JP5346376B2 - ビーム形成システムおよびビーム形成方法 - Google Patents

Description

この出願は、２００８年９月４日に提出された米国の仮出願第６１／０９４１０８号の利益を主張し、当該仮出願は、この参照によりここに取り入れられる。

本発明は、無線通信システムに関する。より具体的には、本発明は、ビーム形成（beamforming）システムおよびビーム形成方法に関する。

ＧｏＢ（Grid-of-Beams）アプローチを用いるマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）送信は、新たな無線システムについてのダウンリンクのための魅力的な方式であることが示されている。例えば、IST-4-027756 WINNER II Deliverable D4.7.3, "Smart antenna based interference mitigation," Jun.2007 を参照されたい。ＧｏＢ方式では、ビームのグリッドは、基地局で密集したアンテナを使用することにより生成される。独立したデータストリームが、重ならないビームによりサービス提供される地理的な位置の中の端末に送信される。この方式の特徴は、当該方式が送信機でのチャネル状態情報（ＣＳＩＴ）、すなわちビーム選択をほとんど求めないということである。

ビームのグリッドのアプローチは、固定のビームに依存する。ビームは、ベースバンド信号の処理によって操られることが可能であり、改善されたサービス範囲およびより小さい干渉を提供する。マルチアンテナの基地局から複数のシングルアンテナの端末への共同適応ビーム形成（joint adaptive beamforming）の問題は、解決されている。例えば、Ｍ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ ａｎｄ Ｈ．Ｂｏｃｈｅ， “Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ｗｉｔｈ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ＳＩＮＲ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ，“ＩＥＥＥ ｒａｎｓ． ＶＴ， ｖｏｌ．５３， ｎｏ．ｌ， Ｊａｎ． ２００４ （“Ｓｃｈｕｂｅｒｔ”）を参照されたい。ビームフォーマ（beamformer）および送信電力は、共同で調整されて、端末における個々の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の要件を満たす。合計送信電力の制限の下で（ＳＩＮＲ要件についての）共同で達成可能なＳＩＮＲマージンを最大化するアルゴリズムが得られる。ＳＩＮＲ要件のセットを満たしつつも合計送信電力を最小化する第２のアルゴリズムも得られる。アルゴリズムは、送信機におけるチャネルモデルについての統計情報を必要とする。

分散アンテナシステム（ＤＡＳ）のアーキテクチャには、ＩＭＴアドバンストシステムが考慮される。ＤＡＳは、ＤＡＳセルが高速のバックホールにより中央処理装置（ＣＰＵ）に接続されるという点において、従来型のセルラーアーキテクチャーとは異なる。従来型のセルラーネットワークと比べると、ダウンリンクにおけるＤＡＳセルからのコヒーレントに調整された送信およびアップリンクにおけるＤＡＳセルでの共同受信のために、ＤＡＳネットワークでは非常に高いスペクトル効率が可能である。しかしながら、ＤＡＳセルからのコヒーレントに調整された送信は、一般的に、スペクトル資源に過度に負荷をかける大量のＣＳＩＴを必要とする。

この問題へのソリューションが提案されている。当該ソリューションでは、Ｓｃｈｕｂｅｒｔのマルチユーザビーム形成アプローチと同様のアプローチが、マルチアンテナの送信ポイント（ＴＰ）を伴うＤＡＳネットワークに適合されている。当該方式は、ＴＰにおけるチャネルモデルについての統計情報のみを必要とする。

提案されているソリューションでは、ＳＩＮＲ要件を満たしつつも合計送信電力を最小化するために、ビームフォーマと送信電力とが反復して決定される。このアプローチに関する問題は、ソリューションの実現可能性が事前に検証されていないことである。このため、反復アルゴリズムは、は、実行不可能な電力割当てに終わり得るし、収束しないかもしれない。Ｓｃｈｕｂｅｒｔにおいて、第１に、合計送信電力の制限の下で共同で達成可能なＳＩＮＲマージンを最大化するビームフォーマおよび電力割当てを発見し、第２に、ＳＩＮＲ要件が共同で達成可能である（ＳＩＮＲマージンが単位元（unity）よりも大きい）かを判定し、第３に、ＳＩＮＲ要件を満たしつつ合計送信電力を最小化するビームフォーマおよび電力割当てを発見することにより、この問題は解決されている。最大送信電力が、対応する個々の電力の制限よりも小さい場合に、合計送信電力を最小化するソリューションは、ＤＡＳネットワークの中で使用されることが可能である。一方で、最大送信電力が個々の電力の制限よりも大きい場合に、ソリューションは実行不可能であるとみなされる。

Ｓｃｈｕｂｅｒｔの中で提案されたソリューションに関する問題は、合計送信電力の制限は、シングルセル送信に適しているが、各ＴＰアンテナが個別に電力制限されるためＤＡＳネットワークの中でのマルチセル送信に非常に適しているわけではない、ということである。合計電力の制限の下で得られる共同で達成可能な最大ＳＩＮＲマージンは、ＤＡＳネットワークについて意味をなさない。

ある形態では、本発明は、調整された送信ポイントのネットワークについてのダウンリンクマルチユーザビーム形成方式を提供する。ビーム形成の重みおよび電力割当ては、送信機毎の電力制限、および各データストリームが単一の送信ポイントから送信されるという制限の下で、共同で達成可能なＳＩＮＲマージンを最大化するように、決定される。ＳＩＮＲマージンを使用して、調整された送信ポイントのネットワークにおいて共同で達成されることが可能な適当な伝達速度を設定することができる。

より具体的には、ある形態では、本発明は、送信ポイントから当該送信ポイントに接続される第１のモバイル装置へのデータの送信に用いるビーム形成ベクトルを決定するためのコントローラにより実行される方法、を提供する。

いくつかの実施形態では、この方法は、（Ａ）（例えば、以下で定義される等式２０、および仮想的なデュアルアップリンク送信電力の初期（第１の）セットを使用することにより）ビーム形成ベクトルの第１のセットを決定するステップと；上記ビーム形成ベクトルの第１のセットは、上記第１のモバイル装置についての第１のビーム形成ベクトルおよび第２のモバイル装置についての第１のビーム形成ベクトルを含むことと；（Ｂ）上記ビーム形成ベクトルの第１のセットを使用して、ダウンリンク送信電力の第１のセットおよび第１の最悪ケースでの最大信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）マージンを決定するステップと；上記ダウンリンク送信電力の第１のセットは、上記第１のモバイル装置についての第１のダウンリンク送信電力および上記第２のモバイル装置についての第１のダウンリンク送信電力を含むことと；（Ｃ）上記第１の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して（例えば、（以下で定義される）等式１９を解く中で第１の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して）、仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第２のセットを決定するステップと；上記仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第２のセットは、上記第１のモバイル装置についての第２の仮想的なデュアルアップリンク送信電力および上記第２のモバイル装置についての第２の仮想的なデュアルアップリンク送信電力を含むことと；（Ｄ）上記仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第２のセットを使用して、ビーム形成ベクトルの第２のセットを決定するステップと；上記ビーム形成ベクトルの第２のセットは、上記第１のモバイル装置についての第２のビーム形成ベクトルおよび上記第２のモバイル装置についての第２のビーム形成ベクトルを含むことと；（Ｅ）上記ビーム形成ベクトルの第２のセットを使用して、ダウンリンク送信電力の第２のセットおよび第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを決定するステップと；上記ダウンリンク送信電力の第２のセットは、上記第１のモバイル装置についての第２のダウンリンク送信電力および上記第２のモバイル装置についての第２のダウンリンク送信電力を含むことと；（Ｆ）上記第１の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンおよび上記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したかどうかを判定するステップと；（Ｇ）上記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したとステップ（Ｆ）で判定することに応じて、上記第１のモバイル装置についての上記第２のビーム形成ベクトルを使用して上記第１のモバイル装置に上記データを送信するステップと、を含む。

ステップ（Ａ）から（Ｆ）は、上記第１のモバイル端末が上記コントローラにより制御される送信ポイントに接続されている間に周期的に実行されてもよい。

いくつかの実施形態では、前記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したかどうかを判定する前記ステップは、前記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを前記第１の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンで割ることと、その結果が予め定められた閾値以下であるかどうかを判定することとを含む。

いくつかの実施形態では、上記方法は、（i）前記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第３のセットを決定し、（ii）前記アップリンク送信電力の第３のセットを使用して、ビーム形成ベクトルの第３のセットを決定し、（iii）前記ビーム形成ベクトルの第３のセットを使用して、ダウンリンク送信電力の第３のセットおよび第３の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを決定し、（iv）前記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンおよび前記第３の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、前記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したかどうかを判定する、ステップも含む。ここで、ステップ（i）から（iv）は、最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束していないとステップ（Ｆ）で判定することに応じて、実行される。

いくつかの実施形態では、前記ダウンリンク送信電力の第１のセットおよび前記第１の最悪ケースでの最大信号ＳＩＮＲマージンを決定する前記ステップは、（i）前記コントローラにより制御される特定の送信ポイントが、送信機毎の電力制限（ＰＴＰＣ）の下で可能となる最大電力で送信すると仮定することと、（ii）前記仮定および前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを使用して、ダウンリンク送信電力のセットを決定することと、
（iii）決定された前記ダウンリンク送信電力のセットを使用して、前記ＰＴＰＣが満たされているかどうかを判定することと、（iv）前記ＰＴＰＣが満たされていると判定される場合には、前記ダウンリンク送信電力の第１のセットを決定された前記ダウンリンク送信電力のセットに設定し、そうでなければ、前記コントローラにより制御される別の送信ポイントが前記ＰＴＰＣの下で可能となる最大電力で送信すると仮定し、ステップ（ii）から（iv）を繰り返すことと、を含む。いくつかの実施形態では、ステップ（ii）は、（以下で定義される）等式１２を解くことを含む。

いくつかの実施形態では、前記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを決定する前記ステップは、予め定められた対象ＳＩＮＲ値を使用して等式３を解くことを含む。

いくつかの実施形態では、上記方法は、
（Ｇ）（１）前記第１のモバイル装置に関連付けられている送信相関行列に関係する信号情報（例えば、送信相関行列そのもの、または送信相関行列を得ることができる情報）、（２）雑音情報、および（３）干渉情報を、送信ポイントから受信するステップ、も含む。ここで、前記干渉情報は、上記送信ポイントに接続される少なくとも１つの第２のモバイル装置の送信相関行列に関係する。前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを決定する前記ステップは、前記信号情報、前記雑音情報および前記干渉情報を使用して、前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを決定することを含む。

いくつかの実施形態では、前記第１のビーム形成ベクトルおよび前記第２のビーム形成ベクトルは、１つを除く全ての送信ポイントについて０となるように制限される。

別の形態では、本発明は、送信ポイントに接続される第１のモバイル装置へのデータの送信に用いるビーム形成ベクトルを決定するためのコントローラを提供する。いくつかの実施形態では、上記コントローラは、前記送信ポイントと通信するための送信機および受信機と；ソフトウェアを記憶するデータ記憶システムと；前記ソフトウェアを実行するためのデータ処理システムと；を含む。前記ソフトウェアは、（Ａ）仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第１のセットを使用して、ビーム形成ベクトルの第１のセットを決定するためのコンピュータ命令であって、前記ビーム形成ベクトルの第１のセットは、前記第１のモバイル装置についての第１のビーム形成ベクトルおよび第２のモバイル装置についての第１のビーム形成ベクトルを含む、前記コンピュータ命令と；（Ｂ）前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを使用して、ダウンリンク送信電力の第１のセットおよび第１の最悪ケースでの最大信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）マージンを決定するためのコンピュータ命令であって、前記ダウンリンク送信電力の第１のセットは、前記第１のモバイル装置についての第１のダウンリンク送信電力および前記第２のモバイル装置についての第１のダウンリンク送信電力を含む、前記コンピュータ命令と；（Ｃ）前記第１の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第２のセットを決定するためのコンピュータ命令であって、前記仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第１のセットは、前記第１のモバイル装置についての第１の仮想的なデュアルアップリンク送信電力および前記第２のモバイル装置についての第１の仮想的なデュアルアップリンク送信電力を含む、前記コンピュータ命令と；（Ｄ）前記仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第２のセットを使用して、ビーム形成ベクトルの第２のセットを決定するためのコンピュータ命令であって、前記ビーム形成ベクトルの第２のセットは、前記第１のモバイル装置についての第２のビーム形成ベクトルおよび前記第２のモバイル装置についての第２のビーム形成ベクトルを含む、前記コンピュータ命令と；（Ｅ）前記ビーム形成ベクトルの第２のセットを使用して、ダウンリンク送信電力の第２のセットおよび第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを決定するためのコンピュータ命令であって、前記ダウンリンク送信電力の第２のセットは、前記第１のモバイル装置についての第２のダウンリンク送信電力および前記第２のモバイル装置についての第２のダウンリンク送信電力を含む、前記コンピュータ命令と；（Ｆ）前記第１の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンおよび前記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したかどうかを判定するためのコンピュータ命令と；を含む。上記のおよび他の形態および実施形態は、添付の図面を参照して以下で説明される。

ここに組み込まれて明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明の様々な実施形態を説明し、説明と共に、本発明の原理を説明し、関連技術の当業者に本発明を実施し使用することを可能にするのにさらに役立つ。図面では、同種の参照番号は、同一の要素または機能的に類似する要素を示す。
本発明の実施形態に従ったシステムを説明する。 本発明のいくつかの実施形態に従ったプロセスを説明するフローチャートである。 本発明のいくつかの実施形態に従ったプロセスを説明するフローチャートである。 本発明のいくつかの実施形態に従ったコントローラの機能ブロック図である。

ここで図１を参照すると、図１は、Ｎ個の送信ポイント（ＴＰ）１０４を有する無線通信システム１００と、Ｋ個のモバイル装置１０２（別名でユーザ機器１０２という）とを説明する。各ＴＰは、Ｍ_ｔ送信アンテナ１１２を有し、各ユーザ機器（ＵＥ）は、Ｍ_ｒ受信アンテナ１１４を有する。しかしながら、いくつかの実施形態では、各ＴＰは、シングル全方向アンテナ、シングルセクタアンテナ、またはシングルアンテナアレーを有する。

Ｍ_ｔ×Ｍ_ｒの行列Ｈ_ｉ，ｎは、ＵＥ ｉとＴＰ ｎとの間の周波数非選択性フェージングチャネルを表すものとする。Ｍ_ｒ×ＮＭ_ｔの行列Ｈ_ｉ＝［Ｈ_ｉ，１，Ｈ_ｉ，２ ... Ｈ_ｉ，ｎ］は、ＵＥ ｉと全てのＴＰとの間のチャネルを表す。ダウンリンクのベースバンド信号のモデルは、以下により与えられる。

ここで、ｘ＿（ｘの下に_があることを示す。以降の同様の表現も同じ）は、全ＴＰの送信アンテナから送信される信号を表すＮＭ_ｔ×１のベクトルである。また、ｗ_ｉは、共分散行列σ_ｉ ^２Ｉを伴う追加の白色ガウス雑音のサンプルである。送信信号ｘ＿は、以下により与えられる。

ここで、ｓ_ｉは、ビームフォーマまたはプリコーダｕ＿_ｉ、および電力ｐ_ｉを使用してＵＥ ｉへ送信される（単位分散のシンボルアルファベットから導かれる）変調シンボルである。各ＵＥについての信号が単一のＴＰから送信されると仮定する。ビーム形成ベクトルは、以下の単位電力を有するように正規化される。

ＴＰは、（単一波長よりもずっと長い）長距離で離され、したがって、それらのアンテナは、互いに相関しない。ＵＥ ｉについての送信チャネルの共分散行列は、以下により与えられる。

ここで、Ｒ_ｉ，ｎは、以下のように定義される、ＴＰ ｎとＵＥ ｉとの間のチャネルの共分散行列である。

ＵＥ ｉは、その即時のチャネル行列Ｈ_ｉを知っており、受信機において最大比合成（ＭＲＣ）を用いる、と仮定すると、そのダウンリンクＳＩＮＲは、以下によって与えられる。

Uは、以下により与えられるビームフォーマの行列である。

また、ｐ＿は、以下により与えられるダウンリンク送信電力のベクトルである。

（問題の提示）
γ_ｉをＵＥ ｉ（ｉ＝、１、２、...、Ｋ）についての対象ＳＩＮＲとし、ＳＩＮＲ_ｉ ^ＤＬ／γ_ｉをＵＥ ｉについてのＳＩＮＲマージンとして定義すると、最悪ケースでのＳＩＮＲマージンが単位元より大きい場合に、全てのＵＥについての対象ＳＩＮＲを達成することができる（ＳＩＮＲ_ｉ ^ＤＬは、ＳＩＮＲの右下にｉがあり、右上にＤＬがあることを示す。以降の同様の表現も同じ）。

ビームフォーマの全ての候補についての最悪ケースでのＳＩＮＲマージンと、送信機毎の電力制限（ＰＴＰＣ）の下での送信電力とを最大化することを考慮する。すなわち、以下のものを見つける。

Ｃ^ＤＬは、最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンであり、Ｓ_ｎは、ＴＰ ｎに接続される（例えば、無線で接続される）ＵＥのセットである。ｐ_ｎ ^ＡＰは、ＴＰ ｎについての総送信電力である。Ｐ_ＭＡＸは、ＴＰ毎の最大送信電力である。

（ダウンリンクの電力割当て）
固定のビームフォーマ行列である

が与えられると、最悪ケースでのＳＩＮＲマージンを最大化するダウンリンクの電力割当てを見つける。

ｐ^〜＿（ｐの上に〜があり、ｐの下に＿があることを示す。以降の同様の表現も同じ）を、ＰＴＰＣを満たしつつ最悪ケースでのＳＩＮＲマージンを最大化する最小のＬ１ノルム（または合計電力）

を伴う送信電力ベクトルであるとする。そして、それは、以下のように示されることが可能である。

（すなわち、同じＳＩＮＲマージンは、全てのＵＥにより達成され、上記マージンは、少なくとも１つの最大電力でのＴＰ送信を有することにより達成される。）

等式（５）を、以下のような行列の表記で書くことができる。

Ψ（Ｕ）は、以下により与えられる要素を有する行列である。

ｎ_０が事前に知られていると仮定すると、等式（７）の中で等式（６）を使用して、以下の等式を得る。

ここで、

は、ｉ∈Ｓ_ｎ０（ｎ０はｎ_０を示す）の位置で１を有し、他の全ての位置で０を有する、Ｋ×１のベクトルである。等式（７）および等式（１１）を、以下のような等式のセットへと合成することができる。

P^〜__extは、（Ｋ＋１）×１のベクトルであり、以下により与えられる。

等式１２から、ＳＩＮＲマージンＣ^ＤＬ（Ｕ^〜）は、｛p^〜__ext｝_Ｋ＋１＝１となるような対応する固有ベクトルとしてp^〜__extを伴う非負行列Φ（Ｕ^〜，ｎ_０）の固有値の逆数である、ということを観察できる。最大の固有値およびその関連付けられている固有ベクトルは、真に正であり、それぞれＳＩＮＲマージンの逆数および最適な電力割当てに対応する、ということを示すことができる。ＳＩＮＲの対象は最大の固有値が１以下である場合にのみ達成可能であるということに留意する。

（最大送信電力を伴うＴＰ）
上記の導出において、最大可能電力（Ｐ_ｍａｘ）で送信するＴＰ（ｎ_０）が知られているということが仮定された。実際には、以下のようにｎ_０を見つけることができる。ｎ＾_０∈｛１，２，...Ｎ｝について（１２）における電力割当ての問題を解く（ｎ＾_０は、ｎの上に＾があり、ｎの右下に０があることを示す）。ｎ＾_０は、電力割当てがＰＴＰＣの等式（４）を満たす値が見つかるまで、ｎ_０の仮想の（すなわち仮定された）値である。２つ以上の値が同一の電力割当てベクトルをもたらすまで、ＰＴＰＣはｎ＾_０のただ１つの値について満たされ得る、ということを示すことができる。

（ビームフォーマ）
上記の導出において、ビームフォーマ（Ｕ^〜）が事前に知られていると仮定された。（１）により与えられるダウンリンクチャネルの２重である仮想デュアルアップリンクマルチアクセスチャネル（ＭＡＣ）を考慮することにより、ビームフォーマを見つけることができる。ＵＥ ｉについてのデュアルアップリンクＭＡＣについてのシステムモデル（受信信号）は、以下により与えられる。

ここで、ｗ＿^ＵＬは、恒等共分散行列（identity covariance matrix）を伴うゼロ平均値加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）プロセスである。ｘ＿_ｉ ^ＵＬは、ＵＥ ｉから送信される信号であり、以下により与えられる。

ここで、ｑ_ｉは、ＵＥ ｉの送信電力である。線形フィルタｕ＿ _ｉがＴＰにおいて使用されて、ＵＥ ｉにより送信されたシンボルが検出されると仮定すると、デュアルアップリンクＭＡＣについてのＵＥ ｉについてのＳＩＮＲは、以下により与えられる。

ダウンリンクおよび仮想デュアルアップリンクＭＡＣは同じＳＩＮＲの達成可能領域を有するということを示すことができる。したがって、ダウンリンクＳＩＮＲの対象γ_ｉ（ｉ＝１，２，...，Ｋ）、並びに、ダウンリンク電力割当てｐ^〜＿およびビーム形成ベクトルＵ^〜を用いて達成されるダウンリンクＳＩＮＲマージンＣ^ＤＬ（Ｕ^〜）を前提として、合計電力

を伴うデュアルアップリンクＭＡＣについての電力割当てｑ^〜＿が、以下のようになるように存在する。

（すなわち、同じＳＩＮＲが、デュアルアップリンクＭＡＣの中で達成される）。（１６）に上記等式を代入し簡略化すると、以下のようにアップリンク電力割当てｑ^〜＿を得ることができる。

ここで、１＿は、１の列ベクトルである。

ＳＩＮＲの対象は、同じビーム形成ベクトル／受信フィルタにより両方のリンクの中で達成される。したがって、アップリンクのフィルタリングの問題を解くことにより、ダウンリンクのビーム形成の問題の解を得ることができる。

与えられたアップリンク電力割当てｑ^〜＿について、（１６）を最大化する最適な単位ノルム（unit-norm）受信フィルタは、以下により与えられる。

ここで、ｅ_ｍａｘ（Ａ，Ｂ）は、最大の固有値に対応する行列Ａおよび行列Ｂの一般固有ベクトルである。また、Ｑ_ｉ（ｑ^〜＿）は、以下のとおりである。

ここで図２を参照すると、図２は、ＴＰ１０４（例えば、ＴＰ１０４（ａ））から当該ＴＰ１０４に接続されるＵＥ１０２（例えば、ＵＥ１０２（ａ））へのデータの送信に用いるビーム形成ベクトルを決定するためのいくつかの実施形態に従ったプロセス２００を説明するフローチャートである。ＴＰ１０４と通信するコントローラ１０６（図１を参照）は、プロセス２００を実行し得る。

プロセス２００は、ステップ２０２で開始する。当該ステップでは、コントローラ１０６は、ＴＰ１０４からチャネル情報を受信する。例えば、ステップ２０２では、コントローラ１０６は、（１）ＵＥ１０２に関連付けられている送信相関行列に関係する信号情報、（２）雑音情報、および（３）ＴＰ１０４（例えば、ＵＥ１０２（ｂ））を使用する少なくとも１つの他のＵＥに関連付けられている送信相関行列に関係する干渉情報を、ＴＰ１０４から受信してもよい。信号情報は、送信相関行列、またはコントローラ１０６が送信相関行列を得ることができる情報を含む。

ステップ２０４では、コントローラ１０６は、１つ以上の変数を初期化する。例えば、ステップ２０４で、コントローラ１０６は、アップリンク（ＵＬ）送信（Ｔｘ）電力のセットを表す変数のセット、最悪ケースの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）マージンを表す変数、およびカウンタ変数（ｊ）（例えば、ｊは１という値にセットされてもよい）表す変数を、初期化してもよい。

ステップ２０６では、コントローラ１０６は、信号情報、雑音情報、干渉情報、およびＵＬ Ｔｘ電力のセットを使用して、ビーム形成ベクトルのセットを決定する。例えば、ステップ２０６では、コントローラ１０６は、等式２０を使用して、ビーム形成ベクトルを決定する。

ステップ２０８では、コントローラ１０６は、ステップ２０６で決定されたビーム形成ベクトルのセットを使用して、ＤＬ Ｔｘ電力のセットおよび最悪ケースでのＳＩＮＲマージンを決定する。

ステップ２１０では、コントローラは、ｊの値を判定し、１である値にｊがセットされているかどうかを判定する。１である値にｊがセットされていれば、コントローラ１０６はステップ２１２へ進む。そうでなければ、コントローラはステップ２１６へ進む。

ステップ２１２では、コントローラ１０６は、ステップ２０８で決定された最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、ＵＬ Ｔｘ電力を表す変数を更新する。例えば、ステップ２０６では、コントローラ１０６は、等式１９を使用して、ＵＬ Ｔｘ電力を表す変数を更新する。

ステップ２１４では、ｊがインクリメントされる。ステップ２１４の後に、コントローラは、ステップ２０６から２０８を繰り返す。すなわち、コントローラは、（ａ）とりわけ、ステップ２１２で更新されたＵＬ Ｔｘ電力を表す変数を使用して、ビーム形成ベクトルの新たなセットを決定し、（ｂ）新たに決定されたビーム形成ベクトルを使用して、ＤＬ Ｔｘ電力の新たなセットおよび新たな最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを決定する。

ステップ２１６では、コントローラ１０６は、最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したかどうかを判定する。例えば、Ｃ^ＤＬ（ｊ）を、直近に決定された最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンと等しくし、Ｃ^ＤＬ（ｊ−１）を、ステップ２０８で決定された前回の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンと等しくすると、ステップ２１６では、コントローラ１０６は、Ｃ^ＤＬ（ｊ）をＣ^ＤＬ（ｊ−１）で割ることにより、最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したかどうかを判定し、その結果が予め定められた閾値以下であるかどうかを判定する。予め定められた閾値は、１＋εと等しくなるようにセットされてもよい。ステップ２１６では、コントローラ１０６が、最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束していないと判定すると、プロセス２００はステップ２１２へと戻り、そうでなければ、プロセス２００はステップ２１８へ進む。

ステップ２１８では、ＵＥ１０２（ａ）についての新たに決定されたＤＬ Ｔｘ電力およびビーム形成ベクトルが使用されて、ＵＥ１０２（ａ）へデータが送信される。
ここで図３を参照すると、図３は、いくつかの実施形態に従った、ステップ２０８を実行するための反復するプロセス３００を説明するフローチャートである。プロセス３００は、ステップ３０２で開始し得る。当該ステップでは、コントローラ１０６は、変数ｎ_０を初期化する。例えば、ステップ３０２では、ｎ_０は、１である値にセットされてもよい。ステップ３０４では、コントローラ１０６は、ｎ_０、およびステップ２０６の実行の結果として決定されたビーム形成ベクトルの直近のセットを使用して、ダウンリンク送信電力のセットを決定する。例えば、ステップ３０４では、コントローラ１０６は、等式１２、ｎ_０およびビーム形成ベクトルのセットを使用して、ダウンリンク送信電力のセットを決定する。

ステップ３０６では、コントローラ１０６は、決定されたダウンリンク送信電力のセットを使用して、送信機毎の電力制限（ＰＴＰＣ）が満たされるかどうかを判定する。例えば、例えば、ステップ３０６では、コントローラ１０６は、等式（４）が真であるかどうかを判定する。ＰＴＰＣが満たされる場合に、プロセス３００は終了する。そうでなければ、プロセス３００は、ステップ３０８へ進む。ステップ３０８では、ｎ_０がインクリメントされる（すなわち、ｎ_０＝ｎ_０＋１）。ステップ３０８の後に、プロセス３００は、ステップ３０４へ戻る。

ここで図４を参照すると、図４は、本発明のいくつかの実施形態に従ったコントローラ１０６の機能ブロック図である。示されるように、コントローラ１０６は、データ処理システム４０２（例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ）と、データ記憶システム４０６（例えば、１つ以上の不揮発性の記憶装置）および記憶システム４０６上に記憶されているコンピュータソフトウェア４０８を含み得る。構成パラメータ４１０も、記憶システム４０６の中に記憶されていてもよい。コントローラ１０６は、また、ＴＰ１０４へデータを送信しＴＰ１０４からデータを受信する送受信（Ｔｘ／Ｒｘ）回路４０４と、例えばネットワーク１１０へデータを送信しネットワーク１１０からデータを受信する送受信回路４０５と、を含む。ソフトウェア４０８は、プロセッサ４０２がソフトウェア４０８を実行する場合にコントローラ１０６が上記ステップ（例えば、フローチャートを参照して上記で説明されたステップ）を実行するように、構成される。例えば、ソフトウェア４０８は、（１）コンピュータ命令を含んでもよい。

本発明の様々な実施形態が上記で説明されたが、当然のことながら、それらは限定ではなく単なる例示の目的で示された。したがって、
本発明の幅および範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではない。

さらに、図面にて上記で説明されたプロセスはステップの系列として示されたが、これは単に説明の目的で示された。したがって、いくつかのステップが追加されてもよく、いくつかのステップが除外されてもよく、ステップの順序が再構成されてもよく、またいくつかのステップが並行して実行されてもよい、と考えられる。

Claims (23)

1. 送信ポイントから当該送信ポイントに接続される第１のモバイル装置へのデータの送信に用いるビーム形成ベクトルを決定するためのコントローラにより実行される方法であって：
   （Ａ）仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第１のセットを使用して、ビーム形成ベクトルの第１のセットを決定するステップと；
   前記ビーム形成ベクトルの第１のセットは、前記第１のモバイル装置についての第１のビーム形成ベクトルおよび第２のモバイル装置についての第１のビーム形成ベクトルを含むことと；
   （Ｂ）前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを使用して、ダウンリンク送信電力の第１のセットおよび第１の最悪ケースでの最大信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）マージンを決定するステップと；
   前記ダウンリンク送信電力の第１のセットは、前記第１のモバイル装置についての第１のダウンリンク送信電力および前記第２のモバイル装置についての第１のダウンリンク送信電力を含むことと；
   （Ｃ）前記第１の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第２のセットを決定するステップと；
   前記仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第１のセットは、前記第１のモバイル装置についての第１の仮想的なデュアルアップリンク送信電力および前記第２のモバイル装置についての第１の仮想的なデュアルアップリンク送信電力を含むことと；
   （Ｄ）前記仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第２のセットを使用して、ビーム形成ベクトルの第２のセットを決定するステップと；
   前記ビーム形成ベクトルの第２のセットは、前記第１のモバイル装置についての第２のビーム形成ベクトルおよび前記第２のモバイル装置についての第２のビーム形成ベクトルを含むことと；
   （Ｅ）前記ビーム形成ベクトルの第２のセットを使用して、ダウンリンク送信電力の第２のセットおよび第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを決定するステップと；
   前記ダウンリンク送信電力の第２のセットは、前記第１のモバイル装置についての第２のダウンリンク送信電力および前記第２のモバイル装置についての第２のダウンリンク送信電力を含むことと；
   （Ｆ）前記第１の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンおよび前記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したかどうかを判定するステップと；
   を含む方法。
2. 前記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したかどうかを判定する前記ステップは、前記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを前記第１の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンで割ることと、前記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを前記第１の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンで割った結果が予め定められた閾値以下であるかどうかを判定することとを含む、請求項１の方法。
3. （Ｇ）前記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したとステップ（Ｆ）で判定することに応じて、前記第１のモバイル装置についての前記第２のビーム形成ベクトルを使用して前記第１のモバイル装置に前記データを送信するステップ、をさらに含む請求項１の方法。
4. （Ｈ）前記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束していないとステップ（Ｆ）で判定することに応じて、
   （i）前記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第３のセットを決定し、
   （ii）前記仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第３のセットを使用して、ビーム形成ベクトルの第３のセットを決定し、
   （iii）前記ビーム形成ベクトルの第３のセットを使用して、ダウンリンク送信電力の第３のセットおよび第３の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを決定し、
   （iv）前記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンおよび前記第３の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、前記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したかどうかを判定する
   ステップ、をさらに含む請求項３の方法。
5. 前記ダウンリンク送信電力の第１のセットおよび前記第１の最悪ケースでの最大信号ＳＩＮＲマージンを決定する前記ステップは、
   （i）前記コントローラにより制御される特定の送信ポイントが、送信機毎の電力制限（ＰＴＰＣ）の下で可能となる最大電力で送信すると仮定することと、
   （ii）前記仮定および前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを使用して、ダウンリンク送信電力のセットを決定することと、
   （iii）決定された前記ダウンリンク送信電力のセットを使用して、前記ＰＴＰＣが満たされているかどうかを判定することと、
   （iv）前記ＰＴＰＣが満たされていると判定される場合には、前記ダウンリンク送信電力の第１のセットを決定された前記ダウンリンク送信電力のセットに設定し、そうでなければ、前記コントローラにより制御される別の送信ポイントが前記ＰＴＰＣの下で可能となる最大電力で送信すると仮定し、ステップ（ii）から（iv）を繰り返すことと、
   を含む、請求項１の方法。
6. ステップ（ii）は、等式１２を解くことを含む、請求項５の方法。
7. 前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを決定する前記ステップは、等式２０を解くことを含み、前記仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第２のセットを決定する前記ステップは、等式１９を解くことを含む、請求項１の方法。
8. ステップ（Ａ）から（Ｆ）は、前記第１のモバイル装置が前記コントローラにより制御される送信ポイントに接続されている間に周期的に実行される、請求項１の方法。
9. 前記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを決定する前記ステップは、予め定められた対象ＳＩＮＲ値のセットを使用して等式３を解くことを含む、請求項１の方法。
10. （Ｇ）（１）前記第１のモバイル装置に関連付けられている送信相関行列に関係する信号情報、（２）雑音情報、および（３）干渉情報を、送信ポイントから受信するステップ、をさらに含み、
    前記干渉情報は、少なくとも１つの第２のモバイル装置の送信相関行列に関係し、
    前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを決定する前記ステップは、前記信号情報、前記雑音情報および前記干渉情報を使用して、前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを決定することを含む、
    請求項１の方法。
11. 前記信号情報は、前記送信相関行列を含み、または前記送信相関行列を得ることができる情報を含む、請求項１０の方法。
12. 前記第１のモバイル装置についての前記第１のビーム形成ベクトルおよび前記第２のビーム形成ベクトルは、１つを除く全ての送信ポイントについて０となるように制限される、請求項１の方法。
13. 前記送信ポイントは、シングル無指向性アンテナ、シングルセクタアンテナまたはシングルアンテナアレーを含む、請求項１の方法。
14. 送信ポイントに接続される第１のモバイル装置へのデータの送信に用いるビーム形成ベクトルを決定するためのコントローラであって：
    前記送信ポイントと通信するための送信機および受信機と；
    ソフトウェアを記憶するデータ記憶システムと；
    前記ソフトウェアを実行するためのデータ処理システムと；
    を備え、
    前記ソフトウェアは：
    （Ａ）仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第１のセットを使用して、ビーム形成ベクトルの第１のセットを決定するためのコンピュータ命令であって、前記ビーム形成ベクトルの第１のセットは、前記第１のモバイル装置についての第１のビーム形成ベクトルおよび第２のモバイル装置についての第１のビーム形成ベクトルを含む、前記コンピュータ命令と；
    （Ｂ）前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを使用して、ダウンリンク送信電力の第１のセットおよび第１の最悪ケースでの最大信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）マージンを決定するためのコンピュータ命令であって、前記ダウンリンク送信電力の第１のセットは、前記第１のモバイル装置についての第１のダウンリンク送信電力および前記第２のモバイル装置についての第１のダウンリンク送信電力を含む、前記コンピュータ命令と；
    （Ｃ）前記第１の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第２のセットを決定するためのコンピュータ命令であって、前記仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第１のセットは、前記第１のモバイル装置についての第１の仮想的なデュアルアップリンク送信電力および前記第２のモバイル装置についての第１の仮想的なデュアルアップリンク送信電力を含む、前記コンピュータ命令と；
    （Ｄ）前記仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第２のセットを使用して、ビーム形成ベクトルの第２のセットを決定するためのコンピュータ命令であって、前記ビーム形成ベクトルの第２のセットは、前記第１のモバイル装置についての第２のビーム形成ベクトルおよび前記第２のモバイル装置についての第２のビーム形成ベクトルを含む、前記コンピュータ命令と；
    （Ｅ）前記ビーム形成ベクトルの第２のセットを使用して、ダウンリンク送信電力の第２のセットおよび第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを決定するためのコンピュータ命令であって、前記ダウンリンク送信電力の第２のセットは、前記第１のモバイル装置についての第２のダウンリンク送信電力および前記第２のモバイル装置についての第２のダウンリンク送信電力を含む、前記コンピュータ命令と；
    （Ｆ）前記第１の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンおよび前記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したかどうかを判定するためのコンピュータ命令と；
    を含む、コントローラ。
15. 前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを決定するための前記コンピュータ命令は、（１）前記第１のモバイル装置に関連付けられている送信相関行列に関係する信号情報、（２）雑音情報、および（３）前記第２のモバイル装置に関連付けられている送信相関行列に関係する干渉情報、を使用して前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを決定するように構成される、請求項１４のコントローラ。
16. 前記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したかどうかを判定するための前記コンピュータ命令は、前記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを前記第１の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンで割り、前記第２の最悪ケースでの前記最大ＳＩＮＲマージンを前記第１の最悪ケースでの前記最大ＳＩＮＲマージンで割った結果が予め定められた閾値以下であるかどうかを判定するためのコンピュータ命令を含む、請求項１４のコントローラ。
17. 前記ソフトウェアは、前記コントローラが、前記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したと判定することに応じて、前記第１のモバイル装置についての前記第２のビーム形成ベクトルを使用して前記第１のモバイル装置に前記データを送信するように、構成される、請求項１４のコントローラ。
18. 前記ソフトウェアは、前記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束していないと判定することに応じて、前記コントローラが、
    （i）前記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第３のセットを決定し、
    （ii）前記仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第３のセットを使用して、ビーム形成ベクトルの第３のセットを決定し、
    （iii）前記ビーム形成ベクトルの第３のセットを使用して、ダウンリンク送信電力の第３のセットおよび第３の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを決定し、
    （iv）前記第２の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンおよび前記第３の最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを使用して、前記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンが収束したかどうかを判定する
    ように構成される、請求項１７のコントローラ。
19. 前記ダウンリンク送信電力の第１のセットおよび前記第１の最悪ケースでの最大信号ＳＩＮＲマージンを決定するための前記コンピュータ命令は、
    （i）送信機毎の電力制限（ＰＴＰＣ）の下で可能となる最大電力で送信すると仮定される前記コントローラにより制御される特定の送信ポイントを表す変数を初期化するためのコンピュータ命令と；
    （ii）前記変数および前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを使用してダウンリンク送信電力のセットを決定するためのコンピュータ命令と；
    （iii）決定された前記ダウンリンク送信電力のセットを使用して、前記ＰＴＰＣが満たされているかどうか判定するためのコンピュータ命令と；
    （iv）前記ＰＴＰＣが満たされていると判定される場合には、前記ダウンリンク送信電力の第１のセットを決定された前記ダウンリンク送信電力のセットに設定し、そうでなければ、前記コントローラにより制御される別の送信ポイントを前記変数が表すように前記変数を変更し、ステップ（ii）から（iv）を繰り返すための、コンピュータ命令と、
    を含む、請求項１４のコントローラ。
20. 前記変数および前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを使用して前記ダウンリンク送信電力のセットを決定するための前記コンピュータ命令は、等式１２を解くためのコンピュータ命令を含む、請求項１９のコントローラ。
21. 前記ビーム形成ベクトルの第１のセットを決定するための前記コンピュータ命令は、等式２０を解くためのコンピュータ命令を含み、
    前記仮想的なデュアルアップリンク送信電力の第１のセットを決定するためのコンピュータ命令は、等式１９を解くためのコンピュータ命令を含む、
    請求項１４のコントローラ。
22. 前記最悪ケースでの最大ＳＩＮＲマージンを決定するための前記コンピュータ命令は、予め定められた対象ＳＩＮＲ値のセットを使用して等式３を解くためのコンピュータ命令を含む、請求項１４のコントローラ。
23. 前記第１のモバイル装置についての前記第１のビーム形成ベクトルおよび前記第２のビーム形成ベクトルは、１つを除く全ての送信ポイントについて０となるように制限される、請求項１４のコントローラ。
    

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