JP2008125069A - 受信装置、送信装置、及びｍｉｍｏ伝送における送信装置でのプリコーディングを制御する受信及び送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＩＭＯシステムにおけるプリコーディングのための効率の良い概念をもたらす受信装置及び送信装置を提供し、より少ないフィードバック情報と低減された複雑度とにより、より高いリンク容量およびシステム容量を実現する。
【解決手段】 受信装置（１００）は、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおいて、送信装置におけるプリコーディングを制御する。前記受信装置（１００）は、受信信号に基づいて前記送信装置と前記受信装置（１００）との間の無線チャネルを推定して無線チャネル推定値（Ｈ_k）を求めるチャネル推定部と、新たなプリコーディング行列（Ｃ’_m）を提供する処理ユニット（１２０）と、最適化基準を満たす新たなプリコーディング行列をサーチするサーチャ（１３０）と、更新用行列のインデックス（ｍ_opt）を送信する送信ユニット（１４０）とをさらに備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば、ＭＩＭＯ（multiple-input-multiple-output）伝送の分野に関する。ＭＩＭＯ伝送は、モバイル通信のシナリオにおいてますます使用されつつあり、将来のモバイル通信システムであると考えられている。

ＭＩＭＯシステムは、一般に、モバイル通信システムのシステム容量を著しく向上させることができる。これは、例えば、ＭＩＭＯシステムが、複数の送信アンテナと受信アンテナとを用いて、複数のデータストリームを同時に送受信することができるため、達成される。図１７に一般的なＭＩＭＯシステム１７００を示している。このシナリオでは、Ｎ_t個の送信アンテナ１７１２を用いる送信ユニット１７１０が示されている。送信アンテナ１７１２が送信した信号は、Ｎ_r個の受信アンテナ１７２２を用いる受信ユニット１７２０が受信する。送信アンテナ１７１２と受信アンテナ１７２２との間にはモバイル無線チャネルがあり、これは、図１７においてＨ_kとして示されている。送信ユニット１７１０が送信する信号はｘ_kとして示されており、プリコーディングユニット１７３０によってプリコードされる。プリコーディングユニット１７３０は、送信される実際のデータストリームｓ_kに対してプリコーディング行列Ｆ_kを適用する。

プリコーディング行列Ｆ_kは、受信装置から受信したフィードバックに基づいている。好ましくは、受信装置は、コードブックを用いてインデックスｍ_optをフィードバックする。図１７に示されているシナリオでは、これらのインデックスは、送信装置と受信装置とで利用できるコードブック１７４０に基づいて決定される。受信した信号は、チャネル推定を行う受信装置の検出部１７５０によって検出される。すなわち、チャネルＨ_kが推定され、チャネル推定値に基づいてプリコーディングが評価され、利用可能なコードブック１７４０に基づいてコード化され、それぞれのコードブックのインデックスが送信装置へ提供される。したがって、図１７には、コードブックベースのプリコーディングスキームを用いたＭＩＭＯシステムが示されている。ＭＩＭＯプリコーディングスキームは、複数のビーム１７６０により複数のデータストリームを送信することができ、よって、システム容量を増加させることができる。

受信装置から完全なチャネル情報がフィードバックされると、送信装置は完全なプリコーディングを行うことができるが、これは、大量のフィードバック情報、すなわち受信装置から送信装置へ信号を伝えるチャネルを必要とし、これらのチャネルは、フィードバック情報が詳細であるため高いデータレートを利用することになる。したがって、フィードバック量を低減することが、コードブックベースのプリコーディングを用いたＭＩＭＯシステムの分野における主要な課題である。コードブックベースの線形プリコーディングでは、フィードバック情報として設定された所定のコードブックの好ましいインデックスを送信するだけでよく、これと共に必要なフィードバック情報も少なくて済む。

図１７を参照する。送信アンテナの数がＮ_t、受信アンテナの数がＮ_r、同時に送信されるストリームの数がＮ_sの場合、時刻ｋにおける送信信号ベクトルは、以下のように表すことができる。

ここで、プリコーディング行列Ｆ_kは、コードブックの要素から計算される。式１において、ＭＩＭＯチャネルＨ_kは、

と定めることができる。

コードブックの設計のコンセプトは、「ワンショットコードブック」または「トラッキングコードブック」のいずれかに分類できる。２つのコードブック設計コンセプトの主な違いを表１に示す。

ワンショットコードブックの場合、コードブックの各要素は、行列またはベクトルとすることができる。前者を行列コードブックといい、後者をベクトルコードブックという。トラッキングコードブックの場合、従来のシステムは、以下でさらに詳述するように、主に再帰的な伝送アルゴリズムとともにベクトルコードブックを使用する。

図１８は、時間軸に対するモバイル無線チャネルのチャネル係数のグラフを示している。フィードバックが提供されることとし、図１８に黒い点で示されている等間隔の周期でチャネルサンプルが取られるものと仮定する。図１８のサンプリング点から、２つのチャネル推定値及びフィードバック周期の間で、チャネルがある程度変化することがわかる。この度合いは、例えば、通信シナリオ内のモビリティなどに依存する。この変化に基づいて、コードブックの設計のコンセプトが選択される。チャネルの変化が小さい場合には、チャネルをトラッキングすることができるので、トラッキングコードブックが好ましいはずである。変化が多少大きい場合には、ワンショットコードブックが好ましい。実際の無線通信シナリオでは、例えば低速フェージングや、短いフィードバック周期に相当する高速サンプリング周波数などにより、２つのサンプリング点の間のチャネルを関連付けることができる。この場合、トラッキングコードブックは、必要なフィードバックビット、すなわちフィードバックチャネルにおいて必要なデータレートと性能との間のよりよいトレードオフを提供することができる。

以下、送信アンテナの数をＮ_t＝４とし、受信アンテナの数をＮ_r＝２とし、データストリームの数をＮ_s＝２としたシステムの例について説明する。さらに、この説明全体を通して、ｋはタイムインデックスとする。図１９に従来の受信装置１９００の構造を示している。従来の受信装置１９００は、受信信号を提供するためのチャネル推定部１９１０を備えている。チャネル推定部１９１０は、基準シンボル（reference symbol）に基づいて無線チャネルを推定し、処理ユニット１９２０へチャネル推定値Ｈ_kを提供し、処理ユニット１９２０は、

に基づいて特異値分解（singular value decomposition）を行い、ユニタリ行列Ｖ_kを求める。

受信装置１９００は、以前のプリコーディング行列Ｆ_k-1を記憶するメモリ１９３０をさらに備えている。

受信装置１９００は、

に基づいて、以前のプリコーディング行列Ｆ_k-1に列を追加して、（Ｆ’_k-1）^Hを求めるカラムアダー１９４０をさらに備えている。

式４には、カラムアダー１９４０が、以前のプリコーディング行列Ｆ_k-1へダミーカラムを追加することが示されている。デルタ行列を求めるために

に基づいて、カラムアダー１９４０の出力と処理ユニット１９２０の出力とが乗算部１９５０において掛け合わされ、乗算部１９５０がデルタ行列Ｄ_kを出力し、さらにデルタ行列Ｄ_kがコードブックサーチャ１９６０の入力とされる。

コードブックサーチャ１９６０は、

に基づいて、コードブック１９７０を用いてデルタ行列Ｄ_kをエンコードし、ベクトルコードブック１９７０のインデックスとしてインデックス

を出力する。

式６から分かるように、デルタ行列Ｄ_kは、列ごとにコード化される。このため、第１列を取り出し、適切にマッチングするベクトルがコードブック１９７０内でサーチされ、これに基づいて、式６に示したハウスホルダー関数Ｑ_nを用いて行列の次元が１次元低くなる。次元が低くなった行列においては、次の列は第１列よりも１次元低く、それ故より少ないフィードバックで済む。受信装置の構造の詳細及び数学的な背景については、非特許文献１に記載されている。

図２０は、個々の送信装置２０００のブロック図である。この送信装置２０００は、行列コンストラクタ２０１０を備えている。行列コンストラクタ２０１０は、コードブックのインデックス

を受信する。行列コンストラクタ２０１０は、受信装置で使用されるのと同じコードブックであるコードブック２０２０へ接続されている。再帰的なアルゴリズムを用いて、行列コンストラクタは、

に基づき、コードブックインデックスからそれぞれのデルタ行列Ｄ_kの推定値

を求める。

送信装置２０００は、

に基づいて、カラムアダー２０４０がダミー列を追加するための以前のプリコーディング行列Ｆ_k-1を記憶するメモリ２０３０をさらに備えている。

次いで、乗算部２０５０が、

に基づいて、列が追加された以前のプリコーディング行列と推定されたデルタ行列とを掛け合わせて、新たなプリコーディング行列を求める。次いでこの新たなプリコーディング行列をデータストリームｓに適用して、送信信号ｘを求める。

代わりに上記の式を
ｘ＝Ｆ_kＰｓ
に修正することもできる。この式において、ＰはＮｓ×Ｎｓの電力配分行列（power allocation matrix）である。

従来の送信装置２０００と従来の受信装置１９００とは、それぞれが異なる長さのベクトルで構成されている同じコードブック２０２０、１９７０を使用して、再帰的なデルタ行列コーディングアルゴリズムを実行する。式１０は、コードブックＣＢをより詳細に記述するものである。

送信装置の構造の詳細と数学的な背景については、非特許文献２に記載されている。

図１９と図２０には、現在のプリコーディング行列が以前のプリコーディング行列を用いて更新される、トラッキング機能を有する従来のプリコーディングスキームの場合の受信装置１９００と送信装置２０００とが示されている。従来のスキームでは、行列のサイズを調整するためのカラムアダーが必要であるという短所がある。これは、

により、以前のプリコーディング行列を左側から掛けることによってプリコーディング行列が更新されることによる。

追加される列またはダミー列の数は、送信されるデータストリームの数によって決まる。さらに従来のスキームには、フィードバックインデックスから

を求めるために、送信装置が行列コンストラクタ２０１０を必要とするという短所がある。これは、従来のスキームではベクトルコードブックを使用するために複数のインデックスがフィードバックされるという事実によるものであり、その場合、複数のインデックスは、より多くのフィードバックビットまたはより高いフィードバックデータレートを必要とするという短所ももたらす。しかも、従来のスキームは、特異値分解を行うために処理ユニット１９２０を必要とするという短所ももたらす。特異値分解は、複雑な計算であり、受信装置はさらなる処理能力を必要とする。概して、従来のシステムには、プリコーディングスキームを実施するために、ハードウェア及びソフトウェアの高い複雑度が求められるという短所がある。

R1-060868, Intel, "Performance and complexity of scaleable Precoded MIMO (LLS & SLS),"3GPP RAN1 LTE, Mar 2006 R1-060868, Intel, "Performance and complexity of scaleable precoded MIMO (LLS & SLS)", 3GPP RAN1 LTE, Mar 2006

本発明の目的は、ＭＩＭＯシステムにおけるプリコーディングのための効率の良い概念をもたらす受信装置及び送信装置を提供し、より少ないフィードバック情報と低減された複雑度とにより、より高いリンク容量およびシステム容量を実現することである。

上記目的は、請求項１に記載の受信装置と、請求項１８に記載の送信装置と、請求項１６に記載のプリコーディングを制御する方法と、請求項３１に記載の送信する方法と、請求項３３に記載のプリコーディングのために送信されるフィードバック信号とにより達成される。

上記目的は、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおいて、送信装置におけるプリコーディングを制御する受信装置であって、前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であり、受信信号に基づいて前記送信装置と前記受信装置との間の無線チャネルを推定して無線チャネル推定値を求めるチャネル推定部を備える受信装置により達成される。前記受信装置は、更新用コードブックに含まれる更新情報項目と以前のプリコーディング行列とに基づいて、新たなプリコーディング行列を提供する処理ユニットをさらに備える。前記受信装置は、前記新たなプリコーディング行列のうち、前記無線チャネル推定値に基づく最適化基準を満たす新たなプリコーディング行列をサーチするサーチャと、前記新たなプリコーディング行列と関連付けられている更新用行列のインデックスを送信する送信ユニットとをさらに備える。

上記目的は、さらに、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおいて、更新されたプリコーディング行列を用いてプリコードされた信号を送信する送信装置であって、前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であり、更新インデックスを受信する受信ユニットを備える送信装置により達成される。前記送信装置は、異なる更新情報項目を有するコードブックを記憶する記憶手段であって、更新情報項目のそれぞれがそれ自体に関連付けられている更新インデックスを有する、記憶手段と、受信した前記更新インデックスと前記コードブックにおいて関連付けられた前記更新情報項目とを用いて、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する更新用行列を求める更新用行列のジェネレータとをさらに備える。前記送信装置は、以前に使用されたプリコーディング行列と、前記更新用行列とを合成して、更新されたプリコーディング行列を求めるコンバイナをさらに備える。

上記目的は、さらに、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおいて、送信装置におけるプリコーディングを制御する方法であって、前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であり、受信信号に基づいて、前記送信装置と受信装置との間の無線チャネルを推定して無線チャネル推定値を求めるステップを含む方法により達成される。前記方法は、更新用行列コードブックに含まれる更新用行列と以前のプリコーディング行列とに基づいて、新たなプリコーディング行列を提供するステップであって、更新用行列が、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する、ステップと、前記新たなプリコーディング行列のうち、前記無線チャネル推定値に基づく最適化基準を満たす新たなプリコーディング行列をサーチするステップとをさらに含む。前記方法は、新たなプリコーディング行列と関連付けられている更新用行列のインデックスを送信するステップをさらに含む。

上記目的は、さらに、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおける送信装置においてプリコーディング行列を用いてプリコードされた信号を送信する方法であって、前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であり、更新インデックスを受信するステップと、異なる更新情報項目を有するコードブックを記憶するステップであって、更新情報項目のそれぞれがそれ自体に関連付けられている更新インデックスを有する、ステップとを含む方法により達成される。前記方法は、受信した前記更新インデックスと前記コードブックにおいて関連付けられている前記更新情報項目とを用いて、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する更新用行列を求めるステップと、以前に使用されたプリコーディング行列と前記更新用行列とを合成して、更新されたプリコーディング行列を求めるステップとをさらに含む。

上記目的は、さらに、前述の送信装置に対して、プリコーディング行列を更新する前述の方法を実行させるフィードバック信号のフォーマットを有する、プリコーディングのために送信されるフィードバック信号により達成される。

本発明は、プリコーディング行列の更新が、従来のプリコーディングの概念より低い複雑度で実施できるコードブックのサーチに基づくものであるときに、プリコーディングを用いた伝送方式において貴重な伝送リソースを節約できるという知見に基づくものである。本発明に係る受信装置の構造は、より小さいハードウェアサイズと、より低い複雑度で実現できる。本発明はさらに、より小さいフィードバック量でより高いシステム容量およびリンク容量を実現でき、送信の別の方向におけるフィードバックチャネルについての貴重な伝送リソースを節約できるという利点を提供する。本発明のアプローチは、以前のプリコーディング行列を、更新用行列に対して右側から掛けるため、従来のスキームと比べて送信側でも受信側でも行列のサイズを調整するためのカラムアダーが不要となる。さらに本実施形態では、受信側で特異値分解を行う処理ユニットも不要である。これにより、本発明のアプローチは、はるかに簡単な解決法を提供する。本発明のアプローチは、従来のスキームよりも簡単であるため、より低いハードウェア及びソフトウェアの複雑度で実施することができ、前述の利点を提供するはるかに経済的なＭＩＭＯ伝送のスキームの実施が可能となる。

本発明の実施形態について、添付図面を用いて詳細に説明する。

図１は、受信装置１００の一実施形態を示している。受信装置１００はチャネル推定部１１０を備えており、このチャネル推定部１１０は処理ユニット１２０と接続されている。処理ユニット１２０は、コードブック１２２とプリコーディング行列を記憶するメモリ１２４とサーチャ１３０とへ接続されている。サーチャ１３０は、送信ユニット１４０と接続されている。受信装置１００は、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおいて、送信装置におけるプリコーディングを制御する。ここで、第１の数は１より大きく、第２の数は１以上である。受信装置１００は、受信信号に基づいて、送信装置と受信装置１００との間の無線チャネルを推定して無線チャネル推定値を求めるチャネル推定部１１０を備えている。

受信装置１００は、更新用行列コードブック１２２に含まれている更新用行列と、プリコーディング行列を記憶するメモリ１２４に記憶されている以前のプリコーディング行列とに基づいて、新たな行列を提供する処理ユニット１２０をさらに備えている。更新用行列は、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列を有するものとすることができる。受信装置１００は、新たなプリコーディング行列のうち、無線チャネル推定値に基づく最適化基準を満たす新たなプリコーディング行列をサーチするサーチャ１３０と、新たなプリコーディング行列をサーチするときに見つかる新たなプリコーディング行列と関連付けられる更新用行列のインデックスを送信する送信ユニット１４０とをさらに備えている。

一実施形態では、受信アンテナの数である第２の数は１より大きく、プリコーディング行列は、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有している。処理ユニットは、更新用行列と以前の処理行列（processing matrix）との乗算により、新たなプリコーディング行列を提供することができる。さらに、受信装置１００は、マルチキャリア信号を受信し、マルチキャリア信号の各搬送波または一連の搬送波においてプリコーディングを制御することができる。

一実施形態では、処理ユニット１２０は乗算部として実装されており、プリコーディング行列を記憶するメモリ１２４に記憶されている以前のプリコーディング行列をコードブック１２２に含まれている更新用行列と掛け合わせる。新たなプリコーディング行列が得られると、処理ユニットは、次の更新のためにプリコーディング行列を更新することができる。

図２は受信装置１５０の別の実施形態を示している。受信装置１５０はチャネル推定部１５５を備えている。このチャネル推定部１５５は、受信信号に基づくチャネル推定値Ｈ_kを評価して、チャネル推定値Ｈ_kをコードブックサーチャ１６０へ提供する。受信装置は、以前のプリコーディング行列Ｆ_k-1を記憶するメモリ１６５をさらに備えている。以前のプリコーディング行列Ｆ_k-1は、乗算部１７０により、コードブック１７５の更新用行列Ｃ_mと掛け合わされて、新たな一連のプリコーディング行列Ｃ’_mが得られ、これもまたコードブックサーチャ１６０へ提供される。更新されたプリコーディング行列は、以下の式で与えられる。

ここで、サーチされる新たな一連のプリコーディング行列を決定するために、右側から以前のプリコーディング行列Ｆ_k-1が掛けられている。一般に、ｌはＢ以下の整数であり、ｐは１以上の下位乗算インデックス（lower multiplication index）であり、ｑはＢ以下の上位乗算インデックス（higher multiplication index）である。よって、１からＢまでのインデックスのサブセット、例えば１、２、４、Ｂなどを計算することもできる。この場合、ｐが１であり、ｑがＢであり、その間には２、４の２つの数しかないことになる。

別の実施形態では、他の任意のプリコーディングまたは適応化（adaptation task）を実行するために、別の行列が掛け合わされる。すなわち、Ｃ’_k＝Ｃ_kＡ_kＦ_k-1である。コードブックサーチャ１６０は、最適化されたプリコーディング行列

を見つけるために、更新されたすべてのプリコーディング行列Ｃ’_mをサーチする。最適化されたプリコーディング行列は、例えば一実施形態では、所与のチャネル推定値Ｈ_kについてチャネル容量を最大にするものであり、以下のように表すことができる。

ここで、σ²はノイズ分散またはノイズ電力である。別の実施形態では、最適化基準が異なっていてもよく、例えば、信号対雑音比または通信リンクの品質に関連する他のメトリックを最大にするものでもよい。コードブックサーチャ１６０は、最適なプリコーディング行列

を求める。次いで、この最適なプリコーディング行列が、プリコーディング更新の次の反復におけるＦ_kとして、以前のプリコーディング行列を記憶するメモリ１６５へ提供される。さらに、コードブックサーチャ１６０は、見つけられた最適化されている更新用行列

のインデックスｍ_optを送信装置へ提供する。

別の実施形態では、コードブックサーチャ１６０は、最小平均二乗誤差逐次干渉除去（ＭＭＳＥ−ＳＩＣ（minimum-mean-square-error-successive-interference-cancellation））の検出に基づいて最大の容量を求める。別の実施形態では、図１に示した処理ユニット１２０は、コードブック１７５に基づくコードブックを記憶する記憶手段を備えている。

図３は、送信装置２００の一実施形態を示している。送信装置２００は、受信ユニット２１０と、記憶手段２２０と、更新用行列のジェネレータ２３０と、コンバイナ２４０と、プリコーディング行列を記憶するメモリ２４５を備えている。

送信装置２００は、プリコードされた信号を送信する。この信号は、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおいて、プリコーディング行列を記憶するメモリ２４５に記憶されている更新されたプリコーディング行列を用いてプリコードされている。ここで、第１の数は１より大きく、第２の数は１以上である。送信装置２００は、更新インデックスを受信する受信ユニット２１０と、それぞれが更新インデックスと関連付けられている異なる更新情報項目を含むコードブックを記憶する記憶手段２２０とを備えている。送信装置２００は、受信した更新インデックスと、記憶手段２２０に記憶されているコードブック内で関連付けられている更新情報項目とを用いて、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する更新用行列を求める更新用行列のジェネレータ２３０と、以前に使用されたプリコーディング行列２４５とレトリーバ２３０により提供される更新用行列とを合成して、更新されたプリコーディング行列を求めるコンバイナ２４０とをさらに備えている。

一実施形態では、受信ユニット２１０は、受信した更新用行列のインデックス（ｍ_opt）を受信することができる。記憶手段２２０は、それぞれが更新用行列のインデックス（ｍ）と関連付けられていて、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する異なる更新用行列（Ｃ_m）を含むコードブックを記憶する。

別の実施形態では、コンバイナ２４０は、乗算により更新されたプリコーディング行列（Ｆ_k）を求める。この乗算は、以前使用されたプリコーディング行列（Ｆ_k-1）と更新用行列

とを掛けることにより行われる。ここで、以前に使用されたプリコーディング行列（Ｆ_k-1）が右側から掛けられる。受信アンテナの数である第２の数は１より大きくてもよく、プリコーディング行列（Ｆ_k-1、Ｆ_k）は正方行列とすることができる。さらに、更新用行列（Ｃ_m）も正方行列とすることができる。送信装置２００は、マルチキャリア信号を送信して、マルチキャリア信号内の各搬送波または一連の搬送波におけるプリコーディングを制御することもできる。

図４は、送信装置２５０の別の実施形態を示している。送信装置２５０はコードブック２５５を備えており、このコードブック２５５は、受信装置から受信した最適な更新用行列のインデックスｍ_optを含む。受信した更新用行列のインデックスを用いて、コードブックは、関連付けられた更新用行列

を提供することができる。送信装置２５０は、以前のプリコーディング行列Ｆ_k-1を記憶するメモリ２６０をさらに備えている。さらに、送信装置２５０は乗算部２６５を備えている。乗算部２６５は、

に基づいて、更新用行列と以前のプリコーディング行列とを掛け合わせる。

次いで、乗算部２６５は、更新されたプリコーディング行列Ｆ_kを提供することができる。図４に示した実施形態によれば、コンバイナ２４０は、乗算部２６５として実装できる。別の実施形態では、送信装置２００及び２５０はそれぞれ、プリコーディング行列Ｆ_kを送信信号に適用するプリコーダを備えている。

さらに、別の実施形態では、プリコーディング行列Ｆ_kを初期化することができる。初期化は、状況によってはトラッキングエラーを低減するのに役立つ。初期化は、定期的に行うこともでき、または、制御信号もしくは受信装置からのフィードバックによりトリガすることもできる。初期化のための行列は、コードブックの１つの要素とすることができる。一実施形態では、単位行列から抽出した単位ベクトルで構成することができる。例えば、送信アンテナの数がＮ_t＝４、データストリームの数がＮ_s＝２の場合は以下のようになる。

従来のスキームとの本質的な違いは、

に右側から以前のプリコーディング行列を掛け合わせることにより、プリコーディング行列が更新されることであるという点に留意されたい。これにより、行列のサイズを調整するためのカラムアダーと、特異値分解とが不要になる。さらに、従来のスキームにおけるベクトルコードブックの代わりに行列コードブックを使用することにより、行列コンストラクタが不要となり、加えて、必要なフィードバック情報も低減できる。したがって、実施形態は、送信装置及び受信装置のハードウェア及びソフトウェアの複雑度を低減するという利点を提供する。さらに、必要なフィードバック情報が従来のスキームよりも少なく、したがって、フィードバックビット数、データレート、及びフィードバックチャネルの伝送リソースもより少なくて済む。

図５は、一実施形態に基づく受信装置３１０を備えたＭＩＭＯ伝送システム３００を示している。受信装置３１０は、受信ユニット３１４に接続されているＮ_r個の受信アンテナ３１２を備えている。受信ユニット３１４は、チャネル推定部３１６とＭＭＳＥ−ＳＩＣ検出部及びデコーダ３１８とに対して受信信号を提供する。次いで、チャネル推定部３１６は、ＭＭＳＥ−ＳＩＣ検出部及びデコーダ３１８とコードブックサーチャ３２０とに対してチャネル推定値を提供する。コードブックサーチャ３２０は乗算部３２２に接続されており、前述したものと同様の記憶手段３２４に記憶されている以前のプリコーディング行列Ｆ_k-1と、コードブック３２６の更新用行列との乗算の結果を乗算部３２２から受け取る。最適な更新用行列を見つけると、コードブックサーチャ３２０は、その最適な更新用行列のインデックスｍ_optを送信装置３５０へ提供する。

送信装置３５０はコードブック３５２を備えており、コードブック３５２は、受信装置３１０から最適な更新用行列のインデックスｍ_optを受け取る。次いで、コードブック３５２は、その最適な更新用行列を乗算部３５４へ提供することができる。乗算部３５４は、さらに、以前のプリコーディング行列を記憶するメモリ３５６から以前のプリコーディング行列Ｆ_k-1を受け取る。エンコーダ及びシンボルマッパ３５８が乗算部３５４へ送信信号を提供し、乗算部３５４が、送信信号と更新されたプリコーディング行列とを掛け合わせ、その結果を送信ユニット３６０へ提供する。送信ユニット３６０は、Ｎ_r個の送信アンテナ３６２を用い、無線チャネルを介して受信装置３１０へ信号を送信する。

図５に示した実施形態では、コードブックサーチャ３２０は、例えば、ＭＭＳＥ−ＳＩＣの検出を前提として計算できるリンク容量またはシステム容量を最適化するなどにより、最適な更新用行列を評価することができる。したがって、一実施形態では、コードブックサーチャ３２０とＭＭＳＥ−ＳＩＣ検出部及びデコーダ３１８とは、回路を部分的に共用することができる。これは、ハードウェアとソフトウェアの複雑度のさらなる低減につながる。さらに、別の実施形態では、コードブックの行列のそれぞれがユニタリ行列であり、これについては以下に詳述する。コードブックベースのプリコーディングシステムの実施形態では、送信装置と受信装置が同じコードブックを共用する必要がある。コードブックは、オフラインで生成して、記憶媒体または送信装置及び受信装置のメモリに記憶することができる。一般に、コードブックの生成はシステムの性能に関連するため、コードブックの生成は極めて重要である。前述した実施形態によれば、コードブックの各要素Ｃ_kは、Ｎ_t×Ｎ_tの行列である。したがって、前述のようにトラッキングプリコーディングのスキームが想定され、そのため、コードブックは、トラッキングできるように生成されなければならない。

図６は、ジェネレータ４０５とコンバイナ４１０とを備えたコードブック生成装置４００の一実施形態を示している。この実施形態によれば、コードブック生成装置４００は、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームを用いたプリコーディングスキームにおいて使用される１つ以上の更新用行列をそれぞれ計算して、これらの更新用行列を含むコードブックを生成する。ここで、第１の数は１より大きく、第２の数は１以上である。このコードブック生成装置４００は、第１の行列を生成して、ある相関度（correlation degree）により第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるジェネレータ（４０５）と、第１の行列と第２の行列を合成して１つの更新用行列を求めるコンバイナ（４１０）とを備えている。

コードブック生成装置４００は、プリコーディングにおいて使用される少なくとも２つの更新用行列を含むコードブックを生成する。各更新用行列は、更新用行列のインデックスと関連付けられている。更新用行列は、第１の行列を求めるステップと、ある相関度により前記第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるステップと、前記第１の行列と前記第２の行列とを合成して１つの更新用行列を求めるステップとによって求められる。異なる更新用行列を計算するために、異なる第１の行列と同じ相関度、または、異なる相関度が用いられる。

一実施形態では、ジェネレータ４０５は、０．５〜１．５の範囲の大きさを有していて、任意の２つの列ベクトルの間の角度が４５°〜１４５°の範囲にある列ベクトルを有する行列を求める。別の実施形態では、ジェネレータ４０５は、例えば、ランダム行列または疑似ランダム行列に基づいて、直交する列を有する行列またはほぼ直交する行列であるユニタリ行列を求めることができる。別の実施形態では、各更新用行列が、関連付けられたユニークな更新用行列のインデックスを有する。別の実施形態では、合成された更新用行列は、任意の非対角要素の大きさの少なくとも２倍の大きさを持つ要素を対角要素として有する。第１の行列と第２の行列の間の相関度は、例えば、コヒーレンス時間を有するジェネレータにより実現できる。すなわち相関度は、生成される２つの行列の間の時間シフトに対応する。相関度はさらに、無線チャネルのフェージング特性と関連付けることもできる。より大きなコードブックの一実施形態では、更新用行列を求めるために複数の異なる相関度を有する行列が用いられる。例えば、第１の行列と第２の行列をＪａｋｅｓモデルにより生成できる。

コードブック生成装置４００の別の実施形態では、ジェネレータ４０５は、ユニタリ行列を得るために、特異値分解を適用するためのランダム行列を求めること、または任意の行列の三角化によって第１の行列と第２の行列を求めることができる。この場合、ユニタリ行列は、トラッキング機能を有するやはりユニタリ行列である更新用行列を求めるために互いに掛け合わされる。別の実施形態では、前述したコードブックが、記憶媒体に記憶される。行列コードブックを使用する場合、好ましくは、コードブックの各要素行列はユニタリ行列であり、ユニタリ行列は、よりよい性能とより低い複雑度をもたらす直交列を有する。

図７は、コードブック生成方法の一実施形態を示している。第１のユニタリ行列Ｖ（ｔ）が、所与の時間シフトΔｔに基づいてランダムユニタリ行列ジェネレータにより生成される。次いで、２つの行列がステップ４４０で掛け合わされ、その結果が、

による行列Ｇであり、式１６に示したように１つの更新用行列Ｃ_mが得られる。図７の実施形態によれば、コードブックの各要素は、２つのランダムユニタリ行列を掛け合わせることによって生成される。したがって、結果として生じる行列もユニタリ行列である。加えて、２つのユニタリ行列は、互いに時間シフトしたバージョンである。すなわち、ジェネレータがコヒーレンス時間を有する限り、これらの２つの行列は関連付けられており、そのため、結果として得られるコードブックの要素はトラッキング機能を有する。より具体的には、再び式１６を参照すると、２つのサンプル周期の間、すなわち２つのフィードバック周期の間のチャネルの変動が小さいとき、Ｃ_mの非対角要素ε_ijは、対角要素ｇ_iiに比べて小さい。かかる行列は、より細かいプリコーディング行列の調整のためのものである。２つのサンプル周期の間のチャネル変動が、例えば、無線チャネルの高速フェージングなどにより大きい場合、非対角要素ε_ijは、より動的なプリコーディング行列の調整を可能とするために、対角要素ｇ_iiと同程度の大きさとする必要がある。したがって、各要素行列が様々なΔｔから生成されてコードブックが求められる場合、更新用行列は、様々なチャネル環境に対して生成できる。したがって、各実施形態は、コードブックが、それぞれ相関度に基づいて、時間シフトΔｔに基づく様々な環境に適応できるという利点を提供する。

図８ａは、コードブックを生成する方法の一実施形態の疑似コードを示している。図８ａに示した疑似コードにおいて、Ｂはコードブックのサイズである。したがって、ループが、ステップ４５０とステップ４６０の「ｆｏｒ」ループで示されているように、Ｂ回繰り返される。ステップ４５１において、Δｔだけ時間シフトされているサイズがＮ_t×Ｎ_tの２つの行列が生成される。ステップ４５２で、両方の行列の特異値分解が計算され、ステップ４５３で、ステップ４５２で得られた２つのユニタリ行列が掛け合わされて、１つの更新用行列Ｃ_mが得られる。このようにして、ループがＢ回行われる。ステップ４５１で生成されるランダム行列は、フェージング係数を求めるのにも広く使用されているＪａｋｅｓモデルに基づいて求めることもできる。特異値分解は、ユニタリ行列を求めるために使用される。ステップ４５３で、コードブックの各要素が求められる。さらに、図８ａのプロセスは、環境に応じて実現できるチャネル容量という点で最適な一連のコードブックまたは最適な一連の更新用行列を得るのに十分な回数にわたって反復できる。

別の実施形態では、行列Ｇのサブセットを

として定めることができる。すなわち、Ｖ（ｔ）Ｖ（ｔ＋Δｔ）^Hのサブセット、例えば行ベクトルまたは列ベクトルなどを使って、コードブックの更新用行列が求められる。一実施形態では、コンバイナ（４１０）は、第１の行列と第２の行列との合成のサブセットのみを使って更新用行列を求めることができ、別の実施形態では、この部分が行ベクトルまたは列ベクトルに対応する。

コードブック生成装置（４００）は、数回のトライアルによってチャネル容量を最適化するために、第１の行列と第２の行列とを求めるジェネレータを備えることができる。コードブック生成装置（４００）は、更新用行列を量子化する手段をさらに備えることもできる。更新用行列は、別の実施形態では、正方行列とすることもできる。あるいは、更新用行列は、例えば（Ａ＾Ｔ＝Ａ，Ａ＾Ｈ＝Ａ）と表される対称行列または複素対称行列とすることができる。

図８ａに示した疑似コードの一環として求められる行列は、伝搬チャネル特性を有する。一実施形態では、これらの行列は、互いにランダムな独立同分布に従う変数（mutually random independent identically distributed (i.i.d.) variables）として求めることができる。すなわち、相関度もゼロとすることができる。別の実施形態では、これらの行列は、相互に相関性があるランダムな変数として求めることができる。ここで、相関値または相関度を調整できる。別の実施形態では、さまざまな（a range of）異なる相関値がカバーされる。また、各要素の平均電力（average power）の間に不均衡が存在していてもよい。すなわち、

であってもよい。アンテナ間の相関や、アンテナ間または伝搬経路間の平均電力の不均衡など、実際の伝搬チャネルの特性を考慮してコードブックを生成する場合、リンクまたはシステム容量をさらに一層増加させることができる。さらに、コードブックは、単位行列に近い更新用行列、または単位行列と同一でさえある更新用行列を含むこともできる。これは、場合によってはプリコーディング行列を更新しないというオプションを提供するものである。この場合、プリコーディング行列を更新しない方がより有利となることもある。

図８ｂは、一実施形態を用いて達成できる容量の改善を表すグラフである。図８ｂには、信号対雑音比（ＳＮＲ）の平均に対するリンク容量の２つのグラフが示されている。上のグラフは本実施形態を用いて達成されるものであり、下のグラフは従来のスキームを用いて達成されるものである。送信アンテナの数がＮ_t＝４であり、受信アンテナの数がＮ_r＝２であり、データストリームの数がＮ_s＝２である例示したシナリオを考慮したものである。この実施形態では、約０．３ｂ／（ｓ Ｈｚ）の容量の改善が実現できる。

トラッキング機能を有するコードブックベースのプリコーディングは、２つのサンプル点の間のチャネルコヒーレンス、すなわち１フィードバック周期のコヒーレンスを用いるものであり、ワンショットのコードブックベースのプリコーディングより大きい容量を提供する。しかしながら、フィードバックエラーが生じるか、または伝搬チャネルの急激な変化が生じる場合、信頼できるプリコーディング行列のトラッキングが困難になることもある。したがって、トラッキング機能を有するコードブックベースのプリコーディングのように更新情報の差分を提供するのではなく、場合によってはワンショットのコードブックベースのプリコーディングのように、完全なプリコーディング情報を提供する方が有利となる。図９は、検出部７１０と送信ユニット７２０を備えた受信装置７００を示している。受信装置７００は、プリコーディング情報を提供するものであって、イベントを検出する検出部７１０と、イベントの発生の検出に応じて第１の時刻に完全なプリコーディング情報を送信し、第１の時刻とは異なる第２の時刻に差分プリコーディング情報を送信する送信ユニット７２０とを備えている。

一実施形態では、検出部７１０は、完全なプリコーディング情報が送られた先の時刻からの所定時間の経過をイベントとして検出するか、または通信リンクに対して差分プリコーディング情報よりも完全なプリコーディング情報が有利である状況をイベントとして検出する。

図１０に、受信装置７５０の別の実施形態を示している。受信装置７５０は、ワンショットのコードブックをサーチするコードブックサーチャ７６０に対してチャネル推定値を提供するチャネル推定部７５５を備えている。チャネル推定部７５５はさらに、トラッキング可能なコードブックにおいてサーチを行う別のコードブックサーチャ７６５に対してもチャネル推定値を提供する。図１０に示した受信装置７５０の実施形態では、コードブックサーチャ７６５とコードブックサーチャ７６０とが同じコードブック７７０へアクセスする。別の実施形態では、これらのコードブックサーチャが別々のコードブックを有していてもよい。受信装置７５０は、メモリユニット７７５をさらに備えている。このメモリユニット７７５は、前述のコードブックのサーチを可能にするために、トラッキング機能を有するコードブックサーチャ７６５に対して以前のプリコーディング行列を提供する。さらに、図１０に示した実施形態では、スイッチ７８０を備えている。このスイッチ７８０は、ワンショットのコードブックに基づいたプリコーディング情報、すなわち完全なプリコーディング情報を送信することができる一方で、トラッキング機能を有するコードブックに基づいたトラッキング可能な更新情報、すなわち差分プリコーディング情報を送信することができることを示している。

受信装置７００の別の実施形態では、検出部７１０はそれぞれ、さまざまな（a range of）完全プリコーディング情報とさまざまな差分プリコーディング情報とに基づいて、完全なプリコーディング情報がより有利である状況を検出する。この実施形態では、無線チャネルのわずかな変化をトラッキングするために差分プリコーディング情報が提供される。しかしながら、コードブックは、例えば非常に高速なフェージング、高いモビリティまたはドップラーシナリオによって誘発されるような無線チャネルのより高速な変化をトラッキングすることができない。チャネルの変化が大きすぎるときは常に、検出部７１０は、完全なプリコーディング情報を送信することを決定できる。別の実施形態では、送信ユニット７２０は、現在送信されているプリコーディング情報が完全であるかそれとも差分であるかを示すインジケータを送信する。このインジケータは、含まれている制御情報をどのようにして解釈すべきかを示す、フィードバックまたは制御チャネルを通して送信される単一のビットによって実施できる。

別の実施形態では、受信装置は、マルチキャリア信号を受信し、マルチキャリア信号内の各搬送波または一連の搬送波のプリコーディング情報を提供することができる。受信装置（７００）は、例えば、行列コードブックのインデックスとしてプリコーディング情報を提供することができる。別の実施形態では、受信装置（７００）は、行列コードブックに基づいて差分プリコーディング情報を提供することができ、行列コードブックは、完全なプリコーディング情報のための特別なコードブックのインデックスを有し、完全なプリコーディング情報は、完全なプリコーディング行列の列ベクトルに基づいて提供される。

図１１に送信装置８００の一実施形態を示している。送信装置８００は、プリコーディング情報に基づいて更新されるプリコーディングを用いて信号を送信するものであって、イベントを検出する検出部８１０と、イベントの発生の検出に応じて第１の時刻に完全なプリコーディング情報を用いて更新を行い、第１の時刻とは異なる第２の時刻に差分プリコーディング情報を用いて更新を行う手段８２０とを備えている。一実施形態では、検出部８１０は、完全なプリコーディング情報を受け取った先の時刻から所定の時間が経過したことをイベントとして検出するか、または通信リンクに対して差分プリコーディング情報よりも完全なプリコーディング情報が有利である状況をイベントとして検出する。別の実施形態では、送信装置８００は、完全なプリコーディング情報または差分プリコーディング情報を受け取るレシーバをさらに備えている。別の実施形態では、レシーバは、完全なプリコーディング情報の方が、差分プリコーディング情報よりも有利である状況が発生しているかどうかのインジケータを提供する。一実施形態では、送信装置は、無線チャネル自体を推定することによって状況を判断することができる。

図１２は送信装置８５０の別の実施形態を示している。送信装置８５０は、以前のプリコーディング行列Ｆ_k-1を記憶するメモリ８５５を備えている。以前のプリコーディング行列Ｆ_k-1は、トラッキング機能を有するプリコーディング行列コードブックサーチャ８６０へ提供される。送信装置８５０は、ワンショットモードのプリコーディング行列サーチャ８６５と、トラッキングモードのプリコーディング行列コードブックサーチャ８６０と、共通のコードブック８７０とを備えている。送信装置８５０は、スイッチ８７５をさらに備えている。このスイッチ８７５は、トラッキング、すなわち差分プリコーディング情報に基づくプリコーディングと、ワンショットの更新に基づくプリコーディング、すなわち完全なプリコーディング情報に基づくプリコーディングとを切り替えることができる。送信装置８００の別の実施形態では、完全なプリコーディング情報と差分プリコーディング情報とに対して別々のコードブックを用いることができる。

送信装置（８００）は、一実施形態では、マルチキャリア信号を送信し、差分プリコーディング情報または完全なプリコーディング情報を用いて、マルチキャリア信号内の各搬送波または一連の搬送波をプリコードする。送信装置（８００）は、行列コードブックインデックスに基づいてプリコードすることができる。行列コードブックは、完全なプリコーディング情報のための特殊なコードブックインデックスを有してもよく、完全なプリコーディング情報は、完全なプリコーディング行列の列ベクトルに基づいて提供される。

前述した各実施形態は、急なチャネル変化またはフィードバックエラーが発生する状況に対処するために、トラッキングコードブックモードとワンショットコードブックモードとを切り替える機構を提供する。一実施形態によれば、送信装置におけるプリコーディング行列の生成とコードブックサーチは、トラッキングコードブックモードまたはワンショットコードブックモードで行われる。一実施形態では、１つのコードブックが２つのモードの間で共用される一方、別の実施形態では別々のコードブックが使用される。２つのモードの間の切替えは、例えば、一実施形態では、送信装置と受信装置に認識されている所定の時間に基づいて定期的に行われる。別の実施形態では、例えば、フィードバック内で使用されるインジケータによるなど、受信装置からのフィードバックに基づいて切替えが行われる。

図１３は、左側のセルが送信装置を表し、右側のセルが受信装置を表し、上方のセルがワンショットモードを表し、下方のセルがトラッキングモードを表す、４つのセルを持つ表を示している。ワンショットモードでは、文献「R1-050903, Qualcomm, Europe, "Description and link simulations of MIMO schemes for OFDMA based E-UTRA downlink evaluation"」に詳細に記載されているように、列ベクトルインデックスをプリコーディングベクトルとして使用することが好ましい。

図１３から分かるように、ワンショットモードの送信装置においては、列ベクトルがコードブックから選択され、プリコーディング行列として使用される。図１３に示されている例では、４つの送信アンテナを利用し、すなわちＮ_t＝４である。ワンショットモードの受信装置では、例えば、図１３に示すようにチャネル容量を最大化するために、同じコードブックすなわち同じ行列から列ベクトルがしかるべく選択される。次いで、好ましい列の部分が、送信装置に通知される。トラッキングモードでは、送信装置が、前述したように通知された更新用行列を以前のプリコーディング行列へ適用する。受信装置は、前述したように最適化された更新用行列のインデックスを評価し、これを送信装置へフィードバックする。トラッキングモードでは、ワンショットモードで決定される初期のプリコーディング行列が、ワンショットモードを使って設定される。その後初期のプリコーディング行列は、トラッキングモードを使って更新できる。

図１４は、信号スキームの一実施形態を示している。シグナリングワードは、シグナリングワード１４００に基づく複数の桁を有するものとする。図１４に示した実施形態では、シグナリングワード１４００は、トラッキングモードとワンショットモードのどちらが使用されるかを示すインジケータをその第１桁に含んでいる。その他の桁は、トラッキングモードの場合にはコードブックインデックスを、ワンショットモードでは行列の列部分をそれぞれ表す。再度、４つの送信アンテナ、すなわちＮ_t＝４の例について説明すると、２つのサンプルコードワード１４１０及び１４２０が得られる。サンプルシグナリングワード１４１０は、その第１桁にワンショットモードを示す１を含んでいる。したがって、送信装置は、残りの桁が列部分のインデックスＣ₁を表すことを潜在的に認識する。シグナリングワード１４２０を受け取ると、送信装置は、第１桁が０であることによりトラッキングモードが使用されていることを認識する。この場合、シグナリングワードの残りの４桁は、例えば、Ｃ₂からＣ₁₇までのコードブックのコードブックインデックスを表す。図１４で、トラッキングモードとワンショットモードとについて説明したコードブックは、Ｂ＝１７を個数とする行列を含み、そのうちの第１のものＣ₁はワンショットモード専用であり、Ｃ₂からＣ₁₇まではトラッキングモード専用である。

５ビットのインデックスの第１ビットは、トラッキングモードとワンショットモードとのどちらが使用されているかを示すビットである。その他のビットは、それぞれ、ワンショットの場合には列の添字であるインデックスであり、トラッキングの場合にはコードブックインデックスである。このように、同じフィードバックビットが両方のモードで使用される。

２つのモードの切替えが、所定時間のスキームによって定期的に行われる場合は、図１４の第１ビットｘは明らかに不要であり、省略できる。前述した各実施形態は、例えば、ＯＦＤＭ（直交波周波数分割多重）システムなどと直接組み合わせることもできる。この場合、プリコーディングは、副搬送波または副搬送波のチャンクについて行う必要がある。一般に、これらの実施形態は、任意の複数の接続スキームと共に使用できる。

図１５は、一実施形態を用いて達成可能な容量の改善を表すグラフである。図１５には、本実施形態とワンショットモードのみの従来スキームとの場合の、平均ＳＮＲに対する２つの容量の図がｂ／（ｓ Ｈｚ）単位で示されている。例示したシナリオでは、送信アンテナの数をＮ_t＝４とし、受信アンテナの数をＮ_r＝２とし、データストリームの数をＮ_s＝２とする。ある環境において厳しい無線チャネルの変化が予測されるとき、従来のスキームはワンショットモードだけを使用する一方、本実施形態は、前述の切替え機構を利用することができる。本実施形態を用いて達成される容量を上方に示し、従来の概念を用いて達成される容量を図１５の下方に示している。本実施形態は、１つの予備ビットをモードインジケータとして使い、約０．５ｂ／（ｓ Ｈｚ）の容量の利得を達成できることが分かる。

図１６ａは、フィードバックビット数に対するｂ／（ｓ Ｈｚ）単位のリンク容量を評価したグラフである。図１６ａに示した容量のグラフのシミュレーションにおいて、送信アンテナの数をＮ_t＝４、受信アンテナの数をＮ_r＝２、データストリームの数をＮ_s＝２としている。このグラフでは、従来のスキームが丸印で示されており、本実施形態が十字印で示されている。本実施形態は、使用されるフィードバックビット数とは無関係により高い容量を達成できることが分かる。したがって、本実施形態の利点は、より高いリンク容量及びシステム容量を提供するということである。

図１６ｂは、平均ＳＮＲに対してリンク容量をｂ／（ｓ Ｈｚ）単位で表した別のグラフである。図１６ｂに示したシミュレーションでは、送信アンテナの数をＮ_t＝４とし、受信アンテナの数をＮ_r＝２とし、データストリームの数をＮ_s＝２としている。グラフには、３つの容量のグラフ、すなわち、十字印で示されている本発明に係る手法のものと、丸印で示されている従来の手法のものと、理論的なアッパーバウンド（シャノン限界）のものとが示されている。グラフには、本発明に係る手法の容量が、従来の手法の容量よりもアッパーバウンドに近いことが示されている。したがって、実施形態は、リンクまたはシステムの容量が、従来の手法のものよりも大きいという利点を提供する。

要約すると、実施形態は、プリコーディングを使ってＭＩＭＯ伝送システムにおいてより大きい容量が達成できるという利点を提供する。さらに、実施形態では、従来の手法よりも少ないフィードバックで済む。これによって、ＭＩＭＯシステムのスペクトル効率が改善され、少ないフィードバックによる追加的な容量を利用することができる。

本発明の方法のいくつかの実施の要件に応じて、本発明に係る方法は、ハードウェアとしてもソフトウェアとしても実施できる。その実施は、デジタル記憶媒体、特にプログラム可能なコンピュータシステムと協働して本発明の方法を実行する電子的に読取り可能な制御信号が記憶されているディスク、ＤＶＤまたはＣＤを使って行うことができる。したがって、一般に本発明は機械可読媒体であって、プログラムコードがコンピュータに対して本発明に係る方法を実行させる。したがって、言い換えると、本発明に係る方法は、本発明の方法の少なくとも１つをコンピュータに実行させるプログラムコードを含むコンピュータプログラムである。

受信装置の一実施形態を示すブロック図である。 受信装置の別の実施形態を示すブロック図である。 送信装置の一実施形態を示すブロック図である。 送信装置の別の実施形態を示すブロック図である。 ＭＩＭＯ伝送システムの一実施形態を示すブロック図である。 コードブック生成装置の一実施形態を示すブロック図である。 複数の更新用行列を求める方法の一実施形態を示す説明図である。 複数の更新用行列を求める方法の一実施形態の疑似コードを示す説明図である。 それぞれの実施形態により達成可能な容量の改善を示すグラフである。 受信装置の別の実施形態を示すブロック図である。 受信装置の別の実施形態を示すブロック図である。 送信装置の別の実施形態を示すブロック図である。 送信装置の別の実施形態を示すブロック図である。 完全なプリコーディング更新情報及び差分のプリコーディング更新情報を用いてプリコーディング情報を更新する方法の一実施形態を示す説明図である。 プリコーディング情報を提供する方法の一実施形態を示す説明図である。 それぞれの実施形態により達成可能な容量の改善を示すグラフである。 それぞれの実施形態による容量の改善を表すシミュレーション結果のグラフである。 それぞれの実施形態により達成可能な信号対雑音比の平均に対する容量の改善を表すシミュレーション結果のグラフである。 一般的なＭＩＭＯシステムを表す説明図である。 時間軸に対するモバイル無線チャネルのチャネル係数のグラフである。 従来の受信装置の構造を表すブロック図である。 送信装置のブロック図である。

Claims (33)

1. 第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおいて、送信装置におけるプリコーディングを制御する受信装置（１００、１５０）であって、
   前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であり、
   受信信号に基づいて前記送信装置と前記受信装置（１００）との間の無線チャネルを推定して無線チャネル推定値（Ｈ_k）を求めるチャネル推定部（１１０、１５５）と、
   更新用コードブック（１２２、１７５）に含まれる更新情報項目（Ｃ_m）と以前のプリコーディング行列（Ｆ_k-1）とに基づいて、新たなプリコーディング行列（Ｃ’_m）を提供する処理ユニット（１２０、１７０）と、
   前記新たなプリコーディング行列（Ｃ’_m）のうち、前記無線チャネル推定値（Ｈ_k）に基づく最適化基準を満たす新たなプリコーディング行列をサーチするサーチャ（１３０、１６０）と、
   該新たなプリコーディング行列と関連付けられる更新用行列のインデックス（ｍ_opt）を送信する送信ユニット（１４０）と
   を備える受信装置（１００、１５０）。
2. 前記更新用コードブックが、更新情報項目として更新用行列を含み、
   前記更新用行列が少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する、請求項１に記載の受信装置（１００、１５０）。
3. 前記受信アンテナの数である前記第２の数が１より大きく、
   前記プリコーディング行列（Ｆ_k、Ｆ_k-1）が少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する、請求項１または２に記載の受信装置（１００、１５０）。
4. 前記プリコーディング行列（Ｆ_k、Ｆ_k-1）の行の数が列の数より大きくなるように、前記第１の数と前記第２の数とが選ばれる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の受信装置（１００、１５０）。
5. 前記処理ユニット（１２０、１７０）が、更新用行列（Ｃ_m）と前記以前のプリコーディング行列（Ｆ_k-1）との乗算（１７０）により、新たなプリコーディング行列を提供する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の受信装置（１００、１５０）。
6. 前記処理ユニット（１２０、１７０）が、前記更新用行列（Ｃ_m）と前記以前のプリコーディング行列（Ｆ_k-1）との乗算（１７０）により、新たなプリコーディング行列を提供し、
   ここで、前記乗算にあっては、乗算される行列が、左から右の方向へある順序で並んでおり、
   前記以前のプリコーディング行列が前記順序の右側にあり、
   前記更新用行列が前記順序の左側にある、
   請求項５に記載の受信装置（１００、１５０）。
7. 前記送信ユニット（１４０）が、特別な更新用行列のインデックスを送信し、ここで、該インデックスが、定期的な時間スケールで行われる初期化のための、更新用行列を参照する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の受信装置（１００、１５０）。
8. 前記処理ユニット（１２０、１７０）が、前記新たなプリコーディング行列（Ｃ’_m）を提供し、ここで、ｍが１以上であって、更新情報項目を含むコードブックのサイズであるＢと等しいかまたは小さいコードブックのインデックスであり、ｋがタイムインデックスであり、ｋ−１が以前のタイムインデックスであり、
   

   

   に基づき、更新用行列Ｃ_mに対して以前のプリコーディング行列Ｆ_k-1が右側から掛けられ、ｌがＢ以下の整数であり、ｐが１以上である下位の乗算インデックスであり、ｑがＢ以下の上位の乗算インデックスである、請求項４〜７のいずれか一項に記載の受信装置（１００、１５０）。
9. 前記サーチャ（１３０）が、前記新たなプリコーディング行列Ｃ’_mをサーチし、少なくとも前記無線チャネル推定値Ｈ_kとノイズ電力と前記新たなプリコーディング行列Ｃ’_mとに基づいて、最大チャネル容量の５０％から１００％までの範囲でチャネル容量を最適化して、
   

   

   によりコードブックの最適なインデックスｍ_optを求め、ここで、ｍが、１から更新情報項目を含むコードブックのサイズであるＢまでの範囲にあるコードブックのインデックスであり、σ²が前記ノイズ電力またはノイズ分散である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の受信装置（１００、１５０）。
10. 前記サーチャ（１３０、１６０）が、最小平均二乗誤差逐次干渉除去（ＭＭＳＥ−ＳＩＣ）の検出に基づいて前記容量を最大化する、請求項９に記載の受信装置（１００、１５０）。
11. 前記処理ユニット（１２０、１７０）が、前記コードブックを記憶する記憶手段をさらに備え、
    前記コードブックが、プリコーディングにおいて使用される少なくとも２つの更新用行列を有し、
    前記更新用行列のそれぞれが更新用行列のインデックスと関連付けられ、
    前記更新用行列が、第１の行列を求めるステップと、ある相関度により該第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるステップと、前記第１の行列と前記第２の行列とを合成して１つの更新用行列を求めるステップとにより計算され、
    異なる更新用行列を計算するために、異なる第１の行列と同じ相関度、または、異なる相関度が使用される、
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の受信装置（１００、１５０）。
12. イベントを検出する検出部をさらに備え、
    前記送信ユニット（１４０）が、前記イベントの発生の検出に応じて第１の時刻に完全なプリコーディング情報を送信し、前記第１の時刻とは異なる第２の時刻に差分プリコーディング情報を送信する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の受信装置（１００、１５０）。
13. 前記検出部が、前記完全なプリコーディング情報が送られた先の時刻から所定の時間が経過したことを前記イベントとして検出するか、または通信リンクにとって前記差分プリコーディング情報よりも前記完全なプリコーディング情報が有利である状況を前記イベントとして検出する、請求項１２に記載の受信装置（１００、１５０）。
14. 前記更新用行列が常に正方行列であり、すなわち前記更新用行列の行の数と列の数とが同じである、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の受信装置（１００、１５０）。
15. マルチキャリア信号を受信し、前記マルチキャリア信号における各搬送波または一連の搬送波におけるプリコーディングを制御する請求項１〜１４のいずれか一項に記載の受信装置（１００、１５０）。
16. 第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおいて、送信装置におけるプリコーディングを制御する方法であって、
    前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であり、
    受信信号に基づいて、前記送信装置と受信装置との間の無線チャネルを推定して無線チャネル推定値を求めるステップと、
    更新用コードブックに含まれる更新情報項目と以前のプリコーディング行列とに基づいて、新たなプリコーディング行列を提供するステップと、
    前記新たなプリコーディング行列のうち、前記無線チャネル推定値に基づく最適化基準を満たす新たなプリコーディング行列をサーチするステップと、
    該新たなプリコーディング行列と関連付けられる更新用行列のインデックスを送信するステップと
    を含む方法。
17. 請求項１６に記載の方法をコンピュータに実行させるプログラムコードを含むコンピュータプログラム。
18. 第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおいて、更新されたプリコーディング行列（Ｆ_k）を用いてプリコードされた信号を送信する送信装置（２００、２５０）であって、
    前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であり、
    更新インデックス（ｍ_opt）を受信する受信ユニット（２１０）と、
    異なる更新情報項目を有するコードブックを記憶する記憶手段（２２０）であって、更新情報項目のそれぞれがそれ自体に関連付けられている更新インデックス（ｍ）を有する、記憶手段と、
    受信した前記更新インデックス（ｍ_opt）と前記コードブック内で関連付けられる前記更新情報項目とを用いて、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する更新用行列
    

    

    を求める更新用行列のジェネレータ（２３０、２５５）と、
    以前に使用されたプリコーディング行列（Ｆ_k-1）（２４５、２６０）と、前記更新用行列
    

    

    とを合成して、更新されたプリコーディング行列（Ｆ_k）を求めるコンバイナ（２４０、２６５）と
    を備える送信装置（２００、２５０）。
19. 前記受信ユニット（２１０）が、更新用行列のインデックス（ｍ_opt）を受信し、
    前記記憶手段（２２０）が、異なる更新用行列（Ｃ_m）を有するコードブックを記憶するものであり、
    前記更新用行列（Ｃ_m）のそれぞれがそれ自体に関連付けられている更新用行列のインデックス（ｍ）を有し、
    前記更新用行列（Ｃ_m）が、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する、請求項１８に記載の送信装置（２００、２５０）。
20. 前記コンバイナ（２４０、２６５）が、前記以前に使用されたプリコーディング行列（Ｆ_k-1）と前記更新用行列
    

    

    との乗算により、更新されたプリコーディング行列（Ｆ_k）を求め、ここで、前記以前に使用されたプリコーディング行列（Ｆ_k-1）が右側から掛けられる、請求項１８または１９に記載の送信装置（２００、２５０）。
21. 前記受信アンテナの数である第２の数が１より大きく、プリコーディング行列（Ｆ_k-1、Ｆ_k）が正方行列である、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の送信装置（２００、２５０）。
22. プリコーディング行列（Ｆ_k、Ｆ_k-1）の行の数が列の数より大きくなるように、前記第１の数と前記第２の数とが選ばれる、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の送信装置（２００、２５０）。
23. 前記更新用行列（Ｃ_m）が、正方行列、対称行列または複素対称行列である、請求項１８〜２２のいずれか一項に記載の送信装置（２００、２５０）。
24. 所定の時間スケール、初期化のための特別な信号の受信、更新用行列のインデックスの受信、または初期化の命令の受信により、前記プリコーディング行列（Ｆ_k）を定期的に初期化する請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の送信装置（２００、２５０）。
25. 前記コンバイナ（２４０、２６５）が、
    

    

    に基づき、前記以前に使用されたプリコーディング行列Ｆ_k-1と前記更新用行列
    

    

    とを掛けて、更新されたプリコード行列Ｆ_kを求め、ここで、ｋがタイムインデックスであり、ｋ−１が以前のタイムインデックスである、請求項１８〜２４のいずれか一項に記載の送信装置（２００、２５０）。
26. 前記以前に使用されたプリコーディング行列（Ｆ_k-1）または前記更新されたプリコーディング行列（Ｆ_k）を送信信号へ適用するプリコーダをさらに備える請求項１８〜２５のいずれか一項に記載の送信装置（２００、２５０）。
27. 前記コードブックが、プリコーディングにおいて使用される少なくとも２つの更新用行列を含み、
    前記更新用行列のそれぞれが、更新用行列のインデックスと関連付けられ、
    前記更新用行列が、第１の行列を求めるステップと、ある相関度により該第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるステップと、前記第１の行列と前記第２の行列とを合成して１つの更新用行列を求めるステップとにより計算され、
    異なる更新用行列を計算するために、異なる第１の行列と同じ相関度、または、異なる相関度が使用される、請求項１８〜２６のいずれか一項に記載の送信装置（２００、２５０）。
28. イベントを検出する検出部と、
    前記イベントの発生の検出に応じて第１の時刻に完全なプリコーディング情報を用いてプリコーディング行列を更新するか、または前記第１の時刻とは異なる第２の時刻に差分プリコーディング情報を用いてプリコーディング行列を更新する手段と
    をさらに備える請求項１８〜２７のいずれか一項に記載の送信装置（２００、２５０）。
29. 前記検出部が、前記完全なプリコーディング情報を受信した先の時刻から所定の時間が経過したことを前記イベントとして検出するか、または通信リンクにとって前記差分プリコーディング情報よりも前記完全なプリコーディング情報が有利である状況を前記イベントとして検出する、請求項２８に記載の送信装置（２００、２５０）。
30. マルチキャリア信号を送信し、前記マルチキャリア信号における各搬送波または一連の搬送波におけるプリコーディングを制御する請求項１８〜２９のいずれか一項に記載の送信装置（２００、２５０）。
31. 第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおける送信装置においてプリコーディング行列を用いてプリコードされた信号を送信する方法であって、
    前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であり、
    更新インデックスを受信するステップと、
    異なる更新情報項目を有するコードブックを記憶するステップであって、更新情報項目のそれぞれがそれ自体に関連付けられている更新インデックスを有する、ステップと、
    受信した前記更新インデックスと前記コードブック内で関連付けられている前記更新情報項目とを用いて、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する更新用行列を求めるステップと、
    以前に使用されたプリコーディング行列と前記更新用行列とを合成して、更新されたプリコーディング行列を求めるステップと
    を含む方法。
32. 請求項３１に記載の方法をコンピュータに実行させるプログラムコードを含むコンピュータプログラム。
33. 請求項１８に記載の送信装置に対して、請求項３２に記載の更新する方法を実行させるフィードバック信号のフォーマットを有する、プリコーディングのために送信されるフィードバック信号。

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