JP2013201788A - 多重アンテナシステムにおけるデータ送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多重アンテナシステムにおけるデータ送信方法を提供する。
【解決手段】多重アンテナシステムにおけるデータ送信方法は、複数のアンテナを含む第１のアンテナクラスタ（ｃｌｕｓｔｅｒ）及び第２のアンテナクラスタにチャネル従属的プリコーディング（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）を適用して送信信号を生成し、前記チャネル従属的プリコーディングは、各アンテナクラスタに対するプリコーディング加重値がブロックダイアゴナル（ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｏｎａｌ）形態で構成されるプリコーディング加重値行列により実行され、前記プリコーディング加重値は、各アンテナクラスタに含まれる送信アンテナ数Ｐ及び各アンテナクラスタに適用される階層数Ｖに対するＰ×Ｖで表現される段階（Ｐ、Ｖ＞０の整数）、及び前記送信信号を送信する段階を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、無線通信に関し、より詳しくは、多重アンテナを用いたデータ送信方法に関する。

最近、無線通信システムの性能と通信用量を極大化するために多重入出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ；ＭＩＭＯ）システムが注目を浴びている。ＭＩＭＯ技術は、一つの送信アンテナと一つの受信アンテナを使用したことから脱皮し、多重送信アンテナと多重受信アンテナを採択して送受信データの伝送効率を向上させることができる方法である。ＭＩＭＯシステムは、多重アンテナ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｎｔｅｎｎａ）システムとも呼ばれる。ＭＩＭＯ技術は、一つの全体メッセージを受信するために単一アンテナ経路に依存せず、複数のアンテナから受信された断片的なデータを集めて完成する技術を応用したことである。その結果、特定範囲でデータ伝送速度を向上させたり、或いは特定データ伝送速度に対してシステム範囲を増加させることができる。

ＭＩＭＯ技術には送信ダイバーシティ（ｔｒａｎｓｍｉｔ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）、空間多重化（ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）、及びビーム形成（ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）などがある。送信ダイバーシティは、多重送信アンテナで同一データを送信して送信信頼度を高める技術である。空間多重化は、多重送信アンテナで互いに異なるデータを同時に送信してシステムの帯域幅を増加させずに高速のデータを送信することができる技術である。ビーム形成は、多重アンテナでチャネル状態による加重値を加えて信号のＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を増加させるために使われる。この時、加重値は加重値ベクトル（ｗｅｉｇｈｔ ｖｅｃｔｏｒ）または加重値行列（ｗｅｉｇｈｔ ｍａｔｒｉｘ）で表示されることができ、これをプリコーディングベクトル（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｖｅｃｔｏｒ）またはプリコーディング行列（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ）という。

空間多重化は、単一ユーザに対する空間多重化と多重ユーザに対する空間多重化がある。単一ユーザに対する空間多重化は、ＳＵ−ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ）と呼ばれ、多重ユーザに対する空間多重化は、ＳＤＭＡ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）或いはＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ）と呼ばれる。ＭＩＭＯチャネルの容量は、アンテナ数に比例して増加する。ＭＩＭＯチャネルは、独立チャネルに分解することができる。送信アンテナの数をＮｔ、受信アンテナの数をＮｒとする時、独立チャネルの数Ｎｉは、Ｎｉ≦ｍｉｎ｛Ｎｔ，Ｎｒ｝となる。各々の独立チャネルは、空間階層（ｓｐａｔｉａｌ ｌａｙｅｒ）といえる。ランク（ｒａｎｋ）は、ＭＩＭＯチャネル行列の零でない固有値（ｎｏｎ−ｚｅｒｏ ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ）の数であり、多重化されることができる空間ストリームの数により定義されることができる。

ＭＩＭＯ技術にはコードブック（ｃｏｄｅｂｏｏｋ）基盤のプリコーディング技法がある。コードブック基盤のプリコーディング技法は、予め決定されたプリコーディング行列のうちＭＩＭＯチャネルと最も類似するプリコーディング行列を選択してプリコーディング行列インデックス（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ；ＰＭＩ）を送信する方式であり、帰還データのオーバーヘッドを減らすことができる。コードブックは、空間チャネルを代表することができるコードブックセット（ｃｏｄｅｂｏｏｋ ｓｅｔ）で構成される。データの送信率を高めるためにはアンテナの数を増加させなければならず、アンテナの数が増加するほどさらに多くのコードブックセットでコードブックを構成しなければならない。アンテナの数の増加によるコードブックセットの増加によって帰還データのオーバーヘッドが増加するだけでなく、コードブックの設計も難しさがある。

既存のアンテナより数的に増加される多重アンテナシステムにおけるコードブック基盤のプリコーディング技法を效率的に適用できる方法が必要である。

本発明が解決しようとする技術的課題は、増加された多重アンテナに対してコードブック基盤のプリコーディング技法を效率的に適用できる方法を提供することである。

本発明の一態様による多重アンテナシステムにおけるデータ送信方法は、複数のアンテナを含む第１のアンテナクラスタ（ｃｌｕｓｔｅｒ）及び第２のアンテナクラスタにチャネル従属的プリコーディング（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）を適用して送信信号を生成し、前記チャネル従属的プリコーディングは、各アンテナクラスタに対するプリコーディング加重値がブロックダイアゴナル（ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｏｎａｌ）形態で構成されるプリコーディング加重値行列により実行され、前記プリコーディング加重値は、各アンテナクラスタに含まれる送信アンテナ数Ｐ及び各アンテナクラスタに適用される階層数Ｖに対するＰ×Ｖで表現される段階（Ｐ、Ｖ＞０の整数）、及び前記送信信号を送信する段階、を含む。

本発明の他の態様による端末は、多重アンテナシステムで動作し、基地局の複数個の送信アンテナチャネルを推定する段階、前記推定されたチャネルから互いに異なる複数個のアンテナを含む第１のクラスタ及び第２のクラスタに対するチャネル従属的プリコーディング行列またはＰＭＩを基地局に帰還させる段階、及び前記帰還されたプリコーディング行列またはＰＭＩから誘導されたり、或いは直接使用されるプリコーディング加重値を用いてプリコーディングされて送信されるデータを受信する段階、を含む。
（項目１）
多重アンテナシステムにおけるデータ送信方法において、
複数のアンテナを含む第１のアンテナクラスタ（ｃｌｕｓｔｅｒ）及び第２のアンテナクラスタにチャネル従属的プリコーディング（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）を適用して送信信号を生成し、前記チャネル従属的プリコーディングは、各アンテナクラスタに対するプリコーディング加重値がブロックダイアゴナル（ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｏｎａｌ）形態で構成されるプリコーディング加重値行列により実行され、前記プリコーディング加重値は、各アンテナクラスタに含まれる送信アンテナ数Ｐ及び各アンテナクラスタに適用される階層数Ｖに対するＰ×Ｖで表現される段階（Ｐ、Ｖ＞０の整数）、及び
前記送信信号を送信する段階、
を含む多重アンテナシステムにおけるデータ送信方法。
（項目２）
前記チャネル従属的プリコーディングは、前記プリコーディング加重値にＣＤＤ（ｃｙｃｌｉｃ ｄｅｌａｙ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）のための斜線行列が適用されて実行されることを特徴とする項目１に記載の多重アンテナシステムにおけるデータ送信方法。
（項目３）
前記チャネル従属的プリコーディングは、前記プリコーディング加重値に空間多重化のためのＤＦＴ（ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）単一行列が適用されて実行されることを特徴とする項目１に記載の多重アンテナシステムにおけるデータ送信方法。
（項目４）
前記ＣＤＤのための斜線行列または前記ＤＦＴ単一行列の大きさは、各アンテナクラスタの階層数によって決定されることを特徴とする項目２又は項目３に記載の多重アンテナシステムにおけるデータ送信方法。
（項目５）
前記チャネル従属的プリコーディングは、前記第１のアンテナクラスタ及び前記第２のアンテナクラスタを物理アンテナにマッピングさせるためのアンテナスイッチング行列が適用されて実行されることを特徴とする項目１に記載の多重アンテナシステムにおけるデータ送信方法。
（項目６）
前記チャネル従属的プリコーディングは、前記プリコーディング加重値に前記プリコーディング加重値行列を多様に構成するための加重値定数が適用されて実行されることを特徴とする項目１に記載の多重アンテナシステムにおけるデータ送信方法。
（項目７）
前記第１のアンテナクラスタ及び前記第２のアンテナクラスタで互いに異なるランク（ｒａｎｋ）が適用されることを特徴とする項目１に記載の多重アンテナシステムにおけるデータ送信方法。
（項目８）
前記プリコーディング加重値は、既存システムで予め定義されているプリコーディング行列であることを特徴とする項目１に記載の多重アンテナシステムにおけるデータ送信方法。
（項目９）
多重アンテナシステムで動作し、
基地局の複数個の送信アンテナチャネルを推定する段階、
前記推定されたチャネルから互いに異なる複数個のアンテナを含む第１のクラスタ及び第２のクラスタに対するチャネル従属的プリコーディング行列またはＰＭＩを基地局に帰還させる段階、及び
前記帰還されたプリコーディング行列またはＰＭＩから誘導されたり、或いは直接使用されるプリコーディング加重値を用いてプリコーディングされて送信されるデータを受信する段階、
を含む端末。

既存の多重アンテナシステムのアンテナより増加される多重アンテナに対して既存のコードブックを活用することができるため、システムの複雑度を減らすことができ、増加された多重アンテナをサポートすることができない端末に対する下位互換性（ｂａｃｋｗａｒｄ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を保障することができる。

無線通信システムを示すブロック図である。 送信機構造の一例を示す。 多重アンテナシステムにおける送信機と受信機との間のデータ処理を示す。 本発明の一実施例によるアンテナクラスタリング（ａｎｔｅｎｎａ ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ）を示す。

図１は、無線通信システムを示すブロック図である。無線通信システムは、音声、パケットデータなどのような多様な通信サービスを提供するために広く配置される。

図１を参照すると、無線通信システムは、端末（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ＵＥ）１０及び基地局（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ；ＢＳ）２０を含む。端末１０は、固定されたり、或いは移動性を有することができ、ＭＳ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）、ＵＴ（Ｕｓｅｒ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）、ＳＳ（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ）、無線機器（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｄｅｖｉｃｅ）等、他の用語で呼ばれることができる。基地局２０は、一般的に、端末１０と通信する固定局（ｆｉｘｅｄ ｓｔａｔｉｏｎ）をいい、ノードＢ（Ｎｏｄｅ−Ｂ）、ＢＴＳ（Ｂａｓｅ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ）、アクセスポイント（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ）等、他の用語で呼ばれることができる。一つの基地局２０には一つ以上のセルが存在することができる。

以下、ダウンリンク（ｄｏｗｎｌｉｎｋ；ＤＬ）は、基地局２０から端末１０への通信を意味し、アップリンク（ｕｐｌｉｎｋ；ＵＬ）は、端末１０から基地局２０への通信を意味する。ダウンリンクにおいて、送信機は基地局２０の一部であり、受信機は端末１０の一部である。アップリンクにおいて、送信機は端末１０の一部であり、受信機は基地局２０の一部である。

無線通信システムは、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）／ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）基盤のシステムである。ＯＦＤＭは、複数の直交副搬送波を用いる。ＯＦＤＭは、ＩＦＦＴ（ｉｎｖｅｒｓｅ ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）とＦＦＴ（ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）との間の直交性特性を用いる。送信機は、データにＩＦＦＴを実行して送信する。受信機は、受信信号にＦＦＴを実行して原データを復元する。送信機は、多重副搬送波を結合するためにＩＦＦＴを使用し、受信機は、多重副搬送波を分離するために対応するＦＦＴを使用する。

無線通信システムは、多重アンテナ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｎｔｅｎｎａ）システムである。多重アンテナシステムは、多重入出力（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ；ＭＩＭＯ）システムであってもよい。または、多重アンテナシステムは、多重入力シングル出力（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ ｓｉｎｇｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ；ＭＩＳＯ）システム、またはシングル入力シングル出力（ｓｉｎｇｌｅ−ｉｎｐｕｔ ｓｉｎｇｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ；ＳＩＳＯ）システム、またはシングル入力多重出力（ｓｉｎｇｌｅ−ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ；ＳＩＭＯ）システムであってもよい。ＭＩＭＯシステムは、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを使用する。ＭＩＳＯシステムは、複数の送信アンテナと一つの受信アンテナを使用する。ＳＩＳＯシステムは、一つの送信アンテナと一つの受信アンテナを使用する。ＳＩＭＯシステムは、一つの送信アンテナと複数の受信アンテナを使用する。

多重アンテナシステムにおける多重アンテナを用いた技法として、ランク１では、ＳＦＢＣ（Ｓｐａｃｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｅ）、ＳＴＢＣ（Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｅ）のようなＳＴＣ（Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ Ｃｏｄｉｎｇ）、ＣＤＤ（Ｃｙｃｌｉｃ ｄｅｌａｙ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）、ＦＳＴＤ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）、ＴＳＴＤ（ｔｉｍｅ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）などが使われることができる。ランク２以上では、空間多重化（Ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；ＳＭ）、ＧＣＤＤ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｃｙｃｌｉｃ ｄｅｌａｙ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）、Ｓ−ＶＡＰ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｖｉｒｔｕａｌ Ａｎｔｅｎｎａ Ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ）などが使われることができる。ＳＦＢＣは、空間領域と周波数領域における選択性を效率的に適用し、該当次元におけるダイバーシティ利得と多重ユーザスケジューリング利得まで全部確保することができる技法である。ＳＴＢＣは、空間領域と時間領域で選択性を適用する技法である。ＦＳＴＤは、多重アンテナに送信される信号を周波数により区分する技法であり、ＴＳＴＤは、多重アンテナに送信される信号を時間により区分する技法である。空間多重化は、アンテナ別に互いに異なるデータを送信して送信率を高める技法である。ＧＣＤＤは、時間領域と周波数領域における選択性を適用する技法である。Ｓ−ＶＡＰは、単一プリコーディング行列を使用する技法であり、空間ダイバーシティまたは空間多重化で多重コードワードをアンテナ間に混ぜるＭＣＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｃｏｄｅｗｏｒｄ）Ｓ−ＶＡＰと単一コードワードを使用するＳＣＷ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｏｄｅｗｏｒｄ）Ｓ−ＶＡＰがある。

図２は、送信機構造の一例を示す。

図２を参照すると、送信機１００は、エンコーダ１１０−１，．．．，１１０−Ｋ、変調器１２０−１，．．．，１２０−Ｋ、階層マッパ１３０、プリコーダ１４０、副搬送波マッパ１５０−１，．．．，１５０−Ｋ、及びＯＦＤＭ信号発生器１６０−１，．．．，１６０−Ｋを含む。送信機１００は、Ｎｔ（Ｎｔ≧１）個の送信アンテナ１７０−１，．．．，１７０−Ｎｔを含む。

エンコーダ１１０−１，．．．，１１０−Ｋは、入力されるデータを、定められたコーディング方式によってエンコーディングして符号化されたデータ（ｃｏｄｅｄ ｄａｔａ）を形成する。符号化されたデータをコードワード（ｃｏｄｅｗｏｒｄ）といい、コードワードｂは、数式１のように表現されることができる。

ここで、ｑは、コードワードのインデックスであり、
は、ｑコードワードのビット数である。

コードワードは、スクランブリング（ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ）が実行される。スクランブリングされたコードワードｃは、数式２のように表現されることができる。

変調器１２０−１，．．．，１２０−Ｋは、コードワードを信号コンステレイション（ｓｉｇｎａｌ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）上の位置を表現するシンボルで配置する。変調方式（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ）には制限がなく、ｍ−ＰＳＫ（ｍ−Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）であってもよく、またはｍ−ＱＡＭ（ｍ−Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）であってもよい。例えば、ｍ−ＰＳＫは、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫまたは８−ＰＳＫであ、ｍ−ＱＡＭは、１６−ＱＡＭ、６４−ＱＡＭまたは２５６−ＱＡＭである。

信号コンステレイション上のシンボルで配置されるコードワードｄは、数式３のように表現されることができる。

ここで、
は、ｑコードワードのシンボル数である。

階層マッパ１３０は、プリコーダ１４０がアンテナ特定シンボルを各アンテナの経路に分配することができるように入力シンボルの階層を定義する。階層（ｌａｙｅｒ）は、プリコーダ１４０に入力される情報経路（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐａｔｈ）により定義される。各アンテナの経路に入力されるシンボルｘは、数式４のように表現されることができる。

ここで、
は、階層数を意味する。

プリコーダ１４０の以前の情報経路は、仮想アンテナ（ｖｉｒｔｕａｌ ａｎｔｅｎｎａ）または階層（ｌａｙｅｒ）といえる。プリコーダ１４０は、入力シンボルを多重送信アンテナ１７０−１，．．．，１７０−ＮｔによるＭＩＭＯ方式に処理する。例えば、プリコーダ１４０は、コードブック（ｃｏｄｅｂｏｏｋ）基盤のプリコーディングを用いることができる。プリコーダ１４０は、アンテナ特定シンボルを該当アンテナの経路の副搬送波マッパ１５０−１，．．．，１５０−Ｋに分配する。プリコーダ１４０により一つの副搬送波マッパを介して一つのアンテナに送られる各情報経路をストリーム（ｓｔｒｅａｍ）という。これを物理的アンテナ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｔｅｎｎａ）ということができる。

各アンテナポートｐに送られる信号
は、数式５のように表現されることができる。

副搬送波マッパ１５０−１，．．．，１５０−Ｋは、入力シンボルを適切な副搬送波に割り当て、ユーザによって多重化する。ＯＦＤＭ信号発生器１６０−１，．．．，１６０−Ｋは、入力シンボルをＯＦＤＭ方式に変調してＯＦＤＭシンボルを出力する。ＯＦＤＭ信号発生器１６０−１，．．．，１６０−Ｋは、入力シンボルに対してＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を実行することができ、ＩＦＦＴが実行された時間領域シンボルにはＣＰ（ｃｙｃｌｉｃ ｐｒｅｆｉｘ）が挿入されることができる。ＯＦＤＭシンボルは、各送信アンテナ１７０−１，．．．，１７０−Ｎｔを介して送信される。

ＭＩＭＯシステムにおける送信機１００は、２種類モードに動作することができる。一つはＳＣＷモードであり、他の一つはＭＣＷモードである。ＳＣＷモードでは、ＭＩＭＯチャネルを介して送信される送信信号が同一送信率（ｄａｔａ ｒａｔｅ）を有する。ＭＣＷモードでは、ＭＩＭＯチャネルを介して送信されるデータが独立的にエンコーディングされ、送信信号が互いに異なる送信率を有することができる。ＭＣＷモードは、ランクが２以上である場合に動作する。

図３は、多重アンテナシステムにおける送信機と受信機との間のデータ処理を示す。

図３を参照すると、送信機２００は、スケジューラ２１０、チャネルエンコーダ／マッパ２２０、ＭＩＭＯエンコーダ２３０、及びＯＦＤＭ変調器２４０を含む。送信機２００は、Ｎｔ（Ｎｔ＞１）個の送信アンテナを含む。送信機２００は、ダウンリンクで基地局の一部分であり、アップリンクで端末の一部分である。

スケジューラ２１０は、Ｎ名のユーザからデータの入力を受け、一回に送信されるＫ個のストリームを出力する。スケジューラ２１０は、各ユーザのチャネル情報を用い、可用できる無線リソースに送信するユーザと送信率を決定する。スケジューラ２１０は、帰還データからチャネル情報を抽出してコード率（ｃｏｄｅ ｒａｔｅ）、変調、及びコーディング方式（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ；ＭＣＳ）などを選択する。ＭＩＭＯシステムの動作のために、帰還データにはＣＱＩ（ｃｈａｎｎｅｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ＣＳＩ（ｃｈａｎｎｅｌ ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、チャネル分散行列（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ Ｍａｔｒｉｘ）、プリコーディング加重値（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｗｅｉｇｈｔ）、及びチャネルランク（ｃｈａｎｎｅｌ ｒａｎｋ）などの制御情報が含まれることができる。ＣＳＩには送受信機間のチャネル行列（ｃｈａｎｎｅｌ ｍａｔｒｉｘ）、チャネルの相関行列（ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ）、量子化された（ｑｕａｎｔｉｚｅｄ）チャネル行列または量子化されたチャネル相関行列などがある。ＣＱＩには送受信機間に信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ；ＳＮＲ）、信号対干渉と雑音比（ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ；ＳＩＮＲ）などがある。

スケジューラが割り当てる可用無線リソースは、無線通信システムにおけるデータ送信時に使われる無線リソースを意味する。例えば、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）システムでは各時間スロット（ｔｉｍｅ ｓｌｏｔ）がリソースであり、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）システムでは各コードと時間スロットがリソースであり、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）システムでは各副搬送波と時間スロットがリソースである。同一セル（Ｃｅｌｌ）またはセクター（Ｓｅｃｔｏｒ）内で他のユーザに干渉を起こさないために、各リソースは、時間、コードまたは周波数領域で直交するように定義されることができる。

チャネルエンコーダ／マッパ２２０は、入力されるストリームを、定められたコーディング方式によってエンコーディングして符号化されたデータを形成し、符号化されたデータを信号コンステレイション（ｓｉｇｎａｌ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）上の位置を表現するシンボルでマッピングする。ＭＩＭＯエンコーダ２３０は、入力されるシンボルに対してプリコーディング（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）を実行する。プリコーディングは、送信するシンボルに前処理を実行する技法であり、このようなプリコーディング技法中では加重値ベクトルまたはプリコーディング行列などを適用してシンボルを生成するＲＢＦ（ｒａｎｄｏｍ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）、ＺＦＢＦ（ｚｅｒｏ ｆｏｒｃｉｎｇ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）などがある。プリコーディング技法により予め定められたコードブックセットを用いるコードブック基盤のプリコーディングを用いることができる。

ＯＦＤＭ変調器２４０は、入力されるシンボルを適切な副搬送波に割り当てて送信アンテナを介して送信する。

受信機３００は、ＯＦＤＭ復調器３１０、チャネル推定器３２０、ＭＩＭＯデコーダ３３０、チャネルデコーダ／デマッパ３４０、及び帰還情報獲得器３５０を含む。受信機３００は、Ｎｒ（Ｎｒ＞１）個の受信アンテナを含む。受信機３００は、ダウンリンクで端末の一部分であり、アップリンクで基地局の一部分である。

受信アンテナから受信された信号は、ＯＦＤＭ復調器３１０により復調され、チャネル推定器３２０は、チャネルを推定し、ＭＩＭＯデコーダ３３０は、ＭＩＭＯエンコーダ２３０に対応する後処理を実行する。デコーダ／デマッパ３４０は、入力されるシンボルを符号化されたデータでデマッピングし、符号化されたデータをデコーディングして原データを復元する。帰還情報獲得器３５０は、ＣＳＩ、ＣＱＩ、ＰＭＩなどを含むユーザ情報３６０を生成する。生成されたユーザ情報３６０は、帰還データで構成され、送信機２００に送信される。

＜ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの帰還データ＞

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの動作のために、ＣＱＩ、ＣＳＩ、チャネル分散行列（ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ ｍａｔｒｉｘ）、プリコーディング加重値（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｗｅｉｇｈｔ）、チャネルランク（ｃｈａｎｎｅｌ ｒａｎｋ）などの制御情報が要求される。ＦＤＤ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘ）システムにおける受信機は、このような情報を帰還チャネルを介して報告する。ＴＤＤ（ｔｉｍｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘ）システムではチャネルの相互関係（ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）特性を用いてアップリンクチャネルを推定し、ダウンリンク送信に使われる情報を獲得することができる。

ＣＱＩは、リソース割当及び連結適合性（ｌｉｎｋ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）のために必要であり、ＣＱＩは、ＳＮＲ／ＳＩＮＲなどが使われることができる。ＳＮＲ／ＳＩＮＲは、１．８９ｄＢ間隔の１６レベルで量子化されて４ビットＣＱＩにより定義されることができる。受信機は、ＳＮＲ／ＳＩＮＲを量子化した後、定義されたＣＱＩインデックスを送信機に報告する。また、ＭＩＭＯ技法が使われる時、最大２コードワード（ＣＷ）がサポートされることができる。即ち、ランク２以上の送信のためには、第１のＣＷ及び第２のＣＷのＣＱＩが送信機に報告されなければならない。第１のＣＷは４ｂｉｔで表現され、第２のＣＷは第１のＣＷに対する相違値であり、３ビットで表現されることができる。

プリコーディング技法は、前処理加重値を使用して送信データ列を前処理して送信するＭＩＭＯ技法である。数式６は、前処理加重値を使用して送信データ列ｘを前処理するプリコーディング技法を示す。

ここで、Ｗ（ｉ）はプリコーディング行列を示す。前処理された送信データ列ｙは、数式７のようにＣＤＤ（ｃｙｃｌｉｃ ｄｅｌａｙ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）のためのダイバーシティ行列Ｄ（ｉ）及びＤＦＴ行列Ｕが適用されることができる。

Ｄ（ｉ）とＵは、送信階層によって決定されることができる。

数式８は、ランクによるプリコーディング行列Ｗ（ｉ）を生成する一例を示す。

ここで、Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４は、プリコーダインデックス１２、１３、１４、１５に対応するプリコーディング行列を示し、υはランク（送信階層）を示す。

表１は、送信階層によって適用されるＣＤＤ（ｃｙｃｌｉｃ ｄｅｌａｙ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）のための遅延行列Ｄ（ｉ）及びＤＦＴ行列Ｕの一例を示す。

プリコーディング加重値を生成する方法によって、Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ、Ｅｉｇｅｎ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ、及びコードブック基盤のプリコーディング（ｃｏｄｅｂｏｏｋ ｂａｓｅｄ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）などに区分することができる。各技法を適用するためには、ＣＳＩ、チャネル分散行列、及びコードブックインデックスなどが必要である。既存のシステムでは２個のアンテナ（２Ｔｘ）及び４個のアンテナ（４Ｔｘ）ＭＩＭＯ送信でコードブック基盤のプリコーディングがサポートされ、このために２Ｔｘ／４Ｔｘのための各々のコードブックが定義される。

コードブック基盤のプリコーディングで、受信機は、予め決定された数個のプリコーディング行列を保有しており、送信機から送信される信号を用いてチャネルを推定し、推定されたチャネル状態と最も類似するプリコーディング行列を決定する。受信機は、決定されたプリコーディング行列インデックス（ＰＭＩ）を送信機に帰還させる。送信機は、帰還されたプリコーディング行列に適するコードブックを選択してデータを送信する。コードブック基盤のプリコーディングではＰＭＩだけ送信されるため、帰還データの量が極めて減る。コードブック基盤のプリコーディング技法は、コードブックを構成する方法、コードブックの種類、コードブックの大きさによってシステムの性能に差が発生する。コードブック基盤のプリコーディング技法で、コードブックがチャネル状態を十分に示すことができない場合、性能劣化が発生するおそれがあるが、コードブックの大きさが増加される場合、チャネル状態を十分に示すことができるため、最適の性能に近接できる。従って、帰還データの量を十分に減らしながら最適の性能に近接できるコードブックの設計が要求される。

送信アンテナの数が増加するほど、要求されるコードブックの大きさも増加される。既存システムの２Ｔｘ送信では、ランク１のために４個のプリコーディング行列を有するコードブック、ランク２のために３個のプリコーディング行列を有するコードブックが定義される。４Ｔｘ送信では、ランク１〜４のために各々１６個のプリコーディング行列を有するコードブックが定義される。表２は、４Ｔｘ ＭＩＭＯのためのコードブックの一例を示す。

＜閉ループＭＩＭＯ＞

チャネル状況によりチャネルと類似するプリコーディング加重値を使用する方式を閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ−ｌｏｏｐ）ＭＩＭＯ方式といい、チャネル状況と関係なしに一定の規則によってプリコーディング加重値を使用する方式を開ループ（ｏｐｅｎ−ｌｏｏｐ）ＭＩＭＯ方式という。

閉ループＭＩＭＯのために受信機が報告するプリコーディング加重値の量は、周波数単位、報告周期などによって変わることができる。周波数単位は、一つのプリコーディング加重値が適用される周波数範囲で定義されることができ、周波数範囲によって、システム帯域幅（ｓｙｓｔｅｍ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）は、広域バンド（Ｗｉｄｅｂａｎｄ；ＷＢ）、サブバンド（ｓｕｂｂａｎｄ；ＳＢ）、ベストバンド（ｂｅｓｔｂａｎｄ；ＢＢ）などに周波数単位が区分されることができる。サブバンドは、少なくとも一つの副搬送波を含み、広域バンドは、少なくとも一つのサブバンドを含むことができる。ベストバンドは、受信機におけるチャネル測定によってチャネル状態の良いバンドを意味する。コードブック基盤のプリコーディングでは定義されたＰＭＩが帰還され、ＰＭＩが適用される範囲によってＷＢ ＰＭＩ、ＳＢ ＰＭＩ、ＢＢ ＰＭＩに定義されることができる。定義されたプリコーディング行列のうち一定帯域のリソースの平均処理率（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）を最大化することができるＰＭＩが選択される。プリコーディング加重値は、適用される範囲が狭いほどさらに良い性能を示す。

連続された１２個の副搬送波をリソースブロック（ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｂｌｏｃｋ）といい、システム帯域幅とサブバンドは、リソースブロックを基本単位として表現されることができる。表３は、システム帯域幅とサブバンドを、リソースブロックを基本単位として表現した一例である。

広域バンド（ＷＢ）は、システム帯域幅に定義されることができ、ＣＱＩを計算する最も大きい単位に定められることができる。サブバンドは、連続されたｋ個のリソースブロックに定義されることができ、ＣＱＩを計算する最小単位に定められることができる。ベストバンドの数は、システム帯域幅によって異に決定されることができる。

システム帯域幅によって互いに異なるサブバンド大きさが定義されることができる。ＣＱＩ計算範囲とＰＭＩ適用範囲は、同一大きさの値が使われることができる。２４リソースブロックをシステム帯域幅として有するシステムを例え、ＣＱＩ計算及びＰＭＩ適用方法に対して説明する。

（１）ＷＢ ＣＱＩ／ＷＢ ＰＭＩを送信する場合、受信機は、２４リソースブロックの平均的な処理量（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）を最大化することができるＰＭＩを選択し、選択されたＰＭＩを適用して２４リソースブロックの平均的なＣＱＩを計算する。受信機は、一つのＷＢ ＣＱＩ及び一つのＷＢ ＰＭＩを求めることができる。

（２）ＳＢ ＣＱＩ／ＳＢ ＰＭＩを送信する場合、受信機は２リソースブロックからなるサブバンドに対するＰＭＩを選択して平均ＣＱＩを計算する。受信機は、１２個のＳＢ ＣＱＩと１２個のＳＢ ＰＭＩを求めることができる。

（３）ＳＢ ＣＱＩ／ＷＢ ＰＭＩを送信する場合、受信機は、２４リソースブロックの平均的な処理量を最大化することができるＰＭＩを選択し、このＰＭＩを用いて各２リソースブロック単位に平均ＣＱＩを計算する（１２ＣＱＩｓ／１ＰＭＩ）。受信機は、１２個のＳＢ ＣＱＩと一つのＷＢ ＰＭＩを求めることができる。

（４）ＷＢ ＣＱＩ／ＳＢ ＰＭＩを送信する場合、受信機は、２リソースブロック単位にＰＭＩを選択し、選択されたＰＭＩを適用して２４リソースブロックの平均ＣＱＩを計算する。受信機は、一つのＷＢ ＣＱＩと１２個のＳＢ ＰＭＩを求めることができる。

（５）Ｂｅｓｔ Ｍ ａｖｅｒａｇｅ ＣＱＩ／ＰＭＩ及びＷＢ ＣＱＩ／ＰＭＩを送信する場合、受信機は、２リソースブロック単位のサブバンドのうち処理量が最も高い３個のサブバンドを選択し、ベストバンド（２×３＝６ＲＢ）のためのＰＭＩを選択し、ベストバンドの平均ＣＱＩを計算し、全帯域２４リソースブロックに対するＰＭＩを選択してＣＱＩを計算する。

＜機会的ビーム形成＞

チャネル状況が略最高点にあるユーザにリソースを割り当てるスケジューリングを考慮する時、各ユーザのチャネルが変化の遅い静的であるチャネル状況の場合、多重ユーザダイバーシティ利得（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｇａｉｎ）が少なくなる。このような静的であるチャネル状況を空間的な信号処理を介してチャネル状況の変化をより速くて大きくすることによって多重ユーザ利得を高める技法を機会的ビーム形成（ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｓｔｉｃ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）技法という。機会的ビーム形成技法を適用すると、基地局は、各アンテナに不規則な形態の大きさと位相を有するプリコーディング加重値を使用することによって、不規則な方向にビームを形成するような効果を得ることができる。これによって、各ユーザのチャネル状況をより力動的に変えるようになる。従って、チャネルが遅く変化するチャネル状況で機会的ビーム形成技法を使用すると同時にスケジューリング技法を使用すると、より大きい多重ユーザダイバーシティ利得を得ることができる。また、ＯＦＤＭＡシステムでは周波数リソース別に互いに異なるプリコーディング加重値を適用することができ、周波数均一チャネル（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｆｌａｔ ｃｈａｎｎｅｌ）を周波数選択的チャネル（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃｈａｎｎｅｌ）に作ることによってスケジューリング利得を得ることができる。ＯＦＤＭＡシステムにおける周波数リソースにはサブブロック（ｓｕｂｂｌｏｃｋ）、リソースブロック（ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｂｌｏｃｋ）、副搬送波（ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ）などがある。

コードブック基盤のプリコーディング技法は、予め決定されたプリコーディング行列のうちチャネル状況と最も類似するプリコーディング行列を選択してＰＭＩを報告する方式であり、帰還データによるオーバーヘッドを減らすことができるという長所があるが、コードブックは、空間チャネルを代表することができるコードブックセットの組合せで構成されるため、送信アンテナの数が増加するほど、より多くのコードブックセットの組合せでコードブックを構成しなければならない。送信アンテナ数の増加によってコードブック設計に難しさが発生され、コードブックの大きさが増加することによって帰還データのオーバーヘッドが増加することができる。

以下、既存に定義されたコードブックを活用したコードブック基盤のプリコーディング技法を、拡張される送信アンテナに対して適用する方法に対して説明する。

図４は、本発明の一実施例に係るアンテナクラスタリング（ａｎｔｅｎｎａ ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ）を示す。

図４を参照すると、コードブック基盤のプリコーディング技法を拡張される送信アンテナに対して適用するために、アンテナクラスタリング（ａｎｔｅｎｎａ ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ）及びチャネル従属的プリコーディング（ｃｈａｎｎｅｌ ｄｅｐｅｎｄａｎｔ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）を用いる。拡張されたアンテナを有する送信機のコードブック基盤のプリコーディングのために、プリコーディング加重値を構成する時、プリコーディング加重値の一部は、既存のコードブックを用いたチャネル従属的プリコーディングを適用し、残りも既存のコードブックを用いたチャネル従属的プリコーディングを適用する。

＜アンテナクラスタリング及びチャネル従属的プリコーディング＞

アンテナクラスタリングは、Ｐ個の送信アンテナをＮ個ずつグループ化してＺ個のアンテナクラスタ（ａｎｔｅｎｎａ ｃｌｕｓｔｅｒ）を構成するものである（Ｐ、Ｎ、Ｚ＞０の整数）。各アンテナクラスタにはチャネル従属的プリコーディングが適用されることができる。例えば、図示した通り、８Ｔｘ送信で４個のアンテナをグループ化して２個のアンテナクラスタを構成することができる。２個のアンテナクラスタの各々にはチャネル従属的プリコーディングが適用されることができる。

Ｎ個アンテナを有するアンテナクラスタは、１〜Ｎランクをサポートすることができ、各アンテナクラスタでは、ランク１〜Ｎのコードブックを使用して最大処理量を示すＰＭＩが選択されて使われることができる。

数式９は、Ｐ_ｚ個の送信アンテナを有するｚ番目のアンテナクラスタで大きさがＶ_ｚである階層を有するプリコーディング加重値Ｗ_ｚ（ｉ）を含むプリコーディング加重値行列を示す。

ここで、Ｗ_ｚ（ｉ）は、ｚ番目のアンテナクラスタに対するプリコーディング加重値Ｐ_ｚ×Ｖ_ｚであり、Ｐ_ｚは、ｚ番目のアンテナクラスタに対する送信アンテナ数、Ｖ_ｚは、ｚ番目のアンテナクラスタに対する階層数、Ｗ（ｉ）は、送信アンテナに対するプリコーディング加重値Ｐ×Ｖ行列、Ｐは、全体送信アンテナ数、Ｖは、全体階層であり、
は、階層当たり変調シンボル数を示す。各アンテナクラスタに対するプリコーディング加重値は、既存システムで予め定義されているプリコーディング行列である。例えば、各アンテナクラスタに対するプリコーディング加重値は、４Ｔｘシステムで定義されている４Ｔｘまたは２Ｔｘ送信のためのコードブックのプリコーディング行列である。

Ｐ_ｚ個の送信アンテナを有するｚ番目のアンテナクラスタで大きさＶ_ｚである階層を有するプリコーディング加重値Ｗ_ｚ（ｉ）を選択した場合、Ｗ_ｚ（ｉ）は、Ｐ_ｚ×Ｖ_ｚ大きさの行列となる。各アンテナクラスタで互いに異なるランクの送信が可能にするためにアンテナクラスタのプリコーディング加重値行列は、ブロックダイアゴナル（ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｏｎａｌ）形態で構成される。従って、送信機で使われるプリコーディング加重値行列は、斜線形態で構成されたＰ×Ｖ大きさの行列となることができる。ブロックダイアゴナル形態の行列は、０でない要素が（１，１）、（２，２）、（３，３）．．．（ｍ，ｎ）または（１，ｎ）、（２，ｎ−１）、（３，ｎ−２）．．．（ｍ，１）のように構成され、残りの位置には０の要素で構成される行列を意味する（ここで、ｍは行の位置、ｎは列の位置を示す、ｍ，ｎ＞０の整数）。

数式１０は、アンテナクラスタで生成される信号を示す。

ｚ番目のアンテナクラスタのＶ_ｚ階層を有する信号Ｘ_ｚ（ｉ）は、プリコーダに入力され、プリコーダは、ｐ番目のアンテナポートにマッピングされるｙ^Ｐ（ｉ）を生成する。ｙ^Ｐ（ｉ）は、ベクトル列Ｙ（ｉ）で表示されることができる。

２個のアンテナクラスタに対するプリコーディング加重値行列Ｗ（ｉ）は、数式１１のように示すことができる。

例えば、８Ｔｘ送信で４個のアンテナをグループ化して２個のアンテナクラスタを有するシステムを仮定すると、第１のアンテナクラスタ及び第２のアンテナクラスタで使われるプリコーディング加重値は、ランク１〜４の送信が可能である。アンテナクラスタのランク組合せは、（１，１）、（１，２）、（１，３）、（１，４）、（２，１）、（２，２）、（２，３）、（２，４）、（３，１）、（３，２）、（３，３）、（３，４）、（４，１）、（４，２）、（４，３）、（４，４）となることができる。二つのアンテナクラスタで互いに異なるランク送信を実行するためには斜線（ｄｉａｇｏｎａｌ）形態のプリコーディング加重値行列が適切である。

数式１２は、プリコーディング加重値行列にＣＤＤ（ｃｙｃｌｉｃ ｄｅｌａｙ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）のための斜線行列Ｄ（ｋｉ）が適用された場合を示す。

ここで、
であり、ｋ_ｉは、複素値（ｃｏｍｐｌｅｘ ｖａｌｕｅｄ）シンボルｙ（ｉ）がマッピングされるリソース要素の周波数領域インデックスである。位相θ_ｐは、周波数インデックスｋ_ｉと送信アンテナインデックスｐが増加することによって増加され、遅延値δは、表４のように定義されることができる。

ここで、ηは、システム帯域幅のＦＦＴ大きさと同一値を使用してもよく、システム帯域幅と関係なしに５個の値のうち一つを固定的に使用してもよい。

ダイバーシティ斜線行列Ｄ（ｉ）は、各アンテナクラスタのために定義されるＤ_ｚ（ｉ）の組合せで示すことができ、これは数式１３のように示すことができる。

ここで、
である。

広い遅延ＣＤＤを用いたプリコーディングＳＭ（ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）技法として、各アンテナクラスタのための遅延斜線行列（ｄｅｌａｙ ｄｉａｇｏｎａｌ ｍａｔｒｉｘ）Ｄ_ｚ（ｉ）とＤＦＴ単一行列（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｕｎｉｔａｒｙ ｍａｔｒｉｘ）Ｕ_ｚが定義されることができる。

数式１４は、プリコーディング加重値行列にＤＦＴ単一行列Ｕ_ｚが適用される場合を示す。

Ｖ_ｚは、ｚ番目のアンテナクラスタの階層数であり、Ｄ_ｚ（ｉ）とＵ_ｚの大きさは、ｚ番目のアンテナクラスタの階層数Ｖ_ｚによって決定されることができる。ｚ番目のアンテナクラスタのプリコーディング行列Ｗ_ｚ（ｉ）は、周波数インデックスによって循環的に選択されることができる。

遅延斜線行列Ｄ（ｉ）と単一ＤＦＴ行列Ｕの大きさは、アンテナクラスタから送信される階層和により決定されることができ、これは数式１５のように示すことができる。

Ｖは、全体階層数であり、プリコーディング行列Ｗ_ｚ（ｉ）は、数式１４のように周波数インデックスによって循環的に選択されることができる。

アンテナクラスタがマッピングされる物理アンテナは、アンテナスイッチング行列（ａｎｔｅｎｎａ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ）を使用して選択されることができる。これは数式１６のように示すことができる。

ここで、Ａはアンテナスイッチング行列Ｐ×Ｐであり、Ｗ（ｉ）はプリコーディング行列Ｐ×Ｖである。

アンテナスイッチング行列は、Ｐ！種類の行列を作ることができる。例えば、８Ｔｘ有するシステムを仮定すると、プリコーディング加重値が物理アンテナにマッピングされるようにするアンテナスイッチング行列の種類は８！となることができる。

数式１７は、プリコーディング加重値がマッピングされる物理アンテナスイッチング行列Ａ_０〜Ａ_３の一例を示す。

物理アンテナスイッチング行列Ａ_０〜Ａ_３は、プリコーディングがマッピングされる物理アンテナを示し、これによってマッピングされる物理アンテナの番号は、表５のように示すことができる。

Ａ_０の場合、アンテナクラスタ＃１は、１、２、３、４番目のアンテナにマッピングされ、アンテナクラスタ＃２は、５、６、７、８番目のアンテナにマッピングされる。Ａ_１の場合、アンテナクラスタ＃１は、１、３、５、７番目のアンテナにマッピングされ、アンテナクラスタ＃２は、２、４、６、８番目のアンテナにマッピングされる。Ａ_２とＡ_３は、各々、Ａ_０とＡ_１の交換（ｓｗａｐｐｉｎｇ）関係である。

数式１２、１３、及び１６を結合して表せば、数式１８のように表現される。

全体Ｐ個のアンテナのうちクラスタリングされるアンテナの位置は、行列Ａにより決定される。

数式１４、１５、及び１６を結合して表せば、数式１９のように表現される。

全体Ｐ個のアンテナのうちクラスタリングされるアンテナの位置は、行列Ａにより決定される。

数式２０は、ランク１送信で各アンテナクラスタのデータを示す。

ランク１送信における全てのアンテナクラスタの階層数は１であり、同一データが送信される。帰還データとしては、Ｚ個アンテナクラスタのためのＺ個のＰＭＩと１個のＣＱＩが要求される。

数式２１は、８Ｔｘ送信で４Ｔｘアンテナを有する２個のアンテナクラスタにプリコーディング加重値が適用されたデータの例を示す。

８Ｔｘ送信で４Ｔｘを有する２個のアンテナクラスタを考慮する時、各アンテナクラスタのためのＰＭＩは、アンテナクラスタ別に選択され、二つのＰＭＩは、８Ｔｘランク１送信の処理量を最大化することができる加重値が選択される。処理量は、ＳＮＲに基づいて計算されることができ、ＳＮＲは、数式２２のように求めることができる。

この時、アンテナクラスタの階層数が同一である時、プリコーディング加重値行列は、次の数式のように示すことができる。

ａ、ｂ、ｃ、及びｄは、プリコーディング加重値行列を多様に構成するための加重値定数である。加重値定数は、任意の複素スカラー（ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｃａｌａｒ）値となることができる。プリコーディング演算を簡単にするために、加重値定数は制限されて使われることができる。定められた加重値定数によりコードブックが構成されることができる。例えば、加重値定数は、ＱＰＳＫの±１、±ｊまたは８ＰＳＫの
となることができる。これによって、最終的に、コードブックＷ（ｉ）は、ＱＰＳＫまたは８ＰＳＫの加重値定数で構成されることができる。Ｗ（ｉ）は、
のように構成されることができる。加重値定数は、電力正常化（ｐｏｗｅｒ ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）されるように値が調節されることができる。

プリコーディング加重値行列のうち一部は、同一に構成されることができる。例えば、Ｗ_０（ｉ）＝Ｗ_１（ｉ）、Ｗ_２（ｉ）＝Ｗ_３（ｉ）で構成されたり、或いは、Ｗ_０（ｉ）＝Ｗ_２（ｉ）、Ｗ_１（ｉ）＝Ｗ_３（ｉ）で構成されることができる。

数式２４は、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝１、ｄ＝−１であり、Ｗ_０（ｉ）＝Ｗ_１（ｉ）、Ｗ_２（ｉ）＝Ｗ_３（ｉ）である時のプリコーディング加重値行列を示す。

数式２５は、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝１、ｄ＝−１であり、Ｗ_０（ｉ）＝Ｗ_２（ｉ）、Ｗ_１（ｉ）＝Ｗ_３（ｉ）である時のプリコーディング加重値行列を示す。

数式２６は、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝ｊ、ｄ＝−ｊであり、Ｗ_０（ｉ）＝Ｗ_１（ｉ）、Ｗ_２（ｉ）＝Ｗ_３（ｉ）である時のプリコーディング加重値行列を示す。

数式２７は、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝ｊ、ｄ＝−ｊであり、Ｗ_０（ｉ）＝Ｗ_２（ｉ）、Ｗ_１（ｉ）＝Ｗ_３（ｉ）である時のプリコーディング加重値行列を示す。

数式２８は、ａ＝１、ｂ＝ｊ、ｃ＝１、ｄ＝−ｊであり、Ｗ_０（ｉ）＝Ｗ_１（ｉ）、Ｗ_２（ｉ）＝Ｗ_３（ｉ）である時のプリコーディング加重値行列を示す。

数式２９は、ａ＝１、ｂ＝ｊ、ｃ＝１、ｄ＝−ｊであり、Ｗ_０（ｉ）＝Ｗ_２（ｉ）、Ｗ_１（ｉ）＝Ｗ_３（ｉ）である時のプリコーディング加重値行列を示す。

一部プリコーディング加重値行列は、複素共役（ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｊｕｇａｔｅ）されることができる。数式３０〜３３は、複素共役されたプリコーディング加重値行列の例を示す。

複素共役されたプリコーディング加重値行列にはＣＤＤのための斜線行列Ｄ（ｉ）またはＤＦＴ単一行列Ｕ（ｉ）が適用されることができる。数式３４〜３６は，プリコーディング加重値行列に斜線行列Ｄ（ｉ）が適用された例を示す。

数式３７は、プリコーディング加重値行列にＤＦＴ単一行列が適用された例を示す。

Ｗ_２（ｉ）は、任意の単一行列である。

数式３８は、プリコーディング加重値行列に斜線行列Ｄ（ｉ）及びＤＦＴ単一行列Ｕ（ｉ）が適用された例を示す。

プリコーディング加重値行列及び任意の単一行列は、数式３９のように示すことができる。

プリコーディング加重値行列は、数式４０のように表現されることができる。

複素スカラー値の加重値定数が適用されると、プリコーディング加重値行列は、数式４１のように表現されることができる。プリコーディング演算を簡単にするために、加重値定数は制限されて表現されることができる。

Ｗ_１（ｉ）は、Ｗ_０（ｉ）で強制されることができ、これによってプリコーディング加重値行列は、数式４２のように表現されることができる。

ａ＝１、ｂ＝１であり、Ｗ_０（ｉ）＝Ｗ_１（ｉ）であると、プリコーディング加重値行列は、数式４３のように表現されることができる。

ａ＝１、ｂ＝−１であり、Ｗ_０（ｉ）＝Ｗ_１（ｉ）であると、プリコーディング加重値行列は、数式４４のように表現されることができる。

ａ＝１、ｂ＝ｊであり、Ｗ_０（ｉ）＝Ｗ_１（ｉ）であると、プリコーディング加重値行列は、数式４５のように表現されることができる。

ａ＝１、ｂ＝−ｊであり、Ｗ_０（ｉ）＝Ｗ_１（ｉ）であると、プリコーディング加重値行列は、数式４６のように表現されることができる。

プリコーディング加重値行列及び任意の単一行列は、数式４７のように示すことができる。

数式２４〜４７で、Ｗ_０（ｉ）及びＷ_１（ｉ）は、Ｗ_０（ｉ）＝Ｗ_１（ｉ）で強制されることができ、これによって、帰還情報としてＷ_０（ｉ）またはＷ_１（ｉ）を指示する指示子が使われることができる。この時、数式３９のプリコーディング加重値行列は、数式４８のように表現されることができる。

以上のように、既存のコードブックを活用して発展されたシステムの拡張された多重アンテナをサポートすることができるため、システムの複雑度を減らすことができる。また、拡張された多重アンテナをサポートすることができない既存システムの端末に対して既存のコードブックをそのまま使用することができ、既存システムに対する下位互換性（ｂａｃｋｗａｒｄ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を保障することができる。端末は、多重アンテナシステムで動作し、基地局の複数個の送信アンテナチャネルを推定し、推定されたチャネルから互いに異なる複数個のアンテナを含む第１のクラスタ及び第２のクラスタに対するチャネル従属的プリコーディング行列またはＰＭＩを基地局に帰還し、帰還されたプリコーディング行列またはＰＭＩから誘導されたり、或いは直接使用されるプリコーディング加重値を用いてプリコーディングされて送信されるデータを受信することができる。

前述した全ての機能は、前記機能を実行するようにコーディングされたソフトウェアやプログラムコードなどによるマイクロプロセッサ、制御器、マイクロ制御器、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのようなプロセッサにより実行されることができる。前記コードの設計、開発、及び具現は、本発明の説明に基づいて当業者に自明であるといえる。

以上、本発明に対して実施例を参照して説明したが、該当技術分野の通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想及び領域から外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させて実施できることを理解することができる。従って、本発明は、前述した実施例に限定されず、特許請求の範囲内の全ての実施例を含む。

Claims (14)

1. 多重アンテナシステムにおいて信号を送信する方法であって、前記方法は、送信装置により実行され、
   前記方法は、
   第１のプリコーディング行列を含むコードブックに基づいて前記信号に対するプリコーディングを実行することと、
   無線リソースを使用して前記プリコーディングされた信号を送信することと
   を含み、
   前記第１のプリコーディング行列の各々は、対角行列及びユニタリ行列に分解され、前記対角行列は、第２のプリコーディング行列を対角成分として含み、
   前記ユニタリ行列は、
   の形態で定められる、方法。
2. 前記第１のプリコーディング行列は、第１の数のアンテナのためのものであり、前記第２のプリコーディング行列は、第２の数の行を有し、前記第１の数のアンテナは、アンテナクラスタに分けられ、前記アンテナクラスタのうち一つに属するアンテナの数は、前記第２の数に設定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の数は、前記第２の数よりも大きい、請求項２に記載の方法。
4. 前記ユニタリ行列は、加重因子を含み、前記加重因子は、アンテナの送信電力が正規化されるように決定される、請求項１に記載の方法。
5. 前記対角行列は、
   形態で定められ、
   は、前記第２のプリコーディング行列を示し、ｉは、前記第２のプリコーディング行列に対するインデックスを示す、請求項１に記載の方法。
6. 前記対角行列は、対角成分として第３のプリコーディング行列をさらに含み、前記対角行列は、
   形態で定められ、
   は、前記第２のプリコーディング行列を示し、
   は、前記第３のプリコーディング行列を示し、ｉは、前記第２のプリコーディング行列及び前記第３のプリコーディング行列に対するインデックスを示す、請求項１に記載の方法。
7. 前記無線リソースは、少なくとも一つのＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）シンボルを含む、請求項１に記載の方法。
8. 送信装置であって、
   前記送信装置は、
   第１のプリコーディング行列を含むコードブックに基づいて信号に対するプリコーディングを実行するプリコーダと、
   無線リソースを使用して前記プリコーディングされた信号を送信する送信装置と
   を備え、
   前記第１のプリコーディング行列の各々は、対角行列及びユニタリ行列に分解され、前記対角行列は、第２のプリコーディング行列を対角成分として含み、
   前記ユニタリ行列は、
   の形態で定められる、送信装置。
9. 前記第１のプリコーディング行列は、第１の数のアンテナのためのものであり、前記第２のプリコーディング行列は、第２の数の行を有し、前記第１の数のアンテナは、アンテナクラスタに分けられ、前記アンテナクラスタのうち一つに属するアンテナの数は、前記第２の数に設定される、請求項８に記載の送信装置。
10. 前記第１の数は、前記第２の数よりも大きい、請求項９に記載の送信装置。
11. 前記ユニタリ行列は、加重因子を含み、前記加重因子は、アンテナの送信電力が正規化されるように決定される、請求項８に記載の送信装置。
12. 前記対角行列は、
    形態で定められ、
    は、前記第２のプリコーディング行列を示し、ｉは、前記第２のプリコーディング行列に対するインデックスを示す、請求項８に記載の送信装置。
13. 前記対角行列は、対角成分として第３のプリコーディング行列をさらに含み、前記対角行列は、
    形態で定められ、
    は、前記第２のプリコーディング行列を示し、
    は、前記第３のプリコーディング行列を示し、ｉは、前記第２のプリコーディング行列及び前記第３のプリコーディング行列に対するインデックスを示す、請求項８に記載の送信装置。
14. 前記無線リソースは、少なくとも一つのＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）シンボルを含む、請求項８に記載の送信装置。