JP2008532437A - マルチアンテナ伝送のための放射電力制御 - Google Patents

Abstract

【解決手段】放射電力限度を満たすために、送信局は、空間処理に使用されるステアリングベクトルに基づいて合成アンテナパターンを決定し、合成アンテナパターンに基づいてアレイ利得を推定する。異なる空間処理モード（例えば、固有ステアリングおよび空間拡散）は、結果として、異なる合成アンテナパターンをもたらす。アレイ利得は、データ伝送に使用される空間処理モードと、そのモードに適用可能なパラメータ（例えば、固有値）とに基づいて推定されてもよい。データ伝送に使用される各アンテナに関するエレメント利得も推定されてよい。送信局は、次いで、アレイ利得、エレメント利得、および規制当局によって定められた実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）限度であってよい、放射電力限度に基づいて、データ伝送のための送信電力を制限する。
【選択図】 図３

Description

本発明は一般に通信に関し、より詳細には、マルチアンテナ伝送のために放射電力を制御する技術に関する。

無線通信ネットワークは、データ、音声、ビデオなど、様々な通信サービスを提供するために広く配備されている。これらのネットワークは、広い地理的領域（例えば、都市）に通信有効範囲を提供する無線広域ネットワーク（ＷＷＡＮ）と、中規模の地理的領域（例えば、建物および構内）に通信有効範囲を提供する無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）と、狭い地理的領域（例えば、自宅）に通信有効範囲を提供する無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）とを含む。無線ネットワークは、一般に、１つまたは複数のユーザ端末（すなわち、無線装置）のために通信をサポートする１つまたは複数のアクセスポイント（すなわち、基地局）を含む。

無線通信ネットワークは、通常、指定された周波数帯で動作する。米国では、連邦通信委員会（ＦＣＣ）が、様々な周波数帯の効率的な使用を促し、過剰なＲＦ干渉を回避するために、これらの周波数帯に対して放射電力水準を制限する規制当局である。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ＷＬＡＮは、通常、５．１５〜５．３５ギガヘルツ（ＧＨｚ）および５．７２５〜５．８２５ＧＨｚを網羅するＵ−ＮＩＩ帯域で動作する。Ｕ−ＮＩＩ帯域は無認可であるが、（アクセスポイントまたはユーザ端末であってよい）無線局は、Ｕ−ＮＩＩ帯域内で動作する資格を得るために、その放射電力を任意の空間方向でＦＣＣによって命じられた水準内に制限する必要がある。

一般に、データ伝送のためにＳＮ干渉電力比（ＳＮＲ）を改善する目的で、かつ／または動作の範囲を広げる目的で、可能な限り送信電力を使用することが望ましい。より高いＳＮＲは、より高いデータ転送速度をサポートし、かつ／またはデータ伝送の信頼性を改善することができる。所与の方向の放射電力は、無線局で（１つまたは複数の）アンテナに加えられる送信電力量と、（１つまたは複数の）アンテナによって形成されるアンテナパターンとによって決定される。無線局が複数のアンテナを備えている場合、これらのアンテナを使用して、特定の空間方向に（例えば、受信局に向かって）放射電力を高めるアンテナパターンを合成することができる。一般に、アンテナパターンは、各アンテナの物理的属性、アンテナのレイアウトおよび構成など、様々な要因に依存するため、多くの場合、アンテナパターンを突き止めることは容易ではない。アンテナパターンが知られていない場合、無線局はアンテナパターンのために最大可能利得を推定することができ、それに応じて、規制限度を満たすために、送信電力水準を設定することができる。しかし、多くの場合、最大利得は任意の空間方向に関して実現されず、この最大利得に基づいて送信電力水準を設定することは、結果として、ＳＮＲの低減および／または範囲の縮小をもたらす。これらは両方とも望ましくない。

したがって、マルチアンテナ伝送のために放射電力を制御する技術の必要性が当技術分野に存在する。

［概要］
放射電力限度を満たすために、複数のアンテナから送られるデータ伝送のために放射電力を制御する技術が、本明細書で説明される。

本発明の一態様によれば、データ伝送のために放射電力を制御する方法が説明される。その場合、アレイ利得はデータ伝送のための合成アンテナパターンに基づいて推定され、データ伝送のための送信電力は、アレイ利得と放射電力限度とに基づいて制限される。

本発明の別の態様によれば、データ伝送のための合成アンテナパターンに基づいてアレイ利得を推定するコントローラと、アレイ利得と放射電力限度とに基づいてデータ伝送のために送信電力を制限する制御装置とを含む、無線通信ネットワーク内の装置が説明される。

本発明の別の態様によれば、データ伝送のための合成アンテナパターンに基づいてアレイ利得を推定する手段と、アレイ利得と放射電力限度とに基づいてデータ伝送のために送信電力を制限する手段とを含む装置が説明される。

本発明の様々な態様および実施形態が、下でさらに詳しく説明される。

用語「例示的」は、本明細書で、「例、事例または例示として機能すること」を意味するために使用される。本明細書で「例示的」として説明されるあらゆる実施形態は、必ずしも、他の実施形態より好ましいまたは有利ものと解釈されるべきではない。

図１は、複数の（Ｔ個の）アンテナ１１４ａから１１４ｔまでを備えた送信局１１０と、複数の（Ｒ個の）アンテナ１５２ａから１５２ｒまでを備えた受信局１５０とを有する無線通信ネットワーク１００を示す。アンテナは、アンテナエレメント、放射エレメントなどと呼ばれる場合もある。話を簡単にするために、図１は、各送信アンテナｉに関して、乗算器１１２によって、単一の複素利得（ｃｏｍｐｌｅｘ ｇａｉｎ）ｇ_ｉで記号を乗算して空間処理を実行する送信局１１０を示す。一般に、空間処理は、下に説明されるように、より複雑な可能性がある。乗算器１１２ａから１１２ｔまでのアウトプットは、さらに処理されて、それぞれ、Ｔ個の送信アンテナ１１４ａから１１４ｔまで送信される。

送信アンテナアレイの放射電力は、通常、異なる空間方向に異なる強度を有する。送信アンテナアレイから放射された電力の時間平均化された（ｔｉｍｅ−ａｖｅｒａｇｅｄ）電力密度は、以下のように、ポインティングベクトルの実部によって示すことができる。

式中、ρ（θ，φ）は、送信アンテナアレイに関して時間平均化された電力密度であり、
Ｈは、送信アンテナアレイに関する磁界強度であり、
ηは、１２０πに匹敵する、自由空間のインピーダンスであり、
Ｅ_{ｔｏｔａｌ}（θ，φ）は、送信アンテナアレイに関する総電界強度である。

総電界強度Ｅ_{ｔｏｔａｌ}（θ，φ）および時間平均化された電力密度ρ（θ，φ）は、空間方向に応じて表現することが可能であり、θは方位角（すなわち、水平回転）であり、φは仰角角度（すなわち、垂直回転）である。単一のアンテナの場合、電界Ｅ（θ，φ）は、送信アンテナの設計に依存する。例えば、ダイポールアンテナ、ホイップアンテナ、平面アンテナなどの場合、異なる電界パターンが取得される。伝送に使用される複数の放射エレメントを有するアンテナアレイの場合、総電界強度Ｅ_{ｔｏｔａｌ}（θ，φ）は、各放射エレメントからの複素電界Ｅ_ｉ（θ，φ）の合計である。

アンテナアレイからの総放射電力（ＴＲＰ）は、以下のように、基準球（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｐｈｅｒｅ）の表面の全域で時間平均化された総電力密度を積算することによって取得できる。

総放射電力は、すべての空間方向でＴ個の送信アンテナから放射された総電力を示す。

アンテナアレイからの実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）は、以下のように計算できる。

式中、ρ_ｍａｘは、全体の範囲θおよびφにわたる時間平均化された総電力密度ρ（θ，φ）の最大値である。ＥＩＲＰは、（すべての空間方向で同じ電力を放射する）等方向性アンテナが、アンテナアレイから最大電界としてすべての方向で同じ電界を生成するために必要とされる電力である。

アンテナアレイの最大指向性Ｄは、次のように表現できる。

総アレイ利得Ｇ_{ｔｏｔａｌ}とも呼ばれるアンテナアレイの最大利得は、次のように表現できる。

式中、εはアンテナアレイの効率であり、Ｐ_ｔｘは送信アンテナアレイのすべてのエレメントを供給する総送信電力である。

ＦＣＣは、Ｕ−ＮＩＩ帯域で動作する無線局に関してＥＩＲＰに特定限度を定めている。総アレイ利得Ｇ_{ｔｏｔａｌ}が知られている場合または計算可能である場合、総送信電力Ｐ_ｔｘは、無線局がＦＣＣが定めるＥＩＲＰ限度を満たすように調整され得る。しかし、方程式（１）から（５）に示されるように、総アレイ利得Ｇ_{ｔｏｔａｌ}は、計算または決定が容易ではない。

アンテナアレイのＥＩＲＰは、時間平均化された総電力密度ρ（θ，φ）の最大値、すなわちρ_ｍａｘに依存し、この最大値は総電界Ｅ_{ｔｏｔａｌ}（θ，φ）の最大値に依存する。方程式（１）から、ρ_ｍａｘは次のように表現できる。

式中、Ｅ_ｍａｘは、Ｅ_{ｔｏｔａｌ}（θ，φ）の上限である。Ｅ_ｍａｘは、複素利得ｇ_ｉに依存し、アレイ内のＴ個の送信アンテナの各々に関する電界パターンＫ_ｉ（θ，φ）は次のように表現できる。

式中、ｋ_０は、自由空間波数ベクトル（ｗａｖｅ ｖｅｃｔｏｒ）であり、
Ｒ_ｉは、位相基準点から送信アンテナｉまでを指すベクトルであり、
Ｕ_ｉは、位相基準点から遠方電界（ｆａｒ−ｆｉｅｌｄ）点までを指す単位ベクトルである。

話を簡単にするために、アンテナアレイ内のすべての放射エレメントは、同じ放射パターンを持つと推定でき、その結果、ｉ＝１，．．．，Ｔの場合、Ｋ_ｉ（θ，φ）＝Ｋ（θ，φ）となる。この場合、Ｅ_ｍａｘは以下のように推定できる。

項

は、Ｇ_{ａｒｒａｙ}と示される場合もある、アンテナアレイの利得（すなわち、アレイ利得）に対応する。アレイ利得は、アレイファクタ（ａｒｒａｙ ｆａｃｔｏｒ）、ステアリング利得（ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｇａｉｎ）などとも呼ばれる場合がある。項ｍａｘ（Ｋ（θ，φ））は、Ｇ_ａｎｔと示される場合もある、個々の放射エレメントの利得（すなわち、エレメント利得）に対応する。

エレメント利得Ｇ_ａｎｔは、等方向性アンテナと比較して、所与の送信アンテナが特定の空間方向でいかによく実効放射電力を高めるかを示す。総アレイ利得Ｇ_{ｔｏｔａｌ}は、方程式（８）を使用して以下のように推定できる。

所与の動作状況に関してＥＩＲＰ限度を満たすことを確実にするために、総アレイ利得は、以下のように控えめに推定できる。

式中、Ｇ_{ａｎｔ，ｄＢｉ}は、デシベル単位（ｄＢｉ）で示されたアンテナエレメントの利得であり、
Ｇ_{ｔｏｔａｌ，ｄＢ}は、ｄＢの単位で示された総アレイ利得である。

ｄＢｉは、送信アンテナの電界強度の（底が１０の）対数の１０倍を、同じ距離で等方向性アンテナの電界強度で除算したものに匹敵する。Ｔ＝４の場合、アレイ利得は、Ｇ_{ａｒｒａｙ，ｄＢ}＝１０ｌｏｇ_１０（Ｔ）＝６．０２ｄＢとして示すことができる。エレメント利得Ｇ_{ａｎｔ，ｄＢｉ}は、知られていない可能性がある。この場合、エレメント利得を推定してよい。例えば、２ｄＢｉのエレメント利得が全方向性アンテナのために推定できる。これにより、Ｇ_{ｔｏｔａｌ，ｄＢ}は、Ｔ＝４を用いた上の例では、８ｄＢである。

送信電力は以下のように制限できる。

式中、ＥＩＲＰ_{ｌｉｍｉｔ，ｄＢｍ}は、ｄＢｍの単位で示されたＥＩＲＰ限度であり、
Ｐ_{ｔｘ，ｄＢｍ}は、やはりｄＢｍの単位で示された、送信アンテナアレイに加えられた総送信電力である。

ｄＢｍは、電力の対数単位であり、０ｄＢｍは、１ミリワット（ｍＷ）に匹敵する。

方程式（１１）は、ＥＩＲＰ限度が満たされることを確実にするために、アンテナアレイに加えられる総送信電力は総アレイ利得Ｇ_{ｔｏｔａｌ，ｄＢ}だけ削減することが可能であることを示す。多くの場合、方程式（１０）によって推定された総アレイ利得は実施されない。これは、方程式（１１）に示されたように送信電力を制限することは、結果として、範囲および／またはデータ転送速度の低減をもたらす可能性がある、控えめな戦略であることを意味する。より正確な方法で（例えば、合成アンテナパターンに基づいて）総アレイ利得を推定し、この総アレイ利得に比例する量だけ送信電力を削減することによって、改善された実行を達成することが可能である。この適応戦略は、無線局がＥＩＲＰ限度に近接して動作することを可能にでき、範囲および／またはデータ転送速度を改善できる。

ネットワーク１００で、Ｔ個の送信アンテナとＲ個の受信アンテナとで形成された多入力多出力（ＭＩＭＯ）チャネルは、ＲｘＴチャネル応答行列Ｈを特徴とする場合がある。この行列Ｈは、次のように示すことができる。

式中、ｊ＝１．．．Ｒおよびｉ＝１．．．Ｔの場合、入力事項ｈ_ｊ，ｉは、送信アンテナｉと受信アンテナｊとの間の結合すなわち複素チャネル利得を示す。

チャネル応答行列Ｈは、Ｈの複数の（Ｓ個の）固有モードを取得するために対角行列にされてよく、この場合、Ｓ≦ｍｉｎ｛Ｔ，Ｒ｝である。固有モードは、ＭＩＭＯチャネルの直交空間チャネルであると考えることができる。対角化は、Ｈの特異値分解またはＨの相関行列の固有値分解を実行することによって実現され得る。固有値分解は、次のように表現できる。

式中、Ｒは、ＨのＴｘＴ相関行列であり、
Ｅは、その列がＲの固有ベクトルであるＴｘＴユニタリ行列であり、
Λは、Ｒの固有値のＴｘＴ対角行列であり、
“^Ｈ”は、共役転置を示す。

ユニタリ行列Ｅは、属性Ｅ^Ｈ・Ｈ＝Ｉであることを特徴とし、この場合、Ｉは単位行列である。ユニタリ行列の列は互いに直交し、各列は単位電力を有する。対角行列Λは、対角線に沿って可能な非ゼロ値を含み、その他の場所ではゼロ値を含む。Λの対角エレメントは、Ｒの固有値であり、ＨのＳ個の固有モードの電力利得を表現する。固有値は、λ_１≧λ_２．．．≧λ_Ｓとなるように順序付けまたは仕分けられてよく、式中、λ_１は最大固有値であり、λ_Ｓは最小固有値である。最大固有値λ_１は、主固有値λ_ｐｅｍとも呼ばれ、λ_１に対応する固有モードは主固有モードと呼ばれる。固有値が順序付けられる場合、Ｅの列は、それに対応して順序付けられ、その結果、Ｅの第１の列は最大固有値と関連付けられ、Ｅの最後の列は最小固有値と関連付けられる。

時分割複信（ＴＤＤ）ネットワークの場合、アクセスポイントとユーザ端末との間の通信リンクである、ダウンリンク（すなわち、送信リンク）とアップリンク（すなわち、逆リンク）とは同じ周波数帯域を共有する。この場合、ダウンリンクおよびアップリンクのチャネル応答は、アクセスポイントおよびユーザ端末での送受信チェーンの差異を明らかにするために較正が実行された後で互いの逆数になると推定することができる。すなわち、ＨがアンテナアレイＡからアンテナアレイＢへのチャネル応答行列を表現する場合、逆チャネル（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ）はアレイＢからアレイＡへの結合がＨ^Ｔによって示されることを意味し、Ｈ^ＴはＨの転置を示す。ＴＤＤネットワークの場合、送信局は、受信局から受信されたパイロットに基づいてＨを推定することができ、ＥおよびΛを取得するためにＨを分解できる。周波数分割複信（ＦＤＤ）ネットワークの場合、ダウンリンクとアップリンクとは、異なる周波数帯域に割り当てられ、ダウンリンクチャネル応答行列は、アップリンクチャネル応答行列とうまく相関されない可能性がある。ＦＤＤネットワークの場合、受信局は、送信局から受信されたパイロットに基づいてＨを推定して、ＥおよびΛを取得するためにＨを分解し、ＥおよびΛまたは同等の情報を送信局に返信してもよい。

送信局は、実行を改善するために、固有ステアリング（ｅｉｇｅｎｓｔｅｅｒｉｎｇ）を使用してデータを送信してよい。固有ステアリングにより、送信局は、Ｈの１つまたは複数の固有モードでデータを送信するために、Ｅ内で固有ベクトルを使用する。これは、通常、空間処理せずにＴ個の送信アンテナから単にデータを送信するよりもよい実行を提供する。受信局は、Ｈの（１つまたは複数の）固有モードでデータ伝送を受信するために、Ｅ内で固有ベルトルを使用する。表１は、固有ステアリングのための、送信局によって実行された空間処理、受信局で受信された記号、および受信局によって実行された空間処理を示す。

表１で、ｓはＳ個の固有モードで送信されることになる最高Ｓ個までのデータ記号を有するＴｘ１ベクトルであり、ｘ_ｅｓはＴ個の送信アンテナから送られることになるＴ個の送信記号を有するＴｘ１ベクトルであり、ｒ_ｅｓはＲ個の受信アンテナから取得されたＲ個の受信記号を有するＲｘ１ベクトルであり、ｎはＲｘ１雑音ベクトルであり、s^_esはｓ内で送信されたデータ記号の推定である、最高Ｓ個までの検出データ記号を有するＴｘ１ベクトルである。

データ伝送に主固有モードだけが使用される場合、アレイ利得は、以下のように、主固有モードの固有値λ_ｐｅｍに基づいて推定できる。

式中、Ｇ_{ｐｅｍ，ｄＢ}は、ｄＢの単位で示される主固有モードのためのアレイ利得である。主固有値λ_ｐｅｍは、通常、送信アンテナの数未満、すなわち、λ_ｐｅｍ＜Ｔである。アレイ利得は、所定の値（例えば、Ｇ_{ｐｅｍ，ｄＢ}≦４ｄＢ）または任意のその他の値に制限されてよい。

総送信電力は、次いで、方程式（１１）および（１４）を使用して、以下のように、制限されてよい。

データ伝送に複数の固有モードが使用される場合、送信電力は、これらの固有モードに関する固有ベクトルによって決定される異なる空間方向に放射される。アレイ利得は、データ伝送に使用される固有モードに関する固有値に基づいて、以下のように推定できる。

式中、Ｍは、データ伝送に使用される固有モードの数であり、
Ｇ_{ｍｅｍ，ｄＢ}は、ｄＢの単位で示される複数の固有モードに関するアレイ利得である。

次いで、総送信電力は以下に示されるように制限されてよい。

方程式（１７）は方程式（１５）に類似し、複数の固有モードのためのアレイ利得Ｇ_{ｍｅｍ，ｄＢ}が、主固有モードのためのアレイ利得Ｇ_{ｐｅｍ，ｄＢ}に取って代わる。方程式（１１）、（１５）および（１７）を比較すると、ほとんどの場合、Ｇ_{ｐｅｍ，ｄＢ}＜Ｇ_{ｍｅｍ，ｄＢ}＜１０・ｌｏｇ_１０（Ｔ）であるため、よりよいシステム実行を達成する目的で、より高い送信電力が１つまたは複数の固有モードでのデータ伝送に使用されてよい。

ネットワーク１００は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）など、マルチキャリア変調技術を利用してもよい。ＯＦＤＭは、全体のシステム帯域幅を、トーン、副搬送波、ビン（ｂｉｎ）、および周波数チャネルとも呼ばれる、複数の（Ｋ個の）直交周波数副帯域に効果的に分割する。ＯＦＤＭにより、各副帯域は、データを用いて変調され得るそれぞれの副搬送波に関連付けられる。

ＯＦＤＭを利用するＭＩＭＯネットワーク（すなわち、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭネットワーク）の場合、チャネル応答行列Ｈ（ｋ）は、各副帯域ｋに関して取得され、固有ベクトルの行列Ｅ（ｋ）と、その副帯域の固有値の行列Λ（ｋ）とを取得するために分解されることが可能である。各副帯域に関する固有値は、最大値から最小値に順序付けられてよく、その副帯域に関する固有ベクトルは、それに対応して順序付けられてよい。

図２は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭネットワークにおけるＫ個の副帯域に関する固有値分解の結果を図示する。Ｋ個の対角行列のセット（ｋ＝１，．．．，Ｋの場合、Λ（ｋ））が、周波数次元を表現する軸２１０に沿って示される。各行列Λ（ｋ）のＳ個の固有値（ｍ＝１，．．．，Ｓの場合、λ_ｍ（ｋ））は、行列の対角線に沿って配置される。軸２１２は各行列Λ（ｋ）の対角線に沿って延び、空間次元を表現する。広帯域固有モードｍは、すべてのＫ個の副帯域に関して固有モードｍによって形成される。広帯域固有モードｍは、その広帯域固有モードのＫ個の副帯域の全域で周波数応答を示す、Ｋ個の固有値のセット（ｋ＝１，．．．，Ｋの場合、λ_ｍ（ｋ））に関連付けられる。主な広帯域固有モードは、Ｋ個の副帯域の各々に関して最大固有値λ_１（ｋ）と関連付けられる。各広帯域固有モードに関する固有値のセットは、点線２１４に沿って影付きの囲みによって示される。周波数選択フェージング（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｆａｄｉｎｇ）を経験する各広帯域固有モードの場合、その広帯域固有モードに関する固有値は、様々な値ｋに関して異なってよい。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭネットワークの場合、送受信局は、データ伝送に使用される各副帯域に関して、表１に示される空間処理を実行してよい。

データ伝送に主な広帯域固有モードだけが使用されている場合、アレイ利得は、以下のように、主な広帯域固有モードのすべてのＫ個の副帯域に関する最大固有値に基づいて推定できる。

式中、Ｇ_{ｐｗｅｍ，ｄＢ}は、主な広帯域固有モードのためのアレイ利得である。あるいは、アレイ利得は、以下のように、主な広帯域固有モードに関するＫ個の固有値の平均に基づいて推定できる。

総送信電力は、次いで、方程式（１５）に示されるように制限されてよいが、主な広帯域固有モードのためのアレイ利得Ｇ_{ｐｗｅｍ，ｄＢ}が、主固有モードのためのアレイ利得Ｇ_{ｐｅｍ，ｄＢ}に取って代わる。

データ伝送に複数の広帯域固有モードが使用される場合、送信電力は、これらの広帯域固有モードに関する固有ベクトルによって決定される異なる空間方向に放射される。アレイ利得は、以下のように、データ伝送に使用される広帯域固有モードに関する固有値に基づいて推定できる。

式中、Ｇ_{ｍｗｅｍ，ｄＢ}は、複数の広帯域固有モードのためのアレイ利得である。送信電力は、次いで、方程式（１７）に示されるように制限されてよいが、複数の広帯域固有モードのためのアレイ利得_{ｍｗｅｍ，ｄＢ}が、複数の固有モードのためのアレイ利得Ｇ_{ｍｅｍ，ｄＢ}に取って代わる。

送信局はまた、ダイバーシティを改善するために、空間拡散を使用してデータを送信してもよい。空間拡散は、場合によっては、その記号に使用されるステアリングベクトルによって決定される異なる振幅および／または位相を用いて、複数の送信アンテナから同時に記号を伝送することを指す。空間拡散は、ステアリングダイバーシティ、送信ステアリング、擬似ランダム送信ステアリングなどとも呼ばれる。表２は、空間拡散のための、送信局によって実行される空間処理、受信局で受信された記号、および受信局によって実行された空間処理を示す。

表２では、ｓはＴｘ１データベクトルであり、ｘ_ｓｓはＴｘ１送信ベクトルであり、ｒ_ｓｓはＲｘ１受信ベクトルであり、

はＴｘ１検出ベクトルであり、Ｖは空間拡散のためのＴｘＴステアリング行列であり、Ｍ_ｘはＴｘＲ空間フィルタ行列であり、Ｄ_ｘはＴｘＴ対数行列である。行列Ｍ_ｘおよびＤ_ｘは、例えば、最小平均２乗誤差（ＭＭＳＥ）技術またはチャネル相関行列反転（ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）（ＣＣＭＩ）技術を使用して導くことができる。ＭＭＳＥ技術の場合、

およびＤ_ｍｍｓｅ＝［ｄｉａｇ［Ｍ_ｍｍｓｅ・Ｈ_ｅｆｆ］］^−１であり、この場合、Ｈ_ｅｆｆ＝Ｈ・Ｖであり、

は雑音の分散である。ＣＣＭＩ技術の場合、

およびＤ_ｃｃｍｉ＝Ｉである。

空間拡散により、送信局は、データ伝送が有効チャネルの集合（ｅｎｓｅｍｂｌｅ）を観測するように、時間および／または周波数次元の全域で異なるステアリング行列Ｖを用いて空間処理を実行する。ステアリング行列は、擬似ランダム行列、基礎行列（例えば、ウォルシュ行列またはフーリエ行列）を用いて生成された行列、および基礎行列の行のための異なるスカラの組合せ（例えば、１、−１、＋ｊ、および−ｊ）、または任意のその他の行列であってもよい。

空間拡散によるデータ伝送の場合、アレイ利得は

ｄＢと推定されてよく、または任意のその他の値に設定されてもよい。送信電力は、次いで、方程式（１５）に示されるように制限されてよいが、空間拡散のためのアレイ利得

が、主固有モードのためのアレイ利得Ｇ_{ｐｅｍ，ｄＢ}に取って代わる。

図３は、複数の送信アンテナから送られるデータ伝送のために放射された電力を制御するプロセス３００を示す。合成アンテナパターンは、データ伝送のための空間処理に使用される少なくとも１つのステアリングベクトルに基づいて決定される（ブロック３１２）。異なる空間処理のモードまたは技術は、異なる合成アンテナパターンを有する。例えば、固有ステアリングは、受信局に向けられた合成アンテナパターンを生成するが、空間拡散は空間的に拡散された合成アンテナパターンを生成する。いずれの場合も、アレイ利得は、合成アンテナパターンに基づいて推定されてよい（ブロック３１４）。アレイ利得は、データ伝送に使用される空間処理モードと、そのモードに適用可能なパラメータ（例えば、固有値）とに基づいて推定されてよい。固有ステアリングの場合、アレイ利得は、主固有モードに関する固有値、主な広帯域固有モードに関する最大固有値または平均固有値、少なくとも１つの広帯域固有モードの複数の副帯域に関する複数の固有値などに基づいて推定されてよい。空間拡散の場合、アレイ利得は、所定の値（例えば、０ｄＢ）に設定されてよい。アレイ利得は、異なる空間拡散モードのために異なる所定の値に設定されてもよい。例えば、アレイ利得は、使用される固有モードの数に応じて、固有ステアリングのために第１の値（例えば、０から４ｄＢ）に、また空間拡散のために第２の値（例えば、０ｄＢ）に設定されてもよい。データ伝送に使用される各送信アンテナのためのエレメント利得も確認または推定されてよい（ブロック３１６）。データ伝送のための送信電力は、次いで、アレイ利得、エレメント利得、および放射電力限度（例えば、ＥＩＲＰ限度）に基づいて制限される（ブロック３１８）。

図４は、ネットワーク１００内の送信局１１０と受信局１５０の構成図を示す。送信局１１０は、アクセスポイントまたはユーザ端末であってよい。受信局１５０もアクセスポイントまたはユーザ端末であってよい。

送信局１１０で、送信（ＴＸ）データプロセッサ４２０は、データ源４１２からトラヒックデータを受信し、トラヒックデータを処理（例えば、符号化、インタリーブ、および記号マップ）して、データのための変調記号であるデータ記号を生成する。ＴＸ空間プロセッサ４２２は、ＴＸデータプロセッサ４２０からデータ記号を受信し、パイロット記号で多重化し、（それぞれ、固有ステアリングと空間拡散に関して、図１および２で示されるように）空間処理を実行し、送信記号のＴ個のストリームをＴＸ利得制御装置４２４に提供する。装置４２４は、例えば、方程式（１１）、（１５）、または（１７）に示されるように、総送信電力Ｐ_{ｔｘ，ｄＢｍ}がＥＩＲＰ限度（ＥＩＲＰ_{ｌｉｍｉｔ，ｄＢｍ}）との整合性を確実にするように送信記号をスケーリングする（ｓｃａｌｅ）。装置４２４は、Ｔ個のスケーリングされた送信記号ストリームをＴ個の送信装置（ＴＭＴＲ）４２６ａから４２６ｔに供給する。各送信装置４２６は、（適用可能な場合）ＯＦＤＭ変調を実行して、データチップを生成し、変調信号を生成するためにそのデータチップをさらに処理（例えば、アナログへの変換、増幅、フィルタリング、および周波数アップコンバート）する。送信装置４２６ａから４２６ｔは、伝送のために、それぞれ、Ｔ個のアンテナ１１４ａから１１４ｔまでＴ個の変調信号を供給する。

受信局１５０で、Ｒ個のアンテナ１５２ａから１５２ｒはＴ個の送信信号を受信し、各アンテナ１５２は受信信号をそれぞれの受話器装置（ＲＣＶＲ）４５４に供給する。各受信装置４５４は、その受信信号を処理し、受信記号のストリームを受信（ＲＸ）空間プロセッサ４５６に供給する。ＲＸ空間プロセッサ４５６は、（例えば、表１および２に示されるように）すべてのＲ個の受話器装置４５４から受信した記号に関して受話器空間処理（ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｓｐａｔｉａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（すなわち、空間マッチドフィルタリング（ｓｐａｔｉａｌ ｍａｔｃｈｅｄ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）を実行し、検出されたデータ記号を提供する。次いで、ＲＸデータプロセッサ４６０は、検出されたデータ記号を処理（例えば、記号のディマップ、ディインタリーブ、および復号）し、復号化されたデータをデータ受信装置４６２に供給する。

コントローラ４３０および４７０は、それぞれ、送信局１１０と受信局１５０とで処理装置の動作を制御する。メモリ装置４３２および４７２は、それぞれコントローラ４３０および４７０によって使用されるデータおよび／またはプログラム符合を記憶する。

ＴＤＤネットワークの場合、受信局１５０はパイロットを送信局１１０に送信する。送信局１１０は、データ伝送に使用された各副帯域に関してチャネル応答行列を導き、その副帯域に関する固有値と固有ベクトルとを取得するために各チャネル応答行列を分解してよい。送信局１１０は、（１）固有ベクトルに基づいた固有ステアリングのための空間処理、（２）ステアリング行列に基づいた空間拡散のための空間処理もしくは（３）何らかの他の技法に基づいた空間処理を実行してもよく、または（３）まったく空間処理を行わなくてもよい。コントローラ４３０は、図３でプロセス３００を実行し、空間処理に使用されるステアリングベクトルに基づいて合成アンテナパターンを決定し、合成アンテナパターンに基づいてアレイ利得を推定し、各送信アンテナに関するエレメント利得を推定し、アレイ利得、エレメント利得、およびＥＩＲＰ限度に基づいて送信電力を制限してよい。

本明細書で説明される技術は、送信局が、データ伝送に使用されたステアリングベクトルによって形成された合成アンテナパターンに基づいてアレイ利得を推定することを可能にする。次いで、チャネルの特徴に関係なく、ＥＩＲＰ限度が満たされることを確実にするために、（例えば、ステアリングベクトルをスケーリングすることおよび／または各アンテナに加えられた送信電力を調整することによって）データ伝送のための送信電力が制限される。

本明細書で説明される放射電力制御技術は、様々な手段で実施されてよい。例えば、これらの技術はハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組合せで実施されてもよい。ハードウェア実施の場合、放射電力を制御するために使用される処理装置は、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、本明細書で説明される機能を実行するように設計されたその他の電子装置、またはこれらの組合せの範囲内で実施されてよい。

ソフトウェア実施の場合、放射電力制御技術は、本明細書で説明される機能を実行するモジュール（例えば、処理、機能など）により実行されてよい。ソフトウェアコードは、メモリ装置（例えば、図４のメモリ装置４３２）内に記憶され、プロセッサ（例えば、コントローラ４３０）によって実行されてよい。メモリ装置は、プロセッサ内で、またはプロセッサの外部で実施されてもよい。プロセッサの外部で実施される場合、メモリ装置は当技術分野で知られているような様々な手段を介してプロセッサに通信的に結合されてよい。

開示された実施形態のこれまでの説明は、当業者が本発明を作成または使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態への様々な変更形態は、当業者に容易に明らかになるであろう。また本明細書で定義されている一般的な原理は、本発明の精神または範囲から逸脱せずに、他の実施形態に応用されてよい。したがって、本発明は本明細書に示される実施形態に限定されることは意図されず、本明細書で開示される原理および新規性のある特徴と一致する最大範囲が認められることが意図される。

送信局と受信局とを示す図である。 複数の副帯域に関して固有値分解の結果を例示する図である。 データ伝送のために放射電力を制御するプロセスを示す図である。 送受信局の構成図である。

Claims (23)

1. データ伝送のために放射電力を制御する方法であって
   前記データ伝送のための合成アンテナパターンに基づいてアレイ利得を推定することと、
   前記アレイ利得と放射電力限度とに基づいて前記データ伝送のために送信電力を制限することと
   を含む、方法。
2. 前記データ伝送のための空間処理に使用される、少なくとも１つのステアリングベクトルに基づいて前記合成アンテナパターンを決定すること
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記合成アンテナパターンに基づいて前記アレイ利得を前記推定することが、
   前記データ伝送に使用される空間チャネルに関して固有値を決定することと、
   前記固有値に基づいて前記アレイ利得を導くことと
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記合成アンテナパターンに基づいて前記アレイ利得を前記推定することが、
   前記データ伝送に使用される複数の空間チャネルに関して複数の固有値を決定することと、
   前記複数の固有値に基づいて前記アレイ利得を導くことと
   を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記合成アンテナパターンに基づいて前記アレイ利得を前記推定することが、
   前記データ伝送に使用される、少なくとも１つの広帯域空間チャネルの複数の周波数副帯域に関して複数の固有値を決定することと、
   前記複数の固有値に基づいて前記アレイ利得を導くことと
   を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記合成アンテナパターンに基づいて前記アレイ利得を前記推定することが、
   前記データ伝送に使用される広帯域空間チャネルの複数の周波数副帯域に関して複数の固有値を決定することと、
   前記複数の固有値のうちの最大固有値に基づいて前記アレイ利得を導くことと
   を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記合成アンテナパターンに基づいて前記アレイ利得を前記推定することが、
   前記データ伝送に使用される広帯域空間チャネルの複数の周波数副帯域に関して複数の固有値を決定することと、
   前記複数の固有値の平均に基づいて前記アレイ利得を導くことと
   を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記合成アンテナパターンに基づいて前記アレイ利得を前記推定することが、
   前記合成アンテナパターンが空間的に拡散された合成アンテナパターンである場合、前記アレイ利得を所定の値に設定することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記合成アンテナパターンに基づいて前記アレイ利得を前記推定することが、
   前記データ伝送に使用される空間処理モードを決定することと、
   前記データ伝送に使用される前記空間処理モードのために前記アレイ利得を所定の値に設定することと
   を含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記データ伝送に使用される複数のアンテナの各々のためにエレメント利得を推定することであって、前記データ伝送のための前記送信電力が前記エレメント利得に基づいてさらに制限されること
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記放射電力限度が実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）限度である、請求項１に記載の方法。
12. データ伝送のための合成アンテナパターンに基づいてアレイ利得を推定するコントローラと、
    前記アレイ利得と放射電力限度とに基づいて前記データ伝送のために送信電力を制限する制御装置と
    を含む、無線通信ネットワーク内の装置。
13. 前記コントローラが、前記データ伝送のための空間処理に使用される、少なくとも１つのステアリングベクトルに基づいて前記合成アンテナパターンを決定する、請求項１２に記載の装置。
14. 前記コントローラが、前記データ伝送に使用される、少なくとも１つの空間チャネルに関して少なくとも１つの固有値を決定し、前記少なくとも１つの固有値に基づいて前記アレイ利得を導く、請求項１２に記載の装置。
15. 前記コントローラが、前記データ伝送に使用される、少なくとも１つの広帯域空間チャネルの複数の周波数副帯域に関して複数の固有値を決定し、前記複数の固有値に基づいて前記アレイ利得を導く、請求項１２に記載の装置。
16. 前記合成アンテナパターンが空間に拡散された合成アンテナパターンである場合、前記コントローラが前記アレイ利得を所定の値に設定する、請求項１２に記載の装置。
17. 前記コントローラが、データ伝送に使用される複数のアンテナの各々のためにエレメント利得を推定し、前記プロセッサが前記エレメント利得にさらに基づいて前記データ伝送のために前記送信電力を制限する、請求項１２に記載の装置。
18. データ伝送のための合成アンテナパターンに基づいてアレイ利得を推定する手段と、
    前記アレイ利得と放射電力限度とに基づいて前記データ伝送のために送信電力を制限する手段と
    を含む、無線通信ネットワーク内の装置。
19. 前記データ伝送のための空間処理に使用される、少なくとも１つのステアリングベクトルに基づいて前記合成アンテナパターンを決定する手段
    をさらに含む、請求項１８に記載の装置。
20. 前記合成アンテナパターンに基づいて前記アレイ利得を推定する前記手段が、
    前記データ伝送に使用される少なくとも１つの空間チャネルに関して少なくとも１つの固有値を決定する手段と、
    前記少なくとも１つの固有値に基づいて前記アレイ利得を導く手段と
    を含む、請求項１８に記載の装置。
21. 前記合成アンテナパターンに基づいて前記アレイ利得を推定する前記手段が、
    前記データ伝送に使用される、少なくとも１つの広帯域空間チャネルの複数の周波数副帯域に関して複数の固有値を決定する手段と、
    前記複数の固有値に基づいて前記アレイ利得を導く手段と
    を含む、請求項１８に記載の装置。
22. 前記合成アンテナパターンに基づいて前記アレイ利得を推定する前記手段が、
    前記合成アンテナパターンが空間的に拡散された合成アンテナパターンである場合、前記アレイ利得を所定の値に設定する手段を含む、請求項１８に記載の装置。
23. データ伝送に使用される複数のアンテナの各々のためにエレメント利得を推定する手段であって、前記データ伝送のための前記送信電力が前記エレメント利得に基づいてさらに制限される手段
    をさらに含む、請求項１８に記載の装置。

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