JP2022539013A - 通信ネットワークにおける無線通信に関連した方法、装置、および機械可読媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
コードブックベース送信の場合、支配的なLoS送信ビームまたは受信ビーム110、112の存在は、加速されたビーム掃引処理を支援し得る。この加速されたビーム掃引処理は、無線デバイス104の無線アクセスネットワークノード102に対する近似位置および配向の知識情報を使用することによって、着手される。
非コードブックベース送信の場合、コードブックベース送信に関して上述したものと同様の原理が適用され得る。しかし、1つの違いは、送信または受信デバイス(例えば、無線デバイス104または無線アクセスネットワークノード102)は、行列を所定のコードブックから選択するのではなく、非コードブックベース手法に基づいて、送信ビーム形成行列Pkを、付録Aの式(13)で定義されているように、受信結合行列Wkを、付録Aの式(14)で、設計する。この処理は、チャンネル知識情報の形態を使用して、2つの通信ノード(すなわち、無線デバイス104および無線アクセスネットワークノード102)で個別または一緒のいずれかで実装され得る。以下の説明は、別々に実装されている送信ビーム形成器および受信結合器の設計を示している。しかし、一緒の行列設計に関して、設計処理は、無線デバイス104または無線アクセスネットワークノード102の間の協調が、個別に設計された実装におけるよりも多く伴われること以外は、同じであり得る。
ポイントツーポイント光通信
学界における最近の研究、および産業界からの早期のプロトタイプは、可視光通信(VLC)が屋内無線通信の新しい手段になる可能性があることを示している。これは、例えば赤外光といった可視光スペクトルに属さない周波数を使用する一般的な光通信(LC)に対しても当てはまる。特に、通信目的のために光スペクトルを使用する無線通信システムから、1秒当たり数ギガビット(Gb/s)が予想される。
とj番目の
との間の時間領域における光チャンネルは、
と表され、ここで、
は見通し線(LoS)成分を表し、
は拡散成分を表す。学界の文献によると、
は直流(DC)成分とも呼ばれる。
、周辺の表面からの複数の光反射のアグリゲート結果である。(1)において、
は、
と表されるLOS光ゲインを表し、ここで、Aは各PDの面積を表し、kは方向性オーダーを表すランベルトファクターである。ランベルトファクターkは、
と表され、ここで、
は送信機半角である。更に、dはi番目のPDとj番目のLEDとの間の距離である。角度φi,jおよびψi,jは、それぞれ、送信機平面に対するi番目のPDへのj番目のLEDの出射角、および、i番目のPDの受信部平面の正規直交ベクトルに対するj番目のLEDからのi番目のPDにおける光の入射角を表す。各PDの視野(FOV)半角は、
と表記される。LEDおよびPDが三次元空間に位置している場合に、LEDおよびPDの空間位置は、LEDおよびPDのデカルト座標により記述され得る。したがって、角度φi,jおよびψi,jは、
および、
と演算され得る。
は、それぞれ、j番目の
およびi番目の
のデカルト座標を表す3×1ベクトルである。j番目のLED(j=1,…,Nt)の配向は、LEDの平面に垂直な3×1正規直交ベクトル
により表される。同様に、i番目のPDの平面に垂直な正規直交ベクトル
は、i番目のPDの配向を表す。最後に、i番目のPDとj番目のLEDとの間の距離di,jは、
と演算され得る。
は無視され得る。したがって、
と仮定することが非常に合理的である。
と表される(近似される)。
y=rHLED(f)HLCx+wLC (9)
と表記される。
受信信号ベクトルはyと表記され、A/Wを単位としたPDの応答度はrと表記され、HLCは光学的な物理的なMIMOチャンネルを表す
行列であり、HLCの(i,j)
、および、
は(2)により与えられ、xは
送信光信号ベクトルであり、xの要素は、使用されるMIMO送信スキーム、および二進データを光学的に変調するために使用されるコンスタレーションに依存し、最後に、wLCは、環境ショットおよび熱雑音の複合効果を表す
ベクトルである。
と数学的に記述される
。最後の処理は、特定の光OFDMベースのスキームに依存する。ここで、
は生成されたサブキャリアの数である。任意の形態の線形および非線形ひずみ、例えばDC-OFDMに対するクリッピングが無視される限り、前述の式が有効であることに留意されたい。
RF通信と同様に、複数のアクセスポイント(AP)が屋内空間における無線カバレッジを提供するために割り当てられるセルラー配備において、LCが使用され得る。例えば、LC APとして機能する複数の発光体が、照明および光無線通信を目的として、部屋の天井に適切に位置し得る。ここで、考慮されるLC APが、例えばパワーオーバーイーサネットといったバックホール接続を使用して相互接続されていると仮定される。セルラー通信の主目的は、考慮される(屋内)空間を複数のセルに空間的に区切ることにより、サーブされるステーション(STA)の数を増やすことである。各セルには、利用可能な光スペクトルの特定の部分においてサーブされる特定の数のSTAが割り当てられる。各セルにおけるスペクトルの割り当ては、考慮されるポリシーおよび周波数再使用因子に依存する。周波数再使用因子の値が、各セルにより観測される干渉のレベルを決定する。制限の中で、スペクトル全体がセルラーネットワークにわたって使用され、最高レベルの干渉が観測される。更に、各STAは、特定の目的の機能に基づいて特定のAP(セル)に関連している。例えば、1つの方法は、信号対干渉プラスノイズ比(SINR)の最高値を提供するAPに各STAを関連付けることである。代替的な方法は、空間的近さが最も近いAPに各STAを関連付けることである。LCでは、光無線チャンネルの方向性の性質に起因して、LCセルラーシステムの形成は、APの幾何学的構成、および、STAの空間位置および配向により大きく影響されることに留意されたい。これは、(2)および(8)を確認することにより明確になる。(2)および(8)から、トランシーバの空間的構成のパラメータおよびその光学的仕様が、その光チャンネルと、結果としてその観測された受信SINRの厳密な値とを決定することが確認され得る。
LCの主な特徴は、特にレンズの使用時における、その光チャンネルの非常に方向性のある性質である。特に、これは、光無線チャンネルが利便性の高い形態により近似される(2)および(8)から明確に確認され得る。より詳細には、(2)および(8)は、LCチャンネルが、考慮されるトランシーバの幾何学的構成、および配備されたLEDおよびPDの仕様により決定されることを示している。
と表され、ここで、Pkは、k番目のサブキャリアにおける送信光パワーであり、Nkは、k番目のサブキャリアにおけるガウシアンおよびシュートノイズの分散であり、Ikは、k番目のサブキャリアにおける干渉パワーである。ここで、|| ||Fはフロベニウスノルムである。
RF OFDMベースの通信システムにおけるマルチアンテナトランシーバを仮定すると、k番目のサブキャリアの受信信号は、
として表現される。
ここで、
は、RFサブキャリアの数である。(12)において、k番目のサブキャリアに関して、ykは、
受信信号ベクトルを表し、Wkは、送信機から受信機に送信されたシンボルストリームの数であるsを伴う
結合器を表し、
は、
RF無線チャンネルであり、Pkは、
送信機内のビーム形成器を示し、
は、s×1情報運搬ベクトルを表し、
は、
受信機内の相加性雑音である。ここで、nkは、複素ガウス雑音を表す
ベクトルである。更に、(・)Hは、エルミート行列を示す。
として表現される。
ここで、Bおよび
は、それぞれ
アナログビーム形成器(例えば、送信ビームに対応する)およびk番目のサブキャリアのt×sデジタルプリコーダである。ここで、tは、送信機内のRFチェーンの数である。同様に、ハイブリッド結合器Wkは、
として表現される。
ここで、Rは、
アナログ結合器(例えば、受信ビームに対応する)、
は、k番目のサブキャリアのs×rデジタル結合器である。考慮されるシステムにおいて、送信機から受信機に送信される並列シンボルストリームの数、sは、s=min(t,r)で与えられる。(13)および(14)において、BおよびRは、アナログ処理、すなわち、位相処理を適用する行列であり、全てのサブキャリアに関して同一である。先行のアナログ処理は、RF移相器または有限状態を有する遅延素子で実施され得る。対照的に、
は、位相および振幅の両方を処理するデジタル処理を適用する行列である。異なるデジタルビーム形成および結合行列は、異なるサブキャリアにおいて適用され得ることに留意されたい。
であることが期待される。このことは、送信機におけるアンテナの数が、そのRFチェーンの数よりも大幅に大きいことを意味する。同様に、受信機におけるアンテナの数は、そのRFチェーンの数よりも大幅に大きい。RFチェーンは、効果で多くの回路を伴うので、このことは適切である。更に、それらの技術的改善は、トランシーバの残る回路と比較して遅いと考えられている。送信機において、各々のRFチェーンは、パワーアンプ(PA)で給電される。送信機内の電力増幅器は、総電力消費量の大きな部分の原因である。したがって、エネルギー消費量観点から、送信機内に配備されるRFチェーンの数を削減することに関心が置かれる。更に、以下で示されるように、トランシーバ内で複合処理を使用することは、それぞれプリコーディングおよびコーミング行列、PkおよびWkの高速設計を可能にする。このことは、大きなMIMO用途シナリオにおいて、ならびに
の値が大きくなることが予想されるミリ波帯域において、特に有用である。
を伴う、デジタルプリコーディング行列
およびデジタル結合行列
が、任意の所与の方法に関して、もたらされた仮想チャンネル、
に基づいて設計される。そのような方法の例が、ゼロフォーシング(ZF)および線形最小平均二乗誤差(LMMSE)手法である。更に、これは、コードブックまたは非コードブックベース手法において、なされ得る。(15)の
の大きさは、r×tであり、通常、
である
の大きさよりも大幅に小さい。これは、
であり、
である仮定による。したがって、
の推定は、
の推定よりも単純で高速である。そのうえ、所与の設計方法に関して、デジタル処理行列
の計算は、
ではなく
を考慮することによって、更に単純化される。
、が増えるほど、よりシャープになり、より指向性が高くなる。それゆえ、送信アンテナの数が増えると、B、|B|の大きさも、一定の3次元空間をカバーするために増大する。同じことが、Rにおける受信ビームに当てはまる。受信アンテナの数が増えほど、受信ビームは、よりシャープになり、より指向性が高くなる。更に、R、|R|における利用可能なビームの数も、増える。そのような配備シナリオは、
が大きい必要があるミリ波帯域において動作する通信システムの必要性に合わせられることに留意されたい。
、t、
、およびrの値を適切に選択することによって実施される。同様に、(12)は、s=1の場合、シングルストリームトランシーバ、s>1の場合、マルチストリームトランシーバに相当する。したがって、上の説明は、ハイブリッドRFトランシーバを指すものの、その提案および結論は、先行の3つのタイプのトランシーバに直接適用される。更に、(12)は、コードブックベースおよび非コードブックベースの送信の両方を表現可能であり、これは、(13)におけるPkおよび(14)におけるWkを選択/設計するために使用される手法に依存する。
純粋なデジタルビーム形成および結合のシナリオにおいて、送信機は、
RFチェーンを供給され、一方、受信機は、
RFチェーンを供給される。このシナリオにおいて、上述の表現に合わせるために、
であることが仮定される。この場合、先行の仮定(13)および(14)を考慮することで、(12)は、
として表現される。
ここで、
は、
行列であり、一方、
は、
行列である。コードブックベースデジタルビーム形成および結合システムにおいて、
は、可能性のあるビーム形成行列の集合P={P1,…,P|P|}、および可能性のある結合行列の集合W={W1,…,W|W|}から選択される。最適なデジタルビーム形成器および結合器を、それぞれPおよびWから選択する処理は、上述した最適なアナログビーム形成および結合行列の選択処理と同じである。詳細には、トランシーバは、最適なペアを選択するために、Pからのデジタルビーム形成行列と、Wからのデジタル結合行列との、全ての可能な組み合わせを掃引する必要がある。したがって、上で提示された、デジタル処理行列の最適なペアを選択するために特化されたタイムスロットの数に関する分析、およびこの数が、PおよびWの大きさによって影響を及ぼされる方法は、(16)によって表現されるコードブックベースのトランシーバに直接適用可能である。
Claims (27)
- 無線通信ネットワーク(100)のノード(102、104、120)によって実施される方法であって、前記無線通信ネットワークが、無線デバイス(104)、無線アクセスネットワークノード(102)、および1つまたは複数の無線光通信(LC)ネットワークノード(106)を備え、前記無線デバイスおよび前記無線アクセスネットワークノードのうちの少なくとも1つが、前記無線デバイスおよび前記無線アクセスネットワークノードのうちのもう一方と通信するための送信ビームまたは受信ビーム(110、112)を提供するように設定可能な複数のアンテナ要素を備え、前記方法が、
前記無線デバイスが無線LC接続を確立した無線LCネットワークノードの標示を取得すること(200)と、
前記標示された無線LCネットワークノードのカバレッジエリアに向けられた、あるいは前記標示された無線LCネットワークノードの前記カバレッジエリアからの送信を受信するように向けられた、1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビームの1つまたは複数の信号尺度を取得すること(202)と、
前記1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビームのうちの送信ビームまたは受信ビームが、前記送信ビームまたは受信ビームの前記信号尺度と第1の閾値との間の比較(204)に基づいて、前記無線アクセスネットワークノードと前記無線デバイスとの間の見通し線LoSに対応するか否かを判定することと、
を含む、方法。 - 前記第1の閾値が、前記無線デバイス(104)と前記無線アクセスネットワークノード(102)との間の推定距離に基づく、
請求項1に記載の方法。 - 前記複数のアンテナ要素が、複数の所定の送信ビームまたは受信ビーム(110、112)を提供するように設定可能であり、1つまたは複数の信号尺度を取得する前記ステップ(202)が、前記複数の所定の送信ビームまたは受信ビームの部分集合のために信号尺度を取得することを含み、前記所定の送信ビームまたは受信ビームの部分集合が、前記標示された無線LCネットワークノードのカバレッジエリアに向けられた送信ビーム(110、112)、あるいは、前記標示された無線LCネットワークノード(106)の前記カバレッジエリアからの送信を受信するように向けられた受信ビーム(112、110)に対応する、
請求項1または2に記載の方法。 - 前記複数の送信ビームまたは受信ビーム(110、112)が、複数のアナログビーム形成器と、複数のアナログ結合器と、ビーム形成器のデジタルコードブックと、結合器のデジタルコードブックと、のうちの1つまたは複数によって規定される、
請求項3に記載の方法。 - 前記標示された無線LCネットワークノード(106)の前記カバレッジエリアに向けられていない、あるいは前記標示された無線LCネットワークノードの前記カバレッジエリアからの送信を受信するように向けられていない、1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビーム(110、112)の1つまたは複数の信号尺度を取得すること(210)を更に含む、
請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記取得された1つまたは複数の信号尺度を、第2の閾値と比較して(212)、RF通信が、前記標示された無線LCネットワークノード(106)の前記カバレッジエリアに向けられていない、あるいは前記標示された無線LCネットワークノードの前記カバレッジエリアからの送信を受信するように向けられていない、前記1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビーム(110、112)を使用可能であるか否かを判定することを更に含む、
請求項5に記載の方法。 - 前記標示された無線LCネットワークノード(106)の前記カバレッジエリアに向けられていない、あるいは前記標示された無線LCネットワークノードの前記カバレッジエリアからの送信を受信するように向けられていない、1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビーム(110、112)の信号尺度を取得する前記ステップ(210)が、前記無線アクセスネットワークノード(102)と前記無線デバイス(104)との間にLoSが存在しないという判定に応答して実施される、
請求項5または6に記載の方法。 - 無線LCネットワークノードの標示を取得する前記ステップ(200)が、前記無線LCネットワークノード(106)の前記標示を含む前記無線デバイス(104)からのメッセージを受信することを含む、
請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。 - 無線LCネットワークノードの標示を取得する前記ステップ(200)が、前記無線デバイス(104)の識別情報の前記標示を含む前記無線LCネットワークノード(106)からのメッセージを受信することを含む、
請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。 - 信号尺度を取得する前記ステップ(202)が、
前記1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビーム(110、112)を使用して送信または受信された信号に対する測定を実施して、前記1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビームごとの前記信号尺度のそれぞれの値を取得することを含む、
請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。 - 前記信号尺度が、受信信号強度、受信信号出力、受信信号品質、信号対ノイズ比、ならびに信号対ノイズおよび干渉比のうちの1つまたは複数を含む、
請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。 - LoS送信ビームまたは受信ビームを利用して、前記無線デバイス(104)と前記無線アクセスネットワークノード(102)との間のフライト時間の測定を実施すること(208)を更に含む、
請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。 - 前記ノードが、前記無線デバイス(104)、前記無線アクセスネットワークノード(102)、および通信ネットワークノード(120)のうちの1つである、
請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。 - 無線通信ネットワーク(100)のノード(102、104、120)の処理回路により実行される命令を記憶する非一時的な機械可読媒体であって、前記無線通信ネットワークが、無線デバイス(104)、無線アクセスネットワークノード(102)、および1つまたは複数の無線光通信(LC)ネットワークノード(106)を備え、前記無線デバイスおよび前記無線アクセスネットワークノードのうちの少なくとも1つが、前記無線デバイスおよび前記無線アクセスネットワークノードのうちのもう一方と通信するための送信ビームまたは受信ビーム(110、112)を提供するように設定可能な複数のアンテナ要素を備え、前記処理回路による前記命令の実行が、前記ノードに、
前記無線デバイスが無線LC接続を確立した無線LCネットワークノードの標示を取得すること(200)と、
前記標示された無線LCネットワークノードのカバレッジエリアに向けられた、あるいは前記標示された無線LCネットワークノードの前記カバレッジエリアからの送信を受信するように向けられた、1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビームの1つまたは複数の信号尺度を取得すること(202)と、
前記1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビームのうちの送信ビームまたは受信ビームが、前記送信ビームまたは受信ビームの前記信号尺度と第1の閾値との間の比較(204)に基づいて、前記無線アクセスネットワークノードと前記無線デバイスとの間の見通し線LoSに対応するか否かを判定することと、
を行わせる、
非一時的な機械可読媒体。 - 無線通信ネットワーク(100)のノード(102、104、120、300)であって、前記無線通信ネットワークが、無線デバイス(104)、無線アクセスネットワークノード(102)、および1つまたは複数の無線光通信(LC)ネットワークノード(106)を備え、前記無線デバイスおよび前記無線アクセスネットワークノードのうちの少なくとも1つが、前記無線デバイスおよび前記無線アクセスネットワークノードのうちのもう一方と通信するための送信ビームまたは受信ビーム(110、112)を提供するように設定可能な複数のアンテナ要素を備え、前記ノードが、処理回路(302)および非一時的な機械可読媒体(304)を備え、前記非一時的な機械可読媒体が、前記処理回路により実行されたときに、前記ノードに、
前記無線デバイスが無線LC接続を確立した無線LCネットワークノードの標示を取得すること(200)と、
前記標示された無線LCネットワークノードのカバレッジエリアに向けられた、あるいは前記標示された無線LCネットワークノードの前記カバレッジエリアからの送信を受信するように向けられた、1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビームの1つまたは複数の信号尺度を取得すること(202)と、
前記1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビームのうちの送信ビームまたは受信ビームが、前記送信ビームまたは受信ビームの前記信号尺度と第1の閾値との間の比較(204)に基づいて、前記無線アクセスネットワークノードと前記無線デバイスとの間の見通し線LoSに対応するか否かを判定することと、
を行わせる、
無線通信ネットワーク(100)のノード(102、104、120、300)。 - 前記第1の閾値が、前記無線デバイス(104)と前記無線アクセスネットワークノード(102)との間の推定距離に基づく、
請求項15に記載のノード。 - 前記複数のアンテナ要素が、複数の所定の送信ビームまたは受信ビーム(110、112)を提供するように設定可能であり、前記ノードが、前記複数の所定の送信ビームまたは受信ビームの部分集合のための1つまたは複数の信号尺度を取得し、前記所定の送信ビームまたは受信ビームの部分集合が、前記標示された無線LCネットワークノードのカバレッジエリアに向けられた送信ビーム(110、112)、あるいは、前記標示された無線LCネットワークノード(106)の前記カバレッジエリアからの送信を受信するように向けられた受信ビーム(112、110)に対応する、
請求項15または16に記載のノード。 - 前記複数の送信ビームまたは受信ビーム(110、112)が、複数のアナログビーム形成器と、複数のアナログ結合器と、ビーム形成器のデジタルコードブックと、結合器のデジタルコードブックと、のうちの1つまたは複数によって規定される、
請求項17に記載のノード。 - 前記標示された無線LCネットワークノード(106)の前記カバレッジエリアに向けられていない、あるいは前記標示された無線LCネットワークノードの前記カバレッジエリアからの送信を受信するように向けられていない、1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビーム(110、112)の1つまたは複数の信号尺度を取得(210)する、
請求項15から18のいずれか一項に記載のノード。 - 前記取得された1つまたは複数の信号尺度を、第2の閾値と比較して(212)、RF通信が、前記標示された無線LCネットワークノード(106)の前記カバレッジエリアに向けられていない、あるいは前記標示された無線LCネットワークノードの前記カバレッジエリアからの送信を受信するように向けられていない、前記1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビーム(110、112)を使用可能であるか否かを判定する、
請求項19に記載のノード。 - 前記無線アクセスネットワークノード(102)と前記無線デバイス(104)との間にLoSが存在しないという判定に応答して、前記標示された無線LCネットワークノード(106)の前記カバレッジエリアに向けられていない、あるいは前記標示された無線LCネットワークノードの前記カバレッジエリアからの送信を受信するように向けられていない、1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビーム(110、112)の信号尺度を取得する、
請求項19または20に記載のノード。 - 前記ノードが、前記無線LCネットワークノード(106)の標示を含む前記無線デバイス(104)からのメッセージを受信することによって、無線LCネットワークノードの標示を取得する、
請求項15から21のいずれか一項に記載のノード。 - 前記ノードが、前記無線デバイス(104)の識別情報の標示を含む前記無線LCネットワークノード(106)からのメッセージを受信することによって、無線LCネットワークノードの標示を取得する、
請求項15から21のいずれか一項に記載のノード。 - 前記1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビーム(110、112)を使用して送信または受信された信号に対する測定を実施して、前記1つまたは複数の送信ビームまたは受信ビームごとの前記信号尺度のそれぞれの値を取得することによって、信号尺度を取得する、
請求項15から23のいずれか一項に記載のノード。 - 前記信号尺度が、受信信号強度、受信信号出力、受信信号品質、信号対ノイズ比、ならびに信号対ノイズおよび干渉比のうちの1つまたは複数を含む、
請求項15から24のいずれか一項に記載のノード。 - LoS送信ビームまたは受信ビームを利用して、前記無線デバイス(104)と前記無線アクセスネットワークノード(102)との間のフライト時間の測定を実施(208)する、
請求項15から25のいずれか一項に記載のノード。 - 前記ノードが、前記無線デバイス(104)、前記無線アクセスネットワークノード(102)、および通信ネットワークノード(120)のうちの1つである、
請求項15から26のいずれか一項に記載のノード。
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