(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のエンティティ内の少なくとも２つの送受信機ユニットから成る第１のグループを、前記第１のエンティティ内の少なくとも２つの送受信機ユニットから成る第２のグループに対して、相対的に較正する方法であって、各ユニットがアンテナ素子を含み、前記ユニットが前記第１のエンティティ内のユニットグループから少なくとも１つの他のワイヤレスエンティティへの共同送信を行うために使用され、前記送信がチャネル可逆性ベースの訓練を介して可能にされ、前記方法が、
前記第１のグループ内のユニットから複数のパイロットを送信するステップと、
前記複数のパイロットに応答して、前記第２のグループ内の各ユニットにおいて、第１のパイロット観測値セットを受信するステップと、
前記第２のグループ内の少なくとも２つのユニットから単一のパイロットを同時に送信するステップと、
前記単一のパイロットに応答して、前記第１のグループ内の各ユニットにおいて、第２のパイロット観測値セットを受信するステップと、
前記第１のパイロット観測値セット及び前記第２のパイロット観測値セットを使用して、第１の送受信機グループ内の送受信機の基準アレイに基づいて、前記第２のグループ内の少なくとも２つのユニットの各々を較正するステップと、
を含む、相対的に較正する方法。
【請求項２】
前記複数のパイロットに応答して、前記第１のグループ内の少なくとも１つのパイロット送信ユニットにおいて、第１のパイロット観測値セットを受信するステップと、
前記観測値を使用して、前記第１の送受信機グループ内の基準送受信機アレイを較正するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の相対的に較正する方法。
【請求項３】
前記第２のグループ内の少なくとも２つのユニットの各々を較正するステップが、
前記第２のグループ内の前記少なくとも２つのユニットの各々について、前記第２のグループ内の前記少なくとも２つのユニットの送受信機ユニットと、前記基準アレイ内の基準ユニットの送受信機との間の相対較正係数の推定値を生成すること、
を含む、請求項１に記載の相対的に較正する方法。
【請求項４】
前記第２のグループ内の前記少なくとも２つのユニットの１つの送受信機ユニットの前記相対較正係数が、前記基準ユニットの１つの較正係数の比に対する、前記１つの送受信機ユニットの１つの較正係数の比を含み、
前記１つの送受信機ユニットの前記較正係数が、前記１つの送受信機ユニットの受信機利得に対する、前記１つの送受信機ユニットの送信機利得の比として定義される、請求項３に記載の相対的に較正する方法。
【請求項５】
前記第１のグループ内の前記送受信機ユニットが、送信されている第１のセットの複数のパイロットに基づいて、第１のユニットグループ内の基準ユニットを形成するためにともに相対的に較正されている、請求項１に記載の相対的に較正する方法。
【請求項６】
前記第２のグループ内の少なくとも２つのユニットの各々を較正するステップが、
前記第１のパイロット観測値セット及び前記第２のパイロット観測値セット内の観測値に基づいて較正調整値を生成することと、
Ｋ個の送受信機ユニットに前記較正調整値を送信することと、
を含む、請求項１に記載の相対的に較正する方法。
【請求項７】
各較正調整値が、前記第１のエンティティにおける、前記第２のグループ内の送受信機ユニットと前記基準アレイの送受信機との間の相対較正係数の推定値を含む、請求項６に記載の相対的に較正する方法。
【請求項８】
前記方法は、
前記第１のパイロット観測値セットの少なくともＬ個のパイロット観測値に基づいて基準ユニットに対して前記第１のグループ内の送受信機のＬ個のアンテナ素子を相対的に較正することによって前記基準アレイを較正するステップ、
をさらに含み、
前記Ｌ個のパイロット観測値が、前記基準アレイ内の素子によって、前記基準アレイ内の素子によって送信されるパイロットから収集される観測値であり、Ｌが前記基準アレイ内の送受信機の数に等しい、請求項１に記載の相対的に較正する方法。
【請求項９】
前記第１のエンティティが基地局又はアクセスポイントである、請求項１に記載の相対的に較正する方法。
【請求項１０】
第１のエンティティ内の少なくともＭ個の送受信機ユニットから成る第１のグループを、前記第１のエンティティ内の少なくともＫ個の送受信機ユニットから成る第２のグループに対して、相対的に較正する方法であって、ＭがＫよりも大きく、Ｋが１よりも大きく、各送受信機ユニットがアンテナ素子を含み、前記ユニットが前記第１のエンティティ内の送受信機ユニットグループから少なくとも１つの他のワイヤレスエンティティへの共同送信を行うために使用され、前記送信がチャネル可逆性ベースの訓練を介して可能にされ、前記方法が、
前記第１のグループ内の送受信機ユニットから少なくともＫ個のパイロットを送信するステップと、
前記少なくともＫ個のパイロットに応答して、前記第２のグループ内の前記Ｋ個のユニットの各々において観測値を受信するステップと、
前記第２のグループ内のＫ個の素子から単一のパイロットを同時に送信するステップと、
前記Ｋ個の素子から同時に送信されている前記単一のパイロットに応答して、前記第１のグループ内の各ユニットにおいて、第２の観測値セットを受信するステップと、
第１のパイロット観測値セット及び第２のパイロット観測値セットを使用して、前記第２のグループ内の各送受信機ユニットについて、前記第１のエンティティにおける、前記第２のグループ内の前記送受信機ユニットと、前記第１のグループ内の基準ユニットの送受信機との間の相対較正係数の推定値を生成するステップと、
を含む、相対的に較正する方法。
【請求項１１】
１つのユニットの前記相対較正係数が、前記基準ユニットの１つの較正係数の比に対する、前記送受信機ユニットの１つの較正係数の比を含み、
前記１つの送受信機ユニットの前記較正係数が、前記１つの送受信機ユニットの受信機利得に対する、前記１つの送受信機ユニットの送信機利得の比として定義される、請求項１０に記載の相対的に較正する方法。
【請求項１２】
前記少なくともＫ個のパイロットが送信される前に、前記第１のグループ内の前記ユニットのうちの少なくともＫ個が、前記第１のグループ内の前記基準ユニットに対して相対的にともに較正されており、前記基準ユニットが、Ｋ個のユニットのセット内にある、請求項１０に記載の相対的に較正する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0002]本発明の実施形態は、ワイヤレス通信システムにおける送受信機較正の分野に関し、より詳細には、本発明は、基準アンテナ素子アレイを使用したワイヤレスシステムにおける送受信機の較正に関する。
【０００２】
［優先権］
[0001]本特許出願は、２０１３年６月２０日付で提出された「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆａｓｔ  Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ  ａｎｄ  Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯ」と題する、対応する米国特許仮出願第６１／８３７，４８２号に対する優先権を主張し、当該仮特許出願を参照により組み込む。
【背景技術】
【０００３】
[0003]従来のダウンリンクＭＵ−ＭＩＭＯ方式は、過去１０年において研究の最前線にあった。これらの方式は、基地局にある複数のアンテナを使用し、ユーザ端末に複数のアンテナを配する必要なしに複数のユーザに同時にサービスすることによって、スペクトル効率の増大を保証する。このスペクトル効率の増大は、各ユーザと送信側基地局との間のチャネル状態情報（ＣＳＩ）の知識を使用することによって達成される。ＣＳＩＴ（送信機において利用可能なＣＳＩ）を有することによって、送信機がユーザ端末ストリームをプリコード（ｐｒｅｃｏｄｅ）することが可能になり、それによって、各ユーザ端末は、当該端末自体のストリームのみを考慮する。基地局がＭ個の送信アンテナを有すると仮定すると、Ｋ個の単一アンテナユーザ端末に同時にサービスすることができ、単一の端末にサービスするシステムに対して概ねｍｉｎ（Ｍ，Ｋ）に等しい多重化利得が与えられる。
【０００４】
[0004]送信機がこの動作を信頼可能に達成するには、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、当該送信機自体とユーザの各々との間のチャネルを、十分な正確さで知る必要がある。ＣＳＩＴを取得するのに使用される技法は、２つのクラスに入る。第１のクラスは、各ユーザ端末が、ユーザ端末自体のアンテナ（複数可）と基地局のアンテナとの間のチャネル係数を推定することを可能にするために、ダウンリンクにおいてＭ個のパイロット（基地局送信アンテナあたり１つ）を利用する。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との間のチャネルに関する、各受信ユーザ端末における各ＣＳＩ（ＣＳＩＲ）が与えられる。ＣＳＩＲ、すなわち、各ユーザ端末において利用可能なＣＳＩ情報はその後、アップリンク送信を使用して送信機にフィードバックされて、ＣＳＩＴ、すなわち、送信側基地局におけるＣＳＩが与えられる。このクラスのＣＳＩＴ取得方式には以下の２つのオーバヘッドがある。（ｉ）Ｍ（送信側基地局にあるアンテナ素子の数）によって線形的に拡大するダウンリンクパイロットオーバヘッド、（ii）各ユーザ端末と各基地局アンテナとの間のチャネルを、基地局にとって利用可能にする役割を担うアップリンクフィードバックオーバヘッド。各ユーザ端末が単一のアンテナを有する場合、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との間のチャネル毎に１つの係数の、ＭＫ個のチャネル係数（複素スカラー数）を基地局に提供する役割を担う。アップリンクオーバヘッドは基本的に、ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）とともに線形的に増大するようにされ得るが、実際に使用されている方法では、このオーバヘッドはＭ及びＫの積とともに増大する。ダウンリンクオーバヘッドは、配備することができるアンテナアレイのサイズＭを制限する。同様に、アップリンクオーバヘッドは、Ｍ及びＫの増大に関連して非常に急速に増大するため、ＭとＫの両方を制限する。
【０００５】
[0005]第２のクラスのＣＳＩＴ取得技法は、可逆性ベースの訓練方式として参照される。可逆性ベースの訓練方式は、チャネル可逆性として知られている、物理的ワイヤレスチャネルの特性を利用して、特定の適切に選択される（Ｍ，Ｋ）対の下で、非常に効率的なＣＳＩＴ訓練によって非常に高速の送信を可能にする。特に、パイロットは、各ユーザによってアップリンクにおいて送信され（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されてもよい）、基地局における対応するパイロット観測値が直に利用されて、ダウンリンク送信のためのプリコーダが形成される。アップリンク訓練及びその後のダウンリンクデータ送信が時間及び周波数において十分に近くで（チャネルのコヒーレンス時間及びコヒーレンス帯域幅の中で）行われる場合、同じ時間及び周波数におけるアップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルは同じであるため、アップリンク訓練は、送信機において必要とされる（ダウンリンクチャネル）ＣＳＩを直に提供する。この第２のクラスの技法において、アップリンクオーバヘッドはＫ、すなわち、同時にサービスされることになるユーザ端末の数とともに線形的に拡大する。これらの訓練方式はまた、一般的に、アップリンク及びダウンリンクデータ送信のために共有される単一の送受信機との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訓練及びダウンリンク送信を可能にするためにＴＤＤ（時分割複信）に依拠するものとしても想定される。
【０００６】
[0006]可逆性ベースの訓練方式の１つの魅力的な態様は、訓練オーバヘッドのいかなる増大も受けることなく、送信アンテナアレイのサイズＭを増大させ続け、「非常に大きい」ものにすることができることである。Ｍ＞Ｋであることによって、Ｍが増大しても、同時に多重化されるストリームの数Ｋは増大せず（すなわち、ユーザ毎に１つのＫ個のストリームが同時に送信され）、Ｍが増大することによって、訓練においてさらに費用をかけることなく、各ストリームにおける相当のビーム形成利得がもたらされる（ストリームあたりのより高い速度につながる）。代替的に、Ｍが増大することによって、ユーザ端末に目標速度をもたらすために必要とされる送信電力が低減し、それによって、より環境に配慮した送信方式が可能になる。
【０００７】
[0007]可逆性ベースの訓練方式に伴う課題は、同じ時間及び周波数における「複合」アップリンク及びダウンリンクチャネルが同じではないことである。特に、アップリンク及びダウンリンクの物理的チャネル構成要素は同じであるが、「送信元ノード」（送信アンテナから情報保持信号を送信する役割を担う）と宛先ノード（受信アンテナに取り付けられている）との間の各複合チャネルが、送信機（送信機にある回路）及び受信機（受信機にある回路）に起因するさらなる障害を含む。送信機及び受信機の役割が交換されると、各ノードにおいて異なる障害が発生し、それによって、２つの複合チャネルは非可逆的になる。
【０００８】
[0008]一方、これらの送信機／受信機障害は、時間とともに（アンテナが異なる発振器クロックによって駆動されるときの１秒又は数秒から、アンテナが同じ発振器によって駆動されるときの数分又はそれ以上まで）ゆっくりと変化又はドリフトする。結果として、上記の問題から、これらの送信機／受信機障害を補償し、可逆性ベースのＭＵ−ＭＩＭＯを実現するための方法としての、送受信機較正が必要となる。
【０００９】
可逆性ベースの大規模ＭＵ−ＭＩＭＯ
[0009]Ｍ個の送信アンテナから成るアレイから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について考察する。ｉ番目の基地局送信アンテナとｊ番目のユーザ端末との間のダウンリンク（ＤＬ）チャネルは、以下によって与えられる。
【数１】
0006401256.tif 000002
式中、
【数２】
0006401256.tif 000003
はそれぞれ、基地局アンテナｉから送信される信号、２つのアンテナの間のＤＬチャネル、ユーザ端末ｊの受信機における観測値及びノイズを示す。スカラー（複素）係数
【数３】
0006401256.tif 000004
は、ユーザ端末ｊの受信機にあるＲＦ−ベースバンド変換ハードウェア（たとえば、利得制御装置、フィルタ、混合器、Ａ／Ｄなど）によって導入される振幅及び位相シフトを含む。同様に、スカラー（複素）係数
【数４】
0006401256.tif 000005
は、基地局アンテナｊによって送信されることになる信号を生成する送信機にあるベースバンド−ＲＦ変換ハードウェア（たとえば、増幅器、フィルタ、混合器、Ａ／Ｄなど）によって導入される振幅及び位相シフトを含む。
【００１０】
[0010]同様に、ｊ番目のユーザ端末とｉ番目の基地局アンテナとの間のアップリンクチャネルは、以下によって与えられる。
【数５】
0006401256.tif 000006
式中、
【数６】
0006401256.tif 000007
はそれぞれ、ユーザ端末ｊから送信される信号、２つのアンテナの間のアップリンク（ＵＬ）チャネル、基地局アンテナｉの受信機における観測値及びノイズを示す。スカラー（複素）係数
【数７】
0006401256.tif 000008
は、基地局アンテナｉの受信機にあるＲＦ−ベースバンド変換ハードウェア（たとえば、利得制御装置、フィルタ、混合器、Ａ／Ｄなど）によって導入される振幅及び位相シフトを含む。同様に、スカラー（複素）係数
【数８】
0006401256.tif 000009
は、ユーザ端末ｊによって送信されることになる信号を生成する送信機にあるベースバンド−ＲＦ変換ハードウェア（たとえば、増幅器、フィルタ、混合器、Ａ／Ｄなど）によって導入される振幅及び位相シフトを含む。
【００１１】
[0011]アップリンクにおいて、以下のモデルが使用され得る。
【数９】
0006401256.tif 000010
式中、
【数１０】
0006401256.tif 000011
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】
0006401256.tif 000012
は、異なる端末のタイミング基準の間の相対遅延に起因する時間位相シフトにおける一定の搬送波位相シフト及び周波数依存定数を含むＭ×Ｋチャネル行列であり、
【数１２】
0006401256.tif 000013
はそれぞれ、ユーザ端末における受信信号ベクトル及びノイズである。
【数１３】
0006401256.tif 000014
【００１２】
[0012]ダウンリンクにおいて、以下のモデルが使用され得る。
【数１４】
0006401256.tif 000015
式中、
【数１５】
0006401256.tif 000016
は、シンボル時間ｔにおける副搬送波ｎ上のユーザ記号の（行）ベクトルであり、
【数１６】
0006401256.tif 000017
は、異なる端末のタイミング基準間の相対遅延に起因する時間位相シフトにおける一定の搬送波位相シフト及び周波数依存定数を含むＫ×Ｍチャネル行列であり、
【数１７】
0006401256.tif 000018
はそれぞれ、ユーザ端末における受信信号（行）ベクトル及びノイズである。
【数１８】
0006401256.tif 000019
【００１３】
[0013]行列
【数１９】
0006401256.tif 000020
は未知の局所的に一定である対角行列である。本明細書における目的のために、「局所的に一定（ｌｏｃａｌｌｙ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）」という用語は、主に熱ドリフト効果に起因して非常に長い時間（特に、チャネルのコヒーレンス時間よりもはるかに長い）にわたって変化し得るが、周波数オフセット及び伝播時間変動フェージングのようないかなる「早い効果」にも依存しないことを意味し、これは、これらの早い効果はタイミング及び搬送波位相同期によってすべてすでに考慮されており、行列
【数２０】
0006401256.tif 000021
に含まれているためである。物理的チャネルの可逆性によって、以下の等式が存在する。
【数２１】
0006401256.tif 000022
【００１４】
[0014]単純にするために、熱雑音は無視されている。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、それによって、アップリンク訓練段階は、以下のように書くことができる。
【数２２】
0006401256.tif 000023
式中、
【数２３】
0006401256.tif 000024
は、スケーリングされたユニタリ行列である。したがって、基地局は、以下のチャネル行列推定値を得ることができる。
【数２４】
0006401256.tif 000025
【００１５】
[0015]しかしながら、ダウンリンクビーム形成を実施するためには、ダウンリンク行列
【数２５】
0006401256.tif 000026
が必要とされる。可逆性は、アップリンク推定チャネル内の物理的チャネル構成要素が、ダウンリンクチャネル内の対応する構成要素（アップリンク訓練及びダウンリンクデータ送信が同じチャネルコヒーレンス時間内に行われると仮定する）を直ちにもたらすことを保証するが、ダウンリンクの送信及び受信対角行列が知られる必要があり、一方で、アップリンクのそれらの対角行列及びチャネル行列
【数２６】
0006401256.tif 000027
の積はここでは、一般的に任意に関連付けられる。
【００１６】
従来技術の相対較正：Ａｒｇｏｓ方式
[0016]Ｃ．  Ｓｈｅｐａｒｄ他「Ａｒｇｏｓ：  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｍａｎｙ−Ａｎｔｅｎｎａ  Ｂａｓｅ  Ｓｔａｔｉｏｎｓ」（Ｍｏｂｉｃｏｍ  ２０１２，  Ｉｓｔａｎｂｕｌ，  Ａｕｇ．  ２２−２６，  ２０１２）（以下「Ａｒｇｏｓ」と称する）においてＡｒｇｏｓ相対較正方法が記載されている。Ａｒｇｏｓ相対較正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】
0006401256.tif 000028
は、ビーム形成を実施するためにすべてが必要とされるとは限らないことに注意されたい。事実、この行列の列空間のみが必要とされる、すなわち、
【数２８】
0006401256.tif 000029
、式中、Ａは何らかの任意の可逆的な定数対角行列、によって形成される任意の行列が、任意の種類のビーム形成にとって十分に良好である。たとえば、ゼロ強制ビーム形成（ＺＦＢＦ）を考察する。ＺＦＢＦプリコーディング行列は、以下のように計算することができる。
【数２９】
0006401256.tif 000030
式中Λは、行列Ｗの各行に対し、すべてのｍについて行正規化｜｜ｗｍ｜｜２＝１を課す対角行列である。したがって、ダウンリンクにおけるＺＦＢＦプリコード信号は以下のようになる。
【数３０】
0006401256.tif 000031
【００１７】
[0017]Ｋ≦Ｍを条件として、結果もたらされるチャネル行列は対角であることに注意されたい。したがって、問題は、
【数３１】
0006401256.tif 000032
であることを分かった上で、アップリンク訓練観測値
【数３２】
0006401256.tif 000033
から、何らかの既知の行列Ａによる左乗算による
【数３３】
0006401256.tif 000034
を推定する方法ということになる。Ａｒｇｏｓの相対較正手順に従って、対角行列
【数３４】
0006401256.tif 000035
が、スロット継続時間よりもはるかに長い間隔にわたって基本的に時間的に一定であるという事実が利用される（較正手順は、ハードウェア安定性、温度変化などに応じて、数十秒又はさらにはそれ以上の時間毎に、周期的に反復され得る）。
【００１８】
[0018]Ａｒｇｏｓ較正方法を意味するこの手順は、以下のステップから構成される。
【００１９】
[0019]１）較正基準基地局アンテナ、たとえば、アンテナ１からの訓練：基地局アンテナ１からすべての他の基地局アンテナ、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Ｓにおける受信信号は以下によって与えられる。
【数３５】
0006401256.tif 000036
式中、
【数３６】
0006401256.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
【数３７】
0006401256.tif 000038
に起因する係数であり、すなわち、他の基地局アンテナ受信ＲＦチェーンに起因する係数を含む対角行列であり、（Ｍ−１）×１ベクトルｈｓ←１は、基準基地局アンテナ１から残りの基地局アンテナまでの物理的チャネルを示し、（Ｍ−１）×１ベクトル
【数３８】
0006401256.tif 000039
は、（Ｍ−１）非送信基地局アンテナにおける熱雑音を表す。
【００２０】
[0020]２）集合Ｓ内の基地局アンテナから較正基準アンテナ１までの訓練：基地局アンテナ２，３，．．．，Ｍは、ユニタリ訓練行列を形成するための（ユニタリ訓練行列に比例する）一連のＭ−１個のシンボルによって各々応答する（１つの特別な事例が、各々一度に１つのパイロットを送信することに対応する）。較正基準アンテナによって受信される信号は、以下によって与えられる。
【数３９】
0006401256.tif 000040
式中
【数４０】
0006401256.tif 000041
は、較正基準アンテナ受信ＲＦチェーンに起因する係数である。
【００２１】
[0021]３）較正プロセス：
【数４１】
0006401256.tif 000042
を左から乗算することによって、ＢＳは以下を得る。
【数４２】
0006401256.tif 000043
【００２２】
[0022]ここで、物理的チャネル可逆性に起因して、ｈｓ→１＝ｈｓ←１であることに注意されたい。したがって、各ｍ＝２，３，．．．，Ｍについて、基地局は以下の比を計算することができる。
【数４３】
0006401256.tif 000044
【００２３】
[0023]較正プロセスの終わりには、ノイズを無視することができるほど十分に高いＳＮＲについて、対角較正行列
【数４４】
0006401256.tif 000045
が得られており、式中、
【数４５】
0006401256.tif 000046
は、較正基準アンテナ上り及び下り変調チェーンのみに依存する無関係な定数項である。この時点において、較正行列
【数４６】
0006401256.tif 000047
及びアップリンク推定チャネル行列
【数４７】
0006401256.tif 000048
から、単純にアップリンク推定チャネルを乗算することによって、所望のダウンリンクチャネル行列を得ることができる。特に、以下のようになる。
【数４８】
0006401256.tif 000049
式中、
【数４９】
0006401256.tif 000050
である。
【００２４】
[0024]Ａｒｇｏｓの自己較正プロセスは、基準アンテナからすべての他の基地局アンテナまでのパイロットについて１つのシンボルの少なくともＭ個のＯＦＤＭシンボル、及び、Ｍ−１個のＯＦＤＭシンボルを利用して、直交訓練シーケンスを、すべての他の基地局アンテナから較正基準アンテナへと送信する。
【００２５】
[0025]Ａｒｇｏｓ較正方法には制限がある。第１に、（基準アンテナに対する）各基地局アンテナの相対較正は、２つの観測値の比として、特に、
【数５０】
0006401256.tif 000051
を［ｙｓ→１］ｍ−１で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［ｙｓ→１］ｍ−１内のノイズは、較正推定値に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、Ａｒｇｏｓの開発者らが、「当方の間接的な較正手法を実施している間に当方が直面した別の課題は、基準アンテナ１と他のアンテナとの間のチャネルの著しい振幅変動である。これは、異なるアンテナ対が非常に異なるアンテナ間隔を有する場合がある、当方のアンテナアレイの格子状の構成に起因する。当方の測定によれば、ＳＮＲ差は、４０ｄＢ程度まで高い場合があり、これによって、当方が基準信号の送信電力を適切に選択するという難問がもたらされている。」と述べているときに、当該開発者らが気付いている。当該開発者らの解決策は、基準アンテナを、残りの基地局アンテナに対して慎重に配置することであった。すなわち、「当方は、基準アンテナを他のアンテナから分離して、他のアンテナに対する基準アンテナの水平距離がほぼ同一になるような位置に、基準アンテナを配置する。そのような基準アンテナの配置は、当方の較正手順が、無線ハードウェアチャネルを物理的チャネルから分離することに起因して、較正性能に影響を及ぼさない」。
【００２６】
[0026]そのように、残りの送信アンテナに対して基準アンテナを慎重に配置する必要があることは、Ａｒｇｏｓ較正方法に依拠する配備において相当の制限要因である。この厳密な要件によって、配列されていないアンテナの集合からのダウンリンクＭＵ−ＭＩＭＯ配備における効率が著しく制限されるため、Ａｒｇｏｓｕ較正方法の範囲が制限される。
【００２７】
[0027]一般的に、ノイズロバスト性の目的で、はるかにより大きいブロック及び受信電力の最大比の組み合わせを使用することができ、それによって、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へと送信することができ、Ｍ−１個の直交訓練シーケンスを、（Ｍ−１）Ｄ個のシンボルを介して、他の基地局アンテナから基準アンテナ１へと送信することができ、較正の信号対雑音比において係数Ｄが達成され、Ｄ≧１は、性能を改善するために十分に大きいある整数である。しかしながら、この方法では、特にスケーラブルで配分的な配備について、Ａｒｇｏｓ較正方法の本質的な制約はなくならない。
【００２８】
[0028]２０１３年３月１５日に提出されたＯ．  Ｂｕｒｓａｌｉｏｇｌｕ他の「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−ｂａｓｅｄ  ＭＵ−ＭＩＭＯ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」と題する国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３２２９９（以下Ｂｕｒｓａｌｉｏｇｌｕと称する）においては、配分されている、容易にスケーリング可能な相対較正を可能にする新たなクラスの方法及び装置が開示されている。これらの相対較正方法は、配列されているアンテナアレイ及び配列されていないアンテナアレイからの高性能な可逆性ベースのダウンリンクＭＵ−ＭＩＭＯ方式をロバストに可能にする較正を提供するために使用することができる。
【００２９】
[0029]同じトポロジ及び同じ数の較正訓練スロット、すなわち、基地局アンテナあたりＤ個のスロット（Ｄ≧１）を含む、Ａｒｇｏｓ手法の拡張が考慮されている。この拡張は以下のとおりである。較正アンテナ１を含む各アンテナが、最初にその訓練シンボルを独立してブロードキャストする。このブロードキャストには、Ａｒｇｏｓと同じシグナリング次元が必要とされるが、行列
【数５１】
0006401256.tif 000052
が対角であることも必要である、すなわち、集合Ｓ内の各アンテナが送信するとき、Ｓ内の残りのアンテナセットは送信しておらず、それによって、残りのアンテナは受信することができる。各アンテナがその訓練シンボル（複数可）をブロードキャストした後、すべての測定値が、各ｉ≠ｊ、０≦ｉ，ｊ≦Ｍについて、アンテナｊからアンテナｉまでの訓練シンボルに対応する
【数５２】
0006401256.tif 000053
の形態で収集される。これは、すべてのｉについて観測値ｙｉ１及びｙ１ｉの集合のみに依拠するＡｒｇｏｓとは対照的である。先行する式において、ｗｉｊは、適切な分散を有する（前に説明したように、雑音余裕のために効率をトレードオフするための設計パラメータであり得る、訓練長さＤの効果を含む）互いに独立で同一の分布に従う複素ガウス雑音サンプルである。完全な物理的チャネル可逆性、すなわち、ｈｉｊ＝ｈｊｉを仮定し、上記測定値を対にグループ化すると以下のようになる。
【数５３】
0006401256.tif 000054
式中、
【数５４】
0006401256.tif 000055
は順序付けされていないアンテナ対ｉ，ｊに割り当てられた複素係数である。
【００３０】
[0030]雑音がなければ、ｙｉｊｃｊ＝ｙｊｉｃｉ＝ｃｉｃｊβｉｊであるため、自然な費用関数を形成することができ、
【数５５】
0006401256.tif 000056
この測定基準を最小化するように、相対較正係数を選択することができる。集合Ｆは、較正係数を決定するのに使用される順序付けされた測定値（ｙｉｊ，ｙｉｊ）の（ｉ，ｊ）対の集合を定義する。自明な全零の解を回避するために、一般性を損なうことなく、｜ｃ１｜＝１を課すことができる。
【００３１】
[0031]１つの手法において、較正係数は以下の最適化問題の解として求められる。
【数５６】
0006401256.tif 000057
【００３２】
[0032]従来技術の較正方法は、配列された又は配列されていないアンテナ素子を有する小さい、大きい、又は非常に大きいＭＩＭＯアレイから、コヒーレントなＭＵ−ＭＩＭＯ送信を可能にする。配列されていない事例の特別な例は、リモートラジオヘッド（ＲＲＨ）からのセルラ送信におけるネットワークＭＩＭＯを含むが、より一般的な、それによってユーザ端末がアンテナ素子の領域内のアンテナの複数の異なる（重なり合う）セットによって同時にサービスされるＭＵ−ＭＩＭＯ方式をも含む。加えて、重なり合っている可能性がある配列されていないアンテナ素子アレイの集合に基づく、ネットワーク大規模ＭＩＭＯ、リモートラジオヘッドに基づくＭＵ−ＭＩＭＯ、階層的較正、及び、要求に応じて、可逆性ベースのＭＵ−ＭＩＭＯのための分散された較正のための、資源効率的で信頼性があり、ロバストな較正を可能にする、較正のための基準シグナリング方法と、較正を実施するための新規の技法との組み合わせは従来技術に存在する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３３】
【非特許文献１】Ｃ．  Ｓｈｅｐａｒｄ他「Ａｒｇｏｓ：  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｍａｎｙ−Ａｎｔｅｎｎａ  Ｂａｓｅ  Ｓｔａｔｉｏｎｓ」（Ｍｏｂｉｃｏｍ  ２０１２，  Ｉｓｔａｎｂｕｌ，  Ａｕｇ．  ２２−２６，  ２０１２）
【特許文献】
【００３４】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３２２９９（ＷＯ2014/039098）
【発明の概要】
【００３５】
[0033]ワイヤレス通信システム内の送受信機の相対較正のための方法及び装置が、本明細書において開示される。一実施形態において、方法は、第１のグループ内のユニットから複数のパイロットを送信するステップと、複数のパイロットに応答して、第２のグループ内の各ユニットにおいて第１のパイロット観測値セットを受信するステップと、第２のグループ内の少なくとも２つのユニットから、単一のパイロットを同時に送信するステップと、単一のパイロットに応答して、第１のグループ内の各ユニットにおいて第２のパイロット観測値セットを受信するステップと、第１のパイロット観測値セット及び第２のパイロット観測値セットを使用して、第１の送受信機グループ内の基準送受信機アレイに基づいて第２のグループ内の少なくとも２つのユニットの各々を較正するステップとを含む。
【００３６】
[0034]本発明は、本発明の様々な実施形態の、下記に与えられる詳細な説明及び添付の図面からより十分に理解されるが、これらの実施形態は、本発明をその特定の実施形態に限定されるように解釈されるべきではなく、例示及び理解のためのみのものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】較正プロセッサユニットを有する基地局を示す図である。
【図２】３回のチャネル送信による４素子アレイの較正のための較正プロセスの一実施形態を示す流れ図である。
【図３】第１のエンティティ内の送受信機ユニットの相対較正を実施するためのプロセスの一実施形態の流れ図である。
【図４】第１のエンティティ内の送受信機ユニットの相対較正のためのプロセスの一実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
[0035]本発明の実施形態は、あるクラスの非常に効率が良く、容易にスケーリング可能な、相対送受信機較正のための方法を含む。これらの相対較正方法は、高性能な可逆性ベースのダウンリンクＭＵ−ＭＩＭＯ方式を可能にするために必要な較正品質をもたらすために使用することができ、特定の現行の技術水準の代替物よりもはるかに低い較正訓練オーバヘッドで使用することができる。したがって、提案されている較正方法は、配列された又は配列されていないアンテナ素子及び管理可能なオーバヘッドで、小さいセルにおける大規模ＭＩＭＯの信頼可能な共同較正を可能にする。
【００３９】
[0036]本発明の実施形態は、較正のための新規の基準シグナリング方法と較正を実施するための新規の技法との組み合わせを含み、資源効率的で信頼性があり、ロバストな較正を可能にする。本発明の実施形態は、ネットワーク大規模ＭＩＭＯ、リモートラジオヘッドに基づくＭＵ−ＭＩＭＯ、及び階層的較正のためのロバストで信頼可能な較正を可能にするための従来技術の技法（特定の従来技術の技法よりもオーバヘッドが大幅に低い）と組み合わせることもできる。
【００４０】
[0037]本発明の実施形態は、配列された又は配列されていないアンテナ素子にわたって形成される可逆性ベースのＭＵ−ＭＩＭＯのための高速で（すなわち、オーバヘッドが低い）ロバストな較正を可能にする。現時点において当方が知る限りでは、他の方法は、本明細書に開示されている方法によってもたらされる訓練効率を有しない。
【００４１】
[0038]本明細書に説明されている技法は、たとえば、３．５ＧＨｚ以上のようなＴＤＤ配備にわたる可逆性ベースのＭＵ−ＭＩＭＯを可能にする。１０ＧＨｚの範囲内、又はそれより高い帯域において大規模ＭＩＭＯが実現されることが想定されている。これらの周波数において多数の（数百又はそれ以上の）アンテナを小さい空間に集めることができるため、管理可能なオーバヘッドで多数のアンテナをともに較正することを可能にする較正方法が非常に魅力的になる。
【００４２】
[0039]Ａｒｇｏｓ及びＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕにおけるすべてのシグナリングプロトコルは、Ａｒｇｏｓの基本シグナリング効率に局所的に依拠し、当該効率によれば、（少なくとも）Ｍ個の独立した時間−周波数リソース素子がパイロット送信に使用されると仮定して（また、これらの送信のうちの少なくとも２回は異なる時点において行われる）、Ｍ個の素子から成るアレイを較正することができる。本明細書に説明されているパイロットプロトコル及び較正方式は、Ａｒｇｏｓ及びＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕよりもはるかに低いシグナリングオーバヘッドで、大きいアレイの較正を可能にする。特に、ＯＦＤＭ送信に対する較正を仮定し、（経時的な）Ｔ個のＯＦＤＭシンボルによるＮ個のトーンを仮定すると、本明細書に説明されている本発明のシグナリング及び較正方式は、単なるＮＴとは対照的に、２Ｎ＋Ｎ２［（Ｔ−１）Ｔ−１］の大きさのアレイの較正を可能にする。較正訓練がＮ×Ｔブロックの時間−周波数スロットにわたると仮定すると、ＬＴＥにおけるリソースブロック（ＲＢ）の半分であるＮ＝１２及びＴ＝７で、Ａｒｇｏｓ及びＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕにおけるプロトコルは、８４素子アレイを較正することができ、一方で、本明細書に説明されている新規の本発明のプロトコルは、２９０４もの多数の素子のアレイを較正することを可能にする。
【００４３】
[0040]以下の説明において、本発明のより完全な説明を提供するために、多数の詳細が記載される。しかしながら、本発明はこれらの特定の詳細なしに実施されることができることは当業者には明らかであろう。他の事例において、本発明を曖昧にするのを回避するために、既知の構造及びデバイスは、詳細にではなくブロック図形式で示されている。
【００４４】
[0041]以下の詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリ内でのデータビットに対する操作のアルゴリズム及び記号的表現に関連して提示されている。これらのアルゴリズムの記述及び表現は、データ処理技術分野における熟練者によって、他の当業者に自身の研究の要旨を最も効率的に伝達するために使用される手段である。アルゴリズムはここでは、また一般的には、所望の結果をもたらす首尾一貫したステップシーケンスであると想像される。ステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。通常、必須ではないが、これらの量は、記憶、転送、結合、比較、及び他の様態で操作されることが可能な電気信号又は磁気信号の形態をとる。主に一般的な使用状況の理由から、これらの信号を、ビット、値、要素、記号、文字、用語、数などとして参照することが好都合であることがあることが分かっている。
【００４５】
[0042]しかしながら、これらの及び同様の用語のすべては、適切な物理量と関連付けられるべきであり、これらの量に適用される好都合なラベルに過ぎないことが留意されるべきである。特に別途記載しない限り、以下の説明から諒解されるように、本明細書全体を通じて、「処理」又は「計算」又は「演算」又は「決定」又は「表示」などのような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及びメモリ内の物理（電子）量として表されるデータを操作して、同様に、コンピュータシステムメモリ若しくはレジスタ、又は、他のそのような情報記憶、送信又は表示デバイス内の物理量として表される他のデータに変換するコンピュータシステム、又は同様の電子コンピューティングデバイスの動作及びプロセスを指すことが諒解される。
【００４６】
[0043]本発明はまた、本明細書における動作を実施するための装置にも関する。この装置は、特に、必要とされる目的のために構築することができ、又は、コンピュータ内に記憶されているコンピュータプログラムによって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを含んでもよい。そのようなコンピュータプログラムは、限定ではないが、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び磁気光ディスクを含む任意のタイプのディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気若しくは光学式カード、又は、電子命令を記憶するのに適しており、各々がコンピュータシステムバスに結合されている任意のタイプの媒体のような、コンピュータ可読記憶媒体内に記憶することができる。
【００４７】
[0044]本明細書において提示されているアルゴリズム及び表示は本質的に、任意の特定のコンピュータ又は他の装置に関係するものではない。様々な汎用システムが、本明細書における教示によるプログラムによって使用されてもよく、又は、必要とされる方法ステップを実施するのにより特化した装置を構築することが好都合と分かる場合もある。様々なこれらのシステムのための必要とされる構造が、下記の記載から諒解されよう。加えて、本発明は、いかなる特定のプログラミング言語を参照しても説明されていない。本明細書に記載されているような本発明の教示を実装するために様々なプログラミング言語が使用されてもよいことは諒解されよう。
【００４８】
[0045]機械可読媒体は、機械（たとえば、コンピュータ）によって読み出し可能な形態の情報を記憶又は送信するための任意の機構を含む。たとえば、機械可読媒体は、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、光学式記憶媒体、フラッシュメモリデバイスなどを含む。
【００４９】
概説
[0046]本発明の実施形態は、大きい（配列された又は配列されていない）アンテナアレイを、Ａｒｇｏｓ及びＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕに提示されているＡｒｇｏｓの大幅な改良版の較正方法よりもはるかに高い効率（すなわち、はるかにより低いオーバヘッド）で較正することを可能にする較正方法を含む。特に、Ａｒｇｏｓ又はＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕに使用される同じ（所与の）較正シグナリングオーバヘッドを条件として、本明細書に記載されている技法は、Ａｒｇｏｓ及びＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕにおける方式よりも（可能性としてはるかに）大きいサイズのアレイをともに較正することを可能にする。さらに、本発明の実施形態は、配列されていないアンテナからの、ＤＬ  ＭＵ−ＭＩＭＯ配備のための信頼性のある自己較正方法を可能にする。これらのＤＬ  ＭＵ−ＭＩＭＯのオプションは、セルラ配備に対するネットワークＭＩＭＯ技法、リモートラジオヘッド（ＲＲＨ）に基づくＭＵ−ＭＩＭＯ、及び、それによって、複数のユーザが、配列されていないアンテナの重なり合っているセットによって同時にサービスされる、より一般的な「アンテナの領域にわたるＭＵ−ＭＩＭＯ」方式の使用を含む。さらに、本明細書に記載されている方法は、階層的較正、連続的較正、及びスケーラブル（且つロバスト）な較正を可能にするために、Ｂｕｒｓａｌｉｏｇｌｕにおける技法とともに使用することができるが、シグナリング効率はＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕよりも高い。
【００５０】
[0047]図１は、本発明の実施形態による基地局２００の設計のブロック図を示す。基地局２００は、ＭＩＭＯワイヤレス送信のための標準的なモジュールを含む。
【００５１】
[0048]図１を参照すると、一実施形態において、基地局２００にある送信プロセッサ２１５は、データ送信元２１０から１つ又は複数のユーザ機器（ＵＥ）のためのデータを受信し、各ＵＥについてデータを処理し、データシンボルをすべてのＵＥに与える。プロセッサ２１５はまた、コントローラ／プロセッサ２７０からの制御情報も受信及び処理し、制御シンボルを与える。一実施形態において、プロセッサ２７０はまた、１つ又は複数の基準信号のための基準シンボルを生成する。一実施形態において、送信（ＴＸ）ＭＩＭＯプロセッサ２２０が、各ＵＥのためのデータシンボル、制御シンボル、及び／又は基準シンボル、並びに、同じ基地局２００において配列されるか、又は、他の基地局、ＲＲＨなどのような他のワイヤレスエンティティに対する、アンテナのための基準信号に対するプリコーディングを実施する。
【００５２】
[0049]一実施形態において、プロセッサ２２０は、変調器ＭＯＤ２３０ａ〜２３０ｔに並列出力シンボルストリームを与えることができる。各変調器２３０は、当該技術分野において既知のように、出力サンプルストリームをさらに処理（たとえば、アナログに変換、増幅、フィルタリング、及びアップコンバート）してダウンリンク信号を得る。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。
【００５３】
[0050]基地局２００において、様々なＵＥからの、又は、同じ基地局２００に配列されているか若しく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他のアンテナによるアップリンク信号が、アンテナ２３５ａ〜２３５ｔによって受信され、復調器（ＤＥＭＯＤ２３０ａ〜２３０ｔ）によって復調され得る。復調信号は、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て、ＵＥ及び他のワイヤレスエンティティによって送信された復号データ及び制御情報が得られる。受信プロセッサ２４５は、検出されたシンボルをＭＩＭＯ検出器から受信し、復号データをデータシンク２５０に与え、制御情報をコントローラ／プロセッサ２７０に与える。ＤＥＭＯＤ２３０ａ〜２３０ｔによって出力される復調信号も、チャネルプロセッサ２８０に与えられ、チャネルプロセッサにおいて、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に与えられる。
【００５４】
[0051]図１の基地局設計は、較正処理ユニット２９０をも含む。較正処理ユニットは、基地局２００がアンテナ素子２３５ａ〜２３５ｔからのアップリンク受信信号を処理するときにはこれらの素子の各々と結合されているＲＦ−ベースバンド変換ハードウェア（たとえば、利得制御装置、フィルタ、混合器、Ａ／Ｄなど）によって導入される障害、及び、基地局２００が基地局アンテナ素子２３５ａ〜２３５ｔによって送信されることになる信号を生成するときは各アンテナ素子２３５ａ〜２３５ｔに結合されているベースバンド−ＲＦ変換ハードウェア（たとえば、増幅器、フィルタ、混合器、Ａ／Ｄなど）によって導入される障害を推定（及び場合によって補償）する役割を担う。一実施形態において、素子２３０ａと素子２３５ａとの組み合わせを単一の（較正されていない）送受信機ユニットとして考え、素子２３０ａ〜２３０ｔと、それらの素子のそれぞれの素子２３５ａ〜２３５ｔと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して考察すると、較正プロセッサ２９０は、これらの送受信機ユニットのサブセットからの可逆性ベースの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サブセットの相対較正のためのプロセスを実施する。一実施形態において、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。較正プロセッサ２９０は、たとえばＡｒｇｏｓ及びＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕのような当該技術分野において既知の技法と本明細書に開示されている新規の技法との組み合わせを介して、コントローラ／プロセッサユニット２７０においてＵＬチャネル推定値とともに、当該技術分野において既知のように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て（たとえばＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕ）、それらの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に与えるために使用することができる較正値を計算する。いくつかの実施形態において、プロセッサ２９０は、別個の基地局に接続されている送受信機ユニットの相対較正を補助するために、他の基地局によって受信及び／又は送信される信号を示す追加の情報を、他の基地局から与えられる。
【００５５】
[0052]上記に記載されている実施形態は、少なくとも部分的に、処理ユニット２９０によって有効化され、較正のシグナリング及びデータ収集態様並びに本明細書に記載されている相対較正方法の両方を含み、これらの方法は、収集されるデータ、並びに、場合によっては、この基地局及び場合によっては他の基地局にある送信アンテナノードの任意のサブセットに関する過去の相対較正値を含む追加のパラメータに基づく。
【００５６】
相対較正における多重化利得
[0053]較正シグナリングにおいて多重化利得を可能にし、より一般的に、較正シグナリングにおける多重化利得と相対較正品質（におけるダイバーシティ）とのトレードオフを可能にする新規の系統の相対較正プロトコルが、本明細書に開示されている。全体を通じて、較正は、Ｔ×Ｎ個の時間−周波数（ＴＦ）スロットのブロックに対して行われると仮定される。一実施形態において、Ｔはこれらのチャネルのコヒーレンス時間内にあり、また、較正される必要があるＲＦ障害量のコヒーレンス時間内にもあると仮定される。同様に、Ｆはこれらのチャネルのコヒーレンス帯域幅であり、一方、較正される必要があるＲＦ障害量のコヒーレンス帯域幅はＮ又はそれよりも高い。Ｔ、Ｎ、及びＦを使用して、プロトコル系統はＴ、Ｎ、及びＦの関数として記述される。
【００５７】
[0054]Ｔ×ＮブロックのＴＦスロットにわたるシグナリング及び較正プロトコルの適用を考察する。時刻Ｆ≧Ｎ（そのため、すべてのアクセスポイント（ＡＰ）間のチャネルはＴ×ＮブロックのＴＦスロットで一定のままである）について、先行する節において考察したシグナリングプロトコルを用いて、その間「すべての」チャネルが一定であるＴ×Ｎブロックの時間−周波数スロットを使用して、ＴＮ個のアンテナノードから成るアレイの相対較正を可能にすることができると仮定し、ここで、ＴＮアンテナノードの各々は、個別のスロット（合計ＴＮ個のスロットの中から）を使用して、パイロットをブロードキャストする。加えて、各アンテナノードは、アンテナの単一のパイロットブロードキャストとは異なる時間インデックスを有するＴＦスロットにおいて発生するすべての他のパイロット送信（すなわち、合計で（Ｔ−１）Ｎ個のＴＦスロット）の間に観測値を収集する。その後、任意のＴ＞１及び任意のＮ≧１について、先行する節の技法を用いてネットワークを較正することができる。同じことが、任意のＦ≧２について当てはまる。
【００５８】
[0055]本発明の実施形態は、任意のＴ＞２及び任意のＴＮ＞２について、Ｔ×Ｎブロックの時間−周波数スロット内でより大きいサイズのネットワークを較正するための方法を含む。実質的に、（Ｔ＝２、Ｎ＝１）の事例について、（参照されている方式におけるように）わずか２つの素子しか互いに対して較正することができないが、Ｔ＞１での任意の他の（Ｎ，Ｔ）の組み合わせについて、参照方式よりも完全に大きいサイズを有するアレイを較正することができるプロトコルが存在する。
【００５９】
[0056]最初に、Ｎ＝１の事例（単一のＯＦＤＭトーンにわたってＴ個のＴＦスロットのブロックを含む）を考察する。そのような事例において、Ｔとともに二次的に増加するいくつかのノードを較正することが可能である。次に、Ｆ≧Ｎ、並びに、それによってＡｒｇｏｓ及びＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕのベースライン方式と比較して大幅に改善する、較正されるノードの数がＴとＮの両方とともに二次的に増加する本発明のプロトコルを用いて、一般的な（Ｎ，Ｔ）の事例を考察する。最後に、Ｆ≦Ｎの事例を考察し、較正されるノードの数がＴとともに二次的に増加し、積ＦＮとともに線形的に増加するプロトコルを開示する。
【００６０】
単一トーン較正：Ｔ個の時間スロットにわたるシグナリング及び較正
[0057]本明細書に記載されている較正プロトコルの実施形態は、以下の２つの事実を利用する。
１）集合｛１，２，．．．，Ｔ｝内のｔに対するＴＦスロットにおいてパイロットが送信されると仮定すると、任意の所与の時刻ｔ≧２について、アレイの（多素子）部分を、２つ又はそれ以上のスロットのセットにわたって較正することができる。
２）その時刻インスタンスのセットの間にブロードキャストされるパイロットに基づくアンテナアレイのそのような較正される部分を、同じパイロットからの較正されない部分の観測値とともに併せて利用して、較正における「多重化利得を得る」、すなわち、単一のチャネル使用（ＴＦスロット）でアレイの（すでに）較正されている部分に対して複数のノードを較正することができる。
【００６１】
予め較正済みのアレイによる相対較正の多重化利得
[0058]開示されている新規の系統の較正プロトコルを説明する前置きとして、最初に、上記項目（ｂ）を詳細に考察する。複数の素子が、単一の追加のパイロット送信で、予め較正済みの「基準」アレイに対して同時に較正されることになる単一の多素子較正事例を考察する。インデックスｊ＝０を有するアレイはＭ０＝Ｍ＞１個の素子を有し、一方で、ｊ＞０について、Ｍｊ≧１個の素子から成るアレイはすでに較正されており、すなわち、そのアレイの素子は、（たとえば、先行する較正シグナリングに基づいて）互いに対して相対的に較正されており、
ｊ≧０について    Ｒｊ＝ＡｊＴｊｃｊ        （３）
Ｍｊ×Ｍｊ複素数値対角（可逆）行列Ｔｊ及びＲｊがそれぞれ（未知の）送信機ＲＦ障害及び受信機ＲＦ障害を表す場合、ｃｊは未知の（非ゼロ）複素スカラーであり、Ａｊは、ｊ番目のアレイの素子の（先行する）相対較正の効果をあらわす既知の対角（可逆）行列である、と仮定する。
【００６２】
[0059]Ｈ０ｊが、各々分散σｈ２（ｊ）を有し、σｈ２（ｊ）＞０である、独立で同一の分布に従う（ｉｉｄ）複素数値ガウスゼロ平均エントリから構成されるアンテナアレイ０〜アレイｊのＭｊ×Ｍ物理チャネル行列を示すものとする。逆チャネルを記述するＭ×Ｍｊチャネル行列がＨｊ０として示され、このチャネルのコヒーレンス時間及び帯域幅の中ですべてのシグナリングが行われると仮定する。したがって、チャネル可逆性に起因して、Ｈ０ｊ＝［Ｈｊ０］Ｔである。
【００６３】
[0060]加えて、ｊ≧１について、各々が以下の形態のＭｊ×Ｌ行列内にある、０番目のアンテナアレイによって送信されるパイロットからのｊ番目のアレイにおける観測値が利用可能であると仮定される。
Ｙｊ＝ＲｊＨ０Ｔ０Ｐ＋Ｚｊ        （４）
式中、Ｐは、Ｌ≦Ｍ個の線形独立な列（各列がパイロットビームを表す）を有する既知のＭ×Ｌ行列であり、｛Ｚｊ｝’は独立した雑音行列であり、Ｚｊは、分散σｚ２（ｊ）を有する互いに独立で同一の分布に従うガウスゼロ平均エントリを有する。
【００６４】
[0061]単一チャネル使用において、所与のパイロット集合｛ｖｊ｝、ｖｊは任意の非ゼロベクトル、の集合｛１，２，．．．，Ｋ｝内のｊ個のインデックスを有するすべてのＫ個の要素からの単一の同時単一パイロット送信を考察する。そのような事例において、ゼロ番目のアレイは、以下の基準アレイの形態におけるＭ×１観測値ベクトルを収集する。
【数５７】
0006401256.tif 000058
式中、ｚ０は、指数σｚ２（０）を有するゼロ平均ガウスエントリを有する、互いに独立で同一の分布に従う雑音ベクトルである。
【００６５】
[0062]その後、集合｛０，１，２，．．．，Ｋ｝内のｊ個のインデックスを有するすべてのアレイの共同相対較正、すなわち、上記１≦ｊ≦Ｋについての観測値ｙ０及びＹｊに基づく、０≦ｊ≦Ｋについての相対較正条件のセットを利用しながらの、１≦ｊ≦Ｋについてのｃｊ／ｃ０の推定を考察する。また、基準アレイは、基準アレイの相対較正の効果を表す、既知の対角（可逆）行列によって（４）を満たすと仮定する。このとき、Ｋ≦Ｌの場合且つその場合に限り、基準アレイに対するＫ個のアンテナ素子の相対較正が可能である。特に、ｃｊ＝ｒｊ／ｔｊとし、雑音のない状態で（σｚ２−＞０）、Ｋ≦Ｌの場合且つその場合に限り、確率１でｃｊ／ｃ０を得ることが可能である。
【００６６】
[0063]次に、そのような相対較正が可能である、すなわち、Ｋ≦Ｌである限り、確率１で、雑音のない状態でｃｊ／ｃ０を得ることが可能であることが示される。特に、以下の量を考察する。
【数５８】
0006401256.tif 000059
式中、ｅｊはＫ×Ｋ単位行列の第ｊ列を示し、
【数５９】
0006401256.tif 000060
は、
【数６０】
0006401256.tif 000061
によって与えられる。
【００６７】
[0064]次に示すように、雑音のない状態で、上記式（６）の量は、（確率１で）ｃｊ／ｃ０に等しい。この目的に向けて、以下の量
【数６１】
0006401256.tif 000062
は、適切に選択されたｄｊ及びｆｊについて、（雑音のない状態で）ｃｊ／ｃ０に等しくすることができることを示す。最初に、式（４）を、式（３）を用いて以下のように書き直すことが好都合である。
【数６２】
0006401256.tif 000063
式中、Ｇｊは、
Ｇｊ＝ＴｊＨ０ｊＴ０Ｐ      （１０）
の最大階数Ｍｊ×Ｌ行列である。
【００６８】
[0065]また、
【数６３】
0006401256.tif 000064
も定義され、Ｑは階数ｍｉｎ（Ｌ，Ｋ）を有することに留意されたい。式（５）の両辺の
【数６４】
0006401256.tif 000065
による残された操作（Ａ０は可逆的であるため、これは明確に定義された演算である）、並びに、式（３）、（１０）及び（１１）を使用して、
【数６５】
0006401256.tif 000066
が、もたらされる。
【００６９】
[0066]さらに、式（７）の
【数６６】
0006401256.tif 000067
の式において、式（９）の
【数６７】
0006401256.tif 000068
の式を置換し、式（１１）を使用して
【数６８】
0006401256.tif 000069
が、もたらされる。
【００７０】
[0067]したがって、選択
【数６９】
0006401256.tif 000070
について、式（８）の量｜ｊは、雑音のない状態で、
【数７０】
0006401256.tif 000071
になる。
【００７１】
[0068]次に、ｋ≦ｊについてすべてのｑｋに直交するという特性を有する任意の非ゼロベクトルｆｊを選択することによって、所望の量ｃｊ／ｃ０がもたらされることに留意されたい。そのようなベクトルｆｊは、Ｋ≦Ｌである限り、（確率１で）存在する。Ｑは直に利用可能ではないが、このゼロ強制特性によってｆｊを選択することは依然として可能である。この目的に向けて、ｋ１≧ｋ２のｋ１×ｋ２最大階数行列Ｗを与えられると、Ｗの疑似逆Ｐｉｎｖ−ｎｏｒｍ（Ｗ）は、単位ノルム行を有するものとして示される、すなわち、（ＷＨＷ）−１ＷＨとして示されるが、その行は、単位ノルムを有するように再スケーリングされている。Ｆ＝［ｆ１  ｆ２  Ｌ  ｆｋ］Ｈとし、Ｆは以下のように選択される。
【数７１】
0006401256.tif 000072
式中、
【数７２】
0006401256.tif 000073
は式（７）によって与えられ、Ｋ≦Ｌを条件として疑似逆が存在する。式（１３）に起因して、雑音がない状態で、
【数７３】
0006401256.tif 000074
が得られ、それゆえ、
【数７４】
0006401256.tif 000075
となる。結果として、上記のＦの選択について、式（１４）の量｜ｊは所望のように、確率１でｃｊ／ｃ０に等しい。このｄｊ及びｆｊの選択について、式（８）の量｜ｊは、式（６）の式にも等しいことも容易に示され得る。
【００７２】
[0069]｛１．２．．．．，Ｌ｝の集合内のＫの異なる選択は、較正の「ダイバーシティ」の形で較正の「多重化利得」（すなわち、単一のパイロット送信によって較正されるアンテナの数）とのトレードオフになることに留意されたい。このダイバーシティ効果は、式（３）〜（５）のセットによって記述される設定が、厳密にＬ未満であるＫとともに考えられるときに、受信ビーム形成利得の形で顕著である。この事例において、Ｋ＜Ｌ個の未較正アンテナ（各較正済みアンテナからのもの）が、パイロットを同時に送信する。ｊ番目のアレイを０番目のアレイに対して較正するのに使用される疑似逆ベースのフィルタｆｊは、
【数７５】
0006401256.tif 000076
の構造によって成立する。
【００７３】
[0070]それゆえ、ｊ番目のアレイの較正において、Ｌ個の利用可能な次元の中からＫ−１次元が、ｙ０からすべての他のパイロットの応答（ｊ番目のアレイからのものに加えて）をゼロ強制するのに使用される。したがって、受信ビーム形成フィルタｆｊは、（同時に較正される他のＫ−１個のアレイによって同時に送信される）残りのＫ−１個のパイロットに対する０番目のアレイ応答が及ぶ空間の（Ｌ−Ｋ＋１次元）ゼロ空間内にある。その結果、疑似逆ベースのフィルタｆｊは、実質的に、この部分空間において受信アンテナビーム形成を実施し、次数Ｌ−ｋ＋１（Ｋ＜Ｌの場合に１よりも大きい）の受信ビーム形成利得を得るということになる。
【００７４】
[0071]多重化利得は、Ｍ≧Ｌ＞１を条件とした較正において可能であり（すなわち、Ｋ＞１）、これは、すべてのｊ＞１についてＭｊ＝１であっても可能である。事実、Ｍｊは、この節における「単一チャネル使用」パイロット送信によってもたらされる多重化利得において何の役割も果たさない。より大きいアレイ、すなわち、Ｍｊ＞１は、パイロット送信に送信ビーム形成効果を利用することによって、この較正技法に雑音排除性をもたらすために使用することができる。
【００７５】
大規模較正問題の文脈における同時較正
[0072]先行する節部分における較正方式は、階層較正を含む大規模較正問題の文脈に容易に使用することができる。たとえば、所与の時点において複数の「０番目の」アレイが存在する、すなわち、式（３）〜（４）に与えられている形式の条件セットが、予め較正済みの（０番目の）アレイと集合｛ｊ｝ｊ＞０内のインデックスを有するアレイ（又はノード）のサブセットとの間で当てはまる場合があるシナリオがある。そのような事例において、パイロットの同時送信は、各「０番目の」アレイにおいて、個々に送信ノードのセットによって各アレイを個々に較正するのに使用することができる式（５）に与えられている形式の観測値をもたらす。しかしながら、これらの測定値はまた、より大きい較正の問題を解決するために組織的にともに使用することもできる。
【００７６】
[0073]これを例示するために、｜ｊを以下のように、式（６）にある形式から式（８）にある形式に表現し直すことを考察する。
【数７６】
0006401256.tif 000077
式中、
【数７７】
0006401256.tif 000078
ここで、
【数７８】
0006401256.tif 000079
は式（１５）のＦのｊ番目の行を示す。また、式（１２）及び（１３）を使用して、以下の式が得られる。
【数７９】
0006401256.tif 000080
式中、
【数８０】
0006401256.tif 000081
である。
【００７７】
[0074]式（１）と式（１６）とを比較することによって、ｆｊが式（１５）に従って選択されることを条件とし、観測値セットＹｊが十分に高い品質のものであることを条件として、式（１）の形式の観測値対を使用して式（２）の形式のＬＳ費用関数を形成することができるのと同じように、式（１６）の形式の観測値対を使用して相対較正のためのＬＳ費用関数を形成することができることが明らかになる。
【００７８】
[0075]単純な例として、ｉ＝１，２，．．．，Ｄで（０，ｉ）としてインデックス付けされている、Ｄ＞１の予め較正済みのＭ次元アレイを含む場合を考察する。ｊ≧１でインデックス付けされているＫ個のノードが、パイロット次元Ｌ≦Ｍを有するこれらのＤ個のアレイの各々からのパイロット観測値を有すると仮定する。Ｋ≦Ｌでのインデックス
【数８１】
0006401256.tif 000082
を有するノードからの単一の同時パイロット送信は、ＤＭ次元アレイ及びＫ個の送信ノードを含むアレイを較正するのに十分である。特に、アンテナアレイ（０，ｉ）における観測値を、Ｋ個のノードにおける観測値と組み合わせて、式（１６）の形態の実効的なＫ対の観測値を得ることができ、各対は、個別のパイロット送信ノードｊ及びアレイ（０，ｉ）に対応する。
【数８２】
0006401256.tif 000083
が、ノードｊ及びアレイ（０，ｉ）と関連付けられるそのような観測値の対を示すものとすると、このとき、観測値対の集合
【数８３】
0006401256.tif 000084
を使用して、式（２）の形式のＬＳ費用関数を設定することができる。
【００７９】
[0076]式（１６）のランダム変数の影響力を理解するために、Ｍ＝Ｌ、Ｐ＝Ｉ、ＡｊＡｊＨ＝Ｉ、｜ｃｊ／ｃ０｜＝１、
【数８４】
0006401256.tif 000085
、且つｖｊが１の値を有する１つの非ゼロ要素を有するベクトルである特別な事例を考察する。このとき、
【数８５】
0006401256.tif 000086
となる。
【００８０】
[0077]式（１５）に起因して、ｋ≠ｊについて、式（１３）とともに
【数８６】
0006401256.tif 000087
をもたらし、
【数８７】
0006401256.tif 000088
の指数を有する
【数８８】
0006401256.tif 000089
が得られる。ｍ≠ｋについて
【数８９】
0006401256.tif 000090
が独立であることにも留意することによって、式（１７）において
【数９０】
0006401256.tif 000091
がもたらされる。さらに、
【数９１】
0006401256.tif 000092
及びＴｊＴｊＨ＝Ｉを仮定すると、十分に大きいＳＮＲ
【数９２】
0006401256.tif 000093
について、
【数９３】
0006401256.tif 000094
になる。
【００８１】
[0078]式（１７）及び（１８）から、式（１６）の形式の較正観測値対におけるＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）が（Ｌ−Ｋ＋１）／Ｋとしてスケーリングする、すなわち、予測されるように、多重化利得Ｋが高くなるほど、実効的なＳＩＮＲが低くなることを観察することができる。
【００８２】
単一トーン較正：Ｔ個のチャネル使用にわたるシグナリング及び較正
[0079]先行する節の知見を使用して、サイズがＴとともに二次的に増加するアレイを較正することを可能にする、パイロットシグナリング及び較正アルゴリズムを含む、このための較正方式が記載される。固定セットの較正パイロットチャネル使用Ｔを受けて、較正済みアレイのサイズを最大化することに焦点を当てるそのようなプロトコルを考察する。プロトコルは、２つのチャネル使用を介して２素子アレイを較正することによって開始し（各チャネルは素子の１つによって使用されパイロットをブロードキャストする）、その後、多素子パイロット送信及びアレイのすでに較正された部分に対する反復的較正に依拠することによって、較正済みアレイのサイズを反復的に増大させる。
【００８３】
[0080]一般性を損なうことなく、反復的較正プロセスを、パイロットブロードキャスト時間インデックスｔと「位置合わせ」することができる。プロトコルに従って、最初の２つの時間スロットにおいて、２つの個別のアンテナ、たとえば、１及び２が、一度に１つの較正パイロットをブロードキャストする。互いのパイロットの観測値が、素子１及び２から構成される２次元アレイに対する較正を可能にする。スロット１及び２においてブロードキャストされたパイロットに基づいて、他のすべてのアンテナ素子が利用可能な観測値を有することに留意されたい。結果として、スロット３において、パイロットを同時に送信することによって、もう２つのアンテナ素子を較正することができ、それによって、時間１、２、及び３におけるパイロットブロードキャストに基づいて４次元較正済みアレイがもたらされる。これは、すべてのｊ≧１、Ｌ＝２及びＰ＝Ｉについて、Ｍ＝２、Ｍｊ＝１で式（３）〜（５）によって記述されているシナリオが存在するためであり、したがって、２次元アレイ｛１，２｝に対する別のＫ≦Ｌ＝２個のアンテナの較正が、単一のパイロット送信によって可能である。この結果として、３回のパイロット送信で４素子アレイの較正がもたらされる。
【００８４】
[0081]そのような４素子アレイの較正を可能にする一実施形態の流れ図を図２に示す。図２を参照すると、最初に、送信アンテナ（ＴＸＡ）１が、パイロット（３００１）を送信し、一方で、ＴＸＡ２、３、４は、このパイロット（それぞれ３００２、３００３、及び３００４）に応答して観測値を収集する。その後、ＴＸＡ２が、パイロット（３１０２）を送信し、一方で、ＴＸＡ１、３、４は、このパイロット（それぞれ３１０１、３１０３、及び３１０４）に応答して観測値を収集する。最後に、ＴＸＡ３及びＴＸＡ４がパイロット（それぞれ３２０３及び３２０４）を同時送信し、一方で、ＴＸＡ１及び２は、この同時パイロット送信（それぞれ３２０１及び３２０２）に応答して観測値を収集する。次に、すべての送信アンテナが、それらの観測値（Ｋ＝１、２、３、４について３３０ｋ）をコントローラに与える。コントローラは、すべての観測値を収集する（３４０）。その後、コントローラは、相対較正を実施して、すべてのアンテナについての較正調整値を計算する（３５０）。特に、利用可能な観測値３００２及び３１０１を使用して、コントローラは、たとえば、当該技術分野において既知であるＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕ又はＡｒｇｏｓにおける方法を使用することによって、ＴＸＡ１及び２を較正して２次元アレイにする。その後、コントローラは、残りの観測値を使用して、本明細書に開示されている方法を用いて（たとえば、式（１４）において各々のｌｊ、ｊは較正されているアンテナのインデックス、を計算することによって）ＴＸＡ３及び４を、｛１，２｝アレイに対して較正する。その後、コントローラは、較正調整値（３６０）をすべてのＴＸＡにわたす。各ＴＸＡは、それ自体の調整値（Ｋ＝１、２、３、４について３７０ｋ）を受信し、必要とされる較正を実施する。
【００８５】
[0082]動作３００、３１０、３２０の順序は必須ではないことに留意されたい。すなわち、動作３２０が３１０及び／又は３００の前に来てもよく、３１０が３００の前に来てもよい。重要な要素は、すべてのこれらの送信が、それにわたってアンテナＴＸ１〜ＴＸ４の間のすべてのポイント間チャネルが実質的に一定である独立したリソースにおいて行われることである。また、ＴＸ１及びＴＸ２を含む２次元アレイの較正は、動作３００及び３１０が行われた後の任意の時点（たとえば、動作３２０の前、３２０と同時、又は３２０の後）において達成することができ、一方で、アレイ全体は、集合｛３００、３１０及び３２０｝内のすべての動作が行われた後にのみ較正することができることも留意されたい。
【００８６】
[0083]一実施形態において、プロセスは、５個以上の素子を有するアレイを較正するように拡張される。たとえば、最初の３回のパイロット送信の間により多くのアンテナが観測値を収集する、先行するプロトコルの拡張が考慮される場合。したがって、時間スロット４において、予め構成済みの４次元アレイ｛１，２，３，４｝に対する較正の問題がある。３つの線形独立ビームからの３つのパイロットが残りの（未較正）素子の各々によって観測されていることを前提として、状況は、Ｍ＝４、
【数９４】
0006401256.tif 000095
及び、Ｌ＝３での式（３）〜（５）によって記述される。
【００８７】
[0084]それゆえ、単一のパイロット送信（スロット４における）で、もうＫ＝Ｌ＝３個のアンテナを較正することができ、４チャネルを較正パイロットに使用して、全体で７素子較正済みアレイがもたらされる。一般的な事例において、ｋ番目のスロット送信の前に、すでに較正済みの素子からの、ｋ−１個の線形独立ビーム上のｋ−１個のパイロットからの観測値が、各未較正素子にとって利用可能である。これによって、これらの素子のうちの（最大）もうｋ−１個を、すでに較正済みのアレイに対して較正することができる。結果として、時刻Ｔにおいて、この方式による較正済みアレイのサイズは、
【数９５】
0006401256.tif 000096
によって与えられる。
【００８８】
[0085]上記プロトコルは好都合には、Ｔ列パイロット行列Ｐ（Ｔ）を介して表現することができ、Ｐ（Ｔ）の（ｉ，ｔ）番目の要素が、時刻ｔにおいてアンテナｉによってブロードキャストされるパイロットのパイロットスケーリング係数を示すように（また、ゼロ値が、アンテナｉが時刻ｔにおいてパイロットをブロードキャストしていないことを暗示するように）定義することができる。このプロトコルの行列Ｐ（ｔ）は、再帰的に記述することができ、すなわち、Ｐ（１）＝１が得られ、一方で、任意の時刻ｔ＞１において、パイロット行列Ｐ（ｔ）は、
【数９６】
0006401256.tif 000097
を満たす。
【００８９】
[0086]｛１，２，．．．，Ｔ｝内の各ｔにおけるこのプロトコルの較正効率を表１に示す。
【表１】
0006401256.tif 000098
【００９０】
Ｔ個の時間スロットチャネル使用によるＮ個のトーンにわたるシグナリング及び較正
[0087]本発明の実施形態は、Ｔ×Ｎブロックの時間−周波数スロットにわたるシグナリング及び較正プロトコルを含む。Ｔ及びＮはそれぞれ、チャネルコヒーレンス時間及び帯域幅内にあり、すべての（未知の）ＴＸ／ＲＸ  ＲＦチェーン障害係数は、Ｔ×Ｎブロックの時間−周波数スロットにわたって一定であると仮定する。各アンテナが単一のＴＦスロットにわたって単一のパイロットをブロードキャストする事例に焦点を当てる。各ＡＰアンテナは、そのパイロットブロードキャストのためのアンテナによっても使用されるＴＦと同じ時間インデックスを有するＮ個のＴＦスロットを除くすべてのＴＦスロットを「リスン」することができる。
【００９１】
[0088]これらの制約を前提として、反復的較正方式を、較正済みアレイのサイズが反復的に増大するように構築することができる。これらの方式は、ＴＦスロットインデックスのマッピングを利用する。先行する節とほぼ同様に、すでに較正済みのアンテナ素子セットに対してＫｍ個の素子を較正することを可能にすることを目標として、Ｋｍ個のパイロットがインデックスｍにおいて送信される。アンテナがそれ自体のパイロットをブロードキャストするときに他のトーンパイロット送信に対して「聴取（ｌｉｓｔｅｎ  ｉｎ）」することができないという事実を考慮に入れて、（Ｔ個のチャネル使用後に）較正済みアレイのサイズを最大化することを可能にするマッピングは以下によって与えられ、
ｍ（ｔ，ｎ）−（ｎ−１）Ｔ＋ｔ
一方で、対応する（可能性のある最大の）Ｋｍ値は表２に示されている。
【表２】
0006401256.tif 000099
【００９２】
[0089]このプロトコルは、一連のサイズを計算することができる。
【数９７】
0006401256.tif 000100
このサイズは、ＮとＴの両方において二次的である。
【００９３】
[0090]プロトコルはまた、経時的に連続的に較正を実施し（すなわち、一度にＮ個の時間−周波数スロットに基づいて）、また、サイズがＮ及びＴとともに二次的に増加するアレイを較正することもできるように設計することもできる。この事例において、時間−周波数スロットの、反復較正ラウンドへのマッピングは、以下によって与えられる。
ｍ（ｔ，ｎ）−ｔ
１つのそのようなプロトコルのＫｍ（又はこの事例ではＫｔ）が表３に示されている。この事例について、２つの最初の時間インデックスの各々における最初のＮ個の時間−周波数スロットの各々において、Ｎ個の個別のアンテナが、較正パイロットを送信する。２つの時間スロットの後、２Ｎ個の素子から成るネットワークを、上述した相対較正技法を用いて上述のように較正することができる。一実施形態において、２Ｎ個のアンテナは、最初の２つのＮ次元ＯＦＤＭシンボルにおいて、分離されているパイロットを送信している。各アンテナは、単一の所与の（時間−周波数）リソース要素においてパイロットを送信し、アンテナが送信したものからの異なる時間インデックスを有する（時間−周波数）リソース要素に対応するＮ個のリソース要素からすべてのパイロットを受信する。一実施形態において使用される較正方法は、Ｂｕｒｓａｌｉｏｇｌｕにおいて開示されているものである。加えて、２つの時間スロットの後、すべての残りの未較正素子の各々は、較正済み２Ｎ次元（「基準」）アレイからの、Ｌ＝２Ｎ（線形独立）パイロットビーム上の利用可能な２Ｎ個の観測値を有する。結果として、時刻ｔ＝３において、各トーン上でＫ＝Ｌ＝２Ｎ個の素子を較正する単一のＴＦスロット内でパイロットを同時に送信し、本明細書に開示されている技法（たとえば、式（１４））を使用することができ、サイズ２Ｎ＋２Ｎ２の較正済みアレイがもたらされる。時刻ｔ＝４において、各未較正素子は、２Ｎ＋２Ｎ２の予め較正済みのアレイ上で３Ｎ個の（線形独立）パイロットからの利用可能な観測値を有する。Ｌ＝３Ｎ個の線形独立ビームからの３Ｎ個のパイロットが残りの素子の各々によって観測されていることを前提として、状況は、Ｍ＝２Ｎ＋２Ｎ２、ｊ＞１についてＭｊ＝１、及びＬ＝３Ｎでの式（３）〜（５）に記載されているようなものである。結果として、時刻ｔ＝４において各トーン上でＫ＝Ｌ＝３Ｎ個の素子を較正する（パイロットを同時に送信する）ことができ、合計サイズが２Ｎ＋２Ｎ２＋３Ｎ２素子の較正済みアレイがもたらされる。同様に、時刻ｔ＝ｋ≧３において、各未較正素子は、Ｍ≧Ｌで予め較正済みのアレイ上で３Ｎ個のＬ＝（ｋ−１）Ｎ個の（線形独立）パイロットからの利用可能な観測値を有する。結果として、時刻ｔ＝ｋにおいて各トーン上でもうＫ＝Ｌ＝（ｋ−１）Ｎ個の素子を較正する（パイロットを同時に送信する）ことができる。全体で、Ｔ＞１でＴ×Ｎブロックの時間−周波数スロット中に、この方式による最大サイズの較正済みアレイのサイズが、
【数９８】
0006401256.tif 000101
によって与えられる。
【００９４】
[0091]各時間−周波数スロットにおけるこのプロトコルの較正効率を表３に示す。
【表３】
0006401256.tif 000102
【００９５】
[0092]前述した多重化利得対受信ビーム形成利得のトレードオフに関して説明すると、多重化利得を較正ダイバーシティとトレードオフする系統の較正シグナリング及び推定方式が存在する。特に、任意の時刻ｔ≧３において、１≦Ｋｔ≦（ｔ−１）Ｎで、Ｋｔ個の個別の未較正アンテナが、各時間−周波数スロット内で同時に送信する。これらの方式の多重化利得ダイバーシティトレードオフを表４に示す。１つの興味深い特別な事例は、各時間スロットにおいてダイバーシティ次数Ｎをもたらすことを含む。その興味深い事例において、時刻ｔにおける各ＴＦ周波数スロットにおいて、Ｋｔ個の送信アンテナ（ＴＸＡ）がパイロットを同時に送信し、ここで、Ｋｔは、
ｔ＞１についてＫｔ＝（ｔ−２）Ｎ＋１
によって与えられる。
【００９６】
[0093]結果として、この方式による、結果もたらされる較正済みアレイのサイズは、以下によって与えられる。
Ｍａｒｒａｙ（Ｔ，Ｎ；Ｒｘダイバーシティ次数＝Ｎ）
＝ＮＴ＋Ｎ２（Ｔ−１）（Ｔ−２）／２        （２２）
このサイズは依然として、Ｎ及びＴにおいて二次的である。
【表４】
0006401256.tif 000103
【００９７】
[0094]別の関心事例は、閾値を超える式（１６）の形式の実効的な測定値対における実効的なＳＩＮＲを受けてＫｔが選択される事例を含む。式（１７）及び（１８）の検査によって、アレイの較正済み部分から各未較正アンテナまででＬパイロット次元があるときで、且つＫ≦Ｌ個の未較正アンテナがＴＦスロット内でパイロットを同時に送信する場合、実効的なＳＩＮＲは（Ｌ−Ｋ＋１）／Ｋに比例することが明らかになる。したがって、何らかの所定のα＞０について
【数９９】
0006401256.tif 000104
となるように、時刻ｔにおける多重化利得Ｋｔが選択されるか、又は同等に、これらの制約を満たす最大のＫｔを選択するシグナリングプロトコルを考えることができる。
【数１００】
0006401256.tif 000105
【００９８】
[0095]そのような選択によって、較正済みアレイのサイズは（２＋２α）−１Ｎ２Ｔ２として増加する、すなわち、依然としてＮ及びＴにおいて二次的である。α＝１の事例において、Ｎが偶数であると、ｔ＞２についてＫｔ＝（ｔ−１）Ｎ／２、すなわち、表４の最大多重化利得方式においてもたらされる多重化利得の半分が得られる。
【００９９】
[0096]この節において提示されている較正方式の効率の改善を例示するために、たとえば、ＬＴＥにおける資源ブロック（ＲＢ）のサイズの半分に対応する、Ｎ＝１２個のトーン及びＴ＝７個のＯＦＤＭシンボルのブロックにわたる較正を考察する。ベースライン方式は、この事例においてＴＮ＝８４素子サイズのアレイを較正する。このセッションにおけるプロトコルによって較正することができる最大サイズアレイは式（２１）によって与えられ、２，９０４素子に等しい。代替的に、式（２２）から、２，２４４素子サイズのアレイを、連続的較正の各段階において次数Ｎ＝１２のＲＸビーム形成ダイバーシティで、この７×１２ブロックの時間−周波数スロットにわたって較正することができる。最後に、α＝１でＳＩＮＲを保証する方式は、１，４６４素子サイズのアレイの較正を可能にし、これは依然として、ベースライン方式にまさる大幅な改善である。
【０１００】
Ｎ未満のコヒーレンス帯域幅ＦによるＮ×Ｔスロットにわたる較正
[0097]一実施形態において、相対較正係数はＮ個のトーンにわたって一定であり、一方で、伝播チャネルの「実効的な」コヒーレンス帯域幅はＦである。先行する実施形態と同様に、連続するＯＦＤＭトーンの数Ｔは、チャネルのコヒーレンス時間内にあると仮定される。一実施形態において、２つのチャネルサウンディング（が異なるＯＦＤＭシンボルにあり、また）Ｆ個を超えるトーンによって分離されていない限り、二方向測定値を較正に使用することができる。最大サイズ較正アレイのサイズはＮＦＴ２として増大し、一方で、ＳＩＮＲ保証方式に基づく較正済みアレイのサイズは（１＋α）−１ＮＦＴ２として増大することが容易に示され得る。最後に、分散したアンテナ素子のネットワークの較正において、そのような較正プロトコルを、ワイヤレスネットワークの並列部分における較正のために同時に再使用することができることに留意されたい。この事例において、階層的較正を利用して、予め較正済みのアレイ及び未較正素子をともに較正することができる。この事例において、較正は結局、最初に、式（１６）の形式の実効観測値対を得ることができ、その後、式（１）の形式の対を式（１６）の形式の対に置き換えて、式（２）の形式の適切なＬＳ費用関数を形成し、前述したように相対較正係数について解くということになる。
【０１０１】
較正プロセスの実施形態の例示的な流れ図
[0098]図３は、第１のエンティティ内の送受信機ユニットの相対較正を実施するためのプロセスの一実施形態の流れ図である。プロセスは、ハードウェア（回路、専用論理など）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム又は専用機械上で作動されるものなど）、又は両方の組み合わせを含んでもよい処理論理によって実施される。
【０１０２】
[0099]一実施形態において、プロセスは、１つ又は複数の基地局又はアクセスポイントを含むワイヤレス通信システム内のコントローラによって実施される。基地局及びアクセスポイントは、送受信機ユニットを含む。一実施形態において、送受信機ユニットは、第１の送受信機ユニットグループ及び第２の送受信機ユニットグループを含み、各送受信機ユニットは、使用される間、第１のエンティティ内の第１の送受信機ユニットグループ及び第２の送受信機ユニットグループから少なくとも１つの他のワイヤレスエンティティへの共同送信を行うためのアンテナ素子を含む。そのような一実施形態において、共同送信は、チャネル可逆性ベースの訓練を介して可能になる。一実施形態において、第１のエンティティは基地局である。
【０１０３】
[00100]図３を参照すると、プロセスは、第１の送受信機ユニットグループ内のユニットに複数のパイロットを送信させ（処理ブロック３０１）、第２のグループ内の各送受信機ユニットに、複数のパイロットに応答して第１のパイロット観測値セットを受信させる（処理ブロック３０２）処理論理によって開始する。一実施形態において、処理論理はコントローラの一部分であり、ユニットに機能を実施させることは、それらのユニットを制御することを含むことに留意されたい。そのような制御は、たとえば、命令及び／又はシグナリングを使用することを含んでもよい。
【０１０４】
[00101]処理論理はまた、第１の送受信機グループ内の各送受信機ユニットに、第１のグループ内の他の送受信機によって送信されているパイロットに応答して第２のパイロット観測値セットを受信させる（処理ブロック３０３）。
【０１０５】
[00102]その後、処理論理は、第１のパイロット観測値セットの少なくともＬ個のパイロット観測値に基づいて基準ユニットに対して第１のグループ内の送受信機のＬ個のアンテナ素子を相対的に較正することによって基準アレイを較正し、Ｌ個のパイロット観測値は、基準アレイ内の素子によって、基準アレイ内の素子によって送信されるパイロットから収集される観測値であり、Ｌは基準アレイ内の送受信機の数に等しい（処理ブロック３０４）。基準アレイは、その素子が互いに対して相対的に較正されると（すなわち、基準アレイ内の基準アンテナに対するスケーリングであるすべての較正係数が記述されると）、「基準」アレイになる。これは、第１のグループ内のパイロットに基づいて第１のグループ内の観測値を使用して行われる。したがって、このように、一実施形態において、第１のグループ内の送受信機ユニットは、複数のパイロットが送信される前に、第１のユニットグループ内の基準ユニットに対してともに相対的に較正されている。
【０１０６】
[00103]さらに処理論理は、第２のグループ内の少なくとも２つのユニットに単一のパイロットを同時に送信させ（処理ブロック３０５）、第１のグループ内の各ユニットに、単一のパイロットに応答して第３のパイロット観測値セットを受信させる（処理ブロック３０６）。
【０１０７】
[00104]その後、処理論理は、第１のパイロット観測値セット及び第２のパイロット観測値セットを使用して、第１の送受信機グループ内の送受信機の基準アレイに基づいて、第２のグループ内の少なくとも２つのユニットの各々を較正する（処理ブロック３０７）。これは再び、単一の素子に対して（それがいずれの素子であっても）すべての素子について複素スケーリング係数が推定される相対較正によって行われる。基準アレイは、アレイ内のすべてのこれらの素子が、互いに対して相対的に較正されている、すなわち、各々がアレイ内の基準素子に関連して表現され得ることを意味する。たとえば、使用される基準アレイは、ｊ＝０で式３において与えられる。基準アレイ（すなわち、アレイ０）は、０番目のアレイ内の各ユニットがｃ０に対する較正スケーリング係数を得る、式３の条件によって記述される較正を用いて較正される。記述されている他のアレイ（ｊ＞１）も、局所的に予め較正される（すなわち、アレイｊにおける較正は、ｊ番目のアレイのすべての素子が、何らかのｃｊについてのｃｊの倍数によってスケーリングされることを意味する）ことに留意されたい。アレイｊ及び０をともに較正するためには、比ｃｊ／ｃ０を求める必要がある。このとき、部分アレイ０及び部分アレイｊを含むアレイ全体を、単一の素子（たとえば、０）に関して記述することができる。したがって、方法は、他のアレイが「０番目」のアレイからＬ個の線形独立パイロットにおいて観測されており、０番目のアレイが少なくもＬ素子長である（また、予め較正されている）ことを条件として、単一の追加のパイロット送信によって、Ｌ個もの多くのそのようなｃｊ／ｃ０の比を得ることを可能にする。
【０１０８】
[00105]一実施形態において、第１のパイロット観測値セット及び第２のパイロット観測値セットを使用して第２のグループ内の少なくとも２つのユニットの各々を較正することは、第２のグループ内の少なくとも２つのユニットの各々について、第２のグループ内の少なくとも２つのユニットの送受信機ユニットと、基準アレイ内の基準ユニットの送受信機との間の相対較正係数の推定値を生成することを含む。一実施形態において、第２のグループ内の少なくとも２つのユニットの１つの送受信機ユニットの相対較正係数は、基準ユニットの１つの較正係数の比に対する、１つの送受信機ユニットの１つの較正係数の比を含み、さらに、１つの送受信機ユニットの較正係数は、１つの送受信機ユニットの受信機利得に対する、１つの送受信機ユニットの送信機利得の比として定義される。
【０１０９】
[00106]一実施形態において、第１のパイロット観測値セット及び第２のパイロット観測値セットを使用して、第２のグループ内の少なくとも２つのユニットの各々を較正することは、第１のパイロット観測値セット及び第２のパイロット観測値セット内の観測値に基づいて較正調整値を生成することと、Ｋ個の送受信機ユニットに較正調整値を送信することとを含む。一実施形態において、各較正調整値は、第１のエンティティにおける、第２のグループ内の送受信機ユニットと基準アレイの送受信機との間の相対較正係数の推定値を含む。
【０１１０】
[00107]基準アレイの代わりに、較正は、処理論理（たとえば、コントローラ）によって、先行するｔ個のスロット（ｔは整数である）から成るサブセット内のパイロットを送信したアレイ素子から構成されるより小さい部分を基準として使用し、このスロットサブセット、及び、これらのスロット内のパイロットを送信する対応するアンテナサブセットが各々、少なくとも較正されるべき追加のアンテナのセットほどの大きさのサイズであるように実施され得ることが留意されるべきである。しかしながら、すでに較正されているアレイの全体部分に等しいサイズの較正済みアレイ全体を基準アレイとして使用することが有利であり、これは、すべてのｔ個の先行するスロットからのすべてのパイロットからの観測値を使用することに対応する。これは、より大きい基準アレイサイズによってビーム形成利得がもたらされ、すべての観測値が使用されるためである。
【０１１１】
[00108]図４は、第１のエンティティ内の送受信機ユニットの相対較正を実施するためのプロセスの一実施形態の流れ図である。プロセスは、ハードウェア（回路、専用論理など）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム又は専用機械上で作動されるものなど）、又は両方の組み合わせを含んでもよい処理論理によって実施される。
【０１１２】
[00109]一実施形態において、プロセスは、１つ又は複数の基地局又はアクセスポイントを含むワイヤレス通信システム内のコントローラによって実施される。基地局及びアクセスポイントは、送受信機ユニットを含む。一実施形態において、送受信機ユニットは、第１の送受信機ユニットグループ及び第２の送受信機ユニットグループを含み、各送受信機ユニットは、使用される間、第１のエンティティ内の第１の送受信機ユニットグループ及び第２の送受信機ユニットグループから少なくとも１つの他のワイヤレスエンティティへの共同送信を行うためのアンテナ素子を含む。そのような一実施形態において、共同送信は、チャネル可逆性ベースの訓練を介して可能になる。
【０１１３】
[00110]図４を参照すると、プロセスは、第１の段階の間に、処理論理によって、第１の送受信機ユニットグループからパイロットの第１のセットを、Ｌ個のスロットにわたって１つずつブロードキャストすることを引き起こすことによって開始し、第１の送受信機ユニットグループはＬ個の送受信機ユニットを含み、Ｌは２以上の整数である（処理ブロック４０１）。第１のパイロットセットに応答して、処理論理は、第１の送受信機ユニットグループ及び第２の送受信機ユニットグループにおいて第１のパイロット観測値セットが受信されるようにし、第２の送受信機ユニットグループ内の各送受信機ユニットは、第１のパイロットに応答してＬ個の観測値を収集する（処理ブロック４０２）。その後、処理論理は、第１の送受信機ユニットグループのＬ個の送受信機ユニットを含むＬ素子基準アレイを、第１のパイロット観測値セットの少なくともＬ個のパイロット観測値に基づいてＬ個の素子を互いに対して相対的に較正することによって較正し、Ｌ個のパイロット観測値は、Ｌ素子基準アレイ内の素子によって送信されるパイロットから、Ｌ素子基準アレイ内の素子によって収集される観測値である（処理ブロック４０３）。一実施形態において、この較正によって第１の段階が終了する。
【０１１４】
[00111]次に、第２の段階の間に、処理論理は、第２の送受信機ユニットグループのＫ個の送受信機ユニットから第２のパイロットセットを同時にブロードキャストすることであって、Ｋ個の送受信機ユニットの各々が、１つ又は複数のスロットにわたってスロットあたり単一のパイロットをブロードキャストする、ブロードキャストすること（処理ブロック４０４）と、第２のパイロットセットに応答して第１の送受信機グループにおいて第２のパイロット観測値セットを受信すること（処理ブロック４０５）とを引き起こす。
【０１１５】
[00112]第１のパイロット観測値セット及び第２のパイロット観測値セットに基づいて、処理論理は、Ｌ素子基準アレイに対してＫ個の送受信機ユニットを較正する（処理ブロック４０６）。一実施形態において、この較正によって第２の段階が終了する。一実施形態において、Ｋ個の送受信機ユニットを較正することは、第１のパイロット観測値セット及び第２のパイロット観測値セット内の観測値に基づいて較正調整値を生成することと、Ｋ個の送受信機ユニットに較正調整値を送信することとを含む。一実施形態において、各較正調整値は、第１のエンティティにおける、第２のグループ内の送受信機ユニットと基準アレイの送受信機との間の相対較正係数の推定値を含む。
【０１１６】
[00113]一実施形態において、スロットの数は、Ｌ個のスロットよりも少ない較正パイロットのための時間スロットの総数に等しい。
【０１１７】
配列されていないアンテナの大規模ネットワークを含むシグナリング実施形態
[00114]高密度大規模ＭＩＭＯ配備の高速で信頼性のある較正を可能にする、高速較正の実施形態が提示される。そのような実施形態において、高速で効率的な較正を可能にするために、パイロットを協調された様式で割り当てる必要がある。１つのクラスの実施形態は、同じ局部発振器によって駆動されるアンテナを較正することに焦点を当てる。同じ実施形態を、異なるアンテナ又はアンテナグループが異なる局部発振器によって駆動されるシステムにも適用することができる。後者の事例においては、（タイミング／周波数／キャリア）同期が必要とされ、これはそれ自体が問題である。記載されている技法は、両方の事例に適用することができる。後者の事例において、較正技法は、（速い方の）同期速度で（較正を実施するために）使用されなければならない。一実施形態において、較正は、同期と同じ速度で定期的に、同期が確立された直後に実施（又は調整）される。このように同期と較正とを分離することによって、より大きい自由度がもたらされ、較正波形の調整及び効率的な較正に対応するためのシグナリングが可能になる。
【０１１８】
[00115]一実施形態において、アンテナは個別の発振器によって駆動される。そのような事例において、同期シグナリングに基づいて、十分に正確な（タイミング／周波数／キャリア）同期が実施されており、それによって、送信側エンティティが、実質的に同期されていると仮定することができる。一実施形態において、較正は、較正パイロットを搬送するＯＦＤＭ送信にわたって実施される。
【０１１９】
[00116]一実施形態において、較正帯域幅は単一のトーンよりも大きくてもよい。事実、未知の（複素フェーザ（ｃｏｍｐｌｅｘ−ｐｈａｓｏｒ））振幅は送信帯域にわたって実質的に一定であり、一方、（複素フェーザ）位相は、帯域にわたって実質的に線形に変化する。これらの事例において、任意のアンテナ対の間の相対較正に対応する１つ又はいくつかの複素スカラーは、残りの係数を決定するのに十分な所与のトーンに対して十分であり得る。したがって、ＯＦＤＭ帯域全体にわたるコヒーレントな送信のためにアンテナアレイを較正するために、単一の、又はおそらくはいくつかの較正パラメータがアンテナあたりに必要になり得る。この較正パラメータは、効率的で高速な較正に利用することができる。第１に、較正パラメータは、先行する節において説明したもののような訓練方法を使用することを可能にし、それによって、多くの近接して位置するアンテナを、連続するＯＦＤＭトーンにわたってともに較正することができる（たとえば、多重化利得が有効化されていない、始まりにおける２つのＯＦＤＭシンボルをも含む表３及び表４を参照されたい）。
【０１２０】
[00117]ワイヤレス送信ノードの大規模ネットワーク（たとえば、小さいセルから成るセルラネットワークなど）において、較正に使用されることになる時間−周波数（ＴＦ）スロットリソースは、地理的に再使用されなければならない。再使用する結果として干渉が生じ、それによって較正品質の劣化がもたらされるとすると、再使用の費用（地理的に大きく離れている場合の再使用はより多くのパイロットリソースを必要とし、したがって、より高いオーバヘッドを招く）と、較正性能に対するその影響（より積極的に、地理的により短い距離で再使用すると、較正−パイロット干渉が増大し、較正ＳＩＮＲが低下し、それによって、較正性能に悪影響が及ぶ）との間でバランスをとることが重要である。
【０１２１】
[00118]実行可能な較正シグナリング手法の原理を例示するために、規則的な（たとえば、正方形又は六角形の）格子上のアンテナを考察する。この格子によれば、各格子位置には、多数の（場合によっては膨大な数の）アンテナが存在する。一実施形態において、この格子状のネットワークにおけるアンテナの較正には、セルラ送信（各位置におけるアンテナにわたるコヒーレントな送信）、及び、ネットワークＭＩＭＯ型送信（それによって、複数の近傍位置にあるアンテナにわたるコヒーレントな送信が必要とされる）を可能にするという目標があり得る。一実施形態において、これらすべての事例における較正は、いくつかのＯＦＤＭシンボル送信にわたるシグナリングに基づく。
【０１２２】
[00119]最初に、ネットワークＭＩＭＯ型送信を可能にするための実施形態を考察する。これらの実施形態は、ネットワークの広い面積にわたって分散しているアンテナの領域の較正を必要とする。一実施形態において、最初に、Ｔ１（Ｔ１≧２）個のＯＦＤＭシンボルがアンテナ位置の（可能性としてよりまばらな）格子上のパイロット（周波数／空間的な再利用を伴う）を送信するのに使用され、これによって「較正−アンカーグラフ（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ−ａｎｃｈｏｒ  ｇｒａｐｈ）」が定義される。これによって、Ｂｕｒｓａｌｉｏｇｌｕの技法に基づいて、較正−アンカーグラフに対してＬＳ較正を実施することが可能になる。アンカーグラフを定義するノードは、アンカー格子上に（可能性としてまばらに）配置されているアンテナの小さいサブセットに対応し、たとえば、格子内の格子点あたりの単一のアンテナが、アンカーグラフの一部分である。各アンカーノードは第１のＴ１ＯＦＤＭシンボルから少なくとも１つのＴＦスロットを使用する。各アンテナ（アンカーであるか否かにかかわらず）は、アンカーノードによって送信されるパイロットのすべて（又はサブセット）の上の観測値を収集する。各アンカーアンテナについて、そのような観測値を収集することは、パイロットを送信するもの（複数可）を除いてすべてのＯＦＤＭシンボルにわたって可能である。
【０１２３】
[00120]個別の（近接して位置する）アンテナ素子から発するＮ個の較正パイロットは、（単一のＯＦＤＭシンボルのＮ個のトーンにわたって）ともに多重化することができ、これは、較正−アンカーグラフを着色するのに利用可能なＮ×Ｔ１個の「色」があることを暗示する。したがって、アンカーノードによって使用される各ＴＦスロット（色）は、より大きい地理的距離において再使用することができる。それゆえ、このパイロットは、グラフ内の隣接するノードにおいて、十分に高い信号対干渉比で受信することができる。このパイロットは、隣接するノードの間で（十分に高いＳＩＮＲで）二方向測定値を得ることを可能にし、Ｂｕｒｓａｌｉｏｇｌｕの技法に基づいて較正−アンカーグラフに対するＬＳ較正を実施するのに使用することができる。
【０１２４】
[00121]一実施形態において、較正−アンカーグラフが相対的に較正されると（すなわち、グラフ内のすべてのノードがグラフ内の単一のノードに対して較正されると）、本出願の先行する部分に開示されている較正方法を介して、較正パイロットにおける多重化利得を利用することができる、より多くのＯＦＤＭ（較正−パイロット）シンボルが後に続く。これらの多重化利得は、近接して位置する（未較正の）アンテナのセットが、アンカーグラフ内のすでに較正された素子に対するそれらのアンテナの相対較正を確立する目的で、パイロットを同時に送信することを含む。一実施形態において、多重化利得が（後続のＯＦＤＭシンボル毎に）連続的に増大することを、近接して位置するアンテナ素子セットからの較正パイロットの（同じＴＦスロットにわたる）同時シグナリングによって利用することができる。利得の増大を利用することによって、較正済みアレイの密度、すなわち、先行する節の較正プロトコルによる単位面積あたりの較正済み素子を急速に増大させることが可能になり得る。一実施形態において、１つ又はいくつかの追加のＯＦＤＭシンボル送信が使用され、これによって、Ｂｕｒｓａｌｉｏｇｌｕの技法に基づいて（たとえば、較正済みクラスタ間の任意の「間隙」を埋めるための）階層的クラスタ較正が可能になり得る。この追加の送信は、場合によってＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕの送信ビーム形成技法とともに、空間及び周波数再使用を利用することもできる。
【０１２５】
[00122]一例として、格子点あたり多数であるＭ個のアンテナを有する正方形格子を考察する。アンカーグラフ内のノードとして、格子点あたり１つのアンテナを選択することによってアンカーグラフが形成されると仮定する。Ｎ＝６４個のＴＦスロットがパイロットに使用されると仮定し、Ｔ１＝２個のＯＦＤＭシンボルが、アンカーグラフに対する較正を可能にするシグナリングに使用されると仮定すると、較正グラフに利用可能な１２８の「色」が存在する。これらの色があることによって、アンカーノードによって定義される「正方形格子」上で１２８の再使用が可能になる。（ｎ１，ｎ２）、ｎ１、ｎ２は整数、が、正方形格子位置を示すものとすると、位置（ｎ１，ｎ２）にあるノードによって使用されるＴＦスロットは、（±８＋ｎ１，±８＋ｎ２）の格子位置にあるアンカーによって再使用される。この再使用によって、一般的に、たとえば、位置（ｋ１＋ｎ１，ｋ２＋ｎ２）、−１≦ｋ１、ｋ２≦１、にある近傍のアンカー（及び非アンカー）が、位置（ｎ１，ｎ２）にあるアンカーによって送信されるパイロットの、その観測値において十分に高いＳＩＮＲを有することが可能になる。結果として、最初のＴ１個のＯＦＤＭシンボルの観測値が収集されると、Ｂｕｒｓａｌｉｏｇｌｕの技法を用いてアンカーグラフに対する最小二乗（ＬＳ）較正を実施する（すなわち、アンカーグラフ内のすべてのアンテナ素子を較正する）ことが可能になる。次の２つのＯＦＤＭシンボルにわたって、ノード（ｎ１，ｎ２）にある９個の非アンカーを、「同じ色」（２ＯＦＤＭシンボル後のＴＦスロット）をその位置におけるアンカーとして使用して、同時に送信することによって、同時に較正することができる。したがって、４ＯＦＤＭシンボル後、較正済みアレイは格子位置あたり１０個のノードを含む。同様に、次の２つのＯＦＤＭシンボルにわたって、格子位置あたり１８個の追加の非アンカーを、同じＴＦスロット上でパイロットを同時に送信することによって、同時に較正することができ、格子位置あたり所望の合計２８個のノードがもたらされる。このプロトコルによって、合計１０個のＯＦＤＭシンボルを使用して、部位あたり約９１本のアンテナを有するネットワークを較正することができる。
【０１２６】
[00123]別の実施形態において、最初、非常に積極的な空間再使用によって（すなわち、アンカーグラフに対する任意の較正が実施される前に）連続して局所的に較正が達成される。この実施形態を例示するために、各位置において８個のＯＦＤＭトーンを使用することを考察する。８個のＯＦＤＭトーンを使用する結果として、８の空間再利用係数がもたらされる。表４のプロトコルを使用して、位置あたり１０００本程度のアンテナを訓練することができる。このとき、最後の２つのＯＦＤＭシンボルを使用して、アンカー較正グラフを較正することができる。明らかに、これら２つの方式の多くの変形形態を確立することができる。
【０１２７】
[00124]上記実施形態の代替形態も非常に魅力的である。一実施形態において、局所的な較正の要素、すなわち、アンカーグラフに対する較正が実施されないことを含む第２のステップのみが実施される。各位置におけるすべての素子が互いに対して相対的に構成されるこの局所的なタイプの較正に基づいて、セルラコヒーレント送信が可能になり得る。一実施形態において、階層的較正の第２のステップは、ネットワークＭＩＭＯ送信が有益であるいくつかの領域において選択的に（すなわち、較正−アンカーグラフによって回避されたように必ずしもネットワーク全体にわたってではなく）実施される。そのような領域は、（セルラ送信に関する）ネットワークＭＩＭＯの利点が、位置特定的な（及び場合によっては時間特定的な）トラフィック需要に対処するために必要とされ得る「ホットスポット」に対応し得る。
【０１２８】
[00125]本発明の実施形態は、Ａｒｇｏｓ及びＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕの技法と比較しての以下の利点の１つ又は複数を有する。
１．配列されている素子の大きいアレイの較正を含む、Ａｒｇｏｓによって考慮されている基本的なシナリオにおいて、本明細書に記載されている較正技法は、訓練オーバヘッドを増大させることなく、はるかにより大きい（場合によってはより桁数の大きい）サイズのアレイを較正することを可能にし、新規の技法は、シグナリングを追加する必要なしに、Ａｒｇｏｓ技法と比較しての較正ロバスト性をも提供することができる。
２．配列されている素子の大きいアレイを含む、Ａｒｇｏｓ及びＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕによって考慮されている基本的なシナリオにおいて、Ｂｕｒｓａｌｉｏｇｌｕの技法によって提供されるタイプの、Ａｒｇｏｓ技法と比較しての較正ロバスト性を同時に提供しながら、（リソースにおける）所与の較正−訓練オーバヘッドを受けて、Ａｒｇｏｓ及びＢｕｒｓａｌｉｏｇｌｕよりも大きいアレイサイズを共同して較正することができる。
３．本明細書に提示されている方法は、ＭＵ−ＭＩＭＯのためのリモートラジオヘッド（ＲＲＨ）システム、及び、ネットワークＭＩＭＯ送信のためのセルラ配備の低オーバヘッド較正を可能にするために使用することもできる。
４．本発明の実施形態の方法を使用して、より一般的な、それによってユーザ端末がアンテナ素子の領域内のアンテナの異なる（重なり合う）セットによって同時にサービスされるＭＵ−ＭＩＭＯ配備方式を可能にすることもできる。そのような較正はＡｒｇｏｓ較正方法によっては実現可能でない。本発明の実施形態は、そのような較正の実施を、Ｂｕｒｓａｌｉｏｇｌｕの技法よりも（場合によってははるかに）低いオーバヘッドで可能にする。
５．本発明の実施形態は、アンテナ素子の、場合によって配列されていない、場合によって重なり合っているセットのうちのサブセットを、そのような各アンテナ素子セットからの可逆性ベースのＭＵ−ＭＩＭＯ送信を資源効率的に可能にするように連続的に較正するための基準シグナリング方法をも含む。
【０１２９】
[00126]本発明の変更形態及び修正形態が、当業者には上記の説明を読んだ後に疑いなく明らかになるであろうが、例として図示及び説明されている任意の特定の実施形態は決して限定であると考えられるようには意図されていないことが理解されるべきである。それゆえ、様々な実施形態の詳細に対する参照は、それ自体で本発明に必須であると考えられる特徴のみを記載している特許請求項の範囲を限定するようには意図されていない。
また、以下の形態の「基地局」も考えられる。
複数の送受信機であって、前記複数の送受信機の各々がアンテナ素子を備える当該複数の送受信機と、
前記複数の送受信機に結合されている較正プロセッサと、
を備える基地局であって、
前記較正プロセッサが、
第１のグループ内の送受信機ユニットに、
複数のパイロットを送信することと、
第２のグループ内の送受信機から第１のパイロット観測値セットを受信することであって、前記第１のパイロット観測値セットが、前記複数のパイロットに応答して前記第２のグループ内の各ユニットによって生成されている観測値を含む、当該受信することと、
を行わせ、
前記第２のグループ内の少なくとも２つの送受信機ユニットに、
単一のパイロットを同時に送信することと、
前記第１のグループ内の送受信機から第２のパイロット観測値セットを受信することであって、前記第２のパイロット観測値セットが、前記第１のグループ内の各ユニットによって生成されている観測値を含む、当該受信することと、
を行わせ、
前記第１のパイロット観測値セット及び前記第２のパイロット観測値セットを使用して、相対較正値を計算するように動作可能であり、各相対較正値が各送受信機ユニットの送受信機と関連付けられ、前記基地局における基準ユニットの送受信機に対して相対的である、
基地局。
上記基地局では、各相対較正値が、前記第２のグループ内の前記少なくとも２つのユニットの送受信機ユニットと基準アレイ内の基準ユニットの送受信機との間の相対較正係数の推定値を含む。
上記基地局では、前記第２のグループ内の前記少なくとも２つのユニットの１つの送受信機ユニットの前記相対較正係数が、前記基準ユニットの１つの較正係数の比に対する、前記１つの送受信機ユニットの１つの較正係数の比を含み、前記１つの送受信機ユニットの前記較正係数が、前記１つの送受信機ユニットの受信機利得に対する、前記１つの送受信機ユニットの送信機利得の比として定義される。
上記基地局では、前記第１のグループ内の前記送受信機ユニットが、送信されている第１のセットの複数のパイロットに基づいて、第１のユニットグループ内の前記基準ユニットを形成するためにともに相対的に較正されている。
上記基地局では、前記較正プロセッサが、前記第１のパイロット観測値セットの少なくともＬ個のパイロット観測値に基づいて基準ユニットに対して前記第１のグループ内の送受信機のＬ個のアンテナ素子を相対的に較正することによって基準アレイを較正するように動作可能であり、前記Ｌ個のパイロット観測値が、前記基準アレイ内の素子によって、前記基準アレイ内の素子によって送信されるパイロットから収集される観測値であり、Ｌが前記基準アレイ内の送受信機の数に等しい。
上記基地局では、前記送受信機の各々が、複数のアンテナによって送信されている信号の変調を実施するために、前記複数のアンテナに結合されている複数の変調ユニットと、前記複数のアンテナによって受信されている信号の復調を実施するために、前記複数のアンテナに結合されている複数の復調ユニットと、を備える。
上記基地局は、送信のための信号を生成するために、前記複数の変調ユニットに結合されている送信ＭＩＭＯプロセッサと、前記複数の復調ユニットから信号を受信するために結合されているＭＩＭＯ検出器と、前記ＭＩＭＯ検出器からの信号を処理するために前記ＭＩＭＯ検出器に結合されている受信プロセッサと、をさらに備える。
また、以下の形態の「製造品」も考えられる。
エンティティによって実行されると、前記エンティティの送受信機ユニットを較正するための方法を前記エンティティに実施させる命令を記憶している１つ又は複数の持続性コンピュータ可読媒体を有する製造品であって、
各ユニットがアンテナ素子を含み、
前記方法が、
第１のグループ内のユニットから複数のパイロットを送信するステップと、
前記複数のパイロットに応答して、第２のグループ内の各ユニットにおいて、第１のパイロット観測値セットを受信するステップと、
前記第２のグループ内の少なくとも２つのユニットから単一のパイロットを同時に送信するステップと、
前記単一のパイロットに応答して、前記第１のグループ内の各ユニットにおいて、第２のパイロット観測値セットを受信するステップと、
前記第１のパイロット観測値セット及び前記第２のパイロット観測値セットを使用して、第１の送受信機グループ内の送受信機の基準アレイに基づいて、前記第２のグループ内の少なくとも２つのユニットの各々を較正するステップと、
を含む、製造品。
上記製造品では、前記第２のグループ内の少なくとも２つのユニットの各々を較正するステップが、前記第２のグループ内の前記少なくとも２つのユニットの各々について、前記第２のグループ内の前記少なくとも２つのユニットの送受信機ユニットと、前記基準アレイ内の基準ユニットの送受信機との間の相対較正係数の推定値を生成すること、を含む。
上記製造品では、前記第２のグループ内の前記少なくとも２つのユニットの１つの送受信機ユニットの前記相対較正係数が、前記基準ユニットの１つの較正係数の比に対する、前記１つの送受信機ユニットの１つの較正係数の比を含み、前記１つの送受信機ユニットの前記較正係数が、前記１つの送受信機ユニットの受信機利得に対する、前記１つの送受信機ユニットの送信機利得の比として定義される。
上記製造品では、前記第１のグループ内の前記送受信機ユニットが、前記複数のパイロットが送信される前に、第１のユニットグループ内の基準ユニットに対してともに相対的に較正されている。
上記製造品では、前記第２のグループ内の少なくとも２つのユニットの各々を較正するステップが、前記第１のパイロット観測値セット及び前記第２のパイロット観測値セット内の観測値に基づいて較正調整値を生成することと、Ｋ個の送受信機ユニットに前記較正調整値を送信することと、を含む。
上記製造品では、各較正調整値が、第１のエンティティにおける、前記第２のグループの送受信機ユニットと前記基準アレイの送受信機との間の相対較正係数の推定値を含む。
上記製造品では、前記方法が、前記第１のパイロット観測値セットの少なくともＬ個のパイロット観測値に基づいて基準ユニットに対して前記第１のグループ内の送受信機のＬ個のアンテナ素子を相対的に較正することによって前記基準アレイを較正するステップ、をさらに含み、前記Ｌ個のパイロット観測値が、前記基準アレイ内の素子によって、前記基準アレイ内の素子によって送信されるパイロットから収集される観測値であり、Ｌが前記基準アレイ内の送受信機の数に等しい。
また、以下の形態の「方法」も考えられる。
第１のエンティティ内の送受信機ユニットの相対較正を実施するための方法であって、
前記送受信機ユニットが第１の送受信機ユニットグループ及び第２の送受信機ユニットグループを含み、各送受信機ユニットがアンテナ素子を含み、前記ユニットが前記第１のエンティティ内の前記第１の送受信機ユニットグループ及び前記第２の送受信機ユニットグループから少なくとも１つの他のワイヤレスエンティティへの共同送信を行うために使用され、前記共同送信がチャネル可逆性ベースの訓練を介して可能にされ、
前記方法は、
第１の段階の間、
前記第１の送受信機ユニットグループからパイロットの第１のセットを、Ｌ個のスロットにわたって１つずつブロードキャストするステップであって、前記第１の送受信機ユニットグループはＬ個の送受信機ユニットを含み、Ｌが２以上の整数である、当該ブロードキャストするステップと、
第１のパイロットセットに応答して、前記第１の送受信機ユニットグループ及び前記第２の送受信機ユニットグループにおいて第１のパイロット観測値セットを受信するステップであって、前記第２の送受信機ユニットグループ内の各送受信機ユニットが、前記第１のパイロットに応答してＬ個の観測値を収集する、当該受信するステップと、
前記第１の送受信機ユニットグループの前記Ｌ個の送受信機ユニットを含むＬ個の素子の基準アレイを、前記第１のパイロット観測値セットの少なくともＬ個のパイロット観測値に基づいて前記Ｌ個の素子を互いに対して相対的に較正することによって較正するステップであって、前記Ｌ個のパイロット観測値が、前記Ｌ個の素子の基準アレイ内の素子によって送信されるパイロットから、前記Ｌ個の素子の基準アレイ内の素子によって収集される観測値である、当該較正するステップと、
を含み、
第２の段階の間、
前記第２の送受信機ユニットグループのＫ個の送受信機ユニットから第２のパイロットセットを同時にブロードキャストするステップであり、前記Ｋ個の送受信機ユニットの各々が、１つ又は複数のスロットにわたってスロットあたり単一のパイロットをブロードキャストする、ブロードキャストするステップと、
前記第２のパイロットセットに応答して、第１の送受信機グループにおいて第２のパイロット観測値セットを受信するステップと、
前記第１のパイロット観測値セット及び前記第２のパイロット観測値セット内の観測値に基づいて、前記Ｌ個の素子の基準アレイに対して、Ｋ個の送受信機ユニットを較正するステップと、
を含む、
実施するための方法。
上記方法では、前記Ｋ個の送受信機ユニットを較正するステップが、前記第１のパイロット観測値セット及び前記第２のパイロット観測値セット内の観測値に基づいて較正調整値を生成することと、前記Ｋ個の送受信機ユニットに前記較正調整値を送信することと、を含む。
上記方法では、各較正調整値が、前記第１のエンティティにおける、第２のグループ内の送受信機ユニットと前記基準アレイの送受信機との間の相対較正係数の推定値を含む。
上記方法では、前記スロットの数が、Ｌ個のスロットよりも少ない較正パイロットのための時間スロットの総数に等しい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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