(57)【要約】      （修正有）【課題】効率的なビーム形成を実行するために通信機器が最良の重み付けベクトルを実行することができるようにする方法、装置、信号の提供。【解決手段】第１の通信機器による第２の通信機器への無線ネットワークを介する信号の転送を制御する装置であって、転送を制御する装置は、第２の通信機器に含まれ、重み付けベクトルｖｋを確定する手段であって、重み付けベクトルｖｋはＭｋ個の要素から成り、重み付けベクトルｖｋの各要素は、第１の通信機器により当該第１の通信機器のアンテナの一つを介して転送される信号に重み付けするように期待される、重み付けベクトルｖｋを確定する手段と、確定された重み付けベクトルｖｋに関連する情報を確定する手段と、第１の通信機器に、少なくとも確定された重み付けベクトルｖｋに関連する情報を含むか、又は当該情報によって変更される、信号を転送する手段とを具備する。【選択図】図２
2007110688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の通信機器（２０）による第２の通信機器への無線ネットワーク（１５）を介する信号の転送を制御する方法であって、
前記第２の通信機器（１０）は少なくともＮ個のアンテナを有し、ここでＮは２以上であり、
前記第１の通信機器は少なくともＭｋ個のアンテナを有し、ここでＭｋは２以上であり、
前記方法は、前記第２の通信機器によって実行される複数のステップ、すなわち、
重み付けベクトルｖｋを確定するステップ（Ｓ８０１）であって、ここでｋは前記第１の通信機器を表すしるしであり、前記重み付けベクトルはＭｋ個の要素から成り、前記重み付けベクトルの各要素は、前記第１の通信機器により、前記第１の通信機器のアンテナの一つを介して転送される前記信号を重み付けするように期待される、重み付けベクトルｖｋを確定するステップと、
前記確定された重み付けベクトルｖｋに関連する情報を確定するステップ（Ｓ８０４）と、
前記第１の通信機器へ前記無線ネットワークを介して、前記確定された重み付けベクトルｖｋに関連する前記情報を含むか、又は前記情報によって重み付けされる、少なくとも信号を転送するステップ（Ｓ８０６）と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記確定された重み付けベクトルｖｋに関連する前記情報は少なくとも第２の重み付けベクトルｗｋであり、ここでｋは前記第１の通信機器（２０）を表すしるしであり、
前記第２の重み付けベクトルｗｋはＮ個の要素から成り、
前記第２の重み付けベクトルｗｋの各要素は、前記第２の通信機器（１０）のアンテナの一つを介して前記第１の通信機器へ転送される前記信号を重み付けする
ことを特徴とし、
かつ、前記信号はパイロット信号であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の重み付けベクトルｗｋは
【数１】
2007110688.tif 000093
に等しく、ここで
【数２】
2007110688.tif 000094
であり、
Ｐｒは、前記第１の通信機器によって前記第２の通信機器へ転送される信号の電力であり、
ＨＴは、チャネル応答行列Ｈの転置であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の通信機器は、前記無線ネットワークを介して、相互に直交するものとして定義される複数の第２の重み付けベクトルｗｋによって重み付けされる複数のパイロット信号を転送し、且つ／又は、
互いに異なる第２の重み付けベクトルｗｋによって重み付けされる前記パイロット信号は、相互に直交する
ことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
Ｋ個の第１の通信機器が前記第２の通信機器にリンクされており、ここでＫは２以上であり、
前記パイロット信号は相互に直交し、
前記パイロット信号は、互いに異なる第２の重み付けベクトルｗ１〜ｗＫによって重み付けされる
ことを特徴とし、かつ、
前記第２の重み付けベクトルｗｋ（ｋ＝１〜Ｋ）は、
【数３】
2007110688.tif 000095
に等しく、ここで
【数４】
2007110688.tif 000096
は特異行列ではなく、
【数５】
2007110688.tif 000097
であり、
Ｐｒは、ｋ個の前記第１の通信機器によって前記第２の通信機器へ転送される信号の電力であり、
【数６】
2007110688.tif 000098
は、ｋ個の前記第１の通信機器に関連するチャネル応答行列の転置である
ことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記確定された重み付けベクトルｗｋによって重み付けされる前記信号は、命令タイムスロット（６０２）に含まれることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記命令タイムスロットは、第１の通信識別子、及び／又は、前記第１の通信機器によって使用される変調及び符号化方式をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１の通信機器（２０）から第２の通信機器（１０）へ無線ネットワーク（１５）を介して信号を転送する方法であって、
前記第２の通信機器は少なくともＮ個のアンテナを有し、ここで、Ｎは２以上であり、
前記第１の通信機器は少なくともＭｋ個のアンテナを有し、ここで、Ｍｋは２以上であり、
前記方法は、
前記第１の通信機器によって実行される複数のステップ、すなわち、
前記第２の通信機器から前記Ｍｋ個のアンテナを介して少なくとも１つの信号を受信するステップ（Ｓ９００）と、
前記少なくとも１つの受信信号から、Ｍｋ個の要素から成る重み付けベクトル
【数７】
2007110688.tif 000099
を確定するステップ（Ｓ９０３）と、
前記確定された重み付けベクトル
【数８】
2007110688.tif 000100
の要素によって、前記第１の通信機器の各アンテナを介して前記第２の通信機器へ転送される前記信号を重み付けするステップ（Ｓ９０４）と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記第２の通信機器から前記Ｍｋ個のアンテナを介して受信される前記信号はパイロット信号であることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記重み付けベクトル
【数９】
2007110688.tif 000101
は
【数１０】
2007110688.tif 000102
に等しく、ここで
＋はムーア・ペンローズ一般逆行列であり、
ａは前記第１の通信機器によって受信されたベクトルであり、
Ｈはチャネル応答行列であり、
ＨＨは前記チャネル応答行列Ｈの複素共役転置である
ことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の信号は受信され、ｐ０個のシンボルの系列を表し、
前記重み付けベクトルに関連する情報からの前記重み付けベクトル
【数１１】
2007110688.tif 000103
の前記確定は、以下のステップ、すなわち
第１の行列
【数１２】
2007110688.tif 000104
を計算するステップであって、ここで、Ｘ＝［ｘ（１），…，ｘ（ｐ０）］であり、
【数１３】
2007110688.tif 000105
は、ｐ番目のシンボル
【数１４】
2007110688.tif 000106
の前記受信信号である、第１の行列を計算するステップと、
第２の行列
【数１５】
2007110688.tif 000107
を計算するステップであって、ここでｓｋ＝［ｓｋ（１），…，ｓｋ（ｐ０）］である、第２の行列を計算するステップと、
重み付けベクトル
【数１６】
2007110688.tif 000108
を計算するステップであって、ここで＋はムーア・ペンローズ一般逆行列であり、
【数１７】
2007110688.tif 000109
は行列
【数１８】
2007110688.tif 000110
の複素共役転置である、重み付けベクトル計算するステップと
に分割されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記転送される重み付けされた信号は、前記Ｍｋ個のアンテナを介して前記第２の通信機器から受信されたパイロットシンボルであり、
前記転送される重み付けされた信号は、識別タイムスロット（６１１）に含まれることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記識別タイムスロットは、前記第１の通信機器の識別子をさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第１の通信機器（２０）による第２の通信機器（１０）への無線ネットワーク（１５）を介する信号の転送を制御する装置（１００）であって、
前記第２の通信機器は少なくともＮ個のアンテナを有し、ここでＮは２以上であり、
前記第１の通信機器は少なくともＭｋ個のアンテナを有し、ここでＭｋは２以上であり、
前記装置は、前記第２の通信機器に含まれるとともに、
重み付けベクトルｖｋを確定する手段であって、ここでｋは前記第１の通信機器を表すしるしであり、前記重み付けベクトルｖｋはＭｋ個の要素から成り、前記重み付けベクトルｖｋの各要素は、前記第１の通信機器により、前記第１の通信機器のアンテナの一つを介して転送される前記信号を重み付けするように期待される、重み付けベクトルｖｋを確定する手段と、
前記確定された重み付けベクトルｖｋに関連する情報を確定する手段と、
前記第１の通信機器へ前記無線ネットワークを介して、前記確定された重み付けベクトルｖｋに関連する前記情報を含むか、又は前記情報によって変更される、少なくとも一つの信号を転送する手段と
を具備することを特徴とする装置。
【請求項１５】
第１の通信機器（２０）によって第２の通信機器（１０）へ無線ネットワーク（１５）を介して信号を転送する装置（２００）であって、
前記第２の通信機器は少なくともＮ個のアンテナを有し、ここでＮは２以上であり、
前記第１の通信機器は少なくともＭｋ個のアンテナを有し、ここでＭｋは２以上であり、
前記装置は、前記第１の通信機器に含まれるとともに、
前記第２の通信機器から前記Ｍｋ個のアンテナを介して少なくとも１つの信号を受信する手段と、
前記少なくとも１つの受信信号から、Ｍｋ個の要素から成る重み付けベクトル
【数１９】
2007110688.tif 000111
を確定する手段と、
前記確定された重み付けベクトル
【数２０】
2007110688.tif 000112
の要素によって、前記第１の通信機器の各アンテナを介して前記第２の通信機器へ転送される前記信号を重み付けする手段と
を具備することを特徴とする装置。
【請求項１６】
第１の通信機器による第２の通信機器への無線ネットワークを介する信号の転送を制御する信号であって、
前記第２の通信機器は少なくともＮ個のアンテナを有し、ここでＮは２以上であり、
前記第１の通信機器は少なくともＭｋ個のアンテナを有し、ここでＭｋは２以上であり、
前記信号は、第２の通信機器によって転送されるとともに、重み付けベクトルｖｋから取得される重み付けベクトルｗｋによって重み付けされるパイロットシンボルを含み、ここでｋは前記第１の通信機器を表すしるしであり、
前記重み付けベクトルｖｋはＭｋ個の要素から成り、前記重み付けベクトルｖｋの各要素は、前記第１の通信機器により、前記第１の通信機器のアンテナの一つを介して転送される前記信号を重み付けするように期待されることを特徴とする信号。
【請求項１７】
プログラム可能な機器に直接ロード可能であり得るコンピュータプログラムであって、
プログラム可能な機器で実行される場合に、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法のステップをインプリメントする命令、又はコードの一部を含む、コンピュータプログラム。
【請求項１８】
プログラム可能な機器に直接ロード可能であり得るコンピュータプログラムであって、
プログラム可能な機器で実行される場合に、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の方法のステップをインプリメントする命令、又はコードの一部を含む、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には通信システムに関し、特に、通信システム内におけるマルチアンテナ送信のための方法及び装置に関する。
【０００２】
無線リンクの受信機側において且つ／又は送信機側において複数のアンテナが使用される電気通信システムを、多入力多出力（Multiple Input Multiple Output）システムと呼ぶ（以降、ＭＩＭＯシステムと呼ぶ）。ＭＩＭＯシステムは、単一アンテナシステムによって提供される伝送容量に比較して大きい伝送容量を提供することが知られている。特に、ＭＩＭＯ容量は、所与の信号対雑音比に対し且つ有利な無相関のチャネル状態下で、送信アンテナ又は受信アンテナのいずれか最少の方の数の増加に従って線形に増大する。
【０００３】
受信機側と送信機側との間の無線リンクの範囲及び性能を最適化するために、ＭＩＭＯシステムに対しビーム形成が研究されてきた。ビーム形成を組み込んだ多入力多出力（ＭＩＭＯ）アンテナ方式は、無線リンクの両端においてアンテナ信号処理を使用することにより、信号対雑音比（ＳＮＲ）及び／又は信号対雑音干渉比（ＳＮＩＲ）を最大化し、それによって２つの通信機器間のリンクマージンを向上させる。
【０００４】
一般に、送信機側及び受信機側は各々複数のアンテナを有する。送信機は、複数のアンテナの各々による送信のために送信重み付けベクトルを使用して第２の通信機器に信号を送信し、送信信号は、受信機において複数のアンテナによって受信される。受信機は、複数のアンテナで送信機に信号を返信するために適した重み付けベクトルをそれ自体で確定する。
【０００５】
複数の移動端末が基地局にリンクされている通信システムの場合、移動端末は、他の移動端末が基地局にリンクされて基地局との通信を妨害する可能性に関して気付かない限り、最良の重み付けベクトルを確定することが困難な場合がある。
【０００６】
さらに、単一の移動端末が基地局にリンクされているか又はポイントツーポイント通信でリンクされている場合、移動端末は、その移動端末に近接した他の基地局及びそれらの基地局にリンクされた移動端末があるか否かを知らない。このように無線リンクに対する通信状態について知らないことにより、移動端末の、そのアンテナを介して転送される信号に対して適用しなければならない最良の重み付けベクトルを確定する能力が制限される。
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／１８１１７０号公報（要約、図５、図６、段落０１１３〜０１２４）
【特許文献２】国際公開第２００４／１１２２７９号パンフレット（要約、図６、図１０）
【０００８】
したがって、本発明の目的は、効率的なビーム形成を実行するために通信機器が最良の重み付けベクトルを確定することができるようにする方法、装置及び信号を提供することである。
【０００９】
この目的のために、本発明は、第１の通信機器による第２の通信機器への無線ネットワークを介する信号の転送を制御する方法であって、第２の通信機器は少なくともＮ個のアンテナを有し、ここでＮは２以上であり、第１の通信機器は少なくともＭｋ個のアンテナを有し、ここでＭｋは２以上である方法に関する。本方法は、第２の通信機器によって実行される複数のステップ、すなわち、
重み付けベクトルｖｋを確定するステップであって、ここでｋは第１の通信機器を表すしるしであり、重み付けベクトルはＭｋ個の要素から成り、重み付けベクトルの各要素は、第１の通信機器により、第１の通信機器のアンテナの一つを介して転送される信号を重み付けするように期待される、重み付けベクトルｖｋを確定するステップと、
確定された重み付けベクトルｖｋに関連する情報を確定するステップと、
第１の通信機器へ無線ネットワークを介して、確定された重み付けベクトルｖｋに関連する情報を含むか、又は当該情報によって重み付けされる、少なくとも一つの信号を転送するステップと
を含む。
【００１０】
本発明はまた、第１の通信機器による第２の通信機器への無線ネットワークを介する信号の転送を制御する装置であって、第２の通信機器は少なくともＮ個のアンテナを有し、ここでＮは２以上であり、第１の通信機器は少なくともＭｋ個のアンテナを有し、ここでＭｋは２以上である装置に関する。この転送を制御する装置は、第２の通信機器に含まれるとともに、
重み付けベクトルｖｋを確定する手段であって、ここでｋは第１の通信機器を表すしるしであり、重み付けベクトルｖｋはＭｋ個の要素から成り、重み付けベクトルｖｋの各要素は、第１の通信機器により、第１の通信機器のアンテナの一つを介して転送される信号を重み付けするように期待される、重み付けベクトルｖｋを確定する手段と、
確定された重み付けベクトルｖｋに関連する情報を確定する手段と、
第１の通信機器へ無線ネットワークを介して、確定された重み付けベクトルｖｋに関連する情報を含むか、又は当該情報によって変更される、少なくとも一つの信号を転送する手段と
を具備する。
【００１１】
このように、第２の通信機器が、第１の通信機器と第２の通信機器との間の情報の転送を妨害する可能性のある他の任意の通信機器を知っている場合、重み付けベクトルの確定を、これらの妨害を考慮して行うことができる。
【００１２】
さらに、その後、第２の通信機器は、少なくとも１つの第１の通信機器によってなされる重み付けであって、その第１の通信機器によって第２の通信機器へ転送される信号に対する重み付けを制御することができる。
【００１３】
こうした場合は、特に、第１の通信機器が移動端末であり、且つ第２の通信機器が基地局である場合に有効である。
【００１４】
特定の特徴によると、確定された重み付けベクトルｖｋに関連する情報は少なくとも第２の重み付けベクトルｗｋであり、ここでｋは第１の通信機器を表すしるしであり、第２の重み付けベクトルｗｋはＮ個の要素から成り、第２の重み付けベクトルｗｋの各要素は、第２の通信機器の各アンテナを介して第１の通信機器へ転送される信号を重み付けし、当該信号はパイロット信号である。
【００１５】
このため、第２の通信機器から第１の通信機器へ転送される情報の量が低減する。
【００１６】
特定の特徴によると、第２の重み付けベクトルｗｋは
【００１７】
【数１】
2007110688.tif 000003
【００１８】
に等しく、ここで
【００１９】
【数２】
2007110688.tif 000004
【００２０】
であり、ｂ＊はベクトルｂの複素共役であり、Ｐｒは、第１の通信機器によって第２の通信機器へ転送される信号の電力であり、ＨＴは、チャネル応答行列Ｈの転置である。
【００２１】
【数３】
2007110688.tif 000005
【００２２】
であるため、ｂは重み付けベクトルｖｋを表し、その各要素は、第１の通信機器によってその第１の通信機器のアンテナの一つを介して転送される信号を重み付けする。第２の通信機器は、第１の通信機器によって使用されるものに類似する重み付けベクトルにより、そのアンテナのそれぞれを介して転送される信号を重み付けする。
【００２３】
特定の特徴によると、第２の通信機器は、無線ネットワークを介して、相互に直交するものとして定義される複数の第２の重み付けベクトルｗｋによって重み付けされる複数のパイロット信号を転送し、互いに異なる第２の重み付けベクトルｗｋによって重み付けされるパイロット信号は、相互に直交する。
【００２４】
このため、第１の通信機器又はいくつかの通信機器がチャネル応答行列を推定し、且つ／又は受信信号から重み付けベクトルｖｋを確定することができるようにするすべての情報を、第２の通信機器は、転送された複数のパイロット信号により転送する。
【００２５】
特定の特徴によると、Ｋ個の第１の通信機器が第２の通信機器にリンクされており、ここでＫは２以上であり、パイロット信号は相互に直交し、パイロット信号は互いに異なる第２の重み付けベクトルｗ１〜ｗＫによって重み付けされる、第２の重み付けベクトルｗｋ（ｋ＝１〜Ｋ）は、
【００２６】
【数４】
2007110688.tif 000006
【００２７】
に等しく、ここで
【００２８】
【数５】
2007110688.tif 000007
【００２９】
は特異行列ではなく、
【００３０】
【数６】
2007110688.tif 000008
【００３１】
であり、Ｐｒは、第１のｋ通信機器によって第２の通信機器へ転送される信号の電力であり、
【００３２】
【数７】
2007110688.tif 000009
【００３３】
は、第１のｋ通信機器に関連するチャネル応答行列の転置である。
【００３４】
このため、第２の通信機器は、複数の第１の通信機器を制御することができ、それにより、例として空間分割多元接続方式において本発明を使用することができる。
【００３５】
特定の特徴によれば、確定された重み付けベクトルｗｋによって重み付けされる信号は、命令タイムスロットに含まれる。
【００３６】
特定の特徴によれば、命令タイムスロットは、第１の通信識別子、及び／又は、第１の通信機器によって使用される変調及び符号化方式をさらに含む。
【００３７】
このため、第２の通信機器は、所与の第１の通信機器へ信号を転送し、例として無線ネットワークの状態に従って、所与の第１の通信機器によって使用される変調及び符号化方式を効率よく制御することができる。
【００３８】
本発明はまた、第１の通信機器から第２の通信機器へ無線ネットワークを介して信号を転送する方法であって、第２の通信機器は少なくともＮ個のアンテナを有し、ここでＮは２以上であり、第１の通信機器は少なくともＭｋ個のアンテナを有し、ここでＭｋは２以上である方法に関する。本方法は、第１の通信機器によって実行される複数のステップ、すなわち、
第２の通信機器からＭｋ個のアンテナを介して少なくとも１つの信号を受信するステップと、
少なくとも１つの受信信号から、Ｍｋ個の要素から成る重み付けベクトル
【００３９】
【数８】
2007110688.tif 000010
【００４０】
を確定するステップと、
確定された重み付けベクトル
【００４１】
【数９】
2007110688.tif 000011
【００４２】
の要素によって、第１の通信機器の各アンテナを介して第２の通信機器へ転送される信号を重み付けするステップと
を含む。
【００４３】
本発明はまた、第１の通信機器によって第２の通信機器へ無線ネットワークを介して信号を転送する装置であって、第２の通信機器は少なくともＮ個のアンテナを有し、ここでＮは２以上であり、第１の通信機器は少なくともＭｋ個のアンテナを有し、ここでＭｋは２以上である装置に関する。この信号を転送する装置は第１の通信機器に含まれるとともに、
第２の通信機器からＭｋ個のアンテナを介して少なくとも１つの信号を受信する手段と、
少なくとも１つの受信信号から、Ｍｋ個の要素から成る重み付けベクトル
【００４４】
【数１０】
2007110688.tif 000012
【００４５】
を確定する手段と、
確定された重み付けベクトル
【００４６】
【数１１】
2007110688.tif 000013
【００４７】
の要素によって、第１の通信機器の各アンテナを介して第２の通信機器へ転送される信号を重み付けする手段と
を具備する。
【００４８】
このため、第１の通信機器が、第１の通信機器と第２の通信機器との間の情報の転送を妨害する可能性のある他の通信機器に気付かない場合でも、重み付けベクトルの確定は、依然としてこれらの妨害を考慮して行われる。
【００４９】
さらに、第１の通信機器による重み付けベクトルの確定は単純である。
【００５０】
こうした場合は、第１の通信機器が移動端末であり、且つ第２の通信機器が基地局である場合、移動端末が基地局より信号処理能力が低いことを考慮すると、特に有効である。
【００５１】
特定の特徴によれば、第２の通信機器からＭｋ個のアンテナを介して受信される信号はパイロット信号である。
【００５２】
特定の特徴によれば、重み付けベクトル
【００５３】
【数１２】
2007110688.tif 000014
【００５４】
は
【００５５】
【数１３】
2007110688.tif 000015
【００５６】
に等しく、ここで＋はムーア・ペンローズ一般逆行列（generalized matrix inverse）であり、ａは第１の通信機器によって受信されたベクトルであり、Ｈはチャネル応答行列であり、ＨＨはチャネル応答行列Ｈの複素共役転置である。
【００５７】
このように、重み付けベクトル
【００５８】
【数１４】
2007110688.tif 000016
【００５９】
の確定は単純であり、第１の通信機器は、重要な処理能力を有する必要はない。
【００６０】
特定の特徴によれば、複数の信号は受信され、ｐ０個のシンボルの系列を表し、重み付けベクトルに関連する情報からの重み付けベクトル
【００６１】
【数１５】
2007110688.tif 000017
【００６２】
の確定は、
第１の行列
【００６３】
【数１６】
2007110688.tif 000018
【００６４】
の計算であって、Ｘ＝［ｘ（１），…，ｘ（ｐ０）］であり、
【００６５】
【数１７】
2007110688.tif 000019
【００６６】
は、ｐ番目のシンボル
【００６７】
【数１８】
2007110688.tif 000020
【００６８】
の受信ベクトル信号である、計算と、
ｓｋ＝［ｓｋ（１），…，ｓｋ（ｐ０）］である場合に、第２の行列
【００６９】
【数１９】
2007110688.tif 000021
【００７０】
の計算と、
重み付けベクトル
【００７１】
【数２０】
2007110688.tif 000022
【００７２】
の計算と
に分割される。
【００７３】
このため、第１の通信機器は、チャネル応答行列Ｈを知っている必要はない。
【００７４】
特定の特徴によれば、転送される重み付けされた信号は、Ｍｋ個のアンテナを介して第２の通信機器から受信されたパイロットシンボルであり、識別タイムスロットに含まれて転送される。
【００７５】
特定の特徴によれば、識別タイムスロットは、第１の通信機器の識別子をさらに含む。
【００７６】
本発明はまた、第１の通信機器による第２の通信機器への無線ネットワークを介する信号の転送を制御する信号であって、第２の通信機器は少なくともＮ個のアンテナを有し、ここでＮは２以上であり、第１の通信機器は少なくともＭｋ個のアンテナを有し、ここでＭｋは２以上である信号に関する。この信号の転送を制御する信号は、第２の通信機器によって転送されるとともに、重み付けベクトルｖｋから確定される重み付けベクトルｗｋによって重み付けされるパイロットシンボルを含み、ここでｋは第１の通信機器を表すしるしであり、重み付けベクトルｖｋはＭｋ個の要素から成り、重み付けベクトルｖｋの各要素は、第１の通信機器により、第１の通信機器のアンテナの一つを介して転送される信号を重み付けするように期待される。
【００７７】
信号に関連する特徴及び利点は、本発明による方法及び装置に関連する上述した特徴及び利点と同じであるため、それらについてはここでは繰り返さない。
【００７８】
さらに別の態様によれば、本発明は、プログラム可能な機器に直接ロード可能であり得るコンピュータプログラムであって、プログラム可能な機器で実行される場合に、本発明による方法のステップをインプリメントする命令、又はコードの一部を含む、コンピュータプログラムに関する。
【００７９】
コンピュータプログラムに関連する特徴及び利点は、本発明による方法及び装置に関連する上述した特徴及び利点と同じであるため、それらについてはここでは繰り返さない。
【００８０】
本発明の特徴は、一例の実施形態の以下の説明を読むことからより明らかになろう。その説明は、添付図面を参照して示される。
【００８１】
図１は、本発明によるシステムのアーキテクチャを表す図である。
【００８２】
図１のシステムでは、複数の第１の通信機器２０１〜２０Ｋが、無線ネットワーク１５を介して第２の通信局１０にリンクされている。
【００８３】
限定的ではないが、第１の通信機器２０１〜２０Ｋが移動端末であることが好ましい。第２の通信機器１０は基地局１０である。
【００８４】
基地局１０は、ＢＳＡｎｔ１〜ＢＡＡｎｔＮで示すＮ個のアンテナを有する。各移動端末２０１〜２０ｋは、それぞれＭＳＡｎｔ１〜ＭＳＡｎｔＭ及びＭＳＫＡｎｔ１〜ＭＳＫＡｎｔＭで示すＭｋ個のアンテナを有する。ここでは、Ｍｋ個のアンテナの数は、移動端末２０１〜２０Ｋに従って変化してもよい、ということが留意されなければならない。
【００８５】
基地局１０は、ダウンリンクチャネルを介して移動端末２０１〜２０Ｋに信号を転送し、移動端末２０１〜２０Ｋは、アップリンクチャネルを介して基地局１０に信号を転送する。
【００８６】
システムが時分割複信方式を使用する場合、アップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルで転送される信号は、同じ周波数帯域の異なる期間に二重化される。無線ネットワーク１５内で転送される信号は、同じ周波数スペクトルを共有する。共有スペクトルは、一定数のタイムスロットを有する繰返しフレームを使用して時分割される。各タイムスロットを使用して、アップリンク信号又はダウンリンク信号のいずれかのみが送信される。
【００８７】
システムが周波数分割複信方式を使用する場合、アップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルで転送される信号は、異なる周波数帯域で二重化される。スペクトルは異なる周波数帯域に分割され、アップリンク信号及びダウンリンク信号は同時に送信される。
【００８８】
基地局１０は、アンテナＢＳＡｎｔ１〜ＢＳＡｎｔＮを介して、移動端末２０１〜２０Ｋに送信される信号を転送する。より正確には、基地局１０が所与の移動端末２０ｋに信号を送信する場合、信号はＮ回複製され、各複製信号は、所与の移動端末２０ｋから受信されるべき予測されるベクトルから取得される重み付けベクトルの要素によって重み付けされる、すなわち乗算される。その結果、基地局１０は、ビーム形成を実行し、すなわち、移動端末２０１〜２０Ｋの各々に対する送信信号の空間的方向を制御する。
【００８９】
図１においてＢＦ１で示す楕円は、基地局１０によって移動端末２０１へ転送される、アンテナＢＳＡｎｔ１〜ＢＳＡｎｔＮによる放射信号のパターンを示す。
【００９０】
図１においてＢＦＫで示す楕円は、基地局１０によって移動端末２０Ｋへ転送される、アンテナＢＳＡｎｔ１〜ＢＳＡｎｔＮによる放射信号のパターンを示す。
【００９１】
同様に、各移動端末２０１〜２０Ｋは、そのＭｋ個のアンテナを介して、基地局１０へ転送されるべき信号を送信する。より正確には、移動端末２０ｋが基地局１０に信号を送信する場合、信号はＭｋ回複製され、各複製信号は、移動端末２０ｋ（ｋ＝１〜Ｋ）に対して定義される重み付けベクトルの要素によって重み付けされる、すなわち乗算される。その結果、移動端末２０ｋは、ビーム形成を実行し、すなわち基地局１０に対する送信信号の空間的方向を制御する。
【００９２】
楕円ＢＦ１は、移動端末２０１によって基地局１０へ転送される、アンテナＭＳ１Ａｎｔ１〜ＭＳ１ＡｎｔＭによる放射信号のパターンを示す。
【００９３】
楕円ＢＦＫは、移動端末２０ｋによって基地局１０へ転送される、アンテナＭＳＫＡｎｔ１〜ＭＳＫＡｎｔＭによる放射信号のパターンを示す。
【００９４】
本発明によれば、基地局１０は、各移動端末２０１〜２０Ｋに対し、それがアップリンクチャネルを介して基地局１０に信号を転送する時に使用しなければならないアップリンク重み付けベクトルを確定する。
【００９５】
各移動端末２０１〜２０Ｋは、基地局１０から、ダウンリンクチャネルを介して１つ又は複数の信号を受信し、その１つ又は複数の受信信号から、それがアップリンクチャネルを介して基地局１０に信号を転送する時に使用しなければならないアップリンク重み付けベクトルを計算する。
【００９６】
図２は、本発明による基地局のアーキテクチャを表す図である。
【００９７】
基地局１０は、重み付けベクトル確定モジュール１００と、Ｃｐ１〜ＣＰＫで示すＫ個の複製モジュールと、Ｍｕｌ１１〜ＭｕｌＫＮで示すＮ×Ｋ個の乗算モジュールと、Ｓｕｍ１〜ＳｕｍＮで示すＮ個の加算モジュールとを備える。Ｋは、基地局１０にリンクされた移動端末の数に等しい。ここでは、Ｋは１〜Ｎに等しくてもよいということが留意されなければならない。
【００９８】
信号Ｓ１（ｔ）〜ＳＫ（ｔ）は、基地局１０にリンクされたＫ個の移動端末２０１〜２０Ｋへ転送される信号である。信号Ｓ１（ｔ）〜ＳＫ（ｔ）の各々は、それぞれの複製モジュールＣｐ１〜ＣＰＫによってＮ回複製される。移動端末２０ｋ（ｋ＝１〜Ｋ）へ転送される各信号に対し、各複製信号は、その移動端末に対応し、且つ重み付けベクトル確定モジュール１００によって確定される重み付けベクトルの要素によって重み付けされる。アンテナＢＳｋＡｎｔ１〜ＢＳｋＡｎｔＭによって移動端末２０ｋへ転送される各信号の組合せをビーム形成信号と呼ぶ。
【００９９】
そして、各ダウンリンク重み付けベクトルの第１の要素によって重み付けされた信号は、合計され、基地局１０の第１のアンテナＢＳＡｎｔ１を介して転送される。そして、各重み付けベクトルの第２の要素によって重み付けされた信号は、合計され、基地局１０の第２のアンテナＢＳＡｎｔ２を介して転送され、重み付けベクトルのＮ番目の要素まで以下同様に続く。
【０１００】
ここで、信号は、各アンテナへ転送される前に、従来の無線電気通信機器で行われるように、周波数がアップコンバートされる、マッピングされる等が行われることが留意されなければならない。
【０１０１】
本発明によれば、重み付けベクトル確定モジュール１００は、移動端末２０１〜２０Ｋへ転送されるそれぞれの信号Ｓ１（ｔ）〜ＳＫ（ｔ）に適用され、且つ、各対応する移動端末２０１〜２０Ｋがアップリンクチャネルを介して基地局１０に信号を転送する場合に使用しなければならないアップリンク重み付けベクトルを表す、重み付けベクトルを確定する。
【０１０２】
図３は、本発明による移動端末のアーキテクチャを表す図である。
【０１０３】
各移動端末２０１〜２０Ｋは、アップリンク重み付けベクトル確定モジュール２００と、受信ベクトルモジュール３１と、Ｍｓｍｕ１１〜ＭＳｍｕ１Ｍで示すＭｋ個の乗算モジュールとを備える。
【０１０４】
各アンテナＭＳｋＡｎｔ１〜ＭＳｋＡｎｔＭから受け取られる信号は、受信ベクトルモジュール３１へ転送され、受信ベクトルモジュール３１は、それらをグループ化して、受信ベクトルｘ（ｐ）又は複数の受信ベクトルから成る受信行列Ｘ（ｐ）を形成する。
【０１０５】
ここで、各アンテナから受信される信号は、受信ベクトルモジュール３１へ転送される前に、従来の無線電気通信機器で行われるように、周波数がダウンコンバートされ、デマッピングされることが留意されなければならない。
【０１０６】
受信ベクトルｘ（ｐ）又は受信行列Ｘ（ｐ）は、アップリンク重み付けベクトル確定モジュール２００へ転送され、アップリンク重み付けベクトル確定モジュール２００は、アップリンクチャネルを介して基地局１０へ転送される信号ＳＭＳ（ｔ）に適用されなければならないアップリンク重み付けベクトルを確定する。
【０１０７】
より正確には、信号ＳＭＳ（ｔ）は、Ｍｋ個の信号ＳＭＳ１（ｔ）〜ＳＭＳＭ（ｔ）になるように複製される。各複製信号ＳＭＳ１（ｔ）〜ＳＭＳＭ（ｔ）は、アップリンク重み付けベクトル確定モジュール２００によって確定される重み付けベクトルｖｋのそれぞれの要素ｖｋ１〜ｖｋＭによって重み付けされる。各重み付けされた複製信号ＳＭＳ１（ｔ）〜ＳＭＳＭ（ｔ）は、ビーム形成信号を形成するためにそれぞれのアンテナＭＳｋＡｎｔ１〜ＭＳｋＡｎｔＭへ転送される。
【０１０８】
ここで、信号は、各アンテナへ転送される前に、従来の無線電気通信機器で行われるように、周波数がアップコンバートされる、マッピングされる等が行われることが留意されなければならない。
【０１０９】
本発明の理論的基礎を考慮する。
【０１１０】
簡単にするために、まず、基地局１０に１つの移動端末２０ｋしかリンクされておらず、移動端末２０ｋはチャネル応答行列を知っている場合を考える。
【０１１１】
アップリンク重み付けベクトル確定モジュール１００は、アップリンク重み付けベクトルｗｋ＝［ｗｋ１，…，ｗｋＮ］Ｔを確定する。ここで、Ｔは転置を示し、Ｎは基地局１０のアンテナの数を示し、ｋは移動端末２０ｋを指す。
【０１１２】
基地局１０によって転送される信号ｓｋ（ｐ）は、１に等しい平均信号電力、すなわち
【０１１３】
【数２１】
2007110688.tif 000023
【０１１４】
及び、電力
【０１１５】
【数２２】
2007110688.tif 000024
【０１１６】
を有する。
【０１１７】
移動端末２０ｋによる受信信号ｘ（ｐ）＝［ｘ１（ｐ），…，ｘＭ（ｐ）］Ｔのｐ番目のサンプルは、
【０１１８】
【数２３】
2007110688.tif 000025
【０１１９】
によって与えられる。ここで、ＨはＭｋ×Ｎチャネル応答行列であり、ｚ（ｐ）＝［ｚ１（ｐ），…，ｚＭ（ｐ）］ＴはＭｋ×１端末干渉雑音ベクトルである。
【０１２０】
基地局１０は、移動端末２０ｋに対してチャネル応答行列Ｈを取得する。
【０１２１】
例として、且つ非限定的に、移動端末２０ｋは、アンテナＢＳＡｎｔ１〜ＢＳＡｎｔＮを介して、事前に定義された互いに異なるパイロット信号を基地局１０へ転送し、受信されたパイロット信号は、移動端末２０ｋに対しチャネル応答行列を確定するために、基地局１０によって処理される。
【０１２２】
移動端末２０ｋは基地局１０へ転送されるべき信号を、アップリンク重み付けベクトル
【０１２３】
【数２４】
2007110688.tif 000026
【０１２４】
を用いて重み付けする。これは、アップリンク重み付けベクトル確定モジュール２００によって確定され、且つ後述するように重み付けベクトル確定モジュール１００によって確定されるアップリンク重み付けベクトルｖｋに対応する。重み付けベクトルのパワーは正規化され、すなわち
【０１２５】
【数２５】
2007110688.tif 000027
【０１２６】
である。
【０１２７】
こうした基地局１０への転送信号のｐ番目のサンプルは、ｒ（ｐ）で示され、電力Ｐｒを有する。
【０１２８】
基地局１０における受信信号ｘＢＳ（ｐ）のｐ番目のサンプルは
【０１２９】
【数２６】
2007110688.tif 000028
【０１３０】
によって与えられる。ここで、ｚＢＳ（ｐ）は、基地局１０の干渉雑音ベクトルであり、
【０１３１】
【数２７】
2007110688.tif 000029
【０１３２】
は、アップリンクチャネルにおける応答ベクトルであり、ＨＴは転置チャネル応答行列である。
【０１３３】
本発明によれば、基地局１０、より正確には重み付けベクトル確定モジュール１００は、移動端末２０ｋが基地局１０へ転送される信号に重み付けするために使用しなければならないアップリンク重み付けベクトルｖｋを確定し、確定されたアップリンク重み付けベクトルｖｋに関連する情報を移動端末２０ｋへ転送する。
【０１３４】
本発明の具現化の好ましいモードでは、基地局１０は、確定されたアップリンク重み付けベクトルｖｋに関連する情報を、移動端末２０ｋへの転送信号を確定されたアップリンク重み付けベクトルｖｋに関連する情報によって重み付けすることにより、移動端末２０ｋへ転送する。
【０１３５】
より正確には、重み付けベクトル確定モジュール１００は、中間ベクトル
【０１３６】
【数２８】
2007110688.tif 000030
【０１３７】
を計算し、ダウンリンク重み付けベクトル
【０１３８】
【数２９】
2007110688.tif 000031
【０１３９】
を確定する。ここで、ｂ＊はｂの複素共役を示す。
【０１４０】
ここで、ベクトルｂが、それがアップリンク重み付けベクトルｖｋとチャネル応答行列Ｈの転置とから成る限り、基地局１０が移動端末２０ｋから受信することを期待する応答ベクトルである、ということが留意されなければならない。
【０１４１】
基地局１０は、本発明の具現化の好ましいモードにおいて、確定されたダウンリンク重み付けベクトルｗｋによって重み付けされたパイロット信号を送信するために、ダウンリンクタイムスロットを使用する。
【０１４２】
ここで、具現化の一変形において、基地局１０は、アップリンク重み付けベクトルｖｋ又はダウンリンク重み付けベクトルｗｋを、データを転送するために従来使用されるダウンリンクチャネルのタイムスロットに挿入することにより、移動端末２０ｋに送信する、ということが留意されなければならない。
【０１４３】
具現化の好ましいモードによれば、移動端末２０ｋは、
【０１４４】
【数３０】
2007110688.tif 000032
【０１４５】
に等しいａで示される受信ベクトルを受信する。
【０１４６】
移動端末２０ｋは、既知のチャネル情報ＨＨＨを使用して、アップリンク重み付けベクトル
【０１４７】
【数３１】
2007110688.tif 000033
【０１４８】
を、
【０１４９】
【数３２】
2007110688.tif 000034
【０１５０】
として計算し、ここで＋はムーア・ペンローズ一般逆行列であり、ＨＨはＨの複素共役転置を示す。
【０１５１】
ムーア・ペンローズ一般逆行列は、
【０１５２】
【数３３】
2007110688.tif 000035
【０１５３】
に対応する。ここで、Ｑ０はＭｋ×Ｍｋユニタリ行列であり、△はｍ×ｍ可逆行列(invertible matrix)である（ｍ≦Ｍ）。
【０１５４】
アップリンク重み付けベクトル
【０１５５】
【数３４】
2007110688.tif 000036
【０１５６】
は、基地局１０によって確定されるアップリンク重み付けベクトルｖｋに等しい。
【０１５７】
実際に、チャネル応答行列Ｈを特異値分解(singular value decomposition)で分解するとする。
【０１５８】
Ｈは、Ｈ＝ＱΛＵＨに分解される。ここで、Ｑ＝［ｑ１，…，ｑＭ］はＭｋ×Ｍｋユニタリ行列であり、ＵＨは行列Ｕの複素共役転置であり、Ｕ＝［ｕ１，…，ｕＮ］はＮ×Ｎユニタリ行列であり、Λ＝ｄｉａｇ［λ１，λ２，…，λｍｉｎ（Ｍ，Ｎ）］はＭｋ×Ｎ対角行列であり、λ１≧λ２≧…≧λｍｉｎ（Ｍ，Ｎ）≧０である。
【０１５９】
非ゼロの実数要素λｎの数をｄで示し、すなわちλｄ>０且つλｄ＋１＝０である。
【０１６０】
Ｍｋ×１ベクトルｖｋを、ｑ＊１，…，ｑ＊Ｍの一次結合として書くことができる（ｘ＊はｘの複素共役を示す）。すなわち、
【０１６１】
【数３５】
2007110688.tif 000037
【０１６２】
である。
【０１６３】
そして、予測される応答ベクトル
【０１６４】
【数３６】
2007110688.tif 000038
【０１６５】
を、
【０１６６】
【数３７】
2007110688.tif 000039
【０１６７】
として表すことができる。
【０１６８】
ここで、ｄ＜Ｍである場合、予測される応答ベクトルｂを達成する重み付けベクトルｖｋは、ｆｄ＋１，…，ｆＭにおける自由度を有する、ということが留意されなければならない。
【０１６９】
そして、提案する方式は、ｆｄ＋１＝…＝ｆＭ＝０により重み付けベクトルｖｋを選択する。そして、ｖｋを、
【０１７０】
【数３８】
2007110688.tif 000040
【０１７１】
として部分空間に制限することができる。
【０１７２】
（ＨＨＨ）＊を、（ＨＨＨ）＊＝Ｑ＊Ψ（Ｑ＊）Ｈとして書くことができ、ここで、ｄ＝Ｍｋである場合、
【０１７３】
【数３９】
2007110688.tif 000041
【０１７４】
であり、ｄ＜Ｍｋである場合、
【０１７５】
【数４０】
2007110688.tif 000042
【０１７６】
である。
【０１７７】
Ψは、Ｍｋ×Ｍｋ対角行列である。
【０１７８】
【数４１】
2007110688.tif 000043
【０１７９】
は、非ゼロの固有値を有する（ＨＨＨ）＊の固有ベクトルである。
【０１８０】
ムーア・ペンローズの一般逆行列の数式を使用すると、（ＨＨＨ）＋は（ＨＨＨ）＋＝ＱΨ−ＱＨによって与えられる。ここで、ｄ＝Ｍｋである場合、
【０１８１】
【数４２】
2007110688.tif 000044
【０１８２】
であり、ｄ＜Ｍｋである場合、
【０１８３】
【数４３】
2007110688.tif 000045
【０１８４】
である。
【０１８５】
したがって、
【０１８６】
【数４４】
2007110688.tif 000046
【０１８７】
である。
【０１８８】
そして、｛（ＨＨＨ）＋ＨＨＨ｝＊ｖｋ＝ｖｋであり、
【０１８９】
【数４５】
2007110688.tif 000047
【０１９０】
である。
【０１９１】
【数４６】
2007110688.tif 000048
【０１９２】
であるため、基地局１０は、移動端末２０ｋに対してダウンリンク重み付けベクトルｗｋを介して適当なアップリンク重み付けベクトルｖｋを指示し、移動端末２０ｋによる信号の転送を制御することができる。
【０１９３】
ここで、基地局１０に１つの移動端末２０ｋしかリンクされておらず、その移動端末２０ｋがＨＨＨのようなチャネル情報を知らない場合について考える。
【０１９４】
こうした場合、移動端末２０ｋは、応答ベクトルａ及びチャネル情報ＨＨＨのいずれかを推定する必要がある。
【０１９５】
移動端末２０ｋがチャネル情報ＨＨＨを推定することができるようにするために、基地局１０は、互いに異なるダウンリンク重み付けベクトルｗ１〜ｗＮを使用して重み付けされる複数のパイロット信号ｓｎ（ｐ）（ｎ＝１〜Ｎ）を送信する。
【０１９６】
ベクトルｗ１〜ｗＮは、相互に直交であるとして定義されるため、ＷＷＨ＝Ｉ及びＷ＝［ｗ１，…，ｗＮ］である。
【０１９７】
ここで、ｗ１〜ｗＮダウンリンク重み付けベクトルのうちの１つは、移動端末２０ｋに対して確定されたダウンリンク重み付けベクトルｗｋである。ダウンリンク重み付けベクトルｗｋは、
【０１９８】
【数４７】
2007110688.tif 000049
【０１９９】
に等しい。
【０２００】
ベクトルｂは、基地局１０が移動端末２０ｋから受信することを期待する応答ベクトルである。
【０２０１】
基地局１０による各送信信号が送信電力Ｐｓを有するものとすると、受信信号ベクトルｘ（ｐ）は
【０２０２】
【数４８】
2007110688.tif 000050
【０２０３】
に等しい。
【０２０４】
１，…，ｐ０番目シンボルの系列に対する受信信号は、行列形式で
【０２０５】
【数４９】
2007110688.tif 000051
【０２０６】
として表される。
【０２０７】
ここで、パイロット信号は、
【０２０８】
【数５０】
2007110688.tif 000052
【０２０９】
であるシンボルの系列から成るということが留意されなければならない。
【０２１０】
パイロット信号が相互に直交であるため、ＳＳＨ＝ｐ０Ｉである。
【０２１１】
移動端末２０ｋは、行列Ａ＝ＨＷ及びａｎ＝Ｈｗｎを
【０２１２】
【数５１】
2007110688.tif 000053
【０２１３】
として推定する。ここで、ｓｋ＝［ｓｋ（１），…，ｓｋ（ｐ０）］である。
【０２１４】
ＨＨＨ＝ＨＷＷＨＨＨであるため、移動端末２０ｋは、重み付けベクトル
【０２１５】
【数５２】
2007110688.tif 000054
【０２１６】
を
【０２１７】
【数５３】
2007110688.tif 000055
【０２１８】
として推定する。
【０２１９】
このように、Ｎ個の直交ダウンリンク重み付けベクトルｗ１〜ｗＮによって重み付けされるパイロットシンボルを転送することにより、基地局１０は、移動端末２０ｋがアップリンク重み付けベクトル
【０２２０】
【数５４】
2007110688.tif 000056
【０２２１】
を確定し、且つ移動端末２０ｋによる信号の転送を制御することができるようにする。
【０２２２】
ここで、基地局１０にＫ＝Ｎ個の移動端末２０１〜２０Ｎがリンクされており、それら移動端末２０１〜２０Ｎがチャネル応答行列を知らない場合を考える。
【０２２３】
それは、たとえば、空間分割多元接続の場合であり、基地局１０は、Ｋ個の移動端末２０１〜２０Ｋに対するアップリンク重み付けベクトルｖ１〜ｖＫを確定する必要がある。
【０２２４】
これを満足するために、基地局１０が、それぞれの移動端末２０１〜２０Ｋの各々から、期待される応答ベクトル
【０２２５】
【数５５】
2007110688.tif 000057
【０２２６】
（ここで、ｋ＝１〜Ｋ）を受信するように、それぞれの移動端末２０１〜２０Ｋに対し重み付けベクトルｖ１〜ｖＫを確定する。
【０２２７】
基地局１０は、行列
【０２２８】
【数５６】
2007110688.tif 000058
【０２２９】
が特異行列でないという制約の下で、すなわち、Ｂの行列式がゼロに等しくない場合に、応答ベクトルｂｋを確定する。
【０２３０】
基地局１０は、パイロット信号から形成される信号Ｓ１（ｔ）〜ＳＮ（ｔ）を転送する。信号Ｓ１（ｔ）〜ＳＮ（ｔ）は、アップリンク重み付けベクトルｗ１〜ｗｋによってそれぞれ重み付けされる。
【０２３１】
ｋ＝１〜Ｋの場合の重み付けベクトルｗｋは、こうした場合、
【０２３２】
【数５７】
2007110688.tif 000059
【０２３３】
に等しい。
【０２３４】
パイロット信号及び端末の重み計算方法等、構造のすべてが、上述したものと同様である。
【０２３５】
したがって、ｋ番目の移動端末２０ｋは、行列Ａｋ及びａｋを
【０２３６】
【数５８】
2007110688.tif 000060
【０２３７】
として推定する。ここで、Ｈｋは、所与の移動端末２０ｋに対するチャネル応答行列を示す。
【０２３８】
そして、ｋ番目の移動端末２０ｋは、アップリンク重み付けベクトル
【０２３９】
【数５９】
2007110688.tif 000061
【０２４０】
を、以下の公式を使用して計算することができる。
【０２４１】
【数６０】
2007110688.tif 000062
【０２４２】
Ｈｋ０＝Ｈｋ（ＢＴ）−１を使用すると、
【０２４３】
【数６１】
2007110688.tif 000063
【０２４４】
を
【０２４５】
【数６２】
2007110688.tif 000064
【０２４６】
として書き換えることができる。
【０２４７】
重み付けベクトル
【０２４８】
【数６３】
2007110688.tif 000065
【０２４９】
が、非ゼロの固有値に対応するＨｋ０ＨＨｋ０の固有ベクトルの部分空間に制限されるとすると、上述したものと同じ理論的プロセスにより、
【０２５０】
【数６４】
2007110688.tif 000066
【０２５１】
となる。
【０２５２】
したがって、基地局１０は、Ｋ個の移動端末アップリンク重み付けベクトルｖｋを定義することができる。
【０２５３】
ここで、上記制御方式は、互いに異なるダウンリンク重み付けベクトルｗｋに対して個々に実行される、ということが留意されなければならない。また、一つの移動端末２０ｋが、互いに異なるダウンリンク重み付けベクトルｖｋを使用することによって複数のデータストリームを転送するために複数のアップリンク重み付けベクトルｖｋを使用することも可能である。
【０２５４】
ここで、また、移動端末２０１〜２０Ｋの数Ｋが基地局１０のアンテナの数Ｎより少ない場合、基地局１０は、適当なベクトルｂＫ＋１，…，ｂＮを選択する、ということが留意されなければならない。
【０２５５】
たとえば、ｂｎ（ｎ＝Ｋ＋１，…，Ｎ）は、他の所定ベクトルｂ１，…，ｂＫに対して直交であるように選択される。
【０２５６】
ベクトルｂ１，…，ｂＫを使用して、基地局１０は、Ｋ個の移動端末の重み付けベクトルを確定し、ベクトルｂＫ＋１，…，ｂＮは、移動端末２０１〜２０Ｋにより、それらの行列Ｈｋ（ＢＴ）−１を推定するために使用される。
【０２５７】
図４は、本発明による基地局の重み付けベクトル確定モジュールのアーキテクチャを表す図である。
【０２５８】
基地局１０の重み付けベクトル確定モジュール１００は、たとえば、バス４０１によって互いに接続されるコンポーネントと、図８に開示するようなプログラムによって制御されるプロセッサ４００とに基づくアーキテクチャを有する。
【０２５９】
バス４０１は、プロセッサ４００を、リードオンリメモリＲＯＭ４０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ４０３、ベクトルインタフェース４０６及びチャネルインタフェース４０５にリンクする。
【０２６０】
メモリ４０３は、変数を受け取るように意図されたレジスタと、図８に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令とを含む。
【０２６１】
プロセッサ４００は、重み付けベクトルｗ１〜ｗｋ及びｖ１〜ｖｋを確定する。例として、アップリンク重み付けベクトルｖ１〜ｖｋは、環境によってもたらされる干渉を考慮して確定される。
【０２６２】
リードオンリメモリ４０２は、基地局１０に電源が投入されるとランダムアクセスメモリ４０３へ転送される、図８に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令を含む。
【０２６３】
ベクトルインタフェース４０６は、確定されたダウンリンク重み付けベクトルｗ１〜ｗＫの要素ｗ１１〜ｗＫＮがそれぞれの乗算器Ｍｕｌ１１〜ＭｕｌＫＮへ転送されるのを可能にする。
【０２６４】
チャネルインタフェース４０５は、移動端末２０１〜２０Ｋからパイロット信号を受け取り、且つ、各移動端末２０１〜２０Ｋに対するチャネル応答行列の推定を実行するようになっている。
【０２６５】
図５は、本発明による移動端末のアップリンク重み付けベクトル確定モジュールのアーキテクチャを表す図である。
【０２６６】
移動端末２０ｋのアップリンク重み付けベクトル確定モジュール２００は、たとえば、バス５０１によって互いに接続されたコンポーネントと、図５に開示するようなプログラムによって制御されるプロセッサ５００とに基づくアーキテクチャを有する。
【０２６７】
バス５０１は、プロセッサ５００を、リードオンリメモリＲＯＭ５０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ５０３、ベクトルインタフェース５０５にリンクする。
【０２６８】
メモリ５０３は、変数を受け取るように意図されたレジスタと、図９に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令とを含む。
【０２６９】
プロセッサ５００は、図９に関連して開示するように、アップリンク重み付けベクトルｖ１〜ｖｋを確定する。
【０２７０】
リードオンリメモリ５０２は、移動端末２０ｋに電源が投入されるとランダムアクセスメモリ５０３へ転送される、図９に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令を含む。
【０２７１】
ベクトルインタフェース５０６は、確定されたアップリンク重み付けベクトルｖｋの要素ｖｋ１〜ｖｋＮがそれぞれの乗算器ＭＳｍｕｌｋ１〜ＭＳｍｕｌｋＭへ転送されるのを可能にする。
【０２７２】
図６は、本発明によるアップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルを表す図である。
【０２７３】
システムが時分割複信方式を使用する場合、ダウンリンクチャネル６１０で転送される信号及びアップリンクチャネル６２０で転送される信号は、同じ周波数帯域の異なる期間に二重化される。ダウンリンクチャネル６１０及びアップリンクチャネル６２０は、複数のタイムスロットに分割される。ダウンリンクチャネル６１０は、移動端末２０１〜２０Ｋに従来の信号を転送するためのいくつかのタイムスロットを含む。こうしたタイムスロットは、ラベル６０１の下でグループ化される。本発明によれば、ダウンリンクチャネル６１０の１つのタイムスロット６０２は、命令タイムスロットである。命令タイムスロット６０２については、図７ａを参照してより詳細に説明する。
【０２７４】
命令タイムスロット６０２は、ダウンリンクチャネル６００の最後のタイムスロットであることが好ましい。命令タイムスロットがアップリンクチャネル６２０に対して閉じている(closed)ため、チャネル変動が低減される。
【０２７５】
アップリンクチャネル６２０は、基地局１０に従来の信号を転送するためのいくつかのタイムスロットを含む。こうしたタイムスロットは、ラベル６１２の下でグループ化される。図６では、アップリンクチャネル６２０の１つのタイムスロット６１１が、識別タイムスロットとして使用される。識別タイムスロット６１１については、図７ｂを参照してより詳細に説明する。
【０２７６】
図７ａは、本発明によるダウンリンクチャネルに含まれる命令タイムスロットを表す図である。
【０２７７】
図６のダウンリンクチャネル６１０に含まれる命令タイムスロット６０２は、少なくとも、ダウンリンクチャネル６０１内に含まれる情報が転送される移動端末２０ｋに関連するアップリンク重み付けベクトルｗｋによって重み付けされる、パイロット信号を含む。
【０２７８】
命令タイムスロット６０２は、具現化の一変形として、命令が転送される移動端末２０ｋを識別するのを可能にするユーザＩＤをさらに含む。
【０２７９】
命令タイムスロット６０２は、具現化の一変形として、命令が転送される移動端末２０ｋによって使用される変調及び符号化方式（ＭＣＳ）をさらに含む。
【０２８０】
図７ｂは、本発明によるアップリンクチャネルに含まれる識別タイムスロットを表す図である。
【０２８１】
図６のアップリンクチャネル６１０に含まれる識別タイムスロット６１１は、少なくとも、アップリンク重み付け係数ｖＫによって重み付けされ且つ基地局１０へ転送される、パイロット信号を含む。こうしたパイロット信号は、上述した命令タイムスロット６０２で移動端末２０ｋから受信されるものと等しいことが好ましい。ダウンリンクチャネルで使用されるものと同じパイロット信号を使用することにより、且つパイロット信号が各移動端末２０１〜２０Ｋ毎に異なる限り、基地局１０は、いずれの移動端末２０１〜２０Ｋがそのタイムスロット内に信号を送信したかを確定することができる。
【０２８２】
具現化の一変形として、転送されたパイロット信号が基地局１０から受信されたものと異なる場合、識別タイムスロット６１１は、基地局１０がそのタイムスロット内で信号を送信する移動端末２０１〜２０Ｋを識別するのを可能にする、ユーザＩＤをさらに含む。
【０２８３】
識別タイムスロット６１１は、具現化の一変形として、パケット番号のような、後に続くパケットに含まれるデータに関連する情報か、又は確認応答(acknowledgement)のような移動端末２０１〜２０Ｋによって先に受信されたデータに関連する情報をさらに含む。
【０２８４】
ここで、一変形例では、識別タイムスロットに含まれる信号又は情報は、少なくとも、タイムスロット６１２のうちの１つに含まれるパケットのヘッダに含まれる、ということが留意されなければならない。こうした変形例では、識別タイムスロット６１１は、ダウンリンクチャネルから取り除かれる。
【０２８５】
図８は、移動局の重み付けベクトルを確定するため、且つ重み付けベクトルに関連する情報を転送するために、基地局により実行されるアルゴリズムである。
【０２８６】
図８のアルゴリズムは、より正確には、重み付けベクトル確定モジュール１００のプロセッサ４００によって実行される。
【０２８７】
重み付けベクトル確定モジュール１００のプロセッサ４００は、基地局１０にリンクされた各移動端末２０１〜２０Ｋに対し定期的に実行する。
【０２８８】
ステップＳ８００において、プロセッサ４００は、本アルゴリズムが実行されなければならない移動端末２０ｋを識別する。
【０２８９】
ステップＳ８０１において、プロセッサ４００は、移動端末２０ｋが基地局１０へ転送される信号を重み付けするために使用しなければならないアップリンク重み付けベクトルｖｋを確定する。
【０２９０】
例として、且つ非限定的に、基地局１０は、移動端末２０ｋから事前に定義されたパイロット信号を受信する。基地局１０は、環境によってもたらされる干渉に従ってアップリンク重み付けベクトルｖｋを確定する。
【０２９１】
次のステップＳ８０２において、プロセッサ４００は、移動端末２０ｋに対するチャネル応答行列を確定する。移動端末２０ｋに対するＨ又はＨｋで示すチャネル応答行列は、たとえば、移動端末２０ｋから受信したパイロット信号から確定される。
【０２９２】
次のステップＳ８０３において、プロセッサ４００は、移動端末２０ｋからより後に受信される期待された応答ベクトル
【０２９３】
【数６５】
2007110688.tif 000067
【０２９４】
を確定する。
【０２９５】
基地局１０に複数の移動端末２０１〜２０Ｋがリンクされている場合、プロセッサ４００は、行列
【０２９６】
【数６６】
2007110688.tif 000068
【０２９７】
が特異行列ではないという制約に基づいて応答ベクトルｂｋを確定する。
【０２９８】
次のステップＳ８０４において、プロセッサ４００は、移動端末２０ｋに対する重み付けベクトルｗｋを確定する。
【０２９９】
基地局１０に複数の移動端末２０１〜２０Ｋがリンクされている場合、プロセッサ４００は以下の公式を使用してｗｋを確定する。
【０３００】
【数６７】
2007110688.tif 000069
【０３０１】
基地局１０に単一の移動端末２０ｋがリンクされている場合、プロセッサ４００は、以下の公式を使用してｗｋを確定する。
【０３０２】
【数６８】
2007110688.tif 000070
【０３０３】
次のステップＳ８０５において、プロセッサ４００は、移動端末２０ｋに対するいくつかのパイロット信号を選択する。本発明の具現化の好ましいモードによれば、各移動端末２０１〜２０Ｋへ転送されるパイロット信号は互いに異なる。
【０３０４】
次のステップＳ８０６において、パイロット信号は、それぞれの複製モジュールＣｐ１〜ＣＰＫによってＮ回複製され、ダウンリンク重み付けベクトルｗｋの要素によって重み付けされ、合計され、それぞれのアンテナＢＳＡｎｔ１〜ＢＳＡｎｔＮを介して転送される信号Ｓ１（ｔ）〜ＳＫ（ｔ）であるものとして選択される。
【０３０５】
ここで、移動端末２０ｋがＨＨＨ応答行列のようなチャネル情報を知らない場合、基地局１０は、互いに異なるダウンリンク重み付けベクトルｗ１〜ｗＮを使用して重み付けされる複数のパイロット信号ｓｎ（ｐ）（ｎ＝１〜Ｎ）を送信する、ということが留意されなければならない。
【０３０６】
ベクトルｗ１〜ｗＮは、相互に直交であるものとして定義されるため、ＷＷＨ＝Ｉ及びＷ＝［ｗ１，…，ｗＮ］である。
【０３０７】
ｗ１〜ｗＮのダウンリンク重み付けベクトルのうちの１つは、移動端末２０ｋに対して確定されたダウンリンク重み付けベクトルｗｋである。
【０３０８】
そして、重み付けされたパイロット信号は、ダウンリンクチャネルを介して転送される。重み付けされたパイロット信号と、図７ａを参照して説明した情報とは、命令タイムスロット６０２を介して転送されることが好ましい。
【０３０９】
そして、プロセッサ４００はステップＳ８００に戻る。
【０３１０】
図９は、基地局から受信された情報から重み付けベクトルを確定するために、移動端末局により実行されるアルゴリズムである。
【０３１１】
図９のアルゴリズムは、より正確には、重み付けベクトル確定モジュール２００のプロセッサ５００によって実行される。
【０３１２】
ステップＳ９００において、受信信号ベクトルは、受信ベクトルモジュール３１によって形成され、重み付けベクトル確定モジュール２００へ転送される。
【０３１３】
基地局１０に１つの移動端末２０ｋしかリンクされておらず、且つその移動端末２０ｋがチャネル応答行列ベクトルＨを知っている場合、単一受信ベクトルが転送され、それは、
【０３１４】
【数６９】
2007110688.tif 000071
【０３１５】
に等しい。
【０３１６】
こうした場合、その後プロセッサ５００はステップＳ９０３に進む。
【０３１７】
基地局１０に１つの移動端末２０ｋがリンクされており、且つその移動端末２０ｋがＨＨＨのようなチャネル情報を知らない場合、又は基地局１０に複数の移動端末２０１〜２０Ｋがリンクされている場合、１，…，ｐ０番目のシンボルの系列に対する受信ベクトルは、行列形式で
【０３１８】
【数７０】
2007110688.tif 000072
【０３１９】
として表され、ここで、
【０３２０】
【数７１】
2007110688.tif 000073
【０３２１】
である。
【０３２２】
次のステップＳ９０１において、基地局１０に１つの移動端末２０ｋがリンクされている場合、プロセッサ５００は、行列
【０３２３】
【数７２】
2007110688.tif 000074
【０３２４】
を推定する。ここで、ｓｋ＝［ｓｋ（１），…，ｓｋ（ｐ０）］である。
【０３２５】
基地局１０に複数の移動端末２０１〜２０Ｋがリンクされている場合、プロセッサ５００は、行列
【０３２６】
【数７３】
2007110688.tif 000075
【０３２７】
を推定する。
【０３２８】
次のステップＳ９０２において、基地局１０に１つの移動端末２０ｋがリンクされている場合、プロセッサ５００は、行列
【０３２９】
【数７４】
2007110688.tif 000076
【０３３０】
を推定する。
【０３３１】
基地局１０に複数の移動端末２０１〜２０Ｋがリンクされている場合、プロセッサ５００は、行列
【０３３２】
【数７５】
2007110688.tif 000077
【０３３３】
を推定する。
【０３３４】
次のステップＳ９０３において、プロセッサ５００は、アップリンク重み付けベクトル
【０３３５】
【数７６】
2007110688.tif 000078
【０３３６】
を推定する。
【０３３７】
基地局１０に１つの移動端末２０ｋしかリンクされておらず、且つその移動端末２０ｋがチャネル応答行列ベクトルＨを知っている場合、アップリンク重み付けベクトル
【０３３８】
【数７７】
2007110688.tif 000079
【０３３９】
は、
【０３４０】
【数７８】
2007110688.tif 000080
【０３４１】
に等しい。
【０３４２】
基地局１０に１つの移動端末２０ｋがリンクされている場合、アップリンク重み付けベクトル
【０３４３】
【数７９】
2007110688.tif 000081
【０３４４】
は
【０３４５】
【数８０】
2007110688.tif 000082
【０３４６】
に等しい。
【０３４７】
基地局１０に複数の移動端末２０１〜２０Ｋがリンクされている場合、アップリンク重み付けベクトル
【０３４８】
【数８１】
2007110688.tif 000083
【０３４９】
は、
【０３５０】
【数８２】
2007110688.tif 000084
【０３５１】
に等しい。
【０３５２】
ステップＳ９０４において、アップリンク重み付けベクトル
【０３５３】
【数８３】
2007110688.tif 000085
【０３５４】
の要素が転送される。基地局１０へ転送される信号ＳＭＳ（ｔ）は、Ｍｋ個の信号ＳＭＳ１（ｔ）〜ＳＭＳＭ（ｔ）になるように複製される。各複製信号ＳＭＳ１（ｔ）〜ＳＭＳＭ（ｔ）は、アップリンク重み付けベクトル確定モジュール２００によって確定される重み付けベクトルｖｋのそれぞれの要素ｖｋ１〜ｖｋＭによって重み付けされる。各重み付けされた複製信号ＳＭＳ１（ｔ）〜ＳＭＳＭ（ｔ）は、ビーム形成信号を形成するためにそれぞれのアンテナＭＳｋＡｎｔ１〜ＭＳｋＡｎｔＭへ転送される。
【０３５５】
具現化の好ましいモードでは、重み付けされた複製信号ＳＭＳ１（ｔ）〜ＳＭＳＭ（ｔ）は、アップリンクチャネルを介して転送されるパイロット信号である。重み付けされたパイロット信号と、図７ｂを参照して説明した情報とは、情報タイムスロット６１１を介して転送されることが好ましい。
【０３５６】
そして、プロセッサ５００は、新たに受信したベクトルを処理するためにステップＳ９００に戻る。
【０３５７】
本発明を、時分割複信方式の場合で説明した。本発明はまた周波数分割複信にも適用可能であり、アップリンクチャネルとダウンリンクチャネルとの間でチャネル行列が異なることによる制御誤差を幾分か許容する、ということが留意されなければならない。
【０３５８】
本発明はまた、移動端末２０ｋが重み付けベクトル
【０３５９】
【数８４】
2007110688.tif 000086
【０３６０】
を、従来のＭＭＳＥ重み計算方法に基づいて計算することができる場合にも適用可能である。
【０３６１】
この場合、Ｒ＝ＸＸＨ／ｐ０に等しい受信信号の相関行列Ｒを考慮する。
【０３６２】
こうした公式を、
【０３６３】
【数８５】
2007110688.tif 000087
【０３６４】
として変換することができる。ここで、Ｅ＝１／ｐ０・Ｚ（Ｉ−１／ｐ０・ＳＨＳ）ＺＨである。
【０３６５】
誤差行列Ｅによる重み誤差を許容することにより、上述した公式の
【０３６６】
【数８６】
2007110688.tif 000088
【０３６７】
をＲに置き換えることができる。このため、
【０３６８】
【数８７】
2007110688.tif 000089
【０３６９】
は
【０３７０】
【数８８】
2007110688.tif 000090
【０３７１】
によって与えられる。
【０３７２】
Ｒは通常、非特異であり且つ可逆であるため、上記式においてＲ＋＝Ｒ−１の関係を使用した。
【０３７３】
【数８９】
2007110688.tif 000091
【０３７４】
は、従来の最小平均自乗誤差（ＭＭＳＥ）重み計算方法に対応する。
【０３７５】
さらに、ゼロフォーシング（zero-forcing）（ＺＦ）重み計算方法がＭＭＳＥ重み計算に近い解を有するため、移動端末２０ｋは、従来のＺＦ計算方法に基づいて重み付けベクトル
【０３７６】
【数９０】
2007110688.tif 000092
【０３７７】
を計算することができる。
【０３７８】
当然ながら、本発明は、移動通信システム又はマルチポイントツーポイントシステムのみでなく、無線ローカルエリアネットワーク又はポイントツーポイント無線通信システムにおいても適用可能である。
【０３７９】
当然ながら、本発明の範囲から逸脱することなく上述した本発明の実施形態に対して多くの変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０３８０】
【図１】本発明によるシステムのアーキテクチャを表す図である。
【図２】本発明による基地局のアーキテクチャを表す図である。
【図３】本発明による移動端末のアーキテクチャを表す図である。
【図４】本発明による基地局の重み付けベクトル確定モジュールのアーキテクチャを表す図である。
【図５】本発明による移動端末のアップリンク重み付けベクトル確定モジュールのアーキテクチャを表す図である。
【図６】本発明によるアップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルを表す図である。
【図７ａ】本発明によるダウンリンクチャネルに含まれる命令タイムスロットを表す図である。
【図７ｂ】本発明によるアップリンクチャネルに含まれる識別タイムスロットを表す図である。
【図８】移動局の重み付けベクトルを確定するため、且つ重み付けベクトルに関連する情報を転送するために、基地局により実行されるアルゴリズムである。
【図９】基地局から受信された情報から重み付けベクトルを確定するために、移動端末局により実行されるアルゴリズムである。
【図１】
2007110688.tif 000113
【図２】
2007110688.tif 000114
【図３】
2007110688.tif 000115
【図４】
2007110688.tif 000116
【図５】
2007110688.tif 000117
【図６】
2007110688.tif 000118
【図７ａ】
2007110688.tif 000119
【図７ｂ】
2007110688.tif 000120
【図８】
2007110688.tif 000121
【図９】
2007110688.tif 000122
【外国語明細書】
2007110688.tif 000123
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2007110688.tif 000130
2007110688.tif 000131
2007110688.tif 000132
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