(57)【要約】無線通信システムに用いられ、無線チャネルを介して送信される信号を受信する受信機。この受信機は、複数のアンテナに結合された複数の無線周波数（ＲＦ）チェーンを備える。各ＲＦチェーンは、アンテナによって受信されたアナログ信号の各測定値を、測定値とランダムに選択された閾値との比較の結果を表す少なくとも１ビットの情報に変換する少なくとも１ビットのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を有し、ビットシーケンス及び対応する閾値シーケンスを生成する。ビットシーケンス内の各ビットは、対応する閾値シーケンスからの閾値に対するアナログ信号の測定値の相対値を表す。複数のＲＦチェーンに結合されたプロセッサが、複数のＲＦチェーンから受信されたビットシーケンス及び対応する閾値シーケンスを用いて無線チャネルのパラメーターを推定する。
2020532917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムに用いられ、無線チャネルを介して送信される信号を受信する受信機であって、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに結合された複数の無線周波数（ＲＦ）チェーンであって、各ＲＦチェーンは、前記アンテナによって受信されたアナログ信号の各測定値を、該測定値とランダムに選択された閾値との比較の結果を表す少なくとも１ビットの情報に変換する少なくとも１ビットのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を備え、ビットシーケンス及び対応する閾値シーケンスを生成し、前記ビットシーケンス内の各ビットは、前記対応する閾値シーケンスからの閾値に対する前記アナログ信号の前記測定値の相対値を表すものと、
前記複数のＲＦチェーンに結合され、前記複数のＲＦチェーンから受信された前記ビットシーケンス及び前記対応する閾値シーケンスを用いて前記無線チャネルの少なくとも幾つかのパラメーターを推定するプロセッサと、
を備える、受信機。
【請求項２】
所定の範囲内の乱数を発生する乱数発生器を更に備え、
前記プロセッサは、前記乱数に基づいて前記ランダムに選択される閾値を選択する、請求項１に記載の受信機。
【請求項３】
ランダムに選択される閾値のセットを記憶するメモリを更に備え、
前記プロセッサは、前記乱数に基づいて、前記記憶されたランダムに選択される閾値のセットから前記閾値を選択する、請求項２に記載の受信機。
【請求項４】
前記記憶されたランダムに選択される閾値のセット内の要素の値は、一様にサンプリングされる、請求項３に記載の受信機。
【請求項５】
前記記憶されたランダムに選択される閾値のセットは、同じ値を有する少なくとも２つの要素を含む、請求項３に記載の受信機。
【請求項６】
前記記憶されたランダムに選択される閾値のセット内の要素の値は、確率分布関数に従ってサンプリングされる、請求項３に記載の受信機。
【請求項７】
前記乱数発生器は、確率分布関数に従って前記乱数を発生する、請求項２に記載の受信機。
【請求項８】
少なくとも１つのユーザー入力インターフェースの表面上に与えられ、前記プロセッサによって受信されるユーザー入力であって、前記所定の閾値範囲に関連しているユーザー入力を更に備え、
前記乱数発生器は、前記与えられた所定の範囲内の前記乱数を発生し、前記プロセッサは、前記乱数に基づいて前記ランダムに選択される閾値を選択する、請求項２に記載の受信機。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記ランダムに選択される閾値に対する前記測定値の相対値に基づいて、前記アナログ信号の密度を反映する確率分布関数を推定し、前記確率分布関数を用いて、前記ランダムに選択される閾値を選択する、請求項１に記載の受信機。
【請求項１０】
時間ステップごとに、前記プロセッサは、全てのＲＦチェーンについて同じ閾値を選択するか、又は、前記プロセッサは、少なくとも幾つかの異なるＲＦチェーンについては異なる閾値を選択する、請求項１に記載の受信機。
【請求項１１】
前記プロセッサは、近傍のアンテナに接続されるＲＦチェーンの複数のグループから繰り返される閾値のパターンを選択する、請求項１０に記載の受信機。
【請求項１２】
前記プロセッサによって推定された前記無線チャネルの前記パラメーターは、発射角、到来角、チャネルパス利得、及びチャネルパス拡散のうちの１つ又はそれらの組み合わせを含む２次元チャネル行列を含む、請求項１に記載の受信機。
【請求項１３】
前記プロセッサによって推定された前記無線チャネルの前記パラメーターは、仰角及びそれらの拡散を含む、請求項１２に記載の受信機。
【請求項１４】
前記無線チャネルは、ミリ波の少数の伝播パスのみが存在するようなミリ波チャネルである、請求項１に記載の受信機。
【請求項１５】
前記プロセッサは、以下の式の最尤基準に従って、前記無線チャネルの前記パラメーターを推定し、
【数１】
2020532917.tif 000003
ここで、ｚｍは、第ｍの受信アンテナにおける量子化されたＩ／Ｑ信号であり、ΓＴｍは、パイロットシンボル、発射角、到来角、及びアンテナ幾何形状の関数である行列
【数２】
2020532917.tif 000004
の第ｍ行を表し、
【数３】
2020532917.tif 000005
は、複素チャネルパス利得の実部及び虚部を含むベクトルであり、λｍは、所与の時点に前記第ｍの受信アンテナにおいて用いられる前記閾値であり、σは、雑音標準偏差であり、Φ（・）は、標準ガウス確率変数の累積密度関数（ＣＤＦ）であり、Ｋは、パイロットシンボルの数であり、Ｎｒは、受信アンテナの数であり、ψは、発射角、到来角、複素チャネルパス利得、及びそれらの角度拡散を含む全ての未知の無線チャネル統計をグループ化したものである、請求項１に記載の受信機。
【請求項１６】
通信システムに用いられ、無線チャネルを介して送信される信号を受信するシンボル検出器であって、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに結合された複数の無線周波数（ＲＦ）チェーンであって、各ＲＦチェーンは、前記アンテナによって受信されたアナログ信号の各測定値を、該測定値とランダムに選択された閾値との比較の結果を表す少なくとも１ビットの情報に変換する少なくとも１ビットのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を備え、ビットシーケンス及び対応する閾値シーケンスを生成し、前記ビットシーケンス内の各ビットは、前記対応する閾値シーケンスからの閾値に対する前記アナログ信号の前記測定値の相対値を表すものと、
メモリと通信し、前記複数のＲＦチェーンに結合されたプロセッサであって、複数の送信機から送信されたシンボルのシーケンスを、推定されたチャネル状態情報（ＣＳＩ）による援助を受けて、複数の受信機からの量子化された測定値から検出するプロセッサと、
を備える、シンボル検出器。
【請求項１７】
所定の範囲内の乱数を発生する乱数発生器を更に備え、それによって、前記プロセッサは、前記ランダムに選択される閾値を前記乱数に基づいて選択する、請求項１６に記載のシンボル検出器。
【請求項１８】
前記メモリは、ランダムに選択される閾値のセットを記憶しており、
ランダムに選択される閾値のセット内の要素の値は、一様にサンプリングされるか、又は、確率分布関数に従ってサンプリングされ、それによって、前記プロセッサは、乱数に基づいて、前記ランダムに選択される閾値のセットから前記ランダムに選択される閾値を選択する、請求項１６に記載のシンボル検出器。
【請求項１９】
時間ステップごとに、前記プロセッサは、少なくとも幾つかの異なるＲＦチェーンについて異なる閾値を選択し、それによって、前記プロセッサは、近傍のアンテナに接続されるＲＦチェーンの複数のグループから繰り返される閾値のパターンを選択する、請求項１６に記載のシンボル検出器。
【請求項２０】
通信システムに用いられ、無線チャネルを介して送信される信号を受信する復号化器であって、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに結合された複数の無線周波数（ＲＦ）チェーンであって、各ＲＦチェーンは、前記アンテナによって受信されたアナログ信号の各測定値を、該測定値とランダムに選択された閾値との比較の結果を表す少なくとも１ビットの情報に変換する少なくとも１ビットのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を備え、ビットシーケンス及び対応する閾値シーケンスを生成し、前記ビットシーケンス内の各ビットは、前記対応する閾値シーケンスからの閾値に対する前記アナログ信号の前記測定値の相対値を表すものと、
メモリと通信し、前記複数のＲＦチェーンに結合されたプロセッサであって、少なくとも幾つかのパラメーターが、発射角、到来角、及びチャネルパス利得のうちの１つ又はそれらの組み合わせを有する２次元チャネル行列を含むように、前記複数のＲＦチェーンから受信された前記ビットシーケンス及び前記対応する閾値シーケンスを用いて前記無線チャネルの前記少なくとも幾つかのパラメーターを推定する、プロセッサと、
を備える、復号化器。
【請求項２１】
前記ランダムに選択される閾値の前記選択は、チャネル統計と完全に無関係に、マッシブＭＩＭＯシステムのアンテナの数に相関されるか、又は、過去の測定値、シーンの幾何形状、及び他の知識源からの前記チャネル統計に関する利用可能な事前知識に基づいている、請求項２０に記載の復号化器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、多入力多出力（ＭＩＭＯ：multiple input, multiple output）無線通信システムの分野に関し、より詳細には、無線チャネルの発射角（ＡｏＤ：angle-of-departure）及び到来角（ＡｏＡ：angle-of-arrival）の情報を推定するチャネル推定に関する。
【背景技術】
【０００２】
用語「アンテナアレイ」は、複数のアンテナ素子の幾何学的配置を指す。これらのアンテナ素子は、特定の放射パターン等の所望のアンテナ利得及び指向特性を達成する単一のアンテナユニットとして構成することができる。この放射パターンを変化させることをビームフォーミングと呼ぶことができる。アンテナアレイは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システム等において用途を有することができる。特に、非常に大きなアンテナアレイは、「マッシブＭＩＭＯアレイ」と呼ぶことができる。マッシブＭＩＭＯアレイは、単一のアンテナユニット内に配置された数百個のアンテナ素子を用いることができ、第５世代通信、すなわち、５Ｇ通信等の今後の通信システムの重要な技術構成要素と考えられる。既知の技術によれば、アップリンクＭＩＭＯユニットは、例えば、無線基地局受信機、アナログ／デジタル変換器及び自動利得制御ユニットを備えることができる。
【０００３】
マッシブＭＩＭＯは、幾つかの利点を有することができるが、これらの利点は、実際には、多くのアンテナ及び多くの関連したアップ／ダウン変換チェーンを有することに関連したハードウェア複雑度の増加と、動作に必要とされる全てのハードウェアに起因したエネルギー消費の増加とによって相殺される。
【０００４】
特許文献１は、ＭＩＭＯシステムを用いるという複雑度を有する方法を提供するが、Ｎ個の利用可能なアンテナ信号のセットから選ばれたサイズＬのサブセットが選択され、スイッチを介してＬ（Ｌ＜Ｎ）個の無線周波数（ＲＦ：radio-frequency）チェーンに接続されるアンテナ選択として幾つかの利益を保持する。しかしながら、この方法は、或るビームフォーミング利得量を提供することを達成することができず、したがって、特に、従来のセルラーシステムにおいて通常生じる小さな角度拡散を有するチャネルにおいて、低下した性能又は許容できない性能を示す。
【０００５】
無線通信において、チャネル状態情報（ＣＳＩ：channel state information）は、通信リンクの既知のチャネル特性を指す。この情報は、信号が送信機から受信機にどのように伝播するのかを示し、例えば、散乱、フェージング、及び距離に伴う電力減衰が組み合わさった効果を表す。ＣＳＩは、マルチアンテナシステムにおいて高データレートを有する信頼性のある通信を達成するために、送信を現在のチャネル状態に適合させることを可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第９，７０５，５７９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のＭＩＭＯシステム用に開発されたほとんどの従来のＣＳＩ推定方法は、基地局において用いられる送信機及び受信機の数がかなり多いシステムを対象としており、それに起因して、マッシブＭＩＭＯチャネル推定に常に適しているとは限らない。基地局における送受信機の数は、搬送波周波数がミリ波周波数帯域まで上昇し、これによって、アンテナの物理サイズがはるかに小さくなり、例えば、その波長に匹敵するほどになると、潜在的には数千個に達する可能性がある。
【０００８】
本開示の実施の形態は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線通信システムの分野に関するデバイス及び方法、より詳細には、無線チャネルの発射角（ＡｏＤ）及び到来角（ＡｏＡ）の情報を推定するチャネル推定に関するデバイス及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の幾つかの実施の形態は、電力消費の低減及びハードウェアコストの削減を達成するために、基地局に装備された少数ビット量子化を用いた低分解能アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ：analog-to-digital converters）を有するマッシブＭＩＭＯシステムの角領域チャネル推定に基づいている。実験を通じて、マッシブ多入力多出力（ＭＩＭＯ）アンテナシステムにおけるコスト及びエネルギー消費の主要な源がデジタル／アナログ（ＤＡＣ：digital-to-analog converters）変換器及び／又はＡＤＣ変換器に由来していることが分かった。例えば、基地局（ＢＳ：base stations）における多数のアンテナに起因して、各ＲＦチェーンが、電力を大量消費する高分解能ＡＤＣを用いた場合に、ＢＳにおけるハードウェアコスト及び電力消費は、例外なく負担しきれないものとなる。この課題に対処するために、幾つかの実施の形態は、マッシブＭＩＭＯシステムに低分解能ＡＤＣを用いる。なぜならば、ハードウェア複雑度及び電力消費は、ＡＤＣの分解能（すなわち、測定サンプルごとのビット数）とともに指数関数的に増大するからである。例示として１ビットの実施の形態では、１ビットＡＤＣは、入力アナログ信号を閾値と単に比較するだけであり、必要とされるコスト及び電力消費は最小である。
【００１０】
ＭＩＭＯシステムでは、送信機は、複数の信号を複数の送信アンテナによって送信する。送信された信号は、送信機における送信アンテナと受信機における受信アンテナとの間の様々なチャネルパスによって形成された行列チャネルを通過する。その後、受信機は、複数の受信アンテナによって受信された信号の受信信号ベクトルを取得し、この受信信号ベクトルを元の情報に復号化する。しかしながら、低分解能ＡＤＣによって生成される量子化された情報を用いたチャネルのパラメーターの推定は、より高い分解能の情報を用いた場合よりも困難である。当然のことながら、１ビットＡＤＣによって生成される測定値ごとの１ビットの情報は、より高い分解能のＡＤＣによって生成される複数ビットよりも提供する情報が少ない。
【００１１】
幾つかの実施の形態は、少なくとも１ビットのＡＤＣの低い情報性（in formativeness）の問題のうちの１つが、ビットの値を決定する閾値を一定とすることができ、統計的に合理的になるように選択することができることにあるという理解に基づいている。例えば、閾値がゼロに選択されると、測定値とゼロ値の閾値との比較の結果を表す１ビットの情報は、測定値の正負符号のみ、すなわち、測定値が正であるか又は負であるかのみを示すが、測定値の大きさについて報告することはできない。
【００１２】
そのために、幾つかの実施の形態は、時変閾値、すなわち、異なる時間ステップにおいて異なる値を有することが可能な閾値を用いる。それらの実施の形態は、信号の測定値とランダムに選択された閾値との比較の結果を示す１ビット値だけでなく、ランダムに選択された閾値の値も、チャネル推定に用いることができる付加的な統計情報を保持しているという見識に基づいている。
【００１３】
例えば、比較の結果が、信号の測定値が或る値、例えば３を有する閾値よりも大きいことを示す場合、信号が３よりも大きいことを示すその１ビットの情報は、信号がゼロよりも大きいこと、すなわち、正であることを示す１ビットの情報よりも統計的に多くの情報を保持する。特に、時変閾値の値は、閾値の値の知識を利用するために保存しておく必要がある。しかしながら、そのような情報を保存するメモリは、複数のＲＦチェーン間で共有することができ、及び／又は、ＭＩＭＯシステムの他の計算ニーズに再利用することができる。
【００１４】
さらに、時変閾値を用いてアナログ信号をサンプリングする低分解能ＡＤＣは、マッシブＭＩＭＯシステムのコストを削減することができるとともに、送信データ及び／又は無線チャネルのパラメーターを復元する際に複数のＲＦチェーンを用いることを可能にする。
【００１５】
例えば、１つの実施の形態は、無線通信システムに用いられ、無線チャネルを介して送信される信号を受信する受信機を開示している。この受信機は、複数のアンテナと、これらの複数のアンテナに結合された複数の無線周波数（ＲＦ）チェーンとを備える。各ＲＦチェーンは、アンテナによって受信されたアナログ信号の各測定値を、この測定値とランダムに選択された閾値との比較の結果を表す少なくとも１ビットの情報に変換する少なくとも１ビットのＡＤＣを備え、ビットシーケンス及び対応する閾値シーケンスを生成する。ビットシーケンス内の各ビットは、対応する閾値シーケンスからの閾値に対するアナログ信号の測定値の相対値を表す。複数のＲＦチェーンに結合することができるプロセッサが、複数のＲＦチェーンから受信されたビットシーケンス及び対応する閾値シーケンスを用いて無線チャネルの少なくとも幾つかのパラメーターを推定することができる。
【００１６】
本明細書において用いられる場合、ランダムに選択される閾値は、測定値の値自体とは無関係に選択される。ただし、様々な実施の形態では、閾値のランダム性は、真にランダムなものとすることもできるし、擬似ランダムとすることもできるし、更には一様にランダム又は確率密度関数に従ったランダムなものとすることもできる。
【００１７】
例えば、幾つかの実施の形態では、この受信機は、所定の範囲内の乱数を発生する乱数発生器を備える。この所定の範囲は、プロセッサが乱数に基づいて閾値を選択することを可能にする信号の可能な値によって画定される。１つの実施の形態では、プロセッサは乱数自体を閾値として用いる。この実施の形態は、閾値選択のバリエーションを増加させることを可能にし、送信信号の種々の変動を有するＭＩＭＯシステムにとって有利である。
【００１８】
さらに、幾つかの実施の形態では、プロセッサは、乱数を用いて、閾値の量子化空間を表す閾値のセットから閾値を選択することができる。この実施の形態は、送信信号のタイプに基づいて閾値の可能な値を検討することを可能にする。例えば、閾値のセットは、値の分布に対する信頼度を反映するために、負の値よりも正の値を多く含むことができる。別の例では、閾値のセットは、統計的傾向を表すために、同じ値、例えば、ゼロ値を有する少なくとも２つの要素を含むことができ、これによって、閾値の範囲を広げて、送信信号の測定異常値についての情報を収集することが可能になる。
【００１９】
またさらに、本開示の幾つかの実施の形態では、閾値のセット内の要素の値は、確率分布関数に従ってサンプリングすることができる。１つの実施態様では、プロセッサは、送信信号の密度を反映する確率分布関数を推定する。そのような確率分布関数は、閾値に対する測定値の相対値に基づいて推定することができる。確率分布関数を用いて閾値を選択することによって、測定値の１ビットサンプルの統計的価値を高めることができる。
【００２０】
幾つかの実施の形態では、時間ステップごとに、プロセッサは、全てのＲＦチェーンについて同じ閾値を選択する。この実施の形態は、異なるＲＦチェーンについて同じ閾値シーケンスを共有することを可能にすることができる。一方、代替の実施の形態は、少なくとも幾つかの異なるＲＦチェーンについて異なる閾値を選択することができる。例えば、１つの実施態様では、プロセッサは、近傍のアンテナに接続されるＲＦチェーンの複数のグループから繰り返される閾値のパターンを選択する。
【００２１】
本開示の一実施の形態によれば、無線通信システムに用いられ、無線チャネルを介して送信される信号を受信する受信機が提供される。該受信機は複数のアンテナを備える。複数のＲＦチェーンが前記複数のアンテナに結合されている。各ＲＦチェーンは、前記アンテナによって受信されたアナログ信号の各測定値を、該測定値とランダムに選択された閾値との比較の結果を表す少なくとも１ビットの情報に変換する少なくとも１ビットのＡＤＣを備え、ビットシーケンス及び対応する閾値シーケンスを生成する。前記ビットシーケンス内の各ビットは、前記対応する閾値シーケンスからの閾値に対する前記アナログ信号の前記測定値の相対値を表す。前記複数のＲＦチェーンに結合されたプロセッサが、前記複数のＲＦチェーンから受信された前記ビットシーケンス及び前記対応する閾値シーケンスを用いて前記無線チャネルの少なくとも幾つかのパラメーターを推定する。
【００２２】
本開示の一実施の形態によれば、通信システムに用いられ、無線チャネルを介して送信される信号を受信するシンボル検出器が提供される。該シンボル検出器は複数のアンテナを備える。複数のＲＦチェーンが前記複数のアンテナに結合され、各ＲＦチェーンは、前記アンテナによって受信されたアナログ信号の各測定値を、該測定値とランダムに選択された閾値との比較の結果を表す少なくとも１ビットの情報に変換する少なくとも１ビットのＡＤＣを備え、ビットシーケンス及び対応する閾値シーケンスを生成する。前記ビットシーケンス内の各ビットは、前記対応する閾値シーケンスからの閾値に対する前記アナログ信号の前記測定値の相対値を表す。メモリと通信し、前記複数のＲＦチェーンに結合されたプロセッサが、複数の送信機から送信されたシンボルのシーケンスを、推定されたチャネル状態情報（ＣＳＩ）による援助を受けて、複数の受信機からの前記量子化された測定値から検出する。
【００２３】
本開示の一実施の形態によれば、通信システムに用いられ、無線チャネルを介して送信される信号を受信する復号化器が提供される。該復号化器は複数のアンテナを備える。複数のＲＦチェーンが前記複数のアンテナに結合されている。各ＲＦチェーンは、前記アンテナによって受信されたアナログ信号の各測定値を、該測定値とランダムに選択された閾値との比較の結果を表す少なくとも１ビットの情報に変換する少なくとも１ビットのＡＤＣを備え、ビットシーケンス及び対応する閾値シーケンスを生成する。前記ビットシーケンス内の各ビットは、前記対応する閾値シーケンスからの閾値に対する前記アナログ信号の前記測定値の相対値を表す。メモリと通信し、前記複数のＲＦチェーンに結合されたプロセッサが、前記複数のＲＦチェーンから受信された前記ビットシーケンス及び前記対応する閾値シーケンスを用いて前記無線チャネルの少なくとも幾つかのパラメーターを推定する。それによって、前記少なくとも幾つかのパラメーターは、発射角、到来角、及びチャネルパス利得のうちの１つ又はそれらの組み合わせを有する２次元チャネル行列を含む。
【００２４】
本明細書に開示された実施の形態は、添付図面を参照して更に説明される。以下に示す図面は必ずしも一律の縮尺ではなく、代わりに、全体として、本明細書に開示された実施の形態の原理を示すことに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本開示の１つの実施の形態による、無線通信システムの一実施の形態の幾つかの方法のブロック図である。
【図１Ｂ】本開示の幾つかの実施の形態による、幾つかの構成要素及び幾つかの方法ステップを含む無線通信システムの概略図である。
【図１Ｃ】本開示の幾つかの実施の形態による、無線チャネルを介して送信されるシンボルを復号化する幾つかの方法ステップのブロック図である。
【図１Ｄ】本開示の幾つかの実施の形態による、図１Ｂの無線ＭＩＭＯシステムの幾つかの構成要素の概略図である。
【図２Ａ】本開示の幾つかの実施の形態による、閾値λ１と比較されるＩチャネル波形及び閾値λ２と比較されるＱチャネル波形を含む同相（Ｉ：in-phase）ベースバンド信号及び直交（Ｑ：quadrature）ベースバンド信号の、ゼロの固定閾値を用いた量子化の概略図である。
【図２Ｂ】本開示の幾つかの実施の形態による、ゼロの固定閾値を用いたＩチャネル量子化の一例を示すグラフであり、図２ＡのアナログＩチャネルベースバンド波形の一例を示す。
【図２Ｃ】本開示の幾つかの実施の形態による、ゼロの固定閾値を用いたＩチャネル量子化の一例を示すグラフであり、図２ＡのアナログＩチャネルベースバンド波形と閾値λ１とを比較したものである。
【図２Ｄ】本開示の幾つかの実施の形態による、ゼロの固定閾値を用いたＱチャネル量子化の一例を示すグラフであり、信号がゼロよりも大きい場合には出力が＋１であり（図２Ａ）、信号がゼロよりも小さい場合には出力が−１である（図２Ａ）、図２ＡのアナログＱチャネルベースバンド波形の一例を示す。
【図２Ｅ】本開示の幾つかの実施の形態による、ゼロの固定閾値を用いたＱチャネル量子化の一例を示すグラフであり、信号がゼロよりも大きい場合には出力が＋１であり（図２Ａ）、信号がゼロよりも小さい場合には出力が−１である（図２Ａ）、図２ＡのアナログＱチャネルベースバンド波形と閾値λ２とを比較したものである。
【図２Ｆ】本開示の幾つかの実施の形態による、振幅に２が乗算されていることを除いて、図２Ｂと同じアナログＩチャネルベースバンド信号を示すグラフである。
【図２Ｇ】本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｆのグラフをゼロと比較することによって量子化されたＩチャネルベースバンド信号を示す図である。
【図２Ｈ】本開示の幾つかの実施の形態による、振幅に２が乗算されていることを除いて、図２Ｄと同じアナログＱチャネルベースバンド信号を示すグラフである。
【図２Ｉ】本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｈのグラフをゼロと比較することによって量子化されたＱチャネルベースバンド信号を示す図である。
【図３Ａ】本開示の幾つかの実施の形態による、閾値λ１と比較されるＩチャネル波形及び閾値λ２と比較されるＱチャネル波形を含むアナログＩ／Ｑチャネルベースバンド信号の、候補セットからランダムに選択された閾値を用いた量子化の概略図である。
【図３Ｂ】本開示の幾つかの実施の形態による、Ｉチャネルのランダムに選択される閾値の候補セット３７２Ａを含む、Ｉチャネルの全てのサンプリング時点についてランダムに生成された整数３７１Ａを示す時変閾値を用いたＩチャネル量子化の一例を示すグラフである。
【図３Ｃ】本開示の幾つかの実施の形態による、Ｑチャネルのランダムに選択される閾値の候補セット３７２Ｂを含む、Ｑチャネルの全てのサンプリング時点についてランダムに生成された整数３７１Ｂを示す時変閾値を用いたＱチャネル量子化の一例を示すグラフである。
【図３Ｄ】本開示の幾つかの実施の形態による、図３Ｂの３７２Ａの閾値セットにおいて、図３Ｂからのランダムに生成された整数３７１Ａをインデックス指定することによって選択されたＩチャネルの時変閾値を示すグラフである。
【図３Ｅ】本開示の幾つかの実施の形態による、図３Ｃの３７２Ｂの閾値セットにおいて、図３Ｃからのランダムに生成された整数３７１Ｂをインデックス指定することによって選択されたＱチャネルの時変閾値を示すグラフである。
【図３Ｆ】本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｆのグラフ２６７Ａと同じアナログＩチャネルベースバンド信号を示すグラフである。
【図３Ｇ】本開示の幾つかの実施の形態による、グラフ３６７Ａを図３Ｄにおける３７３Ａの選択されたランダム閾値と比較することによって量子化されたＩチャネルベースバンド信号３７７Ａを示すグラフである。
【図３Ｈ】本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｈのグラフ２６７Ｂと同じアナログＱチャネルベースバンド信号を示すグラフである。
【図３Ｉ】本開示の幾つかの実施の形態による、グラフ３６７Ｂを図３Ｅにおける３７３Ｂの選択されたランダム閾値と比較することによって量子化されたＱチャネルベースバンド信号３７７Ｂを示すグラフである。
【図４Ａ】本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｂのグラフ２５７Ａと同じアナログＩチャネルベースバンド信号を示すグラフである。
【図４Ｂ】本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｄのグラフ２５７Ｂと同じアナログＱチャネルベースバンド信号を示すグラフである。
【図４Ｃ】本開示の幾つかの実施の形態による、図４Ａのグラフ３５７ＡＡの信号を図３Ｄのグラフ３７３Ａにおける閾値と比較することによって量子化されたＩチャネルベースバンド信号を示すグラフである。
【図４Ｄ】本開示の幾つかの実施の形態による、図４Ｄのグラフ３５７ＢＢの信号を図３Ｅのグラフ３７３Ｂにおける閾値と比較することによって量子化されたＱチャネルベースバンド信号を示すグラフである。
【図４Ｅ】本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｆのグラフ２６７Ａと同じアナログＩチャネルベースバンド信号を示すグラフである。
【図４Ｆ】本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｈのグラフ２６７Ｂと同じアナログＱチャネルベースバンド信号を示すグラフである。
【図４Ｇ】本開示の幾つかの実施の形態による、図４Ｅのグラフ３６７ＡＡの信号を図３Ｄのグラフ３７３Ａにおける閾値と比較することによって量子化されたＩチャネルベースバンド信号を示すグラフである。
【図４Ｈ】本開示の幾つかの実施の形態による、図４Ｆのグラフ３６７ＢＢの信号を図３Ｅのグラフ３７３Ｂにおける閾値と比較することによって量子化されたＱチャネルベースバンド信号を示すグラフである。
【図５Ａ】本開示の幾つかの実施の形態による、閾値候補セットから選ばれない、ランダムに選択された閾値を用いたＩ／Ｑチャネルベースバンド信号の量子化の幾つかの方法ステップのブロック図である。
【図５Ｂ】本開示の幾つかの実施の形態による、無線チャネルについての或る事前知識、例えば、長期チャネル統計を使用するランダムに選択された閾値を用いたＩ／Ｑチャネルベースバンド信号の量子化の幾つかの方法ステップのブロック図である。
【図６】本開示の幾つかの実施の形態による、様々な実施の形態によって用いられる無線チャネルにおける伝播の原理を示す概略図である。
【図７】本開示の幾つかの実施の形態による、無線チャネルの伝播空間における統計の様々なメトリックの概略図である。
【図８】本開示の実施の形態による、代替コンピューター又は代替プロセッサを用いて実施することができる図１Ａの方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
上記で明らかにされた図面は、ここに開示されている実施の形態を記載しているが、この論述において言及されるように、他の実施の形態も意図されている。この開示は、限定ではなく代表例として例示の実施の形態を提示している。ここに開示されている実施の形態の原理の範囲及び趣旨に含まれる非常に多くの他の変更及び実施の形態を当業者は考案することができる。
【００２７】
以下の説明は、例示的な実施の形態のみを提供し、本開示の範囲も、適用範囲も、構成も限定することを意図していない。そうではなく、例示的な実施の形態の以下の説明は１つ以上の例示的な実施の形態を実施することを可能にする説明を当業者に提供する。添付の特許請求の範囲に明記されているような開示された主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく要素の機能及び配置に行うことができる様々な変更が意図されている。以下の説明では、実施の形態の十分な理解を提供するために、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、当業者は、これらの具体的な詳細がなくても実施の形態を実施することができることを理解することができる。例えば、開示された主題におけるシステム、プロセス、及び他の要素は、実施の形態を不必要な詳細で不明瞭にしないように、ブロック図形式の構成要素として示される場合がある。それ以外の場合において、よく知られたプロセス、構造、及び技法は、実施の形態を不明瞭にしないように不必要な詳細なしで示される場合がある。さらに、様々な図面における同様の参照符号及び名称は、同様の要素を示す。
【００２８】
また、個々の実施の形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図、又はブロック図として描かれるプロセスとして説明される場合がある。フローチャートは、動作を逐次的なプロセスとして説明することができるが、これらの動作の多くは、並列又は同時に実行することができる。加えて、これらの動作の順序は、再配列することができる。プロセスは、その動作が完了したときに終了することができるが、論述されない又は図に含まれない追加のステップを有する場合がある。さらに、特に説明される任意のプロセスにおける全ての動作が全ての実施の形態において行われ得るとは限らない。プロセスは、方法、関数、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応することができる。プロセスが関数に対応するとき、その関数の終了は、呼び出し側関数又はメイン関数へのその機能の復帰に対応することができる。
【００２９】
さらに、開示された主題の実施の形態は、少なくとも一部は手動又は自動のいずれかで実施することができる。手動実施又は自動実施は、マシン、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、又はそれらの任意の組み合わせを用いて実行することもできるし、少なくとも援助することができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア又はマイクロコードで実施されるとき、必要なタスクを実行するプログラムコード又はプログラムコードセグメントは、マシン可読媒体に記憶することができる。プロセッサ（複数の場合もある）が、それらの必要なタスクを実行することができる。
【００３０】
概略
本開示の実施の形態は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線通信システムに関するデバイス及び方法、特に、無線チャネルの発射角（ＡｏＤ）及び到来角（ＡｏＡ）の情報を推定するチャネル推定に関するデバイス及び方法を提供する。
【００３１】
本開示の幾つかの実施の形態は、電力消費の低減及びハードウェアコストの削減を達成するために、基地局に装備された１ビットアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を有するマッシブＭＩＭＯシステムの角領域チャネル推定に基づいている。実験を通じて、マッシブ多入力多出力（ＭＩＭＯ）アンテナシステムにおけるコスト及びエネルギー消費の主要な源がデジタル／アナログ（ＤＡＣ）変換器及び／又はアナログ／デジタル（ＡＤＣ）変換器に由来していることが分かった。例えば、基地局（ＢＳ）における多数（数百個、更に数千個）のアンテナに起因して、各ＲＦチェーンが、電力を大量消費する高分解能ＡＤＣを用いた場合に、ＢＳにおけるハードウェアコスト及び電力消費は、例外なく負担しきれないものとなる。この課題に対処するために、幾つかの実施の形態は、マッシブＭＩＭＯシステムに低分解能ＡＤＣを用いる。なぜならば、ハードウェア複雑度及び電力消費は、ＡＤＣの分解能（すなわち、測定サンプルごとのビット数）とともに指数関数的に増大するからである。例示として１ビットの実施の形態では、１ビットＡＤＣは、入力アナログ信号を閾値と単に比較するだけであり、必要とされるコスト及び電力消費は最小である。
【００３２】
幾つかの実施の形態は、１ビットＡＤＣの低い情報性の問題のうちの１つが、ビットの値を決定する閾値を一定とすることができ、統計的に合理的になるように選択することができることにあるという理解に基づいている。例えば、閾値がゼロに選択されると、測定値とゼロ値の閾値との比較の結果を表す１ビットの情報は、測定値の正負符号のみ、すなわち、測定値が正であるか又は負であるかのみを示すが、測定値の大きさについて報告することはできない。
【００３３】
そのために、幾つかの実施の形態は、時変閾値、すなわち、異なる時間ステップにおいて異なる値を有することが可能な閾値を用いる。それらの実施の形態は、信号の測定値とランダムに選択された閾値との比較の結果を示す１ビット値だけでなく、ランダムに選択された閾値の値も、チャネル推定に用いることができる付加的な統計情報を保持しているという見識に基づいている。
【００３４】
例えば、比較の結果が、信号の測定値が或る値、例えば３を有する閾値よりも大きいことを示す場合、信号が３よりも大きいことを示すその１ビットの情報は、信号がゼロよりも大きいこと、すなわち、正であることを示す１ビットの情報よりも統計的に多くの情報を保持する。特に、時変閾値の値は、閾値の値の知識を利用するために保存しておく必要がある。しかしながら、そのような情報を保存するメモリは、複数のＲＦチェーン間で共有することができ、及び／又は、ＭＩＭＯシステムの他の計算ニーズに再利用することができる。さらに、時変閾値を用いてアナログ信号をサンプリングする１ビットＡＤＣは、マッシブＭＩＭＯシステムのコストを削減することができるとともに、送信データ及び／又は無線チャネルのパラメーターを復元する際に複数のＲＦチェーンを用いることを可能にする。
【００３５】
例えば、１つの実施の形態は、無線通信システムに用いられ、無線チャネルを介して送信される信号を受信する受信機を開示している。この受信機は、複数のアンテナと、これらの複数のアンテナに結合された複数の無線周波数（ＲＦ）チェーンとを備える。各ＲＦチェーンは、アンテナによって受信されたアナログ信号の各測定値を、この測定値とランダムに選択された閾値との比較の結果を表す１ビットの情報に変換する１ビットアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を備え、ビットシーケンス及び対応する閾値シーケンスを生成する。ビットシーケンス内の各ビットは、対応する閾値シーケンスからの閾値に対するアナログ信号の測定値の相対値を表す。複数のＲＦチェーンに結合することができるプロセッサが、複数のＲＦチェーンから受信されたビットシーケンス及び対応する閾値シーケンスを用いて無線チャネルの少なくとも幾つかのパラメーターを推定することができる。本明細書において用いられる場合、ランダムに選択される閾値は、測定値の値自体とは無関係に選択される。ただし、様々な実施の形態では、閾値のランダム性は、真にランダムなものとすることもできるし、擬似ランダムとすることもできるし、更には一様にランダム又は確率密度関数に従ったランダムなものとすることもできる。
【００３６】
例えば、幾つかの実施の形態では、受信機は、所定の範囲内の乱数を発生する乱数発生器を備える。この所定の範囲は、プロセッサが乱数に基づいて閾値を選択することを可能にする信号の可能な値によって画定される。１つの実施の形態では、プロセッサは乱数自体を閾値として用いる。この実施の形態は、閾値選択のバリエーションを増加させることを可能にし、送信信号の種々の変動を有するＭＩＭＯシステムにとって有利である。
【００３７】
さらに、幾つかの実施の形態では、プロセッサは、乱数を用いて、閾値の量子化空間を表す閾値のセットから閾値を選択することができる。この実施の形態は、送信信号のタイプに基づいて閾値の可能な値を検討することを可能にする。例えば、閾値のセットは、値の分布に対する信頼度を反映するために、負の値よりも正の値を多く含むことができる。別の例では、閾値のセットは、統計的傾向を表すために、同じ値、例えば、ゼロ値を有する少なくとも２つの要素を含むことができ、これによって、閾値の範囲を広げて、送信信号の測定異常値についての情報を収集することが可能になる。
【００３８】
またさらに、本開示の幾つかの実施の形態では、閾値のセット内の要素の値は、確率分布関数に従ってサンプリングすることができる。１つの実施態様では、プロセッサは、送信信号の密度を反映する確率分布関数を推定する。そのような確率分布関数は、閾値に対する測定値の相対値に基づいて推定することができる。確率分布関数を用いて閾値を選択することによって、測定値の１ビットサンプルの統計的価値を高めることができる。
【００３９】
幾つかの実施の形態では、時間ステップごとに、プロセッサは、全てのＲＦチェーンについて同じ閾値を選択する。この実施の形態は、異なるＲＦチェーンについて同じ閾値シーケンスを共有することを可能にすることができる。一方、代替の実施の形態は、少なくとも幾つかの異なるＲＦチェーンについて異なる閾値を選択することができる。例えば、１つの実施態様では、プロセッサは、近傍のアンテナに接続されるＲＦチェーンの複数のグループから繰り返される閾値のパターンを選択する。
【００４０】
図１Ａは、本開示の１つの実施の形態による無線通信システムの一実施の形態の方法ステップのブロック図を示している。コンピューター実施方法１００は、第１の通信デバイスによって無線ＭＩＭＯチャネルを介して送信されたシンボルを復号化するためのものであり、図１Ａのステップ１２５から開始する。このステップは、第２の通信デバイス１０４が無線チャネルを介して送信されたテストシンボルを受信することを含む。
【００４１】
方法１００の図１Ａのステップ１２６は、通信デバイス１０４が、発射角（ＡｏＤ）、到来角（ＡｏＡ）、チャネルパス利得、チャネル拡散（channel spread）を含む、無線ＭＩＭＯチャネルを伝播する多次元パスに関する統計を用いた角領域チャネルモデルに従って、量子化されたテストシンボルから無線ＭＩＭＯチャネルのチャネル状態情報（ＣＳＩ）を推定することを含む。
【００４２】
方法１００の図１Ａのステップ１２７は、無線ＭＩＭＯチャネルを介して受信機によって受信されたシンボルを、ＣＳＩを用いて符号化することを含む。
【００４３】
図１Ｂは、本開示の１つの実施の形態による無線通信システム１００の概略図を示している。この通信システム１００は、通信チャネル１０６を介して第２の通信デバイス１０４と通信することができる第１の通信デバイス１０２を備える。通信チャネル１０６は無線ＭＩＭＯチャネルである。このチャネルは、１ギガヘルツ（ＧＨｚ）〜３００ＧＨｚ又は３００ＧＨｚを上回る広い周波数スペクトルをカバーすることができる。例えば、第１の通信デバイス１０２及び／又は第２の通信デバイス１０４は、８０２．１１ａｄ規格に従って互いに通信することができる。
【００４４】
例えば、ビームフォーミング及び／又は空間多重化を用いて単一のアンテナによって又は複数のアンテナにわたってチャネル１０６を介して単一のデータストリームを伝送するために、デバイス１０２はＮｔｘ個のアンテナ１１０を備え、デバイス１０４はＮｒｘ個のアンテナ１１２を備える。この単一のデータストリームは、複数のサブデータストリームに分割することができ、その場合、これらの複数のサブデータストリームは、複数のアンテナからチャネル１０６等の同じ通信チャネルを介して個別かつ同時に送信される。本開示の範囲は、この点で限定されるものではなく、様々な実施の形態によってアンテナ１１０及び／又は１１２に用いられるアンテナのタイプには、内部アンテナ、ダイポールアンテナ、無指向性アンテナ、モノポールアンテナ、エンドフェッドアンテナ、円偏波アンテナ、マイクロストリップアンテナ、ダイバーシティアンテナ等があるが、これらに限定されるものではない。
【００４５】
通信デバイス１０２は、Ｎｔｘ個のアンテナ１１０を介してそれぞれデータストリームを送信することによって、ビームフォーミングされた送信情報を送信する送信機１０８を備える。通信デバイス１０４は、Ｎｒｘ個のアンテナ１１２を経由してチャネル１０６を介してデータストリームを受信する受信機１１４を備える。受信された信号は、例えば、送信機１０８によって送信された信号のシンボルに対応するシンボルを含むことができる。
【００４６】
幾つかの実施の形態では、受信機１１４は、フロントエンド１１６及び／又は変換器（transformer）１１８を備える。フロントエンド１１６は、アンテナ１１２から受信された時間領域信号を、変換器１１８に適したフォーマットの時間領域信号に変換する任意の適したフロントエンドモジュールを備えることができる。変換器１１８は、この信号を、復号化器１２０又はチャネル推定器１２２に適した複数の異なるタイプの信号に変換することができる。例えば、フロントエンドは、受信信号を、復号化に適したシンボルに変換することができる。
【００４７】
受信機１１４は、チャネル推定値を表す信号を生成するチャネル推定器１２２も備える。受信機１１４は、受信信号を復号化し、デバイス１０２によって送信された信号の推定値を表す信号を生成する復号化器１２０も備えることができる。チャネル推定器１２２は、チャネル１０６の環境において確率モデルを用いる。
【００４８】
図１Ｃは、本開示の１つの実施の形態による、無線チャネルを介して送信されたシンボルを復号化する方法のブロック図を示している。本方法は、無線チャネルを介して送信されたテストシンボル１３５を受信し（１３０）、このテストシンボルを数ビット又は極端な場合には１ビットのみに量子化し（１７０）、量子化されたテストシンボル１７５に基づいて無線チャネルの状態情報１４５を推定する（１４０）。テストシンボルの値は知られており、この推定は、無線伝播チャネルのパス、利得及び拡散に関する統計を含む無線チャネルの角領域モデルに従って実行される。本方法は、シンボル１５５、例えば、データシンボルを受信する（１５０）と、無線チャネルの状態情報１４５を用いてシンボル１５５を検出する（１６０）。本方法のステップは、受信機のプロセッサによって実行することができる。
【００４９】
図１Ｄは、本開示の幾つかの実施の形態による図１Ｂの無線ＭＩＭＯシステムの概略図を示している。ステップ１１０Ａ及びステップ１１０Ｂは、ビットシーケンスを無線チャネル内に送信する。ステップ１１２Ａ及びステップ１１２Ｂは、伝播された無線信号を受信アンテナアレイから受信する。ステップ１１６Ａ及びステップ１１６Ｂは、受信されたアナログ波形を前処理する低雑音増幅器等のＲＦ構成要素を含む。図１Ｄのステップ１２３及びステップ１２４は、ヒルベルト変換を用いることによって受信信号のＩ／Ｑチャネルを形成する。ステップ１２８Ａ及びステップ１２８Ｂは、低分解能ＡＤＣを用いてＩ／Ｑチャネルのアナログベースバンド信号を量子化する。１つの受信アンテナ又は１つのＲＦチェーンに対して１つの低分解能ＡＤＣが用いられる。ステップ１２９は、量子化されたＩ／Ｑ信号に対する全てのベースバンド信号処理を含む。
【００５０】
図２Ａは、本開示の幾つかの実施の形態による、閾値λ１と比較されるＩチャネル波形及び閾値λ２と比較されるＱチャネル波形を含むＩ／Ｑベースバンド信号の、ゼロの固定閾値を用いた量子化の概略図を示している。
【００５１】
ステップ２８２Ａは、Ｉチャネルの入力波形を０の固定閾値と比較し、入力波形が正である場合には＋１の１ビットを出力し、入力波形が負である場合には−１の１ビットを出力する。
【００５２】
ステップ２８２Ｂは、Ｑチャネルの入力波形を０の固定閾値と比較し、入力波形が正である場合には＋１の１ビットを出力し、入力波形が負である場合には−１の１ビットを出力する。
【００５３】
図２Ｂ〜図２Ｉは、ゼロの固定閾値を用いたＩ／Ｑチャネル量子化の一例を示すグラフを示している。これらの図から、０における固定閾値量子化は、一方の信号の振幅が他方の信号の振幅よりも２倍大きい２つの信号の同じ量子化ビットを生成することが示されている。換言すれば、０における固定閾値量子化は、測定値の正負符号のみ、すなわち、測定値が正であるか又は負であるかを示すことができるが、測定値の大きさについて報告することはできない。
【００５４】
図２Ｂ及び図２Ｃは、本開示の幾つかの実施の形態による、ゼロの固定閾値を用いたＩチャネル量子化の一例を示すグラフを示し、図２Ｂは、図２ＡのアナログＩチャネルベースバンド波形の一例を示し、図２Ｃは、図２ＡのアナログＩチャネルベースバンド波形と閾値λ１とを比較したものである。
【００５５】
図２Ｂは、２５７ＡのアナログＩチャネルベースバンド信号を示し、ｘ軸は時間を表し、ｙ軸は信号振幅を表している。図２Ｃは、２５７Ａのアナログ信号をゼロと比較することによる２５８Ａの量子化ビットを示している。
【００５６】
図２Ｄ及び図２Ｅは、本開示の幾つかの実施の形態による、ゼロの固定閾値を用いたＱチャネル量子化の一例を示すグラフを示し、図２Ｄは、図２ＡのアナログＱチャネルベースバンド波形の一例を示し、図２Ｅは、アナログＱチャネルベースバンド波形と図２Ａの閾値λ２とを比較したものであり、信号がゼロよりも大きい場合には出力は＋１であり（図２Ａ）、信号がゼロよりも小さい場合には出力は−１である（図２Ａ）。
【００５７】
図２Ｄは、２５７ＢのアナログＱチャネルベースバンド信号を示し、ｘ軸は時間を表し、ｙ軸は信号振幅を表している。図２Ｅは、２５７Ｂのアナログ信号をゼロと比較することによる２５８Ｂの量子化ビットを示している。
【００５８】
図２Ｆ及び図２Ｇ、図２Ｆは、振幅に２が乗算されていることを除いて、図２Ｂと同じアナログＩチャネルベースバンド信号を示すグラフを示している。図２Ｇは、本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｆのグラフをゼロと比較することによって量子化されたＩチャネルベースバンド信号を示している。
【００５９】
図２Ｆは、振幅に２が乗算されていることを除いて、図２Ｂにおける信号２５７Ａと同じである２６７ＡのアナログＩチャネルベースバンド信号を示している。図２Ｇは、２６７Ａのアナログ信号をゼロと比較することによる２６８Ａの量子化ビットを示している。２６８Ａの量子化ビットは、図２Ｃにおける２５８Ａの量子化ビットと正確に同じであるが、入力波形は、振幅が異なっている。
【００６０】
図２Ｈ及び図２Ｉ、図２Ｈは、振幅に２が乗算されていることを除いて、図２Ｄと同じアナログＱチャネルベースバンド信号を示すグラフを示している。図２Ｉは、本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｈのグラフをゼロと比較することによって量子化されたＱチャネルベースバンド信号を示している。
【００６１】
図２Ｈは、振幅に２が乗算されていることを除いて、図２Ｄにおける信号２５７Ｂと同じである２６７ＢのアナログＱチャネルベースバンド信号を示している。図２Ｉは、２６７Ｂのアナログ信号をゼロと比較することによる２６８Ｂの量子化ビットを示している。２６８Ｂの量子化ビットは、図２Ｅにおける２５８Ｂの量子化ビットと正確に同じであるが、入力波形は、振幅が異なっている。
【００６２】
図２Ｇのグラフ２６８Ａ及び図２Ｉの２６８Ｂは、図２Ｃのグラフ２５８Ａ及び図２Ｅの２５８Ｂと同じであることが分かる。なぜならば、２の乗算によって、信号の正又は負の組は変化しないからである。
【００６３】
図３Ａは、本開示の幾つかの実施の形態による、閾値λ１と比較されるＩチャネル波形及び閾値λ２と比較されるＱチャネル波形を含むアナログＩ／Ｑチャネルベースバンド信号の、候補セットからランダムに選択された閾値を用いた量子化の概略図を示している。
【００６４】
ステップ３８０Ａは、１と閾値候補セットΩの長さとの間の整数ｌをランダムに生成する。ステップ３８１Ａは、候補セットΩの第ｌ要素をインデックス指定することによって閾値を決定する。ステップ３８２Ａは、Ｉチャネルの入力波形を選択された閾値と比較し、すなわちＩチャネル波形を閾値λ１と比較し、１ビット、すなわち＋１又は−１を出力する。
【００６５】
ステップ３８０Ｂは、１と閾値候補セットΩ２の長さとの間の整数ｍをランダムに生成する。ステップ３８１Ｂは、候補セットΩ２の第ｍ要素をインデックス指定することによって閾値を決定する。ステップ３８２Ｂは、Ｑチャネルの入力波形を選択された閾値と比較し、すなわちＱチャネル波形を閾値λ２と比較し、１ビット、すなわち＋１又は−１を出力する。
【００６６】
図３Ｂは、本開示の幾つかの実施の形態による、Ｉチャネルのランダムに選択される閾値の候補セットを含む、Ｉチャネルの全てのサンプリング時点についてランダムに生成された整数を示す時変閾値を用いたＩチャネル量子化の一例を示すグラフである。
【００６７】
具体的には、図３Ｂは、特に、Ｉチャネルの全てのサンプリング時点についてランダムに生成された整数を示す時変閾値３７１Ａを用いたＩチャネル量子化の一例を示している。この例では、閾値候補セットのサイズは１０である（３７２Ａ）。その結果、ランダムな整数は１と１０との間にある。
【００６８】
図３Ｃは、本開示の幾つかの実施の形態による、Ｑチャネルのランダムに選択される閾値の候補セットを含む、Ｑチャネルの全てのサンプリング時点についてランダムに生成された整数を示す時変閾値３７１Ｂを用いたＱチャネル量子化の一例を示すグラフである。
【００６９】
具体的には、図３Ｃは、特に、Ｑチャネルの全てのサンプリング時点についてランダムに生成された整数を示す時変閾値３７１Ｂを用いたＱチャネル量子化の一例を示している。この例では、閾値候補セットのサイズは１０である（３７２Ｂ）。その結果、ランダムな整数は１と１０との間にある。
【００７０】
図３Ｂ及び図３Ｃに関して、グラフは、この具体例では、Ｉチャネル（３７２Ａ）及びＱチャネル（３７２Ｂ）の２つの閾値候補セットである２つのセットが同じであり、−２と２との間の１０個の数を有する。
【００７１】
図３Ｄは、本開示の幾つかの実施の形態による、図３Ｂの３７２Ａの閾値セットにおいて、図３Ｂからのランダムに生成された整数をインデックス指定することによって選択されたＩチャネルの時変閾値を示すグラフである。
【００７２】
図３Ｅは、本開示の幾つかの実施の形態による、図３Ｃの３７２Ｂの閾値セットにおいて、図３Ｃからのランダムに生成された整数をインデックス指定することによって選択されたＱチャネルの時変閾値を示すグラフである。
【００７３】
図３Ｄ及び図３Ｅに関して、グラフは、選択された閾値がＩチャネル（図３Ｄ）とＱチャネル（図３Ｅ）との間で異なることを示している。
【００７４】
図３Ｆは、本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｆのグラフ２６７Ａと同じＩ信号を示すグラフである。
【００７５】
図３Ｇは、本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｇのグラフ２６８Ａと同じ量子化されたＩ信号を示すグラフである。
【００７６】
図３Ｈは、本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｈのグラフ２６７Ｂと同じＱ信号を示すグラフである。
【００７７】
図３Ｉは、本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｉのグラフ２６８Ｂと同じ量子化されたＱ信号を示すグラフである。
【００７８】
図４Ａは、本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｂのグラフ２５７Ａと同じＩ信号を示すが、時変閾値を用いるグラフである。
【００７９】
図４Ｂは、本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｄのグラフ２５７Ｂと同じＱ信号を示すが、時変閾値を用いるグラフである。
【００８０】
図４Ｃは、本開示の幾つかの実施の形態による、図４Ａのグラフ３５７ＡＡの信号を図３Ｄのグラフ３７３Ａにおける閾値と比較することによって量子化されたＩ信号を示すグラフである。
【００８１】
図４Ｄは、本開示の幾つかの実施の形態による、図４Ｄのグラフ３５７ＢＢの信号を図３Ｅのグラフ３７３Ｂにおける閾値と比較することによって量子化されたＱ信号を示すグラフである。
【００８２】
図４Ｅは、本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｆのグラフ２６７Ａと同じＩ信号を示すが、時変閾値を用いるグラフである。
【００８３】
図４Ｆは、本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｈのグラフ２６７Ｂと同じＱ信号を示すが、時変閾値を用いるグラフである。
【００８４】
図４Ｇは、本開示の幾つかの実施の形態による、図４Ｅのグラフ３６７ＡＡの信号を図３Ｄのグラフ３７３Ａにおける閾値と比較することによって量子化されたＩ信号を示すグラフである。
【００８５】
図４Ｈは、本開示の幾つかの実施の形態による、図４Ｆのグラフ３６７ＢＢの信号を図３Ｅのグラフ３７３Ｂにおける閾値と比較することによって量子化されたＱ信号を示すグラフである。
【００８６】
図２Ｆ、図２Ｅ、図２Ｇ及び図２Ｉにおける量子化された信号が同じであることとは対照的に、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｇ及び図４Ｈにおける量子化された信号は、時変閾値に起因して異なっていることが分かる。
【００８７】
図５Ａは、本開示の幾つかの実施の形態による、閾値候補セットから選ばれない、ランダムに選択された閾値を用いたＩ／Ｑベースバンド信号の量子化の幾つかの方法ステップのブロック図を示している。
【００８８】
ステップ５８０Ａは、実数をランダムに生成し、この実数は、Ｉチャネル波形の物理制約に起因した区間内に制限することができる。ステップ５８２Ａは、Ｉチャネルの入力波形を選択された閾値と比較し、１ビット、すなわち＋１又は−１を出力する。
【００８９】
ステップ５８０Ｂは、実数をランダムに生成し、この実数は、Ｑチャネル波形の物理制約に起因した区間内に制限することができる。ステップ５８２Ｂは、Ｑチャネルの入力波形を選択された閾値と比較し、１ビット、すなわち＋１又は−１を出力する。
【００９０】
図５Ｂは、本開示の幾つかの実施の形態による、無線チャネルについての或る事前知識、例えば、長期チャネル統計を使用するランダムに選択された閾値を用いたＩ／Ｑベースバンド信号の量子化の幾つかの方法ステップのブロック図を示している。
【００９１】
ステップ５８６Ａは、Ｉチャネル波形の過去の測定値（複数の場合もある）、幾何形状及び他の知識源からの事前知識を表している。ステップ５８０Ａは、Ｉチャネル波形の物理制約に起因した区間内に制限することができるとともにＩチャネル波形の事前知識を利用した実数をランダムに生成する。ステップ５８２Ａは、Ｉチャネルの入力波形を選択された閾値と比較し、１ビット、すなわち＋１又は−１を出力する。
【００９２】
ステップ５８０Ｂは、Ｑチャネル波形の過去の測定値（複数の場合もある）、幾何形状及び他の知識源からの事前知識を表している。ステップ５８０Ｂは、Ｑチャネル波形の物理制約に起因した区間内に制限することができるとともにＱチャネル波形の事前知識を利用した実数をランダムに生成する。ステップ５８２Ｂは、Ｑチャネルの入力波形を選択された閾値と比較し、１ビット、すなわち＋１又は−１を出力する。
【００９３】
図６は、本開示の幾つかの実施の形態による、様々な実施の形態によって用いられる無線チャネルにおける伝播の原理を示す概略図を示している。例えば、送信機１０８から送信された信号は、チャネルパス６３０、６４０及び６５０を介して受信機１１４に到達する。物体６４１、６５１は無線波を反射し、この無線は反射パス６４５、６５５を介して受信機に到達する。これらのチャネルパスは、ミリ波が伝播に用いられる場合に、疎である可能性がある。すなわち、パスが少数である可能性がある。これらのチャネルパスは、送信機からの発射角及び受信機への到来角にわたって拡散する可能性がある。
【００９４】
図７は、本開示の幾つかの実施の形態による、無線チャネルの伝播空間における統計の様々なメトリックの概略図を示している。例えば、無線信号の伝播空間は、発射方向（ＤｏＤ：directions of departure）の可能な角度の集合と到来方向（ＤｏＡ：directions of arrivals）の可能な角度の集合とのデカルト積として表すことができる。仮想角領域チャネルモデルは、ＤｏＡ及びＤｏＤが、軸に沿った到来角（ＡｏＡ）７０１及び発射角（ＡｏＤ）７０２を用いて表される２次元グリッド７００として図によって表すことができる。例えば、ＡｏＡθ２７１１及びＡｏＤφ２７１３におけるエネルギーの非ゼロのパッチ７１０は、方向φ２にビームで送信された信号がθ２の方向から受信機に到達するようなパスが無線チャネルに存在することを示している。
【００９５】
図８は、本開示の実施の形態による、代替コントローラーを用いて実施することができる図１Ａの方法を示すブロック図である。コントローラー８１１は、プロセッサ８４０と、コンピューター可読メモリ８１２と、記憶装置８５８と、ディスプレイ８５２及びキーボード８５１を有するユーザーインターフェース８４９とを備える。これらは、バス８５６を通じて接続されている。例えば、プロセッサ８４０及びコンピューター可読メモリ８１２と通信するユーザーインターフェース８４９は、ユーザーインターフェース８５７の表面であるキーボード表面からユーザーによる入力を受け取ると、データを取得し、このデータをコンピューター可読メモリ８１２に記憶する。
【００９６】
メモリ８１２は、プロセッサによって実行可能な命令と、履歴データと、本開示の方法及びシステムによって利用することができる任意のデータとを記憶することができると考えられる。プロセッサ８４０は、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ、コンピューティングクラスター、又は任意の数の他の構成体とすることができる。プロセッサ８４０は、バス８５６を通じて１つ以上の入力デバイス及び出力デバイスに接続することができる。メモリ８１２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又は他の任意の適したメモリシステムを含むことができる。
【００９７】
図８を引き続き参照すると、記憶デバイス８５８は、プロセッサによって用いられる補助データ及び／又はソフトウェアモジュールを記憶するように適合させることができる。例えば、記憶デバイス８５８は、本開示に関して上述したような履歴データ及び他の関連データを記憶することができる。加えて又は代替的に、記憶デバイス８５８は、本開示に関して上述したようなデータと同様の履歴データを記憶することができる。記憶デバイス８５８は、ハードドライブ、光学ドライブ、サムドライブ、ドライブのアレイ、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【００９８】
システムは、任意選択で、システムをディスプレイデバイス（図示せず）に接続するように適合されたディスプレイインターフェース（図示せず）にバス８５６を通じて連結することができる。このディスプレイデバイスは、とりわけ、コンピューターモニター、カメラ、テレビ、プロジェクター、又はモバイルデバイスを含むことができる。
【００９９】
コントローラー８１１は、電力源８５４を備えることができ、用途に応じて、電力源８５４は、任意選択でコントローラー８１１の外部に配置することができる。バス８５６を通じて、ディスプレイデバイス８４８に接続するように適合されたユーザー入力インターフェース８５７を連結することができる。このディスプレイデバイス８４８は、とりわけ、コンピューターモニター、カメラ、テレビ、プロジェクター、又はモバイルデバイスを含むことができる。プリンターインターフェース８５９も、バス８５６を通じて接続することができ、印刷デバイス８３２に接続するように適合させることができる。印刷デバイス８３２は、とりわけ、液体インクジェットプリンター、固体インクプリンター、大型商用プリンター、サーマルプリンター、ＵＶプリンター、又は昇華型プリンターを含むことができる。ネットワークインターフェースコントローラー（ＮＩＣ）８３４は、バス８５６を通じてネットワーク８３６に接続するように適合されている。とりわけ、上記データ又は他のデータを、コントローラー８１１の外部のサードパーティーのディスプレイデバイス、サードパーティーの撮像デバイス、及び／又はサードパーティーの印刷デバイス上にレンダリングすることができる。
【０１００】
図８を引き続き参照すると、上記データ又は他のデータは、とりわけ、記憶及び／又は更なる処理のために、ネットワーク８３６の通信チャネルを介して送信することができ、及び／又は、記憶システム８５８内に記憶することができる。さらに、上記データ又は他のデータは、受信機８４６（又は外部受信機８３８）から無線又は有線で受信することもできるし、送信機８４７（又は外部送信機８３９）を介して無線又は有線で送信することもでき、受信機８４６及び送信機８４７はともに、バス８５６を通じて接続される。さらに、ＧＰＳ８０１は、バス８５６を介してコントローラー８１１に接続することができる。コントローラー８１１は、入力インターフェース８０８を介して外部検知デバイス８４４及び外部入力／出力デバイス８４１に接続することができる。コントローラー８１１は、他の外部コンピューター８４２に接続することができる。出力インターフェース８０９は、プロセッサ８４０からの処理されたデータを出力するのに用いることができる。
【０１０１】
上述した本開示の実施の形態は、数多くの方法のうちの任意のもので実施することができる。例えば、実施の形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせを用いて実施することができる。請求項の要素を修飾する、特許請求の範囲における「第１」、「第２」等の序数の使用は、それ自体で、１つの請求項の要素の別の請求項の要素に対する優先順位も、優位性も、順序も暗示するものでもなければ、方法の動作が実行される時間的な順序も暗示するものでもなく、請求項の要素を区別するために、単に、或る特定の名称を有する１つの請求項の要素を、同じ（序数の用語の使用を除く）名称を有する別の要素と区別するラベルとして用いられているにすぎない。
【０１０２】
また、本発明の実施の形態は、例が提供された方法として実施することができる。この方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法で順序付けすることができる。したがって、動作が示したものと異なる順序で実行される実施の形態を構築することができ、これには、例示の実施の形態では一連の動作として示されたにもかかわらず、幾つかの動作を同時に実行することを含めることもできる。
【図１Ａ】
2020532917.tif 000006
【図１Ｂ】
2020532917.tif 000007
【図１Ｃ】
2020532917.tif 000008
【図１Ｄ】
2020532917.tif 000009
【図２Ａ】
2020532917.tif 000010
【図２Ｂ】
2020532917.tif 000011
【図２Ｃ】
2020532917.tif 000012
【図２Ｄ】
2020532917.tif 000013
【図２Ｅ】
2020532917.tif 000014
【図２Ｆ】
2020532917.tif 000015
【図２Ｇ】
2020532917.tif 000016
【図２Ｈ】
2020532917.tif 000017
【図２Ｉ】
2020532917.tif 000018
【図３Ａ】
2020532917.tif 000019
【図３Ｂ】
2020532917.tif 000020
【図３Ｃ】
2020532917.tif 000021
【図３Ｄ】
2020532917.tif 000022
【図３Ｅ】
2020532917.tif 000023
【図３Ｆ】
2020532917.tif 000024
【図３Ｇ】
2020532917.tif 000025
【図３Ｈ】
2020532917.tif 000026
【図３Ｉ】
2020532917.tif 000027
【図４Ａ】
2020532917.tif 000028
【図４Ｂ】
2020532917.tif 000029
【図４Ｃ】
2020532917.tif 000030
【図４Ｄ】
2020532917.tif 000031
【図４Ｅ】
2020532917.tif 000032
【図４Ｆ】
2020532917.tif 000033
【図４Ｇ】
2020532917.tif 000034
【図４Ｈ】
2020532917.tif 000035
【図５Ａ】
2020532917.tif 000036
【図５Ｂ】
2020532917.tif 000037
【図６】
2020532917.tif 000038
【図７】
2020532917.tif 000039
【図８】
2020532917.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月3日(2020.3.3)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
方法１００の図１Ａのステップ１２７は、無線ＭＩＭＯチャネルを介して受信機によって受信されたシンボルを、ＣＳＩを用いて復号化することを含む。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
図２Ｆは、振幅に２が乗算されていることを除いて、図２Ｂと同じアナログＩチャネルベースバンド信号を示すグラフを示している。図２Ｇは、本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｆのグラフをゼロと比較することによって量子化されたＩチャネルベースバンド信号を示している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
図２Ｈは、振幅に２が乗算されていることを除いて、図２Ｄと同じアナログＱチャネルベースバンド信号を示すグラフを示している。図２Ｉは、本開示の幾つかの実施の形態による、図２Ｈのグラフをゼロと比較することによって量子化されたＱチャネルベースバンド信号を示している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
ステップ３８０Ａは、１と閾値候補セットΩ１の長さとの間の整数ｌをランダムに生成する。ステップ３８１Ａは、候補セットΩ１の第ｌ要素をインデックス指定することによって閾値を決定する。ステップ３８２Ａは、Ｉチャネルの入力波形を選択された閾値と比較し、すなわちＩチャネル波形を閾値λ１と比較し、１ビット、すなわち＋１又は−１を出力する。
【手続補正６】
【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】
無線通信システムに用いられ、無線チャネルを介して送信される信号を受信する受信機であって、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに結合された複数の無線周波数（ＲＦ）チェーンであって、各ＲＦチェーンは、前記アンテナによって受信されたアナログ信号の各測定値を、該測定値とランダムに選択された閾値との比較の結果を表す１ビットの情報に変換するように構成された１ビットアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を備え、ビットシーケンス及び対応する閾値シーケンスを生成し、前記ビットシーケンス内の各ビットは、前記対応する閾値シーケンスからの閾値に対する前記アナログ信号の前記測定値の相対値を表すものと、
前記複数のＲＦチェーンに結合され、前記複数のＲＦチェーンから受信された前記ビットシーケンス及び前記対応する閾値シーケンスを用いて前記無線チャネルの少なくとも幾つかのパラメーターを推定するように構成されたプロセッサと、
乱数発生器と、
を備え、
前記乱数発生器は、所定の範囲内の乱数を発生するように構成され、前記プロセッサは、前記乱数に基づいて、前記ランダムに選択される閾値を選択するように構成され、前記プロセッサによって推定された前記無線チャネルの前記パラメーターは、発射角、到来角、及びチャネルパス拡散を含む２次元チャネル行列を含む、受信機。
【請求項２】
ランダムに選択される閾値のセットを記憶するように構成されたメモリを更に備え、
前記プロセッサは、前記乱数に基づいて、前記記憶されたランダムに選択される閾値のセットから前記閾値を選択するように構成される、請求項１に記載の受信機であって、
受信機。
【請求項３】
前記記憶されたランダムに選択される閾値のセット内の要素の値は、一様にサンプリングされる、請求項２に記載の受信機。
【請求項４】
前記記憶されたランダムに選択される閾値のセットは、同じ値を有する少なくとも２つの要素を含む、請求項２に記載の受信機。
【請求項５】
前記記憶されたランダムに選択される閾値のセット内の要素の値は、確率分布関数に従ってサンプリングされる、請求項２に記載の受信機。
【請求項６】
前記乱数発生器は、確率分布関数に従って前記乱数を発生するように構成される、請求項１に記載の受信機。
【請求項７】
表面を有し、前記所定の閾値範囲に関連しているユーザー入力を受信するように構成される、少なくとも１つのユーザー入力インターフェースを更に備え、
前記乱数発生器は、前記与えられた所定の範囲内の前記乱数を発生するように構成され、前記プロセッサは、前記乱数に基づいて前記ランダムに選択される閾値を選択するように構成される、請求項１に記載の受信機。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記ランダムに選択される閾値に対する前記測定値の相対値に基づいて、前記アナログ信号の密度を反映する確率分布関数を推定し、前記確率分布関数を用いて、前記ランダムに選択される閾値を選択するように構成される、請求項１に記載の受信機。
【請求項９】
時間ステップごとに、前記プロセッサは、全てのＲＦチェーンについて同じ閾値を選択するように構成されるか、又は、前記プロセッサは、少なくとも幾つかの異なるＲＦチェーンについては異なる閾値を選択するように構成される、請求項１に記載の受信機。
【請求項１０】
前記２次元チャネル行列は、チャネルパス利得を更に含む、請求項１に記載の受信機。
【請求項１１】
前記プロセッサによって推定された前記無線チャネルの前記パラメーターは、仰角及びそれらの拡散を含む、請求項１に記載の受信機。
【請求項１２】
前記無線チャネルは、ミリ波の少数の伝播パスのみが存在するようなミリ波チャネルである、請求項１に記載の受信機。
【請求項１３】
前記無線チャネルの前記推定された少なくとも幾つかのパラメーターは、推定されたチャネル状態情報（ＣＳＩ）を含み、前記プロセッサは、前記推定されたＣＳＩを用いて、受信されたシンボルを検出するように更に構成されている、請求項１に記載の受信機。
【請求項１４】
前記ランダムに選択される閾値の前記選択は、マッシブＭＩＭＯシステムのアンテナの数に相関されるか、又は、過去の測定値、シーンの幾何形状、及び他の知識源からのチャネル統計に関する利用可能な事前知識に基づいている、請求項１に記載の受信機。
【国際調査報告】
2020532917.tif 000041
2020532917.tif 000042