JP2008061238A - 無線通信システムにおけるアンテナ選択の制御装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】無線通信システムにおいて信号を送信及び/または受信する装置並びに無線通信システムにおけるアンテナ選択の制御方法であって、性能を最適化させるように複数のアンテナを制御することを可能にする装置並びに方法を提供する。
【解決手段】無線通信システム内で信号を送信及び/または受信する装置1であって、それぞれ基本アンテナビーム放射パターンを有する複数のアンテナ2と、少なくとも基本アンテナビーム放射パターンごとに取得するチャネル評価に基づいて信号の送信及び/または受信のために前記アンテナ2の選択を制御するように適合されるアンテナビーム選択制御部3とを備える。さらに前記アンテナ2の選択を制御する方法、及び前記方法を実行するためのコンピュータプログラムを含む。
【選択図】図1
【解決手段】無線通信システム内で信号を送信及び/または受信する装置1であって、それぞれ基本アンテナビーム放射パターンを有する複数のアンテナ2と、少なくとも基本アンテナビーム放射パターンごとに取得するチャネル評価に基づいて信号の送信及び/または受信のために前記アンテナ2の選択を制御するように適合されるアンテナビーム選択制御部3とを備える。さらに前記アンテナ2の選択を制御する方法、及び前記方法を実行するためのコンピュータプログラムを含む。
【選択図】図1
Description
本発明は、無線通信システムにおいて信号を送信及び/または受信する装置、並びに無線通信システムにおけるアンテナ選択の制御方法に関する。
“アンテナ選択”という用語は、本明細書で用いられる場合において、適切なアンテナビームを形成または生成するために複数のアンテナ/アンテナ要素からアンテナ/アンテナ要素を選択することと、適切な複合的アンテナビームを形成するために利用できるアンテナ/アンテナ要素の内のいくつかの組合せまたは全てを選択することとを含むものとする。
一般的に、アンテナビームは送信及び/または受信を行う装置の中で生成され得る。アンテナビームは、典型的には、複数の固定ビームのアンテナ/アンテナ要素から適切な1つを選択すること、または固定ビームのアンテナ/アンテナ要素からいくつかを選択して組み合わせることにより生成される。固定ビームのアンテナ/アンテナ要素とは、ここでは少なくとも一時的にビームが固定されたアンテナ/アンテナ要素であればどのような種類でもよく、例えば常に同じ(中心的な)方向を指しているビームや、その向きに関係して変化するものの所定の時間帯には固定化できるビームなどが該当する。
典型的には、アンテナのビーム形成は、無線通信システムにおいて信号対雑音比(SNR:signal−to−noise ratio)を増加させるために用いられる。また、同時にまたは並列に送信されるデータストリームの間で干渉が存在する場合には、アンテナのビーム形成は、求める信号の強度を高めることにより及び/または不要な干渉の強度を低減することにより、信号対干渉雑音比(SINR:signal−to−interference−plus−noise ratio)を増加させるために用いられる。例えばダイバーシティ受信、MIMO(Multiple Input,Multiple Output)送信に対する受信、またはそれらに類する場合など、1つより多くの受信チェーンを有する受信装置の場合には、異なる受信チェーンで受信した信号の間にできるだけ相関関係が無いことが、性能の最適化のために重要である。
そのため、本発明の目的は、無線通信システムにおいて信号を送信及び/または受信する装置並びに無線通信システムにおけるアンテナ選択の制御方法であって、性能を最適化させるように複数のアンテナを制御することを可能にする装置並びに方法を提供することにある。
前述の目的は、無線通信システムにおいて信号を送信及び/または受信する装置であって、複数のアンテナと、各アンテナは基本アンテナビーム放射パターンを有することと、少なくともアンテナビーム放射パターンごとに得られるチャネル評価に基づいて信号の送信及び/または受信のために前記アンテナの選択を制御するように適合されるアンテナビーム選択制御部とを備える、請求項1に記載の装置によって達成される。
さらに前述の目的は、無線通信システムにおけるアンテナ選択の制御方法であって、信号の送信及び/または受信のために行う基本アンテナビーム放射パターンをそれぞれ有する複数のアンテナからのアンテナ選択が、少なくともアンテナビーム放射パターンごとに得られるチャネル評価に基づいて制御されることを含む、請求項12に記載の方法によって達成される。
ここでの“アンテナ”という用語は、全ての種類のアンテナであって、アンテナ要素、アンテナ装置、アンテナアレイ要素、及びそれに類するものを含むように意図している。各アンテナは、基本アンテナビーム放射パターンを有している。ここでの“基本アンテナビーム放射パターン”とは、指向性ビーム位置、狭ビーム位置、及びそれに類するものなど、固定された(または少なくとも一時的に固定された)ビーム方向と、全方向式アンテナビームを含むように意図している。複数のアンテナは、固定された(または少なくとも一時的に固定された)ビームまたは狭ビームのアンテナビーム及び全方向式アンテナビームの組合せを含むことができ、または狭ビーム方向のアンテナのみ、若しくは全方向式ビーム形をしたアンテナのみを含むこともできる。さらに、アンテナの数のうちいくつかまたは全てのアンテナが狭ビームまたは指向性ビームを有している場合、異なるビームの方向は同一でもよいしアンテナごとに異なってもよい。“基本”という用語は、固定され、または少なくとも一時的に固定されたアンテナビームの放射方向を特徴付ける、主な、不可欠な、有力な、またはそれに類するいずれの種類の放射方向をも含むように意図している。
本発明によれば、信号の送信及び/または受信のためのアンテナ選択は、少なくとも基本アンテナビーム放射パターンごとに得られるチャネル評価に基づいて制御される。基本アンテナビーム放射パターンの組合せに関するチャネル評価が利用可能または取得できる場合には、これらチャネル評価もまた信号の送信及び/または受信のためのアンテナ選択の制御に用いられる。
本発明の有利な点として、少なくとも基本アンテナビーム放射パターンごとに受信するチャネル評価情報に基づいてチャネル評価を取得するように適合されるチャネル評価部が備えられる。また、本発明の有利な点として、本通信システムは1つのシステムであって、プリアンブル及びデータセクションの中で信号が送受信され、前記プリアンブルは少なくとも基本アンテナビーム放射パターンごとのチャネル評価情報を伴うそれぞれのプリアンブルスロットを含み、それぞれの基本アンテナビームに関するチャネル評価情報を伴うプリアンブルスロットを各アンテナがそれぞれ受信するようにアンテナ選択の制御が行われるように前述のアンテナビーム選択制御部が適合され、それぞれ受信したチャネル評価情報から少なくとも前記基本アンテナビーム放射パターンごとにチャネル評価を取得するようにチャネル評価部が適合されるシステムである。
さらに本発明の有利な点として、前記アンテナビーム選択制御部は少なくとも基本アンテナビーム放射パターンごと及び基本アンテナビーム放射パターンのいくつかの組合せごとに得られるチャネル評価に基づいて信号の送信及び/または受信のためのアンテナ選択を制御するように適合され、前記チャネル評価部は基本アンテナビーム放射パターンのチャネル評価に基づいて基本アンテナビーム放射パターンの組合せに関するチャネル評価を得るように適合される。ここで、前記チャネル評価部は、有利な点として、前記組合せにおける基本アンテナビーム放射パターンの数で割った基本アンテナビーム放射パターンのチャネル評価を合計することで、基本アンテナビーム放射パターンの組合せに関するチャネル評価を得るように適合される。
さらに本発明の有利な点として、アンテナビーム選択制御部は、取得したチャネル評価に基づいて信号対雑音の値を計算することによりアンテナ選択を制御するように適合される。これは特に、本発明に係る装置が1つの受信チェーンを含む場合に適している。また、信号対雑音の値は、例えばSNRまたはSINRの値、若しくはそれらの推定値としてもよいことに留意すべきである。本発明の有利な点として、アンテナビーム選択制御部は、前記計算された信号対雑音の値のうちの最大値に基づいてアンテナ選択を制御するように適合される。
代わりに、アンテナビーム選択制御部は、信号対雑音の値及び相関係数に基づいてアンテナ選択を制御するように適合してもよい。この信号対雑音の値もまた、SNRまたはSINRの値、若しくはそれらの推定値であってもよい。この代替例は、特に本発明に係る装置が2つ以上の受信チェーンを含む場合に適している。この場合、アンテナビーム選択制御部は、有利な点として、前記計算された信号対雑音の値のうちの最大値及び前記相関係数の最小値に基づいてアンテナ選択を制御するように適合される。さらに本発明の有利な点として、アンテナビーム選択制御部は、この場合における相関行列に基づいて相関係数を計算するように適合される。ここで、アンテナビーム選択制御部は、有利な点として、前記相関行列の非対角要素の累乗の和を前記相関行列の対角要素の累乗の和で割った値に基づいて前記相関係数を計算するように適合される。
本発明に係る方法は、さらに有利な点として、方法に関する従属請求項のうちの1つを方法のステップとすることで実装される。
さらに本発明は、通信装置の内部記憶装置に読込まれるコンピュータプログラムにも適用され、前記コンピュータプログラムは本発明の方法に関する請求項の中の1つの方法を機能させて前記通信装置上で実行される。
本発明はさらに、好適な実施形態についての以下の記述の中で、添付した図面に関連してより詳細に説明される。
図1は、例えば直交周波数分割多重(OFDM:orthogonal frequency division multiplexing)型システムなどの本発明による無線通信システムにおいて、信号を送信及び/または受信するための装置1を図示している。図1には、本発明による装置1の要素であって本発明の説明と理解に必要なもののみが示されている。しかしながら、現実的な実装としては送信及び/または受信装置は現実の運用のために必要な追加的な装置を含み得ることは理解されるべきである。
装置1は、無線通信システムにおいて、それぞれ基本アンテナビーム放射パターンを有するアンテナ2を介して信号を受信するように適合される。ここで無線通信システムとは、現在または将来の何らかの種類の通信システムを利用した信号の送信及び/または受信を可能にする短距離、中距離、または長距離のどういった種類の無線通信システムであってもよく、限定ではなく、GSMシステム、UMTSシステム、無線LANシステム、短距離、中距離、長距離のシステムなどを変調方式を問わず含むものとする。
装置1は、アンテナとして、またはアンテナ要素、アンテナ装置、アンテナユニット、アンテナアレイの一部などとして実装することのできる複数のアンテナ2を含む。各アンテナ2は、基本アンテナビーム放射パターンを有する。例えば各アンテナ2が固定的に全方向型の送信及び/または受信特性を有する場合には、この全方向型の特性が基本アンテナビーム放射パターンである。さらなる例としては、各アンテナ2が狭ビームまたは指向性ビームの特性を有していれば、その指向性ビームの特性が基本アンテナビーム放射パターンである。
装置1は、少なくとも前記基本アンテナビーム放射パターンごとに取得するチャネル評価に基づいて信号の送信及び/または受信のために前記アンテナ2の選択を制御するように適合された、アンテナビーム選択制御部3を備える。ここでアンテナビーム選択制御部3は、アンテナビーム選択制御部3からの各制御信号に基づいて1つ以上の前記アンテナ2またはいずれかの種類の2つ以上の前記アンテナ2の組合せを選択するアンテナビーム選択部5を制御する。選択される複数のアンテナ2の送信及び/または受信ビームの組合せ、または選択されるアンテナ2の組合せは、最適な送信及び/または受信性能を実現するためにここで形作られる。ここでのアンテナビーム選択制御部3におけるアンテナ2の選択は、チャネル評価部4より取得されるチャネル評価に基づいて制御される。
ここまでに記述したとおり、装置1は、無線通信システムにおける信号の送信及び/または受信に必要な全ての要素を備えているが、そのうちいくつかの要素は図1に示され、それ以外の要素は明確さのために省略されている。例えば、装置1は複数のアンテナ2を介してアンテナビーム選択部5を通して受信した信号を低い周波数に変換するダウンコンバージョン部6を備えている。ダウンコンバージョン部6にて低い周波数に変換された信号は、時間領域の信号を周波数領域の信号へ変換するフーリエ変換部7に転送され、さらに等化器8によって均一化され、そして均一化後には処理部9によって逆インターリーブなどの処理が行われる。前記処理をされた信号は、必要に応じて装置1にてさらに処理を加えられる。等化器8では、フーリエ変換部7から出力される時間領域の信号からチャネル評価部4によって計算、取得されるチャネル評価の値が用いられる。チャネル評価部4の詳細な機能は本発明の属する技術領域においてよく知られており、ここでは他の記述の明確さのために省略する。簡単に述べるとすると、チャネル評価部4は通信システムの送信チャネルごとにチャネル評価の値を提供する。本発明によれば、チャネル評価部4は、対応する受信チャネルの評価情報に基づき、少なくともアンテナ2の各基本アンテナビーム放射パターンについてチャネル評価を取得する。ここで、本発明に係る無線通信システムでは、少なくともアンテナ2の各基本アンテナビーム放射パターンについて、それぞれ別のチャネル評価が送信される。例えば、アンテナ2の数がN(Nは自然数)である場合、少なくともN個の異なるチャネル評価情報の値が、無線通信システムにおいて送信され、アンテナ2により受信される。ここで、チャネル評価情報の値のアンテナ2における受信は、各アンテナ2がそれぞれ割り当てられたチャネル評価情報の値を受信するように、アンテナビーム選択制御部3によって制御される。例えば、本発明に係る無線通信システムが信号とプリアンブルとデータセクションとを送受信する場合、図2に図示しているように、プリアンブルセクションはN個の異なるチャネル評価スロットを備え、アンテナ2のそれぞれのチャネル評価情報の値は各チャネル評価スロットNの中で送信される。言い換えれば、各チャネル評価スロットNのために、アンテナビーム選択制御部3は様々なアンテナ2への切り替えを行い、それにより各プリアンブルの基本アンテナビーム放射パターンごとにチャネル評価を取得するように適合される。この原理はアンテナ2の組合せにも、したがって基本アンテナビーム放射パターンの組合せにも適合させることができる。例えば、アンテナ2の基本アンテナビーム放射パターンの組合せの最大の数は2N−1であって、2N−1個のチャネル評価スロットをプリアンブルセクションの中で送信することができる。しかしながら、本発明によればN個のチャネル評価スロットのみを送信する方がより有利であり、それは本発明によって2N−1個の組合せをN個のチャネル評価情報の値に基づいて計算することが可能になるためである。
図1の装置1には1つの受信チェーンしか示されていないことに留意すべきである。しかしながら、2つ以上の受信チェーンといった複数の受信チェーンにも本発明の概念を適用することは可能である。その一例として、図3には、本発明による2つの受信チェーンを有する無線通信システムにおいて信号を送信及び/または受信するための代替的な実施形態の装置1´が示されている。複数のアンテナ2、アンテナビーム選択部5、ダウンコンバージョン部6、フーリエ変換部7を伴う第一の受信チェーンが、図1の装置1の対応する要素に相当する。さらに複数のアンテナ2´、アンテナビーム選択部15、ダウンコンバージョン部16、フーリエ変換部17を伴う第二の受信チェーンが示されている。アンテナ2に関係する前述の説明と機能は、全てアンテナ2´にも適用される。同じことが、アンテナビーム選択部5の観点からのアンテナビーム選択部15、ダウンコンバージョン部6との関係でのダウンコンバージョン部16、フーリエ変換部7との関係でのフーリエ変換部17についても言える。装置1´はさらに、フーリエ変換部7及び17から出力される信号を均一化させるように適合された等化器18を備える。均一化された信号はその後、さらも2つの並列処理部21及び22よって適当な方法で処理される。チャネル評価部19はフーリエ変換部7及び17から出力される信号からチャネル評価を取得、計算し、チャネル評価の値を等化器18及びアンテナビーム選択制御部20に提供する。アンテナビーム選択制御部20は、アンテナビーム選択制御部3との関係で前述した説明と同じように作用するが、複数のアンテナ2だけではなく複数のアンテナ2´も制御する。複数のアンテナ2´は、ここではアンテナビーム選択部15を介して選択、制御される。
限定としてではなく、アンテナビーム選択部5及び/または15の実装の一例が図4に示されている。図4は、固定された(または少なくとも一時的に固定された)アンテナのブランチの組合せを用いたビーム形成の構造を示しており、各アンテナ2は1つのアンテナのブランチを有している。アンテナ2は、求める実装に依存して、全方向型の特性または他の指向性を持つどういった特性を有してもよい。各アンテナ2の各ブランチは、ゲイン増幅器10及び無線移相器11を有する。ゲイン増幅器10と無線移相器11は、アンテナビーム選択制御部3または20の実装例であるゲイン/位相計算部13に接続され、制御される。各アンテナ2の各ブランチごとに移相器を変えることで、最大のゲインを有するN個のブランチの組合せに受信信号の角度は変更され、それにより受信するビーム(または送信するビーム)が操作される。また、各ブランチごとに増幅器のゲインを変えることで、続いてアンテナのブランチからの信号が結合される無線結合器12に向けた個々のブランチの重み付けが変更され、それにより角度に対する正確なビームの受信感度(ビームの送信感度)を変えることができる。もし特定のビームの組合せのみ用いることが必要であれば、様々なブランチごとに求められる正確なゲインと位相を参照用テーブルに保存し、またはゲイン/位相計算部13においてオンラインで計算することができ、それに応じてビームを選択することができる。無線結合器12から出力される結合された信号は、その後ダウンコンバージョン部6(及び/またはダウンコンバージョン部16)においてさらに処理される。図2は受信装置の場合を示していることは理解されるべきである。送信装置としては、同様の配置が用いられるものの、信号は左から右ではなく右から左へ伝達され、無線結合器12は電力分配器に置き換えられる。また、図4に示した送信及び受信装置の無線に関する部分の代わりとして、アンテナのブランチごとのゲイン増幅制御と移相のための代替的な実装を、送信及び受信装置のベースバンド構造の中に実装してもよい
図5は、アンテナビーム選択部5のさらに代替的な実装の例である。図5の例において、アンテナビーム選択部5は、N個のアンテナ2の中の1つを切替えて選択するように適合されたN分岐スイッチ14として実装される。各アンテナ2は異なる放射パターンを有しており、そのため最適な放射パターンとそれに対応するアンテナ2を選択することで、最良の性能を実現することができる。N分岐スイッチ14はアンテナビーム選択制御部3によって通常の方法により制御される。この実装例において、2つ以上のアンテナ2を組み合わせることはできない。図5に示された実装は、送信及び受信装置1に同様に適用することが可能である。
図4及び5の実装例は単なる一例であり、代替的な及び/または追加的な実装が可能であることは理解されるべきである。それは例えば、アンテナビーム選択部5によって1つのアンテナ2のみを選択できるようにするのではなく、所与の送信及び受信のシナリオにとって最適なビームを得るために2つ以上のアンテナ2を組み合わせられるようにすることなどである。
ここから、チャネル評価部4、9、及びアンテナビーム選択制御部3、20についてより詳細に説明する。
ここで、実装と実装の構造の説明のために、受信モードにおいて通信装置1、1´にてアンテナビームの選択と組合せを行う方法が説明される。しなしながら、選択されたビームは後の時点で送信モードの中でも通信に用いることができる。そのため、特に時分割多重方式を用いる通信システム、及びアップリンクとダウンリンクのタイムスロットの間でチャネルが大きく変わらない(回帰型のチャネルの場合)通信システムなどにとって、これ以降に説明するビーム選択/組合せの方法及び実装は、送信装置及び受信装置に容易に適用することができる。
以下の説明において想定していることとして、ビーム形成は、図5に関連して図示/説明したような固定ビームのスイッチングと、図1及び図3に関連して図示/説明したような固定ビームの組合せとによって行う。しかし、本発明の概念は、図4に関連して説明したようなビーム形成であって、ブロック13、またはビームがベースバンド処理において形成される場合の同様のブロックにて、ゲイン及び位相計算(または参照用テーブル)を用いて有限個のビームが使用されるような場合にも適用可能である。
本発明の基礎となる考え方を説明するために、これ以降の説明は2つの部分、即ちチャネル評価とビーム選択の説明に分けられる。
(チャネル評価部4,19により実行されるチャネル評価)
図2に関連して前述したように、本発明によれば、例えばプリアンブルセクションの中に各アンテナ2用のチャネル評価スロットを備えることなどにより、チャネル評価情報の値を各アンテナ2または2´ごとに利用することができる。
図2に関連して前述したように、本発明によれば、例えばプリアンブルセクションの中に各アンテナ2用のチャネル評価スロットを備えることなどにより、チャネル評価情報の値を各アンテナ2または2´ごとに利用することができる。
本発明は、これらチャネル評価スロットに向けて受信機(または受信モードにある通信装置)を様々な基本ビーム位置へスイッチさせ、それにより各プリアンブルの各基本ビーム位置のチャネル評価を得られるようにすることを提案する。
マルチパスのチャネルを運用する典型的なモバイル通信システムにとって、各チャネル評価は多くのコンポーネントを時間間隔を空けて有するだろう。ここでは数学的な説明を簡単にするために、各ビームのチャネル評価を1つの複素数の値と想定する。この場合、前記値はOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)システム、または1つのマルチパスコンポーネントしか存在しないシステムにおける典型的なチャネル評価に対応する。ここで表現される全ての考え方は、もちろん他のシステムにも用いることができる。
さらに、受信機1、1´がM個のサブキャリア上のnT個の送信機からの信号を受信するnR個の受信チェーンを有する場合、チャネル評価の一般表現は、サブキャリア番号をm(m=1,...,M)、受信機番号をr(r=1,...,nR)、送信機番号をt(t=1,...,nT)、ビーム番号をi(i=1,...,N)とすると、
hm,rt(i)で与えられる。簡単さと一般性を失わないために、このセクションでは、装置1、1´は1つの送信機からの信号を受信する1つの受信チェーンを有すると想定する。以下は、1つのキャリアのチャネル評価について言及しており、下付き文字のmは明確さのために外されている。よって、基本ビーム(基本アンテナビーム放射パターン)のチャネル評価は、h(i)(i=1,...,N)と表される。
hm,rt(i)で与えられる。簡単さと一般性を失わないために、このセクションでは、装置1、1´は1つの送信機からの信号を受信する1つの受信チェーンを有すると想定する。以下は、1つのキャリアのチャネル評価について言及しており、下付き文字のmは明確さのために外されている。よって、基本ビーム(基本アンテナビーム放射パターン)のチャネル評価は、h(i)(i=1,...,N)と表される。
もし受信機1、1´が基本ビームを組み合わせることができるのであれば、組み合わさったビームのチャネル評価は、対応する基本ビームを合計することから得られる。数学的に表現すれば、基本ビーム及びその組合せのチャネル評価 b(j)は、j=1,...,2N−1として、次式で与えられる。
ここでAjはビーム番号jを形成するために合計される基本ビームの集合であり、Cjは集合Ajに含まれるビームの数である。
ここでAjはビーム番号jを形成するために合計される基本ビームの集合であり、Cjは集合Ajに含まれるビームの数である。
より明確に説明するために、一例として、N=4の固定ビームのアンテナによるシステムを用いる。しかしながら、本発明はこの数に限定されるものではないことは理解されるであろう。この例において、これら固定ビームのアンテナの放射パターンは、図6、図7、図8、図9に示されている。これらビームは、15通りの異なるやり方で組合せることができる(2N−1=15)。表1は、これら組合せを総括し、式(1)を計算できるように、各組合せ、集合Ajの要素、及びCjの数値を示している。各組合せについて、対応するアンテナ放射パターンを描いた図もまた示されている。
(アンテナビーム選択制御部3,20により実行されるビーム選択)
ビームの組合せが可能である場合、アンテナビーム選択制御部3、20においてなされるどのビームの組合せが(2N−1通りの可能性の中で)最適であるかの決定は、チャネル評価 b(j)(j=1,...,2N−1)に基づいて行われる。その代わりに、ビームを組み合わせることができない場合には、どのビームが(N通りの可能性の中で)最適であるかの決定は、チャネル評価 h(i)(j=1,...,N)に基づいて行われる。ここで数学的に簡単に説明するために(しかし本発明を限定するのではなく)、ビームの組合せは行われず、よってチャネル評価は h(i)(j=1,...,N)として表されるものと想定する。ここで示される構造及び方法は、もちろんビームが組合せられる場合にも直接適用可能である。
ビームの組合せが可能である場合、アンテナビーム選択制御部3、20においてなされるどのビームの組合せが(2N−1通りの可能性の中で)最適であるかの決定は、チャネル評価 b(j)(j=1,...,2N−1)に基づいて行われる。その代わりに、ビームを組み合わせることができない場合には、どのビームが(N通りの可能性の中で)最適であるかの決定は、チャネル評価 h(i)(j=1,...,N)に基づいて行われる。ここで数学的に簡単に説明するために(しかし本発明を限定するのではなく)、ビームの組合せは行われず、よってチャネル評価は h(i)(j=1,...,N)として表されるものと想定する。ここで示される構造及び方法は、もちろんビームが組合せられる場合にも直接適用可能である。
これ以降の記述にでは、1つの受信チェーンを有する受信機1と複数の受信チェーンを有する受信機1´の間に差異が現れる。
(1つの受信チェーンを有する受信機1向けの制御部3によるビーム選択)
1つの受信チェーンのみを有する受信機1向けに、最大の信号対雑音比(SNR)または最大の平均の信号対干渉雑音比(SINR)を有するビームを選択することを提案する。次の項において、チャネル評価よりSINRを評価するための考え得る方法について説明する。
1つの受信チェーンのみを有する受信機1向けに、最大の信号対雑音比(SNR)または最大の平均の信号対干渉雑音比(SINR)を有するビームを選択することを提案する。次の項において、チャネル評価よりSINRを評価するための考え得る方法について説明する。
(1つの受信チェーンを有する受信機1向けの制御部3によるビーム選択―考え得るSINR評価方法)
様々なシステム構成における各ビームの候補iについて、SINRの平均値を計算するいくつかの可能な実装または方法は次の通りである。
(a)1つの受信機及び1つの送信機を伴う単一のキャリアのシステム
(b)1つの受信機及び1つの送信機を持つM個のサブキャリアのシステム(典型的なOFDM型のシステム)
(c)nT個の送信機からの信号を受信する1つの受信機とM個のサブキャリアを持つシステム(送信ダイバーシティを伴う典型的なOFDM型のシステム)
ここで、Mはサブキャリアの数、nTは送信アンテナの数、σn 2はノイズの分散、そしてIn 2(i)はビーム候補iの干渉強度である。
様々なシステム構成における各ビームの候補iについて、SINRの平均値を計算するいくつかの可能な実装または方法は次の通りである。
(a)1つの受信機及び1つの送信機を伴う単一のキャリアのシステム
(b)1つの受信機及び1つの送信機を持つM個のサブキャリアのシステム(典型的なOFDM型のシステム)
なお、SINRを他の方法で評価してもよい。
(複数の受信チェーンを有する受信機1´向けの制御部20によるビーム選択)
例えば受信機1´のような複数の受信チェーンを有する受信機向けに、SINR(またはSNR)の平均比率を最大化させ、かつ異なるチャネルの送受信機間の応答の相関係数を最小化させるように様々な受信機のビームを選択することを提案する。
例えば受信機1´のような複数の受信チェーンを有する受信機向けに、SINR(またはSNR)の平均比率を最大化させ、かつ異なるチャネルの送受信機間の応答の相関係数を最小化させるように様々な受信機のビームを選択することを提案する。
ここで、必ずしもSINRを最大化させると同時に相関係数を最小化させるビーム位置を見つけられるわけではないため、代替となる選択基準として、上からT番目までの可能性のある値に属するSINRと、下からU番目までの可能性のある値に属する相関係数を有するビームqを選択してもよい。T及びUは実装により特定される。
次の項において、複数の受信チェーンについてどのようにSINRの平均値を計算できるかを説明し、相関係数の新しい計算方法を提案する。
(複数の受信チェーンを有する受信機を伴う制御部20におけるビーム選択―考え得るSINR評価方法)
各受信機はN個のビーム候補(または各受信機のビームが組合せられる場合には、2N−1個の候補)を有するため、複数の受信機の場合のビーム候補の合計数は、nRN(または各受信機のビームが組合せられる場合には、nR(2N−1))となる。これら候補は変数qを用いて識別される。
各受信機はN個のビーム候補(または各受信機のビームが組合せられる場合には、2N−1個の候補)を有するため、複数の受信機の場合のビーム候補の合計数は、nRN(または各受信機のビームが組合せられる場合には、nR(2N−1))となる。これら候補は変数qを用いて識別される。
様々なシステム構成におけるこれらビーム候補のそれぞれのSINRの平均値を計算する方法としていくつか考えられるのは、次の通りである。
(a)nR個の受信機及び1つの送信機を伴う単一のキャリアのシステム
(b)nR個の受信機及び1つの送信機を持つM個のサブキャリアのシステム(受信ダイバーシティを伴う典型的なOFDM型のシステム)
(c)nR個の受信機及びnT個の送信機を持つM個のサブキャリアのシステム(典型的なMIMOかつOFDM型のシステム)
ここで、Mはサブキャリアの数、nTは送信アンテナの数、nRは受信アンテナの数、σn 2はノイズの分散、そしてIn 2(q)はビーム候補qの干渉強度である。
(a)nR個の受信機及び1つの送信機を伴う単一のキャリアのシステム
(b)nR個の受信機及び1つの送信機を持つM個のサブキャリアのシステム(受信ダイバーシティを伴う典型的なOFDM型のシステム)
なお、SINRに関する他の測定を行ってもよい。
(複数の受信チェーンを有する受信機を伴う制御部20におけるビーム選択―相関係数の評価)
それぞれのビーム候補の受信信号間の相関係数を評価するために、まず各候補の相関行列 R(q)を評価することを提案する。
ここでE[.]は期待値(または平均値)の演算を表し、vec(.)はベクトル化の演算、そして上付き文字Hはエルミート転置(または複素共役転置)演算子である。行列 H(q)は、ビーム候補qの送信機と受信機の間の全てのチャネルの応答を含むチャネル行列(nR行nT列)である。H(q)は次のように与えられる。
vec(.)演算は、H(q)の列を操作してnTnR行のベクトルを形成する。
式(9)におけるvec(H(q)).vecH(H(q))の結果は、よってnTnR行nTnR列の行列となる。
それぞれのビーム候補の受信信号間の相関係数を評価するために、まず各候補の相関行列 R(q)を評価することを提案する。
ここでE[.]は期待値(または平均値)の演算を表し、vec(.)はベクトル化の演算、そして上付き文字Hはエルミート転置(または複素共役転置)演算子である。行列 H(q)は、ビーム候補qの送信機と受信機の間の全てのチャネルの応答を含むチャネル行列(nR行nT列)である。H(q)は次のように与えられる。
式(9)において必要となる期待値を得るには、複数の選択肢がある。もしM個のサブキャリアのシステム(典型的なOFDM型のシステム)を用いるならば、1つの可能性として、サブキャリアごとにチャネル行列の平均値を計算して期待値としてもよい。
代わりに、システムが1つのキャリアのみを用いている場合は、ビーム候補qの複数のチャネル評価スロットから得られるビーム候補qごとの複数のチャネル評価の平均値を計算して期待値としてもよい。
相関行列 R(q)(式(9)より)は、その非対角要素の中に全ての相互のチャネル応答の相関を含み、R(q)の対角要素は様々なチャネル応答の強度を含む。
1 装置
2 アンテナ
3 アンテナビーム選択制御部
4 チャネル評価部
5 アンテナビーム選択部
6 ダウンコンバージョン部
7 フーリエ変換部
8 等化器
9 処理部
1´ 装置
2´ アンテナ
10 ゲイン増幅器
11 無線移相器
12 無線結合器
13 ゲイン/位相計算部
14 N分岐スイッチ
15 アンテナビーム選択部
16 ダウンコンバージョン部
17 フーリエ変換部
18 等化器
19 チャネル評価部
20 アンテナビーム選択制御部
21 並列処理部1
22 並列処理部2
2 アンテナ
3 アンテナビーム選択制御部
4 チャネル評価部
5 アンテナビーム選択部
6 ダウンコンバージョン部
7 フーリエ変換部
8 等化器
9 処理部
1´ 装置
2´ アンテナ
10 ゲイン増幅器
11 無線移相器
12 無線結合器
13 ゲイン/位相計算部
14 N分岐スイッチ
15 アンテナビーム選択部
16 ダウンコンバージョン部
17 フーリエ変換部
18 等化器
19 チャネル評価部
20 アンテナビーム選択制御部
21 並列処理部1
22 並列処理部2
Claims (23)
- 無線通信システム内で信号を送信及び/または受信する装置であって、
それぞれ基本アンテナビーム放射パターンを有する複数のアンテナ(2)と、
少なくとも基本アンテナビーム放射パターンごとに取得するチャネル評価に基づいて信号の送信及び/または受信のために前記アンテナ(2)の選択を制御するように適合されるアンテナビーム選択制御部(3;20)と、
を備える装置(1)。 - 少なくとも基本アンテナビーム放射パターンごとに受信するチャネル評価情報に基づいて前記チャネル評価を取得するように適合されるチャネル評価部(4;19)を備える、請求項1に記載の装置(1)。
- 前記通信システムにおける信号はプリアンブル及びデータセクションの中で送信及び受信され、プリアンブルには少なくとも前記基本アンテナビーム放射パターンごとのチャネル評価情報を伴うプリアンブルスロットをそれぞれ含み、前記アンテナビーム選択制御部(3;20)は前記アンテナ(2)を制御して各アンテナ(2)が基本アンテナビームごとのそれぞれのチャネル評価情報を伴うプリアンブルスロットをそれぞれ受信するように適合され、前記チャネル評価部(4;19)は受信したそれぞれのチャネル評価情報から得られる少なくとも前記基本アンテナビーム放射パターンごとのチャネル評価を取得するように適合されることを特徴とする、請求項1または請求項2のいずれかに記載の装置(1)。
- 前記アンテナビーム選択制御部(3;20)は少なくとも基本アンテナビーム放射パターンごと及び少なくとも基本アンテナビーム放射パターンのいくつかの組合せごとに取得するチャネル評価に基づいて信号の送信及び/または受信のために前記アンテナ(2)の選択を制御するように適合され、前記チャネル評価部(4;19)は基本アンテナビーム放射パターンのチャネル評価に基づいて基本アンテナビーム放射パターンの組合せごとのチャネル評価を取得するように適合されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の装置(1)。
- 前記チャネル評価部(4;19)は、対応する基本アンテナビーム放射パターンのチャネル評価の合計を対応する基本ビーム位置の数で割ることで、基本アンテナビーム放射パターンの組合せごとのチャネル評価を取得するように適合されることを特徴とする、請求項4に記載の装置(1)。
- 1つの受信チェーンを有し、前記アンテナビーム選択制御部(3)は取得したチャネル評価に基づいて信号対雑音の値を計算することによりアンテナ選択を制御するように適合されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の装置(1)。
- 前記アンテナビーム選択制御部(3)は、前記計算された信号対雑音の値の最大値の一つに基づいてアンテナ選択を制御するように適合されることを特徴とする、請求項6に記載の装置(1)。
- 2以上の受信チェーンを有し、前記アンテナビーム選択制御部(20)は信号対雑音の値及び相関係数に基づいてアンテナ選択を制御するように適合されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の装置(1)。
- 前記アンテナビーム選択制御部(20)は、前記計算された信号対雑音の値の最大値の一つ及び前記相関係数の最小値の一つに基づいてアンテナ選択を制御するように適合されることを特徴とする、請求項8に記載の装置(1)。
- 前記アンテナビーム選択制御部(20)は、前記相関係数を相関行列に基づいて計算するように適合されることを特徴とする、請求項8または請求項9のいずれかに記載の装置(1)。
- 前記アンテナビーム選択制御部(20)は、前記相関行列の非対角要素の累乗の和を前記相関行列の対角要素の累乗の和で割った値に基づいて前記相関係数を計算するように適合されることを特徴とする、請求項10に記載の装置(1)。
- 無線通信システム内でのアンテナ選択制御方法であって、
信号の送信及び/または受信のために行うそれぞれ基本アンテナビーム放射パターンを有する複数のアンテナ(2)からのアンテナ選択を、少なくとも基本アンテナビーム放射パターンごとに取得するチャネル評価に基づいて制御すること、
を備える方法。 - 前記チャネル評価は、少なくとも基本アンテナビーム放射パターンごとに受信するチャネル評価情報に基づいて取得されることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 前記通信システムにおける信号はプリアンブル及びデータセクションの中で送信及び受信され、プリアンブルには少なくとも前記基本アンテナビーム放射パターンごとのチャネル評価情報を伴うプリアンブルスロットをそれぞれ含み、前記アンテナ選択は各アンテナが基本アンテナビームごとのそれぞれのチャネル評価情報を伴うプリアンブルスロットを受信するように制御され、受信したそれぞれのチャネル評価情報から得られる少なくとも前記基本アンテナビーム放射パターンごとのチャネル評価が取得されることを特徴とする、請求項12または請求項13のいずれかに記載の方法。
- 前記信号の送信及び/または受信のために行う前記アンテナ選択は少なくとも基本アンテナビーム放射パターンごと及び少なくとも基本アンテナビーム放射パターンのいくつかの組合せごとに取得するチャネル評価に基づいて制御され、基本アンテナビーム放射パターンのチャネル評価に基づいて基本アンテナビーム放射パターンの組合せごとのチャネル評価が取得されることを特徴とする、請求項12〜14のいずれかに記載の方法。
- 対応する基本アンテナビーム放射パターンのチャネル評価の合計を対応する基本ビーム位置の数で割ることで、基本アンテナビーム放射パターンの組合せごとのチャネル評価が取得されるように適合されることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
- 前記アンテナ選択は、取得したチャネル評価に基づいて信号対雑音の値を計算することにより制御されることを特徴とする、請求項12〜16のいずれかに記載の方法。
- 前記アンテナ選択は、前記計算された信号対雑音の値の最大値の一つに基づいて制御されることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
- 前記アンテナ選択は、信号対雑音の値及び相関係数に基づいて制御されることを特徴とする、請求項12〜16のいずれかに記載の方法。
- 前記アンテナ選択は、前記計算された信号対雑音の値の最大値の一つ及び前記相関係数の最小値の一つに基づいて制御されることを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 前記相関係数は、相関行列に基づいて計算されることを特徴とする、請求項19または請求項20のいずれかに記載の方法。
- 前記相関係数は、前記相関行列の非対角要素の累乗の和を前記相関行列の対角要素の累乗の和で割った値に基づいて計算されることを特徴とする、請求項21に記載の方法。
- 通信装置の内部記憶装置に読込まれるように適合されるコンピュータプログラムであって、通信装置上で実行される際に請求項12〜22の1つに記載された方法を実行するように適合されるコンピュータプログラム。
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