JP2010526465A - 複数ユーザのｍｉｍｏシステムにおいて情報をプリコーディングする方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、親局及び複数の子局を有するネットワークにおける通信方法に関する。当該方法は、前記親局で、（ａ）前記親局から第１の子局への少なくとも１つのダウンリンク・チャネルを設定する段階、を有し、当該段階（ａ）は、（ａ１）前記親局から前記第１の子局への第１の送信に適用されるプリコーディングを表す少なくとも１つのパラメータの第１のセットを送る段階；（ａ２）前記親局から少なくとも１つの第２の子局への第２の送信に適用されるプリコーディングを表す少なくとも１つのパラメータの第２のセットを送る段階；を有し、前記段階（ａ２）は、前記パラメータ・セットの第２のセットが前記パラメータの第１のセットより少ない情報を有するように実行される、ことを特徴とする。

Description

本発明は、ネットワーク内で通信する方法に関する。

多入力多出力（ＭＩＭＯ）は、通信リンクの容量及びロバスト性を向上させるための次世代無線システムのための技術である。ＭＩＭＯ技術は、通信リンクの複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナの存在に基づく。ＭＩＭＯ技術の適用は、携帯電話通信、広帯域無線アクセス及び無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）を想定している。複数の２以上の送信アンテナは、本願明細書では送信アンテナ・アレイとして表される。

ＭＩＭＯ通信の利益は、伝搬チャネルからの空間ダイバーシティを提供するアンテナ・アレイ及び変化する多変数のチャネルに適用可能なアルゴリズムの組み合わせを通じて得られる。将来の移動体システム及びユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システムのロング・ターム・エボリューション（ＵＭＴＳ ＬＴＥ）では、複数アンテナ技術の使用は、周波数効率の要件を満たすために次第に重要性を増している。周波数効率における有意な進歩は、ダウンリンク伝送において、単一ユーザ又は同一の時間−周波数リソース・ブロックを共有する複数ユーザへの空間領域の複数コードワードを多重化することにより達成されうる。これらの単一ユーザ又は複数ユーザの複数アンテナ伝送の多重化の利益を活用したＭＩＭＯ方式は、屡々空間分割多重（ＳＤＭ）及び空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）技術と称される。ＳＤＭＡ方式は、同一の無線セル内の複数ユーザを同一周波数又はタイムスロットに収容することを可能にする。この技術の実現は、振幅及び位相の重み付け並びに内部帰還制御により時間、周波数及び空間応答を変更可能なアンテナ・アレイを用いることにより達成されうる。

ビーム形成は、信号の位相を積極的に所望の通信目標（端末装置）の方向に追加すること及び望ましくない又は干渉の通信目標のパターンを無効にすることにより、アンテナ・アレイの放射パターンを作成するために用いられる方法である。

この状況で、ビーム形成ベクトルは重要な役割を果たす。ビーム形成ベクトルの意味を説明する目的で、例である送信ビーム形成及び受信の結合を利用する単一ユーザの通信システムでは、信号の送信がＭ本の送信アンテナ及びＮ本の受信アンテナを用いて行われるとすると、この通信システムの入出力の関係は次式で与えられる。

ここで、Ｈは送信機と受信機を接続するＮ×Ｍのチャネル行列である。ｚは受信結合ベクトルである。ｚ^Ｈはエルミート転置である。ｗは送信ビーム形成ベクトルである。ｘは選択されたコンステレーションから送信されたシンボルである。ｎは受信機で付加された独立なノイズである。

ＳＤＭ及びＳＤＭＡ技術のためのビーム形成ベクトルの設計における課題の１つは、基地局が全てのユーザのチャネル及び各ユーザの受信アンテナを知っている必要があることである。これは、大量の帰還がユーザから基地局へ伝達されることを必要とするだろう。

幾つかの可能なビーム形成行列のコードブックを導入することにより、このシグナリング情報を減少させる解決策が提案されている。各ユーザは、グリーディ法（ｇｒｅｅｄｙ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）を用い、異なるビーム形成の組み合わせの信号対雑音比（ＳＩＮＲ）を評価することにより、コードブックから１又は複数の好適なビーム形成ベクトルを選択する。従って、各ユ―ザは、好適な１又は複数のベクトルの１又は複数のインデックスに加え、対応するＳＩＮＲを示す１又は複数のチャネル品質情報（ＣＱＩ）値を伝達しなければならない。

コードブックに基づく解決法に伴う問題は、ビーム形成ベクトルがチャネル状態に従って一緒に最適化されないことである。基地局は、ユーザからの帰還情報のみを用い、最良のＣＱＩ値を報告している一組のユーザへの送信をスケジューリングする。

或いは、基地局がビーム形成器のアドホック設計を実施しうる場合には、セルのスループットの有意な利得が達成されうる。これは、例えば、特定の量子化処理の後に、ユーザが全てのチャネル状態を報告する場合に可能である。しかしながら、これは、ユーザ当たり、Ｍ本の送信アンテナとＮ本の受信アンテナとの間で、製品と同じくらい多くのＭＮ個の複雑な値を送る必要がある。

同様に、チャネル品質及び強制ゼロビーム形成に基づくこの問題の解決策は、特許出願「Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ−Ｄｏｍａｉｎ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｉｇｎａｌｌｉｎｇ ｆｏｒ ＭＩＭＯ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」、出願人参照番号ＰＨ００６７３２ＥＰ４に記載されている。

別の手法にＰＵ２ＲＣ（ｐｅｒ−ｕｓｅｒ ｕｎｉｔａｒｙ ｒａｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）がある。

図１に、本発明が適用される標準的な複数ユーザのダウンリンクＭＩＭＯ方式における、送信機（ノードＢ）及び受信機（ＵＥ）で実行される基本的な処理を示すブロック図を示す。ここに記載される方法は、プリコーディング行列ＵをノードＢから送信のために選択された各ＵＥへ伝達する必要のあるビット数を削減するために用いられる。

図１は、送信機及び受信機で実行されるダウンリンクＭＩＭＯ処理のブロック図である。ＡＭＣブロックは、変調の適応及び送信されるべき空間ストリーム毎の符号化を実行する。各ＵＥからの帰還は、ベクトルのコードブックから選択されたＰＭＩ（プリコーディング行列情報）インデックス及び関連する受信した空間ストリームのＳＩＮＲの推定値である実数値のＣＱＩ（チャネル品質情報）を有する。

ノードＢからの帰還は、プリコーディング行列Ｕを形成するベクトルに関する量子化情報を伝達する。このノードＢからの帰還は、本発明の主題である。

最適な受信機を構築するために、全ての同時にスケジューリングされたユーザに対して基地局により用いられたプリコーディング・ベクトルを知る必要がある。これは、複数の受信アンテナを有する受信機が、自身のデータのための位相基準を得ること、他のユーザのための信号からの干渉を排除するための係数の結合を計算することを可能にする。

しかしながら、これは、非常に大きいダウンリンクのシグナリング・オーバーヘッドをもたらす。

本発明の目的は、子局に、他の近傍の子局のために用いられるプリコーディングを送る方法を提案することである。

本発明の別の目的は、大きなオーバーヘッドを作成せずに、所望の子局に、全ての子局に対応するプリコーディング係数を送る方法を提案することである。

この目的のため、本発明の第１の態様によると、親局及び複数の子局を有するネットワークにおける通信方法が提案される。当該方法は、前記親局で、（ａ）前記親局から第１の子局への少なくとも１つのダウンリンク・チャネルを設定する段階、を有し、前記段階（ａ）は、（ａ１）前記親局から少なくとも１つの第２の子局への第１の送信に適用されるプリコーディングを実質的に表す少なくとも１つのパラメータの第１のセットを、前記親局から前記第１の子局へ送る段階；（ａ２）第２の送信に適用されるプリコーディングを実質的に表す少なくとも１つのパラメータの第２のセットを送る段階；を有し、前記段階（ａ２）は、前記パラメータ・セットの第２のセットが前記パラメータの第１のセットより少ない情報を有するように実行される、ことを特徴とする。

結果として、所望の子局は、該子局自身のプリコーディングに関する情報を良好な精度で有し、他の子局のために用いられるプリコーディングの少なくとも推定を有するだろう。この推定又は低い精度の情報は、所望の子局が該情報に基づき能動的な干渉除去を実行することを可能にする。

更に、少ない情報は、このシグナリングにより生じるオーバーヘッドを増加させない。

本発明は、当該方法を実行する基地局及び子局にも関する。

本発明の上述の及び他の態様は、本願明細書に記載される実施例及びその説明から明らかである。

本発明は、例として添付の図面を参照し、以下に更に説明される。

本発明が適用される標準的な複数ユーザのダウンリンクＭＩＭＯ方式における、送信機（ノードＢ）及び受信機（ＵＥ）で実行される基本的な処理を示すブロック図を示す。

本発明は、親局から子局への通信方法に関する。当該親局は基地局又はノードＢでありうる。当該子局は移動局又はユーザ機器でありうる。

本発明のシグナリングの態様によると、上述のダウンリンク・シグナリングの最も重要な目的は（例えば、性能又は全体の性能の向上という観点から）、受信機に、該受信機自身のデータに用いられたプリコーディング・ベクトルを得るために十分な情報を提供することである。他のユーザのプリコーディング・ベクトルに関する幾らかの知識を用いて干渉を排除することにより、性能が更に向上しうる。しかし、これは上述のダウンリンク・シグナリングが達成しなければならい主要な目的ではない。従って、本発明のシグナリングの態様によると、ユーザ自身のデータのプリコーディング・ベクトルに関して与えられた情報量は、他の同時に使用されたプリコーディング・ベクトルに関して与えられた情報量よりも多い。

前者の情報量の方が、例えば、より高い解像度、より高い更新レート、より高い周波数領域粒度を有するという点で多い。

本発明によると、親局は、データが送信されるべき子局毎にプリコーディングを計算する。プリコーディングが計算されると、これは、例えば（量子化により）推定されうるか又は該プリコーディングに変換を適用することにより変換領域に変換される。次に、所望の子局毎に、親局は該所望の子局により適用されるべきプリコーディング及び残りの子局のために用いられるだろうプリコーディングに関する情報を伝達する。この情報は、精度が劣るか又はより少ないデータを有する。これは幾つかの異なる方法で行われうる。例えば、この情報のために用いられるビット数は、所望の子局のプリコーディングを送るために用いられるビット数と比べて少なくてよい。

別の例では、他の子局に関する情報は、第１のパラメータ・セットの中の対応するパラメータよりも低い更新レートを有する、第２のパラメータ・セットの中の少なくとも１つのパラメータの更新レートを有する。

別の例では、これは、残りの子局のパラメータ・セットの中の少なくとも１つのパラメータのベクトル量子化粒度（ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ）を、第１のパラメータ・セットの中の対応するパラメータのベクトル量子化粒度よりも粗くすることにより行われる。また、２種類の情報の量子化を行うことも可能である。残りの子局に関するパラメータ・セットの中の少なくとも１つのパラメータの量子化のステップ・サイズは、所望の子局に関するパラメータ・セットの中の対応するパラメータよりも大きいステップ・サイズを有する。

本発明のある実施例では、所望の子局及び残りの子局に対応し所望の子局へ送信されるパラメータ・セットは、所望の子局及び残りの子局にそれぞれ割り当てられた周波数領域を示すパラメータを有する。このような場合には、所望の子局に関連するパラメータ・セットにより示された少なくとも１つの周波数領域の周波数領域粒度は、残りの子局のパラメータ・セットの中で示された対応する周波数領域の周波数領域粒度よりも高くてよい。

本発明の別の例では、所望の子局に関するパラメータ・セットの中のパラメータの送信には、残りの子局に関するパラメータ・セットの中の対応するパラメータよりも多くの誤り防御が用いられる。例えば、誤り防御は、所望の局に対してより頻繁に又はより多くのビットで行われうる。

本発明の更に別の例では、所望の局に関するパラメータ・セットの中のパラメータの送信のために、残りの子局に関するパラメータ・セットの中の対応するパラメータの送信のための送信電力又はアンテナの数よりも、高い送信電力又はより多くのアンテナが用いられる。上述の例は、独立であってもよく、オーバーヘッドを更に減少させるために有利に結合されてもよい。

当該方法では、第１の送信及び第２の送信が同時であってもよい。

本発明によると、各子局は、該子局及び他の子局に関する２つのプリコーディング・パラメータ・セットを受信する。

従って、親局は、計算された対応するプリコーディング・パラメータによって、例えば並列に、つまり同時にデータを全ての子局へ送信する。親局からデータを受信している各子局は、第１のプリコーディング・パラメータの助けを得てデータを復号化し、任意的に残りの子局に関する他のプリコーディング・パラメータの助けを得て干渉を除去する。これは、例えば残りの子局のプリコーディング・パラメータが好適な狭い方向を示す場合に、パラメータの値に依存して行われうる。

Claims (14)

1. 親局及び複数の子局を有するネットワークにおける通信方法であって、
   前記親局で、
   （ａ）該親局から第１の子局への少なくとも１つのダウンリンク・チャネルを設定する段階、
   を有し、
   該段階（ａ）は、
   （ａ１）前記親局から前記第１の子局への第１の送信に適用されるプリコーディングを実質的に表す少なくとも１つのパラメータの第１のセットを送る段階；
   （ａ２）前記親局から少なくとも１つの第２の子局への第２の送信に適用されるプリコーディングを実質的に表す少なくとも１つのパラメータの第２のセットを送る段階；
   を有し、
   該段階（ａ２）は、前記パラメータの第２のセットが前記パラメータの第１のセットより少ない情報を有するように実行される、
   ことを特徴とする方法。
2. より多くの情報を有することは、前記パラメータの第２のセットの中の少なくとも１つのパラメータの更新レートが、前記パラメータの第１のセットの中の対応するパラメータよりも低い更新レートを有することである、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. より少ない情報を有することは、前記パラメータの第２のセットの中の少なくとも１つのパラメータのベクトル量子化粒度が、前記パラメータの第１のセットの中の対応するパラメータよりも粗いベクトル量子化粒度である、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. より多くの情報を有することは、前記パラメータの第２のセットの中の少なくとも１つのパラメータの量子化ステップ・サイズが、前記パラメータの第１のセットの中の対応するパラメータよりも大きい量子化ステップ・サイズを有する、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
5. 前記パラメータの第１及び第２のセットは、前記第１の子局及び前記少なくとも１つの第２の子局にそれぞれ割り当てられた周波数領域を示すパラメータを有し、
   前記パラメータの第１のセットにより示された少なくとも１つの前記周波数領域の周波数領域粒度は、前記パラメータの第２のセットにより示された対応する周波数領域の周波数領域粒度より高い、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の方法。
6. 前記パラメータの第１のセットの中の少なくとも１つのパラメータを表すために、前記パラメータの第２のセットの中の対応するパラメータを表すために用いられるよりも多くのビット数が用いられる、
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載の方法。
7. 前記パラメータの第１のセットの中の少なくとも１つのパラメータを送信するために、前記パラメータの第２のセットの中の対応するパラメータに適用するよりも多くの誤り防御が適用される、
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載の方法。
8. 前記パラメータの第１のセットの中の少なくとも１つのパラメータを送信するために、前記パラメータの第２のセットの中の対応するパラメータを送信するよりも高い送信電力が用いられる、
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項記載の方法。
9. 前記の少なくとも１つの第１のプリコーディング・パラメータの送信に、前記の少なくとも１つの第２のプリコーディング・パラメータよりも多数のアンテナが用いられる、
   ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項記載の方法。
10. 前記第１の送信及び前記第２の送信は同時である、
    ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項記載の方法。
11. 前記子局で、
    （ｂ）前記第１及び第２のプリコーディング・パラメータを受信する段階；
    前記親局で、
    （ｃ）前記第１のプリコーディング・パラメータ及び前記第２のプリコーディング・パラメータのそれぞれによって、前記第１の子局及び第２の子局へ並列にデータを送信する段階；
    を更に有する請求項１乃至１０の何れか一項記載の方法。
12. 前記第１の子局で、
    （ｄ）前記親局からデータを受信する段階；
    （ｅ）前記第１のプリコーディング・パラメータの助けを得てデータを復号化する段階；及び
    （ｆ）前記第２のプリコーディング・パラメータの助けを得て干渉を除去する段階；
    を更に有する請求項１１記載の方法。
13. 複数の子局を有するネットワークにおいて通信する手段を有する親局であって、
    当該親局から第１の子局への少なくとも１つのダウンリンク・チャネルを設定する設定手段、
    を有し、
    当該設定手段は、
    前記第１の子局への第１の送信に適用されるプリコーディングを実質的に表す少なくとも１つのパラメータの第１のセットを送るシグナリング手段；
    を有し、
    該シグナリング手段は、少なくとも１つの第２の子局への第２の送信に適用されるプリコーディングを実質的に表す少なくとも１つのパラメータの第２のセットを送り、
    前記シグナリング手段は、前記パラメータの第２のセットが前記パラメータの第１のセットより少ない情報を有するようにする、
    ことを特徴とする親局。
14. ネットワークにおいて通信する手段を有する子局であって、該ネットワークは親局及び少なくとも１つの更なる子局を有し、
    当該子局は：
    前記親局からの当該子局への第１の送信に適用されるプリコーディングを実質的に表す少なくとも１つのパラメータの第１のセットを有する第１のシグナリング・メッセージ又は前記親局から当該子局への第２の送信に適用されるプリコーディングを実質的に表す少なくとも１つのパラメータの第２のセットを有する第２のシグナリング・メッセージを復号化する手段；
    を有し、
    前記パラメータの第２のセットは前記パラメータの第１のセットよりも少ない情報を有する、
    ことを特徴とする子局。

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