(57)【要約】ダウンリンク・ビーム形成装置および方法。一実施形態では、本発明の教示による方法は、複数のアンテナ・アレイ素子からアップリンク通信信号を受信するステップ、環境の動作状態を選択するステップ、および選択された環境の動作状態に応答して、ダウンリンク通信信号中に使用するダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するステップを含む。
2004516742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ・アレイ素子からアップリンク通信信号を受信するステップと、
環境の動作状態を選択するステップと、
選択された環境の動作状態に応答して、ダウンリンク通信信号中で使用されるダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するステップと
を含む方法。
【請求項２】
環境の動作状態が、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号に応答して選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するステップが、ロー・クラッタ環境が選択された動作状態である場合には、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号から導出されたチャネル情報を使うステップを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するステップが、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号から推定された到来角（ＡＯＡ）を使うステップを含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ダウンリンク・ビーム形成の重みが、ハイ・クラッタ低混信環境が選択された動作状態である場合には、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号のアップリンク空間のシグネチャに応答して推定される請求項２に記載の方法。
【請求項６】
アップリンク空間のシグネチャを推定するステップが、受信したアップリンク通信信号と基準信号の相関関係を推定するステップを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ダウンリンク・ビーム形成の重みが、ハイ・クラッタ高混信環境が選択された動作状態である場合には、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号のアップリンク最適重みに応答して推定されるステップを含む請求項２に記載の方法。
【請求項８】
ダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するステップが、
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号からアップリンク最適重みを推定するステップと、
所望の遠隔端末装置および干渉物に対応する到来角（ＡＯＡ）を推定するステップと、
干渉物に向けられたナルを広くするステップとを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
複数のアンテナ素子と、
複数のアンテナ・アレイ素子からアップリンク通信信号を受信するために結合された受信機と、
選択された環境の動作状態に応答して、ダウンリンク通信信号中で使用されるダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するために結合された信号プロセッサとを含む装置。
【請求項１０】
信号プロセッサが、アップリンク通信信号を受信するために結合され、信号プロセスが、複数のアンテナ素子から受信したアップリンク通信信号に応答して、環境の動作状態を選択する請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
複数のアンテナ素子から受信したアップリンク通信信号を記憶するために、複数のアンテナ素子に結合されたメモリをさらに含む請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
信号プロセッサが、ロー・クラッタ環境が選択された動作状態である場合には、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号から導出されたチャネル情報を使って、ダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するために結合されている請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
信号プロセッサが、ハイ・クラッタ低混信環境が選択された動作状態である場合には、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号のアップリンク空間のシグネチャに応答してダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するために結合されている請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
信号プロセッサが、ハイ・クラッタ高混信環境が選択された動作状態である場合には、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号のアップリンク最適重みに応答してダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するために結合されている請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
複数のアンテナ・アレイ素子からアップリンク通信信号を受信し、
環境の動作状態を選択し、かつ
選択された環境の動作状態に応答して、ダウンリンク通信信号中で使用されるダウンリンク・ビーム形成の重みを推定する機械可読命令を記憶している機械可読媒体。
【請求項１６】
複数のアンテナ・アレイ素子からのアップリンク通信信号を記憶する機械可読命令をさらに含む請求項１５に記載の機械可読媒体。
【請求項１７】
ロー・クラッタ環境が選択された動作状態である場合には、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号から導出されたチャネル情報を使って、ダウンリンク・ビーム形成の重みを推定する機械可読命令をさらに含む請求項１６に記載の機械可読媒体。
【請求項１８】
ハイ・クラッタ低混信環境が選択された動作状態である場合には、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号のアップリンク空間のシグネチャに応答して、ダウンリンク・ビーム形成の重みを推定する機械可読命令をさらに含む請求項１６に記載の機械可読媒体。
【請求項１９】
ハイ・クラッタ高混信環境が選択された動作状態である場合には、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号のアップリンク最適重みに応答して、ダウンリンク・ビーム形成の重みを推定する機械可読命令をさらに含む請求項１６に記載の機械可読媒体。
【請求項２０】
複数のアンテナ素子からアップリンク通信信号を受信するための手段と、
受信したアップリンク通信信号を記憶するための手段と、
環境の動作状態を選択するための手段と、
選択された環境の動作状態に応答して、ダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するための信号処理手段とを含む装置。
【請求項２１】
環境の動作状態を選択するための手段が、複数のアンテナ素子から受信したアップリンク通信信号に応答する請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
複数のアンテナ素子から受信したアップリンク通信信号を記憶する手段をさらに含む請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
ロー・クラッタ環境が選択された動作状態である場合には、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号から導出されたチャネル情報を使って、ダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するために信号処理手段がさらに結合されている請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
ハイ・クラッタ低混信環境が選択された動作状態である場合には、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号のアップリンク空間のシグネチャに応答して、ダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するために信号処理手段がさらに結合されている請求項２０に記載の装置。
【請求項２５】
ハイ・クラッタ高混信環境が選択された動作状態である場合には、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク通信信号のアップリンク最適重みに応答して、ダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するために信号処理手段がさらに結合されている請求項２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０００年９月２２日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ａｎ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ  Ｉｎ  Ａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ（通信システムにおける動作状態を判定するための方法および装置）」という名称の、本出願の譲受人に譲渡された同時係属出願第０９／６６８，６６４号に関するものである。
【０００２】
発明の背景
発明の分野
本発明は、一般に、通信システムに関し、より詳細には、本発明は、アンテナ・アレイを利用した無線通信システムに関する。
【０００３】
背景の情報
アンテナ・アレイは、無線周波数信号を送信および／または受信する通信システムにおいて使用することができる。アンテナ・アレイは、一般に、空間的に分離されたいくつかのアンテナを含み、無線通信システム、セルラ・システム、テレビ放送、ポイント・ツー・ポイント・システム、ページング・システム、メディカル・アプリケーションなどを始めとして、多数の無線アプリケーションで利用することができる。
【０００４】
このようなシステムでアンテナ・アレイを使用すると、単一素子アンテナを使用するよりもアンテナの性能が向上することが多い。このようなアンテナの性能向上には、受信信号の場合は、信号対雑音比の向上および混信阻止を含めることができる。送信信号の場合のアンテナの性能向上には、指向性の向上、それによる他の共通チャネル利用者に向けられる電力の低減、セキュリティ、および送信電力要件の低減が含まれる。アンテナ・アレイは、信号の受信のみに、信号の送信に、または信号の受信と送信の両方に使用することができる。
【０００５】
アンテナ・アレイ・システムの代表的なアプリケーション例は無線通信システムの場合である。例として、セルラ通信システムおよび無線ローカル・ループ・システムが挙げられる。一般に、このような無線通信システムは、通例、基地局と呼ばれる１つまたは複数の通信基地を含み、そのそれぞれが、遠隔端末装置およびハンドセットとも呼ばれるその加入者ユニットと通信を行う。セルラ・システムでは、遠隔端末装置が一般にモバイルであり、無線ローカル・ループ・システムでは、遠隔ユニットが一般に固定された場所にある。
【０００６】
アンテナ・アレイは、典型的には、基地局にあるが、利用者端末装置にも採用することもできる。遠隔端末装置から基地局への通信は一般にアップリンクと呼ばれ、基地局から遠隔端末装置への通信は一般にダウンリンクと呼ばれる。時分割二重（ＴＤＤ）システムでは、特定の遠隔端末装置を使ったアップリンクおよびダウンリンク通信が同じ周波数で、しかし異なるタイムスロットで発生する。周波数分割二重（ＦＤＤ）システムでは、特定の遠隔端末装置を使ったアップリンクとダウンリンク通信が異なる周波数で発生し、同時に発生する場合もあればしない場合もある。
【０００７】
ＦＤＤでは、アップリンクおよびダウンリンクの通信チャネルで異なる周波数が使用されるため、基地局と遠隔端末装置の間のアップリンクおよびダウンリンクの通信チャネルにおける信号の挙動は異なる。チャネルのマルチパス成分が多ければ多いほど、その差異がはっきりしてくる。マルチパス環境においては、例えば建物などによって生じる散乱および／または反射が、通信信号の振幅や位相の変化、および／またはその中のマルチパス成分の原因となる。マルチパス成分は、異なる周波数では異なって挙動し、アンテナ・アレイに到着する通信信号は周波数とともに変化する。したがって、このため、ＴＤＤシステムではアップリンクおよびダウンリンクの周波数が同じなので、ＦＤＤシステムの場合の方がＴＤＤシステムの場合よりも、ダウンリンクのビーム形成をより困難なものとなっている。無線通信システムの性能は、その環境における散乱体の存在によって影響を受ける。
【０００８】
無線通信システムの性能に影響を与える別の要因は、その環境において同じ周波数またはチャネルを同時に利用する複数の遠隔端末装置の存在である。同じ周波数を利用する他のソースまたは遠隔端末装置の数が増えれば増えるほど、通信チャネル中の混信量も増加する。
【０００９】
発明の概要
ダウンリンク・ビーム形成装置および方法を開示する。一実施態様では、本発明の教示による方法は、複数のアンテナ・アレイ素子からアップリンク通信信号を受信するステップ、環境の動作状態を選択するステップ、および選択された環境の動作状態に応答して、ダウンリンク通信信号中で使用されるダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するステップを含む。本発明のさらなる特徴および利益は、以下の詳細な説明、図、および特許請求の範囲から明らかになろう。
【００１０】
本発明を、添付の図面の非限定的な例によって説明する。
【００１１】
詳細な説明
本発明の一態様では、通信システムの動作状態または環境に基づいてダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するための方法および装置を開示している。以下の説明では、本発明が完全に理解されるよう、多数の特定の詳細を述べている。しかし、当業者には、本発明を実施するために、特定の詳細を使用する必要がないことが明らかであろう。別の場合では、本発明が分かりにくくなることを避けるために、周知の材料または方法については詳細に記載していない。
【００１２】
本明細書において「一実施形態」または「ある実施形態」と言っているのは、その実施形態に関連して説明している特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも一実施形態に含まれていることを意味している。したがって、本明細書では様々な個所に「一実施形態では」または「ある実施形態では」というフレーズがあるが、それらは必ずしもすべて同じ実施形態を指しているとは限らない。さらに、１つまたは複数の実施形態において、特定の特徴、構造、または特性を、任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００１３】
本発明の一態様では、無線通信システム中の基地局は、その無線通信システムが動作している環境または状態を推定する能力を備えている。基地局から遠隔端末装置へのダウンリンク通信信号のダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するために使用する方法は動作状態に応じた推定を行う。例えば、一実施形態では、ダウンリンク・ビーム形成の重みは、ロー・クラッタ（散乱物の少ない）環境、ハイ・クラッタ（散乱物の多い）低混信環境、またはハイ・クラッタ高混信環境が推定されたかどうかに応じて、異なって推定される。
【００１４】
一実施形態では、基地局は、複数のアンテナ素子を備えたアンテナ・アレイを含む。アンテナ・アレイ中のアンテナ・素子がアップリンク通信信号を受信し、その信号を処理して、基地局がロー・クラッタ、ハイ・クラッタ低混信環境、またはハイ・クラッタ高混信環境で動作しているかどうかを推定する。環境が推定された後、次いで、推定された環境状態に基づいて、ダウンリンク通信中で使用されるダウンリンク・ビーム形成の重みが推定される。
【００１５】
例えば、図１は、本発明の教示による、無線通信システムの基地局１０１の一実施形態を示す構成図である。図示のように、基地局１０１は、複数のアンテナ素子１０５、１０７を有するアンテナ・アレイ１０３を含む。図１では、説明の目的で、アンテナ・アレイ１０３を、２つのアンテナ素子１０５、１０７を有するものとして示してあるが、アンテナ・アレイ１０３は、本発明の教示に従って、２つよりも多くのアンテナ素子を含むことができる。図示のように、アップリンク通信信号１１７を、アンテナ・アレイ１０３のアンテナ素子１０５、１０７が受信する。一実施形態では、アップリンク通信信号１１７は、無線通信システムの１つまたは複数の遠隔端末装置から送られてくる。
【００１６】
説明している実施形態は、アンテナ・アレイ１０３のアンテナ素子１０５、１０７からのアップリンク通信信号１１７を受信する受信機１０９が結合されている。一実施形態では、信号プロセッサ１１１が、アップリンク通信信号１１７を受信するために受信機１０９に結合されている。一実施形態では、記憶装置１１３が、受信機１０９が受信したアップリンク通信信号１１７を記憶するために受信機１０９に結合されており、信号プロセッサ１１１が、記憶された通信信号を受信するために、記憶装置１１３に結合されている。一実施形態では、記憶装置１１３は、信号プロセッサ１１１が実行できるソフトウェア命令が記憶されている機械可読媒体である。
【００１７】
図１の実施形態に示すように、信号プロセッサ１１１は、受信したアップリンク通信信号１１７を処理し、受信したアップリンク通信号１１７に応答して環境推定１１５を生成する。一実施形態では、環境推定１１５は、ロー・クラッタ環境、ハイ・クラッタ低混信環境、またはハイ・クラッタ高混信環境の推定である。
【００１８】
本発明の実施形態で採用することができる、環境推定１１５などの、環境を推定するための様々なデバイス、方法、および／または技術が、２０００年９月２２日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ａｎ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ  Ｉｎ  Ａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ（通信システムにおける動作状態を判定するための方法および装置）」という名称の、本譲受人に譲渡された同時係属出願第０９／６６８，６６４号に開示されていることに留意されたい。
【００１９】
一実施形態では、信号プロセッサ１１１は、次いで、ダウンリンク通信信号に使用されるダウンリンク・ビーム形成の重み１３１を推定する。一実施形態では、ビーム形成の重み１３１を推定するために使用する方法および／または技術は、環境推定１１５に基づいている。例えば、一実施形態では、環境推定１１５でロー・クラッタ環境が推定された場合には、第１の技術を使ってダウンリンク・ビーム形成の重み１３１を推定する。推定１１５でハイ・クラッタ低混信環境が推定された場合には、第２の技術を使って、ダウンリンク・ビーム形成の重み１３１を推定する。推定１１５でハイ・クラッタ高混信環境が推定された場合には、第３の技術を使って、ダウンリンク・ビーム形成の重み１３１を推定する。
【００２０】
例えば、図２は、本発明の教示による、ロー・クラッタ環境で動作する基地局２０１の一実施形態を示す構成図である。本明細書の目的においては、ロー・クラッタ環境は、マルチパス成分を発生させる可能性がある散乱体などが比較的少ない環境に相当する。このような環境は、例えば、１階または２階建ての建物が多い郊外の環境で見られる。場合によっては、基地局と遠隔端末装置の間で見通せることがある。
【００２１】
図２に示すように、基地局２０１は、遠隔端末装置２１９からアップリンク通信信号２１７を受信するアンテナ・アレイ２０３を含む。一実施形態では、基地局２０１はセルラ基地局などのことがあり、また、遠隔端末装置はセルラ電話などのモバイル・ユニットのことがある。しかし、本発明は、例えばセルラ・システム用など、いずれかの特定のタイプの無線アプリケーションに限定されるものではなく、アンテナ・アレイを使用している様々なタイプの無線システムおよびアプリケーションで利用することができる。一実施形態では、本発明が、空間分割多元アクセス（ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ：ＳＤＭＡ）システム、または、アダプティブ・アレイ（ａｄａｐｔｉｖｅ ａｒｒａｙ）を利用することができるその他のタイプのシステムにおいて有用である。例えば、本発明の一実施形態を、時分割二重（ＴＤＤ）または特に周波数分割二重（ＦＤＤ）の通信システムにおいて、および／またはその他の無線アーキテクチャとともに利用することができる。さらに、本発明の諸実施形態の様々な素子のそれぞれまたは組み合わせを、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実装することができる。
【００２２】
図２に戻ると、その環境には散乱体２２３が存在するが、比較的少ない。したがって、図２に示す環境は、ロー・クラッタ環境の例である。伝搬の観点からすると、基地局２０１と遠隔端末装置２１９の間の通信チャネルは良好である。一実施形態では、基地局２０１は、アンテナ・アレイ２０３を介してアップリンク通信信号２１７を受信する。基地局２０１は、そのアップリンク信号２１７を処理して、環境推定２１５を生成する。これは、図２の場合は、ロー・クラッタ環境の推定である。一実施形態では、基地局２０１も、アップリンク信号２１７および環境推定２１５に応答して、ダウンリンク通信信号に使用されるダウンリンク・ビーム形成の重み２３１を推定する。
【００２３】
図３は、本発明の教示による、ハイ・クラッタ／低混信環境で動作する基地局３０１の一実施形態を示す構成図である。本明細書の目的においては、ハイ・クラッタ環境は、マルチパス成分を発生させる可能性がある散乱体などが比較的多い環境に相当する。このような環境の一例として、高層ビルが多く、伝搬環境が比較的厳しい都会の環境が挙げられる。一般に、ハイ・クラッタ環境には見通せる伝搬条件はない。都会またはハイ・クラッタ環境の伝搬チャネルは、通常、複数の伝搬経路を含み、郊外の環境の場合のように主経路を含まない。したがって、ハイ・クラッタ環境では、一般に、入って来るアップリンク信号の到来角の拡がりが著しい。本明細書の目的においては、低混信環境とは、同じ周波数またはチャネルを同時に利用するソースまたは遠隔端末装置が比較的少ない環境に相当する。
【００２４】
図３に示すように、基地局３０１は、遠隔端末装置３１９からアップリンク通信信号３１７を受信するアンテナ・アレイ３０３を含む。図３に示すように、散乱体３２３、３２５、３２７、３２９を含めて、比較的多数の散乱体が存在する。比較的多数の散乱体は、アップリンク通信信号３１７中に多くのマルチパス成分を生成させる。したがって、図３に示す環境はハイ・クラッタ環境である。さらに、図３に示す例では、比較的少ない遠隔端末装置しか示しておらず、その１つを遠隔端末装置３１９として示してある。したがって、図示の環境は低混信環境の例である。
【００２５】
一実施形態では、基地局３０１は、アンテナ・アレイ３０３を介してアップリンク通信信号３１７を受信する。基地局３０１は、アップリンク信号３１７を処理して、環境推定３１５を生成する。これは、図３の場合は、ハイ・クラッタ低混信環境の推定である。一実施形態では、基地局３０１も、アップリンク信号３１７および環境推定３１５に応答して、ダウンリンク通信信号に使用されるダウンリンク・ビーム形成の重み３３１を推定する。
【００２６】
図４は、本発明の教示による、ハイ・クラッタ／高混信環境で動作する基地局４０１の一実施形態を示す構成図である。本明細書の目的においては、高混信環境は、同じ周波数またはチャネルを同時に利用するソースまたは遠隔端末装置が比較的多い環境に相当する。このような環境の一例として、例えば混雑しているダウンタウンや空港の環境など、多くの無線電話利用者が同じチャネルを使用している環境が挙げられる。
【００２７】
図４に示すように、基地局４０１は、遠隔端末装置４１９、４２１を始めとする多くの遠隔端末装置からアップリンク通信信号４１７を受信するアンテナ・アレイ４０３を含む。図４に示すように、散乱体４２３、４２５、４２７、４２９を含めて、比較的多数の散乱体が存在する。比較的多数の散乱体は、アップリンク通信信号４１７中に多くのマルチパス成分を生成させる。したがって、図４に示す環境はハイ・クラッタ環境である。さらに、図４に示す例は、比較的多い遠隔端末装置を示しており、その２つを遠隔端末装置４１９、４２１として示してある。したがって、図示の環境は高混信環境の例である。
【００２８】
一実施形態では、基地局４０１は、アンテナ・アレイ４０３を介してアップリンク通信信号４１７を受信する。基地局４０１は、そのアップリンク通信信号４１７を処理して、環境推定４１５を生成する。これは、図４の場合は、ハイ・クラッタ／高混信環境である。一実施形態では、基地局４０１も、アップリンク信号４１７および環境推定４１５に応答して、ダウンリンク通信信号に使用されるダウンリンク・ビーム形成の重み４３１を推定する。
【００２９】
基地局から遠隔端末装置へのダウンリンク通信信号のダウンリンク・ビーム形成の重みを推定する方法の一実施形態の全体を、図５の流れ図５０１に示す。図５の流れ図５０１に示す方法は、例えば図１から図４に示す基地局など、基地局によって実施される。ブロック５０３に示すように、アップリンク信号を、例えば、図１のアンテナ・アレイ１０３の複数のアンテナ素子１０５、１０７が受信する。一実施形態では、アップリンク信号が受信機１０３に供給され、次いで、信号プロセッサ１１１に供給される。一実施形態では、アップリンク信号が記憶装置１１３に記憶され、次いで信号プロセッサ１１１に供給される。別の一実施形態では、アップリンク信号が、直接、受信機１０９から受信される。
【００３０】
一実施形態では、ブロック５０５は、次いで、環境が選択されたことを示す。前述したように、環境の動作状態を推定するための方法および／または技術の例が、２０００年９月２２日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ａｎ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ  Ｉｎ  Ａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ（通信システムにおける動作状態を判定する方法および装置）」という名称の、本譲受人に譲渡された同時係属出願第０９／６６８，６６４号に記載されている。
【００３１】
ブロック５０７は、一実施形態では、次いで、例えばブロック５０５で生成された、選択された動作状態に対応して、ダウンリンク・ビーム形成の重みが生成されることを示している。一実施形態では、本開示の恩恵を受ける当業者は、ブロック５０７で生成されたダウンリンク・ビーム形成の重みを利用して、基地局から遠隔端末装置へのダウンリンク通信信号を生成することができる。
【００３２】
図示するように、図６は、本発明の教示による、ダウンリンク通信信号に使用するダウンリンク・ビーム形成の重みを形成する方法の一実施形態を示す。ブロック６０３で示すように、ロー・クラッタ環境が推定された場合には、第１のアプローチを使ってダウンリンク・ビーム形成の重みを推定する。一実施形態では、ブロック６０３によりロー・クラッタ環境が推定された場合には、アップリンク通信信号から導出されたチャネル情報を使って、ダウンリンクの空間の処理を行う。例えば、一実施形態では、ブロック６０５は、ロー・クラッタ環境が推定された場合には、アップリンク通信信号から到来角（ＡＯＡ）が推定されることを示す。一実施形態では、次いで、ブロック６０７に示すように、推定されたＡＯＡに基づいてダウンリンク・ビーム形成の重みが計算される。
【００３３】
一実施形態では、周知の技術を利用して、ＡＯＡを推定することができる。本発明の技術に従って利用できる、既知のＡＯＡ推定技術には、例えば、遅延和法（Ｄｅｌａｙ  ａｎｄ  Ｓｕｍ  ｍｅｔｈｏｄ）、Ｃａｐｏｎ法、複数信号分類（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）（ＭＵＳＩＣ）法、および回転不変性技術による信号パラメータの推定（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｖｉａ  Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）（ＥＳＰＲＩＴ）法が含まれる。
【００３４】
遅延和法は、伝統的ビームフォーマ法（ｃｌａｓｓｉｃａｌ ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ ｍｅｔｈｏｄ）またはフーリエ法とも呼ばれる。ビームフォーマは、任意の角度θの空間のシグネチャである重量ｗを使用する。したがって、ｗ＝ａ（θ）である。各方位角について、ビームフォーマの出力が計算される。最大出力に対応するＡＯＡが、ソースＡＯＡとして宣言される。この既知の技術によって、ブロード・ビームが生成される。
【００３５】
既知のＣａｐｏｎ法は、ルック・アングルθでビームを形成するが、また、無相関の混信（ｕｎｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）をゼロにしようと試みる。これは、ビームがルック・アングルの方向で形成されるという制約のもとに、出力を最小限にすることによって達成される。すなわち、
ｍｉｎｗＥ［ｙ（ｋ）］２＝ｍｉｎｗｗＨＲＺＺｗ    （式１）
ただし、
ｗＨａ（θ）＝１    （式２）
式中、ｙは出力であり、ｗは重量ベクトルであり、Ｈはエルミート転置を表し、ＲＺＺは入力相関行列である。ＡＯＡの関数としての出力スペクトルが、以下によって得られる。
ＰＣａｐｏｎ（θ）＝１／（ａＨＲＺＺａ（θ））    （式３）
【００３６】
既知のＭＵＳＩＣ技術は、入力共分散行列の固有構造を探求する、高解像度アルゴリズムである。ＭＵＳＩＣは、入射信号の数、それらのＡＯＡ、それらの強度、および入射信号間の相互相関を推定する、信号パラメータ推定アルゴリズムである。共分散行列の固有ベクトルは、２つの直交する部分空間、信号部分空間と雑音部分空間のいずれかに属する。信号のＡＯＡに対応するステアリング・ベクトルは信号部分空間にあり、したがって雑音部分空間に直交している。あらゆる可能な行列において、雑音部分空間の固有ベクトルが張る空間に垂直なステアリング・ベクトルをサーチすることによって、ＡＯＡが推定される。
【００３７】
既知のＥＳＰＲＩＴ技術は、ＭＵＳＩＣの計算および記憶要件を低減する別の部分空間技術である。ＥＳＰＲＩＴは、網羅的なサーチまたは正確な較正を必要としない。ＥＳＰＲＩＴは、２つの等サイズの部分行列に分解できる構造を備えた行列要素を利用することによって、それを有利なものにしている。その２つの部分行列の対応する要素は、固定並進距離 ― 回転距離ではなく ― だけ互いにずれている。
【００３８】
上述のＡＯＡ技術はすべて、アンテナ・アレイが較正されていること、すなわちアンテナ、受信機、および送信機のチェーンによるすべての変動が取り除かれていることを前提としている。均一な線形アレイの場合、特定の入射角（θ）のアップリンクの空間のシグネチャを次のように書き表すことができる。
ａｕ（θ）＝［ｌ  ｅｊ２πｄｃｏｓ（θ）／λｕ・・・ｅｊ２π（Ｍ−ｌ）ｄｃｏｓ（θ）／λｕ］Ｔ  （式４）
式中、ｄは素子間の間隔であり、λｕはアップリンクの波長、Ｍは、その時のアンテナ・アレイ中の素子の数である。一実施形態では、ダウンリンク空間のシグネチャが、アップリンクの波長（λｕ）を、ダウンリンク通信信号中で使用されるダウンリンクの波長（λｄ）と置き換えることによって得られる。
【００３９】
アップリンク通信信号中には、１台の遠隔端末装置に関連する複数のＡＯＡ成分がある場合がある。一実施形態では、各遠隔端末装置に関連するＡＯＡは、互いに分離され、ダウンリンクの重みは次のように推定される。最初に、例えば、赤池の情報量基準（Ａｋａｉｋｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｒｉｔｅｒｉａ：ＡＩＣ）、最小記述長（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｖｅ Ｌｅｎｇｔｈ：ＭＤＬ）などの知られているオーダ推定アルゴリズムを使って、ソース数が推定される。次に、例えば、反復最小二乗プロジェクション（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ：ＩＬＳＰ）法などの知られている技術を使って、様々な遠隔端末装置のアップリンク空間のシグネチャが分離される。次いで、アップリンク空間のシグネチャにＡＯＡ推定アルゴリズムが適用され、各遠隔端末装置に関連するＡＯＡが推定される。次いで、各遠隔端末装置の主ＡＯＡが選択され、以下の式を使って、ダウンリンク・ビーム形成の重みが形成される。
Ｗｉ＝（ＡＨＡ）−１ａｉ  （式５）
式中、ｗはダウンリンク・ビーム形成の重みベクトルであり、Ａ行列は、全ての遠隔端末装置のダウンリンク空間のシグネチャを含み、Ｈは、エルミート転置（Ｈｅｒｍｉｔｉａｎ ｔｒａｎｓｐｏｓｅ）を表し、ａｉはｉ番目の遠隔端末装置のダウンリンク空間のシグネチャである。したがって、本発明の一実施形態では、最大出力のＡＯＡ成分のみを使用して、ダウンリンク・ビーム形成の重みを計算する。したがって、ｗｉは、本発明の教示に従って、ロー・クラッタ環境中のダウンリンク通信信号について推定したダウンリンク・ビーム形成の重みを表す。
【００４０】
図６の流れ図６０１に戻ると、ブロック６０９は、ハイ・クラッタ低混信環境が推定された場合には、第２のアプローチを使ってダウンリンク・ビーム形成の重みが推定されることを示している。一実施形態では、ブロック６０９によりハイ・クラッタ低混信環境が推定された場合には、ブロック６１１は、次いでアップリンク空間のシグネチャが推定されることを示す。ブロック６１３によれば、次いで、アップリンク空間のシグネチャに基づいて、ダウンリンク・ビーム形成の重みが計算される。
【００４１】
一実施形態では、ハイ・クラッタ低混信環境の場合のアップリンク空間のシグネチャがアップリンク通信信号のＡＯＡからではなく、入力アレイ信号を基準信号と相関させることによって推定される。したがって、推定されるアップリンク空間のシグネチャは、次のように推定される。
ａ＾ｕ＝ｒｚｓ＝［ＺＨｓ］Ｍ×ｌ  （式６）（訳注＾はその前の文字の上に付く）
式中、ａ＾ｕは推定されたアップリンク空間のシグネチャであり、ｒｚｓは入力アレイ信号Ｚと基準信号ｓの相関関係である。Ｈはエルミート転置であり、Ｍはその時のアンテナ・アレイ中の素子の数である。一実施形態では、次いで、ハイ・クラッタ低混信環境の場合のダウンリンク・ビーム形成の重みが次のように推定される。
ｗｄ＝ａ＾ｕ＊  （式７）
式中、ｗｄは、本発明の教示に従って、ハイ・クラッタ低混信環境中のダウンリンク通信信号について推定したダウンリンク・ビーム形成の重みを表す。
【００４２】
図６の流れ図６０１に戻ると、ブロック６１５は、ハイ・クラッタ高混信環境が推定された場合には、第３のアプローチを使ってダウンリンク・ビーム形成の重みが推定されることを示している。一実施形態では、ブロック６１５によりハイ・クラッタ高混信環境が推定された場合には、次いで、ブロック６１７で、アップリンク最適重みが推定されることを示す。一実施形態では、次いで、アップリンク・ビーム・パターンから所望の遠隔端末装置および干渉物のＡＯＡが推定される。ブロック６１９に示すように、一実施形態では、次いで、知られているナル広幅化技術（ｎｕｌｌ ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使って干渉物に向けられたナルを広くすることにより、ダウンリンク・ビーム形成の重みが推定される。したがって、所望の遠隔端末装置には増大させた出力が向けられ、干渉物には減少させた出力が向けられる。
【００４３】
例えば、一実施形態では、次のようにアップリンク最適重みが計算される。
ｗ［Ｍ×ｌ］＝Ｒｚｚ−１ｒｚｓ  （式８）
上式で、ｗは、アップリンク最適重みを表すＭ×１行列であり、Ｍは、その時のアンテナ・アレイ中の素子の数であり、Ｒｚｚは、以下に従って計算された相関行列である。
Ｒｚｚ＝［Ｚ’Ｚ］Ｍ×Ｍ  （式９）
また、ｒｚｓは、以下に従って計算した相関ベクトルである。
Ｒｚｓ＝［Ｚｓ］Ｍ×ｌ  （式１０）
式中、Ｚは、受信したアップリンク通信信号を表す行列を表し、ｓは基準信号を表し、Ｍはその時のアンテナ・アレイ中の素子の数である。
【００４４】
一実施形態では、アップリンク最適重み、ｗ［Ｍ×ｌ］が推定された後、次いで、本開示の恩恵を受ける当業者に知られている技術を使って、アップリンク・ビーム・パターンを形成することができる。当業者には知られているように、アップリンク・ビーム・パターン中に位置するナルは、干渉物に対応する。一実施形態では、次いで、アップリンク・ビーム・パターン中に位置するナルが、知られている技術によって広げられ、次いで、本発明の教示に従って、ハイ・クラッタ高混信環境についてダウンリンク・ビーム形成の重みが判定される。当業者には知られているように、ビーム・パターン中のナルは、干渉物のＡＯＡに対応する。したがって、本発明の教示によれば、ビーム・パターン中のナルを干渉物のＡＯＡで広くすることにより、ダウンリンク・ビーム形成の重みから生成されたダウンリンク通信信号中の干渉物に、減少させた出力が向けられる。別の実施形態では、本発明の教示に従って、干渉物に向けられる出力を減少させるためのナル広幅化技術を、ハイ・クラッタ高混信以外の環境状態において使用できることを理解されたい。
【００４５】
要約に記載していることを含め、上記の詳細な説明では、本発明の方法および装置を、それらの特定の例示的実施形態を参照しながら説明してきた。しかし、本発明の広範な趣旨および範囲を逸脱することなく、それらに様々な修正および変更を施すことができることが明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、限定的なものとしてではなく、例示的なものとしてみなされるべきである。この説明および要約は、本発明を網羅することも、あるいは開示している形態の通りに限定することも目的とするものではない。
【００４６】
特許請求の範囲で使用している用語を、本明細書で開示している特定の実施形態に本発明を限定するものとして解釈してはならない。そうではなく、本発明の範囲は、もっぱら、確立されている請求項の解釈の原則に従って解釈されるべきものである、特許請求の範囲によって決定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の教示による基地局の一実施形態を示す構成図である。
【図２】
本発明の教示による、ロー・クラッタ環境で動作する基地局の一実施形態を示す構成図である。
【図３】
本発明の教示による、ハイ・クラッタ／低混信環境で動作する基地局の一実施形態を示す構成図である。
【図４】
本発明の教示による、ハイ・クラッタ／高混信環境で動作する基地局の一実施形態を示す構成図である。
【図５】
本発明の教示による、ダウンリンク・ビーム形成のための方法の一実施形態を示す流れ図である。
【図６】
本発明の教示による、環境状態に応答してダウンリンク・ビーム形成の重みを推定するプロセスの一実施形態を示す流れ図である。
【図１】
2004516742.tif 000003
【図２】
2004516742.tif 000004
【図３】
2004516742.tif 000005
【図４】
2004516742.tif 000006
【図５】
2004516742.tif 000007
【図６】
2004516742.tif 000008
【国際公開パンフレット】
2004516742.tif 000009
2004516742.tif 000010
2004516742.tif 000011
2004516742.tif 000012
2004516742.tif 000013
2004516742.tif 000014
2004516742.tif 000015
2004516742.tif 000016
2004516742.tif 000017
2004516742.tif 000018
2004516742.tif 000019
2004516742.tif 000020
2004516742.tif 000021
2004516742.tif 000022
2004516742.tif 000023
2004516742.tif 000024
2004516742.tif 000025
2004516742.tif 000026
2004516742.tif 000027
2004516742.tif 000028
2004516742.tif 000029
2004516742.tif 000030
2004516742.tif 000031
2004516742.tif 000032
2004516742.tif 000033
2004516742.tif 000034
2004516742.tif 000035
【国際調査報告】
2004516742.tif 000036
2004516742.tif 000037