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特開2024-23451無線セルラシステムにおけるセル間多重化利得の利用

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024023451

(43)【公開日】2024-02-21

(54)【発明の名称】無線セルラシステムにおけるセル間多重化利得の利用

(51)【国際特許分類】

H04B 7/0452 20170101AFI20240214BHJP

【ＦＩ】

H04B7/0452

【審査請求】有

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023202003

(22)【出願日】2023-11-29

(62)【分割の表示】P 2022081379の分割

【原出願日】2013-11-25

(31)【優先権主張番号】61/729,990

(32)【優先日】2012-11-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】14/086,700

(32)【優先日】2013-11-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．３ＧＰＰ

(71)【出願人】

【識別番号】506352393

【氏名又は名称】リアデンリミテッドライアビリティカンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚文昭

(74)【代理人】

【氏名又は名称】上杉浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須威夫

(72)【発明者】

【氏名】フォレンツァアントニオ

(72)【発明者】

【氏名】パールマンスティーブンジー

(57)【要約】

【課題】複数ユーザ（ＭＵ）送信を有する複数アンテナシステム（ＭＡＳ）（「ＭＵ－ＭＡＳ」）内の多重化利得を達成する。
【解決手段】多重アンテナから送信される電力は、あらゆる特定の電力レベル（それらの電力放出レベルが規制又は安全性限界に入る限り）に制約されない。それによって、セルを通して故意に高次のセル間干渉を生成して、セル間多重化利得を実現するために利用し、無線通信ネットワークの容量を増大する。一実施形態のＭＵ－ＭＡＳは、セル間干渉を除去するために協力して動作する複数の分散されたアンテナを有する無線セルラネットワークを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

空間処理による多重化利得を実現するためにセル間干渉を利用し、それによって、無線通信ネットワークの容量を増大する、複数ユーザ（ＭＵ）送信を有する複数アンテナシステム（ＭＡＳ）（「ＭＵ－ＭＡＳ」）。

【請求項2】

前記複数のアンテナから発信される電力は、前記セルの境界における干渉を最小にするように制約され、セル間干渉を除去するために空間処理方法が利用される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記複数のアンテナから発信される電力は、セル間干渉は意図的に前記セルの全体で生成され、前記無線通信ネットワークの容量を増加させるために利用されるように、任意の特定の電力レベルに制約されない、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記無線通信ネットワークは、ＬＴＥネットワークなどのセルラネットワークである、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記無線通信ネットワークは、あらゆる発信電力制限なし（発信電力放出がＦＣＣ規則を満たす限り）で偶然に配置されたアクセスポイントを有する分散アンテナシステムである、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

ＤＩＤＯ－ＵＥはＬＴＥＵＥであり、ＤＩＤＯ－ＢＴＳはＬＴＥｅＮｏｄｅＢであり、ＤＩＤＯ－ＣＴＲはＬＴＥｅＮｏｄｅＢ又はＭＭＥであり、ＤＩＤＯ－ＣＰはＬＴＥＧＷである、請求項４に記載のシステム。

【請求項7】

閉ループプリコーディング方法が、ダウンリンク（ＤＬ）チャネル上で、ＢＴＳからＵＥへ同時非干渉データストリームを送信するために利用される、請求項４に記載のシステム。

【請求項8】

すべてのＵＥは、すべてのＢＴＳからの、又は、それ自身のユーザクラスタ中のＢＴＳだけからのチャネル状態情報（ＣＳＩ）を推定するために、セル固有の参照信号（ＣＲＳ）を使用する、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記システムは、前記チャネルの時間及び周波数の選択性を推定し、異なるＢＴＳに関するＣＲＳを異なるリソースエレメントに動的に再配分する、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

すべてのＵＥは、すべてのＢＴＳからの、又は、それ自身のユーザクラスタ中のＢＴＳだけからのＣＳＩを推定するために、ＣＳＩ参照信号（ＣＳＩ－ＲＳ）又は復調参照信号（ＤＭ－ＲＳ）又は両方の組合せを使用する、請求項７に記載のシステム。

【請求項11】

前記ＢＴＳからの送信電力は、前記ユーザクラスタのＢＴＳの数が、ＬＴＥ規格のＣＳＩ－ＲＳ方式によりサポートされているアンテナの最大数（すなわち、８個）を下回るように低減される、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記ユーザクラスタ中の前記ＢＴＳは、各々８つのアンテナのサブセットに分割され、前記ＣＳＩ－ＲＳは所定の周期性によって、同時に１つのサブセットから送信される、請求項１０に記載のシステム。

【請求項13】

異なるサブセットに関する前記ＣＳＩ－ＲＳの前記周期性は前記ＵＥのチャネルコヒーレンス時間並びにＬＴＥ規格でサポートされている周期性値に基づいて決定される、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

ＬＴＥ規格より異なるパターン及び周期性が、前記システムにおけるより多数のＢＴＳを可能にするために、前記ＣＳＩ－ＲＳについて可能である、請求項１０に記載のシステム。

【請求項15】

前記ＵＥは、ＰＵＣＣＨによってＲＩ、ＰＭＩ及びＣＱＩをＣＰへ報告する、請求項７に記載のシステム。

【請求項16】

前記ＵＥは、ＰＵＳＣＨによってＲＩ、ＰＭＩ及びＣＱＩをＣＰへ報告する、請求項７に記載のシステム。

【請求項17】

前記システムは、チャネルの周波数選択性を推定し、同じ利用可能なアップリンク（ＵＬ）リソースに関するＢＴＳの更に多数をサポートするための前記ＰＭＩを動的に調節する、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

開ループプリコーディング方法が、ＤＬチャネル上で、ＢＴＳからＵＥへ同時非干渉データストリームを送信するために、利用される、請求項４に記載のシステム。

【請求項19】

開ループＭＵ－ＭＩＭＯ方法は、ＵＬチャネル上で、ＵＥからＢＴＳに同時非干渉データストリームを受信するために、利用される、請求項４に記載のシステム。

【請求項20】

ＳＲＳ又はＤＭＲＳは、すべてのＵＥから前記ＢＴＳへのチャネルインパルス応答を推定するために使用される、請求項１８に記載のシステム。

【請求項21】

異なるＳＲＳ又はＤＭＲＳは、前記ＵＥのまわりの異なるコヒーレンスエリアに割り当てられる、請求項２０に記載のシステム。

【請求項22】

異なるＳＲＳ又はＤＭＲＳは、クラスタ間干渉を低減するために、異なるＤＩＤＯクラスタへ割り当てられる、請求項２０に記載のシステム。

【請求項23】

前記ＳＲＳ又はＤＭＲＳは、チャネルの周波数ダイバーシティを利用するために、周波数ホッピングパターンに基づいて割り当てられる、請求項２０に記載のシステム。

【請求項24】

連続的な時間スロット上で、ＳＲＳ又はＤＭＲＳの同じセットが各群へ割り当てられるように、アクティブＵＥが群に分割される、請求項２０に記載のシステム。

【請求項25】

すべてのアクティブＵＥに関する最も短いチャネルコヒーレンス時間が推定され、その情報に基づいて、ＵＥ群の最大数並びに前記ＳＲＳ又はＤＭＲＳの時分割多重化方式の周期性が計算される、請求項２４に記載のシステム。

【請求項26】

ＵＥ間の時間及び周波数の同期は、ＤＬシグナリング情報を利用することによって達成される、請求項１９に記載のシステム。

【請求項27】

前記ＢＴＳは、同じ物理クロックへの直接的な配線によるか、又は、ＧＰＳＤＯによって共通の時間及び周波数の基準を共有することにより、同じ基準クロックに対して同期されている、請求項２６に記載のシステム。

【請求項28】

ＵＥ間の相対的な伝搬遅延は、ＵＬＭＵ－ＭＩＭＯにより同一のＤＩＤＯクラスタ内のＵＥのみを処理することにより回避され、それによりＵＥの時間同期を保証する、請求項２６に記載のシステム。

【請求項29】

ＵＥ間の相対的な伝搬遅延は、ＵＬＭＵ－ＭＩＭＯ受信機での前記ＵＥの時間同期を保証するために、ＵＬ送信前に、前記ＵＥ側で補償される、請求項２６に記載のシステム。

【請求項30】

最大尤度（ＭＬ）、決定帰還等化（ＤＦＥ）又は逐次干渉除去（ＳＩＣ）受信機などの非線形空間フィルタが、ＵＥのデータストリーム間の干渉を除去するために利用される、請求項１９に記載のシステム。

【請求項31】

ゼロフォーシング（ＺＦ）又は最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）受信機などの線形空間フィルタが、ＵＥのデータストリーム間の干渉を除去するために利用される、請求項１９に記載のシステム。

【請求項32】

ＳＣ－ＦＭＤＡが、周波数領域内の前記ＵＥを多重化するために使用される、請求項１９に記載のシステム。

【請求項33】

ＤＩＤＯ技術は、徐々に既存のＬＴＥネットワークに組み込まれる、請求項４に記載のシステム。

【請求項34】

前記ＤＩＤＯＢＴＳ及びＵＥは、ＬＴＥとの互換性を有する、請求項３３に記載のシステム。

【請求項35】

前記ＤＩＤＯＢＴＳ及びＵＥは、ＬＴＥ規格の変形を利用する、請求項３３に記載のシステム。

【請求項36】

前記ＬＴＥＵＥは、ＤＩＤＯとの互換性を有するように更新される、請求項３５に記載のシステム。

【請求項37】

ＤＩＤＯとの互換性を有するＵＥの新しい世代が配備される、請求項３５に記載のシステム。

【請求項38】

ＬＴＥのスペクトルは、セルラ構成の従来のＬＴＥＢＴＳを１ブロックのスペクトルで、ＤＩＤＯＬＴＥＢＴＳを別ブロックのスペクトルでサポートするように、細分化される、請求項３３に記載のシステム。

【請求項39】

従来のセルラＬＴＥＢＴＳは、同じスペクトルを共有する一方で時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）方式に従って動作するように、ＤＩＤＯ－ＬＴＥＢＴＳと協調するように構成されている、請求項３３に記載のシステム。

【請求項40】

ＤＩＤＯは、ＬＴＥの小セルに対するＬＯＳ又はＮＬＯＳの無線バックホールとして使用される、請求項３３に記載のシステム。

【請求項41】

ＬＴＥの小セルは、徐々にＤＩＤＯＢＴＳによって置き換えられる、請求項３３に記載のシステム。

【請求項42】

ＲＦ補正は、ＵＬＣＳＩをＤＬＣＳＩに変換するために使用され、これによりＵＬ／ＤＬチャネルの相互性を利用する、請求項１８に記載のシステム。

【請求項43】

ＳＲＳ又はＤＭＲＳは、すべてのＵＥから前記ＢＴＳへのチャネルインパルス応答を推定するために使用される、請求項１９に記載のシステム。

【請求項44】

複数ユーザ（ＭＵ）送信を有する複数アンテナシステム（ＭＡＳ）（「ＭＵ－ＭＡＳ」）内で実施される方法であって、
空間処理による多重化利得を実現するためにセル間干渉を利用し、それによって無線通信ネットワークの容量を増大する工程を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１２年１１月２６日出願の「ＳｙｓｔｅｍｓＡｎｄＭｅｔｈｏｄｓＦｏｒＥｘｐｌｏｉｔｉｎｇＩｎｔｅｒ－ＣｅｌｌＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇＧａｉｎＩｎＷｉｒｅｌｅｓｓＣｅｌｌｕｌａｒＳｙｓｔｅｍｓＶｉａＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＩｎｐｕｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＯｕｔｐｕｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」と題する同時係属中の米国仮出願番号第６１／７２９，９９０号の利益を主張する。この仮出願は、本出願の譲受人に譲渡されている。この出願は、その全体が本明細書に参照により組み込まれる。

【0002】

（関連出願）
本出願は、以下の同時係属中の米国特許出願に関連があり得る。
米国特許出願第１３／２３３，００６号、表題「ＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒｐｌａｎｎｅｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｏｂｓｏｌｅｓｃｅｎｃｅｏｆｍｕｌｔｉｕｓｅｒｓｐｅｃｔｒｕｍ」。

【0003】

米国特許出願第１３／２３２，９９６号、表題「ＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｓｔｏＥｘｐｌｏｉｔＡｒｅａｓｏｆＣｏｈｅｒｅｎｃｅｉｎＷｉｒｅｌｅｓｓＳｙｓｔｅｍｓ」。

【0004】

米国特許出願第１３／４６４，６４８号、表題「ＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄｓｔｏＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｆｏｒＤｏｐｐｌｅｒＥｆｆｅｃｔｓｉｎＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ－ＩｎｐｕｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＯｕｔｐｕｔＳｙｓｔｅｍｓ」。

【0005】

２０１３年９月２４日発行の米国特許第８，５４２，７６３号、表題「ＳｙｓｔｅｍｓＡｎｄＭｅｔｈｏｄｓＴｏＣｏｏｒｄｉｎａｔｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓＩｎＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＷｉｒｅｌｅｓｓＳｙｓｔｅｍｓＶｉａＵｓｅｒＣｌｕｓｔｅｒｉｎｇ」。

【0006】

米国特許出願第１２／８０２，９８８号、表題「ＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｈａｎｄｏｆｆ，ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＡｎｄＬｉｎｋＡｄａｐｔａｔｉｏｎＩｎＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ－ＩｎｐｕｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ－Ｏｕｔｐｕｔ（ＤＩＤＯ）ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ」。

【0007】

２０１２年５月１日発行の米国特許第８，１７０，０８１号、表題「ＳｙｓｔｅｍＡｎｄＭｅｔｈｏｄＦｏｒＡｄｊｕｓｔｉｎｇＤＩＤＯＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＣａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎＢａｓｅｄＯｎＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」。

【0008】

米国特許出願第１２／８０２，９７４号、表題「ＳｙｓｔｅｍＡｎｄＭｅｔｈｏｄＦｏｒＭａｎａｇｉｎｇＩｎｔｅｒ－ＣｌｕｓｔｅｒＨａｎｄｏｆｆＯｆＣｌｉｅｎｔｓＷｈｉｃｈＴｒａｖｅｒｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅＤＩＤＯＣｌｕｓｔｅｒｓ」。

【0009】

米国特許出願第１２／８０２，９８９号、表題「ＳｙｓｔｅｍＡｎｄＭｅｔｈｏｄＦｏｒＭａｎａｇｉｎｇＨａｎｄｏｆｆＯｆＡＣｌｉｅｎｔＢｅｔｗｅｅｎＤｉｆｆｅｒｅｎｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ－Ｉｎｐｕｔ－Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ－Ｏｕｔｐｕｔ（ＤＩＤＯ）ＮｅｔｗｏｒｋｓＢａｓｅｄＯｎＤｅｔｅｃｔｅｄＶｅｌｏｃｉｔｙＯｆＴｈｅＣｌｉｅｎｔ」。

【0010】

米国特許出願第１２／８０２，９５８号、表題「ＳｙｓｔｅｍＡｎｄＭｅｔｈｏｄＦｏｒＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＡｎｄＡｎｔｅｎｎａＧｒｏｕｐｉｎｇＩｎＡＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ－Ｉｎｐｕｔ－Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ－Ｏｕｔｐｕｔ（ＤＩＤＯ）Ｎｅｔｗｏｒｋ」。

【0011】

米国特許出願第１２／８０２，９７５号、表題「ＳｙｓｔｅｍＡｎｄＭｅｔｈｏｄＦｏｒＬｉｎｋａｄａｐｔａｔｉｏｎＩｎＤＩＤＯＭｕｌｔｉｃａｒｒｉｅｒＳｙｓｔｅｍｓ」。

【0012】

２０１３年１０月２９日発行の米国特許第８，５７１，０８６号、表題「ＳｙｓｔｅｍＡｎｄＭｅｔｈｏｄＦｏｒＤＩＤＯＰｒｅｃｏｄｉｎｇＩｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎＩｎＭｕｌｔｉｃａｒｒｉｅｒＳｙｓｔｅｍｓ」。

【0013】

米国特許出願第１２／６３０，６２７号、表題「ＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄＦｏｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＡｎｔｅｎｎａＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」。

【0014】

２００９年１０月６日発行の米国特許第７，５９９，４２０号、表題「ＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＩｎｐｕｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＯｕｔｐｕｔＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」。

【0015】

２００９年１２月１５日発行の米国特許第７，６３３，９９４号、表題「ＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＩｎｐｕｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＯｕｔｐｕｔＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」。

【0016】

２００９年１２月２２日発行の米国特許第７，６３６，３８１号、表題「ＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＩｎｐｕｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＯｕｔｐｕｔＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」。

【0017】

２０１２年４月１７日発行の米国特許第８，１６０，１２１号、表題「ＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄＦｏｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＩｎｐｕｔ－ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＯｕｔｐｕｔＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」。

【0018】

２０１０年５月４日発行の米国特許第７，７１１，０３０号、表題「ＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄＦｏｒＳｐａｔｉａｌ－ＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄＴｒｏｐｏｓｐｈｅｒｉｃＳｃａｔｔｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」。

【0019】

２００８年８月２６日発行の米国特許第７，４１８，０５３号、表題「ＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＩｎｐｕｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＯｕｔｐｕｔＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」。

【0020】

２０１１年２月８日発行の米国特許第７，８８５，３５４号、表題「ＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄＦｏｒＥｎｈａｎｃｉｎｇＮｅａｒＶｅｒｔｉｃａｌＩｎｃｉｄｅｎｃｅＳｋｙｗａｖｅ（「ＮＶＩＳ」）ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＵｓｉｎｇＳｐａｃｅ－ＴｉｍｅＣｏｄｉｎｇ」。

【背景技術】

【0021】

過去３０年において、無線セルラ市場は、世界的な加入者数の増加、並びに音声からウェブブラウジング及びリアルタイムＨＤビデオストリーミングへ移行するより良いサービスの需要を経験している。より高いデータレート、低遅延、及び信頼性の向上を必要とするサービスに対するこの需要の増加は、異なる規格によって無線技術の急激な進化を牽引してきた。１９８０年代初期における第１世代の（音声サービスのための）アナログＡＭＰ及びＴＡＣＳから始まり、１９９０年代における２Ｇ及び２．５ＧのデジタルＧＳＭ（登録商標）、（音声及びデータサービスのための）ＩＳ－９５及びＧＰＲＳ、２０００年代前半における（ウェブブラウジングのための）ＵＭＴＳ及びＣＤＭＡ２０００に関する３Ｇに、そして、最後に、現在世界中の様々の国において配備されている（高速のインターネット接続のための）ＬＴＥに移行してきた。

【0022】

ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）は、第４世代（４Ｇ）無線セルラシステムに関する第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）によって開発された規格である。ＬＴＥは、複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）技術により無線チャネルの空間部品を利用することによって、ダウンリンクスペクトル効率において、以前の３Ｇ及びＨＳＰＡ＋規格に対して、４倍までの改善を実現することができる。ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄは、ＬＴＥの進化版であり、現在規格化中であるが、スペクトル効率において、３Ｇ規格システムに対して８倍までの増加を可能にするであろう。

【0023】

この技術の進化にもかかわらず、次の３年において、無線キャリアは、リアルタイムＨＤビデオストリーミング、テレビ会議及びゲームのような更にデータが必要なアプリケーションを提供するスマートフォン及びテーブルの市場浸透の増加により、データレートに対する増大する需要を満たすことができない強い可能性がある。ワイヤレスネットワークの容量は、ＬＴＥなどの改善された技術、並びに政府によって利用可能となる更なるスペクトルによって、２０１１年から２０１５年まで、ヨーロッパにおいて５倍に拡張することが推定されている［２５］。例えば、ＦＣＣは、全米ブロードバンド計画［２４］の一部として、米国全体にわたる無線インターネットの接続性を進めるために、２０２０年までに５００ＭＨｚ（そのうち３００ＭＨｚが２０１５年までに利用可能となる予定）のスペクトルを解放する予定になっている。残念なことに、２０１５年までの容量使用の予想は、ヨーロッパにおいて２０１１年に対して２３倍であり［２５］、そして、同様のスペクトルの欠乏は、２０１４年までに米国において起こることが予想される［２６～２７］。このデータ危機の結果、無線キャリアに関する収益は、それらの資本支出（ＣＡＰＥＸ）及び営業経費（ＯＰＥＸ）を下回る可能性があり、無線市場に潜在的に衝撃的な影響を及ぼす［２８］。

【0024】

ＬＴＥの配備と増加したスペクトル可用性によって提供される容量利得が不十分なため、この近づくスペクトル危機を防止する唯一の予見できる解決策は、新しい無線技術を推進することである［２９］。ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＬＴＥ規格の進化版）は、より高度なＭＩＭＯ技術によって、かつ、「小セル」の密度を増加させることによって、ＬＴＥに対する更なる利得を約束する［３０］。しかし、セル間の協調を可能にするために、干渉問題を招くことなく又はバックホールの複雑さを増大することなく、特定の領域に適合することができるセルの数には限度がある。

【0025】

本特許又は出願資料は、少なくともカラーで仕上げられた１つの図面を含む。カラー図面（単数又は複数）を有するこの特許又は特許公報のコピーは、請求及び必要な料金の支払いがあれば、米国特許商標庁により提供される。

【0026】

本発明は、図面とともに以下の詳細な説明から、より良く理解することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】多重化領域及びダイバーシティ領域に分割されたセルを例示する図である。

【図2】異なる複数の領域におけるセル間干渉を示す図である。

【図3】３つの送受信基地局（ＢＴＳ）のすべてから同じ周波数で同時に送信された電力が増大され、それによって、セルの全体を通じて高水準の干渉を可能にする一実施形態を例示する図である。

【図4】セルの全体を通じて、故意にインコヒーレントな干渉レベルを増大するために、多くの更なるアクセスポイントが追加される一実施形態を例示する図である。

【図5】本発明の一実施形態において使用される複数のＬＴＥネットワーク要素を例示する図である。

【図6A】ＬＴＥフレームと関連する詳細を例示する図である。

【図6B】ＬＴＥフレームと関連する詳細を例示する図である。

【図6C】ＬＴＥフレームと関連する詳細を例示する図である。

【図7A】ＬＴＥにおいて最も小さな変調構造であって、周波数における１つのＯＦＤＭサブキャリア及び時間における１つのＯＦＤＭシンボル継続時間から成る「リソースエレメント」を例示する図である。

【図7B】ＬＴＥにおいて最も小さな変調構造であって、周波数における１つのＯＦＤＭサブキャリア及び時間における１つのＯＦＤＭシンボル継続時間から成る「リソースエレメント」を例示する図である。

【図8】カリフォルニア州サンフランシスコ市中心部における本発明の一実施形態の実際的な配備に関するＳＮＲ分布を例示する図である。

【図9】本発明の一実施形態において使用されるシステムアーキテクチャを例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

上述の先行技術の限界の多くを克服する１つの解決策は、分散入力分散出力（ＤＩＤＯ）技術の一実施形態である。ＤＩＤＯ技術は、以下の特許及び特許出願に記載され、それらすべては本特許の譲受人に譲渡されており、本明細書に参照により組み込まれる。これらの特許と出願は、本明細書で全体的に「関連特許及び出願」として、幾度か言及する。

【0029】

米国特許出願第１３／２３３，００６号、表題「ＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒｐｌａｎｎｅｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｏｂｓｏｌｅｓｃｅｎｃｅｏｆｍｕｌｔｉｕｓｅｒｓｐｅｃｔｒｕｍ」。

【0030】

【0031】

米国特許出願第１３／４７５，５９８号、表題「ＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｓｔｏＥｎｈａｎｃｅＳｐａｔｉａｌＤｉｖｅｒｓｉｔｙｉｎＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＩｎｐｕｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＯｕｔｐｕｔＷｉｒｅｌｅｓｓＳｙｓｔｅｍｓ」。

【0032】

【0033】

【0034】

【0035】

【0036】

【0037】

【0038】

【0039】

【0040】

【0041】

【0042】

【0043】

【0044】

【0045】

【0046】

【0047】

【0048】

【0049】

本特許出願の量と複雑さを減らすために、関連特許及び出願のいくつかの開示は、明示的に以下で説明しない。その開示の完全な説明については、関連特許及び出願を参照されたい。

【0050】

従来のセルラシステムの制約なしで、無線リンクを介するスペクトル効率の大規模な増加を提供する１つの有望な技術は、分散入力分散出力（ＤＩＤＯ）技術（上述の［０００２～００２０］で引用された関連特許及び出願を参照）である。従来の無線システムに対する著しい性能の利益を提供するために、本発明は、セルラ規格の制約の中でも外でも共に、（ＬＴＥ又はＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄなどの）セルラシステムに関連して使用されるＤＩＤＯ技術を記載する。ＭＩＭＯの概要から始めて、ＬＴＥＭＩＭＯ及びＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄによって使用される種々の空間処理技術を検討する。その次に、本発明が、従来のアプローチと比較して、次世代無線通信システムに関する著しい容量利得を提供する方法を示す。

【0051】

ＭＩＭＯは、無線リンクの送信側と受信側で複数のアンテナを使用して、ダイバーシティ技術（すなわちダイバーシティ利得）によってリンク信頼性を改善するか、又は、多重化方式（すなわち多重化利得）によってより高いデータレートを提供するために、空間処理を使用する［１～２］。ダイバーシティ利得は、信号フェージングに対する強化された堅牢性の尺度であり、固定データレートに関してより高い信号対雑音比（ＳＮＲ）をもたらす。多重化利得は、固定エラー確率でデータレートを増大するために、無線チャネルの更なる空間自由度を利用することによって得られる。ＭＩＭＯシステムにおけるダイバーシティと多重化の間の基本的なトレードオフは、［３～４］に記載している。

【0052】

実用的なＭＩＭＯシステムにおいて、リンク適応技術は、伝搬条件に基づいて、ダイバーシティと多重化方式の間で、動的に切り替えるために使うことができる［２０～２３］。例えば［２２～２３］に記載されたリンク適応方式は、低空間選択性によって特徴づけられる低ＳＮＲレジーム又はチャネルにおいて、ビームフォーミング又は直交空間時間ブロックコード（ＯＳＴＢＣ）が好ましい方式であることを示した。一方、空間多重化は高いＳＮＲ及び高い空間選択性を有するチャネルに関するデータレートにおいて、著しい利得を提供することができる。例えば、図１は、セルを次の２つの領域に分割することができることを示す。ｉ）多重化領域１０１。高いＳＮＲ（セルタワー又は基地局に近いため）によって特徴づけられ、そこでは、データレートを増大するために空間多重化によってチャネルの空間自由度を利用することができる。ｉｉ）ダイバーシティ領域又はセル端１０２。そこでは、空間多重化技術が同程度には有効ではなく、ＳＮＲ及びカバレージを改善する（データレートのほんのわずかな増加だけを提供する）ためにダイバーシティ方法を使用することができる場所である。図１におけるマクロセルの円が、円の陰影のついた中央を「多重化領域」１０１として標識し、陰影がない外の領域を「ダイバーシティ領域」１０２として標識することに注意されたい。陰影のついた領域は「多重化領域」であり、陰影がない領域は「ダイバーシティ領域」であるとするこの同じ領域指定は、たとえ標識をつけられていなくとも、図１～図４を通して使用される。

【0053】

ＬＴＥ（リリース８）とＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ（リリース１０）規格は、ダイバーシティ又は多重化方式のいずれを含む１０の伝送モード（ＴＭ）のセットを定義している［３５、８５～８６］。
・モード１：単一アンテナ・ポート、ポート０
・モード２：送信ダイバーシティ
・モード３：大遅延巡回遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）、シングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ－ＭＩＭＯ）に関する開ループ空間多重化の拡張
・モード４：ＳＵ－ＭＩＭＯに関する閉ループ空間多重化
・モード５：複数ユーザＭＩＭＯ（ＭＵ－ＭＩＭＯ）
・モード６：閉ループ空間多重化、単一の送信レイヤ使用
・モード７：単一アンテナ・ポート、ＵＥ固有ＲＳ（ポート５）
・モード８：シングル又はデュアルレイヤ送信、ＵＥ固有ＲＳ（ポート７及び／又は８）
・モード９：単一又は最大８層までの閉ループＳＵ－ＭＩＭＯ（リリース１０で追加）・モード１０：８層までのマルチレイヤ閉ループＳＵ－ＭＩＭＯ（リリース１０で追加）

【0054】

以下で、セルラシステムにおいて通常使用されるダイバーシティ及び多重化方式、並びに、上述で概説されたＬＴＥで使用される具体的な方法を記載して、ＤＩＤＯ通信に特有な技術と比較する。最初に、２種類の伝送方法を特定する。ｉ）イントラセル方法（セルラシステムにおけるマイクロダイバーシティを利用）。１つのセルの中でリンク信頼性又はデータレートを改善するために複数のアンテナを用いる。ｉｉ）インターセル方法（マクロダイバーシティを利用）。更なるダイバーシティ又は多重化利得を提供するためにセル間の協調を可能にする。次に、本発明が先行技術に対して著しい利点（スペクトル容量利得を含む）を提供する方法を記載する。

【0055】

１．イントラセルダイバーシティ方法
イントラセルダイバーシティ方法は、１つのセルの中で動作し、劣悪なリンク品質（例えば、中央塔又は基地局からの高い経路損失を受けるセル端のユーザ）を有するシナリオにおいてＳＮＲを増強するようになっている。ＭＩＭＯ通信において使用される代表的なダイバーシティ方式は、ビームフォーミング［５～１１］及び直交空間時間ブロックコード（ＯＳＴＢＣ）［１２～１５］である。

【0056】

ＬＴＥ規格によってサポートされるダイバーシティ技術は、送信ダイバーシティ、閉ループランク－１プリコーディング、及び専用のビームフォーミング［３１～３５］である。送信ダイバーシティ方式は、ダウンリンク（ＤＬ）上で、２つ又は４つの送信アンテナをサポートし、アップリンク（ＵＬ）に関しては、２つのアンテナをサポートする。それは、ＤＬチャネルにおいて、空間並びに周波数選択性を利用するために、周波数切換送信ダイバーシティ（ＦＳＴＤ）と組み合わされた空間周波数ブロック符号（ＳＦＢＣ）によって、実現される［３１］。ランク－１プリコーディングは、ユーザ機器（ＵＥ）から送受信基地局（ＢＴＳ、すなわち、ＬＴＥ用語を用いるとｅＮｏｄｅＢ）までのフィードバックのオーバーヘッドを低減するために、（制限されたフィードバック技術を用いて予めデザインされた［３６～４２］）コードブックから選択される量子化された重みに基づいて、一人のユーザに専用のビームを生成する。あるいは、専用のビームフォーミングの重みを、ＵＥ固有の参照信号に基づいて計算することができる。

【0057】

２．イントラセル多重化方法
ＭＩＭＯ多重化方式［１、１９］は、無線リンク上の複数の並列データストリームをサポートするために、高いＳＮＲレジームにおいて、及び、チャネルにおける十分な空間自由度を有するシナリオ（例えば、高い空間選択性［１６～１８］を有する豊かなマルチパスの環境）において、データレートの利得を提供する。

【0058】

ＬＴＥ規格は、シングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ－ＭＩＭＯ）及び複数ユーザＭＩＭＯ（ＭＵ－ＭＩＭＯ）のための種々の多重化技術をサポートする［３１］。ＳＵ－ＭＩＭＯ方式は、２つの動作モードを有する。ｉ）閉ループ。ＤＬプリコーディング重みを選択するためにＵＥからのフィードバック情報を利用する。ｉｉ）開ループ。ＵＥからのフィードバックが利用できないか、又は、閉ループ方式をサポートするには、ＵＥがあまりに速く移動しているときに使用。閉ループ方式は、コードブックから選択される一組の予め計算された重みを使用する。これらの重みは、ＵＥの要求及びＢＴＳのスケジューラの判断に応じて、２つ又は４つの送信アンテナ、並びに、１～４つの並列のデータストリーム（プリコーディングマトリックスの層数によって特定される）をサポートすることができる。ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄは、空間処理によって、８倍までのスペクトル効率の増加を提供するために、最大ＭＩＭＯ８×８までの新しい伝送モードを含むことができる［６２］。

【0059】

ＭＵ－ＭＩＭＯ方式は、ＵＬとＤＬチャネルの双方について規定されている［３１、５０］。ＵＬでは、あらゆるＵＥは、ＢＴＳに参照信号（Ｚａｄｏｆｆ－Ｃｈｕ系列［３３］を循環シフトさせたバージョンから成る）を送信する。それらの参照信号は、ＢＴＳがすべてのＵＥからのチャネルを推定し、空間処理によって、同時に複数のＵＥからのデータストリームを復調することができるように、直交している。ＤＬでは、種々のＵＥに関するプリコーディング重みは、ＵＥ及びスケジューラからのフィードバックに基づいて、コードブックから選択され（閉ループＳＵ－ＭＩＭＯ方式と同様に）、ランク－１プリコーディングだけがあらゆるＵＥについて可能となっている（例えば、各ＵＥは、１つのデータストリームだけを受信する）。

【0060】

空間処理を使用しているイントラセル多重化技術は、高いＳＮＲ（又はＳＩＮＲ）及び高い空間選択性（マルチパスの豊富な環境）によって特徴づけられる伝搬シナリオにおいてのみ良好な性能を提供する。従来のマクロセルに関しては、これらの状況は、ＢＴＳがＵＥから通常は遠くて、ＳＩＮＲの分布は通常低い値に集中化するので、実現するのがより難しい可能性がある［４３］。これらのシナリオにおいて、ＭＵ－ＭＩＭＯ方式又はダイバーシティ技術は、空間多重化を有するＳＵ－ＭＩＭＯよりも良い選択であるかもしれない。

【0061】

更なる多重化利得を実現する（ＭＩＭＯによる空間処理を必要とすることなく）ためにＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄによって考えられる別の技術及びネットワークソリューションは、キャリアアグリゲーション（ＣＡ）及び小セルである。ＣＡ［３０、４４～４７］は１００ＭＨｚ［８５］まで信号帯域幅を増強するためにＲＦスペクトルの異なる部分を組み合わせ、それによってより高いデータレートを与える。帯域内ＣＡは、スペクトルの同じ部分の範囲内で、異なる帯域を組み合わせる。したがって、それは多重チャネルについて同じＲＦチェーンを使うことができ、多重データストリームはソフトウェアにおいて再結合される。帯域間ＣＡは、スペクトルの異なる部分において動作することを異なるＲＦチェーンに要求し、並びに、異なる帯域から複数のデータストリームを再結合することを信号処理に要求する。

【0062】

小セルの主要な考え［３０、４７］は、従来のマクロセルの大きさを低下させることであり、それによって、カバレージの領域につき、より高いセル密度、及び、より大きな処理能力を可能にする。小セルは、マクロセルに使用される背の高い高価なセルタワーと対照的に、通常は、低電力伝送（図１で表されるように）による安価なアクセスポイントを通して配備される。２種類の小セルがＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄで定義されている。ｉ）メトロセル。都市地域における屋外設置用で、３２～６４人の同時ユーザをサポートする。そして、ｉｉ）フェムトセル。屋内用であり、最大で４人のアクティブユーザの用に供することができる。小セルの１つの利点はＢＴＳの近くのＵＥの密度が統計的により高いということであり、それによって、データレートを増強するために空間多重化を通して利用することができるより良いＳＮＲを与える。しかし、小セルの実際的な配備に関して、なお多くの懸念、特にバックホールに関連した懸念がある。実際、高速の有線接続を通してあらゆる小セルのＢＴＳに届くことは、特に、所定のカバレッジ領域におけるメトロセル及びフェムトセルの高密度を考慮すると、挑戦的かもしれない。有線バックホールと比較して、見通しのある（ＬＯＳ）バックホールを小セルに使用することは安価に実現できることが多いが、好ましい小セルＢＴＳの配置について利用可能な実際的なＬＯＳバックホールパスのないことが多く、かつ、小セルＢＴＳへの見通しのない（ＮＬＯ）無線バックホールのための一般解がない。最後に、小セルは、自己組織化ネットワーク（ＳＯＮ）［３０、５１～５２］におけるように、干渉を避けるために、ＢＴＳ間の複雑なリアルタイム協調を必要とし、それらの最適場所を計画するために、高度なセル計画ツール（小セルの高密度化により、従来のセルラシステムより更に複雑な）を必要とする［４８、４９］。

【0063】

小セルがマクロセルと共存し、最適な又は必然的に更に改善されたスループットを実現することを可能にする実際的な一般解がないことは、自明に示すことができる。無数のそのような非可解状況の内の一つとして、そのＵＥがマクロセル伝送と不可避的に重なるように小セルが位置し、小セル及びマクロセルは、それぞれのＵＥに届くために同じ周波数を使用するという状況がある。この状況において明らかに、マクロセル伝送は小セル伝送と干渉することになる。特定のマクロセル、特定の小セル、関係する特定のマクロセル及び小セルＵＥ、それらのＵＥのスループット条件、並びに環境状況等、の特定の状況に関するそのような干渉を軽減する多少のアプローチがあるかもしれない。しかし、マクロセル及び小セルの静的な計画にとってだけでなく、特定の時間間隔の動的な状況にとっても、あらゆるそのようなアプローチは非常に特異である。通常は、各ＵＥに対するチャネルの完全なスループットは、実現することができない。

【0064】

３．インターセルダイバーシティ方法
インターセル伝送技術は、ＢＴＳ間の協調がワイヤレスネットワークの性能を改善することを可能にする。これらの技術は、同時に全員が同じ周波数を使用している多重ＵＥのための分散アンテナネットワークの一般的なケースにおいて、無線送受信機間の協調を可能にするために関連特許及び出願［０００２～００２０］で教示される方法の特例である。所定の周波数及び所定の時刻における単一のＵＥに関するセルラシステムの特定のケースについて、セル間干渉を除去するＢＴＳ間の協調について［５３］で記載した。［５３］におけるシステムは、あらゆるマクロセルを複数のサブセルに分割し、協調したＢＴＳからの専用のビームフォーミングを使用することによって、サブセル間の柔軟なハンドオフを可能にする。そして、協調したＢＴＳからの専用のビームフォーミングを使用することによって、単一のＵＥがサブセルの境界に沿って移動するときに、単一の周波数及び単一のＵＥにおけるリンクの堅牢性を改善する。

【0065】

最近では、協調する無線セルラネットワークのこのクラスは、「ネットワークＭＩＭＯ（ＭＩＭＯ）」又は「協調マルチポイント」（ＣｏＭＰ）システムとして、ＭＩＭＯ文献において明確にされている。セル間干渉を除去することによってネットワークＭＩＭＯで得られる利益に関する理論的な分析及びシミュレーションされた結果は、［５４～６１］に示される。ネットワークＭＩＭＯ及びＣｏＭＰの主要な利点は、図２に示されるセルのオーバラップ領域２０１～２０３において、セル間干渉を除去することである。

【0066】

ＣｏＭＰネットワークは、次世代セルラネットワークにおいてセル間干渉を軽減する解決策として、能動的にＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ規格の一部になりつつある［６２～６４］。セル間干渉を除去するために、その規格において、２つのＣｏＭＰ解決策が今までに提案された。ｉ）協調したスケジューリング／ビームフォーミング（ＣＳ／ＣＢ）。ＵＥはビームフォーミングによって、１つのＢＴＳだけからのデータストリームを受信し、ＢＴＳ間の協調が、ビームフォーミング又はスケジューリング技術によって、干渉を除去するために可能にされる。ｉｉ）結合処理（ＪＰ）。所定のＵＥ（ＵＥ）のためのデータは、受信された信号品質を改善しセル間干渉を除去するために、複数のＢＴＳから共同で送信される。ＣｏＭＰ－ＪＰは、ＢＴＳ間の協調を可能にするために、バックホールにおいてより高いオーバーヘッドを犠牲にして、ＣｏＭＰ－ＣＳ／ＣＢより大きな利得をもたらす。

【0067】

４．インターセル多重化方法
先行技術の複数ユーザ無線システムは、無線ネットワークに複雑さを追加し、制約を導入し、結果として、その領域における別のユーザによるスペクトルの利用によって、所定のユーザの経験（例えば利用可能なスループット、遅延、予測性、信頼性）が影響を受ける状況になる。複数ユーザと共有する無線スペクトル内のスループットの総計に対する増加する要求、並びに、所定のユーザに関する複数ユーザ無線ネットワークの信頼性、予測性及び低遅延に依存することができるアプリケーションの成長の増加を考慮すると、先行技術の複数ユーザ無線技術が多くの制約を被ることは明らかである。確かに、特定の種類の無線通信（例えば、建物の壁を貫通するのに有効な波長における）に適切なスペクトルの制限された可用性に関して、先行技術の無線技術は、信頼性が高く予測可能で低遅延である帯域幅に対する増加する要求に応ずるには不十分であろう。

【0068】

先行技術のイントラセルダイバーシティ及び多重化方法は、ＬＴＥ（ＬＴＥ）に関する現行のセルラネットワーク（ＭＩＭＯ４×４による）上のスループットにおいて、理論的に最大で４倍の増加、ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＭＩＭＯ８×８による）に関しては、多くても理論的に８倍を提供することができるだけである。なお、高次のＭＩＭＯに関しては、所定のマルチパス環境において、特に（スマートフォンなどの）ＵＥがより小さくなり、アンテナ配置に関してより拘束されるようになるにつれて、スループットの増加に関する改善効果は減少する。次世代セルラシステムにおける他のわずかなスループット利得は、キャリアアグリゲーション技術によって利用される更なるスペクトル割当て（例えば、ＦＣＣ全米ブロードバンド計画）、及び小セルネットワーク及びＳＯＮによるＢＴＳのより高密度の分布から得られるかもしれない［３０、４６］。しかし、空間処理によって得られるスペクトル効率利得が制限されるので、すべての上述の技術は、複数ユーザ伝送を可能にするスペクトル又は時間の共有技術にまだ非常に依存している。

【0069】

先行技術のインターセル方法（例えば、ネットワークＭＩＭＯ及びＣｏＭＰシステム［５３～６４］）は、セル間干渉を除去することによってセルラネットワークの信頼性を改善することができるが、それらの容量利得はほんの少しだけである。実際、それらのシステムは、セル境界の範囲内に含まれるあらゆるＢＴＳから送信される電力を制約して、セル間の電力漏洩によるセル間干渉を除去するために有効なだけである。図２は、３つのＢＴＳ２１０～２１２を有するセルラネットワークの１つの例を示し、それぞれが自分自身のカバレッジ領域又はセルで特徴づけられる。各ＢＴＳ２１０～２１２から送信される電力は、セルが重なる領域によって図２で表されるセル間の干渉の量を制限するために、制約される。これらのシステムは、干渉領域における低ＳＩＮＲレジームにおいて動作するので、ＳＵ－ＭＩＭＯに関するイントラセル方式と同様に、それらのスペクトル効率の利得はほんの少しだけである。インターセル協調ネットワークにおいて真に著しい容量利得を得るために、セル－境界に限られている電力制限は、緩和されなければならない。そして、空間多重化技術が、ＳＩＮＲの高い（従来のアプローチにおけるような、ちょうど劣悪なＳＩＮＲ性能を有するセル端ではなく）セルの全体を通じて可能にされなければならない。

【0070】

したがって、分散されたＢＴＳから送信される電力上のあらゆる制約を除去すること、及び、空間処理によってセル間多重化利得を利用することにより、スペクトル効率の大規模な増加を実現するシステムを提供することが望ましい。図３は、３つのＢＴＳ３０１～３０３のすべてから同じ周波数で同時に送信された電力が増大され、それによって、セルの全体を通じて高水準の干渉を可能にする。先行技術システムにおいて、そのような干渉は、ＢＴＳの干渉領域の全体を通じて、インコヒーレント干渉（ＵＥ信号受信を阻害する）をもたらすが、この干渉は、実は新しいセル間多重化方法による本発明の実施形態において利用される。この方法は、あらゆるＵＥのまわりでコヒーレント干渉（ＵＥ信号受信を強化する）の領域を生成するために空間処理を使用し、それによって、同時に非干渉データストリームをあらゆるＵＥに提供して、セルを通してそれらのＳＩＮＲを増大する。

【0071】

本発明の例示的な実施形態において、このセル間多重化利得は、分散入力分散出力（ＤＩＤＯ）システム［００１４～００２０］及び［７７～７８］によって実現される。図４は、１つの多くの更なるアクセスポイント４０１がセルの全体を通じて故意にインコヒーレント干渉のレベルを増大するために追加される例を示す。それは、ＵＥのまわりでコヒーレント干渉の領域を生成して、セル間多重化利得を与えるために、本発明において利用される。それらの付加されたＢＴＳは、安価なＷｉ－Ｆｉアクセスポイントに類似した低電力送受信機とすることができ、それによって、図４に示すように、マクロセルの中で重なりあうカバレージのより小さな領域を提供する。

【0072】

先行技術のセル間方法が、図２のようなあらゆるＢＴＳ２１０～２１２からの送信電力を故意に制限することによって、インコヒーレント干渉を避け、空間処理によって残りのセル間干渉（セル間のオーバラップ領域に関する）を除去し、それによって、改善されたＳＩＮＲ及びセル間のダイバーシティ利得を提供することが分かる。一方、本発明は、ＵＥのまわりでコヒーレント干渉を生成するために、あらゆるＢＴＳからより高い電力を送信することによって、インコヒーレント干渉を利用する。これによって、空間処理によりセルにわたってセル間多重化利得を得るための必要条件であるＵＥにおける信号品質を改善する。したがって、（ＢＴＳからの制限された送信電力により）セルを通して、本発明のようなセル間多重化方法を可能にする十分な信号品質がないので、先行技術に記載されるシステムは、空間処理によるセル間多重化利得を実現するために使用することはできない。更に、先行技術に記載されるシステムは、先行技術のシステムが、本発明で実現されるセル間多重化利得を得るために、多重化領域でセル間干渉を利用するよりはむしろ、図１～４の陰影のついた領域に示されるダイバーシティ領域の中で、セル間干渉を避けるようになっていることを考慮すると、図３～４に表される本発明で実現される多重化利得を実現するように実施することは不可能である。

【0073】

本発明の実施形態は、無線通信ネットワークの空間処理によるセル間多重化利得を利用するシステム及び方法を含み、複数ユーザ（ＭＵ）送信を有する複数アンテナシステム（ＭＡＳ）（複数ユーザ複数アンテナシステム、即ち「ＭＵ－ＭＡＳ」）を使用する。本発明の一実施形態において、複数のアンテナから送信される電力は、セル境界（従来のセルラシステムのような）における干渉を最小にするように制約され、セル間干渉を除去するだけのために、空間処理方法が使用される。本発明の別の実施形態において、多重アンテナから送信される電力は、あらゆる特定の電力レベル（それらの電力放出レベルが規制又は安全性限界に入る限り）に制約されない。それによって、セルを通して故意に高次のセル間干渉を生成して、セル間多重化利得を実現するために利用し、無線通信ネットワークの容量を増大する。

【0074】

一実施形態において、無線通信ネットワークは、ＬＴＥ規格に基づいたセルラネットワークなどの、図１～２のようなセルラネットワークである。本発明の別の実施形態において、無線通信ネットワークはあらゆる特定のセルレイアウトに拘束されず、セル境界は、図３～４のようなより大きな領域一面に広がることができる。例えば無線通信ネットワークは、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、又はメッシュ、アドホック若しくはセンサネットワーク、又は分散アンテナ方式、又はあらゆる送信電力制限なしで偶然に配置されたアクセスポイントを有するＤＩＤＯシステムである可能性がある。しかし、そのようなネットワーク構造例は、本発明の無線通信ネットワークへの一般的な適用を制限するものとして考慮されてはならない。本発明は、複数のアンテナからの信号を送信することによって、多重化利得が実現されるようなあらゆる無線ネットワークに適用する。その信号は、複数のＵＥによって受信される所で干渉し、複数のＵＥへの同時非干渉データストリームを生成する。

【0075】

図９に説明されるように、ＭＵ－ＭＡＳの一実施形態は、集中型プロセッサ９０１、基地局ネットワーク（ＢＳＮ）９０２、及びＮ個のクライアントデバイスに無線で通信するＭ個の送受信基地局（ＢＴＳ）９０３、とから成る。クライアントデバイスは、ユーザ機器ＵＥ（ＵＥ１～４として説明される）とも呼ばれる。集中型プロセッサユニット９０１は、様々なネットワークコンテンツＣ１～５に関して、種々のクライアントデバイスＵＥ１～４について意図されたネットワーク９００（例えば、インターネット）上のＮ本の情報のストリーム（例えば、ビデオ、ウェブページ、ビデオゲーム、テキスト、音声等、ウェブサーバ又は他のネットワークソースからのストリーム）を受信する。以下で、我々は、ネットワーク９００上で送信されるデータのあらゆるストリームに言及するために、「情報のストリーム」という語を使用する。それは、音声、ウェブとビデオコンテンツを含むがこれに限らずあらゆるデータを生成するために、特定の変調／符号方式又はプロトコルに従って、独立型ストリームのように復調できるか復号化できる情報を含む。一実施形態において、情報のストリームは、独立型ストリームのように復調されることができるか、復号化されることができるネットワークコンテンツを運ぶ一連のビットである。

【0076】

集中型プロセッサ９０１は、ネットワークコンテンツからのＮ本の情報のストリームを組み合わせて、（関連特許及び出願に記載されたようなアルゴリズムによって）Ｍ本のビットのストリームに変換するプリコーディング変換を利用する。例としてであり限定するものではないが、プリコーディング変換は、線形（例えば、ゼロフォーシング［６５］、ブロック対角化［６６～６７］、行列反転等）とすることができる。又は、非線形（例えば、ダーティペーパコーディング［６８～７０］又はトムリンソン－原島プリコーディング［７１～７２］、格子技術又はトレリスプリコーディング［７３～７４］、ベクトル摂動技法［７５～７６］）とすることもできる。以下で、情報の何らかの有用なビットを必ずしも含むというわけではないビットの任意のシーケンスに言及する「ビットのストリーム」という語を使用するので、したがって、ネットワークコンテンツを読み出すために、独立型ストリームとして、復号化するか又は復調することができない。本発明の一実施形態において、ビットのストリームは、集中型プロセッサによって生成される複雑なベースバンド信号であり、所定ビット数に量子化されて、Ｍ個の送受信基地局の１つに送信される。

【0077】

一実施形態において、ＭＡＳは、関連特許及び出願に記載されるような分散入力分散出力（ＤＩＤＯ）システムである。この実施形態において、ＤＩＤＯシステムは、以下から成る。
・ユーザ機器（ＵＥ）１～４：固定又はモバイルクライアント用のＲＦトランシーバであって、ＤＩＤＯバックホールからのダウンリンク（ＤＬ）チャネル上でデータストリームを受信し、アップリンク（ＵＬ）チャネルを介してＤＩＤＯバックホールへデータを送信する。
・送受信基地局（ＢＴＳ）９０３：ＢＴＳは、ＤＩＤＯバックホールを無線チャネルに接続する。一実施形態のＢＴＳは、ＤＡＣ／ＡＤＣ及びベースバンド信号をＲＦに変換する無線周波数（ＲＦ）チェーンから成るアクセスポイントである。場合によっては、ＢＴＳは、電力増幅器／アンテナを備える簡素なＲＦトランシーバであり、ＲＦ信号は、関連特許及び出願に記載されたＲＦオーバーファイバ技術によって、ＢＴＳへ運ばれる。
・コントローラ（ＣＴＲ）９０５：ＣＴＲ９０５は、下記の特定の特殊な機能のために設計されたＢＴＳの１つの特定のタイプである。その機能とは、ＢＴＳ及び／又はＵＥの時間／周波数同期用のトレーニング信号を送信すること、制御情報をＵＥから受信し、ＵＥへ送信すること、そして、ＵＥからチャネル状態情報（ＣＳＩ）又はチャネル品質情報を受信することである。一つ以上のＣＴＲ局は、任意のＤＩＤＯシステムに含めることができる。複数のＣＴＲが利用可能であるとき、それらの局への、又はそれらからの情報はダイバーシティを増大して、リンク品質を改善するために組み合わせることができる。一実施形態において、ＣＳＩ復調を改善する最大比合成（ＭＲＣ）技術によって、ＣＳＩは複数のＣＴＲから受信される。別の実施形態では、制御情報は、受信機側におけるＳＮＲを改善するために、最大比伝送（ＭＲＴ）によって複数のＣＴＲから送信される。発明の範囲は、ＭＲＣ又はＭＲＴに限られておらず、ＣＴＲとＵＥの間の無線リンクを改善するために、任意の他のダイバーシティ技術（例えばアンテナ選択等）を使用することができる。
・集中型プロセッサ（ＣＰ）９０１：ＣＰは、ＤＩＤＯバックホールとインターネット又は別の種類の外部ネットワークを接続するＤＩＤＯサーバである。一実施形態において、ＣＰはＤＩＤＯベースバンド処理を計算して、ＤＬ伝送により、分散したＢＴＳに波形を送信する。
・基地局ネットワーク（ＢＳＮ）９０２：ＢＳＮは、ＤＬ又はＵＬチャネルのいずれについて情報を運ぶ分散したＢＴＳにＣＰを接続するネットワークである。ＢＳＮは、有線若しくは無線ネットワーク、又は双方の組合せである。例えば、ＢＳＮはＤＳＬ、ケーブル、光ファイバーネットワーク、又は見通し内（ＬＯＳ）若しくは見通し外（ＮＬＯ）無線リンクである。更に、ＢＳＮは固有ネットワーク、又はローカルエリアネットワーク、又はインターネットである。

【0078】

以下で、上述のＤＩＤＯシステム枠組みが、スペクトル効率の付加的な利得を実現するために、セルラシステム（更に、ＬＴＥプロトコルを利用する非セルラシステム）に関するＬＴＥ規格に組み込むことができる方法を記載する。ＬＴＥ枠組みの一般的な概要並びにＤＬ及びＵＬチャネルで使用される変調方式から始める。その次に、ＬＴＥ規格における物理レイヤフレーム構造及びリソース配分の簡単な説明を行う。最後に、我々は、ＬＴＥ枠組みを使用する複数ユーザのシナリオで、ダウンリンク（ＤＬ）及びアップリンク（ＵＬ）チャネルに関するＤＩＤＯプリコーディング方法を明確に述べる。ＤＬ方式に関しては、２つの解決策である、開ループ及び閉ループＤＩＤＯ方式を提案する。

【0079】

ＬＴＥは、（以前のセルラ規格による階層アーキテクチャとは対照的に）フラットネットワークアーキテクチャによって設計され、以下を提供する。即ち、低減した遅延、ＡＲＱにより低減したパケット損失、低減したコールセットアップ時間、マクロダイバーシティにより改善されたカバレージ及びスループットである。図５に表されるＬＴＥネットワークにおけるネットワーク要素は、以下の通りである［７９］。
・ＧＷ（ゲートウェイ）５０１～５０２：ＬＴＥネットワークを外部ネットワーク（すなわち、インターネット）に接続するルータである。ＧＷは、Ｅ－ＵＴＲＡＮインターフェースの境界をなすサービングゲートウェイ（Ｓ－ＧＷ）５０２及び外部ネットワークとのインターフェースであるＰＤＮゲートウェイ（Ｐ－ＧＷ）５０１に分けられる。Ｓ－ＧＷ５０２及びＰ－ＧＷ５０１は、いわゆる進化型パケットコア（ＥＰＣ）の一部である。
・ＭＭＥ（モビリティ管理エンティティ）５０３：移動性、保護パラメーター及びＵＥアイデンティティを管理する。ＭＭＥ５０３は、更にＬＴＥＥＰＣの一部である。
・ｅＮｏｄｅＢ（強化されたＮｏｄｅ－Ｂ）５０４：無線リソース管理、ユーザ移動性とスケジューリングを取り扱う基地局である。
・ＵＥ（ユーザ機器）５０５：移動局である。

【0080】

本発明の一実施形態では、ＤＩＤＯ－ＵＥがＬＴＥネットワークのＵＥである場合に、ＬＴＥネットワークは、ＤＩＤＯネットワークであり、ＤＩＤＯ－ＢＴＳは、ＬＴＥｅＮｏｄｅＢであり、ＤＩＤＯ－ＣＴＲは、ＬＴＥｅＮｏｄｅＢ又はＭＭＥであり、ＤＩＤＯ－ＣＰは、ＬＴＥＧＷである。

【0081】

図６Ａ～図６Ｃに表されるように、ＬＴＥフレームは１０ミリ秒の持続時間を有し、１０のサブフレームから成る［３３、８０］。どのサブフレームも、それぞれ０．５ミリ秒の持続時間の２つのスロットに分割される。ＬＴＥ規格は、２種類のフレームを定める。ｉ）図６ＡのようなＦＤＤ動作に関するタイプ１。すべてのサブフレームがダウンリンク（ＤＬ）又はアップリンク（ＵＬ）チャネルのいずれに割り当てられる。ｉｉ）図６ＢのようなＴＤＤ動作に関するタイプ２。サブフレームの一部はＤＬに割り当てられ、一部はＵＬに割り当てられる（選択された構成による）が、２、３のサブフレームは「特別な使用」のために確保される。フレームごとに、少なくとも１つの特別なサブフレームがあり、それは３つのフィールドから成る。ｉ）ＤＬ伝送用に確保されるダウンリンクパイロットタイムスロット（ＤｗＰＴＳ）。ｉｉ）ガード期間（ＧＰ）。ｉｉｉ）ＵＬ伝送用のアップリンク・パイロット・タイムスロット（ＵｐＰＴＳ）。

【0082】

ＬＴＥは、ＤＬに関しては、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）及び直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＭＤＡ）変調を使用し、ＵＬに関しては、シングルキャリアＦＤＭＡ（ＳＣ－ＦＤＭＡ）を使用する。「リソースエレメント」（ＲＥ）は、ＬＴＥにおける最小の変調構造であり、図７に示すように、周波数における１つのＯＦＤＭサブキャリア及び時間における１つのＯＦＤＭシンボル期間から成る。「リソースブロック」（ＲＢ）は、周波数における１２個のサブキャリア及び時間における１つの０．５ミリ秒のスロット（３～７つのＯＦＤＭシンボル期間からなる、ＤＬ対ＵＬチャネル及び巡回プリフィックスのタイプによる）から構成されている。

【0083】

１．ＬＴＥにおけるダウンリンク閉ループＤＩＤＯ
ＤＩＤＯ閉ループ方式は、時分割複信（ＴＤＤ）又は周波数分割複信（ＦＤＤ）システムのいずれでも使うことができる。ＦＤＤシステムでは、ＤＬ及びＵＬチャネルは、異なる周波数で動作する。したがって、ＤＬチャネル状態情報（ＣＳＩ）は、ＵＥ側において推定しなければならず、ＵＬチャネルにより、ＢＴＳ又はＣＴＲを介して、ＣＰに折り返して報告しなければならない。ＴＤＤシステムにおいて、ＤＬ及びＵＬチャネルは、同じ周波数で設定し、システムは、チャネル相互性を利用して、閉ループ技術又は開ループ方式のいずれを使用してもよい（以下の節で記載するように）。閉ループ方式の主要な短所は、それらがフィードバックを必要とするということであり、これによって、ＵＬ上の制御情報について、より大きなオーバーヘッドをもたらす。

【0084】

ＤＩＤＯシステムにおける閉ループ方式に関する仕組みの一実施形態は、以下の通りである。ｉ）ＢＴＳ９０３がＤＬによりＵＥにシグナリング情報を送信する。ｉｉ）ＵＥは、すべての「アクティブＢＴＳ」からのＤＬチャネル状態情報（ＣＳＩ）を推定するために、そのシグナリング情報を利用する。ｉｉｉ）ＵＥは次の伝送に使用するプリコーディング重みを選択するために、ＤＬＣＳＩを量子化するか又はコードブックを使用する。ｉｖ）ＵＥは、ＵＬチャネルを通して、量子化されたＣＳＩ又はコードブックインデックスを、ＢＴＳ９０３又はＣＴＲ９０５に送信する。ｖ）ＢＴＳ９０３又はＣＴＲ９０５は、ＣＳＩ情報又はコードブックインデックスをＣＰ９０１に報告し、ＣＰ９０１はＤＬ上のデータ伝送に関するプリコーディング重みを計算する。「アクティブＢＴＳ」は、所定のＵＥによって到達できる１組のＢＴＳとして定義される。例えば、関連する同時係属中の「ＳｙｓｔｅｍＡｎｄＭｅｔｈｏｄＦｏｒＭａｎａｇｉｎｇＩｎｔｅｒ－ＣｌｕｓｔｅｒＨａｎｄｏｆｆＯｆＣｌｉｅｎｔｓＷｈｉｃｈＴｒａｖｅｒｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅＤＩＤＯＣｌｕｓｔｅｒｓ」と題する米国特許出願第１２／８０２，９７４号、そして、関連する同時係属中の「ＳｙｓｔｅｍｓＡｎｄＭｅｔｈｏｄｓＴｏＣｏｏｒｄｉｎａｔｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓＩｎＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＷｉｒｅｌｅｓｓＳｙｓｔｅｍｓＶｉａＵｓｅｒＣｌｕｓｔｅｒｉｎｇ」と題する米国特許出願第１２／９１７，２５７号において、「ユーザクラスタ」は、所定のＵＥによって到達できる１組のＢＴＳとして定義した。アクティブＢＴＳの数は、ＢＴＳから所定のＵＥに対して推定されるＣＳＩの量を低減するために、ユーザクラスタに限られており、それによって、ＵＬ上のフィードバックオーバーヘッド及びＣＰ９０１におけるＤＩＤＯプリコーディング計算の複雑さを低減する。

【0085】

１．１ＬＴＥ規格内でのダウンリンクＤＩＤＯシグナリング
ＬＴＥ規格は、閉ループ方式のＤＬシグナリングについて使用することができる２種類の参照信号（ＲＳ）を定める［３３、５０、８２～８３］。ｉ）セル固有の参照信号（ＣＲＳ）。ｉｉ）チャネル状態情報（ＣＳＩ）参照信号（ＣＳＩ－ＲＳ）、及び復調ＲＳ（ＤＭ－ＲＳ）などのＵＥ固有のＲＳ。セル固有のＲＳはプリコーディングされないが、ＵＥ固有のＲＳはプリコーディングされる［５０］。ＣＲＳは、どのセルも最大４つのアンテナを使用する、ＳＵ／ＭＵ－ＭＩＭＯコードブックに基づく技術を用いるＬＴＥリリース８に使用される。ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄリリース１０は、非コードブックに基づくＳＵ／ＭＵ－ＭＩＭＯ方式をサポートし、最大８つの送信アンテナ並びにＣｏＭＰ方式を使用し、アンテナは異なるセル上に分散されている。したがって、リリース１０はＣＳＩ－ＲＳによる柔軟なシグナリング方式を可能にする。本発明において、プリコーディングを可能にするために、ＤＩＤＯシステムにおいて、シグナリング方式のいずれのタイプをどのように使用することができるのかを記載する。

【0086】

１．１．１ＣＲＳを用いたＤＩＤＯシグナリング
ＣＲＳは、ＵＥにおけるすべての送信アンテナからＢＴＳへのＣＳＩを推定するために、ＬＴＥ（リリース８）システムで使用される［８０、８４］。ＣＲＳは、二次元の直交シーケンスと二次元の疑似乱数（ＰＲＮ）シーケンスの積として得られる。合計５１０の異なるＣＲＳシーケンスについて、３つの直交及び１７０の可能なＰＲＮシーケンスがある。どのシーケンスも、１つのセルを一意的に特定する。ＣＲＳは、すべてのスロットの第１及び最後から３番目のＯＦＤＭシンボル、並びに６番目ごとのサブキャリアの中で送信される。時間と周波数の直交パターンは、ＵＥが４つのアンテナの各々からのＣＳＩを一意的に推定するために、ＢＴＳのあらゆる送信アンテナに関して設計される。時間及び周波数において（つまり、すべての０．５ミリ秒のスロットごと、及び第６のサブキャリアごとに送信）この高密度のＣＲＳは、５％のオーバーヘッドを生成し、時間及び周波数について高速チャネル変動を伴うシナリオをサポートするために意図的に設計されたものである［８３］。

【0087】

実際のＤＩＤＯシステムでは、すべてのＵＥが、そのユーザがクラスタ内のただの４つよりも多いＢＴＳを認める場合があり得る。例えば、図８は、カリフォルニア州サンフランシスコ市中心部のＤＩＤＯシステムの実際的な配備に関するＳＮＲ分布を示す。伝搬モデルは３ＧＰＰ経路損失／シャドウイングモデル［８１］に基づいており、９００ＭＨｚのキャリア周波数を想定している。地図のドットは、ＤＩＤＯ－ＢＴＳの場所を示す一方、黒丸は、ユーザクラスタ（ＵＥは円の中心に位置する）を示す。過疎地域に、ＵＥはそのユーザクラスタ（例えば、図８の例については、わずか３つのＢＴＳ）の中で、ただ２、３のＢＴＳだけを認めるが、その一方で、人口密集地域では、各ユーザクラスタは、図８のような２６ものＢＴＳを含むことができる。

【0088】

ＣＲＳの高い冗長性は、４より大きな任意の数の送信アンテナからのＣＳＩ推定を可能にするために、ＤＩＤＯシステムで利用することができる。例えば、チャネルが固定された無線か又は低ドップラー効果によって特徴づけられるならば、すべての４つの送信アンテナからのＣＳＩを０．５ミリ秒（スロット持続時間）おきに計算する必要はない。同様に、チャネルが周波数フラットであるならば、第６のサブキャリアごとにＣＳＩを推定することは冗長である。その場合、冗長なＣＲＳによって占められるリソースエレメント（ＲＥ）は、ＤＩＤＯシステムにおける別の送信アンテナ又はＢＴＳに再配分することができる。本発明の一実施形態では、システムは、冗長なＣＲＳのリソースエレメントを、ＤＩＤＯシステムにおける余分のアンテナ又はＢＴＳに割り当てる。別の実施形態では、システムはチャネルの時間及び周波数選択性を推定し、異なるＢＴＳか又はユーザクラスタ内のＢＴＳのみに関するＣＲＳを、異なるリソースエレメントに動的に割り当てる。

【0089】

１．１．２ＣＳＩ－ＲＳ及びＤＭ－ＲＳを用いたＤＩＤＯシグナリング
ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ（リリース１０）規格に、ＣＳＩ－ＲＳは、ＢＴＳからのＣＳＩを推定するために、あらゆるＵＥによって使用される［３３、８３］。規格はＢＴＳにおける異なる送信器のための直交ＣＳＩ－ＲＳを定めることにより、ＵＥは異なるＢＴＳからのＣＳＩを区別することができる。ＢＴＳにおける最大で８つの送信アンテナは、［３３］の表６．１０．５．２－１、２のように、ＣＳＩ－ＲＳによってサポートされる。ＣＳＩ－ＲＳは、［３３］の表６．１０．５．３－１のように、５～８０のサブフレームにわたる周期性（即ち、ＣＳＩ－ＲＳは、５～８０ミリ秒ごとに送信される）をもって送信される。ＬＴＥ－ＡｄｖａｎｃｅｄのＣＳＩ－ＲＳの周期性は、制御情報の過度のオーバーヘッドを避けるために、特にこれらの余分のリソースを使用することができない従来のＬＴＥ端末に関して、ＬＴＥのＣＲＳより故意に大きく設計された。ＣＳＩ推定のために使用される別の参照信号は復調ＲＳ（ＤＭ－ＲＳ）である。ＤＭ－ＲＳは、固有のＵＥに意図された復調参照信号であり、そのＵＥへの送信のために割り当てられたリソースブロックの中に入れて、送信されるだけである。

【0090】

８つ（ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ規格によってサポートされる送信器の最大数）を超えるアンテナがユーザクラスタの中にあるとき、ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ規格へのシステム適合性を維持する一方で、ＤＩＤＯプリコーディングを可能にするために、代替の技術を使用しなければならない。発明の一実施形態では、どのＵＥも、それ自身のユーザクラスタにおけるすべてのアクティブＢＴＳからのＣＳＩを推定するために、ＣＳＩ－ＲＳ又はＤＭ－ＲＳ又はその組合せを使用する。同じ実施形態で、ＤＩＤＯシステムは、ユーザクラスタ中のＢＴＳの数を検出し、そして、ユーザクラスタがＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ規格（最大で８つのアンテナをサポートする）に準拠しているかどうかを検出する。準拠していないならば、ＤＩＤＯシステムは、ＢＴＳから現行のＵＥへのＤＬシグナリングを可能にするために、代替の技術を使用する。一実施形態において、最大で８つのＢＴＳがそのユーザクラスタ中のＵＥによって届くようになるまで、ＢＴＳからの送信電力は低減される。しかし、この解決策は、カバレージが低減するので、データレートの減少をもたらす可能性がある。

【0091】

別の解決策は、ユーザクラスタ内のＢＴＳをサブセットに分割して、同時にすべてのサブセットに関する１組のＣＳＩ－ＲＳを送信することである。例えば、ＣＳＩ－ＲＳの周期性が［３３］の表６．１０．５．３－１のような５つのサブフレーム（すなわち、５ミリ秒）であるならば、５ミリ秒おきに、ＣＳＩ－ＲＳは、ＢＴＳの新しいサブセットから送信される。この解決策は、ＣＳＩ－ＲＳ周期性が、ＵＥのチャネルコヒーレンス時間（ＵＥのドップラ速度の関数である）内に、すべてのＢＴＳサブセットにわたるのに十分短い限り、機能する点に注意されたい。例えば、選択されたＣＳＩ－ＲＳ周期性が５ミリ秒で、チャネルコヒーレンス時間が１００ミリ秒であるならば、各々８つのＢＴＳのサブセットを２０個まで定め、ユーザクラスタ中で合計１６０個のＢＴとすることは可能である。発明の別の実施形態では、ＤＩＤＯシステムは、ＵＥのチャネルコヒーレンス時間を推定し、所定のＣＳＩ－ＲＳ周期性に関して、チャネル変動及びドップラー効果による劣化を避けるために、ユーザクラスタの中でどれくらいのＢＴＳをサポートすることができるかについて決定する。

【0092】

今までに提案されたＣＳＩ－ＲＳのための解決策は、ＬＴＥ規格にすべて準拠し、従来のＬＴＥシステムの枠組みの中で、配備することができる。例えば、ユーザクラスタにつき８つを超えるアンテナを可能にする提案方法は、ＵＥＬＴＥのハードウェア及びソフトウェア実装の修正を必要とせず、いつでもＢＴＳサブセットの選択を可能にするために、ＢＴＳ及びＣＰで使用されるプロトコルのわずかな修正だけを必要とする。これらの修正は、クラウドベースのソフトウェア無線（ＳＤＲ）プラットホームに簡単に実装することができ、それはＤＩＤＯシステムに関する１つの有望な配備パラダイムである。あるいは、もしＬＴＥ規格の制約を緩和し、ＬＴＥに類似するがＬＴＥに準拠しないＤＩＤＯ動作モードをサポートするために、ＬＴＥＵＥに関するわずかに修正されたハードウェア及びソフトウェアを開発することが可能であるならば、ＵＥが全ＬＴＥ準拠モードか、又は非ＬＴＥ準拠のＤＩＤＯ動作をサポートする修正されたモードで動作することを可能にする。例えば、別の解決策は、システムにおけるより多数のＢＴＳを可能にするために、ＣＳＩ－ＲＳの量を増大することである。発明の別の実施形態では、異なるＣＳＩ－ＲＳパターン及び周期性が、ユーザクラスタごとにサポートされたＢＴＳの数を増大する手段として可能である。ＬＴＥ規格へのそのようなわずかな修正は十分に小さい可能性があるので、既存のＬＴＥＵＥチップセットを、単にソフトウェア修正によって使用することができる。又は、ハードウェア修正がチップセットに必要であるとしても、その変更は小さいであろう。

【0093】

１．２ＬＴＥ規格内でのアップリンクＤＩＤＯＣＳＩフィードバック方法
ＬＴＥ及びＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ規格では、ＵＥは、その現行のチャネル状況並びにＤＬチャネル上の閉ループ送信に関するプリコーディング重みを通信するために、ＢＴＳへ情報をフィードバックする。３つの異なるチャネル指標がそれらの規格に含まれる［３５］。
・ランク指標（ＲＩ）：いくつの空間ストリームが所定のＵＥへ送信されるかについて示す。この数は、常に、送信アンテナの数と等しいか又は少ない。
・プリコーディングマトリックス指標（ＰＭＩ）：ＤＬチャネル上のプリコーディングに使用されるコードブックのインデックス。
・チャネル品質指標（ＣＱＩ）：ＤＬ上で使用される変調、及び、所定のチャネル状況に関する定義済み誤り率性能を維持するために、前方向誤り訂正（ＦＥＣ）符号方式を定める。

【0094】

ただ１つのＲＩが全帯域幅について報告されるのに対して、ＰＭＩ及びＣＱＩの報告は、チャネルの周波数選択性に応じて、広帯域又はサブバンドごととすることができる。これらの指標は、２種類の異なる物理チャネル上のＵＬで送信される。ｉ）物理アップリンク制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）。制御情報のためにのみ使用。ｉｉ）物理アップリンク共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）、データ及び制御情報のために使用され、１つのリソースブロック（ＲＢ）に対して、及び、サブフレームベースで割り当てられる。ＰＵＣＣＨに関して、ＲＩ、ＰＭＩ及びＣＱＩを報告する手順は周期的であり、指標は広帯域である（周波数平坦なチャネルについて）か、又は、サブバンドベースでＵＥごとに選択されるか（周波数選択性チャネルに関して）いずれでもよい。ＰＵＳＣＨに関しては、フィードバック手順は非周期的であり、サブバンドベース（周波数選択性チャネルについて）か、又は、上位層構成されたサブバンド（例えば、８つの送信器によるＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅの伝送モード９に関する）で、ＵＥごとに選択することができる。

【0095】

本発明の一実施形態において、ＤＩＤＯシステムは、現行のチャネル状況、並びに、プリコーディング情報をＢＴＳ及びＣＰへ報告するために、ＲＩ、ＰＭＩ及びＣＱＩを使用する。一実施形態では、ＵＥは、それらの指標をＣＰへ報告するために、ＰＵＣＣＨチャネルを使用する。別の実施形態では、更に多くの指標がＤＩＤＯプリコーディングのために必要な場合には、ＵＥは、ＣＰへの付加的な指標を報告するために、ＰＵＳＣＨを使用する。チャネルが周波数フラットである場合には、ＵＥは、ＤＩＤＯシステムにおける更に多くのアンテナに関するＰＭＩを報告するために、余分のＵＬリソースを利用することができる。発明の一実施形態では、ＵＥ又はＢＴＳ又はＣＰは、チャネル周波数選択性を推定し、チャネルが周波数フラットである場合には、ＵＥは、より多くのＢＴＳに関するＰＭＩを報告するために、余分のＵＬリソースを利用する。

【0096】

２．ＬＴＥにおけるダウンリンク開ループＤＩＤＯ
ＤＩＤＯ開ループ方式は、チャネル相互性を利用する時分割複信（ＴＤＤ）システムで、使用することができるだけである。ＤＩＤＯシステムにおける開ループ方式に関する仕組みの一実施形態は、以下の通りである。ｉ）ＵＥ１～４は、ＵＬ上で、ＢＴＳ９０３又はＣＴＲ９０５へシグナリング情報を送信する。ｉｉ）ＢＴＳ９０３又はＣＴＲ９０５は、すべてのＵＥ１～４からのＵＬＣＳＩを推定するために、そのシグナリング情報を利用する。ｉｉｉ）ＢＴＳ９０３又はＣＴＲ９０５は、ＵＬＣＳＩをＤＬＣＳＩに変換するために、ＲＦ補正を使用する。ｉｖ）ＢＴＳ９０３又はＣＴＲ９０５は、ＢＳＮ９０２を通してＤＬＣＳＩ又はコードブックインデックスをＣＰへ送信する。ｖ）そのＤＬＣＳＩに基づいてＣＰ９０１はＤＬ上のデータ伝送に関するプリコーディング重みを計算する。閉ループＤＩＤＯ方式と同様に、ユーザクラスタは、ＢＴＳにおいて推定されるＵＥからのＣＳＩの量を低減するために使用することができ、それによって、ＢＴＳにおける計算の負担、並びに、ＵＬ上で必要とされるシグナリングの量を低減する。本発明の一実施形態では、開ループプリコーディング技術は、ＤＬチャネル上で、ＢＴＳからＵＥへ同時非干渉データストリームを送信するために使用される。

【0097】

ＬＴＥには、アップリンクチャネルに関して、２種類の参照信号がある［３１、３３、８７］。ｉ）音声基準シンボル（ＳＲＳ）。スケジューリング及びリンク適合のために使用。ｉｉ）復調参照信号（ＤＭＲＳ）。データ受信のために使用。本発明の一実施形態では、ＳＲＳ又はＤＭＲＳは、すべてのＵＥからすべてのＢＴＳへのＵＬチャネルを推定するために、開ループＤＩＤＯシステムで使用される。時間領域において、ＤＭＲＳは、すべてのＬＴＥスロット（持続時間０．５ミリ秒の）の第４のＯＦＤＭシンボル（通常巡回プリフィックスを使用するとき）において送信される。周波数領域では、ＰＵＳＣＨ上で送信されるＤＭＲＳは、すべてのＵＥについて、ＵＬデータ伝送についてそのＵＥによって使用される同じリソースブロック（ＲＢ）へマップされる。

【0098】

ＤＭＲＳの長さは、Ｍ^RS＝ｍＮ^RBであり、ここで、ｍは、ＲＢの数であり、Ｎ^RB＝１２は、ＲＢ当たりのサブキャリアの数である。複数のＵＥをサポートするために、基本シーケンスの循環シフトにより、いくつかのＤＭＲＳは、１ベースＺａｄｏｆｆ－Ｃｈｕ［８８］又はコンピュータ生成定振幅ゼロ自己相関（ＣＧ－ＣＡＺＡＣ）シーケンスから生成される。基本シーケンスは３０の群に分割され、隣のＬＴＥセルは、セル間干渉を低減するために、異なる群からのＤＭＲＳを選択する。例えば１つのＯＦＤＭシンボル中のリソースブロックの最大数が１１０であるならば（即ち、２０ＭＨｚの全体的な信号帯域幅を想定すると）、最大１１０×３０＝３３００の異なるシーケンスを生成することが可能である。

【0099】

本発明の一実施形態では、ＤＩＤＯシステムは、ＵＬで使用することができるＳＲＳ又はＤＭＲＳの数を最大にするために、「仮想セル」へＵＥを割り当てる。１つの例示的な実施形態において、仮想セルは、ＵＥのまわりのコヒーレンスエリア（関連する同時係属中の「ＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｓｔｏＥｘｐｌｏｉｔＡｒｅａｓｏｆＣｏｈｅｒｅｎｃｅｉｎＷｉｒｅｌｅｓｓＳｙｓｔｅｍｓ」と題する米国特許出願第１３／２３２，９９６号に記載）であり、ＤＩＤＯシステムは、異なるＵＥに関して、最大３３００のコヒーレンスエリアを生成する。本発明の別の実施形態では、隣接したＤＩＤＯクラスタ（クラスタは、関連する２０１２年５月１日発行の「ＳｙｓｔｅｍＡｎｄＭｅｔｈｏｄＦｏｒＡｄｊｕｓｔｉｎｇＤＩＤＯＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＣａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎＢａｓｅｄＯｎＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」と題する米国特許第８，１７０，０８１号で規定される）間のクラスタ間干渉を低減するために、３０の基本シーケンスの各々が、異なるＤＩＤＯクラスタへ割り当てられる。別の実施形態では、ＳＲＳ又はＤＭＲＳは、チャネルの周波数ダイバーシティを利用するために、特定の周波数ホッピングパターンに応じて、割り当てられる。

【0100】

すべてのＵＥについては、ＤＩＤＯプリコーディングによってＤＬで同時に提供されるのに十分な直交ＳＲＳ又はＤＭＲＳがない場合、１つの代替策は、時間領域で異なるＵＥのＳＲＳ又はＤＭＲＳを多重化することである。例えばＵＥは、異なる群に分割され、それらの群に関するＳＲＳ又はＤＭＲＳは連続的な時間スロット（それぞれ０．５ミリ秒の持続時間）上で送信される。しかし、この場合に、異なる群（多重通信）に関するＳＲＳ又はＤＭＲＳ割当ての周期性が、最速で移動中のＵＥのチャネルコヒーレンス時間より低いことを保証することが必要である。実際、これは、ＣＳＩがＳＲＳ又はＤＭＲＳにより推定される時間から、システムがＤＩＤＯプリコーディングによってＵＥへＤＬデータストリームを送信する時間まで、チャネルがすべてのＵＥについて変化しないことを保証するための必要条件である本発明の一実施形態では、システムは、アクティブＵＥを群に分割し、連続的な時間スロット上で、ＳＲＳ又はＤＭＲＳの同じセットを各群へ割り当てる。同じ実施形態では、システムは、すべてのアクティブＵＥに関する最も短いチャネルコヒーレンス時間を推定し、並びにＵＥ群の最大数及びその情報に基づくＳＲＳ又はＤＭＲＳの時分割多重化の周期性を推定する。

【0101】

３．ＬＴＥでのアップリンクＤＩＤＯ技術
本発明の実施形態は、すべてのＵＥからＢＴＳへの同時ＵＬデータストリームを受信するために、ＵＬチャネル上で開ループＭＵ－ＭＩＭＯ方式を使用する。ＵＬ開ループＭＵ－ＭＩＭＯ方式の一実施形態は、以下のステップを含む。ｉ）ＵＥ１～４は、すべてのＢＴＳ９０３へシグナリング情報及びデータペイロードを送信する。ｉｉ）ＢＴＳ９０３は、シグナリング情報を使用して、すべてのＵＥからのチャネル推定を計算する。ｉｉｉ）ＢＴＳ９０３はチャネル推定及びデータペイロードをＣＰ９０１へ送信する。ｉｖ）ＣＰ９０１は、空間フィルタリングによって、すべてのＵＥのデータペイロードからチャンネル間干渉を除去するために、チャネル推定を使用し、すべてのＵＥからデータストリームを復調する。一実施形態において、開ループＭＵ－ＭＩＭＯシステムは、ＵＥからＢＴＳへのＵＬチャネルの数を増大するために、単一キャリアの周波数分割多元接続（ＳＣ－ＦＤＭＡ）を使用し、周波数領域でそれらを多重化する。

【0102】

一実施形態において、ＵＥの間の同期は、ＤＬからのシグナリングにより実現され、同じクロックへの直接的な配線によるか、又は、ＧＰＳＤＯによって共通の時間／周波数基準を共有することによるかのいずれでも、すべてのＢＴＳ９０３が同じ時間／周波数基準クロックに対してロックされているものとみなす。異なるＵＥにわたるチャネル遅延の変動は、異なるＵＥの時間基準の間でジッタを生成する可能性があり、ＵＬ上でＭＵ－ＭＩＭＯ方法の性能に影響を及ぼす可能性がある。一実施形態において、異なるＵＥ間にわたる相対的な伝搬遅延を低減するために、同じＤＩＤＯクラスタ（例えば、お互いに隣接したＵＥ）中のＵＥだけが、ＭＵ－ＭＩＭＯ方法によって処理される。別の実施形態において、ＵＥの間の相対的な伝搬遅延は、ＵＥにおいて、又は、ＢＴＳにおいて補償され、ＢＴＳ９０３において、異なるＵＥ１～４からのデータペイロードの同時受信を保証する。

【0103】

ＵＬ上でデータ復調に関するシグナリング情報を可能にするための技術は、以前の節で記載したダウンリンク開ループＤＩＤＯ方式のシグナリングに使用されるものと同じ方法である可能性がある。ＣＰ９０１は、ＵＥデータペイロードからチャンネル間干渉を除去するために、異なる空間処理技術を使用してもよい。本発明の一実施形態では、ＣＰ９０１は、最大尤度（ＭＬ）、決定帰還等化（ＤＦＥ）、又は逐次干渉除去（ＳＩＣ）受信機などの非線形空間処理方法を使用する。別の実施形態においてＣＰ９０１は、同一チャネル干渉を相殺するために、ゼロフォーシング（ＺＦ）又は最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）受信機などの線形フィルタを使用し、アップリンクデータストリームを個別に復調する。

【0104】

４．既存のＬＴＥネットワークとの統合
アメリカ合衆国及び世界の他の領域で、ＬＴＥネットワークは、すでに稼働中であるか又は、配備されるところであるか、及び／又は配備されることになっている。もし、ＬＴＥオペレータがＤＩＤＯ能力を既存の又はすでに約束された配備の中へ、徐々に配備することができるならば、彼らにとって著しい利益となるであろう。このように、彼らは、ＤＩＤＯが最も即時の利益を提供する領域に、ＤＩＤＯを配備することができ、徐々に、より多くのネットワークにわたるようにＤＩＤＯ能力を拡大する。やがて、彼らが領域に十分なＤＩＤＯカバレージを有したら、それらは、完全にセルの使用を廃止することを選び、その代わりに、ＤＩＤＯへ完全に切り替えて、非常な低コストで非常により高いスペクトル密度を実現することができる。セルラからＤＩＤＯへのこの完全な移行を通して、ＬＴＥオペレータの無線カスタマーは、サービスで損失を被るようなことは決してないであろう。むしろ、彼らはそれらのデータ効率及び信頼性の改善に単に遭遇するだけであり、一方、操作者はそのコスト低下に遭遇することになる。

【0105】

既存のＬＴＥネットワークへのＤＩＤＯの段階的な統合を可能にするいくつかの実施形態がある。すべての場合に、ＤＩＤＯのＢＴＳはＤＩＤＯ－ＬＴＥＢＴＳと呼ばれ、それは、上述のＬＴＥ互換のＤＩＤＯ実施形態の１つ、又は将来開発される可能性がある他のＬＴＥ互換の実施形態を利用するであろう。又は、ＤＩＤＯ－ＬＴＥＢＴＳは、上述したような、ＬＴＥ規格のわずかな変形を利用することになり、ＵＥは更新されるか（例えばソフトウェアアップデートが、ＤＩＤＯと互換性を有するようにＵＥを修正するのに十分であるならば）、又は、ＤＩＤＯ互換であるＵＥの新世代が配備されることのいずれかになる。どちらの場合でも、ＤＩＤＯをサポートする新しいＢＴＳは、ＬＴＥ規格の制約の中か、又はＬＴＥ規格の変形としてであるかのいずれでも、以下ＤＩＤＯ－ＬＴＥＢＴＳと呼ぶことにする。

【0106】

ＬＴＥ規格は、種々の帯域幅（例えば、１．４、３、５、１０、１５、及び２０ＭＨｚ）をサポートする。一実施形態において、既存のＬＴＥネットワークのオペレータは、ＬＴＥ－ＤＩＤＯＢＴＳに関して新しい帯域幅を割り当てるか、又は、既存のＬＴＥスペクトルを細分化（例えば、２０ＭＨｚは２つの１０ＭＨｚのブロックに細分化でき得る）することのいずれでも、１ブロックのスペクトルでセルラ構成の従来のＬＴＥＢＴＳを、別ブロックのスペクトルでＤＩＤＯＬＴＥＢＴＳをサポートすることができる。事実上、これは２つの別個のＬＴＥネットワークを確立し、ＵＥデバイスは一方又は他方のネットワークを使用するか、又は、両者の中から選択するように構成されるであろう。細分化されたスペクトルの場合に、スペクトルは従来のＬＴＥネットワークとＤＩＤＯ－ＬＴＥネットワークの間で、均一に又は不均一に分割され、セルラＬＴＥＢＴＳ及びＤＩＤＯ－ＬＴＥＢＴＳの配備の度合、及び／又はＵＥ使用のパターンを考慮して、最もよく利用することができるネットワークにより多くのスペクトルを割り当てることができる。この細分化は、時間経過の必要に応じて、変わることができ、ある時点で、セルラＢＴＳと同じか又はより良いカバレージを提供するために配備された十分なＤＩＤＯ－ＬＴＥＢＴＳがあるとき、スペクトルのすべては、ＤＩＤＯ－ＬＴＥＢＴＳへ割り当てることができ、セルラＢＴＳは廃止することができる。

【0107】

別の実施形態では、従来のセルラＬＴＥＢＴＳは、ＤＩＤＯ－ＬＴＥＢＴＳと協調し、同じスペクトルを共有するが、交替でそのスペクトルを使用するように構成することができる。例えば、彼らが等しくスペクトルの使用を共有している場合、各ＢＴＳネットワークは、例えばセルラＬＴＥＢＴＳに関する１つの１０ｍｓのフレームのあと、ＤＩＤＯ－ＬＴＥＢＴＳに関する１つの１０ｍｓのフレームが続くように、交代で１つの１０ｍｓのフレーム時間を利用することになる。フレーム時間は、不均一な間隔に細分化することもできる。この区間分割は、時間経過の必要に応じて、変わることができ、セルラＢＴＳと同じか又はより良いカバレージを提供するために配備された十分なＤＩＤＯ－ＬＴＥＢＴＳｓがあるとき、時間のすべては、ＤＩＤＯ－ＬＴＥＢＴＳへ割り当てることができ、セルラＢＴＳは廃止することができる。

【0108】

本発明の別の実施形態において、ＤＩＤＯは、ＬＴＥ及びＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄネットワークの小セルに対するＬＯＳ又はＮＬＯの無線バックホールとして、使用される。小セルがＬＴＥネットワークで配備されるにつれて、ＤＩＤＯはそれらの小セルへ高速の無線バックホールを提供する。より高いデータレートに対する要求が増大するにつれて、無線ネットワークがセル間干渉を引き起こすことなく、それ以上の小セルを所定の領域に追加することができない制限に届くまで、より多くの小セルがネットワークに追加される。本発明の同じ実施形態では、ＤＩＤＯＢＴＳは、徐々に小セルを置き換えるために使用され、それによって、増大されたネットワーク容量を提供するために、セル間干渉を利用する。

【0109】

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【図1】