JP5410613B2 - マルチユーザ無線システムのパイロット信号割当の方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、全般的には、ユーザ端末が伝搬特性を測定するために基地局にパイロット信号を送信する無線通信ネットワークに関する。本発明は、より具体的には時分割複信（ＴＤＤ）を使用するモバイル無線システムに関する。

通常のモバイル無線マルチユーザ・システムでは、複数の無線セルが、広い地理エリアをカバーする。基地局（ＢＳ）は、各セル内で中央に配置される。ＢＳは、そのＢＳと同一のセル内に配置された、下で「モバイル」または「移動局」と称するモバイル・ユーザ端末からデータを受信し、これにデータを送信する。

しかし、所与の基地局によって送信される信号は、それ自体のセル内のモバイルだけではなく、隣接するセル内のモバイルにも伝搬する。その結果、各基地局からのダウンリンク送信が、隣接するセルのモバイルで「セル間干渉」と称する雑音を生じる傾向がある。同様に、所与のセル内の各モバイルによって送信された信号は、そのセルにサービスする基地局だけではなく、隣接するセルにサービスする基地局にも伝搬する。その結果、各モバイルからのアップリンク送信は、隣接するセルにサービスする基地局でセル間干渉を生じる傾向がある。

たとえば、図１に、セル１の基地局からのダウンリンク送信がセル２内の基地局と干渉する、セルラ・ネットワークの一部を示す。

セル間干渉は、上で説明したように、現代の無線システムでデータ送信のレートを高めることに対する主要な障害である。具体的に言うと、セル間干渉は、基地局で複数のアンテナを使用することによって、そうでなければ得られる可能性がある送信レートの利益を劣化させる。すなわち、ダウンリンクでの理論的な最大の実現可能な送信レートは、基地局アンテナの個数に伴って線形に増加する。しかし、セル間干渉の量は、線形未満の増加だけが達成される形で基地局アンテナの個数に伴って増加する。

我々は、モバイル無線システムで、および特に時分割複信（ＴＤＤ）無線システムでセル間干渉を減らす効率的な形を見つけた。

一実施形態では、基地局は、１つまたは複数の移動局からアップリンク・パイロット信号を受信し、基地局の受信器は、そのパイロット信号から伝搬チャネルに関する情報を導出する。これは、パイロット信号の３つの集合Ｕ＝｛ｕ_ｉ｝、Ｖ＝｛ｖ_ｉ｝、およびＷ＝｛ｗ_ｉ｝のうちの１つの直交性特性を使用して行われる。

パイロット信号の各集合の要素ｕ_ｉ、ｖ_ｉ、またはｗ_ｉはそれぞれ、相互に直交するベクトルである。集合Ｕ、Ｖ、およびＷのそれぞれは、相互に直交でありえる最大の可能な個数の要素を含む、すなわち、Ｕ、Ｖ、およびＷは、相互に直交するベクトルの最大の集合であり、したがって、Ｕ、Ｖ、およびＷのそれぞれは、直交基底である。

ｕ_ｉのうちの少なくとも３つは、ｖ_ｉのうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成し、ｕ_ｉのうちの他の少なくとも３つは、ｗ_ｉのうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成し、ｕ_ｉのうちの前記少なくとも６つは、ｖ_ｉのうちの少なくとも３つと共に直交基底を形成し、ｗ_ｉのうちの少なくとも３つと共に別の直交基底を形成する。

一実施形態では、セルラ・ネットワークは、チャネル測定に使用されるアップリンク・パイロット信号について３の再利用係数（ｒｅｕｓｅ ｆａｃｔｏｒ）を有し、前記基地局は、３つの再利用クラスＡ、Ｂ、およびＣのうちの１つである再利用クラスＡに属する。その基地局によってサービスされるセル内に現在ある各移動局は、中央モバイル、クラスＢセルに近い周辺モバイル、またはクラスＣセルに近い周辺モバイルとして分類される。パイロット信号は、モバイルがどのように分類されるのかに従って、サービスされるセル内でモバイルに割り当てられる。

一実施形態では、モバイルは、送信のために選択されるパイロット信号を指定する基地局からの信号を受信し、指定されたパイロット信号を選択し、送信する。指定されたパイロット信号の選択は、上で説明した特性を有する信号ベクトルの３つの集合Ｕ、Ｖ、およびＷのうちの１つから行われる。

この図の１および２という番号を付けられたセルの間のセル間干渉を示す、六角形の幾何形状を有する通常のセルラ・ネットワークの一部を示す概略図である。 アップリンク・パイロット信号の再利用係数３の再利用パターンを有するセルラ・ネットワークの一部を示す概略図である。３つの再利用クラスは、Ａ、Ｂ、およびＣである。 図２の再利用パターンに類似する再利用パターンを有するセルラ・ネットワークの一部を示す概略図である。図３は、下で説明する原理による、周辺移動局へのパイロット信号の割当を示す。 幾何形状とシャドウイング係数との間の通常の関係を示す、図３のセルラ・ネットワークの詳細を示す図である。 下で説明する原理を適用する数値シミュレーションから得られた、総スループット対基地局アンテナの個数のプロットである。

チャネル係数
例示のために、我々は、この説明をＯＦＤＭデータ伝送が使用されるネットワークに基づくものにする。しかし、本発明は、ＯＦＤＭネットワークへの適用に限定されるのではなく、アップリンク・パイロット信号が伝搬チャネルの特性を測定するために使用されるすべてのタイプのネットワークに適用可能である。

提示を単純にするために、我々は、次の議論を、ＯＦＤＭシステム内でデータ伝送に使用される複数の直交サブチャネルのうちの１つに制限する。ＯＦＤＭサブチャネルのフル・セットへの下の議論の拡張は、単純である。

下の議論では、信号および係数に、次の記号を使用してインデックスを付ける。
ｊは、モバイルが存在する特定のセルを識別し、
ｌは、特定の基地局を識別し、拡張によって、その特定の基地局によってサービスされるセルを識別し、
ｋは、所与のセル内の特定のモバイルを識別し、
ｍは、所与の基地局の特定のアンテナを識別する。

我々は、所与のセルおよびその隣接するセルからなるグループ内にＬ個のセルがあり、各セル内にＫ個のモバイルがあると仮定する。我々は、すべての基地局が送信および受信用のＭ個のアンテナを有し、各モバイルが１つのアンテナを有すると仮定する。我々は、第ｊセルの第ｋモバイルによって送信される信号をｘ_ｊｋによって表す。第ｌ基地局の第ｍアンテナによって受信される信号を、我々は、ｙ_ｌｍによって表す。ｐ_ＭＳおよびｐ_ＢＳによって、我々は、それぞれモバイルおよび基地局の送信された電力レベルを表す。例示のために、我々は、すべてのモバイルが同一の電力を有し、すべての基地局が同一の電力を有するという単純化する仮定を設ける。

送信中に、伝搬チャネルの影響は、第ｊセルの第ｋモバイルから第ｌ基地局の第ｍアンテナへの各信号に複素数値のチャネル係数ｈ_ｊｌｋｍを乗算することである。第ｊセルの第ｋモバイルから第ｌセルのＭ個のアンテナへのそれぞれのチャネル係数は、チャネル・ベクトル
ｈ_ｊｌｋ＝（ｈ_ｊｌｋ１，・・・，ｈ_ｊｌｋＭ）
を形成する。チャネル係数ｈ_ｊｌｋｍは、ランダム変数としてモデル化される。チャネル係数ｈ_ｊｌｋｍは、コヒーレンス・インターバルＴ中にほぼ一定のままになる。コヒーレンス・インターバルＴの長さは、モバイルの速度に依存する。モバイルが高速で移動しつつあるほど、そのチャネル係数ｈ_ｊｌｋ＝（ｈ_ｊｌｋ１，・・・，ｈ_ｊｌｋＭ）のコヒーレンス・インターバルは短くなる。５０ｋｍ／ｈまたは７０ｋｍ／ｈの速度で移動しているモバイルについて、コヒーレンス・インターバルＴは、それぞれ２０ＯＦＤＭシンボルまたは１０ＯＦＤＭシンボルの送信に必要な時間とほぼ等しい。

我々の例では、同一の周波数サブチャネルがアップリンクとダウンリンクとの両方で使用されるので、相反性があてはまり、第ｌ基地局の第ｍアンテナからモバイルに送信された信号は、同様に、同一のチャネル係数ｈ_ｊｌｋｍを乗算される。

シャドウイング係数
実際的経験は、無線ネットワークのモデル化で、距離または介在する地形特徴、建物、もしくは他の物理的障害などの他の要因に起因する送信信号の減衰を表すために、比較的ゆっくり変化する全般的に実数値の係数を含めることが有用であることを示した。すなわち、第ｊセルの第ｋモバイルから第ｌ基地局のいずれかのアンテナに送信された信号は、シャドウイング係数β_ｊｌｋによって乗算される。シャドウイング係数β_ｊｌｋは、ランダムな値をとる。チャネル係数とは異なって、シャドウイング係数は、はるかにより長く一定のままになる。この理由から、基地局は、少なくとも原理的に、隣接するセルの全モバイルへのシャドウイング係数を正確に推定することができる。

したがって、我々は、次の議論で、シャドウイング係数β_ｊｌｋ、ｊ＝１，・・・，Ｌ、ｋ＝１，・・・，Ｋが、第ｌ基地局に知られていると仮定する。シャドウ係数β_ｊｌｋが、一般に、第ｌ基地局と第ｊセルの第ｋモバイルとの間の距離に強く相関することに留意することも重要である。距離が長ければ長いほど、β_ｊｌｋの値は（通常）小さくなる。

２つの隣接するセルのシャドウイング係数の値の通常の例を、図４に示し、図４では、βが、非常に近いそれ自体のサービング基地局に関するモバイルに割り当てられたパイロット信号ｕ_５の大きい値１．０から、非常に遠い隣接基地局に関するモバイルに割り当てられたパイロット信号ｖ_１の小さい値０．１まで変化することがわかる。

チャネル係数の推定
チャネル係数の知識は、基地局が干渉除去プリコーディングを使用することによってセル内干渉およびセル間干渉を減らすことを可能にする。

基地局がチャネル係数ｈ_ｊｌｋｍを推定することを可能にするために、すべてのセル内のすべてのモバイルは、同期して（この例では）それぞれτ個のシンボルのトレーニング・パイロット信号ψ_ｊｋ、ｊ＝１，・・・，Ｌ、ｋ＝１，・・・，Ｋを送信する。したがって、各パイロット信号は、スカラ値シンボルのτタプルであり、したがって、τ次元ベクトルである。パイロット信号ψ_ｊｋが送信された結果として、

の形を有するτ次元ベクトルｙ_ｌｍが、第ｌセルの第ｍアンテナで受信され、ここで、τタプルｗ_ｌｍは、相加性雑音を表す。

我々は、ここで、上で定義した量に関して表される、次の定義を導入する。
Ｙ_ｌ＝［ｙ_ｌ１，・・・ｙ_ｌＭ］，Ｗ_ｌ＝［ｗ_ｌ１，・・・，ｗ_ｌＭ］，Ψ_ｊ＝［ψ_ｊ１，・・・，ψ_ｊＫ］，Ｄ_ｊｌ＝ｄｉａｇ｛β_ｊｌ１，・・・，β_ｊｌＫ｝、

式（１）から、第ｌ基地局で受信される信号は

である。

Ｙ_ｌが行列であり、その列のそれぞれが、第ｌ基地局のＭ個のアンテナのうちの１つに対応することを理解されたい。Ｙ_ｌの各列は、スカラ値のτタプルである。このスカラ値のそれぞれは、送信されたパイロット信号のτ個のシンボルのうちの１つに対応し、サービスされるセルおよび隣接するセルを占めるそれぞれのモバイルから受信されたシンボルのさまざまな版と相加性雑音との第ｍアンテナでの合計を表す。

パイロット信号ψ_ｊｋが、相互に直交になるように設計される（通常はそうである）時には、その直交性特性を、適当に設計された受信器で使用して、第ｌ基地局での個々のチャネル係数ｈ_ｊｌｋ＝（ｈ_ｊｌｋ１，・・・，ｈ_ｊｌｋＭ）の推定値を回復することができる。完全な直交性からの小さい逸脱がある場合であっても、同一の技法を使用してチャネル係数の推定値を入手することが可能である可能性がある。したがって、我々が本明細書で「直交」パイロット信号について語る時に、我々が、完全な直交性から多少逸脱する可能性があるが、個々のチャネル係数の推定値を有効でないものにするほどではないパイロット信号を含めるつもりであることを理解されたい。

したがって、たとえば、ＭＭＳＥエスティメータは、パイロット信号と、

という直交性特性との以前の知識を使用して、上で定義された行列Ｈ_ｊｌの推定値

を回復する。Ｉ_Ｋは、Ｋ×Ｋユニティ行列（ｕｎｉｔｙ ｍａｔｒｉｘ）である。

すなわち、Ｙ_ｌを与えられたＨ_ｊｌのＭＭＳＥエスティメータは、

である。

基地局からモバイルへのデータ送信
推定値

を使用して、第ｌ基地局は、第ｌセルからのモバイルに強い信号を提供するため、ならびにそれ自体のセルからのモバイルへのおよび他のセルからのモバイルへのセル内干渉およびセル間干渉を制限するために、線形プリコーディングまたは非線形プリコーディングのいずれかを使用することができる。具体的に言うと、線形プリコーディングを、次のように行うことができる。

ｑ_ｌ１，・・・，ｑ_ｌＫが、第ｌ基地局によって第ｌセルからの対応するモバイルに送信されなければならない信号であるものとする。推定値

を使用して、第ｌ基地局は、Ｍ×Ｋプリコーディング行列Ａ_ｌを形成し、信号

を送信する。

第ｊセルからの第ｋモバイルによって受信される信号は

である。

セル内干渉およびセル間干渉を大幅に減らすことを可能にする、多数の異なる効率的なプリコーディング行列がある。１つの可能な形は、

の擬似逆行列をＡ_ｌとして使用することである。

パイロット信号およびそのモバイルへの割当
上で述べたように、プリコーディングを使用して、干渉を大幅に減らすことができる。しかし、原則として、プリコーディングは、推定値

が正確であり、相関しない場合に限ってうまく働く。十分に正確で相関しない推定値を入手するために、パイロット信号（下では「パイロット」とも称する）ψ_ｊｋ、ｊ＝１，・・・，Ｌ、ｋ＝１，・・・，Ｋは、直交でなければならない。残念ながら、実際的問題として、所与のセルおよびその隣接セル内のすべてのモバイルにまたがってこの要件を同時に満足することは、一般に可能ではない。

すなわち、モバイルは、高速で、たとえば自動車の速度で移動する場合があり、その結果、短いコヒーレンス・インターバルすなわち小さい値のＴを有する場合がある。基地局がパイロットの助けを得て学習するチャネル係数は、所与のコヒーレンス・インターバル中に限って効果的に一定のままになる。その結果、モバイルにデータを送信するために基地局で使用可能な最大インターバルは、Ｔ−τである。したがって、τすなわちシンボル・インターバル単位で測定されたパイロット信号の長さをできる限り小さくすることが有利である。

通常、τは、特定の無線ネットワーク内のモバイルの速度に依存して、４から１２までの値をとることができる。初等ベクトル解析は、相互に直交するτ次元ベクトルの集合が、τ個を超える要素を含むことができず、そうでない場合には、ベクトルのうちの少なくとも１対が、非直交であることを教示する。その結果、所与の時刻に直交パイロット信号を有することができるモバイルの最大個数は、τと等しい。

通常の六角形ネットワーク内の所与のセルおよびその所与のセルに隣接するセルからなるグループ内のセルの個数Ｌは、たとえば図１に示されているように７であり、我々の例示的な例では、Ｌは７と解釈される。たとえば、図１からわかるように、セル１は、隣接セル２〜７によって囲まれるものとすることができる。したがって、複数のモバイルが、所与のセルおよびその６つの隣接セルのそれぞれ内のそれぞれの基地局によって同時にサービスされる場合に、τが１２もの大きさである場合であっても、使用されるパイロットのすべてが相互に直交であることができないことは、明白である。

原則として、セル内干渉の軽減は、セル間干渉の軽減より重要である。セル内干渉は、所与のセル内で使用されるすべてのパイロットが直交であることを要求することによって、効率的に軽減することができる。したがって、下で述べる例では、所与のセル内でモバイルのために使用されるパイロット信号が直交であると仮定する。

異なるセルからのモバイルの対に属するパイロット信号、たとえばψ_ｊｋおよびψ_ｌｓが直交ではない場合には、チャネル・ベクトルｈ_ｊｌｋおよびｈ_ｌｌｓの推定値が不正確になり、具体的には、それらの推定値が、少なくとも部分的に相関する。これは、悪いプリコーディング行列Ａ_ｌをもたらす。すなわち、そのような推定値を使用して、第ｌ基地局は、その項目が第ｌ基地局から第ｊセルの第ｋモバイルへのデータの送信を助けるために少なくとも部分的に適合されるプリコーディング行列Ａ_ｌを生成する。言い換えると、式（２）に従って生成される信号ｓ_ｌは、相対的に強い強度を伴って第ｊセルの第ｋモバイルに到着する。言い換えると、積｜ｈ_ｊｌｋｓ_ｌ｜が大きくなる。したがって、第ｌ基地局は、このモバイルで強い干渉を引き起こす。もう一度図１を参照すると、セル２の２つの移動局に到着して図示された信号が、本明細書で説明する種類の干渉を引き起こすことがわかる。

その一方で、シャドウ係数β_ｊｌｋ（第ｊセルの第ｋモバイルと第ｌ基地局との間の）が小さい場合には、式（１）に従って、パイロット信号ψ_ｊｋは、弱い強度を伴って第ｌ基地局に到着し、行列Ａ_ｌに大きくは寄与しない可能性がある。

我々は、これから、長さτ＝９のパイロット信号の例の構成を論ずる。上で注記したように、９より小さいものと９より大きいものとの両方の、さまざまな長さが可能である。しかし、我々の構成は、パイロット信号の長さが９から１２までの範囲内またはそれより多少大きい時に、最大の利用を見出す可能性が高い。

従来、各セルは、τ＝９の直交パイロット信号の同一の集合、たとえばａ_１，・・・，ａ_９を使用する。言い換えると、パイロット信号の再利用係数は、１である。対照的に、我々の構成では、パイロット信号について３の再利用係数がある。すなわち、図２を参照すると、直交パイロット信号（前の議論から理解されるように、それぞれが９タプルである）ｕ_１，・・・，ｕ_９が、再利用クラスＡに属するものとして図で指定されたセル（以下では「Ａセル」）内で使用され、直交パイロット信号ｖ_１，・・・，ｖ_９が、再利用クラスＢに属するものとして図で指定されたセル（以下では「Ｂセル」）内で使用され、直交パイロット信号ｗ_１，・・・，ｗ_９が、再利用クラスＣに属するものとして図で指定されたセル（以下では「Ｃセル」）内で使用される。図２の再利用パターンで、各Ａセルに、３つのＢセルおよび３つのＣセルが隣接し、類似する隣接物が、各Ｂセルおよび各Ｃセルについて、必要な変更を加えて通用することがわかる。

したがって、上で定義された直交性特性および所与のセル内のモバイルに属するすべてのパイロット信号が相互に直交しなければならないという我々の要件に従って、我々は、

を得る。しかし、上で注記したように、すべてのインデックスｉおよびｊについて

になるようにパイロットを設計することは、実行不可能である。

理想化する仮定に基づいてはいるが、しばしば、セルの空間にわたって均一に分布するものとしてモバイルをモデル化することが有用である。したがって、我々は、任意の所与の時刻に、複数のモバイルが、セルの中央から小さい距離以内に配置されると仮定する（実際的経験は、これが通常の状況であることを確認する）。我々は、そのようなモバイルを中央モバイルと称する。対照的に、セルのエッジの近くに配置されたモバイルを、周辺モバイルと称する。

地理的距離に関して考えることは、直観的には魅力的であるが、よりしばしば、所与のモバイルがそのサービング基地局および隣接基地局からどれほど「遠い」のかが、それぞれの基地局に関するそのシャドウ係数によって測定されることが、事実である。これらのシャドウ係数の知識は、通常、ネットワークのさまざまな基地局の間で共有され、その結果、各基地局は、どれがその中央モバイルであり、どれがその周辺モバイルであるのかをたやすく判定できるようになる。セルの中央からの距離の異なる尺度が、いくつかの場合に、たとえば移動局のＧＰＳ受信器によって、有用に提供される場合がある。

我々の構成は、１つの通信セッション中に、基地局が、同時に３つの中央モバイルおよび６つの周辺モバイルにサービスするという仮定に基づく。

中央モバイルは、通常、セル間干渉から大きい損害はうけない。この理由は、そのパイロット、たとえばｖ_７、ｖ_８、およびｖ_９が、高い信号強度の条件でその基地局に到着し、したがって、実質的に他のモバイルからの干渉するパイロットによって破壊されないままになるからである。したがって、パイロットｖ_７、ｖ_８、およびｖ_９が、お互いおよび同一セルからの他のパイロットに直交であるならば十分（干渉の回避について）である。したがって、我々の構成では、我々は、３つのパイロットのそれぞれのグループ、たとえばｕ_７，・・・，ｕ_９、ｖ_７，・・・，ｖ_９、およびｗ_７，・・・，ｗ_９を、セルの各クラスの中央モバイルに割り当てる。

パイロットｕ_７，・・・，ｕ_９、ｖ_７，・・・，ｖ_９、およびｗ_７，・・・，ｗ_９の直交性特性を判定し終えたので、セルの各クラスの６つのパイロットを論ずることが残っている。すなわち、それぞれＡセル、Ｂセル、およびＣセルのｕ_１，・・・，ｕ_６、ｖ_１，・・・，ｖ_６、およびｗ_１，・・・，ｗ_６が残っている。

我々の構成によれば、我々は、
パイロットｖ_２、ｖ_４、およびｖ_６が、パイロットｕ_１，・・・，ｕ_６に直交になり、
パイロットｖ_１、ｖ_３、およびｖ_５が、パイロットｗ_１，・・・，ｗ_６に直交になり、
パイロットｕ_２、ｕ_４、およびｕ_６が、パイロットｗ_１，・・・，ｗ_６に直交になり、
パイロットｕ_１、ｕ_３、およびｕ_５が、パイロットｖ_１，・・・，ｖ_６に直交になり、
パイロットｗ_２、ｗ_４、およびｗ_６が、パイロットｖ_１，・・・，ｖ_６に直交になり、
パイロットｗ_１、ｗ_３、およびｗ_５が、パイロットｕ_１，・・・，ｕ_６に直交になる
ように、パイロットｕ_１，・・・，ｕ_６、ｖ_１，・・・，ｖ_６、およびｗ_１，・・・，ｗ_６を設計する。ｗがｗ＝ｅ^{ｉ２π／３}によって定義される、パイロットの次の集合が、上の要件を満足する一例である。
ｖ_１＝（１，１，１，１，１，１，１，１，１）；
ｖ_２＝（１，１，１，ｗ，ｗ，ｗ，ｗ^２，ｗ^２，ｗ^２）；
ｖ_３＝（１，ｗ，ｗ^２，１，ｗ，ｗ^２，１，ｗ，ｗ^２）；
ｖ_４＝（１，ｗ，ｗ^２，ｗ，ｗ^２，１，ｗ^２，１，ｗ）；
ｖ_５＝（１，ｗ^２，ｗ，１，ｗ^２，ｗ，１，ｗ^２，ｗ）；
ｖ_６＝（１，ｗ^２，ｗ，ｗ，１，ｗ^２，ｗ^２，ｗ，１）；
ｖ_７＝（１，ｗ，ｗ^２，ｗ^２，１，ｗ，ｗ，ｗ^２，１）；
ｖ_８＝（１，１，１，ｗ^２，ｗ^２，ｗ^２，ｗ，ｗ，ｗ）；
ｖ_９＝（１，ｗ^２，ｗ，ｗ^２，ｗ，１，ｗ，１，ｗ^２）；
ｕ_１＝（１，１，１，ｗ^２，ｗ^２，ｗ^２，ｗ，ｗ，ｗ）；
ｕ_２＝（１，ｗ^２，１，１，ｗ^２，１，１，ｗ^２，１）；
ｕ_３＝（１，ｗ，ｗ^２，ｗ^２，１，ｗ，ｗ，ｗ^２，１）；
ｕ_４＝（１，１，ｗ^２，１，１，ｗ^２，１，１，ｗ^２）；
ｕ_５＝（１，ｗ^２，ｗ，ｗ^２，ｗ，１，ｗ，１，ｗ^２）；
ｕ_６＝（１，ｗ，ｗ，１，ｗ，ｗ，１，ｗ，ｗ）；
ｕ_７＝（１，１，ｗ^２，ｗ，ｗ，１，ｗ^２，ｗ^２，ｗ）；
ｕ_８＝（１，ｗ^２，１，ｗ，１，ｗ，ｗ^２，ｗ，ｗ^２）；
ｕ_９＝（１，ｗ，ｗ，ｗ，ｗ^２，ｗ^２，ｗ^２，１，１）；
ｗ_１＝（１，ｗ^２，１，ｗ，１，ｗ，ｗ^２，ｗ，ｗ^２）；
ｗ_２＝（１，ｗ^２，１，ｗ^２，ｗ，ｗ^２，ｗ，１，ｗ）；
ｗ_３＝（１，１，ｗ^２，ｗ，ｗ，１，ｗ^２，ｗ^２，ｗ）；
ｗ_４＝（１，１，ｗ^２，ｗ^２，ｗ^２，ｗ，ｗ，ｗ，１）；
ｗ_５＝（１，ｗ，ｗ，ｗ，ｗ^２，ｗ^２，ｗ^２，１，１）；
ｗ_６＝（１，ｗ，ｗ，ｗ^２，１，１，ｗ，ｗ^２，ｗ^２）；
ｗ_７＝（１，ｗ，ｗ^２，１，ｗ，ｗ^２，１，ｗ，ｗ^２）；
ｗ_８＝（１，１，１，１，１，１，１，１，１）；
ｗ_９＝（１，ｗ^２，ｗ，１，ｗ^２，ｗ，１，ｗ^２，ｗ）；

上で定義されたパイロット信号の集合Ｕ＝｛ｕ_ｉ｝、Ｖ＝｛ｖ_ｉ｝、およびＷ＝｛ｗ_ｉ｝のそれぞれについて、各ベクトルの９つの要素のそれぞれが、ｅ^{２ｎπｉ／３}の形を有し、ｎ＝０、１、または２であることがわかる。当業者は、パイロット信号の同等の集合が、共通のスケール係数、位相シフト、またはユニタリ回転（ｕｎｉｔａｒｙ ｒｏｔａｔｉｏｎ）を適用することによって、上で定義されたＵ、Ｖ、およびＷのそれぞれから導出可能であることを理解するであろう。

我々は、ここで、それぞれのクラスＡ、Ｂ、およびＣのセルからのモバイルにパイロットを割り当てる２つの例示的方法を説明する。

方法１。たとえば、Ａセルを検討されたい。ＡセルとＢセルとの間のエッジの近くに配置されたモバイルに（注記したように、すべてのＡセルに隣接する３つのＢセルがある）、Ｂセルで使用されるパイロット（パイロットｖ_１，・・・，ｖ_６）に直交であるパイロットを割り当てる。同様に、ＡセルとＣセルとの間のエッジの近くに配置されたモバイルに（注記したように、すべてのＡセルに隣接する３つのＣセルがある）、Ｃセルで使用されるパイロット（パイロットｗ_１，・・・，ｗ_６）に直交であるパイロットを割り当てる。

そのような割当が、図３に示されており、図３では、「奇数」パイロットｕ_１、ｕ_３、およびｕ_５が、クラスＢセルの近くの周辺モバイルに割り当てられ、「偶数」パイロットｕ_２、ｕ_４、およびｕ_６が、クラスＣセルの近くの周辺モバイルに割り当てられ、セル１の周辺モバイルに割り当てられる６つのパイロットが、クラスＢパイロットｖ_２、ｖ_４、およびｖ_６（セル２、４、および６内）ならびにクラスＣパイロットｗ_１、ｗ_３、およびｗ_５（セル３、５、および７内）に直交であることがわかる。

方法１の原理的説明は、モバイルと基地局との間の距離が小さい場合に、対応するシャドウイング係数が通常はより大きいことである。たとえば、図３をさらに参照すると、セル１内のモバイルの中で、パイロットｕ_１を有するモバイルは、通常、基地局２に関する最大のシャドウイング係数を有する。したがって、パイロットｕ_１を有するモバイルは、セル１からの他のモバイルよりもセル２からのパイロットを破壊する。したがって、ｕ_１をパイロットｖ_１，・・・，ｖ_６に直交にすることによって、我々は、セル１からのパイロットによって作られるセル２からのパイロットに対する損傷を最小にする。

図５で、我々は、図４に示されたように割り当てられたパイロットを有する２つのセルに関するシミュレーション結果を提示し、得られた総スループット（ビット毎秒毎Ｈｚ単位）を直交パイロットの同一の集合、たとえばｖ_１，・・・，ｖ_９が両方のセルで使用される対照的なケースで得られる総スループットと比較する。２つのプロットが示されており、上側の曲線は、我々の新しい構成を表し、下側の曲線は、従来のケースを表す。我々の新しい構成が大きな改善を与えることは明白である。

より具体的には、Ｍ＝２０個の基地局アンテナについて、新しい構成は、ほぼ２倍のスループットをもたらし、改善は、アンテナの個数が少なくとも３０個まで増やされる時に増え続け、その後、より穏当な改善になることがわかる。

方法２。一般性を失わずに、ｊ＝１であるものとする（ｊが、モバイルが存在する特定のセルを識別し、ｌが、特定の基地局を識別し、拡張によって、その特定の基地局によってサービスされるセルを識別し、ｋが、所与のセル内の特定のモバイルを識別することを想起されたい）。

まず、セルｊ＝１内のすべての移動局について、それぞれのシャドウ係数（各モバイルｋと各隣接する基地局ｌとの間の）をサイズの降順で並べる。すなわち、シャドウ係数β_１ｌｋ、ｌ＝２，・・・，６、ｋ＝１，・・・，６について、

になるインデックスｌ_ｉおよびｋ_ｉを見つける。

次に、セルｊ＝１の第ｋ_１モバイルに、第ｌ_１セル内で使用されるすべてのパイロットに直交であるパイロットを割り当てる。たとえば、ｋ_１＝３かつｌ_１＝４の場合には、第１セルの第３モバイルに、セル４内で使用されるすべてのパイロットすなわちパイロットｖ_１，・・・，ｖ_６に直交であるパイロットを割り当てる。

次に、セルｊ＝１の第ｋ_２モバイルに、セルｌ_２内で使用されるすべてのパイロットに直交であるパイロット（まだ使用されていない）を割り当てる。ｌ_ｉおよびｋ_ｉについて、以下同様である。あるｌ_ｉおよびｋ_ｉについて、セルｌ_ｉで使用されるパイロットに直交である使用可能なパイロットがない場合には、これらのｌ_ｉおよびｋ_ｉをスキップし、ｌ_ｉ＋１およびｋ_ｉ＋１に進む。

一般パイロット信号サイズτ。τの一般的な値の場合に、我々の構成は、やはり、Ａセル直交モバイル内でパイロット信号ｕ_１，・・・，ｕ_τを使用し、Ｂセル直交モバイル内でパイロット信号ｖ_１，・・・，ｖ_τを使用し、Ｃセル直交モバイル内でパイロット信号ｗ_１，・・・，ｗ_τを使用することを要求する。我々は、基地局が、ｍ個の中央モバイルおよびτ−ｍ個の周辺モバイルにサービスすると仮定する。そのような構成では、我々は、たとえば、中央モバイルにパイロットｖ_{τ−ｍ＋１}，・・・，ｖ_τ、ｕ_{τ−ｍ＋１}，・・・，ｕ_τ、およびｗ_{τ−ｍ＋１}，・・・，ｗ_τを使用する。

有利なことに、パイロットｖ_１，・・・，ｖ_τ−ｍ、ｕ_１，・・・，ｕ_τ−ｍ、およびｗ_１，・・・，ｗ_τ−ｍは、できる限り多数のパイロット

がパイロットｕ_１，・・・，ｕ_τ−ｍに直交になり、できる限り多数のパイロット

がパイロットｗ_１，・・・，ｗ_τ−ｍに直交になるように、構成される。我々は、パイロットｕ_１，・・・，ｕ_τ−ｍおよびｗ_１，・・・，ｗ_τ−ｍについて、必要な変更を加えて同一の特性を要求する。

上で説明した情報処理および情報検索のさまざまな動作を、ソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェアで実施される適当なプログラムの制御の下で汎用ディジタル・プロセッサまたは特殊目的ディジタル・プロセッサによって実行することができる。

通常の基地局は、少なくとも、その再利用クラスに割り当てられたパイロット信号の集合に関する情報を格納するディジタル・メモリを含むことができる。前記情報は、パイロット信号の明示的列挙または同等の情報を含むことができ、あるいは、その代わりに、そこから必要な情報をアルゴリズム的に生成できるパラメータの集合を含むことができる。

同様に、各移動局は、そのセルに割り当てられたパイロット信号の集合、より具体的には、パイロット信号の３つすべての集合に関する情報を格納するディジタル・メモリを含むことができる。そのような情報は、明示的列挙またはそこからそのような列挙を生成できるパラメータの集合のいずれかとすることができる。

したがって、少なくともいくつかの実施態様では、基地局装置は、上で説明したパイロット信号の知識を提供するように構成された回路網と、パイロット信号の知識を使用して伝搬チャネルに関する情報を導出するように構成されたプロセッサと、上で説明した伝搬チャネルに関する情報を使用して選択された移動局への送信のために信号をプリコーディングするように構成されたプロセッサとを有利に含む。

少なくともいくつかの実施態様では、基地局は、基地局によってサービスされるセル内に現在ある各移動局を中央モバイル、隣接するクラスのうちの１つの隣接セルの近くの周辺モバイル、または隣接するクラスのうちの他のクラスの隣接セルの近くの周辺モバイルとして分類するように構成されたプロセッサをも有利に含む。基地局は、移動局がどのように分類されるのかに従って移動局にパイロット信号を割り当てるように構成されたプロセッサをも有利に含む。

同様に、少なくともいくつかの実施態様では、移動局装置は、送信のために選択されるパイロット信号を指定する基地局からの信号を受信する受信器と、上で説明したパイロット信号に関する情報を格納するストレージ要素と、格納された情報を使用して指定されたパイロット信号を送信器に提供するプロセッサと、指定されたパイロット信号を送信する送信器とを有利に含む。

Claims (9)

1. パイロット信号の少なくとも３つの集合Ｕ＝｛ｕ_ｉ｝、Ｖ＝｛ｖ_ｉ｝、およびＷ＝｛ｗ_ｉ｝が定義されるセルラ・ネットワークに属する少なくとも１つの移動局から無線ラジオ周波数伝搬チャネルを介して送信されたパイロット信号を受信するステップと、
   プロセッサ内で、パイロット信号の前記３つの集合Ｕ、Ｖ、およびＷのうちの１つである集合Ｕ内の前記パイロット信号の知識を使用して、前記送信され受信されたパイロット信号から前記伝搬チャネルに関する情報を導出するステップであって、
   ベクトルとみなされる前記集合Ｕ、Ｖ、およびＷのそれぞれの前記パイロット信号は、直交基底を構成し、
   Ｕの要素ｕ_ｉのうちの少なくとも３つは、Ｖの要素ｖ_ｉのうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成し、
   Ｕの前記要素ｕ_ｉのうちの他の少なくとも３つは、Ｗの要素ｗ_ｉのうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成し、
   Ｕの前記少なくとも６つの要素ｕ_ｉは、Ｖの前記要素ｖ_ｉのうちの少なくとも３つと共に直交基底を形成し、Ｗの前記要素ｗ_ｉのうちの少なくとも３つと共に別の直交基底を形成する
   ステップと
   を含む方法。
2. プロセッサ内で、信号をプリコーディングするステップと、選択された移動局による受信のために前記信号を送信するステップとをさらに含み、前記プリコーディングするステップは、前記送信され受信されたパイロット信号から導出された前記伝搬チャネルに関する前記情報の少なくともいくつかを使用する、請求項１に記載の方法。
3. 前記集合Ｕ、Ｖ、およびＷのそれぞれは、９つの相互に直交する信号ベクトルからなり、各前記ベクトルは、９つの要素を有し、
   前記集合Ｕ、Ｖ、およびＷのそれぞれは、すべてのベクトル要素がｅ^{２ｎπｉ／３}の形を有するという特性を有し、ｎ＝０、１、もしくは２であるベクトルの集合、または前記特性を有する前記集合内の全ベクトルに共通のスケール係数、位相シフト、もしくはユニタリ回転を適用することによって前記特性を有する集合から導出可能なベクトルの集合のいずれかである
   請求項１に記載の方法。
4. Ｖの前記要素のうちの少なくとも３つは、Ｗの前記要素のうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成し、
   Ｗの前記要素のうちの少なくとも３つは、Ｖの前記要素のうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成する
   請求項１に記載の方法。
5. パイロット信号の３つの集合Ｕ＝｛ｕ_ｉ｝、Ｖ＝｛ｖ_ｉ｝、およびＷ＝｛ｗ_ｉ｝は、定義され、
   前記集合のうちの１つは、セルの各それぞれのクラスに割り当てられ、
   ベクトルとみなされる前記集合Ｕ、Ｖ、およびＷのそれぞれの前記パイロット信号は、直交基底を構成し、
   Ｕの要素ｕ_ｉのうちの少なくとも３つは、Ｖの要素ｖ_ｉのうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成し、
   Ｕの要素ｕ_ｉのうちの他の少なくとも３つは、Ｗの要素ｗ_ｉのうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成し、
   Ｕの前記少なくとも６つの要素ｕ_ｉは、Ｖの前記要素ｖ_ｉのうちの少なくとも３つと共に直交基底を形成し、Ｗの要素ｗ_ｉのうちの少なくとも３つと共に別の直交基底を形成し、
   Ｖの前記要素のうちの少なくとも３つは、Ｗの前記要素のうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成し、
   Ｗの前記要素のうちの少なくとも３つは、Ｖの前記要素のうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成する
   請求項４に記載の方法。
6. パイロット信号の少なくとも３つの集合Ｕ＝｛ｕ_ｉ｝、Ｖ＝｛ｖ_ｉ｝、およびＷ＝｛ｗ_ｉ｝が定義されるセルラ・ネットワークに属する移動局によって実行される方法であって、
   送信のために選択されるパイロット信号を指定する基地局からの信号を受信するステップと、
   前記指定されたパイロット信号を選択するステップと、
   前記指定されたパイロット信号を送信するステップであって、
   前記指定されたパイロット信号は、パイロット信号の前記３つの集合Ｕ、Ｖ、およびＷのうちの１つである集合Ｕから選択され、
   ベクトルとみなされる前記集合Ｕ、Ｖ、およびＷのそれぞれの前記パイロット信号は、直交基底を構成し、
   Ｕの要素ｕ_ｉのうちの少なくとも３つは、Ｖの要素ｖ_ｉのうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成し、
   Ｕの要素ｕ_ｉのうちの他の少なくとも３つは、Ｗの要素ｗ_ｉのうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成し、
   Ｕの前記少なくとも６つの要素ｕ_ｉは、Ｖの前記要素ｖ_ｉのうちの少なくとも３つと共に直交基底を形成し、Ｗの前記要素ｗ_ｉのうちの少なくとも３つと共に別の直交基底を形成する
   ステップと
   を含む方法。
7. 前記集合Ｕ、Ｖ、およびＷのそれぞれは、９つの相互に直交する信号ベクトルからなり、各前記ベクトルは、９つの要素を有し、
   前記集合Ｕ、Ｖ、およびＷのそれぞれは、すべてのベクトル要素がｅ^{２ｎπｉ／３}の形を有するという特性を有し、ｎ＝０、１、もしくは２であるベクトルの集合、または前記特性を有する前記集合内の全ベクトルに共通のスケール係数、位相シフト、もしくはユニタリ回転を適用することによって前記特性を有する集合から導出可能なベクトルの集合のいずれかである
   請求項６に記載の方法。
8. Ｖの前記要素のうちの少なくとも３つは、Ｗの前記要素のうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成し、
   Ｗの前記要素のうちの少なくとも３つは、Ｖの前記要素のうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成する
   請求項６に記載の方法。
9. パイロット信号の少なくとも３つの集合Ｕ＝｛ｕ_ｉ｝、Ｖ＝｛ｖ_ｉ｝、およびＷ＝｛ｗ_ｉ｝が定義されるセルラ・ネットワークに属する移動局であって、
   送信のために選択されるパイロット信号を指定する基地局からの信号を受信する受信器と、
   集合Ｕ、Ｖ、およびＷを構成する前記パイロット信号に関する情報を格納するストレージ要素と、
   前記格納された情報を使用して前記指定されたパイロット信号を送信器に提供するプロセッサと、
   前記指定されたパイロット信号を送信する送信器であって、
   前記指定されたパイロット信号は、パイロット信号の前記３つの集合Ｕ、Ｖ、およびＷのうちの１つである集合Ｕから選択され、
   ベクトルとみなされる前記集合Ｕ、Ｖ、およびＷのそれぞれの前記パイロット信号は、直交基底を構成し、
   Ｕの要素ｕ_ｉのうちの少なくとも３つは、Ｖの要素ｖ_ｉのうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成し、
   Ｕの要素ｕ_ｉのうちの他の少なくとも３つは、Ｗの要素ｗ_ｉのうちの少なくとも６つと共に直交基底を形成し、
   Ｕの前記少なくとも６つの要素ｕ_ｉは、Ｖの前記要素ｖ_ｉのうちの少なくとも３つと共に直交基底を形成し、Ｗの前記要素ｗ_ｉのうちの少なくとも３つと共に別の直交基底を形成する
   送信器と
   を含む移動局。

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