JP4361938B2 - 双方向通信チャネルの相反性を実現する校正方法 - Google Patents
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Description
上式で、rはMx1次元の受信信号ベクトル、sはNx1次元の送信信号ベクトル、nは例えばガウス性白色ノイズのような付加される雑音項のベクトル、Hは送信機と受信機間を伝送される信号のM×N次元のチャネルマトリクスである。
特許文献2は、アップリンク通信とダウンリンク通信とにおける相反性を実現するために基地局の送受信部分を主に校正する方法を開示する。加入者ユニットの送受信部分における電子回路は、基地局の校正のために、加入者ユニットのペアにより占められても良い。特許文献2に記載の方法は、校正バースト信号を基地局から加入者ユニット、及び加入者ユニットから基地局へ送信し、校正バースト信号に基づく「ダウンリンク署名推定値」を決定し、該「ダウンリンク署名推定値」を基地局へ送信する。基地局は、該署名推定値を、相反性を達成するための送受信チェーンの校正に用いる。
無線チャネル上で、少なくとも第2無線ノードから第1無線ノードへ、チャネル推定シンボル、または、パイロット信号を送信する工程と、
少なくとも第2無線ノードで、無線チャネル特性の少なくとも1つの代表値を計算する工程と、
無線ノードの一方から他方の無線ノードへ、無線チャネル特性の少なくとも1つの代表値を交換する工程と、
交換された無線チャネル特性代表値に少なくとも部分的に基づく少なくとも1つの補正因子を用いて、第1無線ノードからの無線送信を補償する工程とを備えることを特徴とする。
BからAへ向かうチャネルは、
校正プロセスは所定の時間間隔で始めることができ、そこで適切な所定の時間間隔は経験および例えば気候の想定に基づいて設定できる。あるいは、校正プロセスは、例えばシステム制御エンティティからの要求でも開始可能である。システム制御エンティティは、1つまたはそれ以上のノードから来る例えば高い平均BERまたは平均BERの変化のような通信悪化の測定値を記録している。校正は、例えば周囲の温度変化または通信装置の温度変化などの、気候の変化に基づいて開始してもよい。さらに、送信機は送信履歴(時刻と送信継続期間)、使用送信出力、および潜在的な将来の送信の知識も持っていて、校正を開始するのにこの知識を使用することができる。その上、(位相偏差などの)校正エラーは各送信アンテナに対する受信機で検出でき、偏差が所定の閾値を越えるとき校正イベントが開始される。校正の必要性は、無線ノードの校正開始モジュール222で通常は見つけられるが、無線ノードの外部で検出され、適切な手段により無線ノードに校正の必要性が通知されてもよい。
チャネル推定シンボル、つまり送信機および受信機の両方が知っているシンボルは、例えばパイロット信号の形式をしており、局B220から局A210および局A210から局B220のうちの少なくとも1方向に送信される。多くのシステムが、校正目的に使える既存の共通パイロットチャネルを持っている。パイロット送信モジュール228は、パイロット信号の送信を制御する。
Pの送信の結果からチャネル推定値H^を計算する。チャネル推定値H^は送信機−エアインタフェース−受信機の全部そろったチェーンを含む。局A210から局B220に向かう信号のチャネル推定値H^A→Bおよび局B220から局A210に向かうチャネル推定値H^B→Aの、少なくとも1つは計算されるのが好ましい。無線ノードのチャネル推定モジュール224が推定を実行する(なお、以下においてH^は
とも記載する。)。
局Aが送信に使用する補正因子の計算を促進するため、局は、チャネル推定値H^A→BおよびH^B→Aの少なくとも1つから引き出された情報を交換する。できれば、受信局(局B220)は局A210にチャネル推定値H^A→Bの代表値を送信する。そうでなければ、代わりに局B220は補正因子の代表値を送信する。代表値は、必要以上に送信リソースを取らないように、なるべく簡潔な形式で送信される。交換モジュール232は、様々なノード間の無線チャネルに関連する情報の交換を準備し制御する。
チャネル補正因子は、交換されたチャネル推定値情報を考慮して、計算モジュール226で計算される。
局A210は、実効チャネルH(eff) A→Bを与えるチャネル補正因子でBへのあらゆる送信を補償する。チャネルの相反性が保たれているので補償されている送信ではH(eff) A→B = HB→Aであり、局A210は、例えば符号化とマッピングを向上するために必要とされるHB→Aの推定のためにBからのパイロット信号(チャネル推定シンボル)を今測定してもよい。チャネル補正因子は、少なくとも新しい校正プロセスが開始されるまで使用される。補償は、補償モジュール234が制御する送信機212の調整と見なすことができる。
AからBに送信される信号Sには、送信前にHCorrが掛けられており、受信信号は以下のようになる(ステップ325)。
上式で、Nは受信機ノイズである。実行チャネルは、以下により逆チャネルに変換されるのがわかる。
従って、H(eff) A→B =HB→Aなので、チャネルは現時点で対称である。BからA方向のチャネルの推定を使用し、送信される信号にHB→Aに基づくなんらかの操作を行い、AからBへの実行チャネルH(eff) A→B上でそれを送信することが可能である。
パイロット信号は、局B220から局A210および局A210から局B220へ送信される。
H^A→Bは局B220で計算され、H^B→Aは局A210で計算される。
局B220は、局A210にチャネル推定値H^A→Bの代表値をなるべく簡潔な形式で送信する。簡潔な代表値は、チャネルの主要特性、例えばH^B→Aが知られているので使用でき、推定値の一部、例えば大幅な偏差、だけを送信する必要がある。
局A210は、方程式(4)により補正因子HCorrを計算する。
局A210は、方程式(6)に示されているように相反性を確実にする実行チャネルH(eff) A→Bを与えるチャネル補正因子HCorrで、Bへのあらゆる送信を補償する。
パイロット信号は局B220から局A210だけに送信される。
H^B→Aは局A210で推定される。
予備補正因子hABはH^B→Aに基づき計算され、チャネル推定値の逆数H^-1 B→Aまたその共役複素数H^* B→Aが好ましい。
局Aから局Bへの送信は、信号に予備補正因子hABを掛けることにより補償される。
局B220は、予備補正因子で補償された送信の位相エラーおよび振幅エラーを推定する。推定値から局Bは補正項HCorrを計算する。H^-1 B→Aに対しては、補正因子はH^-1 B→AがHA→Bとつなぎ合わせられるとき単に共役複素数実効チャネルである。H^* B→Aの場合は、位相エラーの共役複素数を例えば信号で戻してもよく、それによって送信受信機チェーンが原因で、小規模の偏差が発声すると想定する。
局B220は、局A210になるべく簡潔な形式で補正項hCorrを送信する。
局A210は、予備補正因子hABおよび補正項hCorrに基づき、最終補正因子HCorrを計算する。
局A210は、相反性を確実にする実効チャネルを与える最終チャネル補正因子HCorrで、Bへのあらゆる送信を補償する。
上式から実効チャネル応答H^A→B=HB,RXHCHHA,TXが推定できる。局Aは、同様にHT B→A=HB,TXHT CHHA,RXを引き出すことができる。次に各アンテナから前もって掛けられた特殊パイロット信号を送信する。それは、コラムベクトルにより集合的に表される。
ただし、PsはnA×nAの対角マトリクスで、高い自己および相互の相関特性を持つnA個の個別パイロット信号を含む。1nBは次元nBの全部1のコラムベクトル (all-one column vector)である。
次に、この特殊パイロット信号に相当する受信信号は、以下により与えられる。
単純化のために、nB =1(両局が、Aを校正するためにBで1基のアンテナだけを使用すると合意した場合)と想定すると、上の方程式の受信信号は次のように書くことができる。
送受信機チェーンの周波数応答は遅延、位相の回転、および恐らく少しの振幅変動だけを含むので、方程式(7)のHB,RXとHA,TXとは、両方とも単位の振幅を持っている。それゆえ、|HCH|=|HA→B|は共通パイロット信号Pcから知られ、局Aの各アンテナに対する補正項HA,TX(j,j)・HH A,RX(j,j)は受信信号Rsと対応するパイロット信号Ps(j,j)を相関させることで推定できる。この補正情報を局Bから受信後、局AはHA,TX(j,j)・HH A,RX(j,j)がすべてのjに対して同じであるように送受信チェーンを調整することができる。これにより、チャネルを局Bのアンテナと局Aのベースバンド・プロセッサーとの間で確実に対称にする。局Bの送受信機の応答は、復調の前に推定し取り除くことができるので、アンテナに到着する信号をコヒーレントに加える目的には不適当であることに留意のこと。
既知のチャネル推定シンボルは、既存の共通パイロットチャネルPcを使用するのが好ましく、局B220から局A210へおよび局A210から局B220へ送信される。
上記に従って、H^B→Aは局A210で推定され、H^A→Bは局B220で推定される。
局Aは、前もって掛けられた特殊パイロット信号Ps・H* B→A・ 1nBを各アンテナから送信する。
局B220は、受信したPcとPs・H* B→A・1nBに基づき、局Aの各アンテナに対する遅延エラー、位相エラー、および振幅エラーを推定する。局Aの各アンテナに対する補正項を含む補正ベクトルが計算される。
局B220は局A210に補正ベクトルを送信する。
局A210は各アンテナに対するチャネル補正因子を計算する。
局A210は、相反性を確実にするチャネル補正因子でBへのあらゆる通信を補償する。
HA→Bは共通パイロット信号Pcから知ることができるので、H* B→AはRsから推定できる。
それゆえ、
両方とも局Bが知ることができ、前の実施形態のように補正ベクトルを作り出し局Aに報告できる。
既知のチャネル推定シンボルは、既存の共通パイロット信号Pcであることが好ましく、局B220から局A210へおよび局A210から局B220へ送信される。
パイロットチャネルから、HB→Aが局A210で推定され、HA→Bが局B220で推定される。
局A210はプリフィルタH* B→Aを計算する。
局Aは、H* B→Aを掛けられた専用パイロットチャネルPdを送信する。局BではそれをRs =HA→B・H* B→A・Pdとして受信する。
局B220は今や、H* B→AとHA→Bは知ることができ、補正ベクトルを推定するのに使う。
局B220は局A210に補正ベクトルを送信する。
局A210は各アンテナに対するチャネル補正因子を計算する。
局A210は、相反性を確実にするチャネル補正因子で、Bへのあらゆる送信を補償する。
a)一番目の送信タイムスロットTX1では、局Bはパイロット信号Pcを送信し、受信モードに切り替わっている局Aがそれを受信する。局AはHB→Aを推定する。
Claims (23)
- 互いに無線通信するように構成される少なくとも第1無線ノードと第2無線ノードを含み、少なくとも一つの無線ノードが複数のアンテナから無線信号を受信するワイヤレス通信ネットワークにおけるノードの送信部分を校正する方法であって、
第1のパイロット信号を、前記第1無線ノードから前記第2無線ノードへ、および、前記第2無線ノードから前記第1無線ノードへの両方向に送信する第1の工程(605,705)と、
前記第1無線ノードから前記第2無線ノードへの前記無線チャネルのチャネル特性の第1の推定値を受信した前記第1のパイロット信号に基づいて前記第2無線ノードにおいて決定し、前記第2無線ノードから前記第1無線ノードへの前記無線チャネルのチャネル特性の第2の推定値を受信した前記第1のパイロット信号に基づいて前記第1無線ノードにおいて決定する工程(610, 710)と、
前記第1無線ノードにおいて、前記第1及び第2のチャネル推定値に基づいて、少なくとも一つのチャネル補正因子を計算する工程と、
前記第2のチャネル推定値に基づいて修正された第2のパイロット信号を前記第1無線ノードから前記第2無線ノードへ送信する第2の工程(611, 711-712)と、
前記第2無線ノードにおいて、前記第1のチャネル推定値と受信した前記第2のパイロット信号とに基づいて送信エラーを推定し(612, 713)、該送信エラーに基づいて、前記複数のアンテナのそれぞれに対する補正項を有する補正ベクトルを計算する工程と、
前記補正ベクトルを前記第2の無線ノードから前記第1の無線ノードへ交換する工程(615, 715)とを備え、
前記チャネル補正因子を計算する工程(620, 720)は、各アンテナについて1つの補正因子を計算する工程を備え、該補正因子は前記補正ベクトルの各補正項に少なくとも部分的に基づき、前記補正因子は、前記第1の無線ノードから前記第2の無線ノードへの送信において利用されるように適合されていることを特徴とする校正方法。 - 前記校正方法が、所定の時間間隔で開始されることを特徴とする請求項1に記載の校正方法。
- 前記校正方法が、通信品質の測定値が所定の閾値を下回ったことに応じて開始されることを特徴とする請求項1に記載の校正方法。
- 前記第2のパイロット信号の修正には、パイロット信号を前記第2のチャネル推定値の共役複素数と掛け合わせることが含まれることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の校正方法。
- 前記補正ベクトルは、前記補正ベクトルのコンパクトな代表値の形態において交換されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の校正方法。
- 前記第1無線ノード(A)にn A 本のアンテナが与えられ、前記第2無線ノード(B)にn B 本のアンテナが与えられ、少なくとも前記第1無線ノードは少なくとも2つのアンテナを有し、
前記送信する第1の工程(605)において、前記第1のパイロット信号Pcは、コラムベクトルであって、
前記決定する工程(610)において、前記第1無線ノードから前記第2無線ノードへの無線チャネルのチャネル特性の第1の推定値H^ A→B は、前記第2無線ノードにおいて計算され、前記第2無線ノードから前記第1無線ノードへの無線チャネルのチャネル特性の第2の推定値H^ B→A は、前記第1無線ノードにおいて計算され、
前記送信する第2の工程(611)において、前記第2のパイロット信号Psには、H * B→A ・1 nB が前もって乗じられており、該信号は第2無線ノードにおいてRsとして受信され、H * B→A は、前記第2のチャネル推定値の共役複素数であり、Psは、n A 個の個々のパイロット信号を含むn A ×n A の対角行列であって、1 nB は、n B 次の全部1のコラムベクトルであり、
前記推定する工程(612)において、前記補正ベクトルは、Rs及びH A→B に基づいて計算され、前記第1無線ノードのアンテナのそれぞれに対するエラー補正項を含み、
前記計算する工程(620)において、各アンテナに対するチャネル補正因子は、前記補正ベクトルに基づいて計算されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の校正方法。 - 前記第1無線ノード(A)にn A 本のアンテナが与えられ、前記第2無線ノード(B)にn B 本のアンテナが与えられ、少なくとも前記第1無線ノードは少なくとも2つのアンテナを有し、前記無線通信は、特異値分解(SVD)に基づいて行われ、
前記送信する第1の工程(705)において、前記第1のパイロット信号Pcは、コラムベクトルであって、
前記決定する工程(610)において、前記第1無線ノードから前記第2無線ノードへの無線チャネルのチャネル特性の第1の推定値H^ A→B は、前記第2無線ノードにおいて計算され、前記第2無線ノードから前記第1無線ノードへの無線チャネルのチャネル特性の第2の推定値H^ B→A は、前記第1無線ノードにおいて計算され、
前記送信する第2の工程(611)において、前記第2のパイロット信号Pdには、前記第2のチャネル推定値の共役複素数であるプリフィルタH * B→A が前もって乗じられており、該信号は第2無線ノードにおいて、Rs=H A→B ・H * B→A ・Pdとして受信され、
前記推定する工程(713)において、前記補正ベクトルは、前記第2無線ノードにおいてH * B→A とH A→B とに基づいて計算され、ここで、該H A→B は、前記第1のパイロット信号から推定され、該H * B→A はRsから推定され、
前記計算する工程(720)において、各アンテナに対するチャネル補正因子は、前記補正ベクトルに基づいて計算されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の校正方法。 - 前記補正ベクトルが、遅延エラー、位相エラー、また、振幅エラー、あるいは、これらのエラーの組み合わせのいずれかの代表値を含むことを特徴とする、請求項1乃至7のいずれかに記載の校正方法。
- チャネル推定シンボルを送信する前記工程の第1の部分が、第1の送信タイムスロットTX1において実行され、前記第2無線ノードがパイロットPcを送信し、受信モードにある前記第1無線ノードにより該信号が受信され、
チャネル推定シンボルを送信する前記工程の第2の部分が、第2の送信タイムスロットTX2において実行され、前記第1無線ノードがパイロット信号Pc、Pd、またはPsを送信し、受信モードにある前記第2無線ノードにより該信号が受信される
ことを特徴とする、請求項1乃至8のいずれかに記載の校正方法。 - 無線ノード間で情報を交換する前記工程が、第3の送信タイムスロットTX3において実行され、前記第2無線ノードは、通常の送信モードにおいて、受信モードにある前記第1無線ノードに前記無線チャネルに関する情報を送信することを特徴とする請求項9に記載の校正方法。
- 前記第1無線ノードが、前記第2無線ノードから前記第1無線ノードへの前記無線チャネルHB→Aを、前記第1のタイムスロットTX1において推定することを特徴とする請求項10に記載の校正方法。
- 前記第2無線ノードが、前記第1無線ノードから前記第2無線ノードへの前記無線チャネルHA→Bを、前記第2の送信タイムスロットTX2において推定することを特徴とする請求項10または11に記載の校正方法。
- 前記第2無線ノードが、前記第2の送信タイムスロットTX2において、補正ベクトルまたは補正項をさらに推定することを特徴とする、請求項12に記載の校正方法。
- 前記第1無線ノードにおいて1つ以上の補正因子を計算する前記工程が、前記第3の送信タイムスロットTX3において実行されることを特徴とする、請求項10及至13のいずれかに記載の校正方法。
- 互いに無線通信するように構成される少なくとも第1無線ノードと第2無線ノードを含む無線通信のための通信システム(800)であって、
請求項1乃至14のいずれかに記載の校正方法を利用して前記第2の無線ノードにより、少なくとも前記第1無線ノードが校正されることを特徴とする通信システム。 - 前記システムの前記無線ノードの少なくとも1つが、MIMOベースの通信を行うために適合されたマルチアンテナ構成を利用することを特徴とする請求項15に記載の通信システム。
- 無線ネットワーク(800)における無線通信に適合された無線ノードであって、ネットワークが少なくとも1つの更なる無線ノードを含み、
前記無線ノードが、
少なくとも前記更なる無線ノードから第1の無線チャネル推定値を少なくとも1つ受信するように適合された交換モジュール(232)と、
前記無線ノードにより受信した無線信号から、第2の無線チャネル推定値を生成するように適合されたチャネル推定モジュール(224)と、
受信した前記第1の無線チャネル推定値と第2の無線チャネル推定値とに基づき、補正ベクトル、補正項、または無線チャネル推定値の代表値を計算するように適合された計算モジュール(226)と、
計算された校正値に少なくとも部分的に基づく少なくとも1つの補正因子を用いて、前記無線ノードからの無線送信を補償する補償モジュール(234)と、
第1のパイロット信号と前記第2の無線チャネル推定値により修正された第2のパイロット信号との送信を制御するように適合されたパイロット送信モジュール(228)と
を備えることを特徴とする無線ノード。 - 前記無線ノードがさらに、校正プロセスを開始するための手段を備え、前記の開始手段が所定の時間間隔で校正プロセスを開始するように適合されていることを特徴とする、請求項17に記載の無線ノード。
- 前記無線ノードがさらに、校正プロセスを開始するための手段を備え、前記の開始手段が通信品質の測定値が所定の閾値を下回ったことに応じて校正プロセスを開始するように適合されていることを特徴とする請求項17に記載の無線ノード。
- 前記無線ノードが、マルチアンテナ構成を利用することを特徴とする請求項17乃至19のいずれかに記載の無線ノード。
- 前記無線ノードが、移動局(815)であることを特徴とする請求項17乃至20のいずれかに記載の無線ノード。
- 前記無線ノードが、無線基地局(805)であることを特徴とする請求項17乃至20のいずれかに記載の無線ノード。
- 前記無線ノードが、中継局(810)であることを特徴とする請求項17乃至20のいずれかに記載の無線ノード。
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