(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信ノード（１２）のサービスカバーエリア（１８）を複数の送信パーティションセル（２０）に分割する、前記送信ノード（１２）の複数の送信ビームパターン（１６）について、非適応的ビーム走査を実行する前記送信ノード（１２）の動作方法であって、
重なっていない各無線リソーススロットにわたって、複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける複数の走査ビームパターンのそれぞれを使用して既知の信号を送信することを含み、
前記複数のビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンは、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、前記送信ノード（１２）の前記複数の送信ビームパターン（１６）のうちの異なる送信ビームパターン（１６）に対応するようになったものであり、
前記複数のビーム走査ステージの各ビーム走査ステージについて、前記ビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンが、前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）を前記ビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合に分割することによって、前記ビーム走査ステージについての前記走査パーティションセル集合における走査パーティションセルの各対が互いに素になり、前記ビーム走査ステージについての前記走査パーティションセル集合における前記走査パーティションセルの和集合が前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）全体をカバーし、
前記複数のビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンは、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査パーティションセルからなる走査パーティションセルのそれぞれ一意の結合について、走査パーティションセルの前記一意の結合の共通部分が、前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）の前記複数の送信パーティションセル（２０）のうちの異なる１つ、したがって前記送信ノード（１２）の前記複数の送信ビームパターン（１６）のうちの異なる送信ビームパターン（１６）に対応するようになったものである、方法。
【請求項２】
受信ノード（１４）から、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける前記複数の走査ビームパターンのうちの好ましい走査ビームパターンの指標を受信することと、
前記受信ノード（１４）によって指示される好ましい走査ビームパターンの結合に対応する、前記送信ノード（１２）についての前記複数の送信ビームパターン（１６）のうちの１つを、前記送信ノード（１２）から前記受信ノード（１４）への送信のための送信ビームパターン（１６）として選択することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
重なっていない各無線リソーススロットにわたって、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける前記複数の走査ビームパターンのそれぞれを使用して前記既知の信号を送信することが、
重なっていない各無線リソーススロットにわたって、前記複数のビーム走査ステージのうちの第１のビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンのそれぞれを使用して既知の信号を送信することと、
重なっていない各無線リソーススロットにわたって、前記複数のビーム走査ステージのうちの第２のビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンのそれぞれを使用して既知の信号を送信することと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のビーム走査ステージにおける前記重なっていない無線リソーススロットが、重なっていない時間リソース、重なっていない周波数リソース、および重なっていない符号リソースからなる群の少なくとも１つを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記送信ノード（１２）が複数のアンテナ（４０）を備え、前記複数のビーム走査ステージの各ビーム走査ステージが、前記複数のアンテナ（４０）の異なる部分集合を使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記重なっていない無線リソーススロットが、重なっていない時間リソース、重なっていない周波数リソース、および重なっていない符号リソースからなる群の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
送信ノード（１２）のサービスカバーエリア（１８）を複数の送信パーティションセル（２０）に分割する、前記送信ノード（１２）の複数の送信ビームパターン（１６）について、非適応的ビーム走査を実行することを可能にした前記送信ノード（１２）であって、
複数のアンテナ（４０）に結合された送信機（３６）および受信機（３８）を含む送受信機（３４）と、
重なっていない各無線リソーススロットにわたって、前記送信機（３６）を介して、複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける複数の走査ビームパターンのそれぞれを使用して既知の信号を送信するように構成された少なくとも１つのプロセッサ（２８）と
を備え、
前記複数のビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンは、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、前記送信ノード（１２）の前記複数の送信ビームパターン（１６）のうちの異なる送信ビームパターン（１６）に対応するようになったものであり、
前記複数のビーム走査ステージの各ビーム走査ステージについて、前記ビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンが、前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）を前記ビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合に分割することによって、前記ビーム走査ステージについての前記走査パーティションセル集合における走査パーティションセルの各対が互いに素になり、前記ビーム走査ステージについての前記走査パーティションセル集合における前記走査パーティションセルの和集合が前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）全体をカバーし、
前記複数のビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンは、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査パーティションセルからなる走査パーティションセルのそれぞれ一意の結合について、走査パーティションセルの前記一意の結合の共通部分が、前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）の前記複数の送信パーティションセル（２０）のうちの異なる１つ、したがって前記送信ノード（１２）の前記複数の送信ビームパターン（１６）のうちの異なる送信ビームパターン（１６）に対応するようになったものである、送信ノード（１２）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのプロセッサ（２８）が、
前記受信機（３８）を介して、受信ノード（１４）から、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける前記複数の走査ビームパターンのうちの好ましい走査ビームパターンの指標を受信し、
前記受信ノード（１４）によって指示される好ましい走査ビームパターンの結合に対応する、前記送信ノード（１２）についての前記複数の送信ビームパターン（１６）のうちの１つを、前記送信ノード（１２）から前記受信ノード（１４）への送信のための送信ビームパターン（１６）として選択するようにさらに構成されている、請求項７に記載の送信ノード（１２）。
【請求項９】
前記重なっていない無線リソーススロットが、重なっていない時間リソース、重なっていない周波数リソース、および重なっていない符号リソースからなる群の少なくとも１つを含む、請求項７に記載の送信ノード（１２）。
【請求項１０】
送信ノード（１２）のサービスカバーエリア（１８）を複数の送信パーティションセル（２０）に分割する、前記送信ノード（１２）の複数の送信ビームパターン（１６）から送信ビームパターン（１６）を選択するために、前記送信ノード（１２）による非適応的ビーム走査を支援するためのフィードバックを提供する、受信ノード（１４）の動作方法であって、
複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける複数の走査ビームパターンから好ましい走査ビームパターンを決定することと、
前記送信ノード（１２）に、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれについての前記好ましい走査ビームパターンの指標を送ることと
を含む、方法であって、
前記複数のビーム走査ステージの各ビーム走査ステージについて、前記ビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンが、前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）を前記ビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合に分割することによって、前記ビーム走査ステージについての前記走査パーティションセル集合における走査パーティションセルの各対が互いに素になり、前記ビーム走査ステージについての前記走査パーティションセル集合における前記走査パーティションセルの和集合が前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）全体をカバーし、
前記複数のビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンは、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、前記送信ノード（１２）の前記複数の送信ビームパターン（１６）のうちの異なる送信ビームパターン（１６）に対応するようになったものである、方法。
【請求項１１】
前記複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける前記好ましい走査ビームパターンを決定することが、各ビーム走査ステージについて、
前記ビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンのそれぞれを使用した既知の信号の送信のために前記送信ノード（１２）が使用する重なっていない無線リソーススロットを、前記ビーム走査ステージにおける前記走査ビームパターンのうちの１つについての前記既知の信号に対する信号品質尺度値が、あらかじめ定義された品質閾値を満たすまで順次観察することと、
前記既知の信号の前記信号品質尺度値が、前記あらかじめ定義された品質閾値を満たす前記ビーム走査ステージにおける前記走査ビームパターンのうちの前記１つを、前記ビーム走査ステージにおける前記好ましい走査ビームパターンとして選択することと
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける前記好ましい走査ビームパターンを決定することが、各ビーム走査ステージについて、
前記ビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンのそれぞれを使用した既知の信号の送信のために前記送信ノード（１２）が使用する重なっていない無線リソーススロットを観察することによって、前記ビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンのそれぞれについての前記既知の信号に対する品質尺度値を決定することと、
前記ビーム走査ステージにおける前記複数のビーム走査パターンについての前記既知の信号の前記信号品質尺度値に基づいて、前記ビーム走査ステージにおける前記走査ビームパターンのうちの１つを、前記ビーム走査ステージにおける前記好ましい走査ビームパターンとして選択することと
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記走査ビームパターンのうちの前記１つを前記ビーム走査ステージにおける前記好ましい走査ビームパターンとして選択することが、最適な信号品質尺度を有する前記ビーム走査ステージにおける前記走査ビームパターンのうちの前記１つを選択することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記重なっていない無線リソーススロットが、重なっていない時間リソース、重なっていない周波数リソース、および重なっていない符号リソースからなる群の少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
送信ノード（１２）のサービスカバーエリア（１８）を複数の送信パーティションセル（２０）に分割する、前記送信ノード（１２）の複数の送信ビームパターン（１６）から送信ビームパターン（１６）を選択するために、前記送信ノード（１２）による非適応的ビーム走査を支援するためのフィードバックを提供することを可能にした受信ノード（１４）であって、
複数のアンテナ（４０）に結合された送信機（３６）および受信機（３８）を含むワイヤレス送受信機（３４）と、
複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける複数の走査ビームパターンから好ましい走査ビームパターンを決定し、前記送信機（３６）を介して、前記送信ノード（１２）に、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれについての前記好ましい走査ビームパターンの指標を送るように構成された少なくとも１つのプロセッサ（２８）と
を備え、
前記複数のビーム走査ステージの各ビーム走査ステージについて、前記ビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンが、前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）を前記ビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合に分割することによって、前記ビーム走査ステージについての前記走査パーティションセル集合における走査パーティションセルの各対が互いに素になり、前記ビーム走査ステージについての前記走査パーティションセル集合における前記走査パーティションセルの和集合が前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）全体をカバーし、
前記複数のビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンは、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、前記送信ノード（１２）の前記複数の送信ビームパターン（１６）のうちの異なる送信ビームパターン（１６）に対応するようになったものである、受信ノード（１４）。
【請求項１６】
前記複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける前記好ましい走査ビームパターンを決定するために、前記少なくとも１つのプロセッサ（２８）が、各ビーム走査ステージについて、
前記受信機（３８）を介して、前記ビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンのそれぞれを使用した既知の信号の送信のために前記送信ノード（１２）が使用する重なっていない無線リソーススロットを、前記ビーム走査ステージにおける前記走査ビームパターンのうちの１つについての前記既知の信号に対する信号品質尺度値が、あらかじめ定義された品質閾値を満たすまで順次観察し、
前記既知の信号の前記信号品質尺度値が、前記あらかじめ定義された品質閾値を満たす前記ビーム走査ステージにおける前記走査ビームパターンのうちの前記１つを、前記ビーム走査ステージにおける前記好ましい走査ビームパターンとして選択するようにさらに構成されている、請求項１５に記載の受信ノード（１４）。
【請求項１７】
前記複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける前記好ましい走査ビームパターンを決定するために、前記少なくとも１つのプロセッサ（２８）が、各ビーム走査ステージについて、
前記受信機（３８）を介して、前記ビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンのそれぞれを使用した既知の信号の送信のために前記送信ノード（１２）が使用する重なっていない無線リソーススロットを観察することによって、前記ビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンのそれぞれについての前記既知の信号に対する品質尺度値を決定し、
前記ビーム走査ステージにおける前記複数のビーム走査パターンについての前記既知の信号の前記信号品質尺度値に基づいて、前記ビーム走査ステージにおける前記走査ビームパターンのうちの１つを、前記ビーム走査ステージにおける前記好ましい走査ビームパターンとして選択するようにさらに構成されている、請求項１５に記載の受信ノード（１４）。
【請求項１８】
前記ビーム走査ステージにおける前記好ましい走査ビームパターンとして選択された前記ビーム走査ステージにおける前記走査ビームパターンのうちの前記１つが、最適な信号品質尺度を有する前記ビーム走査ステージにおける前記ビーム走査パターンである、請求項１７に記載の受信ノード（１４）。
【請求項１９】
前記重なっていない無線リソーススロットが、重なっていない時間リソース、重なっていない周波数リソース、および重なっていない符号リソースからなる群の少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の受信ノード（１４）。
【請求項２０】
送信ノード（１２）のサービスカバーエリア（１８）を複数の送信パーティションセル（２０）に分割する、前記送信ノード（１２）の複数の送信ビームパターン（１６）に対する非適応的ビーム走査の実行を可能にするシステムであって、
重なっていない各無線リソーススロットにわたって、複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける複数の走査ビームパターンのそれぞれを使用して既知の信号を送信するように構成された前記送信ノード（１２）であって、
前記複数のビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンは、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、前記送信ノード（１２）の前記複数の送信ビームパターン（１６）のうちの異なる送信ビームパターン（１６）に対応するようになったものである、前記送信ノード（１２）と、
前記複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける前記複数の走査ビームパターンを使用する前記既知の信号の前記送信に基づいて、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける前記複数の走査ビームパターンから好ましい走査ビームパターンを決定するように構成された受信ノード（１４）と
を備え、
前記複数のビーム走査ステージの各ビーム走査ステージについて、前記ビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンが、前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）を前記ビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合に分割することによって、前記ビーム走査ステージについての前記走査パーティションセル集合における走査パーティションセルの各対が互いに素になり、前記ビーム走査ステージについての前記走査パーティションセル集合における前記走査パーティションセルの和集合が前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）全体をカバーし、
前記複数のビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンは、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査パーティションセルからなる走査パーティションセルのそれぞれ一意の結合について、走査パーティションセルの前記一意の結合の共通部分が、前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）の前記複数の送信パーティションセル（２０）のうちの異なる１つ、したがって前記送信ノード（１２）の前記複数の送信ビームパターン（１６）のうちの異なる送信ビームパターン（１６）に対応するようになったものである、システム。
【請求項２１】
前記受信ノード（１４）が、前記送信ノード（１２）に、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれについての前記好ましい走査ビームパターンの指標を送るようにさらに構成されている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記受信ノード（１４）が、
前記複数のビーム走査ステージにおける前記好ましい走査ビームパターンの結合に対応する前記送信ノード（１２）のための前記複数の送信ビームパターン（１６）のうちの１つを、前記送信ノード（１２）から前記受信ノード（１４）への送信のために選択される送信ビームパターン（１６）として選択し、
前記選択された送信ビームパターン（１６）の指標を前記送信ノード（１２）に送信するようにさらに構成されている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
送信ノード（１２）のサービスカバーエリア（１８）を複数の送信パーティションセル（２０）に分割する前記送信ノード（１２）の複数の送信ビームパターン（１６）から送信ビームパターンを選択するために、前記送信ノード（１２）による非適応的ビーム走査および選択を支援するためのフィードバックを提供する、受信ノード（１４）の動作方法であって、
複数のビーム走査ステージのそれぞれについての複数の走査ビームパターンから好ましい走査ビームパターンを決定することであって、
前記複数のビーム走査ステージの各ビーム走査ステージについて、前記ビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンが、前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）を前記ビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合に分割することによって、前記ビーム走査ステージについての前記走査パーティションセル集合における走査パーティションセルの各対が互いに素になり、前記ビーム走査ステージについての前記走査パーティションセル集合における前記走査パーティションセルの和集合が前記送信ノード（１２）の前記サービスカバーエリア（１８）全体をカバーしており、
前記複数のビーム走査ステージにおける前記複数の走査ビームパターンは、前記複数のビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、前記送信ノード（１２）の前記複数の送信ビームパターン（１６）のうちの異なる送信ビームパターン（１６）に対応するようになったものである、決定することと、
前記複数のビーム走査ステージにおける前記好ましい走査ビームパターンの結合に対応する前記送信ノード（１２）のための前記複数の送信ビームパターン（１６）のうちの１つを、前記送信ノード（１２）から前記受信ノード（１４）への送信のために選択される送信ビームパターン（１６）として選択することと、
前記選択された送信ビームパターン（１６）の指標を前記送信ノード（１２）に送信することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線ネットワークにおけるビーム走査に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンの人気の爆発的な高まりによって、ユビキタスモバイルデータサービスに対する需要が非常に増加している。モバイルデータトラフィックの急激な増大に対処するために、今のモバイル通信に利用可能な帯域幅よりも大幅に広い帯域幅を有する新たな電波スペクトルが将来必要になることが予想される。そのため、あまり利用されていない多くのスペクトルを利用できる高周波帯域（たとえば、ミリメートル波（ｍｍＷ）帯域）での無線通信を可能にする技術が最近特に注目されている。
【０００３】
ｍｍＷ帯域などの高周波帯域での無線通信には課題がないわけではない。そのような帯域で送信される無線信号は通常、セルラー通信に現在使用されている低周波数帯域で送信される無線信号よりも多くの経路損失を被る。無線信号が酸素および雨の吸収によってさらなる損失を被るアンライセンスの６０ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯域においては、この問題はさらに悪化する。
【０００４】
結果として生じる厳しいリンクバジェットを克服するために、高周波帯域での無線通信は、たとえば適応可動型のアンテナアレイを使用して無線信号の狭ビームを形成することによって実現される大きな指向性利得に頼る必要がある。幸いなことに、高周波帯域における短縮した波長によって、適正サイズのアクセスノード（ＡＮ）またはユーザ機器（ＵＥ）などのデバイスに狭ビームフォーミングのための比較的多くのアンテナを備えつけることが可能になる。多くのアンテナによって、通信デバイスは高い空間分解能が得られるようになる。ただし、高い空間分解能は、高い空間的不確実性も誘導する。狭ビームフォーミングによる高い空間的選択性によって、ビーム方向の選択におけるわずかな誤差が、信号対雑音比（ＳＮＲ）の大きな低下につながることがある。したがって、無線通信デバイス（たとえば、ＡＮまたはＵＥ）がその相手方と通信するための適切なビーム方向を特定するには、効果的なビーム発見手順が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
無線ネットワークにおける非適応的ビーム走査に関するシステムおよび方法を開示する。いくつかの実施形態では、送信ノードのサービスカバーエリアを送信パーティションセルに分割する送信ノードの送信ビームパターンについて、非適応的ビーム走査を実施する送信ノードの動作方法が提供される。送信ノードの動作方法は、重なっていない各無線リソーススロットにわたって、複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける複数の走査ビームパターンのそれぞれを使用して既知の信号を送信することを含む。ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、ビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、送信ノードの異なる送信ビームパターンに対応するようになったものである。このマルチステージビーム走査手法は、従来のシーケンシャルビームスイーピング（ＳＢＳ）手法よりはるかに効率的なビーム走査のプロセスを提供する。
【０００６】
いくつかの実施形態では、各ビーム走査ステージについて、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、送信ノードのサービスカバーエリアをビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合に分割することによって、ビーム走査ステージについての走査パーティションセル集合における走査パーティションセルの各対は互いに素になり、ビーム走査ステージについての走査パーティションセル集合における走査パーティションセルの和集合は送信ノードのサービスカバーエリア全体をカバーする。ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、ビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査パーティションセルからなる走査パーティションセルのそれぞれ一意の結合について、走査パーティションセルの固有の結合の共通部分が、送信ノードのサービスカバーエリアの送信パーティションセルのうちの異なる１つ、したがって送信ノードの送信ビームパターンのうちの異なる送信ビームパターンに対応するようになったものである。
【０００７】
いくつかの実施形態では、送信ノードの動作方法は、受信ノードから、ビーム走査ステージのそれぞれにおける好ましい走査ビームパターンの指標を受信することと、受信ノードによって指示される好ましい走査ビームパターンの結合に対応する、送信ビームパターンのうちの１つを、送信ノードから受信ノードへの送信のための送信ビームパターンとして選択することとをさらに含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、重なっていない各無線リソーススロットにわたって、ビーム走査ステージのそれぞれにおける走査ビームパターンのそれぞれを使用して既知の信号を送信することは、重なっていない各無線リソーススロットにわたって、第１のビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのそれぞれを使用して既知の信号を送信することと、重なっていない各無線リソーススロットにわたって、第２のビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのそれぞれを使用して既知の信号を送信することとを含む。いくつかの実施形態では、第１のビーム走査ステージにおける重なっていない無線リソーススロットは、重なっていない時間リソース、重なっていない周波数リソース、および重なっていない符号リソースからなる群の少なくとも１つを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、送信ノードは複数のアンテナを備え、各ビーム走査ステージは、アンテナの異なる部分集合を使用する。
【００１０】
いくつかの実施形態では、重なっていない無線リソーススロットは、重なっていない時間リソース、重なっていない周波数リソース、および／または重なっていない符号リソースを含む。
【００１１】
送信ノードのサービスカバーエリアを複数の送信パーティションセルに分割する、送信ノードの複数の送信ビームパターンについて、非適応的ビーム走査を実施することを可能にした送信ノードの実施形態も開示する。いくつかの実施形態では、送信ノードは、複数のアンテナに結合された無線周波数送信機および無線周波数受信機を含む無線周波数送受信機と、重なっていない各無線リソーススロットにわたって、無線周波数送信機を介して、ビーム走査ステージの複数のうちのそれぞれにおける複数の走査ビームパターンのそれぞれを使用して既知の信号を送信するように構成された少なくとも１つのプロセッサとを備える。ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、ビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、送信ノードの異なる送信ビームパターンに対応するようになったものである。
【００１２】
送信ノードのサービスカバーエリアを複数の送信パーティションセルに分割する、送信ノードの複数の送信ビームパターンから送信ビームパターンを選択するために、送信ノードによる非適応的ビーム走査および選択を支援するためのフィードバックを提供する、受信ノードの動作方法の実施形態を開示する。いくつかの実施形態では、受信ノードの動作方法は、複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける複数の走査ビームパターンから好ましい走査ビームパターンを決定することと、送信ノードに、ビーム走査ステージのそれぞれについての好ましい走査ビームパターンの指標を送ることとを含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、ビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、送信ノードの送信ビームパターンのうちの異なる送信ビームパターンに対応するようになったものである。
【００１４】
いくつかの実施形態では、ビーム走査ステージのそれぞれにおける好ましい走査ビームパターンを決定することは、各ビーム走査ステージについて、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのそれぞれを使用した既知の信号の送信のために送信ノードが使用する重なっていない無線リソーススロットを、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのうちの１つについての既知の信号に対する信号品質尺度値が、あらかじめ定義された品質閾値を満たすまで順次観察することと、既知の信号の信号品質尺度値が、あらかじめ定義された品質閾値を満たすビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのうちの１つを、ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンとして選択することとを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態では、ビーム走査ステージのそれぞれにおける好ましい走査ビームパターンを決定することは、各ビーム走査ステージについて、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのそれぞれを使用した既知の信号の送信のために送信ノードが使用する重なっていない無線リソーススロットを観察することによって、複数のビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのそれぞれについての既知の信号に対する品質尺度値を決定することと、ビーム走査ステージにおけるビーム走査パターンについての既知の信号の信号品質尺度値に基づいて、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのうちの１つを、ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンとして選択することとを含む。さらに、いくつかの実施形態では、走査ビームパターンのうちの１つをビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンとして選択することは、最適な信号品質尺度を有するビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのうちの１つを選択することを含む。
【００１６】
いくつかの実施形態では、重なっていない無線リソーススロットは、重なっていない時間リソース、重なっていない周波数リソース、および／または重なっていない符号リソースを含む。
【００１７】
他の実施形態では、送信ノードのサービスカバーエリアを複数の送信パーティションセルに分割する、送信ノードの複数の送信ビームパターンから送信ビームパターンを選択するために、送信ノードによる非適応的ビーム走査および選択を支援するためのフィードバックを提供する、受信ノードの動作方法は、複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける複数の走査ビームパターンから好ましい走査ビームパターンを決定することを含む。ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、ビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、送信ノードの異なる送信ビームパターンに対応するようになったものである。方法は、各ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの結合に対応する送信ノードのための送信ビームパターンのうちの１つを、送信ノードから受信ノードへの送信のために選択される送信ビームパターンとして選択することと、選択された送信ビームパターンの指標を送信ノードに送信することとをさらに含む。
【００１８】
送信ノードのサービスカバーエリアを複数の送信パーティションセルに分割する、送信ノードの複数の送信ビームパターンから送信ビームパターンを選択するために、送信ノードによる非適応的ビーム走査を支援するためのフィードバックを提供することを可能にした受信ノードの実施形態を開示する。いくつかの実施形態では、受信ノードは、複数のアンテナに結合された無線周波数送信機および無線周波数受信機を含む無線周波数送受信機と、複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける複数の走査ビームパターンから好ましい走査ビームパターンを決定し、無線周波数送信機を介して、ビーム走査ステージのそれぞれについての好ましい走査ビームパターンの指標を送信ノードに送るように構成された少なくとも１つのプロセッサとを備える。
【００１９】
いくつかの実施形態では、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、ビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、送信ノードの送信ビームパターンの異なる送信ビームパターンに対応するようになったものである。
【００２０】
いくつかの実施形態では、ビーム走査ステージのそれぞれにおける好ましい走査ビームパターンを決定するために、少なくとも１つのプロセッサは、各ビーム走査ステージについて、無線周波数受信機を介して、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのそれぞれを使用した既知の信号の送信のために送信ノードが使用する重なっていない無線リソーススロットを、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのうちの１つについての既知の信号に対する信号品質尺度値が、あらかじめ定義された品質閾値を満たすまで順次観察するようにさらに構成されている。受信ノードは、既知の信号の信号品質尺度値が、あらかじめ定義された品質尺度を満たすビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのうちの１つを、ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンとして選択するように構成されている。
【００２１】
いくつかの実施形態では、ビーム走査ステージのそれぞれにおける好ましい走査ビームパターンを決定するために、少なくとも１つのプロセッサは、各ビーム走査ステージについて、無線周波数受信機を介して、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのそれぞれを使用した既知の信号の送信のために送信ノードが使用する重なっていない無線リソーススロットを観察することによって、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのそれぞれについての既知の信号に対する品質尺度値を決定するようにさらに構成されている。ビーム走査ステージにおけるビーム走査パターンについての既知の信号の信号品質尺度値に基づいて、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのうちの１つが、ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンとして選択される。いくつかの実施形態では、ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンとして選択されるビーム走査ステージにおける走査ビームパターンのうちの１つは、最適な信号品質尺度を有するビーム走査ステージにおけるビーム走査パターンである。
【００２２】
いくつかの実施形態では、重なっていない無線リソーススロットは、重なっていない時間リソース、重なっていない周波数リソース、および／または重なっていない符号リソースを含む。
【００２３】
送信ノードのサービスカバーエリアを複数の送信パーティションセルに分割する、送信ノードの複数の送信ビームパターンに対する非適応的ビーム走査の実施を可能にするシステムの実施形態を開示する。システムは、送信ノードおよび受信ノードを備える。いくつかの実施形態では、送信ノードは、重なっていない各無線リソーススロットにわたって、複数のビーム走査ステージのそれぞれにおける複数の走査ビームパターンのそれぞれを使用して既知の信号を送信するように構成されている。ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、ビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、送信ノードの異なる送信ビームパターンに対応するようになったものである。いくつかの実施形態では、受信ノードは、走査ステージのそれぞれにおける走査ビームパターンを使用する既知の信号の送信に基づいて、ビーム走査ステージのそれぞれにおける好ましい走査ビームパターンを決定するように構成されている。
【００２４】
いくつかの実施形態では、受信ノードは、送信ノードに、複数のビーム走査ステージのそれぞれについての好ましい走査ビームパターンの指標を送るようにさらに構成されている。
【００２５】
他の実施形態では、受信ノードは、各ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの結合に対応する送信ノードのための送信ビームパターンのうちの１つを、送信ノードから受信ノードへの送信のために選択される送信ビームパターンとして選択し、選択された送信ビームパターンの指標を送信ノードに送信するようにさらに構成されている。
【００２６】
当業者は、実施形態についての以下の詳細な説明を添付の図面と併せて読むと、本開示の範囲を認識し、そのさらに別の態様を理解することになろう。
【００２７】
本明細書に組み込まれ、その一部をなす添付の図面は、本開示のいくつかの態様を示しており、明細書本文と併せて本開示の原理を明確にする役割がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本開示の実施形態による、送信ノードから受信ノードへの送信のためのビームパターン、すなわちビーム方向を選択するために、マルチステージビーム走査手順を実施するように動作する送信ノードを備えたシステムの図である。
【図２】シーケンシャルビームスイーピング（ＳＢＳ）のビーム走査手法を説明する図である。
【図３Ａ】８つの送信ビームパターンを含む送信ビームパターン集合の１つの例に対する、マルチステージビーム走査手順のための走査ビームパターン集合の１つの例を示す図である。
【図３Ｂ】８つの送信ビームパターンを含む送信ビームパターン集合の１つの例に対する、マルチステージビーム走査手順のための走査ビームパターン集合の１つの例を示す図である。
【図３Ｃ】８つの送信ビームパターンを含む送信ビームパターン集合の１つの例に対する、マルチステージビーム走査手順のための走査ビームパターン集合の１つの例を示す図である。
【図３Ｄ】８つの送信ビームパターンを含む送信ビームパターン集合の１つの例に対する、マルチステージビーム走査手順のための走査ビームパターン集合の１つの例を示す図である。
【図３Ｅ】８つの送信ビームパターンを含む送信ビームパターン集合の１つの例に対する、マルチステージビーム走査手順のための走査ビームパターン集合の１つの例を示す図である。
【図３Ｆ】８つの送信ビームパターンを含む送信ビームパターン集合の１つの例に対する、マルチステージビーム走査手順のための走査ビームパターン集合の１つの例を示す図である。
【図３Ｇ】８つの送信ビームパターンを含む送信ビームパターン集合の１つの例に対する、マルチステージビーム走査手順のための走査ビームパターン集合の１つの例を示す図である。
【図４Ａ】マルチステージビーム走査手順のための走査ビームパターン集合の別の例を示す図である。
【図４Ｂ】マルチステージビーム走査手順のための走査ビームパターン集合の別の例を示す図である。
【図４Ｃ】マルチステージビーム走査手順のための走査ビームパターン集合の別の例を示す図である。
【図５】本開示の１つの実施形態によるマルチステージビーム走査プロセスを実施するための図１の送信ノードの動作を示すフローチャートである。
【図６】本開示の１つの実施形態による図１の送信ノードおよび受信ノードの両方の動作を示す図である。
【図７】本開示の１つの実施形態によるビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンを選択する受信ノードの動作を示す図である。
【図８】本開示の別の実施形態によるビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンを選択する受信ノードの動作を示す図である。
【図９】重なっていない無線リソーススロットが重なっていないタイムスロットである１つの例に従った送信ノードおよび受信ノードの動作を示す図である。
【図１０】本開示の別の実施形態による送信ノードおよび受信ノードの動作を示す図である。
【図１１】従来のＳＢＳ手法の性能とマルチステージビーム走査手法の１つの実施形態を比較する図である。
【図１２】図１１の比較と類似するが、信号対雑音比（ＳＮＲ）の代わりにデータスループットに基づいた比較を示す図である。
【図１３】送信ノードおよび受信ノードがセルラー通信ネットワークに実装された１つの実施形態を示す図である。
【図１４】本開示の１つの実施形態による送信ノードの構成図である。
【図１５】本開示の１つの実施形態による受信ノードの構成図である。
【図１６】本開示の別の実施形態による送信ノードの構成図である。
【図１７】本開示の別の実施形態による受信ノードの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下の実施形態は、当業者が実施形態を実践できるようにするための情報を表し、実施形態を実践するのに最適な形態を示す。以下の説明を添付の図面に照らして読めば、当業者は、本開示の概念を理解し、本明細書において具体的には取り上げていないこれらの概念の応用例を認識することになろう。これらの概念および応用例は本開示の範囲および添付の特許請求の範囲に含まれることを理解されたい。
【００３０】
送信ノードと受信ノードの間のリンクの品質を最適化する、送信ノードから受信ノードへの送信のための送信ビーム方向、すなわち送信ビームパターンを特定するシステムおよび方法の実施形態が本明細書において開示されている。これは、高周波（たとえば、ミリメートル波（ｍｍＷ））帯域において２つのデバイスが信頼性のある通信リンクを確立しようとするときに重大な問題となる。というのも、送信デバイスは初め、（送信ビームとともに送られる）信号が、その意図した受信機によって確実に受信されるようにするために、いずれの方向に送信ビームが形成されるべきか知らないためである。
【００３１】
送信ノードが受信ノードと通信するために使用する適切な送信ビーム方向、すなわちパターンを特定するためのパイロット支援手順を利用する実施形態が本明細書において開示される。送信ノードは、非適応的な（かつ、必須ではないが、好ましくは特定の受信機に依存しない）方式で、異なるビーム方向を使用してパイロット信号を送る。いくつかの実施形態では、次いで、送信ノードが、受信ノードからのフィードバックに基づいて、特定の受信機に到達する好ましいビーム方向を決定する。本明細書で使用される「非適応的」なビーム走査手順は、ビーム走査に使用されるビーム方向が、ビーム走査手順の間、受信ノードからのフィードバックに左右されないビーム走査手順である。ただし、ビーム走査方向、すなわちパターンは、たとえばアクセスノードの配置転換により経時的に変化するか、またはユーザトラフィックが変化して、意図したカバーエリアに相応の変化を生じさせる可能性があることに留意されたい。さらに、いくつかの実施形態では、ビーム走査手順は、実施されるビーム走査プロセスが、送信ノードとの接続を確立しようとしている受信ノードの数に左右されないという点で、特定の受信機に依存しない。特定の受信機に依存せず、非適応的な手順は、送信ノードが多くの受信ノードについて適切な送信ビーム方向を発見する必要があるときに最も効率的である。というのも、ビーム走査に使用される共通の無線リソースは、すべての潜在的な受信機にサービス提供し得るためである。ビーム走査に使用されるビームパターンが受信機からのフィードバックに従って適応的に変化させられるいくつかの既存のビーム走査手順（たとえば、Ｓ．Ｈｕｒら、「Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  Ｗａｖｅ  Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｂａｃｋｈａｕｌ」、２０１１  ＩＥＥＥ  ＧＬＯＢＥＣＯＭ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ、２０１１年１２月５〜９日、２５３〜２５７ページ（以下、「Ｈｕｒ」）参照）とは異なり、非適応的な手順は、送信ノードと、その受信ノードのそれぞれとの間で必要な相互のハンドシェークを減らして、信頼性のある通信を確立する。これは送信ノードが受信ノードの存在に気づいてさえいないときに初期接続をセットアップする場合に特に魅力的である。
【００３２】
図１は、送信ノード１２から、たとえば本開示の実施形態による受信ノード１４などの受信機ノードへの送信のためのビームパターン、すなわちビーム方向を選択するために、特定の受信機に依存せず、非適応的なビーム走査手順を提供するように動作する送信ノード１２を備えたシステム１０を示す。本明細書に記載される実施形態は、一般に、特定の受信機に依存しないビーム走査手順に関するが、本明細書において開示される実施形態は、特定の受信機に依存する実装に使用されてもよいことに留意されたい。いくつかの実施形態では、送信ノード１２は、たとえば、セルラー通信システム（たとえば、第３世代パートナーシッププログラム（３ＧＰＰ）のＬｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）セルラー通信システム）の無線アクセスネットワークにおける無線アクセスノード（たとえば、基地局またはリモート無線ヘッドなど）などの無線通信システムにおけるアクセスノードであり、受信ノード１４は、アクセスノードを介して無線通信システムにアクセスするワイヤレスデバイス（たとえば、ユーザ機器（ＵＥ））である。
【００３３】
この例では、送信ノード１２は、送信ノード１２のサービスカバーエリア１８を複数の送信パーティションセル２０−１から２０−８（概ね、本明細書においては、まとめて各送信パーティションセル２０、また個々を送信パーティションセル２０と呼ぶ）に分割する複数の送信ビームパターン１６−１から１６−８（概ね、本明細書においては、まとめて各送信ビームパターン１６、また個々を送信ビームパターン１６と呼ぶ）を使用して送信する。この例では、送信ビームパターン１６の数、したがって送信パーティションセル２０の数は８であるが、送信ビームパターン１６および送信パーティションセル２０の数（Ｎ）は、２を超えるいずれの数であってもよいことに留意されたい。多くの実装形態では、数（Ｎ）は大きい可能性がある（たとえば、１６、６４、１２８、またはこれ以上）。
【００３４】
動作において、送信ノード１２は、送信ノード１２のサービスカバーエリア１８において、受信ノード１４などの受信ノードへの送信のための最適な送信ビームパターン１６（言い換えると、最適な送信ビーム方向）を特定するために、マルチステージビーム走査手順を実施する。マルチステージビーム走査手順は、非適応的かつ、必須ではないが、好ましくは特定の受信機に依存しない。
【００３５】
マルチステージビーム走査手順を述べる前に、送信ビームを特定する問題に対する、ある簡単でよく使用される手法は、送信ノード１２に、有限集合の可能なビーム方向からラウンドロビン式に一度に１つのビーム方向を周期的に選択させ、選択された方向にパイロット信号を送信させるものである（たとえば、Ｌ．Ｚｈｏｕら、「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｃｏｄｅｂｏｏｋ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−Ｗａｖｅ  ＷＬＡＮｓ」、２０１２  ＩＥＥＥ  ２３ｒｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｉｎｄｏｏｒ  ａｎｄ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｒａｄｉｏ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２０１２年９月９〜１２日、１８８５〜１８８９ページ（以下、「Ｚｈｏｕ」）参照）ことに留意されたい。この手法を用いて、送信ノード１２は、特定の受信機に依存せず、非適応的な方式で、所定の有限集合のビーム方向におけるすべての可能なビーム方向、すなわち送信ビームパターン１６を事実上走査する。受信ノード１４は、各タイムスロットにおいてパイロット信号品質を観察し、送信ノード１２に、最適な受信パイロット信号品質を生み出すサイクル内の無線リソース（時間または周波数）スロットの指数の報告を返す。最適なリソーススロット指数は事実上、受信ノード１４に到達するために送信ノード１２が使用するのに最も適したビーム方向、すなわち送信ビームパターン１６がいずれであるかを指示する。異なる可能な送信ビームパターン１６が合計Ｎ個の場合、この手法は、Ｎ個の異なる送信ビームパターン１６について処理するために合計Ｎ個のリソーススロット（たとえば、時分割または周波数分割方式）を要する。この手法は、以下、シーケンシャルビームスイーピング（ＳＢＳ）と称する。ＳＢＳ手法は図２に示されている。図２において、各送信ビームパターン１６は対応する２進符号を有する。
【００３６】
ＳＢＳの主な問題は、受信ノード１４が送信ノード１２に対してどの程度近くに配置されているかにかかわらず、受信ノード１４がリソーススロットの指数、言い換えると送信ビームパターン１６の指数を決定するために必要な時間の長さが、平均でＮ／２であり、最悪でＮ−１であることである。たとえ受信ノード１４が送信ノード１２の極めて近くに配置されることによって極めて高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を実現する場合であっても、受信ノード１４は、依然としてほぼ全サイクルのＮ−１のタイムスロットについて待機しなければならないことがあり、その後、受信ノード１４は適切な送信ビームパターン１６を特定するのに必要な情報を特定することができる。ＳＮＲが低い受信ノード１４、たとえば送信ノード１２から遠く離れて配置された受信ノード１４の場合、これは問題ではない。というのも、こういった低ＳＮＲの受信ノード１４は、雑音の存在下で最適な送信ビームパターン１６を正確に検出するのに十分な量の受信エネルギーを蓄積するために、いずれにしても多くのタイムスロットについて待機する必要があるためである。しかしながら、ＳＮＲの高い受信ノード１４、たとえば送信ノード１２の比較的近くに配置された受信ノード１４の場合は、より洗練された設計のビーム走査プロセスが、これらの受信ノード１４が最適なビーム方向を特定するために、リソーススロットの数、すなわち一般に無線リソースの量を大きく減少させることができる。
【００３７】
ＳＢＳを見る１つのやり方は、図２に示すように、事実上、パイロット信号を送るために送信ビームパターン１６が使用されるタイムスロットを介して受信ノード１４と通信する際のビーム方向、すなわち送信ビームパターン１６の指数（または簡単にビーム指数）を相互に直交する符号の集合によって符号化することである。ただし、そのような直交符号の集合の使用は、ビーム指数の固有の特定可能性を保証するために必須ではなく、それどころか非効率である。というのも、図２に示すように、わずかＮ個の別個の可能性を表現するために合計Ｎビットが使用されるが、Ｎビットは、２Ｎ個の別個の可能性を表現するために使用することができるためである。
【００３８】
これらの問題を克服するために、ＳＢＳ手法を使用するのではなく、送信ノード１２はマルチステージビーム走査手順を利用する。以下で詳細に述べるように、マルチステージビーム走査手順は、複数のビーム走査ステージにおける複数の走査ビームパターンを使用して既知の（たとえば、パイロット）信号を送信する。複数のビーム走査ステージおよびビーム走査ステージのそれぞれについて異なる走査ビームパターン集合を使用して、特定の各受信ノード（たとえば、受信ノード１４）に送信するための好ましいビームパターンのより効率的な特定が実現できる。従来のＳＢＳ手法と同じく、任意の数の受信ノード１４についてのビーム発見をサポートするために同じビーム走査プロセスが使用され、すべてのビーム走査ステージにおいて使用されるビームパターンは、受信ノード１４からのいずれのフィードバックにも左右されないという意味で非適応的である。
【００３９】
各ビーム走査ステージにおいて、受信ノード１４は、そのビーム走査ステージにおける走査ビームパターンでの既知の（たとえば、パイロット）信号の送信に使用される無線リソーススロットを観察して、これらの無線リソーススロットのそれぞれにおける既知の信号の品質を確定する。既知の信号が最適な信号品質を有する無線リソーススロットに対応する走査ビームパターンが、そのステージについての好ましい走査ビームパターンとして特定、すなわち選択される。特に、受信ノード１４は、いくつかの実施形態では、使用される走査ビームパターンについて知らないことがあり、この場合、受信ノード１４は、既知の信号に対する最適な信号品質を有する無線リソーススロットを特定する。各ビーム走査ステージについて、既知の信号に対して最適な信号品質を有する無線リソーススロットの指標（たとえば、指数）は、そのビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの指標として送信ノード１２に返される。各ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの指標は、ステージごとに（たとえば、各ビーム走査ステージについて）個別に返されてもよく、または、たとえばすべてのビーム走査ステージが完了した後で単一の報告として返されてもよい。ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンの集合は、受信ノード１４が報告する好ましい走査ビームパターンに基づいて、受信ノード１４と通信するための最適なビームパターンを送信ノード１２が一意に特定することができるように設計される。また、好ましい走査ビームパターンは、いくつかの実施形態では、既に述べたように、無線リソーススロット指数として報告されてもよい。受信ノード１４への送信に選択された最適なビームパターンは、このビームパターンを異なるビーム走査ステージに使用される走査ビームパターンと区別するために、以下、送信ビームパターンと称することがある。事実上、本明細書において開示されたマルチステージビーム走査手法は、直交しないことがあるが、直交する集合よりはるかに効率的な符号の集合を使用して、ビーム指数を表現し、これにより、ＳＮＲが十分に高いとき、受信ノード１４を指す所望のビームの指数を受信ノード１４が一意に特定するために必要なチャネル使用（たとえば、無線リソーススロット）は、はるかに少なくなる。
【００４０】
マルチステージビーム走査プロセスを詳細に述べる前に、全般的なビーム発見問題、送信ビーム発見問題、およびＳＢＳ手法について述べておくことが有益である。
【００４１】
ビーム発見の全般的な問題
ｎＴは送信機における送信アンテナの数を、ｎＲは受信機における受信アンテナの数を示すものとする。Ｈは、ｉ番目の行とｊ番目の列の要素が送信機のｊ番目の送信アンテナから受信機のｉ番目の受信アンテナへの複素数値のチャネル応答であるｎＴ×ｎＲの行列であるとする。任意の所与の送信ビームフォーミング（ＢＦ）の重みベクトル
0006498762.tif 000002
および受信ＢＦの重みベクトル
0006498762.tif 000003
の場合、受信機で受信される信号は、
0006498762.tif 000004
（１）
として単純にモデル化することができ、式中、ｋはチャネル使用に対する指数を指し、ｓ［ｋ］は送信機と受信機の両方に知られているパイロット信号を指し、ｗ［ｋ］は根底にある雑音−干渉を示す。特に、ＢＦの重みベクトルの使用によって、各方向においてどの程度の送信電力が放出されるかを伝える、対応するビームフォーミングパターンが形成される。したがって、ＢＦの重みベクトル、または単にＢＦベクトルは、以下、ビームフォーミングパターンとも称する。目標は、ある関数
0006498762.tif 000005
で測られる送信機と受信機の間のリンク品質を最大にする、送信機における最適な送信ＢＦベクトルｐＴおよび受信機における最適な受信ＢＦベクトルｐＲを、チャネル行列Ｈを知ることなく特定することである。言い換えれば、本発明者らは、
0006498762.tif 000006
（２）
を、後述するように、ビーム走査と呼ぶ既知の信号の一連の探索送信によって発見することに関心があり、式中、
0006498762.tif 000007
は最適な送信ＢＦベクトルを示し、
0006498762.tif 000008
は最適な受信ＢＦベクトルを示し、
0006498762.tif 000009
は検討中の許容送信ＢＦベクトルを示し、
0006498762.tif 000010
は検討中の許容受信ＢＦベクトルを示す。
【００４２】
リンク品質関数の例は、
0006498762.tif 000011
であり、式中、ｆ（・）は何らかの単調非減少実関数である。この場合、Ｈが送信機および／または受信機に知られている場合、最適な送信ＢＦベクトル
0006498762.tif 000012
と最適な受信ＢＦベクトル
0006498762.tif 000013
は、単に、Ｈの左右の特異ベクトルである。ただし、Ｈは概して送信機にも受信機にも知られていないため、最適なＢＦベクトル
0006498762.tif 000014
および
0006498762.tif 000015
は、Ｈを知ることなく発見しなければならない。
【００４３】
送信ビーム発見問題
本明細書において対処される送信ビーム発見問題は、ある（たとえば、最適な）受信ＢＦベクトルｐＲが使用されると仮定して、最適な送信ＢＦベクトル
0006498762.tif 000016
を発見することである。（自明なケースでは、ベクトルｐＲは、アンテナ要素を１つだけ使用して全方向の受信に至る１つだけの０でない要素を含むことができる。）この場合、式（２）における本発明者らの目標は、単純化して
0006498762.tif 000017
（３）
となり、式中、ｑ’（・┃・）は、
0006498762.tif 000018
によって得ることができ、これは最適な対応する受信ＢＦベクトルが使用されることを想定している。
【００４４】
送信機がＨを事前に知ることなく
0006498762.tif 000019
を発見するために、対応するＢＦベクトル集合
0006498762.tif 000020
を使用して、Ｎｓ個の異なる無線リソーススロット（たとえば、時間、周波数、および／または符号）にわたって、受信機に一連の試験ビームが典型的には送信される。これらのリソーススロットにわたって受信される信号を受信し、計測すると、受信機は次いで、ある測定報告を送信機にフィードバックする。測定報告に基づいて、送信機は、後続の通信に使用される最適な送信ＢＦベクトルを決定する。これらの試験ビーム、および関連する試験ＢＦベクトル
0006498762.tif 000021
は、受信機において知られていても知られていなくてもよい。ｎ番目のリソーススロットにおける受信信号
0006498762.tif 000022
は、
0006498762.tif 000023
としてモデル化することができ、ｋ＝０，１，２，…，Ｎｕ、ｎ＝０，１，２，…，Ｎｓ−１とし、式中、Ｎｕは、Ｎｓ個のリソーススロットのそれぞれにおけるチップ（またはチャネル使用）の数を示し、
0006498762.tif 000024
は、ｎ番目のスロットで送信されるパイロット信号を示し、
0006498762.tif 000025
は、ｎ番目のスロットにおける雑音−干渉を示す。受信信号
0006498762.tif 000026
に基づいて、受信機は、送信機が最適な送信ＢＦベクトルを決定できるように、あるビーム測定報告（ＢＭＲ）を構築して、送信機に送る。主要な問題は、送信機が受信機のフィードバックから何が最適なＢＦベクトルかを確実に決定できるように、Ｎｓをどれだけ小さくできるかである。
【００４５】
ＢＭＲに可能なフィードバックの量に制限がない場合、受信機は、原則として、受信信号（またはその任意精度の近似値）を送信機にフィードバックすることができる。この場合、送信機が最適な送信ＢＦベクトルを計算するために、Ｎｓ＝ｎＴ個のみの試験ビームが必要とされる。たとえば、試験ＢＦベクトル
0006498762.tif 000027
を、ｎＴ次元の複素ベクトル空間を張る任意の基底ベクトル集合として選ぶことができ、受信信号を行列の形で
0006498762.tif 000028
として表すことができ、式中、ＳはＮｓ×（ＮｕＮｓ）のブロック対角行列であり、ｓ［ｎ］がｎ番目の対角ブロックである。送信機は、式（３）を解く最適な送信ＢＦベクトル
0006498762.tif 000029
が許容集合
0006498762.tif 000030
の大きさにかかわらず計算できる
0006498762.tif 000031
によって、チャネル応答を簡単に推定することができる。したがって、Ｎｓには自明な上界があり、Ｎｓ≦ｎＴである。しかしながら、送信アンテナの数ｎＴが大きい場合、Ｎｓ＝ｎＴに設定すると、許容できない量のオーバーヘッドを招くことになるはずである。さらに、そのような大きいＢＭＲをサポートするのに必要なリンク容量は、特に送信機が複数の受信機をサポートしなければならないときにしばしば大きすぎる。実際上は、ＢＭＲに可能な受信機から送信機へのフィードバックの量は、むしろ限定されていることがある。
【００４６】
送信機が受信機と通信するための最適な送信ＢＦベクトルを決定するのに要するフィードバックの量を最小にするために、本発明者らは、送信機が
0006498762.tif 000032
における最適なＢＦベクトルの指数を決定するだけですむように、許容ＢＦベクトルの集合
0006498762.tif 000033
が有限であるケースを考える。
【００４７】
サイズが有限であることに加えて、集合
0006498762.tif 000034
は、ハードウェア制限のために、ある制約を満たすようにさらに制限され得ることに留意されたい。たとえば、送信機がアナログのＢＦフロントエンドを採用する場合、各アンテナ重みは、各アンテナで送信される信号に位相ずれを加えることしかできない。言い換えれば、ベクトル
0006498762.tif 000035
の各要素は、一定係数をもたなければならない（たとえば、複素平面の単位円上）。この場合、集合
0006498762.tif 000036
は、
0006498762.tif 000037
によって与えることができ、式中、
0006498762.tif 000038
であり、
0006498762.tif 000039
ｉ＝１，２，…，Ｎであり、λは無線信号の波長を示し、ｘｊはｊ番目のアンテナの三次元座標ベクトルを示し、Θｉとφｉはそれぞれ、ｉ番目のＢＦベクトル
0006498762.tif 000040
に関連するアンテナアレイに対する方位角と仰角を表し、
0006498762.tif 000041
は、方位角Θｉおよび仰角φｉを指す単位法線方向のベクトルである。言い換えれば、ＢＦベクトルの集合
0006498762.tif 000042
は、ビームフォーミングのために所定の集合
0006498762.tif 000043
の方位と仰角の対に一致するように選ばれる。
【００４８】
シーケンシャルビームスイーピング
たとえば、従来のＳＢＳ（たとえば、Ｚｈｏｕ参照）では、送信機は、ｉ番目のリソーススロットにおいてｉ番目のＢＦベクトル
0006498762.tif 000044
を使用してパイロット信号を送信する。受信機は、
0006498762.tif 000045
における最も好ましいビームに対応する最適なリソーススロットの指数、つまりｉ＊を送信機にフィードバックするだけでよい。最も好ましいビームは、たとえば、最高の信号強度、最高のＳＮＲ、または最小のチャネル推定誤差の観点で最適な信号品質を生み出すビームであり得る。あるいは、最も好ましいビームは、あらかじめ定義された閾値を超える受信信号品質を生み出す最初のリソーススロットで使用されるビームであってもよい。いずれの場合も、この指数に基づいて、送信機は、受信機に到達するのに最適なＢＦベクトル
0006498762.tif 000046
を知る。というのも、
0006498762.tif 000047
においてスロット指数とビーム指数の間には１対１の対応が存在するためである。ＳＢＳに必要なフィードバックの量は、したがってｌｏｇ２Ｎビットである。
【００４９】
ＳＢＳと下記のマルチステージビーム走査方式をよりうまく比較するために、Ｓｉは、受信機がスロットｉで使用される送信ビーム
0006498762.tif 000048
を好ましいものとして選択する送信機のカバーエリアの部分、すなわちパーティションセルを示すものとする。したがって、集合
0006498762.tif 000049
は、カバーエリアのパーティションを形成する（体積ゼロの位置の集合は除く）。各Ｓｉは、以下、カバーエリアのパーティションセルと称し、集合Ωは、以下、カバーエリアのパーティションセル集合と称する。たとえば、Ｓｉは、好ましいビームが他のビームと比較することで選ばれた場合に、
0006498762.tif 000050
と定義することができ、式中、Ｈｘは、地点ｘに配置された受信機と送信機の間のチャネル応答を示し、または、好ましいビームが最初の十分に良好なビームとなるように選ばれた場合に、
0006498762.tif 000051
と定義してもよく、式中、γは、あらかじめ定義された閾値を示す。従来のＳＢＳでは、任意の所与のスロットｉで、パーティションセルＳｉに配置された受信機のみが送信機から有意な信号エネルギーを集めることができる。
【００５０】
しかしながら、従来のＳＢＳの主要な問題は、そのシグナリングの非効率性である。いつでも、カバー範囲全体のほんの一部が、意味のある信号を送信機から受信することができる。その結果、ビーム方向に関するわずかな情報、（ｌｏｇ２Ｎ）／Ｎビットが、各リソーススロットにわたって平均して搬送され、送信機が受信機に送信するのに適切なビーム方向を決定するために必要なリソーススロットの数Ｎｓは、Ｎに比例する（すなわち、Ｎｓ＝Ｏ（Ｎ））。
【００５１】
マルチステージ（ツリー）ビーム走査
本明細書において開示された実施形態によれば、送信ノード１２は、本質的に同じフィードバック要件でＳＢＳより実質的に少ない数のリソーススロットにおいて、送信ノード１２が適切なビームパターン、すなわちビーム方向を発見できるようにするマルチステージビーム走査手法を利用する。具体的には、マルチステージビーム走査手法を使用して、Ｎ個の可能なビームパターン、すなわちビーム方向から１つを特定するのに必要なリソーススロットの数はｌｏｇＮに比例する（すなわち、Ｎｓ＝Ｏ（ｌｏｇＮ））。
【００５２】
0006498762.tif 000052
は、それぞれが１を超えるＭ個の整数へのＮの因数分解であるとする。マルチステージビーム走査プロセスは、Ｍ個のステージを使用して、送信ノード１２から、たとえば受信ノード１４への送信のための送信ビームパターン、すなわち送信ビーム方向のうち最適なものを選択する。ｍ番目のステージにおいて、ビーム走査（たとえば、ＳＢＳ）は、ステージごとの走査ビームパターン集合
0006498762.tif 000053
からＮｍ個の走査ビームパターンの集合にわたって実施され、ここで、
0006498762.tif 000054
である。したがって、マルチステージビーム走査手法に要するリソーススロットの総数は
0006498762.tif 000055
である。Ｍ個の数の和はそれらの積よりも実質的に小さい可能性があるので、ＮｕはＮよりも有意に小さい可能性がある。差は、Ｎｍが最小化されて２になり、したがってステージの数Ｍが最大化されたときに、最大になる。たとえば、すべてのｍについてＮｍ＝ｂのとき、Ｍ＝ｌｏｇｂＮであり、Ｎｕ＝ｂｌｏｇｂＮである。
【００５３】
いくつかの実施形態では、マルチステージビーム走査プロセスのｍ番目のステージにおいて、受信ノード１４は、
0006498762.tif 000056
内の最も好ましい走査ビームパターンを有する、そのステージにおけるリソーススロットの指数
0006498762.tif 000057
を送信ノード１２に送る。
0006498762.tif 000058
内の最も好ましいビームパターンを有する、そのステージにおけるリソーススロットの指数
0006498762.tif 000059
は例でしかないことに留意されたい。
0006498762.tif 000060
内の最も好ましい走査ビームパターンの任意の適切な指標が、送信ノード１２にフィードバックされてもよい。フィードバックは各ステージの後すぐに行われる必要はなく、代わりに、すべてのビーム走査ステージを観察した後に行うことができる。最も好ましい走査ビームパターンは、最適なリンク品質をそのステージにおいて生み出す走査ビームパターンによって決定されても、所定の閾値を超えるリンク品質を生み出す第１の走査ビームパターンによって決定されてもよい。したがって、必要なフィードバックの総量は
0006498762.tif 000061
ビットであり、これは従来のＳＢＳのものと本質的に同じであり、式中、
0006498762.tif 000062
は天井関数（すなわち、ｘ以上の最小の整数）を示す。使用されるビームパターンが受信機からのフィードバックに従って、あるステージから別のステージに適応的に変化させられるいくつかの既存のビーム走査方法（たとえば、Ｈｕｒ参照）とは異なり、マルチステージビーム走査手順は非適応的であり、したがって、適応的な手法に要する信頼性のある通信を確立するために送信機とその受信機のそれぞれとの間で必要な相互のハンドシェークを回避している。
【００５４】
ｍ番目のステージについて選ばれる最も好ましいスロット指数
0006498762.tif 000063
の異なる走査ビームパターン、したがって異なる可能な値は、事実上、任意の対の
0006498762.tif 000064
が互いに素になるように送信ノード１２のサービスカバーエリアをパーティションセル集合
0006498762.tif 000065
に分け、すべての
0006498762.tif 000066
の和集合は送信ノード１２のカバーエリアに等しく、
0006498762.tif 000067
は、受信ノード１４が分類されるΩ（ｍ）において最も可能性の高いパーティションセルである。パーティションセル集合
0006498762.tif 000068
は、以下、ｍ番目のステージにおける走査パーティションセル集合と称し、送信ビームパターンによって誘導されるパーティションセル集合
0006498762.tif 000069
とは区別する。送信ビームパターンによって誘導されるパーティションセル集合
0006498762.tif 000070
は、以下、送信パーティションセル集合と称する。たとえば、
0006498762.tif 000071
は、好ましい走査ビームパターンが他の走査ビームパターンと比較することで選ばれた場合に、
0006498762.tif 000072
と定義することができ、式中、すべてのｉについて
0006498762.tif 000073
であり、または、好ましい走査ビームパターンが最初の十分に良好な走査ビームパターンになるように選ばれた場合に、
0006498762.tif 000074
と定義してもよく、式中、γは、あらかじめ定義された閾値を示す。
【００５５】
異なる走査パーティションセルの集まり
0006498762.tif 000075
は、走査パーティションセル集合Ω（ｍ）のうちの１つからそれぞれ選択されるＭ個の走査パーティションセルの各結合の共通部分が、以下、送信ビームパターン集合とも称する送信ＢＦベクトル
0006498762.tif 000076
の集合によって誘導される送信パーティションセルの集合Ωにおける送信パーティションセルに対応するように構築される。より正確には、好ましいビームパターンまたは無線リソーススロット指数ｉ＊∈｛１，２，…，Ｎ｝ごとに、
0006498762.tif 000077
（４）
になるように、各指数の固有ベクトル
0006498762.tif 000078
が存在し、式中、
0006498762.tif 000079
は、無視できる体積（すなわち、測度０）の部分集合を除いて、２つの集合が等しいことを示し、
0006498762.tif 000080
、また
0006498762.tif 000081
である。言い換えれば、すべてのＭ個のステージからの指数
0006498762.tif 000082
は、受信ノード１４が配置されている送信パーティションセルの集合Ωにおける送信パーティションセル、したがって、その受信ノード１４に到達するために使用される最も好ましい送信ビームパターン
0006498762.tif 000083
をまとめて指定する。各指数
0006498762.tif 000084
は何らかの情報を提供するが、好ましい送信ビームパターン
0006498762.tif 000085
に関する十全な情報を提供する指数
0006498762.tif 000086
はない。実際のところ、各指数
0006498762.tif 000087
は、指数ｉ＊に関するｌｏｇ２Ｎｍビットを提供するので、ｍ番目のステージの各無線リソーススロットは、平均して、好ましいビーム方向に関する（ｌｏｇ２Ｎｍ）／Ｎｍビットの情報を搬送し、これは、（ｌｏｇｘ）／ｘはｘ≧ｅで単調減少関数なので、（ｌｏｇ２Ｎ）／Ｎよりも実質的に大きい可能性がある。
【００５６】
ステージビームごとのパターン集合の構築
許容送信ビームパターンの集合
0006498762.tif 000088
を仮定すると、ｍ番目のステージにおける各走査ビームパターン
0006498762.tif 000089
は、
0006498762.tif 000090
における送信ビームパターンのうちの１つまたは複数の特定の（線形）結合によって構築されてもよい。同じビーム走査ステージ内の、または異なるビーム走査ステージからの異なる走査ビームパターンは、
0006498762.tif 000091
における送信ビームパターンの異なる結合によって形成され得る。得られる走査ビームパターンは、誘導される走査パーティションセル集合
0006498762.tif 000092
が、式（４）を満たし、送信ノード１２のハードウェア制約下で実装され得るように設計されている。
【００５７】
図３Ａから図３Ｇまでは、送信ビームパターン集合
0006498762.tif 000093
が図３Ａに示した８つのビームパターンを含む１つの例における走査ビームパターンを示す。送信ビームパターンは、この例では送信パーティションセルＳ１からＳ８を含む送信パーティションセル集合Ωを誘導する。この例では、３つのビーム走査ステージが存在し（すなわち、Ｍ＝３）、ビーム走査ステージのそれぞれにおける走査ビームパターンの数は２である（すなわち、Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ３＝２）。図３Ｂおよび図３Ｃは、第１のビーム走査ステージにおける走査ビームパターン集合
0006498762.tif 000094
の走査ビームパターンを示す。図３Ｂに示すように、第１のビーム走査ステージにおける第１の走査ビームパターン
0006498762.tif 000095
は、送信ビームパターン１、２、３、および４の結合、すなわち和集合である。第１のビーム走査ステージにおける第１のビーム走査パターン
0006498762.tif 000096
は、第１のビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合Ω（１）の第１の走査パーティションセル
0006498762.tif 000097
に対応する。図３Ｃに示すように、第１のビーム走査ステージにおける第２の走査ビームパターン
0006498762.tif 000098
は、送信ビームパターン５、６、７、および８の結合、すなわち和集合である。第１のビーム走査ステージにおける第２のビーム走査パターン
0006498762.tif 000099
は、第１のビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合Ω（１）の第２の走査パーティションセル
0006498762.tif 000100
に対応する。一実施形態において、指数
0006498762.tif 000101
は、第１のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンが、第１のビーム走査ステージにおける第１のビーム走査パターン
0006498762.tif 000102
である場合には０に設定され、第１のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンが、第１のビーム走査ステージにおける第２のビーム走査パターン
0006498762.tif 000103
である場合には１に設定される。
【００５８】
図３Ｄおよび図３Ｅは、第２のビーム走査ステージにおける走査ビームパターン集合
0006498762.tif 000104
の走査ビームパターンを示す。図３Ｄに示すように、第２のビーム走査ステージにおける第１の走査ビームパターン
0006498762.tif 000105
は、送信ビームパターン１、２、５、および６の結合、すなわち和集合である。第２のビーム走査ステージにおける第１のビーム走査パターン
0006498762.tif 000106
は、第２のビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合Ω（２）の第１の走査パーティションセル
0006498762.tif 000107
に対応する。図３Ｅに示すように、第２のビーム走査ステージにおける第２の走査ビームパターン
0006498762.tif 000108
は、送信ビームパターン３、４、７、および８の結合、すなわち和集合である。第２のビーム走査ステージにおける第２のビーム走査パターン
0006498762.tif 000109
は、第２のビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合Ω（２）の第２の走査パーティションセル
0006498762.tif 000110
に対応する。一実施形態において、指数
0006498762.tif 000111
は、第２のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンが、第２のビーム走査ステージにおける第１のビーム走査パターン
0006498762.tif 000112
である場合には０に設定され、第２のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンが、第２のビーム走査ステージにおける第２のビーム走査パターン
0006498762.tif 000113
である場合には１に設定される。
【００５９】
図３Ｆおよび図３Ｇは、第３のビーム走査ステージにおける走査ビームパターン集合
0006498762.tif 000114
における走査ビームパターンを示す。図３Ｆに示すように、第３のビーム走査ステージにおける第１の走査ビームパターン
0006498762.tif 000115
は、送信ビームパターン１、３、５、および７の結合、すなわち和集合である。第３のビーム走査ステージにおける第１のビーム走査パターン
0006498762.tif 000116
は、第３のビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合Ω（３）の第１の走査パーティションセル
0006498762.tif 000117
に対応する。図３Ｇに示すように、第３のステージにおける第２の走査ビームパターン
0006498762.tif 000118
は、送信ビームパターン２、４、６、および８の結合、すなわち和集合である。第３のステージにおける第２のビーム走査パターン
0006498762.tif 000119
は、第３のビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合Ω（３）の第２の走査パーティションセル
0006498762.tif 000120
に対応する。一実施形態において、指数
0006498762.tif 000121
は、第３のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンが、第３のビーム走査ステージにおける第１のビーム走査パターン
0006498762.tif 000122
である場合には０に設定され、第３のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンが、第３のビーム走査ステージにおける第２のビーム走査パターン
0006498762.tif 000123
である場合には１に設定される。
【００６０】
図３Ａから図３Ｇまでの例を使用して、受信ノード（たとえば、受信ノード１４）への送信に好ましいか、または最適な送信ビームパターンが、以下の表１に基づいて３つのビーム走査ステージについて受信ノードによって報告される指数
0006498762.tif 000124
に基づいて決定され得る。
0006498762.tif 000125
【００６１】
図３Ａから図３Ｇまでの例は１つの例にすぎない。図４Ａから図４Ｃまでは、複数のビーム走査ステージにおける走査ビームパターンの別の例を示す。この例は、均一間隔のアンテナ要素を有する２次元アンテナアレイに対するマルチステージビーム走査方式のステージごとの走査ビームパターン集合を示す。ｎＴ＝ｎＴ，ａｎＴ，ｅであるものとし、式中、ｎＴ，ａとｎＴ，ｅはそれぞれ水平方向と高さ方向にステアリングする２つの寸法に沿ったアンテナ要素の数を示す。この例では、２つの寸法のそれぞれにおけるアンテナの部分集合のみが、任意の所与のビーム走査ステージの任意の無線リソーススロットにおいて作動させられるが、異なる部分集合は異なるビーム走査ステージで作動させられる。具体的には、Ｎ１≡Ｎ１，ａ×Ｎ１，ｅのアンテナのサブアレイが作動させられ、ここで、ｎＴ，ａはＮ１，ａで割り切れると仮定し、ｎＴ，ｅはＮ１，ｅで割り切れると仮定する。異なるビーム走査ステージでは、これらＮ１≡Ｎ１，ａＮ１，ｅの作動させられるアンテナは、異なる間隔で配置される。第１のビーム走査ステージでは、これらのアンテナは互いに隣り合っていてもよく、したがって広いビームパターンを形成する。
【００６２】
図４Ａは、８×８のアンテナアレイ中の作動させられるアンテナ、および得られる走査ビームパターンの例を示す。同じステージ内の異なる走査ビームパターンは、異なる方向を指す単に同じ走査ビームパターンである。第２のビーム走査ステージでは、作動させられるアンテナは、図４Ｂに示すように、８×８のアレイについて２つのアンテナ間スペース分だけ離れていてもよく、ここでは、ビーム幅が狭くなった意図的なグレーティングローブが形成される。また、同じステージ内の異なる走査ビームパターンは、この例では、異なる方向を指す同じ走査ビームパターンである。同様に、第３のビーム走査ステージでは、作動させられるアンテナは、図４Ｃに示すように、４つのアンテナ間スペース分だけ離れており、ここでは、ビーム幅がさらに狭くなった意図的なグレーティングローブが形成される。
【００６３】
この例では、ビーム発見に十分な空間分解能をもたらすために、ビーム走査の各ステージにつき４×４＝１６の走査ビームパターンが存在し得る。したがって、３ステージのビーム走査の場合、合計でわずか４８のリソーススロットが、合計Ｎ＝１６×１６＝２５６の可能なビーム方向を特定するために必要である。対照的に、従来のＳＢＳ手法であれば、同じ数のビームを特定するために２５６のリソーススロットが必要になると思われる。
【００６４】
任意の所与のリソーススロットでは、すべてのアンテナ要素のうちのわずかな部分しか作動させられないので、各ステージ内の異なるリソーススロットが周波数領域において分けられる場合は、対応する所望の方向を指すビームパターンを形成するために異なるアンテナ集合が使用されてもよいことに留意されたい。各アンテナが自身の電力増幅器をもつ典型的な状況では、これによってより多くのアンテナが全体の送信に電力の点で貢献することが可能になり得る。
【００６５】
図５は、本開示の１つの実施形態による上記のマルチステージビーム走査プロセスを実施するための送信ノード１２の動作を示すフローチャートである。マルチステージビーム走査プロセスは、あるステージにおける走査ビームパターンが前のステージにおける受信ノード１４からのフィードバックに左右されないという意味で非適応的である。いくつかの実施形態では、マルチステージビーム走査プロセスはまた、すべての受信ノードについて最適な送信ビームパターンを特定するために同じ送信が使用できるという点で特定の受信機に依存せず、任意の特定の受信ノードには限定されない。
【００６６】
図に示すように、送信ノード１２は、重なっていない各無線リソーススロットにわたって、Ｍ個のビーム走査ステージのそれぞれにおける走査ビームパターンを使用して既知の（たとえば、パイロット）信号を送信する（ステップ１００）。本明細書で使用される、無線リソーススロットは、時間ベースの無線リソーススロット、周波数ベースの無線リソーススロット、符号ベースの無線リソーススロット、またはその任意の組み合わせであってもよい。既に述べたように、Ｍ個のビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、Ｍ個のビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、送信ノード１２のＮ個の送信ビームパターンのうちの異なる１つに対応するように画定される。具体的には、各ビーム走査ステージについて、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、送信ノード１２のサービスカバーエリア１８を、そのビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合に分割する。ビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合の走査パーティションセルの各対は互いに素であり、ビーム走査ステージにおける走査パーティションセルの和集合は、送信ノード１２のサービスカバーエリア１８全体をカバーする。ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、ビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査パーティションセルからなる走査パーティションセルのそれぞれ一意の結合について、走査パーティションセルの固有の結合の共通部分が、サービスカバーエリア１８の送信パーティションセル２０のうちの１つに、したがって送信ノード１２の送信ビームパターン１６のうちの１つに対応するようになったものである。ビーム走査ステージにおける送信ビームパターンの数Ｎ、ビーム走査ステージの数Ｍ、および異なる走査ビームパターン集合は、たとえば、あらかじめ定義されても、送信ノード１２によってプログラムで決定されてもよく、またはその何らかの組み合わせであってもよいことに留意されたい。
【００６７】
送信ノード１２は、Ｍ個のビーム走査ステージのそれぞれについて、ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの指標を受信ノード１４から受信する（ステップ１０２）。既に述べたように、いくつかの実施形態では、ｍ番目のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームの指標は、ｍ番目のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンに対応する無線リソーススロットの指数
0006498762.tif 000126
である。好ましい走査ビームパターンの指標は、各ビーム走査ステージの後に個別に送信ノード１２にフィードバックされてもよい。あるいは、Ｍ個のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの指標は、最後の（すなわち、Ｍ番目の）ビーム走査ステージの後に一緒に送信ノード１２にフィードバック、すなわち報告されてもよい。
【００６８】
送信ノード１２は、Ｍ個のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの結合に対応する送信ノード１２の送信ビームパターンを、送信ノード１２から受信ノード１４への送信のための送信ビームパターンとして選択する（ステップ１０４）。具体的には、いくつかの実施形態では、好ましい走査ビームパターンの指標は指数集合
0006498762.tif 000127
として表され、指数集合は、たとえば、あらかじめ定義されたルックアップテーブルを介して、対応する送信ビームパターンに写される。
【００６９】
図５は送信ノード１２の動作を示すが、図６は、本開示の１つの実施形態による送信ノード１２と受信ノード１４の両方の動作を示す。図に示すように、送信ノード１２は、図５のステップ１００について既に述べたように、重なっていない各無線リソーススロットにわたって、Ｍ個のビーム走査ステージのそれぞれにおける走査ビームパターンを使用して、既知の（たとえば、パイロット）信号を送信する（ステップ２００）。各ビーム走査ステージについて、受信ノード１４は好ましい走査ビームパターンを決定する（ステップ２０２）。具体的には、以下で検討するように、受信ノード１４は、ビーム走査ステージのそれぞれにおける無線リソーススロットの少なくとも一部について、送信ノード１２による既知の信号の送信に使用される無線リソーススロットを観察することによって、限定はしないが、ＳＮＲなどのリンク品質尺度についての対応する値を決定する。各ビーム走査ステージにおいて、好ましい走査ビームパターンは、たとえば、あらかじめ定義された閾値よりも良い、そのビーム走査ステージにおける無線リソーススロットのすべての中で最適なリンク品質またはそのビーム走査ステージにおけるリンク品質尺度の値を有する無線リソーススロットに対応する走査ビームパターンである。
【００７０】
受信ノード１４は、送信ノード１２に、ビーム走査ステージのそれぞれにおける好ましい走査ビームパターンの指標を送信する（ステップ２０４）。既に述べたように、ｍ番目のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの指標は、ｍ番目のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンに対応する無線リソーススロットの指数
0006498762.tif 000128
として表すことができる。好ましい走査ビームパターンの指標は、各ビーム走査ステージの後に個別に送信ノード１２フィードバックされてもよい。あるいは、Ｍ個のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの指標は、Ｍ番目のビーム走査ステージの後に一緒に送信ノード１２にフィードバック、すなわち報告されてもよい。
【００７１】
送信ノード１２は、Ｍ個のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの結合に対応する送信ノード１２の送信ビームパターンを、図５のステップ１０４について既に述べたように、送信ノード１２から受信ノード１４への送信のための送信ビームパターンとして選択する（ステップ２０６）。具体的には、いくつかの実施形態では、好ましい走査ビームパターンの指標は指数集合
0006498762.tif 000129
として表され、指数集合は、たとえば、あらかじめ定義されたルックアップテーブルを介して、対応する送信ビームパターンに写される。
【００７２】
図７は、本開示の１つの実施形態による図６のステップ２０２をより詳細に示す。図に示すように、受信ノード１４は、ビーム走査ステージの１つにおける走査ビームパターンを使用して既知の信号を送信するために送信ノード１２によって使用される重なっていない無線リソーススロットを観察することによって、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンについての既知の信号に対する信号品質尺度値を決定する（ステップ３００）。具体的には、ビーム走査ステージの走査ビームパターンごとに、受信ノード１４は、ビーム走査ステージにおけるその走査ビームパターンについての既知の信号を送信するために送信ノード１２によって使用される無線リソーススロット観察することによって、対応する信号品質尺度値を決定する。信号品質尺度は、たとえばＳＮＲであってもよく、信号品質尺度値はＳＮＲ値である。ただし、ＳＮＲ以外の信号品質尺度が使用されてもよい。同じように、受信ノード１４は、ビーム走査ステージの走査ビームパターンのそれぞれについての既知の信号に対する信号品質尺度値を取得する。
【００７３】
次いで、受信ノード１４は、信号品質尺度値に基づいて、ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンを選択する（ステップ３０２）。一実施形態において、受信ノード１４は、最適な信号品質尺度値に対応する走査ビームパターンを、ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンとして選択する。特に、既に述べたように、受信ノード１４は、使用される走査ビームパターンの知識を有している必要はない。たとえば、既に述べたように、受信ノード１４は、最適な信号品質尺度値に対応する無線リソーススロットの指数を選択する。次いで、この指数は、ビーム走査ステージにおける好ましいビーム走査パターンの指標として送信ノード１２に報告されてもよい。このプロセスは、残りのビーム走査ステージについて繰り返される（ステップ３０４）。本明細書では図７（および他の流れ図）に関して「ステップ」と称しているが、「ステップ」は、任意の適切な順序で実施することができ、同時に実施することすらできることに留意されたい。たとえば、重なっていない無線リソーススロットが周波数スロットまたは符号スロットである場合、ステップ３００および３０２は、ビーム走査ステージのすべてに対して並行して実施されてもよい。
【００７４】
図８は、本開示の１つの実施形態による図６のステップ２０２をより詳細に示す。図に示すように、受信ノード１４は、ビーム走査ステージの１つにおける走査ビームパターンを使用して既知の信号を送信するために送信ノード１２によって使用される重なっていない無線リソーススロットを、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンの１つについての既知の信号に対する信号品質尺度が、あらかじめ定義された閾値を満たすまで、順次観察する（ステップ４００）。具体的には、受信ノード１４は、ビーム走査ステージにおける第１の走査ビームパターンについての無線リソーススロットを観察して、既知の信号に対する信号品質尺度値（たとえば、ＳＮＲ値）を決定する。受信ノード１４は、信号品質尺度値をあらかじめ定義された閾値と比較する。信号品質尺度値が、あらかじめ定義された閾値より良ければ、観察は終了する。しかしながら、信号品質尺度値が、あらかじめ定義された閾値よりも良くなければ、受信ノード１４は、ビーム走査ステージにおける次の走査ビームパターンについての無線リソーススロットに対してプロセスを繰り返す。
【００７５】
観察が完了すると、受信ノード１４は、ステップ４００の観察によって特定された走査ビームパターンを、そのビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンとして選択する（ステップ４０２）。既に述べたように、受信ノード１４は、使用される走査ビームパターンの知識を有している必要はない。たとえば、既に述べたように、受信ノード１４は、あらかじめ定義された閾値よりも良い第１の信号品質尺度値に対応する無線リソーススロットの指数を選択する。次いで、この指数は、ビーム走査ステージにおける好ましいビーム走査パターンの指標として送信ノード１２に報告されてもよい。ステップ４００および４０２のプロセスは、残りのビーム走査ステージについて繰り返される（ステップ４０４）。
【００７６】
既に述べたように、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンについての既知の信号の送信に使用される無線リソーススロットは、重なっていない無線リソーススロットである。図９は、重なっていない無線リソーススロットが、重なっていないタイムスロットである１つの例を示す。ただし、これは例にすぎない。重なっていない無線リソーススロットは、重なっていないタイムスロット、重なっていない周波数スロット、重なっていない符号（以下、符号スロットと称する）、またはその任意の組み合わせであってもよい。さらに、重なっていない無線リソーススロットの各種を合わせたものが使用されてもよい。たとえば、異なるタイムスロットが異なるステージに使用されてもよいが、異なる周波数スロットが同じステージ内の異なる走査ビームパターンに使用されてもよい。
【００７７】
図９に示すように、この例では、送信ノード１２は、重なっていない各無線リソーススロットにわたって、第１のビーム走査ステージにおける走査ビームパターンを使用して既知の（たとえば、パイロット）信号を送信する（ステップ５００）。一実施形態において、重なっていない無線リソーススロットは、重なっていないタイムスロットであり、送信ノード１２は、重なっていないタイムスロットにわたって、第１のビーム走査ステージにおける走査ビームパターンを順番に使用して既知の信号を送信する。以下、これをステージごとのＳＢＳと称する。
【００７８】
受信ノード１４は、第１のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンを決定する（ステップ５０２）。具体的には、既に述べたように、受信ノード１４は、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンの少なくとも一部について、送信ノード１２による既知の信号の送信に使用される無線リソーススロットを観察することによって、限定はしないが、ＳＮＲなどのリンク品質尺度についての対応する値を決定する。一実施形態において、第１のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンは、第１のビーム走査ステージにおける無線リソーススロットのすべての中で最適なリンク品質を有する無線リソーススロットに対応する走査ビームパターンである。別の実施形態において、第１のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンは、あらかじめ定義された閾値よりも良い信号品質、すなわちリンク品質を有する第１のステージにおける第１の無線リソーススロットに対応する走査ビームパターンである。
【００７９】
同じように、送信ノード１２は、重なっていない各無線リソーススロットにわたって、第２のビーム走査ステージにおける走査ビームパターンを使用して既知の（たとえば、パイロット）信号を送信する（ステップ５０４）。受信ノード１４は、第２のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンを決定する（ステップ５０６）。このプロセスは、送信ノード１２が、重なっていない各無線リソーススロットにわたって、Ｍ番目のビーム走査ステージにおける走査ビームパターンを使用して既知の（たとえば、パイロット）信号を送信し（ステップ５０８）、受信ノード１４が、Ｍ番目のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンを決定する（ステップ５１０）まで継続する。
【００８０】
既に述べたように、Ｍ個のビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、Ｍ個のビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査ビームパターンからなる走査ビームパターンのそれぞれ一意の結合が、送信ノード１２の異なる送信ビームパターンに対応するように画定される。具体的には、各ビーム走査ステージについて、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、送信ノード１２のサービスカバーエリア１８を、そのビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合に分割する。ビーム走査ステージにおける走査パーティションセル集合の走査パーティションセルの各対は互いに素であり、ビーム走査ステージにおけるパーティションセルの和集合は、送信ノード１２のサービスカバーエリア１８全体をカバーする。ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンは、ビーム走査ステージのそれぞれから得た１つの走査パーティションセルからなる走査パーティションセルのそれぞれ一意の結合について、走査パーティションセルの固有の結合の共通部分が、サービスカバーエリア１８の送信パーティションセル２０のうちの１つに、したがって送信ノード１２の送信ビームパターン１６のうちの１つ対応するようになったものである。
【００８１】
本実施形態において、受信ノード１４がすべてのＭ個のビーム走査ステージに対して好ましい走査ビームパターンを選択した後、受信ノード１４は、送信ノード１２に、ビーム走査ステージのそれぞれにおける好ましい走査ビームパターンの指標を含む報告を送信する（ステップ５１２）。既に述べたように、ｍ番目のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームの指標は、ｍ番目のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンに対応する無線リソーススロットの指数
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として表すことができる。あるいは、Ｍ個のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの指標は、Ｍ番目のビーム走査ステージの後に一緒に送信ノード１２にフィードバック、すなわち報告されてもよい。
【００８２】
送信ノード１２は、Ｍ個のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの結合に対応する送信ノード１２の送信ビームパターンを、図５のステップ１０４について既に述べたように、送信ノード１２から受信ノード１４への送信のための送信ビームパターンとして選択する（ステップ５１４）。具体的には、いくつかの実施形態では、好ましい走査ビームパターンの指標は指数集合として表され、指数集合は、たとえば、あらかじめ定義されたルックアップテーブルを介して、対応する送信ビームパターンに写される。
【００８３】
ここまで述べてきた実施形態では、受信ノード１４は、フィードバックを送信ノード１２に提供し、次いで送信ノード１２は、受信ノード１４からのフィードバックに基づいて最適な送信ビームパターン１６を選択する。ただし、いくつかの実施形態では、受信ノード１４は、送信ビームパターン１６の知識を有し、Ｍ個のビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンに基づいて、最適な、または好ましい送信ビームパターン１６を選択してもよい。この点について、図１０は、本開示の別の実施形態による送信ノード１２と受信ノード１４の両方の動作を示す。図に示すように、送信ノード１２は、図５のステップ１００について既に述べたように、重なっていない各無線リソーススロットにわたって、Ｍ個のビーム走査ステージのそれぞれにおける走査ビームパターンを使用して、既知の（たとえば、パイロット）信号を送信する（ステップ６００）。各ビーム走査ステージについて、受信ノード１４は、既に述べたように、好ましい走査ビームパターンを決定する（ステップ６０２）。ただし、本実施形態において、受信ノードは、各ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンに従って、送信ノード１２から受信ノード１４への送信のための送信ビームパターン１６を選択する（ステップ６０４）。具体的には、いくつかの実施形態では、好ましい走査ビームパターンの指標は指数集合
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として表され、指数集合は、たとえば、受信ノード１４に格納されているあらかじめ定義されたルックアップテーブルを介して、対応する送信ビームパターンに写される。このルックアップテーブルは、受信ノード１４において事前に構成されていてもよいし、たとえば、送信ノード１２または無線ネットワークによって構成されてもよい。受信ノード１４は、送信ノード１２に、ビーム走査ステージのそれぞれにおける選択された走査ビームパターンの指標を送信する（ステップ６０６）。
【００８４】
本明細書に記載のマルチステージビーム走査手法は、本質的に同じフィードバック要件で、従来のＳＢＳ手法よりはるかに効率的な、特定デバイスに依存しないビーム発見のための方法を提供する。具体的には、合計Ｎの可能なビーム方向があり、Ｎが
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のように因数分解できる場合、マルチステージビーム走査手法は、パイロット信号を送信するのに
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のリソーススロットがあればよく、これに対して、ＳＢＳにはＮ個のリソーススロットが必要である。
【００８５】
図１１は、従来のＳＢＳの性能と、本明細書において開示されたマルチステージビーム走査手法の１つの実施形態を比較している。グラフ上の各ドットは、屋内平面図におけるレイトレーシングモデルに基づいて発生したチャネル応答のランダムな実現に対応する。各ドットのＸ座標は、送信機におけるチャネル応答が完璧に知られていると仮定したときに、送信機から受信機への固有のビームフォーミングを使用して実現可能な理想的なＳＮＲレベルを表し、Ｙ座標は、対応するビーム走査方法によって発見されたビームを使用して実現可能な実際のＳＮＲレベルを表す。図示した曲線は、２デシベル（ｄＢ）のビン幅を有するドットのヒストグラムに相当する。図１１に示されるように、マルチステージビーム走査手法は、はるかに少ない無線リソースの使用でありながら、従来のＳＢＳに匹敵するパフォーマンスを示す。
【００８６】
図１２は、ＳＮＲの代わりにデータスループットに基づく類似の比較を示す。このプロットでは、Ｙ座標は、対応するビーム走査方式を使用して発見されるビームによって実現可能な実際のスループットと、チャネル知識が送信機にあると仮定した固有ビームフォーミングによって実現可能な理想的なスループットとの比を表す。図１２に示されるように、マルチステージビーム走査手法は、はるかに少ない無線リソースの使用でありながら、従来のＳＢＳに匹敵するパフォーマンスを示す。
【００８７】
上記の検討は、任意のタイプの無線通信システムに実装され得る送信ノード１２および受信ノード１４に焦点を当てている。図１３は、送信ノード１２および受信ノード１４がセルラー通信ネットワーク２２に実装される１つの特定の実施形態を示す。この特定の実施形態では、送信ノード１２は、セルラー通信ネットワーク２２の無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）における基地局２４であり、受信ノード１４はワイヤレスデバイス２６である。基地局２４は送信ノード１２の例にすぎないことに留意されたい。送信ノード１２は、別のタイプの無線アクセスノード（たとえば、リモート無線ヘッド（ＲＲＨ））に実装されてもよいし、ワイヤレスデバイスに実装されていてもよい。同様に、ワイヤレスデバイス２６は受信ノード１４の例にすぎない。受信ノード１４は、たとえば無線アクセスノードに実装され、次いで送信ノード１２がワイヤレスデバイスに実装されてもよい。図１３の例では、基地局２４は、上記のマルチステージビーム走査手法を利用して、ワイヤレスデバイス２６への送信に使用する最適な、または好ましいビームパターンを特定する。ただし、同じように、ワイヤレスデバイス２６は、送信ノード１２として動作し、マルチステージビーム走査手順を実施して、基地局２４への送信に使用する最適な、または好ましいビームパターンを特定することができる。
【００８８】
図１４は、本開示の１つの実施形態による送信ノード１２の構成図である。既に述べたように、一実施形態において、送信ノード１２は、セルラー通信ネットワーク２２における基地局２４または類似の無線アクセスノードである。図に示すように、送信ノード１２は、１つまたは複数のプロセッサ２８（たとえば、中央処理装置（ＣＰＵ））と、メモリ３０と、１つまたは複数の信号プロセッサ３２と、複数のアンテナ４０に結合された送信機３６および受信機３８を含むワイヤレス送受信機３４とを備える。信号プロセッサ３２は、エンコーダ４１、変調器４２、およびプリコーダ４４を備える。エンコーダ４１は、信号プロセッサ３２の入力信号に符号化を実施する（たとえば、情報ビットを、たとえば誤り防止のために、符号化して符号化ビットにする）。変調器４２は、符号化信号を変調（たとえば、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）または類似の変調を実施）して、変調信号をもたらす。プリコーダ４４は、変調器４２からの変調信号にビームフォーミングベクトルを適用することによって、ビームフォーミングを実施するように動作する。ビームフォーミングベクトルはまた、プリコーディングマトリックスと呼ぶこともある。次いで、送信機３６は、信号プロセッサ３２からの出力信号を処理（たとえば、変調信号をアップコンバート、増幅、およびフィルタリング）することによって、適切な送信信号をアンテナ４０に出力する。受信経路については、信号プロセッサ３２は復調器４６を備え、いくつかの実施形態によってはデコーダ４８を備える。
【００８９】
動作において、いくつかの実施形態では、プロセッサ２８は、上記のように、信号プロセッサ３２を制御することによって上記のマルチステージビーム走査手順を実施して、Ｍ個のビーム走査ステージにおける走査ビームパターンを使用してパイロット信号を送信する。これは、プリコーダ４４を構成し、所望のパイロット信号のベースバンド表現を信号プロセッサ３２の入力に提供することによって行うことができる。さらに、いくつかの実施形態では、信号プロセッサ３２は、各ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの指標を、受信ノード１４から、受信機３８を介して受信する。次いで、信号プロセッサ３２は、上記のように、受信ノード１４からのフィードバックに基づいて、受信ノード１４への送信に最適な、または好ましい送信ビームパターンを選択することができる。
【００９０】
いくつかの実施形態では、送信ノード１２の機能群は、プロセッサ２８による実行のために、ソフトウェアに実装され、メモリ３０に格納される。このソフトウェアを実行することによって、送信ノード１２は、上記の実施形態のいずれかに従って動作する。
【００９１】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのプロセッサ（たとえば、プロセッサ２８）によって実行されたときに、本明細書に記載の実施形態のいずれか１つに従って送信ノード１２の機能群を少なくとも１つのプロセッサに行わせる命令を含むコンピュータプログラムが提供される。一実施形態において、上記のコンピュータプログラム製品を含むキャリアが提供される。キャリアは、電子信号、光信号、無線信号、またはコンピュータ可読記憶媒体（たとえば、メモリ３０などの一時的でないコンピュータ可読媒体）のうちの１つである。
【００９２】
図１５は、本開示の１つの実施形態による受信ノード１４の構成図である。既に述べたように、一実施形態において、受信ノード１４は、セルラー通信ネットワーク２２におけるワイヤレスデバイス２６である。図に示すように、受信ノード１４は、１つまたは複数のプロセッサ５０（たとえば、ＣＰＵ）と、メモリ５２と、１つまたは複数の信号プロセッサ５４と、１つまたは複数のアンテナ６２に結合された受信機５８および送信機６０を含むワイヤレス送受信機５６とを備える。受信経路のために、受信機５８は受信信号を処理（たとえば、増幅、ダウンコンバート、フィルタリング、およびアナログ−デジタル変換）して、受信信号のデジタル表現をもたらす。信号プロセッサ５４は復調器６４を備え、実施形態によってはデコーダ６６を備える。復調器６４は、受信信号のデジタル表現を復調する（たとえば、ＯＦＤＭ復調を実施する）ように動作する。デコーダ６６は、たとえば、複数のランク、すなわち送信ストリームが送信ノード１２によって送信された場合に、復調信号を復号するように動作することができる。送信経路は、エンコーダ６７、変調器６８、プリコーダ７０（オプション）、および送信機６０を含む。
【００９３】
動作において、いくつかの実施形態では、プロセッサ５０は、ビーム走査ステージの走査ビームパターンに使用される無線リソーススロットにおいて、受信信号のベースバンド表現を観察することによって、ステージごとに好ましい走査ビームパターンを決定または選択する。いくつかの実施形態では、プロセッサ５０は、各ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの指標を、信号プロセッサ５４および送信機６０を介して送信ノード１２にフィードバックする。他の実施形態では、プロセッサ５０は、各ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンに基づいて、最適な、または好ましい送信ビームパターン１６を選択し、選択された送信ビームパターンの指標を、信号プロセッサ５４および送信機６０を介して送信ノード１２に送信する。
【００９４】
いくつかの実施形態では、受信ノード１４の機能群は、プロセッサ５０による実行のために、ソフトウェアに実装され、メモリ５２に格納される。このソフトウェアを実行することによって、受信ノード１４は、上記の実施形態のいずれかに従って動作する。
【００９５】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのプロセッサ（たとえば、プロセッサ５０）によって実行されたときに、本明細書に記載の実施形態のいずれか１つに従って受信ノード１４の機能群を少なくとも１つのプロセッサに行わせる命令を含むコンピュータプログラムが提供される。一実施形態において、上記のコンピュータプログラム製品を含むキャリアが提供される。キャリアは、電子信号、光信号、無線信号、またはコンピュータ可読記憶媒体（たとえば、メモリ５２などの一時的でないコンピュータ可読媒体）のうちの１つである。
【００９６】
図１６は、本開示の別の実施形態による送信ノード１２を示す。本実施形態において、送信ノード（ｍｏｄｅ）１２は走査ビーム送信モジュール７２を備え、実施形態によっては受信モジュール７４および送信ビームパターン選択モジュール７６を備え、それぞれソフトウェアに実装されている。走査ビーム送信モジュール７２は、関連する送信機を介して、ビーム走査ステージの走査ビームパターンを使用する既知の信号の送信（たとえば、パイロット信号）を生じさせるように動作する。受信モジュール７４は、いくつかの実施形態において、関連する受信機を介して、各ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの指標を受信ノード１４から受信するように動作する。送信ビーム選択モジュール７６は、既に述べたように、送信ノード１２によって指示される各ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンに従って、最適な、または好ましい送信ビームパターン１６を選択する。他の実施形態では、受信モジュール７４は、関連する受信機を介して、最適な、または好ましい送信ビームパターンの指標を受信ノード１４から受信する。
【００９７】
図１７は、本開示の別の実施形態による受信ノード１４を示す。本実施形態において、受信ノード１４は、好ましい走査ビームパターン決定モジュール７８および報告モジュール８０を備え、実施形態によっては選択モジュール８２を備え、それぞれソフトウェアに実装されている。好ましい走査ビームパターン決定モジュール７８は、上記のように、ビーム走査ステージにおける走査ビームパターンを使用する既知の信号の送信に使用される無線リソーススロットを観察して、各ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンを決定するように動作する。いくつかの実施形態では、報告モジュール８０は、各ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンの指標を報告する。他の実施形態では、選択モジュール８２は、各ビーム走査ステージにおける好ましい走査ビームパターンに従って、最適な、または好ましい送信ビームを選択し、この場合、報告モジュール８０は次いで選択された送信ビームパターンの指標を報告する。
【００９８】
以下の頭字語が本開示全体を通して使用されている。
・３ＧＰＰ  第３世代パートナーシッププロジェクト
・ＡＮ  アクセスノード
・ＢＦ  ビームフォーミング
・ＢＭＲ  ビーム測定報告
・ＣＰＵ  中央処理装置
・ｄＢ  デシベル
・ＧＨｚ  ギガヘルツ
・ＬＴＥ  Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ
・ｍｍＷ  ミリメートル波
・ＯＦＤＭ  直交周波数分割多重
・ＲＡＮ  無線アクセスネットワーク
・ＲＲＨ  リモート無線ヘッド
・ＳＢＳ  シーケンシャルビームスイーピング
・ＳＮＲ  信号対雑音比
・ＵＥ  ユーザ機器
【００９９】
当業者は、本開示の実施形態に対する改良および修正を認識するであろう。すべてのそのような改良および修正は、本明細書において開示された概念の範囲および添付の特許請求の範囲に含まれると考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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