JP5705843B2 - 協調ビーム成形のためのアンテナ設定 - Google Patents

Description

本発明は、移動通信システム(例えばUMTS、LTE又はLTE Advanced)のような通信システムにおける通信の方法に関する。

より具体的には、本発明は、異なるセルからのプライマリ局アンテナを用いることによりビーム成形が達成され、異なるセル間の協調ビーム成形のためのプリコーディング・コードブックが用いられる、協調ビーム成形を用いた通信の方法に関する。

より大きい伝送速度を達成するために、異なるセルからの複数のアンテナがユーザ端末に向けた少なくとも１つの空間ストリームを生成するために用いられる協調ビーム成形を用いることが提案された。ビーム成形及びMIMO技術に関連して、プリコーディングは、送信アンテナの利得及び/又は位相が変更されるように、アンテナに複素係数を適用することによってアンテナに適用される。しかしながら、(例えばユーザ端末が信号を受信するための適切な位相基準を導き出すことができるように)ビーム成形に関するいくつかの情報をユーザ端末に通知することが重要である場合がある。

これは、１セットの予め定められた係数である予め定められたコードブックによって実行されることができる。選択されたコードブックのインデックスは例えば受信局に通知されることができ、受信係数の対応するセットが適用される。さらに、送信局へのフィードバックを提供するために、ユーザ端末は、チャネルに関する情報(例えば好ましいプリコーディング・ベクトル)を示すことを必要とする。したがって、全てのこの通知は、あまりに多くのオーバーヘッドを生じさせず、依然として信頼性が高く十分に有効であるように、巧妙な態様で実施されることが必要とされる。

UMTS及びLTEのようなシステムにおいて、MIMO、プリコーディング又はビーム成形としてさまざまに記述されるマルチ・アンテナ送信/受信技術が、１つのセルから移動端末への送信のためにサポートされる。ダウンリンク送信のための好ましいプリコーディング・インデックスを使用者機器(UE)が報告することを可能にするプリコーディング・コードブックが定められる。

同じコードブックは、基地局によってダウンリンクにおいて実際に適用されるプリコーディング・ベクトル又は行列をユーザ機器に通知するために用いられることができる。これは、チャネル係数を記述する態様とみなされることができる。これは、ダウンリンク送信の復調のための共通のパイロット・シンボルから適切な位相/振幅基準信号をユーザ機器が導き出すことを可能にする。あるいは、パイロット・シンボルは、専用のリファレンス・シンボルを形成するためにプリコードされることができ、受信機位相基準として直接用いられることができる。

一般的に、LTEのようなシステムの仕様は、「アンテナ・ポート」という用語を利用し、それは、事実上、１つ以上の物理的アンテナからの信号の線形組み合わせによって導き出されることができる仮想的なアンテナである。便宜上、我々は、「アンテナ」という用語を用いるが、これは、「アンテナ・ポート」としても理解されることができる。

複数のセル又は複数のサイトからのアンテナを用いた、ビーム成形のようなマルチ・アンテナ技術は、LTEにおいて興味深いだろう。しかしながら、そのような場合に、信号が単純であるが依然として有効であるように、どのようにコードブックが定められるべきであるかを特定する必要がある。

協調ビーム成形のために用いられることができるコードブックを提供するための方法を提供することが本発明の目的である。

複数のセルが協調している協調ビーム成形状況におけるプリコーディングを通知するための方法を提供することが本発明の他の目的である。

本発明の第１の態様によれば、ネットワークにおいて通信するための方法が提案され、当該ネットワークは、複数のセカンダリ局と通信するために、第１セル専用の第１アンテナアレイを持つ第１プライマリ局及び第２セル専用の第２アンテナアレイを持つ第２プライマリ局をそれぞれが含む少なくとも第１セル及び第２セルを有し、当該方法は、
(a)第１及び第２プライマリ局から少なくとも１つの第１セカンダリ局への協調ビーム成形送信を提供するステップを有し、ステップ(a)は、
(a1)第１セカンダリ局が、第１及び第２プライマリ局のうちの少なくとも１つに少なくとも１つのチャネル行列を通知すること、並びに、
(a2)第１及び第２プライマリ局が、第１アンテナアレイ及び第２アンテナアレイの両方にわたってプリコーディング行列を適用することを含み、プリコーディング行列は第１セルのための第１ベクトル及び第２セルのための第２ベクトルを有し、プリコーディング行列は少なくとも１つのチャネル行列に基づく。

したがって、プリコーディングは、１つのセル・プリコーディングのために設計されるプリコーディングによって実行されて通知されることができる。本発明の実施の形態において、システムは、マルチセルMIMO(又は協調MIMO)とともにシングルセルMIMOを実施することができるので、これは、特別な信号を用いることを回避して、両方の送信モードのために１つのセル信号を用いることを可能にする。

本発明の第２の態様によれば、ネットワークの第１セル専用の第１アンテナアレイを持つ第１プライマリ局が提案され、ネットワークは、第２セル専用の第２アンテナアレイを持つ第２プライマリ局を含む第２セルを少なくとも有し、第１プライマリ局は、複数のセカンダリ局と通信するための手段を有し、プライマリ局は、第１及び第２プライマリ局から少なくとも１つの第１セカンダリ局への協調ビーム成形送信を提供するために第２プライマリ局と協力するための手段、第１セカンダリ局から少なくとも１つのチャネル行列の通知を受信するための受信手段、並びに、第１アンテナアレイにわたってプリコーディング行列を適用するための制御手段を更に有し、プリコーディング行列は第１セルのための第１ベクトル及び第２セルのための第２ベクトルを有し、プリコーディング行列は少なくとも１つのチャネル行列に基づく。

本発明の第３の態様によれば、ネットワークにおいて通信するための手段を有するセカンダリ局が提案され、当該ネットワークは、セカンダリ局と通信するために、第１セル専用の第１アンテナアレイを持つ第１プライマリ局及び第２セル専用の第２アンテナアレイを持つ第２プライマリ局をそれぞれが含む少なくとも第１セル及び第２セルを有し、セカンダリ局は、第１及び第２プライマリ局から少なくとも１つの第１セカンダリ局への協調ビーム成形送信を受信し、第１及び第２プライマリ局のうちの少なくとも１つに少なくとも１つのチャネル行列を通知するための手段を有し、行列は、第１セル専用のコードブック又は第２セル専用のコードブックに基づく。

本発明の第４の態様によれば、少なくとも２つの第２の態様のプライマリ局及び少なくとも１つの第３の態様のセカンダリ局を有するネットワークが提案される。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載される実施の形態から明らかであり、それらを参照し説明される。

本発明は、さらに詳細に一例として添付の図面を参照して説明される。

本発明の第１の実施の形態が実施されるネットワークを表すブロック図。 本発明の第１の実施の形態が実施されるネットワークを表すブロック図。

本発明は、複数のセルから成るセルラネットワークに関する。各々のセルにおいて、LTEにおけるeNodeBのような専用のプライマリ局は、考慮されるセル中に位置する、使用者機器のような移動端末と通信する。各々のプライマリ局は、考慮されるセル専用の複数のアンテナを有することができ、アンテナはアレイで配置される。ビーム成形又はMIMO通信を実行するために、プライマリ局が送信するときに、各々のアンテナの利得/位相が変更される。これはプリコーディングと呼ばれ、例えば予め定められたセカンダリ局の方へ導かれる空間ビーム又は空間データ・ストリームを作成することを可能にする。

プリコーディングを制御するために、フィードバックが、セカンダリ局から必要である場合がある。例えば、チャネル品質は、一般的にチャネル品質インジケータ(CQI)によって示される。これは、一般的に、パケット送信が予め定められたエラー確率によって受信されることができるデータ速度を示す。

複数のセル又は複数のサイトからのアンテナを用いたビーム成形のようなマルチ・アンテナ技術が、(CoMPすなわち協調マルチポイント送信の記述の下で)議論されている。そのような場合、複数のセル(一般的には２つのセルだが、さらに多い場合もある)は、１つ以上のセカンダリ局へのビームを発生させるために協力している。例えば、同じデータ・ストリームが、異なるセルのアンテナ・ポートから送信される。

しかしながら、そのような場合のためにコードブックがどのように定められるべきであるかは明確ではなく、単一セル用に設計された既存の（又は新たな）コードブックがどのようにマルチセル用に適応されるべきであるかは明確でない。更なる問題は、協調ビーム成形が複数のセルからデータを送信するために適用される場合、データのコピーが、協調しているセルの各々において必要であることである。

したがって、協調多重セルMIMO通信において用いられることができる単純かつ信頼性が高い通知及びプリコーディングのためのソリューションを提供することが本発明の実施の形態に従って調査される。これらの実施の形態の第１の変形例において、複数のセルにチャネル情報を報告するために単一セル用に設計されたコードブックを用いることが提案されることができ、位相オフセットが、コードブック・インデックスのペアの間で示される。そのうえ、これは、独立したデータ・ストリームが異なるセルから送信される、報告されたチャネル情報に基づく複数のセルから移動端末への送信によってまた更に改善されることができる。これは、この方法の使用の仮定の下で実行されることができ、そして、そのような場合、移動端末は、各々のストリームのためのチャネル品質指標(CQI)を計算することができる。これらの特徴は独立に実施されてもよいことに留意する必要がある。

図1に示される第１のネットワークにおいて、第１セル101及び第２セル102は隣接する。基地局200は、アンテナ・ポート211が第１セル101に専用である第１プライマリ局201及びアンテナ・ポート212が第２セル102に専用である第２プライマリ局202を有することができる。そのような構成において、同じデータは、第１アンテナ・ポート211及び第２アンテナ・ポート212によって容易に送信されることができる。２つのセルからの空間ストリーム301は、第１セルに位置するセカンダリ局401の方へ導かれる。さらに、示されるように、他のセカンダリ局402に導かれる他の空間ストリーム302を持つことが可能である。図示された例において、セカンダリ局402は第２セルにあるが、それは第１セル中に位置する可能性もある。

LTEのようなシステムの第１の実施の形態において、図1に示されるように、協調ビーム成形がダウンリンクにおいて２つのセル間で実施されることができる。プリコーディングは、両方のセルに属しているアンテナのセットにわたって同じプリコーディング・ベクトルを適用することによって各々の空間ストリームに対して実行されることが想定される。このプリコーディング・ベクトルは、１セットの予め定められたコードブック(第１セル101及び第２セル102の各々に対して１つのコードブック)から選択される各々のセルのためのベクトルで構成される。プリコーディングは、各々のセルのためのプリコーディング・ベクトルを示すことによって、空間ストリームに対して通知される。セカンダリ局401又は402のような個々のユーザは、それぞれ１つ以上の空間ストリーム301又は302を受信することができる。ネットワークが適切なプリコーディング・ベクトルを選択するために、移動端末は、チャネルの状態に関するフィードバックを提供する。フィードバックは、各々のストリーム及び各々のセルのための好ましいプリコーディング・ベクトルに対する１セットのインデックスの形式をとることができる。これらのベクトルは、可能な総送信レートを最大化するように選択される。移動端末のコードブックは、ネットワーク中のそれらと同一である。

この第１の実施の形態のバリエーションにおいて、各々のアンテナに適用される係数が、リファレンスの働きをするアンテナのうちの１つに適用される係数に対して定められるように、コードブックが設計される。LTEにおいて、第１アンテナがリファレンスであり、このアンテナは単一の係数を持つ。複数のコードブック(各々のセルに対して１つ)を用いて複数のセルにわたって必要なプリコーディングを詳細に定めるために、コードブック間の必要な位相/振幅関係を特定することが必要である場合がある。LTEに関して、コードブックの要素は単一の振幅を持つので、位相関係は、１つのコードブックと他のコードブックとの間の位相回転として(例えば連続するコードブック間の又は基準コードブックに対する位相回転として)、特定されることができる。この位相オフセットは、４つ又は８つの異なる位相オフセットのうちの１つを示すために、２又は３ビットによって特定されることができる。一般に、位相値は、移動端末からのアップリンクにおいて通知されることができる。複数のセルから信号を受信するための位相基準を定めるために、位相オフセットは、ダウンリンクにおいても通知されることができる。図1に示されるネットワークにおいて、第１プライマリ局201及び第２プライマリ局202は同じ装置中にあり、これが基地局200によって知られることができるので、これは位相オフセットの管理を単純化することを可能にすることに留意する必要がある。しかしながら、位相オフセットの使用は、それが単一セルでの使用のために設計される既存のコードブックの使用を容易にするので、有益である。この実施の形態の例において、基準コードブックは、ユーザ機器が位置するプライマリ局として選ばれる。その結果として、セカンダリ局401のための基準コードブックは、セル101のコードブックであり、セカンダリ局402のための基準は、セル102のコードブックである。

第１の実施の形態の変形例において、図2に示されるように、ネットワークは幾分異なることができる。この場合には、第１セル101の第１プライマリ局201は、第２セル102の第２プライマリ局202と異なる装置中にあることができる。したがって、同期して同時に同じデータを送信することはやや難しい。さらに、位相オフセットの推定は、図1に示されるネットワークより難しい可能性がある。

しかしながら、特に例えばフェムト・セルの場合には、そのようなネットワークにおいて第１の実施の形態を実施することは依然として可能である。しかしながら、図2のネットワークは、本発明の第２の実施の形態の実施態様に、より適合していることに留意する必要がある。第２の実施の形態によれば、プライマリ局におけるプリコーディングは、第１アンテナアレイ又は第２アンテナアレイにわたってプリコーディング行列を適用することを含む。さらに、プリコーディング行列は、第１セルのための第１ベクトル又は第２セルのための第２ベクトルを有する。

LTEのようなシステムにおいて実施される第２の実施の形態において、協調送信は、ダウンリンクにおいて２つのセル間で実行されることができる。プリコーディングは、１つのセルのみに属しているアンテナのセットにわたってプリコーディング・ベクトルを適用することによって各々の空間ストリームのために実行されることが想定される。各々のセルのためのプリコーディング・ベクトルは、一セットの予め定められたコードブック(セルのための１つのコードブック)から選択される。プリコーディングは、各々のセルのためのプリコーディング・ベクトルを示すことによって、空間ストリームに対して通知される。個々のユーザは、各々のセルから１つ以上の空間ストリームを受信することができる。ネットワークが適切なプリコーディング・ベクトルを選択するために、移動端末は、チャネルの状態のフィードバックを提供する。フィードバックは、各々のストリーム及び各々のセルのための好ましいプリコーディング・ベクトルに対する１セットのインデックスの形式をとる。プリコーディング・ベクトルのセットは、可能な総送信レートを最大化するように選ばれる。移動端末のコードブックは、ネットワーク中のそれらと同一である。

第２の実施の形態は以下の利点を持つ。
・異なるデータが異なるセルから送信されることができ、それはいくつかのセル中に同じデータの複数のコピーを提供する必要性を回避する。
・いかなる位相オフセットも示すことを要せずに既存のコードブックが用いられることができる。
・スケジューリング決定(例えば送信レート及び電力割り当て)が、異なるセルにわたって少なくとも部分的に独立していることができる。それが、この第２の実施の形態が図2に示されるネットワークにより適合していることができる理由である。

第２の実施の形態にとっての追加の特徴として、複数のセルからユーザ機器への複数のストリームのダウンリンク送信を示す通知が、単一セルからの複数のストリームのために用いられるそれ(すなわちLTEのPDCCH)と同様であることができる。一般に、所与のストリームを受信するためにどれが適切な基準信号であるかの指標が、ユーザ機器にとって必要である。基準がプリコードされたリファレンス・シンボルによって提供される場合、どのセルからストリームが送信されるかを示す必要がなく、どのリファレンス・シンボル（又はリファレンス・シーケンス）が用いられるべきかのみを示す必要がある。

さらに、第１の実施の形態及び第２の実施の形態に適用することができるいくつかの変形例は、以下を有することができる。

位相基準は、プリコードされたリファレンス・シンボル又はプリコードされたパイロット・シンボルを用いてダウンリンクにおいて示される。したがって、リファレンス・シンボルは、情報を伝達するために用いられることができ、単に同期などのためには用いられない。

さらに、説明において、プリコーディング・ベクトルの表現が用いられたが、本発明のいくつかの変形例において、プリコーディングはプリコーディング行列の助けを借りて表現されることができることに留意すべきである。

追加の特徴として、ユーザ機器は、選択された数の空間ストリームの仮定の下で、そして各々のセルのための選択されたコードブック・エントリーの使用の仮定の下で、各々の空間ストリームのためのチャネル品質インジケータ(CQI)を計算する。CQIはネットワークに通知され、そしてそれは、ネットワークが適切な送信レート(例えば変調及び符号化スキーム)を選択することを可能にする。

追加のフィードバックは、合計レートを必ずしも最大にするというわけではないプリコーディング・ベクトル(及びCQI)の代わりのセットを示すために提供されることができる。例えば、空間ストリームの各々の可能な数のために計算される１セットのフィードバックが存在することができる。フィードバックは、他の端末への他の送信からの干渉に関する異なる仮定に対して提供されることができる(例えば、セルが両方とも同じユーザ機器にストリームを送信しているか、１つのセルは送信していないか、又は、セルが協調していない第２の実施の形態において、干渉が存在する)。

フィードバックは、プリコーディング・ベクトルにインデックスの代わりにチャネルの量子化された表現を有することができることに留意する必要がある。

さらに、フィードバックは、(実際の空間ストリームの好ましい数である)好ましい送信ランクを示すことができる。

いずれの実施の形態においても、協調セルにおけるアンテナの数が同一である必要はない。

本発明は、LTE-Advancedを含むことができるセル間の協調ビーム成形を用いるシステムに適用可能である。セルは、単一の基地局サイトに、又は異なるサイト(例えばファイバ無線技術によって実施されるフェムト・セル) に位置することができる。

本願明細書及び請求の範囲において、単数で表現された要素は、そのような要素が複数存在することを除外しない。さらに、「有する」「含む」などの用語は、挙げられたもの以外の他の要素又はステップの存在を除外しない。

請求の範囲の括弧に参照符号が含まれることは、理解を助けることを意図したものであり、制限することを意図しない。本開示を読むことから、他の変更が当業者にとって明らかである。そのような変更は、無線通信の従来技術において既に周知である他の特徴を含むことができる。

Claims (13)

1. ネットワークにおいて通信するための方法であって、前記ネットワークは、複数のセカンダリ局と通信するために、第１セル専用の第１アンテナアレイを持つ第１プライマリ局及び第２セル専用の第２アンテナアレイを持つ第２プライマリ局をそれぞれが含む第１セル及び第２セルを少なくとも有し、当該方法は、
   （ａ）前記第１及び第２プライマリ局から少なくとも１つの第１セカンダリ局への協調ビーム成形送信を提供するステップ、
   を有し、ステップ（ａ）は、
   （ａ１）前記第１セカンダリ局が、前記第１及び第２プライマリ局の少なくとも１つに少なくとも１つのチャネル行列を通知するステップ、
   （ａ２）前記第１及び第２プライマリ局が、前記第１アンテナアレイ及び前記第２アンテナアレイの両方にわたって同じプリコーディング・ベクトルを適用するステップ、
   を含み、前記プリコーディング・ベクトルは、前記第１セルのための第１ベクトル及び前記第２セルのための第２ベクトルを有し、前記プリコーディング・ベクトルは、前記少なくとも１つのチャネル行列に基づく、方法。
2. 前記第１ベクトル及び前記第２ベクトルは、前記第１セル専用の第１コードブック及び前記第２セル専用の第２コードブックからそれぞれ選択される、請求項１に記載の方法。
3. ステップ（ａ１）が、第１ベクトルと第２ベクトルとの間の位相関係を通知することを含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. プリコードされたリファレンス・シンボルによってセカンダリ局に位相基準が通知される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第１セカンダリ局が、前記第１セル及び前記第２セルから、又は前記第１セル若しくは前記第２セルからの各々の空間ストリームのために、チャネル品質情報を通知する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記チャネル品質情報が、少なくとも１つの別の好ましいプリコーディング・ベクトルをさらに有し、前記第１プライマリ局及び前記第２プライマリ局又は前記第１プライマリ局若しくは前記第２プライマリ局が、前記好ましいプリコーディング・ベクトル又は干渉測定に応じた別のベクトルを選択する、請求項５に記載の方法。
7. 前記チャネル品質情報がチャネル状態を表す、請求項６に記載の方法。
8. 前記チャネル品質情報が好ましい送信ランクを含む、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記少なくとも１つのチャネル行列が、
   前記セカンダリ局によってコードブックから選択される好ましいプリコーディング・ベクトル、
   前記第１及び第２プライマリ局のうちの１つとセカンダリ局との間の送信チャネルの量子化された表現、
   のうちの１つを含む、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記好ましいプリコーディング・ベクトルが、
    最高の受信データ速度を与えるプリコーディング・ベクトル、及び
    最高の受信SNRを与えるプリコーディング・ベクトル、
    のうちの１つを示すように選択される、請求項９に記載の方法。
11. ネットワークの第１セル専用の第１アンテナアレイを持つ第１プライマリ局であって、前記ネットワークはさらに、第２セル専用の第２アンテナアレイを持つ第２プライマリ局を含む第２セルを少なくとも有し、当該第１プライマリ局は、複数のセカンダリ局と通信するための手段を有し、前記第１プライマリ局はさらに、前記第１及び第２プライマリ局から少なくとも１つの第１セカンダリ局への協調ビーム成形送信を提供するために前記第２プライマリ局と協力するための手段、少なくとも１つのチャネル行列の通知を前記第１セカンダリ局から受信するための受信手段、及び、前記第１アンテナアレイにわたってプリコーディング・ベクトルを適用するための制御手段を有し、前記プリコーディング・ベクトルは、前記第１セルのための第１ベクトル及び前記第２セルのための第２ベクトルを有し、前記第２プライマリ局の前記第２アンテナアレイにも適用され、前記プリコーディング・ベクトルは、前記少なくとも１つのチャネル行列に基づく、第１プライマリ局。
12. ネットワークにおいて通信するための手段を有するセカンダリ局であって、前記ネットワークは、前記セカンダリ局と通信するために、第１セル専用の第１アンテナアレイを持つ請求項１１に記載の第１プライマリ局及び第２セル専用の第２アンテナアレイを持つ請求項１１に記載の第２プライマリ局をそれぞれ含む第１セル及び第２セルを少なくとも有し、前記セカンダリ局は、前記第１及び第２プライマリ局から少なくとも１つの第１セカンダリ局への協調ビーム成形送信を受信し、前記第１及び第２プライマリ局のうちの少なくとも１つに少なくとも１つのチャネル行列を通知するための手段を有し、前記チャネル行列は、前記第１セル専用のコードブック及び/又は前記第２セル専用のコードブックに基づく、セカンダリ局。
13. 第１セル専用の請求項１１に記載の第１プライマリ局、及び、第２セル専用の請求項１１に記載の第２プライマリ局を少なくとも有するネットワークであって、前記第１プライマリ局及び第２プライマリ局は、請求項１２に記載のセカンダリ局に向けられる協調ビーム成形送信を提供するために協力するための手段を有する、ネットワーク。

Images