(57)【要約】  伝送無線通信システムは、少なくとも2つのアンテナユニットを有する送信モジュールを含む送信端であって、送信モジュールはサービス品質（QoS）要件に従って異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替え、M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する、送信端と、少なくとも2つのアンテナユニットを有する受信モジュールを含む受信端であって、受信モジュールはQoSに従ってN個のビームを受信し、送信端のM個のナロービームと受信端のN個のビームとの間で伝送チャネルが形成され、受信端は、異なる送信モードでの伝送チャネル品質を計算し、QoS要件を満たす送信モードを探索し、送信モードを送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたがQoS要件を満たす送信モードが見つからなかった場合に最適なチャネル品質を有する送信モードを送信端へフィードバックする、受信端と、を含む。MとNとはどちらも1以上の整数である。
2017536025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも2つのアンテナユニットを有する送信モジュールを含む送信端であって、前記送信モジュールはサービス品質（QoS）要件に従って異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替え、前記M個のナロービームの前記空間方向の集合が送信モードを形成する、前記送信端と、
少なくとも2つのアンテナユニットを有する受信モジュールを含む受信端であって、前記受信モジュールは前記QoS要件に従ってN個のビームを受信し、前記M個のナロービームおよび前記N個のビームを送信するために用いられる伝送チャネルが前記受信端と前記送信端との間で形成され、前記受信端は、異なる送信モードでの前記伝送チャネルのチャネル品質を計算し、前記QoS要件を満たす送信モードを探索し、前記送信モードを前記送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応するチャネル品質がトラバースされたが前記QoS要件を満たす送信モードが見つからなかった場合に最適なチャネル品質を有する送信モードを前記送信端へフィードバックし、MとNとはどちらも1以上の整数である、前記受信端と、
を含む、無線通信システム。
【請求項２】
前記送信端は前記送信端によって送信される前記M個のナロービームの前記空間方向を制御するように構成されている送信制御部を含み、前記受信端は前記N個のビームの受信を制御するための受信制御部を含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記送信端は前記切替え規則を設定するように構成されている第1の切替え規則事前設定部をさらに含み、前記切替え規則は事前設定の切替え周期を含み、前記第1の切替え規則事前設定部は前記事前設定の切替え周期に従って前記送信モードを切り替え、前記送信制御部は、前記送信モードに従って、異なる空間方向を有する前記M個のナロービームを送信するように前記送信モジュールを制御する、請求項2に記載のシステム。
【請求項４】
前記受信端は処理部をさらに含み、前記処理部は前記M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび前記N個のビームによって受信された信号に従って前記伝送チャネルの前記チャネル品質を計算し、前記M個のナロービームによってロードされた前記既知のシーケンスは互いに直交する、請求項3に記載のシステム。
【請求項５】
前記処理部は第1の計算部および第2の計算部を含み、前記第1の計算部は前記既知のシーケンスおよび前記N個のビームによって受信された前記信号に従って前記伝送チャネルに対応するチャネル行列内の各行列要素を計算し、前記第2の計算部は前記チャネル行列の特異値分解を行って前記チャネル行列のチャネル特異値を獲得し、前記チャネル特異値に従って前記伝送チャネルのチャネル容量を計算し、前記チャネル品質は前記チャネル特異値および前記チャネル容量を含む、請求項4に記載のシステム。
【請求項６】
前記受信端はフィードバック部をさらに含み、前記フィードバック部は判定部、ソート部、および通知部を含み、前記判定部は前記第2の計算部によって計算された前記チャネル品質が前記QoSを満たすかどうか判定し、前記QoSを満たす場合、前記通知部は、前記受信制御部を用いて前記送信端へ、前記QoSを満たす前記送信モードおよび前記送信モードに対応する伝送チャネル品質をフィードバックし、または前記QoSを満たさない場合、前記ソート部は前記チャネル容量に従って現在の送信モードおよび以前の送信モードをソートし、前記第1の切替え規則事前設定部内のすべての送信モードがトラバースされた後で、前記判定部が前記QoSを満たす送信モードを見つけなかった場合、前記通知部は、前記受信制御部を用いて前記送信端へ、前記ソート部によって獲得された、最適なチャネル容量を有する送信モードおよび前記送信モードに対応する伝送チャネル品質をフィードバックする、請求項5に記載のシステム。
【請求項７】
前記受信端は第2の切替え規則事前設定部をさらに含み、前記第2の切替え規則事前設定部は事前設定の周期に従って前記受信端の受信モードを切り替え、前記第2の切替え規則事前設定部の切替え周期は前記第1の切替え規則事前設定部の前記切替え周期の所定の倍数であり、前記所定の倍数は前記第1の切替え規則事前設定部に含まれる送信モードの数であり、前記N個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する、請求項6に記載のシステム。
【請求項８】
前記送信端の異なる送信モードと前記受信端の異なる受信モードとが異なる伝送チャネルを形成し、
前記フィードバック部は前記QoSを満たす伝送チャネルを探索するようにさらに構成されており、前記判定部は前記伝送チャネルのチャネル品質が前記QoSを満たすかどうか判定し、前記QoSを満たす場合、前記通知部は、前記受信制御部へ、前記QoSを満たす前記伝送チャネルに対応する受信モード、送信モード、および前記チャネル品質を送信し、前記受信制御部は前記受信端の前記受信モードを前記通知部によって送信された前記受信モードに設定し、この受信モードで、前記送信モードおよび前記送信モードでの前記チャネル品質を前記送信端へフィードバックし、または、
前記QoSを満たさない場合、前記ソート部はチャネル品質に従って前記伝送チャネルをソートし、
前記判定部が、前記第2の切替え規則事前設定部内のすべての受信モードがトラバースされた後で、前記QoSを満たす伝送チャネルを見つけなかったときに、前記通知部は、ソート結果に従って前記受信制御部へ、最適なチャネル容量を有する伝送チャネルの受信モード、送信モード、およびチャネル品質を送信し、前記受信制御部は前記受信端の前記受信モードを前記フィードバック部によって送信された前記受信モードに設定し、この受信モードで、前記送信モードおよび前記チャネル品質を前記送信端へフィードバックする、請求項7に記載のシステム。
【請求項９】
前記送信端は構成部をさらに含み、前記構成部は判断部および送信構成部を含み、前記判断部は、判断閾値を設定し、前記受信端によってフィードバックされた、前記判断閾値より大きいチャネル特異値の数に関する統計を収集して、前記伝送チャネルの最大伝送データストリーム数を獲得し、前記送信構成部は、前記最大伝送データストリーム数および前記QoS要件に従って前記送信モジュールのための伝送モードおよびリソース割り振り方式を構成する、請求項5から8のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
サービス品質要件に従って、送信端の送信モジュールが異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、受信端の受信モジュールがN個のビームを受信することを可能にし、それによって伝送チャネルを形成するステップであって、MとNとはどちらも1以上の整数である、前記ステップと、
事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替えるステップであって、前記M個のナロービームの前記空間方向の集合が送信モードを形成する、前記ステップと、
前記受信端の前記N個のビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップと、
前記QoS要件を満たす送信モードを探索し、前記送信モードを前記送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたが前記QoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを前記送信端へフィードバックするステップと、
を含む、無線通信方法。
【請求項１１】
事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替える前記ステップは、
前記M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび前記受信端の前記N個のワイドビームによって受信された前記信号に従って前記現在の送信モードでの前記チャネル品質を獲得するステップ、
を含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび前記受信端の前記N個のワイドビームによって受信された前記信号に従って前記現在の送信モードでの前記チャネル品質を獲得する前記ステップは、
前記受信端の前記N個のワイドビームによって受信された前記信号および前記既知のシーケンスに従って前記現在の送信モードでのチャネル行列Hを計算するステップと、
前記チャネル行列HのSVD分解を行って前記チャネル行列Hのチャネル特異値を獲得し、前記チャネル特異値に従って前記伝送チャネルのチャネル容量を計算するステップと、
を含み、前記チャネル品質は前記チャネル特異値および前記チャネル容量を含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記QoS要件を満たす送信モードを探索し、前記送信モードを前記送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたが前記QoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを前記送信端へフィードバックする前記ステップは、
前記送信モードのチャネル品質が前記QoSを満たすときに、前記送信端へ、前記QoSを満たす前記送信モードおよび前記送信モードに対応するチャネル品質情報をフィードバックし、またはそうではなく前記QoSを満たさないときに、前記チャネル品質に従って前記送信モードをソートし、探索のために次の送信モードに入るステップと、
前記切替え規則内のすべての送信モードがトラバースされた後で前記QoSを満たす送信モードが見つからなかったときに、ソートによって獲得された、最適なチャネル容量を有する送信モード、および対応するチャネル品質を、ワイドビームを用いて前記送信端へフィードバックするステップと、
を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記受信端の前記N個のビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得する前記ステップは、
前記M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび前記受信端の前記N個のナロービームによって受信された前記信号に従って前記現在の送信モードでの前記チャネル品質を獲得するステップ、
をさらに含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１５】
前記M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび前記受信端の前記N個のナロービームによって受信された前記信号に従って前記現在の送信モードでの前記チャネル品質を獲得する前記ステップの後に、前記方法は、
事前設定の切替え規則に従って前記受信端の受信モードを切り替え、異なる送信モードおよび異なる受信モードを用いて形成されたチャネル行列のチャネル品質を計算するステップであって、前記N個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する、前記ステップ、
をさらに含み、
前記QoS要件を満たす送信モードを探索し、前記送信モードを前記送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたが前記QoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを前記送信端へフィードバックする前記ステップは、
前記チャネル行列の前記チャネル品質が前記QoSを満たすときに、前記QoSを満たす受信モードを前記受信端の前記受信モードに設定し、この受信モードで、前記QoSを満たす送信モードおよび前記チャネル品質を前記送信端へフィードバックし、またはそうではなく前記QoSを満たさないときに、前記チャネル品質に従って前記チャネル行列をソートするステップと、
前記切替え規則内のすべての受信モードがトラバースされた後で前記QoSを満たす伝送チャネルが見つからなかったときに、ソート結果に従って、最高チャネル品質を有する受信モードと送信モードの組み合わせを獲得し、前記受信端の前記受信モードを、最大チャネル容量を有する前記受信モードに設定し、この受信モードで、最適なチャネル品質を有する送信モードおよび前記チャネル品質を前記送信端へフィードバックするステップと、
を含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
計算により前記受信端によって獲得された前記チャネル品質が前記サービス品質を満たすときに、前記サービス品質を満たすチャネル品質および送信モードを送信端へフィードバックした後に、前記方法は、
前記送信端の前記送信モードを前記受信端によってフィードバックされた前記送信モードに設定するステップ、
をさらに含む、請求項10から15に記載の方法。
【請求項１７】
前記送信端の前記送信モードを前記受信端によってフィードバックされた前記送信モードに設定する前記ステップの後に、前記方法は、
前記サービス品質要件、ならびに前記受信端によってフィードバックされた前記チャネル品質および前記送信モードに従って、前記送信端の前記送信モジュールのための伝送モードを選択し、前記送信端の前記送信モジュールにリソースを割り振るステップ、
をさらに含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記サービス品質要件、ならびに前記受信端によってフィードバックされた前記チャネル品質および前記送信モードに従って、前記送信端の前記送信モジュールのための伝送モードを選択し、前記送信端の前記送信モジュールにリソースを割り振る前記ステップは、
前記伝送チャネルがサポートすることのできる最大伝送データストリーム数を獲得するステップと、
前記最大伝送データストリーム数および前記QoS要件に従って伝送モードおよびリソース割り振り方式を選択するステップと、
を含む、請求項17に記載の無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信分野、詳細には、無線通信方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の基地局（Base Station、BS）はブロードキャストの形態でユーザ機器（User Equipment、UE）と通信し、ブロードキャストの形態では、ビームがきわめて幅広く、カバレッジが広く、ビームの同じセクタ内のユーザは周波数によってのみ区別されることが可能であり、各ユーザは所与の周波数帯域内の小さな帯域幅を占有し、時分割多重化が用いられるので容量が小さい。これに対して、ミリ波（Millimeter wave）はより高い周波数帯域およびより狭いビームを有する。高利得指向性ナロービームがビーム形成（Beamforming）技術を用いて実現され、それによって、各ユーザは複数のナロービームを用いて空間分割多重化／周波数分割多重化を行って多重化利得を獲得し、通信容量を改善することができる。
【０００３】
Beamforming技術では、アンテナ距離は波長の1／2より大きくない必要がある。しかし、見通し線（Line of Sight、LOS）状況においては、多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output、MIMO）チャネルの非相関はアンテナ距離が特定の値より大きいことを要求し、より大きいアンテナ距離はより低いアンテナ相関を示す。したがって、高周波数帯域を有する大規模アレイ・アンテナ・システムでは、アンテナ直径が限られ、アンテナ距離が比較的小さいので、MIMOチャネル間の非相関を保証するようにLOS-MIMOのレイリー長（Rayleigh distance）を満たすことが難しい。従来技術では、MIMO通信システムの通信品質は比較的乏しい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
これを考慮して、本発明は無線通信方法およびシステムを提供する。送信／受信アンテナユニットをM／N個のサブアレイにそれぞれ分割し、空間的に分離した低い相関を有するM／N個のビームを形成するように、送信／受信アンテナが分離される。したがって、MIMOに類似した送信次元構造が形成され、送信／受信アンテナの送信モードが探索によって獲得され、比較的高い通信品質が保証される。
【０００５】
第1の態様によれば、
少なくとも2つのアンテナユニットを有する送信モジュールを含む送信端であって、送信モジュールはサービス品質（QoS）要件に従って異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替え、M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する、送信端と、
少なくとも2つのアンテナユニットを有する受信モジュールを含む受信端であって、受信モジュールはQoSに従ってN個のビームを受信し、M個のナロービームの送信端とN個のビームの受信端との間で伝送チャネルが形成され、受信端は、異なる送信モードでの伝送チャネル品質を計算し、QoS要件を満たす送信モードを探索し、送信モードを送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたがQoS要件を満たす送信モードが見つからなかった場合に最適なチャネル品質を有する送信モードを送信端へフィードバックし、MとNとはどちらも1以上の整数である、受信端と、
を含む無線通信システムが提供される。
【０００６】
第1の態様の第1の可能な実現形態において、送信端は送信端によって送信されるM個のナロービームの空間方向を制御するように構成されている送信制御部を含み、受信端はN個のビームの受信を制御するための受信制御部を含み、伝送チャネルは送信端と受信端との間で形成される。
【０００７】
第1の態様の第2の可能な実現形態において、送信端は切替え規則を設定するように構成されている第1の切替え規則事前設定部をさらに含み、第1の切替え規則事前設定部は事前設定の切替え周期に従って送信モードを切り替え、送信制御部は、送信モードに従って、異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信するように送信モジュールを制御する。
【０００８】
第1の態様の第3の可能な実現形態において、受信端は処理部をさらに含み、処理部はM個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよびN個のビームによって受信された信号に従って伝送チャネルのチャネル品質を計算し、M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスは互いに直交する。
【０００９】
第1の態様の第4の可能な実現形態において、処理部は第1の計算部および第2の計算部を含み、第1の計算部は既知のシーケンスおよびN個のビームによって受信された信号に従って伝送チャネルに対応するチャネル行列内の各行列要素を計算し、第2の計算部はチャネル行列のSVD分解を行ってチャネル行列のチャネル特異値を獲得し、チャネル特異値に従って伝送チャネルのチャネル容量を計算し、チャネル品質はチャネル特異値およびチャネル容量を含む。
【００１０】
第1の態様の第5の可能な実現形態において、受信端はフィードバック部をさらに含み、フィードバック部は判定部、ソート部、および通知部を含み、判定部は第2の計算部によって計算されたチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定し、QoSを満たす場合、通知部は、受信制御部を用いて送信端へ、QoSを満たす送信モードおよび送信モードに対応する伝送チャネル品質をフィードバックし、またはQoSを満たさない場合、ソート部はチャネル容量に従って現在の送信モードおよび以前の送信モードをソートし、第1の切替え規則事前設定部内のすべての送信モードがトラバースされた後で、判定部がQoSを満たす送信モードを見つけなかった場合、通知部は、受信制御部を用いて送信端へ、ソート部によって獲得された、最適なチャネル容量を有する送信モードおよび送信モードに対応する伝送チャネル品質をフィードバックする。
【００１１】
第1の態様の第6の可能な実現形態において、受信端は第2の切替え規則事前設定部をさらに含み、第2の切替え規則事前設定部は事前設定の周期に従って受信端の受信モードを切り替え、第2の切替え規則事前設定部の切替え周期は第1の切替え規則事前設定部の切替え周期の所定の倍数であり、所定の倍数は第1の切替え規則事前設定部に含まれる送信モードの数であり、N個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する。
【００１２】
第1の態様の第7の可能な実現形態において、送信端の異なる送信モードと受信端の異なる受信モードとが異なる伝送チャネルを形成し、
フィードバック部はQoSを満たす伝送チャネルを探索するようにさらに構成されており、判定部は伝送チャネルのチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定し、QoSを満たす場合、通知部は、受信制御部へ、QoSを満たす伝送チャネルに対応する受信モード、送信モード、およびチャネル品質を送信し、受信制御部は受信端の受信モードを通知部によって送信された受信モードに設定し、この受信モードで、送信モードおよび送信モードでのチャネル品質を送信端へフィードバックし、または、
QoSを満たさない場合、ソート部はチャネル品質に従って伝送チャネルをソートし、判定部が、第2の切替え規則事前設定部内のすべての受信モードがトラバースされた後で、QoSを満たす伝送チャネルを見つけなかったときに、通知部は、ソート結果に従って受信制御部へ、最適なチャネル容量を有する伝送チャネルの受信モード、送信モード、およびチャネル品質を送信し、受信制御部は受信端の受信モードをフィードバック部によって送信された受信モードに設定し、この受信モードで、送信モードおよびチャネル品質を送信端へフィードバックする。
【００１３】
第1の態様の第8の可能な実現形態において、送信端は構成部をさらに含み、構成部は判断部および送信構成部を含み、判断部は、判断閾値を設定し、受信端によってフィードバックされた、判断閾値より大きいチャネル特異値の数に関する統計を収集して、伝送チャネルの最大伝送データストリーム数を獲得し、送信構成部は、最大伝送データストリーム数の構成およびQoS要件に従って送信モジュールのための伝送モードおよびリソース割り振り方式を構成する。
【００１４】
第2の態様によれば、
サービス品質要件に従って、送信端の送信モジュールが異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、受信端の受信モジュールがN個のビームを受信することを可能にし、それによって伝送チャネルを形成するステップであって、MとNとはどちらも1以上の整数である、ステップと、
事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替えるステップであって、M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する、ステップと、
受信端のN個のビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップと、
QoS要件を満たす送信モードを探索し、送信モードを送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたがQoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを送信端へフィードバックするステップと、
を含む無線通信方法が提供される。
【００１５】
第2の態様の第1の可能な実現形態において、事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替えるステップは、
M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび受信端のN個のワイドビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップ、
を含む。
【００１６】
第2の態様の第2の可能な実現形態において、M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび受信端のN個のワイドビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップは、
受信端のN個のワイドビームによって受信された信号および既知のシーケンスに従って現在の送信モードでのチャネル行列Hを計算するステップと、
チャネル行列HのSVD分解を行ってチャネル行列Hのチャネル特異値を獲得し、チャネル特異値に従って伝送チャネルのチャネル容量を計算するステップと、
を含み、チャネル品質はチャネル特異値およびチャネル容量を含む。
【００１７】
第2の態様の第3の可能な実現形態において、QoS要件を満たす送信モードを探索し、送信モードを送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたがQoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを送信端へフィードバックするステップは、
送信モードのチャネル品質がQoSを満たすときに、送信端へ、QoSを満たす送信モードおよび送信モードに対応するチャネル品質情報をフィードバックし、またはそうではなくQoSを満たさないときに、チャネル品質に従って送信モードをソートし、探索のために次の送信モードに入るステップと、
切替え規則内のすべての送信モードがトラバースされた後でQoSを満たす送信モードが見つからなかったときに、ソートによって獲得された、最適なチャネル容量を有する送信モード、および対応するチャネル品質を、ワイドビームを用いて送信端へフィードバックするステップと、
含む。
【００１８】
第2の態様の第4の可能な実現形態において、受信端のN個のビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップは、
M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび受信端のN個のナロービームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップ、
をさらに含む。
【００１９】
第2の態様の第5の可能な実現形態において、M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび受信端のN個のナロービームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップの後に、本方法は、
事前設定の切替え規則に従って受信端の受信モードを切り替え、異なる送信モードおよび異なる受信モードを用いて形成されたチャネル行列のチャネル品質を計算するステップであって、N個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する、ステップ、
をさらに含み、
QoS要件を満たす送信モードを探索し、送信モードを送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたがQoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを送信端へフィードバックするステップは、
チャネル行列のチャネル品質がQoSを満たすときに、QoSを満たす受信モードを受信端の受信モードに設定し、この受信モードで、QoSを満たす送信モードおよびチャネル品質を送信端へフィードバックし、またはそうではなくQoSを満たさないときに、チャネル品質に従ってチャネル行列をソートするステップと、
切替え規則内のすべての受信モードがトラバースされた後でQoSを満たす伝送チャネルが見つからなかったときに、ソート結果に従って、最高チャネル品質を有する受信モードと送信モードの組み合わせを獲得し、受信端の受信モードを、最大チャネル容量を有する受信モードに設定し、この受信モードで、最適なチャネル品質を有する送信モードおよびチャネル品質を送信端へフィードバックするステップと、
を含む。
【００２０】
第2の形態の第6の可能な実現形態において、計算により受信端によって獲得されたチャネル品質がサービス品質を満たすときに、サービス品質を満たすチャネル品質および送信モードを送信端へフィードバックするステップの後に、本方法は、
送信端の送信モードを受信端によってフィードバックされた送信モードに設定するステップ、
をさらに含む。
【００２１】
第2の態様の第7の可能な実現形態において、送信端の送信モードを受信端によってフィードバックされた送信モードに設定するステップの後に、本方法は、
サービス品質要件、ならびに受信端によってフィードバックされたチャネル品質および送信モードに従って、送信端の送信モジュールのための伝送モードを選択し、送信端の送信モジュールにリソースを割り振るステップ、
をさらに含む。
【００２２】
第2の態様の第8の可能な実現形態において、サービス品質要件、ならびに受信端によってフィードバックされたチャネル品質および送信モードに従って、送信端の送信モジュールのための伝送モードを選択し、送信端の送信モジュールにリソースを割り振るステップは、
伝送チャネルがサポートすることのできる最大伝送データストリーム数を獲得するステップと、
最大伝送データストリーム数およびQoS要件に従って伝送モードおよびリソース割り振り方式を選択するステップと、
を含む。
【００２３】
本発明の実施形態で提供される無線通信方法およびシステムにおいては、送信モジュールはQoS要件に従ってM個のナロービームを送信し、受信端はQoS要件に従ってN個のビームを受信し、それによってN×M伝送チャネルを形成する。QoS要件を満たす送信モードを知るために異なる送信モードでの伝送チャネル品質が計算される。QoS要件を満たす送信モードが見つからなかった場合、最適なチャネル品質を有する送信モードが送信端へフィードバックされる。したがって、通信品質が改善されることが可能である。
【００２４】
本発明における技術的解決策をより明確に説明するために、以下は、実現形態を説明するために要求される添付図面を簡単に説明する。明らかに、以下の説明における添付図面は単に本発明のいくつかの実現形態を表わしているにすぎず、この技術分野の当業者は、創作的な努力なしでこれら添付図面から他の図面を依然として導出し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態による無線通信システムの概略構造図である。
【図２】本発明の第1の実施形態による無線通信システムの概略モジュール図である。
【図３】送信モジュールによるナロービームの送信の概略図である。
【図４】図2に表わされた処理部のモジュールの概略図である。
【図５】図2に表わされたフィードバック部の概略モジュール図である。
【図６】図2に表わされた構成部の概略的モジュール図である。
【図７（ａ）】異なるQoSの伝送モードおよびリソース割り振りの概略図である。
【図７（ｂ）】異なるQoSの伝送モードおよびリソース割り振りの概略図である。
【図７（ｃ）】異なるQoSの伝送モードおよびリソース割り振りの概略図である。
【図８】本発明の第2の実施形態による無線通信システムの概略モジュール図である。
【図９】本発明の第1の実施形態による無線通信方法のフローチャートである。
【図１０】本発明の第2の実施形態による無線通信方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下は、本発明の実施形態における添付図面を参照して、本発明の実施形態における技術的解決策を明確かつ十分に説明する。明らかに、説明される実施形態は本発明の実施形態の全部ではなく一部にすぎない。本発明の実施形態に基づいてこの技術分野の当業者によって創作的な努力なしで得られる他のすべての実施形態は、本発明の保護範囲内にあるものである。
【００２７】
図1および図2を参照すると、本発明の第1の実施形態は無線通信システムを提供する。無線通信システムは送信端100と受信端200とを含む。送信端100と受信端200との間で無線通信方法を用いてデータが送信され得る。送信端100は少なくとも2つのアンテナユニットを有する送信モジュール120を含む。送信モジュール120はサービス品質（QoS）要件に従って異なる空間方向を有するM個のナロービーム（比較的狭いカバレッジを有するビーム）を送信し、事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替える。M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する。
【００２８】
図1から図3を参照すると、本発明のこの実施形態では、送信端100は基地局（Base station、BS）またはユーザ機器（User equipment、UE）であってよく、送信モジュール120を有し、送信モジュール120は少なくとも2つのアンテナユニットを含む。送信端100は送信制御部110を含み、送信制御部110は、システムにおけるQoS要件に従って、異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信するように送信モジュール120を制御する。M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する。第1のナロービームの空間方向がα1であり、第2のナロービームの空間方向がα2であり、・・・、第Mのナロービームの空間方向がαMである場合、現在の送信モードは｛α1、α2、・・・、αM｝として示される。
【００２９】
本発明のこの実施形態では、送信端100は第1の切替え規則事前設定部130をさらに含み、第1の切替え規則事前設定部130は送信端100の送信モードの切替え規則を事前設定し、それによって、送信制御部110は第1の切替え規則事前設定部130によって設定された切替え規則に従って送信端100の送信モードを切り替える。具体的には、第1の切替え規則事前設定部130によって提供された切替え規則を獲得した後で、送信制御部110は、切替え規則によって定義された送信モードに従って、送信端100によって送信されるM個のナロービームの空間方向を設定する。例えば、1つの可能な切替え規則について、定義は以下のとおりであり得る。全空間がM個の領域へ分割され、ナロービームの空間方向は2つのパラメータ、θおよびφによって決定され、θはナロービームの水平角であり、φはナロービームのピッチ角である。第1のナロービームに割り振られる空間領域は［θ1min，θ1max］および［φ1min，φ1max］であり、すなわち、第1のナロービーム、すなわちbeam 1は空間領域［θ1min，θ1max］および［φ1min，φ1max］をスキャンする。同様に、第kのナロービームに割り振られる空間領域、すなわち、beam k（2≦k≦M）は［θkmin，θkmax］および［φkmin，φkmax］であり、beam kは空間領域［θkmin，θkmax］および［φkmin，φkmax］をスキャンし、それによって、ナロービームの空間方向はこれらの空間領域において変動する。
【００３０】
本発明の別の実施形態では、空間は別の形態で区画に設定され得ることに留意すべきである。例えば、3次元直交座標や別の表現方法が用いられて空間方向の定義を表現してよく、または区画化は行われる必要がない。加えて、第1の切替え規則事前設定部130によって定義される切替え規則は別の定義を有し得る。例えば、送信モードは事前設定のコードブック（codebook）順に従って切り替えられ得る。事前設定のコードブックに従って切り替えられるモードでは、空間は分割されてよく、ビームがそれぞれのcodebookに従って切り替えられ、または空間は分割される必要がなく、M個のナロービームは特定の規則に従って全体的に切り替えられる。空間分割とビーム切替えとは同時に行われ、空間分割はここでは限定されない。一般に、第1の切替え規則事前設定部130は、事前設定の周期T1が終わるごとに切替え規則を切り替え、すなわち、送信端100は周期T1が終わるごとに送信モードを切り替える。例えば、最初の送信モードは第1の送信モードであり、送信モードは1個の周期T1後に第2の送信モードに切り替えられ、2個の周期T1後に第3の送信モードに切り替えられ、同様に、送信モードはt-1個の周期T1後に第tの送信モードに切り替えられる。
【００３１】
本発明のこの実施形態では、受信端200はBSまたはUEであってよく、受信端200は受信モジュール220を有し、受信モジュール220は少なくとも2つのアンテナユニットを含む。受信端200は受信制御部210を含み、受信制御部210は、QoSに従って、N個のビームを受信するよう受信モジュール220に命令し、それによって、送信端100と受信端200との間で伝送チャネルが形成される。既知のシーケンスは送信端100と受信端200の両方に知られている情報を含むシーケンスであり、異なるナロービームは互いに異なる既知のシーケンスをロードする。好ましくは、異なるナロービームによってロードされた既知のシーケンスは互いに直交し、それによって、既知のシーケンスは受信端200のN個のビームを用いて区別されることが可能である。
【００３２】
図2から図4を参照すると、本発明のこの実施形態では、受信端200は、送信端100からN個のワイドビームによって受信された信号を処理するように構成されている処理部230をさらに含む。具体的には、処理部230は第1の計算部231および第2の計算部232を含む。伝送チャネルを表現するためにチャネル行列Hが用いられ得る。チャネル行列HはN×M行列である。行列要素Hnm（1≦n≦N、1≦m≦M）は、第nのワイドビームと第mのナロービームとの間のチャネルフェージング係数を示し、チャネルフェージング係数は既存のチャネル推定アルゴリズムに従って推定されてよく、それによって、第1の計算部231は計算によりチャネル行列Hを獲得する。第2の計算部232はチャネル行列Hに従って伝送チャネルのチャネル容量を計算する。例えば、1つの可能な実現形態では、第2の計算部232はチャネル行列HのSVD分解を行ってチャネル行列Hのチャネル特異値を獲得してよく、チャネル行列Hに対して行われるSVD分解は、
【００３３】
【数１】
2017536025.tif 000003
【００３４】
であり、QはMとNのうちのより小さい値であり、チャネル特異値は関係λ1≧λ2≧・・・≧λQ≧0を満たし、λi（1≦i≦Q）には、0より大きいr個のチャネル特異値がある、すなわち、チャネル行列Hのランクはrであると仮定され、上記のSVD分解の後で、伝送チャネルはr個の独立した並列サブチャネルの合成とみなされてよく、各サブチャネルはチャネル行列Hの1つのチャネル特異値λi（1≦i≦r）に対応しており、チャネル特異値λi（1≦i≦r）は、対応するサブチャネルの振幅利得を表現するために用いられ、例えば、λ1は第1のサブチャネルの振幅利得を表現し、λ2は第2のサブチャネルの振幅利得を表現し、より大きい振幅利得はサブチャネルがデータ伝送のためにより適することを示す。第2の計算部232はシャノンの方程式を用いてチャネル特異値に従って伝送チャネルのチャネル容量をさらに計算し、計算式は、
【００３５】
【数２】
2017536025.tif 000004
【００３６】
であり、Iは伝送チャネルのチャネル容量であり、SNRは受信端200の信号増幅プロセスで生成される信号対雑音比である。
【００３７】
本発明の別の実施形態では、第2の計算部232は別のアルゴリズムを用いてチャネル容量を計算してよく、チャネル容量を計算するための方法は本発明では特に限定されないことに留意すべきである。
【００３８】
図2から図5を参照すると、本発明のこの実施形態では、受信端200はフィードバック部240をさらに含む。フィードバック部240は判定部241、ソート部242、および通知部243を含む。判定部241は、計算により第2の計算部232によって獲得されたチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定する。送信端100の現在の送信モードが第tの送信モードである場合、受信端200は、計算により第tのチャネル品質を獲得し、第tのチャネル品質をQoSと比較して第tのチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定する。判定部241が第tのチャネル品質はQoSを満たすと判定するとき、通知部243は、送信端100へ、第tの送信モード、第tのチャネル品質に関する情報、対応するプリコーディング行列などのフィードバック情報をフィードバックする。プリコーディング行列はチャネル品質に従ってコードブック集合から選択されたコードブックシーケンス番号としてよく、またはSVD分解によって獲得されたV行列の最初のK個の列を含む、送信端のプリコーディング行列として用いられる行列としてよく、Kは伝送チャネルの最大伝送データストリーム数である。第1の判定部241が第tの送信モードのチャネル品質はQoSを満たさないと判定するとき、第1のソート部242はチャネル品質に従って第tの送信モードおよび以前のt-1個の送信モードをソートする。例えば、送信モードはチャネル品質の大きさに従って昇順／降順でソートされてよい。次いで、送信端100が第1の切替え規則事前設定部130内のすべての送信モードをトラバースした後で、判定部241がQoSを満たす送信モードを依然として見つけない場合、通知部243は、ソート部242のソート結果に従って送信端100へ、最適なチャネル品質を有する送信モード、対応するチャネル品質、プリコーディング行列などのフィードバック情報を送信する。具体的には、通知部243はフィードバック情報を受信制御部210へ送信する。受信制御部210は、事前定義されたビーム形成アルゴリズムを用いてワイドビームを形成し、フィードバック情報をワイドビームへロードし、次いでワイドビームを送信するように受信モジュール220を制御する。
【００３９】
本発明の別の実施形態では、受信端200によって送信されるフィードバック情報がプリコーディング行列を含まなくてよく、送信端100が受信端200によってフィードバックされたチャネル品質に従ってプリコーディング行列に関する情報を自動的に獲得してよいことに留意すべきである。例えば、ロング・ターム・エボルーション（Long Term Evolution、LTE）プロトコルではプリコーディング行列の複数のグループが定義されており、送信端100はチャネル品質インジケータに従ってLTEプロトコルから要求されるプリコーディング行列を選択してよい。
【００４０】
図6および図7を参照すると、本発明のこの実施形態では、送信端100は構成部140をさらに含む。ワイドビームを用いて受信端200によって送信されたフィードバック情報が送信端100のM個のナロービームを用いて受信された後で、送信制御部110は送信端100の送信モードを受信端200によってフィードバックされた送信モードに設定する。構成部140は送信モジュール120のための伝送モードを選択し、送信モジュール120にリソースを割り振る。具体的には、構成部140は判断部141および送信構成部142を含む。判断部141は判断閾値λ0を設定する。チャネル特異値λi（1≦i≦r）が判断閾値λ0以上であるとき、それは特異値に対応するサブチャネルがデータ伝送のために適することを示している。逆の場合、それは特異値に対応するサブチャネルがデータ伝送のために適さないことを示している。判断部141はチャネル特異値λi（1≦i≦r）内の判断閾値λ0以上のチャネル特異値の数に関する統計を収集する。例えば、λi（1≦i≦r）にλ0より大きいK個のチャネル特異値があるとき、それは伝送チャネルの最大伝送データストリーム数がKであることを示している。本発明の別の実施形態では、第2の計算部232が別のアルゴリズムを用いてチャネル容量を計算するときに、判断部141は、データ伝送のために適したストリーム数を獲得するために、そのアルゴリズムに対応する形態で判定を行うことが理解されることが可能であり、これは本発明では特に限定されない。
【００４１】
本発明のこの実施形態では、送信構成部142は、最大伝送データストリーム数およびQoSに従って伝送モードおよびリソース割り振り方式を選択する。例えば、K＝1、すなわち、伝送チャネル上で1つのみのデータストリームが送信されることが可能であるときに、送信端100はすべてのアンテナユニットを用いて1つのワイドビームを生成して通信を行ってよく（この場合には、1つのみのナロービームが出力され、すなわち、単一出力の事例である）、すなわち、図7（a）に表わされたBeamforming動作モードである。K＞1であるときに、通信品質について比較的高い要件を有するQoS要件については、図7（b）に表わされたように、K個のデータストリームが同じデータを同時に送信するために用いられてよく、すなわち、beam 1、beam 2、およびbeam 3（K＝3の場合、またはKは別の値であってよい）が同じデータを送信し、次いで送信電力がプリコーディング行列を用いてbeam 1、beam 2、およびbeam 3に割り振られ、すなわち、複数のナロービームを用いて送信ダイバーシティ利得が達成される。K＞1であるときに、速度について比較的大きい要件を有するQoS要件については、図7（c）に表わされたように、通信品質が保証されるときには、データストリームは異なるデータを送信するために用いられてよく、すなわち、beam 1、beam 2、およびbeam 3が異なるデータを送信する。送信電力はプリコーディング行列を用いてbeam 1、beam 2、およびbeam 3に割り振られ、すなわち、複数のナロービームを用いて多重化利得が達成される。送信構成部142は伝送モードおよびリソース割り振り方式を送信制御部110へ送信する。送信制御部110は、伝送モードおよびリソース割り振り方式に従って、対応するナロービームを送信し、各ナロービームに電力を割り振るよう送信モジュール120を制御し、それによって、そのリソース割り振り方式を用いてその伝送モードで受信端200とのデータ伝送を行う。
【００４２】
上記の説明から、送信端100のM個のナロービームおよび受信端200のN個のビームを送信するために用いられる伝送チャネルは、単入力単出力（M＝N＝1）の場合、多出力単入力（M＞1、N＝1）の場合、単出力多入力（M＝1、N＞1）の場合、多入力多出力（M＞1、N＞1）の場合、などであってよいことが分かり得ることに留意すべきである。QoS要件や計算により実際に得られたチャネル品質などの要因によって特定のチャネルモードが決定される。これは本発明では特に限定されない。
【００４３】
本発明のこの実施形態では、送信端100はQoS要件に従ってM個のナロービームを送信し、受信端200はQoS要件に従ってN個のワイドビームを受信し、それによって、伝送チャネルを形成する。送信端100の送信モードは第1の切替え規則事前設定部130によって事前設定された切替え規則に従って切り替えられ、処理部230は、計算により異なる送信モードでの送信チャネルのチャネル品質を獲得し、それによって、QoSを満たす送信モードまたは最適なチャネル品質を有する送信モードを探索する。構成部140は、受信端200のフィードバック情報に従って、かつ実際の必要に従って、beamforming、送信ダイバーシティ、または送信多重化を行うことを選択する。本発明では、伝送チャネルに類似した構造が分析され、良好なチャネル品質を有する伝送チャネルのグループが探索によって獲得される。従来のBeamformingシステムと比べて、ダイバーシティ利得または多重化利得がさらに獲得されることが可能である。
【００４４】
図8を参照すると、図8は本発明の第2の実施形態による無線通信システムのモジュール図である。本発明のこの実施形態では、無線通信システムは上記の第1の実施形態における各部および各モジュールを含む。違いは、受信端200がN個のナロービームを用いて送信端100のM個のナロービームを受信し、検出することである。この場合には、伝送チャネルのチャネル利得は送信端100の送信モードと受信端200の受信モードの両方によって決定され、受信端200のN個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する。
【００４５】
本発明のこの実施形態では、受信端200は第2の切替え規則事前設定部250をさらに含み、第2の切替え規則事前設定部250は、受信端200の受信モードの切替え規則を設定して受信端200の受信モードを切り替える。第2の切替え規則事前設定部250の切替え周期はT2であり、T2はT1の所定の倍数であり、所定の倍数は第1の切替え規則事前設定部130に含まれる送信モードの数である。例えば、送信端100の第1の切替え規則事前設定部130の切替え周期はT1であり、第1の切替え規則事前設定部130はM1個の切替え規則（すなわち、M1個の送信モード）を含むと仮定する。この場合には、第2の切替え規則事前設定部250の周期T2はT1×M1である。すなわち、送信端100が第1の切替え規則事前設定部130内のすべての送信モードを1回トラバースした後で、受信端200の第2の切替え規則事前設定部250は受信モードを1回切り替える。受信端200の第2の切替え規則事前設定部250はN1個の切替え規則（すなわち、N1個の送信モード）を含むと仮定する。受信端200がすべての受信モードをトラバースした後で、全部でM1×N1個の伝送チャネルが生成され、これに対応して、M1×N1個のチャネル行列がある。本発明のこの実施形態では、第1の送信モードおよび第1の受信モードを用いて形成されたチャネル行列を表現するためにH11が用いられてよく、Hij（1≦i≦M1、1≦j≦N1）は第iの送信モードおよび第jの受信モードを用いて形成されたチャネル行列を表現する。
【００４６】
本発明のこの実施形態では、処理部230の第1の計算部231は各チャネル行列Hijを計算し、第2の計算部232は、計算により第1の計算部231によって獲得されたチャネル行列Hijに従って各チャネル行列Hijのチャネル特異値を計算により獲得し、次いで、各チャネル行列Hijのチャネル容量を計算する。フィードバック部240の判定部241はチャネル行列Hijのチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定し、チャネル行列Hijのチャネル品質がQoSを満たす場合、通知部は、受信制御部210へ、QoSを満たすチャネル行列のチャネル品質、送信モード、受信モードなどの情報を送信する。受信設定部210は受信端200の受信モードを通知部241によって送信された受信モード（すなわち、QoSを満たす受信モード）に設定し、この受信モードで、QoSを満たす送信モードおよびチャネル品質情報を送信端100へフィードバックする。判定部241がチャネル行列はQoSを満たさないと判定した場合、ソート部242はチャネル行列のチャネル容量に従ってチャネル行列をソートする。受信端200が、第2の切替え規則事前設定部250内のすべての受信モードをトラバースした後で、QoSを満たすチャネル行列を見つけなかったときに、通知部243は、受信制御モジュール210へ、最適なチャネル容量を有するチャネル行列、対応する送信モード、対応する受信モード、対応するチャネル品質などのフィードバック情報を送信する。受信制御モジュール210は、通知部243の情報に従って、受信端200の受信モードを通知部243によってフィードバックされた受信モードに設定し、この受信モードで送信端100へ、最大チャネル容量を有する伝送チャネルの送信モードおよびチャネル品質をフィードバックする。送信端100が、受信端100によって送信されたフィードバック情報を、M個のナロービームを用いて受信し、同時に検出した後で、送信端100の送信モードは受信端200によってフィードバックされた送信モードに設定される。
【００４７】
本発明のこの実施形態では、QoSを満たし、または最大チャネル容量を有する送信モードおよび受信モードで送信端100と受信端200との間でデータが送信される。ソート部242によってソートにより獲得された、QoSを満たし、または最大チャネル容量を有するチャネル行列がH45である場合、すなわち、送信端100の送信モードが第4の送信モードであり、受信端200の受信モードが第5の受信モードであるときに、伝送チャネルは最大チャネル容量を有し、送信端100の送信モードは第4の送信モードに設定され、受信端200の受信モードは第5の受信モードに設定され、この送信モードとこの受信モードとでデータが送信され、それによって、伝送チャネルは、QoS要件を満たすように、できるだけ大きい利得を獲得することができる。
【００４８】
本発明のこの実施形態では、送信端100の送信モードと受信端200の受信モードとが同時に切り替えられ、それによって、システムにおける高いQoS要件を満たすように、比較的大きい利得を有する伝送チャネルが獲得されることが可能である。
【００４９】
図9を参照すると、図9は本発明の第1の実施形態による無線通信方法を表わしており、本方法は少なくとも以下のステップを含む。
【００５０】
101．サービス品質要件に従って、送信端の送信モジュールが異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、受信端の受信モジュールがN個のビームを受信することを可能にし、それによって、伝送チャネルを形成し、MとNとはどちらも1以上の整数である。
【００５１】
本発明のこの実施形態では、無線通信システムは送信端100と受信端200とを含む。送信端100は基地局（Base Station、BS）またはユーザ機器（User Equipment、UE）であってよく、受信端200もBSまたはUEであってよい。送信端100は送信モジュールを含み、受信端200は受信モジュールを含み、送信モジュールおよび受信モジュールは各々少なくとも2つのアンテナユニットを含み、アンテナユニットはワイドビームまたはナロービームを送信し、または受信するように構成されていてよい。送信モジュールおよび受信モジュールはフェーズドアレイアンテナであってよく、フェーズドアレイアンテナは移相器を含み、移相器は、アンテナユニットによって送信されるナロービームの空間方向を制御し、移相器の移相値を設定することによって、異なる空間方向を有するナロービームを送信するよう送信端を制御してよい。
【００５２】
本発明のこの実施形態では、無線通信システムがQoS要件を受信するとき、送信端100の送信モジュールはQoS要件に従って異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、受信端200はQoS要件に従ってN個のビームを受信する。送信モジュールおよび受信モジュールは各々少なくとも2つのアンテナユニットを含み、MとNとはどちらも1以上の整数である。
【００５３】
102．事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替え、M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する。
【００５４】
本発明のこの実施形態では、M個のナロービームは各々既知のシーケンスをロードし、既知のシーケンスは送信端100と受信端200の両方に知られている情報を含むシーケンスである。M個のナロービームは各々既知のシーケンスをロードし、異なるナロービームによってロードされた既知のシーケンスは互いに異なる。好ましくは、異なるナロービームによってロードされた既知のシーケンスは互いに直交し、それによって、受信端100はM個のナロービームを区別することができる。
【００５５】
本発明のこの実施形態では、送信端100は異なる空間方向を有するM個のナロービーム（図3に表わされたbeam 1からbeam 4）を送信し、異なるナロービームの空間方向は異なる。M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する。第1のナロービームの空間方向がα1であり、第2のナロービームの空間方向がα2であり、・・・、第Mのナロービームの空間方向がαMである場合、現在の送信モードは｛α1、α2、・・・、αM｝として示される。
【００５６】
本発明のこの実施形態では、送信モードを切り替えることはナロービームの空間方向を変更することであり、少なくとも1つのナロービームは任意の2つの異なる送信モードにおいて異なる空間方向を有する。ナロービームの空間方向の変更規則は切替え規則において提供されてよい。例えば、1つの可能な切替え規則について、定義は以下のとおりであってよい。全空間がM個の領域へ分割され、ナロービームの空間方向は2つのパラメータ、θおよびφによって決定され、θはナロービームの水平角であり、φはナロービームのピッチ角である。第1のナロービームに割り振られる空間領域は［θ1min，θ1max］および［φ1min，φ1max］であり、すなわち、第1のナロービーム、すなわちbeam 1は空間領域［θ1min，θ1max］および［φ1min，φ1max］をスキャンする。同様に、第kのナロービームに割り振られる空間領域、すなわち、beam k（2≦k≦M）は［θkmin，θkmax］および［φkmin，φkmax］であり、beam kは空間領域［θkmin，θkmax］および［φkmin，φkmax］をスキャンし、それによって、ナロービームの空間方向はこれらの空間領域において変動する。
【００５７】
本発明の別の実施形態では、空間は別の形態で区画に設定されてよいことに留意すべきである。例えば、3次元直交座標や別の表現方法が用いられて空間方向の定義を表現してよく、または区画化は行われる必要がない。加えて、切替え規則は別の定義を有してよい。例えば、送信モードは事前設定のコードブック（codebook）順に従って切り替えられてよい。事前設定のコードブックに従って切り替えられるモードでは、空間は分割されてよく、ビームがそれぞれのcodebookに従って切り替えられ、または空間は分割される必要がなく、M個のナロービームは特定の規則に従って全体的に切り替えられる。空間分割とビーム切替えとは同時に行われる。空間分割はここでは限定されない。一般に、送信端100は事前設定の周期T1が終わるごとに送信モードを切り替え、送信モードは印を付けられてよい。例えば、最初の送信モードは第1の送信モードであり、送信モードは1個の周期T1後に第2の送信モードに切り替えられ、2個の周期T1後に第3の送信モードに切り替えられ、同様に、送信モードはt-1個の周期T1後に第tの送信モードに切り替えられる。
【００５８】
103．受信端のN個のワイドビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得する。
【００５９】
具体的には、以下のステップが含まれてよい。
【００６０】
まず、受信端によって受信された信号および既知のシーケンスに従って現在の送信モードでのチャネル行列Hが計算される。
【００６１】
本発明のこの実施形態では、送信端100によって送信されたM個のナロービームは空間において指定された空間方向に従って伝搬され、受信端200は、N個のワイドビームを用いてM個のナロービームの信号を受信し、同時に検出し、それによって、N×M伝送チャネルを形成する。伝送チャネルのチャネル利得は送信端100と受信端200の両方によって決定され、受信端200の利得は固定利得であり、送信端100の送信モードを探索することによって異なる利得を有する伝送チャネルが得られ得る。
【００６２】
本発明のこの実施形態では、伝送チャネルを表現するためにチャネル行列Hが用いられてよく、チャネル行列HはN×M行列であり、チャネル行列内の行列要素Hnm（1≦n≦N、1≦m≦M）は、第nのワイドビームと第mのナロービームとの間のチャネルフェージング係数を示し、チャネルフェージング係数は、既存のチャネル推定アルゴリズムに従って提供されてよく、それによって、チャネル行列Hを獲得する。
【００６３】
次いで、チャネル行列Hに対してSVD分解が行われてチャネル行列Hのチャネル特異値を獲得し、チャネル特異値に従って伝送チャネルのチャネル容量が計算される。
【００６４】
本発明のこの実施形態では、チャネル行列Hを生成した後で、受信端200は伝送チャネルのチャネル品質を収集してよい。チャネル品質は主にチャネル特異値およびチャネル容量によって評価される。1つの可能な実現形態において、チャネル特異値はチャネル行列HのSVD分解を行うことによって獲得されてよく、チャネル行列Hに対して行われるSVD分解は、
【００６５】
【数３】
2017536025.tif 000005
【００６６】
であり、QはMとNのうちのより小さい値であり、チャネル特異値は、λ1≧λ2≧・・・≧λQ≧0であり、λi（1≦i≦Q）には0より大きいr個のチャネル特異値がある、すなわち、チャネル行列Hのランクはrであると仮定され、上記のSVD分解の後で、伝送チャネルはr個の独立した並列サブチャネルの合成とみなされてよく、各サブチャネルはチャネル行列Hの1つのチャネル特異値λi（1≦i≦r）に対応しており、チャネル特異値λi（1≦i≦r）は対応するサブチャネルの振幅利得を表現するために用いられ、例えば、λ1は第1のサブチャネルの振幅利得を表現し、λ2は第2のサブチャネルの振幅利得を表現し、より大きい振幅利得はサブチャネルがデータ伝送のためにより適することを示す。伝送チャネルのチャネル容量は以下のようにシャノンの方程式
【００６７】
【数４】
2017536025.tif 000006
【００６８】
を用いて与えられてよく、SNRは受信端200の信号増幅プロセスで生成される信号対雑音比である。
【００６９】
本発明の別の実施形態では、チャネル容量は別のアルゴリズムを用いて計算されてよいことに留意すべきであり、これは本発明では特に限定されない。
【００７０】
104．QoS要件を満たす送信モードを探索し、送信モードを送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたがQoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを送信端へフィードバックする。
【００７１】
具体的には、以下のステップが含まれてよい。
【００７２】
まず、送信モードのチャネル品質がQoSを満たすときには、QoSを満たす送信モードおよび送信モードに対応するチャネル品質情報が送信端へフィードバックされ、またはそうではなくQoSを満たさないときには、チャネル品質に従って送信モードがソートされ、次の送信モードで探索が行われる。
【００７３】
本発明のこの実施形態では、送信端100は周期T1に従って送信モードを切り替え、同様に、受信端200は周期T1に従って送信モードに対応するチャネル品質を計算する。送信端100の現在の送信モードが第tの送信モードである場合、受信端200は計算により第tのチャネル品質を獲得する。受信端200は、計算により生成された、第tの送信モードに対応する第tのチャネル品質とQoSを比較し、それによって、第tのチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定する。QoSは主に伝送速度要件および誤り率要件を含む。計算により受信端200によって獲得された第tのチャネル品質がQoSを満たすときには、受信端200はワイドビームを用いて送信端100へ、第tの送信モード、第tのチャネル品質に関する情報、対応するプリコーディング行列などのフィードバック情報を送信する。プリコーディング行列情報はチャネル品質に従ってコードブック集合から選択されたコードブックシーケンス番号であってよく、またはSVD分解によって獲得されたV行列の最初のK個の列を含む、送信端のプリコーディング行列として用いられる行列であってよく、Kは伝送チャネルの最大伝送データストリーム数である。受信端200が現在の送信モードのチャネル品質はQoSを満たさないと判定するとき、受信端200はチャネル品質に従って第tの送信モードおよび以前のt-1個の送信モードをソートする。例えば、送信モードはチャネル容量の大きさに従って昇順／降順でソートされてよい。
【００７４】
次いで、切替え規則内のすべての送信モードがトラバースされた後でQoSを満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル容量を有する送信モードおよび対応するチャネル品質がワイドビームを用いて送信端へフィードバックされる。
【００７５】
本発明のこの実施形態では、送信端100が、切替え規則内のすべての送信モードをトラバースした後で、QoSを満たす送信モードを見つけなかったときに、受信端200はワイドビームを用いてソート結果に従って送信端100へ、最大チャネル容量を有する送信モード、チャネル品質、プリコーディング行列などのフィードバック情報を送信する。
【００７６】
本発明の別の実施形態では、フィードバック情報がプリコーディング行列を含まなくてよく、送信端100が受信端によってフィードバックされたチャネル品質に従ってプリコーディング行列に関する情報を自動的に選択してよいことに留意すべきである。例えば、ロング・ターム・エボルーション（Long Term Evolution、LTE）プロトコルではプリコーディング行列の複数のグループが定義されており、送信端100はチャネル品質に従ってLTEプロトコルから要求されるプリコーディング行列を選択してよい。
【００７７】
105．送信端の送信モードを受信端によってフィードバックされた送信モードに設定する。
【００７８】
本発明のこの実施形態では、受信端200はワイドビームを生成し、ワイドビーム上でフィードバック情報をロードする。受信端200によって送信されたフィードバック情報は送信端のM個のナロービームを用いて受信され、同時に検出され、プリコーディング動作を完了するためにフィードバック情報に従って変調符号化方式（Modulation and Coding Scheme、MCS）が選択され、送信端100の送信モードは受信端200によってフィードバックされた送信モードに設定される。受信端200によってフィードバックされる送信モードは、QoSを満たす送信モードであってよく、またはQoS要件を満たさない送信モードであってよく、しかし当該送信モードはすべての送信モードにおいて最適なチャネル容量を有する送信モードである。
【００７９】
106．QoS要件、ならびに受信端によってフィードバックされたチャネル品質および送信モードに従って、送信端の送信モジュールのための伝送モードを選択し、送信端の送信モジュールにリソースを割り振る。
【００８０】
本発明のこの実施形態では、送信端100は、以下のステップを用いて、システムのQoS要件および受信端200のフィードバック情報に従って伝送モードを選択し、リソースを割り振ってよい。
【００８１】
まず、伝送チャネルによってサポートされることが可能である最大伝送データストリーム数が獲得される。
【００８２】
具体的には、本発明のこの実施形態では、チャネル行列Hに対してSVD分解が行われた後で、r個の非ゼロの特異値λi（1≦i≦r）が獲得され、λiの値が比較的小さい場合、それは特異値λiに対応するサブチャネルが比較的小さい振幅利得を有することを示し、そのサブチャネルがデータを送信するために用いられるときにデータは雑音によって隠され得る。送信端100は判断閾値λ0を設定し、チャネル特異値λi（1≦i≦r）が判断閾値λ0以上であるときに、それは特異値に対応するサブチャネルがデータ伝送のために適すること、または逆の場合、サブチャネルがデータ伝送のために適さないことを示す。λi（1≦i≦r）にλ0より大きいK個のチャネル特異値がある場合、それは伝送チャネルが最大K個のデータストリームを同時に送信することができることを示す。
【００８３】
次いで、最大伝送データストリーム数およびQoS要件に従って伝送モードおよびリソース割り振り方式が選択される。
【００８４】
具体的には、本発明のこの実施形態では、QoS要件は主に速度要件および誤り率要件を含む。K＝1、すなわち、伝送チャネル上で1つのみのデータストリームが送信されることが可能であるときに、送信端100はすべてのアンテナユニットを用いて1つのナロービームを生成して通信を行ってよく、すなわち、Beamforming動作モードである。図7（a）に表わされたように、ナロービームの空間方向はフィードバックされた送信モードでの第1のナロービームの空間方向である。K＞1であるときに、通信品質について比較的高い要件を有するQoS要件については、図7（b）に表わされたように、データストリームは同じデータを送信するために用いられてよく、すなわち、beam 1、beam 2、およびbeam 3が同じデータを送信し、次いで送信電力がプリコーディング行列を用いてbeam 1、beam 2、およびbeam 3に割り振られ、すなわち、複数のナロービームを用いてダイバーシティ利得が達成される。K＞1であるときに、速度について比較的大きい要件を有するQoS要件については、図7（c）に表わされたように、通信品質が保証されるときには、データストリームは異なるデータを送信するために用いられてよく、すなわち、beam 1、beam 2、およびbeam 3が異なるデータを送信する。送信電力はプリコーディング行列を用いてbeam 1、beam 2、およびbeam 3に割り振られ、すなわち、複数のナロービームを用いて多重化利得が達成される。
【００８５】
上記の説明から、本発明のこの実施形態における伝送チャネルは、単入力単出力（M＝N＝1）の場合、多出力単入力（M＞1、N＝1）の場合、単出力多入力（M＝1、N＞1）の場合、MIMO（M＞1、N＞1）の場合、などであってよいことが分かり得ることに留意すべきである。QoS要件や計算により実際に得られたチャネル品質などの要因によって特定のチャネルモードが決定される。これは本発明では特に限定されない。
【００８６】
本発明の別の実施形態では、別のアルゴリズムを用いてチャネル容量が計算されるときには、本発明においてそのアルゴリズムに対応する形態が用いられて判定を行って、データ伝送のために適したストリーム数を獲得することが理解されることが可能であり、これには本発明では限定されない。
【００８７】
本発明のこの実施形態では、送信端100はQoS要件に従ってM個のナロービームを送信し、受信端200はN個のワイドビームを生成することによってQoS要件に従ってM個のナロービームを受信し、それによって、伝送チャネルを形成する。送信端100の送信モードは事前設定の切替え規則に従って切り替えられる。受信端200は、送信端100によって送信されたM個のナロービームを処理して送信モードに対応するチャネル品質情報を獲得する。QoSを満たす送信モードが探索によって獲得され、送信端100へフィードバックされ、それによって、送信端100は、送信端100の送信モードを受信端200によってフィードバックされた送信モードに設定して、実際の必要に従って、Beamforming、送信ダイバーシティ、または送信多重化を行うことを選択する。本発明では、類似した伝送構造が分析され、良好なチャネル品質を有する伝送チャネルのグループが探索によって獲得される。従来のBeamformingシステムと比べて、ダイバーシティ利得または多重化利得が得られることが可能である。
【００８８】
図10を参照すると、図10は、本発明の第2の実施形態による無線通信方法であり、本方法は少なくとも以下のステップを含む。
【００８９】
201．サービス品質要件に従って、送信端の送信モジュールが異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、受信端の受信モジュールがN個のビームを受信することを可能にし、それによって、伝送チャネルを形成し、MとNとはどちらも1以上の整数である。
【００９０】
本発明のこの実施形態では、送信端100および受信端200は各々BSであり、ナロービームを送信し、または受信し得る。
【００９１】
202．事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替え、M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する。
【００９２】
203．受信端のN個のナロービームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得する。
【００９３】
本発明のこの実施形態では、受信端は、N個のナロービームを用いて送信端のM個のナロービームを受信して伝送チャネルを形成する。伝送チャネルのチャネル利得は送信端100の送信モードと受信端200の受信モードの両方によって決定され、異なる送信モードと異なる受信モードとは互いに異なるチャネル利得を有する伝送チャネルを形成する。N個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する。
【００９４】
204．事前設定の切替え規則に従って受信端の受信モードを切り替え、異なる送信モードおよび異なる受信モードを用いて形成されたチャネル行列のチャネル品質を計算し、N個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する。
【００９５】
本発明のこの実施形態では、伝送チャネルのチャネル利得は送信端の送信モードと受信端の受信モードの両方によって決定されるので、送信端の送信モードおよび受信端の受信モードが同時に切り替えられる必要があり、それによって、QoSを満たす、または比較的高いチャネル品質を有する伝送チャネルを探索する。具体的には、受信端200は切替え規則を事前設定し、切替え規則に従って受信端200の受信モードを切り替える。受信端200の受信モードの切替え周期はT2であり、T2は周期T1の事前設定の倍数である。事前設定の倍数は切替え規則の数である。送信端100がM1個の切替え規則を有する（各規則は1つの送信モードに対応している）場合、T2＝T1×M1であり、送信端100と受信端200とは送信モードを同時に切り替え、受信端200は送信端100が送信モードを1回トラバースした後で1回受信モードを切り替える。受信端200はN1個の切替え規則（すなわち、N1個の送信モード）を有すると仮定する。受信端200がすべての受信モードをトラバースした後で、全部でM1×N1個の伝送チャネルが生成され、これに対応して、M1×N1個のチャネル行列がある。本発明のこの実施形態では、第1の送信モードおよび第1の受信モードを用いて形成されたチャネル行列を表現するためにH11を用いてよく、Hij（1≦i≦M1、1≦j≦N1）は第iの送信モードおよび第jの受信モードを用いて形成されたチャネル行列を表現する。
【００９６】
205．計算により受信端によって獲得されたチャネル品質がQoSを満たすときに、QoSを満たす送信モードおよび送信モードに対応するチャネル品質情報を送信端へフィードバックする。
【００９７】
具体的には以下のとおりである。
【００９８】
まず、チャネル行列のチャネル品質がQoSを満たすときには、QoSを満たす受信モードが受信端の受信モードに設定され、QoSを満たす送信モードおよびチャネル品質がこの受信モードで送信端へフィードバックされ、またはそうではなくQoSを満たさないときには、チャネル品質に従ってチャネル行列がソートされる。
【００９９】
本発明のこの実施形態では、受信端200は、各チャネル行列Hijのチャネル品質を計算し、チャネル品質をQoSと比較してチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定し、チャネル品質がQoSを満たす場合、QoSを満たすチャネル品質、対応する送信モード情報、および対応する受信モード情報を生成する。受信端200の受信モードがQoSを満たす受信モードに設定された後で、QoSを満たすチャネル品質および対応する送信モードがこの受信モードで送信端100へフィードバックされる。チャネル品質がQoSを満たさない場合、そのチャネル行列および以前に獲得されたチャネル行列がソートされる。例えば、ソートはチャネル容量に従って行われる。
【０１００】
次いで、切替え規則内のすべての受信モードがトラバースされた後でQoSを満たすチャネル行列が見つからなかったときに、受信端の受信モードが、ソート結果に従って、最大チャネル容量を有する受信モードに設定され、最大チャネル容量を有する送信モードおよびチャネル品質がこの受信モードで送信端へフィードバックされる。
【０１０１】
本発明のこの実施形態では、受信端200が、すべての切替え規則をトラバースした後で、すなわち、すべての受信モードをトラバースした後で、QoSを満たすチャネル行列を見つけなかったときに、受信端200は、ソート結果に従って、最高チャネル品質を有するチャネル行列に対応する受信モードおよび送信モードを獲得し、受信端200の受信モードが最高チャネル品質を有するチャネル行列の受信モードに設定された後で、最高チャネル品質を有するチャネル行列のチャネル品質および対応する送信モードがこの受信モードで送信端100へフィードバックされる。
【０１０２】
本発明のこの実施形態では、受信端200の送信モードの切替え規則は送信端100の送信モードの切替え規則と同じであっても、異なっていてもよいことに留意すべきである。これは本発明では限定されない。
【０１０３】
206．送信端の送信モードを受信端によってフィードバックされた送信モードに設定する。
【０１０４】
本発明のこの実施形態では、受信端200のN個のナロービーム上のフィードバック情報（N個のナロービームの空間方向は、ステップ205で獲得される、QoSを満たす受信モード、または最大チャネル容量を有する受信モードによって定義される）が送信端100のM個のナロービームを用いて受信され、同時に検出され、プリコーディング動作を完了するためにフィードバック情報に従って変調符号化方式（Modulation and Coding Scheme、MCS）が選択され、送信端100の送信モードは受信端200によってフィードバックされた送信モードに設定される。
【０１０５】
207．サービス品質要件、ならびに受信端によってフィードバックされたチャネル品質および送信モードに従って、送信端の送信モジュールのための伝送モードを選択し、送信端の送信モジュールにリソースを割り振る。
【０１０６】
本発明のこの実施形態では、送信端100の送信モードと受信端200の受信モードとが同時に切り替えられ、それによって、システムにおける高いQoS要件を満たすように、比較的大きい利得を有する伝送チャネルが獲得されることが可能である。
【０１０７】
上記の説明は本発明の実現形態の例である。この技術分野の当業者は、本発明の原理から逸脱することなく、ある改善および洗練を行ってもよく、その改善および洗練は本発明の保護範囲内にあるものであることに留意すべきである。
【符号の説明】
【０１０８】
100  送信端
110  送信制御部
120  送信モジュール
130  第1の切替え規則事前設定部
140  構成部
141  判断部
142  送信構成部
200  受信端
210  受信制御部
220  受信モジュール
230  処理部
231  第1の計算部
232  第2の計算部
240  フィードバック部
241  判定部
242  ソート部
243  通知部
250  第2の切替え規則事前設定部
【図１】
2017536025.tif 000007
【図２】
2017536025.tif 000008
【図３】
2017536025.tif 000009
【図４】
2017536025.tif 000010
【図５】
2017536025.tif 000011
【図６】
2017536025.tif 000012
【図７（ａ）】
2017536025.tif 000013
【図７（ｂ）】
2017536025.tif 000014
【図７（ｃ）】
2017536025.tif 000015
【図８】
2017536025.tif 000016
【図９】
2017536025.tif 000017
【図１０】
2017536025.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月12日(2017.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信分野、詳細には、無線通信方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の基地局（BS）はブロードキャストの形態でユーザ機器（UE）と通信し、ブロードキャストの形態では、ビームがきわめて幅広く、カバレッジが広く、ビームの同じセクタ内のユーザ機器は周波数によってのみ区別されることが可能であり、各ユーザ機器は所与の周波数帯域内の小さな帯域幅を占有し、時分割多重化が用いられるのでシステム容量が小さい。これに対して、ミリ波はより高い周波数帯域およびより狭いビームを有する。高利得指向性ナロービームがビーム形成技術を用いて実現され、それによって、各ユーザ機器は複数のナロービームを用いて空間分割多重化／周波数分割多重化を行って多重化利得を獲得し、通信容量を改善することができる。
【０００３】
Beamforming技術では、アンテナ距離は波長の1／2より大きくない必要がある。しかし、見通し線（LOS）状況においては、多入力多出力（MIMO）チャネルの非相関はアンテナ距離が特定の値より大きいことを要求し、より大きいアンテナ距離はより低いアンテナ相関を示す。したがって、高周波数帯域を有する大規模アレイ・アンテナ・システムでは、アンテナ直径が限られ、アンテナ距離が比較的小さいので、MIMOチャネル間の非相関を保証するようにLOS-MIMOのレイリー長を満たすことが難しい。従来技術では、MIMO通信システムの通信品質は比較的乏しい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
これを考慮して、本発明は無線通信方法およびシステムを提供する。送信／受信アンテナユニットをM／N個のサブアレイにそれぞれ分割し、空間的に分離した低い相関を有するM／N個のビームを形成するように、送信／受信アンテナが分離される。したがって、MIMOに類似した送信次元構造が形成され、送信／受信アンテナの送信モードが探索によって獲得され、比較的高い通信品質が保証される。
【０００５】
第1の態様によれば、
少なくとも2つのアンテナユニットを有する送信モジュールを含む送信端であって、送信モジュールはサービス品質（QoS）要件に従って異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替え、M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する、送信端と、
少なくとも2つのアンテナユニットを有する受信モジュールを含む受信端であって、受信モジュールはQoS要件に従ってN個のビームを受信し、M個のナロービームの送信端とN個のビームの受信端との間で伝送チャネルが形成され、受信端は、異なる送信モードでの伝送チャネル品質を計算し、QoS要件を満たす送信モードを探索し、送信モードを送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたがQoS要件を満たす送信モードが見つからなかった場合に最適なチャネル品質を有する送信モードを送信端へフィードバックし、MとNとはどちらも1以上の整数である、受信端と、
を含む無線通信システムが提供される。
【０００６】
第1の態様の第1の可能な実現形態において、送信端は送信端によって送信されるM個のナロービームの空間方向を制御するように構成されている送信制御部を含み、受信端はN個のビームの受信を制御するための受信制御部を含み、伝送チャネルは送信端と受信端との間で形成される。
【０００７】
第1の態様の第2の可能な実現形態において、送信端は切替え規則を設定するように構成されている第1の切替え規則事前設定部をさらに含み、第1の切替え規則事前設定部は事前設定の切替え周期に従って送信モードを切り替え、送信制御部は、送信モードに従って、異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信するように送信モジュールを制御する。
【０００８】
第1の態様の第3の可能な実現形態において、受信端は処理部をさらに含み、処理部はM個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよびN個のビームによって受信された信号に従って伝送チャネルのチャネル品質を計算し、M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスは互いに直交する。
【０００９】
第1の態様の第4の可能な実現形態において、処理部は第1の計算部および第2の計算部を含み、第1の計算部は既知のシーケンスおよびN個のビームによって受信された信号に従って伝送チャネルに対応するチャネル行列内の各行列要素を計算し、第2の計算部はチャネル行列のSVD分解を行ってチャネル行列のチャネル特異値を獲得し、チャネル特異値に従って伝送チャネルのチャネル容量を計算し、チャネル品質はチャネル特異値およびチャネル容量を含む。
【００１０】
第1の態様の第5の可能な実現形態において、受信端はフィードバック部をさらに含み、フィードバック部は判定部、ソート部、および通知部を含み、判定部は第2の計算部によって計算されたチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定し、QoSを満たす場合、通知部は、受信制御部を用いて送信端へ、QoSを満たす送信モードおよび送信モードに対応する伝送チャネル品質をフィードバックし、またはQoSを満たさない場合、ソート部はチャネル容量に従って現在の送信モードおよび以前の送信モードをソートし、第1の切替え規則事前設定部内のすべての送信モードがトラバースされた後で、判定部がQoSを満たす送信モードを見つけなかった場合、通知部は、受信制御部を用いて送信端へ、ソート部によって獲得された、最適なチャネル容量を有する送信モードおよび送信モードに対応する伝送チャネル品質をフィードバックする。
【００１１】
第1の態様の第6の可能な実現形態において、受信端は第2の切替え規則事前設定部をさらに含み、第2の切替え規則事前設定部は事前設定の周期に従って受信端の受信モードを切り替え、第2の切替え規則事前設定部の切替え周期は第1の切替え規則事前設定部の切替え周期の所定の倍数であり、所定の倍数は第1の切替え規則事前設定部に含まれる送信モードの数であり、N個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する。
【００１２】
第1の態様の第7の可能な実現形態において、送信端の異なる送信モードと受信端の異なる受信モードとが異なる伝送チャネルを形成し、
フィードバック部はQoSを満たす伝送チャネルを探索するようにさらに構成されており、判定部は伝送チャネルのチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定し、QoSを満たす場合、通知部は、受信制御部へ、QoSを満たす伝送チャネルに対応する受信モード、送信モード、およびチャネル品質を送信し、受信制御部は受信端の受信モードを通知部によって送信された受信モードに設定し、この受信モードで、送信モードおよび送信モードでのチャネル品質を送信端へフィードバックし、または、
QoSを満たさない場合、ソート部はチャネル品質に従って伝送チャネルをソートし、判定部が、第2の切替え規則事前設定部内のすべての受信モードがトラバースされた後で、QoSを満たす伝送チャネルを見つけなかったときに、通知部は、ソート結果に従って受信制御部へ、最適なチャネル容量を有する伝送チャネルの受信モード、送信モード、およびチャネル品質を送信し、受信制御部は受信端の受信モードをフィードバック部によって送信された受信モードに設定し、この受信モードで、送信モードおよびチャネル品質を送信端へフィードバックする。
【００１３】
第1の態様の第8の可能な実現形態において、送信端は構成部をさらに含み、構成部は判断部および送信構成部を含み、判断部は、判断閾値を設定し、受信端によってフィードバックされた、判断閾値より大きいチャネル特異値の数に関する統計を収集して、伝送チャネルの最大伝送データストリーム数を獲得し、送信構成部は、最大伝送データストリーム数の構成およびQoS要件に従って送信モジュールのための伝送モードおよびリソース割り振り方式を構成する。
【００１４】
第2の態様によれば、
サービス品質要件に従って、送信端の送信モジュールが異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、受信端の受信モジュールがN個のビームを受信することを可能にし、それによって伝送チャネルを形成するステップであって、MとNとはどちらも1以上の整数である、ステップと、
事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替えるステップであって、M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する、ステップと、
受信端のN個のビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップと、
QoS要件を満たす送信モードを探索し、送信モードを送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたがQoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを送信端へフィードバックするステップと、
を含む無線通信方法が提供される。
【００１５】
第2の態様の第1の可能な実現形態において、事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替えるステップは、
M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび受信端のN個のワイドビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップ、
を含む。
【００１６】
第2の態様の第2の可能な実現形態において、M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび受信端のN個のワイドビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップは、
受信端のN個のワイドビームによって受信された信号および既知のシーケンスに従って現在の送信モードでのチャネル行列Hを計算するステップと、
チャネル行列HのSVD分解を行ってチャネル行列Hのチャネル特異値を獲得し、チャネル特異値に従って伝送チャネルのチャネル容量を計算するステップと、
を含み、チャネル品質はチャネル特異値およびチャネル容量を含む。
【００１７】
第2の態様の第3の可能な実現形態において、QoS要件を満たす送信モードを探索し、送信モードを送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたがQoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを送信端へフィードバックするステップは、
送信モードのチャネル品質がQoSを満たすときに、送信端へ、QoSを満たす送信モードおよび送信モードに対応するチャネル品質情報をフィードバックし、またはそうではなくQoSを満たさないときに、チャネル品質に従って送信モードをソートし、探索のために次の送信モードに入るステップと、
切替え規則内のすべての送信モードがトラバースされた後でQoSを満たす送信モードが見つからなかったときに、ソートによって獲得された、最適なチャネル容量を有する送信モード、および対応するチャネル品質を、ワイドビームを用いて送信端へフィードバックするステップと、
含む。
【００１８】
第2の態様の第4の可能な実現形態において、受信端のN個のビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップは、
M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび受信端のN個のナロービームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップ、
をさらに含む。
【００１９】
第2の態様の第5の可能な実現形態において、M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび受信端のN個のナロービームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップの後に、本方法は、
事前設定の切替え規則に従って受信端の受信モードを切り替え、異なる送信モードおよび異なる受信モードを用いて形成されたチャネル行列のチャネル品質を計算するステップであって、N個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する、ステップ、
をさらに含み、
QoS要件を満たす送信モードを探索し、送信モードを送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたがQoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを送信端へフィードバックするステップは、
チャネル行列のチャネル品質がQoSを満たすときに、QoSを満たす受信モードを受信端の受信モードに設定し、この受信モードで、QoSを満たす送信モードおよびチャネル品質を送信端へフィードバックし、またはそうではなくQoSを満たさないときに、チャネル品質に従ってチャネル行列をソートするステップと、
切替え規則内のすべての受信モードがトラバースされた後でQoSを満たす伝送チャネルが見つからなかったときに、ソート結果に従って、最高チャネル品質を有する受信モードと送信モードの組み合わせを獲得し、受信端の受信モードを、最大チャネル容量を有する受信モードに設定し、この受信モードで、最適なチャネル品質を有する送信モードおよびチャネル品質を送信端へフィードバックするステップと、
を含む。
【００２０】
第2の形態の第6の可能な実現形態において、計算により受信端によって獲得されたチャネル品質がサービス品質を満たすときに、サービス品質を満たすチャネル品質および送信モードを送信端へフィードバックするステップの後に、本方法は、
送信端の送信モードを受信端によってフィードバックされた送信モードに設定するステップ、
をさらに含む。
【００２１】
第2の態様の第7の可能な実現形態において、送信端の送信モードを受信端によってフィードバックされた送信モードに設定するステップの後に、本方法は、
サービス品質要件、ならびに受信端によってフィードバックされたチャネル品質および送信モードに従って、送信端の送信モジュールのための伝送モードを選択し、送信端の送信モジュールにリソースを割り振るステップ、
をさらに含む。
【００２２】
第2の態様の第8の可能な実現形態において、サービス品質要件、ならびに受信端によってフィードバックされたチャネル品質および送信モードに従って、送信端の送信モジュールのための伝送モードを選択し、送信端の送信モジュールにリソースを割り振るステップは、
伝送チャネルがサポートすることのできる最大伝送データストリーム数を獲得するステップと、
最大伝送データストリーム数およびQoS要件に従って伝送モードおよびリソース割り振り方式を選択するステップと、
を含む。
【００２３】
本発明の実施形態で提供される無線通信方法およびシステムにおいては、送信モジュールはQoS要件に従ってM個のナロービームを送信し、受信端はQoS要件に従ってN個のビームを受信し、それによってN×M伝送チャネルを形成する。QoS要件を満たす送信モードを知るために異なる送信モードでの伝送チャネル品質が計算される。QoS要件を満たす送信モードが見つからなかった場合、最適なチャネル品質を有する送信モードが送信端へフィードバックされる。したがって、通信品質が改善されることが可能である。
【００２４】
本発明における技術的解決策をより明確に説明するために、以下は、実現形態を説明するために要求される添付図面を簡単に説明する。明らかに、以下の説明における添付図面は単に本発明のいくつかの実現形態を表わしているにすぎず、この技術分野の当業者は、創作的な努力なしでこれら添付図面から他の図面を依然として導出し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態による無線通信システムの概略構造図である。
【図２】本発明の第1の実施形態による無線通信システムの概略モジュール図である。
【図３】送信モジュールによるナロービームの送信の概略図である。
【図４】図2に表わされた処理部のモジュールの概略図である。
【図５】図2に表わされたフィードバック部の概略モジュール図である。
【図６】図2に表わされた構成部の概略的モジュール図である。
【図７（ａ）】異なるQoSの伝送モードおよびリソース割り振りの概略図である。
【図７（ｂ）】異なるQoSの伝送モードおよびリソース割り振りの概略図である。
【図７（ｃ）】異なるQoSの伝送モードおよびリソース割り振りの概略図である。
【図８】本発明の第2の実施形態による無線通信システムの概略モジュール図である。
【図９】本発明の第1の実施形態による無線通信方法のフローチャートである。
【図１０】本発明の第2の実施形態による無線通信方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下は、本発明の実施形態における添付図面を参照して、本発明の実施形態における技術的解決策を明確かつ十分に説明する。明らかに、説明される実施形態は本発明の実施形態の全部ではなく一部にすぎない。本発明の実施形態に基づいてこの技術分野の当業者によって創作的な努力なしで得られる他のすべての実施形態は、本発明の保護範囲内にあるものである。
【００２７】
図1および図2を参照すると、本発明の第1の実施形態は無線通信システムを提供する。無線通信システムは送信端100と受信端200とを含む。送信端100と受信端200との間で無線通信方法を用いてデータが送信され得る。送信端100は少なくとも2つのアンテナユニットを有する送信モジュール120を含む。送信モジュール120はサービス品質（QoS）要件に従って異なる空間方向を有するM個のナロービーム（比較的狭いカバレッジを有するビーム）を送信し、事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替える。M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する。
【００２８】
図1から図3を参照すると、本発明のこの実施形態では、送信端100は基地局（BS）またはユーザ機器（UE）であってよく、送信モジュール120を有し、送信モジュール120は少なくとも2つのアンテナユニットを含む。送信端100は送信制御部110を含み、送信制御部110は、システムにおけるQoS要件に従って、異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信するように送信モジュール120を制御する。M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する。第1のナロービームの空間方向がα1であり、第2のナロービームの空間方向がα2であり、・・・、第Mのナロービームの空間方向がαMである場合、現在の送信モードは｛α1、α2、・・・、αM｝として示される。
【００２９】
本発明のこの実施形態では、送信端100は第1の切替え規則事前設定部130をさらに含み、第1の切替え規則事前設定部130は送信端100の送信モードの切替え規則を事前設定し、それによって、送信制御部110は第1の切替え規則事前設定部130によって設定された切替え規則に従って送信端100の送信モードを切り替える。具体的には、第1の切替え規則事前設定部130によって提供された切替え規則を獲得した後で、送信制御部110は、切替え規則によって定義された送信モードに従って、送信端100によって送信されるM個のナロービームの空間方向を設定する。例えば、1つの可能な切替え規則について、定義は以下のとおりであり得る。全空間がM個の領域へ分割され、ナロービームの空間方向は2つのパラメータ、θおよびφによって決定され、θはナロービームの水平角であり、φはナロービームのピッチ角である。第1のナロービームに割り振られる空間領域は［θ1min，θ1max］および［φ1min，φ1max］であり、すなわち、第1のナロービーム、すなわちbeam 1は空間領域［θ1min，θ1max］および［φ1min，φ1max］をスキャンする。同様に、第kのナロービームに割り振られる空間領域、すなわち、beam k（2≦k≦M）は［θkmin，θkmax］および［φkmin，φkmax］であり、beam kは空間領域［θkmin，θkmax］および［φkmin，φkmax］をスキャンし、それによって、ナロービームの空間方向はこれらの空間領域において変動する。
【００３０】
本発明の別の実施形態では、空間は別の形態で区画に設定され得ることに留意すべきである。例えば、3次元直交座標や別の表現方法が用いられて空間方向の定義を表現してよく、または区画化は行われる必要がない。加えて、第1の切替え規則事前設定部130によって定義される切替え規則は別の定義を有し得る。例えば、送信モードは事前設定のコードブック順に従って切り替えられ得る。事前設定のコードブック順に従って切り替えられるモードでは、空間は分割されてよく、ビームがそれぞれのcodebookに従って切り替えられ、または空間は分割される必要がなく、M個のナロービームは特定の規則に従って全体的に切り替えられる。空間分割とビーム切替えとは同時に行われ、空間分割はここでは限定されない。一般に、第1の切替え規則事前設定部130は、事前設定の周期T1が終わるごとに切替え規則を切り替え、すなわち、送信端100は周期T1が終わるごとに送信モードを切り替える。例えば、最初の送信モードは第1の送信モードであり、送信モードは1個の周期T1後に第2の送信モードに切り替えられ、2個の周期T1後に第3の送信モードに切り替えられ、同様に、送信モードはt-1個の周期T1後に第tの送信モードに切り替えられる。
【００３１】
本発明のこの実施形態では、受信端200はBSまたはUEであってよく、受信端200は受信モジュール220を有し、受信モジュール220は少なくとも2つのアンテナユニットを含む。受信端200は受信制御部210を含み、受信制御部210は、QoSに従って、N個のビームを受信するよう受信モジュール220に命令し、それによって、送信端100と受信端200との間で伝送チャネルが形成される。既知のシーケンスは送信端100と受信端200の両方に知られている情報を含むシーケンスであり、異なるナロービームは互いに異なる既知のシーケンスをロードする。好ましくは、異なるナロービームによってロードされた既知のシーケンスは互いに直交し、それによって、既知のシーケンスは受信端200のN個のビームを用いて区別されることが可能である。
【００３２】
図2から図4を参照すると、本発明のこの実施形態では、受信端200は、送信端100からN個のワイドビームによって受信された信号を処理するように構成されている処理部230をさらに含む。具体的には、処理部230は第1の計算部231および第2の計算部232を含む。伝送チャネルを表現するためにチャネル行列Hが用いられ得る。チャネル行列HはN×M行列である。行列要素Hnm（1≦n≦N、1≦m≦M）は、第nのワイドビームと第mのナロービームとの間のチャネルフェージング係数を示し、チャネルフェージング係数は既存のチャネル推定アルゴリズムに従って推定されてよく、それによって、第1の計算部231は計算によりチャネル行列Hを獲得する。第2の計算部232はチャネル行列Hに従って伝送チャネルのチャネル容量を計算する。例えば、1つの可能な実現形態では、第2の計算部232はチャネル行列HのSVD分解を行ってチャネル行列Hのチャネル特異値を獲得してよく、チャネル行列Hに対して行われるSVD分解は、
【００３３】
【数１】
2017536025.tif 000019
【００３４】
であり、QはMとNのうちのより小さい値であり、チャネル特異値は関係λ1≧λ2≧・・・≧λQ≧0を満たし、λi（1≦i≦Q）には、0より大きいr個のチャネル特異値がある、すなわち、チャネル行列Hのランクはrであると仮定され、上記のSVD分解の後で、伝送チャネルはr個の独立した並列サブチャネルの合成とみなされてよく、各サブチャネルはチャネル行列Hの1つのチャネル特異値λi（1≦i≦r）に対応しており、チャネル特異値λi（1≦i≦r）は、対応するサブチャネルの振幅利得を表現するために用いられ、例えば、λ1は第1のサブチャネルの振幅利得を表現し、λ2は第2のサブチャネルの振幅利得を表現し、より大きい振幅利得はサブチャネルがデータ伝送のためにより適することを示す。第2の計算部232はシャノンの方程式を用いてチャネル特異値に従って伝送チャネルのチャネル容量をさらに計算し、計算式は、
【００３５】
【数２】
2017536025.tif 000020
【００３６】
であり、Iは伝送チャネルのチャネル容量であり、SNRは受信端200の信号増幅プロセスで生成される信号対雑音比である。
【００３７】
本発明の別の実施形態では、第2の計算部232は別のアルゴリズムを用いてチャネル容量を計算してよく、チャネル容量を計算するための方法は本発明では特に限定されないことに留意すべきである。
【００３８】
図2から図5を参照すると、本発明のこの実施形態では、受信端200はフィードバック部240をさらに含む。フィードバック部240は判定部241、ソート部242、および通知部243を含む。判定部241は、計算により第2の計算部232によって獲得されたチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定する。送信端100の現在の送信モードが第tの送信モードである場合、受信端200は、計算により第tのチャネル品質を獲得し、第tのチャネル品質をQoSと比較して第tのチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定する。判定部241が第tのチャネル品質はQoSを満たすと判定するとき、通知部243は、送信端100へ、第tの送信モード、第tのチャネル品質に関する情報、対応するプリコーディング行列などのフィードバック情報をフィードバックする。プリコーディング行列はチャネル品質に従ってコードブック集合から選択されたコードブックシーケンス番号としてよく、またはSVD分解によって獲得されたV行列の最初のK個の列を含む、送信端のプリコーディング行列として用いられる行列としてよく、Kは伝送チャネルの最大伝送データストリーム数である。判定部241が第tの送信モードのチャネル品質はQoSを満たさないと判定するとき、ソート部242はチャネル品質に従って第tの送信モードおよび以前のt-1個の送信モードをソートする。例えば、送信モードはチャネル品質の大きさに従って昇順／降順でソートされてよい。次いで、送信端100が第1の切替え規則事前設定部130内のすべての送信モードをトラバースした後で、判定部241がQoSを満たす送信モードを依然として見つけない場合、通知部243は、ソート部242のソート結果に従って送信端100へ、最適なチャネル品質を有する送信モード、対応するチャネル品質、プリコーディング行列などのフィードバック情報を送信する。具体的には、通知部243はフィードバック情報を受信制御部210へ送信する。受信制御部210は、事前定義されたビーム形成アルゴリズムを用いてワイドビームを形成し、フィードバック情報をワイドビームへロードし、次いでワイドビームを送信するように受信モジュール220を制御する。
【００３９】
本発明の別の実施形態では、受信端200によって送信されるフィードバック情報がプリコーディング行列を含まなくてよく、送信端100が受信端200によってフィードバックされたチャネル品質に従ってプリコーディング行列に関する情報を自動的に獲得してよいことに留意すべきである。例えば、ロング・ターム・エボルーション（LTE）プロトコルではプリコーディング行列の複数のグループが定義されており、送信端100はチャネル品質に従ってLTEプロトコルから要求されるプリコーディング行列を選択してよい。
【００４０】
図6および図7を参照すると、本発明のこの実施形態では、送信端100は構成部140をさらに含む。ワイドビームを用いて受信端200によって送信されたフィードバック情報が送信端100のM個のナロービームを用いて受信された後で、送信制御部110は送信端100の送信モードを受信端200によってフィードバックされた送信モードに設定する。構成部140は送信モジュール120のための伝送モードを選択し、送信モジュール120にリソースを割り振る。具体的には、構成部140は判断部141および送信構成部142を含む。判断部141は判断閾値λ0を設定する。チャネル特異値λi（1≦i≦r）が判断閾値λ0以上であるとき、それは特異値に対応するサブチャネルがデータ伝送のために適することを示している。逆の場合、それは特異値に対応するサブチャネルがデータ伝送のために適さないことを示している。判断部141はチャネル特異値λi（1≦i≦r）内の判断閾値λ0以上のチャネル特異値の数に関する統計を収集する。例えば、λi（1≦i≦r）にλ0より大きいK個のチャネル特異値があるとき、それは伝送チャネルの最大伝送データストリーム数がKであることを示している。本発明の別の実施形態では、第2の計算部232が別のアルゴリズムを用いてチャネル容量を計算するときに、判断部141は、データ伝送のために適したストリーム数を獲得するために、そのアルゴリズムに対応する形態で判定を行うことが理解されることが可能であり、これは本発明では特に限定されない。
【００４１】
本発明のこの実施形態では、送信構成部142は、最大伝送データストリーム数およびQoSに従って伝送モードおよびリソース割り振り方式を選択する。例えば、K＝1、すなわち、伝送チャネル上で1つのみのデータストリームが送信されることが可能であるときに、送信端100はすべてのアンテナユニットを用いて1つのワイドビームを生成して通信を行ってよく（この場合には、1つのみのナロービームが出力され、すなわち、単一出力の事例である）、すなわち、図7（a）に表わされたBeamforming動作モードである。K＞1であるときに、通信品質について比較的高い要件を有するQoS要件については、図7（b）に表わされたように、K個のデータストリームが同じデータを同時に送信するために用いられてよく、すなわち、beam 1、beam 2、およびbeam 3（K＝3の場合、またはKは別の値であってよい）が同じデータを送信し、次いで送信電力がプリコーディング行列を用いてbeam 1、beam 2、およびbeam 3に割り振られ、すなわち、複数のナロービームを用いて送信ダイバーシティ利得が達成される。K＞1であるときに、速度について比較的大きい要件を有するQoS要件については、図7（c）に表わされたように、通信品質が保証されるときには、データストリームは異なるデータを送信するために用いられてよく、すなわち、beam 1、beam 2、およびbeam 3が異なるデータを送信する。送信電力はプリコーディング行列を用いてbeam 1、beam 2、およびbeam 3に割り振られ、すなわち、複数のナロービームを用いて多重化利得が達成される。送信構成部142は伝送モードおよびリソース割り振り方式を送信制御部110へ送信する。送信制御部110は、伝送モードおよびリソース割り振り方式に従って、対応するナロービームを送信し、各ナロービームに電力を割り振るよう送信モジュール120を制御し、それによって、そのリソース割り振り方式を用いてその伝送モードで受信端200とのデータ伝送を行う。
【００４２】
上記の説明から、送信端100のM個のナロービームおよび受信端200のN個のビームを送信するために用いられる伝送チャネルは、単入力単出力（M＝N＝1）の場合、多出力単入力（M＞1、N＝1）の場合、単出力多入力（M＝1、N＞1）の場合、多入力多出力（M＞1、N＞1）の場合、などであってよいことが分かり得ることに留意すべきである。QoS要件や計算により実際に得られたチャネル品質などの要因によって特定のチャネルモードが決定される。これは本発明では特に限定されない。
【００４３】
本発明のこの実施形態では、送信端100はQoS要件に従ってM個のナロービームを送信し、受信端200はQoS要件に従ってN個のワイドビームを受信し、それによって、伝送チャネルを形成する。送信端100の送信モードは第1の切替え規則事前設定部130によって事前設定された切替え規則に従って切り替えられ、処理部230は、計算により異なる送信モードでの送信チャネルのチャネル品質を獲得し、それによって、QoSを満たす送信モードまたは最適なチャネル品質を有する送信モードを探索する。構成部140は、受信端200のフィードバック情報に従って、かつ実際の必要に従って、beamforming、送信ダイバーシティ、または送信多重化を行うことを選択する。本発明では、伝送チャネルに類似した構造が分析され、良好なチャネル品質を有する伝送チャネルのグループが探索によって獲得される。従来のBeamformingシステムと比べて、ダイバーシティ利得または多重化利得がさらに獲得されることが可能である。
【００４４】
図8を参照すると、図8は本発明の第2の実施形態による無線通信システムのモジュール図である。本発明のこの実施形態では、無線通信システムは上記の第1の実施形態における各部および各モジュールを含む。違いは、受信端200がN個のナロービームを用いて送信端100のM個のナロービームを受信し、検出することである。この場合には、伝送チャネルのチャネル利得は送信端100の送信モードと受信端200の受信モードの両方によって決定され、受信端200のN個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する。
【００４５】
本発明のこの実施形態では、受信端200は第2の切替え規則事前設定部250をさらに含み、第2の切替え規則事前設定部250は、受信端200の受信モードの切替え規則を設定して受信端200の受信モードを切り替える。第2の切替え規則事前設定部250の切替え周期はT2であり、T2はT1の所定の倍数であり、所定の倍数は第1の切替え規則事前設定部130に含まれる送信モードの数である。例えば、送信端100の第1の切替え規則事前設定部130の切替え周期はT1であり、第1の切替え規則事前設定部130はM1個の切替え規則（すなわち、M1個の送信モード）を含むと仮定する。この場合には、第2の切替え規則事前設定部250の周期T2はT1×M1である。すなわち、送信端100が第1の切替え規則事前設定部130内のすべての送信モードを1回トラバースした後で、受信端200の第2の切替え規則事前設定部250は受信モードを1回切り替える。受信端200の第2の切替え規則事前設定部250はN1個の切替え規則（すなわち、N1個の送信モード）を含むと仮定する。受信端200がすべての受信モードをトラバースした後で、全部でM1×N1個の伝送チャネルが生成され、これに対応して、M1×N1個のチャネル行列がある。本発明のこの実施形態では、第1の送信モードおよび第1の受信モードを用いて形成されたチャネル行列を表現するためにH11が用いられてよく、Hij（1≦i≦M1、1≦j≦N1）は第iの送信モードおよび第jの受信モードを用いて形成されたチャネル行列を表現する。
【００４６】
本発明のこの実施形態では、処理部230の第1の計算部231は各チャネル行列Hijを計算し、第2の計算部232は、計算により第1の計算部231によって獲得されたチャネル行列Hijに従って各チャネル行列Hijのチャネル特異値を計算により獲得し、次いで、各チャネル行列Hijのチャネル容量を計算する。フィードバック部240の判定部241はチャネル行列Hijのチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定し、チャネル行列Hijのチャネル品質がQoSを満たす場合、通知部は、受信制御部210へ、QoSを満たすチャネル行列のチャネル品質、送信モード、受信モードなどの情報を送信する。受信制御部210は受信端200の受信モードを通知部241によって送信された受信モード（すなわち、QoSを満たす受信モード）に設定し、この受信モードで、QoSを満たす送信モードおよびチャネル品質情報を送信端100へフィードバックする。判定部241がチャネル行列はQoSを満たさないと判定した場合、ソート部242はチャネル行列のチャネル容量に従ってチャネル行列をソートする。受信端200が、第2の切替え規則事前設定部250内のすべての受信モードをトラバースした後で、QoSを満たすチャネル行列を見つけなかったときに、通知部243は、受信制御部210へ、最適なチャネル容量を有するチャネル行列、対応する送信モード、対応する受信モード、対応するチャネル品質などのフィードバック情報を送信する。受信制御部210は、通知部243の情報に従って、受信端200の受信モードを通知部243によってフィードバックされた受信モードに設定し、この受信モードで送信端100へ、最大チャネル容量を有する伝送チャネルの送信モードおよびチャネル品質をフィードバックする。送信端100が、受信端200によって送信されたフィードバック情報を、M個のナロービームを用いて受信し、同時に検出した後で、送信端100の送信モードは受信端200によってフィードバックされた送信モードに設定される。
【００４７】
本発明のこの実施形態では、QoSを満たし、または最大チャネル容量を有する送信モードおよび受信モードで送信端100と受信端200との間でデータが送信される。ソート部242によってソートにより獲得された、QoSを満たし、または最大チャネル容量を有するチャネル行列がH45である場合、すなわち、送信端100の送信モードが第4の送信モードであり、受信端200の受信モードが第5の受信モードであるときに、伝送チャネルは最大チャネル容量を有し、送信端100の送信モードは第4の送信モードに設定され、受信端200の受信モードは第5の受信モードに設定され、この送信モードとこの受信モードとでデータが送信され、それによって、伝送チャネルは、QoS要件を満たすように、できるだけ大きい利得を獲得することができる。
【００４８】
本発明のこの実施形態では、送信端100の送信モードと受信端200の受信モードとが同時に切り替えられ、それによって、システムにおける高いQoS要件を満たすように、比較的大きい利得を有する伝送チャネルが獲得されることが可能である。
【００４９】
図9を参照すると、図9は本発明の第1の実施形態による無線通信方法を表わしており、本方法は少なくとも以下のステップを含む。
【００５０】
101．サービス品質要件に従って、送信端の送信モジュールが異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、受信端の受信モジュールがN個のビームを受信することを可能にし、それによって、伝送チャネルを形成し、MとNとはどちらも1以上の整数である。
【００５１】
本発明のこの実施形態では、無線通信システムは送信端100と受信端200とを含む。送信端100は基地局（BS）またはユーザ機器（UE）であってよく、受信端200もBSまたはUEであってよい。送信端100は送信モジュールを含み、受信端200は受信モジュールを含み、送信モジュールおよび受信モジュールは各々少なくとも2つのアンテナユニットを含み、アンテナユニットはワイドビームまたはナロービームを送信し、または受信するように構成されていてよい。送信モジュールおよび受信モジュールはフェーズドアレイアンテナであってよく、フェーズドアレイアンテナは移相器を含み、移相器は、アンテナユニットによって送信されるナロービームの空間方向を制御し、移相器の移相値を設定することによって、異なる空間方向を有するナロービームを送信するよう送信端を制御してよい。
【００５２】
本発明のこの実施形態では、無線通信システムがQoS要件を受信するとき、送信端100の送信モジュールはQoS要件に従って異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、受信端200はQoS要件に従ってN個のビームを受信する。送信モジュールおよび受信モジュールは各々少なくとも2つのアンテナユニットを含み、MとNとはどちらも1以上の整数である。
【００５３】
102．事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替え、M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する。
【００５４】
本発明のこの実施形態では、M個のナロービームは各々既知のシーケンスをロードし、既知のシーケンスは送信端100と受信端200の両方に知られている情報を含むシーケンスである。M個のナロービームは各々既知のシーケンスをロードし、異なるナロービームによってロードされた既知のシーケンスは互いに異なる。好ましくは、異なるナロービームによってロードされた既知のシーケンスは互いに直交し、それによって、受信端100はM個のナロービームを区別することができる。
【００５５】
本発明のこの実施形態では、送信端100は異なる空間方向を有するM個のナロービーム（図3に表わされたbeam 1からbeam 4）を送信し、異なるナロービームの空間方向は異なる。M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する。第1のナロービームの空間方向がα1であり、第2のナロービームの空間方向がα2であり、・・・、第Mのナロービームの空間方向がαMである場合、現在の送信モードは｛α1、α2、・・・、αM｝として示される。
【００５６】
本発明のこの実施形態では、送信モードを切り替えることはナロービームの空間方向を変更することであり、少なくとも1つのナロービームは任意の2つの異なる送信モードにおいて異なる空間方向を有する。ナロービームの空間方向の変更規則は切替え規則において提供されてよい。例えば、1つの可能な切替え規則について、定義は以下のとおりであってよい。全空間がM個の領域へ分割され、ナロービームの空間方向は2つのパラメータ、θおよびφによって決定され、θはナロービームの水平角であり、φはナロービームのピッチ角である。第1のナロービームに割り振られる空間領域は［θ1min，θ1max］および［φ1min，φ1max］であり、すなわち、第1のナロービーム、すなわちbeam 1は空間領域［θ1min，θ1max］および［φ1min，φ1max］をスキャンする。同様に、第kのナロービームに割り振られる空間領域、すなわち、beam k（2≦k≦M）は［θkmin，θkmax］および［φkmin，φkmax］であり、beam kは空間領域［θkmin，θkmax］および［φkmin，φkmax］をスキャンし、それによって、ナロービームの空間方向はこれらの空間領域において変動する。
【００５７】
本発明の別の実施形態では、空間は別の形態で区画に設定されてよいことに留意すべきである。例えば、3次元直交座標や別の表現方法が用いられて空間方向の定義を表現してよく、または区画化は行われる必要がない。加えて、切替え規則は別の定義を有してよい。例えば、送信モードは事前設定のコードブック順に従って切り替えられてよい。事前設定のコードブックに従って切り替えられるモードでは、空間は分割されてよく、ビームがそれぞれのcodebookに従って切り替えられ、または空間は分割される必要がなく、M個のナロービームは特定の規則に従って全体的に切り替えられる。空間分割とビーム切替えとは同時に行われる。空間分割はここでは限定されない。一般に、送信端100は事前設定の周期T1が終わるごとに送信モードを切り替え、送信モードは印を付けられてよい。例えば、最初の送信モードは第1の送信モードであり、送信モードは1個の周期T1後に第2の送信モードに切り替えられ、2個の周期T1後に第3の送信モードに切り替えられ、同様に、送信モードはt-1個の周期T1後に第tの送信モードに切り替えられる。
【００５８】
103．受信端のN個のワイドビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得する。
【００５９】
具体的には、以下のステップが含まれてよい。
【００６０】
まず、受信端によって受信された信号および既知のシーケンスに従って現在の送信モードでのチャネル行列Hが計算される。
【００６１】
本発明のこの実施形態では、送信端100によって送信されたM個のナロービームは空間において指定された空間方向に従って伝搬され、受信端200は、N個のワイドビームを用いてM個のナロービームの信号を受信し、同時に検出し、それによって、N×M伝送チャネルを形成する。伝送チャネルのチャネル利得は送信端100と受信端200の両方によって決定され、受信端200の利得は固定利得であり、送信端100の送信モードを探索することによって異なる利得を有する伝送チャネルが得られ得る。
【００６２】
本発明のこの実施形態では、伝送チャネルを表現するためにチャネル行列Hが用いられてよく、チャネル行列HはN×M行列であり、チャネル行列内の行列要素Hnm（1≦n≦N、1≦m≦M）は、第nのワイドビームと第mのナロービームとの間のチャネルフェージング係数を示し、チャネルフェージング係数は、既存のチャネル推定アルゴリズムに従って提供されてよく、それによって、チャネル行列Hを獲得する。
【００６３】
次いで、チャネル行列Hに対してSVD分解が行われてチャネル行列Hのチャネル特異値を獲得し、チャネル特異値に従って伝送チャネルのチャネル容量が計算される。
【００６４】
本発明のこの実施形態では、チャネル行列Hを生成した後で、受信端200は伝送チャネルのチャネル品質を収集してよい。チャネル品質は主にチャネル特異値およびチャネル容量によって評価される。1つの可能な実現形態において、チャネル特異値はチャネル行列HのSVD分解を行うことによって獲得されてよく、チャネル行列Hに対して行われるSVD分解は、
【００６５】
【数３】
2017536025.tif 000021
【００６６】
であり、QはMとNのうちのより小さい値であり、チャネル特異値は、λ1≧λ2≧・・・≧λQ≧0であり、λi（1≦i≦Q）には0より大きいr個のチャネル特異値がある、すなわち、チャネル行列Hのランクはrであると仮定され、上記のSVD分解の後で、伝送チャネルはr個の独立した並列サブチャネルの合成とみなされてよく、各サブチャネルはチャネル行列Hの1つのチャネル特異値λi（1≦i≦r）に対応しており、チャネル特異値λi（1≦i≦r）は対応するサブチャネルの振幅利得を表現するために用いられ、例えば、λ1は第1のサブチャネルの振幅利得を表現し、λ2は第2のサブチャネルの振幅利得を表現し、より大きい振幅利得はサブチャネルがデータ伝送のためにより適することを示す。伝送チャネルのチャネル容量は以下のようにシャノンの方程式
【００６７】
【数４】
2017536025.tif 000022
【００６８】
を用いて与えられてよく、SNRは受信端200の信号増幅プロセスで生成される信号対雑音比である。
【００６９】
本発明の別の実施形態では、チャネル容量は別のアルゴリズムを用いて計算されてよいことに留意すべきであり、これは本発明では特に限定されない。
【００７０】
104．QoS要件を満たす送信モードを探索し、送信モードを送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたがQoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを送信端へフィードバックする。
【００７１】
具体的には、以下のステップが含まれてよい。
【００７２】
まず、送信モードのチャネル品質がQoSを満たすときには、QoSを満たす送信モードおよび送信モードに対応するチャネル品質情報が送信端へフィードバックされ、またはそうではなくQoSを満たさないときには、チャネル品質に従って送信モードがソートされ、次の送信モードで探索が行われる。
【００７３】
本発明のこの実施形態では、送信端100は周期T1に従って送信モードを切り替え、同様に、受信端200は周期T1に従って送信モードに対応するチャネル品質を計算する。送信端100の現在の送信モードが第tの送信モードである場合、受信端200は計算により第tのチャネル品質を獲得する。受信端200は、計算により生成された、第tの送信モードに対応する第tのチャネル品質とQoSを比較し、それによって、第tのチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定する。QoSは主に伝送速度要件および誤り率要件を含む。計算により受信端200によって獲得された第tのチャネル品質がQoSを満たすときには、受信端200はワイドビームを用いて送信端100へ、第tの送信モード、第tのチャネル品質に関する情報、対応するプリコーディング行列などのフィードバック情報を送信する。プリコーディング行列情報はチャネル品質に従ってコードブック集合から選択されたコードブックシーケンス番号であってよく、またはSVD分解によって獲得されたV行列の最初のK個の列を含む、送信端のプリコーディング行列として用いられる行列であってよく、Kは伝送チャネルの最大伝送データストリーム数である。受信端200が現在の送信モードのチャネル品質はQoSを満たさないと判定するとき、受信端200はチャネル品質に従って第tの送信モードおよび以前のt-1個の送信モードをソートする。例えば、送信モードはチャネル容量の大きさに従って昇順／降順でソートされてよい。
【００７４】
次いで、切替え規則内のすべての送信モードがトラバースされた後でQoSを満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル容量を有する送信モードおよび対応するチャネル品質がワイドビームを用いて送信端へフィードバックされる。
【００７５】
本発明のこの実施形態では、送信端100が、切替え規則内のすべての送信モードをトラバースした後で、QoSを満たす送信モードを見つけなかったときに、受信端200はワイドビームを用いてソート結果に従って送信端100へ、最大チャネル容量を有する送信モード、チャネル品質、プリコーディング行列などのフィードバック情報を送信する。
【００７６】
本発明の別の実施形態では、フィードバック情報がプリコーディング行列を含まなくてよく、送信端100が受信端によってフィードバックされたチャネル品質に従ってプリコーディング行列に関する情報を自動的に選択してよいことに留意すべきである。例えば、ロング・ターム・エボルーション（Long Term Evolution、LTE）プロトコルではプリコーディング行列の複数のグループが定義されており、送信端100はチャネル品質に従ってLTEプロトコルから要求されるプリコーディング行列を選択してよい。
【００７７】
105．送信端の送信モードを受信端によってフィードバックされた送信モードに設定する。
【００７８】
本発明のこの実施形態では、受信端200はワイドビームを生成し、ワイドビーム上でフィードバック情報をロードする。受信端200によって送信されたフィードバック情報は送信端のM個のナロービームを用いて受信され、同時に検出され、プリコーディング動作を完了するためにフィードバック情報に従って変調符号化方式（Modulation and Coding Scheme、MCS）が選択され、送信端100の送信モードは受信端200によってフィードバックされた送信モードに設定される。受信端200によってフィードバックされる送信モードは、QoSを満たす送信モードであってよく、またはQoS要件を満たさない送信モードであってよく、しかし当該送信モードはすべての送信モードにおいて最適なチャネル容量を有する送信モードである。
【００７９】
106．QoS要件、ならびに受信端によってフィードバックされたチャネル品質および送信モードに従って、送信端の送信モジュールのための伝送モードを選択し、送信端の送信モジュールにリソースを割り振る。
【００８０】
本発明のこの実施形態では、送信端100は、以下のステップを用いて、システムのQoS要件および受信端200のフィードバック情報に従って伝送モードを選択し、リソースを割り振ってよい。
【００８１】
まず、伝送チャネルによってサポートされることが可能である最大伝送データストリーム数が獲得される。
【００８２】
具体的には、本発明のこの実施形態では、チャネル行列Hに対してSVD分解が行われた後で、r個の非ゼロの特異値λi（1≦i≦r）が獲得され、λiの値が比較的小さい場合、それは特異値λiに対応するサブチャネルが比較的小さい振幅利得を有することを示し、そのサブチャネルがデータを送信するために用いられるときにデータは雑音によって隠され得る。送信端100は判断閾値λ0を設定し、チャネル特異値λi（1≦i≦r）が判断閾値λ0以上であるときに、それは特異値に対応するサブチャネルがデータ伝送のために適すること、または逆の場合、サブチャネルがデータ伝送のために適さないことを示す。λi（1≦i≦r）にλ0より大きいK個のチャネル特異値がある場合、それは伝送チャネルが最大K個のデータストリームを同時に送信することができることを示す。
【００８３】
次いで、最大伝送データストリーム数およびQoS要件に従って伝送モードおよびリソース割り振り方式が選択される。
【００８４】
具体的には、本発明のこの実施形態では、QoS要件は主に速度要件および誤り率要件を含む。K＝1、すなわち、伝送チャネル上で1つのみのデータストリームが送信されることが可能であるときに、送信端100はすべてのアンテナユニットを用いて1つのナロービームを生成して通信を行ってよく、すなわち、Beamforming動作モードである。図7（a）に表わされたように、ナロービームの空間方向はフィードバックされた送信モードでの第1のナロービームの空間方向である。K＞1であるときに、通信品質について比較的高い要件を有するQoS要件については、図7（b）に表わされたように、データストリームは同じデータを送信するために用いられてよく、すなわち、beam 1、beam 2、およびbeam 3が同じデータを送信し、次いで送信電力がプリコーディング行列を用いてbeam 1、beam 2、およびbeam 3に割り振られ、すなわち、複数のナロービームを用いてダイバーシティ利得が達成される。K＞1であるときに、速度について比較的大きい要件を有するQoS要件については、図7（c）に表わされたように、通信品質が保証されるときには、データストリームは異なるデータを送信するために用いられてよく、すなわち、beam 1、beam 2、およびbeam 3が異なるデータを送信する。送信電力はプリコーディング行列を用いてbeam 1、beam 2、およびbeam 3に割り振られ、すなわち、複数のナロービームを用いて多重化利得が達成される。
【００８５】
上記の説明から、本発明のこの実施形態における伝送チャネルは、単入力単出力（M＝N＝1）の場合、多出力単入力（M＞1、N＝1）の場合、単出力多入力（M＝1、N＞1）の場合、MIMO（M＞1、N＞1）の場合、などであってよいことが分かり得ることに留意すべきである。QoS要件や計算により実際に得られたチャネル品質などの要因によって特定のチャネルモードが決定される。これは本発明では特に限定されない。
【００８６】
本発明の別の実施形態では、別のアルゴリズムを用いてチャネル容量が計算されるときには、本発明においてそのアルゴリズムに対応する形態が用いられて判定を行って、データ伝送のために適したストリーム数を獲得することが理解されることが可能であり、これには本発明では限定されない。
【００８７】
本発明のこの実施形態では、送信端100はQoS要件に従ってM個のナロービームを送信し、受信端200はN個のワイドビームを生成することによってQoS要件に従ってM個のナロービームを受信し、それによって、伝送チャネルを形成する。送信端100の送信モードは事前設定の切替え規則に従って切り替えられる。受信端200は、送信端100によって送信されたM個のナロービームを処理して送信モードに対応するチャネル品質情報を獲得する。QoSを満たす送信モードが探索によって獲得され、送信端100へフィードバックされ、それによって、送信端100は、送信端100の送信モードを受信端200によってフィードバックされた送信モードに設定して、実際の必要に従って、Beamforming、送信ダイバーシティ、または送信多重化を行うことを選択する。本発明では、伝送チャネルに類似した構造が分析され、良好なチャネル品質を有する伝送チャネルのグループが探索によって獲得される。従来のBeamformingシステムと比べて、ダイバーシティ利得または多重化利得が得られることが可能である。
【００８８】
図10を参照すると、図10は、本発明の第2の実施形態による無線通信方法であり、本方法は少なくとも以下のステップを含む。
【００８９】
201．サービス品質要件に従って、送信端の送信モジュールが異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、受信端の受信モジュールがN個のビームを受信することを可能にし、それによって、伝送チャネルを形成し、MとNとはどちらも1以上の整数である。
【００９０】
本発明のこの実施形態では、送信端100および受信端200は各々BSであり、ナロービームを送信し、または受信し得る。
【００９１】
202．事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替え、M個のナロービームの空間方向の集合が送信モードを形成する。
【００９２】
203．受信端のN個のナロービームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得する。
【００９３】
本発明のこの実施形態では、受信端は、N個のナロービームを用いて送信端のM個のナロービームを受信して伝送チャネルを形成する。伝送チャネルのチャネル利得は送信端100の送信モードと受信端200の受信モードの両方によって決定され、異なる送信モードと異なる受信モードとは互いに異なるチャネル利得を有する伝送チャネルを形成する。N個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する。
【００９４】
204．事前設定の切替え規則に従って受信端の受信モードを切り替え、異なる送信モードおよび異なる受信モードを用いて形成されたチャネル行列のチャネル品質を計算し、N個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する。
【００９５】
本発明のこの実施形態では、伝送チャネルのチャネル利得は送信端の送信モードと受信端の受信モードの両方によって決定されるので、送信端の送信モードおよび受信端の受信モードが同時に切り替えられる必要があり、それによって、QoSを満たす、または比較的高いチャネル品質を有する伝送チャネルを探索する。具体的には、受信端200は切替え規則を事前設定し、切替え規則に従って受信端200の受信モードを切り替える。受信端200の受信モードの切替え周期はT2であり、T2は周期T1の事前設定の倍数である。事前設定の倍数は切替え規則の数である。送信端100がM1個の切替え規則を有する（各規則は1つの送信モードに対応している）場合、T2＝T1×M1であり、送信端100の送信モードと受信端200の受信モードとは同時に切り替えられ、受信端200は送信端100が送信モードを1回トラバースした後で1回受信モードを切り替える。受信端200はN1個の切替え規則（すなわち、N1個の送信モード）を有すると仮定する。受信端200がすべての受信モードをトラバースした後で、全部でM1×N1個の伝送チャネルが生成され、これに対応して、M1×N1個のチャネル行列がある。本発明のこの実施形態では、第1の送信モードおよび第1の受信モードを用いて形成されたチャネル行列を表現するためにH11を用いてよく、Hij（1≦i≦M1、1≦j≦N1）は第iの送信モードおよび第jの受信モードを用いて形成されたチャネル行列を表現する。
【００９６】
205．計算により受信端によって獲得されたチャネル品質がQoSを満たすときに、QoSを満たす送信モードおよび送信モードに対応するチャネル品質情報を送信端へフィードバックする。
【００９７】
まず、チャネル行列のチャネル品質がQoSを満たすときには、QoSを満たす受信モードが受信端の受信モードに設定され、QoSを満たす送信モードおよびチャネル品質がこの受信モードで送信端へフィードバックされ、またはそうではなくQoSを満たさないときには、チャネル品質に従ってチャネル行列がソートされる。
【００９８】
本発明のこの実施形態では、受信端200は、各チャネル行列Hijのチャネル品質を計算し、チャネル品質をQoSと比較してチャネル品質がQoSを満たすかどうか判定し、チャネル品質がQoSを満たす場合、QoSを満たすチャネル品質、対応する送信モード情報、および対応する受信モード情報を生成する。受信端200の受信モードがQoSを満たす受信モードに設定された後で、QoSを満たすチャネル品質および対応する送信モードがこの受信モードで送信端100へフィードバックされる。チャネル品質がQoSを満たさない場合、そのチャネル行列および以前に獲得されたチャネル行列がソートされる。例えば、ソートはチャネル容量に従って行われる。
【００９９】
次いで、切替え規則内のすべての受信モードがトラバースされた後でQoSを満たすチャネル行列が見つからなかったときに、受信端の受信モードが、ソート結果に従って、最大チャネル容量を有する受信モードに設定され、最大チャネル容量を有する送信モードおよびチャネル品質がこの受信モードで送信端へフィードバックされる。
【０１００】
本発明のこの実施形態では、受信端200が、すべての切替え規則をトラバースした後で、すなわち、すべての受信モードをトラバースした後で、QoSを満たすチャネル行列を見つけなかったときに、受信端200は、ソート結果に従って、最高チャネル品質を有するチャネル行列に対応する受信モードおよび送信モードを獲得し、受信端200の受信モードが最高チャネル品質を有するチャネル行列の受信モードに設定された後で、最高チャネル品質を有するチャネル行列のチャネル品質および対応する送信モードがこの受信モードで送信端100へフィードバックされる。
【０１０１】
本発明のこの実施形態では、受信端200の送信モードの切替え規則は送信端100の送信モードの切替え規則と同じであっても、異なっていてもよいことに留意すべきである。これは本発明では限定されない。
【０１０２】
206．送信端の送信モードを受信端によってフィードバックされた送信モードに設定する。
【０１０３】
本発明のこの実施形態では、受信端200のN個のナロービーム上のフィードバック情報（N個のナロービームの空間方向は、ステップ205で獲得される、QoSを満たす受信モード、または最大チャネル容量を有する受信モードによって定義される）が送信端100のM個のナロービームを用いて受信され、同時に検出され、プリコーディング動作を完了するためにフィードバック情報に従って変調符号化方式（MCS）が選択され、送信端100の送信モードは受信端200によってフィードバックされた送信モードに設定される。
【０１０４】
207．サービス品質要件、ならびに受信端によってフィードバックされたチャネル品質および送信モードに従って、送信端の送信モジュールのための伝送モードを選択し、送信端の送信モジュールにリソースを割り振る。
【０１０５】
本発明のこの実施形態では、送信端100の送信モードと受信端200の受信モードとが同時に切り替えられ、それによって、システムにおける高いQoS要件を満たすように、比較的大きい利得を有する伝送チャネルが獲得されることが可能である。
【０１０６】
上記の説明は本発明の実現形態の例である。この技術分野の当業者は、本発明の原理から逸脱することなく、ある改善および洗練を行ってもよく、その改善および洗練は本発明の保護範囲内にあるものであることに留意すべきである。
【符号の説明】
【０１０７】
100  送信端
110  送信制御部
120  送信モジュール
130  第1の切替え規則事前設定部
140  構成部
141  判断部
142  送信構成部
200  受信端
210  受信制御部
220  受信モジュール
230  処理部
231  第1の計算部
232  第2の計算部
240  フィードバック部
241  判定部
242  ソート部
243  通知部
250  第2の切替え規則事前設定部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも2つのアンテナユニットを有する送信モジュールを含む送信端であって、前記送信モジュールはサービス品質（QoS）要件に従って異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替え、前記M個のナロービームの前記空間方向の集合が送信モードを形成する、前記送信端と、
少なくとも2つのアンテナユニットを有する受信モジュールを含む受信端であって、前記受信モジュールは前記QoS要件に従ってN個のビームを受信し、前記M個のナロービームおよび前記N個のビームを送信するために用いられる伝送チャネルが前記受信端と前記送信端との間で形成され、前記受信端は、異なる送信モードでの前記伝送チャネルのチャネル品質を計算し、前記QoS要件を満たす送信モードを探索し、前記送信モードを前記送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応するチャネル品質がトラバースされたが前記QoS要件を満たす送信モードが見つからなかった場合に最適なチャネル品質を有する送信モードを前記送信端へフィードバックし、MとNとはどちらも1以上の整数である、前記受信端と、
を含む、無線通信システム。
【請求項２】
前記送信端は前記送信端によって送信される前記M個のナロービームの前記空間方向を制御するように構成されている送信制御部を含み、前記受信端は前記N個のビームの受信を制御するための受信制御部を含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記送信端は前記切替え規則を設定するように構成されている第1の切替え規則事前設定部をさらに含み、前記切替え規則は事前設定の切替え周期を含み、前記第1の切替え規則事前設定部は前記事前設定の切替え周期に従って前記送信モードを切り替え、前記送信制御部は、前記送信モードに従って、異なる空間方向を有する前記M個のナロービームを送信するように前記送信モジュールを制御する、請求項2に記載のシステム。
【請求項４】
前記受信端は処理部をさらに含み、前記処理部は前記M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび前記N個のビームによって受信された信号に従って前記伝送チャネルの前記チャネル品質を計算し、前記M個のナロービームによってロードされた前記既知のシーケンスは互いに直交する、請求項3に記載のシステム。
【請求項５】
前記処理部は第1の計算部および第2の計算部を含み、前記第1の計算部は前記既知のシーケンスおよび前記N個のビームによって受信された前記信号に従って前記伝送チャネルに対応するチャネル行列内の各行列要素を計算し、前記第2の計算部は前記チャネル行列の特異値分解（SVD）を行って前記チャネル行列のチャネル特異値を獲得し、前記チャネル特異値に従って前記伝送チャネルのチャネル容量を計算し、前記チャネル品質は前記チャネル特異値および前記チャネル容量を含む、請求項4に記載のシステム。
【請求項６】
前記受信端はフィードバック部をさらに含み、前記フィードバック部は判定部、ソート部、および通知部を含み、前記判定部は前記第2の計算部によって計算された前記チャネル品質が前記QoS要件を満たすかどうか判定し、前記QoS要件を満たす場合、前記通知部は、前記受信制御部を用いて前記送信端へ、前記QoS要件を満たす前記送信モードおよび前記送信モードに対応する伝送チャネル品質をフィードバックし、または前記QoS要件を満たさない場合、前記ソート部は前記チャネル容量に従って現在の送信モードおよび以前の送信モードをソートし、前記第1の切替え規則事前設定部内のすべての送信モードがトラバースされた後で、前記判定部が前記QoS要件を満たす送信モードを見つけなかった場合、前記通知部は、前記受信制御部を用いて前記送信端へ、前記ソート部によって獲得された、最適なチャネル容量を有する送信モードおよび前記送信モードに対応する伝送チャネル品質をフィードバックする、請求項5に記載のシステム。
【請求項７】
前記受信端は第2の切替え規則事前設定部をさらに含み、前記第2の切替え規則事前設定部は事前設定の周期に従って前記受信端の受信モードを切り替え、前記第2の切替え規則事前設定部の切替え周期は前記第1の切替え規則事前設定部の前記切替え周期の所定の倍数であり、前記所定の倍数は前記第1の切替え規則事前設定部に含まれる送信モードの数であり、前記N個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する、請求項6に記載のシステム。
【請求項８】
前記送信端の異なる送信モードと前記受信端の異なる受信モードとが異なる伝送チャネルを形成し、
前記フィードバック部は前記QoS要件を満たす伝送チャネルを探索するようにさらに構成されており、前記判定部は前記伝送チャネルのチャネル品質が前記QoS要件を満たすかどうか判定し、前記QoS要件を満たす場合、前記通知部は、前記受信制御部へ、前記QoS要件を満たす前記伝送チャネルに対応する受信モード、送信モード、および前記チャネル品質を送信し、前記受信制御部は前記受信端の前記受信モードを前記通知部によって送信された前記受信モードに設定し、この受信モードで、前記送信モードおよび前記送信モードでの前記チャネル品質を前記送信端へフィードバックし、または、
前記QoS要件を満たさない場合、前記ソート部はチャネル品質に従って前記伝送チャネルをソートし、
前記判定部が、前記第2の切替え規則事前設定部内のすべての受信モードがトラバースされた後で、前記QoS要件を満たす伝送チャネルを見つけなかったときに、前記通知部は、ソート結果に従って前記受信制御部へ、最適なチャネル容量を有する伝送チャネルの受信モード、送信モード、およびチャネル品質を送信し、前記受信制御部は前記受信端の前記受信モードを前記フィードバック部によって送信された前記受信モードに設定し、この受信モードで、前記送信モードおよび前記チャネル品質を前記送信端へフィードバックする、請求項7に記載のシステム。
【請求項９】
サービス品質要件に従って、送信端の送信モジュールが異なる空間方向を有するM個のナロービームを送信し、受信端の受信モジュールがN個のビームを受信することを可能にし、それによって伝送チャネルを形成するステップであって、MとNとはどちらも1以上の整数である、前記ステップと、
事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替えるステップであって、前記M個のナロービームの前記空間方向の集合が送信モードを形成する、前記ステップと、
前記受信端の前記N個のビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得するステップと、
前記サービス品質（QoS）要件を満たす送信モードを探索し、前記送信モードを前記送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたが前記QoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを前記送信端へフィードバックするステップと、
を含む、無線通信方法。
【請求項１０】
事前設定の切替え規則に従って送信モードを切り替える前記ステップは、
前記M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび前記受信端の前記N個のワイドビームによって受信された前記信号に従って前記現在の送信モードでの前記チャネル品質を獲得するステップ、
を含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
前記M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび前記受信端の前記N個のワイドビームによって受信された前記信号に従って前記現在の送信モードでの前記チャネル品質を獲得する前記ステップは、
前記受信端の前記N個のワイドビームによって受信された前記信号および前記既知のシーケンスに従って前記現在の送信モードでのチャネル行列Hを計算するステップと、
前記チャネル行列Hの特異値分解（SVD）を行って前記チャネル行列Hのチャネル特異値を獲得し、前記チャネル特異値に従って前記伝送チャネルのチャネル容量を計算するステップと、
を含み、前記チャネル品質は前記チャネル特異値および前記チャネル容量を含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記QoS要件を満たす送信モードを探索し、前記送信モードを前記送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたが前記QoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを前記送信端へフィードバックする前記ステップは、
前記送信モードのチャネル品質が前記QoS要件を満たすときに、前記送信端へ、前記QoS要件を満たす前記送信モードおよび前記送信モードに対応するチャネル品質情報をフィードバックし、またはそうではなく前記QoS要件を満たさないときに、前記チャネル品質に従って前記送信モードをソートし、探索のために次の送信モードに入るステップと、
前記切替え規則内のすべての送信モードがトラバースされた後で前記QoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、ソートによって獲得された、最適なチャネル容量を有する送信モード、および対応するチャネル品質を、ワイドビームを用いて前記送信端へフィードバックするステップと、
を含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記受信端の前記N個のビームによって受信された信号に従って現在の送信モードでのチャネル品質を獲得する前記ステップは、
前記M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび前記受信端の前記N個のナロービームによって受信された前記信号に従って前記現在の送信モードでの前記チャネル品質を獲得するステップ、
をさらに含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１４】
前記M個のナロービームによってロードされた既知のシーケンスおよび前記受信端の前記N個のナロービームによって受信された前記信号に従って前記現在の送信モードでの前記チャネル品質を獲得する前記ステップの後に、前記方法は、
事前設定の切替え規則に従って前記受信端の受信モードを切り替え、異なる送信モードおよび異なる受信モードを用いて形成されたチャネル行列のチャネル品質を計算するステップであって、前記N個のナロービームの空間方向の集合が受信モードを形成する、前記ステップ、
をさらに含み、
前記QoS要件を満たす送信モードを探索し、前記送信モードを前記送信端へフィードバックし、またはすべての送信モードに対応する伝送チャネル品質がトラバースされたが前記QoS要件を満たす送信モードが見つからなかったときに、最適なチャネル品質を有する送信モードを前記送信端へフィードバックする前記ステップは、
前記チャネル行列の前記チャネル品質が前記QoS要件を満たすときに、前記QoS要件を満たす受信モードを前記受信端の前記受信モードに設定し、この受信モードで、前記QoS要件を満たす送信モードおよび前記チャネル品質を前記送信端へフィードバックし、またはそうではなく前記QoS要件を満たさないときに、前記チャネル品質に従って前記チャネル行列をソートするステップと、
前記切替え規則内のすべての受信モードがトラバースされた後で前記QoS要件を満たす伝送チャネルが見つからなかったときに、ソート結果に従って、最高チャネル品質を有する受信モードと送信モードの組み合わせを獲得し、前記受信端の前記受信モードを、最大チャネル容量を有する前記受信モードに設定し、この受信モードで、最適なチャネル品質を有する送信モードおよび前記チャネル品質を前記送信端へフィードバックするステップと、
を含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
計算により前記受信端によって獲得された前記チャネル品質が前記サービス品質を満たすときに、前記サービス品質を満たすチャネル品質および送信モードを送信端へフィードバックした後に、前記方法は、
前記送信端の前記送信モードを前記受信端によってフィードバックされた前記送信モードに設定するステップ、
をさらに含む、請求項9から14のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2017536025.tif 000023
2017536025.tif 000024
2017536025.tif 000025
2017536025.tif 000026