JP2011527139A - Ｍｉｍｏ通信システムにおけるプリコーディング・マトリクスを用いる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明はＭＩＭＯ無線リンクにより送信や受信を行う方法及び装置を提供する。特に、プリコーディング・マトリクスが送信信号に適用され、プリコーディング・マトリクスを適用することが原因となって生じる最大電力と平均電力との比（ＰＡＰＲ）の付加的な増加を制限するように制約を受ける。例えば、プリコーディング・マトリクスの各行は少なくとも１つのゼロである要素と１つのゼロでない要素をもち、各列は少なくとも１つのゼロでない要素をもつかもしれない。

Description

本発明は通信システムに関し、特に、多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線リンクにより送受信を行う方法及び装置に関するものである。

マルチアンテナ技術は無線通信システムにおけるデータ速度と信頼性を大いに向上させることができる。もし、送信器と受信器の両方にマルチアンテナが装備されるなら、その性能は特に改善される。この結果、多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信チャネルが導入されることになり、そのようなシステムとこれに関係する技術とのいずれかは一般にＭＩＭＯとして言及されている。

いくつかの無線標準技術ではＭＩＭＯアンテナの展開とＭＩＭＯ関連技術とをサポートしている。図１はＭＩＭＯ送信システム２の例を示している。システム２は、プリコーダ４とＮ_T個のアンテナとを含み、Ｎ_Tは２以上の整数である。

その使用において、情報を搬送するシンボルベクトルｓ_kのシーケンスがプリコーダ４に入力されて、資源要素ｋによりアンテナ６により送信される前にプリコーディングされる。資源要素ｋはＭＩＭＯチャネルの単一の使用に対応し、例えば、時間間隔、特定の周波数レンジ、拡散符号、及び、これらの量の１つ以上のいずれかの組み合わせに対応しているかもしれない。ｓ_kにおけるｒ個のシンボル各々は、送信ランクとして知られるｒ（即ち、レイヤの数）での特定のレイヤに属している。レイヤに関する別の一般に用いられる用語はシンボルストリームである。

シンボルベクトルｓ_kはプリコーダ４においてＮ_T×ｒプリコーディング・マトリクスＷ_kにより乗算され、これにより、プリコーディングされたシンボルベクトルｘ_kを生成する。プリコーディングされたシンボルベクトルｘ_kはアンテナ６に提供される。そして、アンテナ６で、それは送信されるが、各アンテナはプリコーディングされたシンボルベクトルｘ_kの１つの要素を送信する。

プリコーディングされたシンボルベクトルｘ_kは従って、次のように書くことができる。

プリコーディング・マトリクスＷ_kはしばしば、信号が送信されるＮ_R×Ｎ_TのＭＩＭＯチャネルＨ_kの特性をマッチングするのに選択される（ここで、Ｎ_Rは受信アンテナの数である）。従って、プリコーディングマトリクスは送信エネルギーを、受信機器に対して送信エネルギーをできるだけ多く搬送するという意味において強度の高いサブ空間にフォーカスするのに選択されるかもしれない。加えて、プリコーディング・マトリクスＷ_kは、チャネルを直交化するのに選択されるかもしれない。これは、受信機器において適切な線形等化を行った後、レイヤ相互の干渉が少なくなることを意味している。

プリコーディングに続いて、情報を搬送するプリコーディングされたシンボルベクトルが時間的に連続する信号に変換され、アンテナ６から送信される信号を生成するのに増幅される。信号歪みを回避するために、複数の増幅器は、これらが増幅される信号のダイナミックレンジをカバーできるように設計される必要がある。最大振幅電力と振幅電力との比（ＰＡＰＲ）は信号の相対的なダイナミックレンジの指標であり、それを小さく維持して増幅器の要件を最小にし、従って、コストを低減することが一般には望ましい。ＰＡＰＲは信号のダイナミックレンジのいくつかのあり得る指標の１つである。これ以後、信号のＰＡＰＲの削減への言及は、何らかの指標に従う信号のダイナミックレンジの削減を意味するためになされる。

プリコーディング・マトリクスを選択する１つの方法は、前もって定義されたプリコーディング・マトリクスの所謂“コードブック”を用い、そこから適切なマトリクスが選択できることである。これは、選択プロセスを非常に簡単にする。例えば、（ロングタームエボルーション、或はＬＴＥとして知られる）３ＧＰＰ技術仕様のリリース８の現在のバージョンは、２つの送信アンテナが採用される場合、次のようなコードブックを規定している。

最初の４つのマトリクスは、送信ランク１に関するものである。最後の２つのマトリクスは送信ランク２に関するものである。

しかしながら、３ＧＰＰ技術仕様の将来のリリースについてのコードブックは定義されていない。

現存するプリコーダによる解決策が抱える問題は、送信ランクが２以上のものに関して、プリコーディングはＰＡＰＲを増加させる傾向になる点がある。送信ランク２の例に関して、式（１）を用い、ＬＴＥコードブックである式（２）から最初のランク２のプリコーディング・マトリクスを選択すると、送信されるプリコーディングされたシンボルベクトルは次のように与えられる。

理解されるように、２つの異なるレイヤからの信号は共に混合される。信号のそのような混合はＰＡＰＲを大きく増大させるかもしれず、従って、送信器のコストと複雑さを増大させるかもしれない。なお、ＰＡＰＲは混合される信号の数とともに増大する傾向にあるが、付加的な混合される信号各々についての相対的な増大は徐々に減少し、それで、２つのレイヤの混合は最大の付加的なＰＡＰＲ増大を招く傾向がある。

ＰＡＰＲの増大は、例えば、ＰＡＰＲを低く維持するためにシングルキャリア・アップリンクを設計するために特別の注意が払われた場合のような、３ＧＰＰ技術仕様の将来のリリースにおいて特に深刻な問題であろう。もし、空間多重化がアップリンクに導入されることになるなら、低いＰＡＰＲを維持するための強力な理由がある。

これら現存する解決策に関係した上述の問題を軽減するために、本発明に従う送信装置は、信号の混合が回避されるようにプリコーディング・マトリクスに一定の構造を課すことにより、送信信号のＰＡＰＲを低減する。

本発明に従えば、ＭＩＭＯ無線リンクにより送信を行う通信装置が備えられる。その通信装置は、複数のアンテナを有する送信器と、処理回路（１６）とを有する。その処理回路はプリコーディング・マトリクスをシンボルベクトルに適用してプリコーディングされたベクトルを生成するように適合される。そのプリコーディング・マトリクスは４行、２或は３列をもつ。その送信器はプリコーディングされたベクトルをＭＩＭＯ無線リンクにより送信するよう適合される。そのプリコーディング・マトリクスは、各行が少なくとも１つのゼロ要素をもち、各行においてゼロでない要素の数が前記プリコーディング・マトリクスにおける列の数未満であるように制限される。そのプリコーディング・マトリクスはさらに、前記列の各々が少なくとも１つのゼロでない要素をもち、前記行の各々が少なくとも１つのゼロではない要素をもつので、そのプリコーディング・マトリクスをシンボルベクトルに適用することが原因となって生じる最大振幅電力と振幅電力との比（ＰＡＰＲ）のどんな増加も制限されるように制約を受ける。

本発明のさらに別の側面からすれば、ＭＩＭＯ無線リンクにより受信を行う通信装置が備えられる。その通信装置は、複数のアンテナを有するトランシーバと、処理回路（１６）とを有する。その処理回路は、遠隔地にある通信装置によって用いられるプリコーディング・マトリクスを決定し、ＭＩＭＯ無線リンクによる前記通信装置への送信のためのシンボルベクトルからプリコーディングされたベクトルを生成するように適合される。そのトランシーバは、ＭＩＭＯ無線リンクにより、その決定されたプリコーディング・マトリクスを用いてプリコーディングされた前記プリコーディングされたベクトルを受信するように適合され、その処理回路はさらに、受信されたプリコーディングされたベクトルをデコードするように適合されている。そのプリコーディング・マトリクスは４行、２或は３列をもち、そして、各行が少なくとも１つのゼロ要素をもち、各行においてゼロでない要素の数がプリコーディング・マトリクスにおける列の数未満であるように制限される。そのプリコーディング・マトリクスはさらに、前記列の各々が少なくとも１つのゼロでない要素をもち、前記行の各々が少なくとも１つのゼロではない要素をもつので、そのプリコーディング・マトリクスをシンボルベクトルに適用することが原因となって生じる最大振幅電力と振幅電力との比（ＰＡＰＲ）のどんな増加も制限されるように制約を受ける。

ＭＩＭＯ無線リンクにより送信を行ったり、受信を行ったりする対応の方法も備えられる。

１実施例では、前記プリコーディング・マトリクスは、各行が１つのゼロでない要素をもつように制約を受ける。プリコーディング・マトリクスが１つのゼロでない要素を各行にもつことを保証することにより、異なるレイヤからの信号の混合が回避される。

別の実施例では、前記プリコーディング・マトリクスは、各列が同じ数のゼロでない要素をもつように制約を受ける。このようにして、各レイヤが実質的に同じ電力で送信される。

本発明のより良い理解のために、そして、本発明がどのように実施されるのかをより明りょうに示すために、例えば、次の添付図面が参照される。

ＭＩＭＯ送信システムを示す図である。 本発明の実施例に従う通信装置を示す図である。 本発明の実施例に従う第１の方法を示す図である。 本発明の実施例に従う第２の方法を示す図である。 本発明の実施例に従う第３の方法を示す図である。 本発明の実施例に従う第４の方法を示す図である。

図２は通信ネットワークの通信装置１０を示している。通信装置１０は（ユーザ機器としても知られる）移動体端末でも良いし、或は、（ＮｏｄｅＢ或は進化型ＮｏｄｅＢとしても知られる）基地局でも良いし、或は、ＭＩＭＯ通信の送信と受信との内、少なくともいずれかを行うのに適した何らかの他の装置でも良い。

通信装置１０は複数のアンテナ１２を有している。図２は少なくとも３つのアンテナを示しているが、当業者には２つのアンテナがあっても良いし、或は４つ以上のアンテナがあっても良いことが理解されるであろう。本発明のある実施例では、通信装置１０は４つのアンテナ１２を有している。各アンテナ１２は各Ｒｘ／Ｔｘ回路１４に結合され、各Ｒｘ／Ｔｘ回路１４はさらに処理回路（プロセッサ）１６に結合される。上述のように、各Ｒｘ／Ｔｘ回路１４は各アンテナ１２により送信される信号を増幅する増幅器を有する。再び述べるが、当業者であれば、代替的な構成において、通信装置１０はアンテナ１２の数より少ない分離したＲｘ／Ｔｘ回路１４を有し、同じＲｘ／Ｔｘ回路１４に２個以上のアンテナ１２からの信号が結合するようにしても良い。例えば、通信装置１０は１個のＲｘ／Ｔｘ回路１４を有し、その１個のＲｘ／Ｔｘ回路１４に全てのアンテナ１２からの信号が結合するように構成しても良い。

処理回路はシングルキャリア送信に適合するようにしても良く、特に、離散的フーリエ変換・拡散・直交周波数分割多重（ＤＦＴＳ−ＯＦＤＭ）送信に適合するようにしても良い。

本発明のある実施例では、複数のアンテナ１２は他の通信装置からの装置を受信するのに動作可能である。これらの送信はＴｘ／Ｒｘ回路１４で復調され、処理回路１６でデコードされる。本発明の他の実施例では、複数のアンテナ１２は他の通信装置に信号を送信するのに動作可能である。そのような信号は、Ｔｘ／Ｒｘ回路１４において変調される前に処理回路１６で生成され、送信のために複数のアンテナ１２へとわたされると良い。通信装置１０の構成要素の正確な動作についての詳細な説明は後で行う。

図３は本発明に従う方法を図示したフローチャートである。その方法はステップ２０で開始する。

ステップ２２では、処理回路は資源要素ｋにより送信するためのシンボルベクトルｓ_kを受信する。そのシンボルベクトルはｒ個のシンボルｓ_kを有している。ここで、ｒは１以上の整数であり、送信ランクとして言及される。シンボルベクトルｓ_kは、通信装置１０のタイプに依存して、数多くのソース（送信源）から受信される。例えば、通信装置１０が移動体端末であるなら、シンボルベクトルｓ_kは、無線基地局に送信される移動体端末のメモリに格納されたデータ、或は、移動体端末のユーザからの音声データを有しているかもしれない。その通信装置が無線基地局であるなら、シンボルベクトルｓ_kは移動体端末に送信される、通信ネットワークのコアネットワークから受信したデータを有しているかもしれない。

特に、本発明の実施例では、ｒは２或は３である。

ステップ２４で、処理回路は、Ｎ_T×プリコーディング・マトリクスＷ_kをシンボルベクトルｓ_kに適用して、プリコーディングされたベクトルを生成する。ここで、Ｎ_Tはアンテナ１２の数である。プリコーディング・マトリクスＷ_kの特徴と制約については、後で詳述する。プリコーディング・マトリクスＷ_kは数多くの方法のいずれかで生成されるか、或は、選択されると良い。

特に、本発明の実施例では、Ｎ_Tは４である。

ステップ２６では、処理回路はプリコーディングされたベクトルのプリコーディングされたシンボル各々を各Ｒｘ／Ｔｘ回路１４に送信する。ここで、これらのシンボルは、各アンテナ１２により送信される前に変調される。

本発明の実施例に従えば、プリコーディング・マトリクスＷ_kは、送信されるプリコーディングベクトルにおけるシンボル・ストリームの混合を最小化するか、少なくとも制限し、そして、プリコーディング・マトリクスを適用することが原因となって生じる送信信号のＰＡＰＲの増加を最小にするか、少なくとも制限するように構成される。

例えば、１実施例において、プリコーディング・マトリクスＷ_kは、行当り少なくとも１つのゼロである要素をもつように構成される。このことは、プリコーディング・マトリクスＷ_kも、行当り少なくとも１つのゼロでない要素をもつように構成される、即ち、複数のアンテナの１つが未使用であることを意味するように、列が完全にゼロであるものはない。さらに、実施例では、プリコーディング・マトリクスＷ_kは、列当り少なくとも１つのゼロである要素をもつように構成される。このことはプリコーディング・マトリクスＷ_kも列当り少なくとも１つのゼロでない要素をもつように構成され、即ち、１つのレイヤでは送信されないことを意味するように、列が完全にゼロであるものはない。

１実施例では、プリコーディング・マトリクスＷ_kは、各列が１つのゼロでない要素をもつように構成される。このようにして、異なるレイヤからの信号の混合が減少する。なぜなら、ｌ番目のアンテナ１２で送信される信号は、
ｘ_k ^(l)＝Ｗ_k ^(lm)ｓ_k ^(m)
であり、ｍは、ゼロでない要素があるプリコーディング・マトリクスＷ_kの列数である。

上述のように、Ｒｘ／Ｔｘ回路１４における複数の増幅器の使用が平衡のとれたものであり、送信器の複雑さを減少させるものであることが望ましい。更なる実施例では、それゆえに、プリコーディング・マトリクスＷ_kの各行のノルム（即ち、絶対値）が同じであるように制約される。各行は１つのゼロでない要素をもつ実施例では、このことは各ゼロでない要素が同じノルムをもつことを意味する。

プリコーディング・マトリクスＷ_kはまた、各列が同じ数のゼロでない要素をもち、レイヤ当り平衡のとれた電力が達成されるように構成されると良い。特に、ゼロでない要素各々が同じノルムをもつ実施例において、これは、各レイヤが同じ総送信電力で送信されることを示唆している。

更なる実施例では、プリコーディング・マトリクスＷ_kは、そのプリコーディング・マトリクスにおける列がスケーリングされた正規直交なセットを形成する、所謂、ユニタリ・プリコーディングに対応するように制約を受ける。“ユニタリ・プリコーディング”という用語は、ユニタリマトリクスＷ（即ち、Ｗ^*Ｗ＝ＷＷ^*＝Ｉという条件を満たすマトリクスであり、Ｗ^*がＷの共役複素数であり、Ｉが単位行列である）の複数の列がまさしく、正規直交なセットを形成し、プリコーディング・マトリクスがユニタリマトリクスの列のサブセットに対応しているように見れるという事実に由来する。

送信アンテナの数Ｎ_Tと送信ランクｒに依存して、プリコーディング・マトリクスＷ_kにおけるこれらの制約の１つ以上を満たすことは可能でないかもしれない。例えば、送信ランク３と４の送信アンテナに関して、そのプリコーディング・マトリクスＷ_kにおいて行当り１個のゼロでない要素と列当り同じ数のゼロでない要素とを同時にもつことは不可能である。そのような場合、それ故に、これらの制約の内、１つ以上を緩和することが必要である。例えば、列当り異なる数のゼロでない要素が許されるかもしれず、或は、行当り２以上のゼロでない要素が許されるかもしれない。このことは信号の混合は回避できないことを意味するが、行当り１個のゼロでない要素をもつ（一方、列当り同じ数のゼロでない要素をもつ）ことが不可能であれば、いくつかの行において２つのゼロでない要素をもつという制約が適用されるというように、その制約をゆるい制限で適用しても良い。このようにして、複数の信号の混合は少なくとも制限され、送信信号のＰＡＰＲにおける増加が限定的であるようにされる。

プリコーディング・マトリクスは数多くの方法のいずれかにより選択或は生成されると良い。例えば、プリコーディング・マトリクスは“コードブック”、即ち、所定のプリコーディング・マトリクス複数の集合から選択されると良い。そのコードブックは複数の、所定のプリコーディング・マトリクスを有しており、そのマトリクス各々が、特定の送信ランクに関して先にリストした要件を満たすか、或は、そのマトリクスのサブセット（即ち、２個以上）が特定の送信ランクに関して先にリストした要件を満たす。即ち、複数のプリコーディング・マトリクスの全て、或は、それらのサブセットが、プリコーディング・マトリクスをシンボルベクトルに適用することによる、ＰＡＰＲの何らかの増加が制限的であるか、或は、ＰＡＰＲの増加を経験しないように定義される。１実施例では、そのサブセットに８つのプリコーディング・マトリクスがある。別の実施例では、特定の送信ランクに対して、少なくとも半分のプリコーディング・マトリクスが先にリストした要件を満たす。上述の要件においていくつかの妥協が必要である代表的な実施例では、少なくとも１つの送信ランクに対して少なくとも半分のプリコーディング・マトリクスが、他の列よりも１つ多いゼロでない要素がある１つの列をもってもよい。

送信ランク２で、行当り１個のゼロでない要素をもち、各列については同じ数のゼロではない要素をもつという制約を満足する、あり得る１つのコードブックは、次のようなものである。即ち、

である。

その代わりに、プリコーディング・マトリクスＷ_kはリアルタイムで生成されても良い。

上述のように、プリコーディング・マトリクスＷ_kは、信号が送信されることになるＭＩＭＯチャネルの特性にマッチするように生成或は選択されると良い。このことは、チャネル依存性のあるプリコーディング或は閉ループ・プリコーディングとして知られている。

図４は本発明の実施例に従う受信通信装置における方法のフローチャートである。

その方法はステップ３０で開始する。ステップ３２で、通信装置１０はチャネル条件を測定し、コードブックにおける所定のプリコーディング・マトリクスを評価して、その適合性を判断する。評価されたプリコーディング・マトリクスは、図３に関連して上述したように、付加的なＰＡＰＲを制限するための条件を満足する何らかのものである。

受信通信装置１０には測定するチャネルの送信装置によってシグナリングされるかもしれない。チャネル条件とプリコーディング・マトリクスと雑音と干渉レベルとの知識に基づいて、受信器は各レイヤに関する信号対干渉及び雑音比（ＳＩＮＲ）を計算できる。この情報を用いて、ＳＩＮＲを性能指標、例えば、全てのレイヤにわたる予想スループットの総計にマップできる。

１実施例に従えば、各プリコーディング・マトリクスに関して、通信装置１０は復調器の入力（即ち、等化の後）での結果として得られる信号対干渉及び雑音比（ＳＩＮＲ）を計算し、もし、そのプリコーディング・マトリクスが用いられるのであれば、そのＳＩＮＲを用いて性能を予測する（例えば、プリコーディング・マトリクスの選択で条件が課されるユーザスループットを予測する）。

ステップ３４では、適切なプリコーディング・マトリクスが選択され、ステップ３６では、これが送信通信装置にシグナリングされる。適切なプリコーディング・マトリクスは良好な性能の数値を与えるマトリクス、例えば、最大の予想スループットをもつプリコーディング・マトリクスである。選択されたプリコーディング・マトリクスは広帯域の周波数にわたって適用されても良いし、或は、異なるプリコーディング・マトリクスが異なる周波数に、即ち、異なる周波数で異なるチャネル条件にマッチするように適用されても良い。１実施例では、コードブックが受信通信装置１０と送信通信装置の両方に知られている。コードブック内の各プリコーディング・マトリクスはインデックスをもち、それは送信通信装置にシグナリングされる選択マトリクスに対応するインデックスである。ＬＴＥアップリンク送信では、例えば、これはＰＤＣＣＨ（物理ダウンリンク制御チャネル）でなされる。その時、ＵＥはＰＤＣＣＨをデコードし、デコードされたビットをプリコーディング・マトリクスにマップする。

この少し後に、ステップ３８において、受信通信装置１０は、選択されたプリコーディング・マトリクスを用いてプリコーディングされたシンボルベクトルである、送信通信装置からの送信を受信する。受信されたプリコーディングされたベクトルは、Ｔｘ／Ｒｘ回路１４を用いて復調される。ステップ４０では、復調信号は処理回路１６によりデコードされる。処理回路は復調信号をデコードするために、選択されたプリコーディング・マトリクスの知識を用いることができる。

受信信号がフィルタリングされ、ベースバンドにダウンコンバートされ、Ｒｘ／Ｔｘ回路１４でサンプルされ、それから、プロセッサ１６におけるベースバンド処理ユニットにフィードされる。ベースバンド処理ユニットは送信において用いられたプリコーディング・マトリクスを知っており、チャネルを最初にイコライズするチャネル推定の助けを借りてプリコーディングされたベクトルをデコードする。１実施例、例えば、ＬＴＥアップリンク送信においては、このことは、ＤＦＴ（離散的フーリエ変換）により信号を周波数領域に変換し、各副搬送波の信号を適切に組み合わせることによる周波数領域でのイコライゼーション（例えば、ＭＭＳＥ等化器）を実行し、それから、逆ＤＦＴを適用して再び時間領域に戻すことによりなされる。どのプリコーディング・マトリクスが用いられるのかの知識は、イコライゼーションを実行するときに信号の組み合わせ方を知るために必要とされるかもしれない。

閉ループ・プリコーディングとして知られる上述の技術は特に、チャネル条件が比較的静的であるシナリオに適している。送信装置と受信装置の移動性が低いかもしれず、或は、そのチャネルは移動性が高いとしても長期的な特性を示すかもしれない。例えば、送信装置或は受信装置が無線基地局である場合には、その移動性はゼロであろう。

その代わりに、プリコーディング・マトリクスがＭＩＭＯチャネルとは独立に選択されても良い。このことは、開ループプリコーディング或はチャネル独立のプリコーディングとして知られている。

図５は開ループプリコーディングが採用された場合におけるＭＩＭＯ送信を受信する方法のフローチャートである。

その方法はステップ４２で始まる。ステップ４４では、受信通信装置１０は、用いられた、或は次回のＭＩＭＯ装置で用いられるであろうプリコーディング・マトリクスの指示を受信する。従って、送信装置はそれ自身で用いるために（例えば、逆方向リンク測定）適切なプリコーディング・マトリクスを決定し、それから明示的にプリコーディング・マトリクスを受信器にシグナリングする。送信装置によって採用されるプリコーディング・マトリクスは、図３に関して上述したような付加的なＰＡＰＲを制限するための要件を満たす何らかのマトリクスである。以前に説明したように、１実施例において、コードブック内の各プリコーディング・マトリクスはインデックスをもち、それは、受信通信装置１０にシグナリングされる選択されたマトリクスに対応するインデックスである。

ステップ４６では、受信通信装置１０はプリコーディングされたベクトルを受信する。このことはステップ４４の後、或は、実質的にステップ４４と同時に発生しても良い。

ステップ４８では、受信通信装置１０は、例えば、前の実施例のステップ３８に関して説明したように、プリコーディング・マトリクスの知識を用いてプリコーディングされたベクトルをデコードする。

従って、この実施例では、送信通信装置の処理回路は、受信装置からの入力なしでプリコーディング・マトリクスを選択或は生成する。そのような開ループプリコーディングは特に、チャネル条件が高速に変化する傾向があるシナリオか、或は、送信装置と受信装置の少なくともいずれかの移動性が高いシナリオに対して適している。

図６は本発明の実施例に従う１つ以上のプリコーディング・マトリクスを生成する方法を示すフローチャートである。その方法は、例えば、処理回路１６において適切なプリコーディング・マトリクスを生成するために実行されても良いし、或は、プリコーディング・マトリクスのコードブックを生成するためにオフラインで実行されても良い。

その方法はステップ５０で始まる。

ステップ５２では、要素Ａのセットが生成される。それら要素は結局はプリコーディング・マトリクスに入ってしまうものであり、それ故に、それら要素全ては同じノルムをもつことがその制約条件として置かれる。要素のセットの例はＡ＝｛−１，１，−ｊ，ｊ｝であり、ｊ²＝−１である。そのような要素のセットは、結果として得られるプリコーディング・マトリクスが送信器或は受信器で用いられるときに、計算の複雑さが単純になるという利点をもつ。

ステップ５４では、要素のセットにおいて定義される要素を含む長さｒのあり得る全ての行が生成される。１実施例では、それらの行には、各行がただ１つのゼロでない要素を含むことができるように制約が課される。そのように生成された行から、あり得るプリコーディング・マトリクスの候補のセットが生成される。その候補セットは行のあり得る全ての組み合わせのマトリクスを含み、各マトリクスにおける行数は送信アンテナの数に等しい。

ステップ５６では、候補のセットにおけるプリコーディング・マトリクスの数は、上述の１つ以上の制約を適用して、プリコーディング・マトリクスの可能性のあるセットを生成することにより少なくされる。適用される制約は、各列が同じ数のゼロでない要素をもつこと、各列が少なくとも１つのゼロでない要素をもつこと、或は、プリコーディング・マトリクスがユニタリであることの内の１つ以上のいずれかで良い。

ステップ５８では、可能性のあるセットはそれ自体が小さくされ、プリコーディング・マトリクスのコードブックを生成し、そのコードブックから最終的なプリコーディング・マトリクスがステップ６０において前述のように選択される。そのコードブックは可能性のあるセットから、例えば、同じ送信ランクをもつ可能性のあるセットにおけるマトリクスのペアの間の距離指標を評価することにより選択されても良い。この実施例では、そのコードブックはそれ故に、コードブックにおけるプリコーディング・マトリクスのペアの間の最小距離を最大化することにより選択される。種々の距離指標がこの技術分野では知られており、それは、弦距離、射影された２つのノルム、及びFubini-Studyを含む（例えば、Ｄ Ｊ．ラブ、Ｒ Ｗ．ヒースジュニア（Love D J, Heath R W Jr.）著、“空間多重化システムのための制限付きフィードバック・ユニタリ・プリコーディング（Limited feedback unitary precoding for spatial multiplexing systems）”、２００５年、ＩＥＥＥトランザクション情報理論（IEEE Trans. Inf. Theory）、第５１巻第２９６７〜７６頁を参照）。そのコードブックは推定されたスループットを最大化することにより選択されても良い。

それ故に、本発明はＭＩＭＯ無線リンクにより送信を行う方法と通信装置とを提供する。送信信号のＰＡＰＲの増加は、１つ以上の方法で制約を受けるプリコーディング・ベクトルを適用することにより制限される。ＰＡＰＲの増加を削減することで、送信装置の複雑さも低減され、それで、その装置のコストも削減され、その信頼性も向上する。

なお、上述の実施例では本発明を限定するというよりむしろ例示するものであり、当業者であれば、添付する請求の範囲を逸脱することなく多くの代替的な実施例を設計することが可能であろう。“有する”という表現は、請求項に記載の構成要素や工程以外の構成要素や工程の存在を排除するものではない。また、英語での“ａ”或は“ａｎ”という表現は複数を排除するものではなく、そして、単一の処理回路や他のユニットが請求項に記載された複数のユニットの機能を実行しても良い。また、請求項における参照番号は請求項の範囲を制限するように解釈されるべきではない。

Claims (24)

1. ＭＩＭＯ無線リンクにより送信を行う通信装置（１０）であって、
   前記通信装置は、
   複数のアンテナ（１２）を有する送信器と、
   処理回路（１６）とを有し、
   前記処理回路（１６）はプリコーディング・マトリクスをシンボルベクトルに適用してプリコーディングされたベクトルを生成するように適合され、
   前記プリコーディング・マトリクスは４行、２或は３列を含み、
   前記送信器は前記プリコーディングされたベクトルを前記ＭＩＭＯ無線リンクにより送信するよう適合され、
   前記プリコーディング・マトリクスは、各行が少なくとも１つのゼロ要素をもち、各行においてゼロでない要素の数が前記プリコーディング・マトリクスにおける列の数未満であるように制限され、
   前記プリコーディング・マトリクスはさらに、前記列の各々が少なくとも１つのゼロでない要素をもち、前記行の各々が少なくとも１つのゼロではない要素をもつので、前記プリコーディング・マトリクスを前記シンボルベクトルに適用することが原因となって生じる最大振幅電力と振幅電力との比（ＰＡＰＲ）のどんな増加も制限されるように制約を受けることを特徴とする通信装置。
2. 前記プリコーディング・マトリクスは、各行が１つのゼロでない要素をもつように制約を受けることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記プリコーディング・マトリクスは２列をもち、
   前記プリコーディング・マトリクスはさらに、各列が同じ数のゼロでない要素をもち、レイヤ毎に平衡のとれた電力を達成するように制約を受けることを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 前記プリコーディング・マトリクスは、各列が同じ数のゼロでない要素をもつように制約を受けることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
5. ゼロでない要素各々は同じ絶対値をもつことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. 前記プリコーディング・マトリクスは、所定のプリコーディング・マトリクスを複数有するコードブックから選択されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の通信装置。
7. 前記複数の所定のプリコーディング・マトリクスのサブセットは、前記サブセットにおける前記複数のプリコーディング・マトリクスを前記シンボルベクトルに適用することが原因となって生じる最大振幅電力と振幅電力との比（ＰＡＰＲ）のどんな増加も制限されるように制約を受けることを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
8. 前記処理回路は、シングル搬送波送信に適合されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の通信装置。
9. 前記処理回路は、離散的フーリエ変換・拡散・直交周波数分割多重（ＤＦＴＳ−ＯＦＤＭ）送信に適合されていることを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
10. 前記通信装置は、ユーザ機器であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の通信装置。
11. 前記通信装置は、基地局であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の通信装置。
12. ＭＩＭＯ無線リンクにより送信を行う通信装置（１０）の方法であって、
    プリコーディング・マトリクスをシンボルベクトルに適用してプリコーディングされたベクトルを生成する工程（２４）と、
    前記プリコーディングされたベクトルを前記ＭＩＭＯ無線リンクにより送信する工程（２６）とを有し、
    前記プリコーディング・マトリクスは４行、２或は３列を含み、
    前記プリコーディング・マトリクスは、各行が少なくとも１つのゼロ要素をもち、各行においてゼロでない要素の数が前記プリコーディング・マトリクスにおける列の数未満であるように制限され、
    前記プリコーディング・マトリクスはさらに、前記列の各々が少なくとも１つのゼロでない要素をもち、前記行の各々が少なくとも１つのゼロではない要素をもつので、前記プリコーディング・マトリクスを前記シンボルベクトルに適用することが原因となって生じる最大振幅電力と振幅電力との比（ＰＡＰＲ）のどんな増加も制限されるように制約を受けることを特徴とする方法。
13. 前記プリコーディング・マトリクスは各行が１つのゼロでない要素をもつように制約を受けることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記プリコーディング・マトリクスは２列をもち、
    前記プリコーディング・マトリクスはさらに、各列が同じ数のゼロでない要素をもち、レイヤ毎に平衡のとれた電力を達成するように制約を受けることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記プリコーディング・マトリクスは、各列が同じ数のゼロでない要素をもつように制約を受けることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
16. ゼロでない要素各々は同じ絶対値をもつことを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記プリコーディング・マトリクスは、所定のプリコーディング・マトリクスを複数有するコードブックから選択されることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記複数の所定のプリコーディング・マトリクスのサブセットは、前記サブセットにおける前記複数のプリコーディング・マトリクスを前記シンボルベクトルに適用することが原因となって生じる最大振幅電力と振幅電力との比（ＰＡＰＲ）のどんな増加も制限されるように制約を受けることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. ＭＩＭＯ無線リンクにより受信を行う通信装置（１０）であって、
    前記通信装置は、
    複数のアンテナ（１２）を有するトランシーバと、
    処理回路（１６）とを有し、
    前記処理回路（１６）は、遠隔地にある通信装置によって用いられるプリコーディング・マトリクスを判断し、ＭＩＭＯ無線リンクによる前記通信装置への送信のためのシンボルベクトルからプリコーディングされたベクトルを生成するように適合され、
    前記トランシーバは、前記ＭＩＭＯ無線リンクにより、前記判断されたプリコーディング・マトリクスを用いてプリコーディングされた前記プリコーディングされたベクトルを受信するように適合され、
    前記処理回路はさらに、前記受信されたプリコーディングされたベクトルをデコードするように適合されており、
    前記プリコーディング・マトリクスは４行、２或は３列を含み、
    前記プリコーディング・マトリクスは、各行が少なくとも１つのゼロ要素をもち、各行においてゼロでない要素の数が前記プリコーディング・マトリクスにおける列の数未満であるように制限され、
    前記プリコーディング・マトリクスはさらに、前記列の各々が少なくとも１つのゼロでない要素をもち、前記行の各々が少なくとも１つのゼロではない要素をもつので、前記プリコーディング・マトリクスを前記シンボルベクトルに適用することが原因となって生じる最大振幅電力と振幅電力との比（ＰＡＰＲ）のどんな増加も制限されるように制約を受けることを特徴とする通信装置。
20. 前記トランシーバ（１２）は、前記遠隔地にある通信装置から、前記プリコーディングされたベクトルを生成するのに用いられる前記プリコーディング・マトリクスの指示を受信するように適合されていることを特徴とする請求項１９に記載の通信装置。
21. 前記処理回路（１６）は、複数のプリコーディング・マトリクスを評価し、前記複数のプリコーディング・マトリクスから、前記シンボルベクトルから前記プリコーディングされたベクトルを生成するために前記遠隔地の通信装置により用いられるプリコーディング・マトリクスを選択するように適合され、
    前記トランシーバは前記選択されたプリコーディング・マトリクスの指示を前記遠隔地の通信装置に送信するように適合されていることを特徴とする請求項１９に記載の通信装置。
22. ＭＩＭＯ無線リンクにより送信を行う通信装置（１０）の方法であって、
    遠隔地にある通信装置によって用いられるプリコーディング・マトリクスを判断し、ＭＩＭＯ無線リンクによる前記通信装置への送信のためのシンボルベクトルからプリコーディングされたベクトルを生成する工程（３４，４４）と、
    前記ＭＩＭＯ無線リンクにより、前記判断されたプリコーディング・マトリクスを用いてプリコーディングされた前記プリコーディングされたベクトルを受信する工程（３８，４６）と、
    前記受信されたプリコーディングされたベクトルをデコードする工程（４０，４８）とを有し、
    前記プリコーディング・マトリクスは４行、２或は３列を含み、
    前記プリコーディング・マトリクスは、各行が少なくとも１つのゼロ要素をもち、各行においてゼロでない要素の数が前記プリコーディング・マトリクスにおける列の数未満であるように制限され、
    前記プリコーディング・マトリクスはさらに、前記列の各々が少なくとも１つのゼロでない要素をもち、前記行の各々が少なくとも１つのゼロではない要素をもつので、前記プリコーディング・マトリクスを前記シンボルベクトルに適用することが原因となって生じる最大振幅電力と振幅電力との比（ＰＡＰＲ）のどんな増加も制限されるように制約を受けることを特徴とする方法。
23. 前記遠隔地にある通信装置から、前記プリコーディングされたベクトルを生成するのに用いられる前記プリコーディング・マトリクスの指示を受信する工程（４４）をさらに有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 複数のプリコーディング・マトリクスを評価する工程（３２）と、
    前記複数のプリコーディング・マトリクスから、前記シンボルベクトルから前記プリコーディングされたベクトルを生成するために前記遠隔地の通信装置により用いられるプリコーディング・マトリクスを選択する工程（３４）と、
    前記選択されたプリコーディング・マトリクスの指示を前記遠隔地の通信装置に送信する工程（３６）とをさらに有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。

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