特許 6012858 複数アンテナ・アレイを使用する無線固定アクセスのシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6012858

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】複数アンテナ・アレイを使用する無線固定アクセスのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   H04W 16/28 20090101AFI20161011BHJP

   H04W 72/04 20090101ALI20161011BHJP

   H04B 7/10 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   H04W16/28

   H04W72/04 136

   H04B7/10 A

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-517322(P2015-517322)

(86)(22)【出願日】2013年6月10日

(65)【公表番号】特表2015-525030(P2015-525030A)

(43)【公表日】2015年8月27日

(86)【国際出願番号】US2013044886

(87)【国際公開番号】WO2013188256

(87)【国際公開日】20131219

【審査請求日】2015年1月28日

(31)【優先権主張番号】61/659,154

(32)【優先日】2012年6月13日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】13/547,088

(32)【優先日】2012年7月12日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】391030332

【氏名又は名称】アルカテル−ルーセント

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100106183

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 弘司

(74)【代理人】

【識別番号】100170601

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100187964

【弁理士】

【氏名又は名称】新井 剛

(72)【発明者】

【氏名】ヤン，ホン

(72)【発明者】

【氏名】マーゼッタ，トーマス，エル．

(72)【発明者】

【氏名】アシクミン，アレクセイ

【審査官】 望月 章俊

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２２６４５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００７−５１２７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１０−５１０１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０７９９７６（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特表２０１２−５０３４１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｗ４／００−Ｈ０４Ｗ９９／００

Ｈ０４Ｂ７／２４−Ｈ０４Ｂ７／２６

Ｈ０４Ｂ７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

サービス・アンテナのアレイとローカル端末の集団との間で無線固定アクセスを提供する方法であって、
前記ローカル端末による送信からチャネル状態情報（ＣＳＩ）を入手するステップであって、前記ＣＳＩのうちの少なくともいくつかは、ローカル端末からフィードバックされる信号対雑音干渉比（ＳＩＮＲ）の表示を使用する連続的な近似によって入手され、前記連続的な近似は、振幅の推定値に基づく位相の第１の近似と、位相の推定値に基づく振幅の第２の近似とを含み、前記ＣＳＩは、前記アレイと前記ローカル端末との間の高速フェージング成分および低速フェージング成分を有する、ステップと、
前記ＣＳＩを使用して前記ローカル端末のうちの少なくともいくつか宛のメッセージをビームフォーム・プリコーディングするステップと、
複数アンテナ・アレイから前記ローカル端末のそれぞれへの送信のために電力を割り振るステップであって、前記割り振るステップは、前記ＣＳＩの低速フェージング成分だけを使用して実行される、ステップと、
前記割り振られた電力レベルで前記ローカル端末に前記プリコーディングされたメッセージを送信するステップと
を含む方法。

【請求項2】

前記ローカル端末は、ローカル家屋モビリティを超えないモビリティを有するユーザ端末である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ローカル端末は、ユーザ端末のためにサービスする無線基地局であり、前記無線固定アクセスは、前記基地局のバックホール・アクセスである、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記ＣＳＩのうちの少なくともいくつかは、前記ローカル端末によって送信されるパイロット信号から入手される、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

サービス・アンテナのアレイとローカル端末の集団との間で無線固定アクセスを提供する方法であって、
前記ローカル端末による送信からチャネル状態情報（ＣＳＩ）を入手するステップであって、前記ＣＳＩのうちの少なくともいくつかは、ローカル端末からフィードバックされる信号対雑音干渉比（ＳＩＮＲ）の表示を使用する連続的な近似によって入手され、前記連続的な近似は、振幅の推定値に基づく位相の第１の近似と、位相の推定値に基づく振幅の第２の近似とを含み、前記ＣＳＩは、前記アレイと前記ローカル端末との間の高速フェージング成分および低速フェージング成分を有する、ステップと、
前記ローカル端末のそれぞれから複数アンテナ・アレイへのアップリンク・メッセージの送信のために電力を割り振るステップであって、前記割り振るステップは、前記ＣＳＩの低速フェージング成分だけを使用して実行される、ステップと、
前記複数のアンテナ・アレイ上で前記送信されたアップリンク・メッセージを受信するステップと、
前記ＣＳＩを使用して前記受信されたメッセージを復号するステップと
を含む方法。

【請求項6】

前記復号は、少なくとも部分的に最大比合成によって実行される、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記ローカル端末は、ローカル家屋モビリティを超えないモビリティを有するユーザ端末である、請求項５に記載の方法。

【請求項8】

前記ローカル端末は、ユーザ端末のためにサービスする無線基地局であり、前記無線固定アクセスは、前記基地局のバックホール・アクセスである、請求項５に記載の方法。

【請求項9】

前記ＣＳＩのうちの少なくともいくつかは、前記ローカル端末によって送信されるパイロット信号から入手される、請求項５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本願は、２０１２年６月１３日に出願した米国特許仮出願第６１／６５９１５４号の優先権を主張するものである。

【0002】

本発明は、通信システムにおけるアクセス方法に関し、より具体的には、無線リンクを介する送信を含むアクセス方法に関する。

【背景技術】

【0003】

田舎地域および一般的に発展途上国では、世帯および他のユーザ家屋にブロードバンド・インターネット・サービスを提供するのにファイバまたはケーブルに頼ることが、高価である。というのは、田舎地域では、ユーザ家屋が通常は広い間隔を設けられ、発展途上国が、一般に、既存のブロードバンド通信インフラストラクチャの不足に苦しむからである。

【0004】

より低コストの代替案のために、ＥＶＤＯまたはＬＴＥなどの伝統的な無線技術が、ブロードバンド・サービスをサポートしてアクセスおよび／またはバックホール・トランスポートを提供するために提案された。しかし、これらの技術は、満足なレベルのサービスを保証するにはスペクトル効率においてあまりに制限されている可能性がある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Ｈ．Ｑ．Ｎｇｏ、Ｅ．Ｇ．Ｌａｒｓｓｏｎ、およびＴ．Ｌ．Ｍａｒｚｅｔｔａ、「Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ Ｖｅｒｙ Ｌａｒｇｅ Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ ＭＩＭＯ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｃｏｍｍ．、２０１２年３月に提出

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって、ブロードバンド・サービスをサポートしてアクセスおよび／またはバックホール・トランスポートを提供することができる代替の無線技術の必要性が残されている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

我々は、
ローカル端末による送信から入手されたチャネル状態情報（ＣＳＩ：ｃｈａｎｎｅｌ ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を使用するビームフォーム・プリコーディングと、
サービス・アンテナ位置にわたって、また、ダウンリンク送信に使用される少なくともいくつかの搬送波にまたがる周波数範囲にわたって、静的である、低速フェージング係数を使用する電力割振りと
を含む、サービス・アンテナのアレイからローカル端末の集団に無線固定アクセスを提供する新しい方法を開発した。

【0008】

もう１つの実施形態では、我々は、
ローカル端末による送信からＣＳＩを入手するステップであって、ＣＳＩは、前記アレイと前記ローカル端末との間の高速フェージング成分および低速フェージング成分を有する、ステップと、
ローカル端末のそれぞれから複数アンテナ・アレイへのアップリンク・メッセージの送信のために電力を割り振るステップであって、前記割り振るステップは、ＣＳＩの低速フェージング成分だけを使用して実行される、ステップと、
複数のアンテナ・アレイ上で送信されたアップリンク・メッセージを受信するステップと、
ＣＳＩを使用して受信されたメッセージを復号するステップと
を含む新しい方法を提供した。

【0009】

諸実施形態では、ローカル端末は、ローカル家屋モビリティを超えないモビリティを有するユーザ端末である。

【0010】

諸実施形態では、ローカル端末は、ユーザ端末のためにサービスする無線基地局であり、無線固定アクセスは、基地局のバックホール・アクセスである。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】典型的な田舎区域でのアクセス・ネットワークを示す概略図である。

【図2】本明細書で説明される方法の実施態様で使用される例示的なフレーム・フォーマットを示す概略図である。

【図3】２０ＭＨｚ帯域幅を仮定するシミュレーションから予測される、本明細書で説明される方法を使用して達成可能なダウンリンク・スループットおよびアップリンク・スループットを示すプロットである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１に、典型的な田舎区域でのアクセス・ネットワークを示す。複数のユーザ家屋１０が、サービス・トランシーバ・ステーション２５に接続されたサービス・アンテナ・アレイ２０によって無線リンクを介してサービスされ、サービス・トランシーバ・ステーション２５は、アレイ２０からの送信のために信号を調整し、アレイ２０で受信された信号を処理する回路網を含み、公衆電話網、インターネット・サービス・プロバイダのネットワーク、および類似物への接続のための回路網をも含む。各ユーザの家屋では、リンクのダウンストリーム端が、ユーザ端末４０に接続されたアンテナまたはアンテナ・アレイ３０によってマークされている。

【0013】

アンテナ３０は、固定されたものとすることができ、たとえば、家または他の建物の屋根に取り付けられた固定具内で固定され得る。代替案では、アンテナ３０のうちの少なくともいくつかを、ある制限されたモビリティを有する端末４０に接続することができる。すなわち、端末４０を、セルラー電話機、ラップトップ・コンピュータ、または使用中に移動され得る他のポータブル無線通信デバイスとすることができる。

【0014】

現在の文脈では、そのようなデバイスは、そのホーム・ユーザ家屋上またはホーム家屋から数十メートル以内に留まるならば、通常の人間移動の速度で移動しながら無線リンクのダウンストリーム端をマークし続けることができる。我々は、そのような制限されたモビリティを、「ローカル家屋モビリティ（ｌｏｃａｌ ｐｒｅｍｉｓｅｓ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）」と称する。理解されるように、ローカル家屋モビリティの地理的境界は、ユーザ家屋の地理的密度およびチャネル係数を更新するインターバルの長さを含む複数の要因に依存する。

【0015】

やはりこの図に示されたもう１つの実施態様では、無線リンクのダウンストリーム端は、基地局６０に接続されたアンテナまたはアンテナ・アレイ５０によってマークされる。各基地局は、たとえば、居住小区画またはビジネス・パークのためにサービスするマイクロセルまたはナノセルとすることができる。そのような実施態様では、無線リンクは、基地局をサポートするバックホール・ネットワークの一部として機能する。我々は、両方の種類の実施態様すなわち、インターネット、ダブル・プレイ、トリプル・プレイ、および他の同様のサービスのユーザへの配信をサポートするネットワークと、さらに基地局をサポートするためにバックホール・トランスポートを提供するネットワークとを指すのに、用語「アクセス・ネットワーク」を使用する。

【0016】

説明されるシステムの動作に必須ではないが、サービス・アンテナ・アレイ２０が、アンテナの総数Ｍがユーザ端末の台数より多く、好ましくは数１０倍または数百倍多い、大スケール・アンテナ・システム（ＬＳＡＳ：Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ）のアレイであることが有利である。ＬＳＡＳシステムは、大きいアレイ処理利得および大きい空間ダイバーシティ利得を潜在的に提供するので、有利である。

【0017】

ＬＳＡＳアレイ、または実際に任意のアンテナ・アレイが、ユーザ端末アンテナが固定される（またはせいぜいローカル家屋モバイルである）システム内で展開される時には、コヒーレンス・インターバルが完全にモバイルの無線ネットワークと比較して非常に長くなる傾向があるというさらなる利点がある。

【0018】

これらのさまざまな利点が組み合わされる時に、単一の適切に適合されたＬＳＡＳサイトが、数百キロメートル以上の直径を有する地理的領域内の、それぞれがダウンリンクで１０Ｍｂｐｓ超の帯域幅を有する数千世帯のためにサービスすることが、実現可能になる。

【0019】

例として、たとえばアンテナが１／２波長離れた間隔で片面に１００個のアンテナをグリッド・パターンでアレイ化される場合に、１００００個のサービス・アンテナを塔に展開することが実現可能であるはずである。１．９ＧＨｚの周波数では、アンテナの取付けパネルは、約８メートル×８メートルのスパンを有するはずである。同様に、４００００個のアンテナを、約１６メートル×１６メートルのスパンを有するパネルに取り付けることができる。さらに高い空間の経済性を、２次元グリッド・パターンではなく３次元グリッド・パターンでアンテナを配置することによって達成することができる。

【0020】

上で注記したように、特にユーザ・アンテナが固定である場合に、非常に長いチャネル・コヒーレンス・インターバルを仮定することができる。たとえば、コヒーレンス時間が、例示のために、１／４波長だけユーザ端末の位置を効果的にシフトするのに要する時間になるようにされ、伝搬チャネル内の動揺が、５ｋｍ毎時のユーザ・モビリティと同等であると解釈される場合に、コヒーレンス時間（１．９ＧＨｚ搬送波周波数を仮定する）は、２８．４４ｍｓになると推定される。

【0021】

ユーザ・アンテナは、性能を強化するさまざまな特徴を使用することができる。たとえば、ユーザ家屋での複数のアンテナ・アレイの使用は、スペクトル効率を高めることができる。ユーザ家屋でのアンテナ配置を最適化して、サービス・アンテナ・アレイまでのラジオ周波数経路損を最小にすることができる。

【0022】

例示的なシステムは、時分割複信（ＴＤＤ）モードで動作する。ＴＤＤ動作では、相互性が、アップリンク（ＵＬ）チャネル係数とダウンリンク（ＤＬ）チャネル係数との間で仮定される。したがって、ユーザ端末から受信されたアップリンク・パイロット信号からサービス・アンテナ・アレイで測定されるチャネル係数は、同一のコヒーレンス・インターバル内に、アップリンクとダウンリンクとの両方にあてはまると仮定される。

【0023】

例示的実施形態では、サービス・トランシーバ・ステーションは、ダウンリンク送信をプリコーディングするのに、チャネル係数の知識を使用する。プリコーディングは、ビームフォーミングの周知の実践のためのものであり、このビームフォーミングは、ダウンリンク送信に空間選択性を課し、その結果、所与のユーザ宛のダウンリンク信号は、他のユーザ宛の同期して送信されるダウンリンク信号から相対的にほとんど干渉をこうむらない。

【0024】

実例として、すべてのユーザ端末は、アップリンク上でそのそれぞれのパイロット信号を同期して送信し、サービス・トランシーバ・ステーションは、サービス・アンテナ・アレイからユーザ端末のすべてにダウンリンク信号を同期して送信する。他の実施形態では、ユーザ端末の集団を、ユーザ副集団に分割することができ、このユーザ副集団は、パイロット送信および／またはダウンリンク信号送信に関して異なるタイムスロットに分離される。

【0025】

ユーザ副集団への分割は、たとえば、ユーザの人数が相互に直交するパイロット信号の個数より多く、その結果、パイロット汚染を避けるために、パイロット信号を異なるタイムスロットで再利用する必要が生じる時に有利である可能性がある。パイロット汚染は、同一のタイムスロット内に相互に直交しないパイロット信号を送信するユーザの間で生じる。名目上そのようなユーザのうちの１人にビームフォーミングされた信号は、パイロット汚染の結果として、名目上他のそのようなユーザにビームフォーミングされた信号からの干渉を含む。

【0026】

これに関して、コヒーレンス・インターバルが、一般に非常に長いので、非常に長いシンボル・シーケンスに対応するものとしてパイロット信号を定義することが可能であり、したがって、多数の相互に直交するパイロット・シーケンスを構築することができることに留意されたい。たとえば、ＯＦＤＭ変調が使用されると仮定する。我々は、２つの推定された要因の積すなわち、その間に伝搬チャネルをほぼ一定として取り扱うことができる周波数インターバル内のＯＦＤＭトーンの個数に、コヒーレンス・インターバル中に送信できるＯＦＤＭシンボルの個数を乗じたものとして、相互に直交するパイロット・シーケンスの最大個数を推定する。

【0027】

伝搬チャネルは、区分的に一定として扱われる。チャネルが一定であると仮定できる各サブバンドの周波数幅は、周波数項で表されたようなナイキスト・サンプリング・インターバルすなわち、チャネルの遅延拡散の逆数である。各サブバンド内では、チャネルをアップリンク・パイロット・シーケンスから推定することができ、このアップリンク・パイロット・シーケンスは、ＯＦＤＭトーンとＯＦＤＭシンボルとの両方によってインデクシングされる。すなわち、所与の送信タイム・インターバルに送信される所与のパイロット・シーケンスの要素は、選択されたＯＦＤＭシンボルと組み合わされた、関係するサブバンド内にある選択されたＯＦＤＭトーン（すなわち、副搬送波）によって識別される。

【0028】

最大ｄ個の相互に直交するパイロット・シーケンスを作成することができる。Ｔ_ｕが、使用可能なシンボル・インターバルを表し、Ｔ_ｓｌが、スロット持続時間（コヒーレンス・インターバルと等しいと仮定する）を表し、Ｔ_ｄが、チャネル遅延拡散を表し、Ｔ_ｓが、ＯＦＤＭシンボル・インターバルを表すと仮定する。ｄは、次式によって与えられる。

【0029】

【数1】

ここで、Ｔ_ｕ／Ｔ_ｄは、トーンの個数単位で表されたナイキスト・サンプリング・インターバルであり、Ｔ_ｓｌ／Ｔ_ｓは、使用されるＯＦＤＭシンボルの個数単位でのパイロット・シーケンスの長さである。

【0030】

本明細書で例示のみのために使用される典型的な値について、時間の単位として秒を用いると、Ｔ_ｓ＝１０^−３／１４、Ｔ_ｕ＝１０^−３／１５、およびＴ_ｄ＝Ｔ_ｓ−Ｔ_ｕ＝１０^−３／２１０である。これは、１４トーンのナイキスト・サンプリング・インターバルの推定値につながり、その結果、２８０個のＯＦＤＭシンボルを含む２０ｍｓスロット内で、最大１４×２８０＝３９２０個の相互に直交するパイロット・シーケンスを作成することができるようになる。

【0031】

ユーザ家屋の地理的位置は、通常、システムが動作状態にされる前に既知である。ユーザの家屋のそれぞれの方位およびサービス・アンテナからの距離の格納された作表を使用して、システムが初めて起動される時および停止の後にサービスが復元される時の初期ビームフォーミングを容易にすることができる。

【0032】

実例として、ダウンリンクのビームフォーミングは、共役ビームフォーミング・プリコーディング（ｃｏｎｊｕｇａｔｅ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）の周知のプロセスでチャネル係数（パイロット信号から推定されたような）を適用することによって実行される。アップリンクでの受信は、実例として、最大比合成の周知のプロセスでチャネル係数を同様に適用することによって実行される。チャネル係数から導出されるかこれに関連し、たとえばそのようなプリコーディングおよび合成に有用な情報を、ここではチャネル状態情報（ＣＳＩ）と称する。

【0033】

例示的実施形態では、エアインターフェース・リソースは、１つまたは複数の送信タイム・インターバルおよび１つまたは複数のＯＦＤＭ周波数副搬送波にまたがるブロック単位でダウンリンク送信に割り振られる。直交符号または準直交符号を割り振ることもできる。

【0034】

上で注記したように、チャネル係数は、通常、アップリンク・パイロット信号から推定される。パイロット信号は、通常、たとえば図２に示されたようなフレーム・フォーマットの一部として送信される。この図では、フレーム・フォーマットの部分１００が、アップリンク・データ送信を含むことがわかる。これに、部分１１０が続き、この部分１１０は、パイロット信号を含む。サービス・トランシーバ・ステーションでは、受信されたパイロット信号から導出された情報が、アップリンク信号を復号し、ダウンリンク信号をプリコーディングする係数を生成するのに使用される。フレーム・フォーマットの次の部分１２０では、プリコーディングされたダウンリンク信号が送信される。

【0035】

パイロット信号は、好ましくは、最良の可能なチャネル推定値を入手するために、ユーザ端末から最大電力で送信される。

【0036】

ここで、サービス・アンテナ・アレイの第ｍアンテナと第ｋユーザ端末との間のチャネル係数になるように、ｇ_ｍｋを定義する。ここでは、１ユーザ端末あたり１つのアンテナだけがあると仮定する。複数アンテナ・ユーザ端末への拡張は、単純である。チャネル係数ｇ_ｍｋは、一般に、周波数にも依存する。提示を単純にするために、議論のこの部分では周波数依存性を除去した。

【0037】

代替の方法では、チャネル係数は、パイロット信号を使用せずに、または初期化およびネットワーク障害からの回復などのまれな機会にパイロット信号の使用を伴って、連続する近似プロセスによって推定される。代替の方法は、ユーザ端末からサービス・トランシーバ・ステーションに規則的に返される観察されたＳＩＮＲ値に依存する。多数の通信システムでは、そのようなＳＩＮＲ値が、変調および符号化パラメータおよび類似物の選択時に、基地局による使用のために基地局に返される。連続する近似を使用することによって、そうでなければチャネル測定のためのパイロット信号の使用を試みるはずの複雑さを減らすことが可能である。

【0038】

代替の方法のステップは、例示的実施態様で、見出し「アルゴリズム１」の下で指定されるアルゴリズムを具体的に参照して下で説明される。アルゴリズム１は、チャネル係数を推定するのに使用されるアルゴリズムの対（アルゴリズム１およびアルゴリズム２）の一方である。下で説明されるアルゴリズム１は、ユーザｋおよびサービス・アンテナｍからなる１つの対に適用される。これは、アルゴリズム２にもあてはまるが、アルゴリズム２は、下で詳細には説明されない。

【0039】

ネットワーク・ジオメトリは、通常、静的またはほぼ静的なので、すべてのユーザのチャネル・ベクトルは、一般に、ゆっくり変化しつつある。その理由から、アルゴリズムの対を、順繰りに各ユーザに適用することができ、ユーザごとに、連続的サイクルで順繰りに各サービス・アンテナに適用することができ、このサイクルは、周期的に第１ユーザおよび第１サービス・アンテナに戻る。そのような形でサイクルすることによって、アルゴリズムは、伝搬チャネルの物理的進展を追跡する軌道上でチャネル係数を適合させる。

【0040】

アルゴリズムを適用する前に、真のチャネル係数ｇ_ｍｋの初期推定値

【0041】

【数2】

が入手される。各アルゴリズムが収束することを保証するために、よい推定値を入手することが望ましい。したがって、少なくともいくつかの実施態様では、初期推定値は、パイロット信号を使用して入手される。

【0042】

以下の議論では、下付きのｍおよびｋは、表記を単純にするために除去される。

【0043】

初期チャネル推定値（所与のｍおよびｋに関する）は、

【0044】

【数3】

に従って振幅項および位相項の因子にされ、ここで、

【0045】

【数4】

は、真の振幅αの推定値であり、

【0046】

【数5】

は、真の位相ψの推定値である。

【0047】

アルゴリズム１は、ψの洗練された推定値を見つけるように動作し、αの初期推定値は、固定されたままになる。アルゴリズム２は、αの洗練された推定値を見つけるように動作し、ψは固定されたままになる。

【0048】

下で指定されるさまざまなステップのそれぞれで、サービス・トランシーバ・ステーションは、プリコーディングおよびユーザへの信号の送信に現在のチャネル推定値を使用し、ユーザは、ＳＩＮＲの対応する値を返す。ＳＩＮＲ（θ）によって、チャネル係数に関する特定の推定値θに対応する返されるＳＩＮＲ値を表す（αの推定値は固定されたままになる）。

【0049】

下で説明するようなアルゴリズム１では、それぞれが位相係数の推定値を含む３つのビンが、反復して更新される。３つのビンは、それぞれ、

【0050】

【数6】

、ψ_０、およびψ_１と表される。

【0051】

【数7】

と表されるビンは、真の位相ψの現在の推定値を含む。したがって、このビンは、初期推定値を用いて初期化され、アルゴリズムの各反復で更新される。アルゴリズムが、収束に起因して終了する時には、ビン

【0052】

【数8】

は、最終的な推定値を含む。

【0053】

記号δは、位相角の増分を表す。δのサイズは、任意にセットすることができるが、アルゴリズムの収束を保証するために、初期推定値

【0054】

【数9】

の期待される誤差に近いがそれより多少大きくなるようにセットされることが望ましい。記号εは、収束しきい値を表す。

【0055】

アルゴリズム１
１．

【0056】

【数10】

を初期化し、ここで、

【0057】

【数11】

は、真の振幅αの初期推定値であり、

【0058】

【数12】

は、真の位相ψの初期推定値であり、ｊ^２＝−１である。
２．

【0059】

【数13】

および

【0060】

【数14】

を入手する。
３．

【0061】

【数15】

である場合には、

【0062】

【数16】

および

【0063】

【数17】

を割り当てる。そうでない場合には、

【0064】

【数18】

および

【0065】

【数19】

を割り当てる。
４．

【0066】

【数20】

に更新する。
５．Ｓ_０＝ＳＩＮＲ（ψ_０）およびＳ_１＝ＳＩＮＲ（ψ_１）を入手する。
６．Ｓ_０＞Ｓ_１である場合には、ψ_０←ψ_０および

【0067】

【数21】

に更新する。そうでない場合には、ψ_０←ψ_１および

【0068】

【数22】

に更新する。
７．｜ψ_０−ψ_１｜≧εである場合には、ステップ４に戻る。そうでない場合には、継続する。
８．

【0069】

【数23】

に更新する。終了。

【0070】

アルゴリズム２は、アルゴリズム１に類似し、詳細に説明する必要はない。アルゴリズム２がよい推定値

【0071】

【数24】

に収束した後に、推定値を組み合わせて、チャネル係数の推定値

【0072】

【数25】

を形成することができる。

【0073】

チャネル係数の推定にパイロット信号を使用する手法では、いくつかの場合に、ユーザ端末の選択されたサブセットのみに、所与の時にパイロット信号を送信させることが有利である可能性がある。１つのそのような手法では、サービス・アレイは、ユーザ端末からＳＩＮＲフィードバックを受信し、ＳＩＮＲの最大の劣化をこうむったユーザ端末を、次の機会が来た時にパイロット信号を送信するユーザ端末になるように選択する。そのような手法は、増やされた制御シグナリングにおいてペナルティをこうむるが、サービス・アレイでの減らされた処理において利益を提供することもでき、パイロット信号の再利用を容易にすることもできる。

【0074】

係数ｇ_ｍｋを、

【0075】

【数26】

として因子にすることができ、ここで、ｈ_ｍｋは、高速フェージング現象に帰することができ、

【0076】

【数27】

は、時間のみではなく位置および周波数にもより弱く依存する低速フェージング現象に帰することができる。本明細書で提示するように、項

【0077】

【数28】

は、いかなるサービス・アンテナでもなく関係するユーザ端末ｋに関してのみインデクシングされる。というのは、低速フェージング係数を、サービス・アンテナ・アレイのスケールで空間的に一定として扱うことができると仮定されるからである。

【0078】

低速フェージング係数

【0079】

【数29】

は、たとえば、周波数ビンにわたり、サービス・アンテナのコレクションにわたってチャネル係数ｇ_ｍｋの平均をとることによって、入手することができる。代替の手法では、低速フェージング係数は、特殊なパイロット信号を使用して測定され、この特殊なパイロット信号は、ｇ_ｍｋを測定するのに使用されるパイロット信号より低い頻度で送信される。そのような手法は、特に、低速フェージング係数

【0080】

【数30】

が、一般にＭ個の基地局アンテナにわたり、周波数にわたり、少なくとも複数のタイムスロットにわたって一定であると仮定され得るので、一般に非常に御しやすい。

【0081】

したがって、たとえば、または複数のＯＦＤＭシンボルは、低速フェージング係数推定専用である。通常、約１４００個の別個のトーンが、１ＯＦＤＭシンボルあたりに使用可能である（この推定は、２０ＭＨｚ帯域幅および

【0082】

【数31】

ミリ秒のシンボル持続時間を仮定する）。各ユーザ端末は、使用可能なトーンのうちの異なる１つを割り当てられ、その結果、すべてのｋについて、第ｋ端末が、第ｑ_ｋトーンでパイロット信号を送信するようになる。

【0083】

サービス・アレイは、第ｍアンテナで第ｑ_ｋトーン上でチャネル係数

【0084】

【数32】

を検出し、ここで、ｇ_ｍ（ｑ_ｋ）は、第ｍ基地局アンテナと第ｋ端末との間のトーンｑ_ｋ上のチャネル係数である。上で説明したように、低速フェージング係数

【0085】

【数33】

は、近似的にｑ_ｋおよびｍとは独立である。すべてのｍおよびｋについて、ｈ_ｍ（ｑ_ｋ）が単位分散を伴ってランダムに分布するという全体的に穏当な仮定の下で、β_ｋは、

【0086】

【数34】

として推定される。

【0087】

推定値を改善するために、複数のトーンを各ユーザ端末に割り当てることができ、トーンにまたがって平均をとることができる。同様に、平均を、複数のＯＦＤＭシンボルにまたがって実行することができる。

【0088】

我々の無線アクセス・システムの１つの重要な特徴は、アップリンクおよびダウンリンクの電力制御アルゴリズムを考案できることであり、この電力制御アルゴリズムは、高速フェージング係数の知識に頼るのではなく、低速フェージング係数だけに頼る。

【0089】

ダウンリンク電力制御に関して、理論的分析は、共役ビームフォーミング・プリコーディングを用いると、第ｋユーザ端末のスループットが、次式によって与えられる下限を有することを示した。

【0090】

【数35】

ここで、ρ_ｆおよびρ_ｒは、それぞれダウンリンクおよびアップリンクの公称信号対雑音比）であり、τ_ｒは、アップリンク・パイロット・シーケンス長であり、

【0091】

【数36】

は、第ｋユーザ端末の低速フェージング係数であり、Ｔは、コヒーレンス・インターバル内のシンボルの総数であり、Ｂは、搬送波帯域幅であり、Ｍは、基地局のアンテナの個数であり、λ_ｋは、第ｋ副搬送波に割り振られるダウンリンク電力のパーセンテージである。係数λ_ｋは、同時にサービスされるＫ個の加入者に関して、

【0092】

【数37】

、λ_ｋ＞０になるように定義される。

【0093】

式（１）を使用して、我々は、すべてのアクティブ・ユーザのダウンリンク信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を等化する傾向がある電力制御戦略を考案した。すなわち、

【0094】

【数38】

であるものとする。式（２）から、電力分数選択

【0095】

【数39】

から、λ_１Γ_１＝…＝λ_ＫΓ_Ｋになることをたやすく確かめることができる。この結果を式（１）に代入すると、（等しいＳＩＮＲは等しいスループットを暗示するので）結果のスループットがすべてのユーザにわたって等化されることがわかる。

【0096】

実施態様において、上の電力制御戦略が、決定論的であるが、低速フェージング係数が更新される時に必要に応じてまたは周期的に適合されることを理解されよう。

【0097】

類似するＤＬ電力制御戦略を、サブスクライブされたサービスの等級に従って加入者に電力を割り振るために導出することができる。

【0098】

アップリンク電力制御に関して、ユーザ端末は、ＳＴＳから低速フェージング係数の値のフィードバックを受信し、このフィードバックを、たとえばすべてのアクティブ・ユーザ端末にわたってアップリンクＳＩＮＲを等化するのに使用する。

【0099】

我々はこれから、すべてのアクティブ・ユーザの間でスループットを等化するアップリンク電力戦略を説明する。

【0100】

Ｋ個のアクティブ・ユーザ端末があると仮定する。Ｋ個のそれぞれのユーザ端末とサービス・アレイとの間のラジオ周波数経路損を、

【0101】

【数40】

によって推定する。ここで、一般性を失わずに、ｋ＝１のユーザ端末が、サービス・アレイからの最大の経路損を有する、すなわち、

【0102】

【数41】

であると仮定する。すると、すべてのアクティブ・ユーザの間でアップリンク・スループットを等化するアップリンク電力戦略は、
端末１：最大の使用可能な電力Ｐ_ｒ

【0103】

【数42】

である。

【0104】

我々は、Ｈ．Ｑ．Ｎｇｏ、Ｅ．Ｇ．Ｌａｒｓｓｏｎ、およびＴ．Ｌ．Ｍａｒｚｅｔｔａ、「Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ Ｖｅｒｙ Ｌａｒｇｅ Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ ＭＩＭＯ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｃｏｍｍ．、２０１２年３月に提出に記載されたＬＳＡＳシステムでのアップリンク容量に関する理論的下限から上の戦略を導出した。

【0105】

例
２０ＭＨｚ帯域幅を仮定するシミュレーションから予測されるような達成可能なダウンリンク・スループットおよびアップリンク・スループットの例を、図３にプロットする。

【図1】

【図2】

【図3】