(57)【要約】【課題】ＭＩＭＯシステムの効率的な動作に重要である電力効率を提供する。【解決手段】ＭＩＭＯ通信システムは、検出器とアンテナを含み、前記アンテナは、複数のアンテナエレメントを含む。各アンテナエレメントは、当該アンテナエレメントに対し予め定められた方向にほぼ配置されている当該アンテナエレメントに影響を与える電磁放射線により運ばれた信号を受信する。前記複数のアンテナエレメントは、それらの予め定められた受信方向に関し、相対的、角度的に互いに置き換えられるように配置されている。ＭＩＭＯシステムにおいて通信を行うための対応する方法も開示され、任意のデバイスに対し、当該システム内の他のデバイス群との通信に好ましい方向を決定するステップと、前記検出された好ましい通信の方向に対応する方向にある前記他のデバイス群との通信をスケジューリングするステップとを含む。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
角度でセクタ化された、充分な指向性のある複数のアンテナエレメントのアレイを含むアンテナ手段を備えたＭＩＭＯ通信に用いられる通信デバイス。
【請求項２】
前記複数のアンテナエレメントは、互いに、前記充分な指向性のある複数のエレメントの初期方向は、単一点から放射状に広がるように配列されている請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記複数のアンテナエレメントは、等しい角度間隔で配置されている請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
前記複数のアンテナエレメントで送信信号を生成する手段と、
前記複数のアンテナエレメントで受信信号を検出する手段と、
を含み、
前記複数のアンテナエレメントの送信利得及び受信利得は別々に制御可能である請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項５】
前記デバイスと複数の他のデバイスのうちの１つとの間の通信を分離するために、前記複数のアンテナエレメントの送信利得及び受信利得を制御するスケジューリング手段を含む請求項４記載のデバイス。
【請求項６】
前記スケジューリング手段は、前記アンテナを介して、スケジューリング信号をブロードキャストし、前記デバイスが通信を行っている他の複数のデバイスからのレスポンス情報に基づき、指向性のある前記複数のアンテナエレメントに利用するための、適切な指向性通信スケジュールを決定する請求項５記載のデバイス。
【請求項７】
前記複数のアンテナエレメントの動作を制御するコントローラを含み、
前記コントローラは、少なくとも２つのアンテナエレメントをそれぞれ含み、当該少なくとも２つのアンテナエレメントの同時動作のための複数のグループに、前記複数のアンテナエレメントを割り当てる割当手段を含む請求項１乃至６のうちのいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項８】
前記割当手段は、前記複数のアンテナエレメントを、２つのアンテナエレメントをそれぞれ含む複数のグループに割り当てる請求項７記載のデバイス。
【請求項９】
前記割当手段は、隣り合う２つのエレメントをそれぞれ含む複数のグループに割り当てる請求項８記載のデバイス。
【請求項１０】
前記割当手段は、対角線上の２つのエレメントをそれぞれ含む複数のグループに割り当てる請求項８記載のデバイス。
【請求項１１】
前記アンテナは、第１の複数のアンテナエレメントと第２の複数のアンテナエレメントとを含み、第１及び第２の複数のアンテナエレメントのそれぞれは、当該複数のアンテナエレメントの初期送信／受信ビームは全てほぼ同一平面上にあるように配置され、前記第１及び第２の複数のアンテナエレメントのそれぞれの平面は、ほほ平行である請求項１乃至１０のうちのいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１２】
複数の通信デバイスを備え、
当該複数の通信デバイスのうちの少なくとも１つは、請求項１乃至１１のうちのいずれか１つの通信デバイスである情報通信のためのシステム。
【請求項１３】
ＭＩＭＯシステムで通信を行うための方法であって、
任意のデバイスに対し、当該システム内の他のデバイス群との通信に好ましい方向を決定するステップと、
前記検出された好ましい通信の方向に対応する方向にある前記他のデバイス群との通信をスケジューリングするステップと、
を含む。
【請求項１４】
前記デバイスが、任意の一方向で通信を行うことが好ましい１以上のデバイスをもつ場合、前記スケジューリングするステップは、前記好ましい方向を、時間及び／又は周波数に関し共有する前記他のデバイス群との通信をスケジューリングする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
請求項６あるいは６記載のデバイスを構成するためのコンピュータプログラム記録媒体であって、
請求項１３または１４の各ステップを行うよう前記デバイスを構成するために前記デバイスで実行させるプロセッサ実行可能な命令群を運ぶ記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置に関し、特に、マルチ入力及び出力（ＭＩＭＯ）で実施可能な無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の無線通信システムでは、より高いデータレートの達成が要求され続けている。しかし、電力消費量を制限し、無線通信装置に用いられるデバイスの複雑性を制限するという相対立する必要性があり、そのような規制的な理由から帯域幅も制限されうる。
【０００３】
このような制限を考慮するために、マルチ入力及びマルチ出力（ＭＩＭＯ）通信が着目されてきた。ＭＩＭＯは、送信機と受信機の間の経路上の障害物、及び／または壁、建物などの環境問題の結果である散乱の効果を有効に利用することにより、高いスペクトル効果をもたらす。充分な散乱環境は、アンテナアレイの各送信アンテナから送信アンテナアレイの各受信アンテナへの独立した送信パスを与える。
【０００４】
ＭＩＭＯという用語の使用は、一般的なケースの一部であるマルチ入力シングル出力（ＭＩＳＯ）通信を除外する意図ではないことは読み手にはいうまでもない。
【０００５】
通常は、ＭＩＭＯシステムは、直線配列された複数のアンテナをもつデバイスを用いて実施される。図１は、そのようなシステム１０を示したもので、ＭＩＭＯ送信機１２とＭＩＭＯ受信機１４を備えている。ＭＩＭＯ送信機１２は、直線配列された４つの送信アンテナ１８からなる送信アンテナアレイ１６を備え、マイナー受信機１４は、同じく直線配列された４つの受信アンテナからなる受信アンテナアレイ２０を備えている。従って、このＭＩＭＯシステムは、４×４ＭＩＭＯシステムと呼ばれる。
【０００６】
従来のＭＩＭＯ構造では、幾何的単純化のために、容易に解析されるシステムを供給し、従って、シミュレーション・スタディにとって好ましいが、そのようなＭＩＭＯシステムを用いる無線通信は、送信アンテナ数と受信アンテナ数よりも少ない数ぐらいの別個のチャネルの収容を達成する。
【０００７】
さらに、そのようなＭＩＭＯシステムの制限は、受信アンテナで受信するときの電力を何ら考慮していないことに関係する。電力効率は考慮されておらず、ポイント・ツー・ポイントアプリケーションのみが考慮されている。電力をより効率よく管理できることが望ましい。
【０００８】
図２は、ＭＩＭＯ通信を用いることができる構成を示している。明確のために、図３には、図２の写しに、図２に示したシステムの動作を説明する電力プロファイルと送信線を示している。この構成は部屋３０内に配置され、会議テーブル及び椅子３２、机３４とソファ３６を含む各種家具がおかれている。基地局４０は壁に付着されている。この基地局はアンテナの直線配列である。
【０００９】
図３では、部屋及び家具のプロファイルとともに、基地局４０の送信及び受信プロファイルを示している。基地局４０の送信及び受信プロファイルは、図３では、破線で表されており、基地局４０の直線配列の中心点について、放射状のグラフである。従って、基地局による信号の送信及び受信は、基地局４０の直線配列の方向と充分に垂直な方向での送信及び受信は比較的高くなり、直線配列の方向に対し非常に鋭角な方向での送信及び受信は低いあるいは無視できるほど低くなる、指向性プロファイルをもつことがわかる。
【００１０】
送信／受信アンテナアレイ４６を備えたモバイル端末４４は、会議テーブル上に配置され、その送信及び受信電力プロファイルは、図３では、破線で表されている。従って、基地局４０からモバイル端末４４へ向けて直接送信される電波は、モバイル端末４４では受信されないことはいうまでもない。この電波は、破線５０で表している。
【００１１】
添付の図中に、電磁励起の送信を示す電波線を用いることは単なる例示であり、配電プロファイルを示す意図ではないこと、高い指向性アンテナ配列の場合であっても、確定振幅の電波が有限の角度範囲に渡って送信されることはいうまでもない。
【００１２】
同様に、１つの壁に反射してモバイル端末４４へその背後からくる電波を示す電波線５２も、モバイル端末により受信されることはない。実際、基地局４０からモバイル端末により受信され得る唯一の電波の例は、図２の電波波５４により示されている。机の上に他のモバイル局が設置され、従って、基地局と当該モバイル局との間の、５２で示す電波線に従って通信する能力を利用することも可能であることはいうまでもない。ダウンリンク・キャパシティは、次のように表される。
【数１】
2008529319.tif 000003
【００１３】
【数２】
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【００１４】
同様に、アップリンク・キャパシティは、次のように表される。
【数３】
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【００１５】
アップリンクに関し、アクティブなモバイル局のアンテナ総数が基地局と同一であると仮定すると、アップリンクは大規模ＭＩＭＯシステムとみなせる。
【数４】
2008529319.tif 000006
【００１６】
従って、モバイル端末４４により受信されるエネルギーは、モバイル端末４４が、電波線５０により表されている主電波パスに沿って送信される直接波を受信することができるのであれば受信するはずのエネルギーの半分よりも極めて小さいことはいうまでもない。これは、直接で最も強いパスであり、図２の配置においてブロックされる。従って、モバイル局が誤った位置に置かれることにより、モバイル局４４でのチャネル測定は歪められ、そのため、効率の悪い通信が生じる。
【００１７】
さらに、システム内のＭＩＭＯを複数のユーザで使用すること（すなわち、互いにネットワーク接続された２以上のデバイス）は、この問題を生み出す。散乱、障害物やアンテナのずれにより、大量の電力が受信できなくなるので、各受信アンテナでの許容できるチャネル電力レベルを与えるために、かなりの電力を増大させる必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従って、本発明の一態様は、上記の状況を向上するために、無線ネットワークにおけるＭＩＭＯ通信を確立する装置及び方法を提供できるようにする。
【００１９】
さらに、本発明の一態様は、マルチユーザＭＩＭＯシステムのための総合的に再構成可能なシステムを提供できるようにする。高いシステムパフォーマンスを達成することができるようにするために、このワークは、シングルリンクのＭＩＭＯキャパシティよりも、システム全体のキャパシティにだけ考慮している。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の第１の態様は、少なくとも２つのＭＩＭＯ通信デバイスからなり、そのうちの少なくとも１つは、角度によりセクタ化されたアンテナアレイを含むアンテナ手段からなる。
【００２１】
好ましくは、各通信デバイスは、角度によりセクタ化されたアンテナアレイを含むアンテナ手段からなる。通信デバイスのうちの１つは、基地局であり、一方あるいは他のそれぞれはモバイル局である。この基地局は、各モバイル局に対して、前記システムにおける指向性ＭＩＭＯ通信を決定するように動作可能である。
【００２２】
指向性ＭＩＭＯ通信は、各モバイル局で、信号対雑音及び干渉比を検出し、それを基に基地局がスケジューリングの決定を行うために、検出された信号対雑音及び干渉比情報を基地局へフィードバックすることにより構成される。
【００２３】
そのモバイル局あるいは各モバイル局でのアンテナ手段は、複数の無指向性アンテナを含むことがある。
【００２４】
複数の無指向性アンテナは、アダプティブアレイ無く配列され、従って、モバイル局から基地局への通信ではなく、基地局からモバイル局への通信に関してスケジューリングプロセスが行われる。あるいは、複数の無指向性アンテナはアダプティブアレイが備えられている。この場合、動作の第１モードでは、モバイル局は、基地局のセクタアンテナのそれぞれから受信電力を最初に検出し、信号対雑音及び干渉比を最大にするために、当該基地局のセクタアンテナのそれぞれへ、アダプティブアレイを適用するように動作可能である。そして、システムは、ＭＩＭＯ通信を形成するための、当該基地局のアンテナのうちの最良のセクタを、信号対雑音及び干渉比を基に選択し直すように動作可能である。
【００２５】
動作の第２のモードでは、モバイル局は、当該基地局のセクタ化されたアンテナのアレイのうちの最良のアンテナ群を選択するよう動作可能である。これにより、信号対雑音及び干渉比を基にＭＩＭＯ通信チャネルを形成し、ＭＩＭＯ信号対雑音及び干渉比を最大にするためにモバイル局のアダプティブアレイを適用する。
【００２６】
基地局は、（各アンテナセクタについての）信号対雑音及び干渉比に関するモバイル局でのフィードバック情報を基に、送信電力を制御するように構成可能である。基地局は、（各アンテナセクタについての）信号対雑音及び干渉比に関するモバイル局でのフィードバック情報を基に、送信スケジューリングを制御する（すなわち、時間あるいはフレーム領域に関してアンテナのセクタの操作の制御）ように構成可能である。
【００２７】
基地局におけるアンテナのセクタは対にされる。これは、ＭＡＣフレーム割当の効率を向上させ得る。
【００２８】
本発明の利点は、ＭＩＭＯシステムの効率的な動作に重要である電力効率を提供することにある。
【００２９】
本発明は、ＭＩＭＯシステムに、従来のＭＩＭＯシステムよりも高いキャパシティを提供することもできる。
【００３０】
さらに、ＭＩＭＯシステムへのマルチユーザアクセスのための単純な構成と、空間的、時間及び周波数を（利用可能であれば）完全に組み合わせるフレキシブルなＭＩＭＯシステムを提供する。
【００３１】
本発明の一態様の利点は、ＭＩＭＯシステムの再構成の提供が可能であることである。モバイル局と基地局との間の個々のリンクのそれぞれに対し、当該リンクの質に応じて、ＭＩＭＯ構成は再構成される。
【００３２】
さらに、上記の電力効率に加えて、本発明の一態様は、通信効率のような他の効率も与える。
【００３３】
従来のＭＩＭＯシステムとは対照的に、本発明の一態様を用いることで、システムコントロールは向上する。
【００３４】
本発明の一態様は（セクタ対を用いることにより）、オーバヘッドを削減することができる（さらに、スイッチングガード時間を短縮することができる）。この結果として、データ効率が向上する。
【００３５】
本発明の一態様に従ってＭＡＣコントロールを使用することは、従来得られたよりも高い品質の通信リンクの提供を可能にする。
【００３６】
セクタ化されたアンテナを使用する、本発明の一態様は、以前達成し得たものよりも複雑なＭＩＭＯシステムを形成するために、基地局及びモバイル局において２つまたは３つのセクタアンテナに適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の実施形態を、ほんの一例として、添付の図面を参照しながら、以下説明する。
【００３８】
図４は、無線通信システム１００を示したもので、本発明の一実施形態にかかる動作を示している。システム１００は、基地局１１０と８つのモバイル局（それぞれＭＳ−１からＭＳ−８がラベル付けされている）からなる。図４に示したように、基地局１１０は、各モバイル局１１５との無線通信が可能であり、各モバイル局への基地局１１０による送信の送信電力プロファイルは、ほぼ楕円形のグラフプロファイルで示している。各プロファイルの境界に用いられている特定のライン間の通信は、図４の凡例を背景とし、システム１００の動作に関連するもので、後述する。
【００３９】
図４に（指向性電力プロファイルを表す楕円形により）示された全てのリンクは、ＭＩＭＯフォーマットのものである。この説明のために、ＭＩＭＯフォーマット通信リンクは、ＳＩＳＯ、ＳＩＭＯ、ＭＩＳＯ、及びＭＩＭＯを包含すると意図されている。
【００４０】
図５は、本実施形態にかかる基地局１１０の構成を示したものである。これはほんの一例であって、特定のデバイスのアプリケーションの使用を含む他のあり得る実施形態も同様に用いられることはいうまでもない。
【００４１】
図５に示した基地局１１０は、ディスプレイ及びユーザ入力手段（キーボード、ポインティングデバイスなど）が一体化された携帯型コンピュータのような、汎用コンピュータ・デバイスからなる。
【００４２】
詳細には、基地局１１０は、プログラムにまとめられた機械により実行可能な命令を実行可能なプロセッサ１２０からなる。これらプログラムは、大容量記憶ユニット１２２あるいはプロセッサとの通信によりワーキングメモリ１２４に記憶され得る。図５に示した例では、一連のユーザアプリケーション１２６と通信コントローラ１２８とが、ワーキングメモリ１２４に記憶されているように示されている。使用時には、プロセッサ（あるいは他の関連する手段）は、大容量記憶ユニット１２２からプログラムの命令を検索するようになっており、利便性と、タイムリーにプログラムの命令を効率よく実行するために、一時的に、当該命令をワーキングメモリ１２４に記憶するようになっている。これは、総じて、コンピュータにおける情報記憶機器の管理のための周知の技術に従ったものである。
【００４３】
アンテナアレイ１３４に接続された通信ユニット１３２は、汎用バス１３０を用いて通信し、無線通信が他のデバイスを伴う基地局により影響され得る物理手段を与える。この例として、通信ユニット１３２は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａスタンダードに従った無線通信を確立する物理コンポーネントを提供するよう動作する。本実施形態のアンテナアレイ１３４は、後に、さらに詳細に図示及び説明する。
【００４４】
ユーザ入力ユニット１３６は、基地局の動作中に、ユーザの入力アクションを受信するための手段である。この例では、ユーザ入力ユニットは、キーボードと内蔵されたポインティングデバイスからなり、基地局と一体化されている。ユーザ出力ユニット１３８は、ディスプレイからなり、基地局の動作に関連して、ユーザに情報を提示する。
【００４５】
使用に際し、基地局１１０は、一般的な従来からの手法で、ユーザに機能を提示し、通信ユニット１３２の動作させる通信コントローラ１２８の使用を通じて他のデバイスとの通信を行うことと、アンテナアレイ１３４を用いた信号の送信とを含む、ユーザアプリケーション１２６により構成された基地局１１０により依頼された機能をユーザは利用することができる。しかし、基地局１１０は、電力消費制御を維持する間に要求される信号強度を上げるようにする通信マネージメントの機能を提供するという点で、従来の通信デバイスとは異なる。
【００４６】
図６は、アンテナアレイ１３４をさらに詳細に示している。この図は、中心から遠ざかる方向に放射上に広がる８つの放射アンテナ１４２を伴う、ほぼ円形のフレーム１４０からなるアンテナアレイ１３４を表している。アンテナ１４２は、指向性アンテナである。これは、各アンテナ１４２は、図７に示すように、主送信軸をもち、図９に示すように、隣合うアンテナ１４２の主送信軸間に定義された角度はほぼ４５°となるように、これら主送信軸は、等角度に配置されている。アンテナ４２の主送信軸は、図８に示すように、ほぼ同一平面上にある。
【００４７】
図１０は、基地局１１０のアンテナアレイ１３４のアンテナ１４２の送信プロファイルをより詳細に示したものである。図１０は、角方位に対する（名目上デシベルスケールの）送信電力を極座標で示したグラフである。各アンテナ１４２は、主送信軸で最大となり、主軸からの角度が大きく離れると急激に劣化する、ほぼ指向性のある送信プロファイルをもつ。
【００４８】
円形のセクタ化されたアンテナ１４２のアンテナエレメントの１つの送信電力プロファイルは、次のように、コサインビームパターンのように表すことができる。
【数５】
2008529319.tif 000007
【００４９】
例えば、図１０に示すように、（０と記されている）角度ゼロの軸と同一直線上にあるアンテナ１４２について、最大値は、受信可能な電力として２０デシベルで示されている。そして、この最大値からほぼ角度３０°離れると、受信可能電力はほぼ１０デシベルに劣化する。これは、アンテナアレイ１３４の８つの主軸のうちの１つから離れる方向に移動する、基地局１１０と通信するデバイスにとって、信号強度の大幅な損失となり、その結果、上記基地局１１０と通信を行うデバイスでの受信信号において、干渉及び雑音比に対する信号が誘発的に劣化することがある。
【００５０】
アンテナアレイ１３４の全てのセクタの総電力は、基地局に適用されるオムニ・アンテナの電力と同じであるといえる。例えば、基地局が、１００ｍＷのオムニ・アンテナの放射電力と同じものを備えるという特別な場合、各セクタの放射エネルギーは、１００ｍＷよりもわずかに低い。
【００５１】
さらに、後述するようにシステムを動作させることにより、セクタ化されたアンテナの総電力消費量は、同時送信するアンテナに全てのセクタが必要とされるわけでないので、オムニ・アンテナのそれよりもかなり低くなり得る。
【００５２】
基地局が、セクタ化されたアンテナアレイの制御の点からみて、本発明の一実施形態を与えるとすると、１つのモバイル局あるいは複数のモバイル局は、電力効率化あるいは制御の単純化の必要に応じて、セクタ化されたアンテナを備え得ること、あるいは無指向性アンテナを備え得ることは言うまでもない。
【００５３】
さらに、アダプティブアレイ処理は、モバイル局で行い得ることは、いうまでもない。各セクタで利用可能な電力は、個々のセクタにて別個に電力を送信することによって検出することができる。
【００５４】
図４に戻り、モバイル局１１５との無線通信を確立する際の基地局１１０の動作は、図１１乃至１３を参照して、以下に説明する。
【００５５】
図１１は、ネットワーク上で、モバイル局１１５との通信のスケジューリングを確立する際に基地局１１０で実施される方法を示したものである。そのときに使用されているネットワーク通信プロトコルに応じて、にモバイル局をネットワークへ登録するような他のプロセスも実行する必要があることはいうまでもない。
【００５６】
図１１に示した方法のイニシャルステップＳ１−２では、電力検出信号が、基地局１１０のアンテナ１３０の全てのセクタ・トランスミッタからブロードキャストで送信される。このメッセージの構成は、予め定められたもので、これは後述する。
【００５７】
次に、ステップＳ１−４では、スケジューリングプロセスが初期化される。このスケジューリングプロセスは、図１２に詳細に示されており、基地局１１０とネットワークに登録された各種モバイル局１１５との間の通信のための一連のスケジューリングの決定を目的とするものである。
【００５８】
図１２に示すように、ステップＳ２−２において、フィードバック情報を基に、対応するセクタへモバイル局をスケジューリングすることで、初期化プロセスが開始する。このステップの具体的なプロセスは、図１３に示されている。図１３のプロセスは、最初のステップＳ３−２で、任意のセクタＩＤと電力データとのスケジューリングに最適なものを同定する。そして、ステップＳ３−４において、フォードバック情報に基づき、モバイル局が、対応するセクタへスケジューリングされる。
【００５９】
次に、ステップＳ２−２の実行の後、ステップＳ２−４において、１以上のモバイル局が割り当てられた全てのセクタについて、衝突を避けるために、これらモバイル局が、時間、フレーム、あるいは周波数軸上にスケジューリングされる。
【００６０】
従って、図１２に示すプロセスの実行後、ステップＳ１−６では、異なる複数のスケジューリングの決定が、各モバイル局へ通知される。
【００６１】
この例のようにして行われたスケジューリングの決定は、図４に示されている。モバイル局ＭＳ２及びＭＳ８と通信するために、基地局は同じセクタを用いる。従って、これらは時間軸上に多重化される。すなわち、ＭＳ２とは、ｔ２というラベルが付された時間フレーム内で通信し、ＭＳ８とは、タイムフレームｔ３で通信する。
【００６２】
本発明の第２の実施形態は、図１４に示されており、ここでは、本発明の特徴を、ＭＩＭＯ通信ステムにおける２つの通信デバイス２１０に利用している。２つのデバイスは、名目上は、基地局（ＢＳ）とモバイル局（ＭＳ）であり、このデバイス間の３つの反射パスが示されているが、ここで示すことは、アドホックネットワークにおけるような、より分散化された通信方法を排除するものではないことはいうまでもない。
【００６３】
図１４に示す配置は、ＭＩＭＯ通信で用いられるＭＩＭＯパスを同定するためのスケジューリングプロセスを用いて、適切なパス及びパスレスポンスの確立がひとたび確立されると、各通信デバイス２１０のアンテナの角度でセクタ化されたアレイは、ＭＩＭＯ通信で利用され得る複数のアンテナの配置であることを利用したものである。
【００６４】
次に、本発明の第３の実施形態を、図１５乃至１８を参照して説明する。本発明のこの実施形態は、セクタスイッチに必要なガードタイムについて、オーバヘッドを削減するためにセクタ対の検出を用いる。図１５は、隣り合うセクタを１組とするセクタ対を１つとして動作させる第１の配置を示し、図１６は、基地局で、対抗するセクタを１つとして動作する。
【００６５】
これらは、本発明に基づく可能な動作の単なる２つの例であり、システムデザイン及びアプリケーションに応じて、どの２つのセクタの組合せであっても可能であることはいうまでもない。いずれの場合においても、セクタ対の順序及び配置は予め設定され、モバイル局には既知である。
【００６６】
動作中、基地局は、各セクタ対を介して、ＭＡＣフレームで信号対をモバイル局へ送信する。この信号対は、モバイル局が認識することができれば、どのようなフォーマットでもよいことはいうまでもない。
【００６７】
一方、本発明に係る電力検出は、個々のセクタ、セクタ対、セクタ対及び個々のセクタの組合せに関して実行される。
【００６８】
この例では、各モバイル局はオムニ・アンテナを備えている。しかし、モバイル局は、セクタ化されたアンテナを備えることも可能であり、この場合、この構成で、モバイル局で、アダプティブアレイ／アレイ最適化の動作が可能である。
【００６９】
このセクタ化されたＭＩＭＯシステムでは、当該システムを動作させるために、基地局とモバイル局との間のＭＡＣフレームが定義されている。次に、最適なＭＡＣフレームの一具体例と、その動作を図１８を参照して説明する。その後に、ＭＡＣフレームをサポートするためのセクタ対検出を紹介する。
【００７０】
図１８は、通信プロトコルにおける一連のＭＡＣフレームの構成を示している。図１８において用いられている用語を次のとおりである。
【００７１】
ｍ−セクタ対の数
ｎ−オブザーブされるユーザ／ＭＳの数
ｐ−サポートされるユーザ／ＭＳの数
ここでは、全てのＭＳに対し、ｍ個のＢＣＨが送信されていることがわかる。各ＢＣＨは、セクタ対を示す。ＢＣＨに基づき、各ＭＳは、それに最適なセクタを同定することができる。ＭＳが送信しようとする場合には、ＲＣＨにリクエストを送信する必要がある。ここでは、ｎユーザがＭＡＣフレーム上のリクエストを送信できるｎ個のＲＣＨがある。ＦＣＨ及びＡＣＨは、このＭＡＣフレーム内で、サポートされるユーザのためのものである。
【００７２】
このＭＡＣフレーム構成は、この複数のセクタをもつシステムをサポートするために必要となる。アンテナ１３４の各セクタには、セクタＩＤが割り当てられている。このＭＡＣフレームは、一連のブロードキャストチャネル（ＢＣＨ）を含む。ＢＣＨは、複数の基地局による受信を可能にするために、これらセクタに情報をブロードキャストする機能を与える。
【００７３】
この例におけるＢＣＨの数は、ＢＳが用いるセクタの数に等しい。同様に、サポートされるユーザの数に基づく上限値もあり得る。
【００７４】
一連のＢＣＨ（各ＢＣＨは、固定時間をもつ）の後に、一連のフレームチャネル（ＦＣＨ）及びアクセスチャネル（ＡＣＨ）（これらの組合せはプロトコルデータユニット（ＰＤＵ）とみなされている）が、基地局により伝送される。ＦＣＨは、ブロードキャストされるトランスポートチャネルであり、フレームコントロールチャネルを伝送し、ＡＣＨは、前回のＭＡＣフレームのランダムアクセスフェーズにおいてなされたアクセス試行の結果を伝送する。ＦＣＨは、今回のフレームにおいて、当該セクタにトラフィックがスケジューリングされていない場合には送信されない。
【００７５】
次に、アップリンクフェーズの後に、一連のランダムチャネル（ＲＣＨ）が続く。オブザーブする意図のある各ユーザに、少なくとも１つのＲＣＨが割り当てられる。対応するＦＣＧがあれば、フレームは、１つの特定のセクタについて、少なくとも１つのダウンリンク（ＤＬ）フェーズ及び／またはアップリンク（ＵＬ）フェーズをも含む。
【００７６】
リンクが設定されている間の各セクタに対し、モバイル局ＭＳに最適な１または複数のセクタを決定する際に、モバイル局により用いられる重要なパラメータは、リンク電力である。基地局とモバイル局との間の従来の通信技術は、各セクタに基づくもので、従って、オーバヘッドを追加する必要があった。この例では、セクタ対の検出プロセスを説明する。
【００７７】
上述したように、図１５は、本発明の一実施形態に係る標準的な組合せ配置の例を示したものである。
【００７８】
セクタ識別子（ＩＤ）は、セクタ対の列により割り当てられ、セクタ対の列は、ＢＳ及びＭＳには既知である。各セクタにはＩＤが割り当てられるが、ＵＬ及びＤＬの使用は、テーブル１に示すような例とは異なる。
【表１】
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【００７９】
ブロードキャストチャネル（ＢＣＨ）はセクタ対に基づき送信する。ＢＣＨのプリアンブルは、セクタ対の２つのセクタの電力を検出するために、セクタ対シーケンスが必要となる。電力検出後、個々のモバイル局のそれぞれは、最適なセクタの集合を決定し、この情報をリクエストとして、基地局へフィードバックする。このリクエストは、ＭＡＣフレームのＲＣＨ部分で送信される。
【００８０】
この例では、ＲＣＨの数は、基地局におけるセクタの数に等しいことがわかる。しかし、各ＲＣＨは１つのモバイル局に対応し、特定のセクタに対応するものではない。
【００８１】
各ユーザ（モバイル局）のＲＣＨへのアクセスは、時分割多重方式により制御されている。基地局は、全てのセクタを最適化し、サポートされるモバイル局にセクタを割当てて、通信リンクを確立する。
【００８２】
シーケンスをトレーニングするＭＩＭＯフォーマットは、１つのＢＣＨプリアンブル／ミッドアンブルあるいはＤＬプリアンブル／ミッドアンブルを介して送信されることが必要となる。トレーニングシーケンスは、多数の無相関のシーケンスからなる。好ましい実施形態において、このシーケンスの数は、基地局のセクタの数に等しいが、これは、本発明の要旨ではない。トレーニングシーケンスに基づき、個々のモバイル局は、その割り当てられたセクタへのアダプティブアレイ／アレイ最適化を実行することができる。このアダプティブアレイ／アレイ最適化は、信号対雑音及び干渉比を最適化するものである。
【００８３】
‘３セグメント’プリアンブルの例はテーブル２に示されている。
【表２】
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【００８４】
マルチユーザセクタ化ＭＩＭＯシステムのキャパシティの比較を図１７に示す。このキャパシティはチャネルキャパシティのみに基づく。ここでは、以下のことを仮定している。
【００８５】
（１）基地局は、マルチユーザをサポートするに充分な複数のセクタをもつ。
【００８６】
（２）基地局は常に最大数のユーザをスケジューリングすることができる。
【００８７】
（３）最適電力制御と平均電力の比率は等しい。
【００８８】
（４）最適チャネル構成
（５）キャパシティはｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／ｃｅｌｌ
ここから、サポートされるユーザが増加するほど、システムキャパシティは増加し、この増加は直線的でないことがわかる。
【００８９】
図１９は、前述のものと類似する基地局２１０をさらに利用して、１または複数のモバイル局２２０との通信を可能にするシステムを示したものである。この場合、基地局は、第１及び第２のモバイル局と通信する。基地局は、アンテナアレイの８つの利用可能なアンテナの適切な制御により、第１に無指向性アンテナの効果（破線Ａ）、第２に指向性アンテナの効果（破線Ｂ）、第３にパッチアレイアンテナの効果（破線Ｃ）をシミュレートできる。これら送信及び受信電力プロファイルは、グループ化方法で、アレイのいくつかのアンテナを用いる付加効果により生ずる。パッチアレイのシミュレーティンググループの場合には、当該グループには、１から４のラベルが付されているアンテナを含む。
【００９０】
図２０乃至２２は、本発明に係る、アンテナアレイを使用する、さらなる実施形態を示したものである。ここで図示されたアンテナアレイは、８つのアレイの２つの平面からなるアンテナアレイであり、以前は８つであったものが１６のアンテナを形成しているという点においてのみ、図６乃至８で示したものとは異なることは、読み手には明らかなことである。これは、信号の送受信の際に、さらなる自由度とそれによるアンテナの制御を与えるという利点が得られ得る。さらに、空間的に変調された信号を検知するために利用できる空間変位を与える。しかし、これには特定のアンテナをアドレス指定するために１ビット追加する必要がある。この２つのアンテナアレイの間の類似点の理解を助けるために、両者で同じ参照番号が用いられている。図２０乃至２２に示した例を用いれば、特に指向性ＭＩＭＯシステムの場合には、３次元（３Ｄ）アレイを構築できることはいうまでもない。この場合、側平面アレイ（平面図）を指向性アレイに利用することができ、垂直アレイ（側面図）をマルチアレイ送信機／受信機を形成するための利用することができる。
【００９１】
図２３乃至２４は、本発明に係る、アンテナアレイを使用する、さらなる実施形態を示したものである。ここで図示されたアンテナアレイは、以前は８つであったものが１０のアレイを形成しているという点においてのみ、図６乃至８で示したものとは異なることは、読み手には明らかなことである。これは、システム内での角度変調に対するさらなる制御を可能にするとともに、特定のアンテナをアドレス指定するために１ビット追加する必要がある。
【００９２】
第１に、基地局を動作可能にするめに、ワーキングメモリ１２４には、オペレーティングシステムやバックグラウンドタスクのパフォーマンスを構成するようデザインされた他のプログラムのような、図１２に示したもの以外のさらなるプログラムが記憶され得ることはいうまでもない。第２に、ユーザアプリケーション１２６及び通信コントローラ１２８を構成する命令群の全部または一部は、ワーキングメモリの容量と、プロセッサ１２０により要求されるワーキングメモリへの高速アクセスの程度とに応じて、ときどき、大容量記憶ユニット１２２に記憶され得る。
【００９３】
通常、ワーキングメモリは高速アクセス可能であるが、容量に限界があり得る。一方、（時期ディスクドライブのような）大容量記憶ユニットは、充分な記憶容量を与えるが、限られたデータアクセス速度しか与えることはできない。しかし、適切に構成されたオペレーティングシステムの制御のもと、大容量記憶ユニットに容量を割当て、増設メモリあるいは仮想めもりとして動作することも可能である。
【００９４】
基地局及びモバイル端末を含む例−すなわち、一元制御されたネットワーク−を用いて、本発明について説明したが、さらに、アドホックネットワークにも、本発明に従って、実装可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】従来技術例における、ＭＩＭＯ送信機とＭＩＭＯ受信機の配置の概略図。
【図２】ＭＩＭＯ通信技術を用いたピコネットの概略図。
【図３】図２に示したピコネットにおける無線通信の概略図。
【図４】本発明の第１の実施形態における通信システムの概略図。
【図５】図４に示した通信システムに係る基地局の概略図。
【図６】図５に示した基地局のアンテナアレイの正面透視図。
【図７】図６に示したアンテナアレイの平面図。
【図８】図７に示したアンテナアレイの、矢印Ａで示した方向からの側面図。
【図９】図６乃至８に示したアンテナアレイのアンテナの主送信軸の方向を示す説明図。
【図１０】図６乃至９に示したアンテナアレイの送信電力プロファイルのグラフ。
【図１１】図４及び図５に示した基地局の送信スケジュールを決定するプロセスのフローチャート。
【図１２】図１１に示したプロセスに含まれるスケジューリングプロセスのフローチャート。
【図１３】図１２に示したプロセスに含まれるスケジューリング予備プロセスのフローチャート。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る通信システムの概略図。
【図１５】動作の第１の代替えモードにおける、図６乃至８に示したアンテナアレイの概略図。
【図１６】動作の第２の代替えモードにおける、図６乃至８に示したアンテナアレイの概略図。
【図１７】図４に示した通信システムの配置において、図１５に示した、動作の第１の代替えモードの基地局に関するパフォーマンスに対するキャパシティのグラフ（４オムニ・アンテナをもつ各ユーザ）。
【図１８】図４に示した通信システムから送信されるデータの構成の概略図。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る通信システムの概略図。
【図２０】第２の実施形態に係るアンテナアレイの正面透視図。
【図２１】図２１に示したアンテナアレイの平面図。
【図２２】図２２に示したアンテナアレイの、矢印Ａで示した方向からの側面図。
【図２３】第３の実施形態に係るアンテナアレイの平面図。
【図２４】図２３に示したアンテナアレイのアンテナの主送信軸の方向を示す説明図。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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