JP6042323B2 - ミリ波通信システムで空間分割二重化のための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ミリ波通信システムで空間分割二重化（ＳＤＤ；Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）のための装置及び方法に関する。より詳細には、本発明は、ピアツーピア（Ｐ２Ｐ；ｐｅｅｒ−ｔｏ−ｐｅｅｒ）無線通信のためのミリメートル電磁気波を利用する空間分割二重化通信システムのための装置及び方法に関する。

移動通信サービスに対する加入者の数が４５億を超過し、続いて増加するにつれて、移動通信は、最近にも発展を続いている。同時に、新しい移動通信技術及びシステムは、増加する要求を満足させるために、そして移動通信ユーザにさらに良い移動通信アプリケーションを提供するために発展している。そのようなシステムの例は、３ＧＰＰ２（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ ２）によって開発されたＣＤＭＡ２０００（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ２０００）ＥｖＤＯ（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｄａｔａ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ）システム、３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）によって開発されたＷＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ ＣＤＭＡ）、ＨＳＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）システム、ＩＥＥＥ（ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）によって開発されたＷｉＭＡＸ（ｍｏｂｉｌｅ Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）システムを含む。ますますさらに多い人々が移動通信システムのユーザになるにつれて、データリーチサービス（ｄａｔａ−ｒｉｃｈ ｓｅｒｖｉｃｅｓ）は、このゆうなシステムにわたって提供された。大容量、高い処理量、低い待機時間、さらに良い信頼性を有する移動通信システムに対する要求が増加している。

ミリ波（Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅｓ）は、３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの無線周波数範囲を有する無線波形（ｒａｄｉｏ ｗａｖｅｓ）であり、それらの小さい波長に起因して固有な拡散特性を示す。例えば、さらに多いアンテナが比較的小さい領域に収納されることができる。したがって、小さいフォームファクター（ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ）で高い利得アンテナを可能にすることができる。ミリ波無線通信システムは、数キロメートル距離にわたって１０Ｇｂｐｓデータ伝送率を達成することができる。しかし、現在技術は、費用、複雑度、電力消費、フォームファクターのような問題に起因して商用移動通信にあまり適したものではない。最近、近距離無線通信のためのミリ波無線通信を利用するための研究が行われている。例えば、６０ＧＨｚ無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ；Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）及びアンテナソリューションを開発するに際して、進展が行われているが、最近の６０ＧＨｚ ＲＦＩＣは、依然として低い効率及び高い費用で困難を経験していて、ミリ波は、拡散損失に起因して困難を経験している。

ミリ波の拡散損失を扱うために、ビームフォーミング（ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）が採択されることができる。ビームフォーミングは、信号利得を得るために適応的な受信／伝送ビームパターンを通じて特定選択を利用する受信または方向性信号伝送のために使用される信号処理技術である。伝送の場合、ビームフォーマ（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）は、ウエーブフロント（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ）で補強干渉（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）及び相殺干渉（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）のパターンを生成するために、各伝送アンテナで信号の位相及び関連した振幅を制御する。受信の場合、他のアンテナから情報が合成され、したがって、放射の予測されたパターンが優先的に観察される。

図１は、従来技術によるビームフォーミング伝送を示す。

図１を参照すれば、伝送アンテナアレイ１０１で多重伝送アンテナ１０２を有する送信機１００が示された。

利得ｇｔ１〜ｇｔＮで図１に示された、伝送ビームフォーミング加重値、ｇｔｉは、アンテナアレイ１０１の伝送アンテナ１０２のうちｉ番目のものから伝送される信号に適用される。利得は、伝送アンテナ１０２の各々から伝送される信号の位相及び関連した振幅を調節するために使用される。信号は、伝送アンテナ１０２各々から伝送のために個別的に増幅されることができる。代案的に、単一増幅器または伝送アンテナの数より小さい数で番号が付与される増幅器が使用されることができる。さらに、ビームフォーミング加重値または利得は、信号増幅前に、または信号増幅後に適用されることができる。

図２は、従来技術によるビームフォーミング受信を示す。

図２を参照すれば、受信アンテナアレイ２０１で多重受信アンテナ２０２を有する受信機２００が示された。

受信アンテナ２０２の各々によって受信される信号は、低雑音増幅器（ＬＮＡ；Ｌｏｗ−Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）によって増幅される。ｇｒ１〜ｇｒＮで図２に示された、受信ビームフォーミング加重値、ｇｒｉは、受信された信号に適用され、受信アンテナ２０２のうちｉ番目のものから増幅される。利得は、受信アンテナ２０２各々によって受信された信号の位相及び関連した振幅を調節するために使用される。受信ビームフォーミング加重値は、利得調節（ｇａｉｎ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）になることができる。位相及び振幅調節された信号は、受信された信号を生成するために組合される。受信ビームフォーミング利得は、受信アンテナ２０２各々から信号の干渉結合（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）または補強結合（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）によって得られる。

図３は、従来技術による動的ビームフォーミングを示す。

図３を参照すれば、複数の加重値ｇｔ１〜ｇｔ５は、伝送ビームＴｘＢの同相ウエーブフロント（ｅｑｕｉｐｈａｓｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ）を形成するために、出力（ｏｕｔｇｏｉｎｇ）信号ｓ（ｔ）に適用される。

加重値ｇｔ１〜ｇｔ５は、ただ信号ｓ（ｔ）の位相を制御及び／または調節するために使用される。信号ｓ（ｔ）は、各アンテナが加重値ｇｔ１〜ｇｔ５のうち対応する１つを有する、複数のアンテナＡ１〜Ａ５に適用され、アンテナＡ１〜Ａ５各々は、距離ｄだけアンテナＡ１〜Ａ５のうち隣接するものから離隔される。例えば、図３に示されたように、信号ｓ（ｔ）は、その位相に対して信号ｓ（ｔ）を調整するために、アンテナＡ１を介して伝送される信号に適用される、

の加重値ｇｔ１を有するアンテナＡ１に適用される。加重値ｇｔ２〜ｇｔ５は、各々アンテナＡ２〜Ａ５で信号ｓ（ｔ）に適用される。したがって、アンテナＡ１〜Ａ５各々は、図３に示された同相ウエーブフロントを有する特定方向で調整されることができる位相調節信号ｓ（ｔ）を生成する。加重値ｇｔ１〜ｇｔ５を利用してアンテナＡ１〜Ａ５に適用される位相調節は、信号ｓ（ｔ）の伝送及び受信の両方に適用されることができる。したがって、伝送ビーム及び受信ビームは、あらかじめ定められた方向に調節されることができる。

図４は、従来技術によるデジタルビームフォーミングの実施例を示す。

図４を参照すれば、デジタルビームフォーミングは、送受信機（ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）４００によって行われるように、性能及びフレキシビリティー（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）のような、多様な利得を得ることができるように使用されることができる。図４に示されたように、信号ｓ０（ｔ）〜ｓ（Ｍ−１）ｔを含む、Ｍ、Ｎ個の信号は、送受信機４００の各々のアンテナによって伝送される各伝送経路に沿って伝送される。伝送加重値ｗｔ０〜ｗｔ（Ｍ−１）は、各伝送経路に沿って信号ｓ０（ｔ）〜ｓ（Ｍ−１）ｔに個別的に適用される。各伝送経路は、デジタル対アナログコンバータ（ＤＡＣ；Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）ＤＡＣ１〜ＤＡＣＭを含む。伝送された信号ｓ０（ｔ）〜ｓ（Ｍ−１）ｔは、受信機２００のアンテナのうち各々のものによって受信される。受信された信号ｒ０（ｔ）〜ｒ（Ｎ−１）ｔは、各受信経路を通じて受信される。各受信経路は、低雑音増幅器（ＬＮＡ；Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）及びアナログ対デジタルコンバータ（ＡＤＣ；Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）ＡＤＣ１〜ＡＤＣＮを含む。受信加重値ｗｒ０〜ｗｒ（Ｎ−１）は、受信された信号ｒ０（ｔ）〜ｒ（Ｎ−１）ｔに個別的に適用される。したがって、デジタルビームフォーミングをデジタル信号に適用することによって、多様なチャネル条件でも、最適チャネル容量が達成されることができる。しかし、多い量のハードウェアがＭまたはＮ全体送受信機を有することによってデジタルビームフォーミングに使用される。したがって、デジタルビームフォーミングは、チャネル容量を増加させる一方、ハードウェア複雑度及び電力消費の両方を増加させる。

図５は、従来技術によるアナログビームフォーミングの実施例を示す。

図５を参照すれば、アナログビームフォーミングは、送受信機５００によって行われる。図５のアナログビームフォーミングによって、図４に示されたようなＤＡＣ及びＡＤＣのような複数のデータコンバータは減少することができる。図５に示されたように、送受信機５００で、伝送信号ｓ（ｔ）は、デジタル形式の伝送信号ｓ（ｔ）をアナログ形式の伝送信号ｓ（ｔ）に変換されるようにＤＡＣ ５０１を通じて伝達される。その後、これは、対応する信号経路に沿って複数の伝送アンテナ５０３に提供される。各伝送加重値ｗｔ０〜ｗｔ（Ｍ−１）は、対応する信号経路に沿って伝送アンテナに伝達される各アナログ信号ｓ（ｔ）に適用される。ここで、各信号経路は、ミキサー（ｍｉｘｅｒ）を有する。送受信機５００は、複数の受信アンテナ５０４を利用して各々伝送加重値ｗｔ０〜ｗｔ（Ｍ−１）を有する各アナログ信号ｓ（ｔ）を受信する。複数の受信信号は、各々の信号経路を通じて伝達される。各々の信号経路は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、ミキサーを有する。各々の受信加重値ｗｒ０〜ｗｒ（Ｎ−１）は、複数の受信信号に適用される。その後、受信されて加重された信号は、受信信号ｒ（ｔ）を形成するために、ＡＤＣ ５０２によってデジタル信号に変換される。したがって、図５のアナログビームフォーミングで、ただ１つのＤＡＣ ５０１及び１つのＡＤＣ ５０２が送受信機５００で使用される。したがって、複数のデータコンバータが減少する。

図６は、従来技術による無線周波数（ＲＦ；Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ビームフォーミングの例を示す。

図６を参照すれば、ＲＦビームフォーミングは、送受信機６００によって行われる。図６に示されたように、ＲＦビームフォーミングは、ビームフォーミング動作を行うために使用される複数のミキサーを減少させることができる。送受信機６００で、伝送信号ｓ（ｔ）は、ＤＡＣ ６０１を利用してデジタル形式からアナログ形式に変換される。その後、アナログ形式の伝送信号ｓ（ｔ）は、伝送されるように、各信号経路に沿って複数の伝送アンテナ６０３に提供されるようにミキサー６０２を通じて伝達される。送受信機６００は、複数の受信アンテナ６０４を利用して伝送された信号を受信する。これら各々は、ＬＮＡを含む個別信号経路を有する。そして、各受信加重値ｗｒ０〜ｗｒ（Ｎ−１）が複数の受信された信号に適用される。受信されて加重された信号は、結合機６０５によって結合され、その後、ミキサー６０６によってミキシングされ、受信された信号ｒ（ｔ）を形成するためにＡＤＣ ６０７を通じて伝達される。したがって、ミキサーは、受信アンテナ６０４の信号経路各々に沿って配置されない。そして、低い数のミキサーは、減少したハードウェア複雑度及び電力消費をもたらす。しかし、ビームフォーミング制御で減少した柔軟性（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）、減少した多重接続機能及び減少した多重接続ユーザは、ＲＦビームフォーミングの制限された機能の結果をもたらす。

ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＤ技術、ＥＣＭＡ−３８７、ＩＥＥＥ ８０２．１５．３ｃのような現在のＰ２Ｐ（ｐｅｅｒ−ｔｏ−ｐｅｅｒ）ミリ波標準は、時間分割二重化（ＴＤＤ；Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）を採択する。ここで、通信で２つの装置のうちただ１つだけが与えられた時間に伝送または受信する。ＴＤＤまたは周波数分割二重化（ＦＤＤ；Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）は、たびたび従来のセルラまたはモバイル広帯域システムで基地局の伝送された信号及び受信された信号を分割するために使用される。従来のＴＤＤシステムで、基地局は、ダウンリンク時間スロットで伝送し、移動端末は、アップリンク時間スロットで伝送する。結局、現在ミリ波標準は、ただ半二重通信を支援する。言い換えれば、同時伝送及び受信動作は、無線通信のための現在Ｐ２Ｐミリ波標準で可能ではない。

本発明の態様は、少なくとも前述した問題及び／または不利な点を扱って、下記で説明される少なくとも利得を提供する。したがって、本発明の態様は、ミリ波通信システムのための空間分割二重化（ＳＤＤ；Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）のための装置及び方法を提供するためのものである。

本発明の一態様によって、全二重ミリ波（ｆｕｌｌ−ｄｕｐｌｅｘ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅ）通信システムのための無線端末機が提供される。このような装置は、空間的にビームフォーミングされた伝送ビームを形成するための複数の伝送アンテナを有する伝送アンテナアレイと、空間的にビームフォーミングされた受信ビームを形成するための複数の受信アンテナを有する受信アンテナアレイとを含み、前記複数の伝送アンテナ及び前記複数の受信アンテナは、前記伝送ビーム及び受信ビーム各々の通信信号のために同一の時間で同一の周波数を使用し、前記ビームフォーミングされた伝送ビーム及び前記ビームフォーミングされた受信ビームは、空間的にオーバーラップしない。

本発明の他の態様による、ミリ波を利用する空間分割二重化（ＳＤＤ；Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅ）移動通信システムが提供される。このような装置は、空間的にビームフォーミングされた第１伝送ビームを伝送するための複数の第１伝送アンテナを有する第１伝送アンテナアレイと、空間的にビームフォーミングされた第１受信ビームを形成するために複数の第１受信アンテナを有する第１受信アンテナアレイとを含む第１無線端末機と；第１無線端末機の受信ビームに向かって指向する空間的にビームフォーミングされた第２伝送ビームを伝送するための複数の第２伝送アンテナを有する第２伝送アンテナアレイと、第１無線端末機の伝送ビームに向かって指向する空間的にビームフォーミングされた第２受信ビームを形成するための複数の第２受信アンテナを有する第２受信アンテナアレイとを含む第２無線端末機と；を含む。

本発明の他の態様によれば、ミリ波を利用する空間分割二重化（ＳＤＤ；ＳｐａｔｉａｌＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ）移動通信のための方法が提供される。前記方法は、伝送アンテナアレイの複数の伝送アンテナのうち選択されたものを利用して第１伝送ビームを形成する段階と、あらかじめ定められた時間にあらかじめ定められた周波数によって前記第１伝送ビームを通じて第１無線端末機に第１信号を伝送する段階と、受信アンテナアレイの複数の受信アンテナのうち選択されたものを利用して第１受信ビームを形成する段階と、あらかじめ定められた時間であらかじめ定められた周波数によって前記第１受信ビームを通じて第２無線端末機から第２信号を受信する段階とを含み、前記第１伝送ビーム及び前記第１受信ビーム各々は、空間的にビームフォーミングされ、前記空間的にビームフォーミングされた伝送ビーム及び前記空間的にビームフォーミングされた受信ビームは、空間的にオーバーラップしない。

本発明の他の態様、有利な点、及び核心的な特徴は、添付の図面とともに取られ、本発明の実施例を公開する下記の詳細な説明からこの技術分野における通常の知識を有する者に明らかになる。

前述したように、無線通信のための現在のＰ２Ｐミリ波標準で同時伝送及び受信動作が可能である。そして、近接した基地局は、２個の互いに異なる移動端末と各々通信するために同一の周波数及び時間スロットを使用することもできる。

本発明の一部実施例の上記及び他の態様、特徴そして有利な点は、添付の図面とともに取られる下記の説明からより明らかになる。
図１は、従来技術によるビームフォーミング伝送を示す。 図２は、従来技術によるビームフォーミング受信を示す。 図３は、従来技術による動的ビームフォーミングを示す。 図４は、従来技術によるデジタルビームフォーミングの実施例を示す。 図５は、従来技術によるアナログビームフォーミングの実施例を示す。 図６は、従来技術による無線周波数（ＲＦ；Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ビームフォーミングの例を示す。 図７は、本発明の実施例による全二重（ｆｕｌｌ−ｄｕｐｌｅｘ）ミリ波Ｐ２Ｐ（ｐｅｅｒ−ｔｏ−ｐｅｅｒ）通信システムを示す。 図８は、本発明の実施例による全二重ミリ波無線通信システムを示す。 図９は、本発明の実施例によるＳＤＤミリ波移動通信システムを示す。 図１０は、本発明の実施例による動的ビームフォーミングによる伝送信号及び受信信号分割を示す。 図１１は、本発明の実施例による伝送及び受信ビームフォーミング加重調節を示す流れ図である。 図１２は、本発明の他の実施例によるＳＤＤシステムを示す。 図１３は、本発明の他の実施例によるＳＤＤを示す。 図１４は、本発明の他の実施例によるＳＤＤシステムを示す。 図１５は、本発明の他の実施例によるＳＤＤシステムを示す。 図１６は、本発明の実施例によるアンテナ要素の整列を示す。 図１７は、本発明の他の実施例によるアンテナ要素の配列を示す。 図１８は、本発明の実施例による無線通信システムで基地局を示すブロック図である。 図１９は、本発明の実施例による無線通信システムで移動端末を示すブロック図である。 図面にわたって、同一の参照番号は、同一または類似の要素、特徴、及び構造を説明するために使用されることを留意しなければならない。

添付の図面を参照とする下記の説明は、特許請求範囲及びそれらと均等物によって定義される本発明の実施例の完全な理解を助けるために提供される。これは、理解を助けるための多様な特定の詳細事項を含む。しかし、これらは、ただ例示的なものとして見なされなければならない。したがって、この技術分野における通常の知識を有する者は、この文献に説明された実施例の多様な変更及び修正が本発明の思想及び範囲を逸脱することなく行われることを理解することができる。さらに、よく知られた機能及び構成の説明は、明確化及び簡略化のために省略された。

下記の説明及び請求範囲で使用された用語及び単語は、辞書的な意味に制限されるものではなく、発明者によって本発明の明確で且つ一貫された理解を可能にするために使用される。したがって、本発明の実施例の下記の説明が添付の特許請求範囲及びそれと同等なものによって定義されるように、本発明を限定する目的ではなく、単純な説明の目的で提供されていることをこの技術分野における通常の知識を有する者に明確になる。

単数形式“ａ”、“ａｎ”及び“ｔｈｅ”は、構文上明確にそうではないことを言及しない場合、複数の対象を含むことを理解しなければならない。したがって、例えば、“コンポネント表面（ａ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ）”に対する参照は、１つ以上のそのような表面に対する参照を含む。

用語“実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）”によって引用された特徴、パラメータ、または値は、正確に得られる必要はないが、例えば、公差、測定エラー、測定正確度制限及びこの技術分野における通常の知識を有する者に知られた他のファクターを含む偏差または変数が提供されるように意図された特徴の効果を不可能にならない程度に合わせて発生することができる。

本発明の実施例は、“移動端末（ｍｏｂｉｌｅ ｓｔａｔｉｏｎ）”に適用されるように説明されることができる。しかし、これは、ただ包括的な用語であり、モバイルフォン、手の平サイズのパソコン（ＰＣ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ＨＰＣ（Ｈａｎｄ−ｈｅｌｄ ＰＣ）、スマートフォン、ＩＭＴ−２０００（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ２０００）端末機、無線ラン（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ）端末機、中継器（ｒｅｐｅａｔｅｒ）、送受信機（ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）、及び通信のための無線周波数または高周波数信号を伝送及び／または受信する任意の他の適当な無線通信装置のうちどれでも本発明が同等に適用されるという点を理解されなければならない。さらに、本発明の実施例で“基地局（ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ）”に適用されて説明されることができる。しかし、これは、包括的な用語であり、これは、基地局、ｅＮＢ（ｅｖｏｌｖｅｄ Ｎｏｄｅ Ｂ）、中継器（ｒｅｐｅａｔｅｒ）、無線ネットワーク要素、送受信機、アクセスポイント、及び通信のための無線周波数または高周波数信号を伝送及び／または受信する任意の他の適当な無線通信装置のうちどれでも本発明に同等に適用されるという点を理解されなければならない。したがって、用語“移動端末”及び“基地局”の使用は、或る任意の形式の装置またはデバイスに対する本発明の概念の適用を制限するために使用されるものではない。用語“無線端末機（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｔｅｒｍｉｎａｌ）”は、基地局及び移動端末のうちいずれか１つを示す包括的な用語である。用語“無線端末機”及び“端末機”は、この文献で相互間に代替されることができるように示すことができる。

本発明の実施例は、無線通信のためのミリメートル電磁気波を利用する空間分割二重化（ＳＤＤ；Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）通信システムのための装置及び方法を含む。

この文献で公開される多様な実施例のＳＤＤ通信システム及び方法は、ミリ波を利用する無線通信のコンテキスト内に提供される。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。そして、ＳＤＤ通信システム及び方法は、１０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの周波数を有する無線波（ｒａｄｉｏ ｗａｖｅｓ）、ミリ波と類似の特性を示す他の類似な通信媒体、またはテラヘルツ（ｔｅｒａｈｅｒｔｚ）周波数、赤外線、可視光線及び他の光学媒体を有する電磁気波のような、他の適当な通信媒体に適用することができる。本発明の実施例において、用語“セルラ帯域（ｃｅｌｌｕｌａｒ ｂａｎｄ）”は、数百メガヘルツ（ｍｅｇａｈｅｒｔｚ）周波数〜数ギガヘルツ（ｇｉｇａｈｅｒｔｚ）近くの周波数を示す。そして、“ミリ波帯域（ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅ ｂａｎｄ）”は、数十ギガヘルツ〜数百ギガヘルツ近くの周波数を示す。

ミリ波は、低い周波数を有する無線波より高い拡散損失を経験している。このような高い拡散損失は、ミリ波が例えば１０ｍ〜１００ｍの範囲のローカル領域（ｌｏｃａｌ−ａｒｅａ）通信に使用されるとき、または１００ｍより大きい範囲である広域（ｗｉｄｅ−ａｒｅａ）通信で使用されるとき、さらに明白になることができる。高い拡散損失を克服するために、高いアンテナ利得を有するアンテナがミリ波通信に使用される。ミリ波の小さい波長に起因して（例えば、６０ＧＨｚキャリア周波数に対してλ＝５ｍｍ）、多重アンテナを有するアンテナアレイで、アンテナサイズ及び区分（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）は、小さくなることができる。例えば、アンテナサイズ及び区分は、ビームフォーミングの目的のために、λ／２になることができる。ミリ波アンテナの小さいアンテナサイズ及び区分は、小さい領域で非常に多い数のアンテナを許容する。小さい領域で複数の小さいアンテナは、比較的小さい領域でアンテナビームの高い利得を可能にする。複数のアンテナ及び高い利得のアンテナビームは、狭いアンテナビーム（ｎａｒｒｏｗ ａｎｔｅｎｎａ ｂｅａｍｓ）を許容する。ミリ波アンテナの特性は、空間分割多重接続（ＳＤＭＡ；Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）及び空間再使用（ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｕｓｅ）のような技術の具現を許容する。

図７は、本発明の実施例による全二重（ｆｕｌｌ−ｄｕｐｌｅｘ）ミリ波Ｐ２Ｐ（ｐｅｅｒ−ｔｏ−ｐｅｅｒ）通信システムを示す。

図７を参照すれば、全二重（ｆｕｌｌ−ｄｕｐｌｅｘ）ミリ波Ｐ２Ｐ（ｐｅｅｒ−ｔｏ−ｐｅｅｒ）通信システム７００は、端末機７０５及び端末機７０６を含む。各端末機は、多重伝送アンテナ７０２を含む伝送アンテナアレイ７０１と、多重受信アンテナ７０４を含む受信アンテナアレイ７０３とを有する。端末機７０５は、端末機７０６と双方向通信する状態にある。言い換えれば、端末機７０５及び端末機７０６の両方は、同一の時間に同一の周波数上で同時にデータを伝送し受信する。しかし、本発明は、それに制限されず、端末機７０５及び端末機７０６は、異なる周波数及び異なる時間でデータを伝送し受信するか、または他の適当な方法を通じて通信することができる。

端末機７０５及び端末機７０６は、伝送及び受信信号を分離するためにデータを伝送し受信するとき、空間ビームフォーミングを利用する。端末機７０５及び端末機７０６各々の各伝送アンテナ７０２及び各受信アンテナ７０４は、Ｌ×Ｎ（Ｌ ｂｙ Ｎ）マトリックスのアンテナを形成するために、第１方向に配置されたＬ個のアンテナ及び前記第１方向に対して垂直な第２方向に配置されたＮ個のアンテナを有する。また、端末機７０５及び端末機７０６各々の各伝送アンテナ７０２及び各受信アンテナ７０４は、分離した伝送及び受信信号を伝送し受信するために相互間に分離する。端末機７０５は、端末機７０５の受信アンテナ７０４に向けた方向に形成される伝送ビームＴｘＢ１を通じて端末機７０６にデータを伝送する。端末機７０６は、伝送ビームＴｘＢ１の信号を受信するために、端末機７０５の伝送アンテナ７０２に向けた方向に形成された受信ビームＲｘＢ２を活性化することによってデータを受信する。

端末機７０５及び端末機７０６は、少なくとも１つの無線基地局、または無線ネットワークリピータ（ｒｅｐｅａｔｅｒ）、または他の無線ネットワーク要素、移動端末、送受信機、または通信のための無線または高周波数信号を送受信する任意の他の適当な無線通信装置になることができる。

端末機７０５から端末機７０６に伝送信号ＴｘＢ１の伝送と同時に、伝送信号は、図７に示されたように、伝送ビームＴｘＢ２を通じて端末機３０６から端末機７０５に伝送されることができる。端末機７０６は、端末機７０５の受信アンテナ７０４に向けた方向に形成された伝送ビームＴｘＢ２を通じて端末機７０５にデータを伝送する。端末機７０６は、伝送ビームＴｘＢ２を受信するために端末機７０４の伝送アンテナ７０２に向けた方向に形成された受信ビームＲｘＢ１を活性化することによってデータを受信する。

全二重Ｐ２Ｐ通信を支援するために、各端末機７０５及び７０６内の電力増幅器、アップコンバーションミキサーのような他の伝送回路及び要素とともに、伝送アンテナ７０２、他の伝送回路及び要素、そして低雑音増幅器（ＬＮＡ）、ダウンコンバーションミキサーのような他の受信回路または他の受信回路及び要素とともに受信アンテナ７０２、または他の受信回路及び要素は、相互間に分離しなければならない。例えば、図７に示されたように、端末機７０５内の、伝送回路及び受信回路間の分離は、相互間に分離する。したがって、伝送ビームフォーミング及び受信ビームフォーミングが行われるとき、端末機７０５の伝送回路及び受信回路間の干渉は、分離によって抑制されることができる。干渉の抑制は、端末機７０５が伝送ビームＴｘＢ１及び受信ビームＲｘＢ１、そしてそれらの対応する伝送信号及び受信信号のために同一の時間及び周波数リソースを利用することができるようにする。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、伝送及び受信回路間の分離によって、伝送及び受信ビームフォーミングを行うのにあたって、隣接する周波数を利用する同一のタイミングまたは相互間に非常に近接した周波数の２個のセットが使用されることができる。

図８は、本発明の実施例による全二重ミリ波無線通信システムを示す。

図８を参照すれば、全二重ミリ波Ｐ２Ｐ通信システム４００は、端末機８０５及び８０６を含む。各々は、多重伝送アンテナ８０２を含む伝送アンテナアレイ８０１と、多重受信アンテナ８０４を含む受信アンテナアレイ８０３とを有する。図７を参照して説明された実施例と同様に、端末機８０５は、伝送及び受信ビーム各々を通じて伝送及び受信信号を分離するために、データを伝送し受信するとき、空間ビームフォーミングを利用する端末機８０５と双方向通信状態にある。各々の端末機８０５及び８０６の各伝送アンテナ８０２及び各受信アンテナ８０４は、分離した伝送信号及び受信信号を伝送し受信するために、相互間に分離する。端末機８０５及び８０６は、図７を参照して前述したものと同様の方式に従って、相互間に互いにデータを伝送し受信する。

端末機８０５及び８０６間の通信と同時に、端末機８０６は、無線端末機８０７と通信することができる。端末機８０６は、無線端末機８０７に向ける方向に形成される伝送ビームＴｘＢ３を通じて無線端末機８０７にデータを伝送する。端末機８０６は、無線端末機８０７によって伝送されるデータを受信するために、無線端末機８０７に向ける方向に形成された受信ビームＲｘＢ３を活性化することによって、無線端末機８０７からデータを受信する。無線端末機８０７は、モバイルまたは無線フォン、無線ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、モバイルコンピュータ、または他の類似の無線電子装置のような無線通信システムエンドユーザーデバイスになることができる。

端末機８０６は、端末機８０５と通信するために使用される同一の周波数及び時間を利用する無線端末機８０７と通信することができる。端末機８０６は、伝送ビームＴｘＢ３及び受信ビームＲｘＢ３上で動作するビームフォーミングを行う。端末機８０６によって行われるビームフォーミング動作は、伝送ビームＴｘＢ２及び伝送ビームＴｘＢ３の両方が端末機８０６から各受信者、端末機８０５及び無線端末機８０７に同時に伝送されるとき、伝送ビームＴｘＢ３から伝送ビームＴｘＢ２を空間的に分離する。

端末機８０６は、ただ、伝送のためのビームフォーミング動作を行うために、各伝送アンテナ８０２のうち選択されたものを使用することができる。例えば、相互間に空間的に分離した伝送アンテナ８０２のうち異なるものは、伝送ビームＴｘＢ２及び伝送ビームＴｘＢ３を個別的に形成するように使用されることができる。同様に、各々の受信アンテナ８０４のうち選択されたものは、受信のためのビームフォーミング動作を行うために、各々受信ビームＲｘＢ２及び受信ビームＲｘＢ３を形成するように使用されることができる。受信アンテナ８０４のうち互いに異なり且つ空間的に分離したものは、受信ビームＲｘＢ２及び受信ビームＲｘＢ３を個別的に形成するように使用されることができる。しかし、本発明がそれらに限定されるものではなく、空間ビームフォーミングが使用されなくてもよく、端末機８０６からそして端末機８０６にデータを伝送し受信する他の適当な手段が使用されることもできる。

図９は、本発明の実施例によるＳＤＤミリ波移動通信システムを示す。

図９を参照すれば、ＳＤＤミリ波移動通信システム、または言い換えれば、ＳＤＤ無線通信システム９００が図９に示された。ＳＤＤ無線通信システム９００は、３個の基地局、ＢＳ１、ＢＳ２、及びＢＳ３及び６個の移動端末、ＭＳ１、ＭＳ２、…、ＭＳ６を含む。３個の基地局ＢＳ１、ＢＳ２、及びＢＳ３各々は、移動端末ＭＳ１〜ＭＳ６が位置する、対応する通信領域、またはセル１０１〜１０３を有する。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、ＳＤＤ無線通信システム４００は、基地局及び移動端末の数が異なることができる。

図９に示されたように、基地局ＢＳ１は、移動端末ＭＳ１及びＭＳ２と通信し、基地局ＢＳ２は、移動端末ＭＳ３及びＭＳ４と通信し、そして基地局ＢＳ３は、移動端末ＭＳ５及びＭＳ６と通信する。基地局ＢＳ１は、同時に、同一の時間に同一の周波数上で移動端末ＭＳ２からデータを受信し、移動端末ＭＳ１にデータを伝送する。言い換えれば、基地局ＢＳ１は、同時に発生する時間で、２個の互いに異なる移動端末ＭＳ１及びＭＳ２と通信するために同一の周波数を使用する。しかし、移動端末ＭＳ２と通信することと同一の時間に移動端末ＭＳ１と通信するために、基地局ＢＳ１は、必ず各伝送及び受信信号を分離しなければならない。

伝送及び受信信号間の分離は、空間ビームフォーミングによって行われる。したがって、ＳＤＤ無線通信を許容する。空間ビームフォーミングを行うために、基地局ＢＳ１及びＢＳ２各々は、受信アンテナのセットから分離した伝送アンテナのセットで提供される。基地局ＢＳ１〜ＢＳ３各々の、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、ダウンコンバージョンミキサー、または他の受信回路及び要素のような他の受信回路とともに、受信アンテナ及び電力増幅器、アップコンバージョンミキサー、そして他の伝送回路及び要素のような他の伝送回路及び要素とともに、伝送アンテナは、基地局ＢＳ１〜ＢＳ＃３の各々で相互間に互いに分離しなければならない。例えば、基地局ＢＳ１内の伝送回路及び受信回路は、相互間に互いに分離する。したがって、伝送及び受信ビームフォーミングを行うとき、基地局ＢＳ１の伝送回路及び受信回路間の干渉は、分離によって抑制されることができる。干渉の抑制は、基地局ＢＳ１が伝送ビームＴｘＢ１及び受信ビームＲｘＢ１と、それらの対応する伝送及び受信信号のために、同一のタイミング及び周波数リソースを使用することができるようにする。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、伝送及び受信回路間の分離によって、伝送及び受信ビームフォーミングを行うのにあたって、隣接する周波数を利用する同一のタイミングまたは相互間に非常に近接した周波数の２個のセットが使用されることができる。

実施例によれば、２個の分離した位相アンテナアレイが基地局ＢＳ１〜ＢＳ３各々で使用される。位相アンテナのうち１つは、伝送アンテナアレイとして使用され、位相アンテナのうち他のものは、受信アンテナアレイとして使用される。２個のアンテナアレイは、受信される信号に対する伝送される信号から干渉を減らすために、あらかじめ定められた距離で分離する。基地局ＢＳ１〜ＢＳ３は、また、各ダウンリンク及びアップリンク伝送を適切に調節しなければならない。例えば、基地局ＢＳ１の場合において、受信される信号に対して伝送される信号から干渉をさらに抑制するために、伝送ビームＴｘＢ１及び受信ビームＲｘＢ２は、空間ドメインで良好に分離する。

各ダウンリンク及びアップリンク伝送を調節するために、または言い換えれば、基地局ＢＳ１のような基地局で受信ビームフォーミング及び伝送ビームフォーミングを調節するために、基地局ＢＳ１は、ダウンリンク及びアップリンクチャネル状態情報を要求する。多様な方法が基地局ＢＳ１と通信する１つ以上の移動端末ＭＳ１〜ＭＳ６と基地局ＢＳ１との間のダウンリンク及びアップリンクチャネル状態情報を得るために使用されることができる。例えば、基地局ＢＳ１は、１つ以上の移動端末ＭＳ１〜ＭＳ６のうち１つからダウンリンクチャネル状態情報を受信することができる。このダウンリンクチャネル状態情報は、ダウンリンクチャネル状態情報のうち好ましいダウンリンク伝送ビームフォーミングに関連した情報を含む。基地局ＢＳ１は、アップリンクチャネルでサウンディングレファレンス信号（ｓｏｕｎｄｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ）を伝送するように、移動端末ＭＳ１〜ＭＳ６のうち１つを構成することができる。これにより、基地局ＢＳ１は、アップリンクサウンディングレファレンス信号から、アップリンクチャネル状態情報及びアップリンク受信ビームフォーミング情報を誘導することができる。他の実施例によって相互間に調整される伝送及び受信アンテナを有するＴＤＤシステムで、基地局は、ダウンリンクチャネル状態情報のように、アップリンクチャネル状態情報を使用することができる。したがって、ＴＤＤシステムで、移動端末は、基地局に対してダウンリンクチャネル状態情報を提供することが要求されない。

その後、ダウンリンク及びアップリンクチャネル状態情報は、ＳＤＤ無線通信を行うために、ダウンリンク及びアップリンク通信を調節するために使用される。その形成においてダウンリンク及びアップリンクチャネル状態に加えて、バッファー状態、サービス品質の測定、スケジューリング優先権、または他の類似の通信情報のような、他の情報がダウンリンク及びアップリンク通信を調節するために使用されることができる。基地局ＢＳ１のような、基地局は、あらかじめ定められた周波数を利用したあらかじめ定められた時間に伝送するように第１移動端末、実施例で移動端末ＭＳ２を決定する。したがって、基地局ＢＳ１は、関連した伝送ビームフォーミング、パケットサイズ、変調及びコーディングスキーム（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅｓ）、及びダウンリンク通信のための他の通信パラメータを決定する。基地局ＢＳ１は、また、あらかじめ定められた周波数を利用してあらかじめ定められた時間で受信するように、第２移動端末、実施例で移動端末ＭＳ１を決定する。したがって、基地局ＢＳ１は、関連した受信ビームフォーミングパケットサイズ、変調及びコーディングスキーム、及びアップリンク通信のための他の通信パラメータを決定する。

同一の時間−周波数リソースを利用する伝送ビームフォーミング及び受信ビームフォーミングの決定は、同一の時間に発生する必要がない。言い換えれば、基地局ＢＳ１は、受信ビームフォーミング及び対応するあらかじめ定められた時間及びあらかじめ定められた周波数が、先に決定されることができる。一番目の決定に引き継いで、基地局ＢＳ１は、伝送ビームフォーミング、そして受信ビームポミングのために使用されるものと同一のあらかじめ定められた時間及び周波数を決定することができる。基地局は、ダウンリンク及びアップリンク通信を調節するために、移動端末ＭＳ２でダウンリンクグラントを、そして移動端末ＭＳ１でアップリンクグラントを伝送することができる。ダウンリンク及びアップリンクグラントメッセージは、異なる時間に伝送されることもできる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、ダウンリンク及びアップリンクグラントメッセージは、同一の時間に伝送されることもできる。

移動端末ＭＳ１〜ＭＳ６は、移動端末ＭＳ１〜ＭＳ６がただある一定の時間に伝送するか、または受信するようにする半二重モードで動作する。言い換えれば、移動端末ＭＳ１〜ＭＳ６は、基地局ＢＳ１〜ＢＳ６からまたは基地局ＢＳ１〜ＢＳ６に信号を伝送するか、または受信するとき、空間ビームフォーミングを行わない。したがって、移動端末ＭＳ１〜ＭＳ６は、基地局ＢＳ１〜ＢＳ６各々のものから信号を受信し、基地局ＢＳ１〜ＢＳ６各々のものに信号を伝送するとき、いずれも、各々ただ１つのアンテナを利用する。したがって、半二重モードで動作することによって、移動端末ＭＳ１〜ＭＳ６は、伝送及び受信信号の両方のために１つのアンテナを各々利用することができる。

図９に示されたように、空間ビームフォーミングは、分離した伝送及び受信ビームを形成する基地局ＢＳ１〜ＢＳ３各々を含む。基地局ＢＳ１は、移動端末ＭＳ１に向けた方向に伝送ビームＴｘＢ１を活性化させることによって、データを移動端末ＭＳ２に伝送する。移動端末ＭＳ２は、伝送ビームＴｘＢ１の伝送される信号を受信するために、基地局ＢＳ１の伝送アンテナに向けた方向で受信ビームＲｘＢ１を活性化させることによって、基地局ＢＳ１からデータを受信する。

基地局ＢＳ１が与えられた周波数上で移動端末ＭＳ２にデータを伝送すると同時に、移動端末ＭＳ１は、移動端末ＭＳ１と通信する基地局ＢＳ１によって使用される同一の与えられた周波数上で基地局ＢＳ１にデータを伝送することができる。基地局ＢＳ１は、受信ビームＲｘＢ２を移動端末ＭＳ１に向けた方向に活性化させることによって、移動端末ＭＳ１からデータを受信する。移動端末ＭＳ１は、基地局ＢＳ１に向けた方向に伝送ビームＴｘＢ２を活性化させることによって、データを基地局ＢＳ１に伝送する。図５に示されたように、セル１で伝送ビームＴｘＢ１は、伝送ビームＴｘＢ２及び受信ビームＲｘＢ２は、実質的にオーバーラップしない。また、セル１で受信ビームＲｘＢ２は、伝送ビームＴｘＢ１及び受信ビームＲｘＢ１と実質的にオーバーラップしない。基地局ＢＳ１は、伝送ビームＴｘＢ１及び受信ビームＲｘＢ２に対して形成されるビームを適用する。したがって、伝送ビームＴｘＢ１及び受信ビームＲｘＢ２は、拡散の方向に関連して相互間に実質的にオーバーラップしない。

基地局ＢＳ２は、移動端末ＭＳ３に向ける方向に伝送ビームＴｘＢ３を活性化させることによって、移動端末ＭＳ３にデータを伝送する。同時に、基地局ＢＳ２は、基地局ＢＳ２から移動端末ＭＳ３にデータを伝送するために使用される同一の周波数上で移動端末ＭＳ４からデータを受信する。基地局ＢＳ２は、移動端末ＭＳ４に向けた方向に受信ビームＲｘＢ３を活性化させることによって、移動端末ＭＳ４からデータを受信する。セル２で、移動端末ＭＳ３及びＭＳ４は、何らの伝送または受信ビームをも形成しない。したがって、伝送ビームＴｘＢ３上で伝送される移動端末ＭＳ３伝送信号は、受信ビームＲｘＢ３によって受信される移動端末ＭＳ４受信信号に対して干渉になることができる。しかし、移動端末ＭＳ３及びＭＳ４の間に十分な空間分離が存在すれば、この干渉は深刻でない。移動端末ＭＳ３及びＭＳ４間の空間分割は、基地局ＢＳ２がビームフォーミングを利用することによって、伝送ビームＴｘＢ３を受信ビームＲｘＢ３から空間的に分離するようにする。

移動端末ＭＳ５は、基地局ＢＳ３に向けた方向に伝送ビームＴｘＢ４を活性化させることによって、基地局ＢＳ３にデータを伝送する。基地局ＢＳ３は、移動端末ＭＳ５に向けた方向に受信ビームＲｘＢ４を活性化させることによって、移動端末ＭＳ５からデータを受信する。同時に、基地局ＢＳ３は、移動端末ＭＳ６に向けた方向に伝送ビームＴｘＢ５を活性化させることによって、データを移動端末ＭＳ６に伝送することができる。移動端末ＭＳ５及びＭＳ６間の空間分割は、基地局ＢＳ３がビームフォーミングを利用することによって、受信ビームＲｘＢ４から伝送ビームＴｘＢ４を空間的に分離するようにする。

本発明の実施例によれば、ミリ波移動通信システムにおいて、第１基地局は、第１信号を伝送する。一方、前記第１基地局に隣接して位置する第２基地局は、同一の時間−周波数資源上で第２信号を受信する。言い換えれば、２個の隣接する基地局は、２個の互いに異なる移動端末と各々通信するために同一の周波数及び時間スロットを使用することができる。例えば、図５を参照すれば、基地局ＢＳ２が基地局ＢＳ１から移動端末ＭＳ２に伝送される第１信号と同一の時間及び同一の周波数上で移動端末ＭＳ４から第２信号を受信するうちに、基地局ＢＳ１は、第１信号を移動端末ＭＳ２に伝送することができる。言い換えれば、基地局ＢＳ１によって移動端末ＭＳ２に信号を伝送すると同時に、同一の周波数を利用して移動端末ＭＳ４から基地局ＢＳ２に他の信号を受信することが可能である。

互いに異なる隣接する基地局ＢＳ１及びＢＳ２による同一の周波数及び時間を利用する同時伝送及び受信は、基地局ＢＳ１及びＢＳ２でビームフォーミング動作によって行われるミリ波の強力な方向性に起因して可能である。さらに、基地局ＢＳ２が第４信号を移動端末ＭＳ３に伝送するうちに、基地局ＢＳ１は、移動端末ＭＳ１から第３信号を受信することができる。ここで、基地局ＢＳ１は、基地局ＢＳ２が移動端末ＭＳ３に第４信号を伝送したものと同一の周波数及び同一の時間上で第３信号を受信する。しかし、本発明は、これに限定されず、ミリ波移動通信システムで任意の送信機、受信機、または両方は、ビームフォーミング動作を行うことができる。

図１０は、本発明の実施例による動的ビームフォーミングによる伝送信号及び受信信号分割を示す。

図１０を参照すれば、送受信機１０００は、伝送ビームＴｘＢ１０を利用して移動端末ＭＳ３に伝送信号を伝送し、受信ビームＲｘＢ１０を利用して移動端末ＭＳ４から受信信号を受信する。

図１０の実施例によれば、伝送信号及び受信信号は、動的ビームフォーミングによって相互間に分離する。デジタル形式の信号ｓ（ｔ）は、デジタル形式の信号ｓ（ｔ）をアナログ形式の信号ｓ（ｔ）に変換するために、ＤＡＣ １００１に伝送信号経路に沿って伝送される。ミキサー１００２は、伝送アンテナ１００３各々のものにアナログ形式の信号ｓ（ｔ）の対応する部分を提供する。伝送加重値ｗｔ０〜ｗｔ（Ｍ−１）は、伝送ビームＴｘＢ１０を形成するために、アナログ形式の信号ｓ（ｔ）の対応する部分に各々適用される。その後、加重された信号ｓ（ｔ）の対応する部分は、伝送ビームＴｘＢ１０として伝送アンテナ１００３各々のものから伝送させるために、各電力増幅器（ＰＡ；Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ）を通じて伝達される。伝送ビームＴｘＢ１０は、移動端末ＭＳ３に伝送信号を伝送する。

送受信機１０００は、受信アンテナ１００４の各々のものを通じて移動端末ＭＳ４から受信信号を受信する。受信アンテナ１００４各々のものでターミネーティング（ｔｅｒｍｉｎａｔｉｎｇ）される各受信信号経路は、受信信号を増幅させるために低雑音増幅器（ＬＮＡ；Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を含む。これは、受信信号経路に沿って継続し、図１０に示されたように、ビームフォーミングされた形状で受信ビームＲｘＢ１０を形成するために各々適用される受信加重値ｗｒ０〜ｗｒ（Ｎ−１）を有する。受信された信号は、結合器１００５によって結合され、ミキサー１００６によってミキシングされ、そしてＡＤＣ１００７によってアナログ形式の信号からデジタル形式の受信された信号ｒ（ｔ）に変換される。ビームフォーミングのために使用される伝送加重値ｗｔ０〜ｗｔ（Ｍ−１）及び受信加重値ｗｒ０〜ｗｒ（Ｎ−１）は、移動端末ＭＳ３に伝送される伝送信号ｓ（ｔ）を最大化し、そして移動端末ＭＳ３から受信される受信信号ｒ（ｔ）を最大化するために選択される。さらに、伝送加重値ｗｔ０〜ｗｔ（Ｍ−１）及び受信加重値ｗｒ０〜ｗｒ（Ｎ−１）が送受信機１０００で伝送ビームＴｘＢ１０及び受信ビームＲｘＢ１０の間に干渉を最小化するために選択される。だから伝送ビームフォーミング加重値ｗｔ０〜ｗｔ（Ｍ−１）及び受信加重値ｗｒ０〜ｗｒ（Ｎ−１）が、送受信機１０００から移動端末ＭＳ３に伝送された伝送信号ｓ（ｔ）が移動端末ＭＳ４から受信された受信信号ｒ（ｔ）に過度な量の干渉を生成しないように選択される。

図１１は、本発明の実施例による伝送及び受信ビームフォーミング加重調節を示す流れ図である。

図１１を参照すれば、Ｓ１１０１段階で、移動端末は、データソースからのデータ伝送を受信するために選択される。データソースは、送受信機、基地局、無線端末機、または信号を伝送することができるか、またはデータ伝送を行うことができる他の類似の電子装置になることができる。次に、Ｓ１１０２段階で、移動端末は、データが受信される移動端末として選択される。ビームフォーミング加重値は、Ｓ１１０３段階で、ビームフォーミング情報を伝送及び受信するか、及び／またはチャネル情報を伝送及び受信することによって推定される。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、ビームフォーミング加重値は、他の適当な情報によって推定されるか、またはあらかじめ定められた加重値として推定されるか、または推定されなくてもよい。そしてＳ１１０３段階は行われないか、省略されてもよい。次に、伝送ビームフォーミング加重値及び受信ビームフォーミング加重値は、１１０４段階で選択される。

伝送ビームフォーミング加重値及び受信ビームフォーミング加重値は、Ｓ１１０４段階で一緒に選択される。言い換えれば、伝送ビームフォーミング加重値及び受信ビームフォーミング加重値は、伝送ビーム及び受信ビームの間に干渉を最小化するために、同時に選択される。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、伝送ビームフォーミング加重値及び受信ビームフォーミング加重値は、異なる時間に選択されることができる。次に、１１０５段階で、伝送データ及び受信データは、伝送及び受信ビームを通じて各々伝送される。１１０５段階で伝送された伝送データは、受信された受信データが受信されたことと同一の時間にそして同一の周波数で伝送される。

図１２は、本発明の他の実施例によるＳＤＤシステムを示す。

図１２を参照すれば、送受信機１２００は、第１方向に対向する伝送アンテナアレイ１２０１と、第１方向と異なる方向である第２方向に対向する受信アンテナアレイ１２０２とを含む。例えば、伝送アンテナアレイ１２０１及び受信アンテナアレイ１２０２は、６角形のプリズム、キューブ、三角形のプリズム、ピラミッドまたは多様な他の適当な幾何学的形状のような、３次元の幾何学的形態の形状を有する多面アンテナ（ｍｕｌｔｉ−ｆａｃｅｄ ａｎｔｅｎｎａ）で面を含むことができる。図１２の実施例において、伝送信号ｓ１（ｔ）は、移動端末ＭＳ１が配置される第１方向に沿って伝送アンテナアレイ１２０１から移動端末ＭＳ１に伝送される。受信信号ｒ２（ｔ）は、第２方向に沿って配置される移動端末ＭＳ２に対向する受信アンテナアレイ１２０２によって移動端末ＭＳ２から受信される。

伝送及び受信アンテナアレイ１２０１及び１２０２は、６角形のプリズム形状に整列される６個のアンテナアレイ面のうち２個である。図１２に示されたように、アンテナアレイ面各々は、送受信機１２００近くの全体周りの各セクションが対応するアンテナアレイ面を有するように、約６０度をカバーする。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、アンテナアレイ面各々によってカバーされる角度の数は、アンテナアレイ面の幾何学的形状に対応する任意の適当な数の角度になることができる。６角のプリズム形状または他の幾何学的形状のアンテナアレイ面の間に離隔される空間指向（ｓｐａｔｉａｌ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）は、伝送信号ｓ１（ｔ）及び受信信号ｒ２（ｔ）の間の空間分割を提供する。

図１３は、本発明の他の実施例によるＳＤＤを示す。

図１３を参照すれば、送受信機１３００は、第１アンテナ面１３０２を含む多重アンテナアレイ面を有するアンテナ１３０１を含む。図１３の実施例において、伝送信号ｓ１（ｔ）は、第１アンテナアレイ面１３０２を利用して移動端末ＭＳ１に伝送される。そして受信信号ｒ１（ｔ）は、第１アンテナアレイ面１３０２を利用する移動端末ＭＳ１から受信される。言い換えれば、伝送信号ｓ１（ｔ）は、移動端末ＭＳ１から受信信号ｒ１（ｔ）を受信するために使用される同一のアンテナアレイ面、すなわち第１アンテナアレイ面１３０２を利用して、移動端末ＭＳ１に伝送される。

伝送信号ｓ１（ｔ）を移動端末ＭＳ１に伝送し、受信信号ｒ１（ｔ）を移動端末ＭＳ１から受信する両方のための第１アンテナアレイ面１３０２を使用するために、送受信機は、ビームフォーミング加重値を第１アンテナアレイ面１３０２の各アンテナに適用させる。さらに詳細には、送信機１３０５及び受信機１３０６は、いずれも第１アンテナアレイ面１３０２と連結される。第１アンテナアレイ面１３０２は、複数のアンテナを含み、これらのうち一部は、伝送アンテナ１３０３として使用され、これらのうち他のものは、受信アンテナ１３０４として使用される。移動端末ＭＳ１に向かって指向された伝送／受信ビームＴＲＸＢの伝送信号及び受信信号の間の空間分割を提供するために、伝送ビームフォーミング加重値ｗｔ１〜ｗｔ（Ｍ−１）及び受信ビームフォーミング加重値ｗｒ１〜ｗｒ（Ｎ−１）は、伝送アンテナ１３０３及び受信アンテナ１３０４に各々適用される。伝送ビームフォーミング加重値ｗｔ１〜ｗｔ（Ｍ−１）及び受信ビームフォーミング加重値ｗｒ１〜ｗｒ（Ｎ−１）各々のものを調節することは、伝送信号ｓ１（ｔ）が伝送／受信ビームＴＲＸＢ内で受信信号ｒ１（ｔ）から空間的に分離するように、伝送／受信ビームＴＲＸＢが空間的に調節されるようにする。

図１４は、本発明の他の実施例によるＳＤＤシステムを示す。

図１４を参照すれば、送受信機１４００は、互いに異なる方向に対向する複数のアンテナアレイを有するアンテナ１４０１を含み、移動端末ＭＳ１が配置される第１方向に対向する第１アンテナアレイ面１４０２を含む。第１アンテナアレイは、伝送信号ｓ１（ｔ）を伝送するための伝送領域ＴＸ及び受信信号ｒ１（ｔ）を受信するための受信領域ＲＸに分割される。したがって、伝送信号ｓ１（ｔ）及び受信信号ｒ１（ｔ）は、伝送領域ＴＸ及び受信領域ＲＸに各々配置された互いに異なるアンテナ要素を利用する。さらに、伝送領域ＴＸのアンテナ及び受信領域ＲＸは、各アンテナ要素が互いに混ぜないように相互間に空間的に分離する。

図１４の実施例において、伝送信号ｓ１（ｔ）は、受信信号ｒ１（ｔ）が、第１受信領域ＲＸで同一の第１アンテナアレイ面１４０２上に同一の移動端末ＭＳ１から受信されるうちに、伝送領域ＴＸからの第１アンテナアレイ面１４０２から移動端末ＭＳ１に伝送される。伝送信号ｓ１（ｔ）及び受信信号ｒ１（ｔ）の間の空間分割は、同一の第１アンテナアレイ面１４０２上の伝送領域ＴＸ及び受信領域ＲＸに各々配置された各伝送及び受信アンテナ要素上に伝送ビームフォーミング加重値ｗｔ０〜ｗｔ（Ｍ−１）及び受信ビームフォーミング加重値ｗｒ０〜ｗｒ（Ｎ−１）を調節することによって行われる。

図１５は、本発明の他の実施例によるＳＤＤシステムを示す。

図１５を参照すれば、送受信機１５００、アンテナ１５０１及び第１アンテナアレイ面１５０２は、図１４の実施例を参照して説明されたものと同様である。しかし、図１５の実施例において、伝送信号ｓ１（ｔ）及び受信信号ｒ２（ｔ）は、２個の異なるユーザ、すなわち第１移動端末ＭＳ１及び第２移動端末ＭＳ２に対応する。さらに詳細には、伝送ビームＴｘＢ１は、移動端末ＭＳ１に向けて指向され、受信ビームＲｘＢ１は、移動端末ＭＳ２に向けて指向される。しかし、伝送ビームＴｘＢ１及び受信ビームＲｘＢ１は、いずれも同一の第１アンテナアレイ面１５０２から由来する（ｏｒｉｇｉｎａｔｅ）。しかし、伝送ビームＴｘＢ１は、第１アンテナアレイ面１５０２の伝送領域ＴＸに配置されたアンテナ要素を利用して形成される。そして受信ビームＲｘＢ１は、第１アンテナアレイ１５０２の受信領域ＲＸに配置されたアンテナ要素を利用して形成される。

したがって、第１アンテナアレイ面１５０２は、２個のユーザ、移動端末ＭＳ１及びＭＳ２各々から同時に伝送信号ｓ１（ｔ）を伝送し、受信信号ｒ２（ｔ）を受信するように使用されることができる。ビームポミングは、伝送加重値ｗｔ０〜ｗｔ（Ｍ−１）を利用して伝送ビームＴｘＢ１に適用され、また、受信加重値ｗｒ０〜ｗｒ（Ｎ−１）を利用して受信ビームＲｘＢ１に適用される。受信領域ＲＸから分割される伝送領域ＴＸを有することによって、伝送及び受信アンテナの間の干渉は、第１アンテナアレイ面１５０２の左側及び右側各々上で相互間に空間的に分離する伝送及び受信アンテナ要素に起因して最小化される。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、伝送及び受信アンテナ要素及び対応する伝送領域ＴＸ及び受信領域ＲＸは、他の適当な方式で整列されるか、または配置されることができる。例えば、伝送領域ＴＸは、第１アンテナアレイ面１５０２の上部に配置されることができる一方、受信領域ＲＸが第１アンテナアレイ面１５０２の下部に配置されることができる。

図１６は、本発明の実施例によるアンテナ要素の整列を示す。

図１６を参照すれば、伝送アンテナ要素ＴＸ及び受信アンテナ要素ＲＸは、受信アンテナ要素ＲＸで伝送信号を取り消すためにあらかじめ定められた配列に配置される。伝送アンテナ要素ＴＸ及び受信アンテナ要素ＲＸの両方のうち各アンテナ要素は、離隔距離ｄだけ離隔させるために配置される。言い換えれば、図１６に示されたように、２個の伝送アンテナ要素ＴＸ１及びＴＸ２が離隔距離ｄだけ相互間に隣接して配置される。そして２個の受信アンテナ要素ＲＸ１及びＲＸ２は、離隔距離ｄだけ互いに隣接して配置される。また、伝送アンテナ要素ＴＸは、離隔距離ｄだけ受信アンテナ要素ＲＸに隣接して配置される。伝送信号が受信アンテナ要素ＲＸで取り消されるようにするために、隔離距離ｄは、伝送信号の波長の半分である。言い換えれば、隔離距離ｄは、λ／２であり、ここで、λは、伝送信号の波長である。

隔離距離ｄを伝送信号波長の半分にすることによって、伝送アンテナ要素ＴＸ信号から伝送される伝送信号は、受信アンテナ要素ＲＸに異なる位相で到着する。さらに詳細には、λ／２の離隔距離ｄにて２個の伝送要素ＴＸを離隔させることによって、２個の伝送要素ＴＸの各々から１つである、各々の伝送された伝送信号は、受信アンテナ要素ＲＸのうち１つに到着すれば、異なる位相になる。なぜなら、各々の伝送された伝送信号間の位相差は、受信アンテナ要素ＲＸのうち１つで１８０度であり、伝送された伝送信号は、相互間に相殺される。これにより、受信アンテナ要素ＲＸに受信された信号の干渉を除去する。

図１７は、本発明の他の実施例によるアンテナ要素の配列を示す。

図１７を参照すれば、受信アンテナ要素ＲＸ１は、第１伝送アンテナ要素ＴＸ１及び第２伝送アンテナ要素ＴＸ２の間に配置される。受信アンテナ要素ＲＸ１、伝送アンテナ要素ＴＸ１及びＴＸ２各々は、λ／２の離隔距離で相互間に離隔されて配置される。ここで、λは、伝送アンテナ要素ＴＸ１及びＴＸ２から伝送される伝送信号の波長である。受信アンテナ要素ＲＸで受信される受信信号に対する伝送アンテナ要素ＴＸ１及びＴＸ２から伝送される伝送信号から干渉を緩和するために、１８０度位相シフト（すなわちアンテナ加重値）が、図１７に示されたように、伝送アンテナ要素ＴＸ２に適用される。したがって、伝送信号が伝送アンテナ要素ＴＸ１及びＴＸ２から各々伝送されるとき、それらは、相互間に１８０度異なる位相であり、したがって、それらが受信アンテナ要素ＲＸにあるとき、相互間に相殺される。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、伝送アンテナ信号が受信アンテナ要素で相殺されるようにするために、任意の適当な位相シフトが任意の適当な伝送アンテナ要素にも適用されることができる。

図１８は、本発明の実施例による無線通信システムで基地局を示すブロック図である。

図１８を参照すれば、基地局１８００は、セルラ帯域送受信機１８０２、ミリ波帯域送受信機１８０４、固定回線通信送受信機１８０６、制御機１８０８及びメモリ１８１０を含む。基地局１８００は、任意の数の追加構成要素をも含むことができる。しかし、基地局１８００の追加構成要素の説明は、簡略化のために省略される。基地局１８００は、図３及び図４を参照して説明される端末機として使用されることができる。

セルラ帯域送受信機１８０２は、セルラ帯域で動作するアンテナシステム、受信機、送信機を含む。アンテナシステムは、空中（ａｉｒ）に伝送信号を伝送し、空中から信号を受信するために使用される。受信機は、アンテナシステムを通じて受信されたセルラ帯域での信号を基底帯域（ｂａｓｅｂａｎｄ）信号に変換し、基底帯域信号を復調する。例えば、受信機は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）プロセッシングブロック、復調ブロック、チャネルデコーディングブロックなどを含むことができる。ＲＦプロセッシングブロックは、アンテナシステムを通じて受信されたセルラ帯域で信号を基底帯域信号に変換する。復調ブロックは、ＲＦプロセッシングブロックなどから受信された信号から各サーブキャリア上に位置するデータを抽出するためのファストフーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器を含むことができる。チャネルデコーディングブロックは、復調器、デインターリバー、チャネルデコーダーなどを含むことができる。送信機は、基底帯域信号をセルラ帯域の信号に変換し、セルラ帯域での信号をアンテナシステムを通じて伝送する。例えば、送信機は、チャネルエンコーディングブロック、変調ブロック及びＲＦプロセッシングブロックを含むことができる。チャネルエンコーディングブロックは、チャネルエンコーダー、インターリバー、変調器などを含むことができる。変調ブロックは、複数の直交するサーブキャリアなどで伝送されたデータを位置させるための逆ファストフーリエ変換（ＩＦＦＴ；Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器を含むことができる。ＯＦＤＭシステムで、変調ブロックは、ＩＦＦＴ演算器を含むことができる。ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）で、ＩＦＦＴ演算器は、コード拡散変調器などに代替されることができる。ＲＦプロセッシングブロックは、変調ブロックから受信された基底帯域信号をセルラ帯域での信号に変換し、アンテナシステムを通じてセルラ帯域での信号を出力する。

ミリ波帯域送受信機１８０４は、ミリ波帯域で動作するアンテナシステム、受信機、送信機を含む。アンテナシステムは、空中に信号を伝送し、空中から信号を受信するために使用される。アンテナシステムは、伝送アンテナを有する伝送アンテナアレイ及び受信アンテナを有する受信アンテナアレイを有することができる。ここで、アンテナシステムは、前述されたものようなミリ波帯域で通信のための１つ以上の方向性ビームを形成することができる。受信機は、アンテナシステムを通じて受信されるミリ波帯域での信号を基底帯域信号に変換し、基底帯域信号を復調する。例えば、受信機は、ＲＦプロセッシングブロック、復調ブロック、チャネルデコーディングブロックなどを含むことができる。ＲＦプロセッシングブロックは、アンテナシステムを通じて受信されたミリ波帯域で信号を基底帯域信号に変換する。復調ブロックは、ＲＦプロセッシングブロックなどから受信された信号から各サーブキャリア上に位置するデータを抽出するためのファストフーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器を含むことができる。チャネルデコーディングブロックは、復調器、デインターリバー、チャネルデコーダーなどを含むことができる。送信機は、基底帯域信号をミリ波帯域の信号に変換し、ミリ波帯域の信号をアンテナシステムを通じて伝送する。例えば、送信機は、チャネルエンコーディングブロック、変調ブロック及びＲＦプロセッシングブロックを含むことができる。チャネルエンコーディングブロックは、チャネルエンコーダー、インターリバー、変調器などを含むことができる。変調ブロックは、複数の直交するサーブキャリアなどで伝送されたデータを位置させるための逆ファストフーリエ変換（ＩＦＦＴ；Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器を含むことができる。ＯＦＤＭシステムで、変調ブロックは、ＩＦＦＴ演算器を含むことができる。ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）で、ＩＦＦＴ演算器は、コード拡散変調器などに代替されることができる。ＲＦプロセッシングブロックは、変調ブロックから受信された基底帯域信号をミリ波帯域の信号に変換し、アンテナシステムを通じてミリ波帯域の信号を出力する。

固定回線通信送受信機１８０６施設は、他の基地局、パケットデータサーバー／ゲートウェー（Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｓｅｒｖｅｒ／Ｇａｔｅｗａｙ）、及びミリ波接続ポイントのような、無線通信システム内で他のネットワークエンティティーとともに固定回線で通信する。

制御機１８０８は、基地局１８００の全体動作を制御する。基地局１８００の動作は、基地局によって行われるもののように、上記で明示的にまたは内在的に説明されたいかなる動作をも含む。さらに、制御機１８０８は、伝送のためのデータを生成し、受信のためのデータを処理する。

メモリ１８１０は、基地局１８００による動作のために制御機１８０８によって使用されるプログラム及び基地局によって受信されるか、伝送されるか、保有されるか、または使用されるものであって、この文献で論議された情報及び／またはアルゴリズムのうちどれでも含む多様なデータを格納する。

図１９は、本発明の実施例による無線通信システムで移動端末を示すブロック図である。

図１９を参照すれば、移動端末１９００は、セルラ帯域送受信機１９０２、ミリ波帯域送受信機１９０４、制御機１９０６及びメモリ１９０８を含む。移動端末１９００は、あらゆる追加構造要素を含むことができる。しかし、移動端末１９００の追加構成要素の説明は、簡略化のために省略される。移動端末１９００は、図４を参照して説明されたような無線端末機として使用されることもできる。

セルラ帯域送受信機１９０２は、セルラ帯域で動作するアンテナシステム、受信機、及び送信機を含む。アンテナシステムは、空中（ａｉｒ）に伝送信号を伝送し、空中から信号を受信するために使用される。受信機は、アンテナシステムを通じて受信されたセルラ帯域の信号を基底帯域（ｂａｓｅｂａｎｄ）信号に変換し、基底帯域信号を復調する。例えば、受信機は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）プロセッシングブロック、復調ブロック、チャネルデコーディングブロックなどを含むことができる。ＲＦプロセッシングブロックは、アンテナシステムを通じて受信されたセルラ帯域で信号を基底帯域信号に変換する。復調ブロックは、ＲＦプロセッシングブロックなどから受信された信号から各サーブキャリア上に位置するデータを抽出するためのファストフーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器を含むことができる。チャネルデコーディングブロックは、復調器、デインターリバー、チャネルデコーダーなどを含むことができる。送信機は、基底帯域信号をセルラ帯域の信号に変換し、セルラ帯域の信号をアンテナシステムを通じて伝送する。例えば、送信機は、チャネルエンコーディングブロック、変調ブロック及びＲＦプロセッシングブロックを含むことができる。チャネルエンコーディングブロックは、チャネルエンコーダー、インターリバー、変調器などを含むことができる。変調ブロックは、複数の直交するサーブキャリアなどで伝送されたデータを位置させるための逆ファストフーリエ変換（ＩＦＦＴ；Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器を含むことができる。ＯＦＤＭシステムで、変調ブロックは、ＩＦＦＴ演算器を含むことができる。ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）で、ＩＦＦＴ演算器は、コード拡散変調器などに代替されることができる。ＲＦプロセッシングブロックは、変調ブロックから受信された基底帯域信号をセルラ帯域の信号に変換し、アンテナシステムを通じてセルラ帯域での信号を出力する。

ミリ波帯域送受信機１９０４は、ミリ波帯域で動作するアンテナシステム、受信機、送信機を含む。アンテナシステムは、空中に信号を伝送し、空中から信号を受信するために使用される。ここで、アンテナシステムは、前述したもののようなミリ波帯域で通信のために１つ以上の方向性ビームを形成することができる。受信機は、アンテナシステムを通じて受信されるミリ波帯域での信号を基底帯域信号に変換し、基底帯域信号を復調する。例えば、受信機は、ＲＦプロセッシングブロック、復調ブロック、チャネルデコーディングブロックなどを含むことができる。ＲＦプロセッシングブロックは、アンテナシステムを通じて受信されたミリ波帯域で信号を基底帯域信号に変換する。復調ブロックは、ＲＦプロセッシングブロックなどから受信された信号から各サーブキャリア上に位置するデータを抽出するためのファストフーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器を含むことができる。チャネルデコーディングブロックは、復調器、デインターリバー、チャネルデコーダーなどを含むことができる。送信機は、基底帯域信号をミリ波帯域の信号に変換し、ミリ波帯域での信号をアンテナシステムを通じて伝送する。例えば、送信機は、チャネルエンコーディングブロック、変調ブロック及びＲＦプロセッシングブロックを含むことができる。チャネルエンコーディングブロックは、チャネルエンコーダー、インターリバー、変調器などを含むことができる。変調ブロックは、複数の直交するサーブキャリアなどで伝送されたデータを位置させるための逆ファストフーリエ変換（ＩＦＦＴ；Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器を含むことができる。ＯＦＤＭシステムで、変調ブロックは、ＩＦＦＴ演算器を含むことができる。ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）で、ＩＦＦＴ演算器は、コード拡散変調器などに代替されることができる。ＲＦプロセッシングブロックは、変調ブロックから受信された基底帯域信号をミリ波帯域での信号に変換し、アンテナシステムを通じてミリ波帯域での信号を出力する。

制御機１９０６は、移動端末１９００の全体動作を制御する。移動端末１９００の動作は、移動端末によって行われるもののように上記で明示的にまたは内在的に説明されたあらゆる動作をも含む。さらに、制御機１９０６は、伝送のためのデータを生成し、受信のためのデータを処理する。

メモリ１９０８は、移動端末１９００の動作のために制御機１９０６によって使用されるプログラム及び移動端末によって受信されるか、伝送されるか、保有されるか、または使用されるものであって、この文献で論議された情報及び／またはアルゴリズムのうちどれでも含む多様なデータを格納する。

本発明の実施例が基地局及び移動端末を利用して説明されたが、本発明がこれに限定されるものではない。本発明の態様が、この技術分野における通常の知識を有する者によって、基地局間のリレー通信、移動端末間の直接通信及び協力通信の多様な具現のような、進歩されたシステムトポロジー及び装置を利用する他の移動端末及び／または無線通信技術に適用されることができる。

いくつかの実施例を参照して本発明が図示され説明されたが、添付の特許請求範囲及びそれらと同等のものによって定義される本発明の思想及び範囲を逸脱することなく形式及び詳細事項において多様な変更が行われることができることをこの技術分野における通常の知識を有する者なら理解することができる。

１８００ 基地局
１８０２ セルラ帯域送受信機
１８０４ ミリ波帯域送受信機
１８０６ 固定回線通信送受信機
１８０８ 制御機
１８１０ メモリ
１９００ 移動端末
１９０２ セルラ帯域送受信機
１９０４ ミリ波帯域送受信機
１９０６ 制御機
１９０８ メモリ

Claims (40)

1. 全二重（ｆｕｌｌ−ｄｕｐｌｅｘ）通信システムのための無線端末機において、
   チャネル情報及び伝送ビームフォーミング加重値に基づいて、データを受信する他の無線通信装置に向けた方向に、空間的にビームフォーミングされた（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｄ）伝送ビームを形成するための複数の伝送アンテナを有する伝送アンテナアレイと；
   チャネル情報及び受信ビームフォーミング加重値に基づいて、データを送信する他の無線通信装置に向けた方向に、空間的にビームフォーミングされた受信ビームを形成するための複数の受信アンテナを有する受信アンテナアレイと；を含み、
   前記複数の伝送アンテナ及び前記複数の受信アンテナは、前記伝送ビーム及び受信ビーム各々の通信信号のために同一の時間で同一の周波数を使用し、
   前記ビームフォーミングされた伝送ビーム及び前記ビームフォーミングされた受信ビームは、空間的にオーバーラップせず、
   前記伝送ビームフォーミング加重値及び前記受信ビームフォーミング加重値は、前記伝送ビームと前記受信ビームとの間の干渉値によって選択されることを特徴とする全二重通信システムのための無線端末機。
2. 前記伝送ビームフォーミング加重値は、前記空間的にビームフォーミングされた伝送ビームを形成するために前記伝送アンテナに各々適用され、
   前記受信ビームフォーミング加重値は、前記空間的にビームフォーミングされた受信ビームを形成するために前記受信アンテナに各々適用されることを特徴とする請求項１に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
3. 前記伝送ビームフォーミング加重値は、前記伝送アンテナの間で同じではなく、
   前記受信ビームフォーミング加重値は、前記受信アンテナの間で同一ではない
   ことを特徴とする請求項２に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
4. 前記伝送ビームフォーミング加重値は、前記伝送ビームの通信信号の位相を調節し、
   前記受信ビームフォーミング加重値は、前記受信ビームの通信信号の位相を調節することを特徴とする請求項２に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
5. 前記伝送ビームフォーミング加重値及び前記受信ビームフォーミング加重値は、
   前記ビームフォーミングされた伝送ビーム及び前記ビームフォーミングされた受信ビームが実質的に空間的にオーバーラップしないように調節されることを特徴とする請求項２に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
6. アップリンクチャネル情報は、
   前記伝送ビームの通信信号を受信する無線端末機から受信されることを特徴とする請求項５に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
7. 前記伝送ビームフォーミング加重値及び前記受信ビームフォーミング加重値は、
   前記ビームフォーミングされた伝送ビーム及び前記ビームフォーミングされた受信ビームが相互間に実質的に干渉しないように調節されることを特徴とする請求項２に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
8. 前記伝送ビームフォーミング加重値は、アップリンクチャネル情報によって演算され、
   前記受信ビームフォーミング加重値は、ダウンリンクチャネル情報によって演算されることを特徴とする請求項２に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
9. 前記伝送ビームフォーミング加重値及び前記受信ビームフォーミング加重値は、
   同一の時間に選択されることを特徴とする請求項２に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
10. 前記伝送ビームフォーミング加重値及び前記受信ビームフォーミング加重値は、異なる時間で選択されることを特徴とする請求項２に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
11. 前記複数の伝送アンテナ及び前記複数の受信アンテナは、各々Ｌ×Ｎマトリックスに整列され、
    前記Ｌは、第１方向に整列されるアンテナの数であり、
    前記Ｎは、前記第１方向と垂直な第２方向に整列されるアンテナの数であることを特徴とする請求項１に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
12. 前記複数の伝送アンテナのうち各々のもの間の距離は、ほぼ通信信号の波長の半分であり、
    前記複数の受信アンテナのうち各々のもの間の距離は、ほぼ通信信号の波長の半分であることを特徴とする請求項１１に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
13. 前記伝送アンテナ及び前記受信アンテナのうち隣接するもの間の距離は、
    ほぼ前記通信信号の波長の半分であることを特徴とする請求項１２に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
14. 前記伝送アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイは、
    異なる方向に対向することを特徴とする請求項１に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
15. 前記伝送アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイは、
    同一の方向に対向することを特徴とする請求項１に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
16. 前記伝送アンテナ及び前記受信アンテナは、
    前記伝送アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイの両方を含むアンテナアレイ上に混合されることを特徴とする請求項１５に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
17. 前記伝送アンテナは、伝送領域で形成され、
    前記受信アンテナは、受信領域で形成され、
    前記伝送領域及び前記受信領域は、前記伝送アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイの両方を含むアンテナ上に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
18. 前記伝送領域及び前記受信領域は、
    アンテナアレイ上で相互に隣接することを特徴とする請求項１７に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
19. 前記無線端末機は、
    空間的にビームフォーミングされた伝送ビームを形成するために選択された数の複数の伝送アンテナを使用することを特徴とする請求項１に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
20. 前記無線端末機は、
    空間的にビームフォーミングされた受信ビームを形成するために選択された数の複数の受信アンテナを使用することを特徴とする請求項１に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
21. 前記無線端末機は、同一の周波数を利用して同一の時間に１つ以上の伝送ビームを伝送し、
    前記１つ以上の伝送ビーム各々は、相互間に空間的に分離し、
    前記１つ以上の伝送ビームは、空間的に分離した１つ以上の伝送ビームを形成するために複数の伝送アンテナのうち各々のものを利用することを特徴とする請求項１に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
22. 前記無線端末機は、
    同一の時間で同一の周波数を利用して他の無線端末機と全二重通信することを特徴とする請求項１に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
23. 前記無線端末機は、
    基地局（ＢＳ；Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
24. 前記無線端末機は、
    移動端末（ＭＳ；Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の全二重通信システムのための無線端末機。
25. 空間分割二重化（ＳＤＤ；Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅ）移動通信システムにおいて、
    空間的にビームフォーミングされた第１伝送ビームを伝送するための複数の第１伝送アンテナを有する第１伝送アンテナアレイと、
    空間的にビームフォーミングされた第１受信ビームを形成するための複数の第１受信アンテナを有する第１受信アンテナアレイとを備える
    第１無線端末機と；
    チャネル情報及び伝送ビームフォーミング加重値に基づいて、第１無線端末機の受信ビームに向かって指向する空間的にビームフォーミングされた第２伝送ビームを伝送するための複数の第２伝送アンテナを有する第２伝送アンテナアレイと、
    チャネル情報及び受信ビームフォーミング加重値に基づいて、第１無線端末機の伝送ビームに向かって指向する空間的にビームフォーミングされた第２受信ビームを形成するための複数の第２受信アンテナを有する第２受信アンテナアレイとを備える
    第２無線端末機と；
    を含み、
    前記伝送ビームフォーミング加重値及び前記受信ビームフォーミング加重値は、前記第２伝送ビームと前記第２受信ビームとの間の干渉値によって選択される空間分割二重化移動通信システム。
26. 前記第１及び第２伝送アンテナ及び前記第１及び第２受信アンテナは、
    前記第１及び第２伝送ビームの各々及び前記第１及び第２受信ビームの各々のために同一の周波数及び同一の時間を使用することを特徴とする請求項２５に記載の空間分割二重化移動通信システム。
27. 前記第１及び第２伝送ビーム及び前記第１及び第２受信ビームは、オーバーラップしないことを特徴とする請求項２５に記載の空間分割二重化移動通信システム。
28. 前記第１無線端末機及び前記第２無線端末機は、
    全二重通信を利用して相互間に通信することを特徴とする請求項２５に記載の空間分割二重化移動通信システム。
29. 第１無線端末機及び第２無線端末機のうち１つは、
    前記第１及び第２伝送ビームのうち各々のもの及び前記第１及び第２受信ビームのうち各々のものを通じて同一の時間で同一の周波数を利用して他の無線端末機と通信することを特徴とする請求項２５に記載の空間分割二重化移動通信システム。
30. 前記第１及び第２無線端末機の各々は、
    第２及び第１無線端末機各々と通信するためにビームフォーミングを利用する伝送アンテナアレイ及び受信アンテナアレイを有することを特徴とする請求項２６に記載の空間分割二重化移動通信システム。
31. 前記第１及び第２無線端末機は、
    全二重（ｆｕｌｌ−ｄｕｐｌｅｘ）通信スキーム及び半二重（ｈａｌｆ−ｄｕｐｌｅｘ）通信スキームのうち１つを利用して第２及び第１無線端末機と各々通信することを特徴とする請求項２６に記載の空間分割二重化移動通信システム。
32. 前記第１及び第２伝送アンテナ及び前記第１及び第２受信アンテナは、各々Ｌ×Ｎマトリックスに整列され、
    前記Ｌは、第１方向に整列されるアンテナの数であり、
    前記Ｎは、前記第１方向と垂直な第２方向に整列されるアンテナの数であることを特徴とする請求項２５に記載の空間分割二重化移動通信システム。
33. 伝送アンテナ各々の間の距離は、ほぼ通信信号の波長の半分であり、
    受信アンテナ各々の間の距離は、ほぼ通信信号の波長の半分であることを特徴とする請求項３２に記載の空間分割二重化移動通信システム。
34. 前記第１無線端末機及び前記第２無線端末機は、
    前記第１及び第２伝送ビームの各々を形成するために、選択された数の複数の第１及び第２伝送アンテナ各々を利用することを特徴とする請求項２５に記載の空間分割二重化移動通信システム。
35. 前記第１無線端末機及び前記第２無線端末機の各々は、
    前記空間的にビームフォーミングされた第１及び第２伝送ビーム各々を形成するために、選択された数の複数の第１及び第２受信アンテナ各々を利用することを特徴とする請求項２５に記載の空間分割二重化移動通信システム。
36. 前記第１無線端末機及び前記第２無線端末機は、同一の時間で同一の周波数を利用して同時に１つ以上の第１及び第２伝送ビーム各々を伝送し、
    前記１つ以上の第１及び第２伝送ビーム各々は、相互間に空間的に分離し、
    前記１つ以上の第１及び第２伝送ビーム各々は、空間的に分離した第１及び第２伝送ビームを形成するために、前記第１及び第２伝送アンテナの各々を使用することを特徴とする請求項２５に記載の空間分割二重化移動通信システム。
37. 前記第１及び第２無線端末機は、
    同一の時間で同一の周波数を利用して第２及び第１無線端末機と全二重通信することを特徴とする請求項２５に記載の空間分割二重化移動通信システム。
38. 空間分割二重化（ＳＤＤ；Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）移動通信のための方法において、
    チャネル情報及び伝送ビームフォーミング加重値に基づいて第１無線端末機の受信アンテナに向けた方向に、伝送アンテナアレイの複数の伝送アンテナのうち選択されたものを利用して第１伝送ビームを形成する段階と；
    あらかじめ定められた時間にあらかじめ定められた周波数によって前記第１伝送ビームを通じて前記第１無線端末機に第１信号を伝送する段階と；
    チャネル情報及び受信ビームフォーミング加重値に基づいて第２無線端末機の伝送アンテナに向けた方向に、受信アンテナアレイの複数の受信アンテナのうち選択されたものを利用して第１受信ビームを形成する段階と；
    あらかじめ定められた時間であらかじめ定められた周波数によって前記第１受信ビームを通じて前記第２無線端末機から第２信号を受信する段階と；を含み、
    前記第１伝送ビーム及び前記第１受信ビームの各々は、空間的にビームフォーミングされ、
    前記複数の伝送アンテナ及び前記複数の受信アンテナは、前記第１伝送ビーム及び前記第１受信ビームの各々の通信信号のために同一の時間で同一の周波数を使用し、
    前記空間的にビームフォーミングされた伝送ビーム及び前記空間的にビームフォーミングされた受信ビームは、空間的にオーバーラップせず、
    前記伝送ビームフォーミング加重値及び前記受信ビームフォーミング加重値は、前記第１伝送ビームと前記第１受信ビームとの間の干渉値によって選択されることを特徴とする空間分割二重化移動通信のための方法。
39. 前記伝送アンテナアレイの前記複数の伝送アンテナのうち選択されたものを利用する第２伝送ビームを形成する段階と；
    あらかじめ定められた時間であらかじめ定められた周波数によって前記第２伝送ビームを通じて前記第１無線端末機に第３信号を伝送する段階と；
    前記受信アンテナアレイの前記複数の受信アンテナのうち選択されたものを利用する第２受信ビームを形成する段階と；
    前記あらかじめ定められた時間に前記あらかじめ定められた周波数によって前記第２受信ビームを通じて前記第２無線端末機から第４信号を受信する段階と；をさらに含み、
    前記第２伝送ビーム及び前記第２受信ビームの各々は、空間的にビームフォーミングされ、
    前記空間的にビームフォーミングされた第２伝送ビーム及び空間的にビームフォーミングされた第２受信ビームは、空間的にオーバーラップしないことを特徴とする請求項３８に記載の空間分割二重化移動通信のための方法。
40. 前記伝送された第１信号、前記受信された第２信号、前記伝送された第３信号及び前記受信された第４信号は、全二重スキームによって各々伝送され受信されることを特徴とする請求項３８に記載の空間分割二重化移動通信のための方法。

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