(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信ネットワークの送受信機に属するアンテナ素子配置におけるマルチアンテナ信号処理のための方法であって、前記アンテナ素子配置が水平方向の及び垂直方向のアンテナ素子 を備え、複素アンテナ加重を前記アンテナ素子に適用し、前記方法が、個別に各アンテナ素子に対する第１の複素アンテナ加重及び第２の複素アンテナ加重を計算するステップを含み、各アンテナ素子が前記送受信機の対応するベースバンド信号処理チェーンによって制御されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記送受信機 が、所定のアジマス方向及び仰角方向にビームを発生するように適合された垂直に重ねたアンテナ素子 の少なくとも２つの水平に配置したセットを備え、前記アジマス方向が前記垂直に重ねたアンテナ素子の少なくとも２つのセットに第１の複素アンテナ加重を適用することよって得られ、前記仰角方向が前記垂直に重ねたアンテナ素子のセット中の前記アンテナ素子にさらに第２の複素アンテナ加重を適用することによって得られる方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記ビームが、前記無線通信ネットワークの前記送受信機から見て所定のアジマス及び／又は仰角を有する端末（３１、３２、３３、３４）に達するように計算されるように適合される方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、調整されたマルチサイト送信と協働して使用され、端末が少なくとも２つの送受信機 から信号を受信し、前記方法が、
第１の送受信機 から見た前記端末の前記アジマス及び前記仰角に応じて前記第１の送受信機の各アンテナ素子に対して複素アンテナ加重の第１のセットを選択するステップ、及び
第２の送受信機 から見た前記端末の前記アジマス及び前記仰角に応じて前記第２の送受信機の各アンテナ素子に対して複素アンテナ加重の第２のセットを選択するステップ
をさらに備える方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、少なくとも２つの隣り合った基地局及び複数の端末を備えたセルラ通信ネットワークにおいてセル間干渉調整アルゴリズムと協働して使用され、前記方法が、
各基地局によって取り扱われる端末の少なくとも２つのグループを構築するステップであって、前記端末のグループが、前記それぞれの基地局から前記端末を見た前記仰角角度に依存し、前記グループの一方が第１のしきい値より小さな仰角に対応し、前記グループの他方が第２のしきい値よりも大きい仰角に対応する、ステップ、及び
第２の基地局によって取り扱われ且つ第２のしきい値よりも大きな仰角を有する端末のグループと同じリソースを使用して、第１の基地局によって取り扱われ且つ第１のしきい値よりも小さな仰角を有する端末のグループをスケジューリングするステップ
を備える方法。
【請求項６】
無線通信ネットワークにおいてマルチアンテナ信号処理を実行するように適合された送受信機であって、前記送受信機が水平方向の及び垂直方向のアンテナ素子）を有するアンテナ素子配置を備え、前記送受信機が前記アンテナ素子に複素アンテナ加重を適用するための手段を備え、前記送受信機が、２つの垂直に重ねたアンテナ素子を個別に制御する少なくとも２つの処理チェーンをさらに備え、各チェーンが前記複素アンテナ加重の少なくとも１つが適用されている入力信号を入力として受信することを特徴とする送受信機。
【請求項７】
無線通信ネットワークの送受信機においてビームを発生させるように適合されたアンテナ素子配置であって、前記アンテナ素子配置が水平方向の及び垂直方向のアンテナ素子）を備え、前記アンテナ素子配置が前記アンテナ素子に複素アンテナ加重を適用するための手段を備え、前記アンテナ素子配置が、前記少なくとも２つの垂直に重ねたアンテナ素子が対応するベースバンド信号処理チェーンによって制御されるように適合されることを特徴とするアンテナ素子配置。
【請求項８】
請求項７に記載のアンテナ素子配置であって、所定のアジマス方向及び仰角方向にビームを発生するように適合された垂直に重ねたアンテナ素子の少なくとも２つの水平に配置したセットを備え、前記アジマス方向が前記垂直に重ねたアンテナ素子の少なくとも２つのセットに第１の複素アンテナ加重を適用することよって得られ、前記仰角方向が前記垂直に重ねたアンテナ素子のセット中の前記アンテナ素子に第２の複素アンテナ加重を適用することによって得られるアンテナ素子配置。
【請求項９】
請求項７に記載のアンテナ素子配置であって、垂直及び水平に配置されたアンテナ素子の平面アレイであるアンテナ素子配置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ素子配置におけるマルチアンテナ処理のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信ネットワークでは、ネットワークの所定の地域をカバーするように適合したアンテナを備えた基地局を配置している。一方で基地局の数を最小にしつつ、特にネットワークの問題の部分（主要道路、市街地、．．．）についての良いカバレッジを確保するために、アンテナによってもたらされるカバレッジを最適化すべきである。基地局についての場所の点での制約のために、アンテナのレベルでカバレッジを細かく調整できることが必要である。この目的のために、適切なカバレッジをもたらすように、仰角方向におけるアンテナの傾きを表わすダウンチルト（downtilt）を計算する。このダウンチルトは、固定であるか現場で機械的に事前設定されるか、又は仰角方向にアンテナを動かすことが可能な遠隔制御モータを使用して遠隔修正することができる。
【０００３】
新しい無線通信ネットワークでは、ビットレートの点で及び能力の点でより効率的なサービスを提供するという要求がある。これを実現するために、（より高いビットレートを得るために）データ伝送を並列化しつつ（高い能力を確保するために）干渉を制限しやすい、基地局サイトにおけるマルチアンテナに基づいてある新しい方法が提案されてきている。ＭＩＭＯ及びビームフォーミングはかかる方法である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
新たな無線通信ネットワークにおいて、特に、ＭＩＭＯ処理か、ビームフォーミングか、又は干渉調整の観点から、複数アンテナ信号処理をさらに改善する手段を提供することが本発明の具体的な目的である。
【０００５】
本発明の別の目的は対応する送受信機及び対応するアンテナ素子配置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの目的及び下記に論じられる他の目的は、請求項１に記載のアンテナ素子配置におけるマルチアンテナ信号処理のための方法や、請求項７に記載の無線通信ネットワークにおいてマルチアンテナ信号処理を実行するように適合された送受信機や、請求項９に記載のアンテナ素子配置によって達成される。
【０００７】
本発明によれば、マルチアンテナ信号処理のための方法は、水平方向に広がり同様に垂直方向に広がるアンテナ素子配置の関係においてアジマス方向に及び仰角方向にビームの向きを適合させることができる。ビームの向きは、異なるアンテナ素子に適切な複素アンテナ加重を適用することによって得られる。
【０００８】
本発明は、あるユーザに選択的にビームを向かせるように、ユーザが水平面内のどこに位置するかに応じてアジマス方向にビームを向けるだけでなく、仰角方向にも向けることができるという利点を提供する。ユーザが、例えばビルの高い階にいるか、飛行機中にいる場合に、又はユーザが基地局の近くであるか若しくは遠く離れている場合に、異なる仰角角度が適用されるであろう。
【０００９】
仰角方向の向きはアンテナ素子の各々に複素アンテナ加重を適用することによって得られ、その結果、純粋なソフトウェア解法がアンテナ素子をまったく機械的に移動させずに導入される。複素アンテナ加重は、コードブックの所定のアンテナ加重部又は基地局において計算した適応ノン−コードブックに基づくアンテナ加重のいずれかである。
【００１０】
本発明は、システムの性能を向上させるという利点を提供する。指向性のために、アンテナ配置利得を向上させ、より強い受信信号を結果としてもたらす。あるいは、従来技術におけるものと同じ受信電力を得るために、より低い送信電力しか必要としない。このケースでは、システム内ではより小さなセル間干渉しか受けず、システム能力を増加させることが可能である。その上、複数のユーザの空間分離性の改善によって、セル内干渉もまた減少する。
【００１１】
本発明は、時間で及び周波数方向において各ユーザに対して個別に、アジマス方向及び仰角方向を利用することができるより自由度の高いＭＩＭＯ（多入力多出力）アルゴリズムを可能にするという利点をさらに提供する。例えば、２次元ヌルステアリング又はゼロ・フォーシングは、マルチユーザＭＩＭＯのケースにおける１次元ヌルステアリング・セル干渉削減と比較して増強したものを結果としてもたらす。２次元複素アンテナ加重制御は、単一ユーザＭＩＭＯについて空間多重化及び線形プリコーディングを組み合わせることを可能にする。ネットワークＭＩＭＯ又は協働的（collaborative）ＭＩＭＯとしてマルチサイト調整したＭＩＭＯに関連して、さらなる利点を得ることができる。
【００１２】
本発明はセル間干渉調整アルゴリズムを改善するという利点をさらに提供する。
【００１３】
本発明のさらなる有利な特徴は従属請求項において明らかにされる。
【００１４】
本発明の他の特徴及び利点は、非限定的な例示として与えられる好ましい実施形態の下記の説明を読み、添付した図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来技術において公知の送受信機ベースバンド信号処理チェーン／送受信機のアンテナ素子配置部を示す図である。
【図２】本発明による送受信機ベースバンド信号処理チェーン／送受信機のアンテナ素子配置部を示す図である。
【図３】ビームフォーミングへの本発明の応用例を示す図である。
【図４】干渉調整への本発明の応用例を示す図である。
【図５】マルチサイト調整した多入力多出力アルゴリズムへの本発明の応用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、従来技術において公知の送受信機処理チェーン１１及びアンテナ素子配置１２を示す。処理チェーン１１はベースバンド信号又は複数のベースバンド信号成分の総和を入力として受信する。処理チェーン内ではデジタルベースバンド信号をアナログ信号に変換し、ＲＦ信号になるようにアップコンバートし、フィルタ処理し、前段増幅し、電力制御し、増幅する。増幅器の出力部において信号の一部を、逆行ループ制御目的のためにフィードバックし、信号の大部分をアンテナ素子配置１２へと送る。
【００１７】
アンテナ素子配置１２は４つの垂直に重ねたアンテナ素子１２１、．．．、１２４を備える。任意の数のアンテナ素子を垂直に重ねることができることは、当業者にとって明白であろう。その上、垂直に重ねたアンテナ素子１２１、．．．、１２４の複数の水平に配置したセットを処理チェーン１１に並列に接続することができる。図１は１セットだけを示している。
【００１８】
アンテナ素子配置１２の内部で、電力スプリッタ及び整合モジュール１２５は異なるアンテナ素子１２１、．．．、１２４を介して入力電力を分配することに関与する。アンテナ当たり１つの位相シフタは、異なるアンテナを介して送信すべき異なる信号に対して位相シフトを適用することに、やはり関与する。
【００１９】
全てのアンテナ素子１２１、．．．、１２４の設定を決定するために単一のベースバンド信号処理チェーンを使用するので、所望の一定のアンテナダウンチルトを実現するような方法で、ベースバンド信号成分に適用するアンテナ素子加重を選択する。別のアンテナ素子セットに対して、異なるアンテナ素子加重を使用することができる。
【００２０】
より詳しくは、セクタアンテナがｚ−方向に位置する素子の各列に対して１つの送受信機チェーンを有するときには、ダウンチルトは全てのユーザ及び全ての副搬送波に対してΘｄに固定され、時間でゆっくりと変化することができるだけである。１−Ｄビームフォーミングに関する主ローブ・ステアリングは、原理的には上記と同じであり、従って、ｉ番目のアンテナ素子に対して、次式のように書くことができる。
【００２１】
【数１】
0005345690.tif 000002
素子の列当たり１つだけの送受信機チェーンがあるので、列中のＭ個の素子のそれぞれ１個についてベースバンドにおいて計算した加重は、同じであり、
ｗＢＢ，１＝ｗＢＢ，２＝．．．＝ｗＢＢ，ｍである。
各個別の素子の制御がない。
主ローブ・ステアリングをアジマス方向に実現することができるだけである。
【００２２】
【数２】
0005345690.tif 000003
列に関して、Ｌ個のベースバンド加重を発生させることができ、ｌ番目の加重は次式である。
Ｗ１＝ｅｘｐ（−ｊｋ（ｙ１ｓｉｎφ））
固定のダウンチルトΘｄとともに、素子当たりの実効加重は、次式である。
Ｗ１＝ｅｘｐ（−ｊｋ（ｙ１ｓｉｎφｓｉｎΘｅｔ＋ＺｉｃｏｓΘｄ））
【００２３】
図２は、本発明による送受信機ベースバンド信号処理チェーン／アンテナ素子配置を示す。
【００２４】
送受信機は、アンテナ素子２１１、．．．、２４１にそのそれぞれが接続された複数の処理チェーン２１、．．．、２４を備える。処理チェーンの数は、送受信機のアンテナ素子の数に依存する。全ての処理チェーン２１、．．．、２４は、ベースバンド信号成分のそれぞれに適用した異なる複素加重で重み付けしたベースバンド信号成分の総和を入力として受信する。デジタルベースバンド信号は、並列処理チェーン内の、モジュール２１２、．．．、２４２においてアナログ信号に変換され、モジュール２１３、．．．、２４３においてアップコンバートされ、モジュール２１４、．．．、２４４においてフィルタ処理され、モジュール２１５、．．．、２４５において前段増幅され、モジュール２１６、．．．、２４６において電力制御され、増幅器２１７、．．．、２４７において増幅される。増幅器２１７、．．．、２４７の出力部において信号の一部を、逆行ループ制御目的のためにフィードバックし、信号の大部分をアンテナ素子配置２１１、．．．、２４１へと送る。
【００２５】
本発明によれば、各アンテナ素子２１１、．．．、２４１は、各ベースバンド成分に関する個々の複素アンテナ加重に対応するはずである。この目的のために、別々の処理チェーン２１、．．．、２４によって、各アンテナ素子２１１、．．．、２４１を制御することが必要である。各処理チェーン２１、．．．、２４へ入力する各ベースバンド信号に、好ましくは異なるアンテナ加重を適用する。
【００２６】
送受信機のこのアーキテクチャを使用することは、異なるアンテナ素子を個別に制御することや、各アンテナ素子に対して異なるアンテナ素子加重を使用することを可能にし、その結果各ベースバンド成分に対して水平及び垂直に配置したアンテナ素子を介した３次元制御を行うことができる。
【００２７】
各アンテナ素子に対して個別のアンテナ素子加重を割り当てることが可能であるという同じ効果を得るように、処理チェーンを適合させることができることが、当業者により理解されるであろう。この効果を得るために、処理チェーンの一部として述べた全てのモジュールが、必ずしも必要ではなく、その結果、本発明の範囲内のままで、これらのモジュールのうちのあるものを省略することができる。
【００２８】
前に述べた発明に基づき、複数の応用例を予想することができる。ビームフォーミングや、ＭＩＭＯや、干渉調整への本発明の主な応用例を下記に詳細に説明する。
【００２９】
図３は、ビームフォーミングへの本発明の応用例を示す。基地局３０が、垂直に重ねたアンテナ素子の水平に配置したセット又は水平の広がり及び垂直の広がりを示す２次元アンテナアレイのいずれかの本発明によるアンテナ素子配置を装備することが必須の前提条件である。
【００３０】
基地局に対する相対的な端末の位置、基地局に近い携帯電話３１か、基地局への大きな距離を有する自動車３２か、又はビルのそれぞれ１０階、２０階に置かれたエンドユーザ３３、３４、に応じて、最高の精度で各端末に達することができるように、基地局アンテナ配置において発生するビームの向きを、仰角方向及びアジマス方向に適合させることが必要である。仰角方向の向きは、基地局３０のアンテナ素子配置の異なるアンテナ素子に適切なアンテナ素子加重を適用することによって得られる。
【００３１】
ベースバンド信号処理を介して、水平アンテナパターン及び垂直アンテナパターンを発生し制御するように、仰角方向でのビームのこの向きを、アジマス方向でのビームに関するそれまでの最新技術の向きと組み合わせることができる。かかる解法は、アンテナアレイ利得を最大にすることを可能にし、端末３１、．．．、３４における受信電力レベルを大きくし、マルチユーザ動作において他の端末におけるセル内干渉を好ましくは減少させる。
【００３２】
好ましくは、ユーザの方向に正確に向いたビームを発生させるために、異なるアンテナ素子に適用する適切な複素アンテナ加重を基地局が計算できるように、基地局に対する相対的なユーザ端末の位置（基地局への距離、アジマス角度、仰角角度）を基地局に知らせる。複素アンテナ加重を計算するための可能性のある方法は、ある特定の方向に向けるために、加重ベクトルを決定することにある。
【００３３】
【数３】
0005345690.tif 000004
をステアリングベクトルと呼ぶ。ｉ番目のアンテナ素子に関して、これを次式のように書くことができる。
【００３４】
【数４】
0005345690.tif 000005
これは、このｙ、ｚ平面内の各素子に対して１つの送受信機チェーンを考慮している。
ＯＦＤＭシステムでは、所望のφ方向及びΘ方向にビームを向けるために、加重を、個別にユーザ当たり、ＯＦＤＭシンボル当たり、及び副搬送波当たり変化させることができる。複素アンテナ加重は、コードブックの所定のアンテナ加重部又は基地局において計算した適応ノン−コードブックに基づくアンテナ加重のいずれかである。
【００３５】
図４は干渉調整への本発明の応用例を示す。
【００３６】
図４は、２つの隣接するセル内の２つの基地局４１、４２及び２つの端末４３、４４を示す。移動端末４３は、それ自体の取扱い基地局４１の近くにあり、移動端末４４はそれ自体の取扱い基地局４２から遠く離れている。本発明によれば、各セル内のユーザを基地局へのそれらの距離に従ってソートし、端末がどのグループに属するかに応じて異なる仰角を有するビームを基地局から向けることで、２つの隣接するセル間の干渉を低減することができる。基地局に近いユーザのグループ及び基地局から遠く離れたユーザのグループの、ユーザの２つのグループがセル内に作られるケースでは、基地局に近いユーザのグループは小さな仰角角度ａを有する基地局からのビームを受信するであろう、ところが基地局から遠く離れたユーザのグループは大きな仰角角度ｂを有するビームを受信するであろう。これは、基地局４１から近いユーザ４３に向けられたビームが基地局４２から遠く離れたユーザ４４に向けられたビームと干渉しない又はほとんど干渉しないという利点を提供する。この配置は、過剰な干渉を生じさせずに、基地局４２から遠く離れたユーザに対するものと同じリソースを使用して基地局４１に近いユーザをスケジュールすることを可能にする。これは、無視できるレベルの干渉で動作する周波数再使用１システムを持つことに役立つ。
【００３７】
ユーザの２つ以上のグループを基地局の周りに作ることができることが、当業者によって理解されるであろう。グループを作るための主な基準は、基地局の周りの同心円に対応する複数の角度値を決めることであるはずであり、そこでは２つの同心円の間に位置するユーザに達するために異なる仰角角度を使用する。
【００３８】
図５はマルチサイト調整した送信への本発明の応用例を示す。図５は、基地局５１、５２を有する２つの隣接するセル及び基地局５１に近い１つの移動端末５３を示す。基地局５１及び５２は、端末５３に向けて共通の送信を実行する。これは、特に、ネットワークＭＩＭＯアルゴリズム又は協働的ＭＩＭＯアルゴリズムにおいてあてはまる。本発明によれば、基地局５１によって送られるビームの仰角を基地局５１と端末５３との間の距離に適合させ、一方で、基地局５２によって送られるビームの仰角を基地局５２と端末５３との間の距離に適合させる。これは、特に、高過ぎる送信電力を用いずに基地局５２から、従って、過剰な干渉を生じさせずに、適切な方法で端末５３を取り扱うことを可能にする。再び、基地局５１と移動端末５３との間で通信するために使用する複素アンテナ加重を、基地局５１のアンテナから端末５３を見る仰角角度及びアジマス角度に適合させる必要があり、同様に、基地局５３と移動端末５３との間で通信するために使用する複素アンテナ加重を、端末５３を基地局５２のアンテナから見る仰角角度及びアジマス角度に適合させる必要がある。
【図１】
0005345690.tif 000006
【図２】
0005345690.tif 000007
【図３】
0005345690.tif 000008
【図４】
0005345690.tif 000009
【図５】
0005345690.tif 000010