JP5467367B2 - 高速適応ビームトラッキングを備えるミリ波ｗｐａｎ通信システム - Google Patents

高速適応ビームトラッキングを備えるミリ波ｗｐａｎ通信システム Download PDF

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Description

６０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数帯域で動作するミリメートルの波長（ミリ波）の無線パーソナル・エリア・ネットワーク（ＷＰＡＮ）通信システムは、約１０メートルの距離で数ギガビット／秒（Ｇｂｐｓ）のスループットを提供できると期待されており、今後数年の間に実用化される見込みである。現在、標準化を進めているいくつかの規格において（ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＤ、ＳＩＧ、ＥＣＭＡ ＴＧ２０、ＣＯＭＰＡ 等）は、マルチＧｂｐｓ・ＷＰＡＮアプリケーションに最も適するようなシステムとなるようなミリ波ＷＰＡＮシステムの規定とするべく、様々なコンセプトが検討されている。
ミリ波通信リンクは、酸素による吸収のため長距離では信号が弱められてしまうこと、及び、波長が短いことによる壁や天井などの障害物が原因となり高い減衰が起こることの両方の影響を受けるため、ミリ波よりも低い周波数（例えば、２．４ＧＨｚや５ＧＨｚの帯域）の通信リンクに比べて、ロバスト性が低い。そのため、６０ＧＨｚのアプリケーションでは、指向性を持つアンテナ（例えば、ビーム形成アンテナ、セクターアンテナ、または固定ビームアンテナ）の使用が有益であると考えられてきた。
どのような無線通信システムであっても、スループット及び信頼性の改善が常に求められている。したがって、ミリ波ＷＰＡＮを改善する技術に対する強い要求が存在する。
添付の図面を参照することにより、本発明、および本発明の多くの特徴ならびに利点が、当業者により良く理解されるであろう。
本発明の実施形態に係るアナログビーム形成およびアナログトラッキングのためのシステムを示した図である。 スーパーフレームに割り当てられた専用時間を持つビームトラッキングパケットダイヤグラムを描いたものである。 本発明の実施形態に係るビームトラッキングパケットダイヤグラムを示している。 反復型トレーニング手法と本発明の実施形態によるトレーニング手法との間の、１００チャネル構成でのビーム形成利得の性能比較を示している。 本発明の実施形態に係るビームトラッキングプロトコルを示している。 本発明の実施形態に係る他のビームトラッキングプロトコルを示している。 本発明の実施形態に係るビームトラッキングパケットダイヤグラムの他の例を示している。
異なる図面で使用される同一の参照符号は、同様な要素または同一の要素を指している。
以下の詳細な説明では、本発明を理解するために多くの詳細事項が記される。しかしながら、これら詳細事項がなくとも本発明を実施可能であることは、当業者にとって明らかである。また、本発明を不明瞭にしない目的から、他の場合においては、周知の方法、構造及び技術の詳細な説明を省略している。
また、「一実施形態」、「ある実施形態」、「実施例」、「様々な実施形態」等は、本発明の実施形態が特定の特徴、構造及び特性を含むことを示唆するが、必ずしもすべての実施形態が、これら特定の特徴、構造及び特性を含むことを意味しない。また、「ある実施形態」という言い回しが繰り返し使用されるが、これらは同じ実施形態を指している場合もあるが、必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。
また、本明細書において、共通の要素に使用される序数詞「第１の」、「第２の」、「第３の」等は、特に規定されない限り、単に同類の要素の異なる例を示しているに過ぎず、当該要素の時間的な若しくは空間的な順序、又は序列等における順番を示しているわけではない。
本発明の実施形態は、様々な用途で使用されてもよい。本発明のいくつかの実施形態は、様々なデバイス及びシステムと共に利用することができ、そのようなデバイス及びシステムとしては、例えば、送信機、受信機、トランシーバー、送受信装置、無線通信局、無線通信装置、無線アクセスポイント（ＡＰ）、モデム、無線モデム、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、デスクトップコンピューター、モバイルコンピューター、ラップトップコンピューター、ノートブックコンピューター、タブレットコンピュータ、サーバーコンピューター、ハンドヘルドコンピュータ、携帯端末、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）デバイス、携帯ＰＤＡデバイス、または、ＰＡＮにおけるハイビジョンテレビ信号などが挙げられる。
本発明の実施形態は、以下の点について特に限定されるわけではないが、例えば、「処理」、「演算」、「計算」、「決定」、「確立」、「分析」、「照合」等の言葉の使用は、コンピュータ、コンピュータプラットフォーム、コンピュータシステム、または他の電子演算装置のオペレーション及び／又はプロセスを指し、そのコンピュータのレジスタ及び／又はメモリ内の物理的な量（例えば、電子的な量）で表されるデータを、そのコンピュータのレジスタ及び／又はメモリ内、またはオペレーション及び／又はプロセスを実行する命令を記憶する情報記憶媒体内に存在する物理量で表される他の同様なデータへと、操作する及び／又は変換することを示す場合がある。
また、発明の実施形態は、以下の点について特に限定されるわけではないが、「複数の」及び「多数の」という言葉は、ここでは、例えば「多くの」又は「二以上の」という意味を含む。「複数の」及び「多数の」という言葉は、本明細書中で、二つ以上のデバイス、素子、ユニット、パラメーター等を述べるのに使用されている場合がある。例えば、「複数の局」とは、二つ以上の局を含んでもよいことを指している。
本発明の実施形態によれば、例えば、アンテナ要素への入力及びアンテナ要素からの出力がウェイト（位相）ベクトルによって乗算され、送信（ＴＸ）ビーム及び受信（ＲＸ）ビームが形成される位相アンテナアレイシステムを利用した新規のプロセスによって、指向性通信が達成される。ビーム方向可変アンテナを備える装置では、通常、ビーム形成、トラッキング、及び調整のための専用時間枠を利用して、送信及び受信（ビーム形成又はトラッキング）アンテナシステムを最適化する調整を必要とする。本発明の実施形態では、トラッキング専用時間の使用は、採用されていない。さらに、非定常環境下では、ビーム形成送信の品質が、時間の経過と共に悪化してしまうことから、新規のビームトラッキングプロセスを送信及び受信アンテナウェイトベクトルの調整に使用することが考えられている。現在の送信及び受信アンテナウェイトベクトルを初期値として使用する再帰的プロセスを用いて、アンテナウェイトベクトルを更新する現在のビーム形成に近いかたちで、アンテナトレーニングを行ってもよい。
図１は、本発明の実施形態に係る、アナログビーム形成およびアナログトラッキングのためのシステムを示した図である。システム１００は、一つ若しくは複数の送信装置１０２、及び／又は一つ若しくは複数の受信装置１０４を含んでもよい。送信装置１０２は、送信ベースバンド処理回路１１２および複数の電力増幅器１１４を含んでもよく、各電力増幅器１０４は、移相器１１６及びアンテナ１１８に接続される。受信装置１０４は、複数のアンテナ１２２を含んでもよく、各アンテナ１２２は、移相器１２４及び低雑音増幅器１２６に接続される。低雑音増幅器１２６は、それぞれ、一つの受信ベースバンド処理回路１２８に接続される。図では、別々に描かれているが、送信装置１０２及び受信装置１０４は、一つの構成要素として含まれていてもよく、例えば、アンテナ及び／又は移相器のような回路要素を共有してもよい。
送信装置１０２は、指向性送信を達成するために、フェーズドアレイ手法を採用している。フェーズドアレイ手法では、各アンテナ要素の出力信号の位相を変化させることにより送信ビームが形成される。送信電力は、複数の電力増幅器１１４に分配され、ビームを適切に操作することが可能である。受信装置１０４にも、指向性受信を達成するために、フェーズドアレイ手法が採用されている。受信ビームは、各アンテナ要素の入力信号の位相を変化させることにより検出される。受信利得は、複数の低雑音増幅器１２６に分配され、ビームを適切に受信することができる。
本発明の実施形態によれば、送信装置１０２は、改良された所定の送信アンテナ設定を使用してデータを送信し、受信装置１０４は、受信された信号の処理を実行し、受信された信号から、必要なチャネル状態情報を推定することができる。ビーム形成は、受信装置１０４が制御メッセージを送信装置１０２に帰還する一つの又は幾つかの段階において行われてもよく、制御メッセージは、更なるトレーニングに必要なパラメーターに関する情報を含む。全ての必要なチャネル状態情報を得た後、受信装置１０４は、最適な送信及び受信アンテナ設定を計算する。そして、受信アンテナウェイトベクトルが、受信装置１０４によって適用され、送信アンテナウェイトベクトルが、送信装置１０２に送信される。そして、送信アンテナウェイトベクトルが、送信装置１０２によって適用される。
あるいは、受信アンテナウェイトベクトルが受信装置１０４によって推定されてもよく、送信アンテナウェイトベクトルの推定に必要なチャネル状態情報を送信装置１０２に送るようにしてもよい。送信アンテナウェイトベクトルの計算を、送信装置１０２によって行うようにしてもよい。
ここで提案される全てのビーム形成方法及びトラッキング方法は、非量子化された送信及び受信アンテナウェイトベクトルを提供してもよい。しかしながら、送信装置１０２及び受信装置１０４は、適用するウェイトベクトル係数の大きさ及び位相の連続性について制限を設けていてもよい。例えば、アンテナウェイトベクトルの量子化は、許容される最も近い値、例えば、π／３又はπ／２の近傍であってもよい。また、送信および受信アンテナウェイトベクトルを、計算した後、通信局間でのアンテナウェイトベクトル送信に関するデータ転送量を削減するように、量子化してもよい。
図２は、スーパーフレームに割り当てられた専用時間を持つビームトラッキングパケットダイヤグラムを描いたものである。通常のデータ交換では、ピコネットコントローラー（ＰＮＣ）が、ビーコン２０２及びチャネル・アクセス・ピリオド（ＣＡＰ）２０４を発行し、次いで、データパケット２０６を通信局１（ＳＴＡ１）に送信する。受信局ＳＴＡ１は、データパケット２０６を受信したことを示すアクノリッジメント（ＡＣＫ）２０８を送信する。ピコネットコントローラーは、通信局２（ＳＴＡ２）にデータパケット２１０を送信し、ＳＴＡ２からＡＣＫ２１２を受信する。さらに、データパケット２１４及びデータパケット２１６を送信してもよく、その場合、対応するＡＣＫ２１８及びＡＣＫ２２０が受信される。これらのデータ伝送は、前もって決定された静的な送信ウェイトベクトル及び受信ウェイトベクトルを送受信することによって行われる。専用トラッキングプロトコルの一部として、ピコネットコントローラーは、ビームトラッキングパケット２２２をＳＴＡ１に送信し、ＳＴＡ１からＡＣＫ２２４を受信した後、ビームトラッキングパケット２２６をＳＴＡ２に送信し、ＳＴＡ２からＡＣＫ２２８を受信する。ビームトラッキングパケット２２２及び２２６は、トレーニング行列を用いて生成される。
通信局の数が増えるに従い、専用トラッキングプロセスにかかる時間が大幅に増加するため、非効率なシステムとなってしまう。また、チャネルの小さな変化も追跡するためには、高い頻度でビームトラッキングを行う必要がある。ビームサーチ及びビームトラッキングを、メッセージ交換の反復型プロセス（イテレーション）を多数回行うことによって実行してもよい。例えば、高密度な環境下で通信局の数が増えると、トラッキングのオーバーヘッドのために割り当てられる時間が長くなり、効率が低下する。例えば、ビームトラッキングのオーバーヘッドは、１イテレーションあたり１００マイクロ秒となってしまう場合があり、ビームトラッキングは、１又は２ミリ秒毎といったように非常に頻繁にスケジュールされることもある。
図２に示されるトレーニング手法では、送信アンテナウェイトベクトルｖ、及び受信アンテナウェイトベクトルｕを、それぞれ、移相器１１６を使用して送信アンテナ１１８の入力、および移相器１２４を使用して受信アンテナ１２２の出力に適用してもよい。図１に示したシステムの数学的モデルは、以下に示す式で表すことができる。
Figure 0005467367
Figure 0005467367
ここで、ｙは受信された信号、ｘは送信されたシンボル、ベクトルｕは受信ビーム形成ベクトル、ベクトルｖは送信ビーム形成ベクトルであり、これらはトラッキングのための量を含み、ＨはＮｒ×Ｎｔの周波数非選択チャネル転送行列であり、Ｆ行列及びＧ行列は、一例として、フルランク行列であるトレーニング行列である。例えば、直交行列であり位相の値が０とπしかないことから、Ｈａｒｄｍａｒｄ行列をトレーニング行列として使用してもよい。送信されたシンボルとは、トレーニングシンボルである。
図２で示される手法では、Ｆ行列またはＧ行列は、伝送の片側にのみ存在する。例えば、送信ビーム形成ベクトルｕをトラックし更新するには、送信側でＦ行列を使用する（数式（１）参照）。一方、受信ビーム形成ベクトルｖをトラックし更新するには、受信側でＧ行列を使用する（数式（２）参照）。トラッキングプロトコルは、Ｆ行列の各列で送信を行い、Ｇ行列の各列で受信を行うための所定の時間を確保しておく必要がある。加えて、送信のそれぞれにおいて、時間領域でのトレーニングシーケンスが使用される。
本発明の実施形態によれば、図２に示されるような専用トラッキングメッセージ交換を使用するというよりも、トレーニングがデータ送信に分配される。また、ある実施形態では、Ｆ行列及びＧ行列を送受信するための専用トレーニング時間を必要としない。送信ごとに、ｖ及びｕベクトルの摂動が順次各パケット送信のために追加されるが、これによるビーム形成利得の低下は無視できるほど小さい。Ｎｔの摂動送信ビーム形成ベクトルは、ビーム形成行列
Figure 0005467367
を形成し、ここで、
Figure 0005467367
はｉ番目の摂動されたビーム形成ベクトルである。同様に、Ｎｒの摂動受信ビーム形成ベクトルは、ビーム形成行列
Figure 0005467367
を形成し、ここで、
Figure 0005467367
はｉ番目の摂動ベクトルである。Ｎｒ＋Ｎｔのパケット伝送が行われた後、二つの受信ベクトルは、次のように表される。
Figure 0005467367
Figure 0005467367
ここで、ｖ及びｕは、トラッキングされている最新のビーム形成ベクトル、ｘｉ及びｚｉは送信されたシンボルであり、ノイズは無視されている。送信されたシンボルは、データシンボルである。
Figure 0005467367
は、最小許容位相回転をｖベクトルのｉ番目の要素に加算することにより生成されてもよい。例えば、移相器が８つのレベルの値を持つ場合、θ＝π／３を、ｖのｉ番目の要素の位相φｉに加算して、
Figure 0005467367
を生成することができる。
Figure 0005467367
は、フルランク行列であり、
Figure 0005467367
のように表すことができる。ここでｃは、θに依存する定数である。行列
Figure 0005467367
についても、同様に生成可能である。
ここでは、一つのデータストリームについてのみ記載されているが、ここに記載されるコンセプトは、複数データストリームにも適用可能である。
図３は、本発明の実施形態に係るビームトラッキングパケットダイヤグラムを示したものである。摂動アンテナウェイトベクトル
Figure 0005467367
を用いて、ピコネットコントローラー（ＰＮＣ）は、データパケット３０６が後に続くビーコン３０２及びＣＡＰ３０４を通信局１（ＳＴＡ１）に対して発行し、ＳＴＡ１はそれをアンテナウェイトベクトルｕを用いて受信する。受信ＳＴＡ１は、データパケット３０６を受信したことを示すアクノリッジメント（ＡＣＫ）３０８送信する。ＰＮＣは、摂動アンテナウェイトベクトル
Figure 0005467367
から
Figure 0005467367
を使用して、さらなるデータパケット３１０〜３１２を送信し、ＳＴＡ１はアンテナウェイトベクトルｕを用いてこれらデータパケットを受信する。ＰＮＣは、さらなるＡＣＫ３１４〜３１６をＳＴＡ１から受信する。ＰＮＣは、さらなるデータを他の（図示しない）通信局に送信してもよい。ＰＮＣは、次に、新たなアンテナウェイトベクトルｖｎｅｗを用いて、データパケット３１８〜３２０を送信し、ＳＴＡ１は、摂動アンテナウェイトベクトル
Figure 0005467367
から
Figure 0005467367
を用いてこれらデータパケットを受信する。そして、ＳＴＡ１は、ＡＣＫ３２２〜３２４を送信する。
図３に示すように、トレーニングのために確保されるタイムスロットは使用されない。データパケットは、修正されたビーム形成ベクトル
Figure 0005467367
および
Figure 0005467367
と共に送受信される。この例では、ＰＮＣ及びＳＴＡ１がビームトラッキングを行う。ＳＴＡ１で受信されるビーム形成ベクトルがトラックされる前に、ＰＮＣで送信されるビーム形成ベクトルがトラックされる。
図４は、反復型トレーニング手法と本発明の実施形態によるトレーニング手法との間で、１００チャネル構成でのビーム形成利得の性能を比較したものである。グラフ４０４は、最適なビーム形成ベクトルを使用したチャネル構成の結果を示したものであり、例えば、図２に示したプロトコルを使用している。グラフ４０６は、トラッキングのための修正ベクトルを用いたチャネル構成結果を示したものであり、例えば、図３に示したプロトコルを使用している。摂動トレーニング行列
Figure 0005467367
および
Figure 0005467367
を使用した場合と、最適化されたトレーニング行列ｖ及びｕを用いた場合との性能の差は、０．２ｄＢよりも小さい。
反復型トレーニングプロトコルは、フルランク行列であるＦ行列及びＧ行列の各列を専用トレーニングスロットで励起して、ビーム形成ベクトルを更新するが、これは効率を下げてしまう。本発明の実施形態によれば、送信機及び受信機はそれぞれ、フルランク行列である
Figure 0005467367
及び
Figure 0005467367
をデータ送信および受信に使用するので、より効率的なシステムとなる。フルランク行列とすることで、全ての方向におけるビーム形成の変化を捉えることができる。
数式（３）並びに数式（４）、及び更新手法を用いることにより、ビーム形成ベクトルは、以下のように更新できる。
Figure 0005467367
Figure 0005467367
ここで、
Figure 0005467367
である。
送信ビーム形成ベクトルが、ｖｎｅｗに更新された後、ｖｎｅｗは、受信ビーム形成ベクトルの更新に使用される。反転は、さほど複雑でなく、以下のように行うことができる。式を変換して、ランク（階数）１の更新の反転を導いてもよい。ｉ番目の要素のｖのみが修正されて、
Figure 0005467367
が得られることから、
Figure 0005467367
となる。ここでｄｉａｇ（・）は、対角行列を表す。
Figure 0005467367
ここで、
Figure 0005467367
である。
Figure 0005467367
の２つ項の反転は、計算可能である。第１項の反転は、
Figure 0005467367
であり、第２項の反転は、各対角要素の反転である。したがって、Ｎｔ＋１のスカラー除算をおこなうだけで
Figure 0005467367
を得ることができる。データパケットが正確に受信された場合には、判定帰還を行ってもよく、数式（３）及び数式（４）のｘｉ及びｚｉは、データシンボルである。データシンボルが高密度であることから、判定帰還により、トラッキングの精度を大幅に改善することができる。
図５は、本発明の実施形態による、チャネルの相反性が仮定されていない場合のビームトラッキングプロトコルが示されている。ピコネットコントローラー（ＰＮＣ）は、摂動送信アンテナウェイトベクトル
Figure 0005467367
を使用して、データパケット５０２を送信し、通信局（ＳＴＡ）は、最適受信アンテナベクトルｕを用いてデータパケットを受信する。更なる摂動送信アンテナウェイトベクトル
Figure 0005467367
から
Figure 0005467367
をそれぞれ使用して、さらなるデータパケット５０４〜５０６が送信される。ＳＴＡは、更新された送信ベクトルｖを計算し、送信５０８でＰＮＣに更新された送信ベクトルｖを送信する。ＰＮＣは、Ｎｒのデータパケット５１０及び５１２〜５１４を転送する。データパケット５１０及び５１２〜５１４は、更新されたベクトルｖと共にＰＮＣによって送信されて、受信アンテナウェイトベクトル
Figure 0005467367
及び
Figure 0005467367
から
Figure 0005467367
と共に受信される。このデータ送信段階で、トラッキングが行われる。ここでは、ピコネットコントローラー（ＰＮＣ）から通信局（ＳＴＡ）への送信のみが示されている。ＳＴＡからＰＮＣへのアクノリッジ（ＡＣＫ）送信は、トラッキングには含まれないので、図に示されていない。即時ＡＣＫ、遅延ＡＣＫ又はブロックＡＣＫのＡＣＫポリシーにしたがって、ＡＣＫを送信するようにしてもよい。ＳＴＡからのＰＮＣに対するｖｎｅｗの帰還を、ＡＣＫと共に送信してもよいし、他の上りリンクトラフィックで送信することもできる。
図６は、本発明の実施形態による、チャネルの相反性が仮定されている場合のビームトラッキングプロトコルが示されている。ピコネットコントローラー（ＰＮＣ）は、摂動アンテナウェイトベクトル
Figure 0005467367
を使用して、データパケット６０２を送信し、通信局（ＳＴＡ）は、最適受信アンテナベクトルｕを用いてデータパケット６０２を受信する。ＳＴＡは、摂動アンテナウェイトベクトル
Figure 0005467367
を用いてデータパケット６０４を送信し、ＰＮＣはアンテナウェイトベクトルｖを用いてデータパケット６０４を受信する。上記のようなプロセスが繰り返されて、ＰＮＣは、データパケット６０６を摂動アンテナウェイトベクトル
Figure 0005467367
で送信し、ＳＴＡはそれをアンテナウェイトベクトルｕで受信する。また、ＳＴＡは、データパケット６０８を摂動アンテナウェイトベクトル
Figure 0005467367
を用いて受信し、ＰＮＣはアンテナウェイトベクトルｖを用いてデータパケット６０８を受信する。ＰＮＣが、摂動アンテナウェイトベクトル
Figure 0005467367
を用いてデータパケット６１０を送信し、ＳＴＡがアンテナウェイトベクトルｖを使用してデータパケット６１０を受信するまで、同様なプロセスが繰り返される。ＳＴＡは、摂動アンテナウェイトベクトル
Figure 0005467367
を用いてデータパケット６１２を送信し、ＰＮＣはアンテナウェイトベクトルｖを用いてデータパケット６１２を受信する。チャネルの相反性が仮定されている場合のチャネル暗黙帰還ビーム形成では、ＰＮＣおよびＳＴＡでのビーム形成ベクトルをトラックするのに、下りトラック及び上りトラック両方の送信が使用される。一つの方向で受信されるビーム形成ベクトルは、もう一方の方向のための送信ビーム形成ベクトルとして使用される。
上記で示されたスキームは、およそＮｒ＋Ｎｔのパケットを必要とするので、データ送信に中断がないとしても、パケット期間が長ければ、チャネルが変わってしまう場合もある。他の実施形態では、部分トラッキングを実装してもよい。名前の通り、送信機及び受信機は、ビーム形成ウェイトを、部分空間内で更新することができる。Ｎｔ及びＮｒに替えて、
Figure 0005467367
の送信ベクトル空間及び
Figure 0005467367
の受信ベクトル空間における変化のみをそれぞれトラックする。
Figure 0005467367
の摂動送信ビーム形成ベクトルは、ビーム形成行列
Figure 0005467367
を形成する。
ここで、
Figure 0005467367
は、ｉ番目の摂動ビーム形成ベクトルである（そして
Figure 0005467367
）。
同様に、
Figure 0005467367
摂動受信ビーム形成ベクトルは、ビーム形成行列
Figure 0005467367
を形成し、ここで、
Figure 0005467367
は、ｉ番目の摂動ビーム形成ベクトルである（そして
Figure 0005467367
）。
Figure 0005467367
のパケット送信の後、以下に表される二つの受信ベクトルが得られる。
Figure 0005467367
Figure 0005467367
ここでｖ及びｕは、トラッキングされている最新のビーム形成ベクトルであり、ｘｉ及びｚｉは送信されたシンボルであり、ノイズは無視されている。送信されたシンボルは、データシンボルである。トレーニングシンボルの影響を除くことにより、数式（７）及び数式（８）を以下のように簡単にしてもよい。
Figure 0005467367
Figure 0005467367
ここで、
Figure 0005467367
Figure 0005467367
の列数に渡る部分空間内での送信ベクトルは、以下のように計算することができる。
Figure 0005467367
ここで、
Figure 0005467367
であり、Ａ＋はＡの擬似逆行列である。同様に、
Figure 0005467367
の列数にわたって広がる部分空間内の受信ベクトルは以下のように計算できる。
Figure 0005467367
Figure 0005467367
Figure 0005467367
送信ビーム形成ベクトルがＶｎｅｗに更新された後、Ｖｎｅｗは、受信ビーム形成ベクトルを更新するのに使われる。擬似反転は、さほど複雑でない。
図７は、本発明の実施形態による、ビームトラッキングパケットダイヤグラムの他の例を示したものである。送信と受信との間の切り替えの間に、ランダム位相を導入してもよいことから、トラッキングシーケンスは、一つのデータパケット内で発生すると考えてよい。異なる摂動位相ベクトルを、幾つかのＯＦＤＭシンボルに適用してもよい。図に示すように、プリアンブル７０２が送信される。ＯＦＤＭシンボルの復号は、プリアンブル７０２でのチャネル推定を使用する。ＯＦＤＭシンボル７０４及び７０６〜７０８は、摂動ウェイトベクトル
Figure 0005467367
及び
Figure 0005467367
から
Figure 0005467367
を用いて送信される。ＯＦＤＭシンボル７１０及び７１２〜７１４は、新たに更新されたｖｎｅｗを用いて送信され、摂動ウェイトベクトル
Figure 0005467367
及び
Figure 0005467367
から
Figure 0005467367
を用いて受信される。データシンボルでは、僅かな性能損失が生じる場合がある。復号された情報は、チャネル推定の決定に利用することができ、チャネル推定は、ビームベクトル更新に利用される。
Figure 0005467367
及び
Figure 0005467367
の正確な推定値を得るためには、ＯＦＤＭシンボルは、同じ位相ベクトルを使用し、推定値は、周波数及び時間についての平均値となる。
位相アレイで少ない数のアンテナ、例えば、４つのアンテナを使用する場合、４つのうち１つのアンテナの位相シフトを変更すると、必要とされるアンテナ利得を提供できないアンテナパターンとなってしまうことが考えられる。本発明のある実施形態では、利得を改善させるための代替構成を使用してもよい。例えば、ビームトラッキングを、ビームサーチプロセスの一つのイタレーションで置き換えてもよい。アンテナの数が少ないので、初期ビーム形成ベクトルが、最適に近いかたちになっており、トレーニング時間は短くなる。また、アンテナの数が少ないので、パケットのデータシンボルの少数部分のみが、ビーム形成トラッキングに使用され、摂動ビーム形成ベクトルによってビームが形成される。非摂動ビーム形成ベクトル、すなわち、最適ベクトルを使用して、残りのシンボルを送信（または受信）してもよい。下位の変調コーディングスキーム（ＭＣＳ）を、摂動ビーム形成ベクトルによってデータシンボルに適用してもよく、上位のＭＣＳを、非摂動部分に使用してもよい。したがって、トラッキングによる損失は、最小限に抑えられる。どちらの機構も、セクターアンテナの集合に適用可能である。セクターアンテナの場合、オーバーヘッド削減のために、トラッキングを、アンテナの選択した部分集合で実行するようにしてもよい。
上述した技術は、コンピュータシステムに上記方法を実行させるよう構成したコンピュータ可読媒体に実装することができる。コンピュータ可読媒体は、例えば、ディスク及びテープ記憶媒体を含む磁気記憶媒体、コンパクトディスク媒体（例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ）及びデジタルビデオディスク記憶媒体等の光学記憶媒体、ホログラフィック記憶装置、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、ＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ等の半導体ベースのメモリユニットを含む不揮発性メモリ記憶媒体、強磁性デジタルメモリ、レジスタ、バッファまたはキャッシュ、メインメモリ、ＲＡＭ等を含む揮発性記憶媒体、及び、永続的または間欠的コンピュータネットワークを含むデータ送信媒体、ポイントツーポイント電子通信機器、搬送波送信媒体、インターネット等を含んでよいが、これらに限られない。他の新しい様々な種類のコンピュータ可読媒体も、本明細書で説明するソフトウェアモジュールを格納及び／又は送信するのに利用することができる。コンピューティングシステムは、メインフレーム、ミニコンピュータ、サーバ、ワークステーション、パソコン、ノートパッド、携帯情報端末（ＰＤＡ）、様々な無線デバイスおよびエンベッデッドシステム等を含むがこれらに限定されない多くの形態であってよい。典型的なコンピューティングシステムは、少なくとも１つの処理ユニット、関連するメモリ、及び複数の入出力（Ｉ／Ｏ）デバイスを含む。コンピューティングシステムは、プログラムに従って情報を処理して、Ｉ／Ｏデバイスを介して出力情報を生成する。
本発明による実現の例を、特定の実施形態に基づいて記載してきた。これらの実施形態は、例示することを目的として記載されたものであり、限定することは意図していない。多くの変形例、変更例、追加、および改良が可能である。従って、ここで記載された複数の構成要素についての複数の例は、１つの例として捉えることもできる。様々な構成要素、動作、およびデータ記憶の間の境界引きは、恣意的に行われたものであって、特定の動作は、特定の構成例に則って例示されている。他の機能の割り当て方法も想定されており、以下に記載する請求項の範囲に含まれる。また、様々な構成例において別々の構成要素として提示された構造および機能は、それら構造または要素を１つに合わせたものとして実装可能である。これら及びその他の変形例、変更例、追加、および改善も、以下の請求項で規定される本発明の範囲に含まれる。

Claims (15)

  1. データパケットの交換期間に、ビームトラッキングを行う段階
    を備え、
    前記ビームトラッキングを行う段階は、
    第１装置が、複数のデータパケットのそれぞれのデータパケットを、現在の送信アンテナウェイトベクトルに摂動を加えることによってそれぞれ得られた複数の摂動送信アンテナウェイトベクトルのうちの対応する１つの摂動送信アンテナウェイトベクトルを使用して第２装置へ送信する段階と、
    前記第２装置が、現在の１つの受信アンテナウェイトベクトルを使用して前記複数のデータパケットを受信する段階と、
    前記第２装置が、ｉ）前記複数の摂動送信アンテナウェイトベクトル、ｉｉ）前記第１装置から前記複数のデータパケットで送信されたデータシンボルおよびｉｉｉ）前記第２装置が前記複数のデータパケットで受信したデータシンボルに基づいて、１つの送信アンテナウェイトベクトルを計算する段階と、
    前記第２装置が、前記１つの送信アンテナウェイトベクトルを前記第１装置へ送信する段階と、
    前記第１装置が、前記第２装置から受信した前記１つの送信アンテナウェイトベクトルを使用して、複数のデータパケットを前記第２装置へ送信する段階と、
    前記第２装置が、前記第１装置から前記１つの送信アンテナウェイトベクトルを使用して送信された前記複数のデータパケットのそれぞれのデータパケットを、前記現在の１つの受信アンテナウェイトベクトルに摂動を加えることによってそれぞれ得られた複数の摂動受信アンテナウェイトベクトルのうちの対応する１つの摂動受信アンテナウェイトベクトルを使用して受信する段階と
    を含む方法。
  2. データパケットの交換期間に、ビームトラッキングを行う段階
    を備え、
    前記ビームトラッキングを行う段階は、
    第１装置が、複数のデータパケットのそれぞれを、現在の１つの送信アンテナウェイトベクトルに摂動を加えることによってそれぞれ得られた複数の摂動送信アンテナウェイトベクトルのうちの対応する摂動送信アンテナウェイトベクトルを使用して送信することにより、前記複数のデータパケットを第２装置へ送信する段階と、
    前記第２装置が、前記第１装置から送信された前記複数のデータパケットを、現在の１つの受信アンテナウェイトベクトルを使用して受信する段階と、
    前記第２装置が、前記第１装置への複数のデータパケットのそれぞれを、前記現在の１つの受信アンテナウェイトベクトルに摂動を加えることによってそれぞれ得られた複数の摂動受信アンテナウェイトベクトルのうちの対応する摂動受信アンテナウェイトベクトルを使用して送信することにより、前記第１装置への前記複数のデータパケットを前記第１装置へ送信する段階と、
    前記第１装置が、前記第２装置から送信された前記複数のデータパケットを、前記現在の１つの送信アンテナウェイトベクトルを使用して受信する段階と
    を含む方法。
  3. 前記送信アンテナウェイトベクトルに加えられる摂動は、最小許容位相回転である請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記送信アンテナウェイトベクトルに加えられる摂動は、前記最小許容位相回転の整数倍である請求項３に記載の方法。
  5. 前記受信アンテナウェイトベクトルに加えられる摂動は、最小許容位相回転である請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記受信アンテナウェイトベクトルに加えられる摂動は、前記最小許容位相回転の整数倍である請求項５に記載の方法。
  7. 前記摂動送信アンテナウェイトベクトルは、すでに生成されていた送信アンテナェイトベクトルを最小許容位相回転で摂動したベクトルである請求項１または２に記載の方法。
  8. ビームトラッキングが部分空間内でのみ更新されるように、部分トラッキングを行う請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. ビーム形成は、チャネル状態情報を推定するように行われ、
    取得された前記チャネル状態情報を用いて最適アンテナウェイトベクトルを計算する段階をさらに備える請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
  10. アンテナのアレイと、
    前記アレイにおいて、アンテナの各々と接続される移相器と、
    データパケットの交換期間に、前記移相器にアンテナウェイトベクトルを適用することにより、ビームトラッキングを行う制御回路と
    を備え、
    前記制御回路は、
    現在の送信アンテナウェイトベクトルに摂動を加えることによってそれぞれ得られた複数の摂動送信アンテナウェイトベクトルのうちの対応する１つの摂動送信アンテナウェイトベクトルを使用して第１装置からそれぞれ送信された複数のデータパケットの受信に、現在の１つの受信アンテナウェイトベクトルを適用し、
    前記受信した前記複数のデータパケットから、ｉ）前記複数の摂動送信アンテナウェイトベクトル、ｉｉ）前記第１装置から前記複数のデータパケットで送信されたデータシンボルおよびｉｉｉ）前記複数のデータパケットで受信したデータシンボルに基づいて、１つの送信アンテナウェイトベクトルを計算して、前記１つの送信アンテナウェイトベクトルを前記第１装置へ送信させ、
    前記第１装置から前記１つの送信アンテナウェイトベクトルを使用して送信された複数のデータパケットのそれぞれのデータパケットの受信に、前記現在の１つの受信アンテナウェイトベクトルに摂動を加えることによってそれぞれ得られた複数の摂動受信アンテナウェイトベクトルのうちの対応する１つの摂動受信アンテナウェイトベクトルを適用する
    装置。
  11. 装置であって、
    アンテナのアレイと、
    前記アレイにおいて、アンテナの各々と接続される移相器と、
    データパケットの交換期間に、前記移相器にアンテナウェイトベクトルを適用することにより、ビームトラッキングを行う制御回路と
    を備え、
    前記制御回路は、
    現在の１つの送信アンテナウェイトベクトルに摂動を加えることによってそれぞれ得られた複数の摂動送信アンテナウェイトベクトルのうちの対応する摂動送信アンテナウェイトベクトルを使用して第１装置から送信された複数のデータパケットの受信に、現在の１つの受信アンテナウェイトベクトルを適用し、
    前記第１装置への複数のデータパケットの送信に、前記現在の１つの受信アンテナウェイトベクトルに摂動を加えることによってそれぞれ得られた複数の摂動受信アンテナウェイトベクトルのうちの対応する摂動受信アンテナウェイトベクトルを適用し、
    前記装置から送信された前記複数のデータパケットは、前記現在の１つの送信アンテナウェイトベクトルを使用して前記第１装置により受信される
    装置。
  12. 前記送信アンテナウェイトベクトルに加えられる摂動は、最小許容位相回転である請求項１０または１１に記載の装置。
  13. 前記送信アンテナウェイトベクトルに加えられる摂動は、前記最小許容位相回転の整数倍である請求項１２に記載の装置。
  14. データパケットの交換期間に、複数の移相器に複数のアンテナウェイトベクトルを適用することにより、ビームトラッキングを行う制御回路を備え、
    前記制御回路は、
    現在の送信アンテナウェイトベクトルに摂動を加えることによってそれぞれ得られた複数の摂動送信アンテナウェイトベクトルのうちの対応する１つの摂動送信アンテナウェイトベクトルを使用して第１装置からそれぞれ送信された複数のデータパケットの受信に、現在の１つの受信アンテナウェイトベクトルを適用し、
    前記受信した前記複数のデータパケットから、ｉ）前記複数の摂動送信アンテナウェイトベクトル、ｉｉ）前記第１装置から前記複数のデータパケットで送信されたデータシンボルおよびｉｉｉ）前記複数のデータパケットで受信したデータシンボルに基づいて、１つの送信アンテナウェイトベクトルを計算して、前記１つの送信アンテナウェイトベクトルを前記第１装置へ送信させ、
    前記第１装置から前記１つの送信アンテナウェイトベクトルを使用して送信された複数のデータパケットのそれぞれのデータパケットの受信に、前記現在の１つの受信アンテナウェイトベクトルに摂動を加えることによってそれぞれ得られた複数の摂動受信アンテナウェイトベクトルのうちの対応する１つの摂動受信アンテナウェイトベクトルを適用する
    装置。
  15. 装置であって、
    データパケットの交換期間に、複数の移相器に複数のアンテナウェイトベクトルを適用することにより、ビームトラッキングを行う制御回路を備え、
    前記制御回路は、
    現在の１つの送信アンテナウェイトベクトルに摂動を加えることによってそれぞれ得られた複数の摂動送信アンテナウェイトベクトルのうちの対応する摂動送信アンテナウェイトベクトルを使用して第１装置から送信された複数のデータパケットの受信に、現在の１つの受信アンテナウェイトベクトルを適用し、
    前記第１装置への複数のデータパケットの送信に、前記現在の１つの受信アンテナウェイトベクトルに摂動を加えることによってそれぞれ得られた複数の摂動受信アンテナウェイトベクトルのうちの対応する摂動受信アンテナウェイトベクトルを適用し、
    前記装置から送信された前記複数のデータパケットは、前記現在の１つの送信アンテナウェイトベクトルを使用して前記第１装置により受信される
    装置。
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