JP2013505606A - 前置符号化マトリクス・コードブックを生成するための方法および装置 - Google Patents

前置符号化マトリクス・コードブックを生成するための方法および装置 Download PDF

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Abstract

本発明は前置符号化マトリクス・コードブックを生成する方法および装置に関する。複数アンテナ通信システムにおいて使用される前置符号化マトリクス・コードブックを生成する方法は：ａ）L個の前置符号化マトリクスから構成される初期前置符号化マトリクス・コードブックを決定する段階と；ｂ）チャネル・セットを、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックの前置符号化マトリクスと一対一対応にあるL個のチャネル・グループに分割する段階と；ｃ）前記前置符号化マトリクス普遍セットから、チャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスを選択して、新しい前置符号化マトリクス・コードブックを形成する段階と；ｄ）前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じであるかどうかを判断する段階と；ｅ）前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じでない場合、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックを前記初期前置符号化マトリクス・コードブックとして採用し、段階ｂ）に戻って処理を進め、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じである場合、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックを、前記複数アンテナ通信システムにおいて使用されるべき前置符号化マトリクス・コードブックとして採用する、段階とを含む。

Description

本発明は概括的には複数アンテナ通信システムに、より詳細には、複数アンテナ通信システムにおいて使われる前置符号化マトリクス（precoding matrix）・コードブックを生成するための方法および装置ならびに前置符号化マトリクス・コードブックを生成するための前記方法を使う複数アンテナ通信システム、送信機および受信機に関する。
近年まで、無線通信システムは急速に開発されてきた。当初の第二世代（2G）移動体通信システム、すなわちグローバル移動体通信システム（GSM(登録商標): Global System for Mobile Communications）は絶えず進化を続けてきており、汎用パケット無線サービス（GPRS: general radio packet service）や向上データレートGSMエボリューション（EDGE: enhanced data rate GSM evolution）のような技術を生み、大幅にシステムのデータ伝送機能を向上させている。たとえば広帯域符号分割多重アクセス（WCDMA: wideband code division multiple access）およびCDMA2000のような技術において具現される、より高い伝送レートをもつ第三世代（3G）移動体通信システムも、世界中の多くの国および地域において商業用途のために展開されており、開始されている。セルラー通信技術の開発と同時に、無線ローカル・エリア・ネットワーク（WLAN: wireless local area network）およびマイクロ波アクセス用世界規模相互運用性（WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access）技術のような他の無線アクセス技術も急速に開発されてきた。さらに、IEEE802.16m技術、第三世代パートナーシップ・プロジェクトのロング・ターム・エボリューション（3GPP LTE: 3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution）および第四世代（4G）移動体通信システムを指向する発展型の第三世代パートナーシップ・プロジェクトのロング・ターム・エボリューション（3GPP LTE_advance）といったプロジェクトも開始されており、研究開発の段階にはいっている。
複数入力複数出力複数アンテナ通信システムは、データ・ストリームの並列伝送をサポートでき、したがって、システムのスループットを大幅に向上させることができ、よって、学術的研究および実用において多くの注意が払われてきた技術となっている。一般的な状況のもとでは、複数アンテナ伝送における並列のデータ・ストリームはまず、独立した前方誤り訂正符号化を実行され、復号化され符号語が次いで一つまたは複数の伝送層〔トランスミッション・レイヤー〕にマッピングされる。符号語が複数の伝送層にマッピングされるとき、エンコーダからのシリアル・データ出力はシリアルからパラレルへの変換をされて、対応する複数層にされる。一つの伝送において、システムによってサポートされるすべての伝送層の数は、この伝送のランク〔階数〕とも称される。
一般に、複数アンテナ通信システムの伝送によってサポートされる層の数または階数は、複数アンテナ通信システムの物理的なアンテナの数以下である。各層のデータを各物理的アンテナに対するデータに変換するプロセスは、信号の前置符号化（precoding）プロセスと呼ばれる。具体的には、各層のデータを線形演算によって各物理的アンテナに対するデータに変換するプロセスは、信号の線形前置符号化（precoding）プロセスと呼ばれる。LTEシステムおよびWiMAXシステムのような現在利用可能な無線通信システムでは、システムにとって前もって所定数の前置符号化マトリクスを設計することが必要である。システムの計算上の複雑さおよび信号伝達制御の複雑さのためである。前置符号化マトリクスのセットは前置符号化マトリクス・コードブックと称され、前置符号化マトリクスの数は前置符号化マトリクス・コードブックのサイズと称される。明らかに、前置符号化マトリクス・コードブックのサイズおよび前置符号化マトリクス・コードブックの要素は、システムの相互情報およびスループットのようなパフォーマンス指標に直接影響する。
従来技術では、前置符号化マトリクス・コードブックは通信規格の一部として固定されている。換言すれば、同じ通信規格を採用する種々の無線通信装置が同じ前置符号化マトリクス・コードブックをもつ。しかしながら、固定した前置符号化マトリクス・コードブックはある種の環境のもとでは通信装置にとって必ずしも好適ではなく、通信装置は独自の前置符号化マトリクス・コードブックを生成することができない。したがって、現在利用可能な前置符号化マトリクス・コードブックからどのようにしてよりよい前置符号化マトリクス・コードブックを生成するかは未解決の課題となっている。
同様に、前置符号化マトリクス・コードブックがないときに、高いシステム・パフォーマンス指標をもつ前置符号化マトリクス・コードブックをいかにして迅速に生成するかも、緊急の解決策を今必要とする問題となる。
本発明の参考文献を以下に示す。これらの文献はあたかも本願の詳細な説明に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。
欧州特許出願公開EP1919097A1、名称「Codebook generator, codebook and method for generating update matrices to be used in a precoding scheme with MIMO transmission」 米国特許出願公開US2008080449A1、名称「Generalized codebook design method for limited feedback systems」 米国特許出願公開US2008165876A1、名称「APPARATUS FOR GENERATING PRECODING CODEBOOK FOR MIMO SYSTEM AND METHOD USING THE APPARATUS」 米国特許出願公開US2008292013A1、名称「NESTED PRECODING CODEBOOK STRUCTURES FOR MIMO SYSTEMS」 米国特許出願公開US2008303699A1、名称「MIMO wireless precoding system robust to power imbalance」 米国特許出願公開US2008316910A1、名称「Complex vector quantization codebook for use in downlink multi-user MIMO mobile broadcast systems」 米国特許出願公開US2009006518A1、名称「Simple MIMO precoding codebook design for a MIMO wireless communications system」 国際公開WO2008086239A1、名称「PRECODING CODEBOOK FOR MIMO SYSTEMS」 国際公開WO2008097035A1、名称「CODEBOOK GENERATING METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING A CODEBOOK FOR MULTI-POLARIZED MULTIPLE-INPUT MULTIPLE-OUTPUT (MIMO) SYSTEMS」 国際公開WO2008137523A1、名称「A CODEBOOK METHOD FOR MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT WIRELESS SYSTEM」
本発明の一つの目的は、複数アンテナ通信システムにおいて使用される前置符号化マトリクス・コードブックを生成する方法であって、初期前置符号化マトリクス・コードブックから、よりよいシステム・パフォーマンス指標をもつ新しい前置符号化マトリクス・コードブックを生成することができるものを提供することである。
本発明のもう一つの目的は、前置符号化マトリクス・コードブックを生成する装置であって、初期前置符号化マトリクス・コードブックから、よりよいシステム・パフォーマンス指標をもつ新しい前置符号化マトリクス・コードブックを生成することができるものを提供することである。
本発明のさらにもう一つの目的は、前置符号化マトリクスを生成できる複数アンテナ通信システム、送信機および受信機を提供することである。
上述したおよびその他の追加的な目的を達成するため、本願は以下の諸側面を提供する。
本発明のある側面によれば、複数アンテナ通信システムにおいて使用される前置符号化マトリクス・コードブックを生成する方法であって：
ａ）L個の前置符号化マトリクスから構成される初期前置符号化マトリクス・コードブックを決定する段階であって、Lは1より大きい整数であり、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックの各前置符号化マトリクスは、前記複数アンテナ通信システムの物理的アンテナの数および前記複数アンテナ通信システムによってサポートされる階数の数から生成され、M個の前置符号化マトリクスを含む前置符号化マトリクス普遍〔ユニバーサル〕セットから選択され、Mは1より大きい整数であり、L＜Mである、段階と；
ｂ）チャネル・セットを、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックの前置符号化マトリクスと一対一対応にあるL個のチャネル・グループに分割する段階であって、前記チャネル・セットはN個のチャネル・インスタンスから構成され、前記複数アンテナ通信システムのチャネル統計特性を反映することができ、Nは1より大きい整数である、段階と；
ｃ）前記前置符号化マトリクス普遍セットから、各チャネル・グループについて、そのチャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスを選択して、新しい前置符号化マトリクス・コードブックを形成する段階と；
ｄ）前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じであるかどうかを判断する段階と；
ｅ）前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じでない場合、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックを前記初期前置符号化マトリクス・コードブックとして採用し、段階ｂ）に戻って処理を進め、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じである場合、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックを、前記複数アンテナ通信システムにおいて使用されるべき前置符号化マトリクス・コードブックとして採用する、段階とを含む、
方法が提供される。
本発明のもう一つの側面によれば、複数アンテナ通信システムにおいて使用される前置符号化マトリクス・コードブックを生成する装置であって：
L個の前置符号化マトリクスから構成される初期前置符号化マトリクス・コードブックを決定する初期前置符号化マトリクス・コードブック決定ユニットであって、Lは1より大きい整数であり、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックの各前置符号化マトリクスは、前記複数アンテナ通信システムの物理的アンテナの数および前記複数アンテナ通信システムによってサポートされる階数の数から生成され、M個の前置符号化マトリクスを含む前置符号化マトリクス普遍セットから選択され、Mは1より大きい整数であり、L＜Mである、ユニットと；
チャネル・セットを、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックの前置符号化マトリクスと一対一対応にあるL個のチャネル・グループに分割するチャネル・グループ分けユニットであって、前記チャネル・セットはN個のチャネル・インスタンスから構成され、前記複数アンテナ通信システムのチャネル統計特性を反映することができ、Nは1より大きい整数である、ユニットと；
前記前置符号化マトリクス普遍セットから、そのチャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスを選択して、新しい前置符号化マトリクス・コードブックを形成する新前置符号化マトリクス・コードブック生成ユニットと；
前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じであるかどうかを判断し；前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じである場合、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックを、前記複数アンテナ通信システムにおいて使用されるべき前置符号化マトリクス・コードブックとして出力し；他方、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じでない場合、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックを前記初期前置符号化マトリクス・コードブックとして採用し、前記チャネル・セットを分割し直すよう前記チャネル・グループ分けユニットを制御し、新しい前置符号化マトリクス・コードブックを生成し直すよう前記新前置符号化マトリクス・コードブック生成ユニットを制御することを、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックと前記初期前置符号化マトリクス・コードブックが同じになるまで行う、制御ユニットとを有する、
装置が提供される。
本発明のさらにもう一つの側面によれば、上述した方法を使うことによって前置符号化マトリクス・コードブックを生成する複数アンテナ通信システムが提供される。
本発明のさらにもう一つの側面によれば、上述した方法を使うことによって前置符号化マトリクス・コードブックを生成する、複数アンテナ通信システムにおける送信機が提供される。
本発明のさらにもう一つの側面によれば、上述した方法を使うことによって前置符号化マトリクス・コードブックを生成し、生成された前置符号化マトリクス・コードブックを送信機に送信し、それによりその前置符号化マトリクス・コードブックが両者の間の通信において使われるようにする、複数アンテナ通信システムにおける受信機が提供される。
本発明のさらにもう一つの側面によれば、機械可読プログラム・コードを含む記憶媒体であって、前記プログラム・コードは、複数アンテナ通信システムまたは情報処理システムにおいて実行されたときに、前記複数アンテナ通信システムまたは前記情報処理システムが上述した方法を実施できるようにする、記憶媒体が提供される。
本発明のさらにもう一つの側面によれば、機械実行可能コマンドを含むプログラム・プロダクトであって、前記コマンドは、複数アンテナ通信システムまたは情報処理システムにおいて実行されたときに、前記複数アンテナ通信システムまたは前記情報処理システムが上述した方法を実施できるようにする、プログラム・プロダクトが提供される。
本発明に基づく方法および装置は、初期前置符号化マトリクス・コードブックから、よりよいシステム・パフォーマンス指標をもつ新しい前置符号化マトリクス・コードブックを生成でき、それにより、システム・パフォーマンス指標を向上させることができる。
本発明の好ましい実施形態が、付属の図面を参照して下記でより詳細に記載される。それにより、本発明のこれらおよびその他の利点が一層明白となるであろう。
本発明の実施形態に基づく前置符号化マトリクス・コードブックを生成する方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に基づく、チャネル・セットをL個のチャネル・グループに分割する方法を示すフローチャートである。 QPSK変調の際に、Max-Log-MAP復号方法を使っての、信号対雑音比（SNR: signal-to-noise ratio）と相互情報（MI: mutual information）の間の関係の表である。 QAM16変調の際に、Max-Log-MAP復号方法を使っての、信号対雑音比（SNR）と相互情報（MI）の間の関係を例示的に示す表である。 QAM64変調の際に、Max-Log-MAP復号方法を使っての、信号対雑音比（SNR）と相互情報（MI）の間の関係を例示的に示す表である。 各符号変調方式のもとでのリンク・レベルの誤りブロック・レート（error block rate）・パフォーマンスを例示的に示す図である。 各符号変調方式のもとでのリンク・レベルのスループット・パフォーマンスを例示的に示す図である。 本発明に基づく、前置符号化マトリクス・コードブックを生成する例示的な装置を示すブロック図である。
本発明の例示的な実施形態について、付属の図面を参照しつつ、以下で述べる。簡明のため、本詳細な説明は実際の実施形態のあらゆる特徴を記述するわけではない。しかしながら、わかるはずだが、開発者の特定の目的の達成を容易にするよう、何らかの実際の実施形態に特有の多くの決定が、該実施形態を開発するプロセスの間に、なされる必要がある。特定の目的とは、たとえば、システムおよびサービスに関連する制約条件への準拠である。そうした制約条件はまた、実施形態における相違のために、異なってくることがありうる。さらに、わかるはずだが、開発作業は非常に複雑であり、時間がかかるかもしれないが、それは本発明の開示の恩恵を受ける当業者にとっては単に日常業務となる。
さらに、指摘しておくべきだが、無用な詳細によって本発明を埋没させるのを避けるため、図面では、本発明の解決策に密接に関係する装置の構造および／または処理ステップのみを示している。一方で、本発明に直接関係しない他の詳細は割愛している。
図１は、本発明の実施形態に基づく、複数アンテナ通信システムにおいて使うための前置符号化マトリクス・コードブックを生成する方法を示す例示的なフローチャートである。
ステップST１０２では、まず、L個の前置符号化マトリクスQlからなる初期前置符号化マトリクス・コードブックQが決定される。ここで、1≦l≦Lであり、Lは1より大きい整数であり、通例、初期前置符号化マトリクス・コードブックQのサイズと称される。初期前置符号化マトリクス・コードブックQ内の各前置符号化マトリクスは、前置符号化マトリクス普遍セットまたは複数アンテナ通信システムの既存の前置符号化マトリクス・コードブックからランダムに選択されてもよい。
複数アンテナ通信システムの前置符号化マトリクス普遍セットをどのようにして生成するかは本発明の発明的な本質ではないが、本発明の理解を容易にするために、まず簡単に、下記において、前置符号化マトリクス普遍セットをどのようにして生成するかを紹介しておく。
複数アンテナ通信システムの前置符号化マトリクス普遍セットは、複数アンテナ通信システムにおける物理的アンテナの数および複数アンテナ通信システムによってサポートされる伝送層の数に関係している。本発明では、前置符号化マトリクス普遍セットPはM個の前置符号化マトリクスPmを含み、1≦m≦MかつM＞Lであることが仮定される。
下記では、前置符号化マトリクス普遍セットPをどのようにして生成するかを説明するために、四アンテナ通信システム（すなわち、複数アンテナ通信システムにおける物理的アンテナの数が4）が例として取られる。
（１）複数アンテナ通信システムによってサポートされる伝送層の数が1である状況のもとで：
たとえば、次の離散フーリエ変換（DFT: discrete Fourier Transformation）行列(1)から、四つの前置符号化マトリクスを得ることができる。ここで、各前置符号化マトリクスがDFT行列の一つの列に対応する。
Figure 2013505606
あるいはまた、次のアダマール（Hadamard）行列(2)から、四つの前置符号化マトリクスを得ることができる。ここで、各前置符号化マトリクスがアダマール行列の一つの列に対応する。
Figure 2013505606
 より一般的には、次の前置符号化マトリクスの形[1;x;y;z]があってもよい。ここで、x,y,zはQPSK（quadrature phase shift keying［直交位相偏移符号化］）配位図〔コンステレーション〕点または8PSK（8 phase shift keying［８状態位相偏移符号化］）配位図点または16PSK配位図点またはより高次元のPSK配位図点である。
x,y,zがQPSK配位図点の場合、得られる前置符号化マトリクスすべての数は4×4×4＝64である。x,y,zが8PSK配位図点の場合、得られる前置符号化マトリクスすべての数は8×8×8＝512である。x,y,zが16PSK配位図点の場合、得られる前置符号化マトリクスすべての数は16×16×16＝4096である。
もちろん、層の数が1である前置符号化マトリクスの他の形もありうる。
複数アンテナ通信システムの要求によれば、上述した前置符号化マトリクスの一つ、複数または全体の形またはこれらの前置符号化マトリクスのパワー規格化したマトリクスを、物理的アンテナの数が4であり層の数が1である前置符号化マトリクス普遍セットPとして取ることができる。
（２）複数アンテナ通信システムによってサポートされる伝送層の数が2である状況のもとで：
たとえば、前述したDFT行列(1)から、六つの前置符号化マトリクスを得ることができる。ここで、各前置符号化マトリクスはDFT行列から選択される二つの列に対応する。
前述したアダマール行列(2)から、六つの前置符号化マトリクスを得ることができる。ここで、各前置符号化マトリクスがアダマール行列(2)から選択される二つの列に対応する。
より一般的には、次の前置符号化マトリクスの形p＝[1 1;x1 x2;y1 y2;z1 z2]があってもよい。ここで、x1 x2 y1 y2 z1 z2はQPSK配位図点または8PSK配位図点または16PSK配位図点またはより高次元のPSK配位図点であり、pはユニタリー行列である。すなわち、αをスカラー量として、pH×p＝αIとなる。
x1 x2 y1 y2 z1 z2がQPSK配位図点の場合、得られる前置符号化マトリクスすべての数は288である。x1 x2 y1 y2 z1 z2が8PSK配位図点の場合、得られる前置符号化マトリクスすべての数は5376である。x1 x2 y1 y2 z1 z2が16PSK配位図点の場合、得られる前置符号化マトリクスすべての数は92160である。
もちろん、層の数が2である前置符号化マトリクス普遍セットの他の形もありうる。
複数アンテナ通信システムの要求によれば、上述した前置符号化マトリクスの一つ、複数または全体の形またはこれらの前置符号化マトリクスのパワー規格化したマトリクスを、層の数が2である前置符号化マトリクス普遍セットPとして取ることができる。
層の数が3および4である状況は、上述したプロセスと同様であり、ここで繰り返し述べることはしない。
当業者にとって、二つの物理的アンテナをもつ２アンテナ通信システムまたは八つの物理的アンテナをもつ８アンテナ通信システムまたはさらに多くの物理的アンテナをもつ多アンテナ通信システムのような多のアンテナ構成について、上述した四つの物理的アンテナをもつ４アンテナ通信システムの方法と同様の方法によって対応する前置符号化マトリクス普遍セットPを得ることができる。
初期前置符号化マトリクス・コードブックQは、生成された前置符号化マトリクス普遍セットPからL個の前置符号化マトリクスをランダムに選択することによって決定できる。さらに、複数アンテナ通信システムにおいて使われる既存の前置符号化マトリクス・コードブックが、初期前置符号化マトリクス・コードブックQとして選択されることができる。
初期前置符号化マトリクス・コードブックQのサイズLに関し、いかにして初期前置符号化マトリクス・コードブックQのサイズLを決定するかは、複数アンテナ通信システムにおけるグローバル最適化のプロセスである。いかにして初期前置符号化マトリクス・コードブックQのサイズを決定するかは、本発明の発明的な本質ではない。よって、初期前置符号化マトリクス・コードブックQのサイズを決定するために、当業者は、任意の既存のまたは今後開発される方法を利用することが可能である。
本発明の以下の記述では、L＝16のようなサイズをもつ初期前置符号化マトリクス・コードブックQを例に取る。当業者にはわかるはずだが、本発明は、いかなるランダムなサイズをもつ初期前置符号化マトリクス・コードブックにも適用可能である。たとえば、LTE-Aシステムでは、上りリンク伝送の間、伝送層の数が1の場合は前置符号化マトリクス・コードブックのサイズは通例16であり、伝送層の数が2の場合は前置符号化マトリクス・コードブックのサイズは通例16であり、伝送層の数が3の場合は前置符号化マトリクス・コードブックのサイズは通例20である。
ここで図１に戻ると、ステップST１０２で初期前置符号化マトリクス・コードブックQが決定されたのち、プロセスはステップST１０４に進み、チャネル普遍セットH＝[H1,H2,H3,…,HN]が、初期前置符号化マトリクス・コードブックQ内の前置符号化マトリクスに一対一で対応するL個のチャネル・グループに分割される。チャネル・セットHは、N個のチャネル・インスタンスHn（チャネルとも称される）からなるチャネル集合であ、複数アンテナ通信システムのチャネル統計特性を反映することができる。Nは1より大きい整数である。
ステップST１０４はさまざまな方法によって実現されうる。一例として、以下では、図２を参照して、いかにしてチャネル普遍セットH＝[H1,H2,H3,…,HN]を、初期前置符号化マトリクス・コードブックQ内の前置符号化マトリクスに一対一で対応するL個のチャネル・グループに分割するかを説明する。
ステップST２０２では、まずチャネル・セットHが生成される。新しい前置符号化マトリクス・コードブックが、複数アンテナ通信システムによりよく生成されるよう、各分割前に常に新しいチャネル・セットHが生成される。もちろん、前置符号化マトリクス・コードブックを生成するプロセス全体の間、固定したチャネル・セットHを使うことも可能であり、固定したチャネル・セットHを使えば新しい前置符号化マトリクス・コードブックを生成するスピードを高めることができる。もちろん、当業者には、前置符号化マトリクス・コードブックが生成されるたびに同じチャネル・セットHを使うことさえ可能であることは理解されるはずである。
より具体的には、チャネル・セットHは、設計条件（独立レーリー・フェージング・チャネルのような）に従ってランダムに生成される。同時に、チャネルのランダム性のため、生成されるチャネル・セットHの要素の数Nは、チャネルの統計的特性を反映するのに十分大きくあるべきである。たとえば、Nは約1×105である。
チャネル普遍セットHについて、送信する四つのアンテナおよび受信する四つのアンテナをもつ複数アンテナ通信システムを例にとって、以下でより詳細に述べる。
たとえば、独立レーリー・フェージング・チャネルに関し、1≦n≦Nとして毎回生成されるチャネル・インスタンスHnは4×4行列であり、この行列の各要素は、複素ガウス分布に従い、互いに無関係である信号である。
たとえば、各送信アンテナと各受信アンテナの間の相関が考慮に入れられる場合、相関行列がRであるとする。すると、毎回生成されるチャネル・インスタンスはHn＝unvec(R1/2×vec(h))と表すことができる。ここで、hはランダムに生成されたレーリー・フェージング・チャネル・インスタンスであり、vec(h)は行列hの各列ベクトルを逐次的に配列して一次元の列ベクトルにし、unvec演算はvec演算の逆である。
もちろん、他の形のチャネルや他の統計的特性もあり、これらのすべてはその対応するチャネル生成方法をもつが、ここでそれらについて冗長に述べることはしない。
その後、ステップST２０４において、チャネル・セットH中の各チャネル・インスタンスHn（1≦n≦N）および初期前置符号化マトリクス・コードブックQ中の各前置符号化マトリクスQl（1≦l≦L）に関し、複数アンテナ通信システムがこのチャネル・インスタンスのもとで前置符号化マトリクスを使うときに、先験後の（post-priori）信号対雑音比ベクトルSNRpost,n,lが計算される。換言すれば、チャネル・セットHの各チャネル・インスタンスHn（1≦n≦N）に関し、初期前置符号化マトリクス・コードブックQ内の各前置符号化マトリクスQl（1≦l≦L）が対応する、複数アンテナ通信システムの先験後の信号対雑音比ベクトルSNRpost,n,lが計算される。この目的に向け、チャネル・セットHが初めてグループに分割されるときには、複数アンテナ通信システムの信号対雑音比（SNR）を決定することが必要である。複数アンテナ通信システムの信号対雑音比（SNR）をいかにして決定するかは、本発明の発明的な本質ではない。当業者にとって、実際的な要求に際し、いかなる既知の、利己的なまたは後日公開される方法を使うことによっても、複数アンテナ通信システムの信号対雑音比（SNR）を決定することが可能である。本発明では、複数アンテナ通信システムの規格化された雑音〔ノイズ〕電力〔パワー〕がσ2であるとする。先験後の信号対雑音比ベクトルSNRpost,n,lを計算するためのいくつかの例示的な方法を下記に与えておく。
たとえば、チャネル・インスタンスHn（1≦n≦N）および前置符号化マトリクスQl（1≦l≦L）に関し、
MMSE（minimum mean squared error［最小平均二乗誤差］）アルゴリズムが使われるとき、先験後の信号対雑音比ベクトルSNRpost,n,lは次のようになる。
Figure 2013505606
 ゼロ強制（ZR: zero forcing）アルゴリズムが使われるとき、先験後の信号対雑音比ベクトルSNRpost,n,lは次のようになる。
Figure 2013505606
 上記の両アルゴリズムにおいて、diagは対角線配列（diagonal array）関数であり、SNRpost,n,lは前置符号化マトリクスQlの列数（つまり、前置符号化マトリクスの階数の数）に等しい次元をもつ列ベクトルである。
もちろん、最尤復号のような他の復号方法もある。任意の復号方法が、復号された先験後の信号対雑音比ベクトルSNRpost,n,lに対応する。
すべての先験後の信号対雑音比ベクトルは、L行N列の行列に配置されてもよい。その各行は、各チャネル・インスタンスのもとでの複数アンテナ通信システムの初期前置符号化マトリクス・コードブックQのうちの一つの前置符号化マトリクスQlに対応する先験後の信号対雑音比ベクトルを表し、各列は、初期前置符号化マトリクス・コードブックQの各前置符号化マトリクスが使われるときの複数アンテナ通信システムの一つのチャネル・インスタンスに対応する先験後の信号対雑音比ベクトルを表す。この行列は全部でL×N個の要素をもつ。
むろん、先験後の信号対雑音比ベクトルを行列に配置することは絶対必要なわけではない。それらのベクトルを、たとえば任意の適正な態様で一次元配列に配置することも可能なのである。そのような一次元配列では、初期前置符号化マトリクス・コードブックQ中の最初の前置符号化マトリクスQ1に対応する各チャネル・インスタンスの先験後の信号対雑音比ベクトルがまず配置され、初期前置符号化マトリクス・コードブックQ中の二番目の前置符号化マトリクスQ2に対応する各チャネル・インスタンスの先験後の信号対雑音比ベクトルがその後配置され、初期前置符号化マトリクス・コードブックQ中のL前置符号化マトリクスQLに対応する各チャネル・インスタンスの先験後の信号対雑音比ベクトルが最後に配置されるまで、以下同様である。
ステップST２０４において先験後の信号対雑音比ベクトルが計算されたのち、ステップST２０６において、得られた先験後の信号対雑音比ベクトルに基づいて、システム・スループット、相互情報および誤りブロック・レートなどといった対応するシステム・パフォーマンス指標が生成される。種々の定義または種々のアルゴリズムに従って、種々のシステム・パフォーマンス指標（スループット、相互情報および誤りブロック・レートなどといった）が計算されうる。
例として、先験後の信号対雑音比ベクトルからシステム・パフォーマンス指標が得られるいくつかの方法を与えておく。
たとえば、シャノンの公式を使って、シャノン限界
C＝log2(1＋SNR) (5)
によって表されるシステム・スループットを得ることができる。
さらなる例として、複数アンテナ通信システムがQAM（quadrature amplitude modulation［直交振幅変調］）および最尤復号方法を使うとき、この変調方式に対応する相互情報は、数値を計算する方法によってまたはルックアップ・テーブルを探索する仕方によって得ることができる。
さらなる例として、複数アンテナ通信システムがQAMまたはQPSK変調およびMax-Log-Map復号方法を使うとき、変調の相互情報は、数値を計算する方法によってまたはルックアップ・テーブルを探索する仕方によって得ることができる。
図３は、QPSK変調およびMax-Log-MAP復号方法使用の際のSNRと相互情報（MI）の間の関係の表を例示的に示しており、図４および図５はそれぞれ、QAM16変調およびQAM64変調ならびにMax-Log-MAP復号方法使用の際のSNRとMIの間の関係の表を例示的に示している。
さらなる例として、システムの各符号変調方式（MCS: code modulating scheme）のリンク・レベルの誤りブロック・レート（BLER: error block rate）がわかっている状況のもとでは、リンク・レベルの誤りブロック・レートが直接使用できるが、システムの各符号変調方式（MCS）のリンク・レベルの誤りブロック・レート・パフォーマンスが、システムのその符号変調方式（MCS）のリンク・レベルのスループット・パフォーマンスに変換され、それによりルックアップ・テーブルを探索する方法を通じてシステムのスループットを得ることもできる。
図６は、各符号変調方式のもとでのリンク・レベルの誤りブロック・レート・パフォーマンスを例示的に示す図である。一方、図７は、各符号変調方式のもとでのリンク・レベルのスループット・パフォーマンスを例示的に示す図である。
もちろん、先験後の信号対雑音比ベクトルをシステム・スループット、相互情報または誤りブロック・レートのようなシステム・パフォーマンス指標として計算したりそのようなシステム・パフォーマンス指標にマッピングしたりする他のマッピングまたは計算方法もあるが、ここでそれらについて冗長に述べることはしない。
ステップST２０６において対応するシステム・パフォーマンス指標が生成されたのち、ステップST２０８において、各チャネル・インスタンスの対応する前置符号化マトリクスが見出される。具体的には、チャネル・セットHの各チャネル・インスタンスについて、最良のシステム・パフォーマンス指標をもつ、初期前置符号化マトリクス・コードブックQ中の前置符号化マトリクスが、このチャネル・インスタンスの対応する前置符号化マトリクスとして選択される。
より具体的には、システム・パフォーマンス指標がスループットである場合、各チャネル・インスタンスHn（1≦n≦N）および各前置符号化マトリクスQl（1≦l≦L）に対応するシステム・スループットが得られたのち、すべてのシステム・スループットがL行N列の行列TQ中に配置される。この行列の各行は前置符号化マトリクスの一つを表し、各列はチャネル・インスタンスの一つを表す。この行列は全部でL×N個の要素をもつ。行列TQ中の要素はTQ(l,n)として表現され（1≦l≦L、1≦n≦N）、TQ(l,n)は、n番目のチャネル・インスタンスのもとでl番目の前置符号化マトリクスが使われる場合のシステムのスループットを表す。
行列TQの各列についてのスループットの最大値を選択し、その座標をL(n)＝lとして記録することができる（1≦l≦L、1≦n≦N）。L(n)＝lの物理的な意味は、n番目のチャネル・インスタンスHnについて、初期前置符号化マトリクス・コードブックQ内のl番目の前置符号化マトリクスQl（1≦l≦L）がシステムのスループットを最大にするということを表している。換言すれば、スループットの最大値に対応する初期前置符号化マトリクス・コードブックQのうちの一つの前置符号化マトリクスは、そのチャネル・インスタンスに最適にマッチする前置符号化マトリクス（つまり、そのチャネル・インスタンスの対応する前置符号化マトリクス）である。
もちろん、相互情報および誤りブロック・レートのような他のパフォーマンス指標についても、上述した方法と同様の方法により、最良のシステム・パフォーマンス指標をもつ初期前置符号化マトリクス・コードブックQ内の前置符号化マトリクスを、そのチャネル・インスタンスの対応する前置符号化マトリクスとして選択することが可能である。違いは単に、誤りブロック・レートに関する限り、最良のシステム・パフォーマンス指標をもつ前置符号化マトリクスは、最小の誤りブロック・レートをもつ前置符号化マトリクスである一方、相互情報に関する限り、スループットの場合と同様、最良のシステム・パフォーマンス指標をもつ前置符号化マトリクスは、最大の相互情報をもつ前置符号化マトリクスであるという点にある。
通例、チャネル・インスタンスの数、つまりチャネル・セットHのサイズNは、初期前置符号化マトリクス・コードブックQのサイズLよりはるかに大きいので、各チャネル・インスタンスは、一つの前置符号化マトリクスに排他的に対応し、一方、各前置符号化マトリクスは一連のチャネル・インスタンスに対応する。
次いで、ステップST２１０において、同一の前置符号化マトリクスに対応するすべてのチャネル・インスタンスが、この前置符号化マトリクスに対応するチャネル・グループとしてグループ化される。それにより、チャネル・セットH＝[H1,H2,H3,…,HN]が、R1,R2,…,RLとして表されるL個のチャネル・グループに分割される。
ここで図１に戻ると、ステップST１０４においてチャネル・セットHがL個のチャネル・グループに分割されたのち、ステップST１０６において、前置符号化マトリクス普遍セットPから、それぞれそれらのチャネル・グループの一つに最適にマッチする前置符号化マトリクスが選択されて、新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'を形成する。各チャネル・グループについて、最もマッチする前置符号化マトリクスは、以下のステップにより選択できる。
（１）チャネル・グループH内の各チャネル・インスタンスHn（1≦n≦N）および前置符号化マトリクス普遍セットP内の各前置符号化マトリクスPm（1≦m≦M）に関し、チャネル・インスタンスHnのもとで前置符号化マトリクスPmが使われるときの、複数アンテナ通信システムの先験後の信号対雑音比ベクトルSNRpost,n,mを生成し、計算された先験後の信号対雑音比ベクトルに応じて対応するシステム・パフォーマンス指標を生成する。
（２）前置符号化マトリクス普遍セットP内の各前置符号化マトリクスPmに関し、チャネル・グループ内のすべてのチャネル・インスタンスのもとでの複数アンテナ通信システムのシステム・パフォーマンス指標を合計し、結果として得られる和を、前置符号化マトリクスの総合システム・パフォーマンス指標として取る。
（３）前置符号化マトリクス普遍セットP内の最良の総合システム・パフォーマンス指標をもつ前置符号化マトリクスを、そのチャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスとして取る。
以下では、システム・パフォーマンス指標がスループットである例を用いて説明する。当業者には理解できるはずだが、各チャネルに最適に適合する前置符号化マトリクスを選択するために他のシステム・パフォーマンス指標を使うことも可能である。
各チャネル・グループは、以下のように処理される。チャネル・グループRl（1≦l≦L）を例として取る。
チャネル・グループRlがS個のチャネル・インスタンスを含むとする。前置符号化マトリクス普遍セットP内の各前置符号化マトリクスPm（1≦m≦M）について、各Rl,s（1≦s≦S）に対応するスループットは、ステップST２０４およびST２０６における方法に従って計算でき、スループット行列TP(m,s)が得られる。もちろん、当業者には理解されるはずであるが、ステップST２０４およびST２０６とは異なる方法を使って各チャネル・インスタンスに対応するスループットを計算することも可能であり、スループットを、行列でなく一次元配列などのような他の形で表現することも可能である。
スループット行列TPの各行内のスループットは合計され、結果として得られるスループット合計が、その行が対応する前置符号化マトリクスの総合スループットとして取られる。その後、すべての前置符号化マトリクスの総合スループットの最大値が抽出され、その最大値が位置する行番号tが得られ、よって前置符号化マトリクスPtが得られる。前置符号化マトリクスPtは、チャネル・グループRlに最適にマッチする前置符号化マトリクスであり、Q'lと表される。
各チャネル・グループが上記のように処理され、それによりL個のチャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスQ'1,Q'2,…,Q'Lが得られる。
もちろん、相互情報および誤りブロック・レートのような他のパフォーマンス指標について、上述した方法と同様の方法に従って、前置符号化マトリクス普遍セットPから最良の総合システム・パフォーマンス指標をもつ前置符号化マトリクスを、そのチャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスとして選択することも可能である。違いは単に、誤りブロック・レートに関する限り、最良のシステム・パフォーマンス指標をもつ前置符号化マトリクスは、最小の誤りブロック・レートをもつ前置符号化マトリクスである――換言すれば、誤りブロック・レートが評価指標として使われるときはチャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスは最小の誤りブロック・レートをもつ前置符号化マトリクスである――が、相互情報に関する限り、スループットの場合と同様、最良のシステム・パフォーマンス指標をもつ前置符号化マトリクスは、最大の相互情報をもつ前置符号化マトリクスであるという点にある。理解されるように、いかなる決定されたシステム・パフォーマンス指標についても、当業者はどのシステム・パフォーマンス指標が最良であるかを決定可能である。同様に、最適にマッチした前置符号化マトリクスとなる前置符号化マトリクスのシステム・パフォーマンス指標によって満たされるべき条件が何かも決定可能である。
それぞれ一つのチャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスQ'1,Q'2,…,Q'Lが選択されたのち、ステップST１０８において、それらの前置符号化マトリクスQ'1,Q'2,…,Q'Lが新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'として取られる。次いで、ステップST１１０において、その新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'が、初期前置符号化マトリクス・コードブックQと同一であるかどうかが判断される。つまり、進化があるかどうかが判断される。両者が異なっていれば、処理はステップST１１４に進み、新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'が、さらなる処理のためにステップST１０４に返される初期前置符号化マトリクス・コードブックQとして取られる。これは、結果として得られる新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'が初期前置符号化マトリクス・コードブックQと同一になるまで行われる。両者が同一であれば、つまりそれ以上の進化が起こらなければ、処理はステップST１１２に進み、新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'が、複数アンテナ通信システムにおいて使用されるべき最終的に生成された前置符号化マトリクス・コードブックとして取られ、プロセスは終了する。新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'のシステム・パフォーマンスは、すでに、初期前置符号化マトリクス・コードブックQのシステム・パフォーマンス指標と同じになっている。これは、さらなる進化によって得られる前置符号化マトリクス・コードブックがシステム・パフォーマンス指標において向上されないことを示す。
本発明によれば、初期前置符号化マトリクス・コードブックQから「進化」（または逐次反復）の方法により新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'が生成されることができ、その処理は、新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'が変化しないまたは進化しないようになるまで、反復的に実行され、複数アンテナ通信システムにおいて使用される前置符号化マトリクス・コードブックを改善し、それによりスループット、誤りブロック・レートおよび相互情報などといった複数アンテナ通信システムのパフォーマンスを改善する。
以下では、四アンテナ通信システムにおいてQPSK配位図点が使用されて前置符号化マトリクス普遍セットPが形成される場合に、長さL＝16をもつ前置符号化マトリクス・コードブックが本発明に基づく方法によって最終的に得られる例を与える。
表１は、複数アンテナ通信システムによってサポートされる伝送層の数（つまり階数の数）が1である場合の前置符号化マトリクス普遍セットPを示している。表１において太枠内の数値は前置符号化マトリクスの番号を示し、続く４行の数値は上記の番号に対応する前置符号化マトリクスの要素を示す。たとえば、番号1をもつ前置符号化マトリクスは
Figure 2013505606
 である。
Figure 2013505606
 本発明の方法に基づいて最終的に得られる前置符号化マトリクス・コードブック中の前置符号化マトリクスの番号は
[33 21 9 61 18 6 58 46 3 55 43 31 52 40 28 16]
である。
表２は、複数アンテナ通信システムによってサポートされる伝送層の数（つまり階数の数）が2である場合の前置符号化マトリクス普遍セットPを示している。表１と同様に、表２において太枠内の数値は前置符号化マトリクスの番号を示し、続く２列の４行の数値は上記の番号に対応する前置符号化マトリクスの要素を示す。
Figure 2013505606
 本発明の方法に基づいて最終的に得られる前置符号化マトリクス・コードブック中の前置符号化マトリクスの番号は
[4 2 13 15 12 10 5 7 17 19 25 27 33 35 41 43]
である。
表３は、複数アンテナ通信システムによってサポートされる伝送層の数（つまり階数の数）が3である場合の前置符号化マトリクス普遍セットPを示している。表１と同様、表３において太枠内の数値は前置符号化マトリクスの番号を示し、続く３列の４行の数値は上記の番号に対応する前置符号化マトリクスの要素を示す。
Figure 2013505606
Figure 2013505606
Figure 2013505606
Figure 2013505606
Figure 2013505606
Figure 2013505606
Figure 2013505606
Figure 2013505606
Figure 2013505606
Figure 2013505606
Figure 2013505606
 本発明の方法に基づいて最終的に得られる、サイズ20をもつ前置符号化マトリクス・コードブック中の前置符号化マトリクスの番号は
[36 6 108 5 115 133 10 28 161 89 191 71 51 171 153 81 13 43 130 100]
である。
本発明の方法に基づいて最終的に得られる、サイズ16をもつ前置符号化マトリクス・コードブック中の前置符号化マトリクスの番号は
[36 6 108 5 115 133 13 43 161 89 191 71 51 171 153 81]
である。
本発明に基づく複数アンテナ通信システムにおいて使用される前置符号化マトリクス・コードブックを生成する例示的な装置について、以下で、図１、図２および図８を参照しつつ述べる。図８は、本発明の実施形態に基づく前置符号化マトリクス・コードブックQ'を生成するための例示的な装置を示すブロック図である。この生成装置は、前置符号化マトリクス・コードブックを生成するための上述した方法を実行し、制御ユニット１１０、チャネル・グループ分けユニット１２０、初期前置符号化マトリクス・コードブック決定ユニット１３０および新前置符号化マトリクス・コードブック生成ユニット１４０を含む。当業者には理解可能なはずだが、図８に示される生成装置内の制御ユニット１１０、チャネル・グループ分けユニット１２０、初期前置符号化マトリクス・コードブック決定ユニット１３０および新前置符号化マトリクス・コードブック生成ユニット１４０は、論理回路によって、あるいは機械可読媒体上に記憶されたプログラムによって実現されうる。
初期前置符号化マトリクス・コードブック決定ユニット１３０は、L個の前置符号化マトリクスQl（ここで、1≦l≦L）からなる初期前置符号化マトリクス・コードブックQを決定するために使われる。ここで、Lは1より大きい整数である。初期前置符号化マトリクス・コードブック決定ユニット１３０は、複数アンテナ通信システムの既存の前置符号化マトリクス・コードブックを初期前置符号化マトリクス・コードブックQとして決定することができ、あるいは、前置符号化マトリクス普遍セットPから、初期前置符号化マトリクス・コードブックQとして、ランダムに選択することができる。前置符号化マトリクス普遍セットPは、初期前置符号化マトリクス・コードブック決定ユニット１３０内に前もって記憶されていることができる。あるいはまた、初期前置符号化マトリクス・コードブック決定ユニット１３０はさらに、前置符号化マトリクス普遍セットPを生成するための前置符号化マトリクス普遍セット生成ユニット（図示せず）を含んでいてもよい。前述したように、前置符号化マトリクス普遍セットPは、複数アンテナ通信システムにおける物理的アンテナの数および複数アンテナ通信システムによってサポートされる伝送層の数に基づいて生成され、M個の前置符号化マトリクスを含む。ここで、Mは1より大きい整数であり、L＜Mである。ある実施形態では、初期前置符号化マトリクス・コードブック決定ユニット１３０は、複数アンテナ通信システム中または機械可読媒体上に記憶されているプログラムであることができる。もう一つの実施形態では、初期前置符号化マトリクス・コードブック決定ユニット１３０は独立したアプリケーション・プログラムである、または複数アンテナ通信システムの動作に関連する追加的なタスクを実行するソフトウェア・アプリケーション・プログラムの一部をなすことができる。
チャネル・グループ分けユニット１２０は、チャネル・セットH＝[H1,H2,H3,…,HN]を、初期前置符号化マトリクス・コードブックQ内の前置符号化マトリクスに一対一で対応するL個のチャネル・グループに分割する。先述したように、チャネル・セットHは、N個のチャネル・インスタンスHnからなるチャネル集合であり、複数アンテナ通信システムのチャネル統計特性を反映することができる。1≦n≦Nであり、Nは1より大きい整数である。
新前置符号化マトリクス・コードブック生成ユニット１４０は、前置符号化マトリクス普遍セットPから、それぞれ一つのチャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスを選択し、新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'を形成する。
制御ユニット１１０は、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックQが前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'と同一であるかどうかを判定し、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックQが前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'と同じである場合、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックを、前記複数アンテナ通信システムにおいて使用するための最終的に生成された前置符号化マトリクス・コードブックとして出力する。しかしながら、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックQが前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'と同一でない場合、制御ユニット１１０は、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'を前記初期前置符号化マトリクス・コードブックQとして取り、同時に、前記チャネル・セットHをグループ分けし直すよう前記チャネル・グループ分けユニット１２０を制御し、グループ分けし直されたL個のチャネル・グループに基づいて新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'を生成するよう前記新前置符号化マトリクス・コードブック生成ユニット１４０を制御することを、生成された新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'が前記初期前置符号化マトリクス・コードブックQと同一になるまで行う。
より具体的には、チャネル・グループ分けユニット１２０は、システム・パフォーマンス指標生成ユニット１２２、チャネル最良前置符号化マトリクス選択ユニット１２４およびチャネル・グループ生成ユニット１２６を含む。
チャネル・セットH内の各チャネル・インスタンスおよび初期前置符号化マトリクス・コードブックQ内の各前置符号化マトリクスについて、システム・パフォーマンス指標生成ユニット１２２は、図２を参照して述べた方法に従って、その前置符号化マトリクスが使用される場合の、そのチャネル・インスタンスのもとでの、複数アンテナ通信システムの先験後の信号対雑音比ベクトルを計算し、その先験後の信号対雑音比ベクトルに従って対応するシステム・パフォーマンス指標を生成する。
チャネル・セットH内の各チャネル・インスタンスについて、図２のステップST２０８を参照して述べた方法に従って、チャネル最良前置符号化マトリクス選択ユニット１２４は、最良のシステム・パフォーマンス指標をもつ、初期前置符号化マトリクス・コードブックQ中の前置符号化マトリクスを、そのチャネル・インスタンスに対応する前置符号化マトリクスとして選択する。
チャネル・グループ生成ユニット１２６は、図２のステップST２１０を参照して述べた方法に従って、同一の前置符号化マトリクスに対応するすべてのチャネル・インスタンスを、この前置符号化マトリクスに対応するチャネル・グループとして取り、初期前置符号化マトリクス・コードブックQ内の前置符号化マトリクスに一対一で対応するL個のチャネル・グループを生成する。
より具体的には、新前置符号化マトリクス・コードブック生成ユニット１４０は、前置符号化マトリクス総合システム・パフォーマンス指標生成ユニット１４２、チャネル・グループ最良前置符号化マトリクス選択ユニット１４４および組み合わせユニット１４６を含む。
前置符号化マトリクス総合システム・パフォーマンス指標生成ユニット１４２は、チャネル・グループ分けユニット１２０によって生成されたL個のチャネル・グループの各チャネル・グループに対して以下の処理を実行する。
（１）チャネル・グループ内の各チャネル・インスタンスのもとで前置符号化マトリクス普遍セットP内の各前置符号化マトリクスが使われる場合の、複数アンテナ通信システムの先験後の信号対雑音比ベクトルを計算する。
（２）計算された先験後の信号対雑音比ベクトルに基づいて、対応するシステム・パフォーマンス指標を生成する。
（３）前置符号化マトリクス普遍セットP内の各前置符号化マトリクスについて、チャネル・グループ内のすべてのチャネル・インスタンスのもとでの複数アンテナ通信システムのシステム・パフォーマンス指標を合計し、結果として得られる和を、前置符号化マトリクスの総合システム・パフォーマンス指標として取る。
チャネル・グループ最良前置符号化マトリクス選択ユニット１４４は、各チャネル・グループについて、前置符号化マトリクス普遍セットP内の、最良の総合システム・パフォーマンス指標をもつ前置符号化マトリクスを、そのチャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスとして選択する。
組み合わせユニット１４６は、各チャネル・グループについてチャネル・グループ最良前置符号化マトリクス選択ユニット１４４によって選択された前置符号化マトリクスを組み合わせて、新しい前置符号化マトリクス・コードブックQ'とする。
さらに、複数アンテナ通信システムは、本発明に基づく前置符号化マトリクスを生成する方法を使うことによって、その後の送信において使うための新しい前置符号化マトリクス・コードブックを生成することができる。
さらに、複数アンテナ通信システム内の送信機も、本発明に基づく前置符号化マトリクスを生成する方法を使うことによって、その後の送信において使うための新しい前置符号化マトリクス・コードブックを生成することができる。
さらに、複数アンテナ通信システム内の受信機も、本発明に基づく前置符号化マトリクスを生成する方法を使うことによって、新しい前置符号化マトリクス・コードブックを生成し、生成された前置符号化マトリクス・コードブックを送信機に送信し、それによりその前置符号化マトリクス・コードブックが両者の間の通信において使用できるようにする。
加えて、本発明に基づく上述した方法の各動作プロセスが、さまざまな機械可読記憶媒体に記憶されるコンピュータ実行可能なプログラムの形で実現されることもできることは明らかである。
さらに、本発明の目的は、次に指定される態様によっても達成できる：上述した実行可能なプログラム・コードを記憶する記憶媒体を直接的または間接的にシステムまたはデバイスに供給し、前記システムまたはデバイス内のコンピュータまたは中央処理ユニット（CPU）によって前記プログラム・コードを実行する。この場合、システムまたはデバイスがプログラムを実行する機能を有する限り、本発明の諸実施形態は前記プログラムに制約されず、前記プログラムは、オペレーティング・システムに供給されるターゲット・プログラム、インタープリターによって実行されるプログラムまたはスクリプト・プログラムなどといった任意のランダムな形を取ることもできる。
上述の機械可読記憶媒体は、これに限られないが、光学式、磁気式および光磁気ディスクといったさまざまなメモリおよび記憶ユニット、半導体デバイス、磁気ユニットならびに情報を記憶するよう適応された他の媒体を含む。
さらに、本発明は、インターネットに接続された対応するウェブサイトを通じてコンピュータが本発明に基づくコンピュータ・プログラム・コードを当該コンピュータにダウンロードし、インストールし、該プログラムを実行することによって実現されることもできる。
最後に、注意しておくべきこととして、左および右、第一および第二などといった関係を示す用語は、本稿での用法では、単にあるエンティティまたは処理を別のエンティティまたは処理から区別するために使われているのであって、必ずしも、それらのエンティティまたは処理の間に何らかのそのような実際の関係または序列があることを要求ないし示唆することを意図してはいない。さらに、一連の本質事項のプロセス、方法、オブジェクトまたはデバイスを含める非排他的包含をカバーすることが意図された「有する」「含む」の用語または他の任意の変形は、これらの本質事項を含むのみならず、明示的に挙げられていない他の本質事項をも含み、あるいはさらに、これらのプロセス、方法、オブジェクトまたはデバイスに内在する本質事項を含む。さらなる制約がない場合には、「…を含む」の言辞により定義される本質事項は、当該本質事項のプロセス、方法、オブジェクトまたはデバイスを含むほか、追加的な同一の本質事項を排除しない。
本発明の実施形態について、付属の図面を参照して上記において詳細に述べているが、上記の実施形態が、本発明の制約をなすのではなく、単に本発明を説明するために使われているのであることは明らかなはずである。当業者には、本発明の実質および範囲から外れることなく、上記の諸実施形態のさまざまな修正および変形を作ることが可能である。したがって、本発明の範囲は、付属の請求項およびその等価な意味によってのみ定義される。

Claims (21)

  1. 複数アンテナ通信システムにおいて使用される前置符号化マトリクス・コードブックを生成する方法であって：
    ａ）L個の前置符号化マトリクスから構成される初期前置符号化マトリクス・コードブックを決定する段階であって、Lは1より大きい整数であり、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックの各前置符号化マトリクスは、前記複数アンテナ通信システムの物理的アンテナの数および前記複数アンテナ通信システムによってサポートされる階数の数から生成され、M個の前置符号化マトリクスを含む前置符号化マトリクス普遍セットから選択され、Mは1より大きい整数であり、L＜Mである、段階と；
    ｂ）チャネル・セットを、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックの前置符号化マトリクスと一対一対応にあるL個のチャネル・グループに分割する段階であって、前記チャネル・セットはN個のチャネル・インスタンスから構成され、前記複数アンテナ通信システムのチャネル統計特性を反映することができ、Nは1より大きい整数である、段階と；
    ｃ）前記前置符号化マトリクス普遍セットから、各チャネル・グループについて、そのチャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスを選択して、新しい前置符号化マトリクス・コードブックを形成する段階と；
    ｄ）前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じであるかどうかを判断する段階と；
    ｅ）前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じでない場合、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックを前記初期前置符号化マトリクス・コードブックとして採用し、段階ｂ）に戻って処理を進め、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じである場合、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックを、前記複数アンテナ通信システムにおいて使用されるべき前置符号化マトリクス・コードブックとして採用する、段階とを含む、
    方法。
  2. 請求項１記載の方法であって、段階ｂ）が：
    前記チャネル・セットの各チャネル・インスタンスおよび前記初期前置符号化マトリクス・コードブックの各前置符号化マトリクスについて、そのチャネル・インスタンスにおいてその前置符号化マトリクスを採用するときの前記複数アンテナ通信システムの先験後信号対雑音比ベクトルを計算し、該先験後信号対雑音比ベクトルに従ってそれぞれのシステム・パフォーマンス指標を生成する段階と；
    前記チャネル・セットの各チャネル・インスタンスについて、前記初期前置符号化マトリクス・コードブック中でシステム・パフォーマンス指標が最良である前置符号化マトリクスを、そのチャネル・インスタンスに対応する前置符号化マトリクスとして選択する段階と；
    同じ前置符号化マトリクスに対応するすべてのチャネル・インスタンスを、前記前置符号化マトリクスに対応するチャネル・グループとしてグループ化し、それにより前記チャネル・セットを前記L個のチャネル・グループに分割する段階とを含む、
    方法。
  3. 請求項２記載の方法であって、段階ｃ）が、各チャネル・グループについて、以下の段階すなわち：
    前記チャネル・グループの各チャネル・インスタンスおよび前記前置符号化マトリクス普遍セットの各前置符号化マトリクスについて、そのチャネル・インスタンスにおいてその前置符号化マトリクスを採用するときの前記複数アンテナ通信システムの先験後信号対雑音比ベクトルを計算し、計算された先験後信号対雑音比ベクトルに従ってそれぞれのシステム・パフォーマンス指標を生成する段階と；
    前記前置符号化マトリクス普遍セットの各前置符号化マトリクスについて、前記チャネル・グループのすべてのチャネル・インスタンスにおける前記複数アンテナ通信システムの前記システム・パフォーマンス指標を合計し、その合計を、その前置符号化マトリクスの総合システム・パフォーマンス指標として採用する段階と；
    前記前置符号化マトリクス普遍セットから、総合システム・パフォーマンス指標が最良である前置符号化マトリクスを、そのチャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスとして選択する段階とを含む、
    方法。
  4. 前記チャネル・セットが、段階ｂ）が実行されるたびに生成される、請求項１記載の方法。
  5. 前記初期前置符号化マトリクス・コードブックが、前記前置符号化マトリクス普遍セットからランダムに選択される、あるいは前記複数アンテナ通信システムの既存の前置符号化マトリクスである、請求項１記載の方法。
  6. 前記システム・パフォーマンス指標がシステム・スループットであり、最良のシステム・パフォーマンス指標をもつ前記前置符号化マトリクスが、最大のシステム・スループットをもつ前置符号化マトリクスである、請求項２記載の方法。
  7. 前記システム・パフォーマンス指標がシステム相互情報であり、最良のシステム・パフォーマンス指標をもつ前記前置符号化マトリクスが、最大のシステム相互情報をもつ前置符号化マトリクスである、請求項２記載の方法。
  8. 前記システム・パフォーマンス指標がシステム誤りブロック・レートであり、最良のシステム・パフォーマンス指標をもつ前記前置符号化マトリクスが、最小のシステム誤りブロック・レートをもつ前置符号化マトリクスである、請求項２記載の方法。
  9. 複数アンテナ通信システムにおいて使用される前置符号化マトリクス・コードブックを生成する装置であって：
    L個の前置符号化マトリクスから構成される初期前置符号化マトリクス・コードブックを決定する初期前置符号化マトリクス・コードブック決定ユニットであって、Lは1より大きい整数であり、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックの各前置符号化マトリクスは、前記複数アンテナ通信システムの物理的アンテナの数および前記複数アンテナ通信システムによってサポートされる階数の数から生成され、M個の前置符号化マトリクスを含む前置符号化マトリクス普遍セットから選択され、Mは1より大きい整数であり、L＜Mである、ユニットと；
    チャネル・セットを、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックの前置符号化マトリクスと一対一対応にあるL個のチャネル・グループに分割するチャネル・グループ分けユニットであって、前記チャネル・セットはN個のチャネル・インスタンスから構成され、前記複数アンテナ通信システムのチャネル統計特性を反映することができ、Nは1より大きい整数である、ユニットと；
    前記前置符号化マトリクス普遍セットから、そのチャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスを選択して、新しい前置符号化マトリクス・コードブックを形成する新前置符号化マトリクス・コードブック生成ユニットと；
    前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じであるかどうかを判断し；前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じである場合、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックを、前記複数アンテナ通信システムにおいて使用されるべき前置符号化マトリクス・コードブックとして出力し；他方、前記初期前置符号化マトリクス・コードブックと前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックが同じでない場合、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックを前記初期前置符号化マトリクス・コードブックとして採用し、前記チャネル・セットを分割し直すよう前記チャネル・グループ分けユニットを制御し、新しい前置符号化マトリクス・コードブックを生成し直すよう前記新前置符号化マトリクス・コードブック生成ユニットを制御することを、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックと前記初期前置符号化マトリクス・コードブックが同じになるまで行う、制御ユニットとを有する、
    装置。
  10. 請求項９記載の装置であって、前記チャネル・グループ分けユニットが：
    前記チャネル・セットの各チャネル・インスタンスおよび前記初期前置符号化マトリクス・コードブックの各前置符号化マトリクスについて、そのチャネル・インスタンスにおいてその前置符号化マトリクスを採用するときの前記複数アンテナ通信システムの先験後信号対雑音比ベクトルを計算し、該先験後信号対雑音比ベクトルに従ってそれぞれのシステム・パフォーマンス指標を生成するシステム・パフォーマンス指標生成ユニットと；
    前記チャネル・セットの各チャネル・インスタンスについて、前記初期前置符号化マトリクス・コードブック中でシステム・パフォーマンス指標が最良である前置符号化マトリクスを、そのチャネル・インスタンスに対応する前置符号化マトリクスとして選択するチャネル最良前置符号化マトリクス選択ユニットと；
    同じ前置符号化マトリクスに対応するすべてのチャネル・インスタンスを、前記前置符号化マトリクスに対応するチャネル・グループとしてグループ化し、それにより前記初期前置符号化マトリクス・コードブックの前置符号化マトリクスと一対一対応にある前記L個のチャネル・グループを生成するチャネル・グループ生成ユニットとを含む、
    装置。
  11. 請求項１０記載の装置であって、前記新前置符号化マトリクス・コードブック生成ユニットが：
    各チャネル・グループについて：
    前記チャネル・グループの各チャネル・インスタンスにおいて前記前置符号化マトリクス普遍セットの各前置符号化マトリクスを採用するときの、前記複数アンテナ通信システムの先験後信号対雑音比ベクトルを計算し、計算された先験後信号対雑音比ベクトルに従ってそれぞれのシステム・パフォーマンス指標を生成し、
    前記前置符号化マトリクス普遍セットの各前置符号化マトリクスについて、前記チャネル・グループのすべてのチャネル・インスタンスにおける前記複数アンテナ通信システムの前記システム・パフォーマンス指標を合計し、その合計を、その前置符号化マトリクスの総合システム・パフォーマンス指標として採用する、
    前置符号化マトリクス総合システム・パフォーマンス指標生成ユニットと；
    各チャネル・グループについて、前記前置符号化マトリクス普遍セットから、総合システム・パフォーマンス指標が最良である前置符号化マトリクスを、そのチャネル・グループに最適にマッチする前置符号化マトリクスとして選択するチャネル・グループ最良前置符号化マトリクス選択ユニットと；
    前記チャネル・グループ最良前置符号化マトリクス選択ユニットによって各チャネル・グループについて選択された前置符号化マトリクスを、前記新しい前置符号化マトリクス・コードブックとして組み合わせる組み合わせユニットとを有する、
    装置。
  12. 前記チャネル・グループ分けユニットが、動作するたびに前記チャネル・セットを生成する、請求項９記載の装置。
  13. 前記初期前置符号化マトリクス・コードブックが、前記前置符号化マトリクス普遍セットからランダムに選択される、あるいは前記複数アンテナ通信システムの既存の前置符号化マトリクスである、請求項９記載の装置。
  14. 前記システム・パフォーマンス指標がシステム・スループットであり、最良のシステム・パフォーマンス指標をもつ前記前置符号化マトリクスが、最大のシステム・スループットをもつ前置符号化マトリクスである、請求項１０記載の装置。
  15. 前記システム・パフォーマンス指標がシステム相互情報であり、最良のシステム・パフォーマンス指標をもつ前記前置符号化マトリクスが、最大のシステム相互情報をもつ前置符号化マトリクスである、請求項１０記載の装置。
  16. 前記システム・パフォーマンス指標がシステム誤りブロック・レートであり、最良のシステム・パフォーマンス指標をもつ前記前置符号化マトリクスが、最小のシステム誤りブロック・レートをもつ前置符号化マトリクスである、請求項１０記載の装置。
  17. 請求項１ないし８のうちいずれか一項記載の方法を使うことによって前置符号化マトリクス・コードブックを生成する複数アンテナ通信システム。
  18. 請求項１ないし８のうちいずれか一項記載の方法を使うことによって前置符号化マトリクス・コードブックを生成する、複数アンテナ通信システム中の送信機。
  19. 複数アンテナ通信システム中の受信機であって、当該受信機が、請求項１ないし８のうちいずれか一項記載の方法を使うことによって前置符号化マトリクス・コードブックを生成し、その前置符号化マトリクス・コードブックを送信機との間の通信において使うよう、生成された前置符号化マトリクス・コードブックを前記送信機に送信する、受信機。
  20. 機械可読プログラム・コードを含む記憶媒体であって、前記プログラム・コードが複数アンテナ通信システムまたは情報処理システムにおいて実行されたときに、前記複数アンテナ通信システムまたは前記情報処理システムが請求項１ないし８のうちいずれか一項記載の方法を実施するよう動作可能である、記憶媒体。
  21. 機械実行可能指令を含むプログラムであって、前記指令が複数アンテナ通信システムまたは情報処理システムにおいて実行されたときに、前記複数アンテナ通信システムまたは前記情報処理システムが請求項１ないし８のうちいずれか一項記載の方法を実施するよう動作可能である、プログラム。
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