JP6542300B2 - 分散入力分散出力無線システムにおけるドップラー効果に対処するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本出願は、以下の同時係属の米国特許出願の一部継続出願である。
米国特許出願第12/917,257号(2010年11月1日出願、名称「Systems And Methods To Coordinate Transmissions In Distributed Wireless Systems Via User Clustering」、同第12/802,988号(2010年6月16日出願、名称「Interference Management,Handoff,Power Control And Link Adaptation In Distributed−Input Distributed−Output(DIDO)Communication Systems」、同第12/802,976号(2010年6月16日出願、名称「System And Method For Adjusting DIDO Interference Cancellation Based On Signal Strength Measurements」、現米国発行済み特許第8,170,081号(2012年5月1日発行))、米国特許出願第12/802,974号(2010年6月16日出願、名称「System And Method For Managing Inter−Cluster Handoff Of Clients Which Traverse Multiple DIDO Clusters」)、同第12/802,989号(2010年6月16日出願、名称「System And Method For Managing Handoff Of A Client Between Different Distributed−Input−Distributed−Output(DIDO)Networks Based On Detected Velocity Of The Client」)、同第12/802,958号(2010年6月16日出願、名称「System And Method For Power Control And Antenna Grouping In A Distributed−Input−Distributed−Output(DIDO)Network」)、同第12/802,975号(2010年6月16日出願、名称「System And Method For Link adaptation In DIDO Multicarrier Systems」)、同第12/802,938号(2010年6月16日出願、名称「System And Method For DIDO Precoding Interpolation In Multicarrier Systems」)、同第12/630,627号(2009年12月3日出願、名称「System and Method For Distributed Antenna Wireless Communications」)、同第12/143,503号(2008年6月20日出願、名称「System and Method For Distributed Input−Distributed Output Wireless Communications」、現米国発行済み特許第8,160,121号(2009年4月17日発行))、米国特許出願第11/894,394号(2007年8月20日出願、名称「System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communications」、現米国発行済み特許第7,599,420号(2009年10月6日発行))、米国特許出願第11/894,362号(2007年8月20日、名称「System and method for Distributed Input−Distributed Wireless Communications」、現米国発行済み特許第7,633,994号(2009年12月15日発行))、米国特許出願第11/894,540号(2007年8月20日出願、名称「System and Method For Distributed Input−Distributed Output Wireless Communications、現米国発行済み特許第7,636,381号(2009年12月22日発行))、米国特許出願第11/256,478号(2005年10月21日出願、名称「System and Method For Spatial−Multiplexed Tropospheric Scatter Communications」、現米国発行済み特許第7,711,030号(2010年5月4日発行))、米国特許出願第10/817,731号(2004年4月2日出願、名称「System and Method For Enhancing Near Vertical Incidence Skywave(「NVIS」)Communication Using Space−Time Coding」、現米国発行済み特許第7,885,354号(2011年2月28日発行)。
G.Caire and S.Shamai,「On the achievable throughput of a multiantenna Gaussian broadcast channel」,IEEE Trans.Info.Th.,vol.49,pp.1691〜1706,July 2003。
本発明は、発明を実施するための最良の形態の以下の説明を図面と併せ読むことにより、より良好に理解されると考えられる。
1.クラスター間干渉を除去する方法
ゼロRFエネルギを有する空間にロケーションを作成するために複数の分散型送信アンテナを使用する無線高周波(RF)通信システム及び方法を以下に説明する。M個の送信アンテナを使用する時に、所定のロケーションにおいてゼロRFエネルギの(M−1)個までの点を作成することができる。本発明の一実施形態において、ゼロRFエネルギの点は、無線デバイスであり、送信アンテナは、送信機と受信機との間のチャンネル状態情報(CSI)を認識している。一実施形態において、CSIは、受信機で計算されて送信機にフィードバックされる。別の実施形態において、CSIは、チャンネル相互関係が利用されると仮定して受信機からトレーニングを通じて送信機で計算される。送信機は、CSIを利用して、同時に送信される干渉信号を決定することができる。一実施形態において、ブロック対角化(BD)事前符号化が、ゼロRFエネルギの点を生成するために送信アンテナにおいて使用される。
Hw=0K×1
式中、0K×1は、全てのゼロ入力によるベクトルであり、Hは、M個の送信アンテナからK人のユーザまでチャンネルベクトル
・DIDOクライアント
・DIDO分散型アンテナ
・DIDO基地送受信機局(BTS)
・DIDO基地局ネットワーク(BSN)
・SIR推定1101:クライアントは、主DIDOクラスターからの信号電力(すなわち、受信した事前符号化データに基づいて)及び近傍DIDOクラスターからのノイズプラス干渉信号電力を推定する。シングルキャリアDIDOシステムでは、フレーム構造は、短いサイレンス期間に設計することができる。例えば、サイレンス期間は、チャンネル状態情報(CSI)フィードバック中にチャンネル推定のトレーニングと事前符号化データ送信との間に定義することができる。一実施形態において、近傍クラスターからのノイズプラス干渉信号電力は、主クラスター内のDIDOアンテナからサイレンス期間中に測定される。実用的なDIDOマルチキャリア(OFDM)システムは、ヌルトーンが、典型的には、送信側及び受信側でのフィルタリングのためにオフセットされる直流(DC)及び帯域の縁部での減衰を防止するのに使用される。マルチキャリアシステムを使用する別の実施形態において、ノイズプラス干渉信号電力は、ヌルトーンから推定される。補正係数を使用し、帯域の縁部での送信/受信フィルタ減衰を補正することができる。主クラスターからの信号対ノイズプラス干渉電力(PS)及び近傍クラスター(PIN)からのノイズプラス干渉電力が推定されると、クライアントは、以下のようにSINRを計算する。
これ以降、異なる種類のサービス(すなわち、低移動度サービス又は高移動度サービス)を提供する別々のエリアに位置する分散型アンテナによりポピュレートされたDIDOクラスターにわたって移動するクライアントに関する異なるハンドオフ方法を説明する。
一実施形態において、上述のクラスター間干渉を除去するIDCI−事前符号化器は、DIDOシステムにおけるハンドオフ方法の基線として使用される。セルラーシステムにおける従来のハンドオフは、異なる基地局によってサービスを提供されるセルにわたってシームレスに切り換わるクライアントに向けて考慮される。DIDOシステムでは、ハンドオフにより、クライアントは、接続を失わずにクラスター間に移動することができる。
DIDOシステムは、クローズドループ伝送方式を使用し、ダウンリンクチャンネルにわたってデータストリームを事前符号化する。クローズドループ方式は、フィードバックチャンネルにわたって待ち時間により本質的に抑制される。実用的なDIDOシステムでは、コンピュータの時間は、高い処理パワーを有する送受信機により低減することができ、待ち時間の殆どは、BTSから分散型アンテナにCSI及びベースバンド方式の事前符号化データを配信する時にDIDO BSNにより導入されることが推定される。BSNは、デジタル加入者回線(DSL)、ケーブルモデム、ファイバリング、T1線、光同軸混成(HFC)ネットワーク、及び/又は固定無線(例えば、WiFi)を含むがこれらに限定されない様々なネットワーク技術で構成することができる。専用ファイバは、典型的には、帯域幅が非常に大きく、待ち時間が低いが(潜在的にローカル領域で1ミリ秒未満)、DSL及びケーブルモデムほどは普及していない。今日、DSL及びケーブルモデム接続は、典型的には米国ではラストマイル待ち時間が10〜25ms間に存在するが、非常に普及している。
電力制御を伴うDIDOシステムのブロック図を図17に示す。あらゆるクライアント(1...U)の1つ又は複数のデータストリーム(sk)が、DIDO事前符号化ユニットによって生成された重みにより乗算される。事前符号化データストリームには、入力チャンネル品質情報(CQI)に基づいて、電力コントローラにより計算される電力スケーリング係数が乗算される。CQIは、DIDO BTSにクライアントからフィードバックされるか、アップリンク−ダウンリンクチャンネル相互関係を仮定してアップリンクチャンネルから導出される。次に、異なるクライアントのU個の事前符号化ストリームが、M個のデータストリーム(tm)に、M個の送信アンテナの各々に対して1つに結合及び多重化される。最後に、ストリームtmが、デジタル/アナログ変換器(DAC)ユニット、高周波(RF)ユニット、電力増幅器(PA)ユニット、及び最後にアンテナに送られる。
・低電力(LP)送信機:1W及び5Mbpsの消費者等級の広帯域(例えば、DSL、ケーブルモデム、ファイバトゥザホーム(FTTH))の最大送信電力で、あらゆる高さにおいてどこにでも(すなわち、屋内、又は屋外)に位置するバックホール接続性。
・高電力(HP)送信機:100W及び市販等級の広帯域(例えば、光ファイバリング)バックホールの送信電力で(DIDO無線リンクにわたって利用可能な収量と比較して有効に「無制限」データ転送速度で)、ほぼ10メートルの高さにおける屋上又は建物取り付け式アンテナ。
「管理」露出では、平均時間は、6分であり、一方、「非管理」露出では、30分まで増大される。次に、いずれの電源も、(14)の平均電力密度が「非管理」露出の30分の平均値に関するFCC限度を満たす限りMPE限度より大きい電力レベルで送信することが許容される。
・計算利得:DIDO事前符号化は、クラスター内のあらゆる群内においてのみ計算される。例えば、例えば、BD事前符号化が使用される場合に、特異値分解(SVD)は複雑性O(n3)を有し、nは、チャンネル行列Hの最小次元である。Hをブロック対角行列に低減することができる場合、複雑性が低減されたあらゆるブロックに対してSVDが計算される。n=n1+n2であるようにチャンネル行列が次元n1及びn22つのブロック行列に分割された場合に、SVDの複雑性は、O(n1 3)+O(n2 3)<O(n3)であるに過ぎない。極端な場合、Hが対角行列である場合に、DIDOリンクは複数のSISOリンクに低減され、SVD計算は不要である。
・低減されるCSIフィードバックオーバヘッド:DIDOアンテナ及びクライアントが一実施形態において群に分割された時に、CSIは、同じ群内のみでクライアントからアンテナまで計算される。TDDシステムは、チャンネル相互関係を仮定することにより、アンテナグループ分けにより、チャンネル行列Hを計算すべきチャンネル推定値の数が低減する。CSIが無線リンク上でフィードバックされるFDDシステムでは、アンテナグループ分けにより、DIDOアンテナとクライアントとの間の無線リンクにわたってCSIフィードバックオーバヘッドの低減が更に得られる。
本発明の一実施形態において、異なる多重アクセス技術が、DIDOアップリンクチャンネルに対して定義される。これらの技術は、CSIをフィードバックするか、又はアップリンクでクライアントからDIDOアンテナにデータストリームを送信するために使用することができる。これ以降、フィードバックCSI及びデータストリームをアップリンクストリームと呼ぶ。
・多重入力多重出力(MIMO):アップリンクストリームは、オープンループ型MIMO多重化方式を通じてDIDOアンテナにクライアントから送信される。本方法は、全てのクライアントが時点/周波数同期化されると仮定する。一実施形態において、クライアント間の同期は、ダウンリンクからのトレーニングを通じて達成され、全てのDIDOアンテナは、同じ時点/周波数基準クロックにロックされると仮定される。異なるクライアントでの遅延広がりの変動により、MIMOアップリンク方式の性能に影響を与える可能性がある異なるクライアントのクロック間のジッタが発生する可能性があることに留意されたい。クライアントがMIMO多重化方式を通じてアップリンクストリームを送った後に、受信DIDOアンテナは、同一チャンネル干渉を除去して個々にアップリンクストリームを復調するために、非線形(すなわち、最大尤度、ML)又は線形(すなわち、ゼロフォーシング、最小平均二乗誤差)受信機を使用することができる。
・時分割多重アクセス(TDMA):異なるクライアントは、異なる時間スロットに割り当てられる。あらゆるクライアントは、時間スロットが利用可能な時にアップリンクストリームを送る。
・周波数分割多重アクセス(FDMA):異なるクライアントは、異なるキャリア周波数に割り当てられる。マルチキャリア(OFDM)システムでは、トーンの部分集合は、同時にアップリンクストリームを送信する異なるクライアントに割り当てられ、したがって、待ち時間が低減する。
・符号分割多重アクセス(CDMA):あらゆるクライアントは、異なる擬似乱数に割り当てられ、クライアントにわたる直交性は、符号領域において達成される。
無線チャンネルの時間、周波数、及び空間選択度を利用するDIDOシステムのリンクアダプテーション方法は、米国特許第7,636,381号に定義されている。無線チャンネルの時間/周波数選択度を利用するマルチキャリア(OFDM)DIDOシステム内のリンクアダプテーションの本発明の実施形態を以下に説明する。
・CSI推定:3171で、DIDO BTSは、全てのユーザからのCSIを計算する。ユーザは、単一の又は複数の受信アンテナを装備することができる。
・DIDO事前符号化:3172で、BTSは全てのユーザに対してDIDO事前符号化重みを計算する。一実施形態において、BDは、これらの重みを計算するために使用される。事前符号化重みは、トーン単位で計算される。
・リンク品質メトリック計算:3173で、BTSは、周波数領域リンク品質メトリックを計算する。OFDMシステムにおいては、メトリックはCSIから計算され、DIDO事前符号化重みが、あらゆるトーンに対して計算される。本発明の一実施形態において、リンク品質メトリックは、全てのOFDMトーンにわたる平均SNRである。本発明者らは、(平均SNR性能に基づいて)LA1として本方法を定義する。別の実施形態において、リンク品質メトリックは、(23)の実効チャンネルの周波数応答である。発明者らは、(トーン単位の性能に基づいて周波数ダイバーシティを利用するために)LA2として本方法を定義する。あらゆるクライアントが単一のアンテナを有する場合、周波数領域実効チャンネルを図29に示す。クライアントが複数の受信アンテナを有する場合、リンク品質メトリックは、あらゆるトーンに対して実効チャンネル行列のフロベニウスノルムとして定義される。あるいは、複数のリンク品質メトリックは、(23)の実効チャンネル行列の特異値としてあらゆるクライアントに対して定義される。
・ビットローディングアルゴリズム:3174で、リンク品質メトリックに基づいて、BTSは、異なるクライアント及び異なるOFDMトーンに対してMCSを決定する。LA1方法では、同じMCSが、図30のレイリーフェーディングチャンネルのSNR閾値に基づいて全てのクライアント及び全てのOFDMトーンに使用される。LA2では、異なるMCSが、チャンネル周波数ダイバーシティを利用するために異なるOFDMトーンに割り当てられる。
・事前符号化データ送信:3175で、BTSは、ビットローディングアルゴリズムから導出されたMCSを使用し、DIDO分散型アンテナからクライアントに事前符号化データストリームを送信する。1つのヘッダは、クライアントに異なるトーンに対してMCSを伝えるために事前符号化データに取り付けられる。例えば、8つのMCSが利用可能であり、かつOFDM符号がN=64トーンで定義された場合に、log2(8)*N=192ビットが、いずれかのクライアントに現在のMCSを伝えるために必要とされる。4−QAM(2ビット/符号スペクトル効率)がそれらのビットを符号にマップするのに使用されると仮定し、192/2/N=1.5 OFDM符号のみが、MCS情報をマップするのに必要とされる。別の実施形態において、複数のサブキャリア(又はOFDMトーン)が、サブバンドにグループ分けされ、同じMCSが、制御情報によるオーバヘッドを低減するために同じサブバンド内の全てのトーンに割り当てられる。更に、MCSは、チャンネル利得(可干渉時間に比例)の時間的変動に基づいて調整される。固定無線チャンネル(低いドップラー効果を特徴とする)において、MCSがチャンネル可干渉時間の小部分毎に再計算され、したがって、制御情報に必要とされるオーバヘッドが低減される。
DIDOシステムの計算の複雑性は、殆どは集中型プロセッサ又はBTSに局在化される。最も計算機的に費用のかかる作業は、CSIからの全てのクライアントに関する事前符号化重みの計算である。BD事前符号化が使用された時には、BTSは、システム内のクライアントと同数の特異値分解(SVD)作業を実行する必要がある。複雑性を低減する方法は、SVDがあらゆるクライアントに対して別々のプロセッサの上で計算される並列化された処理によるものである。
は、行列のフロベニウスノルムを示している。最適化問題は、以下のように公式化される。
[1]A.Forenza and S.G.Perlman,「System and method for distributed antenna wireless communications」,U.S.Application Serial No.12/630,627,filed December 2,2009,entitled「System and Method For Distributed Antenna Wireless Communications」。
他のユーザに対する干渉を抑止しながら所定のユーザとの無線リンクを作成するために協働して作動する複数の分散型送信アンテナを使用する無線高周波(RF)通信システム及び方法を以下に説明する。異なる送信アンテナにわたる調整が、ユーザクラスター化を通じて可能になる。ユーザクラスターは、信号が確実に所定のユーザによって検出することができる(すなわち、ノイズ又は干渉レベルよりも大きい受信信号強度である)送信アンテナの部分集合である。システム内のあらゆるユーザが、自分のユーザクラスターを定義する。同じユーザクラスター内の送信アンテナによって送られた波形は、ターゲットユーザのロケーションでRFエネルギを作成し、それらのアンテナにより到達可能なあらゆる他のユーザのロケーションでゼロRF干渉の点を作成するためにコヒーレントに結合される。
・DIDOクライアント:1つ又は複数のアンテナを装備したユーザ端末。
・DIDO分散型アンテナ:複数のユーザに事前符号化データストリームを送信するために協働して作動し、したがって、ユーザ間干渉が抑止される送受信機基地局。
・DIDO基地送受信機局(BTS):DIDO分散型アンテナに事前符号化された波形を生成する集中型プロセッサ。
・DIDO基地局ネットワーク(BSN):DIDO分散型アンテナ又は他のBTSにBTSを接続する有線バックホール。
DIDO分散型アンテナは、BTS又はDIDOクライアントのロケーションに対する空間分布に応じて異なる部分集合にグループ分けされる。図36に示すように、3つのタイプのクラスターを定義する。
・スーパークラスター3640:全てのBTSとそれぞれのユーザとの間の往復待ち時間がDIDO事前符号化ループの制約内であるように、1つ又は複数のBTSに接続したDIDO分散型アンテナの組である。
・DIDOクラスター3641:同じBTSに接続したDIDO分散型アンテナの組である。スーパークラスターが1つのBTSのみを含む時に、その定義はDIDOクラスターと一致する。
・ユーザクラスター3642:所定のユーザに協働で事前符号化データを送信するDIDO分散型アンテナの組である。
a.リンク品質測定:あらゆるDIDO分散型アンテナ及びあらゆるユーザとの間のリンク品質をBTSに報告する。リンク品質メトリックは、信号対ノイズ比(SNR)又は信号対干渉ノイズ比(SINR)から構成される。
次に、他のユーザへのユーザクラスター内の送信機からの非ゼロ入力を含む部分行列が選択される。リンク品質メトリックは、ユーザクラスターを選択するためにのみ使用されるので、2ビットのみで量子化することができ(すなわち、図38において閾値よりも大きいか又は下回る状態を識別するために)、したがって、フィードバックオーバヘッドが低減される。
[1]S.Robinson,「Toward an Optimal Algorithm for Matrix Multiplication」,SIAM News,Volume 38,Number 9,November 2005。
実際的な伝播環境における多重アンテナシステム(NAS)の容量は、無線リンクにわたって利用可能な空間ダイバーシティの関数である。空間ダイバーシティは、無線チャンネルにおける散乱物体の分散、並びに送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイの形状によって決定される。
(波長で正規化された)長さLの非偏波線形アレイ及びz軸に沿って配向され、かつ原点を中心とするアンテナ要素については、積分核は[29]によって示される。
DF=L|Ωθ|
式中、Ωθ={cosθ;θ∈Θ}である。横形アレイは|Ωθ|=|Θ|であり、一方、エンドファイアは|Ωθ|≒|Θ|2/2であることを認める。
(波長で正規化された)半径Rの球形アレイの積分核は、[29]によって示される。
DF=A|Ω|=πR2|Ω|
球形アレイの分解能とそれらのエリアAとの関係を図43に示す。中央の球は、エリアAの球形アレイである。単位球面へのチャンネルクラスターの投射は、クラスターの角度広がりに比例するサイズの異なる散乱領域を定義する。各クラスター内のサイズ1/Aのエリア(「可干渉エリア」と呼ぶ)は、アレイの放射界の基底関数の投射を示し、波数ベクトル領域内のアレイの分解能を定義する。
その結果、図45は、DIDOシステムが、空間にアンテナを分散させることにより自由度を増加させることができ、したがって、可干渉エリアのサイズを低減させることを示す。これらの図は、理想的な球形アレイを仮定して生成されることに留意されたい。実際的なシナリオでは、DIDOアンテナは広域にわたってランダムに分散し、得られる可干渉エリアの形状は、これらの図に示すように規則的ではないことがある。
アレイサイズの関数として従来の多重入力多重出力(MIMO)システムにおける自由度数を計算することによって開始する。非偏波線形アレイ及び2種類のチャンネルモデル(WiFiシステム向けのIEEE 802.11n規格のように屋内及びセラーシステム向けの3GPP−LTE規格のように屋外)を考える。[3]の屋内チャンネルモードは、範囲内のクラスターの数[2,6]及び範囲内の角度広がり[15°,40°]を定義する。都市ミクロ用屋外チャンネルモデルは、約6個のクラスター及び約20°の基地局における角度広がりを定義する。
[1]A.A.M.Saleh and R.A.Valenzuela,「A statistical model for indoor multipath propagation」,IEEE Jour.Select.Areas in Comm.,vol.195 SAC−5,no.2,pp.128〜137,Feb.1987。
高速無線サービスに対する高まる需要及び携帯電話加入者数の増加は、初期のアナログ音声サービス(AMPS[1〜2])からデジタル音声(GSM[3〜4]、IS−95 CDMA[5])、データトラフィック(EDGE[6]、EV−DO[7])、及びインターネットブラウジング(WiFi[8〜9]、WiMAX[10〜11]、3G[12〜13]、4G[14〜15])をサポートする規格まで、過去30年間にわたり無線産業において抜本的な技術革新をもたらしている。この30年間にわたる無線技術の成長は、以下の2つの主要な取り組みによって可能になっている。
i)Federal Communications Commission(FCC)[16]は、新たに現れた規格をサポートするために新しいスペクトルを割り当てている。例えば、AMPSシステムの第1世代において、FCCによって割り当てられたチャンネルの数は1983年の当初333から1980年代後半の416へと増加して、セルラークライアント数の増加を支えた。より最近では、Wi−Fi、Bluetooth、及びZigBeeなど技術の製品化は、かつて1985年にFCCによって割り当てられた未認可ISMバンドの使用により可能になっている[17]。
ii)無線産業は、限られた利用可能なスペクトルをより効率的に利用して、より高いデータ速度リンク及び加入者数の増加を支える、新たな技術を生み出してきた。無線の世界における1つの大きな革新は、1990年代におけるアナログAMPSシステムからデジタルD−AMPS及びGSMへの移行であった。これにより、スペクトル効率が向上したために所定の周波数帯域に対してはるかに高い通話ボリュームが可能になった。別の根本的な変化は、以前の無線ネットワークのデータ速度を4倍向上させ、異なる規格で導入された(すなわち、Wi−FiでIEEE 802.11n、WiMAXではIEEE 802.16、4G−LTEでは3GPP)、多重入力多重出力(MIMO)など空間処理技術によって2000年代前半にもたらされた。
i)新しいタイプの無線操作(即ち、認可対未認可)を可能にする、及び/又は新たなRF電力放出制限を満たすためのスペクトルの再構成可能性。この特徴により、認可スペクトル対未認可スペクトルの使用を事前に計画する必要なく、必要に応じてスペクトルオークションを開催できる。また、送信電力レベルを調整して、FCCから課せられる新電力放出レベルを満たすことができる。
ii)既存技術との干渉を回避しつつ、新技術の登場時に帯域を動的に再割り当てできるように、同一帯域内で作動する異なる技術(すなわち、ホワイトスペースと、ワイヤレスマイク、WiFi、及びBluetooth/ZigBeeと)の共存。
iii)より高いスペクトル効率、より良好なカバレージ、及び向上した性能を提供して、より高いQoSを要求する新しいタイプのサービス(すなわち、HDビデオストリーミング)をサポートするより高度な技術へのシステムの移行時の無線インフラストラクチャのシームレスな進化。
[1]Wikipedia,「Advanced Mobile Phone System」
http://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Mobile_Phone_System
http://www.corp.att.com/attlabs/reputation/timeline/46mobile.html
http://www.gsmworld.com/technology/index.htm
http://www.etsi.org/WebSite/Technologies/gsm.aspx
http://en.wikipedia.org/wiki/IS−95
http://www.ericsson.com/res/docs/whitepapers/evolution_to_edge.pdf
http://www.cdg.org/resources/white_papers/files/Lucent%201xEV−DO%20Rev%20O%20Mar%2004.pdf
http://www.wi−fi.org/files/WFA_Certification_Overview_WP_en.pdf
http://ieee802.org/16/docs/02/C80216−02_05.pdf
http://www.rearden.com/DIDO/DIDO_White_Paper_110727.pdf
http://www.businessweek.com/magazine/the−edison−of−silicon−valley−07272011.html
http://www.wired.com/epicenter/2011/06/perlman−holy−grail−wireless/
http://blogs.wsj.com/digits/2011/07/28/silicon−valley−inventors−radical−rewrite−of−wireless/
http://www.whitehouse.gov/the−press−office/presidential−memorandum−unleashing−wireless−broadband−revolution
http://reboot.fcc.gov/open−meetings/2010/september
http://republicans.energycommerce.house.gov/Media/file/Hearings/Telecom/071511/DiscussionDraft.pdf
この部分の発明を実施するための最良の形態においては、適応的にそのパラメータを再構成して、ユーザ移動性又は伝播環境の変化によるドップラー効果を補正するマルチユーザ無線送信のためのマルチユーザ(MU)多重アンテナシステム(MAS)を説明する。
一実施形態において、MASは、同時係属の特許出願[0002〜0016]で説明し、図53に示すように、分散入力分散出力(DIDO)システムである。一実施形態のDIDOシステムは、以下の構成要素を含む。
・ユーザ機器(UE):一実施形態のUE 5301は、ダウンリンク(DL)チャンネル上でDIDOバックホールからデータストリームを受信し、アップリンク(UL)チャンネルを介してDIDOバックホールにデータを送信する、固定又はモバイルクライアント用RF送受信機を含む。
・基地送受信機局(BTS):一実施形態のBTS 5310〜5314は、DIDOバックホール及び無線チャンネルのインタフェースとなる。BTS 5310〜5314は、ベースバンド信号をRFに変換する、DAC/ADC及び高周波(RF)チェーンからなるアクセスポイントである。場合によっては、BTSは、電力増幅器/アンテナを備える単純なRF送受信機であり、RF信号は、本発明者らの特許出願で説明するようにRF−over−fiber技術を通じてBTSに伝送される。
・コントローラ(CTR):一実施形態におけるCTR 5320は、BTS及び/又はUEの時間/周波数同期用トレーニング信号の送信、UEに対する制御信号の送受信、UEからのチャンネル状態情報(CSI)又はチャンネル品質情報の受信など特定の専用機能向けに設計された、ある特定タイプのBTSである。
・集中型プロセッサ(CP):一実施形態のCP 5340は、インターネット又は他のタイプの外部ネットワーク5350及びDIDOバックホールのインタフェースとなる、DIDOサーバである。CPは、DIDOベースバンド処理を計算し、DL送信のために分散型BTSに波形を送信する。
・基地局ネットワーク(BSN):一実施形態のBSN 5330は、DLチャンネル又はULチャンネルのいずれかのために情報を伝送する分散型BTSにCPを接続するネットワークである。BSNは、有線ネットワーク、無線ネットワーク、又はこれら2つの組合せである。例えば、BSNは、DSL、ケーブル、光ファイバネットワーク、又はline−of−sight若しくはnon−line−of−sight無線リンクである。更に、BSNは固有ネットワーク、又はローカルエリアネットワーク、又はインターネットである。
2*TDL+TUL+TBSN+TCP
式中、TDLは、ダウンリンクフレームの構築、送信、及び処理を行う時間を含み、TULは、アップリンクフレームの構築、送信、及び処理を行う時間を含み、TBSNは、BSN上での往復待ち時間であり、TCPは、CPがCSIを処理し、UEのために事前符号化データストリームを生成し、現在の送信に関して異なるUEの予定を決定するためにかかる時間である。この場合、TDLは、トレーニング信号時間(BTSからUEへ)及びフィードバック信号時間(UEからBTSへ)に相当させるために2を乗じる。時分割複信(TDD)では、チャンネル相互関係が利用可能な場合、UEは、CSIを計算し、それをCPに送信するBTSにCSIトレーニングを送信するため、最初の段階が省略される(すなわち、BTSからUEにCSIトレーニング信号を送信する)。したがって、この実施形態において、DIDOフィードバックループの総待ち時間は、以下の通りである。
TDL+TUL+TBSN+TCP
・BSNのタイプ:例えば、専用光ファイバリンクは、典型的には、ケーブルモデム又はDSLよりも低い待ち時間を経験する。その結果、より低い待ち時間のBSNは高移動度UE(例えば、高速道路上の自動車、電車)に使用されるが、より高い待ち時間のBSNは、固定無線又は低移動度UE(例えば、宅内機器、歩行者、住宅地域の自動車)に使用される。
・QoSのタイプ:例えば、BSNは異なるタイプのDIDOトラフィック又は非DIDOトラフィックをサポートできる。異なるタイプのトラフィックに対して異なる優先度でサービス品質(QoS)を定義することが可能である。例えば、BSNは、DIDOトラフィックに高優先度を割り当て、非DIDOトラフィックには低優先度を割り当てる。あるいは、高優先度のQoSは高移動度UEのトラフィックに割り当てられ、低優先度のQoSは低移動度のUEに割り当てられる。
・長期統計:例えば、BSN上のトラフィックは、時刻に応じて著しく変化することがある(例えば、家庭の夜間使用及び事務所の日中使用)。より高いトラフィック負荷は、より高い待ち時間をもたらし得る。その結果、異なる時刻において、高トラフィックのBSNは、より高い待ち時間をもたらす場合、低移動度UEに使用されるが、低トラフィックのBSNは、より低い待ち時間をもたらす場合、高移動度UEに使用される。
・短期統計:例えば、いずれのBSNもより高い待ち時間をもたらし得る一時的なネットワークの輻輳の影響を受けることがある。その結果、輻輳がより高い待ち時間をもたらす場合は低移動度UE及び残りのBSNのために、これらがより低い待ち時間の場合には高移動度UEのために、CPは、輻輳が発生したBSNから適応的にBTSを選択することができる。
[1]M.Costa,「Writing on dirty paper」,IEEE Transactions on Information Theory,Vol.29,No.3,Page(s):439〜441,May 1983。
Claims (9)
- マルチユーザ(MU)多重アンテナシステム(MAS)であって、
複数のユーザと、
前記ユーザと複数の同時非干渉データリンクを作成するように複数のデータストリームを協調的に事前符号化する複数の分散型送受信機局又はアンテナと、
ネットワークを通じて前記複数の分散型送受信機局又はアンテナに通信可能に接続される1つ以上の集中型ユニットと、
を含み、
前記ネットワークが、バックホール通信チャンネルとして使用される有線リンク、無線リンク、又は両方の組合せからなり、
前記1つ以上の集中型ユニットが、前記ネットワークを通じて前記複数の分散型送受信機局又はアンテナと通信して、前記複数の分散型送受信機局又はアンテナと前記ユーザとの間の通信を適応的に再構成して、ユーザ移動性又は伝播環境の変化によるドップラー効果を補正する、マルチユーザ(MU)多重アンテナシステム(MAS)。 - 前記事前符号化データストリームが、チャンネル状態情報(CSI)から計算される事前符号化重みから得られる、請求項1に記載のシステム。
- 複数のユーザと、
前記ユーザと複数の同時非干渉データリンクを作成するように複数のデータストリームを協調的に事前符号化する複数の分散型送受信機局又はアンテナと、
ネットワークを通じて前記複数の分散型送受信機局又はアンテナに通信可能に接続される1つ以上の集中型ユニットと、
を含み、
前記ネットワークが、バックホール通信チャンネルとして使用される有線リンク、無線リンク、又は両方の組合せからなる、マルチユーザ(MU)多重アンテナシステム(MAS)、内で実施される方法であって、
前記1つ以上の集中型ユニットが、前記ネットワークを通じて前記複数の分散型送受信機局又はアンテナと通信して、前記複数の分散型送受信機局又はアンテナと前記ユーザとの間の通信を適応的に再構成して、ユーザ移動性又は伝播環境の変化によるドップラー効果を補正する、方法。 - 前記集中型ユニットが集中型プロセッサ(CP)であり、前記ネットワークが基地局ネットワーク(BSN)であり、及び、前記分散型送受信機局が分散型基地送受信機局(BTS)である、請求項3に記載の方法。
- 前記CP及び前記BTSに符号化器/復号器が装備されて、前記BSN上でこれらの間で交換される情報を圧縮/解凍する、請求項4に記載の方法。
- 前記CPが、前記BSN上の待ち時間に基づいて、定常的に又は歩行速度あるいは車速で移動するUEに使用される前記BTSを適応的に選択する、請求項4に記載の方法。
- 前記適応が、前記BSN上の待ち時間、又はサービスの品質(QoS)、又は、異なるネットワークの日中使用又は夜間使用を含む平均トラフィック統計、又は、一時的なネットワークの輻輳を含む前記BSN上での瞬間的なトラフィック統計に基づいている、請求項6に記載の方法。
- 前記CPが、BTS−ユーザリンクのドップラー広がりに基づいて、定常的に又は歩行速度あるいは車速で移動するユーザに使用される前記BTSを適応的に選択する、請求項4に記載の方法。
- 前記事前符号化データストリームが、チャンネル状態情報から計算される事前符号化重みから得られる、請求項3に記載の方法。
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