(57)【要約】逆方向リンクの送信ビーム形成の方法およびシステム。一方法は、アクセス端末において複数のアンテナを用いて、１つまたは複数の基地局へ信号を無線送信することと、この１つまたは複数の基地局において、逆方向リンクの信号品質を示す入力を受け取ることと、１つまたは複数のアンテナから送信される信号の利得および位相の少なくともいずれかを調節することと、を備える。この入力は、１つまたは複数の基地局から送られた逆方向電力制御（ＲＰＣ）値であってよい。
2009521194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記を備えるアクセス端末：
１つまたは複数の基地局へ信号を無線により送信するように構成された、複数のアンテナ；および、
前記１つまたは複数の基地局における逆方向リンク信号品質を示す入力を受け取り、１つまたは複数のアンテナから送信される信号の利得および位相の少なくともいずれか一方を調節するように構成された係数適応制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のアクセス端末、ここにおいて、
前記入力は、１つまたは複数の基地局から送られたＲＰＣ値を備え、前記係数適応制御装置は、１つまたは複数のアンテナから送信される前記信号の前記利得および前記位相の少なくともいずれか一方を、前記ＲＰＣ値がゼロに近づくまで調節するように構成される。
【請求項３】
請求項２記載のアクセス端末、ここにおいて、
前記アクセス端末は、複数の基地局から送られたＲＰＣビットを受け取って、フィルタリングされたＲＰＣ値を前記係数適応制御装置へ出力するように構成されたＲＰＣフィルタ機能をさらに備える。
【請求項４】
請求項３に記載のアクセス端末、ここにおいて、
前記ＲＰＣフィルタ機能は、前記フィルタリングされたＲＰＣ値を、
ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ）＝（１−α）ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−１）＋α・ｆ（ＲＰＣ０（ｎ），ＲＰＣ１（ｎ），．．．．．．，ＲＰＣＬ（ｎ））
として決定し、式中、αは、無限インパルス応答フィルタの定数を表し、ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−１）は、前の時間スロット（ｎ−１）のフィルタリングされたＲＰＣを表し、ＲＰＣｉ（ｎ）は、現在のスロットｎにおいて、基地局のアクティブ集合のｉ番目のセルから受信されたＲＰＣビットを表し、ｆ（ＲＰＣ０（ｎ），．．．．．．，ＲＰＣＬ（ｎ））は、実効的なＲＰＣを表す。
【請求項５】
請求項４に記載のアクセス端末、ここにおいて、
前記実効的なＲＰＣは、前記アクセス端末のアクティブ集合内の基地局から送られたすべてのＲＰＣビットの論理ＯＲ関数を備える。
【請求項６】
請求項４に記載のアクセス端末、ここにおいて、
前記実効的なＲＰＣは、前記アクセス端末のサービス提供中のセクタのみから送られたＲＰＣビットを備える。
【請求項７】
請求項３に記載のアクセス端末、ここにおいて、
前記ＲＰＣフィルタ機能は、前記フィルタリングされたＲＰＣ値を、
【数１】
2009521194.tif 000011
として決定し、ここで
【数２】
2009521194.tif 000012
である。
【請求項８】
前記入力は、送信パイロット電力の測定値を備える、請求項１に記載のアクセス端末。
【請求項９】
前記入力は、送信利得調節値を備える、請求項１に記載のアクセス端末。
【請求項１０】
請求項１に記載のアクセス端末、ここにおいて、
前記係数適応制御装置は、最小平均二乗（ＬＭＳ）アルゴリズムを用いて、１つまたは複数のアンテナ上で送信される前記信号の前記利得および前記位相の少なくともいずれか一方を連続的に調節するように構成される。
【請求項１１】
請求項１に記載のアクセス端末、ここにおいて
前記入力は、アクティブセルのＲＰＣビットを備え、前記係数適応制御装置は、１つまたは複数のアンテナ上で送信される前記信号の前記位相を、下記によって調節するように構成される：
Θ（ｎ）＝Θ（ｎ−１）＋μ・ｚ（ｎ−１）  ここで、μはＰｈａｓｅＳｔｅｐ、および、
｛０，  （ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−１）＝ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−２）の場合）
ｚ（ｎ−１）＝｛−ｓｉｇｎ（Θ（ｎ−１）−Θ（ｎ−２）），  （ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−１）＞ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−２）の場合）
｛＋ｓｉｇｎ（Θ（ｎ−１）−Θ（ｎ−２）），  （ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−１）＜ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−２）の場合）
。
【請求項１２】
請求項１に記載のアクセス端末、ここにおいて、
前記入力は、測定された平均送信パイロット電力を備え、前記係数適応制御装置は、１つまたは複数のアンテナ上で送信される前記信号の前記位相を、下記によって、調節するように構成される：
Θ（ｎ）＝Θ（ｎ−１）＋μ・ｚ（ｎ−１）  ここで、μはＰｈａｓｅＳｔｅｐ、および、
｛０，  （ＭｅａｎＴｘＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ（ｎ−１）＝ＭｅａｎＴｘＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ（ｎ−２）の場合）
ｚ（ｎ−１）＝｛−ｓｉｇｎ（Θ（ｎ−１）−Θ（ｎ−２）），  （ＭｅａｎＴｘＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ（ｎ−１）＞ＭｅａｎＴｘＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ（ｎ−２）の場合）
｛＋ｓｉｇｎ（Θ（ｎ−１）−Θ（ｎ−２）），  （ＭｅａｎＴｘＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ（ｎ−１）＜ＭｅａｎＴｘＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ（ｎ−２）の場合）
。
【請求項１３】
請求項１に記載のアクセス端末、ここにおいて、
前記係数適応制御装置は、１つまたは複数のアンテナ上で送信される前記信号の前記利得および前記位相の少なくともいずれか一方を周期的に調節するように構成される。
【請求項１４】
請求項１３に記載のアクセス端末、ここにおいて、
前記係数適応制御装置は、（ａ）各時間周期ごとに、２つ以上のアンテナの間に位相差を適用し、（ｂ）各時間周期の間に平均送信パイロット電力を決定し、（ｃ）位相差の離散的集合を使用した後に、平均送信パイロット電力が最小である位相差を選択し、前記位相差を使用するように構成される。
【請求項１５】
請求項１３に記載のアクセス端末、ここにおいて、
前記係数適応制御装置は、（ａ）各時間周期ごとに、２つ以上のアンテナの間に利得差を適用し、（ｂ）各時間周期の間に平均送信パイロット電力を決定し、（ｃ）利得差の離散的集合を使用した後に、平均送信パイロット電力が最小である利得差を選択し、前記利得差を使用するように構成される。
【請求項１６】
さらに下記を備える請求項１に記載のアクセス端末：
複数の乗算器、ここで各乗算器は、前記係数適応制御装置と、前記複数のアンテナの１つの、指定された信号経路とに結合され、各乗算器は、前記係数適応制御装置からの複素利得係数に、前記指定された信号経路の信号を乗じるように構成される。
【請求項１７】
下記を備える方法：
アクセス端末において複数のアンテナを用いて、１つまたは複数の基地局へ信号を無線により送信すること；
前記１つまたは複数の基地局において、逆方向リンク信号品質を示す入力を受け取ること；および、
１つまたは複数のアンテナ上で送信される信号の利得および位相の少なくともいずれか一方を調節すること。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法、ここにおいて、
前記入力は、１つまたは複数の基地局から送られたＲＰＣ値を備え、ここにおいて、調節することは、１つまたは複数のアンテナ上で送信される前記信号の前記利得および前記位相の少なくともいずれか一方を、前記ＲＰＣ値がゼロに近づくまで調節することを備える。
【請求項１９】
さらに下記を備える請求項１８に記載の方法：
複数の基地局から送られたＲＰＣビットを受け取ること；および、
受け取った、複数の基地局から送られた前記ＲＰＣビットに基づいて、フィルタリングされたＲＰＣ値を生成すること。
【請求項２０】
アンテナ選択を用いるビーム形成方法、該方法は下記を備える：
第１の時間周期の間に第１のアンテナ上で信号を無線により送信すること；
次の時間周期の間に第２のアンテナ上で前記信号を無線により送信すること；
（ａ）１つまたは複数の基地局から送られたＲＰＣビット、および（ｂ）各時間周期の間に測定された閉ループ平均送信パイロット電力の、少なくともいずれか一方を観察すること；
より低い閉ループ平均送信パイロット電力に関連付けられたアンテナを選択することと、
前記選択されたアンテナを、前記第１の時間周期より長い第２の時間周期の間に使用すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として無線通信システムに関し、特に、無線通信システムにおけるビーム形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信システムは、基地局とアクセス端末との間の通信を提供することが可能である。順方向リンク、すなわち、ダウンリンクは、基地局からアクセス端末への伝送を意味する。逆方向リンク、すなわち、アップリンクは、アクセス端末から基地局への伝送を意味する。各アクセス端末は、所与の時点において、アクセス端末がアクティブかどうか、およびアクセス端末がソフトハンドオフ状態にあるかどうかに応じて、順方向リンクおよび逆方向リンクで１つまたは複数の基地局と通信することが可能である。
【発明の開示】
【０００３】
類似の参照符号は、同じまたは同様の対象物を識別することが可能である。
【発明の詳細な説明】
【０００４】
本明細書に記載の各実施形態は、他の実施形態に対し、必ずしも好ましいか有利であるわけではない。本開示の各種態様を図面に表しているが、これらの図面は、必ずしもスケールするように描かれているわけではなく、必ずしも包括的に描かれているわけでもない。ある構造物の構成要素を、別の構造物の１つまたは複数の構成要素と組み合わせたり、別の構造物の１つまたは複数の構成要素に置き換えたりしてもよい。ある方法の操作を、別の方法の１つまたは複数の操作と組み合わせたり、別の方法の１つまたは複数の操作に置き換えたりしてもよい。
【０００５】
図１は、無線通信システム１００を示す。無線通信システム１００は、システムコントローラ１０２と、基地局１０４Ａ〜１０４Ｂと、複数のアクセス端末１０６Ａ〜１０６Ｄとを含む。システム１００は、任意の数のコントローラ１０２、基地局１０４、およびアクセス端末１０６を有してよい。本明細書に記載の各種の態様および実施形態を、システム１００に実装することが可能である。
【０００６】
アクセス端末１０６は、移動式でも固定式でもよく、図１の通信システム１００の全体にわたって分散していてもよい。アクセス端末１０６を、ラップトップコンピュータのような演算装置に接続したり、実装したりすることが可能である。代替として、アクセス端末は、自己完結型データ装置（携帯情報端末（ＰＤＡ）など）、有線電話、無線電話、携帯電話、無線通信パーソナルコンピュータ（ＰＣ）カード、外部モデム、内部モデムなどであってよい。アクセス端末は、無線チャネルまたは有線チャネル（光ファイバや同軸ケーブルなど）を介して通信を行うことによってユーザとのデータ接続性を提供する任意の装置であってよい。アクセス端末は、移動局、アクセスユニット、加入者ユニット、モバイル装置、モバイル端末、モバイルユニット、モバイル電話、モバイル、リモート局、リモート端末、リモートユニット、ユーザ端末、ユーザ装置、ハンドヘルド装置などと呼ばれる場合がある。
【０００７】
システム１００は、いくつかのセルに通信を提供する。各セルは、１つまたは複数の基地局１０４からサービスを受ける。基地局１０４は、基地局トランシーバシステム（ＢＴＳ）、アクセスポイント、アクセスネットワークの一部、モデムプールトランシーバ（ＭＰＴ）、ノードＢなどと呼ばれる場合もある。アクセスネットワークは、パケット交換データネットワーク（ＰＳＤＮ）（たとえば、インターネット）とアクセス端末１０６との間のデータ接続性を提供する任意のネットワーク設備を意味する場合がある。順方向リンク（ＦＬ）、すなわち、ダウンリンクは、基地局１０４からアクセス端末１０６への伝送を意味する。逆方向リンク（ＲＬ）、すなわち、アップリンクは、アクセス端末１０６から基地局１０４への伝送を意味する。
【０００８】
基地局１０４は、一組の様々なデータレートから選択された一のデータレートを用いて、データをアクセス端末１０６へ送信することが可能である。アクセス端末１０６は、基地局１０４から送られたパイロット信号の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を測定して、基地局１０４からアクセス端末１０６へデータを送信する際の所望のデータレートを決定することが可能である。アクセス端末１０６は、この所望のデータレートを基地局１０４に通知するために、データ要求チャネルメッセージまたはデータレート制御（ＤＲＣ）メッセージを基地局１０４へ送ることが可能である。
【０００９】
システムコントローラ１０２（基地局コントローラ（ＢＳＣ）とも呼ばれる）は、複数の基地局１０４に関して調整と制御を提供することが可能であり、さらに、基地局１０４を経由してアクセス端末１０６に向かう呼のルーティングを制御することが可能である。システムコントローラ１０２はさらに、移動交換局（ＭＳＣ）経由で公衆交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）に結合されることが可能であり、パケットデータサービスノード（ＰＤＳＮ）経由でパケットデータネットワークに結合されることが可能である。
【００１０】
通信システム１００は、１つまたは複数の通信手法、プロトコル、または規格を用いることが可能であり、たとえば、符号分割多重アクセス(code division multiple access)（ＣＤＭＡ）、ＩＳ９５、高レートパケットデータ（High Rate Packet Data）（ＨＲＰＤ）（高データレート（High Data Rate）（ＨＤＲ）とも呼ばれ、「ｃｄｍａ２０００高レートパケットデータ無線インターフェース仕様（cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification）」（ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−８５６）で規定されている）、ＣＤＭＡ  １ｘ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄａｔａ  Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ（ＥＶ−ＤＯ）、１ｘＥＶ−ＤＶ、広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）、ユニバーサル移動電気通信システム（Universal Mobile Telecommunications System）（ＵＭＴＳ）、時分割同期ＣＤＭＡ(Time Division Synchronous CDMA)（ＴＤ−ＳＣＤＭＡ）、直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)（ＯＦＤＭ）などを用いることが可能である。以下に記載の例のいくつかでは、理解しやすいように、ｃｄｍａ２０００  １ｘおよび１ｘ  ＥＶ−ＤＯを参照する場合がある。本明細書で示される考え方は、他のシステムにも同様に適用可能であり、本明細書に記載の各例は、本出願を限定するものではない。
【００１１】
図２は、図１のアクセス端末１０６において実装可能な、送信機の構造および／またはプロセスの一例を示す。図２に示された機能および構成要素は、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実装可能である。図２に示された機能への追加または代替として、他の機能を図２に追加することも可能である。
【００１２】
データ源２００が符号器２０２にデータを渡し、符号器２０２は、１つまたは複数の符号化方式を用いてデータビットを符号化して、符号化されたデータチップを与える。各符号化方式は、１つまたは複数のタイプの符号化を含むことが可能であり、たとえば、巡回冗長検査(cyclic redundancy check)（ＣＲＣ）、畳込み符号化、ターボ符号化、ブロック符号化、他のタイプの符号化、または何の符号化も行わないことを含むことが可能である。いくつかの符号化方式は、自動反復要求(automatic repeat request)（ＡＲＱ）、ハイブリッドＡＲＱ（ＨＡＲＱ）、およびインクリメンタル冗長性反復（incremental redundancy repeat）の各方式を用いることが可能である。異なるタイプのデータの符号化に、異なる符号化方式を用いることが可能である。フェージング対策として、インタリーバ２０４が、符号化されたデータビットをインタリーブする。
【００１３】
変調器２０６が、符号化およびインタリーブされたデータを変調して、変調されたデータを生成する。変調方式の例として、２相位相偏移変調(binary phase shift keying)（ＢＰＳＫ）および４相位相偏移変調(quadrature phase shift keying)（ＱＰＳＫ）がある。変調器２０６は、変調されたデータのシーケンスを繰り返すことも可能であり、あるいは、シンボルパンクチャ装置がシンボルのビットをパンクチャすることが可能である。変調器２０６は、データチップを形成するために、ウォルシュカバー（すなわち、ウォルシュ符号）を用いて変調されたデータを拡散することも可能である。変調器２０６は、パイロットチップおよび媒体アクセス制御（ＭＡＣ）チップを用いてデータチップを時分割多重（ＴＤＭ）して、チップのストリームを形成することも可能である。変調器２０６は、擬似ランダム雑音（ＰＮ）拡散器を使用して、チップのストリームを１つまたは複数のＰＮ符号（たとえば、短い符号と長い符号）で拡散することも可能である。
【００１４】
１つまたは複数のアンテナ２１０から無線通信リンクを介して１つまたは複数の基地局１０４へ送信を行うために、ベースバンド／無線周波数（ＲＦ）変換装置２０８が、ベースバンド信号をＲＦ信号に変換することが可能である。複数のアンテナ２１０は、後述されるように、送信ビーム形成に用いられることが可能である。
【００１５】
図３は、図１の基地局１０４において実装可能な、受信機のプロセスおよび／または構造の一例を示す。図３に示された機能および構成要素は、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実装可能である。図３に示された機能への追加または代替として、他の機能を図３に追加することも可能である。
【００１６】
１つまたは複数のアンテナ３００が、１つまたは複数のアクセス端末１０６から逆方向リンクの変調された信号を受信する。複数のアンテナは、フェージングのような、パスへの悪影響に対抗する空間ダイバーシチを提供することが可能である。受信された信号の各々は、それぞれの受信機またはＲＦ／ベースバンド変換装置３０２に渡され、これらは、該受信された信号を調整（たとえば、フィルタリング、増幅、ダウンコンバート）およびデジタル化して、この受信された信号に対応するデータサンプルを生成する。
【００１７】
復元されたシンボルを提供するために、復調器３０４が、該受信された信号を復調することが可能である。ｃｄｍａ２０００の場合、（１）受信されたデータおよびパイロットを、それぞれの符号チャネル上に隔離またはチャネル化するために、逆拡散されたサンプルをチャネル化し、（２）復元されたパイロットを用いてチャネル化されたデータをコヒーレントに復調して復調されたデータを供給することによって、データ伝送を復元しようとする。
【００１８】
逆インタリーバ３０６が、復調器３０４からのデータを逆インタリーブする。復号器３０８が、アクセス端末１０６から送信された復号されたデータビットを復元するために、復調されたデータを復号しようとする。該復号されたデータは、データシンク３１０に渡されることが可能である。
【００１９】
図４は、図１のシステムにおける、３人のアクセス端末ユーザ（ユーザ１、ユーザ２、ユーザ３）から送信される合計電力（電力分布）および雑音の一例を示す。各ユーザは、特定の送信電力を使用するよう、基地局から指示されることが可能である。たとえば、ユーザ３が、雑音とほぼ等しい電力で送信を行い、ユーザ２が、ユーザ３の電力に雑音の電力を加えたものとほぼ等しい電力で送信を行い、ユーザ１が、ユーザ２の電力にユーザ３の電力と雑音の電力とを加えたものとほぼ等しい電力で送信を行うように、指示されることが可能である。
【００２０】
ＲＬ送信ビーム形成
図５は、たとえば、２つの送信アンテナ、２つの受信アンテナ、重みｗ１ｔ、ｗ２ｔ、およびチャネル応答ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、およびｈ２２による送信ビーム形成のモデルを示し、第１および第２の添え字は、それぞれ、送信アンテナおよび受信アンテナのインデックスを表す。図５は、２×２のアンテナの例のみを示しているが、他の構成では任意の数のアンテナが可能である。送信重みベクトルを次式で表すことが可能である。
【数３】
2009521194.tif 000003
【００２１】
ｗｔは、複数次元であってよい。
【００２２】
２×２の例の場合の実効的なチャネル係数ベクトルｈｅｆｆは、各受信アンテナ３００について、次式のように、送信重みベクトルｗｔに基づいて計算されることが可能である。
【数４】
2009521194.tif 000004
【００２３】
送信重みベクトルｗｔは、最適ビーム形成（最大比伝送(Maximum Ratio Transmission)（ＭＲＴ））、アンテナ選択、および複数の送信アンテナにわたって（同一利得結合により）周期的または連続的に位相差を更新することなどのような、特定のビーム形成手法で決定されることが可能である。
【００２４】
ＭＲＴの例の場合は、次式のように、標準的なＭＲＴ重みベクトルが、チャネル行列Ｈの支配的な右特異ベクトル（ｖ１）であることが可能である。
【００２５】
ｈｅｆｆ＝Ｈ・ｖ１＝（Ｕ・Ｓ・ＶＨ）・ｖ１
＝σ１・ｕ１
ここで、σ１は、支配的な特異値であり、ｕ１は、対応する左特異ベクトルである。
【００２６】
アンテナ選択については、送信機が、以下のチャネル知識に基づいて、信号強度が最大である送信アンテナを選択することが可能である。
【数５】
2009521194.tif 000005
【００２７】
たとえば、アクセス端末１０６が、ある時間周期（すなわち、ＵｐｄａｔｅＰｅｒｉｏｄ）の間、アンテナ１のみで送信を行い、その後、アンテナ２のみで送信を行うことが可能である。この時間周期は、６４スロットや２５６スロットなど、選択可能な任意の周期であってよい（ここで、１スロットの継続時間は１．６６６．．．ミリ秒）。アクセス端末１０６は、逆方向リンク状態の指標を観察することが可能である。このような指標の例として、（ａ）基地局１０４から送られる逆方向電力制御（ＲＰＣ）ビット（後述）、および／または（ｂ）各ＵｐｄａｔｅＰｅｒｉｏｄの間に測定される閉ループ平均送信パイロット電力がある。アクセス端末１０６は、より低い閉ループ平均送信パイロット電力に関連付けられた送信アンテナを選択し、選択したアンテナを、ある時間周期（たとえば、ＵｐｄａｔｅＰｅｒｉｏｄ＊２＊１９スロット）の間、使用することが可能である。その後、アクセス端末１０６は、前述の方法を繰り返すことが可能である。この方法は、アクセス端末１０６が固定式の場合に有用であろう。
【００２８】
別の方法では、使用する送信アンテナを時間スロットごとに切り替えることが可能である（空間ダイバーシチ）。
【００２９】
ｃｄｍａ２０００  １ｘ  ＥＶ−ＤＯのようなシステムでは、複数の送信アンテナ２１０Ａ〜２１０Ｍ（図６）を有するアクセス端末１０６の逆方向リンクにおける送信ビーム形成は、大きなパフォーマンス利得をもたらすことが可能である。各送信アンテナ２１０に加えられる複素利得または複素位相を調節することにより、受信アンテナ３００における伝送信号の同相加算を可能にするように、実効的な送信ビームパターンを最適に位置合わせすることが可能であり、これによって、受信された信号のＳＩＮＲを最大化することが可能である。これにより、特定のデータレートを達成するために必要なアクセス端末の送信電力を減らすことが可能であり、これを行うことにより、全体のセクタ・スループットの増大、またはネットワーク・カバレージの拡大、またはこれらの両方が可能になる。
【００３０】
送信ビーム形成のための課題は、（送信機の各アンテナから送信された）信号が受信機において経験する正確なチャネルの知識（利得および位相）を取得することであり、この情報が、ビーム形成重みの計算に用いられる。このような知識は、各アクセス端末１０６への、順方向リンクに関する大量のフィードバックを必要とする場合があり、これは、順方向リンクのセクタ容量を大幅に制限する可能性がある。したがって、望ましいのは、最小限のオーバヘッドで、パフォーマンスの大幅な向上を達成する送信ビーム形成手法を見つけることであろう。
【００３１】
図６は、図１のアクセス端末１０６において実装可能な、複数アンテナの送信機を示す。図６の送信機は、２つ以上の乗算器６００Ａ〜６００Ｍと、複数のフロントエンド処理装置６０２Ａ〜６０２Ｍと、アンテナ２１０Ａ〜２１０Ｍとを備える。通信チャネルを介して受信機へ送信されるデータシンボルのストリーム（すなわち、図６のベースバンド処理からの複合信号）を、ｓ［ｎ］で表す。スロットｎにおける、ｍ番目のアンテナのための複素スケーリングが、乗算器６００Ｍによって行われ、乗算器６００Ｍは、複合信号に係数ｃｍ［ｎ］（すなわち、重み）を乗じる。各アンテナ２１０におけるフロントエンド処理６０２は、ベースバンド／無線周波数（ＲＦ）変換と、パルス整形フィルタリングと、自動利得制御(automatic gain control)（ＡＧＣ）と、電力増幅とを含むことが可能である。
【００３２】
基地局１０４の各受信アンテナ３００における受信された複合信号は、次式で表されることが可能である。
【数６】
2009521194.tif 000006
【００３３】
ここで、ｊは、受信アンテナのインデックスを表し、ｈｍ，ｊ［ｎ］は、ｍ番目のアンテナからｊ番目の受信機までのチャネルを表し、ｓ［ｎ］は、望ましい送信される信号を表し、ｗ［ｎ］は、背景雑音を表し、白色ガウス雑音であると仮定される。送信機がチャネルを正確に認識していれば、ｃ［ｎ］は、ｈｊ［ｎ］と等しく設定され、受信機において信号が同相で加算されることが可能になり、これによって、最大ＳＩＮＲが達成される。
【００３４】
ｗ［ｎ］が非白色であれば、ｃ［ｎ］を、ｈ［ｎ］と、ｗ［ｎ］の干渉共分散行列とに基づいて動的に調節するか、適応的に調節して、所望のアクセス端末の信号の最大化と、干渉の抑圧とを同時に行うことにより、受信された信号のＳＩＮＲを最大化することが可能である。しかしながら、送信ビーム形成を、チャネル知識に従って正確に行うためには、大量のオーバヘッド情報が必要になる可能性があり、これは順方向リンクのスループットに影響する可能性がある。
【００３５】
以下に記載の方法は、大量のフィードバック・オーバヘッドを順方向リンクに課すことなく、最適な送信ビームパターンのよりよい推定を与えるように、時間係数ｃｍ［ｎ］を適合させることが可能である。以下では、本明細書は、ｃｄｍａ２０００  １ｘおよび１ｘ  ＥＶ−ＤＯシステムのような無線通信システムにおいて追加フィードバック情報を必要としない逆方向リンクの送信ビーム形成方法を提案する。
【００３６】
ＲＰＣに基づく送信ビーム形成重みの最適化
アクセス端末１０６は、逆方向電力制御（ＲＰＣ）チャネルにおいて１つまたは複数の基地局１０４から送られた情報に基づいて、送信ビーム形成を行うことが可能である。本方法は、平均ＲＰＣ出力のゼロからの偏移を適応的に最小化することに基づく。本方法は、前述のビーム形成の利点に加えて、順方向／逆方向リンクの不均衡を小さくして、遅延に敏感なアプリケーションのカバレージおよび能力を向上させることも可能である。
【００３７】
ＲＰＣおよび逆方向リンクの電力制御については、参照により全体が本明細書に組み込まれている、共に譲渡された米国特許第６，６７８，２５７号明細書（件名「基地局チャネルに対する電力の割り当ての方法および装置（Methods and apparatus for allocation of power to base station channels）」）および同第６，６８７，５１０号明細書（件名「通信システムの逆方向リンクの電力制御チャネルの上の電力割当のための方法および装置（Methods and apparatus for power allocation on a reverse link power control channel of a communication system）」）に記載されている。ＲＰＣについては、前述のＩＳ−９５、ｃｄｍａ２０００、およびＥＶ−ＤＯの各規格にも記載がある。
【００３８】
「開ループ」電力制御は、アクセス端末１０６が、これのＲＬ送信電力を、１つまたは複数の基地局１０４から受信したＦＬ信号の電力レベルに従って、調節すること（ＴｘＧａｉｎＡｄｊｕｓｔ）を意味する。
【００３９】
「閉ループ」電力制御は、基地局１０４が、アクセス端末１０６からのＲＬ信号の信号強度を測定し、このＲＬ信号の信号強度を閾値と比較し、ＲＰＣビットをアクセス端末１０６へ送信することを意味する。アクセス端末１０６は、これの平均ＲＬ送信パイロット電力を、１つまたは複数の基地局からのＲＰＣビットを用いて増減することが可能である。「閉ループ」電力制御は、「開ループ」電力制御より高速であることが可能である。
【００４０】
図７は、図１のアクセス端末１０６において実装可能な、複数アンテナの送信機を示す。図７の送信機は、ＲＰＣチャネルフィルタ機能または装置７００と、送信重み適応制御機能または装置７０２と、複数の乗算器６００Ａ〜６００Ｍと、複数のフロントエンド処理装置６０２Ａ〜６０２Ｍと、複数のアンテナ２１０Ａ〜２１０Ｍとを備える。
【００４１】
送信重み適応制御機能７０２は、ＲＰＣチャネルビットのような情報と、閉ループ電力調節とを用いて、複素利得係数（すなわち、重み）ｃ０［ｎ］〜ｃＭ［ｎ］を決定することが可能である。複素利得係数ｃ０［ｎ］〜ｃＭ［ｎ］は、利得情報と位相情報の両方を含むことが可能である。
【００４２】
ＲＰＣチャネルまたは閉ループ電力調節の何れか一方を用いることの合理性は、これらが、受信側の基地局１０４における逆方向リンクの信号品質についての副情報を与えることである。たとえば、フィルタリングされたＲＰＣ値が０に近いことは、アクセス端末の送信電力が、所望のリンクパフォーマンスを達成するための適正なレベルにあることを意味し、フィルタリングされたＲＰＣ値が大きな正の値であることは、受信側の基地局１０４における信号品質が低すぎることを意味する。同様に、閉ループ電力調節が大きく増えることは、逆方向リンクの瞬時状態が貧弱であり、受信側の基地局における信号品質が低すぎることを示し、閉ループ電力調節が減ることは、受信側の基地局における信号品質が、必要とされる信号品質を超えて良好であることを示す。後者の場合、アクセス端末は、他のアクセス端末への干渉を減らすためにパイロット送信電力を下げるように指示される。
【００４３】
フィルタリングされたＲＰＣ
送信重み適応制御機能７０２は、ＲＰＣフィルタ機能７００からの現在の「フィルタリングされたＲＰＣ」値に基づいて、各アンテナ２１０のビーム形成重みを設定するか、決定するか、選択するか、適応させるか、調節することが可能である。適応制御機能７０２は、フィルタリングされたＲＰＣ値が、可能な限りゼロに近づくように（あるいは、近づくまで）ビーム形成重みを調節することが可能である。さらに、フィルタリングされたＲＰＣ値が負であることは、現在の受信されたＳＩＮＲが所望のしきい値より良好であることを意味し、この場合、アクセス端末１０６は、適応ループをフリーズすることが可能である。
【００４４】
一例として、「フィルタリングされたＲＰＣ」は、次式で定義されることが可能である。
【００４５】
ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ）＝（１−α）ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−１）＋α・ｆ（ＲＰＣ０（ｎ），．．．．．．，ＲＰＣＬ（ｎ））  （６）
ここで、αは、無限インパルス応答フィルタの定数を表し、ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−１）は、前のスロット（ｎ−１）のフィルタリングされたＲＰＣを表し、ＲＰＣｉ（ｎ）は、現在のスロットｎにおいて、アクティブ集合のｉ番目のセルから受信されたＲＰＣビットを表し、ｆ（ＲＰＣ０（ｎ），ＲＰＣ１（ｎ），．．．．．．，ＲＰＣＬ（ｎ））は、「実効的なＲＰＣ」（「ＥｆｆＲＰＣ」）を表す。実効的なＲＰＣ  ｆとして、たとえば、以下を含むことが可能である。
【００４６】
（１）アクセス端末のアクティブ集合内のセルから送信されたすべてのＲＰＣビットの論理ＯＲ関数、すなわち、ＯＲ−ｏｆ−ｔｈｅ−ｄｏｗｎｓ（「ｄｏｗｎｓ」は、ゼロ値を有するＲＰＣを意味する）、または
（２）サービス提供中のセクタだけから送信されたＲＰＣビット、すなわち、ＲＰＣ０（ｎ）のみ。
【００４７】
第１の関数ｆを使用することは、所与のターゲットデータレートに対して逆方向リンクの送信電力（たとえば、送信パイロット電力）を最小化することを試みる。第２の関数ｆを使用することは、アクセス端末１０６とサービス提供中の基地局１０４との間のリンク状態を最適化するためにサービス提供中のセルのアンテナ３００にビームを向けることを試みる。第２の関数ｆを使用することのさらなる利点は、比較的静的な状態においてアクセス端末１０６の順方向リンクと逆方向リンクとを均衡させて、全体のリンク効率を高めることに役立つことである。
【００４８】
蓄積されたＲＰＣ（ＡｃｃｕｍＲＰＣ）は、ＵｐｄａｔｅＰｅｒｉｏｄ（たとえば、６４スロットまたは２５６スロット）の間に受信された、蓄積された実効的なＲＰＣコマンドである。ＡｃｃｕｍＲＰＣ（ｋ，ｎ）は、ｎ番目のＵｐｄａｔｅＰｅｒｉｏｄの、ｋ番目のスロットの閉ループパイロット送信電力の測度である。
【数７】
2009521194.tif 000007
【００４９】
フィルタリングされたＲＰＣ値は、次式で計算されることが可能である。
【数８】
2009521194.tif 000008
【００５０】
平均閉ループ送信パイロット電力の測定値が直ちに利用可能でない場合は、ｆｉｌｔＲＰＣ値が、ＵｐｄａｔｅＰｅｒｉｏｄの間の平均閉ループ送信パイロット電力の測度である。アクセス端末１０６は、１つのＵｐｄａｔｅＰｅｒｉｏｄのｆｉｌｔＲＰＣを、次のＵｐｄａｔｅＰｅｒｉｏｄのｆｉｌｔＲＰＣと比較することが可能である。
【００５１】
利得の適応
２アンテナの送信機の場合、スロットｎにおける全体の送信される信号は、次式で表されることが可能である。
【数９】
2009521194.tif 000009
【００５２】
（２）
ここで、Ｇ（ｎ）は、第１のアンテナからの送信される電力を表し、１−Ｇ（ｎ）は、第２のアンテナからの送信される電力を表し、Φ１（ｎ）およびΦ２（ｎ）は、それぞれ、アンテナ１および２からの送信される信号の位相を表す。式（２）および本明細書に記載の他の式では、変数は、スロットｎまたは時間ｔの関数として表されることが可能である。たとえば、ｓ［ｎ］はｓ（ｔ）として表されることが可能である。合計電力を維持するために、２つのアンテナからの送信される信号の電力（Ｇ（ｎ）および１−Ｇ（ｎ））は、合計で１になる（２つのアンテナの合計電力は、アンテナが１つの場合の電力と同じでなければならない）。
【００５３】
フィルタリングされたＲＰＣ値に基づいて最適な送信ビームパターンを得るために、Ｇ（ｎ）は、次式のように適応されることが可能である。
【００５４】
Ｇ（ｎ）＝Ｇ（ｎ−１）＋μ・ｚ（ｎ−１）  （３）
ここで、Ｇ（ｎ−１）は、Ｇ（ｎ）の前の値であり、μは、選択された一定のステップサイズであり、ｚ（ｎ−ｌ）は、過去のフィルタリングされたＲＰＣ値と、（開ループ電力制御からの）現在のＴｘＧａｉｎＡｄｊｕｓｔと、所与のアンテナ２１０において用いられる現在の利得および位相との関数であることが可能である。次式は、ｚ（ｎ）の一例である。
【００５５】
ｚ（ｎ）＝ｍａｘ（ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ），０）・（ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−１）−ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ））・ｓｉｇｎ（Ｇ（ｎ−２）−Ｇ（ｎ−１））  （４）
ここで、ｓｉｇｎは、正または負を意味する。
【００５６】
利得の調節／更新を用いるビーム形成は、連続的であっても周期的であってもよい。
【００５７】
位相の適応
アクセス端末１０６は、利得の適応に加えて、または利得の適応の代わりに、各アンテナにおいて送信される信号の位相を変化させることが可能である。たとえば、２つの送信アンテナを有するアクセス端末の場合、アクセス端末は、２つのアンテナ２１０から送信される信号の位相差（Φ１（ｎ）−Φ２（ｎ））を調節することが可能である。一方法では、０から２πまでの全体空間がカバーされるようにするために、周期的に位相差を所定量だけ更新することが可能である。この変化量を、現在のＲＰＣ値と、過去のフィルタリングされたＲＰＣ値と、閉ループパイロット電力調節の測度である現在のＴｘＧａｉｎＡｄｊｕｓｔと、アンテナ２１０Ａ〜２１０Ｍにおける現在の送信電力との関数にすることが可能である。現在の受信されたＳＩＮＲが所望のレベルよりずっと低い場合は、受信機における信号の、よりコヒーレントな結合をもたらす重みを探すために、各更新時間周期ごとに位相差を所定量だけ変化させることが可能である。ＳＩＮＲが所望のレベルを超えている場合は、現在の結合重みを有効利用するために、位相差は固定されるか、スローダウンされることが可能である。
【００５８】
前述された（３）の利得適応方式と同時に（または逐次的に）、位相適応ループが実行されることが可能である。代替として、位相適応は、同一利得結合とともに用いられることが可能である。すなわち、アクセス端末１０６は、以下のように、２つの送信アンテナ２１０に総電力を均等に分配して、第２の送信アンテナにθ度の位相差を適用することが可能である。
【数１０】
2009521194.tif 000010
【００５９】
アクセス端末１０６は、異なる２つのアプローチ（周期的な更新または連続的な更新）のいずれかを用いて位相の適応を決定することが可能である。
【００６０】
位相の適応−周期的な更新
アクセス端末１０６は、周期的に「位相掃引」をトリガすることが可能である。すなわち、アクセス端末１０６は、Ｘ個の位相差（たとえば、１０個の位相差）の離散的集合を用いて、両方のアンテナで逐次的に送信を行う（これらの位相差は、それぞれが、０度から３６０度までの間でＹ度（たとえば、２０度や６０度（ＰｈａｓｅＳｔｅｐと呼ばれる））ずつ区切られている）。これらは例に過ぎず、任意の数の位相差およびＰｈａｓｅＳｔｅｐを用いることが可能である。アクセス端末１０６は、指定された時間周期（ＵｐｄａｔｅＰｅｒｉｏｄと呼ばれる。たとえば、６４スロット）の間に各位相差を使用して、平均送信パイロット電力を計算することが可能である。アクセス端末１０６は、集合内にあるすべての位相差を試行した後、平均送信パイロット電力の測定値が最小になった位相を選択し、この位相を次の「位相掃引」まで（たとえば、位相掃引継続時間より長い時間（たとえば、（２０度のＰｈａｓｅＳｔｅｐの例に基づいて）１０×６４×１９スロット）にわたって）使用する。このプロセスを、一種のビームパターン選択と呼ぶことがある。
【００６１】
前述の方法の変形形態は、アンテナ１のみの送信とアンテナ２のみの送信とを位相掃引のオプションに含むことが可能であり、さらにアンテナをスロットごとに切り替えることが可能である。
【００６２】
適応制御機能７０２は、位相の代わりに、異なる利得の固定された集合を前述の方法で用いることが可能である。
【００６３】
位相の適応−連続的な更新
第２のアプローチでは、アクセス端末１０６は、最小平均二乗（ＬＭＳ）アルゴリズムを用いて位相差を連続的に更新（「位相の適応」）することが可能である。この更新メカニズムは、２つの入力、すなわち、（１）アクセス端末１０６の周囲のアクティブセルのＲＰＣビット、および／または（２）平均送信パイロット電力を用いることが可能である。これを、一種の適応ビーム形成と呼ぶことがある。
【００６４】
アクセス端末１０６は、次式のように、ＵｐｄａｔｅＰｅｒｉｏｄスロットごとに位相を更新することが可能である（ここで、μはＰｈａｓｅＳｔｅｐである）。
【００６５】
Θ（ｎ）＝Θ（ｎ−１）＋μ・ｚ（ｎ−１）  （ここで、ｎはＵｐｄａｔｅＰｅｒｉｏｄインデックスである）
適応方式への入力は、次式のように、アクティブセルのＲＰＣビットだけでもよい。
【００６６】
｛０，  （ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−１）＝ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−２）の場合）
ｚ（ｎ−１）＝｛−ｓｉｇｎ（Θ（ｎ−１）−Θ（ｎ−２）），  （ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−１）＞ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−２）の場合）
｛＋ｓｉｇｎ（Θ（ｎ−１）−Θ（ｎ−２）），  （ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−１）＜ｆｉｌｔＲＰＣ（ｎ−２）の場合）
適応制御機能７０２は、ＲＰＣビットを用いる代わりに、平均送信パイロット電力を用いて、位相の適応を行うことが可能である。適応制御機能７０２への入力は、次式のように、平均送信パイロット電力である。
【００６７】
｛０，  （ＭｅａｎＴｘＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ（ｎ−１）＝ＭｅａｎＴｘＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ（ｎ−２）の場合）
ｚ（ｎ−１）＝｛−ｓｉｇｎ（Θ（ｎ−１）−Θ（ｎ−２）），  （ＭｅａｎＴｘＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ（ｎ−１）＞ＭｅａｎＴｘＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ（ｎ−２）の場合）
｛＋ｓｉｇｎ（Θ（ｎ−１）−Θ（ｎ−２）），  （ＭｅａｎＴｘＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ（ｎ−１）＜ＭｅａｎＴｘＰｉｌｏｔＰｏｗｅｒ（ｎ−２）の場合）
図８は、図１のアクセス端末１０６を使用する方法を示す。ブロック８００では、アクセス端末１０６において複数のアンテナ２１０Ａ〜２１０Ｍを使用して、１つまたは複数の基地局１０４へ信号を無線により送信する。ブロック８０２では、１つまたは複数の基地局１０４において、逆方向リンクの信号品質を示す入力を受け取る。ブロック８０４では、１つまたは複数のアンテナ２１０Ａ〜２１０Ｍの上で送信される信号の利得および位相の少なくともいずれか一方を調節する。ブロック８０４の後、ブロック８００に戻ることが可能である。
【００６８】
当業者であれば理解されるように、情報および信号は、様々な技術および方式のいずれを用いても表現されることが可能である。たとえば、前述の説明の全体にわたって参照されることが可能なデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界、磁気粒子、光場、光学粒子、またはこれらの組み合わせで表現されることが可能である。
【００６９】
当業者であればさらに理解されるように、本明細書で開示された実施形態に関連して説明された、様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはこれらの組み合わせとして実装されることが可能である。この、ハードウェアおよびソフトウェアの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップを、これらの機能性に関して一般的に説明してきた。このような機能性がハードウェアとして実装されるか、ソフトウェアとして実装されるかは、個々の用途、および全体システムに課せられる設計上の制約によって異なる。当業者であれば、説明された機能性を、用途ごとに異なるかたちで実装することが可能であろうが、このような実装の決断は、本明細書の範囲からの逸脱を起こすものであると解釈されてはならない。
【００７０】
本明細書で開示された実施形態に関連して説明された、様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたは他のプログラマブルロジックデバイス、離散的ゲートまたはトランジスタ・ロジック、ディスクリートハードウェア部品、または、本明細書に記載の機能を実施するように設計された、これらの任意の組み合わせによって、実装または実施されることが可能である。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってよいが、代替として、任意の従来型のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であってもよい。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組み合わせ（たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、１つまたは複数のマイクロプロセッサとＤＳＰコアとの組み合わせ、または他の任意のこのような構成）として実装されることも可能である。
【００７１】
本明細書で開示された実施形態に関連して説明された方法またはアルゴリズムの各ステップは、ハードウェアのかたちで直接実施されるか、プロセッサが実行するソフトウェアモジュールのかたちで実施されるか、これら両方の組み合わせのかたちで実施されることが可能である。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の任意の形態の記憶媒体に存在することが可能である。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み出したり、記憶媒体に情報を書き込んだりできるように、プロセッサと結合される。代替として、記憶媒体は、プロセッサと一体であってもよい。プロセッサおよび記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に存在してもよい。このＡＳＩＣは、ユーザ端末内に存在してもよい。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内で別個の部品として存在してもよい。
【００７２】
本明細書には、参照用として、かつ、特定のセクションを探す手がかりになるように、見出しが含まれている。これらの見出しは、見出しの箇所に記載された概念の範囲を限定するものではなく、これらの概念は、本明細書全体にわたって、他のセクションでの適用可能性を持ちうるものである。
【００７３】
開示された実施形態のここまでの記述は、当業者であれば本発明を作成または使用することが可能であるように、提供されている。これらの実施形態に対する様々な修正は、当業者であれば、直ちに明らかであろう。また、本明細書で定義された一般原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用されることが可能である。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に限定されるものではなく、本明細書で開示された原理および新規な特徴と矛盾しない最大範囲を与えられるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】コントローラ、基地局、およびアクセス端末を含む無線通信システムを示す図である。
【図２】図１のアクセス端末において実装可能な、送信機の構造および／またはプロセスの一例を示す図である。
【図３】図１の基地局において実装可能な、受信機のプロセスおよび／または構造の一例を示す図である。
【図４】図１のシステムにおける、３人のアクセス端末ユーザから送信される合計電力および雑音の一例を示す図である。
【図５】重み変数およびチャネル変数による送信ビーム形成のモデルを示す図である。
【図６】図１のアクセス端末において実装可能な、複数アンテナの送信機を示す図である。
【図７】図１のアクセス端末において実装可能な、適応制御機能を有する、複数アンテナの送信機を示す図である。
【図８】図１のアクセス端末を使用する方法を示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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