(57)【要約】【課題】複数の局を含む多入力多出力無線通信ネットワークにおいてアンテナを選択する方法が提供される。【解決手段】局はそれぞれ、１組の送信ＲＦ回路系統および１組の受信ＲＦ回路系統を含み、ＲＦ回路系統はそれぞれ、１組のアンテナに接続することができる。第１の局は、１組のアンテナの取り得るサブセット毎に１つのトレーニングフレームを送信し、１組の送信ＲＦ回路系統は、各トレーニングフレームを送信する間に、接続マッピングルールに従ってアンテナのサブセットに接続される。サブチャネル行列は、第２の局において、フレーム毎に推定される。サブチャネル行列は、組み合わせられて完全なチャネル行列を得る。アンテナの特定のサブセットは、完全なチャネル行列に従って、選択される。１組の送信ＲＦ回路系統は、選択された特定のアンテナサブセットに接続され、第１の局から第２の局までデータを送信する。
2009530873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の局を含む多入力多出力無線通信ネットワークにおいてアンテナを選択するための方法であって、前記局は、それぞれ、１組の送信ＲＦ回路系統および１組の受信ＲＦ回路系統を含み、該ＲＦ回路系統はそれぞれ、１組のアンテナに接続することができ、
前記１組の送信ＲＦ回路系統は、各トレーニングフレームを送信する間に、接続マッピングルールに従って前記アンテナのサブセットに接続され、第１の局から第２の局に、前記１組のアンテナの取り得るサブセット毎に１つのトレーニングフレームを送信することと、
前記第２の局において、フレーム毎にサブチャネル行列を推定することと、
前記サブチャネル行列を組み合わせて、完全なチャネル行列を得ることと、
前記完全なチャネル行列に従って、前記アンテナの特定のサブセットを選択することと、および
前記第１の局から前記第２の局までデータを送信するために、前記選択された特定のアンテナサブセットに前記１組の送信ＲＦ回路系統を接続することと
を含む複数の局を含む多入力多出力無線通信ネットワークにおいてアンテナを選択するための方法。
【請求項２】
前記サブチャネル行列を前記第２の局から前記第１の局までフィードバックすることと、
前記第１の局において、前記推定されたサブチャネル行列に基づいて、送信ＲＦインバランス補正係数を求めることと、および
前記第１の局において前記サブチャネル行列を組み合わせることと、
前記完全なチャネル行列および前記送信ＲＦインバランス補正係数に従って、特定のアンテナサブセットを選択することと
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ベースバンド信号を、前記１組の送信ＲＦ回路系統および前記選択された特定のアンテナサブセットに対応する前記ＲＦインバランス補正係数と乗算することをさらに含み、前記ベースバンド信号は、前記送信データを搬送する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の局において、前記推定されたサブチャネル行列に基づいて、受信ＲＦインバランス補正係数を求めることおよびと、
前記第２の局において前記サブチャネル行列を組み合わせることと
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記送信データを受信するために、前記第２の局において、前記完全なチャネル行列に従って、前記１組の受信ＲＦ回路系統に接続される特定のアンテナサブセットを選択することと
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ベースバンド信号を、該ベースバンド信号が受信されるＲＦ回路系統およびアンテナの前記接続に対応する前記ＲＦインバランス補正係数と乗算することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記接続が一定のベースバンドＲＦ応答を有するように、チャネル状態情報を用いて、ｌ番目のＲＦ回路系統とｉ番目のアンテナとの間の接続のための送信ＲＦインバランス補正係数を求めることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記接続が一定のベースバンドＲＦ応答を有するように、チャネル状態情報を用いて、ｌ番目のＲＦ回路系統とｊ番目のアンテナとの間の接続のための受信ＲＦインバランス補正係数を求めることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の局から前記第１の局まで、較正トレーニング要求を送信することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記送信補正係数を、ある時間にわたって平均することをさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記受信補正係数を、ある時間にわたって平均することをさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
前記ネットワークは、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）ネットワークである請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＯＦＤＭネットワークのサブキャリア毎に１つの較正手順を実行することをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＲＦ回路系統は、ＲＦ回路系統インデックスを有し、かつかつ前記アンテナは、アンテナインデックスを有し、ＲＦ回路系統インデックスが小さい方のＲＦ回路系統は、常に、アンテナインデックスが小さい方のアンテナに接続される請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記推定されたサブチャネル行列に基づいて、ＲＦインバランス補正係数を求めることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線通信システムに関し、より詳細には、ＭＩＭＯシステムにおいてアンテナを選択することに関する。
【背景技術】
【０００２】
多入力多出力（ＭＩＭＯ）技法は、無線ネットワークの分散環境において、システム容量を大幅に高めることができる。しかしながら、典型的なシステムでは、各送信／受信アンテナが、変調器／復調器、ＡＤ／ＤＡコンバータ、アップ／ダウンコンバータおよび電力増幅器を含む、無線周波数（ＲＦ）回路系統（chain）を別個に必要とするので、アンテナの数が増えると、ハードウエアが複雑になると共にコストが高くなる。さらに、アンテナの数が増えると、ベースバンドにおける処理も複雑になる。
【０００３】
アンテナ選択（ＡＳ）は、複数のアンテナによって与えられる容量／ダイバーシティの増加をそのまま利用しながら、ＲＦ回路系統の数を減らすことができる。その概念は、ある所定の判定基準に従って、完全なチャネル行列から部分行列を選択することである。アンテナ選択を実行するために、トレーニングフレームを送信し、完全なチャネル状態情報（ＣＳＩ）を測定することによって、完全なチャネル行列が推定される。トレーニングフレームは、同じ物理層パケット内で、または複数のパケットによって送信することができる。
【０００４】
これまで、これらのＡＳトレーニングフレームを送信または受信する際に、アンテナ選択を行うデバイスは、種々のアンテナサブセットを複数のＲＦ回路系統に切り替えて、対応するサブチャネル行列を推定する。その選択は、推定されたサブチャネル行列から構成される完全なチャネル行列に基づく。
【０００５】
しかしながら、従来のアンテナ選択方式は、１つのアンテナに対する１つのＲＦ回路系統それぞれの取り得る接続が、増幅利得および位相シフトの両方に関する影響を含む、１つの固有のＲＦ応答をもたらすという事実を無視している。データ送信および受信のために用いられる選択されたアンテナが、トレーニング中に用いられるＲＦ回路系統とは異なるＲＦ回路系統に接続されることがあるので、その結果として、状況によっては、アンテナを選択する場合に、歪みが避けられなくなる。
【０００６】
データ伝送段階において、選択されたアンテナに関連付けられる実際のチャネルが、トレーニング段階において用いられるチャネルと同じでないことがある。この現象は、ＲＦインバランス（RF imbalance）問題として知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＭＩＭＯシステムにおいて、ＲＦインバランス問題を補正することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施の形態は、ＲＦインバランス問題を緩和する、アンテナ選択のための解決策を提供する。第１の解決策は、従来の方式のように互いに素なサブセットの代わりに、全ての取り得るアンテナサブセットでトレーニングする。オーバーヘッドが大きくなるのを避けるために、第２の解決策が較正手順を規定し、歪みを補正する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
システム概要
図１は、本発明の１つの実施の形態によるＭＩＭＯ通信システムを示す。そのシステムは、第１の局（ＳＴＡ  Ａ）１１０と、第２の局（ＳＴＡ  Ｂ）１２０と、無線チャネル１３０とを含む。いずれの局も、受信モードまたは送信モードにおいて動作することができる。一般的に、データを送信する局は、送信局または送信機と呼ばれ、データを受信する局は、受信局または受信機と呼ばれる。データは、ベースバンド信号を用いて送信および受信される。
【００１０】
これ以降、「セット（組）」は、１つまたは複数の要素を含むものと定義され、「サブセット」内の要素の数は、対応するセット（組）内の要素の数以下である。
【００１１】
各局は、いずれもスイッチ１１４によって１組のアンテナ１１３に接続される、１組の受信（Ｒｘ）ＲＦ回路系統１１１と、１組の送信（Ｔｘ）ＲＦ回路系統１１２とを含む。一般的に、ＭＩＭＯデバイスでは、アンテナの数は、ＲＦ回路系統の数よりも多い。それゆえ、本明細書において記述されるアンテナ選択（ＡＳ）トレーニング段階中に、本発明の１つの実施の形態による方法によって、１組の利用可能な全アンテナから、アンテナのサブセットが選択される（１１５）。その選択方法は、送信機または受信機のいずれかによって開始することができ、その選択は、送信機および／または受信機において行うことができる。
【００１２】
情報交換段階
図示されないが、初期情報交換段階中に、それらの局は、ＲＦ回路系統の数、アンテナの数およびアンテナ選択のタイプについての情報を交換する。詳細には、フィードバックパケットに含まれる情報のタイプ（たとえば、情報が用いられるべきアンテナのインデックスであるか否か）、および／または全（瞬時）チャネル状態情報（ＣＳＩ）、および／または平均チャネル状態情報が、その段階中に、あるいは別法では、フィードバックパケットの一部として送信される。
【００１３】
トレーニング段階およびデータ伝送段階
図２において包括的に示されるように、各ＡＳトレーニングサイクルは、アンテナ選択トレーニング段階２０１およびデータ伝送段階２０２から構成される。そのサイクルは、周期的に繰り返すことができるか、またはチャネル環境が変化するのに応じて繰り返すことができる。各ＡＳトレーニング段階２０１において、いくつかのＡＳトレーニングフレーム２１１が送信される。各フレームは、選択されることになるアンテナの１つのサブセットから送信され、かつ／またはそのサブセットによって受信される。アンテナ選択２１０は、完全なアンテナ行列に基づく。完全なアンテナ行列は、ＡＳトレーニングフレーム２１１から推定されるサブチャネル行列の組み合わせから推定される。選択されたアンテナは、データ伝送段階２０２中にデータフレーム２１２が送信される前に、スイッチ１１４によってＲＦ回路系統に接続される。現在のアンテナサブセットが選択されてからかなりの時間が経ったときに、または所定の時間間隔が経過した後に、別のアンテナ選択サイクルを開始することができる。
【００１４】
アンテナ選択を用いるＭＩＭＯシステムのためのシステムモデル
従来のアンテナ選択を用いるＭＩＭＯシステムでは、送信局Ａは、ＮＡ＿ＳＳ個の送信ＲＦ回路系統と共に１組のＮＡ個のアンテナを有し、受信局Ｂは、ＮＢ＿ＳＳ個の受信ＲＦ回路系統と共に１組のＮＢ個のアンテナを有する。データ伝送段階２０２において、フラットフェージングチャネルにおいて送信される信号と受信される信号との間の関係は、以下のように表すことができる。
【００１５】
【数１】
2009530873.tif 000003
【００１６】
ただし、ｒＢは、ＮＢ＿ＳＳ×１受信信号ベクトルであり、ｓＡは、ＮＡ＿ＳＳ×１送信信号ベクトルであり、Ｈ（〜）Ａ→Ｂは、物理的なチャネル応答、並びに送信ＲＦ応答および受信ＲＦ応答の影響を含むＮＢ×ＮＡ等価チャネル行列である（ここで、（〜）は、かっこの前の記号の上部に〜が付加されることを意味する）。
【００１７】
雑音ベクトルｎは、分散Ｎ０を有する、独立同一分布（ｉ．ｉ．ｄ）ゼロ平均循環複素（zero-mean circular complex）ガウス確率変数であるＮＢ×１個のエントリを有する。ＦＡは、ＮＡ×ＮＡ＿ＳＳ送信アンテナ選択行列であり、ＦＢは、ＮＢ×ＮＢ＿ＳＳ受信アンテナ選択行列である。ＦＡおよびＦＢは、両方とも単位行列の部分行列である。アンテナ選択後の等価チャネル行列は、下式のようなＮＢ＿ＳＳ×ＮＡ＿ＳＳ行列であり、それはチャネル行列Ｈ（〜）Ａ→Ｂの部分行列である。
【００１８】
【数２】
2009530873.tif 000004
【００１９】
上付きの「Ｈ」は、共役転置を意味し、それは、本明細書において、受信機による選択の場合に用いられる。
【００２０】
ＦＡおよびＦＢを決定することによって、チャネルの容量および信号対雑音比（ＳＮＲ）が最適化される。一方の側のアンテナ選択だけが考慮される場合には、ＦＡおよびＦＢのうちの一方は、単位行列に等しく、ＲＦ回路系統の対応する数は、アンテナの数に等しい。
【００２１】
アンテナ選択は、送信ＲＦ回路系統の各出力信号を、選択された送信アンテナに切り替えることによって、または選択された受信アンテナの各入力信号を受信ＲＦ回路系統に切り替えることによって実行される。送信される／受信される信号を変調／復調するために必要とされるＲＦ回路系統の数は、利用可能な送信／受信アンテナの全数よりも少ない。それゆえ、システムのコストが削減される。
【００２２】
従来のアンテナ選択方式は、データ伝送段階における等価チャネルＨ（〜）Ａ→ＢがＲＦ応答によって引き起こされる影響を含むという事実を無視する。具体的には、その影響は、以下のように表される。
【００２３】
【数３】
2009530873.tif 000005
【００２４】
ただし、ＨＡ→Ｂは、ＳＴＡ  Ａの送信アンテナとＳＴＡ  Ｂの受信アンテナとの間の「実際の」伝搬チャネルである。ＣＡ，Ｔｘ（ＦＡ）は、ＮＡ×ＮＡ対角行列であり、そのｉ番目の対角要素［ＣＡ，Ｔｘ（ＦＡ）］ｉｉは、ｉ番目の送信アンテナに対応するＲＦ応答を収集し、それはアンテナ選択行列ＦＡの関数である。
【００２５】
ＦＡ内のｉ番目の行が全て０である場合には、ｉ番目のアンテナは選択されず、［ＣＡ，Ｔｘ（ＦＡ）］ｉｉ＝０である。ＦＡのｉ番目の行およびｌ番目の列にある要素が１である場合には、データ伝送段階において、ｉ番目のアンテナが選択され、ｌ番目の送信ＲＦ回路系統に接続される。［ＣＡ，Ｔｘ（ＦＡ）］ｉｉ＝αｌｉ（Ｔｘ）は、送信ＲＦ回路系統ｌおよびアンテナｉの接続に対応するＲＦ応答の振幅および位相シフトの両方を特徴付ける複素数である。
【００２６】
それゆえ、ＣＡ，Ｔｘ（ＦＡ）では、ＮＡ＿ＳＳ個の０以外の対角要素が存在する。ＦＢのｊ番目の行およびｌ番目の列にある要素が１である場合には、ＣＢ，Ｒｘ（ＦＢ）も同様に、［ＣＢ，Ｒｘ（ＦＢ）］ｊｊ＝βｌｉ（Ｒｘ）と定義される。
【００２７】
ｍ番目の従来のアンテナ選択トレーニング段階では、送信される信号と受信される信号との間の関係は、以下のように表すことができる。
【００２８】
【数４】
2009530873.tif 000006
【００２９】
ただし、ｓＡ，ｔは、いずれの局においてもわかっているＮＡ＿ＳＳ×１トレーニングベクトルであり、ｒＢ，ｔは、ＳＴＡ  ＢにおけるＮＢ＿ＳＳ×１受信トレーニングベクトルであり、ＴＡ（ｍ）およびＴＢ（ｍ）は、ｍ番目のＡＳトレーニングフレーム内の切替行列であり、その値は、予め決定されており、ｍ番目のアンテナサブセットに対するＲＦ回路系統の接続を示す。これら全てのアンテナサブセットは、互いに排他的である。たとえば、ＮＡ＝４、ＮＡ＿ＳＳ＝２、ＮＢ＝２、ＮＡ＿ＳＳ＝２であり、ＴＡ（１）とＴＡ（２）が下式の値である場合には、全部で以下のＭで表される数のトレーニングフレームが存在する。
【００３０】
【数５】
2009530873.tif 000007
【００３１】
その際、ＳＴＡ  Ｂは、Ｍ個のサブチャネル行列を組み合わせることによって、完全なチャネル行列を推定することができ、それは、ＡＳ計算のために用いられる。結果として、トレーニングフレームｍからのチャネル推定誤差を無視することによって、推定されたサブチャネル行列は、以下のようになる。
【００３２】
【数６】
2009530873.tif 000008
【００３３】
そして、ＡＳは、以下の推定された完全なチャネル行列に基づく。
【００３４】
【数７】
2009530873.tif 000009
【００３５】
ただし、対角行列Ｃ’Ａ，Ｔｘは、全て０以外の対角要素を含み、ｉ番目のアンテナがｍ番目のトレーニングフレームによってトレーニングされる場合には、［Ｃ’Ａ，Ｔｘ］ｉｉ＝［ＣＡ，Ｔｘ（ＴＡ（ｍ））］ｉｉである。各アンテナは、一度だけトレーニングされ、Ｃ’Ｂ，Ｒｘも同様に定義される。
【００３６】
ＲＦインバランス
ＲＦインバランスによって引き起こされるアンテナ選択の歪みは、以下のように表すことができる。アンテナ選択は、推定された完全な行列Ｈ（〜）’Ａ→Ｂに基づき、すなわち、ある特定のＡＳ判定基準Ｘを用いるとき、その選択は、以下のように表すことができる。
【００３７】
【数８】
2009530873.tif 000010
【００３８】
上記の式によれば、下式で表されるＮ個の選択されるべき取り得るアンテナサブセットが存在する。
【００３９】
【数９】
2009530873.tif 000011
【００４０】
しかしながら、データ伝送段階において、ＦＡ，ｏｐｔ、ＦＢ，ｏｐｔが選択される場合には、等価チャネルは、以下のようになる。
【００４１】
【数１０】
2009530873.tif 000012
【００４２】
Ｘ（Ｈｅｑ）は、トレーニング段階におけるＲＦ応答とデータ伝送段階におけるＲＦ応答との間の差に起因して最適でないことがある。それゆえ、選択｛ＦＡ，ｏｐｔ，ＦＢ，ｏｐｔ｝は、実際には準最適であるかもしれない。
【００４３】
ＮＡ＝４、ＮＡ＿ＳＳ＝２、ＮＢ＝２、ＮＡ＿ＳＳ＝２の上記の例では、すなわち、ＳＴＡ  ＡだけがＡＳを行う場合には、ＦＢ＝ＴＢ＝Ｉであるので、ＣＢ，Ｒｘは、常に一定である。その際、選択は、以下の行列に基づく。
【００４４】
【数１１】
2009530873.tif 000013
【００４５】
データ伝送段階において、ＳＴＡ  Ａでアンテナ１および３が選択される場合には、以下のようになる。
【００４６】
【数１２】
2009530873.tif 000014
【００４７】
明らかに、α１３（Ｔｘ）≠α２３（Ｔｘ）によって歪みが生じ、送信アンテナ１および３は、最適な選択ではないかもしれない。
【００４８】
アンテナ接続マッピングルールに対するＲＦ回路系統
従来の選択過程を改善するために、本発明では、以下の接続マッピングルールを用いる。ＲＦ回路系統は、対応するＲＦ回路系統インデックスを有し、アンテナは、対応するアンテナインデックスを有する。任意の選択されたアンテナサブセットの場合に、アンテナに対するＲＦ回路系統の接続は、以下のようになる。一般性を失うことなく、ＲＦ回路系統インデックスが「小さい方」のＲＦ回路系統が常に、アンテナインデックスが「小さい方」のアンテナに接続される。たとえば、上記の例では、ＳＴＡ  Ａにおいてアンテナ１および３が選択される場合には、送信ＲＦ回路系統１がアンテナ１に接続され、送信ＲＦ回路系統２がアンテナ３に接続される。
【００４９】
その接続マッピングルールによれば、ＡＳトレーニング段階２０１およびデータ伝送段階２０２において、ＳＴＡ  ＡにおけるアンテナサブセットとＲＦ回路系統との接続は、全部でＮＡ＿ＳＳ×（ＮＡ−ＮＡ＿ＳＳ＋１）個あり、全ての取り得るＲＦ応答は、下式（１）のように表すことができる。
【００５０】
【数１３】
2009530873.tif 000015
【００５１】
たとえば、上記のＮＡ＝４、ＮＡ＿ＳＳ＝２の事例では、全ての取り得るＲＦ応答は、以下のものを含む。
【００５２】
【数１４】
2009530873.tif 000016
【００５３】
全部で２×３＝６個の取り得るａ（Ｔｘ）ｌｉの値がある。上記の接続マッピングルールは、ＲＦ応答を考慮に入れない従来のアンテナ選択方式と比べて、性能損失を全く導入しないことに留意願いたい。
【００５４】
ＲＦインバランスを考慮するアンテナ選択
ＲＦインバランス問題のための１つの解決策は、従来技術の場合のようにアンテナの互いに素なサブセットだけでなく、アンテナの全ての取り得るサブセットと組み合わせて全ての回路系統をトレーニングすることである。結果として、上記の接続マッピングルールによれば、各ＡＳトレーニング段階２０１において、送信ＲＦ回路系統に接続されるアンテナの取り得るサブセット毎に１つの、Ｎ個のトレーニングフレームが存在する。ｍ番目の取り得るサブセットが選択される場合、すなわち、ＦＡ，ｏｐｔ＝ＴＡ（ｍ）、ＦＢ，ｏｐｔ＝Ｔ（ｍ）である場合には、トレーニングフレームｍおよびデータ伝送段階のいずれにおいても、推定されるサブチャネル行列は、以下のようになる。
【００５５】
【数１５】
2009530873.tif 000017
【００５６】
したがって、ＡＳトレーニング段階２０１とデータ伝送段階２０２との間に歪みはない。この方式の欠点は、Ｎ＞Ｍであるので、トレーニングオーバーヘッドが大きいことである。
【００５７】
アンテナ選択のための較正
さらに、ＲＦインバランス問題を緩和するために、較正を実行することができる。ＲＦ応答は、経時的に環境、たとえば周波数、温度などの変化と共に変化するので、ＲＦ応答は、常に求めることができるとは限らない。それゆえ、無線による較正過程を用いることができる。その較正過程は、稀にしか、たとえば、環境が変化するときにしか行われることができないので、較正のためのオーバーヘッドは、小さい。
【００５８】
送信アンテナ選択のための較正
図３は、送信機（ＳＴＡ  Ａ）がアンテナ選択を行う際の較正手順を示す。ＳＴＡ１１０が、以下の送信ＲＦ回路系統およびアンテナ接続でトレーニングフレーム３０１を送信する。
【００５９】
【数１６】
2009530873.tif 000018
【００６０】
すなわち、送信ＲＦ応答は、式（１）の１番目の行に等しい。このトレーニングフレームを受信すると、ＳＴＡ  Ｂ１２０は、対応するサブチャネル行列Ｈ（〜）’Ａ→Ｂ（１）を推定する（３１０）。
【００６１】
ＳＴＡ  Ａが、他の（ＮＡ−ＮＡ＿ＳＳ）トレーニングフレーム３０２を送信し、その各フレームにおいて、アンテナに対するＲＦ回路系統の接続は、式（１）の対応する行に従う。これらのトレーニングフレームを受信すると、ＳＴＡ  Ｂ１２０は、対応するサブチャネル行列Ｈ（〜）’Ａ→Ｂ（２）〜Ｈ（〜）’Ａ→Ｂ（ＮＡ−ＮＡ＿ＳＳ＋１）を推定する（３１０）。
【００６２】
全ての（ＮＡ−ＮＡ＿ＳＳ＋１）トレーニングフレーム３０１および３０２を受信した後に、ＳＴＡ  Ｂは、全ての推定されたサブチャネル行列をＳＴＡ  Ａにフィードバックする（３２０）。ＳＴＡ  Ａは、ＳＴＡ  Ｂからフィードバックされる全ての推定されたサブチャネル行列に基づいて、ＲＦインバランスＴＸ補正係数を求める（３３０）。
【００６３】
ＮＢ＞ＮＢ＿ＳＳであり、かつＳＴＡ  Ｂも受信アンテナ選択を行う場合には、全ての（ＮＡ−ＮＡ＿ＳＳ＋１）トレーニングフレームを受信するとき、ＳＴＡ  Ｂは、所定の受信ＲＦ回路系統にそれぞれ接続される、所定の受信アンテナのサブセットを使用する。
【００６４】
補正係数は、チャネル推定誤差を無視することによって、以下のように求められる。
【００６５】
【数１７】
2009530873.tif 000019
【００６６】
ただし、下式は、は全てのＲＦ応答を含む等価チャネルを表す。
【００６７】
【数１８】
2009530873.tif 000020
【００６８】
そして、ｈＡ→Ｂ、ｎＢｉは、送信アンテナｉから、受信ＲＦ回路系統ｌＢに接続される受信アンテナｎＢへの実際の物理的なチャネル係数である。それゆえ、βｌＢｎＢ（Ｒｘ）は、ＳＴＡ  Ｂにおける対応する受信ＲＦ応答であり、同様に、αｌｉ（Ｔｘ）は、送信アンテナｉおよび送信ＲＦ回路系統ｌを接続する場合のＳＴＡ  Ａにおける送信ＲＦ応答である。
【００６９】
Ｈ（〜）’Ａ→Ｂ（２）〜Ｈ（〜）’Ａ→Ｂ（ＮＡ−ＮＡ＿ＳＳ＋１）は、式（１）の対応する行に従って、異なる送信ＲＦ回路系統およびアンテナ接続に基づいて同様に表すことができる。
【００７０】
式（１）と同様に、いかなる場合でも、ＳＴＡ  Ａにおけるアンテナ２は、ＲＦ回路系統１または２にだけ接続することができる。その後、所定のｎＢの場合に、以下の計算を行うことができる。
【００７１】
【数１９】
2009530873.tif 000021
【００７２】
ただし、ｌ＝１および２、ｋ１２＝１である。その際、ｋ１２は、補正係数として用いられ、それは、ｌ番目のＲＦ回路系統がアンテナ２に接続されるときには必ず、ｌ番目のＲＦ回路系統から送信されるベースバンドストリームに乗算される。それゆえ、ＡＳトレーニング段階２０１およびデータ伝送段階２０２において、アンテナ２から送信される結果として、ＳＴＡ  Ａにおいてα１２（Ｔｘ）の送信ＲＦ応答が生じる。
【００７３】
同様に、ｉ番目の送信アンテナの場合に、以下の式が成り立つ。
【００７４】
【数２０】
2009530873.tif 000022
【００７５】
ただし、Ｌｉは、式（１）において定義されるような、アンテナｉに接続されることが可能である１組のＲＦ回路系統インデックスである。その際、ＲＦ回路系統ｌがアンテナｉに接続されるときには、必ずｋｌｉが適用され、アンテナｉから送信される結果として、αｍｉｎ｛Ｌｉ｝ｉ（Ｔｘ）の対応する送信ＲＦ応答が生じる。特別な事例として、送信アンテナ１およびＮＡは、常に、それぞれＲＦ回路系統ｌおよびＮＡ＿ＳＳに接続されるので、アンテナ１およびＮＡのための補正は、不要である。Ｉ＝ＮＡ−１まで同じ計算を行うことによって、かつその結果を適用することによって、いつでも、等価な完全チャネル行列は、以下のように表すことができる。
【００７６】
【数２１】
2009530873.tif 000023
【００７７】
そして、ＳＴＡのためのＡＳトレーニング段階とデータ伝送段階との間に、歪みはない。これらの補正係数は、ＡＳトレーニング段階およびデータ伝送段階の両方において適用され、ＦＡまたはＴＡ（ｍ）内の補正係数を、対応する補正係数によって置き換えることと同じであることに留意願いたい。
【００７８】
上記の計算は、ＮＢ＿ＳＳ回繰り返すことができる。ただし、ｎＢ＝１．．．ＮＢ＿ＳＳである。その後、結果として生成されるＮＢ＿ＳＳ組の補正係数は、ある時間にわたって平均され、チャネル推定誤差の影響を小さくすることができる。
【００７９】
受信アンテナ選択のための較正
図４は、受信機（ＳＴＡ  Ｂ）１２０がアンテナ選択を行うときの較正手順を示す。受信ＲＦ回路系統および受信アンテナに対応する全ての取り得るＲＦ応答は、下式（２）のとおりである。
【００８０】
【数２２】
2009530873.tif 000024
【００８１】
ＳＴＡ  Ｂ１２０が、較正トレーニング要求（ＣＴＲＱ）４０１をＳＴＡ  Ａ１１０に送信し、それは、受信局が要求する数のトレーニングフレーム４１０（ＮＢ−ＮＢ＿ＳＳ＋１）を含む。
【００８２】
ＳＴＡ  Ａは、所定の１組の送信アンテナから（ＮＢ−ＮＢ＿ＳＳ＋１）個のトレーニングフレーム４１０を送信することによって応答する。ＳＴＡ  Ｂは、式（２）の対応する行において定義される受信ＲＦ回路系統および受信アンテナ接続を用いることによって、各トレーニングフレームを受信し、対応するサブチャネル行列を推定する（４２０）。
【００８３】
全ての（ＮＢ−ＮＢ＿ＳＳ＋１）個のトレーニングフレーム４１０を受信した後に、ＳＴＡ  Ｂ１２０は、全ての推定されたサブチャネル行列に基づいて、ＲＦインバランス受信（Ｒｘ）補正係数を求める（４３０）。これは、送信アンテナ選択の場合と同様にして求められる。受信アンテナｊ、およびｌ∈Ｌｊの場合に、以下の式が成り立つ。
【００８４】
【数２３】
2009530873.tif 000025
【００８５】
ただし、ｈ（〜）’Ａ→Ｂ、ｊんＡ（ｌｊ）は、送信アンテナ回路系統ｌＡに接続される任意の送信アンテナｎＡから、ＳＴＡ  Ｂにおける受信ＲＦ回路系統ｌと受信アンテナｊとの接続に対応する、受信アンテナｊへの推定されるチャネル係数であり、Ｌｊは、式（２）において定義されるような、アンテナｊに接続されることになる１組のＲＦ回路系統インデックスである。補正係数λｉｊは、ＳＴＡ  Ｂにおいてｌ番目の受信ＲＦ回路系統がアンテナｊに接続されるときには、必ず、そのＲＦ回路系統によって受信されるベースバンドストリームに乗算され、結果として、ＡＳトレーニング段階またはデータ伝送段階において、アンテナｊによって受信されるとき、βｍｉｎ｛Ｌｊ｝ｊ（Ｒｘ）の対応する受信ＲＦ応答が生じる。等価な完全チャネル行列は、以下のように表すことができる。
【００８６】
【数２４】
2009530873.tif 000026
【００８７】
それゆえ、ＳＴＡ  ＢにおいてＡＳトレーニング段階とデータ伝送段階との間に、歪みはない。これらの補正係数は、ＡＳトレーニング段階およびデータ伝送段階の両方において適用され、ＦＢまたはＴＢ（ｍ）内の補正係数を、対応する補正係数によって置き換えることと同じである。
【００８８】
上記の計算は、ＮＡ＿ＳＳ回繰り返すことができる。ただし、ｎＡ＝１・・・ＮＡ＿ＳＳである。結果として生成されるＮＡ＿ＳＳ組の補正係数は、ある時間にわたって平均され、チャネル推定誤差の影響を小さくすることができる。
【００８９】
両方の局がアンテナ選択を実行するとき、それらの較正は、相次いで実行することができる。第１の局、すなわち、送信局または受信局のいずれかが較正を完了した後に、第１の局は、所定のＲＦ回路系統にそれぞれ接続する所定のアンテナサブセットを用いて、第２の局の較正を助ける。結果として、決められた較正手順（複数可）後に、完全な等価チャネル行列は、以下のようになる。
【００９０】
【数２５】
2009530873.tif 000027
【００９１】
それは、常に、一定の送信ＲＦ応答および受信ＲＦ応答を含む。その後、アンテナ選択トレーニングを、歪みを生じることなく、従来のようにして行うことができる。各ＡＳトレーニング段階では、Ｍ個のトレーニングフレームしか必要ではなく、互いに排他的なアンテナサブセットによって、トレーニング信号が送信および／または受信される。
【００９２】
上記の送信ＡＳ較正手順または受信ＡＳ較正手順は、通常の送信／受信ＡＳトレーニング段階において行うこともでき、その場合には、ＲＦインバランスを考慮することなく、互いに素なアンテナサブセットによって、複数の連続したＡＳトレーニングフレームが送信または受信される。一例は、２００５年１１月２１日に米国受理官庁において、Gu他によって出願され、参照により本明細書において援用される、ＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２３５８号「Method for Selecting Antennas and Beams in MIMO Wireless LANs」において記述されるＡＳトレーニング方式である。そうするために、連続したトレーニングフレームの数が、較正計算のために必要とされる数に等しくなるように変更される。たとえば、ＮＢ＝ＮＢ＿ＳＳであり、送信ＡＳ較正のための式（１）のＲＦ回路系統／アンテナ接続制約がある場合には、この数は、［ＮＡ／ＮＡ＿ＳＳ］ではなく、ＮＡ−ＮＡ＿ＳＳである。
【００９３】
送信ＡＳ較正の場合、図３のＳＴＡ  Ａは、式（１）によるＲＦ回路系統接続で、アンテナサブセットからＮＡ−ＮＡ＿ＳＳ＋１個の較正トレーニングフレームを送信する。ＳＴＡ  Ｂは、通常のＡＳトレーニングフレームとして、これらのフレームを取り扱う。すなわち、ＳＴＡ  Ｂは、それらのフレームからサブチャネル行列を推定し、完全チャネル行列をフィードバックする。最後に、ＳＴＡ  Ａが、送信補正係数を計算する。
【００９４】
受信ＡＳ較正の場合、図４のＳＴＡ  Ｂが、ＳＴＡ  Ａに、通常のＡＳトレーニング要求によって要求される較正トレーニングフレームの数を通知する。その後、ＳＴＡ  Ａは、これらのトレーニングフレームが、通常の受信ＡＳトレーニングのために用いられるか、受信ＡＳ較正のために用いられるかを知ることなく、対応する数のＡＳトレーニングフレームを送信することによって応答する。ＳＴＡ  Ｂは、式（２）によるＲＦ回路系統接続で、そのアンテナサブセットによってこれらのフレームを受信し、サブチャネル行列を推定する。最後に、ＳＴＡ  Ｂが、受信補正係数を求める。
【００９５】
そのようにして、その較正手順は、新たな信号方式プロトコルを導入することはない。
【００９６】
バリエーション
上記の過程は、システムが、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）ネットワークのように、周波数選択性である場合に適用することができる。ＯＦＤＭネットワークでは、上記のトレーニングまたは較正手順は、サブキャリア毎に、またはサブキャリアのグループ毎に行われる。
【００９７】
それぞれ選択されるアンテナサブセットが、所定の順序で、ＲＦ回路系統に接続される場合、そのＡＳトレーニング過程は、各ＡＳトレーニング段階において、さらに多くのトレーニングフレームを用いて、それぞれ取り得るＲＦ回路系統およびアンテナ接続に対応するサブチャネル行列を推定する。また、その較正手順は、それぞれ取り得る接続を補償するだけの十分なトレーニングフレームを送信し、たとえば、ＳＴＡ  Ａにおける送信機の較正において、任意のＲＦ回路系統が任意のアンテナに接続することができる場合には、Ｌｉ＝｛１，２，・・・，ＮＡ＿ＳＳ｝，∀ｉであり、それゆえ、α２ｉ（Ｔｘ）・・・αＮＡ＿ＳＳｉ（Ｔｘ）は全て、任意のＲＦ回路系統とアンテナｉとの接続が常に送信ＲＦ応答αｌｉ（Ｔｘ）を導くように補正される必要がある。
【００９８】
その較正手順において、特定のアンテナに接続されるＲＦ回路系統のための補償を、αｍｉｎ｛Ｌｉ｝ｉ（Ｒｘ）またはβｍｉｎ｛Ｌｊ｝ｊ（Ｒｘ）以外の係数に関して適用することもできる。任意の送信または受信アンテナが等価チャネルに対して一定のＲＦ応答をもたらたす任意の較正手順を用いることができる。
【００９９】
その較正手順は、異なるＲＦ回路系統およびアンテナ接続、すなわち、スイッチ位置によって、異なる振幅および位相応答が生じるという事実に基づく。一方、そのスイッチが、その位置によっていかなる歪みも導入しない場合、すなわち、任意の特定のＲＦ回路系統に関して、種々のアンテナへのその接続の結果として、概ね同一のＲＦ応答が生じる、すなわち、全てのアンテナが、そのＲＦ回路系統との類似の整合特性を有する場合には、その較正手順を簡単にすることができる。
【０１００】
具体的には、ＲＦインバランスがＲＦ回路系統の異なる応答によってのみ引き起こされるので、これが成り立つ。上記の接続順序の制約が適用されるにしても、されないにしても、全てのＲＦ回路系統を一度だけ較正すれば十分である。その場合、第１のトレーニングフレームでは、アンテナｉに第１のＲＦ回路系統を接続し、その後、第２のトレーニングフレームを送信または受信するためにアンテナｉに第２のＲＦ回路系統を接続し、・・・、最後のトレーニングフレームにおいて、同じアンテナに最後のＲＦ回路系統を接続する。
【０１０１】
最後に、全ての測定されたサブチャネル行列をフィードバックした後に、送信機において、α１ｉ（Ｔｘ）・・・αＮＡ＿ＳＳｉ（Ｔｘ）が、それぞれただ１つの送信アンテナで、１つの一定の値に対して補償されるか、または全ての測定されるサブチャネル行列に基づいて、受信機において、β１ｉ（Ｒｘ）・・・βＮＢ＿ＳＳｉ（Ｒｘ）が、それぞれただ１つの受信アンテナで、１つの一定の値に対して直に補償される。このシナリオでは、ＲＦインバランス問題は、ＲＦ回路系統の間の差によってのみ引き起こされ、アンテナｉで、ＲＦ回路系統が補償される結果として、全ての他のアンテナに接続されても歪みが生じない。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の一実施形態によるＭＩＭＯシステムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるアンテナ選択サイクルのブロック図である。
【図３】送信局によって開始されるトレーニングおよび較正のブロック図である。
【図４】受信局によって開始されるトレーニングおよび較正のブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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