(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの基地局の送受信機ユニットのキャリブレーションを一括で行うためのシグナリング方法であって、各送受信機ユニットが、前記２つの基地局を含む基地局の集合から少なくとも１つの他のワイヤレスエンティティへの一括送信のためにアンテナ素子を含み、前記方法が、
第１の基地局の少なくとも１つの送受信機ユニットから少なくとも１つのパイロットを第１の送信ラウンドの一部として送信し、第２の基地局の少なくとも１つの送受信機ユニットから観測結果を受信するステップと、
前記第１の送信の一部として送信された前記少なくとも１つのパイロットに応答して観測結果を受信した前記第２の基地局内の送受信機ユニットの前記集合からの少なくとも１つの送受信機ユニットから、少なくとも１つのパイロットを第２の送信ラウンドの一部として送信するステップと、
前記第２の基地局の前記少なくとも１つのユニットから送信された前記少なくとも１つのパイロットに応答して前記第１の基地局内の前記少なくとも１つのユニットから前記第２の基地局の少なくとも１つのユニットに１つ又は複数の観測結果を送るステップであって、前記第１の基地局内の前記少なくとも１つの送受信機ユニットが、前記第１の送信ラウンドで前記少なくとも１つのパイロットを送信する、当該送るステップと、
複数の処理されたパイロット観測結果を生成するステップであって、各処理されたパイロット観測結果が、前記第１の基地局における１つの送受信機ユニットの送信機ハードウェアと前記第２の基地局における前記少なくとも１つの送受信機ユニットの受信機ハードウェアとの間の結合された応答、又は前記第２の基地局における１つの送受信機ユニットの送信機ハードウェアと前記第１の基地局における前記少なくとも１つの送受信機ユニットの受信機ハードウェアとの間の結合された応答のどちらかを示す、当該生成するステップと、
処理された観測結果を観測結果対にグループ化するステップであって、各対が、前記第１の基地局内の第１のユニットの前記送信機ハードウェアと前記第２の基地局内の第２のユニットの前記受信機ハードウェアの間の前記結合された応答を示す観測結果と、前記第２の基地局内の前記第２のユニットの前記送信機ハードウェアと前記第１の基地局内の前記第１のユニットの前記受信機ハードウェアの間の前記結合された応答を示す観測結果とを含む、当該グループ化するステップと、
前記観測結果対を使用して、前記第１の基地局および前記第２の基地局内の各前記ユニットの前記送受信機と基準ユニットの前記送受信機の間の相対キャリブレーション値の推定値を取得するステップと、
を含み、
相対キャリブレーション値が、基準ユニットに対する相対的なキャリブレーション値である、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0002]本発明の実施形態は、ワイヤレスデバイスキャリブレーションの分野に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、ワイヤレスデバイスの送受信機のキャリブレーションを、そのワイヤレスデバイスの他の送受信機による送信に基づいて行うことに関する。
【０００２】
［優先権］
[0001]本特許出願は、２０１２年９月４日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−ｂａｓｅｄ  ＭＵ−ＭＩＭＯ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」という名称の特許仮出願第６１／６９６，６４８号の優先権を主張し、これを参照により組み込む。
【背景技術】
【０００３】
[0003]ＲＦ障害キャリブレーションは、相反性（ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）ベースＭＵ−ＭＩＭＯを可能にするうえで主要な課題であると考えられている。１つの内部自己キャリブレーション方法、すなわち無線フィードバックを必要とせず中規模アレーおよび大規模アレーに基づく相反性ベースＭＵ−ＭＩＭＯを可能にすることができる第１のキャリブレーション方法が示されている。
【０００４】
[0004]従来のダウンリンクＭＵ−ＭＩＭＯスキームは、ここ１０年、研究の先端である。従来のスキームは、基地局で複数のアンテナを使用し、ユーザ端末での複数のアンテナを必要とすることなく同時に複数のユーザにサービスを提供することによって、スペクトル効率の増加を約束する。これは、各ユーザと送信基地局の間のチャネル状態情報（ＣＳＩ：ｃｈａｎｎｅｌ  ｓｔａｔｅ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）の知識を使用することによって達成される。ＣＳＩＴ（送信機で利用可能なＣＳＩ）を有することによって、送信機が、各ユーザ端末がストリーム自体のみを見るようにユーザ端末ストリームをプリコーディングすることが可能になる。基地局がＭ個の送信アンテナを有すると仮定すれば、Ｋ個の単一アンテナユーザ端末に対して同時にサービス提供可能であり、単一端末にサービスを提供するシステムに対してｍｉｎ（Ｍ，Ｋ）に等しい多重化利得をほぼ与える。
【０００５】
[0005]送信機がこの動作を高い信頼性でもって達成するために、送信機は十分に正確なＣＳＩＴを有する必要がある、すなわち、送信機は、送信機自体とユーザのそれぞれの間のチャネルを十分正確に知る必要がある。ＣＳＩＴを取得するために使用される技法は、２つのカテゴリに分かれる。第１のカテゴリでは、ダウンリンクでＭ個のパイロット（基地局送信アンテナあたり１つ）を用いて、各ユーザ端末がユーザ端末自身のアンテナ（複数可）と基地局のアンテナ（複数可）間のチャネル係数を推定することが可能になる。この動作によって、各基地局送信アンテナとユーザ端末受信アンテナ間のチャネルに関する、各受信しているユーザ端末（ＣＳＩＲ）における各ＣＳＩが得られる。次に、ＣＳＩＲすなわち各ユーザ端末で利用可能なＣＳＩ情報が、アップリンク送信の使用によって送信機にフィードバックされて、ＣＳＩＴすなわち送信している基地局におけるＣＳＩを生成する。ＣＳＩＴ取得スキームのこのカテゴリは、２つのオーバヘッドすなわち（ｉ）Ｍ個（その場合、送信している基地局におけるアンテナ素子の数）で線形的に増減するダウンリンクパイロットオーバヘッドと、（ｂ）各ユーザ端末と各基地局アンテナの間のチャネルを基地局が利用できるようにすることを担当するアップリンクフィードバックオーバヘッドを有する。その場合、各ユーザ端末は単一のアンテナを有し、アップリンクフィードバックは、各ユーザ端末アンテナと各基地局アンテナの間のチャネルごとに１つのＭＫ個のチャネル係数（複素スカラ数）を基地局に与えることを担当する。アップリンクオーバヘッドは、原理上はｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）で線形的に増えるようにされる可能性があるが、実際に使用される方法では、このオーバヘッドはＭとＫの積として増える。ダウンリンクオーバヘッドは、展開できるアンテナアレーのサイズすなわちＭを制限する。同様に、オーバヘッドはＭおよびＫの増加に対して非常に急速に増えるので、アップリンクオーバヘッドはＭとＫの両方を制限する。
【０００６】
[0006]ＣＳＩＴ取得技法の第２のカテゴリは、本明細書では、相反性ベーストレーニングスキームと呼ばれる。相反性ベーストレーニングスキームは、チャネル相反性として知られる物理的ワイヤレスチャネルの性質を利用して、特定の適切に選定された（Ｍ，Ｋ）対の下で、非常に効率的なＣＳＩＴトレーニングによる非常に高速な送信を可能にする。特に、アップリンクでは、各ユーザによってパイロットが送信され（Ｋ個のパイロットが必要とされるが、より多くのパイロットが使用可能である）、基地局における対応するパイロット観測結果は、ダウンリンク送信用プリコーダを形成するために直接的に使用される。同じ時刻および同じ周波数のアップリンクチャネルとダウンリンクチャネルは同じであるので、アップリンクトレーニングとそれに続くダウンリンクデータ伝送が時間的および周波数的に十分近くで（チャネルのコヒーレンス時間およびコヒーレンス帯域幅の中で）発生した場合、アップリンクトレーニングは、送信機で必要とされる（ダウンリンクチャネル）ＣＳＩを直接的に提供する。技法のこのカテゴリでは、アップリンクオーバヘッドはＫ、すなわち同時にサービスを提供されるユーザ端末の数で線形的に増減する。相反性ベーストレーニングスキームは、一般的に、アップリンクデータ伝送およびダウンリンクデータ伝送のために共有される単一送受信機によりユーザ端末チャネルのコヒーレンス帯域幅内でのアップリンクトレーニングおよびダウンリンク送信を可能にするために、ＴＤＤ（時分割複信）に依拠するとも想定される。
【０００７】
[0007]相反性ベーストレーニングスキームの１つの顕著な態様は、トレーニングオーバヘッドの増加を招くことなく、送信アンテナアレーのサイズすなわちＭを増加させ、Ｍを「大きく」し続けることができるというものである。Ｍ＞Ｋでは、Ｍを増加させても、同時に多重化されるストリームの数すなわちＫは増加しない（すなわち、Ｋ個のストリームが各ユーザに１つ、同時に送信される）が、Ｍを増加させると、トレーニング時のさらなるコストなしで、各ストリームでの大幅な「ビーム形成」利得（これは、ストリームあたりの速度の向上に変換される）が誘発される。或いは、Ｍを増加させることによって、ユーザ端末に対するターゲット速度を生じるために必要とされる送信電力を減少させることが可能になり、それによって、環境に対する配慮のより高い送信スキームが可能になる。
【０００８】
[0008]相反性ベーストレーニングスキームの課題は、同じ時刻および同じ周波数の「複合」アップリンクチャネルとダウンリンクチャネルが同じでないということである。具体的には、アップリンク物理チャネル構成要素とダウンリンク物理チャネル構成要素は同じであるが、（情報を運ぶ信号を送信アンテナから送信することを担当する）「発信元ノード」と（受信アンテナに取り付けられた）宛先ノードの間の各複合チャネルは、送信機（送信機では回路）および受信機（送信機では回路）により、さらなる障害を含む。送信機の役割と受信機の役割を交換すると、異なる障害が各ノードで発生し、それによって、２つの複合チャネルは非相反性になる。
【０００９】
[0009]しかしながら、これらの送信機／受信機障害は、（回路の品質に応じて秒単位、分単位、さらに長い時間の単位で）時間が経つにつれ非常にゆっくりと変化又は変動する。その結果、これによって、これらの送信機／受信機障害を補償する方法として頻繁でないキャリブレーションが可能になり、相反性ベースＭＵ−ＭＩＭＯを実現する。
【００１０】
相反性ベースの大規模ＭＵ−ＭＩＭＯ
[0010]Ｍ個の送信アンテナのアレーからＫ個の単一アンテナユーザ端末へのＭＵ−ＭＩＭＯ送信を可能にする問題を考える。ｉ番目の基地局送信アンテナとｊ番目のユーザ端末の間のダウンリンク（ＤＬ：ｄｏｗｎｌｉｎｋ）チャネルは、
【数１】
0006321856.tif 000002
によって与えられ、ここで、
【数２】
0006321856.tif 000003
はそれぞれ、基地局アンテナｉからの送信信号、２つのアンテナ間のＤＬチャネル、ユーザ端末ｊの受信機における観測および雑音を表す。スカラ（複素）係数
【数３】
0006321856.tif 000004
は、ユーザ端末ｊの受信機においてＲＦ−ベースバンド変換ハードウェア（利得制御装置、フィルタ、ミキサ、Ａ／Ｄなど）によってもたらされる振幅および位相偏移を含む。同様に、スカラ（複素）係数
【数４】
0006321856.tif 000005
は、基地局アンテナｉによって送信されるべき信号を生成する送信機においてベースバンド−ＲＦ変換ハードウェア（増幅器フィルタ、ミキサ、Ａ／Ｄなど）によってもたらされる振幅および位相偏移を含む。
【００１１】
[0011]同様に、ｊ番目のユーザ端末とｉ番目の基地局アンテナの間のアップリンクチャネルは、
【数５】
0006321856.tif 000006
によって与えられ、ここで、
【数６】
0006321856.tif 000007
はそれぞれ、ユーザ端末ｊからの送信信号、２つのアンテナ間のアップリンク（ＵＬ：ｕｐｌｉｎｋ）チャネル、基地局アンテナｉの受信機における観測および雑音を表す。スカラ（複素）係数
【数７】
0006321856.tif 000008
は、基地局アンテナｉの受信機においてＲＦ−ベースバンド変換ハードウェア（利得制御装置、フィルタ、ミキサ、Ａ／Ｄなど）によってもたらされる振幅および位相偏移を含む。同様に、スカラ（複素）係数
【数８】
0006321856.tif 000009
は、ユーザ端末ｊによって送信されるべき信号を生成する送信機においてベースバンド−ＲＦ変換ハードウェア（増幅器フィルタ、ミキサ、Ａ／Ｄなど）によってもたらされる振幅および位相偏移を含む。
【００１２】
[0012]アップリンクでは、次のモデル
【数９】
0006321856.tif 000010
があり、ここで、
【数１０】
0006321856.tif 000011
はシンボル時間ｔにおいて副搬送波ｎ上にユーザシンボルを含む次元Ｋ×１（すなわち、Ｋ行１列）のベクトルであり、
【数１１】
0006321856.tif 000012
は、異なる端末のタイミング基準間の相対遅延による、一定の搬送波位相偏移および時間位相偏移における周波数依存定数を含むＭ×Ｋチャネル行列であり、
【数１２】
0006321856.tif 000013
はそれぞれ、ユーザ端末における受信信号ベクトル、雑音であり、
【数１３】
0006321856.tif 000014
である。
【００１３】
[0013]ダウンリンクでは、次のモデル
【数１４】
0006321856.tif 000015
があり、ここで、
【数１５】
0006321856.tif 000016
はシンボル時間ｔにおける副搬送波ｎ上のユーザシンボルの（行）ベクトルであり、
【数１６】
0006321856.tif 000017
は、異なる端末のタイミング基準間の相対遅延による、一定の搬送波位相偏移および時間位相偏移における周波数依存定数を含むＫ×Ｍチャネル行列であり、
【数１７】
0006321856.tif 000018
はそれぞれ、ユーザ端末における受信信号（行）ベクトルおよび雑音であり、
【数１８】
0006321856.tif 000019
である。
【００１４】
[0014]行列
【数１９】
0006321856.tif 000020
は、局所的に一定の未知の対角行列である。本明細書の目的のために、「局所的に一定」とは、行列が主に熱ドリフト効果により非常な長期にわたって（間違いなく、チャネルのコヒーレンス時間よりもはるかに長く）変化することがあるが、周波数オフセットおよび伝搬時間により変化するフェージングなどの「高速な効果」はすべてタイミングおよび搬送波位相同期によってすでに処理され、行列
【数２０】
0006321856.tif 000021
に含まれるので、行列は高速な効果によって左右されないことを意味する。物理チャネルの相反性によって、以下が保持される。
【数２１】
0006321856.tif 000022
簡単にするために、熱雑音は無視する。ダウンリンクチャネル行列を推定するために、Ｋ個のユーザ端末はＫ個のＯＦＤＭシンボルから成るブロックを送信し、したがって、アップリンクトレーニング位相は、
【数２２】
0006321856.tif 000023
と記述することができ、ここで、
【数２３】
0006321856.tif 000024
は増減されるユニタリ行列である。したがって、基地局は、チャネル行列推定値
【数２４】
0006321856.tif 000025
を取得することができる。しかしながら、ダウンリンクビーム形成を実行するために、ダウンリンク行列
【数２５】
0006321856.tif 000026
が必要である。相反性によって、アップリンク推定チャネルにおける物理チャネル構成要素は、ダウンリンクチャネルの対応する構成要素を即座に生じる（アップリンクトレーニングとダウンリンクデータ伝送は同じチャネルコヒーレンス時間内で生じると仮定される）ことが保証されるが、送信対角行列と受信対角行列がダウンリンクに知られていることが必要であり、アップリンク用の送信対角行列および受信対角行列の行列とチャネル行列
【数２６】
0006321856.tif 000027
の積が既知であり、これらの行列は一般に任意に関連付けられる。
【００１５】
相対キャリブレーションに関する従来技術
[0015]１つの相対キャリブレーション方法を説明する前置きとして、ダウンリンクチャネル行列
【数２７】
0006321856.tif 000028
は、ビーム形成を実行するために完全に必要とされるとは限らないことに留意されたい。実際には、この行列の列空間のみが必要とされる。すなわち、
【数２８】
0006321856.tif 000029
によって形成される行列は、ここでＡは何らかの任意の可逆の一定の対角行列であり、任意の種類のビーム形成に十分に良好である。たとえば、Ｚｅｒｏ  Ｆｏｒｃｅｄ  Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ（ＺＦＢＦ）を考えてみる。ＺＦＢＦプリコーディング行列は、
【数２９】
0006321856.tif 000030
と計算することができ、ここで、Ａは行列Ｗの各行に課される対角行列であり、すべてのｍに対して、行正規化||ｗｍ||２＝１である。したがって、ダウンリンクでのＺＦＢＦプリコーディング信号は、
【数３０】
0006321856.tif 000031
である。
【００１６】
[0016]Ｋ≦Ｍとすれば、得られるチャネル行列は対角であることに気づく。問題は、何らかの既知の行列Ａによる左乗法まで、どのようにしてアップリンクトレーニング観測値
【数３１】
0006321856.tif 000032
から、
【数３２】
0006321856.tif 000033
であることを知って、
【数３３】
0006321856.tif 000034
を推定するか、ということになる。Ｓｈｅｐａｒｄらの「Ａｒｇｏｓ：Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｍａｎｙ−Ａｎｔｅｎｎａ  Ｂａｓｅ  Ｓｔａｔｉｏｎｓ」（Ｍｏｂｉｃｏｍ  ２０１２、５３〜６４ページ、以下では「Ａｒｇｏｓ」とする）の相対キャリブレーション手順に従うと、対角行列
【数３４】
0006321856.tif 000035
が本質的にスロット持続時間よりもはるかに長い間隔にわたって時間的に一定であるということが利用可能である（キャリブレーション手順は、ハードウェア安定性、温度変化などに応じて、数十秒又はさらにそれ以上ごとに、定期的に繰り返してもよい）。
【００１７】
[0017]この手順は、１つのキャリブレーション方法に相当し、以下のステップからなる。
・キャリブレーション基準基地局アンテナ、たとえばアンテナ１からのトレーニング：基地局アンテナ１から他のすべての基地局アンテナに、すなわち基地局アンテナの集合Ｓ＝｛２，３，・・・，Ｍ｝にパイロットシンボルを送信する。ＢＳアンテナにおける受信信号Ｓは、
【数３５】
0006321856.tif 000036
によって与えられ、ここで、
【数３６】
0006321856.tif 000037
は基地局基準アンテナ（すなわちアンテナ１）送信ＲＦチェーンによる係数であり、
【数３７】
0006321856.tif 000038
である。すなわち、他の基地局アンテナ受信ＲＦチェーンによる係数を含む対角行列である。（Ｍ−１）×１ベクトルｈｓ←１は基準基地局アンテナ１から基地局アンテナの残りまでの物理チャネルを表し、（Ｍ−１）×１ベクトル
【数３８】
0006321856.tif 000039
は、（Ｍ−１）個の送信していない基地局アンテナにおける熱雑音を表す。
・集合Ｓ中の基地局アンテナからキャリブレーション基準アンテナ１へのトレーニング：基地局アンテナ２，３，・・・，Ｍは、Ｍ−１個のシンボルからなる系列にそれぞれ応答し、ユニタリトレーニング行列を形成する（ユニタリトレーニング行列に比例する）（１つの特殊な場合が、１つのパイロットをそれぞれ一度に送信することに対応する）。キャリブレーション基準アンテナによって受信される信号は、
【数３９】
0006321856.tif 000040
によって与えられ、ここで、
【数４０】
0006321856.tif 000041
はキャリブレーション基準アンテナ受信ＲＦチェーンによる係数である。
・キャリブレーションプロセス：
【数４１】
0006321856.tif 000042
を左から乗算することによって、ＢＳは
【数４２】
0006321856.tif 000043
を得る。ここで、物理チャネル相反性により、ｈｓ→１＝ｈｓ←１が得られることに留意されたい。したがって、各ｍ＝２，３，・・・，Ｍに対して、基地局は、比
【数４３】
0006321856.tif 000044
を算出することができる。キャリブレーションプロセスの終了時に、雑音を無視できるほどにＳＮＲが十分に高い場合、対角キャリブレーション行列
【数４４】
0006321856.tif 000045
が得られ、ここで、
【数４５】
0006321856.tif 000046
は、キャリブレーション基準アンテナのアップ変調チェーンおよびダウン変調チェーンのみに依存する無関係な定数項である。
【００１８】
[0018]この時点で、所望のダウンリンクチャネル行列は、単にアップリンク推定チャネルによる乗算だけで、キャリブレーション行列
【数４６】
0006321856.tif 000047
およびアップリンク推定チャネル行列
【数４７】
0006321856.tif 000048
から得ることができる。特に、
【数４８】
0006321856.tif 000049
である。
【００１９】
[0019]このキャリブレーション方法の自己キャリブレーションプロセスは、少なくともＭ個のＯＦＤＭシンボル、基準アンテナから他のすべての基地局アンテナへのパイロットに対して１つのシンボルと、他のすべての基地局アンテナからキャリブレーション基準アンテナへの直交トレーニング系列を送信するためのＭ−１個のＯＦＤＭシンボルが必要となる。
【００２０】
[0020]このキャリブレーション方法には、制約がある。最初に、基準アンテナに対する各基地局アンテナの相対キャリブレーションは、２つの観測結果の比として、特に、
【数４９】
0006321856.tif 000050
除算することによって形成されることに留意されたい。除算項
【数５０】
0006321856.tif 000051
内の雑音は、キャリブレーション推定において大きな推定誤差を引き起こす可能性がある。この影響は、実際には、このキャリブレーション方法の開発者らによって気づかれていた。「間接的なキャリブレーション手法を実行する間に我々が遭遇した別の課題は、基準アンテナ１と他のアンテナの間のチャネルに対する大幅な振幅変化である。これは、アンテナの異なる対によって非常に異なるアンテナ間隔を有することができるアンテナアレーのグリッド状構成によるものである。測定によれば、ＳＮＲの差は４０ｄＢにもなることがあり、参照信号に関する送信電力を適切に選定するジレンマをもたらした。」この解決策は、基準アンテナを基地局アンテナの残りに対して注意深く配置することであった。「基準アンテナを残りのアンテナから隔離して、他のアンテナに対する水平距離がほぼ同一であるような位置に配置する。基準アンテナのそのような配置は、キャリブレーション手順の、物理チャネルからの無線ハードウェアチャネルの隔離により、キャリブレーション性能に影響を与えない」。
【００２１】
[0021]このように、基準アンテナを送信アンテナの残りに対して慎重に配置する必要があることは、このキャリブレーション方法に依拠した展開における大きな限定要因であり、配列されていない（ｎｏｎ−ｃｏｌｌｏｃａｔｅｄ）アンテナの集合からのダウンリンクＭＵ−ＭＩＭＯ展開において効率を大きく制限する。
【００２２】
[0022]一般に、雑音ロバスト性の目的で、はるかに大きなブロックおよび受信電力を組み合わせた最大比を使用することができ、したがって、Ｄ個のパイロットシンボルを基準アンテナ１から他の基地局アンテナに、Ｍ−１個の直交トレーニング系列を（Ｍ−１）Ｄ個のシンボルにわたって他の基地局アンテナから基準アンテナに送り、キャリブレーションに対する信号対雑音比において要因Ｄを達成し、ここで、Ｄ≧１は、性能を改善するために、何らかの十分に大きな整数である。しかしながら、これによって、特にスケーラブルで分散的な展開に関する、Ａｒｇｏｓキャリブレーション方法の固有の限界はなくならない。
【発明の概要】
【００２３】
[0023]内部相対的送受信機キャリブレーションのための方法および装置が、本明細書で開示される。一実施形態では、この方法は、エンティティ内の送受信機ユニットによって送信されたパイロットおよびエンティティ内の送受信機ユニットによるパイロットの観測結果に対応する複数の処理された観測結果を生成することであって、各処理された観測結果は、エンティティにおいて１つの送受信機ユニットの送信機ハードウェアによって送信されるパイロットとエンティティにおける別の送受信機ユニットの受信機ハードウェアによるパイロットの観測結果との結合された応答を示す、生成することと、複数の処理された観測結果を１つ又は複数の観測結果対にグループ化することであって、この１つ又は複数の観測結果対の各観測結果対は、エンティティ内の第１の送受信機ユニットの送信機ハードウェアと第２の送受信機ユニットの受信機ハードウェアとの間の結合された応答を示す第１の観測結果と、エンティティ内の第２の送受信機ユニットの送信機ハードウェアと第１の送受信機ユニットの受信機ハードウェアとの間の結合された応答を示す第２の観測結果とを含む、グループ化することと、観測結果対のうち少なくとも１つに基づいて相対キャリブレーション値を計算することであって、各相対キャリブレーション値は各送受信機ユニットの送受信機と関連付けられ、エンティティにおいて基準ユニットの送受信機に対して相対的である、計算することとを含む。
【００２４】
[0024]本発明は、以下に記載される詳細な説明および本発明のさまざまな実施形態の添付の図面からより十分に理解されよう。しかしながら、以下の詳細な説明および添付の図面は、本発明を特別の実施形態に限定するものと解釈するべきではなく、説明および理解を目的としたものにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】キャリブレーションプロセッサユニットを含む基地局の一実施形態のブロック図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、アンテナ素子の円形アレーの自己キャリブレーションを行うために使用できる測定値の対の３つの例を示す図である。
【図３】相対キャリブレーションのためのプロセスの一実施形態の流れ図である。
【図４】階層的クラスタキャリブレーションの一例を示す図である。
【図５】階層的（クラスタ間）相対キャリブレーションのためのプロセスの一実施形態の流れ図である。
【図６】１次元セルラーネットワーク内のアンテナの２−ＢＳクラスタのキャリブレーションの一例を示す図である。
【図７】図６の１ＤネットワークにおけるネットワークＭＩＭＯに関するクラスタキャリブレーションのためのプロセスの一実施形態の流れ図である。
【図８】図６のネットワークにおけるネットワークＭＩＭＯ送信を可能にする効率的なパイロットシグナリングに基づくＢＳ間キャリブレーションのためのプロセスの一実施形態の流れ図である。
【図９】クラスタ内キャリブレーションがすでに行われた２つのクラスタを含むクラスタ間キャリブレーションの一例を示す図である。
【図１０】クラスタｍ内のアンテナノード「Ａ」からのパイロットの送信を開始するコントローラを示す図である。
【図１１】ノード「Ａ」からのパイロットの送信を開始するコントローラを示す図である。
【図１２】ノードＢからのパイロット送信を開始するコントローラを示す図である。
【図１３】図１０、図１１および図１２にそれぞれ示されるノード「Ａ」、「ａ」、および「Ｂ」によって送信されたパイロットに基づいて収集された両方向測定に基づくキャリブレーション問題の絵による説明である。
【図１４】図１０〜図１３のキャリブレーション例の参照シグナリングについて説明するタイミング図である。
【図１５】ノード対「ａ」および「ｃ」にわたってのパイロットキャリブレーションビーム送信並びにノードＡからのコントローラによる測定値収集を示す図である。
【図１６】図１０および図１５に示されるシグナリング周期から生じるクラスタ間キャリブレーション問題の絵による表現である。
【図１７】図１０、図１５、および図１６に示されるキャリブレーション例のタイミング図である。
【図１８】図１３および図１６の階層的キャリブレーション方法のためのプロセスの一実施形態の流れ図である。
【図１９】ノードの９×９ネットワークを示す図である。
【図２０】クラスタ間キャリブレーションを実行可能な、図１９に示される両方向測定に関連する、対応する接続された全域部分グラフ
【数５１】
0006321856.tif 000052
を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
[0025]本発明の実施形態は、分散された容易にスケーラブルな相対キャリブレーション方法を可能にする方法および装置を含む。分散された容易にスケーラブルな相対キャリブレーション方法は、たとえば高性能相反性ベースダウンリンクＭＵ−ＭＩＭＯスキームなどのワイヤレス通信スキームをロバストに可能にするキャリブレーションを行うために使用することができる。特に、開示するキャリブレーション方法は、配列された（ｃｏｌｌｏｃａｔｅｄ）又は配列されていないアンテナ素子を持つ、小規模ＭＩＭＯアレー、大規模ＭＩＭＯアレー、又はＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯアレーを利用するＭＵ−ＭＩＭＯスキームを可能にする。配列されていないケースの例は、リモートラジオヘッド（ＲＲＨ：ｒｅｍｏｔｅ  ｒａｄｉｏ  ｈｅａｄ）からのセルラー式送信におけるネットワークＭＩＭＯを含むが、アンテナ素子の分野におけるアンテナの異なる（重複する）集合によってユーザ端末が同時にサービス提供される、より一般的なＭＵ−ＭＩＭＯスキームも含む。
【００２７】
[0026]本発明の実施形態は、ネットワークＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯのためのリソース効率が良く信頼性が高いロバストなキャリブレーション、リモートラジオヘッドに基づいたＭＵ−ＭＩＭＯ、階層的キャリブレーション、並びに配列されていないアンテナ素子のおそらく重複するアレーの集合に基づいた相反性ベースＭＵ−ＭＩＭＯのためのオンデマンド分散キャリブレーションを可能にする、キャリブレーションのための新しい参照シグナリング方法とキャリブレーションを実行するための新しい技法の組み合わせを含む。
【００２８】
[0027]本発明の実施形態は、他の手法に対して次の利点を有する。
１）配列された素子の大規模アレーを含む１つの手法によって考えられる基本シナリオでは、本明細書で説明されるキャリブレーション技法によって、追加シグナリングを必要とすることなく、１つの手法に関するキャリブレーションロバスト性のかなりの改善が可能である。
２）１つの手法とは対照的に、本発明の少なくとも１つの実施形態における方法は、ＭＵ−ＭＩＭＯ用のリモートラジオヘッド（ＲＲＨ）システムのキャリブレーションを可能にするためにも使用することができる。
３）同じく、１つの手法とは対照的に、本発明の少なくとも１つの実施形態における方法は、ネットワークＭＩＭＯ送信用のセル展開のリソース効率が良く信頼性が高いキャリブレーションにも使用することができる。
４）同じく、１つの手法とは対照的に、本明細書で説明する方法は、アンテナ素子の分野におけるアンテナの異なる（重複する）集合によってユーザ端末が同時にサービス提供される、より一般的なＭＵ−ＭＩＭＯ展開スキームを可能にするためにも使用することができる。
５）本発明の少なくとも１つの実施形態における方法は、階層的キャリブレーションおよびリソース効率が良く信頼性が高いオンデマンドのキャリブレーションも可能にする。
６）本発明の少なくとも１つの実施形態は、アンテナ素子のおそらく配列されていないおそらく重複した各集合からの相反性ベースＭＵ−ＭＩＭＯ送信を可能にするようにアンテナ素子のそのような集合の部分集合の階層的キャリブレーションおよび／又は逐次キャリブレーションのための参照シグナリング方法も提示する。
【００２９】
[0028]以下の説明では、本発明のより徹底的な説明を提供するために、多数の詳細が記載されている。しかしながら、これらの特定の詳細がなくても本発明が実施できることは、当業者には明らかであろう。他の例では、よく知られている構造およびデバイスが、本発明が不明瞭になることを避けるために、詳細にではなくブロック図の形で示されている。
【００３０】
[0029]以下に続く詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリ内部のデータビットにおける動作のアルゴリズムおよび記号を用いた表現に関して提示されている。これらのアルゴリズムに関する説明および表現は、作業の内容を他の当業者に最も効率良く伝えるためにデータ処理分野の当業者によって使用される手段である。アルゴリズムは、ここでは、および一般的に、所望の結果をもたらすステップの首尾一貫した系列と考えられる。これらのステップは、物理量の物理的な操作を必要とするステップである。必ずしもではないが、通常、物理量は、記憶され、転送され、結合され、比較され、および別の方法で操作されることが可能な電気信号又は磁気信号の形を取り得る。時には、主に一般的な用法という理由で、電気信号又は磁気信号をビット、値、要素、シンボル、文字、項、数字などと呼ぶことが好都合であることがわかっている。
【００３１】
[0030]しかしながら、これらの用語および類似の用語のすべては適切な物理量と関連付けられるべきであり、物理量に適用される好都合なラベルにすぎないことを心に留めるべきである。以下の説明から明らかであると別段に明記されていない限り、明細書全体を通して、「処理する」又は「算出する」又は「計算する」又は「決定する」又は「表示する」などの用語を利用した説明は、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ内の物理（電子）量として表されたデータを操作し、コンピュータシステムメモリ又はレジスタ又は他のそのような情報記憶デバイス、送信デバイス、若しくは表示デバイス内の物理量として同様に表される他のデータに変換するコンピュータシステム又は類似の電子コンピューティングデバイスの行為およびプロセスを指すことが理解されよう。
【００３２】
[0031]本発明は、本明細書の動作を実行するための装置にも関する。この装置は、必要とされる目的のために特別に構成されてもよいし、コンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に作動又は再構成された汎用コンピュータを備えてもよい。そのようなコンピュータプログラムは、限定するものではないが、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、および光磁気ディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気カード若しくは光カード、又は電子命令を記憶するのに適し、それぞれコンピュータシステムバスに結合された任意のタイプの媒体を含む任意のタイプのディスクなどのコンピュータ可読記憶媒体に記憶されてもよい。
【００３３】
[0032]本明細書で提示されるアルゴリズムおよび表示は、本質的に特定のコンピュータ又は他の装置に関連しない。さまざまな汎用システムは、本明細書の教示によるプログラムと共に使用されてもよいし、必要な方法ステップを実行するためにより特殊な装置を構成することが好都合であることがわかってもよい。さまざまなこれらのシステムに必要な構造は、以下の説明から明らかになるであろう。さらに、本発明は、特定のプログラミング言語に関しては説明しない。さまざまなプログラミング言語を使用して、本明細書で説明する本発明の教示を実施することができることが理解されるであろう。
【００３４】
[0033]機械可読媒体は、機械（たとえばコンピュータ）によって読出し可能な形で情報を記憶又は送信するためのあらゆる機構を含む。たとえば、機械可読媒体としては、読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイスなどがある。
【００３５】
概要
[0034]エンティティ内の送受信機ユニットのキャリブレーションを行うための方法および装置について説明する。一実施形態では、各ユニットは、エンティティから少なくとも１つのワイヤレスエンティティへの一括送信で使用するためのアンテナ素子を含む。一実施形態では、この方法は、エンティティ内の各送受信機ユニットのアンテナ素子を使用して、各送受信機ユニットから少なくとも１つのパイロットを送信することと、エンティティ内の各送受信機ユニットのアンテナを使用して、各送受信機ユニットで１つ又は複数の観測結果を受信することであって、少なくとも１つのパイロットの受信に対応する１つ又は複数の観測結果のそれぞれは、エンティティ内の１つ又は複数の他の送受信機ユニットから送信される、受信することと、複数の処理された観測結果を生成することであって、各処理された観測結果は、エンティティにおける１つの送受信機ユニットの送信機ハードウェアとエンティティにおける別の送受信機ユニットの受信機ハードウェアとの間の結合された応答を示す、生成することと、複数の処理された観測結果を１つ又は複数の観測結果対にグループ化することであって、この１つ又は複数の観測結果対の各観測結果対は、エンティティ内の第１の送受信機ユニットの送信機ハードウェアと第２の送受信機ユニットの受信機ハードウェアとの間の結合された応答を示す第１の観測結果と、エンティティ内の前記第２の送受信機ユニットの送信機ハードウェアと前記第１の送受信機ユニットの受信機ハードウェアとの間の結合された応答を示す第２の観測結果とを含む、グループ化することと、観測結果対のうち少なくとも１つに基づいて相対キャリブレーション値を計算することであって、各相対キャリブレーション値が各送受信機ユニットの送受信機と関連付けられ、エンティティにおいて基準ユニットの送受信機に対して相対的である、計算することとを含む。
【００３６】
[0035]一実施形態では、キャリブレーションプロセスは、基地局、アクセスポイント、又は他のタイプのワイヤレス装置によって実行される。一実施形態では、基地局は、複数の送受信機であって、この複数の送受信機のうち各送受信機がアンテナ素子を備える、送受信機と、この複数の送受信機に結合されたキャリブレーションプロセッサとを備える。このキャリブレーションプロセッサは、少なくとも１つのパイロットを送信するように各送受信機ユニットのアンテナ素子を制御し、１つ又は複数の観測結果を受信するように複数の送受信機ユニットのアンテナ素子を制御し、少なくとも１つのパイロットの受信に対応する１つの送受信機ユニットによって受信された１つ又は複数の観測結果のそれぞれは、複数の送受信機内の１つ又は複数の他の送受信機ユニットから送信され、複数の処理された観測結果を生成し、各処理された観測結果は、複数の送受信機内の１つの送受信機ユニットの送信機ハードウェアと複数の送受信機内の別の送受信機ユニットの受信機ハードウェアとの間の結合された応答を示し、複数の処理された観測結果を１つ又は複数の観測結果対にグループ化し、この１つ又は複数の観測結果対の各観測結果対は、複数の送受信機の第１の送受信機ユニットの送信機ハードウェアと第２の送受信機ユニットの受信機ハードウェアとの間の結合された応答を示す第１の観測結果と、第２の送受信機ユニットの送信機ハードウェアと第１の送受信機ユニットの受信機ハードウェアとの間の結合された応答を示す第２の観測結果とを含み、観測結果対のうち少なくとも１つに基づいて相対キャリブレーション値を計算し、各相対キャリブレーション値は各送受信機ユニットの送受信機と関連付けられ、基地局において基準ユニットの送受信機に対して相対的であるように動作可能である。
【００３７】
[0036]一実施形態では、相対キャリブレーション値は、複数の送受信機ユニットのそれぞれの送受信機と基準ユニットの送受信機との間の相対キャリブレーション係数の推定値を含む。一実施形態では、送受信機ユニットのうち１つの相対キャリブレーション係数は、基準ユニットのキャリブレーション係数の比を１つの送受信機ユニットのキャリブレーション係数の比で割ったものを含み、この１つの送受信機ユニットのキャリブレーション係数は、１つの送受信機ユニットの送信機利得の比を１つの送受信機ユニットの受信機利得で割ったものとして定義される。一実施形態では、相対キャリブレーション係数の推定値は誤差メトリックに対する値の効果に基づき、誤差メトリックは個々の誤差量の関数であり、個々の誤差量は個々の観測結果対内の２つの観測結果の関数に基づく。一実施形態では、相対キャリブレーション係数は、誤差メトリックを最小にする値として選択され、誤差メトリックは個々の誤差量の２乗の和であり、個々の誤差量のそれぞれは、対内の観測結果の線形結合である個々の対に基づく。一実施形態では、相対キャリブレーション値は、前のキャリブレーション推定値に基づいて計算される。
【００３８】
[0037]一実施形態では、基地局は、相対キャリブレーション係数の推定値を使用して基地局の送受信機ユニットのうち少なくとも１つの送受信機のためのチャネル行列を決定し、次いで、このチャネル行列に基づいてプリコーダを決定する。このプリコーダは、その後、データを送信するために使用される。
【００３９】
[0038]図１は、本発明による基地局２００の一実施形態のブロック図である。一実施形態では、基地局２００は、ＭＩＭＯワイヤレス送信用の標準的なモジュールを含む。
【００４０】
[0039]図１を参照すると、一実施形態では、基地局２００における送信プロセッサ２１５は、１つ又は複数のユーザ機器（ＵＥ：ｕｓｅｒ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）のためのデータをデータソース２１０から受信し、各ＵＥのためのデータを処理し、データシンボルをすべてのＵＥに提供する。一実施形態では、プロセッサ２１５は、制御情報もコントローラ／プロセッサ２７０から受信して処理し、制御シンボルを提供する。一実施形態では、プロセッサ２７０はまた、１つ又は複数の参照信号のための参照シンボルを生成する。一実施形態では、送信（ＴＸ：ｔｒａｎｓｍｉｔ）ＭＩＭＯプロセッサ２２０は、各ＵＥ並びに基地局２００と同じ場所に設置されたアンテナのための参照信号のための、又はたとえば他の基地局、リモートラジオヘッド（ＲＲＨ）等などの他のワイヤレスエンティティに対する、データシンボル、制御シンボル、および／又は参照シンボルに対してプリコーディングを実行する。
【００４１】
[0040]一実施形態では、プロセッサ２２０は、並行出力シンボルストリームを変調器すなわちＭＯＤ（２３０ａ〜２３０ｔ）に提供する。各変調器２３０は、出力サンプルストリームをさらに処理して（たとえば、アナログに変換する、増幅する、フィルタリングする、およびアップコンバージョンする）、ダウンリンク信号を取得する。変調器２３０ａ〜２３０ｔからのダウンリンク信号はそれぞれ、アンテナ２３５ａ〜２３５ｔを介して送信される。
【００４２】
[0041]一実施形態では、基地局２００において、同じ基地局２００に配列された又は異なる基地局若しくは他のワイヤレスエンティティに位置する、さまざまなＵＥからの、又は他のアンテナによるアップリンク信号は、アンテナ２３５ａ〜２３５ｔによって受信され、復調器（ＤＥＭＯＤ２３０ａ〜２３０ｔ）によって復調される。一実施形態では、復調された信号は、ＭＩＭＯ検出器２４０によって検出され、受信プロセッサ２４５によってさらに処理され、ＵＥおよび他のワイヤレスエンティティによって送られた復号されたデータおよび制御情報を取得する。一実施形態では、受信プロセッサ２４５は、検出された信号をＭＩＭＯ検出器から受信し、復号されたデータをデータシンク２５０に、制御情報をコントローラ／プロセッサ２７０に提供する。一実施形態では、ＤＥＭＯＤ２３０ａ〜２３０ｔによって出力された復調された信号は、チャネルプロセッサ２８０にも提供され、チャネルプロセッサ２８０では、アップリンクチャネルが推定され、コントローラ／プロセッサ２７０に提供され得る。
【００４３】
[0042]基地局２００は、キャリブレーション処理ユニット／プロセッサ２９０も含む。キャリブレーション処理ユニット／プロセッサ２９０は、基地局２００が各アンテナ素子２３５ａ〜２３５ｔからのアップリンク受信信号を処理するときにアンテナ素子と結合されたＲＦ−ベースバンド変換ハードウェア（利得制御装置、フィルタ、ミキサ、Ａ／Ｄなど）によってもたらされた障害並びに基地局アンテナ素子２３５ａ〜２３５ｔによって送信されるべき信号を基地局２００が生成するときに各アンテナ素子２３５ａ〜２３５ｔと結合されたベースバンド−ＲＦ変換ハードウェア（増幅器フィルタ、ミキサ、Ａ／Ｄなど）によってもたらされた障害を推定すること（と、場合によっては障害を補償すること）を担当する。素子２３０ａと素子２３５ａの組み合わせを単一の（キャリブレーションされていない）送受信機ユニットと考え、素子２３０ａ〜２３０ｔとそれぞれの素子２３５ａ〜２３５ｔのすべてのそのような組み合わせを個々の送受信機ユニットと考えると、一実施形態では、キャリブレーションプロセッサ２９０は、これらの送受信機ユニットの部分集合からの相反性ベースＭＵ−ＭＩＭＯを可能にするために使用されるこれらの送受信機ユニットの部分集合の相対キャリブレーションのためのプロセスを実行する。一実施形態では、プロセッサ２９０は、コントローラ／プロセッサユニット２７０と制御情報を交換する。キャリブレーションプロセッサ２９０はキャリブレーション値を計算し、このキャリブレーション値は、１つ又は複数のＵＥのための１つ又は複数のプリコーディングベクトルを構築し、このプリコーディングベクトルをプリコーディングのためにＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ２２０に提供するために、コントローラ／プロセッサ２７０でＵＬチャネル推定と共に使用される。いくつかの実施形態では、プロセッサ２９０は、他の基地局によって受信および／又は送信された信号を示す追加情報が他の基地局から提供され、別個の基地局に接続された送受信機ユニットの相対キャリブレーションを助ける。本発明の実施形態は、処理ユニット２９０によって可能にされ、キャリブレーションのシグナリング局面およびデータ収集局面と本明細書で説明する相対キャリブレーション方法の両方を含み、相対キャリブレーション方法は、収集されたデータと、この基地局および場合によっては他の基地局における送信アンテナノードの任意の部分集合のための過去の相対キャリブレーション値を含むおそらく追加パラメータとに基づく。
【００４４】
[0043]コントローラ／プロセッサ２７０は、基地局における動作を指示する。プロセッサ２７０並びに／又は基地局の他のプロセッサおよびモジュールは、本明細書で説明する技法のための動作および／又は他のプロセスを実行又は指示する。メモリ２６０は、基地局のためのデータおよびプログラムコードを記憶する。
【００４５】
ロバストな相対キャリブレーション
[0044]同じトポロジ、および基地局アンテナあたり同じ数のキャリブレーショントレーニングスロットすなわちＤスロット（Ｄ≧１の場合）を含むＡｒｇｏｓ手法の拡張を考えてみる。この拡張は、次のようなものである。最初に、キャリブレーションアンテナ１を含む各アンテナが、そのトレーニングシンボルを独立してブロードキャストする。一実施形態では、これはＡｒｇｏｓと同じシグナリング次元を使用して実行されるが、行列
【数５２】
0006321856.tif 000053
は対角である、すなわち、集合Ｓに含まれるアンテナのそれぞれが送信するとき、Ｓに含まれるアンテナの残りの集合は送信中ではなく、それによって、受信することができる。各アンテナがそのトレーニングシンボル（複数可）をブロードキャストした後、ｉ≠ｊ、０≦ｉ，ｊ≦Ｍの各々に対して、次の式
【数５３】
0006321856.tif 000054
がアンテナｊからアンテナｉへのトレーニングシンボルに対応する測定値のすべてが収集される。これは、すべてのｉに対して観測結果ｙｉ１およびｙ１ｉの集合のみに依拠するＡｒｇｏｓとは対照的である。前述の式では、ｗｉｊは、適切な分散（先に説明したように、雑音余裕のトレードオフ効率に対する設計パラメータであってよい、トレーニング長Ｄの影響を含む）を持つ、ｉ．ｉ．ｄ．複素ガウス雑音サンプルである。完全な物理チャネル相反性が仮定されるので、双方向のワイヤレスチャネルは同じ（すなわちｈｉｊ＝ｈｊｉ）と考えられる。
【００４６】
[0045]上記の測定値を対としてグループ化すると、次のように記述することができる。
【数５４】
0006321856.tif 000055
ここで、
【数５５】
0006321856.tif 000056
は、アンテナｉ，ｊの非順序対に関連付けられた複素係数である。
【００４７】
[0046]１つの目的は、共通乗法非ゼロ定数までの、ｉ＝１，２，・・・，Ｍに対する相対キャリブレーション係数ｃｉを推定することである。雑音がない場合、次の等式
【数５６】
0006321856.tif 000057
が存在する。
【００４８】
[0047]一実施形態では、最小にされるべき自然コスト関数は、キャリブレーション係数が二乗誤差の合計
【数５７】
0006321856.tif 000058
であることを見つけるために使用される。
【００４９】
[0048]このコスト関数が（非負）誤差メトリックの一例であることに留意されたい。この誤差メトリックは個々の誤差量の合計を含み、それによって、各誤差量は、単一対のアンテナ素子ｉおよびｊ、特に基地局アンテナ素子ｊ（ｉ）からのパイロットの送信中に基地局アンテナｉ（ｊ）によって収集された観測結果の対のみによって決まる。雑音がない場合、適切なキャリブレーション係数が誤差メトリックの計算で使用されるとき、誤差メトリックはゼロという最小値を取る。一実施形態では、これらのキャリブレーション係数が未知であることを仮定すれば、（雑音が多い）キャリブレーション−パイロット観測結果の対の集合が与えられれば、キャリブレーション係数推定値は、誤差メトリックを最小にするｃｉの値を決定することによって計算される。
【００５０】
[0049]上記のメトリックによって最適なキャリブレーション値の効率的な算出が可能であるので、上記のメトリックは非常に魅力的であることに留意されたい。しかしながら、他のそのような誤差メトリックも使用することができ、この誤差メトリックは個々の誤差量の関数であり、個々の誤差量は、素子ｉとｊの間の観測結果と未知の係数ｃｉおよびｃｊとの関数である。別の実施形態では、加算の代わりに、個々の誤差量の重み付け和を使用することができる。或いは、加算は、「ｍａｘ」演算子と置き換えられる。さらに別の代替実施形態では、加算において、個々の誤差量の前に対数関数が使用される。誤差行列の別の例は、以下に相当する。
【数５８】
0006321856.tif 000059
Δは何らかの所定のＲＳＳ閾値を表す。このメトリックによって、非常に単純で系統的な方法で、十分に強いレベルで受信されていない測定値対の排除が可能になる。
【００５１】
[0050]集合Ｆは、キャリブレーション係数を決定するために使用される順序付き測定値（ｙｉｊ，ｙｉｊ）の（ｉ，ｊ）対の集合を定義する。一実施形態では、自明の全ゼロ解を避けるために、一般性の損失なしに、次の式｜ｃ１｜＝１が課される。次いで、キャリブレーション係数が、以下の最適化問題の解として見つけられる。
｜ｃ１｜＝１を条件として、
【数５９】
0006321856.tif 000060
を最小にする。
【００５２】
[0051]Ａｒｇｏｓは、スター型トポロジの場合、すなわちすべてのｉ＝２，３，・・・，Ｍに対して測定値ｙｉ１およびｙ１ｉのみを使用するとき、すなわちＦ＝｛（１，２），（１，３），・・・（１，Ｍ）｝のときに相当する。この場合、目的関数は、
【数６０】
0006321856.tif 000061
によって与えられる。
【００５３】
[0052]固定されたｃ１に対する最小値は、ｃｉ＊に関して微分し、ｃｉとｃｉ＊を当技術分野でよく知られている方法で独立変数であるかのように扱い（Ｈｊｏｒｕｎｇｎｅｓ  ら、「Ｃｏｍｐｌｅｘ−ｖａｌｕｅｄ  ｍａｔｒｉｘ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ：Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｎｄ  ｋｅｙ  ｒｅｓｕｌｔｓ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  ｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、２００７年、第５５巻第６号２７４０〜２７４６ページ）、次いで、すべての導関数がゼロに等しいと設定することによって取得することができる。次の一組の式
【数６１】
0006321856.tif 000062
が得られ、これから
【数６２】
0006321856.tif 000063
が生じる。
【００５４】
[0053]Ｊを最小にすることに関心を持つ場合、この解をＪへと置き換えて、次いでｃ１＝ｅｘｐ（ｊθ１）の形でｃ１について解くことができる。これは、数値的に容易に扱うことができる、位相間隔［０，２π）にわたっての直線探索になる。しかしながら、一実施形態では、共通乗法定数までの係数ｃｉのみが関心事であり、したがって、この最後のステップは必要とされず、ｃ１を任意に１に等しく設定することができるが、相対キャリブレーション目的で一般性を失うことはない。驚くほどのことではないが、特殊な場合として、Ａｒｇｏｓで提唱され、前節で検討したものと同じ推定器を取得することができる。
【００５５】
[0054]順序対の集合Ｆを考えると、最小化問題の解すなわち乗法定数までのキャリブレーション係数ｃ１，ｃ２，ｃ３，・・・，ｃＭを決定するための解は、容易に取得することができる。最初に、集合Ｆが与えられれば、非順序対の集合は、
Ｆｏ＝｛すべての対（ｉ，ｊ）；したがって、（ｉ，ｊ）がＦに含まれるか又は（ｊ，ｉ）がＦに含まれる｝
と決定することができる。
【００５６】
[0055]たとえば、Ａｒｇｏｓスター型トポロジの場合、
Ｆｏ＝｛（１，２），（１，３），・・・，（１，Ｍ），（２，１），（３，１），・・・，（Ｍ，１）｝
である。
【００５７】
[0056]便宜上、前処理された測定値の（Ｆに依存する）集合は、次のように定義される。
【数６３】
0006321856.tif 000064
【００５８】
[0057]固定されたｃ１に対する最小値は、ｃｉ＊に関して微分し、ｃｉとｃｉ＊を独立変数［４］であるかのように扱い、次いで、すべての導関数がゼロに等しい、すなわち，
【数６４】
0006321856.tif 000065
と設定することによって、取得することができる。
【００５９】
[0058]
上記のｉ番目の式の偏導関数を拡張することによって、次の式
【数６５】
0006321856.tif 000066
が得られ、ここで、ｃおよびａｉは両方ともＭ次元の列ベクトルであり、ベクトルｃのｊ番目はｃｊによって得られ、ａｉのｊ番目の項目は
【数６６】
0006321856.tif 000067
によって得られる。
【００６０】
[0059]その結果、ｉ＝１，２，・・・，Ｍに対する一組の式は、行列記法のように、Ａｃ＝０と記載することができ、ここで、
【数６７】
0006321856.tif 000068
である。
【００６１】
[0060]上記で、ｂ１は次元Ｍの列ベクトルである。そのｋ番目の項目は、ベクトルａｋの第１の項目の負数を含む。同様に、行列
【数６８】
0006321856.tif 000069
は、Ｍ行およびＭ−１列を有する。この行列のＫ番目の行およびｍ番目の列の要素は、ベクトルａｋの（ｍ＋１）番目の要素によって与えられる。
【数６９】
0006321856.tif 000070
は、ｃ１を欠いた、ｃに含まれるすべてのキャリブレーション係数のベクトル、すなわち、
【数７０】
0006321856.tif 000071
を表す。
【００６２】
[0061]最小２乗キャリブレーション解
【数７１】
0006321856.tif 000072
は、一組の式
【数７２】
0006321856.tif 000073
の解によって与えられ、具体的には、
【数７３】
0006321856.tif 000074
によって与えられる。
【００６３】
[0062]行列Ａに基づいた推定値の他の変化が可能であることに留意されたい。一実施形態では、ｃｉの累乗の平均が何らかの所定の値に等しいことを条件として、Ｊ（ｃ１，ｃ２，・・・，ｃＭ）を最小にする係数の集合が選定される。この場合、係数の選定されたベクトルは、（その平均累乗を所定の値に等しくするように適切に増減された）行列Ａの最小の大きさの固有値に関連付けられた、Ａの固有ベクトルに相当する。
【００６４】
[0063]キャリブレーション問題で、すなわち非ゼロである測定値対の集合を選定する際に、使用される測定値の対の集合すなわちＦの選定が、性能に大きく影響することがある。各アンテナノードに対して「最も近い４つのノード」によって定義された測定値対を使用して、次のトポロジすなわち（ａ）Ａｒｇｏｓに記載のスター型トポロジ、（ｂ）リング型トポロジ、および（ｃ）高密度トポロジの、１２個のアンテナ素子の円形アレーの自己キャリブレーションを含む、図２の例を考えてみる。素子は「円形」トポロジである。円形トポロジでは、素子間の距離は受信電力の差を示し、すなわち、互いにより近いノードは、遠く離れたノードよりも高いＳＮＲで互いの信号を受信することができる。この例のアレーはＭ＝１２個の素子を有するが、例に示されている原理は、任意のＭ＞２の値に適用される。
【００６５】
[0064]図２（ａ）〜図２（ｃ）を参照すると、３つの副図（ｓｕｂｆｉｇｕｒｅ）のそれぞれは、測定値対の異なる集合すなわちＦに基づいた最小２乗キャリブレーションを示す。各副図の両矢印は、キャリブレーションのために使用される測定値の対、すなわち、集合Ｆに含まれる図示の対を示す。
【００６６】
[0065]図２（ａ）は、Ａｒｇｏｓキャリブレーション方法によって使用される集合Ｆを示す。近接性により、基準素子２に対する基準素子１のキャリブレーションは、かなり正確であると予想することができる。しかしながら、基準素子から遠い素子たとえば素子７に対する基準素子のキャリブレーションは、信頼性がはるかに低いと予想することができる。そのような問題は、実際にＡｒｇｏｓで認められ、他のすべてのアンテナに対するキャリブレーション基準アンテナの慎重な配置を必要とした。このことに基づくと、Ａｒｇｏｓ自己キャリブレーション技法は不十分な性能を有し、Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯ展開用の配列されていないアンテナ素子のアレーのキャリブレーションを行うには十分でないであろう。
【００６７】
[0066]図２（ｂ）は、測定値対集合Ｆ＝｛（１，２），（２，３），・・・，（５，６），（７，８），（８，９），・・・，（１１，１２），（１，１２）｝に基づいたキャリブレーションを示す。図２（ａ）と図２（ｂ）の両方で同じ数の測定値が使用されているが、図２（ｂ）の測定値集合の方が、本質的に、高い１対あたりＳＮＲを有し、大幅によりロバストであろう。一実施形態では、係数ｃｋは、順次、すなわち、最初に、測定値の（１，２）対を使用してｃ２を取得し、次いで、（２，３）対を使用してｃ３／ｃ２、およびｃ３を推定するなどと取得することができる。そのような実施形態は、事実上、Ａｒｇｏｓキャリブレーション方法と同じ計算の複雑さを有するが、一般に、より高品質のキャリブレーションを生じる。或いは、図２（ｂ）に示される測定値の集合Ｆは、行列キャリブレーション問題を解決するために使用することができ、これによって、ＬＳ解
【数７４】
0006321856.tif 000075
の算出に伴う算出コストを犠牲にして、Ａｒｇｏｓキャリブレーション方法に対するさらなる改善がもたらされる。
【００６８】
[0067]対（６，７）もＦに含めること、すなわち、図２（ｂ）の破線の両矢印によって表される対も含めることも、性能をさらに改善すると予想される。この包含は、より多くのシグナリングを必要とせず、単に、後でキャリブレーションに使用するためのキャリブレーションシグナリング中により多くの観測結果を記憶することを必要とする。
【００６９】
[0068]図２（ｃ）は、キャリブレーションのためのまったく同じワイヤレスシグナリングオーバーヘッドでは、約２倍の測定値対が使用され（特に、各アンテナに対して、最も近い４つのノードを持つ対が使用される）、さらなる性能改善をもたらす別の例を示す。
【００７０】
[0069]図３は、相対ＲＦキャリブレーションを実行するためのプロセスの一実施形態の流れ図である。このプロセスは、ハードウェア（回路、専用ロジックなど）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム又は専用装置で実行されるものなど）、又はこの両者の組み合わせを含んでもよい処理ロジックによって実行される。一実施形態では、このプロセスは、送受信機ユニットおよび基地局２００の他のサポート機能と協働する図１のキャリブレーションプロセッサ２９０によって実行される。
【００７１】
[0070]図２を参照すると、プロセスは、パイロットシグナリングを開始すること（処理ブロック３１０）によって始まる。パイロットシグナリング後、処理ロジックは測定値収集（処理ブロック３２０）を実行し、処理ロジックは、キャリブレーションのための測定値（処理ブロック３３０）を対にする。一実施形態では、キャリブレーションシグナリングプロセスによって収集されるアンテナ測定値は、キャリブレーション方法への入力である。一実施形態では、すべての（ｉ，ｊ）アンテナ対に対するｙｉｊ測定値が利用可能であり、収集された観測結果の集合は、最初に、対（ｙｊｉ，ｙｉｊ）にグループ化される。
【００７２】
[0071]次に、一実施形態では、処理ロジックは、キャリブレーションのために、これらの対をなす測定値の部分集合Ｆを選択する（処理ブロック３４０）。一実施形態では、キャリブレーションに使用される集合Ｆは、すべての可能な（ｉ，ｊ）アンテナ素子対からの、対をなす測定値の選定された部分集合を含む。一実施形態では、集合Ｆは、受信電力レベルにおける所定の閾値を超えた測定値のみを含む。一実施形態では、測定値の受信対の受信電力レベルの最小値が所定のレベルを超えるとき、１つの対がＦに含まれる。一実施形態では、集合Ｆからの対を含める又は除外するために、たとえば図２（ａ）および図２（ｂ）に示される例に示されるようにすべての項が推定できることを保証しながら使用される観測結果の対の総数を制限することを含む他の基準が使用される。これらの基準としては、ＲＳＳ閾値、対の数に関する制約、および複雑さがあり得る。たとえば、対のすべては、ＲＳＳに従って最上位から最下位まで順序づけられてよく、次いで、最初のＸ個の対が選定されてよく、ここでＸは整数である。選定される対の数は、キャリブレーションアルゴリズムの複雑さにも影響することがある。対はまた、大規模キャリブレーション問題（多数のアンテナを含み、それによって多次元の行列Ａの操作を含む）をより小規模なキャリブレーション問題（より小規模な行列による操作を含む）に分割することを可能にし得る他の基準に基づいて選択されてもよい。そのような実施形態について、「階層的キャリブレーション」節で説明する。
【００７３】
[0072]図３に戻ると、対を含める又は除外するために、他の基準が使用されてもよい。たとえば、一実施形態では、アルゴリズムは、送受信機ユニットが少なくとも選択されたＦの対形成のうち１つにある場合、送受信機ユニットの相対キャリブレーション利得を推定する。たとえば、キャリブレーションされるべき送受信機ユニットがあるが、この送受信機ユニットに関係する対が測定値対包含アルゴリズムで選択されない場合、この送受信機ユニットを含む１つ又は複数の対を集合Ｆに追加することができる。
【００７４】
[0073]処理ブロック３５０では、処理ロジックは、選定された部分集合の対の選定された部分集合の相対キャリブレーション値に基づく測定値を算出し、基準アンテナに関する相対キャリブレーション値を計算する。一実施形態では、前のキャリブレーション推定値も使用することができる。
【００７５】
ＭＵ−ＭＩＭＯ動作
[0074]相対キャリブレーションパラメータの推定値
【数７５】
0006321856.tif 000076
の所与の集合に基づいて、ＭＵ−ＭＩＭＯトレーニングおよびシグナリング動作を実施することができる。最初に、アップリンクパイロットに基づいて観測結果を収集する。次いで、これらの観測結果を中央サーバで使用して、ＨｕｐのＭＭＳＥ推定値すなわち
【数７６】
0006321856.tif 000077
を得る。
【数７７】
0006321856.tif 000078
の集合が、ｃ１＝１で
【数７８】
0006321856.tif 000079
の形態の式によって算出されると仮定すると、行列Ｈａｌｔは次のように構成される。
【数７９】
0006321856.tif 000080
【００７６】
[0075]数値
【数８０】
0006321856.tif 000081
を、ｃｉ／ｃ１で置き換え、
【数８１】
0006321856.tif 000082
をＨｕｐで置き換えた場合、行列Ｈａｌｔは、Ｄ対角を持つ所望の形をとる。したがって、Ｈａｌｔと、たとえば
【数８２】
0006321856.tif 000083
におけるＺＦＢＦなどの任意の所与のプリコーダ関数Ｖ＝Ｖ（Ｈａｌｔ）を仮定すると、有効なダウンリンクチャネルは、
【数８３】
0006321856.tif 000084
によって与えられ、有効なＮＵ×ＮＵチャネル行列は、
【数８４】
0006321856.tif 000085
によって与えられる。次いで、量ｌｏｇ２（１＋ＳＩＮＲｉ）の瞬間率は、ｉ番目のユーザの性能メトリックとして使用することができ、ＳＩＮＲｉは通常の方法で算出される。
【００７７】
階層的相対キャリブレーション
[0076]一実施形態では、キャリブレーションが段階的に行われる。特に、アンテナ素子の２つの集合、すなわち場合によっては配列されたアレーの５×５アンテナを有する１つの集合（クラスタｎと示される）と５素子の別のアレー（クラスタｍと示される）を含む図４の例を考えてみる。ｃｉ，ｍは、ｉ＝１，２，・・・，Ｍｍに対するクラスタｍ内の未知のキャリブレーション係数を表し、ｃｊ，ｎは、ｊ＝１，２，・・・，Ｍｎに対するクラスタｎ内の未知のキャリブレーション係数を表す。図４の例では、Ｍｍ＝５、Ｍｎ＝２５である。
【００７８】
[0077]Ｍｍ＋Ｍｎ＝３０アレー素子の全体集合は、単一のキャリブレーションＬＳステップにより一緒にキャリブレーションを行うことができるが、一実施形態では、キャリブレーションは段階的に実行される。一実施形態では、第１のクラスタ内キャリブレーション、すなわち、各クラスタのキャリブレーションを個別かつ独立して行うことが実行され、次いで、クラスタ間キャリブレーションが実行される。効果的に、クラスタ内キャリブレーションでは、クラスタ内の測定値対のみが使用され、さまざまなクラスタ内のノードと対照したものとしてクラスタ内のノードの相対的近接性により、測定値のそのようなクラスタ内対は、キャリブレーションに対して信頼性がより高い（ＳＮＲがより高い）と予想されることがある。その結果、クラスタｍ内の自己キャリブレーションは、何らかの未知の複素数値スケーリング定数αｍに対して、
【数８５】
0006321856.tif 000086
を生じさせ、クラスタｎ内の自己キャリブレーションは、何らかの未知の複素数値スケーリング定数αｎに対して、
【数８６】
0006321856.tif 000087
を生じさせた、と仮定される。その後、クラスタ間キャリブレーションは、効果的に、共通スケーリング定数までのｃｉ，ｍおよびｃｊ，ｎに対するクラスタキャリブレーション係数の集合を見つけることになる。これは、共通スケーリング定数までのαｍおよびαｎ、若しくは同じことであるがαｍ／αｎを見つけること、又は同じことであるが関係αｍ＝βαｎにおいて複素定数βを推定することに等しい。これは、クラスタ間測定値対、すなわち、いくつかの（ｉ，ｊ）に対するアンテナのいくつかの（（ｉ，ｎ），（ｊ，ｎ））対に対する双方向性測定値の任意の非ゼロ部分集合、並びに測定値対を説明する式の対において、ｃｉ，ｍおよびｃｊ，ｎをそれぞれ、式
【数８７】
0006321856.tif 000088
と置き換えることに基づいたＬＳキャリブレーションによって行うことができる。同等に、ｙ（ｉ，ｍ）（ｊ，ｎ）およびｙ（ｊ，ｎ）（ｉ，ｍ）は、ノード（ｉ，ｍ）および（ｊ，ｎ）における測定値をそれぞれ表し、キャリブレーションパイロットがそれぞれノード（ｊ，ｎ）および（ｉ，ｍ）によって送られるとき、一実施形態では、次の最適化問題が使用される。
【数８８】
0006321856.tif 000089
を条件として、
【数８９】
0006321856.tif 000090
を最小にする。
【００７９】
[0078]
ここで、
【数９０】
0006321856.tif 000091
とすると、上記問題は次のように書き直すことができる。
αｎ＝１を条件として、
【数９１】
0006321856.tif 000092
を最小にする。
【００８０】
[0079]この問題は、元のクラスタ内ＬＳ問題とまったく同じ構造を有する。特に、Ｆ’によって定義されるクラスタ間測定値対の所与の集合を条件として、最小２乗キャリブレーション問題は、本来の最小２乗問題を解決するために使用されるステップと同じステップを使用して解決することができる。一実施形態では、クラスタ間キャリブレーションは、同様の方法で基準クラスタ間キャリブレーション係数の集合を解くことによって３つ以上のクラスタにわたって実行される。
【００８１】
[0080]一般に、階層的キャリブレーションは、送受信機ユニットのグループのキャリブレーションを一括で行うために使用することができ、ここで、キャリブレーションが一括で行われるグループの数は２よりも大きい。階層的キャリブレーションのそのような使用を含む一実施形態は、一度に「Ｘ」以下のグループの単位に関してグループのキャリブレーションを行うことの複雑さを制限することを含む。Ｘ＝９では、たとえば、一実施形態において、最初に、送受信機ユニットのキャリブレーションが、サイズたとえば９のグループで行われ（すなわち、キャリブレーションアルゴリズムが実行される基礎となる行列Ａのサイズを制限することが必要である）、基準ユニットに対して９つの送受信機ユニットから成る各グループのキャリブレーションを独立して行うことが可能になる。次いで、階層的キャリブレーションは、この「サイズ」の制約に違反することなく、はるかに大きな集合のキャリブレーションを容易に一括で行うために使用することができる。一実施形態では、サイズ９のアンテナの第１の隣接した集合のキャリブレーションが、ベースラインアルゴリズムに基づいて行われる（クラスタ内キャリブレーション）。次いで、９つのそのような近接して位置する（すでにキャリブレーションが行われた９つの素子）集合の（クラスタ間）キャリブレーションを実行し、９２の素子から成るキャリブレーション済みグループを生じさせることができる。次いで、９つのそのような近接して位置する（すでにキャリブレーションが行われた９２の素子）集合のクラスタ間キャリブレーションを実行し、９３の素子から成るキャリブレーション済みグループを生じさせることができ、以下省略する。これらの９つの集合に関するキャリブレーション動作の各動作の複雑さは固定される。複雑さは、９つのキャリブレーションが行われていないアンテナ素子のグループの基本的な相対キャリブレーションのキャリブレーション複雑さと同じである。
【００８２】
[0081]より具体的には、便宜上、各クラスタ内のクラスタノードに再びインデックスを付与し、クラスタｉのｍ番目のノードを（ｉ，ｍ）と表す。ｃｉ，ｍ＝Ｒｉ，ｍ／Ｔｉ，ｍは、目的とする未知のパラメータである。各ｉに対して、各ノードのキャリブレーションがクラスタｃｉの基準ノードに対して行われるように十分に正確なクラスタ内キャリブレーションがアルゴリズムを使用して行われたと仮定される。特に、クラスタｉに適用されるアルゴリズムがクラスタ内キャリブレーション推定値
【数９２】
0006321856.tif 000093
を返したと仮定すると、何らかの未知のパラメータｃｉに対して、
【数９３】
0006321856.tif 000094
が得られる。また、Ｙ（ｉ，ｍ）→（ｊ，ｎ）は、ノード（ｉ，ｍ）によって送信されたパイロットに基づいたノード（ｊ，ｎ）における観測結果、すなわち、ｉおよびｊをそれぞれ（ｉ，ｍ）および（ｊ，ｎ）で置き換えた、形式（１１）の観測結果を表す。
【００８３】
[0082]クラスタをグラフ上のノードと考える。接続されたクラスタ−ネットワークグラフ
【数９４】
0006321856.tif 000095
を仮定すると、パイロットバーストが、すべてのクラスタおよびリンクの部分集合
【数９５】
0006321856.tif 000096
を含む連結全域部分グラフ
【数９６】
0006321856.tif 000097
にわたってクラスタを越えてＢＳによって送信および受信される。また、
【数９７】
0006321856.tif 000098
は、
【数９８】
0006321856.tif 000099
に対応する無向辺の集合を表す。キャリブレーションに使用されるべき形式（１１）の観測結果の少なくとも１つの対｛Ｙ（ｉ，ｍ）→（ｊ，ｎ），Ｙ（ｊ，ｍ）→（ｉ，ｎ）｝がある場合、対
【数９９】
0006321856.tif 000100
であり、この対は、異なるＯＦＤＭシンボル上だがチャネルのコヒーレンス時間内にＢＳ（ｉ，ｍ）および（ｊ，ｎ）によって送信された１対のキャリブレーションパイロットによるものである。
【数１００】
0006321856.tif 000101
は、観測結果のそのような双方向対がクラスタｉおよびｊそれぞれにおいてＡＰ（ｉ，ｍ）と（ｊ，ｎ）の間で使用可能である、すべての（ｍ，ｎ）インデックス対の集合を表す。したがって、集合
【数１０１】
0006321856.tif 000102
が空でない場合に限り、
【数１０２】
0006321856.tif 000103
である。
【００８４】
[0083]階層的キャリブレーション問題の視覚的解釈が図１９および図２０に示されている。図１９は、ノードの９×９ネットワークを示す。図１９に示されるように、ＢＳの９つの３×３クラスタがある。クラスタ内キャリブレーションが各３×３クラスタですでに行われていると仮定し、双方向矢印（各矢印は、異なるクラスタのＢＳ間の両方向測定を表す）は、クラスタ間キャリブレーションに使用できる測定値の集合を表す。
【００８５】
[0084]図２０は、クラスタ間キャリブレーションが実行可能である、図１９に示される両方向測定に関連した、対応する連結全域部分グラフ
【数１０３】
0006321856.tif 000104
を示す。次いで、クラスタ間キャリブレーションのための関連する目的関数は、次のように
【数１０４】
0006321856.tif 000105
と容易に表すことができる。解は、同じステップに従うことによって、容易に導くことができる。
【数１０５】
0006321856.tif 000106
とし、(20)を使用して、Ｊｈをｃｉの関数として次のように
【数１０６】
0006321856.tif 000107
と表現し直すことができる。ＮＣ＝｜Ｔｃｌ｜として
【数１０７】
0006321856.tif 000108
とすると、上記の式をｃ１の関数として最小にするベクトル
【数１０８】
0006321856.tif 000109
は式(16)によって与えられ、ここで、ＡはＮＣ×ＮＣ行列であり、ｉ番目の行およびｊ番目の列の要素は、
【数１０９】
0006321856.tif 000110
によって与えられる。何らかのｉ≠ｊに対して、
【数１１０】
0006321856.tif 000111
が空の場合、すなわち、
【数１１１】
0006321856.tif 000112
の場合、係数Ａｉ，ｊはゼロであってもよいことに留意されたい。
【００８６】
[0085]図５は、階層的キャリブレーションを実行するためのプロセスの一実施形態の流れ図である。このプロセスは、ハードウェア（回路、専用ロジックなど）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム又は専用装置で実行されるものなど）、又はこの両者の組み合わせを含んでもよい処理ロジックによって実行される。一実施形態では、このプロセスは、送受信機ユニットおよび基地局２００の他のサポート機能と協働する図１のキャリブレーションプロセッサ２９０によって実行される。
【００８７】
[0086]図５を参照すると、プロセスは、クラスタ間観測結果を収集する処理ロジック（処理ブロック５２０）によって始まる。一実施形態では、クラスタ間観測結果を収集することは、他のクラスタにおけるアンテナからのパイロットの送信中にクラスタｍ（ｎ）で得られた観測結果をメモリ（たとえばメモリ２６０）から取り出すことを含む。処理ロジックは、一実施形態では処理ブロック３３０に類似した方法で、これらの観測結果の部分集合を対に組み立てる（処理ブロック５３０）。具体的には、処理ブロック５３０によって形成される観測結果の各対は、２つの異なるアンテナ（各クラスタから１つのアンテナ）によって収集された２つの観測結果から成り、各観測結果は、対の他のアンテナによって送信されたパイロットに応答して対の１つのアンテナによって収集された観測結果に対応し、２つのパイロットはチャネルのコヒーレンス時間内に送信された。
【００８８】
[0087]測定値を対にした後、処理ロジックは、クラスタ間キャリブレーションのための観測結果のこれらの対の部分集合を選択する（処理ブロック５４０）。一実施形態では、すべての対は、クラスタ間キャリブレーションに使用される。別の実施形態では、十分に大きなＲＳＳ（上記の段落４９を参照されたい）を対に持つ対のみが集合Ｆで選定される。
【００８９】
[0088]選択の後、処理ロジックは、クラスタ間キャリブレーション調整係数を算出するために、観測結果の選択された対を使用する（処理ブロック５５０）。一実施形態では、クラスタ間キャリブレーションは、αｎ＝１を設定すること（したがって、クラスタｎのキャリブレーション係数に調整を加えないこと）、前の段落で概説した最小２乗方法によってαｍの値を算出すること、およびαｍの算出された値を使用してクラスタｍ内のアンテナのそれぞれのキャリブレーション係数を調整すること（すなわち、クラスタｍ内の所与のアンテナの新しいキャリブレーション値を前の値にクラスタ間調整αｍを掛けたものとして設定すること）を含む。
【００９０】
[0089]一実施形態では、クラスタ間キャリブレーションは、要求に応じて実行される。一実施形態では、クラスタ内キャリブレーションは、前の時刻ですでに実行されている（たとえば、クラスタ内キャリブレーションは、アレーのクラスタのそれぞれから個別に発したＭＵ−ＭＩＭＯ送信を介してユーザにサービスを提供するためにすでに使用されている）。ＵＥ（たとえばモバイル）が、複数の場所を通る一括送信によってサービス提供されることが有利なエリアを通過するとき、クラスタ間キャリブレーションは、複数のアンテナクラスタのキャリブレーションを行うために作動される。一実施形態では、第１のキャリブレーションパイロットは、１つ又は複数のクラスタのアンテナのうち１つ（又は複数）によって送信される。応答して、他のクラスタのそれぞれは、キャリブレーションパイロットをアンテナのうち１つ又は複数から送り返す。一実施形態では、これらのアンテナは、これらのアンテナにおける、異なるクラスタから発した１つ又は複数の第１のキャリブレーションパイロットからの受信信号強度に基づいて選定される。一実施形態では、階層的キャリブレーションのいくつかの層が適用され、相対的にキャリブレーションが行われたアンテナアレーのより大きなクラスタを連続して生じさせる。
【００９１】
セルラー上でのネットワークＭＩＭＯに対するキャリブレーション
[0090]上記のキャリブレーション技法は、相反性ベースＭＩＭＯ送信のためのセルラー式アーキテクチャのキャリブレーションを行うことに合わせて調整することができる。図６は、基地局が実数軸上の基準場所０，±１，±２，±３，・・・に配置される一次元（１Ｄ）セルラートポロジを示す。非常に高いセルおよびセル端率は、ユーザの地理的スケジューリングによって得ることができ、関連基地局（複数可）に対して類似の「地理的」場所にいるユーザは、これらのユーザ場所に合わせて調整されたＭＩＭＯアーキテクチャによりトポロジの全体にわたって一括でサービス提供される。そのうえ、一実施形態では、セル再利用−１Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯは、セルの中心にいるユーザにとって好ましいが、セル縁では、２つの隣接するタワーからのネットワークＭＩＭＯ送信はセル縁で行うのが好ましいことが多い。類似の記述が、二次元（２Ｄ）六角形展開にも当てはまる。そのような送信を可能にするために、一括ＭＵ−ＭＩＭＯ送信で関係するアンテナ素子の集合は、一括でキャリブレーションが行われる。１Ｄの例では、基準の２基地局（ＢＳ）クラスタは、一括でキャリブレーションが行われる。
【００９２】
[0091]図６に示される形式のセルラーネットワーク用のシグナリングおよびキャリブレーションを考えてみる。インデックスｋおよびｋ＋１を持つＢＳの集合から一括ＭＵ−ＭＩＭＯ送信を実行することが可能なクラスタコントローラが、キャリブレーション後に、クラスタからのすべてのアンテナのための相対キャリブレーション係数の集合を利用可能にすることが望ましい。これは、さまざまな方法によって達成することができる。一実施形態では、パイロットは、周波数再利用Ｒ＞２を持つトポロジ内のすべてのＢＳから送信される。Ｒ＝３に対応する図６に示される例では、時間周波数キャリブレーション−トレーニングリソースは、リソースの「Ａ」部分、「Ｂ」部分、および「Ｃ」部分と呼ばれる、Ｒ＝３同等部分に分割される。ラベル｛Ａｋ｝（それぞれ｛Ｂｋ｝および｛Ｃｋ｝）を持つ基地局は、「Ａ」（それぞれ「Ｂ」および「Ｃ」）トレーニングリソース中にパイロットを同時に送信する。ＢＳあたりＭ個のアンテナ素子があると仮定すると、キャリブレーションのために、すなわち、ラベルＡ（それぞれラベルＢ、およびラベルＣ）を持つ基地局のそれぞれからＭ個のパイロットを送信するために、Ｍリソース次元が必要となる。一実施形態では、周波数再利用−Ｒの方法でアンテナＢＳあたり１つのパイロットを送信するために、ＲＭトレーニング次元がトポロジの全体で使用される。
【００９３】
[0092]図６に示される一実施形態では、基地局Ａｋによって送信されるパイロットは、基地局ＢｋおよびＣｋ−１のアンテナ素子のそれぞれで、および基地局Ａｋの送信中でない素子のそれぞれで、測定値を生成する。基地局Ａｋにおけるこれらの測定値は、ＢＳ  Ａｋにおけるセル内キャリブレーションに使用することができる。基地局Ｂｋ｛又は、別法として、基地局Ｃｋ−１｝における測定値は、Ｂｋ（或いはＣｋ−１）がパイロットを送信しているとき、基地局Ａｋで収集された測定値と共に、セル間キャリブレーションのために、図６の｛Ａｋ，Ｂｋ｝クラスタ（或いは｛Ｃｋ−１，Ａｋ｝クラスタ）のコントローラ／キャリブレータによって利用することが可能である。原理上は、Ｂｋにおけるこれらの測定値は、集合｛Ａｊ｝ｊ≠ｋ内の他のすべての基地局からの項も含む。その理由は、集合｛Ａｊ｝ｊ≠ｋ内の他のすべての基地局も、Ａｋと同じ時刻および周波数でパイロットを送信しているからである。この１Ｄの例では、基地局Ｂｋで見られる支配的干渉項は、基地局Ａｋ＋１によって送信されるパイロットによるものである。再利用係数Ｒは、この例では、基地局ＡｋからのキャリブレーションパイロットがＡｋ＋１からの（干渉している）キャリブレーションパイロットよりも高い電力レベルで基地局Ｂｋで受信されることを保証するために、少なくとも３と大きい。基地局Ａｋから送信されるパイロットの寄与（信号項）が十分に高い信号対干渉比で受信されることを保証するために、Ｒのさらに高い再利用値を使用することができる。
【００９４】
[0093]図７は、Ｒ＝３を持つクラスタ−キャリブレーションのためのプロセスの一実施形態の流れ図である。このプロセスは、ハードウェア（回路、専用ロジックなど）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム又は専用装置で実行されるものなど）、又はこの両者の組み合わせを含んでもよい処理ロジックによって実行される。一実施形態では、このプロセスは、送受信機ユニットおよびそれぞれの基地局（たとえば基地局２００）の他のサポート機能と協働するキャリブレーションプロセッサ（たとえば図１のキャリブレーションプロセッサ２９０）によって実行される。
【００９５】
[0094]図７を参照すると、リソースの「Ａ」部分のスロット中に、グループＡ基地局（｛Ａｋ｝）が、同じリソース上でパイロットを送信する。図７では、これは、基地局Ａｋの処理ブロック６００Ａｋに示されている。これらのパイロットは、隣接セルのアンテナ（一例として、処理ブロック６００Ｂｋおよび６００Ｃｋを参照されたい）並びに同じ基地局の他のアンテナによって収集される（処理ブロック６００Ａｋ）。次いで、他の基地局グループに対して類似の動作が行われる。図７の処理ブロック６３０Ａｋ、Ｂｋ、Ｃｋによって示されるように、セル内測定値を使用して、各ＢＳがＢＳ内キャリブレーションを実行する。
【００９６】
[0095]次に、隣接基地局からの収集された観測結果は、相互キャリブレーション（ｉｎｔｅｒ−ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）で使用される各隣接基地局対のための対応するコントローラに渡される（処理ブロック６４０Ａｋ、Ｂｋ、Ｃｋおよび処理ブロック６５０Ａｋ、Ｂｋ、Ｃｋ）。次いで、コントローラは、図５で説明した相互キャリブレーション手順を実行する（処理ブロック５００）。
【００９７】
[0096]一実施形態では、「セル内キャリブレーション測定値」がより高いＳＮＲ測定値であるので、第１のセル内キャリブレーションが実行される。一実施形態では、階層的キャリブレーションに関して上記で説明したように、セル内キャリブレーションがいったん完了すると、階層的キャリブレーションが実行される。一実施形態では、十分に高い受信信号強度のセル間測定値の部分集合のみが、セル間キャリブレーションステップで使用される。これらの実施形態では、少なくともＲＭの次元を使用してネットワーク全体のキャリブレーションを行い、Ｒは少なくとも３と同じ大きさであるが、場合によっては、より大きいＲである。
【００９８】
[0097]アレーサイズが「巨大（Ｍａｓｓｉｖｅ）」になった場合、すなわちＭが大きくなったとき、キャリブレーションのためのＲＭ次元のコストは著しくなり、キャリブレーションにＭ程度の次元のみを必要とする他のより効率的な方法がある。一実施形態では、最初に、再利用−１パイロットスキームが、セル内キャリブレーションを達成するために使用される。これは、他の基地局のアンテナに対して同じ基地局上でのアンテナが互いに近接していることにより可能である。
【００９９】
[0098]図８は、図６に示される１ＤトポロジにわたってネットワークＭＩＭＯ送信を可能にすることができるこのタイプの効率的なパイロットシグナリングに基づいたＢＳ間キャリブレーションのためのプロセスの一実施形態の流れ図である。このプロセスは、ハードウェア（回路、専用ロジックなど）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム又は専用装置で実行されるものなど）、又はこの両者の組み合わせを含んでもよい処理ロジックによって実行される。一実施形態では、このプロセスは、送受信機ユニットおよびそれぞれの基地局（たとえば基地局２００）の他のサポート機能と協働するキャリブレーションプロセッサ（たとえば図１のキャリブレーションプロセッサ２９０）によって実行される。
【０１００】
[0099]図８を参照すると、パイロットが基地局Ａｋ上のたとえばアンテナ１によって送信されるとき、（処理ブロック７３０Ａｋ）パイロットは、｛Ｂｊ｝（処理ブロック７３０Ｂｋ）および｛Ｃｊ｝（処理ブロック７３０Ｃｋ）を含む他の基地局のそれぞれによっても送信される。この動作は、セル内キャリブレーションのための再利用−１参照シグナリングに対応する。
【０１０１】
[00100]パイロットがＢＳ  Ａｋにおける単一のアンテナ素子から送信されるリソース素子では（再利用−１パイロットシグナリングのこの段階の間に）、基地局Ａｋの残りのアンテナ素子が、基地局Ａｋの送信アンテナ素子に対してセル内キャリブレーションに使用できる観測結果を捕捉する（その理由は、このアンテナ素子の送信が、他の基地局から同時に送信される干渉パイロットよりもはるかに高い信号レベルで受信されるからである）。同じことが、他のアンテナのそれぞれが基地局Ａｋから送信するときにも当てはまる。再利用１はセル内キャリブレーションを達成するが、次いで、追加パイロットがセル間キャリブレーションのために必要とされる。たとえば、｛Ａｋ，Ｂｋ｝クラスタのコントローラを考えてみると、セル内キャリブレーション係数が前のセル内キャリブレーションサイクルから（再利用−１キャリブレーションシグナリングに基づいて）コントローラに利用可能である（および正確である）と仮定して、追加キャリブレーションパイロットが、基地局Ｂｋにおけるアンテナ（のクラスタ）により基地局Ａｋにおけるアンテナ（のクラスタ）のキャリブレーションを行うために必要な単一のセル間キャリブレーション係数を推定するために必要とされる。
【０１０２】
[00101]セル間キャリブレーションは、各２−ＢＳクラスタにおいて単一のセル間キャリブレーション係数のみを推定することによって達成できるので、十分に高い再利用係数での各ＢＳからのいくつかのパイロット送信の使用によって達成することができる。再利用Ｒ’を持つＢＳあたりＤ送信を仮定すれば、必要な寸法の総数はＭ＋ＤＲ’である。図８の流れ図は、Ｒ’＝３を使用した、このＢＳ間キャリブレーション−パイロット方法の一実施形態を示す。特に、Ａ基地局、Ｂ基地局、Ｃ基地局は、相互キャリブレーションパイロットを交代で送信する（それぞれ処理ブロック７００Ａｋ、７１０Ｂｋ、および７２０Ｃｋ）。ＢＳが送信中でないとき、ＢＳは、そのＢＳの隣接するＢＳのうち１つとのＢＳ間キャリブレーションの観測結果を収集する。たとえば、Ａ基地局からのパイロットの送信中に（すべてのｊに対して処理ブロック７００Ａｊ）、ＢＳ  Ｂｋは、ＢＳ  ＡｋとのＢＳ  Ｂｋの２つのＢＳクラスタＭＵ−ＭＩＭＯ送信のためのキャリブレーションを行うために使用できる観測結果を受信し（処理ブロック７００Ｂｋ）、一方、同時に、ＢＳ  Ｃｋは、ＢＳ  Ａｋ＋１とのＢＳ  Ｃｋの２つのＢＳクラスタＭＵ−ＭＩＭＯ送信のためのキャリブレーションを行うために使用できる観測結果を受信する（処理ブロック７００Ｃｋ）。通常、十分に正確なキャリブレーションは、１〜２と低いＤ値および４と低いＲ’値により達成することができる。たとえば、基地局あたりＭ＝１００個のアンテナ素子、Ｒ’＝５、およびＤ＝４では、この方法は、キャリブレーションのために１２０次元を必要とする。対照的に、セル内キャリブレーションとセル間キャリブレーションの両方に共通キャリブレーション−トレーニングシグナリングを使用する方法は、（Ｒ≧３を持つＲＭ次元を必要とするので）少なくとも３００の次元を必要とする。この実施形態の利益は、３−ＢＳクラスタからのネットワークＭＩＭＯ送信を伴う２Ｄにおいて、より明らかである。実際のところ、共通のセル内キャリブレーションサイクルおよびセル間キャリブレーションサイクルに依拠する第１の方法は、（セル間キャリブレーションを可能とするために、少なくともＲ＝７の再利用係数が必要とされるので）キャリブレーションのために少なくとも７００の次元を必要とする。対照的に、セル内キャリブレーションに再利用−１シグナリングを、セル間キャリブレーションに選択的シグナリングを使用する方法は、Ｍ＋Ｄ×Ｒ’＝１００＋１×７＝１０７と少ない次元を持つキャリブレーションを可能にすることができる。セル間キャリブレーション精度の改善のためにパラメータ値がＤ＝２およびＲ’＝１９に設定される場合でも、これは、わずか１３８の次元、すなわち第１の方法よりも小さい５の係数よりも大きいものを必要とする。最後に、基地局が対応するコントローラにパイロット観測結果を提供した後、コントローラが、図５で説明した相互キャリブレーション手順を実行する（処理ブロック５００）。
【０１０３】
[00102]一実施形態では、内部キャリブレーション（ｉｎｔｒａ−ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）シグナリング（処理ブロック７３０Ａｋ、７３０Ｂｋ、および７３０Ｃｋによって示される）は、相互キャリブレーションシグナリングの後で行われる。一実施形態では、内部キャリブレーションシグナリングプロセスは、相互キャリブレーションシグナリングよりも低い（又は多い）頻度で発生する。代替実施形態では、処理ブロック７３０Ｂｋの内部キャリブレーションシグナリングは、処理ブロック７３０Ａｋ、および７３０Ｃｋと異なるリソースを使用する。一実施形態では、処理ブロック７３０Ｂｋで内部キャリブレーションシグナリングに使用されるリソースは、基地局Ｂｋで内部キャリブレーションパイロットに使用される送信電力と場合によっては異なる送信電力により、隣接する基地局ＡｋおよびＣｋでデータ送信に使用される。
【０１０４】
他の実施形態
[00103]
実施形態の１つのセットは、階層的キャリブレーションのための逐次シグナリングの使用を含む。以下の例は、本明細書で説明する技法の使用を示す。
例：図９に示されるクラスタｍおよびｎのクラスタ間キャリブレーションを含むシナリオを考えてみる。クラスタ内キャリブレーションがすでに行われたと仮定される。
【０１０５】
[00104]クラスタｍからのノード「Ａ」は、図１０に示されるように、パイロットを最初に送信する。このパイロットは、ノード「ａ」および「ｂ」のみにおいて高い信号強度（ＲＳＳ）レベルで受信される。特に、ノード「ａ」のＲＳＳが最も高い。
【０１０６】
[00105]一実施形態では、図１１に示されるように、ノード「ａ」は、その後、パイロットを送信し、このパイロットは、ノード「Ａ」（相反性によって）およびノード「Ｂ」のみにおいて十分に高い強度で受信される。
【０１０７】
[00106]一実施形態では、図１２に示されるように、「Ｂ」は、その後、パイロットを送信し、このパイロットは、チャネル相反性によって、ノード「ａ」において十分に高い強度で受信される。
【０１０８】
[00107]一実施形態では、コントローラは、図１２で動作の完了後でシグナリングを終了し、キャリブレーションに信頼性の高い両方向測定値の既存の対を使用する。クラスタ間キャリブレーション問題は、図１３で絵によって示されている。
【０１０９】
[00108]図１４は、図１３に示されている内部キャリブレーションおよび相互キャリブレーションの例のためのタイミング図である。図１４を参照すると、何らかの間隔［ｔＩｎｉｔｉａｌ（１），ｔＦｉｎａｌ（１）］中に、両方のクラスタはクラスタ内キャリブレーションを実行する。一実施形態では、２つのクラスタは、クラスタ間干渉によってクラスタ内キャリブレーションの品質が制限されないように、同じ時刻および周波数スロット上だが十分に低い電力で、それぞれのアンテナからパイロットを送信する。一実施形態では、パイロットのうち少なくとも１つが、１つのクラスタからパイロットが他のクラスタから送信されない時間−周波数スロットで送信される。
【０１１０】
[00109]図１４は、クラスタ間キャリブレーション用の参照信号が送信される３つの間隔も示す。より具体的には、何らかの間隔［ｔＩｎｉｔｉａｌ（２），ｔＦｉｎａｌ（２）］中に、基地局ｍは基準アンテナからパイロットを送り、基地局ｎは基地局ｎのアンテナで観測結果を収集する。何らかの間隔［ｔＩｎｉｔｉａｌ（３），ｔＦｉｎａｌ（３）］中に、基地局ｎはパイロットを送信するためのアンテナを選定し、基地局ｎは選定されたアンテナからパイロットを送信し、基地局ｍは基地局ｍのアンテナで観測結果を収集する。何らかの間隔［ｔＩｎｉｔｉａｌ（４），ｔＦｉｎａｌ（４）］中に、基地局ｍはパイロットを送信するためのアンテナを選定し、基地局ｍは選定されたアンテナからパイロットを送信し、基地局ｎは基地局ｎのアンテナで観測結果を収集する。
【０１１１】
[00110]一実施形態では、ｋ＞１に対してｔＦｉｎａｌ（１）＜ｔＩｎｉｔｉａｌ（ｋ）、すなわちクラスタ内参照シグナリングは、クラスタ間参照シグナリングの前に完了される。一実施形態では、ｋ＞１に対してｔＦｉｎａｌ（１）＜ｔＩｎｉｔｉａｌ（ｋ）、すなわちクラスタ間参照シグナリングは、クラスタ内参照シグナリングの前に完了される。一実施形態では、クラスタ内参照シグナリングとクラスタ間参照シグナリングは時間的に重複する。
【０１１２】
[00111]一実施形態では、図１０に示されるノード「Ａ」の送信に続いて、コントローラは、図１５に示されるように、クラスタｎ内のノード「ａ」、「ｃ」の（あらかじめキャリブレーションが行われた）対にわたって形成されるビームにパイロットを送信する。
【０１１３】
[00112]一実施形態では、パイロットは、ノードＡにおけるビーム形成を誘発するように素子「ａ」と「ｃ」の間の相対的キャリブレーション前係数によって調整された受信信号の結合物（ｃｏｎｊｕｇａｔｅ）を２つのノードのそれぞれにおけるビーム重みとして使用することによって形成されたビームに送られる。たとえば図１６などの、クラスタｍ内のノード「Ａ」（このノードは、インデックス０を持つノードと呼ばれる）が、クラスタｎ内のＫ個のノード（図１６の例ではＫ＝２）において十分に大きなＲＳＳ電力で受信されるパイロットを送信するシナリオを考えてみる。これらのＫノードには、１〜Ｋのインデックスが付与される（たとえば、ノード「ａ」はノード１であり、ノード「ｃ」はノードＫ＝２である）。これらのＫ個のノードは、何らかの既知のａｋに対して、しかしｃ１は未知の状態で、互いに対して十分に良くキャリブレーションが行われた、すなわちｃｋ＝ａｋ  ｃ１であると仮定される。このことは、
【数１１２】
0006321856.tif 000113
であることを意味する。これを使用すると、ノード０からのパイロットに応答した、ノードｋにおける観測結果は、
【数１１３】
0006321856.tif 000114
によって与えられ、ここで、ｈｋ０は、アンテナ素子０とアンテナ素子ｋの間の物理チャネルを示す。次いで、ノード１〜Ｋは同時にパイロットを送り、パイロットの重ね合わせがノード０で受信される。
【数１１４】
0006321856.tif 000115
ここで、ｗ０は雑音を表し、ｐｋはノードｋによって送信されたパイロットである。ここで、ｃ０＝ａ０ｃ１であるａ０を見つけるために、次が使用されてもよい。
【数１１５】
0006321856.tif 000116
この理由は、雑音を無視すると、
【数１１６】
0006321856.tif 000117
であるからである。実際には、雑音を除去しようと努める（ｃｏｍｂａｔ）ために、パイロット重みは、第２のチャネルにおける受信ＳＮＲを最大にするように選定することができる（Ｋ個のパイロットの同時送信）。理想的には、ｐｋは、ｈｋ０ｔｋの結合物に比例するように選ばれる。残念ながら、それには、ｔｋを知っていることが必要である。実際には、「ａｋで除算したｙｋ０」の結合物に比例したｐｋを得ることによって（すなわち、最初にａｋで除算することによって事前キャリブレーションを行い、次いで結合させ、得られた係数をパイロットとして使用することによって）、このパイロットの選択に接近することができる。その理由は、この量は、雑音がない場合、ｈｋ０ｔｋと等しいからである。
【０１１４】
[00113]図１０および図１５の送信の２つの集合は、測定値の単一の対に基づいてネットワークのキャリブレーションを可能にする。これは、図１６で絵によって示されている。
【０１１５】
[00114]図１７は、図１０、図１５、および図１６に示されるキャリブレーションシーケンスに関連したタイミング図である。図１７を参照すると、何らかの間隔［ｔＩｎｉｔｉａｌ（１），ｔＦｉｎａｌ（１）］中に、両方のクラスタはクラスタ内キャリブレーションを実行する。一実施形態では、２つのクラスタは、クラスタ間干渉によってクラスタ内キャリブレーションの品質が制限されないように、同じ時刻および周波数スロット上だが十分に低い電力で、それぞれのアンテナからパイロットを送信する。一実施形態では、パイロットのうち少なくとも１つが、１つのクラスタからパイロットが他のクラスタから送信されない時間−周波数スロットで送信される。間隔［ｔＩｎｉｔｉａｌ（２），ｔＦｉｎａｌ（２）］では、第１のクラスタ（図１７では、クラスタｍが第１のクラスタとして選定される）からの１つのアンテナ（基準アンテナ）がパイロット信号を送信し、このパイロット信号は、第２のクラスタ（図１７では、クラスタｎが第２のクラスタである）の異なるアンテナにおいて異なる強度で受信される。次いで、第２のクラスタは、たとえばＲＳＳに従って選択された複数のアンテナ素子を使用して、第１のクラスタの送信アンテナへのビーム形成を行う。一実施形態では、このシグナリング手順は、第１のクラスタの異なる送信アンテナにより何度も繰り返すことができる。間隔［ｔＩｎｉｔｉａｌ（３），ｔＦｉｎａｌ（３）］では、クラスタｎ（基地局）が、パイロットを送信するためのアンテナを選定し、集合内の各アンテナからパイロット信号を送り、このパイロット信号は、第１のクラスタ（クラスタｍ）の異なるアンテナにおいて異なる強度で受信される。次いで、第１のクラスタ（クラスタｍ）が複数のアンテナ素子を使用して、観測結果を収集する。
【０１１６】
[00115]一実施形態では、内部キャリブレーションすなわち［ｔＩｎｉｔｉａｌ（１），ｔＦｉｎａｌ（１）］は、相互キャリブレーションシグナリングすなわち間隔［ｔＩｎｉｔｉａｌ（２），ｔＦｉｎａｌ（２）］とその後に続く間隔［ｔＩｎｉｔｉａｌ（３），ｔＦｉｎａｌ（３）］の後で行うことができる。
【０１１７】
[00116]図１８は、図１３および図１６に示される逐次相互キャリブレーション技法のためのプロセスの一実施形態の流れ図である。このプロセスは、ハードウェア（回路、専用ロジックなど）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム又は専用装置で実行されるものなど）、又はこの両者の組み合わせを含んでもよい処理ロジックによって実行される。一実施形態では、このプロセスは、送受信機ユニットおよびそれぞれの基地局（たとえば基地局２００）の他のサポート機能と協働するキャリブレーションプロセッサ（たとえば図１のキャリブレーションプロセッサ２９０）によって実行される。
【０１１８】
[00117]図１８を参照すると、各クラスタ（図１８ではクラスタｍおよびｎ）は、処理ブロック３００ｍおよび３００ｎにおいて内部キャリブレーションを実行する。第１のクラスタから第２のクラスタへの最初のパイロット送信の場合、少なくとも１つのアンテナが第１のクラスタから選択される（流れ図では、処理ブロック４１０ｍによって示されるように、クラスタｍが第１のクラスタとして選定される）。
【０１１９】
[00118]パイロットを受信すると、第２のクラスタは、相互キャリブレーションパイロット信号を送信するために１つ又は多くのアンテナを選定して（処理ブロック４１０ｎ）、相互キャリブレーションパイロット信号を送信する。一実施形態では、この送信は最初のパイロット送信に対して十分早くに行われ、したがって、両方とも２つのアンテナの間のチャネルのコヒーレンス時間内である。代替実施形態では、この送信が行われ、送信が両方とも２つのアンテナ間のチャネルのコヒーレンス時間内であるそのようなタイミングで、最初のパイロット送信の複製送信も行われる。無線における送信パイロット信号に関する観測結果を収集すること（処理ブロック４３０ｎ）に加えて、第２のクラスタは、それ自体のパイロット観測結果も、処理ブロック４２０ｎで見られる第１のクラスタに提供する。このステップは、原理上は有線接続によって実行されるが、ワイヤレスデータ伝送を介して提供されることもできる。
【０１２０】
[00119]第１のクラスタすなわちｍは、第２のクラスタすなわちｎによって提供されたパイロット観測結果を受信する（処理ブロック４２５ｍ）。パイロット観測結果を受信すると、第１のクラスタはクラスタ間キャリブレーションを実行し、第１のクラスタのキャリブレーション係数を調整する（処理ブロック５００ｍ）。第１のクラスタは、第２のクラスタに相対キャリブレーション調整も提供する（処理ブロック４４０ｍ）。クラスタｎクラスタ間相対キャリブレーション調整に応答して、クラスタｍの処理ロジックは、クラスタｎ相対キャリブレーション係数を更新する（処理ブロック４４５ｎ）。図に示される実施形態では、クラスタｎは、クラスタｍに対してクラスタｎのＲＦチェーンの相対キャリブレーションを実行する。キャリブレーション調整は、[0082]〜[0084]で説明した方法で量αｎを算出することに対応する。クラスタｍ内の対応する量αｍは１に設定される。その理由は、クラスタｍが基準クラスタとして扱われたからである。
【０１２１】
[00120]一実施形態では、処理ブロック４１０ｍ、４３０ｎ、４２５ｍ、４２０ｎ、４３０ｍ、４１０ｎは何度も繰り返すことができる。
【０１２２】
[00121]以下の実施形態によって、層をなしたクラスタおよびキャリブレーションによってアレーの大規模ネットワークのキャリブレーションが可能になる。一実施形態では、キャリブレーションは、パイロット送信動作とキャリブレーション動作のシーケンスを含み、結果として、キャリブレーションが行われるアレーのより大きなクラスタを順次生成することになる。一例では、第１のパイロットは、アンテナから成る分離された小さなクラスタのトレーニングを行うために、再利用密度ｄ１およびパイロット電力Ｐ１で送信される。次いで、パイロットの第２の集合が、パイロット電力Ｐ２（たとえばＰ２＞Ｐ１）および密度ｄ２（たとえばｄ２＜ｄ１）で送信される。パイロットの第２の集合からの測定によって、キャリブレーションが行われるクラスタのサイズを増加することが可能になる。キャリブレーションのための第２の参照シグナリング周期の一実施形態では、パイロットを送信するアンテナのうち少なくとも１つは、ラウンド１からのキャリブレーション結果に基づいて決定される。一実施形態では、Ｐｋがフィールドの全体で変化してもよい。一実施形態では、パイロットビームが複数のアンテナから同時に送信されてもよい。
【０１２３】
[00122]以下の実施形態では、「要求に応じた」キャリブレーションについて考える。一実施形態では、キャリブレーションの追加ステップは、それぞれは利用可能なクラスタ内キャリブレーション係数を有する（が、利用可能なクラスタ間キャリブレーションがない）クラスタが、ユーザ端末への一括シグナリングに使用されるべきであることを知らせるユーザ端末のアップリンクパイロットによってトリガされる。一実施形態では、このことは、ＵＬパイロットの時に受信中のアンテナ素子においてアップリンクのＲＳＳによって決定される。一実施形態では、ユーザ端末アップリンクパイロットは、内部キャリブレーション又は相互キャリブレーションに関するリフレッシュメント手順をトリガするためにも使用することができる。一実施形態では、追加（ヘルパー）アンテナノードは、オンデマンドキャリブレーション手順を助けるために使用することができる。追加（ヘルパー）アンテナノードは、サービスを提供しているクラスタの外部にあってもよく、問題のユーザ端末への非常に低いＲＳＳを有してもよい。
【０１２４】
[00123]本明細書で説明する実施形態では、アンテナの１つ又は複数のクラスタのシグナリングおよびキャリブレーションのタスクは、単一のプロセッサエンティティによって制御されるかのように提示された。しかしながら、「ヘルパー」ノードが示唆するように、ヘルパーノードは、他の形態の分散キャリブレーションを可能にすることができる。一実施形態では、アンテナ素子から成る、場合によっては（しかし、必ずしもそうではない）重複する集合から成る、クラスタのキャリブレーションを行うことに関与する、異なるコントローラは、「ヘルパーノード」情報を提供する情報を互いと交換して、互いのキャリブレーション作業を助ける。一実施形態では、このことは、クラスタ駆動で、要求に応じて行われるものであり、一方向でのみ使用される。
【０１２５】
[00124]本発明の多数の改変および修正は、おそらく、前述の説明を読んだ後で当業者には明らかになるであろうが、図として図示および説明されるいかなる特定の実施形態も、決して限定的と考えられると意図するものではないことを理解されたい。したがって、さまざまな実施形態の詳細への言及は、本発明にとって不可欠と考えられる特徴のみを本来列挙する請求項の範囲を制限することを意図するものではない。
本発明に係る一態様は、ワイヤレス通信システムで使用するための方法であって、各グループ内でのパイロット送信および前記パイロット送信の観測結果に基づいて送受信機ユニットの複数のグループのキャリブレーションを行うステップであって、送受信機ユニットの前記グループのそれぞれが複数の送受信機ユニットを有し、基準ユニットに対してキャリブレーションが行われる、当該キャリブレーションを行うステップと、前記複数のグループのうち１つの中の１つの基準ユニットに対して前記複数のグループの基準ユニットのキャリブレーションを行うことによって前記複数のグループの相互キャリブレーションを実行するステップと、を含む方法である。
また、本発明に係る一態様は、２つの基地局の送受信機ユニットのキャリブレーションを一括で行うためのシグナリング方法であって、各送受信機ユニットが、前記２つの基地局を含む基地局の集合から少なくとも１つの他のワイヤレスエンティティへの一括送信のためにアンテナ素子を含み、前記方法が、第１の基地局の少なくとも１つの送受信機ユニットから少なくとも１つのパイロットを第１の送信ラウンドの一部として送信し、第２の基地局の少なくとも１つの送受信機ユニットから観測結果を受信するステップと、前記第１の送信の一部として送信された前記少なくとも１つのパイロットに応答して観測結果を受信した前記第２の基地局内の送受信機ユニットの前記集合からの少なくとも１つの送受信機ユニットから、少なくとも１つのパイロットを第２の送信ラウンドの一部として送信するステップと、前記第２の基地局の前記少なくとも１つのユニットから送信された前記少なくとも１つのパイロットに応答して前記第１の基地局内の前記少なくとも１つのユニットから前記第２の基地局の少なくとも１つのユニットに１つ又は複数の観測結果を送るステップであって、前記第１の基地局内の前記少なくとも１つの送受信機ユニットが、前記第１の送信ラウンドで前記少なくとも１つのパイロットを送信する、当該送るステップと、を含む方法である。ここで、当該方法は、前記第１の基地局内の前記少なくとも１つの他の送受信機ユニットからの前記１つ又は複数の観測結果から作成された観測結果対を使用して、前記第１の基地局および前記第２の基地局内の送受信機ユニット用の相対キャリブレーション値の推定値を取得するステップ、をさらに含んでもよい。
【図１】
0006321856.tif 000118
【図２】
0006321856.tif 000119
【図３】
0006321856.tif 000120
【図４】
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【図５】
0006321856.tif 000122
【図６】
0006321856.tif 000123
【図７】
0006321856.tif 000124
【図８】
0006321856.tif 000125
【図９】
0006321856.tif 000126
【図１０】
0006321856.tif 000127
【図１１】
0006321856.tif 000128
【図１２】
0006321856.tif 000129
【図１３】
0006321856.tif 000130
【図１４】
0006321856.tif 000131
【図１５】
0006321856.tif 000132
【図１６】
0006321856.tif 000133
【図１７】
0006321856.tif 000134
【図１８】
0006321856.tif 000135
【図１９】
0006321856.tif 000136
【図２０】
0006321856.tif 000137