(57)【要約】  無線通信でパケット交換をサウンディングするための方法及びシステムは、ロングトレーニングフィールド（ＬＴＦ）の個数を特定するトレーニング要請（ＴＲＱ）を生成するステップと、複数のアンテナを有する初期化器（送信ステーション）から無線チャンネルを通じて応答器（受信ステーション）にＴＲＱを送信するステップと、を含み、ＴＲＱは、初期化器アンテナの個数に基づいて、ＬＴＦの個数を特定することを特徴とする。次いで、応答器は、ＴＲＱで特定されるＬＴＦの個数に対応する複数のＬＴＦを含むサウンディングパケットを初期化器に送信する。サウンディングパケットに基づいて、初期化器は、応答器にビーム形成送信を送信してそれら間の無線データ通信を可能にする。
2009527180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信のためのサウンディングパケット交換方法において、
ロングトレーニングフィールド（ＬＴＦ）の個数を特定するトレーニング要請（ＴＲＱ）を生成するステップと、
複数のアンテナを有する送信ステーションから無線チャンネルを通じて受信ステーションにＴＲＱを送信するステップと、を含み、
前記ＴＲＱは、送信ステーションアンテナの個数に基づいてＬＴＦの個数を特定することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記受信ステーションから前記送信ステーションにサウンディングパケットを送信するステップをさらに含み、
前記サウンディングパケットは、前記ＴＲＱで特定される前記ＬＴＦの個数に対応する複数のＬＴＦを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記サウンディングパケットに基づいてビーム形成ベクトルを決定するステップと、
前記ビーム形成ベクトルを利用して、前記送信ステーションと前記受信ステーションとの間にビーム形成通信を実行するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ビーム形成通信を実行するステップは、
前記サウンディングパケットに基づいて、前記送信ステーションから前記受信ステーションにアナログビーム形成送信を実行するステップと、
前記サウンディングパケットに基づいて、前記受信ステーションから前記送信ステーションにアナログビーム形成送信を実行するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ビーム形成通信を実行するステップは、
前記サウンディングパケットに基づいて、前記送信ステーション及び前記受信ステーションでアナログビーム形成通信を同時に実行するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ビーム形成は、適応性ビーム形成を実行することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記ビーム形成は、スイッチングされたビーム形成を実行することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記ＴＲＱは、前記ＬＴＦの個数を特定するフィールドを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記受信ステーションは、一つのアンテナを備え、
前記ＴＲＱを送信するステップは、全方向性送信により前記ＴＲＱを送信するステップをさらに含み、
前記サウンディングパケットを送信するステップは、全方向性送信を通じて前記サウンディングパケットを送信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＴＲＱを送信するステップは、前記送信ステーションから前記受信ステーションにフォワードＴＲＱを送信するステップをさらに含み、
前記サウンディングパケットを送信するステップは、前記フォワードＴＲＱに応答して、前記受信ステーションから前記送信ステーションにフォワードサウンディングパケットを送信するステップをさらに含み、
前記送信ステーションは、Ｎ個のアンテナを備え、前記受信ステーションは、Ｍ個のアンテナを備え、前記フォワードＴＲＱは、フォワードサウンディングパケットで要求されるＬＴＦの個数を特定し、
前記フォワードサウンディングパケットは、前記フォワードＴＲＱで特定される前記ＬＴＦの個数に対応する複数のＬＴＦを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記送信ステーションで前記フォワードサウンディングパケットを利用して送信ビーム形成ベクトルを決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記受信ステーションから前記送信ステーションにリバースＴＲＱを送信するステップと、
前記リバースＴＲＱに応答して、前記送信ステーションから前記受信ステーションにリバースサウンディングパケットを送信するステップと、を含み、
前記リバースＴＲＱは、リバースサウンディングパケットで要求される前記ＬＴＦの個数を特定し、
前記リバースサウンディングパケットは、前記リバースＴＲＱで特定される前記ＬＴＦの個数に対応する複数のＬＴＦを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記リバースサウンディングパケットを利用して、前記受信ステーションで前記チャンネルを推定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記リバースサウンディングパケットを利用して、前記受信ステーションで前記統計的チャンネル情報を計算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記リバースサウンディングパケットを利用して、前記送信ステーションとのビーム形成通信のために、前記受信ステーションで適応性受信ビーム形成ベクトルを形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記フォワード及び前記リバースサウンディングパケットに基づいて、前記送信ステーション及び前記受信ステーションでそれぞれアナログビーム形成を同時に実行するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記フォワードＴＲＱは、前記送信ステーションアンテナの個数に基づいて、フォワードサウンディングパケットで要求されるＬＴＦの個数を特定し、
前記リバースＴＲＱは、前記受信ステーションアンテナの個数に基づいて、リバースサウンディングパケットで要求されるＬＴＦの個数を特定することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
サウンディングパケット交換を具現する無線通信システムにおいて、
一つ以上のアンテナを備える初期化器と、
一つ以上のアンテナを備える応答器と、を備え、
前記初期化器は、前記初期化器アンテナの個数に基づいて、ロングトレーニングフィールド（ＬＴＦ）の個数を特定する送信要請（ＴＲＱ）を生成するように構成されるトレーニングモジュール、及び無線チャンネルを通じて前記応答器に前記ＴＲＱを送信するように構成される通信モジュールを備えることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
前記応答器は、
前記ＴＲＱで特定される前記ＬＴＦの個数に対応するＬＴＦを含むサウンディングパケットを生成するように構成されるトレーニングモジュールと、
前記初期化器に前記サウンディングパケットを送信するように構成される通信モジュールと、を備えることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記初期化器の通信モジュールは、前記サウンディングパケットに基づいてビーム形成ベクトルを決定し、前記ビーム形成ベクトルを利用して前記応答器とビーム形成通信を実行するように構成されることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記初期化器の通信モジュールは、前記サウンディングパケットに基づいて、前記応答器にアナログビーム形成送信を実行するように構成され、
前記応答器の通信モジュールは、前記サウンディングパケットに基づいて、前記初期化器にアナログビーム形成送信を実行するように構成されることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記初期化器及び前記応答器の通信モジュールは、前記サウンディングパケットに基づいて、アナログビーム形成通信を同時に実行するように構成されることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ビーム形成は、適応性ビーム形成を含むことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ビーム形成は、スイッチングされたビーム形成を含むことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２５】
前記ＴＲＱは、前記ＬＴＦの個数を特定するフィールドを含むことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２６】
前記応答器は、一つのアンテナを備え、
前記初期化器の通信モジュールは、全方向性送信により前記ＴＲＱを送信するように構成され、
前記応答器の通信モジュールは、全方向性送信を通じて前記サウンディングパケットを送信するように構成されることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２７】
前記初期化器の通信モジュールは、前記応答器にフォワードＴＲＱを送信するように構成され、
前記応答器の通信モジュールは、前記フォワードＴＲＱに応答してフォワードサウンディングパケットを送信するように構成され、
前記初期化器は、Ｎ個のアンテナを備え、前記応答器は、Ｍ個のアンテナを備え、前記フォワードＴＲＱは、フォワードサウンディングパケットで要求されるＬＴＦの個数を特定し、
前記フォワードサウンディングパケットは、前記フォワードＴＲＱで特定される前記ＬＴＦの個数に対応する複数のＬＴＦを含むことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２８】
前記初期化器の通信モジュールは、前記フォワードサウンディングパケットを利用して送信ビーム形成ベクトルを決定するように構成されることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記応答器のトレーニングモジュールは、前記初期化器にリバースＴＲＱを送信するように構成され、
前記初期化器のトレーニングモジュールは、前記通信モジュールにより前記応答器に送信するための前記リバースＴＲＱに応答してリバースサウンディングパケットを生成するように構成され、
前記リバースＴＲＱは、リバースサウンディングパケットで要求される前記ＬＴＦの個数を特定し、
前記リバースサウンディングパケットは、前記リバースＴＲＱで特定される前記ＬＴＦの個数に対応する複数のＬＴＦを含むことを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記応答器の通信モジュールは、前記リバースサウンディングパケットを利用して、前記応答器で前記チャンネルを推定するように構成されることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記応答器の通信モジュールは、前記リバースサウンディングパケットを利用して、前記応答器で前記統計的チャンネル情報を計算するように構成されることを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記応答器の通信モジュールは、前記リバースサウンディングパケットを利用して、前記初期化器とのビーム形成通信のために、前記応答器で適応性受信ビーム形成ベクトルを形成するように構成されることを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記初期化器及び前記応答器は、前記フォワード及び前記リバースサウンディングパケットに基づいて、前記初期化器及び前記応答器でそれぞれアナログビーム形成を同時に実行するように構成されることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３４】
前記フォワードＴＲＱは、前記初期化器アンテナの個数に基づいて、フォワードサウンディングパケットで要求されるＬＴＦの個数を特定し、
前記リバースＴＲＱは、前記応答器アンテナの個数に基づいて、リバースサウンディングパケットで要求されるＬＴＦの個数を特定することを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項３５】
サウンディングパケット交換を具現する無線通信ステーションにおいて、
一つ以上のアンテナを備える初期化器を備え、
前記初期化器は、前記初期化器アンテナの個数に基づいて、ロングトレーニングフィールド（ＬＴＦ）の個数を特定する送信要請（ＴＲＱ）を生成するように構成されるトレーニングモジュール、及び無線チャンネルを通じて前記応答器に前記ＴＲＱを送信するように構成される通信モジュールを備えることを特徴とするステーション。
【請求項３６】
前記初期化器の通信モジュールは、前記応答器からのサウンディングパケットに基づいてビーム形成ベクトルを決定し、前記ビーム形成ベクトルを利用して前記応答器とビーム形成通信を実行するように構成され、
前記サウンディングパケットは、前記ＴＲＱで特定される前記ＬＴＦの個数に対応するＬＴＦを含むことを特徴とする請求項３５に記載のステーション。
【請求項３７】
前記初期化器の通信モジュールは、前記サウンディングパケットに基づいて、前記応答器にアナログビーム形成送信を実行するように構成されることを特徴とする請求項３６に記載のステーション。
【請求項３８】
前記ビーム形成は、適応性ビーム形成を含むことを特徴とする請求項３６に記載のステーション。
【請求項３９】
前記ビーム形成は、スイッチングされたビーム形成を含むことを特徴とする請求項３６に記載のステーション。
【請求項４０】
前記ＴＲＱは、前記ＬＴＦの個数を特定するフィールドを含むことを特徴とする請求項３５に記載のステーション。
【請求項４１】
前記初期化器の通信モジュールは、全方向性送信により前記ＴＲＱを送信するように構成されることを特徴とする請求項３６に記載のステーション。
【請求項４２】
サウンディングパケット交換を具現する無線通信ステーションにおいて、
一つ以上のアンテナを備える応答器を備え、
前記応答器は、
初期化器から初期化器アンテナの個数に基づいてロングトレーニングフィールド（ＬＴＦ）の個数を特定するＴＲＱを受信し、前記ＴＲＱで特定される前記ＬＴＦの個数に対応するＬＴＦを含むサウンディングパケットを生成するように構成されるトレーニングモジュールと、
前記応答器に前記サウンディングパケットを送信するように構成される通信モジュールと、を備えることを特徴とするステーション。
【請求項４３】
前記応答器の通信モジュールは、前記初期化器にアナログビーム形成送信を実行するように構成されることを特徴とする請求項４２に記載のステーション。
【請求項４４】
前記ビーム形成は、適応性ビーム形成を含むことを特徴とする請求項４３に記載のステーション。
【請求項４５】
前記ビーム形成は、スイッチングされたビーム形成を含むことを特徴とする請求項４３に記載のステーション。
【請求項４６】
前記ＴＲＱは、前記ＬＴＦの個数を特定するフィールドを含むことを特徴とする請求項４２に記載のステーション。
【請求項４７】
前記応答器の通信モジュールは、全方向性送信を通じて前記サウンディングパケットを送信するように構成されることを特徴とする請求項４２に記載のステーション。
【請求項４８】
前記初期化器は、Ｎ個のアンテナを備え、前記応答器は、Ｍ個のアンテナを備え、
前記初期化器の通信モジュールは、前記初期化器からのフォワードＴＲＱに応答してフォワードサウンディングパケットを送信するように構成され、前記フォワードＴＲＱは、前記フォワードサウンディングパケットで要求されるＬＴＦの個数を特定し、
前記フォワードサウンディングパケットは、前記フォワードＴＲＱで特定される前記ＬＴＦの個数に対応する複数のＬＴＦを含むことを特徴とする請求項４２に記載のステーション。
【請求項４９】
前記応答器のトレーニングモジュールは、前記初期化器にリバースＴＲＱを送信するように構成され、前記リバースＴＲＱは、リバースサウンディングパケットで要求される前記ＬＴＦの個数を特定することを特徴とする請求項４８に記載のステーション。
【請求項５０】
前記応答器の通信モジュールは、前記リバースＴＲＱに応答して、前記初期化器からのリバースサウンディングパケットを受信し、前記リバースサウンディングパケットを利用して、前記応答器で前記チャンネルを推定するように構成され、
前記リバースサウンディングパケットは、前記リバースＴＲＱで特定される前記ＬＴＦの個数に対応する複数のＬＴＦを含むことを特徴とする請求項４９に記載のステーション。
【請求項５１】
前記応答器の通信モジュールは、前記リバースサウンディングパケットを利用して、前記応答器で前記統計的チャンネル情報を計算するように構成されることを特徴とする請求項５０に記載のステーション。
【請求項５２】
前記応答器の通信モジュールは、前記リバースサウンディングパケットを利用して、前記初期化器とビーム形成通信のために、前記応答器での適応性受信ビーム形成ベクトルを形成するように構成されることを特徴とする請求項５１に記載のステーション。
【請求項５３】
前記フォワードＴＲＱは、前記初期化器アンテナの個数に基づいて、フォワードサウンディングパケットで要求されるＬＴＦの個数を特定し、
前記リバースＴＲＱは、前記応答器アンテナの個数に基づいて、リバースサウンディングパケットで要求されるＬＴＦの個数を特定することを特徴とする請求項５２に記載のステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムに係り、特に無線通信システムでフォーマット交換のサウンディングに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムにおいて、アンテナアレイビーム形成は、送信される信号を特定の方向に操向することによって向上した信号品質（高い方向性アンテナ利得による）及び拡張された通信範囲を提供する。かかる理由により、ビーム形成は、レーダー、ソナー及びその他の通信システムに幅広く採択されてきた。
【０００３】
ビーム形成動作は、（１）アナログドメインでは、送信ステーションのデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ以後及び受信ステーションのアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ以前に、または（２）デジタルドメインでは、送信ステーションのＤ／Ａコンバータ以前及び受信ステーションのＡ／Ｄコンバータ以後に具現される。
アナログドメインでビーム形成を行うためには、二つの主な接近がある。一つはスイッチングされたビーム形成であり、残りは適応性ビーム形成である。スイッチングされたビーム形成では、多くのビーム方向があらかじめ定義され、制御器は、常にそれぞれのあらゆるデータパケットに対するあらかじめ定義された方向から最善のビーム方向を選択する。かかる接近は、複数のアンテナ要素に対するビーム係数の選択が非常に制限されるとしても、相対的に単純かつ低いフィードバックを要求するので、次善の性能をもたらす。その典型的な例は、図１に示したようにバトラーマトリックス具現１００として知られており、Ｊ．Ｂｕｔｌｅｒ及びＲ．Ｌｏｗｅの“Ｂｅａｍ−Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｓｃａｎｎｅｄ  Ａｎｔｅｎｎａｓ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｓｉｇｎ，ｐｐ．１７０−１７３，Ａｐｒｉｌ  １２，１９６１に記述されている。
【０００４】
適応性ビーム形成では、複数のアンテナ要素に対する係数に対していかなる制限もない。したがって、さらに多くのフィードバック及び計算複雑性により、適応性ビーム形成接近は、高いアレイ利得及び優れたシステム性能を提供できる。適応性ビーム形成はまた、干渉を抑制し、通信範囲を拡張する時にさらに有効である。
【０００５】
参考までに、ここで含まれるＩＥＥＥ  ８０２．１１ｎスペック（“Ｄｒａｆｔ  Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ  ｔｏ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ−Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ−Ｌｏｃａｌａｎｄ  ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ  ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ−Ｐａｒｔ  １１：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＬＡＮ  Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ）  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）  ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ：Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｓｆｏｒ  Ｈｉｇｈｅｒ  Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ，”ＩＥＥＥ  Ｐ８０２．１１ｎ／Ｄ１．０，Ｍａｒｃｈ  ２００６）では、完全なチャンネル知識が要求される最適の適応性ビーム形成接近が提案される。
【０００６】
例えば、初期化器（送信ステーション）は、１６アンテナ平面アレイを有し、応答器（受信ステーション）は、１６アンテナ平面アレイを有するとき、１６×１６チャンネルマトリックスが推定される必要がある。前述したＩＥＥＥ  ８０２．１１ｎスペックによるサウンディングパケットを利用して１６×１６チャンネルマトリックスを推定するために、１６サウンディングパケットが応答器から初期化器に送信される必要があり、それぞれのサウンディングパケットで１６ロングプリアンブルが送信されねばならない。また、最適のビーム形成接近は、瞬間的なチャンネル知識を使用するため、サウンディング交換が頻繁に要求される。これは、オーバーヘッドの相当な増加を惹起させ、システム処理量を非常に減少させる。したがって、無線通信システムでビーム形成のための効率的なサウンディングフォーマット及び交換プロトコルの必要性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ロングトレーニングフィールド（ＬＴＦ）の個数を特定するトレーニング要請（ＴＲＱ）を生成し、複数のアンテナを有する初期化器（送信ステーション）から無線チャンネルを通じて応答器（受信ステーション）にＴＲＱを送信し、前記ＴＲＱは、初期化器アンテナの個数に基づいてＬＴＦの個数を特定することによって、無線通信のためのサウンディングパケット交換方法及びシステムを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記応答器は、前記初期化器にサウンディングパケットを送信し、前記サウンディングパケットは、前記ＴＲＱで特定される前記ＬＴＦの個数に対応する複数のＬＴＦを含む。前記サウンディングパケットに基づいて、前記初期化器は、前記応答器にビーム形成送信を送信してそれら間の無線データ通信を可能にする。これは、統計的チャンネル情報を利用した無線ビーム形成のためのサウンディングパケットフォーマット及び交換プロトコルを提供する。
【０００９】
本発明による例示的な無線通信システムは、（１）前記初期化器から前記応答器にＴＲＱを送信し、前記初期化器は、Ｎ個のアンテナを備え、前記応答器は、Ｍ個のアンテナを備え、前記ＴＲＱは、フォワードサウンディングパケットで要求されるＬＴＦの個数を特定し、（２）前記応答器から前記初期化器にフォワードサウンディングパケットを送信し、前記フォワードサウンディングパケットは、前記ＴＲＱで特定される前記ＬＴＦの個数に対応する複数のＬＴＦを含むことによって、初期化器と応答器との間にサウンディングフォーマット及び交換プロトコルを具現する。フォワードサウンディングパケットは、初期化器で送信アナログビーム形成ベクトルを決定するために使われる。
【００１０】
また、交換プロセスは、前記応答器から前記初期化器にリバースＴＲＱを送信し、前記初期化器から前記応答器にリバースサウンディングパケットを送信し、前記リバースＴＲＱは、リバースサウンディングパケットで要求される前記ＬＴＦの個数を特定し、前記リバースサウンディングパケットは、前記リバースＴＲＱで特定される前記ＬＴＦの個数に対応する複数のＬＴＦを含むこともできる。前記リバースサウンディングパケットは、前記チャンネルを推定し、前記統計的チャンネル情報を計算し、適応性受信ビーム形成ベクトルを形成するために使われる。前記フォワード及び前記リバースサウンディングパケットに基づいて、前記初期化器及び前記応答器で同時的なアナログビーム形成が実行される。
【００１１】
本発明によるサウンディングパケット及びプロトコルは、スイッチングされたビーム形成または統計的な適応性ビーム形成を実行するための効率的な方法を提供する。それらは、また、いずれもアンテナアレイを備えた初期化器側及び応答器側で同時に適応性ビーム形成が行われる一般的なプラットホーム／プロトコルを提供する。
【００１２】
本発明のそれら及び他の実施形態、様相及び利点は、以下の説明、特許請求の範囲及び図面を参照して理解される。
【発明の効果】
【００１３】
このように、本発明は、サウンディングパケットフォーマットを提供し、統計的チャンネル情報を利用した無線アナログビーム形成のための交換プロトコルが一般的なＮ×Ｍシステムのために提供される。初期化器は、無線チャンネルを通じて応答器にＴＲＱを送信し、ここで、ＴＲＱは、初期化器アンテナの個数に基づいてＬＴＦの個数を特定する。次いで、応答器は、サウンディングパケットを初期化器に送信し、ここで、サウンディングパケットは、ＴＲＱで特定されたＬＴＦの個数に対応する複数のＬＴＦを含む。サウンディングパケットに基づいて、初期化器は、ビーム形成送信を応答器に送信してそれら間の無線データ通信を可能にする。
【００１４】
本発明の当業者に周知のように、前述した本発明による例示構造は、プロセッサにより実行するためのプログラム指示、論理回路、アプリケーション特定の集積回路、ファームウェアのような多様な方法で具現される。
【００１５】
本発明は、望ましいバージョンを参照して非常に詳細に説明された。しかし、他のバージョンも可能である。したがって、特許請求の範囲の思想及び範囲は、ここに含まれた望ましいバージョンの技術に限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、無線通信システムでアナログビーム形成のためのサウンディングフォーマット及び統計的なビーム形成のためのサウンディング交換プロトコルを提供する。一実施形態において、これは、送信ステーション（初期化器）と受信ステーション（応答器）との間に統計的なビーム形成のために、サウンディングフォーマット及びサウンディング交換プロトコルに基づいたアナログビーム形成を含む。
【００１７】
サウンディングパケットフォーマット及びトレーニング交換プロトコルは、一般的なビーム形成のために構成され、スイッチングされたビーム形成及び相異なる適応性ビーム形成プロセスを含む。アナログビーム形成では、単に一つのＲＦチェーンのみがあるため、本発明によるサウンディングプリアンブルは、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｎサウンディングプリアンブルの変形として設計される。
【００１８】
図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ本発明による例示的な無線通信システムを形成する送信ステーション（Ｔｘ）及び受信ステーション（Ｒｘ）のブロック図である。本明細書において、送信ステーションは、無線ローカル領域ネットワーク（ＷＬＡＮ：ッワイヤレス  ローカル  エリア  ネットワーク）のような無線通信システムで無線チャンネルを通じて送信及び／または受信できる無線通信ステーションの一タイプである。同様に、受信ステーションは、ＷＬＡＮのような無線通信システムで無線チャンネルを通じて送信及び／または受信できる無線通信ステーションの一タイプである。したがって、ここで、無線通信ステーションは、送信器及び／または受信器、初期化器及び／または応答器として機能できる。
【００１９】
特に、図２Ａは、本発明の一実施形態によってアナログビーム形成を具現するＲＦ無線通信システムのための例示的な送信ステーション（Ｔｘ）２００の機能ブロック図である。送信ステーション２００は、デジタルプロセシングセクション及びアナログプロセシングセクションを含む。デジタルプロセシングセクションは、関連部分に、入力ビットストリームをエンコーディングするフォワードエラー修正（ＦＥＣ：フォワード  エラー  コレクション）エンコーダ２０２、ブロックインターリーバを使用してエンコーディングされたビットをインターリービングするインターリーバ２０４、グレーマッピングルールを使用してインターリービングされたビットをシンボルにマッピングする直交振幅変換（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＱＡＭ）マッパ２０６、シンボルに対してＯＦＤＭ変調を実行する直交周波数分割多重化（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）変調器２０８、及びベースバンド信号を生成するＤ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）２１０を備える。
【００２０】
アナログビーム形成が起こるアナログプロセシングセクションは、ミキサー２１２、フェーザーアレイ２１４、電力増幅器（Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＰＡ）アレイ２１６及び対応する送信アンテナ２１８を備える。ミキサー２１２は、ベースバンド信号を送信周波数に変調し、フェーザーアレイ２１４は、それぞれの送信アンテナに対する信号に相異なる位相シフトを適用する。次いで、ＰＡアレイ２１６は、それぞれの送信アンテナに対する信号に相異なる電力ローディングを適用する。
【００２１】
図２Ｂは、送信ステーション２００に対応する受信ステーション（Ｒｘ）２５０の例示的なブロック図である。受信ステーション２５０は、アナログプロセシングセクション及びデジタルプロセシングセクションを含む。アナログプロセシングセクションは、複数の受信アンテナ２５２、ＬＮＡアレイ２５４、フェーザーアレイ２５６及びミキサー２５８を備える。ＬＮＡアレイ２５４は、受信アンテナ２５２により受信されたアナログ信号を増幅する。フェーザーアレイ２５６は、それぞれの受信アンテナからの信号に相異なる位相シフトを適用する。次いで、ミキサー２５８は、フェーザーアレイ２５６からの出力信号をベースバンド信号に変調する。
【００２２】
受信ステーション２５０のデジタルプロセシングセクションは、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）２６０、ＯＦＤＭ復調器２６２、ＱＡＭデマッパ２６４、デインターリーバ２６６及びＦＥＣデコーダ２６８を備える。受信ステーション２５０のデジタルプロセシングセクションは、送信ステーションでのデジタルプロセシングセクションの逆のステップを実行する。
【００２３】
本発明によるサウンディングパケット及び交換プロトコルの相違点を一般的な接近と比較してさらによく説明するために、まず、一般的なサウンディングパケットプリアンブルフォーマットの簡単な説明が提供される。図３Ａは、パケットに対する一般的なＩＥＥＥ  ８０２．１１ｎプリアンブルフォーマット３００を示す。プリアンブル３００は、ショットトレーニングフィールド（Ｓｈｏｒｔ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ：ＳＴＦ）、ＬＴＦ、信号フィールド（ＳＩＧ）及びデータフィールドを含む。かかるサウンディングフォーマットは、ＲＦチェーンの個数がアンテナの個数と同じＭＩＭＯシステムに適用する。図３Ｂは、単に一つのＲＦチェーンのみが利用可能なアナログビーム形成に、パケットに対するＩＥＥＥ  ８０２．１１ｎサウンディングプリアンブルフォーマット３０２を適用する例示を示す。サウンディングプリアンブル３０２は、ＳＴＦ、それぞれの受信アンテナに対するＮ個の反復するＬＴＦ、及びそれぞれの送信アンテナに対する経時的に非オーバーラップされるＭ個の反復するＬＴＦを含む。Ｍ個の送信アンテナとＮ個の受信アンテナとを有する通信システムに対して、サウンディングパケット３０３（Ｎ個のＬＴＦを含む）は、同時に一つの受信アンテナを使用して受信器から送信器に送信されねばならない。これは、全体Ｍ個のサウンディングパケットが送信される結果をもたらす。ＬＴＦの全長は、Ｎ×Ｍで計算される。
【００２４】
図３Ｃは、本発明による例示的なサウンディングプリアンブルフォーマット３０４を示す。プリアンブルフォーマット３０４に対して、ＬＴＦの個数はＴＲＱで特定され、これは、アンテナの個数及び使われるビーム形成方法に係る。到着方向（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ：ＤｏＡ）または出発方向（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｄｅｐａｒｔｕｒｅ：ＤｏＤ）のみがビーム形成のために使われるとき、ＬＴＦの個数は、送信アンテナの個数より少ない。本発明によれば、ＴＲＱで付加フィールド（例えば、１バイト）は、サウンディングパケットで望ましいＬＴＦの個数を表示する。このように、本発明によるサウンディングプリアンブル３０４において、ＬＴＦは、ＴＲＱで特定される個数によって反復され、これは、送信アンテナの個数より少ないか、または同じである。これは、一般的なプリアンブル３０２のそれと比較する時にはるかにさらに短い。
【００２５】
図４は、本発明によるサウンディングパケットプリアンブルフォーマット３０４を利用したトレーニング交換プロトコルで、Ｎ×１ビーム形成のためのサウンディングプロトコルの例示的なフローチャート４００を示す。本フローチャートは、送信ステーション２００が複数（Ｎ）の送信アンテナを備え、受信ステーション２５０が全方向性モードで単に一つの受信アンテナのみを使用する通信シナリオである。図４のフローチャート４００において、送信ステーション２００は、第１無線通信ステーションＳＴＡ１と識別され、受信ステーション２５０は、第２無線通信ステーションＳＴＡ２と識別される。また、実線矢印は、次の事件シーケンス（図４で、図面の上から下に）で無線チャンネルを通じた送信を指す：
（全方向性）
ステップ４０１：全方向性モードで、ＳＴＡ１は、ＴＲＱをＳＴＡ２に送信して、選択されたアンテナアレイ構造及びビーム形成方法に基づいて、ＴＲＱの前記付加フィールドでＬＴＦの望ましい個数を特定する。
【００２６】
ステップ４０２：全方向性モードで、ＳＴＡ２は、サウンディングプリアンブルフォーマット３０４（図３Ｃ）を利用して、ＴＲＱの前記付加フィールドで特定されたＬＴＦの望ましい／要請された個数を含むサウンディングパケットを生成してＳＴＡ１に送信する。
【００２７】
（アレイアンテナ）
ステップ４０３：ＳＴＡ２から受信されたサウンディングパケットに基づいて、ＳＴＡ１は、送信ビーム形成ベクトルを計算し、次いで、送信ステーションで具現される送信ビーム形成を有するアレイアンテナを使用して、アナログビーム形成スキームを経てＳＴＡ２に高比率送信を始める。このステップで、プロトコルは、Ｎ×１システムに適用されるため、受信側ではいかなるビーム形成もない。
【００２８】
一例として、ステップ４０３のビーム形成は、まず、チャンネル統計的情報を生成するために、送信ステーション２００（図２Ａ）のチャンネル統計的情報計算モジュール２１９でサウンディングパケット情報を利用することによって行われる。次いで、チャンネル統計的情報は、アナログビーム形成に対してフェーザーアレイ２１４及びＰＡアレイ２１６を制御するためのビーム形成ベクトルを生成するために、ビーム形成制御器２２０により使われる。送信ビーム形成ベクトルは、例えば、チャンネル相関関係マトリックスの固有分解により決定され、送信ステーション２００は、出発方向情報に基づいてアナログビーム形成を実行する。送信ステーション２００において、変調されたアナログ信号は、ミキサー２１２からビーム形成制御器２２０と共に送信器ビーム形成のために、アナログ信号に係数ベクトルＷＴを適用するフェーザーアレイ２１４に入力される。次いで、アナログ信号は、電力増幅器アレイ２１６を通じて経た後、送信器アンテナ２１８を通じて受信ステーション２５０に送信される。送信ビーム形成係数ベクトルＷＴは、要素ｅｊφ１…ｅｊφＮを含み、ここで、φ１…φＮは、ビーム形成制御器２２０により計算され、ベースバンドでデジタルに制御されるビーム形成位相係数である。係数ベクトルＷＴで要素は複素数であり、ここで、位相係数φ１…φＮは、フェーザーアレイ要素により適用される。
【００２９】
図５は、本発明によるトレーニング交換プロトコルでＮ×Ｍビーム形成のためのサウンディングプロトコルの図面５００を示す。一例として、送信ステーション２００は、複数（Ｎ＞１）のアンテナを備え、受信ステーション２５０は、複数（Ｍ＞１）のアンテナを備える。ＴＲＱで前記付加フィールド（１バイト）は、サウンディングパケットでＬＴＦの望ましい個数を表示する。その目的は、本質的に相異なるビーム形成の具現に基づいて最善の送信性能及び効率性トレードオフを獲得することである。ＬＴＦの長さの個数は、Ｎ＞１であり、Ｍ＞１であるため、最小限２である必要がある。これは、本質的にビーム形成のために要求される最小情報を獲得することである。
【００３０】
図５でＮ×Ｍビーム形成メッセージ交換は、二つのステーション（ＳＴＡ１：送信ステーション２００、ＳＴＡ２：受信ステーション２５０）の間にあり、実線矢印は、次のシーケンスで送信を表示する（図５の上から下に）：
ステップ５０１：まず、ＳＴＡ１は、全方向的に受信ステーションＳＴＡ２にフォワードＴＲＱを送信する。フォワードＴＲＱは、送信アンテナの個数Ｎに基づいて、フォワードサウンディングパケットで要求されるＬＴＦの個数を特定する。
【００３１】
ステップ５０２：フォワードＴＲＱを受信するやいなや、ＳＴＡ２は、プリアンブルフォーマット３０４（図３Ｃ）を利用して全方向的にフォワードサウンディングパケットを送信し、ここで、サウンディングパケットの長さ（ＬＴＦの個数）は、フォワードＴＲＱで特定されたものである。フォワードサウンディングパケットは、ＳＴＡ１により相異なるアンテナ間のスイッチングにより受信され、送信ビーム形成ベクトルを計算する時に使われる（例えば、チャンネル相関関係マトリックスの固有分解を通じて、またはＤｏＡ推定を通じて）。サウンディングパケットは、ビーム形成のために要求される情報を提供し、ここで、実際のアナログビーム形成方法は具現選択である。
【００３２】
ステップ５０３：次いで、ＳＴＡ２は、アンテナの個数Ｍに基づいて、リバースサウンディングパケットで要求されるＬＴＦの個数を特定したリバースＴＲＱを全方向的に送信する。
【００３３】
ステップ５０４：リバースＴＲＱを受信するやいなや、ＳＴＡ１は、プリアンブルフォーマット３０４（図３Ｃ）を利用してリバースサウンディングパケットを全方向的に送信し、ここで、サウンディングパケットの長さ（ＬＴＦの個数）は、リバースＴＲＱで特定されたものと同じである。ＳＴＡ２は、相異なるアンテナの間にスイッチングによりリバースサウンディングパケットを受信し、リバースサウンディングパケット情報から適応性受信ビーム形成ベクトルを形成する。
【００３４】
ステップ５０５：次いで、アレイアンテナを利用した高比率の送信シーケンスが送信ステーション及び受信ステーションで具現されるビーム形成と共につながる。
【００３５】
ステップ５０４で、一例として、受信ステーション２５０は、推定器２６９（図２Ｂ）でリバースサウンディングパケットを利用してチャンネル統計的情報を推定する。チャンネル統計的情報は、フェーザーアレイ２５６及びＬＮＡアレイ２５４を制御するための適応性受信ビーム形成ベクトルを計算するために、ビーム形成制御器２７０で使われる。送信された信号は、受信ステーション２５０により受信され、制御器２７０からの制御信号に基づいて、電力レベル係数β１…βＮを利用してＬＮＡアレイ２５４により増幅される。増幅された信号は、受信器ビーム形成係数ベクトルＷＲを利用して、制御器２７０からの制御信号に基づいてフェーザーアレイ２５６で処理される。係数ベクトルＷＲ＝［β１ｅｊφ１…βＮｅｊφＭ］は、要素ｅｊφ１…ｅｊφＭを含み、ここで、φ１…φＭは、制御器２７０により決定されるリバース位相係数を表す。
【００３６】
したがって、ステップ４０１ないし４０３及び５０１ないし５０５は、本発明による送信ステーション２００（ＳＴＡ１）と受信ステーション２５０（ＳＴＡ２）との間の例示的な無線送信プロトコルを具現する。送信プロトコルは、サウンディングパケットフォーマット３０４（図３Ｃ）を利用した初期トレーニングプロトコルを含み、ここで、ＳＴＡ１及びＳＴＡ２は分離される。本発明によるサウンディングパケット及び交換プロトコルは、スイッチングされたビーム形成または統計的な適応性ビーム形成を実行するように許容し、適応性ビーム形成が送信ステーション２００及び受信ステーション２５０で同時に行われる一般的なプラットホーム／プロトコルを提供する。
【００３７】
図６は、アクセスポイント（ＡＰ：アクセス  ポイント）初期化器６０２及び一つ以上の応答器（ＳＴＡ）６０４のためのプロトコル構造６００の例を示す。ＡＰ  ６０２は、物理的な（ＰＨＹ）レイヤ６０６及びメディアアクセス制御（ＭＡＣ：メディア  アクセス  コントロール）レイヤ６０８を備える。ＰＨＹレイヤ６０６は、チャンネルを通じたデータ送信のためのＩＥＥＥ  ８０２．１１通信標準の一タイプを具現する。ＡＰ  ６０２は、また、通信モジュール６１０及びトレーニングモジュール６１２を備える。モジュール６１０，６１２は、望ましくは、ＰＨＹレイヤ６０６で具現される。前述したように、本発明によって、トレーニングモジュール６１２は、フォワードＴＲＱ及びリバースサウンディングパケットを形成し、通信モジュール６１０は、ＡＰ  ６０２に対してアナログビーム形成を実行する。
【００３８】
それぞれのＳＴＡ  ６０４は、ＡＰ  ６０２のＰＨＹレイヤ６０６に対応するＰＨＹレイヤ６１４及びＭＡＣレイヤ６１６を備える。ＳＴＡ  ６０４は、また、通信モジュール６１８及びトレーニングモジュール６１７を備える。モジュール６１７，６１８は、望ましくは、ＰＨＹレイヤ６１４で具現される。前述したように、本発明によって、トレーニングモジュール６１７は、リバースＴＲＱ及びフォワードサウンディングパケットを形成し、通信モジュール６１８は、ＳＴＡ  ６０４に対するアナログビーム形成を実行する。フォワードＴＲＱは、ＳＴＡ  ６０４による次の送信が特定された物理的なレイヤ属性を有するサウンディングＰＬＣＰ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ  Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）プロトコルデータユニット（ＰＰＤＵ）となることを要求するフレームである。ＴＲＱフレームは、ＡＣＫ政策フィールド、要請識別番号フィールド、応答時間政策フィールド及びチャンネルサウンディングパラメータフィールドに付加した結集フォーマットフィールドのうち一つ以上を含む。同様に、リバースＴＲＱは、ＡＰ  ６０２による次の送信が特定された物理的なレイヤ属性を有するサウンディングＰＰＤＵとなることを要求するフレームである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】バトラーマトリックスを使用した無線通信でのスイッチングされたビーム形成方法を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によって、サウンディングフォーマット及び交換プロトコルを使用してアナログビーム形成を具現する例示的な無線（例えば、ラジオ周波数（ＲＦ））通信システムの送信ステーションのブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によって、図２Ａの送信ステーションに対応するサウンディングフォーマット及び交換プロトコルを使用してアナログビーム形成を具現する例示的な無線通信システムの受信ステーションのブロック図である。
【図３Ａ】ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｎスペックによる一般的なプリアンブルフォーマットを示す図である。
【図３Ｂ】ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｎスペックによる一般的なサウンディングパケットプリアンブルフォーマットを示す図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態によって、無線通信システムのためのサウンディングパケットプリアンブルフォーマットを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によって、無線通信システムでＮ×１ビーム形成のためのサウンディングプロトコルの例示的な機能的フローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態によって、無線通信システムでＮ×Ｍビーム形成のためのサウンディングプロトコルの例示的な機能的フローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態によって、アナログビーム形成無線通信システムのためのプロトコル構造の例を示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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