JP2010518778A

JP2010518778A - 組合された循環遅延ダイバーシティと無線信号のプリコーディングの方法およびシステム

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Publication number: JP2010518778A
Application number: JP2009549558A
Authority: JP
Inventors: ヨングレン、ジョージ; ヨランソン、ボ
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 2007-02-13
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2010-05-27
Anticipated expiration: 2028-02-12
Also published as: ES2641488T3; DK2119038T3; CN103475398A; JP4865871B2; US20080192856A1; AR065320A1; US8693566B2; WO2008100214A1; US20120082202A1; US20140169498A1; CN101611568B; EP2899897B1; PT2899897T; EP2899897A1; CA2677065A1; US20150244435A1; CN101611568A; ES2536188T3; PL2119038T3; MA31192B1

Abstract

送信装置または受信装置において、様々な行列をシンボルベクトルに乗じて信号がプリコードされる。例えば、全ての仮想的な送信アンテナにシンボルベクトル中のシンボルを分散させる第１のユニタリ行列の列部分集合（５１８）、仮想的な送信アンテナの位相を変化させる第２の対角行列（５１６）、および物理的な送信アンテナに送信エネルギーを分配する第３のプリコーディング行列（５１５）がシンボルベクトルに乗算される。
【選択図】図５

Description

本発明は、一般に、無線通信のシステム、デバイス、ソフトウェア、および方法に係り、より詳細には、これらに関連して、プリコーディングと循環遅延ダイバーシティを組合せるメカニズムおよび技術に関する。

元来、無線電話は、音声通信のために設計されて利用されていた。家電業界の成熟および処理装置の性能向上につれて、デバイス間でデータの無線伝送を可能にする多くのデバイスが利用可能となり、このような伝送データに基づいて動作する多くのアプリケーションが利用可能となった。特に注目すべきは、インターネットおよびローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）である。これら２つの革新は、複数のユーザーおよび複数のデバイスに、異なるデバイス間およびデバイス形式間でデータの通信および交換を可能にした。これらデバイスおよび可能性の出現により、（ビジネスおよび家庭）ユーザーは、離れた位置からデータおよび音声を伝送することの必要性に気づいた。

音声およびデータの伝送をサポートする社会基盤およびネットワークが同様に発達してきている。テキストメッセージング等の制限されたデータアプリケーションが、ＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｏｂｉｌｅ）通信等の所謂“２Ｇ”システムに導入された。汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）を伴うＧＳＭでは、無線通信システム上のパケットデータがより利用に適したものとなった。３Ｇシステム、およびＵＴＲＡ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＲａｄｉｏＡｃｃｅｓｓ）規格により導入されたより高帯域の無線通信は、何百万のユーザーに、ウェブサーフィン等のアプリケーションをより便利なものとした（より許容されうる遅延を伴って）。

新たなネットワークデザインがネットワーク製造者により展開されるとともに、より大きなデータスループットをエンドユーザーのデバイスに提供する将来システムが議論され開発されつつある。例えば、所謂３ＧＰＰＬＴＥ（ＴｈｉｒｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＰａｒｔｎｅｒｓｈｉｐＰｒｏｊｅｃｔＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）規格プロジェクトは、数十年先の無線通信の技術基盤を提供しようとしている。ＬＴＥシステムに関して他に注目すべきは、伝送フォーマットとして直交周波数分割多元化（ＯＦＤＭ）を用いたダウンリンク通信（つまり、ネットワークから移動端末への伝送方向）、および単一キャリアの周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）を用いたアップリンク通信（つまり、移動端末からネットワークへの伝送方向）を提供しようとしている点である。

ＬＴＥの他の注目すべき特徴は、送信側および受信側の双方で多重アンテナをサポートしている点である。これは、受信された無線信号の品質および／またはデータレートを改良するために、多くの様々な技術を利用する機会を提供する。このような技術は、例えば、フェーディングに対するダイバーシティ（空間ダイバーシティ等）、ターゲット方向のゲインを最大化するために全体のアンテナビームを形成するビームフォーミング、および帯域利用を向上するための多重、並列“チャンネル”とみなされるものの生成（空間多重化またはＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ））を含む。

プリコーディングは、マルチアンテナ伝送とともに用いられる一般的な技術である。プリコーディングに関連する基本原理は、場合によって現在のチャンネル条件も考慮しながら、アンテナ上で変調シンボルを合成および分配することである。プリコーディングは、例えば、変調シンボルを含むシンボルベクトルを運ぶ情報に、チャンネルに適合するように選択された行列を乗じることで実施されうる。シンボルベクトルのシーケンスが並列のシンボルストリームの集合を形成し、このような各シンボルストリームが“レイヤ”と称される。よって、特定の実施でのプリコーダの選択に応じて、レイヤは、特定のアンテナに直接的に対応してもよく、プリコーダのマッピングを介して様々なアンテナに分配されてもよい。

循環遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）は、送信（またはシステム）帯域内の周波数上でプリコーディング行列を意図的に変化させる、開ループのプリコーディングの一形式である。一般に、これは、異なるアンテナに異なる循環時間遅延を導入することで、または代替的に、異なるアンテナから送信される信号の位相を変化させることで実現される。この種の位相シフトは、本来のチャンネルおよびＣＤＤプリコーディングを含む、有効チャンネルがオリジナルチャンネルよりも速く周波数上で変化することを意味する。送信（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を周波数上で分配することで、この種の人為的に生じた周波数選択性は、周波数ダイバーシティを達成する上で有益となる。

高速レートとの関連で考慮すべき無線チャンネル条件のより重要な一特徴は、マルチアンテナ伝送が所謂チャンネルランク（ｃｈａｎｎｅｌｒａｎｋ）である点である。一般に、チャンネルランクは、１から送受信アンテナの最小数の間で変化しうる。例えば、一例として４×２システム、つまり４の送信アンテナおよび２の受信アンテナを伴うシステムを想定すれば、最大のチャンネルランクが２である。特定の接続に関連するチャンネルランクは、高速フェーディングがチャンネル係数を変化させるように、時間および周波数で変化する。さらに、チャンネルランクは、いくつのレイヤ（送信ランクとも称する）が首尾よく同時に送信されうるかを決定する。例えば、２のレイヤの送信時点でチャンネルランクが１である場合、２のレイヤに対応する２の信号は、受信装置で両方のレイヤが誤って検出されるほどに干渉する可能性が高い。プリコーディングとともにチャンネルランクへの伝送の適応は、チャンネルランクと同数のレイヤを得ようと努力することを伴う。

図１は、ＣＤＤとチャンネル依存性のプリコーディングの組合せのための送信構造１０８を示している。ここで、送信装置により生成された各レイヤ１１０は、シンボルベクトル１１４のシーケンスとしてＣＤＤベースのプリコーダ１１２に変調シンボルを運ぶ情報のストリームを表している。ＣＤＤプリコーダ１１２は、到来する各シンボルベクトルに２の行列１１６、１１８を適用してプリコーディング処理を実行する。より具体的に、ＣＤＤプリコーダ１１２は、シンボルベクトル１１４にＵ_ＮＴ×ｒ行列１１８を適用し、対角ＣＤＤ行列１１６が続く。Ｕ_ＮＴ×ｒ行列１１８は、（場合によっては、スケーリングされた）ユニタリ行列の列部分集合（ｃｏｌｕｍｎｓｕｂｓｅｔ）であり、ｒが送信ランクを示し、Ｎ_Ｔが送信デバイス内の送信アンテナ数である。標記Ａ_ｋ×ｌは、ｋ行ｌ列を有する行列Ａを意味する。対角ＣＤＤ行列１１６は、対角線に沿って、周波数の関数でありうるパラメータｋによりインデックス付けされたアンテナ位相シフト値θを含む０以外の値を有する。ＯＦＤＭが送信に用いられる場合、ｋは、例えば、サブキャリアインデックスまたは密接に関連するデータリソース要素インデックス（参照シンボルを含むリソース要素を除く。）を表しうる。ｋは、ＯＦＤＭのリソースグリッド上で、リソース要素の位置に関するより任意な関数でありうる点に留意すべきである。得られたプリコード後の変調シンボルベクトルは、アンテナ１２２（アンテナポートとも称する。）を介して送信される前に、例えば、リソースマッピングおよびＯＦＤＭ変調１２０のために出力される。

図１中の送信構造１０８は、様々な方法で利用されうる。例えば、ある選択肢は、送信ランクに対応する特定の行数ｒを伴う、固定されたチャンネル非依存性のユニタリ行列Ｕ_ＮＴ×ｒ１１８を用いることである。ユニタリ行列１１８は、全てのアンテナ１２２に各シンボルを分配する役目を果たし、対角ＣＤＤ行列１１６は、各アンテナ１２２の位相を変化（シフト）させる。これは、有効チャンネルの周波数選択性を増加させる。各レイヤ１１０は、周波数ダイバーシティを達成する上で有益となりうる（周波数ドメインスケジューリングが用いられる場合にはマルチユーザー・ダイバーシティも）。

しかし、図１に示す送信構造１０８を用いてプリコーディングを実行することに関連していくつかの問題が存在する。空間相関特性がｋの関数として変化し、これらの変化は、狭帯域の送信でも十分な周波数ダイバーシティを確保するために高速である必要がある。これは、受信装置がこの種の伝送から生じる干渉の特性を推定することを困難にする。送信構造１０８は、アンテナポート上のプリコーディングを設計するために十分な自由度も提供しない。さらに、例えばｒ＝１ランクの送信を考慮すれば、送信構造１０８は、Ｕ_ＮＴ×ｒ行列の１列を本質的に用いて、到来するシンボルベクトル１１４に適用する。この列は、（２の送信アンテナのシナリオでは）例えば［１、１］と同一である。よって、この列は、対角ＣＤＤ行列１１６とともに、予定される帯域上で周期的に変化されうる周波数選択ビームフォーマを形成する。周期は、位相変化の選択された速度に依存する。しかし、このようなビームフォーミングは、ＭＩＭＯチャンネルが送信側で相互に関連付けられる場合に、いくつかの周波数で著しい信号キャンセルが生じうるので、問題となりうる。予定される帯域上で符号化レートが十分に低くない場合に、これは、通信エラーをもたらす。１より大きい送信ランクでも同様のキャンセルが生じうる。このため、予定される帯域が前述したビームフォーマ周期のかなりの部分にある場合には、一般に、送信構造１０８（およびプリコーディングの技術）とともに高速の符号化レートを用いることが困難となる。しかし、このようなシナリオは、一般に、大きな遅延のＣＤＤが用いられる場合に（つまり、周波数ドメインの高速位相シフト変化に対応して）生じる。

よって、前述した問題および欠点を回避するプリコーディングのシステム、方法、デバイス、およびソフトウェアを提供することが望まれる。

一実施形態によれば、情報信号に関連する複数のシンボルベクトルを有する情報信号を無線チャンネル上で送信する方法であって、全ての仮想的な送信アンテナにシンボルベクトル中のシンボルを分散させる第１のユニタリ行列の列部分集合、仮想的な送信アンテナの位相を変化させる第２の対角行列、および物理的な送信アンテナに送信エネルギーを分配する第３のプリコーディング行列をシンボルベクトルに乗じて、シンボルベクトルをプリコードするステップと、プリコードされたシンボルベクトルを処理して情報信号を生成するステップと、情報信号を送信するステップと、を含む送信方法が提供される。

他の実施形態によれば、情報信号に関連する複数のシンボルベクトルを有する情報信号を無線チャンネル上で送信する送信装置であって、送信装置は、複数の物理的な送信アンテナと、全ての仮想的な送信アンテナにシンボルベクトル中のシンボルを分散させる第１のユニタリ行列の列部分集合、仮想的な送信アンテナの位相を変化させる第２の対角行列、および物理的な送信アンテナに送信エネルギーを分配する第３のプリコーディング行列をシンボルベクトルに乗じて、シンボルベクトルをプリコードし、プリコードされたシンボルベクトルを処理して情報信号を生成する処理装置と、情報信号を送信する送信系統の要素と、を備える送信装置が提供される。

他の実施形態によれば、情報信号に関連する複数のシンボルベクトルを有する受信された情報信号を等価する方法であって、第１のユニタリ行列の列部分集合、第２の対角行列、および第３のプリコーディング行列を含む複数の行列を初期のチャンネル推定値に乗じて、受信された情報信号に関連するチャンネル推定値を形成するステップと、形成されたチャンネル推定値を用いて情報信号を等価するステップと、を含む等価方法が提供される。

他の実施形態によれば、複数の行列を初期のチャンネル推定値に乗じて、受信された情報信号に関連するチャンネル推定値を形成する処理装置であって、複数の行列は、第１のユニタリ行列の列部分集合、第２の対角行列、および第３のプリコーディング行列を含み、処理装置は、形成されたチャンネル推定値を用いて、受信された情報信号を等価する、処理装置が提供される。

明細書に添付される図面は、１以上の実施形態を示しており、詳細な説明とともに、これら実施形態を説明するものである。

従来のプリコーダを含む送信構造を示す図である。実施形態が実施されうるＬＴＥアクセスネットワークの一例を示す図である。実施形態に関連しうるＬＴＥ物理層の情報信号処理の一例を示す図である。アンテナマッピング機能の一例を詳細に示す図である。一実施形態に係るプリコーダを含む送信構造を示す図である。実施形態に係るプリコーディングが実施されうる送信デバイスの一例を示すブロック図である。一実施形態に係る情報信号を送信する方法を示すフロー図である。実施形態に係るプリコードされた信号が処理されうる受信デバイスの一例を示すブロック図である。一実施形態に係る受信された情報信号を処理する方法を示すフロー図である。

以下では、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。異なる図面中で同一の参照符号は、同一または類似の構成を特定する。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により規定される。

前述したように、図１に示す送信構造１０８、特にＣＤＤプリコーダ１１２は、チャンネル非依存性の行列１１８との関連で適用性を考慮した場合に、いくつかの欠点を伴う。チャンネル依存性のプリコーディングがＣＤＤとともに用いられる場合には、背景技術の項で説明した問題に加えて、送信構造１０８に伴う他の問題が生じうる。本例ではチャンネル依存性のプリコーディング行列１１８の前に、対角ＣＤＤ行列１１６がシンボルベクトル１１４に適用されるので、プリコーディング行列１１８は、より周波数選択的な有効チャンネル（つまり、本来のチャンネルおよび適用された対角ＣＤＤ行列１１８を含む。）に対応する必要がある。これらの条件下で効果的なプリコーディングスキームを保証するために、プリコーダ１１２は、オリジナルのチャンネルのみが存在した場合に比して、より高い周波数精度（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ）で行列１１８を表す要素を切替えなければならない。これは、送信されるシンボルをプリコードするために用いられるプリコーダ要素が追加の（オーバーヘッド）シグナリングの形式で一般に受信装置に特定されるので、より大きなシグナリングオーバーヘッドを実質的にもたらす。

実施形態によれば、これらの問題は、例えば、前述したように対角ＣＤＤ行列およびチャンネル非依存性のユニタリ行列の列部分集合の適用を含むＣＤＤ演算から出力されるシンボルベクトルに追加の（チャンネル依存性または非依存性の）プリコーダ要素を適用する、異なる送信構造を提供することで解決される。これは、例えば、図５に追加の行列５１５として示されている。なお、図５では、対角ＣＤＤ行列の適用後のシンボルベクトルを仮想アンテナと称している。ｋによりインデックス付けされたリソース上で送信されるベクトルｘ（ｋ）は、以下のとおり記述されうる。
ｘ（ｋ）＝Ｗ_ＮＴ×ｌ（ｋ）Ｄ（ｋ）Ｕ_ｌ×ｒｓ（ｋ） …（１）
ここで、Ｄ（ｋ）が第２の対角ＣＤＤ行列５１６であり、第３のプリコーディング行列５１５、Ｗ_ＮＴ×ｌ（ｋ）は、場合によって、異なるｋの値に応じて異なりうる。パラメータｌは、一般に、送信ランクｒと同一に設定される。これらの実施形態は、例えば、本来のチャンネルの入力（つまり、アンテナポート上の出力）に直接的に、チャンネル依存性のプリコーディング段階を追加しうる。これは、より高いプリコーディング精度を要求せずにチャンネル依存性のプリコーディングにＣＤＤを組合せることを可能にし、よってシグナリングオーバーヘッドを低減する。第３のプリコーディング行列がチャンネルに依存しない場合でも、実施形態により特定された構造は、構造１０８の利用に関連する前述した問題のいくつかを回避するために、第３のプリコーディング段階のために適切なプリコーダを選択する際に追加の自由度を提供する。

これらの実施形態に係る組合されたＣＤＤおよびプリコーディングの説明を提供するために、まず、図２〜図４に示す無線通信システムの一例を考慮する。図２中の無線アクセスネットワークノードおよびインターフェイスから始めると、この特定の例は、ＬＴＥシステムとの関連で提供されていることがわかる。とはいえ、本発明は、ＬＴＥシステムに関連する送信装置および送信への適用性に限定されるものではなく、複数の多重送信アンテナおよびプリコーディングが用いられる、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）、ＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、ＵＴＲＡ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＲａｄｉｏＡｃｃｅｓｓ）、Ｅ−ＵＴＲＡ（Ｅｖｏｌｖｅｄ−ＵＴＲＡ）、ＨＳＰＡ（ＨｉｇｈＳｐｅｅｄＰａｃｋｅｔＡｃｃｅｓｓ）、ＵＭＢ（ｕｌｔｒａｍｏｂｉｌｅｂｒｏａｄｂａｎｄ）、ＷｉＭａｘ、および他のシステムを含むいかなるシステム、デバイス、および方法でも用いられうる。しかし、図２中の例がＬＴＥに関して提供されているので、エアインターフェイス上で送受信するネットワークノードがｅＮｏｄｅＢと称され、いくつかのｅＮｏｄｅＢ２００が示されている。

エアインターフェイスとの関連で、各ｅＮｏｄｅＢ２００は、１以上のセル２０２との間で信号の送受信に関与する。各ｅＮｏｄｅＢは、多重アンテナ（例えば２、４、またはより多くの送信アンテナ）を含み、このような信号の物理層に関して、符号化、復号、変調、復調、インターリーブ、逆インターリーブ等を含む機能を処理する。ここでは、用語“送信アンテナ（ｔｒａｎｓｍｉｔａｎｔｅｎｎａ）”は、具体的には、物理的なアンテナ、仮想的なアンテナ、およびアンテナポートを含めて、総称的に用いられている。ｅＮｏｄｅＢ２００は、例えば、ユーザーのスケジューリング、ハンドオーバーの決定等を含む、システム内の通信処理に関連するより上位の多くの機能にも関与する。これらの実施形態が実施されうるＬＴＥまたは他のシステムに関連する送信または受信の機能に関する多くの情報を所望する読者には、ＥｒｉｋＤａｈｌｍａｎ等による書籍“３ＧＥｖｏｌｕｔｉｏｎ − ＨＳＰＡａｎｄＬＴＥｆｏｒＭｏｂｉｌｅＢｒｏａｄｂａｎｄ”（ＥｌｓｅｖｉｅｒＬｔｄ．、２００７）が紹介され、この書籍の開示が援用される。

とはいえ、ダウンリンクの信号伝送（つまり、場合によって、コアネットワーク２０３を介してｅＮｏｄｅＢ２００に送信され、図２中のＭＳ２０４等、目標となる移動端末または移動局へ向けてセル２０２に送信される。）に関連するベースバンド処理について簡単に説明するために、図３を考慮する。ここで、データの２のトランスポートブロック３００が空間多重化を用いてｅＮｏｄｅＢ２００により送信のために処理されている。周期的冗長検査（ＣＲＣ）ビットがステップ３０２で挿入され、受信装置によりエラー検出のために用いられる。チャンネル符号化がステップ３０４でトランスポートブロックに適用され、無線チャンネルによりもたらされる障害に対するペイロードデータの保護を提供する。複号自動再伝送要求（ＨＡＲＱ）は、ステップ３０６で、チャンネル符号器により提供された符号ビットのブロックから符号ビットを抽出または反復するための演算を行い、例えば、割当てられたリソースブロック数、選択された変調スキーム、空間多重化の階数等の様々な基準に基づいて、伝送時間間隔（ＴＴＩ）内で送信されるべきビットの正確な集合を生成する。

ステップ３０８では、ＨＡＲＱブロックから出力された符号ワードがビットレベルのスクランブルシーケンスまたはマスクによりスクランブル（多重化）される。これにより、無線信号に対する干渉が抑制された受信が支援される。四相位相変調｛しそういそうへんちょう｝（ＱＰＳＫ）、１６直交振幅変調｛ちょっこうしんぷくへんちょう｝（１６ＱＡＭ）、または６４直交振幅変調｛ちょっこうしんぷくへんちょう｝（６４ＱＡＭ）等の選択されたデータ変調がステップ３１０で適用され、スクランブルされたビットのブロックを変調シンボルの対応するブロックに変形する。これらの変調シンボルは、ステップ３１２で異なるアンテナおよび／またはアンテナポートにマッピングされる。ＬＴＥの専門用語では、アンテナポートは、特定のダウンリンク参照信号の送信に対応し、実際の物理的なアンテナに対応してもよく、対応しなくてもよい。各アンテナ（図３中の１〜ｎ、例えばｎ＝２、４、８、１６等）上で送信されるべきシンボルは、各リソースブロック３１４にマッピングされ、ｅＮｏｄｅＢ２００による送信の前にＯＦＤＭ処理（不図示）のために送出される。

これらの実施形態のダウンリンク処理では、アンテナマッピングのステップ／ブロック３１２が特に注目される。アンテナマッピング処理は、図４に示すように、変調ブロック３１０から出力される符号ワードのレイヤマッピング、およびアンテナ（またはアンテナポート）にマッピングされたシンボルを生成するためのシンボルベクトルのプリコーディングに区分される。ここで、一例として、レイヤマッピング機能４００により３のレイヤにマッピングされる符号ワードの２の集合が提供されている。図４には、３のレイヤに関連する２のシンボルベクトルｖ１、ｖ２が示されている。これらのシンボルベクトルは、プリコーディング機能４０２により１以上のプリコーディング行列を適用することにより（つまり、到来するシンボルベクトルとプリコーディング行列の行列乗算により）、プリコードされる。一実施形態によれば、プリコーディング機能４０２は、図５に関して後述されるように、３の異なる行列を適用しうる。当然ながら、図４中の３のレイヤへのマッピングおよび４のアンテナの選択は、純粋に例示的な構成である。レイヤ数の選択は、前述したように、チャンネルランク（場合によって、他の基準）に基づいて変化し、アンテナ数は、システム間またはシステム内の送信デバイス間でも変化しうる。

図５は、例えばブロック３１２、４０２に関して説明したようなプリコーディングを実施するために用いられうる、実施形態に係るプリコーダを示している。ここで、送信装置により生成された各レイヤ５１０は、ＣＤＤベースのプリコーダ５１２への変調シンボルのストリームをシンボルベクトル５１４のシーケンスとして表している。ＣＤＤプリコーダ５１２は、到来する各シンボルベクトルに３の行列５１５、５１６、５１８を適用し、プリコーディング処理を実行する。より具体的には、実施形態に係るＣＤＤプリコーダ５１２は、まず、場合によってはスケーリングされたｌ×ｌのユニタリ行列の列部分集合である行列Ｕ_ｌ×ｒ５１８をシンボルベクトル５１４に適用し、次に対角ＣＤＤ行列５１６を適用し、次にプリコーディング行列Ｗ_ＮＴ×ｌ５１５を適用し、式（１）で与えられた送信ベクトルをもたらす。

行列５１８の列は、場合によってスケーリングされたユニタリ行列から引き出される。ユニタリ行列は、その逆行列がユニタリ行列の複素共役転置と同一になるという特性を有する。よって、行列５１８の列は、直交し、同一ノルムである。第１に適用される行列５１８は、アンテナポートにシンボルを分散させるように作用する。第２に適用されるＣＤＤ行列５１６は、対角行列の属性（つまり、対角線上の要素が０以外であり、他の行列要素が０である。）を有する。このＣＤＤ行列５１６は、各アンテナまたはアンテナポート５２２の位相を変化（シフト）させるように作用する。第３に適用されるプリコーディング行列５１５は、アンテナまたはアンテナポートに送信エネルギーを分配するように作用する。それは、チャンネルに依存しない方法に基づいて決定され、または現在の無線チャンネル条件に（少なくとも部分的に）基づいて決定されてチャンネル依存性のプリコーダの演算をもたらす。前述したように、到来するシンボルベクトルへのこれら行列の適用は、行列乗算の方法により送信装置内で処理ユニットにより実行されうる。

本実施形態では、プリコーディングを実行するために用いられる３の行列のサイズパラメータ（つまり、第３に適用されるプリコーディング行列５１５の列数、第２に適用される対角ＣＤＤ行列５１６の行数および列数、および第１に適用されるユニタリ行列５１８の行数）として、パラメータｌが導入される。よって、図１中の送信構造と異なり、これらの実施形態に係るプリコーディングの実行に関連する行列のサイズは、所定の送信装置についてチャンネルの送信ランク（またはレイヤ数）により動的に変化しうる。例えば、ユニタリ行列５１８の行数は、送信アンテナの数と異なりうる。前述したように、パラメータｌは、一般に、送信ランクｒと同一に設定される。対照的に、図１に関して前述した行列１１６、１１８は、プリコーディングを実行する特定の送信装置に関連する送信アンテナの数にサイズが固定されていた。

図５に示す本実施形態に係るプリコーディングを実行するために用いられる３の行列を詳細にみると、行列Ｕ_ｌ×ｒ５１８は、行列１１８と同様に、（場合によってスケーリングされた）ユニタリ行列の列部分集合である。ここで、ｌが行列の行数を示し、ｒが送信ランクおよび列数を示している。対角ＣＤＤ行列５１６は、対角線に沿って要素ｅｘｐ（ｊθ_ｎｋ）を含む。ここで、θ_ｎが特定のアンテナまたはアンテナポートに関連する位相値を示し、ｋが特定のリソース要素に関連するインデックス（例えば、全てのサブキャリアのインデックス、または参照シンボルよりもむしろデータを運ぶサブキャリアのインデックス）である。行列Ｗ_ＮＴ×ｌ５１５は、例えば、チャンネルに依存するビームフォーミングを実行し、またはチャンネルに依存しない方法でプリコーディングを実行するために、様々な値を有しうるプリコーディング行列であり、Ｎ_Ｔ（送信デバイス内の送信アンテナ／アンテナポートの数）×ｌのサイズを有する。プリコードされた変調シンボルベクトルは、アンテナ５２２を介して送信される前に、例えば、リソースマッピング、ＯＦＤＭ変調５２０のために出力される。

これらの実施形態によれば、プリコーディング行列Ｗ_ＮＴ×ｌ５１５がＭＩＭＯチャンネル行列に直接的に適用される。これは、例えばチャンネル依存性のプリコーディングの場合に、ＣＤＤ演算により影響されていない本来のチャンネルを、Ｗ_ＮＴ×ｌが“見る（ｓｅｅ）”ことができることを意味する。対角ＣＤＤ行列およびＵ_ｌ×ｒは、本来のチャンネルおよびＷ_ＮＴ×ｌを含む新たに改良された有効チャンネル上でＣＤＤ演算を実行するために用いられうる。行数ｌは、Ｗ_ＮＴ×ｌへの入力として取り出される仮想アンテナ間でのみＣＤＤ演算が実行されるように、さらに適応される。

例えば、送信ランク１（よって、これらの例が空間多重化に関係するとすれば、レイヤ数が１である。）については、ｌが１に設定され、対角行列がｌ、Ｗ_ＮＴ×ｌがチャンネル依存性のビームフォーミングを実行しうる１列のベクトルである。異なるインデックスｋについて異なるＷ_ＮＴ×ｌが用いられる場合、周波数依存性のプリコーディングが可能である。同様に、送信ランク２については、ｌが２となり、Ｕ_ｌ×ｒが２の列を有し、Ｗ_ＮＴ×ｌがチャンネル依存性を有し、２の列を有しうる。対角行列がＵ_ｌ×ｒとともにＣＤＤと同様な演算を仮想アンテナ上で実行する。これは、２のレイヤが仮想アンテナのチャンネルの合成（本来のチャンネルおよびＷ_ＮＴ×ｌから形成される。）を見ることを意味する。よって、３の行列５１５、５１６、５１８は、例えば、以下の表から選択されうる。

ここで、変数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｋ、ｌ、ｍおよびｎは、前述した機能または行列形式を提供するように選択される値（場合によっては複素数）を表しており、所謂プリコーダのコードブックをもたらす。これら値の例は、例えば、標準規格３ＧＰＰＴＳ３６．２１１Ｖ１．３．１（２００７−０８）の第６．３．３．２章に記載されている。図５を参照して前述したようにプリコーディングを用いることで、仮想アンテナ（アンテナポート）上のビームフォーミングは、指定される部分空間にエネルギーを分散させる。部分空間は、送信の目標となる受信側（移動局等）へ送信エネルギーを集中させる。例えば、特定の方向にエネルギーが集中することを回避するために、よりランダムな方法でプリコーダの選択を変化させるという意味では、チャンネル非依存性のプリコーディングも可能である。

他の実施形態によれば、送信構造は、プリコーディング行列５１５（つまり、Ｗ_ＮＴ×ｌ）が固定チャンネル、および直交および同一ノルムの列を伴う周波数非依存性の行列に設定され、対角ＣＤＤ行列がＮ_Ｔ×Ｎ_Ｔのサイズに設定され（つまり、送信アンテナ数と同一の正方行列）、行列Ｕ_ｌ×ｒ５１８が全ての要素が１の単一列となりうる、プリコーディングを提供可能である。本実施形態は、送信側に相関フェーディングが存在する場合に、前述したキャンセルの問題により影響されない他の形式のＣＤＤを提供する。

前述したように、ここで説明される伝送処理技術は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システム、時分割多元接続｛じぶんかつたじゅう｝（ＴＤＭＡ）システム、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）システム、直交周波数分割多元接続方式（ＯＦＤＭＡ）システム、単一キャリア周波数分割多元接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）システム等、様々な通信システムで用いられうる。送信装置は、例えば、無線基地局、ＮｏｄｅＢ、ｅＮｏｄｅＢに配置され、ダウンリンク無線チャンネル上で情報信号を送信しうる。代替的に、送信装置は、例えば、移動ユニット、端末デバイス、ユーザー装置に配置され、アップリンク無線チャンネル上で情報信号を送信しうる。これらの実施形態が表わされる特定の形式の通信システムにかかわらずに、送信デバイスは、一般に、図６に示されるコンポーネントを含む。

ここで、送信装置は、複数の物理的な送信アンテナ６０２を含む。送信アンテナ６０２は、本例では４であるが、４より多いまたは少ない送信アンテナが用いられうる。物理的な送信アンテナ６０２は、当然ながら、１以上のフィルタ、出力アンプ等を含む送信（ＴＸ）系統の要素６０４を介して処理装置６０６に接続される。処理装置６０６は、記憶デバイス６０８（場合によって、他のデバイス）とともに、例えば、内蔵のソフトウェア、追加的なハードウェアまたはソフトウェアおよびハードウェアの組合せにより、図３〜図５に関して前述した送信処理を実行するために動作しうる。よって、前述したプリコーディング機能は、例えば、記憶デバイス６０８からのコンピュータ読取り可能な指令を実行し、図５に関して前述した行列乗算を実行することで、ソフトウェア内で実行されうる。よって、実施形態は、例えば、コンピュータ読取り可能な媒体に格納され、コンピュータ等の処理装置により読み出され、前述した方法でプリコードされる情報信号の送信に関連する特定のステップを実行するプログラムコードまたは指令ソフトウェアと関連していることが明らかである。このようなステップの一例が図７のフロー図に示されている。

ここで、ステップ７００では、シンボルベクトルに、シンボルベクトル中のシンボルを仮想的な送信アンテナに分散させる第１のユニタリ行列、仮想的な送信アンテナの位相を変化させる第２の対角行列、および送信アンテナに送信（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を分配する第３のプリコーディング行列を乗じることで、シンボルベクトルがプリコードされる。シンボルベクトルをプリコードした後、シンボルベクトルは、情報信号を生成するためにステップ７０２でさらに処理される。例えば、このような追加的な信号処理は、プリコードされたシンボルを１以上の送信アンテナを介して送信されるべきリソースブロックにマッピングし、リソースブロックを直交周波数分割多元化（ＯＦＤＭ）することを含む。なお、例えばＯＦＤＭ以外のシステムについては、代替的に、プリコーディング演算の下流で他の処理が実行されうる。そして、ステップ７０４では、得られた情報信号が送信される。

実施形態は、前述したプリコーディングの実施形態を用いて送信された信号の受信側での処理を提供する。共通のパイロット（共通の参照シンボル（ＲＳ））を用いるシステムでは、受信装置は、送信（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を適切に復号可能とするために、送信構造を知る必要がある。ＬＴＥは、送信モードが共通の参照シンボルを用いており、よってＵＥに対して非透過的なシステムの一例である。よって、前述した関連する行列（つまり、Ｗ、Ｄ、Ｕ）の全てが受信側（例えばＵＥで）で知られており、チャンネルを等価するために用いられる必要がある。例えば、ＵＥは、まず、有効チャンネルＨ＿ｅｆｆ＝ＨＷＵＤ（Ｈ：共通ＲＳから得られるチャンネル推定値）を形成し、次に、例えば、線形フィルタ、ｉｎｖ（Ｈ＿ｅｆｆ＾^＊Ｈ＿ｅｆｆ）Ｈ＿ｅｆｆ＾^＊を用いて、等価されたベクトルシーケンスｚ（復調器に入力される。）を生成し、符号ビットのソフト値（送信された情報ビットの推定値を生成するためにターボ復号器等に最終的に入力される。）を生成することで、有効チャンネルを等価する。

当然ながら、無線で受信された情報シンボルを受信および復号するために多数の実施方法が存在し、前述した例は、単に実施方法の一例にすぎない。これらの実施形態に係る受信側の処理は、本質的に、送信側で実行される処理を反映した処理となる。受信装置は、チャンネル推定／等価機能を実行するために、送信装置により実行されたプリコーディングの知識を用いる。受信装置の部分のこのような知識は、事前に推測的に（ａｐｒｉｏｒｉ）定められてもよく、送信された情報の一部として受信装置に明示的に渡されてもよい。

よって、図８には、前述したようにプリコードされた情報信号を受信および処理する受信装置８００の実施形態が示されている。ここで、１（または２以上）の受信アンテナ８０２は、送信側の処理中にプリコードされた情報信号を受信する。１以上の受信（ＲＸ）系統の処理要素８０３（フィルタ、アンプ等）を通過した後に、処理装置８０６は、例えば、記憶デバイス８０８に格納されている処理ソフトウェアとともに、後続する受信側の処理で用いられるチャンネル推定を計算するために情報信号について実行されたプリコーディングの知識を用いることで、受信された情報信号を処理して情報を抽出する。例えば、図９のフロー図に示すように、受信された情報信号を等価する方法は、ステップ９００で初期のチャンネル推定値に複数の行列（第１のユニタリ行列の列部分集合、第２の対角行列、第３のプリコーディング行列を含む。）を乗じ、形成されたチャンネル推定値を用いてステップ９０２で情報信号を等価することで、受信された情報信号に関連するチャンネル推定値を形成するステップを含む。

前述した実施形態の記載は、図面および説明を提示するが、本発明を開示された形式自体に制限または限定することを意図するものではない。修正および変形は、前述した教示の観点から可能であり、本発明の実践から得られるであろう。例えば、実施形態は、より一般的な形式のＷ_ＮＴ×ｌ、Ｕ_ｌ×ｒ行列、場合によっては、例えば対角行列に限定されない、より一般的な形式のＣＤＤ行列も含む。以下の特許請求の範囲および均等は、本発明の範囲を規定する。

Claims

情報信号に関連する複数のシンボルベクトルを有する前記情報信号を無線チャンネル上で送信する方法であって、
全ての仮想的な送信アンテナに前記シンボルベクトル中のシンボルを分散させる第１のユニタリ行列の列部分集合（５１８）、前記仮想的な送信アンテナの位相を変化させる第２の対角行列（５１６）、および物理的な送信アンテナに送信エネルギーを分配する第３のプリコーディング行列（５１５）を前記シンボルベクトルに乗じて、前記シンボルベクトルをプリコードするステップ（７００）と、
前記プリコードされたシンボルベクトルを処理して前記情報信号を生成するステップ（７０２）と、
前記情報信号を送信するステップ（７０４）と、
を含む送信方法。
前記物理的な送信アンテナは、アンテナポートである、請求項１に記載の方法。
前記シンボルベクトルに、前記第１のユニタリ行列の列部分集合を乗じた後に、前記第２の対角行列を乗じ、さらに前記第３のプリコーディング行列を乗じる、請求項１または２に記載の方法。
ｒのレイヤを用いて送信する場合に、前記第３のプリコーディング行列がl列を有し、前記第２の対角行列がｌ行およびｌ列を有し、前記第１のユニタリ行列の列部分集合がｌ行およびｒ列を有し、前記シンボルベクトルがｒの要素を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
ｒのレイヤを用いて送信する場合に、前記第３のプリコーディング行列がｒ列を有し、前記第２の対角行列がｒ行およびｒ列を有し、前記第１のユニタリ行列の列部分集合がｒ行およびｒ列を有するユニタリ行列であり、前記シンボルベクトルがｒの要素を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
前記処理では、１以上の送信アンテナを介して送信されるべきリソースブロックに、前記プリコードされたシンボルをマッピングし、直交周波数分割多元方式（ＯＦＤＭ）の送信のリソース要素グリッドに前記リソースブロックを分配する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
前記第２の対角行列による位相シフトは、特定のシンボルベクトルの送信に用いられるリソース要素の位置の関数であるパラメータに関して変化する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
前記パラメータは、サブキャリアインデックスである、請求項７に記載の方法。
前記パラメータは、データリソース要素インデックスである、請求項７に記載の方法。
前記第１のユニタリ行列の列部分集合は、前記第２の対角行列とともに、周波数ドメインで表される場合、空間多重化のための循環遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）と同一の構造を示す、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
前記第３のプリコーディング行列は、チャンネル依存性プリコーディングを実行する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
情報信号に関連する複数のシンボルベクトルを有する前記情報信号を無線チャンネル上で送信する送信装置であって、前記送信装置は、
複数の物理的な送信アンテナ（６０２）と、
全ての仮想的な送信アンテナに前記シンボルベクトル中のシンボルを分散させる第１のユニタリ行列の列部分集合（５１８）、前記仮想的な送信アンテナの位相を変化させる第２の対角行列（５１６）、および物理的な送信アンテナに送信エネルギーを分配する第３のプリコーディング行列（５１５）を前記シンボルベクトルに乗じて、前記シンボルベクトルをプリコードし、前記プリコードされたシンボルベクトルを処理して前記情報信号を生成する処理装置（６０６）と、
前記情報信号を送信する送信系統の要素（６０４）と、
を備える送信装置。
前記物理的な送信アンテナは、アンテナポートである、請求項１２に記載の送信装置。
前記シンボルベクトルに、前記第１のユニタリ行列の列部分集合を乗じた後に、前記第２の対角行列を乗じ、さらに前記第３のプリコーディング行列を乗じる、請求項１２または１３に記載の送信装置。
ｒのレイヤを用いて送信する場合に、前記第３のプリコーディング行列がｌ列を有し、前記第２の対角行列がｌ行およびｌ列を有し、前記第１のユニタリ行列の列部分集合がｌ行およびｒ列を有し、前記シンボルベクトルがｒの要素を有する、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の送信装置。
ｒのレイヤを用いて送信する場合に、前記第３のプリコーディング行列がｒ列を有し、前記第２の対角行列がｒ行およびｒ列を有し、前記第１のユニタリ行列の列部分集合がｒ行およびｒ列を有するユニタリ行列であり、前記シンボルベクトルがｒの要素を有する、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の送信装置。
前記処理では、１以上の送信アンテナを介して送信されるべきリソースブロックに、前記プリコードされたシンボルをマッピングし、直交周波数分割多元方式（ＯＦＤＭ）の送信のリソース要素グリッドに前記リソースブロックを分配する、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の送信装置。
前記第２の対角行列による位相シフトは、特定のシンボルベクトルの送信に用いられるリソース要素の位置の関数であるパラメータに関して変化する、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の送信装置。
前記パラメータは、サブキャリアインデックスである、請求項１８に記載の送信装置。
前記パラメータは、データリソース要素インデックスである、請求項１８に記載の送信装置。
前記第１のユニタリ行列の列部分集合は、前記第２の対角行列とともに、周波数ドメインで表される場合に、空間多重化のための循環遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）と同一の構造を示す、請求項１２〜２０のいずれか１項に記載の送信装置。
前記第３のプリコーディング行列は、チャンネル依存性プリコーディングを実行する、請求項１２〜２１のいずれか１項に記載の送信装置。
情報信号に関連する複数のシンボルベクトルを有する受信された前記情報信号を等価する方法であって、
第１のユニタリ行列の列部分集合（５１８）、第２の対角行列（５１６）、および第３のプリコーディング行列（５１５）を含む複数の行列を初期のチャンネル推定値に乗じて、前記受信された情報信号に関連するチャンネル推定値を形成するステップ（９００）と、
前記形成されたチャンネル推定値を用いて前記情報信号を等価するステップ（９０２）と、
を含む等価方法。
前記第１のユニタリ行列の列部分集合は、前記受信された情報信号の送信処理に用いられて、全ての仮想的な送信アンテナに前記シンボルベクトル中のシンボルを分散させ、
前記第２の対角行列は、前記送信処理に用いられて、前記仮想的な送信アンテナの位相を変化させ、
前記第３のプリコーディング行列は、前記送信処理に用いられて、物理的な送信アンテナに送信エネルギーを分配する、請求項２３に記載の方法。
前記物理的な送信アンテナは、アンテナポートである、請求項２４に記載の方法。
前記送信処理がｒのレイヤを用いて実行された場合に、前記第３のプリコーディング行列がｌ列を有し、前記第２の対角行列がｌ行およびｌ列を有し、前記第１のユニタリ行列の列部分集合がｌ行およびｒ列を有し、前記シンボルベクトルがｒの要素を有する、請求項２４または２５に記載の方法。
前記送信処理がｒのレイヤを用いて実行された場合に、前記第３のプリコーディング行列がｒ列を有し、前記第２の対角行列がｒ行およびｒ列を有し、前記第１のユニタリ行列の列部分集合がｒ行およびｒ列を有するユニタリ行列であり、前記シンボルベクトルがｒの要素を有する、請求項２４〜２６のいずれか１項に記載の方法。
前記第１のユニタリ行列の列部分集合は、前記第２の対角行列とともに、周波数ドメインで表される場合に、空間多重化のための循環遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）と同一の構造を示す、請求項２３〜２７のいずれか１項に記載の方法。
前記第３のプリコーディング行列は、チャンネル依存性プリコーディングを実行する、請求項２３〜２８のいずれか１項に記載の方法。
複数の行列を初期のチャンネル推定値に乗じて、受信された情報信号に関連するチャンネル推定値を形成する処理装置であって、
前記複数の行列は、第１のユニタリ行列の列部分集合（５１８）、第２の対角行列（５１６）、および第３のプリコーディング行列（５１５）を含み、
前記処理装置（８０６）は、前記形成されたチャンネル推定値を用いて、前記受信された情報信号を等価する、処理装置。
前記第１のユニタリ行列の列部分集合は、前記受信された情報信号の送信処理に用いられて、全ての仮想的な送信アンテナにシンボルベクトル中のシンボルを分散させ、
前記第２の対角行列は、前記送信処理に用いられて、前記仮想的な送信アンテナの位相を変化させ、
前記第３のプリコーディング行列は、前記送信処理に用いられて、物理的な送信アンテナに送信エネルギーを分配する、請求項３０に記載の処理装置。
前記物理的な送信アンテナは、アンテナポートである、請求項３１に記載の処理装置。
前記送信処理がｒのレイヤを用いて実行された場合に、前記第３のプリコーディング行列が１列を有し、前記第２の対角行列がｌ行およびｌ列を有し、前記第１のユニタリ行列の列部分集合がｌ行およびｒ列を有し、前記シンボルベクトルがｒの要素を有する、請求項３１または３２に記載の処理装置。
前記送信処理がｒのレイヤを用いて実行された場合に、前記第３のプリコーディング行列がｒ列を有し、前記第２の対角行列がｒ行およびｒ列を有し、前記第１のユニタリ行列の列部分集合がｒ行およびｒ列を有するユニタリ行列であり、前記シンボルベクトルがｒの要素を有する、請求項３１〜３３のいずれか１項に記載の処理装置。
前記第１のユニタリ行列の列部分集合は、前記第２の対角行列とともに、周波数ドメインで表される場合に、空間多重化のための循環遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）と同一の構造を示す、請求項３０〜３４のいずれか１項に記載の処理装置。
前記第３のプリコーディング行列は、チャンネル依存性プリコーディングを実行する、請求項３０〜３５のいずれか１項に記載の処理装置。