(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局とネットワーク処理ユニットとの間のバックホールチャネルを介して無線通信信号を送信する方法であって、
無線通信信号を時間ドメインの複数の複素信号サンプルとして表現するステップと、
前記信号サンプルの少なくとも１つの線形変換を時間ドメイン及びアンテナ空間ドメインにわたって実行して、変換信号係数を生成するステップと、
前記変換信号係数を量子化するステップと、
量子化された前記変換信号係数を前記バックホールチャネルを介して送信するステップと、
量子化情報を前記バックホールチャネルを介して送信するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記ネットワーク処理ユニットは、協調マルチポイント（ＣｏＭＰ）システムの中央プロセッサである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
無線通信信号を時間ドメインの複数の複素信号サンプルとして表現する前記ステップは、
少なくとも１つの無線通信信号をアンテナにおいて受信するステップと、
受信される前記信号をフロントエンド処理して、時間ドメインの複数の複素信号サンプルを生成するステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの線形変換に続いて、
閾値を超える信号エネルギーを有する前記変換信号係数を選択するステップ、
をさらに含み、
前記変換信号係数を量子化する前記ステップは、選択された前記変換信号係数のみを量子化することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記線形変換のうちの１つは、前記無線通信信号の統計値が実質的に安定したままである期間にわたって一定である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記期間は、少なくとも２つのＬＴＥ時間スロットを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記時間ドメインにわたる前記線形変換は、離散コサイン変換である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記時間ドメインにわたる前記線形変換は、前記無線通信信号の共分散に基づいて適応的に計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記アンテナ空間ドメインにわたる前記線形変換は、所定の正規直交変換行列を用いて計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記所定の正規直交変換行列は、高速フーリエ変換行列又は離散コサイン変換行列のうちの１つを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記アンテナ空間ドメインにわたる前記線形変換は、最も少ない数の特徴成分へのエネルギー圧縮を最大化するように適応的に計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
時間ドメインの複数の複素信号サンプルは、ガウス分布しており、前記アンテナ空間ドメインにわたる前記線形変換は、前記無線通信信号の共分散に基づくカルーネン・レーベ変換である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アンテナ空間ドメインにわたる前記線形変換は、前記無線通信信号の空間的及び時間的な統計値に基づいてリアルタイムで計算され、空間変換行列を前記バックホールチャネルを介して送信するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記変換信号係数を量子化する前記ステップは、前記変換信号係数を当該係数の共分散に基づいて可変的なビット数を用いて量子化するステップを含み、前記バックホールチャネルを介して送信される前記量子化情報は、当該係数の当該共分散を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記信号サンプルに対して実行される前記線形変換の順序は、前記無線通信信号のアプリオリな知識に基づいて判定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記無線通信信号は、基地局における１つ以上のアンテナにおいて受信され、前記方法のステップは、各アンテナにおいて受信される前記信号について当該基地局によって実行され、量子化された前記変換信号係数及び量子化情報は、前記バックホールチャネルを介して中央プロセッサへ送信される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記無線通信信号は、中央プロセッサにおいて生成され及び前記基地局によってアンテナにおいて送信されるべきＣｏＭＰプリコーディングされる信号を含み、前記方法のステップは、中央プロセッサによって実行され、量子化された前記変換信号係数及び量子化情報は、前記バックホールチャネルを介して前記基地局へ送信される、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
基地局とネットワーク処理ユニットとの間のバックホールチャネルを介して無線通信信号を受信する方法であって、
量子化された変換信号係数を前記バックホールチャネルを介して受信するステップと、
量子化情報を前記バックホールチャネルを介して受信するステップと、
前記量子化情報に基づいて、量子化された前記変換信号係数から、変換信号係数をデコードするステップと、
前記変換信号係数の少なくとも１つの逆線形変換を時間ドメイン及びアンテナ空間ドメインにわたって実行して、無線通信信号に対応する時間ドメインの複数の複素信号サンプルを復元するステップと、
を含む、方法。
【請求項１９】
前記ネットワーク処理ユニットは、協調マルチポイント（ＣｏＭＰ）システム内の中央プロセッサである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記無線通信信号は、前記中央プロセッサにおいて生成され及び前記基地局によってアンテナにおいて送信されるべきＣｏＭＰプリコーディングされる信号を含み、前記方法のステップは、前記基地局によって実行され、量子化された前記変換信号係数及び量子化情報は、前記中央プロセッサによって前記バックホールチャネルを介して送信される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記時間ドメインの複数の複素信号サンプルを処理して、無線通信信号を生成するステップと、
当該無線通信信号をアンテナから送信するステップと、
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記逆線形変換のうちの１つは、前記無線通信信号の統計値が実質的に安定したままである期間にわたって一定である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記期間は、少なくとも２つのＬＴＥ時間スロットを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記時間ドメインにわたる前記逆線形変換は、逆離散コサイン変換である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記時間ドメインにわたる前記逆線形変換は、前記無線通信信号の共分散に基づいて適応的に計算される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記アンテナ空間ドメインにわたる前記逆線形変換は、所定の正規直交逆変換行列を用いて計算される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記所定の正規直交逆変換行列は、逆高速フーリエ変換行列又は逆離散コサイン変換行列のうちの１つを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記アンテナ空間ドメインにわたる前記逆線形変換は、最も少ない数の特徴成分へのエネルギー圧縮を最大化するように適応的に計算される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２９】
時間ドメインの複数の複素信号サンプルは、ガウス分布しており、前記アンテナ空間ドメインにわたる前記逆線形変換は、前記無線通信信号の共分散に基づく逆カルーネン・レーベ変換である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記アンテナ空間ドメインにわたる前記逆線形変換は、前記無線通信信号の空間的及び時間的な統計値に基づいてリアルタイムで計算され、空間変換行列を前記バックホールチャネルを介して受信するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３１】
変換信号係数をデコードする前記ステップは、当該係数の共分散に基づく可変的なビット数を用いて前記変換信号係数をデコードするステップを含み、前記バックホールチャネルを介して受信される前記量子化情報は、当該係数の当該共分散を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３２】
前記信号サンプルに対して実行される前記逆線形変換の順序は、前記無線通信信号のアプリオリな知識に基づいて判定される、請求項１８に記載の方法。
【請求項３３】
前記無線通信信号は、基地局における１つ以上のアンテナにおいてまず受信され、前記方法のステップは、前記ネットワーク処理ユニットによって実行され、量子化された前記変換信号係数及び量子化情報は、当該基地局によって前記バックホールチャネルを介して送信される、請求項１８に記載の方法。
【請求項３４】
１つ以上のアンテナと、
当該アンテナから受信される無線通信信号をフロントエンド処理し、及び時間ドメインの複数の複素信号サンプルを生成するように動作可能な少なくとも１つのフロントエンド回路と、
前記信号サンプルの線形変換を時間ドメイン及びアンテナ空間ドメインにわたって実行して、変換信号係数を生成するように動作可能な少なくとも１つの変換ユニットと、
前記変換信号係数の量子化のための量子化ビット数を当該係数の共分散に基づいて判定するように動作可能な送信ビット割り当てユニットと、
前記送信ビット割り当てユニットによって判定される前記ビット数を用いて、前記変換信号係数を量子化するように動作可能な量子化器と、
量子化された変換信号係数及び量子化情報をバックホールを介してネットワーク処理ユニットへ送信するように動作可能なバックホール通信インタフェースと、
を備える、基地局。
【請求項３５】
受信される量子化された変換信号係数をデコードするための量子化ビット数を、前記ネットワーク処理ユニットから前記バックホール通信インタフェースを介して受信される量子化情報に基づいて判定するように動作可能な受信ビット割り当てユニットと、
前記ネットワーク処理ユニットから前記バックホール通信インタフェースを介して受信される量子化された変換信号係数を、前記受信ビット割り当てユニットによって判定されたビット数に基づいてデコードするように動作可能なデコーダと、
前記変換信号係数の逆線形変換を時間ドメイン及びアンテナ空間ドメインにわたって実行して、時間ドメインの複数の複素信号サンプルを生成するように動作可能な少なくとも１つの逆変換ユニットと、
前記時間ドメインの複数の複素信号サンプルを処理して、無線通信信号を生成するように動作可能な少なくとも１つの送信回路と、
をさらに備え、
少なくとも１つのアンテナは、当該無線通信信号を送信するようにさらに動作可能である、
請求項３４に記載の基地局。
【請求項３６】
複数の基地局から量子化された変換信号係数及び量子化情報を受信するように動作可能なバックホール通信インタフェースと、
基地局から受信される量子化された変換信号係数をデコードするための量子化ビット数を、受信される前記量子化情報に基づいて判定するように動作可能な受信ビット割り当てユニットと、
前記受信ビット割り当てユニットによって判定されるビット数に基づいて、受信される前記量子化された変換信号係数をデコードするように動作可能なデコーダと、
前記変換信号係数の逆線形変換を時間ドメイン及びアンテナ空間ドメインにわたって実行して、時間ドメインの複数の複素信号サンプルを生成するように動作可能な少なくとも１つの逆変換ユニットと、
前記信号サンプルを処理するように動作可能な処理回路と、
備える、ネットワーク処理ユニット。
【請求項３７】
前記ネットワーク処理ユニットは、協調マルチポイント（ＣｏＭＰ）システムの中央プロセッサであり、前記処理回路は、前記信号サンプルを他の基地局から受信される信号サンプルと共に処理するように動作可能なＣｏＭＰ処理回路である、請求項３６に記載のネットワーク処理ユニット。
【請求項３８】
前記処理回路は、基地局におけるアンテナによって送信されるべきプリコーディングされた無線通信信号を表現する時間ドメインの複数の複素信号サンプルを生成するようにさらに動作可能であり、
前記ネットワーク処理ユニットは、
前記信号サンプルの線形変換を時間ドメイン及びアンテナ空間ドメインにわたって実行して、変換信号係数を生成するように動作可能な少なくとも１つの変換ユニットと、
前記変換信号係数の量子化のための量子化ビット数を当該係数の共分散に基づいて判定するように動作可能な送信ビット割り当てユニットと、
前記送信ビット割り当てユニットによって判定される前記ビット数を用いて、前記変換信号係数を量子化するように動作可能な量子化器と、
をさらに備え、
前記バックホール通信インタフェースは、量子化された前記変換信号係数及び量子化情報を前記バックホール通信インタフェースを介して前記基地局へ送信するようにさらに動作可能である、
請求項３６に記載のネットワーク処理ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、無線通信に関し、特に、無線通信ネットワークにおけるバックホールチャネル上の送信のために信号を圧縮する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線データ通信の需要における急激な増加は、セルラネットワーク事業者に当該事業者の通信ネットワークの容量を改善するように非常に大きな圧力を与えた。これらのネットワークのスペクトル効率を改善するために、希少な無線リソースは、隣接セルにおいて積極的に再使用されなければならない。結果として、セル間干渉は、電波障害の主な原因となっており、セル端ユーザのサービス品質だけでなくシステム全体のスループットも制限する。
【０００３】
協調マルチポイント（ＣｏＭＰ：Coordinated  multi-point）送信又は受信は、セル間干渉を効果的に軽減するための１つの既知の手段である。図１は、代表的なＣｏＭＰクラスタ１０を表し、当該ＣｏＭＰクラスタ１０において、ユーザ機器（ＵＥ）１２は、複数の従来のセル１４において無線通信サービスを受信する。基地局又はｅＮｏｄｅＢ１６は、各セル１４においてダウンリンクＲＦ信号をＵＥ１２へ送信する（及び、ＵＥ１２からアップリンク送信信号を受信する）。セル間干渉を回避するために、中央プロセッサ（ＣＰ：central  processor）３０は、ＣｏＭＰクラスタ１０を形成するセル１４においてＵＥ１２へのダウンリンク送信信号及び場合により当該ＵＥ１２からのアップリンク送信信号を協調させる。ＣＰ３０は、送信信号を協調させ及び最適化して、ＵＥ１２間の相互干渉を低減し又は回避さえする。ＣｏＭＰシステムの配備により達成可能な利益は、そのような協調がＣＰ３０によってどれだけうまく実行されることができるかに左右される。
【０００４】
ＣＰ３０が複数のセル１４における送信及び／又は受信を効果的に協調させることを可能にするために、時宜を得た信号情報が、遠隔基地局１６とＣＰ３０との間で通信されなければならない。しかしながら、各基地局１６へ送信し及び各基地局１６から受信することが必要とされる情報の量は、特に各サイトにおいて複数のアンテナが配備される場合、圧倒的となり得る。一般に、ＣＰ３０は、各基地局１６における各アンテナによって送信されるべき複素ダウンリンク信号の同相（Ｉ：In-phase）成分及び直交（Ｑ：Quadrature）成分を生成し、及び遠隔基地局１６へ送信しなければならない。また、各基地局１６は、各アンテナにおいて受信される複素ＩＱ信号をＣＰ３０へ送信しなければならない。
【０００５】
標準的なＣＰＲＩ（Common  Public  Radio  Interface）において、ＩＱバックホール信号の各実数値サンプルは、固定されたビット数（例えば、１６）によって独立して量子化されるにすぎないであろう。ＣＰＲＩ送信は、基礎となる（underlying）バックホール信号の如何なる構造も利用せず、無線通信信号を表現する非効率的な手法である。従って、ＩＱ無線信号のＣＰＲＩ送信は、バックホールリンクの容量に大きな負荷を課し、これは、そうでなければＣｏＭＰシステムによって達成可能なパフォーマンスを制限し得る。
【０００６】
他のシステムは、基地局による送信のために、ネットワークの処理ユニットにおいてプリコーディングをさらに実行し得る。そのようなシステムの全ては、ネットワーク処理ユニットと基地局との間における膨大なデータ伝送を必要とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書において説明され及び特許請求の範囲において記載される１つ以上の実施形態によれば、圧縮／伸長方法は、基地局と例えば協調マルチポイント（ＣｏＭＰ）システムの中央プロセッサなどの処理ユニットとの間の複素無線信号を通信するために必要とされるバックホール帯域幅を低減する。当該方法は、冗長性を除去し、及びバックホールリンクの容量要件を実質的に低減するために、無線ＩＱ信号の空間的及び時間的な相関の双方を利用する。重要な特徴成分信号は、無線信号から線形変換を通じて抽出され、及び、それらの相対的な重要度に応じて場合により異なるビットレートで個別に量子化される。変換は、所定のものとすることも、又は無線信号の空間的及び時間的な統計値に基づいてリアルタイムで計算されることもできる。後者の場合において、１つ又は複数の変換行列も、無線信号が受信側で再構築されることを可能にするためにバックホール上で送られる。変換行列を生成する様々な方法が提案される。
【０００８】
１つの実施形態は、基地局とネットワーク処理ユニットとの間のバックホールチャネルを介して無線通信信号を送信する方法に関する。無線通信信号は、時間ドメインの複数の複素信号サンプル（complex-valued  signal  samples）として表現される。当該信号サンプルの少なくとも１つの線形変換が時間ドメイン及びアンテナ空間ドメインのうちの１つ以上にわたって実行されて、変換信号係数が生成される。変換信号係数は、量子化される。量子化された変換信号係数は、バックホールを介して送信される。量子化情報もバックホールを介して送信される。
【０００９】
別の実施形態は、基地局とネットワーク処理ユニットとの間のバックホールチャネルを介して無線通信信号を受信する方法に関する。量子化された変換信号係数は、バックホールを介して受信される。量子化情報は、バックホールを介して受信される。変換信号係数は、量子化された変換信号係数から量子化情報に基づいてデコードされる。変換信号係数の少なくとも１つの逆線形変換が時間ドメイン及びアンテナ空間ドメインのうちの１つ以上にわたって実行されて、無線通信信号に対応する時間ドメインの複数の複素信号サンプルが復元される。
【００１０】
また別の実施形態は、基地局に関する。基地局は、１つ以上のアンテナと、当該アンテナから受信される無線通信信号をフロントエンド処理し、及び時間ドメインの複数の複素信号サンプルを生成するように動作可能な少なくとも１つのフロントエンド回路と、を備える。基地局は、上記信号サンプルの線形変換を時間ドメイン及びアンテナ空間ドメインのうちの１つ以上にわたって実行して、変換信号係数を生成するように動作可能な少なくとも１つの変換ユニット、をさらに備える。基地局は、変換信号係数の量子化ビット数を当該係数の共分散に基づいて判定するように動作可能な送信ビット割り当てユニットも備える。基地局は、上記ビット割り当てユニットによって判定されるビット数を用いて、変換信号係数を量子化するように動作可能な量子化器、をさらに備える。基地局は、量子化された変換信号係数及び量子化情報をバックホールを介してネットワーク処理ユニットへ送信するように動作可能なバックホール通信インタフェースをさらに備える。
【００１１】
さらに別の実施形態は、ネットワーク処理ユニットに関する。当該処理ユニットは、複数の基地局から量子化された変換信号係数及び量子化情報を受信するように動作可能なバックホール通信インタフェースを備える。上記処理ユニットは、基地局から受信される量子化された変換信号係数をデコーディングするための量子化ビット数を、受信される量子化情報に基づいて判定するように動作可能な受信ビット割り当てユニットも備える。上記処理ユニットは、受信される量子化された変換信号係数をビット割り当てユニットによって判定されるビット数に基づいてデコードするように動作可能なデコーダをさらに備える。処理ユニットは、変換信号係数の逆線形変換を時間ドメイン及びアンテナ空間ドメインのうちの１つ以上にわたって実行して、時間ドメインの複数の複素信号サンプルを生成するように動作可能な少なくとも１つの逆変換ユニットをさらに備える。上記処理ユニットは、信号サンプルを処理するように動作可能な処理回路も備える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】協調マルチポイントシステム１０の機能ブロック図である。
【図２】中央プロセッサ３０及び基地局１６の機能ブロック図を表す。
【図３】圧縮ユニット１００の機能ブロック図である。
【図４】伸長ユニット２００の機能ブロック図である。
【図５】基地局１６と中央プロセッサ３０との間でバックホールチャネルを介して無線通信信号を送信する方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、無線通信システム１０における、ネットワーク処理ユニット３０と基地局１６との間のバックホール通信は、著しく低減される。コンテキストを提供するために、且つ本明細書における説明の目的のためだけに、本発明の実施形態は、ネットワーク処理ユニット３０が協調マルチポイント（ＣｏＭＰ）システム１０の中央プロセッサ（ＣＰ）３０であるものとして説明される。ただし、本発明は、ＣｏＭＰシステム１０に限定されず、基地局１６によって送信されるべき信号、及び基地局１６へバックホール通信リンク上で通信されなければならない信号にネットワーク処理ユニット３０がプリコーディングなどの信号処理を実行する任意の無線通信システム１０における適用可能性を見出し得る。従って、本明細書におけるＣＰ３０又はＣｏＭＰシステム１０へのあらゆる言及は、無線通信ネットワーク１０におけるネットワーク処理ユニット３０の非限定的な例として理解されるべきである。
【００１４】
バックホール通信は、バックホール送信に先立って、対象の圧縮を複素ＩＱ無線信号に実行し、及びバックホール受信に続いて、対応する伸長を当該信号に対して実行することによって低減される。信号圧縮は、基地局１６のアンテナによって送信されるべきダウンリンク信号、及び基地局１６のアンテナによって受信されるアップリンク信号の双方に適用され得る。圧縮方法論は、時間ドメイン及び／又はアンテナ空間ドメインにおいて線形変換を通じて重要な特徴成分信号を抽出し、これらを個別に量子化する。変換は、所定のものとすることも、又は無線信号の空間的及び時間的統計値に基づいてリアルタイムで計算されることもできる。
【００１５】
図２は、本発明の実施形態に係る、ＣＰ３０及び代表的な基地局１６を表す。ＣＰ３０は、ＣｏＭＰ処理ユニット３２、信号圧縮ユニット１００、信号伸長ユニット２００、及びバックホールチャネルインタフェース３４を備える。本技術分野において既知であるように、ＣｏＭＰ処理ユニット３２は、ＣｏＭＰクラスタ１０を構成するセル１４における全てのＵＥへの送信を協調させて、ＵＥ１２間の相互干渉を低減し又は除去する。バックホールインタフェース３４は、高速高帯域幅通信チャネルを介して多数の基地局１６からデータを受信し及び多数の基地局１６へデータを送信するように動作可能である。幾つかの実施形態において、バックホール通信チャネルは、光チャネルを含み得る。たとえバックホール通信チャネルが高帯域幅を提供しても、効果的なＣｏＭＰシステムのために必要な、ＣＰ３０と基地局１６との間のデータ伝送の量は、当該バックホール通信チャネルの容量を容易に凌駕し得る。従って、本発明の実施形態によれば、ＣＰ１０と基地局１６との間のＲＦ  ＩＱ信号データ伝送は、送信に先立って圧縮ユニット１００によって圧縮され、受信時には伸長ユニット２００によって伸長される。
【００１６】
図２にも表される基地局１６は、１つ以上のアンテナ１８、対応する数のデュプレクサ２０、フロントエンド受信器２２、及び送信器２６を備える。基地局１６は、圧縮ユニット１００、伸長ユニット２００、及びバックホールチャネルインタフェース２４も備える。本技術分野において既知であるように、基地局１６は、セル１４中のＵＥ１２からアップリンク無線通信信号を受信する。これらの信号は、デュプレクサ２０によってフロントエンド受信器２２へ導かれ、当該フロントエンド受信器２２は、低雑音増幅、フィルタリング、アナログ／デジタル変換、周波数ダウンコンバージョン、ＩＱ分離等といった信号処理機能を含み得る。処理された受信信号は、圧縮ユニット１００において圧縮され、及びバックホールインタフェース２４を介してバックホール通信チャネルを介してＣＰ３０に送信される。ＵＥ１２へ送信されるべき信号は、圧縮されたフォーマットにおいて、ＣＰ３０から基地局１６におけるバックホールインタフェース２４によって受信される。これらの信号は、伸長ユニット２００によって伸長され、送信器回路２６によって変調され、フィルタリングされ、増幅される等する。結果として得られるＲＦ信号は、セル１４中のＵＥ１２への送信のためにデュプレクサ２０によってアンテナ１８へ導かれる。一般に、各アンテナ１８上での送信のためにＣＰ３０から別々の信号が受信されてもよい。
【００１７】
典型的な無線通信システムにおいて、信号は、多数の時間スロットにおいて送信される。Ｔは、１つのそのような時間スロットの持続期間を表すものとする。各時間スロット内において、受信信号又は送信信号の統計的挙動は、おおよそ安定的なままである。これは、ネットワーク内の基地局１６が同期される場合に特に当てはまる。ＴＳは、無線信号のサンプリング期間を表すものとし、
【００１８】
【数１】
0005932965.tif 000002
【００１９】
は、１つの時間スロット内の時間サンプルの数であるものとする。
【００２０】
【数２】
0005932965.tif 000003
【００２１】
は、中央プロセッサ３０を特定の基地局１６から又は中央プロセッサ３０を特定の基地局１６へ接続するバックホールリンクを通じて通信されるべきｎａ次元の時間ドメインの複素サンプル信号を表すものとする。ここで、ｎａは、基地局１６におけるアンテナの数を表し、ｎ∈{１，２，Ｌ，Ｎ}は、１つの時間スロット内のサンプル時間インデックスを表し、ｍ∈{１，２，Ｌ，Ｍ}は、時間スロットインデックスを表し、Ｍは、信号の統計値がおおよそ安定的なままである時間スロットの最大数を表す。例えば、ＵＭＴＳ／ＨＳＤＰＡのＬＴＥ（Long  Term  Evolution）において、スケジューリング決定及びユーザ活動に依存して、Ｍは２以上である。
【００２２】
本発明の実施形態によれば、バックホール信号は、線形変換を通じてその空間的及び時間的相関を利用することによって圧縮される。一実施形態において、２段階の線形変換がサンプル信号ｙ[ｎ，ｍ]に適用される。エンコーディングユニット１００及びデコーディングユニット２００の構造は、それぞれ図３及び図４に表される。第１の線形変換Ｗｔ１１０は、時間ドメインのサンプル信号に適用される。第２の線形変換Ｗａ１２０は、複数のアンテナにわたって中間サンプルに適用される。次いで、特徴サンプルは、バックホール上で伝送される前に、ビット割り当てユニット１４０からの情報に従って量子化１３０される。基礎となる信号のアプリオリな知識に依存して、線形変換１１０、１２０の順序は、入れ替え可能である。例えば、圧縮ユニット１００は、代わりに、時間ドメインの信号を処理する前に、空間ドメインにおける既知の構造を最初に利用することができる。
【００２３】
時間ドメインのサンプル信号に適用される線形変換Ｗｔ１１０が最初に説明される。
【００２４】
【数３】
0005932965.tif 000004
【００２５】
は、時間スロットｍにおいてアンテナｉから受信され又は当該アンテナｉによって送信されるべき時間サンプルをスタックすることによって形成されるベクトルを表すものとする。例えば、時間ドメイン分析及び合成変換（synthesis  transformation）、それぞれＷｔ１１０及びＴｔ２１０（図４を参照）は、離散コサイン変換（ＤＣＴ：Discrete  Cosine  Transform）及び逆ＤＣＴ行列として選択され得る−これらの双方は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast  Fourier  Transform）の一形態である。あるいは、変換行列は、Ｎ×Ｎの共分散行列ＲＹ＝Ｅ[Ｙｉ[ｍ]Ｙｉ[ｍ]Ｈ]の固有分解を通じて適応的に計算され得る。当該共分散行列は、以下によって近似的に計算される。
【００２６】
【数４】
0005932965.tif 000005
【００２７】
ＲＹの固有分解を、
【００２８】
【数５】
0005932965.tif 000006
【００２９】
とする。ここで、ΛＹは、ＲＹの固有値
【００３０】
【数６】
0005932965.tif 000007
【００３１】
をその対角線要素とする対角行列であり、Ｕｔは、ＲＹの固有ベクトルをその列とする正規直交行列である。この場合において、分析行列及び合成変換行列１１０、２１０は、それぞれ以下のように設定されるべきである。
【００３２】
【数７】
0005932965.tif 000008
【００３３】
時間ドメインの変換１１０の後に生成される中間サンプル{ｚｉ[ｎ，ｍ]}は、以下によってアンテナごとにＹｉ[ｍ]に関連付けられる。
【００３４】
【数８】
0005932965.tif 000009
【００３５】
中間サンプルは、スケジューリングによって生成される中間変換ドメインにおけるヌルなどのアプリオリな情報を用いて圧縮されることができる。この場合において、圧縮ユニット１００は、どの変換済みの中間変換ドメイン成分が量子化されるべきか、及びどの成分が排除されるべきかを判定することができる。同様の方法は、例えば時分割多重システムにおける時間ドメインのスケジューリング情報を利用するために適用されることができ、この場合において、Ｗｔ１１０は、単純にＮ×Ｎの単位行列として選択され得る。
【００３６】
時間ドメイン変換１１０の後、中間サンプルは、空間ドメインにおける変換に向けて準備するために空間次元にわたってグループ化される。即ち、下記の通りである。
【００３７】
【数９】
0005932965.tif 000010
【００３８】
ここで、空間ドメイン１２０における変換（即ち、複数のアンテナにわたる相関の利用）が説明される。Ｗａ１２０及びＴａ１２０は、それぞれ次元Ｋａ×ｎａの分析変換行列１２０及び次元ｎａ×Ｋａの合成変換行列２２０を表すものとする。我々が興味を持っているのは信号を圧縮することであるため、変換行列は、Ｋａ≦ｎａとなるように設計される。時間スロットｍにおける各時間サンプルｎについて、次元Ｋａの特徴ベクトルｘ[ｎ，ｍ]は、Ｗａ１２０を用いて計算され、以下によって与えられる。
【００３９】
【数１０】
0005932965.tif 000011
【００４０】
次いで、各成分特徴ｘｉ[ｎ，ｍ]を、サイズ
【００４１】
【数１１】
0005932965.tif 000012
【００４２】
のコードブックＣｉを用いて個別に量子化１３０する。ここで、ｂｉは、Ｃｉにおける各コードベクトルにインデックスを付けるために必要とされるビット数１４０を表す。異なる成分特徴には、（例えば、それらの統計的分散によって測定される）それらの相対的重要性に依存して、異なるコードブックサイズが割り当てられることができる。コードブックＣｉについてのｂｉビットのインデックスに関連付けられるのは、成分特徴の再生コードワード
【００４３】
【数１２】
0005932965.tif 000013
【００４４】
である。圧縮ユニット１００の目標は、
【００４５】
【数１３】
0005932965.tif 000014
【００４６】
がｚ[ｎ，ｍ]を厳密に近似するように、
【００４７】
【数１４】
0005932965.tif 000015
【００４８】
を選択することである。例えば、圧縮ユニット１００は、以下を計算すべきである。
【００４９】
【数１５】
0005932965.tif 000016
【００５０】
直交性の原理から、以下が得られる。
【００５１】
【数１６】
0005932965.tif 000017
【００５２】
それ故に、任意の所与の合成変換Ｔａ２２０について、最良の分析変換１２０は、その一般逆行列
【００５３】
【数１７】
0005932965.tif 000018
【００５４】
によって与えられる。当該一般逆行列は、ｚ[ｎ，ｍ]をＴａの列空間上に投影する。式（３）を（２）に代入すると、以下が得られる。
【００５５】
【数１８】
0005932965.tif 000019
【００５６】
一般に、全ての特徴成分の量子化は、最良の性能を達成するために、結合歪みメトリック
【００５７】
【数１９】
0005932965.tif 000020
【００５８】
を用いてプロダクトコードブック
【００５９】
【数２０】
0005932965.tif 000021
【００６０】
上で結合的に実行されるべきである。
【００６１】
Ｔａ２２０の列が直交するように選択される特別な場合において、以下が得られる。
【００６２】
【数２１】
0005932965.tif 000022
【００６３】
ここで、ｗｉは、Ｔａ２２０のｉ番目の列の二乗ノルムを表す。それ故に、圧縮ユニット１００は、特徴ごとの歪みメトリック
【００６４】
【数２２】
0005932965.tif 000023
【００６５】
と共にＣｉを個別に用いて、全体的な性能に影響を及ぼすことなく、各特徴成分ｘｉ[ｎ，ｍ]を量子化１３０することができる。これは、式（１）におけるもとの公式のような、全ての特徴成分にわたる同時の結合最適化が必要とされないため、複雑さの大幅な低減を提示する。
【００６６】
空間変換の一実施形態において、Ｔａ１２０は、Ｋａ＝ｎａの正方正規直交行列である。この場合において、
【００６７】
【数２３】
0005932965.tif 000024
【００６８】
でもある。Ｔａ１２０は、ＦＦＴ行列及びＤＣＴ行列といった標準的な所定の正規直交行列となるように選択されることができる。あるいは、より少ない特徴成分におけるエネルギー圧縮を最大化する正規直交行列が、適応的に計算されることができる。信号サンプルｚ[ｎ，ｍ]がガウス分布している場合、最良の変換は、カルーネン・レーベ変換（ＫＬＴ：Karhunen-Loeve  Transform）Ｕであり、その列は、信号共分散行列
【００６９】
【数２４】
0005932965.tif 000025
【００７０】
の固有ベクトルである。当該信号共分散行列は、異なる時間サンプル及び時間スロットにわたる平均値を
【００７１】
【数２５】
0005932965.tif 000026
【００７２】
として求めることによって近似的に計算されることができる。
【００７３】
さらに、Ｒｚの固有値{λｉ}は、対応する特徴成分{ｘｉ[ｎ，ｍ]}の相対的重要性も提供し、これは、{ｘｉ[ｎ，ｍ]}を量子化１３０するために用いられるビット数{ｂｉ}１４０を判定するために用いられることができる。具体的には、λｉ＝σｉ２であり、ここで、σｉ２は、ｉ番目の変換された係数の分散を表す。用いられる量子化器１３０のタイプに依存して、{ｂｉ}１４０を判定するために取り得る方法は、数多くある。固定レートの量子化の場合、{ｂｉ}１４０は、高分解能近似を用いて以下のように計算されることができる。
【００７４】
【数２６】
0005932965.tif 000027
【００７５】
ここで、ｂｔｏｔａｌは、全ての成分
【００７６】
【数２７】
0005932965.tif 000028
【００７７】
にインデックスを付けるために利用可能なビットの総数を表す。近似は、同等の数のビットを最初のｋ個の成分に割り当てることによってさらに簡略化されることができ、ここで、σｋ２＝β、且つ、ｋ＜ｎａである。この場合において、βは、特徴成分が無視されるべきかを判定する最小エネルギーである。あるいは、E.A.  Riskinによる論文”Optimal  bit  allocation  via  the  generalized  BFOS  algorithm”、the  IEEE  Trans,  Information  Thy.,  vol  37、400-402頁、１９９１年５月において説明されるように、ＢＦＯＳ（Breiman,  Friedman,  Olshen,  and  Stone）アルゴリズムを選択して、成分コードブックの所与のセット{Ｃｉ}についてのビットを最適に割り当てることもでき、当該論文の開示内容は、その全体が参照によって本明細書に包含される。係数ごとの量子化器１３０は、可変レートの量子化器１３０とすることもできる。この場合において、固定ステップ又は固定セルサイズを有する量子化器１３０を用いることが好適である。再生信号の再現性（fidelity）は、ステップ又はセルサイズの選択によって決定される。
【００７８】
一実施形態において、上記の空間変換行列１２０、２２０は、無線信号の空間的及び時間的な統計値に基づいてリアルタイムで計算され、当該空間的及び時間的な統計値も、無線信号から測定される。空間変換行列１２０、２２０の係数は、バックホール上で送信されて、無線信号が受信側において再構築されることを可能にする。そのような統計値及び係数が計算される周波数は、基礎となる信号の定常性に依存して計算され、当該定常性は、スケジューリング決定及びユーザ活動に依存する。例えば、ＬＴＥネットワークにおいて、この期間は、少なくとも２つの時間スロットにわたって存続する。空間変換係数及びビット割り当て情報の表現は、固定レート（例えば、係数ごとに８ビット）の量子化１３０を用いて為されることができる。
【００７９】
図５は、ＣｏＭＰシステム１０において基地局１６と中央プロセッサ３０との間のバックホールを介して無線通信信号を送信する方法３００を表す。無線通信信号は、時間ドメインの複数の複素信号サンプル、例えばＩ成分及びＱ成分として表される(ブロック３０２)。信号サンプルの少なくとも１つの線形変換１１０、１２０が時間ドメイン及びアンテナ空間ドメインのうちの１つ以上にわたって実行されて、変換信号係数が生成される（ブロック３０４）。上述したように、信号特性のアプリオリな知識は、線形変換１１０、１２０の順序を決定し得る。変換信号係数は、一実施形態において、変換された係数の分散に基づいてビット割り当てユニット１４０によって判定される可変的な量子化ビット数を用いて、量子化される（ブロック３０６）。量子化された変換信号係数及び量子化情報（即ち、量子化ビット数又は係数の分散）は、バックホールを介して、即ち、アップリンク信号については基地局１６からＣＰ３０へ、又はダウンリンク信号についてはＣＰ３０から１つ以上の基地局１６へ、送信される（ブロック３０８）。上記方法のステップは、無線信号の統計値が実質的に安定したままである間、繰り返される（ブロック３１０）。信号の統計値が明らかに変化した場合（ブロック３１０）、１つ以上の線形変換行列１１０、１２０は更新され（ブロック３１２）、上記方法３００は繰り返される。同様の逆の方法は、基地局１６又はＣＰ３０のうちの１つの受信側において実行される。
【００８０】
本発明の実施形態は、ＣｏＭＰクラスタ１０内の遠隔基地局１６における各アンテナから受信され又は各アンテナへ送信されるべき複素無線信号のデジタル化された表現を圧縮するための効果的な方法を提供する。当該圧縮は、無線信号における空間的及び時間的な相関を利用し、及びこれらの信号から特徴成分を抽出する。幾つかの実施形態において、上記方法は、既知のスケジューリング情報などのアプリオリな知識を利用して、信号成分の一部を無視し、並びに計算上の負荷及びバックホール帯域幅負荷の双方を低減する。
【００８１】
本発明の実施形態は、既知の全体的なバックホール帯域幅の制約に応じて無線通信信号の特徴成分を最適に圧縮することができる。当該帯域幅は、各特徴成分にその重要性に応じて割り当てられる。さらに、幾つかの実施形態において、特徴成分はそれらの重要性に応じてソートされるため、バックホールネットワークは、より低い影響を及ぼす特徴成分を適応的に放棄して、バックホールリンクにおける帯域幅をさらに節約し得る。
【００８２】
本発明は、言うまでもなく、本発明の本質的な特徴から逸脱することなく、本明細書において具体的に述べられた手法以外の手法で実施をされ得る。本実施形態は、あらゆる点において例示的であって限定的ではないものと見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲の意味及び均等な範囲内におさまるあらゆる変更は、当該範囲内に含まれることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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