JP4027224B2 - ビームフォーミング方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、加入者局及び基地局を有する無線通信システム内でのビームフォーミング方法であって、基地局は、複数のアンテナ素子を有するアンテナ装置を有しており、該アンテナ素子は、各々アクチュアルな重み付けベクトルの係数で重み付けされた下りリンク信号を加入者局に放射する方法に関する。
【０００２】
無線通信システムでは、情報（音声、画像情報又は他のデータ）が、伝送チャネルを介して電磁波（通信インターフェース）を用いて伝送される。下り方向（下りリンク）では、基地局から加入者局に、上り方向（上りリンク）では、加入者局から基地局に伝送される。
【０００３】
電磁波で伝送される信号は、その信号伝搬時に伝搬媒体内で、特に干渉による障害が生じる。ノイズによる障害は、殊に、受信機の入力段のノイズによって生じることがある。回折及び屈折によって、信号成分は種々の伝搬経路を辿る。この結果、一方では、信号が複数回、各々種々異なった方向から、種々異なった遅延、減衰及び位相位置で、受信機に到来することがあり、他方では、受信信号の寄与が、交互に位相と関連してコヒーレントに受信機で重畳され、又は、受信機で、短時間の時間尺度で減衰・消去効果を生じる（ファーストフェージング）。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９７１２５４９号公報からは、インテリジェントアンテナ（スマートアンテナ）、即ち、上り方向で伝送容量を大きくするために利用される複数のアンテナ素子を備えたアンテナ装置が公知である。これにより、上り方向信号が来る方向でのアンテナ利得を所期のように配向することができる。
【０００５】
A.J.Paulraj, C.B.Papadias, "Space-time processing Magazine, Nov. 1997, S.49-83からは、上り及び下り方向用の空間的な信号分離用の種々の方法が公知である。
【０００６】
下り方向、つまり、基地局から加入者局では、特に難点がある。つまり、通信チャネルによって伝送される信号を制御する前にビームフォーミングしなければならない。R.Schmalenberger, J.J.Blanz, "A comparison of two different algorithms for multi antenna C/I balancing", Proc. 2^ｎｄ European Personal Mobile Communications Conference (EPMCC), Bonn, Germany, Sept.1997, S.483-490から、下り方向でのビームフォーミングのアルゴリズムが公知であり、その際、基地局と加入者局との直接伝搬経路（見通し内伝搬）、及び、ビームフォーミングベクトルの反復算定が前提とされる。伝送チャネルの特性を変える毎に、コスト高な反復算定全体を繰り返す必要がある。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９８０３１８８号公報から、基地局から加入者局へのコネクション用の空間的な共分散行列を特定する方法が公知である。基地局では、共分散行列から固有ベクトルが算出され、コネクション用にビームフォーミングベクトルとして使用される。コネクション用の送信信号は、ビームフォーミングベクトルで重み付けされ、アンテナ素子に放射のために供給される。セル内干渉(Intrazell-Interferenzen)は、ジョイントデテクションを使用することによって、例えば、端末装置内で、ビームフォーミング時に生じず、セル内干渉による受信信号の劣化は無視することができる。
【０００８】
具体的に言うと、この方法は、マルチパス伝搬の領域内で、伝送特性が良好な伝搬経路を求め、基地局の送信出力を空間的に、この伝搬経路に集中する。しかし、そうすることによって、この伝送経路での干渉によって短時間信号が途切れ、従って、伝送が遮断されることがある。
【０００９】
３ＧＰＰ(3rd Generation Partnership Project, http://www.3gpp.org)の勧告では、そのために、加入者局が、当該加入者局へのｍ番目のアンテナ素子のチャネルの短時間チャネルパルス応答ｈ_ｍを評価して、ｍ番目のアンテナ素子による放射の前に送信信号を重み付けする重み係数ｗ_ｍを算出する方法が設けられている。相応のコンセプトが、M.Raitola, A.Hottinen 及びR.Wichmann, "Transmission diversity in wideband CDMA", Proc. 49th IEEE Vehicular Technology Conf. Spring (VTC '99 Spring), S.1545-1549, Houston, Texas 1999にも記載されている。
【００１０】
このやり方の重大な問題点は、加入者局によって評価された、重み係数のベクトルが基地局に伝送される必要があり、このために、３ＧＰＰの勧告によると、タイムスロット当たり１ビットの狭い帯域幅しか利用できないという点にある。従って、このベクトルは、大雑把にしか量子化して伝送することができない。チャネルが急速に変化して、重み付けを一方のタイムスロットから他方のタイムスロットにアクチュエートする必要がある場合、アンテナ素子の種々異なる２つの相対位相位置しか調整できない。チャネルがゆっくり変化し、例えば、４つのタイムスロットがベクトルの伝送のために利用される場合、常に１６個の種々異なるベクトル値が表示可能である。
【００１１】
しかし、公知のコンセプトは、基地局のアンテナ素子の数が２個より多い場合には、限界に突き当たる。つまり、ベクトルの伝送に必要な帯域幅は、その成分数が増えるに連れて、即ち、アンテナ素子の数が増えるに連れて拡がる。つまり、アンテナ素子の個数が多いのは、送信ビームを出来る限り正確に配向するためには所望である一方、重み付け（ウェイト）ベクトルの利用可能な帯域幅には限りがあるので、ファーストフェージングに適合させる必要がある程頻繁にアクチュエートすることはできない。
【００１２】
従って、本発明が基づく課題は、下りリンクビームのフォーミングを高い信頼度で行うことができる、改善されたビームフォーミング方法を提供することである。
【００１３】
本発明によると、この課題は、
初期化期間中、加入者局（ＭＳｋ）によって、受信された下りリンク信号の共分散行列を形成し、
初期化期間中、加入者局（ＭＳｋ）によって、最初の共分散行列の固有ベクトルを求め、
初期化期間中、固有ベクトルを、最初の重み付けベクトルｗ^{（ｋ，ｉ）}として基地局（ＢＳ）に伝送し、重み付けベクトルｗ^{（ｋ，ｉ）}の重み付け係数を、基地局（ＢＳ）のアンテナ装置（ＡＥ）の各々の放射方向に相応して重み付けし、
作動期間中、加入者局（ＭＳｋ）によって、最初の重み付けベクトルｗ^{（ｋ，ｉ）}から、できる限り最良に伝送することができるアクチュアルな優越重み付けベクトルｗ^（ｋ）を選択し、
作動期間中、加入者局（ＭＳｋ）により、選択されたアクチュアルな優越重み付けベクトルの指示子を基地局（ＢＳ）に伝送し、
作動期間中、アクチュアルな優越重み付けベクトルｗ^（ｋ）を、加入者局（ＭＳｋ）用に決められた下りリンク信号のビームフォーミングのために、基地局（ＢＳ）により、後続のタイムスロット内で使用し、
作動期間に対して、その都度比較的大きな時間間隔で、当該加入者局の比較的多数のタイムスロットに相応して、初期化期間を実行し、且つ、作動期間の各ステップを頻繁に、タイムスロット当たり１回実行することにより解決される。本発明の有利な実施例は、従属請求項から得られる。
【００１４】
本発明のデータ伝送方法は、基地局と加入者局とを有する無線通信システムで使用される。加入者局は、例えば、移動通信網内の移動局、又は、所謂ワイヤレス加入者ターミナルへの加入者アクセスネットワーク内の固定局である。基地局は、複数のアンテナ素子を備えたアンテナ装置（スマートアンテナ）を有している。このアンテナ素子によって、通信インターフェースを介してのデータの指向性受信乃至指向性送信が可能となる。
【００１５】
本発明の方法は、各々比較的大きな時間間隔内で、当該加入者局の多数のタイムスロットに相応して実行される初期化期間と、頻繁に、例えば、タイムスロット当たり１回、ステップを実行する作動期間とを区別する。初期化期間では、多数の所謂最初の重み付けベクトルが求められ、この最初の重み付けベクトルは、無線通信システムの次の作動中に利用されて、実際にビームフォーミングのために利用されるアクチュアルな重み付けベクトルを、作動期間の各サイクル毎に新規に決めることができる。従って、初期化期間では、重み付けベクトルの検出に伴う処理コストは比較的稀にしかかからず、それに対して、例えば、最初の重み付けベクトルの線形結合の選択又は形成しか必要としない、アクチュアルな重み付けベクトルの決定は、ファーストフェージングによって生じる伝送遮断を補償するのに必要であるように、頻繁に実行することができる。
【００１６】
ここで、初期化期間及び作動期間について、順次経過する時間的に別個の２つの過程に関係付けられていると理解する必要は必ずしもない。寧ろ、連続して時間的に限定して経過する、方法の２つの部分プロセスである。作動期間中、初期化期間の結果が利用されるが、初期化期間の各過程は、作動期間の各過程と同時に経過すると目的に適っており、従って、作動期間では、連続して作動される、最初の重み付けベクトルの値を利用することができる。
【００１７】
加入者局と基地局との間の通話コネクションが確立している間、重み付けベクトルは極めてゆっくりとしか変化せず、又は、全く変化しないということ、及び、基地局で、短い時間間隔で重み付けベクトルの重みが切り換えられたり、又は、重みが交番して変化したりして、ファーストフェージングが生じることを考慮して、初期化期間内に基地局に伝送される、重み付けベクトルの成分についての情報は、長時間フィードバック情報と言うこともあり、作動期間中に伝送される、重み付けベクトルの成分（コンポーネント）についての情報は、短時間フィードバック情報と言うこともある。
【００１８】
初期化期間前に最初回に実行される方法の時間的に早期の段階では、厳密に言うと、作動期間は経過せず、従って、端末と基地局との間でデータは未だ交換されない。この状況では、とりあえず、作動期間は先ず、最初の重み付けベクトルの任意に設定された値に基づいて実行される。
【００１９】
簡単化のために、所定の重み付けベクトルとして、殊に値１の非振動成分は度外視して、値０の成分しか有していないベクトルであるとする。
【００２０】
本発明では、最初の重み付けベクトルが、下りリンク伝送の測定を用いて求められる。この手段は、殊に、上りリンク及び下りリンク用に異なる周波数を用いる無線通信システムで、目的に適っている。つまり、そのような無線通信システムでは、種々異なった周波数で高速で生じる信号劣化・減少・消失（ファーストフェージング）が補償されないからである。更に、本発明の方法のステップは、初期化期間中、最初の重み付けベクトルを求めるためにも、作動期間中、アクチュアルな重み付けベクトルを新規に決めるためにも実行され、従って、加入者局でのみ実行される。従って、方法コストが倍になるのが回避され、方法ステップを実行するための回路成分も、１回だけ加入者局に設ければよい。
【００２１】
その際、初期化期間中、加入者局で求められた最初の重み付けベクトルを基地局に伝送し、作動期間中、基地局により、求められた最初の各重み付けベクトルの中で、優越重み付けベクトルを選択し、選択された優越重み付けベクトルの指示子(Bezeichnung)を基地局に伝送するようにしてアクチュアルな重み付けベクトルが新規に決められる。この伝送は、加入者局の各個別タイムスロット内で行う必要はないので、タイムスロットに一時的に固有のチャネルを配属するか、又は、個別タイムスロット内で、有効データ、例えば、通話を加入者から基地局に伝送するのが遮断され、又は、制限されて、重み付けベクトルの伝送用の伝送帯域幅を形成することができる。この重み付けベクトルは、タイムスロットにつき１ビットの伝送帯域幅を持った従来技術の方法で可能であるよりも著しく高い分解能で、伝送することができる。
【００２２】
択一的に、重み付けベクトルは、指示子を付けて時間多重で伝送されるようにしてもよい。その際、有利には、重み付けベクトルの指示子が伝送される際のタイムスロットの個数と、重み付けベクトルの各成分の新規乃至変化した値についての情報が伝送される際のタイムスロットの個数の比が、加入者局の速度、つまり、運動速度乃至移動速度に依存してダイナミックに決められる。つまり、例えば、移動していない加入者局の場合、個別伝搬経路の伝送の質にフェージングは影響を及ぼさないか、又は、僅かしか影響を及ぼさず、又は、極端に高速で移動している加入者局の場合、ビームフォーミングを迅速に正確に追従制御することはできない。従って、そのような場合、主として専ら、固有ベクトルの成分についての情報が伝送され、低い速度では、主として指示子が伝送される。
【００２３】
重み付けベクトルは、基地局のアンテナ装置の各々の各放射方向に相応している。ファーストフェージングによって、そのように配向された伝搬経路での伝送が短時間損なわれることがあり、つまり、下りリンク信号を放射する必要がある伝搬経路の各方向は、加入者局に良好に達するようにするのに、移動加入者局の場合でも、例えば、秒〜分の時間尺度で、極めてゆっくりとしか変わらない。そのために、各時点で必ずしも全ての重み付けベクトルが、良好な質で伝送できるとは限らない場合でも、基地局に伝送される重み付けベクトルは、ビームフォーミングのために相応の長さの時間期間以上必要とする。所定の時点で使用される重み付けベクトルの伝送の質がよくない場合、基地局は、短時間、十分な伝送乃至出来る限り最良に伝送することができる他の重み付けベクトルに切換える。この重み付けベクトルは、ここでは優越重み付けベクトルと呼ばれる。この重み付けベクトルの個別係数は、既に基地局に分かっているので、作動期間中、この個別係数は何回も個別に伝送される必要はなく、つまり、指示子を１つだけ伝送すれば十分であり、この指示子により、基地局は、加入者局によって所望される優越重み付けベクトルを、基地局に記憶されているものから選択して、伝送のために用いることができるようになる。そのような指示子の伝送のために必要な情報量は、初期化期間中、重み付けベクトルの係数が、どの程度の分解能で伝送されるのかとは完全に無関係であり、この情報量は、各ベクトルの係数の個数とも無関係であり、即ち、基地局のアンテナ装置のアンテナ素子の個数とも無関係である。この情報量は、単に、基地局に伝送される重み付けベクトルの個数と共に対数状に増大する。このようにして、加入者局の作動期間中、指示子の伝送用の最小所要帯域幅で、高い精度でビームフォーミングを行うことができる。
【００２４】
本発明では、初期化期間中、受信された下りリンク信号の第１の空間共分散行列が形成され、この第１の共分散行列の固有ベクトルが求められ、重み付けベクトルとして基地局に伝送される。
【００２５】
この第１の共分散行列は、加入者局によって受信された下りリンク信号全体に対して統一的に形成することができる。加入者局によって受信された下りリンク信号に対する個別寄与は、しかし、経過した経路によってのみならず、この経路に必要な所要時間によっても区別されるので、下りリンク信号の各タップに対して、第１の共分散行列が個別に形成されるようにすると、一層有益である。
【００２６】
有利には、第１の単数乃至複数の共分散行列の各固有ベクトル全体から、最大固有値を有しているが、最小減衰の伝搬経路に相応する固有ベクトルが求められる。
【００２７】
個別伝送経路の質について解明する際に有益な情報を得るために、更に、第１の各共分散行列を、下りリンク信号の多数の各タイムスロットに亘って平均化すると、目的に適っている。
【００２８】
作動期間中、その都度一時的に最も適切な重み付けベクトルを求めるために、有利には、第２の空間共分散行列を形成し、優越重み付けベクトルとして、求められた固有ベクトルの中から、第２の共分散行列の最大固有値を有する固有ベクトルが選択される。この第２の空間的共分散行列は、例えば、加入者局に割り当てられた各タイムスロットに対して新規に形成される。
【００２９】
共分散行列の形成時に、個別アンテナ素子の寄与を区別するために、各アンテナ素子から周期的に、加入者局が知っていて他のアンテナ素子のトレーニング系列に対して直交しているトレーニング系列を放射し、重み付けベクトルを、加入者局によって受信されたトレーニング系列を用いて求めるようにすると、目的に適っている。
【００３０】
特別な実施例によると、求められる重み付けベクトルの個数を２つにするとよい。この場合には、その都度優越重み付けベクトルの指示子用に作動期間中に１ビットあれば十分であり、このビットが、加入者局の各々に割り当てられたタイムスロット内で伝送される。
【００３１】
比較的多数の、有利には、２の累乗個数の重み付けベクトルを求めてもよい。その際、この場合には、ｎビットが、優越重み付けベクトルの算定のために必要である。この指示子の伝送は、複数のタイムスロットに分割して行うことができる。つまり、各タイムスロット内で、ａビットが伝送のために利用される場合、ｎ／ａ個のタイムスロットが必要であり、指示子によって特定される重み付けベクトルは、指示子の完全な伝送に直ぐ続くｎ／ａ個のタイムスロット内で使用される。
【００３２】
第２の有利な実施例では、第２の重み付けベクトルが、上りリンク伝送の測定を用いて求められる。このやり方の利点は、加入者局から基地局へ、最初の重み付けベクトルの係数を伝送する必要がないという点にある。従って、そのような方法は、そのような伝送が行われない既存の移動通信システムと一層良好にコンパチブルである。
【００３３】
上りリンク及び下りリンクのために種々異なる周波数が使用される移動通信システムでは、ファーストフェージングがあるが、しかし、最初の重み付けベクトルが、時間平均によって、殊に、平均化された共分散行列を用いて得られる場合、このファーストフェージングは、最初の重み付けベクトルを求めるのに障害となる作用を及ぼさない。
【００３４】
最初の重み付けベクトルが各々共分散行列の固有値であると、ここでも有利である。と言うのは、この固有値は、各々、基地局と加入者局との間で出来る限り多数の種々異なる経路で同時に交換される通信信号の個別伝搬経路に相応するからである。加入者局と基地局との間に直接伝搬経路（ＬＯＳ，Line of sight見通し経路）がある場合、つまり、基地局が、上りリンク信号の受信統計を用いて決定可能である場合、基地局が、下りリンク信号を、この伝送経路に相応する唯一の重み付けベクトルを用いて重み付けして放射するのに十分である。このようにして、基地局の送信出力は、直接伝送経路となるように配向され、質が小さい他の伝搬経路には、送信出力が供給されない。
【００３５】
直接伝送経路が得られない場合、アクチュアルな重み付けベクトルとして、最初の重み付けベクトルの線形結合を用いるとよい。これは、基地局の送信出力を、線形結合されるアクチュアルな重み付けベクトルの個数に相応する、限定数の伝搬経路に所期のように配分することに相応している。そのような状況下で、ファーストフェージングによって伝送経路の１つが短時間なくなった場合、線形結合の他の重み付けベクトルの少なくとも１つが、有用な質の伝送経路に相応する確率が大きい。これは、特に、最初の重み付けベクトルが、共分散行列の固有ベクトルである場合に該当する。つまり、この場合、弱め合い干渉の確率が統計的に相関しないからである。
【００３６】
そのような伝送で、固有ベクトルの線形結合を用いて、出来る限り良好な信号対雑音比を達成するために、最初の重み付けベクトルの固有値が大きければ大きい程、最初の重み付けベクトルに対して線形結合の係数が大きく選定される。
【００３７】
下りリンク信号の遅延が２つの伝送経路で同じである場合、加入者局は、直ぐに、この２つの伝送経路の成分が、この加入者局によって受信された信号のために相互に得られるようになる。従って、この２つの寄与は加入者局の位置で相互に逆相であり、相互に逆方向に干渉し合う。そのような、相互に逆方向の干渉は、高い信頼度で回避することができる。つまり、基地局で、加入者局に対して特定された有効データ列から、複数の下りリンク信号を形成して、この下りリンク信号が各々異なった空間−時間−ブロック符号を有しており、この下りリンク信号の各々が、他のアクチュアルな重み付けベクトルで重み付けされて放射されるようにするのである。このようにして、各伝搬経路に、特徴的な空間−時間ブロック符号が配属され、この空間−時間ブロック符号により、どんな場合でも、種々の伝送経路の寄与を区別することができるようになる。
【００３８】
基地局が下りリンク信号を重み付けしてアンテナ素子に送出するアクチュアルな重み付けベクトルは、求められた最初の重み付けベクトルの１つと同一である必要は必ずしもなく、つまり、複数の最初の重み付けベクトルを線形結合することができる。そのような方法では、ビームフォーミングは、加入者局から基地局に伝送された短時間フィードバック情報を用いて、例えば、加入者局が基地局に、使用されるべき固有ベクトルの指示子の代わりに、線形結合の重み付け係数についての情報を伝送するようにして行うことができる。この情報は、値についての指示及び殊に重み付け係数の位相についての指示を含むことができる。これにより、基地局は２つ又は複数の最初の重み付けベクトルを位相に従って、及び、場合によっては、振幅に従って、加入者装置でＳＮＲ（信号対雑音比）が最大になるようにコーディングすることができる。
【００３９】
加入者局によって求められた重み付けベクトルは、基地局に伝送され、その際、その都度、この重み付けベクトルの各個別成分の各値が順次連続して基地局に伝送される。このために必要なデータ量、従って、伝送期間は、重み付けベクトルが求められて伝送される分解能に依存している。そのような成分毎に伝送するのは、加入者局と基地局とのコネクションの早期期間中、加入者局によって求められたベクトルを最初回に伝送する必要がある場合に目的に適っている。
【００４０】
基地局が１セットの重み付けベクトルを利用して、初期化期間を繰り返して、最初の重み付けベクトルの実際値を求めることができる（有意義に周期的に繰り返しているものとする）場合、長時間フィードバック情報を伝送する際に伝送帯域幅をかなりの程度節約することができ、その際、実際に求められた最初の重み付けベクトルの成分の値の代わりに、その都度、このベクトルの先行値に対する各成分の変化分だけが、加入者局から基地局に伝送され、基地局で、先行の初期化期間中に求められた値に付加される。このようにして、基地局で再度形成された最初の重み付けベクトルの実際値は、伝送ビット数に相応する分解能よりも著しく高い分解能を有することができる。
【００４１】
所定の場合に、最初の重み付けベクトルの各成分に対して、アクチュアルな初期化期間中に求められた値と、先行の初期化期間中に求められた値との差の符号が形成される点に差形成を限定することができ、この符号は基地局に伝送されて、基地局に記憶された最初の重み付けベクトルの各成分を、伝送された符号に相応して１単位だけ増分乃至減分する。
【００４２】
その際、最初の重み付けベクトルの複素値成分が、加入者局及び基地局内部でデカルト座標表示又は極座標表示で扱われているかどうかは重要ではない。極座標表示での２つの複素値の差が、一般的に、値成分及び位相成分の差によって形成された対の数に相応しないにも拘わらず、ここで考察している用途では、基地局での重み付けベクトルは、この対の数を伝送することによっても、極座標表示された基地局での重み付けベクトルに対して成分毎に付加することによってもアクチュエートすることができる。
【００４３】
以下、本発明について図示の実施例を用いて詳細に説明する。
【００４４】
その際、
図１は、移動通信網のブロック接続図、
図２は、基地局のブロック接続図、
図３は、加入者局のブロック接続図、
図４は、第１の実施例による、この方法の流れ図、
図５は、第２の実施例による、この方法の流れ図、
図６Ａ，Ｂ及びＣは、短時間及び長時間フィードバック情報の伝送用の多重フォーマット、
図７は、基地局の送／受信装置の一部分のブロック接続図、
図８Ａ，Ｂは、重み付けベクトルの成分についての情報を基地局にフィードバックするための２つの異なった方法のための、基地局での重み付けベクトルの成分の時間特性図である。
【００４５】
図１は、本発明の方法を用いることができる無線通信システムの構造を示す。この無線通信システムは、相互にネットワーク接続されていて、乃至、固定網ＰＳＴＮに対するアクセス部を構成する多数の移動通信交換機ＭＳＣからなっている。更に、この移動通信交換機ＭＳＣは、各々少なくとも１つの基地局コントローラＢＳＣと接続されている。各基地局コントローラＢＳＣにより、少なくとも１つの基地局ＢＳに接続することができる。そのような基地局ＢＳは、通信インターフェースを介して加入者局ＭＳへの通信コネクションを構築する。このために、各基地局ＢＳの少なくとも個別基地局に、複数のアンテナ素子（Ａ_１−Ａ_Ｍ）を有するアンテナ装置ＡＥが装置構成されている。
【００４６】
図１には、有効情報の伝送用の例として示したコネクションＶ１，Ｖ２，Ｖｋと、加入者局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳｋ，ＭＳｎと基地局ＢＳとの間の信号化情報とが示されている。オペレーション及び管理センタＯＭＣにより、移動通信網乃至その一部分用のコントロール及び管理機能が構成される。この構造の機能は、他の通信システムに転用可能であり、その際、本発明を使用可能であり、殊に、ワイヤレス加入者端子を有する加入者アクセス網用に使用することができる。
【００４７】
図２には、基地局ＢＳの構造が略示されている。信号発生装置ＳＡは、加入者局ＭＳｋ用に特定された送信信号を通信ブロック内でまとめて、１つの周波数チャネルＴＣＨに配属させる。送／受信装置ＴＸ／ＲＸは、送信信号ｓ_ｋ（ｔ）を信号化装置ＳＡから受信する。送／受信装置ＴＸ／ＲＸは、ビームフォーミング網を有しており、このビームフォーミング網内で、加入者局ＭＳｋ用の送信信号ｓ_ｋ（ｔ）が、他の加入者局用に特定された送信信号ｓ_１（ｔ），ｓ_２（ｔ），．．．と結合され、この送信信号には、同じ送信周波数が配属される。ビームフォーミング網は、各加入者信号及び各アンテナ素子に対して１つの乗算器Ｍを有しており、この乗算器は、送信信号ｓ_ｋ（ｔ）を、受信加入者局ＭＳｋに配属された重み付けベクトルｗ^（ｋ）の成分ｗ_ｍ ^（ｋ）で乗算する。各々１つのアンテナ素子Ａ_ｍ，ｍ＝１，．．．，Ｍに配属された乗算器Ｍの出力信号が、加算器ＡＤ_ｍ，ｍ＝１，２，．．．，Ｍにより加算されて、デジタルアナログ変換器ＤＡＣによりアナログ化され、送信周波数（ＨＦ）に変換され、アンテナ素子Ａ_１，．．．，Ａ_Ｍに達する前に、電力増幅器ＰＡで増幅される。前述のビームフォーミング網と同様の構造（図には示されていない）が、アンテナ素子Ａ_１，Ａ_２，．．．，Ａ_Ｍと、デジタル信号プロセッサＤＳＰとの間に配属されて、上りリンク信号の受信混合信号が個別加入者の寄与に分けられて、この信号が個別にＤＳＰに供給される。
【００４８】
メモリ装置ＳＥは、各加入者局ＭＳｋに対して１セットの重み付けベクトルｗ^{（ｋ，１）}，ｗ^{（ｋ，２）}，．．．，を有しており、この中から、乗算器Ｍによって使用される重み付けベクトルｗ^（ｋ）が選択される。
【００４９】
図３には、本発明の方法の第１の実施例を実行するための加入者局ＭＳｋの構成が略示されている。加入者局ＭＳｋは、１つのアンテナＡを有しており、このアンテナは、基地局ＢＳから送信された下りリンク信号を受信する。ベースバンドに変換された、アンテナＡの受信信号は、所謂ＲａｋｅサーチャーＲＳに供給され、このＲａｋｅサーチャーＲＳは、種々異なる伝搬経路でアンテナＡに達した下りリンク信号の各寄与の伝搬時間差を測定するために使われる。受信信号は、更にＲａｋｅ増幅器ＲＡに供給され、このＲａｋｅ増幅器ＲＡは、多数のＲａｋｅフィンガを有しており、このＲａｋｅフィンガのうち、３つがフィンガ状に図示されており、この各フィンガは、各々１つの遅延部材ＤＥＬとデスプレッダ−デスクランブラ(despreader-descrambler)ＥＥを有している。遅延部材ＤＥＬは、受信信号を各々、ＲａｋｅサーチャーＲＳから供給された遅延値τ_１，τ_２，τ_３，．．．だけ遅延する。デスプレッダ−デスクランブラＥＥは、その各出力側に各々、評価された各シンボル列を供給し、その際、個別デスクランブラの評価の結果は、下りリンク信号の種々異なる相位置に基づいて、デスクランブリング−スプレッドコードとなるように、Ｒａｋｅ増幅器の個別フィンガにおいて種々異なるようにすることができる。
【００５０】
デスプレッダ−デスクランブラＥＥから供給されたシンボル列内に、トレーニング系列の評価結果も含まれており、この評価結果は、基地局の各アンテナ素子に対して特性的(characteristic)乃至概直交的(quasi-orthogonal)なものである。信号プロセッサＳＰは、このトレーニング系列の評価の結果と、加入者局が分かっている、トレーニング系列内に含まれているアクチュアルなシンボルとを比較するのに使われる。この比較を用いて、基地局ＢＳと加入者局ＭＳｋとの間の伝送チャネルのパルス応答を各個別フィンガ又はタップ用に求めることができる。デスプレッダ−デスクランブラＥＥの各出力側に、最大比合成部つまりマキシマム・レシオ・コンバイナ(Maximum Ratio Combiner)ＭＲＣも接続され、この最大比合成部は、個別評価シンボル列をまとめて、最大可能な信号対雑音比の組み合わせシンボル列を形成し、このシンボル列を音声信号処理ユニットＳＳＶに供給する。このユニットＳＳＶの作動形式（受信されたシンボル列を、ユーザにとって聴取可能な信号に変換するか、乃至、受信音声を送信シンボル列に変換する）は、十分に公知であり、ここで説明する必要はない。
【００５１】
信号プロセッサＳＰは、各タップに対して個別に、各アンテナ素子ＡＥ_１，．．．，ＡＥ_Ｍのパルス応答を求め、引用したドイツ連邦共和国特許公開第１９８０３１８８号公報から公知のやり方で、このパルス応答を空間的共分散行列Ｒ_ｘｘに結合する。この空間的共分散行列は、計算ユニットＲＥに供給され、この計算ユニットの作動形式について、図４の流れ図を用いて説明する。
【００５２】

【００５３】

【００５４】
求められる固有ベクトルｗ^{（ｋ，１）}，ｗ^{（ｋ，２）}，．．．の係数は、音声処理ユニットＳＳＶからの有効データ流と組み合わされ、アンテナＡを介して基地局に伝送される（ステップ４）。この係数を、基地局は、そのメモリユニットＳＥ内にビーム整形網の乗算器Ｍ用の係数として使用するために記憶する。
【００５５】
計算ユニットＲＥが作動期間に移行し、この作動期間内で、共分散行列Ｒ_ｘｘが、各々加入者局の個別時間スリットで、信号プロセッサＳＰから受信され（ステップ５）、メモリユニット内に記憶された、基地局に伝送される固有ベクトルの各々で乗算されて、このベクトルの固有値を当該の共分散行列用に求める（ステップ６）。比較的大きな固有値を有する固有ベクトルの数が、ステップ７で、コントロールユニットＫＥを介して基地局に伝送される。この固有ベクトルは、優越固有ベクトルと呼ばれる。つまり、この優越固有ベクトルにより、受信信号に対して、最強且つ一般的に最良に寄与するからである。メモリ素子ＳＥ内に、求められた固有ベクトルが２つしか記憶されておらず、且つ、基地局に伝送された場合、各々比較的大きな固有値の固有ベクトルを指示するのに１ビットで十分である。従って、タイムスロット毎に１ビットが、受信特性を基地局に返送するのに利用される場合、基地局によりビームフォーミングのために使用されるベクトルが、各タイムスロット内でアクチュエートされて、それに続くタイムスロット内でビームフォーミングのために利用される。
【００５６】
４つの固有値が基地局に伝送された場合、その都度優越固有ベクトルの指示のために２ビットが必要である。タイムスロット当たり１ビットが、受信特性の返送のために利用される場合、従って、これらの優越ベクトルの指示子を全て完全に伝送するためには、２つのタイムスロットが必要である。従って、この指示子の伝送に続く２つのタイムスロットが、ビームフォーミングのために利用される。つまり、この２つのスロットの経過中、続いて利用される指示子が伝送される。
【００５７】
作動期間のステップは、多数回周期的に繰り返され、その後、初期化期間が新規に実行されて、固有ベクトルの係数がアクチュエートされる必要がある。
【００５８】

【００５９】

【００６０】

【００６１】
伝送コネクションの、この早期期間中、平均固有ベクトルの代わりに、予め決められた最初の重み付けベクトルを下りリンク信号の重み付けのために使用することができる。この、予め決められた最初の重み付けベクトルの数は、事後に求められる固有ベクトルの数に等しく、基地局のアンテナ素子の数よりも多くない。予め決められる最初の重み付けベクトルは、正規直交系を形成し、殊に、形式（１，０，０，．．．）（０，１，０，．．．），（０，０，１，０，．．．）のセットにするとよい。予め決められる重み付けベクトルの、そのような数は、予め決められる各重み付けベクトルが、単一のアンテナ素子に下りリンク信号が供給されたことに相応することを意味する。従って、基地局に重み付けベクトルの指示子を伝送することによって、加入者局は、複数アンテナ素子のどれが、当該加入者局用に特定されたダウンリンク信号の放射のために使用されたか特定することができる。
【００６２】
求められて基地局に伝送される固有ベクトルの数が２である場合、これらの各固有ベクトルのどちらが基地局によって送信に使われるのか特定するのに、加入者局から基地局に単一ビットを伝送しさえすれば十分である。このビットは、このビットの値に応じて（０，１）か又は（１，０）のどちらかである、２つの固有ベクトルの線形結合の係数についての指示データであると理解してもよい。しかし、基地局が連続して両重み付けベクトルで重み付けされた下りリンク信号を放射し、２つの重み付けベクトルの相対的な位相位置を、加入者局によって伝送される短時間フィードバック情報を用いて調整するようにしてもよい。当然、加入者局から伝送される線形結合係数及び／又は位相情報が、各々１以上のビットを含むようにしてもよく、その結果、係数又は位相ずれの中間値も調整することができ、場合によっては、複数タイムスロットに分割して伝送してもよい。
【００６３】
この方法は、２以上の固有ベクトルに一般化することが直ぐにでき、つまり、この場合、個別固有ベクトルの値及び／又は位相についての短時間フィードバック情報を所定の列順序で伝送することができ、それにより、基地局が、振幅及び／又は位相値を固有ベクトルに対応付けることができ、又は、上述の２つのコンセプトを組み合わせてもよく、その際、その都度、固有ベクトルの指示子を値及び／又は位相情報と関連付けて基地局に伝送することができる。
【００６４】
個別固有ベクトルの係数を示す長時間フィードバック情報は、固有のシグナリングチャネルを介して基地局に伝送することができる。既存のノルムを用いるとコンパチブルを一層良くすることができるので有利であるが、短時間フィードバック情報を時間多重で、ペイロードデータパケット内で伝送される。
【００６５】
図６Ａ，Ｂ及びＣは、ＷＣＤＭＡ（広帯域ＣＤＭＡ）システムのフレーム内での短時間及び長時間フィードバック情報の多重伝送用の種々のフォーマットを示す。ＷＣＤＭＡ標準では、各伝送フレームは、１５のタイムスロットを有している。図６Ａの多重フォーマットでは、そのようなフレームのタイムスロットの、その都度１４個で、短時間フィードバック情報、即ち、使用される固有ベクトルの指示子、又は、個別固有ベクトルに相応する下りリンク信号の相対振幅及び位相の伝送に利用されるフィードバックビットが伝送される。１５番目のフレーム内では、長時間フィードバックビットが伝送され、この長時間フィードバックビットは、加入者局によって求められた固有ベクトルの成分についての情報を含む。このフォーマットで単一固有ベクトルの成分を伝送するのに多数のフレームを必要とするが、この時間内に多数回、固有ベクトルの指示子を伝送することができる。そのようなフォーマットは、ファーストフェージングの作用を受けているが、この加入者局の固有ベクトルは極めて緩慢にしか変化しない、適度の速度で移動している加入者局とのコネクションを持続して作動するのに適している。
【００６６】
図６Ｂは、短時間フィードバック情報が伝送される各々４つのタイムスロットが、長時間フィードバック情報用のタイムスロットで交番される第２の多重フォーマットを示す。このフォーマットは、加入者局が速く移動して、固有ベクトルが比較的頻繁にアクチュエートされる場合に適しているが、１セットの固有ベクトルを最初回に算出した後、この固有ベクトルを出来る限り速やかに基地局に伝送するのに所望なコネクションの開始期間でも目的に適っている。択一的に、短時間フィードバック情報が伝送される、各々２つのタイムスロットに、長時間フィードバック情報用のタイムスロットが続くようなタイムスロットを用いてもよい。両フォーマットとも、短時間フィードバック情報用乃至長時間フィードバック情報用の各タイムスロットの他の計数比に較べて、５乃至３ビットの、このフォーマットの周期が正確に時間フレームに適合するという利点を有している。
【００６７】
更に、上述のフォーマットは、短時間フィードバック情報の偶数ビットを各ＷＣＤＭＡフレーム内で伝送するという利点を有している。求められて基地局に伝送される固有ベクトルの数が２であって、つまり、固有ベクトルの指示子は１ビットしかない場合、このことは何ら作用を及ぼさない。しかし、各々４つの固有ベクトルが基地局に伝送されて、その選択のために加入者局から基地局に伝送される指示子が２ビット長であるというアクチュアルな有意義な場合には、常に整数個の指示子が１フレーム内に適合され、種々のフレームで伝送されるビットを１つの指示子に統合する必要はない。
【００６８】
図６Ｃには、短時間フィードバック情報の伝送を完全に遮断するように拡張した多重フォーマットが示されている。そのようなフォーマットは、種々異なる２つの適用状況にとっては特に有意義である：
一方では、完全に移動しない加入者局用に適しており、このような加入者局は、ファーストフェージングの影響を受けず、即ち、このような加入者の共分散行列Ｒ_ｘｘはほぼ一定である。そのような加入者局では、短時間フィードバック情報は必要ない；下りリンク信号の放射のために使うことができる固有ベクトルを、出来る限り速く基地局で利用することが所望であるにすぎない。
【００６９】
第２の適用状況では、極端に高速で移動している加入者局であり、その際、個別伝送路の受信の質は、非常に速く変化していて、加入者局によって供給される短時間フィードバック情報は、基地局によって用いることができる時点では、既に最新情報ではなくなっている。従って、そのような状況では、固有ベクトルを出来る限り速くアクチュエートすることが有意義である。下りリンク信号を放射するためには、例えば、加入者局の速度がかなり速くて、ファーストフェージングによって受信が遮断されるのが、遮断を補間によって橋絡することができない程長く続かないか、又は、複数の固有ベクトルを同時に使うことができるという仮定で、常に、その都度最良の固有ベクトルを使うことができる。
【００７０】
図８Ａ及び８Ｂには、加入者局ＭＳｋから基地局ＢＳに長時間フィードバック情報を伝送するための異なった２つの方法用の、伝送基地局ＢＳによって使用される最初の重み付けベクトルの成分ｃの時間特性が示されている。その際、細い実線c_ｍｅｓｓは、加入者局によって測定された成分ｃの値の時間経過特性を示し、太い実線c_ｓｔｅｕは、基地局によって実際にビームフォーミングのために使用される成分cの値の特性を示す。成分cは、最初の重み付けベクトルの実値成分、複素値成分の実部又は虚部、又は、値成分又は角度成分にすることができる。
【００７１】
短時間フィードバック情報と共に時間多重で伝送する際に、成分ｃの値を伝送するのに極めて限定された帯域幅しかないので、基地局ＢＳは、加入者局ＭＳｋによって求められた値に、その都度、振動なしに遅延してしか追従できず、つまり、この遅延は、複数タイムスロットにすることができ、特に、伝送される長時間フィードバック情報の分解能によって特定される。この遅延は、何れにせよ図８Ａ及び８Ｂでは図示されていないので、２つの方法の比較を不必要に複雑にしないで済む。
【００７２】
例として、成分cは、４ビットの分解能で測定されて処理されるものとする。
【００７３】
図８Ａの場合、成分ｃは、時点ｔ＝０で値３から開始する。基地局がその都度cのアクチュアルな値を測定する初期化期間は、規則的な時間間隔で時点ｔ＝１，２，．．．で生起する。時点ｔ＝１では、c_ｍｅｓｓは値７となる。加入者局は、２つの測定値間の差＋４を基地局に伝送し、それに続いて、基地局は、c_ｓｔｅｕ=7に設定する。この差を伝送するのに３ビットが使われ、この３ビットは、値−３，−２，−１，０，１，−．．．，４を表示することができる。４ビットの１つが節約される。cの２回の測定間の時間間隔が短く、それに応じて、伝送すべき差が小さく、その伝送のために必要なビット数が小さい場合に、この節約は一層はっきりと分かる。２つの測定間の時間間隔の程度により、cの完全な数値を伝送するのに較べて、本発明が使用される無線通信網の局所的な条件に依存して、伝送帯域幅を可能な限り大きく節約することができるようになり、つまり、無線通信網を場合によってはダイナミックに、例えば、図６Ａ〜６Ｃを用いて説明した種々異なる多重フォーマット間で切り換えることによって決めることができる。
【００７４】
時点ｔ＝２で、＋３の差が伝送されて、c_ｓｔｅｕ=10が設定される。t=3では、c_ｍｅｓｓは、実際上変わらないままであり、差０が伝送される；c_ｓｔｅｕも変わらないままである。t=6,7,8の場合でも、その都度、差０が伝送される。
【００７５】
図８Ｂに示された方法では、加入者局が各初期化期間中ｃ（ｃ_ｍｅｓｓ）の実際値を測定し、この実際値を、先行初期化期間中求められて、記憶された値と比較する。時点ｔ＝０では、cは、およそ値5.4である。加入者局は、それに対して量子化された値５を記憶する。時点ｔ＝１では、加入者局は、ｃ_ｍｅｓｓ≒5.5を測定する。この値は、記憶された値よりも大きい；そのために、加入者局は、記憶された値を１だけ増分して、差＋１を基地局に伝送し、基地局は、それに続いて、基地局によって使用される、成分cの値c_ｓｔｅｕを同様に１だけ高める。
【００７６】
時点t=2では、ｃ_ｍｅｓｓは、約5.4である；加入者局に記憶された値と比較され、この値は６であり、低減される。その結果、加入者局はcの記憶値を減分して、−１を基地局に伝送し、c_ｓｔｅｕが同様に減分される。従って、加入者局に記憶された値及びc_ｓｔｅｕは、常に等しい。
【００７７】
時点t=3では、ｃ_ｍｅｓｓは5.2に低下する。記憶されている値は5であるので、増加したと検出され、c_ｓｔｅｕは、6に増分する。
【００７８】
この第２の方法では、ｃ_ｍｅｓｓが大して変化しない場合、c_ｓｔｅｕは常にｃ_ｍｅｓｓだけ振動する。この方法の利点は、各初期化期間内に、c_ｓｔｅｕの変化の伝送のために１ビットしか必要とせず、その値は、決められた変化の符号に応じて０又は１である。それとは異なり、０の変化も伝送することができる第１の方法では、c_ｓｔｅｕの増加、等しいまま、又は、減少を伝送するのに、少なくとも２ビットが必要である。
【００７９】
t=6からｃ_ｍｅｓｓが急速に大きくなり始め、t=7でほぼ値８に達する。同じ時点で、c_ｓｔｅｕは、値６にしか増分することができず、つまり、２つの値の間に明らかに偏差があることになる。ｃ_ｍｅｓｓが急速に変化する際、ｃ_ｍｅｓｓ及びc_ｓｔｅｕが相互にドリフトするのを相互に逆方向に作用するようにするために、加入者局が２つの値の差を監視し、所定限界値を超過した場合に、２つの初期化期間の時間間隔を短縮することができる。これは、図８Ｂの例では、時点t=7に続く場合である。c_ｓｔｅｕは、短い時間間隔で、時点７_５で、c_ｓｔｅｕがｃ_ｍｅｓｓを繰り返す迄増分される。
【００８０】
時点t=７_６=８でのc_ｓｔｅｕによる減分から、加入者局は、ｃ_ｍｅｓｓの急速な上昇期間が過ぎ去ったものと推定し、２つの初期化期間の時間間隔を元の値に高める。
【００８１】
本発明の方法の第２の実施例について、図５を用いて説明する。この実施例では、最初の重み付けベクトルが、加入者局ＭＳｋから基地局ＢＳへの上りリンク伝送の測定によって求められる。基地局ＢＳは、このために、図３で加入者局に関して説明したレイク（Ｒａｋｅ）サーチャーＲＳ、レイク（Ｒａｋｅ）増幅器ＲＡ、信号プロセッサＳＰ、計算ユニットＲＥ、メモリ素子ＳＥ等と同様の成分で構成されている。
【００８２】
この方法のステップ１で、計算ユニットＲＥは、上りリンク信号の各個別タップ用に平均共分散行列を形成し、そのようにして得られた共分散行列の固有ベクトルと固有値とが求められる。この固有値は、各々１つの伝送経路に相応し、上りリンク信号の、個別アンテナ素子への相応の寄与の相対的な位相位置についての情報を有しており、従って、この寄与が受け取られる方向についての情報を有している。考察している無線通信システムでの上りリンクと下りリンクとの各周波数が等しい場合、固有ベクトル内に含まれている位相情報が、直接、下りリンク信号の重み付けに利用される。上りリンクと下りリンクとの各周波数が異なる場合、固有ベクトル内に含まれている位相情報を、上りリンク周波数に基づいて相応の方向に換算して、この方向を下りリンク周波数を用いて再度位相情報に換算する必要があり、それにより、下りリンクでのビームフォーミングのために適切な固有ベクトルを得ることができる。
【００８３】
ステップ２の分析は、固有ベクトルの固有値を決めることも含んでいる。固有値の値は、各個別伝送経路の質の尺度であり、即ち、事後に用いるために、所定数の、例えば、２つ又は４つの固有ベクトルが選択され、ステップ３で、見つけられた固有ベクトルの中で、最大値の固有値を有するものが記憶される。
【００８４】
続く作動期間中、計算ユニットは、周期的に共分散行列を信号プロセッサから受け取り、その際、各共分散行列は、各々上りリンク信号の個別タップに関連付けられる。メモリユニットＳＥ内に記憶された固有ベクトルは、各々１つの所定のタップに相応している。計算ユニットは、ステップ６で、記憶された各固有ベクトルに対して、そのアクチュアルな固有値を、ステップ５で供給された、固有ベクトルと同じタップに相応する共分散行列と乗算する際に特定する。得られた固有値は、固有ベクトルに相応する伝送経路の伝送の質の尺度を供給し、これは、作動期間中の共分散行列の形成速度に相応する時間分解能で示される。この期間中、共分散行列は、信号プロセッサによって、その都度加入者局に割り当てられた各タイムスロットで実際に形成され、従って、固有値は、ファーストフェージングを考慮した、伝送経路の伝送の質の尺度である。
【００８５】
この方法の簡単な第１の変形実施例では、ステップ８が続いており、このステップ８で、アクチュアルな重み付けベクトルｗ^（ｋ）が算出され、その際、記憶された固有ベクトルｗ^{（ｋ，１）}，ｗ^{（ｋ，２）}，．．．の線形結合が形成され、その際、固有ベクトルｗ^{（ｋ，１）}，ｗ^{（ｋ，２）}，．．．の各々は、線形結合の際に、ステップ６で得られた、固有ベクトルの固有値又は固有ベクトルの値で乗算される。線形結合の正規化が可能である。線形結合の形成時の、この重み付けによって、短時間、最良な伝送特性を有しているような伝送経路が、基地局から放射された下りリンク信号にとって優勢であるようにすることができる。アクチュアルな重み付けベクトルｗ^（ｋ）に含まれる他の固有ベクトルは、最高に重み付けされた伝送経路が、あるタイムスロットから直ぐ次のタイムスロットで欠落した場合でも、有用な信号が加入者局に到来するようにするのに役立つ。
【００８６】
基地局と加入者局との間の伝送経路の１つが直接コネクションである場合、このことが基地局にとって検出可能であるのは、受信された上りリンク信号での相応の寄与により、位相変動が比較的小さい点と、減衰も大抵僅かである点においてである。そのような直接的な伝送経路がある場合、配属された固有ベクトルが直接、アクチュアルな重み付けベクトルｗ^（ｋ）として使用され、つまり、他の全ての固有ベクトルが、係数０で線形結合の形成に含まれる。
【００８７】
図４乃至５を用いて説明した方法の実施例の別の変形実施例では、基地局に、複数のアンテナ素子を有するアンテナ装置が設けられており、このアンテナ装置は、を用いて放射するように構成されている。そのような符号は、例えば、Tarokh他の、Space-Time Block Codes from Orthogonal Designs, IEEE Trans. on Information Theory, Bd. 45 Nr. 5, 1999年 7月から公知である。そのような基地局の送／受信装置Ｔｘ／Ｒｘの一部分が図７に示されている。この送／受信装置では、加入者局ＭＳｋ用に特定された複素値(complex-value)シンボル列が２つのブランチに分割され、その内の一方が、空間−時間ブロックエンコーダーＳＴＢＥを有しており、ここでは、シンボル列ｓ_ｋ（ｔ）の順次連続する２つのシンボルの列順序が入れ替えられ、共役にされ、シンボルの極性が反転されている。このようにして得られた、同じ情報内容の２つの種々異なるシンボル列は、ビームフォーミング網（構造が図２に記載された構造と同様であって、そのために、ここでは更に詳しく説明しない）内で、固有ベクトルｗ^{（ｋ，１）}，ｗ^{（ｋ，２）}，．．．ｗ^{（ｋ，ａ）}＝（ｗ_１ ^{（ｋ，ａ）}，ｗ_２ ^{（ｋ，ａ）}，．．．，ｗ_Ｍ ^{（ｋ，ａ）}）のセットからの２つの種々異なった固有ベクトルｗ^{（ｋ，ａ）}，ｗ^{（ｋ，ｂ）}で重み付けされ、付加的に重畳されて、従って、放射される。個別アンテナ素子Ａ_１，．．．Ａ_Ｍは、これとは異なった空間−時間ブロック符号化を有する各信号の混合を放射するように構成してもよく、つまり、符号化は、個別アンテナ素子にとって特有のものというわけではなく、重み付けに使われる固有ベクトルｗ^{（ｋ，ａ）}乃至ｗ^{（ｋ，ｂ）}に相応する伝搬経路ａ乃至ｂにとって特有なものである。そうすることによって、これら２つの種々異なった伝送経路ａ，ｂで、加入者局ＭＳｋに達する信号が、この信号が比較的遅延して減衰する場合でも、何ら破壊的に干渉することはないようにすることができる。
【００８８】
従って、この送受信装置を用いて構成された、方法の第２の実施例の変形実施例では、線形結合の形成のステップ８が、空間−時間ブロック符号化によって置換えられている。そうでない場合には、この方法ステップが相応するのは以下のようになる。つまり、殊に両変形実施例で、線形結合に含まれた、乃至、空間−時間ブロック符号化された信号の重み付けのために使用される、記憶された固有ベクトルの下で、作動期間の一方の周期から直ぐ次の周期で交換することができる。
【００８９】
空間−時間ブロック符号は、下りリンク信号を、各々１つの固有ベクトルに相応する３つ以上の伝送路で放射する基地局でも使用することができる。そのための第１の手段は、公知の空間−時間ブロック符号を用いて、シンボル列同士で破壊的に干渉し合わない３つ以上のシンボル列を形成することができる。有利な第２の手段は、３つ以上の伝送路が正確に同じ経過時間を有しているということは極めて稀にしか生じないということから得られる。この伝送路の経過時間が同じである場合に限って、この経路で伝送される信号の（時間ずれなしの）トレーニング系列が直交する。従って、空間−時間−ブロック−符号化は、一般的に一時的にしか、各伝送路の各々２つの場合にしか必要とされない。従って、加入者局は、この伝送路で受信される下りリンク信号の直交性を監視することによって、時間の同一性を検出し、場合によっては、短時間フィードバック情報の領域内で、基地局は、空間−時間−ブロック−符号化が用いられる、各対の固有ベクトルを指示する。
【００９０】
空間−時間−ブロック−符号の使用を、ここで紹介している重み付けベクトルとして共変数行列の固有ベクトルを用いることと組み合わせると特に有利である。固有ベクトルを分解することによって、固有ベクトルに相応する各下りリンクビームのファーストフェージング／急速な減衰を非相関化することができるので、この分解によって初めて、空間−時間ブロック符号によって理論的に可能なダイバーシティ利得を実際上完全に利用することができる。
【００９１】
ここで説明した実施例の変形実施例は、ここで説明した開示を用いて、当業者の知識の範囲内で実施可能である。殊に、固有ベクトルを上りリンク信号から求める（第２の実施例に関連して説明した変形実施例のような）ことも、基地局により求められる固有値を加入者局で求めることも可能であり、その結果、加入者局は、方法ステップ５〜７を、図４に関して、方法の第１の実施例で説明したように実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 移動通信網のブロック接続図
【図２】 基地局のブロック接続図
【図３】 加入者局のブロック接続図
【図４】 第１の実施例による、この方法の流れ図
【図５】 第２の実施例による、この方法の流れ図
【図６】 図６Ａ，Ｂ及びＣは、短時間及び長時間フィードバック情報の伝送用の多重フォーマットを示す図、
【図７】 図７は、基地局の送／受信装置の一部分のブロック接続図、
【図８】 図８Ａ，Ｂは、重み付けベクトルの成分についての情報を基地局にフィードバックするための２つの異なった方法のための、基地局での重み付けベクトルの成分の時間特性図
【符号の説明】
ＰＳＴＮ 固定網
ＭＳＣ 移動通信交換機
ＢＳＣ 基地局コントローラ
ＢＳ 基地局
ＭＳ 加入者局
ＡＥ アンテナ装置
Ｖ１，Ｖ２，Ｖｋ コネクション
ＯＭＣ オペレーション及び管理センタ
ＳＡ 信号発生装置
ＴＣＨ 周波数チャネル
ＴＸ／ＲＸ 送／受信装置
ｓ_ｋ（ｔ） 送信信号
Ｍ 乗算器
ＤＡＣ デジタルアナログ変換器
ＰＡ 電力増幅器
ＤＳＰ デジタル信号プロセッサ
ＳＥ メモリ装置

Claims (21)

1. 加入者局（ＭＳｋ，ＭＳ１〜ＭＳｎ）及び基地局（ＢＳ）を有する無線通信システム内でのビームフォーミング方法であって、前記基地局（ＢＳ）は、複数のアンテナ素子（Ａ_１〜Ａ_Ｍ）を有するアンテナ装置（ＡＥ）を有しており、該アンテナ素子は、各々アクチュアルな現在の重み付けベクトルｗ^（ｋ）の係数ｗ_ｍ ^（ｋ）で重み付けされた下りリンク信号を前記加入者局（ＭＳｋ）に放射する方法において、
   初期化期間中、加入者局（ＭＳｋ）によって、受信された下りリンク信号の共分散行列を形成し、
   前記初期化期間中、前記加入者局（ＭＳｋ）によって、最初の共分散行列の固有ベクトルを求め、
   前記初期化期間中、前記固有ベクトルを、最初の重み付けベクトルｗ^{（ｋ，ｉ）}として前記基地局（ＢＳ）に伝送し、前記重み付けベクトルｗ^{（ｋ，ｉ）}の重み付け係数を、前記基地局（ＢＳ）のアンテナ装置（ＡＥ）の各々の放射方向に相応して重み付けし、
   作動期間中、前記加入者局（ＭＳｋ）によって、前記最初の重み付けベクトルｗ^{（ｋ，ｉ）}から、できる限り最良に伝送することができるアクチュアルな優越重み付けベクトルｗ^（ｋ）を選択し、
   前記作動期間中、前記加入者局（ＭＳｋ）により、選択された前記アクチュアルな優越重み付けベクトルの指示子を前記基地局（ＢＳ）に伝送し、
   前記作動期間中、前記アクチュアルな優越重み付けベクトルｗ^（ｋ）を、前記加入者局（ＭＳｋ）用に決められた下りリンク信号のビームフォーミングのために、基地局（ＢＳ）により、後続のタイムスロット内で使用し、
   前記作動期間に対して、その都度比較的大きな時間間隔で、当該加入者局の比較的多数のタイムスロットに相応して、前記初期化期間を実行し、且つ、前記作動期間の各ステップを頻繁に、タイムスロット当たり１回実行する
   ことを特徴とするビームフォーミング方法。
2. 加入者局で、重み付けベクトルの各成分に対して、初期化期間中求められた、アクチュアルな最初の重み付けベクトルの成分値と、先行の初期化期間中求められた最初の重み付けベクトルの成分値との差を形成し、
   前記差を基地局に伝送し、
   前記基地局で、先行の初期化期間中求められた最初の重み付けベクトルの成分値を前記差に加算して、前記基地局で、前記最初の重み付けベクトルのアクチュアルな値を再度形成する請求項１記載の方法。
3. 加入者局で、重み付けベクトルの各成分に対して、アクチュアルな初期化期間中求められた最初の重み付けベクトルの成分値と、先行の初期化期間中求められた最初の重み付けベクトルの成分値との差の符号を形成し、
   前記符号を基地局に伝送し、
   前記基地局で、当該基地局に記憶されている最初の重み付けベクトルの各成分を、伝送された符号に相応して、１単位だけ増分乃至減分する請求項１記載の方法。
4. 第１の共分散行列を、下りリンク信号の各タップ用に個別に生成する請求項１記載の方法。
5. 加入者局（ＭＳｋ）によって求められる最初の固有ベクトルを、第１の単数乃至複数の共分散行列の固有ベクトルの総体のうち、最大固有値を有する固有ベクトルにする請求項１記載の方法。
6. 第１の共分散行列を、下りリンク信号の多数のタイムスロットを介して求める請求項１記載の方法。
7. 加入者局（ＭＳｋ）で、作動期間中、周期的に、第２の空間共分散行列を生成し、
   前記加入者局（ＭＳｋ）で、優越重み付けベクトルとして、求められた各固有ベクトルのうち、第２の共分散行列の、最大固有値を有する固有ベクトルを選択する請求項１から６迄の何れか１記載の方法。
8. 各アンテナ素子から周期的に、他のアンテナ素子のトレーニング系列に対して直交しているトレーニング系列を放射し、
   最初の重み付けベクトルを、加入者局により受信されたトレーニング系列を用いて求める請求項１から７迄の何れか１記載の方法。
9. 求められる最初の重み付けベクトルの個数を２つにし、
   優越重み付けベクトルの指示子を、各加入者局の各々に割り当てられたタイムスロット内で加入者局から伝送する請求項１から８迄の何れか１記載の方法。
10. 指示子の伝送に直ぐ後続するタイムスロット内で、当該指示子をビームフォーミングのために使用する請求項９記載の方法。
11. 求められる最初の重み付けベクトルの個数を２^ｎ，ｎ＝２，３，．．．にし、各タイムスロット内で伝送のためにａビットが利用される場合、優越重み付けベクトルの、ｎビットの指示子を、タイムスロット毎にａビット、ａ＝１、．．．、ｎの部分内で、各加入者局の各々に割り当てられたタイムスロット内で伝送する請求項１から１０迄の何れか１記載の方法。
12. 優越重み付けベクトルの指示子の伝送に直ぐ後続するｎ／ａのタイムスロット内で、当該指示子をビームフォーミングのために使用する請求項１１記載の方法。
13. 重み付けベクトルの指示子が伝送されるタイムスロット、又は、重み付けベクトルの成分についての情報が伝送されるタイムスロットの数の比を、加入者局の速度に依存してダイナミックに決定する請求項１記載の方法。
14. アクチュアルな重み付けベクトルを、最初の重み付けベクトルの線形結合から形成する１から１３迄の何れか１記載の方法。
15. 加入者局により、作動期間中、線形結合の係数についての情報を基地局に伝送する請求項１４記載の方法。
16. 線形結合の係数についての情報により、線形結合の位相及び／又は係数の値を得る請求項１５記載の方法。
17. 最初の重み付けベクトル用の線形結合の係数を、当該ベクトルの固有値が大きくなればなる程大きく選定する請求項１５記載の方法。
18. 加入者局（ＭＳｋ）用に特定された符号列から、複数の下りリンク信号を形成し、該下りリンク信号は、各々１つの種々異なった空間−時間ブロック符号化を有しており、所定時点で使用される重み付けベクトルの伝送の質がよくない場合、下りリンク信号の各々を、アクチュアルな、できる限り最良に伝送することができる他の重み付けベクトルで重み付けして放射する請求項１から１７迄の何れか１記載の方法。
19. 基地局と加入者局との間にＬＯＳ（見通し経路）伝送経路がある場合に、アクチュアルな重み付けベクトルを、最初の重み付けベクトルから選択する請求項１から１８迄の何れか１記載の方法。
20. 多数の最初の重み付けベクトルｗ（ｊ）の検出が終わる前に、加入者局（ＭＳｋ）を特定する下りリンク信号用に使用されるアクチュアルな重み付けベクトルｗを、直交系を形成する、予め決められた重み付けベクトルを用いて決める請求項１から１９迄の何れか１記載の方法。
21. 直交系を形成する、予め決められた重み付けベクトルを、各重み付けベクトルの、各時点毎に減衰していない十分な大きさの成分を有しているようにする請求項２０記載の方法。

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