(57)【要約】  ビームフォーミング方法は、ビームフォーミングコードブックからのビームフォーミングベクトルのセットを使用して送信機アレイからトレーニングシーケンスを送信することを備える。受信アレイは、受信した送信からチャネル状態情報を収集するために結合コードブックを使用し、好適ビームフォーミングベクトルと好適結合ベクトルとを推定する。少なくとも、好適ビームフォーミングベクトル（および、随意に、好適結合ベクトル）は送信機アレイに返信される。
2011508527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間のビームフォーミング方法であって、
少なくともビームフォーミングコードブックのサブセットを使用する信号を前記第１のトランシーバから前記第２のトランシーバに送信することによってチャネル状態情報（ＣＳＩ）を収集することと、前記ＣＳＩを収集するために少なくとも結合コードブックのサブセットを使用するように前記第２のトランシーバを構成することと、
推定された最適ビームフォーミングベクトルと推定された最適結合ベクトルとを生成するために前記ＣＳＩからの最適ビームフォーミングベクトルと最適結合ベクトルとを推定することと、
少なくとも前記推定された最適ビームフォーミングベクトルと前記推定された最適結合ベクトルとのうちの１つを前記第１のトランシーバに送信することと
を備える方法。
【請求項２】
推定することが最適性基準のセットの少なくとも１つの最適性基準を使用し、前記セットが実効信号対雑音比（ＳＮＲ）と平均ＳＮＲとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＣＳＩを収集するために使用されたレートよりも低いレートで前記ビームフォーミングコードブックの前記サブセットを送信することによって前記ＣＳＩが収集された後、前記ＣＳＩの更新を行うことと、前記推定ステップおよび前記送信ステップを反復することとをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ビームフォーミングコードブックおよび前記結合コードブックが、重みベクトルのセットのうちの少なくとも１つを備え、前記セットが、少なくとも１つの２進重みベクトルと、少なくとも１つのクアドラチュア重みベクトルとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ビームフォーミングコードブックおよび前記結合コードブックが、コードブックのセットのうちの少なくとも１つを備え、前記セットが、擬似オムニコードブックと相補Ｇｏｌａｙコードブックとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法を実行するように構成されたピコネットコントローラ。
【請求項７】
請求項１に記載の方法を実行するように構成された、ピコネット中の加入者デバイス。
【請求項８】
ビームフォーミング重みと結合重みとを選択するために第１のトランシーバと少なくとも第２のトランシーバとの間でシグナリングするためのフレームフォーマットを使用するための方法であって、
前記第１のトランシーバから前記第２のトランシーバに信号を送信することであって、前記信号が複数の送信セグメントを備え、前記複数の送信セグメントの各々が、所定のビームフォーミングコードブックからの異なるビームパターンを用いて送信される、送信することと、
前記少なくとも第２のトランシーバからのフィードバックをリッスンすることと、
前記少なくとも第２のトランシーバからのフィードバックに基づいてセットのうちの少なくとも１つのベクトルを選択することであって、前記セットが、ビームフォーミング重みと結合重みとのうちの少なくとも１つを備える、選択することと
を備える方法。
【請求項９】
前記信号を送信することが、擬似オムニセクションと指向性セクションのとのうちの少なくとも１つを送信することを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
プロアクティブビームフォーミングとオンデマンドビームフォーミングとのうちの少なくとも１つを実行するようにさらに構成された、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記所定のビームフォーミングコードブックが、擬似オムニコードブックと相補Ｇｏｌａｙコードブックとのうちの少なくとも１つを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記所定のビームフォーミングコードブックが、擬似オムニコードブックと相補Ｇｏｌａｙコードブックとのうちの少なくとも１つのサブセットを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
リッスンすることが、複数のリスニングセグメントにわたってリッスンするために複数の結合ベクトルを使用することを備え、前記複数の結合ベクトルが前記ビームフォーミングコードブックのベクトルであり、前記複数の結合ベクトルの各々が、前記複数の送信セグメントの各々に対応する、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記信号が、擬似オムニサブビーコンと指向性トレーニングシーケンスとのうちの少なくとも１つを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
請求項８に記載の方法を実行するように構成されたピコネットコントローラ。
【請求項１６】
アンテナアレイを備える第２のトランシーバに通信可能に結合されたアンテナアレイを備える少なくとも第１のトランシーバのためにビームフォーミング重みと結合重みとを選択するための方法であって、
前記第１のワイヤレストランシーバによって送信された信号を前記第２のトランシーバにおいて受信することであって、前記信号が複数の送信セグメントを備え、前記複数の送信セグメントの各々が、所定のビームフォーミングコードブックからの異なるビームパターンを用いて送信される、受信することと、
少なくとも前記複数の送信セグメントのサブセットから前記第１のトランシーバの好適ビームフォーミングベクトルを推定することと、
前記第２のトランシーバの好適結合ベクトルを推定することと、
リスニング期間中に前記好適ビームフォーミングベクトルと前記好適結合ベクトルとのうちの少なくとも１つを前記第１のトランシーバに送信することと
を備える方法。
【請求項１７】
前記好適ビームフォーミングベクトルを推定することと、前記好適結合ベクトルを推定することとのうちの少なくとも１つが、チャネル状態情報を収集することと、リンク品質インジケータを計算することとのうちの少なくとも１つを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記好適結合ベクトルを推定することが、複数の整合フィルタ出力を生成するために前記信号を複数のＧｏｌａｙシーケンスと相関させることと、チャネル推定値を生成するために前記整合フィルタ出力を結合することを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記リスニング期間が、複数のリスニング期間セグメントを備え、前記複数のリスニング期間セグメントの各々が前記複数の送信セグメントの１つに対応し、送信することが、前記推定された好適ビームフォーミングベクトルに対応する前記送信セグメントの特定の１つに対応する前記複数のリスニング期間セグメントの特定の１つを選択するようにさらに構成された、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
プロアクティブビームフォーミングとオンデマンドビームフォーミングとのうちの少なくとも１つを実行するように構成された、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記信号が、擬似オムニサブビーコンと指向性トレーニングシーケンスとのうちの少なくとも１つを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記好適ビームフォーミングベクトルを推定することが、前記第１のトランシーバに対応する制約の第１のセットを使用し、前記好適結合ベクトルを推定することが、前記第２のトランシーバに対応する制約の第２のセットを使用する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記好適ビームフォーミングベクトルおよび前記好適結合ベクトルが、複数の位相と複数の振幅とのうちの少なくとも１つを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のトランシーバの前記アンテナアレイと前記第２のトランシーバの前記アンテナアレイとのうちの少なくとも１つが複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナの各々が異なる偏波を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
請求項１６に記載の方法を実行するように構成された、ピコネット中で動作する加入者デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にワイヤレス通信システムに関し、より詳細には、ミリメートル波ワイヤレス通信システムにおけるビームフォーミングに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の一態様では、シングルキャリアおよびＯＦＤＭ変調をサポートするデュアルモード超広帯域（ＵＷＢ）物理層はコモンモードを使用する。ＵＷＢ物理層はミリメートル波（たとえば、６０ＧＨｚ）通信に使用できる。コモンモードは、ビーコニング（beaconing）、ネットワーク制御シグナリング、およびベースレートデータ通信のために、シングルキャリアデバイスとＯＦＤＭデバイスの両方によって使用されるシングルキャリアモードである。コモンモードは、一般に、異なるデバイスと異なるネットワークとの間のインターオペラビリティ（interoperability）のために必要である。
【０００３】
ミリメートル波通信はまた、空間ダイバーシチ（spatial diversity）とアレイ利得の両方を与えるためにＭＩＭＯ（多入力多出力）ビームフォーミングを使用することができる。固有ビームフォーミングなどの従来のビームフォーミング(beamforming)では、チャネル状態情報行列またはビームフォーミング行列を送信アレイに戻す必要がある。ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ  ＭＡＣ／ＰＨＹ仕様Ｄ０．０４、２００６年３月は、フィードバック行列の行および列のサイズと、サブキャリアグルーピングサイズ（またはクラスタサイズ）と、量子化ビットサイズと、最低サブキャリアインデックスから最高サブキャリアインデックスへの順序で開始する実際の量子化されたデータ要素のアレイとを含むフィードバック情報を指定している。プリコーディング行列（precoding matrices）を使用するビームフォーミングでは、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ  ＭＡＣ／ＰＨＹ仕様Ｄ１２、２００５年、ならびにD. J. Love、R. W. Heath Jr、およびT. Strohmer、「Grassmannian Beamforming for Multiple-Input Multiple-Output Wireless Systems」（IEEE Trans. Information Theory、Vol. 49、No. 10、２００３年１０月、２７３５〜２７４７ページ）に記載されているように、ビームフォーミング行列成分の代わりにプリコーディング行列コードブックのインデックスを使用して、フィードバック情報を低減することができる。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書で開示する実施形態は、ＵＷＢ信号を使用するシステムに有利である。ただし、他のワイヤレスシステムが同様の利点から利益を得ることができるので、本発明はそのようなシステムに限定されるものではない。
【０００５】
本発明の一実施形態では、ピコネット（piconet）コントローラは、１つまたは複数のワイヤレス加入者デバイスにシグナリングするためにフレームフォーマットを使用する。ピコネットコントローラおよび１つまたは複数の加入者デバイスの各々はアンテナアレイを使用する。ピコネットコントローラは、複数の送信セグメントを備えるフレームフォーマットをもつ信号を送信し、複数の送信セグメントの各々は、所定のビームフォーミングコードブックからの異なるビームパターンを用いて送信される。
【０００６】
フレームフォーマットはまた、ピコネットコントローラが１つまたは複数の加入者デバイスからのフィードバック（たとえば、確認応答）をリッスン（listen）することができるリスニング期間を提供する。ピコネットコントローラは、各加入者デバイスによって計算される好適ビームフォーミング重みを受信し、１つまたは複数の加入者デバイスと通信するために、そのアレイにおけるビームフォーミング重みを使用する。ピコネットコントローラはまた、各加入者デバイスの計算された結合（combing）重み（weight）を受信することができる。
【０００７】
本発明の一実施形態では、ピコネットコントローラは、ピコネットコントローラが１つまたは複数の加入者（subscriber）デバイスのデータソース（data source）であるとき、ピコネットコントローラがスーパーフレーム（superframe）のビーコン部分を使用する、プロアクティブ（proactive）ビームフォーミングを実行することができる。別の実施形態では、ピコネットコントローラは、スーパーフレームのチャネル時間割当て（ＣＴＡ）部分を使用するオンデマンド（on-demand）ビームフォーミングを実行することができる。オンデマンドビームフォーミングは、一般に、２つのデバイス間（たとえば、ピコネットコントローラと加入者デバイスとの間、または２つの加入者デバイス間）で実行される。
【０００８】
ビーコン部分は、擬似オムニ（quasi-omni）セクションと指向性（directional）セクションとを含む。擬似オムニセクションは、ピコネットコントローラの周りの異なる（および、場合によっては重なり合う）地理的エリアをカバーする、送信セグメントとも呼ばれる、複数の同じ擬似オムニ（Ｑオムニ）サブビーコン（Ｓビーコン）を備えることができる。各ＱオムニＳビーコンは、Ｑオムニコードブックから選択される異なるＱオムニビームフォーミングパターンを使用して送信される。Ｑオムニサブビーコン送信ごとに１つのＱオムニビームフォーミングベクトルが使用される。
【０００９】
リスニング期間はまた、複数の受信セグメントを備える。たとえば、競合アクセス期間（ＣＡＰ）は複数のサブＣＡＰに分割できる。ｌ番目のサブＣＡＰ中に、ピコネットコントローラは受信モードにあり、ｌ番目のＱオムニビーコン中に送信に使用したＱオムニビームフォーマベクトルと同じＱオムニビームフォーマベクトルを使用する。擬似オムニ送信は、指向性トレーニング（training）セクションの構造に関する情報を伝達し、指向性トレーニングセクションはチャネル状態情報（ＣＳＩ）収集および追跡を可能にする。指向性セクションは、トレーニングシーケンスの複数の反復（送信セグメントと呼ばれることもある）を備え、各反復は、直交（または擬似直交）コードブックからの異なる直交または擬似直交ビームフォーミングベクトルを用いてピコネットコントローラによって送信される。
【００１０】
本出願人は、１つまたは複数の加入者デバイスと通信するピコネットコントローラに関して説明するフレームフォーマットおよび方法が、ピコネットコントローラおよび／または他の加入者デバイスと通信する加入者デバイスによっても使用できることを認識する。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、ピコネット中の加入者デバイスは、ビームフォーミング重みと結合重みとを選択するように構成される。加入者デバイスとピコネットコントローラは両方ともアンテナアレイを備える。加入者デバイスは、ピコネットコントローラによって送信された複数の送信セグメントを備える信号を受信する。複数の送信セグメントの各々は、所定のビームフォーミングコードブックからの異なるビームパターンを用いて送信される。加入者デバイスは、少なくとも複数の送信セグメントのサブセットを受信し、そこから好適ビームフォーミングベクトルを推定する。加入者デバイスはまた、加入者デバイスが受信する処理のための好適（preferred）結合ベクトルを推定する。少なくとも好適ビームフォーミングベクトルは、リスニング期間中にピコネットコントローラに送信される。
【００１２】
本出願人は、ピコネットコントローラと通信する加入者デバイスに関して説明するフレームフォーマットおよび方法が、１つまたは複数の加入者デバイスと通信するピコネットコントローラによっても使用できることを認識する。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態では、擬似オムニ収集シグナリングプロトコルは、Ｌ個のリスニング期間の１つ（たとえば、ｌ番目のリスニング期間）においてＡＣＫを受信するまでＬ個の擬似オムニパケットと後続のＬ個のリスニング期間（ＡＣＫ）とを送信する第１のトランシーバを備える。第１のトランシーバは、Ｑオムニコードブックから送信のためのｌ番目のＱオムニ方向を選択する。第２のトランシーバは、その最良のＱオムニ受信方向を記録し、それを将来のＱオムニ受信に使用する。
【００１４】
本発明の実施形態はまた、第１のトランシーバから第２のトランシーバへの周期的送信を使用する指向性トレーニングのフレームフォーマットを提供することができる。たとえば、第１のトランシーバによって送信される指向性トレーニングシーケンスの１つのサイクル（cycle）は、選択されたコードブックのサブセットからのすべてのＪ個の直交（擬似直交）ビームフォーミングベクトルに対応することができる。各サイクルの後には、第２のトランシーバからのフィードバックをリッスンするためのリスニング期間（ＡＣＫ）が続く。
【００１５】
第２のトランシーバが、ＣＳＩ、Ｈ１→２（ｎ）、ただし、ｎ＝０，１，．．．，Ｎ−１を収集するか、または適切なＬＱＩを発見するまで、第１のトランシーバは期間を反復する。第２のトランシーバは、ｗ１とｃ２とを推定し、リスニング（ＡＣＫ）期間中に少なくともｗ１推定値を第１のトランシーバに結合する。第１のトランシーバはｗ１ビームフォーミング推定値を使用し、第２のトランシーバはダウンリンク（１→２）データ通信にｃ２結合推定値を使用する。これらの推定値は後続の追跡ステップ中に更新できる。さらに、この手順をアップリンク（たとえば、２→１データ通信）のために実行することができる。
【００１６】
本発明の実施形態は、実時間アプリケーションに対する適合性、迅速な更新、低電力消費、および／または低コストの処理構成要素を可能にするために、処理の複雑さが最小になるように最適化できる。本発明の特定の実施形態は、前述の特徴および利点および／または代替の特徴および利点を提供するように構成できる。
【００１７】
本明細書では特定の実施形態について説明するが、これらの実施形態の多くの変更および置換が本発明の範囲および趣旨内に入る。好ましい実施形態のいくつかの利益および利点について説明するが、本発明の範囲は特定の利益、使用、または目的に限定されるものではない。そうではなく、本発明の実施形態は、様々なワイヤレス技術、システム構成、ネットワークおよび伝送プロトコルに広く適用可能であるものとし、そのうちのいくつかを例として図および好ましい実施形態についての以下の説明で示す。詳細な説明および図面は、限定ではなく本発明を説明するものにすぎず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲およびその均等物によって規定される。
【００１８】
本発明による実施形態は、以下の図を参照しながら理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態による使用できる非対称アンテナシステムのブロック図。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間のビームフォーミング方法を示す図。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によるビームフォーミング追跡方法を示す図。
【図３Ａ】λ／２の素子間隔および２進ビームフォーミング／結合重みをもつ２素子アレイの１対の直交アンテナアレイパターンを示す図。
【図３Ｂ】λ／２の素子間隔および２進ビームフォーミング／結合重みを有する３素子線形アレイのアンテナアレイパターンを示す図。
【図３Ｃ】λ／２の素子間隔および２進ビームフォーミング／結合重みをもつ４素子線形アレイによって生成される４つの直交ビームパターンを示す図。
【図３Ｄ】５素子線形アレイの５つの直交ビームパターンを示す図。
【図３Ｅ】λ／２の素子間隔をもつ６素子線形アレイのビームパターンを示す図。
【図３Ｆ】λ／２の間隔をもつ７素子線形アレイの直交ビームパターンを示す図。
【図３Ｇ】λ／２の間隔をもつ８素子線形アレイの８つの直交ビームパターンを示す図。
【図４Ａ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みをもつ２素子アレイの４つのアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｂ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する３素子アレイの４つのアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｃ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する４素子アレイの４つの直交アンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｄ】クアドラチュア重みおよびλ／２の素子間隔を使用する４素子アレイの代替コードブックに対応するビームパターンを示す図。
【図４Ｅ】４素子アレイの拡張コードブックに対応するビームパターンを示す図。
【図４Ｆ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する５素子アレイの６つのアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｇ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する５素子アレイによって生成できる８つのアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｈ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する６素子アレイの６つの非直交アンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｉ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する６素子アレイの８つのアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｊ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する７素子アレイの８つのアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｋ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する８素子アレイの８つの直交アンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｌ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する８素子アレイの１２個のアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｍ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する８素子アレイの１６個のアンテナアレイパターンを示す図。
【図５Ａ】２つの直交ビームフォーミング（または結合）ベクトルを備える２素子アレイの２つの相補Ｇｏｌａｙパターンを示す図。
【図５Ｂ】３素子アンテナアレイの３つの擬似直交ビームパターンを示す図。
【図５Ｃ】４素子アンテナアレイの１対のＧｏｌａｙ相補パターンを示す図。
【図５Ｄ】３つの擬似直交ビームフォーミングベクトルを備える５素子アレイのコードブックに対応する３つの擬似直交ビームパターンを示す図。
【図５Ｅ】６素子アレイのコードブックに対応する３つの擬似直交ビームパターンを示す図。
【図５Ｆ】７素子アレイのコードブックに対応する３つの擬似直交ビームパターンを示す図。
【図５Ｇ】８素子アレイの２つの相補Ｇｏｌａｙベクトルから生成される１対のビームパターンを示す図。
【図６Ａ】２素子アレイの１対の擬似オムニビームパターンを示す図。
【図６Ｂ】クアドラチュア重みを使用する３素子アレイの１対の擬似オムニビームパターンを示す図。
【図６Ｃ】クアドラチュア重みをもつ４素子アレイによって生成される２つのＧｏｌａｙ相補パターンのプロットを示す図。
【図６Ｄ】５素子アレイによって生成される２．５５ｄＢの最大指向性をもつ擬似オムニパターンを示す図。
【図７Ａ】擬似オムニコードブックのベクトルに対応する６素子アレイの擬似オムニビームパターンを示す図。
【図７Ｂ】擬似オムニコードブックのベクトルに対応する６素子アレイの擬似オムニビームパターンを示す図。
【図７Ｃ】擬似オムニコードブックのベクトルに対応する６素子アレイの擬似オムニビームパターンを示す図。
【図７Ｄ】擬似オムニコードブックのベクトルに対応する６素子アレイの擬似オムニビームパターンを示す図。
【図８Ａ】６素子アレイによって生成される１対のＧｏｌａｙ相補パターンを示す図。
【図８Ｂ】クアドラチュア重みベクトルをもつ７素子アレイによって生成される３つの擬似オムニビームパターンを示す図。
【図８Ｃ】クアドラチュア重みベクトルをもつ８素子アレイによって生成される１対の相補ビームパターンを示す図。
【図９】本発明の実施形態による使用できるスーパーフレームを示す図。
【図１０Ａ】ＯＦＤＭ用のＳビーコンのパケット構造を示す図。
【図１０Ｂ】シングルキャリア（ＳＣ）シグナリング用のＳビーコンのパケット構造を示す図。
【図１１Ａ】短いＯＦＤＭトレーニングシーケンスを示す図。
【図１１Ｂ】長いＯＦＤＭトレーニングシーケンスを示す図。
【図１１Ｃ】短いシングルキャリアトレーニングシーケンスを示す図。
【図１１Ｄ】長いシングルキャリアトレーニングシーケンスを示す図。
【図１２Ａ】複数Ｍ個のサイクルを備えるスーパーフレームを示す図。
【図１２Ｂ】複数Ｍ個のスーパーフレームを備えるサイクルを示す図。
【図１３Ａ】伝送フレームのビームフォーミング情報要素を示す図。
【図１３Ｂ】ビームフォーミング情報要素のアンテナアレイ情報部分を示す図。
【図１３Ｃ】ビームフォーミング情報要素のトレーニングシーケンス情報部分を示す図。
【図１４Ａ】本発明の実施形態において使用できるスーパーフレームを示す図。
【図１４Ｂ】本発明の一実施形態による擬似オムニ収集シグナリングプロトコルを示す図。
【図１５】第１のトランシーバから第２のトランシーバへの周期的送信を使用する指向性トレーニングのフレームフォーマットを示す図。
【図１６Ａ】本発明の一実施形態によるプロアクティブビームフォーミングを実行するための方法を示す図。
【図１６Ｂ】本発明の一実施形態によるオンデマンドビームフォーミングを実行するための方法を示す図。
【図１７Ａ】本発明の一実施形態によるＳＡＳ用のオンデマンドビームフォーミング方法の流れ図。
【図１７Ｂ】本発明の一実施形態によるＡＡＳ用のオンデマンドビームフォーミング方法のステップを示す図。
【図１８Ａ】図１５に示すフレームフォーマットを使用する本発明の一実施形態による方法を示す図。
【図１８Ｂ】本発明の代替実施形態による方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
したがって、本開示の実施形態は様々な変更形態および代替形態が可能であるが、その特定の例示的な実施形態を図面に例として図示し、本明細書で詳細に説明する。ただし、本発明を開示する特定の形態に限定するものではなく、反対に、本発明は、本発明の趣旨および範囲内に入るすべての変更形態、均等物、および代替形態をカバーするものであることを理解されたい。図の説明の全体にわたって、同様の符号は同様の要素を指す。
【００２１】
いくつかの代替実装形態では、ブロック中に示された機能／行為が、フローチャートに示された順序以外で行われることがあることにも留意されたい。たとえば、連続して図示される２つブロックは、実際は実質的に同時に実行されることがあり、またはそれらのブロックは、時々、関係する機能および手順に応じて、逆の順序で実行されることがある。
【００２２】
送信と受信の両方に同じ（１つまたは複数の）アンテナを使用するトランシーバは、対称アンテナシステム（ＳＡＳ）と呼ばれる。（図１に示すように）送信のためにアンテナの１つのセットを使用し、受信のためにアンテナの別のセットを使用するトランシーバは、非対称アンテナシステム（ＡＡＳ）と呼ばれる。第１のトランシーバ１０１は、ＭＴ個の送信アンテナと、ＭＲ個の受信アンテナとを使用する。第２のトランシーバ１０２は、ＭＴ個の送信アンテナと、ＭＲ個の受信アンテナとを使用する。
【００２３】
チャネルモデルＨ１→２は、トランシーバ１０１がトランシーバ１０２に信号を送信するときの伝搬環境を表すために使用される。同様に、チャネルモデルＨ２→１は、トランシーバ１０２がトランシーバ１０１によって受信される信号を送信するときの伝搬環境を表す。チャネルモデルは、関連技術において使用される可能なアンテナ構成のいずれかを表すために使用できる。さらに、チャネルモデルは、様々な伝送プロトコルを表すために使用できる。本発明の一実施形態では、巡回プレフィックスとＮ個のサブキャリアのＦＦＴ長とをもつＯＦＤＭシグナリングは、バースト長Ｎを有する巡回プレフィックスをもつシングルキャリア（ＳＣ）である送信と同じチャネルモデルを使用することができる。そのような場合、巡回プレフィックスは、アンテナ素子の送信受信対間のマルチパス遅延拡散よりも長いと仮定することが一般的である。
【００２４】
第１のトランシーバ１０１において生成されるＯＦＤＭシンボルストリームまたはＳＣバーストｘ（ｔ）は、
【数１】
2011508527.tif 000003
【００２５】
によって表され、Ｔｃはサンプル（またはチップ）継続時間であり、ｓｋは複素データを表す。シンボルストリームは、通信チャネルに送信されるより前にビームフォーミングベクトル
【数２】
2011508527.tif 000004
【００２６】
によって変調される。ＭＩＭＯチャネルは、周波数ビン数（frequency bin number）ｎにおける周波数領域チャネル状態情報（ＣＳＩ）
【数３】
2011508527.tif 000005
【００２７】
によって表すことができ、たとえば、
【数４】
2011508527.tif 000006
【００２８】
であり、ｈｉ，ｊ（ｎ）という用語は、第１のトランシーバのｊ番目の送信アンテナと第２のトランシーバのｉ番目の受信アンテナとの間のチャネル応答とともに、送信フィルタリングと受信フィルタリングの両方を含む。
【００２９】
第２のトランシーバにおいて受信された信号は、結合ベクトル
【数５】
2011508527.tif 000007
【００３０】
で処理され、結合ベースバンド信号
【数６】
2011508527.tif 000008
【００３１】
が生成され、ｂ（ｔ）は、第２のトランシーバの受信アンテナ上の加法性（additive）ホワイト（white）ガウス（Gaussian）ノイズベクトルである。
【００３２】
第１のトランシーバの送信機と第２のトランシーバの受信機との間の離散チャネルモデルは、単入力単出力（ＳＩＳＯ）チャネル
【数７】
2011508527.tif 000009
【００３３】
によって表され、ｐｋ＝ｃ２ＨＨｋｗ１であり、ｉは、ＯＦＤＭサンプル（またはシングルキャリアバースト）内のサンプル（またはチップ）インデックスを示す。ＳＩＳＯチャネルは、
Ｐｎ＝ｃ２ＨＨ１→２（ｎ）ｗ１
によって与えられる、周波数ビンｎ＝０，１，．．．，Ｎ−１における周波数応答を有する。離散周波数受信信号モデルは、
Ｙｎ＝ＰｎＳｎ＋Ｂｎ
であり、［Ｓ０，Ｓ１，．．．，ＳＮ］は、ＯＦＤＭデータシンボル（またはＳＣデータバーストのＦＦＴ）であり、［Ｂ０，Ｂ１，．．．，ＢＮ］は、加法性ホワイトガウスノイズベクトルである。
【００３４】
第２のトランシーバの送信機から第１のトランシーバの受信機へのチャネルを表すチャネルモデルは、周波数ビンｎ＝０，１，．．．，Ｎ−１の場合、
Ｑｎ＝ｃ２ＨＨ２→１（ｎ）ｗ２
によって与えられる。ＯＦＤＭとＳＣの両方について、ｎ番目のサブキャリア上の信号対雑音比（ＳＮＲ）は、
【数８】
2011508527.tif 000010
【００３５】
によって与えられる。
【００３６】
実効（effective）ＳＮＲ（ＥＳＮＲ）は、瞬時サブキャリアＳＮＲから、前方誤り訂正（ＦＥＣ）を考慮に入れる等価（equivalent）ＳＮＲへのマッピングとして定義される。ＥＳＮＲを計算するために使用できる多くの方法があり、それらの方法には、（限定はしないが、例として）異なるサブキャリア上のＳＮＲの平均を計算すること、（３ＧＰＰ２および１ｘＥＶ−ＤＶ／ＤＯ通信システムにおいて一般に使用されるような）準静的方法を使用すること、同じく３ＧＰＰ２および１ｘＥＶ−ＤＶ／ＤＯ通信システムにおいて使用される容量実効ＳＩＮＲマッピング（ＣＥＳＭ）を使用すること、（３ＧＰＰ２および１ｘＥＶ−ＤＶ／ＤＯにおいて使用できる）コンベックスメトリックに基づいてＣＥＳＭ技法を使用すること、および同じく３ＧＰＰ２において使用される指数実効ＳＩＮＲマッピング（ＥＥＳＭ）を使用することが含まれる。
【００３７】
ＳＣとＯＦＤＭとに異なるＥＳＮＲ計算方法を使用することができる。たとえば、最小平均２乗誤差（ＭＭＳＥ）ＳＣ等化器は、一般に、異なるサブキャリアにわたるＳＮＲの平均によって近似できるＥＳＮＲを有する。しかしながら、ＯＦＤＭは、異なるサブキャリアにわたるＳＮＲの相乗平均を使用して最も良く近似できるＥＳＮＲを有する傾向がある。様々なＥＳＮＲ計算方法は、さらに、ＦＥＣ、受信機欠陥、および／またはビット誤り率（ＢＥＲ）などの追加のパラメータをなくすように構成できる。
【００３８】
本発明の実施形態は、ＥＳＮＲなどの少なくとも１つの信号品質パラメータを最大にする、ビームフォーミングベクトル（ｗ１およびｗ２）と結合ベクトル（ｃ１およびｃ２）とを選択するように構成された１つまたは複数のビームフォーミングアルゴリズムを提供することができる。一般的なＡＡＳの場合には、第１のトランシーバ１０１は、第２のトランシーバ１０２に既知の情報を送信し、第２のトランシーバ１０２は、次いで、チャネル状態情報を特徴付ける行列を導出する。これによりｗ１およびｃ２の推定値を計算することが可能になる。第２のトランシーバ１０２は、ｗ２およびｃ１の推定値の計算を可能にするチャネル状態情報を与えるために、第１のトランシーバ１０１に既知の情報を送信する。本発明のいくつかの実施形態では、既知のデータシンボル、パイロット信号、またはチャネル状態情報を収集するために送信すべき他のトレーニング情報を使用することができる。代替実施形態では、ブラインド適応型処理、またはチャネル状態情報を導出するために未知の送信されたデータを利用する他の技法を使用することができる。
【００３９】
ＡＡＳでは、ベクトルｗ１、ｗ２、ｃ２、およびｃ１を推定するためにリンクの両方向を使用する。ＳＡＳでは、特定の方向におけるビームフォーミングベクトルｗ１とｗ２ならびに結合ベクトルｃ２とｃ１は等しくなるはずである。したがって、ｗ１＝ｗ２およびｃ２＝ｃ１であり、ベクトルｗ１、ｗ２、ｃ２、およびｃ１を計算するためにリンクの一方向のみを使用する。
【００４０】
図２Ａに、本発明の一実施形態による第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間のビームフォーミング方法を示す。たとえば、１つのトランシーバはピコネットコントローラとすることができ、他のトランシーバはピコネット加入者デバイスとすることができる。チャネル状態情報（ＣＳＩ）収集ステップ２０１は、第２のトランシーバが第１のＣＳＩ行列を収集することができるようにし、第１のＣＳＩ行列は、第１のトランシーバの最適（または好適）ビームフォーミングベクトルｗ１と、第２のトランシーバの最適（または好適）結合ベクトルｃ２とを推定するために使用される。ＣＳＩ収集ステップは、ビームフォーミングコードブックのサブセットを送信（２１１）するように第１のトランシーバを構成することを備えることができる。さらに、第２のトランシーバは、第１のＣＳＩ行列を収集するために結合コードブックのサブセットを使用（２１２）するように構成できる。
【００４１】
推定ステップ２０２は、最適ビームフォーミングベクトルｗ１と最適結合ベクトルｃ２とを生成することを備える。最適ビームフォーミングベクトルおよび最適結合ベクトルという用語は、最適値の推定を示し、そのような推定の最適性は、（限定はしないが）量子化による情報の損失、計算複雑性を低減するために何らかの確度および／または精度を犠牲にする仮定の単純化、および反復計算の数を制限することがある限られた処理時間を含む、１つまたは複数の処理制約に関して限定されることがあることを諒解されたい。他の制約が適用されることがある。たとえば、いくつかの実施形態では、所定のしきい値を上回る信号品質基準を生じるビームフォーミングおよび／または結合ベクトルは、利用可能なベクトルのサブセットに対して最適と考えられる。したがって、本明細書で使用する「好適ビームフォーミングベクトル」という用語は、最適ビームフォーミングベクトルと等価である。同様に、「好適結合ベクトル」という用語は、最適ビームフォーミングベクトルと等価である。推定２０２は、ＥＥＳＭまたは平均ＳＮＲなど、様々な最適性基準のいずれかを使用することができる。
【００４２】
フィードバックステップ２０３は、第１のトランシーバ１０１への最適ビームフォーミングベクトルｗ１（および、随意に、最適結合ベクトルｃ２）の送信を行う。ＡＡＳシステムでは、ステップ２０１〜２０３が繰り返され、「第１のトランシーバ」と「第２のトランシーバ」の指定は交換される。このようにして、最適ビームフォーミングベクトルｗ２および最適結合ベクトルｃ１が推定される。
【００４３】
図２Ｂに、本発明の一実施形態によるビームフォーミング追跡方法を示す。追跡ステップ２０４は、ビームフォーミングおよび結合ベクトルの追跡を行う。追跡ステップ２０４は、第１のトランシーバが、収集２０１中に使用されたレートよりも低いレートでビームフォーミングコードブックのサブセットを送信することを除いて、収集ステップと同様である。同様に、低レート更新２０５は、最適ビームフォーミングベクトルｗ１および最適結合ベクトルｃ２に対して行われ、値ｗ１およびｃ２は、第１のトランシーバ２０１にフィードバックされる２０６。ＡＡＳシステムでは、ステップ２０４〜２０６が繰り返され、「第１のトランシーバ」と「第２のトランシーバ」の指定は交換される。このようにして、最適ビームフォーミングベクトルｗ２および最適結合ベクトルｃ１の推定値が更新される。
【００４４】
Ｎ個の素子をもつ一様に離間した線形アンテナアレイ（array）では、アレイファクタ（factor）は、
【数９】
2011508527.tif 000011
【００４５】
によって定義され、ｄはアレイ素子（element）間の間隔であり、θは線形アレイの軸からの角度を示し、λは波長であり、ｗｎはｎ番目のアレイ素子のアレイ素子重みである。アンテナアレイ指向性は、
【数１０】
2011508527.tif 000012
【００４６】
ただし、
【数１１】
2011508527.tif 000013
【００４７】
によって与えられる。可能な最大指向性は、ＤＭａｘ＝Ｎである。
【００４８】
２次元アレイのアレイファクタは、
【数１２】
2011508527.tif 000014
【００４９】
によって与えられ、ｄｘはｘ軸に沿ったアレイ間隔を示し、ｄｙはｙ軸に沿ったアレイ間隔であり、Ｎｘはｘ軸に沿った素子の数であり、Ｎｙはｙ軸に沿った素子の数であり、φはｘ軸からの回転角度である。アンテナ重みｗｍｎは、ｗｍｎ＝ｗｘ，ｍｗｙ，ｎとして表され、ただし、ｍ＝０：Ｎｘ−１、およびｎ＝０：Ｎｙ−１である。したがって、アンテナ重み行列は、Ｗｘｙ＝ｗｘｗｙＴによって表される。
【００５０】
１次元（ｘ軸およびｙ軸）アレイ成分に分離できる２次元アレイのアレイファクタは、
【数１３】
2011508527.tif 000015
【００５１】
として表される。２次元コードブック（codebook）
【数１４】
2011508527.tif 000016
【００５２】
は、ｘ軸に沿った１次元アンテナアレイ
【数１５】
2011508527.tif 000017
【００５３】
のコードブックとｙ軸に沿った１次元アレイ
【数１６】
2011508527.tif 000018
【００５４】
のコードブックとを使用して表される。
【００５５】
本発明の一実施形態では、アンテナアレイ重みは、各アンテナ素子について０°または１８０°を備えることができる。これは２進実施形態と呼ばれ、ビームフォーミングおよび／または結合重みが｛＋１，−１｝から選択される。したがって、各アンテナ素子は、Ｉ＋Ｑ（位相０ｏ）または−（Ｉ＋Ｑ）（位相１８０ｏ）信号を送信または受信するように構成される。
【００５６】
図３Ａに、λ／２の素子間隔および２進ビームフォーミング／結合重みをもつ２素子アレイの１対の直交アンテナアレイパターンを示す。この場合のコードブックは、以下の重み行列Ｗ
【数１７】
2011508527.tif 000019
【００５７】
の列によって与えられる直交ビームフォーミング／結合ベクトルの対を備える。第１のビームパターンは０°でその最大値を有し、第２のビームパターンは９０°で最大になる。
【００５８】
図３Ｂに、λ／２の素子間隔および２進ビームフォーミング／結合重みを有する３素子線形アレイのアンテナアレイパターンを示す。コードブックは、重み行列
【数１８】
2011508527.tif 000020
【００５９】
の列によって与えられる３つのビームフォーミング／結合ベクトルを備える。この場合、第１のビームパターンは０°でその最大値を有し、第２のビームパターンは６０°および１２０°で最大になり、第３のパターンは９０°で最大になる。
【００６０】
図３Ｃでは、λ／２の素子間隔および２進ビームフォーミング／結合重みをもつ４素子線形アレイは、４つの直交ビームパターンを生成する。これらのビームパターンは、以下の重み行列
【数１９】
2011508527.tif 000021
【００６１】
の列によって与えられるベクトルのコードブックによって特徴付けられる。
【００６２】
図３Ｄに、重み行列
【数２０】
2011508527.tif 000022
【００６３】
の列によって与えられる直交コードブックベクトルに対応する、５素子線形アレイの５つの直交ビームパターンを示す。
【００６４】
図３Ｅに、λ／２の素子間隔をもつ６素子線形アレイのビームパターンを示す。直交コードブックベクトルは、以下の重み行列
【数２１】
2011508527.tif 000023
【００６５】
の列によって与えられる。一代替実施形態では、以下の重み行列
【数２２】
2011508527.tif 000024
【００６６】
を使用することができる。
【００６７】
図３Ｆに、λ／２の間隔をもつ７素子線形アレイの直交ビームパターンを示す。ビームパターンは、重み行列
【数２３】
2011508527.tif 000025
【００６８】
の列によって与えられるコードブックベクトルに対応する。
【００６９】
図３Ｇに、λ／２の間隔をもつ８素子線形アレイの８つの直交ビームパターンを示す。ビームパターンは、以下の重み行列
【数２４】
2011508527.tif 000026
【００７０】
の列によって与えられるコードブックベクトルに対応する。
【００７１】
本発明のいくつかの実施形態では、アンテナアレイ重みは、０°、９０°、１８０°および２７０°のセットからの位相を備えることができる。したがって、クアドラチュア（quadrature）重みは｛＋１，−１，＋ｊ，−ｊ｝から選択される。本発明の一実施形態は、Ｉ（０°）、−Ｉ（１８０°）、Ｑ（２７０°）、および−Ｑ（９０°）によって特徴付けられる信号の送信および／または受信を提供することができる。信号の等価のセットは、Ｉ＋Ｑと、Ｉ−Ｑと、−Ｉ＋Ｑと、−Ｉ−Ｑとを備える。
【００７２】
図４Ａに、λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みをもつ２素子アレイの４つのアンテナアレイパターンを示す。この場合のコードブックは、以下の重み行列Ｗ
【数２５】
2011508527.tif 000027
【００７３】
の列によって与えられるベクトルのセットを備える。この場合、ＷＷＨ＝４Ｉである。
【００７４】
図４Ｂに、λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する３素子アレイの４つのアンテナアレイパターンを示す。コードブックは、以下の重み行列
【数２６】
2011508527.tif 000028
【００７５】
の列によって与えられるベクトルのセットを備える。この場合も、ＷＷＨ＝４Ｉである。
【００７６】
図４Ｃに、λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する４素子アレイの４つの直交アンテナアレイパターンを示す。コードブックは、以下の重み行列
【数２７】
2011508527.tif 000029
【００７７】
の列によって与えられる４つの直交ベクトルのセットを備える。
【００７８】
図４Ｄに、クアドラチュア重みおよびλ／２の素子間隔を使用する４素子アレイの代替コードブックに対応するビームパターンを示す。６つのビームフォーミング／結合ベクトルは、重み行列
【数２８】
2011508527.tif 000030
【００７９】
の列によって与えられる。
【００８０】
４素子アレイの拡張コードブックに対応するビームパターンを図４Ｅに示す。アレイは、λ／２の間隔をもつ素子およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを備える。コードブックは、以下の重み行列
【数２９】
2011508527.tif 000031
【００８１】
の列によって与えられる８つのベクトルのセットを備える。
【００８２】
図４Ｆに、λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する５素子アレイの６つのアンテナアレイパターンを示す。コードブックは、以下の重み行列
【数３０】
2011508527.tif 000032
【００８３】
の列によって与えられるベクトルのセットを備える。
【００８４】
図４Ｇでは、以下の重み行列
【数３１】
2011508527.tif 000033
【００８５】
の列によって表されるベクトルのコードブックに従って、λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する５素子アレイによって８つのアンテナアレイパターンが生成される。
【００８６】
図４Ｈに、λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する６素子アレイの６つの非直交アンテナアレイパターンを示す。コードブックは、以下の重み行列
【数３２】
2011508527.tif 000034
【００８７】
の列によって与えられる６つのベクトルのセットを備える。
【００８８】
図４Ｉに、λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する６素子アレイの８つのアンテナアレイパターンを示す。コードブックは、以下の重み行列
【数３３】
2011508527.tif 000035
【００８９】
の列によって与えられる８つのベクトルのセットを備え、ただし、ＷＷＨ＝８Ｉである。
【００９０】
図４Ｊに、λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する７素子アレイの８つのアンテナアレイパターンを示す。コードブックは、同じく関係ＷＷＨ＝８Ｉが成り立つ、以下の重み行列の列によって与えられる８つのベクトルのセットを備える。
【数３４】
2011508527.tif 000036
【００９１】
図４Ｋに、λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する８素子アレイの８つの直交アンテナアレイパターンを示す。コードブックは、以下の重み行列
【数３５】
2011508527.tif 000037
【００９２】
の列によって与えられる８つの直交ベクトルのセットを備える。
【００９３】
図４Ｌに、λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する８素子アレイの１２個のアンテナアレイパターンを示す。コードブックは、以下の重み行列
【数３６】
2011508527.tif 000038
【００９４】
の列によって与えられる８つのベクトルのセットを備える。
【００９５】
図４Ｍに、λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する８素子アレイの１６個のアンテナアレイパターンを示す。コードブックは、以下の重み行列
【数３７】
2011508527.tif 000039
【００９６】
の列によって与えられる８つのベクトルのセットを備え、ただし、ＷＷＨ＝１６Ｉである。
【００９７】
本発明のいくつかの実施形態は、２〜８個のアンテナ素子（Ｎ＝２．．．８）を有するアンテナアレイの、２進（binary）ビームフォーミング／結合重みを使用する擬似オムニおよび相補Ｇｏｌａｙコードブックを提供することができる。ビームフォーマ重みは、＋１または−１である。アンテナ素子上の＋１の重みは、＋Ｉ（正の同相信号）が、そのアンテナ素子上で送信されることを意味し、−１の重みは、−Ｉ（負の同相信号）が、そのアンテナ素子上で送信されることを意味する。各コードブックは、擬似オムニパターンの複数のオプションを含むことができる。極性および方位角アンテナ利得パターンに応じて、１つまたは複数の擬似オムニパターンを使用することができる。実相補Ｇｏｌａｙパターンは、Ｎ＝２、４、および８の場合にのみ存在する。極性および方位角アンテナ利得パターンに応じて、一方または両方の相補パターンを使用することができる。
【００９８】
２素子アレイの擬似オムニコードブックは、重み行列
【数３８】
2011508527.tif 000040
【００９９】
の列によって与えられる２つの直交ビームフォーミング（または結合）ベクトルを備える。２つの相補Ｇｏｌａｙパターンｇ１（θ，φ）およびｇ２（θ，φ）、ただし、ｇ１（θ，φ）＋ｇ２（θ，φ）＝２を図５Ａに示す。第１のパターンは、方向０°で最大になり、１２０．５°のＨＰＢＷおよび３．０ｄＢの最大指向性を有する。第２のパターンは、方向９０°で最大になり、６０．４°のＨＰＢＷおよび３．０ｄＢの最大指向性をもつ。
【０１００】
３つの擬似直交ビームフォーミング／結合ベクトルを備える３素子アンテナアレイの擬似オムニコードブックは、重み行列Ｗ
【数３９】
2011508527.tif 000041
【０１０１】
の列によって与えられる。得られた擬似直交ビームパターンを図５Ｂに示す。第１のパターンは、方向０°で最大になり、９３．４°のＨＰＢＷおよび４．７７ｄＢの最大指向性を有する。第２のパターンは、方向６０°および１２０°で最大になり、４０．４°のＨＰＢＷおよび２．２ｄＢの最大指向性をもつ。第３のパターンは、方向９０°で最大になり、３６．７°のＨＰＢＷおよび４．７７ｄＢの最大指向性を有する。
【０１０２】
１対のＧｏｌａｙ相補パターンｇ１（θ，φ）＋ｇ２（θ，φ）＝１．７７を図５Ｃに示す。２つの直交ビームフォーミング／結合ベクトルは、４素子アレイの以下の重み行列
【数４０】
2011508527.tif 000042
【０１０３】
の列によって与えられる。第１のパターンは、方向４６°および１３４°で最大になり、１２３．０°のＨＰＢＷおよび２．４８ｄＢの最大指向性を有する。第２のパターンは、方向７２°および１０８°で最大になり、６２．９°のＨＰＢＷおよび２．４８ｄＢの最大指向性をもつ。
【０１０４】
図５Ｄに、３つの擬似直交ビームフォーミングベクトルを備える５素子アレイのコードブックに対応する３つの擬似直交ビームパターンを示す。コードブックベクトルは、以下の重み行列の列である。
【数４１】
2011508527.tif 000043
【０１０５】
第１のパターンは、方向０°で最大になり、１０９．３°のＨＰＢＷおよび２．５５ｄＢの最大指向性をもつ。第２のパターンは、方向５４°および１２６°で最大になり、６３．５°のＨＰＢＷおよび３．２５ｄＢの最大指向性をもつ。第３のパターンは、方向７９°および１０１°で最大になり、４３．８°のＨＰＢＷおよび３．２２ｄＢの最大指向性をもつ。
【０１０６】
図５Ｅに、６素子アレイのコードブックに対応する３つの擬似直交ビームパターンを示す。コードブックは、以下の重み行列の列である３つの擬似直交ビームフォーミングベクトルを備える。
【数４２】
2011508527.tif 000044
【０１０７】
この場合、第１のパターンは、方向２３°および１５７°で最大になり、８８．２°のＨＰＢＷおよび４．３０ｄＢの最大指向性をもつ。第２のパターンは、方向５７°および１２３°で最大になり、２０．０°のＨＰＢＷおよび５．１１ｄＢの最大指向性をもつ。第３のパターンは、方向８５°および９５°で最大になり、３２．７°のＨＰＢＷおよび４．３０ｄＢの最大指向性をもつ。
【０１０８】
図５Ｆに、７素子アレイのコードブックに対応する３つの擬似直交ビームパターンを示す。コードブックは、以下の重み行列の列である３つの擬似直交ビームフォーミングベクトルを備える。
【数４３】
2011508527.tif 000045
【０１０９】
第１のパターンは、１３３．３°のＨＰＢＷおよび２．７７ｄＢの最大指向性を有する。第２のパターンは、１０９．７°のＨＰＢＷおよび１．３９ｄＢの最大指向性を有する。第３のパターンは、５３．８°のＨＰＢＷおよび２．７７ｄＢの最大指向性を有する。
【０１１０】
８素子アレイの擬似オムニコードブックは、重み行列
【数４４】
2011508527.tif 000046
【０１１１】
の列によって与えられる２つの直交ビームフォーミング（または結合）ベクトルを備える。２つの相補Ｇｏｌａｙパターンｇ１（θ，φ）＋ｇ２（θ，φ）＝２を図５Ｇに示す。第１のパターンは、方向０°で最大になり、９８．７°のＨＰＢＷおよび３．０ｄＢの最大指向性を有する。第２のパターンは、方向９０°で最大になり、４０．９°のＨＰＢＷおよび３．０ｄＢの最大指向性をもつ。
【０１１２】
クアドラチュア重みを使用する２素子アレイの擬似オムニコードブックは、２進重みが使用される場合と同じである。したがって、コードブックは、重み行列
【数４５】
2011508527.tif 000047
【０１１３】
の列によって与えられる２つの直交ビームフォーミング（または結合）ベクトルを備える。２つの相補Ｇｏｌａｙパターンｇ１（θ，φ）およびｇ２（θ，φ）、ただし、ｇ１（θ，φ）＋ｇ２（θ，φ）＝２を図６Ａに示す。第１のパターンは、方向０°で最大になり、１２０．５°のＨＰＢＷおよび３．０ｄＢの最大指向性を有する。第２のパターンは、方向９０°で最大になり、６０．４°のＨＰＢＷおよび３．０ｄＢの最大指向性をもつ。
【０１１４】
図６Ｂに、クアドラチュア重みを使用する３素子アレイの１対の擬似オムニビームパターンを示す。コードブックは、以下の重み行列
【数４６】
2011508527.tif 000048
【０１１５】
中の列の対から導出されるクアドラチュアベクトルの対を備える。１つのパターンは１２３．６°のＨＰＢＷを有し、他のパターンは８０．０°のＨＰＢＷを有する。両方のパターンは２．２２ｄＢの最大指向性を有する。
【０１１６】
図６Ｃは、クアドラチュア重みをもつ４素子アレイによって生成される２つのＧｏｌａｙ相補パターンｇ１（θ，φ）およびｇ２（θ，φ）のプロットであり、ｇ１（θ，φ）＋ｇ２（θ，φ）＝２である。この場合の得られた擬似オムニコードブックは、以下の重み行列
【数４７】
2011508527.tif 000049
【０１１７】
の列によって表されるベクトルによって与えられる。第１のパターンは、方向０°で最大になり、８３．４°のＨＰＢＷおよび３．０１ｄＢの最大指向性を有する。第２のパターンは、方向９０°で最大になり、２９．４°のＨＰＢＷおよび３．０１ｄＢの最大指向性をもつ。
【０１１８】
図６Ｄに、この場合、擬似オムニコードブックである重みベクトルｗ＝［＋１  −１  ＋１  ＋１  ＋１］を使用する５素子アレイによって生成される、２．５５ｄＢの最大指向性をもつ擬似オムニパターンを示す。
【０１１９】
図７Ａ〜図７Ｄに、擬似オムニコードブックのベクトルに対応する６素子アレイの擬似オムニビームパターンを示し、各ベクトルは以下の重み行列
【数４８】
2011508527.tif 000050
【０１２０】
の列である。図７Ａおよび図７Ｂに示す擬似オムニビームパターンは２．３９ｄＢの最大指向性を有し、図７Ｃおよび図７Ｄに示す擬似オムニパターンは２．８６ｄＢの最大指向性を有する。
【０１２１】
６素子アレイは、図８Ａに示すＧｏｌａｙ相補パターンｇ１（θ，φ）とｇ２（θ，φ）との対を生成するように構成され、ｇ１（θ，φ）＋ｇ２（θ，φ）＝１．９３である。直交ビームフォーミング／結合ベクトルの関連する対は、以下の重み行列
【数４９】
2011508527.tif 000051
【０１２２】
の列を備える。第１のパターンは、方向３１°および１４９°で最大になり、１２０．７°のＨＰＢＷおよび２．８６ｄＢの最大指向性を有する。第２のパターンは、方向８２°および９８°で最大になり、６１．２°のＨＰＢＷおよび２．８６ｄＢの最大指向性をもつ。
【０１２３】
図８Ｂに、クアドラチュア重みベクトルもつ７素子アレイからの３つの擬似オムニビームパターンを示す。ベクトルは、擬似オムニコードブックの成分であり、以下の重み行列
【数５０】
2011508527.tif 000052
【０１２４】
の列を含む。最初の２つのパターンの最大指向性は１．３９ｄＢであり、第３のパターンの最大指向性は２．７７ｄＢである。
【０１２５】
８素子アレイは、（以下の重み行列の列によって表される）１対のクアドラチュア重みベクトルを備えるコードブックを使用して、図８Ｃに示す２つの相補ビームパターンを生成することができる。
【数５１】
2011508527.tif 000053
【０１２６】
両方のパターンは３．０ｄＢの最大指向性を有する。１つのパターンは方向０°で最大になり、９８．７°のＨＰＢＷを有し、他のパターンは方向９０°で最大になり、４０．９°のＨＰＢＷを有する。
【０１２７】
（図８Ｄおよび図８Ｅに示す）１対の直交ビームフォーミング／結合ベクトルを、以下の重み行列
【数５２】
2011508527.tif 000054
【０１２８】
を使用して、８素子アレイに対して生成することもできる。
【０１２９】
本発明のいくつかの実施形態では、セクタ化アンテナアレイ（ＳＥＡＡ）または切替えアンテナアレイ（ＳＷＡＡ）を使用することができる。Ｎ素子ＳＥＡＡまたはＳＷＡＡのコードブックは、単位行列
【数５３】
2011508527.tif 000055
【０１３０】
によって表される。一度にただ１つのアンテナ素子がアクティブであるので、各ビームフォーミングベクトルはただ１つのゼロ以外のエントリ（entry）を有する。
【０１３１】
本発明の一実施形態は、アンテナ構成とビームフォーミングに使用される推定アルゴリズム（すなわち、ｗおよびｃを推定する）とから独立している統合メッセージングプロトコルを提供する。メッセージングプロトコルは、送信および受信に使用される様々なアンテナ構成をサポートするように構成できる。そのような構成はフェーズドアレイ（phased array）などのビームフォーミングアンテナアレイを含むことができる。アンテナ構成はセクタ化および切替えアンテナアレイを含むことができる。アンテナ構成は、オムニ（omni）、擬似オムニ、または指向性単一アンテナを含む、様々なビームパターンによって定義できる。メッセージングプロトコルはまた、ＳＡＳおよびＡＡＳ構成をサポートし、プロアクティブおよびオンデマンドビームフォーミングをサポートするように構成できる。一実施形態では、メッセージングプロトコルは、様々なリンクモデル（link model）をサポートするようにさらに構成され、リンクモデルには、（限定はしないが）ピコネットコントローラと複数の加入者デバイスとの間のパケットごとのビームフォーミング、ピコネットコントローラと単一の加入者デバイスとの間のリンク、および加入者デバイス間のピアツーピア（peer-to-peer）リンクが含まれる。
【０１３２】
本発明の実施形態は、プロアクティブビームフォーミングプロトコルとオンデマンドビームフォーミングプロトコルとを含む、実装すべき複数のビームフォーミングプロトコルを提供することができる。プロアクティブビームフォーミングは、（図９に示すような）スーパーフレームのビーコン部分を使用して実行され、ピコネットコントローラが１つまたは複数の加入者デバイスのデータソースであるときに使用される。たとえば、ピコネットコントローラは、キオスク（kiosk）、ＳＴＢ、またはラップトップ（Laptop）コンピュータとすることができ、各パケットを複数の異なる方向のうちの少なくとも１つにおいて宛先デバイスに送信するように構成される。
【０１３３】
オンデマンドビームフォーミングは、２つの加入者デバイス間の送信、またはピコネットコントローラと１つの加入者デバイスとの間の送信に使用できる。オンデマンドビームフォーミングは、トランシーバの対に割り当てられる（図９に示すような）スーパーフレームのチャネル時間割当て（ＣＴＡ）部分を使用する。両方のビームフォーミングプロトコルでは、擬似オムニ送信は指向性トレーニングセクションの構造に関する情報を伝達し、指向性トレーニングセクションはＣＳＩ収集および追跡を可能にする。
【０１３４】
ピコネットコントローラビーコンは、少なくとも１つの擬似オムニ（Ｑオムニ）セクションと少なくとも１つの指向性セクションとを備える。一実施形態では、Ｑオムニセクションは、ピコネットコントローラの周りの異なる（および、場合によっては重なり合う）地理的エリアをカバーする、Ｌ個の同じＱオムニサブビーコン（Ｓビーコン）を有する。ＱオムニＳビーコンの集合カバレージは、ピコネットコントローラの周りのターゲット空間をカバーする。各ＱオムニＳビーコンは、Ｑオムニコードブックから選択される異なるＱオムニビームフォーミングパターンを使用して送信される。
【０１３５】
図９に示す実施形態では、指向性セクションは、トレーニングシーケンスのＮ回の反復（すなわち、指向性トレーニングセグメントの複数Ｎ個）を備えることができ、各反復は、直交（または擬似直交）コードブックからの異なる直交または擬似直交ビームフォーミングベクトルを用いてピコネットコントローラによって送信される。この場合、指向性トレーニングセグメントは、小さいガードインターバル（guard interval）を除いて連続的に送信される。しかしながら、本発明の代替実施形態は、指向性セクション内でのＱオムニトレーニングセグメントのインターリービング（inter leaving）（あるいは位置決め）を提供することができる。たとえば、Ｑオムニトレーニングセグメントは指向性トレーニングセグメントと同じフォーマットを有することができるが、全方向的に送信される。一実施形態では、Ｑオムニトレーニングセグメントは各指向性トレーニングセグメントの後にくる。ＣＳＩの正確な推定値を生成するためにタイミングおよび周波数ドリフトを補償することが必要なので、加入者デバイスは、そのような補償を助けるためにＱオムニトレーニングセグメントを使用する。
【０１３６】
競合アクセス期間（ＣＡＰ）は、サブＣＡＰ（ＳＣＡＰ）と呼ばれるＬ個の同じ期間に分割される。Ｌ個のＳＣＡＰはＬ個のＱオムニビーコンに対応する。ｌ番目のＳＣＡＰ中に、ピコネットコントローラは、ｌ番目のＱオムニビーコン中に送信に使用したＱオムニビームフォーマベクトルと同じＱオムニビームフォーマベクトルを使用する受信モードにある。
【０１３７】
図１０Ａに、ＯＦＤＭ用のＳビーコンのパケット構造を示し、図１０Ｂに、シングルキャリア（ＳＣ）シグナリング用のＳビーコンのパケット構造を示す。Ｑオムニビーコンのアンテナ利得に応じて、ピコネットコントローラは、同期の長さ、ヘッダ中のデータ転送速度、およびＰＳＤＵフィールドを調整することができる。
【０１３８】
オーバーヘッドを低減するために、ＱオムニＳビーコンの数Ｌを低減することができる。単一アンテナの場合、Ｌ＝１である。ＳＡＡの場合、Ｌは、セクタ（または切替え）アンテナの数である。ビームフォーミングまたはフェーズドアレイ構成では、Ｌは、１または２に等しいが、より大きいこともある。送信中に、ピコネットコントローラは、対応する擬似オムニコードブックからのＬ個の擬似オムニビームフォーミングベクトルを使用し、Ｑオムニサブビーコン送信ごとに１つのＱオムニビームフォーミングベクトルが使用される。
【０１３９】
本発明の一実施形態では、Ｑオムニサブビーコンを送信するために１次元のベクトルｗ＝［＋１  −１  ＋ｊ  −１  ＋ｊ  ＋ｊ］Ｔを使用する、６つの素子をもつ送信フェーズドアレイの場合、Ｌ＝１である。異なる実施形態では、Ｎｘ＝４およびＮｙ＝３である２次元のフェーズドアンテナアレイの場合、Ｌ＝２である。第１のＱオムニサブビーコンは、ビームフォーミング行列、Ｗｘｙ，１１＝ｗｘ，１ｗＴｙ，１を使用して送信され、ｗｘ，１＝［＋１  −ｊ  ＋  ｊ  −１］Ｔ、およびｗｙ，１＝［＋１  ＋１  −１］Ｔである。第２のＱオムニサブビーコンは、ビームフォーミング行列、Ｗｘｙ，２１＝ｗｘ，２ｗＴｙ，１を使用して送信され、ｗｘ，２＝［＋１  ＋ｊ  ＋ｊ  ＋１］Ｔおよびｗｙ，１＝［＋１  ＋１  −１］Ｔである。
【０１４０】
図９に示すフレームの指向性セクションは、トレーニングシーケンスのＮ回の反復を備える。図１１Ａに、短いＯＦＤＭトレーニングシーケンスを示す。図１１Ｂに、長いＯＦＤＭトレーニングシーケンスを示す。図１１Ｃに、短いシングルキャリアトレーニングシーケンスを示す。図１１Ｄに、長いシングルキャリアトレーニングシーケンスを示す。ベクトルｕ５１２、ｖ５１２、およびｓ５１２によって示されるシーケンスは、その全体が参照により組み込まれる、２００７年１１月６日に出願された、仮出願第６０／９８５，９５７号に記載されている。
【０１４１】
トレーニングシーケンスは、同期シーケンスｓのＮｓ回の反復（Ｎｓは０の場合がある）と、後続のＣＥＳフィールドのＮｃ（たとえば、１または２）回の反復とを含む。ピコネットコントローラによって送信される各トレーニングシーケンスは、直交（または擬似直交）コードブックから選択される異なる直交（または擬似直交）ビームパターンを使用する。ＯＦＤＭおよびシングルキャリアが短いトレーニングシーケンスを使用する場合には、２つの同期シーケンスを自動利得制御（ＡＧＣ）に使用することができる。さらに、ＣＥＳフィールドは、ＣＳＩを収集するために使用できる。整合フィルタ（matched-filter）受信機は、受信信号を修正Ｇｏｌａｙシーケンスｕおよびｖと相関させるように構成されたＧｏｌａｙ整合フィルタの出力を整合させ、追加して、完全なチャネル推定値を生成することができる。また、受信機は、完全なノイズ推定値を与える差信号を生成することができる。
【０１４２】
一実施形態では、Ｎｘ＝４およびＮｙ＝２をもつビームフォーミングアンテナアレイは、長さ４のｘ軸コードブック
【数５４】
2011508527.tif 000056
【０１４３】
を使用する。対応する長さ２のｙ軸コードブックは、
【数５５】
2011508527.tif 000057
【０１４４】
であり、直交ビームフォーミング行列の総数は、Ｊ＝８、すなわち、Ｗｘｙ，ｍｎ＝ｗｘ，ｍｗＴｙ，ｎ、ただし、ｍ＝１，．．．，４およびｎ＝１，２である。
【数５６】
2011508527.tif 000058
【０１４５】
この場合、ピコネットコントローラは、Ｊ＝８のトレーニングシーケンスを送信することによってトレーニングのサイクルを完了し、各トレーニングシーケンスは、ビームフォーミング行列Ｗｘｙ，１１，Ｗｘｙ，１２，．．．，Ｗｘｙ４，２によって指定される異なる方向において送信される。たとえば、第１のトレーニングシーケンスは、ビームフォーミング行列Ｗｘｙ，１１に対応する方向において送信され、第２のトレーニングシーケンスは、ビームフォーミング行列Ｗｘｙ，１２に対応する方向において送信されるなどである。
【０１４６】
いくつかの実施形態では、ピコネットコントローラは、利用可能なビームフォーミング行列のサブセットのみを使用するように構成できる。たとえば、ピコネットコントローラは、限定された角度の範囲（たとえば、３６０°の代わりに、１８０°）にわたって送信することができる。ピコネットコントローラは、加入者デバイスをトレーニングするために使用することができる、可能なビームフォーミング行列のサブセットである指向性コードブックを使用する。指向性コードブックのサイズがＪである場合、対応するＪ個の方向におけるＪ個のトレーニングシーケンスの送信をサイクルと呼ぶ。いくつかの実施形態では、Ｌ個の同じＱオムニＳビーコンは、ピコネットコントローラによって選択されるコードブックベクトルのインデックスを含むことができる。ＱオムニＳビーコンはまた、スーパーフレーム当たりのサイクルの数および／またはサイクル当たりのスーパーフレームの数を伝達することができる。
【０１４７】
図１２Ａに、Ｍ個のサイクルを備えるスーパーフレームを示し、図１２Ｂに、Ｍ個のスーパーフレームごとに生じるサイクルを示す。加入者デバイスは、ピコネットコントローラからのＱオムニ送信をリッスンするように構成される。検出時に、加入者デバイスは、指向性セクションの構造を得るためにＱオムニＳビーコンの成分を復号する。加入者デバイスは、そのアンテナを第１の方向に向けるために第１のコードブックベクトルを選択する。加入者デバイスは、そのアンテナを第２の方向に向けるために第２のコードブックベクトルを選択し、この手順を各コードブックベクトルに対して繰り返すことができる。代替的に、加入者デバイスは、コードブックのサブセットからコードブックベクトルを選択することができる。加入者デバイスはＣＳＩ行列、Ｈ、を計算して、ピコネットコントローラの最適ビームフォーミング重みと加入者デバイス自体の最適結合ベクトルとを推定する。ＳＡＳ場合には、加入者デバイスは、適切なリンク品質を与えると考える重みの組合せを決定するまでＱオムニ送信をリッスンすることができる。得られたビームフォーミング重みはピコネットコントローラに送信される。
【０１４８】
図１３Ａに、トレーニングシーケンス情報と、送信および受信アンテナに関するアンテナアレイ情報と、アンテナタイプと、ＱオムニＳビーコン識別子と、ＱオムニＳビーコンの数とを備える伝送フレームのビームフォーミング情報要素を示す。アンテナタイプは、ピコネットコントローラアンテナ（たとえば、単一アンテナ、ビームフォーミングアレイ、フェーズドアレイ、ＳＥＡＡ、ＳＷＡＡ）と、ＳＡＳまたはＡＡＳアンテナ構成と、送信および受信側にクアドラチュア重みが使用されるか２進重みが使用されるかとに関する情報を含むことができる。ビームフォーミング情報要素のフィールドは様々なアンテナ構成に適合できる。たとえば、トレーニングシーケンス情報およびアンテナアレイ情報は、単一アンテナ構成または切替えアンテナアレイでは省略できる。
【０１４９】
図１３Ｂに、ビームフォーミング情報要素のアンテナアレイ情報部分を示す。この情報は、２次元アレイの場合のｘ軸に沿ったアンテナの数Ｎｘと、ｘ軸に沿って使用されるコードブックのＩＤと、ｙ軸に沿ったアンテナの数Ｎｙと、ｙ軸に沿って使用されるコードブックのＩＤとを含むことができる。いくつかの実施形態では、ｘ軸に沿って使用すべきビームフォーミングベクトルのサブセットのサイズＪｘおよびＩＤと、ｙ軸に沿って使用すべきビームフォーミングベクトルのサブセットのサイズＪｙおよびＩＤとを含むことができる。
【０１５０】
図１３Ｃに、３２×Ｔｃ（Ｔｃは、チップまたはサンプリング継続時間）を単位にしたガードインターバル継続時間と、ＣＥＳ反復の数Ｎｃと、同期反復の数Ｎｓと、トレーニングシーケンス反復の数とを含む、ビームフォーミング情報要素のトレーニングシーケンス情報部分を示す。
【０１５１】
図１６Ａに、プロアクティブビームフォーミングを実行するための方法を示す。ピコネットコントローラは、数ＬのＱオムニＳビーコンとスーパーフレーム当たりの数Ｎの指向性トレーニングシーケンスとを送信（１６０１）する。加入者デバイスは、ＱオムニＳビーコンの少なくとも１つをリッスンし、復号（１６０２）して、指向性セクションに関係する情報を収集する。本発明の一実施形態では、加入者デバイスはＱオムニＳビーコンのセット全体をリッスンすることができる。加入者デバイスは、直交（または擬似直交）コードブックの適切なサブセットを選択（１６０３）し、選択された結合ベクトルを使用して走査手順を開始する。
【０１５２】
一実施形態では、加入者デバイスは、コードブックからのベクトルを使用して特定の方向に向き、送信されたサイクルをリッスンするとき、リンク品質ファクタ（ＬＱＦ）を記憶することができる。このプロセスは、加入者デバイスが、所定のしきい値を上回るｌ番目のＬＱＦを発見するまで、または、すべてのコードブックベクトルをリッスンし終え、ＣＳＩ行列を収集するまで繰り返される。
【０１５３】
加入者デバイスは、その最適結合ベクトルｃ２とピコネットコントローラの最適ビームフォーミングベクトルｗ１とを推定（１６０４）する。推定された最適ビームフォーミングベクトルｗ１（および随意に、最適結合ベクトルｃ２）を、ｌ番目のＳＣＡＰ中にピコネットコントローラにフィードバック（１６０５）する。
【０１５４】
ＳＡＳの場合には、加入者デバイスとピコネットコントローラは、ＣＴＡＰ中にデータパケットを交換（１６０６）する。加入者デバイスは、ビーコンを周期的に走査することによって、ビームフォーミングおよび結合ベクトルを追跡（１６０７）する。加入者デバイスは、ｗおよびｃに対する更新を周期的にフィードバック（１６０８）する。
【０１５５】
ＡＡＳの場合には、ステップ１６０６〜１６０８はバイパスされる。代わりに、双方向ビームフォーミングを完了するために、通信リンクに割り当てられたＣＴＡＰ中にオンデマンドビームフォーミングを使用することができる。図１６Ｂに示すように、ピコネットコントローラは、その最適結合ベクトルｃ１と加入者デバイスの最適ビームフォーミングベクトルｗ２とを推定するために、アップリンクＣＳＩ、Ｈ２→１（ｎ）、ただし、ｎ＝０、１，．．．，Ｎ−１を収集（１６１６）し、次いで、少なくともビームフォーミング重みベクトルｗ２を加入者デバイスに伝達（１６１７）する。収集が完了すると、加入者デバイスは、ピコネットコントローラがｗ２およびｃ１を追跡し、更新することができるように、低頻度の「指向性収集期間（directional acquisition period）」（たとえば、数マイクロ秒ごとに１回）を送信（１６１８）する。更新レート（追跡レート）は、システムが許容可能な最大ドップラー（Doppler）に依存する。６０ＧＨｚにおいて歩行者速度が３ｍ／ｓの場合、ドップラー周波数はｆｄ＝６００Ｈｚであり、コヒーレンス（coherence）時間は約０．３ｍｓであるので、０．３ｍｓごとに１回以下の更新レートが可能である。
【０１５６】
（２つの加入者デバイス間、またはピコネットコントローラと１つの加入者デバイスとの間で実行される）オンデマンドビームフォーミングは、図１４Ａに示すスーパーフレームのチャネル時間割当て（ＣＴＡ）部分を使用する。図１７Ａは、本発明の一実施形態によるＳＡＳ用のオンデマンドビームフォーミング方法の流れ図である。各トランシーバが他の（１つまたは複数の）トランシーバのアンテナアレイ処理能力（たとえば、アレイ素子の数、アンテナ素子重みの範囲など）を知るように、アソシエーション（association）中にアンテナ情報を交換（１７０１）する。第１のトランシーバが第２のトランシーバにＱオムニＳビーコンを送信するとき、擬似オムニ収集（１７０２）を実行する。第１のトランシーバが第２のトランシーバに指向性トレーニングシーケンスを送信するとき、指向性収集（１７０３）を実行する。収集が完了すると、システムは、第１のトランシーバが第２のトランシーバにデータを送信するとき、追跡（１７０４）を実行する。
【０１５７】
図１７Ｂに、本発明の一実施形態によるＡＡＳ用のオンデマンドビームフォーミング方法のステップを示す。アソシエーション中にアンテナ情報を交換（１７０１）する。第１のトランシーバが第２のトランシーバにＱオムニＳビーコンを送信するとき、擬似オムニ収集（１７０２）を実行する。第１のトランシーバが第２のトランシーバに指向性トレーニングシーケンスを送信するとき、指向性収集（１７０３）を実行する。第２のトランシーバが第１のトランシーバにＱオムニＳビーコンを送信するとき、擬似オムニ収集（１７１２）を実行する。同様に、第２のトランシーバが第１のトランシーバに指向性トレーニングシーケンスを送信するとき、指向性収集（１７１３）を実行する。両方向において収集が完了すると、システムは、第１のトランシーバが第２のトランシーバにデータを送信するとき、および／または第２のトランシーバが第１のトランシーバにデータを送信するとき、追跡（１７１４）を実行する。
【０１５８】
図１４Ｂに、本発明の一実施形態による擬似オムニ収集シグナリングプロトコルを示す。（図１４Ａに示す）ＣＴＡフレーム中で、第１のトランシーバは、ビームフォーミング情報要素を搬送する数Ｌの擬似オムニパケットを送信する。Ｌ個の送信の各々の後に、Ｌ個のリスニング期間（ＡＣＫ）が続く。第１のトランシーバは、Ｌ個のリスニング期間の１つ（たとえばｌ番目のリスニング期間）においてＡＣＫを受信するまで、この構造を反復し続ける。これ以降、第１のトランシーバは、Ｑオムニコードブックから送信のためのｌ番目のＱオムニ方向（ＳＡＳの場合には、受信方向でもある）を選択する。第２のトランシーバは、その最良のＱオムニ受信方向（ＳＡＳの場合には、最良の送信方向でもある）を記録し、それを将来のＱオムニ受信に使用する。ＡＡＳの場合には、第２のトランシーバが第１のトランシーバに送信するとき、プロセスを繰り返す。
【０１５９】
図１５に、第１のトランシーバから第２のトランシーバへの周期的送信を使用する指向性トレーニングのフレームフォーマットを示し、図１８Ａに、そのフレームフォーマットを使用する本発明の一実施形態による方法を示す。指向性収集期間は、リスニング期間が後続する随意のＱオムニパケットを備えることができる。第１のトランシーバによって送信される指向性トレーニングシーケンスの１つのサイクルは、選択されたコードブックのサブセットからのすべてのＪ個の直交（擬似直交）ビームフォーミングベクトルに対応する。各サイクルの後には、第２のトランシーバからのフィードバックをリッスンするためのリスニング期間（ＡＣＫ）が続く。
【０１６０】
第２のトランシーバが、ＣＳＩ、Ｈ１→２（ｎ）、ただし、ｎ＝０，１，．．．，Ｎ−１を収集するか、または適切なリンク品質インジケータ（ＬＱＩ）を発見（１８０２）するまで、第１のトランシーバは期間を反復（１８０１）する。第２のトランシーバは、好適ｗ１およびｃ２を推定（１８０３）し、リスニング（ＡＣＫ）期間中に少なくともｗ１推定値を第１のトランシーバに結合（１８０４）する。好適ビームフォーミングベクトルｗ１は、トランシーバのコードブックベクトルの１つであるか、またはコードブックベクトルの線形結合であるか、またはトランシーバのコードブックベクトルとは無関係なこともある。
【０１６１】
以下の重み行列
【数５７】
2011508527.tif 000059
【０１６２】
によって表されるコードブックをもつ４素子アレイを使用する一実施形態では、コードブックは、ベクトル［１  −１  １  −１］、［１  −ｊ  −１  ｊ］、［１  １  １  １］、および［１  ｊ  −１  −ｊ］のうちの１つまたは複数を備えることができる。最適ビームフォーミング／結合ベクトルがコードブックベクトルの１つから選択される場合、実施形態はビーム切替え（beam-switching）と呼ばれる。
【０１６３】
一実施形態では、最適ビームフォーミング／結合ベクトルは、４素子アレイに対する可能な重み組合せのいずれかから選択される。クアドラチュア重みが使用される場合（すなわち、重み±１および±ｊ）、ベクトルを選択するための４４個の可能な組合せがある。本発明の一実施形態は、フェーザを備える重みから最適ビームフォーミング／結合ベクトルを選択することを提供する。別の実施形態では、様々な振幅および位相を備える重みを使用することができる。
【０１６４】
トランシーバは、データ通信中にビームフォーミングおよび結合のためにｗ１およびｃ２推定値を使用する。いずれかまたは両方のトランシーバは、第１のトランシーバが指向性収集期間を送信するとき、推定値ｗ１およびｃ２を更新（１８０５）する。
【０１６５】
ＡＡＳの場合には、図１８Ｂに示す追加のステップが実行される。第２のトランシーバは、第１のトランシーバに指向性トレーニングシーケンスを送信（１８１１）し、第１のトランシーバは、ＣＳＩ、Ｈ２→１を収集（または適切なＬＱＩを決定）（１８１２）する。第１のトランシーバは、ｗ２およびｃ１を推定（１８１３）し、少なくともｗ２推定値を第２のトランシーバに結合（１８１４）する。推定値ｗ１およびｃ２は、データ送信中にビームフォーミングおよび結合重みとして使用され、第２のトランシーバが指向性収集期間を送信するとき、これらの推定値ｗ１およびｃ２を周期的に更新（１８１５）する。
【０１６６】
本発明の範囲は、本明細書で説明するアレイ処理実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。そうではなく、本出願人らは、代替実施形態が、特定の軸に沿った９つ以上の素子をもつアンテナアレイと、複数の偏波をもつアンテナを備えるアンテナアレイとを備えることができること、およびそのようなアンテナアレイ構成が本発明の範囲および趣旨内に入ることを予想する。一実施形態では、擬似オムニパターンを生成するために、直交直線偏波（orthogonal liner polarization）をもつ２つのダイポールアンテナを一緒に使用することができる。
【０１６７】
本発明の装置および方法実施形態は、様々なハードウェアおよびソフトウェアを使用して実装できることを諒解されたい。たとえば、本発明の実施形態によるビームフォーミング、結合、および関連する適用例は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）およびゲートアレイなどのプログラマブル（programmable）論理デバイスなど、専用のハードウェア、および／または、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラまたはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などのコンピューティングデバイス上で実行するソフトウェアまたはファームウェアを使用して実施できる。また、ビームフォーミング／結合重み計算および選択の機能を単一のＡＳＩＣなどの単一のデバイスに統合することができるが、それらの機能をいくつかのデバイス間に分散することもできることを諒解されよう。
【０１６８】
本発明は好ましい実施形態に限定されるものではない。さらに、本明細書で説明する方法および装置実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの様々な組合せにおける実装形態を含む様々な方法で実装できることを、当業者なら認識するはずである。そのようなハードウェアの例は、ＡＳＩＣ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、汎用プロセッサ、ＤＳＰ、および／または他の回路を含むことができる。本発明のソフトウェアおよび／またはファームウェア実装形態は、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｍａｔｌａｂ（登録商標）、Ｖｅｒｉｌｏｇ、ＶＨＤＬを含むプログラミング言語、および／またはプロセッサ固有のマシン語およびアセンブリ言語の任意の組合せによって実装できる。
【０１６９】
本発明の方法実施形態を実行するために、様々なデジタルコンピュータシステム構成を使用することができ、特定のシステム構成は、本発明の方法実施形態を実行することが可能である限り、本明細書で開示する本発明の代表的なシステム実施形態と等価であり、本発明の範囲および趣旨内である。
【０１７０】
デジタルコンピュータシステムが、本発明の方法実施形態を実装するプログラムソフトウェアからの命令に従って特定の機能を実行するようにプログラムされると、そのようなデジタルコンピュータシステムは、事実上、本発明の方法実施形態に特有の専用コンピュータになる。このプログラミングに必要な技法はコンピュータシステムの当業者によく知られている。
【０１７１】
本発明の様々な実施形態は、システム構成、および方法が実行されるステップの順序の変更を含むことができる。多くの場合、複数のステップおよび／または複数の構成要素を統合することができる。
【０１７２】
本明細書で説明する方法およびシステム実施形態は、本発明の特定の実施形態を例示するにすぎない。本明細書では明示的に説明または図示していないが、本発明の原理を実施し、その趣旨および範囲内に含まれる様々な構成を、当業者なら考案することができることを諒解されたい。さらに、本明細書に記載するすべての例および条件付き言語は、読者が本発明の原理を理解するのを助けるための教育学的なものにすぎない。本開示およびその関連する言及は、そのような明確に記載する例および条件に限定されないものと解釈すべきである。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態、ならびに本発明の特定の例を記載する本明細書のすべての記述は、本発明の構造的均等物と機能的均等物の両方を包含するものする。さらに、そのような均等物は、現在知られている均等物ならびに将来開発される均等物の両方、すなわち、構造にかかわらず同じ機能を実行する開発されるどんな要素をも含むものとする。
【０１７３】
本明細書のブロック図は、本発明の原理を実施する例示的な回路、アルゴリズム、および機能ステップの概念図を表すことを、当業者なら諒解されよう。同様に、フローチャート、流れ図、信号図、システム図、コードなどは、コンピュータ可読媒体で実質的に表現でき、コンピュータまたはプロセッサが明示的に図示されているか否かにかかわらず、そのようなコンピュータまたはプロセッサによってそのように実行される、様々なプロセスを表すことを諒解されたい。
【０１７４】
「プロセッサ」または「システム」と標示される機能ブロックを含む、図面に示す様々な要素の機能は、専用ハードウェア、ならびに適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することが可能なハードウェアの使用によって与えられる。プロセッサによって与えられる場合、機能は、単一の専用プロセッサ、共有プロセッサ、または、そのいくつかが共有できる複数の個々のプロセッサによって与えられる。さらに、「プロセッサ」または「コントローラ」という用語の明示的使用は、ソフトウェアを実行することが可能なハードウェアをもっぱら指すと解釈すべきではなく、限定はしないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するための読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および不揮発性記憶装置を暗示的に含むことができる。従来型および／またはカスタムの他のハードウェアも含めることができる。同様に、本明細書で説明する構成要素またはデバイスの機能は、プログラム論理の動作、専用論理、プログラム制御と専用論理との対話によって、さらには手作業で実行でき、特定の技法は、文脈からより具体的に理解されるように、実装者によって選択可能である。
【０１７５】
本明細書で、指定された機能を実行するための手段として表される要素は、たとえば、その機能を実行する回路要素の組合せ、または機能を実行するためにソフトウェアを実行するための適切な回路と組み合わせられた、任意の形態のソフトウェア、したがって、ファームウェア、マイクロコードなどを含めて、その機能を実行するどんな方法をも包含するものとする。本明細書で説明する本発明の実施形態は、様々な記載された手段によって与えられる機能が、動作説明が必要とする方法で組み合わせられ、まとめられるということに存する。本出願人は、それらの機能を与えることができるいかなる手段も、本明細書に示す手段と等価であると考える。
【図１】
2011508527.tif 000060
【図２Ａ】
2011508527.tif 000061
【図２Ｂ】
2011508527.tif 000062
【図３Ａ】
2011508527.tif 000063
【図３Ｂ】
2011508527.tif 000064
【図３Ｃ】
2011508527.tif 000065
【図３Ｄ】
2011508527.tif 000066
【図３Ｅ】
2011508527.tif 000067
【図３Ｆ】
2011508527.tif 000068
【図３Ｇ】
2011508527.tif 000069
【図４Ａ】
2011508527.tif 000070
【図４Ｂ】
2011508527.tif 000071
【図４Ｃ】
2011508527.tif 000072
【図４Ｄ】
2011508527.tif 000073
【図４Ｅ】
2011508527.tif 000074
【図４Ｆ】
2011508527.tif 000075
【図４Ｇ】
2011508527.tif 000076
【図４Ｈ】
2011508527.tif 000077
【図４Ｉ】
2011508527.tif 000078
【図４Ｊ】
2011508527.tif 000079
【図４Ｋ】
2011508527.tif 000080
【図４Ｌ】
2011508527.tif 000081
【図４Ｍ】
2011508527.tif 000082
【図５Ａ】
2011508527.tif 000083
【図５Ｂ】
2011508527.tif 000084
【図５Ｃ】
2011508527.tif 000085
【図５Ｄ】
2011508527.tif 000086
【図５Ｅ】
2011508527.tif 000087
【図５Ｆ】
2011508527.tif 000088
【図５Ｇ】
2011508527.tif 000089
【図６Ａ】
2011508527.tif 000090
【図６Ｂ】
2011508527.tif 000091
【図６Ｃ】
2011508527.tif 000092
【図６Ｄ】
2011508527.tif 000093
【図７Ａ】
2011508527.tif 000094
【図７Ｂ】
2011508527.tif 000095
【図７Ｃ】
2011508527.tif 000096
【図７Ｄ】
2011508527.tif 000097
【図８Ａ】
2011508527.tif 000098
【図８Ｂ】
2011508527.tif 000099
【図８Ｃ】
2011508527.tif 000100
【図８Ｄ】
2011508527.tif 000101
【図８Ｅ】
2011508527.tif 000102
【図９】
2011508527.tif 000103
【図１０Ａ】
2011508527.tif 000104
【図１０Ｂ】
2011508527.tif 000105
【図１１Ａ】
2011508527.tif 000106
【図１１Ｂ】
2011508527.tif 000107
【図１１Ｃ】
2011508527.tif 000108
【図１１Ｄ】
2011508527.tif 000109
【図１２Ａ】
2011508527.tif 000110
【図１２Ｂ】
2011508527.tif 000111
【図１３Ａ】
2011508527.tif 000112
【図１３Ｂ】
2011508527.tif 000113
【図１３Ｃ】
2011508527.tif 000114
【図１４Ａ】
2011508527.tif 000115
【図１４Ｂ】
2011508527.tif 000116
【図１５】
2011508527.tif 000117
【図１６Ａ】
2011508527.tif 000118
【図１６Ｂ】
2011508527.tif 000119
【図１７Ａ】
2011508527.tif 000120
【図１７Ｂ】
2011508527.tif 000121
【図１８Ａ】
2011508527.tif 000122
【図１８Ｂ】
2011508527.tif 000123
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月23日(2010.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間のビームフォーミング方法であって、
少なくともビームフォーミングコードブックのサブセットを使用する信号を前記第１のトランシーバから前記第２のトランシーバに送信することによってチャネル状態情報（ＣＳＩ）を収集することであって、前記ＣＳＩを収集するために少なくとも結合コードブックのサブセットを使用するように前記第２のトランシーバを構成し、前記信号を送信することが擬似オムニセクションと指向性セクションとのうちの少なくとも１つを送信することを備え、前記擬似オムニセクションが指向性セクションの構造に関する情報を伝達する、収集することと、
推定された最適ビームフォーミングベクトルと推定された最適結合ベクトルとを生成するために前記ＣＳＩからの最適ビームフォーミングベクトルと最適結合ベクトルとを推定することと、
少なくとも前記推定された最適ビームフォーミングベクトルと前記推定された最適結合ベクトルとのうちの１つを前記第１のトランシーバに送信することと
を備える方法。
【請求項２】
推定することが最適性基準のセットの少なくとも１つの最適性基準を使用し、前記セットが実効信号対雑音比（ＳＮＲ）と平均ＳＮＲとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＣＳＩを収集するために使用されたレートよりも低いレートで前記ビームフォーミングコードブックの前記サブセットを送信することによって前記ＣＳＩが収集された後、前記ＣＳＩの更新を行うことと、前記推定ステップおよび前記送信ステップを反復することとをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ビームフォーミングコードブックおよび前記結合コードブックが、重みベクトルのセットのうちの少なくとも１つを備え、前記セットが、少なくとも１つの２進重みベクトルと、少なくとも１つのクアドラチュア重みベクトルとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ビームフォーミングコードブックおよび前記結合コードブックが、コードブックのセットのうちの少なくとも１つを備え、前記セットが、擬似オムニコードブックと相補Ｇｏｌａｙコードブックとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法を実行するように構成されたピコネットコントローラ。
【請求項７】
請求項１に記載の方法を実行するように構成された、ピコネット中の加入者デバイス。
【請求項８】
ビームフォーミング重みと結合重みとを選択するために第１のトランシーバと少なくとも第２のトランシーバとの間でシグナリングするためのフレームフォーマットを使用するための方法であって、
前記第１のトランシーバから前記第２のトランシーバに信号を送信することであって、前記信号が複数の送信セグメントを備え、前記複数の送信セグメントの各々が、所定のビームフォーミングコードブックからの異なるビームパターンを用いて送信され、前記信号を送信することが擬似オムニセクションと指向性セクションとのうちの少なくとも１つを送信することを備え、前記擬似オムニセクションが指向性セクションの構造に関する情報を伝達する、送信することと、
前記少なくとも第２のトランシーバからのフィードバックをリッスンすることと、
前記少なくとも第２のトランシーバからのフィードバックに基づいてセットのうちの少なくとも１つのベクトルを選択することであって、前記セットが、ビームフォーミング重みと結合重みとのうちの少なくとも１つを備える、選択することと
を備える方法。
【請求項９】
プロアクティブビームフォーミングとオンデマンドビームフォーミングとのうちの少なくとも１つを実行するようにさらに構成された、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記所定のビームフォーミングコードブックが、擬似オムニコードブックと相補Ｇｏｌａｙコードブックとのうちの少なくとも１つを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記所定のビームフォーミングコードブックが、擬似オムニコードブックと相補Ｇｏｌａｙコードブックとのうちの少なくとも１つのサブセットを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
リッスンすることが、複数のリスニングセグメントにわたってリッスンするために複数の結合ベクトルを使用することを備え、前記複数の結合ベクトルが前記ビームフォーミングコードブックのベクトルであり、前記複数の結合ベクトルの各々が、前記複数の送信セグメントの各々に対応する、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記信号が、擬似オムニサブビーコンと指向性トレーニングシーケンスとのうちの少なくとも１つを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の方法を実行するように構成されたピコネットコントローラ。
【請求項１５】
アンテナアレイを備える第２のトランシーバに通信可能に結合されたアンテナアレイを備える少なくとも第１のトランシーバのためにビームフォーミング重みと結合重みとを選択するための方法であって、
前記第１のワイヤレストランシーバによって送信された信号を前記第２のトランシーバにおいて受信することであって、前記信号が複数の送信セグメントを備え、前記複数の送信セグメントの各々が、所定のビームフォーミングコードブックからの異なるビームパターンを用いて送信され、前記信号が擬似オムニセクションと指向性セクションとのうちの少なくとも１つを備え、擬似オムニセクションが指向性セクションの構造に関する情報を伝達する、受信することと、  少なくとも前記複数の送信セグメントのサブセットから前記第１のトランシーバの好適ビームフォーミングベクトルを推定することと、
前記第２のトランシーバの好適結合ベクトルを推定することと、
リスニング期間中に前記好適ビームフォーミングベクトルと前記好適結合ベクトルとのうちの少なくとも１つを前記第１のトランシーバに送信することと
を備える方法。
【請求項１６】
前記好適ビームフォーミングベクトルを推定することと、前記好適結合ベクトルを推定することとのうちの少なくとも１つが、チャネル状態情報を収集することと、リンク品質インジケータを計算することとのうちの少なくとも１つを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記好適結合ベクトルを推定することが、複数の整合フィルタ出力を生成するために前記信号を複数のＧｏｌａｙシーケンスと相関させることと、チャネル推定値を生成するために前記整合フィルタ出力を結合することを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記リスニング期間が、複数のリスニング期間セグメントを備え、前記複数のリスニング期間セグメントの各々が前記複数の送信セグメントの１つに対応し、送信することが、前記推定された好適ビームフォーミングベクトルに対応する前記送信セグメントの特定の１つに対応する前記複数のリスニング期間セグメントの特定の１つを選択するようにさらに構成された、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
プロアクティブビームフォーミングとオンデマンドビームフォーミングとのうちの少なくとも１つを実行するように構成された、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記信号が、擬似オムニサブビーコンと指向性トレーニングシーケンスとのうちの少なくとも１つを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記好適ビームフォーミングベクトルを推定することが、前記第１のトランシーバに対応する制約の第１のセットを使用し、前記好適結合ベクトルを推定することが、前記第２のトランシーバに対応する制約の第２のセットを使用する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記好適ビームフォーミングベクトルおよび前記好適結合ベクトルが、複数の位相と複数の振幅とのうちの少なくとも１つを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１のトランシーバの前記アンテナアレイと前記第２のトランシーバの前記アンテナアレイとのうちの少なくとも１つが複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナの各々が異なる偏波を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
請求項１５に記載の方法を実行するように構成された、ピコネット中で動作する加入者デバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７５】
本明細書で、指定された機能を実行するための手段として表される要素は、たとえば、その機能を実行する回路要素の組合せ、または機能を実行するためにソフトウェアを実行するための適切な回路と組み合わせられた、任意の形態のソフトウェア、したがって、ファームウェア、マイクロコードなどを含めて、その機能を実行するどんな方法をも包含するものとする。本明細書で説明する本発明の実施形態は、様々な記載された手段によって与えられる機能が、動作説明が必要とする方法で組み合わせられ、まとめられるということに存する。本出願人は、それらの機能を与えることができるいかなる手段も、本明細書に示す手段と等価であると考える。  
以下に本件出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。  
［Ｃ１］  
第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間のビームフォーミング方法であって、少なくともビームフォーミングコードブックのサブセットを使用する信号を前記第１のトランシーバから前記第２のトランシーバに送信することによってチャネル状態情報（ＣＳＩ）を収集することと、前記ＣＳＩを収集するために少なくとも結合コードブックのサブセットを使用するように前記第２のトランシーバを構成することと、推定された最適ビームフォーミングベクトルと推定された最適結合ベクトルとを生成するために前記ＣＳＩからの最適ビームフォーミングベクトルと最適結合ベクトルとを推定することと、少なくとも前記推定された最適ビームフォーミングベクトルと前記推定された最適結合ベクトルとのうちの１つを前記第１のトランシーバに送信することとを備える方法。  
［Ｃ２］  
推定することが最適性基準のセットの少なくとも１つの最適性基準を使用し、前記セットが実効信号対雑音比（ＳＮＲ）と平均ＳＮＲとを備える、Ｃ１に記載の方法。  
［Ｃ３］  
前記ＣＳＩを収集するために使用されたレートよりも低いレートで前記ビームフォーミングコードブックの前記サブセットを送信することによって前記ＣＳＩが収集された後、前記ＣＳＩの更新を行うことと、前記推定ステップおよび前記送信ステップを反復することとをさらに備える、Ｃ１に記載の方法。  
［Ｃ４］  
前記ビームフォーミングコードブックおよび前記結合コードブックが、重みベクトルのセットのうちの少なくとも１つを備え、前記セットが、少なくとも１つの２進重みベクトルと、少なくとも１つのクアドラチュア重みベクトルとを備える、Ｃ１に記載の方法。  
［Ｃ５］  
前記ビームフォーミングコードブックおよび前記結合コードブックが、コードブックのセットのうちの少なくとも１つを備え、前記セットが、擬似オムニコードブックと相補Ｇｏｌａｙコードブックとを備える、Ｃ１に記載の方法。  
［Ｃ６］  
Ｃ１に記載の方法を実行するように構成されたピコネットコントローラ。  
［Ｃ７］  
Ｃ１に記載の方法を実行するように構成された、ピコネット中の加入者デバイス。  
［Ｃ８］  
ビームフォーミング重みと結合重みとを選択するために第１のトランシーバと少なくとも第２のトランシーバとの間でシグナリングするためのフレームフォーマットを使用するための方法であって、前記第１のトランシーバから前記第２のトランシーバに信号を送信することであって、前記信号が複数の送信セグメントを備え、前記複数の送信セグメントの各々が、所定のビームフォーミングコードブックからの異なるビームパターンを用いて送信される、送信することと、前記少なくとも第２のトランシーバからのフィードバックをリッスンすることと、前記少なくとも第２のトランシーバからのフィードバックに基づいてセットのうちの少なくとも１つのベクトルを選択することであって、前記セットが、ビームフォーミング重みと結合重みとのうちの少なくとも１つを備える、選択することとを備える方法。  
［Ｃ９］  
前記信号を送信することが、擬似オムニセクションと指向性セクションのとのうちの少なくとも１つを送信することを備える、Ｃ８に記載の方法。  
［Ｃ１０］  
プロアクティブビームフォーミングとオンデマンドビームフォーミングとのうちの少なくとも１つを実行するようにさらに構成された、Ｃ８に記載の方法。  
［Ｃ１１］  
前記所定のビームフォーミングコードブックが、擬似オムニコードブックと相補Ｇｏｌａｙコードブックとのうちの少なくとも１つを備える、Ｃ８に記載の方法。  
［Ｃ１２］  
前記所定のビームフォーミングコードブックが、擬似オムニコードブックと相補Ｇｏｌａｙコードブックとのうちの少なくとも１つのサブセットを備える、Ｃ８に記載の方法。  
［Ｃ１３］  
リッスンすることが、複数のリスニングセグメントにわたってリッスンするために複数の結合ベクトルを使用することを備え、前記複数の結合ベクトルが前記ビームフォーミングコードブックのベクトルであり、前記複数の結合ベクトルの各々が、前記複数の送信セグメントの各々に対応する、Ｃ８に記載の方法。  
［Ｃ１４］  
前記信号が、擬似オムニサブビーコンと指向性トレーニングシーケンスとのうちの少なくとも１つを備える、Ｃ８に記載の方法。  
［Ｃ１５］  
Ｃ８に記載の方法を実行するように構成されたピコネットコントローラ。  
［Ｃ１６］  
アンテナアレイを備える第２のトランシーバに通信可能に結合されたアンテナアレイを備える少なくとも第１のトランシーバのためにビームフォーミング重みと結合重みとを選択するための方法であって、前記第１のワイヤレストランシーバによって送信された信号を前記第２のトランシーバにおいて受信することであって、前記信号が複数の送信セグメントを備え、前記複数の送信セグメントの各々が、所定のビームフォーミングコードブックからの異なるビームパターンを用いて送信される、受信することと、少なくとも前記複数の送信セグメントのサブセットから前記第１のトランシーバの好適ビームフォーミングベクトルを推定することと、前記第２のトランシーバの好適結合ベクトルを推定することと、リスニング期間中に前記好適ビームフォーミングベクトルと前記好適結合ベクトルとのうちの少なくとも１つを前記第１のトランシーバに送信することとを備える方法。  
［Ｃ１７］  
前記好適ビームフォーミングベクトルを推定することと、前記好適結合ベクトルを推定することとのうちの少なくとも１つが、チャネル状態情報を収集することと、リンク品質インジケータを計算することとのうちの少なくとも１つを備える、Ｃ１６に記載の方法。  
［Ｃ１８］  
前記好適結合ベクトルを推定することが、複数の整合フィルタ出力を生成するために前記信号を複数のＧｏｌａｙシーケンスと相関させることと、チャネル推定値を生成するために前記整合フィルタ出力を結合することを備える、Ｃ１６に記載の方法。  
［Ｃ１９］  
前記リスニング期間が、複数のリスニング期間セグメントを備え、前記複数のリスニング期間セグメントの各々が前記複数の送信セグメントの１つに対応し、送信することが、前記推定された好適ビームフォーミングベクトルに対応する前記送信セグメントの特定の１つに対応する前記複数のリスニング期間セグメントの特定の１つを選択するようにさらに構成された、Ｃ１６に記載の方法。  
［Ｃ２０］  
プロアクティブビームフォーミングとオンデマンドビームフォーミングとのうちの少なくとも１つを実行するように構成された、Ｃ１６に記載の方法。  
［Ｃ２１］  
前記信号が、擬似オムニサブビーコンと指向性トレーニングシーケンスとのうちの少なくとも１つを備える、Ｃ１６に記載の方法。  
［Ｃ２２］  
前記好適ビームフォーミングベクトルを推定することが、前記第１のトランシーバに対応する制約の第１のセットを使用し、前記好適結合ベクトルを推定することが、前記第２のトランシーバに対応する制約の第２のセットを使用する、Ｃ１６に記載の方法。  
［Ｃ２３］  
前記好適ビームフォーミングベクトルおよび前記好適結合ベクトルが、複数の位相と複数の振幅とのうちの少なくとも１つを備える、Ｃ１６に記載の方法。  
［Ｃ２４］  
前記第１のトランシーバの前記アンテナアレイと前記第２のトランシーバの前記アンテナアレイとのうちの少なくとも１つが複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナの各々が異なる偏波を有する、Ｃ１６に記載の方法。  
［Ｃ２５］  
Ｃ１６に記載の方法を実行するように構成された、ピコネット中で動作する加入者デバイス。
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月19日(2010.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態による使用できる非対称アンテナシステムのブロック図。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間のビームフォーミング方法を示す図。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によるビームフォーミング追跡方法を示す図。
【図３Ａ】λ／２の素子間隔および２進ビームフォーミング／結合重みをもつ２素子アレイの１対の直交アンテナアレイパターンを示す図。
【図３Ｂ】λ／２の素子間隔および２進ビームフォーミング／結合重みを有する３素子線形アレイのアンテナアレイパターンを示す図。
【図３Ｃ】λ／２の素子間隔および２進ビームフォーミング／結合重みをもつ４素子線形アレイによって生成される４つの直交ビームパターンを示す図。
【図３Ｄ】５素子線形アレイの５つの直交ビームパターンを示す図。
【図３Ｅ】λ／２の素子間隔をもつ６素子線形アレイのビームパターンを示す図。
【図３Ｆ】λ／２の間隔をもつ７素子線形アレイの直交ビームパターンを示す図。
【図３Ｇ】λ／２の間隔をもつ８素子線形アレイの８つの直交ビームパターンを示す図。
【図４Ａ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みをもつ２素子アレイの４つのアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｂ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する３素子アレイの４つのアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｃ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する４素子アレイの４つの直交アンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｄ】クアドラチュア重みおよびλ／２の素子間隔を使用する４素子アレイの代替コードブックに対応するビームパターンを示す図。
【図４Ｅ】４素子アレイの拡張コードブックに対応するビームパターンを示す図。
【図４Ｆ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する５素子アレイの６つのアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｇ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する５素子アレイによって生成できる８つのアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｈ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する６素子アレイの６つの非直交アンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｉ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する６素子アレイの８つのアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｊ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する７素子アレイの８つのアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｋ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する８素子アレイの８つの直交アンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｌ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する８素子アレイの１２個のアンテナアレイパターンを示す図。
【図４Ｍ】λ／２の素子間隔およびクアドラチュアビームフォーミング／結合重みを使用する８素子アレイの１６個のアンテナアレイパターンを示す図。
【図５Ａ】２つの直交ビームフォーミング（または結合）ベクトルを備える２素子アレイの２つの相補GOLAYパターンを示す図。
【図５Ｂ】３素子アンテナアレイの３つの擬似直交ビームパターンを示す図。
【図５Ｃ】４素子アンテナアレイの１対の相補GOLAYパターンを示す図。
【図５Ｄ】３つの擬似直交ビームフォーミングベクトルを備える５素子アレイのコードブックに対応する３つの擬似直交ビームパターンを示す図。
【図５Ｅ】６素子アレイのコードブックに対応する３つの擬似直交ビームパターンを示す図。
【図５Ｆ】７素子アレイのコードブックに対応する３つの擬似直交ビームパターンを示す図。
【図５Ｇ】８素子アレイの２つの相補GOLAYベクトルから生成される１対のビームパターンを示す図。
【図６Ａ】２素子アレイの１対の擬似オムニビームパターンを示す図。
【図６Ｂ】クアドラチュア重みを使用する３素子アレイの１対の擬似オムニビームパターンを示す図。
【図６Ｃ】クアドラチュア重みをもつ４素子アレイによって生成される２つの相補GOLAYパターンのプロットを示す図。
【図６Ｄ】５素子アレイによって生成される２．５５ｄＢの最大指向性をもつ擬似オムニパターンを示す図。
【図７Ａ】擬似オムニコードブックのベクトルに対応する６素子アレイの擬似オムニビームパターンを示す図。
【図７Ｂ】擬似オムニコードブックのベクトルに対応する６素子アレイの擬似オムニビームパターンを示す図。
【図７Ｃ】擬似オムニコードブックのベクトルに対応する６素子アレイの擬似オムニビームパターンを示す図。
【図７Ｄ】擬似オムニコードブックのベクトルに対応する６素子アレイの擬似オムニビームパターンを示す図。
【図８Ａ】６素子アレイによって生成される１対の相補GOLAYパターンを示す図。
【図８Ｂ】クアドラチュア重みベクトルをもつ７素子アレイによって生成される３つの擬似オムニビームパターンを示す図。
【図８Ｃ】クアドラチュア重みベクトルをもつ８素子アレイによって生成される１対の相補ビームパターンを示す図。
【図８Ｄ】図８Ｄは、１対の直交ビームフォーミング／結合ベクトルを示す図。
【図８Ｅ】図８Ｅは、１対の直交ビームフォーミング／結合ベクトルを示す図。
【図９】本発明の実施形態による使用できるスーパーフレームを示す図。
【図１０Ａ】ＯＦＤＭ用のＳビーコンのパケット構造を示す図。
【図１０Ｂ】シングルキャリア（ＳＣ）シグナリング用のＳビーコンのパケット構造を示す図。
【図１１Ａ】短いＯＦＤＭトレーニングシーケンスを示す図。
【図１１Ｂ】長いＯＦＤＭトレーニングシーケンスを示す図。
【図１１Ｃ】短いシングルキャリアトレーニングシーケンスを示す図。
【図１１Ｄ】長いシングルキャリアトレーニングシーケンスを示す図。
【図１２Ａ】複数Ｍ個のサイクルを備えるスーパーフレームを示す図。
【図１２Ｂ】複数Ｍ個のスーパーフレームを備えるサイクルを示す図。
【図１３Ａ】伝送フレームのビームフォーミング情報要素を示す図。
【図１３Ｂ】ビームフォーミング情報要素のアンテナアレイ情報部分を示す図。
【図１３Ｃ】ビームフォーミング情報要素のトレーニングシーケンス情報部分を示す図。
【図１４Ａ】本発明の実施形態において使用できるスーパーフレームを示す図。
【図１４Ｂ】本発明の一実施形態による擬似オムニ収集シグナリングプロトコルを示す図。
【図１５】第１のトランシーバから第２のトランシーバへの周期的送信を使用する指向性トレーニングのフレームフォーマットを示す図。
【図１６Ａ】本発明の一実施形態によるプロアクティブビームフォーミングを実行するための方法を示す図。
【図１６Ｂ】本発明の一実施形態によるオンデマンドビームフォーミングを実行するための方法を示す図。
【図１７Ａ】本発明の一実施形態によるＳＡＳ用のオンデマンドビームフォーミング方法の流れ図。
【図１７Ｂ】本発明の一実施形態によるＡＡＳ用のオンデマンドビームフォーミング方法のステップを示す図。
【図１８Ａ】図１５に示すフレームフォーマットを使用する本発明の一実施形態による方法を示す図。
【図１８Ｂ】本発明の代替実施形態による方法を示す図。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
本発明の一実施形態では、アンテナアレイ重みは、各アンテナ素子について０°または１８０°を備えることができる。これは２進実施形態と呼ばれ、ビームフォーミングおよび／または結合重みが｛＋１，−１｝から選択される。したがって、各アンテナ素子は、Ｉ＋Ｑ（位相０°）または−（Ｉ＋Ｑ）（位相１８０°）信号を送信または受信するように構成される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
１対の相補GOLAYパターンｇ１（θ，φ）＋ｇ２（θ，φ）＝１．７７を図５Ｃに示す。２つの直交ビームフォーミング／結合ベクトルは、４素子アレイの以下の重み行列
【数４０】
2011508527.tif 000124
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１６】
図６Ｃは、クアドラチュア重みをもつ４素子アレイによって生成される２つの相補GOLAYパターンｇ１（θ，φ）およびｇ２（θ，φ）のプロットであり、ｇ１（θ，φ）＋ｇ２（θ，φ）＝２である。この場合の得られた擬似オムニコードブックは、以下の重み行列
【数４７】
2011508527.tif 000125
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２１】
６素子アレイは、図８Ａに示す相補GOLAYパターンｇ１（θ，φ）とｇ２（θ，φ）との対を生成するように構成され、ｇ１（θ，φ）＋ｇ２（θ，φ）＝１．９３である。直交ビームフォーミング／結合ベクトルの関連する対は、以下の重み行列
【数４９】
2011508527.tif 000126
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４５】
この場合、ピコネットコントローラは、Ｊ＝８のトレーニングシーケンスを送信することによってトレーニングのサイクルを完了し、各トレーニングシーケンスは、ビームフォーミング行列Ｗｘｙ，１１，Ｗｘｙ，１２，．．．，Ｗｘｙ，４２によって指定される異なる方向において送信される。たとえば、第１のトレーニングシーケンスは、ビームフォーミング行列Ｗｘｙ，１１に対応する方向において送信され、第２のトレーニングシーケンスは、ビームフォーミング行列Ｗｘｙ，１２に対応する方向において送信されるなどである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１８Ｂ】
2011508527.tif 000127
【国際調査報告】
2011508527.tif 000128
2011508527.tif 000129
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