JP2012514411A - Mimo通信システムのコードブックのプリコーディング - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
本願は、2009年1月5日出願の米国仮出願61/142,507号明細書の優先権を主張するものであり、前記出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
と表記される。コードブック
は、複数のサブコードブック(SCB)を含み、各SCBは、所定の階数r(すなわち、K個のTxアンテナポートにプリコードされる空間層の所定の数)に対して規定され、r≦Kである。所定の階数rに対するSCBは、
と表記される。8つのTxアンテナポートの場合は、コードブック
となり、
で求められる。
のプリコーディング行列それぞれにおける列は、最大階数SCB
の特定のプリコーディング行列のr列に(列依存のスケーリングまで)比例することを意味する。ネスト度が強いという条件は、r<NTである場合について、
の全てのプリコーディング行列の列が、次に高い階数であるSCB
の特定のプリコーディング行列のr列に(列依存のスケーリングまで)比例することを意味する。
に属するという制限が付く)を計算する場合に、受信機における計算の複雑性を低減させることができる、また、ランク適応制御(rank adaptation)を使用することにより、階数を下げることができるフォールバックを可能とする。
は、
のプリコーディング行列と、
のプリコーディング行列とのクロネッカー積で規定される。したがって、
及び
はそれぞれ、
及び
から選択されたプリコーディング行列を表しており、
は、クロネッカー積(直積又はテンソル積とも称される)を表す。
と表記され、
各要素がcαβ=aijbklで規定されるm・p×n・q行列となり、ここでα≡p(i−1)+k、β=q(j−1)+lである。行列Aが、例えば、2×2行列を含む場合には、
は、以下の形式のブロック行列となる。
SCBから選択されるn×nプリコーディング行列であり、Bは、最大階数
SCBから選択されるp×pプリコーディング行列である。クロネッカー積
は、n・p×n・pプリコーディング行列を生成し、この行列は、最大階数
SCBの一部として使用することができる。
におけるプリコーディング行列をそれぞれ、
から選択されたプリコーディング行列と
から選択されたプリコーディング行列とのクロネッカー積として定義している。送信機20は、この最大階数SCBを使用して、8個の空間層(データストリーム)を、8個のTxアンテナポートにプリコードすることができる。また、上記から理解できるように、
及び
の両方が、上記のユニタリ、定モジュラス及び制限アルファベット指針を満足する場合には、この説明では、自動的に、最大階数SCB
も、これらの指針を満足することを保証する。
は、最大階数SCB
から選択され、
r<8の層が、送信機20の8個のTxアンテナポートにプリコードされる。プロセスの一例では、
の所定の行列の8列のうち、8−rが消去されて、8×r行列が生成される。そして、この行列に、
を乗じる。乗じた後に得られた行列は、
に包含されるものの候補として使用することができる。このプロセスは、上記で規定した制限度の低いネスト度特性を満足する。(
のプリコーディング行列それぞれの列は、最大階数SCB
の特定のプリコーディング行列のr列に(列依存のスケーリングまで)比例する。)
の所定の行列における列のうちの1つが消去されて、8×r行列が生成される。そして、この行列に、
を乗じる。得られた行列は、
に包含されるべき行列の候補として使用することができる。このプロセスは、上記で規定した制限度の高いネスト度特性を満足する。(
のプリコーディング行列それぞれの列は、最大階数SCB
の特定のプリコーディング行列のr列に(列依存のスケーリングまで)比例する。)
及び
は等価である。これは、M1の列を交換して、第2の列に−jを乗じることにより、M2を生成できるからである。等価なプリコーディング行列は、空間ストリームの順序を単に変更する、及び、アンテナポートにマップされる前に、ストリームにおける変調されたシンボルを回転させる可能性がある。幾つかの実施形態では、低い階数のSCB
は、候補のプリコーディング行列を生成し、等価な行列を取り除くことによって、最大階数SCB
から生成することができる。
が生成されると、SCBの複数のプリコーディング行列のうちの1以上が消去されて、SCBのサイズを小さくすることができる。このオペレーションは、SCBの希薄(又はトリミング)とも称される。このSCBの希薄に対して、あらゆる好適な基準を使用することができる。例えば、受信機から送信機へのフィードバック量(例えば、好ましいプリコーディング行列を送信機に示すのに使用されるビットの数)が、最も低減されるような態様で、SCBを希薄してもよい。一実施形態によれば、必ずしもそうである必要はないが、各SCBにおける行列の数は、2の整数べき乗に設定され、フィードバックメッセージにおけるビットの利用が最適となるようにされる。別の実施形態例では、システム性能(例えば、平均リンクスループット)を改善するように、所定のSCBを減らしてもよい。所望の性能に最も貢献する(又はまったく貢献しない)プリコーディング行列のIDは、例えば、関係する次元の全ての(ユニタリ)行列の空間を最も良好にカバーすることを試みることによって、特定することができる。一実施形態において、SCBにおける行列の全ての組のうちの最小距離(特定の測定量に関して、例えば、弦距離)を最大化するように、SCBを希薄することができる。例えば、希薄基準は、SCBのプリコーディング行列間の距離が、所定の閾値を超えるように規定してもよい。別の実施形態では、希薄基準は、リンクレベル又はシステムレベルのシミュレーションで推定されるような、通信システム性能に依存してもよい。この評価は、送信機及び受信機アンテナ構成、及び関係するチャネルの種類のような様々な因子に依存していてもよい。例えば、送信アンテナの等間隔リニアアレイ(ULA)からのビーム形成を効率的にすることを可能にするため、要素
を有する8×8DFT行列の列に比例する8つの列ベクトルSCB
に保つべく、希薄プロセスを実行することが有益である場合がある。さらに、別の例として、計算の複雑性を大幅に増すプリコーディング行列を取り除くことによって、SCBを希薄することもできる。例えば、{±1±j}に比例する8−PSK要素を含む行列を取り除いて、より単純なQPSKアルファベットのみを残してもよい。また、追加して又はこれに変えて、SCBをその他の好適な態様で希薄することができる。
を構築する場合は、最大階数SCBは、2・2・16=64個のプリコーディング行列を含む。幾つかの実施形態では、
を生成する前に、
及び/又は
を拡張することによって、より大きなサイズの最大階数SCBを生成することができる。拡張は、典型的には、上述した定モジュラス特性及び制限アルファベット特性を満たすが、クロネッカー積を使用して、更なる行列を生成する必要はない。例えば、
SCBは、以下の式に示される組の行列のうちの1つ又は両方(又は、これらの行列の重み付けされていてもよい置換)を追加することによって、拡張することが可能である。
SCBは、128個のプリコーディング行列を有する。
SCBは、追加のユニタリ8−PSK 4×4行列を使用して拡張することもでき、例えば、更なる8−PSK単位ベクトルを使用したハウスホルダー変換を加算することによって生成された行列を使用してもよい。ハウスホルダーベースのコードブックに関しては、例えば、"E−UTRA MIMO プリコーディングのためのコードブック設計"3GPP RAN WG1議事録R1−062650、ソウル、韓国、2006年10月9−13日に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。別の例として、
SCBを、要素
及び/又はこの回転バージョン
を有する4×4DFT行列に比例するプリコーディング行列を加算することによって拡張することもできる。
SCBに加算してもよい。この拡張は、
SCBにおける定モジュラス特性を破ることとなる。その一方で、得られた
SCBは、相対的に0を多く含む行列となることから、計算の複雑性を低減することができる。定モジュラス及び/又は制限アルファベット特性を満足しない別の例として、0拡張された8−PSKアルファベット
から生成されたユニタリ行列を使用して(スケーリング因子まで)、
SCBを拡張することができる。また、さらに又はこれに替えて、
及び
SCBを、
SCBを生成する前に、その他の好適な態様で拡張することができる。
及び
SCBを受け付ける。図に示した例では、最大階数生成オペレーション84において、最大階数
SCBが、上記の式3のプロセスを使用して
及び
SCBから生成される。
SCBの各プリコーディング行列は、
SCBから選択された1行列と、
SCBから選択された1行列との間のクロネッカー積を計算することにより生成される。
r<8が、最大階数SCB
から導かれる。幾つかの実施形態では、導かれたSCBは、希薄オペレーション92において希薄される。上述したように、クロネッカー積を使用して必ずしも生成されたものでない更なる行列を使用して、SCBを拡張することができる。
のコードブックにおける特定の8Txプリコーディング行列を示す。
をメモリに格納する必要はなく、低次元の2Txコードブック及び4Txコードブックのみを格納すればよい。したがって、送信機におけるメモリの必要量を大幅に低減させることができる。
のみを生成してもよい。
の形式のベクトルvに比例し、すなわち、(回転された)4×4DFTマトリクスの列による
のベクトルのクロネッカー積に比例する。(上記の式のインデックスは、直線配列のアレイのうち第1のアレイのアンテナ要素は、0,・・・,3、と番号が付され、第2のアレイのアンテナ要素には、4,・・・,7の番号が付されている。これに替えて、その他の好適な番号付けのスキーム又は決まりを使用してもよい。例えば、プリコーディング行列要素の並び替え、又は、一般的には、プリコーディング行列の行の並び替えを伴う番号付けの決まりを適用してもよい。)本明細書に開示された方法は、特定のアンテナは位置に限定されず、あらゆる適切なアンテナ配置に使用することができる。別の実施形態では、SCBのプリコーディング行列は、送信アンテナの所望の幾何学的配置に適合するように選択することができる。
が成り立つ複数の行列
を連結する(すなわち、複数行列の列を組み合わせる)ことによって、
のプリコーディング行列Wを生成することを考えてもよい。別の例として、
のプリコーディング行列Wを、
で表されるクロネッカー三重積として生成することを考えてもよい。
Claims (23)
- 送信機及び受信機を含み、前記送信機のN個の送信アンテナポートに最大N個のデータストリームをマッピングするための複数の第1プリコーディング行列を有する通信システムを設定する段階と、
前記複数の第1プリコーディング行列のうちの1つに基づいたプリコーディングスキームを使用して、前記N個の送信アンテナポートに前記データストリームをマッピングする段階と、
前記送信機から、前記N個の送信アンテナポートを介して、マッピングされた前記データストリームを前記受信機へと送信する段階と
を備え、
前記複数の第1プリコーディング行列のうちの少なくとも幾つかのプリコーディング行列のそれぞれは、対応する第2プリコーディング行列及び第3プリコーディング行列から導き出され、前記第2プリコーディング行列及び前記第3プリコーディング行列はそれぞれ、Nより少ない数の送信アンテナポートにデータをマッピングするように構成されている通信方法。 - 前記通信システムを設定する段階は、
複数の前記第2プリコーディング行列から選択された1つの第2プリコーディング行列と、複数の前記第3プリコーディング行列から選択された1つの第3プリコーディング行列との間のクロネッカー積を計算することにより、所定の1つの第1プリコーディング行列を生成する段階を有する請求項1に記載の通信方法。 - 前記複数の第1プリコーディング行列は、R1≦NであるR1個のデータストリームを、前記N個のアンテナポートにマップし、
前記通信システムを設定する段階は、
r<R1であるr個のデータストリームを前記N個の送信アンテナポートにマッピングするための複数のプリコーディング行列のセットを規定する段階を有し、前記セットにおけるプリコーディング行列それぞれは、前記複数の第1プリコーディング行列から選択された所定の行列の列のサブセットを含む請求項1又は請求項2に記載の通信方法。 - 前記セットを規定する段階は、
プリコーディング行列の候補が、前記セット内の別のプリコーディング行列の列の重み付けされた置換として表現できないと確かめられた場合に、前記プリコーディング行列の候補を前記セットに含める段階を含む請求項3に記載の通信方法。 - 前記セットを規定する段階は、
所定の距離測定方法に従って測定された、プリコーディング行列の候補と前記セット内の別のプリコーディング行列との距離が、所定の閾値を超えていると確かめられた場合に、前記プリコーディング行列の候補を前記セットに含める段階を有する請求項3に記載の通信方法。 - 前記セットを規定する段階は、
前記送信機の送信アンテナの幾何学的配列に適合するように、前記セット内の前記プリコーディング行列を選択する段階を有する請求項3に記載の通信方法。 - 前記セット内の前記プリコーディング行列を選択する段階は、直交偏光送信アンテナのアレイに適合するように前記セット内の前記プリコーディング行列を選択することを含む請求項6に記載の通信方法。
- 前記データストリームをマッピングする段階は、前記セット内の前記複数のプリコーディング行列のうちの1つを使用して、前記r個のデータストリームを前記N個の送信アンテナポートにマッピングする段階を有する請求項3に記載の通信方法。
- 前記通信システムを設定する段階は、
前記第2プリコーディング行列及び前記第3プリコーディング行列のみを前記通信システムに格納する段階と、
格納された前記第2プリコーディング行列及び前記第3プリコーディング行列に基づいて、前記複数の第1プリコーディング行列のうちの前記1つを前記送信機において計算する段階とを有する請求項1又は請求項2に記載の通信方法。 - 前記マッピングされたデータストリームを送信する段階は、ロングタームエボリューションアドバンスト(LTE−A)規格に準拠した信号を送信する段階を有する請求項1又は請求項2に記載の通信方法。
- 前記データストリームをマッピングする段階は、前記受信機からのフィードバックに基づいて、前記プリコーディングスキームを選択する段階を有する請求項1又は請求項2に記載の通信方法。
- N=8である請求項1又は請求項2に記載の通信方法。
- 前記第2プリコーディング行列は、2つのアンテナポートにマッピングするように規定され、前記第3プリコーディング行列は、4つのアンテナポートにマッピングするように規定されている請求項12に記載の通信方法。
- 前記第2プリコーディング行列は、4つのアンテナポートにマッピングするように規定され、前記第3プリコーディング行列は、2つのアンテナポートにマッピングするように規定されている請求項12に記載の通信方法。
- N個のアンテナポートと、
送信機と
を備え、
前記送信機は、最大N個のデータストリームをN個の送信アンテナポートにマッピングするための複数の第1プリコーディング行列の定義を受け付け、前記複数の第1プリコーディング行列のうちの1つに基づいたプリコーディングスキームを使用して、前記N個の送信アンテナポートに前記データストリームをマッピングし、前記N個の送信アンテナポートを介して、マッピングされた前記データストリームを受信機へと送信し、
前記複数の第1プリコーディング行列のうちの少なくとも幾つかのプリコーディング行列のそれぞれは、対応する第2プリコーディング行列及び第3プリコーディング行列から導き出され、前記第2プリコーディング行列及び前記第3プリコーディング行列はそれぞれ、Nより少ない数の送信アンテナポートに対してデータをマッピングするように構成されている通信装置。 - 前記送信機は、複数の前記第2プリコーディング行列から選択された1つの第2プリコーディング行列と、複数の前記第3プリコーディング行列から選択された1つの第3プリコーディング行列との間のクロネッカー積を計算することにより、所定の1つの第1プリコーディング行列を生成する請求項15に記載の通信装置。
- 前記複数の第1プリコーディング行列は、R1≦Nである、R1個のデータストリームを、前記N個のアンテナポートにマップし、
前記送信機は、r<R1である、r個のデータストリームを前記N個の送信アンテナポートにマッピングするための複数のプリコーディング行列のセットを規定し、前記セットにおけるプリコーディング行列それぞれは、前記複数の第1プリコーディング行列から選択された所定の行列の列のサブセットを含む請求項15又は請求項16に記載の通信装置。 - 前記送信機は、プリコーディング行列の候補が、前記セット内の別のプリコーディング行列の列の重み付けされた置換として表現できないと確かめられた場合に、前記プリコーディング行列の候補を前記セットに含める請求項17に記載の通信装置。
- 前記送信機は、
メモリを有し、
前記第2プリコーディング行列及び前記第3プリコーディング行列のみを前記メモリに格納し、
格納された前記第2プリコーディング行列及び前記第3プリコーディング行列に基づいて、前記送信機における前記複数の第1プリコーディング行列のうちの前記1つを計算する請求項15又は請求項16に記載の通信装置。 - 前記送信機は、前記受信機からのフィードバックに基づいて、前記プリコーディングスキームを選択する請求項15又は請求項16に記載の通信装置。
- 前記送信機は、ロングタームエボリューションアドバンスト(LTE−A)規格に準拠した信号で前記マッピングされたデータを送信する請求項15又は請求項16に記載の通信装置。
- 請求項15に記載の前記通信装置を備える携帯通信端末。
- 請求項15に記載の前記通信装置を備える携帯通信端末における信号を処理するチップセット。
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