JP4369128B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム、該システムにおいて用いられる第一局及び第二局、及び、該システムをオペレートする方法に関する。本明細書は特にＵｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ＵＭＴＳ）を参照して記載されているが、開示されている装置及び方法は、他のモバイル無線システムにも等しく適用可能であることは明らかである。

無線通信システムにおいて、無線信号は、通常、送信器から受信器へ複数のパスを通って移動する。各パスは、１以上の散乱体からの反射波を含む。これらのパスからの受信信号は、受信器において、前向きに又は破壊的に干渉する（そして、位置に応じたフェージングをもたらす）。さらに、パスの長さは異なり、よって信号送信器から受信器へ到達するまでに掛かる時間も異なるため、シンボル間干渉も生じ得る。

マルチパス伝搬によって生じる上記問題は、受信器において複数のアンテナを用いること（受信ダイバーシチ）によって緩和できることが良く知られている。複数のアンテナにより、複数のパスの一部又は全部を分離できる。効果的なダイバーシチのためには、個々のアンテナで受信される信号が低相互相関を有することが必要である。通常、これは、一波長弱ずつアンテナを離すことによって達成されるが、我々の国際特許出願ＷＯ０１／７１８４３（出願人参照番号：ＰＨＧＢ００００３３）に開示されている手法を用いることによって、隙間無く並べられたアンテナも用いることができる。ほぼ相関の無い信号を用いるようにすることによって、所定の時刻に２以上のアンテナにおいて破壊的な干渉が発生する確率が最小化される。

また、類似の改善は、送信器において複数のアンテナを用いること（送信ダイバーシチ）によっても達成される。ダイバーシチ技術は、ＭＩＭＯ（マルチ・インプット／マルチ・アウトプット）システムとして知られる、送信器・受信器双方において複数のアンテナを用いることに一般化できる。このシステムは、更に、システム・ゲインを一方の側でのダイバーシチ構成の場合よりも増やすことができる。更なる発展として、複数のアンテナが存在することにより、空間多重化が可能となり、送信用データ・ストリームが複数のサブストリームに分割され、各サブストリームが異なるパスで送信される。このようなシステムの一例は、特許文献１に記載されている。別の例は、ＢＬＡＳＴシステムとして知られ、非特許文献１に記載されている。

ＭＩＭＯシステムから達成し得るパフォーマンス・ゲインを用いて、所定のエラー・レートにおいてトータルでのデータ・レートを増やすこと、又は、所定のデータ・レートに対してエラー・レートを低減すること、又は、これらの組み合わせ、を実現できる。また、ＭＩＭＯシステムは、所定のデータ・レート及びエラー・レートに対するトータルの送信エネルギ又はパワを低減するように制御することができる。

ＭＩＭＯ技術を適用可能な一分野は、ＨＳＤＰＡ（高速ダウンリンク・パケット・アクセス）・スキームである。このスキームは、現在、ＵＭＴＳ用に開発されており、最大４Ｍｂｐｓでの移動局へのパケット・データの伝送を容易にし得るものである。ＨＳＤＰＡの提案されている一実施形態では、別々のデータ・ストリームが基地局（ＢＳ）の各アンテナから送信され、これらデータ・ストリームは、原則として、少なくともデータ・ストリームの数と同じ数のアンテナを備えた移動局（ＭＳ）によって受信・復号化され得る。

パケット・データ送信にＭＩＭＯシステムを用いる場合の問題は、通信システム上での無線リンク品質が異なることの影響である。例えば、非常に劣悪な品質の無線リンクを持ったデータ・ストリームがあるかもしれず、すべてのデータを合成すると、他のリンクのパフォーマンスが劣化し、システム全体のキャパシティを低下させるかもしれない。
米国特許第６，０６７，２９０号明細書 Ｐ Ｗ Ｗｏｌｎｉａｎｓｋｙら、「Ｖ−ＢＬＡＳＴ：ａｎ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ｒｅａｌｉｓｉｎｇ ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ ｄａｔａ ｒａｔｅｓ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｒｉｃｈ−ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｈａｎｎｅｌ」、ＵＲＳＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｓｉｇｎａｌｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ピサ（イタリア）、１９９８年９月２９日〜１０月２日

〔発明の開示〕
本発明の目的は、パフォーマンスが改善された無線通信システムを提供することである。

本発明の第一の態様によれば、無線通信システムであって、少なくとも２つのアンテナを有する第一局と、それぞれが少なくとも１つのアンテナを有する少なくとも２つの第二局と、を有し、上記第一局は、該第一局と第一及び第二の第二局の間の各通信チャネルを上記第一局のアンテナの相互排他的な各サブセットから送信する手段を有し、上記第一及び第二の第二局は、両サブセットにおいて上記第一局アンテナのカバーエリアに位置し、上記各チャネルは、同じ周波数、同じタイムスロット、及び、同じチャネル化コードを用い、上記アンテナの各サブセットのみによって区別され、上記第一及び第二の第二局は、それぞれ、受信信号から、その各通信チャネルを有する信号サブセットを推定する手段を有する、無線通信システムが提供される。

異なる第二局へ送信するのに第一局上の異なるアンテナを用いることによって、第一局のアンテナの一部から第二局が受信した信号の品質が悪い状況において、システム・キャパシティを向上させることができる。特定の第二局へ向けたビームを生成するために第一局において位相配列アンテナ素子を用いる既知のビーム形成技術又は空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）とは対照的に、本発明は、異なる第一局アンテナから信号を受信する第二局間に角度分離は必要でない。

本発明によれば、すべてのアンテナを１つの第二局用にせずに、異なる基地局アンテナを異なる第二局用とすることによって、ＭＩＭＯシステムとして正常に作動している無線通信システムのシステム・キャパシティを特定の状況において向上させることができる。ＵＭＴＳ実施形態においては、同じチャネル化コード、スクランブリング・コード、キャリア周波数、及び、タイムスロットを用いることによって、異なるアンテナから異なる第二局へ同時送信できるため、システム全体での周波数帯域効率が向上する。

本発明の第二の態様によれば、少なくとも２つの第二局を有する無線通信システムにおいて用いられ、少なくとも２つのアンテナを有する第一局であって、上記第一局と第一及び第二の第二局の間の各通信チャネルを上記第一局のアンテナの相互排他的な各サブセットから送信する手段が設けられ、上記第一及び第二の第二局は、両サブセットにおいて上記第一局アンテナのカバーエリアに位置し、上記各チャネルは、同じ周波数、同じタイムスロット、及び、同じチャネル化コードを用い、上記アンテナの各サブセットのみによって区別される、第一局が提供される。

本発明の第三の態様によれば、少なくとも１つのアンテナを有する第二局であり、少なくとも２つのアンテナを有する第一局と、本第二局と、別の第二局との間にそれぞれ通信チャネルを有する無線通信システムにおいて用いられる第二局であって、上記通信チャネルは上記第一局のアンテナの相互排他的な各サブセットから送信され、本第二局及び上記別の第二局は、両サブセットにおいて上記第一局アンテナのカバーエリアに位置し、上記各チャネルは、同じ周波数、同じタイムスロット、及び、同じチャネル化コードを用い、上記アンテナの各サブセットのみによって区別され、受信信号から本第二局の各通信チャネルを有する信号サブセットを推定する手段が設けられた、第二局が提供される。

上記第二局は、上記第一局のアンテナの他のサブセットからの他の第二局宛の信号をノイズとして処理することによって、その各通信チャネルに対応した信号を推定することができる。しかし、好ましい実施形態において、上記第二局は、その各通信チャネルを有する信号をその各アンテナ・サブセットに含まれない上記第一局から送信された信号から別々に分離する手段を有する。

本発明の第四の態様によれば、少なくとも２つのアンテナを有する第一局と、それぞれが少なくとも１つのアンテナを有する少なくとも２つの第二局とを有する無線通信システムをオペレートする方法であって、上記第一局に、該第一局と第一及び第二の第二局の間の各通信チャネルを上記第一局のアンテナの相互排他的な各サブセットから送信させ、上記第一及び第二の第二局の双方を、両サブセットにおいて上記第一局アンテナのカバーエリアに位置させ、上記各チャネルを、同じ周波数、同じタイムスロット、及び、同じチャネル化コードを用い、上記アンテナの各サブセットのみによって区別されるようにし、各第二局に、受信信号からその各通信チャネルを有する信号サブセットを推定させる、方法が提供される。

ここで、添付図面を参照して、本発明の実施形態を例として説明する。図面において、同じ参照番号は対応した特徴を示すのに用いられている。

図１は、第一局１００から第二局１１０へダウンリンク・パケット・データを送信するＭＩＭＯシステムの一例を示す。第一局１００は、第二局１１０へ送信するデータ・ストリームを供給するデータ・ソース１０２を有する。このストリームは、シリアル／パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）１０４によって分割され、送信器（ＴＸ）１０６へ供給される複数のデータ・ストリームが生成される。送信器１０６は、このデータ・サブストリームを基地局（ＢＳ）１００から移動局（ＭＳ）１１０へ送信するために複数のアンテナ１０８（図１の１、２、３、及び、４）へ送る。アンテナ１０８は、ほぼ無指向性であるものとする（又は、扇形セルをカバーするように設計される）。

典型的には前進型誤信号訂正（ＦＥＣ）などの適切な符号化が、ＢＳ１００によって、シリアル／パラレル変換の前に適用され得る。これは、垂直符号化（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃｏｄｉｎｇ）として知られ、すべてのサブストリームにわたって符号化が適用されるという利点を有する。しかし、サブストリームを抽出する際に問題が生じ得る。なぜなら、共同復号化が必要となり、各サブストリームを個々に抽出するのが難しいからである。別の方法として、各サブストリームを別々に符号化されてもよい。これは、水平符号化（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｃｏｄｉｎｇ）として知られ、受信器オペレーションを簡素化し得る。これらの技術は、例えば、文献：Ｘ Ｌｉら、「Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＢＬＡＳＴ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｇｌｏｂｅｃｏｍ ２０００ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、サンフランシスコ、２０００年１１月２７日〜１２月１日、に記載されている。

垂直符号化が用いられる場合、適用されるＦＥＣは、複数のパスを有するＭＩＭＯチャネル全体に対処するのに十分なエラー訂正能力を持っていなければならない。ＢＳ１００とＭＳ１１０の間のパス群は、通常、直接パスと、信号が１以上の散乱体によって反射された間接パスとを含む。

ＭＳ１１０は、複数のアンテナ１１８（図１のＡ、Ｂ、Ｃ、及び、Ｄ）を有する。アンテナ１１８によって受信された信号は、受信器（ＲＸ）１１６へ供給される。受信器１１６は、この受信信号から複数の送信データ・サブストリームを抽出する。このデータ・サブストリームは、次いで、パラレル／シリアル変換器（Ｐ／Ｓ）１１４によって再結合され、データ出力ブロック１１２へ供給される。ＢＳ１００及びＭＳ１１０双方は、同じ数のアンテナを持っているように図示されているが、実際にはこれは必要ではなく、アンテナの数は、空間及びキャパシティ条件に応じて最適化し得る。

ＢＳ１００の最もシンプルな実施例において、各データ・サブストリームは、別々のアンテナ１０８にマッピングされる。この実施例は、空間的に無相関な無線チャネルに対して適切である。図２に示したＢＳ１００が適切となる一般的なケースでは、各データ・サブストリームは、複合重み付け２０２を適用した後（各データ・サブストリーム用アンテナ１０８ごとに１つの重み付け値）、各アンテナ１０８へ送られ得る。このアプローチを用いると、各データ・サブストリームを異なるアンテナ・ビームへマッピングすることができる。アンテナ・ビームを所定の方向に向け、その方向を無線チャネル状態を変えるために動的に決定してもよい。ビーム方向を動的に変えるＭＩＭＯシステムの一例は、我々の同時係属未公開英国特許出願０１０２３１６．７（出願人参照番号：ＰＨＧＢ１００１２）に開示されている。関心ある特殊なケースは、各データ・ストリームがアンテナのサブセットにマッピングされる（すなわち、一部の重み付けが０）の場合である。

便宜上、以下の実施形態では、データ・サブストリームとアンテナ１０８の間が１対１のマッピングである最もシンプルなケースを用いるが、本発明はこのシナリオに限定されないことは明らかである。

ＭＩＭＯ構成によって約束されるキャパシティの向上は、送信器（ＢＳ１００）がダウンリンク・チャネル特性について何も知らないオープン・ループ構成においてもガウス・チャネルとして達成可能であることが判っている。また、一部のキャパシティの向上は、オープン・ループ構成におけるレイリー・フェージング・チャネルとして達成され得るが、この向上は、各送信器アンテナ１０８からの受信ＳＩＮＲ（信号対干渉及び雑音比）間の差が大きい場合、低下する。

クローズド・ループ・スキームは、追加的な利益を提供し得る。異なるＢＳアンテナ１０８からの送信の振幅は、送信電力がＭＳ１１０において最良の受信ＳＩＮＲを持つアンテナ１０８へ方向付けられるように、重み付けされ得る。ＢＳアンテナ１０８が各アンテナから異なるデータが送信されている時空符号化ＭＩＭＯシステムにおいて用いられているとき、各アンテナからのデータ・レートは、我々の同時係属未公開国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ０１／１３６９０（出願人参照番号：ＰＨＧＢ０００１６８）に開示されているように、電力と同様に調整し得る。以下の説明において、すべてのアンテナから合成されたトータルの送信電力は制限されるものとする。

場合によっては、特に異なる送信アンテナからのチャネル・ゲインの差が非常に大きい場合（例えば、１以上のアンテナが深く落ち込んでいるとき）、最良の無線リンク・キャパシティは、１以上のＢＳアンテナ１０８を完全に電源オフにする（すなわち、電力又はデータ・レートをゼロに下げる）ことによって、達成され得る。また、このようなクローズド・ループ・アンテナ選択ダイバーシチ送信の戦略は、ＭＳ１１０において必要とされるアンテナの数を減らすなどの他の利点も有する。

図３は、利用可能なキャパシティＣ間の基礎的な比較を、第一の送信器アンテナについてのチャネル・ゲインＧ_１の所定の値に対する第二の送信器アンテナ１０８についてのチャネル・ゲインＧ_２の関数として示したグラフである。このグラフは、ＢＳ１００に２つの送信器アンテナ１０８があり、ＭＳ１１０に２つの受信器アンテナ１１８がある場合に、オープン・ループ時空符号化ＭＩＭＯシステム３０２及びクローズド・ループ送信器アンテナ選択スキーム３０４を用いて達成可能なキャパシティを示す。アンテナ選択スキームを用いた場合のチャネル・ゲインは、ＭＳ１１０において受信ダイバーシチ合成が実行された後に計算されることに注意。

図３の微分においては、全有効送信電力が一定Ｐ_ｔｘであることを前提としている。したがって、Ｇ_２＝Ｇ_１のとき、オープン・ループＭＩＭＯの場合、Ｐ_ｔｘ／２がＢＳアンテナ１０８の各々から送信されるが、アンテナ選択の場合、Ｐ_ｔｘが一アンテナから送信され、残りのアンテナからパワが送信されない。アンテナ選択の場合における送信器アンテナ１０８の選択は、Ｇ_２＝Ｇ_１のとき、任意である。この状況におけるＣ_１はＭＩＭＯゲインのためにＣ_２より大きい。しかし、Ｇ_２＝０のとき、オープン・ループＭＩＭＯの場合におけるキャパシタは、Ｃ_３にまで大きく下がる。なぜなら、クローズド・ループ・アンテナ選択の場合、キャパシタが一定のままであるため、送信電力の半分は無駄なアンテナ１０８から送信されているからである。

このように、図３から、「Ｘ」で示した領域では、オープン・ループＭＩＭＯスキームより、クローズド・ループ・アンテナ選択を用いた方が有利であることが判る。

既知のＭＩＭＯシステムにおいて、１つのセルにおける１つのＭＳ１１０へのダウンリンク信号は、周波数（ＦＤＭＡの場合）、タイムスロット（ＴＤＭＡの場合）、及び／又は、コード（ＣＤＭＡの場合）を用いて、そのＭＳ１１０用のチャネルを定義することによって、他のＭＳ１１０用の信号と区別される。その際、所定のＭＳに対して、すべての有効なＢＳ送信アンテナ１０８が、そのＭＳ１１０用のチャネル上で用いられる。しかし、上述のように最適な送信スキームが送信アンテナ選択の１つである場合、システムのキャパシティは次善なものとなる。なぜなら、特定のアンテナは特定のチャネル上の送信には有用でないからである。

ゆえに、本発明に係るシステムでは、特定のＭＳ１１０用のチャネルは、そのチャネルが送信されるＢＳアンテナ１０８のサブセット（１以上のアンテナから成る）によっても、全体が又は部分的に定義され得る。このようなスキームは、「アンテナ分割多重アクセス（ＡＤＭＡ）」と呼び得る。

本発明の一実施形態のシンプルな一例を図４に示す。この一例は、２つのアンテナ１０８を持つＢＳ１００と、それぞれが２つのアンテナ１１８を有する２つのＭＳ１１０ａ、１１０ｂと、を有する。ＢＳ１００は、それぞれが異なるＭＳ１１０宛のデータ・サブストリームを送信器（ＴＸ）１０６へ供給する２つのデータ・ソース１０２（Ｄ１及びＤ２）を有する。本発明を用いる実際のシステムは、非常に多くのＭＳと非常に多くのアンテナとを含む可能性が高い。

ここで、このようなシステムの最初のオペレーションについて、図５に示すフローチャートを参照して説明する。このオペレーションは、工程５０２において、ＢＳ１００が送信データを有する第一のＭＳ１１０ａへ信号を送ることから開始する。次いで、ＢＳ１００は、工程５０４において、そのアンテナ１０８の各々からの信号を送信し、第一のＭＳ１１０ａがその無線チャネルを測定するようにする。このような信号は、例えば、各ＢＳアンテナ１０８から送信される既知のパイロット情報の直交シーケンスを有する。ＭＳ１１０ａは、工程５０６において、（各アンテナ１１８から受信された信号のダイバーシチ合成後に）各受信信号のＳＩＮＲを測定する。本例では、第一のＭＳ１１０ａが、ＢＳ１１０のアンテナ１から受信した信号のＳＩＮＲがＢＳのアンテナ２から受信した信号のＳＩＮＲより大きいと判断する。

測定完了後、ＭＳ１１０ａは、工程５０８において、アンテナ１が最良のＳＩＮＲを提供することを示す伝達メッセージをＢＳ１００へ送信する。このメッセージは、例えば、
・最良及び／又は最悪のＢＳアンテナ１０８のＩＤ
・最良及び／又は最悪のＢＳアンテナ１０８についてのＳＩＮＲ測定値の絶対値
・各ＢＳアンテナ１０８についてのＳＩＮＲ測定値の絶対値
などの複数の形を採り得る。

この伝達メッセージの結果として、ＢＳは、第一のＭＳ１１０ａ宛のデータはアンテナ１からのみ送信されるべきであると判断する。よって、ＢＳ１００のアンテナ２は、第一のＭＳ１１０ａ用にアンテナ１から用いられているのと同じ周波数、タイムスロット、及び、チャネル化コードを用いて、異なるＭＳ宛のデータを送信するのに用いられ得る。よって、第二のＭＳ１１０ｂは、工程５１０において、上述のものと同じプロトコルを用いて、アンテナ２が最良のＳＩＮＲを与えるものとして識別される。次いで、信号は、工程５１２において、アンテナ１から第一のＭＳ１１０ａへ送信され、アンテナ２から第二のＭＳ１１０ｂへ送信される。これら送信ルートは、図４において実線でしめされており、破線は、双方の移動局が両アンテナ１０８のカバーエリアに在圏するために、ＭＳ１１０ａ、１１０ｂの一方宛の信号が他方のＭＳに到達し得ることを示す。

各ＭＳ１１０ａ、１１０ｂが少なくともＢＳ１００と同じ数のアンテナを持ち、無線チャネルが、そのチャネルの転送機能が各ＢＳ送信アンテナ１０８と特定のＭＳ１１０の各受信アンテナ１１８の間で大幅に異ならせるのに十分な散乱体を含む場合、各ＭＳは、必要以上の干渉を引き起こす他のＢＳアンテナからの信号無しで、対応するＢＳアンテナ１０８からの信号を復号化することができる。

例えば、すぐ上のシナリオにおいて、第一のＭＳ１１０ａの２つのアンテナ１０８において受信される信号は、

で与えられる。ここで、ｒ_ｉはｉ番目のＭＳアンテナ１１８で受信される信号であり、ｔ_ｉはｉ番目のＢＳアンテナ１０８によって送信される信号であり、ｈ_ｉｊはｉ番目のＢＳアンテナ１０８からＭＳアンテナ１１８への複合チャネル転送特性である。

ｔ_１はＢＳアンテナ１から送信された第一のＭＳ１１０ａが求めている信号に対応する。よって、この信号は、

として、チャネル抽出（ＣＸ）ブロック４１４において抽出することができる。

チャネル転送係数ｈ_ｉｊは、上述の既知のパイロット情報を用いて、決定される。パイロット情報が送信されるべき周波数及びチャネル転送係数が更新される周波数は、そのチャネルのコヒーレント時間に依存する。この既知のパイロット情報は、ノイズがある場所でも十分に正確なチャネル転送係数の推定が得られるように十分なエネルギで送信されるべきである。この既知のパイロット情報のエネルギは、より長いパイロット情報シーケンスを送信することによって、或いは、パイロット情報の送信電力を増やすことによって、増やされる。チャネル転送係数の各推定値が基づく基地のパイロット情報の各シーケンスの長さは、そのチャネルのコヒーレント時間より大幅に短いべきである。共同検出及び干渉キャンセレーションなどの他の既知の技術もＢＳアンテナ１０８から受信された信号から所望の信号を抽出するためにＭＳ１１０によって用いられ得る。

実際には、受信信号ｒ_１及びｒ_２は、ノイズ項も含む。その際、送信信号は、例えば、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）や最尤シーケンス推定（ＭＬＳＥ）などの様々な既知の方法を用いて復元することができる。これら既知の方法は、例えば、Ｓ Ｒ Ｓａｕｎｄｅｒｓ、「Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ、１９９９年、に記載されている。ＭＭＳＥは、ＭＬＳＥプロセスの一部として用いられてもよく、或いは、そのままで用いられてもよい。後者の場合、送信ビットの考え得るシーケンスについての推測的な知識は前提とされない。

非常に多くのＭＳ１１０を用いる実際のシステムにおいて、異なるＭＳ宛のチャネルを区別する唯一の手段としてＡＤＭＡを用いることが望ましい可能性は低い。なぜなら、これは、すべてのＭＳ１１０が１つのセル内のＭＳの総数と同じ数のアンテナ１１８を少なくとも持っていることを必要とするからである。よって、典型的なスキームは、ＣＤＭＡ、ＦＤＭＡ、又はＴＤＭＡなどの別の多重アクセススキームと共に無線リソースの使用を最適化する追加的手段としてＡＤＭＡを用いることである。その際、ＡＤＭＡは、所定のコード／周波数／タイムスロット上で用いられ、ｎ個の異なるＭＳに対するチャネルを区別する。ここで、ｎは、コード、周波数、及びタイムスロットの組み合わせを用いるＭＳのいずれかの上の最小アンテナ数に等しい。例えば、それぞれが２つのアンテナを持つ１組のＭＳは、特定の周波数及び／又はタイムスロット及び／又はコードによって定義されたダウンリンク・チャネルを共有するのにＡＤＭＡを用いることができる。

本発明の実施形態によっては、ＭＳ１１０は上記提案されたような数のアンテナを必要としないものもある。上記１組のＭＳの例において、１つのＢＳアンテナ１０８からの信号が弱く、それをノイズと考えることができる場合、１つのアンテナ１１８のみが必要とされる。しかし、これは、特別なチャネル状態を必要とし、常にそれに依拠するわけではない。我々の同時係属未公開英国特許出願０１１５９３７．５（出願人参照番号：ＰＨＧＢ０１０１００）は、ＭＳ１１０がそれに方向付けられたサブストリームの数よりも少ないアンテナを有し得るＭＩＭＯシステムについて開示している。このシステムは、サブストリームの抽出が可能になるように十分な数のほぼ無相関な受信信号サンプルを生成するサンプリング技術を採用する。このシステムの特に好ましい実施形態の１つは、信号を送信するのに符号分割多重を用い、受信信号サンプルを決定するのにＭＳ１１０においてレイク受信器を用いる。この技術も本発明に適用可能であるため、ＭＳアンテナ１１８の数についての要件は緩和される。

本発明に係るシステムは、すべての有効なＢＳアンテナ１０８を最適に用いることによって、従来のシステムよりもダウンリンク・キャパシティを増やす。実際のシステムにおいて、複数のＭＳの各々にとって最良のＢＳアンテナ１０８が時々一致し得ることも明らかに有り得る。この場合、ＭＳ空間にわたってＭＭＳＥアプローチが取られ、システム全体として最適となるように、アンテナ１０８をＭＳ１１０に割り当てる。

本発明の実施形態は、２つのアンテナと機能上等価なものとして用いられ得るデュアル分極能力を持った１つのアンテナ構造物を用いることもできる。例えばプリント回路基板金属化などの他の構造もアンテナと等価な機能を提供するのに用いられ得る。

また、個々のＭＡ１１０へ送信するＭＩＭＯ技術は、本発明に係るシステムにおいても用いられ得る。なぜなら、依然として、ＢＳアンテナの総数のサブセットである複数のＢＳアンテナ１０８を特定のＭＳ１１０へ割り当てることができるからである。さらに、複数のＭＳ１１０の各々に対する少なくとも１つのデータ・チャネルに対してＡＤＭＡを用いても、例えば符号分割や周波数分割などの他の多重アクセス技術を用いて、１以上の同じＭＳ１１０への１以上の他のデータ・チャネルの同時送信を防ぐことはできない。

上記説明において、「基地局」又は「第一局」という語は、実際には固定インフラの様々な部分間に分散され得るエンティティに関する。ＵＭＴＳシステムにおいて、例えば、ＢＳ１００の機能は、ＭＳ１１０と直接インターフェースを取る固定インフラの一部であって、無線制御局（ＲＮＣ）においてより高いレベルにある「ノードＢ」において実行される。ＢＳ１００から複数のＭＳ１１０へのデータ送信に用いられるのと同様に、上記技術は、逆方向にも用いられ得る（例えば、ＵＭＴＳソフト・ハンドオーバ中に）。この場合、ＢＳ１００及びＭＳ１１０の役割は、上記説明と逆になり、ＢＳ１００が第二局の役割を担い、ＭＳ１１０が第一局の役割を担う。

本開示を読めば、当業者には他の変形例も明らかであろう。そのような変形例は、無線通信システム及びその構成部品の設計、製造、及び使用において既に知られ、ここで既に説明された機能の代わり若しくは加えて使用され得る機能を含み得る。

ＭＩＭＯ無線システムの一実施形態の概略ブロック図である。 送信前にサブストリーム信号に重み付けするＭＩＭＯ無線システム用の基地局の一実施形態の概略ブロック図である。 送信アンテナの相対ゲインを変えたときの、それぞれが２つのアンテナを持つ２つの局間でのチャンネル・キャパシティの変化を示すグラフである。 異なるサブストリームが異なる端末へ方向付けられる本発明に係る無線システムの一実施形態の概略ブロック図である。 本発明に係る無線通信システムのオペレーションを示すフローチャートである。

Claims (11)

1. 無線通信システムであって、
   少なくとも２つのアンテナを有する第一局と、
   それぞれが少なくとも１つのアンテナを有する少なくとも２つの第二局と、を有し、
   前記第一局は、該第一局と第一及び第二の第二局の間の各通信チャネルを前記第一局のアンテナの相互排他的な各サブセットから送信する手段を有し、
   前記第一及び第二の第二局は、両サブセットにおいて前記第一局アンテナのカバーエリアに位置し、
   前記各チャネルは、同じ周波数、同じタイムスロット、及び、同じチャネル化コードを用い、前記アンテナの各サブセットのみによって区別され、
   前記第一及び第二の第二局は、それぞれ、受信信号から、その各通信チャネルを有する信号サブセットを推定する手段を有する、ことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１記載の無線通信システムであって、
   前記第一局のアンテナのサブセットの１つは、少なくとも２つのアンテナを有し、
   このサブセットからその各第二局への送信にはＭＩＭＯ技術が用いられる、ことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１又は２記載の無線通信システムであって、
   前記第一局と前記第二局の一の間の別の通信チャネルを有し、
   前記別の通信チャネルは、送信元のアンテナ・サブセットでは区別されない、ことを特徴とする無線通信システム。
4. 少なくとも２つの第二局を有する無線通信システムにおいて用いられ、少なくとも２つのアンテナを有する第一局であって、
   前記第一局と第一及び第二の第二局の間の各通信チャネルを前記第一局のアンテナの相互排他的な各サブセットから送信する手段が設けられ、
   前記第一及び第二の第二局は、両サブセットにおいて前記第一局アンテナのカバーエリアに位置し、
   前記各チャネルは、同じ周波数、同じタイムスロット、及び、同じチャネル化コードを用い、前記アンテナの各サブセットのみによって区別される、ことを特徴とする第一局。
5. 請求項４記載の第一局であって、
   前記サブセットを構成するアンテナの各々から既知信号を送信し、もって第二局が前記第一局アンテナと第二局アンテナの間の無線チャネルを特徴付けられるようにする手段が設けられた、ことを特徴とする第一局。
6. 請求項４又は５記載の第一局であって、
   受信信号の品質に関する情報を提供する信号を前記第二局から受信し、該情報を用いていずれのアンテナに各サブセットを割り当てるかを決定する手段が設けられた、ことを特徴とする第一局。
7. 少なくとも１つのアンテナを有する第二局であり、少なくとも２つのアンテナを有する第一局と、本第二局と、別の第二局との間にそれぞれ通信チャネルを有する無線通信システムにおいて用いられる第二局であって、
   前記通信チャネルは前記第一局のアンテナの相互排他的な各サブセットから送信され、
   本第二局及び前記別の第二局は、両サブセットにおいて前記第一局アンテナのカバーエリアに位置し、
   前記各チャネルは、同じ周波数、同じタイムスロット、及び、同じチャネル化コードを用い、前記アンテナの各サブセットのみによって区別され、
   受信信号から本第二局の各通信チャネルを有する信号サブセットを推定する手段が設けられた、ことを特徴とする第二局。
8. 請求項７記載の第二局であって、
   前記推定手段は、その各通信チャネルを有する信号をその各アンテナ・サブセットに含まれない前記第一局から送信された信号から別々に分離する手段を有する、ことを特徴とする第二局。
9. 請求項７又は８記載の第二局であって、
   同じ周波数、同じタイムスロット、及び、同じチャネル化コードを用い、前記アンテナの各サブセットのみによって区別されるチャネルを送信する前記相互排他的なサブセットに含まれる第一局の総数と同じ数のアンテナを少なくとも有する、ことを特徴とする第二局。
10. 請求項７乃至９のいずれか一項記載の第二局であって、
    前記第一局によって送信された信号を用いて少なくとも１つの無線チャネルを測定し、測定結果を前記第一局へ伝達する手段が設けられた、ことを特徴とする第二局。
11. 少なくとも２つのアンテナを有する第一局と、それぞれが少なくとも１つのアンテナを有する少なくとも２つの第二局とを有する無線通信システムをオペレートする方法であって、
    前記第一局に、該第一局と第一及び第二の第二局の間の各通信チャネルを前記第一局のアンテナの相互排他的な各サブセットから送信させ、
    前記第一及び第二の第二局の双方を、両サブセットにおいて前記第一局アンテナのカバーエリアに位置させ、
    前記各チャネルを、同じ周波数、同じタイムスロット、及び、同じチャネル化コードを用い、前記アンテナの各サブセットのみによって区別されるようにし、
    各第二局に、受信信号からその各通信チャネルを有する信号サブセットを推定させる、ことを特徴とする方法。

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