JP2009540736A - マルチアンテナシステムにおけるチャネル品質測定値を得るための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、積層構造に関する。ここに、積層構造は、第１の電極電位を有する第１の活性層と第２の電極電位を有する第２の活性層とを備え、第２の電極電位は第１の電極電位と異なり、第１の活性層と第２の活性層とは相互に間隙をもって配置され、前記積層は、第１の層と第２の層との間の前記間隙の少なくとも一部分をブリッジする、電気力を弱めることができる粘着物質の第３の層を備える。

Description

本発明は無線通信システムにおける方法と構成に関する。さらに詳細に、干渉と雑音が存在する中で、リンクのどちら側にも１つまたは複数のアンテナを使用してリンクアダプテーションを行うためのチャネル品質測定値に関する。

基地局および端末に複数のアンテナを使用する方法は、標準化団体や国際研究プロジェクトばかりでなく、工業界においても大きな興味を集めてきた。複数のアンテナを使用する技術は、現行の無線システムの（長期的）進化において、また、将来システムの開発において、鍵となる技術であると現在信じられている。同時に、マルチユーザスケジューリングおよびリンクアダプテーションに関して効率のよいリソース管理を行うことは、物理レイヤを使用したいわゆるクロスレイヤ最適化とともに、同様に挑戦的で、有望な、かつ重要な分野である。

マルチユーザへのリソース割り当ておよびリンクアダプテーションを展望すると、時間−周波数−符号のリソース、変調方式、符号レート、および、転送ブロック長に関して種々の異なる割り当てを行った場合に対して、動作性能を予測するのに使用可能な測定値を得ることは、送信重みや線形分散符号等の種々の異なる空間的構成と同様に鍵となる技術要素であると考えられる。その場合、アルゴリズムは、例えば、次のようになるであろう。すなわち、最初に、種々の異なる方式と割り当てに対して、スループットの期待値の平均値または送信に成功する確率に関して動作性能を評価し、そして次に、ユーザおよび対応するモードに関して、希望するターゲットを満足する１つの割り当てを選定するであろう。希望するターゲットとは、例えば、遅延に敏感でないサービスに対しては最大スループット、また、遅延に敏感なサービスに対しては再送信を必要とする誤り確率が無視できる程度であること等である。

動作性能予測もまた、システムの動作性能の点から興味がある。スカラー量の単一アンテナ／ストリームＳＩＮＲを相互情報量（mutual information）にマッピングを行い、情報領域の中で平均化を行うことに基づいた動作性能モデルが検討されてきた。

従って、効率のよいリソース管理には、正しい動作性能予測が必要であり、そしてこの目的のためには、チャネル条件と干渉条件に関する適切な測定が要求されることがわかるであろう。現在、例えば、進化した３Ｇシステムにおいては、受信機処理の後のＳＩＮＲ、または、それに対応した好ましい転送フォーマットでデータレートに相当したものに関して、スカラー値のチャネル品質指示子（ＣＱＩ）が典型的に使用されている。

線形受信機を使用したビーム成形および線形分散符号化等の、線形受信および線形送信の方式は、ＳＩＮＲの計算を調整することにより、原理的に取り入れることができる。しかし、その場合には、端末に仮定された送信と受信の空間的な処理によって、測定は個別の場合に対応するものになる。従って、端末は適当な送信重みの決定または送信アンテナの選定を行うことになり、その動作性能の評価はこの選定に関してのみ行われることになるであろう。それ故に、マルチユーザ、マルチセル、マルチシステムの点から考慮する場合に要求される可能性のある、種々の異なる送信方式の選定を送信機が評価する場合には、その評価は自明ではない。また、例えば、（近似）最尤復調等の非線形復調方式をどのようにして導入するかに関しては明らかではない。

複数のアンテナを使用した伝送システムによって提供される利点を効率よく利用するためには、スケジューリングとリンクアダプテーションのために適切な測定を行うことが有益である。単一アンテナの場合には、信号対干渉および雑音比（ＳＩＮＲ）（または、データレート等の、ＳＩＮＲから導出される適当な測定値）はリンクアダプテーションに対する十分な情報である。しかしながら、複数アンテナの場合には、どの情報を測定し、処理し、そして、送信ユニットに対してフィードバック情報として送り返すべきか、すなわち、単一アンテナの場合のＳＩＮＲ値に相当する一般化した情報を、いかにして生成するかが明らかではない。

このように、伝搬チャネルばかりでなく干渉に関する適切な知識も非常に重要である。従って、本発明の目的は、トランシーバ技術には依存せず、チャネル条件と干渉条件を極力完璧に表現する、適切で、適宜に十分で、かつ凝縮した測定値で、それによって送信ユニットがリンクアダプテーションとスケジューリングに対する適切な判断と測定値を得ることができるものを提供することである。

基本的に、本発明は、データ要素を形成するための方法と構成を提供する。このデータ要素は、１つ以上の送信ユニットのアンテナの個々の合成に関わる白色ベクトルチャネル間のエルミート内積に等価な量を備える。または、前記量の処理された表現を備える。ＳＩＮＲ値を行列の形に配列する時には、この行列は、大きさがＭ_Ｔ×Ｍ_Ｔで、実数自由度がＭ_Ｔ ^２のエルミート型であり、全ての送信アンテナに関わる白色化されたベクトル値チャネルの間の内積を含む。前記量は、送信機アンテナのペアの間の直交測定値に加えて、送信アンテナのＳＩＮＲ値を含む。そして、ユーザと（空間）送信パラメータとの最適化および選定が、このデータ要素を使用して行うことができるという意味において、リンクアダプテーション、および／または、スケジューリングに、このデータ要素を利用することが有利である。データ要素はＣＳＩおよびＣＱＩの両方であり、本質的にトランシーバ技術には依存しない。

本発明は、第１の実施形態に関する。第１の実施形態では、受信ユニットは、前記量またはそれらの関数を、フィードバック情報として、データ要素の形で、前記受信ユニットに送信するユニットへ提供する。また、本発明は、第２の実施形態に関する。第２の実施形態では、受信ユニットは、処理した信号系列を提供し、送信ユニットはその処理した信号系列より前記量を導出することができる。

本発明の１つの利点は、多くの数の種々の異なる技術を使用して、複数のアンテナの場合に対するチャネル測定と干渉測定を合成し、ある程度圧縮して、アダプテーションに使用することができる１つの測定値を得ることである。技術に依存しないこの測定値は、チャネル品質情報（ＣＱＩ）およびチャネル状態情報（ＣＳＩ）と一般に呼ばれる双方の情報を包含し、また、唯一の送信アンテナの場合でのＳＩＮＲ値と一致する。従って、本発明は、迅速なスケジューリングとリンクアダプテーションに対する測定を複数のアンテナの場合に拡張する系統的な手法を提供する。単一アンテナの場合は複数アンテナの場合の特別の場合であるという点に留意されなければならない。

もし、送信機にとって全ての測定値がデータ要素の形で利用可能であるとすれば、本発明のさらなる利点は、単一リンクだけを考慮して最も適当であると端末が判断した方式に対してばかりでなく、任意のパラメータを使用する殆ど全ての送信方式に対しても、送信機は動作性能を予測することができるという意味で、本発明は十分なフィードバックを提供することができるという点である。

本発明のさらに別の利点は、プロセッサによって強力に左右される最適化およびアダプテーションは、移動端末の代わりに、アクセスポイントにおいて実行できる点である。いわゆるＳＤＭＡの場合（すなわち、複数のユーザに対して同時に伝送を行う場合）には、１組（セット）のユーザのデータ要素は、マルチユーザの最適化とアダプテーションをも実行するために必要な「空間直交性」に関する測定値を含むと見ることができる。

また、全ての処理と最適化が端末の中で行われる場合には、ここで提案しているデータ要素等のように、明確に定義されかつ実体のある、共通の測定値に基づいて測定のフィードバックが行われることが有益である。公知のように、測定は、それが何を代表するか、それは何に基づいているか、またそれはどのように測定されたかがわかっている場合には、非常に価値が高い。

最後に、この測定値は、非常に多くの数の異なる技術に対して役に立つと考えられ、システムの設計／標準化の考え方としては、この測定値が大切なのであり、原理的には、例えばＭＩＭＯを例に取れば、測定に関して、方法と工程とを分離することができる。従って、行列値ＳＩＮＲなる測定値の適当な関数で表現した測定／フィードバック方式に同意したならば、この測定値を使用して、実行可能なＭＩＭＯ技術を有利に識別することができる。

本発明のその他の目的、利点、および、新規なる特徴は、添付の図面と特許請求の範囲とともに、以下に示す本発明の詳細な記述から明らかになるであろう。

リソース要素に対する行列値ＳＩＮＲの測定のステップを示す図である。この測定は、例えば、遅延とスループットに関して、動作性能を最適化するために、種々の異なる割り当てと送信パラメータ設定とを評価するのに使用される。 本発明の第１の実施形態を実行するための構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態を実行するための構成を示す図である。

以下の詳細なる記述は、本発明に従ったデータ要素についてである。データ要素は、行列値ＳＩＮＲまたはこれらの値を処理した表現から構成される。しかしながら、多くの観点から容易に理解可能なように、本表現形式は、さらなる処理を行う情報を表現するための、単なる１つの可能な代替案であると見なされるべきであり、他の可能な表現形式を排除するものではない。

以下の記述は、可能な通信システムにおいて考えられるデータモデルに基づいている。この通信システムにおいては、本発明は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）を基本としたシステムに適用することができ、ＯＦＤＭでは、時間リソースと周波数リソースとがリソースブロックに分割される。リソースブロックの大きさは、典型的に、ブロック内でのチャネルの変動が無視できる程度であるような大きさである。さらに、それぞれのリソースブロックのＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値は、雑音と干渉との共分散の推定値と同様に、利用可能であると仮定される。

チャネル推定値は、たとえば、パイロットシンボルを埋め込んで伝送するとともに、時間領域および周波数領域における適当な平滑化を行うことにより、求めることができる。雑音と干渉との共分散行列の推定値は、例えば、送信パイロットの推定値を差し引いた後に得られる残差を適当に平滑化することにより形成することができる。従って、リソースブロックの中の副搬送波ｋとＯＦＤＭシンボル区間ｎに関わる標本（サンプル）は、次式により明確にモデル化できると仮定する。

ここに、ｙ（ｋ，ｎ）は受信信号をモデル化するＭ_Ｒ×１の列ベクトルである。ｘ（ｋ，ｎ）は送信信号をモデル化するＭ_Ｔ×１の列ベクトルである。純粋な空間前置符号化の場合には、送信電力に対応する送信共分散は、次式のように書くことができる。

Ｗは送信重みを表す。従って、このモデルは、いわゆる開ループ方式と種々の閉ループ方式との両方を含む。開ループ方式では、Ｗが電力の一様空間割り当ての場合を表現するスケーリングされた単位行列である場合と、ビーム整形を行ったアンテナ毎のレート制御（ＰＡＲＣ）の選択的バージョン等の方式とがあり、閉ループ方式は、瞬時チャネル行列のＳＶＤに基づく方式である。従って、送信信号は、正規化され、ｓ（ｎ，ｋ）で表されると仮定され、その結果ｘ（ｋ，ｎ）＝Ｗｓ（ｎ，ｋ）となる。さらに、Ｈは、ＭＩＭＯチャネルをモデル化するＭ_Ｔ行×Ｍ_Ｒ列の行列であると考えられる。ｅ（ｋ，ｎ）は、次式で示される共分散行列を持つ雑音と（セル間）干渉とをモデル化したものである。

適切なスケジューリングおよび空間領域リンクアダプテーションおよび符号化によって、干渉の予測可能性を制御できると仮定し、この仮定による測定モデルを当てはめることとする。

データ要素が行列値ＳＩＮＲによって定義される実施形態を考える場合には、この行列ＳＩＮＲは、Γ＝Ｈ^ＨＱ^−１Ｈと定義される。

Γは、行列要素がγ_ｉｊで大きさがＭ_Ｔ×Ｍ_Ｔのエルミート行列であり、次式のように配列される。

対角線上の要素は次式のように書くことができる。

ここに、ｈ_ｉはＨのｉ番目の列、すなわち、送信アンテナｉと全ての受信アンテナとの間のチャネルである。これらの要素γ_ｉｉは、受信機ユニットによって異なる値を取ると解釈することができる。可能性としてある第１の解釈によれば、これらの値は、他の送信アンテナからの「セル内」干渉が無視できる場合の、雑音とセル間干渉とを最適に合成した受信機合成の後の信号対雑音比（ＳＮＲ）に対応する。

可能性としてある第２の解釈によれば、これらの値は、いわゆる最大比合成に対する「ＳＮＲ」に対応する。最大比合成は、雑音と干渉とが少なくとも近似的に無相関で、したがってＱは対角行列であると仮定される場合には、個々の受信アンテナのＳＮＲの総和である。最後に、単一受信アンテナの場合には、これらの値は、例えば、より従来の「ＳＮＲ」、すなわち、チャネルタップの平方を雑音と干渉の電力で除算したものの大きさであると理解することができる。

複素数値の非対角成分は、次式で書くことができる。

これらの値は、干渉と雑音に関して白色化され、送信アンテナｉおよび送信アンテナｊに関連づけられ、それによりこの内積がアンテナｉおよびアンテナｊのペアの空間直交性測定値または瞬時の空間相関測定値であると解釈することができるチャネルの内積であると見ることができる。別の非対角成分の表現は、

となり、ここに、ｃ_ｉｊは１以下の大きさを持つ複素数値の「角度の余弦／相関係数」を表す。

上記で定義した行列値Γは、個々の送信アンテナのＳＩＮＲ（または、「長さ／重み付きノルム」）と送信アンテナ間の相関測定値（「角度の余弦」）との両方を含む。これは、例えば、ビーム成形重み等を使用したある線形励振に対する動作性能を決定するのに必要な全てのものは、ベクトルのノルムとベクトル間の角度であると解釈することができる。

本発明で考えられる一実施形態に従えば、送信機ユニットに供給されるデータ要素は、上記で定義された行列Γの全ての内容を含んでいる。しかし、好ましい実施形態においては、異なる割り当てとパラメータとは、変調方式と受信機のタイプによって決まる特定のマッピングを使用して、異なるリソース要素に関するΓの値をスカラー量の情報測定値にマッピングすることにより評価される。スカラー量の情報測定値は、次に、種々の割り当てにわたって総和がとられ、誤り確率を求めるのに使用される。処理の制約とフィードバックの制約とによっては、その他の考えられる実施形態では、例えば、送信機にシグナリングされる、ＳＩＮＲの量子化した低ランクのファクタに関連する場合がある。または、全ての処理が完全に受信機の中で行われ、好ましい割り当てに関するパラメータだけが送信機にフィードバックされる実施形態に関連する場合もある。以下では、これらのマッピングを実行するためのいくつかの代替案を説明する。

１．ビットインターリーブ符号化変調を使用する空間多重（ＢＩＣＭ−ＳＭ）に対しては、近似非線形最尤復調器を適用することが可能である。リソース割り当てにわたって累積した相互情報量ｒに基づくリンク品質モデルは、ＭＩＭＯにおけるＢＩＣＭの相互情報量が使用されるとするならば、ＢＩＣＭ−ＳＭに対するチャネル符号化の後の誤り率を予測するために使用することができる。相互情報量は、Ｗ＝Ｉの場合にはΓの関数であり、従って、一般の場合にはＷ^ＨΓＷの関数であるということは注意に値する。このことより、リソースブロック（ｒｂ）のある割り当てに対して累積した相互情報量は、次式のように表すことができる。

表記を容易にするために簡単化することとし、同じ送信重みと同じ変調方式とが全てのリソースブロックに対して使用されると仮定する。Ｘは全ての送信アンテナの変調アルファベットを表し、関数Ｉ_Ｘ（．）は、次式で定義される。

ここに、Ｘは２^Ｌ個の全ての可能なベクトル値シンボルの組であり、Ｂ_ｌ（ｘ）はベクトルシンボルｘのｌ番目のビットの値に等しい。そして、期待値は、共分散Γを有する、平均値が０の複素ガウスベクトルｖに関して評価される。従って、Ｉ（Γ）は、平均値が０で共分散がＱのガウス雑音と干渉が加えられたチャネルＨに対して等確率でかつ独立な変調ビットが入力された場合の、ビットインターリーブ符号化変調方式（ＢＩＣＭ）に対する相互情報量である。総和は、適当なリソースブロックにわたって取られ、チャネル符号化の後に、非常に正確にブロック誤り確率にマッピングすることができる。

２．非反復型処理を行うビットインターリーブ符号化変調方式（ＢＩＣＭ−ＳＭ）は、例えば、ＰＡＲＣ等と比較して、本質的に動作性能に欠点を有する。このことが反復受信機処理を行うＢＩＣＭ−ＳＭの研究の原動力になっている。この場合には、符号化変調方式の容量、または、コンステレーションによって制約を受ける相互情報量が適用可能であり、また、これらは、Γの関数であろうこと、より具体的には、Ｗ^ＨΓＷの関数であろうことが予想される。この場合の１つの可能なマッピング関数は、符号化変調方式に対してはコンステレーションによって制約を受ける相互情報量である。

３．ガウス変調が妥当な近似である場合には、相互情報量は次式で表される。

明らかに、Γは、いわゆる特異値分解（ＳＶＤ）に基づいた閉ループＭＩＭＯに対してはすでに十分な情報を備えており、この閉ループＭＩＭＯは出発点としてガウス変調に対する解を取る。

４．線形ＭＭＳＥ受信機に関しては、線形処理が最初に施され、異なるストリームに分離される。そして次にそれらは、別個に復調される。この場合、動作性能を決定するのは、（主として）受信機処理の後のＳＩＮＲである。次に、スカラー量のＳＩＮＲは、変調方式によって決まる特定な相互情報量にマッピングすることができる。この場合、ＭＭＳＥ合成／等化に対しては、線形合成重みは次式で与えられる。

逆行列の定義式から、合成器／等化器の後の信号は次式のように表されることが示される。

ここに、雑音と干渉との共分散は次式で表される。

この式から、線形の送信機処理および受信機処理（行列Ｗおよび行列Ｖを使用して）の後のＳＩＮＲはΓを使用して求められることがわかる。従ってその結果、一次元マッピングを使用してスカラー量のＳＩＮＲを相互情報量にマッピングすることにより、全てのストリームに対して相互情報量を求めることができる。

５．（Ｓ−）ＰＡＲＣによって使用されているように、チャネル復号の後に、線形ＭＭＳＥ処理と非線形逐次型干渉キャンセル（ＳＩＣ：Successive interference cancellation）とを組み合わせて使用する場合には、キャンセルが成功裏に行われることを仮定すれば、異なるストリームのＳＩＮＲは、これもまたΓより求められるという点に留意することができる。これは、すでにキャンセルされたストリームに対応するＷの部分をゼロに設定することによって達成される。

６．複数のユーザに並行して同時に送信を行うマルチユーザ設定では、「ＳＤＭＡ」干渉の影響は、Γの要素から導出することができる。端末において最大比合成（ＭＲＣ）を行い、また１端末毎に１ストリームをアンテナから直接に送信を行う場合では、所与の端末に対するＳＩＮＲは、Γの要素の関数である。この測定値は、異なる送信アンテナ（送信アンテナの異なる線形励振）の間の空間直交性を捕捉するので、複数のユーザに対する行列値ＳＩＮＲを使用して、この場合も、マルチユーザリソースの割り当てを空間領域の中で実行することができる。

７．いわゆる線形分散符号（ＬＤＣ）の場合では、例えば、特別な場合としてアンテナに関するアラムティ（Ａｌａｍｏｕｔｉ）の直交ダイバーシティ設計では、（近似的に）広義の定常雑音がある場合の、空間のみでの線形な受信機処理に対しては、ＳＩＮＲは、分散符号とΓとによって決定されることが示された。従って、Γを測定し、それに等価な線形実数値モデルを考慮することにより、種々の異なる分散符号に対する動作性能が評価でき、迅速なリンクアダプテーションの一部として最良の分散符号を選定することができる。

上記に記述した事例から、行列値ＳＩＮＲであるΓから導出される、本発明に従うデータ要素は、チャネル符号化の後の動作性能を求めるのに使用することができるという事実が明らかになる。これは送信重みＷの任意の選択に対して当てはまる。従って、データ要素が、例えば行列Γの形で、またはその要素の処理された表現で既知であり、また、受信機処理のタイプと割り当てのタイプとが既知である場合には、本発明によって、支持されるデータレートを予測することが可能となり、重みに関するばかりではなく、例えば分散符号の選定に関しても、空間的に最適化された送信形式を得ることができる。Γによって、支持されるレート、および、重み等の空間送信パラメータの最適化／選定を行うことができるので、その意味において、Γは、チャネル品質情報（ＣＱＩ）、および／または、チャネル状態情報（ＣＳＩ）が第３世代通信システムにおいて果たす役割と同じ役割を果たすということを意味する。

本発明は、チャネルの測定と干渉の測定とを、例えば、行列値ＳＩＮＲであるΓの中に表現された、定義された形式に凝縮し、それを送信パラメータおよびリソースブロックパラメータの最適化／選定のために使用することを目的としている。ここに、送信パラメータは、種々の異なるユーザへのリソースブロックの割り当て、アウターチャネル符号化レート、および、ブロックサイズ等であり、リソースブロックパラメータは、変調方式、送信重み、および、線形分散符号等である。

図１を参照すると、ｋ個のネットワークユニットがあり、ブロック１１の複数のアンテナブランチのそれぞれを介して第２のネットワークユニットから既に受信した信号から、ブロック１２で、１組のリソースブロックに対する行列値Γを求める。候補となる割り当ておよび送信パラメータの組とするために、割り当てられたリソースブロックは、ブロック１３の中でスカラー値の情報測定値にマッピングされることが理解できる。これらのマッピングＩ（．）は、主に、選定された変調方式および受信機処理の種類（線形ＭＭＳＥ、非線形ＭＬ、反復ＭＬ）に依存する。種々の異なる送信重みＷに対する動作性能は、ΓよりもＷ^ＨΓＷをマッピングすることにより評価することができる。またマッピングは、並行して他のユーザにスケジュールされたストリームからの干渉にも依存する可能性がある。単一送信アンテナの場合、または、単一ストリームの場合には、関数Ｉ（．）はスカラー値の引数を取るが、複数の送信アンテナを使用する一般的な場合の引数は、エルミート行列で表現することができる。次に、ブロック１４では、スカラー値の情報測定値の総和を取ることができ、そして、所与の符号レートおよび符号ブロック長に対して、符号によって決まる特定な関数Ｆ（．）を使用してブロック誤り確率にマッピングすることができる。従ってその後、複数の異なる割り当てを、例えば、スループットの平均期待値または成功した配信の確率等に関して比較することができる。優先性と遅延による制約とを考慮することにより、適切な割り当てを行うことができる。処理の限界とフィードバックの制約によって異なるノードには異なる関数を設定しなければならない場合がある。従って、情報を提供するための受信機ユニット、ブロック１５には、本発明のいくつかの実施形態がある。例えば、ダウンリンクチャネルを使用してフィードバック情報を送信ユニットに提供する実施形態である。そして、いくつかの干渉条件があり、それらに関する例を以下に示す。従って、これらの場合は、データ要素は前記Γの要素の処理された表現により構成される。

１．受信機は、１組のリソースブロックに対するデータ要素を形成し、Γ、Γの低ランク近似（これは、緩い条件下では、送信アンテナおよび受信アンテナの数の最小値に等しい場合と見なすことができる）、Γのファクタ（例えば、Ｃｈｏｌｅｓｋｙ因数または行列平方根）、または、Γを再構成することができる１組のパラメータを、リソースブロックのサブセットに提供する。そして送信機は、このＳＩＮＲを使用して適切な送信パラメータを選定し、また、マルチユーザの最適化をも実行する。

２．受信機は、１組のリソースブロックに対するデータ要素を形成し、種々の異なる送信重みに対応したΓの２次関数を評価する。そして、その結果を前記重みの組に提供する。このことは、送信重みの種々の異なる選定に対する（実効的に行列値の）ＳＩＮＲが求められて送信機にシグナリングされることを意味する。

３．受信機は、１組のリソースブロックに対するデータ要素を形成し、行列式とその行列のトレースとの間の比または重要な固有値の数等のトレース測定値または白色度測定値等の関数を、リソースブロックのサブセットに提供する。

４．受信機は、１組のリソースブロックに対するデータ要素を形成し、評価した転送フォーマットのサブセットに関する適切な情報測定値を、送信重みや変調方式という形でリソースブロックのサブセットに提供する。このことは、受信機は、種々の異なるリソースブロックに関して、変調方式、分散、およびビーム整形の重みを推奨することができることを意味する。それを受けて、送信機は、種々の異なるユーザに対してリソースブロックを割り当て、適切なチャネル符号化を指定することができる。

５．受信機は（事前に）割り当てられた１組のリソースブロックに対するデータ要素を形成し、累積した相互情報量ｒを形成することにより、送信重みと変調方式とに関して種々の異なる送信パラメータを評価し、そして次に、符号自体、符号レート、および、ブロック長によって決まるマッピングを使用して、ｒをアウターチャネル符号化の後の誤り率にマッピングを行い、そして、例えば誤り確率等の制約条件に従ったスループットまたはデータレートを最適にする送信パラメータを提供する。この場合には、本質的に、全ての処理機能は端末に置かれる。

本発明の第２の実施形態は、上記で記述したデータ要素の内容の再生に関する。ここに、データ要素は、行列Γの要素の表現、特に、ＴＤＤを基本とした無線接続ネットワークに対する行列Γの要素の表現を備える。この実施形態においては、送信ユニットは、行列値ＳＩＮＲに関するフィードバック情報を受信しない。しかし、逆方向にある伝送チャネルの上のシグナリングの助けを借りて、情報それ自身を導出することができるように設定される。アップリンクとダウンリンクとが異なる周波数の上に存在するＦＤＤシステムでは、無線チャネルの種々の異なる集団（クラスタ）の、角度、遅延、および減衰等の長時間特性は同じであり、従って、対応するダウンリンクのパラメータは、アップリンクの観測から導出することができる。アップリンクとダウンリンクとがコヒーレント時間の中の同じ周波数帯に存在するＴＤＤシステムでは、瞬時チャネルを実際に作る短時間特性は、アップリンクの観測から導出することができる。ＴＤＤのさらなる可能性は、無線チャネルの相反性を利用することである。どちらの場合も、チャネル推定値は、現在行われている通信を聴くか、または、基地局がそれによって周波数選択性ＭＩＭＯチャネルの全てを推定できるような、アンテナによって決まる特定の広帯域パイロット信号を端末から送信する等の、特別なチャネルサウンディングの仕組みを挿入することにより求められる。

リソース割り当ておよびアダプテーションの目的で、チャネル情報を導出するためにＴＤＤにおける相反性を利用する場合は、チャネルだけしか観測されないので、利点が限られたものになる可能性がある。しかし、上記で記述したように、干渉に関する知識も同様に必要である。従って、干渉特性のフィードバックがないが故に、ＴＤＤの持つ相反性にもかかわらず、実際は、周波数領域のアダプテーションと複数アンテナによる送信の利点を十分に利用することができない可能性がある。

以下に述べる実施形態は、（端末が受ける）干渉に対する（空間および周波数）白色化フィルタを使用した、（アップリンク）伝送の線形前置符号化に関する。従って（基地局）受信機は、白色化されたチャネルの推定値を導出することができ、そして、この推定値を２乗することにより、動作性能を規定するデータ要素（上記で定義した行列値ＳＩＮＲであるΓに対応したもの）を求めることができる。この情報は、続いて、（空間）リンクアダプテーションおよびスケジューリングの一部として、（空間）送信パラメータの最適化と選定のために使用される。ほとんど無視できるほどのフィードバックしか行わない、ＭＩＭＯでのＯＦＤＭにおけるＴＤＤ設定では、チャネルの相反性を利用してアダプテーションとマルチユーザスケジューリングのためのチャネル特性を求めるときには、関連する干渉特性を考慮することができる。

上記ですでに定義したデータのモデルは、また、ダウンリンク条件とアップリンク条件とを明確にするための以下の記述にも適用されるであろう。反対方向に対しては、リソースブロックｋに関連するサンプルは、ｙ_ＢＳ，ｋ＝Ｈ’_ｋｘ_ＭＳ，ｋ＋ｅ’_ｋのようにモデル化することができる。ここに、Ｈ’_ｋはアップリンクチャネルをモデル化したＭ_ＭＳ行×Ｍ_ＢＳ列の行列である。そして、移動局により送信される信号は、ｘ_ＭＳ，ｋ＝Ｖ_ｋｓ_ＭＳ，ｋとモデル化される。ｓ_ＭＳ，ｋは、（簡単にするため）Ｍ_ＭＳ×１の正規化された列ベクトルであり、送信パイロットシンボルおよび／またはデータシンボルをモデル化している。Ｖ_ｋは送信重みを含むＭ_ＭＳ行×Ｍ_ＭＳ列の前置符号化行列である。

チャネルのコヒーレント時間の中で適切な較正とシグナリングを使用するＴＤＤ設定においては、Ｈ’_ｋ＝Ｈ_ｋ ^Ｔが成り立つ。これは、チャネルの相反性を利用するときに使用される鍵となる近似である。干渉に関する基本的な問題点は、アンテナの数が同じであったとしても、Ｅ｛ｅ’_ｋｅ’_ｋ ^Ｈ｝≠Ｑ’_ｋという点である。従って、アップリンクチャネルでの測定によって、上記のサンプルモデルがダウンリンクチャネルを導出するのに使用することができるとしても、干渉に対しては即座に同じことを行うことはできない。

上記で記述したように、行列値ＳＩＮＲによって導出されたデータ要素は、ＭＩＭＯチャネルの推定値と障害共分散行列の推定値とから、送信機の中で形成されるべきであり、また、この行列値ＳＩＮＲは、単一アンテナの場合には従来のＳＩＮＲと一致し、これこそが、送信パラメータの最適化および動作性能予測のために使用することができる、動作性能を規定する測定値である。本発明は、送信機が同じＳＩＮＲを利用できるようにすることを目的としている。従って、もし、例えば行列値ＳＩＮＲ等のデータ要素が送信機で利用可能になれば、本質的に、全ての関連する送信パラメータが最適化され、チャネル復号の後の動作性能は、多くの受信機に対して予測可能になる。

（選定されたデータモデルを参照して）上記で定義された前置符号化Ｖ_ｋは、動作性能を規定するＳＩＮＲであるΓ_ｋの因数にスケーリングを行って決定することができるように選定される。このさらなるスケーリングは、それぞれの搬送波に別々に、または、全ての搬送波に適用することができ、基地局に提供され、スケーリングのあいまいさを解消するために使用することができる。

例示の目的で、端末はアップリンク送信の間では前置符号化行列を使用すると仮定する。従って、基地局は、例えば、シンボルの全てまたは十分な部分は既知のパイロットシンボルであると仮定することによって、チャネルの推定を行うことができる。雑音を無視することにすれば、リソースブロックｋに関するチャネル推定値は、

と表される。従って、相反性のあるＴＤＤの場合には、基地局は次式を形成する。

もしも、前置符号化が、スカラースケーリングｑ_ｋに対して（Ｖ_ｋＶ_ｋ ^Ｈ）^Ｃ＝ｑ_ｋＱ_ｋ ^−１という意味で白色化フィルタとして選定されるならば、明らかにＧ_ｋ＝ｑ_ｋΓ_ｋであり、これより送信パラメータおよびダウンリンク動作性能を予測することができる。

白色化フィルタはいくつかの方法で求めることができる点に留意すべきである。１つの可能な方法は、共分散行列のエルミート構造を利用し、Ｃｈｏｌｅｓｋｙ因数分解を使用して白色化フィルタを求める方法である。さらに、全ての搬送波ｋに対して単一の共通のスケーリングを使用するか、または、副搬送波ごとに１つのスケーリングを使用することもできる。

スケーリングｑ_ｋは直接にシグナリングすることができる。しかしながら、行列値ＳＩＮＲのトレースまたはいずれかの行列ノルム等の、行列値ＳＩＮＲのスカラー値関数、また、単一の共通のスケーリングを使用する場合には、このスカラー関数をいくつかのリソースブロックにわって平均値を取ることとし、これらを端末が評価することができればより魅力的である。このトレースは、個々の送信アンテナのＳＩＮＲを複数のアンテナおよびリソースブロックにわたって総和を取った値であると解釈することができる。ある共通のスケーリングを使用する単一アンテナの場合には、すなわち、ｑ_ｋ＝ｑでありσ^２ _ｋがリソースブロックｋの干渉雑音である場合には、前置符号化は、リソースブロックｋの送信振幅の相対値をｑ／σ_ｋに設定することに単純化される。従って、搬送波のチャネル推定値の２乗は、スケーリングされた実際のＳＩＮＲになるであろう。スケーリングは、フィードバックされた、全てのリソースブロックにわたるＳＩＮＲの平均値を使用して解除することができる。従って、前置符号化は、異なるアンテナと異なる周波数との間の相対的な関係を基地局が求めるのを助けるために使用することができるが、フィードバックされたスケーリングは、基地局が端末におけるＳＩＮＲの絶対値を求めることを可能にする。

端末が、Ｋ個のリソースブロック（または副搬送波）にわたる行列値ＳＩＮＲのトレースの平均値を求めて、次式で示される量

をシグナリングにより返信すると仮定すると、基地局は、関係式Ｇ_ｋ＝ｑΓ_ｋから直接に次式で表される共通スケーリングｑを求めることができる。

これまではＴＤＤを基本にした通信システムに関して記述してきたが、この考え方は、干渉および行列値ＳＩＮＲの長時間の平均化に基づいて前置白色化フィルタを使用した長時間のＦＤＤ設定に対しても適用可能であることは明らかである。

以下では可能な実施例の概略を述べる。第１のステップで、端末は干渉共分散行列の推定値を形成する。これは、基地局から送信されるダウンリンクのタイムスロットの時間内に、測定のためにセルの中で報知（ブロードキャスト）される参照シンボルを使用して行うことができる。また端末は、ＭＩＭＯチャネルの推定値を形成し、行列値ＳＩＮＲのトレースに関してスケーリングを行うことができる。そして、端末は干渉測定値を処理し、前置符号化行列を求める。次のタイムスロットで、端末は、データシンボルとパイロットシンボルとのミックスシンボルか、または、チャネルサウンディングの場合には本質的にパイロットシンボルだけか、いずれかを送信する。導出した前置符号化行列を持つ線形独立なパイロットパターンが送信される。アップリンク送信の間に、例えば、未知のデータ等として、スケーリングフィードバックを埋め込むことができる。基地局は信号を受信し、例えば、パイロットパターンの知識を使用して、リソースブロックの事前に白色化されたチャネルの推定を行う。スケーリングフィードバックを復号することにより未知のスケーリングが解決され、基地局はデータ要素を形成することができ、このデータ要素はダウンリンク送信を最適化し整合させるのに使用される。

Claims (30)

1. 無線通信システムの第１のネットワーク装置（２０）における方法であって、該装置（２０）は前記システム内の少なくとも１つの第２のネットワーク装置（２８）とのデータ送信およびデータ受信に適した１つまたは複数のアンテナ（２７）を含み、前記方法は、前記第１のネットワーク装置（２０）のサイトで経験した干渉に対応して、前記第２のネットワーク装置（２８）から前記第１のネットワーク装置（２０）までのデータ送信のための送信パラメータを適合させるものであり、該方法は、
   前記第１のネットワーク装置（２０）に送信している前記第２のネットワーク装置（２８）のアンテナの個々の組合せに関連する白色化ベクトルチャネル間のエルミート内積に等価な値を決定するステップと、
   決定された値をデータ要素にマッピングするステップと、
   フィードバック情報として前記データ要素を前記第２のネットワーク装置（２８）に提供するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記値を決定する前記ステップと決定された値をマッピングする前記ステップとは、１以上のリソースブロックの少なくとも１つのセットに対して実行され、前記マッピングは、リソースブロックと関連付けられた前記決定された値から構成されるエルミート行列の処理された表現のマッピングを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記処理された表現は、前記行列の低ランク近似またはファクタ決定から導出されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記処理された表現は、前記行列の二次関数から導出されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記処理された表現は、前記行列の重要な固有値またはその関数から導出されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記処理された表現は、送信重みや変調方式という形で、評価した転送フォーマットのサブセットに関する前記決定された値の適切な情報コンテンツを表すことを特徴とする請求項２に記載の方法。
7. 前記適切な情報コンテンツは、ＭＩＭＯ ＢＩＣＭまたはコンステレーションによって制約を受ける相互情報量を記述する前記行列の関数であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記適切な情報コンテンツは、等価な後置受信機の有効ＳＩＳＯチャネルの送受信処理の関数としてＢＩＣＭ相互情報量を記述する前記行列の関数であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. 前記相互情報量は、リソースブロックの１セットにわたって合計されることを特徴とする請求項６乃至８の何れか一項に記載の方法。
10. 前記リソースブロックは、選択されたリソースブロックに対する合計相互情報量が最大になるように評価され選択されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記処理された表現は、
    １以上のリソースブロックの前記セットに関する配分のために累積相互情報量を形成するステップと、
    パフォーマンスを決定する誤り率に前記累積相互情報量をマッピングするステップと、
    送信を最適化するこれらの送信パラメータを提供するステップと、
    により導出されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
12. 無線通信システムの第１のネットワーク装置（２０）内の装置（２０１）であって、該装置（２０）は前記システム内の少なくとも１つの第２のネットワーク装置（２８）とのデータ送信およびデータ受信に適した１つまたは複数のアンテナ（２７）を含み、該装置は、
    前記第１のネットワーク装置（２０）に送信している前記第２のネットワーク装置（２８）のアンテナの個々の組合せに関連する白色化ベクトルチャネル間のエルミート内積に等価な値を決定する手段（２２）と、
    決定された値をデータ要素にマッピングする手段（２３）と、
    フィードバック情報として前記データ要素を前記第２のネットワーク装置（２８）に提供する手段（２４）と、
    を含むことを特徴とする装置。
13. 前記決定された値から構成されるエルミート行列の処理された表現を達成するための手段（２５）と、
    前記処理された表現をデータ要素にマッピングする手段（２６）と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記装置はユーザ装置内に実装され、前記第２のネットワーク装置は無線基地局であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置。
15. 無線通信システムの第１のネットワーク装置（３０）における方法であって、該装置（３０）は前記システム内の少なくとも１つの第２のネットワーク装置（３５）とのデータ送信およびデータ受信に適した１つまたは複数のアンテナ（３４）を含み、前記方法は、チャネルと前記第１のネットワーク装置（３０）の側で経験した干渉とに対応して、前記第２のネットワーク装置（３５）から前記第１のネットワーク装置（３０）までのデータ送信のための送信パラメータを適合させるものであり、該方法は、
    前記第１のネットワーク装置（３０）に送信している前記第２のネットワーク装置（３５）のアンテナの個々の組合せに関連する白色化ベクトルチャネル間のエルミート内積に等価な値を決定するための前記前置符号化された信号シーケンスを担持する有効チャネルの推定値を前記第２のネットワーク装置（３５）に提供するために、前記第１のネットワーク装置（３０）の側で経験した干渉に対応する白色化フィルタとして選択された前置符号化行列を適用する既知の信号シーケンスを処理するステップと、
    前記処理された信号シーケンスを前記第２のネットワーク装置（３５）に送信するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
16. 前記前置符号化行列は、送信電力を制御するためにスカラーによりスケーリングされることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記通信システムは、ＯＦＤＭベースの無線アクセスネットワークが適用され、前記処理するステップは、１つまたはいくつかの近隣サブキャリアのグループに関連する１つまたはいくつかのリソースブロックに対して実行されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
18. リソースブロックの前記前置符号化行列は、送信電力を制御するために共通のスカラーによってスケーリングされることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記スケーリングは、前記第２のネットワーク装置（３５）にフィードバック情報として送信されることを特徴とする請求項１６乃至１８の何れか一項に記載の方法。
20. 無線通信システムの第１のネットワーク装置（３０）内の装置（３０１）であって、該装置（３０）は前記システム内の少なくとも１つの第２のネットワーク装置（３５）とのデータ送信およびデータ受信に適した１つまたは複数のアンテナを含み、該装置は、
    既知の信号シーケンスを生成する信号発生器（３１）と、
    前記信号シーケンスを送信するとき、前記第１のネットワーク装置（３０）の側で経験した干渉に対応する前置符号化行列を適用する白色化フィルタ（３２）と、
    前記第１のネットワーク装置（３０）に送信している前記第２のネットワーク装置（３５）のアンテナの個々の組合せに関連する白色化ベクトルチャネル間のエルミート内積に等価な値を決定するための前記前置符号化された信号シーケンスを担持する有効チャネルの推定値を前記第２のネットワーク装置（３５）に提供するために、前記信号シーケンスを送信する送信機（３３）と、
    を含むことを特徴とする装置。
21. 前記通信システムは、ＯＦＤＭベースの無線アクセスネットワークが適用され、前記白色化フィルタは、１つまたはいくつかの近隣サブキャリアのグループに関連する１つまたはいくつかのリソースブロックに対する前置符号化行列を適用することを特徴とする請求項２０に記載の装置。
22. 前記第１のネットワーク装置（３０）はユーザ装置であり、前記第２のネットワーク装置（３５）は無線基地局であり、双方の装置（３０，３５）はＴＤＤベースの無線アクセスネットワークを介したデータ送受信のために装備されることを特徴とする請求項２０または２１に記載の装置。
23. 無線通信システムの第２のネットワーク装置（３５）における方法であって、該装置（３５）は前記システム内の少なくとも１つの第１のネットワーク装置（３０）とのデータ送信およびデータ受信に適した１つまたは複数のアンテナを含み、前記方法は、前記第１のネットワーク装置（３０）の側で経験した干渉に対応して、前記第２のネットワーク装置（３５）から前記第１のネットワーク装置（３０）までのデータ送信のための送信パラメータを適合させるものであり、該方法は、
    前記第１のネットワーク装置（３０）のサイトで経験した干渉に対応する白色化フィルタとして選択された前置符号化と共に前記第１のネットワーク装置（３０）から送信された既知の信号シーケンスを受信するステップと、
    前記第１のネットワーク装置（３０）に送信している前記第２のネットワーク装置（３５）のアンテナの個々の組合せに関連する白色化ベクトルチャネル間のエルミート内積に等価な値を決定するための前記前置符号化された信号シーケンスを担持する有効チャネルの推定値を導出するステップと、
    リバース送信チャネルでのデータ送信のために、前記値から、送信重み、変調方式、符号化パラメータを含む送信パラメータのセットを決定するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
24. 前記通信システムは、１つまたはいくつかの近隣サブキャリアのグループに関連する１つまたはいくつかのリソースブロックに対して前記前置符号化が実行されるＯＦＤＭベースの無線アクセスネットワークが、前記１つまたはいくつかのリソースブロックの各々の推定値を導出するために適用されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 前記決定された値から構成されるエルミート行列の絶対スケーリングは、前記行列のスカラー関数の助力によって導出されることを特徴とする請求項２３または２４に記載の方法。
26. 前記送信パラメータは、スループットを最大化するために選択されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
27. 無線通信システム内の第２のネットワーク装置（３５）内の装置（３５１）であって、該装置（３５）は少なくとも１つの第１のネットワーク装置（３０）とのデータ送信およびデータ受信に適合した１以上のアンテナを含み、該装置は、
    前記第１のネットワーク装置（３０）から、前記第１のネットワーク装置（３０）の側で経験した干渉に対応する白色化フィルタとして選択された前置符号化と共に受信した既知の信号シーケンスを処理する処理手段（３６）と、
    前記第１のネットワーク装置（３０）に送信している前記第２のネットワーク装置（３５）のアンテナの個々の組合せに関連する白色化ベクトルチャネル間のエルミート内積に等価な値を決定するための前記前置符号化された信号シーケンスを担持する有効チャネルの推定値を導出する手段（３７）と、
    リバース送信チャネルでのデータ送信のために、前記値から、送信重み、変調方式、符号化パラメータを含む送信パラメータのセットを決定する手段（３８）と、
    を含むことを特徴とする装置。
28. 前記第１のネットワーク装置（３０）はユーザ装置であり、前記第２のネットワーク装置（３５）は無線基地局であり、双方の装置（３０，３５）はＴＤＤベースの無線アクセスネットワークを介したデータ送信およびデータ受信のために装備されることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
29. 前記第１のネットワーク装置（３０）は無線基地局であり、前記第２のネットワーク装置（３５）はユーザ装置であり、双方の装置（３０，３５）はＴＤＤベースの無線アクセスネットワークを介したデータ送信およびデータ受信のために装備されることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
30. 前記通信システムは、ＯＦＤＭベースの無線アクセスネットワークを適用することを特徴とする請求項２７乃至２９の何れか一項に記載の装置。

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