JP7442480B2 - 多アンテナmu-mimoシステムのための制御チャネル設計 - Google Patents
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Description
[0001] 本願は、2015年4月24日に出願された米国仮特許出願第62/152,675号の権利を主張する。この出願をここで引用したことによりその内容全体が本願にも含まれるものとする。
連邦支援研究または開発に関する言明
[0002] 本発明は、承諾番号CNS0751173、CNS0923479、CNS1012831、CSN1126478、およびCNS1218700の下においてアメリカ国立科学財団によって授与された政府支援によって部分的に行われた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
問題は、種々のネットワーク動作に必要とされる、効率的で信頼性のある制御チャネルの欠如である。ワイヤレス通信システムは、通例、1つの高パワー・アンテナ、または単純なダイバシティ方式を使用して、制御チャネル上で動作を実現する。しかしながら、これらの方法は、基地局アンテナの数が増大すると、急速に非効率的になる。
される動作のオープン・ループ制御方法を含む。このオープン・ループ制御方法は、BSの識別子(ID)を有するビーコンをベース・シーケンスにエンコードすることから開始する。多アンテナBSは、このエンコードされたベース・シーケンスを、1組の直交ビーム・シーケンスによって拡散することにより、複数の同期シーケンスを生成する。多アンテナBSは、複数のアンテナを使用して、複数の同期シーケンスを、直交ビーム・シーケンスによって決定される複数の異なるビーム方向に送信し、こうして、BSにおいていずれのユーザの情報も使用することなく、多アンテナBSが担当するユーザの同期およびアソシエーション(association)(ならびに恐らくは他の制御動作)を促進する。
用して、多アンテナBSとの時間および周波数同期を行うことができる。多アンテナBSと同期した後、UEは、受信した同期シーケンスから、BSの識別子(ID)を有するビーコンをデコードすることができ、そしてBSとアソシエーション手順を実行する。また、UEは、同期シーケンスを近隣における1つ以上の他のBSから受信することもでき、そして、本来の多アンテナBSとのアソシエーションが最後まで(fully)完了しない場合
、これらのBSの内任意のものと同期/アソシエーションを実行することができる。BSとの同期およびアソシエーションを実行した後、UEは担当BSをページングし、担当BSにランダム・アクセスを要求することもできる。
れらのサブキャリアをトーン、ビーン等と呼ぶこともできる。OFDMでは、各サブキャリアを独立してデータで変調することができる。SC-FDMAシステムは、システム帯域幅にわたって分散するサブキャリア上で送信するインターリーブFDMA(IFDMA:interleaved FDMA)、隣接するサブキャリアのブロック上で送信する局所化FDMA(LFDMA:localized FDMA)、または隣接するサブキャリアの複数のブロック上で送信する強化FDMA(EFDMA:enhanced FDMA)を利用することができる。一般に、変
調シンボルは、OFMDでは周波数ドメインにおいて作成され、SC-FDMAでは時間ドメインにおいて作成される。
、本明細書における教示にしたがって実装されたワイヤレス・ノードは、アクセス・ポイントまたはアクセス端末を含む(comprise)こともできる。
mplementation)では、アクセス・ポイントが、セット・トップ・ボックス・キオスク、メディア・センタ、あるいはワイヤレスまたは有線媒体を介して通信するように構成された任意の他の適したデバイスを含んでもよい。本開示の特定の(certain)実施形態によれば
、アクセス・ポイントは、ワイヤレス通信標準の米国電気電子学会(IEEE)802.11ファミリにしたがって動作するとしてもよい。
利得を使用することによって、この利得ギャップを克服することができる。しかしながら、Mが増大するに連れて、CISモードと非CSIモードとの間のギャップは急速に大きくなる。既存のシステムでは、全ての制御チャネル動作が非CSIモードにおいて行われ、カバレッジ・エリア全体の全方向に伝達される。つまり、基地局の動作範囲は非CSIモードによって限定される可能性があり、これはCISモードのそれよりも著しく狭い(short)。素朴な解決策を1つあげることができるとすれば、非CISモードでは、CSI
モードと比較してもっと高い送信電力を採用することであろう。しかしながら、この手法は、ハードウェアの高価格化に繋がり(例えば、基地局における電力増幅器の電力消費が多くなる)、更にセル間干渉が増大する。
design)を含み、この方法は、多数のアンテナを有する基地局(またはアクセス・ポイント)(例えば、多アンテナ基地局)に対する前述の利得ギャップに取り組む。本開示において利用される主要な知見が2つある。最初の知見は、制御チャネルはできるだけ多くCSIモードで送られるべきであるということである。本開示の実施形態によれば、多アンテナ基地局の非CSIモードを利用する制御チャネル動作は、時間-周波数同期、アソシエーション、CSI収集、ページング、およびランダム・アクセスであり、これらはCISモードを確立するために必要な動作を表す。残りの制御チャネル動作をCSIモードで実施することによって、これら残りの制御チャネル動作の効率を著しく向上させることができ、前述の利得ギャップを回避することができる。本開示において制御チャネル設計に適用される第2の知見は、同期およびアソシエーションは時間に厳しい制御チャネル動作ではないということである。例えば、同期は数百msの間有効であることができるのに対して、アソシエーションは1回しか実行されない。つまり、同期動作を実行する頻度を下げることによって、セル・エッジにおいてアソシエーションのレイテンシが多少増大することを犠牲にすれば、同期およびアソシエーション動作に伴う非CSIモードにおけるチャネル・オーバーヘッドを著しく低減することができる。
のギャップがあるので、本開示では閉ループ・ビーム形成、符合化利得を採用することによって、更に潜在範囲を広げ、同期およびページングの信頼性がセル・エッジにおいても高いことを確保することができる。できるだけ効率的にするために、本明細書において提示する制御チャネル設計を利用する多アンテナMU-MIMOワイヤレス通信システムは、CSIモード以外で前述の極めて重要なタスクおよび通信だけを実行し、これによって遙かに高いスペクトル容量が得られる。
においてオープン・ループ・ビーム形成および符合化利得を増大しつつ、CSIモードにおいて変調速度を下げるおよび/または担当するユーザ数を減らすことによって、本明細書において提示する制御チャネル設計は、遠隔エリアにおける多アンテナ基地局の範囲を広げるために使用することができる。
用するMU-MIMOワイヤレス通信システムの多アンテナ基地局は、2.4GHz通信リンク上で、108本のアンテナのアレイを使用して、性能および制御チャネル・オーバーヘッドを評価するためにユーザと通信することができる。実施した測定は、提示する(presented)制御チャネル設計が、従前からの制御チャネル動作と比較して、40dBを超
える利得を得ることを示すが、以下で更に詳しく提示する。以下で更に詳しく論ずるように、この利得は、基地局アンテナ毎に100μW未満の送信電力、または約10mWの全基地局送信電力を使用しつつ、多アンテナ基地局において標準的な低利得3dBi無指向性アンテナだけを採用して、250メートル以上離れた移動体ユーザに対して信頼性のある同期を可能にする。この提示する制御チャネルの設計によって、非常に移動性が高い環境において、0.5%未満のチャネル・オーバーヘッドで、高い分解能のチャネル測定値を収集することが容易になる。ページング遅延のオーバーヘッドを低減するために、判明している最後のユーザ位置を利用してページング信号を送り出す(direct)ページング方式を採用する。
ギャップ)を大幅に低減することができる。非CSIモードのカバレッジ領域(即ち、利得)は、符合化利得を適用することによって更に広げることができる。これについても以下で更に詳しく論ずる。
ビーム形成およびMU-MIMO
[0038] 図1に示すように、ビーム形成は、同じ周波数でユーザ104に送信する基地局102の複数のアンテナを利用して、指向性送信、即ち、空間の領域(例えば、ビーム)110以内における送信を実現することができる。基地局102の複数のアンテナからの信号の加算的および減算的干渉が、ユーザ104において受信される信号強度を空間的に変動させることができ、ビーム・パターン110を生ずるに至る。ビーム・パターン110は、基地局102の各アンテナに適用されるビーム形成重みを変化させることによって変更することができ、その基地局アンテナから送られる信号の振幅および位相を効果的に変更することができる。
、所望の空間方向にビームを誘導する(steer)ことができる。一方、閉ループまたは適応
型ビーム形成は、多アンテナ基地局と意図するユーザとの間で既知のCSIを採用して、意図するユーザにおいて信号強度を最大化し意図しないユーザの干渉を最小化するビーム重みを計算する。閉ループ(適応型)ビーム形成の場合、意図するユーザは彼らの位置および/またはパイロットに関する情報を(例えば、フィードバック・チャネルを経由して)多アンテナ基地局に提供することができる。提供されたユーザの位置および/またはパイロットに基づいて、多アンテナ基地局は、意図するユーザに関係するCSIを推定し、データのビームを整形し、意図するユーザに向けて誘導することができる。
Iを推論するために使用されるアップリンク・パイロットが必要になる場合がある。チャネル推定値が高精度であるのは僅かな間に過ぎないと言って差し支えないので、ダウンリンク・ビーム形成はチャネル推定の直後に行われなければならないであろう。その結果、効率的な多アンテナMU-MIMO送信フレームの構造は、図6A、図6B、図6C、および図6Dに示すようにそして以下で更に詳しく論ずるように、様々な全く異なる部分、即ち、ビーム掃引、CSI収集、ダウンリンク通信、およびアップリンク通信を必要とする場合がある。
制御チャネル動作
[0042] ワイヤレス通信システム(例えば、図1に示す多アンテナMU-MIMOワイヤレス通信システム100)では、制御チャネル上の通信は、データ通信を設定するのに必要な動作を実行するために使用されてもよい。制御チャネル上で実行される動作は、同期、利得制御、アソシエーション、タイミング進み(timing advance)、ランダム・アクセス、ページング、変調速度の設定、利得制御、スケジューリング等を含むことができる。加えて、制御チャネルは複数のユーザからの多くのアンテナに及ぶ効率的なCSI収集を調整することができる。説明する実施形態は、MU-MIMOチャネルを確立するために必要な制御チャネル動作、即ち、同期、アソシエーション、CSI収集、ランダム・アクセス、およびページングをサポートする。残りの制御チャネル動作は、確立されるMU-MIMOチャネル上で実行することができる。
)は、フレーム検出および粗いタイミングのために、受信信号を自己相関付けることができる。次いで、ユーザは、ユーザの機器において採用されたアナログ/ディジタル変換器(ADC)のしかるべきダイナミック・レンジ内に受信信号が入ることを確保するために、自動利得制御(AGC)を実行することができる。次に、ユーザは既知のシーケンスと相互相関を実行して、緻密な時間同期を行うことができる。最後に、ユーザは既知の信号内における歪み、即ち、位相ずれを利用して、周波数オフセットを再現し、周波数同期を確立することができる。
に自己相関を継続的に実行する。次いで、ユーザは、時間同期のために、主同期信号(PSS)および副同期信号(SSS)上で相互相関を実行する。通例、同期を維持するために、更に他のチャネル効果を補償するために、フレーム全体にわたって基準シンボルを送信することができる。
局を選択する。次いで、ユーザは、大抵の場合ランダム・アクセスと同じメカニズムを利用して、選択した基地局に接触し、アクセス、例えば、許可、暗号化、およびスケジューリングを要求および調整する。
既知のアップリンクCSIに基づいてダウンリンクCSIを推定することができる。
することができる。これを本開示ではランダム・アクセスと呼ぶ。ページングおよびランダム・アクセスは双方共、CSIが取得される前に行われなければならないとして差し支えない。何故なら、ユーザはパイロットを送る前にページングされなければならず、更にユーザは、基地局がユーザに関連するチャネルを推定することを思い出せる(know)ように、送信データを有することを基地局に通知しなければならないからである。
CSIモードおよび非CSIモード間の利得ギャップ
[0049] 多アンテナ基地局は2つのモードで、即ち、CSIの知識を使用して(例えば、CSIモード)、またはCSIの知識を使用せずに(例えば、非CSIモード)動作することができる。図2は、本開示の実施形態によるワイヤレス通信システム200の一例を示し、ここでは多アンテナ基地局202が複数の異なるモードで動作することができる。CSI知識によって(例えば、CSIモードにおいて)、多アンテナ基地局202は、1つのアンテナのピーク電力に関して、M2の利得を得ることができる(ここでMは基地局のアンテナ数である)このピーク電力は、カバレッジ領域204によって示されている。CSIモードでは、最大の利得は、多アンテナ基地局202が1つのユーザと通信するときに閉ループ・ビーム形成を利用するときに、得ることができる。これはカバレッジ領域206によって示されている。
ーザからの放射を待ち受けることができる。ダウンリンクにおいて、基地局はM本のアンテナ全てからの電力を送信するが、この電力をK箇所のユーザ間で分割するので、ユーザ間における等しい電力割り当てのために、リンク当たりPBS・M/Kの電力を供給する。アップリンクにおいて、基地局はM本のアンテナ全てにおいて各ユーザから電力を受信するので、PUのリンク当たりの電力を供給する。これから、図3の表300に示すように、総利得は、ダウンリンクではM2・PBS/Kとなり、アップリンクではM・PUとなる。尚、K箇所のユーザを担当することができるMU-MIMO基地局は、おそらくは常にK箇所のユーザを同時に担当することはなく、ユーザが1人の場合、CSIモードと非CSIモード間のギャップは、ダウンリンクでは、最大M2まで増大することは注記してしかるべきである。
利得整合(Gain Matching)のための制御チャネル設計
[0056] 説明する実施形態は、非CSI動作モードの限界を克服する制御チャネルを設計することによって、前述の利得ギャップを克服する方法を含む。ダウンリンクにおける非CSI動作モードとCSI動作モードとの間の利得ギャップを克服するために、本明細
書において提示する制御チャネル設計は、オープン・ループ・ビーム形成を符合化利得と組み合わせることができる。ある実施形態では、多アンテナMU-MIMOワイヤレス通信システムの多アンテナ基地局(例えば、図2に示した多アンテナ基地局202)は、直交シーケンスを搬送するオープン・ループ・ビームを掃引することができ、同期およびページング動作を可能にする。アップリンクでは、本開示において提示する制御チャネル設計は、自然なアンテナ毎の非対称送信電力を利用し、追加の符合化利得を採用してCSI収集およびランダム・アクセス動作を可能にする。更に、ダウンリンク同期シーケンス内に基地局IDをエンコードし、ランダム・アクセス動作を利用することによって、本明細書において提示する制御チャネル設計はアソシエーション動作を容易にする。
オープン・ループ・ビーム形成
[0057] ある実施形態では、多アンテナ基地局(例えば、図2に示した基地局202)における全てのアンテナの電力およびダイバシティを利用するために、非CSIモードにおいて制御チャネル上でオープン・ループ・ビーム形成を使用することができる。基地局アンテナの電力を組み合わせると、Mの利得が得られ、一方ビーム形成により、O(M2)の総利得に対して別のMの利得が得られる。しかしながら、ビーム形成利得は、アンテナのカバレッジ・エリアの1/Mに放射電力(radiated power)を集中させる。このため、多アンテナ基地局(例えば、図2に示した多アンテナ基地局202)は、完全なカバレッジを提供するためにビームを掃引しなければならない。アソシエーションおよび同期は遅延に寛容なので、本制御チャネル設計が、アソシエーションおよび同期動作のために、オープン・ループ・ビーム形成およびビーム掃引を採用しても、ユーザに気付かれる性能に影響を及ぼすことはなく、または著しいチャネル・オーバーヘッドを生ずることもない。
形態において、多アンテナ基地局402は、各フレームの開始時にビームを送ることができる。この場合、ビーム掃引全体はN・Fの期間を有することができ、ここで、Fはフレーム期間である。
1つ以上の実施形態において、ビーム掃引に使用される完全なM次元基底はいずれも、CSI空間の完全なカバレッジを提供することができる。何故なら、定義上、任意のユーザのCSIは基底の線形組み合わせによって表すことができるからである。これは、カバレッジ・エリアにおける任意の地点ではいずれも、Bにおける少なくとも1本のビームが完全なヌルを有さないことを確保する。
プン・ループ・ビーム形成に適している可能性がある。完全な基底は空間カバレッジを保証するが、強い信号を保証するのではない。あらゆるユーザがオープン・ループ・ビームをそのユーザに向けて直接指し示させることは統計的に不可能であるので、ビーム掃引の利得は、不精度係数aだけ低下する、即ち、M2/aとなる可能性がある。したがって、不精度係数aを統計的に減少させることによって、過完備な(overcomplete)Bが、即ち、N>Mの場合、拡大したカバレッジを提供することができる。それ以外の方法では、伝搬環境およびアンテナ配置の注意深い検討、ならびにハードウェア較正を仮定すれば、DFTオープン・ループ・ビーム形成のような技法を調整して、所望のカバレッジ・エリアを提供することができる。1つ以上の実施形態において、アダマール・ビーム形成重みを利用することもできる。
符合化利得
[0066] 特定の実施形態では、オープン・ループ・ビーム掃引の使用によって、非CSIおよびCSIモード間の利得ギャップを狭めることができる。図4に示すように、ビーム掃引を行わない従前からの非CSIモードの利得は、カバレッジ領域406によって与
えられ、これは、MU-MTMO CSIモードのカバレッジ領域(利得)408よりも遥かに小さい(例えば、M2の1)。非CSIモードにおいてオープン・ループ・ビーム掃引を採用することによって、CSIモードからの利得ギャップを大幅に狭めることができる。図4に示すように、オープン・ループ・ビーム掃引の累積利得(カバレッジ領域)は、N通りの異なるビーム方向をカバーする空間404のビーム全てを含むことによって与えられる。しかしながら、図4に示すように、非CSIオープン・ループ・ビーム掃引とCSI MU-MTMO通信との間にはなおもカバレッジ・ギャップ410がある。
基地局602は、ユーザ604A以外の、多アンテナ基地局602と同期を実行する他のユーザ604Bをページングするために、ページング・シーケンス608を送信することもできる(例えば、ビーコンと同時に)。
の長さに比例する利得Cdownを得ることができる。同期シーケンスは同期の前に検出される必要があるので、同期シーケンスは、それら自体および直交系における他のシーケンスの双方との、低ストリーミング自己相関(low streaming auto-correlation)を必要とする。即ち、同期シーケンスは、それらがいつ開始したかについての知識がなくても検出可能でなければならないので、受信側(例えば、図6Aにおけるユーザ604A)は、サンプル毎に完全な相関付け(full correlation)を実行する必要があるとして差し支えない。つまり、同期シーケンスの時間ずれが、低い相関を生じなければならないとすればよい。そうでなければ、誤った検出を生ずる原因となるおそれがある。
得させることができる。
複合利得(Combined Gain)
[0075] ある実施形態では、先に論じたように、オープン・ループ・ビーム形成および符合化利得の組み合わせが、多アンテナMU-MIMOシステムにおいて制御チャネル上
で採用され、図5に示すように、利得ギャップを埋めることができる。1つ以上の実施形態において、ビーム掃引は、多アンテナ基地局の最大限の電力をカバレッジ・エリアの小部分に集中させることによって、ダウンリンク利得の大半を得ることができる。即ち、オープン・ループ・ビーム掃引はM2/aの利得を得ることができる。ここで、aはビーム形成の不正確さ(inaccuracy)である。ダウンリンクでは、制御チャネル設計は、非CSI動作モードおよびCSI動作モード間のギャップを、M2/KからM2/K/(Cdown・M2/a)=a/(Cdown・K)に狭める。つまり、Cdown≒a/Kとなるように、符合化利得を調整することができる。アップリンクでは、制御チャネル設計はOFDMAおよび符合化を利用して、非CSIモードにおいてCup・Kの利得を得る。これによって、非CSI-CSI間ギャップをMからM/(K・Cup)に狭める。これは、ギャップを埋めるためにはCupがほぼM/Kでなければならないことを示唆する。
制御チャネル設計
[0078] 説明する実施形態は、以下で更に詳しく論ずるように、制御チャネル設計、ならびに同期、アソシエーション、CSI収集、ランダム・アクセス、およびページングのための制御チャネルの用法に関する。
同期
[0079] 本明細書において提示する多アンテナMU-MIMOシステムは、時間同期および周波数同期の双方を行う。ある実施形態では、ビーム掃引を使用することによって、多アンテナ基地局から移動体ユーザに送信される延長シーケンス(extended-length sequence)に基づいて、同期を行うことができる。
ンプル上でストリーミング相互相関付けを実行して、基地局702から送られた同期シーケンスを検出することができる。各ユーザは、サンプル毎に、受信信号RのシーケンスSとの相関(即ち、
[0081] 本明細書において提示する制御チャネル設計は、2つの主な課題に直面した。第1に、複数の同期シーケンスを同時に検出しなければならないことをあげることができる。これは、同期にはビーコンおよびページング双方のシーケンスが使用される場合があり、これらは別個のビーム上で同時に送られるからである。第2に、時間同期は、粗いタイミング情報もAGCも使用せずに実行しなければならない。先に論じたように、粗フレーム検出およびAGCは、細粒時間同期(fine-grain time synchronization)を行うため
に、CSIモードにおいて採用することができる。しかしながら、これらの技法は、非CSIモードにおいて採用するのは非効率的であるか、または不可能なこともある。何故なら、ビーム掃引およびMU-MIMOダウンリンクは、非常に空間選択的であり、したがって、ユーザは、電力が激しく変動する各同期シーケンスを受信するからである。多アンテナ基地局702は、粗フレーム検出およびAGCを容易にするために、訓練シーケンスを送信することを、各同期シーケンスの送信よりも先行させるように構成することもできる。しかしながら、訓練シーケンスは、利得ギャップを克服するために、大幅に延長した長さを有さなければならないであろう。更に、この訓練シーケンスによって設定される利得は、1つのビームだけにしか有効ではなく、ビーム掃引には非常に非効率的になる。
を採用することができる。2回の並列最大精度相関、例えば、12ビット相関を実行することにより、本明細書において提示する多アンテナMU-MIMOシステムは、信号強度が大きく変動する同期シーケンスでも容易に検出することができるだけでなく、同時に送られるページングおよびビーコン同期シーケンスを容易に区別することができる。
FOに2πを乗算するからである。つまり、nを2のべき乗となるように選択することによって、式(1)における除算は、単なるビット・シフト演算となる。一実施形態では、ノイズがある場合、同期シーケンスは長い程一層信頼性が高くなると言って差し支えない。これは、平均演算によってノイズを消滅させる(filter out)ことができるからである。本明細書において提示する周波数同期のための技法は、2つの同期シーケンスを同時に(例えば、ビーム掃引の間に)、CFOの復元に影響を及ぼすことなく、送信することを可能にする。同時に送信される同期シーケンスは双方共、2回繰り返すサブシーケンスを含むので、組み合わされた信号も2回繰り返すが、それでもなお精度高くCFOを計算するために使用することができる。ある実施形態では、同期シーケンスと同時に送られる他のシーケンスがない場合、同期シーケンスの繰り返しを使用することなく、CFOを計算することができる。
メインにおいて動作するので、この手法は相関器の性能には影響を及ぼさないことは注記してしかるべきである。
アソシエーション手順(Association Procedure)
[0088] 提示した多アンテナMU-MIMOワイヤレス・システムは、(i)ビーム掃引された同期シーケンスにおいて一意の基地局識別子(例えば、ビーコン)をエンコードし、(ii)ユーザにスキャンさせて、エンコードされたビーコンを得て基地局を選択させ、(iii)「ソフト」アソシエーション・メカニズムを設けて、MIMOリンク上において、選択された基地局についてより多くの情報をユーザが素早く得ることを可能にすることによって、アソシエーションを可能にする。各動作についての更なる詳細について、これより示す。
突を防止し、パイロット汚染を低減する。
、このCSI情報を使用してMIMOリンクを開き、残りの制御チャネル情報をユーザに伝えることができる。ユーザが完全なアソシエーションを進める場合(例えば、許可、リンク品質等に基づいて)、基地局は、ユーザとのリンクを維持するために、ユーザ専用パイロット・スロットおよび一意のページング・シーケンスをスケジューリングすることができる。そうでない場合、ユーザは、1つだけの基地局とアソシエートする前に、近隣における他の基地局を求めてスキャンし、それにソフト・アソシエートし続ければよい。
CSI収集
[0093] ある実施形態では、図6Bに示すように、ビーコン検出の後、全てのアクティブ・ユーザが、それらのスケジューリングされたスロットにおいて、アップリンク・パイロットを送ることができる。次いで、基地局が受信したアップリンク・パイロットを利用して、基地局とユーザとの間のチャネルに関係するCSIを収集することができる。CSI収集フェーズは、ユーザに任意に割り当てることができる多数の時間-周波数-コード・リソース・スロットを含むことができ、一部のリソース・スロットはランダム・アクセス専用となっており(例えば、図6Bに示したスロット612)、アソシエーション要求およびページング応答を含む。アソシエーション要求およびページングをサポートするために、ランダム・アクセス・スロット612は、アソシエーション・スロットとランダム・アクセスとの間で分割することができる。1つ以上の実施形態において、所与のリソース・エレメント内で基準信号を送ったユーザは、対応する時間および周波数コヒーレンス間隔において、アップリンクおよびダウンリンク・フェーズ双方のために空間リソース・エレメントを得る(gain)ことができる。これに基づいて、所与の基準シンボルはいずれも、コヒーレンス時間間隔、および更に広い周波数コヒーレンス間隔双方に有効である推定を与えることができる。特定の実施形態では、CSI精度を高めるために、一定の閾値未満のチャネル品質を有するユーザには、更に長いパイロット・スロットを割り当てることができる。
ランダム・アクセス
[0094] 図6Bに示すように、開示する実施形態は、各チャネル推定フェーズの開始時にパイロット・スロットを確保することに基づく(例えば、図6Bに示すランダム・アクセス・スロット612)、ランダム・アクセス方法を含む。多アンテナ基地局602との接続を開始するために、ユーザ604A、604B、604C等は、これらの確保されたパイロット・スロットの1つにおいてアップリンク・パイロットを送ることができる。ユーザ602が、他のユーザを妨害することなく、正しいパイロット・スロット内でアッリンク・パイロットを送るために、ユーザ602はビーコンを受信しており、つまり多アンテナ基地局602との同期を正しく確立していなければならないとしてもよい。1つ以上の実施形態において、基地局602は、受信したアップリンク・パイロット(1つまたは複数)を利用して、ユーザのチャネルおよびタイミング進みを推定し、更にユーザに対して非常に効率的なMU-MIMOリンクを張る(create)ことができる。次いで、この張られたMU-MIMOリンクは、変調速度およびパイロット・スケジューリングを含む残りの制御チャネル情報の全てを伝えるため、更にはビーコンが所定の時間期間にわたって受信されていない場合に、アクティブ・ユーザのために同期を維持/改善するために使用することができる。ある実施形態では、伝えられた制御チャネル情報は、BSSID、SSID、変調速度、利得制御情報、MU-MIMO通信リンクに関係するチャネル推定情報、または多アンテナ基地局に関連する暗号情報の内少なくとも1つを含むとよい。
ページング
[0096] 説明する実施形態は、本明細書において提示した多アンテナMU-MIMOシステムの多アンテナ基地局が、この多アンテナ基地局のカバレッジ・エリア全体にわたって信頼性高くそして素早くユーザをページングすることを可能にする。これを遂行するために、以上で説明したビーム掃引および符合化利得を適用することができる。しかしながら、同期およびアソシエーションとは異なり、ページングは遅延に寛容な動作ではない。このため、多アンテナ基地局は、判明している最後のユーザ位置(last known location)
を利用して、ビーム掃引からの遅延を大幅に低減することができる。
よい。他の実施形態では、ビーコン806およびページング・シーケンス808を別個の時間フレーム(1つまたは複数)において送信することができる。この場合、ユーザにおいてCFOを復元するために、ビーコン806およびページング・シーケンス808を繰り返す必要はない。何故なら、ビーコン・シーケンス806およびページング・シーケンス808内における位相ドリフトを干渉なく検出できるからである。
延はページングには容認できない場合がある。したがって、ある実施形態では、多アンテナ基地局802は、ユーザの以前の位置(例えば、判明している最後のユーザ804Aの位置)の知識を利用してビーム掃引を誘導することができ、ページング動作を大幅に高速化することができる。尚、ユーザがページングされるまで掃引は継続するので、判明している最後のユーザ位置を利用しても、予測ページング遅延を改善できるに過ぎないことは注記してしかるべきである。ある実施形態では、ユーザの位置情報は、ユーザの物理的位置、ユーザに関連するCSI、ユーザにおいて受信された1つ以上のビーコンの強度についての情報(例えば、ユーザにおいて受信されたビーコン掃引の最も強いビームについての情報)、ユーザにおいて受信された最も強いビーコンの到達角度、または多アンテナ基地局802からその特定のユーザまでの送信ビームの誘導(steering)を容易にすることができる任意の他の情報の内少なくとも1つを含むことができる。
ランダム・アクセス要求(例えば、ポーリング)を多アンテナ基地局802に送ることもできる。この手法は、アソシエーションを維持し、失われたページ要求をチェックし、多アンテナ基地局802において判明している最後のユーザ位置を更新するといった多くの目的に役立ち、効率的なページングおよび基地局間ハンドオーバーを支援することができる。
ユーザ情報を使用して、ビーコン掃引およびページング検索を最適化する方法も含む。例えば、ときの経過と共に、基地局は、ユーザが空間における一定のデプロイ位置には決して入らない(例えば、空高く)ことを学習することができ、空間におけるこれらの特定の位置に向けてビーコンを掃引しないように、または頻度を落としてビームを掃引するように、基地局を構成することができる。同様に、基地局は、ユーザが典型的な移動パターンを有することを学習することができる。つまり、ユーザが基地局から送られるページング・シーケンスに応答しない場合、基地局は、全ての可能な方向の代わりに、予想されるユーザ位置に向けてページング・シーケンスを送るためにビーム掃引を実行するように構成することができる。予想されるユーザ位置は、判明した最後のユーザ物理位置、ユーザに関連するCSI、ユーザにおいて受信したビーコンの強度についての情報、ユーザにおいて受信したビーコン掃引の最も強いビームについての情報、ユーザにおいて受信した最も強いビーコンの到達角度等の内少なくとも1つに基づくことができる。
おける多アンテナ・ユーザの同期およびアソシエーション方法も含む。ある実施形態では、各多アンテナ・ユーザは複数のビーム形成ストリーム上で同期シーケンスのサンプルを受信することができる。次いで、複数のビーム形成ストリーム上で同期シーケンスのサンプルに対して複数の相関(例えば、ストリーミング相互相関または自己相関)を実行して、同期シーケンス内にエンコードされている多アンテナ基地局の識別を有するビーコンをデコードすることができる。他のある実施形態では、低い閾値における自己相関または相互相関に基づいて多アンテナ・ユーザの任意のアンテナにおいて、同期シーケンスを検出することができる。その後、検出した同期シーケンスに基づいて、ビーム形成重みを計算することができる。次いで、複数のユーザ・アンテナに対するストリーミング相互相関ま
たは自己相関に基づいて、ビーム形成重みを使用して、同期シーケンスのサンプルの部分集合を処理して、同期シーケンスにエンコードされている多アンテナ基地局の識別を有するビーコンをデコードすることができる。ある実施形態では、ビーム形成重みは、予め決めておくことができ、更にアダマール・ベースのビーム形成重みまたはDFTベースのビーム形成重みの内少なくとも1つを含んでもよい。
オーバーヘッド分析
[00104] 本開示において提示した制御チャネル設計は、小さいが無視することができ
ないオーバーヘッドを有する場合もある。ある実施形態では、このオーバーヘッドは、4つのメトリック、即ち、(i)総チャネル・オーバーヘッド、(ii)アソシエーション遅延、(iii)ランダム・アクセス遅延、および(iv)ページング遅延によって測定することができる。図9は、これらのオーバーヘッドおよび遅延を判定する式900を示す。図9に示す表910は、例示的なシステム構成に対する値の例を示す。この分析に対して、フレームは連続的に送信され、各フレームの先頭にビーコンがあると仮定することができる。予想ページング遅延は、ページング方式に依存する。しかしながら、予想ページング遅延は、完全なビーム掃引を実行するのに要する時間を示すので、アソシエーション遅延によってその上限が決められる(upper-bounded)。
ーコンを受信する必要はない。何故なら、同期はCSIダウンリンク制御フェーズにおいて維持することができるからである。インナクティブであるがアソシエートされたユーザも、ビーコンおよびページング信号を待ち受けることによって同期を維持することができる。時間-周波数同期が有効である期間は、発振器の精度、フレーム設計(例えば、サイクリック・プレフィックス)、および温度変動に左右される場合もある。発振器の典型的な精度を仮定すると、同期は数百msの間有効であることができるが、これはシステム毎に判定することができる。したがって、ビーコンはアソシエーションのみに必要とされればよく、つまり、掃引間隔は適宜に調節することができる。1つ以上の実施形態において、図9に示すオーバーヘッドは、システム・パラメータを変更することによって、調整することができる。尚、図9における表910によれば、本開示において提示した制御チャネル設計は、セル・エッジにおいてアソシエーション遅延が多少増大することを犠牲にすれば、2%未満のオーバーヘッドで数千本のアンテナをサポートできることは注記してしかるべきである。
実施態様(implementation)
[00106] ある例示的な実施形態によれば、本明細書において提示した制御チャネル設
計は、108本のアンテナのアレイを含む多アンテナMU-MIMO基地局のプロトタイプ上に実装することができるが、更に多いアンテナもサポートすることができる。例示的な実施形態は、ビーム掃引にアダマール・ビーム重みを採用する。アダマール・ビーム重みは、最小数の重みを使用して、全てが揃い(complete)、完全に直交な(perfectly orthogonal)基準を設け、最小量のオーバーヘッドで最大のダイバシティ利得を可能にし、完全な空間カバレッジを提供することができる。更に、アダマール・ビーム重みは、1という好ましいピーク対平均電力比(PAPR)を特徴とすることもでき、基地局アンテナにそれらの最大潜在送信電力を使用させることができる。加えて、アダマール・ビーム重みの計算には、アンテナ・アパーチャや環境の知識が全く必要なく、較正や環境の考慮をしない迅速なデプロイを可能にする。
する。Kasamiシーケンスは、所望の検出性能を得ることができ、それら自体および他の直交シーケンスの双方と、低く、有限の(bounded)ストリーミング相関を有すること
ができる。これによって、時間同期がなくても、Kasamiシーケンスを信頼性高く検出することが可能になる。更に、Kasamiシーケンスは、多数の直交シーケンス、例えば、長さ256のKasamiシーケンスに対して4096個の直交シーケンスを与え
ることができ、これにより同じ場所にいるユーザおよび基地局を一意に識別することが可能になる。
Chuシーケンスを使用する。Zadoff-Chuシーケンスは、一定の振幅を有し、つまり好ましいレベルのPAPRを有する。更に、Zadoff-Chuシーケンスは、複数のユーザのランダム・アクセス要求を各ユーザの経路遅延と共に同時に検出し、タイミング進みを、小さい計算オーバーヘッドで推定するために使用することができる。本明細書では、利得要件に合わせるため、そしてCSI推定のために可変長Zadoff-Chuシーケンスを採用してもよい。
タイム・ストリーミング時間ドメイン相関器をサポートし、正しいシーケンスが検出されるときに、非常に強い単一サンプル・ピークが得られる。したがって、性能範囲および精度は、検出閾値に大いに依存する。ビーコンまたはページング・コードのための利得制御は本開示では実行されないので、検出閾値は、入力電力に基づいて動的に設定される。加えて、検出閾値は、偽陽性を避けるために、電力サージの間増加してもよい。更に、動的な検出閾値は、定数によって増減する(scale)ことができ、この定数はコンピュータ・プ
ログラム可能なソフトウェア・コードによって制御することができる。更に、動的な検出閾値は、特に偽陽性を避けるためのメカニズムがある場合には、範囲を広げるように最適化することもできる。
実行結果(Performance Results)
[00110] 多アンテナMU-MIMOシステムについて本明細書において提示した制御
チャネル設計の性能を、同期、ビーコン、およびページングに関して、CSIモードと非CSI動作モードとの間の利得ギャップを解消するための様々な環境において評価した。ここに提示する結果は、提示した制御チャネル設計が、従前からの制御チャネルと比較したときに、40dB以上非CSIモード範囲を広げることができることを実証する。更に、以前のユーザ位置の知識を利用することによって、ページング遅延を400%改善することができ、10kHz以上のCFOを信頼性高く補正することができる。
電波暗室において、基地局から様々な距離にある100箇所の離散したユーザ位置において検査した。ハードウェアの入手可能性により、そして異なるアンテナの性能を検査するために、提示した制御チャネル設計を、3通りの別個のアンテナ構成で採用した。(i)電波暗室において、80個の指向性6dBiパッチ・アンテナを使用する。(ii)屋内および屋外において、104個の無指向性3dBi単極アンテナを使用する。(iii)屋内において、108個の無指向性3dBi単極アンテナを使用する。全ての構成において、ユーザは3dBi無指向性アンテナも利用した(例えば、ユーザ毎に1つのアンテナ)。
GHzにおいて20MHz帯域幅にわたって検査し、ビーコン、ページング信号、およびアップリンク・パイロットの精度高い検出に関して性能を分析し、非CSIモードにおける制御チャネル設計の性能を実証した。規準(control)として、非ビーム形成ビーコンお
よびページング信号を付加的に各基地局アンテナから送った。即ち、64長コードを使用し、低および高電力モード双方で単位行列を適用することによって、「ビーム掃引」を実行し、従前からの単一アンテナ・システム、および先に論じた素朴な高電力解決策による性能を比較した。実施した制御チャネル設計はリアル・タイムで実行することができるが、実施態様は各ビームの後に短時間一時停止して、検出成功、偽陽性、および受信信号強度指標(RSSI)のような性能統計をノードから収集した。この測定遅延のために、実
験は、比較的変化がない(stationary)チャネルにおいて移動性なしに行われた。得られた結果を使用して、提示した制御チャネル設計のビーコン、ページング、およびCSI収集の性能を、従前からの方法と対比して分析した。加えて、CFO推定器(estimator)の性
能を検査するために、対照実験(controlled experiment)を設定した。
された同期シーケンスを正しく受信する確率を、種々の構成パラメータを用いて示す。図10~図11において、高電力(例えば、図10における棒グラフ1002、図11におけるプロット1102)および低電力(例えば、図10における棒グラフ1004、図11におけるプロット1104)双方の単一アンテナ送信を、ダイバシティ送信(例えば、図10における棒グラフ1006、図11におけるプロット1106)、ならびに64のコード長(例えば、図10における棒グラフ1008、図11におけるプロット1108)、および128のコード長(例えば、図10における棒グラフ1010、図11におけるプロット1110)を有する、提示した制御チャネル設計と比較することができる。単一アンテナ・ダイバシティ・モードの場合、基地局は送信するアンテナを順番に変えていき(rotate)、こうしてアレイのダイバシティを最大限利用する。この手法は、ビーム掃引に単位行列を使用する、提示した制御チャネル設計と同等である。
る平均アップリンクCSI信号強度に基づいて、結果を並び替えたものである。これは、カバレッジ・エリアの距離および公正なメトリック(fair metric)の近似である。尚、ダ
ウンリンクRSSIは、ビーコン毎に変動するので、相応しいメトリックではないことは注記してしかるべきである。加えて、散乱体(scatterer)が信号強度を著しく変化させる
ので、距離も相応しいメトリックではない。アップリンク送信電力を変化させると、単純に、図11に示す同じプロットが左または右にシフトすることは明らかである。これは、実際のシステムにおいて、どのようにコード長ならびにアップリンクおよびダウンリンク双方の送信電力を均衡させるべきかを示す。
所の電波暗室位置(左側の棒グラフ)および64箇所の室内位置(右側の棒グラフ)毎に別々の棒グラフによって、全ての位置にわたる結果を図10に示す。図10において観察できるのは、室内位置では、提示したシステム(例えば、左側の棒グラフ1010、1008)は、従前からの制御チャネル(例えば、ダイバシティ方式についての左側の棒グラフ1006)および単一高電力アンテナ・システム(例えば、左側の棒グラフ1002)よりも遙かに多い位置を、信頼性高く担当できるということである。ユーザが基地局に対して平均-70dBmRSSI以上を有していても、高電力単一アンテナ方式(例えば、左側の棒グラフ1004を参照のこと)で送られるビーコンのほぼ25%を失う。これはマルチパスによるものである。位置によっては、かなり接近していても、2本の経路が減算的に干渉し、ヌルを生ずる可能性があり、これは追加の信号強度では容易に克服できない。ダイバシティ方式(例えば、棒グラフ1006参照)は1本のアンテナ(例えば、棒グラフ1002参照)よりも性能が高い(performs better)が、ダイバシティ方式でも、
ユーザが-70dBM未満のアップリンクRSSIを有する場合、多くのビーコンを信頼性高く受信することができない。これは、本開示において提示した制御チャネル設計の必要性を例示する。これは、多アンテナMU-MIMOシステムにおける、アレイ全体の電力およびダイバシティ双方を利用する(例えば、図10の棒グラフ1008および1010によって示されるビーコン検出性能を参照のこと)。
チパスはないので、各技法の検出率(detection rate)は、非常に密接にRSSIに関係する。つまり、これらの結果は、各技法の相対的な性能を精度高く実証する。図11から観
察できることは、提示した制御チャネル設計(例えば、プロット1108および1110)は、単一アンテナ方式(例えば、プロット1102)よりも40dB以上、そして高電力方式(例えば、プロット1104)よりも20dB性能が優れているということである。
力を実証するために、意図したユーザの判明している最後の位置に基づいてページング掃引を誘導するという単純な方式を検査した。最後の44箇所の位置において、108アンテナの基地局構成について実験を行った。相関強度対閾値比によって決定される、各ビームの検出可能性に基づいて、移動体ユーザをページングした。
ームまでにユーザの94%を正しくページングできたことが確認される。ユーザが基地局の近くにいるとき、ユーザは掃引におけるビームの大半を受信する。つまり、低RSSIプロット1202によって示されるように、ユーザ位置に基づく最適化では、大した便益が得られない。しかしながら、ページング遅延は、平均4.8フレームから1.2フレームに減少し、4倍の改善が得られ、更に最悪の場合の改善は、68フレームから3フレームとなった(プロット1202および1204対プロット1206によって示される、提示した制御チャネル設計)。
同期が本来得られるが、更に高精度に、提示したCFO補正の精度を検査するために、更に他の対照実験をここで設定した。基準クロックは基地局とユーザとの間で共有され、事実上CFOを消去し(remove)、ユーザを基地局から0.5mのところに位置付けた。次いで、-10kHzから10kHzの範囲を取る複素正弦波を乗算することによって、対照CFOをビーコン・シーケンスに導入した。性能対符合化利得およびSNRを測定するために、長さ64および128のビーコンを送り、基地局において減衰器を使用して、送信電力を-12dBmから-42dBmに低減した。これらの減衰の結果、ユーザは大凡-60dBm(高)、-75dBm(中)、および-90dBm(低)のRSSIを受信した。CFO推定値の誤差の大きさの累積分布を図13に提示する。明確化のために、図13に提示した結果は1回の推定から導き出したが、誤差を1桁低減するために複数の推定値を採用することができる。
は常に、0.8kHz以内では128長ビーコンを使用してCFOを補正することができ(例えば、プロット1302、1304)、1.3kHz以内では64長ビーコンを使用してCFOを補正することができる(例えば、プロット1308、1310)ということである。低RSSI領域では、64長ビーコン(例えば、プロット1312)は、始めは十分に機能せず、2kHz以内までの誤差でビーコンの80%を補正できるに過ぎないことを観察することができる。対照的に、低RSSIの128長ビーコン(例えば、プロット1306)は、高RSSIの64長(例えば、プロット1308)と同様に機能し、ビーコン長を延長すれば、更にCFO推定誤差を低減できることを示す。また、導入される(induced)CFOの量は精度に影響しないことも注記してしかるべきである。
々のコンポーネントを示す。このワイヤレス・デバイス1402は、図1に示すシステム100、図2に示すシステム200、図5に示すシステム500、図6A、図6B、図6C、および図6Dに示すシステム、図7に示すシステム700、および/または図8に示すシステム800において採用することができる。ワイヤレス・デバイス1402は、本
明細書において説明した種々の方法を実施するように構成することができるデバイスの一例である。ワイヤレス・デバイス1402は、多アンテナ基地局(例えば、図1における基地局102、図2における基地局202、図5における基地局502、図6A、図6B、図6C、および図6Dにおける基地局602、図7における基地局702、および/または図8における基地局802)、またはユーザ(アクセス)端末(例えば、図1におけるユーザ端末104、図6A、図6B、図6C、および図6Dにおけるユーザ端末604A、604B、604C等、および/または図8におけるユーザ端末804A、804B、804C)であってもよい。
制御するプロセッサ1404を含むことができる。プロセッサ1404を中央処理ユニット(CPU)と呼ぶこともできる。メモリ1406は、リード・オンリ・メモリ(ROM)およびランダム・アクセス・メモリ(RAM)の双方を含むことができ、命令およびデータをプロセッサ1404に供給する。また、メモリ1406の一部が不揮発性ランダム・アクセス・メモリ(NVRAM)を含んでもよい。プロセッサ1404は、通例、メモリ1406内に格納されているプログラム命令に基づいて、論理演算および算術演算を実行する。メモリ1406内における命令は、本明細書において説明した方法を実施するために実行可能であればよい。
きる。ハウジング1408は、ワイヤレス・デバイス1402と他のワイヤレス・ノード(例えば、遠隔位置における他のワイヤレス・ノード)との間におけるデータの送信および受信を可能にする送信機1410および受信機1412を含むことができる。送信機1410および受信機1412を組み合わせて送受信機1414としてもよい。1つ以上のアンテナ1416をハウジング1408に取り付け、送受信機1414に電気的に結合することができる。また、ワイヤレス・デバイス1402は、複数の送信機、複数の受信機、および複数の送受信機(図示せず)を含んでもよい。
できる。信号検出器1418は、送受信機1414によって受信された信号のレベルを検出し定量化することができる。信号検出器1418は、総エネルギ、シンボル毎のサブキャリア毎エネルギ、電力スペクトル密度、および/または他の定量化メトリックを使用して、このような信号の検出を定量化することができる。また、ワイヤレス・デバイス1402は、信号を処理するときに使用するためのディジタル信号プロセッサ(DSP)1420も含むことができる。
1422によって結合することができる。バス・システム1422は、データ・バスに加えて、電力バス、制御信号バス、およびステータス信号バスを含むことができる。
5に示す基地局502、および/または図8に示す基地局802)において実行することができる方法1500を示すフロー・チャートである。
示すワイヤレス・デバイス1402のプロセッサ1404)によって開始することができ、ビーコン(例えば、図6Aに示すビーコン606)を基本同期シーケンス(例えば、同期シーケンスs)にエンコードする(1502)。ビーコンは基地局の識別子を含む。
02のプロセッサ1404)は、エンコードされた基本同期シーケンス(例えば、シーケンスs)および1組のビーム形成重み(例えば、シーケンスb1、b2、...、bnにおけるビーム形成重み)に基づいて、即ち、ビーム形成重みを有するシーケンスb1、b2、...、bnによって、エンコードされた基本同期シーケンス(例えば、シーケンスs)をカバーする(例えば、拡散する)ことによって、複数の同期シーケンスを生成する(1504)。
402の送信機1410)は、複数のアンテナを使用して、1組のビーム形成重みに関連する複数のビーム方向(例えば、図5に示すビーム方向506)に、複数の同期シーケンスを送信する(1506)。一実施形態では、空間ビーム方向は互いに直交である。他の実施形態では、空間ビーム方向は直交ではなく、所望のカバレッジ・エリアを変更するために、ビーム方向の数を増加または減少させることができる。ビーム形成重みは、カバレッジ・エリアを選択されたエリアだけに限定するように選択することができる。ある実施形態では、非CSIモードにおいて符合化利得を得る(achieve)ために、Goldコード
、Kasamiコード、Zadoff-Chuコードの内少なくとも1つに基づいて、送信の前に複数の同期シーケンスをエンコードすることができる。
5に示す基地局502、図8に示す基地局802)と通信するユーザ機器(図6Aに示すUE604A、図8に示すUE804AのようなUE)において実行することができる方法1600を示すフロー・チャートである。
デバイス1402の受信機1412)によって開始することができ、異なる信号強度を有する複数の同期シーケンス(例えば、シーケンスR)を受信する(1602)。
ロセッサ1404またはDSP1420)が、複数の同期シーケンスからの1つの同期シーケンスのサンプルを、1組の識別シーケンス(例えば、1組の予め分かっている基地局識別シーケンスまたはビーコン)と相関付けて(1604)、同期シーケンスのタイミングを検出する(例えば、時間同期を判定するため)。ある実施形態では、UEが最初に同期シーケンスの受信サンプルに対して自己相関を実行して、同期シーケンス内部における繰り返しシーケンスの存在を検出し、この繰り返しシーケンスの存在を利用してストリーミング相互相関の計算オーバーヘッドを低減することもできる。
ロセッサ1404)が、同期シーケンスから、この同期シーケンスにエンコードされている多アンテナ基地局の識別子を有するビーコン(例えば、図6Aに示すビーコン606)をデコードする(1606)。
おいて効率的な制御チャネルを設計する方法を含む。提示した制御チャネル設計方法は、長期間にわたる緻密な制御、符合化利得、および空間リソースを提供し、基地局内部およびワイヤレス通信ネットワーク全域の双方の最適化を可能にする。提示した制御チャネル設計は、判明している最後のユーザ位置、トラフィック・パターン、および環境プロパティのような既存の情報を基地局が利用して、インテリジェントにタイミング、符合化利得、および空間カバレッジを最適化することを可能にする。その上、これらの同じプロパティは、疎ネットワークにおいてセルの範囲を更に拡大し、カバレッジ・エリアを制限し、注意深く干渉を調整し(tune) 、所与の基地局の容量を増大するために動的により多くの
アンテナを組み込むために使用することができる。
ス制御チャネルの設計、実施、および実験的妥当性判断を行う(provide)。多アンテナ基
地局の実用上の設計制約を総合的に考慮することによって、柔軟性のある設計を遂行することができ、無視し得るオーバーヘッドで、108-アンテナ基地局上において、範囲または送信効率を40dB以上も改善する。提示した制御チャネル設計は、空間、時間、コード、および周波数リソースの柔軟な最適化を行い(provide)、数本のアンテナから10
00本単位のアンテナまで増減する(scale)ことを可能にする。提示した制御チャネル設
計は、MU-MIMOを可能な限り利用することによって基本制御チャネル動作の性能を劇的に改善するだけでなく、空間情報を利用して、ページング動作を可能な限り素早くそして効率的に行う。
適した手段であればいずれでも実行することができる。この手段は、種々のハードウェアおよび/またはソフトウェア・コンポーネント(1つまたは複数)および/またはモジュール(1つまたは複数)を含むことができ、回路、特定用途集積回路(ASIC)、またはプロセッサを含むが、これらに限定されるのではない。
及する語句は、これらの項目の任意の組み合わせを指し、1つだけの部材も含む。一例として、「a、b、またはcの内少なくとも1つ」とは、a、b、c、a-b、a-c、b-c、およびa-b-cを包含することを意図している。
フトウェア・コンポーネント(1つまたは複数)、回路、および/またはモジュール(1つまたは複数)のような、その動作を実行することが可能な適した手段であればいずれでも実行することができる。一般に、図に示した動作はいずれも、その動作を実行することができる対応の機能手段によって実行することができる。
であって、これが網羅的であることも、開示した形態そのものに本開示を限定することを意図するのではない。以上の開示を参照すれば、多くの変更や変形が可能であることを、当業者であれば認めることができよう。
つ以上のハードウェアまたはソフトウェア・モジュールで、単独でまたは他のデバイスと組み合わせて実行または実装することができる。一実施形態では、ソフトウェア・モジュールにはコンピュータ・プログラム製品が実装され、コンピュータ・プログラム製品は、
コンピュータ・プログラム・コードを収容するコンピュータ読み取り可能媒体を含み、コンピュータ・プログラム・コードは、説明したステップ、動作、またはプロセスの内任意のものまたは全てを実行するために、コンピュータ・プロセッサによって実行することができる。
関するところもある。この装置は、要求される目的に合わせて特別に構成することができ、および/またはこれは、コンピュータ内に格納されたコンピュータ・プログラムによって選択的に有効化または再構成される、汎用コンピューティング・デバイスを含むことができる。このようなコンピュータ・プログラムは、非一時的、有形コンピュータ読み取り可能記憶媒体、または電子命令を格納するのに適した任意のタイプの媒体に格納することができ、これらの媒体はコンピュータ・システム・バスに結合することができる。更に、本明細書において引用されたコンピューティング・システムはいずれも、1つのプロセッサを含むのでもよく、コンピューティング能力向上のために複数のプロセッサ設計を採用するアーキテクチャであってもよい。
グ・プロセスによって生成される製品に関するところもある。このような製品は、コンピューティング・プロセスから結果的に得られる情報を含むことができ、この情報は、非一時的、有形コンピュータ読み取り可能記憶媒体上に格納され、本明細書において説明したコンピュータ・プログラム製品または他のデータの組み合わせの任意の実施形態を含むことができる。
的目的に合わせて選択したのであり、本発明の主題の輪郭を定めるためまたは制限するために選択されたとしてはならない。したがって、本開示の範囲は、この詳細な説明によって限定されるのではなく、むしろこれに基づく出願において生ずる任意の請求項によって限定されることを意図している。したがって、以上の実施形態の開示は、以下の請求項において記載される本開示の範囲を限定するのではなく、例示することを意図している。
Claims (10)
- 基地局(BS)がアクティブ・ユーザについてのCSI知識を有する前に行われる非CSIモードと、時間-周波数同期およびチャネル状態情報の収集の後に行われるCSIモードとの2つのモードで動作するワイヤレス通信方法であって、
前記BSにおいて、複数の同期シーケンスと、信号の振幅および位相を変更しビーム・パターンの空間的指向性送信を可能にする一組のビーム形成重みとを生成するステップと、
ビーコンの形態の一意の基地局識別子を前記複数の同期シーケンスにエンコードするステップと、
前記非CSIモードにおいてオープン・ループ・ビーム形成を用いて、BSからユーザ機器(UE)へ、前記複数の同期シーケンスを前記一組のビーム形成重みに関連する複数のビーム方向にビーム掃引するステップであって、1つの同期シーケンスは、カバレッジ・エリアに広がる前記複数のビーム方向のうちの異なるビーム方向における各送信フレームの開始時に間欠的に、1つのビーム方向に対してまたはビーム・パターンで送信される、ステップと、
ユーザ機器(UE)によって、異なる信号強度を有する前記複数の同期シーケンスを受信するステップと、
前記複数の同期シーケンスからの1つの同期シーケンスのサンプルを、1組の識別シーケンスと相関付けて、様々な信号強度にわたる時間同期および周波数オフセットのために前記同期シーケンスのタイミングを検出するステップと、
前記UEにおいて、BSの選択のためおよびアソシエーション手順を促進するために、前記同期シーケンスから、前記同期シーケンス内にエンコードされている少なくとも1つの基地局(BS)の局所的に一意の識別子(ID)を有する前記ビーコンをデコードするステップと、
前記UEによって、前記同期シーケンスから、前記ユーザ機器を一意に識別するページング・シーケンスをデコードするステップと、
UEによって、MIMOリンクを確立するためのアップリンク・パイロットを識別、同期、送信し、それにより、最良の基地局を決定するために1または複数の基地局にソフト・アソシエートするステップであって、前記UEによってBSとソフト・アソシエートすることは、UEが信号強度、許可、リンク品質、もしくはそれらの組み合わせに基づいてBSを選択すること、または他のBSを探索し続けることを可能にする、ステップと、
を含む、ワイヤレス通信方法。 - 請求項1記載の方法であって、更に、
前記相関付けの前に、前記同期シーケンスのサンプルに対して自己相関を実行するステップを含む、方法。 - 請求項1記載の方法であって、更に、
UEのダイナミック・レンジ内において前記複数の同期シーケンスを監視して少なくとも1つの同期シーケンスを求めるステップと、
前記複数の同期シーケンス内において、少なくとも1つまたは複数の同期シーケンスを検出するまで、UE受信利得設定を変化させるステップと、
を含む、方法。 - 請求項1記載の方法であって、更に、
前記BSの前記一意の識別子(ID)を有するビーコンをデコードし、前記UEによって前記BSにソフト・アソシエートした後に、ランダム・アクセスのために確保されたスロットの内の1つにおいてパイロットを前記BSに送信するステップと、
前記BSによる前記パイロットの受信時に前記BSから送信された制御チャネル情報を受信して、残りの制御チャネル情報を前記UEへより効率的に伝達するための前記CSIモードにおける通信リンクの品質を決定するステップと、
を含む、方法。 - 請求項4記載の方法であって、更に、
前記UEによって、前記受信した制御チャネル情報に基づいてBSを選択するステップであって、前記制御チャネル情報は、信号強度、許可、リンク品質、もしくはそれらの組み合わせを含む、ステップと、
UEによって、許可およびスケジューリングを通じたアクセスを要求し調整することにより、完全なアソシエーションを通じてBSと完全にアソシエートすることを選択するステップと、
を含む、方法。 - 請求項4記載の方法であって、更に、
代わりの基地局同期信号を求めて、複数の周波数にわたってスキャンし続けるステップと、
前記UEによって、前記受信した制御チャネル情報に基づいて2以上のBSから別のBSを選択するステップであって、前記制御チャネル情報は、信号強度、許可、リンク品質、もしくはそれらの組み合わせを含む、ステップと、
UEによって、信号強度、許可、およびリンク品質を含む前記制御チャネル情報の受信に基づいて、前記別のBSと完全にアソシエートすることを選択するステップと、
前記BSによって、MU-MIMOリンクを開いて制御チャネル情報をより効率的に伝達するためのユーザ専用パイロット・スロットおよび一意のページング・シーケンスを前記UEへ提供するステップと、
を含む、方法。 - 請求項5記載の方法であって、更に、
前記ビーコンのデコード後に、UEの位置情報を前記UEから前記選択されたBSに送信するステップであって、前記位置情報は、前記UEの物理的位置、前記UEに関連するチャネル状態情報(CSI)、前記UEにおいて受信されたビーコンの強度についての情報、および前記UEにおいて受信された最も強いビーコンの到達角度、のうちの少なくとも1つを含む、ステップと、
前記BSにおいて前記位置情報を受信するステップと、
前記受信された位置情報に基づいて前記BSから前記UEへ送信された、一意のページング・シーケンスを受信するステップと、
前記位置情報に基づいて、前記BSから前記UEへ送信される前記一意のページング・シーケンスのビーム掃引を誘導するステップと、
BSとUE間のリンクを維持するために、専用ランダム・アクセス・パイロット・スロットにおいてアップリンク・パイロットをUEからBSへ送信するステップと、
を含む、方法。 - 請求項7記載の方法であって、更に、
ユーザ機器(UE)の複数のビーム形成ストリーム上で前記同期シーケンスのサンプルを受信するステップと、
前記UEのビーム形成ストリーム上で前記同期シーケンスのサンプルを相関付けて、前記ビーコンをデコードするステップと、
を含む、方法。 - 請求項8記載の方法であって、更に、
ユーザ機器(UE)のアンテナ上で前記同期シーケンスを検出するステップと、
前記検出した同期シーケンスに基づいてダウンリンクのビーム形成重みを計算するステップと、
前記ビーム形成重みを使用して、前記UEの複数のビーム形成ストリーム上で前記同期シーケンスのサンプルの一部を相関付けて、前記ビーコンをデコードするステップと、
を含む、方法。 - 請求項7記載の方法であって、UEの判明している最後の位置、トラフィック・パターン、環境プロパティ、またはそれらの組み合わせを含む位置情報を利用して、タイミング、符号化利得、および空間カバレッジを最適化する、方法。
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