JP2009542052A - プリコード化されたｍｉｍｏ−ｏｆｄｍシステムにおいてフィードバック情報のオーバヘッドを低減させるための方法 - Google Patents

Abstract

プリコーディングを使用する複数搬送波ＭＩＭＯ（複数入力複数出力）通信システムにおけるプリコーディングフィードバック情報の量を低減させるための改善された方法を開示する。受信側において、副帯域と行列との、関連した組み合わせのそれぞれに対する送信品質を考慮しながら、方法は、ベクトルΠ中に含めるべき、限定された数Ｐ個のコードブックインデックスと、許可された副帯域の集合Ωの部分集合ω（ｍ₁、．．．、ｍ_k’）中に含めるべき、限定された数Ｋ’個の副帯域とを一緒に選択する。ここで、Ｋ’は、Ｋ’＜Ｋの値に設定され、Ｐは、Ｐ＜Ｋ’の値に設定される。ベクトルΠと、部分集合ωを識別する情報が、次に、送信側に伝達される。

Description

発明の分野

本発明は、通信システムの受信側において、プリコーディングフィードバック情報の量を低減させるための方法に関する。

本発明はまた、通信システムの送信側において、プリコーディングフィードバック情報の量を低減させるための方法に関する。

本発明はまた、プリコーディングフィードバック情報の量を低減させるために構成された受信ユニットに関する。

本発明はまた、プリコーディングフィードバック情報の量を低減させるために構成された送信ユニットに関する。

発明の背景

一般に、複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）システムとして知られている、送信機および受信機の両方において複数のアンテナを利用するワイヤレス通信システムにおいて、送信機側において線形ＭＩＭＯプリコーディングを使用できる場合、性能が非常に向上することが、背景技術においてよく知られている。このような線形プリコーディングは、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００５規格において実現されており、３ＧＰＰ Ｅ−ＵＴＲＡに対しても提案されている。

ＭＩＭＯと組み合わされた直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）は、周波数選択ＭＩＭＯチャネルに対して、ＭＩＭＯプリコーディングの拡張を可能にする。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭにおいて、広帯域のチャネルは、ＯＦＤＭ副搬送波に対応する複数の狭帯域のチャネルに変換される。各狭帯域のチャネルは、フラットフェージングであると仮定できる。

さらに、隣接ＯＦＤＭ副搬送波の等しいサイズのグループが形成されて、ＯＦＤＭ副帯域が得られる。３ＧＰＰ Ｅ−ＵＴＲＡにおいて使用される共通の値は、ＯＦＤＭ副帯域を形成する２５個の隣接ＯＦＤＭ副搬送波である。それゆえに、総帯域幅は、Ｋ個の副帯域に分割される。各副帯域の幅は、チャネルが各副帯域内でほぼフラットフェージングであるように選ばれる。これは、同一の最良プリコーディング行列が副帯域内のすべての副搬送波に対してほぼ有効であることを意味する。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭにおいて生じている問題は、周波数選択スケジューリングにより、チャネル品質がＯＦＤＭ副帯域の数の関数になるために、フィードバックのオーバヘッドが増加することである。さらに、コードブックベースの線形ＭＩＭＯプリコーディングが適用されるとき、受信機はまた、各ＯＦＤＭ副帯域に対するコードブックに対して、プリコーディング行列インデックス（ＰＭＩ）を示すことが必要である。これは、シグナリングのオーバヘッド負担が著しくなり、このオーバヘッドを低減させるための方法を見つけなければならないことを意味する。

コードブックベースのプリコード化されたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭに対して、いくつかの背景技術が存在し、それらのすべては、隣接副搬送波または副帯域に対して最適プリコーディング行列の相関を活用して、プリコーディング情報のフィードバックを低減させる。

この明細書の終わりに、多数の背景技術の文書を一覧表示している。

文書［６］（３ＧＰＰ Ｒ１−０６１４４１、“Ｅ−ＵＴＲＡダウンリンクに対するＲａｎｋ−１プリコーディングのためのフィードバック低減”、テキサスインストルメント、上海、２００６年５月）および文書［７］（３ＧＰＰ Ｒ１−０６１４３９、“ＬＴＥ ＭＩＭＯシステムに対する、コードブックベースのプリコーディングの評価”、テキサスインストルメント、上海、２００６年５月）において、グループ分けアプローチが記述され、そこでは、隣接副搬送波のより大きなグループを作成し、このより大きなグループの平均に対して有効であるプリコーディング行列を見つけることにより、プリコーディング情報のフィードバックが低減される。例えば、２個毎のＯＦＤＭ副帯域に対するプリコーディング行列インデックスは、すべてのＯＦＤＭ副帯域に対するプリコーディング行列インデックスをフィードバックすることと比較して、わずかな性能の低下だけで足りることが、文書［６］において推奨されている。このようにして、プリコーディング行列に対するフィードバックのオーバヘッドが半減される。

同じ基本アプローチが、文書［３］（Ｊ．Ｃｈｏｉ氏およびＲ．Ｗ．Ｈｅａｔｈ Ｊｒ．氏による“限定されたフィードバックを有する空間多重ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのための補間ベースのユニタリープリコーディング”、ＩＥＥＥグローブコム会議２００４、ダラス、ＵＳＡ、第２１４頁から第２１８頁、２００４年１１月）および文書［４］（Ｊ．Ｃｈｏｉ氏およびＲ．Ｗ．Ｈｅａｔｈ Ｊｒ．氏による“限定されたフィードバックを有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのための補間ベースの送信ビームフォーミング”、信号処理に関するＩＥＥＥトランザクション、第５３巻第１１号第４１２５頁から第４１３５頁、２００５年１１月）においてとられている。著者はここで、全帯域幅にわたって一様にサンプリングされたＬ個毎のＯＦＤＭ副搬送波に対するプリコーディング行列インデックスを報告することを提案している。送信機において、中間プリコーディング行列インデックスの再構築が、補間を使用して実行される。

文書［５］（Ｂ．Ｍｏｎｄａｈｌ氏およびＲ．Ｗ．Ｈｅａｔｈ Ｊｒ．氏による“ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭビームフォーミングシステムにおける量子化されたプリコーディングのためのアルゴリズム”、ＳＰＩＥの会議録、第５８４７巻第８０頁から第８７頁、２００５年）において、代替のアプローチが提案されており、そこでは、チャネル情報（プリコーディング行列情報）が、周波数領域の代わりに時間領域中で量子化され、変換がチャネル情報をデコリレート（ｄｅｃｏｒｒｅｌａｔｅ）する。その考えというのは、量子化の前にプリコーディング行列情報をデコリレートすることである。この方法の成果は、文書［４］におけるグループ分けの提案と類似することが示されている。

背景技術のプリコーディング行列インデックスフィードバックシグナリングの低減方法はすべて、それらがシステムの送信側において使用されない情報をフィードバックすることが多いという短所を有する。プリコーディング行列インデックスフィードバックのオーバヘッドを低減させるための背景技術の解決方法は、いくつかの情報が送信側における他の情報よりもより大きな価値を有することを考慮しない。

したがって、どの情報をフィードバックするかをインテリジェントに選んで、それによりプリコーディング行列インデックスフィードバックシグナリングのオーバヘッドの量をさらに低減させる方法に対する必要性が存在する。

プリコーディングフィードバック情報の量を低減させるために、通信システムの受信および送信側において使用すべき方法と、このような改良されたシステムにおいて使用するための受信ユニットおよび送信ユニットとを提供することが本発明の目的である。

特に、背景技術から知られている方法よりも多く、行列インデックスフィードバックシグナリングの量を低減させる、方法、受信ユニット、および送信ユニットを提供することが本発明の目的である。

システムにおいて有用である情報に対して、行列インデックスフィードバックシグナリングを限定する、方法、受信ユニット、および送信ユニットを提供することが本発明のさらなる目的である。

これらの目的は、請求項１および２２の特徴をなす部分にしたがった、プリコーディングフィードバック情報の低減方法により達成される。

これらの目的はまた、請求項２３および２６の特徴をなす部分にしたがった、プリコーディングフィードバック情報を低減させる受信および送信ユニットにより達成される。

本発明にしたがった方法、受信ユニット、および送信ユニットは、どの情報が送信側において必要とされるかを受信側において有効に決定し、次に、この情報をフィードバックすることを可能にする。

これは、本発明にしたがった方法、受信ユニット、および送信ユニットにより達成される。なぜなら、それらは、低品質を有する副帯域に関する情報をシグナリングすることに対して、通信リソースを浪費しないからである。

このため、本発明にしたがった方法、受信ユニット、および送信ユニットは、送信のためにスケジュールされそうな副帯域に関する情報だけを含むように、フィードバックされる情報を限定する。その結果、フィードバック情報の量を低減できる。

本発明は、スループットとフィードバック低減との間の良好なトレードオフを有する解決方法を与える。

本発明の実施形態において、ランクアダプテーションを実行することができる。すなわち、部分集合およびプリコーディングコードブックインデックスのベクトルと一緒に、ストリームの数も選択できる。これは、接続のスループットを最大化することに対して有利となる可能性がある。

本発明の実施形態において、プリコーディングコードブックインデックスのベクトル中の要素の数は、非常に低い値、例えば、値１に設定できる。これは、フィードバックシグナリングを低減させることに対して、非常に有効な選択肢である。この実施形態はまた、プリコーディング行列の性能がＯＦＤＭ副帯域にわたって高く相関付けられる状況に対して有利である。

本発明の実施形態において、本方法により選択されない副帯域で構成される補部分集合に対して、プリコーディング行列インデックスをフィードバックできる。代替として、補部分集合に対して使用されるプリコーディング行列は、固定してもよい。これは、送信のために補部分集合内の副帯域をスケジュールすることをスケジューラが決定する場合に、ほとんどの情報がフィードバックされないという利点を有する。

本発明の実施形態において、選択された部分集合を識別するために、ビットマップが使用される。ビットマップ表示は、送信されるフィードバックの量をさらに低減させる効率的な圧縮方法である。

本発明にしたがって、行列インデックスフィードバックシグナリングの量を低減させるための方法、受信ユニット、および送信ユニットの、詳細な例示的な実施形態および利点を、いくつかの好ましい実施形態を説明する添付図面に関連してこれから記述する。

図１は、利用可能なすべての副帯域の集合Ωからの部分集合ωの選択と、ビットマップＢを使用して部分集合ωを識別することとを示す。 図２は、利用可能なすべての副帯域の集合Ωからの部分集合ωの選択と、次に、（ａ）および（ｂ）において、部分集合ωに対してグループ分けアプローチを使用することとを示す。 図３は、ＯＦＤＭ副帯域スペクトルにおける、プリコーディング行列および副帯域に対するＳＮＲグラフの例を示す。 図４は、ＯＦＤＭ副帯域スペクトルにおける、プリコーディング行列および副帯域に対するＳＮＲグラフの別の例を示す。

好ましい実施形態の詳細な説明

Ｎ_T本の送信機アンテナとＮ_R本の受信機アンテナとを有する、フラットフェージングの、プリコード化されていないＭＩＭＯシステムにおいて、入力と出力との関係は、次のように記述できる。

等式（１）において、ｘは、送信されるシンボルのＮ_T×１ベクトルであり、ｙおよびｎは、それぞれ、受信されるシンボルのＮ_R×１ベクトルおよびノイズであり、Ｈは、チャネル係数のＮ_R×Ｎ_T行列である。送信機シンボルは、ＭＩＭＯチャネルＨにわたってＮ_T倍に空間的に多重化される。すなわち、言い換えれば、Ｎ_T個のストリームが並列に送信され、理論上では、Ｎ_T倍のスペクトル効率の増加を導く。

線形プリコーディングは、Ｎ_T×Ｎ_Sプリコーディング行列Ｗが（１）中に導入されて、ベクトルｘ中のシンボルがプリコード化されることを意味する。列の次元Ｎ_SをＮ_Tより小さく選択でき、このケースにおいて、ｘは、次元Ｎ_S×１に修正される。したがって、Ｎ_S個のストリームが並列に送信され、これは、ランクアダプテーションとして知られており、より少ないシンボルが、チャネルにわたって空間的に多重化されることを意味する。より少ないシンボルが空間的に多重化されるが、シンボル誤りの可能性が減少することから、ランクアダプテーションは有用である。したがって、プリコード化されたＭＩＭＯに対する入力と出力との関係は、次のように記述される。

（２）において最良のプリコーダ行列Ｗを選択するために、チャネルＨと受信機ノイズ統計に関する知識が必要である。それゆえに、この情報は受信機において容易に利用可能であることから、選択は受信機において実施されることが好ましい。選択されたプリコーダＷは次に、送信機に対してシグナリングされ、送信機は、受信機の選択にしたがって、プリコーディングを実現する。受信機と送信機との間のシグナリング負担を低減させるために、プリコーディングコードブックとして知られている、プリコーディング行列の固定された集合に、プリコーディング行列Ｗは属していると一般に仮定される。コードブックがＮ個の要素を有する場合、

個のビットが、コードブック中の要素を示すために必要とされ、したがって、プリコーディング行列インデックス（ＰＭＩ）だけを受信機から送信機にシグナリングすればよい。

ＭＩＭＯと組み合わされた直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）は、周波数選択ＭＩＭＯチャネルに対して、ＭＩＭＯプリコーディングの拡張を可能にする。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭにおいて、広帯域のチャネルは、ＯＦＤＭ副搬送波に対応する複数の狭帯域のチャネルに変換される。各狭帯域のチャネルは、フラットフェージングであると仮定できる。ＯＦＤＭを使用すると、結果として、等式（１）および（２）は、このような各狭帯域のチャネルに対して有効である。

さらに、隣接ＯＦＤＭ副搬送波の等しいサイズのグループが形成されて、ＯＦＤＭ副帯域が得られる。３ＧＰＰ Ｅ−ＵＴＲＡにおいて使用される共通の値は、ＯＦＤＭ副帯域を形成する２５個の隣接ＯＦＤＭ副搬送波である。それゆえに、総帯域幅は、Ｋ個の副帯域に分割される。各副帯域の幅は、チャネルが各副帯域内でほぼフラットフェージングであるように選ばれる。これは、（２）中の同一の最良プリコーディング行列が副帯域内のすべての副搬送波に対してほぼ有効であることを意味する。したがって、ＰＭＩフィードバックにおける最小の必要粒度は、１個の副帯域であり、１個の副帯域につき１個のＰＭＩをフィードバックすることだけが必要である。

ＯＦＤＭシステムにおいて、周波数選択スケジューリングが実行される。信号対干渉比のようなチャネル品質は、送信帯域幅に対して変化することから、周波数選択スケジューリングおよび複数ユーザのスケジューリングは、例えば、Ｅ−ＵＴＲＡおよびＩＥＥＥ８０２．１６のようなシステムにおいて適用される。

周波数選択スケジューリングを可能にするために、受信機は、Ｋ個の総ＯＦＤＭ副帯域のうちのＱ個が、データを受信するために好ましいことと、加えて、これらのＱ個の帯域に対するチャネル品質インジケータとをフィードバックチャネル上で示す。受信機の自然な選択は、Ｋ個のＯＦＤＭ副帯域の中で、最も高い信号対干渉比を有するＱ個の副帯域を示すことである。これは、背景技術文書［１］“３ＧＰＰ Ｒ１−０６１２４６ “効率的なラベリングによる統一アップリンクＣＱＩシグナリング”、フアウェイ、上海、２００６年５月”中に示されている。

背景技術文書［２］“ＰＣＴ／ＣＮ／２００６／０００４、“副帯域インジケータシグナリングのための方法”、フアウェイ、特許出願、２００６年３月”は、Ｋ個の利用可能な副帯域のうちのＱ個の副帯域の部分集合をシグナリングする効率的な方法をさらに示している。

本発明においては、プリコーディングの物理レイヤの挙動をスケジューリングレイヤの動作と組み合わせるアプローチがとられる。したがって、クロスレイヤアプローチがとられる。

ユーザのチャネル品質が、すなわち他のユーザからの競合により低いような、ユーザのＯＦＤＭ副帯域上では、ユーザはスケジュールされないことを、本発明の発明者は観測している。

本発明の発明者はさらに、最も高いチャネル品質を有するＯＦＤＭ副帯域に対するプリコーディング行列インデックスが相関付けられることを発見している。これは、高品質を有する１つの副帯域に対して十分に機能するプリコーディング行列が、高品質を有する別の副帯域に対しても十分に機能する確率が高いことを意味する。使用されるプリコーディング行列の数を低減させるために、この発見を使用できることを発明者は認識している。

それゆえに、すべてのＯＦＤＭ副帯域に対してプリコーディング行列情報をフィードバックすることにおいて利益はない。なぜなら、何の周波数スケジューリングの利益も得られないケースにおいて、すべての副帯域がユーザに対してスケジュールされない限り、この情報は送信機により使用されないからである。

したがって、全帯域幅に対してプリコーディング行列インデックスを完全に記述する試みが実施されないという点において、本発明は、背景技術文書［３］、［４］、［５］、［６］および［７］と異なっている。代わりに、高いチャネル品質により、送信が起こる確率が高いＯＦＤＭ副帯域に対するプリコーディング行列インデックスだけを、本発明は記述する。

スケジュールされることを受信機が望む帯域は、文書［１］のラベリング技術を使用して効率的にシグナリングできる。プリコーディング行列インジケータのシグナリングは、チャネル品質情報のシグナリングと同時に起こることが好ましい。

ＯＦＤＭ帯域幅は、等しい周波数帯域幅の副帯域に分割することができ、その副帯域の中で、Ｋ個がスケジューリングに対して許可され、利用可能である。このＫ個の副帯域の集合は、Ωと表される。Ω中のＫ個の総副帯域のうちのＫ’個で構成されるより小さい部分集合ωに対して、受信機は、プリコーディング行列インデックス報告を発生させることを決定する。

ビットマップＢを使用して、集合ωを一意的に規定するラベルを発生させてもよい。これを図１中で示す。図１において、帯域幅は、Ｋ＝１２個の周波数副帯域幅に分割されている。Ｋ’＝４個の副帯域が選択され、ビットマップマスクＢによりラベル付けされてもよい。効率的なビットマップ圧縮方法を使用することもできる。文書［１］および［２］を参照。

ＯＦＤＭ副帯域の部分集合ωに対して、プリコーディング行列インデックス報告をこれから発生させることができる。これを図２中に示す。図２において、Ｋ’＝４個の副帯域の部分集合ωを使用する、プリコーディング情報の効率的な圧縮が実行される。例えば、グループ分けアプローチ（ａ）、または例（ｂ）において示されているように、全部分集合ωに対して単一のプリコーディング行列インデックスを使用して、ω中のプリコーディング行列情報をさらに圧縮できる。

本発明にしたがって、Ｋ’個の副帯域の部分集合ωの選択に対して、次の最適化基準が使用される。

ここでΠは、ベクトルω中の、対応する副帯域に対するプリコーディング行列インデックスを含んでいるベクトルであり、ベクトルωの要素は、許可された周波数副帯域の完全な集合を構成しているΩから選択される。さらに、Ｎ_Sは送信のランク、すなわち、送信されるストリームの数である。関数ｆは、複数のストリームと複数の副帯域との測定値を単一の実数にマッピングするスカラメトリックである。

本発明の実施形態において、Ｋ’個の最良の帯域が見つけられ、それらは、方程式（３）におけるメトリックｆを最大化する。ここで、各帯域は、その最良のプリコーディング行列インデックスを使用しており、Ｋ’は所定の数である。この実施形態において、Πは、要素の数Ｐを含んでおり、Ｐは、選択された副帯域の数Ｋ’までとすることができる。したがって、この実施形態において、ωに対して選択されたＫ’個の副帯域のすべてに対して、異なるプリコーディング行列インデックスを選ぶことができる。数Ｐ＝Ｋ’まで、プリコーディング行列インデックスと、ベクトルω中のＫ’個の１組の副帯域が一緒に見つけられ、それらは、この実施形態における方程式（３）を解く。

代替の実施形態において、さらにフィードバックを低減させるために、プリコーディング行列インデックスのベクトルΠは、対応する副帯域ベクトルωよりも少ない要素を有するように選ばれる。一例は、ベクトルω中の副帯域をグループ化し、副帯域の各グループに対して１個のプリコーディング行列インデックスを報告することである。したがって、背景技術文書［６］におけるものと類似するグループ分け方法を使用するが、ここでは、グループ分けは、選択された副帯域ωに対して実行され、副帯域Ωの全体の集合に対しては実行されない。この実施形態において、Πは、要素の数Ｐを含んでおり、Ｐは、選択された副帯域の数Ｋ’よりも小さい。数Ｐ＜Ｋ’までのプリコーディング行列インデックスと、ベクトルω中のＫ’個の１組の副帯域が一緒に見つけられ、それらは、この実施形態における方程式（３）を解く。図２中の例（ａ）を見ると、Ｐが２に、Ｐ＝２に設定される。

本発明の代替の実施形態において、プリコーディング行列インデックスのベクトルΠは、単一の要素を有する。この実施形態において、Πは、Ｐが１に等しい要素の数を含んでいる。したがって、単一のプリコーディング行列インデックスと、ベクトルω中のＫ’個の１組の副帯域が一緒に見つけられ、それらは、方程式（３）を解く。図２中の例（ｂ）を参照。

図３は、ＯＦＤＭ副帯域スペクトルにおける、プリコーディング行列と副帯域とに対するＳＮＲ（信号対ノイズ比）のグラフの例を示す。本発明にしたがって、プリコーディング行列インデックスと副帯域との組み合わせをどのように一緒に選択できるかを説明するために、図３中のグラフを以後使用する。

本発明にしたがう第１の例において、図３に関して、Π中の要素の数Ｐは１、Ｐ＝１に設定され、選択すべき副帯域の数Ｋ’は４、Ｋ’＝４に設定される。本発明にしたがう方法は次に、インデックスと副帯域とのすべての可能性ある組み合わせをサーチし、この特定のケースにおいて、４個の副帯域に対して使用されるとき、最良の送信品質を与える１個の行列をサーチし、４個の副帯域の集合に対して、この行列が使用されることになる。ここでは、行列３と、副帯域４、５、６、および１２が選択される。

本発明にしたがう第２の例において、図３に関して、ＰおよびＫ’は、Ｐ＝２およびＫ’＝４に設定される。この例における選択は、前の例における選択と異なり、副帯域７および行列１が、副帯域１２の代わりに選ばれる。２個の行列インデックスを選択でき、副帯域１２において行列３が有するＳＮＲよりも、副帯域７において行列１がより高いＳＮＲを有することから、これは適切である。

プリコーディング行列インデックスのシグナリングを低減させるための背景技術の方法は、副帯域の固定された部分集合に対して、例えば、２個毎の副帯域に対してプリコーディング行列インデックスを送信するという解決方法を有している。これは、スケジューラによってスケジュールすべきでない、低品質を有する副帯域に対して、多くのプリコーディング行列インデックスのシグナリングを実施するという影響を有する可能性がある。それゆえに、背景技術の方法は、最適状態に及ばない。

図３中の例において、２個毎の副帯域を使用する背景技術の方法は、例えば、副帯域１、３、５、７、９、および１１の固定された部分集合を使用する可能性がある。背景技術の方法は次に、これらの副帯域のそれぞれに対して、最良の可能性あるプリコーディング行列を選び、各副帯域中で見つけられるプリコーディング行列に対するプリコーディング行列インデックスのシグナリングを伝達する。図３中で見ることができるように、副帯域１、３、および１１、特に副帯域３は、すべての行列に対して非常に悪いＳＮＲを有しており、いずれにしても、おそらくスケジュールされないだろう。それゆえに、背景技術の解決方法における、これらの副帯域に関するシグナリングは、通信リソースの浪費である。

プリコーディング行列インデックスおよび１組のＫ’個の副帯域が、本発明にしたがって選択されるとき、すなわち、利用可能なプリコーディング行列インデックスの数と、数Ｋ’とを与えられた場合に、方程式（３）を使用して、プリコーディング行列インデックスおよび１組のＫ’個の副帯域を一緒に見つけることにより選択されるとき、副帯域と、これらの副帯域上で使用するためのプリコーディング行列インデックスとの最良の可能性ある組み合わせが選択される。

この方程式（３）は、利用可能な副帯域およびプリコーディング行列の、可能性あるすべての組み合わせを実行し、関数ｆを最大化する組み合わせを選択する。関数ｆは、送信品質の測定値を与える。したがって、方程式（３）は、最も高い可能性ある送信品質をもたらす組み合わせを選択する。それゆえに、方程式（３）はまた、スケジューラによりスケジュールされることになりそうな組み合わせを選択する。関数ｆを以下でさらに記述する。

図４は、ＯＦＤＭ副帯域スペクトルにおける、プリコーディング行列および副帯域に対する別のＳＮＲ（信号対ノイズ比）のグラフを示す。図４中で見ることができるように、時々、プリコーディング行列のうちのいくつかは、他のものよりも概ね良好である。このような状況において、プリコーディング行列インデックスのベクトルΠが単一の要素、Ｐ＝１を有する本発明の実施形態は、特に有利となる可能性がある。１つの特定のプリコーディング行列が、ほぼ全帯域幅に対して最良の行列であることから、ここではＰ＝１である、本発明にしたがう方法は、副帯域の選択に対してある程度単純化される。

副帯域およびプリコーディング行列の選択は、ランクアダプテーションにも適用できる。ここでランク、すなわちストリームの数Ｎ_Sは、次のように選択される。

方程式（４）が使用されるとき、プリコーディング行列インデックス、ベクトルω中の１組のＫ’個の副帯域、およびストリームの数Ｎ_Sが一緒に見つけられ、それらは、方程式（４）を解く。これは、方程式（３）に対するのと同じ方法で、Π中の異なる数Ｐ個の要素に対して行うことができる。方程式（４）が使用されるとき、ランクアダプテーションの決定は、受信側において実施される。これは、接続に対するスループットを最大にする可能性に関して有利となる可能性がある。方程式（３）が使用されるとき、Ｎ_Sは、ＢＴＳ／Ｎｏｄｅ Ｂにおいて設定される。

上記の方程式（３）および（４）中のメトリック関数ｆは、ベクトルω中の副帯域と、その対応する長さＫ’と、Π中のプリコーディング行列インデックスとの関数である。それは、さまざまな方法で実現できる。１つの実施形態は、ある組の副帯域ωと、ＰＭＩのベクトルまたはω中のすべての副帯域に対して使用される単一のＰＭＩとを仮定して、文書［８］（３ＧＰＰ Ｒ１−０３１３０４、“ＯＦＤＭのシステム―レベル評価―初期評価”Ｅｒｉｃｓｓｏｎ、２００３年１１月１７日〜２１日）における有効指数ＳＩＲマッピング（ＥＥＳＭ）を各ストリームに対して使用し、次に、ｆとして次の数式を使用することである。

ここでＮ_Sはストリームの数である。ＥＥＳＭ_s（Π，ω，Ｎ_S）は、ストリームｓに対するＥＥＳＭであり、Ｎ_S個のストリームと、ベクトルΠ中のインデックスを有するプリコーダ行列の使用と、副帯域ωとを仮定している。ＥＥＳＭはまた、チャネル行列Ｈと、干渉の共分散行列との関数であるが、明瞭にするために、それは、ここでの表記中で省略されている。

別の選択肢は、ある組の副帯域ωと、ＰＭＩのベクトルまたは単一のＰＭＩとを仮定して、各ストリームに対する相互情報に対してＥＥＳＭをマッピングし、次に、各ストリームおよび副帯域に対する、スループットまたは相互情報を合計して、次のように表されるメトリック関数ｆのスカラ出力を得ることである。

別の選択肢は、所定のブロックエラーレート（ＢＬＥＲ）における予期される合計のスループットを反映するようにｆを考慮することである。

ここでｇ_BLER（ｘ）は、対応する最大の可能性あるコードブロックサイズ（情報ビットの数）に対してＥＥＳＭ値をマッピングする関数であり、最大の可能性あるコードブロックサイズは、規定された所望の値よりも小さいＢＬＥＲを与える。したがって、等式（７）は、各ストリームに対してコードブロックサイズの合計を与え、この数は、予期されるスループットに比例する。

等式（５）、（６）、および（７）におけるアプローチは、複数のコードワードを仮定し、各ストリームは、別々にエンコードされた情報のブロックを送信する。別の選択肢は、単一の（より大きい）コードワードを使用することであり、単一のコードワードは、インターリーブされ、すべてのストリームに対してマッピングされ、単一のＥＥＳＭ値が全コードワードに対して取得されるケースにおいて、次の等式が成り立つ。

当業者により理解されるように、このメトリック関数ｆは、多数の方法で計算できる。送信品質に対して多数の異なる定義があり、また、送信品質を推定するための多数の異なる方法がある。等式（５）および（８）は、ＳＮＲ測定値を与え、等式（６）は、容量測定値を与え、等式（７）は、現実的なスループットの測定値を与える。これらはすべて、送信品質の異なる測定値であり、通信分野において知られている、送信品質の多数の他の測定値がある。したがって、上記の等式（５）ないし方程式（８）は、この推定を実行する多数の可能性ある方法からの４つの例と見ることができる。本発明の範囲は、上記の等式（５）ないし等式（８）に限定されない。

１つの実施形態において、部分集合ωに対するプリコーディング行列インデックスに加えて、副帯域の補集合

に対するプリコーディング行列インデックスをフィードバックでき、ここで、

である。スケジューラが部分集合

中の副帯域を使用して送信することを決定する場合、スケジューラは、副帯域の補集合に対するプリコーディング行列インデックスを利用できる。

代わりに、

中の副帯域に対するプリコーディング行列は、固定できる。そして、これらの副帯域のプリコーディング行列表示に対して、いかなるシグナリングも必要とされない。特に、このケースにおける固定されたプリコーディング行列は、恒等行列とすることができ、または、プリコーディング行列が正方形でない場合、プリコーディング行列は、恒等行列からの選択された列とすることができる。

上述のすべての実施形態において、平均的なランレングスコード化または技術的に知られている他のいくつかの圧縮方法のような、任意の圧縮方法により、部分集合ω中のプリコーディング行列インデックス情報の圧縮を実施できる。

ω中の副帯域はまた、複数の副副帯域に分割でき、ここで各副副帯域は、ある独特なプリコーディング行列インデックスを有する。後半のアプローチはまた、ωの副副帯域への分割をどのように実施するかを指し示すラベルを必要とする。

１つの実施形態において、送信側は、ＢＴＳ／Ｎｏｄｅ Ｂであり、受信側は、移動局／ＵＥである。この実施形態において、移動局／ＵＥは、プリコーディングベクトルΠと、部分集合ωと、ことによると、ストリームの数Ｎ_Sとを、ＢＴＳ／Ｎｏｄｅ Ｂに対して伝達する。ここで、ＢＴＳ／Ｎｏｄｅ Ｂは、この伝達された情報を推奨と考えるが、厳密に、この推奨にしたがう必要はない。この実施形態において、Ｋ’は、ＢＴＳ／Ｎｏｄｅ
Ｂにより設定できる。この実施形態において、Ｋ’はまた、移動局／ＵＥにより設定できる。

１つの実施形態において、送信側は、移動局／ＵＥであり、受信側は、ＢＴＳ／ｎｏｄｅ Ｂである。この実施形態において、ＢＴＳ／Ｎｏｄｅ Ｂは、プリコーディングベクトルΠと、部分集合ωと、ことによると、ストリームの数Ｎ_Sとを含んでいるスケジューリング許可を、移動局／ＵＥに伝達する。ここで、移動局／ＵＥは、厳密に、伝達された情報にしたがわなければならない。

１つの実施形態において、Π中の要素の数Ｐは、システムの規格において設定され、Ｐの値は、ことによると、システムの帯域幅、通信統計、またはこれらに類似するもののような、さまざまな種類のデータに基づいて設定できる。

本発明にしたがう方法は、移動局／ＵＥまたはＢＴＳ／Ｎｏｄｅ Ｂのような、受信ユニット中で、および／または送信ユニット中で実現され、ソフトウェア中で実行される。本方法の異なるステップを実行するために、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）または他のいくつかの均等物のプロセッサを使用することが好ましい。

表１において、本発明に対して必要とされるフィードバックの比較が、フルフィードバックに対して、および、サイズＬ個のＯＦＤＭ副帯域のグループを使用する背景技術におけるフィードバックに対して実施される。表１中の最後の２行が、本発明に対して必要とされるフィードバックを示す。

また、コンピュータシミュレーションを実行して、フルフィードバックと、単一のプリコーディング行列インデックスで選択された帯域のフィードバック（図３中の例（ｂ））とを使用する成果を比較した。

結果は、表２中で見ることができる。スループットの損失は、数パーセント以内である一方で、フィードバックは、おおよそ３分の１に低減され、このことは、本発明におけるプリコーディング行列インデックス圧縮が非常に効率的であることを実証している。

本発明にしたがってプリコーディングフィードバック情報の量を低減させるための方法、受信ユニット、および送信ユニットは、上述した例示的な実施形態と比較して、当業者により修正されるかもしれない。

当業者に対して明白であるように、多数の、他の構成、修正、バリエーションおよび／または追加が、上述した例示的な実施形態に対して実施できる。本発明は、すべてのこのような、他の構成、バリエーションおよび／または追加を含み、これらは、特許請求の範囲に入ることを理解すべきである。

参照文書

［１］３ＧＰＰ Ｒ１−０６１２４６ “効率的なラベリングによる統一アップリンクＣＱＩシグナリング”、フアウェイ、上海、２００６年５月
［２］ＰＣＴ／ＣＮ／２００６／０００４、“副帯域インジケータシグナリングのための方法”、フアウェイ、特許出願、２００６年３月
［３］Ｊ．Ｃｈｏｉ氏およびＲ．Ｗ．Ｈｅａｔｈ Ｊｒ．氏による“限定されたフィードバックを有する空間多重ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのための補間ベースのユニタリープリコーディング”、ＩＥＥＥグローブコム会議２００４、ダラス、ＵＳＡ、第２１４頁−第２１８頁、２００４年１１月
［４］Ｊ．Ｃｈｏｉ氏およびＲ．Ｗ．Ｈｅａｔｈ Ｊｒ．氏による“限定されたフィードバックを有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのための補間ベースの送信ビームフォーミング”、信号処理におけるＩＥＥＥトランザクション、第５３巻第１１号第４１２５頁−第４１３５頁、２００５年１１月
［５］Ｂ．Ｍｏｎｄａｈｌ氏およびＲ．Ｗ．Ｈｅａｔｈ Ｊｒ．氏による“ＭＩＭＯ
ＯＦＤＭビーム形成システムにおける量子化されたプリコーディングのためのアルゴリズ
ム”、ＳＰＩＥの会議録、第５８４７巻第８０頁−第８７頁、２００５年
［６］３ＧＰＰ Ｒ１−０６１４４１、“Ｅ−ＵＴＲＡダウンリンクに対するＲａｎｋ−１プリコーディングのためのフィードバック低減”、テキサスインストルメント、上海、２００６年５月
［７］３ＧＰＰ Ｒ１−０６１４３９、“ＬＴＥ ＭＩＭＯシステムに対する、コードブックベースのプリコーディングの評価”、テキサスインストルメント、上海、２００６年５月
［８］３ＧＰＰ Ｒ１−０３１３０３、“ＯＦＤＭのシステム―レベル評価―初期評価”Ｅｒｉｃｓｓｏｎ、２００３年１１月１７日−２１日

Claims (26)

1. 複数搬送波ＭＩＭＯ（複数入力複数出力）通信システムにおけるプリコーディングフィードバック情報の量を低減させ、通信システムの受信側において、前記システムは、Ｋ個の許可された副帯域（ｎ₁、．．．、ｎ_k）の集合Ω中に共にグループ化されている複数の副搬送波を使用して、ストリームの数Ｎ_sに関する情報を搬送し、前記システムはさらに、送信側において、受信側からフィードバックされたコードブックインデックスに基づいて、使用すべき適切なプリコーディング行列をプリコーディングコードブックから選択する方法において、
   副帯域と行列との、関連した組み合わせのそれぞれに対する送信品質を考慮しながら、ベクトルΠ中に含めるべき、限定された数Ｐ個のコードブックインデックスと、前記集合Ωの部分集合ω（ｍ₁、．．．、ｍ_k’）中に含めるべき、限定された数Ｋ’個の副帯域とを一緒に選択し、ここで、Ｋ’は、Ｋ’＜Ｋの値に設定され、Ｐは、Ｐ≦Ｋ’の値に設定されるステップと、
   前記送信側に対して、前記ベクトルΠと、前記部分集合ωを識別する情報とを伝達するステップとにより特徴付けられる方法。
2. 前記コードブックインデックスと、前記部分集合ωに対して使用すべき対応する副帯域との選択は、送信品質の関数が最大化されるように実行される請求項１記載の方法。
3. 前記部分集合ω（ｍ₁、．．．、ｍ_k’）と、前記ベクトルΠ中のＰ個のコードブックインデックスは、
   

   

   を満たし、ここで、
   Πは、前記副帯域の部分集合ω中の、前記副帯域または副帯域のグループに対応するＰ個のプリコーディング行列インデックスを含んでいるベクトルであり、
   ｆは、複数のストリームと複数の副帯域との測定値に対する送信の品質を考慮に入れる、スカラの送信品質の関数であり、
   Ｋ’は、コードブックインデックスが伝達されることになる副帯域の数を規定する所定の数であり、Ｋ’＜Ｋを満たし、
   Ｎ_sは、ストリームの所定の数である請求項２記載の方法。
4. コードブックインデックス、前記部分集合ωに対して使用すべき副帯域、およびストリームの数は、送信品質の関数に関して一緒に選択される請求項１記載の方法。
5. コードブックインデックス、前記部分集合ωに対して使用すべき副帯域、およびストリームの数Ｎ_sは、前記送信品質の関数が最大化されるように一緒に選択される請求項４記載の方法。
6. 前記部分集合ω（ｍ₁、．．．、ｍ_k’）、前記ベクトルΠ中のＰ個のコードブックインデックス、および前記ストリームの数Ｎ_sは、
   

   

   を満たし、ここで、
   Πは、前記副帯域の部分集合ω中の、前記副帯域または副帯域のグループに対応するＰ個のプリコーディング行列インデックスを含んでいるベクトルであり、
   ｆは、複数のストリームと複数の副帯域との測定値に対する送信の品質を考慮に入れる、スカラの送信品質の関数であり、
   Ｋ’は、コードブックインデックスが伝達されることになる副帯域の数を規定する所定の数であり、Ｋ’＜Ｋを満たし、
   Ｎ_sは、ストリームの数である請求項５記載の方法。
7. 前記関数ｆは、
   

   

   として定義され、ここで、
   Πは、前記副帯域の部分集合ω中の、前記副帯域または副帯域のグループに対応するＰ個のプリコーディング行列インデックスを含んでいるベクトルであり、
   Ｎ_sは、ストリームの数であり、
   ＥＥＳＭは、有効指数ＳＩＲマッピング関数である請求項３または６記載の方法。
8. 前記関数ｆは、
   

   

   として定義され、ここで、
   Πは、前記副帯域の部分集合ω中の、前記副帯域または副帯域のグループに対応するＰ個のプリコーディング行列インデックスを含んでいるベクトルであり、
   Ｎ_sは、ストリームの数であり、
   ＥＥＳＭは、有効指数ＳＩＲマッピング関数である請求項３または６記載の方法。
9. 前記関数ｆは、
   

   

   として定義され、ここで、
   Πは、前記副帯域の部分集合ω中の、前記副帯域または副帯域のグループに対応するＰ個のプリコーディング行列インデックスを含んでいるベクトルであり、
   Ｎ_sは、ストリームの数であり、
   ＥＥＳＭは、有効指数ＳＩＲマッピング関数であり、
   ｇ_BLER（ｘ）は、規定された所望の値よりも小さいＢＬＥＲを与える、対応する最大の可能性あるコードブロックサイズ（情報ビットの数）に対して、ＥＥＳＭ値をマッピングする関数である請求項３または６記載の方法。
10. 前記関数ｆは、
    

    

    として定義され、ここで、
    Πは、前記副帯域の部分集合ω中の、前記副帯域または副帯域のグループに対応するＰ個のプリコーディング行列インデックスを含んでいるベクトルであり、
    Ｎ_sは、ストリームの数であり、
    ＥＥＳＭは、有効指数ＳＩＲマッピング関数である請求項３または６記載の方法。
11. 前記送信側は、ＢＴＳ／Ｎｏｄｅ Ｂであり、前記受信側は、移動局／ＵＥである請求項１記載の方法。
12. コードブックインデックスが伝達されることになる前記副帯域の数Ｋ’は、ＢＴＳ／Ｎｏｄｅ Ｂにより設定される請求項１１記載の方法。
13. コードブックインデックスが伝達されることになる前記副帯域の数Ｋ’は、移動局／ＵＥにより設定される請求項１１記載の方法。
14. 前記送信側は、移動局／ＵＥであり、前記受信側は、ＢＴＳ／ｎｏｄｅ Ｂである請求項１記載の方法。
15. 前記コードブックインデックスの集合Π中の前記コードブックインデックスの数Ｐは１、Ｐ＝１である請求項１記載の方法。
16. 前記コードブックインデックスの数Ｐは、予め定められた値に設定され、好ましくは、システムの規格中で与えられる請求項１記載の方法。
17. 補集合
    

    

    に対するプリコーディング行列インデックスは、前記部分集合ωに対するＰ個のプリコーディング行列インデックスに加えて前記送信側に伝達され、
    ここで、
    

    

    であり、Ωは、許可された副帯域の総集合である請求項１記載の方法。
18. 補集合
    

    

    に対するプリコーディング行列インデックスは、固定されており、
    ここで、
    

    

    であり、Ωは、許可された副帯域の総集合である請求項１記載の方法。
19. 前記固定されたプリコーディング行列は、恒等行列である請求項１８記載の方法。
20. 前記固定されたプリコーディング行列は、恒等行列からの選択された列を含んでいる請求項１８記載の方法。
21. 前記部分集合を識別する前記情報は、ビットマップ表示中に含まれている請求項１記載の方法。
22. 複数搬送波ＭＩＭＯ（複数入力複数出力）通信システムにおけるプリコーディングフィードバック情報の量を低減させ、通信システムの送信側において、前記システムは、Ｋ個の許可された副帯域（ｎ₁、．．．、ｎ_k）の集合Ω中に共にグループ化されている複数の副搬送波を使用して、ストリームの数Ｎ_sに関する情報を搬送し、前記システムはさらに、送信側において、受信側からフィードバックされたコードブックインデックスに基づいて、使用すべき適切なプリコーディング行列をプリコーディングコードブックから選択する方法において、
    前記集合Ωの部分集合ω（ｍ₁、．．．、ｍ_k’）中の限定された数Ｋ’個の副帯域を識別する情報と、前記部分集合ω中の前記Ｋ’個の副帯域に対して使用すべき、限定された数Ｐ個のコードブックインデックスを含んでいるベクトルΠとを受信し、前記情報および前記ベクトルは、副帯域と行列との、関連した組み合わせのそれぞれに対する送信品質を考慮しながら、一緒に選択され、前記受信側からフィードバックされるステップと、
    前記Ｐ個のコードブックインデックスを使用して、前記Ｋ’個の副帯域上で送信するステップとにより特徴付けられる方法。
23. 複数搬送波ＭＩＭＯ（複数入力複数出力）通信システムにおけるプリコーディングフィードバック情報の量を低減させるように構成され、前記システムは、Ｋ個の許可された副帯域（ｎ₁、．．．、ｎ_k）の集合Ω中に共にグループ化されている複数の副搬送波を使用して、ストリームの数Ｎ_sに関する情報を搬送するように構成され、前記システムはさらに、送信ユニットにおいて、前記受信ユニットからフィードバックされたコードブックインデックスに基づいて、使用すべき適切なプリコーディング行列をプリコーディングコードブックから選択するように構成されている受信ユニットにおいて、
    前記受信ユニットは、
    副帯域と行列との、関連した組み合わせのそれぞれに対する送信品質を考慮しながら、ベクトルΠ中に含めるべき、限定された数Ｐ個のコードブックインデックスと、前記集合Ωの部分集合ω（ｍ₁、．．．、ｍ_k’）中に含めるべき、限定された数Ｋ’個の副帯域とを一緒に選択し、ここで、Ｋ’は、Ｋ’＜Ｋの値に設定され、Ｐは、Ｐ≦Ｋ’の値に設定される手段と、
    前記送信ユニットに対して、前記ベクトルΠと、前記部分集合ωを識別する情報とを伝達する手段とを含んでいることを特徴とする受信ユニット。
24. 前記受信ユニットは、移動局／ＵＥである請求項２３記載の受信ユニット。
25. 前記受信ユニットは、ＢＴＳ／Ｎｏｄｅ Ｂである請求項２３記載の受信ユニット。
26. 複数搬送波ＭＩＭＯ（複数入力複数出力）通信システムにおけるプリコーディングフィードバック情報の量を低減させるように構成され、前記システムは、Ｋ個の許可された副帯域（ｎ₁、．．．、ｎ_k）の集合Ω中に共にグループ化されている複数の副搬送波を使用して、ストリームの数Ｎ_sに関する情報を搬送するように構成され、送信ユニットが、前記システムの受信側からフィードバックされたコードブックインデックスに基づいて、使用すべき適切なプリコーディング行列をプリコーディングコードブックから選択するように構成されている送信ユニットにおいて、
    前記送信ユニットは、
    前記受信側からフィードバックされ、前記集合Ωの部分集合ω（ｍ₁、．．．、ｍ_k’）中の限定された数Ｋ’個の副帯域を識別する情報と、前記部分集合ω中の前記Ｋ’個の副帯域に対して使用すべき、限定された数Ｐ個のコードブックインデックスを含んでいるベクトルΠとを受信し、ここで、Ｋ’は、Ｋ’＜Ｋの値に設定され、Ｐは、Ｐ≦Ｋ’の値に設定され、前記情報および前記ベクトルは、副帯域と行列との、関連した組み合わせのそれぞれに対する送信品質を考慮しながら、一緒に選択され、前記受信側からフィードバックされる手段と、
    前記Ｐ個のコードブックインデックスを使用して、前記Ｋ’個の副帯域上で送信する手段とを含んでいることを特徴とする送信ユニット。

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