
方法。
Ｔｒ_ＢＢに従ってプリコーディング処理を実行して第１アナログ信号を生成する前記段階は、
前記送信器により、Ｔｒ_ＢＢに従って前記第１データストリームにプリコーディングを実行してプリコーディング信号を取得する段階と、
前記送信器により、前記プリコーディング信号にデジタル／アナログ変換処理を実行して前記第１アナログ信号を生成する段階と、
を有する、
請求項１７に記載の方法。
前記送信器により、Ｔｒ_ＩＦに従って前記第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する前記段階は、
前記送信器により、中間周波数エンドアップコンバート処理を前記第１アナログ信号に実行する段階と、
前記送信器によりＴｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た前記第１アナログ信号に重み付け処理を実行する段階と、
前記送信器により、重み付け処理を経た前記第１アナログ信号に電力増幅処理を実行して前記第２アナログ信号を生成する段階と、
を有する、
請求項１７又は１８に記載の方法。
前記送信器により、Ｔｒ_ＲＦに従って前記第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する前記段階は、
前記送信器により、無線周波数エンドアップコンバート処理を前記第２アナログ信号に実行する段階と、
前記送信器によりＴｒ_ＲＦに従って、アップコンバートを経た前記第２アナログ信号に重み付け処理を実行する段階と、
前記送信器により、重み付け処理を経た前記第２アナログ信号に電力増幅処理を実行して前記第３アナログ信号を生成する段階と、
を有する、
請求項１７から１９の何れか一項に記載の方法。
前記送信器は、Ｔｒ_ＩＦに従って、アップコンバートを経た前記第１アナログ信号に重み付け処理を実行し、前記重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つである、
請求項１７から２０の何れか一項に記載の方法。
送信器により計算を通じて、受信器からのフィードバック情報に従って、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを取得する前記段階は、
前記送信器により、前記フィードバック情報に従って前記チャネル行列Ｈ及び前記離脱角ベクトル情報を取得する段階と、
前記送信器により、第１既定反復関数を用いて前記チャネル行列Ｈ及び前記離脱角ベクトル情報を処理して、Ｔｒ_ＢＢ、Ｔｒ_ＩＦ、及びＴｒ_ＲＦを取得する段階と、
を有する、
請求項１７から２１の何れか一項に記載の方法。
ビームフォーミングを用いた通信方法であって、
受信器により、送信器からのフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦを取得する段階であって、前記フィードバック情報はチャネル行列Ｈ、出現角ベクトル情報、送信器プリコーディング行列Ｔｒ_ＢＢ、送信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｔｒ_ＩＦ、及び送信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｔｒ_ＲＦを含む、取得する段階と、
前記受信器により第１アナログ信号を取得し、Ｒｘ_ＲＦに従って前記第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する段階と、
前記受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って前記第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する段階と、
前記受信器により、Ｒｘ_ＢＢに従って前記第３アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成する段階であって、前記第２データストリームはレイヤマッピング解除を実行するのに用いられる、生成する段階と、
を備える、
方法。
Ｒｘ_ＲＦに従って前記第１アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第２アナログ信号を生成する前記段階は、
前記受信器により、Ｒｘ_ＲＦに従って前記第１アナログ信号に重み付け処理を実行する段階と、
前記受信器により、重み付け処理を経た前記第１アナログ信号に電力増幅処理を実行する段階と、
前記受信器により、電力増幅処理を経た前記第１アナログ信号に無線周波数エンドダウンコンバート処理を実行して前記第２アナログ信号を生成する段階と、
を有する、
請求項２３に記載の方法。
前記受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って前記第２アナログ信号に重み付け処理及び電力増幅処理を実行して第３アナログ信号を生成する前記段階は、
前記受信器により、Ｒｘ_ＩＦに従って前記第２アナログ信号に重み付け処理を実行する段階と、
前記受信器により、重み付け処理を経た前記第２アナログ信号に電力増幅処理を実行する段階と、
前記受信器により、電力増幅処理を経た前記第２アナログ信号に中間周波数エンドダウンコンバート処理を実行して前記第３アナログ信号を生成する段階と、
を有する、
請求項２３又は２４に記載の方法。
前記受信器により、Ｒｘ_ＢＢに従って前記第３アナログ信号にエンコード処理を実行して第２データストリームを生成する前記段階は、
前記受信器により、前記第３アナログ信号をデジタル信号に変換する段階と、
前記受信器によりＲｘ_ＢＢに従って、前記デジタル信号に変換された前記第３アナログ信号に重み付け処理を実行して前記第２データストリームを取得する段階と、
を有する、
請求項２３から２５の何れか一項に記載の方法。
前記受信器は、Ｒｘ_ＩＦに従って前記第２アナログ信号に重み付け処理を実行し、前記重み付け処理の方式は、振幅重み付け及び位相重み付け、振幅重み付け、並びに位相重み付けのうち何れか１つである、
請求項２３から２６の何れか一項に記載の方法。
受信器により計算を通じて、送信器からのフィードバック情報に従って、受信器プリコーディング行列Ｒｘ_ＢＢ、受信器中間周波数ビームフォーミング行列Ｒｘ_ＩＦ、及び受信器無線周波数エンドビームフォーミング行列Ｒｘ_ＲＦを取得する前記段階は、
前記受信器により、前記フィードバック情報内にある前記チャネル行列Ｈ、前記出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ，Ｔｒ_ＩＦ，及びＴｒ_ＲＦを取得する段階と、
前記受信器により、第２既定反復関数を用いて前記チャネル行列Ｈ、前記出現角ベクトル情報、Ｔｒ_ＢＢ，Ｔｒ_ＩＦ，及びＴｒ_ＲＦを処理して、Ｒｘ_ＢＢ，Ｒｘ_ＩＦ，及びＲｘ_ＲＦを取得する段階と、
を有する、
請求項２３から２７の何れか一項に記載の方法。