JP6681692B2 - 混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送方法および装置 - Google Patents

混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送方法および装置 Download PDF

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Description

本願発明は、無線通信技術領域に関し、特に、混合ビームフォーミングのマルチユーザ多入力多出力（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）技術における共通信号伝送方法および装置に関する。
スマート端末の普及・応用、および新たな移動業務の需要の持続的な増加につれて、無線伝送速度の要求は、指数関数的に増加する。このため、ＬＴＥを初めとする第４世代移動通信技術（４Ｇ）の応用が普及しているに当たって、第５世代移動通信技術（５Ｇ）の研究開発が幕を開けた。４Ｇに比べると、５Ｇは、若干の肝心な技術指標を満たす必要があり、例えば、１）伝送速度が１０〜１００倍だけ向上し、ユーザの体感速度が１Ｇｂ／ｓに達することが可能であり、ユーザのピーク速度が１０Ｇｂ／ｓ以上に達することが可能であること、２）接続されるデバイスの密度が１０〜１００倍だけ向上し、１平方キロメートル当たり数百万個に達することなどである。上記の肝心な技術指標を目指すとともに、現在の周波数リソースが逼迫していることを考慮すると、５Ｇの研究において、高周波数帯域の周波数リソースを用いた大規模ＭＩＭＯ（Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ）の無線通信環境を応用することにより、空間次元の無線リソースを深く掘り起こして利用し、未来の移動通信の周波数利用効率および電力効率の問題を解決する考えが提案されている。
大規模ＭＩＭＯ無線通信技術の基本的な特徴は、基地局のカバーエリア内に数十本、ひいては、数百本以上のアンテナが配置され、これらアンテナが大規模アレイ方式で集中して置かれることである。基地局のカバーエリア内に分布している複数のユーザは、同一の時間周波数リソースで、基地局の大規模アンテナ配置によって提供される空間自由度を利用して、同時に基地局と通信し、周波数リソースの複数のユーザの間における多重化能力、各ユーザリンクの周波数利用効率、およびセル間の干渉に抵抗する能力を向上させることにより、周波数リソースの全体の利用率を大幅に向上させる。これとともに、基地局の大規模アンテナ配置によって提供されるダイバーシティ利得およびアレイ利得を利用して、各ユーザと基地局との間の通信の電力効率もさらに著しく向上することができる。
高周波数帯域の周波数リソースは、波形が短いため、このようなアンテナ素子が密集して配置される大規模ＭＩＭＯ技術に好適に適用されるが、同時に大きな伝送損失も有する。加えて、大規模ＭＩＭＯ技術は、基地局側のアンテナ数の顕著な増加による無線伝送技術の「ボトルネック」を突破する必要もある。これは、大規模ＭＩＭＯ伝送技術が従来のＭＩＭＯ伝送技術と異なることを意味する。このため、大規模ＭＩＭＯの通信シナリオに適する無線伝送技術を求める必要がある。
一方、大規模ＭＩＭＯ技術の実現において、各アンテナ素子ごとに１つのＲＦチェーンを取り付けると、実現の複雑度、並びに、電力消耗およびコストを増大させることが考慮される。混合ビームフォーミング技術が、複数のアンテナ素子で１つのＲＦチェーンを共有することを可能にし、大規模ＭＩＭＯ技術の低コストの実行可能な構成になり、無線通信分野の研究のホットスポットとなっている。
ユーザ信号については、混合ビームフォーミング技術において、相応のユーザへの伝送カバーを実現するために、ユーザ固有（ＵＥ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ）のビームフォーミング技術を用いることができるが、共通信号については、現在、混合ビームフォーミング技術に対する相応の伝送技術がないため、高周波数帯域の周波数リソースの大きな伝送損失により、混合ビームフォーミング技術において、共通信号のカバーエリアが大きな影響を受けることになる。
これに鑑みて、本願発明では、混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送方法を提供する一方、混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送装置を提供することにより、高周波数リソースの経路損失に対抗し、共通信号の混合ビームフォーミング技術における有効な範囲カバーを実現する。
本願発明で提供された混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送方法は、送信対象のアナログ共通信号を取得し、異なるＲＦチェーンに対して、アナログビームフォーミングコードブックの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとし、前記アナログビームフォーミングベクトルを用いて、前記異なるＲＦチェーンにおける送信対象のアナログ共通信号に対して、アナログビームフォーミングを行い、アナログビームフォーミングが行われた各ＲＦチェーンにおける共通信号ビームを送信する、ことを含む。
１つの実施形態において、該方法は、前記アナログビームフォーミングコードブックにおけるコードワードを少なくとも２つのコードワードグループに区分し、各コードワードグループそれぞれに含まれるコードワードの数量を少なくとも１つにする、ことをさらに含むことができ、前記異なるＲＦチェーンに対して、アナログビームフォーミングコードブックの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとすることは、隣接するタイムスロットにおいて、異なるコードワードグループを選択し、異なるＲＦチェーンに対して、選択されたコードワードグループの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとする、ことを含む。
ここで、ユーザの分布に応じて、前記アナログビームフォーミングコードブックにおけるコードワードを少なくとも２つのコードワードグループに区分する。
他の実施形態において、前記送信対象のアナログ共通信号を取得する前に、前記送信対象のアナログ共通信号を生成するためのデジタル共通信号を取得し、各ＲＦチェーンごとに、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンに異なる巡回シフトを用いる原則に従って、巡回シフトを用いて、デジタルビームフォーミングベクトルを生成することにより、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンの共通信号受信電力の重ね合わせを実現し、デジタルベースバンドにおいて、前記デジタルビームフォーミングベクトルを用いて、前記各ＲＦチェーンにおけるデジタル共通信号に対して、デジタルビームフォーミングを行う、ことをさらに含む。
ここで、該方法は、チャネルインパルス応答の最大マルチパス遅延スプレッドおよび離散フーリエ変換の点数から、前記巡回シフトを算出する、ことをさらに含むことができる。
本願発明で提供された混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送装置は、送信対象のアナログ共通信号を取得するアナログ共通信号取得モジュールと、異なるＲＦチェーンに対して、アナログビームフォーミングコードブックの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとするアナログビームフォーミングベクトル生成モジュールと、前記アナログビームフォーミングベクトルを用いて、前記異なるＲＦチェーンにおける送信対象のアナログ共通信号に対して、アナログビームフォーミングを行うアナログビームフォーミングモジュールと、アナログビームフォーミングが行われた各ＲＦチェーンにおける共通信号ビームを送信する信号送信モジュールと、を含む。
１つの実施形態において、該装置は、前記アナログビームフォーミングコードブックにおけるコードワードを少なくとも２つのコードワードグループに区分し、各コードワードグループそれぞれに含まれるコードワードの数量を少なくとも１つにするコードワードグループ区分モジュールをさらに含み、前記アナログビームフォーミングベクトル生成モジュールは、隣接するタイムスロットにおいて、異なるコードワードグループを選択し、異なるＲＦチェーンに対して、選択されたコードワードグループの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとする。
ここで、前記コードワードグループ区分モジュールは、ユーザの分布に応じて、前記アナログビームフォーミングコードブックにおけるコードワードを少なくとも２つのコードワードグループに区分する。
他の実施形態において、該装置は、前記送信対象のアナログ共通信号を生成するためのデジタル共通信号を取得するデジタル共通信号取得モジュールと、各ＲＦチェーンごとに、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンに異なる巡回シフトを用いる原則に従って、巡回シフトを用いて、デジタルビームフォーミングベクトルを生成することにより、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンの共通信号受信電力の重ね合わせを実現するデジタルビームフォーミングベクトル生成モジュールと、デジタルベースバンドにおいて、前記デジタルビームフォーミングベクトルを用いて、前記各ＲＦチェーンにおけるデジタル共通信号に対して、デジタルビームフォーミングを行うデジタルビームフォーミングモジュールと、をさらに含む。
ここで、該装置は、チャネルインパルス応答の最大マルチパス遅延スプレッドおよび離散フーリエ変換の点数から、巡回シフトを算出し、前記巡回シフトを前記デジタルビームフォーミングベクトル生成モジュールに提供する巡回シフト算出モジュールをさらに含むことができる。
上述した解決手段からわかるように、本願発明において、アナログＲＦフロントエンドで、異なるＲＦチェーンに対して、アナログビームフォーミングコードブックの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとし、異なるＲＦチェーンにおける送信対象のアナログ共通信号に対して、アナログビームフォーミングを行うことにより、高周波数リソースの経路損失に対抗することができ、共通信号も、混合ビームフォーミング技術において有効な範囲カバーを実現することができる。
さらに、アナログビームフォーミングコードブックにおけるコードワードを少なくとも２つのコードワードグループに区分し、隣接するタイムスロットにおいて、異なるコードワードグループを選択し、異なるＲＦチェーンに対して、選択されたコードワードグループの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとすることにより、共通信号の混合ビームフォーミング技術における有効なカバー範囲をさらに向上させることができる。
また、さらに、デジタルベースバンドのバックエンドで、各ＲＦチェーンごとに、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンに異なる巡回シフトを用いる原則に従って、巡回シフトを用いて、デジタルビームフォーミングベクトルを生成し、各ＲＦチェーンにおけるデジタル共通信号に対して、デジタルビームフォーミングを行うことにより、共通信号の混合ビームフォーミング技術における有効なカバー範囲およびロバスト性をさらに向上させる。
本願発明の実施例１の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送方法の例示的なフローチャートである。 本願発明の実施例１の混合ビームフォーミング技術における共通信号を処理する例示的な原理模式図である。 本願発明の実施例１におけるアンテナモデルの電力パターン模式図である。 本願発明の実施例１の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送装置の例示的な構成図である。 本願発明の実施例２の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送方法の例示的なフローチャートである。 本願発明の実施例２の混合ビームフォーミング技術における共通信号を処理する例示的な原理模式図である。 本願発明の実施例２におけるアンテナモデルの電力パターン模式図である。 本願発明の実施例２の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送装置の例示的な構成図である。 本願発明の実施例３の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送方法の例示的なフローチャートである。 本願発明の実施例３の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送方法の例示的なフローチャートである。 本願発明の実施例３の混合ビームフォーミング技術における共通信号を処理する例示的な原理模式図である。 本願発明の実施例３の混合ビームフォーミング技術における共通信号を処理する例示的な原理模式図である。 本願発明の実施例３におけるアンテナモデルの電力パターン模式図である。 本願発明の実施例３におけるユーザ機器の有効チャネルインパルス応答（ＥＣＩＲ）の模式図である。 本願発明の実施例３の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送装置の例示的な構成図である。 本願発明の実施例３の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送装置の例示的な構成図である。 実施例１における構成と従来の構成とを対比する場合のアンテナモデルの電力パターンシミュレーション図である。 実施例２における構成と従来の構成とを対比する場合のアンテナモデルの電力パターンシミュレーション図である。 実施例３における構成と従来の構成とを対比する場合のアンテナモデルの電力パターンシミュレーション図である。
本願発明において、混合ビームフォーミング技術とは、デジタルビームフォーミングとアナログビームフォーミングをジョイントした混合構成を指す。具体的には、デジタルビームフォーミングとは、デジタル領域で信号に対してビームフォーミングを行うことを指し、アナログビームフォーミングとは、アナログ領域で信号に対してビームフォーミングを行うことを指す。
共通信号は、共通チャネルにおいて伝送される信号を指し、ユーザデータ以外の全ての他のデータを含む。例えば、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａシステムにおいて、共通信号は、ＣＳＩ−ＲＳ、ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ ｓｉｇｎａｌ（ＤＳ）を含む。
高周波数帯域の周波数リソースの大きな伝送損失による共通信号の伝送距離への影響を克服するために、本願発明では、共通信号に対して、ビームフォーミング方式で伝送を行うことが考慮される。また、共通信号は、セル全体内で有効なフルカバーを実現する必要があることを考慮するので、ユーザ固有のビームフォーミング方式を用いることができない。このため、本願発明では、異なるＲＦチェーンに対して、アナログビームフォーミングコードブックの中から、異なるビームフォーミング重みベクトルを選択して、前記異なるＲＦチェーンにおける送信対象のアナログ共通信号に対して、アナログビームフォーミングを行うことにより、混合ビームフォーミング技術における共通信号の伝送を実現することが考慮される。
本願発明の解決手段およびメリットをさらに明確にするために、以下、実施例および図面を参照して、本願発明をさらに詳しく説明する。
（実施例１）
図１は、本願発明の実施例１の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送方法の例示的なフローチャートである。図１に示すように、この方法は、基地局側に適用され、具体的に、以下のような処理過程を含むことができる。
ステップ１０１で、基地局は、送信対象のアナログ共通信号を取得する。
本ステップにおいて、送信対象のアナログ共通信号は、デジタル共通信号に対してデジタル−アナログ変換を行って得られた信号である。
図２は、本願発明の実施例１の混合ビームフォーミング技術における共通信号を処理する例示的な原理模式図である。図２に示すように、信号Ｓａが送信対象のアナログ共通信号である。
ステップ１０２で、異なるＲＦチェーン（ＲＦ ｃｈａｉｎ）に対して、アナログビームフォーミングコードブックの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとする。
本ステップにおいて、異なるコードワードを選択するのは、異なる方向で共通信号が外へ伝搬することを可能にするためである。ここで、アナログビームフォーミングコードブックにおけるコードワードの多少は、通常、アンテナベンダーによって予め設定されたものであり、コードワードが多いほど、柔軟性が大きくなることを表し、相応のコスト価格も高くなる。
本実施例では、システムにおいて４本のＲＦチェーンが配置され、かつ、コードブックに８つのコードワードが含まれる場合を例として、コードブックが
であると仮定する。ここで、ａ(φ)は、ＲＦチェーンに対応するアンテナサブアレイのアレイ応答ベクトルであり、即ち、コードブックにおけるコードワードであり、φは、相応の発射角（ＡｏＤ）である。
本実施例では、４本のＲＦチェーンに対して、それぞれ、コードワード
であってよい。
もちろん、実際の応用では、それぞれ、コードワード
具体的に選択する際に、選択されるコードワードに対応するビーム方向がセル内で均一なカバーを実現するように、即ち、隣接する２つのビーム間の夾角が等しいようにする原則に従うことができる。もちろん、実際の必要に応じて、不均一な分布の選択を行ってもよい。例えば、隣接する２つのビーム間の夾角が等しくなくてもよい。
ステップ１０３で、前記アナログビームフォーミングベクトルを用いて、前記異なるＲＦチェーンにおける送信対象のアナログ共通信号に対して、アナログビームフォーミングを行う。
本ステップにおいて、上述したシステムにおいて４本のＲＦチェーンが配置され、かつ、コードブックに８つのコードワードが含まれる場合に基づき、図２に示す原理図に対応すると、
ステップ１０４で、アナログビームフォーミングが行われた各ＲＦチェーンにおける共通信号ビームを送信する。
図３は、本実施例１の上述したシステムにおいて４本のＲＦチェーンが配置され、かつ、コードブックに８つのコードワードが含まれる場合に基づくアンテナモデルの電力パターン模式図を示す。図３に示すように、本実施例における共通信号は、カバー可能な角度が、０、π/2、πおよび3π/2の方向である。
本実施例１において、全て（例えば、上記の４本）のＲＦチェーンが全部使用される場合を例として説明しているが、実際の応用では、そのうちの一部分のみのＲＦチェーンを選択して使用することも可能である。
なお、上記の実施例１および図１において、デジタルビームフォーミングが含まれないものの、アナログ共通信号を取得する前に、デジタルビームフォーミングベクトルＤ(k)＝[１１１１]Ｔを用いて、デジタル共通信号に対して、デジタルビームフォーミングを行ったと理解してもよい。
図４は、本願発明の実施例１の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送装置の例示的な構成図である。図４に示すように、この装置は、アナログ共通信号取得モジュール４０１と、アナログビームフォーミングベクトル生成モジュール４０２と、アナログビームフォーミングモジュール４０３と、信号送信モジュール４０４と、を含むことができる。
ここで、アナログ共通信号取得モジュール４０１は、送信対象のアナログ共通信号を取得する。
アナログビームフォーミングベクトル生成モジュール４０２は、異なるＲＦチェーンに対して、アナログビームフォーミングコードブックの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとする。
アナログビームフォーミングモジュール４０３は、前記アナログビームフォーミングベクトルを用いて、前記異なるＲＦチェーンにおける送信対象のアナログ共通信号に対して、アナログビームフォーミングを行う。
信号送信モジュール４０４は、アナログビームフォーミングが行われた各ＲＦチェーンにおける共通信号ビームを送信する。ここで、信号送信モジュール４０４は、各ＲＦチェーンに対応するアンテナサブアレイを含むことができる。
図４に示す装置における各機能モジュールの具体的な動作は、図１に示す方法における各ステップの具体的な動作と一致することができ、ここで説明を省略する。
（実施例２）
図５は、本願発明の実施例２の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送方法の例示的なフローチャートである。図５に示すように、この方法は、基地局側に適用され、具体的に、以下のような処理過程を含むことができる。
ステップ５０１で、アナログビームフォーミングコードブックにおけるコードワードを少なくとも２つのコードワードグループに区分し、各コードワードグループそれぞれに含まれるコードワードの数量を少なくとも１つにする。
同様に、実施例１に記載のシステムにおいて４本のＲＦチェーンが配置され、かつ、コードブックに８つのコードワードが含まれる場合を例とすると、前記８つのコードワードは、２つのグループに区分することができる。例えば、a(0)、a(π/2)、a(π)、およびa(3π/2)を１つのコードワードグループに区分し、例えば、第１コードワードグループと記し、a(π/4)、a(3π/4)、a(5π/4)、およびa(7π/4)を他のコードワードグループに区分し、例えば、第２コードワードグループと記する。
もちろん、実際の応用では、実際の状況に応じて、８つのコードワードは、他の数量のグループに区分されることも可能である。
実際の応用では、本ステップ５０１は、コードワードグループを予め区分しておき、または、初回に本方法を実行する際に１回実行され、その後にコードワードグループの区分結果を直接に使用するようにしてもよく、あるいは、必要がある場合に、コードワードグループを改めて区分し、例えば、ユーザの分布に応じて、改めて、a(0)、a(π/4)、a(π/2)、およびa(3π/4)を第１コードワードグループに区分し、a(π)、a(5π/4)、a(3π/2)、およびa(7π/4)を第２コードワードグループに区分するようにしてもよい。
ステップ５０２で、送信対象のアナログ共通信号を取得する。
本ステップ５０２の具体的な実現方式は、ステップ１０１と一致してもよい。
図６は、本願発明の実施例２の混合ビームフォーミング技術における共通信号を処理する例示的な原理模式図である。図６に示すように、信号Ｓａが送信対象のアナログ共通信号である。
ステップ５０３で、隣接するタイムスロットにおいて、異なるコードワードグループを選択し、異なるＲＦチェーンに対して、選択されたコードワードグループの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとする。
例えば、上述した第１コードワードグループおよび第２コードワードグループに区分される場合、第１タイムスロットにおいて、第１コードワードグループを選択して、相応に第１アナログビームフォーミングベクトル
を得、これによって類推するようにしてもよい。ここでの第１タイムスロット、第２タイムスロット、第３タイムスロット、第４タイムスロットは、時間的な順序を表すものにすぎず、真正のタイムスロット番号に対応するものではない。例えば、第１タイムスロットは、フレーム構造におけるタイムスロット＃０（ＴＳ＃０）に対応することができ、第２タイムスロットは、フレーム構造におけるタイムスロット＃１（ＴＳ＃１）に対応することができるなどである。
ステップ５０４で、前記アナログビームフォーミングベクトルを用いて、前記異なるＲＦチェーンにおける送信対象のアナログ共通信号に対して、アナログビームフォーミングを行う。
本ステップにおいて、上述した第１コードワードグループおよび第２コードワードグループに区分される場合に基づき、図５に示す原理図に対応すると、
となることが可能であり、ここで、tは時間変数である。
同様に、上式における１,３,５,７…および２,４,６,８…などは、時間的な順序を表すものにすぎず、真正のタイムスロット番号に対応するものではない。
ステップ５０５で、アナログビームフォーミングが行われた各ＲＦチェーンにおける共通信号ビームを送信する。
図７ａおよび図７ｂは、本実施例２の上述したシステムにおいて４本のＲＦチェーンが配置され、かつ、コードブックにおけるコードワードが第１コードワードグループおよび第２コードワードグループに区分される場合に基づくアンテナモデルの電力パターン模式図を示す。本実施例における共通信号は、図７ａに示すように、あるタイムスロットにおけるカバー可能な角度が、０、π/2、π、および3π/2の方向であり、他のタイムスロットにおいて、図７ｂに示すように、π/4、3π/4、5π/4、および7π/4の方向をカバーすることができる。このように、実施例１の構成に比べて、実施例２の構成は、共通信号の有効なカバー範囲をさらに向上させることができる。
本実施例２において、同様に、全て（例えば、上記の４本）のＲＦチェーンが全部使用される場合を例として説明しているが、実際の応用では、そのうちの一部分のみのＲＦチェーンを選択して使用することも可能であり、これと相応して、コードワードグループの数量も上記の２つに限らない。例えば、そのうちの２本のみのＲＦチェーンを使用すれば、上述した８つのコードワードの場合は、コードワードグループに４つのグループがあってもよい。
なお、上記の実施例２および図５において、デジタルビームフォーミングが含まれないものの、アナログ共通信号を取得する前に、デジタルビームフォーミングベクトルＤ(k)＝[１１１１]Ｔを用いて、デジタル共通信号に対して、デジタルビームフォーミングを行ったと理解してもよい。
図８は、本願発明の実施例２の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送装置の例示的な構成図である。図８に示すように、この装置は、コードワードグループ区分モジュール８０１と、アナログ共通信号取得モジュール８０２と、アナログビームフォーミングベクトル生成モジュール８０３と、アナログビームフォーミングモジュール８０４と、信号送信モジュール８０５と、を含むことができる。
ここで、コードワードグループ区分モジュール８０１は、前記アナログビームフォーミングコードブックにおけるコードワードを少なくとも２つのコードワードグループに区分し、各コードワードグループそれぞれに含まれるコードワードの数量を少なくとも１つにする。
アナログ共通信号取得モジュール８０２は、送信対象のアナログ共通信号を取得する。
アナログビームフォーミングベクトル生成モジュール８０３は、隣接するタイムスロットにおいて、異なるコードワードグループを選択し、異なるＲＦチェーンに対して、選択されたコードワードグループの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとする。
アナログビームフォーミングモジュール８０４は、前記アナログビームフォーミングベクトルを用いて、前記異なるＲＦチェーンにおける送信対象のアナログ共通信号に対して、アナログビームフォーミングを行う。
信号送信モジュール８０５は、アナログビームフォーミングが行われた各ＲＦチェーンにおける共通信号ビームを送信する。ここで、信号送信モジュール８０５は、各ＲＦチェーンに対応するアンテナサブアレイを含むことができる。
図８に示す装置における各機能モジュールの具体的な動作は、図５に示す方法における各ステップの具体的な動作と一致することができ、ここで説明を省略する。
（実施例３）
本実施例３では、上記の実施例１および実施例２のうちのいずれかの実施例を基にして、共通信号に対してデジタルビームフォーミングを行う処理を追加することができる。
図９ａおよび図９ｂは、本願発明の実施例３の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送方法の例示的なフローチャートである。この方法は、基地局側に適用され、図９ａおよび図９ｂに示すように、以下のような処理過程を含むことができる。
ステップ９０１で、前記送信対象のアナログ共通信号を生成するためのデジタル共通信号を取得する。
図１０ａおよび図１０ｂは、本願発明の実施例３の混合ビームフォーミング技術における共通信号を処理する例示的な原理模式図である。図１０ａおよび図１０ｂに示すように、信号Ｓｄが前記デジタル共通信号であり、Ｓａが対応のアナログ共通信号である。
ステップ９０２で、各ＲＦチェーンごとに、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンに異なる巡回シフトを用いる原則に従って、取得された巡回シフトを用いて、デジタルビームフォーミングベクトルを生成することにより、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンの共通信号受信電力の重ね合わせを実現する。好ましくは、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンの共通信号受信電力を、直交重ね合わせまたは準直交重ね合わせを実現するようにしてもよい。
本ステップにおいて、各巡回シフトは、チャネルインパルス応答の最大マルチパス遅延スプレッドおよび離散フーリエ変換の点数から算出できる。
例えば、数式
によって、巡回シフトを算出してもよい。
ここで、Ｍは、有効チャネルインパルス応答（ＥＣＩＲ：Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）の最大マルチパス遅延スプレッドであり、ＮＦＦＴは、離散フーリエ変換の点数であり、ｋ＝０,１,…,Ｍ−１である。
ここで、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンには、異なる巡回シフトを用い、指向が隣接しないビームに対応するＲＦチェーンには、同じまたは異なる巡回シフトを用いてもよい。例えば、選択可能な巡回シフトが多くない場合、指向が隣接しないビームに対応するＲＦチェーンには、同じ巡回シフトを用いることができ、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンには、異なる巡回シフトを用いることを保証すればよく、このように、周波数選択性が強いチャネルシナリオに適応することができる。
同様に、実施例１および実施例２に記載のシステムにおいて４本のＲＦチェーンが配置され、かつ、コードブックに８つのコードワードが含まれる場合を例として、得られる巡回シフトが、n1＝0、ｎ2=NFFT/2であると仮定すると、４本のＲＦチェーンのうち、ＲＦチェーン１およびＲＦチェーン３にはn1を用いることができ、ＲＦチェーン２およびＲＦチェーン４にはn2を用いることができる。これと相応して、下記のようなデジタルビームフォーミングベクトル
を生成することができる。
実際には、上記の実施例１および実施例２において、アナログ共通信号を取得する前に、デジタルビームフォーミングベクトルＤ(k)＝[１１１１]Ｔを用いて、デジタル共通信号に対して、デジタルビームフォーミングを行ったと理解してもよい。
ステップ９０２によると、巡回シフトが取得されるとともに、異なる巡回シフトを用いるＲＦチェーンが、指向が隣接するビームに対応することも決定される。このように、図９ａのステップ１０２、および図９ｂのステップ５０３における、異なるＲＦチェーンに対して、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとする際に、ステップ９０２で異なる巡回シフトを用いることが決定されたＲＦチェーンに対して、指向が隣接するビームに対応可能な異なるコードワードが選択されることになる。
ステップ９０３で、デジタルベースバンドにおいて、前記デジタルビームフォーミングベクトルを用いて、前記各ＲＦチェーンにおけるデジタル共通信号に対して、デジタルビームフォーミングを行う。
その後、デジタルビームフォーミングが行われた信号に対して、逆フーリエ変換およびデジタル−アナログ変換などを行って、送信対象のアナログ共通信号を生成し、そして、図９ａに示すように、図１に示すフローを引き続いて実行し、または、図９ｂに示すように、図５に示すフローを引き続いて実行することが可能になり、ここで一つ一つの説明を省略する。
図１１は、本実施例３の上述したシステムにおいて４本のＲＦチェーンが配置され、かつ、コードブックに８つのコードワードが含まれる場合に基づくアンテナモデルの電力パターン模式図を示す。図１１に示すように、本実施例における共通信号は、カバー角度が０、π/2、π、および3π/2の方向である場合、いずれか２つの角度の間でエネルギーの重ね合わせを実現することにより、いずれか２つの角度の間のカバー範囲が拡大される。
図１１に示すように、ユーザ機器１（ＵＥ１）、ＵＥ３、ＵＥ５、ＵＥ７は、それぞれ、異なるビームによって直接にカバーされ、ＵＥ２は、ビーム１およびビーム２によってジョイントカバーされ、ＵＥ４は、ビーム２およびビーム３によってジョイントカバーされ、ＵＥ６は、ビーム３およびビーム４によってジョイントカバーされ、ＵＥ８は、ビーム４およびビーム１によってジョイントカバーされる。
図１２は、ＵＥ１、ＵＥ２、およびＵＥ３の有効チャネルインパルス応答（ＥＣＩＲ）の模式図を示す。次に、ＵＥ３を例として、巡回シフトを用いてデジタルビームフォーミングを行う場合、および、巡回シフトを用いずデジタルビームフォーミングを行う場合の、ユーザ機器の信号受信電力、確率密度関数（ＰＤＦ）、平均値、および分散などの状況について、下記のように対比する。
巡回シフトなしの場合、
巡回シフトありの場合、
比較によって分かるように、巡回シフトを用いてデジタルビームフォーミングを行う場合に得られた信号受信電力の分散は、巡回シフトを用いずデジタルビームフォーミングを行う場合に得られた信号受信電力の分散より小さいため、ロバスト性能が良い。
図１３ａおよび図１３ｂは、本願発明の実施例３の混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送装置の例示的な構成図である。図１３ａおよび図１３ｂに示すように、この装置は、実施例１に示す装置または実施例２に示す装置に加えて、デジタル共通信号取得モジュール１３０１と、デジタルビームフォーミングベクトル生成モジュール１３０２と、デジタルビームフォーミングモジュール１３０３と、をさらに含むことができる。
ここで、デジタル共通信号取得モジュール１３０１は、前記送信対象のアナログ共通信号を生成するためのデジタル共通信号を取得する。
デジタルビームフォーミングベクトル生成モジュール１３０２は、各ＲＦチェーンごとに、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンに異なる巡回シフトを用いる原則に従って、巡回シフトを用いて、デジタルビームフォーミングベクトルを生成することにより、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンの共通信号受信電力の重ね合わせを実現する。好ましくは、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンの共通信号受信電力を、直交重ね合わせまたは準直交重ね合わせを実現するようにしてもよい。
デジタルビームフォーミングモジュール１３０３は、デジタルベースバンドにおいて、前記デジタルビームフォーミングベクトルを用いて、前記各ＲＦチェーンにおけるデジタル共通信号に対して、デジタルビームフォーミングを行う。
ここで、巡回シフトは、チャネルインパルス応答の最大マルチパス遅延スプレッドおよび離散フーリエ変換の点数から算出できる。これと相応して、この装置は、チャネルインパルス応答の最大マルチパス遅延スプレッドおよび離散フーリエ変換の点数から、巡回シフトを算出し、前記巡回シフトを前記デジタルビームフォーミングベクトル生成モジュール１３０２に提供する巡回シフト算出モジュール１３０４をさらに含むことができる。
次に、シミュレーション例示によって、上記の３つの実施例における構成と、ビームフォーミングなしの場合の従来の構成とを、カバー範囲について説明する。図１４から図１６に示すように、図中において、やや左側に寄せた淡い色の楕円形の領域は、従来の構成におけるアンテナモデルの電力パターンシミュレーション図に対応するものであり、やや右側に寄せた少し濃い色の楕円形の領域は、本願発明の構成におけるアンテナモデルの電力パターンシミュレーション図に対応するものである。
具体的なシミュレーションパラメータは、表１に示す通りである。
図１４は、実施例１における構成と従来の構成とを対比する場合のアンテナモデルの電力パターンシミュレーション図である。アナログビームフォーミングベクトルは、
A=diag［a(π/9) a(-π/9)］である。
ここから分かるように、実施例１における構成は、従来の構成よりも、有効なカバー距離が遠くなり、高周波数リソースの経路損失に有効に対抗することができる。実施例１における構成は、有効なカバー範囲が角度によって変化する。
図１５は、実施例２における構成と従来の構成とを対比する場合のアンテナモデルの電力パターンシミュレーション図である。ここで、アナログビームフォーミングベクトルは、AI=diag［a(π/9) a(-π/9)］、A||=diag［a(π/6) a(-π/6)］である。
ここから分かるように、実施例２における構成は、時分割多重化（ＴＤＭ）モードで、２つのグループのビームフォーミングベクトルの間で動的なビームフォーミングを行うことにより、実施例１における構成に比べて、カバー範囲をある程度で向上させることができる。
図１６は、実施例３における構成と従来の構成とを対比する場合のアンテナモデルの電力パターンシミュレーション図である。ここで、アナログビームフォーミングベクトルは、A=diag[a(π/9) a(-π/9)]であり、デジタルビームフォーミングベクトルは、D(k)=[1 e-jkπ]Tである。
ここから分かるように、実施例３における構成は、有効でかつ良いロバスト性のカバー範囲を提供することができる。
４０１ アナログ共通信号取得モジュール
４０２ アナログビームフォーミングベクトル生成モジュール
４０３ アナログビームフォーミングモジュール
４０４ 信号送信モジュール
８０１ コードワードグループ区分モジュール
８０２ アナログ共通信号取得モジュール
８０３ アナログビームフォーミングベクトル生成モジュール
８０４ アナログビームフォーミングモジュール
８０５ 信号送信モジュール
１３０１ デジタル共通信号取得モジュール
１３０２ デジタルビームフォーミングベクトル生成モジュール
１３０３ デジタルビームフォーミングモジュール
１３０４ 巡回シフト算出モジュール

Claims (8)

  1. 混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送方法であって、
    送信対象のアナログ共通信号を生成するためのデジタル共通信号を取得し、
    各ＲＦチェーンごとに、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンに異なる巡回シフトを用いる原則に従って、巡回シフトを用いて、デジタルビームフォーミングベクトルを生成することにより、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンの共通信号受信電力の重ね合わせを実現し、
    デジタルベースバンドにおいて、前記デジタルビームフォーミングベクトルを用いて、前記各ＲＦチェーンにおけるデジタル共通信号に対して、デジタルビームフォーミングを行い、
    前記送信対象のアナログ共通信号を取得し、
    異なるＲＦチェーンに対して、アナログビームフォーミングコードブックの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとし、
    前記アナログビームフォーミングベクトルを用いて、前記異なるＲＦチェーンにおける送信対象のアナログ共通信号に対して、アナログビームフォーミングを行い、
    アナログビームフォーミングが行われた各ＲＦチェーンにおける共通信号ビームを送信する、
    ことを含むことを特徴とする方法。
  2. 前記アナログビームフォーミングコードブックにおけるコードワードを少なくとも２つのコードワードグループに区分し、各コードワードグループそれぞれに含まれるコードワードの数量を少なくとも１つにする、ことをさらに含み、
    前記異なるＲＦチェーンに対して、アナログビームフォーミングコードブックの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとすることは、隣接するタイムスロットにおいて、異なるコードワードグループを選択し、異なるＲＦチェーンに対して、選択されたコードワードグループの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとする、ことを含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. ユーザの分布に応じて、前記アナログビームフォーミングコードブックにおけるコードワードを少なくとも２つのコードワードグループに区分することを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. チャネルインパルス応答の最大マルチパス遅延スプレッドおよび離散フーリエ変換の点数から、前記巡回シフトを算出する、ことをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 混合ビームフォーミング技術における共通信号伝送装置であって、
    送信対象のアナログ共通信号を生成するためのデジタル共通信号を取得するデジタル共通信号取得モジュールと、
    各ＲＦチェーンごとに、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンに異なる巡回シフトを用いる原則に従って、巡回シフトを用いて、デジタルビームフォーミングベクトルを生成することにより、指向が隣接するビームに対応するＲＦチェーンの共通信号受信電力の重ね合わせを実現するデジタルビームフォーミングベクトル生成モジュールと、
    デジタルベースバンドにおいて、前記デジタルビームフォーミングベクトルを用いて、前記各ＲＦチェーンにおけるデジタル共通信号に対して、デジタルビームフォーミングを行うデジタルビームフォーミングモジュールと、
    前記送信対象のアナログ共通信号を取得するアナログ共通信号取得モジュールと、
    異なるＲＦチェーンに対して、アナログビームフォーミングコードブックの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとするアナログビームフォーミングベクトル生成モジュールと、
    前記アナログビームフォーミングベクトルを用いて、前記異なるＲＦチェーンにおける送信対象のアナログ共通信号に対して、アナログビームフォーミングを行うアナログビームフォーミングモジュールと、
    アナログビームフォーミングが行われた各ＲＦチェーンにおける共通信号ビームを送信する信号送信モジュールと、
    を含むことを特徴とする装置。
  6. 前記アナログビームフォーミングコードブックにおけるコードワードを少なくとも２つのコードワードグループに区分し、各コードワードグループそれぞれに含まれるコードワードの数量を少なくとも１つにするコードワードグループ区分モジュールをさらに含み、
    前記アナログビームフォーミングベクトル生成モジュールは、隣接するタイムスロットにおいて、異なるコードワードグループを選択し、異なるＲＦチェーンに対して、選択されたコードワードグループの中から、異なるコードワードを選択して、アナログビームフォーミングベクトルとする、
    ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
  7. 前記コードワードグループ区分モジュールは、ユーザの分布に応じて、前記アナログビームフォーミングコードブックにおけるコードワードを少なくとも２つのコードワードグループに区分することを特徴とする請求項６に記載の装置。
  8. チャネルインパルス応答の最大マルチパス遅延スプレッドおよび離散フーリエ変換の点数から、巡回シフトを算出し、前記巡回シフトを前記デジタルビームフォーミングベクトル生成モジュールに提供する巡回シフト算出モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
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