JP5244235B2

JP5244235B2 - モバイル・セルラー・ネットワーク内のプリコーディング・ベクトルを割り当てる方法

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Publication number: JP5244235B2
Application number: JP2011515280A
Authority: JP
Inventors: オーム，ミヒャエル; ショーナーシュテット，ルッツ
Original assignee: アルカテル−ルーセント
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2029-06-08
Also published as: JP5622883B2; JP2011525763A; CN103259576B; US9438324B2; ATE548811T1; CN101621360A; KR20110030494A; CN103259576A; EP2451086A1; US8040865B2; CN101621360B; EP2451086B1; US20100020709A1; EP2141824B1; WO2010006845A3; JP2013153505A; WO2010006845A2; KR101155299B1; EP2141824A1; US20120063344A1

Description

本発明はモバイル・セルラー・ネットワーク内のプリコーディング・ベクトル（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇｖｅｃｔｏｒｓ）を割り当てる方法、およびそのための基地局に関する。

本発明の技術分野は、ＭＵ−ＭＩＭＯシステム（ＭＵ＝ｍｕｌｔｉｐｌｅｕｓｅｒ、ＭＩＭＯ＝ｍｕｌｔｉｐｌｅｉｎｐｕｔｍｕｌｔｉｐｌｅｏｕｔｐｕｔ）を用いて、基地局（ＢＳ＝基地局）が同時／同周波数資源でいくつかの移動局（ＭＳ＝移動局）にサービスする、セルラー・システムまたは無線データシステムを対象とする。ＭＵ−ＭＩＭＯシステムは、基地局がＮ≧２個の伝送アンテナを備え、同時／同周波数資源でいくつかの移動局にサービスするシステムである。それぞれの移動局がその移動局宛てのデータ・ストリームだけを受信できるようにするために、基地局は基地局が移動局に伝送するデータ・ストリームにプリコーディング・ベクトルとも呼ばれる一定のアンテナ・ウェイトを適用しなければならない。

プリコーディング・ベクトルを適切に選択するために、基地局はいくつかのチャネル状態情報を有する必要がある。このチャネル状態情報は、ＴＤＤシステム（ＴＤＤ＝ｔｉｍｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎｄｕｐｌｅｘ、時分割複信）ではアップリンクおよびダウンリンク・チャネルの相互関係のためにアップリンク・チャネル・サウンディングによって取得できる。しかし、ＦＤＤシステム（ＦＤＤ＝ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｉｖｉｓｉｏｎｄｕｐｌｅｘ、周波数分割複信）ではこの相互関係は利用可能ではなく、したがって使用できない。プリコーディング・ベクトルの固定またはあらかじめ設定されたセットを定義する必要がある。プリコーディング・ベクトルのセットはコードブックと呼ばれる。コードブックは基地局と移動局の両方に知られている。移動局は、受信した信号品質を改良するために信号品質パラメータを定義するいくつかのメトリックを最大化または最小化するプリコーディング・ベクトルを選択する。しかし、高いイントラセル空間的干渉が依然として存在する可能性がある。

論文「Ｍｕｌｔｉ−ａｎｔｅｎｎａＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎＵｌｔｒａＭｏｂｉｌｅＢｒｏａｄｂａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ」（ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＮＥＴＷＯＲＫＳＡＮＤＳＥＲＶＩＣＥＳＲＥＳＥＡＲＣＨＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ，２００８．ＣＮＳＲ２００８．６ＴＨＡＮＮＵＡＬ，ＩＥＥＥ，ＰＩＳＣＡＴＡＷＡＹ，ＮＪ，ＵＳＡ，２００８年５月５日，第３９７頁乃至第４０３頁）は、強化されたシステム性能のために両方の無線リンク上にＭＩＭＯを採用している直交周波数分割多重アクセス・システムであるウルトラ・モバイル・ブロードバンドによって採用されたマルチ・アンテナ技法を開示している。受信機はコードブック内の最良のプリコーディング・マトリクスを選択して、それぞれのプリコーディング・マトリクス・インデックスをトランスミッタにフィードバックする。

論文「ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎＰｒｅｃｏｄｉｎｇＳｃｈｅｍｅｆｏｒＭＵ−ＭＩＭＯｉｎＥ−ＵＴＲＡＤｏｗｎｌｉｎｋ」（３ＧＰＰＤＲＡＦＴ；Ｒ１−０７２４２２ＰＲＥＣＯＤＩＮＧＳＣＨＥＭＥＦＯＲＤＬＭＵ−ＭＩＭＯ，３ＲＤＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮＰＡＲＴＮＥＲＳＨＩＰＰＲＯＪＥＣＴ（３ＧＰＰ），ＭＯＢＩＬＥＣＯＭＰＥＴＥＮＣＥＣＥＮＴＲＥ；６５０，ＲＯＵＴＥＤＥＳＬＵＣＩＯＬＥＳ；Ｆ−０６９２１ＳＯＰＨＩＡ−ＡＮＴＩＰＯＬＩＳＣＥＤＥＸ；ＦＲＡＮＣＥ，ｖｏｌ．ｔｓｇ＿ｒａｎ＼ＷＧ１＿ＲＬ１＼ＴＳＧＲ１＿４９＼Ｄｏｃｓ，ｎｏ．Ｋｏｂｅ，Ｊａｐａｎ；２００７０５０７，２００７年５月２日）は、好ましいベクトル・インデックスをノードＢにフィードバックするために、単一のプリコーディング・スキームにおいてＵＥが単一のマトリクス・ベースのコードブックから最良のベクトルを選択する、ダウンリンクＭＵ−ＭＩＭＯのための３つのコードブック・ベースのプリコーディング・スキームを開示している。

論文「ＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒｆｏｒＵｌｔｒａＭｏｂｉｌｅＢｒｏａｄｂａｎｄ（ＵＭＢ）ＡｉｒＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ」（３ＧＧＰ２；３ＲＤＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮＰＡＲＴＮＥＲＳＨＩＰＰＲＯＪＥＣＴ２，［Ｏｎｌｉｎｅ］ｎｏ．Ｃ．Ｓ００８４−００１−０，２００７年８月，第２−８６頁乃至第２−９５頁（２００９年０２月２６日にインタネット上で検索（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．３ｇｐｐ２．ｏｒｇ／Ｐｕｂｌｉｃ＿ｈｔｍｌ／ｓｐｅｃｓ／ｔｓｇｃ．ｃｆｍ））は、プリコーディング・マトリクスのセットが、アクセス・ターミナルがその中から好ましいマトリクスをアクセス・ネットワークにフィードバックしてよいコードブックを形成するＭＩＭＯ手順を開示している。

「Ｍｕｌｔｉ−ａｎｔｅｎｎａＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎＵｌｔｒａＭｏｂｉｌｅＢｒｏａｄｂａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ」（ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＮＥＴＷＯＲＫＳＡＮＤＳＥＲＶＩＣＥＳＲＥＳＥＡＲＣＨＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ，２００８．ＣＮＳＲ２００８．６ＴＨＡＮＮＵＡＬ，ＩＥＥＥ，ＰＩＳＣＡＴＡＷＡＹ，ＮＪ，ＵＳＡ，２００８年５月５日，第３９７頁乃至第４０３頁）「ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎＰｒｅｃｏｄｉｎｇＳｃｈｅｍｅｆｏｒＭＵ−ＭＩＭＯｉｎＥ−ＵＴＲＡＤｏｗｎｌｉｎｋ」（３ＧＰＰＤＲＡＦＴ；Ｒ１−０７２４２２ＰＲＥＣＯＤＩＮＧＳＣＨＥＭＥＦＯＲＤＬＭＵ−ＭＩＭＯ，３ＲＤＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮＰＡＲＴＮＥＲＳＨＩＰＰＲＯＪＥＣＴ（３ＧＰＰ），ＭＯＢＩＬＥＣＯＭＰＥＴＥＮＣＥＣＥＮＴＲＥ；６５０，ＲＯＵＴＥＤＥＳＬＵＣＩＯＬＥＳ；Ｆ−０６９２１ＳＯＰＨＩＡ−ＡＮＴＩＰＯＬＩＳＣＥＤＥＸ；ＦＲＡＮＣＥ，ｖｏｌ．ｔｓｇ＿ｒａｎ＼ＷＧ１＿ＲＬ１＼ＴＳＧＲ１＿４９＼Ｄｏｃｓ，ｎｏ．Ｋｏｂｅ，Ｊａｐａｎ；２００７０５０７，２００７年５月２日）「ＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒｆｏｒＵｌｔｒａＭｏｂｉｌｅＢｒｏａｄｂａｎｄ（ＵＭＢ）ＡｉｒＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ」（３ＧＧＰ２；３ＲＤＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮＰＡＲＴＮＥＲＳＨＩＰＰＲＯＪＥＣＴ２，［Ｏｎｌｉｎｅ］ｎｏ．Ｃ．Ｓ００８４−００１−０，２００７年８月，第２−８６頁乃至第２−９５頁（２００９年０２月２６日にインタネット上で検索（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．３ｇｐｐ２．ｏｒｇ／Ｐｕｂｌｉｃ＿ｈｔｍｌ／ｓｐｅｃｓ／ｔｓｇｃ．ｃｆｍ））

本発明の目的は、モバイル・セルラー・ネットワーク内のプリコーディング・ベクトルの改良された割当てを提供することである。

本発明の目的は、請求項１に記載のモバイル・セルラー・ネットワーク内のプリコーディング・ベクトルを割り当てる方法によって達成される。本発明の目的は、請求項１１に記載のモバイル・セルラー・ネットワークの基地局によっても達成される。

本発明は、イントラセル空間的干渉を減らすための効率的な方法を提供する。実際には、移動局だけが完全なチャネル情報を有する。したがって、基地局が評価できるのは信号対雑音および干渉比などの信号品質パラメータだけである。しかし、移動局は適切な信号品質パラメータを測定または計算できる。基地局による移動局のためのプリコーディング・ベクトルの従来の選択、および基地局による移動局への割当ては、移動局の好ましいプリコーディング・ベクトルだけに基づき、好ましいプリコーディング・ベクトルを有するある移動局への伝送は同時／同周波数資源でサービスされる他のすべての移動局にとっての干渉も生じさせることは考慮されない。本発明は、移動局が好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトル（ｃｏｍｐａｎｉｏｎｐｒｅｃｏｄｉｎｇｖｅｃｔｏｒｓ）を用いて他の移動局の情報を基地局に提供するので、この短所を取り除く。本発明の基地局は、プリコーディング・ベクトルを相互排他的な関連移動局に割り当てることができる。相互排他的とは、第１移動局に割り当てられたプリコーディング・ベクトルが、同じ基地局によってサービスされる別の移動局の好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルであり、逆の場合も同様であることを意味することが好ましい。したがって、移動局における信号品質が改良されるだけでなく、基地局によってそれぞれの関連移動局に提供される通信帯域幅も改良される。したがって、基地局と移動局との間の伝送エラーが減少し、データ・スループットが向上する。さらに、基地局と移動局との間だけでプリコーディング・ベクトル・インデックスを交換することによって、シグナリング・オーバーヘッドの量が減少する。基地局と移動局との間のシグナリング・トラフィックの量の減少により、イントラセル空間的干渉がさらに減少する。

従属請求項によって示される本発明の実施形態によって、さらなる利点が達成される。

本発明の好ましい実施形態によれば、移動局は、コードブックのプリコーディング・ベクトルごとの信号品質パラメータ、またはコードブックのプリコーディング・ベクトルのサブセットを計算する。特に、信号品質パラメータは、セル間空間的干渉、イントラセル空間的干渉、受信した信号強度、信号対雑音比、および／または信号対干渉雑音比を表示する実際のスカラ・セル間干渉インジケータである。実際のスカラ・セル間干渉インジケータは、特に「未満」、「上回る」、および／または「等しい」関係を用いて同じタイプの他の実数と容易に比較できる実数である。したがって、好ましいプリコーディング・ベクトルおよび好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルの選択過程の間に使用できるプリコーディング・ベクトルのための評価基準がある。移動局は、計算された信号品質パラメータに基づいて、好ましいプリコーディング・ベクトル、および好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルのインデックスを選択する。

本発明の好ましい実施形態によれば、基地局は参照信号のシーケンスを基地局のアンテナに適用する。基地局に関連付けられる１つまたは複数の移動局のうちのそれぞれの移動局は、参照信号の前記シーケンスの参照信号を測定して、前記測定に基づいて信号品質パラメータを計算する。

参照信号が専用パイロット信号である、すなわち参照信号がコードブック内に含まれるプリコーディング・ベクトルに関連付けられている可能性がある。

基地局が、基地局に関連付けられる１つまたは複数の移動局に、基地局のアンテナに適用されるコードブック内に含まれるプリコーディング・ベクトルに関連付けられる専用参照信号のシーケンスを通知することが好ましい。この情報は、好ましくは特定の信号メッセージによって、ダウンリンク・チャネルを介して基地局から移動局に信号で伝えることができる。

参照信号が共通参照信号、すなわちプリコーディング・ベクトルに関連付けられていない参照信号である可能性もある。

信号品質パラメータの計算は、知られているコードブックからのプリコーディング・ベクトルを、基地局がデータ伝送のために使用すると仮定して実行される。移動局が、受信した信号強度、信号対雑音比、信号対干渉雑音比、および／またはイントラセル空間的干渉インジケータを前記測定に基づいて計算することが好ましい。参照信号が共通パイロット信号である場合、１つまたは複数の移動局のうちのそれぞれの移動局が前記測定およびプリコーディング・ベクトルに基づいて信号品質パラメータを計算し、参照信号のシーケンスのうちの１つまたは複数の参照信号にそれぞれのプリコーディング・ベクトルを乗じることが好ましい。

さらに、前記計算された信号品質パラメータを、前記測定に基づいてプリコーディング・ベクトル・インデックスの関数として表すことができる。前記関数の極値は、好ましいプリコーディング・ベクトル・インデックス、および好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトル・インデックスに関連する。たとえば、計算された信号品質パラメータが受信された信号強度、信号対雑音比、または信号対干渉雑音比の場合、前記関数の極小値の領域に近いインデックスは、好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトル・インデックスとして表され、前記関数の極大値の領域に近いインデックスは好ましいプリコーディング・ベクトル・インデックスとして表される。

本発明の好ましい実施形態によれば、移動局は計算された信号品質パラメータに基づいて、好ましいプリコーディング・ベクトルの１つまたは複数のインデックス、および好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルの１つまたは複数のインデックスを選択する。選択過程は、プリコーディング・ベクトル・インデックスに応じて、信号品質パラメータを示しているそれぞれの関数を用いて上述のように実行されることが好ましい。１つまたは複数の好ましいプリコーディング・ベクトルは、高い、または最高の受信信号強度、信号対雑音比、および／または信号対干渉雑音比を表す。それとは対照的に、１つまたは複数の好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルは、低い、または最低の受信信号強度、信号対雑音比、および／または信号対干渉雑音比を表す。

本発明の好ましい実施形態によれば、移動局は、ある好ましいプリコーディング・ベクトルのインデックス、およびアップリンク・チャネルを介して基地局に報告される補助の好ましいプリコーディング・ベクトルの１つまたは複数のインデックスを選択する。補助のプリコーディング・ベクトルは、好ましいプリコーディング・ベクトルを決定されたプリコーディング・ベクトルとしてそれぞれの移動局に割り当てることができない場合の、好ましいプリコーディング・ベクトルの代替物である。補助のプリコーディング・ベクトルを導入することによって、たとえ２つの移動局が同じ好ましいプリコーディング・ベクトル・インデックスを基地局に報告した場合でも、これらの２つの異なる移動局に異なるプリコーディング・ベクトルを割り当てることができるようになる。

本発明の好ましい実施形態によれば、移動局は、１つまたは複数の好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルに割り当てられた計算された信号品質パラメータを基地局に報告する。次いで、基地局が１つまたは複数の好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルに割り当てられた前記信号品質パラメータに基づいて、移動局のためのプリコーディング・ベクトルを決定する。基地局は、移動局によって提供された１つまたは複数の好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルに割り当てられた信号品質パラメータの追加情報に基づいて、関連移動局にわたって全体的な信号品質を最適化できる。

本発明の好ましい実施形態によれば、基地局は、基地局に関連付けられる１つまたは複数の移動局に、それぞれの移動局で好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルとして選択されるプリコーディング・ベクトルにとって許容できる信号品質パラメータのそれぞれのしきい値を通知する。それぞれの移動局は、コードブックの２つ以上、好ましくはすべてのプリコーディング・ベクトルについての信号品質パラメータを計算する。それぞれの移動局は、計算された信号品質パラメータをしきい値と比較する。それぞれの移動局は、そのプリコーディング・ベクトルの１つまたは複数のインデックスを、しきい値に適合する好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルとして選択する。しきい値は、好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルの最小許容レベルを提供する。前記しきい値を満たさない、および好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルとして、すなわち別の移動局のプリコーディング・ベクトルとして使用される好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルは、移動局での信号品質を著しく低下させる。

本発明の好ましい実施形態によれば、移動局は、あらかじめ定義されたしきい値未満に留まるイントラセル空間的干渉を好ましいプリコーディング・ベクトルと組み合わせて生成するプリコーディング・ベクトルだけを、好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルとして選択する。イントラセル空間的干渉の代わりに、強化される受信した信号強度、信号対雑音比、または信号対干渉雑音比を使用することもできる。

本発明の好ましい実施形態によれば、基地局は、基地局に関連付けられる１つまたは複数の移動局のうちの１つの移動局に、好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルのあらかじめ設定された数のインデックスを通知する。移動局は好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルのあらかじめ設定された数のインデックスを選択する。好ましいコンパニオンのあらかじめ設定された数のインデックスが使用される場合、アップリンク・フィードバックにおいて好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルのインデックスの数は必要ではなく、したがって移動局と基地局との間の管理信号が減少する。さらに、好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルのあらかじめ設定された数のインデックスは、それぞれの移動局に関連付けられる好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトル・インデックスの基地局での管理を簡略化する。

本発明の好ましい実施形態によれば、基地局は、移動局のプリコーディング・ベクトル・インデックスが、最大数の移動局について別の移動局の好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトル・インデックスであるように移動局のためのプリコーディング・ベクトルを決定する。たとえば、基地局は受信したインデックスを、上述の条件を満たす移動局へのプリコーディング・ベクトルの割当てを発見する最適化アルゴリズム、たとえば全数検索アルゴリズムの入力パラメータとして使用する。

基地局に関連付けられる最大数の移動局にイントラセル空間的干渉の減少を提供するために、基地局が好ましいプリコーディング・ベクトルの報告された１つまたは複数のインデックスのうちのそれぞれのインデックスを、好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルの報告された１つまたは複数のインデックスのうちのあるインデックスと組み合わせるまたは結合することが好ましい。前記最大数の移動局のうちの１つに関連付けられる好ましいプリコーディング・ベクトルの報告された１つまたは複数のインデックスのうちのそれぞれのインデックスが、前記最大数の移動局の別の移動局に関連付けられる好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルの報告された１つまたは複数のインデックスのうちのあるインデックスと組み合わされる。

選択された１つまたは複数のインデックスに関連付けられる選ばれた１つまたは複数の好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルがしきい値を下回る信号品質パラメータを有し、それぞれの移動局が選ばれた１つまたは複数のインデックスを好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルに関連付けられる選択された１つまたは複数のインデックスとしてアップリンク・チャネルを介して基地局に報告する場合、基地局に関連付けられるそれぞれの移動局は好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルの１つまたは複数のインデックスのうちの１つまたは複数のインデックスだけを選ぶことができる。

本発明のこれらならびにさらなる特徴および利点は、現在の好ましい実施形態の以下の詳細な説明を添付の図面と併せて読めば、よりよく理解されよう。

３つの移動局に通信を提供するアンテナを有する基地局のビューを示す図である。

図１は、モバイル・セルラー・ネットワークのセル内の基地局２１および３つの移動局４１、４２、４３を示している。基地局２１はアンテナを備える。アンテナは３つのアンテナ装置２１２を備え、それぞれのアンテナ装置２１２はセルの異なるセクタに割り当てられている。それぞれのアンテナ装置２１２は、平行に並べられた４つの等しい直線アンテナ要素２１３を有する直線アンテナ・アレーで形成されている。基地局２１のアンテナ装置２１２は、水平または垂直に分極されたアンテナ要素２１３、または交差分極されたアンテナ要素などの他のどのようなアンテナ構成を有することもでき、それによって２つのアンテナ要素が＋４５°で並べられ、２つのアンテナ要素が−４５°で並べられることが好ましい。基地局２１の制御装置は、ビーム形成を制御するために基地局２１のそれぞれのアンテナ・アレーに別々に異なるプリコーディング・ベクトルを適用できる。ビームは関連付けられるプリコーディング・ベクトルによって定義される。しかし、ビーム形成は直線プリコーディングの特別なケースである。特に、ラムダ／２の間隔を置かれた直線アレーなどの相互に関連するアンテナ・アレーについては、プリコーディングはビーム形成をもたらし、１０ラムダの間隔を置かれたアンテナ・アレーなどの相互に関連しないアンテナについては特別なビームは形成されない。発明された解決策は、相互に関連するアンテナ・アレーと相互に関連しないアンテナ・アレーの両方に対処する。プリコーディング・ベクトルは、直線アンテナ要素２１３ごとに複雑なアンテナ・ウェイトを定義する複雑なベクトルである。アンテナ・ウェイトの絶対値が１と等しく、したがって位相因子だけを定義することが好ましい。アンテナ・ウェイトの絶対値が１と等しくない場合、振幅を定義することもできる。さらに、基地局２１の制御装置は、ソフトウェアおよびハードウェア手段、すなわち、モバイル・セルラー・ネットワーク内のプリコーディング・ベクトルの割当てを実行するように適合された１つまたは複数のデータ処理装置、ソフトウェア・プラットフォーム、およびシステム・プラットフォーム上で実行している１つまたは複数のアプリケーション・プログラムで構成されている。

基地局２１の制御装置は、アンテナ装置２１２のビーム形成を制御して、基地局２１にセルラー・モバイル・ネットワークの他の基地局および／または移動局４１、４２、４３との通信機能を提供するように適合されている。セルラー・モバイル・ネットワークの基地局は、コア・ネットワークの固定通信回線を介して他の基地局と通信する。セルラー・モバイル・ネットワークの基地局２１は、セルラー・モバイル・ネットワーク内に位置する移動局４１、４２、４３に無線アクセスを提供する。基地局２１に無線でアクセスするために、それぞれの移動局４１、４２、４３は制御装置、アンテナ、およびアンテナに供給するＲＦ（ＲＦ＝ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、無線周波数）通信装置を備える。それぞれの移動局４１、４２、４３のアンテナが１つまたは複数のアンテナ装置を備えることが可能である。それぞれの移動局４１、４２、４３の制御装置は、それぞれの移動局４１、４２、４３のアンテナを制御して、移動局４１、４２、４３に無線通信機能を提供する。さらに、それぞれの移動局４１、４２、４３の制御装置は、ＳＩＲ（ＳＩＲ＝ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−ｒａｔｉｏ、信号対干渉比）、ＳＮＲ（ＳＮＲ＝ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ−ｒａｔｉｏ、信号対雑音比）、ＳＩＮＲ（ＳＩＮＲ＝ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−ａｎｄｎｏｉｓｅ−ｒａｔｉｏ、信号対干渉雑音比）、および／または受信した信号強度などの信号品質パラメータを計算および／または測定するための機能を提供する。それぞれの移動局４１、４２、４３の制御装置は、移動局４１、４２、４３間の無線通信を提供する信号を送信、受信、および／または伝送するための機能も提供する。さらに、それぞれの移動局４１、４２、４３の制御装置は、計算および／または測定された信号品質パラメータの信号を送信、受信、および／または伝送するための機能を提供する。

本発明の好ましい実施形態では、基地局２１は、関連移動局４１、４２、および４３にそれぞれダウンリンク・チャネル１００１、２００１、３００１を介して情報を伝送する。基地局２１に関連付けられる移動局４１、４２、および４３は、それぞれアップリンク・チャネル１００２、２００２、３００２を介して基地局２１に情報を伝送する。ダウンリンク・チャネル１００１、２００１、３００１は、アップリンク・チャネル１００２、２００２、３００２から周波数分離されている。

基地局２１、ならびに移動局４１、４２、および４３はＭＵ−ＭＩＭＯシステムの構成要素であることが好ましい。

たとえば、基地局２１は、いくつかのＫ個の移動局４１、４２、４３にサービスするＮ≧２個の伝送アンテナ装置を有する。それぞれの移動局４１、４２、４３ｉ、ｉ＝１，．．．，Ｋは、Ｍ_ｉ≧１個のアンテナ装置とも呼ばれる受信アンテナ装置を備える。一定の時間／周波数資源でデータを伝送するために、基地局２１はすべてのＫ個の利用可能な移動局から移動局４１、４２、４３のグループを選択する。一般性を喪失することなく、移動局４１、４２、４３ｊ、ｊ＝１，．．．，Ｌ、Ｌ≦Ｎが選択されると仮定される。現在の場合では、それぞれの移動局４１、４２、４３は、受信アンテナとして１つのアンテナ装置だけを備える、すなわちＭ_ｉ＝Ｍ＝１であるとさらに仮定される。基地局２１は、それぞれの移動局４１、４２、４３に１つのデータ・ストリームｓ_ｊを伝送する。それぞれの移動局４１、４２、４３ｊがそれ宛てのデータ・ストリームｓ_ｊだけを受信できるようにするために、基地局２１は基地局２１が送出するデータ・ストリームにプリコーディング・ベクトルによって定義された一定のアンテナ・ウェイトを適用する。Ｎ個の基地局アンテナ装置から伝送された信号のベクトルｔは、以下の行列記法で書くことができ、

データ・ストリームｓのベクトル、アンテナ・ウェイト、すなわちプリコーディング行列Ｐを定義するプリコーディング列ベクトルＰ_ｊ、ｊ＝１，．．．，Ｌを有する。移動局４１、４２、４３ｊで受信した信号は

であり、基地局２１のＮ個のアンテナ装置と移動局の受信アンテナ装置との間のチャネルを表すチャネル・ベクトルｈ_ｌ ^（ｊ）を有する。ｎ_ｌ ^（ｊ）は付加雑音およびセル間干渉項である。移動局４１、４２、４３ｊで受信した信号は以下のように書くことができる。

項ｈ_ｌ ^（ｊ）・ｐ_ｊ・ｓ_ｊは移動局４１、４２、４３ｊのための信号を表し、項

は移動局４１、４２、４３ｊによって観測される空間的イントラセル（マルチユーザ）干渉を表している。

移動局４１、４２、４３ｊがそのデータ・ストリームｓ_ｊを適切に受信できるようにするために、基地局２１は所望の信号に関して空間的干渉が許容レベルで維持されるような方法でプリコーディング・ベクトルを選択する。例を挙げると、

または、より厳密には、

である。基地局２１でのこの選択は、すべてのＬ個の選択された移動局について上記の状態が満たされるような方法で実行される。選択過程に、２つの所与の基準および特に実際のデータ・ストリームｓ_ｊ、ｊ＝１，．．．，Ｌを含むことができる。選択過程に、好ましくはパラメータとしてｓ_ｊの平均電力とともに、空間的干渉についての測度として使用できる項のいくつかの機能ｈ_ｌ ^（ｊ）・ｐ_ｎ，ｎ＝１，．．．Ｌ，ｎ≠ｊを含むこともできる。

実際は、基地局２１は適切にプリコーディング・ベクトルを選択するためにチャネル状態情報を必要とする。このチャネル状態情報は、時分割複信（ＴＤＤ）システムではアップリンクおよびダウンリンク・チャネルの相互関係のためにアップリンク・チャネル・サウンディングによって取得できる。しかし、ＦＤＤ（周波数分割複信）システムではこの相互関係は利用可能ではなく、したがって使用できない。したがって、基地局２１と移動局４１、４２、４３の両方に知られているプリコーディング・ベクトルの固定またはあらかじめ設定されたセット、すなわちコードブックを定義するのが一般的であり、そこから移動局４１、４２、４３は受信した信号電力、または信号対雑音および干渉比などのいくつかのメトリックを最大化または最小化するベクトルを選択する。次いで、好ましいプリコーディング・ベクトル・インデックス（ＰＶＩ＝プリコーディング・ベクトル・インデックス）だけが基地局２１に信号を送り返す必要がある。

以下は、移動局４１、４２、４３ごとの完全なチャネル・ベクトル／マトリクスの知識を持たずに同時／同周波数資源で伝送するための選択過程および基地局２１のプリコーディング・ベクトルの関連移動局４１、４２、４３への割当てを改良するために行うことができる。

移動局４１、４２、４３はアップリンク・フィードバックを介してそれらの好ましいＰＶＩ（ＰＶＩ＝プリコーディング・ベクトル・インデックス）を報告するだけでなく、好ましいＣＰＶＩ（ＣＰＶＩ＝コンパニオン・プリコーディング・ベクトル・インデックス）、すなわち移動局４１、４２、４３で非常に低い、または少なくとも許容できる空間的干渉を生成するプリコーディング・ベクトルのインデックスも報告する。基地局２１は移動局４１、４２、４３、すなわち関連する好ましいＰＶＩを、好ましいＰＶＩが相互排他的になるような方法で選択する。同時に、それぞれの移動局の好ましいＰＶＩは他のすべての選択された移動局の好ましいＣＰＶＩのセット内である、またはそれぞれの移動局の好ましいＰＶＩは少なくとも他の選択された多数の移動局の好ましいＣＰＶＩのセット内である。

好ましいＣＰＶＩを報告するために、それぞれの移動局４１、４２、４３は少なくとも１つの好ましいＣＰＶＩまたはあらかじめ設定されたまたは固定された数の好ましいＣＰＶＩを基地局２１に報告する。好ましいＣＰＶＩはプリコーディング・ベクトルに対応し、イントラセル空間的干渉を最小化する。

移動局で空間的干渉が依然としてあるしきい値、たとえばＳＩＮＲのしきい値を下回る場合、追加の対応するプリコーディング・ベクトルごとに、移動局４１、４２、４３は複数の好ましいＣＰＶＩを報告できる。しかし、固定されたおよび／またはあらかじめ設定された数の好ましいＣＰＶＩが基地局２１に報告される場合、しきい値は適用できない。しきい値は第１の好ましいＣＰＶＩの値と同じ値か、第１の好ましいＣＰＶＩの値よりの高い値のどちらかである。

「より大きい」「上回る」などの関係の意味は、メトリックのタイプに依存し、メトリックに応じて「小さい」「下回る」などと置き換えなければならないことが明らかである。たとえば、メトリックが干渉と直接関連している場合、移動局４１、４２、４３で、許容できるＣＰＶＩは許容できる干渉レベルを示すしきい値より低い干渉を提供する。しかし、メトリックが干渉と間接的に関連している場合は逆のケースとなり、すなわち許容できるＣＰＶＩはしきい値を超えるそれぞれの値を提供する。

複数の好ましいＣＰＶＩが報告される場合、好ましいＣＰＶＩが昇順で報告される、すなわち、対応するプリコーディング・ベクトルが最低の空間的干渉をもたらす好ましいＣＰＶＩが最初で、対応するプリコーディング・ベクトルが最高の空間的干渉をもたらす好ましいＣＰＶＩが最後であることが好ましい。好ましいＣＰＶＩに加えて、移動局４１、４２、４３は、信号品質を表示するメトリックに基づいて、たとえばいくつかのスカラ空間的干渉インジケータ値または他の何らかの適切なスカラ実際値によって、対応する空間的干渉の量も報告できる。

報告された最大数の好ましいＣＰＶＩは、報告された最大数の好ましいＣＰＶＩを、ダウンリンク・チャネル１００１、２００１、３００１を介して移動局４１、４２、４３に信号で送ることによって、基地局２１によって動的、半静的、または静的な方法で構成できることが好ましい。報告された前記最大数の好ましいＣＰＶＩは、移動局４１、４２、４３ごとに個別に指定することができる。

第１の好ましいＣＰＶＩについてのしきい値に関する追加の好ましいＣＰＶＩについてのしきい値が、基地局２１によって動的、半静的、または静的な方法で構成され、ダウンリンク・チャネル１００１、２００１、３００１を介して移動局４１、４２、４３に信号で送られることが好ましい。第１の好ましいＣＰＶＩについての値に関する追加の好ましいＣＰＶＩについての前記しきい値は、移動局４１、４２、４３ごとに個別に指定することができる。

さらに、基地局２１は、同様のプリコーディング・ベクトルは同様のインデックスでインデックス付けされるような方法で、プリコーディング・ベクトルのインデックスを順序付けることができ、インデックスは数であることが好ましい。たとえば、コードブックはインデックスｉ＝１、２、３、４、５、または６である６つのプリコーディング・ベクトルｐ_ｉを備える。それぞれのプリコーディング・ベクトルは、基地局２１のアンテナによって生成できるビーム形成を定義してよい。これらの６つのプリコーディング・ベクトルは、インデックスｉ＝１、２、３、４、５、または６のうちの２つの絶対差がイントラセル空間的干渉の量に間接的に関連するように順序付けられる。たとえば、移動局４１がプリコーディング・ベクトルｐ_１を好ましいプリコーディング・ベクトルとして、プリコーディング・ベクトルｐ_４およびｐ_６を好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルとして報告し、移動局４２がプリコーディング・ベクトルｐ_４を好ましいプリコーディング・ベクトルとして、プリコーディング・ベクトルｐ_１およびｐ_６を好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルとして報告し、移動局４３がプリコーディング・ベクトルｐ_６を好ましいプリコーディング・ベクトルとして、プリコーディング・ベクトルｐ_１およびｐ_４を好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルとして報告する。このような場合、基地局２１はプリコーディング・ベクトルｐ_１を移動局４１に、プリコーディング・ベクトルｐ_４を移動局４２に、プリコーディング・ベクトルｐ_６を移動局４１に割り当てる。この場合、コンパニオン・プリコーディング・ベクトルについてのしきい値をインデックス｜ｉ−ｊ｜の最小絶対差で定義でき、たとえば｜ｉ−ｊ｜は２と等しい。

Claims

モバイル・セルラー・ネットワーク内のプリコーディング・ベクトルを割り当てる方法であって、
基地局に関連付けられる移動局によって、好ましいプリコーディング・ベクトルの１つまたは複数のインデックスを、インデックス付けされたプリコーディング・ベクトルを備えるコードブックから選択して、前記１つまたは複数の好ましいプリコーディング・ベクトルの前記インデックスをアップリンク・チャネルを介して前記基地局に報告するステップと、
前記移動局によって、前記基地局が同時／同周波数資源でサービスする他の移動局のために前記基地局によって使用されることが可能なプリコーディング・ベクトルである好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルの１つまたは複数のインデックスを前記コードブックから選択して、前記好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルに関連付けられる前記１つまたは複数のインデックスを前記アップリンク・チャネルを介して前記基地局に報告するステップと、
前記基地局によって、前記基地局に関連付けられる移動局ごとに、前記好ましいプリコーディング・ベクトルの前記報告された１つまたは複数のインデックスと前記好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルの前記報告された１つまたは複数のインデックスとに基づいて、プリコーディング・ベクトルを割り当てるステップとを備える、方法。
前記移動局によって、前記コードブックのプリコーディング・ベクトルごとの、または、前記コードブックの前記プリコーディング・ベクトルのサブセットの信号品質パラメータ、特に、セル間空間的干渉、受信した信号強度、信号対雑音比、または、信号対干渉雑音比を示す実際のスカラ・セル間干渉インジケータを計算し、前記計算された信号品質パラメータに基づいて、前記好ましいプリコーディング・ベクトルおよび好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルの前記インデックスを選択するステップとを備える、請求項１に記載の方法。
前記基地局によって、参照信号のシーケンスを前記基地局のアンテナに適用するステップと、
前記基地局に関連付けられる前記１つまたは複数の移動局のうちのそれぞれの移動局によって、前記参照信号のシーケンスの参照信号を測定して、前記測定に基づいて前記信号品質パラメータを計算するステップとをさらに備える、請求項２に記載の方法。
前記１つまたは複数の好ましいプリコーディング・ベクトルが高い受信信号強度、信号対雑音比、および／または信号対干渉雑音比を表し、前記１つまたは複数の好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルが低い受信信号強度、信号対雑音比、および／または信号対干渉雑音比を表すように、前記移動局によって、前記計算された信号品質パラメータに基づいて、好ましいプリコーディング・ベクトルの前記１つまたは複数のインデックス、および好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルの前記１つまたは複数のインデックスを選択するステップを備える、請求項２に記載の方法。
前記移動局によって、ある好ましいプリコーディング・ベクトルのインデックスと、アップリンク・チャネルを介して前記基地局に報告される補助の好ましいプリコーディング・ベクトルの少なくとも１つのインデックスとを選択するステップを備え、前記好ましいプリコーディング・ベクトルを決定されたプリコーディング・ベクトルとして前記それぞれの移動局に割り当てることができないときには、前記補助のプリコーディング・ベクトルが前記好ましいプリコーディング・ベクトルの代替物である、請求項１に記載の方法。
前記移動局によって、前記１つまたは複数の好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルに割り当てられた前記計算された信号品質パラメータを前記基地局に報告するステップと、
前記基地局によって、前記１つまたは複数の好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルに割り当てられた前記信号品質パラメータに基づいて、前記移動局のための前記プリコーディング・ベクトルを決定するステップとを備える、請求項２に記載の方法。
前記基地局によって、前記基地局に関連付けられる１つまたは複数の移動局に、前記それぞれの移動局で好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルとして選択されるプリコーディング・ベクトルにとって許容できる信号品質パラメータのそれぞれのしきい値を通知するステップと、
それぞれの移動局によって、前記コードブックの、２つ以上、好ましくはすべての、プリコーディング・ベクトルについての前記信号品質パラメータを計算するステップと、
前記それぞれの移動局によって、前記計算された信号品質パラメータを前記しきい値と比較するステップと、
前記それぞれの移動局によって、そのプリコーディング・ベクトルの前記１つまたは複数のインデックスを、前記しきい値に適合する好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトル・インデックスとして選択するステップとを備える、請求項１に記載の方法。
前記移動局によって、あらかじめ定義されたしきい値未満に留まるイントラセル空間的干渉を好ましいプリコーディング・ベクトルと組み合わせて生成するプリコーディング・ベクトルだけを、好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルとして選択するステップを備える、請求項１に記載の方法。
前記基地局によって、前記基地局に関連付けられる前記１つまたは複数の移動局のうちの移動局に、好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルのあらかじめ設定された数のインデックスを通知するステップと、
前記移動局によって、好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルの前記あらかじめ設定された数のインデックスを選択するステップとを備える、請求項１に記載の方法。
移動局の好ましいプリコーディング・ベクトル・インデックスが最大数の前記移動局について別の移動局の好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトル・インデックスであるように、前記移動局のための前記プリコーディング・ベクトルを決定するステップを備える、請求項１に記載の方法。
モバイル・セルラー・ネットワーク内の基地局であって、前記基地局は、プリコーディング・ベクトルを割り当てる制御装置を備え、前記制御装置が、
インデックス付けされたプリコーディング・ベクトルを備えるコードブックから選択された好ましいプリコーディング・ベクトルの１つまたは複数のインデックスを、それぞれの１つまたは複数の移動局から、アップリンク・チャネルを介して受信し、
前記コードブックから選択された好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルの１つまたは複数のインデックスを、それぞれの前記１つまたは複数の移動局から前記アップリンク・チャネルを介して受信するよう適合され、前記好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルは、前記基地局が同時／同周波数資源でサービスする他の移動局のために前記基地局によって使用されることが可能なプリコーディング・ベクトルであり、前記制御装置がさらに、
前記基地局に関連付けられる移動局ごとに、前記好ましいプリコーディング・ベクトルの前記報告された１つまたは複数のインデックスと前記好ましいコンパニオン・プリコーディング・ベクトルの前記報告された１つまたは複数のインデックスとに基づいて、プリコーディング・ベクトルを割り当てるよう適合される、基地局。