JP2012525796A - 閉ループｍｉｍｏビーム形成のための差分フィードバックスキーム - Google Patents

Abstract

第１階数Ｍの第１Ｎ×Ｍコードブックを使用して、第２階数の（Ｎ−Ｍ）の第２Ｎ×（Ｎ−Ｍ）コードブックを生成してもよい。この第２コードブックは、第１コードブックに対して直交し且つ相補的であってもよい。実際には、必要に応じて、基地局及び／又は移動局が第２コードブックを生成してもよいことから、閉ループＭＩＭＯビーム形成に必要な記憶領域を低減させることができる。ある場合には、階数（ｒａｎｋ）の高いビーム形成行列又はプリコーディング行列を、階数の低い（例えば、１又は２）ビーム形成行列又はプリコーディング行列から生成してもよい。また、回転行列を生成する新規な方法を開示する。
【選択図】図１

Description

特許請求する発明の実施形態は、概して、無線通信に関し、より詳細には、無線通信ネットワークにおけるビーム形成に関する。

加入者局及び基地局（ＢＳ）を含む無線ネットワークにおける、閉ループ複数入力／複数出力（ＭＩＭＯ）ビーム形成のダウンリンクでは、加入者局（本明細書では、移動局（ＭＳ）又はユーザー機器（ＵＥ）とも称される）は、理想的なビーム形成行列を量子化して、理想的なビーム形成行列に対応する量子化指数を、基地局（本明細書では、送信機又はエハンスド・ノードＢ（ｅＮＢ）とも称される）へと返信する。基地局は、フィードバックされた指数に従ってビーム形成行列を再構築して、ビーム形成を実行する。アップリンクでも同様に、基地局が理想的な行列を量子化して、加入者局が、フィ−ドバックに従ってビーム形成行列を再構築する。ビーム形成により、リンクの性能及びシステムスループットを向上できることが知られている。

ビーム形成行列を、差分的にフィードバックすることができる。現在のビーム形成行列と１つ前のビーム形成行列との間の変化分を、コードブックにより量子化して、対応する量子化指数をフィードバックすることができる。量子化コードブックは、ビーム形成の精度及びトラッキング能力を決定する。時間及び／又は周波数に関して、この差分フィードバックを適用することができる。

本発明の実施形態は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）又はＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）等の無線広域ネットワーク（ＷＷＡＮ）に適用することができる。ＷｉＭＡＸ技術は、ＩＥＥＥ８０２．１６規格のファミリーに基づくものであり、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍ等に基づく。また、本発明は、３ＧＰＰロングタームエボリューション（ＬＴＥ）又はＬＴＥアドバンスト、又は同様な後続の無線規格等のその他のＷＷＡＮにも適用可能である。好適な適用例として、更に複数の特定規格が本明細書に記載されるが、実装は、これらの特定の規格又はプロトコルに限定されない。

本明細書の一部を構成する添付の図面には、本発明の原理に沿った一以上の実装例が示されており、以下に記載する詳細な説明と共に、実装例を説明している。添付の図面は、必ずしも実寸で描かれておらず、本発明の原理を例示するために、部分的に強調して描かれている。

本明細書に開示される幾つかの実装例に係る通信システムのブロック図の例である。 ある実装例に係る通信システム例のブロック図である。 本明細書に記載されるＮ×Ｍのコードブックから、Ｎ×（Ｎ−Ｍ）のコードブック形成する概念的なプロセスを示した図である。 本明細書に記載される動的に生成された差分コードブックを使用したデータのプリコーディング又はビーム形成のプロセスを示した図である。

以下、添付の図面を参照して詳細に説明する。同じ又は同様な要素を特定するのに、異なる複数の図面にわたって同じ参照番号が使用される場合がある。以下の詳細な説明では、限定するためではなく説明する目的で、特定の構造、機構、インターフェース、技術等の特定の詳細事項が、特許請求される発明の様々な側面の完全な理解を提供するべく、記載される。しかしながら、本開示の恩恵を受ける当業者であれば、特許請求される発明の様々な側面は、これら特定の詳細事項がなくとも、別の例において実施可能であることが理解できる。また、本発明の説明を不必要に詳細に記載することによって曖昧にしてしまうのを防ぐために、周知のデバイス、回路及び方法についての説明は記載しない。本明細書に記載する実施形態の幾つかは、第１階数Ｍの第１Ｎ×Ｍコードブックから、第２階数の（Ｎ−Ｍ）の第２Ｎ×（Ｎ−Ｍ）コードブックを生成するのに使用されてもよい。あらゆる態様の閉ループＭＩＭＯプリコーディングのために、局によって第１及び第２コードブックが使用されてもよい。この第２コードブックは、第１コードブックに対して直交し且つ相補的であってもよい。実際には、必要に応じて、基地局及び／又は移動局が第２コードブックを生成してもよいことから、閉ループＭＩＭＯビーム形成に必要な記憶領域を低減させることができる。ある場合には、階数（ｒａｎｋ）の高いビーム形成行列又はプリコーディング行列を、階数の低い（例えば、１又は２）ビーム形成行列又はプリコーディング行列から生成してもよい。また、回転行列

を生成する新規な方法を開示する。

図１は、本明細書における幾つかの実装形態に係る通信システム１００のブロック図の一例である。システム１００は、ＭＩＭＯチャネル１０６を介して受信機１０４と通信を行うことができる送信機１０２を備える。必要に応じて、送信機１０２は、歪みを検知可能であってもよい。送信機１０２は、送信されるべきソースを受信するように構成される。以下の説明で黙示的又は明示的に説明されるか否か関わらず、送信機１０２は、受信機１０４からの閉ループフィードバックを使用したチャネルエンコーディングの間のチャネル状態を考慮する。受信機からフィードバックされた符号語（ｃｏｄｅｗｏｒｄ）指数に基づいてコードブックから選択された符号語に従って、送信機１０２は、ＭＩＭＯチャネルを介して、受信機１０４へとソースを送信する。受信機１０４は、ＭＩＭＯ伝送を受信し、再構築されたソースを生成するべく伝送を再構築するように構成されている。

送信機１０２は、基地局（ＢＳ）／ｅＮＢ又は移動局（ＭＳ）／ＵＥの一方であり、受信機１０４は、基地局／ｅＮＢ又は移動局／ＵＥの他方であってもよい。閉ループＭＩＭＯビーム形成では、ＢＳ又はＭＳのどちらか一方が、情報の送信及び受信をどの階数（ｒａｎｋ）で行うか（例えば、ＳＩＮＲ又はその他のチャネル良好条件に基づいて）決定する。例えば、相対的にＳＩＮＲが低い場合には、Ｎ×１のスキーム（すなわち、階数１）を使用して、1つのストリームで全てのエネルギーを送信してもよく、ＳＩＮＲが約５ｄＢにまで改善された場合には、Ｎ×２の構成（すなわち、階数２）を使用してもよい。同様に、ＳＩＮＲが、例えば、２０ｄＢを超える場合には、スループットを向上させるべくＮ×３のスキーム（すなわち、階数３）を使用してもよい。いかなる場合でも、ＢＳ及びＭＳはそれぞれ、送信の前に、適切な階数のコードブックを生成してもよい。そして、符号語（ｃｏｄｅｗｏｒｄ）指数の形式での受信デバイス（例えば、ＭＳ又はＢＳ）からのフィードバックにより、送信デバイス（例えば、ＢＳ又はＭＳ）が、ビーム形成送信のために生成したコードブックから適切な符号語を選択できるようになる。

本明細書では、"ビーム形成行列"と"プリコーディング行列"とは、交換可能に使用される。技術的には、ビーム形成行列は、プリコーディング行列のインスタンスの１ストリーム（すなわち、階数１）であり、広い意味では、形成されるビームが１つでなくても（すなわち、階数２又は複数のストリームが存在する場合、その数の階数）、プリコーディング行列は出力を形作る又は形成する。したがって、一般的な意味で、本明細書では、"ビーム形成"は"プリコーディング"を指す、又はその反対の関係も成り立つ。

図２には、幾つかの実装形態に係る閉ループＭＩＭＯ送信のためのシステム２００の例が示されている。図示するように、システム２００は、ＭＩＭＯチャネル２０６を介して、受信機２０４と無線通信を行うように構成された送信機２０２を備える。送信機２０２は、受信機２０４における複数の受信アンテナ２１０とＭＩＭＯ通信を行うための複数の送信アンテナ２０８を有する。送信機２０２は、また、無線フロントエンドのような送信機回路又はデバイス２１２、又は、ＭＩＭＯチャネル２０６を介して信号を送信するためのその他の無線送信メカニズムを有する。同様に、受信機２０４は、無線フロントエンドのような送信機回路又はデバイス２１４、又は、送信機２０２から信号を受信するためのその他の無線受信メカニズムを有してもよい。

また、送信機２０２は、メモリ２１８又はその他のプロセッサ可読記憶媒体に接続された１以上のプロセッサ２１６を有する。同様に、受信機２０４は、メモリ２２４と接続された1以上のプロセッサ２２２を含んでもよい。

ある実装形態では、プロセッサ２１６、２２２は、１つのプロセッシングユニット又は複数のプロセッシングユニットであってもよく、これらプロセッシングユニットは、複数のコンピューティングユニット又は複数のコアを含んでもよい。プロセッサ２１６、２２２は、１以上のマイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、中央演算処理ユニット、ステートマシーン、論理回路、及び／又は動作命令に基づいて信号を操作するあらゆるデバイスとして実装されてもよい。プロセッサ２１６、２２２は、複数の機能を有するが、特に、メモリ２１８、２２４それぞれに、又は、その他のプロセッサ可読記憶媒体に格納されたプロセッサ実行可能命令を、フェッチする又は実行するように構成することができる。

メモリ２１８、２２４は、当技術分野で知られたプロセッサ可読記憶媒体を含むことができ、例えば、揮発性メモリ（例えば、ＲＡＭ）及び／又は不揮発性メモリ（例えば、フラッシュ等）、ハードディスクドライブのようなマスストレージデバイス、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、外付けドライブ、取り外し可能ドライブ、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク等を含む取り外し可能媒体、又はこれらの組み合わせが含まれる。メモリ２１８、２２４は、コンピュータ可読プロセッサ実行可能プログラム命令を、本明細書の実装形態に記載される方法及び機能を実行する特定の機械としてのプロセッサ２１６、２２２それぞれが実行可能なコンピュータプログラムコードとして格納する。更に、メモリ２１８、２２４は、コーデック等の本明細書の実装形態を実行するプロセッサ２１８、２２２によって実行可能であるその他のプログラムモジュールを格納してもよい。例えば、メモリ２１８は、上記したように、ソースエンコーダ２２８及びチャネルエンコーダ２３０を含んでもよい。同様に、メモリ２２４は、上記したように、ソースデコーダ２３２及び空間−時間デコーダ２３４を含んでもよい。メモリ２１８、２２４は、上記したように、格納されたＳＮＲベクトル、参照テーブル、ＭＩＭＯ ＭＣＳスキーム、プリコーディング行列等（図示せず）のデータ構造を含んでもよい。

また、送信機２０２及び受信機２０４は、携帯電話通信システム、Ｗｉ−Ｆｉシステム等の様々なデバイス及びシステムに実装されてもよい。例えば、送信機２０２は、携帯電話、スマートフォン、ラップトップ等の携帯コンピューティングデバイスに組み込まれていてもよく、受信機２０４は、携帯電話の基地局、無線アクセスポイント、第２コンピューティングデバイス等に実装されていてもよく、又は、送信機及び受信機が反対の構成に実装されていてもよい。また、システム構造の一例について説明がなされるが、その他の実装形態は、以下に記載される特定のシステム構造に限定されないことは明らかである。例えば、本明細書に記載される技術及び構造は、あらゆる種類の無線通信デバイスに組み込まれてもよく、以下に記載する実装形態は、通信デバイスの種類によって限定されない。

ダウンストリーム又はダウンリンクの場合、一般的にトランスミッタと称される上記の送信機１０２及び／又は２０２は、基地局（ＢＳ）又はエンハンスドノードＢ（ｅＮＢ）又はシステムレベルにおけるアクセスポイント（ＡＰ）と交換可能な意味で使用されている。ダウンリンクの場合、上記の受信機１０４及び／又は２０４は、移動局（ＭＳ）又はユーザー機器（ＵＥ）又は、システムレベルにおける局（ＳＴＡ）と交換可能な意味で使用されている。更に、ＢＳ、ｅＮＢ及びＡＰという言葉は、使用される無線プロトコルによっては、概念的に互いに交換可能に使用される場合があり、本明細書でＢＳと称するものは、ｅＮＢ又はＡＰと見なす場合がある。同様に、本明細書において、ＭＳとは、ＵＥ又はＳＴＡを指している場合がある。

差分フィードバックについて、以下に説明する。ダウンリンクでは、基地局又は移動局が、ストリームの数、すなわち、ビーム形成行列の階数を選択する。基地局及び移動局は、選択された階数の規格に従って、同じコードブックを生成する。例えば、移動局は、符号語の指数、すなわち、選択されたビーム形成マトリクスをフィードバックしてもよい。そして、基地局は、同じコードブックから、ビーム形成行列を参照する。しかしながら、ある場合には、基地局が、符号語の指数、すなわち、選択されたビーム形成マトリクスをフィードバックしてもよい。そして、移動局は、同じコードブックから、ビーム形成行列を参照する。

［８０２．１６ｍの差分フィードバックの要約］
差分フィードバックは、時間的又は周波数的に近接するプリコーディング行列間の相関関係を利用する。フィードバックが最初に開始され、それ自体でプリコーダを完全に記述している１回で完結するフィードバックを送信することにより、周期的にフィードバックが再開する。フィードバックの開始及び再開の後に、少なくとも１つの差分フィードバックが続く。開始フィードバック及び再開フィードバックは、基本モードに対して規定されたコードブックを採用してもよく、ＭＥＭ３及び６のフィードバック割り当てＡ−ＭＡＰ ＩＥに規定される長期レポートを使用して送信される。差分フィードバックは、ＭＦＭ３及び６のフィードバック割り当てＡ−ＭＡＰ ＩＥに規定される短期レポートを使用して送信される。

フードバック指数（ｉｎｄｅｘ）、それに対応するフィードバック行列及びプリコーダをそれぞれ、ｔ、Ｄ（ｔ）及びＶ（ｔ）と表す。Ｔ_ｍａｘ＋１において、シーケンス指数を０に設定する。開始フィードバック及び再開フィードバックに対するこの指数は、０である。ベクトル又は行列をＡで表し、Ａによって決まる回転行列を

とする。次に続く差分フィードバックの指数は、１、２、・・・Ｔ_ｍａｘとなり、対応するプリコーダは、

で表され、ここで、回転行列

は、一つ前のプリコーダＶ（ｔ−１）から計算されたＮ_ｔ×Ｎ_ｔのユニタリ行列であり、Ｎ_ｔは、送信アンテナの数である。フィードバック行列Ｄ（ｔ）の次元は、Ｎ_ｔ×Ｍ_ｔであり、ここでＭ_ｔは、空間的ストリームの数である。

は、

の形で表され、ここで

は、各列が、単位ノルムであって

のその他の列と直交する複数の列から構成されている。Ｖ（ｔ−１）がベクトルであり、Ｍ_ｔ＝１の場合には、

であり、‖Ｖ（ｔ−１）‖＝１、及び、ω＝ｅ^−ｊθＶ（ｔ−１）−ｅ_１である。θは、Ｖ（ｔ−１）の第１エントリ（要素）の位相であり、ｅ_１＝［１ ０ ・・・ ０］^Ｔである。Ｍ_ｔ＞１の場合には、Ｌ＝Ｎ_ｔ−Ｍ_ｔとする。

を計算するには、Ｌ個の列をＶ（ｔ−１）に付加して、正方行列 Ｍ＝［Ｖ（ｔ−１）Ｅ］を形成するが、付加される列は、
Ｅ＝［ｅ_τ１・・・ｅ_τＬ］であり、ここでｅ_τｊは、τ_ｊ番目の行におけるエントリが１でありその他のエントリが０であるＮ_ｔ×１ベクトルである。

は、正方行列Ｍの列を正規直交化することによって計算される。ｊ＝１、・・・、Ｌである指数τ_ｊは、正規直交化の数的安定性のために選択される。ここで、

とする。ａは、全てのエントリが１に等しい１×Ｍ_ｔベクトルである。Ｒｅ（ ）は、入力される行列の実数部分、Ｉｍ（ ）は、入力される行列の虚数部分である。｜｜は、入力行列のエントリ毎の絶対値を表す。すなわち、ベクトルｇのｉ番目の行は、同じ行におけるＶ（ｔ−１）の実数部分と虚数部分の全ての絶対値の合計を有する。

ベクトルｇのエントリは、昇順で格納される。ｇ_ｉ＝ｇ_ｊ且つｉ＜ｊである場合は、順序リストにおいてｇ_ｉ＜ｇ_ｊが使用される。順序リストは、

であり、ここで、ｉ＝１、・・・、Ｎ_ｔであるｋ_ｉは、ベクトルｇの行の指数である。リストにおける一番目のＬの指数は、Ｅにおける指数τ_ｊに割り当てられて、τ_ｊ＝ｋ_ｊとなり、ｊ＝１、・・・、Ｌである。

グラムシュミット（Ｇｒａｍ‐Ｓｃｈｍｉｄｔ）の正規直交化プロセスを、Ｍの最後のＬ列に対して、一列毎に適用し、得られる

は、
ｊ＝１：Ｌであって、ｋ＝１：ｊ＋Ｍ_ｔ−１の場合、

その他の場合のｊ＝１：Ｌのとき、

したがって、

ここで、

は、Ｍのτ_ｊ番目の行及びｋ番目の列におけるエントリの共役である。

フィードバック行列Ｄ（ｔ）は、差分コードブックから選択される。Ｎ_ｗをコードブックにおける符号語の数として、コードブックをＤ（Ｎ_ｔ，Ｍ_ｔ，Ｎ_ｗ）と表記することにする。また、コードブックＤ（Ｎ_ｔ，Ｍ_ｔ，Ｎ_ｗ）のｉ番目の符号語をＤ_ｉ（Ｎ_ｔ，Ｍ_ｔ，Ｎ_ｗ）と表記することにする。Ｄ_ｉ（Ｎ_ｔ，Ｍ_ｔ，Ｎ_ｗ）の回転行列

は、

と表記されるＮ_ｔ×Ｎ_ｔ行列のセットを含む。

差分コードブックＤ（４，３，Ｎ_ｗ）は、

から計算される。Ｄ_ｉ（４，３，Ｎ_ｗ）と表記されるＤ（４，３，Ｎ_ｗ）のｉ番目の符号語は、次のように計算される。

ここで、

は、

におけるｉ番目の行列の最後の３つの列である。差分コードブックＤ（４，４，Ｎ_ｗ）は、

から計算される。Ｄ（４，４，Ｎ_ｗ）のｉ番目の符号語は、

におけるｉ番目の行列である。

差分コードブックＤ（８，５，Ｎ_ｗ）、Ｄ（８，６，Ｎ_ｗ）及びＤ（８，７，Ｎ_ｗ）はそれぞれ、Ｄ（８，３，Ｎ_ｗ）、Ｄ（８，２，Ｎ_ｗ）及びＤ（８，１，Ｎ_ｗ）から計算される。Ｄ（８，５，Ｎ_ｗ）、Ｄ（８，６，Ｎ_ｗ）及びＤ（８，７，Ｎ_ｗ）のｉ番目の符号語Ｄ_ｉ（８，５，Ｎ_ｗ）、Ｄ_ｉ（８，６，Ｎ_ｗ）及びＤ_ｉ（８，７，Ｎ_ｗ）は、それぞれ以下のように計算される。

ここで、

は、

におけるｉ番目の行列の最後の８−ｋ列である。差分コードブックＤ（８，８，Ｎ_ｗ）は、Ｄ（８，４，Ｎ_ｗ）から計算される。Ｄ（８，８，Ｎ_ｗ）のｉ番目の符号語は、

におけるｉ番目の行列である。

ここで、本発明の２つの側面について記載する。第１の側面は、Ｎ_ｔ×Ｍ_ｔコードブックとＮ_ｔ×（Ｎ_ｔ−Ｍ_ｔ）コードブックとの間の相補的関係である。第２の側面は、相補的拡張を効率的に計算できる、すなわち、相補的であり直交する列を、所与のベクトル又は行列に付加する計算を効率的に行うことができることである。この計算は、

及び

を計算するのに採用される。

第１の側面について、発明者は、部分階数コードブック間の、相補的関係を発見した。すなわち、Ｎ_ｔ×Ｍ_ｔコードブックの１つの符号語が及ぶサブスペース（範囲とも称される）は、Ｎ_ｔ×（Ｎ_ｔ−Ｍ_ｔ）の１つの符号語が及ぶサブスペース（範囲とも称される）に対して直交し補完的である場合がある。明確にするため再度述べるが、Ｎ_ｔはアンテナの数、Ｍ_ｔは第１階数又は送信ストリームの数である。したがって、（Ｎ_ｔ−Ｍ_ｔ）という数は、第２階数、又は、Ｍ_ｔと足し合わせると、最大階数（ｆｕｌｌ ｒａｎｋ）となるストリームの数（例えば、アンテナＮの数と等しいストリームの数）を規定する。したがって、Ｎ_ｔ×（Ｎ_ｔ−Ｍ_ｔ）コードブックは、Ｎ_ｔ×Ｍ_ｔコードブックから生成することができる。両者のコードブックにおける符号語の数は同じではないかもしれないが、それでも、Ｎ_ｔ×（Ｎ_ｔ−Ｍ_ｔ）コードブックのサブセットを、Ｎ_ｔ×Ｍ_ｔコードブックのサブセットから生成することができる生成段階が、以下に概略的に記載され、その一部は、図３のプロセス３００に概念的に示されている。

最初に、Ｎ_ｔ×Ｍ_ｔコードブックから、符号語Ｄ_Ｎ×Ｍを選ぶ。次に、Ｎ_ｔ−Ｍ_ｔ列を、ＤＮ×Ｍに加えるが、加えられた列が、Ｄ_Ｎ×Ｍの列に対して直交するようにＮ_ｔ−Ｍ_ｔ列を付加する。（段階３１０）

付加されるＮ_ｔ−Ｍ_ｔ列が、行列

となる。

行列

をＮ_ｔ×Ｎ_ｔ回転させて、回転後のＮ_ｔ×（Ｎ_ｔ−Ｍ_ｔ）コードブックが、所望の位置にくるようにする。（段階３２０）所望の位置とは、Ｎ_ｔ×Ｍ_ｔコードブックの向く方向である（図３では、北又は上方向）。

このような相補的差分コードブックを生成するスキームを、図３に示した構成に加えて、以下のように、数学的に示すことができる。

例えば、元のコードワードが

であるとする。付加される列は、

を形成する。

は、通常、元のコードブックの中心に存在し、

は、相補的コードブックの中心に存在することから、

を

へと回転させる必要がある。この例の場合、回転行列は、

であってもよい。一般的に、回転行列は、対角ブロック構造を有し、回転行列は、

と表すことができる。ここでＩ_Ｋは、Ｋ×Ｋの恒等行列である。差分コードブックが、ユニタリ行列セットに均一に分布している場合には、回転段階を行わずに次の段階に進んでもよい。また、差分コードブックが、中心に関して対称である場合には、回転行列Ｒを適用可能である。その他の場合には、同様な目的を達成するのに必要であれば、その他の回転行列を使用してもよい。

本発明の第２の側面では、

の計算は、図３のＱ及び上記の

の相補的な拡張である。付加されるＮ_ｔ−Ｍ_ｔ列は固有のものではなく、別の選択肢は、（Ｎ_ｔ−Ｍ_ｔ）×（Ｎ_ｔ−Ｍ_ｔ）回転行列分だけ異なるだけであり、

となる。ここで、

は、（Ｎ_ｔ−Ｍ_ｔ）×（Ｎ_ｔ−Ｍ_ｔ）回転行列である。

又は、図３のＱを効率的に計算するために、まず、エントリに一つの１を有するＬ＝Ｎ_ｔ−Ｍ_ｔベクトルを付加して、その後に、付加された行列を次のように直交化する。各ベクトルにおいて一つの１を有することにより、掛け算の数を減らすことができる。

を計算するには、Ｌ個の列をＶ（ｔ−１）に付加して、正方行列 Ｍ＝［Ｖ（ｔ−１）Ｅ］を形成するが、付加される列は、
Ｅ＝［ｅ_τ１・・・ｅ_τＬ］となり、ここでｅ_τｊは、τ_ｊ番目の行におけるエントリが１でありその他のエントリが０であるＮ_ｔ×１ベクトルである。

は、正方行列Ｍの列を正規直交化することによって計算される。ｊ＝１、・・・、Ｌである指数τ_ｊは、正規直交化の数的安定性のために選択される。ここで、

とする。ａは、全てのエントリが１に等しい１×Ｍ_ｔベクトルである。Ｒｅ（ ）は、入力される行列の実数部分、Ｉｍ（ ）は、入力される行列の虚数部分である。｜｜は、入力行列のエントリ毎の絶対値を表す。すなわち、ベクトルｇのｉ番目の行は、同じ行におけるＶ（ｔ−１）の実数部分と虚数部分の全ての絶対値の合計を有する。

ベクトルｇのエントリは、昇順で格納される。ｇ_ｉ＝ｇ_ｊ且つｉ＜ｊである場合は、順序リストにおいてｇ_ｉ＜ｇ_ｊが使用される。順序リストは、

であり、ここで、ｉ＝１、・・・、Ｎ_ｔであるｋ_ｉは、ベクトルｇの行の指数である。リストにおける一番目のＬの指数は、Ｅにおける指数τ_ｊに割り当てられて、τ_ｊ＝ｋ_ｊとなり、ｊ＝１、・・・、Ｌである。

グラムシュミット（Ｇｒａｍ‐Ｓｃｈｍｉｄｔ）の正規直交化プロセスを、Ｍの最後のＬ列に対して、一列毎に適用して、得られる

は、
ｊ＝１：Ｌであって、ｋ＝１：ｊ＋Ｍ_ｔ−１の場合、

その他の場合のｊ＝１：Ｌのとき、

したがって、

ここで、

は、Ｍのτ_ｊ番目の行及びｋ番目の列におけるエントリの共役である。

図４は、本明細書に記載される動的に生成された差分コードブックを使用したデータのプリコーディング又はビーム形成のプロセス４００を示した図である。ＢＳ又はＭＳ（又は、これらの相手のＵＥ又はｅＮＢの一方）が、閉ループＭＩＭＯビーム形成（又はプリコーディング）で使用されるビーム形成行列の階数を変更することを決定してもよい（段階４０２）。例えば、チャネル状態（例えば、ＳＩＮＲ）が５、１０又は２０ｄＢが改善されるような場合に、ＢＳ又はＭＳは、階数を、少ない数（例えば、１データストリーム）から、高階数（例えば、４つのアンテナを有する場合には、３データストリーム）へと変更することを決める。

ＢＳ及びＭＳの両方が、相補的階数の差分コードブックを取得してもよい（段階４０４）。ある実装形態では、例えば、階数１又は２のコードブックが、ＢＳ及びＭＳのメモリに格納されてもよく、記憶サイズは、相対的に小さい。

そして、ＢＳ及びＭＳはそれぞれ、上記したような相補的プロセスを通じて、新しい階数のコードブックを生成してもよい（段階４０６）。この新しい階数は、相補的階数よりも高次である場合もある。ある実装形態では、新たな差分コードブックは、必要に応じて、ローカルにダイナミックメモリに格納されてもよい。

どの局が送信を行い、どの局が受信を行うかに応じて、ＢＳ又はＭＳが、閉ループＭＩＭＯデータ送信のためのプリコーディングに新たなコードブックからどの符号を使用するかを示す指数（ｉｎｄｅｘ）を受信又は送信してもよい（段階４０８）。また、どの局が送信を行い、どの局が受信を行うかに応じて、ＢＳ又はＭＳが、段階４０８で送信された又は受信された指数に対応する符号語でプリコーディングされたデータを受信又は送信してもよい（段階４１０）。本明細書に記載されたコードブック及び回転行列生成スキームが、どのように閉ループＭＩＭＯビーム形成（又はプリコーディング）で使用されるかということである。

したがって、本明細書に記載されたスキームは、第１階数のＭの第１Ｎ×Ｍコードブックから、第２階数の（Ｎ−Ｍ）の第２Ｎ×（Ｎ−Ｍ）コードブックを生成するのに使用されてもよい。この第２コードブックは、第１コードブックに対して直交し且つ相補的であってもよい。実際には、必要に応じて、基地局及び／又は移動局が第２コードブックを生成してもよいことから、閉ループＭＩＭＯビーム形成に必要な記憶領域を低減させることができる。ある場合には、階数（ｒａｎｋ）の高いビーム形成行列又はプリコーディング行列を、階数の低い（例えば、１又は２）ビーム形成行列又はプリコーディング行列から生成してもよい。また、回転行列

を生成する新規な方法が開示されている。

上記のように１以上の実装形態が例示及び説明されたが、これは、本発明の範囲が、開示された厳密な形態に限定されることを意図していない。上記の教示するところに従って変更及び改良が可能であり、本発明の様々な実装形態の実行からも変更及び改良が考えられる。メモリ、ディスク等のコンピュータ可読媒体に実装される命令をコンピュータ（プロセッサ又は専用ロジック）が実行する結果として、例えば、図３又は図４に示した段階の全て又は一部、又は、記載した同様なプロセスが実行されてもよい。

本願の明細書で使用されている要素、段階又は命令は、明確にそうと記載されていない限り、本発明に重要又は必須であると解釈されるべきではない。また、本明細書では、数を記載していない要素は、１以上の要素を含むと意図している。

本発明の精神及び原理から実質的に逸脱することなく、特許請求される発明の上記の実装形態に対して、様々な変更及び改良を加えてもよい。このような変更及び改良も、本開示の範囲に含まれ、添付の特許請求の範囲によって保護されることを意図している。

Claims (14)

1. コードブックベースのプリコーディングを実行する方法であって、
   第１階数を有する第１差分コードブックの少なくとも一部を取得する段階と、
   第２階数を有する第２差分コードブックの少なくとも一部を、前記第１差分コードブックから生成する段階と、
   複数のアンテナのうちの少なくとも一つを介して、離れた局から、前記第２差分コードブックに対する指標を受信する段階と、
   前記指標に基づいて前記第２差分コードブックから選択された符号語を使用して、前記複数のアンテナを介して送信されるデータをプリコーディングする段階と
   を備える方法。
2. 前記取得する段階は、メモリから前記第１差分コードブックを読み出す段階を有する請求項１に記載の方法。
3. 前記第１階数は、１又は２以上であり、前記第２階数は、前記複数のアンテナの数と前記第１階数の間の差分の数である請求項１に記載の方法。
4. 前記第２階数は、前記第１階数よりも大きい請求項１に記載の方法。
5. 前記第２差分コードブックを、メモリに格納する段階を更に備える請求項１に記載の方法。
6. 前記生成する段階は、
   前記第２階数を有する中間コードブックを生成するべく、前記第１差分コードブックに対して相補的拡張を行う段階と、
   前記第２差分コードブックを生成するべく前記中間コードブックを回転させる段階とを有する請求項１に記載の方法。
7. 請求項１に記載の前記方法を実行するプロセッサによって実行されるプロセッサ実行可能命令を格納するプロセッサ可読記憶媒体。
8. Ｎが２以上の整数であり、Ｎ個のアンテナを介してコードブックベースの閉ループ送信を実行する方法であって、
   Ｍが、Ｎより小さい整数であって、データストリームの数を表しており、Ｎ×Ｍ差分コードブックを提供する段階と、
   前記Ｎ×Ｍ差分コードブックから、Ｎ×（Ｎ−Ｍ）差分コードブックを生成する段階とを備え、
   前記生成する段階は、
   前記Ｎ×Ｍ差分コードブックの相補的拡張を実行する段階と、
   前記Ｎ×（Ｎ−Ｍ）差分コードブックから選択された符号語を使用して、前記Ｎ個のアンテナを介して送信されるデータの（Ｎ−Ｍ）個のストリームをプリコーディングする段階と
   を有する方法。
9. 前記提供する段階は、
   前記Ｎ×Ｍ差分コードブックをメモリから読み出す段階を有する請求項８に記載の方法。
10. 前記Ｍは、１又は２以上である請求項８に記載の方法。
11. 前記Ｎは、２、３、４又は８である請求項８に記載の方法。
12. 前記Ｎ×（Ｎ−Ｍ）差分コードブックをメモリに格納する段階を更に備える請求項８に記載の方法。
13. 前記生成する段階は、
    前記Ｎ×Ｍ差分コードブックの前記相補的拡張によって生成される中間行列を回転させる段階を有する請求項８に記載の方法。
14. 請求項８に記載の前記方法を実行するプロセッサによって実行されるプロセッサ実行可能命令を格納するプロセッサ可読記憶媒体。

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