JP2012521135A - Ｍｉｍｏネットワークにおいて通信するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ネットワークにおいて通信を行うための方法に関連し、前記ネットワークは、プライマリ局、及び、少なくとも第１セカンダリ局を有しており、前記第１セカンダリ局は、前記プライマリ局に、第１の複数のプリコーディング・ベクトルの指標を送信し、第１プリコーディング・ベクトルの数は、前記プライマリ局から前記第１セカンダリ局への送信の望ましいランクより大きい。

Description

本発明は、通信ネットワークにおいて通信するための方法に関する。より具体的には、本発明は、MIMO（Multiple Input Multiple Output）モードにおいてプライマリ局と１つ以上のセカンダリ局との間で通信するための方法に関する。本発明は、そのような方法を実施することが可能なプライマリ局又はセカンダリ局にも関する。

本発明は、例えば、全ての無線通信ネットワークにとって、そして以下に記載の例において、UMTS又はUMTS LTEのようなモバイル通信ネットワークにとって、重要である。

通信ネットワークにおいて、達成可能な通信のスループットを増加させるために、MIMO (Multiple Input, Multiple Output)が提案されている。MIMOは、通信性能を改善するために、送信機及び受信機の両方において複数のアンテナの使用を伴う。それは、実際に、より高いスペクトル効率（帯域幅の更なるビット/秒/Hz）及びリンク信頼性によって、追加的な帯域幅又は伝送パワーを伴わずにデータ・スループットの有意な増加を提供する。

マルチ・ユーザMIMO（MU-MIMO）は進化したMIMOであり、局が同じ帯域で同時に複数のユーザと通信することを可能にする。本発明の例示的な実施の形態において、モバイル通信ネットワークは、複数のプライマリ局アンテナ及び複数のセカンダリ局アンテナを用いることにより、MIMOストリームによって複数のセカンダリ局（モバイル局、又はユーザ機器若しくはUE）と同時に通信することができるプライマリ局（ベース局、又はNodeB若しくはeNodeB）を有する。ストリームを形成するために、セカンダリ局は、プライマリ局にCSI（チャネル状態情報）フィードバックを送信することによって、チャネルの状態に関係がある情報をプライマリ局に供給する。そのようなCSIは、プライマリ局によって送信される対応する空間的に分離可能なデータ・ストリームの達成可能なデータ速度を最大にするために用いられる最適な又は少なくとも好ましいプリコーディング・ベクトルを示す。このプリコーディング・ベクトルは、セカンダリ局アンテナに向けてデータ・ストリームを導くために伝送の間にプライマリ局の各々のアンテナ・ポートに適用される１セットの複素数値であることができる。

しかしながら、ＭＵ−ＭＩＭＯとの関係において、通知されたプリコーディング・ベクトルは、用いられるときに、プライマリ局と同時に通信する他のセカンダリ局とのビーム干渉を引き起こす可能性がある。さらに、セカンダリ局は、どこに干渉局が存在するのか、及び、プリコーディング・ベクトルの使用が干渉を引き起こす可能性があるかを評価することができない。各セカンダリ局におけるセカンダリ局によって送信されるプリコーディング・ベクトルの共有は、過剰なシグナリングを引き起こし、不干渉プリコーディング・ベクトルを生成するために、各セカンダリ局の過剰な計算パワーを必要とする。

上記の問題を軽減するMU-MIMOネットワークにおいて通信するための改善された方法を提案することが本発明の目的である。

干渉を低減することによってチャネル品質を改良しつつ、過剰なシグナリングを引き起こさない通信方法を提案することが本発明の他の目的である。

本発明の別の目的は、システム全体のデータ・スループットを最大にすることができるプライマリ局及びセカンダリ局を有するシステムを提案することである。

この目的のために、本発明の一態様によれば、ネットワークにおいて通信するための方法が提案され、前記ネットワークは、プライマリ局及び少なくとも第１セカンダリ局を有し、第１セカンダリ局は、プライマリ局に第１の複数のプリコーディング・ベクトルの指標を送信し、第１のプリコーディング・ベクトルの数は、プライマリ局から第１セカンダリ局への送信の望ましいランクより大きい。

送信のランクによって意味されることは、プライマリ局と所与のセカンダリ局との間のMIMO通信の空間的に分離可能なデータ・ストリームの数である。ランクは、プライマリ局及びセカンダリ局のアンテナの数の最小ものを超過することができないことに留意する必要がある。例えば、４つのアンテナを有するセカンダリ局は、４つを超える空間的に分離可能なストリームを受信することができず、したがって、ランク４通信を超えることはできない。さらに、16のアンテナを持つプライマリ局は、16を超えるビームを送信することができない。一例として、そのようなプライマリ局は、４つのセカンダリ局に４つのランク4のMIMO送信を同時に送信することができ、又は、１つのランク4のMIMO送信を１つのセカンダリ局に、２つのランク2のMIMO送信を他の２つのセカンダリ局に、そして８つのランク1のMIMO送信を他の８つのセカンダリ局に送信することができる。

その結果として、プライマリ局は、例えば、通信を確立するために示される複数のベクトルの線形組み合わせに基づいて、他のプリコーディング・ベクトルを生成することができる。MU-MIMOの実施の形態の場合、プライマリ局は、セカンダリ局の観点からすれば最適には及ばないかもしれないが、異なるセカンダリ局に送信されるストリーム間の干渉を防止することを可能にするプリコーディング・ベクトルを生成することができる。特定の実施の形態において、プライマリ局は、関係のあるセカンダリ局の全ての送信レートの合計レートが最大であるように、多くの処理を必要としない線形組み合わせのようなプリコーディング・ベクトルの組み合わせを選択する。

本発明の他の態様によれば、プライマリ局とネットワークにおいて通信するための手段を有するセカンダリ局が提案され、セカンダリ局はさらに、プライマリ局に第１の複数のプリコーディング・ベクトルの指標を送信するための送信手段を有し、第１のプリコーディング・ベクトルの数は、プライマリ局から第１セカンダリ局への送信の望ましいランクより大きい。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下で説明される実施の形態から明らかであり、それらを参照して説明される。

本発明は、添付の図面を参照してさらに詳細に一例として説明される。

１つのセカンダリ局のレートを最大化するビーム成形スキームによるネットワークのブロック図。 本発明の実施の形態によるネットワークのブロック図。

本発明は、プライマリ局及びプライマリ局と通信する複数のセカンダリ局を持つ通信ネットワークに関する。そのようなネットワークは、例えば図1及び2に示され、プライマリ局又は基地局100は、複数のセカンダリ局101, 102, 103及び104と無線で通信する。本発明の図示された例において、セカンダリ局101-104は、モバイル局又はUMTSネットワークのユーザ機器である。

本発明の第１の実施の形態によれば、プライマリ局100は、プライマリ局100がMIMOビーム成形のようなビーム成形を実行できるように、複数のアンテナを有するアンテナ・アレイ及び複素利得アンプを有する。一般的に、プライマリ局は、４つのアンテナを有する。LTEの最も高度なバージョンでは、プライマリ局は、８、１６個のアンテナ又はさらに多くのアンテナを有する場合がある。同様に、セカンダリ局101-104は、複数のアンテナ（例えば最初のLTEリリースに準拠するUEでは２つのアンテナ）を有する。最近のリリースでは、セカンダリ局は、４つ又は８つの、あるいはさらに多くのアンテナを持つ場合がある。アンテナ・アレイのおかげで、プライマリ局100は、図1に描かれるビーム150及び151のように、データ・ストリームのビームを形成することができる。ビームを形成してMIMO通信を確立するために、プリコーディング・ベクトルの生成が必須であり、この生成は、チャネルの状態に関する情報並びにセカンダリ局側及びプライマリ局側の両方における計算を必要とする。

例えば、LTE規格の最初のリリースにおいて、MU-MIMOにおけるダウンリンク送信を受信するように構成されるセカンダリ局は、（一般的には、プリコードされていない共通基準信号（CRS）を用いて）ダウンリンク・チャネルの測定を行い、プライマリ局（eNodeB）にチャネル状態情報（CSI）フィードバックを送信する。これは、ダウンリンク送信のために用いられるべき好ましいプリコーディング・ベクトル（PMI：プリコーディング・マトリックス・インジケータ）、並びに、対応する変調及び符号化スキームを示す関連するCQI (Channel Quality Information)値を示す。この例では、ダウンリンク送信はコードブックに基づき、送信のために使用されるプリコーディング・ベクトルは限りあるセットから選択されることを意味する。セカンダリ局が共通基準信号（CRS）の対応する線形組み合わせとして位相基準を導き出すことができるように、選択されたプリコーディング・ベクトルがセカンダリ局に通知される。

１つの受信アンテナをもつセカンダリ局は、最良の質の送信又は最も信頼性が高い通信を可能にする１つの好ましいプリコーディング・ベクトル、例えば、そのアンテナにおいて信号対干渉比SINRを最大にするベクトルのインデックスをフィードバックする。これは、送信ビーム成形ベクトルの予め定められたコードブック又は直接チャネル・ベクトル量子化（CVQ）に基づくことができる。セカンダリ局が２つの（又はさらに多くの）受信アンテナを持つ場合、状況はより複雑であり、利用されるアプローチは、量子化されたCSIフィードバックのために利用可能なコードブックのサイズによって決まる。そのようなセカンダリ局で実行されることができることは、全チャネル・マトリックス（又は少なくともその量子化されたバージョン）をフィードバックすることである。しかしながら、これは有意な信号オーバーヘッド及びリソースを必要とする。

ランク2送信の場合には、好ましいプリコーディング・マトリックスをフィードバックすることが可能である。しかしながらこれは、例えばチャネル・マトリックスのランクが制限されていることに起因してセカンダリ局がランク1送信を優先するか又はセカンダリ局がランク1送信のみをサポートするMIMOモードに設定される場合、あるいは、プライマリ局がランク1送信のみを予定している場合には、適切でない。

ランク1送信に対して、比較的小さいフィードバック・コードブックの場合、コードブック中の送信ビーム成形ベクトルごとにSINRを最大にする受信結合ベクトルを導き出すことによって、２つの受信アンテナをもつセカンダリ局が１つの好ましいプリコーディング・ベクトルを決定することが可能である。この１つの好ましいプリコーディング・ベクトルは、一般的に、MMSE（最小平均平方推定）受信結合ベクトルであることができる。UEは、最大SINRを最大にする送信ビーム成形ベクトルを報告することができる。

１つのセカンダリ局に対する１つのストリームについて、このアプローチは以下のように表現されることができる。

1. 受信信号は、y=Hgx + nで与えられる。
yは受信信号（Nx1ベクトル）である。
xは送信信号（1x1ベクトル）である。
gはプリコーディング・ベクトル（Mx1）である。
Hはチャネル・マトリックス（NxM）である。
nは各々の受信アンテナにおけるノイズ（Nx1ベクトル）である。便宜上、ノイズ変動が等しいようにHは正規化されることができる。
MはeNBの送信アンテナの数である。
NはUEの受信アンテナの数である。

2. サイズCのコードブック中の可能なgごとに、

が、誤差

を最小化するように、受信アンテナ重みベクトルw（1xN）を計算する。すなわち、

3. wの対応するMMSE解を計算した後にSINRを最大にするgを報告する。これは、１つの受信アンテナのためのgを報告することに等しく、gは、wHによって与えられる事実上の1xM送信チャネルのための受信SINRを最大にするように選ばれる。

4. eNBスケジューラは、直交するg（又は少なくとも低い相互相関を有するg）を報告するUEのペアを選択する。

チャネル・ベクトル量子化（CVQ）に基づくフィードバックの場合には、同様のアプローチは、フィードバックに対して１つの好ましいプリコーディング・ベクトルをもたらすことができる。しかしながら、これは、プライマリ局送信機におけるゼロ・フォーシング・ビーム成形の仮定に依存し、結果として生じるSINRの近似に依存する。

上記のアプローチの主な欠点は、それらがUEのそれぞれのペアリングを可能にするwを選択することによって、より高い合計レートが達成されることができるが、それは個々のUEのSINRを最大化するわけではないので、MU-MIMOを用いるセルにおいて、合計レートを必ずしも最大にするというわけではないことである。

これは、プライマリ局100からセカンダリ局101へと導かれるビーム151を有する図1で説明されることができる。このビーム151がセカンダリ局101のSINRを最大にするものであるとしても、それはセカンダリ局102に大きな干渉を引き起こす。このセカンダリ局102は、それに向かってまっすぐに導かれるビーム151のために、高いSINRで通信することができない。

さらに、いくつかの場合では、セカンダリ局が、SINRを最適化する１つの重みベクトルwを計算することができず、したがって、１つの好ましい送信プリコーディング・ベクトルをフィードバックすることができない。そのような場合として、
i) フィードバック・コードブックが大きく、それぞれの最適化及びSINR計算の数が極端に負担になる場合。
ii) セカンダリ局が、送信プリコーディング・ベクトルを知らない場合。例えば、
a. 位相基準がCRS及び実際に用いられたプリコーディング・ベクトルのインジケータの代わりにプリコードされた基準信号によって与えられるプライマリ局における送信ビーム成形。この場合、利用可能な送信プリコーディング・ベクトルが事実上無数に存在し、その各々に対して、セカンダリ局は最適な重みベクトルwを導き出さなければならない。
b. ゼロ・フォーシング送信ビーム成形の仮定が必ずしも有効であるとは限らない場合、チャネル・ベクトル量子化に基づくフィードバック。

本発明の一態様は、上で特定された場合に対して、大きい又は無限の数のwが考えうることに基づく。これは、wを変化させることによって、基地局が、必ずしも任意の個々のUEのレートを最大化するわけではないが、合計レートを最大化するUEのペアを選択することができることを意味する。

本発明の第１の実施の形態の例示的な変形例は、図2に表され、プライマリ局100はビーム151を、セカンダリ局102がそれによって妨害されないように、導くことができる。ビーム151がセカンダリ局101に最も高い可能なSINR値を提供しない場合であっても、セカンダリ局102が他のセカンダリ局（すなわち101）に専用のビーム151によって干渉されないので、全てのセカンダリ局に対して達成可能な合計レートは、より良好なはずである。

これを達成するために、本発明の第１の実施の形態によって、セカンダリ局が、１セットの好ましいプリコーディング・ベクトルをプライマリ局にフィードバックすることが提案され、プリコーディング・ベクトルの数は、送信の望ましいランクより大きい。プライマリ局は、送信の好ましいランクを最初に決定することができ、あらかじめセカンダリ局を構成することができる。そしてこれは、プライマリ局にフィードバックされる必要がある必要なプリコーディング・ベクトルの数をセカンダリ局が知ることを可能にする。それはさらに、計算パワーに関してプライマリ局よりさらに制限される場合があるセカンダリ局における計算必要量を制限することを可能にする。

しかしながら、チャネルの最適な使用を可能にするように、チャネルの状態に応じて送信の好ましいランクをセカンダリ局に決定させることが可能である。そのような場合、セカンダリ局は、送信の好ましいランクをプライマリ局に通知する。

第１の実施の形態の変形例によれば、LTEネットワーク内のセカンダリ局又はUEにおける２つの受信アンテナの場合に適用されるとき、ランク1送信が好ましい場合でも、各々のUEは２つのプリコーディング・ベクトルg、g₁及びg₂をフィードバックする。各々のプリコーディング・ベクトルgは、プライマリ局及びセカンダリ局の両方に知られているか又はおそらく先験的に知られている関係を持つ２つの好ましくは直交する受信ベクトルw₁及びw₂を選択することによって、上記のように計算されることができる。

有利な実施の形態によれば、第１の受信ベクトルw₁は、上述のようなコードブックに基づくフィードバック・アプローチのためのレートを最大にするように計算される。wのこの値を用いて計算される対応するCQI値もフィードバックされ、それは、いかなる他のセカンダリ局も同時の送信に対してスケジューリングされずに終わった場合のための十分な情報を与える。そして第２ベクトルw₂は、（他のセカンダリ局の最適なスケジューリングのための十分な情報を与える）w₁の直交ベクトルとして選ばれることができ、第２のCQI値はwのこの値に対して計算されて、同様にフィードバックされる。セカンダリ局はさらに、対応するg値、g₁及びg₂をフィードバックする。

セカンダリ局の２つの受信アンテナのために、適切な実施の形態は、例えば、wベクトルw₁=[1 1]及びw₂=[1-1]、又は受信アンテナ選択に対応して[0 1]及び[1 0]を用いることができる。

本発明のこの例示的な実施の形態は、N個の受信アンテナをもつセカンダリ局に拡張されることができることに留意する必要があり、その場合、wは1xN次元のベクトルである。そのような場合、セカンダリ局は、最大でN個のwベクトルに対応する好ましいプリコーディング・ベクトル・フィードバックを送信することができる。例えば、N=4の場合、セカンダリ局は、w₁, w₂, w₃及びw₄に対応する４つの好ましいプリコーディング・ベクトルをフィードバックすることができ、それら全ては、例えば互いに直交することができる。

上記の例の変形例によれば、セカンダリ局は、N個未満のwに対応する減少した量のフィードバックを送信することができる。そのような場合（例えば２つのwのために）、その特定のwの選択は、プライマリ局にフィードバックされる情報を最大にするために、受信アンテナ間の相関を考慮することができる。

例えば、w₁がレートを最大にするために選択される場合、w₂、w₃及びw₄を生成するための可能な乗数は、[1 1 -1 -1], [1 -1 1 -1]及び[1 -1 -1 1]であることができる。アンテナが距離間隔（したがって相関）の順にインデックス付けされると仮定して、w₂を用いることは、w₃又はw₄より好ましい可能性がある（すなわちそれはeNodeBにより多くの情報を与える）。

したがって、本発明の更なる態様として、（プライマリ局はセカンダリ局におけるアンテナ・インデックスと物理的アンテナとの間の関係を知る必要がないので）セカンダリ局がアンテナ間の相関に従って第２のwを選択する。

他の実施の形態において、セカンダリ局は、最も高いSINRを持つnのwを選択してフィードバックする（n<N）。

更なる実施例として、w₁が[1 1 1 1]として選択される場合、w₂、w₃及びw₄のための考えられる値は、[1 1 -1 -1], [1 -1 1 -1]及び[1 -1 -1 1]であることができる。

N=2である実施の形態において、プライマリ局スケジューラは、g_Aを直交させるg₁及びg₂の線形組み合わせとしてユーザAのための任意のg_A、並びにユーザBのための同様に導き出されるg_Bを、自由に選択する。これは、N>2に拡張されることができ、セカンダリ局は２つの（又はより多くの）gの値を報告し、eNBは、報告された値の線形組み合わせであるプリコーディングを適用する。

セカンダリ局がwのN個の値に対応するgのN個の値を報告する場合、これは、eNBに完全なチャネル・マトリックスに関するいくつかの情報を提供する。しかしながら、これは、受信アンテナの配列を特定する必要がなく、チャネル表現の同等の精度（すなわち、コードブック・サイズCNの１回のサーチと比較して、コードブック・サイズCのN回のサーチ）に対して計算量がより少なくなるので、既知の方法に対する幾つかの利点を有する。

本発明の変形例において、プライマリ局は、ユーザ機器（User Equipment）のような移動端末であり、プライマリ局は、eNodeBのような基地局である。

本発明は、UMTS LTE及びUMTS LTE-Advancedのようなモバイル遠距離通信システムに適用可能であるが、いくつかの変形例では、リソースの割り当てが動的に又は少なくとも半持続的に行われる任意の通信システムにも適用可能である。

本明細書及び請求の範囲において、単数で表された要素は、そのような要素が複数存在することを除外しない。さらに、「有する」や「含む」などの用語は、挙げられたもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。

請求項中の括弧間に参照符号が含まれることは、理解を助けることを目的としており、制限するものであることは意図されない。

本開示を読むことから、他の変形例は当業者にとって明らかである。そのような変形例は、無線通信の技術において既に知られた他の特徴を含むことができる。

Claims (17)

1. ネットワークにおける通信方法であって、前記ネットワークはプライマリ局及び少なくとも第１セカンダリ局を有し、
   前記第１セカンダリ局は、前記プライマリ局に、第１の複数のプリコーディング・ベクトルの指標を送信し、第１プリコーディング・ベクトルの数は、前記プライマリ局から前記第１セカンダリ局への送信の望ましいランクより大きい、方法。
2. 送信の前記望ましいランクは、前記プライマリ局に前記第１セカンダリ局によって通知される、請求項１に記載の方法。
3. 送信の前記望ましいランクは、前記プライマリ局によって設定される、請求項１に記載の方法。
4. 送信の前記望ましいランクは予め定められている、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１セカンダリ局が、それぞれの対応する受信結合ベクトルに従って、第１セットの各プリコーディング・ベクトルを導出する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記受信結合ベクトルが互いに直交する、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１セットの少なくとも１つのプリコーディング・ベクトル及び対応する受信結合ベクトルによって達成可能な送信レートの指標が前記プライマリ局に送信される、請求項５又は請求項６に記載の方法。
8. 前記第１セットのプリコーディング・ベクトルの各々及びそれらに対応する受信結合ベクトルによって達成可能な送信レートの指標が前記プライマリ局に送信される、請求項５又は請求項６に記載の方法。
9. 第１プリコーディング・ベクトルの数が、前記セカンダリ局の受信アンテナの数未満である、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記セカンダリ局が、前記セカンダリ局の受信アンテナ間の相関及び各プリコーディング・ベクトルの対応するＳＩＮＲの少なくとも1つに応じて前記第１プリコーディング・ベクトルを選択する、請求項９に記載の方法。
11. 前記プライマリ局が、前記第１セットの第１プリコーディング・ベクトルの組み合わせに基づいて第１送信プリコーディング・ベクトルを選択するステップをさらに有する、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記ステップが、プリコーディング・ベクトルの第２セットの第２プリコーディング・ベクトルの組み合わせに基づいて第２送信プリコーディング・ベクトルを選択し、前記第２セットは第２セカンダリ局によって示され、前記第１送信プリコーディング・ベクトル及び前記第２送信プリコーディング・ベクトルは、前記第１セカンダリ局のレートと前記第２セカンダリ局のレートの合計レートが最大化されるように選択される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１送信プリコーディング・ベクトル及び前記第２送信プリコーディング・ベクトルが実質的に直交する、請求項１２に記載の方法。
14. 各送信プリコーディング・ベクトルが、それぞれのセットのプリコーディング・ベクトルの線形組み合わせである、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
15. プライマリ局とネットワークにおいて通信するための手段を有するセカンダリ局であって、当該セカンダリ局は、第１の複数のプリコーディング・ベクトルの指標を前記プライマリ局に送信するための送信手段をさらに有し、第１のプリコーディング・ベクトルの数は、前記プライマリから第１セカンダリ局への送信の望ましいランクより大きい、セカンダリ局。
16. 少なくとも1つのセカンダリ局とネットワークにおいて通信するための手段を有するプライマリ局であって、当該プライマリ局は、第１の複数のプリコーディング・ベクトルの指標を前記少なくとも１つのセカンダリ局から受信するための受信手段をさらに有し、第１のプリコーディング・ベクトルの数は、前記プライマリ局から第１セカンダリ局への送信の望ましいランクより大きく、当該プライマリ局は、第１セットの第１プリコーディング・ベクトルの組み合わせに基づいて第１送信プリコーディング・ベクトルを選択するための制御手段をさらに有する、プライマリ局。
17. 請求項１６に記載のプライマリ局及び請求項１５に記載の少なくとも1つのセカンダリ局を有するシステム。

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