JP5223012B2 - 無線通信用システムおよび無線通信を提供する方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間での信号送信用のシステムであって、アップリンクおよびダウンリンクに関連するビームシェーピング情報を使用して、次に続く信号の送信に適用される重みベクトルを決定するシステムに関する。

長年、セルラーの用途においてビームフォーミングが研究されているが、これまでのところ商業システムにおいてあまり使用されていない。最近、状況が変わりつつあるようであり、その一例として、中国のＴＤ−ＳＣＤＭＡでビームフォーミングが商業的に使用され始めている。さらに、ＬＴＥ標準規格化では、１つの基本構成要素としてビームフォーミングに依存しているように見える。

２つのタイプのビームフォーミング；受信部によって獲得されて送信部にフィードバックされた情報に基づく閉ループ型ビームフォーミング、および送信部のアプリオリな知識（a priori knowledge）なしに受信された信号から決定された情報に基づく非閉ループ型ビームフォーミングを区別することが一般的である。

閉ループ型ビームフォーミングでは、「最適化」を目標とする送信リンクの対象の受信器において測定が行われ、測定値／測定基準値が、戻り（return transmission）チャネルを経由して送信器にフィードバックされる。フィードバック測定値／測定基準値を、次に続く送信に使用し、測定が行われた対象の受信器に対する信号の送信を「最適化」するように計画する。処理手順には、利用されるのに好適な、アプリオリに定義されたシーケンスまたはプロトコルを伴う。閉ループ型ビームフォーミングの詳細を図１ａに関連して説明する。

例は、ＷＣＤＭＡにおける閉ループ型送信（ＴＸ）ダイバーシチおよびＬＴＥにおけるコードブックに基づくプリコーディングである（参照文献［１］“6.4 Precoding”、４層以下に対する）。

非閉ループ型ビームフォーミングでは、送信部のアプリオリな知識なく受信信号において測定を行い、測定値／測定基準値を使用して、戻りチャネルでの送信、すなわち測定ノードから、受信者としての前の送信者への送信を「最適化」する。これには、対象の受信器によって生成されたいずれの信号においても測定ノードによって測定が行われ、任意の他のノードを対象とした信号で測定を行う場合にも戻りチャネルでの送信を「最適化」し得ることを伴う。非閉ループ型ビームフォーミングの詳細を図１ｂに関連して説明する。

ＬＴＥにおける非閉ループ型ビームフォーミングは、参照文献［１］、chapter 6.10.3で説明されているように、ＵＥ特有の基準信号の導入に依っている。

Nokia Networks OYに譲受られた国際公開第０１／６９８１４Ａ１号、参照文献［３］では、使用された測定値についての上述の定義に従って、閉ループ型のアプリオリに定義されたプロトコルスイートを使用するシステムが説明されている。具体的には、利用可能なパイロット信号構造を使用する閉ループ型送信（ＴＸ）ダイバーシチ用の３ＧＰＰ ＷＣＤＭＡ標準で定義された従来技術の方法に従って説明されている。この閉ループモードは同様に、３ＧＰＰで定義された２アンテナ方法を越えて多重アンテナに拡張し得ることも説明されている。さらに、この閉ループモードフィードバックは送信チャネルの「最適化」に使用される唯一の測定値であり、追加的な測定値をそのプロセスで利用することはない。

従来技術のチャネル推定の欠点は、チャネル推定には、低レベルの受信ＳＮＲ／ＳＮＩＲでの課題があり、さらにその結果、あまり正確ではない、瞬間的に好ましい送信（ＴＸ）ダイバーシチ／プリコーディングアンテナ重みベクトルを生成し、多重アンテナモードの性能を悪化させることである。

発明の概要
本発明の目的は、従来技術の装置と比較して、通信網における２つのノード間の送信品質が改善された無線通信用のシステムを提供することにある。

この目的は、複数のアンテナポートを備える基地局（ＢＳ）などの第１のトランシーバ回路と、任意の数のアンテナポートを備えるユーザ端末（ＵＥ）などの第２のトランシーバ回路とを含むシステムによって達成される。ＢＳは、アンテナポートを経由して信号を送信することによってＵＥと通信し、かつ第１のリンク、すなわちダウンリンク（ＤＬ）における受信信号に基づく一次ビームシェーピング情報がＵＥで獲得されてＢＳに伝達される。ＵＥは、信号を送信することによってＢＳと通信し、かつ第２のリンク、すなわちアップリンク（ＵＬ）における受信信号に基づく二次ビームシェーピング情報がＢＳで決定される。ＢＳは、一次および二次ビームシェーピング情報を使用して１つ以上の重みベクトルを選択し、ＢＳからＵＥへの次に続く信号の送信に適用する。

本発明の利点は、重みベクトル選択の根拠が従来技術のシステムと比較して強まるため、システム性能が改善されることである。

別の利点は、通信システムにおける性能安定性が向上することである。

さらに別の利点は、特にセル端性能に関して、低レベルの受信ＳＮＲ／ＳＮＩＲでの性能が向上することである。

さらなる目的および利点が、当業者には詳細な説明から分かるであろう。

図面の簡単な説明
本発明を、非限定的な例として提供する以下の図面と関連して説明する。

閉ループ型ビームフォーミングを使用する従来技術の通信システムを示す。 非閉ループ型ビームフォーミングを使用する従来技術の通信システムを示す。 本発明による通信システムを示す。 本発明によるノードにおける重みベクトル選択構成のブロック図を示す。 本発明を示すフロー図を示す。 本発明による重みベクトルを選択するプロセスのフロー図を示す。

以下、送信が「相関アンテナ」で行われる場合、所望の方向を指向するナロービームが生成される。ナロービームの生成は、ビームフォーミングの従来の考え方に典型的なものである。しかし、これらの例は、「相関」アンテナとの併用に限定されるだけでなく、「無相関」アンテナにも、または相関アンテナと無相関アンテナとの組み合わせにも使用される。後者は、標準的に４つ以下のアンテナポートが支持されるＬＴＥに適用できる。無相関アンテナが２つの場合、目標はナロービームを生成することよりも、むしろ、二重偏波アンテナによって送信信号に所望の偏波を生成することである。この説明では、用語「ビームシェーピング」は、伝統的な（ナロービームの）考え方よりも一般的なタイプのビームフォーミングとして使用され、この開示では、ビームシェーピングは、所望の偏波、ビーム形状および／またはビーム方向を生成することを含む。

用語「相関」アンテナおよび「無相関」アンテナの使用は、異なる無線経路間の相関を説明する共通の方法である。例えばＵＥでの単一アンテナとＢＳでの多重アンテナとの間である。

図１ａは、チャネル推定が実施される、閉ループ型ビームフォーミングを使用する従来技術の通信システム１０を示す。チャネル推定のために、チャネル推定に使用されるパイロット／基準シンボルが必要とされ、データが同じチャネルを通る。具体的には、パイロット／基準シンボルおよびデータが同じように影響を受けることが必要である。チャネルは、アンテナ間の無線チャネルだけでなく、これらが両タイプの情報に一般的でない場合には無線チェーンも含む。一般に、データと同じビームを経由して送信される専用のパイロットが使用されて、信号が同じチャネルを通過することを確実にする。しかし、共通パイロットに基づく他の方法も存在する。例えば参照文献［２］を参照のこと。

この例において、通信システム１０は、アンテナ構造１３の複数のアンテナポートに接続された第１のトランシーバ回路１２を備える基地局（ＢＳ）１１と、アンテナ１６に接続された第２のトランシーバ回路１５を備える少なくとも１つのユーザ側の機器（ＵＥ）１４とを含む。アンテナポートは、各仮想アンテナポートが１つ以上の物理的なアンテナポートの組み合わせである仮想アンテナポートとみなし得る。第１のトランシーバ回路１２は、アンテナ構造１３のアンテナポートおよびＵＥアンテナ１６を経由してパイロット／基準信号１７を送信することによって、第２のトランシーバ回路１５と通信するように構成されている。

第２のトランシーバ回路１５は、パイロット／基準信号１７を受信してチャネルを推定し、リンク、すなわちこの例ではダウンリンク（ＤＬ）に関するチャネル状態情報（ＣＳＩ）を得るように構成されている。例えばＣＳＩの形態のＤＬに関するビームシェーピング情報は、任意の好適な、好ましくは無線の通信チャネル１８を通してＵＥからＢＳへ伝達されて、第１のトランシーバ回路１２は、第１のトランシーバ回路１２と第２のトランシーバ回路１５との間のＤＬに関するビームシェーピング情報を受信する。

受信ＣＳＩに基づく重みベクトルが、点線で印を付けた次に続く信号の送信１９に、第１のトランシーバ回路１２から、パイロット／基準信号１７が前に送信されたのと同じ無線チェーン上で適用される。

ＤＬ送信へのビームフォーミングの適用にはいくつかの理由がある。１つは、チャネルの角度の広がりを持つ伝播を活用して、マルチストリーム送信を可能にすることである。もう１つには、例えばより高次の変調によってキャパシティが増大し得るようにＳＮＲを改善することである。

しかし、無線リンクが弱くなると、ＵＥでのチャネル推定があまり正確ではなくなり、その結果、例えばＬＴＥにおける好ましいプリコーディングマトリクス（コードブックインデックス）の推定および選択があまり正確／最適ではなくなる。

図１ｂに、非閉ループ型ビームフォーミングを使用する従来技術の通信システム２０を示す。ダウンリンク（ＤＬ）送信でのユーザ機器（ＵＥ）またはアップリンク（ＵＬ）送信での基地局（ＢＳ）などの受信ユニットによって測定が行われる。システムのタイプ（ＦＤＤまたはＴＤＤ）、システム・コヒーレンシー、システムのアーキテクチャなどに依存して、異なるタイプの情報が導き出され得る。少なくともＦＤＤシステムに使用される１つの一般的な情報は、到来方向（direction on arrival）（ＤＯＡ）である。基本的な考えは、信号が受信されたのと同じ方向、または複数方向のうち最適な方向に送信する必要があることである。より高度な概念では、他のユーザへの干渉を低減するために、エネルギーが伝達されない方向などの他の情報を、重みベクトルの送信の設計に使用し得る。

この例では、通信システム２０は、アンテナ構造２３の複数のアンテナポートに接続された第１のトランシーバ回路２２を備えるＢＳ２１と、アンテナ２６に接続された第２のトランシーバ回路２５を備える少なくとも１つのユーザ側の機器（ＵＥ）２４とを含む。アンテナポートを、各仮想アンテナポートが１つ以上の物理的なアンテナポートの組み合わせである仮想アンテナポートとみなし得る。第１のトランシーバ回路２２は、アンテナ構造２３のアンテナポートを経由して、第２のトランシーバ回路２５から生じる任意の信号２７を受信するように構成される。

第１のトランシーバ回路２２はさらに、リンク、この例ではアップリンク（ＵＬ）に関連するビームシェーピング情報を決定し、その後、決定されたビームシェーピング情報に基づく重みベクトルが、第１のトランシーバ回路２２からアンテナ構造２３を経由して第２のトランシーバ回路２５までの、次に続く信号の送信２８（点線で印される）に適用されるように構成される。

ビームシェーピング情報を、測定された到来方向（Direction on Arrival）（ＤｏＡ）、推定された放射方向（Direction on Departure）（ＤｏＤ）および／または偏波状態とし得る。

原理上、ビームシェーピングを基地局とユーザ側の機器の双方で実行できる。本願明細書の説明では、本発明者らはビームフォーミングが基地局で行われる場合、すなわちダウンリンク送信の場合のみを考慮しているが、原理上、この方法はユーザ側の機器でも同様に実施できる。

図２に、本発明による通信システム３０を示す。ＤＬおよびＵＬで受信されたビームシェーピング情報は好ましい方法で統合され、特に、性能安定性の改善および低レベルの受信ＳＮＲ／ＳＮＩＲでの性能（例えばセル端性能）の改善を目指している。通信システム３０は、アンテナ構造３３の複数のアンテナポートに接続された第１のトランシーバ回路３２を備えるＢＳ３１と、アンテナ３６に接続された第２のトランシーバ回路３５を備える少なくとも１つのＵＥ３４とを含む。アンテナポートを、各仮想アンテナポートが１つ以上の物理的なアンテナポートの組み合わせである仮想アンテナポートとみなし得る。

第１のトランシーバ回路３２は、アンテナ構造３３のアンテナポートおよびＵＥアンテナ３６を経由して、二重線で示す信号３７、好ましくはパイロット／基準信号を送信することによって、第２のトランシーバ回路３５と通信するように構成される。第２のトランシーバ回路３５は、信号３７を受信してチャネルを推定し、第１のリンク、すなわちこの例ではＤＬに関するチャネル状態情報（ＣＳＩ）を獲得するように構成される。ＤＬに関する一次ビームシェーピング情報は、任意の好適な、好ましくは無線の通信チャネル３８を通してＵＥからＢＳに伝達される。

一次ビームシェーピング情報は、チャネル状態情報（ＣＳＩ）、所望のプリコーディングマトリクスおよび／または他のタイプの品質指標などのチャネル推定を含み得る。このタイプの測定値は、ＷＣＤＭＡ閉ループ型ダイバーシチモード１および２で特定されており、かつ空間多重送信モード用のコードブックに基づくプリコーディング用のＬＴＥでも特定される。第１のトランシーバ回路３２は、第１のトランシーバ回路３２と第２のトランシーバ回路３５との間のＤＬに関する一次ビームシェーピング情報を受信する。

第１のトランシーバ回路３２はさらに、アンテナ構造３３のアンテナポートを経由して、第２のトランシーバ回路３５から生じる任意の信号３９（実線）を受信するように構成されている。無線通信チャネル３８を使用する場合、ＤＬに関する一次ビームシェーピング情報の伝達を信号３９として使用し得ることに留意されたい。第１のトランシーバ回路３２は、第２のトランシーバ回路３５から受信した一次ビームシェーピング情報に加えて、受信信号３９に基づく第２のリンク、この例ではＵＬに関する二次ビームシェーピング情報を決定する。

二次ビームシェーピング情報を決定する測定値は、ユーザペイロードデータ、すなわち特定のＵＥからの専用のデータ全てを含む任意のタイプのデータに基づき得ることを強調する。このタイプの測定値は例えばＴＤ−ＳＣＤＭＡで使用される。

一次および二次ビームシェーピング情報に基づく重みベクトルを、第１のトランシーバ回路３２からアンテナ構造３３を経由して第２のトランシーバ回路３５までの、次に続く信号の送信２９（点線で印される）に適用する。

ＤＬ送信に使用される、ＵＬ送信での測定値で達成することのできる情報のタイプは、システム特性に依存する。

例えばＦＤＤシステム、例えばＷ−ＣＤＭＡでは、ＵＬおよびＤＬは別個の周波数帯域で送信され、搬送周波数が異なるためにＵＬとＤＬとの間に相互関係はない。それゆえ、推定無線チャネルはほとんど、または全く必要とされない。その代わり、一般に、信号が到来する方向、アンテナでの到来方向（ＤＯＡ）を決定するなどの二次統計データでの推定が実施される。この情報は、例えばＤＬ重みベクトルの生成の基礎である。

ＴＤＤシステム、例えばＴＤ−ＣＤＭＡの場合、ＵＬおよびＤＬが、同じ搬送周波数で異なるタイムスロットを使用するために、相互関係に依存することが可能であり、コヒーレンス条件が満たされる場合、瞬時のチャネル応答を推定できる。

図１ａ、図１ｂおよび図２を組み合わせた説明では、送信ノード用のアンテナ構造、すなわち基地局は、複数の仮想アンテナポートを有して、偏波、ビームの形状および方向を制御できるようにする。各仮想アンテナポートは単一の物理的なアンテナポートに接続し得るが、それは通常いくつかの物理的なアンテナポートの組み合わせである。

一意の基準信号が各仮想アンテナポートを経由して送信されて、各仮想アンテナポートに接続されたアンテナ要素を区別できるようになることが好ましい。同じ基準信号が、全アンテナ要素を経由して（すなわち全ての仮想アンテナポートおよび物理的なアンテナポートを経由して）送信される場合、これは不可能である。

図３に、第１のトランシーバ回路と一緒にノードで実装される重みベクトル選択構成のブロック図を示す。送信に使用される１つまたは複数の重みベクトルが、適応フィルタリングならびにＤＬおよびＵＬで導き出されたビームフォーミング情報の統合に基づいて生成される。送信されるべき１つまたは複数の信号を多重アンテナに分配するために使用される１つまたは複数の重みベクトルは、ＵＬまたはＤＬからだけでなくそれらの組み合わせからも導き出されるビームシェーピング情報に基づく。組み合わせは、所望の特性が可能な限り良好に満たされるように実施される。プロセスは、個々の入力の各々のフィルタリング、フィルタリングされた入力の適応的組み合わせ、および統合された情報のフィルタリングを伴う。さらに、ＵＥ速度などの様々な情報を性能の最適化に使用し得る。

重みベクトルを計算し得るか、または、コードブックで入手可能な予め定められたプリコーディングベクトルから選択し得る。

例
Ａ）精度の高くない閉ループ型フィードバック
第１の例は、あまり正確ではない閉ループ型フィードバック情報の受信時の検出に関する。これは、好ましくは、例えば受信ＳＮＲ／ＳＮＩＲならびに／または閉ループ型フィードバック情報（例えば送信（Ｔｘ）ダイバーシチおよび／もしくはプリコーダアンテナ重みベクトル）の一部の精度推定について、事前設定レベルまたは適応レベルのいずれかの閾値を設定することで実施される。アンテナ構成に依存して、異なる精度推定方法を適用し得る。相関アンテナの場合、ＬＴＥのコードブックインデックスは伝搬方向と解釈できる。それゆえ、コードブックインデックスとＤＯＡ／ＤＯＤとの間をマッピングすることによって、所望のＤＯＤの変動を監視し得、かつこれに基づいて結論を出し得る。

Ｂ）受信したフィルタリング済み閉ループ型フィードバック情報に基づいた送信用の閉ループパラメータの選択
第２の例は、受信した閉ループ型フィードバック情報のフィルタリング、および送信用のフィルタリング済み出力閉ループモードパラメータの選択に関する。そのようなフィルタの機能の一例は、受信フィードバック情報に対してスライディングアベレージウィンドウ（sliding average window）を有することである。

ＵＥが報告した情報にフィルタリングを行うことによって、次に続くＤＬ送信が基づき得る「二次統計データ」を導き出し得る。例えば、アンテナアレイが均一な直線アレー（ＵＬＡ）であり、システム・コヒーレンシーが十分である場合、コードブックインデックスを所望のＤＯＤであると解釈することが可能である。当然ながら、これは、高速フェージングを無視するが、平均するとエネルギーがＵＥに最も良く伝達される方向を示す。この送信方式は、ＤＬ送信から獲得した「閉ループ型」情報に基づいているものの、非閉ループ型方式とみなされる。ここで、方式は原理上「非閉ループ型」であるため、本発明者らは、ＵＬから受信した情報による重みベクトル選択プロセスも同様に支援し得る。

この例では、共通の基準信号を使用して、次に続く送信に対して、ＵＥからＢＳに伝達されたビームシェーピング情報（フィードバック情報）を獲得することができる。

Ｃ）閉ループ情報と非閉ループ情報の統合に基づく送信のための閉ループパラメータの選択
第３の例は、受信した閉ループ型フィードバック情報のフィルタリング、戻りチャネルでの非閉ループ型信号測定の実施、および送信用の出力閉ループモードパラメータの選択のための、両タイプの情報の統合に関する。そのような追加的な非閉ループ型測定情報の例は、最強／最良の複数方向／多重放射線のＤＯＡセットである。

この例では、共通の基準信号を使用して、次に続く送信に対して、ＵＥからＢＳまで伝達されたビームシェーピング情報（フィードバック情報）を獲得する。

Ｄ）閉ループ情報と非閉ループ情報の統合に基づく送信のための非閉ループパラメータの選択
第４の例は、受信した閉ループ型フィードバック情報のフィルタリング、戻りチャネルでの非閉ループ型信号測定の実施、および送信用の出力非閉ループモードパラメータの選択のための、両タイプの情報の統合に関する。

この例では、専用の基準信号を使用して、ＵＥからＢＳへ伝達された一次ビームシェーピング情報（フィードバック情報）、および次に続く送信のための戻りチャネルでの非閉ループ型信号測定値による二次ビームシェーピング情報を獲得し得る。

図４は、基地局のようなノードから続いて送信された信号に好適な重みベクトルを適用するプロセスを示すブロック図である。

信号が送信ノード、例えばＢＳから送信され、および一次ビームシェーピング情報がダウンリンク送信に基づき受信ノード、例えばＵＥによって獲得されてＢＳに伝達され、フィードバック推定器４０に入力される。フィードバック推定器は、一次ビームシェーピング情報、例えば所望のプリコーディングＵＥマトリクスからの信号のＤＯＤを推定し、ダウンリンク値ＤＯＤ_ＤＬを獲得し、かつまたダウンリンク値ＤＯＤ_ＤＬの変動値σ_ＤＬ ^２を推定するように構成される。ダウンリンク値およびその変動値は適応フィルタ４１にもたらされる。

一次ビームシェーピング情報は、例えば所望の（測定および報告されたＵＥからの）プリコーディングマトリクスインデックス（ＰＭＩ）とし得る。このＰＭＩはビームパターンであると解釈できる。ＵＬおよびＤＬに使用される一部の共通アンテナ構成を備えるシステムに対して、ＵＬでの測定値がＤＬ送信に使用される場合にはコヒーレンシーが必要とされる。それゆえ、コヒーレントシステムに対しては、ＤＯＤおよび対応する精度推定をこのビームパターンから抜粋し得る。

次に続く送信、すなわちこの例ではＢＳを送信するためのノードによって決定された、アップリンク送信に基づく二次ビームシェーピング情報は、非フィードバック推定器４２に入力される。非フィードバック推定器は、二次ビームシェーピング情報、例えばアップリンクでの測定値から受信信号のＤＯＤを推定してアップリンク値ＤＯＤ_ＵＬを獲得し、かつまたアップリンク値ＤＯＤ_ＵＬの変動値σ_ＵＬ ^２を推定するように構成されている。アップリンク値およびその変動値は適応フィルタ４１にもたらされる。

二次ビームシェーピング情報は、空間スペクトルの生成に使用されるアレー応答ベクトルとし、そこから到来方向（ＤＯＡ）を推定し得る。次いで、この角度をＤＯＤに変換する。このＤＯＤはＤＯＡと同じとし得るが、例えば干渉の拡散に対処するための他のユーザの位置に関する知識に基づいて異なる場合もある。推定ＤＯＤはまた、適応フィルタ４１で使用されるいくつかの性能指数に割り当てる必要がある。

適応フィルタ４１は、精度推定に基づく入力を組み合わせ、組み合わせたＤＯＤを重みベクトル生成器４３に出力する。重みベクトル生成器４３はまた、使用される基準信号のタイプ（専用のまたは共通の）、およびおそらく他の様々な情報（ＵＥ速度、セルにおける他のＵＥ、干渉状況など）を示す信号を受信する。専用の基準信号を特定のＵＥのための基準信号と定義し、共通の基準信号をセル中の全ＵＥのための基準信号と定義する。

システムでは、専用の基準信号を使用したとき、組み合わせたＤＯＤ、およびおそらく他の様々な情報（干渉状況などのような）を、重みベクトルの生成に使用する。代わりの共通の基準信号が使用される場合、プリコーディングマトリクスの選択は、組み合わせたＤＯＤに基づく。

ＤＬおよびＵＬに対してＤＯＤに変動が生じることを詳細には説明しない。なぜなら、これは、当業者には標準的な手順であるが、概して、測定値の時系列を使用することができ、例えば、変動値推定のための入力として、いかに早く／頻繁に所望のＰＭＩが変化するかを使用することが可能であるためである。

適応フィルタリングプロセスを以下説明する。条件が非常に良好な場合、すなわち高ＳＮＲがＵＥにおいて正確なチャネル推定を与える場合、適応フィルタは、非閉ループ型測定からのデータを無視する；一方、条件が反対である場合、組み合わせたＤＯＤは、実際に非閉ループ型からの測定値、すなわち二次ビームシェーピング情報に基づく。

次に続く送信、例えばＵＥを受信するための、ノードにおける測定値からの情報は、例えばＰＭＩに関して量子化情報とすることができる。この情報は、アンテナのモデルを経由して、量子化ＤＯＤと解釈できる。平均値および変動値を、移動時間ウィンドウ、または「忘却因子」によるフィルタで推定し得る。平均値を

および変動値を

で示す。

同様に、ＤＯＡをＵＬで推定し、かつフィルタリングして、平均値

および変動値

を与え得る。ＤＯＡはＤＯＤに変換され、変換式は一般に、ＤＯＤをＤＯＡと同一にすることにより、自明である。

時間κでの

および

に基づくＤＯＤの推定値は以下の通り示される：

同様に、変動値は以下の通り示される：

変動値を最小にすることによって、

を与えるため、

となる。

一般に、この推定値は、例えば推定値に最も近いプリコーディングインデックスを選択することによって変換されて、ＵＥに公知の量子化ＤＯＤに戻される。

ノード、例えばＢＳが、複数のノード、例えばＵＥと通信する場合、ＢＳが少なくとも１つの重みベクトルを、次に続く信号の送信の少なくとも１つのユーザセット、すなわち各ユーザへのデータペイロードに適用すると共に、関連の専用のユーザ送信と同じ１つまたは複数の被適用重みベクトルを有する少なくとも１つの専用の基準信号に適用する必要がある。

ユーザペイロードデータを含むビームが、重みベクトルを使用して制御される場合、関連の専用の基準信号を、同じ重みベクトルを使用して送信する必要がある。同様に、ペイロードデータのいくつかのユーザセットを、同じ重みベクトルで送信される専用の基準信号で送信し得る。そのようなユーザセットは、同じＵＥに関連する１つ以上のペイロード送信、または異なるＵＥへのペイロード送信のいずれかを含み得、各ペイロードデータ送信はそれ自体の重みベクトルを有する。

例えば、送信は同時に４つのデータ流を含むことがあり、データ流の各々には専用の基準信号が指定されており、およびデータ流と専用の基準信号の各対には重みベクトル、すなわち個々のビームが指定されている。これら４つのデータ流は、ペイロードデータを３つのＵＥに伝達するように配置することができ、２つのＵＥは１つの指定されたデータ流をそれぞれ有し、１つのＵＥは、重みベクトルが異なる２つの指定されたデータ流を有する。

当然ながら、全データ流が同一のＵＥに指定されているか、または各データ流が別個のＵＥに指定されている状況を想像することが可能である。

図５は、一次および二次ビームシェーピング情報に基づいて重みベクトルを選択するプロセスを示すフロー図である。

フローはステップ５０から始まり、ステップ５１に進み、そこで、第１のトランシーバを含む第１のノードから、第２のトランシーバを含む第２のノードまで、信号、好ましくは共通または専用の基準信号を送信することによって、第１のノードと第２のノードとの間に通信が確立される。送信信号は第２のトランシーバによって受信され、ステップ５２では、一次ビームシェーピング情報が上述のように決定される。

ステップ５３では、一次ビームシェーピング情報が第１のノードの第１のトランシーバ回路まで好ましくは無線で伝達される。ステップ５４では、上述のように、第２のトランシーバ回路から送信されかつ第１のトランシーバ回路によって受信された任意の信号に基づく二次ビームシェーピング情報が、第１のトランシーバにおいて決定される。

ステップ５５では、図４に関連して説明したように、一次および二次ビームシェーピング情報をフィルタリングして統合する。ステップ５６において決定されるように、次に続く送信が共通の基準信号に基づいているかまたは専用の基準信号に基づいているかに依存して、プロセスは異なる。送信が共通の基準信号の使用に基づく場合、フローはステップ５７ａに続き、そこで、１つまたは複数のプリコーディング重みベクトルが、いくつもの予め定められたプリコーディング重みベクトルから選択される。他方で、次に続く送信が専用の信号に基づく場合、１つまたは複数の重みベクトルは、ステップ５７ｂにおいて好適に設計される。さらに、他のトランシーバ回路の信号の方向および／または第２のトランシーバ回路の動きのような様々な情報が、重みベクトルの設計またはコードブックからのプリコーディング重みベクトルの選択に影響を及ぼし得る。

ステップ５７ａおよび５７ｂからのフローはステップ５８において１つになり、そこで、１つまたは複数の重みベクトルが、第１のノードからの次に続く送信に適用される。確立された通信チャネルの質を監視する必要がある場合、フローはステップ５９によってステップ５１に戻されるか、あるいは、プロセスをこれ以上監視する必要がない場合には、フローはステップ６０に続き、そこでフローは終了する。

略語
ＢＳ 基地局
ＤＬ ダウンリンク
ＤＯＡ 到来方向
ＤＯＤ 放射方向
ＦＤＤ 周波数分割双方向
ＰＭＩ プリコーディングマトリクスインデックス
ＳＮＲ 信号対雑音比
ＳＮＩＲ 信号対雑音プラス干渉比
ＴＤＤ 時間分割双方向
ＵＥ ユーザ側の機器
ＵＬ アップリンク
ＵＬＡ 均一な直線アレー

参照文献
[1] 3GPP TS 36.211 V8.2.0 Physical Channels and Modulation
[2] 米国特許出願公開第20050101352号、Multi-beam adaptive antenna system for use in cellular communication system, includes antenna array with multiple antennas which transmit wide beam and narrow beam covering sector cell
[3] 国際公開第０１／６９８１４Ａ１号、Nokia Networks OYに譲受

Claims (14)

1. アンテナ構造の複数の仮想アンテナポートに接続された第１のトランシーバ回路を含む無線通信用システムであって、各仮想アンテナポートが、１つ以上の物理的なアンテナポートの組み合わせであり、前記第１のトランシーバ回路が、
   − 前記アンテナ構造の前記アンテナポートを経由して第２のトランシーバ回路と通信し、
   − 前記第１のトランシーバ回路から前記第２のトランシーバ回路までの第１のリンクに関連する一次ビームシェーピング情報を受信し、
   − 前記第２のトランシーバ回路から前記第１のトランシーバ回路までの第２のリンクに関連する二次ビームシェーピング情報を決定し、および
   − 前記第１のトランシーバ回路から前記アンテナ構造の前記複数の仮想アンテナポートを経由する次に続く信号の送信に、前記一次および二次ビームシェーピング情報に基づいて少なくとも１つの重みベクトルを適用するように構成され、
   前記第１のトランシーバがさらに、
   − 前記第２のリンクにわたって信号パラメータを測定して、前記測定された信号パラメータの統計データに基づいて前記二次ビームシェーピング情報を決定し、および
   − 前記一次および二次ビームシェーピング情報のＤＯＤ変動値を計算して、前記計算したＤＯＤ変動値に基づいて前記重みベクトルを選択するように構成されていることを特徴とする、システム。
2. さらに、前記第１および第２のトランシーバ回路以外のトランシーバ回路の信号の方向に基づいて前記重みベクトルを適用するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. さらに、前記第２のトランシーバ回路の動きに基づいて前記重みベクトルを適用するように構成されている、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記二次ビームシェーピング情報が、測定された到来方向、推定された放射方向および／または偏波状態を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 第１のトランシーバ回路からアンテナ構造の複数の仮想アンテナポートまでの無線通信を提供する方法であって、各仮想アンテナポートが１つ以上の物理的なアンテナポートの組み合わせであり、前記方法が、
   − 前記第１のトランシーバ回路と第２のトランシーバ回路との間に前記アンテナ構造の前記アンテナポートを経由して通信を確立するステップ、
   − 前記第１のトランシーバ回路から前記第２のトランシーバ回路までの第１のリンクに関連する前記第２のトランシーバ回路における一次ビームシェーピング情報を決定するステップ、
   − 前記一次ビームシェーピング情報を受信するように構成された前記第１のトランシーバ回路に前記決定された一次ビームシェーピング情報を送信するステップ、
   − 前記第２のトランシーバ回路から前記第１のトランシーバ回路までの第２のリンクに関連する前記第１のトランシーバ回路における二次ビームシェーピング情報を決定するステップ、および
   − 前記第１のトランシーバ回路から前記アンテナ構造の前記複数の仮想アンテナポートを経由して次に続く信号の送信に、前記一次および二次ビームシェーピング情報に基づいて少なくとも１つの重みベクトルを適用するステップ
   を含み、
   前記方法がさらに、
   − 前記第１のトランシーバ回路において受信した前記第２のリンクにわたって信号パラメータを測定し、かつ前記測定された受信信号パラメータの統計データに基づいて前記二次ビームシェーピング情報を決定するステップ、および、
   − 前記一次および二次ビームシェーピング情報のＤＯＤ変動値を計算するステップ
   を含み、
   前記重みベクトルを適用する前記ステップが、計算したＤＯＤ変動値に基づいて前記重みベクトルを選択することを含むことを特徴とする、方法。
6. さらに、前記第１および第２のトランシーバ回路以外のトランシーバ回路の信号の方向に基づいて前記重みベクトルを適用するステップを含む、請求項５に記載の方法。
7. さらに、前記第２のトランシーバ回路の動きに基づいて前記重みベクトルを適用するステップを含む、請求項５または６に記載の方法。
8. 測定された到来方向、推定された放射方向および／または偏波状態を含むように前記二次ビームシェーピング情報を選択する、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 無線通信システムにおいて重みベクトルを選択するためのソフトウェアにおいて、請求項５〜８のいずれか一項に記載の方法を実行することを特徴とする、ソフトウェア。
10. 無線通信システムにおけるノードであって、前記ノードがトランシーバ回路およびアンテナ構造を含み、前記トランシーバ回路がアンテナ構造の複数の仮想アンテナポートに接続されており、各仮想アンテナポートが１つ以上の物理的なアンテナポートの組み合わせであり、前記ノードが、
    − 信号を送信して、前記無線通信システムにおける選択されたノードとの通信を確立し、
    − 前記ノードから前記選択されたノードまでの第１のリンクに関連する一次ビームシェーピング情報を受信し、
    − 前記選択されたノードから前記ノードまでの第２のリンクに関連する二次ビームシェーピング情報を決定し、および
    − 前記ノードの前記トランシーバ回路から前記アンテナ構造の前記複数の仮想アンテナポートを経由して次に続く信号の送信に、前記一次および二次ビームシェーピング情報に基づいて少なくとも１つの重みベクトルを適用するように構成されており、
    さらに、
    − 前記第２のリンクにわたって信号パラメータを測定して、前記測定された信号パラメータの統計データに基づいて前記二次ビームシェーピング情報を決定し、および
    − 前記一次および二次ビームシェーピング情報のＤＯＤ変動値を計算して、前記計算したＤＯＤ変動値に基づいて前記重みベクトルを選択するように構成されていることを特徴とする、ノード。
11. さらに、前記ノードおよび前記通信システムにおける前記選択されたノード以外のノードの信号の方向に基づいて前記重みベクトルを適用するように構成されている、請求項１０に記載のノード。
12. さらに、前記選択されたノードの動きに基づいて前記重みベクトルを適用するように構成されている、請求項１０または１１に記載のノード。
13. 前記二次ビームシェーピング情報が：測定された到来方向、推定された放射方向および／または偏波状態を含む、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のノード。
14. 前記ノードが基地局であり、前記選択されたノードがユーザ側の機器である、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のノード。

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