JP5244104B2 - Ｍｉｍｏ通信のための変換領域フィードバック信号伝達 - Google Patents

Description

本発明は、
−送信アンテナのアレイを有する送信器を備え、かつ前記送信器と通信する少なくとも1つの受信器を備える通信ネットワークのための制御方法と、
−送信アンテナのアレイを有する送信器を備える通信ネットワークのための受信器モジュールと、
−少なくとも1つの受信器に送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器を備える通信ネットワークにおける受信器のための制御信号伝達方法と、
−少なくとも1つの受信器に送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器を備える通信ネットワークにおける受信器のための制御信号伝達方法を、受信器に実行させる、実行可能プログラムコードを含む、コンピュータープログラム製品と、
−送信アンテナのアレイを有する送信器を備える通信ネットワークのための受信器と、
−少なくとも1つの受信器に送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器のための送信器制御モジュールと、
−少なくとも1つの受信器に送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器と、
−少なくとも1つの受信器に送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器のための送信器制御方法と、
−少なくとも1つの受信器に送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器が、送信器制御方法を実行するように構成される、実行可能プログラムコードを含む、コンピュータープログラム製品と、
−少なくとも1つの受信器に送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器を備える通信ネットワークと、
−送信アンテナのアレイを有する送信器を備え、かつこの送信器と通信する少なくとも1つの受信器を備える通信ネットワークのための制御信号と、
に関する。

MIMO（Multiple-Ｉnput Multiple-Output）とは、通信リンクの容量およびロバスト性を強化する、次世代無線システムのための技術である。MIMO技術は、通信リンクにおける複数の送信アンテナおよび複数の受信アンテナの存在に基づく。MIMO技術の応用は、移動体通信、ブロードバンド無線アクセス、ならびに無線LAN（WLAN）について想定される。本発明では、2つ以上送信アンテナが複数あるものを、送信アンテナのアレイともいう。

MIMO通信の利点は、伝搬チャネルからの空間ダイバーシティーを提供するアンテナアレイと、変化する多変量チャネルに適合できるアルゴリズムと、の組み合わせを通じて取得される。

将来のモバイルシステム、およびUMTS LTE（Long-Term Evolution of the Universal Mobile Telecommunication System）では、スペクトル効率要件に適合するため、多重アンテナ手法の使用が、ますます重要になる。スペクトル効率の大幅なゲインは、空間領域において複数の符号語を、単一のユーザーまたは同じ時間周波数リソースブロックを共有する複数のユーザーのいずれかに多重化することによって、ダウンリンク送信において達成できる。マルチアンテナ送信の多重化ゲインを利用するこれらのシングルユーザーまたはマルチユーザーMIMOスキームは、空間分割多重化（SDM）および空間分割多重アクセス（SDMA）手法という場合もある。SDMAスキームは、同じ無線セル内の複数のユーザーを、同じ周波数または時間スロットに収容可能にする。この手法の実現は、振幅および位相の加重、ならびに内部フィードバック制御を用いて、その時間、周波数および空間応答を変更可能なアンテナアレイを使用することによって達成できる。

ビーム形成とは、アンテナアレイの放射パターンを作るために使用される方法であり、望ましい通信ターゲット（端末装置）の方向に信号の位相を構成的に加え、かつ望ましくないまたは干渉している通信ターゲットのパターンを無効にすることによる。

本文において、ビーム形成ベクトルが、重要な役割を担う。ビーム形成ベクトルの意味を説明するため、送信ビーム形成および受信合成を利用するシングルユーザー通信システムの代表例において、信号伝達がM個の送信およびN個の受信アンテナを使用して行われると仮定すれば、この通信システムの入出力関係は、次の式によって与えられる。
y = z^H H w x + z^Hn

ただし、Hは、送信器と受信器とを接続するN×Mチャネル行列であり、zは、受信合成ベクトルであり、z^Hは、そのエルミート転置であり、wは、送信ビーム形成ベクトルであり、xは、選択した一群からの送信シンボルであり、そしてnは、この受信器で加えられる独立した雑音である。

SDMおよびSDMA手法のためのビーム形成ベクトル設計における課題の一つは、すべてのユーザーのためのチャネルおよび各ユーザーの受信アンテナを知るための基地局が必要なことである。これは、これらのユーザーから基地局に信号伝達されるフィードバックを大量に要求する。

この信号情報を低減するため、可能性がある少数のビーム形成行列のコードブックを導入する解決策が、提案されている。そして、各ユーザーは、異なるビーム形成組み合わせのSINR（Signal-to-Noise-Ratios）を評価することによって、1つまたは複数の好ましいビーム形成ベクトルをこのコードブックから選択する手順を貪欲に適用する。こうして、各ユーザーは、好ましいベクトル（1つまたは複数）の1つまたは複数のインデックスを信号伝達する必要があり、それぞれに、1つまたは複数のCQI（Channel-Quality-Indicator）値をプラスして、対応するSINRを示す。

コードブックに基づく解決策での問題点は、このビーム形成ベクトルが、チャネル条件に応じて一緒に最適化されないことである。基地局は、ユーザーからのフィードバック情報を、最良のCQI値をレポートするユーザー集合に送信をスケジュールするためにのみ使用する。

あるいは、セルスループットの大幅なゲインは、基地局がビーム形成器のアドホック設計を実施できる場合に達成できる。これは、たとえば、ユーザーが、何らかの量子化演算の後、すべてのチャネル係数をレポートする場合に、可能である。しかし、これには、送信アンテナの数Mと、ユーザーあたりの受信アンテナの数Nとの積MNにおよぶ多くの複素数を信号伝達する必要がある。

本発明の第1の観点によると、送信アンテナのアレイを有する送信器を備え、かつ前記送信器と通信する少なくとも1つの受信器を備える通信ネットワークのための制御方法が、提供される。この方法には、
A）前記受信器において、
−前記受信器の受信アンテナについて、前記送信器から前記受信器に送信される信号を使用して、チャネル測定を実行するステップと、
−前記チャネル測定の出力から、前記送信器における送信アンテナのアレイのそれぞれについて、チャネル係数を決定するステップと、
−前記チャネル係数に可逆変換を適用する、すなわち、変換領域におけるそれぞれのチャネル成分の個々の加重を示すチャネル成分係数を確定するステップと、
−前記変換領域における1つまたは複数のチャネル成分を選択するステップと、
−次の1）〜3）のいずれかを示す制御信号を前記送信器に通信するステップと、を含み、
1）チャネル測定のベクトルの線形分解から導出される1つまたは複数の好ましいチャネル成分、および1つまたは複数のチャネル成分の大きさ、または、
2）1つの好ましいチャネル成分およびそのSINRの推定値、または、
3）1つの好ましいチャネル成分
B）前記送信器において、
−前記制御信号を受信するステップと、
−前記受信器から受信される情報を使用して、前記変換領域にビームパターンを構成するステップと、を含む。

本発明の方法により、送信器側において、受信器から送信器への変換領域におけるそれぞれのチャネル成分の個々の加重を示すチャネル成分係数の通信に基づいて、ビーム形成プロセスが、有利に制御可能となる。

この方法により、コードブックに基づく解決策に伴う主たる問題点、すなわち、ビーム形成ベクトルが、チャネル条件に応じて一緒に最適化されないことが、解決される。コードブックに基づく実施では、送信器は、通常、無線モバイル端末装置などの受信器からのフィードバック情報を、最良のCQI値をレポートするユーザー集合に送信をスケジュールするためにのみ使用する。

この送信器は、ビーム形成器のアドホック設計を実施できるので、セルスループットの大幅なゲインが、本発明の方法によって達成可能となる。これは、受信器が上記1）〜3）の選択肢によって定義されるチャネル成分係数を、好ましくは量子化された形式でレポートするので、可能となる。従来技術の場合、これには、送信アンテナの数Mと、受信器あたりの受信アンテナの数Nとの積MNにおよぶ多くの複素数を信号伝達する必要がある。しかしながら、本発明の第1の観点の方法による実施例では、受信器側において、チャネル測定からチャネル状態情報（CSI）ビットをいくらか抽出するだけで十分である。この情報は、送信器、たとえば基地局が、ロバスト性のあるビーム形成行列を設計するのに十分である。必要とされるフィードバックビットの量は、コードブックに基づく手法のものと全く同じである。

用語「送信器」および「受信器」は、通信におけるそれぞれの装置の役割を参照して選択されていることに留意すべきである。一般的に、請求項の送信器は、異なる通信において受信器の役割を担うこともでき、そして請求項の受信器は、異なる通信において送信器の役割を担うこともできる。両方の装置が、送信器と関連する方法ステップを実行するように構成され、かつ受信器と関連する方法ステップを実行するように構成される送受信装置となることもあり得る。本発明の方法を応用するための好ましい構成は、MIMO通信ネットワークにおいて送信器を形成する基地局および受信器を形成するモバイル端末のものである。

8点IDFTを介する角度応答の計算から得られる8レベル角度量子化グリッドを示す。 量子化ダイヤグラムを示す。 ピーク値によって正規化されたチャネル実現の角領域応答振幅を、デカルト座標プロットで示す。 ピーク値によって正規化されたチャネル実現の角領域応答振幅を、極座標プロットで示す。 アップリンク信号伝達チャネルで使用される制御信号の形式を示す。 システムおよび方法をシミュレーションした数値結果を示す。 システムおよび方法をシミュレーションした数値結果を示す。 システムおよび方法をシミュレーションした数値結果を示す。 システムおよび方法をシミュレーションした数値結果を示す。 システムおよび方法をシミュレーションした数値結果を示す。 システムおよび方法をシミュレーションした数値結果を示す。 送信アンテナのアレイを有する送信器およびこの送信器と通信する受信器を備える通信ネットワークのための制御方法についての実施例をフローダイヤグラムで示す。 図10の制御方法における受信器の動作を実行するのに適した受信器の実施例をブロックダイヤグラムで示す。 図10の制御方法における送信器の動作を実行するのに適した送信器を線図的なブロックダイヤグラムで示す。

以下では、本発明の第1の観点による制御方法の実施例が、説明される。選択肢として明示的に説明されない限り、これらの実施例は、互いに組み合わせることができる。

一実施例では、チャネル測定の実行には、前記送信器において送信アンテナのアレイのそれぞれから送信されるパイロット情報の測定を含む。好ましくは、このパイロット信号は、送信アンテナのアレイの各アンテナ間で直交するように設計される。

チャネル係数に適用される可逆変換を、線形および直交とし、これにより、受信器における計算の複雑性を低減させることが、好ましい。チャネル係数に適用される可逆変換が、線形および直交である一実施例では、この変換は、逆離散フーリエ変換（IDFT）を含む。この変換領域は、角領域となり得る。この変換領域におけるチャネル成分は、異なる角度または角度間隔を示す。本実施例のチャネル成分係数は、インデックス値の順序集合の形式をとることができ、インデックス順に決定される角度または角度間隔に関連する大きさを示す。

受信器から送信器に通信されるフィードバック情報には、この変換領域のデータから決定される1つまたは複数の好ましい受信方向を含めることが好ましい。このフィードバック情報は、角度量子化グリッドをインデックスする整数として量子化させてもよい。

特定の一実施例では、変換が、次の式により実行される。

これは、以下のように理解される。

は、受信器が所定の受信アンテナに対して、たとえば、送信器から受信されたリソースブロックに埋め込まれた共通パイロットを検出することによって導出した、チャネル測定の成分

を有するM次元のベクトルを意味する。さらには、Mは、送信器における送信アンテナの数である。アップリンク信号チャネルのnビットは、チャネル成分係数を通信するため、たとえば、角度量子化グリッドがL=2ⁿレベルを提供するようなインデックス値の形式でリザーブされることが、無制限に仮定される。受信器あるいは、もし複数の受信器が存在する場合、各受信器が、

のL点IDFTを計算し、そしてその絶対値をとる、すなわち、式（1）に与えられるような要素

を有するベクトル

を形成する。このベクトル

は、このチャネルの角領域応答振幅の量子化バージョンを表す。

このIDFTは、適切な変換の具体例であることに留意すべきである必要がある。線形、可逆および直交といった他の変換を、使用してもよい。

さらなる実施例は、前記受信器において前記変換領域の前記チャネル成分係数の不確定度を、前記チャネル係数に前記線形および可逆直交変換を適用した後に決定するステップを含む。たとえば、これは、ビーム幅の形式で変換された係数から決定できる。別の例では、これは、異なる時間または異なる周波数で取得されるチャネル係数またはチャネル成分係数の集合の変動範囲から決定できる。

別の実施例は、前記受信器において前記変換領域の前記チャネル成分係数にフィルターを適用するステップを含む。本実施例は、測定されたチャネル係数における不確定性の影響を含める一方法を形成する。角領域の場合、平滑化フィルターの使用は、角度不確定性を含めるのと等価である。

別の実施例では、前記変換領域における1つまたは複数のチャネル成分の選択には、チャネル成分係数の集合における大きさの絶対最大値または極大のいずれかを成すチャネル成分係数を有するチャネル成分を確定および選択することを含む。（チャネル成分係数が、角領域に属し、かつ特定の角度方向における大きさを示す）本実施例の場合、本実施例は、方向探知手法を形成する。その他の方向探知手法を利用してもよい。

一実施例としてチャネル係数の共分散行列に基づくビーム形成プロセスが想定される場合、単一ピークの位相は、必要とされない。しかしながら、2つ以上のピークがある場合、チャネル係数および／または共分散行列の推定値を正しく回復できるようにするため、ピーク間の位相差が、必要になるであろう。したがって、さらなる実施例には、
−成分係数の前記集合に、大きさの極大を2つ以上確定すること、
−前記極大それぞれの振幅を測定すること、
−前記極大を成す前記チャネル成分間の位相差を測定すること、および
−次の式によって与えられるSINR（Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio）の下限推定値を測定すること、を含む。ここで、

は、チャネル測定ベクトルのユークリッドノルムとし、そして

は、チャネル測定ベクトルとその量子化表現との内積の絶対値、すなわち、関数

のピーク振幅とする。また、Pは、送信電力と、受信器における熱雑音電力との比率として定義される。そして、推定値は、次によって与えられる。

複数のピークがある場合、位相情報が、通信ステップにおいてそれらの大きさとともに含まれるであろう。

一実施例では、送信器への制御信号の通信は、無線リンクを介した通信を含む。ここでは、上記A）の1）〜3）の選択肢において定義される制御信号によって含まれる制御情報は、好ましくは量子化された形式で提供される。

さらなる実施例では、可能性のある量子化チャネル表現は、コードブックに格納され、これにより、予想チャネル条件が適合するようにチャネル量子化器を設計するにあたり、柔軟性を向上させることができるであろう。コードブック設計の利便性を支援するため、このコードブックは、入力がユニタリー行列を形成するように配列させてもよい。任意のコードブック（ユニタリーであるかどうかにかかわらず）に対して、好ましいチャネル表現の選択は、SINR推定値が最高値となるコードブック入力のインデックスを探知することによって成される。これは、好ましいコードブックインデックスの識別と一致する。SINRの推定では、他の送信からの干渉について一連の仮定を行ってもよい。これは、他のビームでの送信の存在およびこれらの送信に適用されるプリコーディングを含む。これらの異なる仮定が、送信器での異なる決定、たとえば、異なるビームでの異なるユーザーへの送信のスケジューリングと一致することが好ましい。他のビームでの送信は、コードブックから選択されたプリコーディングを使用してもよい。これにより、干渉について仮定を考慮する際、可能性のあるビーム形成器（送信器において実装される必要があるであろう）の数、および可能性のある異なるビーム（受信器において考慮される必要があるであろう）の数を制限する利点が得られるであろう。

この受信器の場合、SINRの最高推定値に一致するコードブックインデックスは、通常、仮定される干渉に依存するので、好ましい異なるコードブックインデックスを、異なる干渉の仮定に対して決定してもよい。ユニタリーコードブックの場合、これらのインデックスは、同じユニタリー行列からのものに制約させてもよく（考慮する必要がある可能性の数を制限し、受信器の複雑性は低下するが、パフォーマンスも低下する）、または異なるユニタリー行列からのものを許可してもよい（柔軟性は増すが、付加される可能性をカバーするため、信号オーバーヘッドが増す可能性がある）。

通常、異なるユーザーへの送信のスケジューリングおよび送信詳細（たとえば、ビットレート、コーディング、時間／周波数領域リソース割り当て、ビーム形成／プリコーディングの使用）を送信器が決定できるようにするには、異なる干渉の仮定に対する1つまたは複数の好ましいコードブックインデックス、およびその対応するCQI値の一部またはすべてを、送信器に通信させてもよい。通常、より広範な仮定を考慮することによるパフォーマンス向上と、これに関連して付加される複雑性および信号オーバーヘッドとの間にはトレードオフがあるので（たとえば、より多くのインデックスおよびCQI値を送信器に送信するので）、受信器において考慮すべき仮定の集合は、たとえば、システム設計の一部として、あらかじめ決定していてもよく、または信号伝達によって構成可能としてもよい。

複数受信アンテナの受信器について、本発明の第1の観点による方法は、受信アンテナのそれぞれに一度実行することによって拡張できる。一実施例では、したがって、前記チャネル測定は、前記受信器において受信アンテナのアレイのそれぞれについて実行される。

同じ手順が、2つ以上の物理アンテナからの信号の線形結合によって形成される仮想受信アンテナに対して適用できる。

好ましくは、送信器に通信するステップには、CQI（Channel Quality Indicator）ビットの集合を通信することを含む。

送信器側では、一実施例における変換領域でのビームパターン構成は、1つまたは複数の好ましいチャネル成分の少なくとも1つでの送信信号インパルスの構成を含み、この好ましいチャネル成分は、たとえば、好ましい角度方向を成すことができる。

本実施例では、前記変換領域でのビームパターン構成は、好ましくは、前記チャネル成分係数の大きさに応じて決定される振幅を有する前記送信信号インパルスの構成を含む。

別の実施例は、前記受信器において前記チャネル成分係数の前記変換領域における不確定度を、前記制御信号の受信後に決定するステップをさらに含む。前記受信器での前記チャネル成分係数の前記変換領域における不確定度の決定は、たとえば、異なる時間または異なる周波数において通信される前記好ましいチャネル成分の変動範囲の評価を含むことができる。

本発明の第1の観点による方法の別の実施例は、前記変換領域における前記ビームパターンへのフィルターの適用を含む。たとえば、このフィルターは、取得された不確定度に応じて決定できる。

別の実施例は、前記変換領域で構成された前記ビームパターンに依存して前記送信器から前記受信器に送信するためのビーム形成器の設計を含む。ビーム形成器の設計は、たとえば、チャネル成分係数への線形および可逆直交変換の逆（たとえば、前述したIDFTの逆を成す離散フーリエ変換（DFT））の適用を含むことができる。

さらには、このビーム形成器設計プロセスは、2つ以上の受信器から受信される係数に基づく可能性がある。すなわち、別の実施例では、ビーム形成器の設計は、この受信器とは異なる少なくとも1つの第2受信器から受信されるチャネル成分係数にも、さらに依存して実行される。

さらなる実施例では、このビーム形成器は、あらかじめ決定されたコードブックからのプレコーディング係数の集合の1つに制限される。プレコーディングの柔軟性を限定することで、送信器での複雑性を低減でき、そして信号オーバーヘッドを少なくできる（たとえば、プレコーディング係数の無制限な値の代わりに、コードブックインデックスが、受信器に信号伝達される場合）。設計の利便性のため、このコードブックは、ユニタリー行列から構成させてもよい。

送信器および受信器の両方にコードブックを有する一実施例では、これらのコードブックは、異なってもよい。これは、これらのコードブックの内容およびサイズが、システムパフォーマンスに対する複雑性および信号オーバーヘッドといった因子間のトレードオフを最適化するように、個別に設計できることを意味する。

チャネル共分散行列を使用するビーム形成手法は、チャネル係数の絶対位相を必要としないことに留意すべきである。

ある場合に、チャネルは、アップリンクとダウンリンクとの間で相互関係（または、おおよそ相互関係）にあると仮定できるので、測定は、1方向に行われて、そしてもう一方に適用されてもよいことに留意すべきである。この場合、以下のステップは、必要とされない。
−前記変換領域における1つまたは複数のチャネル成分を選択するステップと、
−次の1）〜3）いずれかを示す制御信号を前記送信器に通信するステップと、
1）チャネル測定のベクトルの線形分解から導出される1つまたは複数の好ましいチャネル成分、および1つまたは複数のチャネル成分の大きさ、または、
2）1つの好ましいチャネル成分およびそのSINRの推定値、または、
3）1つの好ましいチャネル成分
−通信ステップ中に受信器から受信される情報を使用して、変換領域にビームパターンを構成するステップ。

以下のステップを実行する代わりに、ベクトル量子化器が、チャネル測定に適用できることに留意すべきである。
−前記変換領域における1つまたは複数のチャネル成分を選択するステップと、
−チャネル成分係数の集合における極大それぞれの振幅を測定するステップと、
−前記極大を成す前記チャネル成分間の位相差を測定するステップ。

しかし、これには、さらに高いプロセス複雑性が関与し、そして多くの場合には、位相情報が要求されないため、より多くのビットの信号伝達が、関与する可能性がある。

MIMO通信ネットワークでは、送信局は、1つまたは複数の受信局からのフィードバック情報に基づいてビーム形成行列を選択する。本発明によると、フィードバック情報は、受信局で受信された信号で成されたチャネル特性の測定の逆離散フーリエ変換（IDFT）から導出される。

オプションとして、このフィードバック情報は、変換領域における信号のピークの大きさの指標を含んでもよい。

オプションとして、このフィードバック情報は、変換領域における角度不確定性の指標を含んでもよい。

オプションとして、変換領域において、フィルターを、データに適用させてもよい。

あるいは、IDFTの代わりに、異なる直交変換を、使用してもよい。

本発明の第2の観点によると、受信器にユーザーデータを送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器を備える通信ネットワークにおける受信器のための制御信号伝達方法が、提供され、これには、
−前記受信器の受信アンテナについてチャネル測定を実行するステップと、
−前記チャネル測定の出力から、前記送信器における送信アンテナのアレイのそれぞれについて、チャネル係数を決定するステップと、
−前記チャネル係数に可逆変換を適用する、すなわち、変換領域におけるそれぞれのチャネル成分の個々の加重を示すチャネル成分係数を確定するステップと、
−前記変換領域における1つまたは複数のチャネル成分を選択するステップと、
−次の1）〜3）のいずれかを示す制御信号を前記送信器に通信するステップと、を含む。
1）前記チャネル係数によって形成されるベクトルの線形分解から導出される1つまたは複数の好ましいチャネル成分、および前記1つまたは複数のチャネル成分の大きさ、または、
2）1つの好ましいチャネル成分、および信号対干渉雑音比SINRを示す量の推定値、または、
3）1つの好ましいチャネル成分

本発明の第2の観点による制御信号伝達方法の実施例は、受信器で実行される方法ステップをさらに特定する本発明の第1の観点による方法の上記実施例のものに一致する（請求項2〜27も参照）。

本発明の第3の観点は、受信器にユーザーデータを送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器を備える通信ネットワークにおける受信器のための制御信号伝達方法を実施するように構成される、実行可能プログラムコードを含む、コンピュータープログラム製品であり、この制御信号伝達方法は、
−受信器の受信アンテナについてチャネル測定を実行するステップと、
−前記チャネル測定の出力から、前記送信器における送信アンテナのアレイのそれぞれについて、前記チャネル係数を決定するステップと、
−前記チャネル係数に可逆変換を適用する、すなわち、変換領域におけるそれぞれのチャネル成分の個々の加重を示すチャネル成分係数を確定するステップと、
−前記変換領域における1つまたは複数のチャネル成分を選択するステップと、
−次の1）〜3）いずれかを示す制御信号を前記送信器に通信するステップと、を含む。
1）前記チャネル係数によって形成されるベクトルの線形分解から導出される1つまたは複数の好ましいチャネル成分、および前記1つまたは複数のチャネル成分の大きさ、または、
2）1つの好ましいチャネル成分、および信号対干渉雑音比SINRを示す量の推定値、または、
3）1つの好ましいチャネル成分

特に、このコンピュータープログラム製品は、データ媒体上に格納されるか、もしくは受信器に実装される、受信器制御ソフトウェアもしくはファームウェア、またはデータ媒体上の旧制御ソフトウェアもしくはファームウェアのための更新ソフトウェアの可能性がある。

本発明の第3の観点によるコンピュータープログラム製品の実施例は、受信器で実行される方法ステップをさらに特定する本発明の第1の観点の方法の実施例による受信器のための制御信号伝達方法を実施するにように構成される、実行可能プログラムコードを含む（請求項2〜27も参照）。

本発明の第4の観点によると、送信アンテナのアレイを有する送信器を備える通信ネットワークのための受信器モジュールが、提供される。この受信器モジュールは、
−受信器の受信アンテナに接続されるように構成され、そして前記受信アンテナについてのチャネル品質を示す物理量の測定を前記受信信号に基づいて実行し、かつ前記測定結果を示す出力信号を前記送信器における送信アンテナの前記アレイのそれぞれに対するチャネル係数の形式で提供するように構成される、チャネル測定ユニットと、
−前記チャネル測定ユニットと接続され、そして前記チャネル係数に線形および可逆直交変換を適用し、かつ変換領域におけるそれぞれのチャネル成分の個々の加重を示すチャネル成分係数をその出力において提供するように構成される、変換ユニットと、
−前記変換ユニットと接続され、そして前記変換領域における1つまたは複数のチャネル成分を前記変換ユニットから受信される前記チャネル成分係数に基づいて選択するように構成される、選択ユニットと、
−次の1）〜3）いずれかを示す制御信号を生成し、そしてその出力において提供するように構成される、制御ユニットと、を含む。
1）前記チャネル係数によって形成されるベクトルの線形分解から導出される1つまたは複数の好ましいチャネル成分、および前記1つまたは複数のチャネル成分の大きさ、または、
2）1つの好ましいチャネル成分、および信号対干渉雑音比SINRを示す量の推定値、または、
3）1つの好ましいチャネル成分

この受信器モジュールは、受信器のコンポーネント、または旧世代の既存受信器に向けて別個に取引されるアドオンモジュールを形成できる。

以下では、この受信器モジュールの実施例が、説明される。これらの実施例は、明示的に宣言されない限り、互いに組み合わせることができる。これらの実施例のさらなる詳細および利点は、受信器で実行される方法ステップをさらに特定する本発明の第1の観点による方法の実施例の説明により理解できる。

一実施例では、前記チャネル測定ユニットは、前記送信器において送信アンテナの前記アレイのそれぞれから送信されるパイロット情報を測定することによってチャネル測定を実行するように構成される。

別の実施例では、前記変換ユニットは、前記チャネル係数に逆離散フーリエ変換を適用するように構成される。

さらなる実施例では、前記チャネル測定ユニットは、前記変換領域における前記チャネル成分係数の不確定度を決定するように、さらに構成される。

別の実施例では、前記チャネル測定ユニットは、前記変換領域における前記チャネル成分係数にフィルターを適用するように、さらに構成される。

一実施例では、前記制御ユニットは、前記変換領域におけるチャネル成分係数の不確定度を成す不確定性指標を生成し、そしてその出力において提供するように構成される。

別の実施例では、前記選択ユニットは、前記変換ユニットから受信される前記成分係数における大きさの絶対最大値または極大のいずれかを成すチャネル成分係数を有するチャネル成分を確定および選択するように構成される。

さらなる実施例では、前記選択ユニットは、
−前記変換ユニットから受信されるチャネル成分係数の集合に、大きさの極大が、2つ以上存在するかどうかを確定し、
−前記変換ユニットから受信されるチャネル成分係数の前記集合における極大それぞれの振幅を測定し、
−前記極大を成す前記チャネル成分間の位相差を測定するように、構成される。

一実施例では、前記制御ユニットは、1つまたは複数の好ましいチャネル成分、または1つまたは複数のチャネル成分係数の大きさを、無線リンクを介して、量子化された形式で前記送信器に通信するように構成される。

さらなる実施例では、前記チャネル測定ユニットは、
−受信アンテナのアレイに接続され、そして
−受信アンテナの前記アレイのそれぞれのアンテナについて前記チャネル測定を実行するように、構成される。

別の実施例では、前記制御ユニットは、前記制御信号形式を、チャネル品質指標ビットの集合の形式で前記送信器に通信するように、好ましくは構成される。

本発明の第5の観点によると、送信アンテナのアレイを有する送信器を備える通信ネットワークのための受信器が、提供され、これは、
−前記送信器の送信アンテナの前記アレイによって送信される信号を受信するように構成される、少なくとも1つの受信アンテナと、
−本発明の第4の観点の主張による受信器モジュールまたは本明細書に説明されるその実施例の1つと、を含む。

一実施例では、この受信器は、受信アンテナのアレイを含む。

（他の実施例のいずれとも組み合わせることができる）別の実施例では、この受信器は、無線通信のためのモバイル端末装置を形成する。

別の実施例では、この受信器は、本発明の第7の観点による送信器またはその実施例の1つも含み、これについては、後に説明される。

本発明の第6の観点によると、送信器制御モジュールが、提供され、これは、
−次の1)〜3）いずれかを示す制御信号を外部装置から受信し、
1）前記チャネル係数によって形成されるベクトルの線形分解から導出される1つまたは複数の好ましいチャネル成分、および前記1つまたは複数のチャネル成分の大きさ、または、
2）1つの好ましいチャネル成分、および信号対干渉雑音比SINRを示す量の推定値、または、
3）1つの好ましいチャネル成分
そして、
−前記外部装置から受信される前記情報を使用して、前記変換領域におけるビームパターン制御データを構成し、そしてその出力において提供するように、構成される。

この送信器制御モジュールは、送信器のコンポーネント、または旧世代の既存受信器に向けて別個に取引されるアドオンモジュールを形成できる。

以下では、この送信器制御モジュールの実施例が、説明される。これらの実施例は、明示的に宣言されない限り、互いに組み合わせることができる。これらの実施例のさらなる詳細および利点は、送信器で実行される方法ステップをさらに特定する本発明の第1の観点による方法の実施例の説明により理解できる。

一実施例では、送信器制御モジュールは、
−前記1つまたは複数の好ましいチャネル成分の少なくとも1つにおいて、送信信号インパルスの形式で、ビームパターンに対するビームパターン制御データを構成および提供するように、さらに構成される。

この送信器制御モジュールの別の実施例は、前記変換領域における前記チャネル成分係数の不確定度を成す不確定性指標を生成し、そしてその出力において提供するように構成される、チャネル評価ユニットをさらに含む。

本発明の第7の観点によると、送信器が、提供され、これは、
−送信アンテナのアレイと、
−本発明の第6の観点による送信器制御モジュールまたは本明細書に説明されるその実施例の1つと、を含む。

一実施例では、この送信器は、モバイル通信ネットワークにおける基地局を形成する。

さらなる実施例では、この送信器は、本発明の第5の観点による受信器またはその実施例の1つも含む。

本発明の第8の観点によると、送信器制御方法が、提供され、これは、
−1つもしくは複数の好ましいチャネル成分、または1つもしくは複数のチャネル成分係数の大きさ、またはその両方を示す制御信号を、量子化された形式で受信するステップと、
−前記制御信号に含まれる情報を使用して、前記変換領域にビームパターンを構成するステップと、を含む。

この送信器制御方法の実施例は、送信器で実行される方法ステップをさらに特定する本発明の第1の観点による方法の実施例の説明で述べるそれらの実施例と一致する。

本発明の第9の観点によると、コンピュータープログラム製品が、提供され、これは、受信器にユーザーデータを送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器に対して送信器制御方法を実施するように構成される実行可能プログラムコードを含み、この送信器制御方法は、
−1つもしくは複数の好ましいチャネル成分、または1つもしくは複数のチャネル成分係数の大きさ、またはその両方を示す制御信号を、量子化された形式で受信するステップと、
−前記制御信号に含まれる情報を使用して、前記変換領域にビームパターンを構成するステップと、を含む。

本発明の第9の観点によるコンピュータープログラム製品の実施例には、送信器で実行される方法ステップをさらに特定する本発明の第1の観点の方法による実施例の説明文で述べるそれらの実施例と一致する送信器制御方法を実施するにように構成される、実行可能プログラムコードを含む（請求項42〜53も参照）。

特に、このコンピュータープログラム製品は、データ媒体上に格納されるか、もしくは送信器に実装される、送信器制御ソフトウェアもしくはファームウェア、またはデータ媒体上の旧送信器制御ソフトウェアもしくはファームウェアのための更新ソフトウェアの可能性がある。

本発明の第10の観点は、本発明の第8の観点による送信器またはその実施例の1つと、本発明の第5の観点による受信器またはその実施例の1つと、を含む通信ネットワークによって形成される。

一実施例では、この通信ネットワークは、移動体無線ネットワークであり、好ましくはユニバーサルモバイル通信規格による。通信ネットワークにあるネットワークエンティティ間の通信は、好ましくはMIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技術を利用する。

本発明の第11の観点は、送信アンテナのアレイを有する送信器を備え、かつこの送信器と通信する少なくとも1つの受信器を備える通信ネットワークのための制御信号によって形成され、この制御信号は、次の1）〜3）のいずれかを示す制御情報を含む。
1）前記チャネル係数によって形成されるベクトルの線形分解から導出される1つまたは複数の好ましいチャネル成分、および前記1つまたは複数のチャネル成分の大きさ、または、
2）1つの好ましいチャネル成分、および信号対干渉雑音比SINRを示す量の推定値、または、
3）1つの好ましいチャネル成分

この制御情報は、たとえば、量子化された形式で提供できる。

本発明の実施例は、従属請求項においても定義される。

通信システムの代表例として、それぞれが単一の受信アンテナを有するK個の受信器への移動体ダウンリンク送信を考慮する。一般的な受信器での信号は、次のように表される。

ただし、h_kは、ユーザーkによって「見える」時間サンプルのチャネル係数を有するM次元の行ベクトルであり、W_iは、データシンボルx_iをM個の送信アンテナに多重化するビーム形成ベクトルであり、そしてn_kは、付加雑音成分である。以下では、下付き文字kを外して、一般的なユーザーを示す。

は、受信器（以下では、端末ともいう）が所定の受信アンテナに対して、リソースブロックに埋め込まれた共通パイロットを検出することによって導出した、チャネル測定のM次元のベクトルを意味する。Mは、送信器における送信アンテナの数であり、この送信器を、以下では、基地局、または短くBSともいう。我々は、アップリンク信号伝達チャネルのnビットは、角度量子化グリッドがL=2ⁿレベルを提供するようなインデックス値をレポートするためにリザーブされる、と仮定する。各端末は、

のL点IDFTを計算し、そして絶対値をとる、すなわち、次の要素を有するベクトル

を形成する。

このベクトルは、チャネル

の角領域応答振幅の量子化バージョンを表し、次によって与えられる。

ただし、φは、送信アレイのボアサイトと所定の伝搬方向によって形成される角度であり、そしてΔは、キャリア波長によって正規化される送信アンテナ間隔である。

そして、端末は、関数

の1つまたは複数の点、通常は、次のように計算されるピークインデックスおよびピーク値をレポートする。

あるいは、端末は、SINRの推定値、たとえば、次によって与えられるSINRの下限推定値をレポートしてもよい。

SINRの下限推定値をレポートすることで、本発明の方法およびシステムに驚くほど高い効率をもたらし、これについては、数値シミュレーション結果から確認できる。このレポートは、たとえば、いくつかのCQI（Channel Quality Indicator）ビットの助けにより、行うことができる。

この推定値は、複数の仮定のもとで得られる。たとえば、この推定値は、送信器がゼロ強制のビーム形成を使用してビームパターンを形成する仮定のもとで、得られる。

また、端末は、ピークローブの幅を測定することによって、角度分散の推定値をレポートしてもよい。これは、たとえば、ピーク両側の3dB減衰内となる

の点の数をレポートすることによって、信号伝達できる（以下の例を参照する）。

チャネル測定の角領域表現への変換は、送信アレイのジオメトリーがULA（Uniform Linear Array）と仮定されるので、IDFTであることに留意すべきである。異なるジオメトリーは、空間領域から角領域への異なる変換を意味する。しかし、この端末は、角度インデックスに関しては、送信ULAの仮定のもとで、実際のアレイのジオメトリーとは独立して、チャネル測定を依然としてレポートできる。そして、これらのインデックスを、アレイのジオメトリーに依存して、正しい角度および対応するユニット空間署名と関連づけるのは、BS次第である。このステップは、BSがビームを正しい角度方向に操作できるようにするため必要となる可能性がある。

この端末は、送信器におけるアンテナ間隔を知る必要がないことに留意すべきである。しかし、このパラメーターは、BSには既知であるので、レポートされたピークインデックスを物理的伝搬角度と関連づけることができる。実際に、IDFT演算は、ステップサイズ

での方向正弦Ω=sinφの均一量子化を含む。結果として、角度φでの量子化は、不均一である。角度は、アレイ横方向付近よりも、ボアサイト（φ=0）周辺で、より細かく量子化される。ULA（Uniform Linear Array）は、ボアサイトに沿って、おおよそ1/MΔラジアンに等しい最大角度分解能を有するので、これは、望ましい特性である。

角度情報は、BSによって次のように導出される。

ただし、「fix」は、ゼロ方向丸め演算を意味する。

アンテナが、密な間隔（Δ＜1/2）である場合、上記の式には、解がない可能性があることに留意すべきである。しかし、アンテナアレイは、無相関特性を最大にするため、通常（Δ≧1/2）で設計されるので、これは、実際的関心に乏しい場合となる。さらには、アンテナ間隔が、波長の半分未満に減少する場合、放射パターンは、全方向性アンテナのものに近づき、そして方向情報は、あまり重要でなくなる。

以下では、図1aから図2bを同時に参照して、一例が、説明される。

ここで、120度のセルセクターをカバーする4アンテナULAを考察する。正規化されたアンテナ間隔は、

に設定される。角度インデックスを信号伝達するためにリザーブされるビット数は、n=3すなわちL=8に固定される。

図1aは、8点IDFTを介する角度応答の計算から得られる8レベル角度量子化グリッドを示す。図1bは、量子化ダイヤグラムを示す。方向正弦は、均一に量子化されることに留意すべきである。図2aおよび図2bは、（ピーク値によって正規化された）チャネル実現の角領域応答振幅を、それぞれデカルト座標プロットおよび極座標プロットで示す。丸点は、式（1）によって計算された量子化バージョンを表し、また実線は、式（2）の関数を示す。角度応答をプロットするには、IDFTインデックスを角度値に関連づけるのに必要なアンテナ間隔の知識が、必要とされることに留意すべきである。

図3は、本明細書で提案されるアップリンク信号伝達チャネルでの制御信号Sの形式を示し、最初の3ビットは、IDFTインデックスのレポートに使用され、本例では、7（111）であり、角領域応答のピークと一致する。第2フィールドは、このピークでの角度応答振幅の値を含む。オプションとなる第3フィールドは、角度分散の指標を含み、たとえば、端末は、ピーク両側においてピーク値の3dB内となる振幅を有するIDFT点の数をカウントできる。本例では、この数は、1（001）である。そしてBSは、3dBでの主ローブの角度分散の推定値を導出でき、図2aで分かるように、およそ25度である。

数値結果
我々は、サブキャリア使用あたりのアクティブユーザーの平均スループットおよび平均数に関して、チャネルベクトル量子化（CVQ）手法とPU2RCとを比較しており、ここでの平均は、独立して生成されたチャネル行列Hのアンサンブルに関する。我々は、これまでに2つの異なるチャネルモデルを考察している。

独立レイリーフェージング。Hの要素は、独立同分布の適切なガウスランダム変数である〜CN(0,1)。このモデルは、各ユーザーに対して完全に無相関なチャネルを生成する。

3GPP空間チャネルモデル（SCM）[13]。我々は、2つの正反対のシナリオに対する結果をレポートする。

単一経路伝搬を有する郊外型マクロ（短くは、SCM-SM1Path）。これは、ほぼ見通し線に伝搬する、各ユーザーに対して空間的相関の高いチャネルをモデル化する。

10経路伝搬を有する都市型ミクロ（短くは、SCM-Um10Path）。これは、空間的相関の低い、散乱に富んだ環境をシミュレーションする。

我々は、M=4の送信アンテナおよびK=20の単一アンテナユーザーの場合を考慮する。我々は、UEからのCSIが、ゼロ遅延、エラーフリーのフィードバックチャネルでノードBに送信され、かつ各UEが、そのチャネルの完璧な知識がある一方で、その他のチャネルの知識がないと、仮定する。さらに、我々は、M次元ベクトルN個のコードブックが、ノードBおよびUEの両方に既知であり、そして各UEが、log(N)ビットインデックスおよびアナログ（すなわち、量子化されていない）の実際のCQI値をフィードバックすると、仮定する。

MU-MIMO手法の空間多重化ゲインを評価するベースライン参照として、我々は、送信器が各チャネルインスタンスに対して達成可能な最善のレートを選択するTDMAタイプのシステムを考慮する。このベースラインシステムでは、各UEが、チャネルのベクトル量子化を実行し、そして量子化インデックスおよび次をレポートする：
CQI
CQI_k,TDMA=‖h_k‖²cos²θ_k
ビーム形成ベクトルg_kは、次によって与えられ、

そして、ユーザーレート
R_k,TDMA=log(1+P・CQI_k,TDMA)
が、達成できる。このベースラインシステムの多重化ゲイン（高SNRに対する比率R/log2(SNR)の限界として定義される）は、1であり、送信器で取得可能なCSIのレベルとは独立である。このTDMAシステムでの量子化の精度は、パーフェクトCSI曲線を基準とするSNRオフセットにのみ影響する。

比較のため、我々はまた、DPC（Dirty Paper Coding）総レート容量曲線およびユーザー全体にわたるウォーターフィリングな電力割り当てを有するZFビーム形成（短くは、ZFWF）に対して達成可能なスループットを、貪欲なユーザー選択および送信器で取得可能なパーフェクトCSIにより、プロットしている。

第1の場合（図4）は、B=4,8および12の量子化ビットを有するレイリーフェージングのチャネルモデル、すなわち空間的に無相関なチャネルである。CVQ手法およびベースラインTDMAについて、我々は、グラスマンコードブックG（4,1,16）およびG（4,1,256）をそれぞれB=4および8ビットに使用し、RVQは、B=12ビットに使用した。我々は、より少ない量子化ビットにもRVQを試み、そしてパフォーマンスは、わずかなdB内で、グラスマンコードブックに近接する。我々は、グラスマンコードブックが、M次元単位複素数球面において等方的に分布するベクトルの中からランダム検索によって生成されることを想起する。我々は、PU2RCのパフォーマンスが、すべてのSNRおよび量子化レベルにおいてTDMAおよびCVQに劣ることが理解できる。8ビット量子化およびそれ以上では、CVQ手法は、グラスマンコードブックまたはRVQのいずれかにより、すべてのSNR範囲において最高のパフォーマンスを提供する。PU2RCタイプのスキームについて一つ明らかな点は、多重化ゲインが、大きなコードブックの限界において、上方で1で境界となることである。これは、すなわち、ユーザーが、コードブックで所定のビーム形成行列を選択する確率をp=1/L=M/2^Bとする場合、K人のユーザー中l人が同じ行列を選択する確率は、パラメーター(p,K)、β(p,K)および平均値

を有する2項ランダム変数となるためである。したがって、同じビーム形成行列を選択するユーザーの平均数は、量子化ビット数Bによって指数関数的に減少する。最終的に、大きなBに対して、Kは一定を保ち、単一のユーザーのみが、割り当てられる。これについては、アクティブユーザーの平均数がSNRに対してプロットされる図5において、明らかに確認できる。一方、CVQに対するユーザー割り当ては、SNRおよびBによって最大4まで徐々に増加する。

図6および8において、SCMチャネルモデルが、「郊外型マクロ」のシナリオかつ伝搬経路1（短くは、SCM-SMPath1）で、そして「都市型ミクロ」の経路10（短くは、SCM-UmPath10）で、それぞれ評価される。SCM-SMPath1チャネルは、受信器での局部散乱および非常に高い空間的相関を有するほぼ見通し線に伝搬する条件をモデル化する。SCM-UmPath10は、散乱に富んだ都市型のシナリオをモデル化する。これら2つのチャネルの空間的相関、すなわち、角領域における「方向」特性のため、グラスマンおよびランダムのコードブックは、あまり適さない。実際に、これらのコードブックは、その方向がM次元単位球面において等方向に分布する無相関なチャネルベクトルに対して特に設計されている。SCMチャネルの相関特性は、フーリエコードブックによって、うまく捉えることができる。このようなコードブック構造は、図6〜9においてCVQスキームおよびTDMAに対して使用される。我々は、このようなコードブックを使用するベクトル量子化が、DFT変換によって非常に効率的に行うことができる点に留意すべきである。さらには、このベクトル量子化演算は、簡素なフーリエ変換にまで煮詰めることができるので、コードブック全体をメモリーに格納する必要がない。図7および9では、割り当てられたユーザーの平均数が、SCM-SMPath1およびSCM-UmPath10チャネルモデルのそれぞれについて示される。

図10は、送信アンテナのアレイを有する送信器Tおよびこの送信器Tと通信する受信器Rを備える通信ネットワークのための制御方法100についての一実施例をフローダイヤグラムで示す。

一実装では、送信器Tは、UMTS規格による移動体通信ネットワークにおいてMIMO技術を備えるノードBであり、そして受信器Rは、ノードBを介して通信ネットワークに取り付けられるモバイル端末である。このような実装では、通常、それぞれに1つの受信器を備える2つ以上のモバイル端末が存在するであろうが、この方法は、1つのモバイル端末に1つの受信器を参照することによって基本的に説明される。

送信器Tおよび受信器Rの構造詳細は、図11および12を参照して説明される。本実施例の目的のため、基地局の送信器特性のみが、検討される。しかし、ノードBにも、通常、受信器部分を含むことが、理解される。

図10のフローダイヤグラムでは、受信器R側および送信器T側で実行される方法ステップは、適宜ラベルされるフローダイヤグラムの異なる枝に示される。各側で実行される方法ステップは、送信器および受信器のそれぞれに対して、対応する個々の制御方法を形成する。

この方法100は、送信器が、送信器側に提供される送信アンテナのアレイのそれぞれを通じて、パイロット情報をステップ102で送信することから始まる。このパイロット信号は、送信アンテナのアレイの各アンテナ間で直交する。受信器に送信されるこのパイロット信号は、受信器の受信アンテナについてチャネル測定を実行するため、受信器側においてステップ104で使用される。その後、ステップ106において、チャネル測定の出力から、送信器Tの送信アンテナのアレイのそれぞれの要素について、チャネル係数が、決定される。

その後、決定されたチャネル係数は、ステップ108において可逆変換を受けて、変換領域におけるそれぞれのチャネル成分の個々の加重を示すチャネル成分係数を取得できるようになる。適切な可逆変換の一例は、逆離散フーリエ変換（IDFT）である。しかし、その他の可逆変換も、使用できる。線形および直交変換は、受信器における計算の複雑性を低減させるので、好ましい。本実施例の変換領域は、変換領域のチャネル成分が、異なる角度または角度間隔を示すような角領域である。すなわち、本実施例で決定されるチャネル成分係数は、インデックス順に決定される角度または角度間隔に関連する大きさの値の順序集合を形成する。

その後、ステップ110において、受信器Rは、変換領域における1つまたは複数のチャネル成分を選択する。この選択ステップでは、受信器は、チャネル成分係数の集合における大きさの絶対最大値または極大のいずれかを成すチャネル成分係数を有するチャネル成分を確定および選択する。ステップ112において、受信器Rは、チャネル測定のベクトルの線形分解から導出される1つまたは複数の好ましいチャネル成分、および1つまたは複数のチャネル成分の大きさを送信器に提供する。他の実施例では、受信器は、1つの好ましいチャネル成分および信号対干渉雑音比（SINR）の推定値を示す制御信号を送信器に通信する。さらに別の実施例では、受信器は、1つの好ましいチャネル成分を示す制御信号を送信器に通信する。

ステップ114において、送信器Tは、この制御信号を受信し、そしてステップ116において、受信器Rから受信された情報を使用して、変換領域にビームパターンを構成し、このステップで方法は終了する。2つ以上の受信器Rを有する一実施例では、ビームパターンは、2つ以上の受信器からの情報を使用して構成してもよい。

図11は、図10の制御方法における受信器の動作を実行するのに適した受信器200の一実施例を簡単なブロックダイヤグラムで示す。図11の受信器は、本適用によって開示される技術の特徴を説明するのに適切な詳細さでのみ示される。受信器がMIMO通信ネットワークで動作するための公知の機能性は、本明細書の簡略性および簡潔性のため、示されていない。

受信器200は、図10を参照して説明される通信ネットワークで動作するよう、および図10で受信器Rによって実行される方法ステップに対応する制御信号伝達方法を受信器に対して実行するよう、設計される。受信器200は、受信アンテナのアレイ202を備え、このうち2つの受信アンテナ204および206が、示される。他の実施例では、受信器200は、受信アンテナを1つのみ備える。

受信器200は、チャネル測定ユニット208を備え、この入力側で、受信アンテナのアレイ202に接続される。チャネル測定ユニット208は、この出力側で、変換ユニット212に接続される。変換ユニット212は、選択ユニット214に接続され、そして次には制御ユニット216に接続される。制御ユニットは送信部分218に接続され、この出力側で送信アンテナ220に接続される。これらのユニット208〜216は、受信器モジュール222の形式をとることができ、既存の受信器構造を本明細書に説明される技術で更新するために使用できる。このため、受信器モジュール222は、入力および出力ポート224、226および228を備える。

動作では、チャネル測定ユニット208は、受信信号に基づいて、送信器における送信アンテナのアレイのそれぞれについて、チャネル係数の測定を実行する。チャネル測定ユニットによって使用される受信信号は、通常、MIMO送信器（図10の例では、ノードB）からMIMO送信器の送信アンテナのアレイを介して受信されるパイロット情報を含むパイロット信号である。チャネル測定は、受信アンテナのアレイ202のそれぞれのアンテナについて実行される。

チャネル測定から取得されるチャネル係数は、変換ユニット212に供給され、ここでこれらのチャネル係数に可逆変換、好ましくは線形および直交変換、適切にはIDFT、を実行する。変換ユニットは、チャネル成分係数をその出力において選択ユニット214に提供する。これらのチャネル成分係数は、変換領域、適切には、説明したように角領域、におけるそれぞれのチャネル成分の個々の加重を示す。選択ユニット214は、変換ユニットから受信されるチャネル成分係数に基づいて、変換領域における1つまたは複数のチャネル成分を選択する。この選択は、適切には、変換ユニット212から受信されるチャネル成分係数における大きさの絶対最大値または極大のいずれかを決定できるような基準に基づく。そして、選択ユニットは、選択されたチャネル成分情報を制御ユニット216に提供する。制御ユニット216は、選択ユニット214によって選択された1つもしくは複数の好ましいチャネル成分、または1つもしくは複数のチャネル成分係数の大きさ、またはその両方を、送信部分218に転送する。他の実施例では、制御ユニットは、選択ユニット214によって選択された1つの好ましいチャネル成分、およびSINRの推定値を提供する。この情報は、送信アンテナ220を介して送信器（図11には図示せず）に送信するため、送信部分218によって処理される。

図12は、図10の制御方法における送信器の動作を実行するのに適した送信器300を簡単なブロックダイヤグラムで示す。図12の送信器300は、本適用によって開示される技術の特徴を説明するのに適切な詳細さでのみ示される。送信器がMIMO通信ネットワークで動作するための公知の機能性は、本明細書の簡略性および簡潔性のため、示されていない。

送信器300は、送信アンテナおよび受信アンテナのアレイ302を備え、これらは、図12において単一の複合アレイとして示される。さらに、この送信器は、1つまたは複数の好ましいチャネル成分およびこの1つまたは複数のチャネル成分の大きさを示す制御信号を受信アンテナから受信するように構成される送信器制御モジュール304を備える。

この制御信号は、図3、10および11を参照して、より詳細に説明されている。他の実施例では、この受信された制御信号は、1つの好ましいチャネル成分およびそのSINRの推定値を示す。

受信された情報から、送信器制御ユニット304は、ビームパターン制御データを変換領域に構成し、そして受信器へのデータ送信中に使用される送信制御信号の形式でアンテナアレイ302に提供し、この受信器から、1つまたは複数の好ましいチャネル成分を示す外部制御信号が、受信される。MIMOアンテナアレイ302に供給される送信信号の生成を担う送信器のこれら機能ブロックは、図12のブロックダイヤグラムでは省略される。

本発明は、図面および上記説明において詳細に説明されているが、こうした説明は、限定的なものでなく、むしろ実例または代表例として考慮されるものであり、本発明は、開示される実施例に限定されない。

請求された発明を実施する当業者は、図面、開示内容および添付の請求項を学ぶことにより、開示される実施例のその他の変形を理解しかつ実効化することができる。

請求項に記載されている構成による複数の機能を、単一のユニットが、果たすこともできる。ある解決法が、互いに異なる従属請求項に記載されているという事実のみで、これらの解決法を有利に組み合わせて使用することができないとすることはできない。

コンピュータープログラムは、その他のハードウェアと一緒に、またはその一部として供給される光学式記憶媒体またはソリッドステート媒体といった適切な媒体に格納させ、そして配布させてもよいが、インターネットまたはその他の有線もしくは無線の通信システムを介するといった、その他の形式で配布させてもよい。

これらの請求項において、用語「含む」は、その他の要素またはステップを除外せず、そして不定冠詞「a」または「an」は、複数形を除外しない。

Claims (55)

1. 送信アンテナのアレイを有する送信器を備え、かつ前記送信器と通信する少なくとも1つの受信器を備える、通信ネットワークのための制御方法であって、
   A）前記受信器において、
   前記受信器の受信アンテナについて、前記送信器から前記受信器に送信される信号を使用して、チャネル測定を実行するステップと、
   前記チャネル測定の出力から、前記送信器における送信アンテナのアレイのそれぞれについて、チャネル係数を決定するステップと、
   前記チャネル係数に空間領域から角領域への可逆変換を適用し、前記角領域におけるそれぞれのチャネル成分の個々の加重を示すチャネル成分係数を確定するステップと、
   前記角領域における1つまたは複数のチャネル成分を選択するステップと、
   次の1）〜3）のいずれかを示す制御信号を前記送信器に通信するステップと、を含み、
   1）前記チャネル係数によって形成されるベクトルの線形分解から導出される1つ若しくは複数の好ましいチャネル成分、および前記1つ若しくは複数のチャネル成分の大きさ、
   2）1つの好ましいチャネル成分、および信号対干渉雑音比SINRを示す量の推定値、または、
   3）1つの好ましいチャネル成分、
   B)前記送信器において、
   前記制御信号を受信するステップと、
   前記受信器から受信される情報を使用して、前記角領域においてビームパターンを構成するステップと、
   を含む、
   制御方法。
2. 前記可逆変換が線形および直交である、請求項1に記載の方法。
3. チャネル測定の実行が、
   前記送信器において送信アンテナのアレイのそれぞれから送信されるパイロット情報の測定を含む、
   請求項1または請求項2に記載の方法。
4. 前記チャネル係数への可逆変換の適用が、
   前記チャネル係数への逆離散フーリエ変換の適用を含む、
   請求項2に記載の方法。
5. 前記受信器において、
   前記チャネル係数に前記線形および可逆直交変換を適用した後に、前記角領域の前記チャネル成分係数の変動範囲である不確定度を決定するステップをさらに含む、
   請求項1または請求項2に記載の方法。
6. 前記受信器において、
   前記角領域の前記チャネル成分係数にフィルターを適用するステップを含む、
   請求項5に記載の方法。
7. 前記送信器への通信が、前記角領域における不確定度の通信をさらに含む、
   請求項5に記載の方法。
8. 前記角領域における1つまたは複数のチャネル成分の選択が、
   チャネル成分係数の集合における大きさの絶対最大値または極大のいずれかを成すチャネル成分係数を有するチャネル成分を確定および選択することを含む、
   請求項1または請求項2に記載の方法。
9. 成分係数の前記集合に大きさの極大を2つ以上確定すること、
   前記極大それぞれの振幅を測定すること、
   前記極大を成す前記チャネル成分間の位相差を測定すること、
   をさらに含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
10. 1つ若しくは複数の好ましいチャネル成分、または1つ若しくは複数のチャネル成分係数の大きさを、量子化された形式で前記送信器に通信することが、無線リンクを介した通信を含む、
    請求項1または請求項2に記載の方法。
11. 前記受信器が受信アンテナのアレイを備え、
    前記チャネル測定が、受信アンテナの前記アレイのそれぞれについて実行される、
    請求項1または請求項2に記載の方法。
12. 前記受信器が無線通信のためのモバイル端末装置であり、
    前記送信器が基地局である、
    請求項1または請求項2に記載の方法。
13. 前記送信器に通信する前記ステップが量子化された形式であり、そしてチャネル品質指標ビットの集合の通信を含む、
    請求項1または請求項2に記載の方法。
14. チャネル品質指標ビットの前記集合の少なくとも一部が、SINR推定値をエンコードする、
    請求項13に記載の方法。
15. 前記SINR推定値が下限である、
    請求項14に記載の方法。
16. 前記下限のSINR推定値が比率で与えられ、
    前記比率は、
    分子が通信される前記チャネル成分に対応する振幅を含み、
    前記分母が前記チャネルの振幅応答から導出される複数のポイントの平均値を含む、
    請求項15に記載の方法。
17. 前記比率が実質的に
    

    

    から導出され、ただし、
    

    

    はチャネル測定のM次元のベクトルであり、
    Mは前記送信器における送信アンテナの数であり、
    Pは、送信電力と受信器における熱雑音電力との比率であり、
    

    

    は、
    

    

    のL点IDFTを計算し、そして絶対値をとることによって取得されるベクトルである、
    請求項16に記載の方法。
18. 前記SINR推定値が、あらかじめ決定された仮定の集合で計算される、
    請求項14に記載の方法。
19. 仮定の前記集合には、
    前記送信器によって構成されるビームパターンが、ゼロ強制のビーム形成を使用して形成されることを含む、
    請求項18に記載の方法。
20. 前記送信器における前記角領域でのビームパターン構成が、
    前記1つまたは複数の好ましいチャネル成分の少なくとも1つでの送信信号インパルスの構成を含む、
    請求項1または請求項2に記載の方法。
21. 前記角領域でのビームパターン構成が、
    前記チャネル成分係数の大きさに応じて決定される振幅を有する前記送信信号インパルスの構成を含む、
    請求項20に記載の方法。
22. 前記受信器において、前記制御信号の受信後に、前記チャネル成分係数の前記角領域における変動範囲である不確定度を決定するステップをさらに含む、
    請求項1または請求項2に記載の方法。
23. 前記受信器での前記チャネル成分係数の前記角領域における不確定度の決定が、異なる時間または異なる周波数において通信される前記好ましいチャネル成分の前記変動範囲の評価を含む、
    請求項22に記載の方法。
24. 前記角領域における前記ビームパターンへのフィルターの適用を含む、
    請求項1または請求項2に記載の方法。
25. 前記角領域で構成された前記ビームパターンに依存して前記送信器から前記受信器に送信するためのビーム形成器の設計を含む、
    請求項1または請求項2に記載の方法。
26. ビーム形成器の設計が、前記チャネル成分係数への前記線形および可逆直交変換の逆の適用を含む、
    請求項25に記載の方法。
27. ビーム形成器の設計が、
    少なくとも1つの第2受信器から受信されるチャネル成分係数にも、さらに依存して実行される、
    請求項25に記載の方法。
28. 送信アンテナのアレイを有する送信器を備える通信ネットワークのための受信器モジュールであって、
    受信器の受信アンテナに接続され、前記受信アンテナについてのチャネル品質を示す物理量の測定を受信信号に基づいて実行し、かつ前記測定結果を示す出力信号を前記送信器における送信アンテナの前記アレイのそれぞれに対するチャネル係数の形式で提供するチャネル測定ユニットと、
    前記チャネル測定ユニットと接続され、前記チャネル係数に空間領域から角領域への可逆変換を適用し、かつ前記角領域におけるそれぞれのチャネル成分の個々の加重を示すチャネル成分係数をその出力において提供する変換ユニットと、
    前記変換ユニットと接続され、前記角領域における1つまたは複数のチャネル成分を前記変換ユニットから受信される前記チャネル成分係数に基づいて選択する選択ユニットと、
    次の1）〜3）を示す制御信号を生成し、
    1）1つもしくは複数の好ましいチャネル成分、または1つもしくは複数のチャネル成分係数の大きさ、またはその両方、
    2）1つの好ましいチャネル成分、および信号対干渉雑音比SINRを示す量の推定値、または、
    3）1つの好ましいチャネル成分、
    そしてその出力において提供する制御ユニットと、
    を含む受信器モジュール。
29. 前記可逆変換が線形および直交である、
    請求項28に記載の受信器モジュール。
30. 前記チャネル測定ユニットが、
    前記送信器において送信アンテナの前記アレイのそれぞれから送信されるパイロット情報を測定することによってチャネル測定を実行する、
    請求項28または請求項29に記載の受信器モジュール。
31. 前記変換ユニットが、
    前記チャネル係数に逆離散フーリエ変換を適用する、
    請求項30に記載の受信器モジュール。
32. 前記チャネル測定ユニットが、
    前記角領域における前記チャネル成分係数の変動範囲である不確定度を決定する、
    請求項28または請求項29に記載の受信器モジュール。
33. 前記チャネル測定ユニットが、
    前記角領域における前記チャネル成分係数にフィルターを適用する、
    請求項28または請求項29に記載の受信器モジュール。
34. 前記制御ユニットが、
    前記角領域におけるチャネル成分係数の変動範囲である不確定度を成す不確定性指標を生成し、そしてその出力において提供する、
    請求項28または請求項29に記載の受信器モジュール。
35. 選択ユニットが、
    前記変換ユニットから受信される前記成分係数における大きさの絶対最大値または極大のいずれかを成すチャネル成分係数を有するチャネル成分を確定および選択する、
    請求項28または請求項29に記載の受信器モジュール。
36. 前記選択ユニットが、
    前記変換ユニットから受信されるチャネル成分係数の前記集合に、大きさの極大が、2つ以上存在するかどうかを確定し、
    前記変換ユニットから受信されるチャネル成分係数の前記集合における極大それぞれの振幅を測定し、
    前記極大を成す前記チャネル成分間の位相差を測定する、
    請求項28または請求項29に記載の受信器モジュール。
37. 前記制御ユニットが、
    1つ若しくは複数の好ましいチャネル成分、または1つ若しくは複数のチャネル成分係数の大きさを、無線リンクを介して、量子化された形式で前記送信器に通信する、
    請求項28または請求項29に記載の受信器モジュール。
38. 前記チャネル測定ユニットが、
    受信アンテナのアレイに接続され、かつ受信アンテナの前記アレイのそれぞれのアンテナについて前記チャネル測定を実行する、
    請求項28または請求項29に記載の受信器モジュール。
39. 前記制御ユニットが、
    前記制御信号形式を、チャネル品質指標ビットの集合の形式で前記送信器に通信する、
    請求項28または請求項29に記載の受信器モジュール。
40. 少なくとも1つの受信器に送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器を備える通信ネットワークにおける受信器のための制御信号伝達方法であって、
    前記受信器の受信アンテナについてチャネル測定を実行するステップと、
    前記チャネル測定の出力から、前記送信器における送信アンテナのアレイのそれぞれについて、チャネル係数を決定するステップと、
    前記チャネル係数に空間領域から角領域への可逆変換を適用し、前記角領域におけるそれぞれのチャネル成分の個々の加重を示すチャネル成分係数を確定するステップと、
    前記角領域における1つまたは複数のチャネル成分を選択するステップと、
    次の1）〜3）のいずれかを示す制御信号を、
    1）前記チャネル係数によって形成されるベクトルの線形分解から導出される1つまたは複数の好ましいチャネル成分、および前記1つまたは複数のチャネル成分の大きさ、
    2）1つの好ましいチャネル成分、および信号対干渉雑音比SINRを示す量の推定値、または、
    3）1つの好ましいチャネル成分、
    前記送信器に通信するステップと、
    を含む制御信号伝達方法。
41. 前記可逆変換が線形および直交である、
    請求項40に記載の制御信号伝達方法。
42. 少なくとも1つの受信器に送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器を備える通信ネットワークにおける受信器のための制御信号伝達方法を、受信器が実行する実行可能プログラムコードを含むコンピュータープログラムであって、
    前記制御信号伝達方法が、
    前記受信器の受信アンテナについてチャネル測定を実行するステップと、
    前記チャネル測定の出力から、前記送信器における送信アンテナのアレイのそれぞれについて、チャネル係数を決定するステップと、
    前記チャネル係数に空間領域から角領域への可逆変換を適用し、前記角領域におけるそれぞれのチャネル成分の個々の加重を示すチャネル成分係数を確定するステップと、
    前記角領域における1つまたは複数のチャネル成分を選択するステップと、
    1つもしくは複数の好ましいチャネル成分、または1つもしくは複数のチャネル成分係数の大きさ、またはその両方を示す制御信号を、量子化された形式で前記送信器に通信するステップと、
    を含むコンピュータープログラム。
43. 前記可逆変換が線形および直交である、
    請求項42に記載のコンピュータープログラム。
44. 送信アンテナのアレイを有する送信器を備える通信ネットワークのための受信器であって、
    前記送信器の送信アンテナの前記アレイによって送信される信号を受信するように構成される、少なくとも1つの受信アンテナと、
    請求項28または請求項29による受信器モジュールと、
    を含む受信器。
45. 受信アンテナのアレイを含む、
    請求項44に記載の受信器。
46. 無線通信のためのモバイル端末装置を形成する、
    請求項45に記載の受信器。
47. 少なくとも1つの受信器に送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器のための送信器制御モジュールであって、
    請求項44から請求項46のいずれか一項に記載の受信器から前記制御信号を受信し、
    かつ
    前記受信器から受信される前記制御信号に含まれる情報を使用して、角領域におけるビームパターン制御データを構成し、その出力において提供する、
    送信器制御モジュール。
48. 前記1つまたは複数の好ましいチャネル成分の少なくとも1つにおいて、
    送信信号インパルスの形式で、ビームパターンに対するビームパターン制御データを構成および提供する、
    請求項47に記載の送信器制御モジュール。
49. 前記角領域における前記チャネル成分係数の変動範囲である不確定度を成す不確定性指標を生成し、その出力において提供するチャネル評価ユニットをさらに含む、
    請求項47に記載の送信器制御モジュール。
50. 少なくとも1つの受信器に送信するための送信アンテナのアレイと、
    請求項47による送信器制御モジュールと、
    を含む、送信器。
51. モバイル通信ネットワークにおける基地局を形成する、
    請求項50に記載の送信器。
52. 少なくとも1つの受信器に送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器のための送信器制御方法であって、
    請求項40または請求項41に記載の方法により受信器から提供される前記制御信号を受信するステップと、
    前記制御信号に含まれる情報を使用して、角領域においてビームパターンを構成するステップと、
    を含む送信器制御方法。
53. 少なくとも1つの受信器に送信するための送信アンテナのアレイを有する送信器が、送信器制御方法を実行する実行可能プログラムコードを含むコンピュータープログラムであって、
    前記送信器制御方法が、
    請求項40または請求項41に記載の方法により受信器から提供される前記制御信号を受信するステップと、
    前記制御信号に含まれる情報を使用して、角領域においてビームパターンを構成するステップと、
    を含むコンピュータープログラム。
54. 請求項50による送信器および請求項44による受信器、
    を含む通信ネットワーク。
55. 前記通信ネットワークが移動体ネットワークである、
    請求項54に記載の通信ネットワーク。

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