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技術 セカンダリ局を動作させるための方法

出願人 コーニンクレッカフィリップスエヌヴェ
発明者 モルスリーティモシージェイムス
出願日 2011年6月17日 (8年1ヶ月経過) 出願番号 2013-516010
公開日 2013年9月9日 (5年10ヶ月経過) 公開番号 2013-535155
状態 特許登録済
技術分野 時分割方式以外の多重化通信方式 無線伝送方式一般(ダイバーシチ方式等)
主要キーワード 無制約 直交パターン 対角ブロック 値係数 使用者機器 合計出力 設計要件 振幅係数
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年9月9日)のものです。
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図面 (2)

課題・解決手段

本発明は、プライマリ局を含む通信ネットワークにおいてセカンダリ局を動作させるための方法に関し、当該方法は、等しい大きさの複素係数から成る元のプリコーディング行列アルファベット変更行列とのアダマール積から得られるプリコーディング行列を生成し、プライマリ局にプリコーディング行列を表わすプリコーディングレポートを送信する。

概要

背景

LTEのようなMIMOを用いるシステムにおいて、セカンダリ局(又は使用者機器若しくはUE)は、プライマリ局(又は基地局若しくはeNB)にダウンリンクチャネル状態に関するフィードバックを与えることができる。これは、行列コードブックから選択される好ましいプリコーディング行列に対するインデックスを部分的に有することができる。別の態様では、LTE-Aのために提案されるものとして、プリコーダが、各々が2つのコードブックのうちの1つのための一対のインデックスによって定められ、プリコーダは、2つの行列の行列乗算から導き出される。この場合には、適用されることができる複数の特定の種類の「行列乗算」が存在することができる。

一般的に、プリコーディング行列は、行列のカラム係数が、所与空間チャネルのための各々の伝送アンテナに適用されるプリコーディング係数を表すように定められる。

少なくともコードブック・エントリーサブセットに関して、送信アンテナごとの等しいパワーにCQI計算が一致することができることを保証するためのコードブック設計に対する制約が提案された。これは、最大限パワー増幅器(PA)使用をサポートすることを目的とし、同じ合計出力パワーが各々のアンテナのために必要とされる。

ここで、Wは全体的なプリコーダであり、NTは伝送アンテナの数である。さらに、少なくともコードブック・エントリーのサブセットが、単位ノルムと直交するカラムを有しなければならない(すなわち、ユニタリプリコーディングに対応する)可能性がある。

コードブック設計のRAN1議論において、プリコーディング係数のための制限されたアルファベット(例えばQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、8-PSK又は16-PSK)の望ましさが言及された。より高次のM-PSK(例えばM=8又は16)に基づくアルファベットを用いることの1つの利点は、低次のM-PSK(例えばM=4)よりもチャネル特性に適切に適合させることができることである。厳密にM-PSKに制限することは、最大限のPA使用及び単位ノルムの両方に対する要求が全てのコードブック・エントリーに対して自動的に満たされることを保証する。制限されたアルファベットによる計算複雑度の多少の低減が存在するかもしれないが、この考察が実際にはどれくらい有意であるかについては明らかではない。しかしながら、他のどのアルファベットが有益であるかを調査することは重要である(例えば、異なる振幅値がプリコーダの中で許容されるべきかどうか)。原則として、理想的なプリコーダは、アンテナ間のパワー・バランスに関してさえ、無制約のアルファベットを必要とするが、我々はここでは限られたアルファベットに焦点を合わせる。

我々は、「注水」問題に類似して、プリコーディング係数間のパワーの最適な割り当てを考慮することができる。使用されていないパワーは他に再割り当てされることができることを仮定して、「一定パワー注水」(すなわちゼロ又は均一なパワーを割り当てること)は、最適なソリューションに非常に近いことが周知である。これは、M-PSKアルファベットに「ゼロ」の可能性を追加することが、異なる振幅を有するアルファベットから利用可能な潜在的な利点の多くを達成することを示唆する。

プリコーダのいくつかの要素をゼロに設定する一般的な原理はすでに知られている。

概要

本発明は、プライマリ局を含む通信ネットワークにおいてセカンダリ局を動作させるための方法に関し、当該方法は、等しい大きさの複素係数から成る元のプリコーディング行列とアルファベット変更行列とのアダマール積から得られるプリコーディング行列を生成し、プライマリ局にプリコーディング行列を表わすプリコーディング・レポートを送信する。

目的

本発明の他の目的である

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

プライマリ局を含む通信ネットワークにおいてセカンダリ局を動作させる方法であって、等しい振幅複素係数から成る元のプリコーディング行列アルファベット変更行列とのアダマール積として定められるプリコーディング行列を生成し、前記プライマリ局に前記プリコーディング行列を表すプリコーディングレポートを送信する、方法。

請求項2

前記アルファベット変更行列及び前記元のプリコーディング行列の少なくとも1つは予め定められた行列のコードブックから選択される、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記プリコーディング・レポートは、前記元のプリコーディング行列及び前記アルファベット変更行列の少なくとも1つを表す、請求項1又は請求項2に記載の方法。

請求項4

前記プリコーディング・レポートは、前記元のプリコーディング行列を表すインデックス及び前記アルファベット変更行列を表すインデックスの少なくとも1つを有する、請求項3に記載の方法。

請求項5

前記アルファベット変更行列の少なくとも1つのロウが第1の数の第1の値の係数を含み、前記ロウの全ての他の係数が第2の値に等しい、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の方法。

請求項6

前記アルファベット変更行列の少なくとも1つのロウが、第1の数の第1の値の係数、及び、第2の数の第2の値の前記ロウの係数を含む、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の方法。

請求項7

前記アルファベット変更行列の第1ロウ及び第1カラムに位置する係数は1の振幅を有する、請求項5又は請求項6に記載の方法。

請求項8

前記アルファベット変更行列の全ての対角要素が1の振幅を有する、請求項7に記載の方法。

請求項9

前記第1の値及び前記第2の値のうちの1つの振幅が、0,0.5,1,1.5のうちの1つである、請求項5から請求項8のいずれか一項に記載の方法。

請求項10

送信ランクに基づいて前記第1の値及び前記第2の値のうちの少なくとも1つを選択する、請求項5から請求項9のいずれか一項に記載の方法。

請求項11

前記セカンダリ局が、前記プライマリ局から前記セカンダリ局への後続通信のための達成可能な送信速度最大化する前記元のプリコーディング行列及び前記アルファベット変更行列のうちの少なくとも1つを選択するステップ(a)をさらに有する、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の方法。

請求項12

ステップ(a)が、前記セカンダリ局において利用可能なアルファベット変更行列と前記セカンダリ局において利用可能な元のプリコーディング行列との可能なペアの各々に対して達成可能な送信速度を評価することを含む、請求項10に記載の方法。

請求項13

前記アルファベット変更行列が振幅変更行列である、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の方法。

請求項14

通信ネットワークにおいてプライマリ局と通信するための手段を有するセカンダリ局であって、等しい振幅の複素係数から成る元のプリコーディング行列とアルファベット変更行列とのアダマール積として定められるプリコーディング行列を生成する手段、及び前記プライマリ局に前記プリコーディング行列を表すプリコーディング・レポートを送信する送信機、を有するセカンダリ局。

請求項15

通信ネットワークにおいてセカンダリ局と通信するための手段を有するプライマリ局であって、等しい振幅の複素係数から成る元のプリコーディング行列とアルファベット変更行列とのアダマール積として定められるプリコーディング行列を生成する手段、及び前記セカンダリ局に前記プリコーディング行列を表すプリコーディング・レポートを送信する送信機、を有するプライマリ局。

技術分野

0001

本発明は、LTEのようなモバイル通信システムの類の通信ステムにおいてセカンダリ局を動作させる方法に関する。そのような通信システムにおいて、局は、MIMO送信ストリームによって通信することが可能である。

0002

本発明は、例えば、LTE又はLTE-Advancedに関連する。

背景技術

0003

LTEのようなMIMOを用いるシステムにおいて、セカンダリ局(又は使用者機器若しくはUE)は、プライマリ局(又は基地局若しくはeNB)にダウンリンクチャネル状態に関するフィードバックを与えることができる。これは、行列コードブックから選択される好ましいプリコーディング行列に対するインデックスを部分的に有することができる。別の態様では、LTE-Aのために提案されるものとして、プリコーダが、各々が2つのコードブックのうちの1つのための一対のインデックスによって定められ、プリコーダは、2つの行列の行列乗算から導き出される。この場合には、適用されることができる複数の特定の種類の「行列乗算」が存在することができる。

0004

一般的に、プリコーディング行列は、行列のカラム係数が、所与空間チャネルのための各々の伝送アンテナに適用されるプリコーディング係数を表すように定められる。

0005

少なくともコードブック・エントリーサブセットに関して、送信アンテナごとの等しいパワーにCQI計算が一致することができることを保証するためのコードブック設計に対する制約が提案された。これは、最大限パワー増幅器(PA)使用をサポートすることを目的とし、同じ合計出力パワーが各々のアンテナのために必要とされる。

ここで、Wは全体的なプリコーダであり、NTは伝送アンテナの数である。さらに、少なくともコードブック・エントリーのサブセットが、単位ノルムと直交するカラムを有しなければならない(すなわち、ユニタリプリコーディングに対応する)可能性がある。

0006

コードブック設計のRAN1議論において、プリコーディング係数のための制限されたアルファベット(例えばQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、8-PSK又は16-PSK)の望ましさが言及された。より高次のM-PSK(例えばM=8又は16)に基づくアルファベットを用いることの1つの利点は、低次のM-PSK(例えばM=4)よりもチャネル特性に適切に適合させることができることである。厳密にM-PSKに制限することは、最大限のPA使用及び単位ノルムの両方に対する要求が全てのコードブック・エントリーに対して自動的に満たされることを保証する。制限されたアルファベットによる計算複雑度の多少の低減が存在するかもしれないが、この考察が実際にはどれくらい有意であるかについては明らかではない。しかしながら、他のどのアルファベットが有益であるかを調査することは重要である(例えば、異なる振幅値がプリコーダの中で許容されるべきかどうか)。原則として、理想的なプリコーダは、アンテナ間のパワー・バランスに関してさえ、無制約のアルファベットを必要とするが、我々はここでは限られたアルファベットに焦点を合わせる。

0007

我々は、「注水」問題に類似して、プリコーディング係数間のパワーの最適な割り当てを考慮することができる。使用されていないパワーは他に再割り当てされることができることを仮定して、「一定パワー注水」(すなわちゼロ又は均一なパワーを割り当てること)は、最適なソリューションに非常に近いことが周知である。これは、M-PSKアルファベットに「ゼロ」の可能性を追加することが、異なる振幅を有するアルファベットから利用可能な潜在的な利点の多くを達成することを示唆する。

0008

プリコーダのいくつかの要素をゼロに設定する一般的な原理はすでに知られている。

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、(例えば、ゼロの振幅が特別な場合であるAPSK(Amplitude and Phase Shift Keying)の形の)他の振幅スケーリングファクタが考慮されることができる。より一般的には、M-QAMアルファベットが考慮されることができる(すなわちI及びQ成分のための振幅の限られたセット)。

課題を解決するための手段

0010

上記問題を軽減する方法を提案することが本発明の目的である。

0011

選択されたアルファベットにかかわらず、プリコーディング行列におけるパワー・バランスを維持することを可能にするセカンダリ局を動作させる方法を提案することが本発明の他の目的である。

0012

プライマリ局を含む通信ネットワークにおいてセカンダリ局を動作させるための方法であって、当該方法は、等しい振幅の複素係数から成る元のプリコーディング行列とアルファベット変更行列とのアダマール積として定められるプリコーディング行列を生成し、プライマリ局にプリコーディング行列を表わすプリコーディング・レポートを送信する。

0013

その結果として、アルファベット変更行列は、プリコーディング行列のパワー・バランスを可能にする。

0014

本発明は、本発明の第1の態様の方法を実施するための手段を有するセカンダリ局及びプライマリ局にも関する。

0015

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施の形態から明らかであり、それらを参照して説明される。

0016

ここで、本発明は、添付の図面を参照してさらに詳細に一例として説明される。

図面の簡単な説明

0017

本発明が実施されるネットワークを概略的に表す図。

実施例

0018

本発明は、図1に説明されるような、802.11(例えば802.11n)又はUMTS(例えばUMTSLTE若しくはLTE-Advancedシステム)のようなモバイル通信システムに関する。

0019

図1を参照して、本発明による無線通信システムは、プライマリ局(BS又はeNodeB)100及び複数のセカンダリ局(MS又はUE)110を含む。プライマリ局100は、マイクロコントローラ(μC)102、アンテナ手段106(ここでは複数のアンテナ及びアンテナ重みを制御するためのアンテナアレイ回路を含むアンテナアレイ)に接続されるトランシーバ手段(Tx/Rx)104、送信される電力レベルを変更するためのパワー制御手段(PC)107、並びに、PSTN又は他の適切なネットワークに対する接続のための接続手段108を含む。各々のUE110は、マイクロコントローラ(μC)112、アンテナ手段116(ここでは複数のアンテナ及びアンテナ重みを制御するためのアンテナアレイ回路を含むアンテナアレイ)に接続されるトランシーバ手段(Tx/Rx)114、並びに、送信される電力レベルを変更するためのパワー制御手段(PC)118を含む。プライマリ局100からモバイル局110への通信はダウンリンク・チャネル上で行われ、一方、セカンダリ局110からプライマリ局100への通信はアップリンク・チャネル上で行われる。この例では、ダウンリンク・チャネルは、制御チャネルを含む。セカンダリ局のマイクロコントローラ112は、MIMO通信の場合においてアンテナアレイ回路のためのプリコーディング行列を生成することができる。

0020

上で述べたように、アンテナ間の均衡のとれたパワーは送信方式のための望ましい特性であり、PAリソースを最大限に使用することを可能にする。これはおそらく、より小さい数の更なる振幅が関わるので、M-QAMよりもAPSKによって達成する方が容易である。

0021

我々は先ず、M-PSKのアルファベット及びゼロのためのアンテナ間のパワー・バランスをどのように成し遂げるかを調査し、各々の送信アンテナが同じ数のゼロ値を割り当てられることが必要である(すなわち、プリコーディング行列中の各々のロウが、同じ数のゼロ値を含む)。これは、最大ランクの場合には満足させるのが難しい制約ではない。

0022

例えば、最大NT個の任意の数の予め定められたゼロの直交パターンがプリコーダに適用されることができる。適切なパターンは、NT個のゼロを有する基本的なパターンを循環シフトすることによって生成されることができる。より低い送信ランクに対して、アンテナ間のパワー・バランスは達成可能であるが、レイヤ間のパワー・アンバランス犠牲にする。なお、目的がさらにレイヤごとに等しいパワーを成し遂げることである場合には、各々のプリコーディング・ベクトルが同じ数のゼロ値を含むことを必要とするが、これは必ずしも必須の設計要件であるというわけではない。

0023

(パワー・バランス要件を満足させる)可能なゼロ・パターンのいくつかのセットが以下で提案される。

0024

パワー・バランスのための同じ考察が当てはまるので、(ゼロではない)他の振幅係数が適用される場合(例えば0.5又は1.5)、同じ種類のパターンが用いられることができる。

0025

アダマール積は、以下のように定められることができる。

0026

同じ次元の2つの行列に対して、我々は、エントリに関する積(entrywise product)及びシュール積として知られるアダマール積を有する。

0027

形式上、同じ次元の2つの行列に対して、

であり、アダマール積A・Bは同じ大きさの行列であって、

であり、

により与えられる要素を有する。アダマール積は可換である。

0028

第1の例示的な実施の形態において、アルファベット(4x4ケース)に含まれるゼロ値を有するコードブックが考慮される。一般的に、4つのTxアンテナ及び4つのRxアンテナのためのランク4送信のケースにおいて、ランク4プリコーダは4x4行列である。

0029

我々は、プリコーダ全体のためのアルファベットはM-PSKとゼロであり、アンテナ間でパワー・バランスが必要とされると仮定する。これは、プリコーディング・ベクトル中の各々のロウが同じ数のゼロ値係数を含むことを意味する。各々のプリコーディング・ベクトルが同じ数のゼロ値係数(プリコーディング・ベクトルの間のパワー・バランス)を有するという更なる制限を適用する場合、各々のカラムは、同じ数のゼロを有する。

0030

プリコーディング行列を生成するために、セカンダリ局は、アルファベット変更行列を用いることができる。アダマール積は、元のプリコーディング行列(例えばM-PSKプリコーディング行列)とアルファベット変更行列との間に適用される。

0031

アルファベット変更行列は、以下のうちの1つのようないくつかの基準に従って選択されることができる。
-パワー・バランス
- 生成されたプリコーディング行列によって達成可能なデータ速度
- 達成可能なデータ速度を最大にする送信ランク

0032

例えば、第1の要素をいつものようにゼロ以外に保つことを任意に選択することができる。この場合には、アルファベット変更行列は、以下の例のうちの1つであることができ、ゼロ・パターンは、アンテナごとに1つのゼロとして上記の基準を満たす。これらの例示的な行列において、ブランクは全て1に等しい。

合計で、3x3x2=18個のそのようなパターンが存在する。

0033

対角要素を常にゼロ以外に保つことを選択する場合、9つのそのようなパターンがある。

3つの直交するパターンの例示的なセットは以下の通りである。

1セットの直交行列線形結合から、他のアルファベット変更行列が得られて、同じパワー・バランス効果を依然として維持していることができる。

0034

アンテナごとに2つのゼロの上記の基準を満たす例示的なゼロ・パターンは以下の通りである。

0035

対角要素を常にゼロ以外に保つことを選択する場合、5つのそのようなパターンがある。

なお、最後の行列は対角ブロックであり、交差極性アレイに適している。

0036

アンテナごとにゼロ以外の値が1つのみ存在する場合、実際の係数値(及び行列中の位置)は重要ではなく、対角要素のみを維持すれば十分である。

0037

アンテナとプリコーディング・ベクトルとの間のパワー・バランス及び全ての対角要素を維持する場合、どのパターンが適用されるかをUEに通知することは、以下の数のビットを必要とする。

0038

ランク3以下に対して、パターンの短縮したバージョンが用いられることができ、使用されていないプリコーディング・ベクトルはゼロに設定され、例えばランク3に対して、

である。

0039

又は、ランク2のために、残念なことに空間チャネルごとに等しいパワーが要求される場合、パワーはアンテナ間でアンバランスである。

0040

パワー・バランスは、ランク2送信及びプリコーディング・ベクトルごとに2つのゼロ値に対して維持されることができる。例えば、

0041

実施の形態は、LTE-Aのようなシステムであり、UEは、基地局に、ダウンリンク送信バンドの少なくとも一部のために適用可能な好ましいプリコーディング行列を示す。好ましいプリコーディング・ベクトルのこの表示は、第1の予め定められたコードブックから選択されるプリコーディング係数の第1行列に対する第1インデックスを含む。4Txアンテナの場合、これは、LTE Release 8におけるMIMOのために使用されるコードブックであることができる。更に、UEからの表示は、第1行列の係数が特定のスケーリング・ファクタによって変更されるべきである1セットの位置、変更されない他の位置を定める(第2の予め定められたコードブックから選択される)第2行列に対する第2インデックスを含む。実施の形態の異なるバリエーションによれば、特定のスケーリング・ファクタは、0、0.5又は1.5のうちの1つであることができる。

0042

実施の形態の更なるバリエーションにおいて、UEからの好ましいプリコーディング行列の表示は、好ましい送信ランクを含む。その場合、表示は、送信ランク、第1インデックス及び第2インデックスの考えられる組み合わせのリストに対する第3インデックスとして構成されることができる。

0043

更なるバリエーションにおいて、第1及び第2コードブックのうちの少なくとも一方のコンテンツは、送信ランクによって決まる。変形例として、アルファベット変更行列中の値は、好ましい送信ランクに依存して変更されることができる。同様に、アルファベット変更行列中の値は、プリコーディング行列のサイズを考慮して変更されることができる。

0044

更なるバリエーションにおいて、好ましいプリコーディング行列の表示は、さらにスケーリング・ファクタの値の表示を含む。

0045

LTE-Aに基づく他の実施例において、UEは、基地局に、ダウンリンク送信バンドの少なくとも一部に適用可能な好ましいプリコーディング行列を示す。好ましいプリコーディング・ベクトルのこの表示は、
・第1の予め定められたコードブックから選択されるプリコーディング係数の第1行列に対する第1インデックス、
・(第2の予め定められたコードブックから選択される)第2行列に対する第2インデックス
・第1行列の係数が特定のスケーリング・ファクタによって変更されるべきである1セットの位置、変更されない他の位置を定める第3行列に対する第3インデックス
を含む。

0046

第1及び第2コードブックのうちの一方は長期間/広帯域チャネル特性と関連し、そして他方のコードブックは短期間/狭帯域特性と関連している。

0047

LTE-Aに基づく他の実施例において、UEは、基地局に、ダウンリンク送信バンドの少なくとも一部に適用可能な好ましいプリコーディング行列を示す。好ましいプリコーディング・ベクトルのこの表示は、
・第1の予め定められたコードブックから選択されるプリコーディング係数の第1行列に対する第1インデックス
・第1行列の係数が特定の第1スケーリング・ファクタによって変更されるべきである1セットの位置を定める第2行列に対する第2インデックス
・第1行列の係数が特定の第2スケーリング・ファクタによって変更されるべきである1セットの位置を定める第3行列に対する第3インデックス。第2スケーリング・ファクタは第1のスケーリング・ファクタと異なり、第3インデックスによって特定される位置のセットは第2インデックスによって特定される位置のセットと直交する
・第1又は第2スケーリング・ファクタによって変更されない位置は変更されない
を含む。

0048

本発明の実施例は、複素係数、すなわちM-PSKに焦点をあてた。これらの実施例をM-QAMに適用するために、I及びQ成分は、上記の例と同様に独立に扱われることができる。

0049

上記実施例のバリエーションにおいて、さまざまなインデックスは、1つの表示の形で互いに一緒に符号化されることができる。

0050

本発明の他の実施例において、プリコーディング行列生成は、プライマリ局においても、例えばE-NodeB又は基地局においても実行される。

0051

本発明は、無線LAN(IEEE 802.11n)及び広帯域無線(IEEE 802.16)と同様に、UMTS、UMTSLTE及びUMTS LTE-Advancedのような無線通信システムに対する特定のアプリケーションを有するが、それらに限定されない。

0052

本明細書及び請求の範囲において、単数表現された要素は、そのような要素が複数存在することを除外しない。更に、「有する」、「含む」などの用語は、挙げられたもの以外の他の要素又はステップの存在を除外しない。

0053

請求項の括弧中に参照符号が含まれることは、理解を補助することを目的としており、制限的であることを目的としない。

0054

本開示を読むことから、他の変更は当業者にとって明らかである。そのような変更は、無線通信技術において既に知られている他の特徴を含むことができる。

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